CN111158212A - 压印装置和产品制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种压印装置和产品制造方法。一种压印装置在供应到基板上的压印材料和模具相互接触的状态下执行固化压印材料的压印处理。所述压印装置包括：调制器，其被构造为调制入射光；第一光学系统，其被构造为将来自第一光源的第一光引导至调制器，并将来自第二光源的第二光引导至调制器，第二光具有的波长不同于第一光的波长；以及第二光学系统，其被构造为将由调制器调制的调制光引导至基板。

Description

压印装置和产品制造方法
技术领域
本公开涉及压印装置和产品制造方法。
背景技术
作为制造诸如半导体设备或微机电系统(MEMS)的产品的方法，已知一种通过使基板上的压印材料和模具相互接触并且在模具与压印材料接触的状态下固化压印材料来使压印材料成形的压印方法。
日本特开2013-069918号公报讨论了一种压印装置，该压印装置将抗蚀剂滴到基板的图案形成区域上，将模板推向抗蚀剂，将光发射到包括图案形成区域和图案形成区域的外部区域之间的边界的光照射区域上，然后将光发射到图案形成区域上。通过将光发射到光照射区域上，光照射区域上的抗蚀剂固化，并且防止了抗蚀剂进入图案形成区域。日本特开2013-102132号公报讨论了一种压印装置，该压印装置包括通过加热使基板的图案区域变形的加热机构和使模具的图案区域变形的形状校正机构。另外，日本特开2013-102132号公报讨论了将数字镜设备用作形成热分布的单元。
在压印装置中，各种设备可以布置在保持和驱动模具的机构的上方。例如，可以设置诸如用于固化基板上的压印材料的固化单元、用于通过将光发射到基板上使基板变形的变形单元以及用于检测基板和模具的相对位置的检测系统等的设备。由于用于布置这些设备的区域有限，因此很难布置各种设备。此外，如果布置各种设备，装置的尺寸可能会增加。
发明内容
根据本发明的方面，压印装置在供应到基板上的压印材料和模具相互接触的状态下执行固化压印材料的压印处理。所述压印装置包括：调制器，其被构造为调制入射光；第一光学系统，其被构造为将来自第一光源的第一光引导至调制器，并将来自第二光源的第二光引导至调制器，第二光具有的波长不同于第一光的波长；以及第二光学系统，其被构造为将由调制器调制的调制光引导至基板。
根据下面参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步特征将变得显而易见。
附图说明
图1是示出根据本发明示例性实施例的压印装置的构造的图。
图2是示出光源单元的构造示例的图。
图3A和图3B是分别示出根据本发明示例性实施例的压印装置执行的压印处理中的光源单元的第一操作示例和第二操作示例的图。
图4A、图4B和图4C是分别示出根据本发明示例性实施例的压印装置执行的压印处理中的光源单元的第三操作示例、第四操作示例和第五操作示例的图。
图5A、图5B和图5C是示出由数字镜设备(DMD)进行的光学调制以及第一光源和第二光源的接通和断开的三个控制示例的图。
图6A、图6B和图6C是各自示出基板的图案区域的变形量(热变形量)随时间变化的图。
图7A至图7F是各自示出产品制造方法的示例的图。
图8A至图8D是各自示出产品制造方法的示例的图。
具体实施方式
在下文中，将基于附图详细描述本发明的示例性实施例。在附图中，相同的构件被分配相同的附图标记，并且将省略赘述。
在下文中，将描述第一示例性实施例。图1示出了根据本发明示例性实施例的压印装置1的构造。压印装置1执行压印处理，从而在基板S上形成图案。该图案由通过固化压印材料IM而获得的固化材料制成。压印处理可以包括使基板S上的压印材料IM和模具M相互接触的接触工序，在接触工序之后进行基板S和模具M对准的对准工序，以及在对准工序之后固化压印材料IM的固化工序。
当向其施加固化能量时固化的固化性组合物(也可以称为非固化状态的树脂)用作压印材料IM。固化能量的示例包括电磁波和热。作为电磁波，使用例如具有选自10nm以上且1mm以下的范围的波长的光，例如红外光、可见光和紫外光。
固化性组合物是通过被光照射或被加热而固化的组合物。通过用光照射而固化的光固化性组合物至少含有聚合性化合物和光聚合引发剂，并且根据需要可以含有非聚合性化合物或溶剂。非聚合性化合物是选自由敏化剂、氢供体、内部添加剂脱模剂、表面活化剂、抗氧化剂和聚合物组分构成的组中的至少一种的非聚合性化合物。
压印材料可以通过旋转式涂布机或狭缝式涂布机以膜状施加到基板上。或者，压印材料可以通过液体注入头以液滴状态或岛状(an island shape)或由多个液滴的链形成的膜状施加到基板上。压印材料的粘度(在25℃的粘度)例如为1mPa·s或以上且100mPa·s或以下。
作为基板的材料，例如，可以使用玻璃、陶瓷、金属、半导体或树脂。可以根据需要在基板的表面上设置由与基板的材料不同的材料制成的构件。基板的示例包括硅晶片、化合物半导体晶片和石英玻璃。
在说明书和附图中，方向是在XYZ坐标系中定义的，其中平行于基板S的表面的平面对应于XY平面。平行于XYZ坐标系中的X轴、Y轴和Z轴的各个方向分别表示为X方向、Y方向和Z方向，并且绕X轴的旋转、绕Y轴的旋转和绕Z轴的旋转分别表示为θX、θY和θZ。相对于X轴、Y轴或Z轴的控制或驱动分别是指相对于平行于X轴的方向、平行于Y轴的方向或平行于Z轴的方向的控制或驱动。另外，相对于θX轴、θY轴或θZ轴的控制或驱动分别是指相对于绕平行于X轴的轴的旋转、绕平行于Y轴的轴的旋转或绕平行于Z轴的轴的旋转的控制或驱动。另外，位置是可以基于X轴、Y轴和Z轴上的坐标来识别的信息，并且取向是可以基于θX轴、θY轴和θZ轴的值来识别的信息。基板或基板的区域与模具M或模具M的区域的对准可包括控制基板S和模具M中的至少一个的位置和/或取向。另外，对准可以包括用于校正或改变基板S和模具M中的至少一个的形状的控制。
