KR20200115203A - 성형 장치 및 성형 장치를 사용해서 물품을 제조하는 방법 - Google Patents

성형 장치 및 성형 장치를 사용해서 물품을 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

성형 장치는, 기판을 보유지지하는 기판 보유지지부; 상기 기판 보유지지부를 지지하는 지지대; 몰드를 보유지지하는 몰드 보유지지부; 상기 기판에 도포된 광경화성 성형가능 재료와 상기 몰드를 서로 접촉시키는 구동 유닛; 상기 구동 유닛에 의해 상기 성형가능 재료와 상기 몰드가 서로 접촉하는 상태로 유지되는 상태에서, 상기 성형가능 재료에 광을 조사하는 조사 유닛으로서, 상기 조사 유닛은 상기 지지대 또는 상기 기판 보유지지부 상에 배치된 발광 소자를 포함하는 발광 소자 어레이를 포함하는, 조사 유닛; 및 상기 지지대로부터 상기 몰드 보유지지부를 향하는 방향에서 상기 몰드 보유지지부의 위치보다 더 멀리 위치결정되는 광학 부재로서, 상기 광학 부재는 상기 발광 소자로부터의 광을 상기 기판 상의 상기 성형가능 재료를 향해서 안내하는, 광학 부재를 포함한다.

Description

성형 장치 및 성형 장치를 사용해서 물품을 제조하는 방법{FORMING APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING ARTICLE BY USING FORMING APPARATUS}
본 개시내용은 몰드를 사용해서 광경화성 성형가능 재료를 원하는 형상으로 성형하는 성형 장치에 관한 것이다. 또한, 본 개시내용은 성형 장치를 사용해서 물품을 제조하는 방법에 관한 것이다.
몰드를 사용해서 광경화성 성형가능 재료를 원하는 형상으로 성형하는 성형 장치가 알려져 있다. 이러한 성형 장치는, 예를 들어 반도체 디바이스 또는 미세구조체의 제조 공정에서 이용된다.
PCT 일본어 번역 특허 공보 제2011-529626호는 평탄한 면을 갖는 몰드를 사용하여 기판 상에 평탄층을 형성하기 위한 성형 장치를 개시하고 있다. PCT 일본어 번역 특허 공보 제2012-505544호는 돌출부 및 오목부를 포함하는 패턴을 갖는 몰드를 사용하여 기판 상에 패턴층을 형성하기 위한 성형 장치를 개시하고 있다. PCT 일본어 번역 특허 공보 제2012-505544호에 개시된 성형 장치는 임프린트 장치라고도 지칭된다.
PCT 일본어 번역 특허 공보 제2011-529626호는 에너지 공급원에 의해 발생되는 광대역 자외선 방사를 사용하여 성형가능 재료를 고화시키는 공정을 개시하고 있다. 그러나, 에너지 공급원에 대해서는 상세하게 기재되어 있지 않다.
전형적으로는, 고강도 자외선 방사를 발생시키기 위해서 자외선(UV) 램프가 사용되지만, PCT 일본어 번역 특허 공보 제2012-505544호에 따르면, 발광 디바이스(LED)를 사용해서 자외선 방사를 발생시킨다.
UV 램프는, 고강도 자외선을 용이하게 얻을 수 있는 점에서 유리하지만, 이들은 대량의 열을 발생시키고 그 방사 시스템이 크고 복잡한 구성을 갖는 점에서 불리하다. LED는 UV 램프에 의해 발생되는 자외선보다 낮은 강도를 갖는 자외선을 발생시키며, 따라서 광로 거리를 감소시키기 위한 디바이스가 필요하다.
PCT 일본어 번역 특허 공보 제2012-505544에 따르면, LED는 몰드 보유지지부의 상방에 비스듬히 배치되며, 따라서 광로 거리를 쉽게 감소시킬 수 없다. 또한, 광 파이버를 제공하여 몰드 보유지지부의 하우징에 광을 안내하는 구성이 기재되어 있지만, 광 파이버는 큰 광 손실을 초래한다. 따라서, 이 구성은 방사량 및 효율의 측면에서 불리하다.
본 개시내용에 따른 성형 장치는, 기판을 보유지지하는 기판 보유지지부; 상기 기판 보유지지부를 지지하는 지지대; 몰드를 보유지지하는 몰드 보유지지부; 성형가능 재료와 상기 몰드를 서로 접촉시키는 구동 유닛으로서, 상기 성형가능 재료는 광경화성이며 상기 기판 보유지지부에 의해 보유지지되는 상기 기판에 도포되고, 상기 몰드는 상기 몰드 보유지지부에 의해 보유지지되는, 구동 유닛; 상기 구동 유닛에 의해 상기 성형가능 재료와 상기 몰드가 서로 접촉하는 상태로 유지되는 상태에서, 상기 성형가능 재료에 상기 성형가능 재료를 경화시키기 위한 광을 조사하는 조사 유닛으로서, 상기 조사 유닛은 상기 지지대 또는 상기 기판 보유지지부 상에 배열되는 복수의 발광 소자를 포함하는 발광 소자 어레이를 포함하는, 조사 유닛; 및 상기 지지대로부터 상기 몰드 보유지지부를 향하는 방향에서, 상기 몰드 보유지지부의 위치보다 더 멀리 위치결정되는 광학 부재로서, 상기 광학 부재는 상기 복수의 발광 소자로부터의 광을 상기 기판 상의 상기 성형가능 재료를 향해서 안내하는, 광학 부재를 포함한다.
