TWI803764B

TWI803764B - 模具、壓印設備、及製造物品的方法

Info

Publication number: TWI803764B
Application number: TW109125026A
Authority: TW
Inventors: 豊島裕
Original assignee: 日商佳能股份有限公司
Priority date: 2019-08-19
Filing date: 2020-07-24
Publication date: 2023-06-01
Also published as: US11372328B2; JP2021034424A; US20210055650A1; JP7358113B2; CN112394616A; KR20210021919A; TW202129422A

Abstract

為了在即使減少被施加到模具的力的情況下也能執行有效的脫模，所提供的是一種模具，其被使用在壓印設備中，此模具用於藉由以模具的壓印表面壓印基板上的壓印材料來使壓印材料成型，且藉由對模具的外周附近的剝離區域施加沿著脫模方向的力來使模具脫模，其中，模具的剝離區域的撓性高於模具的外周附近的其他部分的撓性。

Description

模具、壓印設備、及製造物品的方法

本發明關於模具、壓印設備、及製造物品的方法。

作為用於製造像是半導體裝置的物品的光刻技術之一，壓印技術為已知的。當使用壓印技術時，可藉由將模具的圖案轉印到基板上的壓印材料(樹脂)來形成奈米級的圖案(結構)。

在採用壓印技術的光固化方法的壓印設備中，首先，將光固化壓印材料供給到基板上。接下來，藉由將模具壓印在壓印材料上來使壓印材料成型。接著，以光照射被成型的壓印材料，以使壓印材料固化。藉由使模具脫模，可在基板上形成圖案。

美國專利第7,179,079號揭露了一種技術，其中，在非壓印表面上形成凹槽，以使模具的壓印表面在壓印時遵循基板的形狀。此外，日本專利公開第2018-190844號揭露了一種技術，其中，根據位置來改變挖空(core-out)部分(圖案周邊)的厚度，以移除壓印時殘留在模具的圖案部分的凹槽中的氣泡，並縮短填充時間。為此目的，在日本專利公開第2018-190844號中，模具的外周被做成為較模具的其他部分更厚。如同上面所說明的，這些技術用於藉由在圖案部分的背面側或圖案周邊的位置上形成凹槽並部分地改變模具的厚度來改善壓印步驟中的問題。

另一方面，近年來，除了用於針對每一個壓射區域(shot)形成圖案的應用之外，壓印技術一直在擴展應用，並將被應用到稱為基於噴墨的自適應平坦化(inkjet-based adaptive planarization，IAP)的平坦化技術。

與在相關技術的壓印中所使用的模具不同，在IAP中所使用的模具由具有約Φ300mm的大尺寸的平板構成，且甚至不具有挖空部分。藉由一次全部將這種模具壓印在基板上的壓印材料上，可在基板上形成平坦層。

相較於針對每一個壓射區域形成圖案的相關技術的壓印，在IAP中，用於一次壓印的面積較大，從而導致新的問題，即脫模所需的力亦為較大的。因此，需要使模具與基板上的壓印材料平順地分離，這應該在相關技術的脫模步驟中被執行。

因此，本發明的目的在於提供一種模具，其能夠從壓印材料平順地脫模。

為了達成此目的，根據本發明的一個面向，提供了一種模具，其被使用在壓印設備中，此模具藉由以模具的壓印表面壓印基板上的壓印材料來使壓印材料成型，且藉由對模具的外周附近的剝離區域施加沿著脫模方向的力來使模具脫模，其中，模具的剝離區域的撓性(flexibility)高於模具的外周附近的其他部分的撓性。

從參照所附圖式之例示性實施例的以下描述，本發明的更多特徵將變得清楚明瞭。

10:壓印設備

11:模具

12:頭

13:基板

14:基板台

15:驅動機構

16:紫外光源

17:照明光學系統

18:結構

19:台面板

20:射出單元

21:壓印材料

22:台長度測量單元

23:升起銷

50:控制單元

51:記錄單元

111:凹槽

112:剝離區域

113:抽吸區域

114:填充料

115:抽吸部分

116:抽吸部分

230:缺口部分

231:流路

θ:微小銳角

[圖1]是顯示壓印設備的範例的圖。

[圖2A]是從非壓印表面的模具11的圖。[圖2B]是圖2A的模具11的凹槽111的放大圖。[圖2C]是圖2A的模具11的另一種類型的凹槽111的放大圖。[圖2D]是圖2A的模具11的另一種不同類型的凹槽111的放大圖。

