散射對齊法在平版壓印中的應用的製作方法

2023-06-20 02:25:36 1

專利名稱：散射對齊法在平版壓印中的應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及平版壓印的方法和系統。更具體地說，本發明涉及微米和納米尺度平版壓印工藝的方法和系統。
背景技術：
當前多數微電子器件是用光學平版印刷術製造的。但是，人們相信這些方法在解析度上正在接近極限。亞微米尺度的平版印刷已經成為微電子工業的關鍵工藝。生產商利用亞微米平版印刷技術可以滿足呼聲日高的對晶片電路小型化和密集化的要求。可以預期，微電子工業所追求的結構將小至50nm左右，甚至更小。此外，納米平版印刷在光電子和磁性存儲領域的應用也浮出水面。例如，光子晶體和億萬字節/平方英寸的高密度印花磁性存儲器需要尺度小於100nm的平版印刷技術。
為製造尺寸小於50nm的結構，光學平版印刷技術可能要利用波長非常短的光(例如，約13.2nm)。在這種短波長下，許多普通的材料不再透光，因而成像系統通常要用複雜的反光器件製造。此外，要在這些波長下獲得具有足夠輸出強度的光源很困難。這種系統的設備和工藝極其複雜，在費用上是一大障礙。人們還確信，高解析度電子束平版印刷技術雖然非常精確，但速度太慢，無法付諸大規模商業應用。
人們已經對幾種平版壓印技術進行了探索，以適用於低成本大規模生產代替傳統的高解析度成圖的照相平版印刷技術。各種平版壓印技術比較相似，它們都用具有一定形貌的模板在基底膜上複製表面浮雕圖案。一種平版壓印的形式是眾所周知的熱浮雕法。
熱浮雕技術面臨若干挑戰1)壓印浮雕結構通常需要100MPa以上的壓力；2)溫度必須高於聚合物膜的Tg；3)(基底膜中的)圖案限於隔離溝或類似於重複的線和間隔的密集結構。熱浮雕不適合印刷分立的突起結構，如線和點，這是因為基底膜溫度升高形成的高粘性液體需要極高的壓力和極長的時間才能大批移動，從而形成分立結構。這種圖案依賴性使熱浮雕技術失去吸引力。另外，高溫、高壓、熱膨脹和材料變形對逐層對齊到器件生產所需精度構成嚴峻的技術挑戰。圖案對不齊會給應用帶來問題，如存儲應用中帶有圖案的磁性介質。讀寫頭對印花介質比特的尋址非常困難，除非圖案位置偏差能夠保持最小。
發明概述在一種實施方式中，印花層這樣形成，即在印花模板的存在下，固化基底上可通過激發光固化的液體。印花模板位於基底上的預定部分。一般地，基底的預定部分包含預先形成圖案的區域。模板與基底藉助它們上面的對齊標記對齊。
在一種實施方式中，印花模板與基底隔開一定距離。印花模板包含一個對齊標記。模板對齊標記包括一個衍射光柵，它與對應的基底對齊標記相匹配。本體上裝有散射對齊系統，用該系統可以分析模板衍射光柵與基底衍射光柵的對齊情況。用光以基本上垂直於基底平面的角度照射模板對齊標記和基底對齊標記，可以完成對齊操作。測定模板和基底對齊標記上反射的非零級光，所述光測定包括分析多個波長的光強度。對在不同波長下讀取的光強度值求平均，以此確定平均對齊誤差。平均對齊誤差可用來調整模板相對於基底的位置，然後再形成印花層。
在另一種實施方式中，印花模板與基底隔開一定距離。印花模板包含一個對齊標記。模板對齊標記包括一個衍射光柵，它與對應的基底對齊標記相匹配。用兩個光束以基本上不垂直於基底平面的角度照射模板對齊標記和基底對齊標記，可以完成對齊操作。測定模板和基底對齊標記上反射的零級光，光測定值包括分析多個波長的光強度。對在多個波長下讀取的光強度值求平均，以此確定平均對齊誤差。平均對齊誤差可用來調整模板相對於基底的位置，然後再形成印花層。
在另一種實施方式中，印花模板與基底隔開一定距離。印花模板包含一個對齊標記。模板對齊標記包括一個衍射光柵，它與對應的基底對齊標記相匹配。用兩束入射光以基本上不垂直於基底平面的角度照射模板對齊標記和基底對齊標記，可以完成對齊操作。測定模板和基底對齊標記上反射的非0級的光，光測定值包括分析多個波長的光強度。對在不同波長下讀取的光強度值求平均，以此確定平均對齊誤差。平均對齊誤差可用來調整模板相對於基底的位置，然後再形成印花層。
附圖簡述結合附圖閱讀以下詳細描述後，將能更好地理解本發明的其他目標和優點

圖1所示為平版壓印系統的一種實施方式；圖2所示為平版壓印系統的外殼；圖3所示為平版壓印系統上配備的平版壓印頭的一種實施方式；圖4所示為壓印頭的透視圖；圖5所示為壓印頭的分解圖；圖6所示為第一彎曲件的透視圖；圖7所示為第二彎曲件的透視圖；圖8所示為第一和第二彎曲件結合在一起的透視圖；圖9所示為壓印頭預校正系統上配備的精細定向系統的透視圖；圖10所示為預校正系統的剖面圖；圖11所示為彎曲系統的示意圖；圖12所示為平版壓印系統的運動臺和壓印頭的透視圖；圖13所示為液體給料系統的示意圖；圖14所示為壓印頭的透視圖，壓印頭上連有光源和照相機；圖15和16所示為液滴與一部分模板之間的界面的側視圖；圖17所示為模板的第一種實施方式的剖面圖，該模板將液體限制在模板周緣；圖18所示為模板的第二種實施方式的剖面圖，該模板將液體限制在模板周緣；圖19A-D所示為模板與基底上的液體接觸的一系列步驟的剖面圖；圖20A-B分別是含有許多圖案區和邊界的模板的頂視圖和剖面圖；圖21所示為與壓印頭的預校正系統相連的剛性模板支撐系統的透視圖；圖22所示為與X-Y運動系統相連的壓印頭；圖23A-F所示為陰模平版壓印工藝的剖面圖；圖24A-D所示為帶有轉移層的陰模平版壓印工藝的剖面圖；圖25A-D所示為陽模平版壓印工藝的剖面圖；圖26A-C所示為帶有轉移層的陰模平版壓印工藝的剖面圖；圖27A-D所示為陽模和陰模組合平版壓印工藝的剖面圖28所示為裝在模板和基底上的光學對齊測定裝置的示意圖；圖29所示為確定模板與基底對齊情況的示意圖，它利用對齊標記依次進行觀察和再聚焦；圖30所示為確定模板與基底對齊情況的示意圖，它利用對齊標記和偏振濾光片；圖31所示為由偏振線形成的對齊標記的頂視圖；圖32A-C所示為施塗在基底上的可固化液體圖案的頂視圖；圖33A-C所示為固化後從基底上取下模板的示意圖；圖34所示為電場平版印刷基底上的模板的實施方式；圖35A-D所示為利用與模板接觸形成納米結構的工藝的第一種實施方式；圖36A-C所示為不與模板接觸形成納米結構的工藝的第一種實施方式；圖37A-B所示為包含位於非傳導基底上的連續印花傳導層的模板；圖38所示為含有基底傾斜模塊的運動臺；圖39所示為包含精細定向系統的運動臺；圖40所示為基底載體的示意圖；圖41所示為平版壓印系統的示意圖，它包含位於基底載體下方的壓印頭；圖42所示為模板和基底的運動角度；圖43所示為基於幹涉儀的定位探測器的示意圖；圖44所示為基於幹涉儀的定位探測器的透視圖；圖45所示為印花模板的剖面圖，該模板包含由邊界圍起的對齊標記；圖46A-D所示為離軸對齊方法的示意圖；圖47A-E所示為θ對齊法的俯視圖；圖48A所示為含有衍射光柵的對齊靶的頂視圖；圖48B所示為衍射光柵的剖面圖；圖48C所示為含有衍射光柵的對齊靶的頂視圖，衍生光柵具有不同的間隔；圖49所示為散射系統的示意圖，該系統用於分析多波長N級散射光；圖50所示為散射系統的示意圖，該系統用於分析通過光學元件的多波長N級衍射光；圖51所示為散射系統的示意圖，該系統用於分析非垂直角的零級散射光；
圖52所示為散射系統的示意圖，該系統用於分析通過光學元件的非垂直角的零級散射光；圖53所示為散射系統的示意圖，該系統用於分析通過光纖系統的非垂直角的零級散射光；圖54所示為散射系統的示意圖，該系統用於分析通過光纖系統的非垂直角的N級散射光。
儘管本發明可具有各種改進形式和替代形式，附圖仍通過實例的方式示出了一些具體實施方式
，並在下面進行詳細敘述。但應當理解，這裡的附圖和詳述無意將本發明限制在所介紹的特定形式上，相反，本發明覆蓋所有的改進形式、等價形式和替代形式，只要它們符合本發明附屬權利要求所確定的主旨和範圍。
發明詳述這裡所述實施方式總體上涉及生產小型器件的系統、裝置和相關工藝。更具體地，這裡所述實施方式涉及平版壓印的系統、裝置和相關工藝。例如，這些實施方式可用於在基底，如半導體晶片上壓印小於100nm的結構。應當理解，這些實施方式也可用於生產其他類型的器件，包括但不限於用來存儲數據的印花磁介質、微型光學器件、微電機系統、生物測試器件、化學測試和反應器件以及X-射線光學器件。
平版壓印工藝採用含有圖像作為表面形貌的模板，在基底上複製高解析度(小於50nm)圖像。平版壓印可在微電子器件、光學器件、MEMS、光電子器件、用於存儲的印花磁介質等的生產中用來在基底上形成圖案。在製備三維結構如微小透鏡和T-門結構時，平版壓印技術優於光學平版印刷技術。平版壓印系統的組件要適當加工，以適應重複操作的工藝，其中平版印刷系統包含模板、基底、液體和其他任何能夠影響系統物理性質的材料，所述物理性質包括但不限於表面能、界面能、Hamacker常數、範德華力、粘度、密度、不透明度等。
平版壓印的方法和系統在Willson等題為「Step and Flash ImprintLithography」的美國專利6334960中有過討論，該專利在此引為參考。平版壓印的其他方法和系統還見述於登記於2001年7月17日題為「Method and Systemof Automatic Fluid Dispensing for Imprint Lithography Processes」的美國專利申請09/908455；登記於2001年7月16日題為「High Resolution Overlay AlignmentMethods and Systems for Imprint Lithography」的美國專利申請09/907512；登記於2001年8月1日題為「Methods for High Precision Gap Orientation SensingBetween a Transparent Template and Substrate for Imprint Lithograph」的美國專利申請09/920341；登記於2001年8月21日題為「Flexure Based Macro MotionTransaction Stage」的美國專利申請09/934,248；登記於2001年10月27日題為「High Precision Orientation Alignment and Gap Control Stages for ImprintLithography Processes」的美國專利申請09/698317；Voison登記於2001年10月12日題為「Template Design for Room Temperature，Low Pressure Micro-andNano-Imprint Lithography」的美國專利09/976681；登記於2002年5月1日題為「Methods ofManufacturing a Lithography Template」的美國專利10/136188；Willson等登記於2001年5月16日題為「Methods and System for FabricatingNanoscale Patterns in Light Curable Compositions Using an Electric Field」的美國專利申請；以上所有專利在此均引為參考。其他方法和系統見述於以下出版物，它們均參考引用於此「Design of Orientation Stages for Step and Flash ImprintLithography」，B.J.Choi.，S.Johnson，M.Colburn，S.V.Sreenivasan，C.G.Willson，將發表於J.of Precision Engeering；「Large area high density quantizedmagnetic disks fabricated using nanoimprint lithography」，W.Wu，B.Cui，X.Y.Sun，W.Zhang，L.Zhuang and S.Y.Chou.，J.Vac Sci Technol B 16(6)3825-3829，Nov-Dec 1998；「Lithographically-induced Self-assembly of Periodic PolymerMicropillar Arrays」，S.Y.Chou，L.Zhuang，J Vac Sci Tech B 17(6)，3197-3202，1999和「Large Area Domain Alignment in Block Copolymer Thin Films UsingElectric Fields」，P.Mansky，J.DeRouchey，J.Mays，M.Pitsikalis，T.Morkved，H.Jaeger and T.Russell，Macromolecules 13，4399(1998)。
圖1所示為平版壓印系統3900的一種實施方式。系統3900包含壓印頭3100。壓印頭3100安裝在壓印頭支架3910上。壓印頭3100的結構適合安放印花模板3700。印花模板3700包含許多凹陷部位，它們形成了要壓印到基底上的特徵圖案。壓印頭3100或運動臺3600的結構還適合在使用中讓印花模板3700相對於要壓印的基底來回移動。系統3900還包含運動臺3600。運動臺3600安裝在運動臺承載板3920上。運動臺3600的結構適合安放基底，並使基底相對於運動臺承載板3920基本上水平運動。系統3900還包含與壓印頭3100相連的光固化系統3500。激發光系統3500的結構適合產生固化光，讓所產生的固化光通過與壓印頭3100相連的印花模板3700。固化光包括波長合適、能夠固化可聚合液體的光。固化光包括紫外光、可見光、紅外光、X-射線和電子束。
壓印頭支架3910通過橋連支架3930連接到運動臺承載板3920。以這種方式，壓印頭支架3910、運動臺承載板3920和橋連支架3930在此統稱為系統「體」。該系統體的部件由熱穩定材料製成。熱穩定材料的熱膨脹係數在室溫(如25℃)小於約10ppm/℃。在一些實施方式中，結構材料的熱膨脹係數小於約10ppm/℃，或小於1ppm/℃。這樣的材料的例子包括碳化矽，一些鐵合金，包括但不限於一些鋼和鎳的合金(如以INVAR商品名購得的合金)，和一些鋼、鎳和鈷的合金(如以SUPER INVAR商品名購得的合金)。這樣材料的另外的例子包括但不限於ZERODUR陶瓷。運動臺承載板3920和橋連支架3930連接到支架臺3940。支架臺3940對系統3900的部件提供無振動支撐。支架臺3940將系統3900與環境振動(如由於操作，其他機器等)隔開。運動臺和振動隔開支架臺都可從Nw\ewport Corporation of Irvine，California購得。##這裡所用「X軸」是指穿過兩橋連支架3930之間的軸，這裡所用「Y軸」是指與X軸正交的軸。這裡所用「X-Y平面」是指由X軸和Y軸所確定的平面。這裡所用「Z軸」是指從運動臺承載板3920到壓印頭支架3910之間的軸，它正交於X-Y平面。一般地，壓印過程涉及基底或壓印頭沿著X-Y平面移動，直到基底相對於印花模板到達合適的位置。模板或運動臺沿著Z軸移動時，印花模板將到達與基底表面上放置的液體相接觸的位置。
