KR101574990B1 - 액체 도포 장치, 액체 도포 방법 및 임프린팅 시스템 - Google Patents

액체 도포 장치, 액체 도포 방법 및 임프린팅 시스템 Download PDF

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Abstract

액체 도포 장치는: 기판 상에 기능성을 갖는 액체의 액적을 방출하는 복수의 노즐을 포함하는 헤드, 헤드 및 기판을 서로 상대 이동 방향으로 상대 이동시키는 상대 이동 장치, 소정 액적 방출 주기로 헤드를 동작시켜 기판 상에 액적을 이산적으로 착탄시키는 액적 방출 제어 장치, 상대 이동 방향과 직교하는 x 방향에 있어서 기판 상에 액적의 착탄 간격을 가변시키는 x-방향 액적 착탄 간격 변경 장치, 및 상대 이동 방향과 평행한 y 방향에 있어서 기판 상의 액적의 착탄 간격을 가변시키는 y-방향 액적 착탄 간격 변경 장치를 포함한다.

Description

액체 도포 장치, 액체 도포 방법 및 임프린팅 시스템{LIQUID APPLICATION APPARATUS, LIQUID APPLICATION METHOD AND IMPRINTING SYSTEM}
본 발명은 액체 도포 장치, 액체 도포 방법 및 임프린팅 시스템에 관한 것이고, 보다 구체적으로 잉크젯 방법에 의해 기판과 같은 매체 상에 기능성을 갖는 액체를 착탄하기 위한 액체 착탄 기술에 관한 것이다.
최근에 보다 미세한 반도체 집적 회로 및 보다 고레벨의 집적을 달성하기 위해, 소위 임프린트 리소그래피 방법이 기판 상에 미세 구조를 형성하기 위한 기술로서 공지되어 있고, 그곳에서 미세한 패턴은 기판 상에 레지스트(예를 들면, UV-경화 가능한 레진)를 도포하고, 전사되어야 할 소망된 요철 패턴으로써 형성된 스탬퍼가 레지스트에 대해 압박되는 상태로 UV 광을 조사함으로써 레지스트를 경화하고, 기판 상에 레지스트로부터 스탬퍼를 분리시킴으로 전사된다.
특허문헌 1 및 2는 잉크젯 방법을 사용하여 기판 상에 임프린팅 재료의 액체를 착탄하기 위한 시스템을 개시한다. 이러한 시스템은 기판 상에 액체의 소정양을 도포하는 경우 임프린팅 재료(레지스트)의 패턴 및 증착 양에 따라 액체 착탄 밀도 및 액적 방출 체적을 변경함에 의해 액적 착탄양을 최적화함으로써, 스루풋(throughput)을 개선하고 및 기판 상에 도포된 레지스트의 두께를 균일하게 한다.
국제 공개 공보 제WO2005/120834호 일본 특허 출원 제2009-088376호
특허문헌 1 및 2은 액적 착탄 배치가 바람직한 지에 관한 알고리즘만을 설명하고, 이상적인 액적 착탄 밀도 또는 액적 방출 체적을 달성하기 위한 하드웨어와 같은 구체적인 구성은 교시하거나 제안하지 않고 있다.
본 발명은 이러한 문제점의 관점에서 발명되었고, 그 목적은 x 방향 및 y 방향 각각으로 액체의 액적 착탄 간격을 변경함으로써 기판 상의 액체의 배치가 최적화될 수 있는 패턴 전사 장치, 패턴 전사 방법 및 임프린팅 시스템을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은: 기판 상에 기능성을 갖는 액체의 액적을 방출하는 복수의 노즐을 포함하는 헤드, 헤드 및 기판을 서로 상대 이동 방향으로 상대 이동시키는 상대 이동 장치, 소정 액적 방출 주기로 헤드를 동작시켜 기판 상에 액적을 이산적으로 착탄시키는 액적 방출 제어 장치, 상대 이동 방향과 직교하는 x 방향에 있어서 기판 상에 액적의 착탄 간격을 가변시키는 x-방향 액적 착탄 간격 변경 장치, 및 상대 이동 방향과 평행한 y 방향에 있어서 기판 상의 액적의 착탄 간격을 가변시키는 y-방향 액적 착탄 간격 변경 장치를 포함하는 액체 도포 장치에 관한 것이다.
본 발명의 이러한 실시형태에 의하면, 헤드 및 기판을 상대 이동 방향으로 서로 상대 이동하게 하면서 소정 액적 방출 주기로 헤드를 동작시킴으로써 기판으로 액체의 액적을 방출하는 복수의 노즐을 포함하는 헤드를 사용하여 기판 상에 기능성을 갖는 액체의 액적을 이산적으로 착탄하는 액체 도포 장치는 상대 이동 방향과 직교하는 x 방향에 있어서 기판 상의 액적의 착탄 간격을 가변시키는 x-방향 액적 착탄 간격 변경 장치, 및 상대 이동 방향과 평행한 y 방향에 있어서 기판 상의 액적의 착탄 간격을 가변시키는 y-방향 액적 착탄 간격 변경 장치를 포함하므로, 따라서 기판 상의 액체의 배치가 최적화될 수 있다.
본 명세서에서 "기능성을 갖는 액체"는 기판 상에 미세한 패턴을 형성할 수 있는 기능적 재료를 포함하는 액체를 포함하고, 그 일례는 레지스트 용액이다.
본 발명의 이러한 실시형태에 의한 헤드의 일례는: 노즐에 연통된 액실, 액실 내의 액체에 압력을 인가하는 압력 인가 장치, 액실로 액체를 공급하는 공급 유로, 및 액실과 공급 유로 사이에 배치된 공급 포트(흐름 제한 장치 섹션)을 포함하는 모드이다.
바람직하게, 헤드는 노즐이 x 방향과 평행한 행 방향과 y 방향에 대해 경사진 열 방향으로 매트릭스 형상으로 배치된 구조를 갖고, 액적 방출 제어 장치도 x 방향의 정렬로 투영된 노즐의 투영된 노즐군 내에 n배 노즐 간격의 단위로 x 방향으로 기판 상의 액적의 착탄 간격을 변경하도록 헤드 내의 노즐 중 사용된 노즐을 스위칭하는 x-방향 액적 착탄 간격 변경 장치로서 역할을 하고, 여기서 n 양의 정수이다.
또한 헤드는 노즐이 x 방향에 대해 경사진 행 방향과 y 방향에 대해 경사지고 행 방향에 대해 비평행한 열 방향으로 매트릭스 형상으로 배치되는 구조를 갖고, 액적 방출 제어 장치도 x 방향의 정렬로 투영된 노즐의 투영된 노즐군 내에 n배 노즐 간격의 단위로 x 방향으로 기판 상의 액적의 착탄 간격을 변경하도록 헤드 내의 노즐 중 사용된 노즐을 스위칭하는 x-방향 액적 착탄 간격 변경 장치로서 역할을 하고, 여기서 n 양의 정수인 것이 바람직하다
본 발명의 이러한 실시형태에 의하면, x 방향으로 사용된 노즐을 스위칭함으로써 착탄 간격을 가변시키는 것이 가능하고 액체의 배치가 최적화된다.
이러한 경우에서, 착탄된 액적의 배치가 x 방향으로 이산적으로 되게 하는 모드의 일례는 x 방향으로 표준 액적 착탄 간격이 노즐의 매트릭스 배치의 반복 간격으로 설정되는 모드이다.
바람직하게, 액체 도포 장치는 노즐과 각각 연통된 액실로 액체를 공급하는 복수의 공급 유로를 더 포함하고, 액적 방출 제어 장치는 공급 유로 중 동일한 하나가 액체를 공급하는 액실에 연통된 노즐로부터 동일한 액적 방출 타이밍에서 액적을 방출하지 않도록 헤드를 동작시킨다.
본 발명의 이러한 실시형태에 의하면, 동일한 타이밍에서 구동되는 노즐 사이의 크로스 토크가 방지되고 액체의 바람직한 방출이 달성된다.
바람직하게, 액적 방출 제어 장치는 헤드에 있어서 x 방향으로 최소 노즐 간격에 의해 서로 분리된 노즐로부터 동일한 액적 방출 타이밍에서 액적을 방출하지 않도록 헤드를 동작시킨다
본 발명의 이러한 실시형태에 의하면, 기계적 크로스 토크는 x 방향에 가장 인접한 노즐로부터 액적 방출을 동시에 수행하지 않게 함으로써 방지되고, 액체 액적의 바람직한 액적 방출이 달성된다.
바람직하게, 헤드는 노즐이 x 방향으로 배치되는 구조를 갖고, x-방향 액적 착탄 간격 변경 장치는 x-y 평면으로 헤드를 회전시키는 회전 장치를 포함한다.
