JP4704394B2 - インプリント可能媒体のディスペンサ - Google Patents

Description

本発明はインプリントリソグラフィで使用するインプリント可能媒体のディスペンサ、および関連する方法に関する。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板のターゲット部分に適用する機械である。リソグラフィ装置は従来、例えば集積回路（ＩＣ）、フラットパネルディスプレイ、超高密度ハードディスク、フォトニック結晶および微細構造を含む他のデバイスの製造に使用されてきた。

リソグラフィパターンでは、フィーチャ(features)のサイズを減少させることが望ましい。というのは、これによって任意の基板面積におけるフィーチャの密度を上げることができるからである。フォトリソグラフィでは、より短い波長の光を使用することによって、解像度の向上を達成することができる。しかし、このような減少に伴う問題がある。現在のシステムは、１９３ｎｍのレジームの波長を有する光源を採用し始めているが、このレベルでは、回折限界が障壁となる。これより低い波長、例えば１３．５ｎｍレジームの極端紫外線では、材料の透明性が非常に劣る。解像度の向上が可能な光リソグラフィ機械は複雑な光学系および希少材料を必要とし、その結果として非常に高価になる。

インプリントリソグラフィとして知られる１００ｎｍ未満のフィーチャを印刷する代替方法は、物理的モールドまたはテンプレートを使用してパターンをインプリント可能媒体にインプリントすることによって、パターンを基板に転写することを含む。インプリント可能媒体は基板、または基板の表面にコーティングされた材料でよい。インプリント可能媒体は、パターンを下にある表面に転写するために機能的であるか、「マスク」として使用することができる。インプリント可能媒体は、例えばテンプレートによって画定されたパターンを転写すべき半導体材料などの基板上に堆積されるレジストとして提供することができる。したがって、インプリントリソグラフィは基本的に、テンプレートの微細構造が、基板に生成されるパターンを画定するマイクロメートルまたはナノメートル規模の成形プロセスである。パターンは、光リソグラフィプロセスの場合のように層状でよく、したがって原則的に、インプリントリソグラフィはＩＣ製造などの用途に使用することができる。

インプリントリソグラフィの解像度は、インプリントテンプレートの作製プロセスによってのみ制限される。例えば、インプリントリソグラフィは、従来の光リソグラフィプロセスで達成可能なものと比較して解像度およびラインエッジ粗さが大幅に改善された５０ｎｍ以下の範囲のフィーチャを生成するために使用することができる。また、インプリントプロセスは、光リソグラフィプロセスで典型的に必要とされる高価な光学系、先進の照明源または特殊なレジスト材料を必要としない。

現在のインプリントリソグラフィプロセスには幾つかの欠点、特にオーバレイ精度および高いスループットの達成に関する欠点がある。しかし、インプリントリソグラフィによって達成可能な解像度およびラインエッジ粗さの大幅な改善は、以上および他の問題に対応するための強力な原動力になる。
米国特許第６，４８２，７４２号 米国特許出願第２００４／０１２４５６６Ａ１号

インプリントの前にインプリント可能媒体を基板に正確に送出することは、インプリントリソグラフィの重要な実施形態である。インプリント可能媒体の送出を監視できるようにするインプリント可能媒体のディスペンサの新規で創意に富む装置および方法を提供することが、本発明の目的である。

本発明の第一の実施形態によれば、チャンバと、ノズルと、チャンバに接続され、駆動されてインプリント可能媒体がノズルから分配されるようにチャンバ内に圧力波を発生するように構成されたアクチュエータとを備えるインプリント可能媒体のディスペンサが提供され、インプリント可能媒体のディスペンサは、アクチュエータ駆動されるときに発生する過渡振動信号を受け、過渡振動信号を監視することによってインプリント可能媒体のディスペンサの動作を監視するように構成された監視装置を含む制御回路が備える。

本発明の第二の実施形態によれば、チャンバと、ノズルと、チャンバに接続されたアクチュエータを備えるディスペンサからインプリント可能媒体を分配する方法が提供され、方法は、インプリント可能媒体をノズルから分配させる圧力波をチャンバ内で発生するように、アクチュエータを駆動することを含み、方法はさらに、アクチュエータ駆動されるときに発生する過渡振動信号を監視することによって、ディスペンサの動作を監視することを含む。

本発明の１つまたは複数の実施形態のさらなる特徴は、以下の説明から明白になる。

次に、本発明の実施形態を添付の略図を参照しながら、ほんの一例として説明する。図面では対応する参照記号は対応する部品を示している。

インプリントリソグラフィには、一般的に熱インプリントリソグラフィおよびＵＶインプリントリソグラフィと呼ばれる２つの基本的アプローチがある。「プリンティング」(“printing”)リソグラフィと呼ぶことができる第３のタイプのインプリントリソグラフィもある。これらの例を図１ａから図１ｃに示す。

図１ａは、分子１１（通常はチオールなどのインク）の層を可撓性テンプレート１０（通常はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から作製する）から基板１２と平坦化・転写層(planarisation and transfer layer)１２’との上に支持されたレジスト層１３へと転写することを含み、マイクロコンタクトプリンティング(micro-contact printing)として知られるソフトリソグラフィプロセスを示したものである。テンプレート１０は、その表面上にフィーチャのパターンを有し、分子層がフィーチャの上に配置されている。テンプレートをレジスト層に押しつけると、分子１１の層がレジストに付着する。テンプレートをレジストから外すと、分子１１の層がレジストに付着し、転写した分子層で覆われていないレジストの区域は基板までエッチングされるように、レジストの残留層をエッチングする。

プリンティングリソグラフィは、ソフトインプリントリソグラフィの一例である。「ソフトインプリントリソグラフィ」(“soft imprint lithography”)という用語は通常、インプリントテンプレートが弾性変形可能であるインプリントリソグラフィを意味するために使用される。

プリンティングリソグラフィに使用するテンプレートは容易に変形することがあり、したがって例えばナノメートル規模などの高解像度の用途には適さない。というのは、テンプレートの変形が、インプリントされるパターンに悪影響を及ぼすことがあるからである。さらに、同じ領域を複数回重ねる多層構造を作製する場合、ソフトインプリントリソグラフィは、ナノメートル規模のオーバレイ精度を提供しないことがある。

