CN1866128A - 压印光刻 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压印光刻，包括针和基板台，所述基板台配置成保持待压印的基板，其中针可在第一位置和第二位置之间移动，所述第一位置是在使用中所述针穿透基板上的可压印材料层的位置，所述第二位置是在使用中所述针从基板上的可压印材料层脱离的位置，所述基板台和所述针配置成使得一个相对另一个被扫描。

Description

压印光刻

技术领域

本发明涉及一种压印光刻。

背景技术

光刻装置是将期望的图案施加到基板目标部分上的一种装置。光刻装置可以用于例如集成电路(IC)的制造、平板显示器和包括精细结构的其他设备。

期望的是减小光刻图案中的特征尺寸，因为这允许在给定的基板区域上获得更大密度的特征。在光学光刻中，通过使用较短波长的辐射可以获得增大的分辨率。但是，这种减小还存在许多问题。目前的系统开始采用波长为193nm的光源，即使在该水平衍射限制成为一个障碍。在较低的波长下，材料的透明度非常低。具有增大分辨率的光刻装置需要复杂的光学系统和稀有材料，因此非常昂贵。

如压印光刻中所公知的，用于印刷次100nm的特征的替换方案包括通过使用物理模子或模板将图案压印到可压印介质中，将图案转印到基板上。该可压印介质可以是基板或涂敷在基板表面上的材料。可压印介质可以是功能性的或者可以用作“掩模”以将图案转印到下面表面上。可压印介质例如可以作为抗蚀剂沉积在基板(如半导体材料)上，在该可压印介质中提供由模板限定的、待转印的图案。因而，压印光刻基本上是微米或纳米级的模制处理，其中模板的形貌限定了基板上形成的图案。可以像光学光刻处理那样层叠图案，使得在原理上，压印光刻可以用于诸如IC制造这样的应用。

压印光刻的分辨率仅受模板制造处理的分辨率的限制。例如，压印光刻可以用于形成范围在次50nm中的特征，与使用常规的光学光刻处理获得的特征相比，该特征具有明显改进的分辨率和线边缘粗糙度。此外，压印处理不需要昂贵的光学系统、高级照明源或光刻处理通常需要的专用抗蚀剂材料。

模板的制造比较昂贵和耗时。在使用模板处理大量基板时，通过使所销售的每个基板提高少量的价格，可以补偿制造模板的成本。但是，如果要处理少量的基板，或者处理一个基板，就不容易补偿制造模板的成本。这表示这种模板制造在经济上是不可行的。

发明内容

根据第一方面，提供一种压印光刻装置，包括针和基板台，所述基板台配置成保持待压印的基板，其中所述针可在第一位置和第二位置之间移动，所述第一位置是在使用中所述针穿透基板上的可压印材料层的位置，所述第二位置是在使用中所述针从基板上的可压印材料层脱离的位置，所述基板台和所述针配置成使得它们可相对彼此移动。

根据第二方面，提供一种压印光刻模板，包括在第一位置和第二位置之间移动的针，所述第一位置是在使用中所述针穿透可压印材料层的位置，所述第二位置是在使用中所述针从可压印材料层脱离的位置。

