专利名称：压印光刻方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及压印光刻方法和设备。
背景技术：
在光刻术中，为了增加给定的衬底区域上的特征的密度，不断期望减小光刻 图案中的特征的尺寸。在光刻术中，更小特征的推动导致了诸如浸没光刻术和极紫外 (EUV)光刻术的技术的发展，尽管它们相当昂贵。已经获得不断增加的关注的、通向更小特征(例如纳米尺寸的特征或亚微米尺 寸的特征)的潜在的成本较低的途径是所谓的压印光刻术，其通常涉及将图案转印到衬 底上的“印章(stamp)”(通常称作为压印模板或压印光刻模板)的使用。压印光刻术 的优点是特征的分辨率不受例如辐射源的发射波长或投影系统的数值孔径的限制。替代 地，分辨率主要受限于压印模板上的图案密度。压印光刻术涉及将要被图案化的衬底的表面上的压印介质的图案化。图案化步 骤可以涉及将压印模板的图案化表面和压印介质层压到一起(例如朝向压印介质移动压 印模板、或朝向压印模板移动压印介质、或既朝向压印介质移动压印模板又朝向压印模 板移动压印介质)，使得压印介质流入到图案化表面中的凹陷中且被图案化表面上的突起 推到一边。凹陷限定了压印模板的图案化表面中的图案特征。典型地，压印介质在图 案化表面和压印介质被压到一起时是可流动的。在对压印介质进行图案化之后，例如通 过用光化辐射照射压印介质，使得压印介质适当地成不可流动的或冻结状态(即固定状 态)。之后分离压印模板的图案化表面和图案化的压印介质。为了图案化衬底或进一步 地图案化衬底，之后典型地进一步处理衬底和图案化的压印介质。典型地，压印介质被 以将要被图案化的衬底的表面上的液滴的形式提供，但是可替代地可使用旋涂等方式提 {共。
发明内容
由使用光化辐射引起的问题是，为了传递剂量足以使得压印介质成为非流动的 或冻结状态的光化辐射，可能需要相当长的时间周期。这可能减少了压印光刻设备的生产量。根据一方面，提供了一种压印光刻方法，所述方法包括使得压印模板与设置 在衬底上的压印介质形成接触，且将光化辐射引导至所述压印介质处，所述光化辐射被 定向成使得它非垂直地入射到所述压印模板的图案化表面上。根据一方面，提供了一种压印光刻设备，所述压印光刻设备包括光化辐射的出 口和压印模板，其中所述光化辐射的出口和所述压印模板被配置成传递光化辐射，所述 光化辐射被定向成使得它非垂直地入射到所述压印模板的图案化表面上。根据一方面，提供了一种压印光刻设备，所述压印光刻设备包括压印模板保持 器，其中所述压印模板保持器包括被配置以从光化辐射源将光化辐射传递至压印模板中使得它以非垂直的角度入射到所述压印模板的图案化表面上的结构。 根据一方面，提供了一种压印光刻设备，所述压印光刻设备包括光化辐射的出 口，所述光化辐射的出口被配置成使得，在使用期间，它将光化辐射传递至压印模板 中，使得它以非垂直的角度入射到所述压印模板的图案化表面上。根据一方面，提供了一种压印光刻模板，所述压印光刻模板具有不平行于所述 压印模板的图案化表面的光化辐射接收表面。
将参考附图对本发明的特定实施例进行描述，其中图1示意性地示出了根据本发明的实施例的压印光刻方法；图2是显示石英和硅衬底之间的界面的反射率的图表；图3示意性地示出了根据本发明的实施例的压印光刻设备；图4是显示可以从本发明的实施例中得出的反射率值的图表；图5示意性地示出了根据本发明的实施例的压印光刻设备；图6示意性地示出了根据本发明的实施例的压印光刻设备；图7示意性地示出了根据本发明的实施例的压印光刻设备；图8示意性地示出了根据本发明的实施例的压印模板；和图9是显示在本发明的实施例中可以得到的反射率值的图表。
