TWI620982B - 用於奈米壓印之處理氣體局限技術 - Google Patents

用於奈米壓印之處理氣體局限技術 Download PDF

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TWI620982B
TWI620982B TW100104307A TW100104307A TWI620982B TW I620982 B TWI620982 B TW I620982B TW 100104307 A TW100104307 A TW 100104307A TW 100104307 A TW100104307 A TW 100104307A TW I620982 B TWI620982 B TW I620982B
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安柯 傑恩
史帝芬C 夏克里頓
崔炳鎮
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分子壓模公司
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/0002Lithographic processes using patterning methods other than those involving the exposure to radiation, e.g. by stamping
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures

Abstract

描述的是氣體局限系統及方法。特別是,所描述的系統及方法包括一障礙件,其局限滌洗氣體並限制滌洗氣體流至奈米微影術系統內部的其他元件。該障礙件可受調整以容納及/或控制工作及外部環境之間所欲的壓力變化。

Description

用於奈米壓印之處理氣體局限技術 相關申請案之交互參考
本申請案主張2010年2月9日申請之美國臨時申請案第No.61/302,738號的優先權,其全部內容併入此處作為參考。
發明領域
本發明係關於一種用於奈米壓印之處理氣體局限技術。
發明背景
奈米製造包括非常微小構造(例如具有100奈米或更小等級的表面表面特徵)的製造。奈米製造產生相當大之衝擊的一個應用領域為積體電路的加工。當半導體加工工業繼續致力於更大的產率,同時增加形成在基材上之每單位面積的電路時,奈米製造因而變得更形重要。奈米製造提供更好的製程控制,同時減少形成構造之最小表面特徵的尺寸。使用奈米製造之其他正在發展的領域包括生物技術、光學技術、機械系統等等。
今日使用之例示奈米製造技術通常稱作壓印微影術。例示之壓印微影術製程被詳細描述於數個公開刊物中,諸如美國專利公開案第2004/0065976號,美國專利公開案第2004/0065252號,與美國專利第6,936,194號,其等全部內容併入此處作為參考。
各個上述美國專利公開案及專利揭露的壓印微影技術包括於可聚合層中形成凸紋圖案及將對應凸紋圖案的圖案轉換進入下方基材內。基材可被耦合於移動載物台上以獲得所要的定位來便利圖案化製程。圖案化製程使用與基材空間上分離的模板,而且施加可成形液體於模板與基材之間。固化可成形液體以形成具有圖案的堅硬層,該圖案與接觸可成形液體之模板表面的形狀相符合。固化後,模板與堅硬層分離使得模板與基材空間上分離。然後基材及堅硬層進行額外的加工以將凸紋影像轉換進入對應固化層中圖案的基材中。
發明概要
