CN106226992A - 压印装置、压印方法以及物品制造方法 - Google Patents

压印装置、压印方法以及物品制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种压印装置、压印方法以及物品制造方法。压印装置用于使用模具对基板上的压印材料形成图案，所述压印装置包括：驱动单元，其被构造为调整所述模具与所述基板之间的距离和相对倾斜；摄像单元，其被构造为在通过由所述驱动单元减小所述模具与所述基板之间的距离来扩大所述模具与所述压印材料之间的接触区域的过程中，多次拍摄通过经由所述模具照明所述基板而形成的干涉条纹；以及控制单元，其被构造为控制所述驱动单元，以基于由所述摄像单元多次拍摄的图像，在所述过程中多次校正所述模具与所述基板之间的相对倾斜。

Description

压印装置、压印方法以及物品制造方法
技术领域
本发明涉及一种压印装置、压印方法以及物品制造方法。
背景技术
存在使用模具对基板上的压印材料形成图案的压印装置。日本特开2015-56589号公报描述了使模具弯曲，使模具与基板上的压印材料接触，并逐渐使模具的弯曲变小，从而扩大模具与压印材料之间的接触面积。日本特开2015-56589号公报还描述了观察在模具与压印材料之间的接触区域周围形成的干涉条纹，并且基于干涉条纹中心从投射区域中心的位移的方向和量，来调整模具或基板的倾斜。
模具与基板之间的相对倾斜可以根据模具与基板之间的距离的改变而改变。因此，在通过减小模具与基板之间的距离来扩大模具与压印材料之间的接触区域的过程中，即使在某个时点校正了模具与基板之间的相对倾斜，之后相对倾斜仍可能变大。如果在具有大的相对倾斜的状态下使压印材料固化，则对基板上的压印材料的图案形成可能会失败。
发明内容
本发明提供一种有利于减少图案形成失败的技术。
本发明的第一方面提供一种压印装置，其用于使用模具对基板上的压印材料形成图案，所述压印装置包括：驱动单元，其被构造为调整所述模具与所述基板之间的距离和相对倾斜；摄像单元，其被构造为在通过由所述驱动单元减小所述模具与所述基板之间的距离来扩大所述模具与所述压印材料之间的接触区域的过程中，多次拍摄通过经由所述模具照明所述基板而形成的干涉条纹；以及控制单元，其被构造为控制所述驱动单元，以基于由所述摄像单元多次拍摄的图像，在所述过程中多次校正所述模具与所述基板之间的相对倾斜。
本发明的第二方面提供一种压印方法，其使用模具对基板上的压印材料形成图案，所述压印方法包括：在通过减小所述模具与所述基板之间的距离来扩大所述模具与所述压印材料之间的接触区域的过程中，基于通过经由所述模具照明所述基板而形成的干涉条纹，执行多次校正所述模具与所述基板之间的相对倾斜的操作；然后使所述压印材料固化。
本发明的第三方面提供一种物品制造方法，所述物品制造方法包括：使用定义为本发明的第一方面的压印装置对基板上的压印材料形成图案；以及对形成有图案的所述基板进行处理。
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是示意性示出根据本发明的实施例的压印装置的构造的图；
图2是示出图1中所示的压印装置的操作的流程图；
图3A和图3B是示例性示出由基板和弯曲的模具形成的干涉条纹的图；
图4A至图4F是示意性示出模具与压印材料之间的接触面积的扩大以及干涉条纹的改变的图；
图5是示出干涉条纹的中心坐标以及相对于作为原点的该中心坐标的坐标的图；
图6A至图6D是示例性示出由模具与压印材料之间的接触面积的扩大引起的干涉条纹的偏心的图；
图7A和图7B是示出在图6D中所示的X轴和Y轴上的光强度分布的图；
