KR101102027B1 - 롤임프린트 장치 - Google Patents

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KR101102027B1
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한국기계연구원
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Abstract

본 발명은 롤임프린트 장치에 관한 것으로, 기판 상에 수지를 전사하는 전사롤러를 사용하여 임프린트 리소그래피를 수행하기 위한 롤임프린트 장치에 있어서, 상기 전사롤러는 롤러지지대에 의해 지지되어 회전 운동하되 회전 중심에 안착홀이 관통 형성되는 투광성의 원통봉; 상기 안착홀에 삽입된 채 상기 롤러지지대에 고정되어 상기 기판의 표면을 향해 광을 조사하는 광조사부;를 포함하여 구성되고, 상기 원통봉의 외경에 따라 상기 기판의 이동 속도 또는 상기 원통봉의 회전속도가 조절되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 기판의 투명도에 상관없이 가압 상태에서 기판에 전사된 수지를 경화시킬 수 있도록 하는 롤임프린트 장치가 제공된다.
또한, 기판의 이송 과정에서 기판에 전사된 수지의 형태가 파손되거나 변형되는 것을 방지하고, 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 롤임프린트 장치가 제공된다.

Description

롤임프린트 장치{roll imprinting device}
본 발명은 롤임프린트 장치에 관한 것으로, 좀더 자세하게는, 기판의 투명도에 상관없이 특히 불투명 기판에서도 롤임프린트 장치를 통해 수지를 기판에 전사함과 동시에 기판에 전사된 수지를 노광시킬 수 있도록 함으로써, 수지가 기판에서 안정되게 경화되도록 함은 물론 공정을 단순화하고, 공정시간을 단축시킬 수 있는 롤임프린트 장치의 가압롤러에 관한 것이다.
통상적으로 기판 상에 감광성 레지스트를 코팅하고 크롬 마스크를 통한 선택적 광 조사 후 현상과정을 거쳐 원하는 패턴 형상을 얻게 된다. 하지만, 광회절 현상과 포토레지스트의 광감도 선택비의 한계로 인해 100nm 이하의 패턴을 구현하는데 기술적 어려움이 존재하며, 현상과정에서 제거되는 포토레지스트의 불필요한 소모로 인한 소재비용, 이로 인한 환경문제 등은 포토리소그래피 기술이 안고 있는 문제라고 할 수 있다. 이러한 포토리소그래피를 대신할 수 있는 대안 기술로 임프린팅 기술이 주목 받고 있다.
특히, 롤임프린팅(roll imprinting) 기술은 표면에 원하는 크기의 패턴이 형성된 원통 형상의 롤스템프(roll stamp)를 사용하거나 원하는 크기의 패턴을 형성하는 몰드(mold)와 롤러를 사용하여 롤스탬프 또는 롤러의 회전 및 가압에 따라 웨이퍼와 같은 기판의 표면에 롤스탬프 또는 몰드에 형성된 패턴대로 광경화성수지(빛을 쏘이면 굳어짐)를 전사하는 기술이다. 이는 Plate-to-Plate 방식의 평판 임프린트 기술과 비교하여, 선압을 이용하기 때문에 가압효율성과 공정속도에서 우위에 있으며, 무엇보다 연속생산이 가능하다는 특징이 있다.
첨부 도면 도 1은 종래의 제1실시예에 따른 롤임프린트 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 종래의 제2실시예에 따른 롤임프린트 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1의 롤임프린트 장치는 표면에 가패턴부(E)가 형성된 롤러(PR)를 이용하여 일측에서 시작하여 타측 방향으로 이동하면서 수지(R)가 도포된 기판(P)의 상면을 일정한 방향과 일정한 압력 및 일정한 속도로 가압함으로써, 기판(P)에 수지(R)를 전사한다.
그러면, 유동성이 있는 수지(R)에서 발생할 수 있는 기포를 제거함과 동시에 가패턴부(E)와 기판(S)이 균일하게 접촉되도록 하여 가패턴부(E)에 형성된 미세 패턴이 수지(R) 전면에 걸쳐 일정하게 전사되도록 한다.
기판(P)은 투명한 합성수지 기판이나 갈륨비소(GaAs) 기판, 석영(quartz)기판, 알루미나(alumina) 기판이 사용될 수 있고, 실리콘 웨이퍼를 포함할 수 있다. 또한, 수지(R)는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetacrylate: PMMA) 등의 열가소성수지(thermoplastic resin) 또는 아크릴(Acrylate) 계열의 광경화성 수지가 사용될 수 있다.
광경화성 수지를 사용하는 경우, 상술한 바와 같이 기판(P)에 패턴이 전사되고 나면, 롤러(PR)의 가압력이 해제된 상태에서 패턴이 전사된 기판(P)에 자외선램프(UL)를 이용하여 광을 쏘임으로써, 패턴이 형성된 수지(R)가 기판(P)에서 경화되도록 한다.
