CN106030756A - 用于局部区域压印的非对称模板形状调节 - Google Patents

用于局部区域压印的非对称模板形状调节 Download PDF

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Abstract

本发明提供用于局部区域压印的系统及方法，以使压印模板非对称地调整以容许在与该模板中心间隔开的位置处与基板上的一局部区域初始地接触。

Description

用于局部区域压印的非对称模板形状调节
相关申请的交叉引用
本申请案根据35U.S.C.§119(e)(1)要求于2013年12月31日提出的美国临时申请案第61/922,431号之权益；该文的全部内容通过引用纳入本文。
背景信息
纳米制造包括制造具有100纳米或更小的特征之极小结构。纳米制造已具有可观影响的一应用是用于加工集成电路。该半导体加工工业持续致力于较大的生产量，同时增加基板上形成的每单位面积之电路；因此纳米制造变得日益重要。纳米制造提供较佳的制造控制，同时容许持续地降低所形成结构之最小特征尺寸。开发时已应用纳米制造的其他领域包括生物科技、光学技术、机械系统等。
今日所使用的一示例性纳米制造技术是为通常所说的压印光刻术(imprintlithography)。示例性压印光刻制程于多数公开案中详加说明，诸如美国专利第8,349,241号，美国专利公开案第2004/0065252号以及美国专利第6,936,194号，以上各文的全部内容通过引用纳入本文。
于每一前述的美国专利公开案及专利中揭示的压印光刻技术包括于一可成型(可聚合)层中构成浮雕(relief)图案以及将与该浮雕图案相对应的一图案转印进入下面的基板。该基板可与一移动平台耦合以达到需要的定位，有助于该图案化制程。该图案化制程使用一与该基板间隔开的模板，以及在该模板与该基板之间施用的一可成型液体。该可成型液体经固化以构成一坚硬层，该层具有图案，所述图案与该成型液体接触之与该模板之表面的一形状相符合(conform)。在固化后，该模板与该坚硬层分开，使得该模板与该基板是为间隔开的。该基板及该固化层接着进行附加的制程以将浮雕影像转印入该基板，其与该固化层中的图案相对应。
附图简述
为了能够详细地了解本发明之特征及优点，通过参考附图中所显示的具体实施例可完成本发明之具体实施例的一更加特别的说明。然而，应注意的是附图仅显示本发明之典型的具体实施例，并不因此视为限定其范畴，因为本发明可允许其他等效的具体实施例。
图1显示具有一模板及一与一基板间隔开的模具的一光刻系统的简化侧视图。
图2显示于图1中所示基板的简化视图，所述基板上具有一图案化层。
图3显示在一标准硅晶圆基板上的一典型区域布局，包括全区域与局部区域。
图4A显示在全区域位置处对称地朝向一基板进行弯曲的一压印光刻模板的简化横截面视图。
图4B显示在一局部区域位置处对称地朝向一基板进行弯曲的一模板的简化横截面视图。
图4C显示图4B之该模板与基板的放大视图。
图5显示根据本发明之一具体实施例，在一局部区域位置处非对称地朝向一基板进行弯曲的一模板的简化横截面视图。
图6显示根据本发明之一具体实施例，用于模板之非对称形状调节的一模板及致动系统的一简化俯视视图。
图7是为图6之该模板及一致动器的简化横截面视图，该模板非对称地朝向一基板进行弯曲。
图8显示根据本发明之另一具体实施例，一基板及一致动器的横截面视图。
图9显示根据本发明之又一具体实施例，一基板及一致动器的横截面视图。
图10显示图7之该模板及一致动器的简化横截面视图，该模板是相对于该基板倾斜。
图11显示根据本发明之一进一步具体实施例，在一局部区域位置处对称地背向一基板进行弯曲的一模板的简化横截面视图。
详细描述
参考附图，并特别地参考图1，图中所示是用以在基板12上构成一浮雕图案的一光刻系统10。基板12可与基板卡盘14耦合。如图所示，基板卡盘14是一真空卡盘。然而，基板卡盘14可为任何卡盘，包括但不限于真空、插销型式、沟槽型式、静电的、电磁的和/或相似的型式。示例卡盘如美国专利第6,873,087号所述，其以参照方式并入本文中。
