KR100984179B1 - Apparatus and method for imprinting fine structures - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미세 패턴이 형성된 기판을 대량으로 생산하기 위한 임프린트 장치 및 방법에 관한 것으로, 광경화성 수지가 도포된 기판에 패턴이 형성된 스탬프로 임프린트 리소그래피를 수행하기 위한 내부공간을 제공하는 챔버와, 상기 챔버의 벽체에 관통하여 삽입되고 외부로부터 상기 광경화성 수지를 향해 경화광을 조사하도록 광투과성 재질로 된 복수의 투광창을 포함하여 이루어진 미세 패턴 임프린트 장치를 제공한다.The present invention relates to an imprint apparatus and method for mass production of a substrate having a fine pattern, comprising: a chamber providing an internal space for performing imprint lithography with a patterned stamp on a photocurable resin coated substrate; Provided is a fine pattern imprint apparatus inserted through a wall of the chamber and comprising a plurality of light transmission windows made of a light transmissive material to irradiate cured light from the outside toward the photocurable resin.
임프린트, 광경화성, 투광창.Imprint, photocurable, floodlights.
Description
본 발명은 미세 패턴이 형성된 기판을 대량으로 생산하기 위한 임프린트 장 치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an imprint apparatus and method for mass production of a substrate on which a fine pattern is formed.
미세 패턴을 대량으로 형성하기 위한 방법으로 나노 임프린팅 리소그래피(Nano-Imprinting Lithography, NIL) 기법이 각광받고 있다.Nano-Imprinting Lithography (NIL) technique is in the spotlight as a method for forming a large amount of fine patterns.
나노 임프린팅 리소그래피(이하 '임프린트')는 상대적 강도가 강한 물질의 표면에 필요로 하는 구조물의 형상을 미리 제작한 몰드(mold)를 상대적 강도가 약한 다른 물질 위에 마치 도장 찍듯이 찍어서 패터닝 시키거나, 원하는 구조물 형상의 몰드를 제작한 후 몰드 내부로 폴리머 물질을 도포하여 패턴을 형성하는 방법이다. 전자의 경우, 몰드를 특히 스탬프라 부르기도 한다. 이와 같은 나노 임프린트 기법은 미세 패턴의 생산성이 극히 낮다는 문제점을 극복할 수 있으며, 나노 크기의 미세 패턴을 대량 제조할 수 있다는 장점이 있다. 한편 나노 임프린팅 리소그래피는 반드시 나노 스케일의 구조물에만 적용되는 것은 아니고, 마이크로 스케일의 구조물에도 적용되고 있으므로, 미세 패턴을 제조하기 위한 기법이라 할 수 있다.Nano-imprinting lithography (hereinafter referred to as 'imprint') is a pattern of a pre-fabricated mold on a surface of a material having a relatively high strength, as if it is stamped onto another material of low strength, or patterned. After forming a mold having a desired structure shape, a pattern is formed by applying a polymer material into the mold. In the former case, the mold is particularly called a stamp. Such a nanoimprint technique can overcome the problem that the productivity of the micropattern is extremely low, and there is an advantage that the nanoscale micropattern can be mass produced. On the other hand, nanoimprinting lithography is not necessarily applied only to the structure of the nanoscale, but also applied to the structure of the microscale, it can be referred to as a technique for producing a fine pattern.
일반적인 나노 임프린팅 리소그래피 기법을 통해 미세 패턴을 형성하는 과정을 도 1 내지 도 6을 참조로 설명하면 다음과 같다.Referring to FIGS. 1 to 6, a process of forming a fine pattern through a general nanoimprinting lithography technique is as follows.
우선 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(S) 상에 자외선 경화성 수지(R)를 얇게 도포한다. 자외선 경화성 수지는 자외선을 조사하면 단단하게 굳어지는 폴리머를 말한다.First, as shown in FIG. 1, the ultraviolet curable resin R is applied to the substrate S thinly. UV curable resin refers to a polymer that hardens when irradiated with ultraviolet rays.
다음으로는 도 2에 도시된 바와 같이, 자외선 경화성 수지(R)가 도포된 기판(S) 상부에 스탬프(M)를 올려 놓는다. 여기에서 스탬프(M)의 하부에는 기판(S) 상에 형성시키고 싶은 일정한 패턴이 양각으로 형성된다. 따라서 이 스탬프(M)를 수지(R)가 도포된 기판(S) 상부에 올려 놓고 가압하면, 기판 상의 수지(R)가 변형되어 스탬프(M)에 형성된 패턴과 상응하는 형상이 기판(S) 상에 형성된다. 물론 이 단계에서는 기판(S)과 스탬프(M)의 정확한 합착을 위하여 스탬프(M)와 기판(S)의 위치를 정렬하는 과정이 필요할 수도 있다. 또한 스탬프와 수지 사이에 기포가 형성되는 등의 문제를 방지하기 위하여 스탬프(M)와 기판(S)의 합착은 진공 분위기 하에서 이루어진다.Next, as shown in FIG. 2, the stamp M is placed on the substrate S on which the ultraviolet curable resin R is coated. Here, a predetermined pattern to be formed on the substrate S is embossed on the lower portion of the stamp M. FIG. Therefore, when the stamp M is placed on the substrate S to which the resin R is applied and pressurized, the resin R on the substrate is deformed and the shape corresponding to the pattern formed on the stamp M is the substrate S. Is formed on the phase. Of course, in this step, it may be necessary to align the position of the stamp (M) and the substrate (S) for the exact bonding of the substrate (S) and the stamp (M). In addition, in order to prevent problems such as bubbles being formed between the stamp and the resin, the bonding of the stamp M and the substrate S is performed in a vacuum atmosphere.
