KR101149103B1

KR101149103B1 - 광경화 수지의 특성 시험 장치, 그 시험 장치에서 사용하는 유지구, 특성 시험 방법

Info

Publication number: KR101149103B1
Application number: KR1020100081419A
Authority: KR
Inventors: 마사키 가네다; 마사루 나카가와; 아키히로 고노
Original assignee: 가부시키가이샤 토호쿠 테크노 아치; 가부시키가이샤 시마즈세이사쿠쇼
Priority date: 2009-09-07
Filing date: 2010-08-23
Publication date: 2012-05-29
Also published as: KR20110026378A; JP2011060843A; TWI420091B; US20110056310A1; US8418564B2; CN102012335B; CN102012335A; TW201116818A; JP5583374B2

Abstract

본 발명은 광경화 수지의 특성 시험 장치, 그 시험 장치에서 사용하는 유지구, 특성 시험 방법으로서, 광경화 수지와 억압 부재 사이에서 발생하는 힘을 검출기로 측정하기 위한 유지구는 광경화 수지에 억압되는, 광 투과성의 억압 부재와, 검출기와 억압 부재 사이에 설치되고 광원이나 광섬유 등의 전송로와 비접촉 상태로 외부의 광원으로부터 출사된 광을 억압 부재를 향하여 조사되는 광조사 블럭을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

광경화 수지의 특성 시험 장치, 그 시험 장치에서 사용하는 유지구, 특성 시험 방법{PROPERTY TESTING APPARATUS FOR PHOTOCURABLE RESIN, RETAINER USED IN THE TESTING APPARATUS AND PROPERTY TESTING METHOD}

본 발명은 광경화 수지의 각종 특성을 측정하는 특성 시험 장치, 그 시험 장치에서 사용하는 유지구(保持具), 특성 시험 방법에 관한 것이다.

종래부터 광경화 수지의 박리력으로 대표되는 이형(離型)시의 특성이 연구되고 있다(비특허문헌 1)에 개시된 광경화 수지의 특성 측정법은 이하와 같은 수순으로 실시된다.

(a) 광경화 수지를 적하하는 장치에 의해, 한쪽의 직사각형 유리 기판상에 광경화 수지를 적하하고, 그 기판과 직교하도록 다른 쪽의 직사각형 유리 기판을 맞대어 접착한다.

(b) 광경화 수지로 접착된 한쌍의 유리 기판을 시험 장치에 반송하고 한쪽의 기판의 양단을 양쪽 지지 상태로 지지한다.

(c) 유리 기판을 투과하여 광경화 수지에 자외선 광을 조사하여 광경화 수지를 경화시킨다.

(d) 그 후, 다른쪽 유리 기판의 양단에 한쪽의 유리 기판으로부터 멀어지는 방향으로 시험력을 부여하고, 경화된 광경화 수지의 박리력을 측정한다.

비특허문헌 2에 개시된 특성 측정법은 이하와 같은 시험 장치와 지그를 사용하여 실시된다. 이 시험 장치는 광경화 수지가 표면에 적하되는 템플릿을 유지하는 테이블과, 테이블의 하방으로부터 템플릿을 통하여 광경화 수지에 자외선 광을 조사하는 자외선 광 조사 장치와, 테이블상의 템플릿에 적하된 광경화 수지에 접하는 반구체 억압 지그와, 로드셀을 통하여 억압 지그를 승강하는 승강 장치를 구비한다.

비특허문헌 2에 개시된 특성 측정법의 수순은 다음과 같다.

(a) 테이블상에 유지된 템플릿(스탬퍼에 상당하는 부재)의 표면에 광경화 수지를 적하한다.

(b) 승강 장치에 의해 반구체 억압 지그를 하강시키고, 직경 2 ㎜ 정도의 수지제의 반구체를 광경화 수지에 접촉시키고 자외선 광을 조사한다.

(c) 광경화 수지의 경화 후, 승강 장치에 의해 반구체 억압 지그를 상승시키고 반구체를 템플릿으로부터 분리한다. 이 때, 템플릿과 반구체 사이에서 경화된 광경화 수지는 반구체의 이동에 따라 템플릿으로부터 박리되고 구체측에 이설(移設)된다.

Measurement of Adhesive Force Between Mold and Photocurable Resin In Imprint Technology; Jpn.Appl.Phys.Vol,41(2002)pp.4194-4197 Quantifying release in step-and-flash imprint lithography:J.Vac.Sci.Technol.B24(6), Nov/dec 2006

비특허문헌 1의 시험 장치는 광경화 수지를 적하된 위치로부터 시험장치까지 반송했을 때, 직사각형 유리를 경사지지 않게 시험 장치에 설치하는 것이 어렵다. 즉, 장착한 2 매의 직사각형 유리 기판의 기울기와, 시험 장치의 부하축의 기울기에는 반드시 오차가 있고, 이에 의해 2 매의 직사각형 유리 기판에 수직 방향의 힘을 부가하는 것이 어렵다. 또한, 한쪽의 직사각형 유리 기판을 다른쪽 직사각형 유리 기판으로부터 벌어지도록 힘을 부여할 때 유리 기판이 휜다. 그 결과, 시험의 재현성이나 얻어지는 데이터의 신뢰성에 문제가 있다.