具体实施例方式图1示意性地显示出本发明的一个实施例。衬底6设置有压印介质层12。平坦 化层8设置在衬底6和压印介质12之间。平坦化层是可选的，在一些情形下可以没有平 坦化层。透射辐射的(例如石英)压印模板10被涂覆到压印介质12上，从而在压印介 质中形成图案。通过用光化辐射14固化压印介质，图案被冻结在压印介质12中，光化 辐射穿过压印模板10传递到压印介质12上。光化辐射14以相对于压印模板的图案化表 面的非垂直的角度进入到压印模板10中。从压印介质12移除模板10，所述压印介质12 保持压印图案。之后蚀刻压印介质12，从而在平坦化层8中形成图案。因为光化辐射14以非垂直的角度进入到压印介质12中，所以它还以非垂直的角 度入射到衬底6的表面上。与如果光化辐射垂直地入射到衬底上所吸收的量相比，被衬 底6吸收的光化辐射的量被减少。因为被衬底吸收的光化辐射的量被减少，所以减少了由光化辐射进行的衬底的 加热，从而减少了由于加热造成的衬底热膨胀的程度。因为热膨胀可能降低图案形成到 衬底上的准确度，所以减小衬底的热膨胀的量是有利的。情形还可以是存在可以接受的由于光化辐射带来的衬底的加热的阈值量。例 如，可以是这样的情形，如果衬底的加热保持低于该阈值，那么可以以期望的准确度在 衬底上形成图案。本发明的实施例减小了来自光化辐射的被衬底吸收的热量，从而有助 于保证保持衬底的加热低于阈值。本发明的实施例可以允许增加传递至压印介质的光化辐射的强度，从而减少了 固化压印介质所需要的时间。这增加了光刻设备的生产量(即每小时可以被图案化的衬底的数量)。 图2是显示入射辐射的反射率怎样作为在石英(SiO2)和硅之间的界面(例如石英 压印模板和硅衬底之间的界面)处的入射角的函数而变化的图表。图2中的角度被相对 于界面的垂线进行测量。辐射是UV辐射，例如具有在200nm至400nm的范围的波长， 例如具有300nm的波长。如图2可见，反射率依赖于入射辐射的偏振。在辐射垂直入射到界面(即图2 中的0° )时，则辐射的反射率是22%。随着入射角增加，逐渐增加S偏振的反射率， 在入射角为约65°时升高至50%，在入射角为约80°时升高至80%。与之相比，ρ偏 振辐射的反射率在为约70°时稳定地从20%降低至0，之后在大于70°的角度下非常陡 峭地升高(70°是这一界面的布鲁斯特角，且是硅吸收所有的ρ偏振辐射所沿的角度)。因为吸收率与反射率相反，反射率在界面处的增大对应于吸收率(即，由硅衬 底吸收的辐射的量)的降低。由图2可见，可以通过选择辐射入射到界面上的角度来减 小在石英_硅界面处被硅衬底吸收的辐射量。这可以与辐射的特定偏振的选择相结合来 实现。可以增加反射率的一种方法是使用S偏振光化辐射，且以非垂直于界面的角度在 界面处引导光化辐射。所述角度可以例如大于30°、大于50°、或大于70°。在可替代的布置中，光化辐射可以是非偏振的，或包括ρ偏振分量。光化辐射 可以在界面处被以非垂直于界面的角度引导。光化辐射可以例如在界面处以大于80°或 大于85°的角度被引导。可以以多种方式实现S偏振光化辐射。例如，可以使用产生偏振光化辐射的 源。可替代地，所述源可以产生非偏振的辐射，偏振滤波器可以用于提供S偏振辐射。 偏振滤波器可以例如包括透射式滤波器，或可以可替代地包括反射式滤波器。例如，反 射式滤波器可以是被定向成相对于入射光化辐射成布鲁斯特角的表面，使得所述表面仅 反射S偏振辐射。图3示意性地显示根据本发明的实施例的压印光刻设备。压印模板210具有图 案化的表面220、上表面222以及一个或更多的侧表面224，所述侧表面224连接图案化 的表面和上表面。图案化的表面220可以包括一个或更多的非图案化区域226。光化辐射的出口 201在一个实施例中包括光化辐射源，所述出口被布置以将S偏 振光化辐射202引导至压印模板210的侧表面224。