(57)【要約】  本発明は、ナノメートルサイズからミリメートルサイズの構造をインプリントするナノインプリントスタンプに関し、そのスタンプ（１）は、基部と第１および第２のインプリント部分（２、３）とを有しており、第１および第２のインプリント部分は、受け基板内にインプリントするためのリソグラフィパターン（７）を有している。第１の態様において、第１および第２のインプリント部分（２、３）は、インプリントスタンプのインプリント方向に対してほぼ平行な方向に、独立して変位可能である。第２の態様において、第１および第２のインプリント部分（２、３）は、インプリントスタンプのインプリント方向に対してほぼ平行な方向に、機械的に弱く結合されている。このスタンプは、スタンプの曲げをインプリント部分（２、３）の間の基部（５）に局所化することによって、リソグラフィパターン（７）でインプリントされる基板内またはその基板上の不完全部およびスタンプ内またはスタンプ上の不完全部、ならびにそのような不完全部の任意の組み合わせによる影響を制限する。
2008512274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と第１および第２のインプリント部分とを備えるナノインプリントスタンプであって、前記第１および前記第２のインプリント部分が、前記インプリントスタンプのインプリント方向に対してほぼ平行な方向に、独立して変位可能である、ナノインプリントスタンプ。
【請求項２】
基部と一体化されている第１および第２のインプリント部分を備えるナノインプリントスタンプであって、前記第１および前記第２のインプリント部分が、前記インプリントスタンプのインプリント方向に対してほぼ平行な方向に、機械的に弱く結合されているナノインプリントスタンプ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のナノインプリントスタンプであって、前記第１および前記第２のインプリント部分の有効曲げ剛性が、前記インプリントスタンプのインプリント方向に対してほぼ平行な方向において、前記基部の有効曲げ剛性よりも相当に高い、ナノインプリントスタンプ。
【請求項４】
請求項３に記載のナノインプリントスタンプであって、前記インプリントスタンプのインプリント方向に対してほぼ平行な方向における、前記第１および／または前記第２のインプリント部分の前記有効曲げ剛性と前記基部の前記有効曲げ剛性との比（ｒｓ）が、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０または１００からなる群から選択された最小値を有する、ナノインプリントスタンプ。
【請求項５】
請求項１または２に記載のナノインプリントスタンプであって、前記第１および前記第２のインプリント部分が、前記インプリントスタンプのインプリント方向に対してほぼ平行な方向に、独立して変位可能であり、前記第１および／または前記第２のインプリント部分が弾性的に変位するようになっている、ナノインプリントスタンプ。
【請求項６】
請求項１または２に記載のナノインプリントスタンプであって、前記第１および前記第２のインプリント部分が、前記インプリントスタンプのインプリント方向に対してほぼ平行な方向に、独立して変位可能であり、インプリントされるリソグラフィパターンの平均高さ未満で変位するようになっている、ナノインプリントスタンプ。
【請求項７】
請求項１または２に記載のナノインプリントスタンプであって、前記第１および前記第２のインプリント部分が、前記インプリントスタンプのインプリント方向に対してほぼ平行な方向に、独立して変位可能であり、インプリントされるリソグラフィパターンの平均高さとほぼ等しく、またはそれより大きく変位するようになっている、ナノインプリントスタンプ。
【請求項８】
請求項１または２に記載のナノインプリントスタンプであって、前記第１および前記第２のインプリント部分が、前記インプリントスタンプのインプリント方向に対してほぼ平行な方向に、独立して変位可能であり、インプリントされる基板の厚さの変動とほぼ等しく、またはそれより小さく変位するようになっている、ナノインプリントスタンプ。
【請求項９】
請求項１または２に記載のナノインプリントスタンプであって、前記第１および前記第２のインプリント部分が、前記インプリントスタンプのインプリント方向に対してほぼ平行な方向に、独立して変位可能であり、前記第１および／または前記第２のインプリント部分が、１ｎｍから１０マイクロメートル、好ましくは５ｎｍから５００ｎｍ、より好ましくは１０ｎｍから１００ｎｍの範囲内で変位するようになっている、ナノインプリントスタンプ。
【請求項１０】
請求項１または２に記載のナノインプリントスタンプであって、前記ナノインプリントスタンプの曲げが、主として前記基部に局所化される、ナノインプリントスタンプ。
【請求項１１】
請求項１または２に記載のナノインプリントスタンプであって、前記第１および前記第２のインプリント部分が、前記インプリントスタンプのインプリント方向に対してほぼ垂直な方向に、実質的に相対的に固定されている、ナノインプリントスタンプ。
【請求項１２】
請求項１または２に記載のナノインプリントスタンプであって、前記基部が膜を備え、前記膜が前記第１および前記第２のインプリント部分を接合する、ナノインプリントスタンプ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のナノインプリントスタンプであって、前記第１および前記第２のインプリント部分のうちの少なくとも一方が、前記インプリントスタンプのインプリント方向に対してほぼ平行な方向において、前記膜の厚さ（ｔ）よりも厚い厚さ（Ｔ）を有する、ナノインプリントスタンプ。