본 개시내용의 추가적인 특징은 첨부된 도면을 참고한 예시적인 실시형태에 대한 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 성형 장치의 성형 처리부를 도시한다.
도 2는 성형 처리부의 광학 부재를 도시한다.
도 3은 성형 처리부의 다른 광학 부재를 도시한다.
도 4a 내지 도 4c는 광학 부재의 영역을 도시한다.
도 5a 내지 도 5c는 성형 장치에 의해 행해지는 성형 동작을 도시한다.
도 6은 제1 변형예에 따른 성형 처리부를 도시한다.
도 7은 제2 변형예에 따른 성형 처리부를 도시한다.
도 8은 제3 변형예에 따른 성형 처리부를 도시한다.
제1 실시형태
이제, 본 개시내용의 실시형태를 도면을 참고하여 설명한다.
도 1은 성형 장치의 성형 처리부의 일례를 도시한다. 성형 장치는 광경화성 성형가능 재료를 원하는 형상으로 성형한다. 자외선의 조사에 의해 재료를 경화시키는 장치를 일례로서 설명하지만, 성형 장치는 이것에 한정되지 않는다. 또한, 반도체 제조 공정에서 사용되는 웨이퍼를 기판의 일례로서 설명하지만, 기판은 이것에 한정되지 않는다. 전형적인 웨이퍼는 300mm 또는 200mm의 직경을 갖는 원형 외주를 갖는다. 또한, 웨이퍼와 동일한 사이즈의 원형 외주를 갖는 몰드(SS)를 일례로서 설명하지만, 몰드(SS)는 이것에 한정되지 않는다.
도 1은 성형 처리부(101)를 포함하는 성형 장치(100)를 도시한다. 성형 처리부(101)는 기판(W)에 도포된 성형가능 재료(ML)를 경화시키는 광을 조사하는 조사 유닛(10)을 포함한다. 조사 유닛(10)은 복수의 발광 소자를 포함하는 발광 소자 어레이(11) 및 발광 소자 어레이(11)의 발광 소자로부터 방출되는 광을 집광하는 복수의 마이크로렌즈를 포함하는 마이크로렌즈 어레이(12)를 포함한다. 성형 처리부(101)는 또한 마이크로렌즈 어레이(12)를 성형가능 재료(ML)에 안내하는 광학 부재(20 및 30)를 포함한다. 스테이지(지지대)(40)는 기판(W)을 보유지지하는 척(기판 보유지지부)(41)을 지지한다. 헤드(50)는, 몰드(SS)를 보유지지하는 척(51)(몰드 보유지지부), 척(51)을 구동하는 구동 유닛(52), 및 구동 유닛(52)을 지지하는 지지 유닛(53)을 포함한다. 몰드(SS)는 기판(W)에 도포된 성형가능 재료(ML)와 접촉된다. 이 상태에서, 성형가능 재료(ML)에 조사 유닛(10)으로부터 광이 조사되어, 성형가능 재료(ML)가 경화된다. 몰드(SS)는 평탄한 면을 갖는다. 성형가능 재료(ML)가 경화된 후에 몰드(SS)가 상방으로 이동하면, 경화된 성형가능 재료(ML)는 몰드(SS)의 표면에 대응하는 표면을 갖는다. 따라서, 성형가능 재료는 원하는 형상으로 성형된다.
스테이지(40)는 기판(W)이 척(41)에 의해 보유지지되는 상태에서 베이스를 따라 이동할 수 있다. 기판(W)이 척(41) 위로 탑재되거나 또는 척으로부터 제거될 때, 스테이지(40)는 헤드(50)의 하방의 위치로부터 이격된 위치로 이동됨으로써, 반송 아암과 헤드(50) 사이의 간섭(물리적 접촉)이 용이하게 방지될 수 있다. 기판(W) 상의 성형가능 재료(ML)와 몰드(SS)가 서로 접촉되기 전에 스테이지(40)를 작은 거리만큼 이동시킴으로써, 몰드(SS)와 기판(W) 사이의 상대적인 위치를 미세 조정할 수 있다. 스테이지를 구동하는 기구로서는 공지의 기구가 사용될 수 있다. 스테이지(40)는 상부 판과, 상부 판에 연결된 판-형상 부재를 포함할 수 있다.
척(41)은 스테이지(40)에 체결 또는 흡착됨으로써 스테이지(40)에 고정된다. 척(41)은 기판(W)을 보유지지하는 보유지지면을 갖는다. 척(41)은 진공 흡착 방식 또는 정전 흡착 방식 등의 공지된 방식에 의해 기판(W)을 보유지지할 수 있다. 진공 흡착 방식이 사용되는 경우에는, 척(41)의 표면에 형성된 홈을 부압 발생 장치에 연결시키고, 기판(W)이 보유지지면에 탑재된 상태에서 홈의 압력을 부압으로 설정함으로써 기판(W)이 보유지지될 수 있다. 척(41)은, 기판(W)이 보유지지면 상으로 탑재되거나 그로부터 제거될 때 보유지지면으로부터 핀을 돌출시킬 수 있는 구멍을 가질 수 있다. 핀이 핀을 수직으로 이동시키는 기구를 사용해서 보유지지면으로부터 돌출하도록 이동될 때, 기판(W)은 기판(W)이 보유지지면으로부터 이격되고 핀에 의해 지지되는 상태에서 반송 아암에 의해 픽업되고 해방될 수 있다. 몰드(SS)가 반송 아암에 의해 픽업되고 해방될 때 스테이지(40)가 또한 사용될 수 있다. 스테이지(40) 및 척(41)은 공지된 재료로 각각 이루어질 수 있다. 재료는 예를 들어 세라믹, 금속, 합금, 또는 유리일 수 있다.
