JP2011176321A - 転写リソグラフィ・プロセスのための自動液体ディスペンス方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、転写リソグラフィ・プロセスに適用可能な液体ディスペンス・システム及びディスペンス方法を提案できるようにする。
【解決手段】平板状の物質または転写リソグラフィ・プロセス用の半導体ウエハを含む基板の表面に液体をディスペンスする自動液体ディスペンス方法とシステムが開示されている。本ディスペンス方法は液体ディスペンサ・チップと基板との間の相対的な動きを生成する基板ステージと液体ディスペンサを使用する。さらに、パターン化されていない平坦なテンプレートを用いて基板表面を平坦にする方法と装置も開示されている。
【選択図】図３

Description

（発明の背景）
１．発明の分野
本発明は一般に転写リソグラフィ(imprint lithography)・プロセスに適用することができる液体ディスペンス・システムおよびディスペンス方法に関する。

２．関連技術の説明
転写リソグラフィは、サイズが５０ｎｍ未満のフィーチャを基板に印刷することができる技法である。転写リソグラフィは、１００ｎｍ未満のレジームにおける半導体製造のための選択肢として、フォトリソグラフィに取って代わる潜在力を有している。いくつかの転写リソグラフィ・プロセスが１９９０年代の間に導入されたが、それらのほとんどは、フォトリソグラフィに取って代わる実際的な代用として使用できない複数の限界を有している。これら従来技術の限界として、例えば温度による変化が大きいこと、高圧を必要とすること、およびフレキシブル・テンプレートを使用しなければならないことが挙げられる。

最近では、高分解能パターンを室温で低圧を使用して水晶テンプレートから基板表面へ転写するために転写リソグラフィ・プロセスを使用することがある。ステップ・アンド・フラッシュ転写リソグラフィ（ＳＦＩＬ:Step and Flash Imprint Lithography）プロセスでは、硬い水晶テンプレートが、光硬化液体材料の中で基板表面と間接的に接触している。光を当てることによって液剤が硬化し、テンプレートのパターンが硬化した液に転写される。

硬くて透明なテンプレートを使用することにより、高分解能オーバレイをＳＦＩＬプロセスの一部として組み込むことができ、また、光硬化によって低圧かつ室温で処理することができる低粘性液剤を使用することにより、望ましくない層ひずみは最低限となる。層ひずみは、オーバレイ・アライメント（重ね整列）の実施を極めて困難にしている。

気泡および局部変形は、転写リソグラフィによって製造されたデバイスの大きな欠陥の原因になっている。いくつかの転写プロセスで使用されている高転写圧は、オーバレイ・アライメントを極端に困難にするひずみの原因になっている。転写リソグラフィを成功させるためには、転写リソグラフィに使用される液体を、１００ｎｍ未満のレベルの微小面積および微小体積で塗布することが重要である。

液体の薄層を基板に加えるための従来技術のプロセスでは、スピン被覆方式を使用する必要があった。スピン被覆方式は、基板への比較的粘性の高い（例えば、約２０センチポアズ（ＣＰＳ）以上）液体の塗布を利用している。高粘性液体を使用すれば、基板への液体の一様な分布が可能になる。

発明の要旨
基板にパターンを形成する方法は、基板へ光硬化液を設けることによって達成される。光硬化液は光が存在する中で化学変化する組成物である。化学変化をもたらす光には、紫外光（例えば、約３００ｎｍと約４００ｎｍの間の波長を有する光）、化学光、可視光、赤外光、および電子ビーム源およびｘ線源などの放射源がある。化学変化は様々な形で現われる。化学変化には、他にもあるが、重合をもたらすあらゆる化学反応が含まれている。実施形態の中には、化学変化によって、レンズを形成している組成物内に、化学重合反応を開始させることができる開始剤を形成している実施態様もある。

一実施態様では、光硬化組成物はフォトレジスト組成物である。フォトレジスト組成物には、ＵＶ光への露出によって硬化するあらゆる組成物が含まれている。フォトレジスト組成物の特徴は、光（例えば紫外光）に露出される組成物部分のみが化学反応を引き起こすことである。半導体産業において広く使用されている任意の様々なフォトレジスト剤を使用することができる。一実施態様では、光硬化組成物にはアシル化モノマーが含まれている。

ほとんどのフォトリソグラフィック・プロセスでは、通常、フォトレジスト剤は、高い粘性（約２０センチポアズ（ｃｐｓ）以上）を有している。転写リソグラフィの場合、粘性の高い液体を使用することにより、１００ｎｍ未満の構造を製造することがますます困難になる。低粘性の液体により、１００ｎｍ未満の構造のはるかに正確な再生産物が製造されることが分かっている。一実施態様では、光硬化液は、約２０ｃｐｓ未満の粘性を有しており、この粘性は、約１０ｃｐｓ未満であることが好ましく、約５ｃｐｓ未満であることがより好ましい。

光硬化液が基板に塗布されると、光硬化液が塗布された基板部分の上に、パターン化されたテンプレートが配向される。半導体を処理する場合、単一基板上に複数の半導体デバイスが形成される。複数の層に個々の半導体デバイスが形成される。これらの層は、それぞれその前に形成された層の上に逐次形成される。半導体デバイスの個々のコンポーネントのフィーチャ・サイズが小さいため、半導体デバイスが正しく機能するためには、他の層に対する各層のアライメントが極めて重要である。硬化に先立って、新しく形成される層とその下に位置している層を確実に整合させるために、テンプレートおよび基板が正しく整列される。

テンプレートと基板のアライメントが完了すると、処理が完了し、硬化光が光硬化液に照射される。硬化光により少なくとも光硬化液の一部が硬化する。光硬化液が少なくとも部分的に硬化すると、テンプレートが除去され、硬化した光硬化液に、テンプレート上にエッチングされたパターンの相補をなす構造が残される。

基板への光硬化液の塗布は、様々な方法で達成することができる。一実施態様では、液体ディスペンサが転写リソグラフィ・デバイスの頂部フレームに結合されている。液体ディスペンサは、基板上に光硬化液をディスペンスするようになされている。液体ディスペンサは、液体の滴または連続した流れを基板に塗布するようになされている。使用することができる液体ディスペンサの例としては、他にもあるが、変位ベース液体ディスペンサ、マイクロ電磁弁液体ディスペンサおよび圧電作動液体ディスペンサがある。液体ディスペンサを使用することにより、液体を所定のパターンで基板に塗布することができる。所定のパターンは、一本の線であっても、複数の線であっても、あるいは滴のパターンであっても良い。

一実施態様では、液体ディスペンサは、転写リソグラフィ・デバイスのフレームに結合されている。また、フレームには、テンプレートを備えた配向ステージが結合されている。基板は、配向ステージの下側に配置された基板ステージ上に取り付けられている。基板ステージは、基板を、テンプレートに実質的に平行な平面内を制御可能に移動させるようになっている。光硬化液は、液体ディスペンサに対して基板を移動させ、かつ、基板に加える液体の量を制御することによって基板に塗布される。この方法によれば、液体を様々なパターンで基板に加えることができる。このようなパターンは、テンプレートと基板の間の気泡あるいはポケットの形成を最小化するために、あるいは除去するために、予め定められている。使用中、基板の近傍にテンプレートが位置付けされると、液体が分散し、テンプレートと基板の間のギャップが充填される。ギャップが充填される際に、液体がギャップを充填していくにつれて気泡またはポケットが出現する。気泡あるいはポケットは、ギャップが充填される前に液体が閉ループを形成するようなパターンによって形成される。実施態様の中には、閉ループ状態が回避されるようなパターンが予め定められている実施態様もある。気泡およびポケットの形成を最少化するために使用されるパターンには、正弦波パターン、Ｘパターン、および複数の液体滴を含むパターンがある。

転写リソグラフィのプロセスは、基板に平らな表面を生成するためにも使用される。本明細書において使用されている平面率とは、基板表面の曲率の変化として定義したものである。例えば１μｍの平面率は、表面の曲率が平らな表面となっている中心点の上および／または下に１μｍだけ変化していることを表している。一実施態様では、基板上に平らな硬化層が生成するために、パターン化されていない実質的に平らなテンプレートを使用する。この平らなテンプレートの平面率は、約５００ｎｍ未満である。表面を平らにするために、表面に光硬化液が配置される。パターン化されていない実質的に平らなテンプレートを液体に接触させ、光硬化液に向けて硬化光を導くことにより、平らな硬化液体層が基板表面に形成される。

パターン化されたテンプレートまたはパターン化されていないテンプレートのいずれかが、基板表面に配置された液体と接触すると、液体によってテンプレートに変形力が印加される。この変形力は、所望の転写フィーチャを変えるようなやり方でテンプレートを変形させる。実施態様の中には、この変形力を使用して、基板に対するテンプレートの位置決めを自己補正しているものもある。ほとんどの実施態様においては、テンプレートと基板が平行であることが望ましい。基板およびテンプレートは、いずれもその表面に複数の不規則フィーチャを備えているため、本明細書に使用されている「平行配向」は、中心線（すなわち、テンプレートまたは基板の中心を通って引かれた垂線）が互いに平行であることを意味するように用いられている。実施態様の中には、本明細書で開示するデバイスを使用して、テンプレートを基板に対して実質的に平行配列で位置付けしている実施態様もある。このデバイスは、表面に対するテンプレートの正確な位置決めを可能にするアクチュエータおよびたわみ部材を備えている。

代替実施態様では、基板に対するテンプレートの位置決めデバイスは、デバイス中に盛り込まれた所定の柔軟性を備えている。例えばたわみ部材は、テンプレートに印加される圧力に応じて移動するようになされている。テンプレートが基板の近傍に位置付けされると、テンプレートに対する液体の圧力によってたわみ部材が移動する。液体のパターンおよびたわみアームによって許容される移動量を制御することにより、テンプレートは、実質的に平行な配向に対して「自己補正」するようになる。テンプレートに対する液体の力により、テンプレートは、たわみ部材の運動によって画定されるピボット・ポイントの周りにピボットすることになる。

本明細書における技法は、多くのデバイスに使用することができる。例えば半導体デバイスを製造することができる。半導体デバイスは、横方向の寸法が約２００ｎｍ未満、好ましくは１００ｎｍ未満の少なくともいくつかのフィーチャを備えている。このようなフィーチャは、半導体基板上に転写フォトレジスト層を形成し、かつ、転写フォトレジスト層をマスクとして使用して半導体基板をパターン化することによって形成される。転写リソグラフィ・プロセスによって形成される、フィーチャ・サイズが約２５０ｎｍ未満の他のデバイスには、光電子デバイス、生物学デバイス、ＭＥＭＳデバイス、フォトニック・デバイス、弾性表面波デバイス、ミクロ液体デバイスおよび微小光学デバイスがある。

本発明のその他の目的および利点については、以下の詳細説明を読み、かつ、添付の図面を参照することによって明らかになるであろう。

本発明は、様々な改変および代替形態が可能であるが、添付の図面には、本発明の特定の実施形態が例として示されており、また、本明細書ではそれらについて詳細に説明する。しかしながら図面および図面に対する詳細説明が、本発明をそれらによって開示される特定の形態に制限することを意図したものではなく、逆に、本発明が、特許請求の範囲の各請求項に定義されている本発明の精神および範囲の範疇であるすべての改変、等価物および代替形態を包含していることを理解すべきである。

