光硬化樹脂の特性試験装置、その試験装置で使用する保持具、特性試験方法
【課題】光硬化樹脂へ照射する紫外光を試験装置の押圧部材とは非接触状態で導入する。
【解決手段】保持具は、基板ＳＷ上に滴下された光硬化樹脂ＣＲと押圧部材１０４との間で発生する力をロードセルで測定して、光硬化樹脂ＣＲの特性を試験する特性試験装置に装着して用いられる。この保持具は、基板ＳＷ上に滴下されている光硬化樹脂ＣＲに押圧される光透過性の押圧部材１０４と、ロードセルと押圧部材１０４との間に設けられ、光源や光ファイバなどの伝送路と非接触状態で、外部の光源から出射された光を押圧部材１０４に向けて照射する光照射ブロック１０２とを備える。
【解決手段】保持具は、基板ＳＷ上に滴下された光硬化樹脂ＣＲと押圧部材１０４との間で発生する力をロードセルで測定して、光硬化樹脂ＣＲの特性を試験する特性試験装置に装着して用いられる。この保持具は、基板ＳＷ上に滴下されている光硬化樹脂ＣＲに押圧される光透過性の押圧部材１０４と、ロードセルと押圧部材１０４との間に設けられ、光源や光ファイバなどの伝送路と非接触状態で、外部の光源から出射された光を押圧部材１０４に向けて照射する光照射ブロック１０２とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光硬化樹脂の各種特性を測定する特性試験装置、その試験装置で使用する保持具、特性試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、非特許文献１や２に示されるように、光硬化樹脂の剥離力に代表される離型時の特性が研究されている。非特許文献１による光硬化樹脂の特性測定法は、以下のような手順で行われる。
（ａ）光硬化樹脂を滴下する装置により、一方の矩形ガラス基板上に光硬化樹脂を滴下し、その基板と直交するように他方の矩形ガラス基板を当接して接着する。
（ｂ）光硬化樹脂で接着された一対のガラス基板を試験装置に搬送し、一方の基板の両端を両持ち状態で支持する。
（ｃ）ガラス基板を透過して光硬化樹脂に紫外光を照射して光硬化樹脂を硬化させる。
（ｄ）その後、他方のガラス基板の両端に一方のガラス基板から離れる方向に試験力を与え、硬化した光硬化樹脂の剥離力を測定する。
【０００３】
非特許文献２による特性測定法は、以下のような試験装置と治具を用いて行われる。
この試験装置は、光硬化樹脂が表面に滴下されるテンプレートを保持するテーブルと、テーブルの下方からテンプレートを介して光硬化樹脂に紫外光を照射する紫外光照射装置と、テーブル上のテンプレートに滴下した光硬化樹脂に接する半球体押圧治具と、ロードセルを介して押圧治具を昇降する昇降装置とを備える。
【０００４】
非特許文献２の特性測定法の手順は次の通りである。
（ａ）テーブル上に保持したテンプレート（スタンパに相当する部材）の表面に光硬化樹脂を滴下する。
（ｂ）昇降装置により半球体押圧治具を降下させ、直径２ｍｍ程度の樹脂製の半球体を光硬化樹脂に接触させ、紫外光を照射する。
（ｃ）光硬化樹脂の硬化後、昇降装置により半球体押圧治具を上昇させ、半球体をテンプレートから離す。このとき、テンプレートと半球体との間で硬化した光硬化樹脂は、半球体の移動に伴いテンプレートから剥離し、球体側に移設される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Measurement of Adhesive Force Between Mold and Photocurable Resin In Imprint Technology;Jpn.Appl.Phys.Vol,41(2002)pp.4194-4197
【非特許文献２】Quantifying release in step-and-flash imprint lithography:J.Vac.Sci.Technol.B 24(6),Nov/dec 2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１の試験装置は、光硬化樹脂を滴下した位置から試験装置まで搬送したとき、矩形ガラスを傾斜することなく試験装置にセットするのが難しい。すなわち、装着した２枚の矩形ガラス基板の傾きと、試験装置の負荷軸との傾きには必ず誤差があり、これにより、２枚の矩形ガラス基板に垂直方向の力を負荷することは難しい。また、一方の矩形ガラス基板を他方の矩形ガラス基板から引き離すように力を与えるとき、ガラス基板が撓んでしまう。その結果、試験の再現性や得られるデータの信頼性に問題がある。
【０００７】
非特許文献２の試験装置は、押圧治具の半球体がヤング率の低い樹脂で作製されており、実際のプロセスのように石英と樹脂の組合せではない。治具の上下が実際のプロセスとは逆であり、光硬化樹脂に添加された離型剤の表面偏析効果が測定データに反映されない。さらには、半球体の半径が２ｍｍで実際のプロセスとは条件が全く相違するので、データの的確性に問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）請求項１の発明は、光硬化樹脂と押圧部材との間で発生する力を検出器で測定するための保持具において、前記光硬化樹脂に押圧される光透過性の押圧部材と、前記検出器と前記押圧部材との間に設けられ、光源や光ファイバなどの伝送路と非接触状態で、外部の光源から出射された光を前記押圧部材に向けて照射する光照射ブロックとを備えたことを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項1の保持具において、前記光照射ブロックは、その下面に前記押圧部材を交換可能に装着する装着部を備えていることを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項２の保持具において、前記装着部は、前記光硬化樹脂の硬化に伴う収縮に応じて前記押圧部材が所定の間隙だけ移動可能に構成されていることを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項２の保持具において、前記光照射ブロックは、前記光源から出射されてくる光を導入する光導入窓と、前記光導入窓から導入された光源からの光を前記押圧部材を透過して前記光硬化樹脂に導く反射ミラーとを備えていることを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の保持具において、前記押圧部材の樹脂接触面は球面であることを特徴とする。
（６）請求項６の発明は、光硬化樹脂と押圧部材との間で発生する力を測定する試験装置において、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の保持具と、前記力を計測する力計測器と、前記基板を保持する基板保持機構と、前記基板と前記押圧部材を相対的に移動する移動機構とを備えることを特徴とする。
（７）請求項７の発明は、光硬化樹脂と押圧部材との間で発生する力を検出器で測定して、前記光硬化樹脂の特性を試験する特性試験方法において、前記基板上に光硬化樹脂を滴下し、前記滴下された光硬化樹脂を光透過性の押圧部材で押圧し、光源や光ファイバなどの伝送路と非接触状態で、外部の光源から出射された光を前記押圧部材を透過して前記光硬化樹脂に照射し、前記押圧部材と前記光硬化樹脂との間で発生する力を検出することを特徴とする。
（８）請求項８の発明は、請求項７の特性試験方法において、前記押圧部材と前記基板との位置関係を固定して前記発生する力を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光硬化樹脂へ照射する紫外光を試験装置の押圧部材とは非接触状態で導入することができるので、測定データの信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による光硬化樹脂の各種特性を評価する試験装置の概略構成を示す図