스탬프(M)와 기판(S)이 상호 합착된 상태에서 도 3에 도시된 바와 같이 스탬프(M)의 상부로부터 자외선 램프(L)를 사용하여 자외선을 조사한다. 이때 스탬프(M)는 자외선 투과성 재질로 되어 있으므로, 자외선은 스탬프(M)를 투과하여 자외선 경화성 수지(R)를 경화시킨다. 그러면 스탬프(M)에 미리 형성된 패턴 형상에 대응하는 형상이 기판 상에 정착된다.In the state where the stamp M and the substrate S are bonded to each other, ultraviolet rays are irradiated from the top of the stamp M by using the ultraviolet lamp L as shown in FIG. 3. At this time, since the stamp (M) is made of an ultraviolet ray transmitting material, the ultraviolet ray passes through the stamp (M) to cure the ultraviolet curable resin (R). Then, the shape corresponding to the pattern shape previously formed in the stamp M is fixed on the substrate.
다음으로는 도 4에 도시된 바와 같이, 경화된 수지(R)로부터 스탬프(M)를 분리시키는 공정이 진행된다. 즉, 자외선 경화성 수지(R)가 자외선 조사에 의하여 충분히 경화된 후에, 스탬프(M)를 상부로 들어올려 수지로부터 분리시키는 것이다.Next, as shown in FIG. 4, a process of separating the stamp M from the cured resin R is performed. That is, after the ultraviolet curable resin (R) is sufficiently cured by ultraviolet irradiation, the stamp (M) is lifted upward to separate from the resin.
스탬프(M)와 기판(S)을 분리한 후, 도 5에 도시된 바와 같이 기판(S) 상부에 남아 있는 불필요한 수지(R)를 에칭 등의 방법으로 제거하여 도 6에 도시된 바와 같이 원하는 패턴이 형성된 기판(S)을 얻는다.After separating the stamp (M) and the substrate (S), as shown in Figure 5 to remove the unnecessary resin (R) remaining on the upper substrate (S) by a method such as etching to remove the desired The board | substrate S in which the pattern was formed is obtained.
그런데, 임프린트 리소그래피 기법에서 기판에 형성되는 패턴의 정밀도를 향상시키기 위해서는 기판(S)과 스탬프(M) 의해 형성된 미세 패턴의 품질은, 스탬프(M)와 기판(S)이 얼마나 치밀하게 밀착되었는지에 따라 결정된다. 즉, 스탬프(M)와 기판(S) 사이에 기포가 존재하는 경우, 기판(S)에 형성된 미세 패턴은 목표하는 형상보다 부피도 작을 뿐더러 모양도 달라진다. 따라서 기판(S)에 도포된 수지가 스탬프(M)에 형성된 형상에 빈틈없이 침투하도록 할 것이 요구된다.However, in order to improve the accuracy of the pattern formed on the substrate in the imprint lithography technique, the quality of the fine pattern formed by the substrate S and the stamp M is determined by how closely the stamp M and the substrate S are closely adhered to each other. Is determined accordingly. That is, when bubbles exist between the stamp M and the substrate S, the fine patterns formed on the substrate S have a smaller volume and a different shape than the target shape. Therefore, it is required to allow the resin coated on the substrate S to penetrate the shape formed in the stamp M without gap.
이를 위해, 스탬프(M)와 기판(S)의 합착을 챔버 내부에서 진행하되, 이 챔버를 진공 분위기로 한 채로 합착하며, 나아가 스탬프(M)와 기판(S)이 합착된 상태에서 챔버를 다시 고압으로 충진하여 기체 압력에 의해 스탬프(M)와 기판(S)이 서로 압착되도록 가압하는 임프린트 장치가 알려져 있다. 즉, 대기압과 다른 조건에서 스탬프(M)와 기판(S)을 압착시킨 다음, 수지를 향해 자외선을 조사하여 경화시키는 것이다.To this end, the bonding of the stamp M and the substrate S proceeds inside the chamber, but the bonding is performed while the chamber is kept in a vacuum atmosphere, and the chamber is again mounted while the stamp M and the substrate S are bonded. BACKGROUND ART An imprint apparatus is known that is filled at a high pressure and presses the stamp M and the substrate S to be pressed against each other by gas pressure. That is, the stamp M and the substrate S are pressed under conditions different from atmospheric pressure, and then irradiated with ultraviolet rays toward the resin to cure.