テンプレートと基板の間のギャップを示す横断面図である。 転写リソグラフィ・プロセスを示す横断面図である。 転写リソグラフィ・プロセスを示す横断面図である。 転写リソグラフィ・プロセスを示す横断面図である。 転写リソグラフィ・プロセスを示す横断面図である。 転写リソグラフィ・プロセスを示す横断面図である。 転写リソグラフィ・プロセスのシーケンス・ステップを示すプロセス流れ図である。 パターン化されたテンプレートの底面図である。 基板上に位置決めされたテンプレートを示す横断面図である。 第１の実施形態による転写リソグラフィ・テンプレートを形成するためのプロセスを示す横断面図である。 第２の実施形態による転写リソグラフィ・テンプレートを形成するためのプロセスを示す横断面図である。 パターン化されたテンプレートの横断面図である。 パターン化された代替テンプレート設計を示す横断面図である。 硬化液を基板に塗布するためのプロセスを示す上面図である。 転写リソグラフィック・プロセス中に液体をディスペンスするための装置を示す略図である。 転写リソグラフィック・プロセスに使用される液体ディスペンス・パターンを示す図である。 基板上に複数の滴を含んだ液体パターンを示す図である。 転写リソグラフィック・プロセス中に液体をディスペンスするための代替装置を示す略図である。 複数の実質的に平行な線を含んだ液体パターンを示す図である。 基板サポート・システムの投影図である。 代替基板サポート・システムの投影図である。 たわみジョイントの運動を示す４バー・リンケージの略図である。 たわみジョイントの代替運動を示す４バー・リンケージの略図である。 磁気線形サーボ・モータの投影図である。 多重転写の全体処理を示すプロセス流れ図である。 多重転写の局部処理を示すプロセス流れ図である。 基板に対するテンプレートの回転軸を示す投影図である。 パターン化されたテンプレート上に位置決めされた測定デバイスを示す図である。 光学アライメント測定デバイスを示す略図である。 アライメント・マークを使用して、基板に対するテンプレートのアライメントを正確に測定するためのスキームを示す図である。 偏光フィルタを使用したアライメント・マークを使用して、基板に対するテンプレートのアライメントを正確に測定するためのスキームを示す図である。 容量テンプレート・アライメント測定デバイスを示す略図である。 レーザ干渉計アライメント測定デバイスを示す略図である。 テンプレートと基板の間のギャップを使用して、ギャップが部分的に液体で充填されている場合のアライメントを正確に測定するためのスキームを示す図である。 複数のエッチングされた線を含んだアライメント・マークを示す図である。 配向ステージの投影図である。 配向ステージの分解図である。 ギャップ測定技法のプロセス・フローを示す図である。 ２つの材料の間のギャップを正確に測定するための技法を示す横断面図である。 ギャップの局部最小および局部最大の正確な測定を示すグラフである。 ギャップ測定凹所を備えたテンプレートを示す図である。 テンプレートと干渉計の間のギャップを測定するための干渉計の使用を示す略図である。 プローブ−プリズムの組合せを使用した、テンプレートと基板の間のギャップの探測を示す略図である。 転写リソグラフィック・プロセスを示す横断面図である。 テンプレートを照明するためのプロセスを示す略図である。 たわみ部材を示す投影図である。 使用するために組み立てられた第１および第２のたわみ部材を示す図である。 配向ステージの底面の投影図である。 たわみアームを示す略図である。 １対のたわみアーム示す横断面図である。 基板を平面化させるためのスキームを示す図である。 基板を保持するための真空チャックを示す様々な図である。 硬化後における基板からのテンプレートの除去スキームを示す図である。 硬化後における基板からのテンプレートの除去方法を示す横断面図である。 テンプレート・サポート・システムを示す略図である。 テンプレートと基板の間のギャップを示す側面図である。

（発明の詳細な説明）
本明細書に示す実施形態は、一般にシステム、デバイス、および小型デバイスの製造に関連する製造プロセスに関している。より詳細には、本明細書に示す実施形態は、システム、デバイス、および転写リソグラフィに関連するプロセスに関している。例えば、これらの実施形態は、半導体ウェハなどの基板上に極めて小さいフィーチャを転写することの応用を有している。これらの実施形態が、上記の応用の他に、例えば費用有効性の高い超小型電気機械システム（すなわちＭＥＭＳ:Micro-Electro-Mechanical System）の製造など、他のタスクへの応用を有していることを理解すべきである。また、実施形態は、これには限らないが、データ記憶用パターン化磁気媒体、マイクロ光学デバイス、生物および化学デバイス、Ｘ線光学デバイス等を始めとする他の種類のデバイスの製造に対する応用を有している。

図、特に図１Ａおよび１Ｂを参照すると、転写リソグラフィを使用して所望のフィーチャを転写する基板２０に対して予備配置されたテンプレート１２の配列が示されている。詳細には、テンプレート１２は、基板２０に転写させることになる所望のフィーチャ形状を持たせて製造された表面１４を備えている。実施形態の中には、基板２０とテンプレート１２の間に転写層１８を配置した実施形態もある。転写層１８は、被転写層１６を介してテンプレート１２から所望のフィーチャを受け取っている。当分野で良く知られているように、転写層１８により、低アスペクト比被転写フィーチャから高アスペクト比構造（すなわちフィーチャ）を得ることができる。

転写リソグラフィのためには、テンプレート１２と基板２０を可能な限り互いに接近させ、かつ、平行な状態に維持することが重要である。例えば幅および奥行きが約１００ｎｍのフィーチャの場合、転写リソグラフィ・プロセスを成功させるためには、平均ギャップが約２００ｎｍ以下、基板２０の転写領域全体に対するギャップの変動が約５０ｎｍ未満であることが必要である。本明細書に示す実施形態により、このように厳しく、かつ、正確なギャップ要求事項が与えられた転写リソグラフィを成功させるための、テンプレート１２と基板２０の間の間隔を制御する方法が提供される。

図１Ａおよび１Ｂは、転写リソグラフィに生じる２種類の問題を示している。図１Ａでは、被転写層１６の一方の端部において、テンプレート１２が基板２０に接近しすぎているため、被転写層１６がくさび形になっている。図１Ａは、パターンを転写している間、テンプレート１２および基板２０を実質的に平行に維持することの重要性を示している。図１Ｂは、被転写層１６が厚くなり過ぎていることを示している。このような状態は、いずれも極めて望ましくない状態である。本明細書に示す実施形態により、図１Ａおよび１Ｂに示す状態を除去し、かつ、従来技術によるリソグラフィ技法に関連するその他の配向問題を除去することができるシステム、プロセスおよび関連するデバイスが提供される。

図２Ａないし２Ｅは、転写リソグラフィ・プロセスの一実施形態を一括して３０で示したものである。図２Ａでは、テンプレート１２と基板２０を分離している隙間にギャップ３１が形成されるように、テンプレート１２は、基板２０と間隔を隔てて配向されている。テンプレート１２の表面１４は、テンプレートの界面エネルギーを小さくし、かつ、基板２０からのテンプレート１２の分離を促進する薄層１３で処理されている。以下、配向方法およびテンプレート１２と基板２０の間のギャップ３１を制御するためのデバイスについて考察する。次にギャップ３１に、処理済みの表面１４の形状通りになる物質４０が充填される。別法としては、一実施形態では、テンプレート１２を基板２０に対して所望の位置へ移動させる前に、基板２０に物質４０が設けられている。

物質４０は、図１Ａおよび１Ｂに示す被転写層１６のような被転写層を形成している。物質４０は、高温を使用することなくギャップ３１の隙間を比較的容易に充填することができ、かつ、高圧を必要とすることなくギャップを密閉することができる液体であることが好ましい。物質４０の適切な選択については、以下でさらに詳細に考察する。

物質４０を硬化させ、ギャップ３１によって決まる隙間の形状にするために、テンプレート１２に硬化剤３２が塗布される。この方法によれば、所望のフィーチャ４４（図２Ｄ）を、テンプレート１２から基板２０の上部表面に転写することができる。転写層１８は、基板２０の上部表面に直接設けられている。転写層１８は、テンプレート１２から転写されるフィーチャの、高アスペクト比のフィーチャを生成するための増幅を容易にしている。

図２Ｄに示すように、基板２０からテンプレート１２が除去され、所望のフィーチャ４４が基板２０に残される。テンプレート１２と基板２０の分離は、所望のフィーチャ４４がそのままの状態を維持するよう、基板２０の表面から外れたりまたはちぎれたりすることなく実施しなければならない。本明細書に示す実施形態により、所望のフィーチャ４４を維持することができる、転写後における基板２０からのテンプレート１２のピール・プルのための方法および関連システム（「ピール・プル」法と言及する）が提供される。

最後に、図２Ｅでは、二分子層レジスト・プロセスを使用する場合に知られているように、転写層１８の作用によって、テンプレート１２から物質４０へ転写されたフィーチャ４４のサイズが垂直方向に増幅されている。それによって得られた構造が、良く知られている技法を使用してさらに処理され、製造プロセスが完了する。図３は、一括して５０で示す転写リソグラフィ・プロセスの一実施形態を流れ図の形で要約したものである。最初にステップ５２でテンプレートと基板の大まかな配向が実施され、テンプレートと基板の大まかなアライメントが達成される。ステップ５２における大まかな配向の利点は、高い効率で、かつ、優れた製造歩留まりで多数のデバイスが製造される製造環境で予備較正を実施することができることである。例えば、基板が多くのダイのうちの１つを半導体ウェハ上に備えている場合、第１のダイに対して大まかなアライメント（ステップ５２）を１回実施し、単一生産運転の間、他のすべてのダイに適用することができる。この方法によれば、生産サイクル時間を短縮することができ、かつ、歩留まりを向上させることができる。

ステップ５４で基板に物質が配置される。物質は硬化性有機ケイ素溶液であり、あるいは活性化光に露出されると固体になる他の有機液である。液体が使用されているため、従来技術によるリソグラフィ技法に関連する高温および高圧を使用する必要がない。次にステップ５６でテンプレートと基板の間の間隔が制御され、２つの層の間に、転写を成功させるために必要な正確な配向を可能にする比較的一様なギャップが生成される。本明細書に示す実施形態により、ステップ５６で必要な配向（粗配向および精細配向の両方）を達成するためのデバイスおよびシステムが提供される。

ステップ５８で、テンプレートを基板および物質に精細配向することによってギャップが閉じられる。物質が硬化され（ステップ５９）、硬化した物質が、テンプレートのフィーチャを有する形になる。次にステップ６０でテンプレートと基板が分離され、テンプレートのフィーチャが基板に転写される。最後にステップ６２で、残留材料を除去するための予備エッチングおよび転写層をエッチングするための良く知られている酸素エッチング技法を使用して構造がエッチングされる。

様々な実施形態では、テンプレートには、ｉ）テンプレート表面を有する平面に、ｉｉ）テンプレート中に凹まされた、ｉｉｉ）テンプレートから突出した、またはｉｖ）上記を組合せた非パターン化領域が組み込まれている。テンプレートは、硬い突出部を使用して製造されている。このような突出部により、粒子裕度(particle tolerance)と、格子、ホログラム等の光学デバイスとに有用な一様なスペーサ層が提供される。別法としては、テンプレートは、圧縮可能な突出部を使用して製造されている。

テンプレートは、一般的に、ｉ）側面、ｉｉ）背面、ｉｉｉ）前面、またはｉｖ）上記の組合せとの面接触を介してテンプレートを支える剛体を有している。テンプレート・サポートは、加えられる圧力下でのテンプレートの変形すなわちひずみを制限する利点を有している。実施形態の中には、テンプレートの一部の領域が反射被覆材で被覆されている実施形態もある。いくつかのこのような実施形態では、光がテンプレート中に入り、あるいは通過するよう、テンプレートの反射被覆に孔が組み込まれている。このような被覆は、干渉法を使用してオーバレイ補正する場合のテンプレートの位置付けに有用である。また、このような被覆は、テンプレートの上面ではなく側面を通して照射する硬化剤源を使用した硬化を可能にしている。このことは、とりわけギャップ・センシング技法およびオーバレイ・マーク検出システムにおけるテンプレート・ホルダの設計を柔軟にしている。テンプレートの露光は、ｉ）テンプレートへの垂直入射によって、ｉｉ）テンプレートの斜めから、またはｉｉｉ）テンプレートの側面を通して実施される。実施形態の中には、硬いテンプレートを柔軟な表面と組み合せて使用している実施形態もある。

