模具、压印设备和制造物品的方法
【专利摘要】本发明涉及模具、压印设备和制造物品的方法。一种模具，包括：图案部，图案部中形成有图案；以及凹部，形成在图案部的背面中，并且在平面图中具有的尺寸能够包容图案部，其中，图案部的边缘在平面图中为矩形形状，以及凹部包括沿着图案部矩形形状侧面的侧壁部。
【专利说明】
模具、压印设备和制造物品的方法
技术领域
[0001]本发明涉及模具、压印设备和制造物品的方法。
【背景技术】
[0002]压印技术是通过在将形成有图案的模具压靠到涂布有压印材料的基片上同时用紫外光或者热来固化压印材料来形成图案的。该压印技术不需要在光刻法中所用的昂贵设备(例如投影透镜)，并且允许通过简单设备来进行微细图案化。
[0003]在压印技术中，如果将模具压靠至压印材料上(压印)时在模具与基片上的压印材料之间留有气隙，就不可能用压印材料填充模具的图案部，从而在图案中产生缺陷。
[0004]为了防止气隙，已知的一种技术是通过用透过压印材料的气体(例如氦气)填充压印空间并且给模具的背面施加压力以使模具图案部变形为下凸形状来执行压印(美国专利申请公开N0.2008/0160129)。根据该技术，在压印时，通过使模具从模具图案中心部与压印材料接触并且移动模具以便将气体排出到图案外，可以在不留气隙的情况下用压印材料填充模具图案部。
[0005]当在固化了压印材料之后分开模具与压印材料(脱模)时，粘附强度依图案密度而变化，因此脱模速度突然改变。这种改变会导致图案脱落。在日本专利公开N0.2010-221374中，通过在脱模瞬间根据图案高密度而增大/减小施加至模具背面的压力值，抑制了脱模力或者脱模速度的突然改变。
[0006]如上所述，作为压印技术，提供了通过在压印时和脱模时向模具的背面施加压力来使图案部变形成下凸形状的压印方法和模具形状。
[0007]当通过向模具背面施加压力以使图案表面变形成下凸形状并且进行压印时，图案表面接触到压印材料的时刻越靠图案外侧越迟。在此情况下，因为模具下凸变形形状的等高线是圆形的而图案区域为矩形形状，所以距图案中心最远的四个拐角部接触到压印材料的时刻尤其迟。因此，由于填充时间延迟会导致生产率降低，或者会产生依四个拐角位置部位而定的未填充缺陷。
[0008]如日本专利公开N0.2010-221374中那样，在固化了压印材料之后脱模时，通过给模具的背面施加压力以使模具变形成圆凸形来减小脱模力并且抑制脱模速度变化。然而，类似于压印，因为模具的圆凸形不同于图案区域的矩形形状，所以不可能达到最佳效果，并且很难减小脱模力和控制脱模速度。
[0009]因此，对于现有的压印以及在脱模时的模具变形形状来说，由于图案缺陷(例如图案未填充或者图案脱落)或者填充时间延迟会导致生产率降低和模具损坏。
【发明内容】
[0010]本发明是考虑到上述问题而做出的，并且提供了有利于减少图案缺陷并且提高生产率的模具、压印设备和制造物品的方法。
[0011]根据本发明的一个方面，提供了一种模具，包括:图案部，图案部中形成有图案；以及凹部，形成在图案部的背面中，并且在平面图中具有的尺寸能够包容图案部，其中，图案部的边缘在平面图中为矩形形状，以及凹部包括沿着图案部矩形形状侧面的侧壁部。
[0012]根据本发明的另一方面，提供了一种压印设备，其利用模具来成型基片上的压印材料，其中，模具包括:图案部，图案部中形成有图案；以及凹部，形成在图案部的背面中，并且在平面图中具有的尺寸能够包容图案部，其中，图案部的边缘在平面图中为矩形形状，以及凹部包括沿着图案部矩形形状侧面的侧壁部。
[0013]根据本发明的又一方面，提供了一种制造物品的方法，该方法包括:用压印设备在基片上形成压印材料的图案；以及对形成有图案的基片进行处理以制造出物品，其中，压印设备使用模具来使基片上的压印材料成型，模具包括:图案部，图案部中形成有图案；以及凹部，形成在图案部的背面中，并且在平面图中具有的尺寸能够包容图案部，其中，图案部的边缘在平面图中为矩形形状，以及凹部包括沿着图案部矩形形状侧面的侧壁部。
