KR102630144B1 - 임프린팅 장치 - Google Patents
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Abstract
임프린팅 장치는 서로 대향하는 제 1 측부 및 제 2 측부를 가진 임프린팅 플랫폼, 상기 임프린팅 플랫폼 위에 배치된 임프린팅 롤러, 전사 모듈 및 필름 분리 모듈을 포함한다. 전사 모듈은 임프린팅 롤러와 임프린팅 플랫폼 사이에 위치하는 전사 필름과, 전사 필름의 대향하는 측면들을 클램프하는 임프린팅 플랫폼의 제 2 측부상에 배치된 가동 프레임 및 임프린팅 플랫폼의 제 1 측부 옆에 고정된 고정 프레임을 구비한다. 가동 프레임은 전사 필름의 평탄도를 변화시키도록 고정 프레임에 대하여 수평으로 움직이도록 구성된다. 필름 분리 모듈은 가동 프레임에 연결되고, 가동 프레임을 제 1 위치로부터 제 2 위치로 회전되게 구동하도록 구성됨으로써, 전사 필름과 임프린팅 롤러 사이에 둥근 모서리가 형성된다.
Description
본 출원은 대만 출원 제 109122406 호 (2020년 7월 2일) 및 대만 출원 제 110116314 호 (2021 년 5월 6일)의 우선권을 주장한다. 상기 언급된 출원들 각각의 전체는 본원에 참고로서 포함되고 본 명세서의 일부를 구성한다.
본 개시 내용은 임프린팅 장치에 관한 것이다; 특히, 본 개시 내용은 상대적으로 높은 생산 수율을 가지는 임프린팅 장치에 관한 것이다.
현재 나노 임프린팅 장치(nanoimprinting machine)에서 임프린팅이 완료된 후에, 전사 필름과 제품 사이의 분리는 대부분 임프린팅 플랫폼 위에 위치한 전사 필름을 들어올리고 그것을 천천히 당겨서 제품으로부터 분리하여 이루어진다. 그러나, 상기 언급된 것은 제품의 파라미터 변화 및 레지스트(resist)에 적합하지 않으며, 따라서 필름 분리 과정 때문에 임프린팅된 제품 구조가 손상될 수 있어서, 제품의 임프린팅 수율은 감소된다.
본 발명은 임프린팅 수율 및 조작 편의성을 향상시키는 임프린팅 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 임프린팅 장치는 임프린팅 플랫폼, 임프린팅 롤러, 전사 모듈 및 필름 분리 모듈을 포함한다. 임프린팅 플랫폼은 서로 대향하는 제 1 측부 및 제 2 측부를 가진다. 임프린팅 롤러는 임프린팅 플랫폼 위에 배치된다. 전사 모듈은 전사 필름과, 전사 필름의 대향하는 측들을 클램프시키는 가동 프레임 및 고정 프레임을 포함한다. 전사 필름은 임프린팅 롤러와 임프린팅 플랫폼 사이에 있다. 고정 프레임은 임프린팅 플랫폼의 제 1 측부 옆에 고정된다. 가동 프레임은 임프린팅 플랫폼의 제 2 측부상에 배치된다. 가동 프레임은 고정 프레임에 대해 수평으로 움직여서 전사 필름의 평탄도(flatness)를 변경하도록 구성된다. 필름 분리 모듈은 전사 모듈의 가동 프레임에 연결되며, 가동 프레임을 구동하여 제 1 위치로부터 제 2 위치로 회전되도록 구성됨으로써, 전사 필름과 임프린팅 롤러 사이에 둥근 모서리(rounded corner)가 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 임프린팅 장치는 또한 임프린팅 롤러와 임프린팅 플랫폼 사이의 높이를 검출하기 위해 임프린팅 플랫폼의 제 1 측부 옆에 분리되게 배치된 2 개의 백색광 간섭계(white light interferometer)를 포함한다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 임프린팅 장치에서, 이송 모듈의 가동 프레임은 제 1 부분, 제 2 부분 및 복수의 탄성 요소를 포함한다. 탄성 요소들은 제 1 부분과 제 2 부분 사이에 분리되게 연결된다. 전사 필름의 대향하는 측면들은 고정 프레임과 가동 프레임의 제 1 부분 사이에 클램프된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 임프린팅 장치에서, 탄성 요소는 복수의 스프링을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 임프린팅 장치는 가동 프레임의 제 2 부분 옆에 배치되고 탄성 요소들의 장력 값을 검출하도록 구성된 적어도 하나의 센서를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 임프린팅 장치는 또한 이동 플랫폼(moving platform), 제 1 쌍의 슬라이딩 레일 및, 이동 모듈(moving module)을 포함한다. 제 1 쌍의 슬라이딩 레일들은 이동 플랫폼상에 배치된다. 이동 모듈은 제 1 쌍의 슬라이딩 레일 상에 미끄러질 수 있게 배치되고, 캐리어(carrier) 및 상기 캐리어 상에 배치된 브래킷을 포함한다. 브래킷은 서로 대향하는 두 개의 제 1 브래킷 부분들과 상기 두 개의 제 1 브래킷 부분들에 연결된 제 2 브래킷 부분을 포함한다. 두 개의 제 1 브래킷 부분들은 각각 베어링 슬롯을 가지며, 임프린팅 롤러의 대향하는 단부들은 베어링 슬롯에 각각 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 임프린팅 장치는, 또한 각각 베어링 슬롯에 배치되고 임프린팅 롤러의 단부와 베어링 슬롯 사이에 위치하며, 임프린팅 롤러의 압력 값을 측정하도록 구성된, 2 개의 센서를 포함한다.
