专利名称：光刻器件及方法
技术领域：
本发明涉及一种关于微米级或纳米级结构的光刻器件。特别地，本发明涉及基片或实物上的压印光刻。
背景技术：
微电子以及微机电不断地朝着愈来愈小的尺寸的趋势发展。一些最有趣的制作微米和亚微米结构的技术包括不同类型的光刻法。
光刻法典型地包括用光刻胶材料涂覆基片以在基片的表面上形成抗蚀层的步骤。然后，优选通过使用掩模板使抗蚀层在选择的部分处暴光于辐射。随后的显影步骤除去抗蚀层部分，从而在抗蚀剂内形成对应于掩模板的图案。抗蚀剂部分的去除暴露出基片表面，其可通过例如蚀刻、掺杂或镀金属进行处理。对于精密标度的复制，光刻法会受到依赖于所用辐射的波长的衍射的限制。为了制造小于50nm级的结构，主要要求光学系统的材料需要这样一个短波长。
一种可选择的技术是压印工艺。在压印光刻工序中，要形成图案的基片用可塑层覆盖。要转印到基片上的图案三维地预先确定在模具或模板上。使该模具与可塑层接触，并且优选地通过加热使该层软化。然后将该模具压入软化层，因此在可塑层内形成模具图案的印记。将该层冷却直到其变硬到令人满意的程度，随后将模具分开并移去。然后，可采用蚀刻在基片内复制模具图案。由于热膨胀，加热和冷却组合模具和基片的步骤可能会造成接合表面的移动。被压印的面积越大，实际的膨胀和收缩越大，这可能造成对越大表面面积的压印工序越困难。
Willson等人在美国专利6,334,960以及Mancini等人在美国专利6,387,787中已经提出了压印工艺的一种不同形式，通常称作步进式闪印光刻术(stepand flash imprint lithography)。类似于上面简述的压印工艺，这种工艺涉及具有构造表面的模板，该构造表面确定要转印到基片上的图案。该基片用可聚合流体层覆盖，模板压进该层内，从而使流体填满图案结构内的凹进。模板由对一定辐射波长范围透明的材料制成，该辐射波长用来聚合可聚合的流体，典型的为紫外(UV)光。通过模板向流体施加辐射，使流体固化。随后将模板移去，之后，将其图案复制在由聚合流体制成的固体聚合物材料层内。进一步处理将固体聚合物材料层上的结构转印到基片上。
德克萨斯州大学系统董事会的WO 02/067055公开了应用步进式闪印光刻术的系统。其中，该文献涉及步闪(step and flash)装置，也称作步进器(stepper)的大规模的实施。在这种装置中使用的模板具有透明材料的刚性本体，该透明材料典型地是石英。在步进器内，模板用弯曲件支撑，弯曲件允许模板绕着X轴和Y轴枢转，X轴和Y轴在平行于要压印的基片表面的平面内相互垂直。这种机构还包括用来控制模板和基片之间的平行性和间隙的压电致动器。然而，这样的系统不能够在单压印步骤里处理大面积的基片表面。市场上供应的步闪式系统是由Molecular Imprints，Inc，1807-C West Braker Lane，Austin，TX78758，U.S.A提供的IMPRIO 100。该系统具有25×25mm的模板图像面积，以及0.1mm的道宽。尽管该系统能够处理达到8英寸的基片晶片，然而压印工艺却必须借助于X-Y平移台，通过将模板提升，将其向侧面移动，以及再将其降到基片来不断地重复。另外，对每个这样的步骤，都必须进行可聚合流体的重新调整以及再次沉积。因此，该技术非常费时，而且并不适宜大规模生产。此外，除了重复的调整误差这些问题，以及对平移台的高精度需求外，这种技术还存在着不可能制造出比所述模板尺寸还大的连续结构的缺陷。总之，这就表明，这种技术的制造成本可能太高，从而不能使它用于精密结构器件的大规模生产。
发明内容
因此，本发明的目的就是提供为了改善包括微米或纳米级的三维特征的结构的生产的方法和装置。特别地，本发明的一个目的是提供改进的方法和装置，将如此构造的图案转印到具有大于一英寸宽度，甚至有8英寸直径、12英寸直径或更大的基片上。该目的的一个方面是提供更经济合算的和更通用的装置及相关工艺。
根据第一方面，该目的通过一种装置来实现，该装置用于从具有构造表面的模板将图案转印到具有辐射可聚合流体的表面层的基片，所述装置包括具有相对表面的第一主件和第二主件；用于调整所述主件之间的间距的装置；用于支撑所述模板和基片的支撑装置，所述模板和基片在所述间距内以所述构造表面面向所述表面层相互平行接合；设计用于向所述间距内发出辐射的辐射源；具有包括柔性膜的第一壁的空腔，该膜设计用于接合所述模板或基片；用于向所述空腔内存在的介质施加可调节的超压力的装置；以及具有面向所述间距的表面的加热器件。由于该柔性膜，在基片和模板之间的整个接触表面可以获得绝对均匀分布的力，因此以单压印步骤对大面积基片构图是可能的。
优选地，所述辐射源位于所述第一主件内，设计为从第一方向向所述间距发出辐射，并且所述加热器件位于所述第二主件内，使加热器件的所述表面从第二方向面向所述间距，所述第二方向与所述第一方向相反。
