CN111148615A - 压印方法和装置 - Google Patents

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Abstract

用于压印的方法、系统和控制器。将可成形材料的液滴施加到基材的压印区域。可成形材料的局部压力在流体‑气体界面处形成。在初始接触时刻使模板上的台面的压印表面的一部分与液滴接触。液滴合并并且朝着压印边缘界面流动。在初始接触时刻之前第一气体流入压印区域。在初始接触时刻之后第二气体流入压印边缘界面和在模板与基材之间的区域。模板和第二气体的流动在与压印边缘界面处的流体‑气体界面相邻的间隙区域的一部分中将可成形材料的局部压力减小到低于可成形材料的蒸气压力。

Description

压印方法和装置
相关申请的引用
本专利申请要求于2017年9月29日提交的美国临时申请序列No.62/565,363的优先权，该美国临时申请通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及用于控制纳米压印系统中的气体的流动的系统和方法。
背景技术
纳米制造包括具有100纳米或更小的数量级的特征的非常小的结构的制造。纳米制造产生了相当大的影响的一种应用是在集成电路的加工中。半导体加工工业继续努力提高生产量，同时增大在诸如半导体晶片之类的基板上形成的每单位面积的电路；因此，纳米制造变得越来越重要。纳米制造提供了较大的工艺控制，同时允许形成的结构的最小特征尺寸的继续减小。
当前使用的示例性纳米制造技术通常被称为纳米压印光刻。纳米压印光刻在各种应用中是有用的，包括例如制造诸如CMOS逻辑、微处理器、NAND闪存、NOR闪存、DRAM存储器、MRAM、3D交叉点存储器、Re-RAM、Fe-RAM、STT-RAM等的集成设备的层。示例性纳米压印光刻工艺在诸如美国专利No.8,349,241、美国专利No.8,066,930和美国专利No.6,936,194的许多出版物中都被详细地描述，这些美国专利全都通过引用并入本文。
在每个前述美国专利中公开的纳米压印光刻技术包括将压印模板压在可成形材料上。在压印被压到可成形材料之后，可成形材料流入到压印模板内的凹痕中以形成图案。可成形材料还流向模板的边缘。任何多余的可成形材料都可能被从模板中挤出。在可成形材料填充了压印模板内的所有凹痕之后，可成形材料被固化。固化工艺还可以固化挤出的可成形材料。固化的挤出的可成形材料可能粘在模板上，并且在随后的压痕中引起缺陷。所需要的是防止这种挤出的材料被固化或被完全挤出的方法。
发明内容
至少第一实施例可以是压印方法。压印方法可以包括将可成形材料的多个液滴施加到基板的压印区域。其中可成形材料的局部压力(partial pressure)在可成形材料的流体-气体界面处形成。压印方法可以包括在初始接触时刻使模板上的台面的压印表面的一部分与可成形材料的多个液滴接触，从而使可成形材料的多个液滴合并并且朝着在压印表面的台面侧壁与基板之间的压印边缘界面流动。压印方法可以包括使第一气体在初始接触时刻之前流入包括压印区域的第一区域。压印方法可以使第二气体在初始接触时刻之后流入包括压印边缘界面以及在模板与基板之间的间隙区域的至少一部分的第二区域。模板和第二气体的流动可以被配置成在与压印边缘界面处的流体-气体界面相邻的间隙区域的一部分中将可成形材料的局部压力减小到低于可成形材料的蒸气压力。
在第一实施例的一个方面，第二气体可以是以下项中的一个：氧气、清洁的干燥空气、氮气、氩气、二氧化碳和氦气。第二气体可以与第一气体不同。第一气体可以是氦气，并且第二气体可以是氧气、清洁的干燥空气、氮气、氩气和二氧化碳之一。
在第一实施例的一个方面，第一气体可以从模板的边缘流入第一区域。第二气体可以从模板的边缘流过间隙区域并且朝着台面侧壁流动。间隙区域可以被配置成具有足够大以至于基本上不会减小第二气体从模板的边缘到台面侧壁的流动的厚度。
在第一实施例的一个方面，第一气体和第二气体都可以通过相同的气体喷嘴朝着模板的边缘流动。
在第一实施例的一个方面，间隙区域的厚度可以大于或等于100μm。
在第一实施例的一个方面，第二气体可以通过模板中的多个孔流入间隙区域。第二气体进入间隙区域的流动可以被配置成使气体在间隙区域内和外循环，从而在与压印边缘界面处的流体-气体界面相邻的间隙区域的一部分中将可成形材料的局部压力减小到低于可成形材料的蒸气压力。
在第一实施例的一个方面，第一气体可以通过模板中的多个孔并且从模板的边缘流入第一区域。
在第一实施例的一个方面，第一气体可以从模板的边缘流入第一区域。
在第一实施例的一个方面，第一气体可以流过模板中的多个孔。
在第一实施例的一个方面，间隙区域可以由台面侧壁、基板、模板面和模板面的边缘界定。
在第一实施例的一个方面，第二气体可以通过多个孔流入和流出间隙区域。正压力被施加到多个孔中的一个或多个。负压力被施加到多个孔中的一个或多个。正压力和负压力的净压力可以为零或小于零。
在第一实施例的一个方面，净压力可以是时间平均压力。
在第一实施例的一个方面，第二气体的流动速度可以低于第一气体的流动速度。
