CN107272330A - 压印设备、压印方法、制造物品的方法及模具 - Google Patents

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Abstract

一种用于通过使用包括图案化部分的模具在基板的处理区域上形成压印材料的图案的压印设备和压印方法、制造物品的方法以及在该压印设备中使用的模具。该压印设备包括加热单元。加热单元加热基板使得处理区域与图案化部分之间的形状差异减小并且加热模具使得模具与加热的基板之间的温度差减小。

Description

压印设备、压印方法、制造物品的方法及模具
技术领域
本公开涉及压印设备、压印方法、制造物品的方法及模具。
背景技术
随着对半导体装置和微机电系统(MEMS)的小型化的日益增长的需求，除了已知的光刻之外，使用模具在基板上模制压印材料以在基板上形成压印材料的图案的微加工技术也引起了注意。此技术还被称为压印技术。利用此技术，可以在基板上形成数量级为几纳米的精细结构。压印技术的一个示例是光固化方法。使用光固化方法的压印设备首先将可光固化压印材料施加到基板上的作为压印区域的投射区域上。接着，压印设备使用模具使压印材料成形。随后，压印设备施加诸如紫外线的光，以便固化压印材料并随后脱离压印材料以在基板上形成树脂图案。
在一系列装置制造过程中，基板可以通过诸如溅射的沉积工艺中的加热过程膨胀或收缩，以便在基板上预先形成的投射区域中沿在基板的表面上以直角相交的两个轴线的方向改变。因此，当将模具以及基板上的压印材料压制在一起时，压印设备需要使投射区域的形状与形成在模具上的图案化部分的形状彼此对准。
日本专利特开号2013-102132中公开了用于将变形的投射区域的形状与图案化部分的形状彼此对准的技术的示例。这公开了通过加热基板使投射区域变形的压印设备。
在将投射区域的形状与图案化部分的形状彼此对准时，校正投射区域的形状和图案化部分的形状，其中压印材料夹在模具与基板中间。当夹在模具与基板之间的压印材料的厚度变为纳米数量级时，作为非牛顿流体的压印材料的粘弹性增加，使得不可能校正投射区域的形状和图案化部分的形状。因此，必须在模具不与施加在基板上的压印材料接触的状态下，校正投射区域的形状和图案化部分的形状。在这种情况下，在通过加热校正投射区域的形状之后，模具和施加在基板上的压印材料彼此接触，使得基板的热量通过压印材料吸收在模具中以改变投射区域的形状，降低对准精度。
发明内容
本公开提供减少对准精度降低的压印设备、压印方法、制造物品的方法及模具。
根据本公开的一方面的压印设备是用于通过使用包括图案化部分的模具在基板的处理区域上形成压印材料的图案的压印设备。压印设备包括被配置以加热模具和基板的加热单元。加热单元加热基板使得处理区域与图案化部分之间的形状差异减小，并且加热模具使得模具与加热的基板之间的温度差减小。
参考附图，本发明的另外特征将从示例性实施例的以下描述中变得明显。
附图说明
图1是示出根据本公开的第一实施例的压印设备的配置的图。
图2是示出压印设备的加热机构6等的配置和设置的图。
图3是第一实施例的压印过程的流程图。
图4A是示出第一实施例的模具的配置的图。
图4B是示出第一实施例的基板上的投射区域的图。
图5是示出第一实施例的模具的图案化部分和基板上的投射区域的形状的校正以及其温度分布的图。
图6是示出第二实施例的模具加热机构的配置和设置的图。
图7是相关技术的压印过程的流程图。
图8A至图8F是示出用于制造物品的方法的图。
图9A至图9D是示出用于制造物品的另一方法的图。
具体实施方式
以下将参考附图详细地描述本公开的实施例。在附图中，相同的部件被给予相同的附图标记，并且将省略冗余的描述。
第一实施例
图1是示出压印设备的代表性示例的图。压印设备1是形成固化材料的图案的设备，通过使模具与供应到基板上的压印材料彼此接触并且通过给予压印材料用于固化的能量而将模具的凹凸图案转印到固化材料的图案。在本实施例中，压印设备1是采用光固化方法的压印设备。在图1中，平行于向基板10上的压印材料14施加光的照明系统的光轴得到Z轴，并且在垂直于Z轴的平面中得到以直角相交的X轴和Y轴。也在其它图中定义了X轴、Y轴和Z轴。
压印设备1包括光照射单元2、模具保持机构3、载物台4、施加单元5、加热机构(加热单元)6、对准测量单元26、控制单元7以及其它部件。
光照射单元2在压印过程中向基板10上的压印材料14施加光9。光照射单元2包括光源(未示出)以及将从光源发射的光9调整到适于压印的光的光学元件(未示出)。
基板10由玻璃、陶瓷、金属、半导体、树脂或类似物制成，在基板10上可以根据需要形成由不同于基板10材料的材料制成的部件。基板10的具体示例包括硅晶片、复合半导体晶片和石英玻璃。可以在施加压印材料14之前提供用于增强压印材料14与基板10之间的粘附性的粘合剂层。
压印材料14施加到基板10的表面，并使用形成在模具8上的图案化部分8a被模制。压印材料14由在施加固化能量时固化的可固化组合物(也称为未固化树脂)制成。固化能量的示例包括电磁波、辐射和热量。电磁波的示例包括选自10nm或以上且1mm或以下的范围的光，诸如红外线、可见光和紫外线，以及诸如X射线和γ射线的电磁辐射。辐射的示例是微粒辐射，诸如电子束。
