CN1928711A - 模具、压印方法和用于生产芯片的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模具，它既使在可光固化的树脂材料设置于模具与待处理的部件之间的状态下也能够高精度地实现模具和待处理的部件的校准，该模具通过一个由第一材料形成的基板(2010)和一个由不同于第一材料的第二材料形成的校准标记(2102)构成。第一材料和第二材料具有对于在一部分紫外线波长范围内的光线的透射性。第二材料具有不小于1.7的折射率。

Description

模具、压印方法和用于生产芯片的工艺

技术领域

本发明涉及一种模具、使用该模具的压印方法和通过使用该模具用于生产芯片的工艺。

背景技术

近些年来，用于在压力下将模具上的微细结构转印到待处理的部件例如树脂材料和金属材料上的微细处理技术得到发展并且引起注意。该技术称为纳米压印或纳米压花并且具有若干纳米数量级的分离，因此越来越有期望该技术取代曝光设备例如步进器或扫描器最为下一代半导体制造技术。

该技术可以允许同时处理晶片上的三维结构，因此除了半导体制造技术它还期望应用于如下生产技术。例如，该技术期望应用于生产技术的不同领域包括光学设备例如光电晶体的领域和生物芯片例如微总分析系统(μ-TAS)的领域。

在这种压印技术应用于半导体制造技术的情况下，例如在Stephan Y.Chou e al.，Appl.Phys.Lett.，Vol.67，Issue 21，pp.3114-3116(1995)(斯蒂芬.Y.周等，应用物理快报，第67卷，第21期，第3114-3116页，1995年)中所述的，压印方法以如下方式进行。通过在基板(例如半导体晶片)上施加一层可光固化的树脂材料构成的机件或工件被准备。模具具有处理表面，在所述处理表面上形成具有凸起和凹陷的期望的压印图案，该模具压靠在机件上，接着继续施加压力并用紫外线辐射来固化可光固化的树脂材料。按这种方式，图案转印到树脂层上，使得树脂层用作为实现蚀刻的掩模，因此在半导体晶片上进行图案形成。

在上述压印技术中，在模具的压印图案转印期间，模具与机件的校准(位置调整)是重要的因素。

日本待审公开专利申请2000-323461已经公开了下面的校准方法。更具体地，用于位置基准的标记设置在透光的模具基板上并且与用于位置基准的标记对应的标记设置在机件上。通过使用这些用于位置基准的标记，实现模具与机件的校准。通过使光线从上方穿过模具基板并且同时观察用于模具基板的基准的标记以及机件的标记可以实现模具与机件的校准。

但是本发明人的研究结果表明，上述校准方法伴随着下列问题。

如果具有透光的校准结构的模具与可光固化的树脂材料彼此接触，那么由于校准结构与可光固化的树脂材料之间的折射率差较小，校准结构是不清楚的或者模糊的。

更具体地，用于压印技术的可光固化的树脂材料通常具有大约1.5的折射率。另一方面，模具本身通常由具有大约1.45的折射率的石英形成。当然，在用于模具的材料与可光固化的树脂材料之间的折射率差是较小的，因此既使用于校准结构的凸起和凹陷通过处理模具而设置在模具表面上，由于校准结构与可光固化的树脂材料的接触，不容易视觉辨认校准结构。在这种情况下，有可能既使在用于校准结构的凸起和凹陷稍微可在视觉上辨认时，也会实际上取决于要求的校准精度影响校准。

但是，校准要求高精度地可靠地进行。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种适用于高精度校准的模具。

本发明的另一目的是提出一种使用该模具的压印方法。

本发明的又一目的是提出一种芯片的生产工艺，其中使用该模具。

按本发明的第一方面，提供一种模具，包括：

包括第一材料的基板；和

设置在基板上的包括不同于第一材料的第二材料的校准标记；

其中，第一材料和第二材料对于至少在一部分紫外线波长范围内的光线的透射性，并且第二材料具有不小于1.7的折射率。

根据本发明的第二方面，提供一种压印方法，包括：

将可光固化的树脂材料设置在按本发明的第一方面的模具与具有校准标记的待处理的部件之间；和

实现校准标记与待处理的部件的校准控制，同时检测模具的校准标记和待处理的部件的校准标记。

根据本发明的第三方面，提供一种用于生产芯片的工艺，包括：

准备按本发明的第一方面的模具和待处理的部件，在其上设置可光固化的树脂材料；

用模具在可光固化的树脂材料上形成图案；和

通过使用图案作为掩模实现蚀刻一个区域，该区域接触一个在其中形成图案的层。

按本发明的第四方面，提供一种模具，包括：

包括第一材料的基板；

多个凸起包括第一层，所述第一层包括不同于第一材料的第二材料；和

包括第二材料的设置在各凸起之间的第二层；

其中，第一材料和第二材料具有对于至少在一部分紫外线波长范围内的光线的透射性，

其中，第二材料具有不小于1.7的折射率，和

其中，第一层和第二层具有不同的厚度。

按本发明的第五方面，提供一种模具，包括：

包括第一材料的基板；和

多个凸起，所述凸起设置在基板上并且包括第一层，所述第一层包括第二材料；

其中，第一材料和第二材料具有对于至少在一部分紫外线波长范围内的光线的透射性，

其中，第二材料具有不小于1.7的折射率，和

其中，第二材料不设置在基板上的各凸起之间。

按本发明的第六方面，提供一种模具，包括：

校准标记区域；和

压印图案区域；

其中，在校准标记区域内设置具有不小于1.7的折射率的材料。

根据本发明的其他方面，如下所述提供一种模具、一种模具的生产工艺、一种压力处理方法和一种压力处理设备。

更具体地，模具例如设有凹陷和凸起并且用于一层可光固化的树脂材料的图案形成。模具包含一个包括第一材料的模具基板和一个包括第二材料并构成至少一部分凸起的表面层。第一材料和第二材料的特征在于具有对于在至少一部分紫外线波长范围内的光线的透射性并且第二材料的特征在于具有不小于1.7的折射率。