在第一实施例的一个方面，第一气体可以从压印区域置换不期望的气体。不期望的气体可以抑制聚合。第二气体是或包括不期望的气体。在可成形材料填充了压印区中的感兴趣区域之后，第二气体可以开始流动。
在第一实施例的一个方面，第二气体可以是氧气、清洁的干燥空气(CDA)和含氧混合物之一。
在第一实施例的一个方面，第二气体的流动可以在初始接触时刻或之后开始。可以在基于反馈的对准时段开始时减小或终止第二气体的流动。
至少第二实施例可以是压印装置控制器，包括：存储器；以及被配置成向压印装置发送指令的处理器。处理器可以发送用于将可成形材料的多个液滴施加到基板的压印区域的指令，其中可成形材料的局部压力在可成形材料的流体-气体界面处形成。处理器可以发送用于在初始接触时刻使模板上的台面的压印表面的一部分与可成形材料的多个液滴接触从而使可成形材料的多个液滴合并并且朝着在压印表面的台面侧壁与基板之间的压印边缘界面流动的指令。处理器可以发送用于使第一气体在初始接触时刻之前流入包括压印区域的第一区域的指令。处理器可以发送用于使第二气体在初始接触时刻之后流入包括压印边缘界面和在模板与基板之间的间隙区域的至少一部分的第二区域的指令。模板和第二气体的流动可以被配置成在与压印边缘界面处的流体-气体界面相邻的间隙区域的一部分中将可成形材料的局部压力减小到低于可成形材料的蒸气压力。
至少第三实施例可以是制造物品的方法。该制造方法可以包括对基板进行图案化。对基板进行图案化可以包括将可成形材料的多个液滴施加到基板的压印区域。其中可成形材料的局部压力在可成形材料的流体-气体界面处形成。对基板进行图案化还可以包括在初始接触时刻使模板上的台面的压印表面的一部分与可成形材料的多个液滴接触，从而使可成形材料的多个液滴合并并且朝着在压印表面的台面侧壁与基板之间的压印边缘界面流动。对基板进行图案化还可以包括使第一气体在初始接触时刻之前流入包括压印区域的第一区域。对基板进行图案化还可以包括使第二气体在初始接触时刻之后流入包括压印边缘界面和在模板与基板之间的间隙区域的至少一部分的第二区域。模板和第二气体的流动可以被配置成在与压印边缘界面处的流体-气体界面相邻的间隙区域的一部分中将可成形材料的局部压力减小到低于可成形材料的蒸气压力。该制造方法还可以包括在基板上执行附加加工以便制造物品。
当结合附图和所提供的权利要求书阅读本公开的示例性实施例的以下详细描述时，本公开的这些和其它目的、特征和优点将变得清楚。
附图说明
为了使本发明的特征和优点能够被详细地理解，可以参考附图中所示的实施例对本发明的实施例进行更具体的描述。然而，应当注意的是，附图仅示出了本发明的典型实施例，因此不应被认为是对本发明范围的限制，因为本发明可以准许其它等同有效的实施例。
图1是具有与基板间隔开的模具和模板的纳米压印光刻系统的图示。
图2是在其上形成有凝固的图案化层的基板的图示。
图3A-图3C是基板；模板；非凝固的可成形材料；以及挤出的可成形材料的图示。
图4是基板；模板；非凝固的可成形材料；挤出的可成形材料；以及具有蒸气的间隙区域的图示。
图5A-图5F是可以在一实施例中使用的示例性模板的图示。
图6A-图6C是时序图的图示。
图7A-图7C是压印处理的图示。
图8A-图8B是压印处理的结果的图示。
在所有图中，除非另有说明，否则相同的附图标记和字符被用于表示所示实施例的相似特征、元件、组件或部分。而且，虽然现在将参考附图详细描述本公开，但是结合说明性示例性实施例来完成本公开。旨在可以对所描述的示例性实施例进行改变和修改，而不背离所附权利要求所限定的本公开的真实范围和精神。
具体实施方式
所需要的是有效减小挤出的方法。
第一实施例
图1是可以实现实施例的纳米压印光刻系统10的图示。纳米压印光刻系统10被用于在基板12上形成浮雕图案。基板12可以是诸如半导体晶片之类的平坦的表面。基板12可以耦接到基板卡盘14。基板卡盘14可以是但不限于真空卡盘、销型、凹槽型、静电、电磁等。
基板12和基板卡盘14可以由定位台16进一步支撑。台16可以沿着x轴、y轴、z轴、θ轴和φ轴中的一个或多个提供平移和/或旋转运动。台16、基板12和基板卡盘14还可以被放置在基座(未示出)上。
与基板12间隔开的是模板18。模板18可以包括具有第一侧和第二侧的主体，其中一侧具有朝着基板12延伸的台面20。台面20可以具有图案化表面22(也被称为压印表面)。台面20也可以被称为模具20。
模板18和/或模具20可以由以下这样的材料形成，包括但不限于：熔融石英、石英、硅、有机聚合物、硅氧烷聚合物、硼硅酸盐玻璃、碳氟化合物聚合物、金属、硬化蓝宝石等。图案化表面22包括由多个间隔开的凹陷24和/或突起26限定的特征，但是本发明的实施例不限于这种配置(例如，平坦表面)。图案化表面22可以限定任何原始图案，该原始图案形成要在基板12上形成的图案的基础。间隔开的凹陷24和/或突起26可以跨整个图案化表面22或仅在图案化表面22的压印区域散布。压印区域可以是旨在被图案化并被可成形材料34填充的区域。