본 개시 내용의 실시예에 따르면, 임프린팅 장치는 또한 제 2 쌍의 슬라이딩 레일 및 조정 가능 리드 스크류(adjustable lead screw)를 포함한다. 이동 모듈은 또한 캐리어 상에 배치된 지지 플레이트를 포함하고, 제 2 쌍의 슬라이딩 레일은 지지 플레이트상에 배치되고, 제 2 브래킷 부분은 제 2 쌍의 슬라이딩 레일상에 미끄러질 수 있게 배치된다. 제 1 쌍의 슬라이딩 레일의 연장 방향은 제 2 쌍의 슬라이딩 레일의 연장 방향에 직각이다. 조절 가능 리드 스크류는 제 2 브래킷 부분에 연결되며 브래킷과 캐리어 사이의 높이 차이를 조절하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 임프린팅 장치는 또한 브래킷의 2 개의 제 1 브래킷 부분들과 캐리어 사이에 분리되게 배치된 복수의 탄성 요소를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 임프린팅 장치에서, 탄성 요소들은 복수의 압축 스프링을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 임프린팅 장치에서 임프린팅 플랫폼과 이동 플랫폼 사이에 거리가 존재한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 임프린팅 장치는 또한 임프린팅 플랫폼의 제 3 측부 및 제 4 측부 옆에 배치된 한 쌍의 슬라이딩 레일을 포함하고, 제 3 측부 및 제 4 측부는 서로 대향하고, 필름 분리 모듈은 한 쌍의 슬라이딩 레일상에 미끄러질 수 있게 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 임프린팅 장치에서, 필름 분리 모듈은 베어링 부분 및 터닝 메카니즘(turning mechanism)을 포함한다. 전사 모듈의 가동 프레임은 베어링 부분에 조립된다. 터닝 메커니즘은 2 개의 조절 가능 동체 부분 및, 상기 2 개의 조절가능 동체 부분들에 연결된 2 개의 힌지 부분을 포함한다. 2 개의 힌지 부분은 베어링 부분의 대향하는 측들에 각각 연결되고, 2 개의 조절 가능 동체 부분은 한 쌍의 슬라이딩 홈을 따라 제 1 방향으로 미끄러지도록 구성되고, 제 1 방향에 직각인 제 2 방향을 따라 움직이도록 구성되어, 전사 필름과 임프린팅 플랫폼 사이의 거리를 조절한다.
본 개시 내용의 실시예에 따르면, 임프린팅 장치는 장력 조절 메커니즘(tensile force mechanism)을 포함한다. 장력 조절 메커니즘은 2 개의 회전 축과 2 개의 리프팅 장치를 포함한다. 2 개의 회전 축의 연장 방향은 임프린팅 롤러의 연장 방향에 평행하다. 2 개의 회전 축은 전사 필름에 접촉하고, 전사 모듈의 고정 프레임과 임프린팅 플랫폼 사이, 그리고 전사 모듈의 가동 프레임과 임프린팅 플랫폼 사이에 각각 위치한다. 2 개의 리프팅 장치는 2 개의 회전 축의 들어올려진 높이를 각각 조절하고, 전사 필름은 2 개의 회전 축에 의한 리프팅을 통해 개방되게 당겨져서 장력을 발생시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각의 회전 축들의 길이는 전사 필름의 폭보다 크다.
본 개시 내용의 실시예에 따르면, 장력 조절 메커니즘은 또한 2 개의 장력 센서를 포함한다. 2 개의 장력 센서는 2 개의 회전축과 2 개의 리프팅 장치 사이에 각각 배치되어 전사 필름의 장력을 실시간 검출한다.