熱インプリントリソグラフィ（または熱エンボス）は、ナノメートル規模で使用する場合、ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）としても知られている。プロセスは、磨耗および変形に対する抵抗がより高い例えばケイ素またはニッケルから作成したより硬質のテンプレートを使用する。これは、例えば米国特許第６，４８２，７４２号に記載され、図１ｂに図示されている。典型的な熱インプリントのプロセスでは、固体テンプレート１４を、基板１２の表面に注型されている熱硬化性または熱可塑性ポリマ樹脂１５にインプリントする。樹脂は、例えばスピンコートし、基板表面に、またはさらに典型的には（例えば図示のように）平坦化・転写層１２’にベークすることができる。「硬質」(“hard”)という用語は、インプリントテンプレートについて述べる場合、一般的に「硬質」(“hard”)材料と「軟質」(“soft”)材料の間と見なされている、例えば「硬質」ゴムなどの材料を含む。インプリントテンプレートとして使用するために特定の材料が適切かは、用途の要件によって決定される。

熱硬化性ポリマ樹脂を使用する場合は、テンプレートと接触すると、樹脂がテンプレート上に画定されたパターンフィーチャに流入できるほど十分に流動可能になるような温度まで、樹脂が加熱される。次に、樹脂の温度を上昇させて樹脂を熱硬化し（例えば架橋し）、したがってこれは固化して、不可逆的に所望のパターンになる。これで、テンプレートを除去し、パターン化した樹脂を冷却することができる。

熱インプリントリソグラフィプロセスに使用する熱可塑性ポリマ樹脂の例は、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリスチレン、ポリ（ベンジルメタクリレート）またはポリ（シクロヘキシルメタクリレート）である。熱可塑性樹脂は、テンプレートでインプリントする直前に自由に流動可能な状態になるように加熱される。通常は、樹脂のガラス転移温度より非常に高い温度まで熱可塑性樹脂を加熱する必要がある。テンプレートを流動可能な樹脂に押しつけ、樹脂がテンプレート上に画定された全てのパターンフィーチャに確実に流入するように、十分な圧力を加える。次に、テンプレートを所定の位置にした状態で、樹脂をガラス転移温度の下まで冷却すると、樹脂は不可逆的に所望のパターンになる。パターンは、樹脂の残留層から浮き彫りになったフィーチャで構成され、次にパターンフィーチャのみを有するように適切なエッチングプロセスでこれを除去することができる。

固化した樹脂からテンプレートを除去した後、図２ａから図２ｃに示すように２段階のエッチングプロセスを実行する。基板２０は、図２ａに示すように、すぐ上に平坦化・転写層２１を有している。平坦化・転写層の目的は２つある。これはテンプレートの表面と平行な表面を提供し、これはテンプレートと樹脂の間の接触部が平行であるのを保証し、さらに以下で説明するように印刷されたフィーチャのアスペクト比を改善するために重要である。

テンプレートを除去した後、固化した樹脂の残留層２２が、所望のパターンに成形されて平坦化・転写層上に残される。第一エッチングは等方性であり、残留層の一部を除去し、その結果、図２ｂで示すようにフィーチャのアスペクト比が不良になり、ここでＬ１はフィーチャ２３の高さである。第二エッチングは異方性（または選択的）であり、アスペクト比を改善する。異方性エッチングは、固化した樹脂で覆われていない平坦化・転写層の部分を除去し、図２ｃで示すようにフィーチャ２３のアスペクト比を（Ｌ２／Ｄ）へと上げる。その結果、エッチング後に基板上に残ったポリマ厚さのコントラストは、例えばインプリントしたポリマに十分に抵抗性がある場合にドライエッチング用マスクとして、例えばリフトオフプロセスの一ステップとして使用することができる。

熱インプリントリソグラフィには、パターンの転写を、比較的高い温度で実行するばかりでなく、インプリントテンプレートを除去する前に樹脂が十分固化していることを保証するために、比較的大きい温度差も必要になるという欠点がある。文献からは３５℃から１００℃の温度差が知られている。したがって、例えば基板とテンプレートとの異なる熱膨張率が、転写したパターンの歪みを引き起こすことがある。この問題は、インプリント可能な材料の粘性のせいで、インプリントに使用する比較的高い圧力によって悪化し、これは基板に機械的変形を誘発することがあり、これもパターンを歪める。

他方で、ＵＶインプリントリソグラフィは、このような高い温度および温度変化を伴わず、このような粘性のインプリント可能な材料も必要としない。むしろ、ＵＶインプリントリソグラフィは、透明なテンプレートおよびＵＶ硬化性液体を使用し、これは通常例えばアクリレートまたはメタクリレートなどのモノマである。さらなる情報は、J. Haisma,
“Mold-assisted nanolithography: A process for reliable pattern replication”, J. Vac. Sci. Technol. B14(6), Nov/Dec 1996で見ることができる。概して、モノマと開始剤の混合物のような任意の光重合性材料を使用することができる。硬化性液体は、例えばジメチルシロキサン誘導体も含んでよい。このような材料は、熱インプリントリソグラフィで使用する熱硬化性および熱可塑性樹脂より粘性が低く、その結果、より速く移動してテンプレートのパターンフィーチャを充填する。低温および低圧の作業は、より高いスループット能力にも好都合である。「ＵＶインプリントリソグラフィ」(“UV imprint lithography”)という名称は常にＵＶ光を使用することを暗示するが、任意の適切な化学線を使用してよいことを認識されたい（例えば可視光を使用してよい）。したがって、本明細書でＵＶインプリントリソグラフィ、ＵＶ光、ＵＶ硬化性材料などに言及した場合、それは任意の適切な化学線を含むものと解釈され、ＵＶ光のみに制限されると解釈してはならない。

