TWI490636B - 模擬方法、電腦可讀記錄媒體、產生液滴排列圖案的方法、奈米壓印方法、產生圖案化基板的方法以及噴墨裝置 - Google Patents

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Description

模擬方法、電腦可讀記錄媒體、產生液滴排列圖案的方法、奈米壓印方法、產生圖案化基板的方法以及噴墨裝置
本發明是關於模擬方法，其用於預測排列在藉由精細的突起及凹陷之圖案所定義之圖案化表面上的多個液滴之濕展開及結合，且關於模擬程式及儲存有所述模擬程式之記錄媒體。本發明亦關於使用所述模擬方法及所述模擬程式產生液滴排列圖案之方法、奈米壓印方法、用於產生圖案化基板之方法，以及噴墨裝置。
在用以製造磁性記錄媒體(如離散磁軌媒體(Discrete Track Media；DTM)及位元圖案化媒體(Bit Patterned Media；BPM))及半導體裝置之應用中，使用奈米壓印方法將圖案轉印至塗佈在待處理物件上之抗蝕劑上的圖案轉印技術是受到高度期待的。
奈米壓印方法為用以製造光碟之熟知壓紋技術之發展。在奈米壓印方法中，將形成有突起及凹陷之圖案的模具(通常被稱為模具、壓模或樣板)壓抵塗佈在基板上之抗蝕劑，其中基板為待處理物件。將原件(original)壓至抗蝕劑上，使抗蝕劑機械地變形或流動，以精確地轉印精細圖案。一旦製造了模具，即可以簡單方式重複地模製奈米級精細結構。因此，奈米壓印方法為產生非常少的有害廢物及排放物之經濟轉印技術。因此，在各種領域中應用奈米壓印方法是受到高度期待的。
在奈米壓印中，正在開發使用噴墨方法將待處理基板塗佈抗蝕劑之技術。
舉例而言，專利文件1揭露一種方法，其使用噴墨方法，根據在將模具壓抵基板時面對基板的突起及凹陷之圖案之每一區域之圖案密度(自上方觀看突起及凹陷之圖案時，每單位面積之突起或凹陷之百分率)，而控制將塗佈至待處理基板之每一區域上的抗蝕劑之量。專利文件2揭露一種方法，其使用噴墨方法以根據圖案密度控制將塗佈至待處理基板上的抗蝕劑之量，以便解決抗蝕劑之揮發體積因圖案密度而不同的問題。亦即，專利文件1及2揭露使用噴墨方法最佳化其上排列有液滴之待處理基板上的抗蝕劑之液滴之位置分佈(液滴排列圖案)的方法。
[先前技術文件]
[專利文件1]
PCT日本公開案第2008-502157號
[專利文件2]
日本未審查專利公開案第2009-088376號
然而，抗蝕劑膜之不完全填充缺陷為使用諸如上述噴墨方法之噴墨方法的奈米壓印方法中的問題，而其起因為陷於模具與待處理基板之間的殘氣。舉例而言，專利文件1及2中所揭露之方法，基於將模具壓抵待處理基板時，液滴之濕展開為各向同性的假設，以最佳化鄰近液滴當中的間隔。在出現各向異性(anisotropy)濕展開的突起及凹 陷之圖案之區域中，由於殘氣的緣故，可能產生不完全填充缺陷。若將模具壓抵基板的時間增加，則藉由殘氣通過模具或變得溶解於抗蝕劑膜中，所存在的殘氣之影響可減小至一定程度。然而，採用此措施不能完全消除不完全填充缺陷，且將導致奈米壓印步驟之產量及效率的惡化。
也有一種想法是，藉由考慮液滴之濕展開中之各向異性來最佳化液滴的排列，從而使不完全填充缺陷之出現得以抑制，且可在同時改良產量。
然而，藉由預測液滴之濕展開最佳化液滴之排列並不簡單，因為必須考慮各向異性。另外，因為液滴之濕展開中之各向異性隨著突起及凹陷之圖案變得複雜而變得更複雜，所以難以預測液滴的濕展開。
另外，此問題不僅限於奈米壓印。
鑒於前述情形開發了本發明。本發明之目標為提供模擬方法、模擬程式及記錄有模擬程式之電腦可讀記錄媒體，即使在多個液滴與在濕展開中引起各向異性之圖案化表面接觸的情況下，所述模擬方法、模擬程式及記錄有模擬程式之電腦可讀記錄媒體仍能以簡單方式預測多個液滴的濕展開及結合。
本發明之另一目標為提供用於產生液滴排列圖案之方法，其使液滴能夠排列在考慮了液滴之濕展開中之各向異性的最佳位置處。
本發明之再一目標為提供奈米壓印方法，其使用之噴墨方法減少歸因於殘氣的不完全填充缺陷之出現，藉此抑 制奈米壓印步驟之產量及效率的惡化。
本發明之再一目標為提供用於產生圖案化基板之有效方法，其使用抗蝕劑膜作為遮罩，其中，藉由奈米壓印，抗蝕劑膜已轉印有突起及凹陷之圖案。
本發明之另一目標為提供噴墨裝置，其使液滴能夠排列在考慮了液滴之濕展開中之各向異性的最佳位置處。
達成以上目標的本發明之模擬方法為用於預測排列在由突起及凹陷之精細圖案所定義之圖案化表面上的多個液滴之濕展開及結合之模擬方法，其中圖案化表面使各向異性出現在液滴之濕展開中，所述模擬方法之特徵為包括：第一步驟，其根據突起及凹陷之圖案的形狀設定圖案之軸線方向，所述突起及凹陷之圖案在圖案化表面之模型化分析表面上定義出圖案化表面，其為分析目標；第二步驟，其在分析表面上設定多個模型化液滴；第三步驟，其參考儲存有指示多個參考圖案化表面之潤濕性質之潤濕性質參數的潤濕性質資料庫，此等潤濕性質參數包含對應於突起及凹陷之圖案之格式的潤濕性質參數，所述突起及凹陷之圖案定義多個圖案化表面；第四步驟，其基於潤濕性質資料庫，獲得對應於突起及凹陷之圖案之格式的潤濕性質參數，所述突起及凹陷之圖案定義圖案化表面，且其為分析目標；第五步驟，其將藉由定義圖案化表面(其為分析目標)的突起及凹陷之圖案所賦予的對液滴之濕展開之影響當作分析表面的潤濕性質，且藉由併有所獲得潤濕性質參數之 氣體液體二相流分析來分析，分析表面上的多個液滴之濕展開及結合；及第六步驟，其輸出在第五步驟中獲得之分析結果以作為由多個液滴所形成的統一膜之高度分佈。
在本說明書中，表述「圖案化表面」指代由精細的突起及凹陷之圖案定義的表面，且為實際空間中其上排列有液滴之表面。
表述「分析表面」指代為圖案化表面之模型的表面，且為分析空間中其上排列有液滴之表面。
表述「圖案之軸線方向」指代圖案化表面之平面內的方向，且為構成突起及凹陷之圖案的突起或凹陷之長度方向。
表述「基於潤濕性質資料庫獲得潤濕性質參數」指代在此等潤濕參數包含於潤濕性質資料庫中的情況下獲得對應於定義圖案化表面的突起及凹陷之圖案之格式(format)的潤濕性質參數，且指代獲得對應於最近似突起及凹陷之圖案的格式之格式的潤濕性質參數，或指代在此等參數不包含於潤濕性質資料庫中的情況下，根據近似突起及凹陷之圖案之格式的若干格式計算潤濕性質參數。
表述藉由多個液滴所形成之「統一膜」指代作為多個液滴之濕展開之結果所獲得的液相膜。將鄰近液滴結合之若干部分及單個液滴展開之若干部分當作單個膜。
表述統一膜之「高度分佈」指代自分析表面至分析表面上氣體液體界面之高度的分佈。
在本發明之模擬方法中，較佳地：潤濕性質參數包含接觸角θcp 及接觸角θcv 的值，接觸角θcp 為正交於接觸線之向量的方向與圖案之軸線方向彼此平行之位置處的接觸線之接觸角，接觸角θcv 為正交於接觸線之向量的方向與圖案之軸線方向彼此垂直之位置處的接觸線之接觸角，其中氣體、液體及固體三相以接觸角θcp 彼此接觸；且第五步驟將藉由下文式(1)所獲得之θc 指定為沿著接觸線之位置處的接觸角，且藉由校正沿著接觸線之位置處的正交於氣體液體界面之向量，來執行併有潤濕性質參數之氣體液體二相流分析，以使得由正交於氣體液體界面之向量與正交於分析表面之向量所形成的角形成接觸角θc θ c =θ cp ．|cosΦ|+θ cv ．|sinΦ| (1)
其中Φ表示沿著接觸線之位置處，由正交於接觸線之向量的方向及圖案之軸線方向所形成的角。
在本發明之模擬方法中，較佳地：第二步驟排列小於或等於藉由下文式(2)所確定之最大數目ndrop 之數目ninit 個液滴，以作為多個液滴；模擬方法更包括第七步驟，第七步驟在第六步驟中所獲得之高度分佈中存在具有不匹配預定臨限高度之高度的部分之情況下，調整分析表面上的多個液滴之排列及/或在不超過最大數目ndrop 之範圍內增加多個液滴的數目；且 對其排列已調整及/或其數目已增加的多個液滴重複地執行第五步驟至第七步驟，直至在高度分佈中不存在具有不匹配預定臨限高度之高度的部分為止，以最佳化多個液滴之排列
其中Vfilm 表示待形成於分析表面上之統一膜的目標體積，Vdrop 表示每一液滴之體積，且int表示將括號內小數點之後的數字自數值中刪除。
在本說明書中，表述「待形成於分析表面上之統一膜的目標體積」指代對應於待實際形成於圖案化表面上之統一膜之目標體積的體積。
表述「每一液滴之體積」指代在實際排列液滴時的每一液滴之最小單元的體積。
本發明之模擬方法較佳更包括：第八步驟，其基於多個液滴之最佳化排列來產生液滴排列圖案，所述最佳化排列是藉由執行第五步驟而獲得的分析結果。
在本說明書中，表述「液滴排列圖案」指代由多個晶格點所構成之群組，所述晶格點對應於圖案化表面(其為分析目標)上多個液滴中之每一者排列的位置。液滴排列圖案可以表示晶格點位置的二維座標資料(諸如CAD)或影像資料(諸如點陣圖影像)來處理。
在本發明之模擬方法中，較佳地：第一步驟將為分析目標之圖案化表面劃分成多個格子(cell)、將每一格子模型化為構成分析表面的分析格子，且針對每一分析格子設定圖案之軸線方向。
本發明之模擬程式及記錄有模擬程式之電腦可讀記錄媒體的特徵為使電腦執行上述模擬方法。
本發明之用於產生液滴排列圖案之方法的特徵為：藉由上述模擬方法產生液滴排列圖案。
本發明之奈米壓印方法的特徵為包括以下步驟：藉由噴墨方法，根據藉由上述模擬方法所產生之液滴排列圖案，將可固化樹脂之多個液滴排列至處理目標基板的待處理表面上；在圖案化表面及待處理表面彼此面對之同時，將具有圖案化表面(其為分析目標)的模具壓抵排列在待處理表面上的多個液滴，以在待處理表面上形成可固化樹脂膜；固化可固化樹脂膜；及分離模具與已固化樹脂膜。
本發明之用於產生圖案化基板之方法的特徵為包括以下步驟：將由已固化樹脂構成抗蝕劑膜形成至待處理基板上，所述抗蝕劑膜上藉由上述奈米壓印方法而轉印有模具之突起及凹陷之圖案；及使用抗蝕劑膜作為遮罩執行乾式蝕刻，以在待處理基板上形成對應於轉印至抗蝕劑膜的突起及凹陷之圖案的突 起及凹陷之圖案，以獲得圖案化基板。
