TWI534858B - 模具 - Google Patents

Description

模具

本發明涉及用於壓印處理的模具。

作為用於半導體器件製造的微影技術中的一種，將在模具上形成的圖案轉印到基板上的壓印技術受到關注。使用這種技術的壓印裝置在供給基板上的樹脂(壓印材料)與上面形成有圖案的模具相互接觸的同時藉由用光照射樹脂使樹脂硬化。能夠藉由從硬化的樹脂釋放模具將模具圖案轉印到基板上。

在這種壓印裝置中，當向要轉印模具圖案的壓射(shot)區域施加光時，周邊區域也被光照射，並且，施加到周邊區域的樹脂有時硬化。當對與上述的壓射區域相鄰的壓射區域執行壓印處理時，由於周邊區域中的樹脂硬化的影響，這會使得難以精確地對準模具與基板。在這種情況下，日本專利公開第2009-212449號提出了遮光以防止周邊區域被光照射的方法。

根據日本專利公開第2009-212449號，遮光的部件被 設置在模具的後表面(與上面形成圖案的表面相反的表面)上。由於模具在其側表面上被保持，因此，模具形成得厚以防止由模具重量導致的圖案的畸變。這增加遮光的部件與模具上的圖案之間的距離，並由此會使得難以精確地限定基板上的要被光照射的區域。

本發明提供有利於在執行壓印處理時精確地限定基板上的要被光照射的區域的技術。

根據本發明的一個方面，提供一種包括圖案的模具，該圖案要藉由執行壓印處理被轉印到塗敷於基板上的樹脂，該模具包括：包含第一表面和與第一表面相反的第二表面的第一部分，該第一表面包含設置有圖案的圖案部分和包圍圖案部分的周邊部分；以及，包圍第一部分並且比第一部分厚的第二部分，其中，通過第一部分的第二表面和第二部分的內表面形成凹形部分，並且，凹形部分在周邊部分的相反側的區域中設置有遮光部分。

從參照附圖對示例性實施例的以下描述，本發明的其它特徵將變得清晰。

1‧‧‧基板

2‧‧‧基板台架

2a‧‧‧基板保持單元

2b‧‧‧台架驅動單元

3‧‧‧壓印頭

3a‧‧‧模具保持部分

3b‧‧‧模具驅動部分

3c‧‧‧支撐部件

4‧‧‧基盤

5‧‧‧模具

5a‧‧‧第一表面

5a1‧‧‧第一表面

5a2‧‧‧第二表面

5b‧‧‧突出部分

5c‧‧‧凹形部分

5d‧‧‧圖案

5e‧‧‧銷釘

6‧‧‧照射單元

7‧‧‧氣壓調節單元

8‧‧‧管子

9‧‧‧遮光部分

9a‧‧‧遮光膜

9b‧‧‧遮光部件

10‧‧‧壓射區域

10a‧‧‧壓射區域

10b‧‧‧周邊區域

10c‧‧‧壓射區域

11‧‧‧測量單元

12‧‧‧橋盤

13‧‧‧控制單元

14‧‧‧樹脂

14’‧‧‧陰影部分

16‧‧‧保護膜

17‧‧‧通孔

31、32‧‧‧壓印處理的過程

41-43‧‧‧壓印處理的過程

50‧‧‧第一部分

50a‧‧‧圖案部分

50b‧‧‧周邊部分

51‧‧‧第二部分

100‧‧‧壓印裝置

A、B、C‧‧‧尺寸

Z、θ‧‧‧方向

圖1是示出根據第一實施例的壓印裝置的視圖；圖2A是示出根據第一實施例的模具的視圖；圖2B是示出根據第一實施例的模具的視圖； 圖3是用於解釋根據第一實施例的壓印裝置中的壓印處理的過程的視圖；圖4是用於解釋根據第一實施例的壓印裝置中的壓印處理的過程的視圖；圖5A是用於解釋壓印處理中的問題的視圖；圖5B是用於解釋壓印處理中的問題的視圖；圖6是用於解釋壓印處理中的問題的視圖；圖7A是示出第一實施例中的作為遮光部分的遮光膜的視圖；圖7B是示出第一實施例中的作為遮光部分的遮光膜的視圖；圖8是示出第一實施例中的作為遮光部分的遮光膜的視圖；圖9A是示出遮光膜的另一佈置的例子的視圖；圖9B是示出遮光膜的又一佈置的例子的視圖；圖10A是示出遮光膜的又一佈置的例子的視圖；圖10B是示出遮光膜的又一佈置的例子的視圖；圖11A是示出第二實施例中的作為遮光部分的遮光部件的視圖；圖11B是示出第二實施例中的作為遮光部分的遮光部件的視圖。

