專利名稱：用對激活光透明的模板在襯底上形成圖案的方法及半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓印制版中達(dá)到高精度間隙和取向測量的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
壓印制版是一種能在襯底上印制尺寸小于50nm的特征的技術(shù)。在亞100nm領(lǐng)域中，壓印制版有可能取代光刻制版成為半導(dǎo)體制造的選擇技術(shù)。1990年代期間已引入若干壓印制版工藝。然而，其中多數(shù)有局限性，使這些工藝不能用作實際取代光刻制版。這些已有技術(shù)的局限性包括例如溫度變化大、需要高壓和利用通用性模板。
可用壓印制版工藝在室溫下用低壓從石英模板將高分辨率圖案轉(zhuǎn)移到襯底表面。分步快顯壓印制版(SFIL)工藝中，使硬的石英模板在存在光固化液體材料的情況下與襯底表面間接接觸。施加光，使該液體材料固化，從而將模板的圖案壓印到固化液體。
可用壓印制版工藝制造單層和多層器件?？赏ㄟ^在襯底上使金屬薄層形成期望的特征來制造單層器件。為了生產(chǎn)具有尺寸小于100nm的特征的器件，壓印層的厚度可小于寬帶光平均波長的1/4。壓印層還應(yīng)為大致平坦。因此，期望具有在壓印制版工序期間測量模板與襯底之間的間隙和取向的準(zhǔn)確且快速的方法。
具體而言，為了壓印制版，間隙與取向測量工序需要便于在小于10nm至30μm的范圍中測量間隙。因此，應(yīng)通過不接觸模板和襯底且以10nm以下的分辨率來達(dá)到間隙測量。

發(fā)明內(nèi)容
這里說明的實施例包含可用于壓印制版工序中進行間隙探測的方法和系統(tǒng)。
某些實施例中，判定模板與襯底之間的間隔的方法包含將模板和襯底安裝成相互具有間隔關(guān)系，使模板與襯底之間形成間隙。對模板和襯底施加含多個波長的光。監(jiān)視從模板表面和襯底反射的光。例如，在含一些波長的范圍對光強度變化監(jiān)視從模板表面和襯底反射的光?？筛鶕?jù)監(jiān)視的光判定模板表面與襯底之間的距離。有些實施例還包含判定誤差信號，該信號對應(yīng)于模板表面與襯底之間的期望距離和模塊表面與襯底之間的判定距離之差。該誤差信號可用于控制一個或多個調(diào)節(jié)器。所述一個或多個調(diào)節(jié)器配置成調(diào)整模板與襯底之間的距離。
一些實施例中，該一個或多個調(diào)節(jié)器可配置成調(diào)整模板表面與襯底的相對位置，以達(dá)到大致平行的配置。這些實施例中，所述方法可包含在3個或3個以上非共線位置判定模板表面與襯底之間的距離?？筛鶕?jù)判定的3個或3個以上的距離來判斷誤差信號。
一實施例中，這里所揭示的方法和系統(tǒng)中適合使用的模板可以是圖案模板或大致平面的模板?？捎脠D案模板將圖案轉(zhuǎn)移到襯底?？捎么笾缕矫娴哪０迨箞D案襯底平面化。模板可包含一個或多個間隙探測部分。例如，間隙探測部分可在模板表面上包含多個凹口。這些凹口可具有已知深度。例如，各凹口的深度可以是對模板和襯底施加的光的平均波長的至少1/4。對模板和襯底施加的光可通過模板的間隙探測部分。可用以下材料形成模板，但不受此限制石英、氧化銦錫和SiOx，其中x小于2，例如可為約1.5。
一實施例中，適合用于這里所揭示的方法和系統(tǒng)的襯底可以是半導(dǎo)體晶片。可用以下材料形成襯底，但不受此限制硅、鎵、鍺、銦、石英、藍(lán)寶石、二氧化硅、多晶硅或其他介電材料。此外，襯底可在其表面上包含一個或多個層。襯底表面上各層的折射率可為已知。這時，所述方法可包含判定襯底表面上各層的厚度。
為了判定模板與襯底之間的距離，所述方法可包含取得表示反射光的至少一些波長的強度的數(shù)據(jù)。計算波數(shù)，該波數(shù)是模板與襯底間所配置材料的折射率和折射光波長的函數(shù)。計算模板與襯底之間的距離，該模板與襯底之間的距離是波數(shù)和對應(yīng)于該波數(shù)的反射光強度的函數(shù)。模板與襯底之間距離的計算可包含判定波數(shù)和強度數(shù)據(jù)的傅里葉變換。有些實例中，所述方法還可包含在完成傅里葉變換后判定數(shù)據(jù)的至少一個局部最大值或局部最小值。
這里所揭示的實施例還包含用對激活光透明的模板在襯底上形成圖案的方法。這些實施例可用于例如形成半導(dǎo)體器件。有些實施例中，可在襯底形成圖案。這些實施例中，可用大致平面的模板在襯底上形成大致平面的區(qū)域。其他實施例中，可在模板形成圖案。這些實施例中，可用圖案模板在襯底上形成圖案。
一實施例中，用對激活光透明的模板在襯底上形成圖案的方法可包含對部分襯底施加激活光可固化液體?？蓪⒛０搴鸵r底安放成相互具有間隔關(guān)系，使模板和襯底之間形成間隙。有些實施例中，可用光測量裝置判定模板與襯底間的距離。有些實施例中，可用光測量裝置監(jiān)視該距離。這些實施例中，監(jiān)視模板與襯底間的距離時，可相對于襯底調(diào)整模板的位置，使模板和襯底處于相互隔開預(yù)定距離的位置?？赏ㄟ^模板對液體施加激活光。激活光的施加可使液體大致固化。一實施例中，可在固化了的液體中形成一圖案模板的圖案。例如，模板可包含至少具有一些尺寸上小于250nm的特征的圖案。模板脫離固化液體后，該固化液體可至少具有一些尺寸上小于約250nm的特征。另一實施例中，固化液體可在襯底上形成大致平面的區(qū)域。所述方法還可包含使模板脫離固化液化。
可用一個或多個流體灑放器對襯底施加激活光可固化液體。灑放激活光可固化液體時，可相對于流體灑放器移動襯底，以形成預(yù)定圖案。預(yù)定配置成在按照以間隔關(guān)系安放模板和襯底，使模板接觸液體時，抑制在液體中形成氣泡。此外，如果模板包含圖案，可選擇預(yù)定圖案，使液體在大致等于模板表面面積的區(qū)域中填充間隙?；蛘?，如果襯底有圖案，可選擇預(yù)定圖案，使液體在大致等于模板表面面積的區(qū)域中填充間隙。
將圖案模板安放在襯底上。使圖案模板朝襯底移動，直至達(dá)到期望的間隔關(guān)系。在圖案模板朝襯底移動時，襯底上的液體大致填充模板和襯底之間的間隙。一實施例中，期望的間隔關(guān)系可以是模板距離襯底小于約200nm。有些實施例中，將模板和襯底安放成間隔關(guān)系還包含判定誤差信號，該信號對應(yīng)于模板表面與襯底之間的期望距離和模塊表面與襯底之間的判定距離之差。可把該誤差信號發(fā)送給至少一個調(diào)節(jié)器。該至少一個調(diào)節(jié)器配置成按相互具有間隔關(guān)系安放模板和襯底。一實施例中，按相互具有間隔關(guān)系安放模板和襯底還可包含將模板和襯底安放成取向大致平行。
有些實施例中，按間隔關(guān)系安放模板和襯底可包含在襯底上安放模板，使模板大致不平行于襯底?？墒鼓０宄r底移動，同時保持對襯底不平行的取向。達(dá)到模板與襯底之間的期望間隔關(guān)系時，可使模板的方向成為對襯底大致平行的取向。
用光測量裝置判定模板與襯底之間的距離可包含對模板和襯底施加光。該光可包含多個波長?？杀O(jiān)視從模板表面和襯底反射的光。根據(jù)監(jiān)視的光，判定模板與襯底間的距離。為了判定模板與襯底間的距離，所述方法可包含取得表示反射光的至少一些波長的強度的數(shù)據(jù)。計算波數(shù)，該波數(shù)是模板與襯底間所配置材料的折射率和折射光波長的函數(shù)。計算模板與襯底之間的距離，該模板與襯底之間的距離是波數(shù)和對應(yīng)于該波數(shù)的反射光強度的函數(shù)。模板與襯底之間距離的計算可包含判定波數(shù)和強度數(shù)據(jù)的傅里葉變換。有些實例中，所述方法還可包含在完成傅里葉變換后判定數(shù)據(jù)的至少一個局部最大值或局部最小值。
有些實施例中，模板與襯底間距離的判定可包含在3個或3個以上非共線位置判定模板與襯底間的距離，并且還包含根據(jù)該3個或3個以上距離判定，判斷模板表面與襯底是否大致平行?？膳渲靡粋€或多個調(diào)節(jié)器，以調(diào)整模板表面與襯底的相對位置，來達(dá)到大致平行的配置。這些實施例中，該方法可包含根據(jù)3個或3個以上判定距離判斷誤差信號。向一個或多個調(diào)節(jié)器傳送該誤差信號。調(diào)節(jié)器可調(diào)整模板和襯底的相對位置，以達(dá)到大致平行的配置。
適合用于這里所揭示的實施例的激活光可固化液體可以是紫外光可固化成分。激活光可固化液體可以是光致抗蝕材料。
使模板脫離固化液體的過程可包含將模板移動到大致非平行的取向，并將模板移動得脫離襯底。
有些實施例中，用模板在襯底上形成圖案的方法可包含在對襯底施加液體前，在該襯底上形成轉(zhuǎn)移層。使圖案模板脫離襯底后，蝕刻該轉(zhuǎn)移層，該轉(zhuǎn)移層的蝕刻給轉(zhuǎn)移層刻圖案。
用模板在襯底上形成圖案的系統(tǒng)包含但不限于上框架；連接該上框架的取向臺；在該取向臺下方且配置成支持襯底的襯底臺；連接取向臺的光測量裝置。
取向臺可包含模板支架。可在該模板支架上放置模板?？蓪⒐鉁y量裝置配置成判定模板與襯底間的距離。此外，還可使一個或多個流體灑放器連接至上框架。
取向臺還可包含配置成使用時圍繞第1取向軸轉(zhuǎn)動的第1彎曲構(gòu)件和配置成使用時圍繞第2取向軸轉(zhuǎn)動且連接第1彎曲構(gòu)件的第2彎曲構(gòu)件。第1取向軸可與第2取向軸大致正交。模板支架可連接第2彎曲構(gòu)件。模板支架可配置成使用時固定模板。第2彎曲構(gòu)件可連接第1彎曲構(gòu)件，使工作期間模板放置到支架中時，可圍繞第1和第2取向軸相交的支點移動。
某些實施例中，第1彎曲構(gòu)件包含第1臂和第2臂。第1臂包含配置成使第1彎曲構(gòu)件圍繞第1取向軸轉(zhuǎn)動的第1組彎曲接頭。第2臂包含配置成使第1彎曲構(gòu)件圍繞第1取向軸轉(zhuǎn)動的第2組彎曲接頭。同樣，第2彎曲構(gòu)件包含第3臂和第4臂。第3臂包含配置成使第2彎曲構(gòu)件圍繞第2取向軸轉(zhuǎn)動的第3組彎曲接頭。第4臂包含配置成使第2彎曲構(gòu)件圍繞第2取向軸轉(zhuǎn)動的第4組彎曲接頭。可使一些調(diào)節(jié)器連接第1和第2彎曲構(gòu)件。可將這些調(diào)節(jié)器配置成在使用時使第1和第2彎曲構(gòu)件分別圍繞第1和第2取向軸轉(zhuǎn)動。例如，調(diào)節(jié)器可以是壓電調(diào)節(jié)器。第1彎曲構(gòu)件包含第1開口。第2彎曲構(gòu)件包含第2開口。支架包含第3開口。第1、第2和第3開口各自配置成使用時可將激活光引導(dǎo)到模板上。第1彎曲構(gòu)件連接第2彎曲構(gòu)件時，第1、第2和第3開口大致對齊。
