KR101656352B1 - 스템프 분리장치 - Google Patents

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Abstract

기판과 스템프의 합착 상태를 간편하게 분리할 수 있는 스템프 분리장치를 개시한다.
이러한 스템프 분리장치는, 스템프와 합착된 상태의 기판이 놓여지는 스테이지와, 상기 스테이지의 위쪽에 배치되어 상기 스템프를 위로 들어올리면서 기판으로부터 분리할 수 있도록 형성된 홀더부와, 상기 스테이지의 측면 상에 배치되어 기판과 스템프의 합착면 내에 접착력이 제거 또는 감소된 상태의 분리용 시드(seed)를 형성할 수 있도록 구성된 시드형성부를 포함한다.
Figure R1020090113695
임프린트(imprint) 작업, 스템프 분리, 스템프 변형 및 손상 방지, 분리 작업성 향상

Description

스템프 분리장치{a stamp separating apparatus}
본 발명은 평판표시소자용 기판의 임프린트(imprint) 작업에 사용되며, 특히 기판과 합착된 스템프를 기판으로부터 간편하게 분리할 수 있는 스템프 분리장치에 관한 것이다.
일반적으로 임프린트(imprint) 작업은 평판표시소자용 기판 제조시 각종 기능성 패턴들을 기판 측에 임프린트 동작으로 패터닝하는 공정으로서, 이미 잘 알려진 바와 같이 평판형의 스템프(stamp)를 기판과 통상의 방법(예: 낙하)으로 합착한 다음, 흡착 홀더들을 이용하여 기판 측에서 스템프를 들어올려서 합착 상태를 분리하는 방식으로 진행된다.
이와 같은 임프린트 작업 방식에 의하면, 특히 기판과 스템프를 합착한 다음, 기판으로부터 스템프를 신속하고 안정적으로 분리하는 것이 매우 중요하다.
하지만, 상기와 같이 기판과 합착된 스템프를 흡착 홀더들로 흡착하여 단순하게 들어올리면서 합착 상태를 분리하는 방식은 여러 가지의 문제가 발생할 수 있다.
특히, 기판과 스템프가 면(面) 접촉 상태로 합착된 합착면 사이에는 약액의 접착력이 작용하므로 스템프를 흡착 홀더들로 잡아당길 때 접착력에 의해 분리 저항력이 크게 발생하는 것으로 알려져 있다.
그러므로, 기판에서 스템프가 잘 떨어지지 않아서 스템프의 분리 작업이 난이할 뿐만 아니라, 택(tact) 타임이 길어져서 작업성을 크게 저하시키는 요인이 될 수 있다.
그리고, 기판과 스템프의 합착면 사이에 접착력이 작용하는 상태에서 스템프를 강제로 잡아당기면 스템프와 기판은 물론이거니와 기판의 약액층이 비정상으로 쉽게 변형되거나 파손될 수 있으며, 이로 인하여 불량 품질이 과다하게 발생할 수 있다.
더욱이, 이러한 현상은 대면적(大面積)의 스템프를 분리할 때 더욱 심각하게 발생하는 것으로 알려져 있으므로 점차 대면적화 되어 가는 기판의 제조 라인에 적극적으로 활용하기 어렵다.
따라서, 임프린트 작업 중에 상기와 같이 기판 측에서 스템프를 분리할 때 발생하는 문제들을 개선하지 않으면 만족할 만한 작업 수율을 기대할 수 없다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,
본 발명의 목적은 특히 기판과 합착된 상태의 스템프를 기판으로부터 간편하게 분리할 수 있는 스템프 분리장치를 제공하는데 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 실현하기 위하여,
스템프와 합착된 상태의 기판이 놓여지는 스테이지;
상기 스테이지의 위쪽에 배치되어 상기 스템프를 위로 들어올리면서 기판으로부터 분리할 수 있도록 형성된 홀더부;
상기 스테이지의 측면 상에 배치되어 기판과 스템프의 합착면 내에 접착력이 제거 또는 감소된 상태의 분리용 시드(seed)를 형성할 수 있도록 구성된 시드형성부;
를 포함하는 스템프 분리장치를 제공한다.
