專利名稱：具有改進的監(jiān)測和控制的壓印光刻術及其設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及壓印光刻術，壓印光刻術借助把模壓表面壓入可塑表面，使模具圖壓印在有可塑表面的工件表面上。更具體說，本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測和控制壓印光刻術的方法和設備，這種壓印光刻術對壓印有微尺寸或納米尺寸的線條特別有用。
背景技術：
在襯底上形成微小線條的方法，對制作許多電子的、磁的、機械的、和光學的裝置，以及生物分析和化學分析的裝置，是十分重要的。該種方法，例如可用于定義微電路的線條和結構，以及平面光波導和有關光學裝置的結構及工作線條。
光學光刻術是形成這種線條的常規(guī)方法。在襯底表面涂上一層光致抗蝕劑薄層，并使光刻膠中選擇的部分在光的圖中曝光。然后，對光刻膠顯影，露出已曝光的襯底上需要的圖，供進一步處理，例如蝕刻處理。光學光刻術處理過程的難點在于，分辨率受光波長、光刻膠及襯底中的散射、和光刻膠厚度及性質的限制。因此，隨著需要的線條大小變得更小，使光學光刻術變得更加困難。還有，光刻膠的涂布、顯影、和去除，是相對緩慢的步驟，限制了生產(chǎn)的速度。
而壓印光刻術，根據(jù)的是基本上不同的原理，能提供高的分辨率、高的生產(chǎn)能力、低的成本、和可能覆蓋的大的面積。在壓印光刻術中，有細小線條的模具，壓在有可塑表面(例如涂布光刻膠的襯底)的工件上。模具上的線條，使可塑的光刻膠膜的形狀變形，使膜的形狀按照模具的線條變形，并在膜表面形成隆起的圖。模具撤除之后，處理已形成圖的薄膜，除去已變薄的部分。該除去步驟露出下面的襯底，供進一步處理。使用機械壓力來實施下壓步驟，這種壓印能在12平方英寸量級的面積上，以高度的均勻性，壓印25納米以下的線條。關于更多的細節(jié)，見1998年6月30日頒發(fā)給Stephen Y.Chou的美國專利No.5,772,905，本文引用該專利，供參考。
如果高精度機械壓力提出的容差問題能夠克服，則能實現(xiàn)甚至更高分辨率、更大面積的壓印光刻術。這個問題能夠用正向液壓，把模具表面與可塑表面一起加壓來解決。因為液壓是等壓的，在加壓步驟中沒有明顯不平衡的側向力。關于更多的細節(jié)，在2002年11月19日頒發(fā)給Stephen Y.Chou的美國專利No.6,482,742中闡明，該專利的標題為“Fluid Pressure Imprint Lithography”，本文引用該專利，供參考。用于液壓壓印光刻術的效果良好的設備，在Stephen Chou等人2003年8月8日申請的美國專利申請序號No.10/637,838中說明，本文引用該申請，供參考。
還能夠把模具直接壓入襯底表面實現(xiàn)壓印光刻術，為此要提供襯底表面是可塑表面的工件。例如，可塑表面可以是構成裝置一部分的材料，諸如有機光發(fā)射材料、有機導電材料、絕緣體、或低K的介電材料。作為另一個例子，硅的工件能夠用納米尺寸的圖直接壓印。模壓表面緊鄰要模壓的硅表面放置。用激光輻射輻照硅表面，使硅軟化或液化，然后把模壓表面壓入軟化的或液化的表面。關于更多的細節(jié)，見美國公開的專利申請序號No.2004/0046288，由Stephen Chou于2003年3月17日申請，標題為“Laser Assisted Direct ImprintLithography”，本文引用該申請，供參考。
由于壓印光刻術潛在的高速、高分辨率制作大量重要產(chǎn)品的能力，所以有必要監(jiān)測并研究壓印光刻術的處理過程、優(yōu)化處理過程的參數(shù)、優(yōu)化材料成分、和實時地控制處理過程。本發(fā)明提供一種達到這種監(jiān)測、優(yōu)化、和控制的效果良好的方法。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明，是在模具圖壓印在工件表面上的方法中，監(jiān)測或測量至少一個參數(shù)。監(jiān)測或測量的實施，是通過a)提供有模壓表面的模具，該模壓表面的構造，至少能壓印測量用的測試圖；b)通過把模壓表面壓入可塑表面，使測試圖壓印在可塑表面上；c)至少在一部分壓印期間，用輻射照射測試圖，并監(jiān)測或測量從測試圖散射、反射、或透射的輻射中至少一個分量，以監(jiān)測或測量壓印的至少一個參數(shù)。