【図２】収縮応力の測定結果を示すグラフ
【図３】剥離力の測定結果を示すグラフ
【図４】一実施の形態による特性試験装置の構成を示す図
【図５】上部治具の詳細を示す図
【図６】下部治具の詳細を示す正面図
【図７】下部治具の詳細を示す側面図
【図８】押圧球体の移動に遊びを持たせた上部治具の詳細を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明による光硬化樹脂の特性試験装置について、概略構成図である図１を参照して説明する。
ターンテーブルＴＢ上に真空吸着されたシリコンウエハＳＷにマイクロディスペンサＭＤから所定量の光硬化樹脂ＣＲを滴下する。滴下した光硬化樹脂ＣＲが保持具ＪＧの軸心ＡＸに合致するようにターンテーブルＴＢを回転する。ガス供給リングＧＬも軸心ＡＸと同軸上に配置されている。保持具ＪＧの下端には、光硬化樹脂に接触する押圧面が球形の押圧部材ＳＰが装着されている。シリコンウエハＳＷと押圧部材ＳＰとの間隔が所定値に設定されるよう、不図示の昇降装置により保持具ＪＧを所定位置まで降下させ、押圧部材ＳＰを光硬化樹脂ＣＲに押圧して接触させる。シリコンウエハＳＷと押圧部材ＳＰとの間隔は固定しておく。
【００１２】
ガス供給リングＧＬから不活性ガス（たとえば、窒素、ヘリウム）を噴出させると、シリコンウエハＳＷとガス供給リングＧＬと押圧部材ＳＰとにより囲まれた空間が不活性ガス雰囲気となる。ガス噴射を停止し、チョッパＣＨを開き、保持具ＪＧに外部の紫外光光源ＵＲから紫外光を導入する。保持具ＪＧ内に入射した紫外光は全ミラーＦＭで下方に反射し、押圧部材ＳＰを透過して光硬化樹脂ＣＲに照射される。紫外光を受けた光硬化樹脂ＣＲは硬化を開始して収縮する。その結果、押圧部材ＳＰと光硬化樹脂ＣＲとの間の接着力、および光硬化樹脂ＣＲの収縮力に応じて、保持具ＪＧが下方に引張られる。保持具ＪＧはロードセルＬＣに装着されているから、ロードセルＬＣで引張力を検出できる。
【００１３】
保持具ＪＧは、ロードセルＬＣと押圧部材ＳＰとの間に設けられており、光ファイバなどの伝送路とは非接触状態で、外部の光源ＵＲから出射された紫外光を押圧部材ＳＰに向けて照射する光照射ブロックとして機能する。
【００１４】
光硬化樹脂を硬化させる際に不活性ガス雰囲気にするのは、以下の理由による。光硬化樹脂として光ラジカル重合樹脂を使用する場合、重合を阻害する酸素を取り除くのが好ましい。そこで、この実施の形態では、シリコンウエハＳＷ上に滴下した光硬化樹脂をガス供給リングＧＬで取り囲んだ準密閉空間を形成し、この空間を不活性ガスで置換した後に紫外光を照射して硬化させるようにした。
【００１５】
光硬化樹脂として光カチオン重合樹脂を使用する場合は、光硬化樹脂は、水分を除去した雰囲気中で光照射されることが望ましい。そのため、上記空間を乾燥させる目的で不活性ガスを供給する。
【００１６】
なお、図１において、チルト機構ＴＬはシリコンウエハＳＷの傾きを調整し、シリコンウエハＳＷを軸心ＡＸに直交させるための機構である。また、Ｘ−Ｙ軸調整ステージＳＭは、ターンテーブルＴＢを軸心ＡＸに対してＸ、Ｙ２軸に位置調整するための装置である。
【００１７】
図２は、保持具ＪＧの軸心方向の位置を変化させずに光硬化樹脂ＣＲに紫外光を照射したときの試験力測定結果を示すグラフである。これは光硬化樹脂ＣＲの収縮応力を測定するものである。
【００１８】
保持具ＪＧを降下して押圧部材ＳＰとシリコンウエハＳＷとの距離を所定値に設定する。このとき、押圧部材ＳＰは光硬化樹脂ＣＲに接触する。試験開始後、約５ｓｅｃ後に紫外光照射を開始する（事象Ｐ１とする）。試験力はゼロから上昇して約１１Ｎの最大値（事象Ｐ２とする）を示した後、急激に約１Ｎまで立ち下がる（事象Ｐ３とする）。その後、紫外光照射を終了し、約２２ｓｅｃ後に保持具ＪＧは上方に一定速度で移動を開始する。押圧部材ＳＰと光硬化樹脂との間では剥離が起こり、試験力がゼロ（事象Ｐ４とする）となる。
【００１９】
事象１から事象２の間では、紫外光照射を受けた光硬化樹脂ＣＲは急速に硬化して収縮を開始する。このとき、押圧部材ＳＰと光硬化樹脂ＣＲとの間の接着力と、光硬化樹脂ＣＲの収縮力とに応じて、保持具ＪＧが下方に引張られるが、収縮力が接着力に近づくと、硬化した光硬化樹脂ＣＲが押圧部材ＳＰから剥離し始めて試験力は約１Ｎまで低下する。その後、事象３から事象４までは、収縮力と接着力との関係に変化がなく、事象４になると、保持具ＪＧに設けられた押圧部材ＳＰが上方に一定速度で移動を開始し、押圧部材ＳＰに１Ｎ程度の力で接していた光硬化樹脂ＣＲが押圧部材ＳＰから完全に剥離する。
【００２０】
図２の最大試験力を、押圧部材ＳＰが光硬化樹脂と接触していた表面積で割り算した結果が、光硬化樹脂の単位面積当たりの収縮応力である。
【００２１】
図３は、紫外光照射によって光硬化樹脂ＣＲが収縮するのに伴う試験力をキャンセルするように押圧部材ＳＰの装着位置に遊びをもたせた場合の試験力測定結果を示すグラフである。これは光硬化樹脂ＣＲの剥離力を測定するものである。
【００２２】
保持具ＪＧを降下して押圧部材ＳＰとシリコンウエハＳＷとの距離を所定値に設定する。このとき、押圧部材ＳＰは光硬化樹脂ＣＲに接触する。試験開始時は、試験力は−０．１３Ｎ程度であり、これは押圧部材ＳＰの自重分に相当する値である。試験開始後、約５ｓｅｃ後にチョッパＣＨを開いて紫外光照射を開始し（事象Ｐ１１とする）、約９ｓｅｃ後に紫外光照射を終了する。光照射後、保持具ＪＧは上方に一定速度で移動を開始する。
【００２３】
なお、紫外光照射に伴って光硬化樹脂ＣＲの硬化が開始するが、光硬化樹脂ＣＲに接着されている押圧部材ＳＰは、取り付け機構の遊びにより光硬化樹脂ＣＲの収縮に応じて保持具ＪＧ本体と相対的に移動する。図３の上方に示すように、保持具ＪＧ内において押圧部材ＳＰは軸芯ＡＸ方向に移動する遊びを持っている。
【００２４】
なお、図３に示すように試験開始時にロードセル出力が−０．１３Ｎを示す理由について説明する。ロードセル出力のゼロ点調整は、押圧部材ＳＰの自重を含めて保持具ＪＧの自重がロードセルに作用しているときのロードセル出力値をゼロリセットして行われる。したがって、保持具ＪＧを光硬化樹脂に接触させたとき、樹脂の粘性により押圧部材ＳＰが保持具ＪＧの本体に対して相対的に上方に移動し、押圧部材ＳＰの自重分がロードセルＬＣに作用しなくなり、その結果、ロードセルＬＣは−０．１３Ｎの出力値を示す。
【００２５】
試験開始後約４０ｓｅｃが経過すると、押圧部材ＳＰの遊びがなくなり試験力が約０Ｎとなる（事象Ｐ１２とする）。これは、押圧部材ＳＰの遊びがゼロとなることに伴って保持具ＪＧに押圧部材ＳＰの自重分の力が作用し始めたからである。その後も保持具ＪＧが上方に一定速度で移動し、光硬化樹脂ＣＲに接着されていた押圧部材ＳＰが光硬化樹脂ＣＲから剥離すると（事象Ｐ１３とする）、試験力が約０．３Ｎまで急激に増加する（事象Ｐ１４とする）。その後、押圧部材ＳＰから光硬化樹脂が剥離すると、試験力がほぼ０Ｎとなる（事象Ｐ１５とする）。
【００２６】
事象Ｐ１４で試験力が最大値を示した後、試験力が急激に０Ｎに向かって低下していないのは、押圧部材ＳＰと光効果樹脂ＣＲにおける全ての接触点が同時に剥離せず，徐々に剥離が起こるためと思われる。
なお、図３の事象Ｐ１４の試験力を剥離力、あるいは付着力と呼ぶことができる。
【００２７】
上述したように押圧部材ＳＰの押圧面は球面である。これは以下の理由による。
光ナノインプリント法で半導体デバイスの微小回路を製作する場合、微小回路は線幅が２０〜３０ｎｍ程度の微細な構造体を有しており、スタンパもナノオーダの繰り返し凹凸構造を有している。そのため、光硬化樹脂にスタンパをプレスする際、凹凸内に空気がトラップされて樹脂の流入が阻害されないように、シリコン基板の表面を１ラジアン程度撓ませている。そこで、光硬化樹脂の剥離特性などの評価試験を行う場合にも、押圧部材に何らかの曲率を与えるのが好ましいからである。
