平版印刷術的工藝和系統的製作方法

2023-05-26 11:26:56 2

專利名稱：平版印刷術的工藝和系統的製作方法
技術領域：
本文提出的諸實施例涉及用於平版印刷術(imprint lithogr即hy)的方法和系 統。具體來說，諸實施例涉及用於毫微平版印刷工藝的方法和系統。
背景技術：
光學平版印刷技術(optical lithogr即hy technique)目前用於製造最小的微電 子器件。然而，據認為這些方法已經達到其解析度的極限。因此，需要提供改進的平版印刷 技術。

發明內容
—種使用一模板在一基底上形成一圖形的方法，該方法包括在彼此的間隔關 系上定位該模板和該基底，以使一間隙形成在模板與基底之間；用光激活的光固化液體 大致地填充該間隙；以及，固化光激活的光固化液體(light activating lightcurable light)。在一實施例中，該模板具有圖形並包括一第一表面和多個形成在模板內的凹陷， 這些凹陷從第一表面朝一相對的第二表面延伸。諸凹陷在構有圖形的模板(patterned template)的第一表面內形成多個特徵。 一預定量的光激活的光固化液體塗敷到基底的一 部分。光激活的光固化液體是一低粘稠的液體，其粘度約小於30釐泊。構有圖形的模板和 基底定位成彼此間隔開的關係，以使一間隙形成在它兩之間。模板定位成使固化液體基本 上填充模板的非凹陷部分與基底之間的間隙。模板的位置應是如此從大致在模板凹陷下 面的基底區域起基本上沒有塗敷固化液體。激活的光線施加到固化液體，以在基底上形成 一圖形層(patterned layer)。 根據時用一具有一圖形區域的模板在一基底上形成一圖形的另一方法，該方法包 括將該圖形區域放置在與基底的一區域相對，其間形成一間隙；將光激活的光固化液體 定位在基底與模板之間；通過使光激活的光固化液體分別與模板和基底接觸，同時，將光激 活的光固化液體限制在該間隙之內，由此，用光激活的光固化液體填充間隙；以及，由光激 活的光固化液體形成一固化的材料。然後，該方法可在基底的一第二部分上重複。以此方 式，基底在多個"步驟"中被印刷，而不是在單一的步驟中。通過利用低粘度的液體增強了 平版印刷工藝。在一實施例中，光激活的光固化液體的粘度約小於30釐泊。可用多種方法 來實現模板周界內的液體的控制。在一實施例中，模板與基底之間的距離設定為由模板施 加在液體上的力不強制液體超過模板的邊界。 一模板包括有多個凹陷，它們在模板上形成 多個特徵。也通過形成一個或多個蝕刻到模板周界內的邊界來控制對液體的限制。這些邊 界的深度基本上大於模板凹陷部分的深度。
在另一實施例中，在一包括一平面化區域的模板存在的情形下，通過固化對設置 在基底上的一固化液體進行固化而形成一平面化層。在一實施例中，一預定量的光激活的 光固化液體塗敷到基底的第一區域。 一平面化的模板接觸於光激活的光固化液體，並施加 激活光(activating light)來固化光激活的光固化液體。以此方式，平面層形成在基底的 第一區域內。然後，工藝在基底的附加區域上重複該工藝。以此方式，對基底以多個"步驟" 而不是一單一步驟進行平面化。 —用於形成基底上的圖形的系統包括一支承基底的本體；一連接於本體並具有 一圖形區域的模板；一連接於本體的位移系統，用來在基底與模板之間提供相對運動，並 放置模板與基底的一部分重疊，形成一圖形的部分；一液體分配器，它被偶聯以將光激活 的光固化液體分配到圖形部分的子部分上，通過減小基底與模板之間的距離，使所述偶聯 的位移系統有選擇地放置光激活的光固化液體與模板相接觸，一照射光源照在圖形部分 上，使光有選擇地固化光激活的光固化液體；以及，一連接於印刷頭上的力探測器(force detector)，以便通過模板和光激活的光固化液體之間的接觸產生指示一施加到模板上的 力的信息，使位移系統建立一根據信息實施距離變化的速率，以將延伸到圖形部分的基底 外面的區域的光激活的光固化液體量減到最小。採用該結構，通過便於模板和基底之間的 相對轉動同時將其間的平移位移減到最小，系統在模板與基底之間可建立和保持一平行相 對的位置關係。該系統還包括有一運動平臺、一印刷頭和一液體分配器，以及一光源。該運 動平臺連接於本體，以便沿第一和第二橫軸在基底與模板之間提供相對運動。印刷頭連接 於本體，以便沿橫向於第一和第二軸線延伸的第三軸線在模板與基底之間提供相對運動。
液體分配器連接於本體，以便將光激活的光固化液體分配到基底上。連接該光源以將光照 射到基底上，選擇光線來固化光激活的光固化液體。在一實施例中，在構有圖形的模板存在 的情況下由固化設置在基底上的固化液體而形成圖形層。在一實施例中，用來在基底上形 成一圖形層的系統包括一印刷頭和一運動平臺。該印刷頭被構造成保持一構有圖形的模 板。該印刷頭還包括一細調定向系統(fineorientation system)。該細調定向系統允許 構有圖形的模板相對於基底運動，以便構有圖形的模板達到一基本上平行的定向。在一實 施例中，該細調定向系統是一被動系統，當模板接觸於設置在基底上的液體時該系統允許 模板對非平面化(non-planarity)作自我糾正。該印刷頭還包括一力探測器。該力探測器 連接於模板，並被構造成用於確定由設置在基底上的固化液體施加到模板上的阻力。基底 連接於運動平臺。運動平臺被構造成支承基底和在基本上平行於模板的一平面內移動基 底。該平版印刷系統還包括一液體分配器。該液體分配器可連接於印刷頭或系統本體的一 部分。該液體分配器被構造成將一光激活的光固化液體分配到基底上。該平版印刷系統還 包括一光源，它光學連接於構有圖形的模板。該光源被構造成在使用過程中它直接激活光 線通過構有圖形的模板並照射到固化液體上。用來形成特徵尺寸在lOOnm以下的特徵的平 版印刷系統，通常敏感於溫度的變化。當系統溫度上升時，支承件(即，支承平版印刷系統 的模板、基底和其它部件的諸部件)可膨脹。支承件的膨脹可促成模板與基底對齊不準而 引起誤差。在一實施例中，支承件由具有低熱膨脹係數(例如，小於約20ppm廣C)的材料形 成。此外，該平版印刷系統可放置在一封閉外殼內。該封閉外殼被構造成阻止外殼內發生大
於約rc的溫度變化。在一變化的實施例中，一平版印刷系統包括一印刷頭、一運動平臺、一
液體分配器、一力探測器和一激活光源(activating light source)。在此實施例中，一細調定向系統連接於運動平臺，而不是連接於印刷頭。因此，通過變化基底的定向，直到被印 刷的基底部分和模板基本上平行，可達到細調定向。在此實施例中，印刷頭連接於一固定位 置內的支承件，而運動平臺被構造成圍繞一在模板下面的X-Y平面移動基底。該平版印刷 系統的其它部件基本上與其它實施例中所描述的相同。在其它實施例中，一平版印刷系統 包括一印刷頭、一運動平臺、一基底支承件、一液體分配器、一力探測器和一激活光源。印刷 頭被構造成用於保持一構有圖形的模板。印刷頭還包括一細調定向系統。在一實施例中， 該細調定向系統是一被動系統，當模板接觸於設置在基底上的液體時該系統允許模板對非 平面化作自我糾正。印刷頭連接於運動平臺。運動平臺被構造成在一基本上平行於基底的 平面內移動印刷頭。基底連接於基底支承件。基底支承件被構造成在使用中將基底保持在 一固定位置。該平版印刷系統的其它部件基本上與其它實施例中所述的相同。在其它實施 例中，一平版印刷系統包括一印刷頭、一運動平臺、一基底支承件、一液體分配器、一力探測 器和一光激活源。印刷頭被構造成用於保持一構有圖形的模板。印刷頭連接於運動平臺。 運動平臺被構造成在一基本上平行於基底的平面內移動印刷頭。基底連接於基底支承件。 基底支承件被構造成在使用中將基底保持在一固定位置。基底支承件還包括一細調定向系 統。該細調定向系統被構造成變化基底的定向，直到待印刷的基底部分基本上平行於模板。 該平版印刷系統的其它部件基本上與其它實施例中所述的相同。在某些實施例中，一構有 圖形的模板可設計成允許改進液體控制。當一模板與設置在一基底上的液體接觸時，液體 將趨於擴展來覆蓋比液體原先覆蓋的面積大的基底面積。在某些工藝中，有利的是，液體保 持在由模板限定的區域內。在某些實施例中，模板的合適的設計基本上將阻止液體流過模 板的周緣之外。 一構有圖形的模板包括一第一表面和多個凹陷，諸凹陷形成在從第一表面 朝一相對的第二表面延伸的模板的一個或多個圖形區域內。諸凹陷形成多個印刷到基底上 去的特徵。模板還包括一圍繞圖形區域的周緣形成的邊界。該邊界形成為一從第一表面朝 第二表面延伸的凹陷。邊界的深度基本上大於形成模板特徵的凹陷的深度。包括邊界的構 有圖形的模板可用於本文中所述的任何系統中。在使用過程中，模板與設置在基底表面上 的固化液體相接觸。由模板施加到基底上的力可導致基底傾斜，尤其是當模板定位在基底 邊緣的附近時。在一實施例中，基底連接於基底支承件，該基底支承件包括一基底傾斜模 塊。 該基底傾斜模塊被構造成可在使用過程中校準基底表面的傾斜。此外，基底傾斜 模塊被構造成可阻止基底的傾斜，當壓力施加到基底上時由於傾斜模塊的順從而引起所述 基底的傾斜。該基底傾斜模塊可包容到一在使用過程中允許基底運動的運動平臺內或一固 定的基底支承件內。 另一實施例包括一在基底上準備被構有圖形的結構用的方法，其包括對基底表 面塗敷一光激活的光固化液體；靠近光激活的光固化液體定位一模板，其中，該模板包括 一非傳導層；一鄰近該非傳導層且基本上在非傳導層與基底之間的導電層，其中，該導電層 形成一與產生在基底上的被構有圖形的結構互補的結構的毗鄰的圖形；由於通過導電層流 過電流，在模板與基底之間施加一電場，其中，施加的電場形成一靜電力，該靜電力吸引一 部分光激活的光固化液體朝模板的導電層。導電材料放置在非傳導材料上，以使導電材料 在使用過程中定位在非傳導材料與模板之間。導電材料包括多個凹陷，它們形成多個由模 板印刷的特徵。導電材料和非傳導材料基本上對光是透明的。在一實施例中，模板可由銦
5錫氧化物和融合的矽石形成。結構的至少一部分可具有小於約100nm的特徵尺寸。 一電場 可施加到模板與基底之間。電場的施加可形成一靜電力，該力吸引固化液體的至少一部分 朝向模板。被吸引到模板的固化液體部分與印刷在模板上的結構的圖形互補。在一實施例 中，吸引到模板的固化液體部分與模板接觸，而其餘的部分不接觸於模板。或者，固化液體 的吸引部分或其餘部分都不接觸於模板。然而，吸引部分朝向模板延伸，而非吸引部分延伸 的程度達不到吸引部分朝向模板延伸的程度。通過施加激活的光線使固化液體固化。在可 固化的液體固化之後，結構可進一步通過蝕刻固化了的液體而形成。蝕刻可提高結構的長 寬比。可使用任何通常使用的蝕刻技術，包括反應性的離子蝕刻。這些和其它的實施例將 在本文中作更加完全的描述。


圖1示出一用於平版印刷系統的實施例； 圖2示出一平版印刷系統的封閉外殼；
圖3示出連接於平版印刷系統的一平版印刷頭的實施例； 圖4示出一印刷頭的投影圖； 圖5示出一印刷頭的分解圖； 圖6示出一第一彎曲件的投影圖； 圖7示出一第二彎曲件的投影圖8示出連接在一起的第一和第二彎曲件的投影圖； 圖9示出一連接於印刷頭的預校準系統的細調定向系統的投影圖； 圖10示出一預校準系統的截面圖； 圖11示出一彎曲系統的示意圖12示出一平版印刷系統的運動平臺和印刷頭的投影圖； 圖13示出一液體分配系統的示意圖14示出帶有光學上連接於印刷頭上的光源和照相機的印刷頭的投影圖； 圖15和16示出一液滴與模板一部分之間接觸面的側視圖； 圖17示出在模板周緣處被構造來限制液體的模板的第一實施例的截面圖； 圖18示出在模板周緣處被構造來限制液體的模板的第二實施例的截面圖19A-D示出模板接觸於設置在基底上的液體的一系列步驟的截面圖20A-B分別示出具有多個圖形區域的模板的俯視圖和截面圖； 圖21示出一連接於印刷頭的預校準系統的剛性模板支承系統的投影圖22示出一連接於一 X-Y運動系統的印刷頭； 圖23A-23F示出一負平版印刷工藝的截面圖； 圖24A-24D示出一帶有一傳遞層的負的平版印刷工藝的截面圖； 圖25A-25D示出一正平版印刷工藝的截面圖； 圖26A-26C示出一帶有一傳遞層的正平版印刷工藝的截面圖； 圖27A-27F示出一組合的正和負平版印刷工藝的截面圖28示出 一定位在一模板和基底上方的光學準直測量裝置(optical alignmentmeasuring device)的不意6
圖29示出通過連續地觀看和再聚焦，使用準直標記記來確定模板相對於一基底 而對準的方案圖； 圖30示出使用準直標記和偏振濾光鏡來確定模板相對於基底對準的方案圖； 圖31示出由諸偏振線(polarizing line)形成的準直標記的俯視圖； 圖32A-32C示出塗敷到一基底上的固化液體的圖形的俯視圖； 圖33A-33C示出固化之後用來從基底移去模板的方案圖； 圖34示出定位在 一 基底上方用於電場基平版印刷術(electric field basedlithogr即hy)的模板的實施例； 圖35A-35D示出使用與模板的接觸來形成毫微級結構的工藝的第一實施例； 圖36A-36C示出不與模板的接觸來形成毫微級結構的工藝的第一實施例； 圖37A-37B示出一模板，其包括一設置在非傳導底板上的連續圖形的傳導層； 圖38示出一具有一基底傾斜模塊(substrate tilt module)的運動平臺； 圖39示出一具有一基底傾斜模塊的運動平臺； 圖40示出一基底支承件的示意圖；以及 圖41示出一平版印刷系統示意圖，該系統包括一設置在基底支承件下面的印刷 頭。
具體實施例方式
這裡呈現的實施例一般地涉及系統、器件和製造小器件的相關的工藝。具體來說，
