KR101238628B1 - 회전 가능한 각형 롤 스탬프를 이용한 연속 나노 임프린트 장치 - Google Patents

회전 가능한 각형 롤 스탬프를 이용한 연속 나노 임프린트 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은, 나노 임프린트 리소그래피에 사용되는 장치로서, 평판 기판 및 유연 기판 모두에 적용이 가능하며 안정적인 패턴의 교체와 균일한 패턴 전사가 가능하게 하는, 회전 가능한 각형 롤 스탬프를 이용한 연속 나노 임프린트 장치를 제공함에 있다.

Description

회전 가능한 각형 롤 스탬프를 이용한 연속 나노 임프린트 장치 {Continuous nano-imprint system using rotatable angulated roll stamp}
본 발명은 나노 임프린트 리소그래피에 사용되는 장치로서, 평판 기판 및 유연 기판 모두에 적용이 가능하며 안정적인 패턴의 교체와 균일한 패턴 전사가 가능하게 하는, 회전 가능한 각형 롤 스탬프를 이용한 연속 나노 임프린트 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체의 제조 공정에서는 실리콘(Silicon)과 유리(Glass) 등의 기판에 마스크(Mask) 또는 스탬프(Stamp)의 형상을 전사시켜 대량으로 마이크로미터 혹은 나노미터 크기의 미세한 형상이 제작된다. 이처럼 기판 상의 수지 등에 마스크나 스탬프의 형상을 전사시키는 기술을 리소그래피(Lithography)라 통칭하는데, 리소그래피 기술은 레지스트(Resist)가 도포된 기판 위에 마스크를 정렬하여 위치시킨 후 빛을 조사하여 레지스트를 경화시켜 패턴을 형성하는 포토 리소그래피(Photo Lithography)와, 레지스트가 도포된 기판 위에 스탬프를 정렬하여 위치시킨 후, 스탬프와 기판이 밀착된 상태에서 가압을 한 후 가열하거나 자외선 등의 빛을 조사하는 등의 방법을 이용하여 레지스트를 경화시켜 패턴을 형성하는 임프린트 리소그래피(Imprint Lithography) 등이 있다.
실리콘, 유리 등과 같은 단단한 재질의 평판 기판에 임프린트 리소그래피 기술을 이용하여 패턴을 전사하는 방식에서는, 일반적으로 기판과 유사한 모양(웨이퍼 형태 등)으로 된 평판 스탬프가 사용된다. 한편, 최근에는 WGP(wire grid polarizer) 등 나노 패턴이 적용된 기능성 광학 필름의 생산을 위한 용도나, 유연 디스플레이, 태양전지, LED 등의 생산에 사용되기 위해, PC(polycarbonate), PDMS(Polydimethylsiloxane), PMMA(Polymethyl methacrylate) 등과 같이 유연한 재질로 된 기판에 임프린트 리소그래피 기술을 이용하여 패턴을 전사하는 방식 또한 널리 사용되고 있다. 이 경우에는 평판 스탬프가 아닌 롤(즉 원기둥) 형태의 스탬프가 사용된다.
그런데, 상술한 바와 같은 종래의 임프린트 장치의 경우 다음과 같은 여러 가지 문제점들이 지적되어 오고 있다.
평판 기판에의 임프린트 리소그래피를 위한 평판 스탬프를 이용한 임프린트 장치의 경우, 기판이 웨이퍼인 경우(즉 평판 기판) 이외에는 공정 진행이 어렵다는 문제가 있다. 또한 단일 스탬프를 사용하여 공정이 이루어지기 때문에 단위 시간당 작업 속도가 느려질 수밖에 없어 생산 효율이 크게 떨어지는 문제가 있다. 뿐만 아니라 스탬프의 형상이 한 가지로 정해져 있고 공정 중 이의 교체가 어렵기 때문에, 다중 패턴 전사 등을 위해 패턴 교체가 필요한 경우 정렬 등과 같은 준비 작업을 하기 위해 필요한 시간이 크게 늘어나, 생산 효율을 더욱 떨어뜨리는 요인이 되는 등의 문제가 있다.
유연 기판에의 임프린트 리소그래피를 위한 롤 스탬프를 이용한 임프린트 장치의 경우, 일반적으로 롤-롤 방식 또는 롤-평판 방식을 사용하여 상대적으로 생산성과 작업 속도를 향상시킬 수 있다. 이와 같이 롤 스탬프를 이용한 임프린트 장치에 관한 기술로, 한국특허등록 제1102027호("롤임프린트 장치", 2011.12.27), 일본특허공개 제2011-520641호("대면적 롤 투 롤 임프린트 리소그래피", 2011.07.21), 미국특허등록 제8192920호("Lithography method", 2012.06.05), 미국특허공개 제20100035163호("Fabrication of nanostructured devices", 2010.02.11) 등 다양한 기술이 개시되어 있다.
