TW201536663A - 用於局部區域壓印之非對稱模板形狀調節 - Google Patents

用於局部區域壓印之非對稱模板形狀調節 Download PDF

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Abstract

本發明提供用於局部區域壓印的系統及方法，以致使壓印模板係非對稱地調整以容許在與該模板中心間隔開的一位置處與一基板上的一局部區域初始地接觸。

Description

用於局部區域壓印之非對稱模板形狀調節 相關申請案之交叉參考
本申請案主張根據35 U.S.C.§ 119(e)(1)之於2013年12月31日提出申請的美國臨時申請案第61/922,431號之權益；於此係以全文參照方式併於本文中。
本發明係有關於用於局部區域壓印之非對稱模板形狀調節。
奈米製造包括製造具有100奈米或更小的特徵之極小結構。奈米製造已具有可觀影響的一應用係用於加工積體電路。該半導體加工工業持續致力於較大的生產量，同時增加基板上構成的每單位面積之電路；因此奈米製造變得日益重要。奈米製造提供較佳的製造控制，同時容許持續地降低所構成該等結構之該等最小的特徵尺寸。已應用奈米製造的其他領域發展包括生物科技、光學技術、機械系統以及相似者。
今日所使用的一示範性奈米製造技術係為通常所說的壓印微影術。示範性壓印微影製程係於多數公開案中詳加說明，諸如美國專利第8,349,241號，美國專利公開 案第2004/0065252號以及美國專利第6,936,194號，所有皆以參照方式併入本文中。
於每一前述的美國專利公開案及專利中揭示的壓印微影技術包括於一可成型(可聚合)層中構成一起伏圖案以及將與該起伏圖案相對應的一圖案轉印進入一下伏的基板。該基板可與一移動平台耦合以達到需要的定位，有助於該圖案化製程。該圖案化製程使用一與該基板間隔開的模板，以及在該模板與該基板之間施用的一可成型液體。該可成型液體係經固化以構成一堅硬層，該層具有一與該成型液體接觸之與該模板之表面的一形狀相符合的圖案。在固化後，該模板係與該堅硬層分開以致該模板與該基板係為間隔開的。該基板及該固化層接著進行附加的製程以將一起伏影像轉印入該基板，與該固化層中的圖案相對應。
依據本發明之一具體實施例，係特地提出一種用於壓印基板之局部區域的奈米壓印微影系統，該系統包含：一模板卡盤，其經組配以維持一壓印微影模板，該模板卡盤具有一中心軸，其與該模板卡盤垂直地定向，並且當模板維持於其上時通過該模板之中心；以及複數之定位於與該模板卡盤接近的致動器並且位在與該中心軸間隔開之位置，該每一致動器能夠對該維持的模板提供一力量以使部分之該維持的模板遠離該模板卡盤撓曲；以及一控制器，其經組配使該等致動器以一方式致動使得該維持的模 板的一部分非對稱地遠離該模板卡盤，以致該模板之最大撓曲處出現在與該中心軸間隔開的一位置。
10‧‧‧微影系統
12‧‧‧基板/晶圓
13‧‧‧晶圓邊緣
14‧‧‧基板卡盤
16‧‧‧平台
18‧‧‧模板
20‧‧‧台面/模具/凹入部分
21‧‧‧壓印區域
22‧‧‧圖案化表面
24‧‧‧凹部分
26‧‧‧突出部分
28‧‧‧卡盤
30‧‧‧壓印頭
32‧‧‧流體分配系統
34‧‧‧可成形的材料/壓印流體
38‧‧‧能量來源
40‧‧‧能量
42‧‧‧路徑
44‧‧‧表面
46‧‧‧圖案化層
48‧‧‧殘留層
50‧‧‧突出部分
52‧‧‧凹部分
54‧‧‧處理器
56‧‧‧記憶體
61,62,62a,62b,63,64,65‧‧‧致動器
72‧‧‧氣動埠口
74‧‧‧槽縫
82‧‧‧壓電致動器