系統3900可置於圖2所示外殼3960中。外殼3960包裹平版壓印系統3900，對平版印刷組件提供熱屏障和空氣屏障。外殼3960包含可移動入口面板3962，當面板移動到「開」的位置時，可接觸壓印頭和運動臺，如圖2所示。當處於「關」的位置時，系統3900的組件至少部分與環境隔開。入口面板3962還可用作隔熱屏障，減少房間溫度的變化對外殼3960中組件溫度的影響。外殼3960包含控溫系統。控溫系統是用來控制外殼3960中組件溫度的。在一種實施方式中，控溫系統可防止外殼3960中的溫度波動超過約1℃。在某些實施方式中，控溫系統可防止溫度波動超過約0.1℃。在一種實施方式中，可用自動調溫器或其他測溫裝置結合一個或多個風扇來維持外殼3960中的溫度基本恆定。
外殼3960上也可以配置各種用戶界面。計算機控制的用戶界面3964可安裝在外殼3960上。用戶界面3964可顯示操作參數、診斷信息、工作進度和其他與所包容的壓印系統3900的功能有關的信息。用戶界面3964還可接收操作指令，改變系統3900的操作參數。外殼3960上還可配一個臺面3966。操作者可在平版壓印過程中利用臺面3966放基底、模板和其他設備。在某些實施方式中，臺面3966可包含一個或多個凹槽3967，用來盛放基底(例如用來放半導體晶片的圓形凹槽)。臺面3966還可包含一個或多個盛放模板的凹槽3968。
還可以包含其他組件，具體取決於平版壓印系統要完成的工藝。例如，對於半導體加工，包含但不限於自動晶片裝填器、自動模板裝填器和盒式裝填器界面(均未示出)的設備可配在平版壓印系統3900上。
圖3所示為壓印頭3100的局部實施方式。壓印頭3100包含預校正系統3109和與預校正系統相連的精細定向系統3111。模板支架3130與精細定向系統3111相連。模板支架3130可支撐模板3700，並將它連接到精細定向系統3111上。
參見圖4，圓盤形彎曲環3124構成預校正系統3109的一部分，它與壓印頭外殼3120相連。壓印頭外殼3120連接到帶有導杆3112a、3112b的中間框架3114上。在一種實施方式中，可使用三個導杆(背部導杆在圖4中看不見)支撐外殼3120。通過中間框架3114連接到相應的導杆3112a、3112b上的滑塊3116a、3116b用來幫助外殼3120上下移動。圓盤形基板3122連接到外殼3120的底部。基板3122可連接到彎曲環3124上。彎曲環3124支撐精細定向系統組件，所示系統組件包含第一彎曲件3126和第二彎曲件3128。彎曲件3126和3128的操作與結構將在下面詳加討論。
圖5所示為壓印頭3700的分解圖。如圖5所示，促動器3134a、3134b和3134c固定在外殼3120中，並連接到基板3122和彎曲環3124上。在操作中，促動器3134a、3134b和3134c的運動控制著彎曲環3124的運動。促動器3134a、3134b和3134c的運動可用於粗預校正。在某些實施方式中，促動器3134a、3134b和3134c可沿外殼3120等間距分布。促動器3134a、3134b、3134c和彎曲環3124共同構成預校正系統。促動器3134a、3134b和3134c可讓彎曲環3124沿Z軸平移，從而精確控制間隙。
壓印頭3100還包含可對模板3700進行精確定向控制的機制，使模板與基底表面之間的方向正確對齊，並且它們之間的間隙保持均勻。在一種實施方式中，分別用第一和第二彎曲件3126和3128實現對齊和控制間隙。
圖6和7分別為第一和第二彎曲件3126和3128的實施方式的更詳細情況。如圖6所示，第一彎曲件3126包含許多與對應的剛性體3164和3166相連的彎曲接頭3160。彎曲接頭3160可帶有凹口，使剛性體3164和3166繞著中樞軸運動，所述中樞軸位於彎曲接頭最薄的剖面上。彎曲接頭3160和剛性體3164一起形成臂3172，而另一個接頭3160和剛性體3166一起形成臂3174。臂3172和3174與第一彎曲框架3170相連，並且延伸出去。第一彎曲框架3170有一個孔3182，它可讓固化光(例如紫外光)通過第一彎曲件3126。在所示實施方式中，四個彎曲接頭3160讓第一彎曲框架3170繞著第一定向軸3180運動。但應當理解，實現所需控制採用的彎曲接頭可多可少。第一彎曲件3126通過第一彎曲框架3170與第二彎曲件3128連接，如圖8所示。第一彎曲件3126還包含兩個連接件3184和3186。連接件3184和3186有兩個孔，使連接件可用任何合適的緊固件連接到彎曲環3124上。連接件3184和3186通過圖中所示臂3172和3174連接到第一彎曲框架3170上。
第二彎曲件3128包含一對臂3202和3204，它們從第二彎曲框架3206伸出來，如圖7所示。彎曲接頭3162和剛性體3208一起構成臂3202，而另一個彎曲接頭3162和剛性體3210一起構成臂3204。彎曲接頭3162帶有凹口，使剛性體3210和3204繞著中樞軸運動，所述中樞軸位於彎曲接頭最薄的剖面上。臂3202和3204與模板載體3130相連，並且延伸出去。模板載體3130可承載至少一部分印花模板。模板載體3130也有一個孔3212，它可讓固化光(例如紫外光)通過第二彎曲件3128。在所示實施方式中，四個彎曲接頭3162可讓模板載體3130繞著第二定向軸3200運動。但應當理解，實現所需控制採用的彎曲接頭可多可少。第二彎曲件3128還包含託架3220和3222。託架3220和3222包含孔，使得託架可固定到第一彎曲件3126的某些位置上。
在一種實施方式中，第一彎曲件3126和第二彎曲件3128如圖8所示連接起來，形成精細定向部件3111。託架3220和3222連接到第一彎曲框架3170上，這樣第一彎曲件3126的第一定向軸3180和第二彎曲件3128的第二定向軸3200基本上彼此正交。在這種結構下，第一定向軸3180和第二定向軸3200在中樞點3252上相交，所述中樞點大約位於模板載體3130中印花模板3700的中央區域。第一和第二彎曲件連接後，在使用中可對印花模板3700進行精確對位和控制間隙。雖然第一和第二彎曲件在圖中是分離的元件，但應當理解，第一和第二彎曲件可由一單個機加工成的部件形成，其中彎曲件集成在一起。彎曲件3126和3128通過表面結合連接在一起，因而印花模板3700隻繞著中樞點3252運動，而基本上沒有「擺動」和其他運動，這些運動在平版壓印中會破壞壓印特徵。精細定向部分使模板表面上的橫向運動可忽略不計，使垂直於模板表面的扭曲運動可忽略不計，因為彎曲接頭的高結構剛度有選擇地受到約束。使用上述彎曲件的另一個優點是，它們不會產生過多微粒，特別是與摩擦接頭相比。這給平版壓印過程帶來了好處，因為微粒會中斷這種過程。
圖9所示為與預校正系統相連的組裝精細定向系統。印花模板3700位於模板載體3130裡面，該模板載體是第二彎曲件3128的一部分。第二彎曲件3128與第一彎曲件3126相連，並基本上與之正交。第一彎曲件3124通過連接件3186和3184與彎曲環3124相連。彎曲環3124與基板3122相連，如上所述。
圖10所示為預校正系統從剖面3260看去的剖面圖。如圖10所示，彎曲環3124通過促動器3134與基板3122相連。促動器3134包含與力探測器3135相連的端部3270，所述探測器與彎曲環3124接觸。在使用中，促動器3134推動端部3270相對於彎曲環3124來回運動。端部3270向著彎曲環3124的運動會引起彎曲環變形，使精細定向系統沿著Z軸向基底平移。端部3270遠離彎曲環移動時，彎曲環可回復到其初始形狀，並且在操作過程中使精細定向臺遠離基底移動。
在典型的壓印工藝中，模板位於與精細定向系統相連的模板夾上，如前面各圖所示。使模板與基底表面上的液體接觸。在模板愈來愈靠近基底的過程中，壓縮基底上的液體，使液體對模板產生阻力。該阻力通過精細定向系統轉移到彎曲環3124上，如圖9和10所示。施加在彎曲環3124上的阻力又轉移到促動器3134上。施加在促動器3134上的阻力可用力傳感器3135測定。力傳感器3135可與促動器3134連接，因而對使用過程中施加在促動器3134上的阻力可進行測定並加以控制。
圖11所示為彎曲模型，總的標記為3300，用它可幫助理解精細去連接定向階段的操作原理，如這裡所述精細定向部分。彎曲模型3300可包含四個平行接頭接頭1、2、3和4，它們在其標稱和旋轉結構中提供四棒連接體系。線3310表示接頭1和2的對位軸。線3312表示接頭3和4的對位軸。角α1代表通過模板3700中央的垂直軸與線3310之間的夾角。角α2代表通過模板3700中央的垂直軸與線3312之間的夾角。在某些實施方式中，角α1和α2這樣選擇，使合適的定位軸(或定向軸)基本上位於模板3700的表面上。對於精細定向變化，接頭2和3之間的剛性體3314可繞著點C所示軸轉動。剛性體3314可代表第二彎曲件3128的模板載體3130。
精細定向系統在與之相連的模板表面產生純翻轉運動，而基本上沒有橫向運動。用彎曲臂可以使精細定向系統在不需要側邊運動或轉動的方向具有較高剛度，而在需要定向運動的方向具有較低的剛度。因此，精細定向系統允許模板載體，進而允許模板繞著模板表面上的中樞點轉動，同時在垂直於模板和平行於模板的方向提供足夠的阻力，使模板相對於基底保持恰當的位置。在這種方式下，採用被動定向系統使模板處於平行方向。術語「被動」是指運動在沒有使用者或編程控制器幹預的情況下發生，即系統通過使模板與液體接觸來自動校正到恰當的方向。也可以採用替代實施方式，即用馬達控制彎曲臂的運動，產生主動彎曲。
精細定向臺的運動可通過與液體的直接或間接接觸來驅動。如果精細定向臺是被動式的，則在一種實施方式中，它對兩個定向軸具有最強的柔順性。兩個定向軸彼此正交，並位於精細定向臺上的壓印件的壓印表面上。對於對稱壓印件，兩個正交扭轉柔量的設定值相同。若模板不平行於基底，被動精細定向系統可調整模板的方向。當模板與基底上的液體接觸時，彎曲件可補償模板上形成的不均勻液壓。這種補償極少或不會過頭。此外，上述精細定向臺能使模板和基底在足夠長的時間內基本保持平行，以便液體發生固化。
壓印頭3100安裝在圖1所示壓印頭支架3910上。在此實施方式中，壓印頭安裝後就始終保持固定位置。在使用中，沿X-Y平面的所有運動都由運動臺3600進行到基底。
運動臺3600是用來支撐要壓印的基底的，並在使用中使基底沿X-Y平面運動。在某些實施方式中，運動臺能夠使基底移動長達數百毫米的距離，精度至少為±30nm，較佳地約為±10nm。在一種實施方式中，運動臺包含基底卡盤3610，它與卡盤架3620相連，如圖12所示。卡盤架3620繞著摩擦支承系統或非摩擦支承系統上的基座3630運動。在一種實施方式中，採用包含空氣支承的非摩擦支承系統。在一種實施方式中，卡盤架3620藉助空氣層(即「空氣支承」)懸浮在運動臺基座3630上。可用磁或真空系統為空氣支承水平提供配重力，使之平衡。基於磁或真空的系統可從很多廠家購買，任何一種系統都可用於平版壓印工藝。適用於平版壓印工藝的運動臺的一個例子是NewportCorporation，Irvine(美國加州)生產的Dynam YX運動臺。運動臺還可包含類似於校正臺的翻轉臺，使基底大致與X-Y運動平面保持水平。它還可包含一種或多種θ臺，使基底上的圖案向著X-Y運動軸。
系統3900還包含液體給料系統，它可用來將可固化液體施塗到基底上。液體給料系統與系統本體相連。在一種實施方式中，液體給料系統與壓印頭3100相連。圖3所示為液體給料系統的液體給料頭2507，它從壓印頭3100的蓋子3127伸出來。液體給料系統的各種組件可安裝在壓印頭3100的蓋子3127上。
圖13是液體給料系統的示意圖。在一種實施方式中，液體給料系統包含液體容器2501。液體容器2501是用來盛放可光固化液體。液體容器2501通過進液導管2502與泵2504相連。進液閥2503位於液體容器2501和泵2504之間，控制液體在進液導管2502中的流量。泵2504通過出液導管2506與液體給料頭2507相連。
液體給料系統是用來精確控制輸送到下面基底上的液體量的。在一種實施方式中，可用壓電閥作為泵2504來完成對液體的控制。壓電閥可購自LeeCompany，Westbrook，CT。在使用中，通過進液導管2502將可固化液體吸到泵2504中。當基底正確安裝在下面後，開動泵2504，將預定量的液體壓到出液導管2506。然後通過液體給料頭2507將液體噴到基底上。在這種實施方式中，液體流量是由泵2504控制的。泵從開啟態到關閉態的快速切換可控制輸送到給料頭2507中的液體量。泵2504的送料體積約小於1μl。適當操縱泵2504，可以液滴或連續圖案的方式將液體分散到基底上。使泵在開啟態和關閉態之間快速循環，就能以液滴方式給料。將泵開啟，使基底在液體給料頭下方移動，即可在基底上產生液體流。
在另一種實施方式中，可用液體給料頭2507控制液體量。在這種系統中，泵2504可用來將可固化液體供給液體給料頭2507。體積可精確控制的小液滴用液體給料促動器分發。液體給料促動器的例子包括微型螺線管閥或壓力促動給料器。壓力促動給料器可購自MicroFab Technologies，Inc.，Plano，TX。液體給料促動器安裝在液體給料頭中，控制液體的給料。液體給料促動器可提供約50-1000pL液體/滴。帶有液體給料促動器的系統的優點包括給料速度快，體積控制更精確。液體給料系統還見述於登記於2001年7月17日題為「Methodand System of Automatic Fluid Dispensing for Imprint LithographyProcesses」的美國專利申請09/908455，在此將其引為參考。
模板和基底的位置可用線性編碼器(例如暴露線性編碼器)初步測定。編碼器粗測的精度為0.01μm。線性編碼器包括與移動物體相連的標尺和與系統本體相連的讀數器。標尺可由各種材料形成，包括玻璃、玻璃陶瓷和鋼。標尺包括標記數碼，讀數器讀取後即可確定移動物體的相對或絕對位置。標尺用本領域常用的方法連接到運動臺上。讀數器與系統本體相連，並通過光學系統連接到標尺上。在一種實施方式中，可以採用暴露線性編碼器。編碼器可確定運動臺沿單根軸或雙軸平面的位置。暴露雙軸線性編碼器的一個例子是HeidenhainCorporation，Schaumburg，Illinois生產的PP型編碼器。一般地，編碼器內置於許多市售X-Y運動臺中。例如，Newport Corp生產的Dynam YX運動臺在系統中內置了雙軸編碼器。
模板沿Z軸的大致位置也可用線性編碼器粗測。在一種實施方式中，可用暴露線性編碼器測定模板的位置。在一種實施方式中，編碼器的標尺與壓印頭的預校正環相連。或者，標尺可直接連接到模板載體3130上。讀數器與系統本體相連，並通過光學系統連接到標尺上。模板沿Z軸的位置用編碼器測定。
在某些實施方式中，在平版壓印工藝中，模板和基底位置的測定精度要求小於100nm。由於高解析度半導體工藝中的印花模板上的許多特徵結構小於100nm，這種控制對於各種結構的恰當定位是非常重要的。在一種實施方式中，精確位置可用幹涉儀(例如雷射幹涉儀)測定。
圖42所示為可在平版壓印過程中測定的轉軸和運動。沿Xw軸、Yw軸和Zw軸測定基底位置。基底的轉動也可沿X軸(αw)、Y軸(βw)和Z軸(θw)測定。類似地，模板位置可沿X、Y和Z軸測定。模板的轉動也可沿X軸(αT)、Y軸(βT)和Z軸(θT)測定。為使模板與基底對齊，X、Y和Z坐標以及α、β和θ角要匹配。
