專利名稱：壓印光刻的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓印光刻。
背景技術(shù)：
光刻設(shè)備是一種將所需的圖案施加至基板的目標(biāo)部位上的機(jī)器。光刻設(shè)備通常例如用于制造集成電路(IC)、平板顯示器以及其他包含精細(xì)結(jié)構(gòu)的設(shè)備。
人們希望能夠降低光刻圖案中特征部的尺寸，因?yàn)檫@樣就能在給定的基板面積上得到更大密度的特征部。在光刻中，通過(guò)使用較短波長(zhǎng)的輻射可以得到更高的分辨率。然而，存在許多與這種尺寸減小相關(guān)的問(wèn)題。當(dāng)前的系統(tǒng)將開(kāi)始采用波長(zhǎng)在193nm波段內(nèi)的光源，然而即使在這個(gè)波段內(nèi)，衍射限制也成為一種障礙。在低波長(zhǎng)時(shí)，材料的透射性非常差。能夠增大精度分辨率的光學(xué)光刻機(jī)需要復(fù)雜的光學(xué)器件和稀有材料，并因此非常昂貴。
用來(lái)印刷100nm以下的特征部的另一種方案稱為壓印光刻，包括使用一個(gè)物理模具或模板將圖案壓印入壓印介質(zhì)中從而將圖案轉(zhuǎn)印到基板上。該壓印介質(zhì)可以是所述基板也可以是涂覆在所述基板表面上的材料。該壓印介質(zhì)可以是功能性的或者可以作為“掩?！倍鴮D案轉(zhuǎn)印到下面的表面上。這種壓印介質(zhì)例如可以是沉積在基板上的抗蝕劑，例如半導(dǎo)體材料，模板所限定的圖案被轉(zhuǎn)印到其中。壓印光刻實(shí)質(zhì)上是一種在微米或納米尺度上進(jìn)行模制過(guò)程，其中，模板的構(gòu)形限定了在基板上產(chǎn)生的圖案。圖案可以像光學(xué)光刻工藝那樣是分層的，因此，原則上，壓印光刻可以用于如集成電路(IC)制造的應(yīng)用。
壓印光刻的分辨率僅僅受模板制造工藝的分辨率的限制。例如，壓印光刻可以用來(lái)生產(chǎn)50nm以下范圍內(nèi)的特征部，與傳統(tǒng)的光學(xué)光刻工藝可獲得的分辨率相比，壓印光刻具有明顯提高的分辨率和線邊緣粗糙度。此外，壓印工藝不需要昂貴的光學(xué)器件、先進(jìn)的照明源或者光學(xué)光刻工藝通常所需的專門的抗蝕劑材料。
目前的壓印光刻工藝可能具有一個(gè)或更多以下將提到的缺陷，特別是有關(guān)獲得覆蓋精度和/或高生產(chǎn)量的缺陷。然而，壓印光刻可達(dá)到的分辨率和線邊緣粗糙度的極大提高足以促使人們努力去解決這些和其他問(wèn)題。
典型的，在壓印光刻中，壓印介質(zhì)被噴墨印刷到基板上，然后，模板被壓入該壓印介質(zhì)中。因此出現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題，就是在壓印介質(zhì)被模板壓印之前，部分壓印介質(zhì)會(huì)從基板上蒸發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種光刻設(shè)備，包括用來(lái)保持多個(gè)壓印模板的模板保持器和用來(lái)保持基板的基板保持器，其中，所述模板保持器位于所述基板保持器的下方。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種光刻設(shè)備，包括用來(lái)保持多個(gè)壓印模板的模板保持器和用來(lái)保持基板的基板保持器，其中，所述模板保持器布置成使得當(dāng)壓印模板被保持在模板保持器中時(shí)壓印模板的上表面保持暴露。。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種光刻設(shè)備，包括用來(lái)保持多個(gè)壓印模板的模板保持器和一個(gè)或多個(gè)將液體配送到所述多個(gè)壓印模板上的分配器。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種壓印光刻方法，包括將壓印介質(zhì)施加到多個(gè)壓印模板的帶圖案的表面，然后將壓印模板與基板壓靠接觸，使得壓印介質(zhì)被轉(zhuǎn)印至基板。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種光刻設(shè)備，包括用來(lái)保持多個(gè)壓印模板的模板保持器，所述模板保持器布置成使得當(dāng)壓印模板被保持在模板保持器中時(shí)，這些壓印模板的最上表面基本上位于同一平面內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供一種光刻設(shè)備，包括用來(lái)保持多個(gè)壓印模板的模板保持器；用來(lái)保持基板的基板保持器；和，與各壓印模板相關(guān)聯(lián)的多個(gè)沖頭，其中，每一個(gè)沖頭圍繞一區(qū)域進(jìn)行沖壓，每個(gè)沖頭的尺寸使得沖頭圍繞進(jìn)行沖壓的區(qū)域大于與之關(guān)聯(lián)的壓印模板的區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供一種壓印光刻方法，包括將壓印介質(zhì)施加到多個(gè)壓印模板的帶圖案表面以及保持該多個(gè)壓印模板的壓印模板保持器；使得該壓印介質(zhì)變成基本上為固態(tài)；使用沖頭切穿該基本上為固態(tài)的壓印介質(zhì)，這些沖頭布置成沿著落在各壓印模板周邊外部的周邊切穿該壓印介質(zhì)；和，使得壓印模板與基板壓靠接觸。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供一種光刻設(shè)備，包括用來(lái)保持多個(gè)壓印模板的模板保持器；用來(lái)保持基板的基板保持器；光化輻射源；和輻射導(dǎo)向裝置，其布置成引導(dǎo)該光化輻射穿過(guò)該模板保持器，而不引導(dǎo)光化輻射穿過(guò)該壓印模板。
根據(jù)本發(fā)明的第九方面，提供一種壓印光刻方法，包括將壓印介質(zhì)施加到壓印模板的帶圖案表面；將氰基丙烯酸酯施加到基板表面；和，將壓印模板與基板壓靠接觸，使得該氰基丙烯酸酯誘發(fā)該壓印介質(zhì)的聚合反應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的第十方面，提供一種壓印光刻方法，包括將聚合物和溶劑施加到壓印模板的帶圖案表面；使溶劑蒸發(fā)從而使得該聚合物成為固態(tài)；在基板上施加一層單體；將壓印模板與基板壓靠接觸，使得該聚合物被推抵至該單體層；以及在接觸之后，用光化輻射照射該單體層。
根據(jù)本發(fā)明的第十一方面，提供一種壓印光刻方法，包括將單體和聚合物的混合物施加到壓印模板的帶圖案表面上；將壓印模板與基板壓靠接觸；以及在接觸之后，用光化輻射對(duì)該單體和聚合物的混合物進(jìn)行照射。
根據(jù)本發(fā)明的第十二方面，提供一種壓印光刻的方法，包括將壓印介質(zhì)施加到壓印模板的帶圖案表面；將平面層施加到基板的表面，該壓印介質(zhì)和該平面層都是液態(tài)的；以及在施加之后，將壓印模板與基板壓靠接觸。
本發(fā)明的一個(gè)或更多實(shí)施例可應(yīng)用于任何壓印光刻過(guò)程，其中，帶圖案的模板被壓印到成流動(dòng)態(tài)的壓印介質(zhì)中，并且例如可以被應(yīng)用于上面所述的熱和紫外(UV)壓印光刻。為了便于理解本發(fā)明的一個(gè)或更多實(shí)施例，不需要更詳細(xì)地描述那些已經(jīng)提供的和在所屬領(lǐng)域公知的壓印過(guò)程。


現(xiàn)在將結(jié)合附圖并僅借助于實(shí)施例來(lái)進(jìn)行描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，附圖中相同的附圖標(biāo)記代表相同的部分，其中
圖1a-1c分別表示傳統(tǒng)的軟、熱和UV光刻工藝的例子；圖2表示當(dāng)使用熱和UV壓印光刻在抗蝕劑上形成圖案時(shí)所使用的兩步蝕刻工藝；圖3示意性地圖示了模板和沉積在基板上的典型的壓印抗蝕劑層；圖4a-4c根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例示意性地表示了壓印光刻設(shè)備；圖5a-5c示意性地圖示了本發(fā)明實(shí)施例的特性；和圖6a-14f示意性地圖示了本發(fā)明的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