模板18可以耦接到模板卡盘28。模板卡盘28可以是但不限于真空、销型、凹槽型、静电、电磁和/或其它类似的卡盘类型。另外，模板卡盘28可以耦接到压印头，该压印头进而可以可移动地耦接到桥，以使得模板卡盘28、压印头和模板18至少在z轴方向上可移动，并且可能在其它方向和/或角度可移动。
纳米压印光刻系统10还可以包括流体分配系统32。流体分配系统32可以被用于将可成形材料34(例如，可聚合材料)作为可成形材料的多个液滴沉积在基板12上。还可以使用诸如滴涂、旋涂、浸涂、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、薄膜沉积、厚膜沉积等的技术将附加的可成形材料34放置在基板12上。取决于设计考虑，可成形材料34可以在期望体积在模具22与基板12之间被限定之前和/或之后被配置在基板12上。例如，可成形材料34可以包括如美国专利No.7,157,036和美国专利No.8,076,386中所述的单体混合物，这两个美国专利均通过引用并入本文。
纳米压印光刻系统10可以包括与处理器54通信的诸如气体和/或真空系统36之类的压印区大气控制系统，该压印区大气控制系统的示例在美国专利公开No.2010/0096764中描述，该美国专利公开通过引用并入本文。气体和/或真空系统36可以包括泵、阀、螺线管、气体源、气体管等中的一个或多个，它们被配置成使气体在不同的时间和不同的区域流动。气体和/或真空系统36可以连接到气体输送系统36a，该气体输送系统36a将气体输送到基板12的边缘和从基板12的边缘输送气体，并且通过控制基板12的边缘处的气体的流动来控制压印区大气。气体和/或真空系统36可以连接到气体输送系统36b，该气体输送系统36b将气体输送到模板18的边缘和从模板18的边缘输送气体，并且通过控制模板18的边缘处的气体的流动来控制压印区大气。气体和/或真空系统36可以连接到气体输送系统36c，该气体输送系统36c将气体输送到模板18的顶部和从模板18的顶部输送气体，并通过控制通过模板18的气体的流动来控制压印区大气。气体输送系统36a、36b和36c中的一个、两个或三个可以组合使用以控制压印区内和周围的气体的流动。
流体-气体界面形成在可成形材料34和压印区大气的边界处。取决于温度和压印区大气，可成形材料34的一部分蒸发，并且在可成形材料的流体-气体界面处形成可成形材料的局部压力。该局部压力的上限是取决于温度的可成形材料的蒸气压力(饱和压力)。随着可成形材料的局部压力接近可成形材料的蒸气压力，净蒸发速率减慢，直到当局部压力等于蒸气压力时净蒸发速率最终停止为止。
纳米压印光刻系统10还可以包括沿着路径42指引能量的能量源38。压印头和台16可以被配置成将模板18和基板12与路径42重叠放置。相机58同样地可以与路径42重叠放置。纳米压印光刻系统10可以由与台16、压印头、流体分配系统32、源38和/或相机58通信的处理器54调节，并且可以按照存储在非瞬态计算机可读存储器56中的计算机可读程序操作。
压印头、台16或两者都改变在模具20与基板12之间的距离以限定由可成形材料34填充的期望的体积。例如，压印头可以向模板18施加力，使得模具20接触可成形材料34。在期望的体积被填充可成形材料34之后，源38产生例如紫外线的能量，使得可成形材料34凝固和/或交联以符合基板12的表面44和图案化表面22的形状，从而限定基板12上的图案化层46。如图2中所示，图案化层46可以包括残留层48以及被示为突起50和凹陷52的多个特征，其中突起50具有压印厚度h1并且残留层具有残留层厚度h2。
图3A-图3C是可以如何使用模板20来创建图2中的图案化层46的图示。模板18与可成形材料34接触。当压力被施加到模板18时，可成形材料34挤出到压印区域之外。可成形材料34可以爬上台面侧壁并且在UV固化之后凝固以形成挤出缺陷358。在分离之后，挤出缺陷358粘附到模板18或基板12。在任一种情况下，挤出物都可以导致可以影响产量和/或模板寿命的各种压印和压印后缺陷。挤出缺陷358可以积聚在模板20上，并且可能在随后的压印期间掉落。挤出缺陷358还可能在模板12与基板12分离期间从基板12脱离，并落在基板12的不同区域上。挤出缺陷可能影响诸如旋涂的均匀性之类的后续工艺和/或可能影响后续刻蚀工艺。
在台面20接触可成形材料34之后，如图3A-图3C中所示可成形材料可以挤出到台面区域之外并且爬上台面侧壁。如图3A中所示，在基板12与台面20外部的模板的区域的模板面359之间存在间隙高度为h3的小间隙。间隙高度h3可以为30μm的数量级。由于间隙的狭窄，可形成材料蒸气可以快速地使台面侧壁周围的区域饱和，从而在模板下方的整个间隙区域达到其蒸气压力。这可能早在台面与可成形材料34初次接触时发生。在台面边缘处的可成形材料34与在台面边缘附近的小间隙区域中的可成形材料蒸气的局部压力处于平衡，因此抑制了可成形材料34从台面侧壁的进一步蒸发。当间隙高度h3小时，从间隙区域外部对间隙区域内的气体的流动存在高阻力。申请人发现了当间隙区域具有短高度(为30μm的数量级)时，还对从模板的外边缘到台面侧壁462的流动气体具有高阻力。申请人发现了减小从模板边缘到台面侧壁462的距离会减小这个阻力。申请人还发现了增大间隙区域的高度减小阻力。
