TWI426353B - 壓印微影系統及壓印方法 - Google Patents

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TWI426353B
TWI426353B TW098125869A TW98125869A TWI426353B TW I426353 B TWI426353 B TW I426353B TW 098125869 A TW098125869 A TW 098125869A TW 98125869 A TW98125869 A TW 98125869A TW I426353 B TWI426353 B TW I426353B
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Mahadevan Ganapathisubramanian
Byung-Jin Choi
Liang Wang
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Description

壓印微影系統及壓印方法 相關申請案之對照
本申請案依據35U.S.C.§119(e)(1)請求在2008年10月10日提出申請之美國暫時專利第61/104,331號之優先權，其係在此被併入以供參考。
 背景資料
奈米微製造包括具有100奈米或更小的層級之結構特徵的製造作用。奈米微製造已經對積體電路的加工處理這個領域造成了可觀的衝擊。奈米微製造技術已經在積體電路的加工製造之應用中，造成了可觀的衝擊。該半導體加工處理工業持續為了更大的量產產能，並同時增加在每單元區域內之基材上所形成的電路而努力，因此奈米微製造技術就逐漸變得重要。奈米微製造可以提供較佳的加工控制性，並同時允許該所形成之結構的最小特徵尺寸可以持續減小。目前已經運用奈米微製造之其他領域的研發工作，包括有生物科技、光學技術、機電系統以及其等之類似領域。
現今所使用之典型的奈米微製造技術通常係被稱為壓印微影術。典型的壓印微影術加工製程係被詳細地描述在許多的出版品中，例如美國專利申請案第2004/0065976號、美國專利申請案第2004/0065252號，以及美國專利第6,936,194號，其等全部都在此被併入以供參考。
在每一件上述美國專利申請案以及美國專利案中所揭示之一壓印微影技術，係包括有在一可聚合層中形成一釋放圖案，並將一對應於該釋放圖案之圖案，轉印至一底層基材內。該基材可以被連接至一動作台座，以取得所欲之定位方式，而輔助該圖案化加工製程。此外，基材可以被連接至一基材夾頭。該圖案化製程使用一與該基材分離之模具，而一可成形之液體係被施加於在該模具與該基材之間。該可成形液體係被固化以形成一具有一圖案之硬質層，該圖案係和與該可成形液體接觸的模具之表面形狀相配合。在固化之後，該模具然後與該固化層分離，以使得該模具與該基材分離。該基材與該固化層然後進行額外製程，以將一對應於在該固化層中之圖案的釋放圖案轉移至該基材內。
圖式簡要說明
因此本發明之特徵與優點將可以被更詳細地瞭解，其可以參照在隨附的圖式中所例示之具體例而提供該等具體例之更明確的說明。然而，應該要注意的是該等隨附的圖式僅例示說明本發明之典型具體例，而因此不應被視為是對該範圍的限制，因為本發明可以是其他同樣有效的具體例。
第1圖例示說明一微影系統之簡化側視圖；第2圖例示說明在第1圖中所顯示的其上設置有圖案化層之基材的簡化側視圖。
第3圖例示說明具有數個為一模板提供能量之能量源的一典型具體例之簡化側視圖。
第4A和4B圖例示說明具有數個為一模板提供能量之能量源的一典型具體例之簡化側視圖。
第5A圖例示說明形成為環狀之數個能量源的典型具體例之頂端俯視圖。
第5B圖例示說明形成為金字塔狀之數個能量源的典型具體例之頂端俯視圖。
第5C圖例示說明形成為圓錐狀之數個能量源的典型具體例之頂端俯視圖。
第6圖例示說明數個為一模板提供能量之能量源的一典型具體例之簡化側視圖。
