JP2022061365A - 吐出装置、吐出装置の製造方法およびインプリント装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の汚染を抑制することができる吐出装置、吐出装置の製造方法およびインプリント装置を提供すること。【解決手段】吐出ヘッド１の側端面７および吐出口面９の端部を含む外周部に充填剤６を塗布して、吐出ヘッド１の側端面７および吐出口面９の外周部を充填剤６で覆う。【選択図】図３

Description

本発明は、吐出材を吐出する吐出装置、吐出装置の製造方法およびインプリント装置に関する。

インプリント装置では、レジスト等の吐出材を吐出装置の吐出ヘッドから吐出するものがある。インプリント装置に使用されている吐出ヘッドは、複数の基板を貼り合わせることで製作されることがある。このような吐出ヘッドでは、吐出材を吐出する吐出口の開口部近傍への異物や液滴の付着があったり、もしくは吐出材中に気泡が存在したりすることで、吐出の乱れが生じることがある。このような吐出の乱れを解決する技術として、吐出材を加圧吐出させて、異物や気泡を吐出材と共に吐出口の外へ排出することが行われている。

ところで、特許文献１には、インプリント材を吐出する吐出ヘッドではないが、底板の側面に凹凸を形成し、接着面積を増やすことで、底板とモールド剤との接着力を向上させた液体噴射ヘッドが記載されている。

特開２０１７－１２１７６０号公報

本発明者らの検討によれば、吐出材の加圧吐出が行われると、吐出ヘッドに数十ｋＰａの圧力がかかることがあり、貼り合わせた基板が剥離することがあった。貼り合わせた基板が剥離すると、吐出装置内に収容されているレジストが外に漏れ出し、インプリント装置を汚染させてしまう虞がある。一般的に吐出ヘッドの側端面の面積は小さく、基板の剥離が生じるとその小さな側端面に対して、剥離方向の力は剪断的に作用する。そのため、貼り合わせた基板の剥離防止として特許文献１の技術を適用し、吐出ヘッドの側端面に凹凸を設けることで接着面積を増やして接着力を向上させても、基板の剥離を抑制する程の接着力は期待できず、基板の剥離を抑制することは難しい。その結果、レジストが吐出ヘッドから外に漏れ出し、インプリント装置を汚染してしまう虞がある。

よって本発明は、装置の汚染を抑制することができる吐出装置、吐出装置の製造方法およびインプリント装置を提供することを目的とする。

本発明の吐出装置は、吐出材を収容する収容部と、複数の基板を積層して形成され、前記収容部に収容された吐出材を吐出口から吐出する吐出ヘッドと、を備えた吐出装置であって、前記吐出ヘッドの、前記吐出口が形成された吐出口面と交わる面であって、前記複数の基板が積層されて形成された側端面と、および前記吐出口面の端部を含む前記吐出口面の周囲とが、充填剤で覆われていることを特徴とする。

本発明によれば、装置の汚染を抑制することができる吐出装置、吐出装置の製造方法およびインプリント装置を提供することができる。

インプリント装置の構成を示す概略図。 吐出ユニットを示した図。 吐出ユニットにおける吐出ヘッドの断面を示した図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。尚、同一の構成については、同じ符号を付して説明する。また、実施形態に記載されている構成要素の相対配置、形状などは、あくまで例示である。

図１は、本実施形態に適用可能なインプリント装置１０１の構成を示す概略図である。インプリント装置１０１は、半導体デバイスなどの各種のデバイスの製造に使用される。インプリント装置１０１は、吐出装置１０を備える。吐出装置１０は、吐出材１１４をウェハ基板１１１上に吐出する。吐出材１１４としては、樹脂で形成されたレジストが挙げられる。また、インプリント装置に用いる場合には、あとでインプリントされるインプリント材であってもよい。吐出材１１４は、紫外線１０８を受光することにより硬化する性質を有する光硬化性の樹脂である。吐出材１１４は、半導体デバイス製造工程などの各種条件により適宜選択される。光硬化性の吐出材の他に例えば熱硬化性の吐出材を用いてもよく、インプリント装置は、熱でレジストを硬化させてインプリント処理を行う装置でもよい。

