JP2020017726A - インプリント装置、制御方法、インプリント方法及び製造方法 - Google Patents

インプリント装置、制御方法、インプリント方法及び製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】インプリントヘッド温度を安定化させ、アライメント及びオーバーレイを向上させることができる装置及び方法を提供する【解決手段】固定体7に対して移動可能な移動プレート1と、移動プレートと固定体7との間に搭載された少なくとも1つの電磁アクチュエータ(ボイスコイル4及び磁石5)とを含むインプリント装置を含み、移動プレートの移動を制御するために、少なくとも1つのアクチュエータに電流が印加され、アイドル状態において少なくとも1つの電磁アクチュエータに印加される電流の二乗平均平方根は、連続インプリント状態の間に少なくとも1つの電磁アクチュエータに印加される電流の二乗平均平方根に等しいことを特徴とする。【選択図】図1

Description

本開示は、ナノインプリントリソグラフィで用いるインプリントヘッドを含むナノインプリント技術に関する。
半導体製造分野において、高度な半導体リソグラフィの使用は、急速に標準になりつつある。ナノインプリントリソグラフィ技術は、3nm未満の解像度、及び、7nm未満のハーフピッチの優れた複製能力を有することが知られている。これに関して、ナノインプリントリソグラフィは、その他の技術と比べて、それが提供する能力において独特であり;その解像度は、比類のない、分子レベルに近づいている。更に、半導体及びディスプレイ製造産業において主力となったフォトリソグラフィ(PL)と比べて、ナノインプリントリソグラフィの解像度は、パターニングされているフィールドサイズに殆ど影響されず、高スループットのナノインプリントリソグラフィプロセスにつながる可能性を有する。
しかしながら、上述した分子レベルの複製解像度を商業的に実行可能なIC製造プロセスに変換することは、それら自身に存在する様々なプロセス性能の懸念に対処することを必要とする。主な懸念の幾つかは、テンプレートの熱膨張、又は、テンプレートの温度誘起平坦度ディストーション(temperature induced flatness distortion)によって生じるミスアライメント及びオーバーレイ誤差である。
インプリントヘッド温度が不安定な場合、アライメント及びオーバーレイの低下が存在する。更に、懸念は、コイルのジュール加熱を生じるインプリントヘッドのボイスコイル電流の変化に起因して現れ、ボイスコイルへの負荷は、一般的に、連続してインプリントする間と、インプリントヘッドのアイドリング期間とでは異なり、インプリントが開始された後、新たな定常温度に達するまでに長期間(1時間程度)が必要となる。
本ナノインプリント温度安定化装置及び方法の様々な実施形態は、幾つかの特徴を有し、そのうちの1つだけがそれらの望ましい特性について全責任を負うのではない。以下の特許請求の範囲によって表されるように、本実施形態の範囲を限定することなく、それらのより顕著な特徴は、これから簡潔に議論される。この議論を考慮した後、特に、「発明を実施するための形態」の項目を読んだ後、本実施形態の特徴がここに記載された利点をどのように提供するのかが理解されるであろう。
第1実施形態において、インプリント装置は、固定面に取り付けられたマウントと、マウントに対して移動可能な可動プレートと、可動プレートとマウントとの間に搭載された少なくとも1つの電磁アクチュエータと、を含み、可動プレートの移動を制御するために、少なくとも1つのアクチュエータに電流が印加され、アイドル状態において少なくとも1つの電磁アクチュエータに印加される電流の二乗平均平方根は、連続インプリント状態の間に少なくとも1つの電磁アクチュエータに印加される電流の二乗平均平方根に等しいことを特徴とする。
別の実施形態において、インプリント方法は、可動プレートの上にインプリントテンプレートを提供することと、少なくとも1つの電磁アクチュエータを用いて可動プレートの移動を制御することと、可動プレートを基板から予め定められた距離に維持するために、アイドル状態の間に、少なくとも1つの電磁アクチュエータに電流を印加することと、を含み、アイドル状態の間に少なくとも1つの電磁アクチュエータに印加される電流の二乗平均平方根は、連続インプリント状態の間に少なくとも1つの電磁アクチュエータに印加される電流の二乗平均平方根に等しいことを特徴とする。