壓印步驟通常包括把靠近工件的模具，以模具的模壓表面緊鄰可塑表面放置；把模壓表面壓入可塑表面；和把模壓表面與可塑表面分離，使模壓表面的壓印圖留在可塑表面。在許多情況下，加壓能夠通過加熱可塑表面實施，而壓印圖的保持，可以借助使變形的表面材料冷卻或固化。此外，處理過程的控制，能夠通過檢測輻射分量、從檢測的信號產(chǎn)生反饋控制信號、最后該反饋控制信號實時地控制壓印處理過程。本發(fā)明還包括效果良好的設備，供上述監(jiān)測、測量、和控制壓印光刻術方法使用。


結合本文并構成說明書一部分的附圖，表明本發(fā)明的一個或多個實施例，并與說明一起，用于解釋本發(fā)明的原理。附圖僅用于說明本發(fā)明一個或多個優(yōu)選實施例的目的，不應認為是對本發(fā)明的限制。
附圖中圖1A至1E示意畫出壓印處理過程及材料的不同階段，這些不同階段，是本發(fā)明說明的計量學方法需要監(jiān)測的。
圖2示意畫出按照本發(fā)明一個實施例的測量設備。
圖3畫出按照本發(fā)明示范實施例的被測量的結構。
圖4是示例性測試圖的掃描電子顯微鏡像，在本發(fā)明示范實施例的模具上使用該測試圖。
圖5按照本發(fā)明示范實施例，畫出實驗布局的簡圖。
圖6表明用圖5所示實驗獲得的測量數(shù)據(jù)。
圖7按照本發(fā)明示范實施例，畫出計量學器械的示意方框圖。
圖8按照本發(fā)明示范實施例，畫出處理系統(tǒng)的示意方框圖。
圖9是曲線圖，表明用圖5的布局獲得的測量數(shù)據(jù)。圖上表明，處理溫度對模具深入光刻膠速度的影響。
圖10以曲線表示用圖5的布局獲得的測量數(shù)據(jù)。圖上表明，處理壓力對模具深入光刻膠速度的影響。
圖11以曲線表示用圖5的布局獲得的測量數(shù)據(jù)。圖上表明，預壓印光刻膠烘烤條件對模具深入光刻膠速度的影響。
圖12以曲線表示用圖5的布局獲得的測量數(shù)據(jù)。圖上表明，不同的初始光刻膠膜厚度對模具深入光刻膠速度的影響。
圖13A畫出按圖5的布局，不同的光刻膠折射率對測量的影響(模擬的)。數(shù)據(jù)是用標量衍射理論計算的。
圖13B畫出用圖5所示實施例獲得的測量數(shù)據(jù)。圖上畫出光刻膠折射率對測量的影響。
圖14畫出用圖5的布局獲得的測量數(shù)據(jù)。圖上表明，模具線條的不同(在本例中是線寬)對模具深入光刻膠(有不同的初始膜厚度)速度的影響。
圖15畫出用圖5的布局獲得的測量數(shù)據(jù)。圖上表明本發(fā)明在壓印處理過程控制中的應用；和圖16是示意方框圖，畫出按照本發(fā)明監(jiān)測或控制壓印光刻術所涉及的步驟。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及監(jiān)測和/或控制壓印光刻術的處理過程及材料的方法。借助測量和分析被一組與壓印有關的微觀測試線條散射的輻射，能夠在現(xiàn)場或在現(xiàn)場外測量或檢測壓印的參數(shù)和材料的性質，并能產(chǎn)生反饋或控制信號，控制壓印處理過程及其結果。本發(fā)明還針對在現(xiàn)場或在現(xiàn)場外監(jiān)測壓印處理過程及材料的方法及設備。
這些方法包括
1)提供一種模具，上面至少有一組測試表面隆起的線條，該測試表面隆起的線條，可以包括光柵、兩維陣列、有不規(guī)則或任意定義形狀的結構、或三維結構；2)在壓印處理過程期間，用輻射(單色的或在波長譜中寬頻帶的)照射該測試表面隆起的圖，壓印處理過程通常包括把模具帶到待形成圖的工件近鄰、把模具壓入涂敷在工件表面上的薄膜、把薄膜從粘滯狀態(tài)改變?yōu)榉钦硿顟B(tài)(或相反)、和把模具與光刻膠分離。在某些情況中，需要把工件或襯底上已有的圖與待印刷的新圖對齊。在這種情況中，壓印步驟前需把模具上的圖與已有的圖對準。輻射可以是光(可見的、x射線的、紫外的、或紅外的)、電子束、或離子束。為簡單起見，在本發(fā)明的全部說明中，使用術語光，但應當意識到它包括輻射的其他形式；3)測量從被照射的測試結構和可塑材料散射的光，或者測量通過被照射的測試結構和可塑材料透射(在模具與襯底兩者對該輻射是相對透明的情形)的光；4)從測量的信息抽取有關壓印處理過程及材料的參數(shù)。抽取可以是實時的(在現(xiàn)場)或脫機的(在現(xiàn)場外)。