【請求項１４】
請求項１１に記載のナノインプリントスタンプであって、前記少なくとも一方のインプリント部分の前記厚さ（Ｔ）と前記膜の前記厚さ（ｔ）との比（ｒｔ）が、１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、５．５、６、６．５、７、８、９、または１０からなる群から選択された最小値を有する、ナノインプリントスタンプ。
【請求項１５】
請求項１２に記載のナノインプリントスタンプであって、前記第１および前記第２のインプリント部分が、リソグラフィパターンを有する第１の部分を備える、ナノインプリントスタンプ。
【請求項１６】
請求項１５に記載のナノインプリントスタンプであって、前記リソグラフィパターンがメサ構造上に配置される、ナノインプリントスタンプ。
【請求項１７】
請求項１０に記載のナノインプリントスタンプであって、前記第１および前記第２のインプリント部分が、前記膜の一部を形成する第２の部分を備える、ナノインプリントスタンプ。
【請求項１８】
請求項１７に記載のナノインプリントスタンプであって、前記第２の部分が前記膜の一体化部分として製造される、ナノインプリントスタンプ。
【請求項１９】
請求項１２に記載のナノインプリントスタンプであって、前記第１および前記第２のインプリント部分が第３の部分を備える、ナノインプリントスタンプ。
【請求項２０】
請求項１９に記載のナノインプリントスタンプであって、前記第３の部分が、前記インプリント方向に対して反対の方向に、前記膜から離れて突出する、ナノインプリントスタンプ。
【請求項２１】
請求項１９に記載のナノインプリントスタンプであって、少なくとも前記第３の部分が弾性の背部マトリックスに包まれている、ナノインプリントスタンプ。
【請求項２２】
請求項２１に記載のナノインプリントスタンプであって、前記弾性の背部マトリックスが弾性ポリマーを備える、ナノインプリントスタンプ。
【請求項２３】
請求項２１に記載のナノインプリントスタンプであって、前記弾性の背部マトリックスが、閉じ込められた流体を備える、ナノインプリントスタンプ。
【請求項２４】
請求項１または２に記載のナノインプリントスタンプであって、感知手段を備え、前記感知手段は、前記インプリントスタンプのインプリント方向に対してほぼ平行な方向における前記第１および前記第２のインプリント部分の変位を検出することが可能である、ナノインプリントスタンプ。
【請求項２５】
請求項１または２に記載のナノインプリントスタンプであって、マイクロエレクトロニクス処理手段によって製造される、ナノインプリントスタンプ。
【請求項２６】
請求項１または２に記載のナノインプリントスタンプであって、少なくとも１ＧＰａ、好ましくは少なくとも１０ＧＰａ、またはより好ましくは少なくとも１００ＧＰａのヤング率を有する材料から主として製造される、ナノインプリントスタンプ。
【請求項２７】
請求項２５に記載のナノインプリントスタンプであって、前記インプリントスタンプが半導体材料を備える、ナノインプリントスタンプ。
【請求項２８】
請求項１または請求項２に記載のナノインプリントスタンプを利用して、受け基板にリソグラフィパターンをインプリントする方法。
【請求項２９】
受け基板にリソグラフィパターンをインプリントする請求項２８に記載の方法であって、インプリントの間の圧力が、１０ｋＰａ、５０ｋＰａ、１００ｋＰａ、２５０ｋＰａ、または３００ｋＰａからなる群から選択された概算最小値を有する方法。
【請求項３０】
請求項２８に記載の方法であって、前記インプリントスタンプが平行板装置によって前記受け基板に押し付けられる方法。
【請求項３１】
請求項２８に記載の方法であって、前記インプリントスタンプがエアクッション装置によって前記受け基板に押し付けられる方法。
【請求項３２】
請求項２８に記載の方法であって、前記受け基板が内側にまたは外側に曲がった湾曲を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノメートルサイズからミリメートルサイズの構造をインプリントするナノインプリントスタンプに関し、そのスタンプは、基部と第１および第２のインプリント部分とを有しており、第１および第２のインプリント部分は、受け基板にインプリントするためのリソグラフィパターンを有している。
【背景技術】
【０００２】
電子工学の分野で微細化がサブミクロンレベルへと進んでいることから、リソグラフィ処理において絶えず改善が求められている。ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）とは、ナノメートルサイズの構造を同時処理で製造する有望なリソグラフィ技術である。ＮＩＬは、２０１３年に３２ｎｍノードという目標を達成するために、将来性のあるリソグラフィ技術として、国際半導体技術ロードマップ（ＩＲＴＳ）で採択されている。しかしながら、広いインプリント領域の均一性、サブミクロンのアライメント、誤差検出、サイクル時間、限界寸法の制御など、ＮＩＬに関する多数の技術的問題をまず解決しなければならない。
【０００３】
「Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｅｎｇ．７３−７４（２００４）」、ｐ．１６７〜１７１において、Ｐｌａｃｈｅｔｋａらが紫外線（ＵＶ）硬化型レジストに基づいたＮＩＬプロセスを開示している。このＵＶ−ＮＩＬプロセスでは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）の柔軟で透明なスタンプによって、基板にコーティングされたＵＶ硬化型レジストへの適合接触が確実となる。ＰＤＭＳのエラストマー特性により、スタンプはその形状を基板の波打ちに適合させ、基板とスタンプとの間の平行度の欠如はこのようにして解決される。
