模具、模具制造工艺、处理装置和处理方法

专利名称：模具、模具制造工艺、处理装置和处理方法
技术领域：
本发明涉及模具(mold)、模具制造工艺、处理装置和处理方法。
背景技术：
近年来，用于将设置在模具上的微细结构转印到诸如树脂材料、 金属材料等的待处理部件上的微细处理技术已得到开发并受到关注。 该^支术净皮称为纳米压印(nanoimpriiit)或纳米压纟丈(nanoembossing )， 并提供几纳米的量级的处理分辨能力。为此原因，该技术可望替代诸 如步进器(stepper)、扫描仪(scanner)等的曝光设备被应用于下一 代半导体制造技术。并且，该技术能够在晶片级上实现三维结构的同
时处理。为此原因，该技术可望作为用于诸如光子晶体等的光学器件、 诸如一TAS (微全分析系统)的生物芯片等的制造技术等被应用于广 泛的各种领域。
在使用压印的这种处理被应用于半导体制造技术的情况下，例如， 如Stephan Y. Chou等在Appl. Phys. Lett.， Vol. 67，第21期，pp. 3114-3316 ( 1995)中描述的那样，以下述方式执行处理。
即，对于包含作为待处理部件的基板(例如，半导体晶片)和设 置在待处理部件上的可光致固化(photocurable)树脂材料的工件(加 工件)，具有希望的压印图案的模具与可光致固化树脂材料邻接并被 压到其上面(press against)，然后进行紫外线照射以使可光致固化树 脂材料固化。结果，压印图案被转印到树脂材料层上。通过以树脂材 料层作为掩模层执行蚀刻等以将图案形成于基板上。
关于用于这种压印的模具，在一些情况下在模具体的表面上由与 模具体的材料不同的材料形成涂层是已知的。
在美国专利No. 6916511中，如图9所示，在才莫具体90的表面上
4涂层卯2由碳化硅、氮化硅等形成，以构成模具。
该涂层用作用于保证模具表面的强度的保护层。
但是，具有为了保证模具表面的强度而形成的涂层的模具伴有由 于在模具和涂层之间的界面处施加的应力而损失平坦性的这种问题。 更具体而言，如图IO所示，由于用于模具体901和涂层902的不同的 材料，因此应力作用于模具体901和涂层902之间的界面上，以导致 在一些情况下模具被弯曲和变形的这种现象。结果，模具损失平坦性 并因此不能获得压印的面内均匀性。
为了解决平坦性的损失的问题，当在模具的整个后表面上形成涂 层时，平坦性得到保持，但是在通过光学观察进行对准期间出现以下 问题。
例如，即使当使用能够在其中透过特定波长范围中的光学可观察 光的透明材料时，在对于涂层使用不能光学观察的不透明材料的情况 下，对准标记的观察也受到妨碍。并且，即使在对于模具和涂层两者 均使用光学可观察的透明材料的情况下，用于光学观察的光也可在才莫 具和形成于模具的后表面处的涂层之间的界面处被反射。在这种情况 下，当涂层的厚度接近观察光的相干长度时，导致出现不必要的干涉， 由此在一些情况下妨碍光学观察。

发明内容
鉴于上述的问题，实现本发明。
本发明的主要目的是，提供具有能够在对准期间进行光学观察而 不损失其平坦性的涂层的模具。
本发明的另一目的是，提供所述模具的制造工艺、使用所述模具 的处理装置和使用所述模具的处理方法。
根据本发明的一个方面，提供一种用于将图案压印到待处理部件 上的模具，该模具包括
具有前表面和后表面的模具体，在所述前表面处形成所述图案， 所述后表面与所述前表面相对；用于覆盖模具体的前表面和后表面的涂层；和 用于覆盖模具体的后表面的涂层，
其中，用于覆盖模具体的后表面的涂层在模具体的后表面处部分 地具有开口。
模具的模具体可由对于可见光或至少光学可观察光的波长范围的 一部分中的光透明的材料形成，并且，涂层中的每一个可由具有与才莫 具体不同的光学特性的透明材料或不透明材料形成。当涂层中的每一 个由透明材料形成时，所述透明材料可具有能够至少对于紫外线的波 长范围的一部分使构成待处理部件的可光致固化树脂材料固化的光学 透射率。透明材料和可光致固化树脂材料可对于光学可观察光的波长 范围的所述部分在其间具有折射率差。涂层中的每一个可由导电材料 形成。模具体的后表面处的涂层可具有与模具体的前表面处的图案的 密度对应的应力调整图案。模具体的前表面处的涂层和模具体的后表 面处的涂层可相互成整体(integral)。