根据第三方面，提供一种压印光刻的方法，包括：

使基板或可独立控制的针阵列相对彼此移动；

致动第一组针，使得其穿透基板上的可压印材料；以及

致动不同的第二组针，使得其穿透基板上的可压印材料；

从而在可压印材料中形成压印的图案。

本发明的各个实施例可以应用于任何压印光刻处理，其中将图案化的模板压印到可流动状态的可压印介质中，例如还可以应用于如上所述的热和UV压印光刻。

附图说明

现在仅仅通过实例的方式，参考随附的示意图描述本发明的各个实施例，其中相应的参考标记表示相应的部件，其中：

图1a-1c分别示出了常规的软、热和UV光刻处理的实例；

图2示出了当使用热和UV压印光刻图案化抗蚀剂层时采用的两步蚀刻处理；

图3示意性地示出了模板和沉积在基板上的典型可压印抗蚀剂层；

图4是根据本发明的一个实施例的部分压印模板的示意性表示；

图5是显示了各种方式的示意性表示，通过该方式图4的压印模板可以使可压印抗蚀剂层固化；

图6示意性地示出了根据本发明的实施例可以使用的压印和固化方法；

图7是从图4的压印模板的下面看的示意性表示；

图8示意性地示出了使用本发明的实施例进行压印的基板；

图9是图4中几个压印模板的结构的示意性表示；

图10是根据本发明的一个实施例的压印模板的示意性表示；以及

图11是根据本发明的一个实施例的压印模板的针的示意性表示。

具体实施方式

有两种压印光刻的原理方法，其通常称为热压印光刻和UV压印光刻。还已知的第三种“印刷式”光刻是软光刻。图1a至1c示出了这些压印光刻的实例。

图1a示意性地示出了软光刻处理，其包括从柔性模板10(通常由脱模剂(PDMS)制造)上将分子层11(通常是油墨例如硫醇)转印到抗蚀剂层13上，该抗蚀剂层由基板12和平面化的转印层12’支撑。模板10在其表面上具有特征图案，分子层布置在特征上。当将模板压靠在抗蚀剂层上时，分子层11粘附在抗蚀剂上。当从抗蚀剂上去除模板时，分子层11粘附于抗蚀剂，蚀刻其余的抗蚀剂层，从而将未被转印的分子层覆盖的抗蚀剂区域向下蚀刻到基板。

在软光刻中使用的模板很容易变形，因此不适合于高分辨率的应用，例如在纳米级，因为模板的变形会不利地影响压印图案。此外，当制造多层结构时，其中相同的区域将多次被重叠，而软压印光刻不能在纳米级上提供重叠精度。

当在纳米级上使用时，热压印光刻(或热压纹)也是一种已知的纳米压印光刻(NIL)。该处理使用较硬的模板，其例如由硅或镍构成，它们更加耐磨和不易变形。例如在美国专利No.6,482,742中就描述了这种模板，如图1b所示。在典型的热压印处理中，将坚固模板14压印到热固性或热塑性聚合树脂15中，该聚合树脂设在基板表面上。例如可以将该树脂旋涂或烘焙在基板表面上、或者更加典型地是(如示出的实例那样)平面化的转印层12’上。应该注意，描述压印模板的术语“硬”包括通常在“硬”和“软”材料之间考虑的那些材料，例如“硬”橡胶。用作压印模板的特殊材料的适合性由其应用要求来确定。

当使用热固性聚合树脂时，该树脂被加热到一定温度，使得当树脂和模板接触时，树脂可以充分地流动到限定在模板上的图案特征中。然后使树脂的温度增加以使树脂热固化(例如交联)，从而使其变硬和不可逆转地形成期望图案。然后去除模板，使图案化的树脂冷却。

在热压印光刻处理中使用的热塑性聚合树脂的实例有聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯、聚(苯基丙烯酸甲酯)、聚(甲基丙烯酸环己酯)。加热该热塑性树脂使得其在使用模板压印之前处于自由流动的状态。通常有必要将热塑性树脂加热到一定温度，该温度大大超过树脂的玻璃转化温度。将模板按压到流动树脂中，并施加足够的压力以确保树脂流动到在模板上限定的所有图案特征内。然后使树脂和在适当位置中的模板一起冷却到其玻璃转化温度之下，于是树脂就不可逆转地形成期望的图案。该图案由树脂残留层中浮雕状的特征构成，该树脂残留层可以通过合适的蚀刻处理去除，从而仅仅留下图案特征。

当从变硬的树脂去除模板后，如图2a至2c所示，通常执行两步蚀刻处理。基板20具有直接位于其上的平面化的转印层21，如图2a所示。平面化的转印层的用途有两个。它可以提供大体上与模板表面平行的表面，这有助于确保模板和树脂之间的接触是平行的，还可以改进印刷特征的宽高比，如这里所描述的。

在去除模板之后，变硬的树脂残留层22留在平面化的转印层21上，以形成期望的图案。第一蚀刻是各向同性的，它去除部分残留层22，同时获得不良的特征宽高比，其中L1是特征23的高度，如图2b所示。第二蚀刻是各向异性的(或选择性的)，并可以改进宽高比。各向异性的蚀刻去除平面化的转印层21中未被变硬的树脂覆盖的那些部分，从而使特征23的宽高比增大到(L2/D)，如图2c所示。蚀刻后在基板上留下而获得的聚合物厚度差(thickness contrast)例如可以用作干蚀刻的掩模，如果压印的聚合物足以承受例如拔除处理中的一个步骤。