비특허 문헌 2의 시험 장치는 억압 지그의 반구체가 영률이 낮은 수지로 제작되어 있고, 실제의 공정과 같이 석영과 수지의 조합은 아니다. 지그의 상하가 실제의 공정과는 반대이고, 광경화 수지에 첨가된 이형제의 표면 편석(偏析) 효과가 특정 데이터에 반영되지 않는다. 또한, 반구체의 반경이 2 ㎜에서 실제의 공정과는 조건이 전혀 상위하므로, 데이터의 적확성에 문제가 있다.

본 발명의 제 1 형태에 의하면, 광경화 수지와 억압 부재의 사이에서 발생하는 힘을 검출기에서 측정하기 위한 유지구는 광경화 수지에 억압되는, 광투과성의 억압 부재와, 검출기와 억압 부재 사이에 설치되고, 광원이나 광섬유 등의 전송로와 비접촉 상태에서, 외부의 광원으로부터 출사된 광을 억압 부재를 향하여 조사하는 광조사 블럭을 구비한다.

본 발명의 제 2 형태에 의하면 제 1 형태의 유지구에서, 광조사 블럭은 그 하면에 억압 부재를 교환 가능하게 장착하는 장착부를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 3 형태에 의하면 제 2 형태의 유지구에서, 장착부는 광경화 수지의 경화에 따른 수축에 따라서 억압 부재가 소정의 간극만큼 이동 가능하게 구성할 수 있다.

본 발명의 제 4 형태에 의하면 제 2 형태의 유지구에서 광조사 블럭은 외부의 광원으로부터 출사되어 오는 광을 도입하는 광도입창과, 광도입창으로부터 도입된 광원으로부터의 광을 억압 부재를 투과시켜 광경화 수지에 인도하는 반사 미러를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 5 형태에 의하면 제 1 내지 제 4 형태의 유지구에서 억압 부재의 수지 접촉면은 구면(球面)인 것이 바람직하다.

본 발명의 제 6 형태에 의하면 광경화 수지와 억압 부재 사이에서 발생하는 힘을 측정하는 시험 장치는 제 1 내지 제 4 형태의 유지구와, 힘을 계측하는 검출기와, 광경화 수지가 적하된 기판을 유지하는 기판 유지 기구와, 기판과 억압 부재를 상대적으로 이동시키는 이동 기구를 구비한다.

본 발명의 제 7 형태에 의하면 제 6 형태의 시험 장치에서 외부의 광원으로부터의 광을 억압 부재를 투과시켜 광경화 수지에 조사하고 있을 때 검출기는 광경화 수지와 억압 부재 사이에서 발생하는 힘을, 광경화 수지의 수축력으로 계측할 수 있다.

본 발명의 제 8 형태에 의하면 제 6 형태의 시험 장치에서 외부의 광원으로부터의 광이고, 억압 부재를 투과한 광의 광경화 수지에 대한 조사가 종료된 후, 이동 기구는 기판과 억압 부재를 소정의 일정 속도로 상대적으로 이동시키고, 검출기는 일정 속도에서의 이동 중에 광경화 수지와 억압 부재 사이에서 발생하는 힘을, 광경화 수지의 박리력으로서 계측할 수 있다.

본 발명의 제 9 형태에 의하면 제 6 형태의 시험 장치에서 불활성 가스를 분사하는 가스 공급 부재를 추가로 구비하고 기판과, 억압 부재와, 가스 공급 부재에 의해 둘러싸이는 공간이 불활성 가스로 치환되는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 10 형태에 의하면 광경화 수지와 억압 부재 사이에서 발생하는 힘을 측정하고, 광경화 수지의 특성을 시험하는 특성 시험 방법으로서, 기판상에 광경화 수지를 적하하고 적하된 광경화 수지를 광투과성의 억압 부재로 억압하고, 광원이나 광섬유 등의 전송로와 비접촉 상태에서, 외부의 광원으로부터 출사된 광을 상기 억압 부재를 투과시켜 광경화 수지에 조사하고, 억압 부재와 광경화 수지 사이에서 발생하는 힘을 검출한다.

본 발명의 제 11 형태에 의하면 제 10 형태의 특성 시험 방법에서 억압 부재와 기판의 위치 관계를 고정하여 발생하는 힘을 검출하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 광경화 수지의 특성 시험 장치에 의하면 다음과 같은 작용 효과를 가질 수 있다.

(1) 광섬유 케이블로 자외선 광을 도입하는 경우에는 케이블의 자중분(자체 중량)이 계측 결과에 영향을 준다. 본 실시 형태에서는 시험 장치 본체(10)로부터 잘라내어 설치한 광원(40)으로부터 출사되는 자외선 광을 비접촉으로 미러 박스(102)에 도입하고 반사면(102R)에서 하방으로 반사시켜 광경화 수지(CR)에 조사하도록 했다. 따라서, 자외선 광을 도입하는 광섬유 등이 불필요해지고 계측 결과에 영향을 주지 않는다. 즉, 광경화 수지로 조사하는 자외선 광을, 억압 부재(104)와는 비접촉 상태로 도입할 수 있으므로, 측정 데이터의 신뢰성이 향상된다.

(2) 광경화 수지에 접촉되는 부재를, 접촉면이 반경 16SR 정도의 구면형을 갖는 석영 유리로 했다. 따라서, 상부 지그(100)의 축심과 실리콘 웨이퍼(SW)의 교차 각도가 90도로부터 어긋나도, 즉 기울기에 시험력을 받아도 시험 결과에 영향을 주지 않고, 또한 억압 압흔 윤곽은 원형이고 표면적을 용이하게 계산할 수 있다.

