JP2007188626A

JP2007188626A - 均一な基礎層とナノインプリント圧力を達成する、膜、パッド、スタンパー構造を対象とするシステム、方法及び装置

Info

Publication number: JP2007188626A
Application number: JP2007003419A
Authority: JP
Inventors: Tsai-Wei Wu; ウー・ツァイ・ウェイ
Original assignee: Hitachi Global Storage Technologies Netherlands BV
Current assignee: HGST Netherlands BV
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2007-01-11
Publication date: 2007-07-26
Anticipated expiration: 2027-01-11
Also published as: CN101000463B; US20090045534A1; EP1808731A3; US20070158866A1; US7617769B2; US7500431B2; CN101000463A; KR20070075275A; TW200738427A; EP1808731A2; JP5036322B2

Abstract

【課題】ディスク基材上の対象インプリント領域にわたって均一なインプリント圧力を発生するパターン化された媒体接触構造が導入されているナノインプリント・システムを提供する。
【解決手段】本システムは、膜サスペンション１１５、ゲル・パッド緩衝１１７及びディスク基材１０１の内径孔特性を利用するエア・クッション負荷を組み込むことで、内径孔の独特のディスク基材特性に影響を及ぼしている。本設計例は、対象インプリント領域全体で押し付け圧力の均一性を劇的に増加させている。その結果、記録ディスク基材上にインプリントされたパターンの品質が簡単かつ効果的に改善される。
【選択図】図５

Description

本発明は一般にナノインプリントに関するもので、特に、均一な基礎層と均一なナノインプリント圧力を達成する、膜、パッド及びスタンパー構造を構成するシステム、方法及び装置に関するものである。

ナノインプリント技術は次世代リソグラフィーへの橋渡しを提供する高プロフィール技術へと発展した。柱部、溝部及び軌道部といったナノインプリント特徴は直径及び/又は幅が約１０nmの値である。これらナノレベルの特徴をテンプレート、金型又はスタンパーから基材へ転写する能力が精力的に発表されている。テンプレート作成のため典型的にはマスターが使用され、そこで、これらテンプレートは如何なるインプリント上の事故においても高価なマスターにふりかかる損傷を回避する目的からインプリントの大量生産向けに使用される。その上、高い生産性と低生産コストというナノインプリントの潜在力があれば今日の光学的リソグラフィー技術におけるパラダイム・シフトを励起できる可能性がある。

テンプレート上に構築したパターンを基材上に均一にインプリントできるようにナノインプリンターが接触インターフェイスに沿って適切に均一な圧力をかけられることが重要である。換言すれば、単に高圧力に起因する密な接触状態は均一なパターン転写を発生させ、これはおそらく、インプリントされた特徴の忠実度を良好に保つ上で十分である。しかし、均一なパターン転写だけでなくインプリント領域全体にわたって均一な基礎層厚さ分布を発生させるには、均一な加圧接触状態が要求される。例えば図１は、基材１９上に基礎層１８を有するレジスト層１７内にインプリント特徴１５を形成する特徴パターン１３を有する型/スタンパー/テンプレートを含む典型的なインプリント構成を模式的に図解している。

基礎層の厚さと均一性は、ナノインプリント技術が制御して完全化を図るパラメーターである。インプリントされたレジスト層はナノインプリンティング工程で追随する反応性イオンエッチング（RIE）ステップのエッチングマスクとして作用しているので、基礎層均一性の度合いは直接そのエッチング結果の品質に関係してくる。

図２は、インプリント済みパターン特徴の忠実度が同じでも基礎層厚さの均一性に差があることを表している。上部インプリント２１は、インプリント済み特徴の良好な忠実度が唯一の要件であり、基礎層の均一性が不要なコンパクト・ディスク（CD）やDVDのスタンピング業務といった一部の適用例（即ち、それ以上の処理が要求されないもの）に対しては十分である。例えば、特許文献１を参照されたい。

特開２００４−３３０６８０

ナノインプリント・リソグラフィーでは、基礎層の均一性が重要になり、底部インプリント２３の均一性が必要である。ところが底部インプリント２３は、パターンを直接基材に転写する目的でインプリント部を介したエッチングによる追加処理した場合のみにしか可能にならない。各種形式のナノインプリント機械設備が開発されて商業化されている。残念なことに、均一なインプリント圧力を達成するには、極めて複雑なジンバル設備又は更に高いインプリント圧力のいずれかが標準的に採用されている。

