专利名称：具有改进的监测和控制的压印光刻术及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及压印光刻术，压印光刻术借助把模压表面压入可塑表面，使模具图压印在有可塑表面的工件表面上。更具体说，本发明涉及一种用于监测和控制压印光刻术的方法和设备，这种压印光刻术对压印有微尺寸或纳米尺寸的线条特别有用。
背景技术：
在衬底上形成微小线条的方法，对制作许多电子的、磁的、机械的、和光学的装置，以及生物分析和化学分析的装置，是十分重要的。该种方法，例如可用于定义微电路的线条和结构，以及平面光波导和有关光学装置的结构及工作线条。
光学光刻术是形成这种线条的常规方法。在衬底表面涂上一层光致抗蚀剂薄层，并使光刻胶中选择的部分在光的图中曝光。然后，对光刻胶显影，露出已曝光的衬底上需要的图，供进一步处理，例如蚀刻处理。光学光刻术处理过程的难点在于，分辨率受光波长、光刻胶及衬底中的散射、和光刻胶厚度及性质的限制。因此，随着需要的线条大小变得更小，使光学光刻术变得更加困难。还有，光刻胶的涂布、显影、和去除，是相对缓慢的步骤，限制了生产的速度。
而压印光刻术，根据的是基本上不同的原理，能提供高的分辨率、高的生产能力、低的成本、和可能覆盖的大的面积。在压印光刻术中，有细小线条的模具，压在有可塑表面(例如涂布光刻胶的衬底)的工件上。模具上的线条，使可塑的光刻胶膜的形状变形，使膜的形状按照模具的线条变形，并在膜表面形成隆起的图。模具撤除之后，处理已形成图的薄膜，除去已变薄的部分。该除去步骤露出下面的衬底，供进一步处理。使用机械压力来实施下压步骤，这种压印能在12平方英寸量级的面积上，以高度的均匀性，压印25纳米以下的线条。关于更多的细节，见1998年6月30日颁发给Stephen Y.Chou的美国专利No.5,772,905，本文引用该专利，供参考。
如果高精度机械压力提出的容差问题能够克服，则能实现甚至更高分辨率、更大面积的压印光刻术。这个问题能够用正向液压，把模具表面与可塑表面一起加压来解决。因为液压是等压的，在加压步骤中没有明显不平衡的侧向力。关于更多的细节，在2002年11月19日颁发给Stephen Y.Chou的美国专利No.6,482,742中阐明，该专利的标题为“Fluid Pressure Imprint Lithography”，本文引用该专利，供参考。用于液压压印光刻术的效果良好的设备，在Stephen Chou等人2003年8月8日申请的美国专利申请序号No.10/637,838中说明，本文引用该申请，供参考。
还能够把模具直接压入衬底表面实现压印光刻术，为此要提供衬底表面是可塑表面的工件。例如，可塑表面可以是构成装置一部分的材料，诸如有机光发射材料、有机导电材料、绝缘体、或低K的介电材料。作为另一个例子，硅的工件能够用纳米尺寸的图直接压印。模压表面紧邻要模压的硅表面放置。用激光辐射辐照硅表面，使硅软化或液化，然后把模压表面压入软化的或液化的表面。关于更多的细节，见美国公开的专利申请序号No.2004/0046288，由Stephen Chou于2003年3月17日申请，标题为“Laser Assisted Direct ImprintLithography”，本文引用该申请，供参考。
由于压印光刻术潜在的高速、高分辨率制作大量重要产品的能力，所以有必要监测并研究压印光刻术的处理过程、优化处理过程的参数、优化材料成分、和实时地控制处理过程。本发明提供一种达到这种监测、优化、和控制的效果良好的方法。
发明内容
