TWI266339B

TWI266339B - Method and apparatus for aligning patterns on a substrate

Info

Publication number: TWI266339B
Application number: TW092104032A
Authority: TW
Inventors: Raymond K Eby; Michael Nelson; Igor Touzov
Original assignee: Nanoink Inc
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2006-11-11
Also published as: US7279046B2; WO2003083876A2; AU2003211027A1; US20080147346A1; US20030185967A1; US8043652B2; TW200304540A; WO2003083876A3

Description

⑴ 發明說明說月應敛明·發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) 相關專利申請案之交叉參考本申請案主張2〇〇2年3月27日提出之6〇/367,514號盤+ 4 VJs 、齊一基材上圖案的方法及裝置，，暫時申請案之優先權。技術領域本發明大致上關於掃描探針顯微鏡，且較特別的是，其關於使用具有單一探針針尖或複數（例如一個陣列）二戈多針尖之掃描探針顯微鏡，以對齊一基材或相關聯表面上之至少二連續奈米蝕刻圖案之方法。先前技術掃為板針_微鏡（SPMs)可用於一表面之抬樸或其他徵之極詳細分析，且靈敏度延伸至個別原子及分子尺寸 SPMs基本上以一探針掃描於一樣品表面上及做樣品性質之當處量測。若干組件在實際上共同用於所有掃# 針顯微鏡，顯微鏡之主要組件係一細小探針，其定位近於一樣品表面且提供其拓樸或其他物理參數之量極接，而、掃測結果主要由針尖形狀或其至表面之接近度所決定。在描力顯微鏡（SFM)中，探針包括一自懸臂末端伸出、 '^針尖，典型上，針尖極尖銳，以藉由拘限施力交互作用於針尖末端而取得最大橫向解析度。 SPM之一普通實例為原子力顯微鏡（AFM)，亦稱之為掃描力顯微鏡（SFM)。藉由量測懸臂自由端之運動、位、、、置或角度，一表面之許多性質即得以決定，包括表面括樸火處黏性、摩擦、彈性、磁性或電場之存在、等等。Ρ ^ 课作時 1266339 (2)

，一 AFM典型上以探針之針尖掃描於樣品上，同時保持針尖在表面上之力固定，例如藉由移動桿段底部或樣品向上或向下，以保持探針之桿部偏曲。因此，一樣品之拓樸可從此垂直運動之資料上取得，以構成表面拓樸之三維影像。吾人亦知AFMs利用類比及數位回授電路以根據探針針尖之桿部分偏曲做為一輸入，以改變探針針尖或樣品之高度1 一影像藉由相關於一光域圖案内之探針而掃描一樣品、記錄掃描内連續點處之資料、及將資料顯示於一視頻顯示器上而形成。原子/掃描力顯微鏡之發展可見於0· Binnig at al·，Europhys. Lett·，Vol. 3，ρ· 1281 ( 1987)及 1. R. Albrecht et al·，J.Vac. Sci. Technology，A6，p. 271 ( 1988)等論文内，用於AFMs之懸臂之發展可見於Τ· R. Albrecht at al.， entitled "Microfabricated Cantilever Stylus for Atomic Force Microscopy” J· Vac. Sci. Technol.，A85 p. 3386 ( 1990)論文内。其他SPMs型式，諸如掃描電容或掃描磁力顯微鏡，其亦使用相似偏曲感測器。再者，掃描隧穿顯微鏡（STM)在結構及用途上皆相似於SFM，不同的是探針係由一尖銳之導電性針狀尖端組成而非一懸臂，欲映像之表面大致上需呈導電性或半導電性。金屬針典型上定位於表面上方數埃 (A)處，當一偏壓電壓施加於針尖與樣品之間時，一隧穿電流即流動於針尖與表面之間，隧穿電流係呈指數性敏感於針尖與表面之間之間距且因而提供間距之一表示。STM 中之隧穿電流變化因而相似於SFM中之懸臂偏曲，其頭部 1266339

Ο) 含有電路以供相關於樣品而偏壓針尖且在隧穿電流到達一控制器之前·先行放大。SPMs之進一步細節係揭露於美國專利第5,025,658及5,224,376號，其全文在此納入供作參考。 DIP PEN NANOLITHOGRAPHYTM(Nanoink公司之一商標）印刷亦稱為DPN (亦為Nanoink公司之一商標）印刷，其概念上為4,000年羽毛筆之奈米版，可利用一 SPM執行之DPN印刷係根據材料自一奈米鏡針尖输送至一相關聯表面（例如紙張）上之直接寫入蝕刻技術，DPN印刷亦可供將細線或圖案拉出一個分子高度及數十分子寬度。在DPN印刷之一實施例中，一 AFM針尖塗上一圖案化化合物（在本文内亦稱之為”墨水”），塗覆之針尖接觸於基材，使圖案化化合物利用毛細管輸送至基材而施加，以產生次微米尺寸之要求圖案。當針尖掃描過此紙張時，化學吸附作用可做為將墨水圖案化至紙張上之驅動力。透過 DPN印刷，線寬度可以藉由調整掃描速率及相對濕度而控制，相對濕度控制AFM針尖與相關聯表面之間之新月圖形尺寸，及筆與紙張之間之有效接觸面積。舉例說明DPN印刷技術，十八硫赶（ODT)油性’’墨水’’均勻地施加於一 AFMfs針尖，當針尖接觸於一薄片金基材或’ 紙張’f時，ODT分子透過一自然形成於針尖之小水滴而轉移至金表面。DPN印刷技術之其他細節係揭露於世界專利申請案第PCT/US00/003 1 9號，其全文在此納入供作參考（包括其文内定義之用詞）。當DPN印刷使用多種墨水或圖案化化合物時，若有需 1266339 (4)