ＵＶインプリントプロセスの例を図１ｃに示す。図１ｂのプロセスと同様の方法で、石英テンプレート１６をＵＶ硬化性樹脂１７に適用する。熱可塑性樹脂を使用する熱エンボスのように温度を上昇させるか、熱可塑性樹脂を使用した場合のように温度を循環させるのではなく、樹脂を重合し、したがって硬化させるために、石英テンプレートを通してこれにＵＶ光を加える。テンプレートを除去した後、レジストの残留層の残りのエッチングステップは、上記で説明した熱エンボスプロセスと同じである。通常使用されるＵＶ硬化性樹脂は、典型的な熱可塑性樹脂より粘性がはるかに低く、したがってより低いインプリント圧力が使用される。より低い圧力による物理的変形の減少は、高い温度および温度変化による変形の減少とともに、ＵＶインプリントリソグラフィを高いオーバレイ精度を必要とする用途に適したものにする。また、ＵＶインプリントテンプレートの透明の性質は、インプリントと同時に光学的に位置合わせする技術に対応することができる。

このタイプのインプリントリソグラフィは主にＵＶ硬化性材料を使用し、したがって一般的にＵＶインプリントリソグラフィと呼ばれるが、他の波長の光を使用して、適切に選択した材料を硬化する（例えば重合または架橋反応を活性化する）ことができる。概して、適切なインプリント可能な材料が使用可能であれば、このような化学反応を開始可能な任意の放射を使用することができる。代替的な「活性化光」(“activating light”)は、例えば可視光、赤外線放射、ｘ線放射および電子ビーム放射を含む。以上および以下の全体的な説明では、ＵＶインプリントリソグラフィへの言及およびＵＶ光の使用は、以上および他の化学線を排除するものではない。

基板表面に実質的に平行に維持される平面テンプレートを使用するインプリントシステムの代替物として、ローラインプリントシステムが開発されている。テンプレートをローラ上に形成するが、それ以外はインプリントプロセスが平面テンプレートを使用するインプリントに非常に類似した熱およびＵＶローラインプリントシステムの両方が提案されている。他の状況で要求されていない限り、インプリントテンプレートに言及した場合、それはローラテンプレートへの言及を含む。

ＩＣ製造業者などが従来使用している光ステッパと同様の方法で基板を小さいステップでパターン化するために使用できるステップアンドフラッシュインプリントリソグラフィ（ＳＦＩＬ）として知られるＵＶインプリント技術が特に開発されている（米国特許出願第２００４／０１２４５６６Ａ１号が、ステップアンドフラッシュインプリントリソグラフィ装置の例を詳細に説明している）。これは、インプリントテンプレートをＵＶ硬化性樹脂にインプリントすることによって、１回に１つずつ基板の小さい区域に印刷し、テンプレートを通してＵＶ放射を「フラッシュ」してテンプレートの下の樹脂を硬化させ、テンプレートを除去し、基板の隣接領域へとステップを進め、作業を繰り返すことを含む。このような逐次移動式プロセスの小さいフィールドサイズは、パターンの歪みおよびＣＤの変動を最小化し、したがってＳＦＩＬはＩＣおよび高いオーバレイ精度を必要とする他のデバイスの製造に特に適している。

原則的にはＵＶ硬化性樹脂を例えばスピンコートなどによって基板表面全体に塗布することができるが、これは、ＵＶ硬化性樹脂の揮発性の性質のせいで問題になることが多い。

この問題に取り組む１つのアプローチは、テンプレートでインプリントする直前に樹脂を小滴にして基板のターゲット部分に分配する、いわゆる「ドロップオンデマンド」プロセスである。液体の分配は、基板の特定のターゲット部分に特定の体積の液体が堆積するように制御される。液体は、様々なパターンで分配することができ、注意深く制御した液体の体積とパターンの配置との組合せを使用して、パターン化をターゲット区域に限定することができる。

上述したようにオンデマンドで樹脂を分配することは、些細なことではない。小滴のサイズおよび間隔は、テンプレートのフィーチャを充填するために十分な樹脂があり、それと同時に延びて望ましくない厚さまたは不均一な樹脂層になる可能性がある余分な樹脂を最小限に抑えることを保証するために注意深く制御される。というのは、隣接する滴が流体に接触するとすぐに、樹脂に流れる場所がなくなるからである。厚すぎる、または不均一な残留層に伴う問題については、以下で検討する。

図３は、テンプレート、インプリント可能な材料（硬化性モノマ、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂など）、および基板の相対的寸法を示す。硬化性樹脂層の厚さｔに対する基板の幅Ｄの比率は、約１０⁶である。フィーチャがテンプレートから突出して基板を損傷するのを回避するために、寸法ｔはテンプレート上に突出するフィーチャの深さより大きいことが認識される。

スタンピング後に残った残留層は、下にある基板の保護に有用であるが、上述したように、特に高い解像度およびオーバレイ精度あるいはその両方が望ましい場合に幾つかの問題の発生源になることもある。第一「ブレークスルー」(“breakthrough”)エッチングは等方性（非選択的）であり、したがってある程度、残留層ばかりでなくインプリントされたフィーチャも腐食する。これは、残留層が厚すぎる、および不均一である、あるいはその両方である場合に悪化する。

この問題は、例えば下にある基板に最終的に形成される線の太さの変動（つまり微小寸法の変動）につながることがある。第二異方性エッチングで転写層にエッチングされる線の太さの均一性は、樹脂に残されたフィーチャのアスペクト比および形状の完全性に依存する。残留樹脂層が不均一な場合、非選択的な第一エッチングは、頂部が「丸まった」状態でこれらのフィーチャの幾つかを残すことがあり、したがって第二およびその後のエッチングプロセスで線太さの良好な均一性を保証するほど十分に良く画定されない。

原則的に、上記の問題は、残留層が可能な限り薄いことを保証することによって軽減することができるが、これには望ましくないほど大きい圧力（基板の変形を増大させる）および比較的長いインプリント時間（スループットを減少させる）を加える必要があることがある。

テンプレートは、インプリントリソグラフィシステムの重要な構成要素である。上述したように、テンプレート表面上のフィーチャの解像度は、基板上に印刷されるフィーチャで達成可能な解像度の制限要素である。熱およびＵＶリソグラフィに使用されるテンプレートは一般的に、２段階のプロセスで形成される。最初に、例えば電子ビームの書き込みを使用して所望のパターンを書き込み、レジストに高解像度のパターンを与える。次に、レジストパターンをクロムの薄い層に転写し、これはパターンをテンプレートの母材に転写する最終的な異方性エッチングステップのためのマスクを形成する。例えばイオンビームリソグラフィ、Ｘ線リソグラフィ、極ＵＶリソグラフィ、エピタキシャル成長、薄膜蒸着、化学的エッチング、プラズマエッチング、イオンエッチングまたはイオンミリングなどの他の技術を使用してもよい。一般的に、非常に高い解像度が可能な技術が好ましい。というのは、テンプレートが事実上１×マスクで、転写されるパターンの解像度はテンプレート上のパターンの解像度によって制限されるからである。

