CN104614934A - 压印设备和制造物件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种压印设备和制造物件的方法。所述压印设备用于执行利用模具在基底上模制压印材料以在基底上形成图案的压印处理，所述设备包括：供给装置，其配置成将渗透气体和可凝缩气体供给到在基底上的压印材料与模具之间的空间，所述渗透气体穿透模具、压印材料以及基底中的至少之一，并且所述可凝缩气体通过由于模制导致的压力上升而被液化；以及控制器，其配置成控制供给装置，以便基于与用于压印处理的配方相关的信息改变渗透气体的供给量和可凝缩气体的供给量中的至少之一。

Description

压印设备和制造物件的方法
技术领域
本发明涉及压印设备和制造物件的方法。
背景技术
随着越来越多地要求半导体装置的微型构图，利用模具在基底上模制未固化树脂并且在基底上形成树脂图案的微型制造技术已经取得关注。所述技术被称为压印技术，并且可以在基底上形成纳米级的精细结构。例如，在采用光固化方法作为树脂固化方法的压印设备中，紫外线固化树脂(压印材料)被施加到在基底上的照射区域(压印区域)，并且利用模具模制树脂(未固化树脂)。然后，模具在通过利用紫外线照射而固化树脂之后被分开(脱模)，由此在基底上形成树脂图案。
通常，在压印设备内的气氛是空气。因此，如果模具和树脂相互挤压，则空气停留在模具与树脂之间，而后转变成可能形成树脂中的气泡的残余气体。在这种情况下，将被转印到基底上的图案可能发生问题。这使得在基底上形成准确图案变得不可能。为了应对这个问题，考虑到的是，等待直到残余气体被溶解、扩散、或渗入树脂和模具中而消失。然而，这样执行压印处理要花费很多时间。
为了解决这个问题，美国专利No.7,090,716提出了一种压印设备，其使用渗透气体作为压印气氛，并且使剩余在树脂和模具中的渗透气体溶解或扩散，由此快速减少残余气体。日本专利No.3700001也提出了一种压印设备，其使用当模具和树脂相互挤压时随压力上升(增加)而凝缩的可凝缩气体作为压印气氛。可凝缩气体在剩余时被液化，并且其体积被减小到与气体形式时相比的几百分之一。这可以抑制残余气体对图案形成的影响。当利用可凝缩气体时，由于通过将被液化的可凝缩气体吸收到树脂中而降低树脂的粘度，树脂在基底上的传播速度增加，因此实现更短时间内的图案形成。
另一方面，如果渗透气体和可凝缩气体进入例如测量基底载台位置的干涉仪的光路，干涉仪不能准确地测量基底载台位置。为此，日本专利特开2012-164785提出了一种技术，其利用通过混合渗透气体和可凝缩气体获得的气体混合物作为压印气氛，并且调整渗透气体与可凝缩气体之间的混合物比率以降低干涉仪的测量误差(以获得与空气相同的折射率)。
然而，在通过在可凝缩气体气氛中的压印处理进行的图案形成中，被吸收到树脂中的液化可凝缩气体在脱模之后被排出，从而可能毁坏已经形成在基底上的图案形状。存在例如图案的表面粗糙度增加、树脂密度减小、图案线宽缩窄、以及图案剖面形状毁坏的趋势。这些趋势随着可凝缩气体的浓度增加而变强。另一方面，用于图案形成的时间可以随着可凝缩气体的浓度增加而缩短。因此，在准确的图案形成与产量(生产率)的增加之间存在取舍关系。
发明内容
本发明例如提供在准确构图与产量之间的兼容性方面有利的压印设备。
根据本发明的第一方面，提供了一种压印设备，用于执行利用模具在基底上模制压印材料以在基底上形成图案的压印处理，所述设备包括：供给装置，其配置成将渗透气体和可凝缩气体供给到在基底上的压印材料与模具之间的空间，所述渗透气体渗透模具、压印材料以及基底中的至少之一，并且所述可凝缩气体通过由于模制导致的压力上升而被液化；以及控制器，其配置成控制供给装置，以便基于与用于压印处理的配方(recipe)相关的信息改变渗透气体的供给量和可凝缩气体的供给量中的至少之一。
