TWI499498B - 壓印設備及製造物品的方法 - Google Patents

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Description

壓印設備及製造物品的方法
本發明係關於壓印設備以及使用該壓印設備製造物品的方法。
壓印技術正作為意圖用於磁存儲介質和半導體器件的大量生產的一種類型的光刻技術而投入使用。形成納米量級的圖案的壓印技術被稱為納米壓印技術。壓印技術涉及被壓在樹脂上的、其上形成有圖案的模子(原版)，其中該樹脂被分配在諸如矽晶片(wafer)或玻璃板之類的基板上。在該狀態下固化樹脂，由此將圖案轉印到基板上。
傳統的壓印方法引起如下的問題，即用樹脂填充模子上形成的圖案的凹陷部分要花費長的時間，以及如果在圖案的凹陷部分被樹脂完全填充之前執行固化工藝則出現缺陷。傳統的壓印方法還引起如下的問題，即在樹脂固化之後需要較大的力使模子與樹脂或基板分離，以及這導致轉移到基板上的圖案中的缺陷。
本發明提供一種有利的技術來在抑制壓印設備的佈置的複雜化的同時提高壓印處理的產能和/或良率。
本發明的第一態樣提供了一種壓印設備，該壓印設備在分配在基板上的樹脂與模子的圖案表面彼此接觸的同時使該樹脂固化，該壓印設備包括：供應部分，被配置為向該模子的圖案表面面向的空間供應氣體，該氣體用於加速用該樹脂填充該模子的圖案表面的凹陷部分；以及控制器，被配置為控制該供應部分以便在使該樹脂與該模子的圖案表面彼此接觸之前向該空間供應氣體，其中該供應部分被配置為經由在該模子的至少一部分中形成的多孔部分來向該空間供應氣體。
本發明的第二態樣提供了一種壓印設備，該壓印設備在分配在基板上的樹脂與模子彼此接觸的同時使該樹脂固化，該模子包括多孔部分，以及該壓印設備包括：夾盤(chuck)，被配置為保持該模子；以及抽吸部分，被配置為從該多孔部分通過抽吸而抽出氣體，使得經由該多孔部分從在與該樹脂接觸的該模子的圖案部分中形成的圖案的凹陷部分通過抽吸而抽出氣體，以便加速用該樹脂填充該凹陷部分。
本發明的第三方面提供了一種製造物品的方法，該方法包括如下步驟：使用如本發明的第一方面或第二方面限定的壓印設備將樹脂的圖案形成在基板上；以及處理其上形成有圖案的基板。
從以下參考附圖的示例性實施例的描述中本發明更多的特徵將變得清晰。
下面將參考附圖詳細描述本發明的優選實施例。
[第一實施例]
將參考圖1A描述根據本發明第一實施例的壓印設備100。在模子2的圖案表面PS與樹脂接觸的同時壓印設備100向在諸如晶片或玻璃基板之類的基板1上分配的樹脂供應能量，由此固化該樹脂。因此，將在模子2的圖案表面PS上形成的圖案轉印到基板1上作為樹脂的圖案。用來固化樹脂的能量典型地為光(例如，紫外光)或熱。壓印設備100可以包括例如將基板1定位的定位機構12和具有保持模子2的夾盤14的壓印頭3。壓印設備100另外還可以包括控制壓印操作的控制器CNT、使模子2經由樹脂與基板1接觸或者使模子2與基板1分離的驅動機構(未示出)、通過向樹脂供應能量而固化樹脂的固化單元(未示出)、以及將樹脂分配到基板1上的分配機構。驅動機構可以被配置為例如通過驅動壓印頭3將模子2經由樹脂壓在基板1上。在另一實施例中，驅動機構被構建到定位機構12中，並且驅動基板1以便形成其中模子2經由樹脂壓在基板1上的狀態。壓印設備100還包括向模子2供應氣體的供應部分16。觀測設備(scope)4可以被放置在壓印頭3上。觀測設備4光學上觀察在模子2上形成的標記和在基板1上形成的標記，由此檢測它們的相對位置。定位機構12基於由觀測設備4檢測的相對位置來定位基板1。