按照本发明，是在模具图压印在工件表面上的方法中，监测或测量至少一个参数。监测或测量的实施，是通过a)提供有模压表面的模具，该模压表面的构造，至少能压印测量用的测试图；b)通过把模压表面压入可塑表面，使测试图压印在可塑表面上；c)至少在一部分压印期间，用辐射照射测试图，并监测或测量从测试图散射、反射、或透射的辐射中至少一个分量，以监测或测量压印的至少一个参数。压印步骤通常包括把靠近工件的模具，以模具的模压表面紧邻可塑表面放置；把模压表面压入可塑表面；和把模压表面与可塑表面分离，使模压表面的压印图留在可塑表面。在许多情况下，加压能够通过加热可塑表面实施，而压印图的保持，可以借助使变形的表面材料冷却或固化。此外，处理过程的控制，能够通过检测辐射分量、从检测的信号产生反馈控制信号、最后该反馈控制信号实时地控制压印处理过程。本发明还包括效果良好的设备，供上述监测、测量、和控制压印光刻术方法使用。
结合本文并构成说明书一部分的附图，表明本发明的一个或多个实施例，并与说明一起，用于解释本发明的原理。附图仅用于说明本发明一个或多个优选实施例的目的，不应认为是对本发明的限制。
附图中图1A至1E示意画出压印处理过程及材料的不同阶段，这些不同阶段，是本发明说明的计量学方法需要监测的。
图2示意画出按照本发明一个实施例的测量设备。
图3画出按照本发明示范实施例的被测量的结构。
图4是示例性测试图的扫描电子显微镜像，在本发明示范实施例的模具上使用该测试图。
图5按照本发明示范实施例，画出实验布局的简图。
图6表明用图5所示实验获得的测量数据。
图7按照本发明示范实施例，画出计量学器械的示意方框图。
图8按照本发明示范实施例，画出处理系统的示意方框图。
图9是曲线图，表明用图5的布局获得的测量数据。图上表明，处理温度对模具深入光刻胶速度的影响。
图10以曲线表示用图5的布局获得的测量数据。图上表明，处理压力对模具深入光刻胶速度的影响。
图11以曲线表示用图5的布局获得的测量数据。图上表明，预压印光刻胶烘烤条件对模具深入光刻胶速度的影响。
图12以曲线表示用图5的布局获得的测量数据。图上表明，不同的初始光刻胶膜厚度对模具深入光刻胶速度的影响。
图13A画出按图5的布局，不同的光刻胶折射率对测量的影响(模拟的)。数据是用标量衍射理论计算的。
图13B画出用图5所示实施例获得的测量数据。图上画出光刻胶折射率对测量的影响。
图14画出用图5的布局获得的测量数据。图上表明，模具线条的不同(在本例中是线宽)对模具深入光刻胶(有不同的初始膜厚度)速度的影响。
图15画出用图5的布局获得的测量数据。图上表明本发明在压印处理过程控制中的应用；和图16是示意方框图，画出按照本发明监测或控制压印光刻术所涉及的步骤。
具体实施例方式
本发明涉及监测和/或控制压印光刻术的处理过程及材料的方法。借助测量和分析被一组与压印有关的微观测试线条散射的辐射，能够在现场或在现场外测量或检测压印的参数和材料的性质，并能产生反馈或控制信号，控制压印处理过程及其结果。本发明还针对在现场或在现场外监测压印处理过程及材料的方法及设备。
这些方法包括
1)提供一种模具，上面至少有一组测试表面隆起的线条，该测试表面隆起的线条，可以包括光栅、两维阵列、有不规则或任意定义形状的结构、或三维结构；2)在压印处理过程期间，用辐射(单色的或在波长谱中宽频带的)照射该测试表面隆起的图，压印处理过程通常包括把模具带到待形成图的工件近邻、把模具压入涂敷在工件表面上的薄膜、把薄膜从粘滞状态改变为非粘滞状态(或相反)、和把模具与光刻胶分离。在某些情况中，需要把工件或衬底上已有的图与待印刷的新图对齐。在这种情况中，压印步骤前需把模具上的图与已有的图对准。辐射可以是光(可见的、x射线的、紫外的、或红外的)、电子束、或离子束。为简单起见，在本发明的全部说明中，使用术语光，但应当意识到它包括辐射的其他形式；3)测量从被照射的测试结构和可塑材料散射的光，或者测量通过被照射的测试结构和可塑材料透射(在模具与衬底两者对该辐射是相对透明的情形)的光；4)从测量的信息抽取有关压印处理过程及材料的参数。抽取可以是实时的(在现场)或脱机的(在现场外)。