压印装置1包括保持和驱动基板S的基板驱动机构SD、支撑该基板驱动机构SD的基架BF以及保持和驱动模具M的模具驱动机构MD。基板驱动机构SD和模具驱动机构MD形成驱动机构DRV，该驱动机构DRV驱动基板驱动机构SD和模具驱动机构MD中的至少一个以调节基板S和模具M的相对位置。通过驱动机构DRV进行的相对位置调节包括用于使模具M与基板S上的压印材料IM接触以及用于使模具M与固化的压印材料IM(固化材料的图案)分离的驱动。
在根据本示例性实施例的压印方法中，将压印材料供应到基板S上，并使所供应的压印材料与模具接触(压印)。然后，在压印材料和模具相互接触的状态下固化压印材料之后，将模具与固化的压印材料分离(脱模)。由此，在基板上形成压印材料的图案。根据本示例性实施例的压印装置1使基板上的压印材料和模具相互接触，用压印材料充分填充在模具上形成的凹凸图案的凹部，然后通过将紫外光发射到压印材料上来固化压印材料。以这种方式，压印装置1通过使供应到基板上的压印材料和模具相互接触，并且向压印材料供应固化能量，来形成转印有模具的凹凸图案的固化材料的图案。
基板驱动机构SD包括保持基板S的基板保持部SH，保持基板保持部SH的基板台SS，以及通过驱动基板台SS来驱动基板S的基板驱动致动器SM。基板驱动机构SD被构造成绕多个轴(例如，包括X轴、Y轴和θZ轴的三个轴，或者期望地，包括X轴、Y轴、Z轴、θX轴，θY轴和θZ轴的六个轴)驱动基板S。基于由测量设备29测量基板S的位置和取向而获得的测量结果来控制基板S的位置和取向。
模具驱动机构MD包括保持模具M的模具保持部MH，以及通过驱动模具保持部MH驱动模具M的模具驱动致动器MM。模具保持部MH包括使模具M变形的模具变形机构。该模具变形机构例如通过对模具M的侧表面施加力来使模具M变形。模具驱动机构MD被构造成绕多个轴(例如，包括Z轴、θX轴和θY轴的三个轴，或者期望地，包括X轴、Y轴、Z轴、θX轴、θY轴和θZ轴的六个轴)驱动模具M。模具M包括图案区域，在该图案区域中形成要通过压印处理转印到基板S上的压印材料IM上的图案。模具驱动机构MD包括压力调节器PC，该压力调节器PC通过调节设置在模具M的后侧(图案区域PR的相对侧)的空间SP中的压力使模具M(的图案区域PR)变形为朝向基板S突出的突出形状或使模具M平坦化。在模具M变形为朝着基板S突出的突出形状的状态下，开始在基板S上的压印材料IM与图案区域PR之间的接触，然后，压力调节器PC调节空间SP中的压力，以逐渐扩大压印材料IM和图案区域PR之间的接触区域。
压印装置1包括分配器5(供应单元)，其将压印材料IM供应、施加或布置到基板S上。然而，压印材料IM可以被供应、施加或布置到压印装置1的外部设备中的基板S上。
压印装置1包括用于将用于使压印材料IM固化的光9(固化光)发射到光路LP的光源2(固化光源)，从而在固化工序中将光9发射到基板S(的投射区域)和模具M(的图案区域PR)之间的压印材料IM上。光路LP经由模具M和压印材料IM一直延伸至基板S。压印装置1还包括检测器12，其检测设置在基板S上的对准标记和设置在模具M上的对准标记的相对位置。检测器12用检测光15照射设置在基板S上的对准标记和设置在模具M上的对准标记，并拍摄由这些对准标记形成的图像。检测光15也可以理解为发射到光路LP的光。检测器12检测来自对准标记的光。
模具M是用于在基板S上成形压印材料的模具。该模具也可以称为模板或原版。模具M具有矩形的外部形状，并且包括形成有要转印到基板S上(其上的压印材料)的图案(凹凸图案)的图案表面(第一表面)。模具M可以由诸如石英的材料制成，该材料透射用于固化基板S上的压印材料的紫外光(固化光)。在模具M的图案区域PR中，形成用作对准标记的模具侧标记。
压印装置1还包括摄像单元6，该摄像单元6用于检测压印材料IM在基板S和模具M(的图案区域PR)上的接触状态或基板S与模具M(的图案区域PR)之间的空间被压印材料IM填充的状态。而且，摄像单元6还用于检测基板S与模具M之间存在的异物。摄像单元6利用观察光18照射包括基板S、压印材料IM和模具M的堆叠结构，并拍摄由堆叠结构形成的图像。观察光18也可以被理解为发射到光路LP的光。
压印装置1还包括光源单元20，该光源单元20将调制光21发射到光路LP。如下所述，光源单元20包括空间光调制器，并且将通过空间光调制器对入射光进行调制而获得的调制光21发射到光路LP。调制光21包括使基板S变形以使基板S(的投射区域)和模具M(的图案区域PR)对准的第一调制光，以及部分地固化压印材料IM的第二调制光。期望的是，当第一调制光被发射到光路LP时，第二调制光不被发射到光路LP，并且当第二调制光被发射到光路LP时，第一调制光不被发射到光路LP。然而，第一调制光和第二调制光都可以被发射到光路LP，只要在将调制光21发射到光路LP的时段中发射时段足够短即可。第一调制光的波长带和第二调制光的波长带相互不重叠。或者，第一调制光的峰值波长和第二调制光的峰值波长相互不同。又或者，第一调制光的强度和第二调制光的强度相互不同。
对第一调制光进行光调制，使得在基板S上形成允许基板S(更具体地，基板S的图案形成区域(投射区域))变形为目标形状的光强度分布(照度分布)。通过将第一调制光发射到基板S上，在基板S上形成温度分布，并且基板S的图案形成区域根据温度分布而变形为目标形状。在基板S的图案形成区域变形为目标形状并且基板S的图案形成区域与模具M的图案区域PR的对准完成的时间点，执行固化工序(通过固化光源2将固化光发射到压印材料IM上并使压印材料IM固化的工序)。第一调制光是具有不允许压印材料IM固化的波长的光。
第二调制光具有允许压印材料IM固化的波长。也就是说，第二调制光具有增加压印材料IM的粘度(粘弹性)的波长。例如，可以在基板S的图案形成区域的外围部分(框架区域)中对第二调制光进行光调制，以固化基板S上的整个压印材料IM中的压印材料IM。可以将这种第二调制光的发射称为框架曝光(frame exposure)(框架固化)，并在接触工序和/或对准工序中执行。这样的第二调制光的发射有利于防止压印材料IM被推出到基板S的图案形成区域的外部。压印装置中使用的模具M包括被称为台面部分的区域，并且在台面部分中形成图案区域PR。通过执行框架曝光，可以减少压印材料对具有向基板S突出的突出形状的台面部分的侧表面粘附。
