專利名稱：壓印光刻的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓印光刻。
背景技術(shù)：
光刻裝置是將期望的圖案施加到基板目標部分上的一種裝置。光刻裝置可以用于例如集成電路(IC)的制造、平板顯示器和包括精細結(jié)構(gòu)的其他設(shè)備。
期望的是減小光刻圖案中的特征尺寸，因為這允許在給定的基板區(qū)域上獲得更大密度的特征。在光學光刻中，通過使用較短波長的輻射可以獲得增大的分辨率。但是，這種減小還存在許多問題。目前的系統(tǒng)開始采用波長為193nm的光源，即使在該水平衍射限制成為一個障礙。在較低的波長下，材料的透明度非常低。具有增大分辨率的光刻裝置需要復雜的光學系統(tǒng)和稀有材料，因此非常昂貴。
如壓印光刻中所公知的，用于印刷次100nm的特征的替換方案包括通過使用物理模子或模板將圖案壓印到可壓印介質(zhì)中，將圖案轉(zhuǎn)印到基板上。該可壓印介質(zhì)可以是基板或涂敷在基板表面上的材料?？蓧河〗橘|(zhì)可以是功能性的或者可以用作“掩模”以將圖案轉(zhuǎn)印到下面表面上。可壓印介質(zhì)例如可以作為抗蝕劑沉積在基板(如半導體材料)上，在該可壓印介質(zhì)中提供由模板限定的、待轉(zhuǎn)印的圖案。因而，壓印光刻基本上是微米或納米級的模制處理，其中模板的形貌限定了基板上形成的圖案?？梢韵窆鈱W光刻處理那樣層疊圖案，使得在原理上，壓印光刻可以用于諸如IC制造這樣的應(yīng)用。
壓印光刻的分辨率僅受模板制造處理的分辨率的限制。例如，壓印光刻可以用于形成范圍在次50nm中的特征，與使用常規(guī)的光學光刻處理獲得的特征相比，該特征具有明顯改進的分辨率和線邊緣粗糙度。此外，壓印處理不需要昂貴的光學系統(tǒng)、高級照明源或光刻處理通常需要的專用抗蝕劑材料。
模板的制造比較昂貴和耗時。在使用模板處理大量基板時，通過使所銷售的每個基板提高少量的價格，可以補償制造模板的成本。但是，如果要處理少量的基板，或者處理一個基板，就不容易補償制造模板的成本。這表示這種模板制造在經(jīng)濟上是不可行的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一方面，提供一種壓印光刻裝置，包括針和基板臺，所述基板臺配置成保持待壓印的基板，其中所述針可在第一位置和第二位置之間移動，所述第一位置是在使用中所述針穿透基板上的可壓印材料層的位置，所述第二位置是在使用中所述針從基板上的可壓印材料層脫離的位置，所述基板臺和所述針配置成使得它們可相對彼此移動。
根據(jù)第二方面，提供一種壓印光刻模板，包括在第一位置和第二位置之間移動的針，所述第一位置是在使用中所述針穿透可壓印材料層的位置，所述第二位置是在使用中所述針從可壓印材料層脫離的位置。
根據(jù)第三方面，提供一種壓印光刻的方法，包括使基板或可獨立控制的針陣列相對彼此移動；致動第一組針，使得其穿透基板上的可壓印材料；以及致動不同的第二組針，使得其穿透基板上的可壓印材料；從而在可壓印材料中形成壓印的圖案。
本發(fā)明的各個實施例可以應(yīng)用于任何壓印光刻處理，其中將圖案化的模板壓印到可流動狀態(tài)的可壓印介質(zhì)中，例如還可以應(yīng)用于如上所述的熱和UV壓印光刻。


現(xiàn)在僅僅通過實例的方式，參考隨附的示意圖描述本發(fā)明的各個實施例，其中相應(yīng)的參考標記表示相應(yīng)的部件，其中圖1a-1c分別示出了常規(guī)的軟、熱和UV光刻處理的實例；圖2示出了當使用熱和UV壓印光刻圖案化抗蝕劑層時采用的兩步蝕刻處理；圖3示意性地示出了模板和沉積在基板上的典型可壓印抗蝕劑層；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的部分壓印模板的示意性表示；圖5是顯示了各種方式的示意性表示，通過該方式圖4的壓印模板可以使可壓印抗蝕劑層固化；圖6示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例可以使用的壓印和固化方法；圖7是從圖4的壓印模板的下面看的示意性表示；圖8示意性地示出了使用本發(fā)明的實施例進行壓印的基板；圖9是圖4中幾個壓印模板的結(jié)構(gòu)的示意性表示；圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的壓印模板的示意性表示；以及圖11是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的壓印模板的針的示意性表示。
具體實施例方式