本發明之噴墨裝置之特徵為包括：電腦可讀記錄媒體，其中記錄有使電腦執行上述模擬方法之模擬程式。
本發明之模擬方法、模擬程式及記錄有模擬程式之記錄媒體為用於預測排列在藉由精細的突起及凹陷之圖案所定義之圖案化表面上的多個液滴之濕展開及結合的模擬方法，其中圖案化表面使各向異性出現在液滴之濕展開中，所述模擬方法之特徵為包括：第一步驟，其根據定義圖案化表面(其為分析目標)之模型化分析表面上之圖案化表面的突起及凹陷之圖案的形狀設定圖案之軸線方向；第二步驟，其在分析表面上設定多個模型化液滴；第三步驟，其參考儲存有指示多個參考圖案化表面之潤濕性質之潤濕性質參數的潤濕性質資料庫，此等潤濕性質參數包含對應於定義多個圖案化表面的突起及凹陷之圖案之格式的潤濕性質參數；第四步驟，其基於潤濕性質資料庫獲得對應於定義圖案化表面(其為分析目標)的突起及凹陷之圖案之格式的潤濕性質參數；第五步驟，其將由定義圖案化表面(其為分析目標)的突起及凹陷之圖案所賦予的對液滴之濕展開之影響當作分析表面的潤濕性質，且藉由併有所獲得潤濕性質參數之氣體液體二相流分析來分析分析表面上的多個液滴之濕展開及結合；及第六步驟，其輸出在第五步驟中所獲得之分析結果，以作為由多個液滴所形成的統一膜之高度分佈。本發明將由圖案化基板(其為分析目標) 之突起及凹陷的圖案所賦予的對液滴之濕展開之影響當作分析表面的潤濕性質。因此，可藉由將分析表面當作具有特定潤濕性質之平整表面來執行模擬，而不執行突起及凹陷之精細圖案及液滴的複雜分析。結果，即使在多個液滴與在濕展開中引起各向異性的圖案化表面接觸的情況下，仍有可能以簡單方式預測多個液滴的濕展開及結合。
本發明之用於產生液滴排列圖案之方法的特徵為藉由上述模擬方法產生液滴排列圖案的步驟。藉此，即使在多個液滴將排列於在濕展開中引起各向異性之圖案化表面上的情況下，仍有可能將液滴排列在考慮了各向異性的最佳位置處。
本發明之奈米壓印方法的特別特徵，為藉由噴墨方法，根據由上述模擬方法產生之液滴排列圖案，將可固化樹脂之多個液滴排列至處理目標基板之待處理表面上的步驟。藉此，即使在多個液滴將排列於在濕展開中引起各向異性之圖案化表面上的情況下，仍可將液滴排列在考慮了各向異性的最佳位置處。結果，可減少源自於殘氣的不完全填充缺陷之出現，且有可能抑制奈米壓印步驟之產量及效率的惡化。
本發明之用於產生圖案化基板之方法的特別特徵為，將由已固化樹脂所構成的藉由上述奈米壓印方法而轉印有模具之突起及凹陷之圖案的抗蝕劑膜形成至待處理基板上的步驟。藉此，可在待處理基板上形成抗蝕劑膜，同時抑制奈米壓印步驟之產量及效率的惡化。結果，有可能 使用抗蝕劑膜(其藉由奈米壓印，已轉印有突起及凹陷之圖案)作為遮罩而有效地產生圖案化基板。
本發明之噴墨裝置之特徵為包括電腦可讀記錄媒體，其中記錄有使電腦執行上述模擬方法之模擬程式。藉此，即使在多個液滴將排列於在濕展開中引起各向異性之圖案化表面上的情況下，仍有可能將液滴排列在考慮了各向異性的最佳位置處。
在下文中，將參看附加圖式來描述本發明之實施例。然而，本發明不限於下文將描述之實施例。請注意，在圖式中，構成元件之尺寸是以不同於元件之實際尺寸的方式繪製，以便促進元件之視覺辨識。
[模擬方法、模擬程式及記錄有模擬程式之電腦可讀記錄媒體(第一實施例)]
首先，將描述根據本發明之第一實施例的模擬方法、模擬程式及記錄有模擬程式之電腦可讀媒體。圖1為圖案化表面P(其為分析目標)及為圖案化表面P之模型之分析表面A的示意圖。
第一實施例之模擬方法用於預測排列在由精細的突起及凹陷之圖案1所定義之圖案化表面P上的多個液滴之濕展開及結合，其中圖案化表面P使各向異性出現在液滴之濕展開中。取得定義圖案化表面P(其為分析目標)的突起及凹陷之圖案1之格式及待排列在圖案化表面P上之 液滴之材料的密度、黏度係數及表面張力，以作為必要參數。取得液滴相對於藉由突起及凹陷之圖案1之材料所形成的平坦表面之接觸角，或液滴之材料與突起及凹陷之圖案1之材料間的界面張力與突起及凹陷之圖案1之材料之表面張力的組合，以作為可選參數。此後，模擬方法執行：第一步驟，其根據定義圖案化表面P(其為分析目標)之模型化分析表面A上之圖案化表面P的突起及凹陷之圖案1之形狀，設定圖案之軸線方向Dp；第二步驟，其在分析表面A上設定多個模型化液滴；第三步驟，其參考儲存有指示多個參考圖案化表面之潤濕性質之潤濕性質參數的潤濕性質資料庫，此等潤濕性質參數包含對應於定義此多個圖案化表面的突起及凹陷之圖案之格式的潤濕性質參數；第四步驟，其基於潤濕性質資料庫，獲得對應於定義圖案化表面P(其為分析目標)的突起及凹陷之圖案1之格式的潤濕性質參數；第五步驟，其將藉由定義圖案化表面P(其為分析目標)的突起及凹陷之圖案1所賦予的對液滴之濕展開之影響當作分析表面A的潤濕性質，且藉由併有所獲得潤濕性質參數之氣體液體二相流分析來分析分析表面A上的此多個液滴之濕展開及結合；及第六步驟，其輸出在第五步驟中所獲得之分析結果，以作為由此多個液滴形成的統一膜之高度分佈。
第一實施例之模擬程式及記錄有模擬程式之電腦可讀記錄媒體使電腦執行上述模擬程式。
在使用具有形成於表面上的精細突起及凹陷之圖案 之模具，以(例如)噴墨方法執行奈米壓印的情況下，本發明之模擬方法可用作預測待處理基板上的多個液滴之濕展開及結合之方式的方法。在此等情況下，模具之表面(突起及凹陷之圖案形成於其上)對應於本發明之圖案化表面。藉由噴墨方法塗佈的可固化樹脂之多個液滴對應於本發明之多個液滴。
在實際執行奈米壓印之情況下，一般而言，將液滴排列在待處理基板之平整表面上，且接著將模具的突起及凹陷之圖案壓抵液滴。然而，在藉由模擬之分析中，基於將液滴排列在圖案化表面上之假設，執行模型化。此是因為，考慮到在將突起及凹陷之圖案壓抵液滴，以使液滴經歷濕展開之步驟中，液滴的重力實質上可以忽略。亦即，兩個情況中不存在巨大差別，此是由於液滴在與引起各向異性濕展開之圖案化表面接觸之同時經歷濕展開。
(在藉由模擬之分析中將利用之參數)
在第一實施例之分析中，取得定義圖案化表面P(其為分析目標)的突起及凹陷之圖案1之格式及待排列在圖案化表面P上之液滴的材料之密度、黏度係數及表面張力，以作為必要參數。另外，取得液滴相對於藉由突起及凹陷之圖案1之材料所形成之平坦表面的接觸角，或液滴之材料與突起及凹陷之圖案1之材料之間的界面張力與突起及凹陷之圖案1之材料之表面張力的組合，以作為可選參數。關於可選參數，接觸角與所述組合可互換。因此，可選參數中之僅一者為必要的。
在本說明書中，表述「液滴相對於藉由突起及凹陷之圖案之材料所形成之平坦表面的接觸角」指代藉由液滴之材料與突起及凹陷之圖案之材料之間的關係所確定的液滴之接觸角。另外，表述「液滴之材料與突起及凹陷之圖案之材料之間的界面張力」指代液滴之材料與突起及凹陷之圖案之材料之間的界面處的界面張力，此界面張力是藉由此等材料之間的關係所確定。
(圖案化表面)
圖案化表面為藉由由精細凹陷及精細突起所構成的突起及凹陷之圖案(突起及凹陷之圖案1)所定義的表面，且為模型化為排列有液滴之表面的目標。在第一實施例中，圖案化表面P為平滑的連續表面P，其包含突起及凹陷之圖案1的突起2之上部表面2s，如圖1中所說明。在包含平滑表面3s(其上未形成突起及凹陷之圖案1)之情況下，亦定義圖案化表面P以反映此平滑表面3s。將圖案化表面P之平面內的方向(其為構成突起及凹陷之圖案1的突起或凹陷之長度方向)設定為圖案之軸線方向Dp。特定言之，關於構成突起及凹陷之圖案的突起及凹陷，在認識到突起由凹陷所包圍之情況下，將突起之長度方向設定為圖案之軸線方向Dp。在認識到凹陷由突起所包圍之情況下，將凹陷之長度方向設定為圖案之軸線方向Dp。若因為突起或凹陷彎曲等而存在多個突起或凹陷之長度方向之情況下，可藉由對方向加權來選擇適當方向，或可在長度方向改變所在之部分處劃分圖案化表面P。在突起及凹陷之 圖案1為線性的情況下，液滴之濕展開被認為沿著圖案之軸線方向Dp被促進。因此，各向異性出現在圖案化表面P上之液滴之濕展開中。在簡單模型(經歷圖案化表面P上之濕展開之液滴的形狀因為濕展開之各向異性而近似為橢圓形)之情況下，橢圓形之長軸方向與此點處的圖案之軸線方向Dp將實質上平行。
舉例而言，圖2A至圖2C說明引起液滴之各向異性濕展開的突起及凹陷之圖案之實例。圖2A、圖2B及圖2C為說明藉由多個細長突起2所構成的線式及空間式的突起及凹陷之圖案的示意圖，此等細長突起經排列以使得其縱向方向定向在預定方向上。在此等突起及凹陷之圖案1中，所排列之液滴較容易在突起2與鄰近突起2之間的空間(亦即，凹陷)內展開，且因此，各向異性出現在液滴之濕展開中。認識到，在圖2A、圖2B及圖2C之突起及凹陷之圖案中，突起由凹陷所包圍。因此，細長突起2之長度方向為圖案之軸線方向Dp。在圖2A、圖2B及圖2C中，Dv指示垂直於圖案之軸線方向Dp的方向。請注意，圖2D為說明點狀突起2在垂直方向及水平方向上均勻地排列之圖案的示意圖。在此情況下，在液滴之濕展開方向上，各向異性未清楚地展現。因此，此圖案不包含於如本說明書中所使用的在液滴之濕展開中引起各向異性之圖案的定義中。
各向異性之方式取決於突起及凹陷之圖案1之格式而改變。特定言之，各向同性(isotropy)之方式取決於定義 突起及凹陷之圖案1之尺度的基本元素而改變。亦即，在突起2獨立之情況下(如圖2A、圖2B及圖2C中所說明)，各向異性之方式取決於突起2之寬度Wp、突起當中的間隔Wr、突起2之高度H及突起2之長度L而改變。此外，各向異性之方式根據具有相同或不同基本元素的多個突起2之排列方式而不同。在凹陷獨立之情況下，定義突起及凹陷之圖案1之尺度的基本元素為凹陷之寬度、凹陷當中的間隔、凹陷之深度及凹陷之長度。
圖2A至圖2C說明圖案之軸線方向Dp可明確確定的突起及凹陷之圖案。然而，本發明之突起及凹陷之圖案1不限於圖案之軸線方向Dp可明確確定的圖案。