이와 같은 본 발명은 기판과 스템프의 합착면 내에 분리용 시드를 형성하기 위한 시드형성부를 구비하고 있으므로, 특히 기판에서 스템프를 분리하기 전에 합착면 내에 분리용 시드를 형성하여 스템프의 전체면 중에서 분리용 시드와 대응하는 부분을 홀더부로 들어올리는 방식으로 스템프의 분리 작업을 진행할 수 있다.
이와 같은 스템프의 분리 구조에 의하면, 기판과 스템프 그리고 임프린트된 약액층의 손상이나 변형을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 기판으로부터 스템프를 신속하고 간편하게 분리할 수 있으므로 택 타임을 대폭 줄여서 작업 수율을 높일 수 있다.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.
본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자들이 본 발명의 실시가 가능한 범위 내에서 설명된다.
따라서, 본 발명의 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있는 것이므로 본 발명의 특허청구범위는 아래에서 설명하는 실시 예들로 인하여 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 스템프 분리장치의 전체 구조를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 도면 부호 2는 스테이지를 지칭한다.
상기 스테이지(2)는 기판(G)을 로딩할 수 있는 구조로 이루어지며, 이 기판(G) 측에는 통상의 임프린트(imprint) 공정을 거치면서 약액층(G1, 예: 에칭레지스트)을 임프린트 하기 위한 스템프(S)가 합착된 상태로 제공된다.
상기 스테이지(2)는 기판(G)으로부터 스템프(S)를 분리하는 작업을 진행하기 위한 일종의 작업대 역할을 한다.
즉, 상기 스테이지(2)는 평탄한 로딩면(L)을 구비하고 도 1에서와 같은 프레임(F) 상에서 상기 로딩면(L)이 위쪽을 향하는 상태로 배치될 수 있다.
상기한 스테이지(2)는 기판(G)을 로딩 상태로 간편하게 고정하거나 고정 상태를 해제할 수 있는 구조이면 좋다.
예를 들어, 상기 스테이지(2)는 판상의 진공척(vacuum chuck, 또는 정전척)을 사용할 수 있다. 그러면, 상기 기판(G) 측에서 스템프(S)를 분리하는 작업을 진행할 때 상기 기판(G)이 움직이지 않도록 간편하게 잡아줄 수 있다.
상기 본 발명의 일실시 예에 따른 스템프 분리장치는, 홀더부(4)를 포함한다.
상기 홀더부(4)는 상기 스테이지(2) 위쪽에 배치되어 기판(G)과 스템프(S)의 합착 상태를 분리할 수 있도록 형성된다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 홀더부(4)는 복수 개의 홀더(H)들로 구성되며, 이 홀더(H)들은 상기 스테이지(2) 위에 놓여진 기판(G) 측에서 스템프(S)를 들어올릴 수 있도록 형성된다.
상기 홀더(H)들은 예를 들어, 하부에 흡착홀들을 구비한 통상의 봉(棒) 타입의 흡착기를 사용할 수 있다.
상기 홀더(H)들은 여러가지 타입의 흡착 구조 중에서 진공 흡착력으로 상기 스템프(S)의 윗면을 잡아줄 수 있도록 형성될 수 있다.
그리고, 상기 홀더(H)들은 구동원(M1)으로부터 동력을 전달받아서 상,하 방향으로 움직이면서 상기 스템프(S) 윗면을 잡은 상태로 들어올릴 수 있도록 작동된다.
상기 구동원(M1)은 예를 들어, 승강용 스크류(J1)를 구비한 통상의 스크류 잭(J, screw jack)으로 구성될 수 있다.
