专利名称：用于纳米印刷光刻技术的气动方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及用于纳米印刷光刻技术的方法和装置，尤其是涉及纳米印刷光刻技术的气动方法和装置。
背景技术：
印刷光刻技术涉及在聚合物或由光致抗蚀剂涂覆的工件上压制模板(或模型或掩模)，使该聚合物固化并且从工件上去除模板从而在固化的聚合物涂层中留下模板的压痕。当模板的特征尺寸非常小(如纳米尺寸)并且希望在此量级上保持大范围的尺寸公差，在所施加的机械压力作用下模板和/或工件的变形就成为一个问题。
另外，有关模板或工件平面度的缺陷对印刷纳米级的元件增加了又一个限制。
传统的方法和装置使用牢固地夹紧(或牢固粘结)在框架上的硬且厚的玻璃或石英模板。
最后，希望使用占工件或基底一部分尺寸的模板以满足与纳米量级光刻术相关的对准和模板制造的需要。这样，在基底上顺序施加或设置阶梯状模板以使基底充填以图案。
这样，印刷光刻技术典型地将图案从石英的厚块转印到通常较薄的工件上，如硅晶片。然而，正如前面所提及，当执行印刷光刻技术时，人们企图(理想地)将液体光致抗蚀剂挤压为无限薄的层，除了被刻蚀在掩模中的元件以外。具有“现实情形”芯片(尤其在它们被处理后)的硅晶片具有一些地形(如长尺寸的山丘和峡谷)，这些芯片可能稍微翘曲等。这样，典型地，硅晶片不是完美地平整。这是一个问题。
在本发明之前，没有试图通过这样的方法解决此问题，即借助气动压力将透明的石英模板压印在工件上的适当位置。
尤为特殊地，没有这样的装置或方法，其中气动压力被均匀地施加到任一(或全部)石英模板或/和工件以均匀地压制光致抗蚀剂。
因此，这种方法不能保持石英模板的基本透明的性能同时向共形膜施加均匀的压力，从而允许弥补模板和工件中的平面缺陷。
其它的传统方法使用由弯曲的聚合物材料制造的模板以在模板和工件之间提供机械的一致性。其它的传统方法仍然使用硬石英模板，覆盖以一层软聚合物材料。这些方法有几个主要的缺陷，包括没有充分地保证模板平面中尺寸的完整。另外，由于不均匀的压力或由于小温度梯度造成的聚合物材料的移动产生压印图案的变形，这种变形禁止它们在微电子光刻术中的使用。
尽管加热固化是一种选择方式，但是传统的方法没有适宜地解决了此问题(和伴随的问题)，其中聚合物通过曝光在紫外光下固化。另外，紫外光的透明度被聚合物材料严重消减。进一步，长时间曝光在紫外辐射下使聚合物材料降解。
发明内容
参照传统方法和结构的前述的和其它的代表性问题、缺陷和劣势，本发明的一个示范性的特点是提供一种方法和结构，其中气动压力被均匀地施加到任何(或全部)半硬模板和工件以便均匀地压制光致抗蚀剂。
另一个特点是提供一种方法和装置，保持模板(如石英模板)的基本透明的性质，同时向共形膜施加均匀的压力，从而允许弥补模板和工件中的平面缺陷。
另一个特点是保持压印图案尺寸的高保真度，这由模板(如石英模板)和工件在图案平面(或X-Y或水平面)的坚硬特性所致。本发明中，优选地是模板为坚硬的材料如石英，但足够薄以在表面常见尺寸方面具有轻微的挠性。在典型的例子中，这种挠性为微米量级。
在本发明的第一示范性实施例中，纳米光刻的方法(和装置)包括向半硬掩模或模板的至少一个表面和光致抗蚀剂覆盖的工件的一部分表面施加气动压力，和通过施加气动压力在模板和工件之间压印液态或胶态的聚合物，使聚合物固化从而将图案从掩模转印到工件上。