根据本发明的第二方面，提供了一种压印设备，用于执行利用模具在基底上模制压印材料以在基底上形成图案的压印处理，所述设备包括：供给装置，其配置成将渗透气体和可凝缩气体供给到在基底上的压印材料与模具之间的空间，所述渗透气体渗透模具、压印材料以及基底中的至少之一，并且所述可凝缩气体通过由于模制导致的压力上升被液化；以及控制器，其配置成控制供给装置，以便基于与经由压印处理在基底上形成的图案的特征相关的信息改变渗透气体的供给量和可凝缩气体的供给量。
根据本发明的第三方面，提供了一种制造物件的方法，所述方法包括以下步骤：利用压印设备在基底上形成图案，并且处理已经形成有图案的基底以制造物件，其中，压印设备执行利用模具在基底上模制压印材料以在基底上形成图案的压印处理，并且压印设备包括：供给装置，其配置成将渗透气体和可凝缩气体供给到在基底上的压印材料与模具之间的空间，所述渗透气体渗透模具、压印材料以及基底中的至少之一，并且所述可凝缩气体通过由于模制导致的压力上升而被液化；以及控制器，其配置成控制供给装置，以便基于与用于压印处理的配方相关的信息改变渗透气体的供给量和可凝缩气体的供给量中的至少之一。
根据本发明的第四方面，提供了一种制造物件的方法，所述方法包括以下步骤：利用压印设备在基底上形成图案，并且处理已经形成有图案的基底以制造物件，其中，压印设备执行利用模具在基底上模制压印材料以在基底上形成图案的压印处理，并且压印设备包括：供给装置，其配置成将渗透气体和可凝缩气体供给到在基底上的压印材料与模具之间的空间，所述渗透气体渗透模具、压印材料以及基底中的至少之一，并且所述可凝缩气体通过由于模制导致的压力上升而被液化；以及控制器，其配置成控制供给装置，以便基于与经由压印处理在基底上形成的图案的特征相关的信息改变渗透气体的供给量和可凝缩气体的供给量。
通过以下参考附图对示例性实施方式的说明，本发明的其他方面将变得明显。
附图说明
图1是示出作为本发明的一个方面的压印设备的布置方式的示意图。
图2A和2B是示出图案的收缩比率与在渗透气体和可凝缩气体的气体混合物中的可凝缩气体的浓度之间的关系的图表。
具体实施方式
以下将参考附图描述本发明的优选实施例。注意到所有附图中相同的附图标记指代相同的部件，并且将不再给出对其的重复说明。
图1是示出作为本发明的一个方面的压印设备1的布置方式的示意图。压印设备1是用于制造装置(诸如，半导体装置)的设备，并且执行利用模具将压印材料(树脂)模制和固化在基底上并且在基底上形成图案(树脂图案)的压印处理。压印设备1采用光固化方法作为树脂的固化方法。压印设备1包括照明系统2、模具保持单元3、基底载台4、树脂供给单元5、气体供给单元6、控制单元7、以及测量单元15。如图1所示，Z轴线被定义为平行于照明系统2的光轴的方向，所述照明系统利用紫外线照射基底上的树脂，并且X轴线和Y轴线被定义为在垂直于Z轴线的平面上相互正交的方向。
照明系统2在压印处理时利用紫外线照射模具8。照明系统2包括用于将从光源发射的紫外线调整成适于压印的光的光学器件。模具8是在面向基底10的表面上包括三维形成的预定图案(例如，与应该形成在基底10上的图案对应的三维图案)的模具。模具8由紫外线能够穿过的材料(例如，石英)制成。此外，对准标记检测系统(未示出)邻近照明系统2设置或设置成包括在照明系统2中的形式，并且执行在先前步骤中形成在基底10上的对准标记与模具8的对准标记之间的对准。
模具保持单元3通过真空抽吸力或静电力保持模具8。模具保持单元3包括模具夹持器9和沿Z轴线方向移动模具8的模具移动机构(未示出)。模具移动机构实施使模具8挤压基底10上的未固化树脂的挤压操作、以及使模具8与基底10上的固化树脂分离的脱模操作。因此，在这个实施方式中，在压印设备1中的挤压操作和脱模操作通过沿Z轴线方向移动模具8而实施。然而，挤压操作和脱模操作可以通过沿Z轴线方向移动基底10(基底载台4)而实施，或通过沿Z轴线方向移动模具8和基底10两者而实施。
