通过施加电场在光固化组合物中加工纳米级图形的方法和系统技术方案

描述了一种高生产能力的光刻过程，通过使用仔细控制的电场再令可聚合组合物固化，在可聚合的组合物中产生高分辨率的图形。该过程采用包含有所要图形的模板。令该模板精密地近接基底上的可聚合组合物。在模板－－基底的界面上施加外电场同时保持模板与基底之间存在均匀的仔细控制的间隙。这使得可聚合的组合物被吸引到模板的凸出部分。通过适当地选择过程参数，如可聚合组合物的粘度，电场的大小和模板与基底之间的距离，在该液体中形成的结构的分辨率可被控制成与模板结构的分辨率一致。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术大体上涉及低成本，高分辨率，高生产能力的光刻领域，它有生产尺度小于100nm结构的潜在能力。相关技术光刻技术当前被用于生产微电子器件。但是这些方法正接近它们的分辨率极限。亚微米尺度光刻一直是微电子工业的关键过程。采用亚微米光刻使使造者满足将更小更密集地组合的电子元件置于芯片上的益增长的需要。当今微电子工业能产生的最精细结构在0.13μm的数量级上，预计在今后的几年中微电子工业将寻求小于0.05μm(50nm)的结构。此外，在光电子和磁存储器的领域会出现纳米级光刻的应用。例如，每平方英寸数兆兆字节数量级的光子晶体和高密度图形磁存储器需要纳米级光刻。对于制造亚-50nm的结构而言，光刻技术会需要采用波长非常短的光(如13.2nm)。在这短的波长下，即使有的话，也很少有材料是光学上透明的，因此成象系统典型地必须使用复杂的反射光学来构造。要获得一个光源能在这些光波长下有足够的输出强度是困难的。这样的系统导致极其复杂的设备和过程，看来昂贵得没有人敢买。高分辨率电子束光刻技术虽然非常精密，但典型地对高生产能力的工业应用来说太慢。目前的压印光刻技术面临的主要挑战是需要模板(原版)与基底的直接接触。这样会导致缺陷，产量低，模板寿命短。此外，压印光刻的模板尺寸典型地与基底上最终的结构尺寸相同(IX)，而光刻中使用的掩模典型地是4X。制备模板的成本和模板寿命是使得压印光刻不那末现实的难点。因此存在着一种需要来改进光刻技术以应对光刻，电子束光刻和压印光刻所提出的挑战来形成非常高的分辨率的特征。专利技术综述在一个实施例中，用压印光刻在一基底上形成图形结构。该过程涉及把一种可聚合的组合物施于基底的上表面上，基底可以是用于制造半导体器件的一种基底。基底的例子包括但不限于硅晶片，GaAs晶片，SiGeC晶片或InP晶片。可聚合的组合物可以是一种紫外光固化组合物。紫外光固化组合物可包括可聚合单体和光引发剂。该组合物可旋涂于基底上。在基底被涂覆上可聚合组合物后，可将一块模板置于可聚合组合物上。模板由一种导电材料制成。模板也可实质上对可见光和/或紫外光是透明的。模板可由导电材料结合非导电材料制成。该导电材料和非导电材料都基本上是对光透明的。在一个实施例中，模板可由氧化铟锡和熔凝石英制成。模板包含有结构图形。该结构图形与要在基底上生成的结构图形互补。至少有一部分的结构会有小于约100nm的特征尺度。在模板与基底之间可施加电场。所加的电场可产生静电力至少把一部分的可聚合组合物吸引向模板。这部分被吸引到模板的可聚合组合物与压印在模板上的结构图形互补。在一个实施例中，被吸引到模板的这部分可聚合组合物与模板接触，而剩下的部分则不与模板接触。或者可聚合组合物的被吸引的部分及剩下的部分都不与模板接触。但是被吸引的部分朝着模板伸展，而未被吸引的部分不如被吸引的部分朝着模板的伸展程度那样伸展。可以采用一种合适的固化技术使可聚合组合物聚合。例如，可聚合组合物可包含有光引发剂，在对模板和基底施加电场的同时在活化光下曝光固化。这里所用的“活化光”指的是可引起化学变化的光。活化光可包括紫外光(如波长在约300nm至400nm之间的光)，光合光，可见光或红外光。通常能引起化学变化的任何波长的光都可归入活化光。化学变化可以若干形式表现出来。化学变化可包括，但不限于任何引起聚合反应或交联反应发生的化学反应。活化光可在达到组合物之前先穿过模板。用这种方式，可聚合组合物可被固化形成结构与在模板上形成了的结构互补。或者，可聚合组合物可通过对组合物加热而被固化，而同时对模板和基底施加电场。