(3) 광경화 수지에 이형 성능을 향상시킬 목적으로 계면활성제와 같은 첨가제를 첨가하고 있다. 광경화 수지의 표면에 첨가제가 편석하고 있는 경우에는 억압 부재와 수지의 부착력이 작은 값이 된다. 한편, 광경화 수지의 표면에 첨가제가 편석하고 있지 않은 경우에는 억압 부재와 수지의 부착력이 큰 값이 된다. 이와 같이, 이 실시 형태에 의한 특성 시험 장치에서는 비특허 문헌 2와 달리, 첨가제가 편석하는 수지 표면과 억압 부재와의 박리에 따른 시험력을 측정하고 있으므로, 수지 표면의 편석의 영향도 평가할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 광경화 수지의 각종 특성을 평가하는 시험 장치의 개략 구성을 도시한 도면,
도 2는 수축 응력의 측정 결과를 도시한 그래프,
도 3은 박리력의 측정 결과를 도시한 그래프,
도 4는 일 실시 형태에 의한 특성 시험 장치의 구성을 도시한 도면,
도 5는 상부 지그의 상세 내용을 도시한 도면,
도 6은 하부 지그의 상세 내용을 도시한 정면도,
도 7은 하부 지그의 상세 내용을 도시한 측면도, 및
도 8은 억압 구체의 이동에 공차를 가지게 하는 상부 지그의 상세 내용을 도시한 도면이다.

본 발명에 의한 광경화 수지의 특성 시험 장치에 대해서, 개략 구성도인 도 1을 참조하여 설명한다.

턴테이블(TB)상에 진공 흡착된 실리콘 웨이퍼(SW)에 마이크로 디스펜서(MD)로부터 소정량의 광경화 수지(CR)가 적하된다. 적하된 광경화 수지(CR)가 유지구(JG)의 축심(AX)에 합치되도록 턴테이블(TB)이 회전된다. 가스 공급링(GL)도 축심(AX)과 동축 상에 배치되어 있다. 유지구(JG)의 하단에는 광경화 수지에 접촉되는 억압면이 구형인 억압 부재(SP)가 장착되어 있다. 실리콘 웨이퍼(SW)와 억압 부재(SP)의 간격이 소정값으로 설정되도록, 도시하지 않은 승강 장치에 의해 유지구(JG)를 소정 위치까지 하강시키고 억압 부재(SP)를 광경화 수지(CR)에 억압하여 접촉시킨다. 실리콘 웨이퍼(SW)와 억압 부재(SP)의 간격은 고정시켜 둔다.

가스 공급링(GL)으로부터 불활성 가스(예를 들어, 질소, 헬륨)가 분출되면, 실리콘 웨이퍼(SW)와 가스 공급링(GL)과 억압 부재(SP)에 의해 둘러싸인 공간이 불활성 가스 환경이 된다. 가스 분사가 정지되고, 쵸퍼(CH)가 개방되어 유지구(JG)에 외부의 자외선 광원(UR)으로부터 자외선 광이 도입된다. 유지구(JG) 내에 입사된 자외선 광은 전(全)미러(FM)에서 하방으로 반사되고, 억압 부재(SP)를 투과하여 광경화 수지(CR)에 조사된다. 자외선 광을 받은 광경화 수지(CR)는 경화를 개시하여 수축된다. 그 결과, 억압 부재(SP)와 광경화 수지(CR) 사이의 접착력, 및 광경화 수지(CR)의 수축력에 따라서, 유지구(JG)가 하방으로 잡아 당겨진다. 유지구(JG)는 로드셀(LC)에 장착되어 있으므로 로드셀(LC)에서 인장력을 검출할 수 있다.

유지구(JG)는 로드셀(LC)과 억압 부재(SP) 사이에 설치되어 있고, 광섬유 등의 전송로와는 비접촉 상태에서, 외부의 광원(UR)으로부터 출사된 자외선 광을 억압 부재(SP)를 향하여 조사하는 광조사 블럭으로서 기능한다.

광경화 수지를 경화시킬 때에 불활성 가스 환경에서 하는 것은 이하의 이유에 의한다. 광경화 수지로서 광라디칼 중합 수지를 사용하는 경우, 중합을 저해하는 산소를 제거하는 것이 바람직하다. 거기에서, 이 실시 형태에서는 실리콘 웨이퍼(SW) 상에 적하된 광경화 수지를, 가스 공급링(GL)으로 둘러싸인 준(準)밀폐 공간을 형성하여, 이 공간을 불활성 가스로 치환한 후에 자외선 광을 조사하여 경화시키도록 했다.

광경화 수지로서 광 양이온 중합 수지를 사용하는 경우에는 광경화 수지는 수분을 제거한 분위기 중에서 광조사되는 것이 바람직하다. 그 때문에, 상기 공간을 건조시킬 목적으로 불활성 가스를 공급한다.

또한, 도 1에서 틸트 기구(TL)는 실리콘 웨이퍼(SW)의 기울기를 조정하고, 실리콘 웨이퍼(SW)를 축심(AX)에 직교시키기 위한 기구이다. 또한, X-Y축 조정 스테이지(SM)는 턴테이블(TB)을 축심(AX)에 대하여 X, Y 2축으로 위치 조정하기 위한 장치이다.