インプリント装置１０１は、次の一連の処理を含むインプリント処理を行う。即ち、インプリント装置１０１は、吐出装置１０に吐出材１１４をウェハ基板１１１上に吐出させる。そして、ウェハ基板１１１上に吐出された吐出材１１４に、成型用のパターンを有するモールド１０７を押し付け、その状態において、光（紫外線）の照射によって吐出材１１４を硬化させる。その後、硬化後の吐出材１１４からモールド１０７を引き離すことによって、モールド１０７のパターンをウェハ基板１１１上の吐出材１１４に転写する。尚、成型用パターンとしては平らなパターンでもよく、吐出材１１４の表面をモールド１０７によって平坦化するような装置であっても、インプリント装置と称する。

インプリント装置１０１は、光照射部１０２と、モールド保持機構１０３と、基板ステージ１０４と、吐出装置１０と、制御部１０６と、計測部１２２と、筺体１２３と、を有する。

制御部１０６は、インプリント装置１０１の各構成要素の動作などを制御する。制御部は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、およびＲＡＭを有するコンピュータで構成される。制御部１０６は、インプリント装置１０１の各構成要素に回線を介して接続され、ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って各構成要素の制御をする。

光照射部１０２は、光源１０９と、光源１０９から照射された紫外線１０８を補正するための光学素子１１０と、を有する。光源１０９は、例えばｉ線またはｇ線を発生するハロゲンランプである。紫外線１０８は、モールド（型）１０７を介して吐出材１１４に照射される。紫外線１０８の波長は、硬化させる吐出材１１４に応じた波長である。尚、レジストとして熱硬化性レジストを用いるインプリント装置の場合は、光照射部１０２に代えて、熱硬化性レジストを硬化させるための熱源部が設置される。

吐出装置１０は、吐出ユニット１００と、吐出ユニット１００の収容部内の圧力を制御する圧力制御ユニット（圧力制御部）１５０とを有する。吐出ユニット１００は、吐出材１１４を収容する収容部２（図２参照）と、収容部２に装着される吐出ヘッド１（図２参照）と、を備える。

図２は、吐出ユニット１００を示した図である。図２（ａ）は、図２（ｂ）のＩＩａ－ＩＩａにおける断面図であり、図２（ｂ）は、吐出ユニット１００のＺ方向矢視図である。吐出ユニット１００は、収容部２と吐出ヘッド１と保護部１５とを備えている。吐出ヘッド１と保護部１５との間には、溝状の充填部３が設けられている。収容部２には、吐出材１１４であるレジストが収容されており、収容部２の鉛直方向（Ｚ方向）下方に吐出ヘッド１が設けられている。収容部２が備えた不図示の吐出制御部は、吐出ヘッド１から意図したタイミングでレジストを吐出するように、吐出ヘッド１の不図示の電気的接続部に吐出信号を送る。収容部２に収容されているレジストは、電気接続部で受信した信号に基づいて吐出ヘッド１の吐出口５から吐出される。

吐出ヘッド１には、複数の吐出口５および吐出口５に対応した吐出機構が設けられている。吐出機構は、例えばピエゾ素子により構成され、吐出材１１４に圧力または振動などのエネルギーを加えることで、吐出口５から吐出材１１４を吐出する。吐出機構は、吐出材１１４を微細液滴、例えば１ｐＬの液滴として吐出可能なエネルギーを発生することができるものであることが好ましい。

また、保護部１５は、吐出ユニット１００をウェハ基板１１１等との衝突による衝撃から保護する部材であり、吐出ヘッド１の周囲に設けられている。吐出ヘッド１と保護部１５との間の充填部３には、充填剤６が充填されている。充填部３に充填剤６を充填することで、吐出ヘッド１の周囲および吐出ヘッド１の電気的接続部が充填剤６で封止される。充填剤６は、電気的接続部を封止することで電気的接続部を保護する役割も担っている。

図３は、図２のIII－IIIにおける断面を示した図である。吐出ヘッド１には、レジストを吐出する複数の吐出口５が配置されており、複数の吐出口５の他に、複数の圧力室８０と供給口１６と、各圧力室に配置される吐出機構であるエネルギー発生素子１７が設けられている。エネルギー発生素子１７はレジストを吐出させるエネルギーを発生させる素子であり、圧電素子や発熱抵抗体が挙げられる。本実施形態では、エネルギー発生素子１７として圧電素子を用いている。エネルギー発生素子１７を制御部で制御することで、エネルギー発生素子１７と吐出口５との間の圧力室８０のレジストが、吐出口５から吐出される。さらに、吐出ヘッド１の厚さは１ｍｍ程度あるいはそれ以下の厚さを備えており、その１ｍｍ程度の厚さの間に吐出口５、圧力室８０、供給口１６、流路１４のような微小な構造が半導体技術を利用して形成されている。

