KR100988935B1

KR100988935B1 - 롤 임프린트 장치

Info

Publication number: KR100988935B1
Application number: KR1020090102910A
Authority: KR
Inventors: 조정대; 유종수; 윤성만; 김동수; 김광영
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2010-10-20
Also published as: WO2011052895A3; CN102687239B; DE112010004165B4; DE112010004165T5; WO2011052895A2; US20120204745A1; CN102687239A

Abstract

본 발명의 일 실시예는 코팅층에 대하여 패턴의 임프린트와 경화를 동시에 진행하여 기판의 패터닝 공정을 단순하게 하는 롤 임프린트에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 롤 임프린트 장치는, 이송되는 기판 상에 임프린트 공정을 수행하도록 구성되고, 회전하면서 표면에 형성된 패턴을 상기 기판에 임프린트 하는 패턴 롤, 및 상기 기판을 사이에 두고, 상기 패턴 롤의 반대측에서 회전하면서 상기 기판을 가압하는 가압 롤을 포함하며, 상기 패턴 롤은, 내부에 공간을 가지고, 상기 패턴을 외표면에 구비하여 투명재로 형성되고, 상기 패턴된 부분 또는 상기 패턴들 사이 부분에 선택적으로 형성되는 자외선 차단층을 구비하는 실린더와, 상기 실린더의 공간에 설치되어, 자외선을 조사하는 UV램프를 포함한다.

롤, 임프린트, 투명, 퀄츠, UV 램프, 경화, 금속 물질층, 자외선 차단층

Description

롤 임프린트 장치 {ROLL IMPRINTING APPARATUS}

본 발명은 롤 임프린트 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판의 코팅층에 패턴을 임프린트 함과 동시에 경화시키는 롤 임프린트 장치에 관한 것이다.

임프린트 리소그래피 기술은 프레스로 몰드 패턴을 직접 전사하는 것으로, 피가공 기판에 복잡한 단차를 비교적 간단하게 형성할 수 있으며, 특히 기판에 직접 프린트함으로써 여러 번의 포토 리소그래피 공정이 필요하던 것에 비해 한 번의 프레스 전사로 완료되는 장점이 있다.

최근 추세가 필름 기판에 대한 패터닝과 대량 생산을 위한 롤 투 롤(roll-to-roll) 연속 공정으로 나아가고 있다. 여기서 패턴 롤은 가압 롤과 함께 서로의 사이로 필름 기판을 경유시켜, 필름 기판의 코팅층에 패턴을 임프린트 한다. 패턴된 필름 기판은 코팅층을 경화시키는 다음 공정으로 이동된다.

패턴의 임프린트 공정과 경화 공정을 별도로 수행하게 되므로 필름 기판의 패터닝 공정이 복잡해진다.

상기 자외선 차단층은 자외선을 차단하는 금속 물질층으로 형성될 수 있다. 상기 금속 물질층은 Cr, Al, 및 Ti 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 패턴 롤은, 상기 실린더의 양단에 부착되어 상기 실린더를 지지하는 1쌍의 제1 플랜지와 제2 플랜지, 및 상기 제1 플랜지와 상기 제2 플랜지에 각각 일체로 구비되는 제1 회전축과 제2 회전축을 더 포함할 수 있다.

상기 UV램프는, 상기 공간 내에서 상기 실린더의 길이 방향을 따라 배치되고, 상기 제1 플랜지와 상기 제2 플랜지에 양단으로 장착될 수 있다.

상기 기판은, 베이스와, 상기 베이스에 UV 경화재로 형성되는 코팅층을 포함할 수 있다.

상기 UV 경화재는 포토레지스트, 수지 및 잉크 중 하나로 형성될 수 있다.

상기 실린더는 UV를 투과시키는 퀄츠, 유리, 또는 투명 플라스틱으로 형성될 수 있다.