在壓印光刻中有兩種基本的方法，通常被稱為熱壓印光刻和UV壓印光刻。另外還有第三種“印刷”光刻被稱為軟光刻。圖1a-1c分別圖示了它們的一些示例。
圖1a示意地描述了軟光刻工藝，包括將分子層11(典型地為油墨，例如硫醇)從柔性模板10(典型地是由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成)上轉(zhuǎn)印到抗蝕劑層13上，抗蝕劑層13支撐在基板12和平面轉(zhuǎn)印層12’上。模板10在其表面上具有特征部構(gòu)成的圖案，分子層沉積在這些特征部上。當(dāng)模板抵壓在該抗蝕劑層上時(shí)，分子層11粘附到抗蝕劑上。一旦將模板從抗蝕劑上移開(kāi)，分子層11則粘在抗蝕劑上，殘留抗蝕劑層被蝕刻，使得沒(méi)有被轉(zhuǎn)印分子層覆蓋的抗蝕劑區(qū)域被向下蝕刻至基板。
在軟光刻中所使用的模板很容易變形，因此不適合高分辨率應(yīng)用，例如不適合在納米尺度上的應(yīng)用，這是因?yàn)槟０宓淖冃螌?duì)壓印圖案產(chǎn)生非常不利的影響。另外，當(dāng)制造多層結(jié)構(gòu)時(shí)，其中相同的區(qū)域會(huì)被重疊覆蓋多次，軟壓印光刻不能提供納米尺度上的覆蓋精度。
熱壓印光刻(或熱模壓印)當(dāng)用于納米尺度時(shí)也被稱為納米壓印光刻(NIL)。這種工藝使用較硬的模板，該模板例如是由硅或鎳制造，對(duì)于磨損和變形具有更強(qiáng)的抵抗力。這種技術(shù)例如已在美國(guó)專利No.6482742中記載并在圖1b中示出。在典型的熱壓印工藝過(guò)程中，堅(jiān)硬的模板14被壓印到熱固性或熱塑性聚合樹(shù)脂15中，聚合樹(shù)脂15已被澆鑄在基板12的表面上。該樹(shù)脂可以例如是被旋轉(zhuǎn)涂覆且烘焙在基板表面上或者更加典型地(如實(shí)施例所示)在平面轉(zhuǎn)印層12’上?！坝病边@個(gè)詞當(dāng)描述壓印模板時(shí)應(yīng)當(dāng)理解為包括通常被認(rèn)為介于“硬”和“軟”之間的材料，例如“硬”橡膠。特定材料用于壓印模板的適用性是由它的應(yīng)用需求來(lái)決定的。
當(dāng)使用熱固性聚合樹(shù)脂時(shí)，該樹(shù)脂被加熱到一定溫度，使得當(dāng)該樹(shù)脂與模板接觸時(shí)，樹(shù)脂可以充分流動(dòng)進(jìn)入在模板上形成的圖案特征部中。然后升高該樹(shù)脂的溫度以便熱固化(例如交聯(lián))該樹(shù)脂，從而該樹(shù)脂凝固并且不可逆地形成所需的圖案。然后該模板被移走，并冷卻該圖形化樹(shù)脂。
在熱壓印光刻工藝過(guò)程中的使用的熱塑性樹(shù)脂的例子是聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚芐基丙烯酸甲酯或聚甲基丙烯酸環(huán)己酯。熱塑性樹(shù)脂被加熱，使其在即將用模板壓印之前處于可自由流動(dòng)的狀態(tài)。通常需要將熱塑性樹(shù)脂加熱到大大高于樹(shù)脂的玻璃轉(zhuǎn)變溫度的溫度。模板被按壓到該流動(dòng)樹(shù)脂中，施加足夠的壓力以保證樹(shù)脂流入在模板上所限定的全部圖案特征部中。然后在模板處于原位的情況下將樹(shù)脂冷卻到它的玻璃轉(zhuǎn)變溫度以下，于是，樹(shù)脂不可逆地形成了所需的圖案。該圖案由這樣的特征部構(gòu)成，即，這些特征部明顯區(qū)別于殘留樹(shù)脂層，而該殘留樹(shù)脂層之后可通過(guò)適當(dāng)?shù)奈g刻工藝被去除而只留下這些圖案特征部。
將模板從固化樹(shù)脂上移開(kāi)之后，進(jìn)行圖2a到2c所示的兩步蝕刻工藝過(guò)程?；?0之上緊接著有平面轉(zhuǎn)印層21，如圖2a示意性所示出的。該平面轉(zhuǎn)印層的作用是雙重的。它提供一個(gè)基本平行于模板表面的表面，幫助保證模板和樹(shù)脂之間的接觸是平行的，另外還可以提高印刷特征部的縱橫比，如這里所述。
將模板移走之后，固化樹(shù)脂的殘留層22被留在平面轉(zhuǎn)印層21的上面，成形為所需圖案。第一步蝕刻是各向同性的并去除了部分殘留層22，形成了縱橫比較差的特征部，其中L1是特征部23的高度，如圖2b所示。第二步蝕刻是各向異性的(或選擇性的)，并提高了縱橫比。各向異性的蝕刻去除了平面轉(zhuǎn)印層上沒(méi)有被固化樹(shù)脂覆蓋的部分，將特征部23的縱橫比提高至(L2/D)，如圖2c所示。如果壓印聚合物具有足夠的抗蝕能力，蝕刻之后留在基板上的聚合物的厚度襯度可被作為例如干蝕刻的掩模，例如作為剝離(lift-off)工藝的一個(gè)步驟。
熱壓印光刻具有一些缺點(diǎn)，不僅圖案轉(zhuǎn)印需要在較高溫度下進(jìn)行，而且為了保證樹(shù)脂在模板移走之前能夠充分凝固還需要相對(duì)較大的溫度差。需要的溫度差在35到100℃之間。例如在基板和模板之間的熱膨脹差會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)印圖案的變形。由于壓印材料的粘性，這種情況會(huì)因?yàn)閴河〔襟E所需的較高壓力而進(jìn)一步加劇，這會(huì)導(dǎo)致基板的機(jī)械變形和圖案的變形。
另一方面，UV壓印光刻不涉及如此高的溫度和溫度變化，也不需要粘性的壓印材料。相反，UV壓印光刻包括使用部分或全部透光的模板以及UV固化液體，該UV固化液體典型地是單體，例如丙烯酸酯或甲基丙烯酸脂。UV壓印光刻已被討論過(guò)，例如在J.Haisma的文章“Mold-assisted nanolithographyA process for reliable pattern replication(模具輔助的納米光刻一種可靠的圖案復(fù)制工藝)”，其發(fā)表于J.Vac.Sci.Technol.B 14(6)，1996年11月/12月。通常，任何光聚合材料都可以使用，例如單體和引發(fā)劑的混合物。固化液體包括例如二甲基硅氧烷的衍生物。這些材料的粘性都比在熱壓印光刻中使用的熱固性或熱塑性材料的粘性小，因此在填充模板的圖案特征部時(shí)流動(dòng)得更快。低溫低壓操作有利于提高生產(chǎn)能力。盡管稱謂“UV壓印光刻”意味著經(jīng)常使用UV輻射，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員知道任何合適的光化輻射都可以使用(例如可以使用可見(jiàn)光)。因此，在此提到的任何UV壓印光刻，UV輻射、UV固化材料等，都應(yīng)理解為包括任何合適的光化輻射，而不應(yīng)理解為僅僅限于UV輻射。
UV壓印工藝的例子如圖1c所述。一種石英模板16以與圖1b工藝過(guò)程相似的方式應(yīng)用于UV固化樹(shù)脂17。與在使用熱固性樹(shù)脂的熱模壓印中提高溫度或者使用熱塑性樹(shù)脂時(shí)的溫度周期變化不同，為了使樹(shù)脂聚合并從而將其固化，將UV輻射透過(guò)石英模板施加于該樹(shù)脂上。一旦移走模板，蝕刻抗蝕劑殘留層的其余步驟與此處描述的熱模壓印過(guò)程相同或相似。通常使用的UV固化樹(shù)脂具有的粘性比常用的熱塑性樹(shù)脂低得多，這樣可以使用較低的壓印壓力。由于低壓使得物理變形減小，再加上由于高溫和溫度變化使得變形減小，這就使得UV壓印光刻適合于需要高的覆蓋精度的用途。此外，UV壓印模板的透光特性使得光學(xué)校準(zhǔn)技術(shù)同時(shí)適用于該壓印工藝。
盡管這類壓印光刻主要使用UV固化材料，并因此通常被稱為UV壓印光刻，然而其它波長(zhǎng)的輻射也可以用來(lái)固化經(jīng)合適選擇的材料(例如，激活聚合作用或交聯(lián)反應(yīng))。通常，如果可以獲得合適的壓印材料，任何可以啟動(dòng)這些化學(xué)反應(yīng)的輻射都可以使用?？商娲摹凹せ钶椛洹卑ɡ缈梢?jiàn)光，紅外線輻射，x射線輻射和電子束輻射。在此處的一般描述中，當(dāng)提到UV壓印光刻和使用UV輻射時(shí)，并不是要把這些和其他可能的激活輻射方式排除。