이제 헤드(50)에 대해서 설명한다. 척(51)은 몰드(SS)를 보유지지하는 보유지지면을 갖는다. 척(51)은 진공 흡착 방식 또는 정전 흡착 방식 등의 공지의 기술에 의해 몰드(SS)를 보유지지할 수 있다. 진공 흡착 방식이 사용되는 경우에는, 몰드(SS)는, 척(51)의 표면에 형성된 홈을 부압 발생 장치에 연결시키고, 몰드(SS)가 보유지지면에 탑재된 상태에서 홈의 압력을 부압으로 설정함으로써 보유지지될 수 있다.
척(51)은, 몰드(SS)의 직경보다 큰 직경을 갖는 원형 외주를 갖는다. 척(51)은, 몰드(SS)가 척(51)에 의해 보유지지될 때, 성형가능 재료(ML)에 척(51)의 상방으로부터 광이 조사될 수 있도록 구성된다. 따라서, 척(51)의 적어도 일부는 자외선 투과율이 60% 이상인 재료로 이루어질 수 있다. 더 바람직하게는, 재료의 자외선 투과율을 70% 이상 또는 80% 이상일 수 있다. 본 실시형태에 따르면, 척(51) 중 몰드(SS)와 접촉하는 부분뿐만 아니라 척(51) 중 몰드(SS)와 접촉하지 않는 부분도 높은 자외선 투과율을 갖는 재료로 이루어진다. 높은 투과율을 갖는 재료를 사용하는 대신에, 척(51)은 광을 차단하지 않는 오목부(공간)를 가질 수 있다.
구동 유닛(52)은 지지 유닛(53)에 의해 지지된다. 구동 유닛(52)은, 지지 유닛(53)에 대한 척(51)의 수직 방향(Z 방향)의 상대적인 위치를 변화시키도록 척(51)을 구동한다. 구동 유닛(52)은, 예를 들어 압전성 액추에이터 또는 보이스 코일 모터 등의 액추에이터일 수 있다. 요구되는 사양(예를 들어, 응답성)에 따라서는 공압 액추에이터를 사용할 수도 있다. 척(51)이 틸트 방향(θx 및 θy 방향)으로 구동될 수 있도록 복수의 액추에이터를 제공할 수 있다. 척(51)을 틸트 방향으로 구동하면, 몰드(SS)와 성형가능 재료(ML)가 서로 접촉될 때 몰드(SS)와 기판(W) 사이의 상대적인 기울기를 조정할 수 있다. 구동 유닛(52)은 척(51)을 X 및 Y 방향으로 이동시킬 수 있다. 이러한 경우에, 예를 들어, 기판(W) 상의 성형가능 재료(ML)와 몰드(SS)가 서로 접촉되기 전에, X 및 Y 방향으로 척(51)을 작은 거리만큼 이동시킴으로써, 몰드(SS)와 기판(W) 사이의 상대적인 위치를 미세 조정할 수 있다.
지지 유닛(53)은 예를 들어 지지 구조체(도시되지 않음)에 체결됨으로써 지지 구조체에 고정된다. 구동 유닛(52)과 지지 유닛(53)은 하우징에 배치될 수 있다. 이러한 경우에, 구동 유닛(52) 및 지지 유닛(53)은 하우징에 의해 지지 구조체에 고정될 수 있다. 대안적으로, 지지 유닛(53)은 하우징으로서 이용될 수 있다.
헤드(50)는, 척(51)에 의해 보유지지된 몰드(SS)를 기판(W)을 향해서 만곡시키기 위한 기구를 포함할 수 있다. 예를 들어, 척(51)은 오목부를 가질 수 있고, 보유지지된 몰드(SS)와 오목부에 의해 둘러싸인 국소 공간을 압력 제어 장치에 연결하고 국소 공간의 압력을 양의 압력으로 설정함으로써 몰드(SS)를 만곡시킬 수 있다.
성형 처리부(101)는, 몰드(SS)와 접촉하고 있는 성형가능 재료(ML)를 관찰하는 관찰 유닛(60)을 포함한다. 관찰 유닛(60)은, 관찰광을 방출하는 광원 및 촬상 디바이스(촬상 유닛)를 포함한다. 광원의 파장은, 성형가능 재료를 경화시키기 위해 사용되는 광의 파장과는 상이할 수 있다. 본 실시형태에서는, 가시광의 파장 범위인 450nm 내지 750nm의 파장 범위를 갖는 LED가 사용된다. 성형가능 재료에는 광원으로부터의 관찰광이 렌즈(61)를 통해서 척(51)의 상방으로부터 조사된다. 본 실시형태에서는, 렌즈(61)는 텔레센트릭 광학계를 형성한다. 이러한 구성에 따르면, 성형 동작 중에 몰드(SS) 및 성형가능 재료(ML)의 상태를 관찰할 수 있다. 관찰 유닛(60)은 성형가능 재료(ML)가 성형 처리를 받는 전체 영역을 관찰할 수 있다.
이제 도 1 내지 도 3을 참조하여 조사 유닛(10)에 대해서 설명할 것이다. 도 2는 스테이지(40)의 상면도이다. 도 3은 광학 부재(30)의 상면도이다.