テンプレートの剥離特徴も重要な考察事項になり得る。テンプレートは、例えば表面処理材料で処理して、小さい表面エネルギを有するインプリントテンプレート上に薄い剥離層を形成することができる（薄い剥離層は基板にも堆積させることができる）。

以上では、ＵＶ硬化性液体を基板に堆積させることについて言及してきたが、液体は、インプリントテンプレート上に堆積させることもでき、概して同じ技術および考察事項が当てはまる。

インプリントリソグラフィの開発における別の考慮事項は、テンプレートの機械的耐久性である。テンプレートは、レジストのスタンピング中に大きい力を受け、熱リソグラフィの場合には、極端な圧力および温度にも曝される。これはテンプレートの磨耗を引き起こし、基板上にインプリントされるパターンの形状に悪影響を及ぼし得る。

熱インプリントリソグラフィでは、パターン化すべき基板と同じ、または同様の材料のインプリントテンプレートを使用することには、２つの間の熱膨張率の差を最小限に抑えるために潜在的な利点がある。ＵＶインプリントリソグラフィでは、テンプレートは少なくとも部分的に化学線に対して透明であり、したがって石英テンプレートが使用される。本文ではＩＣの製造におけるインプリントリソグラフィの使用に特に言及しているが、説明されたインプリント装置および方法には他の用途もあることを理解されたい。例えば、これは、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用誘導および検出パターン、ハードディスク磁気媒体、フラットパネルディスプレイ、薄膜磁気ヘッドなどである。

上記の説明では、事実上レジストとして作用するインプリント可能な樹脂を介してインプリントテンプレートパターンを基板に転写するためのインプリントリソグラフィの使用に言及しているが、場合によってはインプリント可能な材料自体が機能的材料で、例えば特に伝導性、光学的直線または非直線応答などの機能を有してよい。例えば機能的材料は伝導層、半導体層、誘電層または別の望ましい機械的、電気的または光学的特性を有する層を形成することができる。幾つかの有機物質も適切な機能的材料になる。このような応用は、本発明の実施形態の範囲に入る。

図４は、基板テーブル１０２によって支持された基板１００の一部を断面で概略的に示す。例えばポリ（メチルメタクリレート）またはポリスチレンからなる平坦化層１０４を、基板の上面に設ける。

インプリント可能媒体のディスペンサ１０６が、基板１００上に配置される。インプリント可能媒体のディスペンサは、ノズル１１２に接続されたポンプチャンバ１１０に接続されたリザーバ１０８を備える。リザーバ１０８は、第一接続管１１４によってポンプチャンバ１１０に接続される。ポンプチャンバ１１０は、第二接続管１１６を介してノズル１１２に接続される。ノズル１１２の最下端は、ノズル板１１８と呼ばれる平坦な領域に囲まれる。ポンプチャンバ１１０は、リング形の圧電アクチュエータ１２０に囲まれる。圧電アクチュエータ１２０を制御する方法について、以下でさらに説明する。

第一接続管１１４の直径は、第二接続管１１６の直径より非常に小さく、両方の直径はポンプチャンバ１１０の直径より小さい。通常、インプリント可能媒体のディスペンサの長さは１０ｍｍから３０ｍｍである。ノズル１１２の直径は２０μｍ〜６０μｍの範囲である。ポンプチャンバ１１０および接続管１１６の直径は１００μｍ〜２００μｍである。ノズル１１２の長さは、ノズルの直径にほぼ等しい。ノズルが小さくなると、大きい直径のノズルから排出される小滴と比較して、送出される小滴が小さくなる。第一接続管１１４（流体絞りと呼ぶことができる）は、アクチュエータの押しのけ量の大部分が小滴の生成に使用されるように寸法決定される。

使用時には、ポンプチャンバ１１０、接続管１１４、１１６およびノズル１１２は、リザーバ１０８からのインプリント可能媒体１１２２で充填される。基板テーブル１０２および基板１００は、基板テーブルを移動することによってノズル１１２の下に配置される。圧電アクチュエータ１２０にインパルスを与えて、圧力波をインプリント可能媒体１２２に通して進行させる。圧力波は第二接続管１１６を通って下方向に進み、ノズル１１２に入って、インプリント可能媒体１２２の小滴をノズルから基板１００へと排出させる。インプリント可能媒体１２４の以前に排出された小滴が、基板１００上に示されている。第一接続管１１４の制限された直径は、圧力波が上方向に進んでリザーバ１０８に入るのを阻止する。インプリント可能媒体１２２は、主にノズル内の表面張力の力によってポンプチャンバ１１０へと下方向に引き込まれ、基板１００上に排出されたインプリント可能媒体を置換する。

インプリント可能媒体のディスペンサ１０６は、アレイ状に構成された複数のディスペンサのうちの１つでよい。アレイは、インプリント可能媒体１２４の小滴のアレイを基板１００に堆積させるために使用することができる。ノズル板１１８は、ノズルアレイが設けられた単一の板からなり、各ノズルは異なるポンプチャンバ１１０に接続することができる。これを実行する場合、各ポンプチャンバは通常、自身の圧電アクチュエータによって個々に制御される。

ディスペンサアレイは、インプリント可能媒体１２４の小滴を基板１００の表面全体に、または基板の１つまたは複数の領域に提供するために使用することができる。これで、インプリントテンプレートは、例えば図１ｃに関して以上でさらに説明したように、インプリント可能媒体１２４にパターンをインプリントするために使用することができる。

上述した圧電アクチュエータ１２０は、ポンプチャンバ１１０の周囲にリング状に設けられるが、圧電アクチュエータは他の何らかの形態を有してよい。例えば、圧電アクチュエータを、ポンプチャンバ１１０の一方側に設けてよい。圧電アクチュエータと、インプリント可能媒体内に圧力波を発生可能にするポンプチャンバとの任意の構成を使用することができる。例えばノズル１１２またはノズル板１１８上など、他の何らかの位置に圧電アクチュエータ１２０を設けることが可能である。