在一实施例中，所述加热器件包括连接到能源的加热元件。
在一实施例中，所述加热器件包括连接到冷却源的冷却元件。
优选地，所述介质包括气体或液体。
在一实施例中，所述介质包括空气。
在一实施例中，所述用于施加可调节的超压力的装置布置为将压力调节到1-500巴。
优选地，所述空腔由所述第一主件的表面的一部分、布置在所述第一主件表面内并且从第一主件表面突起的柔性密封件、以及接合所述密封件的所述膜来确定。
在一优选实施例中，所述膜与所述密封件可分离，并设计为通过从所述第二主件施加的压力而与所述密封件接合。
优选地，所述膜对于所述辐射的波长范围是透明的，所述辐射源位于所述膜后面。
在一实施例中，所述膜以及所述主件的所述表面的至少一部分对于所述辐射的波长范围是透明的，所述辐射源位于所述第一主件的所述表面的所述部分的后面。
在一优选实施例中，所述第一主件的所述表面的所述部分由石英、氟化钙或任何其他压力稳定材料制成，所述材料对所述辐射透明。
优选地，所述辐射源设计为发出至少在100-500nm的波长范围内的辐射。
在一优选实施例中，所述辐射源为空气冷却型，并设计为发出脉动辐射，所述脉动辐射具有0.5-10μs的脉冲宽度以及每秒1-10脉冲的脉冲频率。
在一实施例中，所述膜由聚合物材料组成。
在一优选实施例中，所述膜具有50-1000mm的直径或宽度。
在一实施例中，所述基片用作所述膜。
根据第二方面，本发明的目的通过从模板将图案转印到基片的方法完成，所述模板具有构造表面，所述基片具有辐射可聚合流体的表面层，包括步骤-在压印装置内，以所述构造表面面向所述表面层，在止动件和柔性膜的第一侧之间，布置所述模板和基片互相平行；-利用所述压印装置内的加热器件加热所述表面层；-向存在于膜的第二侧的介质施加超压力，用于将所述图案压印进所述层内，所述膜的第二侧与所述第一侧相对；以及-将所述层曝光于辐射，用于固化所述层。
在一优选实施例中，该方法进一步包括步骤-在将所述层曝光于辐射的步骤之后，通过从所述加热器件提供热能来烘干所述层。
优选地，所述介质包括气体或液体。
在一实施例中，所述介质包括空气。
优选地，该方法包括步骤-将所述膜安置得直接与所述模板或所述基片接合。
在一优选实施例中，该方法包括步骤-在所述止动件和密封件之间，在其边缘部分夹紧所述膜，由此为用于所述介质的空腔确定边缘壁。
优选地，该方法包括步骤-通过所述模板向所述层发出辐射，所述模板对聚合所述流体所用的辐射的波长范围透明；以及-通过与所述加热器件直接接触来加热所述基片。
可选择地，该方法可包括步骤-通过所述基片向所述层发出辐射，所述基片对聚合所述流体所用的辐射的波长范围透明；以及-通过与所述加热器件直接接触来加热所述模板。
在一优选实施例中，该方法包括步骤-通过所述膜向所述层发出辐射，所述膜对聚合所述流体所用的辐射的波长范围透明。
优选地，该方法包括步骤-通过所述膜以及对着所述膜的透明壁向所述层发出辐射，为用于所述介质的所述空腔确定后壁，所述后壁和膜对聚合所述流体所用的辐射的波长范围透明。
在一实施例中，暴光所述层的步骤包括步骤-从辐射源发出在100-500nm波长范围内的辐射。
在一优选实施方式中，该方法包括步骤-空气冷却所述辐射源，并发出脉冲辐射，所述脉冲辐射具有0.5-10μs范围内的脉冲宽度以及每秒1-10脉冲范围内的脉冲频率。
在另一实施例中，该方法包括步骤-在将所述模板和基片布置在所述止动件和所述柔性膜之间之前，将所述基片和模板夹在一起。
在又一实施例中，该方法包括步骤-在将所述层曝光于辐射之前，在所述模板和所述基片之间施加真空，以从所述表面层中抽出包含的空气。
根据第三方面，本发明的目的是通过从模板将图案转印到基片的方法实现的，所述模板具有构造表面，所述基片具有辐射可聚合流体的表面层，其中所述模板包括确定图案的突起，所述突起在外端具有不透明层，包括步骤-在压印装置内，以所述构造表面面向所述表面层，在止动件和柔性膜的第一侧之间，布置所述模板和基片互相平行；-利用所述压印装置内的加热器件加热所述表面层；-向存在于膜的第二侧的介质施加超压力，用于将所述图案压印到所述层内，所述膜的第二侧与所述第一侧相对；以及-在所述突起之间的部分处，将所述层曝光于辐射，用于固化所述层。
在一优选实施例中，该方法进一步包括步骤-在将所述层曝光于辐射的步骤之后，通过从所述加热器件提供热能来烘干所述层。
下面将参照附图对本发明进行详细描述，其中
图1-3示意地示出用于从模板向基片转印图案的主要工序，其中辐射通过透明模板施加，以固化在基片表面的可聚合流体；图4-6示意地示出用于从模板向基片转印图案的相应工序，其中辐射通过透明模板施加，以固化在基片表面的可聚合流体；图7示意地示出根据本发明的装置的实施方式，用于执行在图1-3或4-6中大体描述的工序；图8示意地示出图7的装置，在工序的初始步骤装载了模板和基片；图9示出图7和8在从模板向基片转印图案的运行工序中的装置；和图10-12示出根据本发明的压印工序的可选择的实施例。