圖2示出模子2的示意性佈置。在使用諸如紫外光之類的光來固化樹脂的佈置中，模子2由諸如石英之類的透光材料製成，並且可以通過落射照明(epi-illumination)經由模子2用光照射樹脂。模子2可以具有如下的形狀，該形狀具有凸起的圖案部分5，該圖案部分5具有其上形成有圖案的圖案表面PS。這防止了在將模子2經由樹脂壓在目標投射(shot)區域上時模子2與基板1上的鄰近於目標投射區域的投射區域接觸。
圖3示意性地示出模子2的圖案部分5經由樹脂7壓在基板1上的狀態或者模子2的圖案表面PS與分配在基板1上的樹脂7接觸的狀態。在圖案部分5中的圖案表面PS上形成的圖案包括凹陷部分6。換句話說，圖案包括凹陷部分6和凸起部分。當模子2的圖案部分5壓在分配在基板1上的樹脂7上時，通過毛細管作用而由樹脂7填充圖案的凹陷部分6。請注意，在圖案部分5與樹脂7接觸之前，氣體存在於凹陷部分6中。在一般的壓印技術中，存在於凹陷部分6中的氣體溶於樹脂中，由此用樹脂完全填充凹陷部分6。為此，可以使用用可溶於樹脂中的氣體(例如，具有低分子量的氫氣或氦氣)覆蓋壓印頭3的佈置。然而，當設置包圍壓印頭3的覆蓋物(cover)以便實現此佈置時，還必須設置移動覆蓋物以便例如替換模子2的機構，並且這可能使壓印設備100的佈置複雜化。此外，覆蓋物的安裝可能限制安裝其他器件的自由度。
因此，在本電施例中，模子2被設置有諸如多孔層之類的多孔部分，以便將氣體經由多孔部分從壓印設備100供應到圖案部分5。多孔部分可以由例如透明材料(諸如多孔矽石材料)製成。可以通過用其中分散有矽石材料和諸如聚苯乙烯粒子之類的聚合材料的混合溶液以幾到幾百微米的厚度塗敷部件並且加熱和去除聚合材料來形成多孔矽石。該方法可以獲得其中例如規則地或不規則地排列幾納米到幾十納米量級的空腔的多孔結構。壓印設備100包括向模子2的多孔部分供應氣體的供應部分16，如圖1A所示。供應部分16可以包括例如氣體供應路徑、氣體供應源、以及控制氣體供應和停止的閥。
將參考圖4A~4D描述具有諸如多孔層之類的多孔部分的模子2的一些實施例。在圖4A所示出的示例中，模子2具有圍繞圖案部分5佈置的多孔部分8，並且從設置在壓印頭3上的供應部分16(參見圖1A)向多孔部分8供應氣體20。多孔部分8可以被佈置為在整個周界各處包圍圖案部分5。在圖4B所示出的示例中，用無孔部件9部分地覆蓋多孔部分8以便限制從模子2排出氣體的區域。無孔部件9是不容許氣體通過或者氣體通過的量比多孔部分8小的部件。在圖4A和圖4B所示出的佈置中，從多孔部分8排出氣體的時間段可以包括或者可以不包括模子2與樹脂接觸的時間段。在圖4A和圖4B所示出的示例中，控制器CNT控制供應部分16以便在使樹脂和模子2的圖案表面PS彼此接觸之前向圖案表面PS面向的空間供應氣體。
在圖4C所示出的示例中，圖案部分5由多孔部分8形成，因此也從圖案部分5排出氣體。在圖4C所示出的示例中的佈置不僅具有向圖案部分5面向的空間(該空間還可以被表述為圖案部分5的外側或下側的空間)供應氣體的功能，而且具有去除附著在圖案部分5上的任何異物的功能。在圖4C所示出的佈置中，圖案部分5具有相對低的強度，因此可以用由無孔部件形成的蓋(capping)層10部分地覆蓋多孔部分8，以便在蓋層10中形成圖案部分5，如圖4D所示。已知諸如氫氣和氦氣之類的具有低分子量的氣體一般通過例如橡膠和玻璃。因此，設置例如具有約幾十納米厚度的SiOx 層(例如，SiO2 層)作為蓋層10使得可以不僅通過氣體而且增大圖案強度。在圖4C和圖4D所示出的示例中，控制器CNT控制供應部分16以便在模子2與樹脂接觸之前的時間段的至少一部分期間從多孔部分8排出氣體，而在從模子2壓在樹脂上時起直到樹脂固化的時間段期間不排出氣體。作為在蓋層10中形成圖案部分5的替代，可以通過在多孔部分8中形成圖案並且用蓋層10覆蓋該圖案來形成圖案部分5。在該情況下，蓋層10被形成為具有比在多孔部分8中形成的圖案的凹陷部分6的寬度足夠地小的厚度。