压印模板210被空气或另一气体(例 如氦气或氦气/空气的混合物)包围，且因此在光化辐射进入压印模板时穿过气体-石英 界面(在压印模板由石英形成的情形下)。因此，光化辐射202经历折射，且朝向相对于 压印模板的侧表面224的法线弯曲。在离开压印模板210时，光化辐射202之后进入压印介质212。压印介质212可 以例如是基于硅的，且可以具有类似于压印模板210的折射率的折射率(例如η = 1.46)。 因此，光化辐射202在入射到压印介质212上时不会经历显著的折射。之后光化辐射202 传至平坦化层208。同样，平坦化层的折射率可以类似于压印介质的折射率，使得光化辐 射202在进入平坦化层208时不会经历显著的折射。在离开平坦化层时，光化辐射202之后入射到衬底206上。衬底206可以例如 由硅形成，其具有η = 4的折射率。光化辐射202的一部分被衬底206反射，而光化辐射202的剩余部分被衬底206吸收。 图4是显示s偏振光化辐射202所经历的反射率怎样作为界面上的辐射入射角的 函数而变化的图。为了简化术语，入射角被相对于正在讨论的界面的垂线进行测量。空 气-石英界面处所经历的反射率显示为虚线，石英-硅界面(或等同地是抗蚀剂_硅或平 坦化层_硅)所经历的反射率显示为实线。由图4可见，如果光化辐射以0°的入射角θ 2入射到压印模板210的侧表面224 上(即垂直于所述表面)，那么小于5%的光化辐射被从压印模板的侧表面反射。随着入 射角92的增加，例如增加至40°，从压印模板210的侧表面反射的光化辐射的量非常慢 地增加。在入射角92为50°时，约10%的光化辐射被从压印模板的侧表面反射。在 入射角92为60°时，约30%的光化辐射被从压印模板的侧表面反射。因此，由图4可 见，移动光化辐射的入射角θ 2远离垂直于压印模板的表面，还允许大比例的光化辐射进 入压印模板。因为高强度光化辐射源是相对便宜的，所以由于压印模板的反射而损失一 些光化辐射不是那么显著的不利。从图4可见，如果光化辐射以0°的入射角Q1(即垂直于衬底)入射到衬底206 上，那么约20%的光化辐射被从衬底反射(剩下的80%的光化辐射被衬底吸收)。随着 入射角Q1增加，压印模板-衬底界面的反射率逐渐增加，在约65°的入射角处增大至 50%,在约80°的入射角处增大至80%。因此，光化辐射的吸收相应地在约65°的入射 角θ 降低至50%，在约80°的入射角处降低至20%。通过使用图4中显示的曲线，考虑在空气-石英界面处的光化辐射的折射，可以 选择在压印模板210的侧表面上的光化辐射202的入射角，这降低衬底对光化辐射的吸收 (与垂直入射到压印模板和衬底上的光化辐射相比)。在一个例子中，光化辐射202可以以5°的入射角θ 2入射到压印模板210的侧 表面224上。由于折射，光化辐射将以相对于压印模板的侧表面的垂线测量的角度3.3° 在压印模板210中行进。这对应于相对于衬底206的垂线的角度86.7°。因此光化辐射 202以86.7°的角度入射到平坦化层-衬底界面上。图4显示出约90%的光化辐射被以 所述角度从衬底反射。因此，仅有10%的光化辐射被衬底206吸收。可以看到，与当光化辐射垂直地入射到衬底上时的约80%的光化辐射的吸收率 相比，10%的光化辐射202的吸收是非常有利的。降低的光化辐射的吸收率减少了对衬底的加热，从而减小了衬底的热膨胀。这 反过来可以允许使用更高强度的光化辐射，同时保持期望的图案化准确度。光化辐射可以以某些其它角度的入射角θ 2入射到压印模板210的侧表面上。从衬底206反射的且穿过压印模板210的光化辐射可以例如入射到被配置成吸收 光化辐射的光束截捕器214上。