根据本发明的另 一方面，提供一种当将图案压印到待处理部件上 时使用的模具制造工艺，该模具制造工艺包括以下步骤
在基板的前表面处形成涂层并在基板的后表面处形成涂层；
通过在基板的前表面处形成的涂层上形成抗蚀剂及对抗蚀剂构图 (pattern)、并然后通过作为掩模的被构图的抗蚀剂蚀刻在基板的前 表面处形成的涂层，来形成模具，所述模具在所述模具的前表面处具 有涂敷有涂层的压印图案；和
通过在模具的后表面处形成的涂层上形成抗蚀剂及对抗蚀剂构 图、并然后通过作为掩模的被构图的抗蚀剂蚀刻在模具的后表面处形 成的涂层，在涂层的后表面处形成开口。
根据本发明的再一方面，提供一种模具制造工艺，该模具制造工 艺包括以下步骤
通过在基板上形成抗蚀剂及对抗蚀剂构图、并然后通过作为掩才莫 的被构图的抗蚀剂蚀刻基板，形成具有压印图案的模具；
在包含压印图案的模具的前表面处形成涂层并在模具的后表面处形成涂层；和
通过在模具的后表面处形成的涂层上形成抗蚀剂及对抗蚀剂构 图、并然后通过作为掩模的被构图的抗蚀剂蚀刻在模具的后表面处形 成的涂层，在涂层的后表面处形成开口。
在以上的模具制造工艺中，在所述的在涂层的后表面处形成开口 的步骤中，开口可以是在涂层的后表面的一部分处形成的用于观察对 准标记的孔，可以是所述孔和与模具的图案的密度对应的应力调整图 案。
根据本发明的又一方面，提供一种包含上述模具的用于在待处理 部件上形成模具的图案的处理装置。
根据本发明的再一方面，提供一种用于在待处理部件上形成模具 的图案的处理方法，该方法包括使用上述模具。在该处理方法中，当 在待处理部件上形成模具的图案时，可通过对于模具体的后表面处的 涂层设置的开口来光学观察待处理部件和模具的对准标记，以实现对 准。
当结合附图考虑本发明的优选实施例的以下描述时，本发明的这 些和其它目的、特征以及优点将变得更加明显。


图1 (a) 1 (d)是用于示出本发明实施例1中当模具被提供有 设置在模具的后表面处形成的涂层中的用于观察的孔时的涂敷形式的 示意图。
图2是用于示出本发明实施例1中具有用于观察的孔的模具的构 成实施例的示意性截面图。
图3是用于示出本发明实施例1中用模具进行光学观察的方法的 示意性截面图。
图4是用于示出在用模具进行光学观察期间本发明实施例1中的
模具的涂层具有等于或接近可光致固化树脂材料的折射率的情况下的 问题的示意性截面图。图5是用于示出本发明实施例1中具有根据模具前表面处的图案 密度而在模具后表面处形成的涂层的模具的构成实施例的示意性截面 图。
图6(a) 6(e)、图7(a) 7(c)和图8(a) 8(c)是用 于示出本发明实施例2中模具的制造工艺的示意性截面图。 图9是用于示出常规模具的示意性截面图。 图IO是用于示出常规模具的问题的示意性截面图。
具体实施例方式
在本发明的实施例中，通过应用本发明的上述特征构成模具，使 得通过在模具的前表面和后表面处均形成涂层来消除应力。另外，在 模具的后表面处形成的涂层的一部分具有用于观察的孔，以允许在从 模具的后表面执行对准时进行光学观察。在对准期间，模具的主体由 对于可见光或至少光学可观察光的一部分的波长范围中的光透明的材 料构成，并且，涂层由具有与模具体不同的光学特性的透明材料或不 透明材料构成。通过对于用于在待处理部件上形成模具的图案的处理 装置应用这种模具，能够改善对准精度。并且，通过从上述用于观察 的孔光学观察待处理部件和模具的对准标记而使用模具执行对准，可 以实现能够精确对准的处理方法。
以下，将描述本发明的具体实施例。 (实施例1)
在本实施例中，将描述具有能够在对准期间进行光学观察而不损
失模具的平坦性的涂层的模具。
图1 (a) ~1 (d)是用于示出当构成模具时可用的涂敷形式的示 意性截面图，所述模具在模具的后表面处具有设置有用于观察的孔的 涂层。
图2是用于示出在模具的后表面处具有用于观察的孔的模具的结 构的示意性截面图。
在图1和图2中，模具203包含模具体101、涂层102、涂层103、
8涂层104、待观察对象201和用于光学观察的孔202。