【０００４】
ＵＳ２００３／００１７４２４には、半導体基板上の格子構造および他の構造などのパターンを形成するための技術が開示されている。したがって、この文献は、剛体であっても機械的に柔軟であってもよいインプリントマスター（スタンプ）を記述するものである。パターンを形成するために、インプリントマスターは、変形可能な粘性材料または液体材料でコーティングされた基板に押し付けられる。インプリントマスターは、固定媒体（インプリント部分）とバルク材（後部）とを有する複合部材であってもよい。固定媒体はインプリントパターンを有し、シリコンなどの硬質な材料で形成されてもよく、またＰＤＭＳなどの機械的に柔軟な材料で形成されてもよい。バルク材料は同様に、幾分曲がることができるように十分に薄く形成することができるシリコンやガラスなどの硬質な材料で形成されてもよく、またＰＤＭＳなどの機械的に柔軟な材料で形成されてもよい。
【０００５】
しかしながら、エラストマー材料でできたスタンプの問題は、インプリントの間にスタンプがインプリント方向に対して垂直な方向に変形することであり、これはスタンプ材料のポアソン比が相対的に高いことによるものである。これによって、スタンプのリソグラフィパターンが望ましくない伸張やねじれを生じることがある。したがって、ＰｌａｃｈｅｔｋａらのスタンプおよびＵＳ２００３／００１７４２４の柔軟なスタンプに加えられる圧力は、実際には狭い範囲の圧力に制限される。さらには、基板内または基板上の比較的大きく局所的な不完全部は、そのようなスタンプの隣接するインプリント部分に影響を及ぼすことがある。
【０００６】
ＵＳ２００２／０１３２４８２には、あるインプリントリソグラフィの方法が開示されており、その方法では、流体圧力を用いて、基板で支持されたフィルムに型板（スタンプ）を押し付ける。その型板は本体と成形層からなり、その成形層は通常、融解石英、ガラス、セラミックなどの硬質な材料でできている。基板は半導体ウェーハを備えており、基板によって支持されるフィルムは、ＰＭＭＡなどのポリマーであってもよく、またＵＶ硬化型シリコーンなどの液体であってもよい。型板本体および／または基板は、厚さが２ｍｍ未満のシリコン基板を使用することによって、柔軟にできている。それによって、型板および基板は、平面性のずれにもかかわらず適合する。インプリントプロセスの間に用いられる圧力は、１ｐｓｉ〜１０００ｐｓｉ＝６．９ｋＰａ〜６．９ＭＰａの範囲内である。
【０００７】
しかしながら、ＵＳ２００２／０１３２４８２のスタンプには固有の欠点があり、その欠点とは、型板／基板に曲げが生じると、そのインプリントでは必然的にインプリント圧力が不均一となり、それによって、形成されたリソグラフィパターンが著しく劣化することがあるということである。
【０００８】
したがって、ＮＩＬ用の改善されたスタンプが有利となり、特に、より柔軟なスタンプが有利となろう。
【０００９】
（発明の開示）
したがって、本発明は好ましくは、上述の欠点のうちの１つまたは複数を個々にまたは任意の組み合わせで、緩和、軽減、あるいは排除せんとするものである。具体的には、本発明の目的は、リソグラフィパターンでインプリントされる基板内もしくはその基板上の不完全部および／またはスタンプ内もしくはスタンプ上の不完全部、ならびにそのような不完全部の任意の組み合わせの影響を制限することができる柔軟なＮＩＬスタンプを提供することであることがわかる。この目的および他の複数の目的は、本発明の第１の態様において、基部と第１および第２のインプリント部分とを備えるナノインプリントスタンプであって、第１および第２のインプリント部分は、インプリントスタンプのインプリント方向に対してほぼ平行な方向に、独立して変位可能であるナノインプリントスタンプを提供することによって達成される。
【００１０】
第２の態様において、本発明は、基部と一体化されている第１および第２のインプリント部分を備えるナノインプリントスタンプであって、第１および第２のインプリント部分は、インプリントスタンプのインプリント方向に対してほぼ平行な方向に、機械的に弱く結合されているナノインプリントスタンプを提供する。
【００１１】
第１および第２の態様による本発明は、リソグラフィパターンでインプリントされる基板内もしくはその基板上の不完全部および／またはスタンプ内もしくはスタンプ上の不完全部、ならびにそのような不完全部の任意の組み合わせの影響を制限することが可能なナノインプリントリソグラフィスタンプを得るために、限定はしないが特に有利である。具体的には、本発明は、依然として不完全部の影響を制限する一方で、インプリントの間に比較的高いインプリント力を加えることができるスタンプを提供する。欠陥として挙げることができるものには、基板および／またはその基板上のポリマーフィルムの湾曲、基板にスタンプを押し付ける押し付け冶具の湾曲、スタンプと基板との間の空気の閉じ込め、インプリントされる基板における突起、インプリント位置における塵または類似の望ましくない粒子、リソグラフィパターンにおける孤立した欠陥、インプリントされるポリマーのポリマー流れの制限、スタンプ上の不十分な付着防止コーティングなどがある。
【００１２】
本発明は、単一のインプリント方向のみを有する用途に限定されない。むしろ、本発明は、複数のインプリント方向を有する用途、すなわち、スタンプが、多次元リソグラフィパターンに対する複数のインプリント方向を有する用途において特に用いることができる。代替的にまたは追加的に、スタンプのリソグラフィパターンは、基板平面に対して平行でない向きでインプリントすることを対象としてもよい。