具体实施例方式
本发明大体上涉及一种通过在基片表面创建模板表面结构的浮雕影像，将图案从模板转印到基片的方法。在该工序中，模板表面和基片表面大体上互相平行地布置，并且图案的转印通过将构造的模板表面压入设置在基片表面上的成形层来完成。将该成形层固化处理，从而迫使其形状类似于模板表面。此后，将模板从基片和该层移去，这时所述层成为模板的反转图形的复本。为了使转印的图案在基片上持久，可能需要进一步的处理。典型地，运用湿刻蚀或干刻蚀来有选择地刻蚀固化层下面基片的表面，由此将固化层内的图案转印到基片表面。这些是目前的工艺水平，并且在现有技术文献，例如前述的美国专利第6,334,960号中详细描述过。
图1-3示意地表示本发明的一个实施方式的实际图案转印步骤或压印步骤的基本工序。
图1中示出了模板10，该模板具有其中形成有三维突起和凹进的构造表面11，这些突起和凹进具有高度和宽度在1nm至几微米范围内的形体尺寸，并且都可以更小或更大。模板10的厚度典型地在10到1000μm之间。基片12具有表面17，该表面17大体平行于模板表面11布置，并在如图1所示的初始阶段时，两个表面之间具有中间的间距。基片12包括基底13，模板表面11的图案将转印到其上。虽然未示出，基片也可在基底13下方包括支撑层。在直接借助可聚合液体内的压印将模板10的图案转印到基片12上的工序中，所述液体可被作为直接位于基底表面17上的表面层14进行涂敷。在替代的实施方式中，用虚线表示，还使用例如聚合物的转印层15。这样的一些例子，以及在随后的将压印的图案转印到基底13上的工序中如何使用，也在US 6,334,960中描述。在包括转印层15的实施例中，基片表面17表示转印层15的上表面或外表面，其反过来布置在基底表面18上。
基片12安置在加热器件20上。加热器件20优选地包括例如铝之类金属的加热器本体21。加热器元件22连接到或包含在加热器本体21内，用于传递热能到加热器本体21。在一个实施例中，加热器元件22是插入加热器本体21的插座内的电侵入式加热器。在另一个实施例中，电加热线圈设置在加热器本体21的内部，或安装在加热器本体21的底面。在又一个实施例中，加热器元件22是加热器本体21内的成形通路，用于穿过所述通路传送加热流体。加热器元件22还设置有接头23，用于连接到外部能源(未示出)。在电加热的情况下，接头23优选通过电流接触连接到电源。对于具有成形通路以传送加热流体的实施例，所述接头23优选是用于连接到加热流体源的导管。加热流体可以是例如水或油。
加热器本体21优选地是一件例如铝、不锈钢或其他金属的金属铸件。另外，优选使用确定质量和厚度的本体21，以便实现加热器件20上部的均匀热量分布，其上部连接到基片12，以通过基片12从本体21传热到加热层14。对于压印2.5”基片所用的压印工序，采用至少2.5”，优选3”或更大直径、并具有至少1cm，优选至少2或3cm厚度的加热器本体21。对于压印6”基片所用的压印工序，采用至少6”，优选7”或更大直径、并具有至少2cm，优选至少3或4cm厚度的加热器本体21。加热器件20优选能使加热本体21加热到200-300℃的温度，虽然对于多数工序低温已经足够。
为了对层14提供可控的冷却，加热器件20还设有冷却元件24，该冷却元件24连接到或包括在加热本体21内，用于从加热器本体21传递热能。在优选实施例中，冷却元件24包括在加热器本体21内的一个或多个成形通路，用于传递冷却流体穿过所述一个或多个的通路。冷却元件24还设有接头25，用于连接到外部冷却源(未示出)。优选地，所述接头25是连接到冷却流体源的导管。所述冷却流体优选地是水，但是可选择地是油，例如绝缘油，或其他任何合适的冷却液。
可得到并可用于层14的可聚合或可固化流体的一些例子包括ZENphotonics，104-11 Moonj i-Dong，Yusong-Gu，Daejeon 305-308，South Korea的NIP-K17和NIP-K22。NIP-K17具有丙烯酸盐的主要成分，并在25℃时具有大约9.63cps的粘度。NIP-K22也具有丙烯酸盐的主要成分，并在25℃时具有大约5.85cps的粘度。两种物质都被设计在高于12mW/cm2的紫外辐射下暴露2分钟固化。
可得到并可用于层14的可聚合流体的另一个例子是Micro Resist TechnologyGmbH，Koepenicker Strasse 325，Haus 211，D-12555 Berlin，Germany的Ormocore。这种物质具有无机-有机混合聚合物的构成，不饱和，并具有1-3％的光聚合引发剂。在25℃时粘度为3-8mPas，并且该流体可在365nm波长，500mJ/cm2的辐射曝光下固化。可聚合材料的其它例子在US 6,334,960中提到过。
