JP3862216B2 - 構造物の製造に関する装置および方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、ナノメートルサイズの構造物のリソグラフィに関連する装置に関し、この装置は、第１の主に平らな表面を有する第１の主要部分と、第２の主に平らな表面を有する第２の主要部分とを具備し、該第１の表面と第２の表面とは、互いに対向しており、互いに対して実質的に平行に配列され、それらの間に調節可能な間隔を有し、該第１の表面および第２の表面はそれぞれ、基板またはテンプレートにサポートを提供するように、また逆も同様に配列される。また本発明は、ナノメートルサイズの構造物のリソグラフィの製造に関連する方法にも関する。本発明は、半導体構成要素を製造するために、シリコン、リン化インジウムまたはガリウムヒ素等の半導体材料にナノインプリントリソグラフィを施すことに関して適用可能であるが、たとえばバイオセンサ等で使用するために比較的高いガラス転移温度を有するセラミック材料、金属またはポリマー等の他の剛性材料にナノインプリントリソグラフィを施すことに関しても適用可能である。
【０００２】
（背景技術）
マイクロエレクトロニクスの傾向は、さらに小さい寸法に向かっている。原則として、寸法は３年で半分になるように開発されている。商業的な構成要素は、現在およそ２００ｎｍのサイズの構造物で製造されているが、さらに１００ｎｍ未満への寸法の減少が必要である。量子効果に基づく構成要素に関する研究は、今や大いに時事的であり、１０ｎｍ未満の寸法の構成要素を商業的に適用可能にする製造技術に対する需要が生まれている。これらのナノ構成要素は現在、研究目的で連続技術を使用して個別の標本を生産することができるが、大量生産には並行生産方法が必要である。最近開発されたこの種類の平行生産方法は、ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）、米国特許第５，７７２，９０５号であり、これは、原子スケールに近い構造物の大量生産用に基本的前提条件を設定している。スティーブン Ｙ．チョウ、ピーター Ｒ．クラウス、ウェイ ツァン、リンジエ グオおよびレイ ツアン著「サブ１０ｎｍインプリントリソグラフィおよび応用（Ｓｕｂ１０ｎｍ ｉｍｐｒｉｎｔ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）」、真空科学技術ジャーナル、Ｂ，第１５巻第６号（１９９７）を参照のこと。複数の研究報告がこのテーマで呈されているが、今までこの方法は、総領域が小さい一般的にわずか数平方センチメートルの構成要素にナノインプリントを施すのに制限されてきた。スティーブン Ｙ．チョウ、ピーター Ｒ．クラウスおよびプレストン Ｊ．レンストーム著「ナノインプリントリソグラフィ（Ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）」、真空科学技術ジャーナル、Ｂ，１４，４１２９（１９９６）、Ｋ．ファイファー、Ｇ．ブライジーゼル、Ｇ．グルツナー、Ｈ．シュルツ、Ｔ．ホフマン、Ｈ．Ｃ．シェイア、Ｃ．Ｍ．ソツマヨー トリスおよびＪ．アホペルト著「ナノインプリント用に調整可能なガラス温度を有する新ポリマー材料の適合性（Ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｎｅｗ ｐｏｌｙｍｅｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｉｔｈ ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｇｌａｓｓ ｔｅｍｐｒａｔｕｒｅ ｆｏｒ ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇ）」、マイクロエンジニアリングおよびナノエンジニアリング会議議事録（１９９８）、および、ルーベン、ボ クイ、ウェイ ウ、リンシュー コン、シャオユン スンおよびスティーブン Ｙ．チョウ著「４×４ｃｍ^２領域上に４５Ｇビットを有する垂直量子化磁気ディスク（Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｑｕａｎｔｉｚｅｄ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｄｉｓｋｓ ｗｉｔｈ ４５ Ｇｂｉｔｓ ｏｎ ａ ４×４ｃｍ^２ ａｒｅａ）」、応用物理ジャーナル、８５，５５３４（１９９９）を参照のこと。
【０００３】
しかし、ナノインプリントリソグラフィ用の商業用の機器は未だに呈されておらず、これは主にナノメートルサイズの構造物を製造するには全く新しいアプローチが必要であるという事実による。そのような小さな寸法の生産は、すべての成分処理段階で以前より大幅に需要が高まっており、新処理材料、新設計および新技術解決法が開発されなければならない。しかし、ナノメートルサイズの構造物を大量生産する必要性は大きく、今日のものよりも大幅に高い感度を有する様々な用途の、より小型な回路およびセンサの設計にまったく新しい可能性を開く。
【０００４】
ナノインプリントリソグラフィの基本的原則は、シリコンの平らなプレートに塗布される、薄いフィルム層の機械的変形である。ナノインプリントリソグラフィ方法は、ＣＤの製造方法と比較することができ、下記の３段階に述べることができる。