光測量裝置可包含至少一個配置成引導(dǎo)光通過模板的光探頭。光測量裝置可包含至少一個配置成檢測從襯底反射的光的光探頭。兩種光探頭任一種都可配置成可從模扳上方的第1位置移動到離開模板的第2位置?；蛘?，任一種光探頭可實質(zhì)上對選擇的光波長的光透明。例如，所述系統(tǒng)可包含一個激活光源，所選光波長可對應(yīng)于該激活光源產(chǎn)生的光波長。光測量裝置還可包含電子成像裝置。光測量裝置可包含寬帶頻譜儀或激光干涉儀。
光測量裝置可包含配置成使用時引導(dǎo)檢測通過模板的光的照明系統(tǒng)。該照明系統(tǒng)可位于模板與激活光源之間。該照明系統(tǒng)可對激活光源產(chǎn)生的激活光大致透明?；蛘?，該照明系統(tǒng)可移動，使該照明系統(tǒng)可處于不與激活光源和模板產(chǎn)生光干涉的位置。光測量裝置還可包含光耦合至照明系統(tǒng)的檢測系統(tǒng)。該檢測系統(tǒng)可配置成檢測從位于襯底臺上的襯底反射的光。
有些實施例中，襯底可在其表面上包含至少一個已知折射率的層。這些實施例中，光測量裝置還可配置成測定襯底表面上該至少一個層的厚度。
有些實施例中，模板可包含對準(zhǔn)標(biāo)記。這些實施例中，該模板對準(zhǔn)標(biāo)記可與襯底上的對準(zhǔn)標(biāo)記互補。
所述系統(tǒng)還可包含連接取向臺和上框架的預(yù)校準(zhǔn)臺。該預(yù)校準(zhǔn)臺可配置成工作時使取向臺移向襯底和移離襯底。預(yù)校準(zhǔn)可包含至少一個連接取向臺的調(diào)節(jié)器。該調(diào)節(jié)器可配置成使取向臺移向襯底和移離襯底。預(yù)校準(zhǔn)還可包含第1和第2支持構(gòu)件。這些實施例中，可使該至少一個調(diào)節(jié)器連接上框架和第2支持構(gòu)件。該調(diào)節(jié)器可延伸通過第1支持構(gòu)件。第1支持構(gòu)件可連接上框架。第2支持構(gòu)件可連接第1支持構(gòu)件和取向臺。
襯底臺包含一真空夾盤，該真空夾盤可包含夾盤體和連接該夾盤體的真空流系統(tǒng)。該真空流系統(tǒng)配置成使用時在夾盤體表面施加吸力。襯底臺還可配置成使襯底臺沿大致平行于模板的平面移動。


閱讀以下詳細(xì)說明和參考附圖，會明白本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點。附圖中，圖1A和圖1B畫出模板與襯底之間的間隙的截面圖；圖2A～2E畫出壓印制版工序的截面圖；圖3畫出表示壓印制版工序的步序的流程圖；圖4畫出圖案模板的底視圖；
圖5畫出襯底上所安放模板的截面圖；圖6畫出采用轉(zhuǎn)移層的壓印制版工序的截面圖；圖7畫出壓印制版模板形成工序的截面圖；圖8畫出圖案模板的截面圖；圖9畫出另一些圖案模板設(shè)計的截面圖；圖10畫出對襯底施加可固化流體的工序的俯視圖；圖11畫出壓印制版工序期間灑放流體的設(shè)備的示意圖；圖12畫出用于壓印制版工序的流體灑放圖案；圖13畫出襯底上含多個點滴的流體圖案；圖14畫出壓印制版工序期間灑放流體的另一設(shè)備的示意圖；圖15畫出含多根大致平行線條的流體圖案；圖16畫出襯底支持系統(tǒng)的投影圖；圖17畫出另一襯底支持系統(tǒng)的投影圖；圖18是說明彎曲接頭動作的4連桿機構(gòu)的示意圖；圖19是說明彎曲接頭另一動作的4連桿機構(gòu)的示意圖；圖20是磁線性伺服電機的投影圖；圖21是多壓印的全局處理過程的處理流程圖；圖22是多壓印的局部處理過程的處理流程圖；圖23是模板對襯底的旋轉(zhuǎn)軸的投影圖；圖24畫出圖案模板上所安放的測量裝置；圖25畫出光對準(zhǔn)測量裝置的示意圖；圖26畫出用對準(zhǔn)標(biāo)記判定模板對襯底對齊的示意圖；圖27畫出用偏振濾光片判定模板對襯底對齊的示意圖；圖28畫出電容性模板對準(zhǔn)測量裝置的示意圖；圖29畫出激光干涉儀對準(zhǔn)測量裝置的示意圖；圖30畫出模板與襯底之間的間隙用流體部分填充時判定與該間隙對準(zhǔn)的示意圖；圖31畫出含多根蝕刻線條的對準(zhǔn)標(biāo)記；圖32畫出取向臺的投影圖；
圖33畫出取向臺的分解圖；圖34畫出間隙測量法的處理流程；圖35畫出判定2種材料之間的間隙的方法的截面圖；圖36畫出判定局部最小和最大間隙的圖形表示；圖37畫出具有間隙測量凹口的模板；圖38畫出用干涉儀測量模板與該干涉儀之間的間隙的示意圖；圖39畫出用探頭-棱鏡組臺探測模板與襯底之間的間隙的示意圖；圖40畫出壓印制版工序的截面圖；圖41畫出模板照明工序的示意圖；圖42畫出彎曲構(gòu)件的投影圖；圖43畫出組裝使用的第1和第2彎曲構(gòu)件；圖44畫出取向臺底部的投影圖；圖45畫出彎曲臂的示意圖；圖46畫出一對彎曲臂的截面圖；圖47畫出襯底平面化的方案；圖48畫出用于保持襯底的真空夾盤的各種圖；圖49畫出固化后從襯底去除模板的方案；圖50畫出固化后模板脫離襯底的方法的截面圖；圖51畫出模板支持系統(tǒng)的示意圖；圖52畫出模板與襯底之間的間隙的側(cè)視圖。
盡管本發(fā)明可有各種修改和替換形式，圖中作為例子示出其特定實施例，并將在這里加以詳細(xì)說明。然而，應(yīng)理解，原意不是用這些附圖及其詳細(xì)說明將本發(fā)明限制為所揭示的特定形式。與此相反，原意是要覆蓋落入所述權(quán)利要求書所規(guī)定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的全部修改、替換和等效形式。
具體實施例方式
這里提供的實施例一般涉及小型器件制造用的系統(tǒng)、裝置和有關(guān)制造過程。具體而言，這里提供的實施例涉及壓印制版的系統(tǒng)、裝置和有關(guān)過程。例如，這些實施例可用于在諸如半導(dǎo)晶片的襯底上壓印很小的特征。應(yīng)理解，這些實施例還可用于其他任務(wù)，例如制造節(jié)省成本的微機電系統(tǒng)(MEMS)。這些實施例還可用于制造其他類型的器件，包括但不限于帶圖案的數(shù)據(jù)存儲器磁媒體、微光器件、生化器件、X射線光器件等。
現(xiàn)參考附圖，尤其是圖1A和圖1B，其中示出相對在上面要用壓印制版壓印期望特征的襯底20預(yù)先放置的模板12的布局。具體而言，模板12可包含制作成期望特征的形狀的表面14，這些特征可轉(zhuǎn)移到襯底20。一些實施例中，可在襯底20與模板12之間設(shè)置轉(zhuǎn)移層18。轉(zhuǎn)移層18可經(jīng)壓印層16從模板12接收期望的特征。如本領(lǐng)域所公知，轉(zhuǎn)移層18可使我們從低縱橫比的壓印特征獲得高縱橫比的結(jié)構(gòu)(或特征)。
為了壓印制版，重要的是保持模板12與襯底20盡可能相互靠近且接近平行。例如，對寬約100nm且深約100nm的特征而言，為了壓印制版成功，會要求在襯底20的壓印區(qū)上約等于或小于200nm的平均間隙具有小于50nm的變化。這里所述的實施例為給出該嚴(yán)格準(zhǔn)確間隙要求的壓印制版提供控制模板12與襯底20間的間隔的方法。
圖1A和圖1B說明壓印制版中會遇到的兩種問題。圖1A中，由于模板12在壓印層16的一端較靠近襯底20而造成楔形的壓印層16。圖1A說明圖案轉(zhuǎn)移期間保持模板12與襯底20大致平行的重要性。圖1B示出壓印層16太厚。這兩種狀況都很不令人滿意。這里提供的實施例給出可消除圖1A和圖1B所說明的狀況與現(xiàn)有技術(shù)制版法相關(guān)聯(lián)的其他取向問題的系統(tǒng)、過程和相關(guān)裝置。
圖2A至圖2E說明總標(biāo)號為30的壓印制版處理實施例。圖2A中，模板12可取向成對襯底20具有間隔關(guān)系，使分開模板12與襯底20的間隔中形成間隙。模板12的表面14可處理成具有薄層13，以降低模板表面能量，有助于模板12脫離襯底20。下文討論控制模板12與襯底20之間的間隙31用的取向方式和裝置。接著，用符合處理后表面14的形狀的物質(zhì)40填充間隙31?；蛘?，在一實施例中，在模板12移動到所期望的與襯底20的相對位置前，可在襯底20上灑放物質(zhì)40。
物質(zhì)40可形成壓印層，諸如圖1A和圖1B所示的壓印層16。物質(zhì)40最好是液體，以便可較方便地填充間隙31的空間，不必用高溫，而且不需要高壓就能使間隙閉合。下文討論適當(dāng)選擇物質(zhì)40的進一步細(xì)節(jié)。
可對模板12施加固化劑32，使物質(zhì)40固化，并呈現(xiàn)間隙31所規(guī)定空間的形狀。這樣，可將模板12的期望特征44(圖2D)轉(zhuǎn)移到襯底20的上表面?？芍苯釉谝r底20的上表面提供轉(zhuǎn)移層18。轉(zhuǎn)移層18可促使放大從模板12轉(zhuǎn)移的特征，以產(chǎn)生高縱橫比的特征。
如圖2D所示，可從襯底20移開模板12，使襯底上留下期望的特征44。模板12從襯底20的脫離必須進行，使得期望特征44保持完整無損，不從襯底20的表面剪掉或撕開。這里所述的實施例提供一種壓印后從襯底20剝拉模板12用的方法(這里稱為“剝拉”法)和相關(guān)系統(tǒng)，使得期望特征44保持完整無損。
最后，在圖2E中，如雙層抗蝕劑處理中所公知，轉(zhuǎn)移層18的動作可在垂直尺寸上放大從模板12轉(zhuǎn)移到襯底40的特征44?？捎霉募夹g(shù)進一步處理所得的結(jié)構(gòu)以完成制造過程。圖3以流程圖的形式歸納壓印制版處理的實施例，其總標(biāo)號為50。首先，在步驟52，進行模板和襯底的粗取向過程，以達(dá)到模板和襯底的對齊。步驟52中粗取向過程的優(yōu)點在于可在制造環(huán)境中得到預(yù)較準(zhǔn)，該環(huán)境以高效且高產(chǎn)量制造許多器件。例如，當(dāng)襯底包含半導(dǎo)體晶片上許多小片中的一個時，一次生產(chǎn)期間可在第1小片上進行一次粗對準(zhǔn)(步驟52)，并對其他小片也施加該過程。這樣，可縮短生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)量。
在步驟54，可在襯底上灑放一種物質(zhì)。該物質(zhì)可以是可固化的有機硅溶液或?qū)ぐl(fā)光暴露時可變成固體的其他有機液體。使用液體可不需要與已有技術(shù)制版法相關(guān)聯(lián)的高溫高壓。接著，可在步驟56控制模板與襯底間的間隔，以便在該兩層之間建立較均勻的間隙，使得可具有成功壓印所要求的準(zhǔn)確取向。這里給出的實施例在步驟56提供了達(dá)到所要求的取向(粗略和細(xì)致)用的裝置和系統(tǒng)。