5)抽取的信息，可以按在现场的方式，产生用于控制压印处理过程及材料目的的信号。
6)和/或用抽取的信息，研究不同参数与材料对压印处理过程的影响。
基于该方法的设备包括1)可独立应用的计量学器械，该器械根据抽取的有关压印处理过程及材料的信息。
2)处理系统，包括压印器械、计量学器械、和处理过程及材料的控制器。压印器械适合按照操作因素，实施压印光刻术。计量学器械适合用辐射(一般是光)照射模具和衬底，并测量散射或透射的辐射，以便抽取有关压印处理过程及材料的信息。压印处理过程及材料的控制器，根据计量学器械获得的数据，产生信号，实时调整一个或多个操作参数。
现在参考附图，图16是方框图，示意表明在有可塑表面的工件上的压印光刻术中，监测或测量和任选的控制所涉及的步骤。方框A所示的第一步骤，是提供有模压表面的模具，该模压表面用于压印供测量用的测试图。
图1A画出其上有测试图的模具10，测试图在工件近邻包括许多有需要形状的凸起线条16，工件上有可塑的表面。工件包括承载薄的可塑膜层12的衬底14。箭头20指出模具相对于衬底的运动方向。
下一步骤(图16的方框B)是对可塑表面进行压印。这一步骤通常包括把靠近工件的模具，以模具的模压表面紧邻可塑表面放置；把模压表面压入可塑表面；和把模压表面与可塑表面分离，使模压表面的压印图留在可塑表面。加压能够通过如在前面说明的美国专利No.5,772,905所述，用高精度的机械压力实现，也能够通过如在美国专利No.6,482,742所述，用液压实现，或者使用静电力或磁力实现加热可塑表面有利于加压步骤，而冷却可塑表面有利于在可塑表面中保持已压印的图。可塑薄膜可以是光固化材料，它在光固化前是液体或处于可变形状态。如果衬底材料提供的表面是可塑的或能够使之成为可塑的，例如硅表面可以借助激光软化，则可塑膜12可以省去。见前述美国公开的专利申请序号No.2004/0046288。可塑表面可以是可塑膜或构成装置一部分的可塑体材料。这种可塑材料例子，包括半导体、绝缘体、金属、无机材料、有机材料、和光发射材料。
图1B画出被推到与衬底14承载的薄可塑膜层12接触的模具10。薄的可塑膜层12可以包括热塑合成物、可固化合成物、或其他可塑材料的合成物。薄的可塑膜层12最好能依据条件的变化，诸如温度、聚合反应、固化、或辐照的变化，通过物理改变或化学反应，从粘滞状态过渡到非粘滞状态或相反。最好是，薄的可塑膜层12在它被推到与模具10接触之前或之后，处在粘滞状态。
图1C和1D画出模具10上用于压入薄可塑膜层12的线条16。在线条16已经压入薄可塑膜层12需要的深度后(图1D)，在被压印的薄膜例如通过冷却或固化，允许或导致改变为非粘滞状态后，在该非粘滞状态中移去模具。
图1E表明脱离薄可塑膜层12的模具10。模具沿箭头22指示的方向离开，在薄膜12中留下已压印的线条17。测试线条17一般依从模具上凹陷的线条的形状。
退回来参考图16方框C所示的第三步骤，该步骤出现在压印处理过程期间的某些部分，且通常发生在加压步骤，该第三步骤是用辐射(通常是光)照射测试图的至少一部分。使用相对透明的模具和/或相对透明的衬底，例如使用熔融石英，对照射是有利的。通常的情形是，被压印的测试线条在光刻胶中形成测试光栅图。在用光照射时，光栅以能够被分析的方式，使光散射、反射、或透射，从而给出关于压印处理过程的信息。通过分析，本方法为测量和研究压印光刻术，提供计量学的方法。因此，在方框D的步骤中，使用散射或透射辐射的至少一个分量，来监测、测量、或研究光刻压印的至少一个参数。
方框E所示的下一步骤，是从测量和研究，前进到压印光刻术的实时的或脱机的控制。在这一步骤中，测量或分析散射、反射、或透射的辐射，产生控制压印的反馈信号。测量和分析散射或透射的辐射的至少一个分量，以便控制压印的至少一个参数。效果良好的做法是，使用一个或多个分量，产生控制压印的多个参数的反馈信号。