본 발명의 이러한 실시형태에 의하면, 노즐이 x 방향으로 정렬된 단지 하나만의 노즐군만이 존재할지라도, x-y 평면으로 헤드를 회전함으로써 x 방향으로 착탄 간격을 가변시키는 것이 가능하다.
바람직하게, 헤드는 서브 헤드가 x 방향으로 함께 결합되는 구조를 갖고, 서브-헤드 각각은 노즐이 x 방향으로 배치된 구조를 갖고, x-방향 액적 착탄 간격 변경 장치는: x-y 평면으로 서브-헤드 각각을 회전시키는 서브-헤드 회전 장치, x 방향으로 서브-헤드 중 적어도 하나를 이동시키는 x-방향 이동 장치를 포함한다.
본 발명의 이러한 실시형태에 의하면, 복수의 서브 헤드가 x 방향으로 함께 결합되는 구조를 갖는 헤드 내에서 각각의 서브-헤드를 회전시킴으로써, 하나 이상의 서브-헤드 내부에서 x 방향으로 착탄 간격을 가변시키는 것이 가능하고, 서브-헤드 사이의 x 방향으로 포지션을 조정함으로써, 전체 헤드의 x 방향으로 액적 착탄 간격을 조정하는 것이 가능하다.
바람직하게, 액적 방출 제어 장치는 기판 상에 액적을 이산적으로 착탄하도록 적어도 m배의 최소 액적 방출 주기의 주기로 헤드를 동작시키고, 여기서 m은 1 보다 큰 정수이고, 액적 방출 제어 장치도 최소 타격 주기를 최소 단위로서 최소 액적 방출 주기 이상 최소 액적 방출 주기의 (m-1)배 이하의 지연 시간을 생성시키고, 최소 액적 방출 주기의 단위로 y 방향으로 기판 상에 액적의 착탄 간격을 변경시키도록 지연 시간 생성 장치에 의해 생성된 지연 시간을 사용함으로써 헤드의 구동 타이밍을 지연하는 지연 시간 생성 장치를 포함하는 y-방향 액적 착탄 간격 변경 장치로서 역할을 한다.
본 발명의 이러한 실시형태에 의하면, 최소 액적 방출 주기의 단위로 액적 방출을 제어함으로써 y 방향으로 착탄 간격을 가변시키는 것이 가능하고, 액체의 바람직한 배치가 달성될 수 있다.
또한 액체 도포 장치는 헤드가 x 방향으로 기판을 주사하게 하는 주사 장치를 추가로 포함하고: 헤드는 노즐이 y 방향으로 배치된 적어도 하나의 노즐군을 포함하고, y-방향 액적 착탄 간격 변경 장치는 x-y 평면으로 헤드를 회전시키는 회전 장치를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 이러한 실시형태에 의하면, 이러한 종류의 시리얼 방법에서는, 평면 내부에 헤드를 회전시킴으로써 x 방향으로 착탄 간격을 가변시키는 것이 가능하고 액체의 바람직한 배치가 달성된다.
노즐의 일부가 y 방향으로 정렬된 노즐로부터 선택되고 따라서 선택된 노즐이 x 방향으로 각각 주사함으로써 스위칭되는 구성을 채용한다면, 그 후 노즐의 빈번한 사용을 감소시킬 수 있고 헤드의 증가된 수명이 달성될 수 있다.
바람직하게, 헤드는 서브-헤드가 y 방향으로 함께 연결한 구조를 갖고, 서브-헤드 각각은 노즐이 y 방향으로 배치된 구조를 갖고, y-방향 액적 착탄 간격 변경 장치는: x-y 평면으로 서브-헤드 각각을 회전시키는 서브-헤드 회전 장치, 및 y 방향으로 서브-헤드 중 적어도 하나를 이동시키는 y-방향 이동 장치를 포함한다.
본 발명의 이러한 실시형태에 의하면, y 방향으로 복수의 서브-헤드의 일부를 이동시키거나, 또는 y 방향으로 복수의 서브 헤드의 모두를 이동시키는 것이 가능하다.
바람직하게, 액적 방출 제어 장치는 기판 상에 액적을 이산적으로 착탄하도록 적어도 m배의 최소 액적 방출 주기의 주기로 헤드를 동작시키고, 여기서 m은 1 보다 큰 정수이고, 액적 방출 제어 장치도 최소 타격 주기를 최소 단위로서 최소 액적 방출 주기 이상 최소 액적 방출 주기의 (m-1)배 이하의 지연 시간을 생성시키고, 최소 액적 방출 주기의 단위로 x 방향으로 기판 상에 액적의 착탄 간격을 변경시키도록 지연 시간 생성 장치에 의해 생성된 지연 시간을 사용함으로써 헤드의 구동 타이밍을 지연하는 지연 시간 생성 장치를 포함하는 x-방향 액적 착탄 간격 변경 장치로서 역할을 한다.
본 발명의 이러한 실시형태에 의하면, 시리얼 방법에서, 최소 액적 방출 주기의 단위로 액적 방출을 제어함으로써 x 방향으로 착탄 간격을 가변시키는 것이 가능하고 액체의 바람직한 배치가 달성될 수 있다.
전술된 목적을 달성하도록, 본 발명은 헤드 및 기판을 상대 이동 방향으로 서로 상대 이동하도록 하면서 소정 액적 방출 주기로 헤드를 동작시킴으로써 기판으로 액체의 액적을 방출하는 복수의 노즐을 포함하는 헤드를 사용하여 기판상에 기능성을 갖는 액체의 액적을 이산적으로 착탄하는 액체 도포 방법에 관한 것이고 방법은: 상대 이동 방향과 직교하는 x 방향에 있어서 기판 상에 액적의 착탄 간격을 가변시키는 x-방향 액적 착탄 간격 변경 스텝, 및 상대 이동 방향과 평행한 y 방향에 있어서 기판 상의 액적의 착탄 간격을 가변시키는 y-방향 액적 착탄 간격 변경 스텝을 포함한다.
매트릭스 배치를 갖는 헤드를 사용하면, 바람직한 모드는 액체의 액적이 x 방향으로 떨어진 몇몇 노즐과 이격된 노즐을 동시에 구동함으로써 x 방향으로 이산적으로 배치된 것이다.
전술된 목적을 달성하도록, 또한 본 발명은 기판 상에 기능성을 갖는 액체의 액적을 방출하는 복수의 노즐을 포함하는 헤드, 헤드 및 기판을 서로 상대 이동 방향으로 상대 이동시키는 상대 이동 장치, 소정 액적 방출 주기로 헤드를 동작시켜 기판 상에 액적을 이산적으로 착탄시키는 액적 방출 제어 장치, 상대 이동 방향과 직교하는 x 방향에 있어서 기판 상에 액적의 착탄 간격을 가변시키는 x-방향 액적 착탄 간격 변경 장치, 및 상대 이동 방향과 평행한 y 방향에 있어서 기판 상의 액적의 착탄 간격을 가변시키는 y-방향 액적 착탄 간격 변경 장치, 기판에 도포되는 액체를 경화하는 경화 장치, 및 요철 패턴이 경화 장치에 의한 경화 도중이거나 경화 장치에 의해 경화된 액체에 대해 형성된 다이를 압박함으로써, 요철 패턴을 전사하는 패턴 전사 장치를 포함하는 임프린팅 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 액체의 액적 착탄 간격을 x 방향 및 y 방향으로 독립적으로 가변시키는 것이 가능하고, 액체 액적의 배치가 최적화된다. 결국, 습윤 특성이 개선되고, 잔여 두께에서의 편차가 줄어들고 소망의 미세한 패턴이 상기 기판 상에 형성된다.
(발명의 효과)
본 발명에 의하면, 각각 x 방향 및 y 방향으로 액체의 액적의 착탄 간격을 가변시키는 것이 가능함으로써, 기판 상의 액체의 배치가 최적화될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 패턴 전사 장치의 일반적인 개략적인 도면이다.
도 2는 상기 패턴 전사 장치 내에 헤드의 구조의 실시형태를 도시하는 평면 사시도이다.
도 3a는 라인 타입 헤드의 구성의 실시형태를 도시하는 평면 사시도이다.
도 3b는 라인 타입 헤드의 구성의 다른 실시형태를 도시하는 평면 사시도이다.
도 4는 액적 방출 소자의 내부 구조를 도시하는 단면도이다.
도 5는 도 1의 패턴 전사 장치의 제어 시스템을 도시하는 원리 블록도이다.
도 6은 도 5의 제어 시스템 내의 헤드 구동기의 구성의 실시형태를 도시하는 블록도이다.
도 7은 x-방향 노즐 배치와 액적 착탄 배치 사이의 관계를 예시하는 도면이다.
도 8은 액적 방출 클록과 액적 방출 타이밍 사이의 관계를 예시하는 도면이다.
도 9는 액적 방출 소자의 매트릭스 배치의 추가의 모드를 도시하는 평면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 상기 헤드 내에 공급 유로의 구조를 도시하는 평면 사시도이다.