【００２８】
以上説明した光硬化樹脂の特性を実際に測定する試験装置について図４〜図８を参照して説明する。
図４は本発明の一実施の形態による光硬化樹脂の特性試験装置を示している。特性試験装置は、試験装置本体１０と、制御装置３０と、光硬化樹脂に照射する紫外線を出射する光源４０と、光源４０から出射された紫外光ＵＶを任意の時点で光硬化樹脂へ導くチョッパ４５と、不活性ガスの供給装置５０とを備えている。
【００２９】
試験装置本体１０は以下のように構成されている。
固定テーブル１１には左右一対のねじ棒１２，１３が立設され、このねじ棒１２，１３の上部にはヨーク１４が横架されている。ねじ棒１２，１３には、クロスヘッド１５の左右両側に設けられた一対のナット（不図示）が螺合しており、これによりクロスヘッド１５がねじ棒１２，１３で昇降可能に支持される。ねじ棒１２，１３は、固定テーブル１１内に配設されたサーボモータ１６により駆動される。これらを構成する各部材は、押圧部材１０４と基板ＳＷを相対的に移動する機能を備えている。ねじ棒１２の回転はエンコーダ１７で検出されて制御装置３０へ入力される。エンコーダ１７の出力値からクロスヘッド１５の位置を計算することができる。
【００３０】
クロスヘッド１５の下面にはロードセル１９を介して上部治具１００が、固定テーブル１１の上面には下部治具２００がそれぞれ相対向して取り付けられており、これら上部治具１００および下部治具２００の間で光硬化樹脂ＣＲの特性が測定される。図４において、ガス供給リング３００は、光硬化樹脂に光を照射する際、光硬化樹脂を不活性ガス雰囲気に曝すために用いられる。
【００３１】
上部治具１００は、図５に示すように、ロードセル１９に取り付ける軸１０１と、軸１０１の下端に設けられているミラーブロック１０２と、ミラーブロック１０２の下面に設けられ、押圧部材１０４が着脱可能にされている装着リング１０３と、装着リング１０３に押圧部材１０４を装着するための押圧球体保持枠１０５とを備えている。
【００３２】
押圧部材１０４は石英ガラスで製作され、光硬化樹脂の接触面を１６ＳＲ（球面の半径）程度の球面に形成している。すなわち、押圧部材１０４はレンズ形状に形成されている。
【００３３】
ミラーブロック１０２は、紫外光の導入窓１０２Ｗおよび光路１０２Ｌが形成されたブロック本体１０２ａと、ブロック本体１０２ａに装着され、４５度にカットした面に反射膜を蒸着して反射面１０２Ｒを形成した円柱形ガラス１０２ｂとを備えている。ミラーブロック１０２の右方から導入窓１０２Ｗを介して入射する紫外光ＵＶは円柱形ガラス１０２ｂの反射面１０２Ｒで下方に反射して押圧部材１０４に入射する。
【００３４】
押圧球体保持枠１０５は、装着リング１０３に螺合される雄ねじを有する押圧球体ホルダ１０５ａと、押圧球体ホルダ１０５ａに螺合される雌ねじを有し、押圧部材１０４を交換可能に保持するリテーナリング１０５ｂとを備えている。リテーナリング１０５ｂを押圧球体ホルダ１０５ａに螺合して押圧部材１０４を押圧球体ホルダ１０５ａに装着する。
【００３５】
図５において、ガス供給リング３００はリテーナリング１０５ｂの外周を取り囲み、また、押圧球体ホルダ１０５ａのフランジがガス供給リング３００の上面に接して配置されている。ガス供給リング３００の内周面には６箇所のガス噴出口が設けられ、不活性ガス、たとえば、窒素やヘリウムが噴射される。そのため、光硬化樹脂ＣＲの周囲は不活性ガスで置換され、その雰囲気中で紫外光が照射される。
【００３６】
ガス供給リング３００から不活性ガスを噴出させると、シリコンウエハＳＷとガス供給リング３００と押圧部材１０４とにより囲まれた空間が不活性ガス雰囲気となる。ガス噴射を停止し、チョッパ４５を開き、外部の紫外光光源ＵＲから出射された紫外光を上部治具１００に導く。上部治具１００内に入射した紫外光は反射面１０２Ｒで下方に反射し、押圧部材１０４を透過して光硬化樹脂ＣＲを照射する。紫外光を受けた光硬化樹脂ＣＲは硬化を開始して収縮する。その結果、押圧部材１０４と光硬化樹脂ＣＲとの間の接着力と、光硬化樹脂ＣＲの収縮力とに応じて、上部治具１００が下方に引張られる。上部治具１００はロードセル１９に装着されているから、ロードセル１９で引張力を検出できる。
【００３７】
ガス供給リング３００は、テーブル１１に設置された図示しない支持台に水平揺動可能に設けられている。すなわち、支持台に回動可能に装着されているアームの先端にガス供給リング３００が設けられている。支持台に対するアームの取り付け位置は、ガス供給リング３００がターンテーブルＴＢの上方所定距離の高さに保持されるように予め設定される。また、アームは水平面に対して１度〜２度程度傾斜するように構成されている。
【００３８】
図６は特性試験装置の正面図、図７はその側面図であり、下部治具２００を示している。
下部治具２００は、固定テーブル１１に取り付けるための基台２０１と、基台２０１上に設けられたＸＹステージ２０２と、ＸＹステージ２０２上に設置された円形形状のターンテーブル２０３とを備えている。ターンテーブル２０３には真空吸着装置が付設されており、ターンテーブル２０３の上面にシリコンウエハＳＷが吸着固定される。ターンテーブル２０３はインデックス機構付きであり、手動でターンテーブル２０３を回転操作する際に所定角度毎に回転位置が規定される。ターンテーブル２０３の回転操作を試験装置と連動して自動化しても良い。
【００３９】
図４に示した特性試験装置を用いて、光硬化樹脂の収縮応力と剥離力を測定する手順について説明する。
−収縮応力の測定−
ターンテーブル２０３上に真空吸着されたシリコンウエハＳＷにマイクロディスペンサ（不図示）から所定量の光硬化樹脂ＣＲを滴下する。滴下した光硬化樹脂ＣＲが上部治具１００の軸心(負荷軸)ＡＸに合致するようにターンテーブル２０３を手動で回転させる。ガス供給リング３００も軸心ＡＸと同軸上に配置されている。シリコンウエハＳＷと押圧部材１０４との間隔が所定値に設定されるよう、上部治具１００を所定位置まで降下する。このとき、治具先端の押圧部材１０４は光硬化樹脂ＣＲに接触する。シリコンウエハＳＷと押圧部材１０４との間隔は、予め設定した所定値のまま、試験装置としての位置制御、試験力制御などを行わない。
【００４０】
チョッパ４５を開いて紫外光をミラーボックス１０２に導入すると、導入された紫外光は反射面１０２Ｒで下方に反射され、押圧部材１０４を介して光硬化樹脂ＣＲに紫外光が照射される。これにより、光硬化樹脂ＣＲが硬化を開始する。シリコンウエハＳＷに対する押圧部材１０４の位置は変化させないので、光硬化樹脂の収縮力により上部治具１００に引張方向の試験力が作用する。この引張試験力をロードセル１９で検出する。光硬化樹脂ＣＲが押圧部材１０４から剥離すると試験力はゼロとなる、
【００４１】
このとき、光硬化樹脂の表面には押圧部材１０４の押圧圧痕が形成されている。押圧圧痕はほぼ円形であり、この最大直径を計測すると、押圧圧痕の表面積が計算される。ロードセル１９で計測した試験力の最大値を押圧圧痕の表面積で除した値が、光硬化樹脂の単位面積当たりの収縮応力である。
【００４２】
−剥離力の測定−
図８は、押圧部材１０４の軸心ＡＸ方向の移動に遊びを設けるように押圧球体ホルダを設定した状態を示す図である。これは剥離力を正確に測定する図３の測定時に使用される。
【００４３】
図８に示すように、押圧球体保持枠１０５は、リテーナリング１０５ｂと押圧球体ホルダ１０５ａのフランジとの間にスペーサ１１０を介在させている。すなわち、押圧部材１０４をリテーナリング１０５ｂで押圧球体ホルダ１０５ａに装着する際、リング状のスペーサ１１０を挿入しておく。これにより、間隙ＧＰだけ押圧部材１０４は上下動することできる。
【００４４】
