JP2006352121A - インプリント・リソグラフィ - Google Patents

Abstract

【課題】インプリント・リソグラフィ装置を提供すること。
【解決手段】インプリント・テンプレート又はインプリント・テンプレートを保持するように構成されたテンプレート・ホルダと、基板を受けるように構成された基板テーブルとを有し、さらに、基板テーブル及びインプリント・テンプレート又はテンプレート・ホルダと共に、周囲の領域から実質的に密閉された密閉空間を形成するように構成された壁を備えたリソグラフィ装置が開示される。
【選択図】図４

Description

本発明はインプリント・リソグラフィに関する。

リソグラフィ装置は、基板の目標部分に所望のパターンを適用する機械である。リソグラフィ装置は、従来、たとえば集積回路（ＩＣ）、フラット・パネル・ディスプレイ及び微細構造を必要とする他のデバイスの製造に使用されている。

リソグラフィ・パターンのフィーチャは、所与の基板領域におけるフィーチャ密度をより高密度にすることができるため、そのサイズを小さくすることが望ましい。フォトリソグラフィの場合、より短い波長の光を使用することによって優れた解像度が得られる。しかしながら、このようなサイズの縮小には問題がある。現在のシステムは、１９３ｎｍの波長の光源を採用することから出発しているが、このレベルにおいても回折限界が障害になっている。もっと短い波長では、材料の透明度に大いに問題がある。解像度を改善することができる光リソグラフィ機械には、複雑な光学系及び貴重な材料が必要であり、したがって極めて高価である。

インプリント・リソグラフィとして知られている、１００ｎｍ以下フィーチャを印刷するための代替案は、物理的な型即ちテンプレートを使用してインプリント可能媒体にパターンをインプリントすることによって基板にパターンを転送することを含んでいる。インプリント可能媒体は、基板であっても、或いは基板の表面に被覆された材料であってもよい。また、インプリント可能媒体は機能媒体であってもよく、或いは下にある表面にパターンを転送するための「マスク」として使用することも可能である。インプリント可能媒体は、たとえば、テンプレートによって画定されたパターンが転送される、半導体材料などの基板に蒸着されたレジストとして提供することができる。したがってインプリント・リソグラフィは、本質的には、基板に生成されるパターンがテンプレートのトポグラフィによって画定される、マイクロメートル・スケール又はナノメートル・スケールのモールディング・プロセスである。光リソグラフィ・プロセスの場合と同様、パターンを層にすることができるため、原理的には、ＩＣ製造などの用途にインプリント・リソグラフィを使用することができる。

インプリント・リソグラフィの解像度は、たとえばテンプレート製造プロセスの解像度によってのみ制限され、インプリント・リソグラフィを使用して、解像度及びライン・エッジ粗さが従来の光リソグラフィ・プロセスで達成可能な解像度及びライン・エッジ粗さと比較して著しく改善された５０ｎｍ以下範囲のフィーチャが製造されている。また、光リソグラフィ・プロセスに一般的に必要な高価な光学系、最新の照明源又は特殊なレジスト材料は、インプリント・プロセスには不要である。

現在のインプリント・リソグラフィ・プロセスには、とりわけオーバレイ精度及び高スループットの達成に関連して以下で言及するように極めて多くの欠点がある。しかしながら、インプリント・リソグラフィによって達成可能な解像度及びライン・エッジ粗さの著しい改善は、これら及び他の問題に対処するための強力な推進要因である。

インプリント・リソグラフィの間に起こり得る問題の１つは、エア・インクルージョンとしても知られているガス気泡が、インプリント・プロセスの間、インプリント・テンプレートの真下に捕捉されることがあることである。捕捉されたこれらのガス気泡は、インプリント・テンプレートの下から移動することはなく、インプリント・プロセスが継続している間、インプリント・テンプレートの下に留まることになる。インプリント・テンプレートがインプリント可能材料（ＵＶ硬化樹脂であってもよい）から除去されると、インプリントされたパターンの領域が不完全になるか、或いはガス気泡の位置で損傷することになる。

本発明の第１の態様によれば、インプリント・テンプレート又はインプリント・テンプレートを保持するように形成されたテンプレート・ホルダと、基板を受けるように形成された基板テーブルとを備え、さらに、基板テーブル及びインプリント・テンプレート又はテンプレート・ホルダと共に、周囲の領域から実質的に密閉された密閉空間を形成するように形成された壁を備えたリソグラフィ装置が提供される。

本発明の第２の態様によれば、インプリント・テンプレート、基板テーブル及び壁を使用したインプリント・リソグラフィの方法であって、壁及び基板テーブルが、インプリント・テンプレート又はインプリント・テンプレートを保持しているテンプレート・ホルダと共に、周囲の領域から実質的に密閉された密閉空間を形成するように形成された方法が提供される。この方法には、インプリント可能な材料の層を有する基板を基板テーブルの上に提供する工程と、インプリント可能な材料の成分である１つ又は複数の物質を含有したガスを密閉空間に充填する工程と、インプリント可能な材料をインプリント・テンプレートを使用してインプリントする工程が含まれている。

