基片支承系统和方法

专利名称：基片支承系统和方法
基片支承系统和方法
背景技术：
本发明的领域一般涉及用于基片的支架。本发明更具体涉及适用于刻印平
板印刷(imprint lithography)的卡盘。
微加工涉及非常小的结构(例如具有微米级或更小的特征的结构)的加工。 微加工中一个已具有相当大的影响的领域是集成电路制造。由于在基片上每单 位面积中所形成的电路数量持续增加的同时，半导体加工工业还一直在力图获 得更高的产率，微加工变得越来越重要。微加工提供更大程度的过程控制，同 时能够更大程度地减小所形成结构的最小特征尺寸。已经开发采用微加工的其 他领域包括生物技术、光学技术、机械系统等。许多微加工技术包括各种工艺， 这些工艺包括沉积，例如化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积等；还包 括对图案基片的湿蚀刻和/或干蚀刻技术。
除了标准微加工技术以外，还存在被称为刻印平板印刷的较新颖而高效的 图案形成技术。在大量公开出版物中详细描述了示例性的刻印平板印刷，例如 名为"用于刻印平板印刷法的高精度定向排列和间隙控制台(HIGH PRECISION ORIENTATION ALIGNMENT AND GAP CONTROL STAGE FOR IMPRINT LITHOGRAPHY PROCESSES)"的美国专利第6,873，087号；名为"包括定位 标记的亥!J印平板印刷模板 (IMPRINT LITHOGRAPHY TEMPLATE COMPRISING ALIGNMENT MARKS)"的美国专利第6,842,226号；名为"用 于室温低压微米和纳米刻印平板印刷的模板(TEMPLATE FOR ROOM TEMPERATURE, LOW PRESSURE MICRO-AND NANO- IMPRINT LITHOGRAPHY)"的美国专利第6,696,220号；以及名为"步进和快速刻印平 板印刷(STEP AND FLASH IMPRINT LITHOGRAPHY)"的美国专利第 6,719,915号，所有这些专利均转让给本发明的受让人。上述公开的专利申请中 所述的基本刻印平板印刷技术包括在可聚合的层中规划形成浮雕图案，然后将 该浮雕图案转移到下面的基片上，在基片中形成浮雕图案。为此，使用与基片 隔开的模板，在模板和基片之间具有可成形液体。所述液体固化形成固化层，在此固化层中记录下了与液体接触的模板表面形状相一致的图案。然后对基片 和固化层进行处理，向基片中转移入与固化层中的图案相一致的浮雕图案。
上述微加工技术的结果是，由于所形成特征结构的尺寸的不断减小，提高 了对确保进行处理/形成图案的基片的平整度/平面度的要求。有许多影响基片 平面度的因素，其中许多因素可通过常规基片卡盘进行校正。然而，背面颗粒， 即与形成图案的表面的相背面接触的颗粒的存在是一个问题。例如，颗粒可能 会积聚在基片和卡盘之间，即所谓背面颗粒，它们可能会造成基片的平面外畸 变，使基片上产生的图案造成畸变。平面外畸变可通过两个参量进行表征1)
畸变高度；2)间隙半径。畸变高度定义为背面颗粒在基片中造成的最大平面外偏
差。间隙半径定义为基片与卡盘相隔开的区域的长度的测量值，所述测量值是 在颗粒以及基片上最接近该颗粒的、基片与卡盘接触的一点之间测量。应该意 识到，由于存在颗粒污染物而发生畸变的基片的面积远大于颗粒的尺寸。
尝试克服颗粒污染物的现有技术包括销形卡盘和凹槽型卡盘。这些卡盘系 统尝试通过使基片和卡盘之间的接触面积最小化，以避免背面颗粒带来的缺 陷。然而，这些卡盘系统仅仅是减小了颗粒在卡盘和基片之间积聚的可能性, 但是如果颗粒在卡盘和基片之间积聚的时候，这些卡盘系统无法避免或减小非 平面性。
因此，人们需要提供改进的基片支承系统。

发明内容
本发明包括一种基片支承系统，该系统特征为一卡盘体(chuck body)，
该卡盘体具有从中延伸出销的体表面，这些销具有位于一平面内的接触面，所 述销与卡盘体可移动地连接，从而相对于所述平面移动。因此，该基片支承系 统即使不能避免也可减小由于存在颗粒污染物在基片中造成的非平面性。这是 通过制造具有顺应性的销，使得销能够发生移动，容纳颗粒的存在，从而在基 片中充分保持平面性而完成的。下文中将更详细地讨论这些实施方式和其它的 实施方式。