【００１３】
このナノインプリントスタンプは、インプリントスタンプのインプリント方向に対してほぼ平行な方向において、基部の有効曲げ剛性よりも相当に高い、第１および第２のインプリント部分の有効曲げ剛性を有することができる。したがって、基部は、インプリント部分に対して弾性部品またはたわみ吸収部品として機能することができる。
【００１４】
有利なことに、インプリントスタンプのインプリント方向に対してほぼ平行な方向における、第１および／または第２のインプリント部分の有効曲げ剛性と基部の有効曲げ剛性との比（ｒｓ）は、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０または１００からなる群から選択された最小値を有することができる。したがって、このスタンプは、インプリント部分の有効曲げ剛性を維持しながら、うねった表面に適合することができ、それによってより均一なインプリント圧力を可能にしている。実際には、インプリントする間のナノインプリントスタンプのいかなる曲げも、主としてまたは限定的に、インプリント部分の間の、もしくはインプリント部分を接合する基部に局所化される。
【００１５】
このナノインプリントスタンプは、第１および第２のインプリント部分が、インプリントスタンプのインプリント方向に対してほぼ平行な方向に、独立して変位可能であり、第１および／または第２のインプリント部分が弾性的に変位するように配置することができる。
【００１６】
このナノインプリントスタンプの第１および第２のインプリント部分は、インプリントスタンプのインプリント方向に対してほぼ平行な方向に、独立して変位可能であり、インプリントされるリソグラフィパターンの平均高さ未満で変位するようになっていてもよい。あるいは、前記変位は、インプリントされるリソグラフィパターンの平均高さにほぼ等しいか、またはそれより高くてもよい。
【００１７】
このナノインプリントスタンプは、インプリントスタンプのインプリント方向に対してほぼ平行な方向に、独立して変位可能な第１および前記第２のインプリント部分を有し、インプリントされる基板の厚さの変動（ばらつき）とほぼ等しく、またはそれより小さく変位するようになっていてもよい。通常、研磨したシリコン基板は、ウェーハ全体で５マイクロメートルの厚さの変動を有することがある。インプリント部分が独立していることにより、厚さの変動は本発明によって補正することができる。
【００１８】
このナノインプリントスタンプの場合、第１および第２のインプリント部分は、インプリントスタンプのインプリント方向に対してほぼ平行な方向に、独立して変位可能であり、第１および／または第２のインプリント部分が、１ｎｍから１０マイクロメートル、好ましくは５ｎｍから５００ｎｍ、より好ましくは１０ｎｍから１００ｎｍの範囲内で変位するようになっていてもよい。
【００１９】
本発明のナノインプリントスタンプの場合、第１および第２のインプリント部分は、インプリントスタンプのインプリント方向に対してほぼ垂直な方向に、実質的に相対的に固定することができる。したがって、インプリントスタンプのインプリント方向に対して垂直な変位は、ほぼ完全に排除することができ、結果としてインプリントが改善される。
【００２０】
このナノインプリントスタンプは、基部が膜を備え、その膜が第１および第２のインプリント部分を接合するように寸法決めすることができる。したがって、インプリントの間の不完全部は、膜によって吸収することができる。有益なことに、第１および／または第２のインプリント部分は、インプリントスタンプのインプリント方向に対してほぼ平行な方向に、膜の厚さよりも厚い厚さを有することができる。  具体的には、少なくとも一方のインプリント部分の厚さと膜の厚さとの比（ｒｔ）は、１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、５．５、６、６．５、７、８、９、または１０からなる群から選択された最小値を有することができる。
【００２１】
このナノインプリントスタンプは、第１および第２のインプリント部分が、リソグラフィパターンを有する第１の部分と、膜の一部を形成する第２の部分と、第３の部分とを備えるように構成することができる。有益なことに、少なくとも第３の部分は弾性の背部マトリックスに封入されており、すなわち、前記背部マトリックスは、弾性ポリマー、ゲル、閉じ込めた流体、ガスまたは類似のものを備えてもよい。弾性の背部マトリックスの効果は、インプリントの間にインプリント力を均等に分布させることであってもよい。
【００２２】
通常、ナノインプリントスタンプは、当業者に周知のマイクロエレクトロニクス加工手段によって製造することができる。有益なことに、この加工は、半導体材料、好ましくはケイ素、ゲルマニウム、または炭素およびこれらを任意の組み合わせたもの、ならびにこれらを任意に構造的に変化させたもので行うことができる。有益なことに、このナノインプリントスタンプは、少なくとも１ＧＰａ、好ましくは少なくとも１０ＧＰａ、またはより好ましくは少なくとも１００ＧＰａのヤング率を有する材料を主としてまたはそれのみで製造することができる。したがって、このスタンプは好ましくは、十分な剛性の非エラストマー材料で製造することができる。
【００２３】
このナノインプリントスタンプは感知手段を備えて、インプリントスタンプのインプリント方向にほぼ平行な方向における、第１および第２のインプリント部分のうちの少なくとも一方の変位が、前記感知手段によって検出可能となるようにすることができる。したがって、あらゆる変位の位置を特定することができ、結果として製造プロセスがより効率的となる。
【００２４】
