JP6018268B2 - ナノインプリント・リソグラフィのテンプレート製作方法およびそのシステム - Google Patents

ナノインプリント・リソグラフィのテンプレート製作方法およびそのシステム Download PDF

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Description

関連出願
(関連出願の相互参照)
本出願は、2010年4月27日に出願された米国仮出願第61/328,353号への優先権を主張するものである。
ナノ加工は、およそ100ナノメートル以下のフィーチャを有する非常に小さい構造体の加工を含む。ナノ加工がかなりの影響を及ぼした1つの応用は、集積回路の処理においてである。半導体処理産業は、基板に形成される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収率のために努力し続けており、従ってナノ加工は、ますます重要になっている。ナノ加工は、形成される構造体の最小フィーチャ寸法の継続する低減を可能にしながらより優れたプロセス制御を提供する。ナノ加工が用いられる他の開発領域には、生物工学、光技術、機械システムなどの領域がある。
今日使用されているナノ加工技術は、普通インプリント・リソグラフィと呼ばれる。例となるインプリント・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、および米国特許第6,936,194号などの多数の刊行物で詳細に述べられている。
前述の米国特許公開および特許の各々で開示されるインプリント・リソグラフィ技術は、成形性(重合性)層にレリーフ・パターンを形成することおよびレリーフ・パターンに対応するパターンを下にある基板に転写することを含む。基板は、パターン形成プロセスを容易にするために所望の位置決めを得るように移動ステージに結合されることもある。パターン形成プロセスは、基板から間隔をあけて離れたテンプレートおよびテンプレートと基板との間に塗布された成形性液体を使用する。成形性液体は、成形性液体と接するテンプレートの表面形状に従うパターンを有する剛体層を形成するように固化される。固化の後、テンプレートは、テンプレートおよび基板が間隔をあけて離れるように剛体層から分離される。基板および固化層は次いで、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に追加のプロセスを受ける。
基板上に形成されたパターン化層からテンプレートを分離するためのナノインプリント・リソグラフィの方法およびシステムが、本発明によって提供される。システムおよび方法は、さもなければそのような分離から生じる可能性があるパターン化フィーチャでの歪みまたは欠陥を最小限にする。これは、分離中のテンプレートに生じる横歪み(dt)および基板に生じる横歪み(db)の制御、およびある場合にはそれらの整合を通じて達成される。テンプレートおよび基板の横歪みdtおよびdb、または横歪み比(dt/db)は、テンプレートおよび/もしくは基板の厚さ(Ttおよび/もしくはTb)の選択を通じて、かつ/またはテンプレートおよび/もしくは基板の背圧(Ptおよび/もしくはPb)の制御を通じて、かつ/またはテンプレートおよび/もしくは基板の材料剛性の選択を通じて制御できる。
一態様では、基板上に形成されたパターン化層と接触してテンプレートを準備するステップであって、テンプレートおよび基板は、分離力を受けるとき、それらと関連する横歪みdtおよびdbをそれぞれ有する、ステップを含む方法が、提供される。テンプレートの横歪み(dt)または基板の横歪み(db)または両方は、テンプレートおよび基板が分離力を受けるとき、横歪みの比(dt/db)が約1であるように調整される。すなわち、歪みdtおよびdbは、整合される。分離力の印加によって、テンプレートを基板から分離する。いったん分離されると、形成されたパターン化層は、基板に転写でき、それ自体は次いで、例えば集積回路などの、ナノ加工されたデバイスなどへ処理できる。
ある態様では、横歪み調整は、テンプレートおよび/または基板への背圧の印加を通じて成し遂げられる。背圧は、分離力の印加より前にまたはそれと同時に印加されてもよい。印加される背圧は、正圧力かまたは負圧力(すなわち、真空)とすることができる。正背圧は、テンプレートに、負背圧は、基板に印加されてもよく、逆の組合せでもよい。
他の態様では、横歪み調整は、テンプレートまたは基板または両方の材料剛性を変更することを通じて成し遂げられる。さらなる態様では、横歪み調整は、テンプレートまたは基板または両方の厚さを変更することを通じて成し遂げられる。
なおさらなる態様では、厚さTbを有する基板および基板と重ね合わされたテンプレートを有するナノリソグラフィ・インプリント・システムが、提供される。テンプレート厚さTtは、基板の横歪み(db)に対するテンプレートの横歪み(dt)の比(dt/db)が約1であるように選択される。すなわち、テンプレート厚さは、横歪み(dt)および(db)が整合するように選択される。例えば、基板がSiであり、テンプレートが溶融シリカである場合には、基板厚さTbは、約0.775mmとすることができ、テンプレート厚さTtは、約1.1mmとすることができる。