在本发明的第二示范性实施例中，均匀地向纳米光刻技术的掩模表面施加压力的方法包括，向掩模表面施加压力以将形成在掩模上的图案均匀地转印到邻近掩模形成的工件的表面，其中一个掩模和工件是共形的。
在本发明的第三示范性实施例中，一种用于纳米光刻技术的装置，包括具有形成在其上的图案的掩模，和用于向掩模表面和工件表面中的至少一个表面施加气动压力的气动压力驱动源，从而将图案从掩模均匀地转印到工件上。
在本发明的第四示范性实施例中，一种用于纳米光刻技术的装置，包括具有形成在其上的图案的掩模，和用于向掩模表面和工件表面中的至少一个表面施加气动压力的单元，以将图案从掩模转印到工件上。
由于本发明的独特且不明显的方面，可以向模板和工件的任一个或两者施加气动压力以均匀地压制光致抗蚀剂。
因此，不需要具有高平整度的模板如坚硬的厚石英掩模，和具有高平整度(如位于刚性支架(或夹盘)上的硅晶片，两者都具有非常高的表面平整度和表面洁净度)的工件。不然，这些在机械误差方面的需要的管理和维护会非常昂贵。相反地，模板或工件之一提供有小挠度以容纳在大尺寸范围内(如典型地为厘米量级)的小弯曲(如典型地为亚微米范围)，也就是，它仍然坚硬但有点共形性。施加到模板和/或工件背部的气动压力将它们高度共形地压制在一起。
因此，不需要如传统方法中那样将硬且厚的石英模板牢固地夹持或粘结在框架上。模板可以被保持在原位直到被真空压制。代替地，本发明提供具有高度共形(如掩模仍然硬但有点共形性)，然后从其背部压制掩模，这样掩模可以被压向晶片(或相反)并使掩模与晶片共形。简单地，本发明的技术可以与轮胎的内管作类比说明，压制时其与轮胎壁的内面共形(假设内管可以由铝箔制造，举例来说)。
共形性重要的理由是，在印刷光刻技术中，所有部分都要曝光(如在紫外光下等)，这样掩模沟槽中的抗蚀剂会硬化，连同位于掩模的未构图部分和表面之间的任何光致抗蚀剂。位于掩模的未构图部分和表面之间的光致抗蚀剂，也称作残留层，必须保留得尽可能地薄，在最小印刷图案尺寸量级上(如在现在的装置中为大约50nm)。在现有技术的印刷构图过程中，厚的残留层会影响下面的光刻过程，其将光致抗蚀剂中的图案转印到硅晶片得到实际元件(如金属线或半导体区)。
本发明的其它优点包括在保证全部表面的平整度的同时可以避免昂贵的机械误差。
进一步，可以保证侧向的高尺寸保真(在图案平面上)。
另外，本发明提供了在预构图的不平整晶片上印刷的能力。
从下面对本发明示范性实施例的详述并参照附图可以更好地理解前述的和其它的代表性的目的、方面和优点，附图中图1显示了根据本发明的气动膜印刷光刻技术装置100；图2A显示了根据本发明的第二实施例的气动膜印刷光刻技术装置200；图2B显示了根据本发明的第三实施例、借助于部分真空和气压的气动膜印刷光刻技术装置290；和图3显示了根据本发明的纳米印刷光刻术的方法300。
具体实施例方式
现在参照附图，尤其是图1-3，对根据本发明的示范性实施例的方法和结构进行说明。
示范性实施例如上所述，印刷光刻技术指这样的过程，其中包含图案的模板或模型被压向具有一层插入光致抗蚀剂的工件。当光致抗蚀剂被压制在模板和工件之间时，光致抗蚀剂扩展并充满模板和工件之间的空间和模板中的构图的孔隙。
在模板和工件之间的希望距离处，光致抗蚀剂通过曝光在穿过透明模板的紫外光下被硬化。一旦光致抗蚀剂发生硬化，除去模板，从而在覆盖工件的硬化的光致抗蚀剂中保留模板图案。这样，模板图案被转印到工件上。
在该过程的压制阶段中，避免模板和工件的变形是至关重要的。
