JP2017183725A - ナノインプリントリソグラフィのためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高スループットを維持しながら、ナノ（ｎｍ）レベルのオーバーレイ制御の精度を可能にするインプリントリソグラフィシステムを提供する。
【解決手段】保持されたインプリントテンプレートまたは基板の後ろのエアキャビティを加圧し減圧し、テンプレートパターンを流体レジストで満たす際および／または基板上の硬化したレジストからテンプレートを剥離する際に援助するようにテンプレートまたは基板を反らすインプリントリソグラフィシステムであって、オーバレイ精度制御、流体拡散制御および剥離制御に悪影響を与えるキャビティ内の圧力波振動を低減するようにエアキャビティを変調するためのコントローラ、圧力センサおよびインピーダンスバルブを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、ナノインプリントリソグラフィのためのシステムおよび方法に関する。

ナノ加工は、１００ナノメートル以下のオーダのフィーチャを有する非常に小さな構造の加工を含む。ナノ加工が大きな影響を及ぼした１つの用途は、集積回路のプロセスにある。半導体プロセス業界は、基板上に形成された単位面積当たりの回路を増加させながら、より大きな生産歩留まりのために努力し続けている。したがって、ナノ加工がますます重要になる。ナノ加工は、形成された構造の最小フィーチャ寸法の継続的な縮小を可能にしながら、より大きなプロセス制御を提供する。

今日使用されている典型的なナノ加工技術は、一般にナノインプリントリソグラフィと呼ばれる。ナノインプリントリソグラフィは、例えば、ＣＭＯＳロジック、マイクロプロセッサ、ＮＡＮＤフラッシュメモリ、ＮＯＲフラッシュメモリ、ＤＲＡＭメモリなどの集積デバイス、または、ＭＲＡＭ、３Ｄクロスポイントメモリ、Ｒｅ−ＲＡＭ、Ｆｅ−ＲＡＭ、ＳＴＴ−ＲＡＭなどの他の記憶デバイスなどの層を製造することを含む様々な用途において有用である。典型的なナノインプリントリソグラフィプロセスは、本明細書に参照により組み込まれている米国特許第８，３４９，２４１号、米国特許第８，０６６，９３０号、および米国特許第６，９３６，１９４号などの多数の刊行物に詳細に記載されている。

前述の米国特許の各々に開示されたナノインプリントリソグラフィ技術は、成形可能（重合可能）な層にレリーフパターンを形成することと、そのレリーフパターンに対応するパターンを下地基板に転写することとを含む。基板は、パターニング処理を円滑にする所望の位置決めを得るように移動ステージに結合されうる。パターニング処理は、基板から離間したテンプレートと、テンプレートと基板との間に供給された成形可能な液体とを使用する。成形可能な液体は、成形可能な液体に接触するテンプレートの表面の形状に一致するパターンを有する剛性層を形成するように固化する。固化後、テンプレートは、テンプレートと基板とが離間するように剛性層から剥離される。次いで、基板および固化層は、エッチング処理など、固化層のパターンに対応するレリーフ像を基板に転写するための追加処理に付される。パターニングされた基板は、例えば、酸化、膜形成、堆積、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト除去、ダイシング、ボンディング、およびパッケージングなどを含む、デバイス製造のための既知の工程および処理に付されうる。

本発明の特徴および利点を詳細に理解することができるように、添付の図面に示された実施形態を参照することにより、本発明の実施形態のより詳細な説明を得ることができる。しかしながら、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態を示すだけである。したがって、本発明は、他の同様な有効な実施形態を認めることができるため、その権利範囲を限定するものとみなされるべきではない。

図１は、基板から離間したテンプレートおよびモールドを有するナノインプリントリソグラフィシステムの側面図を示す。 図２は、固化パターン層が上に形成された、図１に示された基板の簡略図を示す。 図３は、テンプレートに形状変調を与えるように加圧されうるエアキャビティ（空気腔）を含むテンプレートとテンプレートチャックとの組立体の一部の断面図を示す。 、 、 、 図４Ａ〜図４Ｄは、テンプレート形状変調を採用したナノインプリント処理の一部を示す。 図５は、基板に形状変調を与えるように加圧されうる複数のエアキャビティを含む基板と基板チャックとの組立体の一部の断面図を示す。 図６は、エアキャビティ圧力制御システムの概略図を示す。 図７は、本発明の実施形態に係るエアキャビティ圧力制御システムの概略図を示す。 図８は、図６および図７に係るエアキャビティ圧力制御システムの時間に対するエアキャビティ圧力変化のグラフ表示を示す。 図９は、図７に係るエアキャビティ圧力制御システムの時間に対するバルブおよびエアキャビティ圧力変動のグラフ表示を示す。

当業者であれば、図面の要素は簡潔かつ明瞭にするために示されており、必ずしも縮尺どおりに描かれていないことを理解するであろう。例えば、図面のいくつかの要素の寸法は、本発明の実施形態の理解を向上させるのを助けるために、他の要素に対して誇張されている場合がある。