도 11은 도 10에 도시된 헤드의 내부 구조를 도시하는 단면도이다.
도 12a는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 패턴 전사 장치를 채용한 액적 착탄 배치를 변경하기 위한 헤드 구조 및 제어부를 예시하는 도면이다.
도 12b는 상기 제 2 실시형태의 상기 패턴 전사 장치 내에 사용된 액적 착탄 배치를 변경하기 위한 헤드 구조 및 제어부를 예시하는 도면이다.
도 13은 도 12a 및 도 12b에 도시된 헤드의 변경예를 도시하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 패턴 전사 장치의 구성을 도시하는 사시도이다.
도 15는 도 14에 도시된 헤드의 변경예를 도시하는 도면이다.
도 16은 도 14에 패턴 전사 장치 내에 채용된 구동 신호 생성 유닛의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 17은 도 16에 도시된 구동 신호 생성 유닛의 추가의 모드를 도시하는 블록도이다.
제 1 실시형태
<전체 구성>
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 패턴 전사 장치의 일반적인 개략적인 도면이다. 도 1에 도시된 패턴 전사 장치(10)는: 예를 들면 실리콘 또는 석영 글래스로 만들어진 기판(20) 상에 레지스트(예를 들면, UV-경화 가능한 레진)을 도포하는 레지스트 도포 유닛(12), 기판(20)에 도포되는 레지스트에 소망된 패턴을 전사하는 패턴 전사 유닛(14), 및 기판(20)을 반송하는 반송 유닛(22)을 포함한다.
반송 유닛(22)은 예를 들면 벨트와 같은 반송 장치를 포함하고 반송 장치의 표면 상에 기판(20)을 유지하면서 레지스트 도포 유닛(12)으로부터 패턴 전사 유닛(14)을 향하는 방향으로(이후로는 "y 방향", "기판 반송 방향" 또는 "부 주사 방향"으로 칭함) 기판(20)을 반송한다. 기판(20)을 이동시키는 대신에, 정지한 기판에 대해 레지스트 도포 유닛(12) 및 패턴 전사 유닛(14)을 이동시키는 것도 가능하다.
레지스트 도포 유닛(12)은 복수의 노즐(51)(도 1에 도시되지 않고, 도 2에 도시됨)이 형성된 잉크젯 헤드(24)(이후로는 "헤드"로 칭함)를 포함하고, 노즐(51)로부터 레지스트 용액의 액적을 방출함으로써 기판(20)의 표면(레지스트 도포 표면) 상에 레지스트의 용액을 도포한다.
헤드(24)는 긴 풀 라인 헤드로 구성되고, 그것에는 노즐(51)이 y 방향에 대해 수직인 x 방향(이후로는 "기판 폭 방향" 또는 "주 주사방향"으로 칭함)으로 기판(20)의 최대 폭(Wm)(도 2를 참조)에 걸쳐 배치된다. x 방향으로 헤드(24)의 이동없이 기판 반송 방향(부 주사 방향)에 대해 상대적으로 기판(20) 및 헤드(24)를 이동시키는 하나의 동작만을 수행함으로써 기판(20)에 소망된 포지션에 액적을 배치하는 것이 가능하고, 따라서 레지스트 도포율을 상승시키는 것이 가능하다.
패턴 전사 유닛(14)은 기판(20) 상에 레지스트로 전사되야 할 소망된 요철 패턴이 형성된 스탬퍼(다이)(26), 및 UV 광을 조사하는 UV 조사 장치(28)을 포함한다. 패턴 전사 유닛(14)은 레지스트가 도포되는 기판(20)의 표면에 대해 스탬퍼(26)가 압박되게 하는 상태로 기판(20) 상의 레지스트를 경화하도록 UV 조사 장치(28)로부터 UV 광을 조사함으로써 기판(20) 상의 레지스트로 패턴을 전사한다.
스탬퍼(26)는 UV 조사 장치(28)에 의해 조사된 UV 광을 투과 가능한 광투과성 재료로써 형성된다. 광투과성 재료로서 글래스, 석영, 사파이어, 투명한 플라스틱(예를 들면, 아크릴 레진, 하드 비닐 클로라이드 등)을 사용하는 것이 가능하다. 이러한 수단에 의해, UV 광이 스탬퍼(26)[기판(20)으로부터 대향 측면 상에] 상에 위치된 UV 조사 장치(28)로부터 조사되는 경우, UV 광은 스탬퍼(26)에 의해 차단되지 않고 기판(20) 상의 레지스트 상에 조사됨으로써 레지스트가 경화될 수 있다.
스탬퍼(26)는 도 1에서 수직인 방향(즉, 이중 화살표로써 나타낸 방향)으로 이동 가능하게 배치된다. 스탬퍼(26)는 스탬퍼(26)의 패턴 형성 표면이 기판(20)의 표면과 실질적으로 평행한 상태를 유지하면서 하향으로 이동되고, 실질적으로 동시에 기판(20)의 전체 표면과 접촉됨으로써, 패턴 전사를 수행한다.
<헤드의 구성>
헤드(24)의 구조는 아래에 상세하게 설명된다. 도 2는 헤드(24)의 구조의 실시형태를 도시하는 평면 사시도이다. 도 3a 및 도 3b는 헤드(24)의 구조의 다른 실시형태를 도시하는 평면 사시도이다. 도 4는 액적 방출 소자의 내부 구조를 도시하는 단면도(도 2의 4-4 라인을 따른 단면도)이다.
헤드(24) 내의 노즐 간격은 기판(20) 상에 착탄된 액적 사이의 간격을 감소시키도록 감소되어야 한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에서 헤드(24)는 각각 액적 방출공 또는 노즐(51), 노즐(51)에 대응하는 압력실(52) 등을 포함하는 복수의 액적 방출 소자(53)가 지그재그형 매트릭스의 형태로 이차원적으로 배치되는 구조를 가짐으로써 헤드(x 방향)의 종방향 방향으로 투영된 바와 같이 효과적으로 노즐 간격(투영된 노즐 간격)이 감소되고 고노즐 밀도가 달성된다.
x 방향으로 기판(20)의 전체 폭에 대응하는 길이를 커버하는 하나 이상의 노즐 행을 구성하는 모드는 본 실시형태에 제한되지 않는다. 예를 들면, 도 2의 구성 대신에, 기판(20)의 전체 폭에 대응하는 길이의 노즐 행을 갖는 라인 헤드가 지그재그형 매트릭스로 짧은 헤드 모듈(헤드 칩)(24')를 배치하고 조합함으로써 형성된 도 3에 도시된 예를 채용하는 것이 가능하고, 그 각각은 이차원으로 정렬된 복수의 노즐(51)을 갖는다. 라인 헤드가 하나의 행로 짧은 헤드 모듈(24")을 정렬함으로써 구성되는 도 3b에 도시된 예를 채용하는 것도 가능하다. 도 3b에서, x 방향에 대해 경사진 열 방향으로 정렬된 노즐(51)은 하나의 라인으로서 쌍으로 도시된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 노즐(51)에 대해 배치된 압력실(52)의 평면 형상은 실질적으로 정사각형이고, 노즐(51) 및 공급구(54)는 정사각형의 대각선 라인 상에 각각의 코너부 내에 배치된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 압력실(52)은 공급구(54)를 통해 공통 유로(55)에 연통된다.
압전기 소자(58)는 진동판(56)에 결합되고, 그것은 압력실(52)의 천장면을 구성한다. 각각의 압전기 소자(58)는 압전기 본체(58A)가 하부 전극(57A)과 상부 전극(개별적인 전극)(57B) 사이에 위치된 구조를 갖는다. 압전기 소자(58)는 하부 전극(57A)과 상부 전극(57B) 사이에 구동 전압이 인가됨으로써 변형되고, 따라서 압력실(52) 내의 액체로 압력을 인가하고, 액체의 액적이 압력실(52)에 연통된 노즐(51)로부터 방출된다. 액체의 액적이 방출되는 경우, 새로운 액체는 공통 유로(55)로부터 공급구(54)를 통해 압력실(52)로 공급된다. 금속 재료가 진동판(56)에 대해 사용된다면, 진동판(56)도 공통 전극 또는 하부 전극(57A)으로서 역할하는 것이 가능하다.
본 실시형태에서, 압전기 소자(58)는 헤드(24) 내에 배치된 노즐(51)로부터 방출된 액체를 위한 방출 압력 생성 장치로서 사용된다, 그러나, 히터가 압력실(52) 내부에 배치되는 열에 의한 방법을 채용하는 것도 가능하고, 액체는 히터에 의해 가열됨으로써 생성된 막비등의 압력을 사용함으로써 방출된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 의한 고밀도 노즐 헤드는 x 방향과 일치하는 행 방향과 x 방향에 대해 수직이라기보다는 x 방향에 대해 고정된 각도로 경사진 열 방향으로 고정된 배치 패턴에 의거하여 격자 방식으로 상기 설명된 구조를 갖는 액적 방출 소자(53)를 배치함으로써 달성된다.
