KR100890379B1 - 임프린트 공정 시스템 및 패턴형성방법 - Google Patents

임프린트 공정 시스템 및 패턴형성방법 Download PDF

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    • B81C1/0046—Surface micromachining, i.e. structuring layers on the substrate using stamping, e.g. imprinting

Abstract

본 발명은 임프린트 공정 시스템 및 패턴형성방법에 관한 것으로 본 발명에 따른 임프린트 공정 시스템은 진공 분위기가 형성되며 패턴을 가진 스탬프와 감광막이 도포된 기판의 합착이 이루어지는 합착공정 챔버, 상기 합착이 이루어진 상기 기판과 상기 스탬프에 자외선 조사가 이루어지는 노광공정 챔버 및 상기 노광공정이 이루어진 상기 합착된 기판과 상기 스탬프의 이격이 이루어지는 이격 공정 챔버를 구비하여 하나의 공정공간에서 이루어지던 기판과 스탬프의 합착 및 이격공정을 각각 별도의 공정공간에서 수행함으로써 공정공간이 단순화되고, 이에 따라 자외선이 조사되는 경로가 확보되어 품질이 좋은 제품을 생산할 수 있는 효과가 있다.
임프린트, 임프린트 공정, 패턴형성

Description

임프린트 공정 시스템 및 패턴형성방법{Imprint processing system and pattern forming method}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 임프린트 공정 시스템을 나타낸 간략도이다.
도 2는 임프린트 공정 시스템의 합착공정 챔버를 나타낸 간략도이다.
도 3은 임프린트 공정 시스템의 노광공정 챔버를 나타낸 간략도이다.
도 4는 임프린트 공정 시스템의 이격공정 챔버를 나타낸 간략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 패턴형성방법을 나타낸 순서도이다.
도 6a 내지 도 6d는 합착공정 챔버의 동작을 나타낸 작동도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10: 스탬프 20: 기판
100: 처리실 110: 합착공정 챔버
120: 노광공정 챔버 130: 이격공정 챔버
본 발명은 임프린트 공정 시스템 및 패턴형성방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 합착된 기판과 스탬프에 자외선을 균일하게 조사하는 임프린트 공정 시스템 및 패턴형성방법에 관한 것이다.
최근 전자제품들은 소비자의 요구에 따라 다양한 기능을 구비하며 소형화, 고집적화, 경량화되는 추세이다. 이에 따라 전자부품들도 다기능 및 소형화가 요구되면서 반도체 회로 집적도 증가에 따른 패턴 미세화 요구가 증가되고 있으며 나노 스케일의 공정기술 개발이 본격적으로 추진되고 있다.
이러한 나노 스케일의 공정기술 중 임프린트 리소그래피는 구조물(structure)이 각인된 스탬프(stamp)를 기판 위에 코팅된 고분자 소재의 레지스트(resist)표면에 가압하여 나노 구조물을 반복적으로 전사하는 기술로써, 다른 기술들에 비해 공정시간이 짧고, 제작단가가 낮아 제품생산에 많이 이용되고 있다.
임프린트 리소그래피 기술은 크게 실리콘이나 석영을 스탬프 재료로 사용하는 하드 리소그래피(hard lithography)와 유연한 PDMS elastomer 스탬프를 사용하는 소프트 리소그래피(soft lithography)로 구분된다. 또한 이 중 하드 리소그래피(hard lithography)는 불투명한 스탬프를 사용하는 가열식 임프린팅과 투명한 스탬프를 통해 자외선을 투과시켜 감광막을 경화시키는 방식을 채택하는 UV 임프린팅 리소그래피 기술로 구분된다.
UV 임프린팅 리소그래피 기술은 투명한 스탬프 위에 마스터 패턴을 제작하고, 자외선에 의해 경화되는 감광막을 기판 상에 도포하여 제작된 스탬프를 기판과 합착시킴으로써 이루어진다. 패턴이 제작된 스탬프의 패턴 면과 감광막이 도포된 기판 면을 합착시키면 기판 상에 도포된 감광막이 스탬프의 패턴 내로 충전되면서 패턴 전사가 이루어지고, 자외선을 조사하면 감광막이 경화되면서 기판에 패턴이 형성된다.