a‧‧‧偏移
F‧‧‧力
h‧‧‧高度
P‧‧‧撓曲點/輸入壓力
r‧‧‧距離
t,t1,t2‧‧‧厚度
z1,z2‧‧‧軸
因此能夠詳細地瞭解本發明之特徵及優點，藉由參考附加圖式中所圖示之該等具體實施例可完成本發明之具體實施例的一更加特別的說明。然而，應注意的是該等附加的圖式僅圖示本發明之典型的具體實施例，並不因此視為限定其之範疇，因為本發明可允許其他等效的具體實施例。
圖1圖示具有一模板及一與一基板間隔開的模具的一微影系統之一簡化側視圖。
圖2圖示於圖1中所示該其上具有一圖案化層的基板之一簡化視圖。
圖3圖示在一標準矽晶圓基板上的一典型區域佈局，包括全區域與局部區域。
圖4A圖示在一全區域位置處對稱地朝向一基板彎成弓形的一壓印微影模板的一簡化橫截面視圖。
圖4B圖示在一局部區域位置處對稱地朝向一基板彎成弓形的一模板的一簡化橫截面視圖。
圖4C圖示圖4B之該模板與基板的一分解視圖。
圖5圖示根據本發明之一具體實施例，在一局部區域位置處非對稱地朝向一基板彎成弓形的一模板的一簡化橫截面視圖。
圖6圖示根據本發明之一具體實施例，用於模板 之非對稱形狀調節的一模板及致動系統的一簡化俯視視圖。
圖7係為圖6之該模板及一致動器的一簡化橫截面視圖，該模板非對稱地朝向一基板彎成弓形。
圖8圖示根據本發明之另一具體實施例，一基板及一致動器的一橫截面視圖。
圖9圖示根據本發明之又一具體實施例，一基板及一致動器的一橫截面視圖。
圖10圖示圖7之該模板及一致動器的一簡化橫截面視圖，該模板係相對於該基板傾斜。
圖11圖示根據本發明之一進一步具體實施例，在一局部區域位置處對稱地背向一基板彎成弓形的一模板的一簡化橫截面視圖。
參考該等圖式，並特別地參考圖1，圖中所示係為用以在基板12上構成一起伏圖案的一微影系統10。基板12可與基板卡盤14耦合。如所圖示，基板卡盤14係為一真空卡盤。然而，基板卡盤14可為任何卡盤包括，但非限定在，真空、插銷型式、溝槽型式、靜電的、電磁的及/或相似的型式。示範的卡盤係揭示在美國專利第6,873,087號中，其以參照方式併入本文中。
基板12及基板卡盤14可進一步地由平台16支撐。平台16可提供沿著該等x、y及z軸之平移運動及/或轉動。平台16、基板12及基板卡盤14亦可位設在一底座上 (未顯示)。
模板18係與基板12間隔開。模板18可包括一主體其具有一第一側邊及一第二側邊，讓具有自其延伸的一台面20的一側邊朝向基板12。台面20上具有一圖案化表面22。再者，台面20可視為模具20。可交替地，模板18可構成為不具台面20。
模板18及/或模具20可由該等材料構成包括，但非限定在，熔凝矽、石英、矽、有機聚合物、矽氧烷聚合物、硼矽酸鹽玻璃、氟碳聚合物、金屬、硬化藍寶石及/或相似物。如所圖示，圖案化表面22包含由複數之間隔開的凹部分24及/或突出部分26界定的特徵，雖然本發明之具體實施例並未限定在該等構態(例如，平坦的表面)。圖案化表面22可界定構成將於基板12上形成的一圖案之基礎的任何原始的圖案。
模板18可與卡盤28耦合。卡盤28可經組配，但非限定為，真空、插銷型式、溝槽型式、靜電的、電磁的及/或其他相似的卡盤型式。示範性卡盤係進一步地於美國專利第6,873,087號中說明，其以參照方式併入本文中。再者，卡盤28可與壓印頭30耦合，以致卡盤28及/或壓印頭30可經組配以有助於模板18移動。