図面、特に図１を参照すると、そこには、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ナノインプリント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に結合されうる。図示のように、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、限定されるものではないが、真空、ピン型、溝型、静電、電磁気などを含む任意のチャックとしてもよい。典型的なチャックは、本明細書に参照により組み込まれている米国特許第６，８７３，０８７号に記載されている。

基板１２および基板チャック１４は、ステージ１６によって更に支持されうる。ステージ１６は、ｘ、ｙおよびｚ軸に沿って並進および／または回転運動を提供しうる。ステージ１６、基板１２および基板チャック１４は、ベース（不図示）上に位置決めされうる。

基板１２から離間しているのはテンプレート１８である。テンプレート１８は、第１面と第２面とを有する本体を含み、一方の面は、そこから基板１２に向かって延びたメサ２０を有する。メサ２０は、その上にパターン面２２を含みうる。さらに、メサ２０は、モールド２０と呼ぶことがある。あるいは、テンプレート１８は、メサ２０なしで形成されてもよい。

テンプレート１８および／またはモールド２０は、限定されるものではないが、溶融シリカ、石英、シリコン、有機ポリマ、シロキサンポリマ、ホウケイ酸ガラス、フルオロカーボンポリマ、金属、硬化サファイアなどを含む材料から形成されうる。図示のように、パターン面２２は、複数の離間した凹部２４（リセス）および／または凸部２６（突起）２６によって規定されたフィーチャを含むが、本発明の実施形態は、そのような構成に限定されない（例えば平面）。パターン面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任意の元パターンを規定しうる。

テンプレート１８は、本明細書で更に説明するように、チャック２８に結合されうる。チャック２８は、限定されるものではないが、真空、ピン型、溝型、静電、電磁気、および／または同様のチャックタイプとして構成されうる。典型的なチャックは、米国特許第６，８７３，０８７号に記載されている。さらに、チャック２８は、チャック２８とインプリントヘッド３０とテンプレート１８とが少なくともｚ軸方向に移動可能になるようにブリッジ３６に移動可能に結合されたインプリントヘッド３０に結合されうる。

ナノインプリントリソグラフィシステム１０は、流体吐出システム３２を更に含みうる。流体吐出システム３２は、基板１２上に成形可能材料３４（例えば重合可能材料）を堆積させるために用いられうる。成形可能材料３４は、液滴吐出（ドロップディスペンス）、スピンコーティング、浸漬コーティング（ディップコーティング）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、物理的気相成長法（ＰＶＤ）、薄膜堆積、厚膜堆積などの技術を用いて、基板１２上に配置されうる。成形可能材料３４は、設計上の考慮事項に応じてモールド２２と基板１２との間に所望の体積が規定される前および／または後に、基板１２上に配置されうる。例えば、成形可能材料３４は、本明細書に参照により組み込まれている米国特許第７，１５７，０３６号および米国特許第８，０７６，３８６号に記載されているように、モノマ混合物を含みうる。

図１および図２を参照すると、ナノインプリントリソグラフィシステム１０は、経路４２に沿ってエネルギ４０を導くエネルギ源３８を更に含みうる。インプリントヘッド３０およびステージ１６は、テンプレート１８および基板１２を経路４２で重ね合わせて位置決めするように構成されうる。カメラ５８は、同様に、経路４２で重ね合わせて位置決めされうる。ナノリソグラフィシステム１０は、ステージ１６、インプリントヘッド３０、流体吐出システム３２、エネルギ源３８および／またはカメラに連通している処理部５４（プロセッサ）によって統制され、メモリ５６に記憶されたコンピュータ可読プログラム上で動作しうる。

インプリントヘッド３０、ステージ１６、またはその両方は、モールド２０と基板１２との間の距離を、成形可能材料によって充填されたそれらの間に所望の体積を規定するように変化させる。例えば、インプリントヘッド３０は、モールド２０が成形可能材料３４に接触するようにテンプレート１８に力を加えうる。当該所望の体積が成形可能材料３４で充填された後、エネルギ源３８は、成形可能材料３４を凝固および／または交差結合（クロスリンク）させ、基板１２の面４４およびパターン面２２の形状を一致させ、基板１２上にパターン層４６を規定する、例えば紫外線などのエネルギ４０を発出する。パターン層４６は、残膜４８と、凸部５０（突起）および凹部５２（リセス）として示された複数のフィーチャとを含みうる。凸部５０は厚さｔ_１を有し、残膜は厚さｔ_２を有する。

上述したシステムおよび処理は、本明細書に参照により組み込まれている米国特許第６，９３２，９３４号、米国特許７，０７７，９９２号、米国特許第７，１７９，３９６号および米国特許第７，３９６，４７５号において参照されたインプリントリソグラフィ処理およびシステムにおいて更に採用されうる。

