KR102022268B1 - 순간가열방식 및 용액전사방식의 임프린트 장치와, 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 순간가열방식 및 용액전사방식의 임프린트 장치와, 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게 헤드 유닛의 경화수단이 열 또는 자외선에 의한 경화가 선택적으로 가능하도록 형성되어, 용액전사방식 또는 열에 의한 임프린트가 모두 가능하며, 열에 의한 임프린트 공정 시, 펄스 기반의 순간가열방식으로 스탬프 표면에 열이 공급됨으로써, 기판의 열변형 문제를 극복하고, 공정시간 단축 및 대면적 패터닝이 가능한 임프린트 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 순간가열방식 및 용액전사방식의 임프린트 장치와, 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게 헤드 유닛의 경화수단이 열 또는 자외선에 의한 경화가 선택적으로 가능하도록 형성되어, 용액전사방식 또는 열에 의한 임프린트가 모두 가능하며, 열에 의한 임프린트 공정 시, 펄스 기반의 순간가열방식으로 스탬프 표면에 열이 공급됨으로써, 기판의 열변형 문제를 극복하고, 공정시간 단축 및 대면적 패터닝이 가능한 임프린트 장치 및 그 방법에 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.
상기 방법 중 마스크 또는 스탬프의 형상을 전사시키는 방법에 있어서, 마스크를 사용하는 포토 리소그래피(Photo Lithography)는 레지스트(Resist)가 도포된 기판 위에 마스크를 정렬하여 위치시킨 후 빛을 조사하여 레지스트를 경화시킨다.
스탬프를 사용하는 임프린트 리소그래피(Imprint Lithography) 공정은 레지스트가 도포된 기판 위에 스탬프를 정렬하여 위치시킨 후, 스탬프와 기판이 밀착된 상태에서 가압을 한 후 가열하거나 빛을 조사하는 등의 방법을 이용하여 레지스트를 경화시킨다.
국내등록특허공보 제1422112호(등록일 2014.07.16, 명칭 : 나노임프린트 리소그래피 방법)에는 자외선 경화에 의한 나노임프린트 리소그래피 방법이 개시되어 있으며, 국내등록특허공보 제1102027호(등록일 2011.12.27, 명칭 : 롤임프린트 장치)에는 자외선 조사에 의해 레지스트가 경화되는 롤 방식의 임프린트 리소그래피 방법이 개시된 바 있다.
기존의 임프린팅 공정은 사용되는 웨이퍼의 크기에 따라서 약간의 차이는 있으나, 1인치x1인치 또는 1cm x1cm 크기(field size)를 갖는 몰드를 순차적으로 이동하며 패터닝 공정을 수행하는 임프린팅 방법과, 6인치 또는 8인치 크기와 같은 큰 스탬프를 사용하여 한 번에 임프린팅 하는 방법이 있다.
이러한 공정의 경우 스탬프의 패턴이 전사되는 기판(기저층 또는 웨이퍼면 위에 레지스트가 코팅된 표면)은 평면의 웨이퍼 척 위에 놓인 상태에서 임프린팅이 이루어진다.
이와 같이 스탬프의 패턴을 기판에 전사할 때 자외선을 이용하여 저하중으로 작업하는 방법과 열과 고하중을 이용하는 방법이 사용된다.
자외선을 이용하는 경우는 자외선에 경화되는 수지만을 이용하여 저하중으로 상온에서 패턴전사 작업이 가능하며, 주로 1bar(또는 1kg/cm2) 이하의 낮은 압력이 사용된다.
그리고, 열을 이용하는 경우는 열경화성 또는 열가소성 물질을 사용하거나, 열에 의해 경화되는 물질을 사용하여 스탬프의 패턴을 기판에 전사한다.
기존의 열을 이용한 공정은, 사용하는 플라스틱 또는 폴리머 기판의 온도를 높이기 위하여 카트리지 히터를 사용하거나, SiC 기반 히터를 이용하여 재료를 유리전이온도(glass transition temperature)까지 올려서 기판의 형상을 변형시킨 후, 냉각과정을 마침으로써, 패턴형상이 이루어지게 된다.
그런데, 상기 공정은 1회 가열과, 냉각 공정을 통한 패터닝 공정에 짧게는 30분에서 길게는 이상 시간이 소요되며, 스탬프의 크기보다 큰 면적에서 반복적인 패터닝을 수행할 경우 그보다 더 많은 시간이 소요된다는 단점이 있다.
또한, 상기 공정은 열을 기반으로 하기 때문에, 기판의 재질이 플라스틱 또는 폴리머를 사용하는 경우, 히터에서 발생하는 열에 의해 스탬프 또는 스탬프 주변에 직접적인 영향을 주게되며, 패터닝이 이루어지지 않는 다른 기판 영역은 열에 의한 변형이 발생하여 기판이 균일하게 유지되기 어렵다는 문제점이 있었다.
따라서 상술한 바와 같은 문제점을 최소화할 수 있는 기술개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 열에 의한 임프린트 공정 시, 펄스 기반의 순간가열방식으로 스탬프 표면에 열이 공급됨으로써, 패터닝이 이루어지지 않는 다른 영역의 기판 열변형 문제를 극복하고, 공정시간 단축 및 대면적 패터닝이 가능한 임프린트 장치를 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명의 목적은 헤드 유닛의 경화수단이 열 또는 자외선에 의한 경화가 선택적으로 가능하도록 형성된 임프린트 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 임프린트 장치는 열 또는 자외선을 이용한 경화수단과, 하측면에 패턴이 형성된 평판형 스탬프와, 상기 스탬프가 장착되는 스탬프 고정장치로 이루어진 헤드 유닛; 상기 헤드 유닛을 x, y축으로 이송시키는 x, y축 이송용 스테이지와, 패턴전사를 위해 z축으로 압력을 가하는 z축 가압장치를 포함하는 패터닝 유닛; 스테이션 상부에 제1기판 및 제2기판을 고정시키는 제1기판 고정장치 및 제2기판 고정장치를 포함하며, 상기 헤드 유닛 하부에 배치된 평판 유닛; 및 상기 헤드 유닛, 상기 패터닝 유닛 및 평판 유닛의 동작 및 위치를 제어하는 제어 유닛; 을 포함하며, 상기 헤드 유닛은 상기 스탬프 및 경화수단이 탈부착 가능하여 스템프가 제1기판과 접촉하는 영역에만 에너지를 발생시키는 순간가열방식 임프린트 및 용액전사방식 임프린트 중 하나를 수행가능한 형태로 선택가능하고, 상기 경화수단은 상기 스탬프에 열 또는 자외선을 공급하여 상기 스탬프와 접촉된 제1기판에만 패터닝이 이루어지고 상기 제1기판의 나머지 영역에 변형이 발생되지 않는 것을 특징으로 한다.