在步驟58，可用模板對襯底和該物質(zhì)的細(xì)取向使間隙閉合?？墒乖撐镔|(zhì)固化(步驟59)，導(dǎo)致該物質(zhì)固化成具有模板中特征的形狀。接著，可在步驟60使模板脫離襯底，從而模板的特征壓印或轉(zhuǎn)移到襯底上。最后，可在步驟62蝕刻該結(jié)構(gòu)，用初蝕刻去除殘留物質(zhì)，并用公知的氧蝕刻法蝕刻轉(zhuǎn)移層。
各實施例中，模板可結(jié)合在(1)結(jié)合模板表面的平面、(2)模板中的凹部、(3)模板的凸部或(4)上述各部位的組合中的無圖案區(qū)。可用剛體凸部制作模板。這些凸部可提供均勻間隔層，有利于粒子容限和諸如光柵、全息圖等的光器件?；蛘撸捎每蓧嚎s的凸部制造模板。
模板一般具有剛體支架，從(1)側(cè)面、(2)背面、(3)前面或(4)其組合，經(jīng)表面接觸來支持模板。模板支架可具有施加壓力時限制模板變形或畸變的優(yōu)點。有些實施例中，可在一些區(qū)域用反射被覆膜被覆模板。這些實施例中，模板可在反射被覆膜中引入一些孔，使光可傳入或通過模板。這些被覆層有利于模板定位，以便用干涉測量法校正重疊。這些被覆層還可用通過模板側(cè)面而不是上部照射的固化劑源加以固化。這使各種設(shè)計可靈活，其中包括設(shè)計模板支持件、間隙探測法和重疊標(biāo)記檢測系統(tǒng)等?？稍?1)對模板法向入射、(2)對模板成傾斜角或(3)通過模板側(cè)表面進行模板曝光。有些實施例中，可與柔性襯底組合使用剛性模板。
可用光制版、電子束制版、離子束制版、X射線制版、超紫外線制版、掃描探頭制版、聚焦離子束研磨、干涉制版、外延生長、薄膜沉積、化學(xué)蝕刻、等離子蝕刻、離子研磨、反應(yīng)性離子蝕刻或上述的組合來制作模板。可在平面、拋物面、球面或其他表面構(gòu)形的襯底上形成模板?？膳浜掀矫?、拋物面或其他表面構(gòu)形的襯底使用模板。襯底可含有預(yù)先制作圖案的構(gòu)形和/或多種材料的膜疊。
圖4所示的實施例中，模板可包含圖案形成區(qū)401、引流溝道402和邊緣403?？衫媚０暹吘?03將模板保持在模板保持件內(nèi)。引流溝道402可配置成引出過剩的液體，從而防止該液體擴散到相鄰的圖案形成區(qū)，后文將詳細(xì)討論。有些實施例中，模板的圖案區(qū)平坦。這些實施例有助于使襯底平面化。
有些實施例中，可用多深度設(shè)計法制作模板。即，模板的各特征可在關(guān)于模板表面的不同深度處。例如，引流構(gòu)道402可具有大于圖案形成區(qū)401的深度。該實施例的優(yōu)點在于可提高模板與襯底之間的間隙的探測精度。不容易探測很小的間隙(例如小于100nm)；因而對模板增添已知深度的步驟，能使間隙探測更準(zhǔn)確。雙深度設(shè)計法的優(yōu)點在于這樣的設(shè)計可使標(biāo)準(zhǔn)化的模板保持件能用來保持尺寸給定的壓印模板，其中可包含各種尺寸的小片。雙深度設(shè)計法的第3優(yōu)點可使外圍區(qū)能用于保持模板。該系統(tǒng)中，可將具有功能結(jié)構(gòu)的全部模板和襯底接口暴露于固化劑。如圖5所示，適當(dāng)設(shè)計的具有外圍區(qū)501的深度的模板500可貼近相鄰的壓印件502、503。此外，印制模板500的外圍區(qū)501可保留隔開壓印件503一段安全的垂直距離。
可用各種方法制作上述雙深度壓印模板。圖6所示的實施例中，可用高分辨率且深度淺的小片圖案602和低分辨率且深度大的外圍圖案603形成一個厚襯底601。一實施例中，如圖7所示，薄襯底702(如石英圓片)可形成具有高分辨率且深度淺的小片圖案701。然后，從襯底702切出小片圖案701。再將小片圖案701結(jié)合到尺寸適合在壓印機上裝于壓印模板保持件的厚襯底703。最好用固化劑(如UV光)折射率類似于模板材料折射率的粘接劑704達(dá)到此結(jié)合。
圖8A.8B和8C中示出另外的幾種壓印模板設(shè)計，其中參考號分別為801、802和803。各模板設(shè)計801、802和803可包含用于間隙測量和/引走過剩液體的凹口區(qū)。
一實施例中，模板可包含根據(jù)材料的物理特性和模板的幾何形狀控制流體擴散的機構(gòu)。由各種材料的表面能量、流體濃度和模板幾何形狀可限制使襯底無損的可容許的過剩流體量。因此，可用凹凸結(jié)構(gòu)引走包含圍繞所期望圖案模塑壓制區(qū)域的過剩流體。此區(qū)域一般稱為“截口”?？捎靡陨纤懻摰挠糜跇?gòu)造圖案或模塑凹凸結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)處理方法使截口中的凹凸結(jié)構(gòu)凹入模板表面。
常規(guī)光刻制版中，光掩模設(shè)計中用的光近似校正成為生產(chǎn)所設(shè)計尺寸的準(zhǔn)確圖案的標(biāo)準(zhǔn)。類似的概念可用于微模塑和毫微模塑或壓印制版。壓印制版工藝中顯著的差別在于誤差可不是由衍射或光干涉造成，而是由處理期間會出現(xiàn)的物理特性變化造成的。這些變化可決定模板幾何形狀中設(shè)計的凹凸校正的性質(zhì)或需求。圖案凹凸結(jié)構(gòu)設(shè)計成壓印時適應(yīng)材料變化(諸如收縮或膨脹)的模板，概念上與光刻制版中用的光近似校正類似，可消除這些物理特性變化造成的誤差。通過考慮如體積膨脹或收縮之類的物理特性變化，可調(diào)整凹凸結(jié)構(gòu)，以產(chǎn)生準(zhǔn)確的期望復(fù)制特征。例如，圖9示出一例不考慮材料特性變化而形成的壓印件901和考慮材料特性變化而形成的壓印件902。某些實施例中，具有大致成直角的輪廓特征的模板904會由于固化時材料收縮而遭受變形。為了補償該材料收縮，可使模板的特征具有成角度的輪廓905。
對壓印制版工藝而言，會關(guān)注模板的耐用性及其脫離特性?？捎霉杌蚨趸枰r底形成耐用的模板。其他合適的材料可包含但不限于碳化鍺硅、氮化鉀、鍺硅、藍(lán)寶石、砷化鉀、外延硅、多晶硅、氧化柵、石英或以上各項的組合。模板還可包含形成可檢測的特征(諸如對準(zhǔn)標(biāo)記)用的材料。例如，可用SiOx(x小于2)形成可檢測的特征。有些實施例中，x可為約1.5。認(rèn)為此材料對可見光不透明，但對一些激活光波長透明。
通過實驗已發(fā)現(xiàn)處理模板，使其表面形成薄層，可改善模板的耐用性。例如，可在表面形成烷基硅烷、氟烷基硅烷或氟烷基三氯硅烷層，尤其可用十三烷氟-1，1，2，2-四氫辛基三氯硅烷(C5F13C2H4SiCl3)。該處理可在模表面形成自組合單層(SAM)。
可優(yōu)化表面處理工序，以給出低表面能量被覆。該被覆可用于準(zhǔn)備壓印制版用的壓印模板。經(jīng)處理的模板相對于未處理的模板可具有令人滿意的脫離特性。例如，新處理的模板可具有約14dyne/cm(達(dá)因/厘米)的表面自由能λ經(jīng)處理。未處理的模板表面可具有約65dyne/cm的表面自由能λ未處理。這里揭示的處理過程可產(chǎn)生呈現(xiàn)高度耐用性的膜。由于耐用性會使模板可在制造設(shè)定中經(jīng)受住大量壓印，因此很需要該性能。
可用液相工藝或汽相工藝形成模板表面的被覆。液相工藝中，可將襯底浸入母體溶液和溶劑。汽相工藝中，可經(jīng)惰性承載氣體傳送母體。不容易得到液相處理中用的純無水溶劑。處理中呈凝集相的水會導(dǎo)致團塊淀積，這可負(fù)面影響被覆的最終質(zhì)量或覆蓋。汽相工藝的一實施例中，可將模片放入真空室后，循環(huán)凈化該室，以去除過剩的水。有些吸收的水可能留在模板表面。需要少量的水，以完成形成被覆的表面反應(yīng)。相信可用下式說明該反應(yīng)
為了促進該反應(yīng)，可經(jīng)溫度控制的夾盤使模板達(dá)到期望的反應(yīng)溫度。然后，將母體饋入反應(yīng)室一段規(guī)定時間?？墒怪T如模板溫度、母體濃度、流體幾何形狀等反應(yīng)參數(shù)適合于具體的母體與模板襯底的組合。
如上文所述，物質(zhì)40可以是液體，以便可填充間隙31的空間。例如，物質(zhì)40可以是低粘度液態(tài)單體溶液。合適的溶液可具有從約0.01cps到約100cps(在25℃下測量)的粘度。高分辨率(如亞100nm)結(jié)構(gòu)尤其需要低粘度。具體而言，在亞50nm領(lǐng)域中，溶液的粘度應(yīng)等于或低于約25cps，低于約5cps(在25℃下測量)更佳。一實施例中，合適的溶液可包含50％重量n-丙烯酸丁酯與50％SIA 0210.0(3-acryaloxypropyltristrimethylsiloxane)硅烷的混合物。對此溶液可添加百分比較小的聚合引發(fā)劑(例如光引發(fā)劑)。例如，3％重量的1∶1的Irg819與Irg184溶液和5％的SIB 1402.0可適用。此混合物的濃度為約1cps。
一實施例中，壓印制版系統(tǒng)可包含在襯底(如半導(dǎo)體晶片)的表面上灑放流體用的自動流體灑放方法和系統(tǒng)。該灑放方法可用具有一個或多個延伸的灑放嘴的模塊化自動流體灑放器。該灑放方法可用X-Y臺來產(chǎn)生灑放嘴與襯底之間的相對橫向運動。此方法可消除用低粘度流體的壓印制版具有的若干問題。例如，此方法可消除壓印區(qū)的氣泡截留和局部變形。一些實施例還可提供達(dá)到低壓印壓力，同時在壓印模板與襯底之間的整個間隙上散布流體的方法，避免不必要的過剩流體浪費。
一實施例中，灑放的容積對于1平方英寸壓印面積可通常小于約130nl(納升)。灑放后，后續(xù)的處理過程可包含對固化劑暴露模板與襯底的組合。模板脫離襯底可在壓印表面的上部留下轉(zhuǎn)移的圖像。轉(zhuǎn)移的圖像可在剩余的曝光的材料的薄層上。該剩余層可稱為“基層”。該基層應(yīng)該薄且均勻，以便可制造壓印件。
壓印工序可包含在模板和襯底接口上施加高壓和/或高溫。然而，為了可制作含高分辨率重疊對齊的壓印制版工序，應(yīng)避免高壓和高溫。這里所揭示的一些實施例通過采用低粘度光可固化的流體，就不需要高溫。而且，通過減小在整個壓印區(qū)上散布流體所要求的擠壓力，可使壓印壓力減到最小。因此，為了基于流體的壓印制版，流體灑放工序應(yīng)滿足以下特性1.模板與襯底之間應(yīng)不截留氣泡；2.應(yīng)避免灑放器嘴與襯底之間直接接觸，使顆粒產(chǎn)生最小化；3.應(yīng)使填充模板與襯底之間的間隙所要求的壓力最??；4.應(yīng)使非均勻流體的產(chǎn)生最少的且/或壓力梯度最小，以減小模板與襯底接口的非均勻局部變形；5.應(yīng)使噴哂的流體的浪費最小。