图8A和图8B是示例性示出偏心量Ax与倾斜θx以及偏心量Ay与倾斜θy之间的关系的图；
图9A和图9B是视觉上示出光强度分布的内积的定义的图；以及
图10是示例性示出在接触区域扩大过程中相对倾斜θ和内积的峰值Sp的图。
具体实施方式
现在，将参照附图来描述本发明的示例性实施例。
图1示意性示出了根据本发明的实施例的压印装置1的构造。压印装置1被构造为使用模具M对基板S上的压印材料R形成图案。即，压印装置1被构造为在基板S上形成与模具M的图案相对应的图案。压印装置1包括驱动单元DRV、固化单元CU、涂布单元DSP、摄像单元IC以及控制单元CNT。
驱动单元DRV被构造为调整模具M与基板S之间的相对位置和相对倾斜。驱动单元DRV可以包括，例如，保持模具M的模具保持单元MCH、驱动模具保持单元MCH的模具驱动单元MDRV、保持基板S的基板保持单元SCH以及驱动基板保持单元SCH的基板驱动单元SDRV。能够通过由模具驱动单元MDRV对模具保持单元MCH的驱动以及由基板驱动单元SDRV对基板保持单元SCH的驱动，来调整或控制模具M与基板S之间的相对位置和相对倾斜。模具驱动单元MDRV能够例如对关于X轴方向、Y轴方向、Z轴方向、绕X轴的旋转、绕Y轴的旋转以及绕Z轴的旋转中的全部或一部分，来驱动模具保持单元MCH。基板驱动单元SDRV能够例如对关于X轴方向、Y轴方向、Z轴方向、绕X轴的旋转、绕Y轴的旋转以及绕Z轴的旋转中的全部或一部分，来驱动基板保持单元SCH。Z轴是定义模具M与基板S之间的距离的方向。X轴和Y轴是垂直于Z轴的方向。X轴、Y轴和Z轴定义XYZ坐标系。
驱动单元DRV包括使由模具保持单元MCH保持的模具M变形的模具变形单元MDU。模具M包括形成有图案(未示出)的第一表面F1，以及在第一表面F1的相反侧的第二表面F2。模具变形单元MDU能够通过例如控制在第二表面F2侧的空间中的压力，来使模具M变形。例如，当使在第二表面F2侧的空间中的压力高于在第一表面F1侧的空间中的压力时，能够使模具M弯曲，以朝向基板S或压印材料R突出。
涂布单元DSP(树脂供给单元)将压印材料R(例如，树脂)涂布到基板S。固化单元CU在模具M的图案与基板S上的压印材料R接触的状态下，使压印材料R固化。在一个示例中，压印材料R是光固化树脂。固化单元CU利用光照射压印材料R，从而使压印材料R固化。在另一示例中，压印材料R是热固性树脂。固化单元CU对压印材料R施加热，从而使压印材料R固化。
摄像单元IC拍摄通过经由模具M照明基板S而形成的干涉条纹。在通过由驱动单元DRV减小模具M与基板S之间的距离来扩大模具M与压印材料R之间的接触区域的过程(接触区域扩大过程)中，能够控制摄像单元IC，以多次拍摄干涉条纹。
控制单元CNT控制驱动单元DRV、摄像单元IC、固化单元CU以及涂布单元DSP。例如，控制单元CNT能够控制驱动单元DRV，以基于由摄像单元IC多次拍摄的图像，在接触区域扩大过程中多次校正模具M与基板S之间的相对倾斜。
将参照图2来示例性地描述压印装置1的操作。该操作能够由控制单元CNT来控制。控制单元CNT能够由例如包括程序的CPU来构建。控制单元CNT可以由PLD(可编程逻辑器件)或ASIC(专用集成电路)来构建。作为选择，控制单元CNT可以由包括程序的CPU、PLD和ASIC中的至少两个的组合来构建。
在步骤S100中，控制单元CNT控制涂布单元DSP和驱动单元DRV，使得压印材料R被涂布(供给)到基板S。例如，当由基板驱动单元SDRV驱动基板S，以使投射区域作为基板S上的压印对象进入涂布单元DSP的涂布操作区域，并且涂布单元DSP排出压印材料R时，能够将压印材料R涂布到投射区域。