当沉积在基片表面上时，层14的厚度典型的为10nm-10μm，取决于涂敷的面积。可聚合流体可通过旋涂、辊涂、浸涂或类似方式涂敷。与现有技术的步闪式方法(step and flash method)相比，本发明的典型的优势在于聚合流体可旋转涂覆在整个基片上，这是一个有利且快速的过程。另一方面，步闪式方法必须通过在重复的表面部分进行滴落来采用重复的分配，因为该方法不能以单步式处理大的表面。
图1的箭头示出将模板表面11压入可聚合流体层14的表面16。在该步骤，加热器件20优选地用来控制层14的温度，以在层14的材料内获得合适的粘性。
图2示出模板表面11的结构如何在流体层14中进行压印，在流体层14处已经促使流体填满模板表面11内的凹进。在该图示的实施例中，模板表面11的最高突起并不会从上一直向下穿透到基片表面17。这可以有助于保护基片表面17，特别是保护模板表面11不受损伤。然而，在替代的实施例中，例如在包括转印层的实施例中，压印可以从上向下一直进行到转印层表面17。在图1-3示出的实施例中，模板由对预定波长或波长范围的辐射19透明的材料制成，该辐射可用于固化选择的可聚合流体。这样的材料可以是例如石英或各种形式的聚合物，取决于辐射波长。辐射19典型地在当模板10已经压入流体层14并且模板10和基片12适当地对准时施加。当暴露于辐射19时，可聚合流体的固化开始，以固化成固体14’，固体14’的形状由模板10决定。然而，加热器件20优选用来给层14’提供热量，以在模板10和基片12分开之前将层14’烤成固体。
之后，例如通过剥落和拉拔处理移去模板10。所成形固化的聚合物层14’保留在基片12上。基片及层14’的进一步处理的各种不同方法在此将不再给予任何详述，因为本发明本身既不涉及这样的进一步处理，也不依赖这样的进一步处理如何实现。
图4-6示意地表示本发明的另一替代实施例的实际图案转印步骤，或压印步骤的基本工序。与图1-3的实施方式实际仅有的不同在于在该实施方式中辐射19通过基片12而不是模板10施加，但是使用相同的参考标记。另外，加热器件20改为连接到模板10，用于通过模板10加热层14。此外，图4-6的加热器件20包括与图1-3的加热器件相同的特征，为此使用相同的参考标记。因此对图4-6的特征将不作进一步的说明。
图7示意地示出根据本发明的装置的一种优选实施例，可用于实现根据本发明的方法的实施例。应该注意，该图仅仅是示意性的，用来阐明其不同的特征。特别地，不同特征的尺寸的比例并不相同。
该装置100包括第一主件101和第二主件102。在该图示的优选实施例中，这些主件排列的以第一主件101在第二主件之上，在所述主件之间具有一可调间距103。当用图1-6所示的工序进行表面压印时，可能很重要的是将模板和基片在通常称作X-Y的平面内横向地正确对准。若在基片上先前已经存在的图案之上或邻近处进行压印，这是特别重要的。然而，对准的具体问题，以及克服这些问题的不同方法在此并未给出，然而如果需要当然可以与本发明相结合。
上面的第一主件101具有面向下的表面104，下面的第二主件102具有面向上的表面105。面向上的表面105，或其一部分基本上是平的，并且设置于板106上或形成板106的一部分，该板用作在压印工序中要使用的模板或基片的支撑结构，结合图8和9将更加详细地说明。加热器本体21设置于板106上或形成板106的一部分。加热器本体21形成加热器件20的一部分，并包括加热元件22，也优选地包括冷却元件24，如图1-6所示。加热元件22通过接头23连接到能源26，例如具有电流控装置的电源。另外，冷却元件24通过接头25连接到冷却源27，例如冷却流体储存器和泵，该冷却源27带有用于控制冷却流体的流动和温度的控制装置。
在图示的实施例中，用于调整间距103的装置设置有活塞件107，该活塞件107的外端连接到板106。活塞件107可替换地连接到圆柱件108，该圆柱件108优选与第一主件101保持固定的关系。如图中箭头所示，用来调整间距103的装置被设计成通过基本垂直于大体平坦的表面105，即沿Z方向的运动，来移动第二主件102接近或远离第一主件101。移动可手动完成，但优选采用液压或气动的装置来辅助完成。该图示的实施例在这方面可以许多方式变化，例如改成将板106附着在围绕固定活塞件的圆柱件上。另外，应当注意，主要采用第二主件102的移动，来装卸带有模板和基片的装置100，并在初始工作位置处调整该装置。然而，如下面将描述的，在图示的实施例中，第二主件102的移动优选不包括在实际压印工序本身中。