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이때, 상기 헤드 유닛은 상기 스탬프에 전극이 형성되고, 상기 경화수단이 펄스기반 순간가열방식으로 열을 공급하는 수단일 수 있다.
다른 예로, 상기 헤드 유닛은 상기 스탬프 및 스탬프 고정장치가 자외선을 통과시킬 수 있는 재질로 형성되고, 상기 경화수단이 자외선 조사 수단일 수 있다.
아울러, 상기 헤드 유닛은 플렉셔 힌지와 같은 탄성 기반의 힌지가 적용된 스탬프 각도보상장치를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 임프린트 장치는 패터닝 공정 시, 상기 스탬프의 위치를 정렬하는데 필요한 데이터를 측정하는 측정 유닛을 더 포함하며, 상기 측정 유닛에서 측정된 데이터에 따라 상기 제어 유닛에 의해 상기 스탬프의 위치가 제어될 수 있다.
또한, 상기 측정 유닛은 연속적인 패터닝 공정에서, 상기 제1기판 상에 이미 패터닝된 패턴의 위치를 측정하는 패턴 위치 측정장치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 측정 유닛은 상기 스탬프의 측면과 이격된 일정 지점에 고정되어 설치되며, 상기 스탬프와의 절대 위치를 측정하는 스탬프 위치 측정장치를 포함할 수 있다.
상술한 임프린트 장치에서, 상기 헤드 유닛에 펄스기반 순간가열방식으로 열을 공급하는 경화수단이 장착되어 패턴을 전사하는 순간가열방식 임프린트 방법은 a) 상기 x, y축 이송용 스테이지를 이용하여 상기 헤드 유닛을 상기 제1기판 상측의 일정 위치에 정렬하는 패터닝 정렬 단계; b) 상기 제1기판과, 상기 스탬프가 z축 가압장치에 의해 면접촉하며 일정 압력으로 가압되고, 상기 경화수단에서 발생된 펄스에너지에 의해 스탬프가 가열되어 상기 제1기판 상에 패터닝이 이루어지는 패터닝 단계; 및 c) 상기 z축 가압장치에 의해, 상기 헤드 유닛이 z축 초기 위치로 복귀하는 스탬프 분리 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 임프린트 방법은 상기 제1기판이 상기 스탬프보다 크게 형성되어 연속적인 패터닝이 이루어지는 경우, 상기 a)~c)단계가 순차적으로 반복되어 수행될 수 있다.
이때, 상기 패터닝 정렬 단계는 측정 유닛에서, 이전에 패터닝된 패턴의 위치 또는 스탬프의 절대 위치를 측정하여 상기 제어 유닛으로 데이터를 전송하고, 상기 제어 유닛이 상기 x, y축 이송용 스테이지의 위치를 제어하여, 상기 헤드 유닛이 상기 제1기판 상, 다음 패터닝 위치로 이송되도록 수행될 수 있다.
상술한 바와 같은 임프린트 장치에서, 상기 헤드 유닛에 자외선을 이용한 경화수단이 장착되어 패턴을 전사하는 용액전사방식 임프린트 방법은 a) 상기 x, y 축 이송용 스테이지를 이용하여 상기 헤드 유닛을 상기 제2기판 상측의 일정 위치에 정렬하는 기증 정렬 단계; b) 자외선 경화성 레지스트가 도포된 상기 제2기판과 상기 스탬프가 z축 가압장치에 의해 면접촉하며 일정 압력으로 가압되고, 상기 z축 가압장치에 의해 상기 헤드 유닛이 z축 초기 위치로 복귀하면서 레지스트 일부가 상기 스탬프 하측 표면에 뭍어 옮겨지는 기증 단계; c) 상기 x, y축 이송용 스테이지에 의해 상기 헤드 유닛이 제1기판의 패터닝 위치로 이동하는 패터닝 정렬 단계; d) 상기 z축 가압장치에 의해 상기 제1기판 및 상기 스탬프가 면접촉하며 일정 압력으로 가압되고, 상기 경화수단에 의해 자외선이 조사되는 패터닝 단계; 및 e) 상기 zz축 가압장치에 의해, 상기 헤드 유닛이 z축 초기 위치로 복귀하는 스탬프 분리 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 임프린트 방법은 상기 제1기판이 상기 스탬프보다 크게 형성되어 연속적인 패터닝이 이루어지는 경우, 상기 a)~e)단계가 순차적으로 반복되어 수행되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 패터닝 정렬 단계는 상기 측정 유닛에서, 이전에 상기 제1기판 상 패터닝된 패턴의 위치 또는 스탬프의 절대 위치를 측정하여 상기 제어 유닛으로 데이터를 전송하고, 상기 제어 유닛이 상기 x, y축 이송용 스테이지의 위치를 제어하여, 상기 헤드 유닛이 상기 제1기판 상, 다음 패터닝 위치로 이송되도록 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 임프린트 장치는 전극 및 하측면에 패턴이 형성된 평판형 스탬프와, 상기 스탬프가 장착되는 스탬프 고정장치와, 경화수단으로 이루어진 헤드 유닛; 상기 헤드 유닛을 x, y축으로 이송시키는 x, y축 이송용 스테이지와, 패턴전사를 위해 z축으로 압력을 가하는 z축 가압장치를 포함하는 패터닝 유닛; 스테이션 상부에 상기 스탬프에 비해 대면적인 패턴전사용 기판 및, 상기 패턴전사용 기판을 고정시키는 기판 고정장치를 포함하며, 상기 헤드 유닛 하부에 배치된 평판 유닛; 연속적인 패터닝 공정에서, 상기 패턴전사용 기판 상에 이미 패터닝된 패턴의 위치를 측정하는 패턴 위치 측정장치를 포함하여 상기 스탬프의 위치를 정렬하는데 필요한 데이터를 측정하는 측정 유닛; 및 상기 측정 유닛에서 측정된 데이터에 따라 상기 헤드 유닛, 패터닝 유닛, 및 평판 유닛의 동작 및 위치를 제어하는 제어 유닛; 을 포함하며, 상기 경화수단은 스템프가 기판과 접촉하는 영역에만 에너지를 발생시키는 펄스기반 순간가열방식으로 상기 스탬프에 열을 공급하여, 상기 스탬프와 접촉된 패턴전사용 기판에만 패터닝이 이루어지고 상기 패턴전사용 기판의 나머지 영역에 열변형이 발생되지 않는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 헤드 유닛은 플렉셔 힌지와 같은 탄성 기반의 힌지가 적용된 스탬프 각도보상장치를 더 포함할 수 있다.