図1は、本開示の例示的な実施形態におけるナノインプリントリソグラフィシステムのためのインプリントヘッドの平面図である。 図2は、本開示の第1実施形態におけるナノインプリントリソグラフィシステムのためのインプリントヘッドの平面図である。 図3は、本開示の第2実施形態におけるナノインプリントリソグラフィシステムのためのインプリントヘッドの平面図である。 図4は、本開示の第3実施形態における複数の電磁アクチュエータを含むインプリントヘッドの簡略図である。 本開示の第4実施形態におけるアイドル状態において振動するインプリントヘッドのタイミング図である。 本開示の第4実施形態におけるアイドル状態において振動するインプリントヘッドのタイミング図である。 本開示の第4実施形態におけるアイドル状態において振動するインプリントヘッドのタイミング図である。
デバイス、方法及びシステムの例がここに記載される。ここに記載された実施形態又は特徴の例は、必ずしもその他の実施形態又は特徴よりも好ましい又は有利であると解釈されるべきではない。ここに記載された実施形態の例は、限定的であることを意味していない。開示されたシステム及び方法の幾つかの側面は、多種多様の異なる構成にアレンジ及び組み合わせることができ、全てがここに予期されることが容易に理解されるであろう。
更に、図面に示す特定の構成は、限定的なものとしてみなされるべきではない。その他の実施形態は、所与の図面に示す各要素をより多く、又は、より少なく含んでもよいことを理解されたい。また、図示された要素の幾つかは、組み合わせられてもよいし、又は、省略されてもよい。更に、実施形態の例は、図面に図示されていない要素を含んでいてもよい。
インプリントヘッド温度を制御する必要があるため、本開示の例示的な実施形態は、アイドリング及びインプリントの間に同一の平均ボイスコイルパワーを維持するために、連続インプリントの間と同一のrms電流でインプリントヘッドを駆動するために、アイドル又は間欠的なインプリント期間の間にインプリントヘッド温度を正確に制御することを提供する。これらの例示的な実施形態に従って、ツールアイドル温度(tool idle temperature)は、特定のインプリントヘッドアイドル位置を選択することによって、ツールアクティブ温度(tool active temperature)に一致するように設定することができる。これは、インプリントヘッド温度の安定性を向上させる。
図1は、本開示の例示的な実施形態におけるナノインプリントリソグラフィシステムのためのインプリントヘッドを示す。ナノインプリントリソグラフィシステムは、限定されるものではないが、インプリントヘッド100と、移動プレート1と、インプリントテンプレート2と、基板3と、ボイスコイル4及び磁石5を備えた電磁アクチュエータに印加される電流又は電圧を制御するための制御部と、スプリング6と、固定体7と、第1平面8と、基板面9と、第2平面10とを含む。インプリントヘッド100は、基板3に関して、Z方向に移動し、X及び/Y方向周りに回転する能力を有する搭載可能な制御ヘッドである。
移動プレート1は、スプリング6を介して固定体7に取り付けられ、平衡位置又はその他の特定の位置に懸架を可能にする。また、移動プレート1は、インプリントテンプレート2を基板3から設定距離で保持し、電磁アクチュエータに取り付けられている。別の実施形態において、移動プレート1は、動きをブロックするために、固定面に加えられる力を利用して、固定位置に留まる。これは、限定されるものではないが、ロック式機構、バンプストップ、機械的インターロックなどを含む。移動プレート1は、限定されるものではないが、異なる材料からの構造である。例えば、それは、結合溶融シリカエアキャビティウィンドウを備えるシリコンカーバイド体と、金属部材とで構成されてもよい。この場合、これらの材料は、全て似ていない熱膨張係数を有し、その結果、インプリントヘッド100の温度変化は、移動プレート1の平坦度を変化させる原因となる。移動プレート1は、不規則に移動し、プレートの一部は、基板3に関して、異なる距離及び異なる方向に移動することができる。従って、これは、テンプレート2の位置及び形状を変化させる原因となり、オーバーレイディストーションを引き起こす。