申请人发现了如图4中所示在间隙区域460中创建具有正压力和/或负压力的气体流动减小了间隙区域460内以及台面侧壁462处或附近的可成形材料蒸气的局部压力。间隙区域460可以由基板12、台面侧壁462、模板面359和模板边缘界定。申请人发现了减小可成形材料蒸气的局部压力使得可能已粘附到或将要粘附到台面侧壁462的可成形材料34能够蒸发。台面侧壁462处的蒸发速率取决于许多因素，诸如气体流动、可成形材料34的蒸气压力以及台面侧壁462上可成形材料34的表面积与体积之比。压印边缘界面可以是当残留层延伸到台面的边缘并且超出该边缘时由台面侧壁462和基板12的边缘界定的残留层的区域。在可成形材料不延伸台面的边缘的情况下，压印边缘界面是压印区域之外的与间隙区域460的大气接触的残留层的部分。
如果在台面侧壁462上几乎没有可成形材料34，那么在固化和分离之后将几乎没有创建挤出物358。此外，气体的流动有助于减小整个模板18区域中可成形材料蒸气的局部压力。如果可成形材料蒸气的局部压力减小，那么防止和/或基本限制可成形材料蒸气在模板18上的沉积。当真空被用于提供气体流动时，可成形材料蒸气可以从加工室体积中被清除以保持工具清洁。通过使气体在台面边缘处循环，挤出物可以被减小或完全消除，并且可以减小可成形材料蒸气粘附到模板18的机会。这可以导致较少的缺陷，并且由于模板18将不必经常被清洁，所以有助于增加模板18的寿命。可成形材料蒸气的局部压力在压印边缘界面处饱和。局部压力从压印边缘界面到模板边缘略微减小，并且一旦超出间隙区域，局部压力迅速地减小至零。通过使不包括可成形材料蒸气的气体在与压印边缘界面处的流体-气体界面相邻的间隙区域的一部分中或仅附近流动，可成形材料的局部压力已饱和至蒸气压力的区域，可成形材料的局部压力可以减小并且可成形材料蒸气将从饱和区域扩散到新的不饱和区域。这使得可成形材料在压印边缘界面处能够进一步蒸发，并且因此减小或消除了挤出物358的发生。
图5A是可以在第一实施例中使用的模板18的图示，该示例在通过引用并入本文的美国专利No.9,227,361中描述。模板18可以包括连接到气体输送系统36c的多个孔564。孔564可以在芯引出区域566之外的区域中被机器加工穿过模板18。孔564是指允许气体穿过模板18的任何开口，并且不一定是具有明确定义的直径的开口，因为在这个实施例的上下文中，完成允许气体进入间隙区域460的任务的其它几何形状也满足这个标准。
如图5A中所示，孔564可以位于与芯引出区域566相邻，离芯引出区域566的边缘最多40mm处。在可替代的实施例中，孔564可以位于芯引出区域566中。可替代实施例不包括芯引出区域566，并且孔564位于与台面20相邻、模板边缘附近或其间的任何位置。如图5A中所示，模板18可以包括4个孔564。可替代实施例可以包括附加的孔564，例如模板18可以包括2、4、8、16或32个孔。图5B是模板18的截面图，该图5B示出了沿着线B-B通过模板18的孔。图5B示出了在模板18的侧面的2个孔564以及在模板18的芯引出区域后面的一个孔564(虚线)。图5C是图5A中所示的区域C的数值模拟，该图5C示出了在基板12上方的气体的速度，其中间隙的高度h3为30μm，气体以0.05slpm(每分钟标准升)流过孔564。在图5C中，示出了在基板12上方15μm的速度。
如图5A中所示，孔564可以位于相对于台面20的对称线上。在可替代的实施例中，孔564位于诸如台面20的角落之类的其它位置处。在一个实施例中，在不损害模板18的结构完整性的情况下，孔564可以位于芯引出区域566之外约1mm处或接近芯引出区域566。
孔564的目的是提供导管，气体可以通过该导管被输送通过模板18的主体并且进入间隙区域460和/或台面侧壁462，并且可以通过跨模板18的主体创建压力差来获得气体流动。例如，如果气体在孔的上游被加压，那么气体将朝着基板12流到在模板18与基板12之间的间隙中。如果通过施加真空在模板18的上游减小压力，那么间隙中的气体将朝着孔流动。美国专利No.7,462,028描述了具有孔的模板的示例，在该模板中部分真空被施加以便降低有效区域中的压力，该美国专利通过引用并入本文。在一个实施例中，正压力和负压力(相对于环境)都被施加到孔564。一个孔可以在正压力下操作，而另一个孔可以在减小的压力或负压力(相对于环境)下操作。
在一个实施例中，利用处理器54在每个孔处单独控制气体流动，该处理器54可以与以下中的一个或多个通信：质量流控制器；压力传感器；压力调节器、电磁阀，以及被结合到气体和/或真空系统36中的用于控制气体的流动的其它方法。可以通过使用干燥剂、过滤器、净化器和温度控制系统中的一个或多个来调整通过孔564的气体以用于压印处理。
第二实施例