有兩種壓印光刻的原理方法，其通常稱為熱壓印光刻和UV壓印光刻。還已知的第三種“印刷式”光刻是軟光刻。圖1a至1c示出了這些壓印光刻的實例。
圖1a示意性地示出了軟光刻處理，其包括從柔性模板10(通常由脫模劑(PDMS)制造)上將分子層11(通常是油墨例如硫醇)轉(zhuǎn)印到抗蝕劑層13上，該抗蝕劑層由基板12和平面化的轉(zhuǎn)印層12’支撐。模板10在其表面上具有特征圖案，分子層布置在特征上。當將模板壓靠在抗蝕劑層上時，分子層11粘附在抗蝕劑上。當從抗蝕劑上去除模板時，分子層11粘附于抗蝕劑，蝕刻其余的抗蝕劑層，從而將未被轉(zhuǎn)印的分子層覆蓋的抗蝕劑區(qū)域向下蝕刻到基板。
在軟光刻中使用的模板很容易變形，因此不適合于高分辨率的應(yīng)用，例如在納米級，因為模板的變形會不利地影響壓印圖案。此外，當制造多層結(jié)構(gòu)時，其中相同的區(qū)域?qū)⒍啻伪恢丿B，而軟壓印光刻不能在納米級上提供重疊精度。
當在納米級上使用時，熱壓印光刻(或熱壓紋)也是一種已知的納米壓印光刻(NIL)。該處理使用較硬的模板，其例如由硅或鎳構(gòu)成，它們更加耐磨和不易變形。例如在美國專利No.6,482,742中就描述了這種模板，如圖1b所示。在典型的熱壓印處理中，將堅固模板14壓印到熱固性或熱塑性聚合樹脂15中，該聚合樹脂設(shè)在基板表面上。例如可以將該樹脂旋涂或烘焙在基板表面上、或者更加典型地是(如示出的實例那樣)平面化的轉(zhuǎn)印層12’上。應(yīng)該注意，描述壓印模板的術(shù)語“硬”包括通常在“硬”和“軟”材料之間考慮的那些材料，例如“硬”橡膠。用作壓印模板的特殊材料的適合性由其應(yīng)用要求來確定。
當使用熱固性聚合樹脂時，該樹脂被加熱到一定溫度，使得當樹脂和模板接觸時，樹脂可以充分地流動到限定在模板上的圖案特征中。然后使樹脂的溫度增加以使樹脂熱固化(例如交聯(lián))，從而使其變硬和不可逆轉(zhuǎn)地形成期望圖案。然后去除模板，使圖案化的樹脂冷卻。
在熱壓印光刻處理中使用的熱塑性聚合樹脂的實例有聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯、聚(苯基丙烯酸甲酯)、聚(甲基丙烯酸環(huán)己酯)。加熱該熱塑性樹脂使得其在使用模板壓印之前處于自由流動的狀態(tài)。通常有必要將熱塑性樹脂加熱到一定溫度，該溫度大大超過樹脂的玻璃轉(zhuǎn)化溫度。將模板按壓到流動樹脂中，并施加足夠的壓力以確保樹脂流動到在模板上限定的所有圖案特征內(nèi)。然后使樹脂和在適當位置中的模板一起冷卻到其玻璃轉(zhuǎn)化溫度之下，于是樹脂就不可逆轉(zhuǎn)地形成期望的圖案。該圖案由樹脂殘留層中浮雕狀的特征構(gòu)成，該樹脂殘留層可以通過合適的蝕刻處理去除，從而僅僅留下圖案特征。
當從變硬的樹脂去除模板后，如圖2a至2c所示，通常執(zhí)行兩步蝕刻處理?；?0具有直接位于其上的平面化的轉(zhuǎn)印層21，如圖2a所示。平面化的轉(zhuǎn)印層的用途有兩個。它可以提供大體上與模板表面平行的表面，這有助于確保模板和樹脂之間的接觸是平行的，還可以改進印刷特征的寬高比，如這里所描述的。
在去除模板之后，變硬的樹脂殘留層22留在平面化的轉(zhuǎn)印層21上，以形成期望的圖案。第一蝕刻是各向同性的，它去除部分殘留層22，同時獲得不良的特征寬高比，其中L1是特征23的高度，如圖2b所示。第二蝕刻是各向異性的(或選擇性的)，并可以改進寬高比。各向異性的蝕刻去除平面化的轉(zhuǎn)印層21中未被變硬的樹脂覆蓋的那些部分，從而使特征23的寬高比增大到(L2/D)，如圖2c所示。蝕刻后在基板上留下而獲得的聚合物厚度差(thickness contrast)例如可以用作干蝕刻的掩模，如果壓印的聚合物足以承受例如拔除處理中的一個步驟。
熱壓印光刻具有的缺點是不僅必須在較高的溫度下執(zhí)行圖案的轉(zhuǎn)印，而且需要相對大的溫差來確保樹脂在去除模板之前充分變硬。需要的溫差在35和100℃之間。例如在基板和模板之間的不同熱膨脹可能在轉(zhuǎn)印圖案中導致失真。由于可壓印材料的粘性，這種失真還會被壓印步驟所需的相對高壓加重，這可能在基板中導致機械變形，并進一步使圖案失真。
另一方面，UV壓印光刻不包括這種高溫和溫度變化，也不需要這種粘性的可壓印材料。相反，UV壓印光刻包括使用部分或完全透明的模板和可UV固化液體，通常是單體例如丙烯酸脂或甲基丙烯酸酯。一般地，可以使用任何可光聚合的材料，例如單體和引發(fā)劑的混合物。該可固化液體例如也可以包括二甲基硅氧烷衍生物。這些材料的粘性比在熱壓印光刻中使用的熱固性和熱塑性樹脂小，因此移動得更快，從而填充模板的圖案特征。低溫和低壓操作也有利于更高的處理能力。