热压印光刻具有的缺点是不仅必须在较高的温度下执行图案的转印，而且需要相对大的温差来确保树脂在去除模板之前充分变硬。需要的温差在35和100℃之间。例如在基板和模板之间的不同热膨胀可能在转印图案中导致失真。由于可压印材料的粘性，这种失真还会被压印步骤所需的相对高压加重，这可能在基板中导致机械变形，并进一步使图案失真。

另一方面，UV压印光刻不包括这种高温和温度变化，也不需要这种粘性的可压印材料。相反，UV压印光刻包括使用部分或完全透明的模板和可UV固化液体，通常是单体例如丙烯酸脂或甲基丙烯酸酯。一般地，可以使用任何可光聚合的材料，例如单体和引发剂的混合物。该可固化液体例如也可以包括二甲基硅氧烷衍生物。这些材料的粘性比在热压印光刻中使用的热固性和热塑性树脂小，因此移动得更快，从而填充模板的图案特征。低温和低压操作也有利于更高的处理能力。

图1c示出了UV压印处理的一个实例。将石英模板16以类似于图1b的处理的方式施加到可UV固化树脂17上。与采用热固性树脂的热压纹中升高温度，或者当使用热塑性树脂时增大温度循环不同，将UV辐射透过石英模板施加到树脂上进行聚合，并使其固化。当去除模板后，蚀刻抗蚀剂的残留层的其他步骤与这里描述的热压纹处理相同或类似。通常使用的可UV固化的树脂具有比典型热塑性树脂更低的粘度，从而可以使用较低的压印压力。由于压力较低而减小了物理变形，以及减小了由于高温和温度变化引起的变形，使得UV压印光刻适合于要求高重叠精度的应用。此外，UV压印模板的透明性质能够在压印的同时采用光学对准技术。

尽管这种类型的压印光刻主要使用可UV固化的材料，并且通常表示为UV压印光刻，但是也可以使用其他辐射波长来使选定的材料适当地固化(例如激活聚合作用或交联反应)。一般地，可以使用能够引发这种化学反应的任何辐射，只要能够获得合适的可压印材料。可替换的“激活辐射”例如可以包括可见光、红外辐射、x光辐射和电子束辐射。在这里一般的描述中，提到UV压印光刻和UV辐射的使用并不是要排除这些和其他激活辐射的可能性。

作为使用大体上与基板表面保持平行的平面模板的压印系统的替换方案，已经开发出滚轮式压印系统。已经提出了热和UV滚轮式压印系统，其中在滚轮上形成模板，但是在其他方面，该压印处理与使用平面模板的压印非常类似。除非文中另外要求，提到压印模板包括滚轮式模板。

特别开发出一种UV压印光刻技术，即熟知的步进闪光压印光刻(SFIL)，其可以用于以类似于例如在IC制造中使用的常规光学步进器的方式在较少的步骤中使基板图案化。这包括通过将模板压印到可UV固化的树脂中一次印刷基板的较小区域，使UV辐射透过模板‘闪光’以使模板下面的树脂固化，去除模板，步进到基板的相邻区域并重复上述操作。这种步骤的小的区域尺寸和重复过程有助于减小图案失真和CD变化，使得SFIL可以特别适合于制造需要高的重叠精度的IC和其他器件。

尽管在原理上可UV固化的树脂可以应用于整个基板表面，例如通过旋涂，但是由于可UV固化的树脂的不稳定性还是有问题的。

解决这个问题的一种方法是所谓的‘按需滴落’的处理，其中在使用模板压印之前将树脂以液滴的形式分配到基板目标部分。液体分配可以控制成将预定量的液体沉积在基板的特定目标部分上。该液体可以各种图案进行分配，并且小心地控制液体量和图案的布置可以结合起来以限制对目标区域的图案化。

如上所述根据需要分配树脂是一个非常重要的问题。液滴的大小和间隔可以小心控制成确保有足够的树脂填充模板特征，同时使过量的树脂最小化，该树脂可以被滚动导致不期望的厚度或不均匀的残留层，因为只要相邻的液滴一接触树脂，树脂就会到处流动。