附图简述
图l是本发明平板印刷系统的透视图2是

图1所示平板印刷系统的简化正视图，该系统用来形成根据本发明的具有图案的刻印层；
图3是图2所示模具和基片的简化的截面图，其中基片上的刻印层已经固
化；
图4是根据本发明一个实施方式，用于图l所示卡盘系统的卡盘体的俯视
图5是图4所示的卡盘体沿直线5-5的截面图6是一个图5所示的销单元60在中性状态下的截面详图7是一个图6所示的销单元60在受负荷状态下的截面详图8是图6所示销单元的示意图9是图7所示销单元的示意图10是图4和图5所示卡盘体的分解简化透视图11是图10所示卡盘体区域的透视详图12是图11所示底层一部分区域的透视详图13是图12所示区域的俯视图14是图13所示区域沿直线14-14的横截面图15是图11所示销层的一部分区域的透视详图16是图15所示区域的俯视图17是图16所示的区域沿直线17-17的横截面图。
发明详述
图I显示了根据本发明一个实施方式的平板印刷系统IO，该系统10包括一 对互相隔开的桥式支架12，在这对桥式支架12之间延伸着桥14和台座(stage support) 16。桥14和台座16互相隔开。刻印头18与桥14相连接，该刻印头18从 桥14向台座16伸出。台座16上安装有面对刻印头16的运动台20。运动台20设计 成相对于台座16沿X轴和Y轴运动，也可沿Z轴运动。能量源(source) 22与系 统10连接，用来产生光化能，以及将光化能投射到运动台20上。如图所示，能 量源22与桥14连接。
同时参见图1和图2，模板24与刻印头18相连，该模板24上具有形成图案的 模具26，所述模具26如果不是平整的，则可以是具有图案的或基本平坦的。在 美国专利第6696220号中揭示了一种示例性的模板24，该专利参考结合入本文 中。在此实施例中，模具26形成图案，使其包括大量被多个间隔的凹陷28和凸
5起30所形成的特征结构。凸起30具有宽度Wh凹陷28具有宽度W2，这两种宽度 都是沿着与Z轴横切的方向测量的。这多个特征结构限定出了原图案，该原图 案形成了转移到位于运动台20上的基片32中的图案的基础。为此，刻印头18适 于沿Z轴运动，改变具有图案的模具26和基片32之间的距离"d"。或者与刻印 头18联动，运动台20可使模板24沿Z轴运动。通过这种方式，可以将具有图案的 模具26中的特征结构刻印到基片32的可流动区域中，这在下文中将进行更详尽 的讨论。设置能量源22，使得具有图案的模具26位于能量源22和基片32之间。 因此，采用允许该模具26能够充分透过能量源22所产生的能量的材料制造所述 具有图案的模具26。
下面来看图2，用可选择性固化的可成型材料在基片32上形成图案。为此， 在模具26和基片32之间设置可聚合材料，如图所示，该可聚合材料为大量分离 的离散液滴38。尽管图中所示的可聚合材料为大量液滴38的形式，但是可使用 任何已知的技术沉积所述可聚合材料，这些技术包括旋涂技术或芯吸技术 (wicking technique)。在美国专利第5719915号中讨论了一种示例性的芯吸技 术，该专利参考结合入本文中。这些可聚合材料可以选择性地聚合和交联，在 基片32上记录下其中原图案的逆像，即图3所示的刻印层34。然后可采用合适的 蚀刻法将所需的图案转移到基片32上。关于这一点，术语"基片"广义地包括 裸半导体晶片，该晶片上可具有或不具有原有的氧化层，或者具有己有的层， 例如由购自美国密苏里州、Rolla的Brewer Science, Inc.的商品名为DUV30J-6的 材料形成的底漆层。
下面来看图2和图3，刻印层34中记录下的图案部分是通过液滴38与基板32 和具有图案的模具26都发生机械接触而形成的。因此，减小了距离"d"，使得 液滴38能够与基板32发生机械接触，以使得形成的刻印层34在基片32的表面36 上形成连续的刻印材料。在一个实施方式中，距离"d"减小到使得刻印层34 的子部分(sub-portion) 46进入凹陷28，并填充凹陷28。
