TWI388417B - 於模板形成過程中之關鍵尺寸控制技術 - Google Patents

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TWI388417B
TWI388417B TW098106157A TW98106157A TWI388417B TW I388417 B TWI388417 B TW I388417B TW 098106157 A TW098106157 A TW 098106157A TW 98106157 A TW98106157 A TW 98106157A TW I388417 B TWI388417 B TW I388417B
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Dwayne L Labrake
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Michael N Miller
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David James Lentz
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Molecular Imprints Inc
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Description

於模板形成過程中之關鍵尺寸控制技術 交互參照相關申請案
依據美國專利法第119(e)(1)條(35 USC 119(e)(1))，本申請案主張2008年2月27日提出申請的美國臨時案第61/031,759號案及2008年10月28日提出申請的美國臨時案第61/108,914號案的利益，這兩者在此以參照方式被併入本文。
本發明係有關於模板形成過程中之關鍵尺寸控制技術。
 發明背景
奈米製造包括非常小的結構之製造，該等非常小的結構具有100奈米級或更小的特徵。奈米製造已經在其中具有相當大的影響之應用是在積體電路製程中。半導體加工業在增加形成於一基板上的每單位面積的電路時，繼續力爭更大的良率，因而奈米製造變得越來越重要。在允許持續減小所形成的結構的最小特徵尺寸時，奈米製造提供更大的製程控制。已經利用奈米製造的其他發展領域包括生物技術、光學技術、機械系統等。
目前使用的一種示範奈米製造技術通常被稱為壓印微影術。示範壓印微影製程被詳細地描述於多個公開案中，諸如美國專利公開號第2004/0065976號案、美國專利公開號第2004/0065252號案及美國專利第6,936,194號案，其全部在此以參照方式被併入本文。
在上述各該美國專利公開案及專利中所揭露的壓印微影技術包括於一可成形(可聚合)層中形成一凸版圖案，且將與該凸版圖案相對應的一圖案轉移到一下方基板中。基板可被耦接到一移動機台來獲得期望定位以促進圖案化製程。圖案化製程使用與基板隔開的一模板及在該模板與該基板之間所施加的一可成形流體。可成形流體被固化以形成一剛性層，其具有符合接觸該可成形流體之該模板之表面形狀的一圖案。在固化之後，該模板與該剛性層分離，使得該模板與該基板隔開。接著，該基板及該固化層遭受附加處理以將與該固化層中的該圖案相對應的一凸版影像轉移到該基板中。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種方法，其包含以下步驟：將一壓印微影模具與一基板重疊定位以定義一容積；將可聚合材料分配在該容積之內；將該可聚合材料固化以形成具有一殘餘層及多個特徵的一受圖案化層，該等特徵具有一關鍵尺寸；決定該殘餘層的厚度的一大小及該等特徵的一期望關鍵尺寸；根據該殘餘層之厚度的大小將一第一蝕刻組合物施加至該受圖案化層以改變該等特徵的關鍵尺寸至該期望關鍵尺寸；及將一第二蝕刻組合物施加至該受圖案化層以轉移該等特徵到該基板中。
圖式簡單說明