도 2의 롤임프린트 장치는 노즐(N)을 통해 수지(R)를 기판(P)에 공급하고, 도포롤러(R3)를 통과하도록 기판(P)을 이동시키면 기판(P)의 표면에 수지(R)가 도포된다. 그리고 가패턴부(E)가 형성된 롤러(PR)가 회전하면서 수지(R)가 도포된 기판(P)을 제1가압롤러(R1)와 제2가압롤러(R2)가 일정한 방향과 일정한 압력 및 일정한 속도로 가압함으로써, 기판(P)에 수지(R)를 전사한다. 이때, 제1가압롤러(R1)와 제2가압롤러(R2)가 형성되어 기판(P)과 롤러(PR)의 밀착력을 향상시킨다. 여기서 롤러(PR)와 마주보도록 자외선램프(UL)를 설치함으로써, 롤러(PR)가 기판(P)을 가압한 상태에서 자외선램프(UL)의 광이 기판을 통과하여 기판(P)에 전사되는 수지(R)를 경화시킬 수 있게 된다.
그러면, 유동성이 있는 수지(R)에서 발생할 수 있는 기포를 제거함과 동시에 롤러(PR)의 가패턴부(E)와 기판(P)이 균일하게 접촉되도록 하고, 롤러(PR)의 가패턴부(E)에 형성된 미세 패턴이 수지(R) 전면에 걸쳐 일정하게 전사됨은 물론 기판(P)에 전사되느 수지(R)를 경화시킬 수 있다.
기판(P)은 투명한 합성수지 기판이나 갈륨비소(GaAs) 기판, 석영(quartz)기판, 알루미나(alumina) 기판이 사용될 수 있고, 실리콘 웨이포를 포함할 수 있다. 또한, 수지(R)는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmetacrylate: PMMA) 등의 열가소성수지(thermoplastic resin) 또는 아크릴(Acrylate) 계열의 광경화성 수지가 사용될 수 있다.
하지만, 종래 기술에 따른 롤임프린트 장치는 기판에 수지를 전사하기 위한 가압공정을 거친 후에 별도로 기판에 전사된 수지를 경화시키는 노광 공정을 거쳐야 하는 번거로움이 있었다.
또한, 가압공정과 노광 공정 사이에서는 압력이 해제된 채 수지가 전사된 기판이 이송되므로, 이송 과정에서 외부 요인(진동이나 충격)에 의해 기판에 전사된 수지의 형태가 파손되거나 변형될 수 있고, 이에 따라 제품 불량의 요인으로 작용하고 있다.
이에 대해 종래의 제2실시예에서와 같이 롤러가 기판에 수지를 전사하는 가압공정 상에서 기판에 압력이 가해진 상태에서 전사되는 수지를 경화시키도록 하고 있으나, 기판이 불투명인 경우, 자외선램프에서 발생된 광이 기판을 투과하지 못하여 기판에 전사되는 수지를 경화시킬 수 없다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기판의 투명도에 상관없이 가압 상태에서 기판에 전사된 수지를 경화시킬 수 있도록 하는 롤임프린트 장치를 제공함에 있다.
또한, 기판의 이송 과정에서 기판에 전사된 수지의 형태가 파손되거나 변형되는 것을 방지하고, 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 롤임프린트 장치를 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 기판 상에 수지를 전사하는 전사롤러를 사용하여 임프린트 리소그래피를 수행하기 위한 롤임프린트 장치에 있어서, 상기 전사롤러는 롤러지지대에 의해 지지되어 회전 운동하되 회전 중심에 안착홀이 관통 형성되는 투광성의 원통봉; 상기 안착홀에 삽입된 채 상기 롤러지지대에 고정되어 상기 기판의 표면을 향해 광을 조사하는 광조사부;를 포함하여 구성되고, 상기 원통봉의 외경에 따라 상기 기판의 이동 속도 또는 상기 원통봉의 회전속도가 조절되는 것을 특징으로 하는 롤임프린트 장치에 의해 달성된다.
여기서 상기 원통봉은 기판 상에 전사되는 수지의 패턴을 형성하도록 외주면에 가패턴부가 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
여기서 상기 전사롤러 또는 상기 기판의 상하좌우 이동을 선택적으로 수행하거나 상기 원통봉을 회전시키는 제1선형구동부;를 더 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 기판 상에 수지를 전사하여 임프린트 리소그래피를 수행하기 위한 롤임프린트 장치에 있어서, 롤러지지대에 의해 지지되어 회전 운동하는 적어도 두 개의 회전롤러; 상기 회전롤러를 상호 연결하도록 체결되는 투광성의 벨트;를 포함하되, 상기 회전롤러 중 적어도 어느 하나의 롤러는 상기 롤러지지대에 의해 지지되어 회전 운동하되 회전 중심에 안착홀이 관통 형성되는 투광성의 원통봉과, 상기 안착홀에 삽입된 채 상기 롤러지지대에 고정되어 상기 기판의 표면을 향해 광을 조사하는 광조사부를 포함하여 구성된 전사롤러이고, 상기 원통봉의 외경에 따라 상기 기판의 이동 속도 또는 상기 원통봉의 회전속도가 조절되는 것을 특징으로 하는 롤임프린트 장치에 의해 달성된다.
