本发明涉及压印装置、压印方法以及物品的制造方法。
背景技术：
压印技术是通过使用模具对基板上的压印材料形成图案的技术。作为制造磁性存储介质和半导体设备的光刻技术中的一种，压印技术已受到关注。在模具和基板上的压印材料(例如，未固化的光可固化树脂)彼此接触的状态下，使用压印技术的压印装置使压印材料固化。然后，压印装置使基板与模具之间的间隔变宽，并且使模具从基板上的固化后的压印材料脱模，从而在基板上形成压印材料的图案。
在压印装置中，已知如下的技术：使模具的图案面相对于基板变形(弯曲)成凸形状，并且使模具与基板上的压印材料接触，以促进利用压印材料填充模具的图案的凹部。通过使模具与压印材料从模具的图案面的中心至外周彼此接触，能够容易地利用压印材料填充图案的凹部。这使得能够减少气泡残留。
当使压印材料固化时，为了防止在基板上形成的图案被后处理中的蚀刻处理影响，在压印装置中保持压印材料的厚度(残留层厚度)恒定是重要的。因此，有必要在模具的图案面和基板维持平行的状态下，使模具与压印材料彼此接触。日本特开第2007-299994号公报提出了与此相关的技术。日本特开第2007-299994号公报公开了如下技术：获得模具和基板的三维平坦度，并且基于该平坦度，控制当使模具与压印材料彼此接触时基板的姿势。
然而，在传统技术中，没有考虑到由使模具和基板上的压印材料彼此接触时生成的力(压力)而引起的模具和基板的变形。因此，仅利用基于模具和基板的三维平坦度来控制基板的姿势，当实际上使模具与基板上的压印材料彼此接触时，可能在模具与基板之间的平行度上发生偏差。
技术实现要素：
本发明提供一种有利于减小在模具与压印材料彼此接触的状态下模具和基板之间的相对倾斜的压印装置。
根据本发明的第一方面，提供一种通过使用模具来对基板上的压印材料形成图案的压印装置，所述压印装置包括：倾斜单元，其被构造为使所述模具和所述基板相对地倾斜；检测单元，其被构造为检测由所述模具反射的光与由所述基板反射的光之间的干涉图案；以及控制单元，其被构造为，基于在所述模具与所述基板上的压印材料彼此接触的状态下、由所述检测单元检测到的所述干涉图案，控制所述倾斜单元，以减小在所述状态下、所述模具和所述基板之间的相对倾斜。
根据本发明的第二方面，提供一种通过使用模具来对基板上的压印材料形成图案的压印方法，所述压印方法包括以下步骤：在所述模具与所述基板上的压印材料彼此接触的状态下，检测由所述模具反射的光与由所述基板反射的光之间的干涉图案；以及基于所述干涉图案，使所述模具和所述基板相对地倾斜，以减小在所述状态下、所述模具和所述基板之间的相对倾斜。
根据本发明的第三方面，提供一种物品的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：使用压印装置在基板上形成图案，并且处理在所述形成步骤中形成有所述图案的基板，其中，所述压印装置通过使用模具来对所述基板上的压印材料形成图案，并且所述压印装置包括：倾斜单元，其被构造为使所述模具和所述基板相对地倾斜；检测单元，其被构造为检测由所述模具反射的光与由所述基板反射的光之间的干涉图案；以及控制单元，其被构造为，基于在所述模具与所述基板上的压印材料彼此接触的状态下、由所述检测单元检测到的所述干涉图案，控制所述倾斜单元，以减小在所述状态下、所述模具和所述基板之间的相对倾斜。
通过以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他方面将变得清楚。
附图说明
图1是示出根据本发明的第一实施例的压印装置的结构的示意图。
图2是示出图1所示的压印装置的形状校正单元的结构的示例的图。
