專利名稱：用于納米印刷光刻技術(shù)的氣動方法和裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明通常涉及用于納米印刷光刻技術(shù)的方法和裝置，尤其是涉及納米印刷光刻技術(shù)的氣動方法和裝置。
背景技術(shù)：
印刷光刻技術(shù)涉及在聚合物或由光致抗蝕劑涂覆的工件上壓制模板(或模型或掩模)，使該聚合物固化并且從工件上去除模板從而在固化的聚合物涂層中留下模板的壓痕。當模板的特征尺寸非常小(如納米尺寸)并且希望在此量級上保持大范圍的尺寸公差，在所施加的機械壓力作用下模板和/或工件的變形就成為一個問題。
另外，有關模板或工件平面度的缺陷對印刷納米級的元件增加了又一個限制。
傳統(tǒng)的方法和裝置使用牢固地夾緊(或牢固粘結(jié))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滿足與納米量級光刻術(shù)相關的對準和模板制造的需要。這樣，在基底上順序施加或設置階梯狀模板以使基底充填以圖案。
這樣，印刷光刻技術(shù)典型地將圖案從石英的厚塊轉(zhuǎn)印到通常較薄的工件上，如硅晶片。然而，正如前面所提及，當執(zhí)行印刷光刻技術(shù)時，人們企圖(理想地)將液體光致抗蝕劑擠壓為無限薄的層，除了被刻蝕在掩模中的元件以外。具有“現(xiàn)實情形”芯片(尤其在它們被處理后)的硅晶片具有一些地形(如長尺寸的山丘和峽谷)，這些芯片可能稍微翹曲等。這樣，典型地，硅晶片不是完美地平整。這是一個問題。
在本發(fā)明之前，沒有試圖通過這樣的方法解決此問題，即借助氣動壓力將透明的石英模板壓印在工件上的適當位置。
尤為特殊地，沒有這樣的裝置或方法，其中氣動壓力被均勻地施加到任一(或全部)石英模板或/和工件以均勻地壓制光致抗蝕劑。
因此，這種方法不能保持石英模板的基本透明的性能同時向共形膜施加均勻的壓力，從而允許彌補模板和工件中的平面缺陷。
其它的傳統(tǒng)方法使用由彎曲的聚合物材料制造的模板以在模板和工件之間提供機械的一致性。其它的傳統(tǒng)方法仍然使用硬石英模板，覆蓋以一層軟聚合物材料。這些方法有幾個主要的缺陷，包括沒有充分地保證模板平面中尺寸的完整。另外，由于不均勻的壓力或由于小溫度梯度造成的聚合物材料的移動產(chǎn)生壓印圖案的變形，這種變形禁止它們在微電子光刻術(shù)中的使用。
盡管加熱固化是一種選擇方式，但是傳統(tǒng)的方法沒有適宜地解決了此問題(和伴隨的問題)，其中聚合物通過曝光在紫外光下固化。另外，紫外光的透明度被聚合物材料嚴重消減。進一步，長時間曝光在紫外輻射下使聚合物材料降解。

發(fā)明內(nèi)容
參照傳統(tǒng)方法和結(jié)構(gòu)的前述的和其它的代表性問題、缺陷和劣勢，本發(fā)明的一個示范性的特點是提供一種方法和結(jié)構(gòu)，其中氣動壓力被均勻地施加到任何(或全部)半硬模板和工件以便均勻地壓制光致抗蝕劑。
另一個特點是提供一種方法和裝置，保持模板(如石英模板)的基本透明的性質(zhì)，同時向共形膜施加均勻的壓力，從而允許彌補模板和工件中的平面缺陷。
另一個特點是保持壓印圖案尺寸的高保真度，這由模板(如石英模板)和工件在圖案平面(或X-Y或水平面)的堅硬特性所致。本發(fā)明中，優(yōu)選地是模板為堅硬的材料如石英，但足夠薄以在表面常見尺寸方面具有輕微的撓性。在典型的例子中，這種撓性為微米量級。
在本發(fā)明的第一示范性實施例中，納米光刻的方法(和裝置)包括向半硬掩?；蚰０宓闹辽僖粋€表面和光致抗蝕劑覆蓋的工件的一部分表面施加氣動壓力，和通過施加氣動壓力在模板和工件之間壓印液態(tài)或膠態(tài)的聚合物，使聚合物固化從而將圖案從掩模轉(zhuǎn)印到工件上。
在本發(fā)明的第二示范性實施例中，均勻地向納米光刻技術(shù)的掩模表面施加壓力的方法包括，向掩模表面施加壓力以將形成在掩模上的圖案均勻地轉(zhuǎn)印到鄰近掩模形成的工件的表面，其中一個掩模和工件是共形的。