圧電アクチュエータ１２０の動作を制御する制御回路が、図５ａに図示されている。制御回路は、パルス増幅器１３２およびレジスタ１３４を介して圧電アクチュエータ１２０に接続される制御装置１３０からなる。パルス増幅器１３２は、電圧源１３６に接続される。パルス増幅器は、制御装置１３０からの信号を最大５０Ｖから２００Ｖに、つまり圧電アクチュエータ１２０を動作させるのに十分な値まで増幅するように構成することができる（圧電アクチュエータは低電圧タイプでよい）。電圧プローブ１３８が、抵抗器１３４と圧電アクチュエータ１２０の間に接続される。電圧プローブ１３８は、従来の方法で接地もされる。コンピュータ１４０が電圧プローブ１３８に接続される。これは、例えば適切なアナログ・ディジタル変換器を介してよい。アナログ・ディジタル変換器は、ＮＩ−ＰＣＩ５１１２高速８ビットディジタイザでよい。コンピュータは制御装置１３０にも接続され、例えば制御装置に制御装置の動作の開始または停止を指示することができる。

使用時には、制御装置１３０は、パルス増幅器１３２および抵抗器１３４を介して圧電アクチュエータ１２０へと進むインパルスを周期的に発生するように構成される。圧電アクチュエータ１２０はインパルスによって周期的に駆動され、それによって圧力インパルスをインプリント可能媒体１２２内に送り（図４参照）、したがってインプリント可能媒体が基板１００に堆積する。

駆動されると、圧電アクチュエータ１２０およびその周囲が振動し始める。圧電アクチュエータ１２０に囲まれたインプリント可能媒体１２２中の振動は、圧力波である。圧電アクチュエータは、これらの振動および圧力波を感知する。電圧プローブ１３８が、圧電アクチュエータ１２０が駆動された後に発生した機械的振動および圧力波に伴って振動する電圧信号を、コンピュータ１４０に渡す。このような信号の例が、図５ａの右手側に図示されている。信号は、高い状態と低い状態の間の過渡部１４２を含み、また過渡振動１４４を含む。過渡振動１４４は、過渡部１４２と比較してサイズが小さい。それらのサイズは、図示を容易にするために図５ａでは誇張されており、これは拡大鏡１４６によって概略的に図示されている。過渡振動１４４の振幅および周波数成分は、ポンプチャンバ１１０、ノズル１１２、およびインプリント可能媒体のディスペンサ１０６の他の部品によって決定される。したがって、ポンプチャンバ１１０、ノズル１１２（またはインプリント可能媒体１２２）の特性が変化すると、これは以下でさらに説明するように過渡振動１４４によってコンピュータ１４０に明らかになる。

圧電アクチュエータ１２０の動作を制御するために改造された制御回路が、図５ｂに図示されている。図５ｂに図示された制御回路は、大部分が図５ａに図示されたものに対応する。対応する構成要素には同じ参照番号が与えられている。図５ｂの制御回路では、抵抗器１３４が圧電アクチュエータ１２０と接地部の間に接続され、電圧プローブ１３８が抵抗器１３４と圧電アクチュエータ１２０の間に接続される。電圧プローブ１３８をこの方法で接続すると、図５ａに見られる過渡部が、コンピュータ１４０に渡される信号から除去される。これによって、過渡信号１４４をさらに容易に監視することができる。信号は、過渡中に電流によって引き起こされるピークとトラフ１４８を含んでよいが、これらのピークおよびトラフのサイズは、図５ａの構成を使用する場合に見られる過渡部より大幅に小さい。

コンピュータ１４０は、例えばインプリント可能媒体のディスペンサ１０６が適正に機能している場合に見られる過渡振動を記憶し、次にこれをその後に測定した過渡振動と比較することによって、過渡振動１４４の変化を監視するように構成することができる。

過渡振動１４４を監視することによって見られるインプリント可能媒体のディスペンサ１０６の状態変化の一例は、ポンプチャンバ１１０内に気泡が蓄積することである。典型的な気泡形成シナリオでは、非常に小さい気泡、恐らくは直径がナノメートル単位のものが現れる。気泡は、ある期間にわたってサイズが徐々に成長する。最初に気泡が形成された時、気泡は基板１０４へのインプリント可能媒体１２２の排出に微細な影響しか及ぼさないことがある。排出された小滴１２４が、例えば通常の場合よりわずかに小さいが、インプリントプロセスの要件にとっては十分に大きい（つまり予め決定された公差内である）ことがある。（整流拡散のせいで）気泡のサイズが成長するにつれ、任意の一瞬で気泡は十分に大きくなり、それによってインプリント可能媒体１２２の排出された小滴が公差限界から外れる。過渡振動１４４を監視することにより、コンピュータ１４０は気泡の成長を監視することができる。コンピュータは、インプリント可能媒体のディスペンサ１０６に、公差限界から外れるインプリント可能媒体１２４の小滴を排出させない限り、気泡の成長を許容することができる。次に、圧電アクチュエータ１２０へのインパルスの伝達が中断されるように、コンピュータが制御装置１３０の動作を中断することができる。これで、インプリント可能媒体１２２の堆積を継続可能にする前に、気泡を除去することができる。

気泡は、例えばインプリント可能媒体のディスペンサ１０６にインプリント可能媒体を一気に流すことによって、ポンプチャンバ１１０から除去することができる。これは、例えば基板テーブル１０２をインプリント可能媒体のディスペンサ１０６から離し、次にインプリント可能媒体１２２を強制的にインプリント可能媒体のディスペンサ１０６に通して流すことによって実行することができる。適切な受け器（図示せず）をインプリント可能媒体のディスペンサ１０６の下に配置して、この手順中にノズル１１２から排出されるインプリント可能媒体１２２を捕捉することができる。