這裡呈現的實施例涉及系統、器件和平版印刷的相關的工藝。例如，這些實施例可用於在一
基底(諸如一半導體晶片)上印刷不到100nm的特徵。應該認識到這些實施例也可用於
製造其它類型的器件，包括有(但不限於)用於數據儲存的圖形的磁性介質、微光學器件、
微電子機械系統、生物試驗器件、化學試驗和反應器件以及X線光學器件。 平版印刷工藝已經顯示出在基底上複製高解析度(例如，不到50nm)圖像的能
力，其使用含有如其表面上的表面特徵的圖像的模板。平版印刷在微電子器件、光學器件、 MEMS、用於儲存應用中的光電子的、圖形的磁性介質等的製造中，可用來在基底中形成圖 形。在製造諸如微透鏡和T門結構之類的三維結構中，平版印刷技術在光學平版印刷方面 可以說是出眾的。 一平版印刷系統的部件包括模板、基底、液體和可影響系統的物理特性的 任何其它的材料，物理特性包括(但不限於)表面能、面間能(interfacial energies)、哈 馬克(Hamacker)常數、凡得瓦爾(Van derWaal)力、粘度、密度、不透明性等，精心地策劃布 局平版印刷系統的諸部件，以合適地適應一重複的工藝。 用於平版印刷術的方法和系統在授予Willson等人的題為"分步和瞬時的平版印 刷術"的美國專利6，334，960中已有討論，本文已援引其以供參考。用於平版印刷術的其 它的方法和系統還在以下的美國專利申請中已有討論2001年7月17日提交的題為"用 於平版印刷工藝的自動流體分配的方法和系統"的美國專利申請09/908， 455 ;2001年7 月16日提交的題為"用於平版印刷的高解析度重疊對齊的方法和系統"的美國專利申請 09/907， 512 ;2001年8月1日提交的題為"用於平版印刷的透明模板和基底之間檢測高精 度間隙定向的方法"的美國專利申請09/920， 341 ;2001年8月21日提交的題為"基於彎 曲的大運動平移平臺"的美國專利申請09/934， 248 ;2000年10月27日提交的題為"用於平版印刷工藝的高精度定向對齊和間隙控制平臺"的美國專利申請09/698， 317 ;2001年 10月12日提交的題為"用於室溫、低壓的微和毫微平版印刷的模板設計"的美國專利申請 09/976， 681 ;2002年5月1日提交的授予Voison的題為"製造一平版印刷模板的方法"的 美國專利申請10/136， 188 ;以及2001年5月16日提交的授予Willson等人的題為"使用 一電場在光固化成分中加工毫微級圖形的方法和系統"的美國專利申請。本文援引了以上 所有這些專利以供參考。其它的方法和系統在下列出版物中已有討論，本文也援引了所有 這些出版物以供參考。這些出版物是B. J. Choi，S. Johnson,M. Colburn，S. V. Sreenivasan， C.G.. Willson的"用於分步和瞬時平版印刷的定向平臺的設計"，其出版在J. of Precision Engineering中；W. Wu， B. Cui， X. Y. Sun， W. Zhang， L. Zhuang，和S. Y. Chou的"使用毫微平 版印刷製造的大面積高密度量化的磁碟"，出版在J.Vac Sci Technol B16 (6) ， 3825-3829， Nov-Dec1998 ;S. Y. Chou， L. Zhuang的"定期聚合物的微柱形物陣列的平版印刷導致的自組 合"，出版在J. Vac Sci Technol B17 (6) ， 3197-3202， 1999 ;以及P. Mansky， J. DeRouchey， J. Mays, M. Pitsikalis， T. Morkved， H. Jaeger和T. Russell的"使用電場在i央共聚物薄膜 內的大面積域對齊"，出版在Macromolecules13， 4399 (1998)中。 圖1示出了一用於平版印刷系統3900的實施例。平版印刷系統3900包括一印刷 頭3100。該印刷頭3100安裝在印刷頭支承件3910上。印刷頭3100被構造成以保持一構 有圖形的模板3700。該構有圖形的模板3700包括多個形成印刷到基底內的圖形特徵的凹 陷。印刷頭3100或運動平臺3600還被構造成在使用過程中朝待印刷的基底和背離基底來 移動構有圖形的模板3700。平版印刷系統3900還包括一運動平臺3600。該運動平臺3600 安裝在運動平臺支承件3920上。運動平臺3600被構造成以保持一基底和圍繞運動平臺支 承件3920以一大致平面的運動移動基底。平版印刷系統3900還包括一連接於印刷頭3100 的激活光源3500。該激活光源3500被構造成產生固化用的光，並引導產生的固化用光通過 連接於印刷頭3100的構有圖形的模板3700。固化用光包括合適波長的光以便固化一聚合 物的液體。固化用光包括紫外線光、可見光、紅外線光、x線輻照和電子束輻照。
印刷頭支承件3910通過橋架支承件(bridging su卯ort) 3930連接於運動平臺支 承件3920。以此方式印刷頭3100圍繞運動平臺3600定位。印刷頭支承件3910、運動平臺 支承件3920和橋架支承件3930在這裡統一被稱之為系統"本體"。系統本體的部件可以由 熱穩定材料形成。熱穩定材料具有在室溫(°C)下約小於10卯m廣C的熱膨脹係數。在某些 實施例中，結構材料可具有小於約10ppm廣C或lppm廣C的熱膨脹係數。這樣材料的實例包 括碳化矽、某些鐵合金，其包括(但不限於)鋼和鎳的某種合金(例如，商標名為INVAR 的市購的合金)，以及鋼、鎳和鈷的某種合金(例如，商標名為SUPER INVARTM的市購的合 金)。這樣材料的其它實例包括某種陶瓷，其包括(但不限於)ZER0DUR⑧陶瓷。運動平 臺支承件3920和橋架支承件3930連接於一支承臺3940。該支承臺3940對平版印刷系統 3900的部件提供一基本上無振動的支承。支承臺3940將平版印刷系統3900與周圍的振 動(例如，由於工件、其它機械等)隔絕。運動平臺和振動隔絕支承臺可從加利福尼亞州的 Irvine市的NewportCorporation公司購得。 如這裡所使用的"X軸線"是指在諸橋架支承件3930之間走向的軸線。如這裡所 使用的，"Y軸線"是指正交於X軸線的軸線。如這裡所使用的，"X-Y平面"是指由X軸線和 Y軸線形成的平面。如這裡所使用的，"Z軸線"是指從運動平臺支承件3920到印刷頭支承件3910走向並正交於X-Y平面的軸線。一般來說，印刷工藝包括沿X-Y平面移動基底，或移動印刷頭，直到基底相對於構有圖形的模板3700達到合適的位置。構有圖形的模板3700，或運動平臺3600沿Z軸線的運動，將使構有圖形的模板3700到達某一位置，該位置允許構有圖形的模板3700與設置在基底表面上的液體之間發生接觸。 如圖2所示，平版印刷系統3900可放置在一封閉外殼3960內。該外殼3960包容平版印刷系統3900，並對平版印刷部件提供一隔絕熱和空氣的屏障。外殼3960包括一可移動的入口板3962，當移動到一"打開"位置時該入口板允許進入到印刷頭3100和運動平臺3600(如圖2所示)。當處於一"關閉"位置時平版印刷系統3900的諸部件至少部分地與室溫隔絕。入口板3962還起作一熱屏障的作用，來減小室內溫度變化對外殼3960內的諸部件的溫度的影響。外殼3960包括一溫度控制系統。該溫度控制系統用來控制外殼3960內的部件的溫度。在一實施例中，溫度控制系統被構造成可阻止外殼3960內的溫度變化大
於約rc。在某些實施例中，溫度控制系統可阻止溫度變化大於約o. rc。在一實施例中，
可使用自動調溫器或其它溫度測量裝置與一個或多個風扇組合，以便在外殼3960內保持基本恆定的溫度。 各種用戶戶接口 (user interface)也可設置在外殼3960上。 一計算機控制的用戶接口 3964可連接於外殼3960。用戶接口 3964可顯示各種操作參數、診斷信息、工作工藝和涉及包圍的平版印刷系統3900功能的其它信息。用戶接口 3964還可被構造成接受操作者的指令，以改變平版印刷系統3900的操作參數。 一平臺支承件3966也可連接於外殼3960。該平臺支承件3966在平版印刷工藝中由操作者用來支承基底、模板和其它設備。在某些實施例中，平臺支承件3966可包括一個或多個凹坑3967，其構造成可保持一基底(例如，用於一半導體晶片的圓形凹坑)。平臺支承件3966還可包括一個或多個用來保持構有圖形的模板3700的凹坑3968。 根據平版印刷系統3900設計執行的工藝，可設置其它附加的部件。例如，用於包括(但不限於) 一自動晶片加載機的半導體加工設備，一自動模板加載機和與一盒加載機的接口 (都未示出)可連接於平版印刷系統3900。 圖3示出印刷頭3100的一部分的實施例。印刷頭3100包括一預校準系統3109和一細調定向系統3111。模板支承件3130連接於細調定向系統3111。模板支承件3130被設計成可支承和將構有圖形的模板3700連接於細調定向系統3111。 參照圖3和4，一組成預校準系統3109的一部分的盤形彎曲件環3124連接於印刷頭外殼3120。印刷頭外殼3120連接於一帶有導向軸3112a和3112b的中間框架3114。在一實施例中，可使用三個導向軸(背導向軸(back guide shaft)在圖4中未可見)，以對外殼3120提供一支承。使用連接於對應於圍繞中間框架3114的導向軸3112a和3112b的滑動件3116A和3116B，以便於外殼3120的上、下運動。 一盤形底板3122連接於外殼3120的底部。底板3122可以連接於可彎曲環(flexure ring) 3124。可彎曲環3124支承細調導向系統3111諸元件，該些元件包括第一可彎曲件(flexure member) 3126和第二可彎曲件3128。下面將詳細討論彎曲件3126和3128的操作和結構。 圖5示出印刷頭3100的分解圖。如圖5所示，致動器3134a、3134b和3134c固定在外殼3120內，並連接於底板3122和可彎曲環3124。在操作中，致動器3134a、3134b和3134c的運動控制了可彎曲環3124的運動。致動器3134a、3134b和3134c的運動可允許一粗的預校準。在某些實施例中，致動器3134a、3134b和3134c可圍繞外殼3120等距離地 間隔開。致動器3134a、3134b和3134c和可彎曲環3124 一起形成預校準系統3109 (如圖 3所示)。示於圖5中的致動器3134a、3134b和3134c允許可彎曲環3124沿Z軸線平移， 以精確地控制間隙。 印刷頭3100還包括一機構，它能細調定向控制構有圖形的模板3700，以便可實現 合適定向對齊和通過模板相對於基底表面保持均勻的間隙。在一實施例中，通過分別使用 第一和第二可彎曲件3126和3128達到對準和間隙控制。 圖6和7分別更加詳細地示出第一和第二可彎曲件3126和3128的實施例。如圖 6所示，第一可彎曲件3126包括多個連接於對應剛性體3164和3166的可彎曲接頭3160。 可彎曲接頭3160可以是凹槽形狀，以便提供剛性體3164和3166圍繞樞轉軸線的運動，所 述樞轉軸線位於沿可彎曲接頭的最薄截面。可彎曲接頭3160和剛性體3164 —起形成臂 3172，而附加的可彎曲接頭3160和剛性體3166 —起形成臂3174。臂3172和3174連接於 第一可彎曲框架3170並從中延伸。第一可彎曲框架3170具有一開口 3182，其允許固化用 光(例如，紫外線光)通過第一可彎曲件3126。在所示實施例中，四個可彎曲接頭3160允 許第一可彎曲框架3170圍繞第一定向軸線3180運動。然而，應該理解的是可使用或多或 少可彎曲接頭來達到要求的控制。第一可彎曲件3126通過第一可彎曲框架3170連接於第 二可彎曲件3128 (如圖8所示)。第一可彎曲件3126還包括兩個連接件3184和3186 (示 於圖6中)。連接件3184和3186包括諸開口 ，它們允許使用任何合適的緊固件裝置將連接 件附連到可彎曲環3124(如圖5所示)。連接件3184和3186通過臂3172和3174連接於 第一可彎曲框架3170 (如圖6所示)。 第二彎曲件3128包括一對從第二彎曲框架3206延伸的臂3202和3204(如圖7 所示)。可彎曲接頭3162和剛性體3208 —起形成臂3202，而附加的可彎曲接頭3162和剛 性體3210 —起形成臂3204。可彎曲接頭3162可以是凹槽形狀，以便提供剛性體3210和臂 3204圍繞樞轉軸線的運動，所述樞轉軸線位於沿可彎曲接頭3162的最薄截面。臂3202和 3204連接於模板支承件3130並從中延伸(如圖8所示)。模板支承件3130被構造成可保 持和保留一構有圖形的模板3700的至少一部分。模板支承件3130還具有一開口 3212，其 允許固化用光(例如，紫外線光)通過第二可彎曲件3128。在所示實施例中，四個可彎曲 接頭3162允許模板支承件3130圍繞第二定向軸線3200運動。然而，應該理解的是可使 用或多或少可彎曲接頭來達到要求的控制。第二可彎曲件3128還包括支架3220和3222。 支架3220和3222包括諸開口 ，它們允許支架附連到部分的第一可彎曲件3126上。