以下將參照附圖描述本發明的示例性實施例。注意， 相同的附圖標記在所有的附圖中表示相同的部件，並且，將不給出其重複的描述。

<第一實施例>

將參照圖1描述根據本發明的第一實施例的壓印裝置100。壓印裝置100被用於製造半導體器件等。壓印裝置100藉由在上面形成有凹形/凸形圖案的模具5接觸樹脂14(壓印材料)的同時用光照射樹脂使基板1上的樹脂14硬化。壓印裝置100可藉由增加模具5與基板1之間的間隔而從硬化的樹脂14釋放模具5來將圖案轉印到基板1上。根據第一實施例的壓印裝置100使用在被紫外光照射時硬化的紫外線硬化樹脂作為樹脂14。但是，實施例不限於此。例如，實施例可使用在被具有紫外光的波長以外的波長的光照射時硬化的樹脂或在被紅外光照射時被生成的熱硬化的樹脂。

圖1是示出根據第一實施例的壓印裝置100的示意圖。壓印裝置100包含保持基板1的基板台架2、保持模具5的壓印頭3、具有發光(紫外光(UV))的光源的照射單元6、測量模具5與基板1之間的相對位置的測量單元11、以及控制單元13。基板台架2被固定於基盤(base plate)4上。壓印頭3固定于藉由支柱(未示出)被基盤4支撐的橋盤(bridge plate)12上。另外，照射單元6經過模具5用光(紫外光)照射基板上的樹脂14，以使樹脂14硬化。控制單元13包含CPU和記憶體 並控制壓印處理(控制壓印裝置100的各單元)。

將參照圖2A和圖2B描述模具5。圖2A是模具5和模具保持部分3a的截面圖。模具5一般由諸如石英的可透過紫外光的材料形成。模具5包含第一部分50和第二部分51。第一部分50包含第一表面5a₁和第一表面5a₁的相反側的第二表面5a₂，第一表面5a₁包含設置有圖案5d的圖案部分50a和包圍圖案部分50a的周邊部分50b。第二部分51包圍第一部分50並且比第一部分50厚。在具有以上的佈置的模具5中，藉由第一部分50的第二表面5a₂和第二部分51的內表面形成凹形部分5c。以這種方式形成模具5中的凹形部分5c，使得當改變凹形部分5c中的氣壓時，模具5(第一表面5a₁)容易變形。另外，突出部分5b(檯面)在圖案部分50a的一部分上形成，以具有要轉印到基板上的樹脂14上的凹形/凸形圖案5d並向基板1(向凹形部分5c的相反側)突出。在這種情況下，例如，模具5可包含具有覆蓋凹形部分5c以與第一部分50的第二表面5a₂和第二部分51的內表面一起限定包含凹形部分5c的空間的表面的部件。以這種方式用該部件覆蓋凹形部分5c從而藉由所述部件的表面、第一部分50的第二表面5a₂和第二部分51的內表面限定包含凹形部分5c的空間。即，以這種方式形成模具5從而在模具5內限定包含凹形部分5c的空間。

壓印頭3包含用真空吸附力或靜電力保持模具5的模具保持部分3a和沿Z方向藉由支撐部件3c驅動模具保持 部分3a的模具驅動部分3b。藉由保持模具5以覆蓋凹形部分5c，模具保持部分3a使得模具5的凹形部分5c變為幾乎密閉地密封的空間。藉由模具保持部分3a變得幾乎密閉地密封的模具5的凹形部分5c藉由管子8與氣壓調節單元7連接。氣壓調節單元7調整凹形部分5c中的氣壓。氣壓調節單元7包含例如用於在用於向凹形部分5c供給壓縮氣體源與用於抽空凹形部分5c的真空源之間轉換的轉換閥和伺服閥。模具驅動部分3b可藉由支撐部件3c機械支撐模具保持部分3a，並且藉由沿Z方向驅動支撐部件3c沿Z方向移動模具保持部分3a(模具5)。

