KR102218361B1

KR102218361B1 - 액체 충전 방법, 임프린트 방법 및 물품 제조 방법

Info

Publication number: KR102218361B1
Application number: KR1020170092430A
Authority: KR
Inventors: 게이코 치바; 게이지 야마시타
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2016-07-29
Filing date: 2017-07-21
Publication date: 2021-02-22
Also published as: JP2018019041A; KR20180013732A; JP6723860B2

Abstract

제1 액체를 토출하는 헤드와 상기 제1 액체를 수용하는 수용부를 구비하는 액체 토출 장치에 상기 제1 액체를 충전하는 액체 충전 방법이며, 상기 헤드 내와 상기 수용부 내를 응축성 가스로 채우는 공정과, 상기 응축성 가스로 채워진, 상기 헤드와 상기 수용부를 밀폐한 상태에서, 상기 헤드 내와 상기 수용부 내에 상기 제1 액체를 충전하는 충전 공정을 갖는다.

Description

액체 충전 방법, 임프린트 방법 및 물품 제조 방법{LIQUID FILLING METHOD, IMPRINT METHOD, AND ARTICLE MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 액체 충전 방법, 임프린트 방법 및 물품의 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스나 MEMS 등의 미세화의 요구가 진행되고, 종래의 포토리소그래피 기술에 더하여, 기판 상의 임프린트재를 형(型)으로 성형하고, 임프린트재의 패턴을 기판 상에 형성하는 미세 가공 기술이 주목을 모으고 있다. 이 기술은, 임프린트 기술이라고도 불리고, 기판 상에 수 나노미터 오더의 미세한 구조체를 형성할 수 있다. 예를 들어, 임프린트 기술의 하나로서, 광 경화법이 있다. 이 광 경화법을 채용한 임프린트 장치에서는, 먼저, 기판 상의 임프린트 영역인 샷 영역에 광 경화성의 임프린트재를 도포한다. 이어서, 형의 패턴 영역과 샷 영역의 위치 정렬을 행하면서, 형의 패턴 영역을 임프린트재에 접촉(압인)시켜, 임프린트재를 패턴 영역에 충전시킨다. 그리고, 자외선을 조사하여 상기 임프린트재를 경화시켜, 경화된 임프린트재로부터 형을 분리함으로써, 임프린트재의 패턴이 기판 상의 샷 영역에 형성된다.

이러한 임프린트 기술에 있어서, 상기 샷 영역에 상기 임프린트재를 도포하는 공정에 있어서, 액체인 상기 임프린트재를 기판 상에 토출하는 장치로서, 액체 토출 헤드(이하, 「헤드」로 함)를 구비한 액체 토출 장치를 사용한다.

또한, 헤드와, 액체를 수용하는 액체 수용 유닛을 일체로 구비한 액체 토출 장치가 알려져 있다. 헤드는, 액체의 토출량을 미량으로 제어하기 위하여 MEMS 등을 사용하고 있고, 그 구조는 미세하고도 복잡하게 되어 있다.

일본 특허 공개 제2003-334963호 공보에는, 액체 수용 유닛을 감압하여 액체를 충전하는 방법이 제안되어 있다. 또한, 일본 특허 공개 제2008-260311호 공보에서는, 미소한 부압을 높은 정밀도로 유지하여 헤드에 액체를 공급하는 방법이 제안되어 있다.

일본 특허 공개 제2003-334963호 공보 및 일본 특허 공개 제2008-260311호 공보에 개시되는, 압력을 조정하여 액체를 충전(공급)하는 방법에서는, 헤드 내의 기체가 탈기한 액체에 접함으로써, 기체가 액체에 용해되어, 헤드 내에 액체를 충전하고 있다.

그러나, 헤드 내의 구조가 미세하고도 복잡함으로써, 액체에 용해되지 않는 기체가 기포로서 헤드 내에 잔존한다. 헤드 내에 기포가 잔존하는 경우, 헤드 내에 기포가 잔존하지 않는 경우와 비교하여, 액체를 토출하는 양이 보다 적어지고, 토출 불량이 발생한다는 문제가 있었다.

따라서, 헤드 내에 액체를 충전할 때에 헤드 내에 기포가 잔존하는 것을 억제하는 방법이 요망되고 있었다.

본 발명은 헤드 내에 기포가 잔존하는 것을 억제할 수 있는 액체 충전 방법, 임프린트 방법 및 물품의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일측면으로서의 액체 충전 방법은, 제1 액체를 토출하는 헤드와 상기 제1 액체를 수용하는 수용부를 구비하는 액체 토출 장치에 상기 제1 액체를 충전하는 액체 충전 방법이며, 상기 헤드 내와 상기 수용부 내를 응축성 가스로 채우는 공정과, 상기 응축성 가스로 채워진, 상기 헤드와 상기 수용부를 밀폐한 상태에서, 상기 헤드 내와 상기 수용부 내에 상기 제1 액체를 충전하는 충전 공정을 갖는다.

도 1은, 실시예 1에 관한 임프린트 장치를 도시한 도면이다.
도 2는, 실시예 1에 관한 액체 토출 장치를 도시한 도면이다.
도 3은, 실시예 1에 관한 액체 토출 장치의 헤드를 도시한 도면이다.
도 4는, 실시예 1에 관한 액체 토출 장치에 임프린트재를 충전하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는, 실시예 1에 관한 응축성 가스를 도시한 도면이다.
도 6은, 실시예 1에 관한 임프린트재를 충전하는 공정을 도시한 도면이다.
도 7은, 실시예 1에 관한 임프린트재의 충전 후 액체 토출 장치 내의 토출부를 도시한 도면이다.
도 8은, 실시예 2에 관한 액체 토출 장치를 도시한 도면이다.
도 9는, 물품의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

이하에, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면에 있어서, 동일한 부재에 대해서는, 동일한 참조 번호를 첨부하고, 중복되는 설명은 생략한다.