基板12及基板卡盘14可进一步地由平台16支撑。平台16可提供沿着x、y及z轴的平移运动和/或转动。平台16、基板12及基板卡盘14亦可设置在一底座上(未显示)。
模板18与基板12间隔开。模板18可包括一主体，所述主体具有第一侧面及第二侧面，且一个侧面具有自其延伸朝向基板12的一台面20。台面20上具有一图案化表面22。再者，台面20可称作模具20。或者，模板18可形成为不具台面20。
模板18和/或模具20可由下述材料形成：所述材料包括但不限于熔凝石英、石英、硅、有机聚合物、硅氧烷聚合物、硼硅酸盐玻璃、氟碳聚合物、金属、硬化蓝宝石和/或相似物。如图所示，图案化表面22包含由多个间隔开的凹槽部分24和/或突出部分26限定的特征，但本发明之具体实施例并未限定在该等构造(例如，平坦的表面)。图案化表面22可限定形成将于基板12上形成的一图案之基础的任何原始的图案。
模板18可与卡盘28耦合。卡盘28可构造成但不限于真空、插销型式、沟槽型式、静电的、电磁的和/或其他相似的卡盘型式。示例性卡盘进一步地如美国专利第6,873,087号所述，其以参照方式并入本文中。再者，卡盘28可与压印头30耦合，使得卡盘28和/或压印头30可构造成有助于模板18的移动。
系统10可进一步包含一流体分配系统32。流体分配系统32可用以在基板12上沉积可成形的材料34(例如，可聚合材料)。可成形的材料34可使用诸如滴落分配、旋转涂布、浸涂布、化学蒸气沉积(CVD)、物理蒸气沉积(PVD)、薄膜沉积、厚膜沉积和/或相似者的技术设置在基板12上。取决于设计考虑，可成形的材料34可在模具22与基板12之间限定一需要容积之前和/或之后沉积在基板12上。可成形的材料34可为功能性纳米颗粒，用于生物领域、太阳能电池工业、电池工业，和/或其他需要功能性纳米颗粒的工业。例如，可成形的材料34可包含单体混合物，如于美国专利第7,157,036号及美国专利公开案第2005/0187339号中说明，二者以参照方式并入本文中。或者，可成形的材料34可包括但不限于生物材料(例如，PEG)、太阳能电池材料(例如，N型，P型材料)和/或相似者。
参考图1及2，系统10可进一步包含耦合的能量来源38，沿着路径42引导能量40。压印头30及平台16可构造成将模板18及基板12定位与路径42重迭。系统10可通过处理器54调整，所述处理器54与平台16、压印头30、流体分配系统32和/或来源38连通，并可在储存于存储器56中的计算机可读的程序来操作。
无论是压印头30、平台16或二者改变介于模具20与基板12之间的一段距离，以限定其间由可成形材料34填注的所需容积。例如，压印头30可对模板18施加一力，使得模具20接触可成形的材料34。在所需容积用可成形的材料34填注后，来源38产生能量40(例如，紫外光辐射)，致使可成形的材料34固化和/或交联以符合基板12之表面44及图案化表面22的形状，在基板12上限定图案化层46。图案化层46可包含一残留层48以及多个显示为突出部分50及凹槽部分52的特征，突出部分50具有一厚度t1及残留层具有一厚度t2。
该以上提及的系统及制程可进一步地用于在美国专利第6,932,934号，第7,077,992号，第7,179,396号及第7,396,475号中提到的压印光刻制程及系统，所有专利以全文参照方式并入本文中。