즉, 스크류 잭(J)을 상기 프레임(F) 상부에 설치하고, 상기 승강용 스크류(J1)들의 단부와 상기 홀더(H)들을 연결하여 상기 승강용 스크류(J1)의 승,하강시 상기 홀더(H)들을 상,하 방향으로 이동시킬 수 있도록 셋팅될 수 있다. 이러한 구조는 해당 분야에서 평균적인 지식을 가진 자라면 용이하게 실시할 수 있는 것이므로 더욱 상세한 설명은 생략한다.
특히, 상기 스크류 잭(J)은 도면에는 나타내지 않았지만 이미 잘 알려진 바와 같이 기어드모터의 동력을 통상의 방법(워엄 기어, 베벨 기어)으로 전달받아서 상기 승강용 스크류(J1)가 상,하 방향으로 선형(linear) 운동을 하는 구조를 갖는 것으로서, 대형의 중량물 이송에 적합할 뿐만 아니라, 역전 방지(self locking) 기능을 구비하여 한층 향상된 작동 안전성을 확보할 수 있다.
상기 구동원(M1)은 스크류 잭(J) 이외에도 도면에는 나타내지 않았지만 예를 들어, 통상의 실린더로 구성되어 상기 홀더(H)들을 피스톤로드로 밀거나 당기면서 상,하 방향으로 이동시킬 수도 있다.
그리고, 상기한 홀더부(H)는 예를 들어, 상기 스템프(S)의 전체면을 두 군데(가운데 부분과 가장자리 부분)로 나눠서 상기 홀더(H)들을 이용하여 각각 들어올릴 수 있도록 셋팅하면 좋다. 그러면, 후술하는 시드형성부(6)의 작동과 부합하여 스템프(S)의 분리 작업을 더욱 용이하게 진행할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시 예에 따른 스템프 분리장치는, 시드형성부(6)를 포함하여 이루어진다.
상기 시드형성부(6)는 기판(G)과 스템프(S)의 합착면(Q) 내에 틈새 즉, 시드(SEED)를 발생시켜서 접착력이 제거 또는 감소된 상태의 분리용 시드(Q1)를 형성하기 위한 것이다.
도 2 및 도 3은 상기 시드형성부(6)의 세부 구조 및 작용을 설명하기 위한 도면들이다.
도 2를 참조하면, 상기 시드형성부(6)는, 기판(G)과 스템프(S)의 가장자리와 대응하도록 배치되는 시드형성용 접촉구(K1)와, 이 시드형성용 접촉구(K1)와 이격 배치되어 기판(G)과 스템프(S)의 합착면(Q) 사이로 분리용 유체(W)를 분사하는 유체분사구(K2)로 구성될 수 있다.
상기 시드형성용 접촉구(K1)는 상기 스테이지(2)와 약간 떨어져서 측면 상에 배치되며, 구동원(M2)으로부터 동력을 전달받아서 기판(G)과 스테이지(S)의 가장자리를 향하여 전,후 방향으로 이동 가능하도록 상기 프레임(F) 상에 제공된다.
상기 구동원(M2)은 실린더(C)를 사용할 수 있으며, 피스톤로드(C1)로 밀거나 당기는 방식으로 상기 시드형성용 접촉구(K1)를 전,후 방향으로 이동시킬 수 있도록 셋팅될 수 있다.
그리고, 상기 시드형성용 접촉구(K1)는 상기 프레임(F) 상에서 예를 들어, LM 가이드와 같은 가이드부재(C2)를 따라 이동하도록 셋팅하면 좋다. 그러면, 상기 시드형성용 접촉구(K1) 이동 정밀도 및 이동 안전성을 높일 수 있다.
상기 구동원(M2)은 실린더(C) 이외에도 도면에는 나타내지 않았지만 예를 들어, 모터와 볼스크류를 이용한 통상의 스크류 구동 방식으로 이루어질 수 있다.