テンプレートは、光リソグラフィ、電子ビーム・リソグラフィ、イオン・ビーム・リソグラフィ、ｘ線リソグラフィ、極紫外リソグラフィ、走査プローブ・リソグラフィ、集束イオン・ビーム・ミリング、干渉リソグラフィ、エピタキシャル成長、薄膜蒸着、化学エッチング、プラズマ・エッチング、イオン・ミリング、リアクティブ・イオン・エッチング、または上記の組合せを使用して製造できる。テンプレートは、平面、放物面、球面、または他の表面トポグラフィを有する基板上に形成されている。テンプレートは、平面、放物面、球面、または他の表面トポグラフィを有する基板と共に使用することができる。基板には、予めパターン化されたトポグラフィおよび／または複数の材料の薄膜スタックが含まれている。

図４に示す一実施形態では、テンプレートは、パターン化領域４０１、エントレインメント・チャネル４０２およびエッジ４０３を備えている。テンプレート・エッジ４０３は、テンプレートをテンプレート・ホルダ内に保持するために利用されている。エントレインメント・チャネル４０２は、以下でより詳細に考察するように、過剰液体を吸収することによって隣接するパターン化領域への過剰液体の広がりを防止する。いくつかの実施形態では、テンプレートのパターン化された領域は平面である。このような実施形態は、基板を平面化するために有用である。

実施形態の中には、テンプレートが多種深さ設計(multi-depth design)で製造されている実施形態もある。つまり、テンプレートの様々なフィーチャが、テンプレートの表面に関連して異なる深さになっている。例えば、エントレインメント・チャネル４０２の深さは、パターン化領域４０１の深さより深くなっている。このような実施形態の利点は、テンプレートと基板の間のギャップをセンシングする精度が改善されることである。極めて狭いギャップ（例えば、約１００ｎｍ未満）をセンスすることは困難であり、したがってテンプレートに既知の深さの段を追加することにより、より正確なギャップのセンシングを可能にしている。２種深さ設計(dual-depth design)の利点は、このような設計により、標準化されたテンプレート・ホルダを使用して、様々なサイズのダイを含んだ所与のサイズの転写テンプレートを保持することができることである。２種深さ設計の第３の利点は、周辺領域を使用してテンプレートを保持することができることである。このようなシステムでは、機能構造を有している、テンプレートと基板の境界のあらゆる部分を硬化剤に露出させることができる。図５に示すように、周辺領域５０１の深さが適切に設計されたテンプレート５００が隣接転写体５０２、５０３に接触しているが、転写テンプレート５００の周辺領域５０１は、転写体５０３から離れた安全な垂直距離を維持している。

上で説明したように、２種深さ転写テンプレートは、様々な方法を使用して製造されている。図６に示す一実施形態では、分解能が高く、かつ、深さの浅いダイ・パターン６０２、および分解能が小さく、かつ、深さの深い周辺パターン６０３を有する単一の分厚い基板６０１が形成されている。図７に示すように、一実施形態では、分解能が高く、かつ、深さの浅いダイ・パターン７０１を有する薄い基板７０２（例えば水晶ウェハ）が形成され、このダイ・パターン７０１が基板７０２から切り取られ、より分厚い基板７０３に接着される。基板７０３は、転写マシン上の転写テンプレート・ホルダに適合するサイズになっている。この接着は、テンプレート材の屈折率と類似した硬化剤（例えば紫外光）屈折率を有する接着剤７０４を使用して達成されることが好ましい。

図８Ａ、８Ｂおよび８Ｃは、その他の転写テンプレート設計を示したもので、それぞれ一括して数表示８０１、８０２および８０３で参照されている。テンプレート設計８０１、８０２および８０３の各々は、ギャップ測定および／または過剰液体の吸収に有用な凹所領域を備えている。

一実施形態では、テンプレートは、液体の広がりを制御するため、材料の物理特性およびテンプレートの幾何学に基づいたメカニズムを備えている。基板領域のロスを生じさせることなく許容することができる過剰液体の量は、様々な材料の界面エネルギー、液体密度およびテンプレート幾何学によって制限されている。したがってリリーフ構造を使用して、所望の成形領域すなわちパターン化領域を取り囲んでいる領域を包囲している過剰液体が吸収されている。この領域は、一般に「切溝」と呼ばれている。切溝中のリリーフ構造は、パターンまたは成形リリーフ構造を構築するために使用される標準の処理技法を使用して、上で考察したように、テンプレート表面を凹まされている。

従来のフォトリソグラフィでは、フォトマスク設計における光学近接補正の使用が、設計寸法通りの正確なパターンを生成するための標準になりつつある。マイクロおよびナノ成形すなわち転写リソグラフィにも同様の概念を適用することができる。転写リソグラフィ・プロセスにおける実質的な相異は、誤差が、回折すなわち光学的な干渉によるものではなく、処理中に生じる物理特性の変化によるものであることである。このような物理特性の変化が、テンプレートの幾何学における工夫を凝らしたリリーフ補正の性質または必要性を決定している。パターン・リリーフ構造が、転写中における材料変化（収縮または膨張など）に適応するように設計された、光リソグラフィで使用されている光学近接補正と同様の概念のテンプレートの場合、このような物理特性の変化による誤差が排除される。ボリュームの膨張または収縮などの物理特性の変化を考慮することにより、リリーフ構造を調整し、所望する正確な複製フィーチャを生成することができる。例えば図９は、材料特性の変化を考慮することなく形成された転写例９０１、および材料特性の変化を考慮して形成された転写例９０２を示したものである。ある実施形態では、硬化中における材料の収縮により、実質的に長方形の輪郭９０４を有するフィーチャを備えたテンプレートが変形している。このような材料収縮を補償するために、テンプレートのフィーチャには、角度の付いた輪郭９０５が設けられている。

転写リソグラフィ・プロセスに関しては、テンプレートの耐久力およびテンプレートのリリース特性が重要である。耐久力のあるテンプレートは、ケイ素基板または二酸化ケイ素基板で形成されている。他の適切な材料としては、それには限らないが、炭化シリコンゲルマニウム、チッ化ガリウム、シリコンゲルマニウム、サファイヤ、ヒ化ガリウム、エピタキシャルシリコン、ポリシリコン、ゲート酸化物、水晶、またはそれらの組合せがある。また、テンプレートには、アライメント・マークなどの検出可能フィーチャを形成するために使用される材料が含まれている。例えば検出可能フィーチャは、ｘが２未満であるＳｉＯｘで形成されている。実施形態の中には、ｘが約１．５の実施形態もある。この材料は可視光に対して不透明であるが、いくつかの活性化光の波長に対しては透明であるとされている。

実験の結果から、テンプレートを処理してテンプレートの表面に薄層を形成することにより、テンプレートの耐久力を改善することができることが分かっている。例えば、アルキルシラン層、フルオロアルキルシラン層またはフルオロアルキルトリクロロシラン層を表面に形成することができ、特に、トリデカフルオロ−１、１、２、２−テトラヒドロオクチルトリクロロシラン（Ｃ₅Ｆ₁₃Ｃ₂Ｈ₄ＳｉＣｌ₃）が使用されている。このような処理により、テンプレートの表面にセルフ・アセンブル単分子膜（ＳＡＭ）が形成される。

低界面エネルギー被覆とするために表面処理プロセスを最適化させる。このような被覆は、転写リソグラフィのための転写テンプレートの製作に使用することができる。処理されたテンプレートは、未処理テンプレートに勝る望ましいリリース特性を有している。例えば、新しく処理されたテンプレートは、約１４ダイン／ｃｍの界面自由エネルギーα_treatedを有している。未処理テンプレートの表面の界面自由エネルギーα_untreatedは、約６５ダイン／ｃｍである。本明細書において開示する処理手順により、高水準の耐久力を有する薄膜がもたらされる。耐久力があれば、製造において多くの転写に耐えることができるテンプレートとすることができるため、耐久力に優れていることが極めて望ましい。

テンプレート表面への被覆は、液相プロセスまたは気相プロセスのいずれかを使用して形成される。液相プロセスの場合、前駆体の溶液および溶媒に基板が浸され、また、気相プロセスの場合は、不活性キャリア・ガスを介して前駆体が引き渡される。液相処理に使用するための純粋に無水の溶媒を得ることは困難である。処理中におけるバルク相の水分は、被覆の最終品質すなわちカバレージに悪影響を及ぼすクランプ・デポジットの原因になることがある。気相プロセスの一実施形態では、真空容器内にテンプレートが置かれ、その後、真空容器がサイクル・パージされ、過剰水分が除去されている。若干の吸着水分がテンプレートの表面に残ることがある。被覆を形成する表面反応を完了させるためには、少量の水分が必要である。反応は、次の式
R-SiCl3+3H2O=>R-Si(OH)3+3HCl
によって記述することができる。反応を容易にするために、テンプレートの温度を、温度制御チャックを介して所望の反応温度にすることができる。次に、所定時間の間、反応容器に前駆体が供給される。テンプレート温度、前駆体濃度、流れ幾何学等の反応パラメータは、特定の前駆体とテンプレート基板の組合せに合せることができる。

前述のように、物質４０は液体であり、したがってギャップ３１の隙間に充填することができる。例えば物質４０は、低粘性液体モノマー溶液である。適切な溶液の粘性の範囲は、約０．０１ｃｐｓから約１００ｃｐｓまでである（２５℃で測定して）。高分解能（例えば１００ｎｍ未満）構造の場合、低粘性であることが特に望ましい。詳細には、５０ｎｍ未満の場合、溶液の粘性は約２５ｃｐｓ以下でなければならず、約５ｃｐｓ未満であることがより好ましい（２５℃で測定して）。一実施形態では、適切な溶液には、５０重量％のアクリル酸ｎ−ブチルと５０重量％のＳＩＡ０２１０．０（３−アクリオロキプロピルトリストリメチルシロキサン）シランの混合物が含まれている。この溶液には微量の重合開始剤（例えばフォトイニシエータ）を添加することができる。例えば、Ｉｒｇ８１９とＩｒｇ１８４が１：１の３重量％の溶液および５％のＳＩＢ１４０２．０が適している。この混合物の粘性は約１ｃｐｓである。

一実施形態では、転写リソグラフィ・システムには、基板（例えば半導体ウェハ）の表面に液体をディスペンスするための自動液体ディスペンス方法およびシステムが含まれている。自動液体ディスペンス方法には、１つまたは複数の延びたディスペンサ・チップを備えたモジュール方式自動化液体ディスペンサが使用されている。自動液体ディスペンス方法には、ディスペンサ・チップと基板の間の相対な横方向運動を生成するためのＸ−Ｙステージが使用されている。この方法により、低粘性液体を使用した転写リソグラフィのいくつかの問題が解決される。例えば、この方法により、気泡トラッピングおよび転写領域の局部変形が除去される。また、実施形態により、過剰液体を不必要に廃棄することなく、液体を転写テンプレートと基板の間のギャップ全体に広げる一方で低転写圧力を達成する方法が提供される。

一実施形態では、ディスペンスされる量は、通常、１インチ²の転写領域に対して約１３０ｎｌ（ナノリットル）未満である。ディスペンスが終了すると、次のプロセスには、テンプレートおよび基板のアセンブリを硬化剤に露出させるステップが含まれている。テンプレートと基板を分離させることにより、被転写表面の頂部に転写イメージが残される。転写されたイメージは、残留している露出材料の薄層上に残される。残留層は、「ベース層」と呼ばれている。ベース層は製造可能転写のためには、薄く、かつ、一様でなければならない。