さらに図１および図３を参照すると、テンプレート１８は、テンプレートチャック２８に結合されている。テンプレートチャック２８は、反対側の側面６１および６３を含む。第１側面６１は、内側支持領域６４によって規定された内側凹部６２と、内側支持領域６４および外側支持領域６８によって規定された外側凹部６６とを含む。即ち、外側支持領域６８は、外側凹部６６、内側支持領域および内側凹部６２を取り囲み、内側支持領域６２は、内側凹部６２を取り囲む。特定の実施形態では、外側支持領域６８は正方形を有し、内側支持領域６４は円形形状を有する。しかしながら、他の実施形態では、支持領域６２および６８は、所望の任意の幾何学形状を含むことができる。テンプレートチャック２８の部分６８は、内側凹部６２と重ね合わされ、所定の波長または波長の範囲を有する放射に対して透過でありうる。部分６８は、ガラスなどの透過材料の薄い層を含むことができる。しかしながら、部分６８の材料は、エネルギ源によって射出された放射の波長に依存しうる。部分６８は、側面６３から延び、凹部６２の近傍で終端する。部分６８は、モールド２０が部分６８を重なり合うように、保持されたテンプレート２８のモールド２０の領域と少なくとも同じ大きさの領域を有する。

テンプレートチャック２８は、貫通路７８および８０を含む。代わりの実施形態では、テンプレートチャック２８は、異なる数の貫通路を有しうる。貫通路７８は、凹部６２を側面６３に流体連通させるが、他の実施形態では、貫通路７８は、凹部６２をテンプレートチャック２８の任意の面に流体連通させる。貫通路８０は、凹部６４を側面６３に流体連通させるが、他の実施形態では、貫通路８０は、凹部６４をテンプレートチャック２８の任意の面に流体連通させる。貫通路７８および８０は、凹部６２および６４をそれぞれ、ポンプシステム８６などの圧力制御システムに流体連通させることを容易にする。

ポンプシステム８６は、凹部６２および６４の近傍の圧力を制御するための１以上のポンプを含みうる。そのため、テンプレート１８がテンプレートチャック２８に結合されたとき、テンプレート１８は、支持領域６４および６８に当接し、凹部６２および６４を覆う。テンプレート１８の可撓領域７２は、凹部６２と重なり合い、内部チャンバまたはキャビティ８３を規定し、テンプレート１８のより厚い領域７４は、凹部６４と重なり合い、外側チャンバまたはキャビティ８５を規定しうる。ポンプシステム８６は、チャンバまたはキャビティ８３および８５における圧力を制御するように動作する。チャンバまたはキャビティ８５は、テンプレートチャック２８に対してテンプレート１８を保持するための適切な真空圧力に保持または維持されうる一方、チャンバまたはキャビティ８３は、テンプレート１８の可撓領域に所望の形状変調を与えるように正圧および／または負圧に付されうる。そのような形状変調は、（ａ）充填関連の欠陥を最小限にしながら、重合可能材料がテンプレートのパターンフィーチャを充填するスピードを向上させること、および（ｂ）剥離品質を向上させること（例えば、剥離関連の欠陥を低減させて、重合化された材料からテンプレートを剥離すること）含む、ナノインプリントリソグラフィ処理に重要な利点を提供する。特に図４Ａ〜Ｄを参照すると、そのような形状変調の例が示されている。図４Ａでは、キャビティ８３は、基板１２および堆積された成形可能材料３４に向かってテンプレート１８の可撓領域７２およびモールド２０を曲げまたは撓ませるように加圧される。図４Ｂでは、モールド２０のパターン面が成形可能材料３４に接触し、該材料が中心から周辺方向にモールド２０のパターン面を充填し始める。図４Ｃにより、パターン面充填は、完全ではないにしてもほぼ完全であり、可撓領域７２が、基板と完全な平行でないにしても平行状態に近づくように、キャビティ８３における圧力が低減される。この段階で、必要なオーバーレイアライメント調整も完了している。図４Ｄにより、パターン面は完全に充填され、オーバーレイアライメントが行われ、成形可能材料３４が、基板１２上にパターン層を形成するように固化される。そして、テンプレート１８は、テンプレート形状を変調することを同様に含む処理により、例えばキャビティ８３に加圧する及び／又は真空を加えることにより、形成されたパターン層（不図示）から剥離される。

基板チャックは、同様に、保持された基板の形状変調を与えるように構成されうる。これは、特に、形成されたパターン層からテンプレートを剥離するために有利でありうる。図５を参照すると、チャックされた状態において基板１２を保持するウェハチャック１４が示されている。ウェハチャック１４は、外側区域２０２、中間区域２０４、および中央区域２０６を含み、中間区域２０４は、外側区域２０２と中央区域２０６との間に配置される。区域２０２、２０４および２０６の各々は、リセス加工されたランド２０８とフルハイトのランド２１０および２１２によって部分的に規定される。ある実施形態では、ランド２０８、２１０および２１２の各々は連続しており、ランド２０８、２１０および２１２は同心円状となっている。外側区域２０２は、ランド２０８および２１０によって横方向に規定され、中間区域２０４は、ランド２１０および２１２によって横方向に規定され、中央区域２０６は、ランド２１２によって横方向に規定される。他の実施形態では、リセス加工されたランド２０８は、フルハイトのランドによって置き換えられてもよい。圧力制御システム（不図示）は、各区域がテンプレート２８のエアキャビティ８３と同様のエアキャビティであると考えることができるように、各区域に正圧および／または負圧を独立に与えるために区域２０８、２１０および２１２に接続されうる。インプリント、硬化および剥離処理の間、異なる圧力を異なる区域に与えるのに有利になりうる。