图3是示出模具的图案面相对于基板被变形成凸形状的状态的图。
图4是示出图1所示的压印装置的检测单元的结构的示例的图。
图5A至图5F是用于说明在处理步骤中干涉图案的改变的图。
图6是用于说明生成干涉条纹的现象的图。
图7A和图7B是用于说明在模具和基板相对地倾斜的状态下、模具的图案面与基板上的树脂彼此接触的情况的图。
图8是示出根据本发明的第二实施例的压印装置的结构的示意图。
具体实施方式
下面，将参照附图，描述本发明的优选实施例。请注意，在整个附图中，相同的附图标记表示相同的构件，并且将不给出其重复说明。
<第一实施例>
图1是示出根据本发明的第一实施例的压印装置100的结构的示意图。压印装置100是通过使用模具来对基板上的压印材料形成图案的光刻装置。压印装置100通过在模具与基板上的压印材料彼此接触的状态下使压印材料固化，然后将模具从固化后的压印材料脱模，来进行在基板上形成图案的压印处理。在本实施例中，将描述通过紫外线照射而固化的紫外线固化树脂被用作压印材料的情况。压印材料不限于紫外线固化树脂，而可以是热塑性树脂或热固性树脂。
压印装置100包括保持基板W的基板卡盘1，在支撑基板卡盘1的同时移动的基板台2，保持形成有图案P的模具M的模具卡盘3，以及在支撑模具卡盘3的同时移动的模具台4。压印装置100还包括对准观察仪(alignmentscope)5、分配器8、镜9、发射紫外线的光源10、检测单元11以及控制单元12。在本实施例中，基板台2和模具台4用作使基板W和模具M相对地倾斜的倾斜单元。
各个对准观察仪5被固定到模具台4，并且检测基板W上形成的对准标记(基板侧标记)6以及模具M上形成的对准标记(模具侧标记)7。作为检测基板侧标记6和模具侧标记7的方法，例如能够使用检测反映这两个标记的相对位置的莫尔条纹(干涉条纹)的方法。可以通过检测基板侧标记6和模具侧标记7的各个图像，获得这两个标记的相对位置。
分配器8用作向基板供给树脂R的树脂供给单元。请注意，当由与压印装置100不同的外部装置已向基板W供给树脂R的基板W被装载到压印装置100时，压印装置100可以不包括分配器8。
镜9包括分色镜，并且具有如下特性：反射来自光源10的紫外线并且透过来自检测单元11的光(检测光)。来自光源10的紫外线被镜9反射，并且经由模具M照射基板上的树脂R，从而使树脂R固化。镜9的特性可以与之相反。即，镜9可以具有如下特性：透过来自光源10的紫外线，并且反射来自检测单元11的光、并将来自基板W的光反射到检测单元11。在这种情况下，光源10和检测单元11在图1所示的压印装置100中的布置互换。
检测单元11通过使用波长与紫外线的波长不同的光(例如可见光)，来检测(观察)模具M的图案P以及基板W上的投射区域。更具体地，检测单元11检测由模具M反射的光与由基板W反射的光之间的干涉图案。来自检测单元11的光穿过镜9、模具台4和模具卡盘3，并照射基板W上的投射区域。照射基板W上的投射区域的光，被模具M的图案面和基板W的表面反射，并且被检测单元11检测，作为由来自模具M的反射光与来自基板W的反射光之间的干涉光形成的干涉图案。通过由检测单元11检测到的干涉图案，能够观察模具M与基板上的树脂R之间的接触状态。
控制单元12包括CPU12a和存储器12b。控制单元12通过控制整个压印装置100，即压印装置100的各个单元，来进行压印处理。例如，基于各个对准观察仪5对基板侧标记6和模具侧标记7的检测结果，控制单元12获得模具M和基板W的相对位置(位移)。然后，基于模具M和基板W的相对位置，控制单元12移动基板台2和模具台4，以校正模具M与基板W之间的位移。模具M与基板W之间的位移包括移位分量、放大分量、旋转分量等。如图2所示，通过使用围绕模具M布置的形状校正单元21，根据基板W上的投射区域的形状，控制单元12还能够校正模具M上的图案P(图案面)的形状。此外，在本实施例中，控制单元12基于由检测单元11检测到的干涉图案，控制用作倾斜单元的基板台2和模具台4，以减小模具M和基板W之间的相对倾斜。