有些實施例中，可用基于位移的流體灑放器嘴與襯底之間的相對運動在壓印區(qū)形成具有大致連續(xù)線條的圖案。可通過灑放均衡率和相對運動來控制線條的截面尺寸和線條的形狀。在灑放工序期間，灑放器嘴可固定在靠近(例如約幾十微米)襯底處。圖10A和圖10B中畫出形成線條圖案的兩種方法。圖10A和10B所示的圖案是正弦圖案，然而其他圖案也是可能的。如圖10A和10B所示，可用一個噴灑器嘴1001或多個噴灑器嘴1002畫出連續(xù)線條圖案。
灑放速率vd與襯底相對橫向速度vs可建立關(guān)系如下vd＝Vd/td(灑放體積/灑放周期)， (1)vs＝L/td(線長/灑放周期)， (2)Vd＝aL(“a”是線條圖案的截面積)，(3)因此，vd＝avs。
(4)初始的線條圖案的寬度一般取決于灑放器嘴的尺寸。灑放器嘴可固定。一實施例中，可用流體灑放控制器1111(如圖11所示)控制流體灑放體積(Vd)和流體灑放所用的時間(td)。如果Vd和td固定，線條長度的增加導(dǎo)致圖案線條截面高度降低。通過增加周期性圖案的空間頻率，可達(dá)到圖案長度加大。圖案高度降低會導(dǎo)致壓印工序期間要排出的流體量減少。通過采用連接相同灑放線條的多個灑放器嘴，與一個灑放器嘴時相比，可較快形成長線條圖案。一實施例中，基于位移的流體輸送系統(tǒng)可包含流體容器1101、輸入管1102、輸入閥1103、輸出閥1104、注液器1105、注液調(diào)節(jié)器1106、灑放器嘴1107、X臺調(diào)節(jié)器1109、Y臺調(diào)節(jié)器1110、灑放器控制器1111、XY臺控制器1112和主控制計算機1113。可從Hamilton公司購得適當(dāng)?shù)奈灰茷⒎牌鳌?br> 圖12畫出若干不令人滿意的流體圖案或低粘度流體灑放方法。這些灑放圖案會導(dǎo)致一個或多個問題，其中包括截留空氣泡、局部孌形和浪費流體。例如，在壓印區(qū)的中心灑放一個點滴1201或灑放不規(guī)則線條1205會導(dǎo)致模板和/或襯底局部變形。在周邊圖案中灑放若干點1202或線條1206會導(dǎo)致氣泡截流。其他灑放具有接近周邊圖案的圖案1204也同樣會導(dǎo)致氣泡截留。同樣，噴灑或隨機排列小點1203會導(dǎo)致氣泡截留。用低粘度流體旋涂襯底會因薄膜不穩(wěn)定而導(dǎo)致“去濕”問題。去濕會造成襯底上有許多小流體點，而不是均勻的薄流體層。
一實施例中，一種流體灑放法可灑放多個小液體點，這些點可在以后膨脹時會形成連續(xù)體。圖13示出用5個液體點的情況。為了說明，這里僅用5個點?？捎么朔椒▽崿F(xiàn)其他“開放”圖案，諸如正弦線條、“W”或“X”。隨著模板與襯底間的間隙減小，圓點1301會變細(xì)長且加寬，使相鄰的點融合在一起1302。因此，即使初始灑放不包含連續(xù)形狀，液體的膨脹也會從模板與襯底之間的間隙排出空氣。有效用于此方法的圖案應(yīng)灑放成使得小點膨脹時，這些小點不在模板與襯底之間截留空氣。
可用微螺線管閥和壓力支持裝置灑放可準(zhǔn)確規(guī)定體積的小液點。另一類型的液體灑放調(diào)節(jié)器可包含壓電調(diào)節(jié)灑放器。具有微螺線管閥灑放器的系統(tǒng)與基于位移的流體灑放器相比，其優(yōu)點包括灑放時間更短且體積控制更準(zhǔn)確。這些優(yōu)點尤其令大規(guī)模壓印(例如跨越若干英寸)滿意。圖14示出含微螺線管閥的系統(tǒng)的實施例。該系統(tǒng)可包含流體容器1401、輸入管1402、輸入閥1403、泵1404、輸出閥1405、泵控制器1406、微螺線管閥1407、微螺線管閥控制器1408、X-Y臺1409、X-Y臺控制器1410和主計算機1412。襯底1411可放在X-Y臺1409上。可從Lee公司購得合適的微閥灑放器系統(tǒng)。
圖15A示出對大壓印面積(例如大于若干平方英寸)有用的灑放圖案。在這樣的一個實施例中，可灑放平行流體線條1503。平行流體線條1503可膨脹成使得模板1501逼近襯底1502時可從間隙排出空氣。為了促使線條1503按期望的方式膨脹，模板1501可按意圖的楔形配置關(guān)閉間隙(如圖15B所示)。即，沿線條1503使模板/襯底間隙閉合(例如楔角可平行于線條1503)。
利用提拱分布良好的初始流體層，可補償模板與襯底之間的取向誤差。其原因在于流體薄層的液壓動態(tài)和取向臺的配合性。模板的低部比模板的其他部分先接觸灑放流體。隨著模板與襯底之間的間隙變小，模板高低部分之間的反作用力的不均衡加大。這種力的不均衡會導(dǎo)致校正模板和襯底的移動。使兩者成為大致平行的關(guān)系。
成功的壓印制版要求模板對襯底準(zhǔn)確對齊和取向，以控制模板與襯底之間的間隙。這里給出的實施例可提供一種在生產(chǎn)制作過程中達(dá)到準(zhǔn)確對齊和間隙控制的系統(tǒng)。一實施例中，該系統(tǒng)可包含高分辨率的X-Y平移臺。一實施例中，該系統(tǒng)可提供預(yù)校準(zhǔn)臺，用于進行模板與襯底表面之間的初始粗對準(zhǔn)操作，使在細(xì)動取向臺移動范圍內(nèi)得到相對對準(zhǔn)。僅在設(shè)備(有時稱分檔器)中安裝新模板時需要該預(yù)校準(zhǔn)臺。校準(zhǔn)臺可包含基板、彎曲部件和連接基板與彎曲部件的多個微米級或高分辨率的調(diào)節(jié)器。
圖16示出組合配置中的X-Y平移臺的實施例，該臺總參考號為1600。其總占地面積小于約20英寸乘20英寸，高度約6英寸(包含晶片夾盤)。該實施例可提供約12英寸的X軸和Y軸移動的平移范圍。
圖17示出X-Y平移臺的第2實施例，該臺總參考號為1700。為了提供與X-Y臺1600類似的移動范圍，臺1700可具有約29英寸乘29英寸的占地面積和約9.5英寸的高度(包括晶片夾盤)。臺1600與臺1700的主要區(qū)別在于附加連桿機構(gòu)1701垂直取向，從而對平移臺提供額外的負(fù)荷承載支撐。
X-Y臺1600和X-Y臺1700都是基于彎曲的系統(tǒng)。由于彎曲結(jié)構(gòu)可提供無磨擦、無顆粒且維護少的操作，該結(jié)構(gòu)廣泛用于精密設(shè)備。彎曲結(jié)構(gòu)還可提供極高的分辨率。美國專利4694703(屬于Routson)和4062600(屬于Wyse)中揭示了彎曲結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的例子，該兩個專利均經(jīng)參考而完全結(jié)合于此。然而，多數(shù)彎曲結(jié)構(gòu)系統(tǒng)處理移動范圍有限(例如亞mm的移動范圍)。這里揭示的實施例具有大于12英寸的移動范圍。相信這種臺對制版應(yīng)用可節(jié)省成本，尤其在真空狀態(tài)下。此外，對壓印制版技術(shù)而言，壓印力的存在會給這里提供的實施例帶來顯著好處。
X-Y臺一般包含兩種構(gòu)件傳動部件和負(fù)荷載送部件。導(dǎo)引螺桿組合機構(gòu)廣泛用于定位精度不是重要因數(shù)的場合。為了高精度應(yīng)用，傳動部件和負(fù)荷載送部件都已用滾珠絲杠組件。這兩種設(shè)計都容易發(fā)生反沖和靜摩擦的問題。而且，需要潤滑，從而使這些設(shè)計不適合用于真空或?qū)︻w粒敏感的應(yīng)用中(例如壓印制版)。
此外，有些設(shè)計可用空氣軸承。空氣軸承可大致消除靜摩擦和反沖的問題。然而，空氣軸承提供有限的負(fù)荷承載容量。此外，空氣軸承不適合用于真空環(huán)境。
圖18示出部分基本連桿機構(gòu)1800的示意圖。連桿1 1804和連桿3 1805長度相同。移動體1801沿X軸移動時，連桿機構(gòu)1800中的全部接頭旋轉(zhuǎn)相同的絕對角度。應(yīng)注意，移動范圍與連桿2 1803的長度無關(guān)。由于運動學(xué)方面的約束，連桿2 1803會保持與接頭1 1806和接頭4 1807之間的線平行。連桿機構(gòu)1800中，移動范圍lm可表為lm＝2d1[cos(θ0-αmax/2)-cos(θ0+αmax/2)](5)＝4d1sin(θ0)sin(αmax/2)其中，θ0是全部彎曲接頭處于平衡條件時接頭1 1806的角度，αmax是彎曲樞軸的最大旋轉(zhuǎn)范圍，d1是連桿1與連桿3(連桿1804與連桿1805)的長度。如式(5)所示，對給定的d1，移動范圍在θ0＝90°時最大。因此連桿長度可表為d1＝lm/[4sin(αmax/2)](6)因此，采用60°的αmax，則12英寸移動范圍的最小連桿長度等于6英寸。
圖19說明與連桿機構(gòu)1800類似的基本連桿機構(gòu)實施例，其中增添2個圓柱狀圓盤1902。動力學(xué)的研究表明如果圖19的接頭2 1904和接頭3 1905反向旋轉(zhuǎn)相同角度，該臺會產(chǎn)生沿X軸的純平移移動。通過在彎曲接頭2 1904和3 1905增添圓柱狀圓盤1902，所得滾動接觸使連桿1 1908和連桿2 1902反向旋轉(zhuǎn)。一實施例中，由于圓柱狀圓盤1902連接連桿1908和1906，不需要額外的接頭或軸承。為了避免圓盤1902滑移，在2個圓盤之間施加適當(dāng)?shù)念A(yù)負(fù)荷。與采用直接驅(qū)動機構(gòu)或軸承的常規(guī)臺相比，這里的接觸面較小，較容易保持。注意，盡管未對X-Y臺1600和1700畫出圓盤1902，有些實施例中可存在圓盤1902。圖16中的連桿1602和1601相當(dāng)于圖19中的連桿1908和1906。這樣，圓盤1902可在位置1603上(和其他圖16中看不到的位置上)。參考圖17，圓盤1902可在位置1702上(和其他圖17中看不到的位置上)。
作為臺1600和1700的傳動系統(tǒng)，適合采用2個線性伺服電機(如圖20所示，參考號為2000)。一個線性伺服電機伺服各平移軸?？蓮腡rilogy Systems公司購得合適的線性伺服電機。這類線性伺服電機的一個優(yōu)點是無磨擦接觸。另一優(yōu)點是可方便地產(chǎn)生大于約100磅的傳動力。X-Y臺EE0中，可由附加連桿機構(gòu)1701提供負(fù)荷承載。因此，傳動部件可僅提供X和Y方向平移運動控制。應(yīng)注意，有些實施例中，下方臺的傳動器需要比上方臺的傳動器效力大。有些實施例中，激光干涉儀可提供反饋信號，控制X-Y臺的X和Y定位。相信激光干涉儀可提供nm級的定位控制。
可用激光干涉儀和高分辨率X-Y臺(諸如圖17所示X-Y臺1700)補償放置誤差。如果模板與襯底間的取向?qū)?zhǔn)與X-Y運動無關(guān)，作為整個襯底晶片僅需補償一次放置誤差(即“全局重疊”)。如果模板和襯底間的取向?qū)?zhǔn)與X-Y運動相關(guān)聯(lián)，和/或襯底上存在過量局部取向變化，則要補償模板相對襯底的X-Y位置變化(即區(qū)段間重疊)。對重疊對準(zhǔn)部分進一步討論重疊對準(zhǔn)的問題。圖21和圖22分別提供全局重疊和區(qū)段間重疊的誤差補償算法。