[0014]从以下(参照附图)对示例性实施例的说明将明白本发明的其它特征。
【附图说明】
[0015]图1是示出根据实施例的压印设备布置的视图；
[0016]图2A-2D和图3A-3C是用于阐明压印顺序的视图；
[0017]图4是用于阐明对晶片的压印顺序的视图；
[0018]图5A-5B是用于阐明根据第一实施例的压印设备布置的视图；
[0019]图6A-6B是用于阐明根据第一实施例的压印设备布置的视图；
[0020 ]图7A-7D是用于阐明在压印时的操作的视图；
[0021 ]图8A-8B是用于阐明根据第一实施例的模具形状的视图；
[0022]图9是用于阐明根据第二实施例的模具形状的视图；
[0023]图10是用于阐明根据第三实施例的模具形状的视图；
[0024]图11是用于阐明根据第四实施例的模具形状的视图；
[0025]图12是用于阐明根据第五实施例的模具形状的视图；
[0026]图13A-13C是用于阐明根据第五实施例在压印期间模具变形的视图；
[0027]图14是用于阐明根据第六实施例的模具形状的视图；
[0028]图15是用于阐明根据常规例在压印期间模具变形的视图；以及
[0029]图16是用于阐明根据第六实施例在压印期间模具变形的视图。
【具体实施方式】
[0030]以下将参照附图来详细说明本发明的优选实施例。注意，本发明不限于以下的实施例，并且这些实施例仅是实施本发明有利的实用例。还要注意，以下实施例中所说明特征的所有组合并非都是对于本发明解决技术问题所必不可少的。
[0031 ]〈第一实施例〉
[0032]将参照图1来描述根据第一实施例的压印设备的概况。作为例子，将说明本发明应用于利用UV光(紫外光)照射来固化树脂的UV光固化压印设备。注意，本发明也适用于利用具有其它波长范围的光照射来固化树脂的压印设备和使用其它能量(例如，热)来固化树脂的压印设备。
[0033]压印设备100构造成通过重复压印周期而在基片上的多个投射区域中形成图案。注意，一个压印周期是指通过把模具压靠到作为压印材料的树脂上同时固化树脂来在基片上的一个投射区域中形成图案的周期。
[0034]微动基片台2是能够沿X-Y方向和X-Y平面内旋转方向微量(例如，沿X-Y方向大约I毫米并且沿X-Y平面内旋转方向大约几度)驱动基片I的台。粗动基片台3是沿X-Y方向较大量地移动基片I并且可以在基片的整个表面上从基片I的装载/卸载位置沿相互垂直的方向移动压印区域的台。压印设备的底座4保持微动基片台2和粗动基片台3。
[0035]在模具5的表面上形成三维图案，并且通过将压印材料(未固化的树脂)插入到模具5与基片I之间而将图案转印到基片I上。驱动装置5a是用于上下驱动模具5并且执行将模具5压靠到基片上未固化树脂的操作的装置。紫外光发生器6通过利用经由模具5的紫外光照射未固化树脂来固化树脂。紫外光发生器6包括光源(例如卤素灯)和使从光源发出的光会聚成形的功能，该光源产生i线或者g线。
[0036]投料器7可以通过形成未固化树脂的小液滴并且排出液滴来将预定量的树脂涂布到基片上。未固化树脂保存在储罐8中，并且通过管9供应到投料器7。移动装置10使投料器7在排出位置与退回位置(维护位置)之间移动。在正常的排出操作时，移动装置10将投料器7定位在排出位置。当维护投料器7时，移动装置10将投料器7移动至退回位置。
[0037]对准用显微镜11是用于在投料器7排出未固化树脂并将其涂布到基片上之后用来对准模具5的图案和基片I的图案的显微镜。对准用显微镜11测量形成在模具5上的对准标记与基片上的对准标记之间的重合状态，从而对准模具5和基片。台板12支承并固定上述的模具5、驱动装置5a、紫外光发生器6、投料器7、储罐8、移动装置10和对准用显微镜11。