在此实施方式中，当达到所需的、通常是最小的距离"d"之后，与凸起30 向重叠的刻印层34的子部分48得以保留，留下了具有厚度ti的子部分46和具有 厚度t2的子部分48。厚度t2被称为残留厚度。根据用途，厚度"t,"和"t2"可 以是任何所需的厚度。液滴38所包括的总体积可以是在获得所需厚度tl和t2 的同时，使得延伸超过与据有图案的模具26相重叠的表面36区域的材料40的量 最小化，或者避免材料40超过该区域。参见图2和图3，在达到所需距离"d"之后，能量源22产生光化能，使得可 聚合材料聚合和交联，形成含有交联聚合的材料的层34。具体来说，层34发生 固化，其据有形状与具有图案的模具26的表面50的形状相一致的侧面36。从而 形成具有凹陷52和凸起54的刻印层34。形成刻印层34之后，增大距离"d"，使 得具有图案的模具26和刻印层34分离。该过程可重复若干次，在基片32的不同 区域上形成图案(图中未显示)，这被称为分布重复工序。
下面来看图1、4和5，运动台20包括位于其上的用来支承基片32的卡盘系统 57,该系统包括具有被边缘62所围绕的多个销单元60的主体(body) 58。具体 来说，主体58包括被边缘62所围绕的表面64。销单元60包括从表面64延伸出来 的销61。销61包括位于平面P中的一对相隔离的接触表面66。边缘62的顶端表 面68位于平面P中。当置于边缘62顶上的时候，基片32在表面64和基片32之间 形成了一个室(图中未显示)，销61置于该室内(图中未显示)。可以设置与该室 (图中未显示)流体连接的泵(图中未显示)，对该室进行抽气，将基片32的 周缘牢固地固定在边缘62上，形成密封。由该密封结构围绕的基片32的剩余部 分被销61所支承。
参见图4和图6，设计了一个或多个销单元60以使得与基片32的接触面积最 小化。因此， 一个或多个销61具有T形的横截面，该T形截面包括十字部件70， 该交叉部件70具有一对从其中延伸出来并终止于接触面66的隔开的接触槽脊 (land) 72，在槽脊72之间形成凹陷74。凹陷74包括最低表面76。与最低表面 76相背的十字部件70的底部78被挠性杆80所支承。 一对相对的侧面82从底部78 开始延伸，止于接触面66。从各个侧面82背离凹陷74向外延伸的是挠性侧面84。 具体来说，各个挠性侧面84在侧壁86和一个侧面82之间延伸。各个侧壁86从支 承区域88开始延伸，止于表面卯。表面90与基片32相隔开，在此实施例中，与 最低表面76位于同一平面内。基底区域88在相对的侧壁86之间延伸。挠性杆80 在基底区域88和底部78之间延伸。
设计销单元60以使得接触槽脊72均匀分担位于销61上的基片32所施加的 作用力。通过这种方式，将施加给特定销单元60的负荷传递到基座，即基底区 域88。因此当施加"均匀垂直负荷"的时候，每个销单元60像一个普通的销式 卡盘一样运作。然而，与常规的销式卡盘机构不同，在非均匀负荷的情况下，例 如当基片32和一个或多个接触槽脊72之间具有颗粒污染物92的时候， 一个或多 个销61变得具有顺应性。具体来说，挠性杆80和挠性侧面84发生烧曲，使得销61具有顺应性。这即使不能消除，也可以使由于颗粒污染物92的存在造成的基 片32中的非平面性最小化。因此，需要各接触槽脊72的卨度(在最低表面76和 接触面66之间进行测量)不小于预期的颗粒污染物的最大尺寸。因此，从图7 可以更清楚地看出，当接触面66和基片32之间存在颗粒污染物92的情况下，十 字部件70发生移动，以免基片32中由于颗粒污染物而产生非平面性。
这一部分是通过使各个销单元60的各个元件确定相对抗弯刚度，以获得所 需的销61的移动而完成的。例如挠性杆80的抗弯刚度小于十字部件70或挠性 侧面84的抗弯刚度。十字部件70的抗弯刚度显著大于挠性侧面84。因此，十字 部件70被看做刚性体。通过如上所述在部件中建立相对抗弯刚度，十字部件70 绕远处轴(remote axis)，即与十字部件70隔开的轴旋转。如图所示，各种轴 93、 94、 95、 96、 97、 98、 99、 100、 101、 102、 103、 104、 105、 106和107可 作为远处轴，对于给定的销61，轴93、 94、 95、 96、 97、 98、 99、 100、 101、 102、 103、 104、 105、 106和107取决于颗粒污染物92的尺寸和当时的构型，即 所设定的挠性杆80与挠性侧面84的抗弯刚度比。