転写プロセスには、テンプレートと基板の境界に高圧および／または高温を加える必要があるが、高分解能オーバレイ・アライメントが含まれている製造可能転写リソグラフィ・プロセスのためには、高圧および高温は回避しなければならない。本明細書において開示する実施形態は、低粘性フォト硬化液を使用することにより、高温の必要性を回避している。また、液体を転写領域全体に広げるために必要な力を小さくすることにより、転写圧力も最小化されている。したがって、液体ベースの転写リソグラフィのためには、液体ディスペンス・プロセスは、以下の特性を満足しなければならない。
１．気泡をテンプレートと基板の間にトラップさせてはならない。
２．粒子の発生を最小にするために、ディスペンサ・チップと基板の間の直接接触を回避しなければならない。
３．テンプレートと基板の間のギャップを充填するために必要な圧力を最小にしなければならない。
４．テンプレート−基板界面の非一様な局部変形を小さくするために、非一様な液体ビルドアップおよび／または圧力勾配を最小にしなければならない。
５．ディスペンス液体の浪費を最小にしなければならない。

実施形態の中には、吐出ベース液体ディスペンサ・チップと基板の間の相対運動を使用して、実質的に連続する線を有するパターンを転写領域上に形成している実施形態もある。線の断面の大きさおよび線の形状は、ディスペンス速度と相対運動をバランスさせることによって制御することができる。ディスペンス・プロセスの間、ディスペンサ・チップは、基板の近傍（例えば、数十ミクロン程度）に固定される。図１０Ａおよび１０Ｂは、線パターンを形成するための２つの方法を示したものである。図１０Ａおよび１０Ｂに示すパターンは、正弦波パターンであるが、他のパターンも可能である。図１０Ａおよび１０Ｂに示すように、単一のディスペンサ・チップ１００１あるいは複数のディスペンサ・チップ１００２のいずれかを使用して、連続する線パターンを引くことができる。

ディスペンス速度Ｖ_d、および基板の相対運動速度Ｖ_sは、次のように関連付けることができる。
Ｖ_d＝Ｖ_d／ｔ_d（ディスペンスボリューム／ディスペンス周期） （１）
Ｖ_s＝Ｌ／ｔ_d（線の長さ／ディスペンス周期） （２）
Ｖ_d＝ａＬ（「ａ」は、線パターンの断面積） （３）
したがって
Ｖ_d＝ａＶ_s （４）
初期の線パターンの幅は、通常、ディスペンサのチップ・サイズによって決まる。チップ・ディスペンサは固定されている。一実施形態では、液体ディスペンス・コントローラ１１１１（図１１に示す）を使用して、ディスペンスされる液体のボリューム（Ｖ_d）および液体をディスペンスするために要する時間（ｔ_d）が制御されている。Ｖ_dおよびｔ_dが一定であると仮定すると、線の長さを長くすることにより、パターン化される線の断面の高さが低くなる。パターン長さの延長は、周期パターンの空間周波数を増加させることによって達成される。パターンの高さを低くすることにより、転写プロセス中に変位する液体の量が少なくなる。同じディスペンス線に接続された複数のチップを使用することにより、単一ディスペンサ・チップの場合と比較して、長さの長い線パターンをより速く形成することができる。一実施形態では、吐出ベース液体デリバリ・システムは、液体容器１１０１、入口チューブ１１０２、入口弁１１０３、出口弁１１０４、シリンジ１１０５、シリンジ・アクチュエータ１１０６、ディスペンサ・チップ１１０７、Ｘステージ・アクチュエータ１１０９、Ｙステージ・アクチュエータ１１１０、ディスペンサ・コントローラ１１１１、ＸＹステージコントローラ１１１２および主制御コンピュータ１１１３を備えている。適切な吐出ベース・ディスペンサは、Ｈａｍｉｌｔｏｎ社から購入することができる。

図１２は、低粘性液体に対するいくつかの望ましくない液体パターンすなわちディスペンス方法を示したものである。これらのディスペンス・パターンにより、気泡のトラッピング、局部変形および液体の浪費を始めとする１つまたは複数の問題が生じる。例えば転写領域の中央に一滴ディスペンスする場合１２０１、あるいは不規則な線をディスペンスする場合１２０５、テンプレートおよび／または基板に局部変形が生じる。複数の滴をディスペンスする場合１２０２、または円周パターンの線をディスペンスする場合１２０６、気泡のトラッピングが生じる。閉じた円周に近いパターンを有する他のパターンをディスペンスする場合１２０４も、同じく気泡のトラッピングが生じる。同様に、噴霧すなわち無作為変位の飛沫の場合１２０３も気泡のトラッピングが生じる。基板を低粘性液体でスピン被覆する場合、薄膜の不安定性による「ディウェッティング(dewetting)」問題が生じる。ディウェッティングにより、薄く、かつ、一様な液体層ではなく、多数の微小液体滴が基板に形成される。

一実施形態の液体ディスペンス方法によれば、後で広がることで連続体となる複数の微小液体滴がディスペンスされる。図１３は、５滴の液体滴を使用した場合について示したものである。この場合の５滴は、単に説明用として使用したものに過ぎない。正弦波線、「Ｗ」または「Ｘ」など、その他の「開放」パターンについても、この方法を使用して実施することができる。テンプレートと基板の間のギャップが狭くなると、円形滴１３０１がより薄く、かつ、より幅広くなり、隣接する滴が１つになる１３０２。したがって、初期ディスペンスに連続した形が含まれていない場合であっても、液体が広がることにより、テンプレートと基板の間のギャップから空気が追い出されることになる。この方法での使用に有効なパターンは、飛沫が広がる際に、それらがテンプレートと基板の間のいかなる空気もトラップしないような方法でディスペンスしなければならない。

ボリュームが正確に規定されている微小液体滴は、圧力サポート・ユニットを備えたマイクロ電磁弁を使用してディスペンスされる。他のタイプの液体ディスペンス・アクチュエータには、圧電作動ディスペンサが含まれている。吐出ベース液体ディスペンサと比較した場合のマイクロ電磁弁ディスペンサを備えたシステムの利点は、ディスペンス時間がより速いこと、およびボリュームをより正確に制御することができることである。これらの利点は、転写のサイズがより大きい（例えば、さしわたし数インチ）場合、特に望ましい。図１４は、マイクロ電磁弁を備えたシステムの一実施形態を示したものである。このシステムは、液体容器１４０１、入口チューブ１４０２、入口弁１４０３、ポンプ１４０４、出口弁１４０５、ポンプ・コントローラ１４０６、マイクロ電磁弁１４０７、マイクロ電磁弁コントローラ１４０８、Ｘ−Ｙステージ１４０９、Ｘ−Ｙステージ・コントローラ１４１０およびメイン・コンピュータ１４１２を備えている。Ｘ−Ｙステージ１４０９上に基板１４１１が置かれている。適切なマイクロ弁ディスペンサ・システムは、Ｌｅｅ社から購入することができる。

図１５Ａは、転写領域が広い（例えば、数インチ²を超える）場合に有用なパターンの設計を示したものである。この実施形態では、液体平行線１５０３がディスペンスされている。液体平行線１５０３は、テンプレート１５０１が基板１５０２に近づくと、ギャップから空気が追い出されるような方法で広がることになる。所望の方法での線１５０３の広がりを容易にするために、テンプレート１５０１は、故意にくさび状になされた構成（図１５Ｂに示すように）でギャップに近づけることができる。つまり、テンプレート／基板のギャップは、線１５０３に沿って閉じられる（例えば、くさびの角度を線１５０３に平行にすることができる）。

良好に分散された初期液体層を提供する利点は、テンプレートと基板の間の配向誤差が補償されることである。これは、液体の薄層の流体力学と配向ステージの従順さによるものである。テンプレートの下側の部分がテンプレートの他の部分より早くディスペンスされた液体と接触する。テンプレートと基板の間のギャップが狭くなるにつれて、テンプレートの下側部分と上側部分の間の反力の不平衡が大きくなる。力のこの不平衡により、テンプレートおよび基板の運動が修正され、テンプレートおよび基板が実質的に平行になる。

転写リソグラフィを成功させるためには、テンプレートと基板の間のギャップを制御するための、基板に対するテンプレートの正確なアライメントおよび配向が必要である。本明細書に示す実施形態により、製造プロセスにおける正確なアライメントおよびギャップ制御を達成することができるシステムが提供される。一実施形態では、システムは高分解能Ｘ−Ｙ並進ステージを備えている。一実施形態では、システムは、テンプレートと基板表面の間の大まかな予備アライメント操作を実施するための予備較正ステージを設け、相対アライメントを微少運動配向ステージの運動範囲内でできるようにしている。この予備較正ステージは、新しいテンプレートが装置に設置された場合にのみ必要である（しばしばステッパとしても知られている）。予備較正ステージは、ベース・プレート、たわみコンポーネント、およびベース・プレートとたわみコンポーネントを結合している複数のマイクロメータすなわち高分解能アクチュエータからなっている。

テンプレートと基板の間の配向アライメントがＸ−Ｙ運動と無関係である場合、基板ウェハ全体に対して、配置誤差を一度補償するだけで良い（例えば「全体オーバレイ」）。テンプレートと基板の間の配向アライメントがＸ−Ｙ運動と結合し、かつ／または基板上の極端な局部配向変化が存在する場合は、基板に対するテンプレートのＸ−Ｙ部分変化を補償しなければならない（すなわち、フィールド対フィールド・オーバレイ）。オーバレイ・アライメント問題については、オーバレイ・アライメントのセクションに関連してさらに考察する。図２１および２２は、それぞれ全体オーバレイ誤差補償アルゴリズムおよびフィールド対フィールド・オーバレイ誤差補償アルゴリズムを示したものである。

一実施形態では、予備較正ステージ（アクチュエータを使用して自動的に、あるいはマイクロメータを使用して手動で）および精密配向ステージによって、テンプレートおよび基板の配向を達成している。精密配向ステージは、能動であってもあるいは受動であっても良い。これらのステージのいずれか一方、あるいは両方のステージに他のメカニズムを設けることができるが、粒子を避けるためには、たわみベースのメカニズムであることが好ましい。較正ステージはフレームに取り付けられ、精密配向ステージは予備較正ステージに取り付けられている。したがってこのような実施形態は、シリアル機械配置を形成している。

精密配向ステージは、１つまたは複数の受動従順性部材(passive compliant menber)を備えている。「受動従順性部材」とは、一般的にその運動を従順さから得ている部材を指している。つまり、液体との直接的または間接的な接触によって運動が起動される。精密配向ステージが受動である場合、精密配向ステージは、２つの配向軸の周りに最も優勢な従順さを持たせるように設計される。２つの配向軸は直交しており、テンプレートの下部表面上に位置している（図４３を参照して説明する）。テンプレートが正方形である場合、通常、２つの直交ねじり従順性の値は同じである。精密配向ステージは、テンプレートが液体と接触する場合のように、基板に対してテンプレートが非平行である場合に、非平行であることによる非一様な液体圧が速やかに配向誤差を補正するように設計されている。一実施形態では、この補正は、最小のオーバシュートで、あるいはオーバシュートすることなく実施されている。また、精密配向ステージは、上で説明したように、液体を硬化させるために十分に長い期間の間、テンプレートと基板の間を実質的に平行な配向に保持している。

一実施形態では、精密配向ステージは、１つまたは複数のアクチュエータを備えている。例えば圧電アクチュエータ（図４６を参照して説明する）が適している。このような実施形態では、予備較正ステージと結合した精密配向ステージの有効受動従順性は、やはり実質的に２つの配向軸の周りのねじり従順性でなければならない。すべての構造エレメントおよび能動エレメントの幾何学パラメータおよび材料パラメータは、共にこの有効受動剛性に寄与している。例えば圧電アクチュエータも、引張りおよび圧縮においては従順である。幾何学パラメータおよび材料パラメータを合成し、２つの直交配向軸の周りに所望のねじり従順性を得ることができる。幾何学パラメータおよび材料パラメータを合成するための簡単な手法は、精密配向ステージにおけるアクチュエータの動作方向に沿ったアクチュエータの従順性を、残りのステージ・システムの構造従順性より大きくすることである。これにより、非平行テンプレートが基板上の液体と接触する際の受動自己補正機能が提供される。また、この従順性は、最小のオーバシュートで、あるいはオーバシュートすることなく、速やかに配向誤差が補正されるように選択しなければならない。精密配向ステージは、液体を硬化させるために十分に長い期間の間、テンプレートと基板の間を実質的に平行な配向に保持している。