수지를 경화시키기 위해서는 챔버 내부에 자외선 광원을 설치하거나 압착된 스탬프(M)와 기판(S)을 챔버 외부로 반출한 후 외부에 설치된 자외선 광원에 의해 경화시켜야 한다.In order to cure the resin, an ultraviolet light source is installed inside the chamber or the compressed stamp M and the substrate S are taken out of the chamber and then hardened by an ultraviolet light source installed outside.
전자의 경우 챔버의 벽체가 자외선이 투과할 수 있는 재질로 이루어져 있어야 해야한다. 예컨대 석영이나 유리 재질은 자외선을 투과시키므로 챔버의 재질로 선택될 수 있다. 그러나 이런 재질로 챔버의 벽체를 형성할 경우, 챔버의 자중이 지나치게 늘어날 뿐만 아니라, 석영과 유리는 금속 재질에 비해 인성이 낮으므로, 챔버 내부를 진공 분위기로 하거나 대기압 이상으로 가압할 경우 구조적 강도가 문 제된다.In the former case, the wall of the chamber should be made of a material that can transmit ultraviolet rays. For example, quartz or glass material transmits ultraviolet rays and thus may be selected as the material of the chamber. However, when the wall of the chamber is formed of such a material, not only the self-weight of the chamber is excessively increased, but also quartz and glass have lower toughness than metal materials, so that the structural strength is increased when the inside of the chamber is vacuumed or pressurized above atmospheric pressure. It is a problem.
반면 후자의 경우 스탬프(M)와 기판(S)을 챔버 외부로 반출하는 과정에서는 아직 수지가 경화된 단계가 아니므로 스탬프(M)와 기판(S)이 상호 움직일 수 있다. 즉, 수지의 유동성에 의해 스탬프(M)와 기판(S) 사이의 정렬이 흐트러질 수 있으며, 이 경우에는 기판(S)에 형성할 패턴이 변형되는 등 불량으로 이어진다.On the other hand, in the latter case, the stamp M and the substrate S may move together because the resin is not yet hardened in the process of removing the stamp M and the substrate S to the outside of the chamber. That is, the alignment between the stamp M and the substrate S may be disturbed due to the fluidity of the resin, and in this case, the pattern to be formed on the substrate S is deformed, resulting in a defect.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 챔버 내부에서 임프린트를 진행하는 경우에도 챔버 내부에서 부분적으로 수지를 경화시킬 수 있는 미세 패턴 임프린트 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a fine pattern imprint apparatus and method that can partially cure the resin in the chamber even when the imprint proceeds in the chamber.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.Other objects, specific advantages and novel features of the invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 미세 패턴 임프린트 장치는, 광경화성 수지가 도포된 기판에 패턴이 형성된 스탬프로 임프린트 리소그래피를 수행하기 위한 내부공간을 제공하는 챔버와, 상기 챔버의 벽체에 관통하여 삽입되고 외부로부터 상기 광경화성 수지를 향해 경화광을 조사하도록 광투과성 재질로 된 복수의 투광창을 포함하여 이루어진다. 여기서 상기 챔버는, 상호 밀착 또는 이격되도록 가동되며 밀착시 상기 내부공간을 제공하는 제1 챔버 및 제2 챔버를 포함하고, 상기 제1 챔버에 설치되고 상기 스탬프를 지지하기 위한 제1 척과, 상기 제2 챔버에 설치되고 상기 기판을 지지하기 위한 제2 척을 더 포함하며, 상기 복수의 투광창은 상기 제1 챔버의 벽체에 삽입된 것이 바람직하다. 또한 상기 제1 척은, 광투과성 재질로 된 진공척인 것이 바람직하다. 또는 상기 제1 척은, 상기 복수의 투광창에 대응하는 위치에 각각 관통공이 형성된 정전척일 수도 있다.In order to achieve the above object, a fine pattern imprint apparatus according to the present invention includes a chamber providing an internal space for performing imprint lithography with a stamp having a pattern formed on a substrate coated with a photocurable resin, and penetrating through a wall of the chamber. And a plurality of light transmission windows made of a light transmissive material so as to be inserted into and irradiated with cured light from the outside toward the photocurable resin. Wherein the chamber includes a first chamber and a second chamber which are operated to be in close contact with or spaced apart from each other and provide the inner space when the chamber is in close contact with each other, the first chuck installed in the first chamber and supporting the stamp; And a second chuck installed in the two chambers and supporting the substrate, wherein the plurality of floodlights are inserted into a wall of the first chamber. The first chuck is preferably a vacuum chuck made of a light transmissive material. Alternatively, the first chuck may be an electrostatic chuck each having through holes formed at positions corresponding to the plurality of light transmission windows.
본 발명에 따른 미세 패턴 임프린트 장치에 있어서, 상기 복수의 투광창은 상기 스탬프의 패턴이 형성되지 않은 복수의 지점과 대응하는 위치에 각각 배치된 것이 바람직하다. 그리고 상기 복수의 투광창은, 각각 광파이버로 된 것이 바람직하다.In the fine pattern imprint apparatus according to the present invention, the plurality of light transmission windows are preferably disposed at positions corresponding to a plurality of points where the pattern of the stamp is not formed. It is preferable that the plurality of light transmitting windows are each made of an optical fiber.