可用線性編碼器測定模板和基底的X軸、Y軸和Z軸位置。但是，這些編碼器一般無法提供繞這些軸的旋轉信息。在一種實施方式中，可用幹涉儀測定模板和基底的X軸、Y軸和Z軸位置以及旋轉角α、β和θ。基於幹涉儀的位置測定系統見圖43。幹涉儀系統4300包含第一個三軸雷射幹涉儀4310和第二個三軸雷射幹涉儀4320。鏡片4330和4335與基底和/或模板相連。鏡片4330和4335分別與第一和第二雷射幹涉儀通過光學系統相連。鏡片4330位於模板和/或基底的一部分上，垂直於模板和/或基底上放置鏡片4335的那一面。如圖43所示，它可同時測定5個維度。第一雷射幹涉儀4310可測定基底和/或模板沿X軸的位置和旋轉角β和θ。第二雷射幹涉儀4320可測定基底和/或模板沿Y軸的位置和旋轉角α和θ。
平版壓印系統3900中使用的基於幹涉儀的位置探測器4400的一種實施方式示於圖44。位置探測器4400安裝在系統3900本體的一部分上。例如，位置探測器可安裝在本體的支架3930上。在一種實施方式中，位置探測器4400包含四個幹涉儀。在一種實施方式中，這些幹涉儀是雷射幹涉儀。差分幹涉儀和絕對幹涉儀都可以採用。兩個幹涉儀4410和4415可用來測定模板的位置。另兩個幹涉儀4420和4425可用來測定基底的位置。在一種實施方式中，所有的幹涉儀都是三軸幹涉儀。用這種四幹涉儀裝置可測定模板和基底的5維運動(例如X和Y位置，以及α、β和θ旋轉)。雷射器4430為幹涉儀提供光。來自雷射器的光通過光學組件4440(注不是所有的光學元件都編了號)進入幹涉儀4410、4415、4420和4425。光學組件包括分束器和鏡面系統，它們將光從雷射器導入幹涉儀。幹涉儀系統和合適的光學系統可從多種來源購買。
在一種實施方式中，空氣規3135可與壓印頭3100連接，如圖3所示。空氣規3135用於確定運動臺上的基底是否與參考平面大致平行。這裡所謂「空氣規」是指測定流向表面的空氣流的壓力的裝置。當將基底置於空氣規3135出口處時，基底離空氣規3135出口的距離將影響空氣規感受到的壓力。一般地，基底離空氣規越遠，壓力越小。
在這種結構中，空氣規3135可用來測定由於基底與空氣規之間距離的變化而引起的壓力差。沿基底表面移動空氣規315，空氣規可測定空氣規與基底表面在不同測量位點上的距離。通過比較空氣規和基底各測量點之間的距離可確定基底相對空氣規的平面度。基底上至少3個位點與空氣規之間的距離可用來確定基底是否是平面。如果所測距離基本上相同，則可認為它是平面。如果基底與空氣規之間測定的距離存在明顯差異，則表明基底與空氣規之間的非平面關係。這種非平面關係可能因基底不是平面或基底傾斜引起。在使用之前，可將傾斜的基底校正過來，使基底與模板建立平面關係。合適的空氣規可從Senex Inc.購買。
在使用空氣規時，要將基底或模板置於空氣規的量程之內。基底可以通過壓印頭的Z軸運動或運動臺的Z軸運動向空氣規移動。
在平版壓印工藝中，可光固化液體塗布在基底表面上。使印花模板與可光固化液體接觸，用激發光照射可光固化液體。這裡所謂「激發光」是指可引起化學變化的光。激發光包括紫外光(例如波長在約200-400nm之間的光)、光化光、可見光或紅外光。一般地，任何波長的、能引起化學變化的光都可歸為激發光。化學變化可表現為各種形式。化學變化可包括但不限於任何引起聚合物反應或交聯反應的化學反應。在一種實施方式中，激發光在到達組合物之前通過模板。在這種方式下，可光固化液體固化後，形成與模板上形成的結構互補的結構。
在某些實施方式中，激發光源3500是紫外光源，它能產生波長在約200-400nm之間的光。激發光源3500與模板通過光學系統相連，如圖1所示。在一種實施方式中，激發光源3500靠近壓印頭3100。壓印頭3100包含鏡面3121(如圖4所示)，它將來自激發光源的光反射到印花模板上。光通過壓印頭3100本體上的孔，由鏡面3121反射到印花模板3700上。在這種方式下，激發光源輻照印花模板時，它不在壓印頭3100中。
多數激發光源在使用中產生大量的熱。如果激發光源3500太靠近壓印系統3900，光源發出的熱將輻射到壓印系統本體上，引起本體局部溫度上升。因為多數金屬受熱膨脹，壓印系統本體局部溫度升高將引起本體膨脹。這種膨脹會影響壓印系統製備小於100nm的特徵結構時的精度。
在一種實施方式中，激發光源與本體要有足夠的距離，使得激發光源3500與壓印頭3100之間所夾的空氣對系統本體起隔熱作用，使之與激發光源3500所產生的熱隔開。圖14所示為與壓印頭3100通過光學系統相連的激發光源3500。激發光源3500包括光學系統3510，它將光源發出的光投向壓印頭3100。光從光學系統3510經過孔3123進入壓印頭3100，然後由安裝在壓印頭中的鏡片3121反射到連接在壓印頭3110上的模板上(如圖4所示)。在這種方式下，光源與系統本體隔熱。合適的光源可購自OAI Inc.，Santa Clara CA。
壓印頭3910和/或運動臺3920上可以連接一個或多個光學測量裝置。一般地，光學測量器件是能夠使模板相對於要測定的基底定位和/或定向的模板。
現在看圖14，其中利用模板進行光學成像的系統3800通過光學系統連接到壓印頭上。光學成像系統3800包含光學成像裝置3810和光學系統3820。在一種實施方式中，光學成像裝置3810是CCD顯微鏡。光學成像系統3800通過壓印頭以光學方式連接到模板上。當基底位於印花模板下面時，光學成像系統3800還以光學方式連接到基底上。光學成像系統3800可用來測定印花模板與這裡所述下方基底之間的位置差。在一種實施方式中，鏡片3121(如圖4所示)可在壓印頭中移動。在對位或光學檢查過程中，鏡片3121移動到光學成像系統的光路之外。
在使用光學對位裝置期間，將基底或模板放在光學成像系統的量程(例如視場)之內。基底向光學成像系統的移動可通過壓印頭的Z軸移動或運動臺的Z軸移動完成。
壓印頭上可以連接其他光學成像裝置，用於觀察離軸位置上的基底。離軸位置在這裡定義為不在激發光源光路上的位置。離軸光學成像系統3830連接到圖14所示壓印頭3100上。離軸光學成像系統3830包含光學成像裝置3832和光學系統3834。在一種實施方式中，光學成像裝置3810是CCD顯微鏡。離軸成像系統3830用於掃描基底，而無需將模板置於光路中。離軸光學成像系統3830可用於這裡所述離軸對齊過程。此外，離軸光學成像系統3830可用來對模板和基底進行粗對齊，而利用模板的光學成像系統3800用來對模板和基底進行精細對齊。壓印頭3100上可連接其他離軸光學系統。圖12所示為連接到壓印頭3100上的另一種離軸光學系統3840。
運動臺上可連接另一個光學成像裝置，用以觀察模板。模板光學成像系統3850與圖12所示運動臺3600相連。模板光學成像系統3850包含光學成像裝置3852和光學系統3854。在一種實施方式中，光學成像裝置3852是CCD顯微鏡。模板光學成像系統3850用來掃描模板表面，而不必透過模板掃描。模板光學成像系統3830可用於這裡所述離軸對齊工藝。
應當理解，光學成像系統可安置在這裡所述另一種系統實施方式中。例如，在另一種系統實施方式中，光學成像系統可連接到用於移動壓印頭的運動臺上。在這些實施方式中，基底安裝在基底載體上，所述載體還包含光學成像裝置。
如前所述，在平版壓印過程中，將可光固化液體放在基底上，使模板與液體接觸。可固化液體是低粘性液態單體溶液。合適的溶液的粘度約為0.01-100cps(25℃下測定)。高解析度(例如小於100nm)結構尤其需要低粘性。低粘性還能使縫隙封閉起來更快。此外，低粘性可使液體在低壓下填注空隙區的速度更快。具體說，在小於50nm的範圍內，溶液的粘性應當等於或小於約30cps，最好小於約5cps(在25℃測定)。
其他平版印刷技術碰到的許多問題在平版壓印工藝中用低粘性可光固化液體能夠得到解決。利用低粘性光敏液體，用低粘性可光固化液體成圖能解決熱浮雕技術碰到的每個問題。用厚的剛性透明模板還有可能更便於逐層對齊。剛性模板對液體激發光和對齊標記測定光一般均能通過。
可固化液體可由各種可聚合材料組成。一般地，可採用任何可光聚合材料。可光聚合材料可包含各種單體和光引發劑的混合物。在某些實施方式中，可固化液體可包含一種或多種市售陰模光致抗蝕劑材料。光致抗蝕劑材料的粘性可通過用合適的溶劑稀釋來降低。
在一種實施方式中，合適的可固化液體包括單體、矽烷基化單體和引發劑。還可加入交聯劑和二甲基矽氧烷衍生物。單體包括但不限於丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯單體。單體的例子包括但不限於丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯或它們的混合物。單體約構成可固化液體的25-50wt％。據信，單體能確保引發劑在可固化液體中有足夠的溶解性。人們還相信，單體在使用時為下面的有機轉移層提供粘著力。
可固化液體還包含矽烷基化單體。矽烷基化單體一般是含有矽基的可聚合物化合物。矽烷基化單體的類型包括但不限於矽烷丙烯醯基和矽烷甲基丙烯醯基衍生物。具體的例子包括甲基丙烯氧基丙基三(三甲基矽氧基)矽烷和(3-丙烯氧基丙基)三(三甲基矽氧基)矽烷。矽烷基化單體的含量為25-50wt％。可固化液體還包含二甲基矽氧烷衍生物。二甲基矽氧烷衍生物的例子包括但不限於(丙烯氧基丙基)甲基矽氧烷二甲基矽氧烷共聚物、丙烯氧基丙基甲基矽氧烷均聚物和丙烯氧基封端的聚二甲基矽氧烷。二甲基矽氧烷衍生物的含量約為0-50wt％。據信，矽烷基化單體和二甲基矽氧烷衍生物可賦予固化液體高抗氧蝕刻性。此外，矽烷基化單體和二甲基矽氧烷衍生物據信能降低固化液體的表面能，因而能提高模板從表面剝離的能力。這裡所述矽烷基化單體和二甲基矽氧烷衍生物均可購自Gelest，Inc。
任何能引發自由基反應的材料均可用作引發劑。對於可固化材料的光激發固化，引發劑宜為光引發劑。引發劑的例子包括但不限於α-羥基酮(例如Ciba-Geigy Specialty Chemical Division生產的1-羥基環己基苯基酮，商品名為Irgacure 184)和氧化醯基膦引發劑(例如Ciba-Geigy Specialty Chemical Division生產的氧化(2，4，6-三甲基苯甲醯)膦，商品名為Irgacure 819)。
可固化液體還可包含交聯劑。交聯劑是包含兩個或多個可聚合基團的單體。在一種實施方式中，多官能矽氧烷衍生物可用作交聯劑。多官能矽氧烷衍生物的例子有1，3-二(3-甲基丙烯氧基丙基)-四甲基二矽氧烷。
在一種實施方式中，可固化液體可包含50wt％丙烯酸正丁酯和50wt％(3-丙烯氧基丙基)三(三甲基矽氧基)矽烷的混合物。在此混合物中可加入3wt％Irgacure 819和Irgacure 184的混合物以及5wt％交聯劑1，3-二(3-甲基丙烯氧基丙基)-四甲基二矽氧烷。此混合物的粘性在約25℃測定時小於30cps。
在另一種實施方式中，可固化液體可由單體、光致生酸劑和光致生鹼劑。單體的例子包括但不限於酚醛聚合物和環氧樹脂。光致生酸劑是用激發光處理時可釋放酸的混合物。所產生的酸能催化單體的聚合反應。本領域的普通技術人員熟知這種生酸衍生物，具體用什麼生酸衍生物取決於單體和所需固化條件。一般地，所選生酸衍生物對第一波長λ1的輻射敏感，該波長的光在某些實施方式中在可見光或近紫外光(近UV)範圍。例如，在某些實施方式中，所選第一波長λ1約為400nm或更長。單體中也可加入生鹼劑。光致生鹼劑可阻止模板界面附近的單體固化。光致生鹼劑對第二波長λ2的輻射敏感，但對第一波長λ1的輻射呈惰性或基本呈惰性。此外，所選第二波長的輻射主要在單體靠近它與模板界面的表面上吸收，不會進入可固化液體很深。例如，在某些實施方式中，可以使用對在深UV範圍內的波長為λ2的輻射敏感的生鹼添加劑，換句話說，該輻射的波長約在190-280nm範圍內。
根據一種實施方式，將包含單體、光致生酸劑和光致生鹼劑的可固化液體沉積到基底上，使模板與可固化液體接觸。然後幾乎同時用具有第一波長λ1的光和具有第二波長λ2的光輻照可固化液體。或者，可先用具有第二波長λ2的光輻照固化液體，然後用具有第一波長λ1的光輻照。用具有第二波長λ2的光輻照可固化液體會在靠近與模板的界面處產生過量的鹼。過量的鹼可中和用具有第一波長λ1的光輻照可固化液體時產生的酸，從而防止酸固化可固化液體。由於具有第二波長λ2的光進入可固化液體比較淺，輻照產生的鹼僅能抑制處於或靠近與模板的界面處的可固化液體的固化。剩餘的可固化液體通過用波長較長(λ1)的光輻照來固化，該波長的光穿透可固化液體。題為「Planarization of Non-Planar Surfaces in Device Fabrication」的美國專利6218316描述了涉及此工藝的其他細節，該專利在此引為參考。
在另一種實施方式中，可固化液體可包含光敏劑，光敏劑受到例如深UV光輻照時會分解產生一種或多種氣體，如氫(H2)、氮(N2)、一氧化二氮(N2O)、三氧化硫(SO3)、乙炔(C2H2)、二氧化碳(CO2)、氨(NH3)或甲烷(CH4)。可用具有第一波長λ1的光，如可見光或近UV光固化可固化液體，而深UV光(λ2)可用來產生前述一種或多種氣體。產生的氣體可在靠近固化液體與模板界面處產生局部壓力，從而便於模板與固化液體的分離。關於此工藝，美國專利6218316有更詳細的介紹，該專利在此引為參考。
在另一種實施方式中，可固化液體可由單體組成，單體固化後可形成聚合物，而該聚合物受光照射後分解。在一種實施方式中，將含兩條取代碳鏈的聚合物沉積在基底上。模板與可固化液體接觸後，用具有第一波長λ1(例如大於400nm)的光和具有深UV範圍內的第二波長λ2的光輻照可固化液體。第一波長的光用來固化可固化液體。當用具有第二波長λ2的光輻照可固化液體時，取代碳原子發生斷裂。由於深UV光沒有深入可固化液體，僅有液體與模板界面附近的聚合物發生分解。發生分解的固化液體表面有利於固化液體與模板的分離。還可以採用有利於光分解聚合物的其他官能團。關於此工藝，美國專利6218316有更詳細的介紹，該專利在此引為參考。
在各種實施方式中，生產平版壓印模板的工藝包括但不限於光學平版印刷工藝、電子束平版印刷工藝、離子束平版印刷工藝、X射線平版印刷工藝、遠紫外線平版印刷工藝、掃描探針平版印刷工藝、離子集束銑印工藝、幹涉平版印刷工藝、外延生長工藝、薄膜沉積工藝、化學蝕刻工藝、等離子體蝕刻工藝、離子銑印工藝、活性離子蝕刻工藝或它們的組合。製備印花模板的方法見述於Voisond的美國專利申請10/136188，登記於2002年5月1日，題目為「Methods of Manufacturing a Lithography Template」，該專利申請在此引為參考。
在一種實施方式中，平版壓印模板基本上能透過激發光。模板包含具有下表面的本體。模板下表面上還包含許多伸向本體上表面的凹陷。凹陷可以具有任何適當的尺寸，但通常至少有一部分凹陷的特徵尺寸約小於250nm。
關於平版壓印工藝，需要注意模板的耐用性和它的剝離特性。在一種實施方式中，模板由石英形成。其他材料也可用來形成模板，包括但不限於碳化鍺矽、氮化鎵、鍺化矽、藍寶石、砷化鎵、外延矽、多晶矽、柵極氧化物、二氧化矽或它們的組合。模板還可包含用於形成可探測特徵如對齊標記的材料。例如，可探測特徵可由SiOx形成，其中x小於2。在某些實施方式中，x約為1.5。在另一種實例中，可探測特徵可由矽化鉬形成。SiOx和矽化鉬均能透射用來固化可聚合液體的光。但是，這兩種材料均基本上不能透射可見光。用這些材料可在模板上形成對齊標記，而不會干擾下面基底的固化。