要，不同圖案化化合物之操針針尖在製程期間有時候需要交換或甚至更換。同樣地，樣品有時候需在一中間處理步驟去除，結果，在一樣品表面上找出先前沉積之圖案化化合物需要極為麻煩且不精準之人力技術，其中一技術牵涉到使用塑膠片，其貼在一顯示出樣品表面影像之CRT螢幕上，隨後使用標示器以人力標示出塑膠片，主要在指出 CRT螢幕上相關物件之位置座標。為了使用一先前之樣品工作，或當改變圖案化化合物時，一 DPN印刷實驗者需使用以正確定向產生之塑膠片模板，可以暸解的是，標示座標以對齊多種墨水圖案之人力性質係沉悶冗長及不方便，增加了不對齊誤差之機會，及增加執行多種墨水DPN 印刷所需之時間與人力。因此，吾人仍需有效之方法及裝置，以容許由三或四種以上之墨水執行多墨水式印刷，而無習知方法及裝置之現有缺點。發明内容在本發明之一項觀點中，一種配合一 SPM系統用以將一第一 SPM針尖形成之先前位置對齊於一第二SPM針尖者之系統及方法，其包括辨識第一位置資訊，第一位置資訊包括第一 SPM針尖之位置及一 SPM樣品上之一樣品參考位置，且將第一位置資訊儲存於一儲存區内。將第一 SPM針尖更換成第二SPM針尖後，辨識第二位置資訊，其包括第二SPM針尖之位置及SPM樣品上之樣品參考位置。根據第一及第二位置資訊，計算第二SPM針尖及第一 SPM針尖之位置之間之位移，及依計算之位移而平移第二SPM針尖或 1266339

(5)

—支持SPM樣品之平臺，以將第二SPM針尖對齊於第一 SPM 針尖之位置。實施方式乂下申清案提供DPN印刷之其他支持與說明。 h 1999年1月7日提出之60/ 1 1 5, 133號美國專利暫時申請案 (Π浸潰筆奈米蝕刻”）。 2,1999年10月4日提出之60/157,633號美國專利暫時申請 ’ 木（使用掃描探針顯微鏡針尖之方法及其製成之產物’’）。鲁 3 · 2000年1月5日提出之〇9/477,997號美國專利暫時申請案 (使用掃描探針顯微鏡針尖之方法及其製成之產物'，）。 - 4· 2000年5月26日提出之60/207,713號美國專利暫時申請案（使用掃描探針顯微鏡針尖之方法及其製成之產物，，）。 5.2000年5月26日提出之60/207,711號美國專利暫時申請案（’’使用掃描探針顯微鏡針尖之方法及其製成之產物，’）。 6· 2001年5月Μ日提出之〇9/866, 533號美國專利正式申請案（’’使用掃描探針顯微鏡針尖之方法及其製成之產物”）。善 7.2002年5月3〇日公告之2002/0063212 Α1號美國專利公開案（使用掃插探針顯微鏡針尖之方法及其製成之產物，’）。 - 8.2002年9月5日公告之2002/0122873 Α1號美國專利公開、案（"奈米蚀刻方法及其製成之產物”）。 9.根據20〇〇年1月7日提出PcT/US00/00319號PCT專利申請案之2000年7月13日公開之WO 00/41213 Α1鵲PCT公開案（” 使用择描探針顯微鏡針尖之方法及其製成之產物，，）。 1〇.根據2〇〇1年5月25日提出1>(：丁/1^01/17067號？(：丁專利申 -10-

1266339 ⑹ 請案之2001年12月6曰公開之WO 01/91855 A1號PCT公開案 (’’使用掃描探-針顯微鏡針尖之方法及其製成之產物）° 11 ·2〇01年10月2日提出之60/326,767號美國專利暫時申請案（，，藉由浸漬筆奈米蝕刻所產生奈米鏡特徵之蛋白質陣列丨丨）。 12.2〇01年11月30日提出之60/337,598號美國專利暫時申請案（’’藉由浸潰筆奈米微影蝕刻之核酸圖案化。 ’ 13.2001年12月17日提出之60/341，6 14號美國專利暫時申籲請案（"藉由浸潰筆奈米蝕刻之固態特徵圖案化"）。 14.2〇〇2年3月27日提出之6〇/367,514號美國專利暫時申請 -案（’’用以對齊一基材上圖案的方法及裝置”）。 15.2〇〇2年5月I4日提出之6〇/379,755號美國專利暫時申請案（π奈米餘刻校準方法π)。 16.2〇〇2年10月2日提出之6〇/326,767號美國專利正式申請案蛋白質及縮氨酸奈米陣列”）。特別是，例如在2001年5月24日提出之09/866, 533號先前 · 申睛案中，直接寫入奈米蝕刻印刷背景及程序係詳細說明涵蓋廣泛之實施例，例如包括：先前技術（第K3頁”發明、内容（第3-4頁）；圖式簡單說明（第4_1〇頁）；掃描探針顯微乂鏡針尖之使用（第10-12頁）；基材（第12_13頁）；圖案化化合物（第13-17頁）；貫施方法例如包括塗佈針尖（第18_2〇頁）；儀器包括奈米繪圖儀（第20-24頁）；多層之使用與相關印刷及蝕刻方法（第2^26頁）；解析度（第26-27頁）；陣列及組合陣列（第27-30頁）；軟體及校準（第3〇-35;68_7〇頁广用具及 -11- 1266339