第３の態様において、本発明は、第１および第２の態様によるナノインプリントスタンプを利用して、受け基板にリソグラフィパターンをインプリントする方法を提供する。
【００２５】
第３の態様による本発明は、これまでに知られていた方法と比較してより均一なインプリントを与える方法の提供に、限定はしないが特に有利である。具体的には、インプリントされる基板とインプリントスタンプとの平行度に対する高度な要件が、本発明を適用することによって緩和される。通常、インプリントの間の圧力は、１０ｋＰａ、５０ｋＰａ、１００ｋＰａ、２５０ｋＰａ、または３００ｋＰａからなる群から選択された概算最小値を有することができる。しかしながら、この方法は、これらの最小値に限定されず、より低い圧力領域およびより高い圧力領域の双方において用途を見出すことができる。
【００２６】
本発明の方法は、インプリントスタンプが平行板装置によって受け基板に押し付けられるように適用することができる。あるいは、このインプリントスタンプは、エアクッション装置によって受け基板に押し付けられてもよい。
【００２７】
通常、受け基板は、製造法、応力状態および温度に応じて、内側にまたは外側に曲がった湾曲を有している。
【００２８】
本発明の第１、第２および第３の態様はそれぞれ、他の態様のいずれかと組み合わされてもよい。本発明のこれらの態様および他の態様は、以下に説明する実施形態から明らかとなり、また以下に説明する実施形態によって明確となろう。
【００２９】
本発明について、単に一例として、添付の図面を参照して説明することにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１は、本発明によるナノインプリントスタンプ１の第１の実施形態の断面図を示している。スタンプ１は、第１のインプリント部分２と第２のインプリント部分３とを備えている。明確にするために、２つのインプリント部分１および２のみを図１から３に示している。図１の実施形態において、第１および第２のインプリント部分２および３は基部５に装着されており、この基部５は、第１および第２のインプリント部分２および３を受けるための適切な空孔を有している。第１および第２のインプリント部分２および３は基部５に装着されており、矢印１０で示すインプリント力が図１に示すようにスタンプ１全体を下向きに変位させることができるようになっているが、一方で、第１および第２のインプリント部分２および３は、両側矢印６によって示すように垂直方向に、独立して変位可能である。これは、第１および第２のインプリント部分２および３と基部５との間の接合面に適切な摩擦力を与えることによって実現する。したがって、スタンプ１が、図１に示すように、インプリントされる基板（図１には不図示）に対して垂直下向きに押し付けられると、インプリント部分２および３はそれぞれ、基板のたわみや突起など、ある種の不完全部に直面（接触）した場合には、わずかに上向きに変位することができる。図１において、このことは、第２のインプリント部分３が第１のインプリント部分２に対して少し上向きに変位していることによって示してある。第２のインプリント部分３の上向きの変位は、基部５とインプリント部分２および３との間の接合面における摩擦力を変化させることによって制御することができる。前記摩擦力は、インプリントを生じることができるように、インプリント力１０に対して十分な大きさのものでなければならない。第１および第２のインプリント部分２および３は、基板にインプリントされるリソグラフィパターン７を備えている。
【００３１】
図２は、本発明によるナノインプリントスタンプ１の第２の実施形態の断面図を示している。図２の実施形態において、インプリント部分２および３は、基部５の対応する空孔１１および１２で受けられているが、インプリント部分２および３と基部５は直接物理的に接触していない。その代わりに、インプリント部分２および３の上側の部分は、ＰＤＭＳまたは類似物のようなエラストマー材料の背部マトリックス（基盤）１５に埋め込まれている。背部マトリックス１５は、インプリント力１０をインプリント部分２および３に伝達する方法を提供すること、ならびに、インプリント部分２および３を、矢印６によって示すようにインプリントスタンプ１のインプリント方向に、独立して変位可能にすることという２つの目的に適っている。基部５は、高い値のインプリント力１０の下で背部マトリックス１５が横方向に変形することにより、インプリントスタンプ１のインプリント方向に対して垂直な方向にインプリント部分２および３を拘束するという目的に適っている。このようにして、高い値のインプリント力１０の下では、基部５はインプリント部分２および３と物理的に接触することができる。基部５とインプリント部分２および３との間のクリアランスを最小にして、インプリントスタンプ１のインプリント方向に対して垂直な方向において、インプリント部分２および３のいかなる変位も制限するようにしてもよい。
【００３２】