更に別の問題として、ディスク半径方向に沿った応力変動が原因でディスク基材の縁部（即ち、「エッジ効果」）に見られる。図３に示されるように、従来のインプリント接触構成は基材１９を設置する基材真空チャック４１を含んでいる。スタンパー１１はゲル・パッド４３と固定部４７内の開口部を横切って延在するマイラー膜４５に依って支持される。空気圧力をマイラー膜４５に適用してスタンパー１１を基材１９に押し付ける。図４に示されるように、この設計はゲル・パッド有り（線５１）又はゲル・パッド無し（線５３）でのインプリント済み領域５５を横切る半径方向での接触圧力変動を大略５０％発生させる。これらの解決策でも使えるが、よりよい解決策が望ましい。

ナノインプリントを実施するシステム、方法及び装置の一実施態様は、インプリント全体の領域にわたって均一なインプリント圧力を提供すべくそれ自体のパターン化された媒体接触構造を容易にするものである。本発明では先行技術の設計と比べてはるかに簡単ではあるが効率的な設備が解決策として採用されている。典型的なウエハー・レイアウトとは反対に、本発明は内径孔の独特なディスク基材特性に影響を与えている。この解決策では、対象インプリント領域全体への押し付け圧力の均一性を劇的に増加させるべくディスク基材の内径孔特性を利用しながら膜サスペンション、ゲル・パッド緩衝及び空気クッション負荷を組み入れている。その結果、記録ディスク基材上にインプリントされるパターンが簡単かつ効果的に改善される。

例えば、本発明は、開口部を有する膜ストップ・リング、膜が膜ストップ・リング内の開口部を横切って延在し密封するよう膜ストップ・リングに設置された膜、膜に設置され軸孔を含むディスク状形状を有するゲル・パッド；ゲル・パッドに設置され、軸孔、インプリント特徴を有する接触面を含むスタンパー、及び膜に設置されゲル・パッドとスタンパー両者の軸孔を貫通延在する中央ブロックから成るインプリント装置を含むことができる。

前述の且つ他の諸目的並びに諸利点は、添付の特許請求の範囲と添付図面に関連して行われる本発明の以下の詳細な説明を参照すれば当技術の熟知者には明らかであろう。

本発明によれば、ディスク基材上の対象インプリント領域にわたって均一なインプリント圧力を発生するパターン化された媒体接触構造が導入されているナノインプリント・システムを提供することができる。

本発明の諸特徴と諸利点が、以後明らかになる他の諸特徴、諸利点と同様に達成され一層詳細に理解可能となるように、先に短く要約した本発明のより具体的な説明は、明細書の一部をなす添付図面や、そこに図解されている本発明の実施態様を参照することで得ることができる。しかし、添付図面は本発明の一実施態様のみを図解しているため、又、本発明には他の同様に効果的な諸実施態様の余地があることから、本発明の範囲を限定するものであると考えるべきではないことに注意すべきである。

図５及び図６を参照すると、ディスク基材上で均一なインプリント圧力を達成するナノインプリント・システムの一実施態様が開示してある。本発明は外径部１０３、内径部１０７を定める軸孔１０５、半径方向に延在しているインプリント面１０９を備えたディスク基材１０１を構成する。ディスク基材１０１をインプリント面１０９に対面して支持する目的でチャック１１０が真空チャックとして使用される。

このシステムは更に開口部１１３を有する膜ストップ・リング１１１を構成する。膜１１５が膜ストップ・リング１１１内の開口部１１３を横切って延在し密封するように、膜ストップ・リング１１１にはマイラー膜（例えば厚さが大略３０μm）などのサスペンション機構又は膜１１５が設置してある。膜１１５にはゲル・パッド１１７が設置してある。厚さが大略１乃至２ｍｍのゲル・パッド１１７はスタンパー１２５を保持する応力緩衝部兼中間層として採用してある。ゲル・パッド１１７はゲル・パッド１１７の形状がディスク状又は円筒形であって実質的にディスク基材１０１と一致するよう外径部１１９と、内径部１２３を定める軸孔１２１とを有している。

ゲル・パッド１１７にはスタンパー１２５が設置してある。スタンパー１２５はスタンパー１２５の形状がディスク状か又は円筒形であり、実質的にディスク基材１０１と一致するよう外径部１２６と、内径部１３１を定める軸孔１２９とを備えている。スタンパー１２５は又、ディスク基材１０１のインプリント面１０９上にレジスト層をインプリントするインプリント特徴（図１及び図２を参照の事）を備えた接触面１２７を有している。一実施態様において、スタンパー１２５の接触面１２７の半径方向寸法は、ディスク基材１０１の内径部１０７、外径部１０３の間のディスク基材１０１の半径方向寸法未満なので、ディスク基材１０１のインプリント面１０９の半径方向寸法がディスク基材１０１の内径部１０７、外径部１０３の間のディスク基材１０１の半径方向寸法未満になっている（図６参照）。更にゲル・パッド１１７の半径方向寸法は、スタンパー１２５の接触面１２７の半径方向寸法と大略等しいか又は僅かにそれを下回る内径部１２３と外径部１１９の間の寸法であってもよい。