提供一種在奈米壓印製程中用於局限滌洗氣體的方法及系統。於一面向中,提供一種系統,該系統包括:一壓印頭,其具有一夾頭及附接至該夾頭的一模板;及一基材,其與該模板空間上分離。一障礙件,其圍繞該壓印頭,該障礙件具有一與該基材空間上分離的下表面。可為加壓空氣的加壓氣體提供於障礙件下表面與基材之間,藉此維持該障礙件的下表面與該基材之間的間隙距離介於50μm至5mm之間。於另一面向中,障礙件可移動地連接至壓印頭。於再另一面向中,障礙件可相對於壓印頭移動,允許獨立於壓印頭而調整間隙距離。於其他面向中,障礙件可具有設於遞送加壓氣體之障礙件之下表面上的一或多個氣體噴嘴。
於再一面向,障礙件可包括與壓印頭空間上分離以在障礙件與壓印頭之間界定一或多個通道的側壁。此種通道可容納滌洗氣體的排出或排空。於另一面向中,障礙件可包括延伸於夾頭與基材之間的臂部。於其他面向中,障礙件的高度至少為模板與夾頭的結合高度。
於另一面向中,滌洗氣體可被提供給模板與基材之間的工作環境。於再一面向中,提供於障礙件下表面的加壓氣體所提供的壓力大於滌洗氣體的壓力。
於又再一面向中,所提供之奈米壓印製程中用於局限滌洗氣體的方法包括提供具有一夾頭的一壓印頭及附接至該夾頭的一模板,及與模板空間上分離的基材;以一障礙件圍繞該壓印頭;提供加壓氣體(其可為加壓空氣)以維持該障礙件下表面與該基材的間隙距離介於50μm至5mm之間,並創造一氣體障礙於該下表面與該基材之間;及提供滌洗氣體至模板與基材之間的工作環境。。於另一面向,障礙件更包括與壓印頭空間上分離以於障礙件與壓印頭之間界定一或多個通道的側壁。於再另一面向中,所提供的障礙件的高度至少為模板與夾頭的結合高度。於再一面向中,障礙件可相對於壓印頭而移動。
於其他面向中,提供之加壓氣體的壓力大於滌洗氣體的壓力。於又再一面向中,滌洗氣體通過一或多個通道排出或排空。
此處描述的面向及實施方式可以與上面描述不同的任何方式結合。其他面向、特徵及優點從以下的詳細描述、圖式及申請專利範圍中將更為顯明。
圖式簡單說明
本發明的特徵及優點可被更詳細地了解,參考附隨圖式所顯示的實施例可知道本發明實施例的更特別描述。然而,應注意的是附隨圖式僅顯示本發明的典型實施例,所以不應被認為係對本發明範圍的限制,因為本發明容許其他相等有效的實施例。
第1圖顯示微影術系統的簡化側視圖。
第2圖顯示第1圖所示之其上具有圖案化層之基材的簡化側視圖。
第3及4圖顯示於壓印製程期間滌洗氣體流動的簡化側視圖。
第5圖顯示例示之先前技藝半封閉式系統的簡化側視圖。
第6A圖顯示根據本發明之例示氣體局限系統的簡化側視圖。
第6B圖顯示第6A圖之例示氣體局限系統的簡化頂視圖。
較佳實施例之詳細說明
參考圖式,特別是第1圖,其中顯示一種用於形成凸紋圖案於基材12上的微影術系統10。基材12可耦合至基材夾頭14。如顯示的,基材夾頭14為真空夾頭。然而,基材夾頭14可為任何夾頭包括,但不限於,真空、針型、溝型、靜電、電磁及/或相似物。例示夾頭描述於美國專利第6,873,087,其併入此處作為參考。
基材12及基材夾頭14可進一步為載物台16所支持。載物台16可沿著x、y及z軸提供平移的及/或旋轉的運動。載物台16、基材12及基材夾頭14也可以位於底板上(未顯示)。
與基材12空間上分離的是模板18。模板18可包括具有第一側及第二側的本體,其中一側具有從側朝向基材12延伸的台面20。台面20上具有圖案化表面22。再者,台面20可稱為模件20。或者,模板18可以無台面20而形成。
模板18及/或模件20可由下述材料形成,其包括,但不限於,熔矽石、石英、矽、有機聚合物、矽氧烷聚合物、硼矽酸玻璃、氟碳聚合物、金屬、加硬的藍寶石及/或相似物。如顯示的,圖案化表面22包括由多數空間上分離的凹陷24及/或突起26界定的特徵,但是本發明的實施例並不限於此種構型(例如平坦表面)。圖案化表面22可界定任何原始圖案,其形成要形成於基材12上之圖案的基礎。