도 2는 유지구(JG)의 축심 방향의 위치를 변화시키지 않고 광경화 수지(CR)에 자외선 광을 조사했을 때의 시험력 측정 결과를 도시한 그래프이다. 이는 광경화 수지(CR)의 수축 응력을 측정하는 것이다.

유지구(JG)가 하강되고 억압 부재(SP)와 실리콘 웨이퍼(SW)의 거리가 소정값으로 설정된다. 이 때, 억압 부재(SP)는 광경화 수지(CR)에 접촉된다. 시험 개시후 약 5초 후에 자외선 광 조사를 개시한다(사상(事象) P1으로 한다). 시험력은 제로로부터 상승하여 약 11 N의 최대값(사상 P2로 한다)를 나타낸 후, 급격하게 약 1 N까지 하강한다(사상 P3으로 한다). 그 후, 자외선 광 조사가 종료되고 약 22 초 후에 유지구(JG)는 상방으로 일정 속도로 이동을 개시한다. 억압 부재(SP)와 광경화 수지 사이에서는 박리가 일어나고 시험력이 제로(사상 P4로 한다)가 된다.

사상 1로부터 사상 2 사이에서는 자외선 광 조사를 받은 광경화 수지(CR)가 급속하게 경화되어 수축을 개시한다. 이때, 억압 부재(SP)와 광경화 수지(CR) 사이의 접착력과, 광경화 수지(CR)의 수축력에 따라서, 유지구(JG)가 하방으로 잡아당겨지지만, 수축력이 접착력에 근접하면, 경화된 광경화 수지(CR)가 억압 부재(SP)로부터 박리되기 시작하여 시험력은 약 1 N까지 저하된다. 그 후, 사상 3으로부터 사상 4까지는 수축력과 접착력의 관계에 변화가 없고 사상 4가 되면, 유지구(JG)에 설치된 억압 부재(SP)가 상방으로 일정 속도로 이동을 개시하고, 억압 부재(SP)에 1 N 정도의 힘으로 접하고 있던 광경화 수지(CR)는 억압 부재(SP)로부터 완전하게 박리 된다.

도 2의 최대 시험력을, 억압 부재(SP)가 광경화 수지와 접촉하고 있었던 표면적으로 나눈 결과가, 광경화 수지의 단위 면적당의 수축 응력이다.

도 3은 자외선 광 조사에 의해 광경화 수지(CR)가 수축하는 데에 따른 시험력을 취소하도록 억압 부재(SP)의 장착 위치에 공차(allowance)를 가지게 한 경우의 시험력 측정 결과를 나타내는 그래프이다. 이는 광경화 수지(CR)의 박리력을 측정하는 것이다.

유지구(JG)가 강하되고, 억압 부재(SP)와 실리콘 웨이퍼(SW)의 거리가 소정값으로 설정된다. 이때, 억압 부재(SP)는 광경화 수지(CR)에 접촉된다. 시험 개시 시에 시험력은 -0.13 N정도이고, 이는 억압 부재(SP)의 자중(自重) 분에 상당하는 값이다. 시험 개시 후 약 5 초후에 쵸퍼(CH)가 개방되어 자외선 광 조사가 개시되고(사상 P11로 한다), 약 9 초후에 자외선 광 조사가 종료된다. 광 조사 후, 유지구(JG)는 상방으로 일정 속도로 이동을 개시한다.

또한, 자외선 광 조사에 수반하여 광경화 수지(CR)의 경화가 개시되지만, 광경화 수지(CR)에 접착되어 있는 억압 부재(SP)는 부착 기구의 공차에 의해 광경화 수지(CR)의 수축에 따라서 유지구(JG) 본체와 상대적으로 이동한다. 도 3의 상방에 도시한 바와 같이 유지구(JG) 내에서 억압 부재(SP)는 축심(AX) 방향으로 이동하는 공차를 가지고 있다.

또한, 도 3에 도시한 바와 같이 시험 개시 시에 로드셀 출력이 -0.13 N을 나타내는 이유에 대해서 설명한다. 로드셀 출력의 제로점 조정은 억압 부재(SP)의 자중을 포함하여 유지구(JG)의 자중이 로드셀에 작용하고 있을 때의 로드셀 출력값을 제로 리셋하여 실시된다. 따라서, 유지구(JG)를 광경화 수지에 접촉시켰을 때 수지의 점성에 의해 억압 부재(SP)가 유지구(JG)의 본체에 대해서 상대적으로 상방으로 이동하고, 억압 부재(SP)의 자중분이 로드셀(LC)에 작용하지 않게 되고, 그 결과 로드셀(LC)은 -0.13 N의 출력값을 나타낸다.

시험 개시후 약 40 초가 경과하면, 억압 부재(SP)의 공차가 없어져 시험력이 약 0 N이 된다(사상 P12로 한다). 이는 억압 부재(SP)의 공차가 제로가 됨에 따라 유지구(JG)에 억압 부재(SP)의 자중 분의 힘이 작용하기 시작했기 때문이다. 그 후에도 유지구(JG)가 상방으로 일정 속도로 이동하고, 광경화 수지(CR)에 접착되어 있던 억압 부재(SP)가 광경화 수지(CR)로부터 박리되면(사상 P13으로 한다), 시험력이 약 0.3 N까지 급격하게 증가한다(사상 P14로 한다). 그 후, 억압 부재(SP)로부터 광경화 수지가 박리되면 시험력이 거의 0 N이 된다(사상 P15로 한다).