⑺ 包括塗佈有疏水性化合物的針尖在内之其他物件（第3 $ _ 3 7 頁）；工作實例（第38-67頁）；相對應申請專利範圍及摘要說明（第71-82頁）；及圖1-28。所有上述原文包括各上列子段落及圖式在内皆在此納入供作參考，且構成本文之一部分，以支持申請專利範圍。最後，Mirkin等人於2002年5月21日提出之6〇/382 596號美國專利暫時申請案在此納入供作參考，特別是其相關於使用DPN印刷而沉積蛋白質與縮氨酸之揭露全文。其他對於實施DPN印刷程序之指導包括Mirkin等人於 2002年9月5日提出之2002 0122873 A1號美國專利公開案，在此納入供作參考。此申請案例如包括使用具有外部開孔及内部孔穴之針尖，及使用電子、機械、及化學驅動力，其中一種方法包括孔筆奈米蝕刻。圖1係本發明SPM系統之方塊圖，在一觀點上，spM系統可以實施如同一直接寫入奈米蝕刻印刷或寫入系統。如圖 1所不’ SPM系統包括一顯示器1〇、一 SPM處理系統2〇、一 SPM結構30、一針尖控制器40、一 SPM針尖50、一 SPM樣品 60及一 SPM樣品控制器7〇。如文後所述，spM系統可以在系統變化後對齊SPM針尖，例如在一校準程序或針尖變化後。 SPM處理系統20可用硬體、軟體或其某些組合實施，spM 處里系、、’充20可為一 pC或其他電腦結構，以控制π%系統及 SPM系統内各元件之操作，其較佳為包括一 cpu、一主記憶體、一 ROM、一儲存裝置及一透過一匯流排而耦合在一 -12- 1266339 ⑻ 起之通信界面。CPU可以實施如同單一微處理器或用於一多處理系統之多處理器，主記憶體較佳為以一 RAM及一較小型之快取記憶體實施，ROM為一非揮發性儲存器且例如可以實施如同一 EPROM或NVRAM，儲存裝置可為一硬碟機或任意其他型式之非揮發性可寫入儲存器。

用於SPM處理系統20之通信界面提供一雙向資料通信，例如聯結於一網路。例如，若通信界面係一整合服務數位網路卡（ISDN)或一數據機，通信界面提供一資料通信連接至相對應類型之電話線。若通信界面係一本地區域 (LAN)網路卡，通信界面提供一資料通信連接至一相容之 LAN。無線鏈路亦屬可行。在任意此實施中，通信界面傳送及接收電力、電磁或光學信號，即載送代表不同類型資訊之數位資料流。

若通信界面係一網際網路連接，SPM處理系統20可以傳輸一用於應用軟體之請求碼通過網際網路、一 ISP、本地網路及通信界面，接收到之碼則可在接收時由SPM處理系統20中之CPU執行、儲存於儲存裝置内、或儲存於某些其他非揮發性儲存器内以供稍後執行。依此，SPM處理系統 20可以取得一載波形式之應用碼。 SPM結構30使用做為針尖控制器40、SPM針尖50、SPM樣品60及SPM樣品控制器70之支持結構，針尖控制器40控制 SPM針尖50之移動及操作，移動控制包括在SPM針尖50之 X、Y、Z方向中移動，操作控制包括控制SPM針尖50之使用，以成像SPM樣品60之表面，以及將圖案寫至SPM樣品 -13- 1266339

(9) 60上，例如使用DPN印刷。 SPM樣品控制器70控制SPM樣品60之定位，位置控制包括在X、Y、Z方向中移動，以及旋轉移動。SPM樣品60可為一基材或表面，其可印上奈米尺寸之圖案。SPM樣品60例如可由一金薄片或”紙·’構成。顯示器10可為一 LCD、CRT或其他顯示結構，顯示器10 係建構以顯示出由SPM系統產生之影像。由SPM系統產生 · 之W像包括顯微鏡影像及奈米鏡影像，顯微鏡影像例如可 · 由一安裝於SPM結構30内之CCD攝影機（圖中未示）產生，奈米鏡影像例如可使用SPM針尖50以成像SPM樣品60之表面而產生。使用SPM針尖50以成像SPM樣品60之表面的一實例為使用AFM成像。圖2係本發明SPM針尖對齊方法之一流程圖。如圖2所示，SPM針尖對齊方法首先顯示一 SPM樣品60之一影像（步風202) ’所顯示之影像可為一顯微鏡影像，其例如由一設置於SPM樣品60上方之CCD攝影機產生，顯微鏡影像可以 g 顯示出顯微鏡比例之SPM樣品上特徵，例如SPM針尖5〇。圖3A說明圖2所示SPM針尖對齊方法之一 SPM樣品顯示 -之簡示圖。圖3A中所示之簡示圖說明一部分SPM樣品60及、 SPM針尖50，除了 SPM樣品60及SPM針尖50，簡示圖揭示複數樣品參考位置80。如圖3A所示，樣品參考位置8〇揭示成一對由垂直實線分隔之字母，主要用於識別spM樣品6〇内 <已知位置，樣品參考位置80之實際實施方式可為一顯微鏡影像内可見之任意標記。樣品參考位置8〇可以預先標記 -14- 1266339 (10) 於SPM樣品60上，或利用適合產生一標示於一顯微鏡影像内之任意機構做人力標記。圖3 A中亦揭示標示器90，容後詳述。

參考於顯示之影像，一使用者可標示一相對應於SPM針尖50之位置及至少一樣品參考位置（步騾204)。如圖3A所示，一第一標示器90設置於SPM針尖50之位置，而一第二標示器設置於其中一樣品參考位置80。儘管僅有二位置係以標示器90標示，但是其亦可標示三個或更多。