그런데, 일반적으로 임프린트 기술에서는 레지스트 경화를 위해 자외선을 조사하거나 열을 가하는 과정이 필수적으로 들어가게 되는데, 이러한 롤 스탬프를 이용한 임프린트 장치의 경우 다음과 같은 문제점들이 있다. 스탬프 및 기판 간의 접촉면이 딱딱할 경우 이론적으로 스탬프와 기판은 선접촉(line contact)을 하게 되는데, 이러한 매우 협소한 접촉면에 정확하게 자외선을 조사하기 위해, 자외선의 선폭이나 광량을 균일하게 조사하는데 어려움이 있다. 이를 해결하기 위해 쿠션층을 이용하는 방법이 도입되었으나, 이 경우에는 접촉면의 에지(edge) 부분에서 큰 집중 하중이 발생하기 때문에 패터닝이 균일하게 이루어지기 어려운 문제가 또 발생한다. 열을 이용하여 레지스트를 경화하는 경우에도, 이러한 문제 때문에 균일하게 온도를 올리기 어렵다.
1. 한국특허등록 제1102027호("롤임프린트 장치", 2011.12.27) 2. 일본특허공개 제2011-520641호("대면적 롤 투 롤 임프린트 리소그래피", 2011.07.21) 3. 미국특허등록 제8192920호("Lithography method", 2012.06.05) 4. 미국특허공개 제20100035163호("Fabrication of nanostructured devices", 2010.02.11)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 나노 임프린트 리소그래피에 사용되는 장치로서, 평판 기판 및 유연 기판 모두에 적용이 가능하며 안정적인 패턴의 교체와 균일한 패턴 전사가 가능하게 하는, 회전 가능한 각형 롤 스탬프를 이용한 연속 나노 임프린트 장치를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 회전 가능한 각형 롤 스탬프를 이용한 연속 나노 임프린트 장치는, 임프린트 리소그래피(imprint lithography)에 사용되는 임프린트 장치(100)로서, 중심축에 회전 수단(115)이 구비되어 회전 가능하게 형성되며, 중심축에 수직한 방향으로의 단면이 다각형을 이루는 형상으로 형성되어 각 측면에 스탬프 패턴이 형성되는 각형 롤 스탬프(110); 상기 각형 롤 스탬프(110)의 수직 방향 위치를 변경하는 수직 이동 수단(120); 상기 각형 롤 스탬프(110)의 수평 방향 위치를 변경하는 수평 이동 수단(130); 상기 각형 롤 스탬프(110) 하부에 구비되어 상기 각형 롤 스탬프(110)의 수직 이동에 의하여 패턴이 임프린트되도록 레지스트(resist)가 도포된 기판(500)이 배치되며, 상기 기판(500)을 수평 방향으로 이송하는 기판 이송 수단(140); 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 임프린트 장치(100)는, 상기 수직 이동 수단(120)에 구비되며, 상기 각형 롤 스탬프(110) 및 상기 기판(500)의 접촉 시 완충 역할을 하는 가압부(125); 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 때 상기 가압부(125)는, 상기 각형 롤 스탬프(110)의 중심축에 연결 구비되는 연결대(125a), 상기 연결대(125a)의 상부에 구비되며 하부에 걸림 구조가 형성되는 하우징(125b), 상기 연결대(125a)와 연결되며 상기 하우징(125b) 내부에 상기 하우징(125b)에 의하여 안내되어 수직 방향으로 이동 가능하게 구비되되 상기 하우징(125b)의 걸림 구조에 걸리도록 형성되는 지지대(125c), 상기 하우징(125b) 내측 상면 및 상기 지지대(125c) 상면 사이에 개재 구비되는 적어도 하나 이상의 제1탄성체(125d), 상기 지지대(125c) 하면 및 상기 하우징(125b) 걸림 구조 사이에 개재 구비되는 적어도 하나 이상의 제2탄성체(125e)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 임프린트 장치(100)는, 상기 수직 이동 수단(120)은 상기 각형 롤 스탬프(110)의 중심축에 연결 구비되고, 상기 수평 이동 수단(130)은 상기 수직 이동 수단(130)에 연결 구비되는 것이 바람직하다.