사상 P14에서 시험력이 최대값을 나타낸 후, 시험력이 급격하게 0 N을 향하여 저하되지 않는 것은 억압 부재(SP)와 광경화 수지(CR)에서의 모든 접촉점이 동시에 박리되지 않고, 서서히 박리가 일어나기 때문이라고 생각된다. 또한, 도 3의 사상(P14)의 시험력을 박리력, 또는 부착력이라고 부를 수 있다.

상술한 바와 같이 억압 부재(SP)의 억압면은 구면이다. 이는 이하의 이유에 의한다.

광나노임플란트법으로 반도체 디바이스의 미소 회로를 제작하는 경우, 미소 회로는 선폭이 20~30㎚ 정도의 미세한 구조체를 갖고 있고, 스탬퍼도 나노오더의 반복 요철 구조를 갖고 있다. 그 때문에, 광경화 수지에 스탬퍼를 프레스할 때, 요철 내에 공기가 트랩되어 수지의 유입이 저해되지 않도록, 실리콘 기판의 표면을 1 라디안 정도 휘게 하고 있다. 그래서, 광경화 수지의 박리 특성 등의 평가 시험을 실시하는 경우에도 억압 부재에 얼마간의 곡률을 부여하는 것이 바람직하기 때문이다.

이상 설명한 광경화 수지의 특성을 실제로 측정하는 시험 장치에 대해서 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 광경화 수지의 특성 시험 장치를 도시하고 있다. 특성 시험 장치는 시험 장치 본체(10)와, 제어 장치(30)와, 광경화 수지에 조사하는 자외선을 출사하는 광원(40)과, 광원(40)으로부터 출사된 자외선 광(UV)을 임의의 시점에서 광경화 수지로 인도하는 쵸퍼(45)와, 불활성 가스의 공급 장치(50)를 구비하고 있다.

시험 장치 본체(10)는 이하와 같이 구성되어 있다.

고정 테이블(11)에는 좌우 한쌍의 나사봉(12, 13)이 세워 설치되고 이 나사봉(12, 13)의 상부에는 요크(14)가 가로로 걸쳐져 있다. 나사봉(12, 13)에는 크로스헤드(15)의 좌우 양측에 설치된 한쌍의 너트(도시하지 않음)가 나사 결합되어 있고, 이에 의해 크로스헤드(15)가 나사봉(12, 13)으로 승강 가능하게 지지된다. 나사봉(12, 13)은 고정 테이블(11) 내에 설치된 서보 모터(16)에 의해 구동된다. 이들을 구성하는 각 부재는 억압 부재(104)와 기판(SW)을 상대적으로 이동하는 기능을 구비하고 있다. 나사봉(12)의 회전은 인코더(17)에서 검출되어 제어 장치(30)로 입력된다. 인코더(17)의 출력값으로부터 크로스헤드(15)의 위치를 계산할 수 있다.

크로스헤드(15)의 하면에는 로드셀(19)을 통하여 상부 지그(100)가, 고정 테이블(11)의 상면에는 하부 지그(200)가 각각 서로 대향하여 부착되어 있고, 이들 상부 지그(100) 및 하부 지그(200)의 사이에서 광경화 수지(CR)의 특성이 측정된다. 도 4에서 가스 공급 링(300)은 광경화 수지에 광을 조사할 때, 광경화 수지를 불활성 가스 환경에 노출시키기 위해 사용된다.

상부 지그(100)는 도 5에 도시한 바와 같이, 로드셀(19)에 부착되는 축(101)과, 축(101)의 하단에 설치되어 있는 미러 블럭(102)과, 미러 블럭(102)의 하면에 설치되고, 억압 부재(104)가 착탈 가능하게 되어 있는 장착링(103)과, 장착링(103)에 억압 부재(104)를 장착하기 위한 억압 구체 유지틀(105)을 구비하고 있다.

억압 부재(104)는 석영 유리로 제작된 광투과성의 부재이고, 광경화 수지와의 접촉면이 16 SR(구면의 반경) 정도의 구면으로 형성되어 있다. 즉, 억압 부재(104)는 렌즈 형상으로 형성되어 있다.

미러 블럭(102)은 자외선 광의 도입창(102W) 및 광로(102L)가 형성된 블럭 본체(102a)와, 블럭 본체(102a)에 장착되고 45도로 절단된 면에 반사막을 증착하여 반사면(102R)을 형성한 원주형 유리(102b)를 구비하고 이다. 미러 블럭(102)의 우측방향으로부터 도입창(102W)을 통하여 입사되는 자외선 광(UV)은 원주형 유리(102b)의 반사면(102R)에서 하방으로 반사되어 억압 부재(104)에 입사된다.

억압구체 유지틀(105)은 장착링(103)에 나사 결합되는 숫나사를 갖는 억압 구체 홀더(105a)와, 억압구체 홀더(105a)에 나사 결합되는 암나사를 갖고, 억압 부재(104)를 교환 가능하게 유지하는 리테이너링(105b)을 구비하고 있다. 리테이너링(105b)을 억압구체 홀더(105a)에 나사 결합하여 억압 부재(104)를 억압 구체 홀더(105a)에 장착한다.

