JP2012507173A - ステージ制御用光学システム - Google Patents

Abstract

インプリント・リソグラフィは、インプリントの際にテンプレートと基板間の正確なアライメントから利益を得る。テンプレートと基板上の表示から生じるモアレ信号が、高帯域幅の低遅延信号を提供するライン走査カメラとデジタル・マイクロミラー装置（ＤＭＤ）を含むシステムによって取得される。取得した後、モアレ信号をそのまま使用して、個別の位置／角度エンコーダの必要なしにテンプレートと基板を位置合わせすることができる。

Description

（優先権と関連出願）
本出願は、２００８年１０月２８日に出願された米国仮出願第６１／１０８，９４１号と２００９年１０月１６日に出願された米国特許出願第１２／５８０，３２４号の優先権を主張しかつこれらの出願に関連し、これらの両方の出願は、教示し開示する全ての内容に関して参照により本明細書に組み込まれる。

ナノ加工は、約１００ナノメートル以下のフィーチャを有するきわめて小さな構造の加工を含む。ナノ加工がかなり大きい効果を有する１つの用途は、集積回路の処理である。半導体処理産業は、基板上に形成される単位面積当たりの回路を増大させると同時に高い生産歩留まりを目指す努力をし続けており、したがって、ナノ加工はますます重要になってきている。ナノ加工は、形成される構造物の最小フィーチャ寸法を縮小し続けながらより優れたプロセス制御を提供する。ナノ加工が利用されてきた他の開発分野には、バイオテクノロジー、光学技術、機械システムなどがある。

今日使用されている例示的なナノ加工技術は、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、米国特許公開第２００４／００６５９７６号； 米国特許公開第２００４／００６５２５２号； 「Functional Patterning Material for Imprint Lithography Processes」と題する米国特許第６，９３６，１９４号などの、多くの公報に詳細に述べられており、これらの文献はすべて、参照により本出願に組み込まれる。

上述の米国特許出願と特許のそれぞれに開示されたインプリント・リソグラフィ技術は、成形可能層におけるレリーフ・パターンの形成と、そのレリーフ・パターンに対応するパターンを下の基板に転写することを含む。基板は、実質的に光を透過してもよい。パターニング・プロセスを容易にするのに望ましい位置決めを可能にするために、基板は、移動ステージに結合されてもよい。パターニング・プロセスは、基板から離間されたテンプレートと、テンプレートと基板の間に塗布される成形可能液体とを使用する。成形可能液体は凝固して、成形可能液体と接触するテンプレートの表面の形状に合致するパターンを有する硬質層が形成される。凝固後、テンプレートが硬質層から分離され、その結果、テンプレートと基板が離間される。次に、基板と凝固層は、凝固層のパターンに対応するレリーフ像を基板に転写する更に他のプロセスにかけられる。

インプリント・リソグラフィにおいて、製造不良を最小するためにテンプレートに対する基板の正確なアライメントが必要とされる。一般に、このアライメントは、較正し維持するのが難しく高価な、複雑または高価な干渉計装置を必要とすることがある。さらに、インプリント・リソグラフィにおいて基板の十分な画像を得ることが困難であることが分かっている。

基板から離間された型を有するリソグラフィ・システムの単純化された側面図である。 パターン層を上に有する図１に示された基板の側面図である。 インプリント・プロセス中のテンプレートと基板の撮像を提供する例示的な光学システムを示す図である。 ステージ・エンコーダを使用してステージ・コントローラにフィードバックを提供することによりステージの移動を制御する例示的な方法のブロック図である。 専用のステージ・エンコーダなしにモアレ・パターンを使用してステージの移動を制御する例示的な方法のブロック図である。

（説明的アーキテクチャ）
図を参照し、詳細には図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に使用されるリソグラフィ・システム１０が示されている。基板１２は、基板チャック１４に結合されることがある。図示されたように、基板チャック１４は、真空チャックである。しかしながら、基板チャック１４は、真空式、ピン型、溝型、電磁気式などを含むがこれらに限定されない任意のチャックでよい。例示的なチャックは、米国特許第６，８７３，０８７号に記載されており、この特許は、参照により本明細書に組み込まれる。