이때 감광막 층에 UV 조사가 균일하게 이루어지지 않으면 불량 패턴이 발생하는데 대부분의 임프린트 공정의 경우 하나의 공정공간에 스탬프와 기판을 합착시키기 위한 장치 및 합착된 스탬프와 기판을 이격시키기 위한 다수의 장치들이 설치되어 UV 조사경로를 방해하고, 이에 따라 합착된 스탬프와 기판에 균일한 UV 조사가 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 임프린트 공정시 자외선의 조사경로를 확보하기 위해 스탬프와 기판의 합착공정 및 합착된 스탬프와 기판의 이격공정을 각각 별도의 공정공간에서 수행하는 임프린트 공정 시스템 및 패턴형성방법을 제공하는데 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 임프린트 공정 시스템은 진공 분위기가 형성되며 패턴을 가진 스탬프와 감광막이 도포된 기판의 합착이 이루어지는 합착공정 챔버, 상기 합착공정이 이루어진 상기 스탬프와 상기 기판에 자외선을 조사하여 상기 감광막의 경화가 이루어지는 노광공정 챔버 및 상기 노광공정이 이루어진 상기 합착된 스탬프와 상기 기판의 이격이 이루어지는 이격공정 챔버를 구비한다.
상기 스탬프의 패턴에 의해 상기 기판에 임프린트되는 패턴의 검사가 이루어지는 검사공정 챔버를 더 구비할 수 있다.
상기 합착된 기판으로부터 이격된 상기 스탬프의 세정이 이루어지는 세정공정 챔버를 더 구비할 수 있다.
상기 합착된 기판으로부터 이격된 상기 스탬프에 이형층 처리가 이루어지는 이형층 처리공정 챔버를 더 구비할 수 있다.
상기 합착된 기판으로부터 이격된 상기 스탬프를 대기시키는 스탬프 카세트를 더 구비할 수 있다.
상기 합착공정 챔버는 상기 스탬프를 장착하는 정전척, 상기 정전척과 대향하며 상기 기판을 안착시키는 스테이지, 상기 스탬프를 상기 기판에 접근시키는 구동부, 상기 스탬프와 상기 기판의 합착시 압력을 조절하는 압력조절부 및 상기 기판의 감광막을 소프트 베이크(soft bake)하는 자외선 램프를 구비할 수 있다.
상기 노광공정 챔버는 상기 합착이 이루어진 상기 스탬프와 상기 기판을 안착시키는 스테이지 및 상기 합착이 이루어진 상기 스탬프와 상기 기판에 자외선을 조사하여 상기 감광막을 경화시키는 자외선 램프를 구비할 수 있다.
상기 이격공정 챔버는 상기 합착이 이루어진 상기 스탬프와 상기 기판을 안착시키는 스테이지 및 상기 기판으로부터 상기 스탬프를 이격시키는 스탬프 척을 구비할 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 패턴형성방법은 진공상태의 공정공간에서 패턴을 가진 스탬프와 감광막이 도포된 기판을 합착시키는 합착단계, 상기 공정공간의 압력을 높여 상기 합착된 스탬프와 상기 기판을 가압하는 가압단계, 상기 합착된 스탬프와 상기 기판을 상기 공정공간에서 반출하는 반출단계, 상기 합착된 스탬프와 상기 기판에 자외선을 조사하여 상기 감광막을 경화시키는 경화단계 및 상기 합착된 스탬프와 상기 기판을 이격시키는 이격단계를 포함한다.
상기 가압단계 이후에 자외선을 조사하여 소프트 베이트(soft bake)하는 단계가 더 포함될 수 있다.
상기 이격단계 이후에 상기 기판으로부터 이격된 상기 스탬프를 세정하는 세정단계가 더 포함될 수 있다.
상기 세정단계 이후에 상기 스탬프에 이형층 처리를 하는 단계가 더 포함될 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 임프린트 공정 시스템에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 임프린트 공정 시스템을 도시한 간략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 임프린트 공정 시스템은 처리실(100)을 구비한다.
처리실(100)에는 스탬프(10)와 기판(20)의 합착이 이루어지는 합착공정 챔 버(110), 합착된 스탬프(10)와 기판(20)에 노광이 이루어지는 노광공정 챔버(120), 합착된 스탬프(10)와 기판(20)의 이격이 이루어지는 이격공정 챔버(130)가 구비된다.
또한 처리실(100)에는 기판(20)이 반입되는 제 1게이트(101)와 패턴이 형성된 기판(20)이 반출되는 제 2게이트(102)가 구비되고, 공정에 따라 스탬프(10)와 기판(20)을 이송시키는 이송장치(103)와 이송장치(103)를 각각의 챔버로 안내하는 레일(104)이 구비된 이송통로(105)가 마련된다.
합착공정 챔버(110)는 합착공정 챔버(110)와 이송통로(105) 사이에 스탬프(10)와 기판(20)의 출입이 가능하도록 선택적으로 개폐가능한 게이트(111)를 구비한다.