本発明の１つ又は複数の実施例は、パターン形成されたテンプレートがインプリント可能な流動状態の媒体にインプリントされる任意のインプリント・リソグラフィ・プロセスに適用することができ、また、上で説明したように、たとえば熱インプリント・リソグラフィ及びＵＶインプリント・リソグラフィに適用することができる。本発明の１つ又は複数の実施例を理解するには、既に上で説明し、また、当分野で知られているインプリント・プロセスで十分であり、それ以上の詳細な説明は一切不要である。

本発明の１つ又は複数の実施例の他の特徴については、以下の説明から明らかになるであろう。

以下、本発明の実施例について、単なる実施例にすぎないが、添付の略図を参照して説明する。図において、対応する参照記号は対応する部品を表している。

インプリント・リソグラフィには、一般に熱インプリント・リソグラフィ及びＵＶインプリント・リソグラフィと呼ばれている２つの主要な手法がある。また、軟リソグラフィとして知られている第３のタイプの「印刷」リソグラフィも存在している。図１ａから図１ｃは、これらの実施例を示したものである。

図１ａは、フレキシブル・テンプレート１０（通常、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から製造される）から、基板１２と平坦化及び転送層１２’に支えられているレジスト層１３へ、分子１１（通常、チオールなどのインキ）の層を転送する軟リソグラフィ・プロセスを示したものである。テンプレート１０は、その表面にフィーチャのパターンを有しており、該フィーチャの上に分子層が配置されている。テンプレートがレジスト層に押し付けられると、分子１１の層がレジストに付着する。レジストからテンプレートが除去されると、分子１１の層がレジストに付着し、転送された分子層で覆われていないレジスト領域が基板までエッチングされるように、レジストの残留層がエッチングされる。

軟リソグラフィに使用されるテンプレートは容易に変形し、インプリントされるパターンがテンプレートの変形によって悪影響を受けることがあるため、したがって軟リソグラフィに使用されるテンプレートは、たとえばナノメートル・スケールの高解像度用途には適していない場合がある。また、同じ領域が複数回にわたって上書きされる多層構造を製造する場合、軟インプリント・リソグラフィではナノメートル・スケールのオーバレイ精度を提供することはできない。

また、ナノメートル・スケールで使用される場合、熱インプリント・リソグラフィ（即ち熱エンボス）もナノインプリント・リソグラフィ（ＮＩＬ）として知られている。このプロセスには、より硬質のテンプレート、たとえば摩耗及び変形に対してより抵抗力のあるケイ素又はニッケル製のテンプレートが使用される。図１ｂはこのプロセスを示したものであり、また、たとえば米国特許第６，４８２，７４２号に記載されている。典型的な熱転写プロセスの場合、ソリッド・テンプレート１４が、基板１２の表面に鋳造された熱硬化性又は熱可塑性の重合体樹脂１５にインプリントされる。重合体樹脂は、たとえば、基板の表面、より典型的には（図に示す実施例のように）平坦化及び転送層１２’の上にスピン塗布され、且つ、焼き付けられる。インプリント・テンプレートを記述する場合の「硬質」という用語には、一般に「硬質」材料と「軟質」材料の間と見なすことができる材料、たとえば「硬質」ゴムなどの材料が包含されていることを理解されたい。インプリント・テンプレートとして使用するための特定の材料の適切性は、その用途の要求事項によって決まる。

熱硬化性重合体樹脂を使用する場合、熱硬化性重合体樹脂は、テンプレートと接触すると、テンプレート上に画定されているパターン・フィーチャに熱硬化性重合体樹脂が流れ込むだけの十分な流動性を示す温度まで加熱される。次に、熱硬化性重合体樹脂を熱硬化させるべく（つまり架橋結合させる）熱硬化性重合体樹脂の温度が高められ、それにより熱硬化性重合体樹脂が凝固し、所望のパターンが不可逆的に付与される。次にテンプレートが除去され、パターン形成された樹脂が冷却される。

熱インプリント・リソグラフィ・プロセスに使用される熱可塑性重合体樹脂の例には、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリスチレン、ポリ（メタクリル酸ベンジル）又はポリ（メタクリル酸シクロヘキシル）がある。熱可塑性樹脂は、テンプレートを使用したインプリントの直前に自由流動状態になるように加熱される。通常、熱可塑性樹脂は、その熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりはるかに高い温度に加熱する必要がある。流動樹脂にテンプレートが押し付けられ、テンプレート上に画定されているすべてのパターン・フィーチャに熱可塑性樹脂が確実に流れ込むよう、十分な圧力が印加される。次に、所定の位置にテンプレートを備えた状態でそのガラス転移温度より低い温度まで熱可塑性樹脂が冷却され、それにより熱可塑性樹脂に所望のパターンが不可逆的に付与される。このパターンは、パターン・フィーチャのみを残すために次に適切なエッチング・プロセスによって除去される熱可塑性樹脂の残留層からのレリーフ中のフィーチャからなっている。

凝固した樹脂からテンプレートが除去されると、図２ａから図２ｃに示すように２ステップ・エッチング・プロセスが実行される。基板２０は、図２ａに示すように、基板２０の直ぐ上に平坦化及び転送層２１を有している。平坦化及び転送層の目的は２つある。平坦化及び転送層は、テンプレートの表面に平行の表面を提供するように作用しており、これは、以下で説明するように、テンプレートと樹脂の間の接触が平行になることを保証し、且つ、印刷フィーチャのアスペクト比を改善するためには重要である。

