第1の一般的な態様では、インプリントフィールドを画定する位置を有する基板が提供され、インプリントフィールドは内側領域と該内側領域を囲む外周領域と境界とを更に含み、外周領域は流体制御フィーチャ(機構)を更に含む。次に、提供された基板は、重合可能材料がインプリントフィールドの位置で基板上に堆積されて基板上で拡がることを可能にし、流体制御レリーフフィーチャは、インプリントフィールドの境界を超える重合可能材料の拡がりを最小化するように、重合可能材料の拡がりの方向を変える。
これらの一般的な態様の実施は、以下の特徴のうちの1つ以上を含みうる。流体制御フィーチャは、インプリントフィールドの境界のエッジに隣接して設けられ、該エッジの各々に平行な一方向に方向付けられている。流体制御フィーチャは、その幅より少なくとも10または100または1,000または10,000倍大きい長さを有する細長いフィーチャである。流体制御フィーチャは、線、線分、または互い違いの棒である。流体制御フィーチャは、必要に応じて0.005〜1μmの高さまたは深さを有する突出部(凸部)および/またはリセス部(凹部)を含む。
さらに提供される態様では、本方法は、インプリントリソグラフィテンプレートを、テンプレートのレリーフパターンを充填するように、基板上に堆積された重合可能材料に接触させることを含みうる。提供されるインプリントリソグラフィテンプレートは、以下の特徴のうちの1つ以上を含みうる。基板のインプリントフィールドの外周領域と位置合わせするテンプレートの領域に流体制御フィーチャが設けられる。このようなテンプレートの流体制御フィーチャは、基板の流体制御フィーチャと相補的であり、基板の流体制御フィーチャと位置合わせされうる。特定の態様では、テンプレートの流体制御フィーチャは、基板の流体制御フィーチャと相補的であり、基板の流体制御フィーチャに対して位置合わせされ又は互い違いにされる。他の態様では、テンプレートの流体制御フィーチャは、基板の突出した流体制御フィーチャ対してリセスされ、互い違いにされる。
更なる態様では、重合可能材料は、インプリントフィールドの位置で基板上にパターン層を形成するように固化されることができ、テンプレートは、一旦形成された固化パターンから剥離されることができる。一旦形成されたパターンは基板に転写され、更に、デバイスを製造するために基板が加工される。
本発明の他の特徴および利点は、添付図面および以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
テンプレートのパターン面を超える成形可能材料のはみ出しを回避するための様々な技術が、本明細書で更に説明される。特に図1を参照すると、基板12上にレリーフパターンを形成するために用いられる典型的なナノインプリントリソグラフィシステム10が示されている。基板12は、基板チャック14に結合されうる。図示のように、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、限定されるものではないが、真空、ピン型、溝型、静電、電磁気などを含む任意のチャックとしてもよい。典型的なチャックは、本明細書に引用により組み込まれる米国特許第6,873,087号に記載されている。
基板12および基板チャック14は、ステージ16によって更に支持されうる。ステージ16は、x、yおよびz軸に沿った並進および/または回転移動を提供しうる。ステージ16、基板12および基板チャック14は、ベース(不図示)上に位置決めされうる。
基板12から離間し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面と第2面とを有する本体を含むことができ、一方の面は、そこから基板12に向かって拡張したメサ20を有する。メサ20は、その上にパターン面22を有しうる。さらに、メサ20は、モールド20と呼ばれることがありうる。あるいは、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、限定されるものではないが、溶融シリカ、石英、シリコン、有機ポリマ、シロキサンポリマ、ホウケイ酸ガラス、フルオロカーボンポリマ、金属、硬化サファイアなどを含む材料から形成されうる。図示のように、パターン面22は、複数の離間したリセス部24(凹部)および/または突出部26(凸部)によって画定されたフィーチャを含むが、本発明の実施形態は、そのような構成に限定されない(例えば平面)。パターン面22は、基板12に形成されるべきパターンの基礎を形成する任意のオリジナルパターンを画定しうる。