한편으로 본 발명에 따른 미세 패턴 임프린트 장치는, 광경화성 수지가 도포된 기판에 패턴이 형성된 스탬프로 임프린트 리소그래피를 수행하기 위한 공간을 제공하는 챔버와, 상기 챔버의 내측에 설치되고 상기 광경화성 수지를 향해 경화광을 조사하는 복수의 광원을 포함하여 이루어진다. 여기서 상기 챔버는, 상호 밀착 또는 이격되도록 가동되며 밀착시 상기 내부공간을 제공하는 제1 챔버 및 제2 챔버를 포함하고, 상기 제1 챔버에 설치되고 상기 스탬프를 지지하기 위한 제1 척과, 상기 제2 챔버에 설치되고 상기 기판을 지지하기 위한 제2 척을 더 포함하며, 상기 복수의 광원은 상기 제1 챔버의 상기 제1 척측 면에 설치된 것이 바람직하다. 또한 상기 제1 척은, 광투과성 재질로 된 진공척인 것이 바람직하다. 또는 상기 제1 척은, 상기 복수의 광원에 대응하는 위치에 각각 관통공이 형성된 정전척인 것이 바람직하다. 한편 상기 챔버는, 상호 밀착 또는 이격되도록 가동되며 밀착시 상기 내부공간을 제공하는 제1 챔버 및 제2 챔버를 포함하고, 상기 제1 챔버에 설치되고 상기 스탬프를 지지하기 위한 제1 척과, 상기 제2 챔버에 설치되고 상기 기판을 지지하기 위한 제2 척을 더 포함하며, 상기 복수의 광원은 상기 제1 척의 상기 스탬프측 면에 설치될 수도 있다.On the other hand, the fine pattern imprint apparatus according to the present invention comprises a chamber providing a space for performing imprint lithography with a stamp on which a pattern is formed on a substrate coated with a photocurable resin, and installed inside the chamber to form the photocurable resin. It comprises a plurality of light sources for irradiating the cured light toward. Wherein the chamber includes a first chamber and a second chamber which are operated to be in close contact with or spaced apart from each other and provide the inner space when the chamber is in close contact with each other, the first chuck installed in the first chamber and supporting the stamp; It is further provided with a second chuck installed in the two chambers for supporting the substrate, wherein the plurality of light sources are preferably installed on the first chuck side surface of the first chamber. The first chuck is preferably a vacuum chuck made of a light transmissive material. Alternatively, the first chuck is preferably an electrostatic chuck each having through holes formed at positions corresponding to the plurality of light sources. Meanwhile, the chamber may include a first chamber and a second chamber which are operated to be in close contact with or spaced apart from each other and provide the inner space when the chamber is in close contact with each other, the first chuck installed in the first chamber and supporting the stamp; The apparatus may further include a second chuck installed in the two chambers to support the substrate, and the plurality of light sources may be installed on the stamp side of the first chuck.
본 발명에 따른 미세 패턴 임프린트 장치에 있어서, 상기 복수의 광원은 상기 스탬프의 패턴이 형성되지 않은 복수의 지점과 대응하는 위치에 각각 배치된 것이 바람직하다. 그리고, 상기 복수의 광원은, 각각 파이버 레이저인 것이 바람직하다.In the fine pattern imprint apparatus according to the present invention, the plurality of light sources are preferably arranged at positions corresponding to a plurality of points where the pattern of the stamp is not formed. The plurality of light sources are preferably fiber lasers, respectively.
본 발명에 따른 미세 패턴 임프린트 방법은, 밀폐된 챔버 내부에서 광경화성 수지가 도포된 기판과 패턴이 형성된 스탬프를 밀착시키는 밀착단계와, 상기 챔버가 밀폐된 상태에서 상기 챔버 내부로 경화광을 조사하여 상기 광경화성 수지의 일부를 경화시키는 예비노광단계와, 상기 챔버의 밀폐상태를 해제한 후 경화광을 조사하여 상기 광경화성 수지의 나머지를 경화시키는 본노광단계를 포함하여 이루어진다. 여기서 상기 예비노광단계는, 상기 챔버의 벽체를 관통하여 삽입된 복수의 투광창을 통해 외부로부터 상기 챔버 내부로 경화광을 조사하는 것이 바람직하다. 또는 상기 예비노광단계는, 상기 챔버의 내측에 설치된 복수의 광원을 통해 경화광을 조사할 수도 있다. 한편 상기 예비노광단계는, 상기 스탬프의 패턴이 형성되지 않은 복수의 지점에 대해 각각 노광하는 것이 바람직하다.The fine pattern imprint method according to the present invention includes a close contact step of closely contacting a substrate on which a photocurable resin is applied and a stamp on which a pattern is formed in a sealed chamber, and irradiating the cured light into the chamber while the chamber is closed. And a preexposure step of curing a part of the photocurable resin, and a main exposure step of curing the remainder of the photocurable resin by irradiating the cured light after releasing the sealed state of the chamber. Here, in the preliminary exposure step, it is preferable to irradiate the cured light from the outside to the inside of the chamber through a plurality of transmission windows inserted through the wall of the chamber. Alternatively, in the preliminary exposure step, the cured light may be irradiated through a plurality of light sources installed inside the chamber. Meanwhile, in the preliminary exposure step, it is preferable to expose each of a plurality of points where the pattern of the stamp is not formed.