조사 유닛(10)은, XY 평면을 따라 2차원으로 배열되는 발광 소자를 포함하며, 스테이지(40) 상에 탑재된다. 본 실시형태에서는, 조사 유닛(10)은 척(41)의 외주를 따라 배열된 복수의 LED 모듈을 포함하는 발광 소자 어레이(11)를 포함한다. 각 LED 모듈은, 직사각형 전기 인쇄 회로 기판, 및 전기 인쇄 회로 기판 상에 2차원으로 배열되는 복수의 LED(발광 소자)를 포함한다. 조사 유닛(10)은 스테이지(40)에 형성된 오목부에 배치되고, 마이크로렌즈 어레이(12)가 발광 소자 어레이(11)의 상방에 배치된다. 마이크로렌즈 어레이(12)는 복수의 마이크로렌즈를 포함한다. 마이크로렌즈 어레이(12)는, 각 LED로부터 방출되는 분기하는 광을 집광하고, 광을 마이크로렌즈 어레이(12)의 상방에 배치된 광학 부재(20)를 향해서 안내한다.
광학 부재(20)는, 발광 소자 어레이(11)로부터의 방출되고 마이크로렌즈 어레이(12)를 투과한 광을 광학 부재(30)를 향해서 안내한다. 광학 부재(30)는, 발광 소자 어레이(11)로부터 상방으로 방출되는 광이 척(41)의 중심을 향해 이동하도록 광의 방향을 변경한다. 광학 부재(20)로서, 평판-형상 회절 광학 소자가 사용될 수 있다.
본 실시형태에서는 환상 형상을 갖는 광학 부재(20)가 제공되지만, 사이에 공간이 있는 LED 모듈 중 하나의 상방에 각 광학 부재가 배치되도록 복수의 광학 부재가 배열될 수 있다.
본 실시형태에서, 발광 소자 어레이(11)는 척(41)의 양 측에 배치되거나 척(41)을 둘러싸도록 배치된다. 이러한 배열은, 발광 소자 어레이(11)가 척(41)의 편 측에 배치되는 배열에 비하여 광의 강도 및 균일성의 측면에서 유리하다. 또한, LED가 척(41)의 중심을 통과하는 선(예를 들어, 도 2의 X 또는 Y 방향으로 연장되는 선)에 대하여 대칭인 배열은 광의 균일성의 측면에서 유리한다.
광학 부재(30)는, 척(51)의 상방에 배치되고, 지지 유닛(53) 또는 하우징(도시되지 않음)에 의해 지지되며, 복수의 장착부(31)가 그들 사이에 배치된다. 광학 부재(30)는, 기판을 보유지지하는 스테이지(40) 및 척(41)으로부터 몰드(SS) 및 척(51)을 향하는 방향(+Z 방향)에서, 몰드(SS) 및 척(51)보다 더 멀리 위치된다. 광학 부재(30)는, 발광 소자 어레이(11)로부터의 광을 몰드(SS)에 접촉하고 있는 성형가능 재료(ML)를 향해서 안내한다. 광학 부재(30)는, 기판(W)에 대향하는 반사면을 갖는 오목 미러일 수 있으며, 타원 미러일 수 있다. 광학 부재(30)는 관찰 유닛(60)으로부터의 관찰광(본 실시형태에서는 가시광)을 투과할 수 있는 재료로 이루어진다. 따라서, 광학 부재(30)의 적어도 일부는 자외광을 반사할 수 있으며 가시광을 투과할 수 있는 재료로 이루어질 수 있다. 재료는 관찰광에 대해 60% 이상의 투과율을 가질 수 있다. 더 바람직하게는, 관찰광에 대한 재료의 투과율은 70% 이상 또는 80% 이상일 수 있다. 광학 부재(30)의 반사면은 광 산란 구조를 가질 수 있다.
장착부(31)는 광학 부재(30)의 외주를 따라 3개의 위치에 배치된다. 장착부(31)는 광학 부재(30)의 중심 주위로 서로 120° 이격되어 배열될 수 있다. 각 장착부(31)와 지지 유닛(53) 사이에 접착제 또는 굴곡 구조가 배치될 수 있다. 또한, 공지의 운동학적 마운트가 사용될 수 있다. 접착제, 굴곡 구조 또는 운동학적 마운트를 사용함으로써, 지지 유닛(53)에 의해 가해지는 힘에 의한 광학 부재(30)의 변형을 저감할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하여 광학 부재(20) 및 광학 부재(30)의 예에 대해서 설명한다. 도 4a 내지 도 4c는 광학 부재(20)와 광학 부재(30)의 영역 사이의 광학 특성의 차이를 도시한다. 도 4a에 도시하는 바와 같이, 광학 부재(30)는, 광학 부재(30)의 중심을 포함하는 중앙 영역(30a), 광학 부재(30)의 외주를 포함하는 외주 영역(30c), 및 중앙 영역(30a)과 외주 영역(30c) 사이에 위치되는 중간 영역(30b)을 갖는다.
광학 부재(30)는, 중앙 영역(30a)의 반사율이 중간 영역(30b)의 반사율보다 높고, 중간 영역(30b)의 반사율이 외주 영역(30c)의 반사율보다 높아지게 구성된다. 영역들이 상이한 반사율을 갖도록 유전체 다층막과 같은 반사막을 제공할 수 있다. 상술한 바와 같이 반사율이 반경 방향의 위치에 따라서 상이한(반사율이 중앙 영역에서 높고 외주 영역에서 낮은) 경우에는, 모든 영역이 동일한 반사율을 갖는 경우보다 조도가 더 균일하다. 반사율은 80% 이상(및 100% 미만)의 범위에서 선택될 수 있다.