圖3A為說明劃分成多個格子(cell)之圖案化表面的概念圖。舉例而言，在突起及凹陷之圖案4之情況下(其為各自具有軸線方向Dp的突起及凹陷之直線性圖案1a、1b及1c之組合)，圖案化表面P(其為分析目標)可劃分成多個格子C，且軸線方向Dpa、Dpb及Dpc可基於每一格子C中的突起及凹陷之圖案之形狀設定(圖3A)。藉由針對每一格子C設定圖案之軸線方向Dp來實現液滴之移動的更準確分析。對所有格子C而言，大小及所劃分之形狀未必相同。舉例而言，圖案化表面P可劃分成若干格子C，其對應於圖案之軸線方向Dp相同的每一區域。在定義圖案化表面P之突起及凹陷之圖案1的形狀複雜的情況(例如，突起形成為曲線且凹陷排列為曲線之情況)下，圖案化表面P可劃分成多個精細格子，在此等精細格子中之 每一者中，可將圖案判斷為直線性圖案，且可針對每一格子設定圖案之軸線方向。
(圖案化表面之模型化)
在本發明之模擬方法中，將為實際空間中之分析目標的圖案化表面P模型化為分析表面A以執行分析。本發明之模擬方法中的圖案化表面P之模型化的特徵為：基於計算網格或計算元素，將具有小於解析度Wg之尺度的突起及凹陷之精細圖案1所在的圖案化表面P之區域當作具有預定各向異性潤濕性質之表面A1，如圖1中所說明。另外，在分析空間中，將無突起及凹陷之圖案1形成的平滑表面3s當作具有預定各向同性潤濕性質之表面A3。
在藉由模擬之流體分析中，一般而言，針對每一計算網格或針對每一計算元素建立方程式。計算網格或計算元素表示在解與流體相關之方程式時之最小單位，且為流體可能存在之分析空間的精細劃分元素。在將元素有規則地劃分成垂直及水平網狀圖案之情況下，元素被稱為計算網格。在元素被無規則地劃分為三角形及多邊形之情況下，元素被稱為計算元素。針對每一計算網格或計算元素(在下文中被簡稱為「計算網格」)近似地解與流體相關之方程式。亦即，計算之準確度由於計算網格變得更精細而得到改良，且可更準確地表述流體之移動。
然而，若使基於計算網格之解析度Wg更小以便執行嚴格考慮突起及凹陷之精細圖案之形狀的分析，則計算網格之數目將變得極大，且有計算將變得複雜之問題。
因此，本發明設定具有充分大於突起及凹陷之圖案1之尺度之大小的解析度之預定計算網格，且將尺度小於計算網格之解析度的突起及凹陷之圖案1模型化，且將其併入至分析表面A中，以作為液滴的潤濕性質。亦即，將尺度小於計算網格之解析度的突起及凹陷之圖案1之貢獻，重現為分析表面A上的液滴之潤濕性質之差別。同時，具有各種空間尺度(spatial scale)的突起及凹陷之圖案存在於圖案化表面上。因此，將尺度大於計算網格之解析度的若干部分重現為分析表面A之形狀。可同時組合及模型化具有不同尺度的突起及凹陷之兩個圖案，且可執行整體分析。然而，在階梯狀差別存在於分析表面中的情況下，較佳是針對每一分析表面執行分析。
在圖案化表面P劃分成多個格子C之情況下，較佳針對格子C中之每一者設定構成分析表面A的多個格子Ca。亦即，在此情況下，將每一格子C模型化成分析格子Ca，如圖3B中所說明。
(潤濕性質參數及潤濕性質資料庫)
如上文所述，模型化之潤濕性質取決於突起及凹陷之圖案1的格式、液滴之表面張力(表面能)及圖案化表面P之表面張力(表面能)而改變。因此，本發明準備儲存有指示多個參考圖案化表面之潤濕性質之潤濕性質參數的潤濕性質資料庫。潤濕性質參數儲存於與定義此多個圖案化表面的突起及凹陷之圖案之格式相互關聯的資料庫中。可至少基於突起及凹陷之圖案之格式來搜尋資料庫。
下文表1說明潤濕性質資料庫之實例。舉例而言，在表1之資料庫中，接觸角與突起及凹陷之參考圖案之格式、液滴之表面能及圖案化表面P之表面能相互關聯，且被儲存為潤濕性質參數。表1中之接觸角θcp 為正交於接觸線之向量的方向與圖案之軸線方向彼此平行所在的位置處的接觸線之接觸角，氣體、液體及固體三相以此接觸角彼此接觸。接觸角θcv 為正交於接觸線之向量的方向與圖案之軸線方向彼此垂直所在的位置處的接觸線之接觸角。
藉由在分析中使用此兩個接觸角，將液滴之濕展開之各向異性重現為分析表面A上的潤濕性質之各向異性。基於此兩個接觸角來計算沿著接觸線之其他位置處的接觸角。請注意，在產生專用於特定物理性質之潤濕性質資料 庫的情況下，潤濕性質資料庫未必包含液滴之物理性質及圖案化表面P之物理性質。
在利用平衡接觸角模型作為潤濕性質之情況下，用作潤濕性質參數之接觸角將不變地為平衡接觸角。另一方面，在利用接觸角歷史模型之情況下，當接觸線之移動速度向量自液相側至氣相側定向時，利用前進接觸角，且當接觸線之移動速度向量自氣相側至液相側定向時，利用後退接觸角。
在下文中，將描述本發明之模擬方法之每一步驟。
(第一步驟)
第一步驟根據定義圖案化表面P(其為分析目標)之模型化分析表面A上之圖案化表面P的突起及凹陷之圖案1之形狀，設定圖案之軸線方向Dp。在圖案化表面P劃分成多個格子C之情況下，針對分析表面A之多個分析格子Ca中的每一者設定軸線方向Dp(圖3B)。
(第二步驟)
第二步驟在分析表面上設定多個模型化液滴。將液滴排列在分析表面A上的多個滴落位點(劃分成m．n晶格之區域)中之每一者中。m及n為分析表面A基於與定義液滴排列構件之解析度之元素(例如，噴墨頭之頭間距及排出週期)的關係可劃分成的最大整數。兩個或兩個以上液滴可排列在同一滴落位點處。在此情況下，將滴落位點處之液滴量當作大於其他滴落位點處之液滴量。滴落位點為不同於先前所描述之計算網格及分析格子之概念。
(第三步驟)
第三步驟參考潤濕性質資料庫以獲得潤濕性質參數。
(第四步驟)
第四步驟基於潤濕性質資料庫獲得對應於定義圖案化表面P(其為分析目標)的突起及凹陷之圖案1之格式的潤濕性質參數。首先，針對突起及凹陷之圖案1的突起2之寬度Wp、突起當中的間隔Wr、突起2之高度H及突起2之長度L中的每一者計算平均值。計算出之平均值定義突起及凹陷之圖案1之格式。接下來，在潤濕性質資料庫內搜尋對應於突起及凹陷之圖案1之所獲得格式的潤濕性質參數，且針對分析表面A設定。請注意，在圖案化表面P劃分成多個格子C之情況下，針對格子C中之每一者計算前述平均值，且針對格子C中的每一者設定潤濕性質參數。藉此，針對分析表面A設定潤濕性質分佈。
在與突起及凹陷之圖案1(其定義圖案化表面P)匹配之格式的格式之資料未包含於潤濕性質資料庫中之情況下，可獲得對應於最近似突起及凹陷之圖案1之格式的格式之潤濕性質參數。或者，可根據對應於近似突起及凹陷之圖案1之格式之若干格式的潤濕性質參數，計算近似值(例如，平均值)以作為潤濕性質參數。
第一步驟、第二步驟及第三步驟與第四步驟之組合的次序可切換。
(第五步驟)
第五步驟將由圖案化表面P(其定義為分析目標)的 突起及凹陷之圖案1所賦予的對液滴之濕展開之影響當作分析表面A的潤濕性質，且藉由併有所獲得潤濕性質參數之氣體液體二相流分析，來分析分析表面A上的此多個液滴之濕展開及結合。
氣體液體二相流分析執行如下。
在預測濕展開及結合時，使用三維的氣體液體二相流分析，來預測液體與氣體之間的界面(氣體液體界面)之行為。用於氣體液體二相流分析之計算方法之實例包含：標記及格子(Marker And Cell；MAC)方法；任意拉格朗日歐拉(Arbitrary Lagrangian Eularian；ALE)方法；及流體體積(Volume Of Fluid；VOF)方法。在下文中，將描述使用VOF方法來執行分析之情況。
在分析空間內設定流體速率f之值。如圖4中所說明，流體速率f在分析空間內被氣體或真空(氣相)所佔據的區域處採用值f=0.0，在分析空間內被液體(液相)所佔據的區域處採用值f=1.0，且表示分析空間內之每一位置處的液相之百分率。在使用VOF方法之氣體液體二相流分析中，首先，藉由併有氣體液體界面處之表面張力Fs 、重力G及指示為下文式(3)之其他外部力Fext 之納維爾-斯托克斯(Navier-Stokes)方程式且藉由下文式(4)計算分析空間內之每一位置處的流體速度u及壓力p。
▽．u =0 (4)
在式(3)中，ρ表示每一位置處之流體密度，且μ表示每一位置處之流體的黏度係數。
本實施例採用未壓縮流體。接下來，流體及氣體被認為是以流體速度u輸送，解示為下文式(5)的流體速率f之輸送方程式，且計算分析空間內的流體速率之分佈F。
藉由下文的式(6)及式(7)，根據流體速率f、氣體之密度ρg 、流體之密度ρl 、氣體之黏度係數μg 及流體之黏度係數μl 計算流體密度ρ及黏度係數μ。
ρ=(1-f )．ρ g +f ．ρ l (6)
μ=(1-f )．μ g +f ．μ l (7)
可藉由針對每一經過的時間量t執行以上分析來預測分析空間內液相的暫時改變。採用連續表面力(Continuum Surface Force；CSF)模型來計算式(3)之納維爾-斯托克斯方程式中的表面張力Fs 。此模型使表面張力Fs 能夠使用下文的式(8)及式(9)根據流體速率f之分佈計算為體積力。
在式(8)中，σ表示液體之表面張力係數，且<ρ>表示每一位置處之液體密度及氣體密度的平均值。K表示氣體液體界面之曲率，且是藉由使用正交於氣體液體界面之向量n的式(9)獲得。
如上文所述，使用式(3)至式(8)作為基本方程式體系來執行氣體液體二相流分析，且可預測氣體液體界面之動態行為。在數值之實際分析中，將分析空間劃分成多個計算網格，且根據有限體積方法將方程式體系離散化，藉此執行計算。
在用於預測多個液滴之濕展開及結合之模擬方法中，分析表面A(亦即，接觸線)上的固體、液體與氣體的三相界面行為之重現是重要的。在本發明中，接觸線之行為分析考慮歸因於圖案化表面的液滴之濕展開中之各向異性。這是藉由使潤濕性質參數具有對應於分析表面A上之各向異性的分佈來實現。在前述氣體液體二相流分析中，將固體與液體之間的潤濕性質模型化為分析表面A上之邊界條件。如圖5中所說明，本實施例引入將接觸角θc 當作潤濕性質參數且基於接觸角將突起及凹陷之圖案1(其定義圖案化表面P)之影響當作潤濕性質的模型。