여기서 상기 벨트는 기판 상에 전사되는 수지의 패턴을 형성하도록 표면에 가패턴부가 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
여기서 선형지지대에 의해 지지되어 상기 회전롤러 또는 상기 기판의 상하좌우 이동을 선택적으로 수행하거나, 상기 회전롤러 중 적어도 하나의 롤러를 회전시키는 제1선형구동부;를 더 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
여기서 상기 전사롤러와 함께 이동되고, 상기 전사롤러의 일측에 설치되어 수지를 공급하는 노즐; 상기 전사롤러와 함께 이동되고, 상기 노즐에서 공급되는 수지량을 조절하는 블레이드;를 더 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
여기서 상기 광조사부는 상기 수지를 경화시키기 위한 광을 발생하는 발광체; 상기 롤러지지대에 고정된 채 상기 발광체가 삽입 안착되는 수용공간을 형성하고, 상기 수지가 전사되는 기판을 향해 광슬릿이 축방향을 따라 개구되는 광안내부;를 포함하여 구성되도록 하는 것이 바람직하다.
여기서 상기 발광체는 자외선램프와 LED램프와 레이저 중 어느 하나로 구성되도록 하는 것이 바람직하다.
여기서 상기 원통봉과 상기 광안내부 사이에는 베어링이 설치되도록 하는 것이 바람직하다.
삭제
여기서 상기 기판의 하부에 설치되어 회전 운동하는 구동롤러;를 더 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
여기서 상기 구동롤러의 상하좌우 이동을 선택적으로 수행하거나 상기 구동롤러를 회전시키는 제2선형구동부;를 더 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 기판의 투명도에 상관없이 가압 상태에서 기판에 전사된 수지를 경화시킬 수 있도록 하는 롤임프린트 장치가 제공된다.
또한, 기판의 이송 과정에서 기판에 전사된 수지의 형태가 파손되거나 변형되는 것을 방지하고, 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 롤임프린트 장치가 제공된다.
또한, 기판크기가 증가하고 고점성 수지의 적용 시에도 패턴전사 및 잔류층 두께의 균일성을 확보할 수 있고, 기판의 전면에 균일한 압력 전달이 용이하여 패턴전사의 신뢰성을 확보할 수 있는 롤임프린트 장치가 제공된다.
또한, 롤러를 이용하여 수지도포를 연속적으로 수행하고 임프린트 공정에 소요되는 시간과 비용을 절감할 수 있는 롤임프린트 장치가 제공된다.
도 1은 종래 제1실시예에 따른 롤임프린트 장치를 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 종래 제2실시예에 따른 롤임프린트 장치를 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 롤임프린트 장치를 개략적으로 도시한 도면,
도 4는 도 3에서 전사롤러의 구조를 개략적으로 도시한 단면도,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 롤임프린트 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 롤임프린트 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
첨부 도면 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 롤임프린트 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에서 전사롤러의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3과 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 롤임프린트 장치는 기판(P) 상에 수지(R)를 전사하는 전사롤러(3)를 사용하여 기판(P)에 수지(R)를 전사함과 동시에 기판(P)에 전사된 수지(R)를 경화시킬 수 있다.
여기서 전사롤러(3)는 롤러지지대(51)에 지지되어 회전 운동하도록 형성된 롤러로써, 원통봉(31)과 광조사부(32)로 구분할 수 있다.
원통봉(31)은 롤러지지대(51)에 의해 지지되어 회전 운동을 하되 회전 중심에 안착홀(31h)이 관통 형성되는 투광성의 롤러이다. 이때, 원통봉(31)은 기판(P) 상에 전사되는 수지(R)에 패턴을 형성하도록 외주면에 가패턴부(E)가 형성될 수 있다. 여기서 원통봉(31)은 석영(quartz)과 같은 투명한 재질로 형성될 수 있다.
광조사부(32)는 원통봉(31)의 안착홀(31h)에 삽입된 채 롤러지지대(51)에 고정되어 기판(P)의 표면을 향해 광을 조사하도록 하는 것으로, 발광체(32b)와 광안내부(32g)로 구분할 수 있다. 발광체(32b)는 수지(R)를 경화시키는 광을 발생하는 것으로 자외선램프와 LED램프와 레이저 중 어느 하나로 구성될 수 있다. 발광체(32b)에서 발생된 광은 기판(P)에 전사된 수지(R)를 경화시킬 수 있으면 충분하다. 광안내부(32g)는 롤러지지대(51)에 고정된 채 발광체(32b)가 삽입 안착되는 수용공간(32p)을 형성한다. 이때, 광안내부(32g)에는 기판(P)을 향해 광슬릿(32s)이 발광체(32b)의 길이 방향으로 개구되어 있다. 여기서 원통봉(31)과 광안내부(32g) 사이에는 베어링(34)이 설치되어 원통봉(31)의 회전 운동이 광안내부(32g)에 간섭되지 않도록 한다.
좀더 자세하게 전사롤러(3)의 구조를 살펴보면, 도 4에 도시된 바와 같이 원통봉(31)은 브라켓(33)에 고정되고, 광조사부(32)는 원통봉(31)의 안착홀(31h)에 삽입된 채 롤러지지대(51)에 고정되어 있다. 여기서 광조사부(32)를 고정시키는 롤러지지대(51)와 원통봉(31)을 고정시키는 광조사부(32) 사이에는 베어링(34)이 설치됨으로써, 광조사부(32)는 고정된 채 원통봉(31)만이 회전할 수 있도록 하고 있다.