基板１２と基板チャック１４は、更に、ステージ１６によって支持されてもよい。ステージ１６は、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸のまわりの動きを提供してもよい。ステージ１６、基板１２および基板チャック１４は、台（図示せず）上に配置されてもよい。

テンプレート１８は基板１２から離間されている。テンプレート１８は、一般に、基板１２の方に延在するメサ２０を有し、メサ２０はパターニング面２２を有する。さらに、メサ２０は、型２０と呼ばれることがある。テンプレート１８および／または型２０は、溶融石英、石英、シリコン、有機重合体、シロキサン重合体、ホウケイ酸ガラス、フルオロカーボン重合体、金属、硬化サファイアなどを含むがこれらに限定されない材料から形成されてもよい。図示されたように、パターニング面２２は、複数の離間したくぼみ２４および／または突出部２６によって画定されたフィーチャを有するが、本発明の実施形態は、そのような構成に限定されない。パターニング面２２は、基板１２上に形成されるパターンの基礎を構成する任意の原本パターンを画定してもよい。

テンプレート１８は、テンプレート・チャック２８に結合されてもよい。テンプレート・チャック２８は、真空式、ピン型、溝型、電磁気式および／または他の類似のチャック型として構成されてもよいが、これらに限定されない。例示的なチャックは、更に、米国特許第６，８７３，０８７号に記載されており、この特許は、参照により本明細書に組み込まれる。さらに、テンプレート・チャック２８は、インプリント・ヘッド３０に結合され、その結果、テンプレート・チャック２８および／またはインプリント・ヘッド３０が、テンプレート１８を移動させるように構成されてもよい。

システム１０は、さらに、流体分注システム３２を有してもよい。流体分注システム３２は、基板１２上に重合性材料３４を付着させるために使用されることがある。重合性材料３４は、液滴分注、回転塗布、浸せき塗布、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、薄膜蒸着、厚膜蒸着などの技術を使用して基板１２上に位置決めされてもよい。重合性材料３４は、設計検討事項に応じて型２２と基板１２の間に所望の体積が画定される前および／または後に、基板１２上に配置されてもよい。重合性材料３４は、米国特許第７，１５７，０３６号と米国特許公開第２００５／０１８７３３９号に記載されたような単量体混合物を含んでもよく、これらの文献は全て、参照により本願に組み込まれる。

図１と図２を参照すると、システム１０は、更に、経路４２に沿ってエネルギー４０を導くように結合されたエネルギー源３８を含んでもよい。インプリント・ヘッド３０とステージ１６は、テンプレート１８と基板１２を経路４２に重ね合わせて位置決めするように構成されてもよい。システム１０は、ステージ１６、インプリント・ヘッド３０、流体分注システム３２および／またはエネルギー源３８と通信するプロセッサ５４によって調整されてもよく、またメモリ装置５６に記憶されたコンピュータ可読プログラムで動作してもよい。

インプリント・ヘッド３０若しくはステージ１６またはこれらの両方は、型２０と基板１２の間の距離を変化させて、これらの間に重合性材料３４で満たされる所望の体積を画定してもよい。例えば、インプリント・ヘッド３０は、型２０が重合性材料３４と接触するようにテンプレート１８に力を加える。所望の体積が重合性材料３４で満たされた後、エネルギー源３８は、エネルギー４０（例えば、広帯域紫外線放射）を生成して、基板１２の表面４４およびパターニング面２２の形状に合致するように重合性材料３４を凝固させかつ／または架橋して、基板１２上にパターン層４６を画定する。パターン層４６は、残留層４８と、突出部５０とくぼみ５２として示された複数のフィーチャを有し、突出部５０は厚さｔ₁を有し、残留層は厚さｔ₂を有する。