第二实施例可以使用其它模板设计。例如，一种模板设计可以包括具有如图3B中所示的间隙高度h3的深刻蚀台面，该间隙高度h3大于30μm并且可以为100μm或更大的数量级。该间隙高度h3的增加增大了图4中所示的间隙区域460相对于任何挤出的材料358的暴露的表面面积的体积。对于给定的可成形材料的蒸气压力，该体积的增大允许可成形材料的成比例的较大体积从台面边缘蒸发。另一种模板设计可以包括如图3C中所示的包括缩进的台面侧壁462的双边缘台面。在又一种模板设计中，台面侧壁可以是弯曲的或成角度的，以有助于减小挤出。模板18与基板12之间的较大间隙(例如，100μm)减小了对模板18与基板12之间的气体流动的阻力。减小从模板18的外部到台面侧壁462的长度也减小了阻力。从气体输送系统36b流动的气体也可以使用指向间隙的喷嘴从模板18区域的外部被引入。在模板18周围放置的任何数量的喷嘴(例如4个或20个喷嘴)可以被指向台面侧壁。例如，图5D示出了包括12个喷嘴的实施例。喷嘴可以被放置成使得气体流动基本上被指向台面侧壁。喷嘴也可以相对于模板18以角度被放置，并使用基板12的表面将气体流动朝着台面侧壁重定向。从气体输送系统36c接收气体的喷嘴可以被放置在基板12周围，使得气体流动偏转离开模板18并被指向台面侧壁。施加到喷嘴的正压力或负压力或其组合可以被用于在模板18与基板12之间产生气体流动。图5E-图5F是示出了基板12上方的气体的速度的图5D中所示的区域D的数值模拟，气体以每侧15slpm的速度流过喷嘴36b。在图5E-图5F中，速度被示为在基板12上方的间隙内的中间平面。在图5E中，间隙的高度h3为30μm。同时在图5F中，间隙的高度h3为250μm。请注意，在250μm的情况下，台面周围的间隙区域中的速度要比30μm的情况下高得多。
气体流动的速率和持续时间可以影响在台面侧壁462上发生可成形材料34蒸发的速率。在气体流过孔564的实施例中，气体流动的速率的范围可以从0.001slpm至1slpm。在如图5D中所示的气体沿着模板边缘流动的实施例中，气体流动的速率的范围可以从1slpm至100slpm。气体流动的下限由可成形材料的蒸气压力和模板18的几何形状确定，并且取决于气体流动减小可成形材料的局部压力的能力。气体流动的上限由模板18的稳定性和模板18抵抗响应于气体流动而移动的能力确定。流动的持续时间的范围从0.005秒到5秒。在另一实施例中，流动的持续时间大于5秒。作为示例，气体流动速率可以是0.03slpm，时间为0.5秒，以蒸发台面侧壁处的可成形材料。作为另一示例，气体流动速率可以是0.005slpm，时间为0.5秒，以蒸发台面侧壁处的可成形材料。气体流动速率和流动的持续时间可以基于在气体流动不存在的情况下将要形成的挤出物的尺寸。气体流动越高，挤出的材料受限越多。在一实施例中，气体的流动可以被设定以使得可成形材料的局部压力减小到可成形材料的蒸气压力的1％、10％、20％、50％、70％或90％。可成形材料的部分压力越低，气体需要流动的时间就越少，以确保没有可成形材料被挤出。在过多的可成形材料被蒸发或污染之前，气体应当停止流动或应当减小气体流动。
在一个实施例中，在台面20与可成形材料34进行初始接触的同时引入气体流动。在一个实施例中，在台面20与可成形材料34完全接触之后，关闭气体流动。在一个实施例中，在流体填充时间期间关闭气体流动。在一个实施例中，在流体填充期结束时关闭气体流动。在一个实施例中，在UV固化期间关闭气体流动。在一个实施例中，在UV固化结束时关闭气体流动。
在一实施例中，可以被认为是挤出控制气体的用于蒸发可成形材料34的气体的类型可以包括以下中的一个或多个：清洁的干燥空气(CDA)；氮气；氧气；二氧化碳；氩气和氦气。气体可以是纯净气体、不同气体的组合或串联使用的不同气体。气体的温度可以被调节到超过室温(20℃-25℃)。在一实施例中，气体的温度增大到100℃，以便增大可成形材料34蒸发的速率。
第三实施例
在第三实施例中，气体是诸如氧气或含氧混合物之类的固化抑制剂，并且气体流动的定时和气体流动速率使得气体仅扩散到挤出的可成形材料358中并且基本上不扩散到压印区域下方。例如，当存在氧气时，可成形材料可能被污染。氧气可以通过与可成形材料内的自由基反应而成为自由基聚合抑制剂。随着自由基数量降低，UV固化期间的链传播可以减小到挤出的材料不会聚合的程度。恒定的氧气供应可以防止可成形材料34固化。因为链传播被抑制，所以污染的可成形材料不形成硬化的挤出物，所以污染的可成形材料在UV固化后保持为液体。污染的可成形材料也将继续从台面侧壁蒸发。在这个实施例中，氧气或含氧混合物的流动必须小心地定时，使得台面20与可成形材料34完全接触，以使得压印区域下方的可成形材料不会被污染。
在一实施例中，气体传输和气体流动的方法取决于压印区在基板12上的位置。例如，对于在模板18的一部分下方没有基板12因此在该部分中不存在间隙区域460的压印区。在这种情况下，孔564中的一个或多个可能无法有效地使气体朝着台面侧壁462流动。在这种情况下，可以放置外部喷嘴以使气体指向台面与基板边缘的交叉处。