テンプレート18は、チャック28に結合されうる。チャック28は、限定されるものではないが、真空、ピン型、溝型、静電、電磁気、および/または同様のチャックタイプとして構成されうる。さらに、チャック28は、インプリントヘッド30に結合されてもよく、インプリントヘッド30は、チャック28、インプリントヘッド30およびテンプレート18が少なくともz軸方向に移動可能になるように、ブリッジ36に移動可能に結合されてもよい。
ナノインプリントリソグラフィシステム10は、液体吐出システム32を更に含みうる。流体吐出システム32は、基板12上に成形可能材料34(例えば重合可能材料)を堆積させるために用いられうる。成形可能材料34は、液滴吐出(ドロップディスペンス)、スピンコーティング、浸漬コーティング(ディップコーティング)、化学気相成長法(CVD)、物理的気相成長法(PVD)、薄膜堆積、厚膜堆積などの技術を用いて、基板12上に配置されうる。成形可能材料34は、設計上の考慮事項に応じてモールド22と基板12との間に所望の体積が画定される前および/または後に、基板12上に吐出されうる。例えば、成形可能材料34は、本明細書に引用により組み込まれる米国特許第7,157,036号および米国特許第8,076,386号に記載されているように、モノマ混合物を含みうる。
図1および図2を参照すると、ナノインプリントリソグラフィシステム10は、経路42に沿ってエネルギ40を導くエネルギ源38を更に含みうる。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で重ねて位置決めするように構成されうる。カメラ58は、同様に、経路42で重ねて位置決めされうる。ナノインプリントリソグラフィシステム10は、ステージ16、インプリントヘッド30、流体吐出システム32、エネルギ源38および/またはカメラ58に連通する処理部54(プロセッサ)によって統制され、メモリ56に記憶されたコンピュータ可読プログラム上で動作しうる。
インプリントヘッド30、ステージ16、またはその両方は、モールド20と基板12との間の距離を、成形可能材料34によって充填されたそれらの間に所望の体積を画定するように変化させる。例えば、インプリントヘッド30は、モールド20が成形可能材料34に接触するようにテンプレート18に力を加えうる。当該所望の体積が成形可能材料34で充填された後、エネルギ源38は、成形可能材料34を固化および/または交差結合(クロスリンク)させ、基板12の面44およびパターン面22の形状を一致させ、基板12上にパターン層46を画定する、例えば紫外線などのエネルギ40を発出する。パターン層46は、残膜48と、突出部50(凸部)およびリセス部52(凹部)として示される複数のフィーチャとを含み、突出部50は厚さt1を有し、残膜は厚さt2を有する。次に、パターン層46が形成された基板12は、エッチングプロセスなど、パターン層46のパターンに対応するレリーフ像を基板12に転写するための追加のプロセスに曝される。そして、このようにしてパターン形成された基板は、例えば、酸化、膜形成、堆積、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト除去、ダイシング、ボンディングおよびパッケージングなどを含む、デバイス製造のための既知の工程およびプロセスに更に曝されうる。
上述したシステムおよびプロセスは、本明細書に引用により組み込まれる米国特許第6,932,934号、米国特許7,077,992号、米国特許第7,179,396号および米国特許第7,396,475号に参照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において更に採用されてもよい。