[실시예 1]

도 1을 사용하여, 실시예 1에 관한 임프린트 장치의 대표적인 장치 구성에 대하여 설명한다. 임프린트 장치(1)는 기판 상에 공급된 임프린트재를 형과 접촉시켜, 임프린트재에 경화용의 에너지를 부여함으로써, 형의 요철 패턴이 전사된 경화물의 패턴을 형성하는 장치이다.

여기서, 임프린트재에는, 경화용의 에너지가 부여됨으로써 경화되는 경화성 조성물(미경화 상태의 수지라고 칭하는 경우도 있음)이 사용된다. 경화용의 에너지로서는 전자파, 열 등이 사용된다. 전자파로서는, 예를 들어 그 파장이 150nm 이상 1mm 이하의 범위로부터 선택되는 적외선, 가시광선, 자외선 등의 광이다.

경화성 조성물은, 광의 조사에 의해, 또는, 가열에 의해 경화되는 조성물이다. 이 중, 광에 의해 경화되는 광 경화성 조성물은, 중합성 화합물과 광 중합 개시제를 적어도 함유하고, 필요에 따라 비중합성 화합물 또는 용제를 함유해도 된다. 비중합성 화합물은 증감제, 수소 공여체, 내첨형 이형제, 계면 활성제, 산화 방지제, 중합체 성분 등의 군에서 선택되는 적어도 1종이다.

임프린트재는, 스핀 코터나 슬릿 코터에 의해 기판 상에 막 형상으로 부여된다. 또는 액체 분사 헤드에 의해, 액적 형상, 또는 복수의 액적이 연결되어서 생긴 섬 형상 또는 막 형상으로 되어서 기판 상에 부여되어도 된다. 임프린트재의 점도(25℃에서의 점도)는 예를 들어 1mPa·s 이상 100mPa·s 이하이다.

기판은 유리, 세라믹스, 금속, 반도체, 수지 등이 사용되고, 필요에 따라, 그 표면에 기판과는 다른 재료를 포함하는 부재가 형성되어 있어도 된다. 기판으로서는, 구체적으로 실리콘 웨이퍼, 화합물 반도체 웨이퍼, 석영 유리 등이다.

본 실시예에서는, 임프린트 장치(1)는 광의 조사에 의해 임프린트재를 경화시키는 광 경화법을 채용하는 것으로서 설명한다. 또한, 이하에서는, 기판 상의 임프린트재에 대하여 자외선을 조사하는, 후술하는 조사 광학계의 광축에 평행한 방향을 Z축으로 하고, Z축에 수직인 평면 내에서 서로 직교하는 2방향을 X축 및 Y축으로 한다.

임프린트 장치(1)는 도 1에 도시한 바와 같이, 조사부(2)와, 몰드 유지 기구(3)와, 기판 스테이지(4)와, 액체 토출 장치(5)와, 제어부(6)와, 배율 보정 기구(18)와, 얼라인먼트 계측계(22)를 갖는다. 또한, 임프린트 장치(1)는 기판 스테이지(4)를 적재하는 베이스 정반(24)과, 몰드 유지 기구(3)를 고정하는 브리지 정반(25)과, 베이스 정반(24)으로부터 연장 설치되어, 브리지 정반(25)을 지지하기 위한 지주(26)를 갖는다. 임프린트 장치(1)는 몰드(7)를 장치 외부로부터 임프린트 장치(1)(몰드 유지 기구(3))로 반송하는 몰드 반송 기구(도시하지 않음)와, 기판(11)을 장치 외부로부터 임프린트 장치(1)(기판 스테이지(4))로 반송하는 기판 반송 기구(도시하지 않음)를 갖는다.

조사부(2)는 광원(도시하지 않음)과 조사 광학계(도시하지 않음)를 갖고, 조사 광학계는 후술하는 광학 소자를 조합한 것을 구비한다. 조사부(2)는 임프린트 처리에 있어서, 몰드(7)를 개재하여, 기판(11) 상의 임프린트재(14)에 자외선(즉, 임프린트재(14)를 경화시키기 위한 광)(8)을 조사한다. 조사부(2)는 광원(9)과, 광원(9)으로부터의 자외선(8)을 임프린트 처리에 적절한 광의 상태(광의 강도 분포, 조명 영역 등)로 조정하기 위한 광학 소자(렌즈, 미러, 차광판 등)(10)를 포함한다. 본 실시예에서는, 광 경화법을 채용하고 있기 때문에, 임프린트 장치(1)가 조사부(2)를 갖고 있다. 단, 열 경화법을 채용하는 경우에는, 임프린트 장치(1)는 조사부(2) 대신에, 임프린트재(열경화성 임프린트재)를 경화시키기 위한 열원을 갖게 된다.

몰드(7)는 직사각형의 외주 형상을 갖고, 기판(11)에 대향하는 면(패턴면)에3차원 형상으로 형성된 패턴(회로 패턴 등의 기판(11)에 전사해야 할 요철 패턴)을 구비한 패턴부(7a)를 갖는다. 몰드(7)는 자외선(8)을 투과시키는 것이 가능한 재료, 예를 들어 석영으로 구성된다.

몰드(7)는 패턴면과는 반대측의 면(자외선(8)이 입사하는 입사면)에, 몰드(7)의 변형을 용이하게 하기 위한 캐비티(오목부)(7b)를 갖는다. 캐비티(7b)는 원형의 평면 형상을 갖는다. 캐비티(7b)의 두께(깊이)는, 몰드(7)의 크기나 재질에 따라서 설정된다.

