CN112394616A - 模具、压印设备和制造物品的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供模具、压印设备和制造物品的方法。为了即使在减小施加到模具的力的情况下也能进行有效的脱模，提供一种压印设备中使用的模具，该压印设备通过用模具的压印表面将压印材料压印在基板上来使压印材料成型，并且通过向模具外周附近的剥离区域施加沿解脱方向的力而将模具脱模，其中，该模具的剥离区域的挠性高于该模具外周附近的其他部分的挠性。

Description

模具、压印设备和制造物品的方法

技术领域

本发明涉及模具、压印设备以及制造物品的方法。

背景技术

作为用于制造诸如半导体器件等的物品的光刻技术之一，压印技术是已知的。当使用压印技术时，可以通过将模具的图案转印到基板上的压印材料(树脂)来形成纳米级的图案(结构)。

在采用压印技术的光固化方法的压印设备中，首先，将光固化压印材料供应到基板上。接下来，通过将模具压印在压印材料上来使压印材料成型。然后，用光照射成型的压印材料以固化压印材料。通过将模具脱模，可以在基板上形成图案。

美国专利第7,179,079号公开了一种技术，其中在非压印表面上形成凹槽，以使压印时模具的压印表面遵循基板的形状。此外，日本特开第2018-190844号公报公开了一种技术，其中，根据位置来改变型芯部分(图案周边)的厚度，以去除压印时在模具图案部分的凹槽中残留的气泡，并且缩短填充时间。为此，在日本特开第2018-190844号公报中，使模具的外周比模具的其他部分厚。如上所述，这些技术用于通过在图案部分的背面侧或图案周边的位置上形成凹槽并部分地改变模具的厚度来改善压印步骤中的问题。

另一方面，近年来，压印技术一直在扩展除了用于针对每个镜头(shot)形成图案以外的应用，并且将被应用到称为基于喷墨的自适应平坦化(IAP)的平坦化技术。

与在现有技术的压印中使用的模具不同，在IAP中使用的模具由具有约Φ300mm的大尺寸的平板构成，并且甚至不具有型芯部分。通过一次全部将这种模具压印在基板上的压印材料上，可以在基板上形成平坦层。

与针对每个镜头形成图案的现有技术的压印相比，在IAP中，用于一次压印的面积较大，从而导致新的问题，即脱模所需的力也较大。因此，需要使模具与基板上的压印材料平滑地分离，这应该在现有技术的脱模步骤中进行。

因此，本发明的目的是提供一种能够从压印材料平滑地将模具脱模。

发明内容

为了实现该目的，根据本发明的一个方面，提供了一种压印设备中使用的模具，该压印设备通过用模具的压印表面将压印材料压印在基板上来使压印材料成型，并且通过向模具外周附近的剥离区域施加沿解脱方向的力而将模具脱模，其中，模具的剥离区域的挠性(flexibility)高于模具外周附近的其他部分的挠性。

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是示出压印设备的示例的图。

图2A是从非压印表面观察的模具11的图。图2B是图2A的模具11的凹槽111的放大图。图2C是图2A的模具11的另一种类型的凹槽111的放大图。图2D是图2A的模具11的另一种不同类型的凹槽111的放大图。

图3A是示出在整个外周端上配设有一种类型的凹槽的模具的图。图3B是示出在整个外周端上配设有另一种类型的凹槽的模具的图。

图4中的A是沿图2中的虚线截取的模具11的截面图。图4中的B是顶针23穿过凹口部分230被升起的图。

图5是示出使用气体的脱模方法的示例的图。

图6是从非压印表面侧观察的模具的图。

图7A是示出在模具凹槽中填充有填充物的模具的图。图7B是示出当顶针23被升起时填充在模具凹槽中的填充物弯曲的模具的图。

图8A是示出实施例2中的抽吸部分115和116的图。图8B是示出剥离区域112被剥离时的实施例2中的抽吸部分115和116的高度的图。

图9A是示出模具抽吸区域的又一示例的图。图9B是以重叠的方式示出模具的非压印表面与抽吸部分115和116之间的位置关系的图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图和示例详细描述本发明的优选实施例。