インプリントテンプレート2は、その底縁が第1平面8である移動プレート1に取り付けられている。それは、位置A2から基板面9にある位置B2まで、又は、距離A1からB1が距離A2からB2に等しく、且つ、距離A1からC1が距離A2からC2に等しい位置C2まで移動することができる。
基板3は、第1平面8の下に設定距離で位置している基板面9である上縁を備えたナノインプリントリソグラフィのための任意の許容可能な固体材料である。
基板3は、ナノインプリントリソグラフィのための任意の許容可能な固体材料とすることができ、上端部は、第1の平面8の下に設定距離だけ位置決めされた基板表面9である。
上述したように、ボイスコイル4及び磁石5は、電磁アクチュエータの一例を構成し、制御部によって制御される。また、制御部は、インプリント状態におけるrms電流を取得し、取得したrms電流に基づいて、アイドル状態における電流を制御する。この例では、電磁アクチュエータは、ボイスコイル4の側を移動プレート1に取り付けた状態で、固定体7と移動プレート1との間に位置している。しかしながら、電磁アクチュエータの側面は、ボイスコイル4の側を固定体7に取り付けた状態で、逆にすることもできる。電磁アクチュエータは、電流がボイスコイル4を通って流れることを可能とし、磁石5とともに、磁場及び磁気モーメントを生成する。ボイスコイル4は、限定されるものではないが、磁石5の中心にあり、磁石5によって取り囲まれ、指定範囲内で上下垂直運動を可能にする。別の実施形態において、磁石5は、ボイスコイル4内の中心に位置し、ボイスコイル4によって取り囲まれ、同一の垂直型運動を可能にする。
上述したように、電流が電磁アクチュエータに印加されると、電流の方向に応じて、ボイスコイル4と磁石5との間に引力又は反発力を引き起こす。従って、相互作用は、電磁アクチュエータ及び移動プレート1の垂直運動を引き起こす。別の実施形態において、ボイスコイル4及び磁石5を備えた複数の電磁アクチュエータがあり、各ボイスコイル4及び磁石5の対の変位は、異なっていてもよい。
スプリング6は、限定されるものではないが、機械的エネルギーを蓄える弾性物体である。スプリング6がその静止位置から伸びるとき、それは、その長さの変化にほぼ比例して反対の力を働かせる。その設計は、例示的な目的で示されるものから変化させてもよい。静止位置において、スプリング6は、固定体7での接続点から第2平面10までの計測されたd0に等しい長さを有する。また、別の実施形態において、ボイスコイル4及び磁石5の数に対応する複数のスプリング6がある。
スプリング6は、一端の上の第2平面10で移動プレート1に取り付けられ、他端で固定体7に取り付けられ、移動プレート1及びインプリントテンプレート2を基板3から固定距離で平衡に懸架することを可能にする。平衡位置では、第1平面8は、位置A2にあり、第2平面10は、位置A1にある。
多くの要因に起因して、インプリントテンプレート2のミスアライメント及びオーバーレイエラーが生じる。これらの要因のうちの1つは、インプリントテンプレート2の熱膨張である。インプリントテンプレート2は、非常に低い熱膨張係数を備える溶融シリカであることが好ましいが、温度の僅かな変化は、数ナノメートルのミスアライメントを引き起こし、そのうちの幾つかは、非線形であり、解決することが困難である。
更に、移動プレート1は、異なる材料で構成されていてもよい。例えば、それは、結合溶融シリカエアキャビティウィンドウを備えるシリコンカーバイド体と、金属部材とで構成されてもよい。これらの材料は、それぞれ異なる熱膨張係数を有するため、インプリントヘッド100の温度の変化は、移動プレート1が位置をシフトさせ、平坦に留まらないことを引き起こす。このように、平衡状態におけるインプリントテンプレート2の平坦度が変化し、オーバーレイディストーションを引き起こす。
更に、インプリントテンプレート2と基板3とが異なる温度である場合、オーバーレイディストーションが生じる。例えば、熱は、インプリントの間に、インプリントテンプレート2から基板3に局所的に流れ、基板3を局所的に加熱する。これも非線形オーバーレイディストーションを引き起こす。
最後に、インプリントヘッド100を含むツールがアイドル状態であれば、
