KR102604061B1 - 성형 장치, 성형 방법, 및 물품의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 예시적인 실시형태에 따른 장치는 몰드를 사용하여 기판 상의 조성물을 성형하는 장치이다. 상기 장치는 상기 몰드와 상기 기판 사이에 개재된 공간의 주변에 기체를 공급하는 기체 공급 유닛, 상기 몰드를 변형시키는 변형 기구, 및 상기 기체 공급 유닛이 상기 몰드와 상기 기판 사이에 개재된 상기 공간의 상기 주변에서의 상기 기체의 밀도를 증가시킨 상태에서, 상기 변형 기구가 상기 몰드를 상기 기판에 대하여 오목 형상에 변형시키고, 상기 몰드를 상기 변형으로부터 해제한 후에 상기 몰드와 상기 기판 상의 상기 조성물을 접촉시키는 제어 유닛을 포함한다.

Description

성형 장치, 성형 방법, 및 물품의 제조 방법{MOLDING APPARATUS, MOLDING METHOD, AND MANUFACTURING METHOD OF ARTICLE}
본 개시물은 성형 장치, 성형 방법 및 물품의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스 또는 미세전자기계시스템(MEMS) 등의 물품을 제조하는 방법으로서, 몰드를 사용해서 기판 상의 임프린트재를 성형하는 임프린트 방법이 알려져 있다. 임프린트 방법에서는, 기판 상에 미경화 임프린트재를 공급하고, 공급된 임프린트재와 몰드를 접촉시킨다(압인). 그리고, 임프린트재와 몰드를 서로 접촉시킨 상태에서 임프린트재를 경화시킨 후, 경화된 임프린트재로부터 몰드를 분리하여(이형) 기판 상에 임프린트재의 패턴을 형성한다.
또한, 일본 미심사 특허 출원 공보(PCT 출원의 번역문) 제2011-529626호에서 임프린트 기술을 사용해서 기판의 표면을 평탄화하는 기술이 논의되고 있다. 종래, 기판 표면을 평탄화하는 기술로서, 기존의 도포 장치(스핀 코터)를 사용해서 기판 상에 도포막을 형성함으로써 기판의 표면의 단차를 평탄화하는 기술이 알려져 있다. 그러나, 이 방법은 기판의 표면의 단차를 나노스케일 정도로 평탄화하기에는 불충분하다. 한편, 일본 미심사 특허 출원 공보(PCT 출원의 번역문) 제2011-529626호에서 논의되는 기술에 따르면, 중합가능 물질을 기판의 단차에 기초하여 기판에 공급하고, 평탄한 표면을 갖는 템플릿을 접촉시킨 상태에서 경화시킴으로써 평탄화의 정밀도를 향상시킨다.
임프린트 기술에서는, 기판 상의 임프린트재와 몰드를 접촉시킬 때, 몰드에의 임프린트재의 충전성을 개선하기 위해서, 기판과 몰드 사이에, 임프린트재에의 용해성이 높은 가스 또는 임프린트재에서의 확산성이 높은 가스(이하, 프로세스 가스라 칭함)를 충전시킨다. 성형 장치(평탄화 장치)가 기판의 전체면을 평탄화하기 위해서 사용될 수 있다. 그러므로, 평탄화 장치에서는, 기판의 전체면과 몰드 사이에 프로세스 가스를 충전할 필요가 있다. 그러나, 기체 충전 범위가 넓기 때문에 프로세스 가스를 충분히 충전시키는 것은 어렵다.
일본 특허 공개 제2016-54232호는, 기판과 몰드 사이의 거리를 증가시키는 경우에 프로세스 가스의 공급량을 증가시킴으로써, 임프린트 장치에의 프로세스 가스의 충전성을 개선하는 방법을 논의하고 있다. 그러나, 이 방법에 따르면, 프로세스 가스의 소비량이 증가하고, 이는 성형 장치(임프린트 장치)의 운용 비용을 상승시킬 수 있다.
본 발명의 양태에 따르면, 몰드를 사용하여 기판 상의 조성물을 성형하는 성형 장치는, 상기 몰드와 상기 기판 사이에 개재된 공간의 주변에 기체를 공급하는 기체 공급 유닛, 상기 몰드를 변형시키는 변형 기구, 및 상기 기체 공급 유닛이 상기 몰드와 상기 기판 사이에 개재된 상기 공간의 상기 주변에서의 상기 기체의 밀도를 증가시킨 상태에서, 상기 변형 기구가 상기 몰드를 상기 기판에 대하여 오목 형상으로 변형시키고, 상기 몰드를 상기 변형으로부터 해제한 후에 상기 몰드와 상기 기판 상의 상기 조성물을 접촉시키는 제어 유닛을 포함한다.
본 발명의 추가적인 특징은 첨부된 도면을 참고한 예시적인 실시형태에 대한 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 양태로서의 평탄화 장치의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 평탄화 처리의 개요를 도시하는 도면이다.
도 3은 제1 예시적인 실시형태에 따른 평탄화 처리를 도시하는 흐름도이다.
도 4는 제1 예시적인 실시형태에 따른 평탄화 장치를 도시하는 도면이다.
도 5는 제2 예시적인 실시형태에 따른 평탄화 처리를 도시하는 흐름도이다.
도 6은 제3 예시적인 실시형태에 다른 평탄화 처리를 도시하는 흐름도이다.
도 7a, 도 7b, 도 7c, 도 7d, 도 7e 및 도 7f는 물품의 제조 방법을 도시하는 도면이다.
본 발명의 예시적인 실시형태를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 도면에서, 동일한 부재에 대해서는 동일한 참조 번호를 첨부하고, 중복하는 설명은 생략한다.