可固化组合物是在施加光或辐射时或通过加热固化的组合物。其中，通过光固化的可光固化组合物至少包含可聚合化合物和光聚合引发剂，并且可以根据需要进一步包含不可聚合化合物或溶剂。不可聚合化合物是选自敏化剂、供氢体、内部脱模剂、表面活性剂、抗氧化剂以及聚合物组分的至少一种。
可聚合化合物是与由光聚合引发剂生成的聚合因子(例如自由基)反应以通过链式反应(聚合化反应)形成由高聚物构成的固体的化合物。在一个示例中，可聚合化合物是包含一个或多个丙烯酰基或甲基丙烯酰基的化合物，即(甲基)丙烯酸化合物。光聚合引发剂是在接收光时生成聚合因子的化合物。光聚合引发剂的示例是自由基发生剂，诸如酰基氧化膦化合物。
压印材料14通过旋转涂布机或狭缝涂布机以薄膜形式施加到基板10上。可替代地，压印材料14可以以液滴形式或者以通过连接多个液滴形成的岛或膜的形式施加到基板10上。压印材料14的粘度(25℃时的粘度)为例如1mPa·s以上且100mPa·s以下。
模具8的周边形状是例如正方形，并且模具8的面向基板10的表面包括图案化部分8a，将被转印的诸如电路图案的凹凸图案三维地形成在该表面上。模具8的材料的示例包括玻璃、石英、透光树脂(包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)树脂和聚碳酸酯树脂)、透明金属蒸发膜、包括聚二甲基硅氧烷的柔性膜、可光固化膜、金属膜以及其它透光材料。此外，为了有利于稍后描述的变形，模具8可以具有平面形状为圆形并且在用光9照射的表面上具有一定深度的空腔(凹陷)。
模具保持机构3包括保持模具8的模具保持单元11以及保持模具保持单元11的模具驱动机构12。模具驱动机构12通过移动保持模具8的模具保持单元11来移动模具8。模具保持单元11可以通过由真空抽吸力或静电力吸引模具8的光9照射表面的周边区域来保持模具8。例如，当模具保持单元11使用真空吸力保持模具8时，模具保持单元11连接到安装在外部的真空泵(未示出)，并且模具8的安装和拆卸通过真空泵开/关来切换。模具保持单元11和模具驱动机构12在中心(内部)具有开口区域13，使得从光照射单元2发射的光9朝向基板10行进。在开口区域13中，设置有透光构件(未示出)，所述透光构件使由开口区域13的一部分和模具8封闭的空间成为封闭空间。透光构件由透射光9的材料(例如玻璃)制成。封闭空间中的压力由包括真空泵的压力控制单元(未示出)控制。当模具8压靠在基板10上的压印材料14上时，压力控制单元将空间中的压力设置为高于外部压力。当空间中的压力上升时，图案化部分8a朝向基板10以凸形弯曲，以便允许图案化部分8a从图案化部分8a的中心与压印材料14接触。这防止气体(例如空气)保留在图案化部分8a与压印材料14之间，从而允许压印材料14被填充到图案化部分8a的每个凹凸部分。
在本实施例中，通过压制和脱离模具8一次而形成压印材料14的图案的处理区域是投射区域20(参见图2)。投射区域20是其上已经形成图案并且被划刻线(未示出)分割的底层的单位区域。单个投射区域20对应于通过在后端步骤中使用的曝光装置使用掩模形成的重复图案。单个投射区域的示例是约26mm×33mm的区域，用户期望的芯片尺寸的一个或多个图案形成在该区域中。
模具驱动机构12在Z轴方向上移动模具8，同时选择性地将模具8压到基板10上的压印材料14上以及从所述压印材料14脱离所述模具8。可以用于模具驱动机构12的致动器的示例包括线性电机和气缸。为了解决模具8的高精度定位，模具驱动机构12可以包括多个驱动系统，所述多个驱动系统包括粗运动驱动系统和精细运动驱动系统。此外，模具驱动机构12可以不仅对于Z轴方向而且还对于X轴方向、Y轴方向、围绕x轴的旋转方向(θx)、围绕y轴的旋转方向(θy)以及围绕z轴的旋转方向(θz)具有位置控制功能以及用于校正模具8倾斜的倾斜功能。虽然压印设备1的压制和脱离操作可以通过使用模具驱动机构12在Z轴方向上移动模具8来执行，其也可以通过在Z轴方向上移动稍后描述的载物台4或者通过使得模具8和载物台4两者相对于彼此运动来执行。
载物台4保持基板10，并且在模具8以及基板10上的压印材料14的压制中对准模具8和压印材料14。载物台4包括通过吸力保持基板10的基板保持单元16以及机械地保持基板保持单元16并能够在轴向上移动基板保持单元16的载物台驱动机构17。可以用于载物台驱动机构17的致动器的示例包括线性电机和平面电机。载物台驱动机构17也可以由多个驱动系统构成，所述多个驱动系统包括用于X轴方向和Y轴方向的粗运动驱动系统和精细运动驱动系统。此外，载物台驱动机构17可以具有用于Z轴方向上的位置调整的驱动系统、基板10的θ-方向上的位置调整功能以及用于校正基板10倾斜的倾斜功能。载物台4还包括对应于X方向、Y方向、Z方向、θx方向、θy方向和θz方向的位于侧面上的多个参考反射镜18。压印设备1包括多个激光干涉仪19，所述多个激光干涉仪对应于各个参考反射镜18向多个参考反射镜18施加光束。载物台4的位置由多个激光干涉仪19测量。激光干涉仪19实时测量载物台4的位置。稍后描述的控制单元7基于此时的测量值执行载物台4上的基板10的定位控制。