同じ監視手順を使用して、インプリント可能媒体のディスペンサ１０６の他の位置、例えばノズル１１２にて、気泡の形成を監視することができる。

インプリント可能媒体１２２の粘度の変化は、過渡振動１４４を使用して監視することができる。インプリント可能媒体１２２は、例えば蒸発またはゲル化のせいで濃くなることがある。これは、例えば熱、時間またはＵＶ放射への曝露によって引き起こされる。コンピュータ１４０はこの変化を監視し、これが観察されたら、インプリント可能媒体のディスペンサ１０６の動作を中断することができる。場合によっては、粘度の変化によりインプリント可能媒体１２４が予め決定された公差から外れなければ、コンピュータ１４０は中断を遅らせることができる。

過渡振動１４４の監視を使用して、インプリント可能媒体の低圧が変化したか求めることができる。図４を参照すると、インプリント可能媒体１２２が、大気圧より低い圧力でリザーバ１０８内に保持されている。表面張力がこの低圧とともに、ノズル１１２内のインプリント可能媒体１２２の表面を上方向に湾曲させる。この湾曲が図４に見られる。低圧の増大（つまりインプリント可能媒体１２２の圧力低下）は、湾曲を増大させ、低圧の減少は湾曲を減少させる。低圧は、リザーバ１０８と圧力制御装置（図示せず）の間の接続部１２６によって制御される。低圧は、基板１００へと排出されるインプリント可能媒体の小滴１２４のサイズに影響を及ぼす。コンピュータ１４０は、過渡振動によって低圧を監視し、インプリント可能媒体１２４の小滴が予め決定された公差から外れるような低圧の変化が見られた場合に、インプリント可能媒体１２２の排出を中断することができる。

何らかの理由で低圧が失われ、インプリント可能媒体１２２が大気圧に、または大気圧より上の圧力に保持されるような場合、インプリント可能媒体の表面は、もはやノズル１１２内へと上方向に湾曲しない。代わりに、インプリント可能媒体１２２はノズル１１２から外側へと弓なりになる。これで、インプリント可能媒体１２２はノズル板１１８へと広がることができる。こうなると、インプリント可能媒体１２４の小滴のサイズに重大な影響を及ぼし、基板１００上で小滴が形成される位置にも影響することがある。概して、小滴はノズル１１２から下方向に基板１００へと直接進む。しかし、ノズル板１１８の汚染は、小滴を横向きに平行移動させる。したがって、小滴が適正なサイズである場合でも、基板１００上に形成されるアレイ状の小滴が不正確になる。

ノズル板１１８の汚染がコンピュータ１４０によって検出されると、汚染が除去されるまで、インプリント可能媒体の排出が中断される。ノズル板１１８は、インプリント可能媒体１２２がノズル板に広がるのを阻止するために、濡れ防止性である。インプリント可能媒体がノズル板に広がってしまったら、これはノズル板１１８の濡れ防止特性に影響することがある。この理由から、ノズル板１１８の汚染が発生したら、再び適正な低圧になるようにインプリント可能媒体１２２の圧力を調節しても、十分でないことがある。ノズル板１１８は、洗浄も必要である。これは、例えば基板テーブル１０２をインプリント可能媒体のディスペンサ１０６から離し、適切な洗浄装置をインプリント可能媒体のディスペンサの下へと移動することによって実行することができる。洗浄装置は、ノズル板１１８を洗浄し、次に元の位置へと戻ることができる。これで、基板テーブル１０２をインプリント可能媒体のディスペンサ１０６の下へと戻すことができる。

ポンプチャンバ１１０がインプリント可能媒体１２２を空け始めると、これは過渡振動１４４で明らかになる。コンピュータ１４０は、ポンプチャンバ１１０を相応して補給するように構成することができる。ポンプチャンバ１１０は、インプリント可能媒体１２２の消耗によって、予め決定された公差から外れたインプリント可能媒体１２４の小滴が形成される前に、補給することができる。

ノズル１１２は、例えばガラスまたは金属から形成することができる。ノズルを金属で形成する場合、これは穴のアレイを設けた板からなる。各ノズルは、圧電アクチュエータを使用して別個に制御される別個のポンプチャンバに接続される。

少なくともある程度まで、インプリント可能媒体のディスペンサ１０６の特性は、ディスペンサごとに変化しない。この理由から、ディスペンサのアレイを製造する場合は、同じソフトウェアを使用して、アレイのインプリント可能媒体のディスペンサ各々の動作を監視することが可能なことがある。予め決定された限界から外れた特定の特性に基づいて、インプリント可能媒体のディスペンサにて特定の問題を判断することが可能なことがある。したがって、ソフトウェアは、過渡振動１４４の特定の特性を監視し、その特性が予め決定された限界から外れたら、適切な救済措置を執るよう構成することができる。あるいは、過渡振動１４４のいずれかの特性が予め決定された公差から外れた場合は、必ずインプリント可能媒体の排出が中断され、毎回同じ救済措置が実行される（またはその後の診断および救済措置が別個に実行される）ように、ソフトウェアを構成することができる。

ソフトウェアは、その後の過渡振動と比較するために、インプリント可能媒体のディスペンサ１０６の正常な動作中に見られる過渡振動１４４を記憶するように構成することができる。あるいは、インプリント可能媒体のディスペンサ１０６の動作中に見られると予想される標準的な過渡振動１４４を、ソフトウェアに提供することができる。概して、標準的なインプリント可能媒体をインプリントリソグラフィに使用し、したがってインプリント可能媒体そのものを考慮に入れるために、ソフトウェアにて過渡振動１４４を調節する必要はないことがある。しかし、何らかの他の流体を使用する（例えばインプリント可能媒体が異なる粘度を有する）場合は、異なる標準的過渡振動が必要となる。これはソフトウェアに記憶することができる。

図６は、インプリント可能媒体のディスペンサの動作中に検出された過渡振動を、周波数および時間領域で図示している。グレーの線は、インプリント可能媒体のディスペンサの適正な動作中に検出された信号を示し、白線は、インプリント可能媒体のディスペンサのリザーバ１２２および接続路１１４がほぼ空である場合に検出される信号を示す。時間領域では、グレーの線と白線との間に有意の差があることが分かる。インプリント可能媒体のディスペンサを制御するソフトウェアは、この大きさの差が見られるか、特定の波形（または同様のもの）が見られた場合に、インプリント可能媒体のディスペンサの動作を中断するように構成することができる。