캐비티(7b)는 몰드 유지 기구(3)에 형성된 개구(17)와 연통하고, 개구(17)에는, 개구(17)의 일부와 캐비티(7b)로 둘러싸이는 공간(12)을 밀폐 공간으로 하기 위한 광 투과 부재(13)가 배치되어 있다. 공간(12)의 압력은, 압력 조정 기구(도시하지 않음)에 의해 제어된다. 예를 들어, 몰드(7)를 기판(11) 상의 임프린트재(14)에 압박할 때에, 압력 조정 기구에 의해, 공간(12)의 압력을 외부의 압력보다도 높게 하고, 몰드(7)의 패턴부(7a)를 기판(11)에 대하여 볼록 형상으로 휘게 한다. 이에 의해, 몰드(7)는 패턴부(7a)의 중심부로부터 기판(11) 상의 임프린트재(14)에 접촉한다. 그로 인해, 패턴부(7a)와 임프린트재(14) 사이에 기체(공기)가 갇히는 것이 억제되고, 패턴부(7a)에 임프린트재(14)를 효율적으로 충전시킬 수 있다.

몰드 유지 기구(3)는 진공 흡착력이나 정전기의 힘에 의해 몰드(7)를 끌어 당겨서 유지하는 몰드 척(15)과, 몰드 척(15)을 유지하여 몰드(7)(몰드 척(15))를 이동시키는 몰드 이동 기구(16)를 포함한다. 몰드 척(15) 및 몰드 이동 기구(16)는 조사부(2)로부터의 자외선(8)이 기판(11) 상의 임프린트재(14)에 조사되도록, 중심부(내측)에 개구(17)를 갖는다.

배율 보정 기구(18)는 몰드 척(15)에 배치되고, 몰드 척(15)에 유지된 몰드(7)의 측면에 힘(변위)을 가하여 몰드(7)의 패턴부(7a)의 형상을 보정한다(즉, 패턴부(7a)를 변형시킨다). 배율 보정 기구(18)는, 예를 들어 전압을 첨가하면 체적 변화에 따라 신축하는 피에조 소자를 포함하고, 몰드(7)의 각 측면의 복수 개소를 가압하도록 구성된다. 배율 보정 기구(18)는 몰드(7)의 패턴부(7a)를 변형시킴으로써, 기판(11)에 형성되어 있는 샷 영역의 형상에 대하여 몰드(7)의 패턴부(7a)의 형상을 정합시킨다.

단, 배율 보정 기구(18)에 따라, 기판(11)에 형성되어 있는 샷 영역의 형상에 대하여 몰드(7)의 패턴부(7a)의 형상을 정합시키는 것이 곤란한 경우도 생각된다. 이러한 경우에는, 기판(11)에 형성되어 있는 샷 영역도 변형시켜, 몰드(7)의 패턴부(7a)의 형상과 기판(11)에 형성되어 있는 샷 영역의 형상과의 형상차를 저감하게 해도 된다. 기판(11)에 형성되어 있는 샷 영역을 변형시키기 위해서는, 예를 들어 기판(11)을 가열하여 열 변형시키면 된다.

몰드 이동 기구(16)는 기판(11) 상의 임프린트재(14)로의 몰드(7)의 압박(압인), 또는, 기판(11) 상의 임프린트재(14)로부터의 몰드(7)의 분리(이형)를 선택적으로 행하도록, 몰드(7)를 Z축 방향으로 이동시킨다. 몰드 이동 기구(16)에 적용 가능한 액추에이터는, 예를 들어 리니어 모터나 에어 실린더를 포함한다. 몰드 이동 기구(16)는 몰드(7)를 고정밀도로 위치 결정하기 위해서, 조동 구동계나 미동 구동계 등의 복수의 구동계로 구성되어 있어도 된다. 또한, 몰드 이동 기구(16)는 Z축 방향뿐만 아니라, X축 방향이나 Y축 방향으로 몰드(7)를 이동 가능하도록 구성되어 있어도 된다. 또한, 몰드 이동 기구(16)는 몰드(7)의 θ(Z축 둘레의 회전) 방향의 위치나 몰드(7)의 기울기를 조정하기 위한 틸트 기능을 갖도록 구성되어 있어도 된다.

임프린트 장치(1)에 있어서의 몰드(7)의 압인 및 이형은, 본 실시 형태와 같이, 몰드(7)를 Z축 방향으로 이동시킴으로써 실현한다. 단, 기판(11)(기판 스테이지(4))을 Z축 방향으로 이동시킴으로써 실현시켜도 된다. 또한, 몰드(7)와 기판(11)의 양쪽을 상대적으로 Z축 방향으로 이동시킴으로써, 몰드(7)의 압인 및 이형을 실현해도 된다.

기판 스테이지(4)는 기판(11)을 유지하여 이동 가능하다. 몰드(7)를 기판(11) 상의 임프린트재(14)에 압박할 때에, 기판 스테이지(4)를 이동시킴으로써 기판(11)과 몰드(7)와의 위치 정렬(얼라인먼트)을 행한다. 기판 스테이지(4)는 진공 흡착력이나 정전기의 힘에 의해 기판(11)을 끌어 당겨서 유지하는 기판 척(19)과, 기판 척(19)을 기계적으로 유지하여 XY 면 내에서 이동 가능하게 하는 기판 이동 기구(20)를 포함한다. 또한, 기판 스테이지(4)에는, 기판 스테이지(4)의 위치 결정 시에 사용할 수 있는 기준 마크(21)가 배치되어 있다.

기판 이동 기구(20)에 적용 가능한 액추에이터는, 예를 들어 리니어 모터나 에어 실린더를 포함한다. 기판 이동 기구(20)는 기판(11)을 고정밀도로 위치 결정하기 위해서, 조동 구동계나 미동 구동계 등의 복수의 구동계로 구성되어 있어도 된다. 또한, 기판 이동 기구(20)는 X축 방향이나 Y축 방향뿐만 아니라, Z축 방향에 기판(11)을 이동 가능하게 구성되어 있어도 된다. 또한, 기판 이동 기구(20)는 기판(11)의 θ(Z축 둘레의 회전) 방향의 위치나 기판(11)의 기울기를 조정하기 위한 틸트 기능을 갖도록 구성되어 있어도 된다.