在步骤S102中，控制单元CNT控制驱动单元DRV以使模具M的图案与基板S上的压印材料R接触。此时，模具变形单元MDU例如使在第二表面F2侧的空间中的压力高于在第一表面F1侧的空间中的压力，从而使模具M弯曲，使得模具M朝向基板S或压印材料R突出。
在步骤S104中，控制单元CNT控制摄像单元IC，以拍摄通过经由模具M照明基板S而形成的干涉条纹的图像(下文中被称为第一图像)。如图3A和图3B中示意性所示，当经由模具M照明基板S时，能够通过由模具M反射的光Lm与由基板S反射的光Ls之间的光路长度差，来形成干涉条纹IF。干涉条纹IF是例如包括亮环302和暗环303的牛顿环。亮环302出现在光路长度差为光的波长的整数倍的位置处，而暗环303出现在光路长度差为光的波长的半整数倍的位置处。
在步骤S106中，控制单元CNT计算由摄像单元IC拍摄的第一图像中的干涉条纹IF的中心坐标(Cx,Cy)。干涉条纹IF的中心坐标(Cx,Cy)可以是，例如包括亮环302和暗环303的多个环中的一个的中心坐标，或通过最小二乘法等由多个环的中心坐标决定的中心坐标。图5示出了干涉条纹IF的中心坐标(Cx,Cy)以及相对于作为原点的中心坐标(Cx,Cy)的X轴和Y轴。
在步骤S108中，控制单元CNT控制模具变形单元MDU，以使模具M的弯曲量变小，从而扩大压印材料R与模具M的图案之间的接触面积。步骤S108至步骤S120对应于接触区域扩大过程，在接触区域扩大过程中，驱动单元DRV减小模具M与基板S之间的距离，从而扩大模具M与压印材料R之间的接触区域。在接触区域扩大过程中，驱动单元DRV可以维持模具M与基板S之间的预定距离，或改变距离使得驱动单元DRV接近目标距离。在接触区域扩大过程中，控制单元CNT控制摄像单元IC，以多次拍摄干涉条纹IF，并且控制驱动单元DRV，以基于多次拍摄的图像来校正模具M与基板S之间的相对倾斜。
在接触区域扩大过程中，干涉条纹IF随着压印材料R与模具M的图案之间的接触面积的扩大而改变。在步骤S110中，控制单元CNT控制摄像单元IC，以拍摄通过经由模具M照明基板S而形成的干涉条纹IF的图像(下文中被称为第二图像)。第二图像是在第一图像之后拍摄的图像。
图4A至图4F示意性示出了模具M与压印材料R之间的接触面积的扩大，以及干涉条纹IF的改变。当如图4A→图4B→图4C中所示，扩大压印材料R与模具M的图案之间的接触面积时，干涉条纹IF相应地改变，如图4D→图4E→图4F中所示。
在步骤S112至步骤S116中，控制单元CNT控制驱动单元DRV，以基于第二图像中的干涉条纹的中心从第一图像中的干涉条纹的中心的偏心量，来校正模具M与基板S之间的相对倾斜。即，控制单元CNT控制驱动单元DRV，以减小第二图像中的干涉条纹的中心从第一图像中的干涉条纹的中心的偏心量。这意味着控制驱动单元DRV，使得在接触区域扩大过程中，在拍摄第一图像时维持模具M与基板S之间的相对倾斜。
下面，将使用更详细的示例来描述步骤S112至步骤S116的处理。在步骤S112中，控制单元CNT计算下面要定义的偏心量Ax和偏心量Ay，作为第二图像中的干涉条纹的中心坐标从第一图像中的干涉条纹IF的中心坐标(Cx,Cy)的偏心量。
图6A示意性示出了当在步骤S104中拍摄第一图像IMG1时的模具M的弯曲，图6B示意性示出了当在步骤S110中拍摄第二图像IMG2时的模具M的弯曲。图6C示意性示出了第一图像IMG1，图6D示意性示出了第二图像IMG2。能够通过例如定义相对于作为原点的第一图像IMG1中的干涉条纹的中心坐标(Cx,Cy)的x坐标和y坐标，并基于在x坐标和y坐标下的、第二图像IMG2中的干涉条纹的一个环的x坐标值和y坐标值进行计算，来计算偏心量Ax和偏心量Ay。