如前所述，可用表面處理材料處理模板，在模板表面上形成一個薄層。優化表面處理過程，產生低表面能塗層。用這種塗層可製備平版壓印用壓印模板。經過處理的模板與未經處理的模板相比，具有所需的剝離特性。未經處理的模板表面具有約65達因/釐米或更高的表面自由能。這裡介紹的處理過程能產生耐用性很高的表面處理層。表面處理層的耐用性使得模板可用於許多次壓印，而不必更換表面處理層。在某些實施方式中，表面處理層可將下表面25℃的表面自由能減少到低於約40達因/釐米，在某些情況下小於約20達因/釐米。
在一種實施方式中，表面處理層通過烷基矽烷、氟代烷基矽烷或氟代烷基三氯矽烷與水的反應產物形成。此反應在印花模板表面上形成矽烷基化塗層。例如，十三氟-1，1，2，2-四氫辛基三氯矽烷與水的反應產物可形成矽烷基化表面處理層。表面處理層可用液相過程或氣相過程形成。在液相過程中，基底浸泡在前體與溶劑形成的溶液中。在氣相過程中，前體通過惰性載氣輸送。要獲得液相處理用完全無水的溶劑可能比較困難。處理過程中體相裡的水可能導致塊狀沉澱，它會對塗層的最終質量或覆蓋率造成不利影響。在汽相過程的一種實施方式中，將模板置於真空室中，然後循環吹掃真空室，除去過量的水。但一些吸附水保留在模板表面上。但是據信，還是需要少量水以引發表面反應，形成塗層。據信，該反應可用下式表示R-SiCl3+3H2O＝R-Si(OH)3+3HCl為促進反應，要通過控溫裝置將模板加熱到所需反應溫度。然後將前體加入反應室歷一預定時間。對具體的前體和模板基底組合，需要調整反應參數，如模板溫度、前體濃度、流體形狀等。通過控制這些條件，可以控制表面處理層的厚度。為最大程度減小表面處理層對特徵尺寸的影響，需要將表面處理層的厚度保持在最小。在一種實施方式中，形成單層表面處理層。
在一種實施方式中，模板下表面上的凹陷至少有兩種不同的深度。圖20A和20B分別示出了有兩種不同深度的凹陷的印花模板的頂視圖和剖面圖。參見圖20A和20B，模板包含一種或多種印花區域401。在這種實施方式中，第一種較淺的深度是圖20B所示模板印花區中凹陷的深度。印花區包含模板成圖過程中複製的區域。印花區位於模板邊緣407所限定的區域中。外部區域409是指從任何印花區的外邊緣到模板邊緣的區域。外部區域的深度顯著大於印花區凹陷的深度。模板周緣在這裡定義為由外部區域409所限度的印花區。如圖20A所示，由模板所限定的區域內有四個印花區。外部區域409將印花區與模板邊緣407分開。模板的「周緣」是指印花區的邊403a、403b、403c、403d、403e、403f、403g和403h。
印花區可由邊界區域405彼此分開。邊界區域是位於印花區之間的凹陷，這些凹陷比印花區的凹陷深。如下所述，邊界區域和外部區域均能抑制流體在印花區之間或印花區周緣以外流動。
模板的結構根據所用平版印刷工藝的類型選擇。例如，陽模平版壓印用模板有這樣一種結構，它有利於在基底上形成不連續膜。在一種實施方式中，這樣形成模板12，使得一種或多種結構相對於用來形成印花區的結構而言比較深，如圖15所示。在使用中，放置模板12時可使它與基底20具有所需的空間位置關係。在這種實施方式中，模板12的下表面536與基底20之間的間隙(h1)比凹陷表面534與基底20之間的間隙(h2)小得多。例如，h1可小於約200nm，而h2可大於約10000nm。當模板與基底20上的液體40接觸時，液體40離開凹陷表面534下面的區域，填充下表面536與基底20(如圖16所示)之間的間隙。據信，表面能和毛細作用力一起將液體從較大的凹陷拉到較窄的區域。隨著h1減少，模板12施加在液體上的力可克服拉動下表面536上的液體的毛細作用力。這些力可使液體分散到凹陷表面534下面的區域。抑制液體分散到凹陷532中的最小h1稱作「最小膜厚」。此外，隨著h1增加，毛細作用力減小，最終使液體分散到更深的凹陷區。毛細作用力足以抑制液體流到更深凹陷區的最大h1稱作「最大膜厚」。
如圖17和18所示，在各種實施方式中，要這樣形成模板12，它能抑制基底20上的可固化液體流到模板12的周緣412以外。在圖17所示實施方式中，高h1從基底20測到淺凹陷表面552。淺凹陷表面552伸到模板12的周緣。因此，模板邊緣形成高h2，與高h1相比是無窮大。在圖18所示實施方式中，模板12的外部邊緣上形成深凹陷。高h2是基底20與深凹陷表面554之間的距離。高h1同樣是基底20與淺凹陷表面552之間的距離。在任何一種實施方式中，高h2均比高h1大得多。如果h1足夠小，在施塗固化劑的過程中，可光固化液體保留在模板12與基底20之間的間隙中。深凹陷部分特別適用於在這裡所述的分步重複過程中限制液體。
在一種實施方式中，模板12和基底20均有一個或多個對齊標記。對齊標記可用於對齊模板12和基底20。例如，可用一個或多個光學成像裝置(例如顯微鏡、照相機、成像陣列等)確定對齊標記是否對齊。
在某些實施方式中，模板上的對齊標記可基本上透過激發光。或者，對齊標記基本上不透過對齊標記檢測光。對齊標記檢測光和用於其他測量和分析的光在這裡稱作「分析光」。在一種實施方式中，分析光包括但不限於可見光和/或紅外光。對齊標記可由不同於本體材料的材料形成。例如，對齊標記可由SiOx形成，其中x約為1.5。在另一個實例中，對齊標記可由矽化鉬形成。或者，對齊標記可包含許多蝕刻在本體表面上的線。所述線基本上能使激發光發生散射，但在分析光下可產生分析標記。
在各種實施方式中，上述一種或多種深凹陷可完全透過模板本體，在模板上形成孔。這種孔的優點是，它們能確保每個孔的h2遠大於h1。另外，在某些實施方式中，可向孔施加高壓氣體或真空。液體固化後，也可以對一個或多個孔施加高壓氣體或真空。例如，在固化之後的剝離過程中，可利用高壓氣體分離模板和固化液體。
在一種實施方式中，印花模板中可形成一個或多個對齊標記。如這裡所述，模板中形成的對齊標記可用來使模板與基底上的印花區域對齊。含有對齊標記的模板的一種實施方式示於圖45。印花模板4500包含印花區4510、對齊標記4520和對齊標記印花區4530。邊界4540和4542分別將對齊標記4520與印花區4510和4512分開。邊界4540和4542的深度顯著大於對齊標記的深度。當模板4500與可光固化液體4560接觸時，液體分散到印花區4510和4512中，但因受到邊界的抑制而無法擴散到對齊標記4520所在區域，如圖45所示。
在測定對齊情況時，使可光固化液體保留在對齊區域外部具有一定的好處。在典型的對齊過程中，要透過模板對下面基底上的對齊標記(例如對齊標記4550)進行光學測定，以確定對齊標記是否對齊。在對齊測定過程中，模板與基底之間存在的液體可能影響光學測定。一般地，液體的折射指數大致類似於模板材料。通過將液體保留在對齊區域之外，可簡化光學對齊技術，並可減少對齊系統的光學要求。
當用模板壓印要在基底上形成的多層中的一層時，模板最好不僅包含對齊標記，用於與下面的基底對齊，而且包含對齊印花區。如圖10所示，對齊標記印花區4530與所施塗的部分可光固化液體接觸。在固化過程中，對齊標記印花區4530所確定的對齊標記壓印到固化層上。在後續處理中，由對齊標記印花區4530形成的對齊標記可用來幫助模板與基底對齊。
上述平版壓印系統可根據下面討論的替代實施方式進行調整。應當理解，所述任何替代實施方式可合併使用、單獨使用或與所述任何其他系統組合使用。
如上所述，壓印頭包含一個精細定向系統，它能使模板相對於基底「被動」定向。在另一種實施方式中，精細定向系統可包含與彎曲臂相連的促動器。促動器可對精細定向系統進行「主動」控制。在使用中，操作者或編程控制器監控模板相對於基底的方向。接著，操作者或編程控制器通過操縱促動器，可改變模板相對於基底的方向。促動器的運動可引起彎曲臂運動，從而改變模板的方向。在這種方式下，可「主動」精細控制模板相對於基底的位置。主動精細定向系統還見述於美國專利申請09/920341登記於2001年8月1日，題為「Methods for High-Precision Gap Orientation Sensing Between a TransparentTemplate and Substrate for Imprint Lithography」，該專利在此引為參考。
在另一種實施方式中，壓印頭可包含上述預校正系統。預校正系統包含圖21所示彎曲環3124。替換上述精細定向系統，模板支撐系統3125與預校正環相連。與精細定向系統不同，模板支撐系統3125由基本上呈剛性的非柔順件3127構成。這些組件為模板載體3130中的模板3700提供較為剛性的支撐。在這種實施方式中，精細定位可用運動臺而不是模板載體來實現。
在前面的實施方式中，壓印頭3100與本體在固定位置相連。在一種替代實施方式中，壓印頭3100可安裝在運動系統中，該運動系統允許壓印頭沿著X-Y平面移動，如圖22所示。壓印頭3100可支撐印花模板，如前面任何一種實施方式所述。壓印頭3100與運動系統相連，所述運動系統包含壓印頭卡盤3121和壓印運動臺3123。壓印頭3100安裝在壓印頭卡盤3121上。壓印頭卡盤與壓印運動臺3123相互作用，使壓印頭沿著X-Y平面移動。可以採用機械或電磁運動系統。電磁系統依賴於磁鐵的使用，使壓印頭卡盤在X-Y平面運動。一般地，電磁系統將永久磁鐵和電磁鐵嵌入壓印運動臺3123和壓印頭卡盤3121。這些磁鐵的吸引力為壓印頭卡盤3121與壓印頭運動臺3123之間的空氣墊所克服，從而產生「空氣支承」。壓印頭卡盤，進而壓印頭在空氣墊上沿著X-Y平面運動。電磁X-Y運動臺還見述於美國專利6389702，題為「Method andApparatus for Motion Control」，該專利在此引為參考。在一個機械運動系統中，壓印頭卡盤連接在運動臺上。然後用各種機械方法使運動臺移動，沿X-Y平面改變壓印頭卡盤的位置，進而改變壓印頭的位置。在這種實施方式中，壓印頭可包含被動柔順精細定向系統、促動精細定向系統或剛性模板支撐系統，如這裡所述。
壓印頭3100連接到運動載體上後，基底可安裝在靜態載體上。因此，在一種替代實施方式中，壓印頭3100連接到X-Y軸運動臺上，如這裡所述。基底安裝在基本上靜止的基底載體上。靜態基底載體示於圖40。靜態基底載體3640包含基座3642和基底卡盤3644。基底卡盤3644用於在平版壓印過程中支撐基底。基底卡盤可利用任何合適的方法將基底固定在基底卡盤上。在一種實施方式中，基底卡盤3644可包含一個真空系統，它在基底上形成真空，從而將基底與基底卡盤連接起來。基底卡盤3644與基座3642相連。基座3642與平版壓印系統的支架3920相連(見圖1)。在使用中，靜態基底載體3640保持在載體3920的固定位置上，而壓印頭的位置不斷改變，以達到基底的不同位置。
壓印頭與運動臺相連比基底在運動臺上的技術有不少優點。運動臺一般依靠空氣支承使運動臺發生基本上無摩擦的運動。一般地，運動臺不能接受沿Z軸施加的顯著壓力。當沿Z軸對運動臺卡盤施加壓力時，運動臺卡盤的位置將隨著此壓力稍微改變。在分步重複過程中，面積小於基底的模板用於形成多壓印區。基底的運動臺較模板大，能夠容納較大的基底。當模板在偏離中心的位置與基底運動臺接觸時，運動臺將發生傾斜，以便經受上升的壓力。傾斜壓印頭可補償上述傾斜，從而確保正確對齊。但是，如果壓印頭與運動臺相連，沿Z軸施加的所有的力都將集中在模板上，而不管在基底上何處發生壓印。這使得對齊操作更容易，還能提高系統的產出效率。
在一種實施方式中，在基底載體上可形成基底傾斜模塊，如圖38所示。基底載體3650包含與基底傾斜模塊3654相連的基底卡盤3652。基底傾斜模塊3654與基座3656相連。在一種實施方式中，基座3656與運動臺相連，它使基底載體能沿X-Y平面運動。或者，基座3656可與載體(例如，3920)相連，使基底載體就安裝在壓印系統的固定位置上。
基底卡盤3652可採用任何合適的方法將基底固定在基底卡盤上。在一種實施方式中，基底卡盤3654可包含真空系統，它對基底抽真空，使基底連接到基底卡盤上。基底傾斜模塊3654包含與彎曲環載體3660相連的彎曲環3658。許多促動器3662可連接到彎曲環3658和彎曲環載體3660上。通過操縱促動器3662，可改變彎曲環3658的傾斜情況。在一種實施方式中，促動器採用自動或手動差分齒輪機構。在另一種實施方式中，促動器採用偏心輥機構。偏心輥機構通常為基底載體提供比差分齒輪系統更大的垂直剛度。在一種實施方式中，當模板在基底上的液體上施加約1-10磅的力時，基底傾斜模塊的剛度能抑制基底的傾斜。具體說來，當通過模板上的液體施加在基底上的壓力達到約10磅時，基底傾斜模塊允許傾斜不超過5微弧度。
在使用中，可用連接在基底卡盤上的傳感器測定基底的傾斜度。基底的傾斜度用促動器3662調整。用這種方式可校正基底的傾斜度。
基底傾斜模塊還可包含精細定向系統。包含精細定向系統的基底載體示於圖39。為實現精細定向控制，彎曲環3658包含中央凹陷，其中安裝有基底卡盤3652。中央凹陷的深度是這樣的，基底卡盤3652上的基底上表面基本上與彎曲環3658的上表面相平。精細定向可用促動器3662實現。精細定向可用能夠在納米範圍內控制運動的促動器實現。或者，精細定向可用被動方式實現。促動器基本上是柔順的。當模板與基底表面上的液體接觸時，促動器的柔順性可讓基底自動校正傾斜度的各種變化。將基底放在與彎曲環基板相平的位置上，基底-液體界面在使用中可實現精細定向。這樣，促動器的柔順性轉移到基底的上表面上，使基底可得到精細定向。
上述系統通常指這種系統，其中可激發光固化液體分布在基底上，然後將基底與模板彼此拉近。但應當理解，上述系統經過調整後，可將激發光固化液體施塗到模板而不是基底上。在這樣的一種實施方式中，可將模板放在基底下面。圖41所示為系統4100的一種實施方式的示意圖，在該系統中，模板放在基底下面。系統4100包含壓印頭4110和位於其上方的基底載體4120。壓印頭可用來固定模板3700。壓印頭可具有類似於前述任何壓印頭的結構。例如，壓印頭4110可包含這裡所述精細定向系統。壓印頭連接到壓印頭載體4130上。壓印頭可連接到固定位置上，並在使用中基本上保持不動。或者，壓印頭可安放在運動臺上，運動臺可使壓印頭4130在使用中在X-Y平面內運動。
將要壓印的基底安裝在基底載體4120上。基底載體4120的結構類似於這裡所介紹的任何基底載體。例如，基底載體4120可包含前述精細定向系統。基底載體4120可連接到載體4140的固定位置上，在使用中基本保持不動。或者，基底載體4120可以放到運動臺上，使基底載體在使用中沿X-Y平面運動。
在使用中，可激發光固化液體放在壓印頭中的模板3700上。模板可以帶有圖案，也可是平的，具體取決於操作類型。印花模板可用於陽模、陰模或陽模與陰模組合的平版壓印系統，如上所述。
典型的平版壓印工藝示於圖23A-23F。如圖23A所示，模板12與基底20隔開一段距離，從而在模板12與基底20之間形成空隙。模板12包含具有一個或多個所需特徵結構的表面，這些特徵結構在成圖過程中可轉移到基底20上。這裡所用「特徵尺寸」通常是指所需特徵結構的寬、長和/或深。在各種實施方式中，所需特徵結構可以是模板12表面上形成的凹陷和/或模板表面上形成的導電圖形。模板12的表面14可用薄層13處理，以此降低模板的表面能，幫助模板12從基底20上分離開。模板的表面處理層如前所述。