系統10可進一步包含一流體分配系統32。流體分配系統32可用以在基板12上沉積可成形的材料34(例如，可聚合材料)。可成形的材料34可使用諸如滴落分配、旋轉塗佈、浸塗佈、化學蒸氣沉積(CVD)、物理蒸氣 沉積(PVD)、薄膜沉積、厚膜沉積及/或相似者的技術定位在基板12上。可成形的材料34可視設計考量在模具22與基板12之間界定一需要容積之前及/或之後沉積在基板12上。可成形的材料34可為功能性奈米顆粒，用於生物領域、太陽能電池工業、電池工業，及/或其他需要功能性奈米顆粒的工業。例如，可成形的材料34可包含一單體混合物，如於美國專利第7,157,036號及美國專利公開案第2005/0187339號中說明，二者以參照方式併入本文中。可交替地，可成形的材料34可包括，但非限定在，生物材料(例如，PEG)、太陽能電池材料(例如，N型，P型材料)及/或相似者。
參考圖1及2，系統10可進一步包含耦合的能量來源38，沿著路徑42引導能量40。壓印頭30及平台16可經組配以將模板18及基板12定位與路徑42重疊。系統10可藉由與平台16、壓印頭30、流體分配系統32及/或來源38連通的處理器54調整，並可在一儲存於記憶體56中的電腦可讀取程式操作。
無論是壓印頭30、平台16或是二者改變介於模具20與基板12之間的一段距離，以界定其間由可成形材料34填注的一需要容積。例如，壓印頭30可對模板18施加一力量，以致模具20接觸可成形的材料34。在該需要容積係以可成形的材料34填注後，來源38產生能量40，例如，紫外光輻射，致使可成形的材料34固化及/或交聯以符合基板12之表面44及圖案化表面22的一形狀，在基板12上界定 圖案化層46。圖案化層46可包含一殘留層48以及複數之顯示為突出部分50及凹部分52的特徵，突出部分50具有一厚度t1及殘留層具有一厚度t2。
該以上提及的系統及製程可進一步地用於在美國專利第6,932,934號，第7,077,992號，第7,179,396號及第7,396,475號中提到的壓印微影製程及系統，所有專利係以全文參照方式併入本文中。
本發明併入以上提及的系統與製程之觀點及元件，熟知此技藝之人士鑑於本說明內容將為顯而易見的，並特別地提供供在一基板上壓印局部區域的系統及方法所用。於半導體工業對於局部區域係特別地感興趣，其中典型的基板係為直徑300公厘的係晶圓。局部區域一般而言係與典型地位在或是接近該晶圓邊緣處的壓印區域有關，其小於能夠以其他方式藉由該主題壓印模板之整個圖案化表面(亦即，壓印區域)而壓印的全面積。為了讓一晶圓所能夠生產的半導體裝置的百分比最大化，需要壓印該等局部區域。局部區域能夠根據與晶圓部分重疊的該壓印區域之面積分類成二另外的子類，也就是，(i)具超過50%(>50%)面積覆蓋的區域，以及(ii)具小於50%(<50%)面積覆蓋的區域。參考圖3，顯示具有全區域(區域1-64)的一晶圓，>50%局部區域(區域65-67，72-74，79-81，以及86-88)，以及<50%局部區域(區域68-71，76-78，82-85，89-92)。在局部區域上壓印是一獨特的挑戰，其中位在該模板上的該圖案化表面(亦即，壓印區域)係定位與該晶圓 緊密地接近，並不存在整個地出現於該模板與該晶圓之間的可成形的材料(亦即，壓印流體)。
本發明併入以上提及的系統與製程之觀點及元件，熟知此技藝之人士鑑於本說明內容將為顯而易見的，並特別地提供供藉由相對於該模板之中心非對稱地調節該模板之形狀，在一基板上壓印局部區域的系統及方法所用。此非對稱模板調節有助於避免該模板與該基板之該邊緣或是未沉積或以其他方式建立該可成形的材料之該基板的任何區域之間的接觸。此係為重要的，不僅避免模板損害並將模板使用壽命達到最大程度，同時使該壓印的局部區域及接續的壓印區域中，包括另外的局部區域及/或該基板外部的全區域，出現缺陷的情況降至最低。應察知的是本文中所參考的晶圓之局部區域壓印作業的系統及方法係僅為示範性的，並且該等系統及方法亦可適用在壓印其他型式、尺寸及形狀的基板，以及用於其他工業。
