平板印刷术的工艺和系统的制作方法

专利名称：平板印刷术的工艺和系统的制作方法
背景技术：
本文提出的诸实施例涉及用于平版印刷术(imprint lithography)的方法和系统。具体来说，诸实施例涉及用于毫微平版印刷工艺的方法和系统。
光学平版印刷技术(optical lithography technique)目前用于制造最小的微电子器件。然而，据认为这些方法已经达到其分辨率的极限。因此，需要提供改进的平版印刷技术。
发明概要一种使用一模板在一基底上形成一图形的方法，该方法包括在彼此的间隔关系上定位该模板和该基底，以使一间隙形成在模板与基底之间；用光激活的光固化液体大致地填充该间隙；以及，固化光激活的光固化液体(light activating lightcurable light)。在一实施例中，该模板具有图形并包括一第一表面和多个形成在模板内的凹陷，这些凹陷从第一表面朝一相对的第二表面延伸。诸凹陷在构有图形的模板(patterned template)的第一表面内形成多个特征。一预定量的光激活的光固化液体涂敷到基底的一部分。光激活的光固化液体是一低粘稠的液体，其粘度约小于30厘泊。构有图形的模板和基底定位成彼此间隔开的关系，以使一间隙形成在它两之间。模板定位成使固化液体基本上填充模板的非凹陷部分与基底之间的间隙。模板的位置应是如此从大致在模板凹陷下面的基底区域起基本上没有涂敷固化液体。激活的光线施加到固化液体，以在基底上形成一图形层(patterned layer)。
根据时用一具有一图形区域的模板在一基底上形成一图形的另一方法，该方法包括将该图形区域放置在与基底的一区域相对，其间形成一间隙；将光激活的光固化液体定位在基底与模板之间；通过使光激活的光固化液体分别与模板和基底接触，同时，将光激活的光固化液体限制在该间隙之内，由此，用光激活的光固化液体填充间隙；以及，由光激活的光固化液体形成一固化的材料。然后，该方法可在基底的一第二部分上重复。以此方式，基底在多个“步骤”中被印刷，而不是在单一的步骤中。通过利用低粘度的液体增强了平版印刷工艺。在一实施例中，光激活的光固化液体的粘度约小于30厘泊。可用多种方法来实现模板周界内的液体的控制。在一实施例中，模板与基底之间的距离设定为由模板施加在液体上的力不强制液体超过模板的边界。一模板包括有多个凹陷，它们在模板上形成多个特征。也通过形成一个或多个蚀刻到模板周界内的边界来控制对液体的限制。这些边界的深度基本上大于模板凹陷部分的深度。
在另一实施例中，在一包括一平面化区域的模板存在的情形下，通过固化对设置在基底上的一固化液体进行固化而形成一平面化层。在一实施例中，一预定量的光激活的光固化液体涂敷到基底的第一区域。一平面化的模板接触于光激活的光固化液体，并施加激活光(activating light)来固化光激活的光固化液体。以此方式，平面层形成在基底的第一区域内。然后，工艺在基底的附加区域上重复该工艺。以此方式，对基底以多个“步骤”而不是一单一步骤进行平面化。
一用于形成基底上的图形的系统包括一支承基底的本体；一连接于本体并具有一图形区域的模板；一连接于本体的位移系统，用来在基底与模板之间提供相对运动，并放置模板与基底的一部分重叠，形成一图形的部分；一液体分配器，它被偶联以将光激活的光固化液体分配到图形部分的子部分上，通过减小基底与模板之间的距离，使所述偶联的位移系统有选择地放置光激活的光固化液体与模板相接触，一照射光源照在图形部分上，使光有选择地固化光激活的光固化液体；以及，一连接于印刷头上的力探测器(force detector)，以便通过模板和光激活的光固化液体之间的接触产生指示一施加到模板上的力的信息，使位移系统建立一根据信息实施距离变化的速率，以将延伸到图形部分的基底外面的区域的光激活的光固化液体量减到最小。采用该结构，通过便于模板和基底之间的相对转动同时将其间的平移位移减到最小，系统在模板与基底之间可建立和保持一平行相对的位置关系。该系统还包括有一运动平台、一印刷头和一液体分配器，以及一光源。该运动平台连接于本体，以便沿第一和第二横轴在基底与模板之间提供相对运动。印刷头连接于本体，以便沿横向于第一和第二轴线延伸的第三轴线在模板与基底之间提供相对运动。液体分配器连接于本体，以便将光激活的光固化液体分配到基底上。连接该光源以将光照射到基底上，选择光线来固化光激活的光固化液体。在一实施例中，在构有图形的模板存在的情况下由固化设置在基底上的固化液体而形成图形层。在一实施例中，用来在基底上形成一图形层的系统包括一印刷头和一运动平台。该印刷头被构造成保持一构有图形的模板。该印刷头还包括一细调定向系统(fineorientation system)。该细调定向系统允许构有图形的模板相对于基底运动，以便构有图形的模板达到一基本上平行的定向。在一实施例中，该细调定向系统是一被动系统，当模板接触于设置在基底上的液体时该系统允许模板对非平面化(non-planarity)作自我纠正。该印刷头还包括一力探测器。该力探测器连接于模板，并被构造成用于确定由设置在基底上的固化液体施加到模板上的阻力。基底连接于运动平台。运动平台被构造成支承基底和在基本上平行于模板的一平面内移动基底。该平版印刷系统还包括一液体分配器。该液体分配器可连接于印刷头或系统本体的一部分。该液体分配器被构造成将一光激活的光固化液体分配到基底上。该平版印刷系统还包括一光源，它光学连接于构有图形的模板。该光源被构造成在使用过程中它直接激活光线通过构有图形的模板并照射到固化液体上。用来形成特征尺寸在100nm以下的特征的平版印刷系统，通常敏感于温度的变化。当系统温度上升时，支承件(即，支承平版印刷系统的模板、基底和其它部件的诸部件)可膨胀。支承件的膨胀可促成模板与基底对齐不准而引起误差。在一实施例中，支承件由具有低热膨胀系数(例如，小于约20ppm/℃)的材料形成。此外，该平版印刷系统可放置在一封闭外壳内。该封闭外壳被构造成阻止外壳内发生大于约1℃的温度变化。在一变化的实施例中，一平版印刷系统包括一印刷头、一运动平台、一液体分配器、一力探测器和一激活光源(activating light source)。在此实施例中，一细调定向系统连接于运动平台，而不是连接于印刷头。因此，通过变化基底的定向，直到被印刷的基底部分和模板基本上平行，可达到细调定向。在此实施例中，印刷头连接于一固定位置内的支承件，而运动平台被构造成围绕一在模板下面的X-Y平面移动基底。该平版印刷系统的其它部件基本上与其它实施例中所描述的相同。在其它实施例中，一平版印刷系统包括一印刷头、一运动平台、一基底支承件、一液体分配器、一力探测器和一激活光源。印刷头被构造成用于保持一构有图形的模板。印刷头还包括一细调定向系统。在一实施例中，该细调定向系统是一被动系统，当模板接触于设置在基底上的液体时该系统允许模板对非平面化作自我纠正。印刷头连接于运动平台。运动平台被构造成在一基本上平行于基底的平面内移动印刷头。基底连接于基底支承件。基底支承件被构造成在使用中将基底保持在一固定位置。该平版印刷系统的其它部件基本上与其它实施例中所述的相同。在其它实施例中，一平版印刷系统包括一印刷头、一运动平台、一基底支承件、一液体分配器、一力探测器和一光激活源。印刷头被构造成用于保持一构有图形的模板。印刷头连接于运动平台。运动平台被构造成在一基本上平行于基底的平面内移动印刷头。基底连接于基底支承件。基底支承件被构造成在使用中将基底保持在一固定位置。基底支承件还包括一细调定向系统。该细调定向系统被构造成变化基底的定向，直到待印刷的基底部分基本上平行于模板。该平版印刷系统的其它部件基本上与其它实施例中所述的相同。在某些实施例中，一构有图形的模板可设计成允许改进液体控制。当一模板与设置在一基底上的液体接触时，液体将趋于扩展来覆盖比液体原先覆盖的面积大的基底面积。在某些工艺中，有利的是，液体保持在由模板限定的区域内。在某些实施例中，模板的合适的设计基本上将阻止液体流过模板的周缘之外。一构有图形的模板包括一第一表面和多个凹陷，诸凹陷形成在从第一表面朝一相对的第二表面延伸的模板的一个或多个图形区域内。诸凹陷形成多个印刷到基底上去的特征。模板还包括一围绕图形区域的周缘形成的边界。该边界形成为一从第一表面朝第二表面延伸的凹陷。边界的深度基本上大于形成模板特征的凹陷的深度。包括边界的构有图形的模板可用于本文中所述的任何系统中。在使用过程中，模板与设置在基底表面上的固化液体相接触。由模板施加到基底上的力可导致基底倾斜，尤其是当模板定位在基底边缘的附近时。在一实施例中，基底连接于基底支承件，该基底支承件包括一基底倾斜模块。
该基底倾斜模块被构造成可在使用过程中校准基底表面的倾斜。此外，基底倾斜模块被构造成可阻止基底的倾斜，当压力施加到基底上时由于倾斜模块的顺从而引起所述基底的倾斜。该基底倾斜模块可包容到一在使用过程中允许基底运动的运动平台内或一固定的基底支承件内。
另一实施例包括一在基底上准备被构有图形的结构用的方法，其包括对基底表面涂敷一光激活的光固化液体；靠近光激活的光固化液体定位一模板，其中，该模板包括一非传导层；一邻近该非传导层且基本上在非传导层与基底之间的导电层，其中，该导电层形成一与产生在基底上的被构有图形的结构互补的结构的毗邻的图形；由于通过导电层流过电流，在模板与基底之间施加一电场，其中，施加的电场形成一静电力，该静电力吸引一部分光激活的光固化液体朝模板的导电层。导电材料放置在非传导材料上，以使导电材料在使用过程中定位在非传导材料与模板之间。导电材料包括多个凹陷，它们形成多个由模板印刷的特征。导电材料和非传导材料基本上对光是透明的。在一实施例中，模板可由铟锡氧化物和融合的硅石形成。结构的至少一部分可具有小于约100nm的特征尺寸。一电场可施加到模板与基底之间。电场的施加可形成一静电力，该力吸引固化液体的至少一部分朝向模板。被吸引到模板的固化液体部分与印刷在模板上的结构的图形互补。在一实施例中，吸引到模板的固化液体部分与模板接触，而其余的部分不接触于模板。或者，固化液体的吸引部分或其余部分都不接触于模板。然而，吸引部分朝向模板延伸，而非吸引部分延伸的程度达不到吸引部分朝向模板延伸的程度。通过施加激活的光线使固化液体固化。在可固化的液体固化之后，结构可进一步通过蚀刻固化了的液体而形成。蚀刻可提高结构的长宽比。可使用任何通常使用的蚀刻技术，包括反应性的离子蚀刻。这些和其它的实施例将在本文中作更加完全的描述。
附图简要说明

图1示出一用于平版印刷系统的实施例；图2示出一平版印刷系统的封闭外壳；图3示出连接于平版印刷系统的一平版印刷头的实施例；图4示出一印刷头的投影图；图5示出一印刷头的分解图；图6示出一第一弯曲件的投影图；图7示出一第二弯曲件的投影图；图8示出连接在一起的第一和第二弯曲件的投影图；图9示出一连接于印刷头的预校准系统的细调定向系统的投影图；图10示出一预校准系统的截面图；图11示出一弯曲系统的示意图12示出一平版印刷系统的运动平台和印刷头的投影图；图13示出一液体分配系统的示意图；图14示出带有光学上连接于印刷头上的光源和照相机的印刷头的投影图；图15和16示出一液滴与模板一部分之间接触面的侧视图；图17示出在模板周缘处被构造来限制液体的模板的第一实施例的截面图；图18示出在模板周缘处被构造来限制液体的模板的第二实施例的截面图；图19A-D示出模板接触于设置在基底上的液体的一系列步骤的截面图；图20A-B分别示出具有多个图形区域的模板的俯视图和截面图；图21示出一连接于印刷头的预校准系统的刚性模板支承系统的投影图；图22示出一连接于一X-Y运动系统的印刷头；图23A-23F示出一负平版印刷工艺的截面图；图24A-24D示出一带有一传递层的负的平版印刷工艺的截面图；图25A-25D示出一正平版印刷工艺的截面图；图26A-26C示出一带有一传递层的正平版印刷工艺的截面图；图27A-27F示出一组合的正和负平版印刷工艺的截面图；图28示出一定位在一模板和基底上方的光学准直测量装置(optical alignmentmeasuring device)的示意图；图29示出通过连续地观看和再聚焦，使用准直标记记来确定模板相对于一基底而对准的方案图；图30示出使用准直标记和偏振滤光镜来确定模板相对于基底对准的方案图；图31示出由诸偏振线(polarizing line)形成的准直标记的俯视图；图32A-32C示出涂敷到一基底上的固化液体的图形的俯视图；图33A-33C示出固化之后用来从基底移去模板的方案图；图34示出定位在一基底上方用于电场基平版印刷术(electric field basedlithography)的模板的实施例；图35A-35D示出使用与模板的接触来形成毫微级结构的工艺的第一实施例；图36A-36C示出不与模板的接触来形成毫微级结构的工艺的第一实施例；图37A-37B示出一模板，其包括一设置在非传导底板上的连续图形的传导层；图38示出一具有一基底倾斜模块(substrate tilt module)的运动平台；
图39示出一具有一基底倾斜模块的运动平台；图40示出一基底支承件的示意图；以及图41示出一平版印刷系统示意图，该系统包括一设置在基底支承件下面的印刷头。
发明的详细描述这里呈现的实施例一般地涉及系统、器件和制造小器件的相关的工艺。具体来说，这里呈现的实施例涉及系统、器件和平版印刷的相关的工艺。例如，这些实施例可用于在一基底(诸如一半导体晶片)上印刷不到100nm的特征。应该认识到这些实施例也可用于制造其它类型的器件，包括有(但不限于)用于数据储存的图形的磁性介质、微光学器件、微电子机械系统、生物试验器件、化学试验和反应器件以及X线光学器件。
平版印刷工艺已经显示出在基底上复制高分辨率(例如，不到50nm)图像的能力，其使用含有如其表面上的表面特征的图像的模板。平版印刷在微电子器件、光学器件、MEMS、用于储存应用中的光电子的、图形的磁性介质等的制造中，可用来在基底中形成图形。在制造诸如微透镜和T门结构之类的三维结构中，平版印刷技术在光学平版印刷方面可以说是出众的。一平版印刷系统的部件包括模板、基底、液体和可影响系统的物理特性的任何其它的材料，物理特性包括(但不限于)表面能、面间能(interfacial energies)、哈马克(Hamacker)常数、凡得瓦尔(Van derWaal)力、粘度、密度、不透明性等，精心地策划布局平版印刷系统的诸部件，以合适地适应一重复的工艺。
