TWI380895B - 控制殘餘層厚度之技術 - Google Patents

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TWI380895B TW097147456A TW97147456A TWI380895B TW I380895 B TWI380895 B TW I380895B TW 097147456 A TW097147456 A TW 097147456A TW 97147456 A TW97147456 A TW 97147456A TW I380895 B TWI380895 B TW I380895B
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Niyaz Khusnatdinov
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    • G03F7/0002—Lithographic processes using patterning methods other than those involving the exposure to radiation, e.g. by stamping
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Description

控制殘餘層厚度之技術 相關申請案之相互參照
本發明基於2007年12月5日提出申請之美國臨時申請案第60/992,418號，主張優先權，該美國臨時申請案的內容係併入本申請案中以供參考。
發明領域
本發明關於一種控制殘餘層厚度之技術。
 發明背景
奈米製程包括大約100奈米或更小之部件的極小結構之製造。奈米製程已具有相當大之衝擊的一應用為積體電路的加工。半導體加工之工業持續努力增加生產量並增加形成在基板上之每單位面積上之電路，因此奈米製程變的日益重要。奈米製程於持續減少所形成之結構之最小線寬尺寸(feature dimensions)時提供了更佳的製程控管。已應用奈米製程之其他發展的領域包括生物技術、光學技術、機械系統等等。
目前使用之典型奈米製程技術一般常指壓模微影術。典型的壓模微影術製程已描述於許多公開文獻中，如美國專利公開案第2004/0065976號、美國專利公開案第2004/0065252號、及美國專利第6,936,194號，以上皆併入本申請案中以供參考。
每一前述之美國專利公開案與美國專利所揭露之壓模 微影術術，包含在可成形之層(可聚合的)中形成將一浮凸圖形，以及將與此浮凸圖形相對應之圖形轉印至下層基板。該基板可與移動之工作台偶合，以獲得所欲的定位而促進圖案化製程。圖案化製程中利用與基板分隔的樣板與施用於該樣板與該基板間之可聚合液體。該可聚合液體凝固以形成硬層，該硬層具有與接觸該可聚合液體之該樣板表面的形狀一致的圖案。於固化後，將該樣板與該硬層分開，以致使該樣板與該基板分離。接著使該基板與該固化層接受其他製程，以將對應該固化層中圖案之浮凸影像轉印至該基板。
依據本發明之一實施例，係特地提供一種形成殘餘層之方法，係於疊置之基板與樣板之間，沉積複數滴之可聚合材料以形成該殘餘層，該殘餘層具有小於約5奈米之厚度，該方法包含：提供待沉積在基板上之可聚合材料的液滴塗展時間；基於樣板之部件體積估計可聚合材料之液滴體積；調整可聚合材料與樣板之間的接觸角，使得樣板之表面能最佳化；調整可聚合材料與基板之間的接觸角，使得基板之表面能最佳化；於樣板與基板之間沉積可聚合材料液滴，使得可聚合材料之實際液滴塗展時間與所提供之液滴塗展時間大致上相同；將可聚合材料與樣板接觸；固化可聚合材料以形成一具有限定在小於約5奈米厚度的殘餘層之圖形表面；以及於電漿表面處理(descum)蝕刻圖形表面與基板前，蝕刻基板。