本发明包括以上提及的系统与制程之方面及元件，鉴于本说明内容这对本领域普通技术人员而言显而易见的，并特别地提供在一基板上压印局部区域的系统及方法。半导体工业对于局部区域特别地感兴趣，其中典型的基板是直径300毫米的硅晶圆。局部区域一般而言指与典型地位于或接近该晶圆边缘处的压印区域，其由少于全部面积的区域组成，所述全部面积本来可用主题压印模板的整个图案化表面(即，压印区域)进行压印。为了让一晶圆所能够生产的半导体装置的百分比最大化，需要压印该局部区域。局部区域能够根据与晶圆部分重迭的该压印区域之面积进一步分类成2个子类，也就是，(i)具超过50％(>50％)面积覆盖的区域，以及(ii)具小于50％(<50％)面积覆盖的区域。参考图3，显示具有全区域(区域1-64)的一晶圆，>50％局部区域(区域65-67，72-74，79-81，以及86-88)，以及<50％局部区域(区域68-71，76-78，82-85，89-92)。在局部区域上压印是一独特的挑战，其中在该模板上的该图案化表面(亦即，压印区域)定位与该晶圆紧密地接近，并不存在整个地出现于该模板与该晶圆之间的可成形的材料(亦即，压印流体)。
本发明包括以上提及的系统与制程之方面及元件，鉴于本说明内容，这对本领域普通技术人员是显而易见的，并特别地提供通过相对于该模板之中心非对称地调节该模板之形状，在一基板上压印局部区域的系统及方法。此非对称模板调节有助于避免该模板与该基板之边缘之间的接触，或模板与未沉积或以其他方式建立该可成形的材料的该基板的任何区域之间的接触。这是重要的，不仅避免模板损害并将模板使用寿命达到最大程度，而且使该压印的局部区域及接续的压印区域中，包括另外的局部区域和/或该基板外部的全区域，出现缺陷的情况降至最低。应理解的是本文中所参考的晶圆之局部区域压印作业的系统及方法仅为示例性的，并且该等系统及方法亦可适用在压印其他型式、尺寸及形状的基板，以及用于其他工业。
例如，于美国专利公开案第U.S.2008/0160129号中已说明调节压印模板成一凸面形状用于改良压印制程期间压印流体填注作业，其以全文参照方式并入本文中。然而，使用该方法用于压印局部区域，特别是小于50％(<50％)覆盖的局部区域，能够致使该模板之该最低挠曲点位于超出该晶圆之该边缘的一位置处。如此，进而能够致使该模板的一部分在该压印区域的其他部分与沉积在该晶圆表面上的压印流体接触之前首先物理地碰触该晶圆之该边缘。如先前提及，如此能够导致于接续的压印区域中模板损害和/或产生缺陷。由于事实上，未有任何物理边界以控制该压印流体扩散，所以在局部区域压印作业上产生附加的限制，典型地，需要限制压印流体之沉积至大约距该晶圆边缘1毫米。沉积压印流体直到该晶圆边缘会导致压印材料挤压超出该局部区域的所需的压印面积，造成积聚在该模板上的剩余材料或挤压部分，这会在接续的全区域压印中形成缺陷。然而，以此方式限制压印流体之沉积，让该晶圆之该等边缘部分无压印流体。于是，假若压印区域的任何部分这样直接与该晶圆边缘或无压印流体的边缘部分接触，有潜在的风险会对该模板造成永久的损害。
参考图4A，当对晶圆12上进行全区域压印作业时，模板18(通过一模板卡盘固持，未显示)可对称地朝向晶圆12进行弯曲，从而对压印流体液滴34呈现一凸状表面，用于有效地将液滴扩散。能够由图4A知道，利用该对称性弯曲，模板18之该最低挠曲点沿着中心轴z1。然而，针对局部区域压印作业，并且特别是小于50％之全区域面积(<50％)的局部区域压印作业，该模板18朝向晶圆12之对称性弯曲能够致使模板18接触晶圆边缘13，如图4B-4C中所显示。
现参考图5，显示本发明用于压印局部区域之一示例性方法。如图所示，模板18(同样地通过一模板卡盘固持，未显示)重迭地位于经压印的该局部区域内，并非对称地朝向该晶圆挠曲，使得模板18之最大或最低挠曲点P位于沿着轴z2，该轴z2与该模板18及模板卡盘(未显示)之中心轴z1平行但与其间隔开。此最低挠曲点P离开中心轴z1的移动确保当模板18降低接触晶圆12时，模板18将初始接触位于该局部区域中的压印流体34，同时避免该模板与晶圆边缘13之不良的接触。