보다 구체적으로, 액적 방출 소자(53)가 x 방향에 대해 θ의 각도를 형성하는 방향을 따라 균일한 간격(d)으로 배치되는 구조를 채용함으로써, x 방향으로 정렬되도록 투영된 노즐의 간격(Pn)이 d×cosθ이고, 따라서 노즐(51)은 x 방향을 따라 고정된 간격(Pn)로 선형으로 배치된 것과 동등하게 간주될 수 있다. 그러한 구성은 주 주사 방향으로 투영된 노즐 행이 인치당 2,400 노즐에 달하는 고노즐 밀도를 갖는 노즐 구조를 실현하게 한다.
<제어 시스템의 설명>
도 5는 패턴 전사 장치(10)의 제어 시스템을 도시하는 블록도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 패턴 전사 장치(10)는 통신 인터페이스(70), 시스템 제어기(72), 메모리(74), 모터 구동기(76), 히터 구동기(78), 액적 방출 제어기(80), 버퍼 메모리(82), 헤드 구동기(84) 등을 포함한다.
통신 인터페이스(70)는 호스트 컴퓨터(86)로부터 송신된 레지스트 용액(도포 패턴)의 배치를 나타내는 데이터를 수신하기 위한 인터페이스이다. USB(Universal Serial Bus), IEEE 1394, 이서넷(Ethernet), 무선 네트워크, 또는 Centronics 인터페이스와 같은 병렬 인터페이스와 같은 시리얼 인터페이스는 통신 인터페이스(70)로서 사용될 수 있다. 버퍼 메모리(도시 생략)는 통신 속도를 증가시키도록 통신 인터페이스(70) 내에 장착될 수 있다.
시스템 제어기(72)는 통신 인터페이스(70), 메모리(74), 모터 구동기(76), 히터 구동기(78) 등 각각의 유닛을 제어하는 제어 유닛이다. 시스템 제어기(72)는 중앙 제어 유닛 (CPU) 및 주변 회로 등으로 구성되고 호스트 컴퓨터(86)와 통신을 제어하고 반송 시스템의 모터(88) 및 히터(89)를 제어하도록 제어 신호를 생성시킬 뿐만 아니라 메모리(74)로부터의 그리고 메모리로의 데이터를 판독 및 기록한다 .
메모리(74)는 연산을 수행하도록 시스템 제어기(72)를 위한 데이터 및 작업 영역에 대한 일시 저장 영역을 포함하는 저장 장치이다. 통신 인터페이스(70)를 통해 입력되는 레지스트 용액의 배치를 나타내는 데이터는 패턴 전사 장치(10) 내에서 판독되고 메모리(74) 내에 일시적으로 저장된다. 반도체 장치로 구성된 메모리는 별도로 하고, 메모리(74)를 위한 하드 디스크와 같은 자기 매체를 사용하는 것도 가능하다.
패턴 전사 장치(10)를 위한 제어 프로그램은 프로그램 저장 유닛(90) 내에 저장된다. 시스템 제어기(72)는 프로그램 저장 유닛(90) 내에 저장된 다양한 제어 프로그램을 적절히 출력 판독하고, 판독 제어 프로그램을 실행시킨다. 프로그램 저장 유닛(90)은 ROM 또는 EEPROM과 같은 반도체 메모리를 채용할 수 있거나 또는 자기 디스크 등을 사용할 수 있다. 프로그램 저장 유닛(90)에는 메모리 카드 또는 PC 카드를 사용하도록 외부 인터페이스가 제공될 수 있다. 물론, 이러한 기록 매체 중 복수의 기록 매체를 배치하는 것도 가능하다.
모터 구동기(76)는 시스템 제어기(72)로부터의 지시에 따라 모터(88)를 구동하는 구동 회로이다. 모터(50)는 도 1의 반송 유닛(22)을 구동하기 위한 모터 및 스탬퍼(26)를 상승시키고 하강시키기 위한 모터를 포함한다.
히터 구동기(78)는 시스템 제어기(72)로부터의 지시에 따라 히터(89)를 구동하는 구동 회로이다. 히터(89)는 패턴 전사 장치(10)의 각각의 섹션 내에 배치된 온도 조절 히터를 포함한다.
액적 방출 제어기(80)는 보정 처리와 같은 처리 및 헤드 구동기(84)로 생성된 방출 제어 신호를 공급하도록 시스템 제어기(72)로부터의 명령에 따라 메모리(74) 내에 저장된 레지스트 용액 배치 데이터로부터의 액적 방출 제어 신호를 생성시키기 위한 다양한 타입의 처리를 수행하기 위한 신호 처리 기능을 갖는다. 소정 신호 처리는 액적 방출 제어기(80) 내에서 수행되고, 헤드(24)로부터 레지스트 용액의 액적의 방출양, 착탄 포지션 및 액적 방출 타이밍이 액적 방출 데이터에 의거하여 헤드 구동기(84)를 통해 제어된다. 이러한 수단에 의해, 레지스트 용액의 액적의 소망된 배치(패턴)이 달성된다. 본 실시형태에 따른 패턴 전사 장치(10)를 채용하는 구동 방법에서, 공통의 구동 파형이 모든 압전기 소자에 대해 준비되고, 압전기 소자를 위해 배치된 스위칭 소자는 온 및 오프로 스위칭됨으로써, 구동 파형이 각각의 압전기 소자에 인가될지 아닐지를 스위칭한다. 구동 파형은 세개의 액적 방출 체적에 대응하는 파형 소자를 포함하고, 액적 방출 체적은 각각의 노즐 및 각각의 액적 방출 타이밍에 대해 적적한 파형 소자를 선택함으로써 변경되고, 그 상세가 아래에 설명된다.
액적 방출 제어기(80)에는 버퍼 메모리(82)가 제공되고, 액적 방출 데이터, 파라미터, 및 다른 데이터는 액적 방출 데이터가 액적 방출 제어기(80) 내에서 처리되는 경우 버퍼 메모리(82) 내에 일시적으로 저장된다. 도 5에 도시된 실시형태는 버퍼 메모리(82)가 액적 방출 제어기(80)를 수반하는 것이다, 그러나, 메모리(74)도 버퍼 메모리(82)로서 역할할 수 있다. 액적 방출 제어기(80) 및 시스템 제어기(72)가 단일한 프로세서를 형성하도록 집적되는 실시형태도 가능하다.
헤드 구동기(84)는 액적 방출 제어기(80)로부터 공급된 액적 방출 데이터에 의거하여 헤드(24) 내에 압전기 소자(58)(도 4 참조)를 구동하기 위한 구동 신호를 생성시키고, 압전기 소자(58)로 생성된 구동 신호를 공급한다. 헤드 구동기(84)도 헤드(24) 내에 균일한 구동 조건을 유지하기 위한 피드백 제어 시스템으로 통합할 수 있다.
<구동 신호 생성 유닛의 설명>
도 6은 구동 신호 생성 유닛(100)의 구성을 도시하는 블록도이고, 그것은 본 발명의 실시형태에 따라 압전기 소자(58)로 공급되야 할 구동 신호를 생성시킨다. 구동 신호 생성 유닛(100)은 도 5에서의 액적 방출 제어기(80) 및 헤드 구동기(84)의 기능을 달성하는 블록도이다.
도 6에 도시된 구동 신호 생성 유닛(100)은: 헤드 제어기(102)로부터 전사된 디지탈 파형 신호에 의거하여 아날로그 파형 신호(구동 파형)을 생성시키는 파형 생성 유닛(104), 구동 파형의 전압 및 전류를 증폭시키는 증폭기 유닛 (AMP)(106)을 포함한다. 헤드 제어기(102)로부터 전사된 시리얼 액적 방출 데이터는 클록 신호와 동기화해서 클록 신호와 함께 시프트 레지스터(108)로 전송된다. 구동 파형 생성 유닛(104)에 의해 생성된 구동 파형은 복수의 파형 소자(도 8을 참조)를 포함한다. 복수의 파형 소자로부터 하나 이상의 파형 소자를 선택함으로써, 레지스트 용액의 액적 방출 체적을 단계적으로 가변시키는 것이 가능하다.
시프트 레지스터(108) 내에 저장된 액적 방출 데이터는 헤드 제어기(102)로부터 전송된 래치 신호에 의거하여 래치 회로(110) 내에 래칭된다. 래치 회로(110)에 의해 래칭된 신호는 스위칭 소자(116)를 구동할 수 있는 소정 전압의 신호로 레벨 변환 회로(112) 내에서 변환되고, 그것은 스위치 IC(114)를 구성한다. 레벨 변환 회로(112)로부터 출력 신호에 의해 스위칭 소자(116)의 온/오프 스위칭을 제어함으로써, 적어도 하나의 파형 소자는 복수의 파형 소자로부터 선택되고 따라서 액적 방출 체적이 설정되고, 구동되어야 할 압전기 소자(58)[노즐(51)]가 헤드 제어기(102)로부터의 선택 신호 및 가능한 신호 출력에 의해 선택된다.