5)抽取的信息，可以按在現(xiàn)場的方式，產(chǎn)生用于控制壓印處理過程及材料目的的信號。
6)和/或用抽取的信息，研究不同參數(shù)與材料對壓印處理過程的影響。
基于該方法的設備包括1)可獨立應用的計量學器械，該器械根據(jù)抽取的有關壓印處理過程及材料的信息。
2)處理系統(tǒng)，包括壓印器械、計量學器械、和處理過程及材料的控制器。壓印器械適合按照操作因素，實施壓印光刻術。計量學器械適合用輻射(一般是光)照射模具和襯底，并測量散射或透射的輻射，以便抽取有關壓印處理過程及材料的信息。壓印處理過程及材料的控制器，根據(jù)計量學器械獲得的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生信號，實時調(diào)整一個或多個操作參數(shù)。
現(xiàn)在參考附圖，圖16是方框圖，示意表明在有可塑表面的工件上的壓印光刻術中，監(jiān)測或測量和任選的控制所涉及的步驟。方框A所示的第一步驟，是提供有模壓表面的模具，該模壓表面用于壓印供測量用的測試圖。
圖1A畫出其上有測試圖的模具10，測試圖在工件近鄰包括許多有需要形狀的凸起線條16，工件上有可塑的表面。工件包括承載薄的可塑膜層12的襯底14。箭頭20指出模具相對于襯底的運動方向。
下一步驟(圖16的方框B)是對可塑表面進行壓印。這一步驟通常包括把靠近工件的模具，以模具的模壓表面緊鄰可塑表面放置；把模壓表面壓入可塑表面；和把模壓表面與可塑表面分離，使模壓表面的壓印圖留在可塑表面。加壓能夠通過如在前面說明的美國專利No.5,772,905所述，用高精度的機械壓力實現(xiàn)，也能夠通過如在美國專利No.6,482,742所述，用液壓實現(xiàn)，或者使用靜電力或磁力實現(xiàn)加熱可塑表面有利于加壓步驟，而冷卻可塑表面有利于在可塑表面中保持已壓印的圖?？伤鼙∧た梢允枪夤袒牧?，它在光固化前是液體或處于可變形狀態(tài)。如果襯底材料提供的表面是可塑的或能夠使之成為可塑的，例如硅表面可以借助激光軟化，則可塑膜12可以省去。見前述美國公開的專利申請序號No.2004/0046288?？伤鼙砻婵梢允强伤苣せ驑嫵裳b置一部分的可塑體材料。這種可塑材料例子，包括半導體、絕緣體、金屬、無機材料、有機材料、和光發(fā)射材料。
圖1B畫出被推到與襯底14承載的薄可塑膜層12接觸的模具10。薄的可塑膜層12可以包括熱塑合成物、可固化合成物、或其他可塑材料的合成物。薄的可塑膜層12最好能依據(jù)條件的變化，諸如溫度、聚合反應、固化、或輻照的變化，通過物理改變或化學反應，從粘滯狀態(tài)過渡到非粘滯狀態(tài)或相反。最好是，薄的可塑膜層12在它被推到與模具10接觸之前或之后，處在粘滯狀態(tài)。
圖1C和1D畫出模具10上用于壓入薄可塑膜層12的線條16。在線條16已經(jīng)壓入薄可塑膜層12需要的深度后(圖1D)，在被壓印的薄膜例如通過冷卻或固化，允許或導致改變?yōu)榉钦硿顟B(tài)后，在該非粘滯狀態(tài)中移去模具。
圖1E表明脫離薄可塑膜層12的模具10。模具沿箭頭22指示的方向離開，在薄膜12中留下已壓印的線條17。測試線條17一般依從模具上凹陷的線條的形狀。
退回來參考圖16方框C所示的第三步驟，該步驟出現(xiàn)在壓印處理過程期間的某些部分，且通常發(fā)生在加壓步驟，該第三步驟是用輻射(通常是光)照射測試圖的至少一部分。使用相對透明的模具和/或相對透明的襯底，例如使用熔融石英，對照射是有利的。通常的情形是，被壓印的測試線條在光刻膠中形成測試光柵圖。在用光照射時，光柵以能夠被分析的方式，使光散射、反射、或透射，從而給出關于壓印處理過程的信息。通過分析，本方法為測量和研究壓印光刻術，提供計量學的方法。因此，在方框D的步驟中，使用散射或透射輻射的至少一個分量，來監(jiān)測、測量、或研究光刻壓印的至少一個參數(shù)。