吐出ヘッド１は、第１の基板２０と、第２の基板２１と、第３の基板２２と、第１の基板２０と第２の基板２１を接着する第１の接着層２３と、第２の基板２１と第３の基板２２を接着する第２の接着層２４とを積層することで形成されている。また、本実施形態では吐出ヘッド１は、３枚の基板（第１の基板２０、第２の基板２１、第３の基板２２）を貼り合わせた構成を説明するが、少なくとも２枚以上の基板を貼り合わせた構成であればよい。また、第１の基板２０、第２の基板２１、第３の基板２２の接合には、接着剤を使用せず、直接接合（超音波接合等）されていてもよい。

収容部２は、圧力制御ユニット１５０と接続されており、圧力制御ユニット１５０で収容部２内の圧力を制御することで、収容部２内のレジストが吐出口５から漏れ出さないように、微小の負圧で吐出口５におけるメニスカスを維持している。また、不図示の吐出制御部から電気的接続部を介してエネルギー発生素子１７へ吐出信号を送ることで、意図した吐出が可能であり、吐出口面９の真下に位置するウェハ基板１１１に、吐出口５から吐出材１１４が吐出される。ウェハ基板１１１と吐出口面９との距離（矢印α）（図２参照）は数百μｍであり、この距離を短くすることで、吐出された吐出材１１４の着弾位置精度を向上することができる。

吐出ユニット１００では、吐出材１１４を加圧しながら吐出させて、吐出口５に付着した異物や気泡を外へ排出することが行われる。その際に、吐出ヘッド１には数十ｋＰａの圧力がかかり、第１の接着層２３あるいは第２の接着層２４の接着力が弱い場合、基板間において剥離が生じることがある。吐出ヘッド１の基板間で剥離が生じると、吐出ユニット１００内に収容されている吐出材１１４が外に漏れ出し、漏れ出た吐出材１１４によってインプリント装置１０１を汚染させることがある。

そこで、本実施形態では、吐出ヘッド１の吐出口５が形成された吐出口面９と交差する面である側端面７、および、吐出口面９の端部を含む外周部に充填剤６を塗布して、吐出ヘッド１の側端面７および吐出口面の外周部を充填剤６で覆っている。側端面７は、上述の複数の基板（第１の基板２０、第２の基板２１、第３の基板２２）が積層されて形成された面である。吐出ヘッド１の側端面７へ塗布した充填剤６と、吐出口面９の端部を含む外周部に塗布した充填剤６とは、接続される（接触する）ようにする。側端面７は、溝状の充填部３の一部を成しており、側端面７への充填剤６の塗布は、充填部３へ充填剤６を充填することによって行われる。つまり、充填部３へ充填剤６を充填することによって、充填剤６の表面張力によって吐出ヘッド１の側端面７が充填剤６で覆われる。図２（ｂ）のように、矩形である吐出口面９の４辺における外周部が充填剤６で覆われる。つまり、吐出口面９の周囲が充填剤６で覆われている。

このように、充填剤６で吐出ヘッド１の側端面７、および、吐出口面９の端部を含む外周部を覆う。第１の接着層２３或いは第２の接着層２４で剥離が生じようとする際には、剥離方向に力が発生する。この剥離方向の力に抗する力が、充填剤６によって、基板（第１の基板２０、第２の基板２１、第３の基板２２）に作用する。これによって、吐出ヘッド１の基板の剥離の発生を抑制することができる。仮に第１の接着層２３あるいは第２の接着層２４で剥離が生じても、吐出ヘッド１の側端面７から吐出口面９の外周部までが充填剤６で覆われて封止されていることから、レジストが外部に漏れ出すことを抑制することができる。