固化光源2、检测器12、摄像单元6和光源单元20的各个光轴共享光路LP。为了实现这一点，设置了复合镜22(组合镜)以及二向色镜23和24。复合镜22透射观察光18并反射调制光21。二向色镜23透射观察光18和调制光21，并反射检测光15。二向色镜24透射观察光18、调制光21和检测光15，并反射固化光9。
压印装置1还可包括控制单元7，其控制上面已经描述的基板驱动机构SD、模具驱动机构MD、压力调节器PC、分配器5、测量设备29、固化光源2、检测器12、摄像单元6和光源单元20。控制单元7可以包括例如诸如现场可编程门阵列(FPGA)等的可编程逻辑设备(PLD)、专用集成电路(ASIC)、程序安装的通用或专用计算机或者全部或部分这些的组合。控制单元7可以设置在压印装置1的内部，或者可以安装在与压印装置1不同的位置上并进行远程控制。
(光源单元的构造)
图2示出了光源单元20的构造示例。光源单元20包括第一光源121和第二光源122，第一光源121产生具有用于产生第一调制光的第一波长带的第一光，第二光源122产生具有用于产生第二调制光的第二波长带的第二光。光源单元20还包括作为空间光调制器(调制器)的数字镜设备(DMD)133，该数字镜设备产生通过调制第一光(入射光)而获得的第一调制光和通过调制第二光(入射光)而获得的第二调制光。光源单元20还包括第一光学系统(镜125和126，入射部分111和光学系统132)，该第一光学系统使来自第一光源121的第一光和来自第二光源122的第二光进入用作空间光调制器的DMD 133。
作为示例，光源单元20可以包括照明单元120和通过光纤110连接的调制单元130。照明单元120包括第一光源121、第二光源122、第一控制器123、第二控制器124以及镜125和126。第一光源121产生的第一光的光路和第二光源122产生的第二光的光路被镜125和126组合，并且所得到的光路连接到光纤110的入射部分111。光纤110的出射部分112连接到调制单元130。
第一控制器123响应于来自控制单元7的命令来控制第一光源121。对第一光源121的控制可以包括对第一光源121的接通和断开的控制。对第一光源121的控制还可以包括对由第一光源121产生的第一光的强度的控制。例如，第一控制器123包括恒流电路，该恒流电路向第一光源121供应具有与来自控制单元7的命令值一致的电流值的电流。或者，第一控制器123包括基于命令值驱动第一光源121的驱动电路和部分地接收由第一光源121产生的第一光的光电转换传感器，并被构造为将光电转换传感器的输出反馈到驱动电路。
第二控制器124响应于来自控制单元7的命令来控制第二光源122。对第二光源122的控制可以包括对第二光源122的接通和断开的控制。对第二光源122的控制还可以包括对由第二光源122产生的第二光的强度的控制。例如，第二控制器124包括恒流电路，该恒流电路向第二光源122供应具有与来自控制单元7的命令值一致的电流值的电流。或者，第二控制器124包括基于命令值驱动第二光源122的驱动电路和部分地接收由第二光源122产生的第二光的光电转换传感器，并被构造为将光电转换传感器的输出反馈到驱动电路。
控制单元7单独地控制第一光源121和第二光源122。例如，控制单元7可以控制第一光源121和第二光源122以在接通第一光源121和第二光源122中的一个时断开第一光源121和第二光源122中的另一个。从另一个角度来看，可以采用这样的配置，其中，当来自第一光源121的第一光和来自第二光源122的第二光中的一种进入空间光调制器(DMD 133)时，第一光和第二光中的另一种不进入空间光调制器。这可以通过例如选择性地切断分别由第一控制器123和第二控制器124进行的对第一光源121和第二光源122的控制之一或者第一光和第二光之一的机构来实现。
(光的波长)
将描述分配波长到固化光9、检测光15、观察光18和调制光21(第一调制光，第二调制光)的示例。固化光9是用于固化压印材料IM的光，并且例如可以具有在300nm至380nm的范围内的任意波长带，但是可以具有300nm以下的波长带。检测光15是用于检测对准标记的光，并且具有例如550nm至750nm的波长带。观察光18是用于观察压印材料IM与模具M的接触状态以及基板S与模具M之间的空间被压印材料IM填充的状态的光。作为观察光18的波长带，例如可以从400nm至480nm的波长带中选择不与固化光9和检测光15的波长带重叠的波长带。调制光21包括具有不允许压印材料IM固化的波长带的第一调制光和具有允许压印材料IM固化的波长带的第二调制光。
作为调制光21的波长带，可以选择与观察光18的波长带相似的波长带。例如，可以从400nm至480nm的波长带中选择不与固化光9和检测光15的波长带重叠的波长带。由调制单元130(DMD 133)调制第一光源121产生的第一光来产生第一调制光。由调制单元130(DMD133)调制第二光源122产生的第二光来产生第二调制光。可以基于压印材料IM固化的波长带的上限来确定由第一光源121产生的第一光和由第二光源122产生的第二光的波长。例如，如果压印材料IM固化的波长带的上限是440nm，则可以将由第一光源121产生的第一光的波长设置为约460nm，并且将由第二光源122产生的第二光的波长设置为约410nm。第一光源121和第二光源122期望地产生具有窄波长宽度的单波长光，并且例如激光二极管是合适的。激光二极管的出色之处在于可以高速地切换接通和断开。