將分析表面A與液滴之間的接觸角設定為模擬條件。在普通分析方法中，藉由校正正交於氣體液體界面之向量na 而在流體速率之輸送中反映潤濕性質，使得在模擬 期間之每一時間點，由正交於氣體液體界面且在接觸線上之向量na 及正交於分析表面A之向量nb 所形成的角變為恆定接觸角θc 而與接觸線上之位置無關。正交於氣體液體界面之向量指代朝向氣體定向的垂直於液滴之表面之單位向量(圖5)。正交於分析表面之向量指代朝向液體抑或朝向氣體定向的垂直於分析表面之單位向量(圖5)。
然而，本發明基於正交於接觸線之向量的方向與圖案之軸線方向Dp之間的關係設定接觸角，以在接觸線之行為分析中採用(take)歸因於定義圖案化表面P的突起及凹陷之圖案1的液滴之濕展開中之各向異性。特定言之，使用自潤濕性質資料庫所獲得之接觸角θcp 及接觸角θcv 來藉由下文式(1)獲得沿著接觸線CL之每一位置處的接觸角θc ，如圖6中所說明。請注意，在圖6中，Vp表示正交於接觸線CL的平行於圖案之軸線方向Dp的向量，且Vv表示正交於接觸線CL的垂直於圖案之軸線方向Dp的向量。
θ c =θ cp ．|cosΦ|+θ cv ．|sinΦ| (1)
其中Φ表示沿著接觸線之位置，由正交於接觸線CL之向量Vc的方向及圖案之軸線方向Dp所形成的角。
藉由校正正交於氣體液體界面之向量na 來執行併有所獲得潤濕性質參數之氣體液體二相流分析，使得接觸線CL上之每一位置處，由正交於氣體液體界面之向量na 及 正交於分析表面之向量nb 所形成的角成為接觸角θc 。
(第六步驟)
第六步驟輸出在第五步驟中所獲得之分析結果，以作為由此多個液滴所形成的統一膜之高度分佈。有可能藉由參考此高度分佈來預測多個液滴之濕展開及結合。
[模擬方法、模擬程式及記錄有模擬程式之電腦可讀記錄媒體(第二實施例)]
接下來，將描述根據本發明之第二實施例之模擬方法等。第二實施例與第一實施例之不同之處在於模擬方法更包括第七步驟，且執行分析以最佳化多個液滴之排列。因此，在與第一實施例之構成元件相同的構成元件之描述並不特別必要的範圍內，將省略此等相同構成元件的描述。
圖7為說明第二實施例之模擬方法之步驟的方塊圖。
第二實施例之模擬方法為用於預測排列在圖案化表面P(由精細的突起及凹陷之圖案1所定義)上的多個液滴之濕展開及結合的模擬方法，圖案化表面P使各向異性出現在液滴之濕展開中。取得圖案化表面P(其定義為分析目標)的突起及凹陷之圖案1之格式及待排列在圖案化表面P上的液滴之材料之密度、黏度係數及表面張力，以作為必要參數。取得液滴相對於藉由突起及凹陷之圖案1之材料所形成之平坦表面的接觸角，或液滴之材料與突起及凹陷之圖案1之材料之間的界面張力與突起及凹陷之圖案1之材料之表面張力的組合，以作為可選參數。此後，模擬方法執行：第一步驟，其根據圖案化表面P(其定義 為分析目標)之模型化分析表面A上之圖案化表面P的突起及凹陷之圖案1之形狀設定圖案之軸線方向Dp；第二步驟，其排列小於或等於藉由下文式(2)所確定之最大數目ndrop 之數目ninit 個液滴以作為此多個液滴；第三步驟，其參考儲存有指示多個參考圖案化表面之潤濕性質之潤濕性質參數的潤濕性質資料庫，此等潤濕性質參數包含對應於突起及凹陷之圖案(其定義此多個圖案化表面)之格式的潤濕性質參數；第四步驟，其基於潤濕性質資料庫，獲得對應於圖案化表面P(其定義為分析目標)的突起及凹陷之圖案1之格式的潤濕性質參數；第五步驟，其將由圖案化表面P(其定義為分析目標)的突起及凹陷之圖案1所賦予的對液滴之濕展開之影響當作分析表面A的潤濕性質，且藉由併有所獲得潤濕性質參數之氣體液體二相流分析，來分析分析表面A上的此多個液滴之濕展開及結合；第六步驟，其輸出在第五步驟中所獲得之分析結果，以作為由此多個液滴所形成的統一膜之高度分佈；及第七步驟，其在第六步驟中所獲得之高度分佈中存在具有不匹配預定臨限高度之高度的若干部分之情況下，調整分析表面上的此多個液滴之排列及/或在不超過最大數目ndrop 的範圍內增加此多個液滴之數目。在第二實施例之模擬方法中，對其排列已調整及/或其數目已增加的此多個液滴重複地執行第五步驟至第七步驟，直至在高度分佈中不存在具有不匹配預定臨限高度之高度的部分為止，以最佳化此多個液滴的排列。
其中Vfilm 表示待形成於分析表面A上之統一膜之目標體積，Vdrop 表示每一液滴之體積，且int表示將小數點之後的數字自括號內的數值刪去。
第二實施例之模擬程式及記錄有模擬程式之電腦可讀記錄媒體使電腦執行上述模擬程式。
在預測多個液滴之濕展開及結合時，可能有待形成於突起及凹陷之圖案1上之統一膜的體積經預先確定之情況。在此等情況下，藉由預定體積與液滴排列構件(例如，噴墨頭)之液滴排出量之間的關係，確定待排列在圖案化表面P上的液滴之數目。因此，第二實施例之模擬方法最佳化ndrop 個液滴之排列，其是基於統一膜之目標體積及所排出的每一液滴之體積，由式(2)確定。藉此，當形成統一膜時，有可能預測將因為殘氣而變得有缺陷之區域(亦即，氣相及分析表面A彼此接觸所在之區域)減至最小的液滴排列。
舉例而言，考慮以下案例：使用表面上形成有精細的突起及凹陷之圖案的模具形成抗蝕劑膜(圖案被轉印至其上)來執行使用噴墨方法之奈米壓印，如圖8中所說明。將模具之突起及凹陷之圖案(其為分析目標)之凹陷的寬度、深度、長度及數目分別指定為Wr、H、L及N。將分析表面A之面積指定為S，且將固化之後自分析表面A起 算之抗蝕劑膜的高度(對應於奈米壓印中的所謂殘餘膜之厚度)指定為h。可藉由下文式(10)獲得統一液滴之膜5(亦即，固化之前的抗蝕劑膜)之目標體積Vfilm 。
其中α表示伴隨固化之抗蝕劑膜之收縮率。
在藉由模擬分析預測可將歸因於殘氣之缺陷減至最少之液滴排列的情況下，根據液滴之初始排列的校正變得重要。藉由第二實施例之第七步驟來實現根據液滴之初始排列的校正。
(第二步驟)
在本實施例之第二步驟中，最初將小於或等於藉由式(2)所確定之最大數目ndrop 的數目ninit 個模型化液滴排列在分析表面A上。最初排列的液滴之數目ninit 可小於最大數目ndrop ，以便在初始排列之後維持排列在液滴不足之區域處的液滴。舉例而言，在初始排列步驟，液滴之排列並無特別限制，且液滴可相等地排列在分析表面A上之滴落位點中。
(第七步驟)
在第六步驟獲得之高度分佈中存在具有不匹配預定臨限高度之高度的若干部分之情況下，第七步驟調整分析表面上的此多個液滴之排列及/或在不超過最大數目ndrop 之範圍內增加此多個液滴之數目。預定臨限高度為自分析 表面起的統一液滴之目標膜之高度。自分析之準確度之觀點看，表述「不匹配預定臨限高度之高度」指代實質上不匹配預定臨限高度的若干部分之高度。實質匹配之範圍取決於分析準確度之所需程度，但範圍較佳為預定臨限高度之±10%。
在於第二步驟中確定初始排列之後，執行第三步驟至第六步驟，且藉由氣體液體二相流分析來執行液滴之濕展開及結合的模擬。自模擬分析的結果獲得分析空間內的統一膜之高度分佈，且可根據高度分佈來估計統一膜中若干位置處的氣體液體界面之高度及歸因於殘氣之缺陷。
為了形成所要的均勻統一膜，有必要調整此多個液滴之排列且增加液滴之數目以消除梯度(對應於膜厚度之波動)及歸因於殘氣之缺陷。
如圖9中所說明，執行液滴排列之校正。首先，最初在第二步驟中排列ninit 個液滴(圖9之A)。接著，執行第三步驟至第六步驟，且執行分析，直至所要的填充時間經過或界面分佈達到準穩定狀態為止(圖9之B)。此時，根據第六步驟所獲得的高度分佈，偵測到分析表面A上之高度大於預定臨限高度的區域及分析表面A上之高度小於預定臨限高度的區域。高度大於預定臨限高度之區域表示液滴過多，且高度小於預定臨限高度之區域表示液滴不足。因此，移動或移除排列在高度大於預定臨限高度之區域附近的滴落位點DSa處之液滴6a，以調整此多個液滴之排列(圖9之C)。同時，將液滴6b添加至高度小於預定臨限高 度之區域附近的滴落位點DSb以增加此多個液滴之數目(圖9之C)。
關於高度大於預定臨限高度之區域，液滴6a較佳是根據氣體液體界面之斜率而移動或移除。舉例而言，若氣體液體界面之斜率大於臨限值，則液滴沿界面斜率向量方向(朝向界面高度之局部最小值的方向)移動至鄰近滴落位點。在斜率小於臨限值(在局部最大值附近)或液滴已排列在目的地滴落位點中的情況下，液滴自滴落位點移除。
關於高度小於預定臨限高度之區域，液滴之數目較佳依序自歸因於殘氣之缺陷最大之區域增加，直至液滴的總數達到最大數目ndrop 為止。
(液滴排列之最佳化)
對排列已調整及/或數目已增加的此多個液滴重複地執行第五步驟至第七步驟，直至在高度分佈中不存在具有不匹配預定臨限高度之高度的部分為止，以最佳化此多個液滴之排列。在高度分佈中不存在具有不匹配預定臨限高度之高度的部分時之步驟，液滴之數目將為最大數目ndrop 。藉由所執行之上一第五步驟而獲得作為分析結果的此多個液滴之排列為藉由分析所獲得的最佳化液滴排列。
(液滴排列圖案)
如上文所述而按需要執行第一步驟至第七步驟多次。基於藉由所執行之上一第五步驟而獲得作為分析結果的此多個液滴之最佳化排列，產生液滴排列圖案。當液滴是藉由噴墨裝置或其類似物排列時，將液滴排列圖案用作 參考。
[奈米壓印方法、用於產生圖案化基板之方法，及噴墨裝置]
在下文中，將描述利用本發明之模擬方法的奈米壓印方法、用於產生圖案化基板之方法及噴墨裝置之實施例。
本實施例之奈米壓印方法的特徵為包括以下步驟：藉由噴墨方法，根據由上述模擬方法所產生之液滴排列圖案，將可固化樹脂之多個液滴排列至處理目標基板的待處理表面上；在圖案化表面及待處理表面彼此面對之同時，將具有圖案化表面(其為分析目標)的模具壓抵排列在待處理表面上的此多個液滴，以在待處理表面上形成可固化樹脂膜；固化可固化樹脂膜；及分離模具與已固化樹脂膜。
本實施例之用於產生圖案化基板之方法的特徵為包括以下步驟：將由已固化樹脂所構成的抗蝕劑膜(其藉由上述奈米壓印方法而轉印有模具之突起及凹陷之圖案)形成至待處理基板上；及使用抗蝕劑膜作為遮罩執行乾式蝕刻，以在待處理基板上形成對應於轉印至抗蝕劑膜的突起及凹陷之圖案的突起及凹陷之圖案，以獲得圖案化基板。