在本实施例中，各个形状校正单元21通过在与图案面PP平行的方向上施加力而使模具M(图案面PP)变形，来校正图案面PP的形状。例如，如图2所示，各个形状校正单元21包括接触部21a和致动器21b，接触部21a接触模具M的侧面，致动器21b在接近模具M的侧面的方向上和在远离模具M的侧面的方向上驱动接触部21a。各个接触部21a可以包括用于吸附模具M的侧面的吸附机构。此外，各个形状校正单元21可以包括用于将热施加到模具M和基板W的加热机构，并且可以通过控制模具M的温度来使图案面PP变形，或者可以通过控制基板W的温度来使投射区域变形。
图3是示出模具M的图案面PP相对于基板W被变形(弯曲)成凸形状的状态的图。使模具M的图案面PP变形的方法，包括从保持模具M的模具卡盘3向模具M施加压力的方法。在模具M与模具卡盘3之间形成封闭空间。布置了调节该空间中的压力(大气压)的压力调节器。
在本实施例中，如图3所示，在模具M的图案面PP被变形成凸形状的状态下，使基板上的树脂R与模具M，或者更为具体地，与模具M的图案面PP的一部分，彼此接触。然后，在使模具M的图案面PP的该部分与树脂R接触之后，通过使图案面PP逐渐恢复成平坦表面(即，取消弯曲)，并且使树脂R与图案面PP的整个表面接触，来增加图案面PP与树脂R之间的接触面积。通过使模具M与树脂R在模具M的图案面PP被变形成凸形状的状态下彼此接触，能够排出模具M与围绕模具M的树脂R之间的气体。因此，能够抑制在模具M的图案P的凹部中的气泡残留，并且能够减少在基板上形成的图案的缺陷。
图4是示出检测单元11的结构的示例的图。模具卡盘3、模具台4和镜9未在图4中示出。检测单元11由检测模具M的图案P所转印到的投射区域的整个或部分表面的观察仪(scope)形成。检测单元11包括光源41、分束器42、透镜43、透镜44和图像传感器45。
光源41发出用于照射模具M和基板W的可见光。来自光源41的光被分束器42反射，并经过透镜43照射基板W。图像传感器45检测经过透镜43、分束器42和透镜44被基板W反射的光。
图像传感器45(其成像面)被布置在，针对基板W的表面和与基板上的树脂R接触的模具M的图案面PP的光学共轭面上。透镜43和44被布置为使得模具M的图案面PP和基板W的表面的图像形成在图像传感器45(其成像面)中。
在本实施例中，来自光源41的光被用作可见光。然而，本发明不限于此。检测单元11检测干涉图案，以观察模具M(其图案面PP)与基板上的树脂R之间的接触状态。从检测干涉图案的观点出发，最好使用具有窄的波长范围的光(单色光)。然而，如果来自光源41的光被固定为具有窄的波长范围的光，则依据模具M和基板W的干涉条件，可能检测不到干涉图案。因此，优选波长能够改变。可以使用具有宽的波长范围的光(宽带光(broadbandlight))，只要形成由图像传感器45可检测到的干涉图案即可。
更为具体地，通过利用发射具有不同波长的光的多个LED，来形成光源41，并且根据模具M和基板W的干涉条件，来选择最佳的LED，能够确定从光源41发射的光的波长。作为替代，通过利用发射具有宽的波长范围的光的照射器(lamp)和提取具有不同波长的光束的多个波长滤波器，来形成光源41，并且根据模具M与基板W的干涉条件，来切换到最佳的波长滤波器，可以确定从光源41发射的光的波长。