도 5에서, 가스 공급 링(300)은 리테이너링(105b)의 외주를 둘러싸고, 또한 억압구체 홀더(105a)의 플랜지가 가스 공급링(300)의 상면에 접하여 배치되어 있다. 가스 공급링(300)의 내주면에는 6 부분의 가스 분출구가 설치되고, 불활성 가스, 예를 들어 질소나 헬륨이 분사된다. 이 때문에, 광경화 수지(CR)의 주위는 불활성 가스로 치환되고, 그 환경에서 자외선 광이 조사된다.

가스 공급링(300)으로부터 불활성 가스가 분출되면, 실리콘 웨이퍼(SW)와 가스 공급링(300)과 억압 부재(104)에 의해 둘러싸인 공간이 불활성 가스 환경이 된다. 가스 분사가 정지되고 쵸퍼(45)가 개방되어, 외부의 자외선 광원(UR)으로부터 출사된 자외선 광은 상부 지그(100)에 인도된다. 상부 지그(100) 내에 입사된 자외선 광은 반사면(102R)에서 하방으로 반사되고, 억압 부재(104)를 투과하여 광경화 수지(CR)를 조사한다. 자외선 광을 받은 광경화 수지(CR)는 경화를 개시하여 수축한다. 그 결과, 억압 부재(104)와 광경화 수지(CR)의 사이의 접착력과, 광경화 수지(CR)의 수축력에 따라서, 상부 지그(100)가 하방으로 끌어 당겨진다. 상부 지그(100)는 로드셀(19)에 장착되어 있으므로, 로드셀(19)에서 인장력을 검출할 수 있다.

가스 공급링(300)은 테이블(11)에 설치된 도시하지 않은 지지대에 수평 요동 가능하게 설치되어 있다. 즉, 지지대에 회동 가능하게 장착되어 있는 암의 선단에 가스 공급링(300)이 설치되어 있다. 지지대에 대한 암의 부착 위치는 가스 공급링(300)이 턴테이블(TB)의 상방 소정 거리의 높이로 유지되도록 미리 설정된다. 또한, 암은 수평면에 대하여 1 도 ~ 2 도 정도 경사지도록 구성되어 있다.

도 6은 특성 시험 장치의 정면도, 도 7은 그 측면도이고 하부 지그(200)를 도시하고 있다.

하부 지그(200)는 고정 테이블(11)에 부착하기 위한 기대(基臺)(201)와, 기대(201) 상에 설치된 XY 스테이지(202)와, XY 스테이지(202) 상에 설치된 원형 형상의 턴테이블(203)을 구비하고 있다. 턴테이블(203)에는 진공 흡착 장치가 부설되어 있고, 턴테이블(203)의 상면에 실리콘 웨이퍼(SW)가 흡착 고정된다. 턴테이블(203)은 인덱스 기구가 부착되어, 수동으로 턴테이블(203)을 회전 조작할 때 소정 각도마다 회전 위치가 규정된다. 턴테이블(203)의 회전 조작을 시험 장치와 연동하여 자동화해도 좋다.

도 4에 도시한 특성 시험 장치를 사용하여 광경화 수지의 수축 응력과 박리력을 측정하는 수순에 대해서 설명한다.

-수축 응력의 측정-

턴테이블(203) 상에 진공 흡착된 실리콘 웨이퍼(SW)에 마이크로 디스펜서(도시하지 않음)로부터 소정량의 광경화 수지(CR)가 적하된다. 적하된 광경화 수지(CR)가 상부 지그(100)의 축심(부하축)(AX)에 합치되도록 턴테이블(203)은 수동으로 회전된다. 가스 공급링(300)도 축심(AX)과 동축상에 배치되어 있다. 실리콘 웨이퍼(SW)와 억압 부재(104)의 간격이 소정값으로 설정되도록, 상부 지그(100)는 소정 위치까지 하강된다. 이 때, 지그 선단의 억압 부재(104)는 광경화 수지(CR)에 접촉된다. 실리콘 웨이퍼(SW)와 억압 부재(104)의 간격은 미리 설정한 소정값 그대로, 시험 장치로서의 위치 제어, 시험력 제어 등을 실시하지 않는다.

쵸퍼(45)가 개방되어 자외선 광이 미러 박스(102)에 도입되면, 도입된 자외선 광은 반사면(102R)에서 하방으로 반사되고, 억압 부재(104)를 통하여 광경화 수지(CR)에 자외선 광이 조사된다. 이에 의해, 광경화 수지(CR)가 경화를 개시한다. 실리콘 웨이퍼(SW)에 대한 억압 부재(104)의 위치는 변화시키지 않으므로, 광경화 수지의 수축력에 의해 상부 지그(100)에 인장 방향의 시험력이 작용한다. 이 인장 시험력을 로드셀(19)에서 검출한다. 광경화 수지(CR)가 억압 부재(104)로부터 박리되면 시험력은 제로가 된다.

이 때, 광경화 수지의 표면에는 억압 부재(104)의 억압 압흔이 형성되어 있다. 억압 압흔은 거의 원형이고, 이 최대 직경을 계측하면 억압 압흔의 표면적이 계산된다. 로드셀(19)에서 계측한 시험력의 최대값을 억압 압흔의 표면적으로 나눈 값이 광경화 수지의 단위 면적 당의 수축 응력이다.

-박리력의 측정-

도 8은 억압 부재(104)의 축심(AX) 방향의 이동에 공차를 설치하도록 억압 구체 홀더를 설정한 상태를 도시한 도면이다. 이는 박리력을 정확하게 측정하는 도 3의 측정시에 사용된다.

