KR101080672B1 - 패턴 전사 방법 및 패턴 전사 시스템 - Google Patents

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KR101080672B1
KR101080672B1 KR1020080098810A KR20080098810A KR101080672B1 KR 101080672 B1 KR101080672 B1 KR 101080672B1 KR 1020080098810 A KR1020080098810 A KR 1020080098810A KR 20080098810 A KR20080098810 A KR 20080098810A KR 101080672 B1 KR101080672 B1 KR 101080672B1
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양민양
강봉철
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한국과학기술원
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/0002—Lithographic processes using patterning methods other than those involving the exposure to radiation, e.g. by stamping

Abstract

본 발명은 패턴 전사 방법 및 패턴 전사 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 패턴 전사 방법은, 투명 플레이트의 하면에, 광을 흡수하여 열을 발생시키는 광열변환층 및 전사재료를 증착시킨 전사재료층을 차례로 형성하는 제1 단계, 투명 플레이트의 하면과 기판을 서로 맞대어 압착하여 패턴 전사 플레이트를 형성하는 제2 단계, 투명 플레이트의 상면에, 광원으로부터의 레이저 광을 직접 투사시킨 직사광 및 레이저 광을 반사체에 반사시킨 반사광을 함께 조사하여 광 간섭을 발생시켜, 광 간섭이 발생한 지점에 증착되어 있는 전사재료를 기판 상으로 전사하는 제3 단계를 포함하고, 패턴 전사 플레이트는, 반사체의 외주변 중 레이저 광이 반사되는 방향 측의 일변과 직각으로 연결되어 있다.
패턴 전사, 간섭 패턴, 패턴 전사 플레이트, 전사재료

Description

패턴 전사 방법 및 패턴 전사 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR TRANSFERRING PATTERN}
본 발명은 패턴 전사 방법 및 패턴 전사 시스템에 관한 것이다.
　최근 광산업, 디스플레이 산업, 반도체 산업, 바이오 산업에서 제품의 박막화 고성능화의 요구가 증가하고 있다. 그러한 요구에 부합하기 위해서는 각각의 부품을 구성하고 있는 배선 또는 기능성 박막층이 더욱더 작고 균일하게 패턴을 형성하여 있어야 한다. 그러므로, 미세 패턴 제조 방법은 이러한 산업의 기반이 되는 기술이다.
일반적으로, 기존의 마이크로미터 이하의 패턴을 제조하는 방법에는 노광(photolithography), FMD (Fine Mask Deposition), 프린팅(printing), NIL (Nano Imprinting Lithography) 등이 있다. 그러나, 이러한 제조 방법에는 각각의 공정상의 한계가 존재한다. 첫째, 노광(photolithography)은 제조과정이 복잡하고, 쉐도우 마스크(shadow mask)를 제조하는데 있어서 제조의 어려움과 고가의 제조비용이 들고, 마스크의 뒤틀림에 의해서 정밀도가 저하되는 문제점이 있다. 또한, 마스크와 대상물의 정렬이 어렵고, 공정 변경 즉, 패턴(pattern)의 크기 및 형상의 변경 이 어려운 단점이 있다. 두 번째, FMD는 노광 방법에서 상술한 쉐도우 마스크(shadow mask)를 사용하는 것에 의하여 발생하는 문제점과, 높은 제조비용이 드는 문제점이 있다. 또한, 재료의 한계성, 긴 제조 시간과 같은 문제점이 있다. 세 번째, 프린팅(printing)에서 잉크 젯(ink-jet)방식은 패턴을 만들 재료가 액상의 솔루션(solution)형태여야 하기 때문에 다양한 재료를 사용할 수 없으며, 일정한 액정 분사의 어려움으로 인한 불균일한 패턴이 생성되는 단점이 있다. 반면에, 롤 투 롤(roll to roll)방식은 패턴 크기가 30~40 ㎛정도로 상대적으로 큰 패턴제조만 적용이 가능하다는 단점이 있다. 마지막으로, NIL은 대면적으로 스탬프(stamp)를 만들기 어려운 문제점이 있다. 한편, 현재는 스탬프를 만들기 위해서는 EUV 노광(photolithography) 방식이 사용되는데, 이로 인한 높은 제조비용 등의 문제점이 있다.