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또한, 상기 측정 유닛은상기 스탬프의 측면과 이격된 일정 지점에 고정되어 설치되며, 상기 스탬프와의 절대 위치를 측정하는 스탬프 위치 측정장치를 포함할 수도 있다.
이에 따라, 본 발명의 순간가열방식 및 용액전사방식의 임프린트 장치는 열에 의한 임프린트 공정 시, 펄스 기반의 순간가열방식으로 스탬프 표면에 열이 공급됨으로써, 패터닝이 이루어지지 않는 다른 영역의 기판 열변형 문제를 극복하고, 공정시간 단축 및 대면적 패터닝이 가능하는 장점이 있다.
다시 설명하면, 본 발명은 열에 의한 임프린트 공정 시, 기판의 재질이 플라스틱 또는 폴리머를 사용하는 경우에도 열에 의한 기판의 변형을 방지하여, 기판을 균일하게 유지할 수 있으며, 냉각공정이 필요없을 뿐만 아니라, 가열 시간이 단축되어 전체적인 공정시간을 단축할 수 있다.
아울러, 본 발명은 열에 의한 기판 변형 방지를 통해, 대면적 기판에 연속적으로 패터닝이 가능게 됨으로써, 대면적 디스플레이, 고기능성 광통신 소자, 솔라 셀 및 나노 마이크로 플루이딕스 칩 등을 제작하는데 활용이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 헤드 유닛의 경화수단이 열 또는 자외선에 의한 경화가 선택적으로 가능하도록 형성됨에 따라, 공정의 유연성을 높이고, 다양한 분야에 적용이 가능하다.
또, 본 발명은 연속 패터닝 공정 시, 스탬프의 위치를 정렬하는데 필요한 측정 유닛과, 스탬프 및 기판을 균일하게 접촉시킬 수 있는 각도보상장치를 더 포함함으로써, 나노 및 마이크로 크기의 구조체의 대면적 패터닝이 가능함은 물론, 공정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 임프린트 장치의 정면도 및 평면도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 임프린트 장치에서 헤드 유닛이 장착된 영역을 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 임프린트 장치에서 자외선을 이용한 경화수단이 장착된 예를 나타낸 부분 절개 사시도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 임프린트 장치에서 순간가열방식의 열을 이용한 경화수단이 장착된 예를 나타낸 부분 절개 사시도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 임프린트 장치에서 각도보상장치의 정면(a)과 측면(b)을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 임프린트 장치에서 각도보상장치의 개념을 나타낸 개념도.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 임프린트 장치에서 측정 유닛을 이용한 정렬방법을 나타낸 개념도.
도 10은 본 발명의 순간가열방식 임프린트 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 11은 본 발명의 순간가열방식 임프린트 방법으로 패터닝 되는 과정을 나타낸 공정개념도.
도 12는 본 발명의 용액전사방식 임프린트 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 13 및 도 14는 본 발명의 용액전사방식 임프린트 방법으로 패터닝 되는 과정을 나타낸 공정개념도,
도 15는 또 다른 실시 예에 의한 임프린트 장치를 나타낸 정면도
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 임프린트 장치에서 헤드 유닛이 장착된 영역을 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 임프린트 장치에서 자외선을 이용한 경화수단이 장착된 예를 나타낸 부분 절개 사시도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 임프린트 장치에서 순간가열방식의 열을 이용한 경화수단이 장착된 예를 나타낸 부분 절개 사시도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 임프린트 장치에서 각도보상장치의 정면(a)과 측면(b)을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 임프린트 장치에서 각도보상장치의 개념을 나타낸 개념도.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 임프린트 장치에서 측정 유닛을 이용한 정렬방법을 나타낸 개념도.
도 10은 본 발명의 순간가열방식 임프린트 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 11은 본 발명의 순간가열방식 임프린트 방법으로 패터닝 되는 과정을 나타낸 공정개념도.
도 12는 본 발명의 용액전사방식 임프린트 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 13 및 도 14는 본 발명의 용액전사방식 임프린트 방법으로 패터닝 되는 과정을 나타낸 공정개념도,
도 15는 또 다른 실시 예에 의한 임프린트 장치를 나타낸 정면도
이하, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 순간가열방식 및 용액전사방식의 임프린트 장치와, 그 도면을 참조로 하여 설명하기로 한다.