在第一示例性实施例中，氦气以约0.03slpm的速率流向四个孔564中的每个孔。在台面20与可成形材料34完全接触持续时间为0.5秒之后0.1秒开始气体流动。在另一示例性实施例中，氦气以约0.005slpm的速率流向四个孔564中的每个孔。
在第二示例性实施例中，CDA流过两个孔564，并且通过另外两个孔564施加真空。提供CDA的孔564可以在台面20的相对侧。提供真空的孔564也可以在台面20的相对侧。每个孔564可以在台面20的不同侧。孔564可以被放置成使得CDA在台面周围以循环的方式流动。可以在初始接触持续时间为0.2秒之后0.1秒开始气体流动。
在第三示例性实施例中，CDA流过位于台面区域20外部指向台面侧壁462的喷嘴。使用h3大于100μm的深刻蚀台面模板18，在台面20与可成形材料34充分接触之后，以足够的速率通过20个喷嘴(台面20的每侧上5个)吹CDA，以便减小台面侧壁处的可成形材料局部压力。喷嘴可以保持打开，直到UV固化之后为止可以关闭喷嘴。
图6A-图6C是压印处理中各个步骤的定时和布置的图示，该各个步骤包括但不限于：总体对准；使气体(诸如氦气)在压印区域中流动以置换诸如氧气之类的大分子；模板与可成形材料的初始接触；可成形材料散布并被挤出的填充时间；模板与可成形材料的最终接触；使气体流动以使挤出的物料蒸发或污染；基于反馈的对准；以及固化。
图7A是压印处理700a的图示。第一步骤S702可以包括在如图6A中所示的时刻T0之前将可成形材料34分配到基板12的压印区上。然后，在如图6A中所示的时刻T0开始的步骤S704处可以基于总体对准工艺中的先前的定位信息，在基于非反馈的工艺中将模板18放入压印区的整个区域中。在启动工艺中的其它步骤时，总体对准工艺可以继续。总体对准工艺可以在开始步骤S712的基于反馈的对准的如图6A中所示的时刻T6处终止，或者在时刻T6之前的任何时刻终止。
在步骤S706a中，通过使置换气体经由气体输送系统36a和/或36b在模板18周围流动，置换气体在如图6A中所示的时刻T1开始流入压印区区域。在一实施例中，置换气体是氦气。置换气体是不干扰模板的凹痕和其它特征的填充并且置换可能阻止填充的氧气和/或其它大分子的气体。例如，氦气容易通过可成形材料34和模板18两者。可以取决于可成形材料34和模板18的特性来选择其它气体。置换气体的附加特征还可以置换可能在步骤S716期间抑制可成形材料固化的气体。置换气体的流动可以持续不断，直到可成形材料34被固化之后为止，以确保在压印区域中不存在可能干扰聚合的气体。在可替代实施例中，置换气体可以在优选地在时刻T2或时刻T4之后足量气体被置换之后的任何时刻停止。尽早停止气体的优点是可以引入具有与置换气体不同活性的气体或保存置换气体。
在步骤S708中，在如图6A中所示的时刻T2处模板18的压印表面22的一部分可以与基板12上的可成形材料34初始接触。在这之后立即在步骤S710中，然后可以以受控制的方式使模板18的压印表面22的其余的部分逐渐与基板12上的可成形材料34接触，直到整个压印表面22已与可成形材料34接触的如图6A中所示的时刻T4为止。压印表面22的不同部分可以与可成形材料34接触，这使得可成形材料34以受控制的方式散布并且可能在从如图6A中所示的时刻T2延伸到时刻T6的填充时间期间被挤出。时刻T6在时刻T4之后。
在步骤S712中，可以通过将挤出控制气体排出到间隙区域460中来排出挤出控制气体以蒸发或抑制挤出的可成形材料34的固化。挤出控制气体可以经由气体输送系统36b和/或36c排出。可以在从如图6A中所示的时刻T2到时刻T7的时间段期间排出挤出控制气体。在可替代实施例中，挤出控制气体在时刻T3、T4或T5处开始流动。在可替代实施例中，挤出控制气体在时刻T6、T7或T8处停止流动。在步骤S714中，挤出控制气体的排出速率可以被减小以提高在时刻T6和时刻T7之间的时段期间的基板12和模板18的在步骤S714中的基于反馈的对准的精确度。一旦系统被对准，在步骤S716中，可成形材料34在时刻T7与时刻T8之间的时段期间被固化。在可成形材料34被固化之后，在步骤S718中，模板18可以在时刻T8之后与基板12分离。在一个实施例中，在基板12上执行附加加工，以便创建制品(半导体设备)。在一实施例中，每个压印区包括多个设备。
进一步的加工可以包括刻蚀工艺以将与图案化层46中的图案相对应的浮雕图像转印到基板12中。该进一步的加工还可以包括用于物品制造的已知步骤和工艺，包括例如固化、氧化、层形成、沉积、掺杂、平坦化、刻蚀、可成形材料去除、切割、接合和封装等。基板12可以被加工以产生多个物品(设备)。
图7B是与方法700a基本相似的可替代的方法700b的图示，该方法700b可以与第一实施例或第二实施例结合使用。在可替代的方法700b中，置换气体和挤出控制气体是相同的气体，并且根据图6B中所示的时序图在与步骤S704a基本相似的步骤S704b期间流动。方法700b可以与在模板18与基板12之间具有较大间隙(例如100μm)并且可以不包括孔564的模板结合使用，该较大间隙对在模板18与基板12之间的气体的流动的阻力较小。方法700b也可以与气体流过模板18的孔564的具有窄间隙的实施例一起使用。