第一主件101包括边缘密封件108，环绕着表面104。优选地，密封件108是环状密封，例如O形环，但是可替换地包括多个相互连接的密封件，共同形成连续密封108。密封件108布置在表面104外表上的凹进109内，优选地与所述凹进可分离。该装置进一步包括辐射源110，在图示的实施例中，辐射源110布置在第一主件101内，在表面104后面。辐射源110可连接到辐射源驱动器111，该辐射源驱动器111优选地包括或连接到能源(未示出)。辐射源驱动器111可包括在装置100内，或者是一个外置可连接件。邻近辐射源110布置的表面104的表面部分112由一种对辐射源110的一定波长或波长范围的辐射透明的材料形成。这样，从辐射源110发出的辐射通过所述表面部分112，向着第一主件101和第二主件102之间的间距103发射。用作窗口的表面部分112可以由可得到的、用于CD/DVD原版盘制作的熔融硅石、石英或玻璃形成。
在操作时，该装置100还设有柔性膜113，该柔性膜113基本上是平的，并接合密封件108。在一个优选实施例中，密封件113是与密封件108分离的部件，并且仅仅通过从板106的表面105施加反压与密封件108接合，如下将加以说明。然而，在替代的实施例中，膜113例如借助于接合剂，或作为密封件108的主要部分粘附到密封件108上。另外，在这样的可选择实施例中，膜113可稳固的粘附到主件101上，而密封件108布置在膜113的外表上。对于例如图示的实施例，膜113也可由一种对辐射源110的一定波长或波长范围的辐射透明的材料形成。这样，从辐射源110发出的辐射通过所述空腔115及其边界壁104和113，传输进间距103。对于图7-9的实施方式，膜113的可用材料的例子包括聚碳酸脂、聚丙烯、聚乙烯。膜113的厚度可以典型的为10-500μm。
导管114形成在第一主件101内，用于让流体介质传到由表面104、密封件108和膜113确定的空间，该空间用作所述流体介质的空腔115。导管114可连接到压力源116，例如泵，该压力源116可以位于装置100的外部或是装置100的内装部分。压力源116设计用来向包含在所述空腔115内的流体介质施加可调的压力，特别是超压力。一个实施例，例如如图示的这样，适合使用气压介质。优选地，所述介质是由包含空气、氮和氩的组中选出的。如果换成使用液体介质，优选地使膜粘附在密封件108上，这样的液体可以是液压油。
图8示出图7的装载用于光刻工艺的基片和模板的装置的实施例。为了更好的理解该图，同样参考图1-3。第二主件102从第一主件101向下移动，以打开间距103。如图1-6所示，模板或者基片对于辐射源110的一定波长或波长范围的辐射是透明的。图8所示的实施例示出了在基片12上装载了透明模板10的装置。基片12以其背面放置在加热器本体21的表面105上，该加热器本体21放置在第二主件102上或其内。从而，基片12的基片表面17具有面向上的可聚合流体层14。为了简单起见，如图1-6所示的加热器件20的所有特征未在图8中示出。模板10以其构造表面11面向基片12放置在基片12上或邻近基片12。可以设置使模板10与基片12对准的装置，但是未在此示意图中示出。然后，将膜113放置在模板10上。对于其中将膜113粘附到第一主件上的实施例，当然实际上可以省去在模板上设置膜113的步骤。图8中，将模板10、基片12和膜113完全分开的示出仅仅为了清楚，而在实际情况中它们会堆叠在表面105上。
图9示出装置100的工作位置。第二主件102已经提升到一个位置，在该位置处，膜113夹在密封件108和表面105之间。实际上，模板10和基片12非常薄，典型的仅仅为几分之一毫米，而膜113的实际弯曲度如图示那样是最小的。尽管如此，表面105可任选地设计为具有突起的边缘部分，该边缘部分在接近其通过膜113接触密封件108的地方，用于补偿模板10和基片12的组合厚度。
一旦主件101和102相啮合夹紧膜113，空腔115密封。然后压力源116设计为向空腔115内的流体介质施加超压力。空腔115内的压力通过膜113传送到模板10，其被压向基片12，以在可聚合流体层14内压印模板图案，参照图2。由于层14的聚合物材料在工作温度下，典型地为20至25℃之间的室温，具有足够的粘性，因此压印可直接完成。然而，某些类型的聚合物需要预先加热以超过其玻璃化转变温度TG，该玻璃化转变温度TG大约为60℃。这样的聚合物的一个例子是Micro Resist Technology的MRL 6000。当使用这样的聚合物时，具有组合的辐射和热性能的装置100是特别有用的。将加热器件20开动，利用加热器本体21，通过基片12加热聚合层14，直到超过TG。然后将空腔115内的介质压力增加到5-500巴，有利地到5-200巴，优选地到5-100巴。从而，模板10和基片12用相应的压力压在一起。由于柔性膜113，在基片和模板之间的整个接触表面上获得绝对均匀分布的力。从而使模板和基片相对彼此绝对平行地布置，由此消除基片或模板的表面的任何不均匀性的影响。