经由光纤110传输到调制单元130的光经由光学系统132进入用作空间光调制器的DMD 133。光学系统132可以包括例如聚光光学系统和照明系统(例如，微透镜阵列)，该照明系统使来自聚光光学系统的光均匀化并照亮DMD 133。DMD 133包括各自反射光的多个微镜(未示出)以及分别驱动多个微镜的致动器。响应于来自控制单元7的命令，每个致动器相对于多个微镜的阵列表面将对应的微镜的角度控制为-12度(ON状态)或+12度(OFF状态)。在ON状态下由微镜反射的光作为调制光，经由投影光学系统134(第二光学系统)在基板S上形成图像，该投影光学系统使DMD 133和基板S形成光学共轭关系。在OFF状态下由微镜反射的光在光未到达基板S的方向上反射。当所有微镜都进入ON状态时投影在基板S上的区域(最大照射区域)大于基板S的最大图案形成区域(投射区域)的尺寸。考虑到第二调制光被发射到基板S的图案形成区域的外围部分(框架区域)，因此可以将最大照射区域设置为比最大图案形成区域大1mm或以上的区域。可以使用诸如液晶显示器(LCD)的另一种空间光调制器代替DMD 133。
包括在调制单元130中的光学系统透射具有不允许压印材料IM固化的波长的第一光(第一调制光)和具有允许压印材料IM固化的波长的第二光(第二调制光)两种光。在一般的DMD中，可以发射到微镜阵列上的光的最大光强度在420nm或以下的波长处减小，并且此外，在400nm附近是紫外光和可见光之间的边界，可以发射到微镜阵列上的光的最大光强度急剧下降到约1/1000。因此，期望使用具有短波长宽度的激光二极管来使第一光源121的波长和第二光源122的波长更接近使压印材料IM固化的波长带的上限附近。
例如，基于要在基板S的表面上形成的光强度分布(照度分布)数据，控制单元7可以产生用于控制DMD 133的每个微镜的ON状态和OFF状态之间的切换的控制数据。例如，光强度分布数据可以包括关于每个微镜保持在ON状态的时间的信息，以及关于每个微镜保持在OFF状态的时间的信息。随着处于ON状态的微镜的数量增加，并且随着ON状态的时间变长，可以以更大的曝光量来曝光基板S的图案形成区域。
控制单元7包括存储器，该存储器存储用于通过调制第一光来产生第一调制光的光强度分布数据，以及用于通过调制第二光来产生第二调制光的光强度分布数据。用于通过对第一光进行调制来产生第一调制光的光强度分布数据包括用于使基板S的图案形成区域(投射区域)变形为目标形状的光强度分布数据。用于通过对第二光进行调制来产生第二调制光的光强度分布数据包括用于固化(增加其粘度)基板S上的压印材料IM的与基板S的图案形成区域的外围部分(框架区域)相对应的部分的光强度分布数据。
由第一光源121和第二光源122共享的调制单元130的构造有利于减小调制单元130或光源单元20的尺寸，从而可以简化压印装置1的结构。这可以使得更容易将调制单元130布置在光路LP附近。照明单元120和调制单元130相互分离的构造有利于将用作热源的照明单元120布置在与压印装置1的光路LP相距较远的位置处。然而，照明单元120和调制单元130可以不使用光纤110而相互靠近地布置。或者，照明单元120可以结合到调制单元130中。又或者，第一光源121和调制单元130可以通过第一光纤连接，并且，第二光源122和调制单元130可以通过第二光纤连接。在这种情况下，可以耦合从第一光纤发射的第一光的光路和从第二光纤发射的第二光的光路。
(光源单元的操作)
图3A示出了由压印装置1执行的压印处理中的光源单元20的第一操作示例。在图3A中，“压印处理”指示压印处理的进度。压印处理包括使基板S上的压印材料IM和模具M相互接触的接触工序，在接触工序之后进行基板S和模具M对准的对准工序，以及在对准工序之后固化压印材料IM的固化工序。接触工序是利用驱动机构DRV使基板S上的压印材料IM和模具M(的图案区域PR)相互接触的工序。例如，接触工序在基板S上的压印材料IM与变形为突出形状的模具M的图案区域PR之间开始接触时开始，并且当图案区域PR的整个区域被平坦化时结束。压印处理包括作为伴随接触工序的工序的驱动工序，该驱动工序使用驱动机构DRV使基板S上的压印材料IM和模具M相互更靠近，该工序被描述为图3A中的“驱动”。
在对准工序中，基于检测器12检测到的结果，通过驱动机构DRV驱动基板S和模具M中的至少一个，以使基板S的图案形成区域和模具M的图案区域PR对准。另外，在对准工序中，基于检测器12检测到的结果，可以通过模具驱动机构使模具M变形，以使基板S的图案形成区域(投射区域)和模具M的图案区域PR对准。另外，在对准工序中，基于检测器12检测到的结果，可以执行下述变形工序，以使基板S的图案形成区域和模具M的图案区域PR对准。
在对准工序的同时，执行填充工序。在填充工序中，图案区域PR中的图案中包括的凹部被存在于基板S与模具M的图案区域PR之间的压印材料IM填充，并且存在于基板S与模具M的图案区域PR之间的气隙消失。对准工序和填充工序在图3A中被描述为“填充和对准”。作为示例，填充工序可以在对准工序之前开始。另外，在图3A中，将固化工序描述为“固化”，并且将分离工序描述为“分离”。
在图3A中，“由DMD进行的光学调制”指示由光源单元20的DMD133进行的光学调制。在图3A中被描述为“C”的部分固化工序C指示通过调制具有允许压印材料IM固化(增加其粘度)的波长带的第二光而产生的第二调制光被发射到光路LP。在根据第一示例性实施例的部分固化工序C中，上述框架区域中的压印材料IM被固化(进行框架曝光)。在图3A中描述为“D”的变形工序D指示通过调制具有不允许压印材料IM固化的波长带的第一光而产生的第一调制光被发射到光路LP。在变形工序D中，使基板S的图案形成区域变形以进行基板S的图案形成区域和模具M的图案区域PR的对准。图3A中的时段“OFF”指示第一调制光和第二调制光均不被发射到光路LP。在时段“OFF”期间，控制DMD 133，并且将光强度分布从第一调制光的光强度分布切换到第二调制光的光强度分布。
可以确定进行框架曝光的部分固化工序C的时段(定时，时长)，以通过固化框架区域中的压印材料IM来防止压印材料IM被推出到基板S的图案形成区域的外部。可以确定变形工序D的时段(定时，时长)，使得在固化工序中基板S的图案形成区域的形状在由来自固化光源2的固化光9固化压印材料IM的时间点成为目标形状。期望至少在对准时段使基板S变形，并且在开始固化工序之前完成变形工序D。