吐出口面９の端部を含む外周部を充填剤６で覆うことにより、充填剤６は吐出口面９から突出した状態となる。前述したように、吐出ヘッド１と対向する位置にはウェハ基板１１１があり、吐出ヘッド１の吐出口面９とウェハ基板１１１との間は数百μｍである。そのため、塗布された充填剤６が吐出口面９から大きく突出すると、充填剤６とウェハ基板１１１とが接触する虞がある。そこで、充填剤６を塗布する際は、充填剤６の吐出口面９からの高さ（充填剤６の厚さ）は、１００μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは７０μｍ以下、さらに好ましくは５０μｍ以下となるように充填剤６の量や粘性等を調整することが好ましい。本実施形態では、充填剤６の粘度を５ｃＰ以下とすることで、充填剤６が吐出口面９から突出しないようにしている。また、充填剤６の突出量が小さすぎると、基板剥離抑制の効果が低減する。この観点から、充填剤６の吐出口面９からの高さ（充填剤６の厚さ）は、３０μｍ以上であることが好ましい。

なお、吐出口面９には複数の吐出口５が設けられており、吐出口面９の外周部に充填剤６を塗布すると、外周部の近傍に配置された吐出口５を充填剤６で塞いでしまう虞がある。そのため、充填剤６を吐出口面９の外周部に塗布する際には、吐出口５を塞がないように塗布することが求められる。この点から、充填剤６を正確な位置に塗布することができるジェット方式（例えばピエゾ方式）のディスペンサを用いることが好ましい。

また、充填部３への充填剤６の充填では、充填剤６の硬化収縮による吐出ヘッド１の割れの発生を抑制する必要がある。そのために、充填部３の矢印Ｚ方向を１５と同じ位置になるまで充填剤６で完全に満たすのではなく、図３のように、充填部３には少ない体積の充填剤６を充填し、充填部３を充填剤６で塞がないようにするとよい。ただし、充填剤６の充填量は、（例えば充填剤６の表面張力によって）吐出ヘッド１の側端面７が覆われる（吐出口面９の端部にまで到達する）量であることが求められる。

また、図３のように、充填部３の内部において、充填剤６が一旦へこんでおり（凹部を形成している）、そこから両側に、特に側端面７に向かって高くなっている形状であることが好ましい。このような形状であれば、吐出ヘッド１の基板の剥離の発生をより抑制することができる。

本実施形態の吐出ユニット１００では、前述の通り、エネルギー発生素子１７として圧電素子を用いており、この圧電素子を用いることで、吐出ヘッド１における基板の剥離検知を行っている。吐出ヘッド１の接着層において基板の剥離が生じると、吐出口５における圧力が異常となり正常な吐出ができなくなる。そこで、本実施形態では、吐出ヘッド１に組み込まれた圧電素子の逆起電力信号の検出し、吐出口５における圧力異常を確認することで、基板の剥離を検知することができる。なお、基板の剥離検知は、吐出ユニット１００の待機時に行う。

吐出ユニット１００の製造では、まず、３枚のシリコンウェハを貼り合わせ、エッチングなどの加工によって流路となる穴や吐出口５を設ける。その後、ダイシングによって貼り合わせたシリコンウェハをチップサイズに切り出し、その後、ダイボンディングを行って収容部２に、切り出したチップ（吐出ヘッド１）を接着する。そして、ワイヤボンディングを行い、フレキケーブルを繋いで吐出ヘッド１との電気的な接続を行う。その後、充填部３に充填剤６を充填する。その際、吐出ヘッド１の側端面７および吐出口５が形成された吐出口面９の端部を含む外周部に充填剤６を塗布して、吐出ヘッド１の側端面７および吐出口面９の外周部を充填剤６で覆う。

なお、充填剤６は、脱ガスが基準値を下回り、レジスト耐性がある材質である必要がある。脱ガスの基準値として有機総量が３０μｇ／ｍ³未満であること、シロキサンが０．１０μｇ／ｍ³であることが好ましい。レジスト耐性のある材質として、エポキシ樹脂を成分とする熱硬化性の充填剤が好ましい。

ここで、レジストは、少なくとも重合性化合物である成分Ｓを有する化合物である。本実施形態に係るレジストである硬化性組成物は、さらに光重合開始剤である成分Ｔ、増感剤等の非重合性化合物である成分Ｕ、溶剤である成分Ｖを含有してもよい。

