CN101809501A - 压印方法和基板的处理方法 - Google Patents

Abstract

在压印方法中，多次重复将模子的图案压印到基板上的树脂材料上来形成图案的步骤。该压印方法包括：准备在未形成图案的位置含遮光部件的模子；通过包括使模子与设置在基板上的可光致固化的树脂材料接触、经由光照射来固化可光致固化的树脂材料而形成第一处理区域、和去除可光致固化的树脂材料的从第一处理区域伸出到在第一处理区域的外围的外部区域中的部分的步骤来第一次形成图案；和通过包含使模子与设置在包括外部区域并邻近第一处理区域的区域中的基板上的可光致固化的树脂材料接触、在该区域中固化可光致固化的树脂材料而形成第二处理区域、和在第二处理区域的外围去除可光致固化的树脂材料的从第二处理区域伸出的部分的步骤来第二次形成图案。

Description

压印方法和基板的处理方法

技术领域

本发明涉及一种用于将模子的图案压印到树脂材料层的压印方法以及一种基板的处理方法。

背景技术

近年来，已经研发出一种用于将模子上的精细结构转印到将被处理的部件(诸如树脂材料、金属材料等)上的精细处理技术(StephanY.Chou等人，Appl.Phys.Lett.，Vol.，67，Issue 21，pp.3114-3116(1995))，该技术受到关注。该项技术被称为纳米压印或纳米压纹，并提供几纳米级别的分辨率。为此，越来越期望该项技术替代诸如步进器、扫描仪等的曝光装置而应用于下一代半导体制造技术。此外，该项技术能够在晶片级别共同处理三维结构，因此期望将该项技术应用于广泛的领域，诸如用于光器件(例如光子晶体)和生物芯片(例如μ-TAS(微型全分析系统))的制造技术。

在将这种处理技术应用于半导体制造技术的情况下，按照以下方式来执行所述处理技术。

机件(加工件)包括基板(例如，半导体晶片)以及设置在基板上的可光致固化的树脂材料层，所述机件(加工件)与其上形成期望的压印(凸出/凹进)图案的模子彼此相对地被设置，并且在机件与模子之间填充有树脂材料，随后通过紫外(UV)光的照射以对树脂材料进行固化。

通过这种方式，上述图案被转印到树脂材料层，然后，通过将树脂材料层用作掩模来实现该树脂材料层上的蚀刻，从而执行基板上的图案成形。

在(纳米)压印被用作半导体制造技术的光刻术(lithography)的情况下，步进-重复(step-and-repeat)方法是适合的，在所述方法中，通过使用尺寸小于基板的模子来重复执行到基板上的转印(T.Bailey等人，J.Vac.Sci.Technol.B，Vol.18，No.6，pp.3572-3577(2000))。这是因为可通过减少由于晶片尺寸增加所导致的模子图案本身和对准的积分误差来提高精确度，并可减少由于晶片尺寸增加所带来的模子制造成本的增长。

然而，上述压印方法涉及以下问题：难以生产尺寸上大于模子的装置。

也就是说，如图10所示，当在通过处理基板5203而在基板5203上形成图案的情况下执行一次加工的压印时，树脂材料5202可能从加工的区域被挤出，从而沿着模子5201的边缘形成外部区域5204。由此形成的外部区域5204的宽度通常大于图案的尺寸或者图案的周期。此外，树脂材料层在外部区域5204中的厚度在许多情况下大于在加工区域(处理区域)的厚度。例如，处理区域5205中树脂材料层的厚度以及图案的非均匀性为大约几十nm到大约几百nm，而外部区域5204中树脂材料层的厚度可为几个μm或更多。

在所述外部区域5204中，难以形成图案，因此，在邻近的加工区域之间产生了至少相应于外部区域5204的宽度的间隙。结果，难以通过连接从模子的图案所转印的图案来产生大尺寸的装置。此外，即使在没有产生大尺寸的装置的情况下，也存在以下问题：由于外部区域5204的存在而减少了从一个晶片制备的芯片数量，从而增加了生产成本。