[0038]通常，根据该实施例的压印设备100的布置如上所述。将参照图2A-2D和图3A-3C来说明压印设备100的操作。
[0039]在图2A中，把基片I安装在微动基片台2和粗动基片台3上。在图2B中，微动基片台2和粗动基片台3通过将基片I移动到投料器7下面来对准基片I。在图2C中，投料器7将预定量的树脂涂布到基片上。在图2D中，对准用显微镜11采用微动基片台2将模具5的对准标记与基片I的对准标记重合，从而调整模具5和基片I的相对位置。
[0040]在图3A中，驱动装置5a把模具5沿向下方向朝基片I移动并且将模具5的图案部压靠到基片I上的未固化树脂上，从而转印图案。在图3B中，紫外光发生器6利用紫外光6a从上方执行照射。透过了模具5的紫外光6a照射未固化树脂。在该阶段，未固化的树脂固化。在图3C中，通过向上分开模具(脱模)来在基片I上形成带图案的树脂层，结束压印操作。
[0041]在基片上多次压印模具图案的压印设备按照连续投射1、2、3...的次序对基片I重复地进行包括上述步骤的压印操作，如图4中所示。
[0042]将参照图5A-5B、图6A-6B、图7A-7D和图8A-8B来描述模具周围的布置和压印时的操作。
[0043]图5A是示出模具5的背面的视图，并且图5B是示出模具5及其周边的剖视图。模具5例如是6英寸掩模板(152毫米长X 152毫米宽X 6.35毫米厚，材料:石英)。虽然在这里例举了 6英寸的掩模板，但是本发明不限于具体的尺寸或者材料。通过真空吸引、伯努利吸引等用模具夹具5h夹紧和保持模具5的背面。模具5具有通过加工背面而凹成预定形状的凹部5e。这样，通过加工背面而形成了残留的薄部5c。凹部5e的尺寸可包容图案部5b。在平面图中，图案部5b位于模具5表面的中心处和薄部5c的中心处。
[0044]当模具夹具5h夹紧模具5时，模具5形成了封闭空间5d。加压/减压机构5g经由管连接至封闭空间5d，并且可以把封闭空间5d控制在期望压力。待控制的压力例如是-30kPa到30kPa的表压力，并且可以根据待变形模具的变形量与图案的高密度而在模具夹紧力范围内自由地设定，从而选择加压/减压机构。压力传感器设置在加压/减压机构5g内以控制压力，但也可以设置在封闭空间5d内以便更高精度地控制压力。
[0045]图6A-6B示出了通过给封闭空间5d施加压力来使模具5变形的情况。当在图6A中所示状态中将压力施加至封闭空间5d时，模具5如图6B中所示沿增大容积的方向变形，并且因此薄部5c和图案部5b变形成下凸形状。
[0046]将参照图7A-7D来说明在压印时的操作。图7A示出了当在图2B中所示步骤中将压印材料涂布到基片上之后使模具变形成下凸形状同时驱动装置5a向下移动模具以执行压印操作的情况。压印操作首先使图案部5b与基片I上的压印材料Ia接触。然后，接触部向外扩展，并且压印材料Ia与图案部5b的整个区域接触，从而执行填充。
[0047]图7B示出了在基片I与压印材料接触的情况下在压印材料被紫外光固化之前所执行的对准操作。更具体地说，对准用显微镜11调整微动基片台2，以便将模具5的对准标记与基片I上的对准标记重合。
[0048]图7C示出了通过紫外光发生器6利用紫外光6a从上方执行照射的操作。透过了模具5的紫外光6a照射未固化树脂。在该阶段，未固化的树脂固化。
[0049]图7D示出了向上分开并退回模具5(脱模)的操作。在该操作中，模具开始从图案外侧与压印材料分开。此刻，调整封闭空间5d的压力。这改变了模具下凸变形的形状，并且因此可控制进行分开的速度、控制进行分开的区域和随着模具分开控制脱模力的增减。当模具完全分开并退回时，结束压印操作。