상기 설명된 구성을 갖는 패턴 전사 장치(10)에서, 기판(20)이 레지스트 도포 유닛(12)으로 반송되는 경우, 레지스트 용액의 액적은 기록 헤드(24) 내의 노즐(51)로부터 기판(20)을 향해 방출됨으로써 레지스트 용액이 소정 패턴에 따라 기판(20) 상에 인가된다. 그 결과, 레지스트 용액이 인가된 기판(20)이 패턴 전사 유닛(14)으로 반송되는 경우, 스탬퍼(26)는 기판(20) 상에 레지스트 용액에 대해 압박되고, 그 후 UV 광은 UV 조사 장치(28)로부터 레지스트 용액에 대해 조사됨으로써 기판(20) 상의 레지스트가 경화된다. 그 후, 스탬퍼(26)는 기판(20) 상의 레지스트로부터 분리된다. 따라서, 소정 미세 패턴이 기판(20) 상의 레지스트에 전사된다.
본 실시형태에 따른 패턴 전사 장치(10)에서, 레지스트 용액이 레지스트 도포 유닛(12) 내의 기판(20)에 인가되는 경우, 레지스트 용액의 액적은 하나의 액적이 기판(20) 상에 인접한 어떤 다른 액적과 합일하지 않게 하는 방식으로 기판(20) 상에 이산적으로 착탄된다.
보다 구체적으로, 노즐로부터 액적 방출은 액적 방출이 x 방향으로 서로에 인접한 노즐(즉, x 방향으로 가장 짧은 거리에 의해 분리된 노즐)로부터 동일한 액적 방출 타이밍에 실행되지 않게 하는 방식으로 제어되고, y 방향에 대해 노즐로부터의 액적 방출은 액적 방출이 y 방향으로 서로 인접한 노즐(즉, y 방향으로 가장 짧은 거리에 의해 분리된 노즐)로부터 연속적인 액적 방출 타이밍에서 실행되지 않게 하는 방식으로 제어된다.
<x 방향으로 액적 착탄 배치의 설명>
x 방향으로 레지스트 용액 액적의 착탄 배치(착탄 간격)은 아래에 설명된다. 도 7은 x 방향으로 노즐 배치와 액적 착탄 배치 사이의 관계를 도시하는 도면이다. 도 7의 부분(a)은 매트릭스 형상으로 배치된 노즐(51)[압력실(52)]의 개략도를 도시하고, 도면에서, 노즐의 수는 도 2와 비교해서 감소된다. 도 7의 부분(b)은 x 방향으로의 정렬로 투영된 노즐을 나타낸다. 도 7의 부분(c)은 레지스트 용액 액적(흑점으로 나타냄)의 착탄 포지션을 나타낸다.
도 7의 부분(a)에 도시된 바와 같이, 열 방향으로 하나의 열로 정렬된 노즐(51)은 하나의 공통 분배 유로(55)에 연통된다. 예를 들면, 도 7에 좌측 상에 노즐군(51A)을 구성하는 노즐(51)은 좌측 상에 공통 유로(55A)에 연통되고, 도 7의 좌측으로부터 두번째의 노즐군(51B)을 구성하는 노즐(51)은 좌측으로부터 두번째의 공통 유로(55B)에 연통된다. 도 7의 부분(b)으로 도시된 투영된 노즐군에서의 노즐 간격(x 방향으로의 노즐 사이의 최소 간격)은 Pn이다.
도 7의 (c)부분에 도시된 바와 같이, x 방향으로 레지스트 용액 액적의 표준 액적 착탄 간격(Pd)는 매트릭스 노즐(51)의 매트릭스 배치의 주기적 단위 길이와 동등하고, Pd = "하나의-열 노즐군을 구성하는 노즐의 수" × Pn이다. 방출 동작이 동일한 공통 유로(55)에 연통된 노즐로부터 동시에 실행되면, 크로스 토크(cross-talk)가 생성할 수 있고 편차가 액적 방출 체적 및 액적 방출 방향으로 생성할 수 있다. 따라서, 크로스 토크를 효과적으로 방지하도록, 어떠한 방출 동작도 동일한 공통 유로에 연통된 노즐로부터 동시에 실행되지 않는다.
또한, x 방향으로 액적 착탄 간격(Pd)은 x 방향으로 최소 노즐 간격(Pn)의 단위 내로 미세하게 조정 가능하다. 예를 들면, 도 7에서 좌측으로부터 두번째 노즐군(51B)에서, 사용된 노즐은 투영된 노즐군 내에서 우측으로 제 1 인접 노즐로 변경되고, 도 7에서 좌측으로부터 제 3 노즐군에서, 사용된 노즐은 투영된 노즐군 내의 우측으로 제 2 인접 노즐로 변경된다. 이러한 방식으로, 좌측으로부터 i-번째의 노즐군에서 사용된 노즐은 투영된 노즐군에서 우측으로 (i - l)번째인 인접 노즐로 변경됨으로써, 액적 착탄 간격(Pd')는 표준 액적 착탄 간격(Pd)보다 크게 만들어질 수 있다. 이러한 방식으로 x 방향으로 레지스트 용액 액적의 착탄 간격(Pd)를 변경함으로써, x 방향으로 최소 노즐 간격(Pn)의 단위로(즉, Pn의 정의 정수배로), x 방향으로 레지스트 용액 액적의 밀도를 적절히 가변시키는 것이 가능하다.
한편, 액적 착탄 간격이 표준 액적 착탄 간격(Pd)보다 작게 만들어진 경우, x 방향으로 상호 인접 액적 착탄 포지션을 향해 레지스트 용액 액적을 방출하는 노즐은 y 방향으로 서로 인접하지 않은 압력실(52)의 노즐이 되도록 선택된다. 그 후, x 방향으로 최소 액적 착탄 간격(Pdmin)는 x 방향으로 최소 노즐 간격(Pn)의 적어도 2배이다. 방출 동작이 y 방향[압력실(52)의 옆방향]으로 서로 인접한 노즐로부터 동시에 실행된다면, 변형이 상호 인접한 노즐에 연통된 두개의 압력실(52)을 구획한 벽 내에서 발생함으로써 기계적 크로스 토크가 발생한다. 이러한 크로스 토크의 생성은 액적 방출 체적 또는 액적 방출 방향 내에서 편차를 만들 수 있다. 따라서, 기계적 크로스 토크를 방지하도록, 어떠한 방출 동작도 y 방향으로 서로 인접한 노즐로부터 동시에 실행되지 않는다.
<y 방향으로 액적 착탄 배치의 설명>
y 방향으로 레지스트 용액 액적의 착탄 배치는 아래에 설명된다. 도 8은 액적 방출 클록과 액적 방출 타이밍 사이의 관계를 도시하는 예시적인 도면이다. y 방향으로 최소 액적 착탄 간격은 액적 방출 클록의 주기 및 기판(20)의 반송 속도에 의해 좌우된다. 본 실시형태에서 패턴 전사 장치(10)는 표준 액적 방출 클록의 주기가 추가로 세분화되고 액적 방출이 표준 액적 방출 클록 타이밍 사이에서 수행될 수 있게 하는 방식으로 구성된다. 보다 구체적으로, 표준 액적 방출 주기는 최소 액적 방출 주기(여기서 m은 1보다 큰 정수)의 m 배이고, 지연 시간은 최소 액적 방출 주기의 단위로 구체화될 수 있다.
도 8에 도시된 실시예에서, 표준 액적 방출 클록의 주기는 3개로 세분화되고, 액적 방출은 표준 액적 방출 타이밍에서부터 액적 방출 주기의 1/3 만큼 지연된 타이밍에서 또는 표준 액적 방출 타이밍에서부터 액적 방출 주기의 2/3 만큼 지연된 타이밍에서 실행될 수 있다.
예를 들면, 액적 방출은 표준 액적 방출 타이밍에서 노즐 1, 2 및 4로부터 실행되고, 액적 방출은 액적 방출이 노즐 1, 2 및 4로부터 실행되는 타이밍에서부터 액적 방출 주기의 1/3 만큼 지연된 타이밍에서 노즐 3으로부터 실행된다. 또한, 노즐 4는 표준 액적 방출 타이밍보다 빠른 액적 방출 주기의 1/3 만큼 지연된 타이밍에서 제 2 액적 방출을 실행한다.