图7A示出了图6D中所示的X轴上的光强度分布。参照图7A，令Lx和Rx分别为给定环的左侧部分701的位置和右侧部分702的位置。令Δx为偏差量，Mx为平均位置，并且Ax为偏心量。它们可以被定义为
Δx＝Rx+Lx...(1)
Mx＝(Rx-Lx)/2...(2)
Ax＝Δx/Mx...(3)
图7B示出了图6D中所示的Y轴上的光强度分布。参照图7B，令Dy和Uy分别为给定环的下侧部分703的位置和上侧部分704的位置。令Δy为偏差量，My为平均位置，并且Ay为偏心量。它们可以被定义为
Δy＝Uy+Dy...(4)
My＝(Uy-Dy)/2...(5)
Ay＝Δy/My...(6)
即，控制单元CNT能够根据式(3)和式(6)来计算偏心量Ax和偏心量Ay。
在步骤S114中，控制单元CNT基于偏心量Ax和偏心量Ay，来计算模具M与基板S之间的相对倾斜θx和相对倾斜θy，其中，θx为X轴分量的倾斜，并且θy为Y轴分量的倾斜。
表示相对倾斜θx与偏心量Ax以及相对倾斜θy与偏心量Ay之间的关系的函数θx＝Fx(Ax)以及θy＝Fy(Ay)，一般可以为复函数(complexfunction)。然而，仅对实际可能范围内的Ax和Ay，函数能够被近似为线性函数，如图8A和图8B中所示。即，相对倾斜θx与偏心量Ax以及相对倾斜θy与偏心量Ay之间的关系可以被定义为
θx＝Kx·Ax...(7)
θy＝Ky·Ay...(8)
即，在步骤S114中，控制单元CNT根据式(7)和式(8)，基于偏心量Ax和偏心量Ay，计算模具M与基板S之间的相对倾斜θx和相对倾斜θy。在步骤S116中，控制单元CNT基于在步骤S114中计算出的模具M与基板S之间的相对倾斜θx和相对倾斜θy来控制驱动单元DRV，使得θx和θy中的各个接近0。即，在本示例中，控制单元CNT将偏心量Ax和偏心量Ay转换成针对模具M与基板S之间的相对倾斜的校正量，并且控制驱动单元DRV以基于该校正量来校正模具M与基板S之间的相对倾斜。
在步骤S118中，控制单元CNT确定模具M与基板S之间的相对倾斜θx和相对倾斜θy的校正是否已结束。在确定校正尚未结束的情况下，处理返回到步骤S108。在确定校正已结束的情况下，处理前进到步骤S120。当例如干涉条纹IF的外边缘与投射区域的外边缘之间的距离变得小于预定距离时，确定模具M与基板S之间的相对倾斜θx和相对倾斜θy的校正已结束。重复步骤S108至步骤S118，从而多次拍摄干涉条纹IF，并基于通过摄像获得的多个图像来多次校正相对倾斜θx和相对倾斜θy。
在步骤S120中，控制单元CNT控制模具变形单元MDU，以扩大模具M与压印材料R之间的接触区域，直到涂布到基板S的投射区域的压印材料R与模具M的图案完全匹配为止。
在步骤S122中，控制单元CNT控制驱动单元DRV，以将基板S的投射区域与模具M对准。即，在本实施例中，在已多次校正模具M与基板S之间的相对倾斜之后，能够进行基板S(的投射区域)与模具M之间的对准。可以在模具M与基板S之间的相对倾斜的校正之前或校正倾斜的步骤之间，进行模具M与基板S之间的对准。
在步骤S124中，控制固化单元CU以使压印材料R固化。接下来，在步骤S126中，控制驱动单元DRV以将固化后的压印材料R与模具M分离。
在上述实施例中，紧接在模具M开始与压印材料R接触之后，模具M与压印材料R之间的接触区域小，并且形成有干涉条纹的区域也小。因此，偏心量Ax和偏心量Ay的误差大。另一方面，当干涉条纹的外边缘接近投射区域的外边缘时，干涉条纹容易失去其形状。因此，下面将提供该实施例的改进示例。在改进示例中，在由摄像单元IC拍摄的图像中的干涉条纹的对称性满足预定标准的情况下，控制单元CNT控制驱动单元DRV，以基于该图像来校正模具M与基板S之间的相对倾斜θ。在此，控制单元CNT能够基于由摄像单元IC拍摄的图像的沿预定轴(例如，X轴)的光强度分布的内积，来评估干涉条纹的对称性。