도 2를 참조하여 합착공정 챔버를 보다 상세히 설명하도록 한다. 도 2에 도시된 바와 같이 합착공정 챔버(110)는 스탬프(10)와 기판(20)의 합착이 이루어지도록 공정공간(30)을 형성하며 형성된 공정공간(30)이 밀폐될 수 있도록 결합하는 상부 챔버(113)와 하부 챔버(114)로 이루어진다.
상부 챔버(113)의 내측에는 스탬프(10)를 부착하기 위한 정전척(115)이 고정되는 척 플레이트(116)가 마련되고, 상부 챔버(113)의 상부에는 스탬프(10)가 정전척(115)으로부터 이격되어 기판(20)과 합착시 기판(20)을 소프트 베이크(soft bake) 하기 위한 다수 개의 자외선 램프(117a)가 설치된다. 또한 상부 챔버(113)와 척 플레이트(116)에는 자외선 램프(117a)에서 조사하는 자외선이 기판(20)에 조사될 수 있도록 다수 개의 홀(117b)이 마련된다.
또한 상부 챔버(113)에는 스탬프(10)와 기판(20)의 합착공정시 스탬프(10)가 기판(20)에 접근할 수 있도록 척 플레이트(116)와 연결되어 선형운동하는 구동축(118b)과 구동축(118b)을 동작시키는 구동모터(118a)를 포함하는 구동부(118)가 마련된다. 한편, 하부 챔버(114)에는 척 플레이트(116)와 대향하는 위치에 기판(20)을 안착시키는 스테이지(119)가 마련되고, 공정공간(30)과 연결된 진공관(112a)과 진공관(112a)을 통해 공정공간(30)의 압력을 조절하는 압력조절펌프(112b)가 포함된 압력조절부(112)를 구비한다.
스탬프(10)와 기판(20)의 합착이 이루어지고, 스탬프(10)와 합착된 기판(20)의 감광막(21)이 자외선에 의해 소프트 베이크 되면 공정공간(30)을 개방시켜 합착된 스탬프(10)와 기판(20)을 노광공정 챔버(120)로 이송시킨다.
노광공정 챔버(120)는 합착된 스탬프(10)와 기판(20)의 출입이 가능하도록 게이트(121)를 구비한다.
도 3을 참조하면, 노광공정 챔버(120) 내부에는 합착된 스탬프(10)와 기판(20)이 안착되는 스테이지(123)가 마련되고, 합착된 스탬프(10)와 기판(20)에 자외선을 조사하여 감광막(21)에 형성된 패턴을 경화시키는 자외선 램프(122)가 구비된다. 다른 실시예로 노광공정 챔버(120) 내부에 검사장치(미도시)가 더 마련되어 노광공정 이전에 감광막(21)에 형성된 패턴을 검사할 수 있다. 노광공정이 종료된 스탬프(10)와 기판(20)은 노광공정 챔버(120)에서 반출되고, 이송장치(103)에 의해 이격공정 챔버(130)로 이송된다.
이격공정 챔버(130)는 합착된 스탬프(10)와 기판(20)이 반입될 수 있도록 게 이트(131)를 구비한다.
도 4를 참조하면, 이격공정 챔버(130) 내부에는 합착된 스탬프(10)와 기판(20)이 안착되는 스테이지(133), 스테이지(133) 상에 마련되어 기판을 부착시키는 기판척(135), 스탬프(10)를 기판(20)으로부터 이격시키는 이격장치(132), 이격장치(132)를 승강시키는 승강부(134)가 마련된다. 이격장치(132)로는 스탬프(10)를 정전력으로 부착시켜 기판(20)으로부터 이격시키는 정전척, 스탬프(10)를 진공흡착력을 이용하여 기판(20)으로부터 이격시키는 진공흡착척 등을 사용할 수 있다.
또한 합착공정 챔버(110)와 노광공정 챔버(120) 사이에 검사장치가 마련된 검사공정 챔버를 더 구비하여 기판의 감광막(21)을 경화시키기 이전에 기판(20)에 도포된 감광막(21)에 임프린트된 패턴의 불량을 검사할 수 있다. 검사장치로는 감광막(21)에 형성된 소정의 패턴을 촬영하고, 촬영된 영상을 이미지 데이터로 변환하여 불량 발생을 판단하는 촬상장치를 사용할 수 있다.