第7圖例示說明數個為一模板提供能量之能量源的一典型具體例之簡化側視圖。
第8圖例示說明一種使用一壓印微影系統來進行壓印作用的典型方法之流程圖。
 發明詳述
參照該等圖式，且特別是第1圖，其例示一種用來在基材12上形成一釋放圖案之微影系統10。基材12可以被連接至一基材夾頭14。如其所例示的，基材夾頭14係為一真空夾頭。然而，基材夾頭14可以是包括有，但不限於真空式、銷式、槽式、電磁式，及/或其等之類似型式。典型的夾頭係被描述於美國專利第6,873,087號中，其係在此被併入的以供參考。
基材12與基材夾頭14可以進一步由一台座16來加以支持。台座16可以提供沿著x-、y-與z-軸之動作。台座16、基材12與基材夾頭14也可以被設置在一基座上(未顯示)。
一模板18係與該基材12分離。模板18通常包括有一自其朝向基材而延伸之台面20，在該台面20上具有一圖案化表面22。此外，台面20可以被稱為模具20。模板18及/或模具20可以由包括有，但不限於熔融矽、石英、二氧化矽、有機聚合物、矽氧烷聚合物、矽酸硼玻璃、氟碳化合物聚合物、金屬、硬化藍寶石及/或其等之類似材料所形成。如其所例示的，圖案化表面22包含有由數個分離的凹槽24及/或突起26所界定之結構特徵，雖然本發明之具體例並未被侷限於此等結構。圖案化表面22可以界定會形成欲在基材12上所形成之圖案的任何原始圖案。
模板18可能被連結至一夾頭28。夾頭28可以被架構為，但不限於真空式、銷式、槽式、電磁式及/或其他類似之夾頭類型。典型的夾頭係被進一步描述於美國專利第6,873,087號中，其係在此被併入以供參考。此外，夾頭28可以被連結至一壓印頭30，因而夾頭28及/或壓印頭30可以被架構以協助模板18的移動。
系統10可以進一步包含有一流體配送系統32。流體配送系統32可以用來將可聚合材料34置放於基材12上。可聚合材料34可以使用例如液滴分配、旋轉塗敷、浸漬塗敷、化學氣相沈積(CVD)、物理氣相沈積(PVD)、薄膜沈積，厚膜沈積，及/或其等之類似技術而置放於基材12上。可聚合材料34可以依據設計上的考量，而在所需體積被界定於模具20與基材12之間以前及/或之後，才被置放於基材12上。可聚合材料34可以包含有如美國專利第7,157,036號以及美國專利公告第2005/0187339號中所描述之單體混合物，其等全都在此被併入以供參考。
參照第1和2圖，系統10可以進一步包含有一或更多的能量源38a與38b(其係通常在此被稱為能量源38)，其係被連接以分別沿著一或更多的路徑42(通常被稱為路徑42)來導引一能量40。舉例來說，在第1圖中所例示之系統10，係包含有被連接以分別沿著路徑42來導引一能量40的能量源38。壓印頭30與台座16係被架構以將模具20與基材12設置於與路徑42重疊之位置中。系統10可以由一與台座16、壓印頭30、流體配送系統32及/或能量源38形成通聯之處理器54來加以調控，並且可以一被儲存於記憶體56中之電腦可讀取程式來進行操作。
系統10進一步可以包含有一個成像單元58。成像單元58可以用於模板18、可聚合材料34、圖案化層46，及/或基材12的光學偵檢及/或監測作用。一般來說，成像單元58係具有可以隨著設計上的考量上而增加或減少之監測範圍60。典型的成像單元58係在美國專利申請案第10/923,628號、美國專利申請案第11/000,321號、美國專利申請案第11/000,331號，以及美國專利申請案第11/347,198號中被進一步加以描述。
如其所顯示的，成像單元58可能被連接至處理器54，然而，成像單元58也可以被連接至系統10的任何元件，其包括有，但是不限於模板18、壓印頭30、夾頭14、台座16以及能量源38。此外，系統10可以包含任何數量之成像單元58。典型的成像單元58係在美國專利申請案第10/923,628號、美國專利申請案第11/000,321號、美國專利申請案第11/000,331號、美國專利申請案第11/347,198號，以及美國專利申請案第11/565,350號中被進一步加以描述，其等全都在此被併入以供參考。成像單元58可以被設置成與模板18、基材12、夾頭14、台座16及/或其等之類似物重疊。