模板18可耦合至夾頭28。夾頭28可構型為,但不限於,真空、針型、溝型、靜電、電磁及/或其他類似夾頭型式。例示夾頭進一步描述於美國專利第6,873,087號,其併入此處作為參考。再者,夾頭28可耦合至壓印頭30使得夾頭28及/或壓印頭30可構型成便利模板18的移動。
系統10可更包括一流體分配系統32。流體分配系統32可用以沉積可成型材料34(例如可聚合材料)於基材12上。可成型材料34可使用技術,諸如,液滴分配、旋轉塗覆、浸漬塗覆、化學蒸氣沉積(CVD)、物理蒸氣沉積(PVD)、薄膜沉積、厚膜沉積及/或相似技術而置放於基材12上。根據設計考量,於所欲體積已經界定於模件22與基材12間之前及/或之後,可成型材料34可設置於基材12上。可成型材料34可為功能性奈米顆粒,其已經使用於生物領域(包括例如製藥及其他生醫應用)、太陽電池產業、電池產業及/或其他需要功能性奈米顆粒的產業。例如,可成型材料34可包括描述於美國專利第7,157,036號及美國專利公開案第2005/0187339號的單體混合物,該兩文件併入此處作為參考。或者,可成型材料34可包括,但不限於,生物材料(例如PEG)、太陽電池材料(例如N型、P型材料)及/或相似材料。
參考第1及2圖,系統10可更包括沿著路徑42耦合至直接能量40的能量來源38。壓印頭30及載物台16可構型為置放模板18及基材12使其等與路徑42重疊。系統10可由與載物台16、壓印頭30、流體分配系統32及/或來源38溝通的處理器54調控,並可依儲存於記憶體56的電腦可讀取程式運作。
不論壓印頭30或是載物台16,或兩者可變化模件20與基材12間的距離以界定兩者間為可成型材料34填充的所欲體積。例如,壓印頭30可施力至模板18使得模件20接觸可成型材料34。在以可成型材料34填滿所欲體積之後,來源38產生能量40(例如紫外線輻射)使得可成型材料34可固化及/或交聯而符合基材12之表面44的形狀並圖案化表面22,因而界定圖案化層46於基材12上。圖案化層46可包括一殘餘層48及多數以突起50及凹陷52顯示的特徵,其中突起50的厚度t1及殘餘層的厚度t2
上述系統及方法可進一步使用於美國專利第6,932,934、美國專利第7,077,992號、美國專利第7,179,396號及美國專利第7,396,475號所述的壓印微影術製程及系統中,所有這些文件的全部內容併入此處作為參考。
於上述的壓印期間,模板18與基材12之間的距離可以處理氣體滌洗以在可成型材料34填充期間去除空氣孔隙。典型上,滌洗氣體相較於周圍空氣具有較低的分子量。填充可成型材料34之前,滌洗模板18與基材12之間的界面通常是必要的。然而,於滌洗期間來自滌洗出口的氣體會散發進入系統10環境中並對系統10中的元件有負面的影響。例如,滌洗氣體會使得工具控制回饋單元60發生錯誤,導致奈米壓印期間的註冊錯誤。
參考第3圖,系統10可包括一工具控制回饋單元60(例如雷射干涉儀(IFM)為主的回饋系統),滌洗氣體62對其可能會造成不良的影響。通常上,工具控制回饋單元60可需要一致及穩定的環境,其中即使微小的干擾(例如壓力、溫度、指數及相似性質)會破壞讀數的正確性並導致錯誤。例如,IFM回饋中的錯誤會讓系統20元件具有不正確的位置控制,導致於奈米壓印期間註冊錯誤。
模板18的設計可提供滌洗埠及/或排空埠,諸如2011年1月10日申請的美國序號第12/987,196號(其全部內容併入此處作為參考)揭露之模板中所備置者。這些設計方案藉由經過通道及圍繞滌洗地帶的埠排空滌洗氣體,通常上於滌洗期間將滌洗氣體局限於模板18與基材12之間。然而,由於模板18與基材12間的距離減少,滌洗氣體會從模板18與基材12之間的界面橫向地逃脫。例如,如顯示於第4圖者,當模板18與基材12之間的距離減少時,滌洗氣體62可從模板18與基材12間的界面橫向地逃脫,並對工具回饋單元60造成負面影響。