따라서, y 방향으로 표준 액적 착탄 간격보다 작은 간격로써 y 방향으로의 액적 착탄 간격을 변경시킬 수 있고, 마찬가지로 y 방향으로 레지스트 용액 액적의 밀도를 적절히 변경시키는 것이 가능하다. 노즐 1 내지 4의 구동 파형 사이의 차이는 한번의 방출 동작에 의해 생성된 레지스트 용액의 액적 방출 체적의 차이이다. 도 8에 도시된 예에서, 노즐 2의 액적 방출 체적 및 노즐 4의 제 2 액적 방출 체적은 노즐 1 및 3의 액적 방출 체적보다 크고 노즐 4의 제 1 액적 방출 체적은 노즐 2의 액적 방출 체적 및 노즐 4의 제 2 액적 방출보다 크다.
액적 착탄 간격은 레지스트 용액(도포 패턴)의 배치에 대한 데이터에 의거하여 변화된다. 보다 구체적으로, 표준보다 다수의 액적이 레지스트 용액 패턴 데이터에 따라 요구된다면, 액적 착탄 간격은 보다 작게되도록 변경되고 레지스트 용액은 보다 고밀도로 도포된다. 한편, 표준보다 큰 액적 방출 체적이 요구되지 않는다면, 액적 착탄 간격은 보다 크게 되도록 변경되고, 레지스트 용액은 보다 성기게 도포된다. 액적 착탄 간격의 변경에 따라 상기 설명된 바와 같이 레지스트 용액의 액적 방출 체적을 가변시키는 것도 가능하다.
레지스트 용액을 방출하는 노즐이 매트릭스 형상으로 배치된 헤드를 사용하여, x 방향으로 최소 노즐 간격을 초과하는 표준 액적 착탄 간격에 의해 그리고 y 방향으로 최소 액적 방출 주기를 초과하는 표준 액적 방출 주기에 의해 이산적으로 레지스트 용액의 액적을 배치하는 레지스트 도포 유닛(12)을 사용하는 상기 설명된 구성을 갖는 패턴 전사 장치(10)에 의하면, x 방향으로 액적 착탄 간격은 동일한 액적 방출 타이밍에서 액적 방출을 실행하는 노즐 사이의 x 방향으로 간격이 x 방향으로 최소 노즐 간격(Pn)의 단위로 변경되게 하는 방식으로 사용된 노즐을 변경함으로써 변화하고, y 방향으로 액적 착탄 간격은 표준 액적 방출 타이밍에서부터 최소 액적 방출 주기의 단위로 지연 시간의 세팅을 통해 액적 방출 타이밍을 변경함으로써 변화한다. 따라서, 레지스트 용액의 도포된 체적은 기판에 착탄되야 할 레지스트 용액 액적의 밀도에 따라 최적화되고 습윤 특성이 개선되고 잔여 두께의 편차가 감소된다 .
또한, 액적 착탄 간격은 x 방향 및 y 방향으로 독립적으로 변화될 수 있고, 액적의 배치 밀도는 기판의 일부에만 상승될 수 있다.
또한, 액적 방출을 위해 사용된 노즐이 복수의 노즐(채널)로부터 선택적으로 스위칭되는 구성이 채용되므로, 그 후 노즐의 빈번한 사용을 감소시킬 수 있고 상기 헤드의 증가된 수명을 기대할 수 있다.
도 2에 도시된 노즐 배치 대신에, 도 9에 도시된 다른 노즐 배치를 채용하는 것도 가능하다. 도 9는 매트릭스 배치를 도시하는 평면도이고 레지스트 용액의 액적이 방출되는 표면으로부터의 도면을 도시한다. 도 9에 도시된 헤드 모듈(224)에서, 노즐(51)은 x 방향에 대해 γ의 소정 각도를 형성하는 행 방향(V) 및 y 방향에 대해 α의 소정 각도를 형성하는 열 방향(W)을 따라 매트릭스 형상으로 배치된다. 풀 라인 타입 헤드는 도 3b에 도시된 바와 같이 x 방향으로 복수의 헤드 모듈(224)과 함께 결합됨으로써 구성된다.
도 10은 도 9에 도시된 헤드 모듈(224)의 내부 구조를 도시하는 평면 사시도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 도 10에서 열 방향(W)으로 정렬된 각각의 노즐군에 대해, 공급 유로(255A) 및 회수측 유로(255B)는 노즐군의 각각의 측면 상에 배치된다. 열 방향(W)을 따라 배치된 공급 유로(255A)는 공급 주 유로(255C)로부터 분기한 분배측 유로이고, 그것은 공급 연통구(도시 생략)를 통해 공급 탱크(도시 생략)에 연통된다. 회수측 유로(255B)는 회수 주 유로(255D)로 유동하는 지류 유로이고, 그것은 회수 연통구(도시 생략)를 통해 회수 탱크(도시 생략)에 연통된다.
도 11는 헤드 모듈(224) 내부에 유로의 구성을 도시하는 단면도이다. 헤드 모듈(224)은 압력실(252), 격벽(256), 및 압전기 소자(258)를 갖는다. 도 11에 도시된 헤드 모듈(224)은 커버 플레이트(259)를 포함하고, 그것은 압전기 소자(258)에 대해 이동 가능한 공간을 보장하면서 압전기 소자(258)의 주변을 격리시킨다. 또한, 도면에서 도시 생략되지만, 공급 액실 및 회수 액실은 커버 플레이트(259) 상에 형성되고 연통로(도시 생략)를 통해 공급 주 유로(255C) 및 회수 주 유로(255D)로 각각 연통된다.
레지스트 용액은 개별적인 공급로(254A)를 통해 공급 유로(255A)로부터 압력실(252)로 공급되고, 노즐(251)로부터 노즐 유로를 통해 액적으로서 방출된다. 방출되지 않은 잉여 액체는 개별적인 회수로(245B)를 통해 노즐 유로로부터 회수측 유로(255B)로 회수된다.
이러한 유로 구조를 갖는 헤드 모듈(224)에서, 두개의 노즐 열은 하나의 개별적인 공급 채널을 공유함으로써, 방출 동작을 동시에 실행하는 노즐 사이의 x 방향에서 최소 액적 착탄 간격은 x-방향으로 네개의 노즐 열과 동등한 길이로 설정된다. 따라서, 어떠한 방출 동작도 동일한 개별적인 공급 채널에 연통된 노즐로부터 동시에 실행되지 않고 크로스 토크가 효과적으로 방지된다.
제 2 실시형태
본 발명의 제 2 실시형태에 따른 패턴 전사 장치(레지스트 도포 유닛)가 아래에 설명된다. 제 2 실시형태에서 패턴 전사 장치는 도 12a에 도시된 헤드(324)를 포함하고, 그것은 복수의 노즐(351)이 x 방향으로 정렬된 단일한 노즐 행(노즐군)을 갖는다. 도 12a에 도시된 헤드(324) 내에 노즐(351)의 배치 간격은 Pn이고, 이러한 경우 x 방향의 액적 착탄 간격(Pd)는 x 방향으로의 노즐 간격(Pn)과 동일하다.
헤드(324)를 포함하는 패턴 전사 장치는 x-y 평면으로서 헤드(324)를 턴닝하는 회전 메카니즘을 갖고, 도 12b에 도시된 바와 같이, x 방향으로 액적 착탄 간격은 x-y 평면으로서 헤드(324)를 회전함으로써 Pd 내지 Pd'(< Pn)로 변경될 수 있다. 헤드(324)의 회전 각도가 δ(여기서 0°< δ < 90°)일 경우, Pd' = Pn×cosδ이다.
도 13은 하나의 긴 헤드가 x 방향으로 복수의(예를 들면, 두개) 헤드 모듈(324')과 함께 결합됨으로써 구성되는 모드의 개략도를 도시한다. 이러한 모드에서, 각각의 헤드 모듈(324')이 회전되고 각각의 헤드 모듈(324')은 헤드 모듈(324')의 조인트 섹션 내에 액적 착탄 간격이 Pd'로 되게 하는 방식으로 x 방향으로 Δx 만큼 이동되어야 한다. 물론, x 방향으로 모든 헤드 모듈(324')를 이동시키는 것도 가능하다.
따라서, 긴 헤드가 x 방향으로 복수의 헤드 모듈(324')과 함께 결합함으로써 구성되는 모드에서는, x-y 평면으로 각각의 헤드 모듈(324')을 회전시키기 위한 회전 메카니즘을 제공할 뿐만 아니라, x 방향 이동 메카니즘이 인접한 헤드 모듈(324') 사이의 x 방향으로 상대적인 거리를 변화시키기 위해 제공된다.
y 방향으로 액적 착탄 간격은 상기 설명된 바와 같은 액적 방출 타이밍을 변경시킴으로써 조정될 수 있다. 보다 구체적으로, 헤드 모듈(324')의 턴으로 인해, y 방향으로 액적 착탄 포지션이 변위되고, 따라서 액적 방출 타이밍이 턴의 결과로서 y 방향으로 액적 착탄 포지션을 변위시키는 노즐에 대해 변경된다. 또한, 액적 방출 타이밍은 y-방향 액적 착탄 간격이 변경되면 변경된다.