壓印頭30、台座16中之任一者，或是該等兩者都可以改變在模具20和基材12之間的距離，以界定一在其等之間由可聚合材料34所填滿之所欲體積。舉例來說，壓印頭30可以對模板18施加一力量，以使得模具20與可聚合材料34接觸。在該所欲體積被聚合材料34填滿之後，能量源38會產生例如寬頻紫外線之能量40，以使得聚合材料34固化及/或交聯，而與基材12的表面44以及圖案化表面22之形狀相配合，而在基材12上界定一圖案層46。舉例來說，在第1圖中所例示之能量源38會產生沿著路徑42之能量，而使得可聚合材料34固化及/或交聯，而界定圖案化層46。圖案化層46可以包含有一殘留層48以及被顯示為突起50和凹槽52之數個結構特徵，突起50係具有厚度t1 且殘留層係具有厚度t2 。
上述的系統與製程可以被進一步被運用於美國專利權6,932,934號、美國專利權7,077,992號、美國專利第7,179,396號，以及美國專利第7,396,475號中所參照之壓印微影術製程與系統中，其等全都在此被併入以供參考。
在一些情況中可以提供高能輻射來將可聚合材料34固化及/或交聯，以配合與可聚合材料34接觸之基材12和模板18的形狀。舉例來說，紫外線可以由Hg燈、Hg/Xe燈、UVLEDs，及/或雷射來加以提供。然而，此等高能輻射可能會在該壓印區域造成大幅的熱量影響(舉例來說，基材之各別的壓印子部分)。該熱影響力可會在基材12上造成要校準錯誤及/或大小錯誤。
為了要將來自熱量影響之錯誤減到最小，能量源38可以被設置在遠離基材12及/或壓印區域之處。然而，能量源38所提供之能量40需要通過數個空氣間隙、透鏡、面鏡等等而到達壓印區域，所以可以到達基材12及/或壓印區域光學能量則可能會顯著地減少。此外，能量源38係具有可以需要規律更換光源之高能輻射，其可能會進一步增加壓印製程的成本。同時，依據所選擇的能量源38，提供能量40之能量源38在使用期間可能會產生顯著數量的熱能。如果能量源38係被設置於十分接近基材12之處，此等能量40就可能會使得基材12的溫度增加。隨著該溫度的增加，基材12可能會膨脹而影響結構特徵50和52的精確性。
參照第3和4圖，該如第1和2圖所描述之壓印製程，其可以藉由能量源38而操控各種不同強度之能量40。同樣地，能量源38可以是具有數個提供能量40之元件64的累積性能量源。或者，能量源38可以是具有用來提供能量40之單一元件64的單一能量源。
參照第3和4圖，其中所例示之能量源38的典型具體例，係具有沿著路徑42來提供能量40之能量元件64。一般來說，能量源38及/或元件64的設置，可以使得成像單元58的監測範圍60不會受到阻礙。舉例來說，如在第3圖中所例示的，能量源38a可以被設置於距離該成像單元58之該監測範圍60一段距離DA 處。在一類似的方式中，能量源38b可以被設置於距離該成像單元58之該監測範圍60一段距離DB 處。距離DA 與距離DB 可以被加以設定，以使得能量源38及/或元件64係位在成像單元58的監測範圍60之外。應該要注意的是，能量的路徑42可以位在該成像單元58的監測範圍60裡面，而不會阻礙該成像單元58的監測範圍60。
每個元件64都可以被設置在離基材12的區域r一段距離d之處。距離d可以被加以選擇以在基材12的區域r上，提供實質上均勻之能量40分佈。舉例來說，如在第4A圖中所例示的，能量源38c的每種元件64c、64d和64e，都可以被設置於離基材12的區域r1 為距離d1 、d2 和d3 之處。距離d1 、d2 和d3 可以被選定在基材12的區域r1 上，提供實質上均勻分佈之能量40。舉例來說，在一典型的具體例中，距離d1 、d2 和d3 可以是大約為55-110公釐之層級。
應該要注意的是，能量源38可以與一能連同一個輔助能量源一起使用。舉例來說，能量源38可以與例如Hg燈、Hg/Xe燈及/或雷射之輔助能量源一起使用。輔助能量源可以被設置於該成像單元58的監測範圍60裡面，及/或被設置於離該成像單元58一段距離處，以使得該成像單元58之監測範圍60不會被阻礙。