그래서, 최근에는 이러한 문제를 극복하기 위해서 레이저(laser)를 이용한 패턴 전사 방법이 연구되고 있다. 그러한 방법에는 LITI (Laser Induced Thermal Imaging), LIFT(Laser Induced Forward Transfer), MAPLE(Matrix Assisted Pulse Laser Evaporation) 등이 있다. 이러한 레이저를 이용하는 방법은, 공정상에 다소 차이는 있으나, 레이저를 이용해서 초점이 맞은 강한 에너지를 주사하여 광 에너지를 열에너지 또는 어블레이션(ablation) 에너지로 이용하여 패턴을 전사한다. 그러나, 이러한 방법들은 모두 레이저 광을 초점 렌즈를 통해 집속시켜 사용하기 때문에, 패턴의 크기는 집속된 광의 크기에 비례하게 된다. 즉, 광학적 한계인 회절 제한(diffraction limit) 이하의 크기를 갖는 패턴은 전사할 수 없다. 이러한 한계는 일반적으로 10~20um이나, 바이오, 반도체, 디스플레이 등에 사용되는 패턴의 크기(선 폭)는 보통 10um이하에서부터 수백 nm 사이의 패턴이 많기 때문에, 레이저를 이용한 패턴 전사 방법의 다양한 분야에 적용될 수 없다는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 레이저 광의 간섭을 이용하여 전사재료를 기판에 전사시켜주는 것에 의하여, 기판에 마이크로 미터 이하의 패턴을 전사시킬 수 있는 패턴 전사 방법 및 패턴 전사 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 마스크를 사용하지 않고, 대면적의 패턴 전사가 가능한 패턴 전사 방법 및 패턴 전사 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 레이저 광의 조사량 또는 레이저 광의 입사각을 변화시켜주는 것에 의하여, 기판에 전사되는 전사패턴의 간격을 용이하게 조절할 수 있는 패턴 전사 방법 및 패턴 전사 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
청구항 1에 관한 발명인 패턴 전사 방법은, 투명 플레이트의 하면에, 광을 흡수하여 열을 발생시키는 광열변환층 및 전사재료를 증착시킨 전사재료층을 차례로 형성하는 제1 단계, 투명 플레이트의 하면과 기판을 서로 맞대어 압착하거나 또는 간격을 두고 서로 대향시켜 패턴 전사 플레이트를 형성하는 제2 단계, 투명 플레이트의 상면에, 광원으로부터의 레이저 광을 직접 투사시킨 직사광 및 레이저 광을 반사체에 반사시킨 반사광을 함께 조사하여 광 간섭을 발생시켜, 광 간섭이 발생한 지점에 증착되어 있는 전사재료를 기판 상으로 전사하는 제3 단계를 포함하고, 패턴 전사 플레이트는, 반사체의 외주변 중 레이저 광이 반사되는 방향 측의 일변과 직각으로 연결되어 있다.
따라서, 청구항 1에 관한 발명인 패턴 전사 방법에 의하면, 레이저 광의 간섭을 이용하여 전사재료를 기판에 전사시켜주는 것에 의하여, 기판에 마이크로 미터 이하의 패턴을 전사시킬 수 있다.
청구항 2에 관한 발명인 패턴 전사 방법은, 청구항 1에 관한 발명인 패턴 전사 방법에 있어서, 제1 단계에서는, 반사체와 패턴 전사 플레이트가 연결되는 지점에 형성된 회전 스테이지에 의하여 레이저 광의 입사각을 변화시켜 기판 상에 전사된 전사재료의 패턴 간격을 조절한다.
따라서, 청구항 2에 관한 발명인 패턴 전사 방법에 의하면, 레이저 광의 입사각을 변화시켜주는 것에 의하여, 기판 상에 전사되는 전사재료의 패턴 간격을 용이하게 조절할 수 있다.
청구항 3에 관한 발명인 패턴 전사 시스템은, 광원, 광원으로부터의 레이저 광을 반사시키는 반사체, 그 하면에 광을 흡수하여 열을 발생시키는 광열변환층 및 전사재료를 증착시킨 전사재료층이 차례로 형성된 투명 플레이트와, 전사재료가 전사될 기판을 맞대어 압착하거나 또는 간격을 두고 서로 대향시켜 형성된 패턴 전사 플레이트를 포함하고, 패턴 전사 플레이트는, 반사체의 외주변 중 레이저 광이 반사되는 방향 측의 일변과 직각으로 연결되어 있고, 투명 플레이트의 상면에, 광원으로부터의 레이저 광을 직접 투사시킨 직사광 및 레이저 광을 반사체에 반사시킨 반사광을 함께 조사하여 광 간섭을 발생시켜, 광 간섭이 발생한 지점에 증착되어 있는 전사재료가 기판 상으로 전사된다.