欲以標示器90標示位置時，一使用者可以使用一指示裝置，例如一滑鼠，且移動一游標或圖標至一欲標示之要求位置。在圖3A中，一游標95顯示為一 fX’，儘管其他游標或圖標符號亦可使用。到達要求位置之移動可以參考於顯示器10上之SPM樣品60之顯示影像，移動游標95或圖標至要求位置後，使用者輸入以將一標示器90放置於該位置，該輸入例如可為滑鼠之敲擊或一键盤輸入。反應於該輸入，標示器90即放置於要求位置。標示器90之位置相對應於顯示在顯示器10上之SPM樣品 60之影像座標，座標可以視為一特定之X-Y座標。處理系統20可反應於使用者之輸入而建構，以決定座標，據此，各標示器90具有一相對應之Χ·Υ座標。使用者標示出要求位置後，捕捉SPM樣品60之顯示影像 (步驟206)，顯示影像之捕捉可以反應於使用者之輸入而執行。該輸入例如可為滑鼠在一圖標上之敲擊，以捕捉顯示影像或一键盤輸入，捕捉到之影像可為一特殊影像格式 -15- 1266339 ⑴）、尽/像插案，例如一位元映像或gif檔案。相盤f ρ 、、怎於所捕捉顯示影像内之標示器9〇的捕捉影像及 — 焉Λ隨後儲存於一儲存區内（步驟208)，儲存區可為

^揮發性記憶體，例如一可存取至處理系統2〇之nvraM 或更碟機’儲存區可為處理系統2〇之一部分或位於一分離 =處理系統20之位置。所捕捉影像及位置資訊較佳為以組、我方式儲存，以將二者聯結，以及致能一使用者或通知 1 、且、、歲化可以備有一表格，以利識別欲聯結及提供資訊之所捕捉影像及位置資訊，以致能使用者認知所捕捉影像内顯示之物。一旦所捕捉影像及位置資訊儲存於一儲存區内時，使用者將目前之SPM針尖50更換成一不同之spM針尖5〇 (步驟 21〇)。為了方便以下說明，欲去除之針尖即稱之為第一 spM 針尖50而新針尖稱之為第二SPM針尖5〇，據此，儲存於儲存區内之所捕捉影像及位置資訊即對應於第一 spM針尖 50 ° 將第一 SPM針尖50更換成第二SPM針尖50會在針尖更換前造成第二SPM針尖之位置不對齊於第一 SPM針尖5〇之先前位置，針尖之更換亦造成SPM系統以不同墨水或圖案化合物印出一圖案，此項不對齊亦可能因為去除SPM樣品6〇而發生。同一針尖亦可能用於以不同墨水印出圖案，在此例子中並未更換針尖，但是不對齊之問題仍因墨水更換而發生。即使SPM針尖50未自針尖控制器40去除而令墨水更換，不 1266339 〇2) 對齊也會發生。為了方便以下說明，將探討相關於以第二 SPM針尖50對齊於第一 SPM針尖50之重新對齊方法。惟，應該暸解的是第一 SPM針尖50及第二SPM針尖50實際上可為同一針尖，例如當一針尖用於以不同墨水印出二或更多圖案時。

更換成第二SPM針尖50後，第一 SPM針尖50及SPM樣品60 之捕捉影像再次顯示（步騾212)。為了再次顯示所捕捉之影像，使用者可參考一儲存於儲存區内之捕捉影像列表，且自列表中選出所需之影像。另者，影像可以反應於針尖之更換而自動重新顯示。

除了重新顯示所捕捉之影像，SPM樣品60及第二SPM針尖50之一現時影像亦顯示出來（步驟214)。現時影像可以如同重新顯示之捕捉影像一般顯示於同一顯示幕上，或者在分離之視窗内或在同一視窗内，或者二影像可以顯示於分離之顯示幕上。重新顯示之捕捉影像包括已標示在第一 SPM針尖50之位置及至少一樣品參考位置80處之標示器 90。圖3B說明一顯示器60之簡示圖，且一視窗顯示出第一針尖之重新顯示影像及一第二視窗顯示出第二針尖之現時影像。隨後，相同於上述方式，使用者在現時影像中標示出已顯示於重新顯示之捕捉影像内的第二SPM針尖50及同一樣品參考位置80(步騾216)。復如上所述，標示器90之位置係相對應於顯示在顯示器10上之SPM樣品60之現時影像座標，且可視為一特定X-Y座標，標示器90之設置可提供用 -17- 1266339

(13) 於現時影像内第二SPM針尖50及樣品參考位置80之位置資料，標示器90之位置可以藉由放置游標95於要求位置，及進行一輸入以放置標示器90於游標95之位置而達成。由於在此點處之位置資訊僅產生用於現時影像，游標95因此僅可顯示於現時影像内。根據相對應於重新顯示之捕捉影像標示位置的位置資料及相對應於現時影像之標示器90的位置資料，計算一對 ‘ 齊位移向量（步騾218)。用於重新顯示之捕捉影像内第一 φ SPM針尖50及樣品參考位置80的位置資料可以識別於儲存在儲存區内之影像及相關聯位置資訊之間之鏈路，如上所 - 述，用於現時影像内第二SPM針尖50及樣品參考位置80的位置資料係從標示於現時影像内之標示器90得知。在一項觀點中，一第一位移向量係在重新顯示之捕捉影像内樣品參考位置80與現時影像内同一樣品參考位置80 之間計算。此外，一第二位移向量係在重新顯示之捕捉影像内第一 SPM針尖50與現時影像内第二SPM針尖50之位置 _ 之間計算。根據此二向量，對齊位移向量係藉由第二位移向量減去第一位移向量而計算，對齊位移向量決定第二 · SPM針尖50之位置需要如何移動或平移，以將其對齊於第 · 一 SPM針尖50。習於此技者可以瞭解的是，可以根據重新顯示之捕捉影像與現時影像的位置資料，以使用其他方法計算將第二SPM針尖50對齊於第一 SPM針尖50所需之對齊位移向量。在上述實施例中，僅有一樣品參考位置80用於計算對齊 -18- 1266339