전술한 바에 기초하여, 본 발명의 임프린팅 장치에서, 필름 분리 모듈은 전사 모듈의 가동 프레임에 연결되고, 가동 프레임을 구동하여 제 1 위치로부터 제 2 위치로 회전하도록 구성되어, 둥근 모서리는 전사 필름과 임프린팅 롤러 사이에 형성된다. 즉, 필름 분리 모듈은 가동 프레임과 고정된 전사 필름을 회전시키고 전사 필름을 다수의 각도로 변화킴으로써, 부적절한 필름 분리로 인하여 임프린팅된 제품 구조의 손상이 발생되지 않음으로써, 임프린팅 수율 및 작업 편의성을 높일 수 있다.
전술한 내용이 보다 이해되기 쉽도록, 도면을 첨부한 몇개의 실시예들이 아래와 같이 상세하게 설명된다.
첨부된 도면은 본 개시 내용의 이해를 더 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서에 통합되고 그 일부를 구성한다. 도면은 본 개시 내용의 예시적인 실시예를 예시하고, 상세한 설명과 함께 본 개시의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 임프린팅 장치의 사시도이다.
도 2a 는 도 1 의 임프린팅 장치에서 임프린팅 플랫폼 및 백색광 간섭계의 사시도이다.
도 2b 는 도 2a 의 측면도이다.
도 3 은 도 1 의 임프린팅 장치의 부분 평면도이다.
도 4a 는 도 1 의 임프린팅 장치의 다른 시야각으로부터의 부분 확대 사시도이다.
도 4b 는 도 4a 의 측면도이다.
도 5a 는 도 1 의 임프린팅 장치의 또 다른 시야각으로부터의 부분 확대 사시도이다.
도 5b 는 제 2 지점에 위치하는 도 1 의 임프린팅 장치에서 이송 모듈의 가동 프레임을 나타내는 부분 확대 사시도이다.
도 5c 는 필름 분리 모듈이 가동 프레임을 구동하여 회전되도록 할 때 전사 필름과 임프린팅 롤러 사이의 작동에 대한 개략도이다.
도 6a 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 임프린팅 장치의 개략적인 평면도이다.
도 6b 는 도 6a 의 임프린팅 장치의 개략적인 측면도이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 임프린팅 장치의 사시도이다.
도 2a 는 도 1 의 임프린팅 장치에서 임프린팅 플랫폼 및 백색광 간섭계의 사시도이다.
도 2b 는 도 2a 의 측면도이다.
도 3 은 도 1 의 임프린팅 장치의 부분 평면도이다.
도 4a 는 도 1 의 임프린팅 장치의 다른 시야각으로부터의 부분 확대 사시도이다.
도 4b 는 도 4a 의 측면도이다.
도 5a 는 도 1 의 임프린팅 장치의 또 다른 시야각으로부터의 부분 확대 사시도이다.
도 5b 는 제 2 지점에 위치하는 도 1 의 임프린팅 장치에서 이송 모듈의 가동 프레임을 나타내는 부분 확대 사시도이다.
도 5c 는 필름 분리 모듈이 가동 프레임을 구동하여 회전되도록 할 때 전사 필름과 임프린팅 롤러 사이의 작동에 대한 개략도이다.
도 6a 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 임프린팅 장치의 개략적인 평면도이다.
도 6b 는 도 6a 의 임프린팅 장치의 개략적인 측면도이다.
이제 본 개시 내용의 예시적인 실시예에 대한 참조가 이루어질 것이며, 이것은 첨부된 도면에 도시되어 있다. 가능한 한 동일한 요소의 도면 부호는 도면 및 상세한 설명에서 동일하거나 유사한 부분을 지시하도록 사용된다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 임프린팅 장치의 사시도이다. 도 2a 는 도 1 의 임프린팅 장치에서 임프린팅 플랫폼 및 백색광 간섭계의 사시도이다. 도 2b 는 도 2a 의 측면도이다. 도 3 은 도 1 의 임프린팅 장치의 부분 평면도이다. 도 4a 는 도 1의 임프린팅 장치의 다른 시야각으로부터의 부분 확대 사시도이다. 도 4b 는 도 4a 의 측면도이다. 도 5a 는 도 1 의 임프린팅 장치의 또 다른 시야각으로부터의 부분 확대 사시도이다. 도 5b 는 제 2 지점에 위치하는 도 1의 임프린팅 장치에서 이송 모듈의 가동 프레임을 나타내는 부분 확대 사시도이다. 도 5c 는 필름 분리 모듈이 가동 프레임을 구동하여 회전되도록 할 때 전사 필름과 임프린팅 롤러 사이의 작동에 대한 개략도이다. 설명의 편의를 위해, 도 1, 도 3, 도 5a 및 도 5b 는 부분 사시도로 도시되고, 일부 부재들은 도 2a ,도 3, 도 4A, 도 5a 및 도 5a 로부터 생략된다.