도 8에 도시한 바와 같이 억압구체 유지틀(105)은 리테이너링(105b)과 억압 구체 홀더(105a)의 플랜지와의 사이에 스페이서(110)를 개재시키고 있다. 즉, 억압 부재(104)를 리테이너링(105b)으로 억압 구체 홀더(105a)에 장착할 때 링형상의 스페이서(110)를 삽입해 둔다. 이에 의해, 간극(GP)만큼 억압 부재(104)는 상하 움직일 수 있다.

도 8에 도시한 상부 지그(100)에서는 크로스헤드(15)를 강하시켜 억압 부재(104)를 광경화 수지(CR)에 접촉시킬 때, 억압 부재(104)는 광경화 수지(CR)의 반발력으로 상방으로 이동할 수 있다. 그 상태에서, 광경화 수지(CR)가 자외선 광의 조사로 경화되어 수축되면, 상방으로 이동하고 있었던 억압 부재(104)는 광경화 수지(CR)의 수축량만큼 하방으로 이동한다. 이 때, 로드셀(19)의 출력은 도 3에서 설명한 바와 같이 억압 부재(104)의 자중분에 상당하는 마이너스값을 나타낸다. 자외선 광의 조사가 소정 시간만큼 실시된 후, 수십초 경과한 시점으로부터 억압 부재(104)를 일정 속도로 상방으로 이동시킨다. 이에 의해, 도 3의 사상(P12)과 같이 로드셀(19)의 출력은 시험력 제로를 나타낸다.

그 후, 억압 부재(104)는 일정 속도로 광경화 수지(CR)로부터 멀어지도록 하지만, 소정 시간 경과할 때까지는 억압 부재(104)가 광경화 수지로부터 박리되지 않고, 광경화 수지의 휨을 제거하기 하므로 시험력은 저하된다(도 3의 사상 P12~P13). 또한, 억압 부재(104)가 상방으로 이동하면, 어느 시점에서 광경화 수지(CR)가 억압 부재(104)의 표면으로부터 박리를 개시한다(사상 P13). 그리고, 사상(P14)에서 최대 시험력을 나타낸 후, 10 초 경과한 시점에서 시험력이 변화되고 박리가 종료된다(사상 P15).

이상과 같이 구성된 광경화 수지의 특성 시험 장치에 의하면 다음과 같은 작용 효과를 가질 수 있다.

(1) 광섬유 케이블로 자외선 광을 도입하는 경우에는 케이블의 자중분이 계측 결과에 영향을 준다. 본 실시 형태에서는 시험 장치 본체(10)로부터 잘라내어 설치한 광원(40)으로부터 출사되는 자외선 광을 비접촉으로 미러 박스(102)에 도입하고 반사면(102R)에서 하방으로 반사시켜 광경화 수지(CR)에 조사하도록 했다. 따라서, 자외선 광을 도입하는 광섬유 등이 불필요해지고 계측 결과에 영향을 주지 않는다. 즉, 광경화 수지로 조사하는 자외선 광을, 억압 부재(104)와는 비접촉 상태로 도입할 수 있으므로, 측정 데이터의 신뢰성이 향상된다.

이상 설명한 특성 시험 장치를 이하와 같이 변형할 수 있다.

(1) 상부 지그(100)의 미러 박스(102)를 대신하여 로드셀과 억압 구체의 사이에 광섬유 도입 공간을 설치하고, 이 공간을 축심(AX)과 직교하는 방향을 향하고, 광섬유 출사 단면을 실리콘 웨이퍼(1)와 직교하는 방향으로 설정하고, 광섬유 케이블을 지그에 비접촉으로 도입해도 좋다.

(2) 구체(SP)나 억압 부재(104)에 공차를 갖게 하는 방식 대신, 자외선 광 조사에 의해 광경화 수지(CR)가 수축할 때 발생하는 시험력을 캔슬하도록 지그(100)의 위치를 제어하고 수축이 거의 종료된 시점으로부터, 지그(100)를 일정 속도로 광경화 수지(CR)로부터 멀어지도록 제어함으로써 도 3과 동일하게 광경화 수지(CR)가 억압 부재(SP)로부터 박리될 때의 시험력을 측정할 수 있다.

(3) 광경화 수지를 실리콘 웨이퍼에 적하하는 것으로 했다. 그러나, 유리판, 석영 유리판, 폴리머 필름, 세라믹스판 등을 사용할 수 있다.

(4) 억압 부재의 수지 접촉면을 구면으로 했지만, 이 곡률은 실시 형태에 한정되지 않는다. 또한, 억압 부재의 수지 접촉면을 평면, 요철면으로 해도 좋다.

(5) 억압 부재를 석영 유리로 제작했지만, 불소계 투명 수지나 환상 올레핀계 폴리머를 사용해도 좋다.

(6) 턴테이블(203)상에 실리콘 웨이퍼(SW)를 진공 흡착하여 유지 고정하도록 했지만, 유지 고정의 방식은 여러 가지 방식을 채용할 수 있다.

(7) 자외선 광으로 경화하는 광경화 수지에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이와 같은 종류의 광경화 수지의 특성 시험 장치에 한정되지 않는다.