本發明之噴墨裝置10之特徵為包括：電腦可讀記錄媒體，其中記錄有使電腦執行上述模擬方法之模擬程式，如圖10至圖12中所說明。
(模具)
舉例而言，將在本實施例中利用之模具可藉由以下製程製造。首先，藉由旋塗方法或類似方法將Si基板塗佈以 丙烯酸系樹脂作為主要組份之光阻液體(諸如，酚醛清漆樹脂或諸如聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate；PMMA)之丙烯酸系樹脂)，以形成光阻層。接下來，在根據突起及凹陷之所要圖案進行調變的同時，將雷射束(或電子束)照射至Si基板上，以曝露光阻層之表面上的圖案。接著，對光阻層進行顯影以移除曝露部分。最後，使用移除曝露部分的光阻層作為遮罩，藉由RIE或類似者執行選擇性蝕刻，以獲得具有突起及凹陷之預定圖案的Si模具。
將在本發明之壓印方法中利用的模具可經歷脫模製程以改良抗蝕劑與模具之間的分離性質。聚矽氧或氟矽烷偶合劑可有利地用作脫模程序中之脫模劑。可有利地使用諸如大金工業株式會社(Daikin Industries K.K.)所生產之Optool DSX及住友3M株式會社(Sumitomo 3M K.K.)所生產之Novec EGC-1720的市售脫模劑。同時，將本實施例描述為使用Si模具之情況。然而，模具不限於Si模具，且亦有可能使用石英模具。在此情況下，石英模具可藉由與上述之用於製造Si模具之方法相同的方法製造，或可藉由稍後將描述之用於處理基板的方法製造。
(抗蝕劑)
抗蝕劑並無特別限制。在本實施例中，可使用藉由將光聚合引發劑(2質量%)及氟單體(0.1質量%至1質量%)添加至可聚合化合物所製備之抗蝕劑。
可按需要進一步添加抗氧化劑(約1質量%)。藉由以 上程序所生產之抗蝕劑可藉由波長為360nm之紫外線光固化。關於溶解度差之抗蝕劑，較佳添加少量丙酮或醋酸醚以溶解樹脂且接著移除溶劑。
可聚合化合物之實例包含：丙烯酸苄酯(大阪有機化學工業株式會社(Osaka Organic Chemical Industries,K.K.)所生產之Viscoat #160)、乙基卡必醇丙烯酸酯(大阪有機化學工業株式會社所生產之Viscoat #190)、聚丙二醇二丙烯酸酯(東亞合成株式會社(TOAGOSEI K.K.)所生產之Aronix M-220)及三羥甲基丙烷PO變性之三丙烯酸酯(東亞合成株式會社所生產之Aronix M-310)。另外，下文的化學式1所表示之化合物亦可用作可聚合化合物。
光聚合引發劑之實例包含烷基苯基酮類型之光聚合引發劑，諸如2-(二甲基胺基)-2-[(4-甲基苯基)甲基]-1-[4-(4-嗎啉基)苯基]-1-丁酮(豐通株式會社(Toyotsu Chemiplas K.K.)所生產之IRGACURE 379)。
另外，下文的化學式2所表示之化合物可用作氟單體。
[化學式2]
在本發明中，抗蝕劑材料之黏度在8cP至20cP之範圍內，且抗蝕劑材料之表面能在25mN/m至35mN/m之範圍內。此處，在25±0.2C°下藉由RE-80L旋轉黏度計(由東輝工業株式會社(Touki Industries K.K.)製造)來量測抗蝕劑材料之黏度。量測期間之旋轉速度：在大於或等於0.5cP且小於5cP之黏度下為100rpm；在大於或等於5cP且小於10cP之黏度下為50rpm；在大於或等於10cP且小於30cP之黏度下為20rpm；且在大於或等於30cP且小於60cP之黏度下為10rpm。使用H.Schmitt等人著作的「UV nanoimprint materials：Surface energies,residual layers,and imprint quality」(真空科學與技術雜誌B輯，2007年第25卷第3期第785至790頁(J.Vac.Sci.Technol.B.,Vol.25,Issue 3,pp.785-790,2007))中所揭露之技術來量測抗蝕劑材料的表面能。特定言之，量測經歷UV臭氧程序且表面經Optool DSX(由大金工業株式會社所生產)處理的Si基板之表面能，接著根據抗蝕劑材料相對於基板之接觸角來計算抗蝕劑材料的表面能。
(待處理基板)
為使抗蝕劑能夠在使用非透光Si模具的情況下曝露於光，石英基板是較佳的。只要石英基板具有透光性質，石英基板即無特別限制，且可根據預期用途適當地選擇石英基板。可使用表面經矽烷偶合劑塗佈之石英基板。此外，可利用遮罩層具有包含表面上之至少一層之層壓結構的石英基板。遮罩層之材料的較佳實例為：金屬，諸如鉻、鎢、鈦、鎳、銀、鉑及金；此等金屬之氧化物；及此等金屬之氮化物。此外，遮罩層較佳具有含有鉻氧化物或鉻氮化物之至少一層。遮罩層之厚度較佳為30nm或以下，且更佳為20nm或以下。若遮罩層之厚度超過30nm，則UV透射性惡化，且抗蝕劑固化故障很可能出現。請注意，遮罩層之表面可用矽烷偶合劑塗佈。
表述「透光性質」指代在光進入基板之與形成有樹脂膜之側相反的側時，能充分固化樹脂膜的透光率之程度。特定言之，「透光性質」指代關於波長為200nm或以上之光自基板之與形成有樹脂膜之側相反的側至基板之形成有樹脂膜之側的5%或以上之透光率。
石英基板之厚度較佳為0.3mm或以上。若石英基板之厚度小於0.3mm，則基板很可能在處置期間或歸因於壓印期間之壓力而受損壞。
同時，與石英模具一起使用之待處理基板在形狀、結構、大小或材料方面無限制，且可根據預期用途加以選擇。關於基板之形狀，在將製造資料記錄媒體之情況下，可利用具有盤狀(discoid)形狀的基板。關於基板之結構，可 使用單層基板，或可使用層壓基板。關於基板之材料，可自用於基板之已知材料(諸如，矽、鎳、鋁、玻璃及樹脂)當中選擇材料。此等材料可單獨或組合地利用。基板可被製造或可為市售之基板。基板之厚度並無特別限制，且可根據預期用途加以選擇。然而，基板之厚度較佳為0.05mm或以上，且更佳為0.1mm或以上。若基板之厚度小於0.05mm，則基板在與模具之緊密接觸期間可能撓曲，從而導致均勻緊密接觸狀態不受保全。
(用於排列抗蝕劑之液滴的方法)
藉由利用噴墨方法或分配方法將待處理基板之預定位置塗佈以具有預定液滴量(每個單一排列之液滴之量)的液滴來排列液滴。
當將抗蝕劑之液滴排列在待處理基板上時，可根據所要液滴量使用噴墨印表機或分配器。舉例而言，在液滴量小於100nl之情況下，可選擇噴墨印表機，且在液滴量為100nl或以上之情況下，可選擇分配器。
自噴嘴排出抗蝕劑的噴墨頭之實例包含壓電式、熱式及靜電式。自此等實例當中，壓電式噴墨頭(其中液滴量(每一排列液滴之量)及排出速度是可調整的)為較佳的。液滴之量及排出速度是在將抗蝕劑之液滴排列至待處理基板上之前設定並調整。舉例而言，較佳是液滴量在模具之突起及凹陷之圖案的空間體積大的區域處調整為較大，且在模具之突起及凹陷之圖案的空間體積小的區域處調整為較小。根據液滴排出量(每一排出液滴之量)適當地控制 此等調整。特定言之，在液滴量經設定為5pl之情況下，控制液滴排出量為1pl之噴墨頭將液滴排出至同一位置5次。藉由在相同條件下用共焦顯微鏡或類似物量測排列在基板上的液滴之三維形狀且根據液滴之形狀計算液滴的體積，藉此獲得液滴量。
在以上述方式調整液滴量之後，根據預定液滴排列圖案將液滴排列在待處理基板上。基於本發明之模擬方法產生液滴排列圖案。
(模具與抗蝕劑之間的接觸步驟)
在將模具與基板之間的氛圍降壓之後，或在使模具與基板之間的氛圍變成真空之後，將模具壓抵待處理基板。然而，在真空環境中存在抗蝕劑將在固化之前揮發之可能性，從而使得維持均勻膜厚度困難。因此，藉由使基板與模具之間的氛圍變成He氛圍或降壓之He氛圍來減小殘氣的量的方式是較佳的。He通過石英基板，且因此，殘氣(He)之量將逐漸減小。由於He通過石英基板耗費時間，故使用降壓之He氛圍更佳。降壓之He氛圍之壓力較佳在1kPa至90kPa的範圍內，且更佳在1kPa至10kPa之範圍內。
在定位模具及經抗蝕劑塗佈之待處理基板以使其具有預定位置關係之後，使模具及經抗蝕劑塗佈之待處理基板彼此接觸。較佳使用對準標記來執行定位操作。對準標記是藉由可由光學顯微鏡或由疊紋干涉技術偵測的突起及凹陷之圖案形成。定位準確度較佳為10μm或以下、更佳為1μm或以下，且最佳為100nm或以下。
(模壓步驟)
在100kPa至10MPa之範圍內的壓力下將模具壓抵基板。由於壓力較大，故抗蝕劑之流動被促進，殘氣被壓縮，殘氣溶解至抗蝕劑中，且促進He通過石英基板。然而，若壓力過大，則在模具接觸基板時若有外物介入模具與基板之間，模具及基板可能損壞。因此，壓力較佳在100kPa至10MPa之範圍內、更佳在100kPa至5MPa之範圍內且最佳在100kPa至1MPa之範圍內。將壓力之下限設定為100kPa之原因在於，在壓力氛圍內執行壓印時，若模具與基板之間的空間經液體填充，則模具與基板之間的空間由大氣壓力(約101kPa)加壓。
(脫模步驟)
在將模具壓抵基板且抗蝕劑膜形成之後，分離模具與抗蝕劑膜。作為分離方法之實例，可固持模具及待處理基板中之一者的外邊緣部分，同時藉由真空吸力固持模具及待處理基板中之另一者的後表面，且使外邊緣之固持部分或後表面之固持部分在與按壓方向相反的方向上相對地移動。
(噴墨裝置)
圖10為作為抗蝕劑排列裝置的使用噴墨方法離散地排列抗蝕劑之噴墨塗佈裝置的示意圖。
如圖10中所說明，本實施例之噴墨塗佈裝置10具有包含下列各者之組態：支撐座12；豎直地垂直於支撐座12的兩個支撐柱14；橫跨此兩個支撐柱14之間的橫樑16； 沿著橫樑16移動的頭固持/移動構件18；經由旋轉台安裝在頭固持/移動構件18之下端的噴墨頭20；亦安裝在頭固持/移動構件18上的工作件(work)對準構件22；設置於支撐座12上的工作件固持/移動構件24，其上置放有半導體之基板等以作為工作件26；用於觀測噴墨頭20之噴嘴表面的噴嘴表面觀測構件28；排出狀態觀測構件30(30a及30b)；及用於維護噴墨頭20之噴嘴表面的維護構件32。