テンプレートが除去されると、凝固した樹脂の残留層２２が所望のパターン形状で平坦化及び転送層の上に残る。第１のエッチングは等方性エッチングであり、残留層の一部が除去され、図２ｂに示すようにＬ１がフィーチャ２３の高さであるプア・アスペクト比のフィーチャが得られる。第２のエッチングは異方性（即ち選択的）エッチングであり、アスペクト比が改善される。この異方性エッチングによって、平坦化及び転送層の凝固した樹脂で覆われていない部分が除去され、図２ｃに示すように、フィーチャ２３のアスペクト比が（Ｌ２／Ｄ）に改善される。エッチング後の基板に残る、この異方性エッチングによって得られる重合体の厚さの差異は、インプリントされる重合体に十分な抵抗力がある場合、たとえばドライ・エッチングのためのマスクとして使用することができ、たとえばリフトオフ・プロセスにおける工程とし使用することができる。

熱インプリント・リソグラフィは、より高い温度でパターンの転送を実行しなければならないだけでなく、テンプレートの除去に先立つ樹脂の十分な凝固を保証するためには比較的大きい温度差を必要とする場合がある点で問題を抱えている。３５℃と１００℃の間の温度差が文献で知られている。たとえば基板とテンプレートの間の熱膨張差によって転送パターンがひずむことがある。インプリント可能な材料の性質が粘着性であるため、インプリント・プロセスでは比較的高い圧力が使用されるが、この問題は、その比較的高い圧力によってさらに顕著になり、そのために基板が機械的に変形してパターンがさらにひずむことになる。

一方、ＵＶインプリント・リソグラフィには、このような高温及び温度変化は不要である。また、このような粘着性のインプリント可能材料も不要である。その代わりに、ＵＶインプリント・リソグラフィの場合、透明なテンプレートを使用する必要があり、また、典型的にはたとえばアクリル酸樹脂又はメタクリル酸エステルなどの単量体であるＵＶ硬化性液を使用する必要がある。通常、単量体と開始剤の混合物などの光重合が可能な任意の材料を使用することができる。また、ＵＶ硬化性液は、たとえばジメチルシロキサン誘導体を含有することも可能である。このような材料は、熱インプリント・リソグラフィに使用される熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂よりはるかに粘着性が小さく、したがってはるかに高速で移動してテンプレートのパターン・フィーチャを充填する。また、より高いスループット能力を得るためには低温低圧動作は有利である。

図１ｃは、ＵＶインプリント・プロセスの実施例を示したものである。図１ｂに示すプロセスに類似した方法でＵＶ硬化性樹脂１７に水晶テンプレート１６が適用されている。熱硬化性樹脂を使用している熱エンボスの場合のように温度を高くする代わりに、或いは熱可塑性樹脂を使用する場合は温度を循環させる代わりに、樹脂を重合させ、延いては硬化させるために、ＵＶ光が水晶テンプレートを介して樹脂に印加される。テンプレートが除去された後に後続する残留レジスト層のエッチング処理は、上で説明した熱エンボス・プロセスのエッチング処理と同じである。広く使用されているＵＶ硬化性樹脂の粘性は、典型的な熱可塑性樹脂の粘性よりはるかに小さいため、より低いインプリント圧力が使用される。圧力がより低いことによる物理変形の減少と、高温及び温度変化による変形の減少が相俟って、ＵＶインプリント・リソグラフィを高いオーバレイ精度を必要とする用途により適したものにしている。また、ＵＶインプリント・テンプレートの透明性により、光アライメント技法をインプリントと同時に適応させることができる。

このタイプのインプリント・リソグラフィには主としてＵＶ硬化性材料が使用されており、したがって一般にＵＶインプリント・リソグラフィと呼ばれているが、他の波長の光を使用して、適切に選択された材料を硬化させる（たとえば重合即ち架橋結合反応を活性化させる）ことも可能である。通常、適切なインプリント可能材料を利用することができる場合、このような化学反応を引き起こすことができる任意の放射を使用することができる。代替「活性化光」には、たとえば可視光、赤外光、ｘ線放射及び電子ビーム放射が含まれている。上記及び以下の一般的な説明においては、ＵＶインプリント・リソグラフィの言及及びＵＶ光の使用には、これら及び他の活性化光の可能性を排除することは意図されていない。

基板の表面に対して実質的に平行に維持される平らなテンプレートを使用したインプリント・システムの代替として、ローラ・インプリント・システムが開発されている。ローラの上にテンプレートが形成された熱ローラ・インプリント・システム及びＵＶローラ・インプリント・システムの両方が提案されているが、それ以外のインプリント・プロセスは、平らなテンプレートを使用したインプリントと極めて類似している。コンテキストが特に要求していない場合、インプリント・テンプレートの言及にはローラ・テンプレートの言及が含まれている。