또한, 상술한 본 발명의 제1실시예에 따른 롤임프린트 장치는 전사롤러(3)와 함께 이동되고 전사롤러(3)의 일측에 설치되어 수지(R)를 공급하는 노즐(N, 도 5 참조)을 더 포함할 수 있다. 또한, 노즐(N)의 형성에 따라 전사롤러(3)와 함께 이동되고 노즐(N)에서 공급되는 수지량을 조절하는 블레이드(BL, 도 5 참조)가 더 포함될 수 있다. 블레이드(BL)는 수지(R)의 도포량을 조절하면서 원통봉(31)에 형성된 가패턴부(E) 또는 패턴이 형성되어 원통봉(31)에 부착된 몰드(M)에 수지(R)가 연속적으로 도포되도록 한다. 블레이드(BL)는 수지(R)가 도포되는 과정에서 가패턴부(E) 또는 패턴이 형성되어 원통봉(31)에 부착된 몰드(M)에 수지(R)가 일정하게 도포될 수 있도록 플렉시블한 특성이 필요할 것이다. 또한, 블레이드(BL) 끝단은 수지(R)의 패턴 내 충진을 원활하게 수행할 수 있는 범위 내에서 가패턴부(E)가 형성된 원통봉(31)의 표면 또는 원통봉(31)에 부착된 몰드(M)의 표면에 변형을 주지 않도록 곡률을 형성할 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 제1실시예에 따른 롤임프린트 장치는 상술한 전사롤러(3) 또는 기판(P)의 상하좌우 이동을 선택적으로 수행하거나 원통봉(31)을 회전시키는 제1선형구동부(5)를 더 포함할 수 있다. 그러면 제1선형구동부(5)는 결합 형태에 따라 전사롤러(3)를 상하좌우 중 적어도 어느 한 방향으로 이동시키기도 하고, 기판(P)을 상하좌우 중 적어도 어느 한 방향으로 이동시키기도 하며, 원통봉(31)을 회전시키기도 한다. 일예로 제1선형구동부(5)는 회전모터와, 회전모터의 구동축과 원통봉(31)의 일측에 형성된 브라켓(33)을 연결하는 밸트 또는 체인으로 구성되어 회전모터의 회전력을 브라켓(33)에 전달하여 원통봉(31)이 회전되도록 할 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 제1실시예에 따른 롤임프린트 장치는 기판(P)의 하부에 설치되어 구동축(61)을 중심으로 회전 운동하는 구동롤러(6)를 더 포함할 수 있다. 좀더 자세하게는 도 3에 도시된 바와 같이 기판(P)을 사이에 두고 기판(P)의 상부에는 상술한 전사롤러(3)가 설치되고 기판(P)의 하부에는 구동롤러(6)가 설치된다. 그리고 구동롤러(6)의 형성에 따라 구동롤러(6) 또는 기판(P)의 상하좌우 이동을 선택적으로 수행하거나 구동롤러(6)를 회전시키는 제2선형구동부(7)를 더 포함할 수 있다. 그러면 제2선형구동부(7)는 결합 형태에 따라 구동롤러(6)를 상하좌우 중 적어도 어느 한 방향으로 이동시키기도 하고, 기판(P)을 상하좌우 중 적어도 어느 한 방향으로 이동시키기도 하며, 구동롤러(6)를 회전시키기도 한다. 일예로 제2선형구동부(7)는 회전모터와, 회전모터의 구동축과 구동롤러(6)의 일측에 형성된 브라켓(미도시)과 연결되는 밸트 또는 체인으로 구성되어 회전모터의 회전력을 브라켓(미도시)에 전달하여 구동롤러(6)가 회전되도록 할 수 있다.
그러면, 제1선형구동부(5)와 제2선형구동부(7)는 각각 전사롤러(3) 또는 구동롤러(6)를 회전시킬 수 있고, 전사롤러(3) 또는 구동롤러(6) 또는 기판(P)을 상하좌우로 이동시킬 수 있으므로, 일정한 방향과 일정한 압력 및 일정한 속도로 전사롤러(3)와 구동롤러(6)가 기판(P)을 가압하게 되어 균일하게 기판(P)에 수지(R)를 전사할 수 있다. 여기서 원통봉(31)의 외경에 따라 기판(P)의 이동 속도 또는 원통봉(31)의 회전 속도를 조절할 수 있다.
지금부터는 본 발명의 제1실시예에 따른 롤임프린트 장치의 동작에 대하여 설명한다.