用于平版印刷术的方法和系统在授予Willson等人的题为“分步和瞬时的平版印刷术”的美国专利6,334,960中已有讨论，本文已援引其以供参考。用于平版印刷术的其它的方法和系统还在以下的美国专利申请中已有讨论2001年7月17日提交的题为“用于平版印刷工艺的自动流体分配的方法和系统”的美国专利申请09/908,455；2001年7月16日提交的题为“用于平版印刷的高分辨率重叠对齐的方法和系统”的美国专利申请09/907,512；2001年8月1日提交的题为“用于平版印刷的透明模板和基底之间检测高精度间隙定向的方法”的美国专利申请09/920,341；2001年8月21日提交的题为“基于弯曲的大运动平移平台”的美国专利申请09/934,248；2000年10月27日提交的题为“用于平版印刷工艺的高精度定向对齐和间隙控制平台”的美国专利申请09/698,317；2001年10月12日提交的题为“用于室温、低压的微和毫微平版印刷的模板设计”的美国专利申请09/976,681；2002年5月1日提交的授予Voison的题为“制造一平版印刷模板的方法”的美国专利申请10/136,188；以及2001年5月16日提交的授予Willson等人的题为“使用一电场在光固化成分中加工毫微级图形的方法和系统”的美国专利申请。本文援引了以上所有这些专利以供参考。其它的方法和系统在下列出版物中已有讨论，本文也援引了所有这些出版物以供参考。这些出版物是B.J.Choi，S.Johnson，M.Colbum，S.V.Sreenivasan，C.G..Willson的“用于分步和瞬时平版印刷的定向平台的设计”，其出版在J.of Precision Engineering中；W.Wu，B.Cui，X.Y.Sun，W.Zhang，L.Zhuang，和S.Y.Chou的“使用毫微平版印刷制造的大面积高密度量化的磁盘”，出版在J.Vac Sci Technol B16(6)，3825-3829，Nov-Dec1998；S.Y.Chou，L.Zhuang的“定期聚合物的微柱形物阵列的平版印刷导致的自组合”，出版在J.Vac Sci Technol B17(6)，3197-3202，1999；以及P.Mansky，J.DeRouchey，J.Mays，M.Pitsikalis，T.Morkved，H.Jaeger和T.Russell的“使用电场在块共聚物薄膜内的大面积域对齐”，出版在Macromoleculesl3，4399(1998)中。
图1示出了一用于平版印刷系统3900的实施例。平版印刷系统3900包括一印刷头3100。该印刷头3100安装在印刷头支承件3910上。印刷头3100被构造成以保持一构有图形的模板3700。该构有图形的模板3700包括多个形成印刷到基底内的图形特征的凹陷。印刷头3100或运动平台3600还被构造成在使用过程中朝待印刷的基底和背离基底来移动构有图形的模板3700。平版印刷系统3900还包括一运动平台3600。该运动平台3600安装在运动平台支承件3920上。运动平台3600被构造成以保持一基底和围绕运动平台支承件3920以一大致平面的运动移动基底。平版印刷系统3900还包括一连接于印刷头3100的激活光源3500。该激活光源3500被构造成产生固化用的光，并引导产生的固化用光通过连接于印刷头3100的构有图形的模板3700。固化用光包括合适波长的光以便固化一聚合物的液体。固化用光包括紫外线光、可见光、红外线光、x线辐照和电子束辐照。
印刷头支承件3910通过桥架支承件(bridging support)3930连接于运动平台支承件3920。以此方式印刷头3100围绕运动平台3600定位。印刷头支承件3910、运动平台支承件3920和桥架支承件3930在这里统一被称之为系统“本体”。系统本体的部件可以由热稳定材料形成。热稳定材料具有在室温(℃)下约小于10ppm/℃的热膨胀系数。在某些实施例中，结构材料可具有小于约10ppm/℃或1ppm/℃的热膨胀系数。这样材料的实例包括碳化硅、某些铁合金，其包括(但不限于)钢和镍的某种合金(例如，商标名为INVAR的市购的合金)，以及钢、镍和钴的某种合金(例如，商标名为SUPER INVARTM的市购的合金)。这样材料的其它实例包括某种陶瓷，其包括(但不限于)ZERODUR陶瓷。运动平台支承件3920和桥架支承件3930连接于一支承台3940。该支承台3940对平版印刷系统3900的部件提供一基本上无振动的支承。支承台3940将平版印刷系统3900与周围的振动(例如，由于工件、其它机械等)隔绝。运动平台和振动隔绝支承台可从加利福尼亚州的Irvine市的NewportCorporation公司购得。
如这里所使用的“X轴线”是指在诸桥架支承件3930之间走向的轴线。如这里所使用的，“Y轴线”是指正交于X轴线的轴线。如这里所使用的，“X-Y平面”是指由X轴线和Y轴线形成的平面。如这里所使用的，“Z轴线”是指从运动平台支承件3920到印刷头支承件3910走向并正交于X-Y平面的轴线。一般来说，印刷工艺包括沿X-Y平面移动基底，或移动印刷头，直到基底相对于构有图形的模板3700达到合适的位置。构有图形的模板3700，或运动平台3600沿Z轴线的运动，将使构有图形的模板3700到达某一位置，该位置允许构有图形的模板3700与设置在基底表面上的液体之间发生接触。
如图2所示，平版印刷系统3900可放置在一封闭外壳3960内。该外壳3960包容平版印刷系统3900，并对平版印刷部件提供一隔绝热和空气的屏障。外壳3960包括一可移动的入口板3962，当移动到一“打开”位置时该入口板允许进入到印刷头3100和运动平台3600(如图2所示)。当处于一“关闭”位置时平版印刷系统3900的诸部件至少部分地与室温隔绝。入口板3962还起作一热屏障的作用，来减小室内温度变化对外壳3960内的诸部件的温度的影响。外壳3960包括一温度控制系统。该温度控制系统用来控制外壳3960内的部件的温度。在一实施例中，温度控制系统被构造成可阻止外壳3960内的温度变化大于约1℃。在某些实施例中，温度控制系统可阻止温度变化大于约0.1℃。在一实施例中，可使用自动调温器或其它温度测量装置与一个或多个风扇组合，以便在外壳3960内保持基本恒定的温度。
各种用户户接口(user interface)也可设置在外壳3960上。一计算机控制的用户接口3964可连接于外壳3960。用户接口3964可显示各种操作参数、诊断信息、工作工艺和涉及包围的平版印刷系统3900功能的其它信息。用户接口3964还可被构造成接受操作者的指令，以改变平版印刷系统3900的操作参数。一平台支承件3966也可连接于外壳3960。该平台支承件3966在平版印刷工艺中由操作者用来支承基底、模板和其它设备。在某些实施例中，平台支承件3966可包括一个或多个凹坑3967，其构造成可保持一基底(例如，用于一半导体晶片的圆形凹坑)。平台支承件3966还可包括一个或多个用来保持构有图形的模板3700的凹坑3968。
根据平版印刷系统3900设计执行的工艺，可设置其它附加的部件。例如，用于包括(但不限于)一自动晶片加载机的半导体加工设备，一自动模板加载机和与一盒加载机的接口(都未示出)可连接于平版印刷系统3900。
图3示出印刷头3100的一部分的实施例。印刷头3100包括一预校准系统3109和一细调定向系统3111。模板支承件3 130连接于细调定向系统3111。模板支承件3130被设计成可支承和将构有图形的模板3700连接于细调定向系统3111。
参照图3和4，一组成预校准系统3109的一部分的盘形弯曲件环3124连接于印刷头外壳3120。印刷头外壳3120连接于一带有导向轴3112a和3112b的中间框架3114。在一实施例中，可使用三个导向轴(背导向轴(back guide shaft)在图4中未可见)，以对外壳3120提供一支承。使用连接于对应于围绕中间框架3114的导向轴3112a和3112b的滑动件3116A和3116B，以便于外壳3120的上、下运动。一盘形底板3122连接于外壳3120的底部。底板3122可以连接于可弯曲环(flexure ring)3124。可弯曲环3124支承细调导向系统3111诸元件，该些元件包括第一可弯曲件(flexure member)3126和第二可弯曲件3128。下面将详细讨论弯曲件3126和3128的操作和结构。
图5示出印刷头3100的分解图。如图5所示，致动器3134a、3134b和3134c固定在外壳3120内，并连接于底板3122和可弯曲环3124。在操作中，致动器3134a、3134b和3134c的运动控制了可弯曲环3124的运动。致动器3134a、3134b和3134c的运动可允许一粗的预校准。在某些实施例中，致动器3134a、3134b和3134c可围绕外壳3120等距离地间隔开。致动器3134a、3134b和3134c和可弯曲环3124一起形成预校准系统3109(如图3所示)。示于图5中的致动器3134a、3134b和3134c允许可弯曲环3124沿Z轴线平移，以精确地控制间隙。
印刷头3100还包括一机构，它能细调定向控制构有图形的模板3700，以便可实现合适定向对齐和通过模板相对于基底表面保持均匀的间隙。在一实施例中，通过分别使用第一和第二可弯曲件3126和3128达到对准和间隙控制。
图6和7分别更加详细地示出第一和第二可弯曲件3126和3128的实施例。如图6所示，第一可弯曲件3126包括多个连接于对应刚性体3164和3166的可弯曲接头3160。可弯曲接头3160可以是凹槽形状，以便提供刚性体3164和3166围绕枢转轴线的运动，所述枢转轴线位于沿可弯曲接头的最薄截面。可弯曲接头3160和刚性体3164一起形成臂3172，而附加的可弯曲接头3160和刚性体3166一起形成臂3174。臂3172和3174连接于第一可弯曲框架3170并从中延伸。第一可弯曲框架3170具有一开口3182，其允许固化用光(例如，紫外线光)通过第一可弯曲件3126。在所示实施例中，四个可弯曲接头3160允许第一可弯曲框架3170围绕第一定向轴线3180运动。然而，应该理解的是可使用或多或少可弯曲接头来达到要求的控制。第一可弯曲件3126通过第一可弯曲框架3170连接于第二可弯曲件3128(如图8所示)。第一可弯曲件3126还包括两个连接件3184和3186(示于图6中)。连接件3184和3186包括诸开口，它们允许使用任何合适的紧固件装置将连接件附连到可弯曲环3124(如图5所示)。连接件3184和3186通过臂3172和3174连接于第一可弯曲框架3170(如图6所示)。
第二弯曲件3128包括一对从第二弯曲框架3206延伸的臂3202和3204(如图7所示)。可弯曲接头3162和刚性体3208一起形成臂3202，而附加的可弯曲接头3162和刚性体3210一起形成臂3204。可弯曲接头3162可以是凹槽形状，以便提供刚性体3210和臂3204围绕枢转轴线的运动，所述枢转轴线位于沿可弯曲接头3162的最薄截面。臂3202和3204连接于模板支承件3130并从中延伸(如图8所示)。模板支承件3130被构造成可保持和保留一构有图形的模板3700的至少一部分。模板支承件3130还具有一开口3212，其允许固化用光(例如，紫外线光)通过第二可弯曲件3128。在所示实施例中，四个可弯曲接头3162允许模板支承件3130围绕第二定向轴线3200运动。然而，应该理解的是可使用或多或少可弯曲接头来达到要求的控制。第二可弯曲件3128还包括支架3220和3222。支架3220和3222包括诸开口，它们允许支架附连到部分的第一可弯曲件3126上。
参照图1、6、7和8，在一实施例中，第一可弯曲件3126和第二可弯曲件3128如图8所示地连接，以形成细调定向系统3111。支架3220和3222连接于第一可弯曲框架3170，以使第一可弯曲件3126的第一定向轴线3180和第二可弯曲件的第二定向轴线3200基本上彼此正交。在这样一结构中，第一定向轴线3180和第二定向轴线3200相交在一枢转点3252，在设置在模板支承件3130内的构有图形的模板3700的大致中心区域处。在使用工艺中，第一和第二可弯曲件3126和3128的这种连接分别允许构有图形的模板3700的细微对齐和间隙控制。尽管第一和第二可弯曲件3126和3128显示为离散的部件，但应该理解到第一和第二可弯曲件3126和3128分别可由一单一加工部件形成，其中，可弯曲件3126和3128集成在一起。可弯曲件3126和3128通过匹配表面而连接，以使构有图形的模板3700围绕枢转点3252发生运动，基本上减小了“摆动”和平版印刷后会剪切印刷的特征的其它的运动。由于可弯曲接头3162的选择地约束的高结构刚度，细调定向系统3111赋予在模板表面的可忽略的侧向运动和围绕模板表面法线的可忽略的扭转运动。使用这里所述的可弯曲件的另外的优点在于它们不产生显著量的颗粒，尤其是当与磨擦接头相比时。这对平版印刷工艺提供一优点，因为颗粒会破坏印刷工艺。
参照图4、3和9，组装的细调定向系统3111连接于预校准系统3109。构有图形的模板3700定位在作为第二可弯曲件3128的部分的模板支承件3130内，第二可弯曲件3128沿一基本上正交的定向连接于与第一可弯曲件3126。第一可弯曲件3126通过连接件3186和3184连接于可弯曲环3124。如上所述，可弯曲环3124连接于底板3122。
图10是表示通过截面3260观察的、图3中所示的预校准系统3109的截面图。如图10所示，可弯曲环3124用致动器3134连接于底板3122。致动器3134包括一连接于力探测器3137的端部3270，力探测器接触于可弯曲环3124。在使用过程中，致动器3134的致动导致端部3270朝向或背离可弯曲环3124运动。端部3270朝向可弯曲环3124的运动包括可弯曲环3124的变形并导致细调定向系统3111沿Z轴线朝向基底平移。端部3270背离可弯曲环3124的运动允许可弯曲环3124移动到其原始的形状，并在过程中移动细调定向系统3111以背离基底。
在一典型的印刷工艺中，构有图形的模板3700设置在连接于细调定向系统3111的模板支承件3130内(如上述图中所示)。构有图形的模板3700与基底的表面上的一液体相接触。当构有图形的模板3700更靠近基底时，压缩基底上的液体致使由液体施加的阻力作用在构有图形的模板3700上。该阻力通过细调定向系统3111平移到可弯曲环3124(如图9和10所示)。抵靠可弯曲环3124所施加的力还作为阻力平移到致动器3134。施加到一致动器3134的阻力可使用力探测器3136被确定。力探测器3136可连接于致动器3134，这样，在使用过程中，可确定和控制施加到致动器3134的阻力。