圖4E和圖4F示出向模子2的多孔部分8供應氣體的供應部分16。根據本實施例，通過為模子2設置從設置在壓印設備100中的供應部分16接收氣體並且排出該氣體的多孔部分8，可以向在基板1上的每個投射區域和模子2的圖案部分5之間的空間局部地供應氣體。這種佈置消除了設置用於包圍壓印頭3的覆蓋物的需要，並且因此可以使壓印設備100的尺寸縮小。此外，這種佈置可以通過從多孔部分8排出可溶於樹脂中的氣體並且向圖案部分5中的圖案表面PS面向的空間供應該氣體而在圖案部分5中的圖案表面PS與樹脂接觸時加速用樹脂填充凹陷部分6。這使得可以提高壓印處理的吞吐量。此外，通過加速用樹脂填充凹陷部分6，可以減少由於用樹脂不完全填充凹陷部分6而導致的圖案轉印失效，以便提高良率。
[第二實施例]
圖1B示出根據本發明第二實施例的壓印設備100'的示意性佈置。與根據第一實施例的壓印設備100的組成元件相同的附圖標記表示圖1B中的相同的組成元件。根據第二實施例的壓印設備100'具有其中用氣體控制器18代替根據第一實施例的壓印設備100中的供應部分16的佈置。雖然模子2可以具有與第一實施例中類似的佈置，但是它優選地在除圖案部分5以外的部分中用無孔部件9覆蓋。圖5A示出可被用在第二實施例中的模子2的一個示例。氣體控制器18包括抽吸部分，該抽吸部分在模子2的圖案部分5壓在樹脂7上的同時經由形成模子2的圖案部分5的多孔部分8通過抽吸而抽出圖案的凹陷部分6中的氣體。因此，用樹脂7較深地、快速地填充凹陷部分6，如圖5B所示意性示出的。氣體控制器18還可以包括向多孔部分8供應氣體的供應部分，從而從多孔部分8排出氣體。
多孔部分8可以被形成為具有大量的孔的層，該孔具有足夠大以使存在於空間中的氣體(例如，空氣、H2 或He2 )通過的尺寸，以便經歷使模子2的圖案表面與樹脂接觸的處理。當在模子2的圖案表面與樹脂接觸之前要向模子2與基板1之間的空間供應具有低分子量的氣體(例如，H2 或He2 )時，多孔部分8中的孔具有足夠大以使該氣體通過的尺寸。當H2 或He2 被用作要向空間供應的氣體以便經歷使模子2的圖案表面與樹脂接觸的處理時，多孔部分8可以被形成為例如具有約幾納米的尺寸的層。在圖案部分5中形成的圖案的凹陷部分6內的氣體通過多孔部分8並且被氣體控制器18通過抽吸而抽出，而樹脂7不能通過多孔部分8並且保留在凹陷部分6中。通過由抽吸抽出凹陷部分6內的氣體，而用樹脂7快速地填充凹陷部分6。
多孔部件具有比例如沒有多孔結構的SiO2 低的強度。因此，諸如SiOx 層(例如，SiO2 層)之類的薄的蓋層(無孔部件)10可以被堆疊在多孔部分8的表面上，並且圖案部分5可以被形成在蓋層10上，如圖5C和圖5D中所示出的。當採用SiOx 層作為蓋層10時，在將SiOx 層形成為與約幾十納米一樣薄後，氣體可以通過SiOx 層。在該情況下，蓋層10和多孔部分8兩者用作使氣體通過的部件。在圖5D所示出的示例中，在圖案部分5中，蓋層10可以具有與凹陷部分6對應的第一部分21以及與除凹陷部分6以外的部分(凸起部分)對應的第二部分22。第一部分21比第二部分22薄，因此與通過第二部分22相比，氣體更可能通過第一部分21。因此，與通過第二部分22相比，可以通過第一部分21更容易地從凹陷部分6的底部通過抽吸而抽出氣體。結果，有效地通過抽吸而抽出凹陷部分6內的氣體。作為在蓋層10中形成圖案部分5的替代，可以通過在多孔部分8中形成圖案並且用蓋層10覆蓋該圖案來形成圖案部分5。在該情況下，蓋層10被形成為具有比在多孔部分8中形成的圖案的凹陷部分6的寬度足夠地小的厚度。
在用樹脂7填充凹陷部分6之後，可以通過例如用諸如紫外光之類的光照射樹脂7來固化樹脂7。其後，模子2與固化的樹脂7或基板1分離。在這時候，力用來將固化的樹脂7拉出凹陷部分6，因此固化的樹脂7可能遭受損傷或剝離基板1。為了防止這個，優選地從氣體控制器18向多孔部分8供應氣體，以便將其供給到凹陷部分6中，由此幫助模子2與樹脂7分離。這使得可以用更弱的力來使樹脂7和模子2的圖案部分5彼此分離，因此降低在分離時在樹脂的圖案中出現缺陷的可能性。請注意，像上面描述的那樣，能夠通過多孔部分8的氣體被用作要向多孔部分8供應的氣體。