依據本發明之另一實施例，係特地提供一種提供樣板假充填部件之方法，以增加一給定分配體積之樣板體積，提供形成於該樣板與該基板間之殘餘層的估計厚度，該方法包括：決定藉由壓印與固化基板上的可聚合材料所形成之圖形表面的殘餘層的估計厚度；決定該基板上的該可聚合材料之估計液滴塗展時間；以及當該殘餘層之該估計厚度變成大於約5奈米及在該基板上之可聚合材料的估計液滴塗展時間變成大於0時，提供假充填部件於該樣板上。
依據本發明之另一實施例，係特地提供一種於基板上製造圖形表面之方法，該圖形表面具有一厚度小於約5nm之殘餘層，該方法包含：沉積一黏著層於該基板之表面；藉由確認在該黏著層上之可聚合材料的預定液滴塗展時間，決定欲沉積於該基板之黏著層上之可聚合材料體積；在該黏著層上沉積該可聚合材料之體積，該可聚合材料係由至少一界面活性劑材料形成；利用一樣板壓印該可聚合材料；固化該可聚合材料以供在該基板上提供圖形表面該圖形表面具有厚度小於約5nm之殘餘層；使該樣板與該圖形表面分離；以及於利用電漿表面處理蝕刻該基板之前蝕刻基板。
依據本發明之另一實施例，係特地提供一種形成殘餘層之方法，係藉由於疊置之基板與樣板之間，沉積複數滴之可聚合材料以形成該殘餘層，該樣板具有複數個界定部件體積之部件，該方法包含：選擇用於可聚合材料之液滴的液滴塗展時間；決定該樣板之部件體積；基於該樣板之 部件體積，選擇可聚合材料之液滴的總液滴體積；在該樣板與該可聚合材料接觸期間，於選擇之液滴塗展時間內，使該樣板及該基板之表面能最佳化，致使液滴之總液滴體積合併且充填由該樣板之至少二部件所產生的孔洞；以及硬化該可聚合材料，以供在該基板上提供圖形表面，該圖形表面具有一厚度小於約5nm的殘餘層。
圖式簡單說明
為更詳細瞭解本發明，參照附加之圖式中例示說明的實施例，提供本發明之實施例的說明。然而，應注意的是，附加圖式例示說明的僅為本發明之具代表性之實施例，以及因此不應視為限制本發明之範圍。
第1圖係例示說明根據本發明之實施例之微影術系統之簡易側視圖。
第2圖係例示說明顯示於第1圖之設置有圖形層的基板的簡易側視圖。
第3圖係例示說明用於提供假充填部件之典型方法之流程圖。
第4圖係例示說明用於製造具有小於約5 nm之厚度t2 的殘餘層之基板的典型方法的流程圖。
 詳細說明
參照圖式，及尤其是第1圖，其中描述用以在基板12上形成凹凸圖案的一微影術系統10。基板12可與基板夾具14偶合。如所例示說明者，基板夾具14為真空夾具。然而， 基板夾具14可為任何夾具，包含但不限於真空式、銷式、溝槽式、電磁式且/或其相似種類。典型的夾具於美國專利第6,873,087號中已有描述，該專利併入本申請案中以供參考。
基板12與基板夾具14更可由工作台16所支撐。工作台16可提供延著x-、y-及z-軸的移動。工作台16、基板12及基板夾具14也可設置於一基座上(未顯示)。
與基板12隔開的是樣板18。樣板18可包括朝向基板12延伸之台面20，台面20上具有一圖案表面22。更甚者，台面20可被稱為模具20。另一方面，樣板18可不形成台面20。
樣板18且/或模具20可由包括但不限於融熔二氧化矽、石英、矽、有機聚合物、矽氧烷聚合物、硼矽酸鹽玻璃、碳氟聚合物、金屬或硬化藍寶石等等之材料所形成。如所例示說明者，圖形表面22包含藉由複數相間隔之凹部24且/或凸部26所界定的部件，然而本發明之實施例不限於此等配置結構。圖形表面22可界定任何原始圖形，該原始圖形形成欲形成於基板12上之圖形的基礎。
樣板18可與夾具28偶合。夾具28可建構成但不限於真空式、銷式、溝槽式、電磁式且/或其他相似的夾具形式。典型的夾具更已描述於美國專利第6,873,087號中，該專利併入本申請案中以供參考。更甚者，夾具28可與壓印頭30偶合，以致使夾具28且/或壓印頭30之結構配置可建構成促進樣板18之移動。