在一典型的印刷工艺中，如上所述，模板设置在一连接于细调定向系统的模板保持器内。模板与基底的一表面上的液体相接触。当模板更靠近基底时，压缩基底上的液体致使由液体施加的阻力作用在模板上。该阻力通过细调定向系统平移到可弯曲环3124(如图9和10所示)。抵靠可弯曲环3124所施加的力还作为阻力平移到致动器3134。施加到一致动器3134的阻力可使用力传感器3135被确定。力传感器3135可连接于致动器3134，这样，在使用过程中可确定和控制施加到致动器3134的阻力。
图11示出一用来理解一细调脱开定向平台(fine decoupled orientation stage)(诸如上述的细调定向系统3111)的操作原理的可弯曲件模型。可弯曲件模型3300可包括四个平行点接头1、2、3和4，它们提供一位于其名义的和转动的结构中的四连杆系统。线3310表示接头3和4的对齐轴线。角α1代表通过构有图形的模板3700的中心的垂直轴线与线3310之间的夹角。角α2代表通过构有图形的模板3700的中心的垂直轴线与线3312之间的夹角。在某些实施例中，角α1和α2被这样选择顺应的对准轴线(或定向轴线)大致位于构有图形的模板3700的表面上。对于细调定向的变化，接头2和3之间的刚性体3314可围绕由点C示出的轴线转动。刚性体3314代表第二可弯曲件3128的模板支承件3130。
示于图4中的细调定向系统3111在连接于细调定向系统3111的构有图形的模板3700的表面处产生纯倾斜运动，而基本上无侧向运动。如图6和7所示，使用可弯曲臂3172、3174、3202和3204可提供如图4所示的细调定向系统3111，在不需要侧向运动或转动的方向上具有高的刚度，而在需要必要的定向运动的方向上具有低的刚度。因此，细调定向系统3111允许模板支承件3130转动(如图3所示)，因此，允许构有图形的模板3700在其所在表面上围绕枢转点3252(如图8所示)转动，而沿垂直于和平行于该模板3700的方向有足够的阻力，以便相对于基底保持合适的位置。这样，对构有图形的模板3700的定向使用一被动的定向系统，使其相对于构有图形的模板3700成为平行的定向。术语“被动”是指一运动的发生不需任何用户或程序控制器的干预，即，通过接触构有图形的模板3700和液体系统自动地纠正到一合适的定向。因此，可弯曲件系统适于沿相对于其上设置液体材料的基底的要求的定向来定位模板，并响应于施加到模板上的力来保持定向，所述力来自例如由压缩模板与基底之间的液体材料所产生的力。也可实施其它变化的实施例，其中，可弯曲臂3172、3174、3202和3204(示于图6和7中)的运动由电机进行控制以产生有效的弯曲。
细调定向系统3111的运动(示于图4中)可通过直接地或间接地接触液体进行致动。如果细调定向系统3111是被动的，则在一实施例中它被设计成围绕两个定向轴线具有最主要的顺从性。该两个定向轴线彼此正交地定位并位于设置在细调定向系统3111上的印刷件的印刷表面上。两个正交扭转顺从性值(orthogonal torisional compliance value)对于对称的印刷件设定为相同值。一被动的细调定向系统3111被设计成当构有图形的模板3700不平行于基底时，变化构有图形的模板3700的定向。当构有图形的模板3700与基底上的液体接触时，可弯曲件3126和3128补偿构有图形的模板3700上生成的不均匀的液体压力。这样的补偿会因最小或没有过调(overshoot)而受影响。此外，一如上所述的细调定向系统3111可在构有图形的模板3700与基底之间保持大致平行的定向，以便有一足够长的时间使液体固化。
印刷头3100安装在如图1所示的印刷头支承件3910上。在此实施例中，印刷头支承件3910安装成使印刷头3100始终保持在一固定位置内。在使用过程中，沿X-Y平面的所有运动通过运动平台3600执行到基底。
参照图12，运动平台3600用来支承待印刷的基底，并在使用过程中沿X-Y平面移动基底。在某些实施例中，运动平台3600能将一基底移动若干距离，其值高达几百毫米，且精度至少为±30nm，较佳地精度为约±10nm。在一实施例中，运动平台3600包括一连接于支架3620的基底卡盘3610。支架3620围绕一在摩擦轴承系统或非摩擦轴承系统上的底座3630运动。在一实施例中，使用一包括空气轴承的非摩擦轴承系统。在一实施例中，使用一空气层(即，“空气轴承”)将支架3620悬置在运动平台3600的底座3630的上方。可使用磁性或真空系统来提供对空气轴承水平的平衡力。基于磁性和真空系统可从各种供货商中购得，任何这样的系统可用于平版印刷工艺中。适用于平版印刷工艺的运动平台的一实例是由CA州的Irvine市的Newport Corporation出品的Dynam YX的运动平台。运动平台3600还可包括一类似于校准平台的末端倾斜平台，其被设计成将基底近似地调整到X-Y平面。还包括一个或多个θ平台来将基底上的图形定向到X-Y运动轴线。
参照图1和13，平版印刷系统3900还包括一液体分配系统3125，其用来将固化液体分配到一基底上。液体分配系统3125连接于系统本体。在一实施例中，一液体分配系统3125连接于印刷头3100。图3示出一分配系统3125的液体分配头2507，如图13所示，其从印刷头3100的盖板3127中延伸出。液体分配系统3125的各种部件可设置在印刷头3100的盖板3127内。
液体分配系统3125的示意图示于图13中。在一实施例中，液体分配系统3125包括一液体容器2501。该液体容器2501被构造成保持一光激活固化液体。液体容器2501通过入口管道2502连接于一泵2504。一入口阀2503定位在液体容器2501和泵2504之间，以便控制通过入口管道2502的流动。泵2504通过出口管道2506连接于液体分配器头2507。
液体分配系统3125被构造成允许控制分配到下面基底上的液体量的精确的体积。在一实施例中，使用一压电阀作为泵2504来实现液体的控制。该压电阀可从CT州的Westbrook市的Lee Company购得。在使用过程中，一固化液体通过入口管道2502抽吸到泵2504内。当一基底合适地定位在下面时，泵2504被致动而强制一预定量液体通过出口管道2506。然后，液体通过液体分配器头2507分配到基底上。在此实施例中，液体体积的控制通过泵2504的控制来实现。泵2504从打开到关闭状态的快速切换，使得一液体控制量送到液体分配器头2507。泵2504构造成以小于约1μL的体积来分配液体。泵2504的操作可允许液滴或连续的液体图形分配到基底上。通过泵快速地从一打开状态循环到关闭状态，来施加液滴。通过使泵2504保持在打开状态并在液体分配器头2507下移动基底，一液体流产生在基底上。
在另一实施例中，液体体积控制可利用液体分配器头2507来实现。在这样一系统中，泵2504用来供应一固化液体对液体的分配器头(curableliquid-to-liquid dispenser head)2507。体积可精确规定的液体的小液滴，使用一液体分配致动器来进行分配。液体分配致动器的实例包括微电磁阀或压电致动的分配器。压电致动的分配器可从TX州的Plano市的MicroPab Technologies，Inc.购得。液体分配致动器包容在液体分配器头2507内，以允许控制液体的分配。液体分配致动器构造成在分配液体的每个液滴液体的约50pl至1000pl之间进行分配。带有液体分配致动器的系统的优点包括较快的分配时间和较精确的体积控制。液体分配系统还可见2001年7月17日提交的美国专利申请09/908,455、其题为“用于平版印刷工艺的自动流体分配的方法和系统”，本文已援引其内容以供参考。
参照图12，利用线性编码器(例如，暴露的线性编码器)可初步确定构有图形的模板3700和基底的位置。编码器提供0.01μm量级的初步测量。线性编码器包括一连接于移动物体的标尺和一连接于本体的阅读器。该标尺可由各种材料形成，其包括玻璃、玻璃陶瓷以及钢。标尺包括多个由阅读器阅读的标记，以确定移动物体的相对位置或绝对位置。借助于本技术领域内已知的方法，将该标尺连接于运动平台3600。一阅读器连接于本体上，且光学连接于标尺上。在一实施例中，可使用一暴露的线性编码器。该编码器可被构造成沿一单一轴线或沿一双轴线平面确定运动平台3600的位置。一暴露的双轴线线性编码器的实例是PP型编码器，其可从IL州的Schaumburg市的Heidenhain Corporation购得。一般来说，编码器被构造在许多市购的X-Y运动平台内。例如，从NewportCorp.购得的Dynam YX运动平台具有一装入系统内的双轴线编码器。
构有图形的模板3700沿Z轴线的初步定位也使用一线性编码器来确定。在一实施例中，可使用一暴露的线性编码器来测量构有图形的模板3700的位置。在一实施例中，线性编码器的一标尺连接于印刷头3100的预校准环。或者，标尺可直接连接于模板支承件3130。阅读器连接于本体并光学连接于标尺上。利用编码器沿Z轴线确定构有图形的模板3700的位置。
参照图3和12，在一实施例中，如图3所示，一空气压力计3135可连接于印刷头3100。空气压力计3135用来确定设置在运动平台3600上的基底是否基本上平行于参考平面。如本文中使用的，术语“空气压力计”是指测量朝向一表面的空气气流的压力用的装置。当基底设置在空气压力计3135出口的下面时，基底离空气压力计3135的出口的距离将影响空气压力计3135检测的压力值。一般来说，基底离空气压力计3135越远，则压力越小。
在这样一结构中，空气压力计3135可用来确定由基底表面和空气压力计3135之间的距离变化造成的压差。通过沿基底的表面移动空气压力计3135，空气压力计3135可确定它与基底表面之间在各个测量点处的距离。基底相对于空气压力计3135的平面度可通过比较空气压力计3135与基底之间在各个测量点处的距离来确定。如果一基底是平面的，则使用在基底上的至少三个点与空气压力计3135之间的距离来确定。如果距离基本上相同，则基底可认为是平面的。基底与空气压力计3135之间的测得的距离的显著的差值表示基底和空气压力计3135之间存在一非平面关系。该非平面关系是由基底的非平面性或基底的倾斜造成的。在使用之前纠正基底的倾斜，以在基底和构有图形的模板3700之间建立一平面关系。合适的空气压力计可从Senex Inc.购得。
在空气压力计使用过程中，基底或构有图形的模板3700放置在空气压力计3135的测量范围之内。基底朝向空气压力计3135的运动可通过印刷头3100的沿Z轴线运动或运动平台3600的沿Z轴线的运动来实现。
在一平版印刷工艺中，一光固化液体设置在基底的一表面上。构有图形的模板3700与光固化液体相接触，而激活光线施加到光固化液体。如这里使用的术语“激活光线”是指可影响一化学变化的光。激活光线可包括紫外光(例如，具有波长约在200nm至400nm之间的光)、光化光(actinic light)、可见光或红外光。一般来说，能够影响一化学变化的任何波长的光都可分类为激活光。化学变化可以多种形式进行放大。一化学变化可包括(但不限于)任何导致一聚合化学反应或发生一交连反应。在一实施例中，在达到复合之前，激活光通过构有图形的模板3700。以此方式光固化液体被固化而形成与形成在构有图形的模板3700上的结构互补的结构。
在某些实施例中，激活光源3500是能够产生波长约在200nm至400nm之间的光的紫外光源。如图1所示，激活光源3500光学连接于构有图形的模板3700上。在一实施例中，激活光源3500靠近印刷头3100定位。印刷头3100包括一如图4所示的镜面3121，它将来自激活光源3500的光反射到构有图形的模板3700。光通过印刷头3100的本体内的开口，并由镜面3121朝向构有图形的模板3700反射。以此方式激活光源3500辐照构有图形的模板3700，而不设置在印刷头3100内。
在使用过程中，大部分激活光源产生相当的热量。如果激活光源3500太靠近平版印刷系统3900，则从光源发出的热量将朝向平版印刷系统3900的本体辐照，并致使本体部分的温度上升。由于加热时许多金属膨胀，所以，平版印刷系统3900的本体的一部分的温度的上升导致本体膨胀。当形成不到100nm的特征时，该膨胀会影响平版印刷系统3900的精度。
在一实施例中，激活光源3500定位在远离本体足够的距离处，通过激活光源3500和印刷头3100之间插入的空气使系统本体与由激活光源3500产生热隔离。图14示出一光学连接于印刷头3100的激活光源3500。激活光源3500包括一光学系统3510，它将由光源产生的光线投射到印刷头3100。从激活光源3500发出的光线通过开口3123进入到印刷头3100内。然后，光线通过设置在印刷头3100内的镜面3121后朝一连接于印刷头3100的模板反射(如图4所示)。以此方式光源与本体在热力上隔绝。一合适的光源可从CA州的SantaClara市的OAI Inc.购得。
一个或多个光学装置可光学连接于印刷头3100和/或运动平台3600上。一般来说，光学测量装置是允许确定构有图形的模板3700相对于基底的位置和/或定向的任何装置。
现在来看图14，一通过模板的光学成像系统3800光学连接于印刷头3100。该光学成像系统3800包括一光学成像装置3810和一光学系统3820。在一实施例中，该光学成像装置3810是一CCD显微镜。光学成像系统3800在光学上通过印刷头3100连接于构有图形的模板3700。当基底设置在构有图形的模板3700下面时，光学成像系统3800还在光学上连接于基底。光学成像系统3800用来确定构有图形的模板3700和一下面的基底之间的放置误差(将在下面描述)。在一实施例中，如图4所示，镜面3121在印刷头3100内移动。在一对准或光学检查工艺中，镜面3121移出光学成像系统的光路之外。
在使用光学准直装置的过程中，基底或构有图形的模板3700放置在空气光学成像系统的测量范围(例如，视野)内。基底朝向光学成像系统3800的运动可以通过印刷头3100的沿Z轴线运动或运动平台3600的沿Z轴线的运动来实现。