在本發(fā)明的第三示范性實施例中，一種用于納米光刻技術(shù)的裝置，包括具有形成在其上的圖案的掩模，和用于向掩模表面和工件表面中的至少一個表面施加氣動壓力的氣動壓力驅(qū)動源，從而將圖案從掩模均勻地轉(zhuǎn)印到工件上。
在本發(fā)明的第四示范性實施例中，一種用于納米光刻技術(shù)的裝置，包括具有形成在其上的圖案的掩模，和用于向掩模表面和工件表面中的至少一個表面施加氣動壓力的單元，以將圖案從掩模轉(zhuǎn)印到工件上。
由于本發(fā)明的獨特且不明顯的方面，可以向模板和工件的任一個或兩者施加氣動壓力以均勻地壓制光致抗蝕劑。
因此，不需要具有高平整度的模板如堅硬的厚石英掩模，和具有高平整度(如位于剛性支架(或夾盤)上的硅晶片，兩者都具有非常高的表面平整度和表面潔凈度)的工件。不然，這些在機械誤差方面的需要的管理和維護會非常昂貴。相反地，模板或工件之一提供有小撓度以容納在大尺寸范圍內(nèi)(如典型地為厘米量級)的小彎曲(如典型地為亞微米范圍)，也就是，它仍然堅硬但有點共形性。施加到模板和/或工件背部的氣動壓力將它們高度共形地壓制在一起。
因此，不需要如傳統(tǒng)方法中那樣將硬且厚的石英模板牢固地夾持或粘結(jié)在框架上。模板可以被保持在原位直到被真空壓制。代替地，本發(fā)明提供具有高度共形(如掩模仍然硬但有點共形性)，然后從其背部壓制掩模，這樣掩?？梢员粔合蚓?或相反)并使掩模與晶片共形。簡單地，本發(fā)明的技術(shù)可以與輪胎的內(nèi)管作類比說明，壓制時其與輪胎壁的內(nèi)面共形(假設內(nèi)管可以由鋁箔制造，舉例來說)。
共形性重要的理由是，在印刷光刻技術(shù)中，所有部分都要曝光(如在紫外光下等)，這樣掩模溝槽中的抗蝕劑會硬化，連同位于掩模的未構(gòu)圖部分和表面之間的任何光致抗蝕劑。位于掩模的未構(gòu)圖部分和表面之間的光致抗蝕劑，也稱作殘留層，必須保留得盡可能地薄，在最小印刷圖案尺寸量級上(如在現(xiàn)在的裝置中為大約50nm)。在現(xiàn)有技術(shù)的印刷構(gòu)圖過程中，厚的殘留層會影響下面的光刻過程，其將光致抗蝕劑中的圖案轉(zhuǎn)印到硅晶片得到實際元件(如金屬線或半導體區(qū))。
本發(fā)明的其它優(yōu)點包括在保證全部表面的平整度的同時可以避免昂貴的機械誤差。
進一步，可以保證側(cè)向的高尺寸保真(在圖案平面上)。
另外，本發(fā)明提供了在預構(gòu)圖的不平整晶片上印刷的能力。


從下面對本發(fā)明示范性實施例的詳述并參照附圖可以更好地理解前述的和其它的代表性的目的、方面和優(yōu)點，附圖中圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的氣動膜印刷光刻技術(shù)裝置100；圖2A顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的氣動膜印刷光刻技術(shù)裝置200；圖2B顯示了根據(jù)本發(fā)明的第三實施例、借助于部分真空和氣壓的氣動膜印刷光刻技術(shù)裝置290；和圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的納米印刷光刻術(shù)的方法300。
具體實施例方式
現(xiàn)在參照附圖，尤其是圖1-3，對根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的方法和結(jié)構(gòu)進行說明。
示范性實施例如上所述，印刷光刻技術(shù)指這樣的過程，其中包含圖案的模板或模型被壓向具有一層插入光致抗蝕劑的工件。當光致抗蝕劑被壓制在模板和工件之間時，光致抗蝕劑擴展并充滿模板和工件之間的空間和模板中的構(gòu)圖的孔隙。
在模板和工件之間的希望距離處，光致抗蝕劑通過曝光在穿過透明模板的紫外光下被硬化。一旦光致抗蝕劑發(fā)生硬化，除去模板，從而在覆蓋工件的硬化的光致抗蝕劑中保留模板圖案。這樣，模板圖案被轉(zhuǎn)印到工件上。
在該過程的壓制階段中，避免模板和工件的變形是至關重要的。