광학 부재(30)의 다양한 영역들이 상이한 반사율을 갖도록 광학 부재를 형성하는 대신에, 광학 부재(30)는 그 다양한 영역들이 상이한 확산 성능을 갖도록 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 광학 부재(30)는, 중앙 영역(30a)의 확산 각이 중간 영역(30b)의 확산 각보다 작고(좁고), 중간 영역(30b)의 확산 각이 외주 영역(30c)의 확산 각보다 작게(좁게) 구성된다.
도 4b에 도시되는 바와 같이, 광학 부재(20)는 내측 영역(20a) 및 외측 영역(20b)을 포함한다. 광학 부재(20)는 회절 광학 소자이며, 내측 영역(20a)의 회절 피치는 외측 영역(20b)의 회절 피치보다 더 크다(더 조대하다). 이러한 구성에 따르면, 내측 영역(20a)보다 외측 영역(20b)에서 광이 더 용이하게 확산되기 때문에, 기판(W)의 조도가 더 균일하다. 광학 부재(20)는 상이한 회절 피치 대신에 상이한 형상의 회절 격자를 가질 수 있다.
도 4c를 참조하여 상술한 광학 부재(20 및 30)의 효과에 대해서 설명한다. 도 4c에서 ILa 및 ILb는 광선을 나타낸다. 도 4c로부터 명백한 바와 같이, 광선(ILa)이 LED로부터 기판(W)으로 안내되는 거리보다 광선(ILb)이 LED로부터 기판(W)으로 안내되는 거리가 더 길다. 발광 소자 어레이(11)가 균일한 발광면을 갖는 경우에도, 광이 안내되는 거리의 차이에 의해 조도 분포는 균일하지 않다. 본 실시형태에서는, 발광 소자 어레이(11)로부터 방출되는 광이 조사되는 기판(W)의 조도 분포가 균일하도록, 광학 부재(20 및 30) 중 적어도 하나는 다양한 영역(예를 들어, 척(41)의 내측 및 외측 영역)에서 상이한 광학 특성을 갖는다.
이제 성형 처리부(101)를 사용하여 행해지는 성형 동작을 도 5a 내지 도 5c를 참고하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 평탄한 면을 갖는 몰드를 사용해서 성형 처리를 행하는 장치에 대해서 설명한다.
먼저, 성형가능 재료(ML)가 도포된 기판(W)을 척(41)에 탑재한다. 이어서, 척(41)에 의해 보유지지된 기판(W)은 척(51)에 의해 보유지지된 몰드(SS)에 대향하도록 위치결정된다. 그리고, 구동 유닛(52)에 의해 몰드(SS)가 하방(기판(W)을 향해)으로 이동됨으로써(도 5a 참조), 몰드(SS)와 성형가능 재료(ML)가 서로 접촉된다. 그 후, 조사 유닛(10)은, 광학 부재(20 및 30) 및 몰드(SS)를 투과한 광이 성형가능 재료(ML)에 조사되도록 광을 방출한다(도 5b 참조). 더 구체적으로는, 조사 유닛(10)으로부터 방출되는 광은, 일 회 몰드(SS)를 투과한 후에, 몰드(SS)보다 +Z축 방향으로 더 멀리 위치된 광학 부재(30)에 의해 반사되고, 그후 다시 몰드(SS)를 투과해서 성형가능 재료(ML)에 광이 조사된다. 조사 유닛으로부터 방출된 광은 광학 부재(30)에 도달하기 전에 반드시 몰드(SS)를 투과할 필요는 없다.
이 결과, 성형가능 재료(ML)의 광경화가 발생하고, 성형가능 재료(ML)가 경화된다. 마지막으로, 몰드(SS)는 구동 유닛(52)에 의해 경화된 성형가능 재료(ML)로부터 제거된다(도 5c 참조). 기판(W) 상의 성형가능 재료(ML)는 상술한 처리에 의해 원하는 형상으로 성형될 수 있다. 상술한 성형 처리는 기판(W)의 전체면에 대해 동시에 행해진다.
본 실시형태에서는, 몰드(SS)는 0.3mm 이상 1.0mm 이하, 더 바람직하게는 0.5mm 이상 0.7mm 이하의 두께를 갖는다. 몰드(SS)는 자외광을 투과할 수 있는 재료로 이루어진다. 재료는 예를 들어 석영일 수 있다. 몰드(SS)는 회로 패턴과 같은 디바이스용의 패턴을 갖지 않고 평탄한 면을 갖는다. 이러한 몰드는 평탄화 부재 또는 슈퍼스트레이트라 지칭될 수 있다. 몰드(SS)는 디바이스용의 패턴 대신에 위치결정용의 패턴(마크)을 가질 수 있다. 이러한 패턴(마크)은, 예를 들어 성형 처리에서 몰드(SS)와 기판(W) 사이의 상대적인 위치를 조정하기 위해서 사용되며, 얼라인먼트 마크라 지칭될 수 있다.
도 5a 내지 도 5c로부터 명백한 바와 같이, 몰드(SS)가 성형가능 재료와 접촉할 때에, 몰드(SS)는 기판의 파형을 추종하지만 국소적인 영역에서 기저 패턴의 돌출부 및 오목부 상에 평탄한 면을 형성한다. 본 명세서에서, "평탄화 장치"라는 용어의 의미는 상술한 바와 같은 국소적인 영역을 평탄화하는 장치를 포함한다.