圖1c示出了UV壓印處理的一個實例。將石英模板16以類似于圖1b的處理的方式施加到可UV固化樹脂17上。與采用熱固性樹脂的熱壓紋中升高溫度，或者當使用熱塑性樹脂時增大溫度循環(huán)不同，將UV輻射透過石英模板施加到樹脂上進行聚合，并使其固化。當去除模板后，蝕刻抗蝕劑的殘留層的其他步驟與這里描述的熱壓紋處理相同或類似。通常使用的可UV固化的樹脂具有比典型熱塑性樹脂更低的粘度，從而可以使用較低的壓印壓力。由于壓力較低而減小了物理變形，以及減小了由于高溫和溫度變化引起的變形，使得UV壓印光刻適合于要求高重疊精度的應(yīng)用。此外，UV壓印模板的透明性質(zhì)能夠在壓印的同時采用光學對準技術(shù)。
盡管這種類型的壓印光刻主要使用可UV固化的材料，并且通常表示為UV壓印光刻，但是也可以使用其他輻射波長來使選定的材料適當?shù)毓袒?例如激活聚合作用或交聯(lián)反應(yīng))。一般地，可以使用能夠引發(fā)這種化學反應(yīng)的任何輻射，只要能夠獲得合適的可壓印材料?？商鎿Q的“激活輻射”例如可以包括可見光、紅外輻射、x光輻射和電子束輻射。在這里一般的描述中，提到UV壓印光刻和UV輻射的使用并不是要排除這些和其他激活輻射的可能性。
作為使用大體上與基板表面保持平行的平面模板的壓印系統(tǒng)的替換方案，已經(jīng)開發(fā)出滾輪式壓印系統(tǒng)。已經(jīng)提出了熱和UV滾輪式壓印系統(tǒng)，其中在滾輪上形成模板，但是在其他方面，該壓印處理與使用平面模板的壓印非常類似。除非文中另外要求，提到壓印模板包括滾輪式模板。
特別開發(fā)出一種UV壓印光刻技術(shù)，即熟知的步進閃光壓印光刻(SFIL)，其可以用于以類似于例如在IC制造中使用的常規(guī)光學步進器的方式在較少的步驟中使基板圖案化。這包括通過將模板壓印到可UV固化的樹脂中一次印刷基板的較小區(qū)域，使UV輻射透過模板‘閃光’以使模板下面的樹脂固化，去除模板，步進到基板的相鄰區(qū)域并重復上述操作。這種步驟的小的區(qū)域尺寸和重復過程有助于減小圖案失真和CD變化，使得SFIL可以特別適合于制造需要高的重疊精度的IC和其他器件。
盡管在原理上可UV固化的樹脂可以應(yīng)用于整個基板表面，例如通過旋涂，但是由于可UV固化的樹脂的不穩(wěn)定性還是有問題的。
解決這個問題的一種方法是所謂的‘按需滴落’的處理，其中在使用模板壓印之前將樹脂以液滴的形式分配到基板目標部分。液體分配可以控制成將預(yù)定量的液體沉積在基板的特定目標部分上。該液體可以各種圖案進行分配，并且小心地控制液體量和圖案的布置可以結(jié)合起來以限制對目標區(qū)域的圖案化。
如上所述根據(jù)需要分配樹脂是一個非常重要的問題。液滴的大小和間隔可以小心控制成確保有足夠的樹脂填充模板特征，同時使過量的樹脂最小化，該樹脂可以被滾動導致不期望的厚度或不均勻的殘留層，因為只要相鄰的液滴一接觸樹脂，樹脂就會到處流動。
盡管這里提到將可UV固化的液體沉積在基板上，但是該液體也可以沉積在模板上，通常也采用相同的技術(shù)和考慮因素。
圖3示出了模板、可壓印材料(可固化單體、熱固性樹脂、熱塑性樹脂等等)和基板的相關(guān)尺寸?；鍖挾菵和可固化樹脂層厚度t的比的數(shù)量級為106。應(yīng)該理解，為了避免從模板凸出的特征損壞基板，尺寸t應(yīng)該比模板上凸出特征的深度更大。
壓印之后留下的殘留層可用于保護底部基板，但是如這里描述的，該殘留層也是一個問題的來源，特別是當要求高分辨率和/或重疊精度時。第一‘突破’蝕刻是各向同性的(非選擇性的)，因此在某種程度上會侵蝕壓印的特征和殘留層。如果殘留層厚度過大和/或不均勻，侵蝕就有可能加劇。該問題例如可能導致在下面的基板中最終形成的線厚度發(fā)生變化(即臨界尺寸的變化)。在第二各向異性蝕刻中在轉(zhuǎn)印層蝕刻的線厚度的均勻性取決于保留在樹脂中的特征的寬高比和形狀完整性。如果殘留層是不均勻的，那么非選擇性的第一蝕刻可以使這些特征中的一些特征具有“圓形”的頂部，使得它們沒有足夠好地限定，從而不能在第二和任何隨后的蝕刻處理中確保線厚度的良好均勻性。在原理上，通過使殘留層盡可能地薄，可以減輕上面的問題，但是這需要應(yīng)用不期望的大壓力(可能會增大基板變形)和相對長的壓印時間(可能會減小處理能力)。