发明内容

考虑到上述问题，本发明的一个主要目的在于提供一种能够将邻近处理区域的图案彼此连接以减少生产成本的压印方法。

本发明的另一目的在于提供一种使用所述压印方法的基板的处理方法。

根据本发明，可实现一种能够将邻近处理区域的图案彼此连接以减少生产成本的压印方法。还可实现一种使用所述压印方法的基板的处理方法。

在考虑以下结合附图对本发明优选实施例的描述时，本发明的这些以及其它目的、特征和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明实施例1中的压印方法的流程图。

图2(a)到图2(e)是用于示出本发明的实施例1中的在外部区域中的树脂材料的去除步骤的示意图。

图3(a)到图3(c)是用于示出本发明的实施例1中的使用具有如下结构的模子来第二次进行图案形成的步骤的示意图，所述结构用于阻止光被发射到树脂材料的伸出到处理区域外围中的部分。

图4(a)到图4(c)是用于示出本发明的实施例1中的在用于重复图案形成步骤的压印方法中的各个转印步骤中处理区域的布置的示意图。

图5(a)到图5(c)是用于示出本发明的实施例1中的图案到基板的转印方法的示意图。

图6(a)和图6(b)是用于示出本发明的实施例1中的图案的连接的示意图。

图7(a)到图7(d)以及图8(a)和图8(b)是用于示出本发明的实施例2中的处理区域的布置的示意图。

图9(a)到图9(d)是用于示出本发明的实施例2中的基板处理的示意图。

图10是用于示出使用压印的传统基板处理方法的问题的示意图。

具体实施方式

将描述本发明的实施例。

在根据本发明的压印方法的实施例中，当模子的图案被压印时，将图案形成步骤重复多次，在所述图案形成步骤中，处理区域被形成，并且外部区域中的树脂材料被去除。在第二步骤或随后的转印步骤中，从外部区域去除在第一转印步骤中形成的所述树脂材料的从处理区域伸出到处理区域的外围的外部区域中的部分，并在与外围区域重叠的处理区域中执行随后的图案转印。

当通过在第一转印步骤中多次执行的压印而相对于第一方向和与第一方向垂直的第二方向中的至少一个方向在上述处理区域中形成多个处理区域时，在所述多个处理区域中的邻近处理区域之间的间隔的是每个处理区域宽度的长度的整数倍。通过这种方式，可实现一种压印方法，所述压印方法不仅能够在处理区域中将图案容易地转印到树脂材料上，而且能够在外部区域(其中树脂材料从处理区域伸出到所述外部区域)将图案转印到树脂材料上，从而消除或减少邻近加工区域(邻近处理区域)之间的间隔，从而能够将邻近加工区域中的图案彼此连接。

此外，在根据本发明的处理方法的实施例中，在上述压印方法中在外部区域中的树脂材料的去除步骤之后，可通过使用借助于对模子的图案的转印在基板上的树脂材料上形成的图案来执行基板的处理。这里，基板表示将被处理的部件，其不仅包括诸如硅晶片的单个基板，而且包括上面形成有多个膜的多层基板。

以下，将参照附图来描述本发明的实施例。在各个附图中，相同或相应的部分由相同的标号或符号来表示。

(实施例1)

在实施例1中，将描述根据本发明的压印方法。

图1是该实施例中的压印方法的流程图。

步骤101是第一转印步骤，其中，通过步进-重复方法一次或多次执行用于将模子的图案转印到基板上形成的树脂材料层的压印。

步骤102是第一去除步骤，其中，在步骤101中从第一处理区域伸出到外部区域中的外围部分的树脂材料被去除。由此，形成第一图案。

通过这种方式，如上所述，该实施例中的图案形成步骤包括转印步骤和在转印步骤之后去除外部区域中的树脂材料层的去除步骤的系列。

步骤103是用于形成第二处理区域的第二转印步骤。在该步骤中，执行压印步骤，从而第二处理区域与外部区域重叠，在步骤102中，从所述外部区域去除了树脂材料层。

步骤104是第二去除步骤，其中，在步骤103中从第二处理区域伸出到外部区域中的外围部分中的树脂材料被去除。由此，形成第二图案。

按照这种方式，通过在第三图案形成步骤中或之后同样将包括转印步骤和去除步骤的系列的图案形成步骤重复多次，即使在曾经创建的外部区域中，也可将图案转印到树脂材料层上。

在图1中，步骤105是第N转印步骤，步骤106是第N去除步骤。

在稍后描述的实施例中，将描述三次执行图案形成步骤的情况。

接下来，将具体描述该实施例中的压印步骤。

图2(a)到图2(e)是用于示出该实施例中的压印步骤的示意图。

首先，在图2(a)所示的步骤中，在基板203上形成树脂材料层202。然后，在图2(b)所示的步骤中，将模子201与树脂材料层202接触，以在模子201与基板203之间填充树脂材料。此时，在外部区域(伸出区域)204中形成树脂材料层202的、由模子201从处理区域205压出的部分。

