JP2010537395A

JP2010537395A - 窒化ケイ素、炭化ケイ素、または酸窒化ケイ素膜を有するテンプレート

Info

Publication number: JP2010537395A
Application number: JP2010510369A
Authority: JP
Inventors: レズニック，ダグラス・ジェイ; マイスル，マリオ・ジェイ; セリニディス，コスタ・エス; シュ，フランク・ワイ
Original assignee: モレキュラー・インプリンツ・インコーポレーテッド
Priority date: 2007-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2010-12-02
Also published as: US7874831B2; WO2008150499A1; US20090004319A1; TW200907562A; KR20100031570A; US20100040718A1

Abstract

インプリント・リソグラフィ・テンプレートは、特に、本体であって、それに関連する第１の厚さを有する本体と、パターニング層であって、それに関連する第２の厚さを有し、複数のフィーチャを含み、これら複数のフィーチャがそれらに関連する第３の厚さを有するパターニング層とを含み、前記第２の厚さが、Ｃ₁×ｄ＜ｔ＜ａ／Ｃ₂によって定義され、ここで、ｄは前記第１の厚さであり、ｔは前記第２の厚さであり、ａは前記第３の厚さであり、Ｃ₁は２０よりも大きい値を有し、Ｃ₂は３５０よりも大きい値を有する。

Description

ナノ加工に関する。

ナノ加工は、例えば、ナノメートル以下の程度のフィーチャを有する非常に小さい構造体の製作を含む。ナノ加工がかなり大きい影響を及ぼしてきた一分野は集積回路の処理である。半導体処理産業は、基板に形成される単位面積当たりの回路を増加させながら、より高い製造歩留りに向けて努力し続けているので、ナノ加工はますます重要になっている。ナノ加工は、形成される構造体の最小フィーチャ寸法の一層の低減を可能にしながら、より優れたプロセス制御を実現する。ナノ加工が利用されている他の開発領域には、生物工学、光学技術、機械システムなどが含まれる。

例示的なナノ加工技法は、一般に、インプリント・リソグラフィと呼ばれる。例示的なインプリント・リソグラフィ・プロセスは、「ＭｅｔｈｏｄａｎｄａＭｏｌｄｔｏＡｒｒａｎｇｅＦｅａｔｕｒｅｓｏｎａＳｕｂｓｔｒａｔｅｔｏＲｅｐｌｉｃａｔｅＦｅａｔｕｒｅｓｈａｖｉｎｇＭｉｎｉｍａｌＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＶａｒｉａｂｉｌｉｔｙ」という名称の米国特許出願第１０／２６４，９６０号として出願された米国特許出願公開第２００４／００６５９７６号、「ＭｅｔｈｏｄｏｆＦｏｒｍｉｎｇａＬａｙｅｒｏｎａＳｕｂｓｔｒａｔｅｔｏＦａｃｉｌｉｔａｔｅＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆＭｅｔｒｏｌｏｇｙＳｔａｎｄａｒｄｓ」という名称の米国特許出願第１０／２６４，９２６号として出願された米国特許出願公開第２００４／００６５２５２号、および「ＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＰａｔｔｅｒｎｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｆｏｒＩｍｐｒｉｎｔＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙＰｒｏｃｅｓｓｅｓ」という名称の米国特許第６，９３６，１９４号などの多数の公報に詳細に説明されており、それらのすべてが本発明の譲受人に譲渡されている。

前述の米国特許出願公開および米国特許の各々に開示されているインプリント・リソグラフィ技法には、重合可能な層へのレリーフ・パターンの形成、および下にある基板へのレリーフ・パターンに対応するパターンの転写が含まれる。基板のパターニングを容易にするために所望の位置を得るように基板をステージ上に配置することができる。そのために、パターニング・デバイスが基板から間隔を置いて使用され、成形可能な液体がパターニング・デバイスと基板との間に存在する。液体は固化されてパターン化層を形成し、パターン化層はその中に記録されたパターンを有し、パターンは液体と接触したパターニング・デバイスの表面の形状に一致する。次に、パターニング・デバイスはパターン化層から分離され、その結果、パターニング・デバイスと基板は隔てられる。次に、基板およびパターン化層は、パターン化層内のパターンに対応するレリーフ像を基板に転写するプロセスにかけられる。