前述のシステムと工程は、更に、米国特許第６，９３２，９３４号、米国特許公開第２００４／０１２４５６６号、米国特許公開第２００４／０１８８３８１号および米国特許公開第２００４／０２１１７５４号で言及されているインプリント・リソグラフィ法およびシステムで使用されてもよく、これらの各文献は、参照により本明細書に組み込まれる。

テンプレート１８と基板１２の間に重合性材料３４を配置する１つの方法は、基板１２の表面４４に重合性材料３４の複数の小滴を付着させることによるものでよい。その後、重合性材料３４は、テンプレート１８と基板１２の両方と同時に接触し、重合性材料３４が基板１２の表面に広がることがある。このプロセス中、基板１２に対するテンプレート１８の向きが重要になることがある。

その他の実施形態では、以上述べたことは、任意の既知の技術、例えば、フォトリソグラフィ（Ｇ線、Ｉ線、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、および１３．２〜１３．４ｎｍを含む様々な波長）、コンタクト・リソグラフィ、電子ビーム・リソグラフィ、Ｘ線リソグラフィ、イオンビーム・リソグラフィ、および原子線リソグラフィで使用されてもよい。

「Fluid Dispensing and Drop-On-Demand Dispensing for Nano-Scale Manufacturing」と題する米国特許出願第１１／１４３，０９２号として出願された米国特許出願公開第２００５／０２７０３１２号と、「Dispense Geometry to Achieve High-Speed Filling and Throughput」と題する米国特許出願第１０／７１４，０８８号として出願された米国特許出願公開第２００５／０１０６３２１号とに記載されているような現在のインプリント・リソグラフィ・システムおよび方法は、参照により本明細書に組み込まれ、ドロップオンデマンド技術を使用してインプリント処理前に基板上に重合性材料の液滴を配置する。流体ディスペンサは、別々の体積で別々の場所に流体を分注する。この方法は、そのような制約を有するドロップオンデマンド応用例を使用する任意のインプリント・システムに有用である。

（光学システム）
図３は、インプリント・プロセス前とその最中にテンプレート１８および／または基板１２の撮像を提供するための例示的な光学システム６０を示す。例えば、光学システム６０は、ステージ１６（図１に示された）の移動によってテンプレート１８と基板１２のアライメントを容易にするために、テンプレート１８、基板１２またはこれらの両方の実時間またはほぼ実時間の撮像を提供する。他の実施態様では、ステージ１６は、テンプレート１８が移動している間静止したままでよい。

光学システム６０は、顕微鏡６２、照明装置６１、デジタル・マイクロミラー装置（ＤＭＤ）６４、および取得装置６６を含んでもよい。例示的なＤＭＤ６４には、テキサス州ダラスにある企業テキサス・インスツルメントによって製造されたＤＭＤ Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙがある。ＤＭＤ６４は、テンプレート１８、基板１２またはこれらの両方から光を得るために顕微鏡６２に光学的に結合されることがある。プロセッサ５４（図１に示された）は、ＤＭＤ６４を制御し管理してもよい。

照明装置６１からの光は、テンプレート１８と基板１２を照明する。テンプレート１８は、アライメントに使用されることがある基準マーク、表面フィーチャまたは他のしるしを含んでもよい。基板１２も、アライメントに使用されることがある基準マーク、表面フィーチャまたは他のしるしを含んでもよい。照明されたとき、テンプレート１８と基板１２の基準マークの組み合わせが、モアレ・パターンを作成することがある。

テンプレート１８、基板１２またはこれらの両方の特定の領域からの光が、ＤＭＤ６４によって取得装置６６に反射されてもよい。ＤＭＤ６４の特定のマイクロミラーを高い切り替え速度でアドレス指定することができるので、高いデータ転送速度と高いデータ取得速度が可能になり、また光の向きを選択的に変更してサンプリングを柔軟にすることができる。