１．テンプレートの製造：テンプレートは、様々な材料、たとえば、金属、半導体、セラミックまたは特定のプラスチックから製造することができる。テンプレートの１つの表面に三次元構造物を形成するために、構造物のサイズの必要条件およびその解決法により様々なリソグラフィ方法を使用することができる。３００ｎｍ未満の構造物寸法には、通常、ＥビームおよびＸ線リソグラフィが使用される。より大きな構造物には、直接レーザ照射およびＵＶリソグラフィが使用される。
２．インプリント：たとえばポリアミドの様なポリマーの薄層が、シリコンの平らな構造物に塗布される。層は一定の温度、いわゆるインプリント温度で加熱され、所定のテンプレートおよび基板が一緒に加圧され、テンプレート構造物の逆型が基板のポリマー層に移される。
３．構造物移転：ポリマー層に一緒に加圧された領域には、ポリマーの薄い層が残る。最終段階は、基板上にこの薄く残った層の除去である。これは、いわゆるＲＩＥまたは酸素プラズマユニットで行なわれる。この残りの層が薄ければ薄いほど、ナノインプリント方法を使用して形成することができる基板は微細になる。
【０００５】
インプリント段階（２）においてテンプレートおよび基板が、互いに対して絶対的に平行に配列されることが必須である。しかし公知の装置では、平行性の欠如により問題を引き起こす数多くのエラー源がある。公知の装置のいくつか、たとえばフリップチップボンダーでは、表面同士の間の平行性が測定され、その後特定の装置、たとえば、圧電構成要素を使用して機械的調節が行われ、表面が互いに対して平行なままであることを確実にする。アルベルト ジャラミロ−ヌネツ、カルロス ロブレド−サンチェスおよびアレジャンドロ コルネジョ−ロドリゲス著「透明および非透明プレートの平行の測定（Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｐａｒａｌｌｉｓｍ ｏｆ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ａｎｄ ｎｏｎｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｐｌａｔｅｓ）」、光学エンジニアリング、９６年１２月、第３５巻第１２号、３４３７頁〜３４４１頁を参照のこと。しかし、この種の測定および調節は複雑であり、テンプレートと基板との間の平行性を妨害するエラー源によって本質的に損なわれる。
【０００６】
さらに、平らなプレートの表面の材料には構造的な変動があり、言い換えると、ナノメートルのスケールではプレートが研磨されたとしても、各プレート（テンプレートおよび基板）の表面には不均一さが存在する。これらの不均一さによって、テンプレートと基板とが一緒に加圧されるときに表面上に望ましくない力の不均一な分配が生じ、結果として、基板上で不均一にくぼんだ構造物になる。これは、プレートが大きい場合、たとえば、表面のサイズが直径５０ｍｍを超える場合、インプリント方法では特に重大である。
【０００７】
したがって、インプリント技術を使用してナノメートルサイズの構造物を商業的に生産するには、解決すべき主要な問題が２点ある。問題の１つは、一緒に加圧されるべき平らな表面の平行性であり、２つ目の問題は、平らな表面全体に力を均一に分配することである。これらの問題を解決することが、およそ７〜２０ｃｍ^２以上の広い総領域を有する表面に半導体構成要素用の材料にナノインプリンティングを施す商業的方法には前提条件である。
【０００８】
（発明の開示）
本発明の目的は、ナノメートルサイズの構造物のリソグラフィに関する装置および方法を提供することであり、該装置および方法によって基板とテンプレートとの間の平行性に関する上述の問題および圧縮の力の均一な分配の問題が解決される。特に、半導体構成要素用の材料に構造物をナノインプリントするための装置および方法が開発されている。この材料は７〜２０ｃｍ^２よりも広い通常は円形の総領域を有する。また一方で、一定の剛性を有する、すなわち、可撓性のない他の材料に構造物をナノインプリントするのにも適用することができる。当然ながら本発明は、より小さな総表面を有する材料に構造物をナノインプリントするのにも適用することができる。
【０００９】
本発明によると、装置はプリアンブルによってこのように呈され、第２の主要部分も、媒体用のキャビティと該媒体の圧力を調節するための手段とを具備し、キャビティの壁は可撓性のある膜から構成され、その一方の側は、キャビティから離れて面し、第２の表面を形成することを特徴とする。
【００１０】
このようにテンプレートは、本発明にしたがって可撓性のある膜によって支持され、該膜は反対側で加圧されるのと同時に、基板が固定され安定した表面によって支持され、またその逆も同様である。これによって、基板とテンプレートとが互いに対して絶対的に平行に配列され、それと同時に基板とテンプレートとを一緒に加圧する力の分配は、基板／テンプレートの表面上で絶対的に均一である。本発明はこのように、単純にではあるが見事に物理的原則の使用に基づいており、これにより時間および費用のかかる、基板とテンプレートとの間の平行性の信頼性のない測定および調節の必要性を排除する。