当利用施加流体介质压力将模板10和基片12聚集在一起时，开动辐射源发出辐射19。辐射透过作为窗口的表面部分112，透过空腔115、膜113和模板10发射。辐射在可聚合流体层14内被部分或全部吸收，因此借助于压力和膜辅助的压缩，该流体层在模板10和基片12之间完全平行布置的情况下固化。辐射曝光时间取决于层14内流体的类型和数量、与流体类型相组合的辐射波长，以及辐射能的类型和数量。
固化这类可聚合流体的特征本身是众所周知的，而提及的参数的相关结合对本领域技术人员来说同样是公知的。一旦流体固化形成层14’，进一步的曝光就不会有很大的效果。然而，取决于可聚合流体的类型，在150-160℃高温的后烘干可能需要0.5-1小时的时间周期。通过根据本发明的装置100，后烘干可在压印机100内完成，这意味着不需要把基片从装置取出并放进单独的烤箱内。这节省了一道工序，从而可以在压印工艺中节省时间和成本。对于MRL 6000的例子，后烘干典型地在100-120℃下进行大约10分钟。通过进行后烘干步骤，同时模板10仍然保持向基片12的选择压力，层14内的所得到的构造图案仍然可以达到较高的精确度，从而可以生产出较精细的结构。在压缩条件下可能的后烘干以及曝光时间之后，取决于辐射和材料的选择，以及可聚合层的尺寸，将空腔115的压力减小，并将两个主件101和102彼此分离。在一个实施例中，加热器件20的冷却元件24可在分离之前首先用于冷却基片12和模板10。之后基片12和模板10彼此分离。之后，基片根据先前已知的压印光刻经进一步的处理。
图8和9示出类似于图1-3的工艺。应再次注意，模板10连同透明基片12可以替代地设置在加热器本体21的表面105上，并且基片位于模板10之上，如图4-6所示。
图10-12示出根据本发明一个实施例，使用装置100的一种替代方法。相同的参考标记用于如图1-3相同的特征。然而，在图10-12的工艺中，使用透明模板200，优选地由玻璃或石英制成。模板200具有面向基片12的构造表面，突出的确定图案的突起201具有覆盖着突起201外端面的不透光层202。优选地，层202为金属层。在一个优选实施例中，借助于首先向模板表面的选择区域施加金属掩模202来制造模板200，在蚀刻工艺后，模板表面的选择区域被用于确定掩模部分之间的凹槽。与在蚀刻工序后移去掩模相反，掩模202保持在模板上以确定模板突起201的的不透明外端面。通过利用该工艺制造模板200，也可确保突起201的外端面达到接近完全平坦的共面，因为模板制造工艺从具有平面的平样板体开始。应该注意，为了易于理解的目的，图1-12所示的尺寸被放大。例如，层202可能仅仅是几个原子单层厚。
图10中，模板200压入基片12上的层214内，优选地通过使用参考图7-9中描述的装置。在这种情况下，层214是紫外线可固化(UV-curable)的负性抗蚀剂聚合物，其可以是任何的已知类型。由于如上所述使用膜和气压的压印技术，在模板200和基片12的整个接合面上可以获得均匀压力。优选地，模板200压入层214，使得突起201的外端极为接近基片层17，优选地仅仅几纳米。在一个实施例中，加热器件20被用来通过基片12预加热层214，以使层214的聚合物超过玻璃化转变温度。
在图11中，辐射19通过模板200向基片12施加。到达层202的辐射停止并反射，不会到达层部分214’。然而，在突起201之间放射的辐射将到达层214，并在层部分214”开始硬化或固化工艺。然后，优选地，使用加热器件20进行烘干工艺，从而完成固化工艺。
在图12所示的步骤中，压印后，模板200从基片12分离并移去，离开层214。在这种情况下，基片12暴露于负性抗蚀剂显影流体。流体的精确类型可以是任何已知的形式，尽管本领域技术人员认识到显影剂形式的选择必须取决于使用的抗蚀剂聚合物。显影剂将仅仅除去未暴露于辐射的部分214’，该部分仍旧仅仅以非常薄的层保留在由突起201形成的聚合层内的凹进的底部。现有技术工艺中必须应用抛光和蚀刻工艺来除去在凹进处留下的聚合物部分214’，然后使其硬化，与现有技术工艺相比，本工艺更加容易和快速。另外，被构图的聚合物层14的抛光和蚀刻将从层214的所有部分，即部分214’和214”除去材料，而本发明所提出的的方法仅仅除去未暴露于辐射的部分214’。
根据发明的一个实施例的系统，进一步包括机械夹紧装置，用于将基片12和模板10夹在一起。这在具有外部对准系统的实施例中是特别优选的，该外部对准系统用于在图案转印之前对准基片和模板，在该系统中，包括模板和基片的对准的堆叠必须转到压印装置内。该系统也可包括用于在模板和基片之间施加真空的装置，以在通过紫外线照射硬化可聚合流体之前，从堆叠的夹层结构的可聚合层抽出包含的空气。