遮光膜701是用于遮挡光的膜，从而外部区域204中的树脂材料层202不会因光照射而固化，并它在没有形成模子201的图案的位置被提供给模子201。树脂材料层202由可光致固化的树脂材料形成。接着，在图2(c)所示的步骤中，通过利用来自模子201的背面侧的紫外(UV)线等的照射来固化树脂材料层202。模子201设置有遮光膜701，从而可仅固化处理区域205中的树脂材料层702，而将外部区域204中的树脂材料层703置于未固化状态中。然后，在图2(d)所示的步骤中，将模子201从树脂材料层702和未固化树脂材料层703分离，从而模子201上的图案被转印到树脂材料层702上。

然后，如图2(e)所示，通过使用诸如丙酮(acetone)等的溶剂可去除仅外部区域204中的树脂材料层703。

在该实施例中，模子201在它的表面具有期望的图案，模子201由诸如硅、石英或刚玉(sapphire)的材料形成。形成图案的表面通常经过使用氟基硅烷耦联剂(fluorine-based silane coupling agent)等而进行的分开处理。这里，将具有通过分开处理所形成的这种分开层的模子被包含在内地称为“模子”。

作为用于树脂材料层202的材料，可采用丙烯酸(acrylic)或环氧(epoxy)可光致固化树脂材料等。

作为用于在基板203上形成树脂材料层202的方法，可应用喷墨方法、使用分配器(dispenser)的逐滴施加方法、旋涂方法等。

遮光膜701可以是通过溅射、化学气相淀积(CVD)、真空淀积、离子镀形成的诸如Cr的金属的膜。遮光膜701还可以是没有完全遮挡能够固化可光致固化的树脂材料的光的膜。在这种情况下，仅需要该膜以使得在没有遮挡光的区域与遮挡光的区域之间在固化程度上产生所需要的差异。

图3(a)到图3(c)是用于示出当模子具有用于阻止光被发射到伸出到处理区域的外围的树脂材料的结构时的第二图案形成步骤的示意图。

在图3(a)中，在邻近第一转印步骤中形成的树脂材料层801的区域中设置用于第二转印步骤的树脂材料层802。

此时，有必要设置树脂材料层802和模子201，从而在第二转印步骤的压印步骤中的处理区域407与第一转印步骤中的外部区域404重叠。

在图10(b)中，将模子201与树脂材料层802接触，并用来自模子201的背面侧的光来照射所得到的树脂材料层803，从而在第二转印步骤中在处理区域407中所形成的树脂材料层803被固化。另一方面，通过使用遮光膜701在第二转印步骤中在外部区域406中形成的树脂材料层804没有被固化。在图3(b)中，当模子201与树脂材料层802接触时，树脂材料层804在外部区域406中的部分也位于处理区域405中的树脂材料层801上。然而，树脂材料层801已经在第一图案形成步骤中被固化，从而树脂材料层801没有与未固化树脂材料层804混合。结果，可仅去除外部区域中的树脂材料层。

类似地，同样在第三图案形成步骤中，在第三处理区域被叠加在先前的步骤中的外部区域上的状态下来转印图案，然后，仅去除外部区域中的树脂材料层。

通过上述步骤，如图3(b)所示，可在转印有期望图案的基板203上形成树脂材料层。

如上所述，通过使用利用设置有遮光膜的模子进行的去除方法，可实现邻近处理区域之间的间隙减少(消除)以及邻近处理区域之间的图案连接。在这种情况下，可通过以溶剂来溶解树脂材料层来去除仅外部区域中的树脂材料层。因此，可在外部区域中进行树脂材料层去除期间减轻对基板的破坏。