제 2 실시형태에 의하면, 노즐(351)이 x 방향으로 정렬되는 단일한 노즐군을 갖는 구조의 헤드(324)를 포함하는 패턴 전사 장치에서, 헤드(324)를 x-y 평면으로서 턴닝할 수 있게 만듦으로써, x 방향으로의 노즐 간격(Pn)로부터 x 방향으로의 액적 착탄 간격(Pd)를 Pn×cosδ (여기서 0°< δ < 90°)로 가변시키는 것이 가능하고, 레지스트 용액의 소망된 도포 패턴이 달성된다. 결국, 레지스트 용액의 인가된 양은 기판 상에 착탄된 레지스트 용액 액적의 밀도에 따라 최적화된다.
제 3 실시형태
본 발명의 제 3 실시형태에 따른 패턴 전사 장치(레지스트 도포 유닛)가 아래에 설명된다. 제 3 실시형태에서 패턴 전사 장치는 x 방향으로 기판의 치수(폭)보다 짧고 x 방향으로 기판을 주사하면서 x 방향으로 액적 방출을 수행하는 시리얼 타입 헤드를 포함한다.
도 14는 시리얼 타입 헤드(424)를 갖는 패턴 전사 장치(410)의 전체 구성을 도시하는 사시도이다. 도 14에 도시된 패턴 전사 장치(410)는: 복수의 노즐이 y 방향으로 정렬된 하나 이상의 노즐군을 갖는 헤드(424), 헤드(424)를 지지하는 카트리지(423), 카트리지(423) 상에 지지되는 헤드(424)를 x 방향으로 주사를 실행하게 하는 x 방향 이동 메카니즘(425A), y 방향으로 기판(420)을 이동시키는 y 방향 이동 메카니즘(425B), x-y 평면 내부에서 헤드(424)를 회전시키는 헤드 회전 메카니즘(421), x 방향 및 y 방향에 대해 수직인 z 방향으로 상대적으로 헤드(424) 및 기판(420)을 이동시키는 z 방향 이동 메카니즘(427), 및 헤드(424) 및 기판(420)이 서로 접촉하기 않게 만드는 방식으로 헤드(424)의 z 방향으로 포지션을 제한하는 스톱퍼(429)를 포함한다. 헤드(424) 내의 노즐 배치는 도 11에 도시된 헤드(324)와 동일하고, x 방향 및 y 방향은 도 11에 도시된 상황에 대해 스위칭된다.
도 14에 도시된 패턴 전사 장치(410)에서, 기판(420)의 x 방향으로 레지스트 용액 액적의 착탄 동작은 헤드(424)가 x 방향으로 기판(420)을 주사하게 되면서 실행되고, x 방향으로 한번의 액적 착탄 동작이 종료하는 경우, 기판(420)은 y 방향(x 방향으로 한번의 액적 착탄 동작에 의해 도포될 수 있는 영역의 y 방향으로의 길이)으로 소정 양만큼 이동되고, x 방향으로의 액적 착탄은 다음 영역에서 수행된다. 이러한 프로세스를 반복함으로써, 레지스트 용액이 기판(420)의 전체 표면에 도포된다.
y 방향으로의 액적 착탄 간격이 변경되는 경우, 헤드(424)는 소정 양만큼 회전된다. x-y 평면으로 기판(420)을 회전시키는 기판 회전 메카니즘이 제공되는 것도 가능하고 헤드(424)를 회전시키는 대신에 기판(420)을 회전시키는 것도 가능하다.
도 15는 두개의 짧은 헤드(424A 및 424B)가 배치된 헤드 부분의 추출된 도면을 도시하는 사시도이다. 이러한 구성은 도 14의 구성에 부가하여 제 2 헤드(424B)를 갖는 구성을 포함한다. 보다 구체적으로, 제 1 헤드(424A)는 제 1 카트리지(423A)에 의해 지지되고, 제 1 헤드 회전 메카니즘(421A)에 의해 x-y 평면으로서 회전될 수 있다. 제 2 헤드(424B)는 제 2 카트리지(423B)에 의해 지지되고 y 방향 이동 메카니즘(422)에 의해 y 방향으로 이동 가능하도록 구성되고 제 2 헤드 회전 메카니즘(421B)에 의해 x-y 평면으로 회전될 수 있다. 도 15에 도시된 구성은 도 13에 도시된 구성에 대응되고, 도 13의 상부 측면 상의 헤드 모듈(324')은 제 1 헤드(424A)에 대응하고 도 13의 하부 측면 상의 헤드 모듈(324')은 제 2 헤드(424B)에 대응한다.
도 14 및 도 15에 도시된 구성에서, 액적 방출 타이밍을 변경함으로써 x-방향 액적 착탄 간격을 가변시키는 것이 가능하다. 도 6에 도시된 구동 신호 생성 유닛(100)은 액적 방출 타이밍을 변경시키도록 채용될 수 있다. 도 6에 도시된 구동 신호 생성 유닛(100)은 각각의 개별적인 노즐에 대해 구동 파형을 준비해야 하는 것이 아니라, 모든 헤드(복수의 헤드 모듈이 배치된 모드에서 모든 헤드 모듈에 대해)에 대해 공통 구동 파형을 제공할 필요가 있고, 따라서 구동 파형을 저장하기 위한 메모리 공간을 매우 절약하는 것이 가능하다. 한편, 도 6에 도시된 구동 신호 생성 유닛(100)에 있어서는, 액적 방출 클록의 주기를 짧게 하는 데 제한이 있다.
따라서, 본 실시형태에서와 같이 보다 적은 노즐이 존재한다면, 방출 동작의 속도는 각각의 노즐에 대해 구동 파형을 준비하고 각각의 노즐의 구동 파형에 구동 파형에 대해 지연 데이터를 부가함으로써 상승될 수 있다.
도 16은 방출 동작의 속도를 상승시키도록 디자인된 구동 신호 생성 유닛(400)의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 16에 도시된 구동 신호 생성 유닛(400)은: 각각의 노즐에 대한 구동 파형을 생성시키는 파형 생성 유닛(404), x 방향으로 액적 착탄 간격을 가변시키는 경우 사용하기 위해 지연 시간을 각각의 노즐에 대해 연산하는 지연 데이터 생성 유닛(405), 구동 파형 데이터에 지연 데이터 생성 유닛(405)에 의해 생성된 지연 시간을 가산하는 가산 유닛(407), 아날로그 포맷으로 디지탈 포멧 내의 구동 파형 데이터를 변환하는 D/A 변환기(409), 및 아날로그 포맷 내의 구동 파형 상에서 전압 증폭 처리 및 전류 증폭 처리를 실행하는 증폭기 유닛(406)을 포함한다.
노즐에 대응하는 압전기 소자(58)가 액적 방출 데이터에 의거하여 스위칭 IC(414)의 스위칭 소자(416)를 온 오프로 회전시킴으로써 동작되는 경우, 레지스트 용액의 액적은 소망된 노즐로부터 방출된다. 이러한 구성이 각각의 노즐(각각의 채널)에 대한 구동 파형 및 지연 시간을 갖는 것을 포함하므로 도 6에 도시된 구성과 비교하여 액적 방출 주기를 짧게 하는 것이 가능하다.
또한, 복수의 아날로그 파형(파장 1 내지 3)은 도 17에 도시된 바와 같이 준비되는 구성을 채용하는 것이 가능하고, 아날로그 파형 중 하나는 가능한 신호에 의해 선택된다.
상기 설명된 바와 같은 구성을 갖는 제 3 실시형태에서, y 방향으로 정렬된 노즐의 단지 일부만이 사용되고 각각이 주사되면서 사용되는 노즐을 스위칭하는 것이 가능하다. 노즐은 상기 설명된 제어 시스템 내의 노즐 스위칭을 사용함으로써 선택되고 스위칭될 수 있다. 이러한 방식으로, 복수의 노즐 중 노즐의 일부만을 사용하고, 사용된 노즐을 연속적으로 스위칭함으로써, 헤드의 수명을 증가시키는 것이 가능하다.
본 발명의 상기 설명된 실시형태에서, 레지스트 용액에 의해 패턴을 형성하기 위한 패턴 전사 장치가 설명된다, 그러나, 잉크젯 방법에 의해 기판 상에 이산적으로 레지스트 용액의 액적을 배치함으로써 기판 상에 레지스트 용액의 소정 패턴을 형성하는 본 발명의 실시형태에 따라 액체 도포 장치를 구성하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 패턴 전사 장치, 패턴 전사 방법 및 임프린팅 시스템은 상기에 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 전술한 예에 제한되지 않고, 물론 본 발명의 본질로부터 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 종류의 개선예 또는 변경예를 실시하는 것이 가능하다.