액체 토출 장치(5)는 미리 설정되어 있는 공급량 정보에 기초하여, 기판(11) 상에 임프린트재(14)를 공급한다. 또한, 액체 토출 장치(5)로부터 공급되는 임프린트재(14)의 공급량(즉, 공급량 정보)은, 예를 들어 기판(11)에 형성되는 임프린트재(14)의 패턴 두께(잔막의 두께)나 임프린트재(14)의 패턴 밀도 등에 따라 설정된다.

제어부(6)는 CPU나 메모리 등을 포함하는 컴퓨터로 구성되고, 메모리에 저장된 프로그램에 따라서 임프린트 장치(1)의 전체를 제어한다. 제어부(6)는 임프린트 장치(1)의 각 부 동작 및 조정 등을 제어함으로써 기판 상에 패턴을 형성하는 임프린트 처리를 제어한다. 제어부(6)는 임프린트 장치(1)의 다른 부분과 일체로(공통인 하우징 내에) 구성해도 되고, 임프린트 장치(1)의 다른 부분과는 별개의 부재로(다른 하우징 내에) 구성해도 된다. 또한, 제어부(6)는 복수의 컴퓨터를 포함하는 구성으로 해도 된다.

얼라인먼트 계측계(22)는 기판(11)에 형성된 얼라인먼트 마크와, 몰드(7)에 형성된 얼라인먼트 마크와의 X축 및 Y축의 각 방향으로의 위치 어긋남을 계측한다. 제어부(6)는 얼라인먼트 계측계(22)에 의해 계측된 위치 어긋남에 기초하여, 몰드(7)의 위치와 기판(11)의 위치가 서로 정합하도록, 기판 스테이지(4)의 위치를 조정한다. 또한, 얼라인먼트 계측계(22)는 몰드(7)의 패턴부(7a)의 형상이나 기판(11)에 형성된 샷 영역의 형상을 계측하는 것도 가능하다. 따라서, 얼라인먼트 계측계(22)는 임프린트 처리의 대상으로 되는 기판(11)의 영역과 몰드(7)의 패턴부(7a) 사이의 정합 상태를 계측하는 계측부로서도 기능한다. 얼라인먼트 계측계(22)는, 본 실시 형태에서는 몰드(7)의 패턴부(7a)와 기판(11)에 형성된 샷 영역과의 형상 차를 계측한다.

도 2를 사용하여, 실시예 1에 관한 액체 토출 장치를 설명한다. 액체 토출 장치(5)는 임프린트재 등의 액체(제1 액체)를 토출하는 장치이다.

액체 토출 장치(5)는 액체인 임프린트재(14)를 수용하는 수용부(51)를 갖는다. 또한, 액체 토출 장치(5)는 수용부(51)와, 임프린트재(14)를 기판(11) 상에 토출하기 위한 복수의 토출부(53)를 구비하는 헤드(52)를 일체로서 구비하고 있다. 토출부(53)는 수용부(51)와 연통하고 있고, 수용부(51)의 내부에 수납된 임프린트재(14)를 토출한다. 또한, 통상, 액체 토출 장치(5)의 제조 공정에 있어서, 수용부(51)와 헤드(52)를 조합하여 일체화한 후에, 수용부(51) 내 및 헤드(52) 내에 임프린트재(14)를 충전한다.

도 3을 사용하여, 실시예 1에 관한 액체 토출 장치(5)의 헤드(52)를 설명한다. 헤드(52)에는, 복수의 토출부(53)가 구성되어 있다. 도 3은 헤드(52)가 갖는 복수의 토출부(53) 중, 1개의 토출부(53)를 나타내고 있다. 토출부(53)는 토출되는 임프린트재(14)의 특성, 체적, 요구되는 정밀도에 따라서 적절히 설계되어, 미세 가공이 실시된다. 예를 들어, 토출부(53)의 직경은 1.0㎛ 이상 999㎛ 이하이다. 또한, 토출부(53)에는, 임프린트재(14)를 토출하기 위한 다이어프램(55)이 구성되어 있다. 다이어프램(55)은 탄성 박막을 포함하고, 토출부(53) 내의 임프린트재(14)의 압력을 증가시킴으로써, 임프린트재(14)를 토출할 수 있다.

도 4를 사용하여, 실시예 1에 관한 액체 토출 장치에 액체를 충전하는 방법을 설명한다. S401에서는, 응축성 가스(27)를 액화시킨 액체(제2 액체)를 수용부(51)에 주입한다. 여기서, 응축성 가스(27)는 비점 이하로 냉각함으로써 액화된다. 응축성 가스(27)를 액화함으로써, 기체의 상태에 비하여 체적이 감소되기 때문에, 수용부(51)에 용이하게 대량의 응축성 가스를 주입할 수 있다.

도 5를 사용하여, 응축성 가스(27)에 대하여 설명한다. 응축성 가스(27)는 대기압에 있어서의 비점이 -10℃ 이상 25℃ 이하, 또한 25℃에서의 증기압이 0.1MPa 이상 0.4MPa 이하이다. 예를 들어, 응축성 가스(27)로서, 1,1,1,3,3-펜타플루오로프로판(CF₃CH₂CHF₂, 이하, 「PFP」라고 기재함)을 사용할 수 있다. PFP는, 대기압에 있어서의 비점이 15.3℃이고, 25℃에서의 증기압이 0.15MPa이다. 대기압 하에 있어서 15.3℃ 이하로 냉각하거나, 25℃에서, 증기압이 0.15MPa, 즉 대기압에 가하여, 50kPa의 힘을 가함으로써 액화된다.