作為使用與基板表面保持基本平行的平面模板的壓印系統(tǒng)的一種替代方案，輥?zhàn)訅河∠到y(tǒng)已經(jīng)發(fā)展起來(lái)。已經(jīng)提出了熱輥?zhàn)訅河∠到y(tǒng)和UV輥?zhàn)訅河∠到y(tǒng)，其中模板在輥?zhàn)由闲纬?，但是除此之外這種壓印過(guò)程與使用平面模板的壓印非常相似。除非是上下文提到，否則，提到的壓印模板也包括輥?zhàn)幽０濉?br> 有一種UV壓印光刻的進(jìn)步技術(shù)，稱為步進(jìn)快閃式壓印光刻(SFIL)，其可被用于以與在例如IC制造中常規(guī)使用的光學(xué)步進(jìn)器相類似的方式以很小的步長(zhǎng)在基板上構(gòu)圖。這包括通過(guò)將模板壓印到UV固化樹(shù)脂中而一次印刷該基本的小面積，UV輻射穿透模板進(jìn)行“快閃”而固化模板下的樹(shù)脂，移開(kāi)模板，步進(jìn)到基板的相鄰區(qū)域并重復(fù)上述操作。這種小面積尺寸的步進(jìn)和重復(fù)過(guò)程可以幫助減少圖案變形和CD變化，這使得SFIL非常適用于IC制造和其他需要高覆蓋精度的裝置的制造。美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)文本2004-0124566詳細(xì)描述了一種步進(jìn)快閃式壓印光刻設(shè)備的例子。
盡管在理論上UV固化樹(shù)脂可施加至整個(gè)基板表面(例如通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂覆)，但是由于UV固化樹(shù)脂的揮發(fā)性會(huì)導(dǎo)致一些問(wèn)題出現(xiàn)。
一種解決這些問(wèn)題的方法被稱為“按需滴液(drop on demand)”工藝，其中，在即將用模板進(jìn)行壓印之前，以液滴的形式將樹(shù)脂配送到基板的目標(biāo)區(qū)域。該液體的配送是被控制的，使得一定體積的液體被沉積到基板的特定目標(biāo)區(qū)域。該液體可以以多種不同的方式配送，小心控制液體體積圖案的布置相結(jié)合可被用來(lái)限制該目標(biāo)區(qū)域的構(gòu)圖。
所提到的按需配送樹(shù)脂不是無(wú)關(guān)輕重的事。液滴的大小和間隔需要仔細(xì)控制來(lái)保證有足夠的樹(shù)脂填充模板特征部，同時(shí)使多余的樹(shù)脂最少，多因?yàn)橐坏┼徑囊旱谓佑|流體，樹(shù)脂將無(wú)處流動(dòng)，多余的樹(shù)脂會(huì)被滾壓為不希望的厚度和不均勻的殘留層。
盡管這里提到將UV固化液體沉積到基板上，但是該液體也可以被沉積到模板上，并通常應(yīng)用相同的技術(shù)和考慮相同的因素。
圖3示出了模板、壓印材料(可固化的單體、熱固性樹(shù)脂、熱塑性樹(shù)脂等)和基板的相對(duì)尺寸?；宓膶挾菵與固化樹(shù)脂層的厚度t的比值在106的數(shù)量級(jí)。值得指出的是，為了避免從模板上凸出的特征部損壞基板，尺寸t應(yīng)該大于模板上凸出特征部的深度。
壓印之后余下的殘留層對(duì)于保護(hù)下面的基板是很有用的，但是正如此處所指出的，它也可能帶來(lái)一些問(wèn)題，特別是當(dāng)需要高分辨率和/或最小的CD(臨界尺寸，critical dimension)變化時(shí)。第一步“穿透”蝕刻是各向同性的(非選擇性的)，并由此在某種程度上腐蝕了壓印的特征部和該殘留層。如果殘留層覆蓋得過(guò)厚和/或不均勻，這種情況則會(huì)加劇。這個(gè)問(wèn)題例如會(huì)導(dǎo)致最終形成在下面基板上的線條的厚度的變化(即，臨界尺寸的變化)。在第二步各向異性蝕刻中，在轉(zhuǎn)印層中蝕刻出的線條厚度的均勻性依賴于在樹(shù)脂中留下的特征部形狀的縱橫比和完整性。如果該殘留樹(shù)脂層是不均勻的，那么非選擇性的第一步蝕刻會(huì)留下一些具有圓形頂部的特征部，從而這些特征部不能很好地形成以保證在第二步和隨后的蝕刻過(guò)程中線條厚度的均勻性。原則上，保證該殘留層盡可能地薄就可以減少上述問(wèn)題，但是這需要施加非常大的壓力(可能會(huì)增加基板的變形)和相對(duì)較長(zhǎng)的壓印時(shí)間(可能會(huì)降低產(chǎn)量)，這是所不希望的。
該模板是壓印光刻系統(tǒng)中非常重要的部件。正如此處提到的，模板表面上的特征部分辨率是印刷在基板上的特征部可達(dá)到的分辨率的限制因素。用于熱和UV壓印光刻的模板通常是通過(guò)兩步工藝過(guò)程形成的。開(kāi)始，將需要的圖案使用例如電子束刻寫(例如用電子束圖案發(fā)生器)的方式記錄下來(lái)，從而在抗蝕劑中得到高分辨率圖案。這個(gè)抗蝕劑圖案被轉(zhuǎn)印到一薄層鉻上，它為最后的各向異性蝕刻步驟形成了一個(gè)掩模，以便將圖案轉(zhuǎn)印到該模板的基體材料上。也可以使用其他的技術(shù)，例如離子束光刻，x射線光刻，遠(yuǎn)紫外光刻，外延生長(zhǎng)，薄膜沉積，化學(xué)蝕刻，等離子體蝕刻，離子蝕刻或離子銑削。通常，當(dāng)該模板實(shí)際上是1倍掩模蝕，能夠獲得高分辨率的技術(shù)將被使用，其中，轉(zhuǎn)印圖案的分辨率受到模板上的圖案的分辨率的限制。
模板的剝離性能也需要考慮。例如可以使用一種表面處理材料來(lái)處理該模板，從而在模板上形成具有低的表面能的薄的剝離層(薄的剝離層可以被沉積在基板上)。
在壓印光刻的研制中還需要考慮的是模板的機(jī)械耐久性。在壓印抗蝕劑的過(guò)程中模板要承受很大的力，和在熱光刻中，還可能承受極大的壓力和高溫。這會(huì)導(dǎo)致模板的磨損，因此極為不利地影響壓印在基板上的圖案的形狀。
在熱壓印光刻中，使用與將被構(gòu)圖的基板相同或相似材料的模板具有潛在的優(yōu)勢(shì)，就是可以減小兩者之間的熱膨脹差別。在UV壓印光刻中，該模板對(duì)于該激活輻射來(lái)說(shuō)是至少部分地透光的，并因此可以使用石英模板。
盡管在本文特別提到了在IC制造中使用壓印光刻，但應(yīng)當(dāng)理解在此描述的壓印設(shè)備和方法可以有其它的應(yīng)用，例如制造集成光學(xué)系統(tǒng)、用于磁疇存儲(chǔ)器的制導(dǎo)和探測(cè)圖案、硬盤磁介質(zhì)、平板顯示器、薄膜磁頭等。
如文中所述，特別提到了使用壓印光刻借助于實(shí)際上作為抗蝕劑的壓印樹(shù)脂將模板圖案轉(zhuǎn)印到基板上，在一些情況下，該壓印材料本身可以是功能材料，例如具有電傳導(dǎo)或熱傳導(dǎo)、光學(xué)線性或非線性響應(yīng)以及其它功能。例如，該功能材料可以形成導(dǎo)電層、半導(dǎo)體層、電介質(zhì)層或具有其他需要的機(jī)械、電學(xué)或光學(xué)性質(zhì)的層。一些有機(jī)物也可以是合適的功能材料。這些應(yīng)用都在本發(fā)明實(shí)施例的范圍之內(nèi)。
圖4a示意性地描述了一種壓印光刻設(shè)備，它包括一個(gè)保持在模板保持器41內(nèi)的壓印模板40以及保持在基板臺(tái)43上的基板42。與傳統(tǒng)的壓印光刻設(shè)備相比，該壓印模板40設(shè)置在基板臺(tái)43和基板42的下方?；?2通過(guò)設(shè)在基板臺(tái)表面處的真空而被牢固地固定在基板臺(tái)43上。噴墨嘴44被布置成用來(lái)將壓印介質(zhì)45的液滴提供到壓印模板40上(可以使用多個(gè)噴墨嘴)。這是與傳統(tǒng)的壓印光刻設(shè)備相反的地方，在傳統(tǒng)的壓印光刻設(shè)備中，壓印介質(zhì)被提供在基板上而不是壓印模板上。
壓印模板40的全部表面或者至少是具有要被壓印到基板42上的圖案的那部分區(qū)域被壓印介質(zhì)45的液滴覆蓋。盡管圖4A顯示的液滴45相互接觸，但是這些液滴也可以是相互分離的。
與基板42的材料性質(zhì)相比，由于壓印模板40的材料性質(zhì)，壓印介質(zhì)45的蒸發(fā)可以小于壓印介質(zhì)45施加在基板42上的情形。材這些料性質(zhì)將會(huì)在下面進(jìn)一步討論。
參看圖4B，壓印模板40向上移動(dòng)(和/或基板向下移動(dòng))，直到壓印模板與基板42接觸并壓靠在一起。這會(huì)使壓印介質(zhì)45流入在壓印模板40上構(gòu)成圖案的凹槽內(nèi)。壓印模板40保持在這個(gè)位置直到壓印模板的基本上所有的凹槽都被壓印介質(zhì)45充滿。接著，如圖4C所示，光化輻射(例如UV輻射或可見(jiàn)光)指向壓印介質(zhì)45。光化輻射穿過(guò)壓印模板40，該壓印模板40對(duì)所用的波長(zhǎng)是透明的，并且，該光化輻射被壓印介質(zhì)45吸收。該壓印介質(zhì)被光化輻射固化，具有這樣的效果，即，一旦將壓印模板移走，該壓印介質(zhì)45保持由壓印模板40所壓印的該圖案。該基板隨后以傳統(tǒng)方式被化學(xué)處理。