按本发明的模具的特征在于，表面层的光路长度在凹陷处与在凸起处之间是不同的。

本发明的模具的特征在于，它具有一个校准结构并且至少一部分校准结构由第二材料构成。

本发明的模具的特征在于，它被使用在半导体、包括光电晶体的光学设备和生物芯片的生产技术的任意一种中。

按本发明的模具生产工艺的特征在于用于生产上述模具的下列两个步骤(1)和(2)：

(1)在第一材料的模具基板上形成具有不小于1.7的折射率的第二材料的表面层的步骤，和

(2)通过蚀刻表面层形成凹陷和凸起的期望的阶梯形状的步骤。

本发明的模具的压力处理方法的特征在于，上述模具用于压力处理。模具或待处理的部件被压紧并且从光源发出的光线穿过模具以固化待处理的部件的可光固化的树脂材料。模具使用在将形成于模具处理表面上的图案转印到待处理的部件上的期间。

另外，模具的压力处理方法的特征在于，采用处于可光固化的树脂材料不固化的波长范围内的光线实现校准。

按本发明的模具的压力处理设备包括模具并且压紧模具或者待处理的部件，然后通过采用从光源发出的光线穿过模具辐射可光固化的树脂材料来硬化待处理的部件的可光固化的树脂材料。该设备另外包括用于将形成于模具处理表面上的图案转印到待处理的部件上的装置。

另外在本发明中，上述凹陷和凸起的特征在于，它们是用于校准的图案。

根据本发明，可以提供一种模具，能实现高精度地校准模具和机件。

在结合附图考虑本发明的优选实施形式的下列说明的情况下，本发明的这些和其他目的、特征和优点变得更显然。

附图说明

图1是用于描述按本发明的模具的示意截面图。

图2(a)至2(h)是用于描述按本发明的模具的示意截面图。

图3是用于描述在本发明的一种实施例中模具与机件校准的示意截面图。

图4(a)和4(b)、图5(a)至5(c)、图6(a)至6(f)、图7(a)至7(f)、图8(a)至8(h)和图9(a)至9(e)是按本发明的模具的生产工艺的示意截面图。

图10(a)至10(d)是用于描述按本发明的压印方法的示意截面图。

图11是用于描述按本发明的模具的示意截面图。

具体实施方式

(第一实施例：模具)

图1是用于描述设在模具(或模板)中的校准标记的示意截面图。

参考图1，模具1000包括一个基板(模具基板)1010、一个设有校准标记的校准标记区域1020和一个用于通过压印来转印图案的图案区域1050。在图案区域1050中，用于压印的图案(例如通过凹陷和凸起构成的结构)实际上是形成的，但是在图1中省略了。

在该实施例中，压印图案区域1050位于中心部分，而两个校准标记区域1020位于压印图案区域1050两侧，但是它们之间的位置关系不特别地受限制。例如校准标记区域1020也可以位于压印图案区域1050内部。另外，校准标记区域1020的数量也可以是一个或者不少于三个。

在该实施例中的校准标记用于在平面内方向例如X-Y平面内方向校准模具的图案区域，或者用于调整模具与待处理的部件之间的缝隙。

以下参考图2(a)至2(h)描述该实施例的模具(模板)。

在这些附图中，在由第一材料构成的基板(模具基板)2010上设置由不同于第一材料的第二材料构成校准标记2102。另外在以下说明中，校准标记2102有时简单称为部件或表面层。第一材料和第二材料具有对于在至少一部分紫外线波长范围内的光线的透射性，并且第二材料具有不低于1.7的折射率。

通过采用具有不低于1.7折射率的材料作为构成模具的校准标记区域的第二材料，既使在模具和可光固化的树脂材料彼此接触的情况下，也可能有效地检测(或观测)模具的校准标记。因此可以高精度地实现模具与待处理的部件的校准。

换言之，按该实施例，通过在处理模具表面时形成具有不低于预定值的折射率的表面层(由第二材料构成)，可以解决因模具与待处理部件之间的小的折射率差引起的传统的校准问题。

更具体地，通过采用表面层材料具有大于1.7的折射率的结构，已经发现，基于在该材料与可光固化树脂材料之间的折射率差，检测设置给模具和机件(待处理部件)的校准结构，以允许高精度的校准。

在本发明中表面层的折射率不低于1.7，优选不低于1.8，更优选不低于1.9。另外折射率可以例如不高于3.5。但是折射率的上限不受限制，只要因此的模具可用在本发明中。

另外在一部分表面层具有上述折射率的情况下，该表面层也可以被涂覆其它层。

如上所述，在该实施例中，由第二材料形成的部件2102作为校准标记设置在基板2010上。部件2102可以按变化的厚度在垂直于厚度方向2600的方向2610上设置。通过按这种方式设置第二材料，可以在引起光线从基板2010侧沿厚度方向2600进入模具中的情况下改变光路长度(折射率×介质长度)。这意味着，设在校准标记区域中的凹陷和凸起之一可被视觉观察。例如，凸起和凹陷可以观察为多个线、点或环。

上述部件在垂直于模具厚度方向的方向上具有第一厚度和第二厚度，而且第二厚度如图2(a)、2(e)和2(g)所示具有一定数值或者如图2(b)、2(c)、2(d)和2(f)所示为零。

换言之，构成上述校准标记的第二材料的部件2102设置在模具基板2010上并且在凹陷处与在凸起处厚度不同，使得校准标记可以视觉观察。部件2102在凹陷处和在凸起处具有不同厚度(在垂直于模具厚度方向的方向上)的情况例如包括图2(h)的情况，其中，一层部件2102设置在两层或三层或更多层中以改变厚度(光程)。