【００１１】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明の１つの形態によると、膜は可撓性のある材料、好ましくはポリマー材料または薄い金属、さらに好ましくはプラスチック、ゴムまたは薄い金属から構成され、膜は厚さが１０ｍｍまで、好ましくは３ｍｍまで、さらに好ましくは１ｍｍまでである。実用的なもの以外、実際には膜の厚さに下限はなく、究極的には単一の原子層に対応する厚さを有する膜であるが、少なくとも現在の状況では事実上不可能である。膜は、膜の周縁のまわりの第２の主要部分の場合、キャビティの縁にもっともよく固定され、そうでなければ撓むことができる。
【００１２】
本発明の別の形態によると、上記媒体は低圧縮性の気体または液体から構成され、好ましくは油、さらに好ましくは作動油である。たとえばブレーキ液等の単純な油を使用することもできる。キャビティは上記媒体が油圧的に充填されることが意図され、装置は実際のインプリント段階中に、キャビティ内の圧力を１〜５００バール（過剰圧力）、好ましくは１〜２００バール、さらに好ましくは１〜１００バールに調節するための手段も具備する。基板の加熱中に、インプリント段階の前に、圧力はここで１〜５バールに調節することができ、加熱に続いて実際のインプリント段階中に圧力は、５〜５００バール、好ましくは５〜２００バール、さらに好ましくは５〜１００バールに調節することができる。当然ながら、圧力をゼロに調節することもできる。
【００１３】
本発明のさらに別の形態によると、装置は加熱するための手段、たとえば電気または機械的手段、または放射するための手段および、たとえば冷却媒体によって基板を冷却するための手段とを具備する。加熱および冷却は、一般的に３０〜３００℃の間の基板温度を達成するように調節することができる。
【００１４】
本発明による装置および方法により、ナノメートルサイズのよく画成された構造物を迅速、容易、かつ安価な方法で、７〜２０ｃｍ^２よりも広い総領域を有する剛性材料に、たとえば、最大幅または直径が１５０まで、好ましくは２５０ｍｍまで、さらに好ましくは３５０ｍｍまで、またはそれ以上の材料に形成することができる。本発明によるナノインプリントのサイクルは一般的に、４分未満、または３分未満、しばしばおよそ２分である。ナノメートルサイズの構造物は、ここでは個別構造物で１００ｎｍ未満、または５０ｎｍ未満、または１０ｎｍ未満でさえあってもよい。
【００１５】
本発明は、半導体構成要素の製造用の、シリコン等の半導体材料のナノインプリントリソグラフィに適用可能である。驚くべきことに、ナノインプリントリソグラフィは、本発明によって、リン化インジウム（ＩｎＰ）またはガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の他の半導体材料に行なうことができることがわかった。これらの材料はシリコンと異なりかなりもろく、そのためナノインプリンティング上の不均一な力の分配に対してかなり敏感である。リン化インジウムまたはガリウムヒ素等のもろい半導体材料にナノインプリンティングを行なうことができる他の方法または装置は今まで呈されていない。しかし本発明は、たとえばバイオセンサに使用するような比較的高いガラス転移温度を有するセラミック材料、金属またはポリマー等の他の剛性材料に、ナノインプリンティングも適用可能である。
【００１６】
本発明は、図面を参照して、下記でさらに詳細に説明される。
【００１７】
図１の参照符号１は、本発明による装置の好適な実施形態における第１の主要部分を表す。この第１の主要部分１は、第１の主に平らな基部プレート２を具備し、好ましくは、第２の主要部分３に面する表面２ａの法線に一致する方向に変位されるように配列される。主に平らなサポートプレート４は、その上に基板５が置かれることが意図され、表面２ａに連結されることが可能である。あるいは、基板５を表面２ａに直接置くことができる。この基板は、たとえば、ナノインプリントリソグラフィの公知の技術にしたがって、第２の主要部分３に向けて面するその表面５ａ上に、たとえばポリアミド、好ましくはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の薄層を有するシリコンプレートから構成される。基板５は、円形であることが好ましい。主要部分１および３は、回転対称の外観を有することも好ましい。
【００１８】
第２の主要部分３はキャビティ６を有し、これは底部７と図示の例では、円形円筒形の側壁８とによって形成される。キャビティ６のルーフとして平らで可撓性のある膜９が、底部７とは反対側に配列される。この膜９は、図示の例ではゴム膜から構成され、その一方の側９ａは、テンプレート１０のサポートを形成し、直径または最大幅が２５〜４００ｍｍ、好ましくは５０〜３５０ｍｍである。膜は、厚さが１０ｍｍまで、好ましくは３ｍｍまで、さらに好ましくは１ｍｍまでである。テンプレート１０は、ナノインプリントリソグラフィの公知の技術にしたがって、金属などのプレートから構成され、これには第１の主要部分１に向けて面する表面１０ａ上に、ナノメートルサイズの寸法で、微細な構造パターンが設けられている。
【００１９】
膜９は、固定装置によってキャビティ６の縁で膜９の周縁のまわりの第２の主要部分３に固定される。リング１１が、図示の例では円形であり、固定装置として使用され、このリングは、膜９の周縁の縁をそれ自体と側壁８の自由縁との間にしっかり加圧するように配列される。内側円形縁に沿い、膜に向けて面する側で、リング１１は１１ａにベベルされることが好ましく、リング１１からの転移で膜９に軟撓みを提供する。これによって膜９が裂けたりノッチが折れたりする危険は減少し、耐用期間が延びる。