따라서, 청구항 3에 관한 발명인 패턴 전사 시스템에 의하면, 레이저 광의 간섭을 이용하여 전사재료를 기판에 전사시켜주는 것에 의하여, 기판에 마이크로 미터 이하의 패턴을 전사시킬 수 있다.
청구항 4에 관한 발명인 패턴 전사 시스템은, 청구항 3에 관한 발명인 패턴 전사 시스템에 있어서, 광원은 반사체와 패턴 전사 플레이트가 연결되는 지점과 일직선 상에 놓여있다.
따라서, 청구항 4에 관한 발명인 패턴 전사 시스템에 의하면, 광원을 반사체와 패턴 전사 플레이트가 연결되는 지점과 일직선 상에 위치시킴으로써, 레이저 광이 반사체와 패턴 전사 플레이트를 벗어나지 않도록 고정시킬 수 있고, 또한 기판 상에 일정한 방향으로의 패턴을 형성할 수 있다.
청구항 5에 관한 발명인 패턴 전사 시스템은, 청구항 3에 관한 발명인 패턴 전사 시스템에 있어서, 광원에 연결되어, 레이저 광을 확대하는 광 확장기를 더 포함하고, 직사광 및 반사광은 광 확장기를 통하여 발생된다.
따라서, 청구항 5에 관한 발명인 패턴 전사 시스템에 의하면, 레이저 광을 확대하는 광 확장기를 설치하여 주는 것에 의하여, 레이저 광의 크기를 확대하여 확대된 레이저 광의 일부는 패턴 전사 플레이트로 직접 주사시키고, 레이저 광의 나머지는 반사체로 주사시켜 패턴 전사 플레이트에서 광 간섭을 용이하게 발생시킬 수 있다.
청구항 6에 관한 발명인 패턴 전사 시스템은, 청구항 5에 관한 발명인 패턴 전사 시스템에 있어서, 반사체와 패턴 전사 플레이트가 연결되는 지점에 형성되고, 직사광 및 반사광의 입사각을 변화시켜 기판 상에 전사된 전사재료의 패턴 간격을 조절하는 회전 스테이지를 더 포함한다.
따라서, 청구항 6에 관한 발명인 패턴 전사 시스템에 의하면, 반사체와 패턴 전사 플레이트가 연결되는 지점에 회전 스테이지를 형성하여 회전스테이지의 조작에 의하여, 직사광 및 반사광의 입사각을 변화시켜 기판 상에 전사된 전사재료의 패턴 간격을 조절할 수 있다.
청구항 7에 관한 발명인 패턴 전사 시스템은, 청구항 6에 관한 발명인 패턴 전사 시스템에 있어서, 패턴 전사 플레이트의 하부에 설치되고, 패턴 전사 플레이트를 이동시키는 이송 스테이지를 더 포함한다.
따라서, 청구항 7에 관한 발명인 패턴 전사 시스템에 의하면, 패턴 전사 플레이트의 하부에 이송 스테이지를 형성하여 주는 것에 의하여, 대면적의 패턴 전사 플레이트를 사용하여 대면적의 전사가 가능하게 할 수 있다.
청구항 8에 관한 발명인 패턴 전사 시스템은, 청구항 7에 관한 발명인 패턴 전사 시스템에 있어서, 광원 및 광 확장기 사이에 연결되고, 회전 스테이지 및 이송 스테이지가 이동하는 경우에 레이저 광을 소정의 시간간격으로 온 또는 오프시켜 전사재료의 패턴 간격을 조절하고, 대면적 전사를 하게 하는 광 온 오프 장치를 더 포함한다.
따라서, 청구항 8에 관한 발명인 패턴 전사 시스템에 의하면, 광원 및 광 확장기 사이에 광 온 오프 장치를 연결하여주는 것에 의하여, 소정의 시간간격으로 온 또는 오프시켜 기판 상에 전사되는 전사재료의 간섭 패턴 간격을 조절할 수 있고, 또한 대면적의 전사가 가능하게 할 수 있다.
청구항 9에 관한 발명인 패턴 전사 시스템은, 광원, 광원으로부터의 레이저 광을 반사시키고, 서로 마주보게 위치되는 두 개의 반사체, 그 하면에 광을 흡수하여 열을 발생시키는 광열변환층 및 전사재료를 증착시킨 전사재료층이 차례로 형성된 투명 플레이트와, 전사재료가 전사될 기판을 맞대어 압착하거나 또는 간격을 두고 서로 대향시켜 형성된 패턴 전사 플레이트를 포함하고, 투명 플레이트의 상면에, 광원으로부터의 레이저 광을 두 개의 반사체에 반사시킨 반사광을 함께 조사하여 광 간섭을 발생시켜, 광 간섭이 발생한 지점에 증착되어 있는 전사재료가 기판 상으로 전사된다.