頭固持/移動構件18配備有：用於將噴墨頭20固持在末端部分處且使噴墨頭20在沿著橫樑16之方向上移動的移動構件；旋轉台，其使噴墨頭20以墨水排出之方向為旋轉中心而旋轉；及用於使噴墨頭在墨水排出方向(圖10之座標系統中之垂直方向)上移動的移動構件。藉由使噴墨頭20在墨水排出方向上移動，可調整自噴墨頭20所排出之抗蝕劑至工作件26上之著陸點的飛翔距離。另外，藉由使噴墨頭20在沿著橫樑16之方向上移動且藉由旋轉噴墨頭20，有可能調整抗蝕劑著陸所在的工作件26上之著陸點的間隔。
線性馬達為使噴墨頭在沿著橫樑16之方向上及在墨水排出方向上線性地移動的移動構件之有利實例。亦設置線性編碼器作為位置偵測構件，以實現準確移動控制。可使用步進馬達或類似物作為旋轉構件。亦設置編碼器以作為旋轉構件之位置偵測構件。
噴墨頭20自噴嘴排出抗蝕劑。噴墨頭20之驅動方法並無特別限制，且可使用諸如壓電式、熱式及靜電式之各 種方法。在用於奈米壓印之排出抗蝕劑之本實施例的情況下，較佳是抗蝕劑之液滴量及排出速度為可調整的壓電方法。因此，本實施例使用壓電方法。如稍後將詳細描述，藉由調整驅動壓電致動器(壓電元件)之驅動波形(電壓波形)來調整排出速度、排出體積，及工作件26上之著陸點的位置。
稍後亦將描述將抗蝕劑供應至噴墨頭20之抗蝕劑供應系統。
工作件對準構件22偵測工作件26(基板26)之位置以對其執行位置調整。工作件對準構件22配備有：對準攝影機，其偵測工作件26之對準；及著陸位置偵測攝影機，其偵測抗蝕劑(使抗蝕劑著陸在用於位置偵測之一件虛設工作件上)之著陸位置。
工作件固持/移動構件24吸引、固持工作件26且使工作件26移動，且配備有用於吸引工作件26之構件。吸引構件所使用之吸引方法並無限制，且可為真空吸引、靜電吸引等。另外，工作件固持/移動構件24配備有：移動構件，諸如固持工作件26且使工作件26在第一方向及垂直於第一方向之第二方向(x方向及y方向)上移動的線性馬達；及作為位置偵測構件之線性編碼器。此外，工作件固持/移動構件24配備有：旋轉構件，諸如能夠固持工作件26且使工作件26以平行於噴墨頭20之墨水排出方向的工作件法線為旋轉中心而旋轉的步進馬達；及用於偵測旋轉構件之旋轉位置的編碼器。
噴嘴表面觀測構件28用以觀測噴墨頭20之噴嘴表面，以判斷是否有必要維護、判斷頭是否應替換等。噴嘴表面觀測構件28配備有光源、透鏡，及用於觀測噴嘴之狀態的攝影機。在將觀測噴嘴表面之情況下，頭固持/移動構件18使噴墨頭20移動至在噴嘴表面觀測構件28正上方的位置。
排出狀態觀測構件30(30a及30b)觀測自噴墨頭20之噴嘴所排出的抗蝕劑之飛翔之狀態。排出狀態觀測構件30配備有光源、透鏡，及用於觀測飛翔之狀態的攝影機。
亦即，排出狀態觀測構件30用光接收構件(攝影機)30b接收藉由發光構件(光源)30a所發出之偵測光，藉由偵測光之改變(其是由飛過偵測光之抗蝕劑所引起)來觀測排出狀態，且量測墨水排出速度。在將觀測排出狀態之情況下，使排出狀態觀測構件30或噴墨頭20移動，以使得抗蝕劑將飛過偵測光。
維護構件32將噴墨頭20維持在有利狀態下。為此，維護構件32配備有黏附至噴嘴表面的用於清除抗蝕劑之刮器等、用於防止噴嘴內部之抗蝕劑乾燥之蓋等。蓋亦可在藉由吸引通過噴嘴之抗蝕劑將諸如氣泡之外物自噴墨頭20內部移除時被利用。
圖11為說明抗蝕劑供應系統之組態的示意圖。
如圖11中所說明，本實施例之抗蝕劑供應系統將抗蝕劑自儲存抗蝕劑之抗蝕劑供應槽50供應至噴墨頭20。抗蝕劑供應系統之每一組件是藉由管線(管)連接。
抗蝕劑供應槽50為用於將抗蝕劑供應至噴墨頭之槽，且具備加熱/冷卻構件52(溫度調整構件52)及溫度感測器54。另外，用於抽吸抗蝕劑且將抗蝕劑送至噴墨頭之泵56被設置於抗蝕劑供應槽50的下游。
移除聚合物(雜質)之過濾器58及移除氣泡及溶解氣體之除氣設備是沿著連接抗蝕劑供應槽50及噴墨頭20的管線設置。過濾器58並無特別限制，且可利用超高分子量聚乙烯(UPE)薄膜或耐綸薄膜。過濾器58之過濾器篩孔大小較佳與噴墨頭20之噴嘴直徑相同或較小。另外，液阱區段62及泵64連接至除氣設備60。
子槽66是沿著連接除氣設備60及噴墨頭20之管線A設置，且繞過子槽66之另一管線B設置。泵68是沿著管線B設置。閥70及閥72分別設置於管線A及管線B中，以藉由控制閥70及閥72之開關操作來實現管線A與管線B之間的切換。在正常汲取(drawing)期間，打開閥70而關閉閥72以經由管線A供應抗蝕劑，且在經由管線B之初始填充或沖洗期間，關閉閥70而打開閥72。
薄膜67設置於子槽66中。用泵76供應空氣且將空氣吸引至/自薄膜67上方的空間，以控制薄膜67上方的空間之壓力，藉此控制薄膜67下的抗蝕劑之壓力。藉此，可調整噴嘴內部之抗蝕劑之彎月形液面壓力(meniscus pressure)。另外，子槽66配備有用於偵測抗蝕劑之壓力的壓力感測器80。
具有薄膜67且具備泵76之子槽66經由閥74充當用 於調整噴嘴內部之抗蝕劑之彎月形液面壓力的彎月形液面壓力調整構件。
此外，子槽66具備加熱/冷卻構件78(溫度調整構件78)及溫度感測器82。抗蝕劑供應槽50及子槽66能夠獨立地控制槽中之抗蝕劑的溫度。
另外，噴墨頭20具備加熱/冷卻構件84(溫度調整構件84)及溫度感測器86。抗蝕劑之溫度亦可在噴墨頭20處加以控制。
設置維護構件32之蓋88以作為用於防止噴嘴乾燥之構件或防止噴嘴附近的抗蝕劑之黏度之增加。蓋88按需要自預定待命位置移動至噴墨頭20下之維護位置。
蓋88能夠覆蓋噴墨頭20之噴嘴表面。儘管自圖式省略，但維護構件32亦具有用於擦拭及清潔噴嘴表面之清潔刀。
在特定噴嘴之利用頻率在汲取期間或在待命之同時減小，且噴嘴附近的抗蝕劑之黏度增加的情況下，執行朝向蓋88之初步排出以便放出黏度已增加的惡化抗蝕劑。
當過濾器58及除氣設備60所遺漏之氣泡在噴嘴內混合時，或當噴嘴內部的抗蝕劑之黏度之增加超過某一位準時，不可藉由初步排出來放出抗蝕劑。在此等情況下，抵靠噴墨頭20之噴嘴表面置放蓋88，藉由吸引泵90來吸引噴墨頭20內之抗蝕劑，且將藉由吸引而移除之抗蝕劑投送至回收槽92。
或者，可關閉閥70且可打開閥72，以使得抗蝕劑將 流過管線B，接著可藉由驅動泵68而迫使抗蝕劑到達噴墨頭20以藉由自噴嘴放出(沖洗)抗蝕劑來移除氣泡及其類似物。
然而，此等吸引操作及沖洗操作是對噴墨頭20內之所有抗蝕劑執行，且因此，所消耗的抗蝕劑之量為大的。因此，在黏度之增加為小的情況下，較佳執行初步排出。請注意，蓋88在初步排出期間充當吸引構件及抗蝕劑接收器。較佳採用如下組態：蓋88之內部由分隔壁劃分成對應於噴嘴之行的多個區域，且可選擇性地吸引分隔區域中之每一者。
圖12為說明噴墨裝置之控制系統之組態的示意圖。
噴墨裝置之控制系統配備有：通信介面102；系統控制器104；影像記憶體106；印刷控制區段108；頭驅動器110；影像緩衝記憶體112；抗蝕劑供應控制區段116；維護控制區段118；觀測控制區段122；裝載/卸載控制區段124；對準控制區段126；馬達控制區段130等。
通信介面102為介面區段，其接收藉由主機電腦100所發送的液滴排列圖案及關於抗蝕劑之資訊(諸如黏度及表面能之物理性質值)。諸如USB、IEEE1394、EthernetTM 及無線網路之串列介面或諸如Centronics介面之平行介面可用作通信介面102。此區段可具備緩衝記憶體以便加速通信。
藉由主機電腦100所發送的液滴排列圖案及關於抗蝕劑之資訊經由通信介面102由系統控制器104接收，且暫 時儲存於影像記憶體106中。影像記憶體106為用於暫時儲存經由通信介面102所輸入的液滴排列圖案及關於抗蝕劑之資訊的記憶體構件，對其之資訊讀取及寫入是經由系統控制器104執行。影像記憶體106不限於藉由半導體元件所構成之記憶體，且諸如硬碟之磁性媒體可用作影像記憶體106。
系統控制器104為控制諸如通信介面102、影像記憶體106、印刷控制區段108及頭驅動器110之組件的控制區段。系統控制器104是藉由中央處理單元(Central Processing Unit；CPU)、其周邊電路等構成。系統控制器104不僅控制與主機電腦100之通信及關於影像記憶體106之讀取及寫入操作，而且產生用於控制控制區段(諸如，抗蝕劑供應控制區段116、維護控制區段118、觀測控制區段122、裝載/卸載控制區段124、對準控制區段126及馬達控制區段130)之控制信號。
印刷控制區段108為具有信號處理功能之控制區段，此等信號處理功能根據系統控制器104之控制執行各種處理程序及校正以產生用於根據影像記憶體106中之液滴排列圖案及關於抗蝕劑之資訊來控制印刷(繪圖)的控制信號(驅動波形)。印刷控制區段108將所產生之印刷控制信號(驅動波形)供應至頭驅動器110。
印刷控制區段108支配必要的信號處理程序，且經由頭驅動器110基於液滴排列圖案來控制所排出之抗蝕劑的量及噴墨頭之排出時序。藉此，實現著陸在工作件26上的 抗蝕劑之所要液滴大小及所要液滴排列。
印刷控制區段108配備有影像緩衝記憶體112。當印刷控制區段108處理關於抗蝕劑之資訊時，諸如關於抗蝕劑之資訊及參數的資料暫時儲存於影像緩衝記憶體112中。請注意，在圖12中，影像緩衝記憶體112被說明為附加至印刷控制區段108。或者，影像記憶體106亦可充當影像緩衝記憶體112。此外，印刷控制區段108及系統控制器104可整合且藉由單一處理器構成。
頭驅動器110基於藉由印刷控制區段108所提供之驅動波形來驅動噴墨頭20，以使抗蝕劑自噴墨頭20排出。頭驅動器110可包含回饋控制系統以維持恆定頭驅動條件。
抗蝕劑供應控制區段116主要驅動抗蝕劑供應區段114(圖11中所說明之抗蝕劑供應系統)之泵中的每一者，以將抗蝕劑自供應槽50輸送至噴墨頭20。
維護控制區段118控制維護構件32。當有必要維護時，維護控制區段118執行維護操作，諸如：使維護構件32之蓋面對噴墨頭20之噴嘴表面以執行初步排出或沖洗；及使蓋接觸噴嘴表面以吸引具有高黏度之抗蝕劑。