도 1, 도 2a 및 도 3 을 함께 참조하면, 이러한 실시예에서, 임프린팅 장치(100)는 임프린팅 플랫폼(110), 임프린팅 롤러(120), 전사 모듈(130) 및 필름 분리 모듈(140)을 포함한다. 임프린팅 플랫폼(100)은 서로 대향하는 제 1 측부 (112) 및 제 2 측부(114)를 가진다. 임프린팅 롤러(120)는 임프린팅 플랫폼(100) 위에 배치된다. 전사 모듈(130)은 전사 필름(132) 및, 상기 전사 필름(132)의 대향하는 측면들을 클램핑하는 고정 프레임(134) 및 가동 프레임(136)을 포함한다. 전사 필름(132)은 임프린팅 롤러(120)와 임프린팅 플랫폼(100) 사이에 위치한다. 고정 프레임(134)은 임프린팅 플랫폼(100)의 제 1 측부(112) 옆에 고정되고, 가동 프레임(136)은 임프린팅 플랫폼(100)의 제 2 측부(114)상에 배치된다. 특히, 가동 프레임(136)은 고정 프레임(134)에 대하여 수평으로 움직여서 전사 필름(132)의 평탄도를 변경하도록 구성된다. 필름 분리 모듈 (140)은 전사 모듈(130)의 가동 프레임(136)에 연결되고, 가동 프레임(136)을 구동하여 제 1 위치(P1) (도 5a 참조)로부터 제 2 위치(P2) (도 5a 참조)로 회전하도록 구성됨으로써, 전사 필름(132)과 임프린팅 롤러(120) 사이에 둥근 모서리(R)가 형성된다 (도 5c 참조). 즉, 이러한 실시예에서, 가동 프레임(136)과 고정된 전사 필름(132)은 필름 분리 모듈 (140)에 의해 회전될 수 있고 다수의 각도로 변화될 수 있어서, 부적합한 필름 분리로 인하여 임프린팅된 제품 구조가 손상되지 않으며, 따라서 임프린팅 수율과 작업 편의성이 향상된다.
구체적으로, 도 1, 도 2A 및 도 2b 를 참조하면, 본 실시예의 임프린팅 플랫폼(100)은 플랫폼(111) 및 웨이퍼(113)로 구성되고, 예를 들어 정밀 6 축 임프린팅 플랫폼(precision six-axis imprinting platform)이지만, 그것에 한정되지 않는다. 임프린팅 플랫폼(100)과 임프린팅 롤러(120) 사이의 평탄성은 임프린팅된 구조물의 균일한 깊이에 큰 영향을 미칠 수 있으므로, 본 실시예의 임프린팅 장치(100)는 임프린팅 플랫폼의 제 1 측부(112) 옆에 분리되게 배치된 2 개의 백색광 간섭계(interferometer, 150)를 포함하여, 임프린팅 롤러(120)와 임프린팅 플랫폼(100) 사이의 높이를 검출한다. 구체적으로, 본 실시예에서, 임프린팅 플랫폼(110)에 배치된 보정 지그(correction jig, 10)를 통하여, 2 개의 백색광 간섭계(150)에 의하여 조사된 광의 초점(F)은 처음에 선(line)을 형성하는 2 개의 지점으로서 임프린팅 플랫폼(110)을 가진 수평 라인(P)에 있도록 조절될 수 있다. 다음에, 임프린팅 롤러(120)와 임프린팅 플랫폼(110) 사이의 수평(levelness)은 상이한 파장의 광을 투사하는 백색광 간섭계 (150)를 이용함으로써 보정된다. 상이한 파장들의 광을 투사하는 것에 더하여, 백색광 간섭계 (150)는 임프린팅 롤러(120)와 임프린팅 플랫폼(110) 사이의 전사 필름(132)을 검출할 수도 있고, 또한 전사 필름(132)을 관통하여 위에 있는 임프린팅 롤러(120)를 검출할 수도 있다. 높이 데이터에 의해, 임프린팅 롤러(120)는 임프린팅 플랫폼(110)과 수평이 되도록 조절될 수 있다.