図３は、本発明によるナノインプリントスタンプ１の第３の実施形態の断面図を示している。図３に示す実施形態において、インプリント部分２および３は基部５と一体化している。したがって、第１および第２のインプリント部分２および３と基部５との間の接合面２０および２１において、第１および第２のインプリント部分２および３を、例えば接着接合、陽極接合、融接などによって基部５に接合するか、あるいは、別法として、基部５およびインプリント部分２および３を、単一片の材料、例えばケイ素または類似物などのような半導体材料で製造することができる。この実施形態において、第１および第２のインプリント部分２および３は、インプリントスタンプ１のインプリント方向に対してほぼ平行な方向に、独立して変位することが可能であるが、これは、以下でさらに詳細に述べるように、基部５の厚さｔをインプリント部分２および３の厚さＴに対して適切に設計することによって確実なものとなる。また、インプリント部分２および３の離隔距離ｄに対するインプリント部分２および３の幅Ｗを考慮しなければならない。厚さＴは厚さｔよりも相当に厚くして、インプリントプロセスの間にある種の不完全部によって相対的に上向きに変位したインプリント部分２または３の周りで、薄い基部５が上向きに局所的に曲がるようにしなければならない。したがって、基部５は膜状の構造および機能を有している。また、この実施形態において、背部マトリックス１５はＰＤＭＳなどのエラストマー材料でできており、それによって、均一なインプリント力１０をスタンプ１に加えることが可能となっている。次に、背部マトリックス１５は、インプリント部分２および３のいずれかがインプリントの間に相対的に上向きに変位した場合、弾性的に収縮することができる。背部マトリックス１５はまた、インプリント部分２および３をインプリントプロセスの間に互いに平行に維持する上での支持体となることもできる。
【００３３】
上述の実施形態のいずれにおいても、インプリントスタンプ１は、いわゆる熱式ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）プロセスで利用することができ、その熱式ナノインプリントリソグラフィ処理において、インプリントされる基板はＰＭＭＡなどのポリマーを備えており、そのポリマーはガラスの遷移温度よりも高く加熱される。続いて、スタンプ１はポリマーに押し込められ、模様がポリマーに転写される。続いて、冷却プロセスが開始する。冷却によって、ポリマーの温度がガラスの遷移温度よりも低く下がると、インプリント圧力が解放され、最終的にスタンプ１がポリマーから解放される（以下のさらなる詳細を参照）。ホットエンボスとも呼ばれるそのような熱的ＮＩＬの場合、基部５とインプリント部分２および３は、以下で説明する周知のマイクロエレクトロニクス処理によって、単一片のケイ素などの結晶半導体材料で製造することができる。
【００３４】
上記の３つの実施形態のうちのいずれにおいても、インプリントスタンプ１は、いわゆるＵＶナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）プロセスで利用することもでき、そのプロセスにおいて、インプリントされる基板は、ＬＲ８７６５（ＢＡＳＦ  ＡＧ）などのＵＶ硬化型ポリマーの最上層を備えている。基部５とインプリント部分２および３は、したがって、光硬化型材料によるリソグラフィパターン形成を容易にするために、適切な光透過性材料で製造されなければならない。適切な透明材料の例は、ガラス、石英（単結晶または融解）、ダイヤモンド、ＳＵー８のようなポリマーなどである。代替的にまたは追加的に、下側の基板は透明材料で製造されてもよい。留意されたいこととして、本発明は、インプリント部分２および３が独立しているため、ある不完全部によって生じる損害は一般に、インプリントされるリソグラフィパターン上の孤立した位置に限定されるという利点を有している。１つまたは複数のインプリント部分２および３は、インプリント部分２および３の変位が生じているかどうかの検出が可能な適切なセンサー（不図示）に接続されてもよく、おそらくは、そのセンサーは変位の大きさを検出することができる。したがって、一連の一体型エラー検出センサーをスタンプ１に装着するか、またはスタンプ１と一体化することができる。センサーは、インプリント部分２および３の背面の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）形式のものであってもよい。あるいは、圧電気または静電容量の変動を利用して、ある変位をその変位を示す電気信号に変換してもよい。圧電センサーは、有利なことに、特にシリコン製の基部５の場合、基部５と一体化することができる。また、光透過性の背部マトリックス１５、あるいはインプリント部分２もしくは３の変位によって１つまたは複数の光学特性を変化させることが可能な光学的に活性の背部マトリックス１５と共に、光ビーム走査を用いることもできる。インプリント部分２または３の変位の位置を突き止め、さらにはその変位を量子化することが可能であればきわめて有益であるが、それは、リソグラフィパターン形成のプロセスは通常、マイクロメートルまたはナノメートルスケールのデバイスに対する多数の付加的な製造工程のうちの１つにすぎないという事実によるものである。したがって、インプリント工程の間にエラーを検出すると、局所的なエラーの位置における不必要なさらなる製造工程を放棄することができ、結果として製造の効率が向上する。
【００３５】
以下の部分の説明において、第３の実施形態（図３に示す）によるナノインプリントスタンプ１をどのようにして製造および利用することができるかを開示する。
【００３６】
図４に、熱的ＮＩＬを対象とする本発明の第３の実施形態によるスタンプ１の製作手順を示す。スタンプ１は、片面を研磨したシリコンウェーハ３０で製造される。酸化物３１がシリコンウェーハ３０の両面で成長し、背面の酸化被膜がバッファードフッ酸（ＢＨＦ）エッチングによって除去される。結果として得られるウェーハ３０を図４のＡに示す。
【００３７】
続いて、１．５マイクロメートルのフォトレジスト（ＡＺ５２１ｅ、Ｓｈｉｐｌｅｙ）が背面にスピンコートされ、インプリント部分２および３を画定するようにネガ型プロセス（ＵＶリソグラフィ）で現像される。３００ｎｍのアルミニウムが背面に電子ビーム蒸着（Ａｌｃａｔｅｌ  ＳＣＭ６００）され、アセトンおよび超音波処理によって剥離が行われる。残存したアルミニウムは、図４のＢに示すように結果として得られたウェーハ３０に空孔３５を形成する、ディープ・リアクティブ・イオン・エッチング（ＳＴＳ  ＡＳＥ）用のエッチマスクとして使用される。