在第一示例性实施例中，已经给出了在进行变形工序D之前进行部分固化工序C的示例的描述。然而，工序的执行顺序不限于此。这些工序可以相反的顺序执行或重复执行多次。
图3B示出了在由压印装置1执行的压印处理中光源单元20的第二操作示例。描述方法与图3A中的描述方法一致。在图3B所示的第二操作示例中，在图3A所示的示例中的时段“OFF”被省略或缩短。部分固化工序C的时段和变形工序D的时段不能重叠。在一种可设想到的约束下，在接触工序中不执行部分固化工序C。这是因为，如果压印材料IM在接触工序中甚至部分地固化，则防止了压印材料IM扩散，并且扰乱了随后的填充工序中的填充。在这种约束下，在部分固化工序C之后执行变形工序D的情况下，使对准工序和填充工序相互同时进行所需的时间不能短于部分固化工序C的时段和变形工序D的时段的总时间。
在部分固化工序C中，如上执行框架曝光。确定框架曝光的执行时段，以防止压印材料IM被推出到基板S的图案形成区域(模具M的图案区域PR)的外部。
在部分固化工序C中，如上执行振动控制曝光(vibration control exposure)。确定振动控制曝光的执行时间，以减少基板S与模具M之间的相对振动并增强对准的会聚性(convergence property)。
图6A示出了分别在图3A和图3B所示的第一和第二操作示例中的变形工序D中基板S(的图案形成区域)的变形量(热变形量)随时间变化的示例。变形量的变化例如可以由包含指数函数的函数来表示。通过预先获得指数函数的时间常数，可以确定每个变形工序D的时间和变形工序D的开始定时。另外，可以调节第一光的强度。
以这种方式，通过将公共调制单元130(DMD 133)用于具有不同波长的光源，可以在压印装置中提供多种功能而不会使装置的结构复杂化。
在下文中，将描述第二示例性实施例。图4A、图4B和图4C分别示出压印装置的第三、第四和第五操作示例。本描述方法符合图3A的描述方法。第三、第四和第五操作示例可以至少包括第一操作O1、第二操作O2和第三操作O3。在第一操作O1中，将不固化压印材料IM的第一调制光供应给光路LP(即，执行变形工序D)。在第一操作O1之后执行第二操作O2，并且在第二操作O2中，将固化压印材料IM的第二调制光供应给光路LP(即，执行部分固化工序C)。在第二操作O2之后执行第三操作O3，并且在第三操作O3中，将不固化压印材料IM的第一调制光供应给光路LP(即，执行变形工序D)。第二操作O2和第三操作O3可以与对准工序同时执行。从另一角度来看，第二操作O2可以在对准工序开始之后开始。
在对准工序开始之前，开始第一操作O1。作为示例，第一操作O1在接触工序中(更具体地，在接触工序中的任意定时)开始。或者，可以在对准工序开始之后开始第一操作O1。可以执行第三操作O3，以便在固化工序开始时完成用于使基板S和模具M对准的基板S(的图案形成区域)的变形。或者，可以执行第一操作O1和第三操作O3，使得在固化工序开始时完成用于使基板S和模具M对准的基板S(的图案形成区域)的变形。在第三、第四和第五操作示例中，只能排他地执行且对各个执行时间有约束的变形工序D和部分固化工序C似乎是同时执行的。
单位操作(unit operation)UO可以在第二操作O2和第三操作O3之间至少执行一次。单位操作UO包括将第一调制光供应给光路LP的操作(变形工序D)和将第二调制光供应给光路LP的操作(部分固化工序C)。可以执行用作第一操作O1的变形工序D、用作第三操作O3的变形工序D和单位操作UO中的变形工序D，使得在固化工序开始时完成用于基板S和模具M对准的基板S(的图案形成区域)的变形。
部分固化工序C可以包括如上所述的框架曝光和/或振动控制曝光。
确定框架曝光的执行时段，以防止压印材料IM被推出到基板S的图案形成区域的外部。执行振动控制曝光，以减小基板S和模具M之间的相对振动并提高对准的会聚性。在执行框架曝光和振动控制曝光两种曝光的情况下，通常，在振动控制曝光之前执行框架曝光。
在第一操作O1(变形工序)之后执行第二操作O2(部分固化工序)，然后在第二操作O2之后执行第三操作O3(变形工序)的过程中，基板S的温度在第一操作O1结束之后降低(即，基板S可以散热)。因此，在随后要执行的变形工序D中，需要补偿温度下降。然而，因为根据目的限制了第二操作O2(框架曝光和/或振动控制曝光)的执行定时，所以可以通过在第二操作O2之前执行第一操作O1来缩短第二操作O2之后要执行的第三操作O3的执行时间。另外，可以在对准工序开始之前开始第一操作O1。
在分别在图3A和图3B中示出的第一和第二操作示例中，部分固化工序C和变形工序D通常在对准工序和填充工序开始之后开始。这会对缩短对准工序和填充工序施加约束。换句话说，对准工序和填充工序的执行时间不能短于部分固化工序C和变形工序D两者所需的时间。另一方面，在分别在图4A、图4B和图4C中示出的第三、第四和第五操作示例中，对准工序和填充工序的执行时间可以短于从第一操作O1开始到第三操作O3结束所需的时间。这使得变形工序D和部分固化工序C能够在施加于工序的时间约束下执行，同时尽可能地缩短对准工序和填充工序的执行时间。
在分别在图4A和图4B中示出的第三和第四操作示例中，在第二操作O2和第三操作O3之间至少执行一次或多次包括变形工序D和部分固化工序C的单位操作UO。单位操作UO中包括的变形工序D和部分固化工序C之间的时间比可以任意设置。在多次执行单位操作UO的情况下，可以为每个单位操作UO单独设置比率。在第三和第四操作示例中，缩短了每个部分固化工序C的时间。这有利于减少在每个部分固化工序C中的基板S的热释放。可以确定每个部分固化工序C的时间，使得在该时间内由基板S的热释放引起的基板S的变形可以被视为线性变形。这有利于在每个变形工序D中更容易地确定基板S的热输入量(第一调制光的发射量)。
在图4C所示的第五操作示例中，单位操作UO未插入第二操作O2与第三操作O3之间。因此，可以增加第二操作O2的时间，并且在该时间内基板S的温度下降可能会很大。同时，在第五操作示例中，变形工序D和部分固化工序C之间的切换次数少。这有利于减少切换所需的时间，并且/或者简化用于控制操作的控制参数(控制信息)。