将参照图5A至图5F，描述使模具M与基板上的树脂R在模具M的图案面PP被变形成凸形状的状态下彼此接触的压制步骤中，干涉图案的改变。图5A、图5C和图5E中的各个示出了由检测单元11检测到的干涉图案(即，由图像传感器45拍摄到的图像)。图5B、图5D和图5F中的各个示出了模具M(图案面PP)和基板W的截面。
图5A示出了在压制步骤早期由检测单元11检测到的干涉图案。在压制步骤早期中，变形成凸形状的模具M的图案面PP的一部分(顶点)接触基板上的树脂R。此时，模具M的图案面PP与树脂R彼此接触的区域(中心被填充的区域)，以及它的周围的光的干涉的干涉条纹，出现在由检测单元11检测到的干涉图案中。图5B示出了当检测到如图5A所示的干涉图案时，模具M和基板W的截面。
如图5D所示，当使模具M的图案面PP的一部分与树脂R接触之后、图案面PP开始要恢复成平坦表面时，图案面PP与树脂R之间的接触面积增大。图5C示出了当模具M与基板W处于图5D中所示的状态的情况下，由检测单元11检测到的干涉图案。参照图5C，可以发现，模具M的图案面PP与基板上的树脂R之间的接触面积，从图案面PP的中心至外周部，均匀地(同心地)增加。
此外，如图5F所示，如果模具M的图案面PP逐渐恢复为平坦表面，则图案面PP与树脂R之间的接触面积进一步增大。图5E示出了当模具M与基板W处于图5F中所示的状态的情况下，由检测单元11检测到的干涉图案。
参照图5C和图5E，围绕图案面PP与树脂R彼此接触的区域出现的干涉条纹，还根据模具M的图案面PP与基板上的树脂R之间的接触面积的增大而扩展。通过由模具M的图案面PP反射的光与由基板W的表面反射的光之间的干涉，来生成干涉条纹。因此，最后，模具M的图案面PP的整个表面接触基板上的树脂，不生成干涉条纹。这是因为，一旦模具M的图案面PP的整个表面和基板上的树脂R彼此接触，则图案面PP与树脂R之间的折射率将差别不大，并且在图案面PP的表面上将没有光反射。
将参照图6，描述围绕模具M的图案面PP与基板上的树脂R之间的接触区域，生成光的干涉的干涉条纹的现象。如果使模具M与基板上的树脂R在模具M的图案面PP被变形成凸形状的状态下彼此接触，则照射模具M和基板W的光被模具M的图案面PP和基板W的表面反射。如上所述，通过由模具M的图案面PP反射的光与由基板W的表面反射的光之间的干涉，来生成干涉条纹。如图6所示，令d为模具M和基板W从它们的中心到它们的外周的相应位置之间的间隔，λ为来自光源41(检测单元11)的光的波长，并且n为模具M与基板W之间的介质的折射率，则生成干涉条纹的条件由下式给出：
2nd＝mλ：暗线
在模具M的图案面PP与基板上的树脂R之间的接触区域中，树脂R被夹在图案面PP与基板W之间。如上所述，由于树脂R与模具M的图案面PP之间的折射率差别不大，因此光不再被图案面PP反射。因此，在模具M的图案面PP与基板上的树脂R之间的接触区域中，不再生成干涉条纹。然后，在模具M的图案面PP与基板上的树脂R之间的接触区域中，同心地生成重复的数个明图案和暗图案的、类似于牛顿环的干涉条纹。
将参照图7A和图7B，描述在模具M和基板W相对地倾斜的状态下，模具M的图案面PP与基板上的树脂R彼此接触的情况。如图7B所示，如果模具M的图案面PP与基板上的树脂R在模具M相对于基板W倾斜的状态下彼此接触，则检测单元11检测到如图7A所示的干涉图案。参照图7A，可以发现，干涉图案(其中心)从模具M的图案面PP的中心位移的同时而生成。检测单元11还能够检测基板W上的投射区域周围的划线(scribeline)，以及模具M的图案P与干涉图案同时存在的区域(图案面PP)的边缘(即，模具M的图案面PP与基板上的树脂R之间的接触区域，以及其周围的干涉条纹)。