為了更詳細地理解本發明，參考在該等附圖中所描述的多個實施例，將提供本發明之多個實施例的描述。然而，要注意的是，該等附圖只說明了本發明的典型實施例，且因而不被視為限制了範圍。
第1圖根據本發明之一實施例說明了微影系統的簡化側視圖。
第2圖說明了在第1圖中所顯示的具有定位於其上的一受圖案化層之基板的簡化側視圖。
第3圖說明了用以提供模板之複製的流程圖。
第4A及4B圖說明了於次主模板形成過程中在基板上的示範區域。
第5圖說明了在預蝕刻階段及在後蝕刻階段橫跨一基板的平均關鍵尺寸之示範變化的圖形表示。
第6A及6B圖說明了在基板的邊緣與中心之間的關鍵尺寸上的示範變化的上視圖及簡化側視圖。
第7圖說明了平均關鍵尺寸的示範變化關於殘餘層厚度的圖形表示，其中，平均關鍵尺寸與殘餘層厚度成反比及成正比。
第8圖說明了在去除浮渣蝕刻製程之後關鍵尺寸之示範變化的圖形表示。
第9圖說明了在聚合蝕刻製程之後關鍵尺寸之示範變化的圖形表示。
第10圖說明了一種利用蝕刻製程來控制特徵關鍵尺寸大小之方法的流程圖。
第11A及11B圖說明了具有厚度大小不同的殘餘層之基板的簡化側視圖。
第12圖說明了一種利用分配技術來控制特徵關鍵尺寸之方法的流程圖。
 較佳實施例之詳細說明
參見該等圖式，特別地參見第1圖，其中所說明的是用以在基板12上形成一凸版圖案的一微影系統10。基板12可被耦接到基板夾頭14。如所說明，基板夾頭14是一真空夾頭。然而，基板夾頭14可以是任一夾頭，包括(但不限於)真空、接腳型、溝槽型、靜電、電磁等。示範夾頭被描述於美國專利第6,873,087號案中，其在此以參照方式被併入本文。
基板12及基板夾頭14可由機台16來進一步支撐。機台16可提供沿著x、y及z軸的移動。機台16、基板12及基板夾頭14還可被定位在一基座上(未顯示)。
與基板12隔開的是模板18。模板18可包括自其朝基板12延伸的台面20，台面20具有在其上的一圖案化表面22。而且，台面20可被稱為模具20。可選擇地，模板18可在沒有台面20的情況下被形成。
模板18及/或模具20可由如下材料形成，包括(但不限於)熔凝矽、石英、矽、有機聚合物、矽氧烷聚合物、硼矽玻璃、氟碳聚合物、金屬、硬化藍寶石等。如所說明，圖案化表面22包含由多個隔開的凹槽24及/或突起26所定義的特徵，雖然本發明之實施例不限於該等組態。圖案化表面22可定義任一原始圖案，其形成了需形成於基板12上的一圖案的基礎。
模板18可被耦接到夾頭28。夾頭28可被組配為(但不限於)真空、接腳型、溝槽型、靜電、電磁及/或其他類似的夾頭類型。示範夾頭被進一步描述於美國專利第6,873,087號案中，其在此以參照方式被併入本文。而且，夾頭28可被耦接到壓印頭30，使得夾頭28及/或壓印頭30可被組配以促進模板18之移動。
系統10可進一步包含流體分配系統32。流體分配系統32可被用以將可聚合材料34沈積在基板12上面。利用諸如空投分配、旋轉塗佈、浸塗、化學氣相沈積(CVD)、物理氣相沈積(PVD)、薄膜沈積、厚膜沈積等，可聚合材料34可被定位在基板12上。例如，利用諸如在美國專利公開號第2005/0270312號及美國專利公開號第2005/0106321號中所描述的那些技術，可聚合材料34可被定位在基板12上面，這兩件公開案在此以參照方式被併入本文。取決於設計考量，在模具20與基板12之間定義一期望容積之後及/或之前，可聚合材料34可被配置在基板12上面。可聚合材料34可包含如美國專利第7,157,036號案及美國專利公開號第2005/0187339號案中所描述的一單體混合物，這兩者在此以參照方式被併入本文。
參見第1及2圖，系統10可進一步包含沿著路徑42耦接到直接能量40的能量源38。壓印頭30及機台16可被組配以將模板18及基板12順著路徑42的方向重疊定位。系統10可由與機台16、壓印頭30、流體分配系統32及/或能量源38通訊的處理器54來調整，且可在儲存於記憶體56中的一電腦可讀取程式上操作。