施加单元5设置在模具保持机构3附近，并将未固化的压印材料14施加到基板10上。取决于将在基板10上形成的压印材料14的期望厚度以及将形成的图案的密度，适当地确定从施加单元5的排出喷嘴5a排出的压印材料14的量。
对于压印处理，对准测量单元26获取模具8的图案化部分8a的形状以及基板10上的投射区域20的形状。对准测量单元26可以被配置成也在压印过程期间获取图案化部分8a的形状和投射区域20的形状。
控制单元7控制压印设备1的部件的操作。控制单元7例如包括计算机，通过线连接到压印设备1的部件，并且根据程序或类似物执行对部件的控制。控制单元7可以配置在与压印设备1的其它部分共同的壳体中，或者可以配置在与压印设备1的其它部分分开的壳体中。控制单元7可以包括多个计算机，并且可以包括在将被控制的部件中。
压印设备1包括放置有载物台4的基板27；固定模具保持机构3的桥接压板28；以及经由隔振器29从基板27延伸以支撑桥接压板28的支撑柱30。隔振器29消除了从地板表面传输到桥接压板28的振动。压印设备1还可以包括将模具8从压印设备1的外部输送到模具保持机构3的模具输送机构以及将基板10从压印设备1的外部输送到载物台4的基板输送机构，虽然二者都没有显示。
参考图2，将描述加热模具8和基板10的加热机构6以及模具形状校正机构。图2是示出加热机构6等的配置和设置的图。在图2中，与图1相同的部件被赋予相同的附图标记，并且其描述将省略。
加热机构6加热基板10上的投射区域20和模具8的图案化部分8a。加热机构6包括施加用于加热投射区域20和图案化部分8a的照射光21的加热光源22(光源)。加热机构6还包括调整照射光21的照射剂量的光调整器23(调整单元)以及限定光路使得调整后的光24朝向基板10的表面行进的反射器25。从加热光源22发射的照射光21可以是波长在暴露(固化)压印材料14的光的波长带之外的光。例如，当压印材料14是通过200nm至400nm的波长带中的紫外线固化的可光固化树脂时，照射光21可以是处于400nm至1200nm的波长带中的光。例如，当模具8的材料为石英时，具体地，可以使用400nm至750nm的波长带中的可见光。当通过模具8将调整后的光24施加到基板10上时，由于模具8对于可见光的光吸收率低于基板10的光吸收率，可见光很难在模具8中被吸收。光吸收率是施加到某种物质的光被吸收的比例。当光吸收率高时，由光吸收生成的热量大。
光调整器23允许照射光21中具有特定波长的光通过滤光器(未示出)施加向基板10的表面，以便在投射区域20的至少平面区域中形成期望的剂量分布。光调整器23的示例是液晶装置，其包括多个液晶装置作为光透射表面上的光调制元件，并且能够通过单独控制将施加到多个液晶装置的电压来改变剂量分布。光调整器23的另一个示例是数字微镜装置(DMD)，其包括多个反射镜元件作为光反射表面上的光调制元件，并且能够通过单独调整反射镜元件的平面方向来改变剂量分布。DMD通过控制每个反射镜元件的光反射表面在预定方向上倾斜的时间段来控制由反射镜元件反射并施加到基板10上的光的照射时间。其结果是，基板10上的对应于单独反射镜元件的微小区域中生成的热量被调整，从而在投射区域20上形成期望的温度分布。可替代地，加热光源22可以包括多个光源，待从所述多个光源发射的光可以被单独调整，并且光调整器23可以采用通过单独调整待发射的光来改变剂量分布的方法。无论采用哪种方法，光调整器23可以以均匀的剂量分布或不均匀的剂量分布将照射光21施加到基板10的表面上。
加热光源22和光调整器23可以设置在压印设备1中，以便在固化压印材料14时不阻碍从光照射单元2发射的光9的光路。在本实施例中，加热光源22和光调整器23设置在开口区域13上方的位置(靠近光照射单元2)，在该位置处调整后的光24在X轴方向上从一侧辐射。在这种情况下，调整后的光24进入连接到开口区域13的空间，随后被反射器25反射，并且穿过模具8到达基板10上的投射区域20上。同时，从光照射单元2辐射的光9穿过反射器25到达基板10上。反射器25可以是可以取决于光的波长在透射与反射之间切换的分色镜或类似物。
模具形状校正机构(模具形状校正单元)201是用于通过向模具8的周边施加外力来校正图案化部分8a的形状的机构。模具形状校正机构201安装在模具保持单元11上并且能够通过使用利用诸如空气或油的流体操作的气缸或压电元件从周边方向对模具8施压来校正图案化部分8a的形状。
下面将描述现有技术中的压印过程。在现有技术的压印设备中，与图1中的压印设备1相同的部件用相同的附图标记表示，并且其描述将省略。如上所述，基板10上的投射区域20可以在被携带到压印设备1之前放大或缩小，使得可以在X-Y平面中在以直角相交的两个轴线的方向上改变形状(或尺寸)。投射区域20的变形分量的示例包括放大、平行四边形或梯形线性分量、以及弓形和卷状或桶形高阶分量，其组合以使投射区域20变形。当将模具8以及基板10上的压印材料14压制在一起时，压印设备1校正投射区域20的形状和图案化部分8a的形状使得这些形状可对准。压印设备1通过以下方式实现对准：基于从由对准测量单元26测量的测量结果计算的校正量使基板10上的投射区域20热变形，并且进一步通过使图案化部分8a弹性变形。