尽管这里提到将可UV固化的液体沉积在基板上，但是该液体也可以沉积在模板上，通常也采用相同的技术和考虑因素。

图3示出了模板、可压印材料(可固化单体、热固性树脂、热塑性树脂等等)和基板的相关尺寸。基板宽度D和可固化树脂层厚度t的比的数量级为10⁶。应该理解，为了避免从模板凸出的特征损坏基板，尺寸t应该比模板上凸出特征的深度更大。

压印之后留下的残留层可用于保护底部基板，但是如这里描述的，该残留层也是一个问题的来源，特别是当要求高分辨率和/或重叠精度时。第一‘突破’蚀刻是各向同性的(非选择性的)，因此在某种程度上会侵蚀压印的特征和残留层。如果残留层厚度过大和/或不均匀，侵蚀就有可能加剧。该问题例如可能导致在下面的基板中最终形成的线厚度发生变化(即临界尺寸的变化)。在第二各向异性蚀刻中在转印层蚀刻的线厚度的均匀性取决于保留在树脂中的特征的宽高比和形状完整性。如果残留层是不均匀的，那么非选择性的第一蚀刻可以使这些特征中的一些特征具有“圆形”的顶部，使得它们没有足够好地限定，从而不能在第二和任何随后的蚀刻处理中确保线厚度的良好均匀性。在原理上，通过使残留层尽可能地薄，可以减轻上面的问题，但是这需要应用不期望的大压力(可能会增大基板变形)和相对长的压印时间(可能会减小处理能力)。

模板是压印光刻系统的重要元件。如这里所表明的，模板表面上特征的分辨率是对印刷在基板上的特征的可获得分辨率的一个限制因素。热光刻和UV光刻所用的模板通常是在双工作台处理中形成的。首先，例如使用电子束成像绘出期望的图案，以在抗蚀剂中给出高分辨率的图案。然后将抗蚀剂图案转印到形成掩模的铬薄层上，最后在各向异性的蚀刻步骤中将图案转印到模板的基材中。可以使用其他技术，例如离子束光刻、X射线光刻、远UV光刻、外延生长、薄膜沉积、化学蚀刻、等离子体蚀刻、离子蚀刻或离子铣削。一般地，可以使用具有极高分辨率的技术，因为模板有效地是1x掩模，转印图案的分辨率受模板上图案的分辨率的限制。

模板的释放特性也是一个考虑因素。例如可以用表面处理材料处理模板，以在具有低表面能的模板上形成薄的释放层(也可以在基板上沉积一薄的释放层)。

开发压印光刻中的另一个考虑因素是模板的机械耐久性。在抗蚀剂的冲压过程中模板可能要承受大的作用力，在热光刻的情况中，还可能承受极高的压力和温度。这可能导致模板发生磨损，并且不利地影响压印在基板上的图案形状。

在热压印光刻中，为了减小模板和基板之间的不同热膨胀，使用与待图案化的基板相同或相似的材料的模板具有潜在的优点。在UV压印光刻中，模板至少部分对激活辐射是透明的，因此可以使用石英模板。

尽管可以在本文中具体参考使用压印光刻来制造IC，但是应该理解描述的压印装置和方法可能具有其他应用，例如制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、硬盘磁性介质、平板显示器、薄膜磁头等等。

尽管在这里的描述中，可以具体参考使用压印光刻通过有效地作为抗蚀剂的可压印树脂将模板图案转印到基板上，但是在一些情况下可压印材料本身是功能材料，例如具有诸如导电性、光学线性或非线性响应等等功能。例如，该功能材料可以形成导电层、半导体层、介电层或具有其他期望的机械、电子或光学特性的层。一些有机物质也可以是合适的功能材料。这些应用都属于本发明的范围。

图4示意性地示出了根据本发明的一个实施例的部分压印模板。该压印模板包括平板32，该平板上安装有几个针33。针33通过压电致动器34固定在平板32上，每个针33安装在一个单独的压电致动器34上。基板35保持在针33下方的基板台T上。图4中标记出了笛卡儿坐标，术语‘下方’应该理解为表示在z方向具有更低的位置。

针可以由任何合适的材料构成，该材料坚硬而耐用，并可以有用的形状进行制造。合适材料的实例包括硅或像钨这样的金属。可以将耐磨涂层施加到针上。在一种适合于制造平板显示器的结构中，每个针具有直径为1微米的针尖，并且各个针相隔20微米。在一种适合于制造IC的可替换结构中，每个针具有直径为50纳米的针尖，并且各个针相隔1微米。一般地，针尖直径在10纳米和2微米之间，各个针之间的间距在200纳米和500微米之间。