ボイスコイル4を通って流れる電流は少量又はなく;典型的には、何らかの電流が印加されると、それは、移動プレート1を所望のアイドル位置で維持するために十分なだけである。これは、インプリントヘッド100が連続インプリント状態である場合、即ち、生産に使用あれる場合のような連続インプリントサイクルが実行される場合とは対照的に、ボイスコイル4を流れる有意な平均電流がある場合である。インプリントテンプレート2が基板3と接触する位置B2にある場合に、最大電流が発生する。電流は、ジュール加熱熱に起因するボイスコイル4の加熱を引き起こし、次に、磁石5、移動プレート1及びインプリントテンプレート2などの周囲のインプリントヘッド100の部品も加熱する。テンプレート3の温度を定常状態に上昇させる、又は、定常状態に冷却するための典型的な過渡時間は、30分から1時間の範囲内、又は、10分から2時間の範囲内である。
ツール状態は、しばしば予測できないため、以下に説明する実施形態は、テンプレート3の温度を維持することを目的とする。
図2は、本開示の例示的な実施形態における活性化ボイスコイル状態(activated voice coil state)でのナノインプリントリソグラフィシステムのインプリントヘッドの平面図である。
この実施形態において、ボイスコイル4は、連続インプリントの間、平均電気ボイスコイル4の電力(の形態IR)に対応する平均電流で常に駆動される。これは、インプリントの間のrms(二乗平均平方根)電流に等しく、次の形式である:
Figure 2020017726
ここで、I(t)は、時間間隔Tにわたって計測された瞬間的なボイスコイル4の電流であり、その後、ボイスコイル4の電流は、連続インプリント(例えば、テンプレートを基板の1つのフィールド上の樹脂に接触させ、樹脂を硬化し、硬化した樹脂からテンプレートを引き離す工程によって実行される基板上の単一のインプリントが実行される1つのインプリントサイクル、或いは、基板上の全てのフィールドが基板の搬入及び搬送を含むステップアンドリピートプロセスでインプリントされる1つの基板サイクル)の間、繰り返される。時間間隔Tは、インプリントツールの活性インプリント時間でもある。
従って、インプリントテンプレート2は、所望の平均電流を維持するために、ツールがアイドリングである場合、位置A2からB2に向かって移動する第1平面8とともに、下方向に移動する。それに応じて、移動プレート1は、位置A1からB1に向かって下方向に移動し、スプリング6は、長さd1に伸びる。スプリング6によって働かせる力が連続インプリントの間のrms電流に等しい電流を必要とする場合に、理想的な位置に到達する。
図3は、本開示の別の例示的な実施形態における活性化ボイスコイル状態でのナノインプリントリソグラフィシステムのインプリントヘッドの平面図である。
図2に示す実施形態と同様に、この実施形態において、ボイスコイル4は、連続インプリントの間、平均電気ボイスコイル4の電力(の形態IR)に対応する平均電流で常に駆動される。これは、インプリントの間のrms電流に等しい。
この実施形態において、インプリントテンプレート2は、所望の平均電流を維持するために、ツールがアイドリングである場合、位置A2からC2に向かって移動する第1平面8とともに、上方向に移動する。それに応じて、移動プレート1は、位置A1から、基板3から離れるC1に向かって上方向に移動し、スプリング6は、長さd2に縮む。理想的な位置は、連続インプリントの間のrmsボイスコイル4の電流に等しい必要平均ボイスコイル4の電流に基づいて算出される。
図4は、本開示の別の例示的な実施形態における複数のボイスコイル4及び磁石5を備える多数の電磁アクチュエータを含むインプリントヘッドの簡略図である。
この実施形態において、個々の構成要素は、図1に示す実施形態と同様である。従って、それぞれの詳細な説明及びそれらの個別の動作は省略する。この実施形態において、磁石5の数に対応するボイスコイル4の数を備える複数のボイスコイル4、磁石5及びスプリング6がある。
ここで、移動プレート1は、連続し、複数の磁石4を包含し、固定体7は、複数の磁石5を包含する連続体として延在する。従って、インプリントテンプレート2は、複数の磁石5及び複数のスプリング6と併せて、複数のボイスコイル4の移動及び位置決めによって制御される。
この構成において、複数のボイスコイル4に電流が印加され、磁場及び磁気モーメントを生成する。アイドル状態又はスタンバイ状態において、ボイスコイル4と磁石5との各対は、通常動作状態の間に各対によって生成される熱(電力)と一致するように、個別に制御される。これは、各対場所の温度の正確な制御を保証する。