본 발명에 따르면 챔버의 벽체에 삽입된 투광창으로 통해 외부의 광원으로부 터 조사된 경화광이 챔버 내부의 광경화성 수지까지 도달할 수 있으므로 기판이 외부로 반출되기 전에 경화시킬 수 있다. 또는 챔버의 내측에 설치된 광원에 의해 광경화성 수지를 직접 경화시킬 수도 있다. 따라서 기판은 스탬프와 압착된 채로 고정되며 기판을 외부로 반출하는 과정에서 스탬프와의 사이에 정렬이 흐트러지지 않는다. 또한 본 발명은 챔버의 벽체 중 일부만 투광창으로 대체하거나, 챔버의 내측에 광원을 배치하는 것이므로, 챔버의 구조적 강도를 저하시키지 않은 상태에서 챔버 내부의 광경화성 수지를 경화시킬 수 있다.According to the present invention, since the cured light irradiated from an external light source can reach the photocurable resin inside the chamber through the light transmission window inserted into the wall of the chamber, the substrate can be cured before being taken out. Alternatively, the photocurable resin may be directly cured by a light source provided inside the chamber. Therefore, the substrate is fixed while being compressed with the stamp, and the alignment is not disturbed between the stamp and the substrate during the process of carrying out the substrate. In addition, since the present invention replaces only a part of the wall of the chamber with a light-transmitting window, or arranges a light source inside the chamber, the photocurable resin inside the chamber can be cured without lowering the structural strength of the chamber.
이하에서는 첨부의 도면을 참조로 본 발명에 따른 미세 패턴 임프린트 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the fine pattern imprint apparatus according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 미세 패턴 임프린트 장치의 일실시예의 단면도이다.7 is a cross-sectional view of an embodiment of a fine pattern imprint apparatus according to the present invention.
챔버(110, 120)는 내부공간(C)을 제공하며, 이 내부공간(C)에 기판(S)과 스탬프(M)를 각각 수용한다. 기판(S)에는 광경화성 수지가 도포되어 있으며, 스탬프(M)에는 기판(S)의 광경화성 수지에 전사할 패턴이 미리 형성되어 있다. 스탬프(M)는 기판(S)에 밀착된 상태에서 기판(S) 측으로 조사되는 경화광을 투과시킬 수 있어야 하므로 광투과성 재질, 예컨대 석영이나 유리로 이루어져 있어야 한다. 여기서 경화광이란 자외선이나 X선과 같이 광경화성 수지를 경화시키기 위해 사용되는 특정 파장의 광선을 가리킨다.The
챔버(110, 120)는 외부로부터 기판(S)과 스탬프(M)를 반입하거나 반출할 수 있도록 되어 있어야 한다. 도 7에서는 챔버(110, 120)가 상하로 분할된 형태로 예 시하고 있다. 즉, 제1 챔버(110)와 제2 챔버(120)가 상호 근접되거나 이격되도록 가동되며, 제1 챔버(110)와 제2 챔버(120)가 밀착되면 기판(S)과 스탬프(M)를 수용하여 임프린트를 수행할 수 있는 내부공간(C)이 형성되며, 제1 챔버(110)와 제2 챔버(120)가 이격되면 기판(S)과 스탬프(M)를 외부로부터 반입 또는 외부로 반출할 수 있게 된다. 이와 같이 내부공간(C)을 형성하는 이유는 챔버(110, 120) 내부를 대기압보다 높게 또는 낮게 유지하기 위한 것이다. 도시하지는 않았으나, 이와 같이 챔버(110, 120)는 제1 챔버(110) 및 제2 챔버(120)가 하나의 챔버(110, 120)를 형성하는 분리형 챔버 이외에도 기판이나 스탬프를 반입, 반출시킬 수 있는 게이트가 설치된 일체형 챔버일 수도 있다. 또한 기판(S)과 스탬프(M)를 챔버(110, 120) 내에서 지지하고, 상호 밀착시키거나 이격시키기 위해 제1 챔버(110)에는 제1 척(210)이, 제2 챔버(120)에는 제2 척(220)이 각각 설치되어 있는 것이 바람직하다. 제1 척(210) 및 제2 척(220)은 서로 마주보도록 배치된 판상의 부재로서, 서로 근접 또는 이격되도록 통상의 구동수단에 의해 작동된다. 또한 제1 척(210)은 스탬프(M)를, 제2 척(220)은 기판(S)을 각각 지지할 수 있으며, 상대적으로 근접 또는 이격되도록 구동되어 스탬프(M)와 기판(S)을 밀착시킨다. 도 7은 스탬프(M)와 기판(S)이 이미 밀착된 상태로서, 제1 척(210)은 스탬프(M)에 대한 지지를 해제하고, 제2 척(220)만이 기판(S)측을 지지하고 있는 상태를 도시하고 있다.The