當例如使得模具5與基板上的樹脂14接觸時，控制單元13控制氣壓調節單元7以增加凹形部分5c中的氣壓。如圖2B所示，這使得能夠將模具5變形為具有向基板1彎曲的第一表面5a的凸形形狀。圖2B是示出當模具5變形為具有向基板1彎曲的第一表面5a的凸形形狀時的模具5的截面圖。當模具5在模具5以這種方式變形的同時與基板上的樹脂14接觸時，模具5的突出部分5b從其中心部分到周邊側逐漸進入接觸狀態，並由此能夠防止在模具5的圖案5d中閉入氣泡。這可防止在轉印到基板上的圖案中出現缺陷。在這種情況下，控制單元13還控制氣壓調節單元7以在模具5從突出部分5b的中心部分到周邊側接觸基板上的樹脂14時逐漸降低凹形部分5c中的氣壓。這使得在模具5的整個圖案5d接觸基板上的樹脂14時第一表面5a能夠變得幾乎平坦。控制單元13控 制氣壓調節單元7，以在從硬化樹脂14釋放模具5時逐漸增加凹形部分5c內的氣壓。藉由該動作，模具5的突出部分5b從周邊側到中心部分逐漸從樹脂14被釋放。這也可在該處理中防止在轉印到基板上的圖案中出現缺陷。

作為基板1，例如，使用單晶矽基板等。例如，位於壓印裝置100外面的塗敷裝置(抗蝕劑塗敷器)在壓印處理之前用樹脂14均勻地塗敷基板1的整個上表面(要被處理的表面)。在這種情況下，第一實施例藉由使用壓印裝置100外面的塗敷裝置執行用樹脂14塗敷基板的處理。但是，實施例不限於此。例如，壓印裝置100可配有塗敷單元，該塗敷單元在壓印處理之前事先施加樹脂14以用樹脂14塗敷基板的整個表面。

基板台架2包含基板保持單元2a和台架驅動單元2b，並沿X和Y方向驅動基板1。基板保持單元2a用諸如真空吸附力或靜電力的保持力保持基板1。作為台架驅動單元2b，例如，使用線性馬達。台架驅動單元2b機械保持基板保持單元2a，並沿X和Y方向驅動基板保持單元2a(基板1)。台架驅動單元2b可具有沿Z方向和θ方向(圍繞Z軸的旋轉方向)驅動基板1的驅動功能和校正基板1的傾斜的傾斜功能。

測量單元11沿基板1的表面的平面方向(X和Y方向)測量模具5的圖案5d與基板上的壓射區域10之間的相對位置。作為測量模具5的圖案5d與壓射區域10之間的相對位置的方法，例如，可以使用檢測分別設置在模具 5上的圖案和壓射區域10上的多個對準標記的方法。測量單元11在多個對準標記中的每一個處檢測模具5的圖案5d上的對準標記與壓射區域10上的相應對準標記之間的相對位置。這使得測量單元11能夠沿X和Y方向測量模具5的圖案5d與壓射區域之間的相對位置。

將參照圖3和圖4描述根據第一實施例的壓印裝置100中的壓印處理的過程。當基板保持單元2a保持整個表面被樹脂14塗敷的基板1時，如圖3中的“31”所示，控制單元13控制台架驅動單元2b，以將要轉印模具5的圖案5d的壓射區域10放在模具5的圖案5d下面。當壓射區域10被放在模具5的圖案5d下面時，如圖3中的“32”所示，控制單元13控制模具驅動部分3b，以沿-Z方向驅動模具5，並使得模具5接觸基板上的樹脂14。控制單元13對於預先確定的時間段保持模具5與基板上的樹脂14之間的接觸狀態。這使得能夠徹底地用基板上的樹脂14填充模具5的圖案5d。

