KR101061183B1 - 패턴영역에 따라 제어할 수 있는 가압 장치를 구비하는 임프린팅 장치 - Google Patents

패턴영역에 따라 제어할 수 있는 가압 장치를 구비하는 임프린팅 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 패턴영역에 따라 제어할 수 있는 가압 장치를 구비하는 임프린팅 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 태양에 따르면, 패턴이 형성되는 다수개의 패턴영역과 상기 패턴이 형성되는 않는 다수개의 비패턴영역을 포함하는 기판을 지탱하는 지지대, 상기 기판 상부에 위치하되 하부에는 상기 비패턴영역과 마주보는 다수개의 패턴부가 형성된 패턴기판, 및 상기 패턴영역과 상기 비패턴영역에 따라 상기 패턴기판의 상부를 가압하는 가압력을 제어하는 가압장치를 포함하는 임프린팅 장치가 제공된다.
가압, 임프린팅, 패턴영역, 비패턴영역

Description

패턴영역에 따라 제어할 수 있는 가압 장치를 구비하는 임프린팅 장치{IMPRINT APPARATUS INCLUDING PRESSING DEVICE CAPABLE OF CONTROLLING BY PATTEN AREA}
본 발명은 패턴영역에 따라 제어할 수 있는 가압 장치를 구비하는 임프린팅 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 상의 패턴영역과 비패턴영역을 구분하여 가압을 제어할 수 있는 가압 장치와 이를 구비하는 임프린팅 장치에 관한 것이다.
미세 기술이 발전함에 따라 마이크로 또는 나노 단위의 선폭을 가지는 패턴을 이용하는 반도체, 디스플레이, 태양전지 분야에서는 직접도 및 성능의 급속한 향상이 이루어지고 있다.
특히, 액정표시장치(Liquid Crystal Display)와 유기 전계 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Display) 등의 평판 표시 장치는 매트릭스(Matrix) 형태로 배열된 화소들을 개별적으로 제어함으로써, 우수한 화질과 구동 속도를 가지는 표시 성능을 구현한다. 이때, 평판 표시 장치들은 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 주로 사용한다.
또한, 태양전지에서는 유리 또는 금속의 기판 상에 PN 접합의 광전소자를 형성하는데 이 역시 박막형태의 수광 다이오드를 사용하게 된다.
이러한 박막의 패턴 공정에서는, 미세한 패턴을 형성하기 위하여 다수의 포토리소그래피(photolithography) 공정을 진행한다. 포토리소그래피 공정을 살펴보면, 박막 성형 공정, 포토 레지스트 형성 공정, 마스크 제작 공정, 노광 공정, 현상 공정, 식각 공정 및 포토 레지스트 제거 공정 등 매우 많은 세부 공정을 포함하고 있어서 공정 단가와 시간이 많이 소요되고, 공정자체가 복잡한 문제점을 가지고 있다. 또한 노광시 사용되는 광은 고유의 파장과 간섭을 가지기 때문에 패턴의 선폭을 줄이는데는 그 한계가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 포토리소그래피 공정을 거치지 않는 다양한 방법들이 제시되고 있는데, 그 중에서도 나노 임프린팅(nano-imprinting, 이하 '임프린팅'이라 함) 방법이 가장 주목받고 있다.
임프린팅 기술은 나노 패턴(nano parttern, 이하 '패턴부'라 함)이 형성된 몰드(패턴기판)를 기판 상의 박막에 일정한 압력으로 가압하여 패턴을 전사하는 기능을 수행한다. 따라서, 기판 상에 미세한 패턴을 간단한 공정으로 용이하게 형성할 수 있어, 대량생산이 가능하여 공정 수율이 높은 장점이 있다.
이러한 임프린팅 공정의 경우에는 패턴부가 형성된 몰드를 가압하는 공정이 중요하다. 이는 가압하는 방법에 따라 기판 상의 패턴 균일성이 결정되기 때문인데, 이를 위해서 가압하는 진행방향에 따라 속도나 압력을 제어하는 방법이 제안된 바 있다.