图7是现有技术的压印过程的流程图。首先，控制单元7致使基板输送机构(未示出)携带基板10并且致使基板保持单元16将基板10保持在载物台4上(S01)。接着，控制单元7驱动载物台驱动机构17以移动载物台4，使得基板10上的投射区域20定位在由施加单元5执行的施加的位置处。随后，控制单元7致使施加单元5将压印材料14施加到投射区域20上(S02)。
接着，控制单元7驱动载物台驱动机构17移动载物台4，使得其上施加有压印材料14的投射区域20定位在图案化部分8a的正下方。随后，控制单元7致使对准测量单元26(形状获取单元)测量图案化部分8a的形状和投射区域20的形状(S03)。对准测量单元26测量设置在图案化部分8a和投射区域20的四个角处的对准标记，以便由对准标记在x-y方向上的位置确定图案化部分8a的形状和投射区域20的形状。对准标记可以不必设置在图案化部分8a和投射区域20的四个角处。例如，多个对准标记可以设置在图案化部分8a和投射区域20的外周附近的适当位置处。可以在压印过程之前测量图案化部分8a的形状和投射区域20的形状，并且可以使用测量结果。
对准测量单元26可以通过同时测量设置在图案化部分8a和投射区域20处的对准标记来确定图案化部分8a的形状与投射区域20的形状之间的差异。在这种情况下，对准测量单元26紧接在模具8以及基板10上的压印材料14被压在一起之前、或者在它们被压制之后并且在它们脱离之前测量对准标记。
接着，控制单元7由测量结果分析包含在投射区域20中的变形分量(S04)。控制单元7致使控制单元7中的计算单元(未示出)由分析结果计算用于图案化部分8a的模具校正量和用于基板10上的投射区域20的基板校正量(S05)。
接着，控制单元7基于基板校正量确定剂量分布，并且致使光调整器23形成调整后的光24。调整后的光24加热基板10以使投射区域20热变形，使得投射区域20的形状被校正(S06)。对于剂量分布，可以预先准备对应于各种变形分量和校正量的剂量分布图案，由此可以导出用于校正投射区域20所需的剂量分布。控制单元7使用确定的剂量分布作为指标来控制加热光源22和光调整器23的操作。此时，在接收到具有剂量分布的光(调整后的光24)时，温度分布形成在投射区域20的平面区域内和外。
接着，控制单元7致使模具形状校正机构201基于模具校正量向模具8施加外力以校正图案化部分8a的形状(S07)。
接着，控制单元7驱动模具驱动机构12以将模具8压靠在基板10上的压印材料14上(压印过程)。这致使压印材料14填充图案化部分8a的凹凸部分。在该状态下，控制单元7致使光照射单元2从模具8的上方发射光9，以便使用透过模具8的光9固化压印材料14(固化过程)。在压印材料14固化之后，控制单元7驱动模具驱动机构12以使模具8从压印材料14脱离(脱模过程)。这以三维形式在投射区域20上形成对应于图案化部分8a的凹凸部分的压印材料14的图案(层)(S08)。
接着，控制单元7确定在基板10上形成的多个投射区域20的最后投射区域20上的压印过程是否完成(S09是)。如果在S09，控制单元7确定压印过程尚未完成(S09否)，则控制单元7驱动载物台驱动机构17以移动载物台4(S10)。随后，控制单元7返回到步骤S02，以在下一个投射区域上执行压印过程。如果在S09，控制单元7确定压印过程已经完成，则控制单元7终止基板10上的压印过程。通过在通过驱动载物台4改变投射区域20的同时多次执行压印过程，可以在单个基板10上形成压印材料14的多个图案。
在S08的压印过程中，如果使具有与压印设备1中的温度相同的温度的模具8与被加热机构6加热的投射区域20接触以形成温度分布，则热量在基板10与模具8之间传递以改变在基板10上形成的温度分布。这改变投射区域20的形状，以降低图案化部分8a和投射区域20的对准精度。
因此，本实施例被配置成通过加热模具8来防止模具8与基板10之间的热传递，使得基板10上的温度与模具8的温度之间的差小。
将参考图3示出的流程图描述本实施例的压印过程。首先，S01至S05的过程与图7中的S01至S05的过程相同，并且其描述将省略。在S11处，控制单元7由基板校正量确定剂量分布，并且光调整器23形成调整后的光24。调整后的光24在基板10上形成温度分布，并且使投射区域20热变形以校正投射区域20的形状。此外，本实施例的模具8被配置成吸收调整后的光24的一部分，以便在调整后的光24在基板10上产生温度分布的同时在模具8的图案化部分8a上形成温度分布。