図８に示す上部治具１００では、クロスヘッド１５を降下させて押圧部材１０４を光硬化樹脂ＣＲに接触させる際、押圧部材１０４は光硬化樹脂ＣＲの反発力で上方に移動することができる。その状態で、光硬化樹脂ＣＲが紫外光の照射で硬化して収縮すると、上方に移動していた押圧部材１０４は、光硬化樹脂ＣＲの収縮量だけ下方に移動する。このとき、ロードセル１９の出力は、図３で説明したように押圧部材１０４の自重分に相当するマイナス値を示す。紫外光の照射が所定時間だけ行われた後、数十秒経過した時点から、押圧部材１０４を一定速度で上方へ移動させる。これにより、図３の事象Ｐ１２のようにロードセル１９の出力は試験力ゼロを示す。
【００４５】
その後、押圧部材１０４は一定速度で光硬化樹脂ＣＲから離れようとするが、所定時間経過するまでは、押圧部材１０４が光硬化樹脂から剥離せず、光硬化樹脂の撓みを除去するため試験力は低下する（図３の事象Ｐ１２〜Ｐ１３）。さらに押圧部材１０４が上方へ移動すると、ある時点で光硬化樹脂ＣＲが押圧部材１０４の表面から剥離を開始する（事象Ｐ１３）。そして、事象Ｐ１４において最大試験力を示した後、１０ｓｅｃ経過した時点で試験力が変化し、剥離が終了する（事象Ｐ１５）
【００４６】
以上のように構成された光硬化樹脂の特性試験装置によれば次のような作用効果を奏することができる。
（１）光ファイバケーブルで紫外光を導入する場合には、ケーブルの自重分が計測結果に影響を与える。本実施の形態では、試験装置本体１０から切り離して設けた光源４０から出射する紫外光を非接触でミラーボックス１０２に導入し、反射面１０２Ｒで下方に反射させて光硬化樹脂ＣＲに照射するようにした。したがって、紫外光を導入する光ファイバなどが不要となり、計測結果に影響を与えることがない。すなわち、光硬化樹脂へ照射する紫外光を、押圧部材１０４とは非接触状態で導入することができるので、測定データの信頼性が向上する。
【００４７】
（２）光硬化樹脂に接触する部材を、接触面が半径１６ＳＲ程度の球面形を有する石英ガラスとした。したがって、上部治具１００の軸心とシリコンウエハＳＷの交差角度が９０度からずれても、すなわち、斜めに試験力を受けても試験結果に影響を与えず、また、押圧圧痕輪郭は円形であり、表面積が容易に計算できる。
（３）光硬化樹脂に離型性能を向上させる目的で界面活性剤のような添加剤を添加している。光硬化樹脂の表面に添加剤が偏析している場合には、押圧部材と樹脂との付着力が小さい値となる。一方、光硬化樹脂の表面に添加剤が偏析していない場合には、押圧部材と樹脂との付着力が大きい値となる。このように、この実施の形態による特性試験装置では、非特許文献２と異なり、添加剤が偏析する樹脂表面と押圧部材との剥離に伴う試験力を測定しているので、樹脂表面の偏析の影響も評価することができる。
【００４８】
以上説明した特性試験装置を以下のように変形することができる。
（１）上部治具１００のミラーボックス１０２に代えて、ロードセルと押圧球体との間に光ファイバ導入空間を設け、この空間を軸心ＡＸと直交する方向に向け、ファイバ出射端面をシリコンウエハ１と直交する方向に設定し、ファイバケーブルを治具に非接触で挿入してもよい。
【００４９】
（２）球体ＳＰや押圧部材１０４に遊びを持たせる方式に代え、紫外光照射によって光硬化樹脂ＣＲが収縮するときに発生する試験力をキャンセルするように治具１００の位置を制御し、収縮がほぼ終了した時点から、治具１００を一定速度で光硬化樹脂ＣＲから離れるように制御することにより、図３と同様に光硬化樹脂ＣＲが押圧部材ＳＰから剥離する際の試験力を測定することができる。
【００５０】
（３）光硬化樹脂をシリコンウエハに滴下するものとした。しかしながら、ガラス板、石英ガラス板、ポリマフィルム、セラミックス板などを使用することができる。
（４）押圧部材の樹脂接触面を球面としたが、この曲率は実施の形態に限定されない。また、押圧部材の樹脂接触面を平面、凹凸面にしてもよい。
（５）押圧部材を石英ガラスで製作したが、フッ素系透明樹脂や環状オレフィン系ポリマを使用してもよい。
【００５１】
（６）ターンテーブル２０３上にシリコンウエハＳＷを真空吸着して保持固定するようにしたが、保持固定の方式は種々の方式を採用できる。
（７）紫外光で硬化する光硬化樹脂について説明したが、本発明はこのような種類の光硬化樹脂の特性試験装置に限定されない。
【００５２】
さらにまた、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。したがって、本発明による力計測用治具は、基板上に滴下された光硬化樹脂と押圧部材との間で発生する力を検出器で測定して、光硬化樹脂の特性を試験する特性試験装置に装着して用いられる力計測用治具において、基板上に滴下されている光硬化樹脂に押圧される光透過性の押圧部材と、検出器と押圧部材との間に設けられ、光源や光ファイバなどの伝送路と非接触状態で、外部の光源から出射された光を押圧部材に向けて照射する光照射ブロックとを備えていれば、種々の形態で実現できる。
【符号の説明】
【００５３】
ＴＢ：ターンテーブル ＳＷ：シリコンウエハ
ＣＲ：光硬化樹脂 ＧＬ：ガスリング
ＳＰ：押圧部材 ＪＧ：保持具
ＦＭ：反射ミラー
１０：試験機本体 １９：ロードセル
４５：チョッパ １００：上部治具
１０２：ミラーブロック １０３：装着リング
１０２ｂ：円柱形ガラス １０２Ｒ：反射ミラー
１０２Ｗ：光導入窓 １０２Ｌ：光路
１０４：押圧部材 １０５：押圧球体保持枠
１０５ａ：押圧球体ホルダ １０５ｂ：リテーナリング
２００：下部治具 ２０１：基台
２０２：ＸＹステージ ２０３：ターンテーブル
３００：ガス供給リング
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光硬化樹脂の各種特性を測定する特性試験装置、その試験装置で使用する保持具、特性試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、非特許文献１や２に示されるように、光硬化樹脂の剥離力に代表される離型時の特性が研究されている。非特許文献１による光硬化樹脂の特性測定法は、以下のような手順で行われる。
（ａ）光硬化樹脂を滴下する装置により、一方の矩形ガラス基板上に光硬化樹脂を滴下し、その基板と直交するように他方の矩形ガラス基板を当接して接着する。
（ｂ）光硬化樹脂で接着された一対のガラス基板を試験装置に搬送し、一方の基板の両端を両持ち状態で支持する。
（ｃ）ガラス基板を透過して光硬化樹脂に紫外光を照射して光硬化樹脂を硬化させる。
（ｄ）その後、他方のガラス基板の両端に一方のガラス基板から離れる方向に試験力を与え、硬化した光硬化樹脂の剥離力を測定する。
【０００３】
非特許文献２による特性測定法は、以下のような試験装置と治具を用いて行われる。
この試験装置は、光硬化樹脂が表面に滴下されるテンプレートを保持するテーブルと、テーブルの下方からテンプレートを介して光硬化樹脂に紫外光を照射する紫外光照射装置と、テーブル上のテンプレートに滴下した光硬化樹脂に接する半球体押圧治具と、ロードセルを介して押圧治具を昇降する昇降装置とを備える。
【０００４】
非特許文献２の特性測定法の手順は次の通りである。
（ａ）テーブル上に保持したテンプレート（スタンパに相当する部材）の表面に光硬化樹脂を滴下する。
（ｂ）昇降装置により半球体押圧治具を降下させ、直径２ｍｍ程度の樹脂製の半球体を光硬化樹脂に接触させ、紫外光を照射する。
（ｃ）光硬化樹脂の硬化後、昇降装置により半球体押圧治具を上昇させ、半球体をテンプレートから離す。このとき、テンプレートと半球体との間で硬化した光硬化樹脂は、半球体の移動に伴いテンプレートから剥離し、球体側に移設される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Measurement of Adhesive Force Between Mold and Photocurable Resin In Imprint Technology;Jpn.Appl.Phys.Vol,41(2002)pp.4194-4197