【００２０】
キャビティ６は、媒体、好ましくは作動油を収容するように意図され、これは入口チャネル１２を経由して加圧することができ、キャビティの側壁８または底部７に配列されることが可能である（図９ｂに示されるように）。加圧は、ポンプ（図示せず）によって行われ、非常に小さい変動で圧力を提供するように適合されることが最良である。これは、たとえば、比例弁によって達成することができる。
【００２１】
第２の主要部分３には、第２の主に平らな基部プレート１３も含まれ、キャビティ６を有する部分のサポートを形成する。
【００２２】
図２ａは、本発明による装置の第２の実施形態を示し、主に平らなサポートプレート１４が膜９とテンプレート１０との間に配列されている。サポートプレート１４は、厚さが０．１〜３０ｍｍ、好ましくは０．１〜２０ｍｍ、さらに好ましくは０．１〜１０ｍｍ、もっとも好ましくは０．１〜５ｍｍであり、金属、半導体材料またはセラミック材料、たとえばステンレス鋼、炭化ケイ素または酸化アルミニウム等の材料で達成されることができる。上述のサポートプレート４もまた、これらの寸法を有することが最良であり、同一種類の材料で達成されることが最良である。
【００２３】
第２の主要部分３のサポートプレート１４は、良好な断熱材である材料、すなわち、低熱伝導率を有する材料から構成されることがもっとも有利である。
【００２４】
サポートプレート１４は、テンプレート１０の固定装置を形成し、図９に関連してより詳細に説明される。この実施形態においては、リング１１はスペーサー部分１１ｂとリップ１１ｃを有することが好ましく、リップ１１ｃは両主要部分が一緒にされる前に少なくとも主要部分３が主要部分１の上に配列されるときに、サポートプレート１４が第２の主要部分３から落ちるのを防止する。
【００２５】
図２ａは、矢印によって、主要部分１が半径方向に、すなわち、主要部分１および３の表面２ａおよび９ａに対して平行な方向に、主要部分３に対してどのように変位するように配列されるかを示す。基部プレート２は、ここでは表面２ａから離れて面している固定部分２ｂと可動部分２とを有することができる。変位は、テンプレートおよび／または基板の交換に関連して達成される。図２ｂは、図２ａによる実施形態を斜視図で示す。
【００２６】
図３ａおよび３ｂは、キャビティ６の圧力が増加し、テンプレートの表面１０ａ上のナノメートルサイズの構造物を基板の表面５ａへ移すために、膜９の可撓性のおかげで、テンプレート１０および基板５が一緒に圧されるときの、図１または２による装置を示す。
【００２７】
図４は、基板５の主要部分１を示し、基板を加熱するサポートプレート１５と基板を冷却するサポートプレート１６とを具備する。図示の好適な実施形態において、それぞれ加熱および冷却用のこれらのサポートプレート１５および１６は、基板５と基部プレート２との間に、好ましくは、基板５、サポートプレート４（基板を保持するための真空を有する）、冷却用のサポートプレート１６、加熱用のサポートプレート１５および基部プレート２の順で配列されたサポートプレートを構成する。基板を加熱するためのサポートプレート１５は、良好な断熱能力を有する材料、たとえば、セラミック断熱材等のセラミック材料またはマコール等のセラミック複合材料から構成されるのが最良である。基板を冷却するためのサポートプレート１６は、良好な熱伝導率を有する材料、たとえば、炭化ケイ素、ステンレス鋼、アルミニウムまたは何らかの形態の酸化アルミニウムから構成されるのが最良である。サポートプレート１５および１６は、上記によるサポートプレート１４と同一の範囲の厚さを有することが好ましい。
【００２８】
図５は、サポートプレート１５がどのように電気加熱コイル１７を含むことができるかを示しており、これはサポートプレート１５の表面の溝にはめこまれている。加熱コイル／溝１７は、図示の実施形態ではダブルコイルとして形成されているが、当然ながら他の形状を有することが可能である。類推によって、図６によるサポートプレート１６は、冷却媒体、たとえば空気や窒素等の気体、または水等の冷却液体のためにその内部にチャネル１８を含むことが可能である。図示の実施形態のチャネル１８は、ダブルコイルとして形成されているが、当然ながら他の形態を有することも可能である。
【００２９】
図７は、代替実施形態を示し、基板５の加熱は、基部プレート２およびサポートプレート４または１６を経由して、基板の放射線Ｒ’によって行われる。使用されている放射線Ｒ’は、たとえば、ＩＲ放射線型（サポートプレート１６が炭化ケイ素で達成されることが最良である）であってもよく、または高周波すなわち１０ＭＨｚ以上の周波数を使用する放射線であってもよく、装置はそのような放射線を生成するための手段（図示せず）を具備する。
【００３０】
図８ａおよび８ｂは、サポートプレート４にどのように基板５を真空保持するための装置を設けることができるかを示す。サポートプレートはここでは、サポートプレート４の両面に溝１９を有し、図示の例では円形溝である。２つの溝１９は、少なくともプレート４を通って連続している穴によって１つの点２０で互いに結合されている。真空は、基部プレート２を経由して真空ファンへの接続（図示せず）によって、溝１９および穴２０内に形成される。この真空装置によって、基板５はサポートプレート４にしっかり吸引され、次にサポートプレート４は、冷却のためにサポートプレート１６にしっかり吸引されるか、または、基部プレート２に直接吸引される。加熱用のサポートプレート１５および／または冷却用のサポートプレート１６にも、または代わりにサポートプレート４および基部プレート２を真空保持する装置を設けることができることも認識される。