图4A和图4B是示出根据本实施例的模具8的配置以及基板10上的投射区域20的图。将描述用于在模具8的图案化部分8a上形成温度分布的配置。如图4A所示，本实施例的模具8具有吸收部分(光吸收部分)101，所述吸收部分吸收与形成图案化部分8a的表面相背对的表面上的调整后的光24的一部分的能量。吸收部分101具有以下特性：吸收波长处于某一范围内的光(光的一部分)并且透射波长处于另一范围内的光(光的另一部分)，并且由于吸收的光的能量生成热。因此，调整后的光24也在模具8的图案化部分8a上形成温度分布，使得可以减小基板10与模具8之间的热传递。吸收部分101可以是吸收光的吸收膜102。吸收膜102的示例是吸收400nm至1200nm范围中的特定波长的光的吸收型中性密度(ND)滤光器，400nm至1200nm是照射光21的波长带。ND滤光器的示例是包含铬或镍合金的金属膜。这种ND滤光器可以通过改变膜厚来改变光吸收率。确定吸收膜102的光吸收率，使得当施加调整后的光24时，形成在投射区域20上的温度分布和形成在图案化部分8a上的温度分布具有特定或更小的温度差。实际上，基于模具8的物理属性和模具8的周围环境的温度确定吸收膜102的光吸收率。
例如，假设模具8的图案化部分8a的温度分布和基板10的温度分布通过使在模具8和基板10中生成的热量相等而变得相等。假设对于波长为450nm的光，基板10具有85％的光吸收率，并且模具8具有对于波长为450nm的光具有A[％]的光吸收率的吸收膜102。在这种情况下，当施加波长为450nm、辐射剂量为2.0[W]的光时，模具8中生成的热量h1[W]与基板10中生成的热量h2[W]之间的关系如下：
h1＝A×2.0...(1)
h2＝(2.0-h1)×0.85...(2)
h1＝h2...(3)
因此，可以根据方程式(1)至(3)将吸收膜102的光吸收率A确定为约0.46[％]。在这些计算中，不考虑由表面反射引起的损失。
控制单元7使用光调整器23调整从加热光源22发射的照射光21的量和调整后的光24的剂量分布。此时，调整辐射剂量和剂量分布，使得用于校正投射区域20的形状所需的温度分布以及形成在投射区域20上的温度分布与形成在图案化部分8a上的温度分布之间的温度差小于阈值。可以使用方程式(4)获得阈值T，其中，L1x是投射区域20在X方向上的长度，L2x是投射区域20形状改变后在X方向上的长度，并且E是基板10的线性膨胀系数，如图4B所示。
T＝(L2x-L1x)/(E×L1x)＝RC/E...(4)
RC是投射区域20在X方向上的长度的变化率。例如，假设投射区域20在X方向上的侧边的长度L1x为26mm，并且投射区域20在形状改变之后在X方向上的长度L2x与形状改变之前的长度L1x之间的差为4.0nm作为对于对准精度的容许值，RC约为1.5×10-7。假设基板10的线性扩张系数E为2.4ppm。如果在方程式(4)中替换这些值，则阈值T为约0.064℃。因此，考虑到吸收膜102的光吸收率来控制调整后的光24的剂量分布，使得投射区域20上的温度分布与图案化部分8a上的温度分布之间的温度差小于阈值。此外，通过使用投射区域20在Y方向上的长度L1y和形状改变后的长度L2y，也可以如针对X方向一样针对Y方向获得阈值。在这种情况下，可以采用针对X方向和Y方向的阈值中的较小阈值。虽然上面的实施例已针对投射区域20在膨胀方向上改变的情况描述了实施例，但在投射区域20在收缩方向上改变的情况下也可以通过相同的方法获得阈值。
以这种方式，可以将由从基板10到模具8的热传递引起的投射区域20的变形的变形量保持在特定范围内，使得可以减少或消除图案化部分8a和投射区域20的对准精度的降低。
可替代地，代替吸收膜102，可以在模具8的材料中混合具有吸收波长处于某一范围中的光并且透射波长处于另一范围中的光的特性的材料以形成吸收部分101。在一个示例中，可以混合硫化镉的细颗粒。在这种情况下，可以通过改变材料的混合比来调整光吸收率。吸收部101可以包括吸收膜102和混合材料。
回到图3中，将描述随后的压印过程。在图3中的S07处，控制单元7致使模具形状校正机构201利用形成在图案化部分8a上的温度分布校正图案化部分8a的形状(S07)。通过在图案化部分8a上形成温度分布，图案化部分8a通过热膨胀而变形。在本实施例中，如果模具8的材料为石英，则线性膨胀系数为约0.5ppm。如果基板10的材料为单晶硅，则线性膨胀系数为约2.4ppm。例如，当通过在投射区域20上形成温度分布而将投射区域20的长度校正12nm时，图案化部分8a的长度变化约2.5nm。因此，图案化部分8a由于热量而造成的形状变化小于基板10的投射区域20的形状变化，并且可以校正基板10的投射区域20的形状，使得图案化部分8a与投射区域20之间的形状差异可以减小。此外，即使图案化部分8a由于热量而具有温度分布，使得图案化部分8a的形状由于热膨胀而变化，也可以使用模具形状校正机构201校正形状变化。利用对准测量单元26测量图案化部分8a的形状和投射区域20的形状。随后，通过由向模具8施加外力造成的弹性变形，使用模具形状校正机构201基于测量结果校正图案化部分8a的形状，使得图案化部分8a与投射区域20之间的形状差异变小。
接着，如图7的S08处，控制单元7执行压印过程、固化过程以及脱模过程(S08)。在压印过程中，图案化部分8a压靠在投射区域2上，图案化部分8上的温度分布与形成在投射区域20上的温度分布的温度差小于预定阈值。这可以减少基板10与模具8之间的热传递。这减少或消除投射区域20的形状变化，从而防止图案化部分8a和投射区域20的对准精度降低。在图3所示的流程图中，可以在压印过程(S08)期间连续地施加调整后的光24，以便保持基板10上的投射区域20和模具8的图案化部分8a的产生的温度分布。可以连续地施加调整后的光24直至固化过程和脱模过程(S08)。调整后的光24的施加可以在压印过程(S08)开始之后开始。由于图3中的步骤S09和S10与图7中的步骤S09和S10相同，其描述将省略。