도 1은 제1 예시적인 실시형태에 따른 성형 장치로서의 평탄화 장치(100)의 구성을 도시하는 개략도이다. 도 1을 참고해서 평탄화 장치(100)의 구성에 대해서 설명한다. 도 1에서는, 기판(1)이 배치되는 평면이 XY 평면이며, XY 평면에 직교하는 방향이 Z 방향이다. 평탄화 장치(100)는, 평면부(11a)를 갖는 몰드(11)(슈퍼스트레이트(superstrate)라고 지칭되기도 함)를 사용하여, 기판(1) 상의 조성물을 성형하는 성형 장치(즉, 임프린트 장치)에 의해 구현되며, 기판(1) 상의 조성물을 평탄화한다. 평탄화 장치(100)는, 기판(1) 위에 공급된 미경화 조성물과 몰드를 접촉시키고, 접촉된 상태에서 조성물에 경화용의 에너지를 부여함으로써 기판 상에 경화된 조성물을 형성하는 장치이다. 그리고, 평탄화 장치(100)는, 경화된 조성물로부터 몰드를 분리하는 것으로 기판 상에 조성물의 평탄면을 형성한다. 본 예시적인 실시형태에서는, 광을 조사함으로써 미경화 조성물을 경화시키는 평탄화 장치에 대해서 설명한다.
평탄화 장치(100)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 척(2), 기판 스테이지(3), 베이스 정반(4), 천장판(6), 가이드 바(8), 몰드 보유지지 유닛(12), 헤드(13), 얼라인먼트 스코프 선반(14)을 포함한다. 또한, 평탄화 장치(100)는, 공급 유닛(20), 기판 반송 유닛(22), 얼라인먼트 스코프(23), 광원(24), 스테이지 구동 유닛(31), 몰드 반송 유닛(32), 세정 유닛(33), 입력 유닛(34), 기체 공급 유닛(110), 및 제어 유닛(200)을 더 포함한다. 도 1에 도시하는 평탄화 장치(100)에서, 척(2) 및 기판 스테이지(3)는 기판(1)을 보유지지하는 기판 보유지지 유닛을 구성한다.
기판(1)은, 반송 핸드를 포함하는 기판 반송 유닛(22)에 의해, 평탄화 장치(100)의 외부로부터 장치 내에 반입되며, 척(2)에 의해 보유지지된다. 척(2)은, 예를 들어 기판(1)을 흡착함으로써 기판(1)을 보유지지한다. 기판(1)에는, 유리, 세라믹스, 금속, 반도체, 수지 등이 사용되고, 필요에 따라, 그 표면에 기판과 상이한 재료로 이루어지는 부재가 형성되어 있어도 된다. 구체적으로는, 기판은, 실리콘 웨이퍼, 화합물 반도체 웨이퍼, 석영 유리 등을 포함한다.
기판 스테이지(3)는, 베이스 정반(4)에 의해 지지되고, 척(2)에 보유지지된 기판(1)을 미리결정된 위치에 위치결정하기 위해서 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동할 수 있다. 스테이지 구동 유닛(31)은, 예를 들어 리니어 모터 및 에어 실린더를 포함하고, 기판 스테이지(3)를 적어도 X축 방향 및 Y축 방향으로 구동(이동)시키는 기능을 갖는다. 또한, 스테이지 구동 유닛(31)은, 기판 스테이지(3)를 2개 이상의 축의 방향(예를 들어, 6 축 방향)으로 구동하는 기능을 갖고 있어도 된다. 스테이지 구동 유닛(31)은, 회전 기구를 포함하고, 척(2) 또는 기판 스테이지(3)를 Z축 주위로 회전 구동(회전)시키는 기능을 갖고 있어도 된다.
몰드(11)는, 반송 핸드를 포함하는 몰드 반송 유닛(32)에 의해, 평탄화 장치(100)의 외부로부터 장치 내로 반입되며, 몰드 보유지지 유닛(12)에 의해 보유지지된다. 몰드(11)는, 예를 들어 원형 또는 사각형 외형을 갖고, 기판 위 조성물에 접촉해서 기판(1)의 표면 형상을 모방하는 평면부(11a)를 포함한다. 이렇게, 몰드(11)는, 기판(1)의 표면 형상을 따라서 조성물을 평탄화하기 위한 평탄화 부재(슈퍼스트레이트라고도 칭함)로서 기능한다. 본 예시적인 실시형태에서는, 몰드(11)의 평면부(11a)의 크기는 기판(1)과 동일하거나 또는 기판(1)보다 크다.
몰드 보유지지 유닛(12)은, 헤드(13)에 의해 지지되고, Z축 둘레의 몰드(11)의 회전 방향 또는 X축 및 Y축 둘레의 몰드(11)의 기울기를 보정하는 기능을 갖는다. 몰드 보유지지 유닛(12) 및 헤드(13) 각각은, 광원(24)으로부터 콜리메이터 렌즈를 통해서 조사되는 광(자외선)을 통과시키는 개구(도시하지 않음)를 포함한다. 또한, 몰드 보유지지 유닛(12) 또는 헤드(13)는, 기판(1) 상의 조성물에 가해지는 몰드(11)의 가압력(압인력)을 계측하기 위한 로드셀을 가져도 된다.
베이스 정반(4)에는, 천장판(6)을 지지하는 지주가 위치된다. 가이드 바(8)는, 천장판(6)으로부터 현수되고, 얼라인먼트 스코프 선반(14)을 관통하며, 헤드(13)에 고정된다. 얼라인먼트 스코프 선반(14)은, 지주를 통해서 천장판(6)으로부터 현수된다. 얼라인먼트 스코프 선반(14)에는 가이드 바(8)가 관통하고 있다. 또한, 얼라인먼트 스코프 선반(14)은, 예를 들어 사입사 상 어긋남 방식을 사용하여, 척(2)에 의해 보유지지된 기판(1)의 표면의 높이(평탄도)를 계측하기 위한 높이 계측계(도시하지 않음)를 갖는다.