壓印頭30、機台16或兩者改變模具20與基板12之間的距離以定義其間的充滿可聚合材料的一期望容積。例如，壓印頭30可對模板18施加一力，使得模具20接觸可聚合材料34。在該期望容積充滿可聚合材料34之後，能量源38產生能量40，例如紫外線輻射，從而致使可聚合材料34固化及/或交鏈，符合基板12之表面44及圖案化表面22的形狀，在基板12上定義受圖案化層46。受圖案化層46可包含一殘餘層48及顯示為突起50及凹槽52的多個特徵，其中，突起50具有厚度t1 ，且殘餘層具有厚度t2 。
以上所提及的系統及製程可在美國專利第6,932,934號案、美國專利公開號第2004/0124566號案、美國專利公開號第2004/0188381號案及美國專利公開號第2004/0211754號案中所提到的壓印微影製程及系統中被進一步利用，所有這些在此以參照方式被併入本文。
因為製造模板18可能是昂貴的，所以複製一模板18可有助於減小製造成本。第3圖說明了用以提供此等複製的流程圖。大體上，模板18(以後稱為主模板18)可被複製以形成多個次主模板60。接著，該等次主模板60可形成用於裝置製造的工作模板62及/或圖案化晶圓。此外，主模板18可形成用於裝置製造的工作模板62及/或圖案化晶圓。裝置晶圓可作為一個整體基板或以在MRS Bulletin，Special Issue on Nanostructured Materials in Information Storage ，2008年9月卷33第854-863頁中，由S.V. Sreenivasan所著的“Nano-Scale Manufacturing Enabled by Imprint Lithography”所進一步詳細描述的一步驟及重複方式被圖案化，其在此以參照方式被併入本文。為了簡化描述，以下所描述的該等系統及方法參考了次主模板60之形成。然而，該技藝中具有通常知識者將理解，在此所描述的該等技術在形成工作模板62、主模板18、圖案化晶圓及/或一般利用壓印微影技術在基板12上形成一結構中可被使用。應該注意的是，雖然圖案化晶圓在第3圖中被說明，但是在此所描述的該等系統及方法可被應用於其他的壓印微影製程(例如整體晶圓壓印、CMOS壓印等)。
參見第4A及4B圖，利用該步驟及重複製程，次主模板60可藉由將橫跨基板12的多個區域80a-801圖案化來形成。區域801的一部分被說明於第4B圖中。形成於基板12上的特徵50a及/或52a可具有一關鍵尺寸70。例如，關鍵尺寸70可以是特徵50a的寬度。
於次主模板60形成過程中，受圖案化層46a可具有由於電子束圖案化、蝕刻主模板18、重複蝕刻等所生成的橫跨基板12的非均勻關鍵尺寸70。例如，因為蝕刻率在基板12的邊緣及/或材料之間的轉變處可能變化，所以受圖案化層46a可能具有由於材料(例如阻劑、鉻等)的相對負荷所產生的非均勻關鍵尺寸70。在此情況下，殘餘層48a的均勻厚度t1 可能使此非均勻性惡化。
此外，於次主模板62形成過程中，主模板18中的特徵24及/或26之任何非均勻性(如第1圖所示)可能導致特徵50a及/或52a的非均勻關鍵尺寸70。第5圖是在一預蝕刻階段及在一後蝕刻階段橫跨基板12的平均關鍵尺寸70之示範變化的圖形表示。在該預蝕刻階段，橫跨一圖案的該平均關鍵尺寸70可根據主模板18之非均勻性來變化，其可藉由該非均勻性來形成。此外，在該後蝕刻階段，該平均關鍵尺寸70之變化可能被進一步惡化。
由於處理及/或其他相似的條件，關鍵尺寸70還可橫跨受圖案化層48a被改變。例如，如第6A及6B圖中所說明，在一圖案的內部邊緣90及外部邊緣92處的關鍵尺寸70可不同於在該圖案的中心94處的關鍵尺寸70。
如第4B及7圖所說明，特徵50a及/或52a之關鍵尺寸70的大小可作為殘餘層48a之厚度t3 的函數被決定。因此，殘餘層48a的厚度t3 可被改變以控制特徵50a及/或52a的關鍵尺寸70。殘餘層48a的厚度t3 可與特徵50a及/或52a的關鍵尺寸70成正比或反比。例如，殘餘層48a的厚度t3 可被改變以成正比，且因而提供由第7圖中的製程A所顯示的橫跨基板12的實質上均勻的關鍵尺寸70。可選擇地，殘餘層48a的厚度t3 可被改變以成反比，且因而提供在橫跨基板12的關鍵尺寸70的大小上的變化，如第7圖中之製程B及C所顯示。
蝕刻製程