图2示意画出测量压印参数和材料性质的计量学方法。使用从辐射源30来的辐射束34(如光束、电子束、或离子束)作为探针，照射组件18的至少一部分，该组件18包括模具10、薄可塑膜层12(它也可以有多层光刻胶结构)、和衬底14(它可以是平的衬底或承载着图的衬底或结构)。为简单起见，全部说明中使用术语“光源”或“光”，但应当意识到它包括其他形式的辐射源。
要检测和分析的光，通常包括反射的分量36(所谓“镜反射”分量)、透射分量38、和散射分量40(40a、40b、和40c)。为简化讨论起见，术语“散射”光涵盖所有这些分量，除非另外说明。检测器32进行光学测量，诸如一个或多个散射分量的强度、相位、或偏振的测量。
光源30可以使用基本上单色的光、白光(宽带)、或某些波长的其他组合。可以使用任何偏振或任何偏振与非偏振组合的光。可以使用任何入射角照射。虽然图2画出使用来自模具10一侧的光束照射组件18，但也可以使用来自衬底14一侧的光束照射组件。光源可以用会聚并定向的光束，也可以用非会聚的宽光束。有用的光波长范围，从1nm到100μm。有用的电子束波长范围，从0.001nm到10μm。而有用的离子束波长范围，从0.00001nm到10μm。被探测的线条(该线条可以在模具上、在衬底上、或在光刻胶中)的尺寸，宽度通常从0.1nm到500μm，深度通常从0.1nm到100μm。
散射光性质(profile)(即它的角分布、强度、相位、和偏振)取决于1)入射光34的性质(即它的入射角、强度、波长、相位、和偏振)；2)模具10、薄可塑膜层12、和衬底14的材料和成分；3)模具10上的图和被照射的薄可塑膜层12中图的特征(即形状、高度、模具线条挤入光刻胶的深度、排列、和相对取向)。
凭借测量和分析散射光的性质，能够抽取关于压印处理过程的参数和材料的信息。这些参数包括，但不限于光刻胶中模具线条的挤入度；模具相对于衬底的运动速度；模具与光刻胶膜之间的间隙；模具与衬底之间的间隙；包括粘滞性及聚合度的光刻胶膜状况；模具与衬底之间的平行度；模具与衬底的相对取向；从先前处理得到的模具线条与衬底上线条之间的重合精度；和模具、衬底、及光刻胶形状的变化。能够测量的光刻胶状况，包括应力、变形、成分、粘滞性、流动速度、流动方向、相变、聚合度、聚合物交联度、硬度变化、和光学性质变化。
上述测量可以实时和在现场实施，也可以脱机和在现场外实施。从上述测量抽取的信息，能够用于在现场或在现场外，分析和控制压印器械、压印处理过程、和压印材料。
在现场从上述品质鉴定获得的信息，能够用于实时控制各种参数，诸如模具与衬底之间的相对位置(x、y、z、θ、拉伸和左右摇摆-所有6个可能的自由度)、压印速度、压印压力、压印温度、模具的变化、和衬底与模具之间局部和全面的对准。
能够修改本发明上述计量学器械，以适应具体的实施方案。例如，可以设计模具上测试的线条，以增强特定衍射级中散射光的强度，优化特定参数的测量，诸如光刻胶中模具的挤入度。
图3到图6画出检测光刻胶中模具挤入度的实施例。
图3画出被探测光34照射的组件的具体例子。模具10是透明的模具，由0.5mm厚的熔融石英衬底制成，背面抛光。测试线条是一组光栅基元，周期1μm，线宽650nm。测试图的深度约400nm。薄可塑膜层12是热塑聚合物，具有初始膜厚60及折射率nr＝1.46，而光刻胶在升高的温度上，能够转变为粘滞状态。衬底14是硅。图4是模具上准备压印的测试光栅图的扫描电子显微镜像。
图5画出测量布局的简图。使用He-Ne激光器30作光源。探测光束34的波长是632.8nm，并平行于入射面偏振(探测光束也可以垂直于入射面偏振，或者可以用其他的偏振状态，不会显著改变本实施例的结果)。在该布局中，采用30°的入射角80。可以采用其他的入射角。
操作时，在室温下使模具10与衬底14承载的薄可塑膜层12接触。光栅调整到平行于入射平面，用从模具一侧来的探测光束，照射组件18。光栅也可以调整到相对于入射平面的其他方向。