(14) 位移向量，惟，若SPM樣品60在從第一 SPM針尖50變成第二SPM針尖50期間移動或轉動，則使用單一樣品參考位置 80會造成不準確之對齊位移向量。為了確定對齊位移向量準確及防止SPM樣品60轉動，可以使用一個以上之樣品參考位置80。習於此技者可以瞭解的是，若SPM樣品60轉動，則利用一個以上之樣品參考位置80之位移即可進行一準確對齊位移向量之計算。

利用對齊位移向量，第二SPM針尖50或SPM樣品60之位置即平移或移動，以致SPM針尖50對齊於SPM樣品60上之第一 SPM針尖50之位置（步驟220)。SPM處理系統20係建構以根據對齊位移向量，而利用針尖控制器40控制SPM針尖 50之平移。SPM處理系統20亦建構以根據對齊位移向量，而利用SPM樣品控制器70控制SPM樣品60之平移。完成平移後，針尖更換之前，第二SPM針尖50即以顯微鏡程度對齊於第一 SPM針尖50之位置。

圖4係本發明之一奈米鏡圖案對齊方法之流程圖。如圖4 所示，一第一圖案利用第一 SPM針尖50而形成於SPM樣品 60上（步騾402)。圖案可利用DPN或使用SPM針尖50之其他奈米蝕刻方法形成，當形成圖案時，可以使用多種不同墨水之其中一者。第一圖案可為利用不同墨水形成之其中一圖案，例如，圖5 A揭示二種不同圖案之實例，一圓形由墨水1形成及一方形由墨水2形成，應該瞭解的是亦可形成其他圖案，例如點及線。不同圖案可用同一 SPM針尖50形成，但是使用 -19- (15) 1266339

同王水或者車父佳為’藉由使用不同SPM針尖50於不同王水。SPM處理系統20可建構以致能一使用者產生不同圖案且指定那一圖案欲以一特定墨水形成，這些圖案隨後供 SPM處理系統20參考，以指示針尖控制器4〇移動spM針尖 5〇，而形成圖案。當完成第一圖案時，至少一奈米鏡對齊標記形成於SPM 樣品60上（步驟404)。奈米鏡對齊標記係無法以顯微鏡程度看見者，但是可以奈米鏡程度看見，可以使用多種形狀或式樣，例如一 'X’。奈米鏡對齊標記可以藉由相同於形成圖案之奈米蝕刻方法形成，且較佳為形成於圖案之邊緣上。由SPM系統形成之各圖案包括奈米鏡對齊標記，例如，如圖5A所示，對應於墨水1之圓形的圖案即包括一奈米鏡對齊標記，對應於墨水2之方形的圖案亦是如此，二圖案之奈米鏡對齊標記放置於相同位置’因此當其對齊時，圓形與方形亦對齊。形成圖案及至少一奈米鏡對齊標記後’第一 spm針尖5〇更換成第二SPM針尖（步驟406) ’此項更換可用相同於有關圖2之SPM針尖對齊方法執行，事實上，第一圖案及奈米鏡對齊標記之形成可以利用圖2之SPM針尖對齊方法同時執行。如先前有關圖2所述，從第一 SPM針尖50更換成第二SPM 針尖5 0實質上牽涉到二不同針尖之間之變化’同樣如上所述，同一針尖亦可用於以不同墨水印出圖案’在此例子中並未更換針尖。據此，應該瞭解的是第一SPM針尖50及第 -20- 1266339

(16) 二SPM針尖50可為不同針炎或同—針炎。此外，若使用同一針尖，針尖可以不從針尖控制器4〇去除。隨後產生SPM樣品60之一奈米鏡影像（步驟4〇8)，奈米鏡影像包括第一圖案及對齊標記。奈米鏡影像可由奈米鏡成像方法利用第二SPM針尖50形成，奈米鏡成像方法例如可使用AFM執行，其中類比及數位回授電路根據spM針尖5〇之桿部分偏曲做為一輸入，以改變spM針尖5〇末端或spM 樣品60之高度。一影像隨後藉由相關於一光域圖案内之 SPM針尖50而掃描SPM樣品6〇、記錄掃描内連續點處之資料、及將資料顯示於顯示器1〇上而形成。罘一圖案在SPM樣品60上之生成影像係顯示於顯示器 j (步騾4io) ’此外，欲形成於spM樣品6〇上之第二圖案則武覆於生成影像之頂面上（步驟412)。例如，圖5b揭示伴

Pic著一奈米鏡對齊標記82之使用墨水丨的圓形第一圖安，此外，圖中亦揭示一使用墨水2的方形第二圖案及一 2形成之虛擬奈米鏡對齊標記84。乂為了確定第一及第二圖案係以奈米鏡程度對齊，二圖安足奈米鏡對齊標記在彼此之頂面上對齊（步騾412)，2項對齊可以利用影像辨認軟體自動執行或由一使用者以t 力執仃，由使用者做人力對齊可以使用一鍵盤或指示透過SPM處理系統2〇輸入實施。圖5C揭示當第—圖案之^ 米鏡對齊標記82對齊於第二圖案之虛擬奈米鏡對齊^ 8。4時，墨水1的圓形（圖案i)對齊於墨水2的方形（圖案2) 當第二圖案形成時，藉由對齊成像及虚擬對齊標=^。 w 弟二 -21.