部分環境壓印設計方案可提供用於局限滌洗氣體的半封閉式系統及方法。例示系統及方法進一步描述於美國專利第7,670,530號,美國公開案第2010/0112116號,及美國專利第7,462,028號,其等全部內容併入此處作為參考。
第5圖顯示一例示的半封閉式系統64。系統64可在基材12與模板18之間提供部分壓力。真空預載空氣軸承66可實質地密封工作或迷你環境68,其可以與周圍空氣相較具有較低分子量的滌洗氣體填充。空氣軸承66可鄰近板70而設置。通道(未顯示)可對環境68提供排空件72。加壓氣體74可通過空氣軸承68而傳送以平衡板70及對應的壓印頭30。
使用通常類似概念但具有提供更大功能性之不同結構元件的系統可被用於氣體局限作用。該系統提供一障礙件,其以動態方式局限滌洗氣體,而且可受調整以容納及/或控制工作及外部環境之間的所欲壓力變化。參考第6A及6B圖,可於氣體局限系統或方法中提供障礙件80。障礙件80可被設置在與形成間隙81的基材12距離d1之處。間隙距離d1的範圍為大約100μm-5mm,而且於一些案例中為50μm-5mm。例如,如果流體分散依然維持實質地不受影響,則距離d1範圍可從100μm減少至50μm。藉由維持障礙裝置80與基材12及/或夾頭14表面間之間隙81的距離d1,空氣障礙可形成於間隙內,該間隙對於工作環境82內的滌洗氣體提供了局限作用。滌洗氣體可藉由夾頭28中的通道(未顯示)提供與工作環境82。
障礙件80包括本體88及從本體下半部延伸而出的臂部90。本體88及臂部90包括下表面92,其與基材12空間上分離以創造間隙81。臂部90更包括面部96,以及分別與夾頭28的表面29及邊緣27空間上分離的上表面94及側壁98,因而於障礙件80與壓印頭30之間創造通道86。通道86可足夠地寬以提供排出或排空之滌洗氣體未受限制的流動。例如,通道86寬度可為1-20 mm。
障礙件80可圍繞壓印頭30、夾頭28或兩者。障礙件80也可連接或附接至壓印頭30、夾頭28或兩者,同時維持障礙件80在與壓印頭30及/或夾頭28空間上分離的位置以為通道86保留空間。例如,障礙件80可藉由螺栓、黏劑及/或相似物附接。障礙件80也可被可移動地連接至壓印頭30及/或夾頭28或兩者,使得障礙件80可與壓印頭30一起沿著x及y座標平移地移動,但是壓印頭30可獨立於障礙件80而上下移動,因而讓障礙件80於例如壓印期間得以維持間隙距離d1。障礙件80可包括具有高度h1及總寬度w1的本體。高度h1可至少為模板18及夾頭28高度。寬度w1可為數毫米至30毫米。應該注意的是,寬度w1可根據間隙81的間隙距離d1不同而變化。寬度w1相對於間隙距離d1必須夠大以確保想從工作環境82清除的氣體能夠通過通道86而非通過間隙81逃脫。通常上,寬度w1對於間隙距離d1的比例至少10:1,但可為20:110或50:1或100:1或更高。
障礙件80可圍繞基材12及/或基材12的場域83。基材12的場域83可為受壓印的一部份基材12。如所述的障礙件80包括從本體88延伸並介於夾頭28與基材12之間的臂部90。於此特別的構型中,於夾頭28與基材12之間提供臂部90對於從間隙81逃脫之滌洗氣體進一步增加流體性阻力。因此,它有助於改良氣體局限效果。
如所述者,於壓印基材12各個場域期間,障礙件80通常上可實質保持間隙81的距離d1。藉由實質保持間隙的距離d1,於壓印基材12場域期間可提供氣體局限作用。可藉由於障礙件80下表面92與基材12之間提供加壓氣體84而維持間隙距離d1