평탄화 장치는, 평탄한 면을 갖는 몰드를 사용해서 성형가능 재료를 원하는 형상으로 성형함으로써, 기판 상에 형성된 제1 층(도 5a 내지 도 5c에서 해칭된 패턴층) 상에 제2 층을 형성하며, 제2 층은 제1 층보다 더 평탄하다. 본 명세서에서, "제1 층"이라는 용어는 베이스로부터 첫번째로 위치되는 층을 의미하지 않는다. 예를 들어, 반도체 디바이스를 제조하는 경우, 수십 내지 수백개의 층이 형성될 수 있다. 이러한 경우에, "제1 층"은 베이스로부터 첫번째로 위치되는 층 이외의 층일 수 있다.
성형가능 재료(ML)는 광경화성 수지일 수 있다. 성형가능 재료(ML)는 중합성 화합물과 광중합 개시제를 함유할 수 있다. 성형가능 재료는 비중합성 화합물 또는 용제를 함유할 수도 있다. 비중합성 화합물은, 예를 들어 증감제, 수소 공여체, 내첨형 이형제, 계면활성제, 산화방지제, 및 폴리머 성분 중 적어도 하나를 함유할 수 있다.
성형가능 재료(ML)는 사용되는 디바이스 제조 프로세스에 의존할 수 있다. 본 실시형태에서는, 예를 들어 성형가능 재료로서는 다른 파장을 갖는 광보다 300 내지 350nm의 파장을 갖는 광에 대해 더 감도가 높은 재료가 사용된다. 300 내지 350nm의 파장을 갖는 광에 대한 성형가능 재료(ML)의 감도는 350 내지 400nm의 파장을 갖는 광에 대한 성형가능 재료(ML)의 감도의 5배 이상, 더 바람직하게는 8배 이상일 수 있다.
LED 모듈의 LED(발광 소자)는, 초고압 수은 램프와는 달리, 단일 파장을 가지며, 그 발광 강도는 파장에 의존한다. 일반적으로, 300 내지 350nm의 파장을 갖는 LED의 발광 강도는, 365nm 이상의 파장을 갖는 LED의 발광 강도보다 대폭 낮다. 본 실시형태에 따르면, 발광 소자 어레이(11)는 헤드에 비하여 레이아웃 제약이 적은 스테이지(40)에 탑재되기 때문에, 경화 광에 의해 조명되는 성형가능 재료의 조도는 용이하게 증가될 수 있다. 또한, 스테이지(40) 위에 발광 소자 어레이(11)가 탑재되기 때문에, LED의 교환 같은 메인터넌스가 용이해질 수 있다.
성형 장치는, 성형 처리의 위치 정밀도에 따라서는, 몰드와 성형가능 재료가 도포된 기판 사이의 간격(접촉 전)이 작은 구성을 갖는 것이 요구된다. 따라서, 본 실시형태에 따르면, 발광 소자 어레이는, 발광 소자 어레이의 상단이 척(41)의 보유지지면 아래에 있도록, 스테이지(40)에 형성된 오목부에 배치된다.
본 실시형태에서는, 스테이지(40)에 발광 소자 어레이(11)가 탑재된다. 따라서, 척(41)이 교환되는 경우에도, 발광 소자 어레이(11)는 계속해서 사용될 수 있다. 또한, 척(41)이 가공 또는 제조 시에 보유지지면의 평탄도의 저하를 방지할 수 있다. 그러나, 가공 기술 또는 요구되는 정밀도에 따라서는, 발광 소자 어레이(11)는 스테이지(40) 대신에 척(41)에 탑재될 수 있다. 이러한 경우, 보유지지면을 따르는 방향(이 경우에는 X 및 Y 방향)에서 척(41)의 사이즈가 증가될 수 있고, 발광 소자 어레이(11)는 척(41)의 보유지지면의 외측(에지 부근의 영역)에 배치될 수 있다.
발광 소자 어레이(11)는 상이한 파장을 갖는 복수의 LED를 포함할 수 있다. 장치를 동작시키는 유저가 성형가능 재료를 변경하거나 또는 성형가능 재료가 품질이 변화되는 경우에도, 성형가능 재료는 상이한 파장을 갖는 LED로부터의 방사를 제어함으로써 효율적으로 경화될 수 있다.
LED 중 일부는, 척(41)으로부터 더 먼 다른 LED의 파장에 대한 감도보다 성형가능 재료의 감도가 더 높은 파장을 가질 수 있다.
일반적으로, 초고압 수은 램프는, 고강도 자외선이 용이하게 획득될 수 있다는 점에서 유리하지만, 그 방사 시스템이 크고 복잡한 구성을 갖는다는 점에서 불리하다. 본 실시형태에 따르면, 더 간단한 구성을 이용하여 충분한 양의 광을 성형가능 재료에 조사할 수 있다.
제어부는, CPU 등의 프로세서; RAM, ROM, 또는 HDD 등의 저장 유닛; 및 외부 디바이스와 프로세서가 서로 상호작용하는 인터페이스 유닛을 포함한다. 인터페이스 유닛은 호스트 컴퓨터와의 통신을 제공하는 통신 인터페이스를 포함한다. 호스트 컴퓨터는, 예를 들어 성형 장치(100)가 설치되는 공장의 일부 또는 전부를 제어하는 컴퓨터이다. 프로세서는 저장 유닛에 저장된 프로그램을 실행하고 성형 처리부(101)의 동작을 제어한다. 제어부는 복수의 회로 기판을 포함할 수 있다. 제어부의 일부 또는 전부는, 성형 처리부가 배치되는 챔버(하우징) 내에 배치된 랙에 탑재될 수 있거나 또는 챔버의 외부에 탑재될 수 있다.