상기 실린더의 상기 패턴은, 전자빔 리소그래피, 포토 리소그래피, 및 레이저 조사로 형성될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 패턴 롤의 실린더를 투명재로 형성하고 패턴에 따라 자외선 차단층을 구비하며, 실린더의 내부에 UV램프를 설치하므로 패턴 롤로 기판에 패턴을 임프린트 하면서 동시에 패턴을 경화시키는 효과가 있다. 따라서 기판의 패터닝 공정이 단순해지는 효과가 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 임프린트 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다. 도1을 참조하여 일례로써 설명하면, 롤 임프린트 장치(10)는 크게 필름 롤(12), 패턴 롤(20) 및 가압 롤(14)을 포함하여 구성된다. 필름 롤(12)은 롤(roll) 형상으로 감겨진 필름 기판(S)을 회전하면서 공급하며, 패턴 롤(20)은 회 전하면서 표면에 형성된 패턴을 필름 기판(S)에 임프린트 한다. 가압 롤(14)은 패턴 롤(20)과 인접하여 회전하면서 필름 기판(S)이 패턴 롤(20)과 가압 롤(14) 사이를 지나면서 압착되게 한다. 가압 롤(14)은 그 사용 용도에 따라 금속으로 구성된 단단한 가압 롤과 폴리머로 구성된 소프트 가압 롤 중에서 선택적으로 사용될 수 있다.

패턴 롤(20)은 로드셀(load cell)(19)을 개재하여 스텝핑 모터(17)에 연결된다. 로드셀(19)의 부하에 따라 스텝핑 모터(17)를 조절하므로 필름 기판(S)에 대한 패턴 롤(20)의 압력이 조절된다. 따라서 롤 임프린트 장치(10)는 패턴 롤(20)의 압력을 미세 조절하여, 100nm 내지 100㎛의 다양한 스케일로 필름 기판(S)에 패턴을 임프린트 할 수 있다.

필름 기판(S)의 경로에서 패턴 롤(20)의 전후에 정전기 방지장치(15, 16)가 설치된다. 정전기 방지장치(15, 16)는 필름 기판(S)이 먼지 등에 오염되는 것을 방지하기 위한 것으로써, 패턴 롤(20)을 기준으로 할 때, 필름 기판(S)의 패턴 롤(20) 입력단과 출력단에 설치된다.

패턴 롤(20)의 입력단에 예열기(18)가 설치되고, 패턴 롤(20)의 출력단에 냉각기(32)와 절단기(34)가 설치된다. 예열기(18)는 필름 기판(S)을 가열하여 패턴의 임프린트를 용이하게 한다. 냉각기(32)는 가열되었던 필름 기판(S)을 냉각시켜 패턴 형상의 변형을 최소화시킨다. 절단기(34)는 냉각기(32)의 후방에서 연속적으로 이어지는 필름 기판(S)을 적절한 크기로 절단한다.

필름 기판(S)은 패턴 롤(20)에 형성된 패턴을 임프린트 하는 기판의 일례이 다. 즉 기판은 필름 기판, 웨이퍼 또는 글라스 기판을 포함한다. 따라서 이하에서는 기판(S)이라 한다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 임프린트 장치에 적용되는 패턴 롤의 사시도이고, 도3은 도2에 도시된 패턴 롤의 분해 사시도이며, 도4는 도2에 도시된 패턴 롤의 단면도이다.

도2 내지 도4를 참조하면, 패턴 롤(20)은 내부에 공간을 가지는 투명재로 형성되며 외표면에 패턴(P)을 구비하는 실린더(21)와, 실린더(21)의 내측 공간에 설치되어 자외선을 조사하는 UV램프(22)를 포함한다.

또한, 실린더(21)는 패턴(P)에 Cr, Al 또는 Ti를 포함하는 금속 물질층(ML)을 구비하여, UV를 차단하고, 패턴들(P) 사이로 UV가 통과하여 임프린트와 동시에 경화 작용할 수 있게 한다. 여기서, Cr, Al 또는 Ti는 금속 물질층(ML)의 일례이고, 금속 물질층(ML)은 자외선 차단층의 일례이다.

실린더(21)는 패턴들(P) 사이 부분은 자외선의 조사를 차단하지 않도록 투명재로 형성되며, 예를 들면, 실린더(21)는 퀄츠(quartz), 유리(glass) 또는 투명한 플라스틱으로 형성될 수 있다. 따라서 UV램프(22)에서 조사되는 자외선은 실린더(21)의 패턴들(P) 사이 부분을 통하여 기판(S)으로 조사될 수 있다.

일례를 들면, 패턴 롤(20)은 패턴 롤(20)의 회전 구동 및 UV램프(22)의 장착을 위하여 제1, 제2 플랜지(23, 24)와 제1, 제2 회전축(25, 26)을 더 구비한다. 제1, 제2 플랜지(23, 24)는 실린더(21)의 양단에 부착되어 실린더(21)를 지지한다. 또한 제1, 제2 플랜지(23, 24)는 실린더(21)의 내부를 관통하여 제공되는 체결부 재(미도시)에 의하여 견고하게 체결될 수 있다. 제1, 제2 회전축(25, 26)은 제1, 제2 플랜지(23, 24)에 각각 일체로 연결되어 패턴 롤(20)을 회전시킨다.