系統10更可包含一液體分配系統32。液體分配系統32 可用來於基板12上沉積可聚合材料34。可聚合材料34可使用經由液滴分配法、旋轉塗覆法、浸漬塗覆法、化學汽相沉積法(CVD)、物理汽相沉積法(PVD)、薄膜沉積法、厚膜沉積法且/或相似方法沉積於基板12之上。可聚合材料34可於依設計考量而定，在模具20與基板12之間界定所欲體積之前且/或之後，配置於基板12之上。可聚合材料34可包含如描述於美國專利第7,157,036號、美國專利公開案第2005/0187339號中的一單體混合物，以上文獻皆併入本申請案中以供參考。
參照第1及2圖，系統10更可包含沿著路徑42與直接能量40偶合之能量源38。壓印頭30與工作台16可配置成使樣板18與基板12與路徑42疊置地定位。系統10可藉由處理器54所控制，該處理器與工作台16、壓印頭30、液體分配系統32、且/或能量源38連結，且可以一儲存於記憶體56中之電腦可讀程式操作。
壓印頭30、工作台16或二者改變模具20與基板12之間的距離，以界定模具20與基板12之間充填有可聚合材料34的所欲體積。例如：壓印頭30可施一外力至樣板18，以致使模具20接觸可聚合材料34。一旦所欲體積已充滿可聚合材料34，能量源38產生能量40，如寬能帶紫外線輻射，使得可聚合材料34固化，且/或交聯成與基板12之表面44以及圖形表面22之形狀一致，界定基板12上的圖形層46。圖形層46可包含一殘餘層48，以及顯示如凸部50及凹部52之多數部件，凸部50厚度為t1 、殘餘層厚度為t2 。
前述系統與製程更可被應用於美國專利第6,932,934號、美國專利公開案第2004/0124566號、美國專利公開案第2004/0188381號、與美國專利公開案第2004/0211754號中提及的壓模微影製程與系統，以上文獻皆併入本申請案中以供參考。
一般而言，對於樣板18與基板12間之圖形轉移，殘餘層48之厚度t2 相對於部件50的高度比例大於約3：1。例如，當部件50的高度約為30 nm時，殘餘層48之厚度t2 可約為10 nm。當樣板18的部件24且/或26的尺寸縮小時，部件50且/或52與殘餘層48亦可被縮小。
殘餘層48厚度t2 可藉由調整可聚合材料34體積、界於樣板18與基板12間的表面能，且/或其他相似條件來控制。例如，厚度t2 可被控制至小於約5 nm。下述說明略述為控制殘餘層厚度t2 之方法。
體積控制
可聚合材料34之體積的選擇可由四種特徵決定：1)液滴體積，2)液滴塗展，3)基板12之體積且/或4)樣板18之體積。
可聚合材料34可為具有一預設液滴體積之低黏度可聚合壓印溶液。由於液滴周圍的高毛細作用力的緣故，可聚合材料34之液滴體積可基於在樣板18與基板12之間接觸之前液滴塗展多遠來選擇，如更描述於美國專利公開案第2005/0061773號中者，該專利併入本申請案中以供參考。例如，可聚合材料34之液滴體積可為0.5-50 cps。
液滴塗展一般為液滴體積、樣板18之體積、樣板18之表面能及/或基板12之表面能的函數。例如，空白樣板18上，6 pl之液滴體積可提供約為該分配液滴直徑的7倍之液滴塗展。液滴體積更可致使殘餘層48的範圍界於10至15 nm之間。
一般而言，殘餘層48可藉由給定時間內，在液滴將塗展的面積內，超過樣板18之體積的過多可聚合材料34來界定。在某些例子中，每一液滴塗展範圍之可聚合材料34之體積可明顯大於樣板18之體積。此可導致厚殘餘層48，如大於5 nm。
表面能致使可聚合材料34濕潤樣板18與基板12的表面44，使得可聚合材料34位移很大的距離，該大距離係為由塗展時間ts 及過量的最初液滴尺寸(亦即<100μm)所定義。一旦樣板18接觸可聚合材料34，藉由樣板18與基板12間之毛細作用與接觸幾何可驅使流體移動。例如，液滴可擴張至該等液滴之直徑的6或7倍以形成一均勻膜。然而，重要的可能是控制超出樣板18之體積的多餘可聚合物34，或殘餘層48厚度可大於5 nm。