基底载台4例如通过真空抽吸保持基底10，并且包括可以沿X-Y平面移动的基底夹持器11。基底10是由例如单晶硅制成的基底。利用模具8模制的树脂被施加到(被供给到)基底10的表面上。用于控制六个自由度(X、Y、Z、ωx、ωy、以及ωz)的位置的多个参考反射镜(反射表面)13也设置在基底载台4上。压印设备1包括通过利用光照射相应参考反射镜13而测量基底载台4的位置的多个激光干涉计14。激光干涉计14实时地测量基底载台4的位置。控制单元7基于由激光干涉计14测量的值执行基底10(基底载台4)的对准控制。
树脂供给单元5将未固化树脂12供给到基底10上。树脂12是紫外线固化树脂，其具有在接收紫外线时固化的特性，并且依据半导体装置制造步骤等被适当地选定。
在使模具8挤压基底10上的未固化树脂的挤压操作中，气体供给单元6将通过混合渗透气体和可凝缩气体获得的气体混合物供给到挤压位置，即，在基底10上的树脂与模具8之间的空间。气体供给单元6包括渗透气体供给单元20，所述渗透气体供给单元供给对于模具8、树脂12、以及基底10中的至少之一具有溶解或扩散特性的渗透气体，在这个实施方式中，所述渗透气体可以在利用模具8模制树脂12的同时渗透到模具8中。气体供给单元6还包括可凝缩气体供给单元21，所述可凝缩气体供给单元供给具有在模制树脂12时由于压力施加(压力上升或增加)而凝缩和液化的特性的可凝缩气体。
渗透气体供给单元20供给诸如氦和氢的气体作为渗透气体。注意到当利用可燃氢作为渗透气体时，需要通过在压印设备1内独立地安装防爆系统以防火的布置。
可凝缩气体供给单元21供给由例如HFC-245fa(1,1,1,3,3-五氟丙烷，CHF2CH2CF3)代表的HFC(氟烃)作为可凝缩气体。可凝缩气体供给单元21也可以供给由HFE-245mc(CF3CF2OCH3)代表的HFE(氢氟醚)作为可凝缩气体。
气体供给单元6包括将分别由渗透气体供给单元20和可凝缩气体供给单元21供给的渗透气体和可凝缩气体混合的气体混合单元22。气体供给单元6还包括气体供给控制单元25，所述气体供给控制单元分别通过第一阀23和第二阀24控制将被供给到气体混合单元22的渗透气体和可凝缩气体的相应供给量。气体供给控制单元25执行下述控制：通过气体混合单元22以预定成分比率混合相应气体；以及在通过第三阀26调整供给量的同时经由气体供给喷嘴27将气体混合物供给到在基底10上的树脂与模具8之间的空间。气体供给控制单元25可以形成为独立地安装在设备中并且经由线路连接到控制单元7，或可以与控制单元7一体形成。
控制单元7包括CPU和存储器，并且控制压印设备1的整体(操作)。控制单元7控制在基底10上形成图案的压印处理，所述压印处理包括挤压操作和脱模操作。控制单元7也控制气体供给单元6，以便改变气体混合物的渗透气体与可凝缩气体之间的混合物比率。例如，控制单元7确定当执行压印处理时由气体供给单元6供给的气体混合物的渗透气体与可凝缩气体之间的混合物比率。控制单元7可以与压印设备1的另一单元一体形成、或可以与压印设备1的所述另一单元分开地形成(在分开的位置)。
测量单元15测量通过利用模具8模制树脂12并固化树脂而形成的图案，并且获得与图案特征(尺寸和形状)相关的信息。与图案特征相关的信息包括图案的线宽、收缩比率、剖面形状、高度、以及表面粗糙度中的至少之一。测量单元15可以被包括在照明系统2中、或可以由偏轴对准检测系统形成。测量单元15可以通过检测已经在基底10上形成的图案的图像或已经进入图案的光的散射光强度而获得与图案特征相关的信息。测量单元15可以作为扫描电子显微镜(SEM)或原子力显微镜(AFM)被安装在压印设备1外。