能量源38可以包含有單一個或是數個的能量元件64(舉例來說，UVLEDs)。舉例來說，第3圖例示說明能量源38a和38b係具有單一能量元件64a和64b。或者，第4A和4B圖例示說明能量源38c和38d係具有數個能量元件64c-h。應該要注意的是，依據設計考量，其可以任何數量之能量元件64。舉例來說，能量源38可以包含有大量之每個都具低單位能量(舉例來說，大約為3-20mW/cm2 以在一具體例中提供大約為200mW/cm2 之強度)的LEDs。
在能量源38裡面，能量元件64可以角度Θ來傾斜。在一具體例中，能量源38裡面的能量元件64可以實質上近似的角度來傾斜。舉例來說，第3圖例示說明能量源38a係具有以角度Θ1來傾斜，以經由路徑42a而提供能量40之能量元件64a。然而，應該要注意的是，能量源38裡面的能量元件64可以不同的角度來傾斜。舉例來說，第4A圖例示說明能量源38c係具有分別以角度Θ1-3 來傾斜之能量元件64c-64e。該等傾斜角度Θ1-3 的大小可以具有不同數值。舉例來說，傾斜角度Θ1-3 的大小可以是落在大約35°-50°的範圍之內。傾斜的能量元件64可以為壓印區域提供足夠的能量40，而不會阻礙監測範圍60。此外，傾斜的能量元件64可以將能量40之光束加以適當地結合，以在基材12的一區域r裡面/之上提供實質上均勻的能量(如第3圖所例示)。
第4B圖例示說明具有額外的光學元件65之第4A圖的能量源38c之另一典型具體例。光學元件65可以導引來自於能量元件64的能量40。此外，光學元件65可以包含有該光徑42以提供實質上均勻分佈之能量40。光學元件65可以包括有，但並不侷限於，透鏡、光學波導及/或其等之類似物。應該要注意的是，其可以針對每個能量源38來提供個別的光學元件65，並且/或者其可以針對數個能量源38來提供一單一光學元件65。
能量源38可以另外包含有一熱量管理系統(未顯示)。舉例來說，能量源38可以包括有一附接於及/或係與能量源38形成熱通連之熱量排除系統。
第5A-5B圖例示說明係為不同形成之數個能量源38的典型具體例。應該要注意的是該數個能量源38並不僅侷限於所例示之形式，因為依據設計考量其也可以使用其他的結構。
第5A圖例示說明形成為環狀形式70之數個能量源38的典型具體例。該環狀形式70可以由內徑DR 來界定。一般而言，環狀形式70的內徑DR 係具有不會阻礙成像單元58(未顯示)的監測範圍60之大小與結構。
第5B圖例示說明形成為金字塔形式71之數個能量源38的典型具體例。該金字塔形式71可以由數個形成內部周長P之數個側邊73來界定。一般而言，金字塔形式71的內部周長P係具有不會阻礙成像單元58(未顯示)的監測範圍60之大小與結構。
第5C圖例示說明形成為圓錐形式75之數個能量源38的典型具體例。該圓錐形式75可以由內徑DC 來界定。一般而言，圓錐形式75的內徑DC 係具有不會阻礙成像單元58(未顯示)的監測範圍60之大小與結構。
第6圖例示說明具有數個能量源38之系統10的另一典型具體例。每個能量源38大概都包含有至少一與光學線路72形成光學通連之能量元件64，以為壓印區域提供能量40。同樣地，光學線路72可以允許能量元件64被設置於離壓印區域較遠之處。典型的光學線路72可以包括有，但並未侷限於光纖束、波導及/或其等之類似物。光學線路72可以由包括有，但不侷限於以熔融矽石為基礎之纖維、液體光導及/或其等類似材料所製成。
將能量元件64設置於遠離壓印區域，可以是基於設計考量。舉例來說，能量元件64可以被連接至光學線路72，而將能量元件64設置於一段距離處，以提供用於壓印作用之適切能量40。在一具體例中，能量元件64可以被設置於離壓印區域超過大約2m處。