上述したようなインプリントリソグラフィプロセス、特にドロップディスペンス技術を使用するものでは、メサ20のエッジを超える重合可能材料34のはみ出しを回避することが望ましい。このようなはみ出しが起こると、様々なインプリントおよびインプリント後の欠陥につながる可能性がある。例えば、ステップ−アンド−リピートプロセスでは、はみ出した材料が、インプリントされるフィールドと隣接フィールドとの間の境界で材料の不要な蓄積を引き起こす可能性があり、または悪化すると、隣接するフィールド自体の上に材料の蓄積を導く可能性がある。この材料の蓄積は、インプリントされていない隣接フィールドの影響された領域にわたるだけでなく、これらの境界に沿ってより厚い残膜厚を引き起こし、デバイス歩留まりを低下させる後続のウェハ製造プロセス中に欠陥を引き起こすであろう。同様に、以前にインプリントされた隣接フィールド上に材料がはみ出した場合、はみ出した材料は、以前にインプリントされたパターンフィーチャを覆い、同様に、後続のプロセス欠陥をもたらし、デバイス歩留まりを低下させるであろう。加えて、はみ出した材料は、テンプレートのメサの側壁にも蓄積する可能性がある。この蓄積された材料の一部は、後に離脱し、続いてインプリントされるフィールド上に堆積され、再びプロセス欠陥をもたらし、デバイス歩留まりを低下させる可能性がある。さらに、このような側壁の蓄積は、テンプレート自身の損傷をもたらしたり、テンプレートの寿命を低減させたり、もしくはコストのかかるテンプレートの修復または再生を必要としたりする可能性がある。
従来のはみ出し制御技術は、米国特許第8361371号に記載されているような、流体制御フィーチャの包含を含む、テンプレート設計に重点が置かれていた。しかしながら、このような技術は、テンプレートが重合可能材料と相互作用する位置にある場合、即ち、テンプレートと当該材料との接触後にのみ有効である。上述したプロセスでは、まず、当該材料が、例えば液滴として基板上に吐出され、次いで、インプリントヘッドの下の、テンプレートが下方に移動して基板上に堆積された当該材料に接触する位置に、移動ステージが基板を移動させる。テンプレート接触が中央から周辺となる、即ち、接触がテンプレートのメサの中央で開始され、メサのエッジに向かって外側に徐々に移動するプロセスでは、液滴吐出とメサのエッジへの完全な接触(指定されたインプリントフィールドにわたる完全な接触に対応する)との間の時間間隔は、典型的に1秒以上になりうる。特に、高スループットプロセスでの使用に好ましい濡れ性の高い材料を基板上に用いるとき、この経過時間内に、液滴が著しく拡がっていくであろう。
本明細書で更に説明されるように、本発明は、材料のはみ出しを最小化または防止する方法として、テンプレート接触に先立って基板フィールドのエッジでの材料の拡がりを制御するのを助ける流体制御フィーチャ(機構)を基板上に設けることを含む。特定のプロセスでは、そのようなフィーチャは、単独、またはインプリントテンプレート自体に配置された流体制御フィーチャと協働して機能させることができる。このアプローチで、より広いはみ出し制御プロセスウィンドウが、インプリントリソグラフィプロセスに組み込むために開発されうる。
図3および図4を参照すると、メサ20を有するテンプレート18が、基板12上に配置されたフィールド100に重ねて示されている。さらに、フィールド100は、内側領域102と周囲の外周領域104とを含むように画定される。内側領域102は、更なるプロセスおよびデバイス製造のために基板12に転写されるべき所望のパターンが配置されうるフィールド100内の領域を表す。周囲の外周領域104は、本明細書ではカーフ(切れ目)領域とも呼ばれ、インプリントプロセスまたは更なるプロセス工程において有用なアライメントマークおよび他の計測マークを含むが、このようなカーフ領域は、更なるプロセス工程で最終的に犠牲にされるであろう。図5A〜図5Dを参照すると、カーフ領域104上または近傍に堆積された重合可能材料34が、材料34および基板12とのメサ20の完全な接触に先立って、メサのエッジ21を超えて流れるシナリオが示されている。より詳細には、図5Aは、図5Bに示すように、テンプレート18が材料34および基板12と接触するにつれて一緒に拡がり結合する液滴として堆積された材料34を有する基板12を示す。しかしながら、この例では、材料34は、テンプレート18との完全な接触に先立って、カーフ領域104を横切って又は超えて拡がっており、図5Cに示すように、完全な接触が達成されたときにメサのエッジ21を超えて延在するはみ出し材料をもたらす。図5Dに示すように、材料34が続いて硬化され、テンプレート18が基板12から剥離されたとき、テンプレートのエッジ21上にはみ出し材料108が蓄積して、形成されたパターン層の上に欠陥部分106が残り、前述のように、その両方が後続の欠陥を引き起こす可能性がある。