同时参见图8和图9，在颗粒污染物92的存在下销61发生挠曲的时候，要防 止基片32发生面外畸变的一个重要因素是，确保潜在的远处轴位于合适的位 置。在此实施例中，潜在的远处轴，例如轴93、 94、 95、 96、 97、 98、 99、 100、
101、 102、 103、 104、 105、 106和107中之一不是位于接触槽脊72之间。人们 宁可希望各个潜在的远处轴，例如轴93、 94、 95、 96、 97、 98、 99、 100、 101、
102、 103、 104、 105、 106和107位于接触槽脊72之间，不含颗粒污染物92，并 尽量靠近侧壁86。通过这种结构，位于一个接触槽脊72上的颗粒污染物92会造 成销61移动离开基片32，而不会在颗粒污染物92的存在下使位于颗粒污染物92 和远处轴之间的余下的接触槽脊72向上方、向着基片32延伸，超过平面P。更 具体来说，对其上具有颗粒污染物92的接触槽脊72施加的负荷大于对其余的接 触槽脊72的负荷。如上所述，通过使销61围绕与其上具有颗粒污染物92的槽脊 72相隔开的旋转轴旋转，避免了由于销单元60对于存在的颗粒污染物92的顺应 性而造成的基片32的面外畸变。
参见图I和图IO，卡盘系统57的主体58实际上可以由任意材料制成，这些材 料包括铝、不锈钢、硅、碳化硅等，或这些材料的组合。在此实施例中，主体 58使用标准半导体工艺制造。因此，主体58由三个独立的层形成，即图中所示 的底层IIO、基层112和销层114。底层110仅包含硅形成的主体。底层110具有相背的表面116和118，其中一个表面，例如表面116是基本平整的(如果不是平 面的)。在底层110中心处具有通路(throughway) 120，该通路120在相对的表 面116和118之间延伸。通路120可具有任何合适的直径。在此实施例中，通路 120的直径约为3毫米。示例性的底层110的尺寸为100毫米。
基层112包括位于中心的通孔121，当基层112和底层110以最终位置装配的 时候，该通孔121与通路120相重叠。在此实施例中，通孔121的直径约为2毫米。 通常基层112朝向销层114的整个表面，除了通孔121所在区域以及位于基层112 周边的与销层114的边缘115重叠的区域119以外，都被基层单元(base cell) 122 所覆盖。然而，为了简化起见，图中显示了八个基层单元122。关于区域123讨 论了九个基层单元122阵列的详细排列，在图11和图12中将更详细地给出。
同时参见图11和图12，每个基层单元122包括挠性杆80、运动缓解区(图中 显示为空隙125,挠性杆80被置于其中)、凹陷区124和126、以及从各个空隙125 中成对延伸出来的真空通道128,相邻的真空通道128对互相正交地延伸。
设置挠性杆80为便于沿方向132的挠曲。为此，在挠性杆80的相对侧设置凹 陷区126,每个凹陷区的两侧是一对沿方向132延伸的真空通道128。具体来说, 区域126位于挠性杆80的相对侧，每个区域126从空隙125向着远离挠性杆80的 方向延伸。凹陷区124呈两对排列，每两对区域124设置之一位于挠性杆80的相 对侧。凹陷区124各自成对从一条真空通道128延伸出来，与一个凹陷区126相邻 地向着远离该对中剩下的凹陷区124的方向延伸。
在一示例性实施方式中，测得挠性杆80沿方向132的宽度140约为0.05毫 米。测得挠性杆80沿方向134的长度141约为0.3毫米，挠性杆80从基座88沿方向 136延伸的距离142约为0.35毫米。沿与各条真空通道的高度横切的方向(沿方 向136)测得真空通道143的宽度约为0.1毫米。区域124和126凹陷的距离足以容 纳使销61对尺寸不大于预期最大尺寸颗粒污染物的颗粒污染物作出响应而发 生的挠曲，以确保当受到由更大的颗粒污染物产生的作用力作用的时候，销61 的结构完整性不会受到影响。在此实施例中，区域124和126沿方向136、相对于 挠性杆80的顶点153凹陷大约0.01毫米的距离。沿方向132测得销单元60的宽度 145约为2毫米，沿方向134测得销单元60的长度146约为2毫米。特定的互相平 行延伸的一对相邻真空通道128之间的距离147约为0.3毫米。沿方向132由空隙 125延伸的区域126的宽度148约为0.35毫米，该区域126延伸至与挠性杆80的长 度141同延。从相邻的真空通道128沿方向134延伸出的区域124的长度149约为