요약하면, 이러한 실시예에서, 상이한 파장의 광을 투사하고 투명한 대상물(예를 들어, 전사 필름 (132))을 투과하는 백색광 간섭계(150)로써, 임프린팅 플랫폼(110) 및 임프린팅 롤러(120)의 높이가 검출될 수 있다. 백색광 간섭계(150)는 직선을 형성하는 2 개 광원들의 초점(F)에 의해 임프린팅 플랫폼(110)과 임프린팅 롤러(120) 사이의 수평(levelness)을 조정하고 확인한다. 백색광 간섭계(150)는 한 번만 수평을 조절할 필요가 있고, 임프린팅 롤러(120)와 임프린팅 플랫폼(110)의 레벨은 임프린팅 할 때마다 미리 점검될 수 있다. 이 외에도, 백색광 간섭계 (150)의 정밀도는 ± 0.2μm에 도달하기 때문에, 수평에서의 에러는 상대적으로 적다.
또한, 도 3 을 참조하면, 본 실시예의 전사 모듈(130)의 전사 필름(132)은 고정 프레임(134) 및 가동 프레임(136)에 의해 클램핑되고, 전사 필름(132)은 그 위에 복수의 나노 구조를 가지며, 이들은 임프린팅 롤러(120)를 통해 임프린팅 플랫폼(100)으로 전사되도록 구성된다. 고정 프레임(134)은 그 이름에서 알 수 있듯이 고정 프레임이고, 가동 프레임(136)은 고정 프레임 (134)에 대해 상대적으로 움직일 수 있는 프레임이다. 구체적으로, 전사 모듈(130)의 가동 프레임(136)은 제 1 부분 (136a), 제 2 부분 (136b) 및 복수의 탄성 요소(136c)를 포함한다. 탄성 요소(136c)는 제 1 부분(136a)과 제 2 부분(136b) 사이에 분리되게 연결되고, 전사 필름(132)의 대향하는 측들은 고정 프레임(134)과 가동 프레임(136)의 제 1 부분 (136a) 사이에 클램핑된다. 여기서, 탄성 요소(136c)는 예를 들어 스프링을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 즉, 본 실시예의 가동 프레임(136)은 분리되고 자유롭게 구부릴 수 있는 가요성 필름 장착 지그(flexible film mounting jig)로서 간주 될 수 있으며, 지그상의 탄성 요소(136c)의 장력은 전사 필름(132)의 평탄도를 유지한다.
도 1 및 도 3 을 함께 참조하면, 탄성 요소(136c)의 장력을 효과적이고 정확하게 검출하기 위해, 본 실시예의 임프린팅 장치(100)는 적어도 하나의 센서(160)(예시적으로 도시된 2 개의 센서(160))를 더 구비하며, 상기 센서는 가동 프레임(136)의 제 2 부분 (136b) 옆에 배치되고 탄성 요소 (136c)의 장력 값(tensile force value)을 검출하도록 구성된다. 센서(160)는 예를 들어, 장력-압축 센서로서, 정확한 측정을 위해 탄성 물질(예 : 압전 물질)의 변형에 따른 물리적 신호를 전기적 신호로 변환한다. 여기서, 센서(160)는 커버(165)를 통해 필름 분리 모듈(140)의 베어링 부분(142)에 고정되어 가동 프레임(136)의 탄성 요소(136c)의 장력 값을 효과적으로 검출할 수 있다. 인장력이 필요한 값에 도달했는지 여부와 좌우의 인장력이 일정하게 조정되었는지 여부는 센서 (160)가 검출하고 표시한 장력 값에 의해 완전히 결정된다. 즉, 센서(160)는 좌우에서 전사 필름 (132)의 장력의 검출 및 조절이 균일하게 되는 것을 용이하게 하고, 장력 값이 임프린팅 하는 동안 필요한 힘에서 유지되는지 여부를 검출하는 것을 용이하게 하며, 가동 프레임(136)의 제 2 부분 (136b)이 제 1 부분 (136a)에 대해 작동될 때 장력의 변화를 관찰한다. 센서(160)는 그에 가해진 힘을 전기적 신호 출력으로 변환한다. 센서(160)의 정밀도가 ± 0.3 % RO 에 도달하기 때문에, 검출된 장력 값의 에러는 작다.
요약하면, 이러한 실시예에서, 전사 모듈(130)의 가동 프레임(136)의 탄성 요소(136c)의 장력은 전사 필름(132)의 평탄도를 유지하고, 장력은 좌측 및 우측에서 동일하며, 필요한 장력 값을 달성함으로써, 우수한 구조의 임프린팅 제품을 가져온다.