如上所述，壓印介質(zhì)45從壓印模板40上的蒸發(fā)可以小于將壓印介質(zhì)施加在基板42上時(shí)所產(chǎn)生的蒸發(fā)。這是由于壓印模板40的材料性質(zhì)所導(dǎo)致的。
圖5A示意性地表示了位于具有潤(rùn)濕表面的基板46上的一滴壓印介質(zhì)45a。與圖4所示的基板不同，圖5A所示的基板46具有常規(guī)取向。圖5B表示了位于非潤(rùn)濕表面51上的一滴壓印介質(zhì)45b。
通常，液體和固體表面之間的相互作用依賴于它們各自的極性。如果液體和固體表面具有相同的極性，那么固體表面就是浸潤(rùn)表面。例如，一種極性液體(例如水)浸潤(rùn)極性玻璃基板。當(dāng)壓印介質(zhì)和一表面具有相同的極性(該表面是浸潤(rùn)的)，例如當(dāng)該表面是基板46，該壓印介質(zhì)將很容易地散布在整個(gè)表面上，并且壓印介質(zhì)液滴45a將成為圖5A所示的形態(tài)。如果該表面是不浸潤(rùn)的，例如如果該液體和該固體表面具有相反的極性，那么壓印介質(zhì)和基板之間的接觸面積將減少。在這種情況下，壓印介質(zhì)的液滴45b將成為圖5B所示的形態(tài)。當(dāng)包在表面和該液滴之間的角(如圖5A和5B中的θ)大于90度時(shí)，通常將該表面定義為浸潤(rùn)的。如果這個(gè)角度小于90度，如圖5B所示，那么這個(gè)表面通常被稱為不浸潤(rùn)的。
壓印模板40是略微浸潤(rùn)的。如圖5C所示，其中一滴壓印介質(zhì)45c與壓印模板表面40的包角稍微大于90度?；?2的表面比壓印模板40是顯著更為浸潤(rùn)的(即，角θ明顯大于90度)，這通過(guò)比較圖5A和5C可知。由于這個(gè)原因，提供于壓印模板40上的壓印介質(zhì)液滴45c與壓印模板的接觸面積小于如果將其提供于基板46上時(shí)的情形。由于壓印介質(zhì)45c的液滴有同樣的體積，較小的接觸面積意味著液滴的高度將增加。液滴45c還具有明顯更小的表面積；也就是說(shuō)，與提供在基板上的液滴45a的圓頂面積相比，液滴45c的圓頂面積減小了。
從壓印介質(zhì)45的液滴表面會(huì)發(fā)生蒸發(fā)現(xiàn)象。在壓印模板40上的壓印介質(zhì)液滴45c的表面積小于基板46上的壓印介質(zhì)液滴45a的表面積，這是由于壓印模板40的表面的濕潤(rùn)度小于基板46的表面濕潤(rùn)度。這意味著壓印介質(zhì)45的蒸發(fā)被削弱了。
從基板46的表面到壓印介質(zhì)液滴的熱傳遞是影響壓印介質(zhì)45蒸發(fā)量的貢獻(xiàn)因素。當(dāng)壓印介質(zhì)45的液滴被提供在壓印模板40上時(shí)，熱傳遞的影響減小，這是因?yàn)橐旱屋^高地站立并且與該表面的接觸面積較小，從而降低了熱傳遞量。這有助于減少壓印介質(zhì)的蒸發(fā)量。
壓印介質(zhì)45的液滴邊緣的蒸發(fā)量通常高于液滴其它部位的蒸發(fā)量。因?yàn)樘峁┰趬河∧０?0上的壓印介質(zhì)45的液滴的接觸面積小于提供在基板46上的液滴的接觸面積，因此液滴邊緣的長(zhǎng)度相應(yīng)減小，液滴邊緣的蒸發(fā)量也減少了。
本發(fā)明實(shí)施例的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是對(duì)于給定體積的壓印介質(zhì)45的液滴，液滴之間的臨界距離減小了。所述臨界距離是為了保證壓印介質(zhì)45的兩個(gè)液滴不會(huì)相互接觸并合并成為一個(gè)單獨(dú)的液滴所需要的距離。由于臨界距離減小了，因此在壓印之前提供的由壓印介質(zhì)45的液滴形成的圖案就有了更大的靈活性。
如前所述，壓印模板40上具有凹槽，這些凹槽一起形成了將要壓印到壓印介質(zhì)45中的圖案。這些圖案通常包括數(shù)納米或數(shù)十納米分辨率的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)有可以減小各滴壓印介質(zhì)45與壓印模板40之間的包角的效果，即它可以使壓印模板是低浸潤(rùn)的。這種效果有時(shí)被稱為“荷葉效應(yīng)”，在蓮屬植物的葉子上可以看到這種現(xiàn)象，葉子上面長(zhǎng)有細(xì)小的絨毛使得葉子不會(huì)濕潤(rùn)并且促使水滴沿著絨毛滾動(dòng)，并且在它們前進(jìn)時(shí)拾取灰塵并清潔葉子。
當(dāng)壓印模板40壓靠在基板42上時(shí)，壓印模板的低浸潤(rùn)性不會(huì)阻止壓印介質(zhì)45充分流過(guò)整個(gè)模板從而使得壓印模板上的凹槽被填滿。模板材料是充分浸潤(rùn)的以使壓印介質(zhì)45流入壓印模板上所有的凹槽內(nèi)。由常規(guī)材料(例如石英)制造的壓印模板可以與由常規(guī)材料(例如硅)制造的基板一起使用。壓印模板40放置在基板42的下方，這樣重力作用可以保持住提供在壓印模板上表面上的壓印介質(zhì)45的液滴。如果壓印模板40放置在基板42的上方并面朝下，那么重力作用會(huì)導(dǎo)致壓印介質(zhì)45的液滴從壓印模板上滴落。
如此所述，基板42可具有平面轉(zhuǎn)印層(圖4和圖5中未示出)。該平面轉(zhuǎn)印層用來(lái)提供一個(gè)與壓印模板40的表面基本平行的表面。這個(gè)平面轉(zhuǎn)印層在蝕刻壓印特征部的過(guò)程中提高了這些特征部的縱橫比。
盡管在圖4和圖5中所示的壓印模板40是水平的，但是可以理解誒，壓印模板也可以與水平面有一小角度，只要這個(gè)角度不足以使壓印介質(zhì)45的液滴在壓印模板的平面上移動(dòng)。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，氰基丙烯酸酯可以代替UV輻射來(lái)固化該壓印介質(zhì)。參看圖6a，基板100上提供有一個(gè)平面轉(zhuǎn)印層101。低粘性氰基丙烯酸酯102以液滴陣列的形式被油墨印刷(ink-printed)到基板100上。這是在干燥空氣中進(jìn)行的，這是因?yàn)榍杌┧狨ソ佑|水會(huì)發(fā)生聚合反應(yīng)。這種對(duì)氰基丙烯酸酯102的油墨印刷非?？欤湫偷刂恍枰獛酌腌娋涂梢詾檎麄€(gè)基板100提供氰基丙烯酸酯。如圖6b所示，一旦整個(gè)基板100都被提供了氰基丙烯酸酯102，此前已提供有一層壓印介質(zhì)104的壓印模板103就與基板100對(duì)準(zhǔn)并按壓在基板上。這使得氰基丙烯酸酯102發(fā)生聚合反應(yīng)，即固化該壓印介質(zhì)。一旦完成了聚合反應(yīng)或者對(duì)壓印介質(zhì)104的固化，將壓印模板103就從基板100上移走，如圖6c所示。固化的壓印介質(zhì)104保留在基板100上，并包括了與壓印模板103底側(cè)的圖案相對(duì)應(yīng)的圖案。
該壓印介質(zhì)104例如可以是富硅聚合物。這種類型的聚合物是有益的，因?yàn)檫@種材料是浸潤(rùn)的，并因此可以容易地進(jìn)入在壓印模板103上形成圖案的凹槽150中。這會(huì)使壓印步驟本身(即將壓印模板103壓印到基板100上)很快完成。該壓印步驟的壓力可以選擇使得該壓印步驟的進(jìn)行不會(huì)發(fā)生不適當(dāng)?shù)难舆t。
本發(fā)明該實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不需要為了固化壓印介質(zhì)104而采用UV輻射(或其它光化輻射)。這意味著壓印模板103不必采用可透射UV輻射的材料制造。合適的不貴的材料可以用來(lái)制造該壓印模板，例如鎳或其它金屬。
應(yīng)當(dāng)指出的是氰基丙烯酸酯102不包含硅，因此也不會(huì)形成蝕刻屏障層。相反，該氰基丙烯酸酯102可以被認(rèn)為是提供在基板100上的平面層101的延伸段。換句話說(shuō)，為了保證壓印在壓印介質(zhì)104中的圖案的特征部被合適地形成而所需的蝕刻量不受到該氰基丙烯酸酯的影響。