(산업상 이용 가능성)
본 발명은 패턴 전사 장치, 패턴 전사 방법 및 임프린팅 시스템에 적용될 수 있고, 서브 미크론 오더에서 미세한 패턴을 형성하는 나노 임프린트 리소그래피에 대해 특히 적절하다.
10, 410: 패턴 전사 장치 12: 레지스트 도포 유닛
14: 패턴 전사 유닛 20: 기판
22: 반송 유닛 24, 224, 324, 424: 헤드
26: 스탬퍼 28: UV 조사 장치
51, 251 : 노즐 72: 시스템 제어기
80: 액적 방출 제어기 100,400: 구동 신호 생성 유닛
421: 헤드 회전 메카니즘 422, 425B: y 방향 이동 메카니즘
423: 카트리지 425A: x 방향 이동 메카니즘
427: z 방향 이동 메카니즘

Claims (13)

  1. 기판 상에 기능성을 갖는 액체의 액적을 방출하는 복수의 노즐을 포함하는 헤드,
    상기 헤드 및 상기 기판을 상대 이동 방향으로 서로에 대해 상대적으로 이동시키는 상대 이동 장치,
    소정 액적 방출 주기로 상기 헤드를 동작시켜 상기 기판 상에 액적을 이산적으로 착탄시키는 액적 방출 제어 장치,
    상기 상대 이동 방향과 직교하는 x 방향에 있어서 상기 기판 상의 액적의 착탄 간격을 가변시키는 x-방향 액적 착탄 간격 변경 장치, 및
    상기 상대 이동 방향과 평행한 y 방향에 있어서 상기 기판 상의 액적의 착탄 간격을 가변시키는 y-방향 액적 착탄 간격 변경 장치를 포함하는 액체 도포 장치로서,
    상기 헤드는 상기 노즐이 상기 x 방향과 평행한 행 방향과 상기 y 방향에 대해 경사진 열 방향에 의한 매트릭스 형상, 및 상기 x 방향에 대해 경사진 행 방향과 상기 y 방향에 대해 경사지고 상기 행 방향에 대해 비평행한 열 방향에 의한 매트릭스 형상 중 하나로 배치된 구조를 갖고,
    상기 액적 방출 제어 장치는 또한 x-방향 액적 착탄 간격 변경 장치로서 역할을 하며, 상기 x-방향 액적 착탄 간격 변경 장치는 상기 헤드 내의 노즐 중 사용되는 노즐을 스위칭하여 상기 x 방향으로 정렬하도록 투영된 투영 노즐군에 있어서의 노즐 간격의 n배(단, n은 양의 정수)의 단위로, 상기 기판 상의 x 방향에 있어서의 액적의 착탄 간격을 가변시키는 것을 특징으로 하는 액체 도포 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 x-방향 액적 착탄 간격 변경 장치는 상기 기판 상의 x 방향에 있어서의 액적의 표준 착탄 간격을 x 방향에 있어서의 상기 매트릭스 형상 중 하나의 주기의 단위 길이로 설정하는 것을 특징으로 하는 액체 도포 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 x-방향 액적 착탄 간격 변경 장치가 상기 기판 상의 x 방향에 있어서의 액적의 착탄 간격을 상기 표준 착탄 간격보다 짧게 가변시킬 때, 상기 x-방향 액적 착탄 간격 변경 장치는 상기 기판 상의 x 방향에 있어서의 액적의 착탄 간격을 상기 x 방향과 정렬하도록 투영된 투영 노즐군에 있어서의 노즐 피치의 2배보다 짧지 않도록 설정하는 것을 특징으로 하는 액체 도포 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐과 각각 연통된 액실로 액체를 공급하는 복수의 공급 유로를 더 포함하고,
    상기 액적 방출 제어 장치는 동일한 액적 방출 타이밍에 상기 공급 유로 중 동일한 하나가 액체를 공급하는 액실에 연통된 노즐로부터 액적을 방출하지 않도록 상기 헤드를 동작시키는 것을 특징으로 하는 액체 도포 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    각각의 열에 있어서 상기 매트릭스 형상 중 하나로 배치된 노즐에 연통된 액실은 상기 공급 유로들 중 동일한 공급 유로에 의해 액체가 공급되는 것을 특징으로 하는 액체 도포 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 액적 방출 제어 장치는 동일한 액적 방출 타이밍에 상기 헤드에 있어서 상기 x 방향으로 최소 노즐 간격에 의해 서로 분리된 노즐로부터 액적을 방출하지 않도록 상기 헤드를 동작시키는 것을 특징으로 하는 액체 도포 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 액적 방출 제어 장치는 상기 기판 상에 액적을 이산적으로 착탄시키도록 최소 액적 방출 주기의 적어도 m배(단, m은 1보다 큰 정수)의 주기로 상기 헤드를 동작시키고,
    상기 액적 방출 제어 장치는 또한 y-방향 액적 착탄 간격 변경 장치로서 역할을 하며, 상기 y-방향 액적 착탄 간격 변경 장치는 상기 최소 액적 방출 주기 이상 최소 액적 방출 주기의 (m-1)배 이하의 지연 시간을, 최소 액적 방출 주기를 최소 단위로 해서 생성하는 지연 시간 생성 장치를 포함하고, 상기 지연 시간 생성 장치에 의해 생성된 지연 시간을 이용해서 상기 헤드의 구동 타이밍을 지연시켜 상기 최소 액적 방출 주기의 단위로 상기 기판 상의 y 방향에 있어서의 액적의 착탄 간격을 가변시키는 것을 특징으로 하는 액체 도포 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 액적 방출 제어 장치는 상기 기판 상에 액적을 이산적으로 착탄시키도록 최소 액적 방출 주기의 적어도 m배(단, m은 1보다 큰 정수)의 주기로 상기 헤드를 동작시키고,
    상기 액적 방출 제어 장치는 또한 x-방향 액적 착탄 간격 변경 장치로서 역할을 하며, 상기 x-방향 액적 착탄 간격 변경 장치는 상기 최소 액적 방출 주기 이상 최소 액적 방출 주기의 (m-1)배 이하의 지연 시간을 최소 액적 방출 주기를 최소 단위로 해서 생성하는 지연 시간 생성 장치를 포함하고, 상기 지연 시간 생성 장치에 의해 생성된 지연 시간을 이용해서 상기 헤드의 구동 타이밍을 지연시켜 상기 최소 액적 방출 주기의 단위로 상기 기판 상의 x 방향에 있어서의 액적의 착탄 간격을 가변시키는 것을 특징으로 하는 액체 도포 장치.
  9. 기판 상에 기능성을 갖는 액체의 액적을 방출하는 복수의 노즐을 포함하는 헤드,
    상기 헤드 및 상기 기판을 상대 이동 방향으로 서로에 대해 상대적으로 이동시키는 상대 이동 장치,
    소정 액적 방출 주기로 상기 헤드를 동작시켜 상기 기판 상에 액적을 이산적으로 착탄시키는 액적 방출 제어 장치,
    상기 상대 이동 방향과 직교하는 x 방향에 있어서 상기 기판 상의 액적의 착탄 간격을 가변시키는 x-방향 액적 착탄 간격 변경 장치,
    상기 상대 이동 방향과 평행한 y 방향에 있어서 상기 기판 상의 액적의 착탄 간격을 가변시키는 y-방향 액적 착탄 간격 변경 장치,
    상기 기판에 도포된 액체를 경화시키는 경화(curing) 장치, 및
    상기 경화 장치에 의해 경화된 액체 또는 상기 경화 장치에 의해 경화 중에 있는 액체에 대하여 요철 패턴이 형성된 다이를 압박함으로써 상기 요철 패턴을 전사하는 패턴 전사 장치를 포함하는 임프린팅 시스템으로서,
    상기 헤드는 상기 노즐이 상기 x 방향과 평행한 행 방향과 상기 y 방향에 대해 경사진 열 방향에 의한 매트릭스 형상, 및 상기 x 방향에 대해 경사진 행 방향과 상기 y 방향에 대해 경사지고 상기 행 방향에 대해 비평행한 열 방향에 의한 매트릭스 형상 중 하나로 배치된 구조를 갖고,
    상기 액적 방출 제어 장치는 또한, x-방향 액적 착탄 간격 변경 장치로서 역할을 하며, 상기 x-방향 액적 착탄 간격 변경 장치는 상기 헤드 내의 노즐 중 사용되는 노즐을 스위칭하여 상기 x 방향으로 정렬하도록 투영된 투영 노즐군에 있어서의 노즐 간격의 n배(단, n은 양의 정수)의 단위로, 상기 기판 상의 x 방향에 있어서의 액적의 착탄 간격을 가변시키는 것을 특징으로 하는 임프린팅 시스템.
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