如上所述，在平版印刷工艺中，一光固化液体放置在一基底上，而一模板与液体接触。固化的液体是一低粘度的液体单体溶液。一合适的溶液可具有从约0.01cps到约100cps范围内的粘度(在25℃下测量)。对于高分辨率(例如，不到100nm)的结构，低粘度是特别理想的。低粘度还导致间隙较快地关闭。此外，低粘度导致液体在低压下较快地填充于间隙区域。尤其是，在不到50nm的状况中，溶液的粘度应在约30cps或此值以下，或较佳地在约5cps以下(在25℃下测量)。
其它平版印刷技术遇到的许多问题可在平版印刷工艺中通过使用一低粘度的光固化液体得以解决。低粘度光固化液体的图形通过使用一低粘度光敏液体解决了面临热压纹技术(hot embossing technique)的各种问题。还有使用厚的、刚性的透明模板提供了较容易地层对层对准的可能。一般来说，刚性模板对于液体激化光和准直标记测量光(aligment mark measurement light)是透明的。
固化液体可由各种聚合物材料组成。一般来说，可使用任何光致聚合物化的材料。光致聚合物化的材料可包括单体和光引发剂的混合物。在某些实施例中，固化液体可包括一个或多个市购的负光阻材料(negative photoresist material)。光阻材料的粘度可通过用合适的溶剂稀释液体的光阻材料而得以减小。
在一实施例中，合适的固化液体包括一单体、一硅烷化单体以及一引发剂。也可包括一交连剂和一二甲基硅氧烷的衍生物。单体包括(但不限于)丙烯酸和甲基丙烯酸酯单体。单体的实例包括(但不限于)丁基丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯，或它们的混合物。单体组成大约固化液体的25％至50％(按重量计)。应该相信单体确保光引发剂在固化液体中的足够的溶解度。还可以相信在使用时单体对下层的有机传递层提供粘结力。
固化液体还可包括一硅烷化单体。硅烷化单体一般是包括一硅组的聚合物化的复合物。硅烷化单体分类包括(但不限于)硅烷丙烯酸和硅烷甲基丙烯酸的衍生物。特殊的实例包括甲基丙烯酸基丙取三甲氧基甲硅烷和(3-丙烯酸丙氧基)三甲氧基甲硅烷。硅烷单体可存在的量从25至50％(按重量计)。固化液体可还包括一二甲基硅氧烷衍生物。二甲基硅氧烷衍生物的实例包括(但不限于)(丙烯酸丙氧基)甲基硅氧烷、二甲基硅氧烷共聚物、丙烯酸丙氧基甲基硅氧烷均聚物，以及丙氧基封端聚合二甲基硅氧烷。二甲基硅氧烷衍生物存在量约从0至50％(按重量计)。应该相信硅烷化单体和二甲基硅氧烷衍生物可时固化液体具有一高的氧化蚀刻阻力。此外，硅烷化单体和二甲基硅氧烷衍生物被人为可减小固化液体的表面能，因此，增加了模板从表面释放的能力。这里所列的硅烷化单体和二甲基硅氧烷衍生物都可从Gelest，Inc.购得。
任何可引发一自由基反应的材料可用作为引发剂。对于固化可固化的材料的激活光，较佳地是，引发剂是一光引发剂。引发剂的实例包括(但不限于)α-羟基酮(例如，1-羟基环己酯苯基酮，由Ciba-Geigy Specialty Chemical Division，以Irgacurel84牌号出品)，以及酰基磷氧化物引发剂(例如，1-henylbis(2，4，6-三甲基苯酰)磷氧化物，由Ciba-Geigy Specialty Chemical Division，以Irgacure819牌号出品)。
固化液体还可包括一交连剂。交连剂是包括两个或多个聚合物化组的单体。在一实施例中，多功能的硅氧烷衍生物可用作为一交连剂。多功能硅氧烷衍生物的实例是1，3-双(3-甲基丙烯酸丙氧基)-四甲基二硅氧烷。
在一实施例中，固化液体可包括50％(按重量计)的n-丁基丙烯酸酯和50％的(3-丙烯酸丙氧基)三-三甲基硅氧烷-硅烷。对此混合物可添加3％(按重量计)的1∶1的Irgacure 819和Irgacure 184的混合物，以及5％的交连物1，3-双(3-甲基丙烯酸丙氧基)-四甲基二硅氧烷。该混合物的粘度在约25℃时测得小于30cps。
在一替代的实施例中，固化液体可由一单体、一产生酸性光致剂和一产生碱性的光致剂组成。单体的实例包括(但不限于)酚聚合物和环氧树脂。产生酸性的光致剂是用激活光线处理时释放酸性化合物。产生的酸催化单体的聚合物化。本技术领域内的技术人员知道这样的产生酸性添加剂，以及根据单体和要求的固化条件采用的特殊的产生酸性添加剂。一般来说，选择产生酸性添加剂以对第一波长λ1下的辐照敏感，在某些实施情形中该波长λ1是在可见光或紫外光附近(UV附近)的范围内。例如，在某些实施情形中，该第一波长λ1选择近似为400nm或以上。一产生碱性的光致剂(base-generating photo-agent)也添加到单体。产生碱性的光致剂可阻止模板交界面附近单体的固化。产生碱性的光致剂可对第二波长λ2下的辐照敏感，然而，对第一波长λ1下的辐照呈惰性或基本上惰性。此外，第二波长λ2应这样选择第二波长下的辐照在与模板交界面处的单体的表面附近主要地被吸收，并不非常远穿透进入固化液体内。例如，在某些实施情形中，可使用一种产生碱性的添加剂，该种添加剂对于具有在深入的UV范围内的一波长λ2，换句话说，即具有约190-280nm范围内的波长的辐照教为敏感。
根据一实施例，一包括一单体、一产生酸性光致剂(acid-generating photo-agent)和一产生碱性光致剂的固化液体设置在一基底上。将一模板与固化液体相接触。固化液体然后基本上同时暴露在第一波长λ1和第二波长λ2光的辐照下。或者，固化液体可暴露在第二波长λ2光辐照下，其后暴露在第一波长λ1光辐照下。固化液体暴露在第二波长λ2光辐照下，在与模板交界面附近产生过量的碱性。该过量的碱性用来中和固化液体暴露在第一波长λ1光辐照下产生的酸性，由此，阻止酸固化该固化的液体。由于在第二波长λ2下的辐照具有进入到固化液体内的浅的穿透深度，所以，由辐照产生的碱性仅阻止在模板交界面处或与模板交界面附近的固化液体的固化。固化液体的其余部分通过暴露在穿透全部固化液体的较长波长的辐照(λ1)下而得以固化。题为“器件制造中非平面的表面的平面化”的美国专利6,218,316描述了关于这样工艺的额外的细节，本文已援引其内容以供参考。
在另一实施例中，固化液体可包括一光敏剂，当曝光时，例如暴露在深度UV辐照下，该光敏剂分解而产生一种或多种气体，例如，氢气(H2)、氮气(N2)、一氧化氮(N2O)、三氧化硫(SO3)、乙炔(C2H2)、二氧化碳(CO2)、氨(NH3)或甲烷(CH4)。在第一波长λ1，例如可见光或接近UV下辐照，可利用该种辐照来固化可固化的液体，可使用深度的UV辐照(λ2)来产生一或多种上述气体。气体的产生可在固化液体和模板之间的交界面附近产生局部压力，以便于模板与固化液体分离。美国专利6,218,316描述了关于该工艺的其它细节，本文已援引其内容以供参考。
在另一实施例中，一固化液体可由一单体组成，该单体固化而形成一可在光照下分解的聚合物。在一实施例中，一带有双置换碳骨架的聚合物沉积在基底上。在模板与固化液体接触之后，固化液体暴露在第一波长λ1(例如，大于400nm)下的辐照和在深度UV范围内的第二波长λ2下的辐照。在第一波长下的辐照被用来固化可固化的液体。当可固化液体暴露在第二波长λ2下，在置换的碳原子处发生切断。由于深度UV辐照不深入穿透到固化液体内，所以，聚合物仅在与模板交界面附近分解。固化液体的分解表面便于与模板分离。也可使用便于聚合物光照下分解的其它功能组(functional group)。美国专利6,218,316描述了关于该工艺的其它细节，本文已援引其内容以供参考。
在各种实施例中，使用以下工艺来制造平版印刷模板，这些工艺包括(但不限于)光学平版印刷术、电子束平版印刷术、离子束平版印刷术、X线平版印刷术、极端紫外线平版印刷术、扫描探针平版印刷术、聚焦离子束研磨、干涉测量法平版印刷术、外延生长(epitaxial growth)、薄膜沉淀、化学蚀刻、等离子蚀刻、离子研磨、反应性离子蚀刻或以上所述的组合。制造构有图形的模板的方法在授予Voison的美国专利申请10/136,188中已有描述，该专利申请于2002年5月1日提交，题为“制造平版印刷的模板的方法”，本文已援引其内容以供参考。
在一实施例中，平版印刷的模板对于激活光线是基本上透明的。该模板包括一具有一下表面的本体。模板还包括多个凹陷，其在朝向本体顶表面延伸的下表面上。诸凹陷可以是任何合适的尺寸，但通常至少一部分凹陷具有小于约250nm的特征尺寸。
就平版印刷工艺来说，模板的耐用性和其释放特征也应考虑。在一实施例中，模板由石英形成。也可使用其它材料来形成模板，其包括(但不限于)硅锗碳、氮化镓、外延硅、多晶硅、门氧化物(gate oxide)、二氧化硅或它们的组合。模板也可包括用来形成诸如对其标记的可探测的特征的材料。例如，可探测特征可由SiOx形成，其中，x小于2。在某些实施例中，x约等于1.5。在另一实例中，可探测特征可由硅化钼形成。SiOx和硅化钼对于用来固化聚合物化的液体的光线光学上是透明的。然而，两种材料对于可见光基本上是不透明的。使用这样的材料允许准直标记形成在模板上，不会与下层基底的固化发生干扰。
如上所述，模板用一表面处理材料进行处理，以在模板表面上形成一薄层。一表面处理工艺被优化以生成一低表面能涂层。在准备印刷模板以便进行平版印刷时使用这样一涂层。处理的模板相对于未处理的模板具有所需的释放特征(release characteristic)。未处理的模板表面具有约65dynes/cm或以上的表面自由能。这里揭示的处理程序产生的表面处理层显示出一高水平的耐用性。表面处理层的耐用性允许模板在多次印刷中使用而不必更换表面处理层。在某些实施例中，表面处理层减小了下方表面的表面自由能，在25℃下测得的表面自由能约小于40dynes/cm，或在某些情形中小于约20dynes/cm。
在一实施例中，一表面处理层由一烷基硅烷、一氟化烷基硅烷的反应产物，或一氟化烷基三氯硅烷与水的反应产物形成。该反应在构有图形的模板的表面上形成硅化涂层。例如，一硅化表面处理层由十三烷氟-1，1，2，2-四羟基辛基三氯硅烷(tridecafluoro-1，1，2，2-tetrahydrooctyltrichlorosilane)与水的反应产物形成。一表面处理层可使用液相工艺或蒸汽相工艺来形成。在液相工艺中，基底浸没在前体(precursor)和溶剂的一溶液中。在蒸汽相工艺中，一前体通过一惰性承载气体供应。为获得用于一液态处理的纯无水溶剂是可能较困难的。在处理过程中，大量水的状态会导致块体沉淀，这将对最终质量或涂层的覆盖造成不利影响。在蒸汽相工艺的一实施例中，模板放置在一真空腔室内，此后，腔室进行循环清除以去除多余的水分。然而，某些吸附的水分仍保持在模板的表面上。然而，少量水被认为是引发形成涂层的表面反应所必须的。可以相信该反应可用以下公式描述
为了促使发生该反应，模板通过一温度控制卡盘达到一要求的反应温度。然后，在一规定的时间里将前体送入反应腔室内。诸如模板温度、前体浓度、流动几何性等的反应参数可适合于具体的前体和模板基底组合。通过控制这些条件时表面处理层的厚度得以控制。表面处理层的厚度保持在最小值上，以将表面处理层与特征尺寸的干扰减到最小。在一实施例中，形成表面处理层的单一层。
在一实施例中，有至少两个与模板的下表面上的凹陷相关的分离的深度。
图20A和20B分别示出带有两个深度的凹陷的构有图形的模板的截面图。参照图20A和20B，一模板包括一个或多个图形区域(patterning area)401。在这样的实施例中，一第一相对浅的深度与模板的图形区域401内的凹陷相关(如图20B所示)。图形区域401包括在模板图形化工艺中复制的区域。图形区域401定位在由模板的边界/外区域409形成的区域内。边界409被限定的区域从任何的图形区域401的外边缘延伸到模板的一边缘407。边界409具有的深度基本上大于图形区域401内凹陷的深度。模板的周缘这里被定义为图形区域401和边界409之间的边界。如图20A所示，四个图形区域定位在由模板形成的区域内。图形区域401通过边界409与模板的边缘407分离。模板的“周缘”由图形区域401的诸边缘403a、403b、403c、403d、403e、403f、403g和403h形成。
图形区域401可通过通道/边界区域405彼此分离。通道区域405是这样的凹陷，它们定位在深度大于图形区域401的凹陷的诸图形区域401之间。如下文中所述，边界409和通道区域405分别阻止液体在图形区域401之间流动，或流动超过图形区域401的周缘。
模板的设计根据采用的平版印刷工艺的类型进行选择。例如，一用于正平版印刷(positive imprint lithography)的模板具有这样的设计其有利于不连续的膜形成在基底上。在一实施例中，一模板12形成为与用来形成图形区域的结构的深度相比(如图15所示)，一个或多个结构的深度相对较大。在使用过程中，模板12放置成与基底20保持一要求的间隔开的关系。在这样一实施例中，模板12的下表面536和基底20之间的间隙(h1)远小于凹陷表面534和基底20之间的间隙(h2)。例如，h1可以小于约200nm，而h2可以大于约10000nm。当模板12与基底20上的液体40接触时，固化液体40离开凹陷表面534下的区域并填充下表面536和基底20之间的间隙(如图16所示)。可以相信表面能和毛细现象力的组合将固化液体40从较大的凹陷拉入到较窄的区域内。当h1减小时，由模板12施加到固化液体40的力可克服抽拉下表面536下面的固化液体40的毛细力。这些力可导致固化液体40扩散到凹陷表面534下面的区域内。h1的最小值在本文中称之为“最小膜厚度”，液体在此最小值下被阻止扩散到凹陷532内。此外，当h1增加时毛细力减小，最终允许固化液体40扩散到较深的凹陷区域内。h1的最大值在本文中称之为“最大膜厚度”，毛细力在此最大值下足以阻止固化液体40流入较深的凹陷区域内。
如图17和18所示，在各种实施例中，模板12形成为放置在基底20上的固化液体被阻止流动超过模板12的周缘412。在图17所示的实施例中，高度h1从基底20量到浅的凹陷表面552。浅的凹陷表面552延伸到模板12的周缘。因此，模板的边缘形成高度h2，与高度h1相比，实际上是无限和不定的。在图18所示的实施例中，一深的凹陷形成在模板12的外边缘处。高度h2在基底20和深凹陷表面554之间测量。高度h1再次在基底20和浅的凹陷表面552之间测量。在任一实施例中，高度h2比高度h1大得多。如果h1足够小，则光激活的光固化液体保持在模板12和基底20之间的间隙内，同时施加一固化剂。深度凹陷部分对于将液体限制在平台内特别有效，并如本文所述地重复诸工艺。