응축성 가스(27)의 다른 예로서, 도 5에 도시한 바와 같이, 이하의 가스 시성식 (1) 내지 (12)로 표시되는 응축성 가스도 포함될 수 있다.

CH₃(CH₂)₂CH₃ ·····(1)

CHF₂(CF₂)₂CF₃ ·····(2)

CF₃CHFCF₂CF₃ ·····(3)

CH(CF₃)₃ ·····(4)

CF₃CHCH₃CF₃ ·····(5)

CH₃(CH₂)₂CF₃ ·····(6)

c-(CF₂)₄ ·····(7)

CF₃(CF₂)₂CF₃ ·····(8)

CHF₂CHFCF₃ ·····(9)

CFCl₃ ·····(10)

CHClCHCF₃ ·····(11)

C(CH₃)₄ ·····(12)

또한, 상기 응축성 가스 이외라도, 비점 또는 증기압이 상기 조건을 충족하면, 응축성 가스(27)에 포함될 수 있다.

도 6의 (a)를 사용하여, S401에 있어서의 수용부(51) 등에 대하여 설명한다. 주입구(56)는 수용부(51)의, 헤드(52)가 있는 장소와는 다른 장소에 설치되어 있다. 응축성 가스(27)를 액화시킨 액체(27a)를 주입구(56)로부터 주입한다. 이때, 헤드(52)를 위를 향하게 하여 둔다. 액체(27a)는 공기(28)보다 무겁기 때문에 수용부(51)의 하부에 머물고, 액체(27a)의 체적과 같은 체적의 공기(28)는 토출부(53)로부터 밖으로 방출된다. 또한, 주입하는 액체(27a)의 체적은 수용부(51)의 체적의 약 1/10로 함으로써, 수용부(51) 내에는 공기(28)가 잔존하고 있는 상태가 된다.

도 4로 돌아가서 S402에 대하여 설명한다. S402에서는 수용부(51)의 내부가 상온(예를 들어, 23℃)이 되도록 수용부(51)를 가열하고, 응축성 가스(27)를 액화시킨 액체(27a)를 기화시킨다. 도 6의 (b)를 사용하여, S402에 있어서의 수용부(51)에 대하여 설명한다. 수용부(51)의 내부가 상온이 됨으로써, 액체(27a)가 기화된다. 액체(27a)가 기화된 응축성 가스(27)는 체적이 약 200배가 된다. 통상, 응축성 가스(27)는 공기(28)보다도 무겁기 때문에, 공기(28)와 함께 여분의 응축성 가스(27)만이 토출부(53)로부터 외부로 나간다. 따라서, 수용부(51) 내에 응축성 가스(27)가 채워진다. 또한, 액체(27a)가 기화할 때에 기화열에 의해 수용부(51)의 내부 온도가 저하되거나, 토출부(53)가 좁기 때문에 수용부(51)의 압력이 상승하거나 하는 경우가 있다. 따라서, 액체(27a)가 모두 기화하지 않을 가능성이 있고, 기화되었는지 여부를 판단할 필요가 있다. 예를 들어, 수용부(51)의 중량을 측정하여, 액체(27a)를 주입하기 전의 중량과 거의 동일해지면 액체(27a)가 모두 기화된 것이라고 판단하고, S402를 종료할 수 있다.

또한, 수용부(51) 내의 응축성 가스(27)의 농도는, 99％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 따라서, 보다 확실하게 응축성 가스(27)를 수용부(51) 내에 채우기 위해, S401과 S402를 복수회, 반복해도 된다. 응축성 가스(27)를 수용부(51) 내에 채우기 위해 필요한 반복 횟수는, 토출부(53)의 사이즈, 형상 등에 따라 상이하다. 따라서, 사전에 실험 등을 행하여, 반복 횟수를 미리 구해 두어도 된다. 이에 의해, 수용부(51) 내의 응축성 가스(27)의 농도를, 예를 들어 99％ 이상이라고 하는 고농도로 할 수 있다.

도 4로 돌아가서 S403에 대하여 설명한다. S403에서는, 헤드(52)에 밀폐체(57)를 설치하여, 토출부(53)를 막고, 수용부(51)를 밀폐한다. 밀폐체(57)의 재료는, 예를 들어 이소프렌 고무, 불소 고무, 우레탄 고무, 실리콘 고무, 폴리카바네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 수지 재료 또는 SUS 등의 금속 재료, 및 그 혼합물 등이다. 도 6의 (c)를 사용하여, S403에 있어서의 수용부(51) 등에 대하여 설명한다. 밀폐체(57)는 토출부(53)를 전부, 덮는 형상으로 되어 있다. 밀폐체(57)를 헤드(52)에 설치하고, 시일 등으로 헤드(52)에 고정함으로써, 토출부(53)의 전부가 막혀, 수용부(51)가 밀폐된다.