基板とパターニング・デバイスとの間で適切な配置方向を得ることができるように、パターニング・デバイスを基板に適切に位置合わせすることが望ましいことがある。そのために、パターニング・デバイスおよび基板は共にアライメント・マークを含むことができる。パターニング・デバイスと基板との間のアライメントを容易にする従来の方法は、パターニング・デバイスと異なる屈折率をもつ空気（またはガス）の間隙を生成するためにアライメント・マークのまわりに堀（モウト）を配置することを含み、堀は光学技法で感知することができるインターフェイスをもたらす。しかし、堀は望ましくないことがある。より具体的には、堀のあるアライメント・マークは基板上のパターンに転写されず、堀は大きい面積を消費することがあり、堀は流体流れに影響を与え、したがって、堀をパターン化区域内に任意に配置することができず、可撓性パターニング・デバイスでは形成可能な液体との重ね合わせの際に堀はパターニング・デバイスのアライメント・マーク領域を効果的に保持せず、その結果、パターンひずみが引き起こされる。

米国特許出願公開第２００４／００６５９７６号米国特許出願公開第２００４／００６５２５２号米国特許第６，９３６，１９４号

基板から間隔を置いて配置されたパターニング・デバイスを有するリソグラフィ・システムの略示側面図である。図１に示されたパターニング・デバイスの側面図である。図１にすべて示されている、基板上に配置された重合体材料に接触するパターニング・デバイスの側面図である。図１に両方とも示されている、基板との重ね合わせの際のパターニング・デバイスの略示正面図であり、一方向に沿ったミスアライメントを示す。図１に両方とも示されている、基板との重ね合わせの際のパターニング・デバイスのトップダウン図であり、２つの横方向に沿ったミスアライメントを示す。図１に両方とも示されている、基板との重ね合わせの際のパターニング・デバイスのトップダウン図であり、角度ミスアライメントを示す。パターン化層をその上に有する図１に示された基板の略示側面図である。薄膜を有する図１に示されたパターニング・デバイスの側面図である。厚膜を有する図１に示されたパターニング・デバイスの側面図である。歪みプロットの第１の例のプロットである。歪みプロットの第２の例のプロットである。その上に配置された層を有する図１に示されたパターニング・デバイスの側面図である。

図１を参照すると、基板１２上にレリーフ・パターンを形成するためのシステム１０が示される。基板１２を基板チャック１４に結合することができる。基板チャック１４は、参照により本明細書に組み込まれる、「Ｈｉｇｈ−ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＯｒｉｅｎｔａｔｉｏｎＡｌｉｇｎｍｅｎｔａｎｄＧａｐＣｏｎｔｒｏｌＳｔａｇｅｓｆｏｒＩｍｐｒｉｎｔＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙＰｒｏｃｅｓｓｅｓ」という名称の米国特許第６，８７３，０８７号に説明されているような、限定はしないが、真空式、ピンタイプ、溝タイプ、または電磁気式を含む任意のチャックとすることができる。基板１２および基板チャック１４をステージ１６上に支持することができる。さらに、ステージ１６、基板１２、および基板チャック１４を基部（図示せず）上に配置することができる。ステージ１６はｘ軸およびｙ軸に関して動きを与えることができる。

図１および２を参照すると、パターニング・デバイス１８は基板１２から隔てられる。パターニング・デバイス１８は本体２０およびパターニング層２２を含むことができる。パターニング層２２はその中に画定された複数のフィーチャ２４を恐らく有し、フィーチャ２４は突起２６および凹所２８を含む。さらなる実施形態では、パターニング層２２は実質的に平滑および／または平坦とすることができる。パターニング層２２は、基板１２上に形成されるべきパターンの基礎を形成する元のパターンを画定することができ、以下でさらに説明される。本体２０は溶融石英を含むことができるが、しかし、さらなる実施形態では、本体２０は、限定はしないが、石英、ケイ素、有機重合体、シロキサン重合体、ホウケイ酸ガラス、過フッ化炭化水素重合体、金属、および硬化サファイアを含むそのような材料から形成することができる。パターニング層２２は、限定はしないが、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、および炭化ケイ素を含むそのような材料から形成することができる。本体２０は厚さｔ₁を有することができ、パターニング層２２は厚さｔ₂を有することができ、フィーチャ２４は厚さｔ₃を有することができる。