接下来，将更加具体地讨论用于三次执行图案形成步骤的压印方法。

图4(a)到图4(b)是用于示出在用于三次执行图案形成步骤的压印方法中在转印步骤中的处理区域的布置的顶视图。标号501表示第一转印步骤中的处理区域(第一处理区域)，标号502表示第二转印步骤中的处理区域(第二处理区域)，标号503表示第三转印步骤中的处理区域(第三处理区域)。

图4(a)示出在第一图案形成步骤中在第一转印步骤中的处理区域(第一处理区域)的布置。相对于图4(a)中沿第一方向(第一)的布置，相对于第一方向的邻近处理区域之间的间隔是相对于第一方向的处理区域的宽度的整数倍，例如，两倍。处理区域的“两倍”宽度是指添加了模子处理误差和模子对准误差之和的调整量的处理区域的“两倍”宽度，在以下的描述中，应用同样的含义。

相对于沿着与第一方向(第一)垂直的第二方向(第二)的布置，每个处理区域沿第一方向移动作为处理区域宽度的一倍的距离，并沿第二方向移动作为处理区域宽度的例如1.5倍的距离。每个处理区域在第二方向的移动距离并不限于1.5倍处理区域宽度，其至少是等于处理区域宽度与外部区域的宽度之和的距离，并至多是通过从作为两倍处理区域宽度的长度减去外部区域宽度所获得的距离。

图4(b)示出在第二图案形成步骤中在第二转印步骤中处理区域502的布置。相对于图4(b)中的第一方向，将处理区域502设置为邻近在第一转印步骤中布置的处理区域501。

图4(c)示出在第三图案形成步骤中在第三转印步骤中第三处理区域503的布置。相对于图4(c)中的第一方向，将第三转印步骤中的第三处理区域503设置在第一和第二转印步骤中的第一处理区域501与第二处理区域502之间。

通过如该实施例中那样来布置处理区域，可通过三次重复图案形成步骤将图案转印到基本上整个基板203上。

此外，在将图案形成步骤重复三次或更多次的情况下，将多个处理区域中的邻近处理区域之间的间隔设置为通过将处理区域宽度的长度与在完成第一图案形成步骤之后执行的重复的图案形成步骤的次数相乘所获得的长度，从而所述图案可类似地转印到基本上整个基板上。然而，一般来说，在图案形成步骤中的转印步骤和去除步骤中，需要交换所使用的设备。因此，为了改进处理方法的吞吐量，重复执行图案形成步骤的次数可优选地是小的。

通过如该实施例中那样来布置处理区域，可仅通过将图案形成步骤重复三次来相对于所有邻近处理区域来减少两个邻近处理之间的间隙，并将所有处理区域的图案彼此连接。

图4(a)到图4(c)仅仅示出该实施例的示例。因此，在每个转印步骤中的压印步骤的数量等根据模子和基板的大小或形状而变化。

在该实施例中，还可通过图案作为掩模被转印到其上的树脂材料层，将图案转印到基板203上。图5(a)到图5(c)是用于示出其方法的截面图。

转印到基板上的树脂材料层具有作为用于图案的基础(groundwork)的通常称为残留膜的部分。

图5(a)示出在树脂材料层801、803等的残留膜被去除之后的树脂材料层901。也就是说，该状态处于这样一种阶段，从而通过树脂材料层的蚀刻来均匀减少整个基板表面上的树脂材料层的厚度，直到如图4(b)所示从树脂材料层的状态消除残留膜。接下来，通过将剩余树脂材料层901用作掩模，基板被蚀刻以形成图5(b)所示的状态。最终，通过去除剩余树脂材料层901，如图5(c)所示，可将期望的图案转印到基板上。

当具有间距X的点图案在处理区域205中被转印时，可在没有应用本发明的情况下产生图6(a)的状态。也就是说，当外部区域204中邻近处理区域之间的宽度是Y时，间距为Y或更多。在Y大于X的情况下，难以将邻近处理区域之间的间距设置为例如X。