參照圖1、6、7和8，在一實施例中，第一可彎曲件3126和第二可彎曲件3128如圖 8所示地連接，以形成細調定向系統3111。支架3220和3222連接於第一可彎曲框架3170， 以使第一可彎曲件3126的第一定向軸線3180和第二可彎曲件的第二定向軸線3200基本 上彼此正交。在這樣一結構中，第一定向軸線3180和第二定向軸線3200相交在一樞轉點 3252，在設置在模板支承件3130內的構有圖形的模板3700的大致中心區域處。在使用工藝 中，第一和第二可彎曲件3126和3128的這種連接分別允許構有圖形的模板3700的細微對 齊和間隙控制。儘管第一和第二可彎曲件3126和3128顯示為離散的部件，但應該理解到 第一和第二可彎曲件3126和3128分別可由一單一加工部件形成，其中，可彎曲件3126和 3128集成在一起。可彎曲件3126和 3128通過匹配表面而連接，以使構有圖形的模板3700圍繞樞轉點3252發生運動，基本上減小了 "擺動"和平版印刷後會剪切印刷的特徵的其它 的運動。由於可彎曲接頭3162的選擇地約束的高結構剛度，細調定向系統3111賦予在模 板表面的可忽略的側向運動和圍繞模板表面法線的可忽略的扭轉運動。使用這裡所述的可 彎曲件的另外的優點在於它們不產生顯著量的顆粒，尤其是當與磨擦接頭相比時。這對平 版印刷工藝提供一優點，因為顆粒會破壞印刷工藝。 參照圖4、3和9，組裝的細調定向系統3111連接於預校準系統3109。構有圖形的 模板3700定位在作為第二可彎曲件3128的部分的模板支承件3130內，第二可彎曲件3128 沿一基本上正交的定向連接於與第一可彎曲件3126。第一可彎曲件3126通過連接件3186 和3184連接於可彎曲環3124。如上所述，可彎曲環3124連接於底板3122。
圖10是表示通過截面3260觀察的、圖3中所示的預校準系統3109的截面圖。如 圖10所示，可彎曲環3124用致動器3134連接於底板3122。致動器3134包括一連接於力 探測器3137的端部3270，力探測器接觸於可彎曲環3124。在使用過程中，致動器3134的 致動導致端部3270朝向或背離可彎曲環3124運動。端部3270朝向可彎曲環3124的運動 包括可彎曲環3124的變形並導致細調定向系統3111沿Z軸線朝向基底平移。端部3270 背離可彎曲環3124的運動允許可彎曲環3124移動到其原始的形狀，並在過程中移動細調 定向系統3111以背離基底。 在一典型的印刷工藝中，構有圖形的模板3700設置在連接於細調定向系統3111 的模板支承件3130內(如上述圖中所示)。構有圖形的模板3700與基底的表面上的一液體 相接觸。當構有圖形的模板3700更靠近基底時，壓縮基底上的液體致使由液體施加的阻力 作用在構有圖形的模板3700上。該阻力通過細調定向系統3111平移到可彎曲環3124(如 圖9和IO所示)。抵靠可彎曲環3124所施加的力還作為阻力平移到致動器3134。施加到 一致動器3134的阻力可使用力探測器3136被確定。力探測器3136可連接於致動器3134， 這樣，在使用過程中，可確定和控制施加到致動器3134的阻力。 在一典型的印刷工藝中，如上所述，模板設置在一連接於細調定向系統的模板保 持器內。模板與基底的一表面上的液體相接觸。當模板更靠近基底時，壓縮基底上的液體 致使由液體施加的阻力作用在模板上。該阻力通過細調定向系統平移到可彎曲環3124(如 圖9和IO所示)。抵靠可彎曲環3124所施加的力還作為阻力平移到致動器3134。施加到 一致動器3134的阻力可使用力傳感器3135被確定。力傳感器3135可連接於致動器3134， 這樣，在使用過程中可確定和控制施加到致動器3134的阻力。 圖11示出一用來理解一細調脫開定向平臺(fine decoupled orientation stage)(諸如上述的細調定向系統3111)的操作原理的可彎曲件模型。可彎曲件模型3300 可包括四個平行點接頭1、2、3和4，它們提供一位於其名義的和轉動的結構中的四連杆系 統。線3310表示接頭3和4的對齊軸線。角、代表通過構有圖形的模板3700的中心的 垂直軸線與線3310之間的夾角。角02代表通過構有圖形的模板3700的中心的垂直軸線 與線3312之間的夾角。在某些實施例中，角ajP 02被這樣選擇順應的對準軸線(或定 向軸線)大致位於構有圖形的模板3700的表面上。對於細調定向的變化，接頭2和3之間 的剛性體3314可圍繞由點C示出的軸線轉動。剛性體3314代表第二可彎曲件3128的模 板支承件3130。 示於圖4中的細調定向系統3111在連接於細調定向系統3111的構有圖形的模板3700的表面處產生純傾斜運動，而基本上無側向運動。如圖6和7所示，使用可彎曲臂 3172、3174、3202和3204可提供如圖4所示的細調定向系統3111，在不需要側向運動或轉 動的方向上具有高的剛度，而在需要必要的定向運動的方向上具有低的剛度。因此，細調定 向系統3111允許模板支承件3130轉動(如圖3所示)，因此，允許構有圖形的模板3700在 其所在表面上圍繞樞轉點3252 (如圖8所示)轉動，而沿垂直於和平行於該模板3700的方 向有足夠的阻力，以便相對於基底保持合適的位置。這樣，對構有圖形的模板3700的定向 使用一被動的定向系統，使其相對於構有圖形的模板3700成為平行的定向。術語"被動"是 指一運動的發生不需任何用戶或程序控制器的幹預，即，通過接觸構有圖形的模板3700和 液體系統自動地糾正到一合適的定向。因此，可彎曲件系統適於沿相對於其上設置液體材 料的基底的要求的定向來定位模板，並響應於施加到模板上的力來保持定向，所述力來自 例如由壓縮模板與基底之間的液體材料所產生的力。也可實施其它變化的實施例，其中，可 彎曲臂3172、3174、3202和3204(示於圖6和7中)的運動由電機進行控制以產生有效的 彎曲。 細調定向系統3111的運動(示於圖4中)可通過直接地或間接地接觸液體進行 致動。如果細調定向系統3111是被動的，則在一實施例中它被設計成圍繞兩個定向軸線 具有最主要的順從性。該兩個定向軸線彼此正交地定位並位於設置在細調定向系統3111 上的印刷件的印刷表面上。兩個正交扭轉順從性值(orthogonal torisional compliance value)對於對稱的印刷件設定為相同值。 一被動的細調定向系統3111被設計成當構有 圖形的模板3700不平行於基底時，變化構有圖形的模板3700的定向。當構有圖形的模板 3700與基底上的液體接觸時，可彎曲件3126和3128補償構有圖形的模板3700上生成的不 均勻的液體壓力。這樣的補償會因最小或沒有過調(overshoot)而受影響。此外，一如上 所述的細調定向系統3111可在構有圖形的模板3700與基底之間保持大致平行的定向，以 便有一足夠長的時間使液體固化。 印刷頭3100安裝在如圖1所示的印刷頭支承件3910上。在此實施例中，印刷頭 支承件3910安裝成使印刷頭3100始終保持在一固定位置內。在使用過程中，沿X-Y平面 的所有運動通過運動平臺3600執行到基底。 參照圖12，運動平臺3600用來支承待印刷的基底，並在使用過程中沿X-Y平面移 動基底。在某些實施例中，運動平臺3600能將一基底移動若干距離，其值高達幾百毫米，且 精度至少為士30nm，較佳地精度為約士10nm。在一實施例中，運動平臺3600包括一連接於 支架3620的基底卡盤3610。支架3620圍繞一在摩擦軸承系統或非摩擦軸承系統上的底座 3630運動。在一實施例中，使用一包括空氣軸承的非摩擦軸承系統。在一實施例中，使用一 空氣層(即，"空氣軸承")將支架3620懸置在運動平臺3600的底座3630的上方。可使用 磁性或真空系統來提供對空氣軸承水平的平衡力。基於磁性和真空系統可從各種供貨商中 購得，任何這樣的系統可用於平版印刷工藝中。適用於平版印刷工藝的運動平臺的一實例 是由CA州的Irvine市的Newport Corporation出品的Dynam YX的運動平臺。運動平臺 3600還可包括一類似於校準平臺的末端傾斜平臺，其被設計成將基底近似地調整到X-Y平 面。還包括一個或多個e平臺來將基底上的圖形定向到X-Y運動軸線。
參照圖1和13，平版印刷系統3900還包括一液體分配系統3125，其用來將固化液 體分配到一基底上。液體分配系統3125連接於系統本體。在一實施例中，一液體分配系統3125連接於印刷頭3100。圖3示出一分配系統3125的液體分配頭2507，如圖13所示， 其從印刷頭3100的蓋板3127中延伸出。液體分配系統3125的各種部件可設置在印刷頭 3100的蓋板3127內。 液體分配系統3125的示意圖示於圖13中。在一實施例中，液體分配系統3125包 括一液體容器2501。該液體容器2501被構造成保持一光激活固化液體。液體容器2501 通過入口管道2502連接於一泵2504。 一入口閥2503定位在液體容器2501和泵2504之 間，以便控制通過入口管道2502的流動。泵2504通過出口管道2506連接於液體分配器頭 2507。 液體分配系統3125被構造成允許控制分配到下面基底上的液體量的精確的體 積。在一實施例中，使用一壓電閥作為泵2504來實現液體的控制。該壓電閥可從CT州的 Westbrook市的Lee Company購得。在使用過程中， 一固化液體通過入口管道2502抽吸到 泵2504內。當一基底合適地定位在下面時，泵2504被致動而強制一預定量液體通過出口 管道2506。然後，液體通過液體分配器頭2507分配到基底上。在此實施例中，液體體積的 控制通過泵2504的控制來實現。泵2504從打開到關閉狀態的快速切換，使得一液體控制 量送到液體分配器頭2507。泵2504構造成以小於約1 P L的體積來分配液體。泵2504的 操作可允許液滴或連續的液體圖形分配到基底上。通過泵快速地從一打開狀態循環到關閉 狀態，來施加液滴。通過使泵2504保持在打開狀態並在液體分配器頭2507下移動基底，一 液體流產生在基底上。 在另一實施例中，液體體積控制可利用液體分配器頭2507來實現。在這樣一系統 中，泵2504用來供應一固化液體對液體的分配器頭(curableliquid-to-liquid dispenser head) 2507。體積可精確規定的液體的小液滴，使用一液體分配致動器來進行分配。液體分 配致動器的實例包括微電磁閥或壓電致動的分配器。壓電致動的分配器可從TX州的Piano 市的MicroPab Technologies, Inc.購得。液體分配致動器包容在液體分配器頭2507內， 以允許控制液體的分配。液體分配致動器構造成在分配液體的每個液滴液體的約50pl至 lOOOpl之間進行分配。帶有液體分配致動器的系統的優點包括較快的分配時間和較精確 的體積控制。液體分配系統還可見2001年7月17日提交的美國專利申請09/908， 455、其 題為"用於平版印刷工藝的自動流體分配的方法和系統"，本文已援引其內容以供參考。
參照圖12，利用線性編碼器(例如，暴露的線性編碼器)可初步確定構有圖形的 模板3700和基底的位置。編碼器提供0.01iim量級的初步測量。線性編碼器包括一連接 於移動物體的標尺和一連接於本體的閱讀器。該標尺可由各種材料形成，其包括玻璃、玻 璃陶瓷以及鋼。標尺包括多個由閱讀器閱讀的標記，以確定移動物體的相對位置或絕對位 置。藉助於本技術領域內已知的方法，將該標尺連接於運動平臺3600。 一閱讀器連接於本 體上，且光學連接於標尺上。在一實施例中，可使用一暴露的線性編碼器。該編碼器可被構 造成沿一單一軸線或沿一雙軸線平面確定運動平臺3600的位置。 一暴露的雙軸線線性編 碼器的實例是pp型編碼器，其可從IL州的Schaumburg市的Heidenhain Corporation購 得。 一般來說，編碼器被構造在許多市購的X-Y運動平臺內。例如，從NewportCorp.購得 的Dynam YX運動平臺具有一裝入系統內的雙軸線編碼器。 構有圖形的模板3700沿Z軸線的初步定位也使用一線性編碼器來確定。在一實 施例中，可使用一暴露的線性編碼器來測量構有圖形的模板3700的位置。在一實施例中，線性編碼器的一標尺連接於印刷頭3100的預校準環。或者，標尺可直接連接於模板支承件 3130。閱讀器連接於本體並光學連接於標尺上。利用編碼器沿Z軸線確定構有圖形的模板 3700的位置。 參照圖3和12，在一實施例中，如圖3所示，一空氣壓力計3135可連接於印刷頭 3100。空氣壓力計3135用來確定設置在運動平臺3600上的基底是否基本上平行於參考平 面。如本文中使用的，術語"空氣壓力計"是指測量朝向一表面的空氣氣流的壓力用的裝置。 當基底設置在空氣壓力計3135出口的下面時，基底離空氣壓力計3135的出口的距離將影 響空氣壓力計3135檢測的壓力值。 一般來說，基底離空氣壓力計3135越遠，則壓力越小。