제1 변형예
도 6은 도 1에 도시되는 광학 부재(30)의 제1 변형예를 도시한다. 도 1과 마찬가지의 구성요소에 대한 설명은 생략한다.
성형 장치(200)의 성형 처리부(201)는, 도 1에 도시된 광학 부재(30) 대신에 척(51)의 상면에 적재된 반사막(32)을 포함한다.
반사막(32)은, 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 전술한 바와 같이, 다양한 영역에서 상이한 반사율을 갖는다.
제2 변형예
도 7은 도 1에 도시된 광학 부재(30)의 제2 변형예를 도시한다. 도 1과 마찬가지의 구성요소에 대한 설명은 생략한다.
성형 장치(300)의 성형 처리부(301)는, 도 1에 도시된 광학 부재(30) 대신에, 헤드의 하우징의 내면에 적재된 반사막(33)을 포함한다. 본 변형예에서는, 지지 유닛(53)은, 하우징으로서 이용되며, 관형 형상(원형 형상으로 한정되지 않고 대신에 다각형 형상일 수 있음)을 갖는다.
또한, 본 실시형태에서는, 발광 소자 어레이(11) 이외에, 지지 유닛(53)의 측방에 배치되며 조사 유닛(10)으로서 기능하는 발광 소자 어레이(70)가 제공된다. 지지 유닛(53)의 측면에는 광학 부재(80)가 지지되어 있고, 성형가능 재료(ML)에 광이 조사되도록 발광 소자 어레이(70)로부터의 광이 광학 부재(80)를 투과한다. 본 변형예에서, 발광 소자 어레이(70)는 발광 소자 어레이(11)보다 작으며 보조 발광 소자 어레이로서 사용된다.
제3 변형예
도 8은 도 1에 도시된 조사 유닛의 제3 변형예를 도시한다. 도 1과 마찬가지의 구성요소에 대한 설명은 생략한다.
성형 장치(400)의 성형 처리부(401)는, 발광 소자 어레이(11)가 척(41)의 보유지지면에 대하여 척(41)의 중심을 향하게 기울어지도록 배치된다.
성형 장치는, 성형 처리의 위치 정밀도에 따라서는, 몰드와 성형가능 재료가 도포된 기판 사이의 간격(접촉 전)이 작은 구성을 갖는 것이 요구된다. 따라서, 본 실시형태에 따르면, 발광 소자 어레이(11)는, 발광 소자 어레이(11)의 상단이 척(41)의 보유지지면 아래에 있도록, 스테이지(40)에 형성된 오목부에 배치된다.
발광 소자 어레이(11)가 전술한 바와 같이 기울어지는 경우, 광학 부재(20)는 생략될 수 있다.
전술한 실시형태 및 제1 내지 제3 변형예에서 설명된 장치는 디바이스용의 패턴을 갖는 않는 몰드를 사용해서 성형가능 재료를 원하는 형상으로 성형한다. 이러한 장치는 평탄화 장치라 지칭될 수도 있다. 그러나, 본 발명은 평탄화 장치에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 본 개시내용은 돌출부 및 오목부를 포함하는 디바이스용의 패턴을 갖는 몰드를 사용해서 성형가능 재료를 원하는 형상으로 성형하는 장치에도 적용될 수 있다. 이러한 장치는 임프린트 장치 또는 패턴 전사 장치라 지칭될 수 있으며, "몰드"는 마스크 또는 템플릿이라 지칭될 수 있다. 또한, 본 개시내용은 몰드를 복제하기 위한 복제 장치에도 적용될 수 있다. 본 명세서에서, "기판"이라는 용어는 패턴이 전사되는 블랭크 몰드를 포함한다. 이러한 몰드는 블랭크 마스크 또는 블랭크 템플릿이라 지칭될 수 있다.
전술한 실시형태에 따른 성형 장치는, 임프린트 장치에 적용되는 경우에, 특히 유리하게는 압인에 의해 기판의 전체면에 걸쳐 기판에 패턴을 동시에 전사하는 장치로서 사용될 수 있다. 이는, 이러한 동시 전사 처리는 기판 상의 샷(필드) 영역이 개별적으로 압인되는 경우에 비해 더 많은 양의 경화 광을 필요로 하기 때문이다. 그러나, 성형 장치는, 동시 전사를 행하는 장치로 한정되지 않으며, 유리하게는 예를 들어 복수의 샷 영역에 대해 동시에 전사를 행하는 장치로서 사용될 수도 있다.
디바이스 제조 방법의 제1 예
이제 물품인 디바이스(예를 들어, 반도체 디바이스, 자기 저장 매체, 또는 액정 디스플레이 소자)를 제조하는 방법에 대해서 설명한다. 상기 제조 방법은 성형 장치(100)를 사용하여 기판(예를 들어, 웨이퍼, 유리 플레이트, 또는 필름-형상 기판)의 표면에 평탄화 처리를 행하는 단계를 포함한다.
상기 제조 방법은 패턴이 형성된 기판을 처리하는 처리 단계를 더 포함한다. 상기 처리 단계는, 평탄화 처리가 된 층 상에 디바이스 패턴을 형성하는 단계 및 패턴의 잔막을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 처리 단계는 또한 패턴을 마스크로서 사용하여 기판을 에칭하는 단계 등의 다른 주지의 단계를 포함할 수 있다. 본 실시형태에 따른 물품을 제조하는 방법은 물품의 성능, 품질, 생산의 용이성, 및 생산 비용 중 적어도 하나의 측면에서 종래 기술의 방법에 비해 유리하다.