하지만, 이러한 경우 패턴이 형성되지 않는 영역까지 불필요하게 가압하게 되어 패턴의 균일성이 저하되고 공정 시간이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기판의 패턴영역과 비패턴영역에 따라 가해지는 압력을 제어할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 패턴영역과 비패턴영역에 따라 가압 속도를 제어할 수 있도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 패턴이 형성되는 다수개의 패턴영역과 상기 패턴이 형성되지 않는 다수개의 비패턴영역을 포함하는 기판을 지탱하는 지지대, 상기 기판 상부에 위치하되 하부에는 상기 비패턴영역과 마주보는 다수개의 패턴부가 형성된 패턴기판, 및 상기 패턴영역과 상기 비패턴영역에 따라 상기 패턴기판의 상부를 가압하는 가압력을 제어하는 가압장치를 포함하는 임프린팅 장치가 제공된다. 특히, 상기 가압장치는 상기 패턴기판의 상부를 가압하는 가압부와, 상기 가압부를 수평과 수직방향으로 이동시키는 가압부 이동수단을 포함하며, 상기 패턴영역에서는 상기 가압부 이동수단이 상기 가압부의 높이를 낮게 하여 상기 가압부가 일정한 압력으로 가압을 수행하고, 상기 비패턴영역에서는 상기 가압부 이동수단이 상기 가압부의 높이를 높게 하여 상기 가압부가 가압을 수행하지 않는다.
이 외에도, 본 발명을 구현하기 위한 다른 장치가 더 제공된다.
본 발명에 의하면, 기판의 패턴영역과 비패턴영역에 따라 가압력을 제어할 수 있으므로, 가압 면적을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 기판의 패턴영역과 비패턴영역에 따라 가압 속도를 제어할 수 있으므로, 가압 공정의 택트 타임(Tact Time)을 단축할 수 있다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
[본 발명의 바람직한 실시예]
본 명세서에 있어서, 패턴영역과 비패턴영역을 포함하는 기판이란, 반도체 소자(예를 들면, 메모리 또는 비메모리 반도체), 평판 디스플레이(예를 들면, 액정 표시 장치 또는 유기 전계 발광 표시 장치) 및 태양전지와 같이 기판 상에 패턴이 형성되어 전기적인 구동을 하는 전자소자를 총칭하는 포괄적인 의미로 이해되어야 한다.
즉, 이하의 상세한 설명에서는 편의를 위해 일 예로, 태양전지를 중심으로 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 미세 패턴을 이용하는 기술분야에서 본 발명에 의한 가압 장치를 구비하는 임프린팅 장치가 동일하게 적용될 수 있음은 자명할 것이다.
임프린팅 장치의 구성
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 의한 패턴영역에 따라 제어할 수 있는 가압 장치를 구비하는 임프린팅 장치의 가압 공정을 나타내는 간략한 도면이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 가압 장치는 지지대(100), 패턴기판(200) 및 가압장치(300)을 포함하며 구성될 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 지지대(100)는 박막(20)이 형성된 기판(10)을 하부에서 지탱하는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 도시되지는 않았지만 기판(10)을 소정의 위치에 정렬하여 고정시킬 수 있는 고정수단을 지지대(100)에 더 구비할 수 있는데, 일례로, 다수개의 진공홀이 형성되어 기판(10)을 진공압력으로 지지대(100)에 고정시킬 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이러한 지지대(100)는 상부에 위치하는 패턴기판(200)과의 정밀한 정렬을 구현하기 위해 미세위치 조절이 가능한 정렬수단을 더 구비할 수도 있다.
이때, 박막(20)이 형성되는 기판(10)은 패턴(21)이 형성된 다수개의 패턴영역과 패턴(21)이 형성되지 않은 비패턴영역을 포함하는데 이후 패턴기판(200)이 가압되는 공정에 의해 형성될 수 있다. 이러한 패턴영역과 비패턴영역을 포함하는 기판(10)은 일례로, 유리기판 상에 광전소자가 형성된 태양전지일 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴기판(200)은 기판(10) 상부에 위치하되 하부에는 비패턴영역과 마주보는 다수개의 패턴부(210)가 형성되어 있어서, 기판(10) 상의 박막(20)에 패턴부(210)와 대응되는 패턴(21)을 전사하는 기능을 수행할 수 있다.