기판(P)은 별도의 기판지지대(B, 도 5 참조)에 안착될 수 있고, 상술한 제1선형구동부(5) 또는 제2선형구동부(7)에 의해 이동될 수 있다. 기판(P)의 상부로 전사롤러(3)가 설치되고, 기판(P)의 하부에는 구동롤러(6)가 설치될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 수지(R)가 형성되어 있는 기판(P)에 패턴이 형성되어 있는 몰드(M)를 접촉시킬 때 전사롤러(3)를 이용하여 일정한 압력과 속도로 압착함으로써, 유동성이 있는 수지(R)에서 발생할 수 있는 기포를 제거함과 동시에 몰드(M)와 기판(P)이 균일하게 접촉되도록 하여 몰드(M)에 형성된 미세 패턴이 수지(R) 전면에 걸쳐 일정하게 전사되도록 한다. 이때, 몰드(M)면에는 수지(R)가 달라붙지 않도록 실란(silane) 또는 티올(thiol) 등의 자기조립막 처리를 통해 점착방지막을 형성하는 것이 바람직하고, 기판(P) 상에는 산처리 또는 산소플라즈마 처리를 하여 -OH기를 인가함으로써, 친수성 표면을 얻거나 별도의 점착막 코팅을 하는 것이 바람직하다.
여기서 도시되지 않았지만, 패턴이 형성된 몰드(M)가 원통봉(31)의 표면에 부착되어 있을 수 있고, 패턴이 형성된 몰드(M)를 접촉시키는 대신 가패턴부(E)가 형성된 전사롤러(3)를 이용할 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 제1실시예에 따른 롤임프린트 장치에서 원통봉(31) 외주면에 패턴을 형성하는 방법으로는 첫째, 원통봉(31)의 외주면에 가패턴부(E)를 직접 형성할 수 있고, 둘째, 몰드(M)와 같은 보조부재에 패턴을 형성한 다음 패턴이 형성된 보조부재를 원통봉(31)의 외주면에 부착시킬 수 있는 것이다.
그러면, 기판(P)이 고정된 상태에서 제1선형구동부(5)에 의해 이동되는 전사롤러(3)가 자전하면서 기판(P)을 압착할 수 있고, 제1선형구동부(5)에 의해 회전되는 전사롤러(3)가 기판(P)을 압착할 수 있다. 또한, 구동롤러(6)의 형성에 따라 구동롤러(6)가 제2선형구동부(7)에 의해 회전되거나, 제2선형구동부(7)가 기판(P)을 이동시킴에 따라 전사롤러(3)가 기판(P)을 압착할 수 있다. 노즐(N)과 블레이드(BL)가 더 형성되는 경우, 노즐(N)과 블레이드(BL)는 전사롤러(3)와 일체로 이동된다.
이러한 압착과정에서 전사롤러(3)에 형성된 광조사부(32)를 통해 기판(P)에 광을 조사함으로써, 수지(R)는 기판(P)에 전사됨과 동시에 경화될 수 있는 것이다. 이때, 원통봉(31)의 외경에 따라 기판(P)의 이동 속도 또는 원통봉(31)의 회전 속도 등을 조절함으로써, 광조사부(32)에서 조사되는 광을 조절할 수 있으므로 기판(P)을 압착한 상태에서 수지(R)를 균일하고 안정되게 경화시킬 수 있다.
지금부터는 본 발명의 제2실시예에 따른 롤임프린트 장치에 대하여 설명한다.
첨부 도면 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 롤임프린트 장치를 개략적으로 도시한 도면으로써, 도 5를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 롤임프린트 장치는 기판(P) 상에 수지(R)를 전사하는 회전롤러(1)를 사용하여 기판(P)에 수지(R)를 전사함과 동시에 기판(P)에 전사된 수지(R)를 경화시킬 수 있다.
여기서 회전롤러(1)는 롤러지지대(51)에 지지되어 회전 운동하도록 형성된 적어도 두 개의 롤러로써, 회전롤러(1) 중 적어도 어느 하나의 롤러가 전사롤러(3)로 구성된다. 그리고 투광성의 벨트(4)가 회전롤러(1)를 상호 연결하도록 체결된다. 이때, 벨트(4)에는 도시되지 않았지만, 수지(R)에 패턴을 형성하도록 표면에 가패턴부(E, 도 1 참조)가 형성될 수 있다. 여기서 도면부호 2는 롤러지지대(51)에 지지되어 지지축(21)을 중심으로 회전 운동하는 지지롤러이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 전사롤러(3)는 제1실시예에서와 같이 원통봉(31)과 광조사부(32)로 구분할 수 있다.
원통봉(31)은 롤러지지대(51)에 의해 지지되어 회전 운동을 하되 회전 중심에 안착홀(31h)이 관통 형성되는 투광성의 롤러이다. 여기서 원통봉(31)은 석영(quartz)과 같은 투명한 재질로 형성될 수 있다.
광조사부(32)는 원통봉(31)의 안착홀(31h)에 삽입된 채 롤러지지대(51)에 고정되어 기판(P)의 표면을 향해 광을 조사하도록 하는 것으로 발광체(32b)와 광안내부(32g)로 구분할 수 있다. 발광체(32b)는 수지(R)를 경화시키는 광을 발생하는 것으로 자외선램프와 LED램프와 레이저 중 어느 하나로 구성될 수 있다. 발광체(32b)에서 발생된 광은 기판(P)에 전사된 수지(R)를 경화시킬 수 있으면 충분하다. 광안내부(32g)는 롤러지지대(51)에 고정된 채 발광체(32b)가 삽입 안착되는 수용공간(32p)을 형성한다. 이때, 광안내부(32g)에는 기판(P)을 향해 광슬릿(32s)이 발광체(32b)의 길이 방향으로 개구되어 있다. 여기서 원통봉(31)과 광안내부(32g) 사이에는 베어링(34)이 설치되어 원통봉(31)의 회전 운동이 광안내부(32g)에 간섭되지 않도록 한다.