在整个处理过程期间，从外部用液压把模具压在衬底上。加热组件18，升高的温度能够把光刻胶转变为粘滞状态。
因为测试图是周期性的线条阵列(衍射光栅)，照射引起从光栅散射的许多“级”光束。在本布局中，通常有三级衍射级，包括零级30(亦称“镜反射”级)和两级1级光束40a。
衍射级的相对强度，强烈依赖于模具上的测试光栅对光刻胶的挤入度。当模具线条压入光刻胶膜，使光栅线之间的沟槽被折射率近似匹配的光刻胶材料填充，1级衍射级的强度将下降。
在本实施例中，用一个光电检测器32测量1级光束的强度。从该测量中获得的时间分辨的数据，以图6的曲线表示。该曲线证明了本计量学方法的灵敏度和分辨压印处理过程不同阶段的能力。
在处理过程开始，1级衍射相对高的强度表明，虽然模具在外界压力下(在整个处理过程期间，施加80磅/英寸2的恒定压力)，与光刻胶膜接触，但在开始阶段，模具线条没有压入光刻胶。后来衍射强度的降低表明，随着光刻胶被加热软化，模具压入光刻胶。在处理过程结束，接近零的1级衍射强度表明，模具线条完全压入光刻胶，且光栅线之间的沟槽，被折射率匹配的材料填充。
本例说明，本发明的计量学方法能以在现场或在现场外的方式，监测和研究压印处理过程。对压印的关键信息(诸如模具在光刻胶中的挤入度、开始和结束点的检测、和处理过程的速度)，能够从测量中推出。
图7是可独立应用的设备200(计量学器械)的简化方框图，该设备可以按照本发明，监测压印的处理过程和材料。该计量学器械200包括1)照明系统100，用于产生一束或多束探测光束34；2)光学硬件120，用于检测和测量散射光；和3)数据分析系统140，用于处理光学硬件收集的数据，并按需要的格式输出结果。
图8是处理系统的简化方框图，用于按照本发明实施压印光刻术。该处理系统包括1)压印器械100，用于实施压印光刻术。器械处理因素的参数(如在所有维度中模具的位置、在所有维度中衬底的位置、模具与衬底之间的重合对准、压印压力、和压印持续时间)能够被预设的外部输入，或按实时方式改变和控制；2)如图7所示的计量学器械200；和3)处理控制器300，能接收并分析计量学器械200发送的数据，产生实时控制信号。
图9到15画出把图3到6画出的实施例，在压印处理过程和光刻胶性质的品质鉴定中的一些应用，以及在压印处理过程的控制中的应用。
图9画出实验上有关处理温度对压印速度影响的测量结果。在每一情况中，同样的光刻胶(NP-46)有同样210nm的初始膜厚60。所有压印都按80磅/英寸2的相同压力但不同的处理温度(30、40、50、60、70、80、100、和120℃)实施。数据表明，处理温度对模具挤入速度有显著影响。低温(30和40℃)时，光刻胶依然坚固，仅有施加的压力不能使光刻胶变形。在较高的温度时，光刻胶软化，同时模具能够以增加的速度压入光刻胶中。数据还表明，本发明说明的计量学方法，对检测作为温度变化结果的压印速度变化，和光刻胶状态的变化(从固态到软化状态)，有足够高的灵敏度。
图10画出实验上有关处理压力对压印速度影响的测量结果。在两种情况中，光刻胶(NP-46)有相同210nm的初始膜厚60。两次压印是在60℃的相同处理温度但不同的处理压力(80和100psi)下实施。图10画出在100磅/英寸2时，压印所用时间比更低的80磅/英寸2压力更短。数据还表明，本文说明的计量学方法，对指示作为压力变化结果的压印速度变化，有足够高的灵敏度。
图11画出实验上有关预压印光刻胶烘烤条件，对压印速度及对光刻胶性质影响的测量结果。在每一情况中，光刻胶(NP-46)薄膜有相同210nm的初始膜厚60。所有压印都是在70℃和80磅/英寸2下实施。压印前，膜用相同的90℃温度但不同的持续时间烘烤。一个样品在旋转涂布后及压印前不烘烤；另外三个样品分别烘烤15、30、和60分钟。光刻胶因为烘烤，排出旋转涂布的薄膜中的溶剂，所以烘烤结果稍稍改变光刻胶的性质(例如玻璃相变温度Tg)。图11表明，烘烤时间越长，把模具完全压入需要的时间也越长。图11还表明，本发明说明的计量学方法，能够检测烘烤对光刻胶性质的影响。