另外，可以仅通过清楚地观察校准标记的存在位置来实现校准。当然在这种情况下，在改变部件2102的厚度时，该部件不必要求设置在基板上。

另外当第二材料的部件2102从上方看时(例如在未示出的顶视图中)，部件2102按多个线、点或环的形状设置。

图2(a)示出作为校准标记的、具有凸起的、由第二材料构成的部件2102设置在平整的基板2010上的情况。换言之，模具2103具有这样一种结构，使得由表面层2102提供一个阶梯部分。

图2(b)示出作为校准标记的、由第二材料构成的部件2102设置在平整的基板2010上的情况。换言之，模具2104具有这样一种结构，使得在表面层2102与模具基板2010之间的边界设置一个阶梯部分。在这种情况下，表面层2102本身构成该阶梯部分。

图2(c)示出作为校准标记的、由第二材料构成的部件2102设置在基板2010的凸起2011上(该基板也可以看作为具有凹陷或沟槽的基板)的情况。换言之，模具2105具有一个阶梯部分，其深度(高度)对应于表面层2102的厚度与模具基板2101的一定部分的厚度之和。

图2(d)示出图2(c)中的模具另外被涂覆一种涂层材料(保护层)2106因此覆盖部件2102和基板2010的情况。模具2107具有这样一种结构，使得由第三材料构成的保护层2106设在示于图2(c)中的模具2105的整个基板上。类似地，保护层也可以设置在示于图2(a)中的模具2103的整个表面上或者示于图2(b)中的模具2104的整个表面上。第三材料可以相同于表面层2102的材料，但是可以同模具基板2010和表面层2102一样选自于任何对于紫外线波长范围具有透射性的材料。第三材料也可以是脱模剂，它可以应用以便允许在压印之后模具的光滑脱离。

图2(e)示出模具2108仅通过由第二材料构成的部件2102构成的情况。

图2(f)示出作为校准标记的、由第二材料构成的部件2102设置在基板2010的凹陷处的情况。部件2102的厚度不特别地受限制，但是可以优选为这样的数值，使得部件2102不从基板2010的最上面的表面伸出。

图2(g)和2(h)示出作为校准标记的、由第二材料构成的部件2102设置在基板2010的凹陷2099处(图2(g))或者设置在基板2010的凹陷2099和凸起2011下部处的情况(图2(h))。设置在凹陷处的物质2021可以相同于或不同于部件2102的物质(第二材料)。但是物质2021可以优选具有与部件2102的折射率接近的折射率。在这种情况下，在凸起2011处的部件2102的厚度d1和在凹陷处2099或者凹陷2099与凸起2011处的物质2021的厚度d2可以优选彼此不同。另外，从校准标记在模具的最上面的表面上可以更清楚地视觉辨认的角度，厚度d1和d2可以优选为d1＞d2。但是，按该实施例的本发明不限制于这种关系(d1＞d2)。

另外，基板2010和部件2102的厚度不特别地受限制，但是可以期望地为能够避免不必要的干涉条件的数值。例如如果观察光线有波长λ，而部件2102具有折射率n，那么例如在下列关系中：

          λ/4n＜部件2102＜观察光线的相干长度

不必要的干涉可被引起发生而阻碍对比度的确保。

如果观察光线的波长是633nm并且部件2102的折射率是1.7，那么λ/4n大约是100nm。因此，部件2102的厚度可以期望地不大于100nm或者不小于观察光线的相干长度。可以类似地考虑基板2010的厚度。但是除了上述干涉关系，如果也考虑模具的强度，那么基板2010的厚度可以期望地不小于几十微米。

(第一材料和第二材料)

用于模具基板2010的第一材料和用于表面层2102的第二材料具有关于在至少一部分紫外线波长范围内的光线的透射性，该透射性能固化设在机件(待处理的部件)上的可光固化树脂材料层。结果，通过从光源发出的光线穿过模具的辐射使得设置在机件上的可光固化的树脂材料固化或者凝固，因此可以将形成在模具的处理表面上的压印图案(具有凹陷和凸起)转印到机件上。通过第一材料和第二材料构成的整个模具具有关于紫外线(例如波长365nm)不小于50％、优选不小于70％、更优选不小于85％的透射性。

因此，基板2010、部件(表面层)2102和保护层2106对于在至少一部分紫外线波长范围内的光线具有透射性，用于至少固化可光固化的树脂材料。

模具与机件的校准通过使用处于不固化可光固化的树脂材料的波长范围内的光线来实现。

当然，基板2010、部件(表面层)2102和保护层2106的相应材料可以优选也具有对于在可光固化的树脂材料不固化的一部分波长范围内的光线的透射性。也可以使用这样一种光源用于校准，使得用于实际上固化可光固化的树脂材料的波长范围内的光线量下降。

另外如上所述，基于可光固化的树脂材料的折射率与第二材料的折射率之间的差，通过检测关于模具设置的校准结构来实现模具与机件(待处理的部件)的高精度校准，因此表面层2102要求由在折射率方面不同于可光固化树脂材料的材料构成。

接下来说明在用于基板2010、表面层2102和保护层2106的相应材料的选择中表面层的透射率和折射率。

紫外线的透射性要求是这样的数值，使得可光固化的树脂材料可以在模具设置于光源与可光固化树脂材料之间的状态下通过来自于光源的紫外线的辐射来固化。

可光固化的树脂材料基本上通过提高曝光量来固化，除非模具的透射性关于所使用的紫外线为零。但是在实际通过量的角度上，透射性要求是到一定程度的较高的数值。

作为用在光固化处理中的光源，使用一种能够发出波长例如为365nm的波长的光线。关于该波长，例如，SiO₂具有大约90％的透射性。

为了不明显降低与SiO₂相比的通过量，由第二材料构成的部件(表面层)可以期望地具有至少不小于30％的透射性。

另外如果在基板2010、表面层2102和保护层2106之间在透射性方面有大的差别，那么有可能引起发生在可光固化的树脂材料的固化状态下的不规则性。因此，用于这些部件的材料的透射性可以优选彼此较接近。由第二材料构成的部件(表面层)可以更优选具有不小于60％、进一步优选不小于80％的透射性。