도 4로 돌아가서 S404에 대하여 설명한다. S404에서는, 임프린트재(14)를 주입구(56)로부터 주입한다. 도 6의 (d)를 사용하여, S404에 있어서의 수용부(51) 등에 대하여 설명한다. 임프린트재(14)를 주입구(56)로부터 주입함으로써, 수용부(51)의 압력이 상승하고, 응축성 가스(27)의 포화 증기압을 초과한다. 그리고, 응축성 가스(27)는 액화하여 액체(27a)가 된다. 응축성 가스(27)를 액화시킨 액체(27a)는 체적이 약 1/300 이상 1/100 이하가 되어 임프린트재(14)에 용해된다. 또한, 응축성 가스(27)가 모두 액화하지 않는 경우에는, 수용부(51) 내의 온도가 응축성 가스(27)의 비점 이하가 되도록 수용부(51)를 냉각해도 된다. 또한, 수용부(51) 내의 온도를 측정하기 위해서, 외부의 온도 측정기를 사용해도 되고, 수용부(51)에 온도 센서를 설치해도 된다. 이에 의해, 응축성 가스(27)는 모두 액화하고, 임프린트재(14)에 용해된다. 이때, 응축성 가스(27)가 모두 액화되었는지 여부를 판단할 필요가 있다. 예를 들어, 수용부(51)의 중량을 측정하여, 증가한 중량으로부터 주입한 임프린트재(14)의 중량을 차감한 중량이, 응축성 가스(27)가 액화된 액체의 중량이라고 간주할 수 있다. 수용부(51)의 체적과 동등한 응축성 가스(27)가 모두 액화된 액체의 중량이 증가하면, 응축성 가스(27)가 모두 액화되었다고 판단하고, S404를 종료할 수 있다.

도 7을 사용하여, 임프린트재를 충전한 후의 토출부(53)를 설명한다. 도 7의 (a)는, 본 실시예의 충전 방법에 있어서의 임프린트재를 충전한 후의 토출부(53)를 나타내고 있다. 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 토출부(53)에는 기포가 잔존하지 않고, 임프린트재가 충전되어 있다. 이것은, 수용부(51) 내를 채운 응축성 가스(27)가 임프린트재(14)에 용해되었기 때문이다. 또한, 수용부(51) 내에서 공기가 잔존하여 토출부(53)에 기포가 잔존하는 경우에도, 잔존하는 기포의 체적은 토출량에 영향이 미치지 않을 정도로 저감시킬 수 있다. 한편, 도 7의 (b)는 비교예로서 종래의 충전 방법에 있어서의 임프린트재를 충전한 후의 토출부(53)를 나타내고 있다. 임프린트재(14)와 함께 공기(28)의 기포가 토출부(53)에 잔존하고 있고, 기포가 잔존한 상태에서 임프린트재(14)를 토출하면, 미리 설정되어 있는 공급량보다도 적은 양의 임프린트재(14)가 공급된다고 하는 문제가 있다.

도 7의 (a)에 있어서의 임프린트재(14)에는, S404에 있어서 응축성 가스(27)를 액화시킨 액체(27a)가 포함된다. 응축성 가스(27)의 분자량으로부터 기체로부터 액체가 될 때의 수축률을 구하면, 임프린트재에 대하여 약 0.3 이상 1.0％ 이하의 액체(27a)가 포함된다. 그리고, 액체(27a)를 포함하는 임프린트재(14)는 헤드(52)의 재료의 접촉각이 올라가 발액성이 된다. 특히 응축성 가스(27)가 PFP 등의 불소 함유물인 경우에는 그 효과가 현저해진다. 불소 함유물의 응축성 가스(27)의 경우, 액적의 표면으로 나오는 성질이 있어서, 미량이라도 현저한 효과가 있다. 또한, 불소 함유물 이외의 응축성 가스(27)의 경우, 조성을 선택함으로써, 발액성이 되기 위하여 필요한 특성으로 할 수도 있다. 따라서, 임프린트재(14)가 액체(27a)를 포함함으로써, 액체(27a)를 포함하지 않는 임프린트재(14)에 비하여, 토출부(53)의 토출구(54) 부근이나 토출부(53)의 만곡부에 기포가 잔존하는 것이 억제된다. 또한, 액체(27a)를 포함하는 임프린트재(14)는 토출부(53) 내나 토출구(54) 부근에 잔존하기 어려워지고, 헤드(52)의 세정이 불필요하게 되거나, 또는 헤드(52)의 세정 횟수가 감소한다. 또한, 액체(27a)는 임프린트재(14)와 함께 기판(11) 상에 공급된 후는 휘발하므로 기판(11) 상에 잔존하는 일은 없다.

따라서, 실시예 1의 액체 충전 방법을 사용하여 액체를 충전한 액체 토출 장치에서는, 헤드(52) 내에 기포가 잔존하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 실시예 1의 액체 충전 방법을 사용하여 액체를 충전한 액체 토출 장치를 적용한 임프린트 장치에서는, 미리 설정되어 있는 공급량의 임프린트재를 기판 상에 공급할 수 있고, 미세한 선 폭의 패턴을 고정밀도로 형성할 수 있다.

[실시예 2]

다음으로 실시예 2에 관한 액체 토출 장치 및 액체 충전 방법에 대하여 설명한다. 또한, 여기에서 언급하지 않는 사항은, 실시예 1을 따를 수 있다.

도 8을 사용하여, 실시예 2에 관한 액체 토출 장치에 대하여 설명한다. 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 실시예 2에 관한 수용부(51)에는, 주입구(56)가 설치되어 있지 않다. 이에 의해, 주입구(56)로부터 수용부(51)에 이물이 혼입되는 것을 억제할 수 있다.

도 4에 있어서의 S401에서 응축성 가스(27)를 액화시킨 액체(27a)를 수용부(51)에 주입할 때에는, 토출부(53)의 일부로부터 주입한다. 또한, 도 4에 있어서의 S404에서 임프린트재(14)를 수용부(51)에 주입할 때에도, 토출부(53)의 일부로부터 주입한다. 또한, 액체(27a) 또는 임프린트재(14)를 수용부(51)에 주입할 때, 복수의 관(도시하지 않음)을 사용하여, 복수의 토출부(53)로부터 주입해도 된다.