90.3毫米，沿方向132测量的宽度150约为0.5毫米。各个区域124与相邻的沿方向 134延伸的真空通道128间隔的距离151约为0.1毫米。基层112的厚度152约为0.5毫米。
参见图IO,销层114与基层112同延。通常整个销层114的表面，除了其周边 区域的形成包围销单元60的槽脊115的升高部分以外，都被销单元60所覆盖。 但是图中为了简化起见，仅显示了九个销单元60。销层114适于与基层112整体 地结合。例如，基层112的区域119与槽脊115同延。通常采用硅熔融技术，使区 域119同与槽脊115重叠的底部表面156结合。结合区域154讨论了九个销单元60 的详细排列，这在图11和图15中将更详细地显示出来。
同时参见图11和图15，每个销单元60包括十字部件70,该十字部件包括沿 方向132延伸的纵轴71，在其相对的端部具有接触槽脊72。另外，各个销单元60 包括靠近一个接触槽脊72的挠性侧壁84。十字部件70、接触槽脊72和挠性侧壁 84与销层114的一部分整体形成，其中销单元60是通过形成延伸于相对表面155 和156之间的大量通路而成型的。具体来说，在每个接触槽脊72形成了第一对U 形通路157,该通路具有与接触槽脊72相邻的底部158，沿方向134延伸的范围大 于接触槽脊72,终止于底部158的各个端部的截线部分(serif portion) 159。截 线部分159向着远离接触槽脊72的方向，从底部158延伸出来。
第二对U形通路160包括与十字部件70相邻，并在两个接触槽脊72之间延伸 的底部161。具体来说，底部161沿与方向134横切的方向132延伸，其各个端部 延伸出第一截线部分162，该第一截线部分平行于方向134向远离十字部件70的 方向延伸，终止于第二截线部分163,形成一对第二截线部分。各个第二截线部 分163与截线部分159相隔开而且与截线部分159相平行地延伸。通过这种方式， 在各个U形通路157和U形通路160之间形成具有L-形结构的挠性部件84。挠性部 件84的一端与十字部件70最靠近接触槽脊72的一个角相连，形成主连接 (primary joint) 164。挠性部件84余下的部分从主挠性部件(primary flexure) 164延伸出来，终止于第二端。矩形通路165位于与各个挠性部件84相邻但是隔 开的位置，形成与第二端相邻的间隔的次连接(secondary joint) 166对。延伸 于主连接164和次级连接166之间的挠性部件84的部分形成刚性体167。
参见图15、 16和17,在一示例性实施方式中，沿方向132测得十字部件70 的长度170约为1毫米，沿方向134测得其宽度约为0.3毫米。沿方向132测得主连 接164的宽度172约为0.05毫米，沿方向134测得其长度173约为0.1毫米。沿方向132测得次级连接166的宽度174约为0.05毫米，沿方向134测得其长度175约为 O.l毫米。沿方向132测得刚性体167的宽度176约为0.3毫米，沿方向134测得其长 度177约为0.2毫米。分别沿方向132和134测得接触面66的宽度178和长度179约 为.2毫米。沿方向136、从最低表面76量起到接触面66的高度180约为.05毫米。 沿方向134测得底部161的长度181约为.1毫米。分别沿方向132和134测得，销单 元60的宽度183和长度184约为2毫米。