下面说明折射率。

总体上在具有彼此差别较大的折射率的物质之间可以基于他们之间的折射、反射或散射在视觉上辨认结构。部件(表面层2102)的折射率越高，对比度越可靠地得到保证。

折射率的上限不特别地受限制。透过紫外线的代表性的介电部件的折射率的例子可以包括对于氟化钙(典型地由CaF₂表示)为1.43、对于二氧化硅、石英或石英玻璃(典型地由SiO₂表示)为1.45、对于氧化铝(典型地由Al₂O₃表示)为1.78、对于氮化硅(典型地由SiN表示)为2.0以及对于氧化钛(典型地由TiO₂表示)为大约2.4。这些物质关于例如波长大约为365nm的紫外线的透射性的示例可以包括对于CaF₂为大约97％、对于SiO₂为大约90％、对于Al₂O₃为大约80％、对于TiO₂为大约60％以及对于SiN为大约90％。如果校准标记能够视觉观察，那么在一些情况下使用SiNC或SiC作为第二材料。SiC的折射率为3.1，因此折射率的上限不大于3.5，优选不大于3.0。折射率本身取决于测量波长而发生变化，但是上述关于折射率的数据是对于可见光(波长633nm)的折射率。

在本发明的该实施例中的第二材料的折射率可以优选对于可见光(波长633nm)不小于1.7。折射率的上限不特别地受限制，而是可以如上所述不大于3.5。

在折射率的差较小的情况下，为了获得在微型结构中较高的对比度，光路长度的差是一个重要的因素。

如果可光固化的树脂材料的折射率是nl、用于表面层2102的第二材料的折射率是n2并且模具的表面层2102的阶梯部分的高度(深度)是t，那么在模具的凹陷和凸起处被机件表面反射的光线的光路长度差按下面的等式获得：

           光路长度差＝2|n2×t-n1×t|＝2t|n2-n1|

如果入射光线的波长为λ，那么如果光程差为(1/2+m)λ(其中m为整数)时可以确保最高的对比度。

当然如果满足以下关系可以获得最大对比度：

        2t|n2-n1|＝(1/2+m)λ(其中m为整数)

但是在n1与n2之差较小并且t等于或小于λ时，仅有m＝0的情况并且等式左侧在大多数情况下较小。

当然，下面的关系式是对比度的实际指数：

                2t|n2-n1|≤(1/2)λ

作为检测光线，在可光固化的树脂材料不固化的波长范围内的光线用在本发明中，但是通常使用在可见波长范围内的光线。

例如假设使用单一波长为633nm的光源，那么(1/2)λ的数值为316.5nm。

在此例如在模具仅由具有1.45的折射率的SiO₂构成的情况下，假设可光固化的树脂材料的折射率为1.5并且模具的深度为150nm，那么得到的光路长度差为2×150nm×|1.45-1.5|＝15nm。

这是一个示例，实际上按照由发明人进行的试验获得对比度是困难的。

当然，光路长度差要求至少为超过15nm的数值。

另一方面，在具有TiO₂的表面层的模具(t＝60nm)浸入水中(折射率1.4)的示例中成功检测对比度。

假设TiO₂的折射率为2.4，那么在该示例中光路长度差为2×60nm×(2.4-1.4)＝120nm。

从上述示例的结果可以考虑能够允许观察对比度的阈值在范围：15nm≤光路长度差≤120nm。

在此例如假设光路长度差的阈值为60nm，如果表面层具有150nm的厚度，那么n2＞1.7。当然在这种情况下，为了提供能够允许仅通过表面的凹陷和凸起观察对比度的模具，需要不小于1.7的折射率。

换言之，第二材料可以优选具有不小于1.7的折射率。

这意味着在表面层与可光固化的树脂材料之间的折射率差大于0.2。

另外，光路长度差成比例于阶梯部分的数值和折射率的产生，因此阶梯部分的数值(高度或深度)可以通过准备具有高折射率的材料来实际降低。另一方面，折射率可以通过增加阶梯部分的数值来实际上降低。

另外如果可以提高检测器的灵敏度，那么既使在光路长度差较小的情况下也可以检测对比度。

当然不小于1.7的折射率仅仅是一种实际的解决方案，但是可以是这样一种折射率，即当该折射率小于1.7时难以检测对比度。

考虑上述说明，用于基板2010、由第二材料构成的部件(表面层)2102以及保护层2106的相应材料选择如下：

用于由第一材料构成的模具基板2010的材料的示例可以包括SiO₂、CaF₂和普通玻璃和石英。

用于由第二材料构成的部件2102的材料的示例可以包括SiN、TiO₂、Al₂O₃、氧化铟锡(ITO)和氧化锌。

用于保护层2106的材料的示例可以包括透明的介电材料，例如SiO₂、SiN、TiO₂、ITO、Al₂O₃和CaF以及脱模剂。

作为用于示于图2(d)中的保护层2106的材料，优选可以使用二氧化硅。在这种情况下，通过涂层方法形成一层二氧化硅作为保护层2106。这是因为在疏水的硅烷耦联剂用作为压印步骤中的脱模剂的情况下由于有二氧化硅作为模具的表面层的保护层的材料，脱模剂可以轻易地粘附到模具上。

另外，基板2010和部件2102的厚度不是特别地受限制的，而是可以期望地为能够避免不必要的干涉条件的数值。例如，当观察光线具有波长δ并且部件2102具有折射率n时，可能引起发生不必要的干涉以阻碍对比度的确保，例如在如下关系式时：

δ/4n＜(部件2102的厚度)＜(观察光线的相干长度)

如果观察光线的波长是633nm并且部件2102的折射率是1.7，那么δ/4n大约为100nm。因此，部件2102的厚度可以期望地不大于100nm或者不小于观察光线的相干长度。类似地可以考虑基板2010的厚度。但是除了上述干涉关系外还要考虑模具的强度，基板2010的厚度可以期望地不小于几十微米。