図１を参照すると、パターニング・デバイス１８をチャック３０に結合することができ、チャック３０は、「Ｈｉｇｈ−ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＯｒｉｅｎｔａｔｉｏｎＡｌｉｇｎｍｅｎｔａｎｄＧａｐＣｏｎｔｒｏｌＳｔａｇｅｓｆｏｒＩｍｐｒｉｎｔＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙＰｒｏｃｅｓｓｅｓ」という名称の米国特許第６，８７３，０８７号に説明されているような、限定はしないが、真空式、ピンタイプ、溝タイプ、または電磁気式を含む任意のチャックとすることができる。さらに、パターニング・デバイス１８の移動を容易にするために、チャック３０をインプリント・ヘッド３２に結合することができる。

システム１０は流体分配システム３４をさらに含む。流体分配システム３４は、基板１２上に重合体材料３６を堆積させるように基板１２と流体連通することができる。システム１０は任意の数の流体分配器を含むことができ、流体分配システム３４はその中に複数の分配ユニットを含むことができる。任意の既知の技法、例えば、滴下分配、スピン・コーティング、浸漬コーティング、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、薄膜堆積、厚膜堆積などを使用して重合体材料３６を基板１２上に配置することができる。典型的には、重合体材料３６は、所望の容積がパターニング・デバイス１８と基板１２との間に画定される前に基板１２上に配置される。しかし、重合体材料３６は、所望の容積が得られた後に容積を満たすことができる。

システム１０は、経路４２に沿ってエネルギー４０を誘導するように結合されるエネルギー４０の供給源３８をさらに含む。供給源３８は紫外線エネルギーを生成することができる。しかし、熱、電磁気、可視光などのような他のエネルギー供給源を使用することができる。重合体材料３６の重合を開始するために使用されるエネルギーの選択は当業者には既知であり、一般に、所望の特定の用途によって決まる。重ね合わせられ、経路４２内に配置されるようにパターニング・デバイス１８および基板１２をそれぞれ配列するようにインプリント・ヘッド３０およびステージ１６は構成される。図３に示されるように、インプリント・ヘッド３０、ステージ１６、または両方がパターニング・デバイス１８と基板１２との間の距離を変更し、それらの間に重合体材料３６によって充填される所望の容積を画定する。さらに、パターニング・デバイス１８と基板１２との間のアライメントが望まれることがある。パターニング・デバイス１８と基板１２との間の所望のアライメントを確認すると、パターニング・デバイス１８と基板１２との間のパターン転写が容易になる。

図４を参照すると、パターニング・デバイス１８と基板１２との上述のアライメントを容易にするために、パターニング・デバイス１８はアライメント・マーク４４を含むことができ、基板１２はアライメント・マーク４６を含むことができる。本例では、パターニング・デバイス１８と基板１２との間の所望のアライメントは、アライメント・マーク４４がアライメント・マーク４６と重なり合う時に生じると仮定される。図４に示されるように、パターニング・デバイス１８と基板１２との間の所望のアライメントが行われておらず、それは２つのマークが距離Ｏだけオフセットされていることによって示されている。さらに、オフセットＯは一方向の直線的オフセットであるとして示されているが、オフセットは、図５に示されるように、Ｏ₁およびＯ₂として示される２方向に沿った直線的となる場合があることが理解されるべきである。一方向または２方向の前述の直線的オフセットに加えてまたはそれの代わりに、パターニング・デバイス１８と基板１２との間のオフセットは、さらに、角度Θとして図６に示される角度オフセットからなることもある。多数のアライメント・マスクは、さらに、組み合わせた他のオフセット（例えば、拡大歪み、斜行歪み、および台形歪み）を有することもある。