따라서, 청구항 9에 관한 발명인 패턴 전사 시스템에 의하면, 레이저 광의 간섭을 이용하여 전사재료를 기판에 전사시켜주는 것에 의하여, 기판에 마이크로 미터 이하의 패턴을 전사시킬 수 있고, 또한 두 개의 반사체에 의한 반사광을 사용하여 기판 상에 전사되는 전사재료의 패턴을 형성하여주는 것에 의하여, 일정한 광 경로차를 이용하여 패턴을 용이하게 형성할 수 있다.
청구항 10에 관한 발명인 패턴 전사 시스템은, 청구항 9에 관한 발명인 패턴 전사 시스템에 있어서, 광원과 연결되어 레이저 광을 동일비율로 두 개의 반사체로 진행시키는 광 스플리터를 더 포함한다.
따라서, 청구항 10에 관한 발명인 패턴 전사 시스템에 의하면, 광원에 광 스플리터를 연결하여 주는 것에 의하여, 레이저 광을 동일비율로 두 개의 반사체로 진행시켜 정확한 전사 패턴을 형성할 수 있다.
청구항 11에 관한 발명인 패턴 전사 시스템은, 청구항 9 또는 청구항 10에 관한 발명인 패턴 전사 시스템에 있어서, 두 개의 반사체와 각각 연결되고, 반사광 을 투명 플레이트 면 상에 균일한 강도로 조사하는 필터를 더 포함한다.
따라서, 청구항 11에 관한 발명인 패턴 전사 시스템에 의하면, 두 개의 반사체와 필터를 각각 연결하여 주는 것에 의하여, 반사광을 투명 플레이트 면 상에 균일한 강도로 조사할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 패턴 전사 방법 및 패턴 전사 시스템에 의하면, 레이저 광의 간섭을 이용하여 전사재료를 기판에 전사시켜주는 것에 의하여, 기판에 마이크로 미터 이하의 패턴을 전사시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 마스크를 사용하지 않고, 대면적의 패턴 전사가 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면, 레이저 광의 조사량 또는 레이저 광의 입사각을 변화시켜주는 것에 의하여, 기판에 전사되는 전사패턴의 간격을 용이하게 조절할 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제 해결 수단, 효과 외의 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기 로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 패턴 전사 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 패턴 전사 시스템의 구조를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 패턴 전사 시스템의 패턴 전사 플레이트의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 3의 패턴 전사 플레이트에 형성된 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 패턴 전사 방법은, 광열변환층 및 전사재료층을 형성하는 제1 단계(S100), 패턴 전사 플레이트를 형성하는 제2 단계(S200), 전사재료를 기판 상으로 전사하는 제3 단계(S300)를 포함한다.
제1 단계(S100)에서는, 우선, 투명 플레이트의 하면에 광을 흡수하여 열을 발생시키는 광열변환층을 형성한다. 그런 다음, 광열변환층 위에 전사재료를 증착시킨 전사재료층을 형성한다. 여기서, 직사광 및 반사광의 입사각을 변화시켜 기판 상에 전사된 전사재료의 패턴 간격을 조절할 수 있다.
제2 단계(S200)에서는, 투명 플레이트의 하면, 즉 전사재료층과 기판을 서로 맞대어 위치시키고, 이를 압착하여 패턴 전사 플레이트를 형성한다.
제3 단계(S300)에서는, 투명 플레이트의 상면에 광원으로부터의 레이저 광을 직접 투사시킨 직사광 및 레이저 광을 반사체에 반사시킨 반사광을 함께 조사하여 준다. 이때, 투명 플레이트의 상면에는 광 간섭이 발생되고, 그 광 간섭이 발생한 지점에 증착되어 있는 전사재료를 기판 상으로 전사하여준다.
도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 패턴 전사 시스템의 구조는, 광원(100), 음향광 변조기(Acousto-Optic Modulator)(101), 광 확장기(beam expander) (102), 반사체(110), 패턴 전사 플레이트(120)를 포함한다.