ステップ・アンド・フラッシュインプリント・リソグラフィ（ＳＦＩＬ）として知られているＵＶインプリント技法がとりわけ開発されており、このＳＦＩＬを使用して、ＩＣの製造に従来使用されている光学ステッパと類似した方法で、微小ステップで基板をパターン形成することができる。これには、ＵＶ硬化性樹脂にテンプレートをインプリントし、テンプレートを介してＵＶ光を「フラッシング」してテンプレートの真下のＵＶ硬化性樹脂を硬化させ、テンプレートを除去し、基板の隣接する領域へステッピングさせ、且つ、以上の動作を繰り返すことによって基板の微小領域を一度ずつ印刷する必要がある。このようなステップ・アンド・リピート・プロセスはその視野サイズが小さく、パターンのひずみ及びＣＤの変化が最小化されるため、ＳＦＩＬは、ＩＣ及び高いオーバレイ精度を必要とする他のデバイスの製造にとりわけ適している。

ＵＶ硬化性樹脂は、原理的には、たとえばスピン塗布によって基板の表面全体に塗布されることができるが、ＵＶ硬化性樹脂の性質が揮発性であるため、ＵＶ硬化性樹脂を基板の表面全体に塗布することは問題である。

この問題に対処するための手法の１つが、テンプレートを使用したインプリントの直前に基板の目標部分にＵＶ硬化性樹脂の滴が散布される、いわゆる「ドロップ・オン・デマンド」プロセスである。液体の散布は、特定の量の液体が基板の特定の目標部分に付着するように制御される。液体は、様々なパターンで散布することができ、また、液体の量の慎重な制御とパターンの慎重な配置の組合せを使用することによってパターン形成を目標領域に限定することができる。

上で言及したような要求に応じてＵＶ硬化性樹脂を散布することは、けっしてどうでもよいことではない。テンプレート・フィーチャへの十分な樹脂の充填を保証するために、また、それと同時に、隣り合う滴が流体と接触すると、ＵＶ硬化性樹脂にはその時点で流れて行く場所がなくなるため、転がって望ましくない厚さ又は不均一な残留層をもたらすことになる過剰の樹脂を最少化するために、滴の大きさ及び間隔が慎重に制御される。極端に分厚い残留層又は極端に不均一な残留層に関連する問題については、以下で説明する。

図３は、テンプレート、インプリント可能材料（硬化性単量体、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂など）及び基板の相対寸法を示したものである。硬化性樹脂層の厚さｔに対する基板の幅Ｄの比率は、１０^６程度の比率である。テンプレートから突き出たフィーチャによる基板の損傷を防止するためには、寸法ｔは、テンプレート上の突出フィーチャの深さ以下であってはならないことは理解されよう。

スタンピング後に残る残留層は、下にある基板を保護するためには有用であるが、上で言及したように、とりわけ高解像度及び／又は高いオーバレイ精度を必要とする場合、この残留層は多くの問題の原因でもある。第１の「ブレークスルー」エッチングは、等方性（非選択的）エッチングであり、したがってインプリントされたフィーチャ並びに残留層がある程度侵食されることになる。この侵食は、残留層が極端に分厚く、及び／又は極端に不均一である場合、いっそう悪化することになる。

この問題は、たとえば、下にある基板に最終的に形成される線の厚さが変化する（つまり臨界寸法が変化する）原因になることがある。第２の異方性エッチングでエッチングされる転送層中の線の厚さの一様性は、アスペクト比及び樹脂中に残されたフィーチャの形状の完全性によって決まる。残留樹脂層が不均一である場合、第１の非選択的エッチングによって、頂部が「丸く」なったこれらのフィーチャの一部が残されることになるため、第２のエッチング処理及び後続するあらゆるエッチング処理における線の厚さの良好な一様性を保証するためには十分良好に画定されていない。

上記の問題は、原理的には、残留層の厚さが可能な限り薄くなることを保証することによって軽減することができるが、そのためには、あいにくなことには、場合によっては大きな圧力（基板の変形が大きくなる）を比較的長いインプリント時間（スループットが小さくなる）にわたって印加する必要がある。

テンプレートは、インプリント・リソグラフィ・システムの重要なコンポーネントである。上で指摘したように、テンプレート表面のフィーチャの解像度は、基板に印刷されるフィーチャの達成可能解像度に対する制限要因の１つである。熱リソグラフィ及びＵＶリソグラフィに使用されるテンプレートは、通常、２ステージ・プロセスで形成される。最初に、たとえば電子ビーム書込みを使用して所望のパターンが作成され、高解像度パターンがレジストに付与される。次に、テンプレートのベース材料にパターンを転送するための最終異方性エッチング工程のためのマスクを形成している薄いクロム層にレジスト・パターンが転送される。たとえばイオン・ビーム・リソグラフィ、Ｘ線リソグラフィ、極ＵＶリソグラフィ、エピタキシャル成長、薄膜蒸着、化学エッチング、プラズマ・エッチング、イオン・エッチング又はイオン・ミリングなどの他の技法を使用することも可能である。テンプレートは、事実上、転送されるパターンの解像度がテンプレート上のパターンの解像度によって制限される１倍のマスクであるため、通常、解像度を極めて高くすることができる技法であることが好ましい。

また、テンプレートの解放特性を考慮することも場合によっては重要である。たとえば表面処理材料を使用してテンプレートを処理し、表面エネルギーの小さい薄い解放層をテンプレートの上に形成することができる（また、基板の上に薄い解放層を付着させることも可能である）。

以上の説明では、基板へのＵＶ硬化性液の付着が言及されているが、テンプレートにＵＶ硬化性液を付着させることも可能であり、通常、同じ技法及び同じ考察事項を適用することができる。