【非特許文献２】Quantifying release in step-and-flash imprint lithography:J.Vac.Sci.Technol.B 24(6),Nov/dec 2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１の試験装置は、光硬化樹脂を滴下した位置から試験装置まで搬送したとき、矩形ガラスを傾斜することなく試験装置にセットするのが難しい。すなわち、装着した２枚の矩形ガラス基板の傾きと、試験装置の負荷軸との傾きには必ず誤差があり、これにより、２枚の矩形ガラス基板に垂直方向の力を負荷することは難しい。また、一方の矩形ガラス基板を他方の矩形ガラス基板から引き離すように力を与えるとき、ガラス基板が撓んでしまう。その結果、試験の再現性や得られるデータの信頼性に問題がある。
【０００７】
非特許文献２の試験装置は、押圧治具の半球体がヤング率の低い樹脂で作製されており、実際のプロセスのように石英と樹脂の組合せではない。治具の上下が実際のプロセスとは逆であり、光硬化樹脂に添加された離型剤の表面偏析効果が測定データに反映されない。さらには、半球体の半径が２ｍｍで実際のプロセスとは条件が全く相違するので、データの的確性に問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）請求項１の発明は、光硬化樹脂と押圧部材との間で発生する力を検出器で測定するための保持具において、前記光硬化樹脂に押圧される光透過性の押圧部材と、前記検出器と前記押圧部材との間に設けられ、光源や光ファイバなどの伝送路と非接触状態で、外部の光源から出射された光を前記押圧部材に向けて照射する光照射ブロックとを備えたことを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項1の保持具において、前記光照射ブロックは、その下面に前記押圧部材を交換可能に装着する装着部を備えていることを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項２の保持具において、前記装着部は、前記光硬化樹脂の硬化に伴う収縮に応じて前記押圧部材が所定の間隙だけ移動可能に構成されていることを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項２の保持具において、前記光照射ブロックは、前記光源から出射されてくる光を導入する光導入窓と、前記光導入窓から導入された光源からの光を前記押圧部材を透過して前記光硬化樹脂に導く反射ミラーとを備えていることを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の保持具において、前記押圧部材の樹脂接触面は球面であることを特徴とする。
（６）請求項６の発明は、光硬化樹脂と押圧部材との間で発生する力を測定する試験装置において、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の保持具と、前記力を計測する力計測器と、前記基板を保持する基板保持機構と、前記基板と前記押圧部材を相対的に移動する移動機構とを備えることを特徴とする。
（７）請求項７の発明は、光硬化樹脂と押圧部材との間で発生する力を検出器で測定して、前記光硬化樹脂の特性を試験する特性試験方法において、前記基板上に光硬化樹脂を滴下し、前記滴下された光硬化樹脂を光透過性の押圧部材で押圧し、光源や光ファイバなどの伝送路と非接触状態で、外部の光源から出射された光を前記押圧部材を透過して前記光硬化樹脂に照射し、前記押圧部材と前記光硬化樹脂との間で発生する力を検出することを特徴とする。
（８）請求項８の発明は、請求項７の特性試験方法において、前記押圧部材と前記基板との位置関係を固定して前記発生する力を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光硬化樹脂へ照射する紫外光を試験装置の押圧部材とは非接触状態で導入することができるので、測定データの信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による光硬化樹脂の各種特性を評価する試験装置の概略構成を示す図
【図２】収縮応力の測定結果を示すグラフ
【図３】剥離力の測定結果を示すグラフ
【図４】一実施の形態による特性試験装置の構成を示す図
【図５】上部治具の詳細を示す図
【図６】下部治具の詳細を示す正面図
【図７】下部治具の詳細を示す側面図
【図８】押圧球体の移動に遊びを持たせた上部治具の詳細を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明による光硬化樹脂の特性試験装置について、概略構成図である図１を参照して説明する。
ターンテーブルＴＢ上に真空吸着されたシリコンウエハＳＷにマイクロディスペンサＭＤから所定量の光硬化樹脂ＣＲを滴下する。滴下した光硬化樹脂ＣＲが保持具ＪＧの軸心ＡＸに合致するようにターンテーブルＴＢを回転する。ガス供給リングＧＬも軸心ＡＸと同軸上に配置されている。保持具ＪＧの下端には、光硬化樹脂に接触する押圧面が球形の押圧部材ＳＰが装着されている。シリコンウエハＳＷと押圧部材ＳＰとの間隔が所定値に設定されるよう、不図示の昇降装置により保持具ＪＧを所定位置まで降下させ、押圧部材ＳＰを光硬化樹脂ＣＲに押圧して接触させる。シリコンウエハＳＷと押圧部材ＳＰとの間隔は固定しておく。
【００１２】
ガス供給リングＧＬから不活性ガス（たとえば、窒素、ヘリウム）を噴出させると、シリコンウエハＳＷとガス供給リングＧＬと押圧部材ＳＰとにより囲まれた空間が不活性ガス雰囲気となる。ガス噴射を停止し、チョッパＣＨを開き、保持具ＪＧに外部の紫外光光源ＵＲから紫外光を導入する。保持具ＪＧ内に入射した紫外光は全ミラーＦＭで下方に反射し、押圧部材ＳＰを透過して光硬化樹脂ＣＲに照射される。紫外光を受けた光硬化樹脂ＣＲは硬化を開始して収縮する。その結果、押圧部材ＳＰと光硬化樹脂ＣＲとの間の接着力、および光硬化樹脂ＣＲの収縮力に応じて、保持具ＪＧが下方に引張られる。保持具ＪＧはロードセルＬＣに装着されているから、ロードセルＬＣで引張力を検出できる。
【００１３】
保持具ＪＧは、ロードセルＬＣと押圧部材ＳＰとの間に設けられており、光ファイバなどの伝送路とは非接触状態で、外部の光源ＵＲから出射された紫外光を押圧部材ＳＰに向けて照射する光照射ブロックとして機能する。
【００１４】
光硬化樹脂を硬化させる際に不活性ガス雰囲気にするのは、以下の理由による。光硬化樹脂として光ラジカル重合樹脂を使用する場合、重合を阻害する酸素を取り除くのが好ましい。そこで、この実施の形態では、シリコンウエハＳＷ上に滴下した光硬化樹脂をガス供給リングＧＬで取り囲んだ準密閉空間を形成し、この空間を不活性ガスで置換した後に紫外光を照射して硬化させるようにした。
【００１５】
光硬化樹脂として光カチオン重合樹脂を使用する場合は、光硬化樹脂は、水分を除去した雰囲気中で光照射されることが望ましい。そのため、上記空間を乾燥させる目的で不活性ガスを供給する。
【００１６】
なお、図１において、チルト機構ＴＬはシリコンウエハＳＷの傾きを調整し、シリコンウエハＳＷを軸心ＡＸに直交させるための機構である。また、Ｘ−Ｙ軸調整ステージＳＭは、ターンテーブルＴＢを軸心ＡＸに対してＸ、Ｙ２軸に位置調整するための装置である。
【００１７】
図２は、保持具ＪＧの軸心方向の位置を変化させずに光硬化樹脂ＣＲに紫外光を照射したときの試験力測定結果を示すグラフである。これは光硬化樹脂ＣＲの収縮応力を測定するものである。
【００１８】