オーバレイ・アライメント・スキームには、転写テンプレートの正確なアライメントおよび基板上の所望の転写位置を達成するためのアライメント誤差の測定、およびアライメント誤差の測定に続く誤差の補償が含まれている。プロキシミティ・リソグラフィ、ｘ線リソグラフィおよびフォトリソグラフィ（例えばレーザ・干渉法、キャパシタンス・センシング、マスクおよび基板上のオーバレイ・マークの自動画像処理等）に使用されている測定技法は、適切に修正することによって転写リソグラフィ・プロセスに適合させることができる。

リソグラフィ・プロセスにおけるオーバレイ誤差のタイプには、配置誤差、シータ誤差、倍率誤差およびマスクひずみ誤差が含まれている。本明細書において開示する実施形態の利点は、開示するプロセスが比較的低い温度（例えば室温）および小さい圧力で動作するため、マスクひずみ誤差が存在しないことである。したがってこれらの実施形態では、重大なひずみが誘導されることはない。また、これらの実施形態には、比較的分厚い基板でできたテンプレートが使用されているため、マスクが比較的薄い基板でできている他のリソグラフィ・プロセスと比較すると、マスク（すなわちテンプレート）ひずみ誤差がはるかに小さくなっている。さらに、転写リソグラフィ・プロセスのためのテンプレート領域全体が、硬化剤（例えば紫外光）に対して透明になっているため、硬化剤からのエネルギーによる加熱が最小化されている。加熱が小さいため、金属被覆が存在するためにマスクの底部表面のかなりの部分が不透明になっているフォトリソグラフィ・プロセスと比較すると、加熱によって誘導されるひずみの発生が最少化されている。

配置誤差は一般に、テンプレートと基板の間のＸ−Ｙ位置誤差（つまり、Ｘ軸および／またはＹ軸に沿った並進）による。シータ誤差は一般に、Ｚ軸の周りの相対配向誤差（つまり、Ｚ軸の周りの回転）による。倍率誤差は一般に、テンプレート上の原始パターン化領域と比較した、転写領域における熱誘導または材料誘導による収縮または膨張による。

転写リソグラフィ・プロセスでは、基板上に過度のフィールド対フィールド表面変化が存在する場合、ギャップの制御を目的とした、図２３に示す角度αおよびβに対応するテンプレートと基板の間の配向アライメントを頻繁に実施しなければならない。一般的には、転写領域全体の変化は、被転写フィーチャの高さの約半分より小さいことが望ましい。配向アライメントがテンプレートおよび基板のＸ−Ｙ位置と結合している場合は、フィールド対フィールド配置誤差を補償しなければならない。しかし、本明細書に示す配向ステージの実施形態の場合、配置誤差を誘導することなく配向アライメントを実施することができる。

集束レンズ系を使用しているフォトリソグラフィ・プロセスでは、２つのアライメント・マーク（一方はマスク上、もう一方は基板上）の画像を同一集束平面上に配置することができるように、マスクおよび基板が位置付けされている。アライメント誤差は、これらのアライメント・マークの相対位置を参照することによって誘導されている。転写リソグラフィ・プロセスでは、オーバレイ誤差を測定している間、テンプレートおよび基板が比較的狭いギャップ（マイクロメートル程度未満）を維持するため、オーバレイ誤差測定ツールは、異なる平面からの２つのオーバレイ・マークの焦点を同一集束平面上に合せなければならない。このような要求事項は、フィーチャが比較的大きい（例えば約０．５μｍ）場合、デバイスにとってはそれほど重大ではないが、１００ｎｍ領域未満のクリティカルなフィーチャの場合、高分解能オーバレイ誤差測定を達成するためには、同一集束平面上で２つのオーバレイ・マークの画像を捕えなければならない。

したがって、転写リソグラフィ・プロセスのためのオーバレイ誤差の測定方法および誤差の補償方法は、以下の要求事項を満足しなければならない。
１． オーバレイ誤差測定ツールは、同一平面上ではない２つのオーバレイ・マークに焦点を合せることができなければならない。
２． オーバレイ誤差補正ツールは、テンプレートと基板の間に液体の薄層が存在している状態で、テンプレートおよび基板をＸおよびＹに相対的に移動させることができなければならない。
３． オーバレイ誤差補正ツールは、テンプレートと基板の間に液体の薄層が存在している状態で、シータ誤差を補償することができなければならない。
４． オーバレイ誤差補正ツールは、倍率誤差を補償することができなければならない。

上に示した第１の要求事項は、ｉ）光学画像化ツールを上下に移動させることによって（米国特許５，２０４，７３９の場合のように）、あるいはｉｉ）２つの異なる波長を有する照明源を使用することによって満足することができる。これらの手法にはいずれも、テンプレートと基板の間のギャップ測定の知識が有用であり、特に第２の方法の場合に有用である。テンプレートと基板の間のギャップは、広帯域干渉法、レーザ・干渉法およびキャパシタンス・センサを始めとする既存の複数の非接触膜厚測定ツールの１つを使用して測定されている。

図２４は、テンプレート２４００、基板２４０１、液体２４０３、ギャップ２４０５およびオーバレイ誤差測定ツール２４０２の位置を示したものである。測定ツールの高さは、同一結像平面上に２つのオーバレイ・マークを得るために、ギャップ情報に基づいて調整される２４０６。この手法を満足するためには、画像記憶デバイス２４０３が必要である。また、テンプレートおよびウェハを位置決めするためのデバイスは、測定デバイス２４０２の上下運動の振動から絶縁しなければならない。さらに、高分解能オーバレイ・アライメントのために、テンプレートと基板の間のＸ−Ｙ方向の走査運動を必要とする場合、この手法では、オーバレイ・マークの連続画像を生成することはできない。したがってこの手法は、転写リソグラフィ・プロセスに対しては、比較的分解能の小さいオーバレイ・アライメント・スキームに適合している。

図２５は、異なる平面からの２つのアライメント・マークの焦点を、単一の集束平面上に合せるための装置を示したものである。装置２５００は、照明源として使用されている異なる波長を有する光による焦点距離の変化を利用している。装置２５００は、画像記憶デバイス２５０３、照明源（図示せず）および集光デバイス２５０５を備えている。個別の複数の光源を使用するか、あるいは単一の広帯域光源を使用して、結像平面とアライメント・マークの間に光学的なバンドパス・フィルタを挿入することによって、区別できる異なる波長を有する光を発生することができる。テンプレート２５０１と基板２５０２の間のギャップに応じて、異なる２つの波長が焦点距離を調整するために選択される。図２６に示すように、各照明の下で、オーバレイ・マークの各々が結像平面上に２つの画像を生成する。第１の画像２６０１は、明確に焦点合わせされた画像である。第２の画像２６０２は、焦点外れの画像になっている。個々の焦点外れ画像を除去するために、いくつかの方法が使用されている。

第１の方法では、第１の波長の光を有する照明源の下で、結像アレイ（例えばＣＣＤアレイ）によって２つの画像が受け取られる。図２６は、受け取られた画像を示したもので、一括して数表示２６０４で参照されている。画像２６０２は、基板上のオーバレイ・アライメント・マークに対応している。画像２６０１は、テンプレート上のオーバレイ・アライメント・マークに対応している。画像２６０２に焦点が合わされると、画像２６０１は焦点外れになり、その逆の場合についても同様である。一実施形態では、画像２６０２に関連する画素に対応する幾何学データが消去するために、ある画像処理技法を使用する。その技法で焦点を外れた基板マークの画像が除去され、画像２６０１が残される。第２の波長の光と同じ手順を使用して、画像２６０５および２６０６が結像アレイ上に形成される。この手順により、焦点外れの画像２６０６が除去され、したがって画像２６０５が残される。次に、残された２つの焦点の合った画像２６０１と２６０５が、単一結像平面上で結合され２６０３、オーバレイ誤差が測定される。

第２の方法は、図２７に示すように２つの共面偏光アレイと偏光照明源を利用している。図２７は、オーバレイ・マーク２７０１および直交偏光したアレイ２７０２を示したものである。偏光アレイ２７０２は、テンプレート表面に構築され、あるいはテンプレート表面の上方に置かれている。２つの偏光照明源の下で、画像２７０３のみが結像平面上に結像される（それぞれ異なる波長および偏光に対応している）。したがって焦点を外れた画像は、偏光アレイ２７０２によってフィルタ除去される。この方法の利点は、焦点を外れた画像を除去するための画像処理技法を必要としないことである。

オーバレイ誤差測定中におけるテンプレートと基板の間のギャップが狭すぎる場合、スティクションすなわち液体の薄層のせん断力が増加するため、誤差補正が困難になることに留意すべきである。また、ギャップが広すぎる場合、テンプレートと基板の間の望ましくない垂直運動によるオーバレイ誤差が生じるため、オーバレイ誤差の測定および補正を実施する、テンプレートと基板の間の最適ギャップを決定しなければならない。

光リソグラフィ・プロセスには、モアレ・パターンをベースとしたオーバレイ測定が使用されている。モアレ・パターンの２つの層が同一平面上にはなく、かつ、結像アレイ内でオーバラップしている転写リソグラフィ・プロセスの場合、焦点が合った２つの個別画像を得ることは困難であるが、テンプレートと基板の間を直接接触させることなく、テンプレートと基板の間のギャップを、光学測定ツールの焦点深度の範囲内に慎重に制御することにより、集束の問題をほとんど生じることなく、モアレ・パターンの２つの層を同時に得ることができる。転写リソグラフィ・プロセスに、モアレ・パターンに基づく他の標準オーバレイ・スキームを直接組み込むことができる。

配置誤差は、キャパシタンス・センサまたはレーザ干渉計および高分解能Ｘ−Ｙステージを使用して補償される。テンプレートと基板の間の配向アライメントがＸ−Ｙ運動と無関係である実施形態では、基板（例えば半導体ウェハ）全体に対して、配置誤差を一度補償するだけで良い。このような方法は、「全体オーバレイ」と呼ばれている。テンプレートと基板の間の配向アライメントがＸ−Ｙ運動と結合し、かつ、基板上に極端な局部配向変化が存在する場合は、キャパシタンス・センサおよび／またはレーザ干渉計を使用して、テンプレートのＸ−Ｙ部分変化が補償される。このような方法は、「フィールド対フィールド・オーバレイ」と呼ばれている。図２８および２９は、適切なセンサの実施形態を示したものである。図２８は、キャパシタンス・センシング・システムの一実施形態を示したものである。キャパシタンス・センシング・システムは、キャパシタンス・センサ２８０１、導電被覆２８０２、テンプレート２８０３を備えている。したがってキャパシタンスの差をセンスすることにより、テンプレート２８０３の位置を正確に測定することができる。同様に、図２９は、反射被覆２９０１、レーザ信号２９０２およびレシーバ２９０３を備えたレーザ干渉計システムの一実施形態を示したものである。レシーバ２９０３が受信するレーザ信号を使用して、テンプレート２９０４の位置が決定される。

倍率誤差が存在している場合は、基板およびテンプレートの温度を慎重に制御することによって補償される。基板およびテンプレートの熱膨張特性の違いを利用して、基板上の既存のパターン済み領域のサイズが、新しいテンプレートのサイズに調整される。しかし、転写リソグラフィ・プロセスが室温および低圧で実施される場合、倍率誤差の大きさは、配置誤差またはシータ誤差の大きさよりはるかに小さいとされている。

シータ誤差は、フォトリソグラフィ・プロセスで広く使用されているシータ・ステージを使用して補償される。シータ誤差は、高分解能シータ誤差予測を与えるために、十分に距離を隔てて分離された２つの個別アライメント・マークを使用して補償される。シータ誤差は、テンプレートが基板から数ミクロン離れて位置付けされる場合に補償される。したがって、既存パターンのせん断が生じることはない。