<实施例1>

图1是压印设备的图。压印设备10是用于通过使模具11的压印表面接触(按压)基板上的压印材料21来制造诸如半导体器件等的物品以在处理目标基板上形成图案的设备。此外，压印技术不限于相关技术的各个镜头的压印，而是可以应用于称为IAP的平坦化技术中。这里，由于平整度也可以被认为是图案之一，因此在以下描述中使用的图案包括平整度，并且图案形成(成型)包括用于平坦化的压印(接触)。

压印设备10包括由结构18支撑的头12，并在其下侧保持模具11，该模具11具有用于使压印材料或电路图案等的图案表面平坦化的平坦表面。头12可以用驱动源(未示出)和控制单元50使模具11朝向和远离基板13移动(图中的垂直方向)，以使模具11与压印材料21彼此接触(压印)和使模具与压印材料分离(脱模)。可以通过驱动机构15将保持基板13的基板台14移动到台面板19上的任意位置。控制单元50包括记录头12和基板台14的位置的测量值的记录单元51。此外，控制单元50具有作为计算机的内置CPU，并且用作基于存储在存储器(未示出)中的计算机程序执行整个设备的各种操作的控制装置。

当将压印材料21供应到基板13时，移动基板台14，使得压印区域位于喷射单元(分配器)20的正下方，并且从喷射单元20供应(喷射)压印材料21。作为将压印材料21供应到基板13上的方法，在图1中，如上所述，为一个喷射单元20配设一个头12，然而，可以为一个喷射单元20配设多个头12或多个基板台14。或者，可以预先使用外部设备或专用单元将压印材料21施加到基板13上，然后可以将已经施加有压印材料的基板13传送到基板台14。

当将模具11压印(按压)在压印材料21上时，移动基板台14，使得供应压印材料21的压印区域位于模具11的正下方。此时，通过台架长度测量单元22测量基板台14在平面方向上的位置，并且通过控制机构和对准机构(未示出)对准基板台14。然后，将保持模具11的头12朝向基板13驱动，以使模具11接触(按压)压印材料21。

此后，为了固化在基板13上成型的压印材料21，从紫外线光源16发出的曝光光由照明光学***17引导，并且用已经透过透明模具11的曝光光照射与模具11接触的压印材料21。压印材料21是具有通过接收紫外线而固化的性质的光固性组合物，并且根据诸如半导体器件制造工艺等的各种条件来适当选择该组合物。如果采用热固方法，则使用内置于模具保持单元中的诸如加热器等的热源，并且适当地选择要根据温度固化的压印材料21的组合物。

当将模具11从压印材料21脱模时，保持模具11的头12被驱动离开基板13(图中向上)。此时，特别是在IAP中，由于一次压印的面积较大，因此脱模所需的力也较大，因此有时仅在头12的驱动下可能难以进行脱模。或者，模具11有时可能会从头12上脱离，或者基板13有时会从基板台14上脱离。因此，在本示例中，除了头12的向上驱动之外，在基板台14中还配设有诸如顶针(突起)23等的偏置部分，该偏置部分从例如预先配设在基板13中的V形凹口部分230(切口)的内部向上突起。然后，顶针23通过从凹口部分的内部向模具11的压印表面施加沿解脱方向的力而进行脱模，同时避免接触基板。即，其特点是，顶针23作为突起设置在基板的凹口部分的内部，并且，顶针23从压印表面侧沿解脱方向对模具外周附近的剥离区域施加力。虽然在本实施例中，作为偏置部分的顶针23具有销的形状，但是它也可以具有除诸如突起等的销形状以外的形状。

另外，可以在基板台14的多个位置处配设多个顶针，并且可以在基板上设置多个凹口，或者模具的周边部分可以从基板悬垂，使得模具的多个周边部分可以被多个顶针升起。

图2A是从非压印表面观察的模具11的图，并且在模具11的外周端中的非压印表面的剥离区域112中配设有凹槽111。优选地，凹槽111配设在距模具11的外周端10mm的范围内的剥离区域112中。剥离区域112配设在与顶针23和模具接触的位置相对的一侧的成型表面上，并且，剥离区域112和凹槽111被配设成相对于连接顶针与模具接触的位置和模具的中心的直线基本上轴对称。图2B和图2C是图2A的模具11的凹槽111的放大图。沿与脱模时压印材料21的剥离进行的方向大致正交的方向(连接顶针与模具接触的位置和模具的中心的直线的方向)在模具11中切出凹槽。