도 4a 를 참조하면, 본 실시예의 임프린팅 장치(100)는 또한 이동 플랫폼(171), 제 1 쌍의 슬라이딩 레일(S1) 및 이동 모듈(170)을 포함한다. 제 1 쌍의 슬라이딩 레일(S1)은 이동 플랫폼(171) 상에 배치된다. 이동 모듈(170)은 제 1 쌍의 슬라이딩 레일(S1)에 미그러질 수 있게 배치되며, 캐리어(172) 및, 상기 캐리어(172)상에 배치된 브래킷(174)을 포함한다. 브래킷(174)은 서로 대향하는 2 개의 제 1 브래킷 부분(174a) 및 2 개의 제 1 브래킷 부분(174a)들에 연결된 제 2 브래킷 부분(174b)을 포함한다. 2 개의 제 1 브래킷 부분(174a)들은 각각 베어링 슬롯(175)을 가지며, 임프린팅 롤러(120)의 대향하는 단부(122, 124)들은 베어링 슬롯(175)에 각각 배치된다. 제품의 구조 깊이를 효과적으로 제어하기 위해, 본 실시예의 임프린팅 장치(100)는 또한 2 개의 센서(180)를 포함한다. 2 개의 센서(180)는 각각 베어링 슬롯(175)에 배치되고 임프린팅 롤러(120)와 베어링 슬롯 (175)의 단부(122, 124)들 사이에 위치하며, 임프린팅 롤러(120)의 압력 값을 측정하도록 구성된다.
상세하게는, 이동 모듈(170)이 임프린팅 롤러(120)를 아래로 구동시켜 임프린팅 플랫폼 (110)과 맞춰질 때, 임프린팅 플랫폼(110)이 임프린팅 롤러(120)에 대하여 맞닿는 상태가 이동 모듈 (170)을 통하여 연속적으로 아래로 형성된다. 그러나, 임프린팅 롤러(120)의 대향하는 측에 장착된 센서(180)들은 이동 모듈 (170)이 작동됨에 따라 계속 아래로 이동하므로, 임프린팅 플랫폼(110)이 맞닿은 임프린팅 롤러(120)와 센서(180)들 사이에 반응하는 장력(reactive tensile force)이 형성되고, 상기 반응하는 장력은 임프린팅 플랫폼(110)상 임프린팅 롤러(120)에 의해 가해지는 하방향 압력과 동일하다. 여기에서, 센서(180)는 예를 들어 장력-압축 센서로서, 정확한 측정을 위해 탄성 물질(예 : 압전 물질)의 변형에 따른 물리적 신호를 전기적 신호로 변환한다. 즉, 센서(180)들은 임프린팅 롤러(120)의 가해진 힘에 기인하는 변형을 전기 신호 출력으로 변환할 수 있으며, 임프린팅 롤러(120)의 압력 값을 효과적으로 검출할 수 있고 임프린팅 롤러(120)의 하방향 압력의 조절을 용이하게 하여 제품의 구조 깊이를 제어한다.
요약하면, 임프린팅 하는 동안, 센서(180)들의 구성은 임프린팅 롤러(120)의 하방향 압력 값의 검출을 용이하게 하고, 임프린팅 롤러(120)에 의해 좌우에 가해지는 힘이 균일한지 여부의 판단을 용이하게 한다. 또한, 센서(180)들을 통하여, 임프린팅 롤러(120)의 하방향 압력이 조절될 수 있고, 제품의 임프린팅 깊이는 제어될 수 있다. 이 외에도, 센서(180)들은 그에 가해진 힘을 전기 신호 출력으로 변환하고, 센서(180)들의 정밀도가 ± 0.3 % RO 에 도달하기 때문에, 검출된 가해진 힘의 값에서 에러는 작다.