本発明は、膜１１５に設置され且つゲル・パッド１１７、スタンパー１２５及びディスク基材１０１の軸孔１２１，１２９，１０５を経て延在しチャック１１０と接触する中央ブロック１３３も含んでいる。一実施態様において、中央ブロック１３３は円筒形であり、それぞれゲル・パッド１１７、スタンパー１２５及びディスク基材１０１の軸孔１２１、１２９、１０５と同心状の軸方向に延在している。

図６に最も良く示されるように、中央ブロック１３３はゲル・パッド１１７、スタンパー１２５及びディスク基材１０１の合計値と大略等しい軸方向長さを有している。しかし、膜１１５に可撓性があるので、僅かの差（大きいにしろ小さいにしろ）では圧力の均一性に著しい影響はない。一実施態様において、中央ブロック１３３の軸方向寸法はスタンパー１２５とゲル・パッド１１７の結合された軸方向寸法より大きくなっている。その上、中央ブロック１３３は、ゲル・パッド１１７、スタンパー１２５及びディスク基材１０１と接触しないよう、それぞれゲル・パッド１１７、スタンパー１２５及びディスク基材１０１の半径方向寸法未満の半径方向寸法を有している。

再度図５を参照すると、本発明は更に、チャック１１０の位置を調整する１個以上の方向段１４１（例えば、x方向、y方向及びｚ方向）と１個以上の回転段１４３を構成している。チャック１１０と方向段１４１、回転段１４３との間にはロード・セル１４５とレベル機構１４７が位置付けられている。ディスク基材１０１を紫外線放射に露呈させる装置の上方に石英窓１４９が位置している。

空気圧をチャンバー１５１にかけ、膜１１５を介してスタンパー１２５を加圧し（図６の矢印参照）、かくしてディスク基材１０１上にインプリントする目的で密封された第１チャンバー（又は上方チャンバー）１５１が使用される。分離している密封された第２チャンバー（又は下方チャンバー）１５３はディスク基材１０１を内包し、この第２チャンバーはアルゴン又は窒素のような不活性ガスで排気又は排出可能である。インプリント動作は上下両方の第１チャンバー１５１、第２チャンバー１５３内の圧力を独立して操作することで制御可能である。

インプリント工程中に、上方チャンバーたる第１チャンバー１５１内側の空気が最初に吐出され、真空吸引力で膜１１５をスタンパー１２５とゲル・パッド１１７と共に石英窓１４９に対面するよう保持する。これはスタンパー・アセンブリーの待機位置である。第２チャンバー１５３を真空状態にポンプ・ダウンすることに続き、空気シリンダー１５２を励起させることで下方チャンバーたる第２チャンバー１５３を閉じると、上方チャンバーたる第１チャンバー１５１が徐々に大気中へ排気されて「真空インプリント」又は低圧インプリントを実行する。これらのステップは下方チャンバーたる第２チャンバー１５３内に真空環境を形成し、その後、低圧インプリント動作が実行される。一実施態様では、真空インプリント方法で適用可能な圧力範囲は０乃至約０.７０（ｋｇ/cm²）（１０ｐｓi）とすることができる。

ここで図７を参照すると、中央ブロックを利用しないインプリント・システムの例が比較目的のため図解してある。この例示的システムは図６に示されたものと類似しており、ディスク基材２０１、チャック２１０、ストップ２１１、膜２１５、ゲル・パッド２１７及びスタンパー２２５を含む。しかしながら、膜２１５は圧力を加える中央ブロックを備えていない。

図８に示される如く、図７の事例に中央ブロックが存在しないことは、システムの性能（実線８１を参照）に劇的な効果をもたらす。これと対比的に、図６に示された本発明の実施態様（点線８３参照）は大略５０％の著しく低減化されたエッジ効果という予期せぬ結果を生む。接触応力の均一性はギャップ寸法を変えるか、内径寸法と外径寸法を等しくするか、又はこの両方を実施することに依り更に改善できる。点線８５、８３はそれぞれ等しい内径寸法と外径寸法がある場合と無い場合での中央ブロック付きシステムの性能を表している。