또한 상기 임프린트 장치(100)는, 상기 수직 이동 수단(120)에 구비되며, 상기 각형 롤 스탬프(110)에 의하여 상기 기판(500)에 가해지는 하중을 측정하는 압력 센서; 를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 상기 임프린트 장치(100)는, 상기 기판 이송 수단(140) 하부에 구비되어 상기 각형 롤 스탬프(110)에 의하여 패턴이 임프린트된 상기 기판(500) 상의 레지스트를 경화하는 경화 수단(150); 을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 때 상기 경화 수단(150)은, 가열을 수행하는 가열 장치(151), 냉각을 수행하는 냉각 장치(152), 자외선을 조사하는 자외선 조사 장치(153) 중 선택되는 적어도 하나의 장치를 포함하여 이루어지며, 상기 장치(151)(152)(153)는 상기 각형 롤 스탬프(110)에 상응하는 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다. 또한 이 때 상기 경화 수단(150)은, 상기 장치(151)(152)(153)가 복수 개일 경우, 상기 장치(151)(152)(153)들 중 하나를 상기 각형 롤 스탬프(110)에 상응하는 위치에 선택적으로 교체 배치하는 교체 수단(155)을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 또한 이 때 상기 교체 수단(155)은, 회전 가능한 평판 형태로 이루어져, 상기 장치(151)(152)(153)들이 상기 평판 상에 방사상으로 배치되도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 기판 이송 수단(140)은, 상기 기판(500)이 웨이퍼 형상을 포함하는 평판 기판일 경우, 컨베이어 벨트 형태로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 또는 상기 기판 이송 수단(140)은, 상기 기판(500)이 필름 형상의 유연 기판일 경우, 상기 기판(500)이 권취되거나 상기 기판(500)에 접촉되어 회전하여 상기 기판(500)의 이송을 안내하는 복수 개의 롤을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서의 각형 롤 스탬프는 평평한 스탬프면을 가지고 있으면서도 전체적으로는 회전 가능한 롤 형태로 되어 있기 때문에, 종래의 평판 스탬프의 장점 및 롤 스탬프의 장점을 모두 얻을 수 있다. 즉 본 발명에 의하면, 먼저 임프린트 리소그래피 장치에 회전 가능한 각형 롤 스탬프를 도입함으로써, 스탬프 상의 패턴을 평판 기판 또는 유연 기판 등 기판의 재질에 관계없이 용이하게 전사할 수 있는 큰 효과가 있다.
구체적으로 설명하자면, 본 발명에 의하면, 각형 롤 스탬프의 스탬프면 자체는 평평하게 되어 있기 때문에 균일한 가압이 가능하고, 또한 균일한 자외선 조사나 가열 또한 종래의 롤 스탬프의 경우보다 훨씬 용이하게 이루어질 수 있는 효과가 있다. 또한, 스탬프의 전체적인 형상이 회전 가능한 롤 형태로 되어 있기 때문에, 종래의 평판 스탬프의 경우와는 달리 반복적이고 연속적인 전사 작업이 가능하여, 단위 시간당 작업 속도 및 생산 속도를 훨씬 향상시킬 수 있는 큰 효과가 있다.
더불어, 각형 롤 스탬프를 회전시키면서 스탬프와 기판 사이의 접촉각을 변화시켜 유연하게 서로 떨어지게 할 수 있어, 생산성이 향상되고 제품 질 또한 더욱 우수해지게 할 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라 각형 롤 스탬프의 각 스탬프면에 구조와 형상이 다른 다양한 패턴이 형성되도록 할 수 있어, 스탬프 교체가 필요할 경우 종래와는 달리 정렬 등을 위한 준비 시간이 거의 필요하지 않아, 생산성을 더욱 극대화시킬 수 있는 큰 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 회전 가능한 각형 롤 스탬프를 이용한 연속 나노 임프린트 장치의 일실시예의 개략도.
도 2는 본 발명의 각형 롤 스탬프의 패턴 전사 원리.
도 3은 본 발명의 각형 롤 스탬프의 연속 공정 원리.
도 4는 도 1의 경화 수단의 일실시예.
도 5는 도 1의 가압부의 일실시예.
도 6는 도 5의 가압부에 의한 접촉 상태.
도 7은 도 5의 가압부에 의한 가압 상태.
도 8 내지 도 14는 본 발명의 회전 가능한 각형 롤 스탬프를 이용한 연속 나노 임프린트 공정 단계들.
도 15는 본 발명의 임프린트 장치를 유연 기판에 적용한 다른 실시예.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 회전 가능한 각형 롤 스탬프를 이용한 연속 나노 임프린트 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 회전 가능한 각형 롤 스탬프를 이용한 연속 나노 임프린트 장치의 일실시예의 개략도를, 도 2는 본 발명의 각형 롤 스탬프의 패턴 전사 원리를, 도 3은 본 발명의 각형 롤 스탬프의 연속 공정 원리를 도시하고 있다.
본 발명의 임프린트 장치(100)는 기본적으로 임프린트 리소그래피(imprint lithography)에 사용되는 것이다. 임프린트 리소그래피에 사용되는 스탬프는 일반적으로 웨이퍼 형상과 같은 평판 형태로 만들어지거나 또는 원기둥 형상의 롤 형태로 만들어져 왔는데, 앞서 설명한 바와 같이 평판 스탬프 또는 롤 스탬프 각각 여러 문제점들이 있었다. 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여, 기본적으로 중심축을 중심으로 회전 가능한 회전체 형태로 형성되어 롤 스탬프의 장점을 가질 수 있으면서, 패턴이 형성된 스탬프면 자체는 평평한 면으로 형성되어 평판 스탬프의 장점도 가질 수 있도록 개선된 각형 롤 스탬프(110)를 제시한다.