얼라인먼트 스코프(23)는, 기판 스테이지(3)에 제공된 기준 마크(도시하지 않음)와, 몰드(11)에 제공된 얼라인먼트 마크를 관찰하기 위한 광학계 및 촬상계를 포함한다. 얼라인먼트 스코프(23)는, 기판 스테이지(3)에 제공된 기준 마크와 몰드(11)에 제공된 얼라인먼트 마크 사이의 상대적인 위치를 계측할 수 있다. 평탄화 장치(100)는, 얼라인먼트 스코프(23)에 의한 계측 결과를 사용하여 기판(1)과 몰드(11)의 오정렬을 보정하는 얼라인먼트에 사용된다. 단, 기판 스테이지(3)가 기준 마크를 갖지 않고 몰드(11)가 얼라인먼트 마크를 갖지 않는 경우, 얼라인먼트 스코프(23)는 제공되지 않아도 된다.
공급 유닛(20)은, 기판(1)에 미경화 조성물을 공급하는 공급구(토출구, 노즐)를 포함하는 디스펜서로 구성된다. 공급 유닛(20)은, 기판(1) 상의 원하는 영역에 미경화 조성물을 공급(도포)할 수 있다. 공급 유닛(20)은, 예를 들어 피에조 제트 방식이나 마이크로 솔레노이드 방식에 의해, 기판(1) 위에 약 1 피코리터(pL)의 미소한 체적의 조성물을 공급할 수 있다. 또한, 공급 유닛(20)에서의 공급구의 수는, 한정되는 것이 아니라, 1개(싱글 노즐)이어도 되거나, 또는 100개를 초과해도 된다(즉, 리니어 노즐 어레이일 수 있거나 또는 복수의 리니어 노즐 어레이의 조합일 수 있다).
조성물은, 액상 유기 재료이며, 종래의 임프린트재를 포함한다. 구체적으로는, 조성물로서는, 경화용의 에너지가 부여됨으로써 경화하는 경화성 조성물(미경화 수지라고도 칭할 수 있음)이 사용된다. 경화용의 에너지로서는, 전자기파, 열 등이 사용된다. 전자기파로서는, 예를 들어 그 파장이 10 nm 내지 1 mm의 범위로부터 선택되는, 적외선, 가시광선, 및 자외선 등의 광을 사용한다.
경화성 조성물은, 광의 조사에 의해 혹은 가열에 의해 경화하는 조성물을 지칭한다. 광의 조사에 의해 경화하는 광경화성 조성물은, 적어도 중합성 화합물과 광중합 개시제를 함유하고, 필요에 따라 비중합성 화합물 또는 용제를 함유해도 된다. 비중합성 화합물은 증감제, 수소 공여체, 내첨형 이형제, 계면활성제, 산화방지제, 및 폴리머 성분을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이다.
조성물은 스핀 코터나 슬릿 코터에 의해 기판 상에 막의 형태로 부여되어도 된다. 조성물은, 액체 분사 헤드에 의해, 액적의 형태, 혹은 복수의 액적이 연결되어 형성된 섬 또는 막의 형태로 기판 상에 부여되어도 된다. 조성물의 점도(25℃에서의 점도)는, 예를 들어 1 mPa·s 내지 100 mPa·s이다.
세정 유닛(33)은 몰드 보유지지 유닛(12)에 보유지지된 몰드(11)를 세정한다. 세정 유닛(33)은, 기판(1) 상의 경화된 조성물로부터 몰드(11)를 분리한 후에, 몰드(11)(특히, 평면부(11a))에 부착된 나머지 조성물을 제거할 수 있다. 세정 유닛(33)은, 예를 들어 몰드(11)에 부착된 조성물을 닦아내는 기구이어도 되거나, 또는 UV 조사, 웨트 세정, 드라이 플라즈마 세정 등을 사용해서 몰드(11)에 부착된 조성물을 제거해도 된다. 세정 유닛(33)은, 몰드 보유지지 유닛(12)으로부터 제거된 몰드(11)를 세정해도 된다.
기체 공급 유닛(110)은, 기판(1)과 몰드(11) 사이에 조성물에서의 용해성이 높은 가스 또는 조성물에서의 확산성이 높은 가스를 공급한다. 기체 공급 유닛(110)이 기체를 공급함으로써, 기판(1) 상의 조성물과 몰드(11)를 접촉시킬 때, 몰드(11)에의 조성물의 충전성을 향상시킬 수 있다.
제어 유닛(200)은, CPU, 메모리 등을 포함하고, 평탄화 장치(100)의 전체를 제어한다. 제어 유닛(200)은, 평탄화 장치(100)의 유닛의 동작을 통괄적으로 제어해서 평탄화 처리를 행하는 처리 유닛으로서 기능한다. 이 경우, 평탄화 처리는, 몰드(11)의 평면부(11a)를 기판(1) 상의 미경화 조성물에 접촉시켜서 평면부(11a)를 기판(1)의 표면 형상에 모방시킴으로써 조성물을 평탄화한다. 평탄화 처리는, 일반적으로, 로트 단위로, 즉 동일한 로트에 포함되는 복수의 기판 각각에 대하여 행해진다. 제어 유닛(200)은, 평탄화 장치(100)에 제공되어도 되거나, 또는 평탄화 장치(100)와 상이한 위치에 설치되고 원격으로 제어되어도 된다. 평탄화 장치(100)에는, 입력 유닛(34)이 제공되어도 된다. 입력 유닛(34)은, 제어 유닛(200)에 평탄화 장치(100)의 동작 조건을 입력하는 장치이다.