在本实施例中，根据在模具M的图案面PP与基板上的树脂R彼此接触的状态下、由检测单元11检测到的干涉图案，控制单元12获得模具M和基板W之间的相对倾斜(倾斜值)。更为具体地，基于干涉图案在模具M的图案P存在的区域(图案面PP)中的位置，控制单元12能够获得模具M和基板W之间的相对倾斜的值。此时，参照指示以下两者之间的关系的信息(诸如表)，控制单元12获得模具M和基板W之间的相对倾斜的值，其中一者是干涉图案在模具M的图案P存在的区域中的位置，另一者是模具M和基板W之间的相对倾斜。请注意，干涉图案在模具M的图案P存在的区域中的位置是，例如，干涉图案的中心与模具M的图案P存在的区域的中心之间的距离。干涉图案在模具M的图案P存在的区域中的位置也可以是，模具M的图案P存在的区域的边缘、与干涉图案的中心或干涉图案的最外周的干涉条纹之间的距离。
然后，控制单元12控制各自用作倾斜单元的基板台2和模具台4，使模具M(图案面PP)和基板W相互平行，以减小(校正)从干涉图案获得的模具M和基板W之间的相对倾斜。此时，可以仅通过基板台2或模具台4，或者通过基板台2和模具台4二者，来校正模具M和基板W之间的相对倾斜。
如上所述，控制单元12基于干涉图案在模具M的图案P存在的区域中的位置，来控制基板台2和模具台4。例如，控制单元12控制基板台2和模具台4，以减小干涉图案的中心与模具M的图案P存在的区域的中心之间的距离。在数值上，控制单元12控制基板台2和模具台4，使得模具M和基板W之间的相对倾斜变得等于或小于5微弧度(microradian)。
另外，控制单元12使诸如存储器12b等的存储单元，存储指示在模具M的图案面PP和基板上的树脂R彼此接触的状态下、通过基板台2和模具台4获得的模具M和基板W之间的相对倾斜量的信息。当这样的信息被存储在存储器12b中的情况下，控制单元12基于在存储器12b中存储的信息，来控制基板台2和模具台4。这使得即使检测单元11没有检测到干涉图案，也能够校正模具M和基板W之间的相对倾斜，并且使模具M(图案面PP)和基板W相互平行。
当对批量的第一基板进行压印处理时，或者当对测试基板等进行压印处理时，可以获取指示通过基板台2和模具台4获得的模具M和基板W之间的相对倾斜量的信息。请注意，当获取指示通过基板台2和模具台4获得的模具M和基板W之间的相对倾斜量的信息时，检测单元11需要检测干涉图案。
例如，由使模具M的图案面PP与基板上的树脂R彼此接触时生成的力(压力)，引起模具M和基板W之间的相对倾斜。在这种情况下，针对基板W上的各个投射区域，模具M和基板W之间的相对倾斜改变。因此，优选地，针对基板W上的各个投射区域，将指示通过基板台2和模具台4获得的模具M和基板W之间的相对倾斜量的信息存储在存储器12b中。
将描述压印装置100中的压印处理。压印处理包括供给步骤、压制步骤、固化步骤以及分离步骤。在供给步骤中，通过将树脂R从分配器8排出到基板上，将树脂R供给到基板W。在压制步骤中，使模具M的图案面PP与基板上的树脂R在模具M在基板侧被变形成凸形状的状态下彼此接触。然后，在使模具M的图案面PP的一部分与树脂R接触之后，将图案面PP逐渐恢复到平坦表面，并且使树脂R与图案面PP的整个表面接触。此时，控制基板台2和模具台4，使得检测单元11检测干涉图案，并且基于该干涉图案，减小模具M和基板W之间的相对倾斜。然后，将指示通过基板台2和模具台4获得的模具M和基板W之间的相对倾斜量的信息存储在存储器12b中。请注意，当在存储器12b中存储了这样的信息的情况下，不需要检测干涉图案，并且可以基于存储在存储器12b中的信息，来控制基板台2和模具台4。在固化步骤中，在模具M与基板上的树脂R彼此接触的状态下，用来自光源10的紫外线照射树脂R，从而使树脂R固化。在分离步骤中，将模具M从基板上的固化后的树脂R脱模。