상기 각형 롤 스탬프(110)는, 도 1 내지 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 중심축에 회전 수단(115)이 구비되어 회전 가능하게 형성되며, 중심축에 수직한 방향으로의 단면이 다각형을 이루는 형상으로 형성되어 각 측면에 스탬프 패턴이 형성되도록 이루어진다. 즉, 상기 각형 롤 스탬프(110)는 도 1 하단에 도시된 바와 같이 다각기둥과 같은 형상으로 이루어지며, 이 다각기둥의 측면부에 패턴이 형성되어 스탬프면(stamp face)을 형성하도록 하는 것이다. 물론 각 스탬프면에 형성되는 패턴들은 모두 서로 다를 수도 있고, 필요에 따라 일부 또는 전체가 동일하게 되도록 할 수도 있다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 각형 롤 스탬프(110)이 기판(500)을 향해 하강 이동하면, 상기 기판(500) 상에 도포된 레지스트(resist)에 상기 각형 롤 스탬프(110)의 스탬프면(1)에 형성되어 있는 패턴이 전사된다. 이 때, 상기 각형 롤 스탬프(110)의 스탬프면은 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 평판형으로 형성되어 있기 때문에, 종래의 롤 스탬프와는 달리 상기 기판(500)에 균일하게 접촉될 수 있으며, 따라서 균일한 패턴 전사가 이루어질 수 있다. 또한, 상기 각형 롤 스탬프(110)가 회전 가능하게 이루어져 있기 때문에, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 상기 각형 롤 스탬프(110)가 회전하여 줌으로써 스탬프면(2)에 형성되어 있는 패턴의 전사가 이루어질 수 있어, 종래의 평판 스탬프와는 달리 다수 개의 스탬프를 사용하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있게 되어 작업 속도 및 생산성이 크게 향상될 수 있다. 특히, 패턴을 교체해야 하는 경우에는 단지 상기 각형 롤 스탬프(110)의 각 스탬프면에 서로 다른 패턴이 형성되어 있도록 하기만 하면, (스탬프 자체의 교체 없이도) 상기 각형 롤 스탬프(110)의 회전만으로도 패턴을 교체할 수 있어, 연속적인 공정이 가능하고 (교체 등에 필요한) 준비 시간이 비약적으로 단축될 수 있다.
상기 수직 이동 수단(120)은 상기 각형 롤 스탬프(110)의 수직 방향 위치를 변경하는 역할을 하며, 상기 수평 이동 수단(130)은 상기 각형 롤 스탬프(110)의 수평 방향 위치를 변경하는 역할을 한다. 상기 수직 이동 수단(120) 및 상기 수평 이동 수단(130)은 상기 각형 롤 스탬프(110)의 수직 또는 수평 방향의 위치를 변경해 줄 수 있기만 하다면 어떻게 형성되어도 무방하며, 일반적인 나노 임프린트 장치에 구비되는 수직/수평 이동 수단들의 구성을 채용하여도 무방하므로, 그 상세한 구조에 대한 설명은 생략한다. 다만 (이후 보다 상세히 설명하겠지만) 임프린트 공정에서는 수직 방향의 이동이 패턴 전사를 위한 가압 등 직접적인 공정에 보다 주요하게 관련되는 등, 수평 방향의 이동보다는 수직 방향의 이동이 보다 정밀한 제어 및 조작이 필요하므로, 이러한 점을 고려하여 상기 수직 이동 수단(120)은 상기 각형 롤 스탬프(110)의 중심축에 연결 구비되고, 상기 수평 이동 수단(130)은 상기 수직 이동 수단(130)에 연결 구비되도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 상기 수직 이동 수단(120) 자체가 상기 수평 이동 수단(130)에 안정적으로 지지되어 있음으로써, 상기 수직 이동 수단(120)의 수직 방향의 동작들이 보다 안정적으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 임프린트 장치(100)는, 상기 수직 이동 수단(120)에 구비되며, 상기 각형 롤 스탬프(110) 및 상기 기판(500)의 접촉 시 완충 역할을 하는 가압부(125)를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 가압부(125)는 상기 각형 롤 스탬프(110) 및 상기 기판(500)이 접촉할 때, 상기 기판(500)에 지나친 충격이 가해지는 것을 방지하면서 또한 상기 각형 롤 스탬프(110)가 상기 기판(500)을 균일하게 눌러 줌으로써 균일한 패턴 전사가 가능하도록 해 주는 역할을 한다.
상기 가압부(125)의 한 실시예가 도 5에, 또한 도 5의 가압부에 의한 접촉 상태 및 가압 상태가 도 6 및 도 7에 각각 도시되어 있다. 도 5의 실시예에서, 상기 가압부(125)는 연결대(125a), 하우징(125b), 지지대(125c), 제1탄성체(125d), 제2탄성체(125e)를 포함하여 이루어진다.