图5是示出模具8的图案化部分8a和基板10的投射区域20的形状的校正以及其温度分布的图。这里，仅包含梯形分量的变形在投射区域20中发生的情况将作为示例描述。将调整后的光24施加到投射区域20的校正前形状108以形成温度分布110。在这种情况下，投射区域20中的梯形分量的变形仅在X方向上，并因此仅赋予温度分布110在Y方向上的倾斜。由于温度分布110，校正前形状108热变形为投射区域20的校正形状109。同时，在图案化部分8a上形成与温度分布110的温度差小于阈值的温度分布107，并且通过利用模具形状校正机构201向模具8施加外力，图案化部分8a的校正前形状105变形为校正后形状106。在校正至投射区域20的校正后形状109和图案化部分8a的校正后形状106的校正完成之后，模具8和基板10通过压印材料14彼此接触。此时，基板10与模具8之间的热传递减小，以使得基板10的温度分布与图案化部分8a的温度分布之间的温度差小于阈值，使得校正后形状109和校正后形状106得以保持。
因此，利用根据本实施例的压印设备，可以减少或消除对准精度的降低。
第二实施例
将描述根据第二实施例的压印设备。图6是示出模具加热机构的配置和设置的图。此实施例的压印设备的特征在于其包括模具加热机构(模具加热单元)61，所述模具加热机构具有红外辐射源62，如图6所示。模具加热机构61通过用光照射模具8来加热模具8。模具加热机构61包括：发射用于加热模具8的红外线的红外辐射源62、调整发射的红外线的剂量分布的模具光调整器(调整单元)63、以及限定调整后的红外线64的光路使得红外线64指向模具8的表面的反射器65。红外线可以是具有例如750nm至1,000μm的波长带的光。当模具8由石英制成时，施加到模具8的红外线被吸收在模具8中。当基板10由单晶硅制成时，基板10的红外吸收率小于模具8的红外吸收率，并因此在基板10几乎不被吸收。模具光调整器63包括能够如光调整器23一样改变剂量分布的光调制元件。
形成在基板10上的投射区域20上的温度分布形成为使得加热机构(基板加热单元)6的加热光源22和光调整器23由控制单元7控制，使得调整后的光24施加到基板10，如第一实施例中那样。控制单元7利用模具光调整器63控制调整后的红外线64的剂量分布，使得与形成在投射区域20上的温度分布的温度差小于阈值的温度分布形成在图案化部分8a上。这允许由于从基板10到模具8的热传递而发生的投射区域20的变形的变形量处于特定范围内，从而减小图案化部分8a和投射区域20的对准精度的降低。
调整后的光24和调整后的红外线64施加到反射器65。反射器65可以是分色镜，其具有以下特性例如：反射波长在红外区域中的光，并且透射波长在比红外区域的波长短的可见区域中的光。调整后的光24和调整后的红外线64由反射器65引导到反射器25。反射器25可以是分色镜，其具有以下特性例如：反射波长在红外区域中的光，并且透射波长在比可见区域的波长短的紫外区域中的光。利用反射器25，将调整后的红外线64施加到模具8，并且调整后的光24穿过模具8到达基板10上。
在用于实现图3中示出的压印过程的流程图中的S11处，当在基板10上形成温度分布时，控制单元7也使用上述配置在模具8的图案化部分8a上形成温度分布。另一压印过程基本上与第一实施例中描述的相同。
取决于由石英或类似物制成的模具8的红外吸收率和诸如厚度的几何结构，并非施加到模具8上的调整后的红外线64的全部能量都能在模具8中被吸收，其一部分可以施加到基板10。然而，由于基板10的材料是单晶硅，对基板10的投射区域20上形成的温度分布的影响很小，因此基板10的红外吸收率低。
可替代地，可以使用光调整器23，所述光调整器23可以处理波长在可见光范围和红外范围中的光，并且可以不使用模具光调整器63。
本实施例的压印设备可以具有包括温度测量单元(未示出)的配置。温度测量单元测量形成在基板10的投射区域20上的温度分布和形成在模具8的图案化部分8a上的温度分布。控制单元7利用模具光调整器63基于温度分布的测量结果控制调整后的红外线64的剂量分布，使得与投射区域20的温度分布的温度差小于阈值的温度分布形成在图案化部分8a上。温度测量单元的示例包括非接触式温度计，诸如辐射温度计和红外温度计。
因此，利用本实施例的压印设备，可以减少或消除对准精度的降低。
制造物品的方法