一實施例中，用預(yù)校準(zhǔn)臺(采用調(diào)節(jié)器自動地或采用微米儀人工地)和有源或無源細(xì)取向臺來達(dá)到模板和襯底的取向。這些臺各自或全部可包含其他機構(gòu)，但最好是彎曲機構(gòu)，以便避免顆粒。校準(zhǔn)臺可裝到框架上，細(xì)取向臺可裝到預(yù)校準(zhǔn)臺。因而，該實施例可形成一套機械裝置。
細(xì)取和向臺可包含一個或多個無源柔性構(gòu)件?！盁o源柔性構(gòu)件”一般是指從柔度取得其運動的構(gòu)件。美國專利4414750(屬于De Fazio)、4337579(屬于De Fazio)、4155169(屬于Drake等人)、4355469(屬于Nevins等人)、4202107(屬于Watson)和4098001(屬于Watson)中揭示采用柔性構(gòu)件的設(shè)備，這些專利經(jīng)參考而充分結(jié)合于此。也就是說，可通過直接或間接接觸液體來激活運動。如果細(xì)取向臺無源，則可將其設(shè)計成對2個取向軸具有最居優(yōu)的柔度。該2個取向軸可正交，并可在模板的下表面上(如參照關(guān)于圖43所述)。2個正交扭力柔度值對方形模板通常相同。細(xì)取向臺可設(shè)計得當(dāng)模板對襯底不平行時，該模板與液體接觸時，所造成的不均勻液體壓力會迅速糾正取向誤差。一實施例中，可按最小過沖或無過沖進行糾正。此外，上述細(xì)取向臺可在一段足夠長的時間保持模板與襯底間的大致平行取向，使液體可固化。
一實施例中，細(xì)取向臺可包含一個或多個調(diào)節(jié)器。例如，適合采用壓電調(diào)節(jié)器(如參照圖46所述)。這樣的一個實施例中，連接預(yù)校準(zhǔn)臺的細(xì)校準(zhǔn)臺的有效無源柔度應(yīng)仍圍繞2個取向軸大致扭轉(zhuǎn)。全部結(jié)構(gòu)件和有源件的幾何參數(shù)與材料參數(shù)都會影響此有效無源剛度。例如，壓電調(diào)節(jié)器也可順應(yīng)于伸縮。可綜合幾何參數(shù)和材料參數(shù)，以獲得對2個正交取向軸的期望扭力柔度。此綜合的簡單方法可以是使細(xì)取向臺中調(diào)節(jié)器沿其傳動方向的柔度大于該臺系統(tǒng)其他部分的結(jié)構(gòu)柔度。這樣可在非平行模板接觸襯底上的液體時，提供無源自糾正能力。此外，應(yīng)選擇此柔度，以顧及用最小過沖或無過沖快速糾正取向誤差。細(xì)取向臺可在一段足夠長的時間保持模板與襯底間取向大致平行，以使液體固化。
重疊對準(zhǔn)方案可包含測量對準(zhǔn)誤差，接著補償這些誤差，以達(dá)到壓印模板準(zhǔn)確對準(zhǔn)和襯底上期望的壓印位置。近程制版、X射線制版和光刻制版用的測量技術(shù)(例如激光干涉測量、電容傳感、掩模和襯底上重疊標(biāo)記的自動圖像處理等)經(jīng)適當(dāng)修改可用于壓印制版工藝。美國專利5204739中揭示了一種采用存儲圖像的重疊對準(zhǔn)方法和系統(tǒng)，該專利經(jīng)參考而充分結(jié)合于此。
制版工序的各種重疊誤差可包含放置誤差、θ誤差、放大誤差和掩?；冋`差。這里所揭示的實施例的優(yōu)點在于所揭示工序可用較低溫度(例如室溫)和低壓操作，因而不存在掩?；冋`差。因此，這些實施例不引入顯著畸變。此外，這些實施例可用由較厚襯底做成的模板。與掩模用較薄襯底做成的其他制版工藝相比，這樣可帶來小得多的掩模(或模板)畸變誤差。而且，壓印制版工藝的整個模板區(qū)對固化劑(例如UV光)透明，由于吸收來自固化劑的能量，可使加熱減到最少。光刻制版工序中，掩模底面的大部分因存在金屬被覆而不透明，與該工藝相比，減少的加熱可使熱致畸變的出現(xiàn)最少。
放置誤差一般是指模板與襯底之間X-Y定位(即沿X和/或Y軸平移)的誤差。θ誤差一般是指圍繞Z軸的相對取向(即圍繞Z軸旋轉(zhuǎn))的誤差。放大誤差一般是指熱或材料導(dǎo)致的模板上與原圖案面積相比的壓印面積的收縮或膨脹。
壓印制版工序中，在襯底上存在過多區(qū)段間表面變化時，與圖23中角α和β對應(yīng)的控制模板與襯底之間的間隙用的取向?qū)?zhǔn)需要頻繁進行。一般希望整個壓印區(qū)上的變化小于壓印特征高度的約一半。如果取向?qū)?zhǔn)與模板和襯底的X-Y定位相關(guān)聯(lián)，則需要補償區(qū)段間放置誤差。然而，這里提供的取向臺實施例可進行不引起放置誤差的取向?qū)?zhǔn)。
采用聚焦透鏡系統(tǒng)的光刻制版工序可將掩模和襯底安放成使得2個對準(zhǔn)標(biāo)記的圖像(標(biāo)記一個在掩模上，另一個在襯底上)可位于相同的焦平面。觀看這些對準(zhǔn)標(biāo)記的相對定位會引入對準(zhǔn)誤差。壓印制版工序中，測量重疊誤差時，模板與襯底保持較小的間隙(約為幾微米或更小)。因此，重疊誤差測量工具需要將2個重疊標(biāo)記從不同的平面聚焦到相同的焦平面。該要求對具有較大(例如約0.5μm)特征的器件不重要。然而，對亞100nm域的關(guān)鍵特征而言，應(yīng)在相同焦平面捕獲該2個重疊標(biāo)記的圖像，以實現(xiàn)高分辨率重疊誤差測量。
因此，壓印制版工序的重疊誤差測量和誤差補償方法要滿足下列要求1.重疊誤差測量工具應(yīng)能聚焦在不處于相同平面的2個重疊標(biāo)記上；2.重疊誤差糾正工具在模板與襯底之間存在流體薄層時，應(yīng)能在X和Y方向相對移動模板和襯底；3.重疊誤差糾正工具在模板與襯底之間存在流體薄層時，應(yīng)能補償θ誤差；4.重疊誤差糾正工具應(yīng)能補償放大誤差。
通過(i)上下移動光成像工具(如美國專利5204739所述)或(ii)采用具有2個不同波長的照明源，能滿足上述第1要求。對這兩種方法而言，對模板與襯底之間的間隙測量的認(rèn)識是有用的，尤其是對第2種方法。可用包含寬帶干涉測量、激光干涉測量和電容傳感器的現(xiàn)有非接觸膜厚測量工具中的一種來測量模板與襯底之間的間隙。
圖24說明模板2400、襯底2401、流體2403、間隙2405和重疊誤差測量工具2402的位置?？筛鶕?jù)間隙的信息來調(diào)整測量工具的高度2406，以便在相同成像面上捕獲2個重疊標(biāo)記。為了完成此過程，需要圖像存儲2403裝置。此外，模板和晶片的定位裝置應(yīng)該在振動方面與測量裝置2402的上下運動隔離。此外，為了高分辨率重疊對準(zhǔn)，需要模板與襯底之間在X-Y方向的掃描運動時，此方法不產(chǎn)生重疊標(biāo)記的連續(xù)圖像。因此，此方法可適用于壓印制版工藝的較低分辨率重疊對準(zhǔn)方案。
圖25說明一種將2個對準(zhǔn)標(biāo)記從不同的平面聚焦到一個焦平面的設(shè)備。設(shè)備2500可用由用作照明源的含不同波長的光產(chǎn)生的焦距變化。設(shè)備2500可包含圖像存儲裝置2503、照明源(未示出)和聚焦裝置2505。可通過采用一些個體光源或采用一個寬帶光源并且在成像平面與時準(zhǔn)標(biāo)記之間插入光帶通濾波器，來產(chǎn)生具有不同波長的光。依據(jù)模板2501與襯底2502之間的間隙，可選擇不同的2個波長的組，以調(diào)整焦距。每次照明時，每一重疊標(biāo)記可在成像平面上產(chǎn)生2個圖像，如圖26所示，第1圖像2601可以是清楚的聚焦圖像。第2圖像2602可以是散焦圖像。為了消除各散焦圖像，可用若干方法。
第1方法中，在光的第1波長照明下，成像陣(例如CCD陣)可收到2個圖像。圖26中畫出可收到的圖像，其總參考號為2604。圖像2602可對應(yīng)于襯底上的重疊對準(zhǔn)標(biāo)記。圖像2601可對應(yīng)于模板上的重疊對準(zhǔn)標(biāo)記。圖像2602得到聚焦時，圖像2601會散焦，反之亦然。一實施例中，可用一種圖像處理技術(shù)擦除與和圖像2602相關(guān)聯(lián)的像素對應(yīng)的幾何數(shù)據(jù)。因此，可消除襯底標(biāo)記的散焦圖像，留下圖像2603。采用相同的過程和光的第2波長，可在成像陣形成圖像2605和2606。此過程可消除散焦圖像2606。從而可留下圖像2605。然后，將2個留下的聚焦圖像2601和2605組合到一個成像平面2603，用于進行重疊誤差測量。
第2方法可利用2個共面偏振陣(如圖27所示)和偏振照明源。圖27說明重疊標(biāo)記2701和正交偏振陣2702?？稍谀０灞砻嬷谱髌耜?702，或?qū)⒃撽嚢卜旁谠摫砻嫔稀Ｔ?個偏振照明源下，會在成像平面上僅出現(xiàn)聚焦圖像2703(各自對應(yīng)于不同的波長和偏振)。因此，可用偏振陣2702濾除散焦圖像。此方法的優(yōu)點是不需要圖像處理技術(shù)來消除散焦圖像。
應(yīng)注意，重疊測量時，如果模板與襯底之間的間隙太小，則薄流體層的靜摩擦或加大的剪切力會使誤差糾正變得困難。此外，如果間隙太大，則模板與襯底之間的非理想垂直運動會造成重疊誤差。因此，應(yīng)判定模板與襯底之間的最佳間隙，以便可進行重疊誤差測量和糾正。
光刻制版工序已經(jīng)采用基于莫爾圖(moire pattern)的重疊測量。對壓印制版工序而言，其中2層莫爾圖不在同一平面，但仍在成像陣中重疊，因而難以達(dá)到捕獲2個單個的聚焦圖像。然而，將模板與襯底的間隙謹(jǐn)慎控制在光測量工具的聚焦深度內(nèi)，并且模板與襯底不直接接觸，則可同時獲得使2層莫爾圖，而聚焦問題最少。相信壓印制版工藝可直接實現(xiàn)基于莫爾圖的其他標(biāo)準(zhǔn)重疊方法。
用電容傳感器或激光干涉儀和高分辨率X-Y臺可補償放置誤差。在模板與襯底間的取向?qū)?zhǔn)與X-Y運動無關(guān)的實施例中，對整個襯底(例如半導(dǎo)體晶片)需要僅補償一次放置誤差。該方法稱為“全局重疊”。如果模板與襯底之間的取向?qū)?zhǔn)與X-Y運動相關(guān)聯(lián)且襯底上存在過變局部取向變化，則可用電容傳感器和/或激光干涉儀補償模板的X-Y位置變化。該方法稱為“區(qū)段間重疊”。圖28和圖29示出合適的傳感器實現(xiàn)例。圖28示出電容傳感系統(tǒng)的實施例。該系統(tǒng)可包含電容傳感器2801、模板2803上的傳導(dǎo)被覆2802。因此，通過探測電容的差別，可判定模板2803的位置。同樣，圖29示出激光干涉儀系統(tǒng)的實施例，其中包含反射被覆2901、激光信號2902、接收機2903?？捎媒邮諜C2903接收的激光信號判定模板2904的位置。