在一个优选实施例中，在压印工序后，模板表面11优选地用防粘层处理，以防止固化的聚合物层14’粘到其上。这种防粘层的一个例子包括含氟组(fluorine-containing group)，如在由本发明的发明人之一发明的WO03/005124中提到的。WO 03/005124的内容也在此作为参考引入。
具有透明模板，已经由发明人成功试验的本发明的第一方式，包括硅基片12，该硅基片由具有1μm厚度的NIP-K17的层14覆盖。玻璃或熔融的硅石/石英制成并具有600μm厚度的模板已经被使用。
具有透明模板，已经由发明人成功试验的本发明的第二方式，包括玻璃或熔融的硅石/石英的基片12，该基片由具有1μm厚度的NIP-K17的层14覆盖。例如镍或硅的模板已经被使用，具有大约600μm的厚度，当然任何其他适合的不透明材料也能使用。
在利用膜113以5-100巴的压力压缩约30秒之后，将辐射源110打开。辐射源110典型地设计为至少在紫外区域内，400nm以下发射。在优选实施例中，采用具有200-1000nm发射光谱范围的空气冷却氙气灯作为辐射源110。该优选的氙气类型辐射源110提供1-10W/cm2的辐射，并设计为闪烁1-5μs的脉冲，具有每秒1-5脉冲的脉冲频率。在一个替代的实施例中，使用连续模式的UV源。石英窗口112形成在表面104内，用于使辐射通过。曝光时间优选地在1-30秒之间，用于将流体层14聚合为固体层14’。在成功曝光之后，降低第二主件102到一个位置，类似于图8的位置，接着模板10和基片12从装置移开，用于分离并进一步处理基片。
本发明公开的装置和方法特别地有利于单步地进行大面积压印，与先前已知的步进式闪印方法相比，具有同样巨大的好处。由于膜转印的流体压，本发明可用于8英寸、12英寸、甚至更大盘的基片的单步压印。即使具有大约400×600mm甚至更大尺寸的完全平坦的平板显示器也可以用本发明的单压印和暴光步骤来构图。因此，本发明提供一种技术，第一次地使辐射辅助的聚合压印能够有助于大规模的生产。本发明可用作在基片上形成图案，用于制造例如印刷接线板或电路板、电子电路、微机械或电动结构、磁和光存储介质等。根据本发明的装置当然也可仅仅使用辐射源，或改为仅仅使用加热器件。
本发明通过所附的权利要求确定范围。
权利要求
1.将图案从具有构造表面的模板转印到带有辐射可聚合流体的表面层的基片的装置，所述装置包括具有相对表面的第一主件和第二主件；用于调整所述主件之间的间距的装置；用于支撑所述模板和基片的支撑装置，所述模板和基片在所述间距内以所述构造表面面向所述表面层相互平行接合；设计用于向所述间距内发出辐射的辐射源；具有包括柔性膜的第一壁的空腔，该膜设计用于接合所述模板或基片；用于向所述空腔内存在的介质施加可调节的超压力的装置；以及具有面向所述间距的表面的加热器件。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述辐射源位于所述第一主件内，设计用来从第一方向向所述间距内发出辐射，并且所述加热器件位于所述第二主件内，所述加热器件的所述表面从第二方向面向所述间距，所述第二方向与所述第一方向相反。
3.如权利要求1或2所述的装置，其中，所述加热器件包括连接到能源的加热元件。
4.如权利要求3所述的装置，其中，所述加热器件包括连接到冷却源的冷却元件。
5.如在前权利要求的任何一个所述的装置，其中，所述介质包括气体。
6.如权利要求5所述的装置，其中，所述介质包括空气。
7.如在前权利要求的任何一个所述的装置，其中，所述用于施加可调节的超压力的装置布置为将压力调节到1-500巴。
8.如在前权利要求的任何一个所述的装置，其中，所述空腔由所述第一主件的表面的一部分、布置在所述第一主件表面内并且从第一主件表面突起的柔性密封件、以及接合所述密封件的所述膜来确定。
9.如权利要求8所述的装置，其中，所述膜与所述密封件可分离，并设计用来通过从所述第二主件施加压力而与所述密封件接合。
10.如在前权利要求的任何一个所述的装置，其中，所述膜对于所述辐射的波长范围是透明的，所述辐射源位于所述膜后面。
11.如权利要求8所述的装置，其中，所述膜以及所述第一主件的所述表面的至少一部分对于所述辐射的波长范围是透明的，所述辐射源位于所述第一主件的所述表面的所述部分的后面。
12.如权利要求8所述的装置，其中，所述第一主件的所述表面的所述部分由石英、氟化钙或任何其他压力稳定材料制成，所述材料对所述辐射透明。
13.如在前权利要求的任何一个所述的装置，其中，所述辐射源设计用来发出至少在100-500nm波长范围内的辐射。