챔버(110, 120)에는 복수의 투광창(300)이 설치된다. 투광창(300)은 경화광이 통과할 수 있도록 광투과성 재질로 이루어지며, 챔버(110, 120)의 벽체를 관통하여 삽입된다. 각 투광창(300)은 원기둥 또는 각기둥 형상인 것이 바람직하며, 석영이나 유리와 같은 재질로 별도로 제조한 후, 챔버(110, 120)의 벽체에 복수의 관통공을 형성하고, 이 관통공에 각각 삽입하여 고정하는 것으로 설치할 수 있다. 투광창(300)이 존재하므로 챔버(110, 120)의 외부에 광원(50)을 배치하여 경화광을 조사하면, 경화광은 투광창(300)을 통과하여 챔버(110, 120) 내부, 즉 내부공간(C)에까지 진입할 수 있다. 챔버(110, 120)가 제1 챔버(110) 및 제2 챔버(120)로 이루어져 있는 경우, 각 투광창(300)들은 제1 챔버(110), 즉 스탬프(M)를 지지하기 위해 제1 척(210)이 설치된 챔버에 설치된다. 이때 투광창(300)을 통과한 경화광이 기판(S) 위에 도포된 광경화성 수지까지 도달할 수 있도록 제1 척(210) 역시 광투과성 재질로 이루어져 있는 것이 바람직하다. 예컨대 석영이나 유리와 같은 재질로 된 진공척으로 제1 척(210)을 구성할 수 있다. 다르게는, 정전척(Electrostatic Chuck: ESC)이나 점착척 등 광투과성 재질로 만들기가 어려운 다른 형태의 척으로 제1 척(210)을 구성할 수도 있다. 이 경우에는 도 8에 도시된 바와 같이 각 투광창(300)에 대응하는 위치에서, 제1 척(210)에 관통공(210a)을 형성함으로써, 투광창(300)을 통과한 경화광이 제1 척(210)의 관통공(210a)을 지나 광투과성 재질로 된 스탬프(M)를 통과하여 최종적으로 광경화성 수지에까지 도달하도록 하는 것이 바람직하다.The plurality of
한편, 복수의 투광창(300)은 각각 특정한 위치에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 복수의 투광창(300)의 각 위치에 대해서는 도 9를 참조로 설명한다.On the other hand, it is preferable that the several
도 9는 임프린트 리소그래피에 흔히 사용되는 형태의 스탬프를 하방에서 바라본 사시도이다. 스탬프(M)는 앞서 설명한 바와 같이 광투과성 재질로 이루어진 판상의 부재로서, 그 일면에는 기판에 형성하기 위한 패턴에 대응되는 패턴(P)이 미리 형성되어 있다. 또한 가장자리 부분에는 기판과의 정렬도를 광학적으로 검사하기 위한 얼라인 마크(Align Mark: AM)이 형성되어 있기도 하다. 그런데, 스탬프(M)는 패턴(P)이 형성된 면이 빈틈없이 패턴(P)으로 가득 찬 것은 아니며, 얼라인 마크(AM)를 표시하기 위한 영역과 같이 여분의 영역들이 존재한다. 복수의 투광창은 이와 같이 스탬프(M)에서 패턴(P)이 형성되지 않은 각 지점에 대응하는 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 스탬프(M)가 기판(S)과 밀착되어 제2 척(220) 측에 지지되어 있는 상태에서, 제1 챔버(110)의 벽체에 설치된 복수의 투광창(300)은 각각 스탬프(M)의 패턴(P)이 형성되지 않은 지점에 대응하는 위치에 배치되는 것이다. 마찬가지로, 도 8의 경우와 같이 제1 척(210)이 정전척과 같이 불투명한 척으로 이루어진 경우, 제1 척(210)에 형성되어야 할 관통공(210a)들도 각 투광창(300)에 대응하는 위치에 형성되어야 한다. 이와 같이 특정한 지점에 대해서만 경화광이 조사되도록 투광창(300)을 배치하는 것은, 차후 기판(S)의 전면에 걸친 경화광 조사를 위한 것이다. 광경화성 수지의 일부에 두 차례에 걸쳐 경화광을 조사하면, 한 차례만 경화광이 조사된 부분과 두차례 모두 경화광이 조사된 부분이 생기는데, 이들 부분의 경계부에서 수지 조직의 연속성이 단절되므로, 경화 과정에서 내부 응력에 의해 패턴이 변형될 가능성이 있기 때문이다.9 is a perspective view from below of a stamp of a type commonly used in imprint lithography. As described above, the stamp M is a plate-shaped member made of a light-transmissive material, and one surface of the stamp M is previously formed with a pattern P corresponding to a pattern for forming on a substrate. In addition, an alignment mark (AM) may be formed at the edge to optically check the degree of alignment with the substrate. However, the stamp M is not filled with the pattern P on the surface where the pattern P is formed, and there are extra areas such as an area for displaying the alignment mark AM. It is preferable that the plurality of light-transmitting windows are disposed at positions corresponding to the respective points where the pattern P is not formed in the stamp M. As shown in FIG. That is, as shown in FIG. 7, a plurality of floodlights provided on the wall of the