상기 시드형성용 접촉구(K1)는 일측에 쐐기 모양을 갖는 가압부(Y)를 구비한 블록 형태로 이루어질 수 있으며, 재질은 내구성 및 내마모성이 우수한 금속이나 합성수지를 사용할 수 있다.
즉, 상기한 시드형성용 접촉구(K1)는 상기 프레임(F) 상에서 기판(G)과 스템프(S)의 가장자리를 향하여 전,후 방향으로 이동되면서 합착면(Q) 사이를 상기 가압부(Y)의 접촉력으로 밀어서 벌릴 수 있도록 작동된다.
상기 유체분사구(K2)는 유체 분사가 가능한 노즐(N)로 구성되며, 상기 스테이지(2)의 측면에서 기판(G)과 스템프(D)의 합착면(Q) 사이로 분리용 유체(W)를 분사할 수 있도록 상기 프레임(F) 상에 셋팅된다.
그리고, 상기 분리용 유체(W)는 질소가스나 CDA(Clean Dried Air)를 사용할 수 있으며, 도면에는 나타내지 않았지만 통상의 방법으로 상기 노즐(N) 측에 공급되도록 셋팅된다.
상기한 시드형성부(6)는 도면에는 나타내지 않았지만 상기 스테이지(2)의 측면 상에서 상기 기판(G)과 스템프(S)의 가장자리와 대응하도록 복수 개의 지점에 이격 설치하면 좋다.
다음으로 도 3을 참조하여 상기 시드형성부(6)의 작용을 설명하면 다음과 같다.
즉, 상기 스테이지(2) 상에 로딩된 기판(G)과 스템프(S)의 가장자리를 향하여 상기 시드형성용 접촉구(K1)를 이동시켜서 접촉력으로 합착면(Q) 일부를 벌린 다음, 상기 유체분사구(K2)를 이용하여 분리용 유체(W)를 분사한다.
그러면, 상기 기판(G)과 스템프(S)의 합착면(Q) 중에서 가장자리 일부는 일정 크기의 틈새가 발생하면서 약액의 접착력이 제거 또는 감소된 영역 즉, 분리용 시드(Q1)가 형성된다.
즉, 상기한 시드형성부(6)는 시드형성용 접촉구(K1)를 이용한 접촉 방식으로 분리용 시드(Q1)를 간편하게 형성할 수 있으며, 이러한 분리용 시드(Q1)는 상기 기판(G)과 스템프(S)의 가장자리 측에서 상기 홀더부(4)의 홀더(H)들과 대응하는 지점에 복수 개를 형성하면 좋다.
상기한 분리용 시드(Q1)는 특히 기판(G) 측에서 스템프(S)를 분리할 때 작업 시간을 단축시킬 수 있고, 스템프(S)나 기판(G) 그리고, 임프린트된 약액층(G1)의 변형이나 파손 등을 방지할 수 있다.
즉, 도 3에서와 같이 홀더부(4)의 홀더(H)로 분리용 시드(Q1)와 대응하는 스템프(S) 윗면을 잡아당기면, 접착력에 의한 분리 저항력을 최소화할 수 있으므로 기판(G)으로부터 스템프(S)를 간편하게 분리할 수 있다.
따라서, 본 발명은 스템프(S)의 분리 작업을 신속하게 진행할 수 있고, 분리 작업 중에 스템프(S)와 기판(G) 그리고, 임프린트된 약액층(G1)이 비정상으로 변형되거나 파손되는 현상을 방지할 수 있으므로 종래의 스템프 분리 방법이나 장치들에 의해 발생할 수 있는 문제들을 개선할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른실시 예에 따른 스템프 분리장치의 세부 구조를 설명하기 위한 도면이다.
본 실시 예는 상기한 실시 예와 비교할 때 시드형성부(6)가 비접촉 방식으로 분리용 시드(Q1)를 형성할 수 있도록 구성되는 차이점이 있다. 그리고, 아래에서 설명하지 않는 부분은 상기한 실시 예와 유사하거나 동일하다.