一般來說，光學線路72會將能量40自能量元件64導引至該壓印區域，而不會實質上阻礙成像單元58的該監測範圍60。舉例來說，如第6圖所舉例的，光學線路72可以角度Θ來傾斜，以將能量40自能量元件64經由路徑42而導引至壓印區域。傾斜的光學線路72可以對壓印區域提供足夠的能量40，而不會阻礙該監測範圍60。
第7圖例示說明具有數個能量源38之系統10的另一典型具體例。能量源38可以包含有與光學線路72形成光學通連之至少一能量元件64。舉例來說，能量元件64可以被連接至光學線路72。系統10可以另外包含有一用來將來自於能量源38之能量40，聚焦至壓印區域的反射元件74(舉例來說，鏡子)。能量40可以沿著路徑42而自光學線路72導引至反射元件74，並進一步導引至壓印區域(舉例來說，在基材12上之區域)。一般而言，反射元件74的材料係實質上為半透明。半透明材料可以允許反射元件74將能量40自光學線路72導引至壓印區域，而不會實質上阻礙成像單元58的該監測範圍60。
第8圖例示說明一種在一基材12上，固化可聚合材料34之典型方法的流程圖100。在一步驟102中，成像單元58可以被設置，以使得該成像單元58的監測路徑60係與模板18重疊。在步驟104中，具有元件64之能量源38可以被設置於成像單元58的監測路徑60之外。能量源的每個元件64都可以被設置於離基材12的區域r一段距離d之處。元件64可以被調整以在可聚合材料34的固化期間，對基材12的區域r提供實質上均勻之能量40。在步驟106中，基材12可以被設置在該模板18下方。在步驟108中，可聚合材料34可以被沈積於基材12上。在步驟110中，模板18可以運用成像單元58來與基材12對齊。在步驟112中，模板18可以與基材12上之可聚合材料34接觸。在步驟114中，能量源38可以在路徑42中提供能量40以固化在基材12上之可聚合材料34。在步驟116中，模板18可以與該經固化的可聚合材料34分離，以在基材12上提供圖案化層46。
10．．．微影系統
12．．．基材
14．．．基材夾頭
16．．．台座
18．．．模板
20．．．台面
22．．．圖案化表面
24．．．凹槽
26．．．突起
28．．．夾頭
30．．．壓印頭
32．．．流體配送系統
34．．．可聚合材料
38．．．能量源
38a,38b,38c,38d．．．能量源
40．．．能量
42,42a,42b．．．路徑
50．．．突起
52．．．凹槽
54．．．處理器
56．．．記憶體
58．．．成像單元
60．．．監測範圍
64,64a,64b．．．能量元件
64c,64d,64e．．．能量元件
64f,64g,64h．．．能量元件
65．．．光學元件
70．．．環狀形式
71．．．金字塔形式
72．．．光學線路
73．．．側邊
74．．．反射元件
75．．．圓錐形式
102~118．．．實施步驟
DA ,DB ．．．距離
DR ,DC ．．．內徑
d,d1,d2,d3．．．距離
P．．．周長
r,r1．．．基材區域
t1 ,t2 ．．．厚度
第1圖例示說明一微影系統之簡化側視圖；
第2圖例示說明在第1圖中所顯示的其上設置有圖案化層之基材的簡化側視圖。
第3圖例示說明具有數個為一模板提供能量之能量源的一典型具體例之簡化側視圖。
第4A和4B圖例示說明具有數個為一模板提供能量之能量源的一典型具體例之簡化側視圖。
第5A圖例示說明形成為環狀之數個能量源的典型具體例之頂端俯視圖。
第5B圖例示說明形成為金字塔狀之數個能量源的典型具體例之頂端俯視圖。
第5C圖例示說明形成為圓錐狀之數個能量源的典型具體例之頂端俯視圖。
第6圖例示說明數個為一模板提供能量之能量源的一典型具體例之簡化側視圖。
第7圖例示說明數個為一模板提供能量之能量源的一典型具體例之簡化側視圖。
第8圖例示說明一種使用一壓印微影系統來進行壓印作用的典型方法之流程圖。
10．．．微影系統
12．．．基材
14．．．基材夾頭
16．．．台座
18．．．模板
20．．．台面
22．．．圖案化表面
24．．．凹槽
26．．．突起
28．．．夾頭
30．．．壓印頭
32．．．流體配送系統
34．．．可聚合材料
38a,38b．．．能量源