ＵＶ硬化液体材料を使用している転写リソグラフィ・プロセスのオーバレイ・アライメントに関わる他の問題は、アライメント・マークの可視性の問題である。オーバレイ誤差を測定する場合、１つがテンプレート上、もう１つが基板上にある２つのアライメント・マークが使用されるが、テンプレートを硬化剤に対して透明にすることが望ましいため、通常、テンプレートのオーバレイ・マークには不透明の線が含まれていない。そうではなく、テンプレートのオーバレイ・マークは、テンプレート表面のトポグラフィカル・フィーチャになっている。実施形態の中には、マークがテンプレートの材料と同じ材料でできている実施形態もある。また、ＵＶ硬化液には、テンプレート材（例えば水晶）の屈折率と同様の屈折率を持つ傾向があるため、テンプレートと基板の間のギャップがＵＶ硬化液で充填されると、テンプレートのオーバレイ・マークを認識することが極めて困難になる。テンプレートのオーバレイ・マークが不透明材料（例えばクロム）でできている場合、オーバレイ・マークの下側のＵＶ硬化液がＵＶ光に適切に露出されなくなり、これは極めて望ましくない状態である。

液体が存在している中でのテンプレート・オーバレイ・マークの認識の問題を解決するための２つの方法を開示する。第１の方法は、高分解能ギャップ制御ステージと共に正確な液体ディスペンス・システムを使用したものである。本明細書において、適切な液体ディスペンス・システムおよびギャップ制御ステージを開示する。説明用として、図３０に３つのオーバレイ・アライメント・ステップを示す。図３０に示すオーバレイ・マークの位置および液体パターンは、単に説明を目的としたものに過ぎず、本発明を制限する意味で解釈してはならない。他の様々なオーバレイ・マーク、オーバレイ・マークの位置および／または液体ディスペンス・パターンも可能である。先ず、ステップ３００１で基板３００２に液体３００３がディスペンスされる。次にステップ３００４で、高分解能配向ステージを使用して、テンプレート３００５と基板３００２の間のギャップがディスペンスされた液体３００３で完全には充填されないよう、テンプレートと基板の間のギャップが慎重に制御される。ステップ３００４で、ギャップは、最終転写ギャップよりわずかに大きい程度である。ギャップの大部分が液体で充填されるため、オーバレイ補正は、ギャップがあたかも液体で完全に充填されたものとして実施される。オーバレイ補正が終了すると、ギャップが最終転写ギャップに近づけられる（ステップ３００６）。これは、残りの転写領域への液体の広がりを可能にしている。ステップ３００４とステップ３００６の間のギャップの変化は極めて小さい（例えば約１０ｎｍ）ため、ギャップ接近運動による重大なオーバレイ誤差は、何ら生じない。

第２の方法の場合、オーバレイ測定ツールに見える特殊なオーバレイ・マークをテンプレート上に形成しなければならないが、硬化剤（例えばＵＶ光）に対して不透明であってはならない。図３１は、この手法の一実施形態を示したものである。図３１では、テンプレート上のオーバレイ・マーク３１０２は、完全な不透明線ではなく、微細な偏光線３１０１で形成されている。例えば、適切な微細偏光線は、硬化剤として使用される活性化光の波長の約１／２ないし１／４の幅を有している。偏光線３１０１の線幅は、２本の線の間を通過する活性化光が十分に回折して線の下側のすべての液体を硬化させるよう、十分な細さでなければならない。このような実施形態では、オーバレイ・マーク３１０２の偏光に従って活性化光が偏光される。活性化光を偏光させることにより、オーバレイ・マーク３１０２を有する領域を含んだすべてのテンプレート領域が、比較的一様に露出される。テンプレート上のオーバレイ・マーク３１０２を捜し出すために使用される光は、広帯域光または液体材料を硬化させない特殊な波長である。この光を偏光させる必要はない。偏光線３１０１は、測定光に対して実質的に不透明であり、したがって設置されたオーバレイ誤差測定ツールを使用してオーバレイ・マークを視覚可能にしている。微細偏光オーバレイ・マークは、電子ビーム・リソグラフィなどの既存の技法を使用して、テンプレート上に形成される。

第３の実施形態では、オーバレイ・マークは、テンプレートの材料とは異なる材料で形成されている。例えば、テンプレートのオーバレイ・マークを形成するために選択される材料は、可視光に対して実質的に不透明であるが、硬化剤として使用される活性化光（例えばＵＶ光）に対しては透明である。例えばＸが２未満であるＳｉＯｘがこのような材料を形成している。詳細には、Ｘが約１．５であるＳｉＯｘで形成された構造は、可視光に対して実質的に不透明であるが、ＵＶ光に対しては透明である。

図３２は、テンプレート１２などのテンプレートを、基板２０などの転写すべき基板に対して較正し、かつ、配向するためのシステムのアセンブリを一括して１００で示したものである。システム１００は、ステッパなどの機械に、本明細書で説明する転写リソグラフィ・プロセスを使用した製造環境におけるデバイスの量産用として利用されている。図に示すように、システム１００は、ハウジング１２０を支持している頂部フレーム１１０に取り付けられている。ハウジング１２０は、テンプレート１５０を基板（図３２には図示せず）に対して大まかにアライメントするための予備較正ステージを備えている。

ハウジング１２０は中間フレーム１１４に結合されており、中間フレーム１１４には、ハウジング１２０の反対側に、ガイド・シャフト１１２ａおよび１１２ｂが取り付けられている。一実施形態では、ハウジング１２０を支持するために３つのガイド・シャフト（図３２では、後側のガイド・シャフトは見えない）が使用され、テンプレート１５０が垂直に並進している間、上下にスライドしている。中間フレーム１１４の周囲の対応するガイド・シャフト１１２ａおよび１１２ｂに取り付けられたスライダ１１６ａおよび１１６ｂが、ハウジング１２０のこの上下運動を容易にしている。

システム１００は、ハウジング１２０の底部部分に取り付けられた円板形ベース・プレート１２２を備えている。ベース・プレート１２２は、円板形たわみリング１２４に結合されている。たわみリング１２４は、下方配置配向ステージに備えられた第１のたわみ部材１２６と第２のたわみ部材１２８を支えている。以下、たわみ部材１２６、１２８の配向および構成について詳細に考察する。図３３に示すように、第２のたわみ部材１２８は、転写プロセスの間、テンプレート１５０を所定の位置に保持するテンプレート・サポート１３０を備えている。テンプレート１５０は、通常、所望のフィーチャが形成された水晶片を備えている。また、テンプレート１５０は、良く知られている方法に従って、他の物質を備えている。

図３３に示すように、アクチュエータ１３４ａ、１３４ｂおよび１３４ｃは、ハウジング１２０の内部に固定され、ベース・プレート１２２およびたわみリング１２４に動作可能に結合されている。動作時に、アクチュエータ１３４ａ、１３４ｂおよび１３４ｃは、たわみリング１２４の運動が達成されるように制御される。アクチュエータの運動が大まかな予備較正を可能にしている。実施形態の中には、アクチュエータ１３４ａ、１３４ｂおよび１３４ｃが、高分解能アクチュエータを備えている実施形態もある。このような実施形態では、アクチュエータがハウジング１２０の周りに等間隔で配置されている。このような実施形態により、リング１２４を垂直方向に極めて正確に並進させ、それによりギャップを正確に制御することができる。したがってシステム１００は、転写すべき基板に対するテンプレート１５０の大まかな配向アライメントおよび正確なギャップ制御を達成することができる。

システム１００は、テンプレート１５０を正確に制御することができるメカニズムを備えているため、正確な配向アライメントを達成することができ、また、テンプレートによって基板表面に対する一様なギャップが維持される。また、システム１００は、転写に続いて、基板表面からフィーチャをせん断することなく、基板の表面からテンプレート１５０を分離させる方法を提供している。それぞれ第１のたわみ部材１２６および第２のたわみ部材１２８の構成によって、正確なアライメントおよびギャップの制御が容易になっている。

一実施形態では、図５１に示すように、硬化剤に対して透明な個別の固定支持プレート５１０１を使用して、テンプレート５１０２を所定の位置に保持している。テンプレート５１０２の裏側の支持プレート５１０１が転写力を保持しているが、固定支持プレート５１０１とテンプレート５１０２の間に真空を加えることにより、分離力が生じる。横方向の力に対してテンプレート５１０２を支持するために、圧電アクチュエータ５１０３が使用されている。この横方向支持力は、圧電アクチュエータ５１０３を使用して慎重に制御されている。また、この設計は、転写リソグラフィ・プロセスにおける層対層アライメントのための倍率およびひずみ補正機能を提供している。ひずみ補正は、電子ビーム・リソグラフィによって構築されたテンプレート構造に存在するスティッチング誤差および配置誤差を克服するため、また、基板上に既に存在している構造のひずみを補償するために極めて重要である。倍率補正は、テンプレートの各々の面の１つの圧電アクチュエータに対して（つまり、４面テンプレートの場合、合計４つの圧電アクチュエータに対して）のみ必要である。圧電アクチュエータは、一様な力が表面全体に印加されるような方法で、テンプレートの表面に接続されている。一方、ひずみ補正は、個別に制御された力をテンプレートの各々の面に印加する複数の個別圧電アクチュエータに対して実施しなければならない。必要なひずみ制御のレベルに応じて、個別圧電アクチュエータの数が規定されている。圧電アクチュエータが多いほど、より良好なひずみ制御が提供される。倍率補正およびひずみ補正は、テンプレートの頂部表面および底部表面がいずれも拘束されていない状態においてのみ正しく制御されるため、倍率誤差補正およびひずみ誤差補正は、真空を使用してテンプレートの頂部表面を拘束する前に完了していなければならない。実施形態の中には、図５１に示すテンプレート・ホルダ・システムが、テンプレート５１０２の下側の領域の一部に対して硬化剤を妨害することになる機械設計を有している実施形態もあるが、これは、テンプレート５１０２の下側の液体の一部が硬化しないため、望ましいことではない。この液体はテンプレートにへばり付き、それ以降のテンプレートの使用に弊害をもたらすことになる。テンプレート・ホルダに関わるこの問題は、テンプレート・ホルダに１組のミラーを組み込み、テンプレート５１０２の一方のエッジの下側の領域に導かれた硬化剤が彎曲して、テンプレート５１０２のもう一方のエッジの下側の被妨害部分を硬化させるような方法で、被妨害硬化剤を分流させることによって回避することができる。

一実施形態では、基板とテンプレートの間の最小ギャップが、センシング技法を使用することができる範囲内になるようにテンプレートを設計することによって、高分解能ギャップ・センシングが達成されている。測定中のギャップは、実際のパターン化表面のギャップとは無関係に維持されるため、ギャップの制御を、センシング技法の有効レンジ内で実施することができる。例えば、ギャップを解析するために、スペクトル反射率解析技法を約１５０ｎｍないし２０ミクロンの有効センシング・レンジで使用する場合、テンプレートは、テンプレート中に約１５０ｎｍ以上の深さでパターン化されたフィーチャを有していなければならない。これにより、センスすべき最小ギャップを確実に１５０ｎｍより大きくすることができる。

テンプレートを基板に向けて下げていく間に、基板とテンプレートの間のギャップから液体が追い出される。基板とテンプレートの間のギャップは、粘性力が印加圧縮力との平衡条件に近づく実用下限に接近する。これは、テンプレートの表面と基板が極めて接近した場合に生じる。例えば、このレジームは、半径１ｃｍのテンプレートに、１４ｋＰａの圧力を１秒間加えた場合、１ｃＰの液体に対して約１００ｎｍのギャップ高さになる。その結果、一様かつ平行なギャップが維持されれば、ギャップはセルフリミッチングである。また、追い出される（または吸収される）液体の量を明確に予測することができる。吸収される液体の量は、流体力学および表面現象の慎重な計算に基づいて予測することができる。