在分别在图4A、图4B和图4C中示出的第三、第四和第五操作示例中，第一操作O1在接触工序中开始，但是第一操作O1可以在对准工序开始之后开始。同样在这种情况下，只能排他地执行且对各个执行时间有约束的变形工序D和部分固化工序C似乎是同时执行的。
图5A示出了由DMD 133进行的光学调制控制以及第一光源121和第二光源122的接通和断开的示例。因为第一光源121和第二光源122的接通和断开具有瞬态响应特性，所以难以完全排他地控制第一光源121和第二光源122的接通和断开。换句话说，第一光源121和第二光源122可以进入on状态和off状态之间的中间状态。在第一光源121和第二光源122处于过渡状态的情况下，来自第一光源121的第一光和来自第二光源122的第二光都可以进入DMD 133。如果DMD 133在该状态下进行调制操作，则通过调制第一光而获得的光和通过调制第二光而获得的光都可以被发射到光路LP。由于通过DMD 133无序调制第二光而获得的光，这会导致基板S不期望的变形。
因此，在图5A所示的示例中，在第一光源121和第二光源122处于过渡状态的时段内，DMD 133被控制为处于来自DMD 133的光不被发射到光路LP的OFF状态。另外，作为示例，在第一光源121和第二光源122的接通和断开之间切换花费约100微秒，并且，例如，在DMD133的图案之间切换(在调制状态之间切换)花费约10微秒。
图5B示出了由DMD 133进行的光学调制控制以及第一光源121和第二光源122的接通和断开的另一示例。在图5B所示的示例中，DMD 133处于OFF状态的有意OFF时段被省略或缩短。这样的控制有利于提高吞吐量。在针对部分固化工序C调制DMD 133的状态下，在过渡时间内由未固化压印材料IM的第一光(用于变形工序D的光)引起的基板S的变形量有时是可忽略的。在这种情况下，在将DMD 133从变形工序D的调制状态改变为部分固化工序C的调制状态之后，可以将产生第一光的第一光源121从on状态改变为off状态，并且产生第二光的第二光源122可以从off状态改变为on状态。另外，在产生第一光的第一光源121从off状态改变为on状态并且产生第二光的第二光源122从on状态改变为off状态之后，DMD 133可以从部分固化工序C的调制状态改变为变形工序D的调制状态。
图5C示出了由DMD 133进行的光学调制控制以及第一光源121和第二光源122的接通和断开的又一示例。在图5C所示的示例中，DMD 133处于OFF状态的有意OFF时段被省略或缩短。这样的控制有利于提高吞吐量。在针对变形工序D调制DMD 133的状态下，在过渡时间内由固化压印材料IM的第二光(用于部分固化工序C的光)引起的基板S的变形量有时是可忽略的。在这种情况下，在将DMD 133从部分固化工序C的调制状态改变为变形工序D的调制状态之后，可以将产生第一光的第一光源121从off状态改变为on状态，并且产生第二光的第二光源122可以从on状态改变为off状态。另外，在产生第一光的第一光源121从off状态改变为on状态并且产生第二光的第二光源122从on状态改变为off状态之后，DMD 133可以从变形工序D的调制状态改变为部分固化工序C的调制状态。
图6B示出了在根据分别在图4B和图4C中示出的第三和第四操作示例来执行伴随有多个单位操作UO的第一、第二和第三操作的情况下引起的基板S(的图案形成区域)的变形量(热变形量)随时间变化的示例。在图6B和图6C中，白色部分(ON)指示变形工序D，灰色部分(OFF)指示部分固化工序C。在部分固化工序C(OFF)中，因为第一调制光没有被发射到基板S上，所以由热膨胀引起的变形量减小。因此，要考虑用于补偿变形量减少的量来控制随后的变形工序D(ON)。变形量的变化例如可以由包含指数函数的函数来表示。通过预先获得指数函数的时间常数，可以确定每个变形工序D的时间和变形工序D与部分固化工序C之间的时间比。另外，可以调节第一光的强度。
图6B所示的示例和图6C所示的示例指示在包括变形工序D和部分固化工序C的每个单位操作UO的执行时间(结果，重复的单位操作UO的次数)被改变的情况下获得的热变形量的变化之差。图6B所示的示例有利于提高吞吐量，因为在变形工序D与部分固化工序C之间的切换次数少。同时，在图6C所示的示例中，因为每个单位操作UO的时间短，所以可以将每个单位操作UO中的热变形量的变化视为线性形状的变化来控制热变形量。另外，在图6C所示的示例中，可以减小热变形量的增大/减小宽度，并且可以精确地控制基板S的图案形成区域的变形。
在下文中，将描述第三示例性实施例。在第一和第二示例性实施例中，已经给出了如下情况的描述，其中，用于增大投射区域的周边部分中的压印材料的粘度的光作为第二调制光被发射。
可以对根据第三示例性实施例的第二调制光进行光调制，以增加在基板S的图案形成区域的任意点处的压印材料IM的粘度，从而通过压印材料IM增强施加在基板S和模具M之间的结合力。在对准工序中执行这种可以称为振动控制曝光的第二调制光的发射，并且可以提高对准精度。在由压印材料IM在基板S和模具M之间施加的结合力弱的状态下(在第二调制光的发射之前)，基板S和模具M会由于扰动而单独地振动(即，基板S与模具M之间的相对振动较大)。通过将第二调制光发射到压印材料IM上来部分地增加压印材料IM的粘度，并增强施加在基板S和模具M之间的结合力，可以减小基板S和模具M之间的相对振动并增强对准的会聚性。作为示例，为了增强对准的会聚性，有效的是通过发射第二调制光来增加压印材料IM的粘度(粘弹性)，使得由基板S与模具M之间的相对运动产生的剪切力的大小在0.5N至1.0N的范围内。
另外，根据第三示例性实施例的控制单元7包括存储器，该存储器存储用于通过调制第一光来产生第一调制光的光强度分布数据，以及用于通过调制第二光来产生第二调制光的光强度分布数据。用于通过对第二光进行调制来产生第二调制光的光强度分布数据包括用于增加在基板S的图案形成区域的任意点处的压印材料IM的粘度并通过压印材料IM增强施加在基板S和模具M之间的结合力的光强度分布数据。