虽然光化辐射202显示为仅入射到压印模板210的一个侧表面或该侧表面的一部 分上，但是光化辐射可以入射到压印模板的多于一个的侧表面上或所述侧表面的多于一 个的部分上。例如，光化辐射可以入射到压印模板的相对侧表面上。与如果光化辐射入 射到压印模板的仅一个侧表面上的情形相比，这可以帮助在压印介质212中提供更加均 勻的光化辐射分布。图5示意性显示根据本发明的另外的实施例的压印光刻设备。压印模板310具有图案化的表面320、上表面322以及一个或更多的侧表面324，所述侧表面324连接图 案化的表面和上表面。图案化的表面320可以包括一个或更多的非图案化的区域326。 衬底306设置有平坦化层308。压印介质312设置在平坦化层上。压印模板310与压印 介质312接触。为了便于描述，与图案化的表面320相对的表面322在此处被称为上表面322。 这并不是意味着压印模板310具有特定的方向。虽然上表面322在图5中位于图案化表 面320的上方，但是压印模板可以具有一些其它的方向，使得不一定是这样的情形。光化辐射301的出口被配置成朝向压印模板310的上表面322引导s偏振的光化 辐射302，而不是朝向压印模板的侧表面引导。光化辐射以非垂直的入射角θ 2入射到压 印模板310的上表面上。从衬底306反射且穿过压印模板310的光化辐射可以例如入射到被配置成吸收光 化辐射的光束截捕器(beam stop) 314上。在图4中显示出光化辐射从压印模板310的上表面322反射。例如，如果将在 压印模板处的入射角θ2选择为70°，那么约30%的光化辐射将从压印模板反射(剩余部 分将穿入压印模板)。所述反射的光化辐射可以例如被光束截捕器(未显示)捕获。由 于折射，光化辐射将在压印模板310中以39°的角度行进，且在衬底306处具有39°的 入射角度θ 参考图4，光化辐射将经历约30%的反射率(即约70%的光化辐射将被 衬底吸收)。光化辐射可以以任何其它的非垂直的入射角θ 2入射到压印模板310的上表面 322 上。衬底306处的入射角θ 1在这一特定的例子中不能超过42°。这是因为42°是 石英-空气界面的临界角。或者说，在压印模板310的上表面322处没有入射角θ2，其 在衬底处提供大于42°的入射角θ1()如果包围压印模板310的空气被具有不同于空气 折射率的折射率的气体所替代，那么不能被超过的入射角θ工的值将相应地改变。类似 地，如果压印模板310被具有不同于石英折射率的折射率的压印模板所替代，那么不能 被超过的入射角θ工的值将相应地改变。如果压印介质312或平坦化层308具有与石英 不同或不相类似的折射率，那么这也将改变不能被超过的入射角Q1的值。可以提供允许光化辐射被耦合到压印模板中使得它以期望的入射角入射到衬底 上的结构。该结构可以与压印模板一体形成。该结构可以是棱镜。图6示意性地显示根据本发明的实施例的压印光刻设备。在这一实施例中，压 印模板410、压印介质412、平坦化层408和衬底406与图5中所显示的类似。然而，棱 镜414设置在压印模板410的一侧上，例如在棱镜414的两侧中的每一侧上。在一个实 施例中，棱镜414由与压印模板(例如石英)相同的材料形成。棱镜414与压印模板410 光学连通。棱镜414可以接触压印模板410。诸如折射率匹配(index-matching)流体的 流体可以设置在棱镜414和压印模板410之间的界面处。棱镜414可以设置有反射表面 416 (例如通过在所述表面处提供反射材料)。光化辐射401的出口被配置成朝向棱镜414引导s偏振光化辐射402。例如，该 光化辐射402可以垂直地入射到棱镜414的上表面上。因为光化辐射垂直地入射到棱镜 414上，参考图4，所以可以看到多于95%的光化辐射进入到棱镜414中。