ナノインプリントリソグラフィにおける重要な考察および要件には、形成されるインプリント層と基板内に予め形成されたパターン層との高いオーバーレイ精度が含まれる。特定のナノインプリントリソグラフィ用途では、高スループットを維持しながら（例えば、２２×３３ｍｍのインプリントフィールドサイズを有するステップアンドリピート処理で１ステップあたり１秒以下の合計時間バジェット）、６ｎｍ以下のオーバーレイ精度が要求される。上記のようなテンプレートチャックおよびテンプレートシステムに関して、内部キャビティ８３に与えられる圧力および／または真空は、これらの目的を達成するために厳密に制御される必要がある。しかしながら、高スループット条件下では、従来の空気圧システムは、剥離と同様にオーバーレイ精度に悪影響を及ぼしうる、圧力波振動を含む圧力の不安定さを生じさせうる。より具体的には、そのようなシステムは、内部キャビティ８３への圧力を調整するのに有効であり、それによりテンプレート１８の所望の形状変調を達成しうるが、圧力システムがキャビティ内の圧力を増加または減少させるように動作すると、キャビティ８３内に圧力波振動が生成される。これらの圧力波振動は、横方向の動き（即ち、ｘ−ｙ面での動き）を含む、ナノメータスケールでのテンプレート１８の望ましくない動きを生じさせうる。流体の充填およびアライメント工程の間でのそのようなナノメータスケールの横方向の動きは、オーバーレイ精度を妨げ且つ崩壊させ、オーバーレイ欠陥をもたらす。さらに、剥離中のそのようなナノメータスケールの横方向の動きは、形成されたパターン層の形成されたパターンフィーチャに望ましくないせん断応力を与えることがあり、剥離欠陥（例えば、フィーチャ歪みおよび／またはフィーチャせん断）をもたらす。理論的には、そのような圧力波振動の強度およびその後の有害な影響は、圧力変化の速度を遅くすることによりある程度緩和することができるが、このようなアプローチは、スループット速度を大幅に低下させるという犠牲を払うことになる。さらに、テンプレート１８およびキャビティ８３を参照して上記懸念事項を示してきたが、圧力波振動の同様の懸念および欠点が、例えば基板チャック１４の区域２０２、２０４および２０６の圧力を調整する場合にも当てはまることが理解される。

図６は、エアキャビティ３５０への圧力を制御するための圧力制御システム３００を示す。システムは、エアキャビティ３５０に与えられる加圧空気の量または真空の量を制御するための従来の圧力レギュレータ３０１と従来の真空レギュレータ３２１とを含む。圧力レギュレータ３０１は、圧力コントローラ３０２を含む。圧力バルブ３０４は、図示のように、圧力コントローラ３０２の制御の下で、加圧ガス供給源３１４に接続し、加圧源３１４から圧力ガスを、接続チューブ３１６、スイッチバルブ３４０、接続チューブ３４２、エアフィルタ３４４およびチューブ３４６を介してエアキャビティ３５０に供給する。エアキャビティ３５０を減圧するため、圧力バルブ３０４は閉じられ、エアキャビティを大気３１２にベントするようにベントバルブ３０６が開かれる。同様に、真空レギュレータ３２１は、真空コントローラ３２２を含む。真空バルブ３２４は、図示のように、真空コントローラ３４２の制御の下で、接続チューブ３３６、スイッチバルブ３４０、接続チューブ３４２、エアフィルタ３４４およびチューブ３４６を介してエアキャビティに真空を供給するための真空源３３４に接続する。エアキャビティ３５０を大気圧に再加圧するため、真空バルブ３２４は閉じられ、大気３３２からキャビティ３５０に空気をベントするようにベントバルブ３２６が開かれる。スイッチバルブ３４０は、圧力条件と真空条件とを切り替えるためのトグルスイッチである。スイッチコントローラ３６０は、圧力コントローラ３０２および真空コントローラ３２２からの入力に応答してスイッチバルブ３４０を制御する。ライン圧力センサ３１０および３３０は、コントローラ３０２および３２２にそれぞれ圧力フィードバックを与える。システム３００には、少なくとも以下の３つの欠点がある。第１に、エアキャビティ３５０の圧力状態間の移行時間が圧力源３１４（または真空源３３４）とエアキャビティ３５０との間の空気流速によって制限される。この流速は、圧力源３１４または大気３１２（または、真空源３３４または大気３３２）とエアキャビティ３５０との圧力差に依存する。多くの場合、この圧力差は、高スループット速度に必要な高い流速を確立するためには不十分である。第２に、ゼロまたはそれに近い圧力条件を維持するために圧力と真空との間で往復してスイッチバルブ３４０を機械的に切り替えることは、そのような条件下で滑らかな定常状態を維持することを困難にする。第３に、インライン圧力センサ３１０および３３０は、エアキャビティ３５０からのそれらの物理的な変位と、ライン３１６および３３６における乱流に対する圧力読取値の変動への感受性との両方のために、高精度な制御目的のために十分に正確なエアキャビティ圧の読取を提供するように構成されていない。