本發(fā)明的實(shí)施例中所使用的氰基丙烯酸酯包括氰基丙烯酸甲酯，氰基丙烯酸乙酯，或者烷氧基氰基丙烯酸乙酯。氰基丙烯酸酯有時(shí)稱為強(qiáng)力膠水(superglue)。氰基丙烯酸乙酯的結(jié)構(gòu)式如下所示 氰基丙烯酸酯通常具有較低的粘性(典型地1-10cps)，并且能夠在幾秒鐘內(nèi)(典型地3-20秒)將兩部分粘在一起。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例如圖7所示。參看圖7a，基板150被旋涂了一層單體151。壓印模板152被提供了一層聚合物和溶劑153。該聚合物(其包含硅)在該溶劑中溶解。該聚合物和溶劑153被旋涂在壓印模板152上。在一種下面將要進(jìn)行介紹的設(shè)置方式中，壓印模板152可以是一組壓印模板中的一個(gè)，這組壓印模板例如與一個(gè)壓印模板組保持器設(shè)在一起，這樣，該聚合物和溶劑153可以被旋涂在這組壓印模板和該壓印模板組保持器上。
壓印模板152具有一個(gè)具有圖案的最上表面152a。所述具有圖案的最上表面152a被一剝離層覆蓋，所述剝離層包含有例如氟化烷基三氯硅烷或者氟化烷基烷氧硅烷的自組裝層。
參看圖7b，在旋涂過(guò)程中，溶劑從該聚合物和溶劑的層153上迅速地蒸發(fā)，這樣就形成了固體聚合物層153a。蒸發(fā)過(guò)程可能花費(fèi)例如大約10秒時(shí)間。
參看圖7c，基板150被倒置并放置在壓印模板152的頂部，這樣，單體層151與聚合物層153a接觸。
參看圖7d，紫外線輻射154被引導(dǎo)穿過(guò)壓印模板152，并因此入射到聚合物層153a和單體層151上。壓印模板152例如可以是石英制造的，石英可以透射紫外線輻射。聚合物層153a也可以透射紫外線輻射(或至少部分透射)。這就保證了相當(dāng)數(shù)量的紫外線輻射可以入射到單體層151上。單體層151在紫外線輻射的作用下發(fā)生聚合反應(yīng)，因此可以作為粘合劑粘接至基板150并粘接至聚合物層153a。該聚合物層153a從而被固定在基板150上。
該基板150向上移動(dòng)(和/或壓印模板產(chǎn)152降低)，使得基板150與壓印模板152分離(圖7未示出)。固定在基板上的聚合物層153a從壓印模板152上脫離。聚合物層153a保留有圖案，此圖案與壓印模板152的最上表面152a上形成的圖案相對(duì)應(yīng)。通過(guò)提供在壓印模板152上的剝離層可以很容易地將聚合物層153a從壓印模板152上剝離。
盡管以上描述提到的都是單體層151，但是可以理解單體和聚合物的混合物也可以替代使用。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例如圖8所示。參看圖8a，壓印模板200上提供有富硅單體和富硅聚合物的混合物201，它可以是液體或者凝膠體形態(tài)。聚合物/單體混合物201可通過(guò)旋涂施加于壓印模板200上。如下所述，壓印模板200可以是排成一陣列的一組壓印模板中的一個(gè)，同時(shí)具有一個(gè)壓印模板組保持器。在這種情況下，聚合物/單體混合物的旋涂可以覆蓋該壓印模板陣列。
這種聚合物/單體混合物201的粘性非常高，足以避免在旋涂過(guò)程中的破裂。這種聚合物/單體混合物在旋涂過(guò)程中由于單體的蒸發(fā)其粘性增加。
所述聚合物/單體混合物201布置成使得在壓印模板200的最上表面的上方延伸的混合物的量是很薄的。該量的混合物被作為殘留層202。由于在完成壓印過(guò)程后允許執(zhí)行較少量的蝕刻，因此需要薄的和基本均勻的殘留層202。
參看圖8b，基板203具有一個(gè)平面層204?；?03被倒置并與聚合物/單體混合物202接觸。為了保證壓印模板200相對(duì)基板位于合適的位置，需要將壓印模板200與基板203對(duì)準(zhǔn)?？梢允褂美绯Ｒ?guī)的光學(xué)校準(zhǔn)儀來(lái)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。對(duì)準(zhǔn)可以在平面層204和聚合物/單體混合物201已經(jīng)接觸之后進(jìn)行，或者可以在該接觸之前進(jìn)行。
基板203和壓印模板200被按壓在一起以保證在平面層204和聚合物/單體混合物201之間形成良好的接觸。接著，如圖8c所示，紫外線輻射被引導(dǎo)穿過(guò)壓印模板200，并通過(guò)聚合物/單體混合物201。這導(dǎo)致聚合物/單體混合物201被固化，并因此轉(zhuǎn)化為固態(tài)。然后基板203與壓印模板200分離，如圖8d所示。已被固化的聚合物/單體混合物是固體201a，其保留有與提供在壓印模板200上的圖案相對(duì)應(yīng)的圖案，并粘附在平面層204上。
與通常使用的單體相比，固化該聚合物/單體混合物所需的紫外線輻射量大大減少了。這意味著該壓印過(guò)程可以快速完成，因此提高了壓印工藝的產(chǎn)量。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例如圖9所示。參看圖9a，壓印模板250具有一層富硅聚合物和溶劑的混合物251。由于蒸發(fā)，在模板250上形成了聚合物層252，該聚合物層基本上是固態(tài)的。如圖9b所示，該基板253被提供有UV固化單體的液滴254形成的陣列。
參看圖9d，壓印模板250被倒置并向著基板253移動(dòng)(和/或基板253向著壓印模板250移動(dòng))，這樣聚合物層252與單體液滴254接觸。接觸之后的狀態(tài)如圖9e示意性地近距離觀察所示，其中可以看到在單體254和基板253之間的接觸角很小，類似地，單體254和聚合物層252之間的接觸角也很小(接觸角是單體與其接觸表面之間的夾角)。這種小接觸角是有益的，因?yàn)樗试S單體254快速流動(dòng)。
在傳統(tǒng)的現(xiàn)有壓印光刻中，在壓印過(guò)程中基板和壓印模板之間的距離通常必須小于150納米。使用液體單體254和聚合物層252則允許基板和壓印模板之間的有效距離大于150納米。這是因?yàn)閱误w層254不含硅，因此不會(huì)形成蝕刻屏障層?？纱娴?，單體層254可以認(rèn)為是提供在基板253上的平面層255的延伸段。
壓印介質(zhì)在壓印模板上完全展開(kāi)所用的時(shí)間與壓印模板250和基板253之間的壓印介質(zhì)層的最終厚度的平方成反比例。因此，將液體層(即此例中單體254)的厚度從通常的150納米增加到300納米，液體展開(kāi)的時(shí)間就降低了4倍。
如圖9所示的本發(fā)明的實(shí)施例的另一個(gè)或可替代的優(yōu)點(diǎn)是單體254的展開(kāi)比缺少聚合物252的情況更快，這是因?yàn)閴河∧０迳系陌疾垡呀?jīng)被聚合物252填滿了。這意味著單體254在兩個(gè)平面之間展開(kāi)(這比在一個(gè)平面和一個(gè)具有圖案凹槽的平面之間展開(kāi)更容易)。
參看圖9f，一旦單體254在聚合物層252和基板253之間完全展開(kāi)，UV輻射就穿過(guò)壓印模板250。UV輻射將單體254固化，并因此將聚合物層252粘合到基板253上。然后壓印模板250被抬起(和/或基板253被降低)，留下具有圖案的聚合物層252，聚合物層252被單體254(經(jīng)由平面層255)粘合在基板253上。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例如圖10所示。參看圖10a，壓印模板270具有一層低粘性的含硅單體。在某些情況下，這層還包括含硅單體以及可能也含硅的聚合物的混合物。為了方便稱呼，這個(gè)層在下文中被稱為單體層271。該單體層的粘性非常低，使得所有包括在壓印模板270上的圖案特征部都被該單體填充。
基板272具有一個(gè)平面層273。該平面層273包括單體或者單體和聚合物(二者都不包含硅)的混合物，并且是低粘性液體。平面層273的厚度足以覆蓋基板272的全部表面，也就是平面層上不存被基板穿透的位置。
壓印模板270被倒置并定位在基板272的上方。然后壓印模板向下移動(dòng)(和/或基板向上移動(dòng))，使得單體層271與平面層273開(kāi)始接觸，如圖10b所示。當(dāng)該接觸發(fā)生時(shí)，單體層271和平面層273都是液態(tài)的。UV輻射274用來(lái)照射單體層和平面層，如圖10c所示，并使得兩個(gè)層都發(fā)生聚合反應(yīng)從而成為固體。然后壓印模板270向上移動(dòng)(和/或基板272向下移動(dòng))，使得壓印模板270與基板272分離。提供在壓印模板270上的剝離層幫助保證該壓印模板從目前的聚合層271(以前是單體層271)上適當(dāng)?shù)孛撾x。