下面，将示例性地描述内积的定义。内积的定义可以符合其他定义。令x为沿预定轴(例如，X轴)的位置，I(x)为沿预定轴的光强度分布，并且S(x)为内积。S(x)可以由下式来定义：
S ( x ) = ∫ I ( - t ) · I ( t - x ) d t ∫ I ( t ) · I ( t ) d t ... ( 9 )
图9A示出了图7A的右侧(值x为正的部分)的部分(相当于901)，以及被翻转并覆盖在部分901上的、图7A的左侧(值x为负的部分)的部分(902)。在实线901与虚线902之间的匹配程度高情况下，即，在对称性高情况下，内积S(x)的值大。
图9B示出了内积S(x)出现峰的坐标xp的水平偏差，其对应于上述的偏差量Δx。内积S(x)的峰值Sp＝S(xp)表示水平方向上的对称性。如果内积S(x)的峰值Sp高，则意味着I(x)的对称性(在相对于作为中心的xp的水平方向上的对称性)高。另一方面，如果Sp低，则意味着I(x)的对称性(在相对于作为中心的xp的水平方向上的对称性)低。此外，如果内积S(x)的峰值Sp高，则表示基于由摄像单元IC拍摄的图像来校正模具M与基板S之间的相对倾斜θ的有效性高。另一方面，如果Sp低，则表示基于由摄像单元IC拍摄的图像来校正模具M与基板S之间的相对倾斜θ的有效性低。因此，控制单元CNT能够被构造为当内积S(x)的峰值Sp大于预定值时，基于由摄像单元IC拍摄的图像来校正模具M与基板S之间的相对倾斜θ。
图10示出了在接触区域扩大过程中的相对倾斜θ以及内积的峰值Sp。在接触区域扩大过程的初期，内积的峰值Sp上升。此后，峰值Sp在1附近稳定，然后下降。内积的峰值Sp稳定的区域，表示基于由摄像单元IC拍摄的图像来校正模具M与基板S之间的相对倾斜θ的有效性高。
在另一示例中，控制单元CNT可以控制驱动单元DRV，以基于在从模具M与压印材料R之间的接触区域的大小超过第一阈值起直到低于第二阈值为止的时段期间由摄像单元IC拍摄的图像，来校正相对倾斜θ。第一阈值对应于内积的峰值Sp稳定的区域的开始点，第二阈值对应于内积的峰值Sp稳定的区域的结束点。
一种作为物品的器件(例如，半导体集成电路器件或液晶显示器件)的制造方法包括使用上述的压印装置来在基板(晶片、玻璃板或薄膜状基板)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板进行处理(例如，蚀刻)的步骤。注意，当制造诸如图案化介质(记录介质)或光学器件等其他物品时，制造方法能够包括代替蚀刻的、对形成有图案的基板进行处理的其他处理。根据本实施例的物品制造方法在物品的性能、质量、生产率及生产成本中的至少一者中，优于传统方法。
其他实施例
还可以通过读出并执行记录在存储介质(也可更完整地称为“非暂时性计算机可读存储介质”)上的计算机可执行指令(例如，一个或更多个程序)以执行上述实施例中的一个或更多个的功能、并且/或者包括用于执行上述实施例中的一个或更多个的功能的一个或更多个电路(例如，专用集成电路(ASIC))的系统或装置的计算机，来实现本发明的实施例，并且，可以利用通过由系统或装置的计算机例如读出并执行来自存储介质的计算机可执行指令以执行上述实施例中的一个或更多个的功能、并且/或者控制一个或更多个电路以执行上述实施例中的一个或更多个的功能的方法，来实现本发明的实施例。计算机可以包括一个或更多个处理器(例如，中央处理单元(CPU)，微处理单元(MPU))，并且可以包括分开的计算机或分开的处理器的网络，以读出并执行计算机可执行指令。计算机可执行指令可以例如从网络或存储介质被提供给计算机。存储介质可以包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的存储器、光盘(诸如压缩光盘(CD)、数字通用光盘(DVD)或蓝光光盘(BD)TM)、闪存装置以及存储卡等中的一者或更多。