模板是壓印光刻系統(tǒng)的重要元件。如這里所表明的，模板表面上特征的分辨率是對印刷在基板上的特征的可獲得分辨率的一個限制因素。熱光刻和UV光刻所用的模板通常是在雙工作臺處理中形成的。首先，例如使用電子束成像繪出期望的圖案，以在抗蝕劑中給出高分辨率的圖案。然后將抗蝕劑圖案轉(zhuǎn)印到形成掩模的鉻薄層上，最后在各向異性的蝕刻步驟中將圖案轉(zhuǎn)印到模板的基材中?？梢允褂闷渌夹g(shù)，例如離子束光刻、X射線光刻、遠UV光刻、外延生長、薄膜沉積、化學蝕刻、等離子體蝕刻、離子蝕刻或離子銑削。一般地，可以使用具有極高分辨率的技術(shù)，因為模板有效地是1x掩模，轉(zhuǎn)印圖案的分辨率受模板上圖案的分辨率的限制。
模板的釋放特性也是一個考慮因素。例如可以用表面處理材料處理模板，以在具有低表面能的模板上形成薄的釋放層(也可以在基板上沉積一薄的釋放層)。
開發(fā)壓印光刻中的另一個考慮因素是模板的機械耐久性。在抗蝕劑的沖壓過程中模板可能要承受大的作用力，在熱光刻的情況中，還可能承受極高的壓力和溫度。這可能導致模板發(fā)生磨損，并且不利地影響壓印在基板上的圖案形狀。
在熱壓印光刻中，為了減小模板和基板之間的不同熱膨脹，使用與待圖案化的基板相同或相似的材料的模板具有潛在的優(yōu)點。在UV壓印光刻中，模板至少部分對激活輻射是透明的，因此可以使用石英模板。
盡管可以在本文中具體參考使用壓印光刻來制造IC，但是應(yīng)該理解描述的壓印裝置和方法可能具有其他應(yīng)用，例如制造集成光學系統(tǒng)、用于磁疇存儲器的引導和檢測圖案、硬盤磁性介質(zhì)、平板顯示器、薄膜磁頭等等。
盡管在這里的描述中，可以具體參考使用壓印光刻通過有效地作為抗蝕劑的可壓印樹脂將模板圖案轉(zhuǎn)印到基板上，但是在一些情況下可壓印材料本身是功能材料，例如具有諸如導電性、光學線性或非線性響應(yīng)等等功能。例如，該功能材料可以形成導電層、半導體層、介電層或具有其他期望的機械、電子或光學特性的層。一些有機物質(zhì)也可以是合適的功能材料。這些應(yīng)用都屬于本發(fā)明的范圍。
圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的部分壓印模板。該壓印模板包括平板32，該平板上安裝有幾個針33。針33通過壓電致動器34固定在平板32上，每個針33安裝在一個單獨的壓電致動器34上?；?5保持在針33下方的基板臺T上。圖4中標記出了笛卡兒坐標，術(shù)語‘下方’應(yīng)該理解為表示在z方向具有更低的位置。
針可以由任何合適的材料構(gòu)成，該材料堅硬而耐用，并可以有用的形狀進行制造。合適材料的實例包括硅或像鎢這樣的金屬?？梢詫⒛湍ネ繉邮┘拥结樕?。在一種適合于制造平板顯示器的結(jié)構(gòu)中，每個針具有直徑為1微米的針尖，并且各個針相隔20微米。在一種適合于制造IC的可替換結(jié)構(gòu)中，每個針具有直徑為50納米的針尖，并且各個針相隔1微米。一般地，針尖直徑在10納米和2微米之間，各個針之間的間距在200納米和500微米之間。
壓電致動器34在伸展構(gòu)型和收縮構(gòu)型之間移動。當壓電致動器處于伸展構(gòu)型時，例如用壓電致動器34a所表示的，相應(yīng)的針33a穿透布置在基板35上的可壓印材料層36。該第一位置稱為針的壓印位置。當壓電致動器處于收縮構(gòu)型時，相應(yīng)的針不接觸可壓印材料36。這可以用壓電致動器34b和相應(yīng)的針33b表示。該第二位置稱為針的脫離位置。
壓電致動器34的所有可能的移動范圍典型地在1至100微米之間。但是，在伸展構(gòu)型和收縮構(gòu)型之間需要的移動范圍即在壓印位置和脫離位置之間的移動范圍可能是大約1微米或者更小。
術(shù)語‘針’是為了表示任何適當成形的元件，其可用于穿透可壓印材料。該術(shù)語不是為了表示針必須是中空的，盡管一些實施例是中空的。類似地，該術(shù)語也不是為了表示針必須是尖頭的，盡管在一個或多個實施例中所述針是尖頭的。
壓電致動器34通過控制器37(例如電子控制器)進行控制，該控制器可向壓電致動器34施加電壓(典型地電壓范圍是1-1000V)。提供給壓電致動器34的電壓彼此無關(guān)，以便允許獨立地控制每個壓電致動器34。通過調(diào)節(jié)提供到給定壓電致動器的電壓，該致動器可以從收縮構(gòu)型移動到伸展構(gòu)型。應(yīng)該理解可以不使用壓電致動器34，使用其他合適的致動器。例如，可以使用MEMS(微機電系統(tǒng))致動器，并且例如可以通過靜電、磁力或者使用磁彈性致動該MEMS致動器?？梢允褂猛ㄟ^熱致動的MEMS致動器，盡管它們具有低的響應(yīng)頻率。
為了便于說明，圖4中僅示出了少量的壓電致動器34和針33。但是應(yīng)該理解可以在平板32上提供大量的壓電致動器和針，例如以二維陣列的方式進行布置，正如下面將進一步詳細描述的那樣。