在一種實施方式中，在將模板12相對於基底20移動到所需位置之前，可在基底20上分布物質40。物質40可以是與模板12所需的特徵結構相適應的可固化液體。在一種實施方式中，物質40是低粘性液體，在不用高溫的情況下至少可部分填充空隙31。低粘性液體還可在不用高壓的情況下使模板與基底之間的空隙封閉。這裡所用術語「低粘性液體」是指25℃的粘性小於約30釐泊的液體。有關適當選擇物質40的其他細節討論如下。模板12可與可固化液體40相互作用，使液體適應所需形狀。例如，可固化液體40可適應圖23B所示模板12的形狀。可調整模板12的位置，使模板與基底20之間產生所需的空隙。模板12的位置經過調整後，還可與基底適當對齊。
模板12適當定位後，固化物質40以在基底上形成掩蔽層42。在一種實施方式中，物質40可用激發光32固化，形成掩蔽層42。用激發光通過模板12固化液體的情況如圖23C所示。液體基本固化後，將模板12從掩蔽層42上取下，在基底20的表面上留下固化的掩蔽層，如圖23D所示。掩蔽層42上的圖案與模板12上的圖案互補。掩蔽層42可包含位於一個或多個所需特徵結構之間的「基層」(也稱「殘餘層」)。將模板12從掩蔽層42上分離下來時，要保持所需特徵結構的完整，不能將其從基底20的表面上剪切下來或撕下來。關於壓印後將模板12從基底20上分離下來的其他細節將討論如下。
掩蔽層42可通過各種方式加以應用。例如，在某些實施方式中，掩蔽層42可以是功能層。在這些實施方式中，可固化液體40可以固化形成導電層、半導電層、介電層和/或具有所需機械或光學性質的層。在另一種實施方式中，掩蔽層42可在進一步處理基底20的過程中用來覆蓋部分基底20。例如，掩蔽層42可在材料沉積過程中用來防止材料在基底的特定部位沉積。類似地，掩蔽層42可用作蝕刻基底20的掩模。為簡化下面對掩蔽層42的討論，在下面的實施方式中只討論它在蝕刻過程中作為掩模的應用。但應當理解，以下實施方式中所介紹的掩蔽層可用於前述各種過程。
為用在蝕刻過程中，掩蔽層42可用蝕刻工藝蝕刻，直到基底20的某些部分可通過掩蔽層42受到輻照，如圖23E所示。也就是說，基層的某些部位可以蝕刻掉。掩蔽層42的某些部位44保留在基底20上，用來防止基底20上一些部分受到蝕刻。掩蔽層42的蝕刻完成後，基底20可用已知的蝕刻工藝進行蝕刻。置於掩蔽層42的某些部分44下面的基底20的對應部分基本上不被蝕刻，而基底20的暴露部分則受到蝕刻。通過這種方式，對應於模板12的圖案將轉移到基底20上。除去掩蔽層42的剩餘部分44，留下印花基底20，如圖23F所示。
圖24A-24D所示為利用轉移層進行的平版壓印工藝的一種實施方式。可以在基底20的上表面上形成轉移層18。轉移層18可由蝕刻性質不同於下面的基底20和/或由可固化液體40形成的掩蔽層的材料形成。也就是說，每一層(例如轉移層18、掩蔽層和/或基底20)相對於其他層來說都至少是有選擇地進行蝕刻。
掩蔽層42可通過在轉移層18的表面上沉積可固化液體形成，並如圖23A-23C所示進行固化。掩蔽層42可用作蝕刻轉移層18的掩模。用蝕刻工藝蝕刻掩蔽層42，直到部分轉移層18通過掩蔽層42暴露，如圖24B所示。掩蔽層42的某些部分44保留在轉移層18上，可用來防止部分轉移層受到蝕刻。對掩蔽層42的蝕刻完成後，可用已知蝕刻方法蝕刻轉移層18。置於掩蔽層42的某些部分44下面的轉移層18的對應部分基本上不被蝕刻，而轉移層18的暴露部分則受到蝕刻。這樣，轉移層18上就複製了掩蔽層42的圖案。
在圖24C中，部分44和轉移層18的蝕刻部分一起形成掩蔽棧46，可用來防止下面的基底20上的特定部分受到蝕刻。基底20的蝕刻可用已知的蝕刻方法完成(例如等離子體蝕刻方法、活性離子蝕刻方法等)。如圖24D所示，掩蔽棧可防止下面的基底20上特定部分受到蝕刻。基底20的暴露部分可繼續受到蝕刻，直到達到預定深度。用掩蔽棧作為蝕刻基底20的掩模的好處是，複合棧層可產生高縱橫比的掩模(即高大於寬的掩模)。在蝕刻過程中要防止掩蔽部分發生磨損時，宜採用高縱橫比掩蔽層。
圖23A-23F和圖24A-24D所示工藝是陰模平版壓印工藝的實例。這裡所謂「陰模平版壓印工藝」一般是指固化之前可固化液體基本上能適應模板形狀的工藝。也就是說，模板在固化液體中形成陰圖。如這些圖所示，模板的非凹陷部分變成了掩蔽層上的凹陷部分。因此，模板的圖案是要轉移到掩蔽層上圖案的陰圖。
這裡所用「陽模平版壓印工藝」一般是指掩蔽層中形成的圖案是模板圖案的鏡像的工藝。如下面將要詳細討論的，模板的非凹陷部分變成掩蔽層的非凹陷部分。
典型的陽模平版壓印工藝示於25A-25D。如圖25A所示，模板12與基底20隔開一段距離，因而它們之間形成了空隙。模板12的表面用薄表面處理層13處理，降低模板表面能，幫助模板12從固化掩蔽層上分離下來。
可固化液體40位於基底20的表面上。模板12與可固化液體40接觸。如圖25B所示，可固化液體填充模板下表面與基底之間的空隙。與陰模平版壓印工藝不同，基底大約位於至少部分模板凹陷下方的區域基本上沒有可固化液體40。因此，可固化液體40仍然是基底上的不連續膜，由模板12上至少部分凹陷的位置所限定。模板12適當定位後，固化可固化液體40，在基底上形成掩蔽層42。從掩蔽層42上取下模板12，在基底20的表面上留下固化的掩蔽層，如圖25C所示。掩蔽層42的圖案與模板12的圖案互補。
掩蔽層42可用來防止基底20的某些部分發生蝕刻。掩蔽層42形成後，基底20可用已知的蝕刻工藝進行蝕刻。置於掩蔽層42下面的基底20的某些部分基本上不被蝕刻，而基底20的暴露部分則受到蝕刻，如圖25D所示。通過這種方式，模板12的圖案複製到基底20上。除去掩蔽層42的剩餘部分44，留下印花基底20。
圖26A-26C所示為利用轉移層進行的陽模平版壓印工藝的一種實施方式。可以在基底20的上表面上形成轉移層18。轉移層18可由蝕刻性質不同於下面的轉移層18和/或基底20的材料形成。掩蔽層42可通過在轉移層18的表面上沉積可固化液體形成，並如圖25A-25C所示進行固化。
掩蔽層42可用作蝕刻轉移層18的掩模。掩蔽層42可防止轉移層18的某些部分受到蝕刻。轉移層18可用已知方式蝕刻。置於掩蔽層42下面的轉移層18的某些部分基本上不被蝕刻，而轉移層18的暴露部分則受到蝕刻。這樣，轉移層18上就複製了掩蔽層42的圖案。
在圖26B中，掩蔽層42和轉移層18的蝕刻部分一起形成掩蔽棧46，可用來防止下面的基底20上的特定部分受到蝕刻。基底20的蝕刻可用已知的蝕刻方法完成(例如等離子體蝕刻方法、活性離子蝕刻方法等)。如圖26C所示，掩蔽棧可防止下面的基底20上特定部分受到蝕刻。基底20的暴露部分可繼續受到蝕刻，直到達到預定深度。
在一種實施方式中，可組合使用陽模和陰模平版壓印工藝。組合陽模和陰模平版壓印工藝的模板可包含適用於陽模平版印刷的凹陷和適用於陰模平版印刷的凹陷。例如，組合陽模和陰模平版壓印所用模板的一種實施方式示於圖27A中。如圖27A所示，模板12包含下表面566、至少一個第一凹陷562和至少一個第二凹陷564。當模板與可固化液體接觸時，第一凹陷562用來產生可固化液體40的不連續部分。第一凹陷的高度(h2)遠大於第二凹陷的高度(h1)。
典型的組合平版壓印工藝示於圖27A-27D。如圖27A所示，模板12與基底20隔開一段距離，因而它們之間形成了空隙。至少模板12的下表面566可用薄表面處理層(未示出)處理，降低模板表面能，幫助模板12從固化掩蔽層上分離下來。此外，第一凹陷562和/或第二凹陷564的表面可用薄表面處理層處理。
可固化液體40位於基底20的表面上。模板12與可固化液體40接觸。如圖27B所示，可固化液體填充模板下表面566與基底20之間的空隙。可固化液體40還填充第一凹陷562。但是，基底大約位於第二凹陷564下方的區域基本上沒有可固化液體40。因此，可固化液體40仍然是基底上的不連續膜，包含對應於由第一凹陷562形成的圖案的表面形貌。模板12適當定位後，固化可固化液體40，在基底上形成掩蔽層42。從掩蔽層42上取下模板12，在基底20的表面上留下固化的掩蔽層，如圖27C所示。掩蔽層42可包含類似於由陰模平版壓印形成的掩蔽層的區域568。此外，掩蔽層42可包含一個不含任何掩蔽材料的區域569。
在一種實施方式中，掩蔽層42由蝕刻速率等於或類似於下面的基底的材料組成。對掩蔽層42進行蝕刻，以大致相同的速率除去掩蔽層和基底。這樣，模板的多層圖案可轉移到基底上，如圖27D所示。該工藝也可用其他實施方式所述轉移層來完成。
也可組合使用陽模和陰模平版印刷工藝在模板的多個區域成圖。例如，基底可包含許多需要成圖的區域。如圖27C所示，具有不同深度的凹陷區的模板包含兩個成圖區568，中間用「邊界」區域569隔開。邊界區569防止液體流到模板成圖區外面去。
這裡所用「分步重複」工藝是指用比基底小的模板在基底上形成許多成圖區。分步重複壓印工藝包括在部分基底上沉積可光固化液體，使固化液體中的圖案與基底上原有的圖案對齊，將模板壓到液體中，固化液體，使模板與固化液體分開。從基底上取下模板後，可在固化液體中留下具有模板形貌的圖像。由於模板小於基底的總表面積，只有部分基底包含成圖固化液體。該工藝的「重複」部分包括在基底的另一個地方沉積可光固化液體，然後使印花模板與基底對齊，並與可固化液體接觸。用激發光固化可固化液體，形成第二個固化液體區。該工藝可連續重複進行，直到大部分基底成圖。分步重複工藝可結合陽模、陰模或陽模/陰模壓印工藝進行。分步重複工藝可用前述任何設備的實施方式進行。
與其他技術相比，分步重複平版壓印工藝具有若干優點。這裡所述分步重複工藝基於使用低粘性可光固化液體和剛性透明模板的平版壓印工藝。模板能透過液體激發光和對齊標記檢測光，因而能夠實現逐層對齊。對於具有多級裝置的規模生產平版壓印工藝，能高解析度逐層對齊(例如低至最小特徵尺寸(「MFS」)的1/3)是很有利的。
在製備模板時，有多種因素會引起扭曲誤差。如果用分步重複工藝，則每一步只處理部分基底。每步處理的區域大小應當足夠小，使圖案的變形小於MFS的1/3。因而在高解析度平版壓印中，需要採用分步重複成圖法。這也是多數光學平版印刷工具是分步重複系統的原因。同樣，如前所述，CD變化小，缺陷檢查/修復少，也有利於小區域的處理。
為保持低工藝成本，平版印刷設備具有足夠高的生產能力也很重要。生產能力要求對每塊區域的成圖時間構成嚴格限制。從生產能力的角度看，可光固化的低粘性液體非常有吸引力。這些液體流動快，適當填充模板與基底之間的空隙所需時間短，並且平版印刷能力與圖案無關。這種低壓、室溫處理方法非常適合高產率，同時保持了逐層對齊的長處。
雖然早先的發明對低粘性可光固化液體成圖有所闡述，但它們沒有提到與分步重複工藝的結合。在光平版印刷和熱浮雕工藝中，在成圖之前要將膜旋塗到基底上，並烘硬。若將此方法用於低粘性液體，有三個主要問題。由於低粘性液體容易去溼且無法保持連續膜的形式，因而難以旋塗。同樣，在分步重複工藝中，由於液體揮發，用模板在基底上分布重複操作時，基底上會殘留不同量的液體。最後，不細分的光輻射容易擴散到要成圖的具體區域之外。容易引起後續區域的局部固化，從而在壓印之前就對液體的流動性產生影響。用適合在基底上單個區域分發液體，每次分發一個區域的方法可以解決上面三個問題。但是，重要的是將液體精確限制在特定區域，防止基底上的可用區域受到損失。
一般地，平版印刷是生產器件所用的眾多單元工藝中的一種。所有這些工藝的成本，尤其是在多層器件生產中，強烈要求使成圖區儘可能彼此儘可能靠近，但又不能使圖案相互幹擾。這可有效擴大基底的可用區域，因而提高了基底的利用率。此外，平版壓印可以「混合-匹配」模式與其他類型的平版印刷工藝(如光學平版印刷)組合使用，不同的平版印刷技術可在同一個設備上產生不同級別的圖案。使平版壓印工藝適用於其他平版印刷技術是非常有利的。邊界區是將基底上兩個相鄰的區域分開的區域。在最新的光學平版印刷工具中，這種邊界可小至50-100微米。邊界尺寸通常由分隔成圖區的刀片的尺寸限制。隨著切割單個晶片的切割刀片越來越薄，這種小邊界也有望越來越小。為滿足對邊界尺寸的苛刻要求，要從成圖區排出的任何過量液體所在位置要嚴格限制並可重複。這樣，單個組件可如本發明所述進行加工使之適應重複工藝，其中所述組件包括模板、基底、液體和任何其他能影響系統物理性質的材料，所述物理性質包括但不限於表面能、界面能、Hamacker常數、範德華力、粘度、密度、不透明度等。
如前所述，不連續膜用合適的成圖模板形成。例如，含有確定邊界的高縱橫比凹陷的模板可防止液體流到邊界之外。將液體限制在邊界之內受到若干因素的影響。如上所述，模板在對液體的限制中發揮作用。此外，模板與液體接觸的過程也影響對液體的限制。
圖19A-C所示為表面上形成不連續膜的工藝的剖面圖。在一種實施方式中，可固化液體40以線或液滴的形式分發到基底20上，如圖19A所示。因此，可固化液體40沒有覆蓋要壓印的基底20的全部區域。隨著模板12的下表面536與液體40接觸，模板對液體的作用力引起液體鋪展在基底20的表面上，如圖19B所示。一般地，模板對液體的作用力越大，液體在基底上鋪展得越開。因此，如果施加了足夠的作用力，則液體將跑到模板周緣之外，如圖19C所示。通過控制模板施加在液體上的作用力，可將液體控制在模板的預定邊界之內，如圖19D所示。
施加在液體上的力的大小與基底上分發的液體量和固化過程中模板與基底之間的距離有關。對於陰模平版壓印工藝，分發到基底上的流體量應當小於或等於用如下方法確定的體積基本填滿成圖模板上的凹陷所需液體的體積，要成圖的基底面積，以及固化層的所需厚度。如果固化液體超過此體積，則當模板靠近基底適當距離的時候，液體將從模板邊緣溢出。對於陽模平版壓印工藝，分發到基底上的液體量應當小於用如下方法確定的體積固化層所需的厚度(即模板的非凹陷部分與基底之間的距離)和要成圖的基底部分的表面積。
對於採用含有一個或多個邊界的模板的平版壓印工藝，模板非凹陷表面與基底之間的距離應當設定在最小膜厚度與最大膜厚度之間，如前所述。將高度設定在這兩個值之間可讓合適的毛細作用力將液體限制在模板上邊界所劃定的區域。此外，層厚還要與成圖結構的高度適當可比。如果固化層太厚，固化層中形成的特徵結構會在特徵結構轉移到下面的基底之前就發生腐蝕。因此，最好將體積控制在上述範圍內，以便有厚度合適的膜可用。
模板施加在液體上的作用力還受模板與液體的接觸速率影響。一般地，模板接觸液體的速率越快，施加在液體上的力越大。因此，通過控制模板與液體接觸的速率，可適當控制液體在基底表面上的鋪展情況。
在平版壓印工藝中，使模板相對於基底定位時，所有這些特徵都要考慮。以預定方式控制這些參數，可控制液體的流動，使之留在預定區域內。
重疊對齊策略包括測定對齊誤差，然後補償這些誤差，使印花模板與基底上所需壓印位置精確對齊。根據基底校正模板的位置，對於成圖層與基底上任何已形成的層正確對齊是非常重要的。這裡所用定位誤差通常指模板與基底之間的X-Y定位誤差(即沿X軸和/或Y軸的平移)。在一種實施方式中，定位誤差經測定後，用透過模板的光學裝置校正，如圖14所示。