図１および７を参照すると、所望の容積が重合体材料３６で充填され、パターニング・デバイス１８と基板１２との間の所望のアライメントが得られた後、供給源３８はエネルギー４０、例えば広帯域紫外線放射を生成し、それが重合体材料３６を固化および／または架橋させ、基板１２の表面４８およびパターニング・デバイス１８の形状が一致し、基板１２上にパターン化層５０が画定される。パターン化層５０は残差層５２ならびに突起５４および凹所５６を含むことができる。さらなる実施形態では、パターン化層５０を形成した後、パターン化層５０のパターンを基板１２内にまたは下にある層（図示せず）に転写するか、または機能材料として使用することができる。

ステージ１６、インプリント・ヘッド３０、流体分配システム３４、および供給源３８とデータ通信しており、メモリ６０に記憶されたコンピュータ読取り可能プログラム上で動作するプロセッサ５８によってシステム１０を調整することができる。

図１および２を参照すると、そのために、上述のように、基板１２とパターニング・デバイス１８との間のアライメントが望まれることがある。アライメントを容易にするために、パターニング・デバイス１８と基板１２上に配置された重合体材料３６との間のコントラストを向上させることが望まれることがあり、その結果、基板１２とパターニング・デバイス１８との間の液中アライメントが実現されることがある。パターニング・デバイス１８と重合体材料３６との間のコントラストを向上させるために、パターニング・デバイス１８のパターニング層２２は、限定はしないが、上述のように窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、および炭化ケイ素を含むそのような材料から形成することができる。しかし、以下でさらに説明されるように、支障がなければ、パターニング層２２内の歪みを最小にするようにパターニング層２２の厚さｔ₂を選択することができる。

図８を参照すると、パターニング層２２の厚さｔ₂の大きさがパターニング層２２の薄膜歪みをもたらすことがある。より具体的には、パターニング層２２の形成中に、パターニング層２２は、その中にフィーチャ２４を画定するためにその一部を除去するためのエッチング・プロセスにさらされることがある。しかし、パターニング層２２の厚さｔ₂がフィーチャ２４の厚さｔ₃の２０未満の範囲内の大きさを有する場合、応力緩和がパターニング層２２内に引き起こされ、その結果、パターニング層２２の薄膜応力歪みがもたらされることがあり、それは望ましくない。これは、パターニング層２２の厚さｔ₂と比較してかなりのサイズ（すなわちフィーチャ２４の厚さｔ₃）を有するフィーチャ２４を画定するためにエッチング中にパターニング層２２の一部を除去することの結果である。さらに、本体２０の厚さｔ₁がパターニング層２２の厚さｔ₂よりも実質的に大きい結果として、熱歪みを小さくすることができる。

図９を参照すると、さらに、パターニング層２２の厚さｔ₂の大きさがパターニング層２２の熱歪みをもたらすことがある。より具体的には、パターニング層２２の厚さｔ₂が本体２０の厚さｔ₁の１／３５０を超える範囲内の大きさを有する場合、パターニング・デバイス１８の遠視野歪みが、本体２０およびパターニング層２２を構成する材料の熱膨張差の結果として生じることがある。前述の熱歪みは、本体２０およびパターニング層２２のインターフェイスにおいて、フィーチャ２４に対して非線形分布を伴い、パターン化層２２の周辺６１で最大歪みを伴う引張りまたは圧縮効果を引き起こすことがある。さらに、前述の熱歪みはパターニング・デバイス１８の面外方向曲げ効果を引き起こすことがあり、この面外方向曲げ効果は、パターニング・デバイス１８が例えば近接アライメント中に基板１２上の重合体材料３６と完全に接触する前に、面内歪みをさらに増大させることがある。しかし、パターニング層２２の厚さｔ₂がフィーチャ２４の厚さｔ₃よりも実質的に大きい結果として、パターンをエッチングすることからの局所的な歪みを小さくすることができる。

図２を参照すると、そのために、パターニング層２２の厚さｔ₂は、支障がなければ、上述のパターニング層２２の薄膜歪みおよび熱歪みを共に最小にするような厚さまたは層厚の範囲を有することが望ましいことがある。より具体的には、パターニング層２２の厚さｔ₂は、
ｃ₁×ｔ₃＜ｔ₂＜ｔ₁／ｃ₂ （１）
ように定義することができ、