例如，於美國專利公開案第U.S.2008/0160129號中已說明調節壓印模板成一凸面形狀用於改良壓印製程期間壓印流體填注作業，其係以全文參照方式併入本文中。然而，使用該一方法用於壓印局部區域，特別是小於50%(<50%)覆蓋的局部區域，能夠致使該模板之該最低撓曲點係位於超出該晶圓之該邊緣的一位置處。如此，依序地，能夠致使該模板實體上碰觸該晶圓之該邊緣的一部分首先在該壓印區域的其他部分之前，與沉積在該晶圓表面上的壓印流體接觸。如先前提及，如此能夠導致於接續的 壓印區域中模板損害及/或產生缺陷。由於事實上，未有任何實體邊界以控制該壓印流體擴散，所以在局部區域壓印作業上產生附加的限制，典型地，需要限制壓印流體之沉積至大約距該晶圓邊緣1公厘。沉積壓印流體一直上至該晶圓邊緣會導致壓印材料之擠壓超出該局部區域的需要壓印面積，造成剩餘材料，或是擠壓部分，積聚在該模板上會造成接續的全區域壓印中的缺陷。然而，以此方式限制壓印流體之沉積，讓該晶圓之該等邊緣部分無壓印流體。於是，假若任何部分之壓印流體如此般直接與該晶圓邊緣接觸，或是邊緣部分無壓印流體，有潛在的風險會對該模板造成永久的損害。
參考圖4A，當對晶圓12上進行全區域壓印作業時，模板18(藉由一模板卡盤固持，未顯示)可對稱地朝向晶圓12彎曲成弓形，俾以對壓印流體液滴34呈現一凸狀表面，用於有效率地將液滴擴散。能夠由圖4A見到，利用該對稱性弓法，模板18之該最低撓曲點係沿著中心軸z1。然而，針對局部區域壓印作業，並且特別是小於50%之全區域面積(<50%)的局部區域壓印作業，該模板18朝向晶圓12之對稱性弓法能夠致使模板18接觸晶圓邊緣13，如圖4B-4C中所圖示。
現參考圖5，圖示本發明用於壓印局部區域之一示範性方法。如圖所示，模板18(同樣地藉由一模板卡盤固持，未顯示)係重疊地位於經壓印的該局部區域內，並係非對稱地朝向該晶圓撓曲以致模板18之最大或是最低撓 曲點P係沿著與該模板18及模板卡盤(未顯示)之中心軸z1平行但是間隔開的軸z2位設。此最低撓曲點P離開中心軸z1的移動確保當模板18係降低接觸晶圓12時，模板18之該初始接觸將具有定位在該局部區域中的壓印流體34，同時避免該模板與晶圓邊緣13之不良的接觸。
該模板之非對稱撓曲或弓法能夠藉由使用一致動系統而完成，該系統對夾定模板施加校準、局部化力量以引起該非對稱撓曲或弓法。適合的致動系統包括，但非限制在，氣動系統、壓電致動器、以及相似設備。轉向圖6，根據一具體實施例模板18係顯示為具有一致動系統。夾定模板18包括圓形凹入部分20，具有相對於該凹入部分20位在中心處的矩形壓印區域21，以及致動器61、62、63及64係經定位接近該模板卡盤(未顯示)，並與凹入部分20及環繞的壓印區域21重疊。致動器61、62、63及64係進一步地經定位接近壓印區域21之對應的側邊。藉由將致動器61、62、63及64位設在接近但在壓印區域21之外側處，維持至壓印區域21的一清楚光學路徑，容許傳輸光化輻射用於固化壓印流體。致動器61、62、63及64之每一者能夠獨立地致動，例如，藉由一控制器(未顯示)，為了供給一局部化力量頂著凹入部分20。藉由變化致動哪一具致動器61、62、63及64，無論是單獨或是結合地，能夠非對稱地彎曲或是撓曲模板18變化構態。