方框E所示的下一步驟，是從測量和研究，前進到壓印光刻術的實時的或脫機的控制。在這一步驟中，測量或分析散射、反射、或透射的輻射，產(chǎn)生控制壓印的反饋信號。測量和分析散射或透射的輻射的至少一個分量，以便控制壓印的至少一個參數(shù)。效果良好的做法是，使用一個或多個分量，產(chǎn)生控制壓印的多個參數(shù)的反饋信號。
圖2示意畫出測量壓印參數(shù)和材料性質的計量學方法。使用從輻射源30來的輻射束34(如光束、電子束、或離子束)作為探針，照射組件18的至少一部分，該組件18包括模具10、薄可塑膜層12(它也可以有多層光刻膠結構)、和襯底14(它可以是平的襯底或承載著圖的襯底或結構)。為簡單起見，全部說明中使用術語“光源”或“光”，但應當意識到它包括其他形式的輻射源。
要檢測和分析的光，通常包括反射的分量36(所謂“鏡反射”分量)、透射分量38、和散射分量40(40a、40b、和40c)。為簡化討論起見，術語“散射”光涵蓋所有這些分量，除非另外說明。檢測器32進行光學測量，諸如一個或多個散射分量的強度、相位、或偏振的測量。
光源30可以使用基本上單色的光、白光(寬帶)、或某些波長的其他組合。可以使用任何偏振或任何偏振與非偏振組合的光?？梢允褂萌魏稳肷浣钦丈?。雖然圖2畫出使用來自模具10一側的光束照射組件18，但也可以使用來自襯底14一側的光束照射組件。光源可以用會聚并定向的光束，也可以用非會聚的寬光束。有用的光波長范圍，從1nm到100μm。有用的電子束波長范圍，從0.001nm到10μm。而有用的離子束波長范圍，從0.00001nm到10μm。被探測的線條(該線條可以在模具上、在襯底上、或在光刻膠中)的尺寸，寬度通常從0.1nm到500μm，深度通常從0.1nm到100μm。
散射光性質(profile)(即它的角分布、強度、相位、和偏振)取決于1)入射光34的性質(即它的入射角、強度、波長、相位、和偏振)；2)模具10、薄可塑膜層12、和襯底14的材料和成分；3)模具10上的圖和被照射的薄可塑膜層12中圖的特征(即形狀、高度、模具線條擠入光刻膠的深度、排列、和相對取向)。
憑借測量和分析散射光的性質，能夠抽取關于壓印處理過程的參數(shù)和材料的信息。這些參數(shù)包括，但不限于光刻膠中模具線條的擠入度；模具相對于襯底的運動速度；模具與光刻膠膜之間的間隙；模具與襯底之間的間隙；包括粘滯性及聚合度的光刻膠膜狀況；模具與襯底之間的平行度；模具與襯底的相對取向；從先前處理得到的模具線條與襯底上線條之間的重合精度；和模具、襯底、及光刻膠形狀的變化。能夠測量的光刻膠狀況，包括應力、變形、成分、粘滯性、流動速度、流動方向、相變、聚合度、聚合物交聯(lián)度、硬度變化、和光學性質變化。
上述測量可以實時和在現(xiàn)場實施，也可以脫機和在現(xiàn)場外實施。從上述測量抽取的信息，能夠用于在現(xiàn)場或在現(xiàn)場外，分析和控制壓印器械、壓印處理過程、和壓印材料。
在現(xiàn)場從上述品質鑒定獲得的信息，能夠用于實時控制各種參數(shù)，諸如模具與襯底之間的相對位置(x、y、z、θ、拉伸和左右搖擺-所有6個可能的自由度)、壓印速度、壓印壓力、壓印溫度、模具的變化、和襯底與模具之間局部和全面的對準。
能夠修改本發(fā)明上述計量學器械，以適應具體的實施方案。例如，可以設計模具上測試的線條，以增強特定衍射級中散射光的強度，優(yōu)化特定參數(shù)的測量，諸如光刻膠中模具的擠入度。
圖3到圖6畫出檢測光刻膠中模具擠入度的實施例。
圖3畫出被探測光34照射的組件的具體例子。模具10是透明的模具，由0.5mm厚的熔融石英襯底制成，背面拋光。測試線條是一組光柵基元，周期1μm，線寬650nm。測試圖的深度約400nm。薄可塑膜層12是熱塑聚合物，具有初始膜厚60及折射率nr＝1.46，而光刻膠在升高的溫度上，能夠轉變?yōu)檎硿顟B(tài)。襯底14是硅。圖4是模具上準備壓印的測試光柵圖的掃描電子顯微鏡像。
圖5畫出測量布局的簡圖。使用He-Ne激光器30作光源。探測光束34的波長是632.8nm，并平行于入射面偏振(探測光束也可以垂直于入射面偏振，或者可以用其他的偏振狀態(tài)，不會顯著改變本實施例的結果)。在該布局中，采用30°的入射角80?？梢圆捎闷渌娜肷浣?。