在一实施例中，模板12和基底20各具有一个或多个准直标记。准直标记可用来对准模板12和基底20。例如，一个或多个光学成像装置(例如，显微镜、照相机、成像阵列(imaging array)等)用来确定准直标记的对准。
在某些实施例中，模板上的一准直标记对于激活光线基本上是透明的。或者，准直标记可以是对于准直标记探测光线基本上不透明。如这里所使用的，准直标记探测光线和用于其它测量和分析目的的光线被称之为“分析光”。在一实施例中，分析光线包括(但不限于)可见光和/或红外线光。形成准直标记的材料可以不同于本体的材料。例如，准直标记可由SiOx形成，其中，x约为1.5。在另一实施例中，准直标记可以由硅化钼形成。或者，准直标记可以包括多个蚀刻在本体表面上的线。诸线被构造成基本上漫射激活光线，但产生一在分析光下的可分析的标记。
在各种实施例中，一个或多个如上所述的深度凹陷可完全地通过模板的本体突出以在模板内形成开口。这样的开口的优点在于它们可有效地确保在各开口处高度h2相对于高度h1非常大。此外，在某些实施例中，也可在液体固化之后将加压气体或真空施加到一个或多个开口中。例如，在作为剥离和拉拽工艺部分的固化之后可施加加压气体，以帮助模板与固化的液体分离。
如上所述，印刷头3100包括细调定向系统3111，其允许构有图形的模板3700相对于基底“被动”地定向。在另一实施例中，细调定向系统3111可包括连接于弯曲臂3172、3174、3202和3204的致动器3134a、3134b和3134c。致动器3134a、3134b和3134c可允许“积极”地控制细调定向系统3111。在使用过程中，一操作员或一程序控制员相对于基底监视构有图形的模板3700的定向。然后，操作员或程序控制员通过操作致动器3134a、3134b和3134c来改变化构有图形的模板3700相对于基底的定向。致动器3134a、3134b和3134c的运动导致弯曲臂3172、3174、3202和3204运动，以改变构有图形的模板3700的定向。以此方式可实现“积极”控制模板相对于基底的细调的定位。一积极的细调定向系统详述在2001年8月1日提交的美国专利申请09/920,341中，其题为“用于平版印刷中在透明模板和基底之间检测高精度间隙定向的方法”，本文已援引其内容以供参考。
在一变化的实施例中，印刷头3100可包括如上所述的预校准系统3109。预校准系统3109包括如图21所示的可弯曲环3124。代替如上所述的细调定向系统3100，模板支承系统4125连接于预校准环。与细调定向系统3100相对照，模板支承系统4125由多个大致刚性和非顺从性的构件3129形成。这些构件对设置在模板支承件3130内的构有图形的模板3700提供一大致刚性的支承件。在此实施例中，可使用运动平台3600代替模板支承3130来达到细调定向。
在以上的实施例中，印刷头3100连接于本体的一固定位置。在一变化的实施例中，印刷头3100可安装到一运动系统，该系统允许印刷头3100沿如图22所示的X-Y平面移动。如本文中任何实施例所述，印刷头3100被构造成可支承构有图形的模板3700。印刷头3100连接于一运动系统，该系统包括一印刷头卡盘3110和印刷运动平台3123。印刷头3100安装于印刷头卡盘3110。印刷头卡盘3110与印刷运动平台3123互相作用，以便沿X-Y平面移动印刷头3100。可以使用机械的或电磁的移动系统。电磁系统依赖于使用磁体在印刷头卡盘3110内产生一X-Y平面的运动。一般来说，一电磁系统包括装入在印刷运动平台3123和印刷头卡盘3110内的永久磁体和电磁体。这些磁体的吸力被印刷头卡盘3110和印刷运动平台3123之间的空气垫所克服，这样，形成一“空气轴承”。印刷头卡盘3110和由此的印刷头3100沿空气垫上的X-Y平面移动。电磁的X-Y运动平台详细地描述在美国专利6,389,702中，其题为“用于运动控制的方法和装置”，本文已援引其内容以供参考。在一机械运动系统中，印刷头卡盘3110附连到印刷运动平台3123。然后，利用各种机械装置来移动印刷运动平台3123，以便沿X-Y平面变化印刷头卡盘3110和由此的印刷头3100的位置。在此实施例中，如上所述，印刷头3110可包括一被动的顺从的细调定向系统、一被致动的细调定向系统，或一刚性的模板支承系统。
采用连接于一移动支承件的印刷头3100，基底可安装在一静止的支承件上。因此，在一变化的实施例中，印刷头3100连接于如上所述的一X-Y轴线的运动平台。一基底连接于一基本上静止的基底支承件3640上。该静止的基底支承件3640示于图40中。静止的基底支承件3640包括一底板3642和一基底卡盘3644。基底卡盘3644被构造成在平版印刷工艺中支承一基底。基底卡盘3644可使用任何合适的装置来将基底保持在基底卡盘3644上。在一实施例中，基底卡盘3644可包括一真空系统，其将真空施加到基底，以便将基底连接于基底卡盘3644。基底卡盘3644连接于底板3642。底板3642连接于平版印刷系统3900的运动平台支承件3920(如图1所示)。在使用过程中，静止的基底支承件3640保持在运动平台支承件3920上的一固定位置，而印刷头3100位置可变化以进入基底的不同部分。
较之于基底位于一运动平台上的技术，将印刷头连接于运动平台的技术可提供诸多优点。运动平台一般依赖于一空气轴承，以允许运动平台基本上无磨擦地运动。一般来说，运动平台不设计成容纳沿Z轴线施加的显著的压力。当压力沿Z轴线施加到运动平台卡盘时，运动平台卡盘位置将响应于该压力而略微地变化。在一步骤和重复过程中，使用一面积小于基底面积的模板来形成多个印刷区域。基底运动平台与模板相比相对较大，以容纳较大的基底。当一模板在偏离中心的位置接触基底运动平台时，运动平台将倾斜而适应增加的压力。通过倾斜印刷头而确保合适的对齐使该种倾斜得到补充。然而，如果印刷头连接于运动平台，则不管印刷发生在基底上的何处，所有沿Z轴线的力将对中在模板上。这导致提高对准的方便性，还可提高系统的产量。
在一实施例中，基底倾斜模块3654可形成在基底支承件3650上(如图38所示)。基底支承件3650包括一连接于一基底倾斜模块3654上的基底卡盘3652。该基底倾斜模块3654连接于底板3656。在一实施例中，底板3656连接于一允许基底支承件3650沿X向运动的运动平台。或者，底板3656连接于一支承件(例如，3920)，以使基底支承件3650安装到平版印刷系统3900内的一固定位置。
基底卡盘3652可使用任何合适的装置来将基底保持在基底卡盘3652上。在一实施例中，基底卡盘3652可包括一真空系统，其将真空施加到基底，以便将基底连接于基底卡盘3652。基底倾斜模块3654包括一连接于可弯曲环支承件3660的可弯曲环3658。多个致动器3662连接于可弯曲环3658和可弯曲环支承件3660。操作致动器3662来变化可弯曲环3658的倾斜。在一实施例中，致动器3662使用一差动齿轮机构，该机构可手动地或自动地进行操作。在一变化的实施例中，致动器3662使用一偏心滚轮机构。一偏心滚轮机构一般地比差动齿轮系统对基底支承件3650提供更大的垂直刚度。在一实施例中，基底倾斜模块3654具有一刚度，当模板将一介于约11b至101b之间的力施加到一设置液体的基底上时，所述刚度将阻止基底的倾斜。具体来说，当高达约101b的压力通过模板上的液体施加到基底上时，基底倾斜模块3654构造成允许不大于5微弧度的倾斜。
在使用过程中，连接于基底卡盘3652的传感器可用来确定基底的倾斜。基底的倾斜通过致动器3662进行调整。以此方式可达到基底的倾斜纠正。
基底倾斜模块3654可包括一细调定向系统。包括一细调定向系统的基底支承件示于图38中。为了达到细调定向控制，弯曲件环3658包括一中心凹陷，基底卡盘3652设置在其中。中心凹陷的深度应做到设置在基底卡盘3652上的基底的上表面与弯曲件环3658的上表面大致连贯。可使用能将运动控制在毫微米范围内的致动器3662来实现细调定向。或者，细调定向可以被动的方式实现。致动器3662可以是基本上顺从性的。当模板与设置在基底表面上的液体接触时，致动器3662的顺从性可允许基底自己纠正倾斜的变化。通过将基底设置在基本上与可弯曲环3658连贯的一位置内，在使用过程中，细调定向可在基底-液体的交界面处实现。致动器3662的顺从性因此传递到基底的上表面，以允许基底的细调定向。
上述系统一般被构造成这样的系统，其中，一光激活的光固化液体设置在一基底上，而基底和模板彼此靠近。然而，应该理解的是上述系统可修改成允许一光激活的光固化液体涂敷到一模板上而不是基底上。在此实施例中，模板放置在基底下面。图41示出一系统4100的实施例的示意图，该系统构造成模板定位在基底的下面。该系统4100包括一印刷头4110和一定位在印刷头4110上方的基底支承件4120。印刷头4110被构造成可保持构有图形的模板3700。印刷头4110可具有一与本文所述的任何的印刷头类似的设计。例如，印刷头4110可包括一如上所述的细调定向系统。印刷头4110连接于印刷头支承件4130。印刷头4110可连接于一固定的位置并在使用工艺中保持基本上不动。或者，印刷头4110可放置在一运动平台上，在使用工艺中，该平台允许印刷头4110作X-Y平面运动。
待印刷的基底安装到一基底支承件4120上。基底支承件4120具有一与本文所述的任何的基底支承件类似的设计。例如，基底支承件4120可包括一如上所述的细调定向系统。基底支承件4120可连接于支承件4140的一固定位置上并在使用过程中保持基本上不动。或者，基底支承件4120可放置在一运动平台上，在使用过程中，该平台允许基底支承件作X-Y平面运动。
在使用过程中，一光激活的光固化液体放置在设置在印刷头4110内的构有图形的模板3700上。模板可以是图形的或平面的，视执行的操作类型而定。如上所述，构有图形的模板可构造用于正、负，或正和负平版印刷系统的组合。
一典型的平版印刷工艺示于图23A-23F中。如图23A所示，模板12定位成与基底20保持间隔开的关系，以使一间隙形成在模板12和基底20之间。模板12可包括一形成一个或多个要求的特征的表面，在形成图形的过程中，它们可传递到基底上。如这里所使用的，“特征尺寸”一般地指要求特征之一的宽度、长度和/或深度。在各种实施例中，要求特征可在模板12的表面上形成为凹陷，或形成在模板12表面上的传导的图形(conductive pattern)。模板12的表面14可用薄的表面处理层13进行处理，该处理层13降低了模板12表面能并有助于模板12与基底20的分离。用于模板的表面处理层在本文中描述。
在一实施例中，在模板12相对于基底20移动到要求的位置内之前，固化液体40可分配在基底20上。固化液体40可以是这样一固化液体，其与模板12要求特征的形状一致。在一实施例中，固化液体40是低粘度液体，其至少部分地填充了间隙31的空间，而不采用高的温度(如图24A所示)。低粘度液体还可允许模板12和基底20之间的间隙31关闭，而无需高压力。如这里所使用的，术语“低粘度液体”是指这样的液体，即，在约25℃下其测得的粘度小于约30厘泊。有关合适地选择固化液体40的进一步细节将在下面讨论。模板12可与固化液体40互相作用，以使固化液体40符合要求的形状。例如，如图23B所示，固化液体40可符合模板12的形状。模板12的位置可以调整以在模板12和基底20之间形成一要求的间隙距离。模板12的位置还可以调整以便合适地对准模板12和基底20。
在模板12合适地定位之后，固化可固化的液体40以在基底20上形成一掩膜层42。在一实施例中，使用激活的光线32固化可固化的液体40以形成掩膜层42。图23C表示了施加通过模板12的激活光线来固化可固化的液体40。在固化液体40大致固化之后模板12从掩膜层42移去，在基底20的表面上留下固化的掩膜层42(如图23D所示)。掩膜层42具有一与模板12的图形互补的图形。掩膜层42可包括一在一个或多个要求特征之间的“底层”(也称之为“残余层”)。实施模板12与掩膜层42的分离，以使要求的特征保持完好无损，而不会从基底20的表面剪切或撕裂。有关印刷之后模板12与基底20分离的进一步细节将在下面讨论。
掩膜层42可使用在各种方法中。例如，在某些实施例中，掩膜层42可以是一功能层。在这样的实施例中，固化的液体40可固化而形成一传递层、一半导体层、一介电层和/或一具有要求的机械或光学特性的层。在另一实施例中，掩膜层42可在基底20进一步处理的过程中用来覆盖基底20的部分。例如，掩膜层42可在材料沉淀过程中阻止材料沉淀在基底的某些部分上。同样地，掩膜层42可用作蚀刻基底20的掩膜。为了简化掩膜层42的其它的讨论，在下面所述的实施例中，将只讨论其用作为蚀刻工艺掩膜的用途。然而，应该认识到本文所述实施例中的掩膜层可用于如上所述的各种工艺中。
为用于一蚀刻工艺，可使用一蚀刻工艺对掩膜层42进行蚀刻，直到基底的部分暴露出掩膜层42(如图23E所示)。也就是说，底层部分可被蚀刻去。掩膜层42的部分44可保持在基底20上，以用来阻止部分基底20被蚀刻。掩膜层42的蚀刻完成之后，可使用已知的蚀刻工艺来蚀刻基底20。设置在掩膜层42的部分44下面的基底20的部分可保持基本上不被蚀刻，而基底20的暴露部分被蚀刻。这样，对应于模板12的图形的一图形可传递到基底20上。掩膜层42的其余部分44可被移去，留下图形的基底20(如图23F所示)。
图24A-24D示出一使用一传递层(transfer layer)的平版印刷工艺的实施例。一传递层18可形成在基底20的上表面上。该传递层18可由某种材料形成，该材料具有不同于下面基底20和/或由固化液体40形成的掩膜层42的蚀刻特性。也就是说，蚀刻层(例如，传递层18，掩膜层42和/或基底20)至少相对于其它层稍有选择地被蚀刻。
通过将固化液体沉淀在传递层18的表面上并固化掩膜层42，使掩膜层42形成在传递层18的表面上(如图23A-23C所示)。掩膜层42可用作为蚀刻传递层18的掩膜。使用一蚀刻工艺来蚀刻掩膜层42，直到传递层18的部分暴露出掩膜层42(如图24B所示)。掩膜层42的部分44保持在传递层18上，并可用来阻止传递层18的部分被蚀刻。在掩膜层42蚀刻完成之后，可使用已知的蚀刻工艺来蚀刻传递层18。设置在掩膜层42的部分44下面的传递层1 8的部分可保持基本上不被蚀刻，而传递层18的暴露部分被蚀刻。这样，掩膜层42的图形复制在传递层18内。