[圖3A]是顯示模具的圖，在此模具中，一種類型的凹槽被設置在整個外周端上。[圖3B]是顯示模具的圖，在此模具中，另一種類型的凹槽被設置在整個外周端上。

[圖4A]是沿著圖2的虛線之模具11的截面圖。[圖4B]是升起銷23被升起穿過缺口部分230的圖。

[圖5]是顯示使用氣體的脫模方法的範例的圖。

[圖6]是從非壓印表面側的模具的圖。

[圖7A]是顯示填充物被填充到模具凹槽中之模具的圖。[圖7B]是顯示填充物被填充到模具凹槽中之模具在升起銷23被升起時被彎曲的圖。

[圖8A]是用於顯示實施例2中的抽吸部分115和116的圖。[圖8B]是用於顯示當剝離區域112被剝離時之實施例2中的抽吸部分115和116的高度的圖。

[圖9A]是顯示模具抽吸區域的又另一個範例的圖。[圖9B]是以重疊的方式顯示模具的非壓印表面與抽吸部分115和116之間的位置關係的圖。

在下文中，將參照所附圖式和範例詳細描述本發明的較佳實施例。

<實施例1>

圖1是壓印設備的圖。壓印設備10是用於藉由使模具11的壓印表面接觸(按壓)基板上的壓印材料21來製造像是半導體裝置的物品以在處理目標基板上形成圖案的設備。此外，壓印技術不限於相關技術之針對每一個壓射區域的壓印，而是可被應用於稱為IAP的平坦化技術中。在此處，由於平整度(flatness)也可被認為是圖案的一種，在以下描述中所使用的圖案包括平整度，且圖案形成(成型)包括用於平坦化的壓印(接觸)。

壓印設備10包括由結構18支撐的頭12，並在其下側保持模具11，模具11具有用於使壓印材料、或電路圖案的圖案表面平坦化的平坦表面。頭12可藉由驅動源(未顯示)和控制單元50來使模具11移動朝向和遠離基板13(圖式中的垂直方向)，以使模具11與壓印材料21彼此接觸(壓印)和使模具從壓印材料分離(脫模)。可藉由驅動機構15將保持基板13的基板台14移動到台面板19上的任意位置。控制單元50包括記錄單元51，其記錄頭12和基板台14的位置的測量值。此外，控制單元50具有作為電腦的內建CPU，且作用為基於被儲存在記憶體(未顯示)中的電腦程式執行整個設備的各種操作的控制裝置。

當壓印材料21被供給到基板13時，移動基板台14，使得壓印區域位於射出單元(分配器)20的正下方，且從射出單元20供給(射出)壓印材料21。作為將壓印材料21供給到基板13上的方法，在圖1中，如上所述，針對一個射出單元20設置一個頭12，然而，可針對一個射出單元20設置複數個頭12或複數個基板台14。或者，可事先使用外部設備或專用單元將壓印材料21施加到基板13上，並接著可將已經施加有壓印材料的基板13搬運到基板台14。

當模具11被壓印(按壓)在壓印材料21上時，移動基板台14，使得被供給壓印材料21的壓印區域位於模具11的正下方。此時，藉由台長度測量單元22測量基板台14在平面方向上的位置，並藉由控制機構和對準機構(未顯示)使基板台14對準。接著，將保持模具11的頭12驅動朝向基板13，以使模具11接觸壓印材料21(壓印)。

在這之後，為了固化在基板13上被成型的壓印材料21，從紫外光源16發出的曝光光藉由照明光學系統17被引導，且用已透射通過透明的模具11之曝光光照射與模具11接觸的壓印材料21。壓印材料21是具有藉由接收紫外線而固化的性質的光固性組成物，並根據像是半導體裝置製造處理等的各種條件來適當選擇組成物。若採用熱固性方法，使用內建於模具保持單元中的像是加熱器的熱源，並適當地選擇要根據溫度固化的壓印材料21的組成物。