另一方面，在本发明中，如图6(b)所示，在外部区域中也可形成图案，以使得邻近处理区域彼此靠近，从而邻近处理区域之间的点图案间距可被设置为X。

如上所述，在该实施例中，可将邻近处理区域的图案彼此连接。这种处理方法可适当地用于诸如光子晶体的基板，从而相对于面内方向周期性地布置折射率的分布。

作为可连接的图案，除了点图案之外，还可采用其它图案，诸如“线和空白”(line-and-space)图案、孔图案、自由图案。

此外，在该实施例中，处理区域中模子的形状并不限于方形，而可以是诸如六边形的各种形状。

此外，还可在不使用遮光膜的情况下连接图案。

也就是说，在第一处理区域上形成用于保护第一处理区域的第一保护层，在外部区域中的树脂材料层被去除，而在处理区域中的树脂材料层上形成的图案由第一保护层所保护，从而不会被去除。接下来，使模子与形成在包括外部区域并邻近第一处理区域的区域中的树脂材料层接触，以形成第二处理区域。

然后，在第二处理区域中的树脂材料层上，形成用于保护第二处理区域的第二保护层。

最后，从第二处理区域伸出到第二处理区域的外围的树脂材料被去除，而在第一和第二处理区域中的树脂材料层上形成的图案由第一和第二保护层所保护，从而不会被去除。

通过这种方式，将树脂材料施加到基板上，并一次或多次执行利用模子的压印，以形成第一处理区域，并且去除伸出到第一处理区域的外围的树脂材料以形成第一次的图案。然后，可通过在包括外部区域并邻近第一处理区域的区域中重复与第一图案形成步骤中相同的步骤来形成第二次的图案。

(实施例2)

在实施例2中，将描述与实施例1中不同的处理区域的布置方法。

该实施例与实施例1的不同在于处理区域在每个转印步骤中的布置方式，因此，仅描述所述不同之处。

参照图7(a)到图7(d)，将描述将图案形成步骤重复四次的方法。

标号1201表示第一转印步骤中的处理区域，标号1202表示第二转印步骤中的处理区域，标号1203表示第三转印步骤中的处理区域，标号1204表示第四转印步骤中的处理区域。

首先，如图7(a)所示，在第一转印步骤中，以处理区域1201的布置周期来执行处理区域1201中的图案转印，所述布置周期相对于第一方向和第二方向均是处理区域宽度的两倍，其后执行去除步骤。

接下来，如图7(b)和图7(c)所示，在第二转印步骤和第三转印步骤中，分别在水平邻近的处理区域1201之间的处理区域1202和垂直邻近的处理区域1201之间的处理区域1203中转印图案，然后，执行相应的去除步骤。

最后，如图7(d)所示，在剩余处理区域1204中，在第四转印步骤中转印图案，然后，执行去除步骤。

在三次重复图案形成步骤的方法中，无法相对于第一方向和第二方向中的任一个对准处理区域的边缘。另一方面，在四次重复图案形成步骤的方法中，可相对于第一方向和第二方向二者来对准处理区域的边缘。

也就是说，即使在有必要相对于第一方向和第二方向二者来对准处理区域的边缘的情况下，例如，在以网格状形状沿处理区域的边缘来切割(dice)基板的情况下，也可通过连接各个处理区域的图案来转印图案。

将参照图8(a)和图8(b)来描述两次重复图案形成步骤的方法。

如图8(a)所示，在第一转印步骤中，以处理区域1201的布置周期来执行处理区域1201中的图案转印，所述布置周期相对于第一方向是处理区域宽度的两倍并相对于第二方向在邻近处理区域之间具有适当的间隔，其后执行去除步骤。适当的间隔使得每个外部区域中的外部区域不与邻近处理区域重叠。

接下来，如图8(b)所示，在第二转印步骤中，相对于第一转印步骤中的第一方向在邻近处理区域1201之间的处理区域1202中转印图案，然后，执行去除步骤。

通过上述步骤，在有必要仅相对于一个方向将各个处理区域的转印图案彼此连接的情况下，可通过仅将图案形成步骤重复小于三次的两次来转印图案。

在本发明中，图案形成步骤的重复次数、处理区域的布置方法、布置的顺序以及处理区域中的模子形状并不限于以上所描述的哪些。

(实施例3)