インプリント・リソグラフィの開発におけるもう１つの重要な考察事項は、テンプレートの機械的耐久性である。テンプレートは、レジストをスタンピングしている間、大きな力を受けることになり、また、熱リソグラフィの場合、極端な圧力及び温度に晒されることになる。そのために場合によってはテンプレートが摩耗し、また、基板にインプリントされるパターンの形状に悪影響を与えることがある。

熱インプリント・リソグラフィには、テンプレートと基板の間の熱膨張差を最小化するために、パターン形成すべき基板の材料と同じ材料又は類似した材料のテンプレートを使用する潜在的な利点がある。ＵＶインプリント・リソグラフィの場合、テンプレートは活性化光に対して少なくとも部分的に透明であり、したがって水晶テンプレートが使用される。本明細書においては、とりわけＩＣの製造におけるインプリント・リソグラフィの使用が言及されているが、説明されているインプリント装置及び方法は、集積光学系、磁気領域メモリのための誘導及び検出パターン、ハード・ディスク磁気媒体、フラット・パネル・ディスプレイ、薄膜磁気ヘッド等の製造などの他の用途を有していることを理解されたい。

以上の説明では、とりわけ、事実上レジストとして作用するインプリント可能樹脂を介して基板にテンプレート・パターンを転送するインプリント・リソグラフィの使用が言及されているが、場合によってはインプリント可能な材料自体が、たとえば、とりわけ導電率、光線形応答又は光非線形応答などの機能を有する機能材料であってもよい。機能材料は、たとえば導電層、半導電層、誘電体層又は他の望ましい機械的、電気的又は光学的特性を有する層を形成することができる。また、いくつかの有機物質も適切な機能材料である。このような用途は、本発明の実施例の範囲内である。

図４は、インプリント・テンプレート４０及び基板テーブル４１を備えたインプリント・リソグラフィ装置を略図で示したものである。基板４２は、基板テーブル４１の上に保持されており、インプリント可能な材料４３の層を備えている。インプリント可能な材料４３の層は、図４に概略的に示すように一連の滴４３として提供されている。パターン４４は、インプリント・テンプレート４０の最も下側の表面を覆っている。パターン４４は十分に大きいため、このパターンによって単一の操作で基板４２全体をインプリントすることができる。図４には標準直交座標が示されている。「より高い」及び「より低い」などの用語は、それぞれ正又は負のｚ方向における意味として解釈すべきことが意図されていることは理解されよう。いくつかの実施例では、ｚ方向は必ずしも垂直方向に対応していない。

インプリント・テンプレート４０の側面は、リソグラフィ装置の壁４６に押し付けられている。インプリント・テンプレート４０と壁４６の間にシール４７が提供されている。シール４７は、インプリント・テンプレート４０と壁４６の間をガスが通過するのを防止している。

インプリント・テンプレートは、パターン４４をインプリント可能な材料４３にインプリントすることができるよう、ｚ方向に移動させることができる。

壁４６の各々は、基板テーブル４１を受け入れるように寸法決めされた段差４８を備えている。段差４８の上にはシール４９が提供されており、基板テーブル４１が所定の位置に位置すると該基板テーブルを押し付けることによって壁４６と基板テーブルの間をガスが通過するのを防止している。別法又は追加として、基板テーブル４１の上にシール４９を提供することも可能である。

インプリント・テンプレート４０、基板テーブル４１及びシール４７、４９と相俟った壁４６の効果は、周囲から密閉された密閉空間５０を形成することである。

第１の一方向弁５１が壁４６の各々に提供されており、密閉空間５０にガスを引き渡すように配置されている。以下、この弁を入力弁５１と呼ぶ。また、第２の一方向弁５２が同じく壁４６の各々に提供されており、密閉空間５０からガスを引き出すように配置されている。以下、この弁を出力弁５２と呼ぶ。入力弁５１及び出力弁５２は、ガス発生チャンバ及び圧力チャンバ（図示せず）に接続することができる。一実施例では、ガス発生チャンバは、液体が蒸発して単量体ガスを形成するように構成された、真空中に単量体液を含有したチャンバを備えることができる（このチャンバは、単量体ガスの圧力を調整する手段を備えている）。単量体ガスは、次に密閉空間５０に導入される。単量体ガスを密閉空間５０に導入する方法については、単量体ガスの成分と同様、以下でさらに説明する。圧力チャンバは、インプリント中、密閉空間５０の体積変化を補償するように構成された体積可変チャンバを備えることができる。また、弁５１及び５２は、不要になったガス（たとえば使用済みの単量体ガス）を受け取るように構成された廃棄チャンバ（図示せず）に接続することができる。この廃棄チャンバは、ガスを再使用することができるよう、任意選択でガスを浄化するように構成することも可能である。

使用中、インプリント可能な材料４３の層を備えた基板４２が基板テーブル４１の上に置かれる。次に基板テーブル４１が図４に示す位置へ移動してシール４９を押し付け、それにより密閉空間５０が形成される。