또한 기판(20)으로부터 이격된 스탬프(10)의 패턴에 잔여된 감광막(21)을 세정하기 위한 세정장치를 구비하고 있는 세정공정 챔버를 더 구비할 수 있으며 다른 공정을 위해 세정이 종료된 스탬프(10)에 이형층 처리를 하는 이형층 처리공정 챔버와 이형층 처리가 종료된 스탬프(10)를 저장하는 스탬프 카세트를 더 구비할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 패턴형성방법을 나타낸 순서도이다.
우선 기판(20)을 제 1게이트(101)를 통해 처리실(100)로 반입시키면 이송장치(103)에 의해 기판(20)이 합착공정 챔버(110)로 이송되고, 합착공정 챔버(110) 내부의 스테이지(119)에 안착된다. 기판(20)을 합착공정 챔버(110)로 이송시킨 이송장치(103)는 기판(20)과 합착시킬 스탬프(10)를 이송하여 합착공정 챔버(110)로 이송시킨다. 합착공정 챔버(110)로 이송된 스탬프(10)는 패턴 면이 기판(20) 방향을 향하도록 정전척(115)에 부착된다.
이후 상부 챔버(113)와 하부 챔버(114)가 결합되면서 밀폐된 공정공간(30)이 형성되고, 공정공간(30)의 기체가 배기되면서 공정공간(30)은 진공상태가 된다. (도 6a 참조)
공정공간(30)이 진공상태가 되면 구동모터(118a)에 의해 구동축(118b)이 수직이동되어 구동축(118b)과 연결된 척 플레이트(116)가 기판(20) 방향으로 하강하게 되고, 정전척(115)에 부착된 스탬프(10)는 기판(20)과 근접하게 된다. (도 6b 참조)
계속해서 정전척(115)에 공급하던 전원을 차단하면 정전척(115)으로부터 스탬프(10)가 분리되어 기판(20) 상에 낙하된다. 이후 공정공간(30)에 기체를 주입하면 공정공간(30)의 압력이 증가하면서 낙하된 스탬프(10)가 기판(20)과 합착되어 기판(20)을 가압하고, 기판(20)에 도포된 감광막(21)에 스탬프(10)의 패턴이 임프린트 된다(S100).
이때 합착된 스탬프(10)와 기판(20)에 자외선을 조사하면 자외선이 스탬프(10)를 투과하면서 기판(20)의 감광막(21)이 소프트 베이크 된다. 스탬프(10)는 자외선이 투과될 수 있는 투명 소재의 PDMS를 사용할 수 있다. (도 6c 참조)
기판(20)에 도포된 감광막(21)을 소프트 베이크하는 공정이 종료되면 상부 챔버(113)와 하부 챔버(114)가 이격되면서 공정공간(30)이 개방되고, 합착된 스탬프(10)와 기판(20)은 합착공정 챔버(110)에서 반출된다(S110). (도 6d 참조)
합착공정 챔버(110)에서 반출된 합착 상태의 스탬프(10)와 기판(20)은 이송장치(103)에 의해 노광공정 챔버(120)로 이송된다.
합착공정이 종료된 합착 상태의 스탬프(10)와 기판(20)은 합착공정 챔버(110)에서 반출되어 이송장치(103)에 의해 노광공정 챔버(120)로 이송된다. 노광 공정챔버(120)로 이송된 합착 상태의 스탬프(10)와 기판(20)은 자외선 램프(122)에 의해 노광되어 기판(20)에 도포된 감광막(21)이 경화된다(S120).
노광공정이 종료된 합착 상태의 스탬프(10)와 기판(20)은 노광공정 챔버(120)에서 반출되어 이송장치(103)에 의해 이격공정 챔버(130)로 이송된다. 이격 공정 챔버(130)로 이송된 합착 상태의 스탬프(10)와 기판(20)은 스테이지(132)의 기판척(135)에 놓여져, 기판(20)은 기판척(135)에 부착되고, 스탬프(10)는 승강부(134)에 의해 하강하는 이격장치(132)에 부착된다. 계속해서 승강부(134)가 상승하면 스탬프(10)와 기판(20)의 이격이 이루어진다(S130).
스탬프(10)로부터 이격된 기판(20)은 이송장치(103)에 의해 이송되어 제 2게이트(102)를 통해 처리실(100)에서 반출되고, 기판(20)으로부터 이격된 스탬프(10)는 이격공정 챔버(130)에서 반출된다. 이격공정 챔버(130)에서 반출된 스탬프(10)는 임프린트 공정 시스템에 세정공정 챔버의 구비시 세정공정 챔버로 이송되어 세정장치에 의해 스탬프(10)의 패턴 면에 잔여된 감광막(21)이 세정될 수 있다.