在使用中，利用基板臺T沿平板32下方的y方向掃描基板35。利用控制器37在脫離位置和壓印位置之間移動針33，從而將期望的圖案壓印到基板35上的壓印材料6上。
可以使用針33使壓印材料36固化。通過在可壓印材料36中引發(fā)化學反應(yīng)可以實現(xiàn)上述固化，它使針周圍的小部分可壓印材料固化。激活這種化學反應(yīng)有很多方式，下面說明幾個例子。
通過加熱針33以熱的方式激活化學反應(yīng)，使得當針接觸可壓印材料36時激活固化的化學反應(yīng)?？梢圆槐卦诟邷睾偷蜏刂g調(diào)節(jié)針33，相反地針可以保持在恒定的高溫，因為化學反應(yīng)的激活僅僅在針33處于壓印位置(即與可壓印材料36接觸)時才發(fā)生。如圖5a示意性示出的，用于針33的加熱器35包括布置成將加熱電流傳到針33的導線40。由于壓電致動器34通常包括單個連續(xù)的陶瓷件，因此導線40可以繞過壓電致動器34的外部?？梢允褂玫暮线m的可壓印材料包括熱塑性聚合樹脂，例如聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯、聚(苯基丙烯酸甲酯)、聚(甲基丙烯酸環(huán)己酯)。
通過熱引發(fā)化學反應(yīng)的可替換或附加的方法如圖5b示意性所示。參考圖5b，針33和壓電致動器34安裝在振動安裝件42上。該振動安裝件42布置成沿y方向施加一小的但有力的振動，使得當針33處于壓印位置時，所述振動會移動可壓印材料36，由此通過摩擦引發(fā)激活可壓印材料36中的固化化學反應(yīng)的能量。在可替換的或附加的實施例中(未示出)，沒有為每個針提供單獨的振動安裝件42，而是使平板32振動或者使基板臺T和基板35振動?？梢圆槐貎H當針處于壓印位置時使針33振動，因為當針處于脫離位置時其振動不會導致可壓印材料固化。此外，可以使用的合適的可壓印材料包括熱塑性聚合樹脂，例如聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯、聚(苯基丙烯酸甲酯)、聚(甲基丙烯酸環(huán)己酯)?？梢允贯樢猿曨l率進行振動。在使針如此振動時，當針接觸熱塑性可壓印材料時，摩擦將會使可壓印材料融化，由此形成針的印記。在收回之后材料將迅速凝固，同時保留針的印記。
圖5c示意性地示出了一種用于壓印材料固化的附加的或可替換方法。參考圖5c，使用光纖44將輻射傳輸給針33。該輻射的波長例如是365納米。針至少在下部45是透明的。當針處于壓印位置時，將輻射提供到針33的透明下部45。由此從針33的透明下部45把輻射發(fā)射到可壓印材料36中，并激活圍繞針33的局部區(qū)域中的固化化學反應(yīng)。光纖44向上穿過平板32到達輻射源46。該輻射源僅在針33處于壓印位置時打開，在針33處于脫離位置時關(guān)閉。這是為了防止從針33的透明部45發(fā)出雜散輻射，從而導致不期望地在大區(qū)域上激活固化化學反應(yīng)。當與常規(guī)的光學光刻相比時，如圖5c所示的布置的優(yōu)點是因為沒有透鏡系統(tǒng)，因此色差不再是一個問題，且可以使用寬帶照明。例如，不使用365納米的輻射(如上所述)，使用輻射的帶寬范圍是從350至400納米的照明?？梢允褂玫暮线m的可壓印材料包括單體，例如丙烯酸脂或甲基丙烯酸酯。一般地可以使用任何可光聚合的材料，例如單體和引發(fā)劑的混合物?？晒袒后w例如也可以包括二甲基硅氧烷的衍生物。
圖5d示意性地示出了一種附加的或可替換的方式，通過該方式可以在可壓印材料中激活固化化學反應(yīng)。參考圖5d，使用管件48將化學物質(zhì)載運到針33的尖端49。泵50在針33穿透可壓印材料36時將化學物質(zhì)泵送到管件48中，使得化學物質(zhì)被注入到可壓印材料圍繞針33的局部區(qū)域中。該化學物質(zhì)選擇成可以激活固化化學反應(yīng)。可以使用的合適的化學物質(zhì)包括光引發(fā)劑(例如Irgacure族中的一個)，或者熱引發(fā)劑，如過氧化二苯或AIBN(2，2’-氮-二異丁腈)。
激活化學反應(yīng)的一種可替換的或附加的方法包括使用作為催化劑的材料形成針。該催化劑選擇成當其接觸可壓印材料時可以引發(fā)可壓印材料36中的反應(yīng)。一種附加的或可替換的方法包括將可壓印材料設(shè)為兩層或三層的不同材料，使得當針33處于壓印位置時，其可使這些層以及包含在這些層中的化學物質(zhì)混合，由此引發(fā)固化?？梢詫崿F(xiàn)的一種方式是通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合方法。這可以例如通過在可壓印材料中提供鹵代烷和在針中提供Cu(I)絡(luò)合物實現(xiàn)。