保持具ＪＧを降下して押圧部材ＳＰとシリコンウエハＳＷとの距離を所定値に設定する。このとき、押圧部材ＳＰは光硬化樹脂ＣＲに接触する。試験開始後、約５ｓｅｃ後に紫外光照射を開始する（事象Ｐ１とする）。試験力はゼロから上昇して約１１Ｎの最大値（事象Ｐ２とする）を示した後、急激に約１Ｎまで立ち下がる（事象Ｐ３とする）。その後、紫外光照射を終了し、約２２ｓｅｃ後に保持具ＪＧは上方に一定速度で移動を開始する。押圧部材ＳＰと光硬化樹脂との間では剥離が起こり、試験力がゼロ（事象Ｐ４とする）となる。
【００１９】
事象１から事象２の間では、紫外光照射を受けた光硬化樹脂ＣＲは急速に硬化して収縮を開始する。このとき、押圧部材ＳＰと光硬化樹脂ＣＲとの間の接着力と、光硬化樹脂ＣＲの収縮力とに応じて、保持具ＪＧが下方に引張られるが、収縮力が接着力に近づくと、硬化した光硬化樹脂ＣＲが押圧部材ＳＰから剥離し始めて試験力は約１Ｎまで低下する。その後、事象３から事象４までは、収縮力と接着力との関係に変化がなく、事象４になると、保持具ＪＧに設けられた押圧部材ＳＰが上方に一定速度で移動を開始し、押圧部材ＳＰに１Ｎ程度の力で接していた光硬化樹脂ＣＲが押圧部材ＳＰから完全に剥離する。
【００２０】
図２の最大試験力を、押圧部材ＳＰが光硬化樹脂と接触していた表面積で割り算した結果が、光硬化樹脂の単位面積当たりの収縮応力である。
【００２１】
図３は、紫外光照射によって光硬化樹脂ＣＲが収縮するのに伴う試験力をキャンセルするように押圧部材ＳＰの装着位置に遊びをもたせた場合の試験力測定結果を示すグラフである。これは光硬化樹脂ＣＲの剥離力を測定するものである。
【００２２】
保持具ＪＧを降下して押圧部材ＳＰとシリコンウエハＳＷとの距離を所定値に設定する。このとき、押圧部材ＳＰは光硬化樹脂ＣＲに接触する。試験開始時は、試験力は−０．１３Ｎ程度であり、これは押圧部材ＳＰの自重分に相当する値である。試験開始後、約５ｓｅｃ後にチョッパＣＨを開いて紫外光照射を開始し（事象Ｐ１１とする）、約９ｓｅｃ後に紫外光照射を終了する。光照射後、保持具ＪＧは上方に一定速度で移動を開始する。
【００２３】
なお、紫外光照射に伴って光硬化樹脂ＣＲの硬化が開始するが、光硬化樹脂ＣＲに接着されている押圧部材ＳＰは、取り付け機構の遊びにより光硬化樹脂ＣＲの収縮に応じて保持具ＪＧ本体と相対的に移動する。図３の上方に示すように、保持具ＪＧ内において押圧部材ＳＰは軸芯ＡＸ方向に移動する遊びを持っている。
【００２４】
なお、図３に示すように試験開始時にロードセル出力が−０．１３Ｎを示す理由について説明する。ロードセル出力のゼロ点調整は、押圧部材ＳＰの自重を含めて保持具ＪＧの自重がロードセルに作用しているときのロードセル出力値をゼロリセットして行われる。したがって、保持具ＪＧを光硬化樹脂に接触させたとき、樹脂の粘性により押圧部材ＳＰが保持具ＪＧの本体に対して相対的に上方に移動し、押圧部材ＳＰの自重分がロードセルＬＣに作用しなくなり、その結果、ロードセルＬＣは−０．１３Ｎの出力値を示す。
【００２５】
試験開始後約４０ｓｅｃが経過すると、押圧部材ＳＰの遊びがなくなり試験力が約０Ｎとなる（事象Ｐ１２とする）。これは、押圧部材ＳＰの遊びがゼロとなることに伴って保持具ＪＧに押圧部材ＳＰの自重分の力が作用し始めたからである。その後も保持具ＪＧが上方に一定速度で移動し、光硬化樹脂ＣＲに接着されていた押圧部材ＳＰが光硬化樹脂ＣＲから剥離すると（事象Ｐ１３とする）、試験力が約０．３Ｎまで急激に増加する（事象Ｐ１４とする）。その後、押圧部材ＳＰから光硬化樹脂が剥離すると、試験力がほぼ０Ｎとなる（事象Ｐ１５とする）。
【００２６】
事象Ｐ１４で試験力が最大値を示した後、試験力が急激に０Ｎに向かって低下していないのは、押圧部材ＳＰと光効果樹脂ＣＲにおける全ての接触点が同時に剥離せず，徐々に剥離が起こるためと思われる。
なお、図３の事象Ｐ１４の試験力を剥離力、あるいは付着力と呼ぶことができる。
【００２７】
上述したように押圧部材ＳＰの押圧面は球面である。これは以下の理由による。
光ナノインプリント法で半導体デバイスの微小回路を製作する場合、微小回路は線幅が２０〜３０ｎｍ程度の微細な構造体を有しており、スタンパもナノオーダの繰り返し凹凸構造を有している。そのため、光硬化樹脂にスタンパをプレスする際、凹凸内に空気がトラップされて樹脂の流入が阻害されないように、シリコン基板の表面を１ラジアン程度撓ませている。そこで、光硬化樹脂の剥離特性などの評価試験を行う場合にも、押圧部材に何らかの曲率を与えるのが好ましいからである。
【００２８】
以上説明した光硬化樹脂の特性を実際に測定する試験装置について図４〜図８を参照して説明する。
図４は本発明の一実施の形態による光硬化樹脂の特性試験装置を示している。特性試験装置は、試験装置本体１０と、制御装置３０と、光硬化樹脂に照射する紫外線を出射する光源４０と、光源４０から出射された紫外光ＵＶを任意の時点で光硬化樹脂へ導くチョッパ４５と、不活性ガスの供給装置５０とを備えている。
【００２９】
試験装置本体１０は以下のように構成されている。
固定テーブル１１には左右一対のねじ棒１２，１３が立設され、このねじ棒１２，１３の上部にはヨーク１４が横架されている。ねじ棒１２，１３には、クロスヘッド１５の左右両側に設けられた一対のナット（不図示）が螺合しており、これによりクロスヘッド１５がねじ棒１２，１３で昇降可能に支持される。ねじ棒１２，１３は、固定テーブル１１内に配設されたサーボモータ１６により駆動される。これらを構成する各部材は、押圧部材１０４と基板ＳＷを相対的に移動する機能を備えている。ねじ棒１２の回転はエンコーダ１７で検出されて制御装置３０へ入力される。エンコーダ１７の出力値からクロスヘッド１５の位置を計算することができる。
【００３０】
クロスヘッド１５の下面にはロードセル１９を介して上部治具１００が、固定テーブル１１の上面には下部治具２００がそれぞれ相対向して取り付けられており、これら上部治具１００および下部治具２００の間で光硬化樹脂ＣＲの特性が測定される。図４において、ガス供給リング３００は、光硬化樹脂に光を照射する際、光硬化樹脂を不活性ガス雰囲気に曝すために用いられる。
【００３１】
上部治具１００は、図５に示すように、ロードセル１９に取り付ける軸１０１と、軸１０１の下端に設けられているミラーブロック１０２と、ミラーブロック１０２の下面に設けられ、押圧部材１０４が着脱可能にされている装着リング１０３と、装着リング１０３に押圧部材１０４を装着するための押圧球体保持枠１０５とを備えている。
【００３２】
押圧部材１０４は石英ガラスで製作され、光硬化樹脂の接触面を１６ＳＲ（球面の半径）程度の球面に形成している。すなわち、押圧部材１０４はレンズ形状に形成されている。
【００３３】
ミラーブロック１０２は、紫外光の導入窓１０２Ｗおよび光路１０２Ｌが形成されたブロック本体１０２ａと、ブロック本体１０２ａに装着され、４５度にカットした面に反射膜を蒸着して反射面１０２Ｒを形成した円柱形ガラス１０２ｂとを備えている。ミラーブロック１０２の右方から導入窓１０２Ｗを介して入射する紫外光ＵＶは円柱形ガラス１０２ｂの反射面１０２Ｒで下方に反射して押圧部材１０４に入射する。
【００３４】
押圧球体保持枠１０５は、装着リング１０３に螺合される雄ねじを有する押圧球体ホルダ１０５ａと、押圧球体ホルダ１０５ａに螺合される雌ねじを有し、押圧部材１０４を交換可能に保持するリテーナリング１０５ｂとを備えている。リテーナリング１０５ｂを押圧球体ホルダ１０５ａに螺合して押圧部材１０４を押圧球体ホルダ１０５ａに装着する。
【００３５】
図５において、ガス供給リング３００はリテーナリング１０５ｂの外周を取り囲み、また、押圧球体ホルダ１０５ａのフランジがガス供給リング３００の上面に接して配置されている。ガス供給リング３００の内周面には６箇所のガス噴出口が設けられ、不活性ガス、たとえば、窒素やヘリウムが噴射される。そのため、光硬化樹脂ＣＲの周囲は不活性ガスで置換され、その雰囲気中で紫外光が照射される。