參見第4B、8及9圖，一蝕刻製程可被用以改變殘餘層48a的厚度t3 以提供對特徵50a及/或52a的關鍵尺寸70的控制。例如，一去除浮渣蝕刻製程(例如O2 /Ar組合物)可被用以改變殘餘層48a的厚度t3 。第8圖說明了在去除浮渣蝕刻製程之後關鍵尺寸70之示範變化的圖形表示。如所顯示，在厚度t3 上大約3nm的變化可提供特徵50a及/或52a之關鍵尺寸70的大約1nm的變化。可選擇地，一聚合蝕刻製程(例如CF4 /CHF3 /Ar組合物)可被用以改變殘餘層48a的厚度t3 。此外，該蝕刻製程的時間可被用以控制厚度t3 的變化。例如，較長的蝕刻時間可被用以進一步減小該關鍵尺寸70。
第9圖說明了在聚合蝕刻製程之後關鍵尺寸70之示範變化的圖形表示。如所顯示，可預期自大約4.5nm的厚度t1 在特徵50a及/或52a的關鍵尺寸70中得到大約1nm的變化。
第10圖說明了一種利用蝕刻製程來控制特徵50a及/或52a的關鍵尺寸70的大小之方法100。在步驟102，模具20及基板12可被定位以定義兩者間的一期望容積，其能夠由可聚合材料34來填充。在步驟104，期望容積可被充滿可聚合材料34。在步驟106，能量源38可產生能量40，例如紫外線輻射，從而致使可聚合材料34固化及/或交鏈，符合基板12之表面44及圖案化表面22的形狀，在基板12上定義受圖案化層46。受圖案化層46可包含殘餘層48及顯示為突起50a及凹槽52a的多個特徵，其中殘餘層具有厚度t3 。在步驟108，殘餘層48a的厚度t3 可被決定，且一期望關鍵尺寸可被決定。在步驟110，一第一蝕刻組合物可根據殘餘層48a的厚度t3 被施加到受圖案化層46，以改變特徵之關鍵尺寸70至期望關鍵尺寸。因此，該第一蝕刻組合物可被提供以控制特徵50a及/或52a之關鍵尺寸70的大小。應該注意的是，期望關鍵尺寸與特徵50a及/或52a的關鍵尺寸70可以相似。在步驟112，一第二蝕刻組合物可被施加到受圖案化層46以將特徵50a及/或52a蝕刻到基板12中。
分配技術
殘餘層48a的厚度t3 還可藉由調整可聚合材料34在基板12上之分配來改變。例如，第11A圖說明了具有厚度為t4 的殘餘層48b之基板12a，且第11B圖說明了具有厚度為t5 的殘餘層48c之基板12b。與第11B圖相比，在第11A圖中所形成的殘餘層48b的附加厚度t4 可提供蝕刻，其對側壁具有相對較多的保護。與第11B圖中的較薄的殘餘層48c相比，這在關鍵尺寸70上可產生較小的變化。
參見第1及4B圖，分配技術可被用以控制特徵50a及/或52a的的關鍵尺寸70。例如，分配技術可被用以提供具有厚度t3 的殘餘層48a。殘餘層48a的厚度t3 可藉由將可聚合材料34分配及定位在基板12上來選擇。特徵50a及/或52a之關鍵尺寸70的大小可以是殘餘層48a的厚度t3 的函數。因此，在基板12上分配及定位可聚合材料34可控制特徵50a及/或52a的的關鍵尺寸70。示範分配技術可包括(但不限於)在美國序號第11/143,092號案、美國序號第10/868,683號案、美國序號第10/858,566號案、美國序號第10/714,088號案、美國序號第11/142,808號案、美國序號第10/191,749號案等中所進一步描述的技術。
第12圖說明了一種利用分配技術來控制特徵50a及/或52a的關鍵尺寸70之方法120的流程圖。在步驟122，模具20及基板12可被定位以定義兩者間的一期望容積，其能夠由可聚合材料34來填充。在步驟124，用以填充該期望容積的可聚合材料34的一分配圖案可被決定。在步驟126，該分配圖案可被調整以提供改變殘餘層48a的厚度t2 。例如，該分配圖案可被調整以在區域80的邊緣分配更大數量的可聚合材料34。在步驟128，可聚合材料34可根據該分配圖案來分配。在步驟130，能量源38可產生能量40，例如紫外線輻射，從而致使可聚合材料34固化及/或交鏈，符合基板12之表面44及圖案化表面22的形狀，在基板12上定義受圖案化層46。受圖案化層46可包含殘餘層48a及如突起50a及凹槽52a所顯示的多個特徵，其中突起50a具有厚度t1 ，且殘餘層48a具有厚度t3 。在步驟132，殘餘層48a的厚度t3 可被決定。在步驟134，一第一蝕刻組合物可根據殘餘層48a的厚度t3 被施加到受圖案化層46以控制特徵50a及/或52a之關鍵尺寸70的大小。在步驟136，一第二蝕刻組合物可被施加到受圖案化層46以將特徵50a及/或52a蝕刻到基板12中。