该模板之非对称挠曲或弯曲能够通过使用一致动系统而完成，该系统对夹定模板施加校准、局部化力以引起该非对称挠曲或弯曲。适合的致动系统包括但不限于气动系统、压电致动器、以及相似设备。转向图6，根据一具体实施例模板18是显示为具有一致动系统。夹定模板18包括圆形凹入部分20，具有相对于该凹入部分20位在中心处的矩形压印区域21，以及致动器61、62、63及64设置成接近该模板卡盘(未显示)，并与凹入部分20重迭，且环绕压印区域21。致动器61、62、63及64进一步地设置成接近压印区域21之对应的侧面。通过将致动器61、62、63及64设置成接近但在压印区域21之外，维持至压印区域21的一清楚光学路径，容许传输光化辐射用于固化压印流体。例如通过一控制器(未显示)，致动器61、62、63及64之每一个能够独立地致动，从而顶着凹入部分20供给一局部化力。通过单独地或组合地改变致动器61、62、63及64中启动的致动器，能够将模板18非对称地弯曲或挠曲成不同的构造。
模板18上该最低或最大的挠曲点能够通过该致动系统施加力的大小，以及施力(或多个力)之位置控制，并进一步取决于接近该压印区域的该凹入部分空心(core－out)处该模板18之材料与厚度t。例如，图7显示模板18在接近该压印区域处之凹入部分20具有厚度t。致动器63位于距模板18之中心轴z1距离‘r’处，以及对凹入部分20施力F产生非对称挠曲，使得该最低挠曲点P沿着轴z2并与中心轴z1间隔开一段距离。再者，该致动器能够通过如于本文所说明构造成致动该致动器的控制器(未显示)所控制。
在某些变化形式中，该致动系统能够由具有设置成与该模板之背侧紧密地接近的气动端口或槽缝的致动器组成。在图8之该具体实施例中，致动器62a包括与槽缝74流体连通的气动端口72，槽缝74开放向模板18之凹入部分20。该致动器设置成距凹入部分20为高度h处。该气动端口与一加压空气或气体系统(未显示)流体连通。增加槽缝74有助于使致动器62a长度的该压力分布均匀一致。能够通过致动器62a施加至模板凹入部分20的该致动力的大小可通过改变高度h以及经由端口72施加的该输入压力P来控制。
可任择地，该致动系统能够利用压电致动器。在图9之该具体实施例中，致动器62b包括一压电致动器82之阵列，其设置成接触模板18之凹入部分20之背侧。无论是单独地还是与附加致动器(未显示)中的压电致动器组合地，可通过选择性地启动一个或多个压电致动器82，完成模板18之非对称调节。
参考图1及6，当压印局部区域时，该晶圆上的该局部区域相对于该模板18上压印区域的取向的尺寸及位置(亦即，其尺寸与坐标)将支配可启动哪个致动器61、62、63、65以及以多大的强度来启动，从而控制该局部区域内模板18与压印流体34之间该初始接触点。当一已知致动器之该致动强度增加时，挠曲距该压印流体之该中心的偏移‘a’增加，从而确保该模板首次碰触压印流体在该受压印的局部区域内侧，如于图7中进一步地显示。
利用模板之非对称挠曲或弯曲，该初始接触点能够控制在该受压印的局部区域内。在该压印流体以液滴方式沉积时，接触的液滴将扩散及聚结以及流体前缘将由初始的接触点向外朝向该压印流体之边界扩散。由于该晶圆与该模板之间的相对曲率，该扩散速度将为非对称的。因此，除了本文中说明的非对称形状调整之外，该模板能够进一步地相对于该晶圆倾斜，如在图10之该具体实施例中所显示，从而控制该流体扩散速度以及增加介于模板18之未与压印流体34接触的该凹入部分20与晶圆边缘13之间的该段距离或高度h。再者，增加模板18与晶圆12之间的高度h有助于防止与晶圆12实体接触形成的模板18损害。
另一压印局部区域的方法包含使用该模板之该背部上的控制低真空度来产生模板的一凹面轮廓。如此确保当接触该晶圆时，该模板之该最低点是为该压印流体的四个角落。所使用的该真空程度视该模板平台高度、该模板上该空心跨距及空心厚度而定。该方法的一具体实施例在图11中显示。模板18之凹入部分20包含该压印流体，其承受经控制的低真空压力，产生该凹入部分20离开晶圆12，且重要地离开边缘13的一凹面挠曲。介于该模板18与压印流体之间的初始接触位于凹入部分20局部压印区域的该角落处。当模板18之凹入部分20的背部上的真空压力松弛时，凹入部分20之该挠曲是逐渐地降低，使该流体前缘能够朝向该压印流体之该中心扩散。如此压印方法亦能够与如本文先前说明的模板倾斜作业结合，以增加模板与晶圆之间该段距离，以及避免模板与晶圆接触。