压电致动器34在伸展构型和收缩构型之间移动。当压电致动器处于伸展构型时，例如用压电致动器34a所表示的，相应的针33a穿透布置在基板35上的可压印材料层36。该第一位置称为针的压印位置。当压电致动器处于收缩构型时，相应的针不接触可压印材料36。这可以用压电致动器34b和相应的针33b表示。该第二位置称为针的脱离位置。

压电致动器34的所有可能的移动范围典型地在1至100微米之间。但是，在伸展构型和收缩构型之间需要的移动范围即在压印位置和脱离位置之间的移动范围可能是大约1微米或者更小。

术语‘针’是为了表示任何适当成形的元件，其可用于穿透可压印材料。该术语不是为了表示针必须是中空的，尽管一些实施例是中空的。类似地，该术语也不是为了表示针必须是尖头的，尽管在一个或多个实施例中所述针是尖头的。

压电致动器34通过控制器37(例如电子控制器)进行控制，该控制器可向压电致动器34施加电压(典型地电压范围是1-1000V)。提供给压电致动器34的电压彼此无关，以便允许独立地控制每个压电致动器34。通过调节提供到给定压电致动器的电压，该致动器可以从收缩构型移动到伸展构型。应该理解可以不使用压电致动器34，使用其他合适的致动器。例如，可以使用MEMS(微机电系统)致动器，并且例如可以通过静电、磁力或者使用磁弹性致动该MEMS致动器。可以使用通过热致动的MEMS致动器，尽管它们具有低的响应频率。

为了便于说明，图4中仅示出了少量的压电致动器34和针33。但是应该理解可以在平板32上提供大量的压电致动器和针，例如以二维阵列的方式进行布置，正如下面将进一步详细描述的那样。

在使用中，利用基板台T沿平板32下方的y方向扫描基板35。利用控制器37在脱离位置和压印位置之间移动针33，从而将期望的图案压印到基板35上的压印材料6上。

可以使用针33使压印材料36固化。通过在可压印材料36中引发化学反应可以实现上述固化，它使针周围的小部分可压印材料固化。激活这种化学反应有很多方式，下面说明几个例子。

通过加热针33以热的方式激活化学反应，使得当针接触可压印材料36时激活固化的化学反应。可以不必在高温和低温之间调节针33，相反地针可以保持在恒定的高温，因为化学反应的激活仅仅在针33处于压印位置(即与可压印材料36接触)时才发生。如图5a示意性示出的，用于针33的加热器35包括布置成将加热电流传到针33的导线40。由于压电致动器34通常包括单个连续的陶瓷件，因此导线40可以绕过压电致动器34的外部。可以使用的合适的可压印材料包括热塑性聚合树脂，例如聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯、聚(苯基丙烯酸甲酯)、聚(甲基丙烯酸环己酯)。

通过热引发化学反应的可替换或附加的方法如图5b示意性所示。参考图5b，针33和压电致动器34安装在振动安装件42上。该振动安装件42布置成沿y方向施加一小的但有力的振动，使得当针33处于压印位置时，所述振动会移动可压印材料36，由此通过摩擦引发激活可压印材料36中的固化化学反应的能量。在可替换的或附加的实施例中(未示出)，没有为每个针提供单独的振动安装件42，而是使平板32振动或者使基板台T和基板35振动。可以不必仅当针处于压印位置时使针33振动，因为当针处于脱离位置时其振动不会导致可压印材料固化。此外，可以使用的合适的可压印材料包括热塑性聚合树脂，例如聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯、聚(苯基丙烯酸甲酯)、聚(甲基丙烯酸环己酯)。可以使针以超声频率进行振动。在使针如此振动时，当针接触热塑性可压印材料时，摩擦将会使可压印材料融化，由此形成针的印记。在收回之后材料将迅速凝固，同时保留针的印记。