좀더 자세하게 전사롤러(3)의 구조를 살펴보면, 도 4에 도시된 바와 같이 원통봉(31)은 브라켓(33)에 고정되고, 광조사부(32)는 원통봉(31)의 안착홀(31h)에 삽입된 채 롤러지지대(51)에 고정되어 있다. 여기서 광조사부(32)를 고정시키는 롤러지지대(51)와 원통봉(31)을 고정시키는 광조사부(32) 사이에는 베어링(34)이 설치됨으로써, 광조사부(32)는 고정된 채 원통봉(31)만이 회전할 수 있도록 하고 있다.
또한, 상술한 본 발명의 제2실시예에 따른 롤임프린트 장치는 전사롤러(3)와 함께 이동되고 전사롤러(3)의 일측에 설치되어 수지(R)를 공급하는 노즐(N)을 더 포함할 수 있다. 또한, 노즐(N)의 형성에 따라 전사롤러(3)와 함께 이동되고 노즐(N)에서 공급되는 수지량을 조절하는 블레이드(BL)가 더 포함될 수 있다. 블레이드(BL)는 수지(R)의 도포량을 조절하면서 벨트(4)에 형성된 가패턴부(E) 또는 패턴이 형성되어 벨트(4)에 부착된 몰드(M)에 수지(R)가 연속적으로 도포되도록 한다. 블레이드(BL)는 수지(R)가 도포되는 과정에서 가패턴부(E) 또는 패턴이 형성되어 원통봉(31)에 부착된 몰드(M)에 수지(R)가 일정하게 도포될 수 있도록 플렉시블한 특성이 필요할 것이다. 또한, 블레이드(BL) 끝단은 수지(R)의 패턴 내 충진을 원활하게 수행할 수 있는 범위 내에서 가패턴부(E)가 형성된 벨트(4)의 표면 또는 원통봉(31)에 부착된 몰드(M)의 표면에 변형을 주지 않도록 곡률을 형성할 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 제2실시예에 따른 롤임프린트 장치는 선형지지대(52)에 의해 지지되어 상술한 회전롤러(1) 또는 기판(P)의 상하좌우 이동을 선택적으로 수행하거나 회전롤러(1) 중 적어도 하나의 롤러를 회전시키는 제1선형구동부(5)를 더 포함할 수 있다. 그러면 제1선형구동부(5)는 결합 형태에 따라 롤러지지대(51)에 의해 지지된 회전롤러(1)를 상하좌우 중 적어도 어느 한 방향으로 이동시키기도 하고, 기판(P)을 상하좌우 중 적어도 어느 한 방향으로 이동시키기도 하며, 회전롤러(1) 중 적어도 하나의 롤러를 회전시키기도 한다. 일예로 제1선형구동부(5)는 회전모터와, 회전모터의 구동축과 원통봉(31)의 일측에 형성된 브라켓(33)을 연결하는 밸트 또는 체인으로 구성되어 회전모터의 회전력을 브라켓(33)에 전달하여 원통봉(31)이 회전되도록 할 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 제2실시예에 따른 롤임프린트 장치는 기판(P)의 하부에 설치되어 구동축(61)을 중심으로 회전 운동하는 구동롤러(6, 도 3 참조)를 더 포함할 수 있다. 좀더 자세하게는 기판(P)을 사이에 두고 기판(P)의 상부에는 상술한 전사롤러(3)가 설치되고 기판(P)의 하부에는 구동롤러(6)가 설치된다. 그리고 구동롤러(6) 또는 기판(P)의 상하좌우 이동을 선택적으로 수행하거나 구동롤러(6)를 회전시키는 제2선형구동부(7, 도 3 참조)를 더 포함할 수 있다. 그러면 제2선형구동부(7)는 결합 형태에 따라 구동롤러(6)를 상하좌우 중 적어도 어느 한 방향으로 이동시키기도 하고, 기판(P)을 상하좌우 중 적어도 어느 한 방향으로 이동시키기도 하며, 구동롤러(6)를 회전시키기도 한다. 일예로 제2선형구동부(7)는 회전모터와, 회전모터의 구동축과 구동롤러(6)의 일측에 형성된 브라켓(미도시)과 연결되는 밸트 또는 체인으로 구성되어 회전모터의 회전력을 브라켓(미도시)에 전달하여 구동롤러(6)가 회전되도록 할 수 있다.
그러면, 제1선형구동부(5)와 제2선형구동부(7)는 각각 회전롤러(1) 또는 구동롤러(6)를 회전시킬 수 있고, 회전롤러(1) 또는 구동롤러(6) 또는 기판(P)을 상하좌우로 이동시킬 수 있으므로, 일정한 방향과 일정한 압력 및 일정한 속도로 회전롤러(1)와 구동롤러(6)가 기판(P)을 가압하게 되어 균일하게 기판(P)에 수지(R)를 전사할 수 있다. 여기서 원통봉(31)의 외경에 따라 기판(P)의 이동 속도 또는 원통봉(31)의 회전 속도를 조절할 수 있다.