상기 연결대(125a)는 상기 각형 롤 스탬프(110)의 중심축에 연결 구비된다. 상기 하우징(125b)은 상기 연결대(125a)의 상부에 구비되며, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 하부에 걸림 구조가 형성되어 있다. 상기 지지대(125c)는 상기 연결대(125a)와 연결되어 상기 하우징(125b) 내부에 상기 하우징(125b)에 의하여 안내되어 수직 방향으로 이동 가능하게 구비되는데, 도시된 바와 같이 상기 지지대(125c)는 상기 하우징(125b)의 걸림 구조에 걸림으로써 상기 하우징(125b)에서 이탈되지 않도록 형성된다. 이 때 상기 하우징(125b) 내에는, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 하우징(125b) 내측 상면 및 상기 지지대(125c) 상면 사이에 개재 구비되는 적어도 하나 이상의 제1탄성체(125d), 상기 지지대(125c) 하면 및 상기 하우징(125b) 걸림 구조 사이에 개재 구비되는 적어도 하나 이상의 제2탄성체(125e)가 구비된다. 이에 따라 상기 제1탄성체(125d) 및 상기 제2탄성체(125e)의 탄성력에 의하여, 상기 지지대(125c)의 상하 움직임이 발생할 때 완충 작용이 이루어진다.
도 5 내지 도 7을 통해 이를 보다 상세히 설명한다. 먼저, 도 5에서와 같이 상기 각형 롤 스탬프(110)와 상기 기판(500)이 접촉하지 않은 상태에서는, 상기 각형 롤 스탬프(110), 상기 연결대(125a), 상기 지지대(125c) 모두의 자중에 의하여, 상기 지지대(125c)는 상기 하우징(125b)에 안내되어 하방으로 힘을 받게 된다. 이 때 상기 제1탄성체(125d)는 인장되고 상기 제2탄성체(125e)는 수축되며, 상기 제1탄성체(125d) 및 상기 제2탄성체(125e)의 탄성력과 자중에 의한 힘이 균형을 이루는 지점에 상기 지지대(125c)의 초기 위치가 형성되게 된다.
도 6은 상기 수직 이동 수단(120)이 상기 각형 롤 스탬프(110)를 하강시킴으로써 상기 각형 롤 스탬프(110)와 상기 기판(500)이 접촉한 상태를 도시하고 있다. 상기 각형 롤 스탬프(110) 및 상기 기판(500)이 단지 접촉만 한 상태에서는, 상기 각형 롤 스탬프(110)의 스탬프면이 상기 기판(500) 상에 가하는 힘(F)이 0이며, 따라서 상기 하우징(125b) 및 상기 지지대(125c) 간 수직 방향 상대 위치의 변화는 없다.
도 7은 상기 수직 이동 수단(120)이 상기 각형 롤 스탬프(110)를 도 6의 상태보다 더 하강시킨 상태를 도시하고 있다. 즉 도 7에 도시된 바와 같이 상기 하우징(125b)이 더 하방으로 이동되게 되는데, 상기 각형 롤 스탬프(110)는 이미 상기 기판(500)에 접촉되어 있기 때문에 더 하강할 수 없으므로, 상기 각형 롤 스탬프(110)에 연결된 상기 연결대(125a) 및 상기 지지대(125c)는 수직 방향으로의 움직임이 없게 된다. 따라서 상기 하우징(125b) 및 상기 지지대(125c) 간 수직 방향 상대 위치가 도 7에서 △z로 표시되어 있는 만큼 발생되게 된다. 이 때, 상기 제1탄성체(125d)는 초기 위치에서보다 수축하고, 상기 제2탄성체(125e)는 초기 위치에서보다 인장되므로, 이에 따라 상기 각형 롤 스탬프(110)의 스탬프면이 상기 기판(500) 상에 가하는 힘(F)은 상기 탄성체들(125d)(125e)의 탄성계수들의 합에 상대 위치 변화량 △z를 곱한 값만큼 발생된다. 이 힘에 의하여 상기 각형 롤 스탬프(110)의 스탬프면은 상기 기판(500)을 가압하게 되며, 따라서 상기 기판(500) 상에 패턴이 전사될 수 있게 된다.
상술한 바와 같이 패턴 전사 시에는 상기 각형 롤 스탬프(110)에 의하여 상기 기판(500)에 하중이 가해지게 되는데, 이 때 이 하중의 크기를 정확하게 측정하고 제어하기 위하여, 상기 수직 이동 수단(120)에는 로드셀(load cell) 등과 같은 압력 센서(미도시)가 더 구비되는 것이 바람직하다.
상기 기판 이송 수단(140)은, 상기 각형 롤 스탬프(110) 하부에 구비되어 상기 각형 롤 스탬프(110)의 수직 이동에 의하여 패턴이 임프린트되도록 레지스트(resist)가 도포된 기판(500)이 배치되며, 상기 기판(500)을 수평 방향으로 이송하는 역할을 한다.