在這樣一結構中，空氣壓力計3135可用來確定由基底表面和空氣壓力計3135之 間的距離變化造成的壓差。通過沿基底的表面移動空氣壓力計3135，空氣壓力計3135可確 定它與基底表面之間在各個測量點處的距離。基底相對於空氣壓力計3135的平面度可通 過比較空氣壓力計3135與基底之間在各個測量點處的距離來確定。如果一基底是平面的， 則使用在基底上的至少三個點與空氣壓力計3135之間的距離來確定。如果距離基本上相 同，則基底可認為是平面的。基底與空氣壓力計3135之間的測得的距離的顯著的差值表示 基底和空氣壓力計3135之間存在一非平面關係。該非平面關係是由基底的非平面性或基 底的傾斜造成的。在使用之前糾正基底的傾斜，以在基底和構有圖形的模板3700之間建立 一平面關係。合適的空氣壓力計可從Senex Inc.購得。 在空氣壓力計使用過程中，基底或構有圖形的模板3700放置在空氣壓力計3135 的測量範圍之內。基底朝向空氣壓力計3135的運動可通過印刷頭3100的沿Z軸線運動或 運動平臺3600的沿Z軸線的運動來實現。 在一平版印刷工藝中，一光固化液體設置在基底的一表面上。構有圖形的模板 3700與光固化液體相接觸，而激活光線施加到光固化液體。如這裡使用的術語"激活光線" 是指可影響一化學變化的光。激活光線可包括紫外光(例如，具有波長約在200nm至400nm 之間的光)、光化光(actinic light)、可見光或紅外光。 一般來說，能夠影響一化學變化 的任何波長的光都可分類為激活光。化學變化可以多種形式進行放大。 一化學變化可包括 (但不限於)任何導致一聚合化學反應或發生一交連反應。在一實施例中，在達到複合之 前，激活光通過構有圖形的模板3700。以此方式光固化液體被固化而形成與形成在構有圖 形的模板3700上的結構互補的結構。 在某些實施例中，激活光源3500是能夠產生波長約在200nm至400nm之間的光的 紫外光源。如圖l所示，激活光源3500光學連接於構有圖形的模板3700上。在一實施例 中，激活光源3500靠近印刷頭3100定位。印刷頭3100包括一如圖4所示的鏡面3121，它 將來自激活光源3500的光反射到構有圖形的模板3700。光通過印刷頭3100的本體內的開 口，並由鏡面3121朝向構有圖形的模板3700反射。以此方式激活光源3500輻照構有圖形 的模板3700，而不設置在印刷頭3100內。 在使用過程中，大部分激活光源產生相當的熱量。如果激活光源3500太靠近平版 印刷系統3900，則從光源發出的熱量將朝向平版印刷系統3900的本體輻照，並致使本體部 分的溫度上升。由於加熱時許多金屬膨脹，所以，平版印刷系統3900的本體的一部分的溫 度的上升導致本體膨脹。當形成不到100nm的特徵時，該膨脹會影響平版印刷系統3900的 精度。
在一實施例中，激活光源3500定位在遠離本體足夠的距離處，通過激活光源3500 和印刷頭3100之間插入的空氣使系統本體與由激活光源3500產生熱隔離。圖14示出一 光學連接於印刷頭3100的激活光源3500。激活光源3500包括一光學系統3510，它將由光 源產生的光線投射到印刷頭3100。從激活光源3500發出的光線通過開口 3123進入到印刷 頭3100內。然後，光線通過設置在印刷頭3100內的鏡面3121後朝一連接於印刷頭3100 的模板反射(如圖4所示)。以此方式光源與本體在熱力上隔絕。 一合適的光源可從CA州 的Santa Clara市的OAI Inc.購得。 —個或多個光學裝置可光學連接於印刷頭3100和/或運動平臺3600上。 一般來 說，光學測量裝置是允許確定構有圖形的模板3700相對於基底的位置和/或定向的任何裝置。 現在來看圖14， 一通過模板的光學成像系統3800光學連接於印刷頭3100。該光 學成像系統3800包括一光學成像裝置3810和一光學系統3820。在一實施例中，該光學成 像裝置3810是一 CCD顯微鏡。光學成像系統3800在光學上通過印刷頭3100連接於構有 圖形的模板3700。當基底設置在構有圖形的模板3700下面時，光學成像系統3800還在光 學上連接於基底。光學成像系統3800用來確定構有圖形的模板3700和一下面的基底之間 的放置誤差(將在下面描述)。在一實施例中，如圖4所示，鏡面3121在印刷頭3100內移 動。在一對準或光學檢查工藝中，鏡面3121移出光學成像系統的光路之外。
在使用光學準直裝置的過程中，基底或構有圖形的模板3700放置在空氣光學成 像系統的測量範圍(例如，視野)內。基底朝向光學成像系統3800的運動可以通過印刷頭 3100的沿Z軸線運動或運動平臺3600的沿Z軸線的運動來實現。 如上所述，在平版印刷工藝中，一光固化液體放置在一基底上，而一模板與液體 接觸。固化的液體是一低粘度的液體單體溶液。 一合適的溶液可具有從約0.01cps到約 100cps範圍內的粘度(在25t:下測量)。對於高解析度(例如，不到100nm)的結構，低粘 度是特別理想的。低粘度還導致間隙較快地關閉。此外，低粘度導致液體在低壓下較快地 填充於間隙區域。尤其是，在不到50nm的狀況中，溶液的粘度應在約30cps或此值以下，或 較佳地在約5cps以下(在25t:下測量)。 其它平版印刷技術遇到的許多問題可在平版印刷工藝中通過使用一低粘度的光 固化液體得以解決。低粘度光固化液體的圖形通過使用一低粘度光敏液體解決了面臨熱 壓紋技術(hot embossing technique)的各種問題。還有使用厚的、剛性的透明模板提供 了較容易地層對層對準的可能。 一般來說，剛性模板對於液體激化光和準直標記測量光 (aligment mark measurement light)是透明的。 固化液體可由各種聚合物材料組成。 一般來說，可使用任何光致聚合物化的材料。 光致聚合物化的材料可包括單體和光引發劑的混合物。在某些實施例中，固化液體可包括 一個或多個市購的負光阻材料(negative photoresist material)。光阻材料的粘度可通 過用合適的溶劑稀釋液體的光阻材料而得以減小。 在一實施例中，合適的固化液體包括一單體、一矽烷化單體以及一引發劑。也可包 括一交連劑和一二甲基矽氧烷的衍生物。單體包括(但不限於)丙烯酸和甲基丙烯酸酯單 體。單體的實例包括(但不限於)丁基丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯，或它們 的混合物。單體組成大約固化液體的25%至50% (按重量計)。應該相信單體確保光引
15發劑在固化液體中的足夠的溶解度。還可以相信在使用時單體對下層的有機傳遞層提供 粘結力。 固化液體還可包括一矽烷化單體。矽烷化單體一般是包括一矽組的聚合物化的復 合物。矽烷化單體分類包括(但不限於)矽烷丙烯酸和矽烷甲基丙烯酸的衍生物。特殊的 實例包括甲基丙烯酸基丙取三甲氧基甲矽烷和(3-丙烯酸丙氧基)三甲氧基甲矽烷。矽烷 單體可存在的量從25至50% (按重量計)。固化液體可還包括一二甲基矽氧烷衍生物。二 甲基矽氧烷衍生物的實例包括(但不限於)(丙烯酸丙氧基)甲基矽氧烷、二甲基矽氧烷共 聚物、丙烯酸丙氧基甲基矽氧烷均聚物，以及丙氧基封端聚合二甲基矽氧烷。二甲基矽氧烷 衍生物存在量約從0至50% (按重量計)。應該相信矽烷化單體和二甲基矽氧烷衍生物 可時固化液體具有一高的氧化蝕刻阻力。此外，矽烷化單體和二甲基矽氧烷衍生物被人為 可減小固化液體的表面能，因此，增加了模板從表面釋放的能力。這裡所列的矽烷化單體和 二甲基矽氧烷衍生物都可從Gelest， Inc.購得。 任何可引發一自由基反應的材料可用作為引發劑。對於固化可固化的材料的激活 光，較佳地是，引發劑是一光引發劑。引發劑的實例包括(但不限於)a-羥基酮(例如， 1-羥基環己酯苯基酮，由Ciba-Geigy Specialty Chemical Division,以Irgacure184牌 號出品)，以及醯基磷氧化物引發劑(例如，l-henylbis(2，4，6-三甲基苯醯)磷氧化物，由 Ciba-Geigy Specialty Chemical Division,以Irgacure819牌號出品)。
固化液體還可包括一交連劑。交連劑是包括兩個或多個聚合物化組的單體。在 一實施例中，多功能的矽氧烷衍生物可用作為一交連劑。多功能矽氧烷衍生物的實例是1， 3_雙(3-甲基丙烯酸丙氧基)_四甲基二矽氧烷。 在一實施例中，固化液體可包括50% (按重量計)的n-丁基丙烯酸酯和50% 的(3-丙烯酸丙氧基)三-三甲基矽氧烷-矽烷。對此混合物可添加3% (按重量計)的 1 : 1的Irgacure 819和Irgacure 184的混合物，以及5%的交連物1，3_雙(3-甲基丙 烯酸丙氧基)-四甲基二矽氧烷。該混合物的粘度在約25t:時測得小於30cps。
在一替代的實施例中，固化液體可由一單體、一產生酸性光致劑和一產生鹼性的 光致劑組成。單體的實例包括(但不限於)酚聚合物和環氧樹脂。產生酸性的光致劑是用 激活光線處理時釋放酸性化合物。產生的酸催化單體的聚合物化。本技術領域內的技術人 員知道這樣的產生酸性添加劑，以及根據單體和要求的固化條件採用的特殊的產生酸性添 加劑。 一般來說，選擇產生酸性添加劑以對第一波長入工下的輻照敏感，在某些實施情形中 該波長A工是在可見光或紫外光附近(UV附近)的範圍內。例如，在某些實施情形中，該第一 波長A工選擇近似為400nm或以上。一產生鹼性的光致劑(base-generating photo-agent) 也添加到單體。產生鹼性的光致劑可阻止模板交界面附近單體的固化。產生鹼性的光致劑 可對第二波長、下的輻照敏感，然而，對第一波長、下的輻照呈惰性或基本上惰性。此 外，第二波長、應這樣選擇第二波長下的輻照在與模板交界面處的單體的表面附近主 要地被吸收，並不非常遠穿透進入固化液體內。例如，在某些實施情形中，可使用一種產生 鹼性的添加劑，該種添加劑對於具有在深入的UV範圍內的一波長入2，換句話說，即具有約 190-280nm範圍內的波長的輻照教為敏感。 根據 一 實施例， 一 包括 一 單體、 一 產生酸性光致劑(acid-generating photo-agent)和一產生鹼性光致劑的固化液體設置在一基底上。將一模板與固化液體相接觸。固化液體然後基本上同時暴露在第一波長、和第二波長、光的輻照下。或者，固化 液體可暴露在第二波長入2光輻照下，其後暴露在第一波長、光輻照下。固化液體暴露在 第二波長、光輻照下，在與模板交界面附近產生過量的鹼性。該過量的鹼性用來中和固 化液體暴露在第一波長、光輻照下產生的酸性，由此，阻止酸固化該固化的液體。由於在 第二波長、下的輻照具有進入到固化液體內的淺的穿透深度，所以，由輻照產生的鹼性僅 阻止在模板交界面處或與模板交界面附近的固化液體的固化。固化液體的其餘部分通過暴 露在穿透全部固化液體的較長波長的輻照(A》下而得以固化。題為"器件製造中非平面 的表面的平面化"的美國專利6， 218， 316描述了關於這樣工藝的額外的細節，本文已援引其 內容以供參考。 在另一實施例中，固化液體可包括一光敏劑，當曝光時，例如暴露在深度UV輻照 下，該光敏劑分解而產生一種或多種氣體，例如，氫氣(H》、氮氣(N》、一氧化氮(K0)、三氧 化硫(S0》、乙炔(C具)、二氧化碳(詠氨(NH3)或甲烷(CH4)。在第一波長、，例如可見 光或接近UV下輻照，可利用該種輻照來固化可固化的液體，可使用深度的UV輻照(入2)來 產生一或多種上述氣體。氣體的產生可在固化液體和模板之間的交界面附近產生局部壓 力，以便於模板與固化液體分離。美國專利6，218，316描述了關於該工藝的其它細節，本文 已援引其內容以供參考。 在另一實施例中，一固化液體可由一單體組成，該單體固化而形成一可在光照下 分解的聚合物。在一實施例中，一帶有雙置換碳骨架的聚合物沉積在基底上。在模板與固 化液體接觸之後，固化液體暴露在第一波長Aj例如，大於400nm)下的輻照和在深度UV 範圍內的第二波長、下的輻照。在第一波長下的輻照被用來固化可固化的液體。當可固 化液體暴露在第二波長、下，在置換的碳原子處發生切斷。由於深度UV輻照不深入穿透 到固化液體內，所以，聚合物僅在與模板交界面附近分解。固化液體的分解表面便於與模 板分離。也可使用便於聚合物光照下分解的其它功能組(functional group)。美國專利 6， 218， 316描述了關於該工藝的其它細節，本文已援引其內容以供參考。
在各種實施例中，使用以下工藝來製造平版印刷模板，這些工藝包括(但不限 於)光學平版印刷術、電子束平版印刷術、離子束平版印刷術、X線平版印刷術、極端紫外 線平版印刷術、掃描探針平版印刷術、聚焦離子束研磨、幹涉測量法平版印刷術、外延生長 (印itaxial growth)、薄膜沉澱、化學蝕刻、等離子蝕刻、離子研磨、反應性離子蝕刻或以上 所述的組合。製造構有圖形的模板的方法在授予Voison的美國專利申請10/136， 188中已 有描述，該專利申請於2002年5月1日提交，題為"製造平版印刷的模板的方法"，本文已援 引其內容以供參考。 在一實施例中，平版印刷的模板對於激活光線是基本上透明的。該模板包括一具 有一下表面的本體。模板還包括多個凹陷，其在朝向本體頂表面延伸的下表面上。諸凹陷 可以是任何合適的尺寸，但通常至少一部分凹陷具有小於約250nm的特徵尺寸。
就平版印刷工藝來說，模板的耐用性和其釋放特徵也應考慮。在一實施例中，模板 由石英形成。也可使用其它材料來形成模板，其包括(但不限於)矽鍺碳、氮化鎵、外延矽、 多晶矽、門氧化物(gate oxide) 、二氧化矽或它們的組合。模板也可包括用來形成諸如對其 標記的可探測的特徵的材料。例如，可探測特徵可由SiO,形成，其中，x小於2。在某些實 施例中，x約等於1.5。在另一實例中，可探測特徵可由矽化鉬形成。Si0,和矽化鉬對於用來固化聚合物化的液體的光線光學上是透明的。然而，兩種材料對於可見光基本上是不透 明的。使用這樣的材料允許準直標記形成在模板上，不會與下層基底的固化發生幹擾。
如上所述，模板用一表面處理材料進行處理，以在模板表面上形成一薄層。 一表面 處理工藝被優化以生成一低表面能塗層。在準備印刷模板以便進行平版印刷時使用這樣一 塗層。處理的模板相對於未處理的模板具有所需的釋放特徵(release characteristic)。 未處理的模板表面具有約65dynes/cm或以上的表面自由能。這裡揭示的處理程序產生的 表面處理層顯示出一高水平的耐用性。表面處理層的耐用性允許模板在多次印刷中使用而 不必更換表面處理層。在某些實施例中，表面處理層減小了下方表面的表面自由能，在25°C 下測得的表面自由能約小於40dynes/cm，或在某些情形中小於約20dynes/cm。