本明細書で述べられる態様および実装形態は、上で述べられた以外の方法で組み合わされてもよい。他の態様、特徴、および利点は、次の詳細な説明、図面、および特許請求の範囲から明らかとなる。
本発明の特徴および利点が、詳細に理解できるように、本発明の実施形態のより詳しい説明が、添付の図面で例示される実施形態を参照してなされてもよい。しかしながら、本発明は、他の同等に有効な実施形態を認めてもよいので、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態を例示するだけであり、従って本発明の範囲を限定すると考えるべきでないことに留意すべきである。
リソグラフィ・システムの簡略化した側面図を例示する図である。 パターン化層をその上に有する、図1で例示される基板の簡略化した側面図を例示する図である。 図3Aはインプリント・リソグラフィ分離プロセス中のテンプレートおよび基板の横歪み(側方移動)の簡略化した側面図を例示する図である。図3Bはインプリント・リソグラフィ分離プロセス中のテンプレートおよび基板の横歪み(側方移動)の簡略化した拡大図を例示する図である。 図4Aはインプリント・リソグラフィ分離プロセス中のテンプレートの横歪み(側方移動)の簡略化した側面図を例示する図である。図4Bはインプリント・リソグラフィ分離プロセス中のテンプレートの横歪み(側方移動)の簡略化した拡大図を例示する図である。 厚さ比および背圧(絶対圧力)の関数としての、界面で接続するテンプレートおよび基板の横歪み比のグラフ表示を例示する図である。 可変厚さおよび実質的に同様の背圧を有する、界面で接続するテンプレートおよび基板の横歪み比のグラフ表示を例示する図である。 実質的に同様の厚さおよび可変背圧を有する、界面で接続するテンプレートおよび基板の横歪み比のグラフ表示を例示する図である。
図を、特に図1を参照すると、そこで例示されるのは、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リソグラフィ・システム10である。基板12は、基板チャック14に結合されてもよい。例示されるように、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、静電式、電磁式、および/または同様のものを含むが限定されない、任意のチャックであってもよい。例となるチャックは、例えば、米国特許第6,873,087号に開示される。
基板12および基板チャック14はさらに、ステージ16によって支持されてもよい。ステージ16は、x、y、およびz軸に沿って並進運動および/または回転運動を提供してもよい。ステージ16、基板12、および基板チャック14はまた、基部(図示されず)上に位置決めされてもよい。
基板12から間隔をあけて離れているのは、テンプレート18である。テンプレート18は、第1の側面および第2の側面を有する本体を含んでもよく、1つの側面は、それから基板12の方へ延びるメサ20を有する。メサ20は、パターン形成表面22をその上に有する。さらに、メサ20は、モールド20と呼ばれることもある。別法として、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、溶融シリカ、石英、シリコン、有機ポリマー、シロキサン・ポリマー、ホウケイ酸ガラス、フルオロカーボン・ポリマー、金属、硬化サファイア、および/または同様のものを含むが限定されない、そのような材料から形成されてもよい。例示されるように、パターン形成表面22は、複数の間隔をあけて離れた後退部24および/または突出部26によって定義される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(例えば、平面)に限定されない。パターン形成表面22は、基板12上に形成すべきパターンの基礎を形成する任意の元のパターンを定義してもよい。
テンプレート18は、チャック28に結合されてもよい。チャック28は、真空式、ピン型、溝型、静電式、電磁式、および/または他の同様チャック型のように構成されてもよいが、限定されない。例となるチャックはさらに、米国特許第6,873,087号で述べられる。さらに、チャック28は、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の動きを容易にするように構成されてもよいようにインプリント・ヘッド30に結合されてもよい。