いくつかの実施態様では、テンプレート１８、基板１２またはこれらの両方の多数の領域からの光が、取得装置６６に導かれてもよい。例えば、取得装置６６が、一次元配列の検出要素を有するライン走査カメラを含む場合、ＤＭＤ６４は、テンプレート１８、基板１２またはこれらの両方のいくつかの領域からの光を配列に導くことができる。ライン走査カメラは、ＤＭＤ６４で使用するのに適したキロヘルツ範囲の走査速度を提供する。

これらのいくつかの領域は、ＤＭＤ６４がテンプレート１８、基板１２またはこれらの両方のラスタ・スキャンを提供しているときなど、互いに隣り合っていてもよく連続していてもよい。しかしながら、他の実施態様では、いくつかの領域は、隣り合っていなくてもよく連続していなくてもよい。例えば、ＤＭＤ６４は、いくつかの本質的に異なる領域から取得装置６６上に光を導いてもよい。したがって、例えば、第１の領域からの光が、ＤＭＤを介して第１の検出器に導かれ、第２の領域からの光が、ＤＭＤを介して第２の検出器に導かれてもよく、サンプリングされた各領域からの光は、異なる検出器に導かれる。他の実施態様では、多数の領域からの光が単一の検出要素に導かれてもよい。

取得装置６６は、入射する光に敏感な検出器でよい。光の波長と強さにより、様々な検出器が使用されてもよい。例えば、可視光線が使用されるとき、取得装置６６は、電荷結合素子（ＣＣＤ）または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）でよい。他の実施態様では、検出器には、マイクロボロメータ、光電子増倍管、多陽極マイクロチャネル・アレイなどがある。検出器は、単一の検出要素、ライン走査カメラなどの一次元配列の検出要素、またはＣＣＤチップなどの二次元配列の検出要素を含んでもよい。

単一検出器が使用される場合、光学システム６０全体の帯域幅が、ＤＭＤ６４の更新率と検出器の検出間隔によって限定されてもよい。ＤＭＤ６４の更新率は、マイクロミラーの向きを変化させ、したがって入ってくる入射光の向きを変化させるために必要な時間間隔である。検出間隔は、入ってくる電磁放射を検出器が受け取り出力を生成することができる最小時間である。

光学システム６０は、ＤＭＤ６４と取得装置６６の間に配置されて取得装置６６内の検出器に光を集束するのに適したレンズ６８を含んでもよい。一般に、顕微鏡６２は、ＤＭＤ６４に画像を提供することができる。この用途に使用されるとき、画像は、個別の画素ならびに絵を形成する画素配列を含む。各画素は、特定の地域からの光を表す。

符号体系が提供されてもよい。例えば、画像を圧縮的に符号化するために、モアレ信号がフーリエ領域内で疎であるという特性に依存する符号体系が使用されてもよい。例示的な符号体系は、Ｄｕａｒｔｅらによる「Single-pixel imaging via compressive sampling」IEEE Signal Processing Magazine, 25(2), March 2008, 83と、Ｍａｒｃｉａらによる「Acoustics, Speech and Signal Processing」IEEE International Conference, March 31,2008, ICASSP 2008に記載されており、それぞれの文献は、参照により本明細書に組み込まれる。

（ステージ制御）
テンプレート１８、基板１２またはこれらの両方は、作成中に移動することがあるので、生産不良を阻止しないにしても最小にするためには、これらの２つの間の正確なアライメントが望ましい。移動は、２つの直交軸（Ｘ，Ｙ）含む平面内の平行移動、平面に対して直角な軸のまわりの回転（θ）、またはこれらの両方を含んでもよい。図４に示されたように、現行の実施形態は、インプリント・リソグラフィの際にステージ１６の位置を検出するためにエンコーダ８０を使用する。そのようなエンコーダは、光学式エンコーダまたは干渉計でよい。

図４のシステムは、ステージ・コントローラ８２に情報を提供するエンコーダ８０によってステージ１６の現在位置を決定する。しかしながら、このシステムは、エンコーダ８０によって導入される処理遅延と、これに対応しそのようなエンコーダ８０を維持し較正する際の犠牲と困難さを伴う。