도 2a 내지 도 2c는 성형 방법으로서의 평탄화 처리의 개요를 도시하는 도면이다. 도 2a 내지 도 2c를 참조하여, 평탄화 처리의 개요를 설명한다. 먼저, 도 2a에 도시하는 바와 같이, 베이스 패턴(1a)이 형성되어 있는 기판(1)에 대하여, 공급 유닛(20)으로부터 조성물(IM)을 공급한다. 공급 유닛(20)은, 베이스 패턴(1a)에 형성된 요철에 기초하여 조성물(IM)의 공급량에 분포(공급량의 차)를 제공해서 조성물을 도포할 수 있다. 도 2a는, 기판(1) 위에 조성물(IM)을 공급하고, 몰드(11)가 아직 조성물(IM)에 접촉하지 않은 상태를 도시한다.
이어서, 평탄화 장치(100)는, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 기판(1) 상의 조성물(IM)과 몰드(11)의 평면부(11a)를 접촉시킨다. 도 2b는, 몰드(11)의 평면부(11a)가 기판(1) 상의 조성물(IM)에 접촉하고, 몰드(11)의 평면부(11a)가 기판(1)의 표면 형상을 모방한 상태를 나타내고 있다. 그리고, 평탄화 장치(100)는, 도 2b에 나타내는 상태에서, 광원(24)으로부터, 몰드(11)를 통하여 기판 상의 조성물(IM)에 광을 조사해서 조성물(IM)을 경화시킨다.
이어서, 평탄화 장치(100)는, 도 2c에 도시하는 바와 같이, 기판(1) 상의 경화된 조성물(IM)로부터 몰드(11)를 분리한다. 이에 의해, 기판(1)의 전체면에서 균일한 두께의 조성물(IM)의 층(평탄화층)을 형성할 수 있다. 도 2c는, 기판(1) 위에 기판(1)의 표면 형상을 모방하는 조성물(IM)의 평탄화층이 형성된 상태를 나타내고 있다.
도 3과 도 4를 참고해서 제1 예시적인 실시형태에 따른 평탄화 장치와 평탄화 처리에 대해서 설명한다. 도 3은 제1 예시적인 실시형태에 따른 평탄화 장치(100)에서의 평탄화 처리를 나타내는 흐름도이다. 도 4는, 제1 예시적인 실시형태에 다른 평탄화 장치(100)의 일부를 도시하는 도면이다.
도 3에 도시하는 흐름도를 참고하여 제1 예시적인 실시형태에 따른 평탄화 처리의 방법에 대해서 설명한다. 평탄화 처리가 개시되면, 단계 S1에서는 평탄화 장치(100)에 기판을 반입하고, 기판 반송 유닛(22)에 의해 기판(1)을 척(2) 위에 반송하며, 공급 유닛(20)이 기판(1) 위로 조성물을 도포한다. 몰드(11)는, 몰드 반송 유닛(32)에 의해, 기판이 반입되기 전에 몰드 보유지지 유닛(12)까지 반송되는 것이 바람직하다. 또한, 미리 조성물이 공급된 기판(1)을 평탄화 장치(100)에 반입해도 된다.
이어서, 단계 S2에서는, 기판(1)과 몰드(11) 사이에 프로세스 가스를 공급하기 위해서, 기체 공급 유닛(110)은, 먼저 기판(1)과 몰드(11)의 주변에 프로세스 가스(기체)를 공급한다. 이때 공급되는 프로세스 가스는, 몰드에의 조성물의 충전성을 향상시키기 위해서, 헬륨 가스 등의 확산성이 높은 기체인 것이 바람직하다. 기타, 프로세스 가스는, 기판(1)과 몰드(11) 사이의 분위기로부터 산소를 제외하는 목적에서, 질소 가스 등이어도 된다.
이어서, 단계 S3에서는, 기판(1)과 몰드(11) 사이에 프로세스 가스를 충분히 충전시키기 위해서, 도 4에 도시하는 몰드(11)의 형상처럼, 몰드(11)의 평면부(11a)를 기판(1)에 대하여 오목 형상으로 변형시킨다. 몰드(11)는, 예를 들어 기계적인 응력을 가함으로써 변형된다. 단계 S2에서 프로세스 가스를 공급한 후에, 단계 S3에서 몰드(11)를 오목 형상으로 변형시킴으로써, 몰드(11)와 기판(1) 사이에 개재된 공간의 체적이 증가하기 때문에, 그 공간의 압력이 내려간다(진공이 발생한다). 따라서, 몰드(11)와 기판(1) 사이의 공간에 주위의 프로세스 가스를 인입하는 작용이 작용하여, 몰드(11)와 기판(1) 사이의 공간에 프로세스 가스를 충분히 충전시킬 수 있다. 이때, 몰드(11)와 기판(1) 사이에 개재된 공간은, 그 공간이 대기에 혼합된 프로세스 가스의 비율이 증가하고 가스의 농도가 높아진 상태(가스의 밀도가 높아진 상태)에 있는 한은, 반드시 프로세스 가스로 치환되어야 하는 것은 아니다.
이어서, 단계 S4에서는, 몰드(11)는 오목 변형으로부터 해제되고, 몰드(11)와 기판(1) 상의 조성물을 접촉시킨다(압인한다). 몰드와 조성물을 서로 접촉시킬 때, 몰드(11)의 평면부(11a)의 형상은 기판(1)에 대하여 평탄하거나 또는 볼록 형상으로 변형되어도 된다. 이때, 몰드(11)를 변형으로부터 해제해도, 몰드(11)와 기판(1) 사이에 개재된 공간은, 프로세스 가스의 농도가 높아진 상태(가스의 밀도가 높아진 상태)에서 유지된다.
이어서, 단계 S5에서는, 광원(24)으로부터 광을 조사해서 조성물을 경화시킨 후, 경화된 조성물로부터 몰드(11)를 분리해서(이형), 평탄화층의 형성이 완료된다. 마지막으로, 단계 S6에서는, 기판 반송 유닛(22)에 의해 평탄화 처리가 행해지고, 평탄화층이 형성된 기판(1)을 척(2)으로부터 반출하여, 평탄화 처리가 완료된다. 이상의 단계를, 평탄화 처리가 필요한 기판마다 반복한다.