이 때, 상기 기판 이송 수단(140)의 형태는 상기 기판(500)의 형태에 따라 달라질 수 있다. 상기 기판(500)이 웨이퍼 형상을 포함하는 평판 기판일 경우, 상기 기판 이송 수단(140)은 도 1 등에 도시된 바와 같은 컨베이어 벨트 형태로 이루어질 수 있다. 또는 상기 기판(500)이 필름 형상의 유연 기판일 경우, 상기 기판 이송 수단(140)은 도 15에 도시되어 있는 바와 같이 상기 기판(500)이 권취되거나 상기 기판(500)에 접촉되어 회전하여 상기 기판(500)의 이송을 안내하는 복수 개의 롤을 포함하여 이루어질 수 있다. 즉 본 발명의 임프린트 장치(100)는, 상기 기판 이송 수단(140)의 형태만 변경해 줌으로써 평판 기판이나 유연 기판 모두에 대하여 임프린트 공정을 수행할 수 있다.
종래에는 평판 기판에 임프린트를 하기 위한 장치는 평판 스탬프를 사용하게 되어 있으며 그 구성상 (필름 등과 같은 형태로 된) 유연 기판에 임프린트를 수행하는 것은 전혀 불가능하였고, 반대로 유연 기판에 임프린트를 하기 위한 장치는 롤 스탬프를 사용하게 되어 있으며 역시 그 구성상 (웨이퍼 등과 같은 형태로 된) 평판 기판에 임프린트를 수행하는 것이 전혀 불가능하였다. 즉 종래의 임프린트 장치의 경우 기판이 평판 형태인지 유연 형태인지에 따라 장치 구성 자체가 제한되었으며, 따라서 다양한 기판을 생산하기 위해서는 기판 형태에 따른 장치들을 별도로 설비해야만 했다. 그러나 본 발명의 임프린트 장치(100)는 상술한 바와 같이, 평판 기판이든 유연 기판이든, 기판의 형태에 무관하게 임프린트 공정의 수행이 가능하며, 따라서 기판의 형태에 따라 상기 기판 이송 수단(500)만 변경해 주면 되기 때문에, 장치 설비를 위한 비용이 종래에 비해 비약적으로 저감될 수 있는 큰 경제적 효과를 얻을 수 있다.
본 발명 임프린트 장치(100)는 또한, 상기 기판 이송 수단(140) 하부에 구비되어 상기 각형 롤 스탬프(110)에 의하여 패턴이 임프린트된 상기 기판(500) 상의 레지스트를 경화하는 경화 수단(150)을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 경화 수단(150)은 레지스트의 물성에 따라 달라지는데, 열에 반응하여 경화가 이루어지는 레지스트의 경우 가열을 수행하는 가열 장치(151)나 냉각을 수행하는 냉각 장치(152)가 될 수 있으며, 또는 자외선에 반응하여 경화가 이루어지는 레지스트의 경우 자외선을 조사하는 자외선 조사 장치(153)일 수 있다. 즉 상기 경화 수단(150)은, 가열을 수행하는 가열 장치(151), 냉각을 수행하는 냉각 장치(152), 자외선을 조사하는 자외선 조사 장치(153) 중 선택되는 적어도 하나의 장치를 포함하여 이루어질 수 있다. 물론 이 때 상기 장치(151)(152)(153)는 상기 각형 롤 스탬프(110)에 상응하는 위치에 배치되게 된다.
또한, 상기 경화 수단(150)은 상기 장치(151)(152)(153)를 복수 개 포함하여 이루어질 수 있다. 이처럼 상기 장치(151)(152)(153)가 복수 개일 경우, 상기 경화 수단(150)은 상기 장치(151)(152)(153)들 중 하나를 상기 각형 롤 스탬프(110)에 상응하는 위치에 선택적으로 교체 배치하는 교체 수단(155)을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 이러한 교체 수단(155)의 한 실시예가 도 4에 도시되어 있는데, 이 경우 상기 교체 수단(155)은 회전 가능한 평판 형태로 이루어져, 상기 장치(151)(152)(153)들이 상기 평판 상에 방사상으로 배치되도록 형성된다.
도 8 내지 도 14를 통해, 본 발명의 임프린트 장치(100)를 이용한 연속 나노 임프린트 공정 단계를 보다 상세히 설명한다.
도 8에 도시된 바와 같이 먼저 상기 각형 롤 스탬프(110)를 (도 8을 기준으로) 반시계 방향으로 약간 회전시킨 상태에서, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 수직 이동 수단(120)으로 상기 각형 롤 스탬프(110)를 하강시킨다. 그러면 상기 각형 롤 스탬프(110)의 한 꼭지점이 도 9처럼 상기 기판(500) 상에 접촉하게 된다.