如圖4中的“41”所示，控制單元13在保持模具5與基板上的樹脂14接觸的同時藉由使用測量單元11測量模具5的圖案5d與壓射區域10之間的相對位置。在藉由測量單元11測量之後，控制單元13基於藉由測量單元11獲得的測量結果使模具5的圖案5d與壓射區域10對準。在使模具5的圖案5d與壓射區域10對準後，如圖4中的“42”所示，控制單元13控制照射單元6，以經過模具5用光(紫外光)照射基板上的樹脂14。如圖4中 的“43”所示，控制單元13控制模具驅動部分3b，以沿+Z方向移動模具5，從而從藉由被光照射硬化的基板上的樹脂14釋放模具5。這使得能夠將模具5的圖案5d轉印到基板上的樹脂14上。控制單元13對基板上的多個壓射區域10中的每一個執行這種壓印處理。

如上所述，第一實施例的壓印裝置100事先用樹脂14塗敷基板1的整個表面，並依對整個表面被樹脂14塗敷的基板1上的多個壓射區域10中的每一個執行壓印處理。但是，如圖5A所示，當裝置向多個壓射區域10中的要轉印模具5的圖案5d的壓射區域10a施加光時，周邊部分也被光照射，或者光在基板1與模具5之間擴散。結果，如圖5B所示，光不僅使施加到壓射區域10a的樹脂14硬化，而且使施加到壓射區域10a的周邊區域10b的樹脂14硬化。在這種情況下，參照圖5B，陰影部分14'表示藉由被光照射硬化的樹脂14，並且，陰影部分14'的斜部分表示樹脂14被半硬化。另外，第一實施例的壓印裝置100用樹脂塗敷基板1的整個表面。但是，實施例不限於此。例如，樹脂可被至少施加到上面要轉印模具5的圖案5d的壓射區域10a和周邊區域10b。

假定周邊區域10b中的樹脂14以這種方式硬化。在這種情況下，當裝置對與壓射區域10a相鄰的壓射區域10c執行壓印處理時，如圖6所示，模具5的突出部分5b可與周邊區域10b中的硬化樹脂14'碰撞。在這種情況下，例如，出現問題，包括模具5以傾斜的狀態與基板上 的樹脂14接觸，或者當模具5與樹脂14接觸時，模具5與基板1之間的沿X和Y方向的相對位置不能改變。即，當將模具5的圖案5d轉印到壓射區域10c上時，由於周邊區域10b中的樹脂14的硬化的影響，可能難以精確地對準模具5與基板1。

出於這種原因，如圖2A所示，在根據第一實施例的模具5的凹形部分中，遮光部分9被設置在周邊部分50b的相反側的區域上。遮光部分9被配置為使得入射到凹形部分5c的光透過在突出部分5b上形成的圖案5d和周邊部分上的突出部分5b的一部分。例如，第一實施例在模具5的第二表面5a₂上包含設置為遮光部分9的由金屬膜形成的遮光膜9a。金屬膜可由包含包括例如鉻、鈦、鉭、鎢、釩、鉬、鈷、鈮、鐵、銅、鋅和鋁的金屬組之中的一種或更多種類型的元素的材料製成。能夠藉由諸如濺射方法、電鍍方法或真空沉積方法的薄膜形成方法形成金屬膜。在這種情況下，在第一實施例中，遮光膜9a由金屬膜形成。但是，實施例不限於此。只需要在遮蔽使基板上的樹脂14硬化的光。

將參照圖7A、圖7B和圖8描述在模具5的凹形部分5c中設置為遮光部分9的遮光膜9a。圖7A和圖7B是示出在根據第一實施例的壓印裝置100中使用的模具5的視圖。圖7A是示出從Z方向觀看的模具5的視圖。參照圖7A，兩點劃線示出要被從照射單元6發射的光照射的區域。圖7B是示出模具5與基板上的樹脂14接觸的狀態的 視圖，並且，基板上的樹脂14經過模具5被光照射。如上所述，遮光膜9a被配置為使得入射到凹形部分5c的光透過在突出部分5b上形成的圖案5d和周邊部分上的突出部分5b的一部分。使得光透過圖案5d及其周邊部分可防止壓射區域10a的周邊區域10b被光照射。遮光膜9a具有使得光透過圖案5d及其周邊部分的開口部分15，並被配置為禁止光透過開口部分15以外的任何部分。