将描述压印设备1中的压印处理。控制单元7整体控制压印设备1的相应单元，由此执行压印处理。首先，控制单元7控制基底载台4保持通过基底传输系统传输的基底10，并且移动到树脂供给单元5的供给位置。树脂供给单元5将树脂12供给到基底10的预定照射区域(压印区域)。然后，控制单元7控制基底载台4移动以使得基底10上的供给有树脂12的照射区域定位在模具8正下方。控制单元7然后执行例如在模具8与基底10(其上的照射区域)之间的对准，通过模具移动机构执行模具8的放大率校正，并且通过利用模具移动机构移动模具8而使模具8挤压基底10上的树脂12。通过使模具8挤压基底10上的树脂12，模具8的图案(凹部)被树脂12填充。在这种状态下，由照明系统2从模具8的后表面(上表面)的进行紫外线辐射，由此通过穿过模具8的紫外线来固化树脂12。在固化树脂12之后，模具8被模具移动机构移动，并且与基底10上的固化树脂12分开。因此，与模具8的图案对应的树脂12的三维形状图案被形成在基底10上的照射区域中。
当执行根据这个实施方式的压印处理时，气体供给单元6将通过混合渗透气体和可凝缩气体获得的气体混合物供给到在基底10上的树脂12与模具8之间的空间。此时，控制单元7基于例如通过测量单元15获得的与图案特征相关的信息(此后将被称为"图案形状评估值")确定在气体混合物的渗透气体与可凝缩气体之间的最佳混合物比率。因此，具有通过控制单元7确定的混合物比率的气体混合物被气体供给单元6供给到在基底10上的树脂12与模具8之间的空间。例如，对于图案形状评估值，测量单元15需要在下一照射区域中形成图案之前预先获得已经在先前照射区域中形成的图案。气体混合物的最佳混合物比率可以基于表示图案形状评估值与混合物比率(例如，可凝缩气体的浓度)之间关系的表格和表达式而确定，以使得在基底10上形成的图案的准确度落入公差内。注意，信息(诸如表示图案形状评估值与混合物比率之间关系的表格和表达式)被预先存储在控制单元7的存储器等中。最佳混合物比率也可以通过以下方式确定：存储在所述照射区域中形成图案之前形成有图案的多个照射区域中的混合物比率和图案形状评估值，而后计算基于平均值或统计学方法预测的估计值。注意，可以利用不仅在同一个基底上的照射区域中、而且在已经经历压印处理的多个基底上的照射区域中形成的图案的图案形状评估值来计算具有更高准确度的估计值。图案形状评估值也可以通过以下方式获得：准备测试基底而不是基底10，将树脂12供给到测试基底上，利用模具8将树脂12模制到测试基底上并且固化树脂以形成图案，以及通过测量单元15测量图案。
图2A和2B是示出获得图案的收缩比率与在渗透气体(氦气)与可凝缩气体的气体混合物中的可凝缩气体的浓度之间的关系的结果的图表。图2A示出可凝缩气体的浓度分别与两种类型的树脂A和B的图案的收缩比率之间的关系。图2B示出可凝缩气体的浓度与在相同树脂中的不同线宽(100nm和200nm)的图案的收缩比率之间的关系。如在图2A和2B中看到的，图案的收缩比率与气体混合物中可凝缩气体的浓度的上升成比例地增加，同时树脂类型和图案线宽的改变使得可凝缩气体的浓度与图案的收缩比率之间的关系有差异。因此，信息(诸如表示可凝缩气体的浓度与图案的收缩比率之间的关系的表格和表达式)优选依据树脂12的类型或应该形成在基底10上的图案线宽来存储。控制单元7利用在图2A和2B中示出的表格和表达式确定气体混合物的混合物比率，以使得例如形成在基底10上的图案的收缩比率(相对于模具8的图案的收缩比率)落入公差内。这允许形成在基底10上的图案的准确度落入公差内。此外，控制单元7优选确定气体混合物的混合物比率，以使得气体混合物中的可凝缩气体的浓度达到最大值。这使得将被吸收到树脂12中的液化可凝缩气体的量(即，树脂12粘度的降低)可以最大化。因此，在基底10上的树脂12的传播速度增加，从而在较短的时间内实现图案形成。
如上所述，根据这个实施方式的压印设备1可以通过基于形成在基底10或测试基底上的图案的图案形状评估值确定气体混合物的混合物比率而实现准确的图案形成和产量增加。