한편, 비록 스탬프(M)에 패턴(P)이 형성되지 않은 여분의 영역이 있다고는 하나, 그 영역이 충분히 넓지 않은 점에서, 각 투광창(300)은 빔의 단면적이 작도 록 경화광을 핀 포인트 형태로 투과시키는 것이 바람직하다. 따라서 각 투광창(300)이 원통형인 경우 그 직경이 좁게 할 필요가 있으며, 이런 점에서 광파이버와 같은 재료로 투광창(300)을 구성하는 것이 바람직하다. 이 밖에도 투광창(300)을 통과하여 챔버(110, 120) 내부로 진입한 경화광은 최대한 확산되지 않도록 하는 것이 필요하다. 따라서 도 7에 도시된 바와 같이 챔버(110, 120) 외부에 자외선 램프와 같은 하나의 광원(50)을 배치할 수도 있지만, 도 8에 도시된 바와 같이 각 투광창(300)에 하나씩의 광원(60)을 배치하되, 각 광원(60)은 직진성이 강한 자외선 레이저 발진기와 같은 것으로 구성하는 것이 더욱 바람직하다.On the other hand, although there is an extra area in the stamp (M) where the pattern (P) is not formed, the area is not wide enough, so that each
이와 같이 스탬프(M)의 패턴(P)이 형성되지 않은 부분에 경화광이 조사되면, 해당 부분의 광경화성 수지만이 경화되며, 경화된 수지에 의해 스탬프(M)와 기판(S)이 고착된다. 따라서 도 11에 도시된 바와 같이 제1 챔버(110)와 제2 챔범(120)를 서로 이격시켜 챔버(110, 120)를 개방하고 밀착된 스탬프(M)와 기판(S)을 외부로 반출하여 별도의 광원(70)으로 기판(S)의 전면적에 걸쳐 노광을 하는 과정에서도 스탬프(M)와 기판(S) 사이에 상대적인 이동이 발생하는 것을 최소화할 수 있다.When the cured light is irradiated to the portion where the pattern P of the stamp M is not formed in this manner, only the photocurable resin of the portion is cured, and the stamp M and the substrate S are fixed by the cured resin. do. Accordingly, as shown in FIG. 11, the
도 10은 본 발명에 따른 미세 패턴 임프린트 장치의 다른 실시예의 단면도이다.10 is a cross-sectional view of another embodiment of a fine pattern imprint apparatus according to the present invention.
본 실시예는 챔버(110, 120)의 내측에 복수의 광원(400)이 설치된 점에서 앞선 실시예와 차이를 가진다. 복수의 광원(400)은 챔버(110, 120)의 내측에 설치되어 기판(S)에 도포된 광경화성 수지를 향해 직접 경화광을 조사한다. 챔버(110, 120)가 제1 챔버(110) 및 제2 챔버(120)로 구성되어 있고, 제1 챔버(110)에 제1 척(210)이 설치되어 스탬프(M)를 지지 및 지지해제하도록 하고, 제2 챔버(120)에 제2 척(220)이 설치되어 기판(S)을 지지 및 지지해제하도록 되어 있는 경우, 복수의 광원(400)은 제1 챔버(110)의 내측면, 즉 제1 척(210)을 바라보는 면에 설치된다. 이 경우 제1 척(210)은 광투과성 재질로 이루어진 진공척이거나, 각 광원(400)에 대응하는 지점에 관통공(210a, 도 8 참조)이 형성된 정전척일 수 있다. 나아가서, 도시하지는 않았으나, 각 광원(400)은 제1 척(210)의 스탬프(M)를 바라보는 면에 설치될 수도 있다. 이 경우에 각 광원(400)으로부터 조사된 경화광은 다른 장애물 없이 직접 스탬프(M)에 도달하게 되므로, 제1 척(210)이 광투과성 재질로 되어 있을 필요는 없다.This embodiment differs from the previous embodiment in that a plurality of
한편 각 광원(400)은 앞선 실시예의 각 투광창에 대한 설명에서와 마찬가지의 이유에서 스탬프(M)의 패턴이 형성되지 않은 지점에 대응하는 위치에 각각 배치되는 것이 바람직하다. 또한 경화광이 좁은 단면을 가진 빔의 형태로 조사되는 것이 바람직하며, 면광원에 대비하여 점광원이라고 지칭할 수 있는 정도일 필요가 있다. 이를 위해 각 광원(400)은 파이버 레이저(Fiber Laser)로 이루어진 것이 바람직하다.On the other hand, each
도 12는 본 발명에 따른 미세 패턴 임프린트 방법의 일실시예의 순서도이다.12 is a flow chart of one embodiment of a fine pattern imprint method according to the present invention.