そのようなはみ出し材料をより良く制御するため、本発明は、基板上に配置された流体制御フィーチャを提供する。そのような制御フィーチャは、例えば、基板上で急速に拡がる高濡れ性材料を使用する場合のはみ出しを防止するために有利である。それらは、インプリントプロセス制御ウィンドウを単に増加させるため、即ち、他のプロセス変動に対応するために材料吐出と完全なテンプレート接触との間の異なる可能な時間間隔を可能にするため、急速に拡がり難い材料を使用する場合にも有利である。様々な実施形態では、当該制御フィーチャは、カーフ領域内に含む1つ以上のインプリントフィールドのエッジに沿って配置されうる。材料の拡がりを更に制御するため、当該制御フィーチャは、方向性を有することもでき、例えば、最も近いインプリントフィールドの境界またはエッジに実質的に平行に方向付けられうる。方向性により、隣接するインプリントフィールドのエッジにほぼ平行に方向付けられた細長いフィーチャを繰り返し含むことが可能であることが意図される。これらのフィーチャは、それらの幅に対して少なくとも10倍大きい長さとすることができ、より好ましくは、それらの幅に対して10、100、1,000または10,000倍またはそれ以上大きい長さとすることができる。制御フィーチャは、限定されるものではないが、格子(即ち、特定のピッチのラインアンドスペースの繰り返し)線分、単一または複数の互い違いの棒デザイン、分割またはセグメント化された線デザイン、単一トレンチデザイン、チェッカーボードデザインなどを含む様々なデザインを有することができる。当業者は、実施されるデザインが、インプリントフィールドのエッジまたは境界に平行な方向に材料の拡がりの方向を変えるのであれば、他のフィーチャデザインも有用であることを理解するであろう。インプリント用途の要求に応じて、これらのフィーチャの幅は、サブミクロン幅から数ミクロン幅までの範囲でありうる。特定の実施形態では、流体制御フィーチャは、0.005〜20μmの間の幅、長さ、または寸法、および0.005〜1μmの高さ(即ち、フィーチャの突出部)または深さ(即ち、フィーチャのリセス部)を有するように設計されうる。基板上にパターン化された流体制御フィーチャは、これらのフィーチャ上でレジストの濡れ性を減少させる材料で更に表面処理されることもできる。基板上にパターン化された流体制御フィーチャは、テンプレート上に配置された流体制御フィーチャと組み合わせて使用することもできる。
図6A〜図6Dは、基板12のカーフ領域104に配置された流体制御フィーチャ122を含む基板12を有する実施形態を示す。図6Aでは、重合可能材料34の液滴が、カーフ領域104の近くおよびその上に堆積される。次に、当該液滴は、テンプレート18が材料34および基板12に接触するにつれて一緒に拡がり、結合する(図6B)。しかしながら、ここでは、材料34がカーフ領域104を横切って拡がっているが、テンプレート18に完全に接触する前に、材料の流れが、カーフ領域104を超えて拡がらないように流体制御フィーチャによって制限され方向が変えられる。完全なテンプレートの接触が達成されると、図6Cに示すように、材料34は、インプリントフィールド内に留まり、当該フィールドのエッジを超えてはみ出さない。その結果、後続の硬化および剥離(図6D)では、はみ出しに関連するいずれの欠陥を生じない。
フィーチャ122のような流体制御フィーチャは、限定されるものではないが、光学リソグラフィまたはインプリントリソグラフィプロセスを含む、当業者に既知のリソグラフィプロセスを用いて基板上に形成可能である。さらに、特定の状況では、そのようなプロセスは、既存のプロセスフローに組み込まれうる。例えば、所望のパターンを基板上にインプリントする前に、基板が平坦化工程にさられることが典型的に多い。そのような平坦化工程は、ブランクインプリントテンプレート、即ち、平坦かつ平面なパターン表面を有するインプリントテンプレートを使用して行われうる。