ここで、ｃ₁およびｃ₂はパターニング層２２のエッチング・ベースの応力緩和歪みおよび熱歪みに対してより優れた安定性をもたらすように定義され、ｃ₁は２０よりも大きくすることができ、ｃ₂は３５０よりも大きくすることができる。パターニング・デバイス１８の一例では、７００μｍの厚さｔ₁を有する本体２０および１００ｎｍの厚さｔ₃を有するフィーチャ２４の場合、パターニング層２２の厚さｔ₂は２μｍとすることができる。パターニング・デバイス１８のさらなる例では、０．７ｍｍから６．３５ｍｍの厚さｔ₁を有する本体２０および１００ｎｍの厚さｔ₃を有するフィーチャ２４の場合、パターニング層１０２の厚さｔ₂は、パターニング層２２の堆積中の薄膜応力、および本体２０の組成と比較したパターニング層２２の特定の組成の相対熱膨脹係数に応じて、１００ｎｍ〜５μｍの範囲を有することができる。

２μｍの厚さｔ₂および窒化ケイ素の組成を有するパターニング層２２に関する例示的なｘ方向歪みプロットが図１０ａ、１０ｂ、１１ａ、および１１ｂに示される。図１０ａおよび１０ｂは、１℃、Ｅ_Film＝３００ＧＰａ、およびＣＴＥ_Film＝３．５ｐｐｍ／℃の場合の、厚さｔ₁が６．３５ｍｍである本体２０上の２ミクロン膜の歪みであり、図１０ａは自由に曲がることができ、δ_{x max}＝０．２３ｎｍであり、図１０ｂは平坦に保持されており、δ_{x max}＝０．１１ｎｍである。図１１ａおよび１１ｂは、１℃、Ｅ_Film＝３００ＧＰａ、およびＣＴＥ_Film＝３．５ｐｐｍ／℃の場合の、厚さｔ₁が０．７００ミクロンである本体２０上の２ミクロン膜の歪みであり、図６ａは自由に曲がることができ、δ_{x max}＝１．１ｎｍであり、図６ｂは平坦に保持されており、δ_{x max}＝０．３９ｎｍである。

図１２を参照すると、さらなる実施形態において、層６２をパターン化層２２上に配置することができる。層６２は、重合体材料３６からの分離および／または重合体材料３６の濡れを容易にすることができる。さらなる実施形態では、層６２は酸化物を含むことができる。

上述の本発明の実施形態は例示的である。本発明の範囲内にとどまりながら、多くの変更および変形を上述で記載された開示に行うことができる。したがって、本発明の範囲は上述の説明によって限定されるべきでなく、代わりに、添付の特許請求の範囲をそれの等価物の全範囲と共に参照しながら決定されるべきである。

１０システム；１２基板；１４基板チャック；１６ステージ；
１８パターニング・デバイス；２０本体；２２パターニング層；
２４フィーチャ；２６突起；２８凹所；３０チャック；
３２インプリント・ヘッド；３４流体分配システム；３８供給源；
５８プロセッサ；６０メモリ。