加壓氣體84也可形成空氣障礙,因而產生與工作環境82中之滌洗氣體的壓力相較具有較高壓力的邊界。據此,加壓氣體84可將滌洗氣體局限於環境82內,而且可實質地防止滌洗氣體接觸工具元件,特別是位置接近工作環境82的工具,諸如工具回饋單元60。
利用加壓氣體84以使得障礙件80與基材12保持間隙距離d1與空氣軸承系統(諸如第5圖所示者)不同。空氣軸承典型上於兩元件(大約10μm或更少的固定距離)之間提供一空氣緩衝。就此種距離,以空氣軸承幾乎無法達到任何變化,因此幾乎無法完成任何調整以容納及/或調整或控制所欲的壓力變化。於第6A-6B圖的系統中,間隙距離d1為空氣軸承距離的5x至100x,因而可在整個範圍內為調整。
障礙件80可包括一或多個噴嘴,其提供加壓氣體84以維持間隙距離d1及/或提供空氣障礙而用以局限滌洗氣體。噴嘴幾何構形(例如數目、大小、位置、間隔及類似性質)可根據設計考量而最佳化。壓力驟降、流速考量、幾何考量等等為噴嘴幾何構形所根據的一些參數。計算流體動力學(CFD)為主的模擬可幫助噴嘴的最佳化。加壓氣體84可為加壓空氣,但是其他加壓氣體也可以使用。
如所述者,離開模板18及/或夾頭28設置障礙件80可提供一或多個通道86。通道86可對於滌洗氣體提供排空路徑。通道86提供一條排空路徑,其拉取滌洗氣體實質地離開可能受到影響的壓印系統元件(例如IFM光束路徑)。根據氣體排空作用中負壓的不同,通道86可為主動通道及/或被動通道。如所述者,通道86為延伸於夾頭28及壓印頭30周緣附近的連續通道,但是將可以即刻地了解到此種通道不必然是連續的,而且複數通道構型(包括例如同等間隔的小洞)可被提供於夾頭28及/或壓印頭30的周緣附近。另外的氣流通道可以被加到障礙裝置80中。氣流通道可提供正壓(positive)及/或負壓(negative)流動。
再者,習於此藝者經由此說明將會明白各種面向之修改及另外的實施例。據此,本描述只能解釋為一種說明。要了解者此處所顯示及描述的型式要被認作是實施例的實例。此處所顯示及說明的元件及材料可被取代,部件及製程可被反轉,而且某些特徵可獨立地使用,在歷經本描述的好處之後習於此藝者將會明白所有的事物。對於此處所述元件可為任何變化而未脫離以下申請專利範圍描述的精神及範疇。
10...微影系統
12...基材
14...基材夾頭
16...載物台
18...模板
20...台面
22...表面
24...凹處
26...突起
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...圖案層
48...殘留層
50...突起
52...凹處
54...處理器
56...記憶體
60...工具控制回饋單元
62...滌洗氣體
64...半封閉式系統
66...空氣軸承
68...環境
70...板
72...排空件
74...加壓氣體
80...障礙件
81...間隙
82...工作環境
83...場域
84...加壓氣體
86...通道
88...本體
90...臂部
92...下表面
94...上表面
96...面部
98...側壁
第1圖顯示微影術系統的簡化側視圖。
第2圖顯示第1圖所示之其上具有圖案化層之基材的簡化側視圖。
第3及4圖顯示於壓印製程期間滌洗氣體流動的簡化側視圖。
第5圖顯示例示之先前技藝半封閉式系統的簡化側視圖。
第6A圖顯示根據本發明之例示氣體局限系統的簡化側視圖。
第6B圖顯示第6A圖之例示氣體局限系統的簡化頂視圖。

Claims (16)