假體積充填部件
假體積充填部件可引入樣板18之某些特定區域。例如，若與局部液滴體積相比，樣板18的部件24且/或26之體積較小，假充填可用於提供小於約5 nm的殘餘層厚度t2 。假充填部件可定義為任何非裝置功能性，且可吸收超過樣板18之體積所需要的過量的可聚合材料34。典型的部件種類 可包含但不限於孔洞、柵格狀部件且/或其類似物。例如，柵格狀部件可被放置於樣板18的區域內，其中可存在有非裝置功能性部件，例如空白地區。
若對於給定液滴塗展面積ad 而言，部件24且/或26之面積af 太小或或部件24且/或26之蝕刻深度df 太淺，假充填可用來消耗液滴塗展面積ad 內之多餘體積。液滴塗展範圍ad 一般為部件面積af 及深度df 的函數，且因為可聚合材料34之體積Vd 被消耗，所以可限制液滴塗展。例如，對於給定液滴塗展時間ts ，殘餘層48厚度t2 可大於約5 nm，因此假充填可用於提供約為藉由特定塗展時間ts 達成之給定塗展面積ad 之液滴體積Vd 的部件24且/或26之體積Vf 。另一方面，對於給定液滴塗展時間ts ，其中分配之光阻體積(Vd )無法填滿所有部件體積(Vf )以達成t2 的所欲值時，可額外加入可聚合材料34。
在一例子中，液滴於柵格狀結構中塗展之面積上的殘餘層厚度t2 可定義為：
其中r為液滴半徑，ri 為分配液滴半徑，ts 為液滴塗展時間， t為時間，Vd 為分配液滴體積，Vf 為部件24且/或26之體積，df 為樣板18上部件24且/或26之深度，v 為在柵格狀的例子中樣板18之工作週期，af 為部件24且/或26所佔據的面積，RLT為殘餘層48之厚度t2 ，以及ad 為液滴塗展面積。
第3圖係例示說明用於提供假充填部件之典型方法100之流程圖。步驟102中，可基於樣板18之部件24且/或26的體積且/或給定液滴塗展時間ts 之局部液滴特性，決定估計殘餘層48的估計厚度t2 。步驟104中，可決定達成目標殘餘層之液滴塗展時間ts 。步驟106a中，若分配體積大於部件體積，以致於在滴塗展時間ts 內，多餘的光阻材料於充填部件時出現，致使所欲之殘餘層48厚度t2 大於約5 nm，此時可使用假充填，以致於部件24且/或26之體積Vf 約為用於給定塗展面積ad 中之液滴體積Vd 。另一方面，於步驟106b中，若在給定液滴塗展時間ts 內，液滴體積過小而無法填滿部件，則可加入額外的可聚合材料34。
表面能
可聚合材料34之液滴將塗展的面積，可為可聚合材料34、樣板18及基板12間之表面能、該可聚合材料34的黏稠度且/或毛細作用力的函數。例如，若毛細作用力高，塗展可快速發生，如此可能需要低黏度流體及液滴面積內的薄膜。
於一例子中，為能夠有效率的流體塗展與部件充填，可控制可聚合材料與樣板間的接觸角(如，EQ.3中所示之)。藉由施用黏著促進劑於基板12上，及透過在可塗覆樣板18之可聚合材料34中使用界面活性劑，可控管接觸角。典型的黏著促進劑包含但不限於進一步描述於美國專利公開案第2007/021494號中的黏著促進劑，該專利併入本申請案中以供參考。
藉由施用黏著促進劑於基板且/或於可聚合材料中使用界面活性劑，可聚合材料34與樣板18間的接觸角可小於約50°，另一方面，可聚合材料34與基板12的接觸角可小於約15°。作為表能面之量測的接觸角，可使得樣板18之部件容易填滿樣板18，及於前述時間ts 內，可聚合材料34容易於基板12上塗展很大的距離。於給定時間ts 內很大距離之塗展，可由表面能、黏稠度與毛細作用力控制。控制表面能之能力可致使單體於所欲之流體塗展時間ts 內，塗展很大的距離。