在图24C中，部分44和传递层18的蚀刻部分一起形成一掩膜堆叠(maskingstack)46，其可用来阻止下层基底20的部分44被蚀刻。基底20的蚀刻可使用已知的蚀刻工艺实施(例如，一等离子蚀刻工艺、一反应离子蚀刻工艺等)。如图24D所示，该掩膜堆叠46可阻止基底20的下面部分被蚀刻。可继续基底20的暴露部分的蚀刻，直到达到一预定的深度。使用一掩膜堆叠46作为一用于基底20蚀刻的掩膜的优点在于多层的组合堆叠可形成一长宽比较高掩膜(即，一掩膜具有的高度大于宽度)。在蚀刻工艺中为阻止掩膜部分44底切，一较高的长宽比的掩膜层会是理想的。
图23A-23F和图24A-24D所示的工艺是负平版印刷工艺的实例。如这里使用的，“负平版印刷”工艺一般地是指这样一种工艺，其中，固化液体在固化之前基本上与模板形状一致。即，模板的负图像形成在固化的液体内。如这些附图中所示，模板的非凹陷部分变成掩膜层的凹陷部分。因此，模板被设计成具有代表待加到掩膜层上的图形的负图像。
如这里所使用的，一“正平版印刷”工艺一般地是指这样一种工艺，即，形成在掩膜层的图形是模板图形的镜面对称的图像。如下面将描述的，模板的非凹陷部分变成掩膜层的非凹陷部分。
一典型的正平版印刷工艺示于图25A-25D中。如图25A所示，模板12与基底20保持间隔的关系定位，以使一间隙形成在模板12和基底20之间。模板12的表面可用一薄的表面处理层13进行处理，该处理层降低了模板12的表面能，并有助于模板12与固化的掩膜层42分离。
将固化液体40放置在基底20的表面上。模板12与固化液体40相接触。如图25B所示，固化液体40填充了模板12的下表面和基底20之间的间隙。与负平版印刷工艺对照，大约在模板12的凹陷的至少一部分下面，基底20的区域基本上没有固化液体40。因此，固化液体40保持为基底20上的不连续的膜，所述基底20是由模板12的凹陷的至少一部分的部位所限定。在模板12合适地定位之后，固化液体40固化而形成在基底20上的掩膜层42。模板12从掩膜层42移去，在基底20的表面上留下固化的掩膜层42(如图25C所示)。掩膜层42具有的图形与模板12的图形互补。
掩膜层42可用来阻止基底20的部分被蚀刻。在掩膜层42形成之后，可使用已知的蚀刻工艺来蚀刻基底20。设置在掩膜层42下面的基底20的部分可保持基本上不被蚀刻，而基底20的暴露部分被蚀刻(如图25D所示)。这样，模板12的图形可复制在基底20上。掩膜层42的其余部分44可被移去以形成图形的基底20。
图26A-26C示出一使用一传递层18的正平版印刷工艺的实施例。传递层18可形成在基底20的上表面上。传递层18由某种材料形成，该材料具有不同于下面传递层18和/或基底20的蚀刻特性。通过在传递层18的表面上沉淀一固化的液体并固化掩膜层42(如图25A-25C所示)，掩膜层42形成在传递层18的表面上。
掩膜层42可用作为蚀刻传递层18的掩膜。掩膜层42可阻止传递层18的部分的蚀刻。传递层18可用已知的蚀刻工艺进行蚀刻。设置在掩膜层42下面的传递层18的部分可保持基本上不被蚀刻，而传递层18的暴露部分被蚀刻。这样，掩膜层42的图形可复制在传递层18上。
在图26B中，掩膜层42和传递层18的蚀刻的部分一起形成掩膜堆叠46，其可用来阻止下层基底20的部分的蚀刻。基底20的蚀刻可使用已知的蚀刻工艺实施(例如，一等离子蚀刻工艺、一反应的离子蚀刻工艺等)。如图26C所示，掩膜堆叠可阻止基底20的下面部分的蚀刻。可继续基底20的暴露部分的蚀刻，直到达到一预定的深度。
在一实施例中，一工艺可组合正和负平版印刷术。一用来组合正和负平版印刷工艺的模板可包括适用于正平版印刷的诸凹陷和适用于负平版印刷的诸凹陷。例如，一用来组合正和负平版印刷工艺的模板的实施例示于图27A中。如图27A所示的模板12包括一下表面566，至少一个第一凹陷562，以及至少一个第二凹陷564。第一凹陷562被构造成当模板12接触固化液体40时，形成固化液体40的一不连续部分。第一凹陷的高度(h2)基本上大于第二凹陷的高度(h1)。
一典型的组合的平版印刷工艺示于图27A-27D中。如图27A所示，模板12定位成与基底20保持一间隔关系，以使一间隙形成在模板12和基底20之间。模板12的至少下表面566可用一薄的表面处理层(未示出)进行处理，该处理层降低了模板12的表面能，并有助于模板12与固化的掩膜层42分离。此外，第一凹陷562和/或第二凹陷564的表面可用薄的表面处理层进行处理。
固化液体40设置在基底20的表面上。模板12与固化液体40接触。如图27B所示，固化液体40填充模板12的下表面566和基底20之间的间隙。固化液体40还填充第一凹陷562。然而，在大致第二凹陷564下面的基底20的区域基本上没有固化液体40。因此，固化液体40在基底20上保持为一不连续的膜，基底20包括对应于由第一凹陷562形成的图形的表面形貌。在模板12被合适地定位之后，固化液体40进行固化而形成在基底上的掩膜层42。模板12从掩膜层42移去，在基底20的表面上留下固化的掩膜层42(如图27C所示)。掩膜层42可包括一与由负平版印刷形成的掩膜层相似的图形区域568。此外，掩膜层42可包括一通道区域(channel region)569，其不包括任何掩膜材料。
在一实施例中，掩膜层42由具有与下面基底20相同或类似的蚀刻速率的材料组成。一蚀刻工艺将施加于掩膜层42，以便以基本上相同的蚀刻速率移去掩膜层42和基底20。这样，模板12的多层图形可传递到基底20(如图27D所示)。该工艺也可使用如其它实施例中所述的传递层18实施。
应该理解到凹陷562可具有任何要求的形状，包括一个或多个台肩，其中一个在图27E中显示为凹陷563的台肩563a。此外，一凹陷可设置有一形状，以使显示在凹陷565内的台肩565a形成一高度h1，而凹陷565的附加部分565b具有一较大的高度h2(如图27F所示)。这样，固化液体40设置成与其中具有凹陷的模板的部分重叠，所述模板部分不再大于高度h1，由于上述原因，具有高度h2的模板12的部分没有固化的液体40。
正和负平版印刷的组合也适用于模板12构成多区域图形。例如，基底20可包括多个需要构图形的区域。如图27C所示，带有多深度凹陷的模板12包括带有插入通道/边界区域569的两个图形区568。通道区域569阻止液体流动超过模板12的图形区域。
如这里所使用的，一“步进和重复”工艺是指使用一小于基底的模板在基底上形成多个图形区域。一步进和重复印刷工艺(step and repeat imprint process)包括在一基底的一部分上沉淀光固化液体，将固化液体内的图形与基底上的先前的图形对齐，将模板压印到液体内，然后固化该液体，并将模板与固化的液体分离。模板与基底的分离可在固化液体中留下模板外形的图像。由于模板小于基底的总的表面积，仅一部分基底包括构成图形的固化液体。工艺的“重复”部分包括在基底的不同部分上沉淀一光固化液体。然后，一构有图形的模板与基底对准并接触固化液体。使用激活光来固化可固化的液体，以形成固化液体的第二区域。该工艺可以连续地重复，直到大部分基底形成图形。步进和重复工艺可用于正、负，或正/负印刷工艺。步进和重复工艺可在本文所述的设备的任何实施例中实施。
步进和重复的平版印刷工艺较之于其它技术具有许多优点。本文所述的步进和重复工艺基于这样的平版印刷，即使用低粘度光固化液体和刚性的透明模板。模板对于液体激活光线和准直标记探测光线是透明的，由此，提供层对层对齐的可能性。对于多层器件的生产规模的平版印刷，其优点在于拥有非常高分辨率的层对层的对齐(例如，低至最小特征尺寸(“MFS”)的1/3)。
在模板制造工艺中存在有各种变形误差源。使用步进和重复工艺，以使基底仅一部分在给定步骤工艺中被处理。在各步骤工艺中处理的域的尺寸应足够小，而使拥有的图形变形小于1/3MFS。这就有必要在高分辨率平版印刷中步进和重复地形成图形。这也是为何大部分光学平版印刷工具是步进和重复系统的缘故。还有，如上所述，对低CD变化和缺陷检查/修理的要求，有利于小区域的处理。
为了保持处理加工的低成本，对于平版印刷设备来说，重要的是要拥有足够高的产量。产量的要求对每一区域所允许的形成图形的时间提出一严格的限制。从产量的观点来看，用于光固化的低粘度液体是吸引人的。这些液体较快地移动来合适地填充模板和基底之间的间隙，而平版印刷能力与图形无关。生成的低压、室温的处理适合于高产量，同时，保持层对层对齐的益处。
尽管先前的发明已经解决低粘度光固化液体的图形形成，但它们还没有解决该步进和重复工艺。在光的平版印刷术以及热压纹中，在其形成图形之前一薄膜旋转地涂敷并烘硬到基底上。如果这样一方法用于低粘度液体中，则存在有三大问题。低粘度液体难于采取旋转涂敷，因为它们趋于去湿(de-wet)而不能保持连续膜形式。还有，在步进和重复工艺中，液体经受蒸发，由此，当模板在基底上步进和重复时，致使变化量的液体留在基底上。最后，一覆盖的光暴露趋于分配超过形成图形的特定区域。这趋于导致其后的区域的局部固化，由此印刷之前影响液体的流体特性。一将适用于单一域(single field)的液体分配到基底上(一次一个域)的方法，可解决上述三个问题。然而，重要的是精确地使液体与该特定的域相符以避免丧失基底的有用的区域。
一般来说，平版印刷是用于器件生产中许多单元处理工艺之一。所有这些工艺的成本(尤其是在多层器件中)使得其高度要求彼此尽可能地靠近地放置图形区域，而不干扰其后的图形。这有效地使有用区域最大化，因此，有效地使用基底。还有，平版印刷可与其它类型平版印刷(例如，光学平版印刷)用于一“混合—匹配”模式中，其中，相同器件的不同层由不同的平版印刷技术进行制造。有利的是，使平版印刷工艺与其它平版印刷技术相容。一切口/边界区域分离基底上的两个相邻区域。在现有技术状态的光学平版印刷工具中，该边界区域可以是小至50-100微米。边界的尺寸通常受到用来分离图形区域的刀片尺寸的限制。该小的边界区域有望随着切成个别小片的刀片变薄而变得更小。为了达到该严格的边界尺寸要求，应很好地限制任何从图形区域逐出的过多液体的部位，并可再次重复。这样，个别的零件，包括模板、基底、液体和任何影响系统物理特性(包括但不限于表面能、层间能、哈马克常数、凡得瓦尔力、粘度、密度、不透明性等)的其它的材料，如这里所述地那样得以管理，以便合适地适应一重复工艺。
如上所述，使用一合适的构有图形的模板来形成不连续薄膜。例如，一形成一边界区域的、带有较高的长宽比的凹陷的模板可阻止液体流过边界区域。液体在边界区域内受到阻止受多个因素的影响。如上所述，模板的设计在限制液体中起到作用。此外，模板与液体通过一工艺而接触，该工艺也影响液体的限制。
图19A-19C示出一工艺的截面图，在此工艺中，不连续膜形成在一表面上。在一实施例中，如图19A所示，固化液体40以线或点滴形状分配到基底20上。因此，固化液体40不覆盖待印刷的基底20的全部区域。当模板12的下表面536接触固化液体40时，模板12施加在固化液体40上的力致使固化液体40扩散在基底20的表面上(如图19B所示)。一般来说，模板12施加在固化液体40上的力越大，则扩散在基底上的固化液体40越多。因此，如果施加足够量的力，则固化液体40可被迫使超过模板12的周缘(如图19C所示)。通过控制模板12施加到固化液体40上的力，固化液体40可被限制在模板12的预定边界内(如图19D所示)。
施加在固化液体40上的力，涉及到分配在基底20上的液体的量和固化过程中模板12离基底20的距离。对于一负平版印刷工艺，分配到基底上的流体的量应小于或等于由以下所定义的体积基本上填充于构有图形的模板的凹陷所要求的液体体积、待形成图形的基底的面积以及要求的固化层的厚度。如果固化液体的量超过该体积，则当模板达到离基底合适的距离时，液体将从模板的周缘排出。对于一正平版印刷工艺，分配到基底上的液体的量应小于由以下所限定的体积要求的固化层的厚度(即，模板和基底的非凹陷部分之间的距离)以及待形成图形的基底部分的表面面积。
对于使用包括一个或多个边界的模板的平版印刷工艺，如上所述，模板和基底的非凹陷表面之间的距离设定在最小膜厚度和最大膜厚度之间。设定在这些值之间的高度使合适的毛细力将液体包含在模板的边界限定的区域内。此外，层的厚度应近似地比拟于图形特征的高度。如果固化层太厚，则形成在固化层内的特征可在特征能传递到下面的基底之前被腐蚀掉。因此，要求控制如上所述的体积，以允许待使用合适的膜厚度。
模板12施加到固化液体40上的力也受模板12与固化液体40接触的速率影响。一般来说，与模板12接触越快，则施加到固化液体40的力越大。因此，通过控制模板12与固化液体40接触的速率，可达到控制基底20的表面上的固化液体40扩散的某些手段。
当为平版印刷工艺而相对于基底20使模板12定位时，所有这些特征应予以考虑。通过以预定的方式控制这些变量，可控制固化液体40的流动而保持限定在预定区域内。
重叠对齐方案(overlay alignment scheme)包括测量对齐误差，其后补偿这些误差，以达到构有图形的模板的精确对齐和基底上的理想的印刷部位。模板相对于基底的正确放置，对于实现图形层与基底上的任何先前形成的诸层的合适的对齐是重要的。为此目的，要求在模板与液体接触之后达到合适的对齐，这称之为液体中对齐(in-liquid align)。然而，要求减缓模板和液体材料之间的阻力，以便避免液体中的剪切力，这种剪切力会变形记录在其中的任何图形。因此，除了合适地使液体与模板接触以减小液体移动超过图形区域的可能性，还必须选择模板和基底之间的最小距离以允许液体中的对齐。换句话说，对于给定粘度的液体材料，建立模板与液体材料设置在其上的基底之间的最小距离，来减缓对模板和液体材料之间的运动阻力。例如，可建立该距离来减缓因液体材料的粘滞引起的模板和液体材料之间的运动阻力。以此方式可避免放置误差，同时将记录图形内的变形减到最小。如本文中所使用的，放置误差一般地指模板和基底之间的X-Y定位的误差(即，沿X轴线和/或Y轴线的平移)。在一实施例中，通过使用一穿过模板的光学装置来确定和纠正放置误差(如图14所示)。
图28是通过图14中所示的模板光学成像系统3800的光学系统3820的示意图。光学系统3820被构造成从不同的平面将两个准直标记聚焦在一单一的聚焦平面上。光学系统3820可使用由截然不同波长的光线获得的焦距长度的变化来确定带有下面基底的模板的对准。光学系统3820可包括光学成像装置3810、一照明光源(未示出)以及一聚焦装置3805。带有截然不同波长的光线可使用以下两种方法产生使用个别的光源，或使用一单一宽带的光源，并在成像平面和准直标记之间插入光学带过滤器。根据构有图形的模板3700和基底2500之间的间隙，选择不同波长来调整焦距长度。在各个使用的光线波长下，各重叠标记可在成像平面上产生两个图像(如图29所示)。使用一特殊的光波长，第一图像2601是一聚焦清晰的图像。使用相同的光波长，第二图像2602是一对焦不准的图像。为了消除各个聚焦不准的图像，可采用若干种方法。