【００３６】
ガス供給リング３００から不活性ガスを噴出させると、シリコンウエハＳＷとガス供給リング３００と押圧部材１０４とにより囲まれた空間が不活性ガス雰囲気となる。ガス噴射を停止し、チョッパ４５を開き、外部の紫外光光源ＵＲから出射された紫外光を上部治具１００に導く。上部治具１００内に入射した紫外光は反射面１０２Ｒで下方に反射し、押圧部材１０４を透過して光硬化樹脂ＣＲを照射する。紫外光を受けた光硬化樹脂ＣＲは硬化を開始して収縮する。その結果、押圧部材１０４と光硬化樹脂ＣＲとの間の接着力と、光硬化樹脂ＣＲの収縮力とに応じて、上部治具１００が下方に引張られる。上部治具１００はロードセル１９に装着されているから、ロードセル１９で引張力を検出できる。
【００３７】
ガス供給リング３００は、テーブル１１に設置された図示しない支持台に水平揺動可能に設けられている。すなわち、支持台に回動可能に装着されているアームの先端にガス供給リング３００が設けられている。支持台に対するアームの取り付け位置は、ガス供給リング３００がターンテーブルＴＢの上方所定距離の高さに保持されるように予め設定される。また、アームは水平面に対して１度〜２度程度傾斜するように構成されている。
【００３８】
図６は特性試験装置の正面図、図７はその側面図であり、下部治具２００を示している。
下部治具２００は、固定テーブル１１に取り付けるための基台２０１と、基台２０１上に設けられたＸＹステージ２０２と、ＸＹステージ２０２上に設置された円形形状のターンテーブル２０３とを備えている。ターンテーブル２０３には真空吸着装置が付設されており、ターンテーブル２０３の上面にシリコンウエハＳＷが吸着固定される。ターンテーブル２０３はインデックス機構付きであり、手動でターンテーブル２０３を回転操作する際に所定角度毎に回転位置が規定される。ターンテーブル２０３の回転操作を試験装置と連動して自動化しても良い。
【００３９】
図４に示した特性試験装置を用いて、光硬化樹脂の収縮応力と剥離力を測定する手順について説明する。
−収縮応力の測定−
ターンテーブル２０３上に真空吸着されたシリコンウエハＳＷにマイクロディスペンサ（不図示）から所定量の光硬化樹脂ＣＲを滴下する。滴下した光硬化樹脂ＣＲが上部治具１００の軸心(負荷軸)ＡＸに合致するようにターンテーブル２０３を手動で回転させる。ガス供給リング３００も軸心ＡＸと同軸上に配置されている。シリコンウエハＳＷと押圧部材１０４との間隔が所定値に設定されるよう、上部治具１００を所定位置まで降下する。このとき、治具先端の押圧部材１０４は光硬化樹脂ＣＲに接触する。シリコンウエハＳＷと押圧部材１０４との間隔は、予め設定した所定値のまま、試験装置としての位置制御、試験力制御などを行わない。
【００４０】
チョッパ４５を開いて紫外光をミラーボックス１０２に導入すると、導入された紫外光は反射面１０２Ｒで下方に反射され、押圧部材１０４を介して光硬化樹脂ＣＲに紫外光が照射される。これにより、光硬化樹脂ＣＲが硬化を開始する。シリコンウエハＳＷに対する押圧部材１０４の位置は変化させないので、光硬化樹脂の収縮力により上部治具１００に引張方向の試験力が作用する。この引張試験力をロードセル１９で検出する。光硬化樹脂ＣＲが押圧部材１０４から剥離すると試験力はゼロとなる、
【００４１】
このとき、光硬化樹脂の表面には押圧部材１０４の押圧圧痕が形成されている。押圧圧痕はほぼ円形であり、この最大直径を計測すると、押圧圧痕の表面積が計算される。ロードセル１９で計測した試験力の最大値を押圧圧痕の表面積で除した値が、光硬化樹脂の単位面積当たりの収縮応力である。
【００４２】
−剥離力の測定−
図８は、押圧部材１０４の軸心ＡＸ方向の移動に遊びを設けるように押圧球体ホルダを設定した状態を示す図である。これは剥離力を正確に測定する図３の測定時に使用される。
【００４３】
図８に示すように、押圧球体保持枠１０５は、リテーナリング１０５ｂと押圧球体ホルダ１０５ａのフランジとの間にスペーサ１１０を介在させている。すなわち、押圧部材１０４をリテーナリング１０５ｂで押圧球体ホルダ１０５ａに装着する際、リング状のスペーサ１１０を挿入しておく。これにより、間隙ＧＰだけ押圧部材１０４は上下動することできる。
【００４４】
図８に示す上部治具１００では、クロスヘッド１５を降下させて押圧部材１０４を光硬化樹脂ＣＲに接触させる際、押圧部材１０４は光硬化樹脂ＣＲの反発力で上方に移動することができる。その状態で、光硬化樹脂ＣＲが紫外光の照射で硬化して収縮すると、上方に移動していた押圧部材１０４は、光硬化樹脂ＣＲの収縮量だけ下方に移動する。このとき、ロードセル１９の出力は、図３で説明したように押圧部材１０４の自重分に相当するマイナス値を示す。紫外光の照射が所定時間だけ行われた後、数十秒経過した時点から、押圧部材１０４を一定速度で上方へ移動させる。これにより、図３の事象Ｐ１２のようにロードセル１９の出力は試験力ゼロを示す。
【００４５】
その後、押圧部材１０４は一定速度で光硬化樹脂ＣＲから離れようとするが、所定時間経過するまでは、押圧部材１０４が光硬化樹脂から剥離せず、光硬化樹脂の撓みを除去するため試験力は低下する（図３の事象Ｐ１２〜Ｐ１３）。さらに押圧部材１０４が上方へ移動すると、ある時点で光硬化樹脂ＣＲが押圧部材１０４の表面から剥離を開始する（事象Ｐ１３）。そして、事象Ｐ１４において最大試験力を示した後、１０ｓｅｃ経過した時点で試験力が変化し、剥離が終了する（事象Ｐ１５）
【００４６】
以上のように構成された光硬化樹脂の特性試験装置によれば次のような作用効果を奏することができる。
（１）光ファイバケーブルで紫外光を導入する場合には、ケーブルの自重分が計測結果に影響を与える。本実施の形態では、試験装置本体１０から切り離して設けた光源４０から出射する紫外光を非接触でミラーボックス１０２に導入し、反射面１０２Ｒで下方に反射させて光硬化樹脂ＣＲに照射するようにした。したがって、紫外光を導入する光ファイバなどが不要となり、計測結果に影響を与えることがない。すなわち、光硬化樹脂へ照射する紫外光を、押圧部材１０４とは非接触状態で導入することができるので、測定データの信頼性が向上する。
【００４７】
（２）光硬化樹脂に接触する部材を、接触面が半径１６ＳＲ程度の球面形を有する石英ガラスとした。したがって、上部治具１００の軸心とシリコンウエハＳＷの交差角度が９０度からずれても、すなわち、斜めに試験力を受けても試験結果に影響を与えず、また、押圧圧痕輪郭は円形であり、表面積が容易に計算できる。
（３）光硬化樹脂に離型性能を向上させる目的で界面活性剤のような添加剤を添加している。光硬化樹脂の表面に添加剤が偏析している場合には、押圧部材と樹脂との付着力が小さい値となる。一方、光硬化樹脂の表面に添加剤が偏析していない場合には、押圧部材と樹脂との付着力が大きい値となる。このように、この実施の形態による特性試験装置では、非特許文献２と異なり、添加剤が偏析する樹脂表面と押圧部材との剥離に伴う試験力を測定しているので、樹脂表面の偏析の影響も評価することができる。
【００４８】
以上説明した特性試験装置を以下のように変形することができる。
（１）上部治具１００のミラーボックス１０２に代えて、ロードセルと押圧球体との間に光ファイバ導入空間を設け、この空間を軸心ＡＸと直交する方向に向け、ファイバ出射端面をシリコンウエハ１と直交する方向に設定し、ファイバケーブルを治具に非接触で挿入してもよい。
【００４９】
（２）球体ＳＰや押圧部材１０４に遊びを持たせる方式に代え、紫外光照射によって光硬化樹脂ＣＲが収縮するときに発生する試験力をキャンセルするように治具１００の位置を制御し、収縮がほぼ終了した時点から、治具１００を一定速度で光硬化樹脂ＣＲから離れるように制御することにより、図３と同様に光硬化樹脂ＣＲが押圧部材ＳＰから剥離する際の試験力を測定することができる。