또한, 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 응축성 가스(27)를 액화시킨 액체(27a) 또는 임프린트재(14)를 수용부(51)에 주입할 때, 밀폐체(58)를 설치해도 된다. 밀폐체(58)는 토출부(53)를 일부, 덮는 형상으로 되어 있다. 밀폐체(58)의 재료는, 실시예 1의 밀폐체(57)의 재료와 동일하다. 밀폐체(58)를 헤드(52)에 설치하고, 시일 등으로 헤드(52)에 고정함으로써, 토출부(53)의 일부가 막혀, 수용부(51)가 밀폐된다. 이에 의해, 일부의 토출부(53)를 밀폐할 수 있고, 일부의 토출부(53)로부터 수용부(51)에 이물이 혼입되는 것을 억제할 수 있다.

따라서, 실시예 2의 액체 충전 방법을 사용하여 액체를 충전한 액체 토출 장치에서는, 헤드(52) 내에 기포가 잔존하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 실시예 2의 액체 충전 방법을 사용하여 액체를 충전한 액체 토출 장치를 적용한 임프린트 장치에서는, 원하는 양의 액체를 기판 상에 공급할 수 있고, 미세한 선 폭의 패턴을 고정밀도로 형성할 수 있다. 또한, 실시예 2의 액체 충전 방법을 사용하여 액체를 충전한 액체 토출 장치에서는, 수용부에 이물이 혼입되는 것을 억제할 수 있다.

(물품의 제조 방법)

임프린트 장치를 사용하여 형성한 경화물의 패턴은, 각종 물품의 적어도 일부에 항구적으로, 또는 각종 물품을 제조할 때에 일시적으로 사용된다. 물품이란, 전기 회로 소자, 광학 소자, MEMS, 기록 소자, 센서, 또는, 형 등이다. 전기 회로 소자로서는 DRAM, SRAM, 플래시 메모리, MRAM과 같은, 휘발성 또는 불휘발성의 반도체 메모리나, LSI, CCD, 이미지 센서, FPGA와 같은 반도체 소자 등을 들 수 있다. 형으로서는, 임프린트용의 몰드 등을 들 수 있다.

경화물의 패턴은, 상기 물품의 적어도 일부의 구성 부재로서, 그대로 사용되거나, 또는, 임프린트재 마스크로서 일시적으로 사용된다. 기판의 가공 공정에 있어서 에칭 또는 이온 주입 등이 행하여진 후, 임프린트재 마스크는 제거된다.

이어서, 물품의 구체적인 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 9의 (a)에 도시한 바와 같이, 절연체 등의 피가공재(2z)가 표면에 형성된 실리콘 웨이퍼 등의 기판(1z)을 준비하고, 계속해서, 잉크젯법 등에 의해, 피가공재(2z)의 표면에 임프린트재(3z)를 부여한다. 여기에서는, 복수의 액적 형상으로 된 임프린트재(3z)가 기판 상에 부여된 모습을 나타내고 있다.

도 9의 (b)에 도시한 바와 같이, 임프린트용의 형(4z)을, 그 요철 패턴이 형성된 측을 기판 상의 임프린트재(3z)를 향해, 대향시킨다. 도 9의 (c)에 도시한 바와 같이, 임프린트재(3z)가 부여된 기판(1z)과 형(4z)을 접촉시켜, 압력을 가한다. 임프린트재(3z)는 형(4z)과 피가공재(2z)의 간극에 충전된다. 이 상태에서 경화용의 에너지로서 광을 형(4z)을 투과하여 조사하면, 임프린트재(3z)는 경화한다.

도 9의 (d)에 도시한 바와 같이, 임프린트재(3z)를 경화시킨 후, 형(4z)과 기판(1z)을 분리하면, 기판(1z) 상에 임프린트재(3z)의 경화물의 패턴이 형성된다. 이 경화물의 패턴은, 형의 오목부가 경화물의 볼록부에, 형의 오목부가 경화물의 볼록부에 대응한 형상으로 되어 있고, 즉, 임프린트재(3z)에 형(4z)의 요철 패턴이 전사되게 된다.

도 9의 (e)에 도시한 바와 같이, 경화물의 패턴을 내에칭 마스크로 하여 에칭을 행하면, 피가공재(2z)의 표면 중, 경화물이 없거나 또는 얇게 잔존한 부분이 제거되어, 홈(5z)이 된다. 도 9의 (f)에 도시한 바와 같이, 경화물의 패턴을 제거하면, 피가공재(2z)의 표면에 홈(5z)이 형성된 물품을 얻을 수 있다. 여기에서는 경화물의 패턴을 제거했지만, 가공 후도 제거하지 않고, 예를 들어 반도체 소자 등에 포함되는 층간 절연용의 막, 즉, 물품의 구성 부재로서 이용해도 된다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이들 실시 형태에 한정되지 않음은 물론이고, 그 요지의 범위 내에서 다양한 변형 및 변경이 가능하다.

본 발명에 따르면, 헤드 내에 기포가 잔존하는 것을 억제할 수 있는 액체 충전 방법, 임프린트 방법 및 물품의 제조 방법을 제공할 수 있다.

본 발명을 이제까지 구체적인 실시예를 참고하여 기술하였지만, 본 발명은 서술된 구체적 실시예들에 한정되는 것은 아님을 이해해야 한다. 이하의 청구범위의 범주는 이러한 변형예들과 균등의 구조 및 기능들을 아우르는 넓은 범위로 이해해야 한다.