图12画出初始光刻胶膜厚60对压印速度的影响。所有压印都是在60℃和80磅/英寸2下实施。光刻胶(NP-46)薄膜有不同的初始厚度(200、400、和600nm)。压印前，它们都在90℃下烘烤24小时。对较厚的膜，有更多的光刻胶可用于填充模具图中的“空隙”，且模具与衬底之间的“缝”将变得更大，使光刻胶更容易流进模具图中的空隙。结果是，增加初始膜厚60，有助于提高处理过程的速度。这一效应能够容易地用本文说明的计量学方法检测。
图13A和13B分别是模拟的及实验的曲线，这些曲线表明光刻胶折射率与压印测试结果的关联。当压印中使用不同折射率的光刻胶时，折射率可以影响测量的特征。模具深入比(Rp)定义为伸进模具沟槽的光刻胶高度76与模具沟槽深度74之比。在压印期间，模具深入比从0增加到1。压印开始时，没有光刻胶伸进模具的沟槽，所以深入比是0；压印结束时，沟槽完全被光刻胶填充，所以深入比是1。
图13A是对两种不同折射率(1.46和1.58)的光刻胶，用标量衍射模型计算的模拟结果，图上画出作为模具深入比函数的模拟的1级衍射强度(归一化)。当光刻胶折射率nr与模具折射率nm完全匹配(nr＝nm＝1.46，如图13A中的实线所示)时，衍射强度随增加的Rp连续下降，并在压印结束时到达0。但是，当nr与nm之间不匹配时，与压印结束(Rp＝1.0)对应的衍射强度的最后值，常常比零高。例如，我们已经计算了在nr＝1.58的情形(图13A中的虚线)，该折射率显著高于模具的折射率(熔融石英，nm＝1.46)。在该情形中，当模具的槽被部分填充(Rp～0.8)时，衍射强度达到零，但当Rp接近它的最后值1.0时，衍射强度向着终点略有增加。
图13B对两种不同折射率的光刻胶，表明在压印处理过程期间，实验上测量的作为时间函数的1级衍射强度。在这些实验中，使用图4所示同一个光栅模具。使用两种类型的热塑聚合物光刻胶No.1聚合物的折射率nr＝1.46；No.2聚合物的折射率nr＝1.58(用椭圆计确定)。在两种实验中，聚合物薄膜有相同的～210nm的初始厚度60。由于它们在玻璃相变温度上的差别，所以两种光刻胶用不同的条件压印，使两种情形下的压印处理过程，在时间上有可比较的持续时间。No.1聚合物在100磅/英寸2和60℃温度下压印，而No.2聚合物在80磅/英寸2和80℃温度下压印。数据表明，当nr与nm匹配时，衍射强度在压印结束时下降到零(No.1聚合物，图13B中实线)。但是，当nr比nm高时，在模具的槽被完全填充之前，衍射强度到达零，而在压印结束时，衍射强度接近非零的最终值(No.2聚合物，图13B中虚线)。实验与图13A所示标量衍射模型给出的模拟结果一致。
已说明的计量学方法，还能用于检测模具图线条对压印的影响。一个这样的例子由图14所示数据说明。在该实验中，两个有相同1.0μm周期70和330nm的图深度74，但有不同的图线宽72的模具，被用于测试和比较。一个模具(“窄的”)有～330nm的线宽72，而另一个(“宽的”)有～660nm的线宽72。图14A画出用这两个模具，对有～220nm初始厚度60的光刻胶实施压印的实验结果。图14B画出用这两个模具，对有～350nm初始厚度60的光刻胶实施压印的实验结果。在每一情形中，不同的模具图产生明显不同的压印曲线。图14A和图14B表明，本计量学方法能用于检测模具图中测试线条(在本例中，是不同的线宽)对压印的影响。本计量学方法同样能用于研究其他测试图线条(诸如图的尺寸、深度、密度、分布、两维图对一维图、和封闭的图对敞开的图)对压印和光刻胶流动过程的影响。