参照图1 U) 1 (d)，将描述具有涂层的模具的可用涂敷形式。 作为涂敷形式中的一种，如图l(a)所示，可以采用这样的形式，
即，通过不仅在模具的前表面和后表面处形成涂层102和103、而且
在模具的侧表面处形成涂层104，用涂层102 104涂敷模具体101的
所有表面。
作为另一涂敷形式，如图l(b)所示，可以采用这样的形式，即， 用涂层涂敷模具的前表面和后表面，但露出即不用涂层涂敷模具的侧 表面。
作为另一涂敷形式，如图l(c)所示，可以采用这样的形式，即， 用涂层102涂敷模具的前表面的图案的凸部(projection )或其一部分。
作为另一涂敷形式，如图l(d)所示，可以采用这样的形式，即， 用涂层涂敷模具的前表面，以形成压印图案。
用于模具体101的材料是透明材料，在该透明材料上，至少在模 具的前表面和后表面处形成涂层102和103。涂层102和103选自光 学特性与不透明材料和用于模具体101的材料不同的材料。
这里，"透明"意味着材料能够在其中透过可见光或至少光学可 观察光的波长范围的一部分中的光。
用于涂层102、 103和104的材料可彼此相同或不同，并且选自能 够消除前表面和后表面处的应力的适当材料及其厚度。通过采用这种 构成，可以以希望的厚度形成前表面处的涂层。
下面，将参照图2描述本实施例中对于模具后表面处的涂层设置 用于观察的孔的模具的构成实施例。
在图2的构成实施例中，通过采用图1 (b)所示的涂敷形式，在 模具的前表面处形成待观察对象201，并且，在模具的前表面处形成 用于XC察的孔202。
参照图2，在区域202中没有涂敷材料。例如，在如图3所示的 那样通过从模具203的后表面观察来执行基板201与模具203的对准 的情况下，所得到的模具203是有效的。更具体而言，在用于压印的对准期间，作为对准标记，使用基板侧的图案302和待观察的模具侧 的图案201。通过作为在模具体的后表面处的涂层中形成的开口的用 于观察的孔202光学观察这些对准标记，来执行对准，使得能够将模 具图案压印到作为待处理部件而压印的树脂材料303上。如上所述， 当使用本发明的图2所示的构成实施例中的模具时，能够通过用于观 察的孔202和透明模具体101从模具的后表面观察模具的前表面处的 标记。
也可对于使用紫外线照射的光学压印和端子压印(terminal imprint)两者都4吏用上述的方法。
用于模具体101的材料可选自诸如氧化硅、氟化钙、氮化硅、氧
化钛、氧化铟锡(ITO)、氧化锌等的透明材料。
用于涂层102、 103和104的材料可选自诸如金属、硅、碳化硅等 的不透明材料，但也可选自光学特性与用于模具体101的材料不同的 材料。
在使用透明物质作为用于涂层的材料的情况下，存在可清楚地观 察基板侧的标记的这种优点。用于涂层的透明材料可选自诸如氧化硅、 氧化铝、氟化钙、氮化硅、氧化钛、ITO、氧化锌等的透明材料中的 与用于模具体IOI的材料不同的材料。
即使在选择不透明材料作为用于涂层的材料的情况下，在图2的 构成实施例中的模具中，也存在至少在模具前表面处的待观察对象 201的前表面处涂层102的切割部分，使得能够通过用于观察的孔202 实现光学观察。
在选择透明材料作为用于涂层的材料的情况下，能够实现光学观 察，但是，当后表面处的涂层103的厚度接近观察光的相干长度时， 所述厚度可导致不必要的干涉，从而妨碍观察。但是，在图2的构成 实施例的模具中，存在用于观察的孔202,使得不导致出现这种妨碍， 其结果是可实现用于压印的对准。可对于热压印和光学压印两者都使 用具有这种构成的模具。特别地，在对于光学压印使用该模具的情况 下，可能希望用于涂层的材料为这样的透明材料，其具有能够至少对于紫外线(光)的波长范围的一部分中的光使可光致固化树脂材料固化的光学透射率。
并且，虽然如上所述用于模具体和涂层的材料选自光学特性彼此不同的材料，但是，在实现光学压印的情况下，希望用于涂层的材料选自折射率与可光致固化树脂材料不同的材料。
在可光致固化树脂材料和用于涂层的材料具有相同或相近的折射
率值的情况下，如图4所示，当可光致固化树脂材料接触模具的前表面时，模具侧的对准标记是较不可见的。通过使用在观察光的波长范围中折射率与可光致固化树脂材料不同的材料，能够观察模具上的对准标记。