UV램프(22)는 실린더(21)의 공간 내에서 실린더(21)의 길이 방향을 따라 배치되어, 양단으로 제1, 제2 플랜지(23, 24)에 장착된다. 즉 UV램프(22)는 제1, 제2 회전축(25, 26)의 내측에서 제1, 제2 플랜지(23, 24)에 장착된다. 제1, 제2 회전축(25, 26)을 중공축으로 형성하면, UV램프(22)는 제1, 제2 회전축(25, 26)을 통하여 전원에 연결될 수 있다(미도시).

실린더(21)의 패턴(P)은 전자빔 리소그래피, 포토 리소그래피 또는 레이저 조사로 형성될 수 있다.

도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 임프린트 장치에 적용되는 패턴 롤의 제작 공정도이다. 도5를 참조하면, 패턴 롤(20)의 제작 공정은 실린더(21) 제작 공정과 UV램프(22) 장착 공정을 포함한다. 즉 실린더 제작 공정은 투명재의 실린더(21)를 준비하고(a), 실린더(21)의 외표면에 패턴(P)을 형성하고, 패턴(P)에 금속 물질층(ML)을 형성한다(b). 실린더(21)의 외표면에 금속 물질층(ML)을 형성하고, 금속 물질층(ML)과 패턴(P)을 같이 형성할 수도 있다. UV램프(22) 장착 공정은 실린더(21)의 내부 공간에 UV램프(22)를 장착하여, 패턴 롤(20)을 완성한다.

도5에 도시된 바와 같이 제작된 패턴 롤(20)은 도6에 도시된 바와 같은 기판(S)에 패턴(P)을 임프린트 하면서, 동시에 패턴들(P) 사이, 즉 금속 물질층(ML) 사이로 자외선이 조사되어 임프린트 된 기판(S)을 경화시킬 수 있다.

도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 임프린트 장치에 의하여 자외선이 조 사되어 임프린트 되는 기판의 측면도이다. 도6을 참조하면, 기판(S)은 베이스(41)와 베이스(41) 상에 UV 경화재로 형성되는 코팅층(42)을 포함한다. 즉 UV 경화재는 포토레지스트, 수지 또는 잉크로 형성될 수 있다. 수지로는 프라스틱 합성수지(PMMA, polymethyl methacrylate)를 예로 들 수 있다.

도7은 도6의 기판을 임프린트 및 경화하는 공정도이다. 도7을 참조하면, 패턴 롤(20)이 회전하고, 기판(S)이 이송(도7에서 우측에서 좌측으로 이송)되면 패턴 롤(20)의 패턴(P)이 기판(S)을 가압하여 코팅층(42)에 패턴(P)을 임프린트 한다. 이와 동시에, UV램프(22)가 구동되어 자외선을 실린더(21)의 패턴들(P) 사이 부분, 즉 금속 물질층(ML) 사이를 통하여 밖으로 조사한다. 따라서 패턴들(P) 사이 또는 금속 물질층(ML) 사이로 자외선이 조사되어 임프린트 된 코팅층(42)은 경화된다. 즉 기판(S)의 패턴(P) 임프린트와 코팅층(42)의 경화가 동시에 진행되어 임프린트 공정 시간이 단축될 수 있다.

패턴(P)의 임프린트 및 코팅층(42)의 경화 후, 기판(S)은 현상, 식각, 증착, 프린팅, 및 코팅과 같은 후 공정을 필요에 따라 수행한다.

도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 임프린트 장치에 의하여 임프린트 및 경화된 제품의 사진이다. 도8을 참조하면, 본 실시예의 패턴 롤(20)을 적용하여 다양한 패턴을, 예를 들면, 직선 패턴(a), 사선 패턴(b), 1회 직각 패턴(c) 및 2회 직각 패턴(d)을 임프린트 및 경화시킨 중간 제품들, 즉 웨이퍼들이 예시되어 있다.

또한, 일 실시예의 패턴 롤(20)을 기판(S)에 적용하여, 솔라셀, 반사필름, LGP, 차폐필름 또는 프리즘 시트 등을 제작할 수 있다.