將參考圖6例示壓印設備100'中的壓印操作。控制器CNT控制以下序列。圖6中的左側示出壓印操作的序列，並且圖6中的右側示出氣體控制器18的操作。在新的基板裝載或者壓印(包括樹脂分配、模壓和樹脂固化的圖案轉印)到先前的投射區域上結束(6-A-1)之後，將樹脂分配到接下來要轉印圖案到其上的投射區域上(6-A-2)。請注意，通常使用的樹脂具有如此高的揮發性使得當它被分配到基板的整個表面上時它在模子2被按壓之前蒸發。為了防止這個，通常實踐是緊挨著轉印之前僅僅將樹脂分配到接下來要轉印圖案到其上的投射區域上。如果樹脂具有足夠低的揮發性，則可以在將樹脂分配到基板的整個表面上之後執行將模子壓在每個投射區域上以及樹脂固化。
在從基板裝載或者壓印到先前的投射區域上結束起直到驅動基板1使得下一個投射區域被定位在壓印頭3下面的任意時間段期間，也就是說，在使樹脂與模子2的圖案表面PS彼此接觸之前，可以由氣體控制器18向模子2的多孔部分8供應氣體。因此，可以從模子2的多孔部分8排出氣體，並且可以去除附著在圖案部分5上的任何異物。請注意，如果在基板1存在于壓印頭3下面的同時從多孔部分8排出氣體，則異物可能落到基板1上。為了防止這個，氣體控制器18可以被操作以便在例如從壓印頭3下面的位置卸載基板1以用於樹脂分配的時間段或者裝載(或替換)基板1的時間段期間從多孔部分8排出氣體。
由定位機構12驅動其上分配有樹脂的基板1，使得圖案要被轉印到其上的投射區域被放置在壓印頭3下面(6-A-3)。在這時候，由氣體控制器18向多孔部分8供應氣體。因此，氣體從多孔部分8排出並且向在壓印頭3與基板1之間的空間供應(6-B-2)。其後，使壓印頭3下降或使基板1升起的操作(即，使模子2的圖案表面PS與樹脂接觸的操作)開始(6-A-4)。一旦模子2的圖案表面PS與分配在基板1上的樹脂彼此接觸，就開始用樹脂填充圖案部分5的凹陷部分(6-A-5)。在填充開始之前由氣體控制器18向多孔部分8的氣體供應(即，從多孔部分8排出氣體)停止，並且在填充開始時由氣體控制器18經由多孔部分8的氣體抽吸開始(6-B-3)。通過抽吸氣體而在短時間段中用樹脂填充圖案部分5的凹陷部分。在結束填充之後，由氣體控制器18經由多孔部分8的氣體抽吸結束(6-B-4)。在結束填充(6-A-6)之後，通過例如用光照射樹脂的方法而固化它(6-A-7)。模子2與基板1分離(6-A-8)。在這時候，由氣體控制器18執行向多孔部分8的氣體供應(即，從模子排出氣體)，因此加速模子2與基板1分離(6-B-5)。在模子2與基板1分離結束之後，由氣體控制器18向多孔部分8的氣體供應(即，從模子排出氣體)結束(6-B-6)。請注意，當例如干涉儀被用作測量裝置時，由於空氣的折射率與從氣體控制器18供應的氣體的折射率之間的差而可能在測量值中出現誤差，因此必須執行最小必需量的氣體排出。在以上述方式到當前投射區域上的壓印處理結束之後，執行到下一個投射區域上的壓印處理(6-A-9)。
如上所述，通過經由多孔部分8從模子2的圖案部分5的凹陷部分6由抽吸而抽出氣體，可以加速用樹脂填充凹陷部分6。此外，通過向凹陷部分6供應氣體以便使模子2與固化的樹脂分離，可以促進分離，因此減少在固化的樹脂的圖案中可能出現的缺陷。此外，通過向模子2的多孔部分8供應氣體以及從圖案部分5排出氣體，可以從圖案部分5去除任何異物。這使得可以提高壓印處理的吞吐量和/或減少由於用樹脂不完全填充凹陷部分6而導致的圖案轉印失效以便提高成品率。
[製造物品的方法]
一種製造物品的方法包括使用上述壓印設備將圖案轉印(形成)到基板(例如，晶片、玻璃板或膜狀基板)上的步驟、以及處理(例如，刻蝕)圖案被轉印到其上的基板的步驟。要製造的物品可以包括諸如半導體積體電路器件和液晶顯示器件之類的器件。