1266339 (17) 對齊標記對齊時，第二圖案即形成於SPM樣 nU。第二圖案可用相同於第一圖案之方式形品60上（步騾414) ^ ^ il· 、、冰$藉由重覆步驟414而接續’以確定其成，圖4之方承银/及第二圖案。他圖案對齊於# 圖案之座標相# Μ 旦奈米鎗圖4之奈米執行，當第一鏡對齊方法可用相關於圖2之SPM對齊方法 spNl針尖50在定位時，可以執行標示器9〇之放置及位置資訊與顯微鏡影像之記錄，以及利用奈米鏡對齊標記形成第/圖#。改換成第二SPM針尖5G後，第二顯微鏡影像及顯微鏡現時影像即做顯示’標示出現時影像内同一標示器9G之位置’及計算對齊位移向量以將第二SPM 針尖50之位置對齊於第一腦針尖50之先前位置。P遺後執行SPM樣品6〇之条米鏡成像，接著使用奈米鏡影像做奈米鏡對齊，及對齊於第一圖案而形成第二圖案。應該瞭解的是對齊方法可包括在垂直及水平方向中之平移，以及旋轉對齊。本發明之其他實施例可包括根據影像處理及圖案而以樣品參考位置自動對齊後續SPM針尖之方法，、能系統以一基材上之複數樣品參考位置自動對齊二致本發明之另一實施例包含將倒置疊覆之樣品區：―。 SPM影像顯示於視頻監視器上，以協助對齊方法。" 本發明之其他貫施例包含一像。個以上之相互疊覆倒置影習於此技者將可以瞭解或侍使用—或多例行實驗而確 -22- 1266339 (18) 定，本文内特別說明之本發明特定實施例尚有許多等效技術，諸此等效技術應包含在本發明之申請專利範圍内。圖式簡單說明併入及構成本說明書一部分之配合圖式係揭示本發明之實施例，且連同說明以闡釋本發明之原理。圖1係本發明SPM系統之方塊圖。圖2係本發明SPM針尖對齊方法之流程圖。圖3A-3B說明圖2所示SPM針尖對齊方法之一 SPM樣品顯示之簡示圖。圖4係本發明奈米鏡圖案對齊方法之流程圖。圖5A_5C說明圖4所示奈米鏡圖案對齊方法之一 SPM樣品顯示之簡示圖。圖式代表符號說明 10 顯示器 20 SPM處理系統 30 SPM結構 40 針尖控制器 50 SPM針尖 60 SPM樣品 70 SPM樣品控制器 80 樣品參考位置 82 奈米鏡對齊標記 84 虛擬奈米鏡對齊標記 90 標示器 95 游標 -23-

Claims

1266339 拾、申請專利範園 1. 一種配合一掃描探針顯微鏡（SPM)系統用以將一第一 SPM針尖之位置對齊於一第二SPM針尖者之方法，包含：辨識第一位置資訊，其包括第一 SPM針尖之位置及一 SPM樣品上之一樣品參考位置；將第一位置資訊儲存於一儲存區内；辨識第二位置資訊，其包括第二SPM針尖之位置及 SPM樣品上之樣品參考位置；根據第一及第二位置資訊，計算第二SPM針尖及第一 SPM針尖之位置之間之位移；及依計算之位移而平移第二SPM針尖或一支持SPM樣品之平臺，以將第二SPM針尖對齊於第一 SPM針尖之位置。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含：捕捉第一 SPM針尖之一第一影像及SPM樣品上之樣品參考位置；將捕捉之第一影像儲存於儲存區内；將第一影像顯示於一顯示器上；及將SPM樣品上第二SPM針尖之一第二影像顯示於顯示器上。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中第一影像及第二影像係顯示於顯示器上之不同視窗。 4. 如申請專利範圍第2項之方法，其中用於第二位置資訊 1266339

之樣品參考位置之辨識包括從顯示之第一影像中決定樣品參考位置。 5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中第一位置資訊之辨識包含：顯示第一 SPM針尖之一第一影像及SPM樣品上之樣品參考位置；及接收一指示出第一 SPM針尖位置之第一輸入及一指不出樣品參考位置之弟二輸入’及其中第二位置資訊之辨識包含：顯示第二SPM針尖之一第二影像及SPM樣品上之樣品參考位置；及接收一指示出第二SPM針尖位置之第三輸入及一指示出樣品參考位置之第四輸入。 6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中第一位置資訊之辨識進一步包含：根據第一輸入而決定一相對應於第一 SPM針尖位置之第一座標；及根據第二輸入而決定一相對應於樣品參考位置之第二座標，其中第一位置資訊相對應於第一及第二座標，其中第二位置資訊之辨識進一步包含：根據第三輸入而決定一相對應於第二SPM針尖位置之第三座標；及根據第四輸入而決定一相對應於樣品參考位置之第 1266339

四座標，及其中第二位置資訊相對應於第三及第四座標。 7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中位移之計算包含：計算第一及第三座標之間之一第一差異；及計算第二及第四座標之間之一第二差異。 8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中平移包含：舄根據第一及第二差異而移動第二SPM針尖或一支持 SPM樣品之平臺。 _ 9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中樣品參考位置相對 •應於SPM樣品上之一標記，及其中標記可用一光學顯微鏡看見。 10. 如申請專利範圍第9項之方法，進一步包含：在SPM樣品上產生一標記，其可用一光學顯微鏡看見，其中所產生之標記相對應於樣品參考位置。 11. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含·· · 利用第一 SPM針尖輸送一圖案化化合物至SPM樣 0 品，以形成一第一圖案於SPM樣品上；及在平移後，利用第二SPM針尖輸送一圖案化化合物 · 至SPM樣品，以形成一第二圖案於SPM樣品上。 12. 如申請專利範圍第11項之方法，其中第一圖案係以一第一墨水形成，及第二圖案係以一不同於第一墨水之第二墨水形成。 13.如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含： 1266339