이 상태에서, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 수직 이동 수단(120) 및 상기 수평 이동 수단(130)으로 상기 각형 롤 스탬프(110)를 수직 및 수평 방향으로 이동시키면서, 상기 회전 수단(115)을 이용하여 상기 각형 롤 스탬프(110)를 시계 방향으로 약간 회전시키면, 상기 각형 롤 스탬프(110)의 스탬프면이 상기 기판(500)과 평행하게 되면서 상기 각형 롤 스탬프(110)의 스탬프면과 상기 기판(500)이 접촉하게 된다. 이 때 상기 수직 이동 수단(120)으로 좀더 상기 각형 롤 스탬프(110)를 하강시키면, (도 7에서와 같이) 상기 각형 롤 스탬프(110)가 상기 기판(500)을 가압하면서 상기 기판(500) 상의 레지스트에 패턴이 전사되게 된다.
이 때 도 11에 도시된 바와 같이 상기 경화 수단(150)을 이용하여 상기 기판(500) 상의 레지스트를 경화하게 되는데, 앞서 설명한 바와 같이 레지스트의 종류에 따라 상기 경화 수단(150)은 가열을 하는 장치일 수도 있고 자외선을 조사하는 장치일 수도 있는 등 적절히 변경 실시될 수 있다.
이와 같이 패턴의 전사 및 경화가 완료되고 나면, 도 12에 도시된 바와 같이 상기 수직 이동 수단(120) 및 상기 수평 이동 수단(130)으로 상기 각형 롤 스탬프(110)를 수직 및 수평 방향으로 이동시키면서, 상기 회전 수단(115)을 이용하여 상기 각형 롤 스탬프(110)를 시계 방향으로 회전시킨다. 이와 같이 하면, 상기 각형 롤 스탬프(110)가 한쪽에서부터 상기 기판(500)으로부터 자연스럽게 떨어져 나오게 된다. 이와 같이 본 발명의 임프린트 장치(100)에서는, 패턴 전사 후 상기 각형 롤 스탬프(110)를 회전시키면서 떼어냄으로써, 상기 각형 롤 스탬프(110) 및 상기 기판(500) 사이에 존재하는 면접촉력에 의한 영향을 훨씬 줄여, 전사 완료된 패턴의 추후 손상 등의 문제점 발생 가능성을 훨씬 극소화시켜 준다. 물론 이 원리는 상기 도 8 내지 도 10의 (스탬프 - 기판 간) 접촉 과정에도 똑같이 적용된다. 즉 본 발명의 임프린트 장치(100)는, 상기 각형 롤 스탬프(110)를 상기 기판(500)에 접촉시키거나 또는 떼어낼 때 회전 동작이 부가되도록 함으로써, 스탬프 - 기판 간 면접촉력에 의한 영향을 훨씬 감소시켜 준다. 종래 평판 스탬프의 경우 이러한 문제 때문에 패턴 전사가 불균일하게 이루어지거나, 패턴 전사 후 스탬프가 잘 안 떨어지거나, 스탬프를 떼어낼 때 패턴이 손상되는 등의 문제점이 발생하는 경우가 있었다. 그러나, 본 발명의 경우 상술한 바와 같이 면접촉력의 영향을 극소화시켜 주므로 이러한 문제 발생 가능성이 훨씬 낮아지며, 궁극적으로는 품질 관리 측면에서 훨씬 유리해지는 효과를 얻을 수 있게 된다.
이처럼 상기 각형 롤 스탬프(110)를 상기 기판(500)으로부터 떼어낸 후에는, 도 13에 도시된 바와 같이 상기 각형 롤 스탬프(110)를 더욱 상승시켜 상기 기판(500)과 이격되도록 한 후, 도 14에 도시된 바와 같이 상기 수평 이동 수단(130)을 이용하여 상기 각형 롤 스탬프(110)( 및 이에 따라 상기 경화 수단(150)도 함께)를 다음 공정을 위한 위치로 이동시킨다. 이후, 다시 앞서의 과정을 반복해 줌으로써, 연속적인 나노 임프린트 공정을 수행할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100: (본 발명의) 임프린트 장치
110: 각형 롤 스탬프 115: 회전 수단
120: 수직 이송 수단 125: 가압부
125a: 연결대 125b: 하우징
125c: 지지대 125d: 제1탄성체
125e: 제2탄성체 130: 수평 이송 수단
140: 기판 이송 수단 150: 경화 수단
151: 가열 장치 152: 냉각 장치
153: 자외선 조사 장치 155: 교체 수단
500: 기판

Claims (11)

  1. 임프린트 리소그래피(imprint lithography)에 사용되는 임프린트 장치(100)로서,
    중심축에 회전 수단(115)이 구비되어 회전 가능하게 형성되며, 중심축에 수직한 방향으로의 단면이 다각형을 이루는 형상으로 형성되어 각 측면에 스탬프 패턴이 형성되는 각형 롤 스탬프(110);
    상기 각형 롤 스탬프(110)의 수직 방향 위치를 변경하는 수직 이동 수단(120);
    상기 각형 롤 스탬프(110)의 수평 방향 위치를 변경하는 수평 이동 수단(130);
    상기 각형 롤 스탬프(110) 하부에 구비되어 상기 각형 롤 스탬프(110)의 수직 이동에 의하여 패턴이 임프린트되도록 레지스트(resist)가 도포된 기판(500)이 배치되며, 상기 기판(500)을 수평 방향으로 이송하는 기판 이송 수단(140);
    을 포함하여 이루어지며,
    상기 각형 롤 스탬프(110)는 상기 기판(500)과 접촉 시 또는 분리 시에 수직 운동, 수평 운동 및 회전 운동이 동시에 일어나도록 형성되어, 접촉 과정 또는 분리 과정에서 상기 각형 롤 스탬프(110)의 측면 및 상기 기판(500) 상면 간에 점진적으로 접촉 면적이 증가하거나 감소하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전 가능한 각형 롤 스탬프를 이용한 연속 나노 임프린트 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 임프린트 장치(100)는