図5A乃至図5Cは、本開示の別の例示的な実施形態における移動プレート1がアイドル期間の間に振動するタイミング図である。図1を参照するに、この実施形態において、アイドル期間の間、移動プレート1は、図5Aに示すようにZ方向に振動する。これは、時間に関して図5Bに示されるプロファイルを備えるボイスコイル4の正弦関数の加速度を引き起こす。このタイプの振動を達成するために、平均ボイスコイル4の電力は、図5Cに示すように設定される。この例において、十分な振幅及び周波数を備えるボイスコイル4の強制振動は、連続動作の間の平均ボイスコイルの電力と等しくなるのに十分な電力を消費することができる。従って、インプリントテンプレート2を備える移動プレート1も、アイドル状態で振動する。
上述したように振動させるために、可動プレート1が強制される場合、慣性運動を駆動するrms電流は、Aの位置、又は、CとBとの間のその他の適当な予め定められた位置に関する振動のための連続インプリントの間のrmsインプリント電流に等しくすることができる。
更に別の実施形態において、非常に長いアイドル期間の間、常に平均電流を維持する必要はない。この場合、インプリントヘッド100は、そのアイドル位置又は自然平衡位置に位置決めされ、そして、インプリントヘッド100を平衡インプリント温度(例えば、1時間)に加熱するために、スケジュールされたインプリント開始時間の前の予め定められた時間に、等価電流の平面に移動させる。より高速なインプリント開始が望まれるならば、連続インプリントの間に用いられるrmsインプリント電流を印加する前の期間の間に、移動プレート1は、A1から更に離れて移動され、連続インプリントの間に用いられるrmsインプリント電流を超えて電流を上昇させる。これの利点は、インプリントヘッド100を平衡温度により高速に加熱することである。従って、コールドスタートの後の最初の数回又はそれ以上のインプリントは、オーバーレイの向上から恩恵を受けることができる。
物品としてのデバイス(半導体デバイス、磁気記憶媒体、液晶ディスプレイ素子など)の製造方法が説明される。製造方法は、上述したインプリント装置又はインプリント方法を用いて、基板(ウエハ、ガラスプレート、膜状基板など)の上にパターンを形成する工程を含む。製造方法は、パターンが形成された基板を処理する工程を更に含む。処理する工程は、パターンの残膜を除去する工程を含むことができる。処理する工程は、パターンをマスクとして用いて、基板をエッチングする工程などの別の既知の工程も含むことができる。この実施形態における物品を製造する方法は、従来の方法に比べて、物品の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも1つにおいて優れている。
本開示は、例示的な実施形態を参照して説明されたが、本発明は、開示された例示的な実施形態に限定されないことを理解されたい。以下の特許請求の範囲は、全ての変更、等価な構造及び機能を包含するための最も広い解釈を与えられるべきである。

Claims (21)

  1. インプリント装置であって、
    固定面に取り付けられたマウントと、
    前記マウントに対して移動可能な可動プレートと、
    前記可動プレートと前記マウントとの間に搭載された少なくとも1つの電磁アクチュエータと、を有し、
    前記可動プレートの移動を制御するために、前記少なくとも1つのアクチュエータに電流が印加され、
    アイドル状態において前記少なくとも1つの電磁アクチュエータに印加される電流の二乗平均平方根は、連続インプリント状態の間に前記少なくとも1つの電磁アクチュエータに印加される電流の二乗平均平方根に等しいことを特徴とするインプリント装置。
  2. アイドル状態において、前記少なくとも1つの電磁アクチュエータに印加される前記電流は、一定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装置。
  3. アイドル状態において、前記可動プレートは、位置的に固定されていることを特徴とする請求項2に記載のインプリント装置。
  4. 一端で前記マウントに搭載され、他端で前記可動プレートに搭載された少なくとも1つのスプリングを更に有し、
    前記可動プレートを安定化させるために、前記少なくとも1つのスプリングによって力が加えられることを特徴とする請求項3に記載のインプリント装置。