지금부터는 본 발명의 제2실시예에 따른 롤임프린트 장치의 동작에 대하여 설명한다. 본 발명의 제2실시예에서는 기판(P)에 정위치되어 있는 몰드(M)를 벨트(4)에 부착한 다음 노즐(N)과 블레이드(BL)로 몰드(M) 표면에 수지(R)를 도포하고, 몰드(M)에 도포된 수지(R)를 기판(P)에 전사시키도록 하고 있다.
기판(P)은 기판지지대(B)에 안착될 수 있고, 상술한 제1선형구동부(5) 또는 제2선형구동부(7)에 의해 이동될 수 있다. 기판(P)의 상부로 전사롤러(3)가 설치되고, 기판(P)의 하부에는 구동롤러(6)가 설치될 수 있다.
먼저 몰드(M)가 정위치되어 있는 기판(P)에 벨트(4)를 접촉시키고, 기판(P)을 이동시키거나 회전롤러(1)를 이동시켜 기판(P)에 정위치된 몰드(M)가 벨트(4)에 부착되도록 한다. 그리고 기판지지대(B)에 안착된 기판(P)과 몰드(M)가 부착된 벨트(4)를 이격시킨 다음 회전롤러(1)와 기판(P)을 원위치로 복귀시킨다.
그런 다음, 도 5에 도시된 바와 같이 노즐(N)과 블레이드(BL)를 통하여 벨트(4)에 부착된 몰드(M)에 수지(R)를 도포하고, 기판(P)을 이동시키거나 회전롤러(1)를 이동시켜 몰드(M)와 기판(P)이 접촉되도록 한다. 이때 회전롤러(1)가 기판(P)을 일정한 압력과 속도로 압착함으로써, 유동성이 있는 수지(R)에서 발생할 수 있는 기포를 제거함과 동시에 몰드(M)와 기판(P)이 균일하게 접촉되도록 하여 몰드(M)에 도포된 수지(R)가 기판(P)에 전사되도록 한다. 이때, 몰드(M)면에는 수지(R)가 달라붙지 않도록 실란(silane) 또는 티올(thiol) 등의 자기조립막 처리를 통해 점착방지막을 형성하는 것이 바람직하고, 기판(P) 상에는 산처리 또는 산소플라즈마 처리를 하여 -OH기를 인가함으로써, 친수성 표면을 얻거나 별도의 점착막 처리를 하는 것이 바람직하다.
여기서 도시되지 않았지만, 몰드(M) 대신에 벨트(4)의 표면에 가패턴부(E)가 형성될 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 제2실시예에 따른 롤임프린트 장치에서 벨트(4)의 표면에 패턴을 형성하는 방법으로는 첫째, 벨트(4)의 표면에 가패턴부(E)를 직접 형성할 수 있고, 둘째, 상술한 몰드(M)와 같은 보조부재에 패턴을 형성한 다음 패턴이 형성된 보조부재를 벨트(4)의 표면에 부착시킬 수 있는 것이다.
그러면, 기판(P)이 고정된 상태에서 제1선형구동부(5)에 의해 이동되는 회전롤러(1)가 기판(P)을 압착할 수 있고, 롤러지지대(51)에 지지된 회전롤러(1)가 제1선형구동부(5)에 의해 이동되는 기판(P)을 압착할 수 있다. 또한, 구동롤러(6)의 형성에 따라 구동롤러(6)가 제2선형구동부(7)에 의해 회전되거나, 제2선형구동부(7)가 기판(P)을 이동시킴에 따라 회전롤러(1)가 기판(P)을 압착할 수 있다. 노즐(N)과 블레이드(BL)가 더 형성되는 경우, 노즐(N)과 블레이드(BL)는 회전롤러(1)와 일체로 이동된다.
이러한 압착과정에서 회전롤러(1) 중 전사롤러(3)에 형성된 광조사부(32)를 통해 기판(P)에 광을 조사함으로써, 수지(R)는 기판(P)에 전사됨과 동시에 경화될 수 있는 것이다. 이때, 원통봉(31)의 외경에 따라 기판(P)의 이동 속도 또는 원통봉(31)의 회전 속도를 조절함으로써, 광조사부(32)에서 조사되는 광을 조절할 수 있으므로 수지(R)를 균일하고 안정되게 경화시킬 수 있다.
몰드(M) 패턴 내에서 수지(R) 충진 후 기판(P)과의 접촉이 이루어지고 광조사부(32)에 의해 광이 조사되어 기판(P)에 도포된 수지(R)에서 경화가 이루어지는데, 이때 임프린트 레진의 특성상 접촉 상태에서만 경화가 이루어진다. 임프린트 공정에서는 저점성 아크릴(acrylate) 계열의 레진이 사용되는데, 대기에 오픈된 상태(산소존재)에서도 경화가 가능한 양이온 중합(cationic polymerization) 방식의 에폭시드(epoxide) 계열의 레진은 점성이 높고 점착 특성을 갖기 때문에 임프린트 공정에서는 고려되지 않기 때문이다.