40．．．能量
42a,42b．．．路徑
54．．．處理器
56．．．記憶體
58．．．成像單元
60．．．監測範圍

Claims (19)

  1. 一種壓印微影系統，其包含有：一成像單元，其具有一被架構以監視一模板與一基材的監測範圍，該成像單元係被設置成與該模板和該基材重疊，該基材係具有一具備數個區域且可聚合材料置放於其上之表面；以及，數個能量源，各具有被設置於該成像單元的監測範圍之外部的至少一能量元件，每個能量源均係被架構以沿著一能量路徑來提供能量且其中每個能量源之能量元件係以角度傾斜以便於該基材之一區域內提供實質上均勻的能量以於每個如此區域固化該可聚合材料。
  2. 如申請專利範圍第1項的系統，其中每個能量源都具有一單一能量元件。
  3. 如申請專利範圍第1項的系統，其中每個能量源都具有數個能量元件。
  4. 如申請專利範圍第1項的系統，其中至少一能量源係具有一單一能量元件，並且至少一能量源係具有數個能量元件。
  5. 如申請專利範圍第1項的系統，其中至少一能量元件係為一UV LED。
  6. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該能量源係為環狀形式。
  7. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該能量源係為圓錐形式。
  8. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該能量源係為金字塔形式。
  9. 如申請專利範圍第1項的系統，其進一步包含有被設置於該成像單元的監測範圍之外部的輔助能量源。
  10. 如申請專利範圍第9項的系統，其中該輔助能量源係為一個弧光燈。
  11. 如申請專利範圍第1項的系統，其中每個能量源的該等能量元件均係以一角度來傾斜，並且每個角度的傾斜度都為位在該基材上之該可聚合材料，提供實質上均勻的能量。
  12. 如申請專利範圍第1項的系統，其中每個能量源的每個能量元件均係被設置於離該基材的一區域一段距離處，並且每一能量元件的位置都為位在該基材上之該可聚合材料，提供實質上均勻的能量。
  13. 如申請專利範圍第1項的系統，其中每個能量元件均係與一光學線路形成光學通連，以為該可聚合材料提供能量。
  14. 如申請專利範圍第13項的系統，其中至少一能量元件係被設置於距離該位在基材上之可聚合材料為大於2m之距離處。
  15. 如申請專利範圍第13項的系統，其進一步包含有被設置成與至少一能量源的二個能量元件形成光學通連之至少一反射元件，該反射元件將能量由該等至少二個能量元件，聚焦於位在該基材上的可聚合材料上。
  16. 如申請專利範圍第15項的系統，其中該反射元件係實質上為半透明的。
  17. 如申請專利範圍第1項的系統，其中該能量源之至少一能量元件係為一具有大約3-20mW/cm2 之低單位能量之LED。
  18. 如申請專利範圍第1項的系統，其進一步包含有被設置於該能量源附近之至少一光學元件，以將至少一能量元件的能量聚焦於該基材上。
  19. 一種壓印方法，其包含有：設置一成像單元，以使得該成像單元之一監測路徑，係與一奈米壓印微影術模板重疊；將數個能量源設置於該成像單元與該奈米壓印微影術模板之間，該能量源的位置係位在該成像單元的監視路徑之外部，其中每個能量源均係被架構以沿著一能量路徑來提供能量，且其中每個能量源之元件係以角度傾斜以便於該基材之一區域內提供實質上均勻的能量；將一基材設置於該模板下方，該基材具有一具備複數個區域之表面；將可聚合材料置放於該基材之該等區域上；將該模板與該基材對齊；將在該基材上之該可聚合材料與該模板接觸；藉由該能量源，沿著該等能量路徑來提供能量，而固化位在該基材之該等區域每一者上之可聚合材料；並且， 將該模板自該經固化的可聚合材料分離，以在該基材上提供一經圖案化層。
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