(校准标记区域和图案区域的层结构)

在示于图1的校准标记区域1020和图案区域1050具有相同的层结构的情况下，相同的层结构是优选的，因为在准备模具期间的步骤被简化了。另外，相同的层结构可以优选引起在模具的平面内方向上在模具的刚性方面较少的不规则性。

也可以在校准标记区域1020和图案区域1050中采用不同的层结构。例如在这种情况下，校准标记区域由石英(二氧化硅或石英玻璃)构成并且氮化硅作为石英层的表面层，而图案区域由石英构成。结果用于准备模具的工艺略微复杂，但是如果要控制模具的厚度，那么上述情况是有效的。这种构造特别适合于控制相对较大的厚度。

(待处理的部件)

待处理的部件在一些情况下也称为机件。

待处理的部件的示例可以包括半导体基板例如Si基板或GaAs基板、树脂基板、石英基板(二氧化硅基板或石英玻璃基板)、玻璃基板。也可以使用一种多层基板，它准备成使得一个薄膜在这些基板上生长或者粘结至这些基板。也可采用石英(二氧化硅或石英玻璃)的透光的基板。

施加在基板上的树脂例如通过用紫外线从模具侧辐射基板而硬化。这种可光固化的树脂的示例可以包括聚氨酯类型的、环氧类型的和丙烯酸类型的树脂。

另外作为树脂也可以使用热固性的树脂例如酚醛树脂、环氧树脂、硅树脂或聚酰亚胺，以及热塑性的树脂例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者丙烯酸树脂。通过使用这些树脂，图案通过热处理如期望的那样进行转印。

在待处理的部件不包含树脂地构成的情况下，待处理的部件仅通过挤压力而物理变形。

在第一实施例中的上述部件或技术特征也可以应用于本发明的所有实施例。另外，美国专利No.6,696,220、No.6,719,915、No.6,334,960和No.5,772,905以及美国专利申请No.10/221331的全部公开内容通过引用的方式清楚地结合在此。例如，美国专利申请No.10/221331公开了这样一种支承方式，使得处理部件不是局部地支承，而是在处理部件的整个背面上支承。但是，可移动的机构、待处理的部件和模具(印模)夹紧部分上的夹紧机构可应用于本发明。

上述按本发明的模具可以应用于转印特别属于纳米至微米数量级的凹陷和凸起的图案。

(第二实施例：模具)

按本发明第二实施例的模具将参考图2(g)说明如下。

在上述第一实施例中，图2(g)是模具在校准标记区域内的层结构的截面图。但是在本实施例中，使用示于图2(g)中的层结构，而在校准标记区域与图案区域之间没有区别。这是因为在一些情况下可以合适地确定，设在模具处理表面上的、有凹陷和凸起的、压印图案的哪个部分是否用作为校准标记。

更具体地，只要模具有下列描述的特征，那么该模具包含在本发明的范围内，而不管所述特征设置在模具的任何区域。

参考图2(g)，本实施例的模具包括由第一材料构成的基板2010、多个由不同于第一材料的第二材料的第一层2102构成的凸起2011和由第二材料构成的、设置在相邻的凸起2011之间在基板2010上的第二层2021。

第一材料和第二材料具有对于在至少一部分紫外线波长范围内的光线的透射性，并且第二材料具有不小于1.7的折射率。第一层和第二层的厚度(在图2(g)的d1和d2)彼此不同。通过如在第一实施例中所述的不同厚度d1和d2，可以保证光路长度差。当然，既使在可光固化的树脂材料设置在模具与机件之间的状态下，也可以视觉观察或检测第一和第二层2102和2021。

在本实施例中，d2的数值也可以为零。另外，d1的数值可以为零并且d2的数值是示于图2(f)中的一个定值。

示于图2(g)中的模具例如以示于图8中的方式进行准备，该方式后面将详细描述于实施例5。

另外，示于图2(f)中的模具例如以示于图9中的方式进行准备，该方式后面将详细描述于实施例6。

对于本实施例，描述于第一实施例中的技术特征也可以应用，只要它们与本实施例中的那些技术特征相一致。

(第三实施例：模具)

按本实施例的模具将参照图1说明。

如图1所示，模具包括压印图案区域1050(其中没有示出凹陷和凸起的图案)和校准标记区域(其中没有示出校准标记)。如在第一实施例中所述，各区域之间的位置关系和校准标记区域的数量不特别受限制。

构成校准标记区域的材料是具有不小于1.7的折射率的材料并且可以例如选自于如上所述的氮化硅、氧化钛和氧化铝。不必仅用上述材料构成校准标记区域。

压印图案区域1050可以通过与上述材料相同的材料或者石英(二氧化硅或石英玻璃)构成。

通过采用上述这种构造，例如既使在模具1000的处理表面接触可光固化的树脂材料的情况下，也能够以高对比度辨认校准标记，因为在校准标记区域采用具有高折射率的材料。结果，可以实现高精度的校准。

另外在本实施例中如图11所示，校准标记区域1020也可以设置成使其从压印图案区域1050的最上面的表面的水平面伸出。更具体地如图11所示，在校准标记区域1020，一个部分(构成校准标记区域)2202设置在模具基板2010上，因此以厚度p从模具基板2010的表面伸出。厚度p的数值可以合适地设置在不小于1nm并不大于1μm的范围内。部分2202由具有不小于1.7的折射率的材料构成。这种构造如下所述是有效的。

在压印方法中，如图10(d)所示的由附图标记9002表示的残留薄膜的厚度尽量一致是重要的。这是因为残留薄膜部分总体上例如通过活性离子蚀刻除去，但是如果残留薄膜的厚度不一致时，最终用作为掩模的树脂部分的形状是不一致的。