图5c示意性地示出了一种用于压印材料固化的附加的或可替换方法。参考图5c，使用光纤44将辐射传输给针33。该辐射的波长例如是365纳米。针至少在下部45是透明的。当针处于压印位置时，将辐射提供到针33的透明下部45。由此从针33的透明下部45把辐射发射到可压印材料36中，并激活围绕针33的局部区域中的固化化学反应。光纤44向上穿过平板32到达辐射源46。该辐射源仅在针33处于压印位置时打开，在针33处于脱离位置时关闭。这是为了防止从针33的透明部45发出杂散辐射，从而导致不期望地在大区域上激活固化化学反应。当与常规的光学光刻相比时，如图5c所示的布置的优点是因为没有透镜系统，因此色差不再是一个问题，且可以使用宽带照明。例如，不使用365纳米的辐射(如上所述)，使用辐射的带宽范围是从350至400纳米的照明。可以使用的合适的可压印材料包括单体，例如丙烯酸脂或甲基丙烯酸酯。一般地可以使用任何可光聚合的材料，例如单体和引发剂的混合物。可固化液体例如也可以包括二甲基硅氧烷的衍生物。

图5d示意性地示出了一种附加的或可替换的方式，通过该方式可以在可压印材料中激活固化化学反应。参考图5d，使用管件48将化学物质载运到针33的尖端49。泵50在针33穿透可压印材料36时将化学物质泵送到管件48中，使得化学物质被注入到可压印材料围绕针33的局部区域中。该化学物质选择成可以激活固化化学反应。可以使用的合适的化学物质包括光引发剂(例如Irgacure族中的一个)，或者热引发剂，如过氧化二苯或AIBN(2，2’-氮-二异丁腈)。

激活化学反应的一种可替换的或附加的方法包括使用作为催化剂的材料形成针。该催化剂选择成当其接触可压印材料时可以引发可压印材料36中的反应。一种附加的或可替换的方法包括将可压印材料设为两层或三层的不同材料，使得当针33处于压印位置时，其可使这些层以及包含在这些层中的化学物质混合，由此引发固化。可以实现的一种方式是通过原子转移自由基聚合方法。这可以例如通过在可压印材料中提供卤代烷和在针中提供Cu(I)络合物实现。

压印材料36可以作为保护层和反应层提供。如图6a所示，其中基板35具有可压印层36，该可压印层包括由保护层52覆盖的反应层51，该保护层例如可以是聚四氟乙烯。如图6b示意性所示，装置的针(未示出)可以用于穿透保护层52，由此形成孔53。该保护层足够坚硬，以使其不会回流到已经形成的孔53中。紧接着，使用化学处理激活反应层51中的固化反应。如图6c所示，仅在位于孔53下方的区域52中发生固化，同时保护层可防止固化化学物质接触反应层51的其他部分。通过这种方式，由针在保护层52中形成的图案可以转印到反应层51上，并使其固化。在一个相关布置中，化学处理可以使直接位于孔下方的区域溶解，而保留位于保护层下方的区域。

如前所述，针和压电致动器可以二维阵列布置在平板32上。该阵列的实例如图7示意性所示，它示出了从下方观看的平板32，和3×3阵列的压电致动器34和针33。应该理解实际上可以使用更大阵列的压电致动器和针。

图8示意性地示出了如何在基板W上形成图案。涂黑的圆表示针S的阵列，所述针在基板上形成点(该图假定所有的针都处于压印位置)。未涂黑的圆SE表示之前已经被针压印过的点。如所示出的，每个针可压印基板W上的点行R。通过将由每个针压印的点SE的所有行R合起来，可以形成全部基板图案。实际上，在光点SE的各个行R之间存在重叠，从而可以压印基板W上的任何期望位置。为了说明的目的，简化了图8而没有示出重叠。光点SE在x方向也可能存在重叠。此外，为了简化说明，也没有在图8中示出。

可以看出针S的阵列相对y方向成θ角度布置(图8示出了标准笛卡儿坐标)。使得当沿y方向(扫描方向)移动基板W时进行上述布置，每个针S将经过基板的不同区域，由此允许整个基板被针S的阵列覆盖。在一个实施例中，角度θ为例如至多20°、至多10°、至多5°、至多3°、至多1°、至多0.5°、至多0.25°、至多0.10°、至多0.05°、至多0.01°。在一个实施例中，角度θ至少为0.0001°，例如至少0.001°。