另外，圖8是示出遮光膜9a的開口部分15的尺寸的視圖。以下將描述X方向的尺寸。但是，這同樣適用於Y方向的尺寸。參照圖8，突出部分5b的尺寸、遮光膜9a的開口部分15的尺寸和在突出部分5b上形成的圖案5d沿X方向的尺寸分別由A、B和C表示。在這種情況下，遮光膜9a被形成為使得開口部分15的尺寸B被設定在突出部分5b的尺寸A與圖案5d的尺寸C之間。以這種方式形成遮光膜9a使得壓印裝置100能夠向上面要轉印圖案5d的壓射區域10a施加光並防止周邊區域10b被光照射。當對與壓射區域10a相鄰的壓射區域10b執行壓印處理時，裝置可抑制在周邊區域10b中硬化的樹脂14的影響並精確地將模具5的圖案5d轉印到壓射區域10b上。

在這種情況下，例如，遮光膜9a可如圖9A所示的那樣形成在模具5的凹形部分5c的側表面(第二部分的內表面)上，或者如圖9B所示的那樣形成在模具5的(突出部分5b以外的)第一表面5a上。以這種方式形成遮光膜9a可進一步防止壓射區域10a的周邊區域10b被光照 射。另外，如圖10A和圖10B所示，遮光膜9a可被保護膜16覆蓋。以這種方式用保護膜16覆蓋遮光膜9a使得能夠在清洗模具5時防止遮光膜9a剝離、被削除或減小厚度，並且藉由使用遮光膜9a穩定地遮光。例如，作為保護膜16，使用二氧化矽(SiO₂)等。

如上所述，在第一實施例中的模具5的凹形部分中，遮光膜9a被設置在周邊部分50b的相反側的區域中。遮光膜9a被配置為使得入射到凹形部分5c的光透過在突出部分5b上形成的圖案5d和周邊部分上的突出部分5b的一部分。這可防止壓射區域10a的周邊區域10b被光照射。即，在與經受了壓印處理的壓射區域10a相鄰的壓射區域10b的壓印處理中，藉由抑制在周邊區域10b中硬化的樹脂14的影響，能夠精確地將模具5的圖案5d轉印到壓射區域10b上。

<第二實施例>

將描述根據本發明的第二實施例的壓印裝置。在第一實施例中，遮光部分9形成為設置在模具5的第二表面5a₂上的遮光膜9a。與此相對，在第二實施例中，遮光部分9形成為被配置為可從模具5的凹形部分5c拆卸的遮光部件9b。以下將描述形成為遮光部分9的遮光部件9b。由於根據第二實施例的壓印裝置的佈置除了遮光部分9以外與根據第一實施例的壓印裝置100相同，因此，將省略除遮光部分9以外的裝置佈置的描述。

圖11A和圖11B是示出在第二實施例的壓印裝置中使用的模具5和遮光部件9b的視圖。圖11A是示出從上面觀察時模具5和遮光部件9b的視圖。圖11B是模具5、遮光部件9b和模具保持部分3a的截面圖。如上所述，遮光部件9b被配置為可從模具5的凹形部分5c拆卸。作為遮光部件9b，例如，使用金屬板。遮光部件9b在與設置在模具5的凹形部分5c上的銷釘5e對應的位置處具有通孔17。遮光部件9b藉由使得設置在凹形部分5c上的銷釘5e延伸通過通孔17而被固定，並可使得相對於模具5沿與基板1的表面平行的平面方向(X和Y方向)的偏移量落入允許範圍內。當以這種方式形成遮光部件9b時，能夠使得相對於模具5沿X和Y方向的偏移量落入±5μm的允許範圍內。

遮光部件9b具有透過從照射單元6發射的光的開口部分18。與第一實施例的遮光部分9同樣，開口部分18可形成為具有突出部分5b的尺寸A與圖案5d的尺寸C之間的尺寸A。以這種方式形成遮光部件9b使得壓印裝置100能夠向上面要轉印圖案5d的壓射區域10a施加光並防止周邊區域10b被光照射。因此，與第一實施例同樣，當在與經受了壓印處理的壓射區域10a相鄰的壓射區域10c中執行壓印處理時，能夠抑制在壓射區域10a的周邊區域10b中硬化的樹脂14的影響。因此，能夠精確地將模具5的圖案5d轉印到基板上的周邊區域10b上。在這種情況下，可藉由使用諸如石英的透光的部件而在開口 部分18以外的部分上形成金屬膜，形成作為遮光部分9的遮光部件9b。