次に、単量体ガス又は不活性ガスと単量体ガスの混合物を含有したガスが密閉空間５０に充填される。この充填は、たとえば密閉空間５０から空気（或いは密閉空間に存在しているあらゆるガス）をポンプで排気し、入力弁５１を介して密閉空間５０に引き込むことによって単量体ガス又は不活性ガスと単量体ガスの混合物を受動的に導入することによって実施することができる。ガスの単量体は、インプリント可能な材料４３の一部を形成している単量体と同じである。単量体は、たとえばアクリル酸樹脂又はメタクリル酸エステルであってもよい。通常、インプリント可能な材料４３は、１つ又は複数の単量体、架橋結合剤及び開始剤の混合物などの光重合が可能な任意の材料を含有することができる。ガスは、複数の単量体を含有することができる。インプリント可能な材料が単量体の混合物を含有している場合、通常、一実施例では、ガスの単量体は、最も揮発性の単量体であってもよい。

パターン４４がインプリント可能な材料４３を押し付けるまでインプリント・テンプレート４０が下に向かって（つまり負のｚ方向に）移動する。図５はこれを示したものである（図５に使用されている参照数表示と図４に使用されている参照数表示は対応している）。インプリント可能な材料にパターンがインプリントされるよう、インプリント可能な材料４３がパターン４４の凹所に流れ込む。

弁５１及び５２は、インプリント・テンプレート４０が下に向かって移動している間に密閉空間の体積が減少しても密閉空間５０の圧力を実質的に一定に維持している。出力弁５２は、たとえば、密閉空間の圧力が特定のレベルに達すると密閉空間５０からガスが流出するように設定することができるため、インプリント・テンプレート４０が基板４２に向かって下向に移動する際の密閉空間５０の圧力が確実に実質的に一定に維持される。

インプリント可能な材料４３の硬化には、ＵＶ源５３から放出されるＵＶ光が使用される。ＵＶ光は、ＵＶ光に対して透明なインプリント・テンプレート４０を透過してインプリント可能な材料に到達する（矢印５４はＵＶ光を表している）。インプリント・テンプレート４０と壁４６の間のシール４７は、ＵＶ光に対して透明ではない。したがってシール４７は、弁５１及び５２をＵＶ光から遮蔽するシールドとして作用している。ＵＶ光が弁５１及び５２に入射すると、単量体のすべての分子が硬化して弁に付着し、単量体分子が一方向弁に固着することになるため、この遮蔽は有利である。硬化した単量体は時間とともに弁に蓄積し、弁の動作を妨害することになる。シール４７は、それらがＵＶ光からの所望の量の遮蔽を提供するための十分な広さであることを保証するためのフランジ又は他のエレメントを備えることができる。また、シール４７は、ステップ４８の上に提供されているシール４９をＵＶ光から遮蔽している。

インプリント可能な材料４３がＵＶ光によって硬化すると、インプリント・テンプレート４０は、図４に示す位置に到達するまで上に向かって移動し、基板４２から離れる。インプリント・テンプレート４０が上に向かって移動している間に密閉空間の体積が増加するため、弁５１及び５２は、密閉空間５０の圧力を実質的に一定に維持している。入力弁５１は、たとえば、密閉空間の圧力が特定のレベル未満に降下すると密閉空間５０にガスが引き渡されるように設定することができるため、インプリント・テンプレート４０が基板４２から上に向かって移動する際の密閉空間５０の圧力が確実に実質的に一定に維持される。密閉空間に引き渡されるガスは、単量体ガス（又は不活性ガスと単量体ガスの混合物）であってもよい。一実施例では、密閉空間に引き渡されるガスは不活性ガスである。

基板の処理を可能にするべく、基板テーブル４１が基板４２と共に除去される。基板テーブル４１を除去することによって密閉空間５０が開放され、装置の残りの部分と連絡する。基板テーブル４１の除去に先立って密閉空間５０に不活性ガスを充填することが望ましい理由はそのためである。

新しい基板が基板テーブル４１の上に置かれ、図４に示す位置に基板テーブルが戻される。次に、密閉空間５０に再び単量体ガス（又は不活性ガスと単量体ガスの混合物）が充填される。任意選択で、新しい基板が導入された後の単量体ガスの導入に先立って、不活性ガスを使用して最初に密閉空間５０をゆすぐことも可能である。

ガス気泡は、インプリント・テンプレートの周囲から移動することができないよう、インプリント・テンプレート４０の真下で捕捉することができる。従来技術によるリソグラフィ・システムの場合、このガスは、インプリント可能な材料４３中のパターンを損傷する原因になることがある点で問題になる場合がある。しかしながら、本発明による実施例では、ガスの一部に単量体ガスが含まれているため、単量体が流体形態に凝縮される。つまり、インプリント可能な材料４３に転換される。インプリント可能な材料４３へのこの単量体ガスの転換によってガス気泡のサイズが小さくなり、場合によってはガス気泡を除去し、或いは実質的に除去することさえ可能であり、したがって、インプリントされるパターンに影響が及ぶことになる損傷が抑制されるか、或いは除去される。