模板18上該最低或是最大的撓曲點能夠藉由該致動系統施加力量的大小，以及施力(或複數力量)之位置 控制，並進一步取決於位在接近該壓印區域的該凹入部分空心處該模板18之材料與厚度t。例如，圖7顯示模板18在接近該壓印區域處之凹入部分20具有厚度t。致動器63位設距模板18之中心軸z1距離‘r’，以及對凹入部分20施力F產生非對稱撓曲，以致該最低撓曲點P係沿著軸z2並與中心軸z1間隔開一段距離。再者，該等致動器能夠藉由一如於本文所說明經阻配以致動該等致動器的控制器(未顯示)所控制。
於某些變化形式中，該致動系統能夠由具有經定位與該模板之背側緊密地接近的氣動埠口或槽縫的致動器組成。於圖8之該具體實施例中，致動器62a包括與槽縫74流體上連通的氣動埠口72，槽縫74開向模板18之凹入部分20。該致動器係經定位距凹入部分20為高度h位置處。該氣動埠口係與一加壓空氣或是氣體系統(未顯示)流體上連通。增加槽縫74有助於使涵蓋致動器62a之長度的該壓力剖線均勻一致。能夠藉由致動器62a施加至模板凹入部分20的該致動力的大小，能夠由變化高度h以及經由埠口72施加的該輸入壓力P而受控制。
可任擇地，該致動系統能夠利用壓電致動器。於圖9之該具體實施例中，致動器62b包括一壓電致動器82之陣列，經定位以接觸模板18之凹入部分20之背側。能夠經由選擇性地啟動一或更多的壓電致動器82，無論是單獨或是與附加致動器(未顯示)中的壓電致動器結合，完成模板18之非對稱調節。
參考圖1及6，當壓印局部區域時，該晶圓上的該局部區域相對於該模板18上壓印區域之定向的尺寸及位置(亦即，其之尺寸與座標)將支配哪具致動器61、62、63、65可啟動以及強度為何，俾以控制該局部區域內模板18與壓印流體34之間該初始接觸點。當一已知致動器之該致動強度係經增加時，撓曲距該壓印流體之該中心的該偏移‘a’增加，從而確保該模板首次碰觸壓印流體位在該受壓印的局部區域內側，如於圖7中進一步地圖示。
利用模板之非對稱撓曲或弓法，該初始接觸點能夠控制位在該受壓印的局部區域內。該壓印流體係以液滴方式沉積處，該等接觸的液滴將擴散及聚結以及一流體前緣將由初始的接觸點向外朝向該壓印流體之邊界擴散。由於該晶圓與該模板之間的相對曲率，該擴散速度將為非對稱的。因此，除了本文中說明的非對稱形狀調整之外，該模板能夠進一步地相對於該晶圓傾斜，如於圖10之該具體實施例中所圖示，為了控制該流體擴散速度以及增加介於模板18之未與壓印流體34接觸的該凹入部分20與晶圓邊緣13之間的該段距離或是高度h。再者，增加模板18與晶圓12之間的高度h有助於防止損害模板18而與晶圓12實體接觸。
另一壓印局部區域的方法包含使用該模板之該背部上的控制低真空度產生模板的一凹面輪廓。如此確保當接觸該晶圓時，該模板之該等最低點係為該壓印流體的四個角落。所使用的該真空程度係視該模板平台高度、該 模板上該空心跨距及空心厚度而定。該方法的一具體實施例係於圖11中圖示。模板18之凹入部分20，其包含該壓印流體，係承受經控制的低真空壓力，產生該凹入部分20離開晶圓12，且重要地離開邊緣13的一凹面撓曲。介於該模板18與壓印流體之間的初始接觸係位於凹入部分20之該局部壓印區域的該等角落處。當模板18之凹入部分20的背部上的真空壓力鬆弛時，凹入部分20之該撓曲係逐漸地降低，使該流體前緣能夠朝向該壓印流體之該中心擴散。如此壓印方法亦能夠與如本文先前說明的模板傾斜作業結合，以增加模板與晶圓之間該段距離，以及避免模板與晶圓接觸。
熟知此技藝之人士由於此說明將對進一步的修改及不同觀點之可交替的具體實施例將為顯而易見的。因此，此說明係視為僅具說明性的。應瞭解的是與此顯示及說明的該等形式係採用作為具體實施例之實例。元件及材料可取代該等於此所說明及描述者，部件與製程能夠反向，以及可獨立地利用某些特性，所有者在熟知此技藝之人士具有此說明之優點後將為顯而易見的。可對本文說明的元件作改變而未背離在接續的申請專利範圍中說明的精神及範疇。