【００３１】
図９ａおよび９ｂは、この場合、テンプレート１０と膜９との間に配列されたサポートプレート１４も、真空装置１９、２０を備えたサポートプレートから構成されることができることを示す。この場合は、真空ファン（図示せず）へ接続するためのチャネル２１が、溝１９および穴２０に設けられ、好ましくは、直接穴２０に接続される。この場合もまた、ベベル部分１１ａをリング１１に設けることができ、この部分１１ａは、膜９と真空サポートプレート１４との間に位置することができる。図９ａは、テンプレートが上にないサポートプレート１４を示し、図９ｂは、テンプレートを上に有するサポートプレート１４を示す。入口チャネル１２を、基部プレート１３を経由して主要部分３の底部にどのように配列することができるかも示されている。
【００３２】
基板５のナノインプリンティングの製造サイクルを、図面から始めて下記に説明する。開始フェーズでは、主要部分１および３の両方は、図２によると軸方向および半径方向に互いに対して変位している。基板５はサポートプレート４上に置かれ、テンプレート１０は膜９またはサポートプレート１４上に置かれる。基板およびテンプレートは、真空によって適所に保持されるのが最良であるが、他の方法も考えられる。第１の主要部分１は、第２の主要部分３に対する適所に半径方向に変位され、次いで、これに対して軸方向に変位される。この関係でリング１１とサポートプレート４またはサポートプレート４がない場合には基部プレート２との間で狭い間隔が、たとえば１０ｍｍまで、好ましくは５ｍｍまで、さらに好ましくは１ｍｍまでのままであるように、変位が軸方向に達成されることが最良である。これは、図３ａに示される。あるいは、リング１１またはそのリップ１１ｃがサポートプレート４または基部プレート２に当接するように軸方向変位が行われる。これは図３ｂに示され、２つの主要部分１および３が一緒になるときに、基板５とテンプレート１０との間に上述の間隔に対応する狭い間隔を保ち続けるように、構成要素の寸法が適合される。
【００３３】
主要部分の軸方向変位に続いて、キャビティの媒体の圧力が入口チャネル１２を経由しておよそ１〜５バールへ増加し、そのため膜９が撓み、基板５とテンプレート１０とが一緒に軽く加圧される。基板５は、たとえば図５または図７によると、これを加熱するための装置によって加熱され、次いで、キャビティ６の媒体の圧力が入口チャネル１２を経由して５〜５００バールへ、好ましくは５〜２００バールへ、さらに好ましくは５〜１００バールへ増加し、基板５およびテンプレート１０は対応する圧力で一緒に加圧され、この圧力は可撓性のある膜９を経由して伝えられる。可撓性のある膜のおかげで、力の絶対的に均一な分配が、基板とテンプレートとの間の接触表面全体にわたって得られ、これらは互いに対して絶対的に平行に配列されるようにされ、基板またはテンプレートの表面の不規則性の影響は排除される。材料、温度、圧力等の選択に依存する圧縮時間に続いて、通常これは３秒未満であり、１秒未満であることが好ましいが、たとえば図６に示される種類の装置によって基板の冷却が開始する。冷却が完了すると、キャビティ６の圧力は減少し、２つの主要部分１および３が互いから分離し、それに続いて基板５とテンプレート１０とが互いから分離する。この後、基板はナノインプリンティングでは公知であることにしたがって、さらなる処理を受ける。このさらなる処理は本発明の一部ではなく、したがって、詳細には説明されない。
【００３４】
図１０ａは、テンプレートが上にないサポートプレート１４を示し、一方、図１０ｂは、テンプレートを上に有するサポートプレート１４を示す。図１０ａおよび１０ｂは、ここでは、本発明の代替実施形態を示し、第２の主要部分３が軸方向変位のためにペリスコープ部分として形成される。ここでは、媒体および関連ポンプ（図示せず）を備えたキャビティ６をペリスコープ変位にも使用する。ここで側壁８の外側に配列されるのが、その間に小さなギャップ２３のみを有する外壁２２である。それぞれ側壁８および外壁２２の端に、スライドシール２４ａおよび２４ｂがそれぞれ配列される。装置（図示せず）も設けられる場合、側壁８を有する部分が外壁２２からゆるむほど変位することを防止することが最良である。外壁２２は、キャビティの底部７または基部プレート１３によって他方の端に制限される。入口チャネル１２は、外壁２２または底部７、１３に、すなわちギャップ２３の外側領域に配列される。ギャップ２３の領域に第２の入口チャネル２５が配列され、それによって、ギャップ２３の媒体の量およびその圧力に影響を与えることができる。主要部分３の、またはむしろ膜９およびテンプレート１０のペリスコープ変位は、ギャップ２３の媒体が第２の入口チャネル２５を経由して流れ出ることができるのと同時に、入口チャネル１２を経由してキャビティ６の圧力を増加することによって達成される。リング１１またはそのリップ１１ｃが第１の主要部分１（図１０では図示せず）に当接するときに、キャビティ内の圧力が連続して増加する結果、膜９が圧力をテンプレートに移動するので、上述のように基板と一緒に圧される。
【００３５】