在根据第三示例性实施例的部分固化工序C中，在基板S的图案形成区域的任意点处的压印材料IM的粘度增加(执行振动控制曝光)。
另外，可以确定进行振动控制曝光的部分固化工序C的时段(定时，时长)，以便通过部分地增加压印材料IM的粘度并增强施加在基板S和模具M之间的结合力来减小基板S和模具M之间的相对振动。
以这种方式，通过将公共调制单元130(DMD 133)用于具有不同波长的光源，可以提供使基板变形的机制和增加压印材料的粘度但不会使装置的结构复杂化的机制(振动控制曝光机制)。
在下文中，将描述第四示例性实施例。在第一示例性实施例和第二示例性实施例中，已经给出了如下情况的描述，其中，被调制为使得在基板S上形成用于使基板S的图案形成区域(投射区域)变形为目标形状的光强度分布(照度分布)的光作为第一调制光被发射。
可以对根据第四示例性实施例的第一调制光进行光调制，以增加在基板S的图案形成区域的任意点处的压印材料IM的粘度，从而通过压印材料IM增强施加在基板S和模具M之间的结合力。在对准工序中执行这种可以称为振动控制曝光的第一调制光的发射，并且可以提高对准精度。在由压印材料IM在基板S和模具M之间施加的结合力弱的状态下(在第一调制光的发射之前)，基板S和模具M会由于扰动而单独地振动(即，基板S与模具M之间的相对振动较大)。通过将第一调制光发射到压印材料IM上来部分地增加压印材料IM的粘度，并增强施加在基板S和模具M之间的结合力，可以减小基板S和模具M之间的相对振动并增强对准的会聚性。作为示例，为了增强对准的会聚性，有效的是通过发射第一调制光来增加压印材料IM的粘度(粘弹性)，使得由基板S与模具M之间的相对运动产生的剪切力的大小在0.5N至1.0N的范围内。
另外，根据第四示例性实施例的控制单元7包括存储器，该存储器存储用于通过调制第一光来产生第一调制光的光强度分布数据，以及用于通过调制第二光来产生第二调制光的光强度分布数据。用于通过对第一光进行调制来产生第一调制光的光强度分布数据包括用于增加在基板S的图案形成区域的任意点处的压印材料IM的粘度并通过压印材料IM增强施加在基板S和模具M之间的结合力的光强度分布数据。
在根据第四示例性实施例的部分固化工序C中，发射用于增加投射区域的外围部分中的压印材料的粘度的光(执行框架曝光)。在第四示例性实施例中，代替根据第一和第二示例性实施例的变形工序D，用于减小基板S和模具M之间的相对振动的光被发射到投射区域上。
另外，可以确定进行振动控制曝光的振动控制曝光工序的时段(定时，时长)，以便通过部分地增加压印材料IM的粘度并增强施加在基板S和模具M之间的结合力来减小基板S和模具M之间的相对振动。
以这种方式，通过将公共调制单元130(DMD 133)用于在基板上具有不同照射区域分布的光源，可以提供增加投射区域(框架曝光)的周边部分中的压印材料的粘度但不会使装置的结构复杂化的机制。
在下文中，将描述第五示例性实施例。在第一和第二示例性实施例中，已经给出了以下情况的描述，其中，将具有不同波长或分布的第一调制光和第二调制光的两种类型的光发射到基板上。除了第一调制光和第二调制光之外，根据第五示例性实施例的光源单元20还可以设置有发射第三调制光到基板上的机构。
例如，图2所示的光源单元20可以包括发射具有第三波长带的第三光的第三光源。第三光源可以由第三控制器控制。在这种情况下，第一调制光可以是具有用于使投射区域变形为目标形状的光强度分布的光，第二调制光可以是用于增加投射区域的周边部分中的压印材料的粘度的光，并且，第三调制光可以是用于增强对准的会聚性的光。
当将来自多个光源的光顺序地发射到基板上时，可以在图3A和图3B的部分固化工序C中执行框架曝光和振动控制曝光两种曝光。在部分固化工序C中执行框架曝光和振动控制曝光两种曝光的情况下，通常，在振动控制曝光之前执行框架曝光。这是因为期望在对准工序期间执行振动控制曝光，并且紧接在固化工序之前完成振动控制曝光。
以这种方式，通过将公共调制单元130(DMD 133)用于具有不同波长的光源，可以提供使基板变形的机制和增加压印材料的粘度但不会使装置的结构复杂化的机制(振动控制曝光机制)。另外，公共调制单元130还可以用于基板上具有不同照射区域分布的光源。另外，光源单元20可以进一步包括另一光源。
(产品的制造方法)
使用压印装置形成的固化材料的图案永久地用于各种产品的至少一部分中，或者临时用于制造各种产品。产品例如是电路元件、光学元件、微机电系统(MEMS)、记录元件、传感器或模具。电路元件的示例包括诸如动态随机存取存储器(DRAM)、静态RAM(SRAM)、闪速存储器或磁性RAM(MRAM)等的易失性或非易失性半导体存储器，以及诸如大规模集成电路(LSI)、电荷耦合器件(CCD)传感器、图像传感器或FPGA等的半导体元件。光学元件的示例包括微透镜、导光构件、波导、抗反射膜、衍射光栅、偏振元件、滤色器、发光元件、显示器和太阳能电池。MEMS的示例包括DMD、微流路和机电换能元件。记录元件的示例包括诸如压缩盘(CD)或数字通用盘(DVD)等的光盘，磁盘，磁光盘和磁头。传感器的示例包括磁传感器、光学传感器和陀螺仪传感器。模具的示例包括压印模具。
固化材料的图案被直接用作上述产品的至少一部分的部件，或者被暂时用作抗蚀剂掩模。在基板的处理工序中进行蚀刻或离子注入之后，去除抗蚀剂掩模。
接下来，将描述使用压印装置在基板上形成图案，处理形成有图案的基板，以及由处理后的基板制造产品的产品制造方法。如图7A所示，准备具有形成有诸如绝缘材料的已处理的材料2z的表面的诸如硅晶片等的基板1z，随后，通过喷墨方法等将压印材料3z施加到已处理的材料2z的表面上。图7A示出了将成形为多个液滴的压印材料3z施加在基板1z上的状态。