雖然已經參考示例性實施例描述了本發明，但是應當理解，本發明不限於所公開的示例性實施例。以下權利要求的範圍將被給予最寬的解釋從而包括所有這樣的修改、等同的結構與功能。
PS．．．圖案表面
CNT．．．控制器
1．．．基板
2．．．模子
3．．．壓印頭
4．．．觀測設備
5．．．圖案部分
6．．．凹陷部分
7．．．樹脂
8．．．多孔部分
9．．．無孔部分
10．．．蓋層
12．．．定位機構
14．．．夾盤
16．．．供應部分
18．．．氣體控制器
20．．．氣體
21．．．第一部分
22．．．第二部分
100．．．壓印設備
100'．．．壓印設備
圖1A和圖1B是示意性示出根據本發明實施例的壓印設備的佈置的圖；
圖2是示出模子的示意性佈置的圖；
圖3是示意性示出用樹脂填充模子的圖案部分中形成的圖案的凹陷部分的圖；
圖4A~4F是示意性示出根據本發明第一實施例的模子的結構的圖；
圖5A~5D是示意性示出根據本發明第二實施例的模子的結構的圖；以及
圖6是示出根據本發明第二實施例的壓印設備的操作的序列圖。
PS．．．圖案表面
2．．．模子
5．．．圖案部分
8．．．多孔部分
20．．．氣體

Claims (8)

  1. 一種壓印設備，該壓印設備在分配在基板上的樹脂與模子的圖案表面彼此接觸的同時使該樹脂固化，該壓印設備包括：供應部分，被配置為向該模子的圖案表面面向的空間供應氣體，該氣體用於加速用該樹脂填充該模子的該圖案表面的凹陷部分；以及控制器，被配置為控制該供應部分以便在使該樹脂與該模子的該圖案表面彼此接觸之前向該空間供應該氣體，其中該供應部分被配置為經由在該模子的至少一部分中形成的多孔部分來向該空間供應該氣體。
  2. 如申請專利範圍第1項的壓印設備，其中該模子包括圖案部分，該圖案部分包括圖案表面，該圖案部分由該多孔部分形成，以及該控制器控制該供應部分以便在從使該樹脂與該模子的該圖案表面彼此接觸時起直到該樹脂固化的時間段期間，停止向該多孔部分供應該氣體。
  3. 如申請專利範圍第1項的壓印設備，其中該模子包括蓋層，該蓋層由部分覆蓋該多孔部分的非多孔部件製成，在該蓋層中佈置有圖案部分，並且該蓋層具有小到足以使該氣體通過的厚度，以及該供應部分在從將該模子壓在該樹脂上時起直到該樹脂固化的時間段期間，停止向該多孔部分供應該氣體。
  4. 如申請專利範圍第1項的壓印設備，其中該控制器 控制該供應部分以便從該供應部分向該模子供應該氣體，使得該氣體從該模子的該多孔部分排出，以便將該模子與該固化的樹脂分離。
  5. 如申請專利範圍第1項的壓印設備，其中該多孔部分包括形成該模子的側表面之部分，且該供應部分被配置為經由形成該模子的該側表面之該部分來供應該氣體。
  6. 一種壓印設備，該壓印設備在分配在基板上的樹脂與模子彼此接觸的同時使該樹脂固化，該模子包括多孔部分，以及該壓印設備包括：夾盤，被配置為保持該模子；以及抽吸部分，被配置為從該多孔部分藉由抽吸而抽出氣體，使得經由該多孔部分從在與該樹脂接觸的該模子的圖案部分中形成的圖案的凹陷部分中藉由抽吸而抽出該氣體，以便加速用該樹脂填充該凹陷部分，其中該多孔部分包括形成該模子的側表面之部分，且該抽吸部分被配置為經由形成該模子的該側表面之該部分來抽出該氣體。
  7. 如申請專利範圍第6項的壓印設備，還包括供應部分，被配置為向該模子的多孔部分供應氣體，使得該氣體從該多孔部分排出，以便加速該模子與該固化的樹脂分離。
  8. 一種製造物品的方法，該方法包括如下步驟：使用申請專利範圍第1至7項中的任一項所界定的壓印 設備來將樹脂的圖案形成在基板上；以及處理其上形成有該圖案的該基板。
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