本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。
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。

Claims (10)

1.一种压印装置，其用于使用模具对基板上的压印材料形成图案，所述压印装置包括：
驱动单元，其被构造为调整所述模具与所述基板之间的距离和相对倾斜；
摄像单元，其被构造为在通过由所述驱动单元减小所述模具与所述基板之间的距离来扩大所述模具与所述压印材料之间的接触区域的过程中，多次拍摄通过经由所述模具照明所述基板而形成的干涉条纹；以及
控制单元，其被构造为控制所述驱动单元，以基于由所述摄像单元多次拍摄的图像，在所述过程中多次校正所述模具与所述基板之间的相对倾斜。
2.根据权利要求1所述的压印装置，其中，由所述摄像单元拍摄的图像包括第一图像和在所述第一图像之后拍摄的第二图像，并且
所述控制单元控制所述驱动单元，以基于所述第二图像中的干涉条纹的中心从所述第一图像中的干涉条纹的中心的偏心量，来校正所述相对倾斜。
3.根据权利要求2所述的压印装置，其中，所述控制单元将所述偏心量转换成用于所述相对倾斜的校正量，并且控制所述驱动单元以基于所述校正量来校正所述相对倾斜。
4.根据权利要求1所述的压印装置，其中，所述控制单元控制所述驱动单元，以在多次校正所述相对倾斜之后，进行所述基板与所述模具之间的对准。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的压印装置，其中，在由所述摄像单元拍摄的图像中的干涉条纹的对称性满足预定标准的情况下，所述控制单元控制所述驱动单元，以基于所述图像来校正所述相对倾斜。
6.根据权利要求5所述的压印装置，其中，所述控制单元基于由所述摄像单元拍摄的图像的沿预定轴的光强度分布的内积，来评估所述对称性。
7.根据权利要求6所述的压印装置，其中，令x为沿所述预定轴的位置，I(x)为所述光强度分布，并且S(x)为所述内积，S(x)由
来定义，并且
在根据由所述摄像单元拍摄的图像而获得的S(x)的峰值大于预定值的情况下，所述控制单元控制所述驱动单元，以基于所述图像来校正所述相对倾斜。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的压印装置，其中，所述控制单元控制所述驱动单元，以基于在从所述接触区域的大小超过第一阈值起直到所述大小低于第二阈值为止的时段期间由所述摄像单元拍摄的所述图像，来校正所述相对倾斜。
9.一种压印方法，其使用模具对基板上的压印材料形成图案，所述压印方法包括：
在通过减小所述模具与所述基板之间的距离来扩大所述模具与所述压印材料之间的接触区域的过程中，基于通过经由所述模具照明所述基板而形成的干涉条纹，执行多次校正所述模具与所述基板之间的相对倾斜的操作；以及
然后使所述压印材料固化。
10.一种物品制造方法，所述物品制造方法包括：
使用权利要求1的压印装置对基板上的压印材料形成图案；并且
对形成有所述图案的所述基板进行处理。
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