디바이스 제조 방법의 제2 예
이제 물품인 디바이스(예를 들어, 반도체 디바이스, 자기 저장 매체, 또는 액정 디스플레이 소자)를 제조하는 다른 방법에 대해서 설명한다. 상기 제조 방법은, 성형 장치(100)를 사용해서 기판(예를 들어, 웨이퍼, 유리 플레이트, 또는 필름-형상 기판)의 표면에 몰드의 패턴을 전사하는 단계를 포함한다.
상기 제조 방법은 패턴이 형성된 기판을 처리하는 처리 단계를 더 포함한다. 상기 처리 단계는 패턴의 잔막을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 처리 단계는 또한 패턴을 마스크로서 사용하여 기판을 에칭하는 단계 등의 다른 주지의 단계를 포함할 수 있다. 본 실시형태에 따른 물품을 제조하는 방법은 물품의 성능, 품질, 생산의 용이성, 및 생산 비용 중 적어도 하나의 측면에서 종래 기술의 방법에 비해 유리하다.
본 개시내용을 예시적인 실시형태를 참고하여 설명하였지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시형태로 한정되지 않음을 이해해야 한다. 이하의 청구항의 범위는 이러한 모든 변형예 및 동등한 구성과 기능을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 성형 장치이며,
    기판을 보유지지하는 기판 보유지지부;
    상기 기판 보유지지부를 지지하는 지지대;
    몰드를 보유지지하는 몰드 보유지지부;
    성형가능 재료와 상기 몰드를 서로 접촉시키는 구동 유닛으로서, 상기 성형가능 재료는 광경화성이며 상기 기판 보유지지부에 의해 보유지지되는 상기 기판에 도포되고, 상기 몰드는 상기 몰드 보유지지부에 의해 보유지지되는, 구동 유닛;
    상기 구동 유닛에 의해 상기 성형가능 재료와 상기 몰드가 서로 접촉하는 상태로 유지되는 상태에서, 상기 성형가능 재료에 상기 성형가능 재료를 경화시키기 위한 광을 조사하는 조사 유닛으로서, 상기 조사 유닛은 상기 지지대 또는 상기 기판 보유지지부 상에 배열되는 복수의 발광 소자를 포함하는 발광 소자 어레이를 포함하는, 조사 유닛; 및
    상기 지지대로부터 상기 몰드 보유지지부를 향하는 방향에서, 상기 몰드 보유지지부의 위치보다 더 멀리 위치결정되는 광학 부재로서, 상기 광학 부재는 상기 복수의 발광 소자로부터의 광을 상기 기판 상의 상기 성형가능 재료를 향해서 안내하는, 광학 부재를 포함하는 성형 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광학 부재는, 상기 복수의 발광 소자로부터의 상기 광을 반사시키고, 반사된 상기 광이 상기 몰드를 투과해서 반사된 상기 광이 상기 성형가능 재료에 조사되도록 반사된 상기 광을 안내하는 성형 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 발광 소자 어레이는 상기 기판 보유지지부의 보유지지면의 양 측에 배치되는 성형 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 발광 소자 어레이는 상기 기판 보유지지부의 보유지지면을 둘러싸도록 상기 보유지지면의 외주를 따라 연장되게 배치되는 성형 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광학 부재는 상기 기판에 대향하는 반사면을 갖는 오목 미러인 성형 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 광학 부재는 적어도 2개의 영역을 포함하고, 상기 2개의 영역은 상기 성형가능 재료에 조사되는 광의 조도가 균일해지도록 상이한 광학 특성을 갖는 성형 장치.
  7. 제6항에 있어서, 제2 광학 부재는 회절 광학 소자를 포함하는 성형 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 광학 부재는 제1 광학 부재이며, 상기 성형 장치는 상기 지지대 상에 배치되며 상기 발광 소자 어레이로부터의 광을 상기 제1 광학 부재를 향해서 안내하는 제2 광학 부재를 더 포함하는 성형 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 광학 부재는 적어도 2개의 영역을 포함하며, 상기 2개의 영역은 상기 성형가능 재료에 조사되는 광의 조도가 균일해지도록 상이한 광학 특성을 갖는 성형 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 지지대는 오목부를 갖고, 상기 발광 소자 어레이는 상기 발광 소자 어레이의 상단이 상기 기판 보유지지부의 보유지지면 아래에 있도록 상기 오목부에 배치되는 성형 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 복수의 발광 소자 중 적어도 하나는 자외선 발광 디바이스(UV-LED)인 성형 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 성형 장치는 상기 기판의 전체면 상에 성형 처리를 동시에 행하도록 구성되는 성형 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 몰드와 접촉하고 있는 상기 성형가능 재료를 상기 몰드 보유지지부의 상방으로부터 관찰하는 관찰 유닛을 더 포함하는 성형 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 성형 장치는, 평탄한 면을 갖는 상기 몰드를 사용해서 상기 기판 상의 제1 층 상의 상기 성형가능 재료를 원하는 형상으로 성형함으로써 상기 제1 층 상에 상기 제1 층보다 평탄한 제2 층을 형성하도록 구성되는 성형 장치.
  15. 물품을 제조하는 방법이며, 상기 방법은,
    제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 상기 성형 장치를 사용해서 기판 상의 층을 원하는 형상으로 성형하는 단계; 및
    상기 원하는 형상으로 성형된 상기 층 또는 상기 원하는 형상으로 성형된 상기 층 상에 배치된 패턴을 마스크로서 사용해서 에칭을 행하는 단계를 포함하는 물품을 제조하는 방법.
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