システム10はさらに、流体分注システム32を含む。流体分注システム32は、基板12上に成形性材料34(例えば、重合性材料)を堆積させるために使用されてもよい。成形性材料34は、滴下分注法、回転塗布法、浸漬塗布法、化学気相堆積法(CVD)、物理気相堆積法(PVD)、薄膜堆積法、厚膜堆積法、および/または同様のもの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。成形性材料34は、所望の体積が設計考慮事項に応じてモールド20と基板12との間に定義される前および/または後に基板12上に配置されてもよい。成形性材料34は、生体領域、太陽電池産業、バッテリ産業、および/または機能性ナノ粒子を必要とする他の産業内で用途を有する機能性ナノ粒子であってもよい。例えば、成形性材料34は、米国特許第7,157,036号および米国特許公開第2005/0187339号で述べられるようなモノマー混合物を含んでもよい。なお、成形性材料34は、生体材料(例えば、PEG)、太陽電池材料(例えば、N型、P型材料)、および/または同様のものを含んでもよいがこれに限定されない。
図1および図2を参照すると、システム10はさらに、エネルギー40を経路42に沿って導くように結合されるエネルギー・ソース38を含んでもよい。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と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/またはソース38と通信するプロセッサ54によって調節されてもよく、メモリ56に保存される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か、ステージ16、または両方は、モールド20と基板12との間の距離を変えて成形性材料34によって満たされるそれらの間の所望の体積を定義する。例えば、インプリント・ヘッド30は、モールド20が成形性材料34と接するようにテンプレート18に力を印加してもよい。所望の体積が成形性材料34で満たされた後、ソース38は、エネルギー40、例えば紫外線放射を生成して、成形性材料34を基板12の表面44およびパターン形成表面22の形状に従って固化させかつ/または架橋させて、基板12上にパターン化層46を定義する。パターン化層46は、残存層48ならびに突出部50および後退部52として図示される複数のフィーチャを含んでもよく、突出部50は、厚さt1を有し、残存層は、厚さt2を有する。
上述のシステムおよびプロセスはさらに、米国特許第6,932,934号、米国特許第7,077,992号、米国特許第7,179,396号、および米国特許第7,396,475号で言及されるインプリント・リソグラフィ・プロセスおよびシステムで用いられてもよい。
パターン化層46の形成の後、テンプレート18またはモールド20ならびにパターン化層46のフィーチャ50および52は、分離されてもよい。一般に、分離の取組みには、2つの「板状」構造体(すなわち、テンプレート18および基板12)を分離するために力を印加することが含まれる。分離は一般に、過度の応力および/または歪みをテンプレート18もしくはモールド20ならびに/またはパターン化層46のインプリントされたフィーチャ50および52にもたらすことなく行われる必要がある。もしテンプレート18および基板12が、相対的に法線方向に引きはがされるならば(例えば、傾ける動きなしに)、分離フロントは、パターン化層46の境界から内側へ(放射状に)移動する。もし追加の傾ける動きが、適用されるならば、分離フロントは、傾斜軸から遠い側から始まる平行線をかなり移動することもある。例となる分離フロントスキームは、米国特許第7,701,112号、米国特許公開第2010/0096776号、米国特許第7,635,445号、および米国特許第7,635,263号でさらに詳細に述べられている。
図3Aで例示されるように、テンプレート18aおよび基板12aは、分離フロントで小角度Θを形成することもあり、それは、非変形平面PL1に関するテンプレート18aの相対曲げ角度Θ1および基板12aの相対曲げ角度Θ2の和に等しい。ここで、Pは、インプリントされた領域の外側のテンプレートと基板との間のギャップでの圧力であり、PtおよびPbは、もしあれば、テンプレート裏面および基板裏面に印加される圧力をそれぞれ表す。非変形平面PL1に関するテンプレート18aの相対曲げ角度Θ1および基板12aの相対曲げ角度Θ2は、厚さ、ヤング率、圧力、テンプレート18aとパターン化層46との間の付着力、および同様のものを含むが限定されない、多変数の関数である。図3Bは、テンプレートと基板との間の分離フロントでの2つの横移動を示し、ここでdtは、テンプレート・フィーチャの横変位(または横歪み)であり、dbは、基板上のインプリントされたフィーチャの横変位(または横歪み)である。
図4は、基板が剛体で、全く曲げがないと仮定される場合の基板12aに関するテンプレート18aの歪みdtを例示する。テンプレート18aはそれ故に、横歪みdtを示すが、しかし基板のdbは、ゼロの横歪みを有する。例示されるように、横歪みが、テンプレート・フィーチャと基板フィーチャとの間で整合しないそのような場合には、インプリントされたフィーチャ50aおよび52aは、歪められるまたは損傷することになる。フィーチャ損傷を防止するためには、基板12aが曲がるまたは伸びることを可能にし、それの横歪みdbがテンプレートのそれ(dt)と整合することを可能にすることが、有利である。