使用一圖案辨認演算以識別第一位置資訊及第二位置資訊。' 14. 如申請專利範圍第1項之方法，其中第一及第二位置資訊進一步包括複數樣品參考位置。 15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中平移包含：根據第一位置資訊之複數樣品參考位置及根據第二位置資訊之複數樣品參考位置而旋轉SPM樣品。 + 16. 如申請專利範圍第1項之方法，其中第一及第二SPM針 · 尖各為一探針針尖陣列。 17. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含： — 利用第一 SPM針尖形成一第一圖案於SPM樣品上，第一圖案包括至少一對齊標記；利用第二SPM針尖產生SPM樣品之一影像；從產生之影像中識別至少一對齊標記；根據識別出之至少一對齊標記而對齊一第二SPM圖案；及 φ 利用第二SPM針尖形成一第二圖案於SPM樣品上，使第二圖案對齊第一圖案。 # 18. 如申請專利範圍第17項之方法，其中對齊進一步包含： · 顯示SPM樣品之產生影像；將第二圖案疊覆於顯示之影像上，第二圖案包括至少一對齊標記；及調整第二SPM針尖或SPM樣品之位置，使顯示影像内之至少一對齊標記係對齊第二圖案之至少一對齊標 -4- 1266339

1己。 19. 如申請專利範圍第1項之方法，其中第一 SPM針尖及第二SPM針尖相同。 20. 如申請專利範圍第1項之方法，其中第一 SPM針尖及第二SPM針尖不同。 21· —種用以將一第一 SPM針尖之位置對齊於一第二SPM 針尖者之SPM系統，包含：一處理器，係建構以控制鄰近於一 SPM樣品之第一 SPM針尖及第二SPM針尖之操作；及一記憶體，係耦合於處理器，記憶體包含由處理器執行之複數指令，該複數指令係建構以：識別第一位置資訊，其包括第一 SPM針尖之一位置及當第一 SPM針尖鄰近於SPM樣品時SPM樣品上之一樣品參考位置；將第一位置資訊儲存於一儲存區内；識別第二位置資訊，其包括第二SPM針尖之一位置及當第二SPM針尖鄰近於SPM樣品時SPM樣品上之樣品參考位置；根據第一及第二位置資訊，計算第二SPM針尖及第一 SPM針尖之位置之間之位移；及依計算之位移而平移第二SPM針尖或一支持SPM樣品之平臺，以將第二SPM針尖對齊於第一 SPM針尖之位置。 22.如申請專利範圍第21項之SPM系統，記憶體進一步包含 1266339

指令且建構以：捕捉第一 SPM針尖之一第一影像及SPM樣品上之樣品參考位置；將捕捉之第一影像儲存於儲存區内；將第一影像顯示於一顯示器上；及將SPM樣品上第二SPM針尖之一第二影像顯示於顯示器上。 23. 如申請專利範圍第22項之SPM系統，其中第一影像及第二影像係顯示於顯示器上之不同視窗。 24. 如申請專利範圍第22項之SPM系統，記憶體進一步包含一指令且建構以從顯示之第一影像中決定樣品參考位置。 25. 如申請專利範圍第21項之SPM系統，記憶體進一步包含指令且建構以：顯示第一 SPM針尖之一第一影像及SPM樣品上之樣品參考位置，接收一指示出第一 SPM針尖位置之第一輸入及一指不出樣品參考位置之弟二輸入，顯示第二SPM針尖之一第二影像及SPM樣品上之樣品參考位置；及接收一指示出第二SPM針尖位置之第三輸入及一指示出樣品參考位置之第四輸入。 26. 如申請專利範圍第25項之SPM系統，記憶體進一步包含指令且建構以： 1266339

根據第一輸入而決定一相對應於第一 SPM針尖位置之第一座標；根據弟二輸入而決定' ^相對應於樣品參考位置之弟二座標，其中第一位置資訊相對應於第一及第二座標；根據第三輸入而決定一相對應於第二SPM針尖位置之第三座標；及根據第四輸入而決定一相對應於樣品參考位置之第四座標，其中第二位置資訊相對應於第三及第四座標。 27. 如申請專利範圍第26項之SPM系統，記憶體進一步包含指令且建構以·· 計算第一及第三座標之間之一第一差異；及計算第二及第四座標之間之一第二差異。 28. 如申請專利範圍第27項之SPM系統，記憶體進一步包含一指令且建構以根據第一及第二差異而移動第二SPM 針尖或一支持SPM樣品之平臺。 29. 如申請專利範圍第21項之SPM系統，其中樣品參考位置相對應於SPM樣品上之一標記，及其中標記可用一光學顯微鏡看見。 30. 如申請專利範圍第29項之SPM系統，記憶體進一步包含一指令且建構以在SPM樣品上產生一標記，其可用一光學顯微鏡看見，其中所產生之標記相對應於樣品參考位置。 31. 如申請專利範圍第21項之SPM系統，記憶體進一步包含指令且建構以·· 1266339