壓印材料36可以作為保護層和反應(yīng)層提供。如圖6a所示，其中基板35具有可壓印層36，該可壓印層包括由保護層52覆蓋的反應(yīng)層51，該保護層例如可以是聚四氟乙烯。如圖6b示意性所示，裝置的針(未示出)可以用于穿透保護層52，由此形成孔53。該保護層足夠堅硬，以使其不會回流到已經(jīng)形成的孔53中。緊接著，使用化學處理激活反應(yīng)層51中的固化反應(yīng)。如圖6c所示，僅在位于孔53下方的區(qū)域52中發(fā)生固化，同時保護層可防止固化化學物質(zhì)接觸反應(yīng)層51的其他部分。通過這種方式，由針在保護層52中形成的圖案可以轉(zhuǎn)印到反應(yīng)層51上，并使其固化。在一個相關(guān)布置中，化學處理可以使直接位于孔下方的區(qū)域溶解，而保留位于保護層下方的區(qū)域。
如前所述，針和壓電致動器可以二維陣列布置在平板32上。該陣列的實例如圖7示意性所示，它示出了從下方觀看的平板32，和3×3陣列的壓電致動器34和針33。應(yīng)該理解實際上可以使用更大陣列的壓電致動器和針。
圖8示意性地示出了如何在基板W上形成圖案。涂黑的圓表示針S的陣列，所述針在基板上形成點(該圖假定所有的針都處于壓印位置)。未涂黑的圓SE表示之前已經(jīng)被針壓印過的點。如所示出的，每個針可壓印基板W上的點行R。通過將由每個針壓印的點SE的所有行R合起來，可以形成全部基板圖案。實際上，在光點SE的各個行R之間存在重疊，從而可以壓印基板W上的任何期望位置。為了說明的目的，簡化了圖8而沒有示出重疊。光點SE在x方向也可能存在重疊。此外，為了簡化說明，也沒有在圖8中示出。
可以看出針S的陣列相對y方向成θ角度布置(圖8示出了標準笛卡兒坐標)。使得當沿y方向(掃描方向)移動基板W時進行上述布置，每個針S將經(jīng)過基板的不同區(qū)域，由此允許整個基板被針S的陣列覆蓋。在一個實施例中，角度θ為例如至多20°、至多10°、至多5°、至多3°、至多1°、至多0.5°、至多0.25°、至多0.10°、至多0.05°、至多0.01°。在一個實施例中，角度θ至少為0.0001°，例如至少0.001°。
圖9示意性地示出了如何使用多個針陣列在單次掃描中壓印整個基板W。八個針陣列61以‘棋盤’結(jié)構(gòu)布置在兩行62、63中，使得一個針陣列的邊緣和相鄰針陣列的邊緣(在x方向)稍微重疊。在一個實施例中，針陣列例如可以布置成至少3行、至少4行或者至少5行。通過這種方式，許多針在基板W的寬度上分布，從而允許圖案在單次掃描中被壓印到整個基板上。應(yīng)該理解，可以使用任何合適數(shù)量的針陣列。在一個實施例中，由于針陣列實際是MEMS器件，因此對高效制成的陣列尺寸具有限制。為此，如果期望用單次掃描使整個平板顯示器曝光，可以使用100個陣列、1000個陣列或者更多。
參考圖10，在平板32的一端提供高度傳感器70(例如光學傳感器)，使得在(沿y方向)掃描基板35期間，高度傳感器70可以在基板從平板32下方通過之前檢測其高度。考慮到基板35的不均勻性，根據(jù)高度傳感器70的輸入，可以使用第二組壓電致動器71致動針33。所述第二組壓電致動器71定位在第一組壓電致動器34和平板32之間。盡管圖10示出了為每個獨立的針33提供的壓電致動器71，但是應(yīng)該理解，因為基板35的不均勻性的空間頻率相對較低，幾個針可以安裝在單個較大的壓電致動器上，該壓電致動器可以有效地補償基板的不均勻性。
與傳感器70連接的單獨控制器(未示出)用于致動第二組壓電致動器71。在可替換的實施例中，單個控制器可以用于致動第一和第二組壓電致動器。在一些情況下，考慮到基板的不均勻性以及使針33朝壓印位置來回移動，優(yōu)選不提供第二組壓電致動器，而僅使用一組壓電致動器代替。為此，壓電致動器能夠在z方向移動的距離必須足夠大，以便補償基板35的不均勻性，此外還能夠使針33從脫離位置移動到壓印位置。
在一個實施例中，代替或者除了挨著平板提供傳感器，還可以為每個針提供由MEMS器件形成的單獨傳感器。如圖10所示，其中傳感器80(例如光學傳感器)安裝在壓電致動器81上，該壓電致動器上還(通過壓電致動器34)安裝有針33。傳感器80定位在針33的前面(沿y方向)，使得當基板35在針33下方被掃描時，在基板接觸針之前測量基板的高度。傳感器80連接在帶有壓電致動器81的反饋回路中，并設(shè)置成使基板35和傳感器80之間的高度保持恒定。例如，該恒定的高度可以是30微米。如果高度偏離了期望高度，就調(diào)節(jié)壓電致動器81直到恢復正確的高度。由于傳感器80定位得非常接近針33，這表示針33可以相對基板35保持在最佳的高度。例如，當針處于脫離位置時，針33可以比基板35高10微米。應(yīng)該理解，所提到的距離是示例，也可以使用其他合適的距離。例如，當針處于脫離位置時，針33和基板35之間的最佳距離可以選擇成1微米。