テンプレートおよび基板の曲げ量は、(ET3)に逆比例し、ここでEは、テンプレートまたは基板材料のヤング率であり、Tは、テンプレートまたは基板の厚さである。続いて、歪みは、厚さ(T)を乗じた曲げの関数である。従って、歪みの大きさは、(ET2)に逆比例する。その結果、テンプレート18aおよび基板12aの界面で接続する表面での2つの横歪みの比(dt/db)は、(Ebb 2)/(Ett 2)に比例する。
図5乃至図7は、テンプレート18aおよび基板12aの厚さ(Tb/Tt)に関して横歪み比(dt/db)のグラフ・プロットを例示する。一般に、実線70〜70bは、実質的に同様の境界条件(例えば、背圧)の下でのテンプレート18aおよび基板12aの歪み比を表す。点線72、72bおよび74は、実質的に異なる境界条件(例えば、背圧)の下でのテンプレート18aおよび基板12aの歪み比を表す。
図5は、テンプレート18aおよび基板12aの分離中の厚さの組合せについての横歪み比(dt/db)のグラフ・プロット68を例示する。例えば、実質的に同様の境界条件の下では(すなわち、基準線70)、テンプレート18aの厚さTtが、基板12aの厚さTbよりもかなり小さいときは(Tt<<Tb)、分離フロントは、主にテンプレート18aの曲げによって形成されてもよい。この例では、歪みの比(dt/db)は、(Eb/Et)よりも大きい。別法として、テンプレート18aの厚さTtよりもかなり小さい基板12aの厚さTbを有するときは(Tb<<Tt)、歪みの比(dt/db)は、(Eb/Et)よりも小さい。
最適な場合は、歪み比(dt/db)がテンプレート18aおよび基板12aについて1になる場合に存在することができる。テンプレートおよび基板が、同じヤング率を有するときは、最適構成は、テンプレート18aおよび基板12aが、実質的に同様の厚さTtおよびTbをそれぞれ有し、理想に近いプロセス条件(例えば、背圧、制約境界条件)の下にあるときである。圧力は、正および負圧力(真空)の両方であることに留意すべきである。
しかしながら、テンプレート18aおよび基板12が、異なる背部支持(すなわち、材料剛性を調整すること)を用いてまたは背圧(正圧力および/または真空)の印加を通じて制約されることは、応力および/または横歪みにかなり影響を及ぼすこともある。例えば、図5で例示されるように、曲線72および74は、テンプレート18aおよび基板12aが異なる背圧条件の下にあるときの横歪み比(dt/db)を例示する。曲線72は、基板12aの背圧がテンプレート18aのそれ(例えば、0KPa)よりも低い(例えば、−30KPa)ときの相対横歪み比(dt/db)を表し、曲線74は、反対の場合(すなわち、基板12aの背圧がテンプレート18aのそれよりも高い場合)を表す。例えば、基板12aだけが真空チャックされることは、曲げ形状に影響を及ぼして分離プロセス中に過度の歪みをもたらすこともある。グラフ表示に基づいて、テンプレート18aの厚さTtは、裏面圧力、分離力、および/またはテンプレート形状の差を補償するために、テンプレート18aの曲げ剛性が増加されるように基板12aの厚さTbよりも大きく構成されて(例えば、増加されて)もよい。
しかしながら、基板12aの厚さは一般に、自由に選択可能な変数でない。例えば、8インチまたは12インチ直径の半導体ウェハーには一般に、基板12aのための厚さについて業界標準がある。補償のために、テンプレート18aの厚さTtは、基板12aについて事前に選択された厚さTbに基づいて決定されてもよい。加えて、テンプレート18aの厚さTtは、横歪みdtが最小化されるまたは除去されてもよいように、材料剛性(例えば、ヤング率)、背圧、および同様のものに基づいて決定されてもよい。別法として、テンプレート18aの背圧は、横歪み比(dt/db)を約1にできるように制御されてもよい。
より具体的には、テンプレートおよび/または基板に印加される背圧Ptおよび/またはPb(図3Aを参照)は、約1の横歪み比(dt/db)をもたらすように横歪みdtおよび/または横歪みdbを変更するために調整できる。供給する必要がある背圧Ptおよび/またはPbの量および程度は、テンプレートおよび基板のヤング率、厚さ、ならびに印加すべき分離力に基づいて事前に決定できる。テンプレートへのそのような背圧の制御および供給は、例えば参照により本明細書に組み込まれる米国特許第7,019,819号で述べられるチャックおよびシステムを使用して提供できる。基板へのそのような背圧の制御および供給は、例えば米国特許第7,635,263号および米国特許第7,635,445号で述べられるチャックおよびシステムを使用することができる。