[ΟΟδΟ]图8Α-8Β各自不出了模具的平面图、剖视图和透视图的例子。图8Α不出了根据常规例的模具，并且图SB示出了根据本实施例的模具。虚线5ca或者5cb示出了当凹部5e因施加压力而变形时表示变形形状的等高线。沿线A-A截取的各剖视图用虚线示出了下凸变形的形状。图案部5b在平面图中大体上为矩形形状。相反，如图8A中所示，在根据常规例的模具中，凹部5e在平面图中大体上为圆形形状。因此，在施加压力时的形状是按圆形描绘等高线的形状。在图案部5b的区域中，在四个拐角部中沿+Z方向的位移量是最小的。
[0051 ]另一方面，在根据该实施例的模具中，如图8B中所示，凹部5e具有沿着图案部5b矩形形状各侧的侧壁部5f。因此，凹部5e的边缘为类似于图案部5b形状的矩形形状。侧壁部可以成形成使得凹部5e的边缘为带四个倒圆拐角的大致矩形形状。在该情况下，如果凹部5e的四个倒圆拐角的圆心都设定在图案部5b的拐角，则从图案部5b整个边缘上的各个点至凹部5e的侧壁部的最短距离可以设定为相同值。在图案部5b周边各点处的凹部5e变形量彼此相等。在施加压力时的形状变成按矩形形状描绘等高线的形状。这可以使图案部5b区域四个拐角部的+Z方向的变形量在图案的周边上都一致。在该实施例中，通过采用硬质磨具(例如金刚石)进行磨削或者通过涉及到喷射磨料的喷砂法，来进行用于对模具凹部5e(薄部)成形的加工。对以下各实施例的凹部可进行同样的加工。
[0052]〈第二实施例〉
[0053]接下来将描述第二实施例。压印设备的布置和压印操作与第一实施例(图1到图8B)中的是相同的。
[0054]图9示出了各自示出根据第二实施例模具的平面图、剖视图和透视图。在X方向和Y方向上从图案部5b的中心至边缘的长度分别由5ba和5bb来表示。在X方向和Y方向上从图案部5b的边缘至凹部5e的边缘的长度分别由5ea和5eb来表示。如果图案部5b的X方向上的长度5ba不同于图案部5b的Y方向上的长度5bb，则凹部5e的长度5ea和5eb设定为与图案部的上述两长度成正比。这可以将施加压力时形状的等高线间隔设定为与图案的竖直长度和水平长度成正比，从而抑制图案周边的竖直等高线差别与水平等高线差别之间的差别。更加严格地说，可以形成这样的形状，其中，在图案部四个拐角处+Z方向的变形量在图案的周边彼此相等。
[0055]〈第三实施例〉
[0056]接下来将描述第三实施例。压印设备的布置和压印操作与第一实施例(图1到图8B)中的是相同的。
[0057]图1O不出了各自不出根据第三实施例模具的平面图、剖视图和透视图。凹部5e在平面图中的形状例如为圆形。凹部5e在平面图中的形状可以是矩形形状。各自具有厚度的第一刚性部5cA和5cB形成为凹部5e内、图案部5b外的沿图案部5b矩形形状各侧的侧壁部5f。第一刚性部5cA和5cB可以具有不同厚度。通过利用第一刚性部5cA和5cB使图案部5b的四个侧部具有强度，与四个拐角部和图案部相比，侧部在施加压力时很难变形。因此，在施加压力时的形状为如等高线5ba所示出的矩形形状。代替形成刚性部5cA和5cB，所述形状可以形成为使得仅四个拐角部的厚度较小。通过使四个侧面的厚度不同于四个拐角部的厚度，就可在施加压力时变形成矩形形状。
[0058]〈第四实施例〉
[0059]接下来将描述第四实施例。压印设备的布置和压印操作与第一实施例(图1到图8B)中的是相同的。
[0060]图11示出了各自示出根据第四实施例模具的平面图、剖视图和透视图。在图11中，凹部5e的开口为大致矩形形状。注意，开口可以为圆形形状或者别的几何形状。如在第三实施例中那样，在凹部5e内沿着图案部5b外各侧形成了各自具有厚度的第一刚性部5cA和5cB。也可以在图案部5b的四个拐角外形成第二刚性部5cC。各个第二刚性部5cC的顶面是倾斜的，以使得第二刚性部的高度朝凹部的拐角变低，如沿线B-B截取的剖视图和沿线B’-B’截取的剖视图中所示。也就是说，每个第二刚性部5cC朝向凹部的拐角具有更低刚度。这可以使施加压力时的形状更精确地形成如等高线5ba那样的矩形形状。因此，可通过逐渐改变四个拐角部的厚度来使形状更精确地变形成矩形形状。