평탄화 장치(100)는, 단계 S3 및 S4에서 몰드(11)를 오목 형상 또는 볼록 형상으로 변형시키기 위해서, 변형 기구로서 압력 제어 유닛(120)을 구비한다. 도 4를 참조하여, 압력 제어 유닛(120)을 포함하는 평탄화 장치(100)에 대해서 설명한다. 압력 제어 유닛(120)은, 몰드(11), 몰드 보유지지 유닛(12), 및 헤드(13)에 의해 형성된 공간의 압력을 조정하도록 구성된다. 압력 제어 유닛(120)에는, 진공 펌프 등을 사용할 수 있다. 몰드(11), 몰드 보유지지 유닛(12), 및 헤드(13)에 의해 형성된 공간은, 척(2)에 의해 보유지지된 기판(1)의 반대 측의, 몰드(11)의 상측 공간이다. 압력 제어 유닛(120)은, 몰드(11)의 평면부(11a)의 반대 측의 공간의 압력을 대기보다 크게 해서 몰드(11)를 볼록 형상으로 변형시킬 수 있거나, 또는 그 압력을 대기보다도 작게 해서 몰드(11)를 오목 형상으로 변형시킬 수 있다.
또한, 압력 제어 유닛(120)은, 평탄화 장치(100)와 상이한 설비로부터 공급되는 부압원에 연결되어도 된다. 또한, 압력 제어 유닛(120)은, 몰드(11)의 평면부(11a)의 반대 측의 공간 내의 압력을 조정하기 위해서, 전자 밸브, 공기 동작형 밸브 등을 포함해도 된다. 또한, 압력 제어 유닛(120)은, 압력의 조정을 목적으로 하여, 레귤레이터, 질량 유량 제어기, 속도 제어기 등을 포함해도 된다. 압력 제어 유닛(120)에 의해, 상기 공간을 부압으로 설정함으로써, 몰드(11)를 기판(1)에 대하여 오목 형상으로 변형시킬 수 있다. 부압의 값은, 단계 S2에서 몰드(11)의 주변에 공급된 프로세스 가스를 인입하는 효과가 충분히 얻어질 수 있도록, 레귤레이터 등에 의해 조정되는 것이 바람직하다. 또한, 압력값은, 몰드(11)의 변형량이 지나치게 커서 파손에 이르지 않도록 조정되는 것이 바람직하다. 도 4는, 단계 S3에서 압력 제어 유닛(120)이, 공간 내의 압력을 대기압보다 작게 함으로써, 몰드(11)를 오목 형상으로 변형시키는 경우를 도시하는 도면이다.
몰드와 기판 사이에 개재된 공간의 프로세스 가스의 밀도를 효율적으로 증가시키기 위해서, 변형 기구가 몰드(11)를 볼록 형상으로 변형시킨 상태에서, 몰드의 주변에 기체가 공급된 후에, 몰드(11)의 평면부(11a)를 평탄한 형상으로 되돌리거나 또는 오목 형상으로 변형시켜도 된다. 예를 들어, 단계 S2에서 프로세스 가스를 공급하는 동안에, 변형 기구는 몰드(11)를 볼록 형상으로 변형시키고, 그후 단계 S3에서 몰드(11)를 오목 형상으로 변형시킨다. 상술한 바와 같이, 평탄화 장치(100)는, 몰드(11)와 조성물(IM)을 접촉시키기 전에, 몰드(11)를 한번 볼록 형상으로 변형시키고, 그후 몰드(11)를 오목 형상으로 변형시킴으로써 몰드와 기판 사이에 개재된 공간의 프로세스 가스의 밀도를 증가시킨다.
평탄화 장치(100)는, 단계 S3에서 몰드(11)와 기판(1) 사이에 개재된 공간에 프로세스 가스가 충전된 것을 검지하기 위해서, 기체 검지 유닛(130)을 포함해도 된다. 도 4를 참조하여, 기체 검지 유닛(130)을 포함하는 평탄화 장치(100)에 대해서 설명한다. 기체 검지 유닛(130)은, 몰드(11)와 기판(1) 사이의 공간에, 기체 공급 유닛(110)으로부터 공급되는 프로세스 가스가 충전되는 것을 검지할 수 있다. 기체 검지 유닛(130)에는, 레이저 변위계 등을 사용할 수 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 레이저 변위계는, 몰드(11)에 대하여 몰드 보유지지 유닛(12) 측에 배치되어 있고, 몰드(11)를 통해서 기판(1)까지의 거리를 계측할 수 있다. 레이저 변위계는, 몰드와 기판 사이의 공간을 통과한 레이저광을 사용해서 기판까지의 거리를 계측할 수 있다. 일반적으로, 평탄화 장치(100)에서는, 프로세스 가스로서 헬륨 가스가 사용되는 경우가 많다. 헬륨 가스는 공기(대기)와 상이한 굴절률을 갖는다. 따라서, 몰드(11)와 기판(1) 사이에 프로세스 가스가 충전되면, 레이저 변위계의 계측값이 변화한다. 이와 같이, 기체 검지 유닛(130)은, 레이저 변위계의 계측값의 변화에 의해, 프로세스 가스가 충전되는 것을 검지할 수 있다. 프로세스 가스는 기판(1)의 주변으로부터 중심부를 향해서 충전되기 때문에, 레이저 변위계에 의해 측정되는 장소는 기판(1)(몰드(11))의 중심부인 것이 바람직하다.