図７は、特に、高スループット条件の下で定常状態間を遷移するときに、低減された圧力波振動でキャビティ内の圧力を正確に制御するためのシステムおよび方法を与える本発明の実施形態を示す。したがって、このようなシステムおよび方法は、オーバーレイ誤差および剥離欠陥を最小限に抑えながら高いスループットを与える。より詳細には、システム４００は、例えば図３に示されるテンプレート１８とテンプレートチャック２８との組立体によって規定される内部キャビティ８３、または図５に示される基板１２と基板チャック１４との組立体の区域２０２、２０４または２０６の典型として示された、エアキャビティ４５０内の圧力を制御するように構成される。システム４００は、圧力バルブ４０４、真空バルブ４０６およびインピーダンスバルブ４０８を制御するコントローラ４０２を含む。特定の実施形態では、圧力バルブ４０４、真空バルブ４０６および／またはインピーダンスバルブ４０８は、高流速、高速応答サーボバルブである。本明細書で更に説明するように、インピーダンスバルブ４０８は、定常圧力状態間での制御移行中におけるキャビティ４５０内の圧力振動を回避するように空気圧インピーダンスを動的に整合させるために用いられる。そのような移行制御は、フィードフォワードおよび／またはフィードバック制御を用いることができる。加圧ガス供給源４１４に接続された圧力バルブ４０４は、図示のように、接続チューブ４０５および４０７、インピーダンスバルブ４０８、エアフィルタ４１３を介して、供給源４１４からエアキャビティ４５０に加圧ガスを供給する。ある実施形態では、加圧ガス供給源４１４は、クリーンドライエア（ＣＤＡ）をキャビティ４５０に供給する。真空バルブ４０６は、真空供給源４１６に接続され、図示のように、接続チューブ４０７および４０９、インピーダンスバルブ４０８、フィルタ４１３を介して真空をキャビティ４５０に供給する。バルブ４０４および４０６は、さらに乱流を最小限に抑えるために対称配置で構成されている。動作中、ガス供給源４１４および真空供給源４１６は、バルブ４０４および４０６によってそれぞれ制御されて、高速動作要件を満たすように迅速な圧力調整を与えるプッシュ／プルモードで、高圧力差（正圧または真空のいずれか）を生成しうる。エアキャビティ圧力センサ４１０は、エアキャビティ４５０の終端に配置され、コントローラ４０２に入力を与える。バルブ圧力センサ４１２は、エアキャビティ４５０に流体連通する接続チューブ４０５、４０７および４０９の交差部分に配置され、同様にコントローラ４０２に入力を与える。ある実施形態では、エアキャビティセンサ４１０またはバルブセンサ４１２またはその両方は、終端センサである。センサ４１０および４１２は、キャビティ４５０、バルブ４０４および４０６における圧力を計測するために用いられ、関連する入力をコントローラ４０２に与える。このような入力から、コントローラ４０２は、流速、抵抗および漏れを計算し、システム３００と比較して、圧力制御精度を高め、ある定常状態から別の定常状態への移行時間を最小化し、状態間でのそのような移行を円滑にするように、このような入力および計算に基づいた圧力制御法則を適用する。

本明細書でさらに詳細に説明するように、システム４００および関連する使用方法は、従来のシステムに対して以下の利点を達成する。（１）定常状態の圧力でキャビティ内の圧力制御精度を高め、（２）ある定常状態から他の定常状態への移行時間を最小化し、（３）フィードフォーワード（ＦＦ）からフィードバック（ＦＢ）制御への移行を円滑にする。（本明細書で使用されるように、「フィードバック制御」という用語は、特定のパラメータ内で動作を維持させるように、出力を制御するためにフィードバック信号と基準入力とを比較する制御方法を指し、「フィードフォワード制御」という用語は、制御信号がプラント又はシステムモデルに基づいており、処理の出力の前に適用される制御方法を指す。システム４００の場合、フィードフォワード制御は、例えばエアキャビティの体積、チューブ長、サーボバルブの流速などに基づいている。）次に、上記の利点は、以下を含む重要なインプリントリソグラフィの要件を満たす。第１に、システムは、流体の充填およびアライメントの間においてナノメートル（ｎｍ）レベルのオーバーレイ制御の精度を可能にする。即ち、オーバーレイ精度は、画像配置誤差とも呼ばれ、圧力／真空制御の精度に直接関係する。特定の用途において、＋／−０．０４ｋＰａ圧力制御の精度は、６ｎｍオーバーレイ（即ち、画像配置誤差≦６ｎｍ）を達成するために必要である。システムは、そのような圧力制御の精度を提供する。第２に、例えば、流体の充填およびアライメント工程の間において、システムは、例えば０．１秒未満で２５ｋＰａから定常状態値（±１ｋＰａ）にキャビティ圧力の急速な低減を可能にする。これは、全体の高スループット時間バジェットの要件を依然として満たしながら、ダイナミックな流体拡散および液体内アライメントのために利用可能な時間を最大化させる。第３に、例えば、剥離工程の間において、システムは、例えば０．１秒で０から−３０ｋＰａの設定点値にキャビティ圧力を更に急速に下降させることを可能にする。類似のシステム（不図示）も同様に、例えば０．１秒で−７０ｋＰａから２０ｋＰａにウェハチャック真空圧力を上昇させることができる。