도 4a 및 도 4b 를 함께 참조하면, 임프린팅 롤러(120)의 하방향 압력을 더 조절하기 위해, 본 실시예의 임프린팅 장치(100)는 또한 제 2 쌍의 슬라이딩 레일(S2) 및 조절 가능 리드 스크류(adjustable lead screw, 185)를 포함한다. 이동 모듈(170)은 또한 캐리어(172)상에 배치된 지지 플레이트(176)를 포함한다. 제 2 쌍의 슬라이딩 레일(S2)은 지지 플레이트(176) 상에 배치되고, 제 2 브래킷 부분(174b)은 제 2 쌍의 슬라이딩 레일(S2) 상에 미끄러질 수 있게 배치된다. 제 1 쌍의 슬라이딩 레일(S1)의 연장 방향은 제 2 쌍의 슬라이딩 레일(S2)의 연장 방향에 직각이다. 조절 가능 리드 스크류(185)는 제 2 브래킷 부분(174b)에 연결되며 브래킷(174)과 캐리어(172) 사이의 높이 차이를 조절하도록 구성된다. 더욱이, 임프린팅 장치(100)는 또한 브래킷(174)의 2 개의 제 1 브래킷 부분(174a)들과 캐리어(carrier, 172) 사이에 분리되게 배치된 복수의 탄성 요소(187)들을 포함한다. 여기서, 임프린팅 플랫폼(110)과 이동 플랫폼(171) 사이에 거리(D)가 존재하고, 탄성 요소(187)는 예를 들어 압축 스프링을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
구체적으로, 나노임프린팅(nanoimprinting) 하는 동안, 임프린팅 롤러(120)의 하방향 압력은 제품의 마이크로 구조에 영향을 미치는 파라미터일 수 있다. 본 실시예의 이동 모듈(170)은 조절 가능 리드 스크류(185)를 통해 임프린팅 롤러(120)의 상승 또는 하강을 제어할 수 있고, 다음에 임프린팅 플랫폼(110)에 대하여 임프린팅 롤러(120)에 의해 가해지는 힘을 조절할 수 있다. 또한, 임프린팅의 힘은 제품의 마이크로 구조의 깊이를 결정하고, 충분한 하방향 압력은 레지스트(resist) 내부의 공기 포말을 제품 밖으로 밀어냄으로써, 임프린팅된 마이크로 구조는 공기 포말에 의하여 영향을 받지 않아서 제품 수율이 증가된다. 즉, 본 실시예에서, 조절 가능 리드 스크류(185)의 상승 또는 하강에 의해, 임프린팅 롤러(120)가 임프린팅 플랫폼(110)상에 하방향으로 가하는 힘은 조절되고, 이동 모듈(170)은 제 1 쌍의 슬라이딩 레일(S1)들을 통해 이동되어 임프린팅을 완료한다. 여기서, 조절 가능 리드 스크류(185)는 상하로 10μm의 미세 조절을 달성하기 때문에, 임프린팅 롤러(120)의 하방향 압력은 정밀하게 제어될 수 있다. 또한, 탄성 요소(187)들은 임프린팅 롤러(120)의 캔티레버 변형(cantilever deformation)에 대한 지지부로서의 역할을 하고, 조절 가능 리드 스크류(185)의 상승 및 하강의 감쇠력을 조절하도록 배치된다. 요약하면, 임프린팅 롤러(120)는 조절 가능 리드 스크류(185)의 상승 또는 하강에 의해 임프린팅 롤러(120)의 하향 압력을 조절함으로써, 공기 포말 잔류 포말을 해소시키기에 충분한 하방향 압력으로 임프린팅의 힘을 제어한다.
이외에, 도 5a 를 참조하면, 본 실시예의 임프린팅 장치(100)는 한쌍의 슬라이딩 레일(S)들을 구비하며, 상기 슬라이딩 레일은 서로 대향하는 임프린팅 플랫폼(110)의 제 3 측부(116) 및 제 4 측부(118) 옆에 배치되고, 필름 분리 모듈(140)은 한쌍의 슬라이딩 레일(S)상에 미끄러질 수 있게 배치된다. 본 실시예의 필름 분리 모듈(140)은 베어링 부분(142) 및 회전 메카니즘(144)을 포함한다. 전사 모듈(130)의 가동 프레임(136)은 베어링 부분(142)상에 조립된다. 회전 메카니즘(144)은 2 개의 조절 가능한 동체 부분(144a) 및, 상기 2 개의 조절 가능한 동체 부분(144a)들에 각각 연결된 2 개의 힌지 부분(144b)들을 구비한다. 힌지 부분(144b)는 베어링 부분(142)의 대향하는 측에 각각 연결되고, 2 개의 조절 가능한 동체 부분(144a)들은 한 쌍의 슬라이딩 레일(S)을 따라 제 1 방향 (D1)으로 미끄러지도록 구성되고, 제 1 방향(D1)에 직각인 제 2 방향(D2)을 따라 움직이도록 구성되어 전사 필름(132)과 임프린팅 플랫폼(110) 사이의 거리를 조절한다.