使用压印设备形成的固化产品的图案可以永久地用于各种物品的至少一部分或临时用于制造各种物品。物品的示例包括电路元件、光学元件、MEMS、记录元件、传感器以及模具。电路元件的示例包括：易失性或非易失性半导体存储器，诸如动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、闪速存储器以及磁阻随机存取存储器(MRAM)；以及半导体装置，诸如大规模集成(LSI)、电荷耦合装置(CCD)、图像传感器以及现场可编程门阵列(FPGA)。光学元件的示例包括微透镜、光导、波导、抗反射膜、衍射光栅、偏振元件、滤色器、发光装置、显示器以及太阳能电池。MEMS的示例包括数字反射镜装置(DMD)、微通道以及机电转换元件。记录元件的示例包括光盘(诸如压缩盘(CD)和数字通用盘(DVD))、磁盘、磁光盘以及磁头。传感器的示例包括磁传感器、光学传感器以及陀螺仪。模具的示例是压印模具。
固化的产品体的图案直接用作物品的至少一部分或暂时用作抗蚀剂掩模。在蚀刻之后去除抗蚀剂掩模，或者在基板处理过程中执行离子注入。
接着，将描述用于制造物品的具体方法。如图8A所示，制备诸如硅晶片的基板1z，其表面上设置有诸如绝缘体的工件2z。随后，通过喷墨法或类似方法将压印材料3z施加到工件2z的表面上。图8A示出了多个液滴形式的压印材料3z被施加到基板1z上的状态。
如图8B所示，压印模具4z与基板1z上的压印材料3z相对，其中形成有凹凸图案的表面与压印材料3z相对。如图8C所示，使施加了压印材料3z的基板1z与模具4z彼此接触，并向该基板施加压力。压印材料3z填充模具4z与工件2z之间的间隙。当在该状态下穿过模具4z施加作为固化能量的光时，压印材料3z被固化。
如图8D所示，当在压印材料3z固化之后模具4z和基板1z彼此分开时，固化的压印材料3z的图案形成在基板1z上。固化的压印材料3z的图案具有模具4z的凹陷对应于固化的产品的突起并且模具4z的突起对应于固化的产品的凹陷的形状。换言之，模具4z的凹凸图案被转印到压印材料3z。
如图8E所示，当使用固化的产品的图案作为耐蚀刻掩模进行蚀刻时，去除工件2z的表面的不存在固化的产品或仅留下稀薄的固化的产品的部分以形成凹槽5z。如图8F所示，当除去固化的产品的图案时，可以获得凹槽5z形成在工件2z的表面上的物品。在这种情况下，固化的产品的图案被去除。可替代地，可以在处理之后不去除图案，该图案可以用作包括在半导体装置或类似装置中的层间绝缘膜，即物品的组成物。
接着，将描述用于制造物品的另一种方法。如图9A所示，制备由石英玻璃或类似物制成的基板1y，并通过喷墨法或类似方法将压印材料3y施加到基板1y的表面上。可以根据需要在基板1y的表面上设置诸如金属或金属化合物的另一材料层。
如图9B所示，压印模具4y与基板1y上的压印材料3y相对，其中形成有凹凸图案的表面与压印材料3y相对。如图9C所示，使其上施加有压印材料3y的基板1y与模具4y彼此接触，并向该基板施加压力。压印材料3y填充模具4y与基板1y之间的间隙。当在该状态下穿过模具4y施加光时，压印材料3y被固化。
如图9D所示，当在压印材料3y固化之后模具4y和基板1y彼此分开时，将固化的压印材料3y的图案形成在基板1y上。因此，获得具有固化的产品的图案作为组成物的物品。在图9D的状态下，使用固化的产品的图案作为掩模蚀刻基板1y时，可以获得其中凹陷和突起与诸如压印模具的模具4y的凹陷和突起相反的物品。
已经描述了本公开的实施例，应理解，本公开不限于实施例，并且可以在其精神范围内进行各种修改和改变。根据第一实施例和第二实施例的压印设备不仅可以单独提供，而且还可以结合第一实施例和第二实施例提供。其中通过在模具8和压印材料14上的单个接触和脱离操作形成有压印材料14的图案的处理区域可以包括多个投射区域20。
根据本公开的实施例，可以提供减少或消除对准精度的降低的压印设备、压印方法、制造物品的方法及模具。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但应当理解，本发明不限于所公开示例性实施例。所附权利要求的范围符合最宽泛的解释，以便涵盖所有此类修改以及等同结构和功能。

Claims (20)

1.一种用于通过使用包括图案化部分的模具在基板的处理区域上形成压印材料的图案的压印设备，所述压印设备包括：
加热单元，所述加热单元被配置成加热模具和基板，
其中，加热单元加热基板使得处理区域与图案化部分之间的形状差异减小，并且
其中，加热单元加热模具使得模具与加热过的基板之间的温度差减小。
2.一种用于通过使用包括图案化部分的模具在基板的处理区域上形成压印材料的图案的压印设备，所述压印设备包括：
加热单元，所述加热单元被配置成通过向模具和基板施加光来加热模具和基板，
其中，加热单元致使光吸收部分吸收光的一部分并且向基板施加已穿过光吸收部分和模具的光，使得处理区域与图案化部分之间的形状差异减小并且图案化部分与处理区域之间的温度差小于阈值。
3.根据权利要求2所述的压印设备，
其中加热单元包括被配置成调整光的照射剂量的调整单元，
其中，调整单元包括光调制元件并且使用光调制元件调整光的照射剂量分布，使得处理区域与图案化部分之间的形状差异减小，并且
其中，加热单元通过向模具的光吸收部分施加由调整单元调整剂量分布的光以及通过向基板施加已穿过光吸收部分和模具的光而致使图案化部分与处理区域之间的温度分布差小于阈值。
4.根据权利要求2所述的压印设备，
其中，加热单元包括被配置成调整光的照射剂量的调整单元，