광원(100)은 반사체(110)와 패턴 전사 플레이트(120)가 연결되는 지점과 일직선 상에 놓여있고, 패턴 전사 플레이트(120)에 전사 패턴이 형성되도록, 2000nm 이하의 파장을 가지는 UV(자외선), VIS(가시광선), NIR(근적외선) 영역의 레이저가 사용된다. 이러한 레이저를 사용하여 마이크로 미터 크기 이하의 전사 패턴을 패턴 전사 플레이트(120) 상에 형성할 수 있다. 또한, 광원(100)에 연결되는 음향광 변조기(Acousto-Optic Modulator) (101)를 설치하여, 회전 스테이지(140) 및 이송 스테이지(미도시)가 이동 할 경우에 소정의 시간간격으로 레이저 광을 온 또는 오프시켜 기판 상에 전사된 전사재료의 패턴 간격을 조절하여준다. 즉, 음향광 변조기(101)에 의하여 소망하는 패턴의 간격 및 형상 등을 용이하게 조절할 수 있게 된다. 또한, 이를 통하여 대면적의 전사가 가능하게 된다. 한편, 본 발명의 실시예에서는, 레이저 광을 온 또는 오프시키는 수단으로 음향광 변조기(101)를 일 예로 들었으나, 이에 한정되지 않고, 레이저 광을 수 KHz ~ 수 GHz정도로 빠르게 온 또는 오프시킬 수 있는 일렉트릭 모듈레이터(electric modulater), 수 Hz ~ 1 KHz 정도로 온 또는 오프 시킬 수 있는 일렉트릭 셔터(electric shutter)등의 광 온 오프 장치라면 무방하다. 또한, 음향광 변조기(Acousto-Optic Modulator) (101)에 레이 저 광의 크기를 확대시키는 광 확장기(beam expander) (102)를 연결하여준다. 이로 인하여, 일부의 레이저 광은 반사체(110)로, 나머지의 레이저 광은 패턴 전사 플레이트(120) 상으로 향하게 된다.
반사체(110)는 광원(100)으로부터의 레이저 광을 반사시키고, 반사된 반사광을 패턴 전사 플레이트(120) 상의 방향으로 향하게 해준다. 본 발명의 실시예에서는 반사체(110)로서 거울을 사용하나, 이에 한정되지 않고, 광을 반사시키는 다른 개체에도 적용될 수 있다.
패턴 전사 플레이트(120)는, 투명 플레이트(121)의 하면에 광을 흡수하여 열을 발생시키는 광열변환층(122) 및 전사재료를 증착시킨 전사재료층(123)이 차례로 형성되고, 전사재료가 전사될 기판(124)을 맞대어 압착하여 형성된다. 또한, 패턴 전사 플레이트(120)는, 반사체(110)의 외주변 중 레이저 광이 반사되는 방향 측의 일변과 직각으로 연결된다. 그리고, 광원(100)으로부터의 레이저 광을 직접 투사시킨 직사광 및 레이저 광을 반사체에 반사시킨 반사광이 함께 조사되어 기판 상에 전사된 전사재료의 패턴이 형성된다. 여기서, 본 발명의 실시예에서는, 레이저 광의 조사방식으로, CW(continuous wave) 레이저 방식과 펄스(pulse) 레이저 방식이 사용된다. 여기서, CW(continuous wave) 레이저 방식은, 레이저 내부의 공진기(resonator)에서 밀도 반전(population inversion)을 통하여 레이저 방출을 하는 방식이고, 펄스(pulse) 레이저 방식은 위와 같은 밀도반전과 같은 에너지 분포 역전의 에너지를 모아두었다가 일시에 방출하는 방식이다. 또한, 상술한 레이저 광의 조사방식을 이용한 패턴 전사방법은, 레이저 열 전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 및 레이저유도 순방향 전송(laser-induced forward transfer, LIFT)방식이 사용될 수 있다. 여기서, 레이저 열 전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI)은 CW(continuous wave)방식을 통하여 주사된 레이저 광에 의하여 발생된 열로 소망하는 지점의 전사재료를 연화시켜 패턴을 형성하고, 레이저유도 순방향 전송(laser-induced forward transfer, LIFT)방식은, 펄스(pulse)방식을 통하여 주사된 레이저 광에 의하여 발생된 어블레이션(ablation)으로 층 사이에서 강한 증기압을 통해 전사재료를 튕겨나가게 하여 패턴을 형성할 수 있다. 한편, 본 발명의 실시예에서는 상술한 레이저 열 전사법을 일 예로 하여 전사재료층(123)과 기판(124)이 서로 맞대어 압착되는 구조로 하였으나, 이에 한정되지 않고, 레이저 유도 순방향 전송방식을 사용하여 전사재료층(123)과 기판(124)을 압착하지 않고 이격된 구조로도 형성할 수 있다. 또한, 패턴 전사 플레이트(120)의 구조 및 기능은 도 3의 기재에서 상세하게 설명하기로 한다.