為了印刷納米量級，模板應當具有均勻的壓力。如上所述，這個問題典型地這樣被解決，即使用厚石英以分散施加到硬化點底座上的機械壓力。模板或工件任一個如果偏離完美的平整度則會進一步加重了穿過該區(qū)域轉(zhuǎn)印小元件的問題。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖1，本發(fā)明提供的裝置100解決了傳統(tǒng)方法中的上述和其它問題，該裝置使用薄的透明膜110。作為光刻技術(shù)圖案的模板。
膜110優(yōu)選在一側(cè)被構(gòu)圖，優(yōu)選地足夠薄以在希望的尺寸量級上可彎曲。例如，膜110可以具有位于大約50微米到大約500微米范圍內(nèi)的厚度，其對石英是有用的。通過變化此參數(shù)可以實現(xiàn)不同的硬度值。注意，掩?？梢杂沙⑼獾钠渌牧现圃欤缢{寶石?；镜男阅苁牵谀斢?、堅固而且應當薄到這樣的程度，它在在正常方向的微米量級上是彎曲的。
膜110優(yōu)選地由這樣的材料形成，其可透過曝光/活化光致抗蝕劑130需要的射線(如光化學波長)，而且通?？赏高^可見光波長，這樣可以光學地對準掩模和下面的工件120上的圖案。也就是，使用者應當能在對準過程中透過掩模/膜110可視地看到圖像。
膜110可以被壓力密封件140支持，壓力密封件140優(yōu)選地由氟橡膠或類似的材料形成。
壓力密封件140包括用于從氣壓源接受空氣壓力的空氣壓力入口145。代替空氣，可以使用任何氣體，如氮氣、氦氣或類似氣體。入口具有毫米范圍內(nèi)的直徑。
如圖所示，膜110安裝到透明的硬窗口150上，在窗口150的下表面和膜110的上表面之間形成預定的空隙146。窗口優(yōu)選地為可視地平整(即表面粗糙度的量級優(yōu)選地不超過約30nm)并且優(yōu)選地由平坦的石英材料或類似材料形成。
空隙146優(yōu)選地具有的厚度超過會引起光學條紋(如毫米左右)的尺寸，但顯然空隙的厚度依賴于設計者的制約和需要，如膜的組分(如材料和厚度)和輸入到空隙以使膜共形的壓力值?？障稇斪銐虼笠员阌诒苊鈽藴示邨l紋和類似現(xiàn)象。
窗口150連接(如固定)到定位機構(gòu)(未示出)的安裝法蘭160。由于窗口150可透過引起硬化的光波，人們?nèi)匀煌高^透明的窗口看到圖像，并且仍然獲得穿過其中和穿過膜110的射線以成像和形成位于工件120上的圖案。
膜/模板110被定位在工件120的希望的位置上，被機械地降低到接近工件處(或與之光接觸)并且向膜/模板110的背部(如圖1中，與透明的硬窗口150的下表面相對的膜的表面)施加氣動壓力引起膜/模板110被均勻地壓向光致抗蝕劑130。工件120的平整度方面的小變化被膜110的曲率補償，從而帶來膜/模板110的均勻施用。當工件120自身是柔順的(如薄硅晶片)，這種策略可以彌補工件120關于定位夾盤(圖1中未示出)的順應性。
操作過程中，圖1的裝置100拾取掩模/膜110，向工件移動到掩模/膜110上方。然后，當氣動壓力被施加到膜110上時，掩模/膜110朝向工件120被機械降低。可替代地，當施加氣動壓力時工件120可以朝向膜110升高。
這樣，該新穎的方法均勻地向模板110和工件120的任一個(或兩者)施加氣動壓力以均勻地壓制光致抗蝕劑130。
例如，如2A顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的氣動膜印刷光刻技術(shù)裝置200，其中壓力被施加到撓性工件220(如硅晶片)的背部。工件具有形成在其上的光致抗蝕劑230。
裝置200使用其上具有刻蝕圖案(模型)的透明窗口250作為光刻圖案模板。透明窗口被安裝到安裝法蘭260上，與撓性工件220相對。
窗口250優(yōu)選地由這樣的材料形成，其可透過曝光/活化光致抗蝕劑230需要的射線(如光化學波長)，而且通常透過可見光以致于可視對準掩模和下面的工件220上的圖案。也就是，在對準過程中使用者應當能透過窗口250可視。
工件220可以被橡膠密封件240(或撓性邊緣或小空隙)支持(或接觸)。