Claims

インプリント・リソグラフィ・テンプレート本体であって、第１の厚さを有するインプリント・リソグラフィ・テンプレート本体と、
インプリント・リソグラフィ・テンプレート・パターニング層であって、る第２の厚さを有し、複数のフィーチャを含み、前記複数のフィーチャが第３の厚さを有する、インプリント・リソグラフィ・テンプレート・パターニング層と
を含むインプリント・リソグラフィ・テンプレートにおいて、
前記第２の厚さｔが、
ｃ₁×ｄ＜ｔ＜ａ／ｃ₂
によって定義され、
ここで、ｄは前記第１の厚さであり、ｔは前記第２の厚さであり、ａは前記第３の厚さであり、ｃ₁は２０よりも大きい値を有し、ｃ₂は３５０よりも大きい値を有すること
を特徴とする、インプリント・リソグラフィ・テンプレート。
前記複数のフィーチャが複数の突起および凹所を含む、請求項１に記載のテンプレート。
上塗り層をさらに含み、前記インプリント・リソグラフィ・テンプレート・パターニング層が前記インプリント・リソグラフィ・テンプレート本体と前記上塗り層との間に配置され、前記上塗り層が前記インプリント・リソグラフィ・テンプレートに接触する材料からの分離を容易にする、請求項１に記載のテンプレート。
上塗り層をさらに含み、前記インプリント・リソグラフィ・テンプレート・パターニング層が前記インプリント・リソグラフィ・テンプレート本体と前記上塗り層との間に配置され、前記上塗り層が前記インプリント・リソグラフィ・テンプレートに接触する材料の濡れを容易にする、請求項１に記載のテンプレート。
インプリント・リソグラフィ・テンプレート本体であって、第１の厚さを有するインプリント・リソグラフィ・テンプレート本体と、
インプリント・リソグラフィ・テンプレート・パターニング層であって、第２の厚さを有し、複数のフィーチャを含み、前記複数のフィーチャが第３の厚さを有する、インプリント・リソグラフィ・テンプレート・パターニング層と
を含むインプリント・リソグラフィ・テンプレートにおいて、
前記第２の厚さｔが、
ｃ₁×ｄ＜ｔ＜ａ／ｃ₂
によって定義され、
ここで、ｄは前記第１の厚さであり、ｔは前記第２の厚さであり、ａは前記第３の厚さであり、ｃ₁は２０よりも大きい値を有し、ｃ₂は３５０よりも大きい値を有し、前記インプリント・リソグラフィ・テンプレート・パターニング層が、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、および炭化ケイ素からなる１組の材料から選択された材料を含むこと、
を特徴とするインプリント・リソグラフィ・テンプレート。
前記第２の厚さは、その応力および熱歪みが最小にされるような大きさを有する、請求項５に記載のテンプレート。
前記複数のフィーチャが複数の突起および凹所を含む、請求項５に記載のテンプレート。
上塗り層をさらに含み、前記インプリント・リソグラフィ・テンプレート・パターニング層が前記本体と前記上塗り層との間に配置され、前記上塗り層が前記テンプレートに接触する材料からの分離を容易にする、請求項５に記載のテンプレート。
上塗り層をさらに含み、前記インプリント・リソグラフィ・テンプレート・パターニング層が前記本体と前記上塗り層との間に配置され、前記上塗り層が前記テンプレートに接触する材料の濡れを容易にする、請求項５に記載のテンプレート。
インプリント・リソグラフィ・テンプレート本体であって、第１の厚さを有するインプリント・リソグラフィ・テンプレート本体と、
インプリント・リソグラフィ・テンプレート・パターニング層であって、第２の厚さを有し、複数のフィーチャを含み、前記複数のフィーチャが第３の厚さを有する、インプリント・リソグラフィ・テンプレート・パターニング層と
を含むインプリント・リソグラフィ・テンプレートにおいて、
前記第２の厚さｔが、
ｃ₁×ｄ＜ｔ＜ａ／ｃ₂
によって定義され、
ここで、ｄは前記第１の厚さであり、ｔは前記第２の厚さであり、ａは前記第３の厚さであり、ｃ₁は２０よりも大きい値を有し、ｃ₂は３５０よりも大きい値を有し、前記第２の厚さは、その応力および熱歪みが最小にされるような大きさを有すること
を特徴とする、インプリント・リソグラフィ・テンプレート。
前記複数のフィーチャが複数の突起および凹所を含む、請求項１０に記載のテンプレート。
上塗り層をさらに含み、前記インプリント・リソグラフィ・テンプレート・パターニング層が前記本体と前記上塗り層との間に配置され、前記上塗り層が前記テンプレートに接触する材料からの分離を容易にする、請求項１０に記載のテンプレート。
上塗り層をさらに含み、前記インプリント・リソグラフィ・テンプレート・パターニング層が前記本体と前記上塗り層との間に配置され、前記上塗り層が前記テンプレートに接触する材料の濡れを容易にする、請求項１０に記載のテンプレート。