그리고, 이송 스테이지(미도시)는 기판(124)의 하부에 설치되어, 패턴 전사 플레이트를 이동시키는 기능을 하고, 이로 인하여 대면적의 패턴 전사를 가능하게 한다.
또한, 회전 스테이지(150)가 반사체(110)와 패턴 전사 플레이트(120)가 연결되는 지점에 형성되어, 레이저 광의 입사각을 변화시켜 기판 상에 전사된 전사재료의 패턴의 크기를 조절한다.
따라서, 상기와 같이 구성된 본 발명의 제1 실시예에 따른 패턴 전사 시스템은, 투명 플레이트의 상면에, 광원으로부터의 레이저 광을 직접 투사시킨 직사광 및 레이저 광을 반사체에 반사시킨 반사광을 함께 조사하여 광 간섭을 발생시켜, 광 간섭이 발생한 지점에 증착되어 있는 전사재료를 기판 상으로 전사시켜주게 된다.
도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 패턴 전사 시스템의 패턴 전사 플레이트는, 투명 플레이트(121), 광열변환층(122), 전사재료층(123), 기판(124)을 포함한다.
투명 플레이트(121)는, 투명 유리 재질이고, 평판 형상이다.
광열변환층(122)은, 투명 플레이트(121)의 하면에 형성되어, 입사되는 레이저 광을 흡수하여 열을 발생시키는 기능을 한다.
전사재료층(123)은, 광열변환층(122)의 하면에 형성되고, 또한 기판(124)에 전사될 전사재료가 증착되어 있다. 한편, 본 발명의 실시예에 따른 패턴 전사방법에서 사용될 수 있는 전사재료로는 금속물질, 유기물질, 무기물질, 세라믹, 단백질 및 세포 등을 포함하는 생체재료 등이 사용될 수 있다.
이때, 광열변환층(122) 및 전사재료층(123)은, 마스크를 사용하지 않고 진공 증착될 수 있고, 스핀코팅(spin coating)을 하여 솔루션 타입(solution type)의 재료가 증착될 수도 있다. 또한, 페이스트 코팅(paste coating)을 하여 페이스트 타입(paste type)의 재료를 층층히 바르고 베이킹(baking)하여 증착될 수도 있다.　
기판(124)은, 전사재료층(123)과 서로 맞대어 압착되어 형성되고, 전사재료층(123)에 증착된 전사재료가 전사된다.
도 4에 나타나 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 패턴 전사 시스템의 패턴 전사 플레이트에 형성된 패턴은, 광원으로부터의 레이저 광을 직접 투사시킨 직사광 및 레이저 광을 반사체에 반사시킨 반사광을 함께 조사되어 형성된다.
여기서, 파장이 λ인 직사광 및 반사광이 패턴 전사 플레이트 상에 입사각 θ로 조사되면, 두 개의 직사광 및 반사광이 서로 간섭을 일으켜서, 간섭이 발생하는 지점에 증착되어 있는 전사재료를 기판으로 전사하여 패턴을 형성하여준다. 여기서, 기판 상에 형성된 패턴은 두 개의 직사광 및 반사광의 경로차에 의하여 발생되는 간섭을 통하여 형성된다. 기판 상에 형성된 간섭패턴의 간격(P)은, 아래 수식 에 의하여 도출된다.
P(period) = λ/2sinθ
이는 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 같이, 직사광 및 반사광의 입사각 및 레이저 광의 조사량을 변화시켜 기판 상에 형성된 패턴의 크기를 조절할 수 있다. 즉, 레이저 광의 파장이 길어질수록 기판 상에 형성된 패턴의 간격이 넓어지고, 짧을수록 좁아진다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 패턴 전사 시스템의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 패턴 전사 시스템은, 광원(200), 음향광 변조기(Acousto-Optic Modulator)(201), 광 스플리터(beam splitter) (202), 반사체(210), 필터(filter)(211), 패턴 전사 플레이트(220)를 포함한다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전사 시스템의 광원 및 패턴 전사 플레 이트는, 도 1 내지 도 3에 나타난 본 발명의 제1 실시예에 따른 패턴 전사 방법 및 패턴 전사 시스템의 구성과 동일하여 이에 관한 기재는 생략하기로 한다.