根据说明书，不同方面的其它修改和替代实施方式对于本领域普通技术人员而言是显而易见的。因此，此说明视为仅具说明性的。应了解的是与此显示及说明的该等形式是采用作为具体实施例之实例。元件及材料可取代该等于此所说明及描述者，部件与制程能够反向，以及可独立地利用某些特性，所有这些对于本领域普通技术人员而言都是显而易见的。可在不偏离下文权利要求所述的精神和范围之内，对本文说明的元件作改变。

Claims (13)

1.一种用于压印基板之局部区域的纳米压印光刻系统，该系统包含：
一模板卡盘，所述模板卡盘构造成维持压印光刻模板，该模板卡盘具有中心轴，所述中心轴相对于该模板卡盘垂直地进行取向，并且当模板维持于所述模板卡盘上时，所述中心轴通过该模板之中心；以及
设置成与该模板卡盘接近并且在与该中心轴间隔开之位置的多个致动器，所述致动器中的每一个都能够向该维持的模板提供力，以使该被维持的模板的部分远离该模板卡盘而挠曲；以及
一控制器，其构造成使所述致动器以下述方式致动：使得该被维持的模板的一部分非对称地远离该模板卡盘而挠曲，以使该模板之最大挠曲出现在与该中心轴间隔开的一位置。
2.如权利要求1所述的纳米压印光刻系统，其中该维持的模板进一步包括压印区域，以及其中所述致动器进行进一步设置以配置在该压印区域之外。
3.如权利要求1所述的纳米压印系统，其中所述控制器进一步构造成根据在基板上待压印的已知局部区域的坐标与尺寸，控制由每一致动器所施加的力大小。
4.如权利要求1所述的纳米压印系统，其中该控制器进一步构造成根据该维持的模板之材料与厚度，控制由每一致动器所施加的力大小。
5.如权利要求1所述的纳米压印光刻系统，其中该模板卡盘可绕着与该维持的模板平行并垂直于该中心轴的一轴转动，从而容许该模板卡盘以及维持于其上的模板相对于基板倾斜，所述基板与该模板卡盘及维持的模板重迭配置。
6.如权利要求1-5中任一项所述的纳米压印光刻系统，其中该致动器包含气动端口或槽缝，其提供加压空气或气体作为致动力。
7.如权利要求1-5中任一项所述的纳米压印光刻系统，其中该致动器是压电致动器。
8.一种用于压印基板之局部区域的方法，该方法包含：
提供具有中心的压印光刻模板，该中心限定中心轴，所述中心轴在与该模板垂直的一方向上通过该中心；
设置该压印光刻模板，使得该压印光刻模板的一部分与该基板上的局部区域重迭；
在该基板的该局部区域上沉积可聚合的材料；
改变该模板之形状，使得该模板的一部分非对称地朝向该基板的该局部区域进行弯曲，并且该弯曲部分之最大挠曲出现在与该中心轴间隔开的一位置；
使该沉积的可聚合材料与该模板接触；以及
使该可聚合材料固化以在该基板上形成局部区域压印。
9.如权利要求8所述的方法，其中该模板与可聚合材料之间的初始接触点在与该中心轴间隔开的位置处。
10.如权利要求8或9所述的方法，其进一步包含将该模板相对于该基板倾斜的步骤。
11.一种用于压印基板之局部区域的方法，该方法包含：
提供具有中心的压印光刻模板，该中心限定中心轴，所述中心轴在与该模板垂直的一方向上通过该中心；
设置该压印光刻模板，使得该压印光刻模板的一部分与该基板上的局部区域重迭；
在该基板的该局部区域上沉积可聚合的材料；
改变该模板之形状，使得该模板之一部分远离该基板之局部区域而进行凸面地弯曲；
在与该模板之该中心轴间隔开的一个或多个位置处，使该沉积的可聚合材料初始地接触该模板；以及
使该可聚合材料固化以在该基板上形成一局部区域压印。
12.如权利要求11所述的方法，其中该改变形状的步骤进一步包含对该模板施以背压。
13.如权利要求11或12所述的方法，其进一步包含将该模板相对于该基板倾斜的步骤。
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