在一實施例中，一表面處理層由一烷基矽烷、一氟化烷基矽烷的反應產物，或一氟 化烷基三氯矽烷與水的反應產物形成。該反應在構有圖形的模板的表面上形成矽化塗層。 例如， 一矽化表面處理層由十三烷氟-1 ， 1 ， 2， 2-四羥基辛基三氯矽烷(tridecaf luoro-l， 1，2，2-tetrahydrooctyltrichlorosilane)與水的反應產物形成。 一表面處理層可使用液 相工藝或蒸汽相工藝來形成。在液相工藝中，基底浸沒在前體(precursor)和溶劑的一溶 液中。在蒸汽相工藝中，一前體通過一惰性承載氣體供應。為獲得用於一液態處理的純無 水溶劑是可能較困難的。在處理過程中，大量水的狀態會導致塊體沉澱，這將對最終質量或 塗層的覆蓋造成不利影響。在蒸汽相工藝的一實施例中，模板放置在一真空腔室內，此後， 腔室進行循環清除以去除多餘的水分。然而，某些吸附的水分仍保持在模板的表面上。然 而，少量水被認為是引發形成塗層的表面反應所必須的。可以相信該反應可用以下公式描 述R-SiCI3+3H20 = > R-Si (0H) 3+3HCI 為了促使發生該反應，模板通過一溫度控制卡盤達到一要求的反應溫度。然後，在 一規定的時間裡將前體送入反應腔室內。諸如模板溫度、前體濃度、流動幾何性等的反應參 數可適合於具體的前體和模板基底組合。通過控制這些條件時表面處理層的厚度得以控 制。表面處理層的厚度保持在最小值上，以將表面處理層與特徵尺寸的幹擾減到最小。在 一實施例中，形成表面處理層的單一層。 在一實施例中，有至少兩個與模板的下表面上的凹陷相關的分離的深度。圖20A 和20B分別示出帶有兩個深度的凹陷的構有圖形的模板的截面圖。參照圖20A和20B，一 模板包括一個或多個圖形區域(patterning area) 401。在這樣的實施例中， 一第一相對淺 的深度與模板的圖形區域401內的凹陷相關(如圖20B所示)。圖形區域401包括在模板 圖形化工藝中複製的區域。圖形區域401定位在由模板的邊界/外區域409形成的區域 內。邊界409被限定的區域從任何的圖形區域401的外邊緣延伸到模板的一邊緣407。邊 界409具有的深度基本上大於圖形區域401內凹陷的深度。模板的周緣這裡被定義為圖形 區域401和邊界409之間的邊界。如圖20A所示，四個圖形區域定位在由模板形成的區域 內。圖形區域401通過邊界409與模板的邊緣407分離。模板的"周緣"由圖形區域401的 諸邊緣403a、403b、403c、403d、403e、403f 、403g和403h形成。 圖形區域401可通過通道/邊界區域405彼此分離。通道區域405是這樣的凹陷， 它們定位在深度大於圖形區域401的凹陷的諸圖形區域401之間。如下文中所述，邊界409 和通道區域405分別阻止液體在圖形區域401之間流動，或流動超過圖形區域401的周緣。
模板的設計根據採用的平版印刷工藝的類型進行選擇。例如，一用於正平版印刷 (positive imprint lithogr即hy)的模板具有這樣的設計其有利於不連續的膜形成在基 底上。在一實施例中，一模板12形成為與用來形成圖形區域的結構的深度相比(如圖15 所示)，一個或多個結構的深度相對較大。在使用過程中，模板12放置成與基底20保持一 要求的間隔開的關係。在這樣一實施例中，模板12的下表面536和基底20之間的間隙GO 遠小於凹陷表面534和基底20之間的間隙(h2)。例如，^可以小於約200nm，而h2可以大 於約10000nm。當模板12與基底20上的液體40接觸時，固化液體40離開凹陷表面534下 的區域並填充下表面536和基底20之間的間隙(如圖16所示)。可以相信表面能和毛細 現象力的組合將固化液體40從較大的凹陷拉入到較窄的區域內。當^減小時，由模板12 施加到固化液體40的力可克服抽拉下表面536下面的固化液體40的毛細力。這些力可導 致固化液體40擴散到凹陷表面534下面的區域內。^的最小值在本文中稱之為"最小膜厚 度"，液體在此最小值下被阻止擴散到凹陷532內。此外，當^增加時毛細力減小，最終允許 固化液體40擴散到較深的凹陷區域內。^的最大值在本文中稱之為"最大膜厚度"，毛細力 在此最大值下足以阻止固化液體40流入較深的凹陷區域內。 如圖17和18所示，在各種實施例中，模板12形成為放置在基底20上的固化液 體被阻止流動超過模板12的周緣412。在圖17所示的實施例中，高度^從基底20量到淺 的凹陷表面552。淺的凹陷表面552延伸到模板12的周緣。因此，模板的邊緣形成高度h2， 與高度^相比，實際上是無限和不定的。在圖18所示的實施例中，一深的凹陷形成在模板 12的外邊緣處。高度112在基底20和深凹陷表面554之間測量。高度^再次在基底20和 淺的凹陷表面552之間測量。在任一實施例中，高度h2比高度^大得多。如果^足夠小， 則光激活的光固化液體保持在模板12和基底20之間的間隙內，同時施加一固化劑。深度 凹陷部分對於將液體限制在平臺內特別有效，並如本文所述地重複諸工藝。
在一實施例中，模板12和基底20各具有一個或多個準直標記。準直標記可用來 對準模板12和基底20。例如，一個或多個光學成像裝置(例如，顯微鏡、照相機、成像陣列 (imaging array)等)用來確定準直標記的對準。 在某些實施例中，模板上的一準直標記對於激活光線基本上是透明的。或者，準直 標記可以是對於準直標記探測光線基本上不透明。如這裡所使用的，準直標記探測光線和 用於其它測量和分析目的的光線被稱之為"分析光"。在一實施例中，分析光線包括(但不 限於)可見光和/或紅外線光。形成準直標記的材料可以不同於本體的材料。例如，準直 標記可由SiO,形成，其中，x約為1.5。在另一實施例中，準直標記可以由矽化鉬形成。或 者，準直標記可以包括多個蝕刻在本體表面上的線。諸線被構造成基本上漫射激活光線，但 產生一在分析光下的可分析的標記。 在各種實施例中，一個或多個如上所述的深度凹陷可完全地通過模板的本體突出 以在模板內形成開口。這樣的開口的優點在於它們可有效地確保在各開口處高度、相對 於高度^非常大。此外，在某些實施例中，也可在液體固化之後將加壓氣體或真空施加到 一個或多個開口中。例如，在作為剝離和拉拽工藝部分的固化之後可施加加壓氣體，以幫助 模板與固化的液體分離。 如上所述，印刷頭3100包括細調定向系統3111，其允許構有圖形的模板3700相 對於基底"被動"地定向。在另一實施例中，細調定向系統3111可包括連接於彎曲臂3172、3174、3202和3204的致動器3134a、3134b和3134c。致動器3134a、3134b和3134c可允許 "積極"地控制細調定向系統3111。在使用過程中，一操作員或一程序控制員相對於基底監 視構有圖形的模板3700的定向。然後，操作員或程序控制員通過操作致動器3134a、3134b 和3134c來改變化構有圖形的模板3700相對於基底的定向。致動器3134a、3134b和3134c 的運動導致彎曲臂3172、3174、3202和3204運動，以改變構有圖形的模板3700的定向。以
此方式可實現"積極"控制模板相對於基底的細調的定位。 一積極的細調定向系統詳述在 2001年8月1日提交的美國專利申請09/920， 341中，其題為"用於平版印刷中在透明模板
和基底之間檢測高精度間隙定向的方法"，本文已援引其內容以供參考。
在一變化的實施例中，印刷頭3100可包括如上所述的預校準系統3109。預校準 系統3109包括如圖21所示的可彎曲環3124。代替如上所述的細調定向系統3100，模板支 承系統4125連接於預校準環。與細調定向系統3100相對照，模板支承系統4125由多個大 致剛性和非順從性的構件3129形成。這些構件對設置在模板支承件3130內的構有圖形的 模板3700提供一大致剛性的支承件。在此實施例中，可使用運動平臺3600代替模板支承 3130來達到細調定向。 在以上的實施例中，印刷頭3100連接於本體的一固定位置。在一變化的實施例 中，印刷頭3100可安裝到一運動系統，該系統允許印刷頭3100沿如圖22所示的X-Y平面 移動。如本文中任何實施例所述，印刷頭3100被構造成可支承構有圖形的模板3700。印 刷頭3100連接於一運動系統，該系統包括一印刷頭卡盤3110和印刷運動平臺3123。印刷 頭3100安裝於印刷頭卡盤3110。印刷頭卡盤3110與印刷運動平臺3123互相作用，以便沿 X-Y平面移動印刷頭3100。可以使用機械的或電磁的移動系統。電磁系統依賴於使用磁體 在印刷頭卡盤3110內產生一X-Y平面的運動。 一般來說，一電磁系統包括裝入在印刷運動 平臺3123和印刷頭卡盤3110內的永久磁體和電磁體。這些磁體的吸力被印刷頭卡盤3110 和印刷運動平臺3123之間的空氣墊所克服，這樣，形成一"空氣軸承"。印刷頭卡盤3110和 由此的印刷頭3100沿空氣墊上的X-Y平面移動。電磁的X-Y運動平臺詳細地描述在美國 專利6， 389， 702中，其題為"用於運動控制的方法和裝置"，本文已援引其內容以供參考。在 一機械運動系統中，印刷頭卡盤3110附連到印刷運動平臺3123。然後，利用各種機械裝置 來移動印刷運動平臺3123，以便沿X-Y平面變化印刷頭卡盤3110和由此的印刷頭3100的 位置。在此實施例中，如上所述，印刷頭3110可包括一被動的順從的細調定向系統、一被致 動的細調定向系統，或一剛性的模板支承系統。 採用連接於一移動支承件的印刷頭3100，基底可安裝在一靜止的支承件上。因此， 在一變化的實施例中，印刷頭3100連接於如上所述的一 X-Y軸線的運動平臺。 一基底連 接於一基本上靜止的基底支承件3640上。該靜止的基底支承件3640示於圖40中。靜止 的基底支承件3640包括一底板3642和一基底卡盤3644。基底卡盤3644被構造成在平版 印刷工藝中支承一基底。基底卡盤3644可使用任何合適的裝置來將基底保持在基底卡盤 3644上。在一實施例中，基底卡盤3644可包括一真空系統，其將真空施加到基底，以便將 基底連接於基底卡盤3644。基底卡盤3644連接於底板3642。底板3642連接於平版印刷 系統3900的運動平臺支承件3920 (如圖1所示)。在使用過程中，靜止的基底支承件3640 保持在運動平臺支承件3920上的一固定位置，而印刷頭3100位置可變化以進入基底的不 同部分。
較之於基底位於一運動平臺上的技術，將印刷頭連接於運動平臺的技術可提供諸 多優點。運動平臺一般依賴於一空氣軸承，以允許運動平臺基本上無磨擦地運動。 一般來 說，運動平臺不設計成容納沿Z軸線施加的顯著的壓力。當壓力沿Z軸線施加到運動平臺 卡盤時，運動平臺卡盤位置將響應於該壓力而略微地變化。在一步驟和重複過程中，使用一 面積小於基底面積的模板來形成多個印刷區域。基底運動平臺與模板相比相對較大，以容 納較大的基底。當一模板在偏離中心的位置接觸基底運動平臺時，運動平臺將傾斜而適應 增加的壓力。通過傾斜印刷頭而確保合適的對齊使該種傾斜得到補充。然而，如果印刷頭 連接於運動平臺，則不管印刷發生在基底上的何處，所有沿Z軸線的力將對中在模板上。這 導致提高對準的方便性，還可提高系統的產量。 在一實施例中，基底傾斜模塊3654可形成在基底支承件3650上(如圖38所示)。 基底支承件3650包括一連接於一基底傾斜模塊3654上的基底卡盤3652。該基底傾斜模塊 3654連接於底板3656。在一實施例中，底板3656連接於一允許基底支承件3650沿X向運 動的運動平臺。或者，底板3656連接於一支承件(例如，3920)，以使基底支承件3650安裝 到平版印刷系統3900內的一固定位置。 基底卡盤3652可使用任何合適的裝置來將基底保持在基底卡盤3652上。在一實 施例中，基底卡盤3652可包括一真空系統，其將真空施加到基底，以便將基底連接於基底 卡盤3652。基底傾斜模塊3654包括一連接於可彎曲環支承件3660的可彎曲環3658。多 個致動器3662連接於可彎曲環3658和可彎曲環支承件3660。操作致動器3662來變化可 彎曲環3658的傾斜。在一實施例中，致動器3662使用一差動齒輪機構，該機構可手動地或 自動地進行操作。在一變化的實施例中，致動器3662使用一偏心滾輪機構。 一偏心滾輪機 構一般地比差動齒輪系統對基底支承件3650提供更大的垂直剛度。在一實施例中，基底傾 斜模塊3654具有一剛度，當模板將一介於約lib至101b之間的力施加到一設置液體的基 底上時，所述剛度將阻止基底的傾斜。具體來說，當高達約101b的壓力通過模板上的液體 施加到基底上時，基底傾斜模塊3654構造成允許不大於5微弧度的傾斜。