図6は、厚さの組合せについて横歪み比(dt/db)のグラフ・プロット76を例示する。グラフ・プロット76は、テンプレート18aかまたは基板12aの厚さTtおよびTbが制御可能な変数である場合の横歪み比(dt/db)を最適化するための例となる方法を提供する。例えば、基板12aは、約150GPaのヤング率、約0.775mmの厚さTbを有するSiで形成されてもよい。テンプレート18aは、約75GPaのヤング率を有する溶融シリカで形成されてもよい。そのとき、横歪み比(dt/db)は、(0、0)および(1、2)を通る二次関数である。そのため、1の理想的横歪み比(dt/db)について、厚さ比は、(Ebb 2)/(Ett 2)に基づいて0.5の平方根とすべきである。従って、テンプレート18aの厚さTtは、約1.1mmである必要があることもある。実質的に同一の背圧が、テンプレート18aおよび基板12aの両方に供給される必要があることもある。例えば、背圧は、テンプレート18aおよび基板12aの両方で約−30KPaに維持されてもよい。背圧のわずかな変化は、印加すべき分離力に基づいて最適化できる。別法として、テンプレート18aが、周囲圧力の下にあるときは、基板12aの少なくとも一部分は、実質的に同じ背圧(例えば、周囲圧力)の下にあってもよく、一方基板12aの残りの部分は、異なる背圧を受ける。異なるレベルの圧力を供給するためのシステムおよび方法はさらに、米国特許第7,019,819号、米国特許第7,635,263号および米国特許第7,635,445号で開示されている技術を使用することもできる。
図7は、厚さが被制御変数でない場合の横歪み比(dt/db)のグラフ・プロット78を例示する。グラフ・プロット78は、テンプレート18aかまたは基板12aの厚さTtおよびTbが制御変数でない場合の横歪み比(dt/db)を最適化するための例となる方法を提供する。テンプレート18aおよび基板12aの材料特性は、実質的に同様であってもよい。テンプレート18aおよび基板12aの厚さTtおよびTbは、固定比を有してもよい。例えば、一実施形態では、固定比は、Tb/Tt=0.18に設定されてもよい。一般に、「より厚い」テンプレート18aまたは基板12aは、高い背圧の追加の支持を必要とすることもあり、一方「より薄い」テンプレート18aまたは基板12aは、低い圧力を有する背圧(例えば、真空)を必要とすることもある。例えば、溶融シリカ材料については、約40KPaから90KPaの間の背圧が、より厚いテンプレート18aおよび基板12aに使用されてもよく、約−40KPaから0KPaの間の背圧が、より薄いテンプレート18aおよび基板12aに使用されてもよい。実際の数値は、解析モデルおよび/または有限要素解析を使用して決定されてもよい。さらに、テンプレート18aおよび基板12aのための背圧レベルは、分離が伝搬するにつれて調整されてもよい。
厚さTtおよび/もしくはTbの選択、背圧の制御、ならびに/または材料剛性の選択を通じてのテンプレート18aおよび基板12aの横歪みの制御は、米国特許第7,636,999号、米国特許第7,701,112号、米国特許公開第2010/0096776号、米国特許第7,635,445号、および米国特許第7,635,263号でさらに述べられるそれらを含むが限定されない、他の分離方法に適用されてもよい。
様々な態様のさらなる変更形態および代替実施形態は、この記述を考慮すると当業者には明らかとなる。それに応じて、この記述は、説明に役立つだけであると解釈すべきである。本明細書で図示され、述べられる形態は、実施形態の例として受け取るべきであると理解すべきである。要素および材料は、本明細書で例示され、述べられるそれらと置き換えられてもよく、部品およびプロセスは、逆にされてもよく、ある特徴は、独立して利用されてもよく、当業者には明らかとなるようなすべては、この記述の便益を有する。本明細書で述べられる要素の変形は、次のクレームで述べられるような精神および範囲から逸脱することなく行われてもよい。

Claims (3)

  1. 厚さTbを有する基板と、
    前記基板上に形成されたパターン化層と接触する厚さTtを有するテンプレートとを含み、
    前記テンプレートおよび前記基板は、前記形成されたパターン化層から前記テンプレートを分離するための分離力を受けるとき、それぞれに横歪み(dt)および(db)を有し、
    前記テンプレートおよび前記基板が前記分離力を受けるときに前記基板の横歪み(db)に対する前記テンプレートの横歪み(dt)の比(dt/db)が約1となるように前記テンプレートの厚さTtが選択されること、を特徴とするナノリソグラフィ・インプリント・システム。
  2. 前記基板は、Siであり、前記テンプレートは、溶融シリカである、請求項に記載の
    ナノリソグラフィ・インプリント・システム。
  3. Tbは、約0.775mmであり、Ttは、約1.1mmである、請求項に記載のナノ
    リソグラフィ・インプリント・システム。
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