도 1에 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 임프린트 장치(1)는 크게, 헤드 유닛(100), 패터닝 유닛(200), 평판 유닛(300) 및 제어 유닛(400)을 포함하여 형성된다.
그런데, 본 발명의 임프린트 장치(1)는 헤드 유닛(100)의 경화수단(110)이 열 또는 자외선에 의한 경화가 선택적으로 가능하도록 형성될 수도 있고, 열 또는 자외선 중 어느 하나만 가능하도록 형성될 수도 있다.
이하에서는 상술한 바와 같은 임프린트 장치(1) 및 방법의 다양한 실시 예에 대해 설명하기로 한다.
실시예 1.
실시예 1은 도 1 및 도 2에 도시된 예에 관한 것으로, 순간가열방식 및 용액전사방식이 모두 가능한 임프린트 장치(1)에 관한 것이다.
상기 임프린트 장치(1)는 열 또는 자외선에 의한 경화가 선택적으로 가능하도록 형성된 헤드 유닛(100)과, 패터닝 유닛(200), 두 개의 평판형 기판이 고정되는 평판 유닛(300) 및 제어 유닛(400)을 포함하여 형성된다.
그 구성에 대해 좀 더 자세히 살펴보면, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 헤드 유닛(100)은 열 또는 자외선을 이용한 경화수단(110)과, 하측면에 패턴이 형성된 평판형 스탬프(120)와, 상기 스탬프(120)가 장착되는 스탬프 고정장치(130)를 포함한다.
이때, 상기 헤드 유닛(100)은 스탬프(120) 및 경화수단(110)이 탈착 가능하도록 형성될 수 있다.
상기 임프린트 장치(1)는 순간가열방식의 열경화를 통해 임프린팅 공정을 수행할 때에는, 도 4와 같이, 상기 스탬프(120)는 전극이 형성된 스탬프(120)가 이용되고, 상기 경화수단(110)으로는 펄스기반의 순간가열방식으로 열을 공급하는 수단이 장착된다.
상기 경화수단(110)은 일정 크기의 전압을 가해주면 순간적으로 발생된 펄스에너지에 의해, 전극이 형성된 스탬프(120)의 표면이 가열되도록 하며, 가열된 스탬프(120)를 통해 제1기판(310)의 상면 또는 제1기판(310)의 상면에 도포된 레지스트를 변형시켜 패터닝 공정이 이루어지도록 한다
이때, 상기 제1기판(310)은 열에 의해 형상이 바뀔 수 있는 기판이거나, 상면에 열에 의해 경화가 이루어지는 레지스트가 도포될 수 있다.
이에 따라, 상기 임프린트 장치(1)는 기존의 열방식 패터닝시스템과 다르게 별도의 냉각공정이 없이 제1기판(310) 위에 패터닝이 가능하여 공정시간이 단축될 수 있을 뿐만 아니라, 스탬프(120)와 면접촉하는 제1기판(310) 영역에만 국부적으로 순간 가열이 이루어지기 때문에, 다른 영역의 열변형이 거의 없다는 장점이 있다.
다른 예로, 상기 임프린트 장치(1)는 용액전사방식의 자외선 경화를 통해 임프린팅 공정을 수행할 때에는, 도 5와 같이, 상기 스탬프(120) 및 스탬프 고정장치(130)가 자외선을 통과시킬 수 있는 재질로 형성되고, 상기 경화수단(110)으로는 자외선 조사 수단이 장착된다.
상기 스탬프(120)는 상기 스탬프 고정장치(130)에서 쉽게 탈착 및 장착 가능하도록 형성되며, 상기 경화수단(110) 또한, 상기 헤드 유닛(100) 내부에 모듈 형태로 탈착 및 장착 가능하도록 형성된다.
다음으로, 상기 패터닝 유닛(200)은 상기 헤드 유닛(100)을 x, y축으로 이송시키는 x, y축 이송용 스테이지(210, 220)와, 패턴전사를 위해 z축으로 압력을 가하는 z축 가압장치(240)를 포함한다.
상기 x, y축 이송용 스테이지(210, 220)는 상기 헤드 유닛(100)의 x, y축 위치를 조절하기 위한 수단으로, 각 방향으로 유압 또는 모터에 의해 상기 헤드 유닛(100)이 병진이동하도록 형성된다.
상기 z축 가압장치(240)는 z축으로 상기 헤드 유닛(100)에 가해지는 압력과 z축 높이를 조절하는 수단으로, 유압 또는 모터에 의해 수직방향으로 균일한 압력이 가해지도록 하며, 가압력 측정 장치가 더 구비되어, 그 압력이 적절히 조절될 수 있다.
다음으로, 상기 평판 유닛(300)은 상기 헤드 유닛(100) 하부에 배치되며, 편평한 판 형태의 제1기판(310), 상기 제1기판(310)과 x축 또는 y축으로 일정거리 이격되어 나란하게 구비된 제2기판(320), 스테이션 상부에 상기 제1기판(310) 및 제2기판(320)을 고정시키는 제1기판 고정장치(330) 및 제2기판 고정장치(340)를 포함한다.
이때, 상기 제2기판(320)은 용액전사방식의 임프린팅 공정 시 사용되는 도우너 기판으로, 기판 상측에 자외선 경화성 레지스트가 편평하게 코팅된다.
상기 제2기판(320)에 공급되는 폴리머 레지스트는 초기 균일하게 코팅된 상태에서, 상기 스탬프(120)가 여러 번 반복적으로 폴리머를 뭍혀 제1기판(310)으로 옮겨갈 수도 있기 때문에 큰 면적의 제1기판(310)에 패터닝이 가능하도록 할 수 있다. 또한 상기 제2기판(320)이 고정되어 있는 제2기판 고정장치(340)는 독립적으로 제어됨으로써, 연속적인 폴리머 공급이 가능하다.