圖28所示為透過模板的光學成像系統3800的光學系統3820的示意圖(還可參見圖14)。光學系統3820將不同平面內的兩個對齊標記集中到一個焦點平面上。光學系統3820可利用對應於不同波長的光的焦距變化來確定模板與下面的基底的對齊情況。光學系統3820可包含光學成像裝置3810、光源(未示出)和聚焦裝置3805。具有不同波長的光可用若干單個光源產生，或用單個寬頻段光源，但在成像平面和對齊標記之間插入帶通濾光器產生。根據模板3700與基底2500之間的空隙，可選擇不同波長的光來調整焦距。在所用的每個波長的光下，每個重疊標記可在成像平面上產生兩個圖像，如圖29所示。當用一特定波長的光時，第一個圖像2601是聚焦的清晰像。當用相同波長的光時，第二個圖像2602是不在焦距上的像。為消除每個不在焦距上的像，可採用若干方法。
在第一種方法中，用具有第一波長的光照射，光學成像裝置3810可接收兩個圖像。圖像如圖29所示，總地標記為數字2604。雖然所示圖像是方塊，但應當理解，任何其他形狀都可採用，包括十字形。圖像2602對應於基底上的重疊對齊標記。圖像2601對應於模板上的重疊對齊標記。當圖像2602聚焦時，圖像2601就在焦點外。在一種實施方式中，可用圖像處理技術消除對應於圖像2602的像素的幾何數據。因此，基底標記的焦點外圖像可以得到消除，只留下圖像2601。用相同的程序和第二波長的光，可在光學成像裝置3810上形成圖像2605和2606。然後消除焦點外圖像2606，只留下圖像2605。接著將剩下的兩個焦點上圖像2601和2605合併到單個成像平面2603上，由此測定重疊誤差。
第二種方法採用圖30所示兩個共平面偏振陣列和偏振光源。圖30所示為重疊標記2701和正交偏振陣列2702。偏振陣列2702在模板表面上形成或放在表面上。在兩個偏振光源下，成像平面上只出現聚焦圖像2703(每個圖像對應於單個波長和偏振態)。因此，偏振陣列2702將不在焦距上的圖像濾掉了。這種方法的一個優點是，它不需要用圖像處理技術消除焦點外圖像。
基於莫爾圖的重疊測定已經用於光學平版印刷工藝。對於平版壓印工藝，由於兩層莫爾圖不在同一平面上但仍然在成像陣列中重疊，要得到兩個單獨聚焦圖像可能比較困難。但是，將模板與基底之間的空隙仔細控制在光學測量工具的焦距深度內，但模板與基底不發生直接接觸，這樣可同時獲得兩層莫爾圖，同時使聚焦問題減少到最少。據信，基於莫爾圖的其他標準重疊策略可直接應用於平版壓印工藝。
對於採用可UV固化的液體材料的平版壓印工藝，另一個有關重疊對齊的問題是對齊標記的可見性。對於重疊放置誤差的測定，採用兩個重疊標記，一個在模板上，另一個在基底上。但是，由於模板宜對固化劑透明，模板重疊標記在某些實施方式中是不透明的線。而且，模板重疊標記是模板表面的形貌特徵結構。在某些實施方式中，製備標記的材料與製備模板的材料相同。此外，可UV固化的液體的折射率類似於模板材料(例如石英)的折射指數。因此，當可UV固化的液體填充模板與基底之間的空隙時，模板重疊標記將變得非常難以識別。如果模板重疊標記用不透明材料(例如鉻)製備，則重疊標記下面可UV固化的液體可能不會受到UV光的恰當輻照。
在一種實施方式中，重疊標記用在光學成像系統3800看得見但不能透過固化光(例如UV光)的模板上。此方法的一種實施方式見圖31。在圖31中，模板上的重疊標記3102由精細偏振線3101而不是完全不透明的線形成。例如，合適的精細偏振線的寬度約為用作固化劑的激發光波長的1/2-1/4。偏振線3101的線寬應當足夠小，使從兩條線間通過的激發光充分發生衍射，引起線下所有液體的固化。在這種實施方式中，激發光可根據重疊標記3102的偏振態發生偏振。使激發光偏振後，它能較均勻地輻照所有的模板區域，包括含有重疊標記3102的區域。用來給模板上的重疊標記3102進行定位的光可以是不能固化液體材料的寬帶光或特定波長的光。這種光無需使之偏振。偏振線3101基本上不能透過測定光，因而用已安裝好的重疊誤差測定工具可觀察到重疊標記。精細偏振重疊標記用現有技術做在模板上，如電子束平版印刷技術。
在另一種實施方式中，重疊標記用不同於模板的材料形成。例如，選來形成模板重疊標記的材料可以基本上不透光，但能透過用作固化劑的激發光(例如UV光)。例如，SiOx可用作這種材料，其中x小於2。特別地，由SiOx形成的結構基本上不透過可見光，但透過UV固化光，其中x約為1.5。
在一種實施方式中，一個或多個模板對齊標記可用離軸對齊方法來完成對齊。如上所述，系統可包含與壓印頭和運動臺相連的離軸光學成像裝置。雖然以下敘述是就基底安裝在運動臺上的系統而言的，但應當理解，該工藝經改進後，很容易為壓印頭安裝在運動臺上的系統所用。此外，應當理解，以下敘述均假定在進行對齊操作之前，放大誤差均已得到校正。當材料由於溫度變化而發生膨脹或收縮時，就會出現放大誤差。校正放大誤差的技術見述於美國專利09/907512登記於2001年7月16日，題為「High-Resolution Overlay AlignmentMethods and Systems for Imprint Lithography」，在此將其引為參考。此外，如果在模板成圖區域的平面內兩個正交方向上放大校正不同，也需要在對齊之前進行放大校正。
圖46A-D所示為模板與基底的離軸對齊系統的示意圖。壓印頭3100包含模板3700和離軸成像裝置3840。基底4600安裝在與運動臺3620相連的基底卡盤3610上。運動臺3620用來控制基底在基本上平行於模板的方向上的運動。模板光學成像系統3850與運動臺3620相連，使光學成像系統與運動臺一起運動。系統還包含系統對齊靶4630。系統對齊靶4630連接到系統的固定部分，與光學成像系統光學對齊。系統對齊靶4630可連接到平版壓印系統或非移動光學成像系統(例如光學成像系統3840)的本體上。系統對齊靶用作對齊測定的固定參考點。
模板3700和基底4600包含至少一個，最好為兩個對齊標記，如圖46A所示。在壓印工藝中，模板上的對齊標記與基底上的相應對齊標記在基底上的液體固化之前對齊。在一種實施方式中，對齊可用離軸光學成像裝置完成。圖46A所示為初始態的系統。在此初始態，模板對齊標記未與基底對齊標記對齊。但是，光學對齊系統3840和3850與系統對齊靶4630對齊。因此，每個運動相對於系統中一固定點的起始位置是已知的。
為使模板和基底對齊標記對齊，需要確定對齊標記相對於系統對齊靶的位置。為確定模板對齊標記相對於系統對齊靶的位置，移動運動臺3610，直到模板對齊靶處於光學成像裝置3850的視場中，如圖46B所示。運動臺為找到對齊標記(在X-Y平面內)而發生的移動可用來確定模板對齊標記相對於系統對齊靶的位置。基底對齊靶的位置可通過移動運動臺3610上的基底，直到基底對齊標記出現在離軸光學成像系統3840的視場中來確定，如圖46C所示。運動臺為找到對齊標記(在X-Y平面內)而發生的移動可用來確定模板對齊標記相對於系統對齊靶的位置。在一種實施方式中，在確定基底對齊標記的位置之前，可使運動臺回復到初始位置(例如圖46A所示)。
一旦基底和模板對齊標記的位置確定了，對齊可通過將基底移動到合適的位置來完成。圖46D所示為模板和基底的最終對齊狀態。
為使模板與基底上的一個區域正確對齊，在基底上相對於模板所選定的位置要使模板與基底上的對齊標記對齊。一般地，在模板上形成兩個或多個對齊標記。在基底上同樣形成相應的標記。當模板上的對齊標記全部與基底上的對齊標記正確對齊時，可以進行壓印工藝。
在一些實施方式中，模板可沿Z軸相對於基底旋轉。在這些實施方式中，僅僅通過基底的X-Y運動不可能使模板上的多個對齊標記與基底上相應的對齊標記對齊。為使模板與基底上選定的區域正確對齊，繞Z軸旋轉基底(或模板)。這種旋轉校正在此稱作「θ對齊」。
圖47A所示為位於基底4720上面的模板4710的俯視圖。模板4710包含至少兩個對齊標記，基底4720包含至少兩個相應的對齊標記。如果正確對齊，則所有的模板對齊標記應當與所有的相應基底對齊標記對齊。
在進行初始對齊時，將基底(或模板)移動到適當位置，使模板上的至少一個對齊標記與基底上的至少一個對齊標記對齊，如圖47B所示。如果不存在任何θ對齊誤差(和放大誤差)，則無需進一步移動基底，其他對齊標記應當能夠對齊。但如圖47B所示，θ對齊誤差將引起模板與基底上的其他對齊標記對不齊。在進一步進行壓印之前，可以先進行θ誤差校正。
θ誤差校正通過繞Z軸(即垂直於紙面上X和Y軸伸出紙外的軸)旋轉基底(或模板)完成。基底的旋轉允許所有模板和基底對齊標記對齊，如圖47C所示。
θ誤差可用離軸或透過模板的對齊方法檢測(和校正)。如這裡所述，離軸對齊技術可確定各種對齊標記相對於固定參考點(例如系統對齊靶)的位置。圖47D所示為基底4720上模板4710的俯視圖。模板4710包含至少兩個對齊標記，基底4720包含至少兩個對應的對齊標記。
開始可用離軸成像裝置確定兩個模板對齊標記和兩個基底對齊標記相對於系統對齊靶4730的位置。系統對齊靶4730確定了X參考軸和Y參考軸的頂點。X參考軸和Y參考軸相對於系統對齊靶的方向分別由運動臺的X軸運動和Y軸運動確定。模板對齊標記的位置可用於確定通過模板對齊標記的線4740相對於X和Y參考軸的角度。基底對齊標記的位置用於確定通過基底對齊標記的線4750相對於X和Y參考軸的角度。線4740和4750的角度可用標準幾何函數確定。線4740和4750相對於X和Y參考軸的角度差代表θ對齊誤差。
確定θ誤差後，運動臺轉動適當角度以校正此誤差。校正之後，從模板對齊標記畫過的線4740和從基底對齊標記畫過的線4750相對於X和Y參考軸的角度應當基本上相同。θ誤差校正完成後，模板和基底對齊標記通過運動臺的X-Y運動進行最後對齊。然後，經過適當對齊的模板和基底可進入壓印過程。
在另一種實施方式中，透過模板的對齊方法可用於校正θ誤差，使模板與基底對齊。通過模板的對齊技術通過觀察模板對齊標記與對應的基底對齊標記的對齊情況來實施。如這裡所述，這可利用光學系統完成，用此系統可通過模板觀察模板與基底對齊標記。
圖47E所示為基底4720上模板4710的俯視圖。模板4710包含至少兩個對齊標記，基底4720包含至少相應的兩個對齊標記。
開始可用透過模板的光學成像裝置移動運動臺，使第一模板對齊標記與第一基底對齊標記對齊，如圖47E所述。第二模板對齊標記和第二基底對齊標記的位置通過移動光學成像裝置，使之穿過模板直到發現對齊標記來確定。一旦找到模板標記，可計算假象線4740(模板對齊標記之間)和4750(基底對齊標記之間)，用來確定兩條線之間的θ角。此角代表θ誤差。
在一種實施方式中，第二模板和基底對齊標記的位置通過運動臺的移動來確定。一開始對齊第一模板和基底對齊標記，如圖47E所示。移動光學成像裝置，尋找第二模板對齊標記。找到此標記後，移動運動臺，而光學成像裝置保留在相同位置，直到第一模板對齊標記回到光學成像裝置的視場。監控運動臺的運動，用此運動計算第二模板對齊標記相對於第一模板對齊標記的位置。第二模板對齊標記相對於第一模板對齊標記的位置根據X-Y參考平面確定，而X-Y參考平面由運動臺的X運動和Y運動的方向確定。用類似的方式可確定第二基底對齊標記相對於第一基底對齊標記的位置。
確定θ誤差之後，運動臺轉動適當角度以校正此誤差。θ誤差校正完成後，模板和基底對齊標記通過運動臺的X-Y運動進行最後對齊。然後，經過適當對齊的模板和基底可進入壓印過程。
在另一種實施方式中，離軸和透過模板的對齊方法可同時用來使模板與基底對齊。在這種實施方式中，離軸方法可用來完成第一對齊，而透過模板的對齊方法可用來細調模板與基底的對齊情況。θ校正和X-Y校正均可用這兩種技術進行。
上述θ校正對齊方法可用於分步重複工藝。分步重複工藝可通過整體或逐塊對齊進行。對於整體對齊，一基底的兩塊或多塊區域包含至少兩個對齊標記。離軸或透過模板的對齊在兩個或多個區域進行，確定每個區域的θ對齊誤差和X-Y對齊誤差。任選地，每塊區域的對齊都可伴隨著壓印步驟。然後對每塊區域的θ對齊誤差和X-Y對齊誤差求平均，確定「平均對齊誤差」。平均對齊誤差可用來確定在基底上的任何一塊區域需要進行什麼樣的校正。
然後，平均對齊誤差可用於分步重複過程中。在分步重複過程中，預先確定每塊區域的位置，並存儲在平版印刷系統的資料庫中。在壓印過程中，驅動運動臺，根據資料庫中存儲的坐標，使模板指向基底所需的位置。然後根據平均對齊誤差，對模板與基底進行對齊校正。可光固化液體可在對齊校正之前或之後放置在基底上。利用激發光固化可光固化液體，然後將模板從固化液體上取下。移動運動臺，使模板指向基底的另一部分，重複該過程。
或者，可採用逐塊對齊方法。在壓印過程中，移動運動臺，根據存儲在資料庫中的坐標，使模板指向基底上的所需區域。基底的每塊包含兩個或多個對齊標記，它們對應於模板上的對齊標記。然後用離軸對齊方法、透過模板的對齊方法或這些對齊技術的組合，在要壓印的具體區域使模板對齊標記與基底對齊標記對齊。可光固化液體可在對齊校正之前或之後放置在基底上。利用激發光固化可光固化液體，然後將模板從固化液體上取下。移動運動臺，使模板指向基底的另一部分上方。對基底上的每塊區域都進行對齊操作。
在一種實施方式中，可用散射方法進行對齊操作。散射法是用來測定表面對光的散射性的技術。當用來對齊模板與基底時，散射法用採用基底和模板上的衍射光柵。在平版壓印中，模板上的對齊標記和基底上的對齊標記彼此隔開的距離可小於200nm。因此，對齊系統可同時觀察到兩個對齊標記。一般地，對齊標記上的入射光可以預定方式從對齊標記上發生散射，具體取決於對齊標記彼此之間的定向關係。在一種實施方式中，當對齊標記對齊後，可計算光的散射，繪出散射圖。在使用中，可通過移動基底或模板，直到來自對齊標記的光散射圖像基本上與預定散射圖像基本匹配為止。
在用平版壓印技術對基底進行成圖的過程中，印花模板位於基底的預定部分上。一般地，要壓印的基底部分具有預先形成的結構。在壓印之前，印花模板需要與基底上預先形成的結構對齊。對於小於100nm的平版壓印，模板與基底上的特徵結構對齊的精度應當有可能小於約25nm在某些情況下小於約10nm。模板與基底的對齊通常用對齊標記完成。相匹配的對齊標記在基底和模板上形成，並放置在預定位置。如果對齊標記正確對齊了，模板就與基底正確對齊了，然後可進行壓印。
一般地，對齊過程可用大功率顯微鏡進行。這種顯微鏡可收集對齊標記的圖像。使用者分析收集到的圖像，改變模板相對於基底的位置，使圖像對齊，由此使模板與下面的基底對齊。能使對齊精度小於10nm的大功率顯微鏡非常昂貴，可能難以應用於平版壓印系統。
散射法提供了一種收集圖像數據而無需使特徵結構成像的技術。一般地，散射工具包括光學硬體如橢率計和反射計，還有裝有散射軟體應用程式的數據處理單元，該軟體用於處理光學硬體收集到的數據。散射工具通常包括分析光源和探測器，它們在位置上可靠近基底和模板上的對齊標記。光源至少可照射對齊標記的部分衍射光柵結構。探測器進行光學測定，如反射光的強度或相位。數據處理單元接收探測器測定的光學數據並進行處理，確定衍射光柵散射掉的光的散射圖像。
散射工具可採用單色光、白光、其他波長的光或組合波長的光，它取決於具體的應用。光的入射角也可以變化，同樣取決於具體的應用。散射工具分析的光通常包含反射組分(即入射角等於反射角)和散射組分(即入射角不等於反射角)。為方便以下討論，術語「反射」光包含這兩種組分。
當模板上的對齊標記與基底上的對齊標記對齊後，光從表面反射的方式使得它可用反射圖像表徵。如果模板對齊標記與基底對齊標記沒有對齊，用散射工具測得的反射圖像(即強度、相位、偏振態等)將不同於標記對齊後所呈現的光反射圖像。在使用中，散射工具測定對齊標記的反射圖像。如果使用中測定的對齊標記的反射圖像存在差異，則表明模板與基底沒有對齊。