ここで、本明細書において重合性化合物とは、光重合開始剤（成分Ｔ）から発生した重合因子（ラジカル等）と反応し、連鎖反応（重合反応）によって高分子化合物からなる膜を形成する化合物である。このような重合性化合物（成分Ｓ）としては、例えば、ラジカル重合性化合物が挙げられる。

成分Ｓである重合性化合物は、一種類の重合性化合物のみから構成されていてもよく、複数種類の重合性化合物で構成されていてもよい。ラジカル重合性化合物が、例えば、アクリロイル基又はメタクリロイル基を１つ以上有する複数種類の化合物で構成される場合には、重合性化合物は、単官能（メタ）アクリルモノマーと多官能（メタ）アクリルモノマーを含むものを用いることができる。溶剤（成分Ｖ）としては、成分Ｓ、成分Ｔ、成分Ｕが溶解する溶剤であれば特に限定はされず、常圧における沸点が８０℃以上２００℃以下の溶剤であることが好ましい。

このように、吐出ヘッド１の側端面７および吐出口面９の端部を含む外周部に充填剤６を塗布して、吐出ヘッド１の側端面７および吐出口面９の外周部を充填剤６で覆う。これによって、装置の汚染を抑制することができるインプリント装置を提供することができる。

１ 吐出ヘッド
２ 収容部
３ 充填部
５ 吐出口
６ 充填剤
９ 吐出口面
１０ 吐出装置
１００ 吐出ユニット
１０１ インプリント装置
１１１ ウェハ基板
１１４ 吐出材（レジスト）

Claims (12)

1. 吐出材を収容する収容部と、
   複数の基板を積層して形成され、前記収容部に収容された吐出材を吐出口から吐出する吐出ヘッドと、を備えた吐出装置であって、
   前記吐出ヘッドの、前記吐出口が形成された吐出口面と交わる面であって、前記複数の基板が積層されて形成された側端面と、および前記吐出口面の端部を含む前記吐出口面の周囲とが、充填剤で覆われていることを特徴とする吐出装置。
2. 前記吐出口面は矩形であり、前記吐出口面の前記端部である４辺の外周部が充填剤で覆われている請求項１に記載の吐出装置。
3. 前記吐出口面の外周部を覆う前記充填剤は、前記吐出口面からの高さが１００μｍ以下である請求項１または２に記載の吐出装置。
4. 前記充填剤の粘度は、５ｃＰ以下である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の吐出装置。
5. 前記吐出ヘッドは、３枚の前記基板が積層して形成されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の吐出装置。
6. 前記充填剤は、エポキシ樹脂を成分とする熱硬化性の充填剤である請求項１ないし５のいずれか１項に記載の吐出装置。
7. 前記側端面は、前記充填剤を充填する溝状の充填部の一部を成し、前記充填部は、前記充填剤で塞がれていない請求項１ないし６のいずれか１項に記載の吐出装置。
8. 前記吐出材はレジストである請求項１ないし７のいずれか１項に記載の吐出装置。
9. 前記吐出材はインプリント材である請求項１ないし７のいずれか１項に記載の吐出装置。
10. 吐出材を収容する収容部と、
    前記収容部と接続され、前記収容部内の圧力を制御する圧力制御部と、
    複数の基板を積層して形成され、前記収容部に収容された吐出材を吐出口から吐出する吐出ヘッドと、を備えた吐出装置の製造方法であって、
    前記吐出ヘッドにおける、前記吐出口が形成された吐出口面と交わる面であって、前記複数の基板が積層されて形成された側端面、および前記吐出口面の端部を含む前記吐出口面の周囲を充填剤で覆う充填工程を備えていることを特徴とする吐出装置の製造方法。
11. 吐出ヘッドの吐出口から吐出材を吐出する吐出手段と、
    前記吐出口からの吐出材の吐出を制御する制御手段と、
    前記吐出手段によって吐出された吐出材にパターンを形成するモールドと、
    前記モールドを保持する保持手段と、を備えたインプリント装置であって、
    前記吐出ヘッドは、前記吐出口が形成された吐出口面と交わる面であって、前記複数の基板が積層されて形成された側端面、および前記吐出口面の端部を含む前記吐出口面の周囲が充填剤で覆われていることを特徴とするインプリント装置。
12. 前記吐出ヘッドの基板の剥離を検出する検知手段を備えている請求項１１に記載のインプリント装置。

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