図８は、図６の圧力システム３００および図７の圧力システム４００の下での時間に対するエアキャビティ圧力変化を示す。ライン５００は、システム３００での圧力変化を表し、ライン５０２は、システム４００での圧力変化を表す。システム３００において、関連するセンサを有する標準の圧力および／または真空レギュレータが、キャビティの圧力変化を制御するために用いられる。前述のように、レギュレータ内に設けられたセンサは、圧力バルブの近くのライン内に配置され、圧力は、フィードバック（ＦＢ）制御方式を使用して制御される。ライン５００に反映されるように、圧力変化は、漸近曲線に従い、２５ｋＰａの初期状態から０ｋＰａの目標に達するのに少なくとも０．６秒かかる。したがって、このアプローチには以下の決定がある。第１に、全体的なスループットは、フィードバック信号を取得し且つ処理する時間依存の工程を必然的に要求するようなフィードバック（ＦＢ）制御方式によって制限される。しかしながら、フィードフォワード（ＦＦ）方式が採用されたとしても、圧力波反射に起因するエアキャビティおよび圧力バルブでの圧力振動が、０ｋＰａでの真の平衡に達することなく１秒を超えてもずっと継続しうるため、性能は改善されないであろう。第２に、制御の精度は、センサの位置に影響される。即ち、空気流路内の乱流にさらされるインラインセンサは必然的に精度の低い圧力読取を生じさせる。第３に、エアキャビティ内の圧力と真空との両方を制御するために、２つの別個のレギュレータが必要とされる。最後に、エアキャビティと大気環境との間の制限された圧力差のために、ゼロまたはそれに近い圧力に下降させるときに長い移行時間がかかる。対照的に、システム４００は、ライン５０２によって反映されたように、０．１秒未満で２５ｋＰａから０ｋＰａに急速に制御された移行を示している。

図９を参照すると、圧力が２５ｋＰａから０ｋＰａに減少するときの、システム４００のエアキャビティ圧力とバルブ圧力との両方が示されている。ライン７００はエアキャビティの圧力を表し、ライン７０２はバルブ圧力を表す。ここで、平衡は、約０．１秒で円滑に且つ急速に達成される。これは、セクション７０４によって示される第１移行状態におけるフィードフォワード（ＦＦ）制御によって支援される。フィードフォワード制御（ＦＦ）方式は、例えばガス供給圧、エアキャビティ体積、サーボバルブとエアキャビティとを接続するチューブおよびフィッティングに起因する抵抗などの物理的なハードウェア自体の制限に対し、定常状態から定常状態への移行時間を最小化するように設計される。ここで、インピーダンスバルブ４０８と圧力バルブ４０４または真空バルブ４０６の一方とは、エアキャビティ４５０に適用されうる圧力を増加させ又は減少させることに応じて、他の残りのバルブを全閉した状態で全開している。全開時間は、変化した圧力差を乗じたフィードフォワード（ＦＦ）係数によって計算される。全開時間は、エアキャビティ４５０の体積、現在のバルブと設定点のバルブとの圧力差、供給源の圧力（真空または圧力）、および、チューブの長さ、チューブ、コネクタおよびフィッティングの内径（ＩＤ）によって決定される供給源（真空または圧力）とエアキャビティとの間のインピーダンスの関数である。移行時間は、圧力／真空源の圧力を増加させ、および／またはエアキャビティの体積とシステムのインピーダンスとを低減させることによって最小化されうる。