在第一种方法中，在第一波长光的照明下，两个图像可被光学成像装置3810接收。图像示于图29中并用标号2604表示。尽管图像显示为正方形，但应该理解到可使用任何其它的形状，包括十字形。图像2602对应于基底上的一重叠的准直标记。图像2601对应于模板上的一重叠的准直标记。当图像2602聚焦时，图像2601聚焦不准。在一实施例中，可使用一图像处理技术来去除对应于与图像2602相关的象素的几何数据。因此，可消除基底标记的散焦图像，仅留下图像2601。使用相同的程序和一第二光波长，图像2605和2606可形成在光学成像装置3810上。然后，消除散焦的图像2606，仅留下图像2605。然后，两个余下的聚焦的图像2601和2605组合到一单一的成像平面2603上，以形成重叠误差量度(overlay error measurement)。
第二种方法可使用两个共平面的偏振阵列(如图30所示)，以及偏振照明光源。图30示出重叠的标记2701和正交的偏振阵列2702。偏振阵列2702形成在模板表面上或放置在表面的上方。在两个偏振照明源下，仅聚焦的图像2703(各对应于截然不同的波长和偏振)可出现在成像平面上。因此，散焦的图像被偏振阵列2702过滤掉。该方法的优点在于它可不需要一图像处理技术来消除散焦图像。
基于莫尔(Moire)图形的重叠量度已被用于光学平版印刷工艺。对于平版印刷工艺，其中的两层莫尔图形不在同一平面上但仍重叠在成像阵列内，则要求两个个别聚焦的图像可能难于实现。然而，在光学测量工具的景深之内小心地控制模板和基底之间的间隙，并且模板和基底之间不直接地接触，则可使以最小的聚焦问题同时获得两层莫尔图形。可以相信可直接地实施基于莫尔图形的其它标准的重叠方案，以进行平版印刷工艺。
涉及使用UV固化液体材料的平版印刷工艺中的重叠对齐的另一问题会是准直标记的可见度问题。对于重叠放置误差的量度(overlay placement errormeasurement)，使用两个重叠标记，一个在模板上，另一个在基底上。然而，由于要求模板对于固化剂是透明的，所以在某些实施例中模板重叠标记是不透明线。相反，模板重叠标记是模板表面的外形特征。在某些实施例中，诸标记用与模板相同的材料制成。此外，UV固化液体可具有与模板材料(例如，石英)的折射系数相同的折射系数。因此，当UV固化液体填充模板和基底之间的间隙时，模板重叠标记会变得非常难于识别。如果模板重叠标记由不透明材料(例如，铬)制成，则在重叠标记下面的UV固化液体不能合适地暴露在UV光线下。
在一实施例中，重叠标记用在模板上，通过光学成像系统3800可见诸重叠标记，但对固化光(curing light)(例如，UV光线)是不透明的。该方法的一实施例示于图31中。在图31中，代替完全的不透明的线，模板上的重叠标记3102可由细的偏振线3101形成。例如，合适的细的偏振线具有的宽度约为用作固化剂的固化光波长的1/2至1/4。偏振线3101的线宽应足够小，以使通过两个线之间的激活光线充分地衍射而致使线下所有液体固化。在这样一实施例中，激活光线可以是根据重叠标记3102的偏振性实施偏振的。偏振激活光线对包括具有重叠标记3102的区域在内的所有模板区域提供相当均匀的曝光。用来定位模板上的重叠标记3102的光线可以是宽带光或不固化液体材料的特殊波长。该光不需要偏振。偏振线3101对于测量光线基本上是不透明的，因此，使用建立起来的重叠误差量度工具来使重叠标记3102可见。使用现有技术(例如，电子束平版印刷)在模板上加工制造细的偏振重叠标记。
在另一实施例中，重叠标记3102由不同于模板的材料形成。例如，为形成模板重叠标记3102而选择的材料可以对可见光基本上不透明，但对于用作固化剂的激活光(例如，UV光)是透明的。例如，可使用SiOx(其中，x小于2)作为这样的材料。尤其是由SiOx(其中，x约为1.5)形成的结构对于可见光基本上是不透明的，但对于UV固化光是透明的。
在平版印刷工艺的所有实施例中，一液体分配到一基底上。尽管以下的描述是针对在基底上分配液体，但应该理解到在分配液体到模板上时，也可使用同样的液体分配技术。液体分配是一小心控制的工艺。一般来说，液体分配这样地进行控制，即，将一预定量的液体分配在基底上的合适的部位内。此外，还控制液体的体积。通过使用本文中所述的液体分配系统，可控制液体的合适的体积和合适的部位的组合。尤其是，步进和重复工艺使用液体体积控制和液体的放置的组合，以将图形限制在一指定的域内。
可使用各种液体分配图形(liquid dispensing patter)。图形可呈液体液滴的或连续线的形式。在某些实施例中，基于液体分配器末端的位移和印刷件之间的相对运动，被用来形成一带有在印刷件的一部分上的基本上连续线的图形。分配率和相对运动的平衡用来控制线的截面和线的形状的尺寸。在分配工艺中，分配器末端固定在基底附近(例如，在几十个微米的量级上)。连续图形的两个实例示于图32A和32B中。图32A和32B中所示的图形是正弦图形；然而，其它图形也是可能的。如图32A和32B所示，可使用一单一的分配器末端2401或多个分配器末端2402来画出连续线图形。或者，如图32C所示，可使用液滴的图形。在一实施例中，使用液滴的图形，其具有的中心液滴的体积大于周围液滴的体积。当模板接触液体时，液体扩散而填充模板的图形区域(如图32C所示)。
分配率Vd以及印刷件的相对侧向速度Vs可具有如下的关系(1)vd＝Vd/td(分配体积/分配周期)，(2)Vs＝L/td(线长度/分配周期)，(3)Vd＝aL (其中，a是线图形的截面面积)，因此，(4)Vd＝avs)初始线图形的宽度通常取决于一分配器末端尺寸。分配器末端可以固定。在一实施例中，使用一液体分配控制器来控制液体分配的体积(Vd)和分配液体所化费的时间(td)。如果Vd和td固定，则线长度的增加导致线图形的截面高度的降低。增加图形长度可通过增加周期性图形的空间频率来实现。图形的低的高度可导致在印刷工艺中待位移的液体量的减小。通过使用连接于系统分配线的多个末端，带有长的长度的线图形可比一单一分配器末端的情形形成得更快。或者，可使用多个紧密间隔的液滴来形成一具有精确体积的线。
在液体固化完成之后，模板与固化液体分离。由于模板和基底几乎完全地平行，所以，模板、印刷层和基底的组件导致模板和固化液体之间基本上均匀的接触。这样一系统可要求一大的分离力来将模板与固化液体分离。在一柔性模板或基底的情形下，在一实施例中，分离是采用一“剥离工艺”实施的。然而，使用一柔性模板或基底对于高分辨率的重叠对齐可能不理想。在石英的模板和硅基底的情形下，剥离工艺会难于实施。在一实施例中，实施一“剥离和拉拽”工艺来将模板与印刷层分离。一剥离和拉拽工艺的实施例示于图33A-33C中。
图33A示出嵌入固化后的固化液体40内的模板12。可固化的液体40固化之后，模板12或基底20可倾斜，以故意在模板12和基底20之间诱发一角度3604(如图33B所示)。一预校准平台连接于模板12或者连接于基底20，该校准平台可用来在模板12和基底20之间诱发一倾斜。在倾斜运动过程中，如果倾斜轴线靠近模板12和基底20的交界面定位，则模板12和基底20之间的相对的侧向运动不显著。一旦模板12和基底230之间的角度3604足够大，模板12可使用仅Z轴线运动(即，垂直运动)与基底20分离。该剥离和拉拽的方法可以导致在传递层18和基底20上留下完好的理想的部分，而没有不理想的剪切现象。
除了上述实施例之外，这里所述的实施例包括通过使用电场来形成图形的结构。使用电场以在固化层内诱发一图形而形成的固化层可用于单一的印刷或步进和重复工艺。
图34示出模板1200和基底1202的实施例。在一实施例中，模板1200由某种材料形成，该材料对于激活光是透明的，以允许通过激活光线的曝光来固化聚合物成分/光激活的光固化液体。由透明材料形成模板1200还允许使用建立的光学技术来测量模板1200和基底1202之间的间隙和测量重叠的标记，以便在结构形成过程中执行重叠对齐和放大的纠正。模板1200也在热力上和机械上稳定，以便提供豪微级分辨率的图形的能力。模板1200包括一导电材料和/或层1204，以允许在模板和基底交界面处产生电场。
在一实施例中，使用一融合的硅石(例如，石英)覆盖，作为模板12100的底部1206的材料。铟锡氧化物(ITO)沉淀在底部1206上。ITO对于可见光和UV光是透明的，并且是一传导的材料。ITO可使用高分辨率的电子束平版印刷来形成图形。一如上所述的低表面能涂层可涂敷到模板1200上，以改进模板1200和光激活的光固化液体之间的释放特性。基底1202可包括诸如Si、GaAs、SiGeC和InP之类的标准晶片材料。一UV固化液体和/或一热固化液体可用作聚合物化复合物1208。在一实施例中，聚合物化复合物1208可以旋转地涂敷到晶片1210上。在另一实施例中，如本文中所述，一预定体积的聚合物化复合物1208可以预定的图形分配到基底1202上。在某些实施例中，传递层1212可放置在晶片1210和聚合物化复合物1208之间。可选择传递层1212材料特性和厚度，以允许从形成在固化液体材料中的低长宽比的结构中形成高长宽比的结构。将ITO连接于一电压源1214可在模板1200和基底1202之间产生一电场。
在图35A-35D和图36A-36C中，图中示出上述工艺的两个实施例。在各个实施例中，一要求的均匀的间隙可保持在模板1200和基底1202之间。可施加一要求量级的电场，致使吸引聚合物化复合物1208朝向模板1200的突起部分1216。在图35A-35D中，间隙和电场量级应做到使聚合物化复合物1208直接接触和粘结于模板1200。一固化剂(例如，激活光1218和/或热量)可用来固化液体。一旦要求的结构已经形成，模板1200可通过本文所述方法与基底1202分离。
参照图34、35A-D和36A-C，在另一实施例中，模板1200可以“调整”。在本实施例中的所述的术语“可调整”一般地是指独立地控制传导材料和/或层1204的不同的传导部分。控制传导部分是指打开、关闭和/或调整传导部分的电场。为此目的，模板1200将包括非传导材料，其彼此隔绝不同的传导部分。非传导材料1704可由二氧化硅形成。传导部分形成一与形成在一掩模层上的图形互补的图形。使用本技术领域内的技术人员已知的方法，传导部分的图形形成在非传导材料中。传导部分或者独立地或者一起地电气连接于电压源1214。在传导部分独立地连接于电压源1214的实施例中，有一控制装置独立地调整由一个或多个传导部分产生的电场。在一实施例中，电气连接器可通过非传导材料走向从另一侧连接于传导部分。在一变化的实施例中，传导部分可延伸通过非传导材料，这样，不需要电气的连接器。
在图36A-36C中，可选择间隙和电场大小，以使聚合物化的复合物1208达到基本上与模板1200相同的外形。不直接接触模板1200就可达到该外形。可使用一固化剂(例如，激活光1218)来固化液体。在图35A-35D和图36A-36C的实施例中，可使用一其后的蚀刻工艺来移去固化的材料1220。如果传递层1212存在于固化材料1220和晶片1210之间，则还可进一步使用蚀刻(如图35A-35D和图36A-36C所示)。
在另一实施例中，图37A示出一导电的模板，其包括一连接于非传导底板1502的导电部分1504的连续层。如图37B所示，模板的非传导底板1502通过传导部分1504彼此隔绝。模板可用于一如上所述的“正”印刷工艺。
如上述实施例所述，使用电场可允许平版印刷的图形结构快速地形成(在约小于1秒的时间内)。结构通常具有几十毫微米的尺寸。在一实施例中，在电场存在的情况下固化一光激活的光固化液体，可在一基底上形成一图形层。通过以离基底上的固化液体的一薄层的表面有控制的距离(例如，毫微米内)，放置一带有特殊毫微米级的外形的模板，由此可形成图形。如果要求结构的所有部分或一部分是有规则重复的图形(诸如点的列阵)，则模板上的图形可比要求重复的结构的尺寸大好多。
模板上图形的复制可通过在模板和基底之间施加电场而实现。因为液体和空气(或真空)具有不同的介电常数，且由于模板表面形貌的存在，电场局部地变化，所以，可产生吸引液体的区域朝向模板的静电力。表面张力或毛细压力趋于稳定薄膜。在高的电场强度下，可使光激活的光固化液体附连于模板，并在某些点上从基底中去湿。然而，只要静电力的比例比得上毛细力(它们用无量纲数∧量度)，则将发生液体膜的附连。静电力的大小近似为εE2d2，其中，ε为真空的介电常数，E为电场的大小，而d是特征尺寸。毛细力的大小近似为γd，其中，γ为液体一气体的表面张力。这两个力之比是∧＝εE2d/γ。为了变形交界面和使其附连到上表面，电场必须是这样L近似为一。精确的值取决于板的形貌的细节，以及液体-气体介电常数之比和高度，但该数将是0(1)。因此，电场近似地由E～(γ/εd)1/2给定。通过复合物的聚合物化，该光激活的光固化液体可硬化在适当的地方。模板可用低能自组装的单层膜(例如，一氟化的表面活性剂)进行处理，以帮助模板脱开聚合物化复合物。
上述近似的一实例给出如下。对d＝100nm和γ＝30mJ/m和ε＝8.85，x＝10-12 C2/J-m，E＝1.8×108V/m，其对应于板之间的电势差，如果板间距为100nm则适度地为18V，如果板间距为1000nm，则为180V。注意到，特征尺寸d～γ/εE2，这意味着特征尺寸随电场的平方而减小。因此，对于100和1000nm板间距，50nm特征将要求的电压分别在25或250V的量级上。
可以控制电场、设计模板的形貌，以及模板靠近液体表面，以便在不与模板的表面接触的光激活的光固化液体中形成一图形。该技术可不需模板与聚合物化复合物的机械分离。该技术还可消除图形中潜在的缺陷源。然而，在没有接触的情形下，液体不会形成如接触情形下那样良好地形成的清晰的、高分辨率的结构。这可通过在给定电场处局部形成的光激活的光固化液体中第一形成的结构来得到解决。其后，间隙可在模板和基底之间增加，同时增加电场的大小，以便“拉出”液体而形成清晰限定的结构而无需接触。