當使模具11從壓印材料21脫模時，保持模具11的頭12被驅動離開基板13(圖式中向上)。此時，特別是在IAP中，由於一次壓印的面積較大，脫模所需的力亦為較大的，且因此，有時候可能難以僅在頭12的驅動下進行脫模。或者，模具11有時候可能會從頭12上脫離，或基板13有時候會從基板台14上脫離。因此，在本範例中，除了頭12的向上驅動之外，在基板台14中還設置有像是升起銷(突起)23的偏置部分，偏置部分從，例如，預先設置在基板13中的V形的缺口部分230(切口)的內部向上突起。接著，升起銷23藉由從缺口部分的內部向模具11的壓印表面施加沿著脫模方向的力來進行脫模，同時避免接觸基板。亦即，其特徵在於，升起銷23作為突起被設置在基板的缺口部分的內部，且升起銷23從壓印表面側沿著脫模方向對模具的外周附近的剝離區域施加力。雖然在本實施例中，作為偏置部分的升起銷23具有銷的形狀，但其亦可具有除了像是突起的銷形狀之外的形狀。

另外，可在基板台14的複數個位置處設置複數個升起銷，且可在基板上設置複數個缺口，或者模具的周邊部分可從基板懸垂，使得模具的複數個周邊部分可藉由複數個升起銷被升起。

圖2A是從非壓印表面的模具11的圖，且在模具11的外周端中的非壓印表面的剝離區域112中設置有凹槽111。較佳地，凹槽111被設置在距離模具11的外周端之10mm的範圍內的剝離區域112中。剝離區域112被設置在與升起銷23和模具接觸的位置相對的一側的成型表面上，且剝離區域112和凹槽111被設置成相對於連接升起銷與模具接觸的位置和模具的中心的直線為基本上軸對稱的(axisymmetric)。圖2B和圖2C是圖2A的模具11的凹槽111的放大圖。沿著與脫模時之壓印材料21的剝離進行的方向大致正交的方向(連接升起銷與模具接觸的位置和模具的中心的直線的方向)在模具11中切出凹槽。

換言之，在從壓印材料逐漸地剝離模具的同時，沿著在多個時間點形成之模具的剝離曲線切出凹槽。具體而言，如圖2B所示，模具11的剝離區域112的凹槽具有以連接升起銷與模具接觸的位置和模具的中心之間的直線上的預定點為中心的弧形。或者，如上所述，可在與連接升起銷接觸的模具的位置和模具的中心之間的直線的方向大致正交的方向上切出凹槽，如圖2C所示。然而，如圖 2D所示，凹槽可被設置為軸對稱的，且相對於連接升起銷與模具接觸的位置和模具的中心之間的直線具有微小銳角θ。一般來說，凹槽應被構造為與連接升起銷與模具接觸的位置和模具的中心之間的直線相交且相對於此直線為軸對稱的。

藉由形成這樣的凹槽，可使模具的外周附近的剝離區域的撓性高於模具的外周附近的其他部分的撓性，且因此，若藉由像是升起銷等的偏置部分將用於脫模的力施加到模具上，可減少對模具的損壞，且可平順地使模具脫模。應注意的是，凹槽形狀可包括在不同方向上的凹槽彼此相交的網格形狀、週期性或隨機的形狀、不平坦的形狀、精細或粗糙的形狀等等。

此外，凹槽111不僅可被設置在模具的外周的一部分的剝離區域112中，且亦可被設置在模具的整個外周端中，如圖3A所示，且凹槽111可具有以模具11的中心為中心的圓形形狀，如圖3B所示。

若凹槽111被設置在外周端的整個區域中，模具11可被設置在多個方向或任意方向上。因此，可適當地改變與升起銷23接觸之模具的位置，且可減少接觸和彎曲發生的次數，使得模具11之像是刮痕和疲勞破裂(fatigue fracture)等的損壞可被減少，且可延長模具的壽命。