ペリスコープ主要部分３を引っ込めるために、インプリンティングの完了後、キャビティ６の圧力は解放され、代わりにギャップ２３の圧力が第２の入口チャネル２５を経由して増加する。側壁８はそれによって変位し、それとともに膜９およびテンプレート１０が基部プレート１３に向けて変位し、スライドシール２４ａおよび２４ｂは、それぞれ外壁２２および側壁８に対して摺動する。
【００３６】
図１１ａ、１１ｂおよび１１ｃは、基板およびテンプレートを真空保持するための代替装置を示し、この装置は図１に関連して上述のもの、すなわちサポートプレート４と同一の種類のサポートプレート、すなわちこの図面ではサポートプレート４’から構成される。サポートプレート４’には、図８に示されたのと同一の方法で、その平らな表面の両側に溝１９と通し穴２０とが設けられ、これは、真空接続（図示せず）の下を通って真空を達成し、これがサポートプレート４’の一方の表面に基板５をしっかりと保持し、サポートプレート４’を基部に、たとえばこの図面では図示されないが基板５を冷却するためのサポートプレートに、しっかりと保持する。サポートプレート４’の一方の側のみに、溝１９の外側に第２の真空溝２６が配列され、図示の例では、円形溝２６であり、その直径はテンプレート１０および基板５の直径よりも大きい。溝２６に、穴２７を経由して図示されない真空ファンに接続するためのチャネル２８が設けられる。基板５は、サポートプレート４’によって第１の真空溝１９によってしっかり保持されることができ、テンプレート１０を直接基板５に置くことができ、これに続いて、図１１ｃに示されるように、たとえばアルミニウムまたはゴム製のフィルムまたはフォイル２９をテンプレートおよび基板の周縁のまわりを完全に覆うかまたは通って置くことができ、このフィルムまたはフォイルは、真空溝２６に対して迅速に吸引され、それにより、テンプレート１０を基板５に対してしっかり保持する。図１１に示される装置のおかげで、基板５およびテンプレート１０を、図１１に示されるように、装置の主要部分１および３の一方に、このように一緒に置くことができ、この後、主要部分は互いに対して変位するので、前述のように互いに対して配向され、互いに近づく。インプリント段階の後、溝１９の真空を解除することができ、一方、溝２６の真空は維持され、簡単な基板の交換のためテンプレートおよび基板を依然として備えたまま、サポートプレート４’を装置から取り除くことができる。
【００３７】
図１２ａおよび１２ｂは、基板およびテンプレートを真空保持するためのさらに別の代替装置を示し、この装置は、図１に関連して上述のもの、すなわちサポートプレート４と同一の種類のサポートプレート、すなわちこの図面ではサポートプレート４’’から構成される。サポートプレート４’’には、図８に示されたのと同一の方法でその平らな表面の両側に溝１９と通し穴２０とが設けられ、これは、真空接続（図示せず）の下を通って真空を達成し、これがサポートプレート４’’の一方の表面に基板５をしっかりと保持し、サポートプレート４’’を基部に、たとえばこの図面では図示されないが基板５を冷却するためのサポートプレートに、しっかりと保持する。サポートプレート４’’には、サポートプレートの一方の側の溝１９の外側で、隆起した縁３０が配列され、縁３０とサポートプレート４’’との間の角度に溝３１があり、この溝３１は真空チャネル３２に接続される。図１２ａは、テンプレートおよび基板が上にないサポートプレート４’’を示し、一方、図１２ｂは、テンプレートおよび基板を上に、縁３０内部に、備えたサポートプレート４’’を示す。縁３０と基板／テンプレートとの間に小さなギャップしかなく、そのギャップを通って真空チャネル３２内へ空気が吸引されるように寸法が適合される。これによってテンプレートと基板との両方がしっかりと保持され、図１１と同一の機能を達成することができる。縁３０は、基板５（または、サポートプレート４’’にもっとも近く置かれるのであれば、テンプレート１０）の厚さを超える高さを有する。
【００３８】
実施例
本発明によるインプリント試験は、下記のパラメータにしたがって行われた。基板は、Ｓｉ／ＳｉＯ_２で、直径５．１ｃｍであり、コーティングは９５０Ｋ ＰＭＭＡであり、これは炉で１８０℃で２４時間焼かれた。最大圧力は６０バールであり、最高温度は１７０℃、最低温度は８０℃であった。テンプレートは、Ｓｉ／ＳｉＯ_２で、直径５．１ｃｍであり、テンプレート構造物はラインとドットとの形態であり、ラインの幅は５０、７５、１００および１５０ｎｍであり、直径は５０ｎｍ、ドットの間の距離は２５ｎｍであった。テンプレートには、厚さ２０ｎｍのニッケルの保護層が設けられ、これは蒸発によって蒸着された。テンプレートは、インプリンティングの前に超音波の影響下でこれをアセトンに浸漬することによってクリーニングされ、窒素ガスを使用して乾燥された。
【００３９】
図１３は、製造サイクルの時間の関数としての基板温度と圧力とのグラフを示し、これは本発明による装置で２分をやや超えて拡張した。グラフに示されるように、温度が上昇する時間はおよそ１分であった。次いで圧力が、膜を経由して加えられ、所望の最大圧力に到達すると、基板の冷却が開始した。冷却中、圧力は所望の設定点へ調節された。
【００４０】
この試験では、およそ６０バールの圧力が基板のＰＭＭＡ層に２００ｎｍ深さの圧痕を与えることを示した。より大きな深さを所望の場合は、より高い圧力を使用することができる。
【００４１】
同一のテンプレートで１０サイクルの後、全基板の表面全体が均一にインプリントされたことを確認することができる。構造物には、異なる構造物を有する領域にまたはそれらの間に、重大な変動は観察されなかった。