이러한 패턴기판(200)은 이동수단(미도시)에 의해 박막(20) 상에 정렬된 후 가압장치(300)에 의해 가압되어 패턴(21)을 형성하게 되는데, 패턴(21)을 경화시키기 위해 사용되는 자외선을 투과시킬 수 있는 유리기판, 투명합성 수지기판과 같은 투명한 재질인 것이 바람직하다. 또한, 패턴기판(200)의 하부에 형성되는 패턴부(210)도 일례로, 투명한 실리콘 화합물(SiOx)을 적층한 후 식각공정을 수행하여 형성할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 가압장치(300)는 패턴기판(200)의 상부를 패턴영역과 비패턴영역에 따라 가압하여 기판(10) 상에 일정한 패턴(21)을 형성할 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 가압장치(300)는 가압부(310), 가압부 이동수단(320), 가압 제어 시스템(330)를 포함하며 구성될 수 있다.
이때, 가압부(310)는 패턴기판(200)의 상부와 직접 접촉하면서 압력을 가하 는 기능을 수행하는데, 도시된 바와 같이 회전하면서 대면적에 균일한 압력을 가할 수 있는 롤러 형태일 수 있으나, 패턴기판(200)의 상부를 가압할 수 있는 공지된 수단을 제한 없이 사용할 수 있다.
한편, 가압부 이동수단(320)은 가압부(310)을 패턴기판(200)의 일측에서 반대방향인 타측으로 수평 방향으로 이동시키는 기능을 수행할 수 있다. 따라서, 패턴기판(200)을 전체가 아니라 순차적으로 가압하여 패턴(21) 내에 기포과 같은 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 가압부 이동수단(320)은 가압부(310)의 압력을 조절할 수 있는 기능을 더 수행할 수 있는데, 이를 위해서 가압부(310)를 수직방향으로 제어하여 높이를 조절할 수 있다.
한편, 가압 제어 시스템(330)은 패턴영역과 비패턴영역에 따라 가압부(310)의 압력과 속도를 조절할 수 있는 기능을 수행하는데, 보다 상세한 설명은 도 2 및 도 3을 참조한 이하의 설명에서 명확하게 이해될 것이다.
가압 제어 시스템
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 가압 제어 시스템(330)의 내부 구성 및 각 구성요소의 기능에 대하여 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가압 제어 시스템(330)의 내부 구성을 상세하게 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가압 제어 시스템(330)은 영상 검출부(331), 제어신호 생성부(332), 데이터 저장부(333), 통신부(334) 및 제어 부(335)를 포함하며 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 영상 검출부(331), 제어신호 생성부(332), 데이터 저장부(333), 통신부(334) 및 제어부(335)는 그 중 적어도 일부가 가압부 이동수단(320)과 통신하는 프로그램 모듈들일 수 있다. 이러한 프로그램 모듈들은, 운영 시스템, 응용 프로그램 모듈 및 기타 프로그램 모듈의 형태로, 물리적으로는 여러 가지 공지의 기억 장치 상에 저장될 수 있다. 한편, 이러한 프로그램 모듈들은 본 발명에 따라 후술할 특정 업무를 수행하거나 특정 추상 데이터 유형을 실행하는 루틴, 서브루틴, 프로그램, 오브젝트, 컴포넌트, 데이터 구조 등을 포괄하지만, 이에 제한되지는 않는다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 검출부(331)는 기판(10) 상에 패턴(21)이 형성된 패턴영역을 검출할 수 있는 기능을 수행할 수 있다.
보다 자세하게 설명하면, 영상 검출부(331)는 기판(10) 상의 영상정보를 취득하고 이를 분석하여 패턴영역과 비패턴영역을 분리하여 추출할 수 있는데, 영상정보를 취득하기 위해서는 광을 수집하여 전기적인 신호로 변환하는 CCD(Charge Coupled Device) 센서 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서를 포함하는 공지된 디지털 카메라 장치를 사용할 수 있다. 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 광 정보를 전기적인 정보로 변환할 수 있는 장치라면 제한 없이 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 검출부(331)에서 영상 취득 수단으로 사용할 수 있다.
또한, 획득된 영상정보에서 패턴영역을 추출하기 위하여 패턴의 색상 값이나 조도 값을 산출하는 방식을 이용할 수 있다. 이렇게 특정 패턴의 이미지로부터 정보를 인식하는 패턴 인식 방법은 이미 공지된 기술이므로 본 발명에서는 이에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어신호 생성부(332)는 영상 검출부(331)에서 추출된 패턴영역과 비패턴영역에 관한 정보를 이용하여 가압부 이동수단(320)을 제어할 수 있는 제어신호를 생성하는 기능을 수행할 수 있다. 따라서, 패턴영역에서는 가압부(310)의 높이를 낮게 하여 일정한 압력으로 가압을 수행하고, 비패턴영역에서는 가압부(310)의 높이를 높게 하여 가압을 수행하지 않을 수 있다.