借助本计量方法的应用，现在能在现场和实时地检测模具深入的深度。为此，可用如图8所示处理系统，对压印处理过程进行更精确的控制。例如，现在能够控制压印处理过程的速度和模具的挤入度。在图15，开始时在较低温度(～30℃)施加压力。在该低的温度下，模具挤入速度是低的。随后是增加温度(至～80℃)。光刻胶软化，模具挤入速度增加。图15表明，本计量学方法，通过检测压印处理过程中出现的处理条件变化的影响，能在现场提供压印处理过程的控制。当模具图只需部分地压入光刻胶需要的深度时，本计量学方法还提供停止压印处理过程的可能性，从而实现指定深入深度76的可能性。
应当指出，本发明的方法能使用广泛的各种测试图，包括一维或两维周期阵列，这些阵列包含足够小的周期，使基本上只有一级衍射。测试图还可以是三维结构的，或是一组非周期的线条。
照明的辐射可以基本是单色的，可以包括多种波长，也可以包括多种波长的组合。它可以是偏振的(线偏振或椭圆偏振)，可以是随机偏振的，也可以是非偏振的。照明可以按固定入射角照射，可以按变化的入射角扫描，也可以从多个光源照射。
本处理过程可以效果良好地用于监测广泛的各种压印处理过程参数，其中包括光刻胶中模具的挤入、模具相对衬底或工件的运动速度、可塑表面的粘滞性、表面的玻璃相变温度、表面材料对模具上线条的依从性、表面材料的固化速度、和表面材料的固化度。本处理过程还能提供表面材料流率的测量，而且借助应力灵敏的表面材料，能够提供表面材料应力的测量。本处理过程指出模具相对于衬底的位移、模具相对于衬底的平行度，还能提供压印处理过程均匀性的测量。
模具的测试线条可以与模具体是同一种材料，或者可以由不同材料构成，而可塑表面可以是与衬底一样的材料、与衬底不同的材料、或是复合层，如多层光刻胶。
工件可以承载一种或多种线条图，这些线条图是作为功能线条预先形成的，或作为测试线条预先形成的，这些线条可结合模具测试图使用。为了更精确或提供多种参数的监测，模具可以包括在工件上压印多种测试图线条。测量可以是静态的或时间分辨的。
虽然已经参照优选实施例说明本发明，但本领域熟练人员应当清楚，在不偏离本发明的精神和范围下，可以对本发明在形式上和细节上作出改变。
权利要求
1.一种在有可塑表面的工件的表面进行压印的方法中，实施监测或测量该方法的至少一个参数的方法，本方法包括的步骤有提供有模压表面的模具，用于压印一组线条，其中包括供测量用的测试图；对可塑表面进行压印，包括把模压表面压入可塑表面的步骤；至少在一部分压印步骤期间，用辐射照射测试图；监测或测量从测试图散射、反射、或透射的辐射的至少一个分量，以监测或测量压印的至少一个参数。
2.按照权利要求1的方法，其中的测试图包括一维或两维的周期性的阵列。
3.按照权利要求2的方法，其中阵列的周期足够地小，以使它的衍射基本上只有一级衍射。
4.按照权利要求1的方法，其中的测试图包括三维结构。
5.按照权利要求1的方法，其中的测试图包括一组非周期性的线条。
6.按照权利要求1的方法，其中的辐射基本上是单色的。
7.按照权利要求1的方法，其中的辐射包括多种波长或由多种波长组合的光。
8.按照权利要求1的方法，其中的辐射包括线偏振光。
9.按照权利要求1的方法，其中的辐射包括椭圆偏振光。
10.按照权利要求1的方法，其中的辐射包括非偏振光或随机偏振光。
11.按照权利要求1的方法，其中照明辐射的入射角是固定的。
12.按照权利要求1的方法，其中照明辐射的入射角是变化的。
13.按照权利要求1的方法，其中的辐射包括来自扫描光源或多个光源的光。
14.按照权利要求1的方法，其中辐射的至少一个分量，包括辐射的强度。
15.按照权利要求1的方法，其中辐射的至少一个分量，包括辐射的相位。
16.按照权利要求1的方法，其中压印的至少一个参数，是光刻胶中模具的挤入。
17.按照权利要求1的方法，其中压印的至少一个参数，是模具相对于衬底的运动速度。