在使用過程中，連接於基底卡盤3652的傳感器可用來確定基底的傾斜。基底的傾 斜通過致動器3662進行調整。以此方式可達到基底的傾斜糾正。 基底傾斜模塊3654可包括一細調定向系統。包括一細調定向系統的基底支承件 示於圖38中。為了達到細調定向控制，彎曲件環3658包括一中心凹陷，基底卡盤3652設 置在其中。中心凹陷的深度應做到設置在基底卡盤3652上的基底的上表面與彎曲件環 3658的上表面大致連貫。可使用能將運動控制在毫微米範圍內的致動器3662來實現細調 定向。或者，細調定向可以被動的方式實現。致動器3662可以是基本上順從性的。當模板 與設置在基底表面上的液體接觸時，致動器3662的順從性可允許基底自己糾正傾斜的變 化。通過將基底設置在基本上與可彎曲環3658連貫的一位置內，在使用過程中，細調定向 可在基底_液體的交界面處實現。致動器3662的順從性因此傳遞到基底的上表面，以允許 基底的細調定向。 上述系統一般被構造成這樣的系統，其中，一光激活的光固化液體設置在一基底 上，而基底和模板彼此靠近。然而，應該理解的是上述系統可修改成允許一光激活的光固 化液體塗敷到一模板上而不是基底上。在此實施例中，模板放置在基底下面。圖41示出一 系統4100的實施例的示意圖，該系統構造成模板定位在基底的下面。該系統4100包括一印刷頭4110和一定位在印刷頭4110上方的基底支承件4120。印刷頭4110被構造成可保 持構有圖形的模板3700。印刷頭4110可具有一與本文所述的任何的印刷頭類似的設計。 例如，印刷頭4110可包括一如上所述的細調定向系統。印刷頭4110連接於印刷頭支承件 4130。印刷頭4110可連接於一固定的位置並在使用工藝中保持基本上不動。或者，印刷頭 4110可放置在一運動平臺上，在使用工藝中，該平臺允許印刷頭4110作X-Y平面運動。
待印刷的基底安裝到一基底支承件4120上。基底支承件4120具有一與本文所述 的任何的基底支承件類似的設計。例如，基底支承件4120可包括一如上所述的細調定向系 統。基底支承件4120可連接於支承件4140的一固定位置上並在使用過程中保持基本上不 動。或者，基底支承件4120可放置在一運動平臺上，在使用過程中，該平臺允許基底支承件 作X-Y平面運動。 在使用過程中，一光激活的光固化液體放置在設置在印刷頭4110內的構有圖形 的模板3700上。模板可以是圖形的或平面的，視執行的操作類型而定。如上所述，構有圖 形的模板可構造用於正、負，或正和負平版印刷系統的組合。 —典型的平版印刷工藝示於圖23A-23F中。如圖23A所示，模板12定位成與基底 20保持間隔開的關係，以使一間隙形成在模板12和基底20之間。模板12可包括一形成 一個或多個要求的特徵的表面，在形成圖形的過程中，它們可傳遞到基底上。如這裡所使用 的，"特徵尺寸"一般地指要求特徵之一的寬度、長度和/或深度。在各種實施例中，要求特 徵可在模板12的表面上形成為凹陷，或形成在模板12表面上的傳導的圖形(conductive pattern)。模板12的表面14可用薄的表面處理層13進行處理，該處理層13降低了模板 12表面能並有助於模板12與基底20的分離。用於模板的表面處理層在本文中描述。
在一實施例中，在模板12相對於基底20移動到要求的位置內之前，固化液體40 可分配在基底20上。固化液體40可以是這樣一固化液體，其與模板12要求特徵的形狀一 致。在一實施例中，固化液體40是低粘度液體，其至少部分地填充了間隙31的空間，而不 採用高的溫度(如圖24A所示)。低粘度液體還可允許模板12和基底20之間的間隙31關 閉，而無需高壓力。如這裡所使用的，術語"低粘度液體"是指這樣的液體，即，在約25t:下 其測得的粘度小於約30釐泊。有關合適地選擇固化液體40的進一步細節將在下面討論。 模板12可與固化液體40互相作用，以使固化液體40符合要求的形狀。例如，如圖23B所 示，固化液體40可符合模板12的形狀。模板12的位置可以調整以在模板12和基底20之 間形成一要求的間隙距離。模板12的位置還可以調整以便合適地對準模板12和基底20。
在模板12合適地定位之後，固化可固化的液體40以在基底20上形成一掩膜層 42。在一實施例中，使用激活的光線32固化可固化的液體40以形成掩膜層42。圖23C表 示了施加通過模板12的激活光線來固化可固化的液體40。在固化液體40大致固化之後模 板12從掩膜層42移去，在基底20的表面上留下固化的掩膜層42(如圖23D所示)。掩膜 層42具有一與模板12的圖形互補的圖形。掩膜層42可包括一在一個或多個要求特徵之 間的"底層"(也稱之為"殘餘層")。實施模板12與掩膜層42的分離，以使要求的特徵保 持完好無損，而不會從基底20的表面剪切或撕裂。有關印刷之後模板12與基底20分離的 進一步細節將在下面討論。 掩膜層42可使用在各種方法中。例如，在某些實施例中，掩膜層42可以是一功能 層。在這樣的實施例中，固化的液體40可固化而形成一傳遞層、一半導體層、一介電層和/或一具有要求的機械或光學特性的層。在另一實施例中，掩膜層42可在基底20進一步處理的過程中用來覆蓋基底20的部分。例如，掩膜層42可在材料沉澱過程中阻止材料沉澱在基底的某些部分上。同樣地，掩膜層42可用作蝕刻基底20的掩膜。為了簡化掩膜層42的其它的討論，在下面所述的實施例中，將只討論其用作為蝕刻工藝掩膜的用途。然而，應該認識到本文所述實施例中的掩膜層可用於如上所述的各種工藝中。
為用於一蝕刻工藝，可使用一蝕刻工藝對掩膜層42進行蝕刻，直到基底的部分暴露出掩膜層42(如圖23E所示)。也就是說，底層部分可被蝕刻去。掩膜層42的部分44可保持在基底20上，以用來阻止部分基底20被蝕刻。掩膜層42的蝕刻完成之後，可使用已知的蝕刻工藝來蝕刻基底20。設置在掩膜層42的部分44下面的基底20的部分可保持基本上不被蝕刻，而基底20的暴露部分被蝕刻。這樣，對應於模板12的圖形的一圖形可傳遞到基底20上。掩膜層42的其餘部分44可被移去，留下圖形的基底20 (如圖23F所示)。
圖24A-24D示出一使用一傳遞層(transfer layer)的平版印刷工藝的實施例。一傳遞層18可形成在基底20的上表面上。該傳遞層18可由某種材料形成，該材料具有不同於下面基底20和/或由固化液體40形成的掩膜層42的蝕刻特性。也就是說，蝕刻層(例如，傳遞層18，掩膜層42和/或基底20)至少相對於其它層稍有選擇地被蝕刻。
通過將固化液體沉澱在傳遞層18的表面上並固化掩膜層42，使掩膜層42形成在傳遞層18的表面上(如圖23A-23C所示)。掩膜層42可用作為蝕刻傳遞層18的掩膜。使用一蝕刻工藝來蝕刻掩膜層42，直到傳遞層18的部分暴露出掩膜層42(如圖24B所示)。掩膜層42的部分44保持在傳遞層18上，並可用來阻止傳遞層18的部分被蝕刻。在掩膜層42蝕刻完成之後，可使用已知的蝕刻工藝來蝕刻傳遞層18。設置在掩膜層42的部分44下面的傳遞層18的部分可保持基本上不被蝕刻，而傳遞層18的暴露部分被蝕刻。這樣，掩膜層42的圖形複製在傳遞層18內。 在圖24C中，部分44和傳遞層18的蝕刻部分 一 起形成 一 掩膜堆疊(maskingstack) 46，其可用來阻止下層基底20的部分44被蝕刻。基底20的蝕刻可使用已知的蝕刻工藝實施(例如，一等離子蝕刻工藝、一反應離子蝕刻工藝等)。如圖24D所示，該掩膜堆疊46可阻止基底20的下面部分被蝕刻。可繼續基底20的暴露部分的蝕刻，直到達到一預定的深度。使用一掩膜堆疊46作為一用於基底20蝕刻的掩膜的優點在於多層的組合堆疊可形成一長寬比較高掩膜(即，一掩膜具有的高度大於寬度)。在蝕刻工藝中為阻止掩膜部分44底切，一較高的長寬比的掩膜層會是理想的。 圖23A-23F和圖24A-24D所示的工藝是負平版印刷工藝的實例。如這裡使用的，"負平版印刷"工藝一般地是指這樣一種工藝，其中，固化液體在固化之前基本上與模板形狀一致。即，模板的負圖像形成在固化的液體內。如這些附圖中所示，模板的非凹陷部分變成掩膜層的凹陷部分。因此，模板被設計成具有代表待加到掩膜層上的圖形的負圖像。
如這裡所使用的，一"正平版印刷"工藝一般地是指這樣一種工藝，S卩，形成在掩膜層的圖形是模板圖形的鏡面對稱的圖像。如下面將描述的，模板的非凹陷部分變成掩膜層的非凹陷部分。 —典型的正平版印刷工藝示於圖25A-25D中。如圖25A所示，模板12與基底20保持間隔的關係定位，以使一間隙形成在模板12和基底20之間。模板12的表面可用一薄的表面處理層13進行處理，該處理層降低了模板12的表面能，並有助於模板12與固化的
23掩膜層42分離。 將固化液體40放置在基底20的表面上。模板12與固化液體40相接觸。如圖25B所示，固化液體40填充了模板12的下表面和基底20之間的間隙。與負平版印刷工藝對照，大約在模板12的凹陷的至少一部分下面，基底20的區域基本上沒有固化液體40。因此，固化液體40保持為基底20上的不連續的膜，所述基底20是由模板12的凹陷的至少一部分的部位所限定。在模板12合適地定位之後，固化液體40固化而形成在基底20上的掩膜層42。模板12從掩膜層42移去，在基底20的表面上留下固化的掩膜層42 (如圖25C所示)。掩膜層42具有的圖形與模板12的圖形互補。 掩膜層42可用來阻止基底20的部分被蝕刻。在掩膜層42形成之後，可使用已知的蝕刻工藝來蝕刻基底20。設置在掩膜層42下面的基底20的部分可保持基本上不被蝕刻，而基底20的暴露部分被蝕刻(如圖25D所示)。這樣，模板12的圖形可複製在基底20上。掩膜層42的其餘部分44可被移去以形成圖形的基底20。 圖26A-26C示出一使用一傳遞層18的正平版印刷工藝的實施例。傳遞層18可形成在基底20的上表面上。傳遞層18由某種材料形成，該材料具有不同於下面傳遞層18和/或基底20的蝕刻特性。通過在傳遞層18的表面上沉澱一固化的液體並固化掩膜層42 (如圖25A-25C所示)，掩膜層42形成在傳遞層18的表面上。 掩膜層42可用作為蝕刻傳遞層18的掩膜。掩膜層42可阻止傳遞層18的部分的蝕刻。傳遞層18可用已知的蝕刻工藝進行蝕刻。設置在掩膜層42下面的傳遞層18的部分可保持基本上不被蝕刻，而傳遞層18的暴露部分被蝕刻。這樣，掩膜層42的圖形可複製在傳遞層18上。 在圖26B中，掩膜層42和傳遞層18的蝕刻的部分一起形成掩膜堆疊46，其可用來阻止下層基底20的部分的蝕刻。基底20的蝕刻可使用已知的蝕刻工藝實施(例如， 一等離子蝕刻工藝、一反應的離子蝕刻工藝等)。如圖26C所示，掩膜堆疊可阻止基底20的下面部分的蝕刻。可繼續基底20的暴露部分的蝕刻，直到達到一預定的深度。
在一實施例中，一工藝可組合正和負平版印刷術。 一用來組合正和負平版印刷工藝的模板可包括適用於正平版印刷的諸凹陷和適用於負平版印刷的諸凹陷。例如，一用來組合正和負平版印刷工藝的模板的實施例示於圖27A中。如圖27A所示的模板12包括一下表面566，至少一個第一凹陷562，以及至少一個第二凹陷564。第一凹陷562被構造成當模板12接觸固化液體40時，形成固化液體40的一不連續部分。第一凹陷的高度(h2)基本上大於第二凹陷的高度(h》。 —典型的組合的平版印刷工藝示於圖27A-27D中。如圖27A所示，模板12定位成與基底20保持一間隔關係，以使一間隙形成在模板12和基底20之間。模板12的至少下表面566可用一薄的表面處理層(未示出)進行處理，該處理層降低了模板12的表面能，並有助於模板12與固化的掩膜層42分離。此外，第一凹陷562和/或第二凹陷564的表面可用薄的表面處理層進行處理。 固化液體40設置在基底20的表面上。模板12與固化液體40接觸。如圖27B所示，固化液體40填充模板12的下表面566和基底20之間的間隙。固化液體40還填充第一凹陷562。然而，在大致第二凹陷564下面的基底20的區域基本上沒有固化液體40。因此，固化液體40在基底20上保持為一不連續的膜，基底20包括對應於由第一凹陷562形成的圖形的表面形貌。在模板12被合適地定位之後，固化液體40進行固化而形成在基底上的掩膜層42。模板12從掩膜層42移去，在基底20的表面上留下固化的掩膜層42 (如圖27C所示)。掩膜層42可包括一與由負平版印刷形成的掩膜層相似的圖形區域568。此外，掩膜層42可包括一通道區域(cha皿el region) 569，其不包括任何掩膜材料。
在一實施例中，掩膜層42由具有與下面基底20相同或類似的蝕刻速率的材料組成。 一蝕刻工藝將施加於掩膜層42，以便以基本上相同的蝕刻速率移去掩膜層42和基底20。這樣，模板12的多層圖形可傳遞到基底20(如圖27D所示)。該工藝也可使用如其它實施例中所述的傳遞層18實施。 應該理解到凹陷562可具有任何要求的形狀，包括一個或多個臺肩，其中一個在圖27E中顯示為凹陷563的臺肩563a。此外， 一凹陷可設置有一形狀，以使顯示在凹陷565內的臺肩565a形成一高度h"而凹陷565的附加部分565b具有一較大的高度h2 (如圖27F所示)。這樣，固化液體40設置成與其中具有凹陷的模板的部分重疊，所述模板部分不再大於高度h"由於上述原因，具有高度h2的模板12的部分沒有固化的液體40。
正和負平版印刷的組合也適用於模板12構成多區域圖形。例如，基底20可包括多個需要構圖形的區域。如圖27C所示，帶有多深度凹陷的模板12包括帶有插入通道/邊界區域569的兩個圖形區568。通道區域569阻止液體流動超過模板12的圖形區域。