【００３８】
シリコン酸化膜３１を有する前面は次いで、１．５マイクロメートルのフォトレジスト（ＡＺ５２１ｅ、Ｓｈｉｐｌｅｙ）でコーティングされる。フォトレジストはマスクを通じて現像され、ここでリソグラフィパターン７がマスクの下に配置されなければならない。リソグラフィパターン７は、シリコンをストップ層として用いてＢＨＦエッチングによって二酸化シリコン層３１にエッチングされる。本発明は特定のリソグラフィパターン７に限定されないため、任意の種類のリソグラフィパターン７を施すことができる。むしろ企図されているのは、オプトエレクトロニクス、ナノエレクトロニクス、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）などのような広範囲の電子工学および微小機械用途に本発明が適用性を見出せることである。結果として得られるウェーハ３０を図４のＣに示す。
【００３９】
他のフォトレジストプロセスを用いてリソグラフィパターン７をエッチマスクとして覆うと、それに続くリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）が施されて、前面からシリコンに１．７マイクロメートルがエッチングされ、結果として、図４のＤに示すようなウェーハ３１が得られ、ここでインプリント部分２および３がメサ構造によって画定されている。このメサ構造は任意の幅を有してよいが、いくつかの好ましい幅は、０．５ｃｍ、１ｃｍ、１．５ｃｍ、２ｃｍ、２．５ｃｍまたは３ｃｍである。
【００４０】
最後に、ウェーハ３１の背部がＰＤＭＳ（Ｓｙｌｇａａｒｄ  １８４）の背部マトリックス１５に埋め込まれ、図４のＥに示すように、図３に示すスタンプに類似したスタンプ１が得られる。
【００４１】
特定の実施形態において、スタンプ１の具体的な寸法は可能な間隔と共に表１で与えられる。
【表１】
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【００４２】
表１で与えられた具体的な寸法を用い、また結晶シリコンの機械的定数を使用すると、簡潔なばねモデルにより、インプリント部分２および３の結果として得られる有効ばね定数は１．８５×１０７Ｎ／ｍとなる。したがって、この有効ばね定数を用いると、インプリントされる基板の波打ちなどによるスタンプ１のいかなる変形も、０ｋＮと４０ｋＮの間、好ましくは１ｋＮから１０ｋＮのインプリント力など、インプリント力および条件が適切な場合には、基部５の周囲部分に隔離される。同様に、インプリント部分２および３に対する有効ばね定数は、インプリント条件に応じて、１Ｎ／ｍから１×１０９Ｎ／ｍの範囲内、好ましくは１×１０４Ｎ／ｍから１×１０７Ｎ／ｍの範囲内とすることができる。
【００４３】
基板適合に対するスタンプの簡潔なモデルは、うねった表面を向かい合う完全な平面に適合させるのに必要な圧力ｐを考慮することによって得ることができる。この圧力は、次式の平板のたわみの方程式より見出すことができる（Ｌ．Ｄ．ＬａｎｄａｕおよびＥ．Ｍ．Ｌｉｆｓｈｉｔｚ、「Ｔｈｅｏｒｙ  ｏｆ  Ｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ」（１９８６年）を参照）。
【数１】
2008512274.tif 000004
【００４４】
上式で、ｗ（ｒ）は表面に対して垂直なたわみであり、ｒは位置ベクトルであり、Ｄは次式で与えられる曲げ剛性である。
【数２】
2008512274.tif 000005
【００４５】
上式で、Ｅはヤング率であり、ｈは厚さであり、νは板のポアソン比である。本発明者らが実施した実験が示すところでは、表面に垂直なたわみ、すなわち表面のうねりは、ベッセル級数の第１項によって、すなわち次式によって近似することができる。
【数３】
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【００４６】
上式で、ａはスケーリング定数である。したがって、円筒対称性を仮定すると、圧力ｐは次式で与えられる。
【数４】
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【００４７】
上式で、λは表面のうねりの主波長である。留意されたいのは、うねった表面を平坦化するのに必要な圧力は、表面の厚さの３乗、ｈ３に比例し、表面の波打ちの４乗、λ４に反比例するということである。この表面の厚さの３乗、ｈ３の比例則は、インプリント部分２および３を両持ち梁とみなすと、上述した簡潔なばねモデルからも得られることがわかる。
【００４８】
現実的なインプリントの状況では、その上にインプリントされる基板（図５、符号１０６参照）とスタンプ１の双方は、表面のある種の波打ちを有し、したがって、式（４）を用いて、スタンプ１と基板を互いに適合させる圧力を概算しても、それは近似にすぎない。それでもなお、圧力ｐの概算値は、ｗ＝５μｍ、λ＝４ｃｍ、およびシリコンの材料定数を用いて得ることができる。ｈがインプリント部分２および３の厚さＴと一致していれば、すなわちｈ＝５５０μｍであれば、圧力ｐは７．４ｋＰａとなり、ｈが膜５の厚さｔに一致してｈ＝１５０μｍであれば、圧力ｐはわずか０．１３ｋＰａとなる。例えば全体的なインプリント圧力が２５５ｋＰａの場合、膜５に対する相対的圧力変動はわずか０．１％であるが、インプリント部分２および３に対しては相対的圧力変動は５．８％にもなる。したがって、スタンプ１に対しては、スタンプと基板との適合に対する必要性と、スタンプの曲げを最小にすることとの間の折衷は、スタンプの曲げを重要でない領域に、すなわち膜または基部５に局所化し、一方で、スタンプ１の重要な領域、すなわちインプリント部分２および３においては高い剛性および有効ばね定数を維持することによって解決される。このようにして、スタンプ１は、インプリントする基板への適合とインプリント部分２および３の制御とを同時に可能にしている。