在一個實施例中，針33本身可以用作高度傳感器，例如通過使用與在隧道電子顯微鏡或原子力電子顯微鏡中所用的相同原理，向針提供電荷。
盡管在本發(fā)明的上述實施例中可以獨立地移動針，但是應(yīng)該理解也可以不必這樣。例如，可以固定一小組針，使得它們一起移動，而不是獨立地移動(例如，可以一起移動一組五個針)。一般地，期望的是(但不是必須的)每個針可以獨立地移動。
應(yīng)該理解可壓印材料的流體特性對本發(fā)明的實施例意義重大。在一個實施例中，如果可壓印材料流動性太強，由于表面張力，由針在可壓印材料中形成的印記可能會很接近。在這種情況下，可壓印材料應(yīng)該包括合適的凝膠或者在玻璃轉(zhuǎn)化溫度以下的熱塑性材料。凝膠或熱塑性材料的硬度可以根據(jù)待壓印的特征尺寸進行選擇(較小的特征尺寸將需要較硬的凝膠或熱塑性材料)。合適的材料對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。所述凝膠包括單體和兩種引發(fā)劑，第一種引發(fā)劑對輻射波長敏感，該波長的輻射可以用于在壓印之前使凝膠‘預(yù)固化’，使得其足夠地硬，第二種引發(fā)劑對另一輻射波長敏感，該另一波長的輻射可以用于在壓印之后使凝膠固化。
在上述實施例中，基板被固定在基板臺上，基板臺在針陣列下方被掃描。也可以不是這種情況。例如，將基板臺和基板固定，而針布置成在基板上方掃描?？商鎿Q地，基板臺可以配置成使得基板在基板臺表面上方以掃描運動的方式通過。
盡管已經(jīng)描述了一個或多個實施例的二維針陣列，但是應(yīng)該理解，還可以以一維的針陣列實施本發(fā)明，例如所述針沿在x方向伸展的線進行布置。
盡管上面已經(jīng)描述了本發(fā)明的具體實施例，但是應(yīng)該理解可以不同于所描述的實施本發(fā)明。該說明不是為了限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種壓印光刻裝置，包括針和基板臺，該基板臺配置成保持待壓印的基板，其中所述針可在第一位置和第二位置之間移動，所述第一位置是在使用中所述針穿透基板上的可壓印材料層的位置，所述第二位置是在使用中所述針從基板上的可壓印材料層脫離的位置，所述基板臺和所述針配置成使它們可彼此相對移動。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述針是多個針中的一個，所述多個針一起構(gòu)成壓印模板，每個針配置成可在第一位置和第二位置之間移動。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述每個針可獨立地移動。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述針安裝在壓電致動器上，該壓電致動器由控制器獨立地控制，所述控制器配置成控制所述針在第一位置和第二位置之間的移動。
5.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述針以二維陣列的方式定位。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述二維陣列包括矩形網(wǎng)格。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述矩形網(wǎng)格相對移動方向成一角度進行布置。
8.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述模板具有與所述控制器連接的高度傳感器，該控制器配置成從高度傳感器接收表示基板形貌的輸入，和配置成調(diào)節(jié)所述針的高度以補償基板的形貌。
9.如權(quán)利要求8所述的光刻裝置，其中所述高度傳感器包括鄰近所述針布置的傳感器或傳感器陣列。
10.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述針安裝在第一和第二壓電致動器上，所述第一壓電致動器響應(yīng)于控制器來調(diào)節(jié)針的高度，從而補償基板的形貌，所述第二壓電致動器配置成使針在第一位置和第二位置之間移動。