觀測控制區段122控制包含噴嘴表面觀測構件28及排出狀態觀測構件30(30a及30b)之觀測區段120。裝載/卸載控制區段124控制裝載/卸載區段48(48a及48b)。對準控制區段126控制對準區段22(工作件對準構件22)以支配對工作件的位置調整。馬達控制區段130控制馬達 區段128以驅動頭固持/移動構件18、工作件固持/移動構件24等。
(用於處理基板之方法)
接下來，將描述本發明之用於處理基板之方法的實施例。將本實施例描述為使用Si模具作為原始板藉由上述奈米壓印方法處理基板之情況。
首先，在基板之表面上形成抗蝕劑膜，且藉由第一奈米壓印方法，在抗蝕劑膜已轉印有圖案。接著，使用具有轉印圖案之抗蝕劑膜作為遮罩來執行乾式蝕刻，以形成對應於抗蝕劑膜之突起及凹陷之圖案的突起及凹陷之圖案。藉此，獲得具有預定圖案之基板。
在基板具有分層結構且在表面上包含金屬層之情況下，使用抗蝕劑膜作為遮罩來執行乾式蝕刻，以在金屬層中形成對應於抗蝕劑膜之突起及凹陷之圖案的突起及凹陷之圖案。此後，以薄的金屬層作為蝕刻終止層來進一步執行乾式蝕刻，以在基板中形成突起及凹陷之圖案。藉此，獲得具有預定圖案之基板。
只要乾式蝕刻方法能夠在基板中形成突起及凹陷之圖案，乾式蝕刻方法即無特別限制，且可根據預期用途來選擇乾式蝕刻方法。可使用之乾式蝕刻方法的實例包含：離子研磨方法(ion milling method)；反應性離子蝕刻(Reactive Ion Etching；RIE)方法；濺鍍蝕刻方法；等。自此等方法當中，離子研磨方法及RIE方法尤其較佳。
離子研磨方法亦被稱為離子束蝕刻。在離子研磨方法 中，將諸如Ar之惰性氣體引入至離子源中，以產生離子。經由網格(grid)使所產生之離子加速且使所產生之離子與樣本基板碰撞以執行蝕刻。離子源之實例包含：考夫曼式(Kauffman type)離子源；高頻離子源；電子轟擊離子源；雙三極體離子源；弗里曼(Freeman)離子源；及電子迴旋加速器共振(Electron Cyclotron Resonance；ECR)離子源。
可在離子束蝕刻期間使用Ar氣體作為處理氣體。可在RIE期間使用氟系氣體或氯系氣體作為蝕刻劑。
如上文所述，本發明之用於產生基板之方法使用抗蝕劑膜(圖案是藉由上述奈米壓印方法轉印至抗蝕劑膜上)作為遮罩來執行乾式蝕刻。亦即，使用殘餘膜之厚度無波動且亦無歸因於殘氣之缺陷的遮罩來執行乾式蝕刻。因此，有可能以高良率高準確地產生基板。
[實例]
將在下文中描述本發明之實例。
(模具之製造)
首先，藉由旋塗方法用以聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate；PMMA)作為主要組份之光阻液體塗佈Si基板，以形成光阻層。此後，將根據線寬為60nm且間距為120nm之線圖案調變之電子束照射至光阻層上，同時在XY台上對Si基板進行掃描，以曝露光阻層之整體3mm正方形範圍上的突起及凹陷之直線性圖案。另外，在3mm正方形區域之四個轉角外部的位置處曝露 十字形圖案，其中線寬為10μm且長度為50μm之線交叉。
此後，光阻層經歷顯影程序且曝露部分被移除。最後，使用曝露部分被移除的光阻層作為遮罩，藉由RIE執行選擇性蝕刻至80nm之深度，以獲得具有突起及凹陷之直線性圖案及十字形對準標記的Si模具。
用大金工業株式會社之Optool DSX處理Si模具之表面以改良模具的脫模性質。
(抗蝕劑)
製備含有48w%的由化學式1所表示之化合物、48w%的Aronix M220、3w%的IRGACURE 379及1w%的由化學式2所表示之化合物的抗蝕劑以作為抗蝕劑。
(基板)
使用0.525mm厚之石英基板作為基板。在對應於模具之對準標記的位置處預先形成尺寸與模具之對準標記相同的十字形對準標記。用KBM-5103(由信越化學工業株式會社(Shin-Etsu Chemical Industries,K.K.)製造)處理石英基板之表面，KBM-5103為相對於抗蝕劑具有優越緊密接觸性質的矽烷偶合劑。使用PGMEA將KBM-5103稀釋至1質量%，且藉由旋塗方法將KBM-5103塗佈在基板之表面上。此後，在熱板上在120℃下將經塗佈基板退火歷時20分鐘，從而使矽烷偶合劑黏結至基板之表面。
(抗蝕劑塗佈步驟)
利用DMP-2831，其為由富士膠片Dimatix(FUJIFILM Dimatix)製造的壓電式噴墨印表機。以DMC-11610(其 為專用之10pl頭)作為噴墨頭。預先設定並調整墨水排出條件，以使得每一液滴中之樹脂的量為10pl。在以此方式調整液滴量之後，根據預定液滴排列圖案將液滴排列在基板上。藉由下文所描述之方法產生液滴排列圖案。
(液滴排列圖案產生步驟)
根據實施例中所描述之模擬方法藉由以下程序產生液滴排列圖案。
首先，在模具上設定分析空間以作為分析目標。對分析空間確定初始排列。接下來，基於所獲得之初始排列在分析空間內設定初始流體速率分佈，且執行液滴之濕展開及結合的模擬分析。此時，模具之表面的潤濕性質被賦予各向異性，以作為對應於模具表面上的突起及凹陷之圖案之格式的潤濕性質參數。
根據模具上的線寬為60nm且間距為120nm之線圖案及殘餘膜之粗略厚度10nm，預測針對3mm．3mm分析空間所必要之液滴的數目為36。如圖13之A中所說明，將多個液滴6作為具有500μm之晶格間隔的方格排列在分析表面上以作為初始液滴排列。
接著，藉由氣體液體二相流分析執行初始液滴排列之模擬分析。首先，當不使用潤濕性質資料庫且忽視歸因於突起及凹陷之圖案的潤濕性質之各向異性時，預測均勻統一膜。另一方面，當使用潤濕性質資料庫且考慮歸因於突起及凹陷之圖案的潤濕性質之各向異性時，液滴濕展開為橢圓形，且預測存在歸因於殘氣之缺陷8的統一膜7，如 圖13之B中所說明。根據統一膜之所獲得高度分佈估計殘餘膜之厚度及歸因於殘氣之缺陷，且校正液滴排列。最終，液滴排列變為圖14之A中所說明之液滴排列。當關於此排列執行模擬分析時，預測如圖14之B中所說明的高度分佈無波動且無歸因於殘氣之缺陷的均勻統一膜7。藉此，即使在分析表面具有歸因於突起及凹陷之圖案的各向異性潤濕性質之情況下，仍確認有可能預測均勻統一膜7。以上述方式產生對模具具有突起及凹陷之圖案之情況而言適當的液滴排列。
藉由安裝在噴墨印表機之主機電腦中的程式來執行以上步驟。
(模壓步驟)
使模具接近石英基板，以使得此兩者之間的間隙為0.1mm或以下，且自石英基板之後表面執行定位，以使得石英基板上的對準標記之位置匹配模具上的對準標記之位置。將Si模具與石英基板之間的空間替換為是99體積%或以上之He的氣體。接著，執行降壓至20kPa或以下。使模具在降壓之He條件下接觸抗蝕劑之液滴。在接觸之後，施加1MPa之壓力歷時一分鐘，且以300mJ/cm2 之劑量照射包含360nm之波長的紫外線光，以固化抗蝕劑。
(脫模步驟)
以機械方式固持石英基板及模具之外邊緣部分，或藉由吸力固持基板及模具之後表面。接著，使石英基板或模具在與按壓方向相反的方向上相對地移動，以釋放且分離 模具。
(基板處理步驟)
使用轉印有突起及凹陷之圖案的抗蝕劑膜作為遮罩，如下文所述而執行乾式蝕刻。藉此，在石英基板上形成基於抗蝕劑膜之突起及凹陷之圖案的突起及凹陷之形狀，以獲得具有突起及凹陷之預定圖案的石英模具。
首先，藉由氧電漿蝕刻移除存在於圖案之凹陷處的殘餘膜，以曝露圖案之凹陷處的石英基板。此時，設定條件以使得蝕刻之量能夠移除突起及凹陷之圖案之區域內的最厚殘餘膜。接下來，使用圖案之突起作為遮罩，在石英基板上施用使用氟系氣體之RIE。設定RIE條件以使得蝕刻之深度為60nm。最後，藉由氧電漿蝕刻移除圖案之突起之殘餘物。藉由以上基板處理步驟產生為Si模具之複本的石英模具。
[工業適用領域]
上文所描述之實施例及實例是針對將本發明用於奈米壓印之情況。然而，本發明之用途不限於奈米壓印。本發明亦可應用於(例如)半導體及顯示器之領域中所使用的密封技術。
1、4‧‧‧突起及凹陷之圖案
1a‧‧‧突起及凹陷之直線性圖案
1b‧‧‧突起及凹陷之直線性圖案
1c‧‧‧突起及凹陷之直線性圖案
2‧‧‧突起
2s‧‧‧突起之上部表面
3s‧‧‧平滑表面
5‧‧‧膜
6、6a、6b‧‧‧液滴
7‧‧‧統一膜
8‧‧‧歸因於殘氣之缺陷
10‧‧‧噴墨裝置/噴墨塗佈裝置
12‧‧‧支撐座
14‧‧‧支撐柱
16‧‧‧橫樑
18‧‧‧頭固持/移動構件
20‧‧‧噴墨頭
22‧‧‧對準區段/工作件對準構件
24‧‧‧工作件固持/移動構件
26‧‧‧工作件/基板
28‧‧‧噴嘴表面觀測構件
30‧‧‧排出狀態觀測構件
30a‧‧‧發光構件(光源)
30b‧‧‧光接收構件(攝影機)
32‧‧‧維護構件
48‧‧‧裝載/卸載區段
50‧‧‧抗蝕劑供應槽
52、78、84‧‧‧加熱/冷卻構件//溫度調整構件
54‧‧‧溫度感測器
56、64、68、76‧‧‧泵
58‧‧‧過濾器
60‧‧‧除氣設備
62‧‧‧液阱區段
66‧‧‧子槽
67‧‧‧薄膜
70、72、74‧‧‧閥
80‧‧‧壓力感測器
82、86‧‧‧溫度感測器
88‧‧‧蓋
90‧‧‧吸引泵
92‧‧‧回收槽
100‧‧‧主機電腦
101‧‧‧液滴排列圖案
102‧‧‧通信介面
104‧‧‧系統控制器
106‧‧‧影像記憶體
108‧‧‧印刷控制區段
110‧‧‧頭驅動器
112‧‧‧影像緩衝記憶體
114‧‧‧抗蝕劑供應區段
116‧‧‧抗蝕劑供應控制區段
118‧‧‧維護控制區段/維護控制構件
120‧‧‧觀測區段
122‧‧‧觀測控制區段
124‧‧‧裝載/卸載控制區段
126‧‧‧對準控制區段
128‧‧‧馬達區段
130‧‧‧馬達控制區段
A‧‧‧分析表面
A‧‧‧管線
A1‧‧‧具有預定各向異性潤濕性質之表面
A3‧‧‧具有預定各向同性潤濕性質之表面
B‧‧‧管線
C‧‧‧格子
Ca‧‧‧分析格子
CL‧‧‧接觸線
Dp‧‧‧圖案之軸線方向
Dpa‧‧‧軸線方向
Dpb‧‧‧軸線方向