操作時，在室溫下使模具10與襯底14承載的薄可塑膜層12接觸。光柵調(diào)整到平行于入射平面，用從模具一側來的探測光束，照射組件18。光柵也可以調(diào)整到相對于入射平面的其他方向。
在整個處理過程期間，從外部用液壓把模具壓在襯底上。加熱組件18，升高的溫度能夠把光刻膠轉變?yōu)檎硿顟B(tài)。
因為測試圖是周期性的線條陣列(衍射光柵)，照射引起從光柵散射的許多“級”光束。在本布局中，通常有三級衍射級，包括零級30(亦稱“鏡反射”級)和兩級1級光束40a。
衍射級的相對強度，強烈依賴于模具上的測試光柵對光刻膠的擠入度。當模具線條壓入光刻膠膜，使光柵線之間的溝槽被折射率近似匹配的光刻膠材料填充，1級衍射級的強度將下降。
在本實施例中，用一個光電檢測器32測量1級光束的強度。從該測量中獲得的時間分辨的數(shù)據(jù)，以圖6的曲線表示。該曲線證明了本計量學方法的靈敏度和分辨壓印處理過程不同階段的能力。
在處理過程開始，1級衍射相對高的強度表明，雖然模具在外界壓力下(在整個處理過程期間，施加80磅/英寸2的恒定壓力)，與光刻膠膜接觸，但在開始階段，模具線條沒有壓入光刻膠。后來衍射強度的降低表明，隨著光刻膠被加熱軟化，模具壓入光刻膠。在處理過程結束，接近零的1級衍射強度表明，模具線條完全壓入光刻膠，且光柵線之間的溝槽，被折射率匹配的材料填充。
本例說明，本發(fā)明的計量學方法能以在現(xiàn)場或在現(xiàn)場外的方式，監(jiān)測和研究壓印處理過程。對壓印的關鍵信息(諸如模具在光刻膠中的擠入度、開始和結束點的檢測、和處理過程的速度)，能夠從測量中推出。
圖7是可獨立應用的設備200(計量學器械)的簡化方框圖，該設備可以按照本發(fā)明，監(jiān)測壓印的處理過程和材料。該計量學器械200包括1)照明系統(tǒng)100，用于產(chǎn)生一束或多束探測光束34；2)光學硬件120，用于檢測和測量散射光；和3)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)140，用于處理光學硬件收集的數(shù)據(jù)，并按需要的格式輸出結果。
圖8是處理系統(tǒng)的簡化方框圖，用于按照本發(fā)明實施壓印光刻術。該處理系統(tǒng)包括1)壓印器械100，用于實施壓印光刻術。器械處理因素的參數(shù)(如在所有維度中模具的位置、在所有維度中襯底的位置、模具與襯底之間的重合對準、壓印壓力、和壓印持續(xù)時間)能夠被預設的外部輸入，或按實時方式改變和控制；2)如圖7所示的計量學器械200；和3)處理控制器300，能接收并分析計量學器械200發(fā)送的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生實時控制信號。
圖9到15畫出把圖3到6畫出的實施例，在壓印處理過程和光刻膠性質的品質鑒定中的一些應用，以及在壓印處理過程的控制中的應用。
圖9畫出實驗上有關處理溫度對壓印速度影響的測量結果。在每一情況中，同樣的光刻膠(NP-46)有同樣210nm的初始膜厚60。所有壓印都按80磅/英寸2的相同壓力但不同的處理溫度(30、40、50、60、70、80、100、和120℃)實施。數(shù)據(jù)表明，處理溫度對模具擠入速度有顯著影響。低溫(30和40℃)時，光刻膠依然堅固，僅有施加的壓力不能使光刻膠變形。在較高的溫度時，光刻膠軟化，同時模具能夠以增加的速度壓入光刻膠中。數(shù)據(jù)還表明，本發(fā)明說明的計量學方法，對檢測作為溫度變化結果的壓印速度變化，和光刻膠狀態(tài)的變化(從固態(tài)到軟化狀態(tài))，有足夠高的靈敏度。
圖10畫出實驗上有關處理壓力對壓印速度影響的測量結果。在兩種情況中，光刻膠(NP-46)有相同210nm的初始膜厚60。兩次壓印是在60℃的相同處理溫度但不同的處理壓力(80和100psi)下實施。圖10畫出在100磅/英寸2時，壓印所用時間比更低的80磅/英寸2壓力更短。數(shù)據(jù)還表明，本文說明的計量學方法，對指示作為壓力變化結果的壓印速度變化，有足夠高的靈敏度。