図５は、エンコーダ８０を使用せずにステージ１６の移動によってテンプレート１８と基板１２との正確な位置合わせ（アライメント）をすることができるようにする情報を提供するモアレ・パターンの使用のフローチャートを示す。前述のように、テンプレート１８と基板１２はそれぞれ基準マークを有する。照明されたとき、これらの基準マークは、モアレ・パターンを生成する。例示的なパターン検出方法は、米国特許公開第２００４／０１８９９９６号に詳細に述べられており、この特許は、参照により本明細書に組み込まれる。

モアレ・パターンは、ミスアライメントの程度によって予想通りに変化するので、これにより、所望のアライメントを得るのに必要な相対変位を計算することができる。したがって、エンコーダ８０を使用せずに、モアレ・パターンをそのまま使用して、ステージ１６に関する位置決め情報を提供し、ステージ１６の移動を駆動することができる。モアレ・パターンをそのまま使用することによって、Ｘ、Ｙおよびθアライメントの収束時間の大幅な短縮を実現することができる。さらに、アライメント定常値を５ナノメートル以下のレベルに縮小することができる。さらに、ステージ１６のＸ、Ｙおよびθ移動が、より安定した閉ループ制御を実現することがある。

例えば、光学システム６０は、テンプレート１８と基板１２の画像をほぼ実時間で提供するので、アライメント・コントローラ８４ａは、Ｘモアレ、Ｙモアレおよびθモアレ・パターンを処理してステージ１６の位置決め情報を提供する。アライメント・コントローラ８４ａが、ステージ１６の変位情報と現在位置を提供するので、ステージ・コントローラ８２ａは、ステージを調整してテンプレート１８と基板１２との位置合わせ（アライメント）をすることができる。いくつかの実施態様では、ステージ・コントローラ８２ａは、開ループ・ジョギング・モードで動作してもよい。

さらに、エンコーダ８０を使用せずまたは使用量を減らしモアレ・パターンを使用することによって、ステージ１６の検出が局所化され、その結果フィードバック・ループの性能が改善されることがある。これにより、アライメント中の対象領域から直接モアレ・パターンが観察されるので、アライメント・フィードバック・ループ性能の劇的な改善が実現される。換言すると、相対的アライメントが、きわめて適切な場所で検出される。

いくつかの実施態様では、このモアレ・パターン・アライメント方法から利益を得るために、既存のエンコーダ８０を除去しなくてもよいことを理解されたい。例えば、エンコーダ８０がある場合は、その出力を軽減するか補助入力として使用してもよい。

以上の述べた本発明の実施形態は例示的である。本発明の範囲内にある上記の開示に対する多くの変更と修正を行なうことができる。したがって、本発明の範囲は、以上の説明によって限定されるべきでなく、むしろその添付の特許請求の範囲をその等価物の全範囲と共に参照して決定されるべきである。

１２…基板、１８…テンプレート、６０…光学システム、６１…照明装置、６２…顕微鏡、６６…取得装置、６８…レンズ

Claims (20)