【００４２】
およそ５０ｎｍのＰＭＭＡが圧痕に残り、エッチングによって除去された。エッチング後、基板の表面のプロファイルは、ほぼ十分に垂直な壁であった。エッチング後、基板は圧痕に蒸発によってＣｒが塗布され、次いで、残っているＰＭＭＡを除去する段階が実施され、結果として、圧痕に金属コーティングがうまく得られた。
【００４３】
図１４ａは、幅が１００ｎｍでラインの間のギャップ距離が３００ｎｍであるライン／くぼみを備えたテンプレートの一部の走査電子顕微鏡写真である。テンプレートの総表面は２５ｃｍ^２であった。図１４ｂは、本発明による装置の、ＰＭＭＡの層に図１４ａのテンプレートがインプリントされている基板の一部を示す。隆起する構造物は非常に規則的であり、欠陥がまったくない。
【００４４】
図１４ｃは、本発明による装置でインプリントされたシリコンの基板のアルミニウム金属被覆された表面を示し、ラインは１００ｎｍであり、ラインの間のギャップ距離は２００ｎｍおよび５００ｎｍである。示された写真では、インプリントされた表面はアルミニウムで金属被覆され、次いでＰＭＭＡが除去された。基板の総表面は２５ｃｍ^２であった。
【００４５】
図１４ｄは、本発明による装置でＰＭＭＡにインプリントすることによってシリコン基板に製造された５０ｎｍのサイズのアルミニウムドットを示す。ドットは、２５ｃｍ^２の総表面上に変動するギャップ距離を有して作られた。示された写真では、インプリントされた表面はアルミニウムで金属被覆され、次いでＰＭＭＡが除去された。最小ギャップ距離は２５ｎｍ未満であると判定された。
【００４６】
本発明は、上述の実施形態および実施例に制限されないが、上記の特許請求の範囲内で変動することができる。したがって、たとえばテンプレートおよび基板が図示の図面で互いに場所を変えることは容易に認識される。ナノインプリンティングに関連する従来の方法、たとえば、純粋なパーティクルフリーガスたとえば窒素ガスまたは他のガスを使用して、基板およびテンプレートの表面、およびそれらの間の空間をクリーニングすることも認識される。さらに、膜の接着やキャビティの形成等を本質的に異なる方法で、本発明による概念から逸脱することなく実施することができることも認識される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明による装置の第１実施形態の側部から見た断面図である。
【図２】 図２ａは、本発明による装置の第２実施形態の側部から見た断面図であり、装置の第１の主要部分がどのように変位することができるかを示し、図２ｂは、図２ａによる実施形態の斜視図である。
【図３】 図３ａは、基板およびテンプレートを一緒に圧している図１または２の装置の図であり、図３ｂは、基板およびテンプレートを一緒に圧している図１または２の装置の図である。
【図４】 図４は、本発明による装置の側部から見た断面図であり、基板を加熱および冷却するための装置を含む。
【図５】 図５は、基板を加熱するための図４による装置の正面図である。
【図６】 図６は、基板を冷却するための図４による装置の正面図である。
【図７】 図７は、基板を加熱する代替方法を示す図である。
【図８】 図８ａは、基板またはテンプレートを真空保持するための装置の側断面図であり、図８ｂは、図８ａの装置の正面図である。
【図９】 図９ａは、図８による装置を具備する本発明による第２の主要部分の正面図であり、図９ｂは、図９ａによる装置の側部から見た断面図である。
【図１０】 図１０ａは、図８による装置を具備する本発明による第２の主要部分の代替実施形態の正面図であり、図１０ｂは、図１０ａによる装置の側部から見た断面図である。
【図１１】 図１１ａは、基板およびテンプレートを真空保持するための代替装置の正面図、図１１ｂは、図１１ａによる装置の側断面図、図１１ｃは、基板およびテンプレートを有する図１１ｂによる装置の側断面図である。
【図１２】 図１２ａは、基板およびテンプレートを真空保持するためのさらに別の代替装置の側断面図であり、図１２ｂは、基板およびテンプレートを有する図１２ａによる装置の側断面図である。
【図１３】 図１３は、生産サイクル用の時間の関数としての基板温度および圧力のグラフである。
【図１４】 図１４ａは、テンプレートの走査電子顕微鏡写真、図１４ｂ〜図１４ｄは、本発明による装置および方法によって達成された様々なナノメートルサイズの構造物の走査電子顕微鏡写真である。

Claims (17)

1. ナノインプリントリソグラフィに関する装置であって、第１の主に平らな表面（２ａ）を有する第１の主要部分（１）と、第２の主に平らな表面（９ａ）を有する第２の主要部分（３）とを具備し、該第１の表面と該第２の表面とは互いに対向しており、互いに対して原則として平行に配列され、それらの間に調節可能な間隔を有し、該第１の表面および該第２の表面が、それぞれ、基板（５）およびテンプレート（１０）用のサポートを形成するようにまた逆も同様に配列される装置において、該第２の主要部分（３）が、媒体用のキャビティ（６）と、該媒体の圧力を１〜５００バール正圧の範囲内の圧力に調節するための手段とを具備し、該キャビティの壁は、可撓性のある膜（９）から構成され、その一方の側は、キャビティ（６）から離れて面しており、該第２の表面（９ａ）を形成することを特徴とする装置。