为了印刷纳米量级，模板应当具有均匀的压力。如上所述，这个问题典型地这样被解决，即使用厚石英以分散施加到硬化点底座上的机械压力。模板或工件任一个如果偏离完美的平整度则会进一步加重了穿过该区域转印小元件的问题。
现在转向图1，本发明提供的装置100解决了传统方法中的上述和其它问题，该装置使用薄的透明膜110。作为光刻技术图案的模板。
膜110优选在一侧被构图，优选地足够薄以在希望的尺寸量级上可弯曲。例如，膜110可以具有位于大约50微米到大约500微米范围内的厚度，其对石英是有用的。通过变化此参数可以实现不同的硬度值。注意，掩模可以由除石英外的其它材料制造，如蓝宝石。基本的性能是，掩模应当硬、坚固而且应当薄到这样的程度，它在在正常方向的微米量级上是弯曲的。
膜110优选地由这样的材料形成，其可透过曝光/活化光致抗蚀剂130需要的射线(如光化学波长)，而且通常可透过可见光波长，这样可以光学地对准掩模和下面的工件120上的图案。也就是，使用者应当能在对准过程中透过掩模/膜110可视地看到图像。
膜110可以被压力密封件140支持，压力密封件140优选地由氟橡胶或类似的材料形成。
压力密封件140包括用于从气压源接受空气压力的空气压力入口145。代替空气，可以使用任何气体，如氮气、氦气或类似气体。入口具有毫米范围内的直径。
如图所示，膜110安装到透明的硬窗口150上，在窗口150的下表面和膜110的上表面之间形成预定的空隙146。窗口优选地为可视地平整(即表面粗糙度的量级优选地不超过约30nm)并且优选地由平坦的石英材料或类似材料形成。
空隙146优选地具有的厚度超过会引起光学条纹(如毫米左右)的尺寸，但显然空隙的厚度依赖于设计者的制约和需要，如膜的组分(如材料和厚度)和输入到空隙以使膜共形的压力值。空隙应当足够大以便于避免标准具条纹和类似现象。
窗口150连接(如固定)到定位机构(未示出)的安装法兰160。由于窗口150可透过引起硬化的光波，人们仍然透过透明的窗口看到图像，并且仍然获得穿过其中和穿过膜110的射线以成像和形成位于工件120上的图案。
膜/模板110被定位在工件120的希望的位置上，被机械地降低到接近工件处(或与之光接触)并且向膜/模板110的背部(如图1中，与透明的硬窗口150的下表面相对的膜的表面)施加气动压力引起膜/模板110被均匀地压向光致抗蚀剂130。工件120的平整度方面的小变化被膜110的曲率补偿，从而带来膜/模板110的均匀施用。当工件120自身是柔顺的(如薄硅晶片)，这种策略可以弥补工件120关于定位夹盘(图1中未示出)的顺应性。
操作过程中，图1的装置100拾取掩模/膜110，向工件移动到掩模/膜110上方。然后，当气动压力被施加到膜110上时，掩模/膜110朝向工件120被机械降低。可替代地，当施加气动压力时工件120可以朝向膜110升高。
这样，该新颖的方法均匀地向模板110和工件120的任一个(或两者)施加气动压力以均匀地压制光致抗蚀剂130。
例如，如2A显示了根据本发明的第二实施例的气动膜印刷光刻技术装置200，其中压力被施加到挠性工件220(如硅晶片)的背部。工件具有形成在其上的光致抗蚀剂230。
装置200使用其上具有刻蚀图案(模型)的透明窗口250作为光刻图案模板。透明窗口被安装到安装法兰260上，与挠性工件220相对。
窗口250优选地由这样的材料形成，其可透过曝光/活化光致抗蚀剂230需要的射线(如光化学波长)，而且通常透过可见光以致于可视对准掩模和下面的工件220上的图案。也就是，在对准过程中使用者应当能透过窗口250可视。