圖11畫出實驗上有關預壓印光刻膠烘烤條件，對壓印速度及對光刻膠性質影響的測量結果。在每一情況中，光刻膠(NP-46)薄膜有相同210nm的初始膜厚60。所有壓印都是在70℃和80磅/英寸2下實施。壓印前，膜用相同的90℃溫度但不同的持續(xù)時間烘烤。一個樣品在旋轉涂布后及壓印前不烘烤；另外三個樣品分別烘烤15、30、和60分鐘。光刻膠因為烘烤，排出旋轉涂布的薄膜中的溶劑，所以烘烤結果稍稍改變光刻膠的性質(例如玻璃相變溫度Tg)。圖11表明，烘烤時間越長，把模具完全壓入需要的時間也越長。圖11還表明，本發(fā)明說明的計量學方法，能夠檢測烘烤對光刻膠性質的影響。
圖12畫出初始光刻膠膜厚60對壓印速度的影響。所有壓印都是在60℃和80磅/英寸2下實施。光刻膠(NP-46)薄膜有不同的初始厚度(200、400、和600nm)。壓印前，它們都在90℃下烘烤24小時。對較厚的膜，有更多的光刻膠可用于填充模具圖中的“空隙”，且模具與襯底之間的“縫”將變得更大，使光刻膠更容易流進模具圖中的空隙。結果是，增加初始膜厚60，有助于提高處理過程的速度。這一效應能夠容易地用本文說明的計量學方法檢測。
圖13A和13B分別是模擬的及實驗的曲線，這些曲線表明光刻膠折射率與壓印測試結果的關聯(lián)。當壓印中使用不同折射率的光刻膠時，折射率可以影響測量的特征。模具深入比(Rp)定義為伸進模具溝槽的光刻膠高度76與模具溝槽深度74之比。在壓印期間，模具深入比從0增加到1。壓印開始時，沒有光刻膠伸進模具的溝槽，所以深入比是0；壓印結束時，溝槽完全被光刻膠填充，所以深入比是1。
圖13A是對兩種不同折射率(1.46和1.58)的光刻膠，用標量衍射模型計算的模擬結果，圖上畫出作為模具深入比函數(shù)的模擬的1級衍射強度(歸一化)。當光刻膠折射率nr與模具折射率nm完全匹配(nr＝nm＝1.46，如圖13A中的實線所示)時，衍射強度隨增加的Rp連續(xù)下降，并在壓印結束時到達0。但是，當nr與nm之間不匹配時，與壓印結束(Rp＝1.0)對應的衍射強度的最后值，常常比零高。例如，我們已經(jīng)計算了在nr＝1.58的情形(圖13A中的虛線)，該折射率顯著高于模具的折射率(熔融石英，nm＝1.46)。在該情形中，當模具的槽被部分填充(Rp～0.8)時，衍射強度達到零，但當Rp接近它的最后值1.0時，衍射強度向著終點略有增加。
圖13B對兩種不同折射率的光刻膠，表明在壓印處理過程期間，實驗上測量的作為時間函數(shù)的1級衍射強度。在這些實驗中，使用圖4所示同一個光柵模具。使用兩種類型的熱塑聚合物光刻膠No.1聚合物的折射率nr＝1.46；No.2聚合物的折射率nr＝1.58(用橢圓計確定)。在兩種實驗中，聚合物薄膜有相同的～210nm的初始厚度60。由于它們在玻璃相變溫度上的差別，所以兩種光刻膠用不同的條件壓印，使兩種情形下的壓印處理過程，在時間上有可比較的持續(xù)時間。No.1聚合物在100磅/英寸2和60℃溫度下壓印，而No.2聚合物在80磅/英寸2和80℃溫度下壓印。數(shù)據(jù)表明，當nr與nm匹配時，衍射強度在壓印結束時下降到零(No.1聚合物，圖13B中實線)。但是，當nr比nm高時，在模具的槽被完全填充之前，衍射強度到達零，而在壓印結束時，衍射強度接近非零的最終值(No.2聚合物，圖13B中虛線)。實驗與圖13A所示標量衍射模型給出的模擬結果一致。
已說明的計量學方法，還能用于檢測模具圖線條對壓印的影響。一個這樣的例子由圖14所示數(shù)據(jù)說明。在該實驗中，兩個有相同1.0μm周期70和330nm的圖深度74，但有不同的圖線寬72的模具，被用于測試和比較。一個模具(“窄的”)有～330nm的線寬72，而另一個(“寬的”)有～660nm的線寬72。圖14A畫出用這兩個模具，對有～220nm初始厚度60的光刻膠實施壓印的實驗結果。圖14B畫出用這兩個模具，對有～350nm初始厚度60的光刻膠實施壓印的實驗結果。在每一情形中，不同的模具圖產(chǎn)生明顯不同的壓印曲線。圖14A和圖14B表明，本計量學方法能用于檢測模具圖中測試線條(在本例中，是不同的線寬)對壓印的影響。本計量學方法同樣能用于研究其他測試圖線條(諸如圖的尺寸、深度、密度、分布、兩維圖對一維圖、和封閉的圖對敞開的圖)對壓印和光刻膠流動過程的影響。