18.按照权利要求1的方法，其中压印的至少一个参数，选自如下一组参数，包括表面的粘滞性、表面的玻璃相变温度、表面材料对模具上线条的依从度、表面材料的固化速度、和表面材料的固化度。
19.按照权利要求1的方法，其中压印的至少一个参数，是表面材料的流率。
20.按照权利要求1的方法，其中的表面材料是应力灵敏材料，且其中压印的至少一个参数，是表面材料的应力。
21.按照权利要求1的方法，其中侧向的压印的至少一个参数，是模具相对于衬底的位移。
22.按照权利要求1的方法，其中压印的至少一个参数，是模具相对于衬底的平行度。
23.按照权利要求1的方法，其中压印的至少一个参数，是压印处理过程的均匀性。
24.按照权利要求1的方法，其中模具的测试线条，是制作在与组成模具的材料不同的材料中。
25.按照权利要求1的方法，其中的可塑表面，包括多层的光刻胶。
26.按照权利要求1的方法，其中的工件载有一个或多个图，这些图可以与模具上的线条结合，用于监测和测量的目的。
27.按照权利要求1的方法，其中模压表面，包括多个供测量用的测试图。
28.按照权利要求1的方法，其中的测量是静态测量。
29.按照权利要求1的方法，其中的测量是时间分辨的测量。
30.一种计量学器械，用于在有可塑表面及一组线条的工件表面进行压印的方法中，实施监测或测量该方法的至少一个参数，该组线条包括供测量用的测试图，本器械包括照明系统，该照明系统至少在一部分压印步骤期间，用辐射照射至少一部分测试图；辐射检测系统，用于监测或测量从照射的测试图散射、反射、或透射的辐射中至少一个分量；和数据分析系统，用于分析检测的辐射分量，以提供压印方法的至少一个参数的测量。
31.一种光刻器械，包括压印器械，用于对有可塑表面及一组线条的工件表面进行压印，其中该组线条包括供测量用的测试图；权利要求30所述的计量学器械；和处理控制器，用于分析计量学器械的输出，并产生输出信号，以控制压印器械。
32.按照权利要求31的有双重用途照明单元的光刻器械，该双重用途照明单元提供计量学上的辐射，和提供改变可塑表面性质的辐射。
33.一种压印光刻术方法，用于在有可塑表面的工件表面上，压印模具图，本方法包括的步骤有提供有模压表面的模具，以便压印一组线条，其中包括供测量用的测试图；把靠近工件的模具，以模具的模压表面紧邻可塑表面放置；把模压表面压入可塑表面；和把模压表面与可塑表面分离，使模压表面的压印图留在可塑表面，其中，至少在一部分加压步骤期间，用辐射照射至少一部分测试图，并测量和分析从照射的测试图散射、反射、或透射的辐射的至少一个分量，以控制压印处理过程的至少一个参数。
34.按照权利要求33的方法，其中的加压是通过机械压力产生的。
35.按照权利要求33的方法，其中的加压是通过液压产生的。
36.按照权利要求33的方法，其中的加压是借助激光器对表面的辐射，使表面成为可塑的。
37.按照权利要求33的方法，其中的加压是用静电或磁力产生的。
38.按照权利要求33的方法，其中的至少一个分量，被用来产生反馈信号，供控制压印处理过程至少一个参数使用。
39.按照权利要求33的方法，其中压印处理过程中至少一个参数，选自如下一组参数，包括模具位置、工件位置、模具与工件之间的叠放对准、压印温度、压印压力、和压印持续时间。
全文摘要
一种在压印光刻术处理过程中测量或监测至少一个参数的处理过程，包括如下步骤提供具有用于压印测试图的表面的模具(方框A)；把测试图压印在可塑表面上(方框B)；照射测试图(方框C)；测量散射、反射、或透射的辐射中的分量，以监测压印的参数(方框D)；和可供选择地使用测量的辐射分量，控制处理过程的参数(方框E)。
文档编号H01S3/00GK1832846SQ200480022853
公开日2006年9月13日 申请日期2004年6月9日 优先权日2003年6月9日
发明者斯蒂芬·Y·舒, 余兆宁 申请人:普林斯顿大学知识产权和技术许可办公室