    상기 수직 이동 수단(120)에 구비되며, 상기 각형 롤 스탬프(110) 및 상기 기판(500)의 접촉 시 완충 역할을 하는 가압부(125);
    를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전 가능한 각형 롤 스탬프를 이용한 연속 나노 임프린트 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 가압부(125)는
    상기 각형 롤 스탬프(110)의 중심축에 연결 구비되는 연결대(125a), 상기 연결대(125a)의 상부에 구비되며 하부에 걸림 구조가 형성되는 하우징(125b), 상기 연결대(125a)와 연결되며 상기 하우징(125b) 내부에 상기 하우징(125b)에 의하여 안내되어 수직 방향으로 이동 가능하게 구비되되 상기 하우징(125b)의 걸림 구조에 걸리도록 형성되는 지지대(125c), 상기 하우징(125b) 내측 상면 및 상기 지지대(125c) 상면 사이에 개재 구비되는 적어도 하나 이상의 제1탄성체(125d), 상기 지지대(125c) 하면 및 상기 하우징(125b) 걸림 구조 사이에 개재 구비되는 적어도 하나 이상의 제2탄성체(125e)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전 가능한 각형 롤 스탬프를 이용한 연속 나노 임프린트 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 임프린트 장치(100)는
    상기 수직 이동 수단(120)은 상기 각형 롤 스탬프(110)의 중심축에 연결 구비되고, 상기 수평 이동 수단(130)은 상기 수직 이동 수단(130)에 연결 구비되는 것을 특징으로 하는 회전 가능한 각형 롤 스탬프를 이용한 연속 나노 임프린트 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 임프린트 장치(100)는
    상기 수직 이동 수단(120)에 구비되며, 상기 각형 롤 스탬프(110)에 의하여 상기 기판(500)에 가해지는 하중을 측정하는 압력 센서;
    를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전 가능한 각형 롤 스탬프를 이용한 연속 나노 임프린트 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 임프린트 장치(100)는
    상기 기판 이송 수단(140) 하부에 구비되어 상기 각형 롤 스탬프(110)에 의하여 패턴이 임프린트된 상기 기판(500) 상의 레지스트를 경화하는 경화 수단(150);
    을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전 가능한 각형 롤 스탬프를 이용한 연속 나노 임프린트 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 경화 수단(150)은
    가열을 수행하는 가열 장치(151), 냉각을 수행하는 냉각 장치(152), 자외선을 조사하는 자외선 조사 장치(153) 중 선택되는 적어도 하나의 장치를 포함하여 이루어지며, 상기 장치(151)(152)(153)는 상기 각형 롤 스탬프(110)에 상응하는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 가능한 각형 롤 스탬프를 이용한 연속 나노 임프린트 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 경화 수단(150)은
    상기 장치(151)(152)(153)가 복수 개일 경우, 상기 장치(151)(152)(153)들 중 하나를 상기 각형 롤 스탬프(110)에 상응하는 위치에 선택적으로 교체 배치하는 교체 수단(155)을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전 가능한 각형 롤 스탬프를 이용한 연속 나노 임프린트 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 교체 수단(155)은
    회전 가능한 평판 형태로 이루어져, 상기 장치(151)(152)(153)들이 상기 평판 상에 방사상으로 배치되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 가능한 각형 롤 스탬프를 이용한 연속 나노 임프린트 장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 기판 이송 수단(140)은
    상기 기판(500)이 웨이퍼 형상을 포함하는 평판 기판일 경우, 컨베이어 벨트 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전 가능한 각형 롤 스탬프를 이용한 연속 나노 임프린트 장치.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 기판 이송 수단(140)은
    상기 기판(500)이 필름 형상의 유연 기판일 경우, 상기 기판(500)이 권취되거나 상기 기판(500)에 접촉되어 회전하여 상기 기판(500)의 이송을 안내하는 복수 개의 롤을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전 가능한 각형 롤 스탬프를 이용한 연속 나노 임프린트 장치.
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