製造圖形基板之方法
第4圖係例示說明用於製造具有殘餘層48之基板12的典型方法200，該殘餘層的厚度t2 小於約5 nm。步驟202中，具有厚度t3 的黏著層60可沉積於基板12上。例如：厚度t3 約1 nm的黏著層60可沉積於基板12上。步驟204中，可聚合材料34可分配(如依需求之液滴的分配)於基板12上。例如，可聚合材料34的分配圖形與體積以樣板的體積為基礎。步驟206中，可聚合材料34可被壓印及固化，以提供圖形表面46與具有厚度t2 小於約5 nm之殘餘層48。假充填可依需求於壓 印期間使用。步驟208中，依先前技術中習知的基板種類而定，可使用許多蝕刻製程來蝕刻基板12。例如，在使用含有氟氧化物之氣體混合物時，可使用RIE技術。或者，在使用特定金屬膜時，可使用離子研磨。步驟210中，基板12可被剝除。例如，基板12可藉由如先前技術中眾所周知的含氧電漿或含氟及氧之電漿所剝除。此外，可清洗基板12。例如，可使用例如DI水高壓沖洗、SC1清洗、利用適當的化學性及機械PVA刷具的高壓噴灑之標準基板清洗製程以清理基板此等清洗方法各自在先前技術中已眾所周知。
值得注意的是，於此方法中電漿表面處理為任擇的。若需電漿表面處理蝕刻，其可用於去除一薄殘餘層，且因此實質上不影響圖形基板12的形狀。此與習用壓模微影術相反，其中習用壓模微影術一般需旋轉塗覆法及電漿表面處理，致使習用壓模製法流程的成本與複雜度增加。
10‧‧‧微影術系統
12‧‧‧基板
14‧‧‧基板夾具
16‧‧‧工作台
18‧‧‧樣板
20‧‧‧台面；模具
22‧‧‧圖形表面
24‧‧‧凹部
26‧‧‧凸部
28‧‧‧夾具
30‧‧‧壓印頭
32‧‧‧液體分配系統
34‧‧‧可聚合材料
38‧‧‧能量源
40‧‧‧直接能量
42‧‧‧路徑
44‧‧‧表面
46‧‧‧圖形層
48‧‧‧殘餘層
50‧‧‧凸部
52‧‧‧凹部
54‧‧‧處理器
56‧‧‧記憶體
60‧‧‧黏著層
100‧‧‧提供假充填部件之典型方法
102‧‧‧決定殘餘層的估計厚度估計
104‧‧‧決定估計之液滴塗展時間估計
106a‧‧‧若估計之液滴塗展時間為正且估計殘餘層之估計厚度大於約5 nm，則使用假充填
106b‧‧‧若液滴塗展時間為負，則加入額外的可聚合材料
200‧‧‧製造具有殘餘層48之基板12的典型方法
202‧‧‧於基板上沉積黏著層
204‧‧‧於基板上分配可聚合材料
206‧‧‧壓印及固化可聚合材料以提供厚度小於約5 nm之殘餘層
208‧‧‧蝕刻基板
210‧‧‧剝除與清洗基板
第1圖係例示說明根據本發明之實施例之微影術系統之簡易側視圖。
第2圖係例示說明顯示於第1圖之設置有圖形層的基板的簡易側視圖。
第3圖係例示說明用於提供假充填部件之典型方法之流程圖。
第4圖係例示說明用於製造具有小於約5 nm之厚度t2 的殘餘層之基板的典型方法的流程圖。
202．．．於基板上沉積黏著層
204．．．於基板上分配可聚合材料
206．．．壓印及固化可聚合材料以提供厚度小於約5nm之殘餘層
208．．．蝕刻基板
210．．．剝除與清洗基板

Claims (11)

  1. 一種用於在基板的區域上形成圖形層之壓模微影方法，該圖形層具有一所欲殘餘層厚度，該方法包含下列步驟：提供具有一圖形表面之一樣板，該圖形表面具有一區域，該區域具有用以於該基板上形成一圖形層之多個部件，該等部件具有一部件體積；提供一預定液滴體積和一預定液滴塗展時間，供將要沉積於該基板區域之一可聚合材料用，以形成該圖形層；從所提供的部件體積、液滴體積和液滴塗展時間來決定形成於該基板區域之一圖形層之一估計殘餘層厚度；決定該估計殘餘層厚度和該所欲殘餘層厚度之間的厚度差異；決定對應於該估計殘餘層厚度和該所欲殘餘層厚度之間的厚度差異之可聚合材料量；藉由在該圖形表面區域中提供一或更多個假充填部件到該樣板來改變該樣板，其中所增加的假充填部件之體積從而使得形成於該基板的該區域上之一圖形層將具有與該所欲殘餘層厚度相等之一殘餘層厚度；以該估計液滴體積和該液滴塗展時間將該可聚合材料之液滴沉積於該基板區域上；使該可聚合材料與該經改變樣板接觸；以及 固化該可聚合材料，以提供在該基板區域具有該所欲殘餘層厚度之一圖形層。