工件220可以被橡胶密封件240(或挠性边缘或小空隙)支持(或接触)。
橡胶密封件240连接到外壳机构255上，其包括用于接受来自气动压力源的空气压力的空气压力入口245。代替空气，如第一实施例中所示，可以使用任何气体，如氮气、氦气或类似气体。入口可以具有小的直径，由于气流量小。
如图所示，橡胶密封件240/外壳255的结构形成预定的空隙246，其形成在工件220的下表面和外壳255的内表面之间。
如前所示，窗口250优选地为光学平整的并且优选地由平坦的石英材料或类似物形成。
空隙246优选地具有这样的厚度，其位于毫米范围内且显然该空隙的厚度依赖于设计者的制约和需要，如膜的组分(如材料和厚度)和输入到空隙以使膜共形的压力值。
模板250连接到(如固定到)定位机构(未示出)的安装法兰260上。由于窗口250可透过引起硬化的光波，人们能穿过透明窗口看到，和仍然得到穿透其中的射线并成像和形成位于工件220上的图案。
图2A所示的装置的上下部分被安置在工件220上希望的位置处，使达到与工件接触，向工件220(如在图2A中，与其上具有光致抗蚀剂230的工件表面相对的工件表面)的背部施加气动压力，引起窗口250将图案均匀地施加到光致抗蚀剂230上。工件220(或窗口250)平整度的微小变化被晶片220的曲率补偿，从而带来将图案均匀地施加到光致抗蚀剂230上。这样，当工件220(如薄硅晶片)柔顺时，这种策略可以补偿工件220对定位夹盘(图2A中未示出)的顺应性。
这样，膜(如图1中)和/或工件(如图2A中所示)可以具有施加到其上的背压力。
另外，图2B显示了根据本发明的第三实施例的借助于部分真空和气动压力的气动膜印刷光刻技术装置290。
特殊地，装置290有点类似于图2A所示的装置，但包括具有形成在其中的空气导管292的安装法兰291。该空气导管292通过入口245连接到真空连接293上。气压294被施加到挠性工件220的背部。部分真空295存在于窗口250和光致抗蚀剂230之间。
注意在所有三个示范性例子中，希望工件可以相对于模板被放置以能在工件不同的位置上印制多种模板印痕(如印制阶梯状图案如在半导体晶片上的芯片图案)。
转到图3，其显示了纳米光刻技术的本发明方法300的流程图。
在步骤310中，气动压力被施加到掩模表面和工件表面中的至少一个上。
然后，在步骤320中，由于步骤310中施加的压力，图案从掩模被转印到工件上。
这样，对照使用被牢固夹持或粘结在框架上的硬厚石英掩模的传统方法，本发明方法保持石英模板的基本透明的性质同时向共形膜施加均匀的压力，从而允许补偿模板和工件中的平面缺陷。
进一步，在本发明的设计中，可能透过透明窗口(如对准等)成像并输入穿过其中的射线，这样本发明的设计允许曝光光致抗蚀剂和同时将压力施加到光致抗蚀剂上。
注意，本发明也可以反过来运行，这样掩模可以被下面的真空拾取。这样，如果使用者希望改变掩模，那么可以使压力反向，新的掩模可以被拾取。
也要注意，掩模/膜110侧面被本发明装置限制，这样掩模110可以在真空压力下被拾取，移动到工件120，下降到工件上，和然后施加背压以将图案印刷到工件120上，然后重新升起掩模，施加真空压力以将掩模110从工件120上拉开。
尽管本发明描述了几个示范性的实施例，本领域的技术人员会认识到，可以在附带的权利要求书的精神和范围内的改变下执行本发明。
进一步，注意，申请人的目的是包括所宣称的组成部分的等同物，即使是后面程序中修改的部分。