다음으로, 제어 유닛(400)은 상기 패터닝 유닛(200)의 동작 및 위치를 제어할 뿐만 아니라, 상기 헤드 유닛(100)의 경화수단(110)에 공급되는 전원을 제어하고, 상기 평판 유닛(300)의 제1기판 고정장치(330) 및 제2기판 고정장치(340)의 위치를 제어할 수도 있다.
한편, 상기 임프린트 장치(1)는 상기 헤드 유닛(100)에 플렉셔 힌지와 같은 탄성 기반의 힌지가 적용된 스탬프 각도보상장치(140)가 더 구비될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 임프린트 장치(1)에서 스탬프 각도보상장치(140)의 정면(a)과 측면(b)을 나타낸 도면으로, 도시된 바와 같이, 상기 스탬프 각도보상장치(140)는 탄성 기반의 힌지인 플렉셔(Flexure)를 이용하여 형성된다.
상기 스탬프 각도보상장치(140)는 상기 헤드 유닛(100)이 기계적인 오차에 의해 틀어져 있는 경우 보상하기 위한 장치로서, 도 7과 같이 스탬프(120) 또는 헤드 유닛(100)이 틀어져 있는 상태에서 스탬프(120)와 제1기판(310)이 접촉하는 경우, 미소한 힘이 가해지더라도 제1기판(310)의 상면과 스탬프(120)의 상면이 서로 평행하게 접촉되도록 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 각도보상장치(140)는 x, y축 각각에 대해서 좌우대칭구조를 가지고 있어, x축 및 y축 방향에서 스탬프(120)의 틀어짐을 보상할 수 있다.
아울러, 상기 임프린트 장치(1)는 패터닝 공정 시, 상기 스탬프(120)의 위치를 정렬하는데 필요한 데이터를 측정하는 측정 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 임프린트 장치(1)는 연속적인 패터닝 공정이 정밀하게 수행되도록 하기 위해, 패터닝하고자 하는 위치에 상기 스탬프(120)가 정확하게 정렬되도록 하는 것이 중요하다.
따라서, 상기 임프린트 장치(1)는 상기 측정 유닛에서 측정된 상기 스탬프(120)의 위치 데이터에 따라 상기 제어 유닛(400)에 의해 스탬프(120)의 위치가 적절하게 제어되도록 한다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 임프린트 장치(1)에서 측정 유닛을 이용한 정렬방법을 나타낸 개념도이다.
먼저, 도 8과 같이, 상기 측정 유닛은 연속적인 패터닝 공정에서, 상기 제1기판(310) 상에 이미 패터닝된 패턴의 위치를 측정하는 패턴 위치 측정장치(510)를 포함할 수 있다.
패턴 위치 측정장치(510)를 이용한 정렬방법은 스탬프(120)의 패턴과, 이미 제1기판(310)에 새겨진 패턴과의 위치를 비교하여 정렬하는 상대위치 측정방식이다.
다음으로, 도 9와 같이, 상기 측정 유닛은 상기 스탬프(120)의 측면과 이격된 일정 지점에 고정되어 설치되며, 상기 스탬프(120)와의 절대 위치를 측정하는 스탬프 위치 측정장치(520)를 포함할 수 있다.
스탬프 위치 측정장치(520)를 이용한 정렬방법은 스탬프(120)의 절대위치를 측정하여 정렬하는 방식으로, 광학기술을 기반으로 하여 스탬프(120)의 측면과 스탬프 위치 측정장치(520) 간의 거리를 측정하게 된다.
이를 통해, 상기 임프린트 장치(1)는 대면적의 기판에 연속적인 패터닝의 정밀 수행이 가능해진다.
실시예 2.
실시예 2는 도 15에 도시된 임프린트 장치(1)에 관한 것으로, 순간가열방식의 패터닝만 가능한 임프린트 장치(1)이다.
실시예 1과의 가장 큰 차이점은 헤드 유닛(100)에서 경화수단(110)이 고정되어 있다는 것과, 기판이 하나만 구비된다는 점이다.
도 15를 참조로 그 구성을 살펴보면, 상기 임프린트 장치(1)는 헤드 유닛(100)과, 패터닝 유닛(200), 평판 유닛(300) 및 제어 유닛(400)을 포함하여 형성된다.
그 구성에 대해 좀 더 자세히 살펴보면, 상기 헤드 유닛(100)은 펄스기반 순간가열방식으로 열을 공급하는 경화수단(110)과, 전극 및 하측면에 패턴이 형성된 평판형 스탬프(120)와, 상기 스탬프(120)를 장착하는 스탬프 고정장치(130)로 이루어진다.
상기 경화수단(110)은 일정 크기의 전압을 가해주면 순간적으로 발생된 펄스에너지에 의해, 전극이 형성된 스탬프(120)의 표면이 가열되도록 하며, 가열된 스탬프(120)를 통해 패터닝하고자 하는 기판 또는 기판 상의 레지스트를 변형시켜 패터닝 공정이 이루어지도록 한다.'
다음으로, 평판 유닛(300)은 편평한 판 형태의 패턴전사용 기판(310), 스테이션 상부에 상기 패턴전사용 기판(310)을 고정시키는 기판 고정장치(330)를 포함하며, 상기 헤드 유닛(100) 하부에 배치된다.
상기 패턴전사용 기판(310)은 열에 의해 형상이 바뀔 수 있는 기판이거나, 상면에 열에 의해 경화가 이루어지는 레지스트가 도포될 수 있다.
다음으로, 상기 패터닝 유닛(200)은 상기 헤드 유닛(100)을 x, y축으로 이송시키는 x, y축 이송용 스테이지(210, 220)와, 패턴전사를 위해 z축으로 압력을 가하는 z축 가압장치(240)를 포함한다.
상기 x, y축 이송용 스테이지(210, 220)는 상기 헤드 유닛(100)의 x, y축 위치를 조절하기 위한 수단으로, 각 방향으로 유압 또는 모터에 의해 상기 헤드 유닛(100)이 병진이동하도록 형성된다.