７０６で示される移行状態では、圧力制御は、フィードフォワード（ＦＦ）方式からフィードバック（ＦＢ）方式に迅速に且つ円滑に移行する。ここで、圧力バルブ４０４または真空バルブ４０６は、制御法則がフィードフォワード（ＦＦ）からフィードバック（ＦＢ）に移行するにつれて、全開から定常状態バルブに円滑に移行する。ここで、全開（ＦＦ制御下）から定常状態バルブ（ＦＢ制御下）に迅速に変化させるときの空気圧インピーダンスミスマッチにより、バルブ４０４または４０６とエアキャビティ４５０とで圧力振動が生じるとの懸念がある。したがって、コントローラ４０２によるインピーダンスバルブ１０８の制御は、圧力制御がＦＦ状態とＦＢとの間で移行するにつれて供給源と負荷インピーダンスとを整合させて圧力振動を低減させるように、インピーダンスを能動的に制御するために活性化される。バルブセンサ４１２およびエアキャビティセンサ４１０の両方からの入力は、流速を推定するためにコントローラ４０２によって用いられ、制御法則は、一方向において定常状態に圧力を円滑に低減させ、圧力振動なしでの、または少なくとも低減された圧力振動（例えば、０．０４ｋＰａ以下、または０．０１ｋＰａ以下、または０．００１ｋＰａ以下の振幅を有する振動）での定常状態を達成するように流速を制御するために設計される。

７０８で示される定常状態では、制御精度は、フィードバック（ＦＢ）方式によって制御され、圧力センサおよびサーボバルブの流速制御分解能によって主に制限される。フィードバック制御法則は、サーボバルブの流速を制御してシステムの漏れ速度のバランスをとるように設計される。エアキャビティセンサ４１０およびバルブ圧力センサ４１２の両方は、漏れ速度とサーボバルブの流速とを推定するために、フィードバックコントローラの入力として用いられる。エアキャビティ４５０（および、同様なウェハ側の個々のウェハチャック区域）は、最小の漏れで密封されたキャビティとしてモデル化されうる。エアキャビティ４５０の体積は、一定としてモデル化されうる。したがって、定常状態では、キャビティ４５０の圧力は、理想気体則に基づくエアキャビティ内の気体分子の数に主に依存し、それはサーブバルブからの漏れ速度および制御された流速に依存する。サーボバルブの出力とエアキャビティの入力との間のインピーダンスは、所与のサーボバルブの制御分解能を増加させるように調整される。したがって、制御精度は、センサ精度とサーボバルブの制御分解能によってのみ制限される。バルブとエアキャビティの両方での終端センサは、空気流路に関連する乱流を回避することにより、より正確な圧力信号を提供する。サーボバルブの流速の制御分解能は、制御精度に直接影響を与えるサーボバルブのデッド区域、ヒステリシスなどの非線形動作によって制限される。この流速制御分解能は、高い制御精度を達成するため、バルブおよびエアキャビティセンサによって計測された流速に基づいて、キャビティ内に流入する空気の流速を動的に平衡化させるために、デッド区域の外側のサーボバルブの範囲で動作する真空および圧力バルブの両方を用いることによって改善される。例えば、定常状態で圧力を調整する場合、エアキャビティの圧力が動的に平衡化されたままになるように、特定の流速で空気または気体分子を抜き取るための値で真空バルブを開き、等価な速度で空気または気体分子を補充するための値で圧力バルブを開く。この動的な平衡化アプローチにより、少なくとも０．０４ｋＰａ、または少なくとも０．０１ｋＰａ、または少なくとも０．００１ｋＰａ、またはそれ以上の圧力制御精度を達成することができる。

様々な態様の更なる変更および代わりの実施形態は、この説明を考慮して当業者には明らかであろう。したがって、この説明は、例示的なものにすぎないと解釈されるべきである。本明細書に示され且つ記述された形態は、実施形態の例として解釈されるべきであることを理解されたい。要素および材料は、本明細書で図示され説明されたものの代わりにしてもよく、部品および処理は逆にしてもよく、特定の特徴は独立して利用されてもよいことは、全て、この説明の利益を受けた後の当業者にとって明らかであろう。

Claims (21)