如果存在放大誤差，可通過謹(jǐn)慎控制襯底和模板的溫度加以補償。利用襯底與模板熱膨脹特性的不同，可將襯底上預(yù)先存在的圖案區(qū)尺寸調(diào)整到新模板的該尺寸。然而，在室溫和低壓下進行印制版工序時，相信放大誤差會在幅值上遠(yuǎn)小于放置誤差或θ誤差。
可用廣泛用于光刻制版工序的θ臺補償θ誤差。可用隔開足夠大距離的2個獨立的對準(zhǔn)標(biāo)記提供高分辨率θ誤差估計，補償θ誤差。模板位于離開襯底幾微米時，可補償θ誤差。因此，不發(fā)生對已有圖案的剪切。
對采用UV可固化液體材料的壓印制版工序，重疊對準(zhǔn)的另一關(guān)注點是對準(zhǔn)標(biāo)記的可視性。對于重疊誤差測量，可用2個重疊標(biāo)記，一個在模板上，另一個在襯底上。然而，由于希望模板對固化劑透明，模板重疊標(biāo)記通常不包含不透明線條。相反，模板重疊標(biāo)記可以是模板表面的形貌特征。有些實施例中，這些標(biāo)記可用與模板相同的材料制成。此外，UV可固化液體往往具有與模板材料(例如石英)相似的折射率。因此，當(dāng)UV可固化液體填充模板與襯底間的間隙時，模板重疊標(biāo)記變得很難識別。如果模板的重疊標(biāo)記用不透明材料(例如鉻制成)，重疊標(biāo)記下面的UV可固化液體不能對UV光正確暴露，這是令人很不希望的。
揭示兩種方法，用于克服存在液體時識別模板重疊標(biāo)記的困難。第1方法采用帶高分辨率間隙控制臺的準(zhǔn)確液體灑放系統(tǒng)。這里揭示合適的液體灑放系統(tǒng)和間隙控制臺。為了說明，圖30中示出重疊對準(zhǔn)的3個步驟。圖30中示出的重疊標(biāo)記位置和流體圖案僅為了說明，不應(yīng)解釋為限制。還可能存在各種其他重疊標(biāo)記、重疊標(biāo)記位置和/或液體灑放圖案。首先，可在步驟3001將液體3003灑放到襯底3002上。然后，步驟3004中，用高分辨率取向臺謹(jǐn)慎控制模板3005與襯底3002之間的間隙，使灑放流體3003不完全填充模板與襯底間的間隙。相信步驟3004中該間隙可僅略為大于最后的壓印間隙。由于大部分間隙填充有流體，能如同間隙完全填充有流體那樣進行重疊糾正。完成重疊糾正時，可使間隙閉合成最后的壓印間隙(步驟3006)。這樣會使液體擴散到其余壓印區(qū)。由于步驟3004與3006之間的間隙變化很小(例如約10nm)，間隙閉合動作不可能造成任何顯著的重疊誤差。
第2方法可在重疊測量工具可觀察但對固化劑(例如UV光)非不透明的模板上制作特殊的重疊標(biāo)記。圖31中說明此方法的一實施例。圖31中，可用細(xì)偏振線條3101形成模板上的重疊標(biāo)記3102，而不是用完全不透明的線條。例如，合適的細(xì)偏振線條具有的寬度可以是用作固化劑的激活光波長的約1/2至1/4。偏振線條3101的線寬應(yīng)足夠小，以便充分衍射2根線條間通過的激活光，使線條下面的全部液體固化。該實施例中，可根據(jù)重疊標(biāo)記3102的偏振，使激活光偏振。偏振激活光可對包含具有重疊標(biāo)記3102的區(qū)域的全部模板區(qū)提供較均勻的曝光。對模板上的重疊標(biāo)記3102定位用的光可以是寬帶光或不會固化液體材料的特定波長的光。此光不需要偏振。偏振線條3101對測量光大致不透明，從而用所建立的重疊差錯測量工具能看到重疊標(biāo)記?？捎弥T如電子束制版等已有技術(shù)在模板上制作細(xì)偏振重疊標(biāo)記。
第3實施例中，可用模板不同的材料形成重疊標(biāo)記。例如，選擇用來形成模板重疊標(biāo)記的材料可對可見光大致不透明，但對用作固化劑(例如UV光)的激活光透明。例如SiOx(x小于2)可形成該材料。具體而言，認(rèn)為用SiOx(x為約1.5)形成的結(jié)構(gòu)可對可見光大致不透明，但對UV光透明。
圖32示出一種系統(tǒng)裝置，總標(biāo)號為100，用于對壓印的襯底(諸如襯底20)進行模板(諸如模板12)的校準(zhǔn)和取向?？稍谥T如分檔器的設(shè)備中利用系統(tǒng)100，用這里所述的壓印制版工序在生產(chǎn)環(huán)境中大量制作器件。如所示，可在對殼體120提供支持的上框架110安裝系統(tǒng)裝置100。殼體120可包含預(yù)校準(zhǔn)臺，用于對襯底(圖32中未示出)進行模板150的粗對準(zhǔn)。
殼體120可連接帶有導(dǎo)軸112a、112b的中框架114，導(dǎo)軸貼附到中框架114，與殼體120對置。一實施例中，可用3個導(dǎo)軸(圖32中看不到背后的導(dǎo)軸)在模板150垂直平移期間殼體120上下滑動時對該殼體提供支持。在中框架114周圍貼附相應(yīng)導(dǎo)軸112a和112b的滑塊116a、116b可便于殼體120進行這種上下移動。
系統(tǒng)100可包含貼在殼體120底部的圓盤形基板122?；?22可連接盤形彎曲環(huán)124。彎曲環(huán)124可支持處于下方的取向臺，其中包含第1彎曲構(gòu)件126和第2彎曲構(gòu)件128。下文詳細(xì)討論彎曲部件126、128的動作和結(jié)構(gòu)。如圖33所示，第2彎曲構(gòu)件128可包含模板支架130，用于在壓印處理期間使模板150保持原位。模板150通常可包含上面壓印所期望特征的一片石英。模板150還可根據(jù)公知方法包含其他物質(zhì)。
如圖33所示，調(diào)節(jié)器134a、134b、134c可固定在殼體120內(nèi)，并且工作上可連接基板122和彎曲環(huán)124。工作時，可將調(diào)節(jié)器134a、134b、134c控制得實現(xiàn)彎曲環(huán)124的移動。調(diào)節(jié)器的運動可顧及粗預(yù)校準(zhǔn)。有些實施例中，調(diào)節(jié)器134a、134b、134c可包含高分辨率調(diào)節(jié)器。這些實施例中，調(diào)節(jié)器可圍繞殼體120等間隔布置。該實施例可在垂直方向很準(zhǔn)確地進行環(huán)124的平移，以精確控制間隙。因此，系統(tǒng)100能對要壓印的襯底實現(xiàn)模板150的粗取向?qū)?zhǔn)和精細(xì)間隙控制。
系統(tǒng)100可包含能精確控制模板150的機構(gòu)，以便實現(xiàn)精確的取向?qū)?zhǔn)，并使模板對襯底表面可保持均勻間隙。此外，系統(tǒng)100可提供一種壓印后模板150脫離襯底表面的方法，而不剪切掉襯底表面的特征。第1和第2彎曲構(gòu)件126和128的配置可分別促進精確對準(zhǔn)和間隙控制。
一實施例中，如圖51所示，可用對固化劑透明的獨立固定支板5101使模板5102保持原位。在模板5102后面的支板5101可支持壓印力的同時，固定支板5101與模板5102之間施加的真空可支持脫離力。為了對模板5102提供橫向的力，可用壓敏調(diào)節(jié)器5103?？捎脡好粽{(diào)節(jié)器5103謹(jǐn)慎控制該橫向支持力。此設(shè)計還可在壓印制版工序中給層間對準(zhǔn)提供放大和畸變糾正能力。為了克服電子束制版所制作模塊結(jié)構(gòu)中存在的壓合誤差和放置誤差，并且補償襯底上存在的先前結(jié)構(gòu)中的畸變，畸變糾正很重要。放大糾正僅要求模板每一邊有一壓敏調(diào)節(jié)器(即4個邊的模板共有4個壓敏調(diào)節(jié)器)。調(diào)節(jié)器可連接模板表面，使得可在整個表面施加均勻的力。另一方面，畸變糾正要求若干獨立的壓敏調(diào)節(jié)器，在模板的每一邊施加獨立控制的力。根據(jù)要求的畸變控制水平，可規(guī)定獨立的壓敏調(diào)節(jié)器的個數(shù)。壓敏調(diào)節(jié)器越多，則可提供越好的畸變控制。在用真空來約束模板上表面之前，應(yīng)完成放大糾正和畸變誤差糾正。這是因為只有模板的上下表面都不受約束，才可正確控制放大糾正和畸變糾正。有些實施例中，圖51的模板保持器系統(tǒng)具有的機械設(shè)計會對模板5102下方的部分區(qū)域造成固化劑障礙。這種設(shè)計不可取，因為模板5102下方的部分液體不會固化。該液體會粘附到模板，對模板的進一步使用造成問題?？杀苊饽０灞３制鞒霈F(xiàn)此問題的方法是通過模板保持器中加入一組鏡，將受阻的固化劑轉(zhuǎn)向，使指向模板5102一端下方的區(qū)域的固化劑可彎到對模板5102另一端下方的受阻部分進行固化。
一實施例中，通過設(shè)計模板，使襯底與模板間的最小間隙落入探測法的可用范圍內(nèi)，可實現(xiàn)高分辨率的間隙探測?？瑟毩⒂趯嶋H圖案表面，來操作測量的間隙。這樣可使間隙控制在探測法的有用范圍內(nèi)進行。例如，如果用有用范圍約150nm至20μm的頻譜反射率分析法分析間隙，則模板可具有以深度約150nm或更深在模板上制作圖案的特征。這樣可確保要探測的最小間隙大于150nm。
由于模板朝襯底下降，可從襯底與模板間的間隙排出流體。當(dāng)粘力逼近與所施加的壓縮力的平衡條件時，襯底與模板間的間隙會趨向于實際下限。模板表面貼近襯底時，會出現(xiàn)此狀態(tài)。例如，當(dāng)對半徑1cm的模板施加壓力14kpa達(dá)1秒時，對于1cp流體，此狀態(tài)可在間隙高度約100nm處。結(jié)果，在保持間隙均勻且平均的條件下，該間隙可自限。同時，還會排出(或引出)總量可精確預(yù)測的流體?？筛鶕?jù)流體動力學(xué)和表面現(xiàn)象的謹(jǐn)慎計算，來預(yù)測引流量。
對大規(guī)模的壓印圖案制作而言，期望控制模板對襯底的傾斜和間隙。為了完成取向和間隙控制，可結(jié)合間隙探測技術(shù)使用以分劃板劑作法制造的模板，該探測技術(shù)的例子有(i)單波長干涉測量法、(ii)多波長干涉測量法、(iii)橢圓偏光法、(iv)電容傳感器或(v)壓力傳感器。
一實施例中，模板與襯底間的間隙的檢測法可用于計算襯底上的膜厚。這里揭示基于從寬帶頻譜儀所得反射數(shù)據(jù)的快速傅里葉變換(FFT)的技術(shù)說明。此技術(shù)可用于測量模板和襯底間的間隙以及用于測量膜厚。對多層膜，此技術(shù)可提供各薄膜的平均厚度及其厚度偏差。借助在通過一個表面的最少3個不同點測量間隙，可獲得累鄰兩表面間的平均間隙和取向信息，諸如壓印制版工序的模板與襯底間的這些信息。