橡膠密封件240連接到外殼機構(gòu)255上，其包括用于接受來自氣動壓力源的空氣壓力的空氣壓力入口245。代替空氣，如第一實施例中所示，可以使用任何氣體，如氮氣、氦氣或類似氣體。入口可以具有小的直徑，由于氣流量小。
如圖所示，橡膠密封件240/外殼255的結(jié)構(gòu)形成預定的空隙246，其形成在工件220的下表面和外殼255的內(nèi)表面之間。
如前所示，窗口250優(yōu)選地為光學平整的并且優(yōu)選地由平坦的石英材料或類似物形成。
空隙246優(yōu)選地具有這樣的厚度，其位于毫米范圍內(nèi)且顯然該空隙的厚度依賴于設計者的制約和需要，如膜的組分(如材料和厚度)和輸入到空隙以使膜共形的壓力值。
模板250連接到(如固定到)定位機構(gòu)(未示出)的安裝法蘭260上。由于窗口250可透過引起硬化的光波，人們能穿過透明窗口看到，和仍然得到穿透其中的射線并成像和形成位于工件220上的圖案。
圖2A所示的裝置的上下部分被安置在工件220上希望的位置處，使達到與工件接觸，向工件220(如在圖2A中，與其上具有光致抗蝕劑230的工件表面相對的工件表面)的背部施加氣動壓力，引起窗口250將圖案均勻地施加到光致抗蝕劑230上。工件220(或窗口250)平整度的微小變化被晶片220的曲率補償，從而帶來將圖案均勻地施加到光致抗蝕劑230上。這樣，當工件220(如薄硅晶片)柔順時，這種策略可以補償工件220對定位夾盤(圖2A中未示出)的順應性。
這樣，膜(如圖1中)和/或工件(如圖2A中所示)可以具有施加到其上的背壓力。
另外，圖2B顯示了根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的借助于部分真空和氣動壓力的氣動膜印刷光刻技術(shù)裝置290。
特殊地，裝置290有點類似于圖2A所示的裝置，但包括具有形成在其中的空氣導管292的安裝法蘭291。該空氣導管292通過入口245連接到真空連接293上。氣壓294被施加到撓性工件220的背部。部分真空295存在于窗口250和光致抗蝕劑230之間。
注意在所有三個示范性例子中，希望工件可以相對于模板被放置以能在工件不同的位置上印制多種模板印痕(如印制階梯狀圖案如在半導體晶片上的芯片圖案)。
轉(zhuǎn)到圖3，其顯示了納米光刻技術(shù)的本發(fā)明方法300的流程圖。
在步驟310中，氣動壓力被施加到掩模表面和工件表面中的至少一個上。
然后，在步驟320中，由于步驟310中施加的壓力，圖案從掩模被轉(zhuǎn)印到工件上。
這樣，對照使用被牢固夾持或粘結(jié)在框架上的硬厚石英掩模的傳統(tǒng)方法，本發(fā)明方法保持石英模板的基本透明的性質(zhì)同時向共形膜施加均勻的壓力，從而允許補償模板和工件中的平面缺陷。
進一步，在本發(fā)明的設計中，可能透過透明窗口(如對準等)成像并輸入穿過其中的射線，這樣本發(fā)明的設計允許曝光光致抗蝕劑和同時將壓力施加到光致抗蝕劑上。
注意，本發(fā)明也可以反過來運行，這樣掩?？梢员幌旅娴恼婵帐叭?。這樣，如果使用者希望改變掩模，那么可以使壓力反向，新的掩?？梢员皇叭?。
也要注意，掩模/膜110側(cè)面被本發(fā)明裝置限制，這樣掩模110可以在真空壓力下被拾取，移動到工件120，下降到工件上，和然后施加背壓以將圖案印刷到工件120上，然后重新升起掩模，施加真空壓力以將掩模110從工件120上拉開。
盡管本發(fā)明描述了幾個示范性的實施例，本領域的技術(shù)人員會認識到，可以在附帶的權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的改變下執(zhí)行本發(fā)明。
進一步，注意，申請人的目的是包括所宣稱的組成部分的等同物，即使是后面程序中修改的部分。
權(quán)利要求
1.一種用于納米光刻技術(shù)的方法，包括向半硬掩模或模板的表面和抗蝕劑涂覆的工件的部分表面中的至少一個施加氣動壓力；和通過施加上述氣動壓力，將圖案從所述的掩模轉(zhuǎn)印到所述的工件上。
2.如權(quán)利要求1的方法，進一步包括將曝光射線穿過所述掩模引入到形成在所述工件上的光致抗蝕劑上。