1. テンプレートと基板との位置合わせをする位置合わせ方法であって、
   前記基板と前記テンプレートとが対応するフィーチャを有し、デジタル・マイクロミラー装置（ＤＭＤ）によって前記テンプレートを介して前記基板を走査する段階と、
   前記基板上の前記フィーチャと前記テンプレート上の前記フィーチャ間の光の相互作用により生じるモアレ信号を測定する段階と、
   前記測定されたモアレ信号に基づいてミスアライメントを決定する段階と
   を含む、位置合わせ方法。
2. 前記ＤＭＤが、前記基板、前記テンプレートまたはこれらの両方の上の領域から検出器要素に光を導く、請求項１に記載の位置合わせ方法。
3. 前記決定されたミスアライメントに応じて前記基板と前記テンプレート間のアライメントを調整する段階をさらに含む、請求項１または２に記載の位置合わせ方法。
4. ＤＭＤが、光を前記基板上の複数の不連続領域から複数の検出器要素に、前記不連続領域のそれぞれが１つの検出器要素に対応するようにして導く、請求項１〜３のいずれか１項に記載の位置合わせ方法。
5. 撮像する段階が、圧縮サンプリングする段階を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の位置合わせ方法。
6. 前記モアレ信号が、フーリエ領域で疎でありかつ圧縮的に符号化される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の位置合わせ方法。
7. 前記アライメントが、前記テンプレート、前記基板またはこれらの両方を、２つの直交軸を含む平面内で移動させる段階、前記平面に対して直角の軸のまわりで回転させる段階、またはこれらの両方の段階を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の位置合わせ方法。
8. インプリント・リソグラフィ用の命令であって、プロセッサによって実行されると、
   前記基板上のフィーチャと前記テンプレート上のフィーチャ間の相互作用によって生成されたモアレ信号を、デジタル・マイクロミラー装置（ＤＭＤ）で取得し、
   前記モアレ信号に応じて前記テンプレートと前記基板との位置合わせをすることを含む動作を前記プロセッサに実行させる
   インプリント・リソグラフィ用の命令を記憶した１つまたは複数のコンピュータ可読記憶媒体。
9. 位置合わせをする段階が、閉制御ループを含む、請求項８に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
10. 前記基板上のフィーチャと前記テンプレート上のフィーチャとが、周波数領域内で疎のモアレ信号を生成するように構成された、請求項８または９に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
11. 前記モアレ信号の取得が、更に、前記ＤＭＤに指示して前記モアレ信号の前記光の少なくとも一部分を検出器に反射させる段階を含む、請求項８〜１０のいずれか１項に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
12. 前記検出器が、線形配列の検出要素を含む、請求項１０に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
13. 第１の領域からの前記モアレ信号からの光の少なくとも一部分が、前記ＤＭＤを介して第１の検出要素に導かれ、実質的に同時に第２の領域からの前記モアレ信号からの光の別の部分が、前記ＤＭＤを介して第２の要素に導かれる、請求項８〜１２のいずれか１項に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
14. 前記モアレ信号の前記取得が、圧縮サンプリングを含む、請求項８〜１３のいずれか１項に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
15. インプリント・リソグラフィ・システムであって、
    インプリントをするように構成されかつアライメント表示を含むテンプレートと、
    前記インプリントを複製するように構成できかつアライメント表示を含む基板と、
    前記テンプレートおよび前記基板を照明するように構成された照明装置と、
    検出器と、
    前記テンプレートおよび前記基板から前記検出器に光の少なくとも一部分を反射させるように構成可能な複数の個別にアドレス指定可能なマイクロミラーを含むデジタル・マイクロミラー装置とを含み、前記光が、前記テンプレートの前記アライメント表示と前記基板の前記アライメント表示の間の相互作用により生じるモアレ・パターンを含む
    ことを特徴とする、インプリント・リソグラフィ・システム。
16. 前記検出器が、複数の検出要素を含み、前記テンプレート、基板またはこれらの両方の上の複数の不連続領域のそれぞれからの光が、個々の検出要素に導かれる、請求項１４に記載のシステム。
17. 前記モアレ・パターンが、前記テンプレートと前記基板の間の相対的アライメント誤差の現場測定として使用される、請求項１５または１６に記載のシステム。
18. 前記基板が、前記光を実質的に通す、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載のシステム。
19. 前記基板が取り付けられたステージの前記モアレ・パターンに基づいて変位情報と現在位置を出力するように構成されたアライメント・コントローラと、
    前記アライメント・コントローラ出力を受け入れ前記ステージを制御するように構成されたステージ・コントローラと
    を更に含む、請求項１５〜１８のいずれか１項に記載のシステム。
20. 前記検出器から入力を受け入れ画像を生成するように構成された圧縮サンプリング・モジュールを更に含む、請求項１５〜１９のいずれか１項に記載のシステム。

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