换句话说，在将模具从压印材料逐渐剥离的同时，沿着在多个时刻形成的模具的剥离曲线切出凹槽。具体地，如图2B所示，模具11的剥离区域112的凹槽具有以连接顶针与模具接触的位置和模具的中心之间的直线上的预定点为中心的弧形。或者，如上所述，可以在与连接顶针接触的模具的位置和模具的中心之间的直线方向大致正交的方向上切出凹槽，如图2C所示。然而，如图2D所示，凹槽可以配设成轴对称的，并且相对于连接顶针与模具接触的位置和模具的中心之间的直线具有较小锐角θ。通常，凹槽应被构造为与连接顶针与模具接触的位置和模具的中心之间的直线相交且相对于该直线轴对称。

通过形成这样的凹槽，可以使模具外周附近的剥离区域的挠性高于模具外周附近的其他部分的挠性，因此，如果通过诸如顶针等偏置部分将脱模力施加到模具上，则可以减少对模具的损坏，并且可以平滑地将模具脱模。注意，凹槽形状可以包括在不同方向上的凹槽彼此相交的网格形状、周期性或随机形状、不平形状、精细或粗糙形状等。

此外，凹槽111不仅可以配设在模具外周的一部分的剥离区域112中，而且可以配设在模具的整个外周端中，如图3A所示，并且凹槽111可以具有以模具11的中心为中心的圆形形状，如图3B所示。

如果凹槽111配设在外周端的整个区域中，则模具11可以设置在多个方向或任意方向上。因此，可以适当地改变与顶针23接触的模具位置，并且可以减少接触和弯曲发生的次数，从而可以减少模具11的诸如划痕和疲劳断裂等的损坏，并且可以延长模具的寿命。

图4中的A是沿着图2中的虚线(连接顶针与模具接触的位置和模具的中心的直线)的模具11的截面图。注意，凹槽的深度优选地等于或小于模具11的厚度的一半。图4中的B是顶针23通过基板13的凹口部分230(当从顶侧观察基板时以V形状切出的区域)被升起而没有接触凹口部分230并且力直接施加到模具11的压印表面的剥离区域112的图。

凹槽111配设在模具背面上的与顶针23向模具11施加力的位置相对应的位置处，并且所施加的力传播到凹槽111以使模具11弯曲并促进模具11和压印材料21之间的脱模。因此，通过在模具的与配设在压印设备10的基板台14上的顶针23与模具接触的位置相对的一侧的位置周围设置模具11的凹槽111，可以获得很好的效果。

压印设备利用传感器等检测剥离区域112或模具的基准部分的位置，使得剥离区域112的位置在与顶针23的位置相对的一侧，并且将模具传送并附接到头12上。如果在模具的多个位置或整个外周上配设凹槽，则模具的角位置和进行脱模操作的次数将存储在存储器中，并且，在预定次数之后，当模具附接到头12时，角位置可能会移动。

作为使顶针23在不与基板13接触的情况下向模具11施加力的方法，可以将模具11制成具有比基板13大的直径以使基板整体上移出(overhand)，或者当通过使模具11和基板13的中心彼此偏移而进行压印时，可以形成模具11和基板13不重叠的区域。此外，由于顶针23可能通过按压模具11而产生灰尘，因此期望在顶针23的顶端或在顶针周围配设抽吸(suction)机构。

此外，作为减少模具11的损坏和灰尘产生的方法，如图5所示，可以在顶针23中形成用于排出气体的流路231。从顶针23的顶端将气体排出到模具11，以向压印表面增加压力，从而促进脱模。

在这种情况下，例如，可以在吹气的同时将顶针23按压在模具上。或者，可以先只操作一个，并随后可以操作另一个。此外，流路231可以被构造为切换操作，使得流路在促进脱模时吹送气体，并且流路在吸尘时进行抽吸操作。通过以这种方式将流路231形成为鼓风机，可以减少对模具11的损坏和灰尘产生。注意，可以仅通过在顶针23不直接与模具接触的同时将气体吹过流路231来进行脱模/剥离。