图9示意性地示出了如何使用多个针阵列在单次扫描中压印整个基板W。八个针阵列61以‘棋盘’结构布置在两行62、63中，使得一个针阵列的边缘和相邻针阵列的边缘(在x方向)稍微重叠。在一个实施例中，针阵列例如可以布置成至少3行、至少4行或者至少5行。通过这种方式，许多针在基板W的宽度上分布，从而允许图案在单次扫描中被压印到整个基板上。应该理解，可以使用任何合适数量的针阵列。在一个实施例中，由于针阵列实际是MEMS器件，因此对高效制成的阵列尺寸具有限制。为此，如果期望用单次扫描使整个平板显示器曝光，可以使用100个阵列、1000个阵列或者更多。

参考图10，在平板32的一端提供高度传感器70(例如光学传感器)，使得在(沿y方向)扫描基板35期间，高度传感器70可以在基板从平板32下方通过之前检测其高度。考虑到基板35的不均匀性，根据高度传感器70的输入，可以使用第二组压电致动器71致动针33。所述第二组压电致动器71定位在第一组压电致动器34和平板32之间。尽管图10示出了为每个独立的针33提供的压电致动器71，但是应该理解，因为基板35的不均匀性的空间频率相对较低，几个针可以安装在单个较大的压电致动器上，该压电致动器可以有效地补偿基板的不均匀性。

与传感器70连接的单独控制器(未示出)用于致动第二组压电致动器71。在可替换的实施例中，单个控制器可以用于致动第一和第二组压电致动器。在一些情况下，考虑到基板的不均匀性以及使针33朝压印位置来回移动，优选不提供第二组压电致动器，而仅使用一组压电致动器代替。为此，压电致动器能够在z方向移动的距离必须足够大，以便补偿基板35的不均匀性，此外还能够使针33从脱离位置移动到压印位置。

在一个实施例中，代替或者除了挨着平板提供传感器，还可以为每个针提供由MEMS器件形成的单独传感器。如图10所示，其中传感器80(例如光学传感器)安装在压电致动器81上，该压电致动器上还(通过压电致动器34)安装有针33。传感器80定位在针33的前面(沿y方向)，使得当基板35在针33下方被扫描时，在基板接触针之前测量基板的高度。传感器80连接在带有压电致动器81的反馈回路中，并设置成使基板35和传感器80之间的高度保持恒定。例如，该恒定的高度可以是30微米。如果高度偏离了期望高度，就调节压电致动器81直到恢复正确的高度。由于传感器80定位得非常接近针33，这表示针33可以相对基板35保持在最佳的高度。例如，当针处于脱离位置时，针33可以比基板35高10微米。应该理解，所提到的距离是示例，也可以使用其他合适的距离。例如，当针处于脱离位置时，针33和基板35之间的最佳距离可以选择成1微米。

在一个实施例中，针33本身可以用作高度传感器，例如通过使用与在隧道电子显微镜或原子力电子显微镜中所用的相同原理，向针提供电荷。

尽管在本发明的上述实施例中可以独立地移动针，但是应该理解也可以不必这样。例如，可以固定一小组针，使得它们一起移动，而不是独立地移动(例如，可以一起移动一组五个针)。一般地，期望的是(但不是必须的)每个针可以独立地移动。

应该理解可压印材料的流体特性对本发明的实施例意义重大。在一个实施例中，如果可压印材料流动性太强，由于表面张力，由针在可压印材料中形成的印记可能会很接近。在这种情况下，可压印材料应该包括合适的凝胶或者在玻璃转化温度以下的热塑性材料。凝胶或热塑性材料的硬度可以根据待压印的特征尺寸进行选择(较小的特征尺寸将需要较硬的凝胶或热塑性材料)。合适的材料对本领域技术人员来说是显而易见的。所述凝胶包括单体和两种引发剂，第一种引发剂对辐射波长敏感，该波长的辐射可以用于在压印之前使凝胶‘预固化’，使得其足够地硬，第二种引发剂对另一辐射波长敏感，该另一波长的辐射可以用于在压印之后使凝胶固化。

在上述实施例中，基板被固定在基板台上，基板台在针阵列下方被扫描。也可以不是这种情况。例如，将基板台和基板固定，而针布置成在基板上方扫描。可替换地，基板台可以配置成使得基板在基板台表面上方以扫描运动的方式通过。

尽管已经描述了一个或多个实施例的二维针阵列，但是应该理解，还可以以一维的针阵列实施本发明，例如所述针沿在x方向伸展的线进行布置。

尽管上面已经描述了本发明的具体实施例，但是应该理解可以不同于所描述的实施本发明。该说明不是为了限制本发明。

Claims (28)