散射工具的數據處理單元比較測定的反射圖像和參考反射圖像庫中的圖像。測定的反射圖像與參考反射圖像之間的差異可用來確定模板對齊標記與基底對齊標記的對齊情況。或者，當兩個光柵對齊後，正常入射光束的散射圖樣應當是對稱的，即+1和-1級應當是相同的，或者兩個相反小角度入射光束的任何一級(包括0級)都應當相同。多個波長的對稱信號應當相減，將差相加，以此測定對齊情況，去掉晶片或模板，使加和最小。
散射法與光學成像法相比具有若干優點。散射工具的光學要求比光學成像系統少得多。另外，散射法可收集到額外的光學信息(如光的相位和偏振態)，這些信息用光學成像裝置如顯微鏡無法收集到。
對齊標記的一個例子示於圖48A。對齊標記4800包含在基底4820(例如在其上形成壓印層的模板或基底)上形成的許多溝槽4810，它們一起構成衍射光柵(例如4825和4827)。對齊標記4800的剖面示於圖48B中。一般地，衍射光柵可通過在基底上蝕刻許多凹槽形成。這些凹槽具有大致相同的寬度和深度，並且均勻隔開。為沿X和Y軸均對齊，至少要用兩組衍射光柵。如圖48A所示，第一組溝槽4825確定了用於沿第一軸(例如X軸)對齊的衍射光柵。第二組溝槽4827確定了用於沿第二軸(例如Y軸)對齊的衍射光柵。
對齊標記的另一種實施方式示於圖48C。為使模板與基底對齊，至少採用了四組衍射光柵。衍射光柵由蝕刻進基底的許多溝槽形成，如上所述。兩組衍射光柵4830和4840用於對模板與基底進行粗對齊。粗對齊光柵由許多具有大致相同的寬度和深度且均勻分開的溝槽形成。粗對齊衍射光柵的溝槽彼此隔開的距離約為1-3μm。間距在此範圍內的衍射光柵可用來使模板與基底對齊，且精度達到約100nm。衍射光柵4830用來沿第一軸(例如X軸)進行對齊。衍射光柵4840用來沿第二軸(例如Y軸)進行對齊。
在將特徵尺寸小於約100nm的結構壓印到表面上時，這種精度不足以對不同印花層進行正確定向。其他光柵結構4850和4860可用於精細對齊。精細衍射光柵可由許多寬度和深度大致相同且均勻分開的溝槽形成。精細對齊衍射光柵的溝槽相隔的距離可在約100-1000nm之間。間隔在此範圍內的衍射光柵可用來使模板與基底對齊，且其精度達到約5nm。衍射光柵4850用來沿第一軸(例如X軸)進行對齊。衍射光柵4860用來沿第二軸(例如Y軸)進行對齊。
圖49所示為用於測定模板對齊標記4910與基底對齊標記4920之間的對齊情況的散射工具的構型圖。散射工具產生入射光束4930，將其導向對齊標記，如圖所示。入射光束4930的入射方向基本上垂直於模板(或基底)所在平面。入射光束4930可由白光源或任何其他光源產生，只要它能產生多個波長的光。用來產生這種光的光源可安裝在這裡所述壓印系統的壓印頭中。或者，光源可連接在壓印頭外面的本體上，光學系統可用來將光導向模板。
當來自光源的光與對齊標記接觸時，光將如圖49所示發生散射。如本領域所熟知的，光發生散射後，可在不同角度上產生最大光強度。不同的最大強度的光所產生的角度對應於不同衍射級數。一般地，當光從衍射光柵上發生反射時，將產生許多級數。這裡所用0級是指沿著與入射光相同的光路反射到回光源的光。如圖49所示，沿入射光束4930反射回光源的光屬0級。1級光是沿不同於入射角的角度反射的衍射光柵。如圖49所示，光線4942和4944代表沿正1級(即+1級)產生的光，光線4952和4954代表沿負1級(即-1級)產生的光。雖然介紹的是+1和-1級的光，當應當理解，其他級數的光(例如N級，其中N大於0)也可以採用。
在使用中，探測器4960收集基底(以及透過模板)反射的光。在一種實施方式中，探測器4960是能夠在許多位置同時測定光的性質的陣列探測器。當光從衍射光柵發生散射時，不同波長的光發生不同散射。一般地，所有波長可沿一個衍射級數散射，但是不同波長的光將以稍有差異的角度散射。圖49示出了兩個不同波長的光如何沿著+1和-1級反射。應當指出，為方便這裡的討論，散射角的差異經過了放大。現在看+1級，光束4942代表紅光而光束4944代表藍光。對於-1級，光束4952代表紅光而光束4954代表藍光。如圖所示，紅光束和藍光束接觸探測器的不同部位。探測器4960包含光探測元件陣列。光探測元件的尺寸和位置要使它能夠分析不同波長的光。如圖49所示，紅光4942射中的光探測元件不同於藍光4944。因此，散射工具可同時測定多個波長的光的性質。
測定多個波長的光的散射有一個好處，即可求出相差的平均值。相差由形成衍射光柵的蝕刻溝槽的不規則性引起。例如，如果壁是非平行的，或者溝槽底部是傾斜的，則光散射可能不符合預定模型。這種偏差容易隨著用於分析的光的波長變化。例如，在形成溝槽時的加工誤差引起的紅光偏移多於藍光。通過在多個波長下讀數，各單個數據可求平均，由此產生更精確的對齊導向參數。
如圖50所示，在另一種實施方式中，來自對齊標記的反射光可如圖49所示發生散射。反射光可利用光學元件5070進行分束，而不依賴於探測器捕捉不同波長的光的解析度。如上所述，模板對齊標記5010和基底對齊標記5020用入射光5030照射。入射光5030的方向垂直於模板平面。自對齊標記的衍射光柵反射的光沿+1級(5040)和-1級(5050)分析。在此實施方式中，光學元件5070放置在基底與探測器5060之間的光路上。光學元件5070用來衍射因波長不同而出射角度不同的光。例如，光學元件5070可以是衍射光柵(例如作為分光光度計的一部分)或稜鏡。稜鏡和衍射光柵均能衍射因波長不同而出射角度不同的光。如圖50所示，紅光的衍射角度不同於藍光。雖然圖50隻示出了一個元件，但應當理解，光學元件5070可以由兩個不同的元件組成。此外，雖然所示光學元件5070和探測器5060是獨立元件，但應當理解，這些元件可以併入單個裝置(例如分光光度計)。
或者，光學元件5070也可以是透鏡。如果光學元件5070是透鏡，光通過透鏡時將發生衍射。衍射的程度部分取決於透鏡材料的折射率。衍射程度還取決於光的波長。不同波長的光衍射的角度不同。這就導致了所謂的「色差」。可以利用色差促使光分解成不同的波長。在某些實施方式中，可以採用兩個透鏡，每級光用一個稜鏡。
上述散射法可用於平版壓印工藝。在一種實施方式中，將預定量的可光固化液體放置在要壓印的部分基底上。將印花模板放在靠近基底的地方。通常，模板與基底之間間隔的距離約小於200nm。為確保印花模板與基底上預先形成的結構對齊，讓模板對齊靶與基底對齊靶對齊。模板對齊靶包含衍射光柵，因而可以用散射技術進行對齊。模板對齊標記與基底對齊標記的初始對齊可通過標記的光學成像來完成。標記用圖像識別軟體對齊。這種對齊可達到的精度在約1微米範圍之內。
散射法可反覆用於對齊操作。在一種實施方式中，對齊標記可包含粗對齊衍射光柵和精細對齊衍射光柵，如圖48C所示對齊標記。對齊標記的粗對齊可用粗對齊衍射光柵完成，對齊標記的精細對齊可用精細對齊衍射光柵完成。所有的對齊測定可利用模板與基底之間的可光固化液體完成。如這裡所示，可用光學成像裝置進行初始對齊。在進行散射之前，可將光學成像裝置移到光源與模板之間的光路以外。或者，可調整光源發出的光，使得光學成像裝置不在光源與模板之間的光路上。
在一種實施方式中，可使光沿垂直於模板平面的方向射向模板與基底對齊標記。沿+1和-1級散射的光可在多個波長進行分析。+1級散射光的強度與-1級散射光的強度進行對比，如果模板對齊標記與基底對齊標記對齊了，這兩個強度在任何給定波長下應當基本上相同。+1和-1級光強度上的差異表明對齊標記可能沒有對齊。通過比較在多個波長下未對齊程度，可以得出對齊標記的「平均」不齊程度。
模板與基底對齊標記的平均不齊程度可用來確定需要怎樣校正模板相對於基底的位置，以便正確對齊對齊標記。在一種實施方式中，基底位於基底運動臺上。根據散射法計算出來的平均不齊程度，適當移動基底，即可完成對齊操作。模板與基底正確對齊後，可以使液體固化，然後從固化的液體上分離模板。
圖51所示為用來確定模板對齊標記5110和基底對齊標記5120之間的對齊情況的散射工具的另一種構型。散射工具5100通過測定兩個0級基底反射來確定對齊標記的對齊情況。兩個光源產生兩個入射光束5130和5135，它們射向如圖所示對齊標記。入射光束5130和5135的方向基本上不垂直於模板(或基底)平面。入射光束5130和5135可來自白光源或其他任何能產生多波長光的光源。入射光束5130和5135分別通過分束器5192和5194。
當來自光源的光與對齊標記接觸時，光就發生上述散射。0級光是沿入射光路反射回光源的光。反射回光源的光進一步為分束器5192和5194反射到探測器5160和5162。在一種實施方式中，探測器5160和5162是能同時在多個位置測定光的性質的陣列探測器。當光在衍射光柵上發生散射時，各波長的光發生不同的散射。一般地，所有波長的光都將沿著某一個衍射級散射，但不同波長的光散射的角度稍有不同，如前所述。應當指出，為方便討論，這裡散射角的差異被放大了。對於入射光束5130，光束5142代表紅光而光束5144代表藍光。對於入射光束5135，光束5152代表紅光而光束5154代表藍光。如圖所示，紅光束和藍光束接觸探測器的不同部位。探測器5160包含光探測元件陣列。光探測元件的尺寸和位置要便於分析不同波長的光。如圖51所示，紅光5142與藍光5144射到不同的光探測器元件上。因此，散射工具可同時測定多個波長的光的性質。使用陣列探測器的另一個好處是晶片或模板方向的任何微小變化或引起級峰位置變化的任何其他機械變化都能探測到，而且其強度可正確測定。
圖51所示散射系統的優點是用於對齊的反射信號最強(即0級信號)。一般地，如果入射光垂直於光柵，則光柵對齊方面的差異對於0級光不是很明顯。據信，如果用非垂直角度的入射光，則0級光對於光柵沒有對齊的情況更敏感。此外，散射系統的光路特點允許光成像裝置5180放在系統中央。如這裡所述，光成像裝置5180可用來對模板和基底對齊標記進行粗對齊。在用散射系統對模板和基底進行對齊時，不需要移動光學成像裝置。
在另一種實施方式中，如圖52所示，來自對齊標記的反射光可如圖5 1所示發生散射。反射光可利用光學元件5272和5274進行分束，而不依賴於探測器捕捉不同波長的光的解析度。如上所述，模板對齊標記5210和基底對齊標記5220用入射光5230和5235照射。入射光5230和5235的方向不垂直於模板平面。自對齊標記的衍射光柵反射的光通過用分束器5292和5294反射來沿0級分析。在此實施方式中，光學元件5270和5274放置在基底與探測器5260之間的光路上。光學元件5272和5274用來衍射因波長不同而出射角度不同的光。例如，光學元件5272和5274可以是衍射光柵(例如作為分光光度計的一部分)或稜鏡。或者，光學元件5272和5274也可以是有色差效應的透鏡。
在另一種實施方式中，如圖53所示，來自對齊標記的反射光可如圖51所示發生散射。反射光可利用光學元件5372和5374進行分束，而不依賴於探測器捕捉不同波長的光的解析度。對齊標記反射的光通過分束器5392和5394分別射向光纖光纜5376和5378。光纖光纜將光從壓印系統送到光學元件5372和5374。光學元件5372和5374用來衍射因波長不同而出射角度不同的光。例如，光學元件5372和5374可以是衍射光柵(例如作為分光光度計的一部分)或稜鏡。或者，光學元件5372和5374也可以是有色差效應的透鏡。這種實施方式的一個優點是部分光學系統可同壓印系統分離，這可最大程度減小壓印系統的尺寸。
圖54所示為用來確定模板對齊標記5410和基底對齊標記5420之間的對齊情況的散射工具的另一種構型。兩個光源產生兩個入射光束5430和5435，它們射向如圖所示對齊標記。入射光束5430和5435的方向明顯不垂直於模板(或基底)平面。入射光束5430和5435可來自白光源或其他任何能產生多波長光的光源。入射光束5430和5435分別通過分束器5492和5494。
當來自光源的光與對齊標記接觸時，光就發生圖54所示散射。如圖54所示，沿入射光束5430和入射光束5435反射回光源的光是0級光。1級光沿不同於入射角的角度自衍射光柵反射。如圖54所示，光線5440代表沿入射光束5430的+1級方向產生的光，光學5450代表入射光束5435的+1級光，而-1級光沒有示出。雖然圖中示出的是+1級光，但應當理解，其他級數的光(例如N級，其中N大於0)也可以採用。
對齊標記反射的光通過分束器5492和5494分別射向光纖光纜5476和5478。光纖光纜將光從壓印系統送到光學元件5472和5474。光學元件5472和5474用來衍射因波長不同而出射角度不同的光。例如，光學元件5472和5474可以是衍射光柵(例如作為分光光度計的一部分)或稜鏡。或者，光學元件5472和5474也可以是有色差效應的透鏡。
分束器5492和5494允許部分反射光通過分束器。通過分束器的這部分光利用探測器5462和5464分析。光探測器可用來測定所有通過分束器5492和5494的光的總強度。有關光的總強度的數據可用來確定如何校正模板和基底的對齊標記。在一種實施方式中，校正的程度可由平均誤差測定值和光強度測定值確定，平均誤差測定值通過對N級(例如+1級)反射光進行分光光度分析獲得。
應當理解，上述任何實施方式都可以組合起來，形成不同的形式。此外，應當理解，用來確定基底與模板標記對齊情況的光的性質包括光的強度和光的偏振態。
在平版壓印工藝的所有實施方式中，都要將液體分發到基底上。雖然下面的敘述是針對在基底上分發液體而言的，但應當理解，當在模板上分發液體時，可以採用相同的液體分發技術。液體分發是需要仔細控制的過程。一般地，要通過控制液體的分發，使預定量的液體分發到基底上恰當的位置。或者，液體的體積也需要控制。恰當的液體體積和液體的恰當位置可同時由這裡所述液體分發系統控制。分步重複工藝特別採用組合控制液體體積和液體位置的方法，將成圖操作限定在指定區域。
可以採用各種液體分發方式。所述方式包括連續線或液滴形式。在某些實施方式中，基於位移的液體分發器尖端和壓印件之間的相對運動可用來在壓印件的局部形成基本上連續的液線圖案。分發液體和相對運動的平衡速率可用來控制液線的截面尺寸和液線的形狀。在分發液體的過程中，分發器尖端固定在基底附近(例如相距數十微米)。連續圖案的兩個例子示於圖32A和32B。圖32A和32B所示圖案是正弦曲線。但是，其他圖案也可以採用。如圖32A和32B所示，連續液線圖案可用單個分發器尖端2401或多個分發器尖端2042畫出。或者，也可以採用圖32C所示液滴圖案。在一種實施方式中，所採用的液滴圖案有一個中央液滴，其體積大於周圍的液滴。當模板與液滴接觸時，液體就鋪滿模板的成圖區域，如圖32C所示。
分發速率vd和壓印件的相對橫向速度vs有如下關係Vd＝Vd/td(分發體積/分發時間)，(1)vs＝L/td(線長/分發時間)，(2)vd＝aL(其中「a」是線形圖案的截面積)，(3)因此，vd＝avs。(4)初始線形圖案的寬度通常取決於分發器的尖端尺寸。分發器尖端可以固定。在一種實施方式中，液體分發控制器用於控制分發液體的體積(vd)和分發液體的時間(td)。如果vd和td固定而增加液線的長度，則所成圖液線的截面高度將降低。增加液線圖案的長度可通過提高周期圖案的空間頻率來實現。圖案高度低，則在壓印過程中放置的液體量就下降。如果同一分發線連有多個尖端，則形成長線圖案的速度比用單個分發尖端快。或者，可利用多個靠得很近的液滴形成體積精確的液線。