其中，调整单元包括辐射能够被调整的多个光源，调整单元调整来自所述多个光源的光的照射剂量分布，使得处理区域与图案化部分之间的形状差异减小，并且
其中，加热单元通过向模具的光吸收部分施加由调整单元调整剂量分布的光以及通过向基板施加已穿过光吸收部分和模具的光而使得图案化部分与处理区域之间的温度分布差小于阈值。
5.一种用于通过使用包括图案化部分的模具在基板的处理区域上形成压印材料的图案的压印设备，所述压印设备包括：
基板加热单元，所述基板加热单元被配置成加热基板；以及
模具加热单元，所述模具加热单元被配置成加热模具，
其中，基板加热单元加热基板使得处理区域与图案化部分之间的形状差异减小，并且
其中，模具加热单元加热模具使得模具与基板之间的温度差小于阈值。
6.一种用于通过使用包括图案化部分的模具在基板的处理区域上形成压印材料的图案的压印设备，所述压印设备包括：
基板加热单元，所述基板加热单元被配置成通过向基板施加第一光来加热基板，所述第一光针对基板的光吸收率比针对模具的光吸收率高；以及
模具加热单元，所述模具加热单元被配置成通过向模具施加第二光来加热模具，所述第二光针对模具的光吸收率比针对基板的光吸收率高，
其中，所述基板加热单元向基板施加所述第一光，使得处理区域与图案化部分之间的形状差异减小，并且
其中，模具加热单元向模具施加第二光，使得模具与用第一光照射的基板之间的温度差小于阈值。
7.根据权利要求6所述的压印设备，其中，模具加热单元向所述基板施加波长在固化所述压印材料的光的波长带之外的光。
8.根据权利要求6所述的压印设备，其中，模具加热单元向模具施加红外线。
9.根据权利要求6所述的压印设备，
其中，加热单元包括被配置成调整光的照射剂量的调整单元，
其中，调整单元包括光调制元件并且使用光调制元件调整光的照射剂量分布，使得处理区域与图案化部分之间的形状差异减小，并且
其中，基板加热单元穿过模具向所述基板施加由调整单元调整剂量分布的光。
10.根据权利要求6所述的压印设备，
其中，所述加热单元包括被配置成调整光的照射剂量的调整单元，
其中，调整单元包括辐射能够被调整的多个光源，调整单元调整来自所述多个光源的光的照射剂量分布，使得处理区域与图案化部分之间的形状差异减小，并且
其中，基板加热单元穿过模具向基板施加由调整单元调整剂量分布的光。
11.根据权利要求5所述的压印设备，所述压印设备还包括被配置成测量处理区域的温度和图案化部分的温度的温度测量单元，
其中，模具加热单元基于由温度测量单元测量的处理区域的温度和图案化部分的温度加热模具，以便致使处理区域与图案化部分之间的温度差小于阈值。
12.根据权利要求2所述的压印设备，其中，所述阈值从模具和基板的对准精度所允许的处理区域的形状变化率以及基板的线性膨胀系数获得。
13.根据权利要求1所述的压印设备，其中，模具的线性膨胀系数比基板的线性膨胀系数小。
14.根据权利要求1所述的压印设备，还包括被配置成通过向模具施加外力来校正模具的形状的模具形状校正单元，
其中，模具形状校正单元通过向模具施加外力来校正因热量变形的图案化部分的形状。
15.一种通过使用包括图案化部分的模具在基板的处理区域上形成压印材料的图案的压印方法，所述压印方法包括以下步骤：
加热基板使得处理区域与图案化部分之间的形状差异减小；以及
加热模具使得模具与加热过的基板之间的温度差减小。
16.一种通过使用包括图案化部分的模具在基板的处理区域上形成压印材料的图案的压印方法，所述压印方法包括以下步骤：
通过向模具和基板施加光来加热模具和基板，
其中，加热步骤包括：致使光吸收部分吸收光的一部分并且向基板施加已穿过光吸收部分和模具的光，使得处理区域与图案化部分之间的形状差异减小并且图案化部分与处理区域之间的温度差小于阈值。
17.一种通过使用包括图案化部分的模具在基板的处理区域上形成压印材料的图案的压印方法，所述压印方法包括以下步骤：
通过向基板施加第一光来加热基板，所述第一光针对基板的光吸收率比针对模具的光吸收率高；以及
通过向模具施加第二光来加热模具，使得模具与用第一光照射的基板之间的温度差小于阈值，所述第二光针对模具的光吸收率比针对基板的光吸收率高。
18.一种制造物品的方法，所述方法包括以下步骤：
使用压印设备在基板上形成图案；以及
处理在形成步骤中形成有图案的基板，
其中，压印设备是用于通过使用包括图案化部分的模具在基板的处理区域上形成压印材料的图案的压印设备，所述压印设备包括：
加热单元，所述加热单元被配置成加热模具和基板，
其中，加热单元加热基板使得处理区域与图案化部分之间的形状差异减小，并且
其中，加热单元加热模具使得模具与加热过的基板之间的温度差减小。
19.一种在压印设备中使用的模具，所述压印设备用于通过使用包括图案化部分的模具在基板上形成压印材料的图案，所述模具包括：
吸收部分，所述吸收部分位于与形成有图案化部分的表面背对的表面上，吸收部分被配置成吸收光以产生热量，
其中，基于基板的光吸收率和光的照射剂量确定吸收部分的光吸收率。
20.根据权利要求19所述的模具，其中，吸收部分包括包含铬和镍合金中的至少一种作为材料的金属膜。
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