또한, 본 발명의 특징을 손상시키지 않는 한, 본 발명은 상기 실시 형태에 하등 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명에 의한 힘 계측용 지그는 기판상에 적하된 광경화 수지와 억압 부재 사이에서 발생하는 힘을 검출기로 측정하고, 광경화 수지의 특성을 시험하는 특성 시험 장치에 장착하여 사용되는 힘 계측용 지그에서 기판상에 적하되어 있는 광경화 수지에 억압되는 광투과성의 억압 부재와, 검출기와 억압 부재 사이에 설치되고, 광원이나 광섬유 등의 전송로와 비접촉 상태로, 외부의 광원으로부터 출사된 광을 억압 부재를 향하여 조사하는 광조사 블럭을 구비하고 있으면 여러 가지 형태로 실현할 수 있다.

위에 설명된 실시예는 예이고, 여러 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 이루어질 수 있다.

TB: 턴테이블 SW: 실리콘 웨이퍼
MD: 마이크로디스펜서 CR: 광경화 수지
JG: 유지구 GL: 가스 공급 링
AX: 축심 SP: 억압 부재

Claims

광경화 수지와 억압 부재 사이에서 발생하는 힘을 검출기로 측정하기 위한 유지구에 있어서,
상기 광경화 수지에 억압되는, 광 투과성의 억압 부재와,
상기 검출기와 상기 억압 부재 사이에 설치되고, 광원이나 광섬유 등의 전송로와 비접촉 상태로, 외부의 광원으로부터 출사된 광을 상기 억압 부재를 향하여 조사하는 광 조사 블럭을 구비하고,
상기 광 조사 블럭은,
상기 외부의 광원으로부터 출사되어 오는 광을 도입하는 광 도입창과,
상기 광 도입창으로부터 도입된 외부의 광원으로부터의 광을 상기 억압 부재를 투과시켜 상기 광경화 수지에 인도하는 반사 미러를 구비하는 것을 특징으로 하는 유지구.
제 1 항에 있어서,
상기 광 조사 블럭은 그 하면에 상기 억압 부재를 교환 가능하게 장착하는 장착부를 구비하는 것을 특징으로 하는 유지구.
제 2 항에 있어서,
상기 장착부는 상기 광경화 수지의 경화에 따른 수축에 따라서 상기 억압 부재가 소정의 간극만큼 이동 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유지구.
삭제
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 억압 부재의 수지 접촉면은 구면인 것을 특징으로 하는 유지구.
광경화 수지와 억압 부재 사이에서 발생하는 힘을 측정하는 시험 장치에 있어서,
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 유지구,
상기 힘을 계측하는 검출기,
상기 광경화 수지가 적하된 기판을 유지하는 기판 유지 기구, 및
상기 기판과 상기 억압 부재를 상대적으로 이동하는 이동 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 외부의 광원으로부터의 광을 상기 억압 부재를 투과시켜 상기 광경화 수지에 조사하고 있을 때, 상기 검출기는 상기 광경화 수지와 상기 억압 부재 사이에서 발생하는 힘을, 상기 광경화 수지의 수축력으로서 계측하는 것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 외부의 광원으로부터의 광이고, 상기 억압 부재를 투과한 광의 상기 광경화 수지에 대한 조사가 종료된 후, 상기 이동 기구는 상기 기판과 상기 억압 부재를 소정의 일정 속도로 상대적으로 이동하고,
상기 검출기는 상기 일정 속도에서의 이동 중에 상기 광경화 수지와 상기 억압 부재 사이에서 발생하는 힘을, 상기 광경화 수지의 박리력으로서 계측하는 것을 특징으로 하는 시험 장치.
제 6 항에 있어서,
불활성 가스를 분사하는 가스 공급 부재를 추가로 구비하고,
상기 기판과, 상기 억압 부재와, 상기 가스 공급 부재에 의해 둘러싸인 공간이 상기 불활성 가스로 치환되는 것을 특징으로 하는 시험 장치.
광경화 수지와 억압 부재 사이에서 발생하는 힘을 측정하여 상기 광경화 수지의 특성을 시험하는 특성 시험 방법에 있어서,
기판상에 광경화 수지를 적하하고,
상기 적하된 광경화 수지를 광투과성의 억압 부재로 억압하고,
광원이나 광섬유 등의 전송로와 비접촉 상태로, 외부의 광원으로부터 출사된 광을 광 도입창으로 도입하여 반사 미러를 통해 상기 억압 부재로 조향함으로써, 상기 광을 상기 억압 부재를 투과시켜 상기 광경화 수지에 조사하고,
상기 억압 부재와 상기 광경화 수지 사이에서 발생하는 힘을 검출하는 것을 특징으로 하는 특성 시험 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 억압 부재와 상기 기판의 위치 관계를 고정하여 상기 발생하는 힘을 검출하는 것을 특징으로 하는 특성 시험 방법.
광경화 수지와 억압 부재 사이에서 발생하는 힘을 검출기로 측정하기 위한 유지구에 있어서,
상기 광경화 수지에 억압되는, 광 투과성의 억압 부재와,
상기 검출기와 상기 억압 부재 사이에 설치되고, 광섬유로부터 출사된 광을 상기 억압 부재를 향하여 조사하는 광 조사 블럭을 구비하고,
상기 광 조사 블럭은, 광섬유 출사 단면이 상기 광경화 수지와 직교하는 방향으로 설정된 상기 광섬유를 상기 유지구의 축심과 직교하는 방향에서 비접촉으로 도입하는 도입창을 구비하는 것을 특징으로 하는 유지구.