そのようテンプレートは、フィールドのアクティブエリアが平坦化される間に所望の流体制御フィーチャがカーフ領域にインプリントされるように、テンプレートのエッジ近傍に配置された所望の流体制御フィーチャに対応するレリーフパターンを代わりに設けることができる。次に、後続のエッチング工程は、当該フィールドのカーフ領域内のレリーフフィーチャをエッチングするために行われる。同様に、光学リソグラフィプロセスに続く平坦化工程は、所望の流体制御フィーチャを基板に形成するために用いられうる。即ち、平坦化層は、例えば、所望の流体制御フィーチャを平坦化層内にパターニングするための光学リソグラフィ工程の前のスピンオンプロセスにより、基板全体にコーティングされうる。ここから、後続のエッチングステップは同様に、所望の流体制御フィーチャを基板内にエッチングする。同様に、そのようなインプリントリソグラフィまたは光学リソグラフィパターニングは、平坦化の前、または平坦化を行わなくても、同様の効果を達成するために行われうる。
図7A〜図7Dは、本発明の他の実施形態を示す。ここで、基板12は、上記の図6A〜図6Dに示したように、流体制御フィーチャ122を含むが、相補的な流体制御フィーチャ132が同様に設けられたテンプレート118と更に組み合わされる。特に図7Bおよび図7Cを参照すると、テンプレート制御フィーチャ132は、基板12上のフィーチャ122に位置合わせされるように位置決めされる。フィーチャ122および132が位置合わせされると、テンプレートと基板との間に、流体を閉じ込めるための大きな有効チャネルが形成される。即ち、同じ2次元領域の場合、より大きな体積の材料を制限し、方向を変えることができる。さらに、そのようなより大きな体積の材料を制限することにより、フィールドの境界エッジでの材料の関連する毛細管圧力が低減される。毛細管圧力が流体の流れを駆動するため、毛細管圧力の流体を減少させることは、当該境界での流量を減少させ、さらに材料のはみ出しを制限する助けとなる。
図8A〜図8Dは、同様の実施形態を示す。ここで、テンプレート120は、相補的な流体制御フィーチャ134も設けられているが、これらは、基板12上の流体制御フィーチャ122からオフセットされて配置されている。この配置は、同様に、同じ2次元領域にわたって、より大きな体積の材料を制限し、方向を変えことができる。
図9A〜図9Dは、基板12上の流体制御フィーチャ122が隆起し、即ち、基板12の表面から上方に延設された実施形態を示す。そのようなフィーチャ122は、特に、テンプレートと基板との位置合わせを妨げる可能性のあるテンプレートの損傷または過度の高い摩擦力を引き起こしうるテンプレートのフィーチャの直接的なリスクが無いように、結果として形成されたパターン層152の目標残膜厚より高く延設されないことが望ましい。ここで、テンプレートの位置合わせの対応する流体制御フィーチャ134は、流体制御フィーチャ122に対して位置決めされ、図7A〜図7Dの実施形態の同様の利点を提供し、隆起したフィーチャの位置で流体の流れを更に制限するという追加の利点を有する。
更なる実施形態(図示せず)では、基板は、隆起およびリセスされた流体制御フィーチャの両方を提供され、単独で、または相補的な流体制御フィーチャを有するテンプレートと組み合わせて使用することができる。そのような組み合わせの一例として、基板およびテンプレートの両方のリセスされた流体制御は、位置決めされ、図7A〜図7Dに示すように流体制御のためのより大きなチャネルを形成することができ、隆起したフィーチャは、そのようなチャネル間の流体の流れの追加的な流体の制限を提供する。さらに別の実施形態では、テンプレートの流体制御フィーチャは、流体がどのように制限され方向を変えられるのかについての更なる制御を提供するための複数の工程および/または複数のエッチング深さを更に含むことができる。
様々な態様の更なる変更および代わりの実施形態は、この説明を考慮すれば当業者には明らかであろう。したがって、この説明は、例示的なものにすぎないと解釈されるべきである。本明細書に示され記載された形態は、実施形態の例として解釈されるべきであることを理解されたい。要素および材料は、本明細書に図示され説明されたものと置換されてもよく、部品および処理は逆にしてもよく、特定の特徴を独立して利用してもよく、この全て、この説明の利益を受けた後の当業者にとって明らかであろう。