  5. アイドル状態において、前記少なくとも1つの電磁アクチュエータに印加される前記電流は、可変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装置。
  6. アイドル状態において、前記可動プレートは、固定位置に保た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装置。
  7. アイドル状態において、前記可動プレートは、振動することを特徴とする請求項5に記載のインプリント装置。
  8. 一端で前記マウントに搭載され、他端で前記可動プレートに搭載された少なくとも1つのスプリングを更に有し、
    前記可動プレートを安定化させるために、前記少なくとも1つのスプリングによって力が加えられることを特徴とする請求項5に記載のインプリント装置。
  9. 前記可動プレートに取り外し可能に搭載された少なくとも1つのインプリントテンプレートを更に有することを特徴とする請求項1に記載のインプリント装置。
  10. 固定面に取り付けられたマウントと、前記マウントに対して移動可能な可動プレートと、前記可動プレートと前記マウントとの間に搭載された少なくとも1つの電磁アクチュエータとを含むインプリント装置を制御する方法であって、
    前記可動プレートの移動を制御するために、前記少なくとも1つのアクチュエータに電流を印加し、
    アイドル状態において前記少なくとも1つの電磁アクチュエータに印加される電流の二乗平均平方根は、連続インプリント状態の間に前記少なくとも1つの電磁アクチュエータに印加される電流の二乗平均平方根に等しいことを特徴とする方法。
  11. アイドル状態において、前記少なくとも1つの電磁アクチュエータに印加される前記電流は、一定であることを特徴とする請求項10に記載の方法。
  12. アイドル状態において、前記可動プレートは、位置的に固定されていることを特徴とする請求項11に記載の方法。
  13. 前記可動プレートを安定化させるために、一端で前記マウントに搭載され、他端で前記可動プレートに搭載された少なくとも1つのスプリングに力を加えることを特徴とする請求項12に記載の方法。
  14. アイドル状態において、前記少なくとも1つの電磁アクチュエータに印加される前記電流は、可変であることを特徴とする請求項10に記載の方法。
  15. アイドル状態において、前記可動プレートは、固定位置に保たれていることを特徴とする請求項14に記載の方法。
  16. アイドル状態において、前記可動プレートは、振動することを特徴とする請求項14に記載の方法。
  17. 前記可動プレートを安定化させるために、一端で前記マウントに搭載され、他端で前記可動プレートに搭載された少なくとも1つのスプリングに力を加えることを特徴とする請求項14に記載の方法。
  18. インプリント方法であって、
    可動プレートの上にインプリントテンプレートを提供することと、
    少なくとも1つの電磁アクチュエータを用いて前記可動プレートの移動を制御することと、
    前記可動プレートを基板から予め定められた距離に維持するために、アイドル状態の間に、前記少なくとも1つの電磁アクチュエータに電流を印加することと、
    を有し、
    アイドル状態の間に前記少なくとも1つの電磁アクチュエータに印加される前記電流の二乗平均平方根は、連続インプリント状態の間に前記少なくとも1つの電磁アクチュエータに印加される前記電流の二乗平均平方根に等しいことを特徴とするインプリント方法。
  19. 前記印加するステップにおいて、前記基板から前記予め定められた距離は、前記連続インプリント状態の開始に基づいて、経時的に変化することを特徴とする請求項18に記載のインプリント方法。
  20. 前記印加するステップにおいて、前記可動プレートは、前記インプリントテンプレートを熱的に加熱するために前記電磁アクチュエータへの前記電流を必要とする前記基板から予め定められた距離にあることを特徴とする請求項19に記載のインプリント方法。
  21. 物品を製造する方法であって、
    請求項10に記載の制御方法を用いてインプリント装置を制御しながら基板にパターンを形成することと、
    前記パターンが形成された前記基板を処理することと、
    を有することを特徴とする方法。
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