또한 임프린트 공정 시스템에 이형층 처리공정 챔버가 포함된 경우 공정이 모두 이루어진 스탬프(10)는 이송장치(103)에 의해 이형층 처리공정 챔버로 이송되어 패턴 면에 이형층 처리가 이루어질 수 있다. 이형층 처리가 이루어진 스탬프(10)는 이형층 처리공정 챔버에서 반출되어 처리실에서 반출되거나 임프린트 공정 시스템에 마련된 스탬프 카세트에 저장될 수 있다.
또한 합착공정과 노광공정 사이에 검사공정을 거쳐 감광막(21)에 형성된 패턴을 촬상장치를 이용하여 촬영하고, 기존에 저장된 기준패턴과 비교하여 불량의 유무가 검사할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 임프린트 공정 시스템 및 패턴형성방법은 하나의 공정공간에서 이루어지던 기판과 스탬프의 합착 및 이격공정을 각각 별도의 공정공간에서 수행함으로써 공정공간이 단순화되고, 이에 따라 자외선이 조사되는 경로가 확보되어 품질이 좋은 제품을 생산할 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 진공 분위기가 형성되며 패턴을 가진 스탬프와 감광막이 도포된 기판의 합착이 이루어지는 합착공정 챔버;
    상기 합착공정이 이루어진 상기 스탬프와 상기 기판에 자외선을 조사하여 상기 감광막의 경화가 이루어지는 노광공정 챔버 및
    상기 노광공정이 이루어진 상기 합착된 스탬프와 상기 기판의 이격이 이루어지는 이격공정 챔버를 구비하는 것을 특징으로 하는 임프린트 공정 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 스탬프의 패턴에 의해 상기 기판에 임프린트되는 패턴의 검사가 이루어지는 검사공정 챔버를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 임프린트 공정 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 합착된 기판으로부터 이격된 상기 스탬프의 세정이 이루어지는 세정공정 챔버를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 임프린트 공정 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 합착된 기판으로부터 이격된 상기 스탬프에 이형층 처리가 이루어지는 이형층 처리공정 챔버를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 임프린트 공정 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 합착된 기판으로부터 이격된 상기 스탬프를 대기시키는 스탬프 카세트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 임프린트 공정 시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 합착공정 챔버는
    상기 스탬프를 장착하는 정전척;
    상기 정전척과 대향하며 상기 기판을 안착시키는 스테이지;
    상기 스탬프를 상기 기판에 접근시키는 구동부;
    상기 스탬프와 상기 기판의 합착시 압력을 조절하는 압력조절부 및
    상기 기판의 감광막을 소프트 베이크(soft bake)하는 자외선 램프를 구비하는 것을 특징으로 하는 임프린트 공정 시스템.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 노광공정 챔버는
    상기 합착이 이루어진 상기 스탬프와 상기 기판을 안착시키는 스테이지 및
    상기 합착이 이루어진 상기 스탬프와 상기 기판에 자외선을 조사하여 상기 감광막을 경화시키는 자외선 램프를 구비하는 것을 특징으로 하는 임프린트 공정 시스템.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 이격공정 챔버는
    상기 합착이 이루어진 상기 스탬프와 상기 기판을 안착시키는 스테이지 및
    상기 기판으로부터 상기 스탬프를 이격시키는 스탬프 척을 구비하는 것을 특징으로 하는 임프린트 공정 시스템.
  9. 합착공정 챔버 내부에서 패턴을 가진 스탬프와 감광막이 도포된 기판을 합착하는 합착 단계;
    상기 합착공정 챔버 내부의 압력을 높여 상기 합착된 스탬프와 상기 기판을 가압하는 가압 단계;
    상기 합착공정 챔버 내부로 자외선을 조사하여 소프트 베이킹하는 예비노광 단계;
    합착된 상기 스탬프와 상기 기판을 상기 합착공정 챔버에서 반출하여 노광공정 챔버로 반입하는 제1 이송 단계;
    상기 노광공정 챔버 내부로 자외선을 조사하여 상기 감광막을 경화시키는 본노광 단계;
    상기 스탬프와 상기 기판을 상기 노광공정 챔버로부터 반출하여 이격공정 챔버로 반입하는 제2 이송단계;및
    상기 이격공정 챔버에서 합착된 상기 스탬프와 상기 기판을 이격시키는 이격 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법
  10. 삭제
  11. 제 9항에 있어서, 상기 이격단계 이후에 상기 기판으로부터 이격된 상기 스탬프를 세정하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 세정하는 단계 이후에 상기 스탬프에 이형층 처리를 하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
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