如上所述，根據第二實施例的壓印裝置使用被配置為可從模具5的凹形部分5c拆卸的遮光部件9b作為遮光部分9。遮光部件9b具有被配置為使得入射到凹形部分5c的光透過圖案5d及其周邊部分的開口部分18。藉由使用以這種方式配置的遮光部件9b作為遮光部分9可在清洗模具5時從模具5拆卸遮光部件9b。在這種情況下，能夠使用在第一實施例中用作遮光部分9的遮光膜9a和在第二實施例中用作遮光部分9的遮光部件9b兩者。

[物品製造方法的實施例]

根據本發明的實施例的物品製造方法適於製造諸如諸如半導體器件的微器件或具有微結構的元件之類的物品。根據本實施例的物品製造方法可包括藉由使用以上的壓印裝置在施加於基板上的樹脂上形成圖案的步驟(在基板上執行壓印處理的步驟)和處理已在前面的步驟中形成圖案的基板的步驟。製造方法還可包括其它已知的步驟(氧化、膜形成、沉積、摻雜、平坦化、蝕刻、抗蝕劑去除、切割、接合和封裝等)。根據實施例的物品製造方法至少在物品性能、品質、生產率和製造成本中的一個上優於常規的方法。

雖然已參照示例性實施例說明了本發明，但應理解，本發明不限於公開的示例性實施例。所附申請專利範圍應 被賦予最寬的解釋以包含所有的修改以及等同的結構和功能。

3a‧‧‧模具保持部分

3c‧‧‧支撐部件

5‧‧‧模具

5a1‧‧‧第一表面

5a2‧‧‧第二表面

5b‧‧‧突出部分

5c‧‧‧凹形部分

7‧‧‧氣壓調節單元

8‧‧‧管子

9‧‧‧遮光部分

9a‧‧‧遮光膜

50‧‧‧第一部分

50a‧‧‧圖案部分

50b‧‧‧周邊部分

51‧‧‧第二部分

Claims (9)

1. 一種具有凹形部分的模具，該圖案要藉由執行壓印處理轉印到塗敷於基板上的樹脂，該模具包括：第一部分，其包含第一表面和與該第一表面相反的第二表面，該第一表面包含設置有要轉印到基板上的樹脂的圖案的圖案部分和包圍該圖案部分的周邊部分，且該第二表面構成該凹形部分的底表面；和第二部分，其包圍該第一部分，其中，該第二部分的厚度係大於該第一部分的厚度，以使該第二部分包括構成該凹形部分的側表面之內表面，其中，在該凹形部分中，遮光部分被形成在該內表面及該第二表面的區域上，該區域在該周邊部分的相反側上。
2. 根據申請專利範圍第1項的模具，其中，該圖案部分設置有沿該凹形部分的相反側的方向突出的突出部分，並且，在該突出部分上形成該圖案。
3. 根據申請專利範圍第2項的模具，其中，該遮光部分被構造為使得光透過在該突出部分上形成的該圖案和該圖案周邊部分處的該突出部分的一部分。
4. 根據申請專利範圍第1項的模具，其中，該遮光部分被保護膜覆蓋。
5. 根據申請專利範圍第1項的模具，其中，該遮光部分被構造為能夠從該凹形部分拆卸。
6. 根據申請專利範圍第5項的模具，其中，藉由使設置在該凹形部分上的銷釘延伸通過在該遮光部分中形成的通孔，該遮光部分被固定到該模具。
7. 根據申請專利範圍第1項的模具，還包括包含覆蓋該凹形部分以與該第一部分的該第二表面和該第二部分的該內表面一起限定包含該凹形部分的空間的表面的部件。
8. 根據申請專利範圍第2項的模具，其中，該遮光部分具有使得光透過在該突出部分上形成的該圖案的開口部分，且在垂直於該光的光軸之方向上，該開口部分的尺寸係小於該突出部分的尺寸。
9. 根據申請專利範圍第1項的模具，其中，該第二部分包含第三表面和與該第三表面相反的第四表面，該第三表面平行於該第一表面的該周邊部分且包圍該第一表面，且該第四表面由壓印裝置的模具夾頭所保持。