如上所述，压印装置100基于使模具M(图案面PP)与基板上的树脂R彼此接触时生成的干涉图案，来控制模具M和基板W之间的相对倾斜。这使得能够在压印装置100中，减小在模具M和树脂R彼此接触的状态下模具M和基板W之间的相对倾斜，并且使模具M和基板W相互平行。因此，在保持使基板上的树脂R固化时的树脂R的厚度(残膜厚度)恒定的同时，压印装置100能够精确地将模具M的图案P转印到基板上。
<第二实施例>
图8是示出根据本发明的第二实施例的压印装置100A的结构的示意图。除了压印装置100的结构之外，压印装置100A还包括第一测量单元81和第二测量单元82。第一测量单元81测量由模具卡盘3和模具台4(第一保持单元)保持的模具M的倾斜(三维平坦度)。第二测量单元82测量由基板卡盘1和基板台2(第二保持单元)保持的基板W的倾斜(三维平坦度)。
在进行压印处理之前，压印装置100A通过在第二测量单元82下、在X方向和Y方向上移动基板台2来扫描由基板卡盘1保持的基板W，并且由第二测量单元82来测量基板W的倾斜。由第二测量单元82测量出的基板W的倾斜被存储在存储器12b中。
接着，在X方向和Y方向上移动基板台2，从而使第一测量单元81和由模具卡盘3保持的模具M面对面。然后，压印装置100A通过在X方向和Y方向上移动基板台2来扫描由模具卡盘3保持的模具M，并且由第一测量单元81来测量模具M的倾斜。由第一测量单元81测量出的模具M的倾斜被存储在存储器12b中。由第一测量单元81测量出的模具M的倾斜被存储在存储器12b中，直到模具M从模具卡盘3回收为止。当更换模具M时，仅测量一次模具M的倾斜即可。
控制单元12基于在存储器12b中存储的模具M的倾斜和基板W的倾斜，来控制各自用作倾斜单元的基板台2和模具台4，以使模具M(图案面PP)和基板W相互平行。更为具体地，控制单元12基于第一测量单元81和第二测量单元82的测量结果，来控制基板台2和模具台4，以减小在使模具M与基板上的树脂R彼此接触之前的状态下、模具M和基板W之间的相对倾斜。这使得能够，在进行压印处理之前，校正由于模具M特有的倾斜和基板W特有的倾斜而导致的模具M和基板W之间的相对倾斜。因此，能够减小在模具M与基板上的树脂R彼此接触的状态下、通过基板台2和模具台4获得的模具M和基板W之间的相对倾斜量。也能够在模具M与基板上的树脂R彼此接触的状态下，减少使模具M和基板W相互平行所需的时间。请注意，模具M特有的倾斜，不仅包括模具M本身的倾斜，还包括当由模具卡盘3和模具台4保持模具M时引起的模具M的倾斜。同样地，基板W特有的倾斜，不仅包括基板W本身的倾斜，还包括当由基板卡盘1和基板台2保持基板W时引起的基板W的倾斜。
压印装置100A中的压印处理与压印装置100中的相同，因而其详细描述将被省略。
<第三实施例>
将描述充当物品的设备(半导体设备、磁性存储介质、液晶显示元件等)的制造方法。该制造方法包括使用压印装置100或100A来在基板(晶片、玻璃板、膜状基板等)上形成图案的步骤。该制造方法还包括对形成有图案的基板进行处理的步骤。处理步骤可以包括移除图案的残膜的步骤。处理步骤也可以包括其他已知步骤，诸如使用图案作为掩模来蚀刻基板的步骤等。与传统方法相比，根据本实施例的物品的制造方法在物品的性能、质量、生产率和生产成本中的至少一个方面有利。
虽然参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。应当对所附权利要求的范围给予最宽的解释，以使其涵盖所有这些变型例以及等同的结构和功能。