도 4를 참조하면, 상기 시드형성부(6)는, 시드형성용 열발생구(K1a)와, 유체분사구(K2)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 시드형성용 열발생구(K1a)는 상기 스테이지(2)와 약간 떨어져서 배치되며, 구동원(M3, 예: 실린더)으로부터 통상의 방법으로 동력을 전달받아서 기판(G)과 스테이지(S)의 가장자리를 향하여 전,후 방향으로 이동 가능하게 제공된다.
상기 시드형성용 열발생구(K1a)는 통상의 발열부재(P, 예: 열선)를 구비하여, 기판(G)과 스템프(S)의 가장자리 측에서 발열에 의해 열을 전달할 수 있도록 셋팅된다.
이때, 상기 스템프(S)의 백플레이트(S1) 재질은 유리재인 기판(G)과 비교할 때 열팽창율(열팽창계수)가 서로 다른 재질 중에서 사용하면 좋다. 예를 들어, 금속판 중에서 사용할 수 있다.
그리고, 상기 유체분사구(K2)는 상기 스테이지(2)의 측면에서 기판(G)과 스템프(S)의 합착면(Q) 사이로 분리용 유체(W)를 분사할 수 있도록 형성된 노즐(N)로 구성된다.
도 5는 상기 시드형성부(6)의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
즉, 스테이지(2) 상에 놓여진 기판(G)과 스템프(S)의 가장자리를 향하여 열발생구(K1a)를 이동시킨 상태로 발열시킨다.
그러면, 기판(G)과, 스템프(S)의 백플레이트(S1) 가장자리 일부가 열을 전달 받아서 팽창될 때 열팽창율의 차이에 의해 기판(G)과 스템프(S)의 합착면(Q) 사이가 분리된 상태가 될 수 있다.
그런 다음, 유체분사구(K2)로 분리된 부분을 향하여 분리용 유체(W)를 분사하면 도 5에서와 같이 기판(G)과 스템프(S)의 합착면(Q) 가장자리 측에는 약액의 접착력이 제거되거나 감소된 상태의 분리용 시드(Q1)가 형성된다.
그러므로, 기판(G)에서 스템프(S)를 분리할 때 상기 분리용 시드(Q1)와 대응하는 스템프(S)의 윗면을 홀더부(4)의 홀더(H)들로 잡아당기면서 기판(G)으로부터 간편하게 분리할 수 있다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 또 다른실시 예들에 따른 스템프 분리장치의 세부 구조 및 작용을 설명하기 위한 도면들이다. 본 실시 예에서는 상기한 실시 예들과 비교할 때 스템프(S) 측에 시드부(8)가 일체로 제공되는 차이점이 있다.
도 6을 참조하면, 상기 시드부(8)는 시드용 박막(T)으로 구성될 수 있으며, 이 시드용 박막(T)은 예를 들어, 상기 스템프(S) 일면에서 모서리 부분과 대응하도록 부착된 상태로 제공될 수 있다.
상기 시드용 박막(T)은 특히 금속 박막을 사용하면 좋다. 그러면, 기판(G)과 스템프(S)를 합착한 상태에서 통상의 방법으로 경화(U.V 경화) 작업을 진행할 때 일종의 마스크(mask) 역할을 하여 약액의 경화를 늦출 수 있으므로 약액의 경화에 의한 접착력을 줄일 수 있다.
그리고, 상기 시드용 박막(T) 측에는 배출홈(T1)을 형성하면 좋다. 그러면, 기판(G)과 스템프(S)를 합착할 때 약액층(G1)의 약액이 상기 시드용 박막(T) 안쪽 으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같은 구조에 의하면, 기판(G)과 스템프(S)를 합착할 때 상기 시드용 박막(T)과 기판(G) 사이에는 약액이 거의 없거나 얇게 분포된 상태이므로 약액에 의해 발생할 수 있는 접착력을 대폭 감소시킬 수 있다.