一般地，可光致固化树脂材料具有约1.5的折射率，并且，作为用于涂层的材料，是折射率相对于可光致固化树脂材料的折射率提供0.2或更大的差的透明材料。透明材料可选自例如氧化铝(n(折射率) 1.78 )、氮化硅(n 2.0 )、氧化钬(nw2.4 ) 、 ITO ( n 1.78 )、氧化锌U 2.0)等。只要可相对于可光致固化树脂材料的折射率提供足够的折射率差，就还能够在本实施例的模具中使用具有较低的折射率的另一透明材料。
以上的描述是基于以均勾的膜形成后表面处的涂层的前提而作出的，但是存在由于前表面处的图案的疏/密程度导致在模具上施加的应力差的可能性。在这种情况下，例如，如图5所示，与前表面图案的密度对应地在后表面处形成图案501是有效的。结果，可以进一步严格地校正面内应力差。(实施例2 )
在本实施例中，将参照图6 8描述具有能够在实现对准时进行光学观察而不损失平坦性的涂层的模具的制造工艺的构成例子。
(1)参照图6 (a)，在模具体101上，在模具体101的前表面处形成涂层102，并在模具体101的后表面处形成涂层103。
可通过例如通过LP-CVD在才莫具体的两个表面处一次性(at atime)形成这些层的这种方法和通过P-CVD、溅射等逐层地在模具体的一个表面处形成这些层的这种方法，形成涂层102和103。用于涂层102和103的材料可以是相同的材料或不同的材料。
(2) 在模具的前表面处的涂层102上，形成抗蚀剂601的掩模(图6(b))。构图方法可例如包含使用步进器、扫描仪等的曝光和使用电子束的平版印刷(lithography)。
(3) 通过作为掩模的抗蚀剂601，蚀刻前表面处的涂层102 (图6(c))。继续该蚀刻，直到露出中间部分或模具体101的前表面。然后，通过作为掩模的抗蚀剂601和/或涂层102,可蚀刻模具体101。在蚀刻之后，去除抗蚀剂601。
(4) 在模具的后表面处的涂层103上，形成抗蚀剂602的掩模(图6(d))。除了用于观察的孔以外，所得到的图案还可包含用于应力调整的图案。
(5) 蚀刻后表面处的涂层103 (图6 (e))。然后，也可通过抗蚀剂602和/或涂层103蚀刻才莫具体101。
图7 (a) ~7 (c)示出在蚀刻模具的前表面之后形成涂层102和103的方法。
(1 )在用于构成模具体101的基板上，形成抗蚀剂701的掩模(图7 (a))。作为替代方案，能够在抗蚀剂701和用于构成模具体的基板之间插入硬掩模层702 。
(2 )通过作为掩模的抗蚀剂701,蚀刻用于模具体101的基板(图7(b))。在使用硬掩模层702的情况下，也可通过抗蚀剂701和硬掩模层702的组合或在去除抗蚀剂701之后通过硬掩模层702执行模具体的蚀刻。
(3)在模具体101上，在模具体101的前表面处形成涂层102，并且，在模具体101的后表面处形成涂层103 (图7 ( c))。
可通过例如通过LP-CVD在模具体的两个表面处一次性形成这些层的这种方法和通过P-CVD、溅射等逐层地在模具体的一个表面处形成这些层的这种方法，形成涂层102和103。用于、凃层102和103的材料可以是相同的材料或不同的材料。(4)以与图6 (d)和图6 (e)的情况中相同的方式执行模具体101的后表面处的涂层103的构图。
也可在不执行蚀刻的情况下通过剥离方法执行涂层102的构图。在图8 (a) 8 (c)中示出剥离方法。(1)在模具体101上，在模具体101的前表面处形成抗蚀剂801的掩模，并且，在模具体101的后表面处形成抗蚀剂802的掩模(图8 "))。
(2 )在模具体101上，在前表面处形成涂层102并在后表面处形成涂层103 (图8 ( b ))。
(3)通过剥离方法，在模具体101的前表面和后表面处形成图案(图8 (c))。
还能够对于模具体101的前表面和后表面独立地执行上述步骤。并且，能够对于表面中的一个采用剥离方法，并对于另一个表面采用蚀刻。
涂层可如上面描述的那样用作用于光学测量的层，但也可被用于保证所得到的模具的强度以抑制如在常规模具制造工艺中那样出现疤痕和破损的目的。
并且，当涂层由具有导电性的材料构成时，能够抑制出现静电以抑制周围灰尘或污染物的沉积。
[工业适用性