可聚合组合物固化后，结构可通过对固化了的可聚合合物进行蚀刻而被进一步确定。蚀刻可改善结构的宽高比。任何通常使用的蚀刻技术都可使用，包括反应性离子蚀刻。在一个实施例中，模板被定位在离可聚合组合物不到约1μm。因此该基底的平坦度应小于约1μm，最好是小于0.25μm。这里所用的平坦度被定义为在基底表面上曲率的偏差值。例如，1μm的平坦度指的是表面曲率的变化范围为高于和/或低于决定平面表面的中心点1μm以内。为了要实现表面的平坦度小于约1μm，可把基底放在构造成改变基底形状的一种设备上。该设备可包括一个夹具，它与基底连接在一起并支撑着基底。该设备还可包括数个与夹具连在一起的加压装置。加压装置可被构造成向夹具施加形变力因而夹具的形状被改变。基底可与夹具连接在一起，这样夹具的形状变化可以传递给基底。用这样的方式可使基底的平坦度与所需要的平坦度一致。该设备可包括一个可编程控制器。可编程控制器可包括一个探测装置来确定基底的平坦度。控制器还可进一步设置成来操作加压装置，它根据测得的平坦度来改变基底的平坦度。附图简述阅读以下的详细说明以及参照附图，即可明暸本专利技术的其他目的和优点，附图中附图说明图1描绘一个置于基底上的模板上施加电场并采用紫外固化组合物的光刻；图2描绘采用与模板直接接触形成纳米级结构的过程示意图；图3描绘采用与模板不直接接触形成纳米级结构的过程示意图；图4描绘一个基底夹具，构造成可改变基底的平坦度；图5描述一个把摸板定位在基底上的设备。尽管本专利技术能容许多种改变和变形，其具体实施方案以举例形式示于附图并详细说明。但是应该理解，附图和详细说明并无意把本专利技术限制于披露的具体形式，相反，本专利技术将涵在权利要求出所规定的本专利技术的精神和范围之内的所有的改变，等价物和替换。专利技术的详细说明最近已经描述了用紫外固化液体和用聚合物的压印光刻技术来制备纳米级结构。这些技术的成本对亚-50nm分辨率来说可能潜在地要比光刻技术低得多。最近的研究也已研究了在具有表面形貌拓扑的模板与含有聚合物的基底之间施加电场和范德瓦尔引力来形成纳米级结构的可能性。该研究一直是针对聚合物系统，它可以被加热到稍高于其玻璃化转变温度的温度。这些粘性的聚合物倾向于对电场作出很缓慢的反应(要好几分钟)这使得它们作为工业的应用是不理想的。这里介绍的实施例可潜在地迅速形成光刻图形结构(在不到1秒钟的时间里)。结构的尺度可以是数十纳米。在电场存在下可通过使可聚合组合物(如一种旋涂的紫外固化液体)固化来形成结构。固化可聚合组合物然后把结构的图形印到基底上去。图形的产生可以通过将具有特定纳米级表面形貌拓扑的模板放在基底上来实现，模板离开基底上的薄层液体表面的距离是经过仔细控制的纳米级。如果需要的结构的全部或部分是有规则地重复的图形(如点的阵列)，模板上的图形要比想要的重复结构的尺寸可以大得多。模板可通过采用直接写入电子来光刻来形成。可以在高生产能力的过程中反复使用该模板来将纳米结构复制到基底上。在一个实施例中，模板可从加工对紫外光也透明的如氧化铟锡那样的导电材料得到。模板加工方法与移相掩模光刻的方法相类似；移相掩模需要一个蚀刻步骤在模板上形成表面形貌拓扑图。通过在模板与基底之间施加电场可实现模板上图形的复制。因为液体与空气(或真空)的介电常数不同，以及由于存在模板的表面形貌拓扑引起的电场的局部变化，会产生一静电力把液体的区域往模板吸引。在高电场强度下，可聚合组合物会附着在模板上并在某些点上会从基底上发生去湿润现象。通过组合物的聚合反应，可聚合组合物会在适当位置上硬化。可以用低能量自组装单层膜(如一种氟化表面活性剂)来处理模板以帮助从本文档来自技高网...

【技术保护点】
在基底上形成图形结构的方法，它包括：将可聚合组合物涂覆在该基底的表面上；将模板定位于近接该可聚合组合物，其中模板的至少一部分是导电的；以及在模板与基底之间施加电场，其中施加的电场产生静电力，把一部分的可聚合组合物往模 板吸引。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：CG威尔森，SV斯里尼维圣，RT博纳卡兹，
申请(专利权)人：德克萨斯州大学系统董事会，
类型：发明
国别省市：US[美国]