图6是从非压印表面侧观察的模具11的图，并且由对角网格线示出要被头12抽吸并保持的抽吸区域113。注意，在图6中，为了方便起见，以网格图案显示抽吸区域113的表面(即，除剥离区域112以外的表面)，但是实际上，该表面是平坦的，使得头12可以有效地吸住模具。在脱模时，通过顶针23将力施加到模具11的压印表面，并且在模具11被头12的抽吸部分115吸住的同时，模具11的剥离区域112从基板13剥离开，如图8所示。注意，由于剥离区域112被顶针向上推，所以抽吸部分115被设置成抽吸除剥离区域112之外的抽吸区域113。弹性体可以配设在抽吸部分115的顶端，并且如果弹性体的弯曲量足够大，则抽吸部分115可以一起抽吸剥离区域112和抽吸区域113。

图7A和图7B是示出用与模具11的材料不同的材料制成的填充物114填充模具11的凹槽111的示例的图。由顶针23施加的力传播到模具11的凹槽111，以使模具11弯曲并促进模具11和压印材料21之间的脱模，同时配设的凹槽可能会根据模具的材料而损坏模具11。因此，为了使模具11更容易弯曲且不易损坏，可以用由具有比模具11的材料小的杨氏模量的材料制成的填充物114填充模具11的凹槽111。注意，在该示例中，通过在非压印表面的剥离区域中配设凹槽等，使非压印表面的剥离区域的挠性高于其他部分的挠性，但是，可以通过使模具的剥离区域的厚度比其他部分的厚度薄，来使模具的剥离区域的挠性高于模具外周附近的其他部分的挠性。或者，通过在剥离区域的压印表面侧上形成凹槽，可以使剥离区域的挠性高于模具外周附近的其他部分(模具外周附近的除了模具的剥离区域以外的部分)的挠性。在该情况下，压印表面侧上的凹槽可以用由具有比模具11的材料小的杨氏模量的材料制成的填充物114填充。

<实施例2>

图8是示出实施例2中的抽吸部分115和116的图。如图8A所示，为了从非压印表面侧抽吸模具，用于抽吸抽吸区域113的抽吸部分115配设成面对除剥离区域112以外的抽吸区域113。即，抽吸部分115构成用于抽吸除剥离区域以外的区域的第一抽吸部分。

另外，充当用于抽吸剥离区域112的偏置部分的抽吸部分116(第二抽吸部分)配设成面对模具的剥离区域112。此外，抽吸部分115和抽吸部分116被构造成被独立地驱动。注意，抽吸部分115和抽吸部分116分别抽吸模具1的抽吸区域113和剥离区域112。

当将模具11从基板13上的压印材料21脱模时，面对剥离区域112的抽吸部分116以比抽吸部分115的每单位面积的抽吸力更大的每单位面积的抽吸力进行抽吸。由此，将模具11从基板13上的压印材料21脱模。然后，整个模具11沿从基板13上的压印材料21解脱方向移动，同时抽吸部分116比抽吸部分115被更强地抽吸。因此，如图8B所示，抽吸部分116具有较大的向上移动量，使得在抽吸剥离区域112的同时，剥离区域112可以移动到抽吸部分115的抽吸位置上方。

注意，例如，当通过使用抽吸部分116将模具11从基板13上的压印材料21脱模时，顶针23可以同时从下方向上推，或者鼓风机可以增加气压以促进从下方推起(偏置)并同时一起脱模。即，只要通过利用抽吸部分116、顶针23以及鼓风机中的至少一个来促进脱模就足够了。

在此，抽吸部分116、鼓风机和顶针23中的各个均充当偏置部分。

图9是示出与图8的抽吸部分115和116的构造相对应的模具的非压印表面的结构示例的图。

在图9A中，示出了在模具的非压印表面中面对抽吸部分116的剥离区域112，并且，除该剥离区域112以外的表面是平坦的表面。如图2所示，剥离区域112配设有凹槽111。在图9中，仅在面对抽吸部分116的部分上配设有凹槽111。此外，图9B是以重叠的方式示出模具的非压印表面与抽吸部分115和116之间的位置关系的图。

如图9B所示，凹槽111被构造成使得各个凹槽的两端都不从抽吸部分116的相对表面露出。即，凹槽的两端被抽吸部分116覆盖。这是为了防止抽吸部分116的抽吸力从凹槽111的端部泄漏。由于凹槽的两端被抽吸部分116覆盖，如上所述，所以能够从基板13有效地脱模(剥离)模具11，同时剥离区域112比模具外周附近的其他部分具有更大的挠性。