14.如权利要求10所述的装置，其中，所述辐射源设计用来发出脉动辐射，所述脉动辐射具有0.5-10μs的脉冲宽度以及每秒1-10脉冲的脉冲频率。
15.如在前权利要求的任何一个所述的装置，其中，所述膜由聚合物材料制成。
16.如在前权利要求的任何一个所述的装置，其中，所述膜具有50-1000mm的直径或宽度。
17.如在前权利要求的任何一个所述的装置，其中，所述基片用作所述膜。
18.从具有构造表面的模板将图案转印到带有辐射可聚合流体的表面层的基片的方法，包括步骤-在压印装置内，以所述构造表面面向所述表面层，在止动件和柔性膜的第一侧之间，布置所述模板和基片互相平行；-利用所述压印装置内的加热器件加热所述表面层；-向所述膜第二侧处存在的介质施加超压力，用于将所述图案压印进所述层内，所述膜的第二侧与所述第一侧相对；以及-将所述层曝光于辐射，用于固化所述层。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包括步骤-在将所述层曝光于辐射的步骤之后，通过从所述加热器件提供热来烘干所述层。
20.如权利要求18或19所述的方法，其中，所述介质包括气体。
21.如权利要求20所述的方法，其中，所述介质包括空气。
22.如在前权利要求18-21的任意一个所述的方法，包括步骤-将所述膜安置得直接与所述模板或所述基片接合。
23.如权利要求18所述的方法，包括步骤-在所述止动件和密封件之间，在其边缘部分夹紧所述膜，由此为用于所述介质的空腔确定边缘壁。
24.如权利要求18所述的方法，包括步骤-通过所述模板向所述层发出辐射，所述模板对聚合所述流体所用的辐射的波长范围透明；以及-通过与所述加热器件直接接触来加热所述基片。
25.如权利要求18所述的方法，包括步骤-通过所述基片向所述层发出辐射，所述基片对聚合所述流体所用的辐射的波长范围透明；以及-通过直接与所述加热器件接触来加热所述模板。
26.如在前权利要求18-25的任意一个所述的方法，包括步骤-通过所述膜向所述层发出辐射，所述膜对聚合所述流体所用的辐射的波长范围透明。
27.如在前权利要求18-26的任意一个所述的方法，包括步骤-通过所述膜以及对着所述膜的透明壁向所述层发出辐射，为用于所述介质的所述空腔确定后壁，所述后壁和膜对聚合所述流体所用的辐射的波长范围透明。
28.如在前权利要求18-27的任意一个所述的方法，其中，曝光所述层的步骤包括步骤-从辐射源发出100-500nm波长范围内的辐射。
29.如权利要求28所述的方法，包括步骤-发出脉冲辐射，所述脉冲辐射具有0.5-10μs范围的脉冲宽度以及每秒1-10脉冲范围内的脉冲频率。
30.如在前权利要求18-29的任意一个所述的方法，包括步骤-在将所述模板和基片布置在所述止动件和所述柔性膜间之前，将所述基片和模板夹在一起。
31.如权利要求18所述的方法，包括步骤-在将所述层曝光于辐射之前，在所述模板和所述基片之间施加真空，以从所述表面层抽出包含的空气。
32.从具有构造表面的模板将图案转印到带有辐射可聚合流体的表面层的基片的方法，其中所述模板包括用来确定图案的突起，所述突起在外端具有不透明层，所述方法包括步骤-在压印装置内，以所述构造表面面向所述表面层，在止动件和柔性膜的第一侧之间，布置所述模板和基片互相平行；-利用所述压印装置内的加热器件加热所述表面层；-向存在于膜的第二侧的介质施加超压力，用于将所述图案压印进所述层内，所述膜的第二侧与所述第一侧相对；以及-在所述突起之间的部分处，将所述层曝光于辐射，用于固化所述层。
33.如权利要求32所述的方法，进一步包括步骤-在将所述层曝光于辐射的步骤之后，通过从所述加热器件提供热来烘干所述层。
全文摘要
从具有构造表面的模板(10)将图案转印到带有辐射可聚合流体(14)的表面层的基片(12)的装置和方法。所述装置包括具有相对表面(104；105)的第一主件(101)和第二主件(102)；用于调整所述主件之间的间距(115)的装置；用于支撑所述模板和基片的支撑装置(106)，所述模板和基片在所述间距内以所述构造表面面向所述表面层相互平行接合；设计用于向所述间距发出辐射的辐射源(110)；具有包括柔性膜(113)的第一壁的空腔(115)，所述膜(113)设计用于接合所述模板或基片；以及用于向存在于所述空腔内的介质施加可调节的起压力的装置(114；116)，因此，在基片和模板之间的整个接触表面获得均匀分布的力。所述装置进一步包括具有面向所述间距的表面的加热器件，用于加热各流体层(14)。
文档编号H01L21/00GK1700100SQ20051008175
公开日2005年11月23日 申请日期2005年4月29日 优先权日2004年5月7日
发明者B·海达里, M·贝克 申请人:奥博杜卡特股份公司