图7C是与方法700b基本类似的可替代的方法700c的图示，该方法700c可以与第一实施例或第二实施例结合使用。在可替代的方法700c中，如图6C的时序图中所示，挤出控制气体在步骤S710之前或同时开始流动。在其中挤出控制气体在时刻T2之前被排出的情况下，挤出控制气体是不会阻止可成形材料34填充凹痕并且不会干扰固化工艺的气体(诸如氦气)。
处理器54可以被配置成通过将指令发送到压印装置10的各个组件来实现方法700a、700b和/或700c。方法700a、700b和/或700c可以被存储为存储在非瞬态计算机可读介质上的一系列计算机可读指令。
第四实施例
申请人确定了可以通过孔564供应气体和疏散气体在基板12与模板面359之间生成压力。基板12与模板面359之间的压力可以在保持模板18的压印头和基板卡盘14上生成力。除非进行补偿，否则在力控制期间这种力会导致压印头和基板卡盘14之一或两者的位移。例如，在时刻T4之后50毫秒开始，通过孔564以每个孔约0.05slpm CDA供应550毫秒可以成功去除边缘挤出。在这些条件下，模板18可以在向上方向上移动大约9μm，这会导致角落从边缘剥离。当处理诸如纳米印记之类的小的压印时，这种位移会引起大量缺陷。
实施例可以通过在向孔564供应工艺气体时利用平衡的压力和/或流动方法以在模板面359与基板12之间生成净零压力分布来防止这种位移。在间隙区域460中生成净零压力不平衡的一种方法是向两个间隔开180°的孔供应正压力并且向另外两个间隔开180°的孔供应相同量级的负压力。更一般地，偶数个孔564可以在中心轴周围均匀地散布。可以在偶数个孔当中交替地施加正压力和负压力。但是施加到交替孔的压力的绝对值可以具有基本相同的量级。申请人发现了利用这种方法，模板18或基板卡盘14的垂直位移可以被最小化。
第三种方法可以包括仅向孔564中的一个供应气体(诸如氦气)，而其余的孔(例如3个)被供应恰好足够的真空，使得由于气体流动而引起的净力为零。在一个可替代方案中，真空被均匀地供应到其它孔中的每个孔。在第二可替代方案中，真空不被均匀地供应到其它孔。
第四种方法可以包括向孔564或孔564的组合供应大于净正压力的净负压力，以在间隙区域中有意地产生负压力。这种方法的好处在于，可以帮助防止图案化表面22的角落剥落。
第五种方法可以包括具有时间平均零净压力方案。这第五种方法可以包括在正压力和负压力之间切换，使得跨所有孔564的时间平均压力为零或略微为负。例如，初始向所有孔564供应正压力(即，10kPa，250毫秒)，然后在相同的时间段内供应相同的相反压力(即，-10kPa，250毫秒)。这将导致在晶片与掩模之间的时间平均零净压力。气体和真空系统36以及气体输送系统36c可以包括在压力与真空之间切换的快速作用开关。这些方法可以最小化在填充、对准和固化步骤中的一个或多个期间通过使气体流过模板18中的孔564引起的对填充、缺陷、图像放置覆盖和对准的任何负面影响。
图8A是根据实施例的气体没有被循环的压印处理的结果的图示，注意在街道(street)与压印区域之间的挤出物。图8B是根据实施例的气体被循环的压印处理的结果的图示，注意在街道与压印区域之间没有挤出物。
纳米压印光刻系统10与压电流体分配系统32一起可以被用于在基板上制造设备，诸如：CMOS逻辑；微处理器；NAND闪存；NOR闪存；DRAM存储器；MRAM；3D交叉点存储器；Re-RAM；Fe-RAM；STT-RAM；光电子以及纳米压印光刻被用作制造工艺的一部分的其它设备。
其它基板材料可以包括但不限于：玻璃；熔融石英；GaAs；GaN；InP；蓝宝石，AlTiC；以及本领域已知的其它基板。在这些基板上制造的设备包括图案化介质、场效应晶体管器件、异质结构场效应晶体管、发光二极管、读/写头；等。
鉴于本说明书，各个方面的更多修改和可替代实施例对于本领域技术人员将是清楚的。因此，本描述应被解释为仅是说明性的。应该理解的是，本文中示出和描述的形式将被视为实施例的示例。受益于本说明书，对于本领域技术人员将清楚的是，元件和材料可以代替本文中示出和描述的元件和材料，部件和工艺可以颠倒，并且某些特征可以被独立地利用。

Claims (20)

1.一种压印方法，包括：
将可成形材料的多个液滴施加到基板的压印区域，其中，可成形材料的局部压力在可成形材料的流体-气体界面处形成；
在初始接触时刻使模板上的台面的压印表面的一部分与可成形材料的所述多个液滴接触而使可成形材料的所述多个液滴合并并且朝着在压印表面的台面侧壁与基板之间的压印边缘界面流动；
使第一气体在初始接触时刻之前流入包括压印区域的第一区域；以及
使第二气体在初始接触时刻之后流入包括压印边缘界面和在模板与基板之间的间隙区域的至少一部分的第二区域；并且