이때, 상기 x, y 축 이송용 스테이지(210, 220)는 실시예 1과 달리, 패턴전사용 기판(310)이 배치된 영역 내에서만 움직이면 되므로, 이동 범위가 더 좁게 형성된다.
다음으로, 제어 유닛(400)은 상기 패터닝 유닛(200)의 동작 및 위치를 제어할 뿐만 아니라, 상기 헤드 유닛(100)의 경화수단(110)에 공급되는 전원을 제어하고, 상기 평판 유닛(300)의 기판 고정장치(330)의 위치를 제어할 수도 있다.
이하, 스탬프(120) 각도보상장치(140) 및 측정장치에 관한 기술내용은 실시예 1과 동일하므로 생략하기로 한다.
실시예 3.
실시예 3은 실시예 1의 임프린트 장치(1)에서 상기 헤드 유닛(100)에 펄스기반 순간가열방식으로 열을 공급하는 경화수단(110)이 장착되어 패턴을 전사하는 순간가열방식 임프린트 방법에 관한 것이다.
도 10은 본 발명의 순간가열방식 임프린트 방법을 나타낸 공정 순서도이며, 도 11은 본 발명의 순간가열방식 임프린트 방법으로 패터닝 되는 과정을 나타낸 공정개념도이다.
상기 임프린트 방법은 크게 패터닝 정렬 단계, 패터닝 단계 및 스탬프(120) 분리 단계로 이루어진다.
먼저, 패터닝 정렬 단계는 도 10(a)와 같이, 상기 x, y축 이송용 스테이지(210, 220) 및 z축 가압장치(240)를 이용하여 상기 헤드 유닛(100)을 상기 제1기판(310) 상측의 일정 위치에 정렬하는 단계이다.
다음으로, 상기 패터닝 단계는 도 10(b)와 같이, 상기 제1기판(310)과, 상기 스탬프(120)가 z축 가압장치(240)에 의해 면접촉하며 일정 압력으로 가압되고, 상기 경화수단(110)에서 발생된 펄스에너지에 의해 스탬프(120)가 가열되어 상기 제1기판(310) 상에 패터닝이 이루어지는 단계이다.(도 11참조)
이때, 상기 제1기판(310)은 열에 의해 형상이 바뀔 수 있는 기판이거나, 상면에 열에 의해 경화가 이루어지는 폴리머 레지스트가 도포될 수도 있다.
다음으로, 상기 스탬프 분리 단계는 도 10(c)와 같이, 상기 z축 가압장치(240)에 의해, 상기 헤드 유닛(100)이 z축 초기 위치로 복귀하는 단계이다.
도 10(d)~10(f)은 상기 제1기판(310)이 상기 스탬프(120)보다 크게 형성되어 연속적인 패터닝이 이루어지는 경우에 관한 것으로, 상기 스탬프(120)의 위치만 바꾸어, 상기 패터닝 정렬 단계, 패터닝 단계 및 스탬프 분리 단계가 순차적으로 반복되어 수행됨을 도시한 것이다.
연속적인 패터닝을 위한 패터닝 정렬 단계는 측정 유닛에서, 이전에 패터닝된 패턴의 위치 또는 스탬프(120)의 절대 위치를 측정하여 상기 제어 유닛(400)으로 데이터를 전송하고, 상기 제어 유닛(400)이 상기 x, y 축 이송용 스테이지(210, 220)의 위치를 제어하여, 상기 헤드 유닛(100)이 상기 제1기판(310) 상, 다음 패터닝 위치로 이송되도록 수행된다.
이에 따라, 본 발명은 제1기판(310)의 재질이 플라스틱 또는 폴리머를 사용하는 경우에도 열에 의한 기판의 변형을 방지하여, 기판을 균일하게 유지할 수 있으며, 냉각공정이 필요없을 뿐만 아니라, 가열 시간이 단축되어 전체적인 공정시간을 단축할 수 있다.
실시예 4.
실시예 4은 실시예 1의 임프린트 장치(1)에서 상기 헤드 유닛(100)에 자외선을 이용한 경화수단(110)이 장착되어 패턴을 전사하는 용액전사방식 임프린트 방법에 관한 것이다.
도 12은 본 발명의 용액전사방식 임프린트 방법을 나타낸 공정 순서도이며, 도 13 및 도 14는 본 발명의 용액전사방식 임프린트 방법으로 패터닝 되는 과정을 나타낸 공정개념도이다.
상기 임프린트 방법은 크게 기증 정렬 단계, 기증 단계, 패터닝 정렬 단계, 패터닝 단계 및 스탬프(120) 분리 단계로 이루어진다.(도 12 및 도 13 참조)
먼저, 상기 기증 정렬 단계는 도 12(a)와 같이, 상기 x, y 축 이송용 스테이지(210, 220)를 이용하여 상기 헤드 유닛(100)을 상기 제2기판(320) 상측의 일정 위치에 정렬하는 단계이다.
다음으로, 상기 기증 단계는 도 12(b)~(c)와 같이, 자외선 경화성 레지스트가 도포된 상기 제2기판(320)과 상기 스탬프(120)가 z축 가압장치(240)에 의해 면접촉하며 일정 압력으로 가압되고, 상기 z축 가압장치(240)에 의해 상기 헤드 유닛(100)이 z축 초기 위치로 복귀하면서 레지스트 일부가 상기 스탬프(120) 하측 표면에 뭍어 옮겨지는 단계이다.
다음으로, 상기 패터닝 정렬 단계는 도 12(d)와 같이, 상기 x, y 축 이송용 스테이지(210, 220)에 의해 상기 헤드 유닛(100)이 제1기판(310)의 패터닝 위치로 이동하여 정렬되는 단계이다.