時間領域での監視に加えて、またはその代替方法として、周波数領域で過渡振動を監視することができる。例えばフーリエ変換を使用して、時間領域から周波数領域へと信号を変換することができる。図６の下部分を参照すると、正常な動作中に、監視された信号には一連の周波数ピークが見られる。ポンプチャンバ１１０がほぼ空になると、周波数領域の信号において、最も低い２つの周波数ピークが抑制される。これらの周波数ピークが抑制されると、例えばインプリント可能媒体を補充するなど、適切な救済措置を執るように、ソフトウェアを構成することができる。

図７を参照すると、監視された過渡振動のヘルムホルツ周波数（キートーンとも呼ぶ）が、インプリント可能媒体の圧力の関数として図示されている。ヘルムホルツ周波数（またはキートーン）は、過渡振動にピークが見られる最低周波数である。図７を参照すると、インプリント可能媒体の圧力が増加するにつれ、ヘルムホルツ周波数が低下することが分かる。インプリント可能媒体の圧力が大気圧より下から大気圧より上へと移行すると（つまり、圧力が低圧から過剰圧力になると）、周波数の顕著な下方向への段差が見られる。ヘルムホルツ周波数の急落は、インプリント可能媒体がノズル板１１８に広がるせいである。図７は、コンピュータ１４０が単純な方法で低圧を監視できる方法を実証する。

図８は、インプリント可能媒体の粘度がヘルムホルツ周波数（図８では「キートーン」という同等の用語が使用されている）に及ぼす効果を示す。図８は、インプリント可能媒体の粘度の関数として、圧力ゲインも示す。図８から、ヘルムホルツ周波数は圧力ゲインに非常に密接に関連し、したがってヘルムホルツ周波数を監視すると、圧力ゲインの表示が与えられることが分かる。

本発明は、上述したように、インプリント可能媒体のディスペンサの将来の故障を予測可能にする。また、本発明は、予め決定された公差から外れるインプリント可能媒体の小滴がいつ分配されるのか、予測可能にし、したがってそうなる前にインプリント可能媒体の排出を中断することができる。

インプリント可能媒体のディスペンサが故障するか、予め決定された公差から外れたインプリント可能媒体の小滴が分配された場合には、基板の不良ターゲット領域の位置を記録することができる。これで、これらのターゲット区域を、将来の層のインプリント中に省略することができる。あるいは、適正にインプリントされたパターンがこれらのターゲット領域に提供されるように、ターゲット区域のインプリントを繰り返すことができる。これが再び適正に機能するように、インプリント可能媒体のディスペンサを補充／洗浄／保守することができる。

代替構成では、インプリント可能媒体の特定の小滴が省略されているか、小さすぎると判断された場合、インプリント可能媒体のディスペンサを補充／洗浄／保守し、次に省略されたインプリント可能媒体を置換するか、それを補給するために使用することができる。基板からのインプリント可能媒体の小滴の蒸発を最小限に抑えるために、これは迅速に実行することが望ましい。

２アレイのインプリントノズルを相互に隣接して設けることができ、両方ともインプリント可能媒体を基板に堆積するように構成されている。１アレイにある１つまたは複数のノズルが故障するか、故障すると予測される場合は、これを他のアレイに切り換えて、次に２倍の速度で作動させることができる。この方法で、基板へのインプリント可能媒体の小滴の排出が、同じ速度で継続する。例えば他のアレイのノズルからインプリント可能媒体の排出を実行している間に、欠陥があるインプリント可能媒体のディスペンサを補充／洗浄／保守することができる。残りのアレイのインプリントノズルの動作速度を上げる代替方法として、インプリントノズルのアレイに対する基板の移動速度を低下させてもよい。

場合によっては、過渡振動を全て、将来の参考のために記憶することが望ましい。これは、例えばその後にインプリント可能媒体の全小滴が適正に排出されたかチェックするために使用することができる。

場合によっては、インプリント可能媒体のディスペンサを操作する方法を、過渡振動から求められた情報に基づいて改造することができる。例えば、インプリント可能媒体のキャビテーションが発生しそうな場合（つまり空隙またはキャビティが形成され、瞬間的に崩壊する）、制御装置１３０は、インプリント可能媒体の小滴がより低い周波数で排出されるように調節することができる。これは、キャビテーションの抑制に役立つことがある。過渡振動が、インプリント可能媒体の粘度が高すぎる（または吸湿が不良である）ことを示した場合に、同じように調節することができる。低圧を調節して、さらに低い値にすることにより、リザーバ１０８およびポンプチャンバ１１０あるいはその両方の不完全な補充を修正することが可能である。

以上でさらに説明した制御回路は、圧電制御信号を使用して、インプリント可能媒体のディスペンサの特性を示す過渡振動を監視する。しかし、過渡振動を監視するために他の装置を使用してもよい。過渡振動は、ポンプチャンバ１１０の壁に存在し、圧電アクチュエータで拾うのは、このせいである。ポンプチャンバ１１０の壁にマイクロホンを、または何らかの他のインピーダンス監視またはキャパシタンス監視装置を取り付けることができる。概して、ポンプチャンバの振動を検出する任意のディテクタを使用することができる。マイクロホンまたは他の監視装置を、ポンプチャンバ１１０に取り付ける必要はない。代わりに、動作中に振動するインプリント可能媒体のディスペンサ１０６の任意の他の位置（例えばノズル１１２、ノズル板１１８、または接続管１１６）に取り付けることができる。場合によっては、圧電アクチュエータを２つの部品、つまり駆動に使用されている第一部品と感知に使用されている第二部品に設けることができる。

以上では本発明の特定の例を説明してきたが、本発明は説明以外の方法で実践してよいことが認識される。この説明は、本発明を制限するものではない。

従来の「プリンティング」リソグラフィプロセスの例を示した図である。 従来の熱リソグラフィプロセスの例を示した図である。 従来のＵＶリソグラフィプロセスの例を示した図である。 レジスト層をパターン化するために熱およびＵＶインプリントリソグラフィを使用する場合に使用される２段階エッチングプロセスを示す図である。 テンプレートおよび基板に堆積した典型的なインプリント可能なレジスト層を示す略図である。 本発明を実現するインプリント可能媒体のディスペンサを示す図である。 本発明を実現するインプリント可能媒体のディスペンサを示す図である。 本発明を実現するインプリント可能媒体のディスペンサを示す図である。 本発明の実施形態の動作を示したデータを示す図である。 本発明の実施形態の動作を示したデータを示す図である。 本発明の実施形態の動作を示したデータを示す図である。