Claims

제1 액체를 토출하는 헤드와 상기 제1 액체를 수용하는 수용부를 구비하는 액체 토출 장치에 상기 제1 액체를 충전하는 액체 충전 방법이며,
상기 헤드 내와 상기 수용부 내를 응축성 가스로 채우는 공정과,
상기 응축성 가스로 채워진, 상기 헤드와 상기 수용부를 밀폐한 상태에서, 상기 헤드 내와 상기 수용부 내에 상기 제1 액체를 충전하는 충전 공정을 포함하는, 액체 충전 방법.
제1항에 있어서, 상기 헤드 내와 상기 수용부 내를 상기 응축성 가스로 채우는 공정은,
상기 수용부에 상기 응축성 가스를 액화시킨 제2 액체를 주입하는 주입 공정과,
상기 수용부 내의 상기 제2 액체를 기화시키는 기화 공정을 갖는, 액체 충전 방법.
제2항에 있어서, 상기 충전 공정에 있어서, 상기 수용부의 상기 헤드가 있는 장소와는 다른 장소에 설치한 주입구로부터 상기 제1 액체를 충전하고,
상기 주입 공정에 있어서, 상기 주입구로부터 상기 제2 액체를 주입하는, 액체 충전 방법.
제2항에 있어서, 상기 충전 공정에 있어서, 상기 헤드의 상기 제1 액체의 토출부로부터 상기 제1 액체를 충전하고,
상기 주입 공정에 있어서, 상기 헤드의 상기 제1 액체의 토출부로부터 상기 제2 액체를 주입하는, 액체 충전 방법.
제1항에 있어서, 상기 충전 공정에 있어서, 상기 헤드에 밀폐체를 설치하여, 상기 수용부를 밀폐하는 액체 충전 방법.
제1항에 있어서, 상기 충전 공정에 있어서, 상기 응축성 가스의 비점 이하가 되도록 상기 수용부를 냉각하여, 상기 헤드 내와 상기 수용부 내에 상기 제1 액체를 충전하는, 액체 충전 방법.
제1항에 있어서, 상기 충전 공정에 있어서, 상기 헤드와 상기 수용부의 중량에 기초하여 상기 헤드 내와 상기 수용부 내의 상기 제1 액체의 양을 측정하고, 상기 제1 액체의 주입을 종료할 것인지 여부를 판단하는, 액체 충전 방법.
제2항에 있어서, 상기 기화 공정에 있어서, 상기 헤드와 상기 수용부의 중량에 기초하여 상기 헤드 내와 상기 수용부 내의 상기 제2 액체를 기화시킨 상기 응축성 가스의 양을 측정하고, 상기 제2 액체의 기화를 종료할 것인지 여부를 판단하는, 액체 충전 방법.
제2항에 있어서, 상기 주입 공정에 있어서, 상기 헤드를 상기 수용부보다 높은 위치로 해서, 상기 수용부에 상기 제2 액체를 주입하는, 액체 충전 방법.
제2항에 있어서, 상기 기화 공정에 있어서, 상기 헤드를 상기 수용부보다 높은 위치로 해서, 상기 제2 액체를 기화시키는, 액체 충전 방법.
제1항에 있어서, 상기 액체 토출 장치는, 상기 헤드와 상기 수용부를 일체로서 구비하는, 액체 충전 방법.
제1항에 있어서, 상기 응축성 가스는, 대기압에 있어서의 비점이 -10℃ 이상 25℃ 이하, 또한 25℃에서의 증기압이 0.1MPa 이상 0.4MPa 이하인, 액체 충전 방법.
제1항에 있어서, 상기 응축성 가스는 CF₃CH₂CHF₂, CH₃(CH₂)₂CH₃, CHF₂(CF₂)₂CF₃, CF₃CHFCF₂CF₃, CH(CF₃)₃, CF₃CHCH₃CF₃, CH₃(CH₂)₂CF₃, c-(CF₂)₄, CF₃(CF₂)₂CF₃, CHF₂CHFCF₃, CFCl₃, CHClCHCF₃, C(CH₃)₄ 중 어느 하나를 포함하는, 액체 충전 방법.
형을 사용하여 기판 상에 임프린트재의 패턴을 형성하는 임프린트 방법이며,
헤드와 수용부가 빈 액체 토출 장치를 준비하고,
상기 헤드 내와 상기 수용부 내를 응축성 가스로 채우고,
상기 응축성 가스로 채워진 상기 헤드와 상기 수용부를 밀폐한 상태에서, 상기 헤드 내와 상기 수용부 내에 상기 임프린트재를 충전하고,
상기 임프린트재가 충전된 상기 헤드로부터 상기 임프린트재를 상기 기판을 향하여 토출시키고,
상기 토출에 의해 상기 기판 상에 공급된 상기 임프린트재에 형을 접촉시킨 상태에서 상기 기판 상의 임프린트재를 경화시키고,
경화시킨 상기 임프린트재로부터 상기 형을 분리하는 것을 특징으로 하는 임프린트 방법.
제14항에 있어서, 상기 수용부 내에 상기 응축성 가스를 액화시킨 액체를 주입하고, 상기 수용부 내의 상기 액체를 기화시킴으로써, 상기 헤드 내와 상기 수용부 내를 응축성 가스로 채우는 것을 특징으로 하는 임프린트 방법.
물품 제조 방법이며,
형을 사용하여 기판 상에 임프린트재의 패턴을 형성하는 임프린트 방법에 의해, 패턴을 기판에 형성하는 공정과,
상기 공정에서 상기 패턴이 형성된 상기 기판을 처리하는 공정을 갖고,
상기 임프린트 방법은,
헤드와 수용부가 빈 액체 토출 장치를 준비하고,
상기 헤드 내와 상기 수용부 내를 응축성 가스로 채우고,
상기 응축성 가스로 채워진 상기 헤드와 상기 수용부를 밀폐한 상태에서, 상기 헤드 내와 상기 수용부 내에 상기 임프린트재를 충전하고,
상기 임프린트재가 충전된 상기 헤드로부터 상기 임프린트재를 상기 기판을 향하여 토출시키고,
상기 토출에 의해 상기 기판 상에 공급된 상기 임프린트재에 형을 접촉시킨 상태에서 상기 기판 상의 임프린트재를 경화시키고,
경화시킨 상기 임프린트재로부터 상기 형을 분리하는 것을 특징으로 하는 물품 제조 방법.