密閉空間５０に保持されている不活性ガスに対する単量体の比率が、インプリント・テンプレート４０の真下のガス気泡を抑制し、或いは除去する度合に影響することは理解されよう。ガス気泡は、単量体ガスの比率が大きいほど、より完全に除去される。しかしながら、単量体ガスの比率が大きすぎる場合、たとえば単量体ガスが飽和レベルにある場合、単量体流体の滴に対して、ガスが密閉空間５０内の望ましくない位置に自然に凝縮するようになる可能性がある。最良の結果が得られる単量体ガスの比率は、密閉空間５０の様々な態様によって影響されることがあるため、所与の密閉空間に対する最適比率を見出すためには、単量体ガスの比率を変更し、且つ、得られた結果をモニタすることが望ましい場合がある。通常、密閉空間５０に存在する単量体ガスの量は、従来のインプリント・リソグラフィ装置の基板の周囲のガス中に存在する（たとえば、従来の装置に基板が導入された直後に存在する）ことになる単量体ガスの量よりはるかに多い。

一実施例では、インプリント中（つまりインプリント・テンプレートがインプリント材料を押し付けている間）、出力弁５２に若干の真空を提供し、インプリント・テンプレート４０の縁に向かうインプリント可能な材料４３の流れを促進することができる。これは、不要なインプリント可能材料がインプリント・テンプレート４０の真下からより迅速に流れることになるため、有利である。

本発明の一実施例の付加的な利点は、単量体ガスが密閉空間５０に存在することによって、単量体がインプリント可能な材料４３から蒸発する速度が遅くなることである。図４に示すように、インプリント可能な材料４３は、複数の滴のアレイとして基板４２の上に提供されることがしばしばである。一実施例では、複数の滴のアレイの場合、その総表面積がインプリント可能な材料の層の総表面積より小さいため、インプリント可能な材料の単一の層の代わりに複数の滴のアレイが提供される。表面積が小さいため、蒸発する量がそれに応じて減少する。しかしながら、とりわけより微小な滴を使用する場合（インプリント・プロセスのスループットを高くするために）、蒸発は依然として重大な問題である。本発明の一実施例によれば、蒸発の発生を抑制することによってこの問題を著しく軽減することができ、場合によっては実質的に除去することができる。

蒸発は、密閉空間５０の単量体ガスの比率が大きいほど少なくなる。密閉空間５０が単量体ガスで飽和すると、インプリント可能な材料４３の正味の蒸発は生じない。しかしながら、上で言及したように、飽和レベルの単量体ガスを有する欠点は、単量体流体が望ましくない位置に自然に凝縮する可能性があることである。既に言及したように、所与の密閉空間５０に対する最適比率を見出すためには単量体ガスの比率を変更し、且つ、得られた結果をモニタすることが望ましいのはそのためである。

インプリント可能な材料の複数の滴の特定のアレイによって良好のインプリント結果を得ることができる。米国特許出願公開第２００４／０００８３３４号に、このようなアレイの想定上の例が示されている。所望する滴パターンを得ることは一般に困難である。パターンの少なくとも一部は、ガス気泡がインプリント・テンプレートと基板の間で捕捉されるようになる可能性を小さくするように配置されている。本発明の一実施例は、場合によってはこれらのガス気泡の発生を抑制するか、或いは除去し、且つ、そのサイズを小さくすることによってインプリント可能な材料を滴のアレイの形で提供する必要を回避することができ、また、場合によっては複数の滴のもっと単純なアレイを使用することができる。

本発明の一実施例の他の利点は、密閉空間５０が存在しているため、インプリント可能な材料４３から蒸発する単量体がその密閉空間に封じ込められ、密閉空間がない場合に存在するようなリソグラフィ装置の他の領域への単量体の移動がないことである。蒸発した単量体の機械の他の部分への移動は、常にリソグラフィ装置のこれらの部分、たとえばインプリント・テンプレート４０の上部表面又は様々な機械部品（図４には示されていない）の汚染の原因になる。この汚染は、時間とともにリソグラフィ装置の性能を低下させ、さらにはリソグラフィ装置の動作を妨害することになる。

インプリント・テンプレートは、場合によってはテンプレート・ホルダによって保持されてもよい。その場合、図４及び図５に示すインプリント・テンプレート４０は、テンプレート・ホルダ及びインプリント・テンプレートを備えることができる。テンプレート・ホルダは上部部分を備えており、インプリント・テンプレートは下部部分を備えている。シール４７はテンプレート・ホルダに取り付けられる。別法又は追加として、インプリント・テンプレートにシール４７を取り付けることも可能である。テンプレート・ホルダを使用することにより、インプリント・テンプレートを異なるパターンを有するインプリント・テンプレートに容易に交換することができる。

密閉空間５０について、周囲の領域から密閉された空間として説明したが、実施例の中には複数のシールのうちの１つ又は複数が全く完全ではない実施例も存在していることは理解されよう。そのため、この密閉空間５０は、周囲の領域から実質的に密閉された空間として記述することができる。

また、本発明の１つ又は複数の実施例について、１つ又は複数の単量体を含有したインプリント可能材料及び１つ又は複数の単量体を含有したガスの観点から説明した。インプリント可能な材料が１つ又は複数の単量体ではなく、何らかの方法で硬化させることができる何らかの他の物質を含有している場合、ガスは、それに応じてその物質を含有することになることは理解されよう。

密閉空間５０内におけるガスの含有量は、一方向弁５１及び５２を使用して調整することができる。たとえば、特定の成分をより多くガスに添加すると、ガスの一部が除去され、その結果、ガスの圧力は実質的に同じ圧力に維持されるが、ガスの含有量が変化することになる。