利用第一 SPM針尖輸送一圖案化化合物至SPM樣品，以形成一第一圖案於SPM樣品上；及在平移後，利用第二SPM針尖輸送一圖案化化合物至SPM樣品，以形成一第二圖案於SPM樣品上。 32. 如申請專利範圍第31項之SPM系統，其中第一圖案係以一第一墨水形成，及第二圖案係以一不同於第一墨水之第二墨水形成。 33. 如申請專利範圍第21項之SPM系統，記憶體進一步包含一指令且建構以使用一圖案辨認演算以識別第一位置資訊及第二位置資訊。 34. 如申請專利範圍第21項之SPM系統，其中第一及第二位置資訊進一步包括複數樣品參考位置。 35. 如申請專利範圍第34項之SPM系統，記憶體進一步包含一指令且建構以根據第一位置資訊之複數樣品參考位置及根據第二位置資訊之複數樣品參考位置而旋轉 SPM樣品。 36. 如申請專利範圍第21項之SPM系統，其中第一及第二 SPM針尖各為一探針針尖陣列。 37. 如申請專利範圍第21項之SPM系統，記憶體進一步包含指令且建構以：利用第一 SPM針尖形成一第一圖案於SPM樣品上，第一圖案包括至少一對齊標記；利用第二SPM針尖產生SPM樣品之一影像； 1266339

根據識別出之至少一對齊標記而對齊第二圖案；及利用第二SPM針尖形成一第二圖案於SPM樣品上，使第二圖案對齊第一圖案。 38. 如申請專利範圍第37項之SPM系統，記憶體進一步包含指令且建構以：顯示SPM樣品之產生影像；將第二圖案疊覆於顯示之影像上，第二圖案包括至少一對齊標記；及調整第二SPM針尖或SPM樣品之位置，使顯示影像内之至少一對齊標記係對齊第二圖案之至少一對齊標 1己。 39. 如申請專利範圍第21項之SPM系統，其中第一 SPM針尖及第二SPM針尖相同。 40. 如申請專利範圍第21項之SPM系統，其中第一 SPM針尖及第二SPM針尖不同。 41. 一種用以自一奈米鏡針尖沉積圖案化化合物至一基材之奈米蚀刻記錄器，包含：一控制系統，其控制一第一奈米鏡針尖及一第二奈米鏡針尖之定位及功能；一處理器，係建構以控制該控制系統之操作；及一記憶體，係耦合於處理器，記憶體包含由處理器執行之複數指令，該複數指令係建構以：利用第一奈米鏡針尖以形成一第一圖案於一基材上； 1266339

識別第一位置資訊，其包括第一奈米鏡針尖之一位置及當第一奈米鏡針尖鄰近於基材時基材上之一樣品參考位置；將第一位置資訊儲存於一儲存區内；識別第二位置資訊，其包括第二奈米鏡針尖之一位置及當弟二奈米鏡針尖鄰近於基材時基材上之樣品參考位置；根據第一及第二位置資訊，計算第二奈米鏡針尖及第一奈米鏡針尖之位置之間之位移；依計算之位移而平移第二奈米鏡針尖或一支持基材之平臺，以將第二奈米鏡針尖對齊於第一奈米鏡針尖之位置；及利用第二奈米鏡針尖以形成一第二圖案於基材上。 42.如申請專利範圍第41項之奈米蝕刻記錄器，記憶體進一步包含指令且建構以：顯不弟' ^奈米鏡針矣之一弟"影像及基材上之樣品參考位置；接收一指示出第一奈米鏡針尖位置之第一輸入及一指示出樣品參考位置之第二輸入；顯示第二奈米鏡針尖之一第二影像及基材上之樣品參考位置；及接收一指示出第二奈米鏡針尖位置之第三輸入及一指示出樣品參考位置之第四輸入。 43.如申請專利範圍第42項之奈米蝕刻記錄器，記憶體進 1266339

一步包含指令且建構以：根據第一輸入而決定一相對應於第一奈米鏡針尖位置之第一座標；根據第二輸入而決定一相對應於樣品參考位置之第二座標，其中第一位置資訊相對應於第一及第二座標；根據第三輸入而決定一相對應於第二奈米鏡針尖位置之第三座標；及根據第四輸入而決定一相對應於樣品參考位置之第 β 四座標，其中第二位置資訊相對應於第三及第四座標。 44. 如申請專利範圍第43項之奈米蝕刻記錄器，記憶體進一步包含指令且建構以：計算第一及第三座標之間之一第一差異；及計算第二及第四座標之間之一第二差異。 45. 如申請專利範圍第44項之奈米蝕刻記錄器，記憶體進一步包含一指令且建構以根據第一及第二差異而移動第二奈米鏡針尖或一支持基材之平臺。鲁 46. 如申請專利範圍第41項之奈米蝕刻記錄器，其中第一 0- 圖案係以一第一墨水形成，及第二圖案係以一不同於第一墨水之第二墨水形成。 “ 47. 如申請專利範圍第41項之奈米蝕刻記錄器，其中第一圖案包括至少一對齊標記，記憶體進一步包含指令且建構以：利用第二奈米鏡針尖產生基材之一影像，從產生之影像中識別至少一對齊標記；及 -11 - 1266339

根據識別出之至少一對齊標記而對齊第二圖案，其中利用第二奈米鏡針尖形成於基材上之第二圖案對齊第一圖案。 48. 如申請專利範圍第47項之奈米蝕刻記錄器，記憶體進一步包含指令且建構以：顯不基材之產生影像，將第二圖案疊覆於顯示之影像上，第二圖案包括至少一對齊標記；及調整第二奈米鏡針尖或基材之位置，使產生影像内之至少一對齊標記係對齊第二圖案之至少一對齊標 1己。 49. 如申請專利範圍第41項之奈米蝕刻記錄器，其中第一奈米鏡針尖及第二奈米鏡針尖相同。 50. 如申請專利範圍第41項之奈米蝕刻記錄器，其中第一奈米鏡針尖及第二奈米鏡針尖不同。 -12-