이어서, 도 5를 참고해서 제2 예시적인 실시형태에 따른 성형 방법으로서의 평탄화 처리에 대해서 설명한다. 도 5는 제2 예시적인 실시형태에 따른 평탄화 장치(100)에서의 평탄화 처리를 나타내는 흐름도이다. 도 5의 흐름도에서, 도 3의 흐름도와 동일한 단계에 대한 설명은 생략한다.
제2 예시적인 실시형태에 따른 평탄화 처리는, 단계 S3에서 몰드(11)를 오목 형상으로 변형시킨 후, 기판(1)과 몰드(11) 사이에 프로세스 가스가 충전되었는지의 여부를 기체 검지 유닛(130)의 계측값으로부터 판단하는 단계 S10를 포함한다. 프로세스 가스가 충전되었는지의 여부의 판단은 도 1에 도시된 제어 유닛(200)에 의해 실시된다. 제어 유닛(200)은, 기체 검지 유닛(130)의 계측값이 원하는 값을 초과하고 있는지의 여부를 판정함으로써 프로세스 가스의 충전을 판단한다.
단계 S10에서 기판과 몰드 사이의 프로세스 가스의 충전이 완료되었다고 판단되는 경우, 처리는 다음 단계 S4로 진행하고 도 3에서 설명한 평탄화 처리를 계속한다. 한편, 단계 S10에서 기판과 몰드 사이에 프로세스 가스가 충분히 충전되지 않았다고 판단되는 경우(충전이 완료되지 않은 경우), 기체 충전이 완료될 때까지 처리가 대기된다. 이때, 정지하는 시간을 제한하고, 미리결정된 시간 내에 충전이 완료되지 않은 경우에는 장치 내의 이상으로서 간주하고 처리를 정지하는 추가적인 단계(도시되지 않음)가 행해질 수 있다. 기체 충전이 불충분할 경우에는, 헤드(13)를 Z축의 + 방향으로 상승시키고, 기판(1)과 몰드(11) 사이의 거리를 증가시켜 프로세스 가스를 인입하는 효과를 촉진하는 추가적인 단계를 실시해도 된다.
이어서, 도 6을 참고해서 제3 예시적인 실시형태에 따른 성형 방법으로서의 평탄화 처리에 대해서 설명한다. 도 6은 제3 예시적인 실시형태의 평탄화 장치(100)에서의 평탄화 처리를 나타내는 흐름도이다. 도 6의 흐름도에서, 도 3 및 도 5의 흐름도와 동일한 단계에 대한 설명은 생략한다.
제3 예시적인 실시형태에 따른 평탄화 처리에서는, 단계 S3에서 몰드(11)를 오목 형상으로 변형시킨 후, 기판(1)과 몰드(11) 사이에 프로세스 가스가 충분히 충전되지 않았다고 판단되는 경우, 단계 S20에서 몰드(11)를 오목 변형으로부터 해제한다. 오목 변형으로부터의 몰드(11)의 해제는, 압력 제어 유닛(120)에 의해, 몰드(11)의 평면부(11a)는 반대 측의 공간 압력을 제어함으로써 행해진다. 예를 들어, 압력 제어 유닛(120)으로부터 공급되는 부압을 차단함으로써 몰드(11)를 오목 변형으로부터 해제한다. 단계 S20에서의 오목 변형으로부터의 해제 후의 몰드(11)의 형상(평면부(11a))은 기판(1)에 대하여 평탄하거나 또는 볼록해도 된다.
단계 S20에서 몰드(11)를 오목 변형으로부터 해제한 후, 다시 몰드(11)를 기판(1)에 대하여 오목 형상으로 변형시킴으로써, 몰드(11)의 주위에 프로세스 가스를 인입하는 단계(단계 S3)를 실시한다. 이때, 몰드(11)를 오목 변형으로부터 해제하는 횟수를 제한하고, 미리결정된 횟수 내에서 충전이 완료되지 않는 경우에는 평탄화 장치(100)의 이상으로서 간주하고 평탄화 처리를 정지하는 추가적인 단계(도시되지 않음)를 제공해도 된다. 기체 충전이 불충분할 경우에는, 헤드(13)를 Z축의 + 방향으로 상승시키고, 기판(1)과 몰드(11) 사이의 거리를 증가시켜 프로세스 가스를 인입하는 효과를 촉진하는 추가적인 단계를 실시해도 된다.
단계 S10에서 기체 충전이 완료되지 않았다고 판단되는 경우, 몰드를 오목 변형으로부터 해제해도 되고, 처리는 단계 S2로 되돌아가서 다시 몰드(11)의 주변에 프로세스 가스를 공급해도 된다. 그리고, 프로세스 가스를 공급한 후, 단계 S3에서 몰드(11)를 오목 형상에 변형시켜도 된다. 또한, 단계 S2와 단계 S3는 적어도 일부의 기간에 동시에 실시해도 된다.
상술한 예시적인 실시형태에서는, 성형 장치로서, 몰드(11)로서 패턴이 없는 평면부(11a)를 갖는 슈퍼스트레이트라고 불리는 평판을 사용해서 기판 상의 조성물을 평탄화하는 평탄화 장치(100)에 대해서 설명했다. 그러나, 성형 장치는 평탄화 장치에 한정되는 것이 아니라, 오목-볼록 패턴이 형성된 패턴부를 갖는 몰드를 사용해서 기판 상의 임프린트재에 패턴을 형성하는 임프린트 장치이어도 된다.
이 경우, 몰드(11)는 기판 상의 임프린트재를 성형하기 위한 몰드이다. 몰드는 템플릿 또는 원판이라고도 불릴 수 있다. 몰드(11)는, 직사각형 외형 형상을 갖고, 기판(1)(의 임프린트재)에 전사해야 할 패턴(오목-볼록 패턴)이 형성된 패턴면(제1 면)을 갖는다. 몰드(11)는, 기판 상의 임프린트재를 경화시키기 위한 자외선을 투과하는 재료, 예를 들어 석영으로 구성된다. 몰드(11)의 패턴면에는, 얼라인먼트 마크로서 기능하는 몰드측 마크가 형성된다.