以上、本発明の特定の実施例について説明したが、説明した以外の方法で本発明を実践することができることは理解されよう。以上の説明は、本発明を何ら制限するものではない。

従来の軟リソグラフィ・プロセスの実施例を示す図である。 従来の熱リソグラフィ・プロセスの実施例を示す図である。 従来のＵＶリソグラフィ・プロセスの実施例を示す図である。 熱インプリント・リソグラフィ及びＵＶインプリント・リソグラフィを使用してレジスト層をパターン形成する場合に使用される２ステップ・エッチング処理を示す図である。 テンプレート及び基板に付着した典型的なインプリント可能レジスト層を示す略図である。 本発明の一実施例によるインプリント・リソグラフィ装置を示す略図である。 本発明の一実施例によるインプリント・リソグラフィ装置を示す略図である。

Claims (22)

1. インプリント・テンプレート又はインプリント・テンプレートを保持するように構成されたテンプレート・ホルダと、基板を受け取るように構成された基板テーブルとを備え、前記基板テーブル及び前記インプリント・テンプレート又は前記テンプレート・ホルダと共に、周囲の領域から実質的に密閉された密閉空間を形成するように構成された壁をさらに備えたリソグラフィ装置。
2. 前記密閉空間のガスの含有量及び／又は圧力の制御を可能にするための１つ又は複数の弁が前記密閉空間に接続されている、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
3. 前記１つ又は複数の弁が、１つ又は複数の入力弁及び１つ又は複数の出力弁である、請求項２に記載のリソグラフィ装置。
4. 前記１つ又は複数の入力弁が、前記密閉空間の体積が増加すると前記密閉空間にガスを流入させるように配置されている、請求項３に記載のリソグラフィ装置。
5. 前記１つ又は複数の出力弁が、前記密閉空間の体積が減少すると前記密閉空間からガスを流出させるように配置されている、請求項３に記載のリソグラフィ装置。
6. 前記１つ又は複数の出力弁が、前記インプリント・テンプレートが基板に接触すると真空を印加するように配置されている、請求項３に記載のリソグラフィ装置。
7. 前記１つ又は複数の弁が前記リソグラフィ装置の前記壁に配置されている、請求項２に記載のリソグラフィ装置。
8. 前記１つ又は複数の弁が前記基板テーブルに隣接して配置されている、請求項７に記載のリソグラフィ装置。
9. 前記１つ又は複数の弁がガス・リザーバ、ガス・クリーナ又はその両方に接続されている、請求項２に記載のリソグラフィ装置。
10. 前記１つ又は複数の弁が、前記インプリント・テンプレート又は前記テンプレート・ホルダが移動している間の前記密閉空間の体積変化を補償するように配置された圧力チャンバに接続されている、請求項２に記載のリソグラフィ装置。
11. 前記基板テーブルと前記リソグラフィ装置の前記壁の間にシールが提供されている、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
12. 前記インプリント・テンプレート又は前記テンプレート・ホルダが、前記インプリント・テンプレート又は前記テンプレート・ホルダを前記リソグラフィ装置の前記壁に対して密閉するシールを備えている、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
13. 前記リソグラフィ装置が、前記基板の上に提供されたインプリント可能材料を硬化させるために使用されるＵＶ光から前記１つ又は複数の弁を遮蔽するように配置されたシールドをさらに備えている、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
14. 前記リソグラフィ装置が前記密閉空間にガスを提供するように構成されている、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
15. 前記ガスが、前記基板の上に提供されたインプリント可能材料の成分である１つ又は複数の物質を有している、請求項１４に記載のリソグラフィ装置。
16. 前記１つ又は複数の物質が１つ又は複数の単量体である、請求項１５に記載のリソグラフィ装置。
17. 前記ガス中の前記１つ又は複数の物質の圧力が前記インプリント可能材料の蒸発を抑制するのに十分な圧力である、請求項１５に記載のリソグラフィ装置。
18. 前記ガス中の前記１つ又は複数の物質の圧力が飽和レベル未満である、請求項１５に記載のリソグラフィ装置。
19. 前記ガスが１つ又は複数の不活性ガスである、請求項１５に記載のリソグラフィ装置。
20. インプリント・テンプレート、基板テーブル及び壁を使用したインプリント・リソグラフィの方法であって、前記壁及び前記基板テーブルが、前記インプリント・テンプレート又は前記インプリント・テンプレートを保持しているテンプレート・ホルダと共に、周囲の領域から実質的に密閉された密閉空間を形成するように構成され、前記方法が、インプリント可能な材料の層を有する基板を前記基板テーブルの上に提供する工程と、前記インプリント可能な材料の成分である１つ又は複数の物質を有したガスを前記密閉空間に充填する工程と、前記インプリント可能な材料を前記インプリント・テンプレートを使用してインプリントする工程とを含む方法。
21. 前記密閉空間に接続された１つ又は複数の弁を使用して前記密閉空間のガスの圧力、含有量又はその両方を調整する工程をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
22. 前記密閉空間から前記１つ又は複数の弁を介してガス・リザーバ、ガス・クリーナ又はその両方にガスを供給する工程と、前記ガスを浄化する工程と、浄化されたガスを前記密閉空間に戻す工程とをさらに含む、請求項２１に記載の方法。