一實施例中，間隙測量處理可基于組合寬帶干涉測量法和快速傅里葉變換(FFT)。當(dāng)前業(yè)界的若干應(yīng)用利用寬帶干涉測量的各種曲線擬合法測量單層模厚度。然而，預(yù)計這些方法不可提供實時間隙測量，尤其在壓印制版工序所用多層膜的情況下。為了克服這些問題，首先在1/λ高和1/λ低之間的波數(shù)域?qū)⒎瓷渎蕯?shù)字化。然后，用FFT算法處理該數(shù)字化數(shù)據(jù)。此新穎方法可給出與所測量間隙準(zhǔn)確對應(yīng)的FFT信號的清晰峰值。對兩層的情況而言，F(xiàn)FT信號可給出與各層厚度線性相關(guān)的兩個清晰峰值。
對光學(xué)薄膜而言，反射率的振蕩按波數(shù)(w)而不是按波長(λ)周期性變化，，如下式按單光學(xué)薄膜反射率所示R=ρ1,22+ρ2,32e-2αd-2ρ1,2ρ2,3e-αdcos(4πnd/λ)1-(ρ1,2ρ2,3)2e-2αd+2ρ1,2ρ2,3e-αdcos(4πnd/λ)]]>(7)其中ρi，i+1是i-1和i接口處的反射系數(shù)，n是折射率，d是膜(圖52中的材料2)的測量厚度，α是膜(圖52的材料2)的吸收系數(shù)。這里，w＝1/λ。
由于此特性，傅里葉分析是判定用w表示的函數(shù)R的周期的有用方法。注意，單層薄膜在取得R(w)的傅里葉變換時可得明確規(guī)定的單一峰值(p1)。膜厚(d)可為該峰值位置的函數(shù)，諸如d＝p1/(Δw×2n)，(8)其中Δw＝wf-ws，wf＝1/λmin，ws＝1/λmax。
FFT是一種確定的方法，其中可用高效計算方法計算離散信號的頻率。因此，此方法有助于現(xiàn)場分析和實時應(yīng)用。圖34示出通過反射信號的FFT處理，測量膜厚或間隙的處理流程實施例。對具有不同反射率的多層膜而言，F(xiàn)FT處理中的峰值位置可對應(yīng)于各膜厚的線性組合。例如，兩層膜在FFT分析中會給出兩個不同的峰值位置。圖35示出根據(jù)兩個峰值位置判定兩層膜的厚度的方法。
這里給出的實施例使間隙或膜厚即使在反射數(shù)據(jù)的振蕩在測量波數(shù)范圍內(nèi)包含不到一個振蕩周期時，也能得到測量。該情況下，F(xiàn)FT會得出不準(zhǔn)確的峰值位置。為了克服該問題并延伸可測量膜厚的下限，這里揭示一種新穎的方法。不是用FFT算法計算振蕩周期，而是用求ws與wf間的反射率的局部最小點(w1)或最大點(w2)的算法來計算周期信息在w1和w2處，dR/dw＝0。式(7)的反射率R(w)在w＝0，時具有最大值。而且，標(biāo)準(zhǔn)頻譜儀的波數(shù)范圍(Δw)可大于ws。對波長范圍200nm～800nm的頻譜儀而言，Δw＝3/800，而ws＝1/800。因此，0～ws間的反射數(shù)據(jù)振蕩長度會小于ΔW的該長度。如圖36所示，設(shè)w＝0是R(w)的最大點，則在Δw范圍中存在兩種最大和最小位置的情況。因此，膜厚可計算如下·情況1WW0局部最小值在w1處。因此，w1＝振蕩周期的一半，故d＝0.5/(w1×2n)。
·情況2WW1局部最大值在w2處。因此，w2＝1個振蕩周期，故d＝1/(w2×2n)。
測量工具的實際結(jié)構(gòu)可包含寬帶光源、帶光纖的頻譜儀、數(shù)據(jù)采集板和處理計算機。若干已有信號處理技術(shù)可提高對FFT數(shù)據(jù)的靈敏度。例如，可配合這里所揭示的間隙或膜厚測量法用的方法包含但不限于濾波、放大、增加數(shù)據(jù)點數(shù)、不同的波長范圍等。
這里所揭示的實施例包含兩塊平板(例如模板和襯底)間的高精度間隙和取向測量法。這里給出的間隙和取向測量法包含采用寬帶干涉測量和基于條紋的干涉測量。美國專利5515167(屬于Ledger等人)、6204922(屬于Chalmers)、6128085(屬于Buermann等人)和6091485(屬于Li等人)中揭示用干涉測量的間隙探測方法和系統(tǒng)，這些專利都經(jīng)參考而充分結(jié)合于此。一實施例中，采用寬帶干涉測量的在此所揭示的方法可克服寬帶干涉測量工具的缺點，即不能準(zhǔn)確測量小于寬帶信號平均波長的1/4的間隙。可用基于干涉條紋的干涉測量法在緊接模板安裝后探測其取向中的誤差。
可實現(xiàn)壓印制版工序，用于制造單層和多層器件。可通過在襯底上以某些幾何形狀成材料薄層來制造單層器件，諸如微米規(guī)模的光鏡、高分辨率的光濾波器、光波導(dǎo)。有些這種器件的壓印層厚度可小于寬帶信號平均波長的1/4，并且在有效區(qū)上均勻。寬帶干涉儀的缺點是不能準(zhǔn)確測量小于寬帶信號平均波長的約1/4(例如約180nm)的間隙。一實施例中，可將能準(zhǔn)確測量的微米規(guī)模階蝕刻到模板表面中。如圖37所示，可用連續(xù)線條3701或多個孤立點3702的形式往下蝕刻階，以在該處進行測量。從使模板上有用有效面積最大角度看，孤立點3702較佳。圖案模板表面僅離開襯底幾納米時，寬帶干涉儀可準(zhǔn)確測量該間隙，而不會遇到最小間隙測量的問題。
圖38示出這里所述間隙測量的示意圖。也可按傾斜配置使用探頭3801，如圖39所示。如果用3個以上的探頭，通過利用冗余信息可提高間隙測量的準(zhǔn)確性。為了簡便，接著的說明假設(shè)采用3個探頭。將階尺寸hs AC2放大，以便說明。圖案區(qū)的平均間隙hp可表為hp＝[(h1+h2+h3)/3]-hs(9)如果已知探頭位置((xi，yi)，其中x軸和y軸在襯底表面上)，則模板對襯底的相對取向可表為單位矢量(n)，該矢量對x-y軸在襯底上表面的框架垂直于模板表面。
n＝n/‖r‖(10)其中，r＝[(x3，y3，h3)-(x1，y1，h1)]×[(x2，y2，h2)-(x1，y1，h1)]。n＝(0 0 1)T或h1＝h2＝h3時，可實現(xiàn)兩個平板間理想的取向?qū)?zhǔn)。
測得的間隙和取向可用作對壓印調(diào)節(jié)器的反饋信息。測量的寬帶干涉波束可小到約75μm。對實際壓印制版工序，因為無圖案蝕刻到清白區(qū)，希望僅用于測量間隙的該清白區(qū)減到最小。此外，應(yīng)使由于存在測量工具而造成的固化劑障礙減到最小。
圖40示出襯底上多層材料的示意圖。例如，襯底4001具有層4002、層4003和襯底4001與模板4004之間的流體4005。這些材料層可用于將多個圖案逐一垂直轉(zhuǎn)移到襯底表面。在用光束測量間隙的清白區(qū)上，各層厚度均勻。已示出，采用寬帶干涉測量法，存在多層模時可準(zhǔn)確測量頂層的厚度。當(dāng)準(zhǔn)確知道下層膜的光特性和厚度時，通過測量頂層厚度可獲得模板與襯底表面或多層器件的金屬淀積表面之間的間隙和取向信息?？捎孟嗤膫鞲袦y量探頭測量各層的厚度。
安裝新模板或重新配置設(shè)備部件時，需要進行取向測量和相應(yīng)的校準(zhǔn)?？赏ㄟ^模板和襯底接口上的干涉條紋圖案測量模板4102與襯底4103之間的取向誤差，如圖41所示，對兩塊光學(xué)平面而言，干涉條紋圖案可呈現(xiàn)為明暗的平行帶4101?？捎眠@里揭示的預(yù)校準(zhǔn)臺進行取向校準(zhǔn)?？捎貌罘治⒚子嬚{(diào)整模板對襯底表面的相對取向。采用此方法時，如果不存在干涉條紋帶，可將取向誤差糾正到小于所用光源波長的1/4。
參考圖42A和圖42B，其中分別較詳細(xì)地示出第1和第2彎曲構(gòu)件126和128的實施例。具體而言，第1彎曲構(gòu)件126可包含連接相應(yīng)剛體164、166的多個彎曲接頭160。諸接頭160和剛體164、166可形成從框架170伸出的臂172、174的一部分。彎曲框架170可具有開口182，在模板150保持在支架130中時，該開口可讓固化劑(例如UV光)滲透到該模板。有些實施例中，4個彎曲接頭160可提供彎曲構(gòu)件126圍繞第1取向軸180運動。第1彎曲構(gòu)件126的框架170可提供連接第2彎曲構(gòu)件128的結(jié)合機構(gòu)，如圖43所示。
同樣，第2彎曲構(gòu)件128可包含從框架206伸出的一對臂202、204。這對臂可包含彎曲接頭160和相應(yīng)的剛體208、210。剛體208和210可適配成促使彎曲構(gòu)件128圍繞第2取向軸200運動。模板支架130可與第2彎曲構(gòu)件128的框架206綜合為一體。類似于框架182，框架206可具有開口212，讓固化劑到達(dá)由支架130保持的模板150。
工作時，可連接第1彎曲構(gòu)件126和第2彎曲構(gòu)件128(如圖43所示)，以形成取向臺250?？商峁┲С?20、222，以促使該2塊構(gòu)件連接，使得第1取向軸180與第2取向軸200大致相互正交。該結(jié)構(gòu)中，第1取向軸180與第2取向軸200可在接近模板與襯底接口254處的支點252相交。第1取向軸180與第2取向軸200正交且在接口254上，這樣可提供細(xì)致對準(zhǔn)和間隙控制。具體而言，借助此布局，可使取向?qū)?zhǔn)不受層間重疊對準(zhǔn)影響。此外，如下文將解釋，第1取向軸180與第2取向軸200的相對位置可提供取向臺250，用于使模板150可脫離襯底，而不剪切期望的特征。因此，從模板150轉(zhuǎn)移的特征可完整無損地留在襯底上。
參考圖42A、42B和43，彎曲接頭160和162可以是有凹槽的形狀，使剛體164、166、208、210圍繞沿凹槽最薄截面定位的樞軸運動。以結(jié)構(gòu)可提供兩個基于彎曲的子系統(tǒng)，用于使具有解脫柔順移動軸180、200的取向臺250良好解脫?？赏ㄟ^表面的緊密配合來組裝彎曲構(gòu)件126、128，使模板150產(chǎn)生圍繞支點252的運動，大致消除會剪切襯底的壓印特征的“擺動”和其他運動。因此，取向臺250可使模板150準(zhǔn)確圍繞支點252移動；從而不隨著壓印制版剪切襯底的期望特征。
參考圖44，在系統(tǒng)100工作期間，Z平移臺(未示出)可控制模板150與襯底間的距離，而不提供取向?qū)?zhǔn)。預(yù)校準(zhǔn)臺260可進行模板150與襯底表面之間的初始對準(zhǔn)操作，使相對對準(zhǔn)在取向臺250的移動范圍界限內(nèi)。有些實施例中，僅在新模板裝入設(shè)備時，才要求預(yù)校準(zhǔn)。
參考圖45，其中示出總標(biāo)號為300的彎曲模型，有助于了解良好解脫取向臺(諸始取向臺250)的工作原理。彎曲模型300可包含4個平行接頭接頭1、2、3和4，這些接頭以標(biāo)定配置和旋轉(zhuǎn)配置提供4連桿系統(tǒng)。線條310通過接頭1和2。線條312通過接頭3和4?？蛇x擇角度α1和α2，使柔順對準(zhǔn)軸(或取向軸)大致在模板與晶片的接口254上。對于細(xì)微的取向變化，接頭2與3之間的剛體314可圍繞標(biāo)為點C的軸旋轉(zhuǎn)。剛體314可代表彎曲構(gòu)件126和128的剛體170和206。