通过采用如图11所示的构造并且使得部分1020以及待处理的并相对设置的部件相互接触，可以实现残留薄膜的一致的厚度。在一些情况下，非常薄的树脂层实际上保留在部分1020与待处理的部件之间。

在本实施例中，构成校准标记区域1020的部分2022也可以在模具的最外面的表面上由具有导电性和不小于1.7的折射率的材料例如氧化钛构成。在这种情况下，一个与模具侧的校准标记相应的(导电材料的)标记预先设置在机件(待处理的部件)侧。

通过检测两个标记的物理接触或者在接近于接触状态的状态下的电变化，可以实现模具与机件的校准，即在平面内方向上的位置校准和/或在垂直于平面内方向的方向上的缝隙调整。另外，电变化的检测可以例如通过电流在模具与工件之间流动的构造实现。

(第四实施例：压印方法)

按本实施例的压印方法采用按第一至第三实施例中任一种所述的模具。

更具体地，可光固化的树脂材料设置于模具与待处理的部件之间，并且在检测关于模具设置的校准标记和关于待处理的部件设置的校准标记的同时进行模具与待处理的部件的位置控制。

(第五实施例：芯片生产工艺)

按本实施例用于生产芯片的工艺采用如第一至第三实施例中任一种所述的模具。

更具体地，生产工艺包括：准备模具和待处理的部件，通过使用模具在设置于待处理的部件上的可光固化的树脂材料上形成图案，和实现一个区域的蚀刻，该区域接触一个在其中通过使用图案作为掩模来形成图案的层。

实际上，凹陷在待处理的部件的上部在不形成图案的区域内形成。

下面参考图10(a)至10(d)说明在本实施例中采用的压印方法的示例。

压印方法的示例是用于通过光辐射来固化树脂材料的光压印方案。然而，也可以通过加热或者通过加热和光辐射来固化树脂材料。

首先如图10(a)所示，具有一层在其表面上的可光固化的树脂材料9034的待处理的部件9033例如硅基板和模具9020(在图10(a)中未示出)相对设置。

然后如图10(b)所示，模具9020和可光固化的树脂材料9034被相互接触。这这种情况下，它们可以通过移动模具和待处理的部件之一或两者而相互接触。通过接触使压力施加到这些部件上。结果，可光固化的树脂材料的形状改变成反应模具的具有凹陷和凸起的图案的形状。另外，在图10(b)中，这样刻画模具，使得它设有一定的压印图案，并且在该图中省略了校准标记。

如果在上述实施例中的模具使用在本实施例中，那么既使在模具9020和可光固化的树脂材料9034相互接触(在接触状态)的情况下，也可以清楚地观察校准标记。当然，既使在这样一种接触状态下，也可以实现高精度的校准控制。

然后如图10(c)所示，可光固化的树脂材料9034用紫外线5001从模具9020的背面侧进行辐射，因此被固化。

此后如图10(d)所示，模具9020从已固化的树脂材料9034上移开。如所需要的，模具或待处理的部件相对移动，以又在临近于图案转印区域的区域内实现转印，因此实施分步重复方案。

如图10(d)所示，在残留薄膜9022在树脂部分内存在的情况下，如期望的那样残留薄膜9002通过灰化(氧反应蚀刻)来除去。结果，模具的图案转印到待处理的部件(机件)上。

尽管没有示出于图10(a)至10(d)中，通过使用被转印的图案作为掩模，在被转印的图案(在图10(a)至10(d)情况下由已硬化的树脂材料构成)下面的基板受到蚀刻。基板由硅基板本身或者一种将多个层在其上层压为一个多层薄膜的基板构成。

另外如果可光固化的树脂材料具有非常低的粘度，那么尽管图案转印的程度根据可光固化的树脂材料的粘度发生变化，可以通过充分降低要施加到可光固化的树脂材料上的模具压力来实现图案转印。

接着说明模具与待处理的部件(机件)的校准。

图3是用于描述模具与机件(待处理的部件)的校准的示意截面图，该模具是示于图2(a)至2(h)的模具中的任一种。

例如如图3所示，准备模具3104并且将可光固化的树脂材料3203施加到机件3202上。换言之，在模具3104与机件3202之间填充可光固化的树脂材料。在图3中，模具3104设有一个校准结构(校准标记)3205。一个表面层2102可以如图3所示形成在模具基板2010上或形成在模具基板的内侧。机件3202设有校准结构3206。

在该示例中，用于表面层2102的材料具有大于1.7的折射率。

在上述构造中，通过使用作为检测光线3204的光线来实现校准，在该光线的波长范围内可光固化的树脂材料3203不固化。

表面层2102和可光固化的树脂材料3203具有不同的折射率，因此可以观察校准结构3205。

更具体地，表面层2102构成为具有大于1.7的折射率，因此可以确保表面层2102与可光固化的树脂材料3203之间的折射率差。换言之，上述校准结构3205可以清楚地观察。

检测光线3204穿过模具基板2010和表面层2102，因此可以同时观察基板3202上的校准结构3206。

当然，根据本实施例的上述构造，既使在模具和机件被促使彼此接近而处于在模具与机件之间填充可光固化的树脂材料的状态即不仅模具而且机件接触可光固化的树脂材料时，也可以实现高精度的校准。

为了在通过用紫外线辐射的光学压印技术中实现精确的校准，优选可以在模具与机件彼此接近的状态下执行校准。但是在这种情况下，在模具与机件之间填充可光固化的树脂材料，因此引起在这种状态下仅能较少地观察校准结构的问题。

然而如上所述，按本实施例通过使用具有由高折射率材料构成的校准结构的模具，既使在可光固化的树脂材料中也可以用可见光检测校准结构(校准标记)，同时保证高对比度。结果，可以实现高精度的校准。

以下基于具体的实施例来更详细地说明本发明。

(实施例1：图2(a)的模具)