반사체(210)는, 서로 마주보며 위치되어, 광원(200)으로부터 조사된 레이저 광을 패턴 전사 플레이트(220) 상으로 각각 반사시켜준다. 이로 인하여, 패턴 전사 플레이트(220) 상에서 광 간섭이 발생되고, 광 간섭이 발생된 지점에 증착된 전사재료를 기판 상에 전사하여 패턴이 형성되게 된다. 이는, 두 반사체(210)에 의하여 각각 반사된 반사광은 광 경로차가 일정하기 때문에 기판 상에 패턴을 형성하는 데 있어서, 용이하다. 특히, 본 발명의 제2 실시예에서는, 펄스 레이저 방식을 사용하여 레이저 광을 주사하면, 서로 다른 시각에서도 광의 위상에 일정한 상관관계를 가지는 시간 결맞음(temporal coherence) 현상에 의하여 시간적 광간섭 거리가 일치되기 때문에 기판 상에 패턴을 용이하게 형성할 수 있다.
또한, 광 스플리터(202)는 광원과 연결되어 레이저 광을 동일비율로 두 개의 반사체로 진행시킬 수 있다.
그리고, 두 개의 반사체와 각각 연결되는 필터(211)는, 반사광을 패턴 전사 플레이트(220) 상에 균일한 강도로 조사하여주는 기능을 가진다.
따라서, 상기와 같은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전사 시스템은, 전사재료층과 기판을 서로 맞대어 가압하고, 투명 플레이트로부터 기판으로 향하는 방향으로 레이저 광을 주사하여, 전사재료를 기판 상으로 전사한다.
상술한 도 1 내지 도 5의 기재에서는, 본 발명이 레이저 열 전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 및 레이저유도 순방향 전송(laser-induced forward transfer, LIFT)방식을 적용한 실시예이고, 이하 도 6에서는 본 발명이 MAPLE(Matrix Assisted Pulsed Laser Evaporation) 방식을 적용한 실시예에 대해 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 Maple 방식을 이용한 패턴 전사 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 나타난 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 Maple 방식을 이용한 패턴 전사 방법은, 투명 플레이트(미도시), 광열변환층(미도시), 솔벤트(solvent)(323b) 및 전사재료(323a)가 혼합된 전사재료층(323)을 포함한 패턴 전사 플레이트, 기판(324)을 포함한다.
여기서, MAPLE(Matrix Assisted Pulsed Laser Evaporation) 방식은, 펄스 레이저 광(L)을 조사하여 패턴 전사 플레이트에 포함된 솔벤트(323b)를 날려버리고, 그 외 전사재료(323a)가 기판 상에 전사되어 패턴을 형성하는 방식이다. 즉, 패턴 전사 플레이트 상에 레이저 광(L)을 주사하면, 전사재료층(323)에 포함된 전사재료(323a)는 기판(324)에 전사되고, 솔벤트(323b)는 기화되는 것이다. 여기서, 전사재료층(323)은 솔벤트(323b) 및 전사재료(323a)가 혼합되어 응결된 매트릭스(frozen matrix) 형태이다. 또한, 레이저 광(L)의 강도는 솔벤트(323b)의 기화열(solvent evaporation temperature) 보다 더 크고, 전사재료(323a)의 분해열(target material decomposition temperature)보다 작은 크기로 조사되어야 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 패턴 전사 방법 및 전사 시스템은, 레이 저 광의 간섭을 이용하여 전사재료를 기판에 전사시켜주는 것에 의하여, 기판에 마이크로 미터 이하의 패턴을 전사시킬 수 있고, 마스크를 사용하지 않고, 대면적의 패턴 전사가 가능하며, 레이저 광의 조사량 또는 레이저 광의 입사각을 변화시켜주는 것에 의하여, 기판에 전사되는 전사패턴의 간격을 용이하게 조절할 수 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 패턴 전사 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 패턴 전사 시스템의 구조를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 패턴 전사 시스템의 패턴 전사 플레이트의 구조를 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 3의 패턴 전사 플레이트에 형성된 간섭패턴을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 패턴 전사 시스템의 구조를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 Maple 방식을 이용한 패턴 전사 방법을 설명하기 위한 도면.