在第1彎曲構(gòu)件上垂直安裝第2彎曲構(gòu)件(如圖43所示)可提供一種2個能脫取向軸相互垂直且在模板與襯底接口254上的器件。這些彎曲部件可適配成具有讓固化劑(例如UV光)通過模板150的開口。
取向臺250能使模板150對襯底精密對準(zhǔn)且精確運動。理想的是取向調(diào)整由于選擇性約束的高結(jié)構(gòu)剛度，可導(dǎo)致忽略接口上的橫向運動和接口表面法向的的扭轉(zhuǎn)運動。具有彎曲接頭160、162的彎曲構(gòu)件126、128的另一優(yōu)點是不會像磨擦接頭那樣產(chǎn)生顆粒。由于顆粒對壓印制版工序特別有害，這點是該工序成功的重要因素。
因為需要精密的間隙控制，這里給出的實施例要求可用能測量模板與襯底間的約500nm或更小間隙的間隙探測方法。該間隙探測法要求約50nm或更小的分辨率。理想上，可實時提供該間隙探測。實時提供間隙探測會使該探測可用于產(chǎn)生主動控制調(diào)節(jié)器的反饋信號。
一實施例中，可提供具有有源柔順性的彎曲構(gòu)件。例如，圖46示出含壓敏調(diào)節(jié)器的彎曲構(gòu)件，其總標(biāo)號為400。彎曲構(gòu)件400可與第2彎曲構(gòu)件組成有源取向臺。彎曲構(gòu)件400可在模板與襯底接口產(chǎn)生無橫向運動的純傾斜運動。采用該彎曲構(gòu)件，一個重疊校準(zhǔn)步驟就可在整個半導(dǎo)體晶片上壓印一個層。這與采用取向運動與橫向運動的結(jié)合運動的重疊校準(zhǔn)相反，這種重疊校準(zhǔn)步驟會干涉X-Y對準(zhǔn)，因而要求復(fù)雜的區(qū)段間重疊控制循環(huán)，以保證適當(dāng)對準(zhǔn)。
一實施例中，彎曲構(gòu)件250可在不希望側(cè)向運動或旋轉(zhuǎn)的方向具有高剛度，而在希望必要的取向運動的方向具有較低剛度。該實施例可提供選擇性柔順器件。即，彎曲構(gòu)件250在達(dá)到模板與襯底間適當(dāng)取向運動的同時，可支持高負(fù)荷。
用壓印制版，希望兩個接近平坦的表面之間(即模板與襯底間)保持均勻的間隙?？捎秒娮邮瓢嬉怨鈱W(xué)平面玻璃制作模板150，確保底面大致平坦。然而，襯底(如半導(dǎo)體晶片)會呈現(xiàn)“薯片”效應(yīng)，導(dǎo)致其外貌產(chǎn)生微米級變化。真空夾盤(如圖47所示)可消除壓印時在襯底表面上的變化。
真空夾盤478有2個主要用途。首先，可用真空夾盤478在壓印時使襯底保持原位，確保壓印工序期間襯底平坦。此外，真空夾盤478還可確保處理期間襯底背面不存在顆粒。這對壓印制版特別重要，因為顆粒會造成器件被破壞的問題，使產(chǎn)量降低。圖48A和圖48B根據(jù)兩個實施例說明適合這些用途的不同真空夾盤。
圖48A中，示出針形真空夾盤450，其中具有大量的針452。認(rèn)為真空夾盤450可消除處理期間在襯底上的“薯片”效應(yīng)和其他偏斜。可提供真空溝道454，作為一種手段對襯底施加真空，使其保持原位?？杀３轴?52之間的間隔，使襯底不會由于通過真空溝道454施加的力而彎曲。同時，針454的尖部可小到足以減少顆粒停留于其上的機會。
圖48B示出整個表面具有多個槽462的槽形真空夾盤460。槽462的作用類似于針型真空夾盤450的針454。如所示，槽462可為壁狀464或平滑彎曲截面狀466?？赏ㄟ^蝕刻處理調(diào)整槽型真空夾盤460的的槽462的截面。各槽的間隔和大小也可小到幾百微米。可通過對夾盤表面平行的多個槽上的細(xì)真空溝道給各槽462提供真空流。通過蝕刻工序與各槽一起形成細(xì)真空溝道。
圖47說明針型真空夾盤450和槽型真空夾盤460的制作過程。采用光學(xué)平板470，該過程不需要另外的研磨和/或拋光步驟。在光學(xué)平板470的確定位置鉆孔，可產(chǎn)生真空流孔472。然后，對光學(xué)平板470掩模并制作圖案474后，進行蝕刻476，以在該平板的上表面產(chǎn)生期望的圖案(例如針或槽)。然后，用公知的方法處理光學(xué)平板470的表面479。
如上所述，模板150脫離壓印層是壓印制版工藝中關(guān)鍵的最后步驟。由于模板150與襯底幾乎完全平行，模板、壓印層和襯底的組裝使相鄰光學(xué)平面間的接觸大致均勻。該系統(tǒng)常需要大的分離力。在柔性模板或襯底的情況下，該分離僅為“剝離處理”。然而，從高分辨率重疊對準(zhǔn)的角度看，柔性模板和襯底不令人滿意。在石英模板和硅襯底的情況下，不容易實現(xiàn)剝離處理。然而，用“剝拉處理”可成功進行模板脫離壓印層。圖49A、圖49B和圖49C說明第1剝拉處理。圖50A、圖50B和圖50C說明第2剝拉處理。模板脫離壓印層的處理可包含第1和第2剝拉處理的組合。
為了清楚起見，根據(jù)圖1A和圖1B，用參考號12、18、20和40分別指模板、轉(zhuǎn)移層、襯底和可固化物質(zhì)。在物質(zhì)40固化后，可使模板12或襯底20傾斜，在模板12與襯底20之間有意引入角度500?？捎萌∠蚺_250達(dá)到此目的。襯底20由真空夾盤478保持原位。如果傾斜軸位于靠近模板與襯底的接口，傾斜運動期間，模板12與襯底20的相對橫向運動不會顯著。一旦模板12與襯底20之間的角度500足夠大，僅用Z軸運動(即垂直運動)就可使模板12脫離襯底20。此剝拉法最后可得到期望的特征，完整無損地留在轉(zhuǎn)移層18和襯底20上，而不受剪切。
圖50A、圖50B和圖50C說明第2剝拉法。第2剝拉法中可靠近模板安裝一個或多個壓電調(diào)節(jié)器502，用于引起模板12與襯底20之間的相對傾斜(如50A)。該壓電調(diào)節(jié)器502的一端接觸襯底20。因此，如果調(diào)節(jié)器502擴大(圖50B)，就將模板12推離襯底20；從而兩者之間引入一個角度。然后，可用模板12與襯底20之間的Z軸運動(圖50C)，使模板12脫離襯底20?？深愃朴谔幚砟０?2下表面那樣，對調(diào)節(jié)器502的一端進行表面處理，以防止壓印層粘貼到調(diào)節(jié)器表面。
綜上所述，這里給出的實施例揭示了成功的壓印制版的系統(tǒng)、處理過程和有關(guān)裝置，不需要采用高溫或高壓。根據(jù)某些實施例，可實現(xiàn)模板與上面要從該模板轉(zhuǎn)移所期望特征的襯底之間的準(zhǔn)確間隙控制。而且還可使模板脫離襯底(和壓印層)，而不損壞或剪切所期望的特征。這里的實施例還揭示以合適的真空夾盤的方式在壓印制版期間使襯底保持原位的方法。進一步的實施例又包含適合用于壓印制版系統(tǒng)的高精度X-Y平移臺。此外，還提供形成并處理合適的壓印制版模板的方法。
盡管參照各種說明性實施例闡述了本發(fā)明，也不要按限制的意義解釋該說明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員參照此說明會明白說明性實施例的各種修改和組合以及本發(fā)明的其他實施例。因此，所附權(quán)利要求書要包含任何該修改和實施例。
權(quán)利要求
1.一種用對激活光透明的圖案模板在襯底上形成圖案的方法，其特征在于包含對部分襯底施加激活光可固化的液體；將圖案模板和襯底安放成相互具有間隔關(guān)系，使圖案模板與襯底之間形成間隙；用基于光的測量裝置判定圖案模板與襯底之間的距離；通過模板對液體施加激活光，該激活光的施加使液體大致固化，并且在固化的液體中形成圖案模板的圖案；以及使圖案模板脫離固化液體。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對部分襯底施加激活光可固化液體的過程包含用流體灑放器灑放液體。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將圖案模板和襯底安排成間隔關(guān)系的過程包含將圖案模板安放在襯底上；使圖案模板朝襯底移動，直至達(dá)到期望的間隔關(guān)系；其中在圖案模板朝襯底移動時，襯底上的液體大致填充間隙。
4.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，用權(quán)利要求1所述的方法制作。
5.一種用對激活光透明的大致平面模板使襯底平面化的方法，其特征在于包含對部分襯底施加激活光可固化的液體；將模板和襯底安放成相互具有間隔關(guān)系，使模板與襯底之間形成間隙；用基于光的測量裝置判定模板與襯底之間的距離；通過模板對液體施加激活光，該激活光的施加使液體大致固化，并且固化的液體為大致平面狀；以及使模板脫離固化液體。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，對部分襯底施加激活光可固化液體的過程包含用流體灑放器灑放液體。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，將模板和襯底安排成間隔關(guān)系的過程包含將模板安放在襯底上；使模板朝襯底移動，直至達(dá)到期望的間隔關(guān)系；其中在模板朝襯底移動時，襯底上的液體大致填充間隙。
8.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，用權(quán)利要求5所述的方法制作。
9.一種用對激活光透明的圖案模板在襯底上形成圖案的方法，其特征在于包含對部分襯底施加激活光可固化液體；將圖案模板和襯底安放成相互間具有間隔關(guān)系，使圖案模板與襯底之間形成間隙；用基于光的測量裝置監(jiān)視圖案模板與襯底之間的距離；監(jiān)視模板與襯底之間的距離時，對襯底調(diào)整模板的位置，使模板與襯底相互處于預(yù)定距離；通過模板對液體施加激活光，該激活光的施加使液體大致固化，并且在固化的液體中形成圖案模板的圖案；以及使圖案模板脫離固化液體。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，對部分襯底施加激活光可固化液體的過程包含用流體灑放器灑放液體，并且還包含在灑放液體時，對流體灑放器移動襯底，以形成預(yù)定的圖案；選擇預(yù)定圖案，使液體在大致等于圖案模板表面面積的區(qū)域中填充間隙。
全文摘要
說明壓印制版工藝中用的模板與襯底之間間隙和取向的高精度測量方法。這里提供的間隙和取向測量方法包括采用基于寬帶光的測量技術(shù)。
文檔編號G01B11/14GK1696826SQ200510062999
公開日2005年11月16日 申請日期2001年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月1日
發(fā)明者T·百利, B·J·周, M·科爾博恩, S·V·斯瑞尼瓦薩恩, C·G·威爾森, J·埃克德特 申請人:得克薩斯州大學(xué)系統(tǒng)董事會