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該估計殘餘厚度係大於5 nm。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該所欲殘餘厚度係小於5 nm。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該液滴體積為0.5~50 pL。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中初始沉積於該基板上的液滴大小為少於100 μm。
  6. 一種用於在基板的區域上形成圖形層之壓模微影方法，該圖形層具有一所欲殘餘層厚度，該方法包含下列步驟：提供具有一圖形表面之一樣板，該圖形表面具有一區域，該區域具有用以於該基板上形成一圖形層之多個部件，該等部件具有一部件體積；提供一預定液滴體積和一預定液滴塗展時間，供將要沉積於該基板區域之一可聚合材料用，以形成該圖形層；從所提供的部件體積、液滴體積和液滴塗展時間來決定形成於該基板區域之一圖形層之一估計殘餘層厚度；決定該所欲殘餘層厚度和該估計殘餘層厚度之間的厚度差異； 決定對應於該所欲殘餘層厚度和該估計殘餘層厚度之間的厚度差異之可聚合材料量；估計一於沉積可聚合材料到該基板區域時增加之額外可聚合材料量，其中該額外可聚合材料量從而使得形成於該基板的該區域上之一圖形層將具有與該所欲殘餘層厚度相等之一殘餘層厚度；以該估計液滴體積和該液滴塗展時間將該可聚合材料之液滴沉積於該基板區域上；增加該額外可聚合材料至該基板區域上；使該可聚合材料與該樣板接觸；以及固化該可聚合材料，以提供在該基板區域具有該所欲殘餘層厚度之一圖形層。
  7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該估計殘餘厚度係小於5 nm。
  8. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該所欲殘餘厚度係小於5 nm。
  9. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該液滴體積為0.5~50 pL。
  10. 如申請專利範圍第6項之方法，其中初始沉積於該基板上的液滴大小為少於100 μm。
  11. 一種用於形成壓模微影樣板之方法，以供於一基板的一區域上形成一圖形層，該圖形層具有一所欲殘餘層厚度，該方法包含下列步驟：提供具有一圖形表面之一樣板，該圖形表面具有一 區域，該區域具有用以於該基板上形成一圖形層之多個部件，該等部件具有一部件體積；提供一預定液滴體積和一預定液滴塗展時間，供將要沉積於該基板區域之一可聚合材料用，以形成該圖形層；從所提供的部件體積、液滴體積和液滴塗展時間來決定形成於該基板區域之一圖形層之一估計殘餘層厚度；決定該估計殘餘層厚度和該所欲殘餘層厚度之間的厚度差異；決定對應於該估計殘餘層厚度和該所欲殘餘層厚度之間的厚度差異之可聚合材料量；以及藉由在該圖形表面區域中提供一或更多個假充填部件到該樣板來改變該樣板，其中所增加的假充填部件之體積從而使得形成於該基板的該區域上之一圖形層將具有與該所欲殘餘層厚度相等之一殘餘層厚度。
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