12‧‧‧晶圓
13‧‧‧晶圓邊緣
18‧‧‧模板
20‧‧‧凹入部分
34‧‧‧壓印流體
P‧‧‧撓曲點
z1,z2‧‧‧軸

Claims (13)

  1. 一種用於壓印基板之局部區域的奈米壓印微影系統，該系統包含：一模板卡盤，其經組配以維持一壓印微影模板，該模板卡盤具有一中心軸，其與該模板卡盤垂直地定向，並且當模板維持於其上時通過該模板之中心；以及複數之定位於與該模板卡盤接近並且位在與該中心軸間隔開之位置的致動器，該每一致動器能夠對該維持的模板提供一力量以使部分之該被維持的模板遠離該模板卡盤而撓曲；以及一控制器，其經組配使該等致動器以一方式致動，使得該被維持的模板之一部分非對稱地遠離該模板卡盤而撓曲，以致該模板之最大撓曲處出現在與該中心軸間隔開的一位置。
  2. 如請求項1之奈米壓印微影系統，其中該維持的模板進一步包括一壓印區域以及其中該等致動器係經進一步定位俾以配置在該壓印區域之外側。
  3. 如請求項1之奈米壓印微影系統，其中該控制器係進一步地經組配，以根據在一基板上待壓印的一已知局部區域的座標與尺寸，控制由每一致動器所施加的力量大小。
  4. 如請求項1之奈米壓印微影系統，其中該控制器係進一步地經組配，以根據該維持的模板之材料與厚度，控制 由每一致動器所施加的力量大小。
  5. 如請求項1之奈米壓印微影系統，其中該模板卡盤係可於與該維持的模板平行並垂直於該中心軸的一軸周圍轉動，從而容許該模板卡盤以及維持於其上的模板相對於一與該模板卡盤及維持的模板重疊配置的基板傾斜。
  6. 如請求項1之奈米壓印微影系統，其中該等致動器包含氣動埠口或槽縫，提供加壓空氣或氣體作為該致動力量。
  7. 如請求項1之奈米壓印微影系統，其中該等致動器係為壓電致動器。
  8. 一種用於壓印基板之局部區域的方法，該方法包含：提供一具有一中心的壓印微影模板，該中心界定一中心軸，在與該模板垂直的一方向上通過該中心；定位該壓印微影模板，以致該壓印微影模板的一部分係與該基板上的一局部區域重疊；在該基板之該局部區域上沉積可聚合的材料；改變該模板之形狀，以致該模板的一部分非對稱地朝向該基板之該局部區域彎成弓形，並且該弓形部分之最大撓曲處出現在與該中心軸間隔開的一位置；將該沉積的可聚合材料與該模板接觸；以及將該可聚合材料固化以在該基板上形成一局部區域壓印。
  9. 如請求項8之方法，其中該模板與可聚合材料之間的該初始接觸點係位在與該中心軸間隔開的一位置處。
  10. 如請求項9之方法，其進一步包含將該模板相對於該基板傾斜的步驟。
  11. 一種用於壓印基板之局部區域的方法，該方法包含：提供一具有一中心的壓印微影模板，該中心界定一中心軸，在與該模板垂直的一方向上通過該中心；定位該壓印微影模板，以致該壓印微影模板的一部分係與該基板上的一局部區域重疊；在該基板之該局部區域上沉積可聚合的材料；改變該模板之形狀，以致該模板之一部分遠離該基板之局部區域而凸面地彎成弓形；初始地將該沉積的可聚合材料與該模板在與該模板之該中心軸間隔開的一或更多的位置處接觸；以及將該可聚合材料固化以在該基板上形成一局部區域壓印。
  12. 如請求項11之方法，其中該改變形狀的步驟進一步包含對該模板施以背壓。
  13. 如請求項11之方法，其進一步包含將該模板相對於該基板傾斜的步驟。
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