その上、本発明は又、均一なインプリント圧力を達成するインプリント方法も含む。図９に示される如く、本方法はステップ９０から始まり、スタンパーと、外径、内径を定める軸孔及び半径方向に延在するインプリント面を有するディスク基材を提供するステップ９１と、スタンパー内の軸孔を介して中央ブロックを位置付けるステップ９３と、ディスク基材のインプリント面にレジストを適用するステップ９５と、中央ブロックも加圧されるようインプリント特徴でディスク基材のインプリント面上にレジスト層をインプリントすべくスタンパーを加圧するステップ９７と、及び段階９９にて示された如く終了する前に、スタンパーとディスク基材の分離に続きインプリント特徴を（例えば、紫外線放射を介して）硬化するステップ９８とを含むものである。ディスク基材上に残されたインプリント済みレジスト層はインプリント特徴の均一性と基礎層の均一性両方を備えている。

本方法は更に、スタンパーとゲル・パッドの合計軸方向寸法より大きい軸方向寸法を中央ブロックに備わせるステップと、中央ブロックがゲル・パッド、スタンパー及びディスク基材と非接触状態になるようにゲル・パッド、スタンパー及びディスク基材それぞれの内径の半径方向寸法以下の半径方向寸法を中央ブロックに備わせるステップとを含む。その上、本方法は更にディスク基材を方向性と回転性で調整するステップと、ディスク基材のロードとレベルを調整するステップと、ディスク基材を紫外線放射に露呈するステップとを含む。

以上、本発明をその諸形式の一部のみについて図解し又は説明をしてきたが、本発明はそれらに限定されず、本発明の範囲から逸脱せずに各種変更を許容できることが当技術の熟知者には明らかである。

従来のインプリンティング・マスターと基材の概略断面図である。ベース層の均一性が劣化したインプリント特徴と良好なインプリント特徴を比較した概略断面図である。従来の接触構成の断面図である。図３の従来の構成から生じる接触応力概要のグラフである。本発明に従って構成されたインプリント・システムの概略断面図である。本発明に従って構成されたインプリント接触構造の断面図である。中央ブロックのないインプリント接触構造の断面図である。図６と図７の設計から生じる接触応力概要の比較グラフである。本発明に従って構成された方法の一実施態様を表す高レベル流れ図である。

符号の説明

１７…レジスト層、
８１…実線、
８３…点線
８５…点線、
１０１…ディスク基材、
１０３…外径部、
１０５…軸孔、
１０７…内径部、
１０９…インプリント面、
１１０…チャック、
１１１…膜ストップ・リング、
１１３…開口部、
１１５…膜、
１１７…ゲル・パッド、
１１９…外径部、
１２１…軸孔、
１２３…内径部、
１２５…スタンパー、
１２６…外径部、
１２７…接触面、
１２９…軸孔、
１３１…内径部、
１３３…中央ブロック、
１４１…方向段、
１４３…回転段、
１４５…ロード・セル、
１４７…レベル機構、
１４９…石英窓、
１５１…第１チャンバー、
１５２…空気シリンダー、
１５３…第２チャンバー。