먼저 도 7에 도시한 바와 같이 챔버(110, 120)를 외부에 대해 밀폐한 상태에서 챔버(110, 120) 내부에서 기판(S)과 스탬프(M)를 밀착시킨다(밀착단계, S110). 기판(S)에는 그 일면에 광경화성 수지가 도포된 상태이며, 스탬프(M)는 기판(S)에 형성할 패턴에 대응하는 패턴이 형성되어 있는 것으로, 광경화성 수지를 사이에 두고 기판(S)과 밀착되어 스탬프(M)의 패턴이 광경화성 수지 쪽으로 전사되도록 한다. 이 과정에서 챔버 내부의 내부공간(C)를 대기압보다 높게 또는 낮게 조절할 수도 있다.First, as shown in FIG. 7, the substrates S and the stamp M are brought into close contact with the inside of the
밀착단계(S110)에서 기판(S)과 스탬프(M)가 밀착되면, 이들이 챔버(110, 120) 내부에 위치하는 상태에서 챔버(110, 120)의 밀폐 상태를 유지하면서 챔버(110, 120) 내부로 경화광을 조사하여 광경화성 수지를 일차로 노광하여 경화시킨다(예비노광단계, S120). 이때에는 광경화성 수지 전체를 노광시킬 필요가 없으며 부분적으로 노광시키는 것으로 충분하다. 특히 광경화성 수지 중 예비노광단계(S120)에서 노광되어야 하는 부분은, 스탬프(M)에서 패턴(P, 도 8 참조)이 형성되지 않은 부분 중에서 선택된 복수의 지점인 것이 바람직하다. 스탬프(M)에 형성된 패턴은 미세하고 복잡하므로, 예비노광단계(S120)에서 노광되는 부분 각각의 면적은 최소한으로 유지될 것이 요구된다. 이를 위해 예비노광단계(S120)에서는 챔버(110, 120)의 벽체를 관통하여 삽입된 복수의 투광창(300)을 통해 경화광을 투사시키는 것이 바람직하다. 각 투광창(300)은 광투과성 재질로 이루어져 있으며, 챔버 외부에 배치된 광원(50) 또는 각 투광창(300)에 배치된 복수의 광원(60, 도 8 참조)으로부터 조사된 경화광을 투과시켜 챔버(110, 120) 내부로 진입할 수 있게 한다. 또는, 챔버 내부에 복수의 광원(400, 도 10 참조)을 직접 설치하여 이 광원에 의해 광경화성 수지의 일부를 경화시키는 것도 가능하다.When the substrate (S) and the stamp (M) is in close contact in the close step (S110), the chambers (110, 120) while maintaining the closed state of the chamber (110, 120) in the state that they are located inside the chamber (110, 120) The cured light is irradiated to the inside, and the photocurable resin is first exposed to be cured (preexposure step S120). At this time, it is not necessary to expose the entire photocurable resin, and it is sufficient to partially expose it. Particularly, the portion of the photocurable resin to be exposed in the pre-exposure step S120 is preferably a plurality of points selected from the portions where the pattern P is not formed in the stamp M. Referring to FIG. Since the pattern formed on the stamp M is fine and complex, the area of each of the portions exposed in the pre-exposure step S120 is required to be kept to a minimum. To this end, in the pre-exposure step (S120) it is preferable to project the cured light through the plurality of
예비노광단계(S120)이 완료되면 챔버(110, 120)를 개방하고, 경화광을 다시 조사하여 광경화성 수지의 나머지 부분을 노광한다(본노광단계, S130). 챔버(110, 120)가 제1 챔버(110) 및 제2 챔버(120)로 이루어져 있고, 예비노광단계(S120)에서 사용한 광원(50)이 제1 챔버(110)의 상방에 배치된 경우에는 제1 챔버(110)를 제2 챔버(120)로부터 이탈시켜, 제2 챔버(120)가 광원(50)에 완전히 노출되도록 한 다음, 예비노광단계(S120)에서 사용한 광원(50)을 재점등하는 것으로 본노광단계(S130)를 수행할 수 있다. 또는 도 11에 도시된 바와 같이 밀착된 기판(S)과 스탬프(M)만을 개방된 챔버(110, 120)의 외부로 반출하여 별도의 광원(70)으로 본노광단계(S130)를 수행하는 것도 가능하다. 특히 후자의 경우 본노광단계(S130)를 수행하기 위해 기판(S)과 스탬프(M)를 반출하는 동안 기계적인 진동이 발생할 수 있는데, 예비노광단계(S120)에서 경화된 일부 광경화성 수지가 기판(S)과 스탬프(M)를 상호 고착시키고 있으므로, 기판(S)과 스탬프(M) 사이에 정렬상태가 흐트러지는 것이 방지된다.When the pre-exposure step S120 is completed, the
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.An embodiment of the present invention described above and illustrated in the drawings should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The protection scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can change and change the technical idea of the present invention in various forms. Therefore, such improvements and modifications will fall within the protection scope of the present invention, as will be apparent to those skilled in the art.
도 1 내지 도 6은 종래기술에 따른 임프린트 기법의 각 공정을 개략 도시한 단면도이다.1 to 6 are cross-sectional views schematically showing each process of the imprint technique according to the prior art.
도 9는 임프린트 리소그래피에 흔히 사용되는 형태의 스탬프를 하방에서 바라본 사시도이다.9 is a perspective view from below of a stamp of a type commonly used in imprint lithography.
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