다음으로, 상기 패터닝 단계는 도 12(e)와 같이, 상기 z축 가압장치(240)에 의해 상기 제1기판(310) 및 상기 스탬프(120)가 면접촉하며 일정 압력으로 가압되고, 상기 경화수단(110)에 의해 자외선이 조사되는 단계이다.
이때, 상기 가압장치(240)는 실시예 3의 순간가열방식에서보다 더 낮은 압력으로 상기 스탬프(120)를 가압하도록 압력측정장치(250)에서 측정된 데이터를 기반으로 압력이 조절될 수 있다.
마지막으로, 상기 스탬프 분리 단계는 도 12(f)와 같이, 상기 z축 가압장치(240)에 의해, 상기 헤드 유닛(100)이 z축 초기 위치로 복귀하는 단계이다.
이때, 상기 제1기판(310)이 상기 스탬프(120)보다 크게 형성되어 연속적인 패터닝이 이루어지는 경우에는, 상기 스탬프(120)의 위치만 바꾸어, 상기 기증 정렬 단계, 기증 단계, 패터닝 정렬 단계, 패터닝 단계 및 스탬프 분리 단계가 순차적으로 반복 수행된다.(도 14 참조)
연속적인 패터닝을 위한 패터닝 정렬 단계는 측정 유닛에서, 이전에 패터닝된 패턴의 위치 또는 스탬프(120)의 절대 위치를 측정하여 상기 제어 유닛(400)으로 데이터를 전송하고, 상기 제어 유닛(400)이 상기 x, y 축 이송용 스테이지(210, 220)의 위치를 제어하여, 상기 헤드 유닛(100)이 상기 제1기판(310) 상, 다음 패터닝 위치로 이송되도록 수행된다.
이에 따라, 본 발명은 제1기판(310)이 대면적으로 형성되는 경우, 제1기판(310) 표면에 직접 레지스트를 코팅하지 않고도, 대면적 패터닝이 가능하다는 장점이 있으며, 이를 통해 향후 디스플레이 산업 등 다양한 분야에 적용할 수 있다는 장점이 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.
1: 임프린트 장치
100: 헤드 유닛
110: 경화수단 120: 스탬프
130: 스탬프 고정장치 140: 스탬프 각도보상장치
200: 패터닝 유닛
210, 220: x, y축 이송용 스테이지
240: z축 가압장치
300: 평판 유닛
310: 제1기판, 패턴전사용 기판 320: 제2기판
330: 제1기판 고정장치, 기판 고정장치 340: 제2기판 고정장치
400: 제어 유닛
510: 패턴 위치 측정장치 520: 스탬프 위치 측정장치
100: 헤드 유닛
110: 경화수단 120: 스탬프
130: 스탬프 고정장치 140: 스탬프 각도보상장치
200: 패터닝 유닛
210, 220: x, y축 이송용 스테이지
240: z축 가압장치
300: 평판 유닛
310: 제1기판, 패턴전사용 기판 320: 제2기판
330: 제1기판 고정장치, 기판 고정장치 340: 제2기판 고정장치
400: 제어 유닛
510: 패턴 위치 측정장치 520: 스탬프 위치 측정장치
Claims (19)
- 열 또는 자외선을 이용한 경화수단과, 하측면에 패턴이 형성된 평판형 스탬프와, 상기 스탬프가 장착되는 스탬프 고정장치로 이루어진 헤드 유닛;
상기 헤드 유닛을 x, y축으로 이송시키는 x, y축 이송용 스테이지와, 패턴전사를 위해 z축으로 압력을 가하는 z축 가압장치를 포함하는 패터닝 유닛;
스테이션 상부에 제1기판 및 제2기판을 고정시키는 제1기판 고정장치 및 제2기판 고정장치를 포함하며, 상기 헤드 유닛 하부에 배치된 평판 유닛; 및
상기 헤드 유닛, 상기 패터닝 유닛 및 평판 유닛의 동작 및 위치를 제어하는 제어 유닛; 을 포함하며,
상기 헤드 유닛은 상기 스탬프 및 경화수단이 탈부착 가능하여 스템프가 제1기판과 접촉하는 영역에만 에너지를 발생시키는 순간가열방식 임프린트 및 용액전사방식 임프린트 중 하나를 수행가능한 형태로 선택가능하고,
상기 경화수단은 상기 스탬프에 열 또는 자외선을 공급하여 상기 스탬프와 접촉된 제1기판에만 패터닝이 이루어지고 상기 제1기판의 나머지 영역에 변형이 발생되지 않는 것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 헤드 유닛은
상기 스탬프에 전극이 형성되고,
상기 경화수단이 펄스기반 순간가열방식으로 열을 공급하는 수단인 것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 헤드 유닛은
상기 스탬프 및 스탬프 고정장치가 자외선을 통과시킬 수 있는 재질로 형성되고,
상기 경화수단이 자외선 조사 수단인 것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 헤드 유닛은
플렉셔 힌지와 같은 탄성 기반의 힌지가 적용된 스탬프 각도보상장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 임프린트 장치는
패터닝 공정 시, 상기 스탬프의 위치를 정렬하는데 필요한 데이터를 측정하는 측정 유닛을 더 포함하며,
상기 측정 유닛에서 측정된 데이터에 따라 상기 제어 유닛에 의해 상기 스탬프의 위치가 제어되는 것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
- 제 6항에 있어서,
상기 측정 유닛은
연속적인 패터닝 공정에서, 상기 제1기판 상에 이미 패터닝된 패턴의 위치를 측정하는 패턴 위치 측정장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
- 제 6항에 있어서,
상기 측정 유닛은
상기 스탬프의 측면과 이격된 일정 지점에 고정되어 설치되며, 상기 스탬프와의 절대 위치를 측정하는 스탬프 위치 측정장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
- 제 1항, 제3항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 의한 임프린트 장치에서, 상기 헤드 유닛에 펄스기반 순간가열방식으로 열을 공급하는 경화수단이 장착되어 패턴을 전사하는 순간가열방식 임프린트 방법에 있어서,
a) 상기 x, y축 이송용 스테이지를 이용하여 상기 헤드 유닛을 상기 제1기판 상측의 일정 위치에 정렬하는 패터닝 정렬 단계;
b) 상기 제1기판과, 상기 스탬프가 z축 가압장치에 의해 면접촉하며 일정 압력으로 가압되고, 상기 경화수단에서 발생된 펄스에너지에 의해 스탬프가 가열되어 상기 제1기판 상에 패터닝이 이루어지는 패터닝 단계; 및
c) 상기 z축 가압장치에 의해, 상기 헤드 유닛이 z축 초기 위치로 복귀하는 스탬프 분리 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 순간가열방식 임프린트 방법.