因?yàn)楫?dāng)平面層和單體層271接觸時(shí)該平面層273是液態(tài)的，所以基板272或者壓印模板270在壓印時(shí)被損壞的風(fēng)險(xiǎn)降低了。這樣就允許降低單體層271的厚度，特別是所謂的殘留層的厚度(這指的是在壓印模板270的具有圖案的表面頂部之上延伸的單體層的厚度)。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例如圖11所示。參看圖11a，例如由52個(gè)壓印模板300組成的陣列被排列為與常規(guī)300mm硅片的有效面積大致對(duì)應(yīng)的形狀。每個(gè)壓印模板通過(guò)槽道301分隔開(kāi)。
模板組保持器302如圖11b所示。模板組保持器302是圓形的(盡管也可以是其它形狀)，并且其外周邊和常規(guī)300mm基板的外周邊近似一致。該模板組保持器302具有52個(gè)孔303，每個(gè)孔的尺寸都可以容納一壓印模板300。
圖11c是具有壓印模板300的模板組保持器302的橫截面圖?？梢钥闯?，模板組保持器302上的孔303具有這樣的深度，即，當(dāng)壓印模板300被固定在孔內(nèi)時(shí)，壓印模板300的最上表面與模板組保持器302的最上表面平齊(“模板組保持器的最上表面”指的是使用時(shí)位于基板上方或下方的那部分，而不包括該壓印模板保持器的周邊部分)。
通過(guò)提供如圖4所示的壓印模板300和模板組保持器302，通過(guò)旋轉(zhuǎn)該模板組保持器302，可以很容易實(shí)現(xiàn)在多個(gè)模板上旋涂壓印介質(zhì)(或其它合適的介質(zhì))。壓印模板300的最上表面和模板組保持器的表面平齊使得壓印介質(zhì)很容易地在模板組保持器302和壓印模板上移動(dòng)。
盡管已按照常規(guī)300mm直徑晶片描述了本發(fā)明的上述實(shí)施例，但是值得指出的是，本發(fā)明的該實(shí)施例可以應(yīng)用于任何其它合適的基板。例如，模板組保持器302的尺寸可以與常規(guī)200mm直徑的晶片相一致。應(yīng)該指出，任何數(shù)量的模板以及相應(yīng)的孔都可以使用。其例如根據(jù)模板的尺寸和形狀以及基板的尺寸和形狀而變化。
與本發(fā)明該實(shí)施例對(duì)應(yīng)的模板組保持器和壓印模板可使用的各種布置方式將在下面介紹。
本發(fā)明的另一種實(shí)施例如圖12所示。多個(gè)壓印模板400被保持在模板組保持器401中。盡管圖12a所示只有3個(gè)壓印模板，但這是為了方便圖示，應(yīng)該指出的是可以提供足夠多的壓印模板從而覆蓋全部基板(例如，硅片)。壓印模板400和模板組保持器401被富硅單體402的液體層覆蓋。這可以通過(guò)旋涂來(lái)實(shí)現(xiàn)。
基板403具有平面層404。然后基板被倒置并定位在壓印模板400和模板組保持器401的上方。然后基板403向下移動(dòng)(和/或壓印模板400向上移動(dòng))直到平面層404按壓在設(shè)于壓印模板400和模板組保持器401上的富硅單體層402上。當(dāng)平面層404與富硅單體402接觸時(shí)要特別注意避免產(chǎn)生氣孔或氣泡。
在平面層404和富硅單體402發(fā)生接觸之后，將基板403與壓印模板400對(duì)準(zhǔn)。對(duì)準(zhǔn)例如可以通過(guò)使用常規(guī)的光學(xué)校準(zhǔn)裝置來(lái)觀察設(shè)在基板403上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記(未畫出)來(lái)進(jìn)行。模板組保持器401可由可變形的材料制造，使得給定的壓印模板400相對(duì)于其鄰近模板的位置可以被調(diào)整，而不需要將該壓印模板從模板組保持器401上移走。一旦壓印模板400相對(duì)基板403的對(duì)準(zhǔn)完成，基板403被向下按壓到壓印模板400上(和/或相反過(guò)程)，這樣液態(tài)富硅單體402就粘附于該平面層404。
一旦富硅單體402粘附于平面層404上足夠的時(shí)間，就用UV輻射來(lái)固化該富硅單體402。壓印模板400是由可透射UV輻射的材料制造的，而模板組保持器401是由不可透射UV輻射的材料制造的。這意味著UV輻射僅僅能穿過(guò)壓印模板400，結(jié)果是只有位于壓印模板400上方的富硅單體402被UV輻射照射并固化。富硅單體402通過(guò)紫外線輻射發(fā)生聚合反應(yīng)，因此形成了能夠抗化學(xué)蝕刻的固體。
位于模板組保持器401上方的富硅單體402保持單體形態(tài)，也就是說(shuō)沒(méi)有發(fā)生聚合反應(yīng)。
可以用來(lái)制造壓印模板400的合適材料包括石英或者塑料?？梢杂脕?lái)制造模板組保持器401的合適材料包括塑料涂覆鋼或者具有強(qiáng)UV吸收涂層的塑料。如果需要可變形的模板組保持器401，那么可以使用具有強(qiáng)UV吸收涂層的塑料或其它合適的可變形材料。
富硅單體402上沒(méi)有發(fā)生聚合反應(yīng)的區(qū)域通過(guò)蒸發(fā)被去除，壓印模板400留在原位，如圖12d所示。這通過(guò)向壓印模板400和基板403所處環(huán)境施加低壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。該低壓導(dǎo)致未聚合的單體快速蒸發(fā)，而已聚合的富硅單體402不會(huì)受到影響。蒸發(fā)的結(jié)果是形成了在模板400之間延伸的槽道406。這些槽道構(gòu)成了在各壓印模板400之間穿過(guò)的格柵。
被蒸發(fā)的該單體氣體包括富硅單體。該氣體可以被收集并處理。
參看圖12e，一旦蒸發(fā)完成，壓印模板400從基板403上向下移走(和/或相反的過(guò)程)。然后基板403被移走以便進(jìn)行隨后的化學(xué)處理，例如蝕刻。然后，壓印模板400和模板組保持器401被施加一層新的富硅單體，并重復(fù)如圖12a到12e所示的過(guò)程。
從基板403上移走這些壓印模板400是分別進(jìn)行的，也就是說(shuō)每一個(gè)壓印模板400獨(dú)立地從基板上移走。這是可以實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)樵趬河∧０?00之間的單體蒸發(fā)結(jié)合模板組保持器401的變形特性，使得任何給定的壓印模板400從基板移走都不會(huì)對(duì)相鄰的模板產(chǎn)生不利影響(例如，導(dǎo)致不希望的移動(dòng))。在另一種設(shè)置中，所有的壓印模板400可在一個(gè)單獨(dú)操作中從基板403上移走。在另一種可選布置中，壓印模板400的特定子集(例如其中幾行)在單獨(dú)的操作中從基板403上移走。這種將富硅單體402從壓印模板400之間移走的優(yōu)點(diǎn)是減小了從基板403上移走壓印模板400(和/或相反的過(guò)程)所需的力。此外，損壞壓印模板400和/或基板403上的特征部的可能性也降低了。
本發(fā)明的另一種實(shí)施例如圖13所示。圖13a顯示了安裝在模板組保持器451上的一組壓印模板450。一層富硅聚合物452從溶液中旋涂到壓印模板450和模板組保持器451上以形成固體層。
圖13b圖示了一組沖頭454，每個(gè)沖頭具有一個(gè)稍微大于壓印模板450的內(nèi)周邊。這組沖頭454向下移動(dòng)(和/或壓印模板400向上移動(dòng))，這樣沖頭就切入到富硅聚合物層452中。沖頭454穿過(guò)富硅聚合物層452直到它們壓在模板組保持器451上。上述操作完成之后，這組沖頭454離開(kāi)富硅聚合物452。沖頭的動(dòng)作是圍繞給定的壓印模板450上的富硅聚合物452進(jìn)行切割，這樣，在該壓印模板上的富硅聚合物可以與包圍它的富硅聚合物分離。
在沖頭454之間設(shè)有間隔，以允許模板組保持器451上的而不是壓印模板450上的富硅聚合物452保留下來(lái)。
這組沖頭454不需要很高的精度，例如在納米尺度。只是需要壓印模板450上的富硅聚合物452不被這組沖頭454切斷，并且僅僅有少量的富硅聚合物保留在壓印模板450的邊緣之外。