이와 동시에, 비패턴영역에서는 가압부(310)의 수평 이동속도(가압 속도)를 패턴영역보다 증가시켜 가압 공정의 택트 타임(Tact Time)을 단축할 수 있다.
또한, 제어신호 생성부(332)는 사용자에 의해 데이터 저장부(333)에 저장된(설정된) 상기 영역(패턴영역, 비패턴영역)에 관한 정보에 따라 가압부 이동수단(320)을 제어할 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 저장부(333)는 사용자에 의해 패턴영역과 비패턴영역에 관한 정보를 미리 저장할 수 있는 저장수단이다. 따라서, 영상 검출부(331)의 수행과정 없이도 정해진 정보에 따라 제어신호 생성부(332)에서 제어신호를 생성하여 가압을 제어할 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 통신부(334)는 가압부 이동수단(320)으로 제어신호를 전송하고, 사용자 단말장치(미도시)로부터 사용자가 입력한 영역 정보를 수신하는 기능을 수행할 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(335)는 영상 검출부(331), 제어신호 생성부(332), 데이터 저장부(333) 및 통신부(334) 간의 데이터의 흐름을 제어하는 기능을 수행한다. 즉, 본 발명에 따른 제어부(335)는 외부로부터의 또는 가압 제어 시스템(300)의 각 구성요소 간의 데이터의 흐름을 제어함으로써, 영상 검출부(331), 제어신호 생성부(332), 데이터 저장부(333) 및 통신부(334)에서 각각 고유 기능을 수행하도록 제어한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴기판(200)의 평면도이다.
도 3을 참조하면, 패턴기판(200)의 하부에서 다수개의 패턴부(210)가 행과 열방향으로 배열될 수 있는데, 가압장치(300)은 패턴기판(200)의 일측에서부터 타측까지 이동하면서 패턴기판(200)의 상부를 가압할 수 있다. 이때, 본 발명에서는 상술된 가압 제어 시스템(330)에 의해 패턴영역(P)에서만 가압하고 비패턴영역(P')에서는 가압하지 않음으로써, 가압공정 시간을 감소시킬 수 있으며 기판(10)에 형성되는 패턴(21)의 균일성을 개선할 수 있다.
한편, 이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 의한 패턴영역에 따라 제어할 수 있는 가압 장치를 구비하는 임프린팅 장치의 가압 공정을 나타내는 간략한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가압 제어 시스템(330)의 내부 구성을 상세하게 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴기판(200)의 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 지지대
200: 패턴기판
300: 가압장치
310: 가압부
320: 가압부 이동수단
330: 가압 제어 시스템

Claims (7)

  1. 패턴이 형성되는 다수개의 패턴영역과 상기 패턴이 형성되지 않는 다수개의 비패턴영역을 포함하는 기판을 지탱하는 지지대,
    상기 기판 상부에 위치하되 하부에는 상기 비패턴영역과 마주보는 다수개의 패턴부가 형성된 패턴기판, 및
    상기 패턴기판의 상부를 가압하는 가압부와, 상기 가압부를 수평과 수직방향으로 이동시키는 가압부 이동수단을 포함하며, 상기 패턴영역에서는 상기 가압부 이동수단이 상기 가압부의 높이를 낮게 하여 상기 가압부가 일정한 압력으로 가압을 수행하고, 상기 비패턴영역에서는 상기 가압부 이동수단이 상기 가압부의 높이를 높게 하여 상기 가압부가 가압을 수행하지 않는 가압장치
    를 포함하는 임프린팅 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가압장치는, 검출된 상기 패턴영역과 상기 비패턴영역에 따라 상기 가압부 이동수단을 제어하거나, 설정된 상기 패턴영역과 상기 비패턴영역에 관한 정보에 따라 상기 가압부 이동수단을 제어하는 가압 제어 시스템
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임프린팅 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가압부는 롤러인 것을 특징으로 하는 임프린팅 장치.
  5. 삭제
  6. 제3항에 있어서,
    상기 가압부 이동수단은 상기 비패턴영역에서의 수평이동 속도가 상기 패턴영역에서의 수평이동 속도 보다 빠른 것을 특징으로 하는 임프린팅 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 패턴영역에는 태양전지의 광전소자가 형성되는 것을 특징으로 하는 임프린팅 장치.
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