[0061 ]〈第五实施例〉
[0062]接下来将描述第五实施例。压印设备的布置和压印操作与第一实施例(图1到图8B)中的是相同的。
[0063]图12示出了各自示出根据第五实施例模具的平面图、剖视图和透视图。在图12中，凹部5e的开口为大致矩形形状。注意，开口可以为圆形形状或者别的几何形状。在图12中，凹部5e的底部包括倾斜部5cD，其高度朝向图案部5b中心变低。也就是说，凹部5e的底部是由倾斜部5cD形成，以便具有朝向图案部5b变小的厚度。表示厚度变化的等高线为矩形形状。这可以使施加压力时图案部变形的形状形成为矩形形状。
[0064]还可以达到的效果是抑制因压印操作时压印材料的反作用力所导致的图案部变形。这将参照图13A-13C来描述。图13A-13C示出了在压印时图案部5b的变形。图13A示出了根据该实施例在压印之前模具5的状态。在该实施例中，如上所述，包括有朝向图案部中心倾斜的倾斜部5cD。
[0065]图13B示出了常规例。在该常规例中，与图13A中不同，没有倾斜部。在该常规例中，通过在即将压印之前给模具的背面施加压力而使图案部5b变形成下凸形状。在压印期间，通过压印材料的反作用力而使图案部5b变形。此时，图案部5b中较低刚度的部分和图案部周围的薄部较大地变形。在常规例中，因为薄部的刚度是最低的，所以靠近薄部的图案部周边区域较大地变形。因为在图案区域内出现了Z方向变形的差异，所以在压印之后在固化的压印材料中的图案内出现了厚度差异。压印材料中厚度差异会导致晶片后处理的蚀刻后的残留误差，从而导致了图案缺陷。
[0066]相反，在本实施例中，如图13C中所示，倾斜部5cD减小了图案部中心区域的刚度，从而减小了该中心区域刚度与图案周边刚度之间的差异。这样可使压印时反作用力所导致的图案内变形一致，并且因此可减小图案内Z方向变形的差异。
[0067]如上所述，对于图12中所示的模具形状，可在施加压力时使图案部变形成矩形的凸形，并且可减小在压印时因压印材料的反作用力所导致的图案内变形差异。
[0068]〈第六实施例〉
[0069]接下来将描述第六实施例。压印设备的布置和压印操作与第一实施例(图1到图8B)中的是相同的。
[0070]图14不出了各自不出根据第六实施例模具的平面图、剖视图和透视图。在图14中，凹部5e的开口为大致矩形形状。注意，开口可以为圆形形状或者别的几何形状。在图14中，凹部5e的底部包括倾斜部5cE，其高度朝向图案部5b的中心部变高。也就是说，凹部5e的底部是由倾斜部5cE形成的，以便图案部的中心部比图案部外侧的薄部有更大的厚度。注意，倾斜部5cE的倾斜度仅需是线性的，或者通过曲线组合等方式比图案部外侧的薄部厚。通过朝向图案区域的中心部增大厚度，可减小在压印和脱模时由压印材料的反作用力所导致的图案区域中心部的变形。有必要通过在压印之前给模具施加压力并且使模具变形成下凸形状来使压印材料从模具中心润湿模具，并且也有必要抑制压印和脱模时的变形扭曲。因此，可通过仅增大图案部中心区域的厚度同时保持图案部外侧的薄部厚度较小来满足上述两个要求。
[0071]图15示出了在常规模具压印和脱模时模具变形的例子。在即将压印之前给模具的背面施加压力以使图案部5b变形成下凸形状，并且用晶片上的压印材料从图案部的中心部润湿模具以便排出气体。然后，在脱模期间使图案部变形成下凸形状，并且使模具从图案部外侧脱开。如果图案部的变形比所需的更大，则出现例如图案脱落的缺陷。因此，有必要减小图案部的模具变形。此外，如果变形较大，则模具中心部的变形较大，并且会损坏模具中心部的模具图案。