따라서 본 발명의 제2실시예에 따르면 회전롤러(1)가 롤러지지대(51)에 의해 지지되어 구동되기 때문에 가패턴부(E) 또는 몰드(M)에 도포된 수지(R)와 기판(P)과의 접촉 시간이 길어지게 되어 롤러의 회전 속도를 높일 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명의 제1실시예에 따르는 경우 상대적으로 수지(R)와 기판(P)의 접촉시간이 짧기 때문에 높은 강도의 자외선광원 및 낮은 경화에너지를 갖는 레진을 선택하는 것이 바람직하나, 이와 같은 특성에 제약받지 않을 수 있는 장점이 있다.
또한, 수지(R)의 선택에 따라 광조사부(32)에서 높은 광도의 광을 사용하여 낮은 경화에너지를 갖는 제한된 범위에서 기판(P)에 도포되는 수지(R)를 경화시킬 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
1: 회전롤러 2: 지지롤러 21: 지지축
3: 전사롤러 31: 원통봉 31h: 안착홀
32: 광조사부 32b: 발광체 32g: 광안내부
32p: 수용공간 32s: 광슬릿 33: 브라켓
34: 베어링 4: 벨트 5: 제1선형구동부
51: 롤러지지대 52: 선형지지대 6: 구동롤러
61: 구동축 7: 제2선형구동부 N: 노즐
BL: 블레이드 B: 기판지지대 E: 가패턴부
P: 기판 R: 수지 M: 몰드

Claims (13)

  1. 기판 상에 수지를 전사하는 전사롤러를 사용하여 임프린트 리소그래피를 수행하기 위한 롤임프린트 장치에 있어서,
    상기 전사롤러는
    롤러지지대에 의해 지지되어 회전 운동하되 회전 중심에 안착홀이 관통 형성되는 투광성의 원통봉;
    상기 안착홀에 삽입된 채 상기 롤러지지대에 고정되어 상기 기판의 표면을 향해 광을 조사하는 광조사부;를 포함하여 구성되고,
    상기 원통봉의 외경에 따라 상기 기판의 이동 속도 또는 상기 원통봉의 회전속도가 조절되는 것을 특징으로 하는 롤임프린트 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원통봉은 기판 상에 전사되는 수지의 패턴을 형성하도록 외주면에 가패턴부가 형성되는 것을 특징으로 하는 롤임프린트 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전사롤러 또는 상기 기판의 상하좌우 이동을 선택적으로 수행하거나 상기 원통봉을 회전시키는 제1선형구동부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 롤임프린트 장치.
  4. 기판 상에 수지를 전사하여 임프린트 리소그래피를 수행하기 위한 롤임프린트 장치에 있어서,
    롤러지지대에 의해 지지되어 회전 운동하는 적어도 두 개의 회전롤러;
    상기 회전롤러를 상호 연결하도록 체결되는 투광성의 벨트;를 포함하되,
    상기 회전롤러 중 적어도 어느 하나의 롤러는
    상기 롤러지지대에 의해 지지되어 회전 운동하되 회전 중심에 안착홀이 관통 형성되는 투광성의 원통봉과, 상기 안착홀에 삽입된 채 상기 롤러지지대에 고정되어 상기 기판의 표면을 향해 광을 조사하는 광조사부를 포함하여 구성된 전사롤러이고,
    상기 원통봉의 외경에 따라 상기 기판의 이동 속도 또는 상기 원통봉의 회전속도가 조절되는 것을 특징으로 하는 롤임프린트 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 벨트는 기판 상에 전사되는 수지의 패턴을 형성하도록 표면에 가패턴부가 형성되는 것을 특징으로 하는 롤임프린트 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    선형지지대에 의해 지지되어 상기 회전롤러 또는 상기 기판의 상하좌우 이동을 선택적으로 수행하거나, 상기 회전롤러 중 적어도 하나의 롤러를 회전시키는 제1선형구동부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 롤임프린트 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전사롤러와 함께 이동되고, 상기 전사롤러의 일측에 설치되어 수지를 공급하는 노즐;
    상기 전사롤러와 함께 이동되고, 상기 노즐에서 공급되는 수지량을 조절하는 블레이드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 롤임프린트 장치.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광조사부는
    상기 수지를 경화시키기 위한 광을 발생하는 발광체;
    상기 롤러지지대에 고정된 채 상기 발광체가 삽입 안착되는 수용공간을 형성하고, 상기 수지가 전사되는 기판을 향해 광슬릿이 축방향을 따라 개구되는 광안내부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 롤 임프린트 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 발광체는 자외선램프와 LED램프와 레이저 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 롤임프린트 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 원통봉과 상기 광안내부 사이에는 베어링이 설치되는 것을 특징으로 하는 롤임프린트 장치.
  11. 삭제
  12. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 하부에 설치되어 회전 운동하는 구동롤러;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 롤임프린트 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 구동롤러의 상하좌우 이동을 선택적으로 수행하거나 상기 구동롤러를 회전시키는 제2선형구동부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 롤임프린트 장치.
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