11.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述高度傳感器包括MEMS高度傳感器陣列，每個MEMS高度傳感器鄰近所述多個針中的相應(yīng)針布置。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中每個MEMS高度傳感器和相應(yīng)的針一起安裝在高度補償壓電致動器上，該高度補償壓電致動器配置成由來自MEMS高度傳感器的輸出信號控制，使得在使用中，所述MEMS高度傳感器和所述針大體上分別與基板保持預(yù)定的距離。
13.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括加熱器，其配置成將所述針加熱到足夠高的溫度，從而在可壓印材料中引發(fā)局部化學反應(yīng)。
14.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述針保持在配置成可振動的安裝件上。
15.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述針陣列保持在配置成可振動的安裝件上。
16.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述針包括輻射發(fā)射區(qū)，輻射發(fā)射區(qū)配置成當所述針處于第一位置時發(fā)出輻射。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述針包括光纖，光纖配置成將輻射從輻射源傳輸?shù)剿鲠樀妮椛浒l(fā)出區(qū)。
18.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述針包括孔，其配置成當所述針處于第一位置時注射固化化學物。
19.如權(quán)利要求2所述的裝置，還包括一組相對彼此以固定結(jié)構(gòu)布置的模板。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述固定結(jié)構(gòu)是棋盤結(jié)構(gòu)，其包括兩行或多行隔開的模板。
21.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述基板臺布置成相對所述針進行掃描。
22.一種壓印光刻裝置，包括可在第一位置和第二位置之間移動的針，所述第一位置是在使用中所述針穿透可壓印材料層的位置，所述第二位置是在使用中所述針從可壓印材料層脫離的位置。
23.如權(quán)利要求22所述的裝置，其中所述針是多個針中的一個，所述多個針一起構(gòu)成壓印模板，每個針配置成可在第一位置和第二位置之間移動。
24.如權(quán)利要求23所述的裝置，所述每個針可獨立地移動。
25.一種壓印光刻的方法，包括使基板或可獨立控制的針陣列相對彼此移動；致動第一組針，使得其穿透基板上的可壓印材料；以及致動不同的第二組針，使得其穿透基板上的可壓印材料；從而在可壓印材料中形成壓印的圖案。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中使致動第一組針以穿透可壓印材料的步驟重復多次，直到在可壓印材料中形成期望的壓印圖案。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其中可壓印材料包括反應(yīng)層和保護層，該方法包括使用致動的針穿透保護層，然后在保護層被穿透的一個或多個位置使反應(yīng)層固化。
28.如權(quán)利要求5所述的方法，其中可壓印材料包括三層或更多層，其布置成使得不會彼此反應(yīng)，該方法包括使用致動的針混合這三層，使得至少兩層彼此反應(yīng)，從而開始固化處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種壓印光刻，包括針和基板臺，所述基板臺配置成保持待壓印的基板，其中針可在第一位置和第二位置之間移動，所述第一位置是在使用中所述針穿透基板上的可壓印材料層的位置，所述第二位置是在使用中所述針從基板上的可壓印材料層脫離的位置，所述基板臺和所述針配置成使得一個相對另一個被掃描。
文檔編號G03F7/00GK1866128SQ200610079880
公開日2006年11月22日 申請日期2006年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月16日
發(fā)明者J·洛夫 申請人:Asml荷蘭有限公司