1. インプリントリソグラフィシステムであって、
   保持されたテンプレートまたは基板との間にエアキャビティが規定されるようにインプリントリソグラフィテンプレートまたは基板を保持するように構成されたチャックと、
   前記エアキャビティに加圧ガスを供給するために前記エアキャビティに流体連通する加圧ガス供給源および関連する圧力バルブと、
   前記エアキャビティに真空を加えるために前記エアキャビティに流体連通する真空供給源および関連する真空バルブと、
   前記エアキャビティと前記加圧ガス供給源および前記真空供給源との間に配置され、それぞれに流体連通するインピーダンスバルブであって、前記加圧ガス供給源から前記エアキャビティに供給されたガスの圧力の量または前記真空供給源から前記エアキャビティに加えられた真空の量をそれぞれ変調するインピーダンスバルブと、
   前記エアキャビティにおける圧力または真空の量を検出し、それに対応するエアキャビティセンサ入力を提供するためのエアキャビティセンサと、
   前記圧力バルブまたは前記真空バルブの位置で圧力または真空の量を検出し、それに対応するバルブセンサ入力を提供するためのバルブセンサと、
   前記圧力バルブと前記真空バルブとを制御し、前記エアキャビティ入力と前記バルブセンサ入力とを受け取り、それに基づいて前記インピーダンスバルブに出力を与えるように構成されたコントローラと、
   を含み、
   前記インピーダンスバルブは、前記キャビティ内における前記ガスの圧力または真空の圧力が変調されて前記エアキャビティ内の圧力波振動を低減させるように、前記出力に応答して、前記エアキャビティに供給されるガスの量または加えられる真空の量を増加または減少させる、ことを特徴とするインプリントリソグラフィシステム。
2. 前記エアキャビティセンサまたは前記バルブセンサまたはその両方は、終端センサである、ことを特徴とする請求項１に記載のインプリントリソグラフィシステム。
3. 前記チャックは、インプリントリソグラフィテンプレートを保持するように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のインプリントリソグラフィシステム。
4. 前記チャックは、インプリントリソグラフィ基板を保持するように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のインプリントリソグラフィシステム。
5. 前記コントローラは、前記エアキャビティの圧力を第１定常状態から第２定常状態に変更するように更に構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のインプリントリソグラフィシステム。
6. 前記第１定常状態と前記第２定常状態との間の相対圧力差は２５ｋＰａ以上である、ことを特徴とする請求項５に記載のインプリントリソグラフィシステム。
7. 前記コントローラは、前記エアキャビティの圧力を０．１秒未満で前記第１定常状態から前記第２定常状態に変更するように更に構成されている、ことを特徴とする請求項６に記載のインプリントリソグラフィシステム。
8. 前記コントローラは、連続的な圧力および真空を前記エアキャビティに供給して動的に平衡化させることにより、前記第１定常状態または前記第２定常状態またはその両方を維持するように更に構成されている、ことを特徴とする請求項５に記載のインプリントリソグラフィシステム。
9. 前記第１定常状態または前記第２定常状態またはその両方は、少なくとも０．０４ｋＰａ、または少なくとも０．０１ｋＰａ、または少なくとも０．００１ｋＰａの制御精度内に制御される、ことを特徴とする請求項８に記載のインプリントリソグラフィシステム。
10. 保持されたテンプレートまたは基板との間にエアキャビティが規定されるように、保持されたインプリントリソグラフィテンプレートまたは基板を上に配置するチャックを提供する工程と、
    第１定常状態で前記エアキャビティ内の圧力を確立する工程と、
    正圧または真空圧またはその両方を前記エアキャビティに適用することにより、前記エアキャビティの圧力を第１定常状態から第２定常状態に移行させる工程と、
    を含み、
    前記移行させる工程は、前記エアキャビティ内の圧力波振動を低減するように前記エアキャビティに適用される圧力または真空の量を変調する工程を更に含む、ことを特徴とする方法。
11. 前記変調する工程は、前記エアキャビティと圧力供給源および真空供給源との間にインピーダンスサーボバルブを設けて、それぞれが前記エアキャビティに適用されるように圧力および真空の空気圧インピーダンスを動的に一致させることを更に含む、ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記第１定常状態と前記第２定常状態との間の相対圧力差は２５ｋＰａ以上である、ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
13. ０．１秒未満で前記第１定常状態から前記第２定常状態に移行させる、ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 連続的な圧力および真空を前記エアキャビティに供給して動的に平衡化させることにより、前記第１定常状態または前記第２定常状態またはその両方を維持させる工程を更に含む、ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
15. 前記第１定常状態または第２定常状態またはその両方は、少なくとも０．０４ｋＰａ、または少なくとも０．０１ｋＰａ、または少なくとも０．００１ｋＰａの制御精度内に制御される、ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
16. 保持されたテンプレートまたは基板との間にエアキャビティが規定されるように、保持されたインプリントリソグラフィテンプレートまたは基板を上に配置するチャックを提供する工程と、
    第１定常状態で前記エアキャビティ内の圧力を確立する工程と、
    正圧または真空圧またはその両方を前記エアキャビティに適用することにより、前記エアキャビティの圧力を第１定常状態から第２定常状態に調整する工程と、
    を含み、
    前記調整する工程は、フィードフォワード制御からフィードバック制御に移行させる工程を更に含み、
    前記移行させる工程は、前記エアキャビティ内の圧力波振動を低減するように前記エアキャビティに適用される圧力または真空の量を変調する工程を更に含む、ことを特徴とする方法。
17. 前記第１定常状態と前記第２定常状態との間の相対圧力差は２５ｋＰａ以上である、ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. ０．１秒未満で前記第１定常状態から前記第２定常状態に移行させる、ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 連続的な圧力および真空を前記エアキャビティに供給して動的に平衡化させることにより、前記第１定常状態または前記第２定常状態またはその両方を維持させる工程を更に含む、ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
20. 前記第１定常状態または前記第２定常状態またはその両方は、少なくとも０．０４ｋＰａ、または少なくとも０．０１ｋＰａ、または少なくとも０．００１ｋＰａの制御精度内に制御される、ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
21. デバイスを製造する方法であって、
    請求項１に記載のシステムを用いて基板上にパターン層を形成する工程と、
    前記基板内に前記パターン層のパターンを転写する工程と、
    前記デバイスを製造するために前記基板を加工する工程と、
    を含むことを特徴とする方法。