3.權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括機械保持所述掩模。
4.權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括提供從側(cè)面限制所述掩?；蚰０宓墓潭ㄎ?。
5.權(quán)利要求1所述的方法，其中掩模對于使形成在所述工件上的光致抗蝕劑曝光的射線是透明的，從而允許所述的射線穿過所述的掩模并使所述的光致抗蝕劑硬化。
6.權(quán)利要求1所述的方法，其中施加所述的氣動壓力包括向掩模和工件中的一個的背面均勻地施加作用力。
7.權(quán)利要求1所述的方法，其中選擇所述掩模的材料使其可透過可見光，以致于可執(zhí)行光學對準。
8.權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括在所述掩模上提供透明窗口，其中所述窗口是光學上完美的。
9.權(quán)利要求8所述的方法，其中所述窗口由石英形成。
10.權(quán)利要求8所述的方法，其中所述窗口具有相對于所述掩模的足夠的尺寸和間距以避免標準具條紋。
11.利要求8所述的方法，其中預定空隙形成在與所述掩模表面相對的所述窗口的表面之間，所述空隙用于選擇性地接受加壓氣體或真空壓力。
12.一種向用于納米光刻技術(shù)的掩模的表面均勻地施加作用力的方法，包括向掩模表面施加作用力以均勻地將形成在掩模上的圖案轉(zhuǎn)印到鄰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個是共形的。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述的作用力包括氣動壓力。
14.如權(quán)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與所述工件的所述表面相對的表面。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中掩模是透明的，所述的方法進一步包括將射線穿過掩模引入到工件上。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，進一步包括用所述射線使形成在所述工件上的光致抗蝕劑硬化。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，進一步包括使施加的作用力反向，以便用真空壓力拾取掩模；使掩模與工件接觸；施加包括氣動壓力的所述作用力到掩模的背面，從而轉(zhuǎn)印該圖案；和施加真空壓力以從所述的工件除去所述的掩模。
18.一種用于納米光刻技術(shù)的裝置，包括一具有形成在其上的圖案的掩模；和一氣動壓力驅(qū)動源，用于向掩模表面和工件表面中的至少一個施加氣動壓力，從而均勻地將圖案從掩模轉(zhuǎn)印到工件上。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述的掩模對于使形成在所述工件上的光致抗蝕劑曝光的射線是透過的，從而允許所述的射線穿過所述掩模并使所述光致抗蝕劑硬化。
20.一種用于納米光刻技術(shù)的裝置，包括一具有形成在其上的圖案的掩模；和一種裝置，用于向掩模表面和工件表面中的至少一個施加氣動壓力，以將圖案從掩模轉(zhuǎn)印到工件。
全文摘要
一種用于納米光刻技術(shù)的方法(和裝置)，包括向半硬掩?；蚰０宓谋砻婧凸庵驴刮g劑覆蓋的工件的部分表面中的至少一個施加氣動壓力，和通過施加氣動壓力，將圖案從掩模轉(zhuǎn)印到工件上。
文檔編號G03F1/16GK1776527SQ20051012465
公開日2006年5月24日 申請日期2005年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月16日
發(fā)明者馬修·E.·科爾博恩, 伊夫·C.·馬丁, 西奧多·G.·范·克賽爾, 荷瑪薩·K.·維克拉瑪辛赫 申請人:國際商業(yè)機器公司