在本实施例中描述按本发明的通过蚀刻的模具生产工艺。

图4(a)和4(b)是用于描述在本实施例中模具的准备步骤的示例的横截面图。

(1)首先，将一个掩模层4301形成在模具基板2010的表面层2102上(图4(a))。掩模层4301可以是抗蚀剂掩模层或者金属材料例如Cr、Al或WSi的硬质掩模层。

(2)其次，通过使用掩模层4301作为掩模使表面层2102受到蚀刻(图4(b))。

(3)蚀刻之后，除去掩模层4301。

在此通过在表面层2102的中间部分上停止蚀刻，可以形成示于图2(a)中的模具。

另外通过在模具基板2010与表面层2102之间的边界(分界面)上停止蚀刻，可以形成示于图2(b)中的模具。

另外通过继续蚀刻直到除去模具基板2010的一定量，可以形成示于图2(c)中的模具。

另外，模具基板本身由用于表面层2102的材料形成，因此可以准备示于图2(e)中的模具2108。

(实施例2：图2(b)的模具)

在本实施例中说明按本发明的通过升起的(lift-off)方法的模具生产工艺。

图5(a)至5(c)是用于描述在本实施例中的模具的准备步骤的示例的示意横截面图。

(1)首先，在模具基板2010的表面上形成抗蚀剂掩模层5401(图5(a))。

(2)其次，在掩模层5401的整个表面上由一种材料形成表面层2102(图5(b))。

(3)再次，通过升起的方法除去掩模层5401以形成图案2102(图5(c))。

示于图5(c)中的模具对应于示于图2(b)中的模具。但是也可以在形成掩模层5401之前通过在模具基板2010的整个表面上形成表面层2102来形成模具2103。另外也可以通过使用表面层2102的材料作为用于模具基板的材料来形成模具2108。

另外通过使用由升起方法形成的表面层2102作为掩模，使模具基板2010受到蚀刻以准备模具2105。但是在这种情况下，必需选择能够确保有效蚀刻选择速度的材料与蚀刻条件的组合。

(实施例3)

在本实施例中说明按本发明的模具生产工艺，为了与在实际的图案区域和校准结构区域中的阶梯部分对应地调整深度(高度)。

允许观察校准结构的接触基本上取决于在(由第二材料构成的)表面层2102上形成的阶梯部分。

当然关于模具2104和2105，仅需要将表面层2102形成为薄膜，其厚度设计成允许对比。

另一方面，在模具2103和2108的情况下，在表面层2102上形成的阶梯部分不必具有适合于压印工艺的深度。在这种情况下，有必要改变在实际的图案区域与在校准结构区域之间的阶梯部分的深度。实现这种构造的工艺示于图6(a)至6(f)中。

(1)首先，在模具基板2010的表面层2102上例如由Al、Cr或WSi形成硬质掩模层6503(图6(a))。

(2)其次，将抗蚀剂6504设置在硬质掩模层6503上并且受到图案形成(图6(b))。

(3)然后，使硬质掩模层6503受到蚀刻并接着使表面层2102受到蚀刻。在表面层2102的蚀刻期间，利用硬质掩模层6503作为掩模，抗蚀剂6504可以保留不变或者可以被除去并受到蚀刻(图6(c))。

(4)接着，抗蚀剂6505受到图案形成，因此覆盖实际的图案区域1050(图6(d))。

(5)然后，在校准区域1020中实现利用硬质掩模层6503作为掩模的附加蚀刻(图6(e))。

(6)此后，除去抗蚀剂6505(图6(f))。

在上述工艺中可以准备这样一种模具，使得校准结构(校准标记)的凹陷的深度大于实际的图案的凹陷的深度。

另一方面，在校准结构的凹陷的深度小于实际图案的凹陷的深度的情况下，抗蚀剂6505的图案形成可以实现，以覆盖校准结构。

在上述方式中，可以合适地和有选择地准备一些模具，它们包括具有最优凹陷的实际图案和校准结构。

另外，在上述步骤(6)之后，也可以通过合适地除去硬质掩模层6503来准备用于压印的模具。

如上所述，根据本实施例实现模具。

更具体地，可以实现这样一种模具，即不仅校准标记区域1020而且压印图案区域1050都通过包含凹陷地构成，使得在校准标记区域中的凹陷的深度大于在压印图案区域中的凹陷的深度。

另外，在本实施例中，也可以通过在步骤(6)之后除去模具基板2010(图6(f))或者通过在步骤(1)中省略模具基板2010(图6(a))来准备模具，只要得到的模具本身可以确保充分的强度。

(实施例4：图2(h)的模具)

图7(a)至7(f)示出示于图2(h)中的模具的生产工艺。

(1)在模具基板2010的表面上由高折射率的材料形成一层2021(图7(a))。

(2)在所述层2021上由折射率与模具基板2010的材料相同或接近的材料形成一层2710(图7(b))。

(3)在所述层2710上由折射率与所述层2021的材料相同或接近的材料形成一层2102(图7(c))。

(4)在所述层2102的表面上形成一个掩模层7301(图7(d))。

(5)在使用掩模层7301的情况下蚀刻所述层2102(图7(e))，并且然后蚀刻所述层2710。

在蚀刻所述层2710期间，掩模层7301可以保留不变，或者可以使用所述层2102作为掩模层的情况下被除去并且受到蚀刻。在每一情况下，得到的结构最终处于掩模层7301被除去的状态(图7(f))。

(实施例5：图2(g)的模具)

图8(a)至8(h)示出示于图2(g)中的模具的生产工艺。

(1)在模具基板2010的表面上由高折射率的材料形成一层2021(图8(a))。

(2)在所述层2021的基板上形成掩模层8301(图8(b))。

(3)在使用掩模层8301作为掩模的情况下蚀刻所述层2021(图8(c))。

(4)在除去掩模层8301之后，在所述层2021上由折射率与模具基板2021的材料相同或接近的材料形成一层2710(图8(d))。

(5)在所述层2710上由折射率与所述层2021的材料相同或接近的材料形成一层2102(图8(e))。

(6)在所述层2102的表面上形成掩模层8302(图8(f))。

(7)在使用掩模层8301的情况下蚀刻所述层2102(图8(e))，并且然后蚀刻所述层2710。

(8)在蚀刻所述层2710期间，掩模层8302可以保留不变，或者可以使用所述层2102作为掩模层的情况下被除去并且受到蚀刻。在每一情况下，得到的结构最终处于掩模层8302被除去的状态(图8(h))。