由气体供给单元6供给的气体混合物的渗透气体和可凝缩气体的混合物比率也可以基于将被供给到基底上的树脂的类型和应该形成在基底上的图案特征中的至少之一而不是实际形成的图案来确定。用于压印处理等的配方包括与将被供给到基底上的树脂的类型相关的信息和与应该形成在基底上的图案特征相关的信息。因此，存储一种表格，所述表格根据树脂类型表示气体混合物中的可凝缩气体的浓度与图案的收缩比率之间的关系(图2A)，或根据图案特征的类型表示所述关系(图2B)。然后，利用与将被供给到基底上的树脂12的类型对应的表格关系确定混合物比率，或利用与应该形成在基底上的图案特征的类型对应的表格关系确定混合物比率。也可以存储一种表格，所述表格根据树脂类型与图案特征类型的组合表示气体混合物中的可凝缩气体的浓度与图案的收缩比率之间的关系。然后，利用与将被供给到基底上的树脂12的类型和应该形成在基底上的图案特征类型的组合对应的表格关系确定混合物比率。此时，如上所述，准确的图案形成和产量的增加可以通过确定混合物比率以使得可凝缩气体的浓度达到在形成在基底上的图案的收缩比率的公差内的最大值而实现。当基于与将被供给到基底上的树脂的类型相关的信息和与应该形成在基底上的图案特征的类型相关的信息确定气体混合物的混合物比率时，压印设备1不需要包括测量单元15。例如，可以使用通过利用外部测量设备(诸如SEM或AFM)测量图案获得的图案形状评估值。
如上所述，根据这个实施方式的压印设备1可以确定不会使形成在基底10上的图案形状变劣的气体混合物的最佳混合物比率，无论树脂12的类型和图案特征的类型如何。因此，压印设备1可以实现准确的图案形成和产量的增加，并且以高产量、低成本、以及高品质提供诸如半导体装置的物件。将描述制造作为物件的装置(半导体装置、磁性存储介质、液晶显示器件等)的方法。所述制造方法包括利用压印设备1在基底(晶片、玻璃板、膜状基底、或类似物)上形成图案的步骤。制造方法还包括处理形成有图案的基底的步骤。处理步骤可以包括移除图案的残余膜的步骤。处理步骤也可以包括另一已知步骤，诸如利用图案作为掩模蚀刻基底的步骤。与传统方法相比，根据这个实施方式的制造物件的方法在物件的性能、品质、生产率、以及生产成本中的至少其中一个方面是有利的。
虽然已经参考示例性实施方式描述本发明，但是应该理解的是，本发明并非限于所公开的示例性实施方式。以下权利要求的范围将被赋予最广泛的解释，以便包含所有这些修改以及等同结构和功能。

Claims (16)

1.一种压印设备，用于执行利用模具在基底上模制压印材料以在基底上形成图案的压印处理，所述设备包括：
供给装置，该供给装置配置成将渗透气体和可凝缩气体供给到在基底上的压印材料与模具之间的空间，所述渗透气体渗透模具、压印材料以及基底中的至少之一，并且所述可凝缩气体通过由于模制导致的压力上升而被液化；以及
控制器，该控制器配置成控制供给装置，以便基于与用于压印处理的配方相关的信息改变渗透气体的供给量和可凝缩气体的供给量中的至少之一。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，控制器配置成基于作为所述信息的与压印材料的类型和将被形成在基底上的图案的特征中的至少之一相关的信息来控制供给装置。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，供给装置配置成供给渗透气体和可凝缩气体的混合气体，并且控制器配置成控制供给装置，以便基于所述信息改变混合气体的混合物比率。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，控制器配置成基于针对压印材料的每种类型表示可凝缩气体的浓度与将被形成在基底上的图案相对于模具图案的收缩比率之间的关系的信息、以及与压印材料的类型对应的信息来控制供给装置。