Dpc‧‧‧軸線方向
DSa‧‧‧滴落位點
DSb‧‧‧滴落位點
Dv‧‧‧垂直於圖案之軸線方向的方向
h‧‧‧固化之後的自分析表面A起之抗蝕劑膜的高度(對應於奈米壓印中的所謂殘餘膜之厚度)
H‧‧‧突起之高度/凹陷之深度
L‧‧‧突起之長度/凹陷之長度
na ‧‧‧正交於氣體液體界面之向量
nb ‧‧‧正交於分析表面之向量
ndrop ‧‧‧液滴之最大數目
ninit ‧‧‧數目
N‧‧‧凹陷之數目
P‧‧‧圖案化表面
S‧‧‧分析表面A之面積
Vc‧‧‧正交於接觸線CL之向量
Vp‧‧‧正交於接觸線CL的平行於圖案之軸線方向Dp的向量
Vv‧‧‧正交於接觸線CL的垂直於圖案之軸線方向Dp的向量
Wg‧‧‧解析度
Wp‧‧‧突起之寬度
Wr‧‧‧突起當中的間隔/凹陷之寬度
θc ‧‧‧接觸角
θcp ‧‧‧接觸角
θcv ‧‧‧接觸角
圖1為圖案化表面(其為分析目標)及為圖案化表面之模型之分析表面的示意圖。
圖2A至圖2D為突起及凹陷之線性圖案的圖案及並 非突起及凹陷之線性圖案的圖案之實例的圖式之集合。
圖3A為劃分成多個格子之圖案化表面的概念圖。
圖3B為說明在多個分析表面格子中設定圖案之軸線方向之方式的概念圖。
圖4為說明在分析中設定流體速率之方式的概念圖。
圖5為說明分析中之接觸角的概念圖。
圖6為說明自潤濕性質資料庫所獲得之接觸角θcp 及接觸角θcv 與沿著接觸線之位置處的接觸角θc 之間的關係的概念圖。
圖7為說明用於獲得最佳化液滴排列之程序的方塊圖。
圖8為用於解釋液相之整體體積的示意圖，其為分析中所必要的。
圖9之A至圖9之C為說明基於藉由分析所獲得的統一膜之高度分佈校正液滴排列之方式的示意圖之集合。
圖10為說明根據本發明之實施例之噴墨裝置的示意圖。
圖11為說明圖10之噴墨裝置之抗蝕劑供應系統之組態的示意圖。
圖12為說明圖10之噴墨裝置之控制系統之組態的示意圖。
圖13之A至圖13之B為說明先將多個液滴排列在具有各向異性濕展開之分析表面上，接著執行藉由模擬之分析的圖式之集合。
圖14之A至圖14之B為說明校正多個液滴之排列且接著執行藉由模擬之分析的圖式之集合。
1‧‧‧突起及凹陷之精細圖案/突起及凹陷之圖案
2‧‧‧突起
2s‧‧‧突起之上部表面
3s‧‧‧平滑表面
A‧‧‧分析表面
A1‧‧‧具有預定各向異性潤濕性質之表面
A3‧‧‧具有預定各向同性潤濕性質之表面
H‧‧‧突起之高度/凹陷之深度
L‧‧‧突起之長度/凹陷之長度
P‧‧‧圖案化表面
Wg‧‧‧解析度
Wp‧‧‧突起之寬度
Wr‧‧‧突起當中的間隔/凹陷之寬度

Claims (13)

  1. 一種模擬方法，用於預測多個液滴之濕展開及結合，所述液滴排列在藉由精細的突起及凹陷之圖案定義之圖案化表面上，所述圖案化表面使各向異性出現在所述液滴之所述濕展開中，所述模擬方法之特徵為包括：第一步驟，其根據所述突起及凹陷之圖案的形狀設定所述圖案之軸線方向，所述突起及凹陷之圖案在所述圖案化表面之模型化分析表面上定義出所述圖案化表面，其為分析目標；第二步驟，其在所述分析表面上設定多個模型化液滴；第三步驟，其參考儲存有指示多個參考圖案化表面各自的潤濕性質之潤濕性質參數作為構成要素的潤濕性質資料庫，所述潤濕性質參數包含對應於每個各自定義所述多個圖案化表面的突起及凹陷之圖案之格式的潤濕性質參數，所述突起及凹陷之圖案各自定義出所述多個圖案化表面；第四步驟，其基於所述潤濕性質資料庫，獲得對應於所述突起及凹陷之圖案的格式的潤濕性質參數，所述突起及凹陷之圖案定義出所述圖案化表面，且其為所述分析目標；第五步驟，其將藉由定義為所述分析目標之所述圖案化表面的所述突起及凹陷之圖案所賦予的對液滴之所述濕展開之影響當作所述分析表面的潤濕性質，且藉由併有所 獲得潤濕性質參數之氣體液體二相流分析，來分析所述分析表面上的所述多個液滴之所述濕展開及結合；及第六步驟，其輸出在所述第五步驟中獲得之分析結果以作為由所述多個液滴所形成的統一膜之高度分佈。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之模擬方法，其特徵為：所述潤濕性質參數包含接觸角θcp 及接觸角θcv 的值，接觸角θcp 為接觸線之法線向量的方向與所述圖案之所述軸線方向彼此平行之位置處的所述接觸線之接觸角；接觸角θcv 為所述接觸線之所述法線向量的所述方向與所述圖案之所述軸線方向彼此垂直之位置處的所述接觸線之接觸角，其中氣體、液體及固體三相以所述接觸角θcp 彼此接觸；且所述第五步驟將藉由下文式(1)所獲得之θc 指定為沿著所述接觸線之各個位置處的接觸角，且藉由校正沿著所述接觸線之所述各個位置處的氣體液體界面之法線向量，來執行併有所取得的所述潤濕性質參數的所述氣體液體二相流分析，以使得由所述氣體液體界面之所述法線向量與所述分析表面之法線向量所形成的角形成所述接觸角θc ，θ c =θ cp ．|cosΦ|+θ cv ．|sinΦ| (1)式(1)中Φ表示沿著所述接觸線之各個位置處，由 所述接觸線之法線向量的所述方向與所述圖案之所述軸線方向所形成的角。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之模擬方法，其特徵為：所述第二步驟排列小於或等於藉由下述式(2)所確定之最大數目ndrop 之數目ninit 個液滴，以作為所述多個液滴；所述模擬方法更包括第七步驟，所述第七步驟根據所述第六步驟中所獲得之所述高度分佈，在所述高度分佈中存在具有不匹配預定臨限高度之高度的部分之情況下，調整所述分析表面上的所述多個液滴之所述排列及/或在不超過所述最大數目ndrop 之範圍內增加所述多個液滴的數目；且對其排列已調整及/或其數目已增加的所述多個液滴重複地執行所述第五步驟至所述第七步驟，直至在所述高度分佈中不存在具有不匹配所述預定臨限高度之高度的部分為止，以最佳化所述多個液滴之所述排列， 式(2)中Vfilm 表示待形成於所述分析表面上之所述統一膜的目標體積，Vdrop 表示每一液滴之體積，且int表示將括號內小數點之後的數字自數值中刪除。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之模擬方法，其特徵 為：所述第二步驟排列小於或等於藉由下述式(2)所確定之最大數目ndrop 之數目ninit 個液滴，以作為所述多個液滴；所述模擬方法更包括第七步驟，所述第七步驟根據所述第六步驟中所獲得之所述高度分佈，在所述高度分佈中存在具有不匹配預定臨限高度之高度的部分之情況下，調整所述分析表面上的所述多個液滴之所述排列及/或在不超過所述最大數目ndrop 之範圍內增加所述多個液滴的數目；且對其排列已調整及/或其數目已增加的所述多個液滴重複地執行所述第五步驟至所述第七步驟，直至在所述高度分佈中不存在具有不匹配所述預定臨限高度之高度的部分為止，以最佳化所述多個液滴之所述排列， 式(2)中Vfilm 表示待形成於所述分析表面上之所述統一膜的目標體積，Vdrop 表示每一液滴之體積，且int表示將括號內小數點之後的數字自數值中刪除。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之模擬方法，其特徵為更包括：第八步驟，其基於所述多個液滴之所述最佳化排列來產生液滴排列圖案，所述多個液滴之所述最佳化排列是藉 由最後執行的所述第五步驟而獲得的分析結果。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之模擬方法，其特徵為更包括：第八步驟，其基於所述多個液滴之所述最佳化排列來產生液滴排列圖案，所述多個液滴之所述最佳化排列是藉由最後執行的所述第五步驟而獲得的分析結果。
  7. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述之模擬方法，其特徵為：所述第一步驟將為所述分析目標之所述圖案化表面劃分成多個格子、將每一格子模型化為構成所述分析表面的分析格子，且針對每一分析格子設定所述圖案之所述軸線方向。
  8. 一種模擬程式，其特徵為所述模擬程式使電腦執行如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述之模擬方法。
  9. 一種電腦可讀記錄媒體，其特徵為其中記錄有如申請專利範圍第8項所述之模擬程式。
  10. 一種用於產生液滴排列圖案之方法，其特徵為：藉由如申請專利範圍第5項或第6項所述之模擬方法產生液滴排列圖案。
  11. 一種奈米壓印方法，其特徵為包括以下步驟：藉由噴墨方法，根據如申請專利範圍第5項或第6項所述之模擬方法產生之液滴排列圖案，將可固化樹脂之多個液滴排列至處理目標基板的待處理表面上；在圖案化表面及所述待處理表面彼此面對之同時，將 具有為分析目標之所述圖案化表面的模具壓抵排列在所述待處理表面上的所述多個液滴，以在所述待處理表面上形成可固化樹脂膜；以及固化所述可固化樹脂膜後，分離所述模具與所述已固化樹脂膜。
  12. 一種用於產生圖案化基板之方法，其特徵為包括以下步驟：將由已固化樹脂構成的抗蝕劑膜形成至待處理基板上，所述抗蝕劑膜上轉印有模具之突起及凹陷之圖案，且轉印之方法是藉由申請專利範圍第11項所述之奈米壓印方法；及使用所述抗蝕劑膜作為遮罩執行乾式蝕刻，以在所述待處理基板上形成對應於轉印至所述抗蝕劑膜的所述突起及凹陷之圖案的突起及凹陷之圖案，以獲得圖案化基板。
  13. 一種噴墨裝置，其特徵為包括：電腦可讀記錄媒體，其中記錄有使電腦執行如申請專利範圍第5項或第6項所述之模擬方法的模擬程式。
TW101111395A 2011-03-31 2012-03-30 模擬方法、電腦可讀記錄媒體、產生液滴排列圖案的方法、奈米壓印方法、產生圖案化基板的方法以及噴墨裝置 TWI490636B (zh)

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