- 제 9항에 있어서,
상기 임프린트 방법은
상기 제1기판이 상기 스탬프보다 크게 형성되어 연속적인 패터닝이 이루어지는 경우,
상기 a)~c)단계가 순차적으로 반복되어 수행되는 것을 특징으로 하는 순간가열방식 임프린트 방법.
- 제 10항에 있어서,
상기 패터닝 정렬 단계는
측정 유닛에서, 이전에 패터닝된 패턴의 위치 또는 스탬프의 절대 위치를 측정하여 상기 제어 유닛으로 데이터를 전송하고, 상기 제어 유닛이 상기 x, y축 이송용 스테이지의 위치를 제어하여, 상기 헤드 유닛이 상기 제1기판 상, 다음 패터닝 위치로 이송되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 순간가열방식 임프린트 방법.
- 제 1항, 제3항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 의한 임프린트 장치에서, 상기 헤드 유닛에 자외선을 이용한 경화수단이 장착되어 패턴을 전사하는 용액전사방식 임프린트 방법에 있어서,
a) 상기 x, y축 이송용 스테이지를 이용하여 상기 헤드 유닛을 상기 제2기판 상측의 일정 위치에 정렬하는 기증 정렬 단계;
b) 자외선 경화성 레지스트가 도포된 상기 제2기판과 상기 스탬프가 z축 가압장치에 의해 면접촉하며 일정 압력으로 가압되고, 상기 z축 가압장치에 의해 상기 헤드 유닛이 z축 초기 위치로 복귀하면서 레지스트 일부가 상기 스탬프 하측 표면에 뭍어 옮겨지는 기증 단계;
c) 상기 x, y축 이송용 스테이지에 의해 상기 헤드 유닛이 제1기판의 패터닝 위치로 이동하는 패터닝 정렬 단계;
d) 상기 z축 가압장치에 의해 상기 제1기판 및 상기 스탬프가 면접촉하며 일정 압력으로 가압되고, 상기 경화수단에 의해 자외선이 조사되는 패터닝 단계; 및
e) 상기 z축 가압장치에 의해, 상기 헤드 유닛이 z축 초기 위치로 복귀하는 스탬프 분리 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 용액전사방식 임프린트 방법.
- 제 12항에 있어서,
상기 임프린트 방법은
상기 제1기판이 상기 스탬프보다 크게 형성되어 연속적인 패터닝이 이루어지는 경우,
상기 a)~e)단계가 순차적으로 반복되어 수행되는 것을 특징으로 하는 용액전사방식 임프린트 방법.
- 제 13항에 있어서,
상기 패터닝 정렬 단계는
상기 측정 유닛에서, 이전에 상기 제1기판 상 패터닝된 패턴의 위치 또는 스탬프의 절대 위치를 측정하여 상기 제어 유닛으로 데이터를 전송하고, 상기 제어 유닛이 상기 x, y축 이송용 스테이지의 위치를 제어하여, 상기 헤드 유닛이 상기 제1기판 상, 다음 패터닝 위치로 이송되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 용액전사방식 임프린트 방법.
- 전극 및 하측면에 패턴이 형성된 평판형 스탬프와, 상기 스탬프가 장착되는 스탬프 고정장치와, 경화수단으로 이루어진 헤드 유닛;
상기 헤드 유닛을 x, y축으로 이송시키는 x, y축 이송용 스테이지와, 패턴전사를 위해 z축으로 압력을 가하는 z축 가압장치를 포함하는 패터닝 유닛;
스테이션 상부에 상기 스탬프에 비해 대면적인 패턴전사용 기판 및, 상기 패턴전사용 기판을 고정시키는 기판 고정장치를 포함하며, 상기 헤드 유닛 하부에 배치된 평판 유닛;
연속적인 패터닝 공정에서, 상기 패턴전사용 기판 상에 이미 패터닝된 패턴의 위치를 측정하는 패턴 위치 측정장치를 포함하여 상기 스탬프의 위치를 정렬하는데 필요한 데이터를 측정하는 측정 유닛; 및
상기 측정 유닛에서 측정된 데이터에 따라 상기 헤드 유닛, 패터닝 유닛, 및 평판 유닛의 동작 및 위치를 제어하는 제어 유닛; 을 포함하며,
상기 경화수단은 스템프가 기판과 접촉하는 영역에만 에너지를 발생시키는 펄스기반 순간가열방식으로 상기 스탬프에 열을 공급하여, 상기 스탬프와 접촉된 패턴전사용 기판에만 패터닝이 이루어지고 상기 패턴전사용 기판의 나머지 영역에 열전달이 되지 않아 열변형이 발생되지 않는 것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
- 제 15항에 있어서,
상기 헤드 유닛은
플렉셔 힌지와 같은 탄성 기반의 힌지가 적용된 스탬프 각도보상장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
- 삭제
- 삭제
- 제 15항에 있어서,
상기 측정 유닛은
상기 스탬프의 측면과 이격된 일정 지점에 고정되어 설치되며, 상기 스탬프와의 절대 위치를 측정하는 스탬프 위치 측정장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 임프린트 장치.
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