2. 前記膜（９）が、前記第２の主要部分（３）に前記膜の周縁のまわりに固定され、好ましくは第２の主要部分に対して膜の周縁を補強するリング（１１）によって固定されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 膜（９）が、可撓性のある材料、好ましくはポリマー材料または薄い金属、さらに好ましくはプラスチック、ゴムまたは薄い金属から構成され、膜は厚さが１０ｍｍまで、好ましくは３ｍｍまで、さらに好ましくは１ｍｍまでであることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記膜（９）の最大幅が、好ましくは直径が、２５〜４００ｍｍ、好ましくは５０〜３５０ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記媒体が、低圧縮性の気体または液体、好ましくは油、さらに好ましくは作動油から構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記媒体の前記圧力を調節するための前記手段が、圧力を、１〜２００バール、好ましくは１〜１００バールの範囲の圧力に調節するように配列されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記第１の表面（２ａ）および前記第２の表面（９ａ）が、表面の法線に一致する方向に、好ましくは表面に対して平行な方向に互いに対して変位するように配列されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記第２の表面（９ａ）が、表面の法線に一致する方向に、前記第１の表面（２ａ）に向けてペリスコープ式に変位するように配列され、前記第２の主要部分（３）が、前記媒体の圧力を調節する手段によって変位するように配列されるペリスコープ式に変位可能な部分（８，９）具備することを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 少なくとも１つのサポートプレート（４，４’，４’’，１４，１５，１６）が、前記第１の表面（２ａ）および／または前記第２の表面（９ａ）と前記基板（５）または前記テンプレート（１０）との間に配列され、サポートプレートの厚さが、０．１〜３０ｍｍ、好ましくは０．１〜２０ｍｍ、さらに好ましくは０．１〜１０ｍｍ、もっとも好ましくは０．１〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記サポートプレート（４，４’，４’’，１４，１５，１６）が、真空によって、前記表面（２ａ，９ａ）に対して、および／または別のサポートプレート（４，４’，４’’，１４，１５，１６）に対して、および／または前記基板（５）および／またはテンプレート（１０）に対して、しっかり保持されるように配列され、装置がそのような真空を形成するための手段（１９，２０，２１，２６，２７，２８，２９，３０，３１，３２）も具備することを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記少なくとも１つのサポートプレートの１つ（１６）が、良好な熱伝導率を有する材料から構成され、サポートプレートが、好ましくは冷却媒体用のチャネル（１８）を有することを特徴とする請求項９に記載の装置。
12. 前記少なくとも１つのサポートプレートの１つ（１５）が、良好な断熱能力を有する材料から構成され、サポートプレートが好ましくは、電気的に（１７）、機械的にまたは放射線によって（Ｒ’）、加熱するように配列されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
13. ナノインプリントリソグラフィに関する方法であって、以下、ナノインプリンティングと称する、基板（５）およびテンプレート（１０）が第１の表面（２ａ）と第２の表面（９ａ）との間に置かれ、第１の表面（２ａ）と前記第２の表面（９ａ）とは互いに対して対向しており、主に平らな、且つ、互いに対して主に平行である方法において、前記第２の表面（９ａ）は可撓性のある膜（９）の一方の側から構成され、１〜５００バール正圧の圧力が前記膜の他方の側の媒体に形成され、そのため、テンプレート及び基板が一緒に加圧され、一方、前記第１の表面（２ａ）はドリーとして作用することを特徴とする方法。
14. 前記第１の表面（２ａ）および前記第２の表面（９ａ）が、膜（９）の他方の側の加圧が実行される前に、まず互いに向けて変位することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記圧力が、圧縮中に５〜５００バールに、好ましくは５〜２００バールに、さらに好ましくは５〜１００バールに調節されることを特徴とする請求項１３または１４に記載の方法。
16. 前記基板が、まず電気的、機械的または放射線によって加熱され、それに続いてテンプレート及び基板は前記加圧のために一緒に加圧され、次いで基板は冷却媒体によって冷却され、その後、テンプレート及び基板は互いから分離されることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の方法。
17. ナノインプリンティングのサイクルが、４分未満の時間で、好ましくは１〜３分で実行されることを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の方法。

Images