參看圖13c，模板組保持器451向上移動(dòng)并離開(kāi)壓印模板450(或相反)。模板組保持器451攜帶處于其上表面上的那部分富硅聚合物452。該富硅聚合物452可被移走并供隨后的基板重新使用。
從圖13c可以看出，這組沖頭454的切割精度足以使得大量的富硅聚合物452并不延伸超出壓印模板450的邊緣且落在模板組保持器451上。這就是為什么不使用一組簡(jiǎn)化的沖頭沿著壓印模板450之間的中心線進(jìn)行切割的原因。如果在這種方式下大量富硅聚合物452在模板組保持器之上延伸，那么當(dāng)模板組保持器向上移動(dòng)(和/或壓印模板450向下移動(dòng))時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致該富硅聚合物折回到該模板450自身上，從而在那個(gè)區(qū)域中形成雙層富硅聚合物452。由于可能導(dǎo)致該富硅聚合物452與該平面層之間在下面要描述的步驟中接觸不良，因此要盡量避免這種情況。這還會(huì)導(dǎo)致在富硅聚合物和平面層之間形成氣孔夾雜和/或?qū)е滦纬刹痪鶆虻奈g刻屏障層。
參看圖13d，一旦模板組保持器451被移走，倒置該壓印模板450。具有平面層457的基板456與壓印模板450上的富硅聚合物層452開(kāi)始接觸。平面層457可以包括單體溶液，或者可以是單體/聚合物的混合物。該溶液或混合物被旋涂在基板456上。
壓印模板450可與基板456對(duì)準(zhǔn)?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)的方式是，使用校準(zhǔn)裝置來(lái)確定例如設(shè)在基板456上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的位置，并調(diào)整一個(gè)或更多壓印模板450的位置。壓印模板450的位置可以由例如步進(jìn)電機(jī)或者其它位置控制裝置來(lái)控制。對(duì)準(zhǔn)可以在平面層457與富硅聚合物層452接觸之前進(jìn)行?；蛘呋虼送猓部梢栽诮佑|發(fā)生之后立刻進(jìn)行。
在平面層457和富硅聚合物層452接觸之后，將基板456向上推向壓印模板450(或壓印模板450向下移動(dòng)到基板456)，以保證在平面層和富硅聚合物之間形成良好的接觸。
參看圖13e，UV輻射被引向壓印模板450并穿過(guò)壓印模板，并因此入射到富硅聚合物452和平面層457。UV輻射使得平面層457發(fā)生聚合反應(yīng)。這使平面層457轉(zhuǎn)化為固態(tài)，從而將富硅聚合物452和平面層粘合在一起。該壓印模板450可以由石英、塑料，或其它可基本上透射UV輻射的合適材料制造。
參看圖13f，壓印模板450向上移動(dòng)并離開(kāi)基板456(或相反)，留下富硅聚合物452上具有壓印圖案的區(qū)域。壓印模板450可以被提供一個(gè)剝離層(一層使得富硅聚合物可以很容易與之分離的材料)來(lái)幫助將壓印模板從富硅聚合物452上分離。該剝離層有助于確保當(dāng)壓印模板450與基板分離時(shí)富硅聚合物層452上的圖案不被損壞，例如，不會(huì)被有害的粘附所損壞。
本發(fā)明的另一種實(shí)施例如圖14所示。參看圖14a，一組壓印模板500被模板組保持器501保持。一層富硅單體502旋涂在壓印模板500和模板組保持器501上。模板組保持器501由可以基本上透射UV輻射的材料制造，例如石英或合適的塑料。同樣，壓印模板500也可以基本上透射UV輻射，因此也可以由如石英或合適的塑料制造。壓印模板500的側(cè)壁和/或與壓印模板500相鄰的模板組保持器501的側(cè)壁具有一層不透射UV射線的材料，由此可以作為UV輻射屏障層。這層材料例如可以包括強(qiáng)烈吸收UV輻射的聚合物層。
參看圖14b，UV輻射(如箭頭504所指)被引導(dǎo)通過(guò)模板組保持器501，但是不通過(guò)壓印模板500。這例如可以這樣實(shí)現(xiàn)提供輻射導(dǎo)向裝置將UV輻射引導(dǎo)至模板組保持器，并且保證模板組保持器和/或壓印模板的側(cè)壁不透射UV輻射。該輻射導(dǎo)向裝置包括例如光學(xué)纖維或合適的輻射導(dǎo)向管。
UV輻射使得富硅單體502位于模板組保持器501上的區(qū)域發(fā)生聚合反應(yīng)。通過(guò)將那些區(qū)域的富硅單體的顏色加深而示意性指示。這樣就形成了由固態(tài)富硅聚合物構(gòu)成的格柵(富硅單體502是液態(tài)或凝膠狀的)。發(fā)生聚合反應(yīng)之后，模板組保持器501向下移動(dòng)并離開(kāi)壓印模板500(和/或壓印模板500向上移動(dòng)并離開(kāi)模板組保持器501)，從而連同模板組保持器一起去除了位于其上的那些富硅聚合物區(qū)域。留下的是一組壓印模板500，每個(gè)壓印模板上都具有一層富硅單體502。
參看圖14d，基板506被旋轉(zhuǎn)涂覆一層平面層507。該平面層例如可以包括聚合物混合物?；?06一旦被提供有所述平面層507則將其倒置，并與位于壓印模板500上的富硅單體502接觸。
如果需要，每個(gè)壓印模板500都可以與基板506上的特定位置對(duì)準(zhǔn)。這可以通過(guò)使用對(duì)準(zhǔn)裝置(可以是光學(xué)的)監(jiān)測(cè)位于基板上的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)?？梢愿鶕?jù)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的確定位置來(lái)調(diào)整壓印模板500的位置，例如使用步進(jìn)電機(jī)或其它合適的調(diào)整工具。對(duì)準(zhǔn)可以在平面層507與富硅單體層502之間發(fā)生接觸之前進(jìn)行。可替代地或者附加地，該對(duì)準(zhǔn)也可以在接觸發(fā)生之后立刻進(jìn)行。
一旦平面層507和富硅單體502開(kāi)始發(fā)生接觸，基板506被向下推動(dòng)(和/或壓印模板500向上移動(dòng))來(lái)保證平面層507和富硅單體層502之間形成良好接觸。
參看圖14e，UV輻射被導(dǎo)向壓印模板500。該紫外輻射穿過(guò)壓印模板500并入射到富硅單體502和平面層507。紫外輻射用來(lái)固化富硅單體502，使其發(fā)生聚合反應(yīng)以形成富硅聚合物502a。
在用UV輻射照射之后，基板506向上移動(dòng)和離開(kāi)壓印模板500(反之亦然)。富硅聚合物502a粘附在平面層507上并具有從壓印模板500上轉(zhuǎn)印過(guò)來(lái)的圖案。轉(zhuǎn)印模板500可被提供一個(gè)剝離層，其可以使壓印模板500很容易地從富硅聚合物502a上剝離。
盡管以上描述了本發(fā)明的具體示例，但是應(yīng)該指出本發(fā)明還可以用與前面所述不同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。上述描述不是為了限制本發(fā)明。
基板100可被保持在基板保持器中，同樣，壓印模板103可以被保持在模板保持器中。
剝離層的使用僅僅在本發(fā)明的某些實(shí)施例中被描述。然而，應(yīng)當(dāng)指出剝離層也可以應(yīng)用于本發(fā)明其它實(shí)施例中。
模板與基板的對(duì)準(zhǔn)僅僅在本發(fā)明的某些實(shí)施例中被描述。然而，應(yīng)當(dāng)指出該對(duì)準(zhǔn)也可以在本發(fā)明其它實(shí)施例中使用。
在上述本發(fā)明實(shí)施例的描述中，某些地方提到基板向下移動(dòng)并離開(kāi)壓印模板，或者壓印模板向上移動(dòng)并離開(kāi)基板。應(yīng)該指出，只要合適，這兩種選擇或其中任意一種都可以用于本發(fā)明的實(shí)施例。此外，基板和壓印模板兩者都是可以移動(dòng)的。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，在上述本發(fā)明實(shí)施例中UV輻射是作為光化輻射的一個(gè)例子給出的，其它合適波長(zhǎng)的電磁輻射也可以使用。
吸收光化輻射的光引發(fā)劑可以包含在單體液體或聚合物單體混合物中。這加速了對(duì)光化輻射的吸收并因此加速了聚合發(fā)應(yīng)過(guò)程。