그러므로, 도 7에서와 같이 상기 홀더부(4)의 홀더(H)로 스템프(S)를 기판(G)에서 분리할 때 상기 스템프(S) 윗면 중에서 상기 시드부(8)의 시드용 박막(T)들과 대응하는 부분을 들어올리는 방식으로 분리 작업을 간편하게 진행할 수 있다.
이러한 시드부(8)의 구조에 의하면, 상기한 실시 예들과 같이 시드형성부(6)를 별도로 구비하지 않아도 되므로 구조가 간단하고, 장치의 소형화를 실현할 수 있다.
그리고, 상기 시드부(8)는 상기와 같이 스템프(S)의 내측에 제공되는 구조에 한정되는 것은 아니다.
도 8을 참조하면, 상기 시드부(8)는 상기 스템프(S)의 가장자리에서 외측으로 연장된 형태의 시드용 연장부(T2)로 구성될 수도 있다.
상기 시드용 연장부(T2)는 예를 들어, 스템프(S)의 가장자리 중에서 모서리 지점과 대응하도록 복수 개가 제공될 수 있다.
이와 같은 구조에 의하면, 시드용 연장부(T2)가 스템프(S) 가장자리 외측으로 벗어난 상태이므로 상기 홀더부(4)를 이용하여 더욱 쉽게 들어올릴 수 있다.
그러므로, 상기 시드용 연장부(T2)를 들어올리는 방식으로 기판(G)에서 스템 프(S)를 간편하게 분리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 스템프 분리장치의 전체 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 스템프 분리장치의 시드형성부의 세부 구조 및 작용을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른실시 예에 따른 스템프 분리장치의 세부 구조 및 작용을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 또 다른실시 예들에 따른 스템프 분리장치의 세부 구조 및 작용을 설명하기 위한 도면들이다.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]
2: 스테이지 4: 홀더부 6: 시드형성부
8: 시드부 G: 기판 S: 스템프

Claims (11)

  1. 스템프와 합착된 상태의 기판이 놓여지는 스테이지;
    상기 스테이지의 위쪽에 배치되어 상기 스템프를 위로 들어올리면서 상기 기판으로부터 분리할 수 있도록 형성된 홀더부; 그리고,
    상기 스테이지의 측면 상에 배치되어 상기 기판과 상기 스템프의 합착면 내에 접착력이 제거 또는 감소된 상태의 분리용 시드(seed)를 형성할 수 있도록 구성된 시드형성부를 포함하며,
    상기 시드형성부는 상기 기판과 상기 스템프의 가장자리측에 열을 전달하기 위한 발열부재를 가지되, 상기 기판과 상기 스템프의 가장자리와 대응하도록 배치되는 시드형성용 열발생구를 포함하는 것을 특징으로 하는 스템프 분리장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스테이지는,
    기판 면적과 대응하는 로딩면을 구비한 판상의 진공척이나 정전척으로 구성되는 스템프 분리장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 홀더부는,
    복수 개의 홀더들로 구성되며, 이 홀더들은 스템프의 일면을 흡착력으로 잡아줄 수 있는 진공 흡착기를 사용하는 스템프 분리장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 시드형성부는 상기 시드형성용 열발생구와 이격 배치되어 상기 기판과 상기 스템프의 합착면 사이로 분리용 유체를 분사하는 유체분사구를 더 포함하여 이루어지는 스템프 분리장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 유체분사구는,
    유체 노즐로 구성되며, 이 노즐은 질소가스나 CDA(Clean Dried Air) 중에서 어느 하나를 분리용 유체로 분사할 수 있도록 셋팅되는 스템프 분리장치.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 시드형성용 열발생구는,
    상기 발열부재로 상기 기판과 상기 스템프의 가장자리 측에 열을 전달하여 상기 기판과 상기 스템프 간의 열팽창율 차이에 의해 합착면 사이가 분리되도록 셋팅되는 것을 특징으로 하는 스템프 분리장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
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