借助本計量方法的應用，現(xiàn)在能在現(xiàn)場和實時地檢測模具深入的深度。為此，可用如圖8所示處理系統(tǒng)，對壓印處理過程進行更精確的控制。例如，現(xiàn)在能夠控制壓印處理過程的速度和模具的擠入度。在圖15，開始時在較低溫度(～30℃)施加壓力。在該低的溫度下，模具擠入速度是低的。隨后是增加溫度(至～80℃)。光刻膠軟化，模具擠入速度增加。圖15表明，本計量學方法，通過檢測壓印處理過程中出現(xiàn)的處理條件變化的影響，能在現(xiàn)場提供壓印處理過程的控制。當模具圖只需部分地壓入光刻膠需要的深度時，本計量學方法還提供停止壓印處理過程的可能性，從而實現(xiàn)指定深入深度76的可能性。
應當指出，本發(fā)明的方法能使用廣泛的各種測試圖，包括一維或兩維周期陣列，這些陣列包含足夠小的周期，使基本上只有一級衍射。測試圖還可以是三維結構的，或是一組非周期的線條。
照明的輻射可以基本是單色的，可以包括多種波長，也可以包括多種波長的組合。它可以是偏振的(線偏振或橢圓偏振)，可以是隨機偏振的，也可以是非偏振的。照明可以按固定入射角照射，可以按變化的入射角掃描，也可以從多個光源照射。
本處理過程可以效果良好地用于監(jiān)測廣泛的各種壓印處理過程參數(shù)，其中包括光刻膠中模具的擠入、模具相對襯底或工件的運動速度、可塑表面的粘滯性、表面的玻璃相變溫度、表面材料對模具上線條的依從性、表面材料的固化速度、和表面材料的固化度。本處理過程還能提供表面材料流率的測量，而且借助應力靈敏的表面材料，能夠提供表面材料應力的測量。本處理過程指出模具相對于襯底的位移、模具相對于襯底的平行度，還能提供壓印處理過程均勻性的測量。
模具的測試線條可以與模具體是同一種材料，或者可以由不同材料構成，而可塑表面可以是與襯底一樣的材料、與襯底不同的材料、或是復合層，如多層光刻膠。
工件可以承載一種或多種線條圖，這些線條圖是作為功能線條預先形成的，或作為測試線條預先形成的，這些線條可結合模具測試圖使用。為了更精確或提供多種參數(shù)的監(jiān)測，模具可以包括在工件上壓印多種測試圖線條。測量可以是靜態(tài)的或時間分辨的。
雖然已經(jīng)參照優(yōu)選實施例說明本發(fā)明，但本領域熟練人員應當清楚，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下，可以對本發(fā)明在形式上和細節(jié)上作出改變。
權利要求
1.一種在有可塑表面的工件的表面進行壓印的方法中，實施監(jiān)測或測量該方法的至少一個參數(shù)的方法，本方法包括的步驟有提供有模壓表面的模具，用于壓印一組線條，其中包括供測量用的測試圖；對可塑表面進行壓印，包括把模壓表面壓入可塑表面的步驟；至少在一部分壓印步驟期間，用輻射照射測試圖；監(jiān)測或測量從測試圖散射、反射、或透射的輻射的至少一個分量，以監(jiān)測或測量壓印的至少一個參數(shù)。
2.按照權利要求1的方法，其中的測試圖包括一維或兩維的周期性的陣列。
3.按照權利要求2的方法，其中陣列的周期足夠地小，以使它的衍射基本上只有一級衍射。
4.按照權利要求1的方法，其中的測試圖包括三維結構。
5.按照權利要求1的方法，其中的測試圖包括一組非周期性的線條。
6.按照權利要求1的方法，其中的輻射基本上是單色的。
7.按照權利要求1的方法，其中的輻射包括多種波長或由多種波長組合的光。
8.按照權利要求1的方法，其中的輻射包括線偏振光。
9.按照權利要求1的方法，其中的輻射包括橢圓偏振光。
10.按照權利要求1的方法，其中的輻射包括非偏振光或隨機偏振光。
11.按照權利要求1的方法，其中照明輻射的入射角是固定的。
12.按照權利要求1的方法，其中照明輻射的入射角是變化的。
13.按照權利要求1的方法，其中的輻射包括來自掃描光源或多個光源的光。
14.按照權利要求1的方法，其中輻射的至少一個分量，包括輻射的強度。
15.按照權利要求1的方法，其中輻射的至少一個分量，包括輻射的相位。
16.按照權利要求1的方法，其中壓印的至少一個參數(shù)，是光刻膠中模具的擠入。
17.按照權利要求1的方法，其中壓印的至少一個參數(shù)，是模具相對于襯底的運動速度。
18.按照權利要求1的方法，其中壓印的至少一個參數(shù)，選自如下一組參數(shù)，包括表面的粘滯性、表面的玻璃相變溫度、表面材料對模具上線條的依從度、表面材料的固化速度、和表面材料的固化度。