在某些例子中，一定比例的聚合物可被加入單體中。這例如可以用來(lái)改變單體的流體特性和/或減少單體聚合反應(yīng)所需的時(shí)間。這樣，單體這個(gè)詞就不一定被解釋為沒(méi)有聚合物存在，相反而是可以理解為有一些聚合物存在。
盡管本發(fā)明的一些實(shí)施例以使用單個(gè)壓印模板的形式被描述了，但應(yīng)當(dāng)指出，單個(gè)壓印模板也可以是一組壓印模板中的一個(gè)。通常，技術(shù)人員可以知道本發(fā)明的不同實(shí)施例和它的一個(gè)或多個(gè)特征可以組合使用。
權(quán)利要求
1.一種光刻設(shè)備，包括用來(lái)保持多個(gè)壓印模板的模板保持器和用來(lái)保持基板的基板保持器，其中，所述模板保持器位于所述基板保持器的下方。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括保持在模板保持器中的多個(gè)壓印模板，所述壓印模板具有帶圖案的上表面。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括一個(gè)或多個(gè)噴墨嘴，所述噴墨嘴布置成將壓印介質(zhì)引導(dǎo)到壓印模板上。
4.一種光刻設(shè)備，包括用來(lái)保持多個(gè)壓印模板的模板保持器和用來(lái)保持基板的基板保持器，其中，所述模板保持器布置成使得當(dāng)壓印模板被保持在模板保持器中時(shí)壓印模板的上表面保持暴露。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，還包括保持在模板保持器中的多個(gè)壓印模板，所述壓印模板具有帶圖案的暴露上表面。
6.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，還包括一個(gè)或多個(gè)噴墨嘴，所述噴墨嘴布置成將壓印介質(zhì)引導(dǎo)到壓印模板上。
7.一種光刻設(shè)備，包括用來(lái)保持多個(gè)壓印模板的模板保持器和一個(gè)或多個(gè)將液體配送到所述多個(gè)壓印模板上的分配器。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述的一個(gè)或多個(gè)分配器是噴墨嘴。
9.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述液體是壓印介質(zhì)。
10.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，還包括用來(lái)保持基板的基板臺(tái)。
11.一種壓印光刻方法，包括將壓印介質(zhì)施加到多個(gè)壓印模板的帶圖案的表面，然后將壓印模板與基板壓靠接觸，使得壓印介質(zhì)被轉(zhuǎn)印至基板。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括用光化輻射照射該轉(zhuǎn)印的壓印介質(zhì)，該光化輻射的波長(zhǎng)適合于使該壓印介質(zhì)固化。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括在壓印模板與基板壓靠接觸之前將平面層施加至所述基板。
14.一種光刻設(shè)備，包括用來(lái)保持多個(gè)壓印模板的模板保持器，所述模板保持器布置成使得當(dāng)壓印模板被保持在模板保持器中時(shí)，這些壓印模板的最上表面基本上位于同一平面內(nèi)。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述壓印模板保持器布置成使得當(dāng)壓印模板被保持在模板保持器中時(shí)，這些壓印模板的最上表面與壓印模板保持器的最上表面基本上位于同一平面內(nèi)。
16.一種光刻設(shè)備，包括用來(lái)保持多個(gè)壓印模板的模板保持器；用來(lái)保持基板的基板保持器；和與各壓印模板相關(guān)聯(lián)的多個(gè)沖頭，其中，每一個(gè)沖頭圍繞一區(qū)域進(jìn)行沖壓，每個(gè)沖頭的尺寸使得沖頭圍繞進(jìn)行沖壓的區(qū)域大于與之關(guān)聯(lián)的壓印模板的區(qū)域。
17.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，在沖頭之間沒(méi)置有間隔，使得在壓印模板之間留有不落入沖頭范圍內(nèi)的區(qū)域。
18.一種壓印光刻方法，包括將壓印介質(zhì)施加到多個(gè)壓印模板的帶圖案表面以及保持該多個(gè)壓印模板的壓印模板保持器；使得該壓印介質(zhì)變成基本上為固態(tài)；使用沖頭切穿該基本上為固態(tài)的壓印介質(zhì)，這些沖頭布置成沿著落在各壓印模板周邊外部的周邊切穿該壓印介質(zhì)；和使得壓印模板與基板壓靠接觸。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括在用沖頭切斷之后從壓印模板之間移走壓印介質(zhì)。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括在基板上提供平面層，當(dāng)壓印模板與基板形成接觸時(shí)壓印介質(zhì)也與該平面層形成接觸。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，當(dāng)該壓印介質(zhì)與該平面層開(kāi)始接觸時(shí)該平面層是液態(tài)的，并且該平面層隨后被固化。
22.一種光刻設(shè)備，包括用來(lái)保持多個(gè)壓印模板的模板保持器；用來(lái)保持基板的基板保持器；光化輻射源；和輻射導(dǎo)向裝置，其布置成引導(dǎo)該光化輻射穿過(guò)該模板保持器，而不引導(dǎo)光化輻射穿過(guò)該壓印模板。
23.一種壓印光刻方法，包括將壓印介質(zhì)施加到壓印模板的帶圖案表面；將氰基丙烯酸酯施加到基板表面；和將壓印模板與基板壓靠接觸，使得該氰基丙烯酸酯誘發(fā)該壓印介質(zhì)的聚合反應(yīng)。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述氰基丙烯酸酯不含硅，并且不會(huì)形成蝕刻屏障層。
25.一種壓印光刻方法，包括將聚合物和溶劑施加到壓印模板的帶圖案表面；使溶劑蒸發(fā)從而使得該聚合物成為固態(tài)；在基板上施加一層單體；將壓印模板與基板壓靠接觸，使得該聚合物被推抵至該單體層；和接觸之后，用光化輻射照射該單體層。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述單體層包括一定比例的聚合物。
27.一種壓印光刻方法，包括將單體和聚合物的混合物施加到壓印模板的帶圖案表面上；將壓印模板與基板壓靠接觸；和接觸之后，用光化輻射對(duì)該單體和聚合物的混合物進(jìn)行照射。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，該單體和聚合物的混合物的粘性足以使其與壓印模板接觸時(shí)不會(huì)破裂。
29.一種壓印光刻方法，包括將壓印介質(zhì)施加到壓印模板的帶圖案表面；將平面層施加到基板的表面，該壓印介質(zhì)和該平面層都是液態(tài)的；和施加之后，將壓印模板與基板壓靠接觸。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，還包括在壓印模板和基板接觸之后，用光化輻射對(duì)該壓印介質(zhì)和該平面層進(jìn)行照射。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種光刻設(shè)備，其包括用來(lái)保持多個(gè)壓印模板的模板保持器和用來(lái)保持基板的基板保持器，所述模板保持器位于基板保持器的下方。
文檔編號(hào)H01L21/00GK1987645SQ20061006415
公開(kāi)日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2006年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
發(fā)明者S·F·伍伊斯特, J·F·迪克斯曼, Y·W·克魯特-斯特格曼 申請(qǐng)人:Asml荷蘭有限公司