在实施例3中，将描述不同于实施例1和2的处理区域的布置方法。

实施例3与实施例1和2的不同之处在于每个转印步骤中使用的模子的构造，因此，将仅描述所述不同之处。

在本发明中，无需在各个转印步骤中使用相同的模子。也就是说，例如，在实施例2中四次重复图案形成步骤的方法中，还可分别在第一到第四转印步骤中使用不同的模子。

图9(a)示出在完成第一转印步骤之后的阶段。

图9(b)示出在完成第二转印步骤之后的阶段。在第二转印步骤中使用的模子所具有的图案不同于在第一转印步骤中使用的模子的图案。

图9(c)示出在完成第三转印步骤之后的阶段。在第三转印步骤中使用的模子所具有的图案不同于在第一和第二转印步骤中使用的模子的图案。

图9(d)示出在第四转印步骤完成之后的阶段。在第四转印步骤中使用的模子所具有的图案不同于在第一到第三转印步骤中使用的模子的图案。

当在所有的转印步骤中使用具有相同图案的模子时，只能够转印具有最多相应于一个处理区域的周期的图案。然而，如在该实施例中那样，在转印步骤中分别使用具有不同图案的模子，从而可转印具有四倍周期结构的图案。

如上所述，在该实施例中，在各个转印步骤的每一个中，使用具有不同图案的模子，从而可按照较大周期来转印图案。

产业应用性

根据本发明，可提供一种能够将邻近处理区域的图案彼此连接以降低生产成本的压印方法。还可提供一种使用所述压印方法的基板处理方法。

尽管参照这里公开的结构描述了本发明，但是本发明不限于所阐述的细节，以及本申请意图覆盖可落入所附权利要求的范围或改进的目的内改进和变化。

Claims (8)

1.一种压印方法，在该压印方法中，通过将模子的图案压印到基板上的树脂材料上来形成图案的步骤被重复多次，所述压印方法包括：

准备在没有形成图案的位置包括遮光部件的模子的步骤；

通过这样的步骤来第一次形成图案的步骤，上述这样的步骤包括：使模子与设置在基板上的可光致固化的树脂材料接触的步骤、通过经由光照射来固化可光致固化的树脂材料而形成第一处理区域的步骤、以及去除可光致固化的树脂材料的从第一处理区域伸出到在第一处理区域的外围的外部区域中的部分的步骤；以及

通过这样的步骤来第二次形成图案的步骤，上述这样的步骤包括：使模子与设置在包括所述外部区域并邻近第一处理区域的区域中的基板上的可光致固化的树脂材料接触的步骤、通过在所述区域中固化可光致固化的树脂材料来形成第二处理区域的步骤、以及在第二处理区域的外围去除可光致固化的树脂材料的从第二处理区域伸出的部分的步骤。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在所述第一次形成图案的步骤中，当相对于第一方向和与第一方向垂直的第二方向中的至少一个方向在第一处理区域中形成多个处理区域时，所述多个处理区域中的邻近处理区域之间的间隔是每个处理区域宽度的长度的整数倍。

3.如权利要求2所述的方法，其中，每个处理区域的宽度的长度包括与调整量相应的长度，所述调整量包括模子的处理误差以及基板与模子之间的对准误差。

4.如权利要求2所述的方法，其中，所述形成图案的步骤被重复三次，并且，

其中，所述压印方法还包括：

形成每个处理区域的步骤，从而相对于第一方向在第一处理区域中形成的多个处理区域中的邻近处理区域之间的间隔是第一处理区域的宽度的长度的两倍，并且相对于第二方向的处理区域被设置为不是彼此邻近的；

在第二次形成图案的所述步骤之后在邻近第二处理区域的区域中形成第三处理区域的步骤。

5.如权利要求1所述的方法，其中，当多次重复形成图案的步骤时，分别在形成图案的所述步骤中使用不同的模子。

6.一种用于处理基板的处理方法，包括：

通过将通过根据权利要求1的压印方法压印在基板上的树脂材料上的图案作为掩模来处理基板的步骤。

7.一种通过使用根据权利要求6的基板的处理方法产生的结构。

8.一种压印方法，在该压印方法中，通过将模子的图案压印在基板上的树脂材料上来形成图案的步骤被重复多次，所述压印方法包括：

通过将树脂材料施加到基板上、通过一次或多次执行的利用模子的压印来形成第一处理区域、以及去除树脂材料的从第一处理区域伸出到在第一处理区域的外围的外部区域中的部分，而第一次形成图案的步骤；以及然后

通过在包括所述外部区域并邻近第一处理区域的区域中重复与所述第一步骤相同的步骤来第二次形成图案的步骤。

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