상술한 바와 같이, 성형 장치로서의 평탄화 장치 및 임프린트 장치는 광경화법을 사용해서 조성물 및 임프린트재를 경화시킨다. 그러나, 예시적인 실시형태 어느 것에서도, 광경화법뿐만 아니라 열을 부여하는 방법에 의해서도 조성물 및 임프린트재를 경화시켜도 된다.
광경화법에서는, 자외선 경화 수지를 사용하고, 수지를 통해서 기판에 몰드를 가압한 상태에서 자외선을 조사해서 수지를 경화시킨 후, 경화된 수지로부터 몰드를 분리하는 것에 의해 패턴이 형성된다. 상술한 예시적인 실시형태에서는, 경화광으로서 자외선을 조사하지만, 광의 파장은 기판(1) 위에 공급되는 조성물 또는 임프린트재에 따라서 적절히 결정될 수 있다.
한편, 열의 부여를 사용한 방법에서는, 열가소성 수지를 유리 전이 온도 이상의 온도로 가열하고, 수지의 유동성을 증가시킨 상태에서 수지를 통해서 기판에 몰드를 가압하고, 수지를 냉각한 후에, 수지로부터 몰드를 분리하는 것에 의해 패턴이 형성된다.
또한, 평탄화 장치(100)에 의해 도 2c에 도시하는 바와 같이 표면이 평탄화된 기판 상에 임프린트 장치를 사용해서 경화물의 패턴을 형성해도 된다. 이하, 임프린트 장치를 사용해서 기판 상에 경화물의 패턴을 형성하는 방법에 대해서 설명한다.
임프린트 장치를 사용해서 형성한 경화물의 패턴은, 각종 물품의 적어도 일부에 영구적으로 사용되거나 또는 각종 물품의 제조에 일시적으로 사용된다. 물품은 전기 회로 소자, 광학 소자, 미세전자기계시스템(MEMS), 기록 소자, 센서, 또는 몰드이다. 전기 회로 소자의 예는, 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM), 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM), 플래시 메모리, 자기 랜덤 액세스 메모리(MRAM)와 같은 휘발성 또는 불휘발성 반도체 메모리와, 대규모 집적 회로(LSI), 전하-결합 장치(CCD), 이미지 센서, 및 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)와 같은 반도체 소자를 포함한다. 몰드의 예는 임프린트용의 레플리카 몰드를 포함한다.
경화물의 패턴은, 상기 물품의 적어도 일부의 구성 부재로서 그대로 사용되거나 또는 레지스트 마스크로서 일시적으로 사용된다. 기판 가공 단계에서 에칭, 이온 주입 등이 행해진 후, 레지스트 마스크는 제거된다.
이어서, 물품의 구체적인 제조 방법에 대해서 설명한다. 도 7a에 도시하는 바와 같이, 절연재 등의 피가공재(2z)가 형성된 실리콘 웨이퍼 등의 기판(1z)을 준비하고, 계속해서 잉크젯법 등에 의해 피가공재(2z)의 표면에 임프린트재(3z)를 부여한다. 도 7a에서는, 복수의 액적의 형태로 된 임프린트재(3z)가 기판 상에 부여된 상태를 나타내고 있다.
도 7b에 도시하는 바와 같이, 임프린트용 몰드(4z)를, 그 오목-볼록 패턴이 형성된 측을 기판 상의 임프린트재(3z)를 향해 위치시킨다. 도 7c에 도시하는 바와 같이, 임프린트재(3z)가 제공된 기판(1z)을 몰드(4z)와 접촉시키고, 압력을 가한다. 임프린트재(3z)는 몰드(4z)와 피가공재(2z) 사이의 간극에 충전된다. 이 상태에서, 경화용 에너지로서 광을 몰드(4z)를 통해서 조사하면, 임프린트재(3z)는 경화한다.
도 7d에 도시하는 바와 같이, 임프린트재(3z)를 경화시킨 후, 몰드(4z)와 기판(1z)을 분리하면, 기판(1z) 위에 임프린트재(3z)의 경화물의 패턴이 형성된다. 이 경화물의 패턴은, 몰드의 오목부가 경화물의 볼록부에 대응하고, 몰드의 볼록부가 경화물의 오목부에 대응하는 형상을 갖는다. 따라서, 몰드(4z)의 오목-볼록 패턴이 임프린트재(3z)에 전사된다.
도 7e에 도시하는 바와 같이, 경화물의 패턴을 내에칭 마스크로서 사용하여 에칭을 행하면, 피가공재(2z)의 표면 중 경화물이 없거나 또는 얇게 잔존하는 부분이 제거되어, 홈(5z)을 형성한다. 도 7f에 도시하는 바와 같이, 경화물의 패턴을 제거하면, 피가공재(2z)의 표면에 홈(5z)이 형성된 물품을 얻을 수 있다. 본 예에서는, 경화물의 패턴이 제거된다. 대안적으로, 경화물의 패턴은 가공 후에도 제거하지 않고, 예를 들어 반도체 소자 등에 포함되는 층간 절연용의 막, 즉 물품의 구성 요소로서 이용해도 된다.
이상, 본 발명의 바람직한 예시적인 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이들 예시적인 실시형태로 한정되지 않고, 본 발명의 요지 내에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다.