如這裡所使用的，一"步進和重複"工藝是指使用一小於基底的模板在基底上形成多個圖形區域。 一步進和重複印刷工藝(st印and r印eat imprint process)包括在一基底的一部分上沉澱光固化液體，將固化液體內的圖形與基底上的先前的圖形對齊，將模板壓印到液體內，然後固化該液體，並將模板與固化的液體分離。模板與基底的分離可在固化液體中留下模板外形的圖像。由於模板小於基底的總的表面積，僅一部分基底包括構成圖形的固化液體。工藝的"重複"部分包括在基底的不同部分上沉澱一光固化液體。然後，一構有圖形的模板與基底對準並接觸固化液體。使用激活光來固化可固化的液體，以形成固化液體的第二區域。該工藝可以連續地重複，直到大部分基底形成圖形。步進和重複工藝可用於正、負，或正/負印刷工藝。步進和重複工藝可在本文所述的設備的任何實施例中實施。 步進和重複的平版印刷工藝較之於其它技術具有許多優點。本文所述的步進和重複工藝基於這樣的平版印刷，即使用低粘度光固化液體和剛性的透明模板。模板對於液體激活光線和準直標記探測光線是透明的，由此，提供層對層對齊的可能性。對於多層器件的生產規模的平版印刷，其優點在於擁有非常高解析度的層對層的對齊(例如，低至最小特徵尺寸("MFS")的1/3)。 在模板製造工藝中存在有各種變形誤差源。使用步進和重複工藝，以使基底僅一部分在給定步驟工藝中被處理。在各步驟工藝中處理的域的尺寸應足夠小，而使擁有的圖形變形小於1/3MFS。這就有必要在高解析度平版印刷中步進和重複地形成圖形。這也是為何大部分光學平版印刷工具是步進和重複系統的緣故。還有，如上所述，對低CD變化和缺陷檢查/修理的要求，有利於小區域的處理。 為了保持處理加工的低成本，對於平版印刷設備來說，重要的是要擁有足夠高的產量。產量的要求對每一區域所允許的形成圖形的時間提出一嚴格的限制。從產量的觀點來看，用於光固化的低粘度液體是吸引人的。這些液體較快地移動來合適地填充模板和基底之間的間隙，而平版印刷能力與圖形無關。生成的低壓、室溫的處理適合於高產量，同時， 保持層對層對齊的益處。 儘管先前的發明已經解決低粘度光固化液體的圖形形成，但它們還沒有解決該步 進和重複工藝。在光的平版印刷術以及熱壓紋中，在其形成圖形之前一薄膜旋轉地塗敷並 烘硬到基底上。如果這樣一方法用於低粘度液體中，則存在有三大問題。低粘度液體難於採 取旋轉塗敷，因為它們趨於去溼(deiet)而不能保持連續膜形式。還有，在步進和重複工 藝中，液體經受蒸發，由此，當模板在基底上步進和重複時，致使變化量的液體留在基底上。 最後，一覆蓋的光暴露趨於分配超過形成圖形的特定區域。這趨於導致其後的區域的局部 固化，由此印刷之前影響液體的流體特性。 一將適用於單一域(single field)的液體分配 到基底上(一次一個域)的方法，可解決上述三個問題。然而，重要的是精確地使液體與該 特定的域相符以避免喪失基底的有用的區域。 —般來說，平版印刷是用於器件生產中許多單元處理工藝之一。所有這些工藝的 成本(尤其是在多層器件中)使得其高度要求彼此儘可能地靠近地放置圖形區域，而不幹 擾其後的圖形。這有效地使有用區域最大化，因此，有效地使用基底。還有，平版印刷可與 其它類型平版印刷(例如，光學平版印刷)用於一"混合-匹配"模式中，其中，相同器件的 不同層由不同的平版印刷技術進行製造。有利的是，使平版印刷工藝與其它平版印刷技術 相容。 一切口/邊界區域分離基底上的兩個相鄰區域。在現有技術狀態的光學平版印刷工 具中，該邊界區域可以是小至50-100微米。邊界的尺寸通常受到用來分離圖形區域的刀片 尺寸的限制。該小的邊界區域有望隨著切成個別小片的刀片變薄而變得更小。為了達到該 嚴格的邊界尺寸要求，應很好地限制任何從圖形區域逐出的過多液體的部位，並可再次重 復。這樣，個別的零件，包括模板、基底、液體和任何影響系統物理特性(包括但不限於表面 能、層間能、哈馬克常數、凡得瓦爾力、粘度、密度、不透明性等)的其它的材料，如這裡所述 地那樣得以管理，以便合適地適應一重複工藝。 如上所述，使用一合適的構有圖形的模板來形成不連續薄膜。例如，一形成一邊界 區域的、帶有較高的長寬比的凹陷的模板可阻止液體流過邊界區域。液體在邊界區域內受 到阻止受多個因素的影響。如上所述，模板的設計在限制液體中起到作用。此外，模板與液 體通過一工藝而接觸，該工藝也影響液體的限制。 圖19A-19C示出一工藝的截面圖，在此工藝中，不連續膜形成在一表面上。在一實 施例中，如圖19A所示，固化液體40以線或點滴形狀分配到基底20上。因此，固化液體40 不覆蓋待印刷的基底20的全部區域。當模板12的下表面536接觸固化液體40時，模板12 施加在固化液體40上的力致使固化液體40擴散在基底20的表面上(如圖19B所示)。一 般來說，模板12施加在固化液體40上的力越大，則擴散在基底上的固化液體40越多。因 此，如果施加足夠量的力，則固化液體40可被迫使超過模板12的周緣(如圖19C所示)。 通過控制模板12施加到固化液體40上的力，固化液體40可被限制在模板12的預定邊界 內(如圖19D所示)。 施加在固化液體40上的力，涉及到分配在基底20上的液體的量和固化過程中模 板12離基底20的距離。對於一負平版印刷工藝，分配到基底上的流體的量應小於或等於 由以下所定義的體積基本上填充於構有圖形的模板的凹陷所要求的液體體積、待形成圖 形的基底的面積以及要求的固化層的厚度。如果固化液體的量超過該體積，則當模板達到離基底合適的距離時，液體將從模板的周緣排出。對於一正平版印刷工藝，分配到基底上的 液體的量應小於由以下所限定的體積要求的固化層的厚度(即，模板和基底的非凹陷部 分之間的距離)以及待形成圖形的基底部分的表面面積。 對於使用包括一個或多個邊界的模板的平版印刷工藝，如上所述，模板和基底的 非凹陷表面之間的距離設定在最小膜厚度和最大膜厚度之間。設定在這些值之間的高度使 合適的毛細力將液體包含在模板的邊界限定的區域內。此外，層的厚度應近似地比擬於圖 形特徵的高度。如果固化層太厚，則形成在固化層內的特徵可在特徵能傳遞到下面的基底 之前被腐蝕掉。因此，要求控制如上所述的體積，以允許待使用合適的膜厚度。
模板12施加到固化液體40上的力也受模板12與固化液體40接觸的速率影響。 一般來說，與模板12接觸越快，則施加到固化液體40的力越大。因此，通過控制模板12與 固化液體40接觸的速率，可達到控制基底20的表面上的固化液體40擴散的某些手段。
當為平版印刷工藝而相對於基底20使模板12定位時，所有這些特徵應予以考慮。 通過以預定的方式控制這些變量，可控制固化液體40的流動而保持限定在預定區域內。
重疊對齊方案(overlay alignment scheme)包括測量對齊誤差，其後補償這些 誤差，以達到構有圖形的模板的精確對齊和基底上的理想的印刷部位。模板相對於基底 的正確放置，對於實現圖形層與基底上的任何先前形成的諸層的合適的對齊是重要的。為 此目的，要求在模板與液體接觸之後達到合適的對齊，這稱之為液體中對齊(in-liquid align)。然而，要求減緩模板和液體材料之間的阻力，以便避免液體中的剪切力，這種剪切 力會變形記錄在其中的任何圖形。因此，除了合適地使液體與模板接觸以減小液體移動超 過圖形區域的可能性，還必須選擇模板和基底之間的最小距離以允許液體中的對齊。換句 話說，對於給定粘度的液體材料，建立模板與液體材料設置在其上的基底之間的最小距離， 來減緩對模板和液體材料之間的運動阻力。例如，可建立該距離來減緩因液體材料的粘滯 引起的模板和液體材料之間的運動阻力。以此方式可避免放置誤差，同時將記錄圖形內的 變形減到最小。如本文中所使用的，放置誤差一般地指模板和基底之間的X-Y定位的誤差 (即，沿X軸線和/或Y軸線的平移)。在一實施例中，通過使用一穿過模板的光學裝置來 確定和糾正放置誤差(如圖14所示)。 圖28是通過圖14中所示的模板光學成像系統3800的光學系統3820的示意圖。 光學系統3820被構造成從不同的平面將兩個準直標記聚焦在一單一的聚焦平面上。光學 系統3820可使用由截然不同波長的光線獲得的焦距長度的變化來確定帶有下面基底的模 板的對準。光學系統3820可包括光學成像裝置3810、一照明光源(未示出)以及一聚焦 裝置3805。帶有截然不同波長的光線可使用以下兩種方法產生使用個別的光源，或使用 一單一寬帶的光源，並在成像平面和準直標記之間插入光學帶過濾器。根據構有圖形的模 板3700和基底2500之間的間隙，選擇不同波長來調整焦距長度。在各個使用的光線波長 下，各重疊標記可在成像平面上產生兩個圖像(如圖29所示)。使用一特殊的光波長，第一 圖像2601是一聚焦清晰的圖像。使用相同的光波長，第二圖像2602是一對焦不準的圖像。 為了消除各個聚焦不準的圖像，可採用若干種方法。 在第一種方法中，在第一波長光的照明下，兩個圖像可被光學成像裝置3810接 收。圖像示於圖29中並用標號2604表示。儘管圖像顯示為正方形，但應該理解到可使用 任何其它的形狀，包括十字形。圖像2602對應於基底上的一重疊的準直標記。圖像2601對應於模板上的一重疊的準直標記。當圖像2602聚焦時，圖像2601聚焦不準。在一實施例 中，可使用一圖像處理技術來去除對應於與圖像2602相關的象素的幾何數據。因此，可消 除基底標記的散焦圖像，僅留下圖像2601。使用相同的程序和一第二光波長，圖像2605和 2606可形成在光學成像裝置3810上。然後，消除散焦的圖像2606，僅留下圖像2605。然 後，兩個餘下的聚焦的圖像2601和2605組合到一單一的成像平面2603上，以形成重疊誤 差量度(overlay error measurement)。 第二種方法可使用兩個共平面的偏振陣列(如圖30所示)，以及偏振照明光源。 圖30示出重疊的標記2701和正交的偏振陣列2702。偏振陣列2702形成在模板表面上或 放置在表面的上方。在兩個偏振照明源下，僅聚焦的圖像2703(各對應於截然不同的波長 和偏振)可出現在成像平面上。因此，散焦的圖像被偏振陣列2702過濾掉。該方法的優點 在於它可不需要一圖像處理技術來消除散焦圖像。 基於莫爾(Moire)圖形的重疊量度已被用於光學平版印刷工藝。對於平版印刷工 藝，其中的兩層莫爾圖形不在同一平面上但仍重疊在成像陣列內，則要求兩個個別聚焦的 圖像可能難於實現。然而，在光學測量工具的景深之內小心地控制模板和基底之間的間隙， 並且模板和基底之間不直接地接觸，則可使以最小的聚焦問題同時獲得兩層莫爾圖形。可 以相信可直接地實施基於莫爾圖形的其它標準的重疊方案，以進行平版印刷工藝。
涉及使用UV固化液體材料的平版印刷工藝中的重疊對齊的另一問題會是準直標 記的可見度問題。對於重疊方文置誤差的量度(overlay placement errormeasurement)，使 用兩個重疊標記，一個在模板上，另一個在基底上。然而，由於要求模板對於固化劑是透明 的，所以在某些實施例中模板重疊標記是不透明線。相反，模板重疊標記是模板表面的外形 特徵。在某些實施例中，諸標記用與模板相同的材料製成。此外，UV固化液體可具有與模 板材料(例如，石英)的折射係數相同的折射係數。因此，當UV固化液體填充模板和基底 之間的間隙時，模板重疊標記會變得非常難於識別。如果模板重疊標記由不透明材料(例 如，鉻)製成，則在重疊標記下面的UV固化液體不能合適地暴露在UV光線下。
在一實施例中，重疊標記用在模板上，通過光學成像系統3800可見諸重疊標記， 但對固化光(curing light)(例如，UV光線)是不透明的。該方法的一實施例示於圖31 中。在圖31中，代替完全的不透明的線，模板上的重疊標記3102可由細的偏振線3101形 成。例如，合適的細的偏振線具有的寬度約為用作固化劑的固化光波長的1/2至1/4。偏振 線3101的線寬應足夠小，以使通過兩個線之間的激活光線充分地衍射而致使線下所有液 體固化。在這樣一實施例中，激活光線可以是根據重疊標記3102的偏振性實施偏振的。偏 振激活光線對包括具有重疊標記3102的區域在內的所有模板區域提供相當均勻的曝光。 用來定位模板上的重疊標記3102的光線可以是寬帶光或不固化液體材料的特殊波長。該 光不需要偏振。偏振線3101對於測量光線基本上是不透明的，因此，使用建立起來的重疊 誤差量度工具來使重疊標記3102可見。使用現有技術(例如，電子束平版印刷)在模板上 加工製造細的偏振重疊標記。 在另一實施例中，重疊標記3102由不同於模板的材料形成。例如，為形成模板重 疊標記3102而選擇的材料可以對可見光基本上不透明，但對於用作固化劑的激活光(例 如，UV光)是透明的。例如，可使用SiOj其中，x小於2)作為這樣的材料。尤其是由 SiO,(其中，x約為1.5)形成的結構對於可見光基本上是不透明的，但對於UV固化光是透明的。 在平版印刷工藝的所有實施例中，一液體分配到一基底上。儘管以下的描述是針
對在基底上分配液體，但應該理解到在分配液體到模板上時，也可使用同樣的液體分配技
術。液體分配是一小心控制的工藝。 一般來說，液體分配這樣地進行控制，即，將一預定量
的液體分配在基底上的合適的部位內。此外，還控制液體的體積。通過使用本文中所述的
液體分配系統，可控制液體的合適的體積和合適的部位的組合。尤其是，步進和重複工藝使
用液體體積控制和液體的放置的組合，以將圖形限制在一指定的域內。 可使用各種液體分配圖形(liquid dispensing patter)。圖形可呈液體液滴的
或連續線的形式。在某些實施例中，基於液體分配器末端的位移和印刷件之間的相對運動，
被用來形成一帶有在印刷件的一部分上的基本上連續線的圖形。分配率和相對運動的平衡
用來控制線的截面和線的形狀的尺寸。在分配工藝中，分配器末端固定在基底附近(例如，
在幾十個微米的量級上)。連續圖形的兩個實例示於圖32A和32B中。圖32A和32B中所
示的圖形是正弦圖形；然而，其它圖形也是可能的。如圖32A和32B所示，可使用一單一的
分配器末端2401或多個分配器末端2402來畫出連續線圖形。或者，如圖32C所示，可使用
液滴的圖形。在一實施例中，使用液滴的圖形，其具有的中心液滴的體積大於周圍液滴的體