液體固化後，可將模板從固化液體上取下。由於模板與基底幾乎完全平行，模板、壓印層和基底組裝起來後可使模板與固化液體之間形成基本上均勻的接觸。這種系統可能需要較大的分離力才能將模板從固化液體上分離下來。如果模板或基底是柔性的，在一種實施方式中，可用「剝離方法」進行分離。但是，使用柔性模板或基底對於高解析度重疊對齊可能不合適。對於石英模板和矽基底，剝離方法可能難以進行。在一種實施方式中，可用「剝-拉」方法將模板從壓印層上分離下來。剝-拉方法的一種實施方式示於圖33A、33B和33C。
圖33A所示為固化後包埋在固化層40中的模板12。物質40固化後，可有意使模板12或基底20傾斜，使模板12與基底20之間產生一個角度3604，如圖35B所示。可用預校正臺在模板與固化層40之間產生一個傾斜角，其中預校正臺連接到模板或基底上。如果傾斜軸靠近模板-基底界面，模板12與基底20之間的相對橫向運動在傾斜運動中可能不明顯。如果模板12與基底20之間的角度3604足夠大，僅靠Z軸運動(即垂直運動)即可將模板12從基底20上分離下來。這種剝-拉方法可保持轉移層18和基底20上的所需特徵結構44完好無損，不會發生撕裂。
除上述實施方式外，這裡所述實施方式包括用電場形成圖案結構。用電場形成固化層，在固化層上形成圖案，這種方法可用於單步壓印或分步重複工藝。
圖34所示為模板1200和基底1202的實施方式。在一種實施方式中，模板1200由能透過激發光，從而在激發光的照射下使可光固化液體發生固化的材料形成。由透明材料形成模板1200還允許用成熟的光學技術測定模板1200與基底1202之間的空隙，並測定重疊標記，從而在形成結構的過程中進行重疊對齊和放大校正。模板1200還具有熱穩定性和機械穩定性，從而能夠形成具有納米解析度的圖案。模板1200包含導電材料和/或層1204，從而在模板-基底界面上能夠產生電場。
在一種實施方式中，可用空白的熔凝氧化矽(例如石英)作為模板1200的基部1206的材料。在基部1206上沉積氧化錫銦(ITO)。ITO可透過可見光和UV光，它是導電材料。ITO可用高解析度電子束平版印刷工藝成圖。模板上可塗敷一個低表面能塗層，如前所述，用於改進模板與聚合組合物之間的剝離特性。基底1202可包含標準晶片材料，如Si、GaAs、SiGeC和InP。可UV固化的液體和/或可熱固化的液體可用作可光固化液體1208。在一種實施方式中，可光固化液體1208可旋塗到晶片1210上。在另一種實施方式中，可將預定量的可光固化液體1208以預定圖案分發到基底上，如這裡所示。在某些實施方式中，轉移層1212可放在晶片1210和可光激發液體1208之間。可適當選擇轉移層1212的材料性質和厚度，以便將在固化液體材料中形成的低縱橫比結構轉化為高縱橫比結構。將ITO連接到電壓源1214上，可在模板1200與基底1202之間產生電場。
圖35A-D和圖36A-C示出了上述工藝的兩種實施方式。在每種實施方式中，模板與基底之間所需的均勻間隙可維持不變。可施加所需強度的電場，使可光固化液體1208吸向模板1200的突起部分1216。在圖35A-D中，所述間隙和場強使可光固化液體1208與模板1200直接接觸並附著到其上面。可用固化劑(例如激發光1218和/或熱)固化液體。一旦形成所需結構，模板1200可用本發明所述方法從基底1202上分離下來。
在圖36A-C中，所選擇的間隙和場強使可光固化液體1208獲得與模板1200基本上相同的形貌。獲得這種形貌不需要與模板直接接觸。可用固化劑(例如激發光1218)固化液體。在圖35A-D和圖36A-C所示實施方式中，可用後續蝕刻過程除去固化材料1220。如果固化材料1220和晶片1210之間存在轉移層1212，還可進一步進行蝕刻，如圖35A-D和圖36A-C所示。
在另一種實施方式中，圖37A示出了導電模板，它包含與非導電基部1502相連的導電部分1504的連續層。如圖37B所示，模板的導電部分1504將非導電部分1502彼此隔開。如上所述，模板可用於「陽模」壓印工藝。
在某些情況下，用電場可在小於約1秒鐘的時間內形成平版印刷圖案結構。所述結構的尺寸通常為數十納米。在一種實施方式中，在電場存在下固化可光固化液體可在基底上產生圖案層。控制帶有特定的納米級形貌的模板與基底上可固化液體薄層表面之間的距離(例如在幾納米之內)，可產生上述圖案。如果所有或部分所需結構是規則分布的重複圖案(如點陣)，則模板上的圖案可能比所需重複結構的尺寸大得多。
在模板與基底之間施加電場，可在模板上複製圖案。因為液體和空氣(或真空)具有不同的介電常數，且不同位置的電場因模板形貌的存在而不同，所以產生的靜電作用力會將各區域的液體向模板吸引。表面張力和毛細壓力傾向於穩定膜。在高電場強度下，可光固化液體可能與模板接觸，在某些點上自基底去溼。但是，如果靜電作用力與毛細作用力相當，則可能附著液體膜，其中毛細作用力用無量綱數Λ量度。靜電作用力的大小約為ε E2d2，其中ε是真空介電常數，E是電場強度，d是特徵尺寸。毛細作用力的大小約為γd，其中γ是液-氣表面張力。這兩個因素的比是Λ＝εE2d/γ。為使界面變形，從而使它附著到上表面上，電場必須使得L約為1。其精確數值取決於板的形貌的細節和液-氣介電常數與高度之比，但此值為0(1)。因此，電場大致由E～(γ/εd)1/2給出。通過組合物的聚合反應，可使此可光固化液體發生原位硬化。可用低能自組裝單層膜(例如氟化表面活性劑)處理模板，以利於模板從聚合組合物上的分離。
以上估算的例子如下所述。如果d＝100nm，γ＝30mJ/m，ε＝8.85×10-12C2/J·m，則E＝1.8×108V/m。如果模板間距為100nm，則它相當於板間電勢差為18V；如果模板間距為1000nm，則相當於180V。注意特徵尺寸d～γ/εE2，這意味著特徵尺寸隨著電場強度的平方而下降。因此，對於100和1000nm的板間距，50nm的特徵結構將需要25或250V的電壓。
可以通過控制電場、模板形貌的設計和模板與液體表面的距離在可光固化液體中產生圖案，而不需要與模板表面接觸。此技術不需要用機械方法將模板從聚合組合物上分離下來。此技術還消除了在圖案中引起缺陷的潛在因素。但是，在模板與液體不接觸的情況下，液體可能不會像接觸的情況中那樣形成尖銳的高解析度結構。這可以用以下方法解決先在可光固化的液體中產生結構，其中液體部分限制在給定電場中；接著增加模板與基底之間的空隙，同時增加電場強度，以「拉出」液體，在不接觸的情況下形成清晰的結構。
可光固化的液體可沉積在轉移層的頂部，如前所述。這種雙層工藝可利用電場形成低縱橫比、高解析度結構，接著通過蝕刻工藝得到高縱橫比、高解析度結構。這種雙層工藝還可用於「金屬剝離工藝」，將金屬沉積在基底上，剝離之後，金屬留在開始形成的結構的溝槽區域。
採用低粘性可光固化液體，可用電場快速形成圖案(例如小於約1秒)該結構還能快速固化。如果能夠避免基底和可光固化液體的溫度發生變化，則還能避免圖案發生變形，這種變形將使得納米解析度的逐層對齊過程無法實施。此外，如上所述，有可能在不與模板接觸的情況下快速形成圖案，從而消除了需要直接接觸的壓印方法所帶來的缺陷。
本專利將某些美國專利和美國專利申請引作參考。但這些美國專利和美國專利申請文本的引用限度為，這些文本與本發明的聲明和圖示沒有衝突。如果存在這種衝突，則這些參考美國專利和美國專利申請中與本發明有衝突的敘述不在本發明中引用。
雖然已經結合各種示範性實施方式對本發明進行了敘述，但這些敘述不對本發明構成任何限制。本領域的技術人員參考以上敘述後，這些示範性實施方式的各種變化形式和組合形式以及本發明的其他實施方式都是顯而易見的。因此，附屬權利要求包括上述任何變化形式或實施方式。
權利要求
1.確定含有模板對齊標記的模板與含有基底對齊標記的基底之間對齊情況的方法，所述方法包括將所述模板和所述基底重疊起來；獲得多個對齊測定值；根據所述多個對齊測定值，鑑別與所述模板對齊標記和所述基底對齊標記的所需空間方向的偏差，確定對齊偏差；以及根據所述對齊偏差確定平均偏差。
2.權利要求1所述方法，其特徵在於它還包括根據從所述平均偏差得到的信息調整所述位置，得到所述所需的空間方向。
3.權利要求1所述方法，其特徵在於獲得多個對齊測定值包括在所述模板對齊標記和基底對齊標記上照射具有第一和第二波長的光，所述鑑別還包括根據用所述光探測器在所述第一波長的光下收集的所述對齊測定值，確定所述模板對齊標記相對於所述基底對齊標記的第一對齊誤差，以及根據用所述光探測器在所述第二波長的光下收集的所述對齊測定值，確定所述模板對齊標記相對於所述基底對齊標記的第二對齊誤差。
4.權利要求3所述方法，其特徵在於確定平均偏差還包括對所述第一和第二對齊誤差求平均值，以確定所述平均偏差。
5.權利要求3所述方法，其特徵在於確定所述第一對齊誤差還包括探測所述第一波長的非0級光，確定所述第二對齊誤差還包括探測所述第二波長的非0級光。
6.權利要求1所述方法，其特徵在於它還包括為所述模板提供具有許多特徵結構的第一光柵，每個特徵結構與相鄰特徵結構之間相隔約1-3μm的第一距離，用以形成所述模板對齊標記；為所述基底提供具有許多標記的第二光柵，每個標記與相鄰標記之間相隔約1-3μm的第二距離，用以形成所述基底對齊標記。
7.權利要求1所述方法，其特徵在於它還包括為所述模板提供具有許多特徵結構的第一光柵，每個特徵結構與相鄰特徵結構之間相隔不到1μm，用以形成所述模板對齊標記；為所述基底提供具有許多標記的第二光柵，每個標記與相鄰標記之間相隔不到1μm，用以形成所述基底對齊標記。
8.權利要求1所述方法，其特徵在於它還包括為所述模板提供具有許多特徵結構的第一光柵，每個特徵結構與相鄰特徵結構之間相隔約100-1000nm，含100nm和1000nm，用以形成所述模板對齊標記；為所述基底提供具有許多標記的第二光柵，每個標記與相鄰標記之間相隔約100-1000nm，含100nm和1000nm，用以形成所述基底對齊標記。
9.權利要求1所述方法，其特徵在於它還包括為所述模板提供第一和第二光柵，用以形成所述模板對齊標記，其中所述第一和第二光柵各自包含許多特徵結構，所述第一光柵的每個所述特徵結構與相鄰特徵結構相距1-3μm，所述第二光柵的所述特徵結構與相鄰特徵結構相距100-100nm；為所述基底提供第三和第四光柵，用以形成所述基底對齊標記，其中所述第三和第四光柵各自包含許多標記，所述第三光柵的每個所述標記與相鄰標記相距1-3μm，所述第四光柵的所述標記與相鄰標記相距100-100nm。
10.權利要求1所述方法，其特徵在於確定所述第一對齊誤差還包括探測所述第一波長的+1和-1級光，確定所述第二對齊誤差還包括探測所述第二波長的+1和-1級光。
11.權利要求3所述方法，其特徵在於確定所述第一對齊誤差還包括比較所述第一波長的正n級對齊測定值與所述第一波長的負n級對齊測定值；確定所述第二對齊誤差還包括比較所述第二波長的正n級對齊測定值與所述第二波長的負n級對齊測定值。
12.權利要求2所述方法，其特徵在於它還包括在所述基底上施塗可光固化液體，使所述可光固化液體與所述模板接觸；調整所述位置還包括使所述模板和所述基底處於所需的空間位向，同時保持所述模板與所述可光固化液體之間的接觸。
13.權利要求12所述方法，其特徵在於它還包括固化所述可光固化的液體，形成固化液體，並將所述模板從所述固化液體上分離下來。
14.權利要求12所述方法，其特徵在於調整所述位置還包括調整所述位置時，所述可光固化液體基本上不存在於所述基底對齊標記和所述模板對齊標記重疊的區域。
15.權利要求1所述方法，其特徵在於所述模板包含第一和第二兩個相反的表面，上面形成了許多凹陷，它們以第一距離從所述第一表面伸向所述第二表面，在所述模板的所述第一表面上形成了許多特徵結構。
16.權利要求15所述方法，其特徵在於它還包括為所述模板提供邊界，所述邊界圍著所述許多凹陷形成，其中所述邊界以第二距離從所述第一表面伸向所述第二表面，所述第二距離大於所述第一距離。
17.權利要求13所述方法，其特徵在於從所述固化液體上分離所述模板還包括移動所述模板和所述基底，使它們彼此基本上不平行；移動所述模板和所述基底，使它們彼此分離。
18.權利要求13所述方法，其特徵在於它還包括從所述固化液體上分離所述模板之前，照射分離光，所述分離光改變部分所述固化液體的化學組成，降低所述模板與所述固化液體的粘著力。
19.一種平版壓印系統，它包含本體；與所述本體相連的臺子；與所述臺子相連的基底，所述基底含有基底對齊標記；與所述本體相連的壓印頭；與所述壓印頭相連的模板，所述模板含有模板對齊標記；產生具有第一、第二和第三波長的光的光源，所述第一和第二波長的光照射到所述基底和模板對齊標記上；以及探測自所述基底和模板對齊標記反射的具有第一和第二波長的光並從中得到許多對齊測定值的探測系統，從所述許多對齊測定值鑑別與所需要的所述模板對齊標記和所述基底對齊標記的空間位向的偏差，確定對齊偏差，並根據所述對齊偏差確定平均偏差。
20.權利要求19所述系統，其特徵在於它還包含與所述本體相連的液體分發器，用來在所述基底上沉積許多滴可光固化液體，所述可光固化液體對所述第三波長的光有響應，並在第三波長的光照射到時發生固化。
21.權利要求19所述系統，其特徵在於所述模板具有相反的第一和第二表面，以及包含許多凹陷的成圖區，其中所述凹陷以第一距離從所述第一表面伸到所述第二表面。
22.權利要求19所述系統，其特徵在於所述基底和模板對齊標記各包含一個具有許多特徵結構的光柵，每個特徵結構與相鄰特徵結構之間相隔約1-3μm。
23.權利要求19所述系統，其特徵在於所述基底和模板對齊標記各包含一個具有許多特徵結構的光柵，每個特徵結構與相鄰特徵結構之間相隔小於1μm。
24.權利要求19所述系統，其特徵在於所述基底和模板對齊標記各包含一個具有許多特徵結構的光柵，每個特徵結構與相鄰特徵結構之間相隔約100-1000nm。
25.權利要求19所述系統，其特徵在於所述基底和模板對齊標記各包含具有許多特徵結構的第一和第二光柵，所述第一光柵的每個所述特徵結構與相鄰特徵結構之間相隔約1-3μm，所述第二光柵的每個所述特徵結構與相鄰特徵結構之間相隔約100-100nm
26.權利要求19所述系統，其特徵在於所述探測系統包含一個探測器，它選自陣列照相機、分光光度計、CCD陣列、雙軸幹涉儀和五軸幹涉儀。
27.權利要求20所述系統，其特徵在於它還包含與所述壓印頭相連的力探測器，用來測定接觸所述液滴時施加在模板上的力。
28.權利要求19所述系統，其特徵在於它還包含預校正臺，所述壓印頭連接在所述預校正臺上。
29.權利要求21所述系統，其特徵在於所述模板還包含圍繞所述許多凹陷形成的邊界，其中所述邊界以第二距離從所述第一表面伸向所述第二表面，所述第二距離大於所述第一距離。
全文摘要
介紹了用平版壓印工藝在基底上形成圖案的方法。在平版壓印工藝中，先將液體分布到基底上，然後使模板與液體接觸，並固化液體，其中固化液體包含在模板上形成的任何圖案的印記。在一種實施方式中，用散射法使模板與預先在基底上形成的層對齊。
文檔編號G01N21/86GK1997869SQ03822456
公開日2007年7月11日 申請日期2003年7月31日 優先權日2002年8月1日
發明者M·P·C·瓦茨, I·姆克麥基, S·V·斯裡尼瓦桑, B-J·喬伊, R·D·弗伊欣, N·E·蘇馬克 申請人:分子制模股份有限公司