Claims

開口部を有する膜ストップ・リングと、
前記膜ストップ・リング内の開口部を横切って延在し、密封するように当該膜ストップ・リングに設置された膜と、
前記膜に設置され、軸孔を含むディスク状形状を有するゲル・パッドと、
前記ゲル・パッドに設置され、軸孔を含むディスク状形状及びインプリント特徴を有する接触面を有するスタンパーと、
前記膜に設置され、前記ゲル・パッドとスタンパーの軸孔を貫通延在する中央ブロックと、
を有することを特徴とするインプリント装置。
前記中央ブロックが円筒形であり、前記ゲル・パッドとスタンパー両者の軸孔と同心状で軸方向に延在する請求項１記載のインプリント装置。
前記ゲル・パッドとスタンパーの形状が円筒形であり、両者共に前記中央ブロックとは非接触状態になっている請求項１記載のインプリント装置。
前記中央ブロックが前記スタンパーとゲル・パッド両者の合計軸方向寸法より大きい軸方向寸法を有し、ゲル・パッドとスタンパーそれぞれの軸孔の半径方向寸法未満の半径方向寸法を有する請求項１記載のインプリント装置。
前記ゲル・パッドがその軸孔から前記スタンパー接触面の半径方向寸法に大略等しいかそれ未満である外径にわたり定められた半径方向寸法を有する請求項１記載のインプリント装置。
前記膜がマイラー膜である請求項１記載のインプリント装置。
更に、チャックと、前記スタンパーによるインプリントのために前記チャックに設置されたディスク基材と、前記チャックの位置を調整する方向付け段及び回転段と、前記チャックと方向付け段及び回転段との間のロード・セルと、前記ディスク基材を紫外線放射に露呈させる石英窓と、前記スタンパーを加圧してインプリントするための密封された第１チャンバーと、前記ディスク基材を内部に位置付ける密封された第２チャンバーと、を有する請求項１記載のインプリント装置。
均一なインプリント圧力を達成するナノインプリント・システムであって、
外径、内径を定める軸孔及び半径方向に延在するインプリント面を有するディスク基材と、
前記インプリント面に対抗して前記ディスク基材を支持するチャックと、
開口部を有する膜ストップ・リングと、
前記膜ストップ・リング内の開口部を横切って延在し、密封するように当該膜ストップ・リングに設置された膜と、
前記膜に設置され、外径及び実質的に前記ディスク基材と一致するよう内径を定める軸孔を有するゲル・パッドと、
前記ゲル・パッドに設置され、外径、実質的に前記ディスク基材と一致するよう内径を定める軸孔及び前記ディスク基材のインプリント面上にレジスト層をインプリントするインプリント特徴を備えた接触面を有するスタンパーと、
前記膜に設置され、前記ゲル・パッド、スタンパー及びディスク基材の軸孔を介して前記チャックと接触される中央ブロックと、
を有することを特徴とするナノインプリント・システム。
前記中央ブロックが円筒形であり、前記ゲル・パッド、スタンパー及びディスク基材の軸孔と一致する軸方向に延在している請求項８記載のナノインプリント・システム。
前記中央ブロックが、前記スタンパーとゲル・パッド両者の合計軸方向寸法より大きい軸方向寸法を有し、ゲル・パッド、スタンパー及びディスク基材とは非接触状態となるように、ゲル・パッド、スタンパー及びディスク基材それぞれの内径の半径方向寸法未満である半径方向寸法を有する請求項８記載のナノインプリント・システム。
前記ディスク基材のインプリント面の半径方向寸法が、ディスク基材の内径、外径両者間の半径方向寸法未満となるように、前記スタンパーの接触面がディスク基材の内外両直径の間のディスク基材の半径方向寸法未満の半径方向寸法を有する請求項８記載のナノインプリント・システム。
前記ゲル・パッドが前記スタンパー接触面の半径方向寸法に大略等しいか若しくはそれ未満である内側寸法と外側寸法間の半径方向寸法を有する請求項１１記載のナノインプリント・システム。
前記チャックが真空チャックであり、前記膜がマイラー膜である請求項８記載のナノインプリント・システム。
更に、前記チャック位置を調整する方向段及び回転段と、前記チャックと方向段及び回転段の間のロード・セルと、前記ディスク基材を紫外線放射に露呈させる石英窓と、前記スタンパーを加圧してインプリントするための密封された第１チャンバーと、前記ディスク基材を内部に位置付ける密封された第２チャンバーと、を有する請求項８記載のナノインプリント・システム。
均一インプリント圧力を達成するナノインプリント方法であって、
(a) スタンパーと、外径、内径を定める軸孔と半径方向に延在するインプリント面を有するディスク基材を提供するステップと、
(b) 前記スタンパー内の軸孔を通じて中央ブロックを位置付けるステップと、
(c) 前記ディスク基材のインプリント面にレジストを適用するステップと、
(d) 前記中央ブロックも加圧されるようにインプリント特徴付きディスク基材のインプリント面上にレジスト層をインプリントすべくスタンパーを加圧するステップと、
(e) 前記インプリント特徴部分を硬化させ、前記ディスク基材上のインプリント済みレジスト層がインプリント特徴の均一性と基礎層の均一性を有するよう前記スタンパーとディスク基材を分離するステップと、
を含むことを特徴とするナノインプリント方法。
前記ステップ（a）が更に、前記中央ブロックがスタンパーとゲル・パッドの合計軸方向寸法より大きい軸方向寸法を備わせるステップと、中央ブロックがゲル・パッド、スタンパー及びディスク基材との接触が無いよう中央ブロックにゲル・パッド、スタンパー及びディスク基材それぞれの内径の半径方向寸法未満の半径方向寸法を備わせるステップと、を含む請求項１５記載の方法。
更に、前記ディスク基材を方向面と回転面両方で調整するステップと、ディスク基材の負荷とレベルを調整するステップと、ディスク基材を紫外線放射に露呈するステップと、を含む請求項１５記載の方法。