[0072]图16示出了根据该实施例在压印和脱模时模具的变形。在即将压印之前给模具的背面施加压力以使图案部5b变形成下凸形状。此时，因为图案区域比常规例中的更厚，所以可通过在压印时将变形抑制到足以排出气体的最小限度并且使图案部具有尽可能接近平面形状的形状来减小填充图案四个拐角部的延迟。在脱模期间，因为图案部的刚度较高，与常规例相比可抑制图案部的变形，并且可减少例如图案脱落的缺陷。此外，因为可以抑制在脱模时模具中心部的变形量，所以还可以抑制对模具中心部的损坏。如上所述，在该实施例中，通过使图案部的厚度比图案部周围薄部的厚度大，可达到的效果是减小了在压印时的填充延迟，并且减少了脱模时图案的脱落和对模具的损坏。
[0073]根据上述各个实施例，增大了在压印时图案部四个拐角部的填充速度，并且因此可达到提高生产率的效果。减少未填充区域产生了减少图案缺陷的效果。此外，在脱模时可减小脱模力并且可控制脱模速度，从而减少了例如图案脱落的缺陷和减少了对模具的损害。因此，根据这些实施例，可以达到减少图案缺陷和提高生产率的效果。
[0074]〈制造物品的方法〉
[0075]根据本发明实施例的制造物品的方法适合于制造诸如微器件(例如半导体器件)或者具有微结构的元件之类的物品。该制造方法包括利用压印设备在基片上形成图案的步骤。该制造方法还可以包括对形成有图案的基片进行处理的其它公知步骤(例如，氧化、成膜、气相沉积、掺杂、平面化、蚀刻、分离压印材料、切割、焊线和封装)。根据该实施例制造物品的方法在物品的性能、质量、生产率和生产成本中的至少一个方面比任何传统方法更优越。
[0076]虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应给予最宽泛的解释，以便涵盖所有改型以及等同结构和功能。
【主权项】
1.一种模具，包括: 图案部，图案部中形成有图案；以及 凹部，形成在图案部的背面中，并且在平面图中具有的尺寸能够包容图案部， 其中，图案部的边缘在平面图中为矩形形状，以及 凹部包括沿着图案部矩形形状侧面的侧壁部。2.根据权利要求1所述的模具，其中，从图案部矩形形状侧面的多个点至凹部的侧壁部的最短距离是相同的。3.根据权利要求2所述的模具，其中，凹部具有的形状使得从图案部整个边缘上每个点至所述侧壁部的最短距离是相同的。4.根据权利要求1所述的模具，其中，侧壁部是由第一刚性部形成的，该第一刚性部沿着图案部矩形形状的各侧形成在凹部内。5.根据权利要求4所述的模具，其中，凹部还包括在图案部矩形形状四个拐角每一个外侧的第二刚性部，该第二刚性部的刚度朝向凹部的拐角变低。6.根据权利要求1所述的模具，其中，凹部的底部包括倾斜部，该倾斜部的高度朝向图案部的中心变低。7.根据权利要求1所述的模具，其中，凹部的底部包括倾斜部，该倾斜部的高度朝向图案部的中心变高。8.—种压印设备，其利用模具来成型基片上的压印材料，其中，模具包括: 图案部，图案部中形成有图案；以及 凹部，形成在图案部的背面中，并且在平面图中具有的尺寸能够包容图案部， 其中，图案部的边缘在平面图中为矩形形状，以及 凹部包括沿着图案部矩形形状侧面的侧壁部。9.一种制造物品的方法，该方法包括: 用压印设备在基片上形成压印材料的图案；以及 对形成有图案的基片进行处理以制造出物品， 其中，压印设备使用模具来使基片上的压印材料成型，模具包括: 图案部，图案部中形成有图案；以及 凹部，形成在图案部的背面中，并且在平面图中具有的尺寸能够包容图案部， 其中，图案部的边缘在平面图中为矩形形状，以及 凹部包括沿着图案部矩形形状侧面的侧壁部。
【文档编号】G03F7/00GK105892230SQ201610083908
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年2月6日
【发明人】B-J·乔, M·加纳帕蒂苏布拉玛尼安, 村里直记, 宫岛义, 宫岛义一
【申请人】佳能株式会社