プロダクション・スケールの転写をパターン化する場合、基板に対するテンプレートの傾斜およびギャップを制御することが望ましい。配向およびギャップの制御を達成するためには、レチクル製造技法を使用して製造されたテンプレートは、ｉ）単一波長干渉法、ｉｉ）多重波長干渉法、ｉｉｉ）楕円偏光法、ｉｖ）キャパシタンス・センサ、またはｖ）圧力センサなどのギャップ・センシング技法と組み合せて使用される。

一実施形態では、テンプレートと基板の間のギャップを正確に測定する方法は、基板の薄膜の厚さを計算するために使用されている。本明細書においては、広帯域分光計から得られる反射データの高速フーリエ変換（ＦＦＴ）に基づく技法の説明を開示する。この技法を使用して、テンプレートと基板の間のギャップおよび薄膜の厚さを測定することができる。多層薄膜の場合、この技法により、各薄膜の平均厚さおよび厚さの変化が提供される。また、一方の表面を介した少なくとも３ヶ所の異なるポイントにおける測定により、例えば転写リソグラフィ・プロセスの場合のテンプレートと基板など、近接した２つの表面の間の平均ギャップ情報および配向情報を得ることができる。

一実施形態では、ギャップ測定プロセスは、広帯域干渉法と高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の組合せをベースにしている。この業界におけるいくつかの応用では、広帯域干渉法のための様々な曲線適合技法を利用して、単層の膜厚が測定されているが、このような技法では、特に転写リソグラフィ・プロセスのための多層薄膜の場合、実時間のギャップ測定を提供することができないとされている。このような問題を解決するために、先ず、反射率が１／λ_highと１／λ_lowの間の波数領域でディジタル化される。次に、ディジタル化されたデータがＦＦＴアルゴリズムを使用して処理される。この新規な手法により、ＦＦＴ信号のピークが明確に生成される。このピークは、測定されたギャップに正確に対応している。２層の場合は、ＦＦＴ信号によって、各層の厚さに直線比例する２つの明確なピークが生成される。

光学薄膜の場合、反射率における振動は、次の式で与えられる、単一光学薄膜の反射率で示されるように、波長（λ）ではなく波数（ｗ）において周期的である。

上の式で、ρ_i、i+1は、ｉ−１界面とｉ界面の境界面における反射率係数、ｎは屈折率、ｄは測定する薄膜（図５２の材料２）の厚さ、αは薄膜（図５２の材料２）の吸収係数である。ここではｗ＝１／λである。

この特性により、フーリエ解析は、ｗによって表される関数Ｒの周期を決定するための有用な技法である。単一薄層の場合、明確に画定される単一ピーク（ｐ₁）が、Ｒ（ｗ）のフーリエ変換が得られた場合の結果であることに留意されたい。膜厚（ｄ）は、このピークの位置の関数であり、次の式で与えられる。
ｄ＝ｐ₁／（Δｗ×２ｎ） （８）
上式で、Δｗ＝ｗ_f−ｗ_s、ｗ_f＝１／λ_minおよびｗ_s＝１／λ_maxである。

ＦＦＴは、離散信号である周波数が計算的に有効な方法で計算される、確立された技法である。したがってこの技法は、現場解析および実時間応用に有用である。図３４は、反射率信号のＦＦＴプロセスを介した膜厚またはギャップ測定のプロセス・フローの一実施形態を示したものである。異なる反射率を有する多層薄膜の場合、ＦＦＴプロセスにおけるピークの位置は、各膜厚の一次結合に対応している。例えば２層薄膜の場合、ＦＦＴ解析において２つの異なるピーク位置がもたらされる。図３５は、２つのピーク位置に基づいて２つの薄膜の厚さを正確に測定する方法を示したものである。

本明細書に示す実施形態により、反射率データの振動が測定波数範囲内の完全な１周期未満を含んでいる場合であっても、ギャップまたは薄膜の厚さを測定することができる。このような場合、ＦＦＴは不正確なピーク位置をもたらすことになる。このような問題を解決し、かつ、測定可能膜厚の下限を広げるための新規な方法を本明細書において開示する。振動周期を計算するためのＦＦＴアルゴリズムを使用する代わりに、ｗ_sとｗ_fの反射率の局部最ドット（ｗ₁）または局部最大点（ｗ₂）を見出すアルゴリズムを使用して、ｗ₁およびｗ₂における周期情報ｄＲ／ｄｗ＝０が計算される。式７の反射率Ｒ（ｗ）は、ｗ＝０においてその最大を有している。また、典型的な分光計の波数範囲（Δｗ）は、ｗ_sより大きくなっている。波数範囲が２００ｎｍ〜８００ｎｍの分光計の場合、Δｗ＝３／８００であり、ｗ_s＝１／８００である。したがって０とｗ_sの間の反射率データの振動長は、Δｗより短くなっている。図３６に示すように、ｗ＝０がＲ（ｗ）の最大点であると仮定すると、Δｗの範囲内に最小位置があるケースと最大位置があるケースの２つのケースが存在する。したがって膜厚は次のように計算される。
・ケース１ ＷＷ０：局部最小がｗ₁に存在する場合。したがってｗ₁＝周期振動の半分、故にｄ＝０．５／（ｗ₁×２ｎ）
・ケース２ ＷＷ１：局部最大がｗ₂に存在する場合。したがってｗ₂＝周期振動の１周期、故にｄ＝１／（ｗ₂×２ｎ）

測定ツールの実用的な構成には、広帯域光源、光ファイバを備えた分光計、データ収集基板および処理コンピュータが含まれている。いくつかの既存の信号処理技法により、ＦＦＴデータの感度が改善されている。例えば、これに限らないが、フィルタリング、拡大、データ・ポイント数の増加、異なる波長レンジ等を始めとする技法を、本明細書において開示するギャップまたは膜厚測定方法と共に利用することができる。

本明細書において開示する実施形態には、２つの平面（例えばテンプレートと基板）の間の高精度ギャップ測定および配向測定方法が含まれている。ここで示すギャップ測定および配向測定方法には、広帯域干渉法および縞ベース干渉法が使用されている。一実施形態では、本明細書において開示する、広帯域干渉法を使用した方法により、広帯域干渉計の欠点、すなわち広帯域信号の平均波長の約１／４より狭いギャップを正確に測定することができない、という欠点を解決している。干渉縞ベース干渉法は、設置直後のテンプレートの配向誤差をセンスするために使用されている。

転写リソグラフィ・プロセスを実行して、単層および多層デバイスを製造することができる。ミクロン・サイズの光学ミラー、高分解能光フィルタ、ライト・ガイドなどの単層デバイスは、基板上に特定の幾何学形状の材料薄層を形成することによって製造される。このようなデバイスの中には、転写される層の厚さが広帯域信号の平均波長の約１／４より薄く、かつ、能動領域全体に渡って一様なデバイスもある。広帯域干渉計の欠点は、広帯域信号の平均波長の約１／４より狭いギャップ（例えば約１８０ｎｍ）を正確に測定することができないことである。一実施形態では、テンプレートの表面に、正確に測定することができるマイクロメートル・サイズの段がエッチングされている。段は、図３７に示すように、測定を実施する部分に、連続した線３７０１の形態で、あるいは隔離された複数のドット３７０２の形態でエッチングされる。テンプレート上の有効能動面積を最大化する観点からすれば、隔離ドット３７０２が好ましい。パターン化されるテンプレート表面が、基板からわずか数ナノメートル程度であっても、広帯域干渉計を使用して、最小ギャップ測定問題に煩わされることなく、ギャップを正確に測定することができる。

図３８は、ここで説明するギャップ測定の略図を示したものである。プローブ３８０１は、図３９に示すような傾斜構成の場合にも使用することができる。４つ以上のプローブを使用する場合、冗長情報を使用することによってギャップ測定精度を改善することができる。分かり易くするために、３つのプローブを使用するものとして説明を確実にする。段のサイズｈ_sAC2は、説明を分かり易くするために拡大されている。パターン化された領域の平均ギャップｈ_pは、
ｈ_p＝［（ｈ₁＋ｈ₂＋ｈ₃）／３］−ｈ_s （９）
で与えられる。プローブの位置が分かれば（（ｘ_i、ｙ_i）、ただしｘ軸およびｙ軸は基板表面上）、基板に対するテンプレートの相対配向を、ｘ−ｙ軸が基板の頂部表面上に位置しているフレームに対するテンプレート表面に垂直をなす単位ベクトル（ｎ）で表すことができる。
ｎ＝ｒ／‖ｒ‖ （１０）
上式で、ｒ＝［（ｘ₃、ｙ₃、ｈ₃）−（ｘ₁、ｙ₁、ｈ₁）］×［（ｘ₂、ｙ₂、ｈ₂）−（ｘ₁、ｙ₁、ｈ₁）］である。ｎ＝（００１）^Tまたはｈ₁＝ｈ₂＝ｈ₃のとき、２つの平面の間の完全な配向アライメントが達成される。

測定されたギャップおよび配向は、転写アクチュエータへのフィードバック情報として使用される。測定広帯域干渉ビームのサイズは、約７５μｍ程度の大きさである。実用的な転写リソグラフィ・プロセスの場合、クリア領域にはいかなるパターンもエッチングすることができないため、ギャップを測定するためにのみ使用されるクリア領域を最小化することが望ましい。また、測定ツールが存在することによる硬化剤に対する妨害を最小にしなければならない。

図４０は、基板上の多層材料の略図を示したもので、例えば基板４００１は、層４００２、４００３、および基板４００１とテンプレート４００４の間に液体４００５を有している。これらの材料層を使用して、基板表面上に一層毎に垂直に多重パターンが転写される。光ビーム４００６を使用してギャップ測定が実行されるクリア領域における各層の厚さは一様になっている。多層薄膜が存在している中での、広帯域干渉法を使用した頂部層の厚さの正確な測定が示されている。下部薄膜層の光学特性および厚さが正確に分かると、頂部層の厚さを測定することによって、テンプレートと基板表面（あるいは多層デバイスの場合、金属デポジット表面）の間のギャップ情報および配向情報を得ることができる。各層の厚さは、同じセンシング測定プローブを使用して測定される。

新しいテンプレートを設置した場合、あるいは機械コンポーネントを再構成した場合は、配向測定および対応する較正を実施しなければならない。テンプレート４１０２と基板４１０３の間の配向誤差は、図４１に示すような、テンプレートと基板の境界における干渉縞パターンを介して測定される。オプティカル・フラットが２つの場合、干渉縞パターンは、平行な暗い帯と明るい帯４１０１として現われる。配向較正は、本明細書において開示する予備較正ステージを使用して実施される。差動マイクロメータを使用して、基板表面に対するテンプレートの相対配向が調整される。干渉縞帯が出現しない場合は、この手法を使用して、配向誤差が、使用されている光源の波長の１／４未満になるように補正される。

図４２Ａおよび４２Ｂを参照すると、それぞれ第１のたわみ部材１２６および第２のたわみ部材１２８の実施形態がより詳細に示されている。詳細には、第１のたわみ部材１２６は、対応する剛体１６４、１６６に結合された複数のたわみ継手１６０を備えている。たわみ継手１６０および剛体１６４、１６６は、フレーム１７０から延びたアーム１７２および１７４の一部を形成している。たわみフレーム１７０は開口１８２を有している。開口１８２は、サポート１３０に保持された場合に、硬化剤（例えばＵＶ光）を透過させ、テンプレート１５０に到達させる。いくつかの実施形態は、４つのたわみ継手１６０が、たわみ部材１２６の第１の配向軸１８０の周りの運動を提供している。第１のたわみ部材１２６のフレーム１７０は、図４３に示すように、第２のたわみ部材１２８との結合のための結合メカニズムを設けている。

同様に、第２のたわみ部材１２８も、フレーム２０６から延びた一対のアーム２０２および２０４を備えている。アーム２０２および２０４は、たわみ継手１６２および対応する剛体２０８、２１０を備えている。剛体２０８および２１０は、たわみ部材１２８の第２の配向軸２００の周りの運動をもたらす。テンプレート・サポート１３０は、第２のたわみ部材１２８のフレーム２０６に統合される。フレーム１８２と同様、フレーム２０６も、硬化剤を透過させ、サポート１３０に保持されるテンプレート１５０に到達させる開口２１２を有している。