(实施例6：图2(f)的模具)

图9(a)至9(e)示出示于图2(f)中的模具的生产工艺。

(1)在模具基板2010的表面上形成一个掩模层9301(图9(a))。

(2)在使用掩模层9301的情况下蚀刻模具基板2010(图9(b))。也可以在模具基板2010与掩模层9301之间设置一个硬质掩模层。

(3)在模具基板2010的表面上由高折射率的材料形成一层2102(图9(c))。

(4)例如通过处理方法例如化学机械抛光来蚀刻和局部除去所述层2102，因此与模具基板2010具有相同的表面水平(图9(d))。

(5)继续通过蚀刻等除去所述层2102，因此具有的厚度使得所述层2102的上表面位于在模具基板2010的上表面与设在模具基板2010上的凹陷的底部之间的任意中间部分处(图9(e))。

尽管本发明已经参照包含于其中的结构进行了说明，但是它不限制于阐述的细节并且本申请要覆盖一些可以落在后面的权利要求的改进目的或范围之内的修改或变化。

Claims (20)

1.一种模具，包括：

包括第一材料的基板；和

设置在基板上的包括不同于第一材料的第二材料的校准标记；

其特征在于：第一材料和第二材料具有对于至少在一部分紫外线波长范围内的光线的透射性，并且第二材料具有不小于1.7的折射率。

2.根据权利要求1所述的模具，其特征在于：在所述基板上，包括所述校准标记的第二材料的部件设置成在垂直于所述模具的厚度方向的方向上改变其厚度。

3.根据权利要求2所述的模具，其特征在于：所述部件在垂直于所述模具的厚度方向的方向上具有第一厚度和第二厚度，第二厚度是一定的数值或者零。

4.根据权利要求1所述的模具，其特征在于：包括所述校准标记的第二材料的部件设置在所述基板上，并且在所述模具的凹陷处具有一种厚度，以及在所述模具的凸起处具有与在所述模具的凹陷处的厚度不同的厚度。

5.根据权利要求1所述的模具，其特征在于：作为所述校准标记，包括第二材料并具有凸起的部件设置在所述基板上。

6.根据权利要求1所述的模具，其特征在于：作为所述校准标记，包括第二材料的部件设置在所述基板上。

7.根据权利要求1所述的模具，其特征在于：所述基板具有凸起，并且包括第二材料的部件作为所述校准标记设置在所述基板的凸起处。

8.根据权利要求1所述的模具，其特征在于：所述基板具有凹陷，并且包括第二材料的部件作为所述校准标记设置在所述基板的凹陷处。

9.根据权利要求1所述的模具，其特征在于：第一材料选自于由二氧化硅、氟化钙和玻璃构成的组中。

10.根据权利要求1所述的模具，其特征在于：第二材料选自于由氮化硅、硅氮氧化物、氧化钛、氧化铝、氧化铟锡和氧化锌构成的组中。

11.根据权利要求1所述的模具，其特征在于：所述模具具有其中设有校准标记的校准标记区域和压印图案区域，以及在校准标记区域中具有层结构，并且在压印图案区域中具有与在校准标记区域中的层结构相同的层结构。

12.根据权利要求1所述的模具，其特征在于：所述模具具有其中设有校准标记和凹陷的校准标记区域和其中设有凹陷的压印图案区域，以及在校准标记区域中的凹陷处具有一种深度，并且在压印图案区域中的凹陷处具有与在校准标记区域中的凹陷处的深度不同的深度。

13.根据权利要求1所述的模具，其特征在于：校准标记的第二材料被涂覆第三材料。

14.一种压印方法，包括：

将可光固化的树脂材料设置在按权利要求1的模具与具有校准标记的待处理的部件之间；和

实现校准标记与待处理的部件的校准控制，同时检测模具的校准标记和待处理的部件的校准标记。

15.一种用于生产芯片的工艺，包括：

准备按权利要求1的模具和待处理的部件，在所述待处理的部件上设置可光固化的树脂材料；

用模具在可光固化的树脂材料上形成图案；和

通过使用图案作为掩模实现蚀刻一个区域，该区域接触一个在其中形成图案的层。

16.一种模具，包括：

包括第一材料的基板；

多个凸起包括第一层，所述第一层包括不同于第一材料的第二材料；和

包括第二材料的设置在各凸起之间的第二层；

其特征在于：第一材料和第二材料具有至少对于在一部分紫外线波长范围内的光线的透射性，

其中，第二材料具有不小于1.7的折射率，和

其中，第一层和第二层具有不同的厚度。

17.一种模具，包括：

包括第一材料的基板；和

多个凸起，所述凸起设置在所述基板上并且包括第一层，所述第一层包括第二材料；

其特征在于：第一材料和第二材料具有对于至少在一部分紫外线波长范围内的光线的透射性，

其中，第二材料具有不小于1.7的折射率，和

其中，第二材料不设置在基板上的各凸起之间。

18.一种模具，包括：

校准标记区域；和

压印图案区域；

其特征在于：在所述校准标记区域内设置具有不小于1.7的折射率的材料。

19.根据权利要求18所述的模具，其特征在于：所述材料选自于由氮化硅、氧化钛、氧化铝、氧化铟锡和氧化锌构成的组中。

20.根据权利要求18所述的模具，其特征在于：所述模具具有在所述校准标记区域中的凹陷和在所述压印图案区域中的凹陷，在所述校准标记区域中的凹陷具有的深度大于在压印图案区域中的凹陷的深度。

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