Claims (20)

1. インプリント可能媒体のディスペンサであって、
   チャンバと、
   ノズルと、
   前記チャンバに接続され、駆動されてインプリント可能媒体が前記ノズルから分配されるように前記チャンバ内に圧力波を発生するアクチュエータと、
   前記アクチュエータが駆動されるときに発生する過渡振動信号を受け、前記過渡振動信号を監視することによって前記インプリント可能媒体のディスペンサの動作を監視する監視装置を含む制御回路と、
   を備え、
   前記制御回路が、前記アクチュエータ及び接地部の間に接続された抵抗器と、前記アクチュエータ及び前記抵抗器の間に接続された電圧プローブと、をさらに備える
   ディスペンサ。
2. 前記アクチュエータが圧電アクチュエータである、請求項１に記載のディスペンサ。
3. 前記圧電アクチュエータが前記チャンバを取り囲む、請求項２に記載のディスペンサ。
4. 前記アクチュエータが前記過渡振動信号を提供する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のディスペンサ。
5. 前記制御回路がさらに前記インプリント可能媒体のディスペンサの過渡振動を検出し、前記過渡振動信号を提供するディテクタを備える、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のディスペンサ。
6. さらに、受信した過渡振動信号と比較するために、過渡振動信号を記憶するメモリを備える、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のディスペンサ。
7. 前記監視装置が、前記記憶した過渡振動信号を前記受信した過渡振動信号と比較して、前記受信した過渡振動信号が前記記憶した過渡振動信号から予め決定された量より大きく逸脱している場合に、救済措置を開始するコンピュータを備える、請求項６に記載のディスペンサ。
8. 前記救済措置が、前記ノズルからの前記インプリント可能媒体の分配を停止することを含む、請求項７に記載のディスペンサ。
9. 前記監視装置が、前記インプリント可能媒体の気泡の形成、前記インプリント可能媒体の粘度の変化、前記インプリント可能媒体の低圧、前記ディスペンサからのインプリント可能媒体の枯渇、前記インプリント可能媒体のキャビテーション、および前記ディスペンサのノズル板のインプリント可能媒体による汚染、あるいはそのいずれかを監視する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のディスペンサ。
10. インプリント可能媒体の小滴のアレイを基板へと分配するディスペンサアレイであって、各ディスペンサが、
    チャンバと、
    ノズルと、
    前記チャンバに接続され、駆動されてインプリント可能媒体が前記ノズルから分配されるように前記チャンバ内に圧力波を発生するアクチュエータと、
    前記アクチュエータが駆動されるときに発生する過渡振動信号を受け、前記過渡振動信号を監視することによって前記インプリント可能媒体のディスペンサの動作を監視する監視装置を含む制御回路と、
    を備え、
    前記制御回路が、前記アクチュエータ及び接地部の間に接続された抵抗器と、前記アクチュエータ及び前記抵抗器の間に接続された電圧プローブと、をさらに備える
    ディスペンサアレイ。
11. 前記ディスペンサアレイの各ディスペンサに、別個に制御可能なアクチュエータを設ける、請求項１０に記載のディスペンサアレイ。
12. インプリントリソグラフィ装置であって、
    インプリント可能媒体のディスペンサを備え、前記インプリント可能媒体のディスペンサが、
    チャンバと、
    ノズルと、
    前記チャンバに接続され、駆動されてインプリント可能媒体が前記ノズルから分配されるように前記チャンバ内に圧力波を発生するアクチュエータと、
    前記アクチュエータが駆動されるときに発生する過渡振動信号を受け、前記過渡振動信号を監視することによって前記インプリント可能媒体のディスペンサの動作を監視する監視装置を含む制御回路と、
    を備え、
    前記制御回路が、前記アクチュエータ及び接地部の間に接続された抵抗器と、前記アクチュエータ及び前記抵抗器の間に接続された電圧プローブと、をさらに備える
    インプリントリソグラフィ装置。
13. チャンバ、ノズル、および前記チャンバに接続されたアクチュエータを備えるディスペンサからインプリント可能媒体を分配する方法であって、
    インプリント可能媒体を前記ノズルから分配させる圧力波を前記チャンバ内で発生するように、アクチュエータを駆動し、
    前記アクチュエータが駆動されるときに発生する過渡振動信号を監視することによって、前記ディスペンサの動作を監視する
    ことを含み、
    前記アクチュエータ及び接地部の間に抵抗器が接続されており、
    前記アクチュエータ及び前記抵抗器の間に電圧プローブが接続されており、
    前記過渡振動信号が、前記電圧プローブで監視される、
    方法。
14. 前記監視することが、前記インプリント可能媒体中の気泡、前記インプリント可能媒体の粘度の変化、前記インプリント可能媒体の不適当な低圧、前記ディスペンサからのインプリント可能媒体の枯渇、前記インプリント可能媒体のキャビテーション、および前記ディスペンサのノズル板のインプリント可能媒体による汚染、またはそのいずれかを含む状態の形成を監視することを含む、請求項１３に記載の方法。
15. さらに、前記状態が検出されたら、それを修正する救済措置を実行することを含む、請求項１４に記載の方法。
16. さらに、前記発生した過渡振動信号を記憶された過渡振動信号と比較することを含む、請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の方法。
17. さらに、前記発生した過渡振動信号の特性が前記記憶した過渡振動信号と予め決定された量から大きく異なる場合に、インプリント可能媒体の分配を停止することを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記特性が、前記過渡振動信号のヘルムホルツ周波数である、請求項１７に記載の方法。
19. 前記ディスペンサがアレイ状のディスペンサの１つであり、前記方法がさらに、インプリント可能媒体のアレイ状の小滴を基板へと分配するために前記アレイ状のディスペンサを使用することを含む、請求項１３乃至１８のいずれか１項に記載の方法。
20. 前記アレイ状のディスペンサの各ディスペンサが別個に駆動される、請求項１９に記載のディスペンサ。