卡盘体58可通过任何已知的方法制造。在此实施例中，卡盘体58是使用标 准微加工技术，由硅晶片制造的。因此，可用来制造卡盘体58的示例性的材料 包括硅和/或熔凝硅石。另外，为提高耐磨性，可以在选择的表面(例如接触槽 脊72)上涂敷硬化材料，例如氮化硅、碳化硅等。通常基层112是与销层114分 别制造的，然后采用标准技术(例如硅焊接)制成整体，形成器件层200。因 此，真空通道128和空隙125与通路160、 157和166以及通路120流体交通。在一 示例性的技术中，器件层200与底层110的装配，是使用朝向光学平面的表面155 和对卡盘器件层200施加真空/静电作用力。通过这种方式，可以消除或减小器 件层200中的非平面性。然后将粘合剂施涂在朝向底层110的基层的表面112上、 或表面116上、或施涂在这两个面上。然后将器件层200与底层110粘合起来。 需要提供足够体积的粘合剂，以减小由于表面116中的非平面性在器件层200中 产生的非平面性。
为使基片32具有所需的横向刚性，对卡盘体58相邻的销单元60进行排列， 使得相邻销单元60的十字部件70的纵轴71沿正交方向延伸，即相邻的销单元60 互相的取向为卯。。
上述的本发明实施方式是示例性的。可以在本发明范围内对上述内容进行 许多改变和修改。例如，可以略去底层IIO，器件层可使用标准的静电和/或真 空卡盘器件。通过这种方式，可以用器件层200对已有的卡盘系统进行更新， 从而显著提高已有的卡盘系统的运作特性。因此，本发明的范围不应仅限于以 上描述，而应该由所附的权利要求书及其等价内容的全部范围所决定。
权利要求
1. 一种基片支承系统，该系统包括卡盘体，该卡盘体具有体表面，从该体表面中延伸出销，所述的销具有位于一平面内的接触面，所述销与所述卡盘体可移动地连接，以相对于所述平面移动。
2. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述销与所述卡盘体相连接， 使得所述销当受到不均匀地分布于其上的负荷作用的时候，移动离开所述平 面。
3. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述销与所述卡盘体连接，以绕远处的柔顺性中心旋转。
4. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，所述销与所述卡盘体连接，以 围绕远处的柔顺性中心旋转，所述柔顺性中心与所述销上所受负荷大于其余区 域上负荷的区域隔离开。
5. —种基片支承系统，该系统包括具有从中延伸出"T"形销的表面的卡盘体。
6. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述"T"形销与所述表面连接， 以相对于所述表面发生移动。
7. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述"T"形销与所述卡盘体连 接，从而在所述"T"形销上受到不均匀分布的负荷的时候，移动离开预定的 位置。
8. —种支承基片的方法，所述方法包括-将所述基片置于两个相隔离的主体上； 使所述两个相隔离的主体中的一个移动离开所述基片。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，移动还包括使所述两个互相隔 离的主体均互相独立地移动离开所述基片。
10. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述两个相隔离的主体包括在 常规的销单元中，移动还包括在所述销单元上受到不均匀分布的负荷作用的时 候，使所述两个相隔离的主体都移动离开所述基片。
全文摘要
本发明包括一种基片支承系统，该系统包括卡盘体，该卡盘体具有从中延伸出销的体表面，这些销具有位于一平面内的接触面，所述销与卡盘体可移动地连接，从而相对于所述平面移动。因此，该基片支承系统即使不能避免也可减小由于存在颗粒污染物在基片中造成的非平面性。这是通过制造具有顺应性的销，使得销能够发生移动，在基片中充分保持平面性的同时容纳颗粒的存在而完成的。
文档编号H01L21/00GK101426957SQ200580015282
公开日2009年5月6日 申请日期2005年5月25日 优先权日2004年5月28日
发明者P·K·尼曼卡雅拉, S·V·斯里尼瓦桑 申请人:得克萨斯州大学系统董事会