如上所述，根据本发明，能够实现具有能够在对准期间进行光学观察而不损失模具的平坦性的涂层的模具。还能够实现所述模具的制造工艺、使用所述模具的处理装置和使用所述模具的处理方法。
虽然参照这里公开的结构描述了本发明，但是它不限于阐述的细节，并且，本申请意图在于覆盖进入以下权利要求的改进目的或范围内的这些修改或变化。
权利要求
1.一种用于将图案压印到待处理部件上的模具，包括具有前表面和后表面的模具体，在所述前表面处形成所述图案，所述后表面与所述前表面相对；用于覆盖所述模具体的前表面的涂层；和用于覆盖所述模具体的后表面的涂层，其中，所述用于覆盖所述模具体的后表面的涂层在所述模具体的后表面处部分地具有开口。
2. 根据权利要求l的模具，其中，所述模具体由对于可见光或至 少光学可观察光的波长范围的一部分中的光透明的材料形成，并且， 所述涂层中的每一个由光学特性与所述模具体不同的透明材料或由不 透明材料形成。
3. 根据权利要求2的模具，其中，当所述涂层中的每一个由所述 透明材料形成时，所述透明材料具有能够至少对于紫外线的波长范围 的一部分使构成所述待处理部件的可光致固化树脂材料固化的光学透 射率。
4. 根据权利要求3的模具，其中，所述透明材料和所迷可光致固 化树脂材料对于光学可观察光的波长范围的所述部分在其间具有折射 率差。
5. 根据权利要求l的模具，其中，所迷涂层中的每一个由导电材 料形成。
6. 根据权利要求l的模具，其中，所述模具体的后表面处的所述 涂层具有与所述模具体的前表面处的图案的密度对应的应力调整图 案。
7. —种当将图案压印到待处理部件上时使用的模具制造工艺，包 括以下步骤在基板的前表面处形成涂层并在所述基板的后表面处形成涂层； 通过在所述基板的前表面处形成的涂层上形成抗蚀剂及对所述抗蚀剂构图、并然后通过作为掩模的被构图的抗蚀剂蚀刻所述基板的前 表面处形成的所述涂层，来形成模具，所述模具在所述模具的前表面处具有涂敷有涂层的压印图案；以及通过在所述模具的后表面处形成的涂层上形成抗蚀剂及对所述抗 蚀剂构图、并然后通过作为掩模的被构图的抗蚀剂蚀刻所述模具的后 表面处形成的涂层，在所述涂层的后表面处形成开口。
8. —种模具制造工艺，包括以下步骤通过在基板上形成抗蚀剂及对所述抗蚀剂构图、并然后通过作为 掩模的被构图的抗蚀剂蚀刻所述基板，形成具有压印图案的模具；在包含所述压印图案的所述模具的前表面处形成涂层，并在所述 模具的后表面处形成涂层；以及通过在所述模具的后表面处形成的涂层上形成抗蚀剂及对所述抗 蚀剂构图、并然后通过作为掩模的被构图的抗蚀剂蚀刻所述模具的后 表面处形成的涂层，在所述涂层的后表面处形成开口。
9. 根据权利要求7或8的工艺，其中，在所述的在所述涂层的后 表面处形成开口的步骤中，所述开口是在所述涂层的后表面的一部分 处形成的用于观察对准标记的孔，或者是所述孔和与所述模具的图案 的密度对应的应力调整图案。
10. —种在待处理部件上形成模具的图案的处理装置，包括 作为模具的根据权利要求1的模具。
11. 一种在待处理部件上形成模具的图案的处理方法，包括 使用根据权利要求1的模具作为模具。
12. 根据权利要求ll的方法，其中，当在所述待处理部件上形成 所述模具的图案时，通过对于所述模具体的后表面处的涂层设置的开口来光学观察所述待处理部件和所述模具的对准标记，以实现对准。
13. —种通过使用根据权利要求10的处理装置而处理的结构。
14. 一种通过使用根据权利要求11的处理方法处理的结构。
15. 根据权利要求l的模具，其中，所述模具体的前表面处的所 述涂层和所述模具体的后表面处的所述涂层相互成整体。
全文摘要
一种用于将图案压印到待处理部件上的模具由以下构成具有前表面和后表面的模具体，在所述前表面处形成所述图案，所述后表面与所述前表面相对；用于覆盖所述模具体的前表面的涂层；和用于覆盖所述模具体的后表面的涂层。所述用于覆盖所述模具体的后表面的涂层在所述模具体的后表面处部分地具有开口。
文档编号B81C1/00GK101641281SQ20088000768
公开日2010年2月3日 申请日期2008年3月14日 优先权日2007年3月14日
发明者关淳一, 寺崎敦则 申请人:佳能株式会社