接下来，将描述使用上述模具制造物品(半导体IC元件、液晶显示元件、MEMS等)的方法。通过在通过使用上述模具对施加有压印材料的基板进行压印的步骤和将模具从压印材料脱模的步骤之后执行后处理(从被压印基板制造物品的处理)，来制造该物品。后处理包括蚀刻、抗蚀剂剥离、切割、粘合、封装等。根据使用本发明的物品制造方法，由于可以平滑地进行脱模，因此可以提高成品率，并且可以制造更高品质的物品。

注意，可以通过网络或各种存储介质将实现上述示例的功能的计算机程序供应给压印设备，在上述示例中已经描述了本示例中的控制的一部分或全部。此外，压印设备中的计算机(或CPU、MPU等)可以读取并执行程序。在该情况下，程序和存储该程序的存储介质构成本发明。

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。

本申请要求于2019年8月19日提交的日本专利申请第2019-149837号的权益，在此通过引用将其全部并入本文。

Claims (16)

1.一种压印设备中使用的模具，该压印设备通过用模具的压印表面将压印材料压印在基板上来使压印材料成型，并且通过向模具外周附近的剥离区域施加沿解脱方向的力而将所述模具脱模，

其中，模具的剥离区域的挠性高于模具外周附近的其他部分的挠性。

2.根据权利要求1所述的模具，其中，在剥离区域中形成有凹槽，以使剥离区域的挠性高于模具外周附近的其他部分的挠性。

3.根据权利要求2所述的模具，其中，在与当向剥离区域施加沿解脱方向的力时模具从压印材料上剥离的方向相交的方向上形成有凹槽。

4.根据权利要求2所述的模具，其中，在形成凹槽之后，用预定的填充剂填充凹槽。

5.根据权利要求4所述的模具，其中，填充剂的材料的杨氏模量低于模具的材料的杨氏模量。

6.根据权利要求2所述的模具，其中，凹槽的深度等于或小于模具的厚度的一半。

7.根据权利要求2所述的模具，其中，剥离区域配设在距模具的外周端10mm的范围内。

8.根据权利要求1所述的模具，其中，剥离区域配设在模具的整个外周端上。

9.根据权利要求1所述的模具，其中，在模具的与压印表面相对的一侧的表面中，除剥离区域以外的表面是平坦的。

10.一种压印设备，包括：

模具保持单元，其保持模具，在该模具中，在模具外周附近配设有剥离区域，并且该剥离区域的挠性高于该模具外周附近的其他部分的挠性，其中，该模具用于通过用模具的压印表面将压印材料压印在基板上来使压印材料成型，并且，通过向剥离区域施加沿解脱方向的力来将所述模具脱模；以及

偏置部分，用于在进行脱模时从模具的压印表面侧向模具的剥离区域施加沿解脱方向的力。

11.根据权利要求10所述的压印设备，其中，偏置部分包括配设在设于基板中的凹口部分内部的突起。

12.根据权利要求10所述的压印设备，其中，偏置部分具有鼓风机，该鼓风机在进行脱模时吹送气体以从模具的压印表面侧向模具的剥离区域施加沿解脱方向的力。

13.根据权利要求11所述的压印设备，其中，突起具有用于沿解脱方向从模具的压印表面侧吹送气体的鼓风机。

14.根据权利要求10所述的压印设备，还包括：第一抽吸部分，用于在模具的与压印表面相对的一侧的表面中抽吸除剥离区域以外的部分。

15.根据权利要求14所述的压印设备，其中，偏置部分包括用于在模具的与压印表面相对的一侧的表面中抽吸剥离区域的第二抽吸部分，并且，在进行脱模时第二抽吸部分施加比第一抽吸部分更强的抽吸力。

16.一种用于通过使用压印设备来制造物品的方法，该压印设备包括：模具保持单元，其保持模具，在该模具中，在模具外周附近配设有剥离区域，并且该剥离区域的挠性高于该模具外周附近的其他部分的挠性，其中，该模具用于通过用模具的压印表面将压印材料压印在基板上来使压印材料成型，并且，其中通过向剥离区域施加沿解脱方向的力来将模具脱模；以及偏置部分，用于在进行脱模时从模具的压印表面侧向模具的剥离区域施加沿解脱方向的力，所述方法包括：

通过模具将压印材料压印在基板上；以及

将模具从压印材料上脱模。

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