1.一种压印光刻装置，包括针和基板台，该基板台配置成保持待压印的基板，其中所述针可在第一位置和第二位置之间移动，所述第一位置是在使用中所述针穿透基板上的可压印材料层的位置，所述第二位置是在使用中所述针从基板上的可压印材料层脱离的位置，所述基板台和所述针配置成使它们可彼此相对移动。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述针是多个针中的一个，所述多个针一起构成压印模板，每个针配置成可在第一位置和第二位置之间移动。

3.如权利要求2所述的装置，其中所述每个针可独立地移动。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述针安装在压电致动器上，该压电致动器由控制器独立地控制，所述控制器配置成控制所述针在第一位置和第二位置之间的移动。

5.如权利要求2所述的装置，其中所述针以二维阵列的方式定位。

6.如权利要求5所述的装置，其中所述二维阵列包括矩形网格。

7.如权利要求6所述的装置，其中所述矩形网格相对移动方向成一角度进行布置。

8.如权利要求2所述的装置，其中所述模板具有与所述控制器连接的高度传感器，该控制器配置成从高度传感器接收表示基板形貌的输入，和配置成调节所述针的高度以补偿基板的形貌。

9.如权利要求8所述的光刻装置，其中所述高度传感器包括邻近所述针布置的传感器或传感器阵列。

10.如权利要求8所述的装置，其中所述针安装在第一和第二压电致动器上，所述第一压电致动器响应于控制器来调节针的高度，从而补偿基板的形貌，所述第二压电致动器配置成使针在第一位置和第二位置之间移动。

11.如权利要求8所述的装置，其中所述高度传感器包括MEMS高度传感器阵列，每个MEMS高度传感器邻近所述多个针中的相应针布置。

12.如权利要求11所述的装置，其中每个MEMS高度传感器和相应的针一起安装在高度补偿压电致动器上，该高度补偿压电致动器配置成由来自MEMS高度传感器的输出信号控制，使得在使用中，所述MEMS高度传感器和所述针大体上分别与基板保持预定的距离。

13.如权利要求1所述的装置，还包括加热器，其配置成将所述针加热到足够高的温度，从而在可压印材料中引发局部化学反应。

14.如权利要求1所述的装置，其中所述针保持在配置成可振动的安装件上。

15.如权利要求1所述的装置，其中所述针阵列保持在配置成可振动的安装件上。

16.如权利要求1所述的装置，其中所述针包括辐射发射区，辐射发射区配置成当所述针处于第一位置时发出辐射。

17.如权利要求16所述的装置，其中所述针包括光纤，光纤配置成将辐射从辐射源传输到所述针的辐射发出区。

18.如权利要求1所述的装置，其中所述针包括孔，其配置成当所述针处于第一位置时注射固化化学物。

19.如权利要求2所述的装置，还包括一组相对彼此以固定结构布置的模板。

20.如权利要求19所述的装置，其中所述固定结构是棋盘结构，其包括两行或多行隔开的模板。

21.如权利要求1所述的装置，其中所述基板台布置成相对所述针进行扫描。

22.一种压印光刻装置，包括可在第一位置和第二位置之间移动的针，所述第一位置是在使用中所述针穿透可压印材料层的位置，所述第二位置是在使用中所述针从可压印材料层脱离的位置。

23.如权利要求22所述的装置，其中所述针是多个针中的一个，所述多个针一起构成压印模板，每个针配置成可在第一位置和第二位置之间移动。

24.如权利要求23所述的装置，所述每个针可独立地移动。

25.一种压印光刻的方法，包括：

使基板或可独立控制的针阵列相对彼此移动；

致动第一组针，使得其穿透基板上的可压印材料；以及

致动不同的第二组针，使得其穿透基板上的可压印材料；

从而在可压印材料中形成压印的图案。

26.如权利要求25所述的方法，其中使致动第一组针以穿透可压印材料的步骤重复多次，直到在可压印材料中形成期望的压印图案。

27.如权利要求25所述的方法，其中可压印材料包括反应层和保护层，该方法包括使用致动的针穿透保护层，然后在保护层被穿透的一个或多个位置使反应层固化。

28.如权利要求5所述的方法，其中可压印材料包括三层或更多层，其布置成使得不会彼此反应，该方法包括使用致动的针混合这三层，使得至少两层彼此反应，从而开始固化处理。

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