Claims (11)

  1. 투명 플레이트의 하면에, 광을 흡수하여 열을 발생시키는 광열변환층 및 전사재료를 증착시킨 전사재료층을 차례로 형성하는 제1 단계;
    상기 투명 플레이트의 하면과 기판을 서로 맞대어 압착하거나 또는 간격을 두고 서로 대향시켜 패턴 전사 플레이트를 형성하는 제2 단계; 및
    상기 투명 플레이트의 상면에, 광원으로부터의 레이저 광을 직접 투사시킨 직사광 및 상기 레이저 광을 반사체에 반사시킨 반사광을 함께 조사하여 광 간섭을 발생시켜, 상기 광 간섭이 발생한 지점에 증착되어 있는 상기 전사재료를 상기 기판 상으로 전사하는 제3 단계;
    를 포함하고,
    상기 패턴 전사 플레이트는, 상기 반사체의 외주변 중 상기 레이저 광이 반사되는 방향 측의 일변과 직각으로 연결되어 있는,
    패턴 전사 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단계에서는, 상기 반사체와 상기 패턴 전사 플레이트가 연결되는 지점에 형성된 회전 스테이지에 의하여 상기 직사광 및 반사광의 입사각을 변화시켜 상기 기판 상에 전사된 전사재료의 패턴 간격을 조절하는,
    패턴 전사 방법.
  3. 광원;
    상기 광원으로부터의 레이저 광을 반사시키는 반사체; 및
    그 하면에 광을 흡수하여 열을 발생시키는 광열변환층 및 전사재료를 증착시 킨 전사재료층이 차례로 형성된 투명 플레이트와, 상기 전사재료가 전사될 기판을 맞대어 압착하거나 또는 간격을 두고 서로 대향시켜 형성된 패턴 전사 플레이트;
    를 포함하고,
    상기 패턴 전사 플레이트는, 상기 반사체의 외주변 중 상기 레이저 광이 반사되는 방향 측의 일변과 직각으로 연결되어 있고,
    상기 투명 플레이트의 상면에, 상기 광원으로부터의 레이저 광을 직접 투사시킨 직사광 및 상기 레이저 광을 반사체에 반사시킨 반사광을 함께 조사하여 광 간섭을 발생시켜, 상기 광 간섭이 발생한 지점에 증착되어 있는 상기 전사재료가 상기 기판 상으로 전사되는,
    패턴 전사 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광원은 상기 반사체와 상기 패턴 전사 플레이트가 연결되는 지점과 일직선 상에 놓여있는,
    패턴 전사 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 광원에 연결되어, 상기 레이저 광을 확대하는 광 확장기를 더 포함하고,
    상기 직사광 및 상기 반사광은 상기 광 확장기를 통하여 발생되는,
    패턴 전사 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 반사체와 상기 패턴 전사 플레이트가 연결되는 지점에 형성되고, 상기 직사광 및 반사광의 입사각을 변화시켜 상기 기판 상에 전사된 전사재료의 패턴 간격을 조절하는 회전 스테이지를 더 포함하는,
    패턴 전사 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 패턴 전사 플레이트의 하부에 설치되고, 상기 패턴 전사 플레이트를 이동시키는 이송 스테이지를 더 포함하는,
    패턴 전사 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광원 및 상기 광 확장기 사이에 연결되고, 상기 회전 스테이지 및 상기 이송 스테이지가 이동하는 경우에 상기 레이저 광을 소정의 시간간격으로 온 또는 오프시켜 상기 전사재료의 패턴 간격을 조절하는 광 온오프 장치를 더 포함하는,
    패턴 전사 시스템.
  9. 광원;
    상기 광원으로부터의 레이저 광을 반사시키고, 서로 마주보게 위치되는 두 개의 반사체; 및
    그 하면에 광을 흡수하여 열을 발생시키는 광열변환층 및 전사재료를 증착시킨 전사재료층이 차례로 형성된 투명 플레이트와, 상기 전사재료가 전사될 기판을 맞대어 압착하거나 또는 간격을 두고 서로 대향시켜 형성된 패턴 전사 플레이트;
    를 포함하고,
    상기 투명 플레이트의 상면에, 상기 광원으로부터의 레이저 광을 상기 두 개의 반사체에 반사시킨 반사광을 함께 조사하여 광 간섭을 발생시켜, 상기 광 간섭이 발생한 지점에 증착되어 있는 상기 전사재료가 상기 기판 상으로 전사되는,
    패턴 전사 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광원과 연결되고, 상기 레이저 광을 동일비율로 상기 두 개의 반사체로 진행시키는 광 스플리터를 더 포함하는,
    패턴 전사 시스템.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 두 개의 반사체와 각각 연결되고, 상기 반사광을 상기 투명 플레이트 면 상에 균일한 강도로 조사하는 필터를 더 포함하는,
    패턴 전사 시스템.
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