侵蝕率
在相同的蝕刻製程情況下，不同的可聚合材料34可具有不同的侵蝕率。因此，與具有較快的侵蝕率的可聚合材料34相比，具有較慢的侵蝕率的可聚合材料34在蝕刻製程期間可保持實質上均勻的關鍵尺寸70。藉由包括具有不同的侵蝕率的不同類型的可聚合材料34，特徵50a及/或52a的關鍵尺寸70可被改變及/或被控制。例如，利用較慢侵蝕的可聚合材料34，在蝕刻腔中具有較快蝕刻率的區域可被壓印。該較慢蝕刻可聚合材料34可使特徵50a及/或52a的關鍵尺寸70上的變化減到最小。以一相似的方式，利用較快侵蝕的可聚合材料34，在蝕刻腔中蝕刻較慢的區域可被壓印。藉由改變在基板12上所分配的可聚合材料34的類型，特徵50a及/或52a的關鍵尺寸70可被控制及/或實質上是均勻的。
10．．．微影系統
12-12b．．．基板
14．．．基板夾頭
16．．．機台
18．．．模板/主模板
20．．．台面/模具
22．．．圖案化表面
24．．．凹槽/特徵
26．．．突起/特徵
28．．．夾頭
30．．．壓印頭
32．．．流體分配系統
34．．．可聚合材料
38．．．能量源
40．．．直接能量
42．．．路徑
44．．．表面
46-46a．．．受圖案化層
48-48c．．．殘餘層
50．．．突起
52．．．凹槽
50a、52a．．．特徵
54．．．處理器
56．．．記憶體
60．．．次主模板
62．．．工作模板
70．．．關鍵尺寸
80-801．．．區域
90．．．內部邊緣
92．．．外部邊緣
94．．．中心
100．．．方法
102-112．．．步驟
120．．．方法
122-136．．．步驟
第1圖根據本發明之一實施例說明了微影系統的簡化側視圖。
第2圖說明了在第1圖中所顯示的具有定位於其上的一受圖案化層之基板的簡化側視圖。
第3圖說明了用以提供模板之複製的流程圖。
第4A及4B圖說明了於次主模板形成過程中在基板上的示範區域。
第5圖說明了在預蝕刻階段及在後蝕刻階段橫跨一基板的平均關鍵尺寸之示範變化的圖形表示。
第6A及6B圖說明了在基板的邊緣與中心之間的關鍵尺寸上的示範變化的上視圖及簡化側視圖。
第7圖說明了平均關鍵尺寸的示範變化關於殘餘層厚度的圖形表示，其中，平均關鍵尺寸與殘餘層厚度成反比及成正比。
第8圖說明了在去除浮渣蝕刻製程之後關鍵尺寸之示範變化的圖形表示。
第9圖說明了在聚合蝕刻製程之後關鍵尺寸之示範變化的圖形表示。
第10圖說明了一種利用蝕刻製程來控制特徵關鍵尺寸大小之方法的流程圖。
第11A及11B圖說明了具有厚度大小不同的殘餘層之基板的簡化側視圖。
第12圖說明了一種利用分配技術來控制特徵關鍵尺寸之方法的流程圖。
120．．．方法
122-136．．．步驟

Claims (20)

  1. 一種用於控制關鍵尺寸之方法，其包含以下步驟：將一壓印微影模具與一基板重疊定位以定義一容積；將可聚合材料分配在該容積內；將該可聚合材料固化以形成具有一殘餘層及多個特徵的一受圖案化層，該等特徵具有一關鍵尺寸；決定該殘餘層的厚度的一大小及該等特徵的一期望關鍵尺寸；根據該殘餘層之厚度的大小及該期望關鍵尺寸來選擇一第一蝕刻組合物；將該第一蝕刻組合物施加至該受圖案化層以減小在該等特徵的關鍵尺寸上之變化；及將一第二蝕刻組合物施加至該受圖案化層以轉移該等特徵到該基板中。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該第一蝕刻組合物是一去除浮渣蝕刻組合物。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該第一蝕刻組合物是一聚合蝕刻組合物。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該第一蝕刻組合物與該第二蝕刻組合物相同。