光化辐射402被从棱镜414的反射表面416反射，且朝向压印模板行进。因为棱镜414和压印模板410 由相同材料形成(且可以在它们之间的界面处具有折射率匹配流体)，所以光化辐射在进 入到压印模板中时不会经历显著的折射或反射。光化辐射402以由棱镜414的反射表面 416的方向所确定的角度入射到衬底406上。参考图4，例如如果光化辐射以75°的入射 角Q1A射到衬底上，那么约70%的光化辐射将被从衬底反射(即仅约30%的光化辐射 被衬底吸收)。可以选择棱镜414的反射表面416的方向，使得光化辐射以期望的入射角度入射 到衬底406上。可以结合棱镜上的光化辐射的入射角来选择棱镜414的反射表面416的 方向，使得光化辐射以期望的入射角度入射到衬底406上。棱镜414的反射表面416相对于衬底406的表面的法线所成的角，可以例如小于 45°。棱镜414(或其它结构)可以形成压印模板保持器的一部分，所述压印模板保持 器被配置成保持压印模板。在这样的布置中，压印模板410可以被从压印模板保持器移 除，且被替换压印模板所替换。替换压印模板将接触棱镜414 (可行的是，在它们之间具 有诸如折射率匹配流体的流体)，从而允许光化辐射以图6中显示的方式进入到替换压印 模板中。棱镜414可以与压印模板410 —体地形成(例如由诸如石英的单件材料形成)。可以提供具有光化反射接收表面的结构，该光化辐射接收表面非平行或非垂直 于压印模板的图案化表面。所述结构可以允许光化辐射被耦合到压印模板中，使得它以 期望的入射角度入射到衬底上。所述结构可以与压印模板一体形成。所述结构可以是棱 镜。所述结构可以是透镜。图7示意性地显示出根据本发明的另外的实施例的压印光刻设备。在这一实施 例中，压印模板510、压印介质512、平坦化层508以及衬底506与图5中所显示的类似。 然而，棱镜518被设置在压印模板510的上表面上，例如在压印模板510的两侧中的每一 侧上。棱镜518与压印模板510光学连通。棱镜518可以接触压印模板510。棱镜518 被配置使得它具有辐射接收表面520，所述辐射接收表面520接收从光化辐射出口 501垂 直入射的光化的s偏振辐射502。在实施例中，棱镜518由与压印模板510(例如石英) 相同的材料形成。诸如折射率匹配流体的流体可以设置在棱镜518和压印模板510之间。光化辐射502垂直地入射到棱镜518的辐射接收表面520上。参考图4，这意味 着超过95%的光化辐射进入到棱镜518中。光化辐射在没有显著的偏离的情况下进入到 压印模板510中。光化辐射以例如约65°的入射角θ i入射到衬底506上。参考图4， 约50%的光化辐射因此被从衬底反射(剩下的50%的光化辐射被衬底吸收)。可以例如通过修改光化辐射入射到棱镜518上的角度来选择入射到衬底506上的 光化辐射502的入射角θ1()光化辐射502可以在棱镜518的辐射接收表面520处具有非垂直的入射角。棱镜 518可以具有一形状，所述形状被选择使得光化辐射以诸如90°、80°或更大的、70° 或更大的入射角入射到棱镜上。棱镜518可以具有允许光化辐射被耦合到压印模板的任 何形状。棱镜可以具有使得光化辐射可以以期望的入射角Q1入射到衬底506上的任何 形状。
棱镜518可以与压印模板510 —体形成(例如由诸如石英的单件材料形成)。虽然已经描述棱镜414、518可以由与压印模板410、510的相同材料形成，但是 棱镜(或其它结构)可以由任何适合的材料形成。棱镜(或其它结构)可以例如由具有 比压印模板高的折射率的材料形成，或可以由比压印模板低的折射率的材料形成。图8示意性地显示根据本发明的另外的实施例的压印模板610。压印模板的光 化辐射接收表面630既不平行于压印模板的图案化表面620，也不垂直于压印模板的图案 化表面620。光化辐射接收表面相对于压印模板的图案化表面620的垂线成45°的角度 θ 3。光化辐射接收表面可以相对于压印模板的图案化表面620的垂线成70°或更小、 45°或更小、或30°或更小的角度θ3。可以提供任意数量的光化辐射接收表面。光化辐射被衬底反射的程度将依赖于衬底的折射率和压印模板的折射率之间的 差。辐射从两种材料之间的界面反射的程度由菲涅耳公式决定