【００５０】
（３）光硬化樹脂をシリコンウエハに滴下するものとした。しかしながら、ガラス板、石英ガラス板、ポリマフィルム、セラミックス板などを使用することができる。
（４）押圧部材の樹脂接触面を球面としたが、この曲率は実施の形態に限定されない。また、押圧部材の樹脂接触面を平面、凹凸面にしてもよい。
（５）押圧部材を石英ガラスで製作したが、フッ素系透明樹脂や環状オレフィン系ポリマを使用してもよい。
【００５１】
（６）ターンテーブル２０３上にシリコンウエハＳＷを真空吸着して保持固定するようにしたが、保持固定の方式は種々の方式を採用できる。
（７）紫外光で硬化する光硬化樹脂について説明したが、本発明はこのような種類の光硬化樹脂の特性試験装置に限定されない。
【００５２】
さらにまた、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。したがって、本発明による力計測用治具は、基板上に滴下された光硬化樹脂と押圧部材との間で発生する力を検出器で測定して、光硬化樹脂の特性を試験する特性試験装置に装着して用いられる力計測用治具において、基板上に滴下されている光硬化樹脂に押圧される光透過性の押圧部材と、検出器と押圧部材との間に設けられ、光源や光ファイバなどの伝送路と非接触状態で、外部の光源から出射された光を押圧部材に向けて照射する光照射ブロックとを備えていれば、種々の形態で実現できる。
【符号の説明】
【００５３】
ＴＢ：ターンテーブル ＳＷ：シリコンウエハ
ＣＲ：光硬化樹脂 ＧＬ：ガスリング
ＳＰ：押圧部材 ＪＧ：保持具
ＦＭ：反射ミラー
１０：試験機本体 １９：ロードセル
４５：チョッパ １００：上部治具
１０２：ミラーブロック １０３：装着リング
１０２ｂ：円柱形ガラス １０２Ｒ：反射ミラー
１０２Ｗ：光導入窓 １０２Ｌ：光路
１０４：押圧部材 １０５：押圧球体保持枠
１０５ａ：押圧球体ホルダ １０５ｂ：リテーナリング
２００：下部治具 ２０１：基台
２０２：ＸＹステージ ２０３：ターンテーブル
３００：ガス供給リング
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光硬化樹脂と押圧部材との間で発生する力を検出器で測定するための保持具において、
前記光硬化樹脂に押圧される光透過性の押圧部材と、
前記検出器と前記押圧部材との間に設けられ、光源や光ファイバなどの伝送路と非接触状態で、外部の光源から出射された光を前記押圧部材に向けて照射する光照射ブロックとを備えたことを特徴とする保持具。
【請求項２】
請求項1の保持具において、
前記光照射ブロックは、その下面に前記押圧部材を交換可能に装着する装着部を備えていることを特徴とする保持具。
【請求項３】
請求項２の保持具において、
前記装着部は、前記光硬化樹脂の硬化に伴う収縮に応じて前記押圧部材が所定の間隙だけ移動可能に構成されていることを特徴とする保持具。
【請求項４】
請求項２の保持具において、
前記光照射ブロックは、前記光源から出射されてくる光を導入する光導入窓と、前記光導入窓から導入された光源からの光を前記押圧部材を透過して前記光硬化樹脂に導く反射ミラーとを備えていることを特徴とする保持具。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の保持具において、
前記押圧部材の樹脂接触面は球面であることを特徴とする保持具。
【請求項６】
光硬化樹脂と押圧部材との間で発生する力を測定する試験装置において、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の保持具と、
前記力を計測する力計測器と、
前記基板を保持する基板保持機構と、
前記基板と前記押圧部材を相対的に移動する移動機構とを備えることを特徴とする試験装置。
【請求項７】
光硬化樹脂と押圧部材との間で発生する力を測定して、前記光硬化樹脂の特性を試験する特性試験方法において、
前記基板上に光硬化樹脂を滴下し、
前記滴下された光硬化樹脂を光透過性の押圧部材で押圧し、
光源や光ファイバなどの伝送路と非接触状態で、外部の光源から出射された光を前記押圧部材を透過して前記光硬化樹脂に照射し、
前記押圧部材と前記光硬化樹脂との間で発生する力を検出することを特徴とする特性試験方法。
【請求項８】
請求項７の特性試験方法において、
前記押圧部材と前記基板との位置関係を固定して前記発生する力を検出することを特徴とする特性試験方法。
【請求項１】
光硬化樹脂と押圧部材との間で発生する力を検出器で測定するための保持具において、
前記光硬化樹脂に押圧される光透過性の押圧部材と、
前記検出器と前記押圧部材との間に設けられ、光源や光ファイバなどの伝送路と非接触状態で、外部の光源から出射された光を前記押圧部材に向けて照射する光照射ブロックとを備えたことを特徴とする保持具。
【請求項２】
請求項1の保持具において、
前記光照射ブロックは、その下面に前記押圧部材を交換可能に装着する装着部を備えていることを特徴とする保持具。
【請求項３】
請求項２の保持具において、
前記装着部は、前記光硬化樹脂の硬化に伴う収縮に応じて前記押圧部材が所定の間隙だけ移動可能に構成されていることを特徴とする保持具。
【請求項４】
請求項２の保持具において、
前記光照射ブロックは、前記光源から出射されてくる光を導入する光導入窓と、前記光導入窓から導入された光源からの光を前記押圧部材を透過して前記光硬化樹脂に導く反射ミラーとを備えていることを特徴とする保持具。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の保持具において、
前記押圧部材の樹脂接触面は球面であることを特徴とする保持具。
【請求項６】
光硬化樹脂と押圧部材との間で発生する力を測定する試験装置において、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の保持具と、
前記力を計測する力計測器と、
前記基板を保持する基板保持機構と、
前記基板と前記押圧部材を相対的に移動する移動機構とを備えることを特徴とする試験装置。
【請求項７】
光硬化樹脂と押圧部材との間で発生する力を測定して、前記光硬化樹脂の特性を試験する特性試験方法において、
前記基板上に光硬化樹脂を滴下し、
前記滴下された光硬化樹脂を光透過性の押圧部材で押圧し、
光源や光ファイバなどの伝送路と非接触状態で、外部の光源から出射された光を前記押圧部材を透過して前記光硬化樹脂に照射し、
前記押圧部材と前記光硬化樹脂との間で発生する力を検出することを特徴とする特性試験方法。
【請求項８】
請求項７の特性試験方法において、
前記押圧部材と前記基板との位置関係を固定して前記発生する力を検出することを特徴とする特性試験方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−６０８４３（Ｐ２０１１−６０８４３Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０６１３３（Ｐ２００９−２０６１３３）
【出願日】平成２１年９月７日（２００９．９．７）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【出願人】（８９９００００３５）株式会社 東北テクノアーチ (68)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月７日（２００９．９．７）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【出願人】（８９９００００３５）株式会社 東北テクノアーチ (68)
【Ｆターム（参考）】
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