圖4A是沿著圖2中的虛線(連接升起銷與模具接觸的位置和模具的中心的直線)之模具11的截面圖。應注意的是，凹槽的深度較佳地等於或小於模具11的厚度的一半。圖4B是升起銷23被升起通過基板13的缺口部分230(當從頂側觀察基板時以V形狀切出的區域)而未接觸缺口部分230且力被直接施加到模具11的壓印表面的剝離區域112的圖。

凹槽111被設置在模具背面側上之與升起銷23向模具11施加力的位置相對應的位置處，且所施加的力被傳導到凹槽111以使模具11彎曲並促進模具11和壓印材料21之間的脫模。因此，藉由在模具之與設置在壓印設備10的基板台14上的升起銷23與模具接觸的位置相對的一側的位置周圍設置模具11的凹槽111，可獲得很好的效果。

壓印設備利用感測器等檢測剝離區域112或模具的基準部分的位置，使得剝離區域112的位置在與升起銷23的位置相對的一側上，並將模具搬運並附接到頭12上。若在模具的外周的多個位置或整個外周上設置凹槽，模具的角度位置(angular position)和執行脫模操作的次數將被儲存在記憶體中，且在預定次數之後，當模具被附接到頭12時，角度位置可能會移動。

作為使升起銷23在未接觸基板13的情況下向模具11施加力的方法，可將模具11製造成具有比基板13更大的直徑以整體上超出基板，或者可藉由使模具11和基板13的中心彼此偏移而執行壓印時來形成模具11和基板13未重疊的區域。此外，由於升起銷23可能藉由按壓模具11而產生灰塵，理想的是在升起銷23的頂端或在升起銷的周圍設置抽吸機構。

此外，作為減少模具11的損壞和灰塵產生的方法，如圖5所示，可在升起銷23中形成用於排出氣體的流路231。從升起銷23的頂端將氣體排出到模具11，以對壓印表面增加壓力，從而促進脫模。

在這種情況下，例如，可在吹氣的同時將升起銷23按壓在模具上。或者，可僅先操作一個，並可隨後操作另一個。此外，流路231可被構造為切換操作，使得流路在促進脫模時吹送氣體，且流路在吸塵時執行抽吸操作。藉由以此方式將流路231形成為鼓風機，可減少對模具11的損壞和灰塵產生。應注意的是，可僅藉由在升起銷23未直接與模具接觸的同時吹送氣體通過流路231來執行脫模/剝離。

圖6是從非壓印表面側的模具11的圖，且藉由對角格線顯示要被頭12抽吸及保持的抽吸區域113。應注意的是，在圖6中，為了方便起見，以網格圖案顯示抽吸區域113的表面(亦即，除了剝離區域112以外的表面)，但實際上，此表面為平坦的，使得頭12能夠有效地吸住模具。在脫模時，藉由升起銷23將力施加到模具11的壓印表面，且在模具11被頭12的抽吸部分115吸住的同時，模具11的剝離區域112被從基板13剝離開，如圖8所示。應注意的是，由於剝離區域112被升起銷向上推，抽吸部分115被設置成抽吸除了剝離區域112之外的抽吸區域113。彈性體可被設置在抽吸部分115的頂端，且若彈性體的彎曲的量為足夠大的，抽吸部分115可一起抽吸剝離區域112和抽吸區域113。

圖7A和圖7B是顯示以與模具11的材料不同的材料所製成的填充物114填充模具11的凹槽111的範例的圖。藉由升起銷23所施加的力被傳導到模具11的凹槽111，以使模具11彎曲並促進模具11和壓印材料21之間的脫模，同時設置的凹槽可能會使得模具11根據模具的材料而被損壞。因此，為了使模具11更容易彎曲且較不容易損壞，模具11的凹槽111可被以填充物114填充，填充物114由具有較模具11的材料更小的楊氏模量之材料所製成。應注意的是，在此範例中，藉由在非壓印表面的剝離區域中設置凹槽等，使非壓印表面的剝離區域的撓性高於其他部分的撓性，然而，可藉由使模具的剝離區域的厚度較其他部分的厚度更薄來使模具的剝離區域的撓性高於模具的外周附近的其他部分的撓性。或者，藉由在剝離區域的壓印表面側上形成凹槽，可使剝離區域的撓性高於模具的外周附近的其他部分(模具的外周附近之除了模具的剝離區域以外的部分)的撓性。在此情況下，壓印表面側上的凹槽可被以填充物114填充，填充物114由具有較模具11的材料更小的楊氏模量的材料所製成。