  1. 一種於奈米壓印製程中用於局限滌洗氣體的系統,該系統包括:一壓印頭,其具有一夾頭及附接至該夾頭的一模板;一基材,其與該模板空間上分離並於兩者之間界定一工作環境;及一障礙件,其圍繞該壓印頭,該障礙件具有一下表面,設置該下表面使得該下表面與該基材空間上分離,其中該障礙件於該障礙件的下表面與該基材之間提供加壓氣體,藉此維持該障礙件的下表面與該基材之間的間隙距離介於50μm至5mm之間,其中該障礙件相對於該壓印頭係可移動的,藉此容許該間隙距離獨立於該壓印頭而受調整,且其中該夾頭包括面對該基材的一表面,且該障礙件包括從該其延伸而出並介於該夾頭表面與該基材之間的一臂部。
  2. 如申請專利範圍第1項的系統,其中該障礙件更包括一或多個氣體噴嘴,該一或多個氣體噴嘴設置於遞送該加壓氣體之該障礙件的下表面上。
  3. 如申請專利範圍第1項的系統,其中該障礙件更包括與該壓印頭空間上分離的一側壁,以便於該障礙件與該壓印頭之間界定一或多個通道。
  4. 如申請專利範圍第3項的系統,其中該滌洗氣體被提供至該工作環境。
  5. 如申請專利範圍第4項的系統,其中所提供之該加壓氣體的壓力較該滌洗氣體的壓力還大。
  6. 如申請專利範圍第4項的系統,其中該滌洗氣體通過該一或多個通道而排出或清空。
  7. 如申請專利範圍第1項的系統,其中該加壓氣體為空氣。
  8. 如申請專利範圍第1項的系統,其中該障礙件的高度至少為模板與夾頭的結合高度。
  9. 如申請專利範圍第1項的系統,其中該障礙件為可移動地連接至該壓印頭。
  10. 一種於奈米壓印製程中用於局限滌洗氣體的系統,該系統包括:一壓印頭,其具有一夾頭及附接至該夾頭的一模板;一基材,其與該模板空間上分離並於兩者之間界定一工作環境;及一障礙件,其圍繞該壓印頭,該障礙件具有與該壓印頭空間上分離的一側壁,以便在該障礙件與該壓印頭之間界定一或多個通道,及一下表面,設置該下表面使得該下表面與該基材空間上分離,且其中該障礙件在該障礙件的下表面與該基材之間提供加壓氣體,藉此維持該障礙件的下表面與該基材之間的一間隙距離介於50μm至5mm之間,及其中該障礙件相對於該壓印頭係可移動的,因而容許該間隙距離獨立於該壓印頭而受調整,且其中該夾頭包括面對該基材的一表面,且該障礙 件包括從該其延伸而出並介於該夾頭表面與該基材之間的一臂部。
  11. 一種於奈米壓印製程中用於局限滌洗氣體的方法,包括下列步驟:(a)提供一壓印頭及一基材,該壓印頭具有一夾頭及附接至該夾頭的一模板,該基材與該模板空間上分離並於兩者之間界定一工作環境,其中該夾頭包括面對該基材的一表面;(b)以一障礙件圍繞該壓印頭,該障礙件具有與該基材空間上分離的一下表面,其中該障礙件包括從該其延伸而出並介於該夾頭表面與該基材之間的一臂部;(c)提供加壓氣體以維持該下表面與該基材的一間隙距離介於50μm至5mm之間並創造一氣體障礙於該下表面與該基材之間;及(d)提供滌洗氣體至該工作環境,其中該所提供之障礙件相對於該壓印頭係可移動的。
  12. 如申請專利範圍第11項的方法,其中該提供的障礙件更包括與該壓印頭空間上分離的一側壁,以便在該障礙件與該壓印頭之間界定一或多個通道。
  13. 如申請專利範圍第11項的方法,其中該加壓氣體在壓力大於該滌洗氣體的壓力下被提供。
  14. 如申請專利範圍第11項的方法,更包括通過該一或多個通道排出或清空該滌洗氣體的步驟。
  15. 如申請專利範圍第11項的方法,其中該加壓氣體為空 氣。
  16. 如申請專利範圍第11項的方法,其中該提供的障礙件的高度至少為該模板及夾頭的結合高度。
TW100104307A 2010-02-09 2011-02-09 用於奈米壓印之處理氣體局限技術 TWI620982B (zh)

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