본 발명을 예시적인 실시형태를 참고하여 설명하였지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시형태로 한정되지 않음을 이해해야 한다. 이하의 청구항의 범위는 이러한 모든 변형과 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 슈퍼스트레이트를 사용해서 기판 상의 조성물을 성형하는 성형 장치이며,
    상기 슈퍼스트레이트와 상기 기판 사이에 개재된 공간의 주변에 기체를 공급하도록 구성되는 기체 공급 유닛;
    상기 슈퍼스트레이트를 변형시키도록 구성되는 변형 기구로서, 상기 변형 기구는 상기 슈퍼스트레이트 상부의 공간의 압력을 제어함으로써 상기 슈퍼스트레이트를 변형시키는 압력 제어 유닛을 포함하는, 변형 기구; 및
    다음 순서로 제어를 실시하도록 구성되는 제어 유닛을 포함하는 성형 장치.
    (1) 상기 슈퍼스트레이트와 상기 기판 사이에 개재된 상기 공간의 상기 주변에서의 상기 기체의 밀도가 증가하도록, 상기 기체 공급 유닛이 상기 기체를 공급하게 함;
    (2) 상기 슈퍼스트레이트가 상기 기판 상의 상기 조성물과 접촉하지 않은 상태에서, 상기 슈퍼스트레이트의 중앙부가 상기 슈퍼스트레이트의 주변부보다 더 상기 기판으로부터 이격되도록 상기 슈퍼스트레이트를 변형시키기 위해, 상기 압력 제어 유닛에 의해 상기 공간의 압력을 저감시킴
    (3) 상기 슈퍼스트레이트가 상기 기판 상의 상기 조성물과 접촉하지 않은 상태에서, 상기 슈퍼스트레이트의 중앙부가 상기 슈퍼스트레이트의 주변부보다 상기 기판에 더 가깝게 되도록 상기 슈퍼스트레이트를 변형시키기 위해, 상기 압력 제어 유닛에 의해 상기 공간의 압력을 증가시킴
    (4) 상기 슈퍼스트레이트의 상기 중앙부가 상기 슈퍼스트레이트의 상기 주변부보다 상기 기판에 더 가깝게 되도록 상기 슈퍼스트레이트가 변형된 상태에서, 상기 슈퍼스트레이트를 상기 기판 상의 상기 조성물과 접촉시킴
  2. 제1항에 있어서, 상기 슈퍼스트레이트를 보유지지하는 슈퍼스트레이트 보유지지 유닛을 더 포함하고, 상기 압력 제어 유닛은 상기 슈퍼스트레이트 보유지지 유닛에 의해 보유지지된 상기 슈퍼스트레이트에 대하여 상기 슈퍼스트레이트 상부의 공간의 압력을 조정하고, 상기 압력 제어 유닛에 의해 상기 공간을 부압을 갖도록 설정하여 상기 슈퍼스트레이트를 상기 기판에 대해 오목 형상으로 변형시키는 성형 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 슈퍼스트레이트와 상기 기판 사이에 개재된 상기 공간에 상기 기체가 공급되었는지의 여부를 검지하도록 구성되는 기체 검지 유닛을 더 포함하는 성형 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기체 검지 유닛은 레이저 변위계이며,
    상기 레이저 변위계는, 상기 슈퍼스트레이트와 상기 기판 사이의 상기 공간을 통과한 레이저광을 사용해서 상기 기판까지의 거리를 계측하며, 계측값의 변화로부터 상기 슈퍼스트레이트와 상기 기판 사이의 상기 공간에 상기 기체가 충전되었는지를 판단하는 성형 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 기체 검지 유닛은, 상기 슈퍼스트레이트의 중심부와 상기 기판 사이에 개재된 공간에 상기 기체가 충전되었는지의 여부를 계측하는 성형 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 기체 검지 유닛이 상기 슈퍼스트레이트와 상기 기판 사이에 개재된 상기 공간에 상기 기체가 충전된 것을 검지한 후에, 상기 변형 기구는 상기 슈퍼스트레이트를 상기 변형으로부터 해제하여 상기 슈퍼스트레이트를 상기 기판 상의 상기 조성물과 접촉시키는 성형 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기체는 헬륨 가스인 성형 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 성형 장치는, 상기 슈퍼스트레이트로서 평면부를 갖는 평판을 사용함으로써 상기 기판 상의 상기 조성물을 평탄화하는 성형 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 성형 장치는, 오목-볼록 패턴을 갖는 상기 슈퍼스트레이트를 사용함으로써 상기 기판 상에 상기 조성물의 패턴을 형성하는 성형 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은, 상기 변형 기구가 상기 슈퍼스트레이트를 상기 기판에 대하여 볼록 형상으로 변형시키고, 상기 기체 공급 유닛이 상기 슈퍼스트레이트와 상기 기판 사이에 개재된 상기 공간의 상기 주변에서의 상기 기체의 상기 밀도를 증가시킨 상태에서, 상기 변형 기구가 상기 슈퍼스트레이트를 상기 기판에 대하여 오목 형상으로 변형시키게 하는 성형 장치.
  11. 슈퍼스트레이트를 사용해서 기판 상의 조성물을 성형하는 성형 방법이며,
    상기 슈퍼스트레이트와 상기 기판 사이에 개재된 공간의 주변에 기체를 공급하는 단계;
    상기 슈퍼스트레이트와 상기 기판 사이에 개재된 상기 공간의 상기 주변에서의 상기 기체의 밀도를 증가시킨 상태에서, 상기 슈퍼스트레이트의 중앙부가 상기 슈퍼스트레이트의 주변부보다 더 상기 기판으로부터 이격되도록 상기 슈퍼스트레이트를 변형시키는 단계; 및
    상기 슈퍼스트레이트를 상기 변형으로부터 해제해서 상기 슈퍼스트레이트와 상기 기판 상의 상기 조성물을 접촉시키는 단계를 포함하는 성형 방법.
  12. 물품의 제조 방법이며,
    제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 상기 성형 장치를 사용하여 기판 상의 조성물을 성형하는 성형 단계; 및
    상기 성형 단계에서 상기 조성물이 성형된 상기 기판을 가공하는 단계를 포함하는 물품의 제조 방법.
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