光激活的光固化液体可以如上所述地沉淀在传递层的顶上。使用电场，其后进行蚀刻工艺而产生较高长宽比、高分辨率的结构，由此，这样一双层工艺允许形成低长宽比、高分辨率的结构。这样一双层工艺还可用来执行一“金属提升工艺”，以将金属沉积在基底上，这样，在原先形成的结构的沟槽区域内提升之后留下金属。
使用一低粘度的光激活的光固化液体，则利用电场可以很快地(例如，约小于1秒)形成图形，且结构可以快速地固化。避免基底和光激活的光固化液体内温度变化，也可避免不理想图形变形，这种变形可使毫微分辨率层对层对齐变得不切实可行。此外，如上所述，可快速地形成一图形而不与模板接触，因此，消除与要求直接接触的印刷方法相关的诸多缺陷。
在本专利中，已经援引了某些美国专利和专利申请以供参考。然而，这样的美国专利和专利申请的文字仅援引来供参考，这样的文字和本文阐述的其它的陈述和附图不存在矛盾。如果存在这样的矛盾，则美国专利和专利申请在本专利中将不具体地援引来供参考。
尽管本发明已经参照各种实施例进行了描述，但描述不应认为有限制的意义。本技术领域内的技术人员参照本描述显然会作出所示实施例的各种修改和组合以及本发明的其它的实施例。因此，附后的权利要求书将包括任何这样的修改或实施例。
权利要求
1.一种使用一模板在一基底上形成一图形的方法，该方法包括以彼此的间隔关系定位模板和基底，以使在模板和基底之间形成一间隙；用光激活的光固化液体大致地填充该间隙；以及固化光激活的光固化液体。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在填充间隙之前定位模板和基底，将一预定量的光激活的光固化液体涂敷到基底的一部分。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在填充间隙之前定位模板和基底，将一预定量的光激活的光固化液体涂敷到模板的一部分。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括提供模板，该模板具有一第一表面和多个形成在模板内的凹陷，这些凹陷从第一表面朝向一相对的第二表面延伸，其中，诸凹陷在该被构有图形的模板的第一表面内形成多个特征；填充间隙还包括填充模板的非凹陷部分和基底之间的间隙，其中，大致在模板凹陷下面的基底区域不存在光激活的光固化液体。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，光激活的光固化液体具有在25℃下测得的约小于30厘泊的粘度。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，光激活的光固化液体具有在25℃下测得的约小于10厘泊的粘度。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，模板还包括一在下表面的至少一部分上的表面处理层，其中，该表面处理层减小了下表面的表面自由能，其在25℃下测得约小于40dynes/cm。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，模板包括一在下表面的至少一部分上的第一表面处理层以及一在模板的凹陷部分上的第二表面处理层，其中，第一和第二表面处理层相对于光激活的光固化液体具有不同的湿润特征。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将光激活的光固化液体涂敷到基底的一部分上包括用液体分配器分配液体，以使光激活的光固化液体的预定图形形成在基底的一部分上。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将光激活的光固化液体涂敷到基底的一部分上包括将液体涂敷到与模板上的不是凹陷的诸区域对应的基底的这些区域上，而对与模板上的是凹陷的诸区域对应的基底的这些区域不涂液体。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以间隔的关系定位模板和基底包括在基底上定位模板；以及朝向基底移动模板直到达到要求的间隔关系，其中，当模板定位在基底上方时，基底上的液体基本上填充模板的非凹陷部分和基底之间的间隙。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以间隔的关系定位模板和基底包括以离基底小于约500nm的距离定位模板。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括通过对固化液体施加一分离的光从固化的液体中分离模板，用该分离的光改变固化液体的一部分的化学成分，以使模板与固化液体的粘结力减小。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括通过对固化液体施加一分离的光从固化的液体中分离模板，用该分离的光改变固化液体的一部分的化学成分，以便通过模板和固化液体的交界面附近的固化液体释放一气体。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在对光激活的光固化液体施加激活光线之前检测模板和基底之间的距离以及改变模板和基底之间的距离。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在对光激活的光固化液体施加激活光线之前检测以间隔的关系定位模板和基底所施加的力以及改变施加于模板的力。
17.一种用具有一图形区域的模板在一基底上形成一图形的方法，该方法包括将图形区域放置在与基底的一区域相对，其间形成一间隙；将光激活的光固化液体定位在基底和模板之间；在通过使光激活的光固化液体与模板和基底两者接触的同时将光激活的光固化液体限制在间隙之内，由此，用光激活的光固化液体填充间隙；以及由光激活的光固化液体形成一固化材料。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括将所述图形区域放置在与基底的一附加的区域相对，其间形成一附加的间隙；将附加的光激活的光固化液体定位在基底和模板之间，在通过使附加的光激活的光固化液体与模板和基底两者接触的同时将附加的光激活的光固化液体限制在附加的间隙之内，由此，用附加的光激活的光固化液体填充附加的间隙；以及，由附加的光激活的光固化液体形成附加的固化材料。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括重复地将所述图形区域放置在与基底的一附加的区域相对，以在图形区域和各附加区域之间形成一间隙；形成多个附加的间隙；通过使附加的光激活的光固化液体与模板和基底两者接触为附加的光激活的光固化液体定位并将附加的光激活的光固化液体填充在多个附加的间隙之内，同时将附加的光激活的光固化液体限制在多个附加的间隙之内；以及，由附加的光激活的光固化液体形成附加的固化材料。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，在基底和模板之间定位光激活的光固化液体还包括将光激活的光固化液体涂敷到模板的一表面。
21.如权利要求17所述的方法，其特征在于，在基底和模板之间定位光激活的光固化液体还包括将光激活的光固化液体涂敷到基底的一表面。
22.如权利要求17所述的方法，其特征在于，在基底和模板之间定位光激活的光固化液体还包括将光激活的光固化液体的一预定的图形涂敷到模板。
23.如权利要求17所述的方法，其特征在于，在基底和模板之间定位光激活的光固化液体还包括将光激活的光固化液体的一预定的图形涂敷到基底的一表面。
24.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括通过确定模板和光激活的光固化液体之间的一阻力来确定模板和基底之间的一距离。
25.如权利要求17所述的方法，其特征在于，构有图形的模板包括一面向基底的第一表面；以及，多个形成的凹陷，它们从模板的第一表面朝向与第一表面相对的第二表面延伸，使多个凹陷形成在图形的区域。
26.如权利要求17所述的方法，其特征在于，定位光激活的光固化液体还包括将一预定量的液体放置在模板和基底之间，并确定一最大的流体薄膜厚度，使该预定的量不大于基本上填充凹陷所需要的量，并使在该厚度情况下液体与模板交界的表面力和液体与基底交界的表面力足以阻止光激活的光固化液体扩散越过图形区域。
27.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括相对于所述基底定位所述模板的一理想的定向，并响应于施加在所述模板上的力保持所述定向。
28.如权利要求17所述的方法，其特征在于，用光激活的光固化液体填充间隙还包括在相对所述区域放置图形区域之前，将所述光激活的光固化液体的多个液滴放置在所述模板和所述基底之一上。
29.一种用于形成基底上的图形的系统包括一支承基底的本体；一连接于本体并具有一图形区域的模板；一连接于本体的位移系统，用来在基底和模板之间提供相对运动，并放置模板使之与基底的一部分重叠以形成一图形的部分；一偶联的液体分配器，用来将光激活的光固化液体分配到图形部分的子部分上，通过减小基底和模板之间的距离使所述偶联的位移系统有选择地放置光激活的光固化液体与模板相接触，一光源，它照在图形部分上，使光有选择地固化光激活的光固化液体；以及一力探测器，它连接于印刷头，以便通过模板和光激活的光固化液体之间的接触产生指示一施加到模板上的力的信息，使位移系统建立一根据信息实施距离变化的速率，以使延伸到图形部分的基底外面的区域的光激活的光固化液体量减到最小。
30.如权利要求29所述的系统，其特征在于，位移系统还包括一运动平台，以沿第一和第二横向轴线在基底和模板之间提供相对运动，基底支承在该平台上；以及，一与模板附连的印刷头，以沿横向于第一和第二轴线延伸的第三轴线在基底和模板之间提供相对运动。
31.如权利要求29所述的系统，其特征在于，还包括一连接于模板的细调定向系统，以允许模板相对于基底作枢转运动，从而响应于施加到模板的力相对于基底保持一基本上平行的定向。
32.如权利要求29所述的系统，其特征在于，还包括一连接于运动平台的细调定向系统，以允许基底相对于模板响应于施加到基底的力作运动。
33.如权利要求32所述的系统，其特征在于，所述运动平台还包括一基底卡盘，它支承基底和一连接于该基底卡盘的基底倾斜模块；以及，一细调定向系统，它连接于倾斜模块以允许倾斜模块改变基底的倾斜，并响应于施加到基底的力保持基底和模板大致平行的定向。
34.如权利要求29所述的系统，其特征在于，模板还包括带有图形区域的第一和第二相对的侧边，而第一表面设置在第一侧边上，图形区域包括一构有图形的表面和一从该构有图形的表面朝向第二侧边延伸的凹陷，并结束在一终点，第一表面与第二侧边间隔开一第一距离，所述终点与第二侧边间隔开一第二距离，而构有图形的表面与第二侧边间隔开一第三距离，使第一距离不同于第二和第三距离。
35.如权利要求29所述的系统，其特征在于，还包括一具有一第一可弯曲件的细调定向系统，其中，第一可弯曲件被构造成围绕一第一定向轴线枢转，而一第二可弯曲件连接于第一可弯曲件，其中，第二可弯曲件被构造成围绕一第二定向轴线枢转，一连接于第二可弯曲件的支承件，其中，模板附连到该支承件上。
36.如权利要求29所述的系统，其特征在于，还包括一连接于细调定向系统的预校准平台，其中，预校准平台被构造成在使用过程中移动细调定向系统朝向基底和远离基底。
37.如权利要求29所述的系统，其特征在于，还包括一围绕至少印刷头和运动平台和一温度控制系统的封闭的外壳，其中，温度控制系统被构造成在使用过程中阻止外壳内的温度变化大于约1℃。
38.如权利要求29所述的系统，其特征在于，还包括一连接于运动平台的空气压力计，其中，空气压力计被构造成可确定基底和模板之间的距离。
39.一种在一基底上制备构成图形的结构的方法包括对基底表面涂敷一光激活的光固化液体；靠近光激活的光固化液体定位一模板，其中，该模板包括一非传导层；一邻近非传导层且基本上在非传导层和基底之间的导电层，其中，导电层形成一与产生在基底上的构成图形的结构互补的结构的毗邻的图形；由于电流流过导电层在模板和基底之间施加一电场，其中，施加的电场形成一静电力，该静电力吸引一部分光激活的光固化液体朝向模板的导电层。
40.如权利要求39所述的方法，其特征在于，还包括通过对光激活的光固化液体施加激活的光线使该光激活的光固化液体固化。
41.如权利要求39所述的方法，其特征在于，还包括一在涂敷光激活的光固化液体之前在基底上形成一传输层。
42.如权利要求39所述的方法，其特征在于，光激活的光固化液体具有在25℃下测得的约小于30厘泊的粘度。
43.如权利要求39所述的方法，其特征在于，还包括固化光激活的光固化液体，其中，电场施加在模板和基底之间，同时固化光激活的光固化液体。
44.如权利要求39所述的方法，其特征在于，模板对于激活的光线基本上是透明的。
45.如权利要求39所述的方法，其特征在于，基底对于激活的光线基本上是透明的，而导电材料包括铟锡氧化物。
46.如权利要求39所述的方法，其特征在于，模板还包括一低表面能的涂层。
47.如权利要求39所述的方法，其特征在于，模板还包括一低表面能的涂层，其中，低表面能的涂层是含氟的涂层。
48.如权利要求39所述的方法，其特征在于，在模板和基底之间施加电场，致使光激活的光固化液体的一部分接触于模板的一部分。
49.如权利要求39所述的方法，其特征在于，当在模板和基底之间施加电场时，光激活的光固化液体被吸引到导电层，但不接触到导电层。
50.如权利要求39所述的方法，其特征在于，基底包括从由GaAs、SiGeC和InP组成的一组材料中选择的材料。
全文摘要
本发明揭示了一种使用一装置(3900)通过平版印刷来形成有图形的基底的工艺，该装置包括一印刷头(3100)、一激活的光源(3500)、一运动平台(3600)、一构有图形的模板(3700)、一印刷头支承件(3910)、一运动平台支承件(3920)、桥架支承件(3930)和一支承台(3940)。
文档编号B81C1/00GK1668437SQ03816412
公开日2005年9月14日 申请日期2003年7月10日 优先权日2002年7月11日
发明者S·斯里尼瓦伞, B·-J·乔伊, M·瓦茨, N·苏马克, R·弗伊欣, M·美斯尔, R·伯尼卡策, G·维尔森 申请人:分子制模股份有限公司