【００４９】
図５は、本発明の実施形態によるスタンプ１のスタッキングを示しており、この実施形態は平行板形式のインプリント治具の内部に基板を有している。スタンプ１は、ＰＤＭＳの背部マトリックス１５を介してダミーウェーハ１０４に固定されている。ダミーウェーハ１０４は、上側の加熱板１０２を介した熱伝導を最適にするために、アルミニウム箔１０３に装着されている。加熱板１０２は、押し付け手段（不図示）によって押し付けられ、それによってインプリントを開始することができる。最初に、熱可塑性プラスチック１０５がガラスの遷移温度よりも高く加熱され、すなわちＰＭＭＡの場合、インプリント温度は１７０℃となる。インプリント力１０は２０００Ｎであり、インプリントは０．１ｍｂａｒ（１０Ｐａ）のチャンバ圧力で５分間継続する。基板１０６上の熱可塑性プラスチック１０５がアルミニウム箔１０１に固定され、次いで、上側の加熱板１０２と類似した加熱板１００に固定される。インプリント力１０は、５分後に、または温度が７０℃に達したときに解放される。冷却は、加熱板１００および１０２内の専用流路（不図示）を通じて液体窒素を流すことによって開始する。
【００５０】
平行板装置に代わって、本発明によるスタンプ１をいわゆるエアクッション装置で用いた。エアクッションの実験結果は、平行板装置で得られた結果と顕著な違いのないものであった。エアクッション装置において、インプリント力は、スタンプ１に作用する高い空気圧から生じ、したがって均一なインプリント力が得られる。エアクッションインプリントに関するさらなる詳細は、ＷＯ０３／０９０９８５に見出すことができる。しかしながら、この方法はまた、本発明によって利益を得ることもでき、それは、このエアクッション方法が、基板／その基板上のポリマーフィルムの湾曲、基板にスタンプを押し付ける押し付け冶具の湾曲、スタンプと基板との間の空気の閉じ込め、インプリントされる基板における突起、インプリント位置における塵または類似の望ましくない粒子などに関する問題を解決していないからである。これらの問題は、しかしながら、本発明を用いて解消するかまたは最小限にすることができる。
【００５１】
図６は、３０７ｎｍの厚さ（１４．７ｎｍの変動（３σ））のＰＭＭＡ層でコーティングされたシリコンウェーハ上で測定されたインプリントの深さのマップを示しており、このシリコンウェーハは、平行板装置において本発明の第３の実施形態によるスタンプ１を用いることによってコーティングされたものである。インプリントは、それぞれ１ｍｍ×１ｍｍである１５６２箇所のインプリント領域からなり、各インプリント領域は、長さが１ｍｍで幅が２５μｍの８本の線のパターンからなる。インプリントの深さは２４９．４ｎｍであり、４．８ｎｍの変動（３σ）を有することがわかる。
【００５２】
図７は、測定したポリマーの残留厚さ、例えばスタンプの突起がインプリントされた場所の下にあるポリマーの厚さのマップを示している。ポリマーの残留層の厚さは１７．６ｎｍであり、１３．６ｎｍの変動（３σ）を有することがわかる。
【００５３】
図６および７に示す結果は、本発明によるスタンプ１でインプリントすると広い面積にわたって均一なインプリントがなされることを表している。さらに、図７に示すように、許容変動を有する非常に薄い残留ポリマー層が得られる。薄い残留ポリマー層は、ナノメートルスケールでデバイスをさらに処理するための重要な要素である。
【００５４】
本発明について特定の実施形態と関連して説明したが、本明細書に示す特定の形態に本発明を限定することは意図していない。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。特許請求の範囲において、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）という語は、他の要素またはステップの存在を除外するものではない。さらに、個々の特徴が異なる請求項に含まれることがあるが、それらは有利に結合されてもよく、また異なる請求項に含まれることは、特徴の組み合わせが実現可能かつ／または有利でないことを意味するものではない。加えて、単数で言及することは、複数であることを除外するものではない。したがって、「ある（「ａ」、「ａｎ」）」、「第１の（「ｆｉｒｓｔ」）」、「第２の（「ｓｅｃｏｎｄ」）」と言及することは、複数であることを除外するものではない。さらに、特許請求の範囲における参照符号は、範囲を限定するものではないとみなされるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態の断面図を示す。
【図２】図２は、本発明の第２の実施形態の断面図を示す。
【図３】図３は、本発明の第３の実施形態の断面図を示す。
【図４】図４は、本発明によるスタンプの製作手順を示す。
【図５】図５は、基板をインプリント治内に配置して本発明によるスタンプを積み重ねた状態を示す。
【図６】図６は、シリコンウェーハ上のＰＭＭＡポリマー層の結果として得られるインプリントの深さの等高線プロットを示す。
【図７】図７は、図６のＰＭＭＡポリマーの残存する高さの層の等高線プロットである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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