19.按照權利要求1的方法，其中壓印的至少一個參數(shù)，是表面材料的流率。
20.按照權利要求1的方法，其中的表面材料是應力靈敏材料，且其中壓印的至少一個參數(shù)，是表面材料的應力。
21.按照權利要求1的方法，其中側向的壓印的至少一個參數(shù)，是模具相對于襯底的位移。
22.按照權利要求1的方法，其中壓印的至少一個參數(shù)，是模具相對于襯底的平行度。
23.按照權利要求1的方法，其中壓印的至少一個參數(shù)，是壓印處理過程的均勻性。
24.按照權利要求1的方法，其中模具的測試線條，是制作在與組成模具的材料不同的材料中。
25.按照權利要求1的方法，其中的可塑表面，包括多層的光刻膠。
26.按照權利要求1的方法，其中的工件載有一個或多個圖，這些圖可以與模具上的線條結合，用于監(jiān)測和測量的目的。
27.按照權利要求1的方法，其中模壓表面，包括多個供測量用的測試圖。
28.按照權利要求1的方法，其中的測量是靜態(tài)測量。
29.按照權利要求1的方法，其中的測量是時間分辨的測量。
30.一種計量學器械，用于在有可塑表面及一組線條的工件表面進行壓印的方法中，實施監(jiān)測或測量該方法的至少一個參數(shù)，該組線條包括供測量用的測試圖，本器械包括照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)至少在一部分壓印步驟期間，用輻射照射至少一部分測試圖；輻射檢測系統(tǒng)，用于監(jiān)測或測量從照射的測試圖散射、反射、或透射的輻射中至少一個分量；和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，用于分析檢測的輻射分量，以提供壓印方法的至少一個參數(shù)的測量。
31.一種光刻器械，包括壓印器械，用于對有可塑表面及一組線條的工件表面進行壓印，其中該組線條包括供測量用的測試圖；權利要求30所述的計量學器械；和處理控制器，用于分析計量學器械的輸出，并產(chǎn)生輸出信號，以控制壓印器械。
32.按照權利要求31的有雙重用途照明單元的光刻器械，該雙重用途照明單元提供計量學上的輻射，和提供改變可塑表面性質的輻射。
33.一種壓印光刻術方法，用于在有可塑表面的工件表面上，壓印模具圖，本方法包括的步驟有提供有模壓表面的模具，以便壓印一組線條，其中包括供測量用的測試圖；把靠近工件的模具，以模具的模壓表面緊鄰可塑表面放置；把模壓表面壓入可塑表面；和把模壓表面與可塑表面分離，使模壓表面的壓印圖留在可塑表面，其中，至少在一部分加壓步驟期間，用輻射照射至少一部分測試圖，并測量和分析從照射的測試圖散射、反射、或透射的輻射的至少一個分量，以控制壓印處理過程的至少一個參數(shù)。
34.按照權利要求33的方法，其中的加壓是通過機械壓力產(chǎn)生的。
35.按照權利要求33的方法，其中的加壓是通過液壓產(chǎn)生的。
36.按照權利要求33的方法，其中的加壓是借助激光器對表面的輻射，使表面成為可塑的。
37.按照權利要求33的方法，其中的加壓是用靜電或磁力產(chǎn)生的。
38.按照權利要求33的方法，其中的至少一個分量，被用來產(chǎn)生反饋信號，供控制壓印處理過程至少一個參數(shù)使用。
39.按照權利要求33的方法，其中壓印處理過程中至少一個參數(shù)，選自如下一組參數(shù)，包括模具位置、工件位置、模具與工件之間的疊放對準、壓印溫度、壓印壓力、和壓印持續(xù)時間。
全文摘要
一種在壓印光刻術處理過程中測量或監(jiān)測至少一個參數(shù)的處理過程，包括如下步驟提供具有用于壓印測試圖的表面的模具(方框A)；把測試圖壓印在可塑表面上(方框B)；照射測試圖(方框C)；測量散射、反射、或透射的輻射中的分量，以監(jiān)測壓印的參數(shù)(方框D)；和可供選擇地使用測量的輻射分量，控制處理過程的參數(shù)(方框E)。
文檔編號H01S3/00GK1832846SQ200480022853
公開日2006年9月13日 申請日期2004年6月9日 優(yōu)先權日2003年6月9日
發(fā)明者斯蒂芬·Y·舒, 余兆寧 申請人:普林斯頓大學知識產(chǎn)權和技術許可辦公室