权利要求
1.一种压印光刻方法，所述方法包括使得压印模板与设置在衬底上的压印介质形 成接触，且将光化辐射引导至所述压印介质处，所述光化辐射被定向成使得它非垂直地 入射到所述压印模板的图案化表面上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述光化辐射入射到所述压印模板的图案化表面 上的入射角大于30°。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述光化辐射入射到所述压印模板的图案化 表面上的入射角大于70°。
4.根据前述的权利要求中任一项所述的方法，其中所述光化辐射被经由光化辐射接 收表面耦合到所述压印模板中，所述光化辐射接收表面不平行于所述压印模板的图案化 表面。
5.根据前述的权利要求中任一项所述的方法，其中所述光化辐射是s偏振的。
6.—种压印光刻设备，所述压印光刻设备包括光化辐射的出口和压印模板，其中所 述光化辐射的出口和所述压印模板被配置成传递光化辐射，所述光化辐射被定向成使得 它非垂直地入射到所述压印模板的图案化表面上。
7.根据权利要求6所述的压印光刻设备，其中所述光化辐射入射到所述压印模板的图 案化表面上的入射角大于30°。
8.根据权利要求6或7所述的压印光刻设备，其中所述光化辐射入射到所述压印模板 的图案化表面上的入射角大于70°。
9.根据权利要求6-8中的任一项所述的压印光刻设备，其中所述光化辐射的出口被配 置成在非垂直于所述压印模板的图案化表面的方向上朝向所述压印模板引导光化辐射。
10.根据权利要求6至9中的任一项所述的压印光刻设备，其中所述压印模板具有光 化辐射接收表面，所述光化辐射接收表面不平行于所述压印模板的图案化表面。
11.根据权利要求6至10中的任一项所述的压印光刻设备，还包括与所述压印模板光 学连通的且提供光化辐射接收表面的结构，所述光化辐射接收表面不平行于所述压印模 板的图案化表面。
12.根据权利要求6至11中的任一项所述的压印光刻设备，还包括连接至所述出口的 光化辐射源，所述光化辐射源被配置成提供s偏振光化辐射。
13.—种压印光刻设备，所述压印光刻设备包括压印模板保持器，其中所述压印模板 保持器包括被配置以从光化辐射源将光化辐射传递至压印模板中使得它以非垂直的角度 入射到所述压印模板的图案化表面上的结构。
14.一种压印光刻设备，所述压印光刻设备包括光化辐射的出口，所述光化辐射的出 口被配置成使得，在使用期间，它将光化辐射传递至压印模板中，使得它以非垂直的角 度入射到所述压印模板的图案化表面上。
15.一种压印光刻模板，所述压印光刻模板具有不平行于所述压印模板的图案化表面 的光化辐射接收表面。
全文摘要
本发明公开了一种压印光刻方法和设备，所述方法包括使得压印模板与设置在衬底上的压印介质形成接触，且将光化辐射引导至所述压印介质处，所述光化辐射被定向成使得它非垂直地入射到所述压印模板的图案化表面上。
文档编号G03F7/20GK102023496SQ20101029442
公开日2011年4月20日 申请日期2010年9月21日 优先权日2009年9月22日
发明者A·J·邓波埃夫, S·F·乌伊斯特尔 申请人:Asml荷兰有限公司