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其進一步包含以下步驟：決定用以將可聚合材料分配在該容積內的一分配 圖案；及調整該分配圖案以改變所產生的殘餘層的厚度。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中，該殘餘層在該基板的邊緣的厚度大於在該基板的中心的厚度。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中，該殘餘層在該基板的中心的厚度大於在該基板的至少一邊緣的厚度。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，將一第二蝕刻組合物施加至該受圖案化層以轉移該等特徵到該基板中形成了一次主模板。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該壓印模具被包括於一次主模板中，且將一第二蝕刻組合物施加至該受圖案化層以轉移該等特徵到該基板中形成了一工作模板。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該壓印模具被包括於一主模板中，且將一第二蝕刻組合物施加至該受圖案化層以轉移該等特徵到該基板中形成了一工作模板。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該可聚合材料包含一第一可聚合材料及一第二可聚合材料，該第一可聚合材料具有大於該第二可聚合材料的一第一侵蝕率。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該殘餘層厚度與該期望關鍵尺寸成比例。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中，該殘餘層厚度與該期望關鍵尺寸成反比。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中，該殘餘層厚度與該期望關鍵尺寸成正比。
  15. 一種用於控制關鍵尺寸之方法，其包含以下步驟：將一壓印微影模具與一基板重疊定位以定義兩者之間的一容積；將一第一可聚合材料分配在該基板上；將一第二可聚合材料分配在該基板上，該第一可聚合材料具有大於該第二可聚合材料的一第一侵蝕率；將該第一可聚合材料及該第二可聚合材料固化以形成具有一殘餘層及多個特徵的一受圖案化層，其中，該等特徵的一關鍵尺寸實質上是均勻的。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其進一步包含以下步驟：決定用以將可聚合材料分配在該容積內之一分配圖案；及調整該分配圖案以改變該產生的殘餘層的厚度以使與該等特徵的關鍵尺寸成比例。
  17. 一種用於控制關鍵尺寸之方法，其包含以下步驟：將一壓印微影模具與一基板重疊定位以定義一容積；將可聚合材料分配在該容積之內；將該可聚合材料固化以形成具有一殘餘層及多個特徵的一受圖案化層，該等特徵具有一關鍵尺寸；決定該殘餘層的厚度一大小；及 根據該殘餘層之厚度的大小及該關鍵尺寸來選擇一第一蝕刻組合物；及將該第一蝕刻組合物施加至該受圖案化層使得該殘餘層厚度與該關鍵尺寸成比例且在該等壓印特徵的關鍵尺寸上之變化減小。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中，該殘餘層厚度與該關鍵尺寸成正比。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中，該殘餘層厚度與該關鍵尺寸間接成比例。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其進一步包含將一第二蝕刻組合物施加至該受圖案化層以轉移該等特徵到該基板中。
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