其中，模板和第二气体的流动被配置成在与压印边缘界面处的流体-气体界面相邻的间隙区域的一部分中将可成形材料的局部压力减小到低于可成形材料的蒸气压力。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，第二气体是以下项中的一个：氧气、清洁的干燥空气、氮气、氩气、二氧化碳和氦气。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，第二气体与第一气体不同。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，第一气体是氦气，并且第二气体是氧气、清洁的干燥空气、氮气、氩气和二氧化碳中的一个。
5.根据权利要求1所述的方法，其中：
第一气体从模板的边缘流入第一区域；
第二气体从模板的边缘流过间隙区域并且朝着台面侧壁流动；并且
间隙区域被配置成具有足够大以至于基本上不会减小第二气体从模板的边缘到台面侧壁的流动的厚度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，第一气体和第二气体通过相同的气体喷嘴朝着模板的边缘流动。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，间隙区域的厚度大于或等于100μm。
8.根据权利要求1所述的方法，其中：
第二气体通过模板中的多个孔流入间隙区域；以及
第二气体进入间隙区域的流动被配置成使气体在间隙区域内和外循环，以在与压印边缘界面处的流体-气体界面相邻的间隙区域的所述一部分中将可成形材料的局部压力减小到低于可成形材料的蒸气压力。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，第一气体通过模板中的所述多个孔并且从模板的边缘流入第一区域。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，第一气体从模板的边缘流入第一区域。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，第一气体流过模板中的所述多个孔。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，间隙区域由台面侧壁、基板、模板面和模板面的边缘界定。
13.根据权利要求8所述的方法，其中：
第二气体通过所述多个孔流入和流出间隙区域；
正压力被施加到所述多个孔中的一个或多个孔；
负压力被施加到所述多个孔中的一个或多个孔；以及
正压力和负压力的净压力为零或小于零。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，净压力是时间平均压力。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，第二气体的流动速率低于第一气体的流动速率。
16.根据权利要求1所述的方法，其中：
第一气体从压印区域置换不期望的气体；
不期望的气体抑制聚合；
第二气体是或包括不期望的气体；以及
在可成形的材料填充了压印区中的感兴趣区域之后，第二气体开始流动。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，第二气体是氧气、清洁的干燥空气和含氧混合物中的一个。
18.根据权利要求1所述的方法，其中：
第二气体的流动在初始接触时刻或之后开始；
在基于反馈的对准时段开始时减小或终止第二气体的流动。
19.一种压印装置控制器，包括：
存储器；以及
处理器，被配置成向压印装置发送指令，所述指令包括：
用于将可成形的材料的多个液滴施加到基板的压印区域的指令，其中可成形的材料的局部压力在可成形的材料的流体-气体界面处形成；
用于在初始接触时刻使模板上的台面的压印表面的一部分与可成形的材料的所述多个液滴接触而使可成形的材料的所述多个液滴合并并且朝着在压印表面的台面侧壁与基板之间的压印边缘界面流动的指令；
用于使第一气体在初始接触时刻之前流入包括压印区域的第一区域的指令；以及
用于使第二气体在初始接触时刻之后流入包括压印边缘界面和在模板与基板之间的间隙区域的至少一部分的第二区域的指令；以及
其中，模板和第二气体的流动被配置成在与压印边缘界面处的流体-气体界面相邻的间隙区域的一部分中将可成形的材料的局部压力减小到低于可成形的材料的蒸气压力。
20.一种制造物品的方法，包括：
对基板进行图案化，包括：
将可成形材料的多个液滴施加到基板的压印区域，其中，可成形材料的局部压力在可成形材料的流体-气体界面处形成；
在初始接触时刻使模板上的台面的压印表面的一部分与可成形材料的所述多个液滴接触而使可成形材料的所述多个液滴合并并且朝着在压印表面的台面侧壁与基板之间的压印边缘界面流动；
使第一气体在初始接触时刻之前流入包括压印区域的第一区域；以及
使第二气体在初始接触时刻之后流入包括压印边缘界面和在模板与基板之间的间隙区域的至少一部分的第二区域；并且
其中，模板和第二气体的流动被配置成在与压印边缘界面处的流体-气体界面相邻的间隙区域的一部分中将可成形材料的局部压力减小到低于可成形材料的蒸气压力；以及
在基板上执行附加加工以便制造物品。
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