如图7B所示，使压印模具4z面对基板1z上的压印材料3z，使得形成有凹凸图案的一侧面对压印材料3z。如图7C所示，使施加有压印材料3z的基板1z和模具4z相互接触，并添加压力。模具4z与已处理的材料2z之间的间隙被压印材料3z填充。如果在该状态下通过模具4z发射光作为固化能量，则压印材料3z被固化。
如图7D所示，如果在压印材料3z固化后模具4z和基板1z相互分离，则在基板1z上形成压印材料3z的固化材料的图案。固化材料的图案具有这样的形状，其中模具的凹部对应于固化材料的凸部，并且模具的凸部对应于固化材料的凹部。换句话说，模具4z的凹凸图案被转印到压印材料3z上。
如图7E所示，如果使用固化材料的图案作为抗蚀刻掩模进行蚀刻，则去除了在已处理的材料2z的表面中没有固化材料或残留有薄的固化材料的部分，然后形成凹槽5z。如图7F所示，如果去除固化材料的图案，则可以获得在已处理的材料2z的表面上形成有凹槽5z的产品。尽管在该示例中去除了固化材料的图案，但是可以不去除固化材料的图案，并例如，将其用作半导体元件中包括的层间绝缘膜，即，作为产品的部件。
接下来，将描述产品的另一种制造方法。如图8A所示，准备由诸如石英玻璃的材料制成的基板1y，然后，通过喷墨方法等将压印材料3y施加到基板1y的表面上。可以根据需要在基板1y的表面上设置由诸如金属或金属化合物等的其他材料形成的层。
如图8B所示，使压印模具4y面对基板1y上的压印材料3y，使得形成有凹凸图案的一侧面对压印材料3y。如图8C所示，使施加有压印材料3y的基板1y和模具4y相互接触，并添加压力。模具4y与基板1y之间的间隙被压印材料3y填充。如果在这种状态下通过模具4y发射光，则压印材料3y被固化。
如图8D所示，如果在压印材料3y固化之后使模具4y和基板1y相互分离，则在基板1y上形成压印材料3y的固化材料的图案。以这种方式，获得包括固化材料的图案作为部件的产品。另外，如果使用固化材料的图案作为掩模在图8D所示的状态下蚀刻基板1y，则也可以获得相对于诸如压印模具等的模具4y反向设置有凹部和凸部的产品。
虽然针对示例性实施例描述了本发明，但是，应该理解，本发明不限于公开的示例性实施例。下述权利要求的范围应当被赋予最宽的解释，以便涵盖所有这类修改以及等同的结构和功能。

Claims (20)

1.一种压印装置，其在供应到基板上的压印材料和模具相互接触的状态下执行固化压印材料的压印处理，所述压印装置包括：
调制器，其被构造为调制入射光；
第一光学系统，其被构造为将来自第一光源的第一光引导至调制器，并将来自第二光源的第二光引导至调制器，第二光具有的波长不同于第一光的波长；以及
第二光学系统，其被构造为将由调制器调制的调制光引导至基板。
2.根据权利要求1所述的压印装置，其中，通过将由调制器对第一光进行调制而获得的第一调制光引导至基板来进行模具与基板的对准。
3.根据权利要求1所述的压印装置，其中，通过将由调制器对第二光进行调制而产生的第二调制光引导至基板来增加供应到基板上的压印材料的粘度。
4.根据权利要求1所述的压印装置，还包括光学元件，该光学元件被构造为在第一光源与调制器之间的光路上将来自第二光源的第二光引导至调制器。
5.根据权利要求4所述的压印装置，其中，光学元件是镜。
6.根据权利要求1所述的压印装置，其中，第一光的强度和第二光的强度相互不同。
7.根据权利要求1所述的压印装置，其中，第一光学系统包括被构造为将来自第一光源的第一光引导至调制器的光纤。
8.根据权利要求1所述的压印装置，其中，调制器包括数字镜设备。
9.根据权利要求1所述的压印装置，还包括：
固化光源，其构造为发射用于固化压印材料的光；以及
复合镜，其被构造为透射来自固化光源的光和由调制器调制的光中的任一种，并且反射来自固化光源的光和由调制器调制的光中的另一种。
10.一种压印装置，其执行压印处理，所述压印处理包括：
使基板上的压印材料和模具相互接触的接触工序，
在接触工序之后进行基板和模具对准的对准工序，以及
在对准工序之后固化压印材料的固化工序，
所述压印装置包括：
第一光源，其被构造为产生使基板变形以使基板和模具对准的第一光；
第二光源，其被构造为产生第二光，该第二光部分地固化压印材料；以及
调制器，其被构造为产生通过调制第一光而获得的第一调制光和通过调制第二光而获得的第二调制光，
其中，执行第一操作、第一操作之后的第二操作和第二操作之后的第三操作，在第一操作中将第一调制光经由模具和压印材料供应给光路，在第二操作中将第二调制光供应给该光路，在第三操作中将第一调制光供应给该光路，并且
其中，第二操作和第三操作与对准工序同时执行。
11.根据权利要求10所述的压印装置，其中，第一操作在开始对准工序之前开始。
12.根据权利要求10所述的压印装置，其中，第一操作在接触工序中开始。
13.根据权利要求10所述的压印装置，其中，执行第三操作，使得在固化工序开始时完成用于使基板和模具对准的基板的变形。
14.根据权利要求10所述的压印装置，其中，在第二操作和第三操作之间至少执行一次单位操作，该单位操作包括将第一调制光供应给光路的操作和将第二调制光供应给光路的操作。
15.根据权利要求10所述的压印装置，其中，控制第一光源和第二光源，使得当第一光源和第二光源中的一个接通时，第一光源和第二光源中的另一个断开。
16.根据权利要求10所述的压印装置，其中，当第一光和第二光中的任一种进入调制器时，第一光和第二光中的另一种不进入调制器。
17.根据权利要求10所述的压印装置，其中，第一光的波长带和第二光的波长带相互不重叠。
18.根据权利要求10所述的压印装置，其中，在第二操作中，调制器将具有光强度分布的调制光作为第二调制光供应给光路，该光强度分布允许固化基板的图案形成区域的周边部分中的压印材料的一部分。
19.根据权利要求10所述的压印装置，其中，在固化工序中，固化压印材料的光被供应给光路。
20.一种产品制造方法，包括：
通过根据权利要求1至19中任一项所述的压印装置，在基板上形成图案；以及
对形成有图案的基板进行处理，
其中，由该基板制造产品。
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