权利要求
1.一种用于纳米光刻技术的方法，包括向半硬掩模或模板的表面和抗蚀剂涂覆的工件的部分表面中的至少一个施加气动压力；和通过施加上述气动压力，将图案从所述的掩模转印到所述的工件上。
2.如权利要求1的方法，进一步包括将曝光射线穿过所述掩模引入到形成在所述工件上的光致抗蚀剂上。
3.权利要求1所述的方法，进一步包括机械保持所述掩模。
4.权利要求1所述的方法，进一步包括提供从侧面限制所述掩模或模板的固定物。
5.权利要求1所述的方法，其中掩模对于使形成在所述工件上的光致抗蚀剂曝光的射线是透明的，从而允许所述的射线穿过所述的掩模并使所述的光致抗蚀剂硬化。
6.权利要求1所述的方法，其中施加所述的气动压力包括向掩模和工件中的一个的背面均匀地施加作用力。
7.权利要求1所述的方法，其中选择所述掩模的材料使其可透过可见光，以致于可执行光学对准。
8.权利要求1所述的方法，进一步包括在所述掩模上提供透明窗口，其中所述窗口是光学上完美的。
9.权利要求8所述的方法，其中所述窗口由石英形成。
10.权利要求8所述的方法，其中所述窗口具有相对于所述掩模的足够的尺寸和间距以避免标准具条纹。
11.利要求8所述的方法，其中预定空隙形成在与所述掩模表面相对的所述窗口的表面之间，所述空隙用于选择性地接受加压气体或真空压力。
12.一种向用于纳米光刻技术的掩模的表面均匀地施加作用力的方法，包括向掩模表面施加作用力以均匀地将形成在掩模上的图案转印到邻近所述掩模形成的所述工件的表面上，其中所述掩模和所述工件中的一个是共形的。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述的作用力包括气动压力。
14.如权利要求12所述的方法，其中所述的作用力被施加到所述掩模的背面，所述掩模的背面是不与所述工件的所述表面相对的表面。
15.如权利要求12所述的方法，其中掩模是透明的，所述的方法进一步包括将射线穿过掩模引入到工件上。
16.如权利要求15所述的方法，进一步包括用所述射线使形成在所述工件上的光致抗蚀剂硬化。
17.如权利要求12所述的方法，进一步包括使施加的作用力反向，以便用真空压力拾取掩模；使掩模与工件接触；施加包括气动压力的所述作用力到掩模的背面，从而转印该图案；和施加真空压力以从所述的工件除去所述的掩模。
18.一种用于纳米光刻技术的装置，包括一具有形成在其上的图案的掩模；和一气动压力驱动源，用于向掩模表面和工件表面中的至少一个施加气动压力，从而均匀地将图案从掩模转印到工件上。
19.如权利要求18所述的装置，其中所述的掩模对于使形成在所述工件上的光致抗蚀剂曝光的射线是透过的，从而允许所述的射线穿过所述掩模并使所述光致抗蚀剂硬化。
20.一种用于纳米光刻技术的装置，包括一具有形成在其上的图案的掩模；和一种装置，用于向掩模表面和工件表面中的至少一个施加气动压力，以将图案从掩模转印到工件。
全文摘要
一种用于纳米光刻技术的方法(和装置)，包括向半硬掩模或模板的表面和光致抗蚀剂覆盖的工件的部分表面中的至少一个施加气动压力，和通过施加气动压力，将图案从掩模转印到工件上。
文档编号G03F1/16GK1776527SQ20051012465
公开日2006年5月24日 申请日期2005年11月14日 优先权日2004年11月16日
发明者马修·E.·科尔博恩, 伊夫·C.·马丁, 西奥多·G.·范·克赛尔, 荷玛萨·K.·维克拉玛辛赫 申请人:国际商业机器公司