<實施例2>

圖8是用於顯示實施例2中的抽吸部分115和116的圖。如圖8A所示，為了從非壓印表面側抽吸模具，用於抽吸抽吸區域113的抽吸部分115被設置成面對除了剝離區域112以外的抽吸區域113。亦即，抽吸部分115構成用於抽吸除了剝離區域以外的區域之第一抽吸部分。

此外，作用為用於抽吸剝離區域112的偏置部分之抽吸部分116(第二抽吸部分)被設置成面對模具的剝離區域112。此外，抽吸部分115和抽吸部分116被構造成被獨立地驅動。應注意的是，抽吸部分115和抽吸部分116分別抽吸模具11的抽吸區域113和剝離區域112。

當使模具11從基板13上的壓印材料21脫模時，面對剝離區域112的抽吸部分116以較抽吸部分115的每單位面積抽吸力更強的每單位面積抽吸力進行抽吸。因此，使模具11從基板13上的壓印材料21脫模。接著，整個模具11沿著被從基板13上的壓印材料21脫模的方向移動，同時抽吸部分116較抽吸部分115被更強地抽吸。因此，如圖8B所示，抽吸部分116具有較大的向上移動量，使得在抽吸剝離區域112的同時，剝離區域112可被移動到抽吸部分115的抽吸位置上方。

應注意的是，例如，當藉由使用抽吸部分116使模具11從基板13上的壓印材料21脫模時，升起銷23可同時執行從下方向上推，或者鼓風機可增加氣壓以促進從下方推起(偏置)並同時一起脫模。亦即，若藉由使用抽吸部分116、升起銷23以及鼓風機中的至少一者來促進脫模就足夠了。

在此，抽吸部分116、鼓風機和升起銷23中的每一個均作用為偏置部分。

圖9是顯示與圖8的抽吸部分115和116的構造相對應的模具之非壓印表面的結構範例的圖。

在圖9A中，顯示了在模具的非壓印表面中面對抽吸部分116的剝離區域112，且除了此剝離區域112以外的表面為平坦表面。如圖2所示，剝離區域112被設置有凹槽111。在圖9中，僅在面對抽吸部分116的部分中設置凹槽111。此外，圖9B是以重疊的方式顯示模具的非壓印表面與抽吸部分115和116之間的位置關係的圖。

如圖9B所示，凹槽111被構造成使得每一個凹槽的兩端均不會從抽吸部分116的面對表面露出。亦即，凹槽的兩端均被抽吸部分116覆蓋。這是為了防止抽吸部分116的抽吸力從凹槽111的端部洩漏。由於凹槽的兩端均如上所述地被抽吸部分116覆蓋，能夠從基板13有效地使模具11脫模(剝離)，同時剝離區域112較模具的外周附近的其他部分具有更大的撓性。

接下來，將描述使用上述模具製造物品(半導體IC元件、液晶顯示元件、MEMS等)的方法。藉由在使用上述模具對施加有壓印材料的基板進行壓印的步驟、以及使模具從壓印材料脫模的步驟之後執行後處理(從被壓印的基板製造出物品的處理)，來製造出物品。後處理包括蝕刻、抗蝕劑剝離、切割、黏合、封裝等。根據使用本發明的物品製造方法，由於可平順地執行脫模，產量可被提高，且可製造出更高品質的物品。

應注意的是，可經由網路或各種儲存媒體將實現上述範例(其中，本範例中的控制的一部分或全部已被描述)的功能的電腦程式供應給壓印設備。此外，壓印設備中的電腦(或CPU、MPU等)可讀取並執行此程式。在此情況下，程式和儲存有此程式的儲存媒體構成本發明。

雖然已參照例示性實施例描述本發明，應理解的是，本發明不限於所揭露的例示性實施例。以下申請專利範圍的範疇應被賦予最寬廣的解釋，以使其涵蓋所有這種修改及等效結構和功能。

本申請案主張於2019年8月19日提交的日本專利申請第2019-149837號的權益，在此藉由引用將其全文併入。