動作に関しては、図４３に示すように、第１のたわみ部材１２６および第２のたわみ部材１２８が結合され、配向ステージ２５０を形成している。第１のたわみ部材１２６と第２のたわみ部材１２８の結合を容易にするためのブレース２２０および２２２が、第１の配向軸１８０および第２の配向軸２００が互いに実質的に直交するように設けられている。このような構造により、第１の配向軸１８０と第２の配向軸２００が、ほぼテンプレート基板境界２５４のピボット・ポイント２５２で交差することになる。第１の配向軸１８０と第２の配向軸２００が直交し、かつ、境界２５４上に位置していることにより、微細アライメントおよびギャップ制御を行うことができる。詳細には、この構造により、層対層オーバレイ・アライメントからの配向アライメントのデカップリング(decoupling)が達成される。さらに、以下で説明するように、第１の配向軸１８０と第２の配向軸２００の相対位置が、テンプレート１５０と基板を、所望のフィーチャのせん断を生じることなく分離させるために使用される配向ステージ２５０を提供している。したがってテンプレート１５０から転写されるフィーチャは、完全な状態で基板上に維持される。

図４２Ａ、４２Ｂおよび４３を参照すると、たわみ継手１６０および１６２はノッチ形状になっており、剛体１６４、１６６、２０８および２１０のノッチの最も薄い断面に沿って位置付けされたピボット軸の周りの運動を提供している。この構成は、デカップリング従順性運動軸１８０および２００を有する精細デカップリングされた配向ステージ２５０に、２つのたわみベース・サブシステムとなっている。たわみ部材１２６および１２８は、テンプレート１５０の運動がピボット・ポイント２５２の周りに生じ、それにより転写されたフィーチャを基板からせん断する「揺れ」およびその他の運動が実質的に除去されるよう、適合する表面を介して組み合わされている。したがって配向ステージ２５０は、テンプレート１５０をピボット・ポイント２５２の周りに正確に移動させ、それにより基板からの所望のフィーチャのせん断を、後続する転写リソグラフィから除去している。

図４４を参照すると、システム１００が動作している間、Ｚ並進ステージ（図示せず）が、配向アライメントを提供することなく、テンプレート１５０と基板の間の間隔を制御している。予備較正ステージ２６０は、テンプレート１５０と基板表面の間の予備アライメント操作を実行し、相対アライメントを配向ステージ２５０の運動範囲限界内にもたらしている。特定の実施形態では、予備較正は、新しいテンプレートが機械に設置されたときに一度だけ必要である。

図４５を参照すると、配向ステージ２５０などの精細デカップリング配向ステージの動作原理を理解するために役に立つたわみモデルが、一括して３００で示されている。たわみモデル３００は、４バー・リンケージ・システムを公称構成および回転構成を提供する継手１、２、３および４の４つの平行継手を備えている。線３１０は、継手１および２を通過している。線３１２は、継手３および４を通過している。角度α₁およびα₂は、従順性アライメント軸（すなわち配向軸）が、実質的にテンプレート−ウェハ境界２５４上に位置するように選択されている。精細配向が変化すると、継手２と３の間の剛体３１４が、ポイントＣで表されている軸の周りに回転する。剛体３１４は、たわみ部材１２６および１２８の剛体１７０および２０６を代表している。

第２のたわみコンポーネントを第１のたわみコンポーネントに直角に取り付けることにより（図４３に示すように）、互いに直交し、かつ、テンプレートと基板の境界２５４上に位置する２つのデカップリング配向軸を有するデバイスが提供される。たわみコンポーネントは、硬化剤（例えばＵＶ光）にテンプレート１５０を通過させるための開口を有する。

配向ステージ２５０は、テンプレート１５０を基板に対して精密にアライメントさせ、かつ、正確に運動させることができる。配向を調整することにより、境界における横方向運動を完全に無視することができ、かつ、境界表面に対して垂直の周りの、選択的に拘束される高構造剛性によるねじり運動を完全に無視することができる。たわみ継手１６０、１６２を備えたたわみ部材１２６、１２８のもう１つの利点は、それらが、摩擦継手が生成するような粒子を生成しないことである。転写リソグラフィ・プロセスの場合、粒子は特に有害であるため、転写リソグラフィ・プロセスを成功させるためには、このことは重要な要素である。

精密なギャップ制御を必要とするため、本明細書に示す実施形態には、テンプレートと基板の間の５００ｎｍ程度以下の微小ギャップを測定することができるギャップ・センシング方法を利用する必要がある。このようなギャップ・センシング方法には、約５０ナノメートル以下の分解能が必要である。このようなギャップ・センシングが完全に実時間で提供される。ギャップ・センシングが実時間で提供されるため、ギャップ・センシングを使用して、アクチュエータを能動制御するためのフィードバック信号を生成することができる。

一実施形態では、能動的な従順性を有するたわみ部材が設けられている。例えば図４６は、圧電アクチュエータを備えたたわみ部材を一括して４００で示したものである。たわみ部材４００は、第２のたわみ部材と組み合わされ、能動配向ステージを形成している。たわみ部材４００は、テンプレートと基板の境界における横方向運動のない純傾斜運動を生成している。このようなたわみ部材を使用することにより、単一オーバレイ・アライメント・ステップで、半導体ウェハ全体に層を転写することができる。これは、配向運動と横方向運動の間の結合運動を有するオーバレイ・アライメントとは対照的である。このようなオーバレイ・アライメント・ステップは、Ｘ−Ｙアライメントが乱され、そのために、適切なアライメントを保証するための複雑なフィールド対フィールド・オーバレイ制御ループを必要としている。

一実施形態では、たわみ部材２５０は、側への運動すなわち回転が望ましくない方向では大きい剛性を有し、また、必要な配向運動が望ましい方向では剛性が小さくなっている。このような実施形態は選択従順性デバイスを提供している。つまり、たわみ部材２５０は、テンプレートと基板の間の適切な配向運動を達成する一方で、比較的大きい負荷を支えている。

上で考察したように、テンプレート１５０と転写された層の分離は、転写リソグラフィ・プロセスにおける非常に重要な最終ステップである。テンプレート１５０と基板は、ほぼ完全に平行であるため、テンプレート、転写された層および基板のアセンブリは、近オプティカル・フラット間に実質的に一様な接触をもたらしている。このようなシステムの場合、一般的に大きな分離力が必要である。たわみテンプレートまたはたわみ基板の場合、分離は単なる「ピーリング・プロセス」に過ぎないが、高分解能オーバレイ・アライメントの観点からすれば、たわみテンプレートまたはたわみ基板は望ましくない。水晶テンプレートおよびシリコン基板の場合、このピーリング・プロセスの実行は容易ではないが、テンプレートと転写された層の分離は、「ピール・プル」プロセスによって首尾良く実行することができる。図４９Ａ、４９Ｂおよび４９Ｃは、第１のピール・プル・プロセスを示したものである。図５０Ａ、５０Ｂおよび５０Ｃは、第２のピール・プル・プロセスを示したものである。テンプレートと転写された層を分離するプロセスには、第１および第２のピール・プル・プロセスの組合せも含まれている。

分かり易くするために、図１Ａおよび１Ｂに従って参照数表示１２、１８、２０および４０を使用して、それぞれテンプレート、転写層、基板および硬化性物質が参照されている。物質４０が硬化したあと、テンプレート１２または基板２０のいずれかが傾斜させられ、テンプレート１２と基板２０の間に角度５００が故意に誘導される。配向ステージ２５０はこの目的のために使用される。基板２０は、真空チャック４７８によって所定の位置に保持されている。テンプレート１２と基板２０の間の相対横方向運動は、傾斜軸がテンプレートと基板の境界に近接して位置付けされている場合、傾斜運動の間は重要ではない。テンプレート１２と基板２０の間の角度５００が十分に大きくなると、Ｚ軸運動（すなわち垂直運動）のみを使用して、テンプレート１２と基板２０が分離される。このピール・プル方法により、望ましくないせん断を生じることなく、所望のフィーチャ４４が転写層１８および基板２０上に完全な状態で残される。

図５０Ａ、５０Ｂおよび５０Ｃは、第２のピール・プル方法を示したものである。第２のピール・プル方法では、テンプレートに隣接して１つまたは複数の圧電アクチュエータ５０２が設置されている。１つまたは複数の圧電アクチュエータ５０２を使用して、テンプレート１２と基板２０の間に相対傾斜が誘導される（図５０Ａ）。圧電アクチュエータ５０２の一端は基板２０と接触している。したがってアクチュエータ５０２が大きくなると（図５０Ｂ）、テンプレート１２が基板２０から押し出され、テンプレート１２と基板２０の間に角度が誘導される。次にテンプレート１２と基板２０の間のＺ軸運動（図５０Ｃ）を使用して、テンプレート１２と基板２０が分離される。アクチュエータ５０２の一端は、転写された層のアクチュエータ表面への粘着を防止するために、テンプレート１２の下部表面の処理と同様に表面処理されている。

要約すると、本明細書に示した実施形態は、転写リソグラフィを高温または高圧の使用を必要とすることなく成功させるためのシステム、プロセスおよび関連デバイスを開示している。特定の実施形態では、テンプレートとそのテンプレートから所望のフィーチャを転写する基板との間のギャップの正確な制御が達成されている。また、所望のフィーチャを破壊することなく、あるいはせん断を生じることなく、テンプレートと基板（および転写された層）を分離することができる。また、本明細書における実施形態は、転写リソグラフィの間、基板を所定の位置に保持する方法を、適切な真空チャックの形で開示している。さらに、実施形態は、転写リソグラフィ・システムでの使用に適した高精度Ｘ−Ｙ並進ステージを備えている。また、適切な転写リソグラフィ・テンプレートを形成し、処理する方法を備えている。

以上、様々な実例実施形態を参照して本発明を説明したが、以上の説明は、本発明を限定する意味で解釈してはならない。説明を参照すれば、当分野の技術者には、実例実施形態に対する様々な改変、組合せ、および本発明の他の実施形態が明らかであろう。したがって特許請求の範囲の各請求項は、このような改変または実施形態のすべてを包含しているものとする。

Claims (2)

1. 基板の表面を平らにする方法であって、
   基板の少なくとも一部に活性化光硬化液を塗布するステップと、
   塗布された活性化光硬化液がギャップを実質的に充填するように、テンプレートが基板に対して間隔を隔てて配置され、テンプレートと基板の間にギャップが生成されるように、実質的にパターン化されていない平らなテンプレートおよび基板を互いに間隔を隔てて位置決めするステップと、
   テンプレートと基板表面が実質的に平行になるようにテンプレートを調整するステップと、
   活性化光の照射によって活性化光硬化液が実質的に硬化させるように、活性化光硬化液に活性化光を照射するステップと、
   テンプレートと硬化した活性化光硬化液を分離するステップと、
   から構成されることを特徴とする方法。
2. 基板を平らにするためのシステムであって、
   頂部フレームと、
   頂部フレームに結合された配向ステージであって、配向ステージが、
   使用中、第１の配向軸の周りにピボットするようになされた第１のたわみ部材と、
   使用中、第２の配向軸の周りにピボットするようになされた、第１のたわみ部材に結合された第２のたわみ部材と、
   使用中、第２のたわみ部材に結合され、パターン化されたテンプレートを保持するサポートとを備え、パターン化されたテンプレートがサポート中に配置されて、パターン化されたテンプレートが、使用中、第１および第２の配向軸が交差するピボット・ポイントの周りを移動するように、第２のたわみ部材が第１のたわみ部材に結合された配向ステージと、
   サポート中に配置される、実質的に平らなパターン化されていないテンプレートと、
   配向ステージの下側に位置付けされた、基板を支持するようになされた基板ステージと、
   から構成されることを特徴とするシステム。

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