제1 실시예에서 패턴롤(20)은 패턴(P) 부분에 금속 물질층(ML)을 구비하여, 금속 물질층(ML)으로 자외선을 차단한다. 이에 비하여, 제2 실시예에서 패턴롤(220)은 패턴(P)들 사이 부분에 금속 물질층(ML)을 구비하여 금속 물질층(ML)으로 자외선을 차단한다. 즉 제1 실시예는 임프린트 된 양각을 경화시키고, 제2 실시예는 임프린트 된 음각을 경화시킨다.

도9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 롤 임프린트 장치에 의하여 임프린트 되는 기판의 측면도이다. 도9를 참조하면, 실린더(221)는 패턴들(P) 사이 부분에 금속 물질층(ML)을 구비한다. 따라서 임프린트시, 패턴들(P) 사이 부분에 형성되는 금속 물질층(ML)이 자외선을 차단하고, 패턴(P) 부분이 자외선을 실린더(221) 밖으로 통과시켜, 기판(S) 패턴(P)의 임프린트와 동시에 베이스(241) 상의 코팅층(242)을 경화시킨다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 임프린트 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 임프린트 장치에 적용되는 패턴 롤의 사시도이다.

도3은 도2에 도시된 패턴 롤의 분해 사시도이다.

도4는 도2에 도시된 패턴 롤의 단면도이다.

도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 임프린트 장치에 적용되는 패턴 롤의 제작 공정도이다.

도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 임프린트 장치에 의하여 자외선이 조사되어 임프린트 되는 기판의 측면도이다.

도7은 도6의 기판을 임프린트 및 경화하는 공정도이다.

도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 임프린트 장치에 의하여 임프린트 및 경화된 제품의 사진이다.

도9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 롤 임프린트 장치에 의하여 임프린트 되는 기판의 측면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 롤 임프린트 장치 12 : 필름 롤

14 : 가압 롤 15, 16 : 정전기 방지장치

17 : 스텝핑 모터 18 : 예열기

19 : 로드셀 20, 220 : 패턴 롤

21, 221 : 실린더 22 : UV램프

23, 24 : 제1, 제2 플랜지 25, 26 : 제1, 제2 회전축

32 : 냉각기 34 : 절단기

41, 241 : 베이스 42, 242 : 코팅층

P : 패턴 S : 기판

ML : 금속 물질층

Claims

이송되는 기판 상에 임프린트 공정을 수행하는 롤 임프린트 장치에 있어서,

회전하면서 표면에 형성된 패턴을 상기 기판에 임프린트 하는 패턴 롤; 및

상기 기판을 사이에 두고, 상기 패턴 롤의 반대측에서 회전하면서 상기 기판을 가압하는 가압 롤을 포함하며,

상기 패턴 롤은,

내부에 공간을 가지고, 상기 패턴을 외표면에 구비하여 투명재로 형성되고, 상기 패턴된 부분 또는 상기 패턴들 사이 부분에 선택적으로 형성되는 자외선 차단층을 구비하는 실린더와,

상기 실린더의 공간에 설치되어, 자외선을 조사하는 UV램프와,

상기 실린더의 양단에 부착되어 상기 실린더를 지지하는 1쌍의 제1 플랜지와 제2 플랜지, 및

상기 제1 플랜지와 상기 제2 플랜지에 각각 일체로 구비되는 제1 회전축과 제2 회전축을 포함하는 롤 임프린트 장치.
제1 항에 있어서,

상기 자외선 차단층은 자외선을 차단하는 금속 물질층으로 형성되는 롤 임프린트 장치.
제2 항에 있어서,

상기 금속 물질층은 Cr, Al, 및 Ti 중 적어도 하나를 포함하는 롤 임프린트 장치.
삭제
제1 항에 있어서,

상기 UV램프는,

상기 공간 내에서 상기 실린더의 길이 방향을 따라 배치되고, 상기 제1 플랜지와 상기 제2 플랜지에 양단으로 장착되는 롤 임프린트 장치.
제1 항에 있어서,

상기 기판은,

베이스와,

상기 베이스에 UV 경화재로 형성되는 코팅층을 포함하는 롤 임프린트 장치.
제6 항에 있어서,

상기 UV 경화재는 포토레지스트, 수지 및 잉크 중 하나로 형성되는 롤 임프 린트 장치.
제1 항에 있어서,

상기 실린더는 퀄츠, 유리 또는 투명 플라스틱으로 형성되는 롤 임프린트 장치.
제8 항에 있어서,

상기 실린더의 상기 패턴은,

전자빔 리소그래피, 포토 리소그래피, 및 레이저 조사로 형성되는 롤 임프린트 장치.