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，控制器配置成基于针对将被形成在基底上的图案的特征的每种类型表示可凝缩气体的浓度与将被形成在基底上的图案相对于模具图案的收缩比率之间的关系的信息、以及与所述特征的类型对应的信息来控制供给装置。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，控制器配置成基于针对压印材料类型和将被形成在基底上的图案的特征类型的组合表示可凝缩气体的浓度与将被形成在基底上的图案相对于模具图案的收缩比率之间的关系的信息、以及与所述组合对应的信息来控制供给装置。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，控制器配置成在基于所述信息获得的可凝缩气体的浓度的基础上控制供给装置，以使得将被形成在基底上的图案相对于模具图案的收缩比率落入公差内。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，渗透气体包括氦和氢中的至少之一。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，可凝缩气体包括氟烃和氢氟醚中的至少之一。
10.一种压印设备，用于执行利用模具在基底上模制压印材料以在基底上形成图案的压印处理，所述设备包括：
供给装置，该供给装置配置成将渗透气体和可凝缩气体供给到在基底上的压印材料与模具之间的空间，所述渗透气体渗透模具、压印材料以及基底中的至少之一，并且所述可凝缩气体通过由于模制导致的压力上升而被液化；以及
控制器，该控制器配置成控制供给装置，以便基于与经由压印处理在基底上形成的图案的特征相关的信息改变渗透气体的供给量和可凝缩气体的供给量。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，控制器配置成还基于表示可凝缩气体的浓度与所述特征之间关系的信息来控制供给装置，以使得所述特征落入公差内。
12.根据权利要求10所述的设备，其中，所述特征涉及图案的尺寸和形状中的至少之一。
13.根据权利要求10所述的设备，其中，渗透气体包括氦和氢中的至少之一。
14.根据权利要求10所述的设备，其中，可凝缩气体包括氟烃和氢氟醚中的至少之一。
15.一种制造物件的方法，所述方法包括以下步骤：
利用压印设备在基底上形成图案；并且
处理已经形成有图案的基底以制造物件，
其中，压印设备执行利用模具在基底上模制压印材料以在基底上形成图案的压印处理，并且压印设备包括：
供给装置，该供给装置配置成将渗透气体和可凝缩气体供给到在基底上的压印材料与模具之间的空间，所述渗透气体穿透模具、压印材料以及基底中的至少之一，并且所述可凝缩气体通过由于模制导致的压力上升而被液化；以及
控制器，该控制器配置成控制供给装置，以便基于与用于压印处理的配方相关的信息改变渗透气体的供给量和可凝缩气体的供给量中的至少之一。
16.一种制造物件的方法，所述方法包括以下步骤：
利用压印设备在基底上形成图案；
处理已经形成有图案的基底以制造物件，
其中，压印设备执行利用模具在基底上模制压印材料以在基底上形成图案的压印处理，并且压印设备包括：
供给装置，该供给装置配置成将渗透气体和可凝缩气体供给到在基底上的压印材料与模具之间的空间，所述渗透气体渗透模具、压印材料以及基底中的至少之一，并且所述可凝缩气体通过由于模制导致的压力上升而被液化；以及
控制器，该控制器配置成控制供给装置，以便基于与经由压印处理在基底上形成的图案的特征相关的信息改变渗透气体的供给量和可凝缩气体的供给量。
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