積。當模板接觸液體時，液體擴散而填充模板的圖形區域(如圖32C所示)。 分配率Vd以及印刷件的相對側向速度Vs可具有如下的關係 (l)Vd = Vd/td (分配體積/分配周期)， (2) Vs = L/td (線長度/分配周期)， (3)Vd = aL (其中，a是線圖形的截面面積)， 因此， (4)Vd = avs) 初始線圖形的寬度通常取決於一分配器末端尺寸。分配器末端可以固定。在一 實施例中，使用一液體分配控制器來控制液體分配的體積(Vd)和分配液體所化費的時間 (td)。如果Vd和td固定，則線長度的增加導致線圖形的截面高度的降低。增加圖形長度可 通過增加周期性圖形的空間頻率來實現。圖形的低的高度可導致在印刷工藝中待位移的液 體量的減小。通過使用連接於系統分配線的多個末端，帶有長的長度的線圖形可比一單一 分配器末端的情形形成得更快。或者，可使用多個緊密間隔的液滴來形成一具有精確體積 的線。 在液體固化完成之後，模板與固化液體分離。由於模板和基底幾乎完全地平行，所 以，模板、印刷層和基底的組件導致模板和固化液體之間基本上均勻的接觸。這樣一系統 可要求一大的分離力來將模板與固化液體分離。在一柔性模板或基底的情形下，在一實施 例中，分離是採用一"剝離工藝"實施的。然而，使用一柔性模板或基底對於高解析度的重 疊對齊可能不理想。在石英的模板和矽基底的情形下，剝離工藝會難於實施。在一實施例 中，實施一"剝離和拉拽"工藝來將模板與印刷層分離。 一剝離和拉拽工藝的實施例示於圖 33A-33C中。 圖33A示出嵌入固化後的固化液體40內的模板12。可固化的液體40固化之後， 模板12或基底20可傾斜，以故意在模板12和基底20之間誘發一角度3604(如圖33B所 示)。 一預校準平臺連接於模板12或者連接於基底20，該校準平臺可用來在模板12和基底20之間誘發一傾斜。在傾斜運動過程中，如果傾斜軸線靠近模板12和基底20的交界面 定位，則模板12和基底20之間的相對的側向運動不顯著。 一旦模板12和基底230之間的 角度3604足夠大，模板12可使用僅Z軸線運動(即，垂直運動)與基底20分離。該剝離 和拉拽的方法可以導致在傳遞層18和基底20上留下完好的理想的部分，而沒有不理想的 剪切現象。 除了上述實施例之外，這裡所述的實施例包括通過使用電場來形成圖形的結構。 使用電場以在固化層內誘發一圖形而形成的固化層可用於單一的印刷或步進和重複工藝。
圖34示出模板1200和基底1202的實施例。在一實施例中，模板1200由某種材料 形成，該材料對於激活光是透明的，以允許通過激活光線的曝光來固化聚合物成分/光激 活的光固化液體。由透明材料形成模板1200還允許使用建立的光學技術來測量模板1200 和基底1202之間的間隙和測量重疊的標記，以便在結構形成過程中執行重疊對齊和放大 的糾正。模板1200也在熱力上和機械上穩定，以便提供豪微級解析度的圖形的能力。模板 1200包括一導電材料和/或層1204，以允許在模板和基底交界面處產生電場。
在一實施例中，使用一融合的矽石(例如，石英)覆蓋，作為模板12100的底部 1206的材料。銦錫氧化物(ITO)沉澱在底部1206上。ITO對於可見光和UV光是透明的， 並且是一傳導的材料。ITO可使用高解析度的電子束平版印刷來形成圖形。 一如上所述的 低表面能塗層可塗敷到模板1200上，以改進模板1200和光激活的光固化液體之間的釋放 特性。基底1202可包括諸如Si、GaAs、SiGeC和InP之類的標準晶片材料。一 UV固化液體 和/或一熱固化液體可用作聚合物化複合物1208。在一實施例中，聚合物化複合物1208可 以旋轉地塗敷到晶片1210上。在另一實施例中，如本文中所述，一預定體積的聚合物化復 合物1208可以預定的圖形分配到基底1202上。在某些實施例中，傳遞層1212可放置在晶 片1210和聚合物化複合物1208之間。可選擇傳遞層1212材料特性和厚度，以允許從形成 在固化液體材料中的低長寬比的結構中形成高長寬比的結構。將ITO連接於一電壓源1214 可在模板1200和基底1202之間產生一電場。 在圖35A-35D和圖36A-36C中，圖中示出上述工藝的兩個實施例。在各個實施例 中，一要求的均勻的間隙可保持在模板1200和基底1202之間。可施加一要求量級的電場， 致使吸引聚合物化複合物1208朝向模板1200的突起部分1216。在圖35A-35D中，間隙和 電場量級應做到使聚合物化複合物1208直接接觸和粘結於模板1200。 一固化劑(例如， 激活光1218和/或熱量)可用來固化液體。 一旦要求的結構已經形成，模板1200可通過 本文所述方法與基底1202分離。 參照圖34、35A-D和36A_C，在另一實施例中，模板1200可以"調整"。在本實施例 中的所述的術語"可調整"一般地是指獨立地控制傳導材料和/或層1204的不同的傳導部 分。控制傳導部分是指打開、關閉和/或調整傳導部分的電場。為此目的，模板1200將包 括非傳導材料，其彼此隔絕不同的傳導部分。非傳導材料1704可由二氧化矽形成。傳導部 分形成一與形成在一掩模層上的圖形互補的圖形。使用本技術領域內的技術人員已知的方 法，傳導部分的圖形形成在非傳導材料中。傳導部分或者獨立地或者一起地電氣連接於電 壓源1214。在傳導部分獨立地連接於電壓源1214的實施例中，有一控制裝置獨立地調整由 一個或多個傳導部分產生的電場。在一實施例中，電氣連接器可通過非傳導材料走向從另 一側連接於傳導部分。在一變化的實施例中，傳導部分可延伸通過非傳導材料，這樣，不需要電氣的連接器。 在圖36A-36C中，可選擇間隙和電場大小，以使聚合物化的複合物1208達到基本上與模板1200相同的外形。不直接接觸模板1200就可達到該外形。可使用一固化劑(例如，激活光1218)來固化液體。在圖35A-35D和圖36A-36C的實施例中，可使用一其後的蝕刻工藝來移去固化的材料1220。如果傳遞層1212存在於固化材料1220和晶片1210之間，則還可進一步使用蝕刻(如圖35A-35D和圖36A-36C所示)。 在另一實施例中，圖37A示出一導電的模板，其包括一連接於非傳導底板1502的導電部分1504的連續層。如圖37B所示，模板的非傳導底板1502通過傳導部分1504彼此隔絕。模板可用於一如上所述的"正"印刷工藝。 如上述實施例所述，使用電場可允許平版印刷的圖形結構快速地形成(在約小於l秒的時間內)。結構通常具有幾十毫微米的尺寸。在一實施例中，在電場存在的情況下固化一光激活的光固化液體，可在一基底上形成一圖形層。通過以離基底上的固化液體的一薄層的表面有控制的距離(例如，毫微米內)，放置一帶有特殊毫微米級的外形的模板，由此可形成圖形。如果要求結構的所有部分或一部分是有規則重複的圖形(諸如點的列陣)，則模板上的圖形可比要求重複的結構的尺寸大好多。 模板上圖形的複製可通過在模板和基底之間施加電場而實現。因為液體和空氣(或真空)具有不同的介電常數，且由於模板表面形貌的存在，電場局部地變化，所以，可產生吸引液體的區域朝向模板的靜電力。表面張力或毛細壓力趨於穩定薄膜。在高的電場強度下，可使光激活的光固化液體附連於模板，並在某些點上從基底中去溼。然而，只要靜電力的比例比得上毛細力(它們用無量綱數A量度)，則將發生液體膜的附連。靜電力的大小近似為e^cf，其中，e為真空的介電常數，E為電場的大小，而d是特徵尺寸。毛細力的大小近似為Yd，其中，Y為液體-氣體的表面張力。這兩個力之比是A二 eE2d/Y。為了變形交界面和使其附連到上表面，電場必須是這樣L近似為一。精確的值取決於板的形貌的細節，以及液體_氣體介電常數之比和高度，但該數將是0(1)。因此，電場近似地由E (Y/ e d)力給定。通過複合物的聚合物化，該光激活的光固化液體可硬化在適當的地方。模板可用低能自組裝的單層膜(例如，一氟化的表面活性劑)進行處理，以幫助模板脫開聚合物化複合物。 上述近似的一實例給出如下。對d = 100nm和y = 30mJ/m和e = 8. 85， x =10-12C2/J-m，E = 1.8X108V/m，其對應於板之間的電勢差，如果板間距為100nm則適度地為18V，如果板間距為1000nm，則為180V。注意到，特徵尺寸d y / e f，這意味著特徵尺寸隨電場的平方而減小。因此，對於100和1000nm板間距，50nm特徵將要求的電壓分別在25或250V的量級上。 可以控制電場、設計模板的形貌，以及模板靠近液體表面，以便在不與模板的表面
接觸的光激活的光固化液體中形成一圖形。該技術可不需模板與聚合物化複合物的機械分
離。該技術還可消除圖形中潛在的缺陷源。然而，在沒有接觸的情形下，液體不會形成如接
觸情形下那樣良好地形成的清晰的、高解析度的結構。這可通過在給定電場處局部形成的
光激活的光固化液體中第一形成的結構來得到解決。其後，間隙可在模板和基底之間增加，
同時增加電場的大小，以便"拉出"液體而形成清晰限定的結構而無需接觸。 光激活的光固化液體可以如上所述地沉澱在傳遞層的頂上。使用電場，其後進行蝕刻工藝而產生較高長寬比、高解析度的結構，由此，這樣一雙層工藝允許形成低長寬比、高解析度的結構。這樣一雙層工藝還可用來執行一"金屬提升工藝"，以將金屬沉積在基底上，這樣，在原先形成的結構的溝槽區域內提升之後留下金屬。 使用一低粘度的光激活的光固化液體，則利用電場可以很快地(例如，約小於1秒)形成圖形，且結構可以快速地固化。避免基底和光激活的光固化液體內溫度變化，也可避免不理想圖形變形，這種變形可使毫微解析度層對層對齊變得不切實可行。此外，如上所述，可快速地形成一圖形而不與模板接觸，因此，消除與要求直接接觸的印刷方法相關的諸多缺陷。 在本專利中，已經援引了某些美國專利和專利申請以供參考。然而，這樣的美國專利和專利申請的文字僅援引來供參考，這樣的文字和本文闡述的其它的陳述和附圖不存在矛盾。如果存在這樣的矛盾，則美國專利和專利申請在本專利中將不具體地援引來供參考。
儘管本發明已經參照各種實施例進行了描述，但描述不應認為有限制的意義。本技術領域內的技術人員參照本描述顯然會作出所示實施例的各種修改和組合以及本發明的其它的實施例。因此，附後的權利要求書將包括任何這樣的修改或實施例。
權利要求
一種用於形成基底上的圖形的系統，包括一支承基底的本體；一連接於本體並具有一圖形區域的模板；一連接於本體的位移系統，用來在基底和模板之間提供相對運動，並放置模板使之與基底的一部分重疊以形成一圖形的部分；一液體分配器，該液體分配器被連接以將光激活的光固化液體分配到圖形部分的子部分上，通過減小基底和模板之間的距離而使所述位移系統連接為有選擇地放置光激活的光固化液體與模板相接觸，一光源，它照在圖形部分上，使光有選擇地固化光激活的光固化液體；以及一力探測器，它連接於印刷頭，以便通過模板和光激活的光固化液體之間的接觸產生指示一施加到模板上的力的信息，使位移系統建立一根據信息實施距離變化的速率，以使延伸到圖形部分的基底外面的區域的光激活的光固化液體量減到最小。
2. 如權利要求1所述的系統，其特徵在於，位移系統還包括一運動平臺，以沿第一和第二橫向軸線在基底和模板之間提供相對運動，基底支承在該平臺上；以及， 一與模板附連的印刷頭，以沿橫向於第一和第二軸線延伸的第三軸線在基底和模板之間提供相對運動。
3. 如權利要求1所述的系統，其特徵在於，還包括一連接於模板的細調定向系統，以允許模板相對於基底作樞轉運動，從而響應於施加到模板的力相對於基底保持一平行的定向。
4. 如權利要求2所述的系統，其特徵在於，還包括一連接於運動平臺的細調定向系統，以允許基底相對於模板響應於施加到基底的力作運動。
5. 如權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述運動平臺還包括一基底卡盤，它支承基底和一連接於該基底卡盤的基底傾斜模塊；以及， 一細調定向系統，它連接於傾斜模塊以允許傾斜模塊改變基底的傾斜，並響應於施加到基底的力保持基底和模板平行的定向。
6. 如權利要求1所述的系統，其特徵在於，模板還包括帶有圖形區域的第一和第二相對的側邊，而第一表面設置在第一側邊上，圖形區域包括一構有圖形的表面和一從該構有圖形的表面朝向第二側邊延伸的凹陷，並結束在一終點，第一表面與第二側邊間隔開一第一距離，所述終點與第二側邊間隔開一第二距離，而構有圖形的表面與第二側邊間隔開一第三距離，使第一距離不同於第二和第三距離。
7. 如權利要求1所述的系統，其特徵在於，還包括一具有一第一可彎曲件的細調定向系統，其中，第一可彎曲件被構造成圍繞一第一定向軸線樞轉，而一第二可彎曲件連接於第一可彎曲件，其中，第二可彎曲件被構造成圍繞一第二定向軸線樞轉， 一連接於第二可彎曲件的支承件，其中，模板附連到該支承件上。
8. 如權利要求7所述的系統，其特徵在於，還包括一連接於細調定向系統的預校準平臺，其中，預校準平臺被構造成在使用過程中移動細調定向系統朝向基底和遠離基底。
9. 如權利要求2所述的系統，其特徵在於，還包括一圍繞至少印刷頭和運動平臺和一溫度控制系統的封閉的外殼，其中，溫度控制系統被構造成在使用過程中阻止外殼內的溫度變化大於rc。
10. 如權利要求2所述的系統，其特徵在於，還包括一連接於運動平臺的空氣壓力計，其中，空氣壓力計被構造成可確定基底和模板之間的距離。
全文摘要
本發明揭示了一種使用一裝置(3900)通過平版印刷來形成有圖形的基底的工藝，該裝置包括一印刷頭(3100)、一激活的光源(3500)、一運動平臺(3600)、一構有圖形的模板(3700)、一印刷頭支承件(3910)、一運動平臺支承件(3920)、橋架支承件(3930)和一支承臺(3940)。
文檔編號B29C35/08GK101710228SQ20091021181
公開日2010年5月19日 申請日期2003年7月10日 優先權日2002年7月11日
發明者B·-J·喬伊, G·維爾森, M·瓦茨, M·美斯爾, N·蘇馬克, R·伯尼卡策, R·弗伊欣, S·斯裡尼瓦傘 申請人:分子制模股份有限公司