구체적으로, 도 5a 를 참조하면, 임프린팅 후에 전사 필름(132)에 대해 필름 분리가 필요한 경우, 이때 필름 분리 모듈(140)의 베어링 부분(142)에 연결된 가동 프레임(136)은 제 1 위치(P1)에 위치한다. 다음으로, 도 5B 및 도 5c 를 함께 참조하면, 필름 분리 모듈(140)의 터닝 메카니즘(turning mechanism, 144)은 가동 프레임(136) 및 상기 가동 프레임(136)에 고정된 전사 필름(132)을 구동하여 회전되게 함으로써, 전사 필름(132)과 임프린팅 롤러(120) 사이에 둥근 모서리(R)가 형성되고, 가동 프레임(136)은 제 2 위치(P2)에 위치한다. 이때, 임프린팅 롤러(120)와 터닝 메카니즘(144)은 실질적으로 동일한 속도로 좌측으로 (즉, 임프린팅 플랫폼(110)의 제 1 측(112)으로) 움직이고, 둥근 모서리(R)는 전사 필름(132)이 제품(20)으로부터 분리될 때 당기는 힘(pulling force)을 오프셋시킬 수 있어서, 제품(20) 및 전사 필름 (132)의 구조는 원활하게 분리될 수 있다. 즉, 본 실시예의 임프린팅 장치(100)는, 자유롭게 굽혀질 수 있는 가동 프레임(136), 전사 필름 (132)을 회전시키고 굽히며 각도/높이를 조절하여 전사 필름(132)과 제품(20)사이의 분리를 수행하는 필름 분리 모듈(140), 격렬한 당김에 의한 분리 때문에 임프린팅 제품(20)에 손상을 가하는 것을 둥근 모서리(R)의 연속적인 박리(peeling)가 방지하는 임프린팅 롤러(120)를 포함하며, 그에 의해 임프린팅의 수율을 향상시킨다. 즉, 본 실시예에서, 필름 분리 모듈 (140)의 기계적 설계로써, 큰 변화를 포함하는 필름 분리가 그렇게 수행될 수 있고, 가장 적합한 필름 분리 각도로의 조절이 달성될 수 있어서, 전사 필름(132)에 의한 제품의 마이크로 구조에 대한 부적절한 손상이 방지되고 제품의 수율이 증가된다. 본 실시예에서, 전사 필름(132)을 회전시키고 그것을 다수의 각도로 변화시키는 것에 더하여, 필름 분리 모듈(140)은 터닝 메카니즘(144)과 조합되어 다양한 필름 분리들을 조절할 수도 있는데, 상기 터닝 메카니즘(144)은 제 2 방향(D2)으로 움직여서 전사 필름(132)과 임프린팅 플랫폼(110) 사이의 거리를 미세 조정(fine tuning)하며, 즉, 터닝 메카니즘(144)이 상승될 수 있는 높이를 미세 조정한다. 따라서, 부적절한 필름 분리로 인한 임프린트된 제품 구조의 손상이 발생하지 않아서, 임프린팅 수율이 증가한다.
요약하면, 본 실시예의 필름 분리 모듈(140)은 가동 프레임 (136)과 고정된 전사 필름(132)을 회전시키고 전사 필름(132)을 다수의 각도로 변화시킬 수 있으며, 가장 적절한 필름 분리 각도로의 조절을 달성할 수 있어서, 부적절한 필름 분리로 인한 손상이 임프린트된 제품 구조에 발생되지 않아서, 임프린팅 수율과 작동 편의성이 향상된다. 더욱이, 본 실시예에서, 백색광 간섭계(150)를 통하여 임프린팅 플랫폼(110)과 임프린팅 롤러(120) 사이의 수평(levelness)이 정확하게 달성되고, 센서(160)를 통하여 전사 모듈(130)의 가동 프레임(136)의 탄성 요소(136c)의 장력은 정확하게 검출될 수 있고, 센서(180)를 통하여 임프린팅 롤러(120)의 압력 값을 효과적으로 검출하고 임프린팅 롤러(120)의 하방향 압력을 조절함으로써, 제품의 구조 깊이를 제어한다. 또한, 조절 가능 리드 스크류(185)의 상승 또는 하강을 통해 임프린팅 롤러(120)의 하방향 압력을 조절할 수도 있어서, 공기 포말 잔류물을 해소시키기에 충분한 하방향 압력으로 임프린팅의 힘을 제어한다. 즉, 본 실시예에서는 임프린팅 장치(100)의 임프린팅 및 필름 분리는 최적화되어, 임프린팅장치(100)의 임프린팅 수율 및 작동 편의성이 향상된다. 또한, 전술된 기계적 설계를 통하여, 본 실시예의 임프린팅 장치(100)는 높은 자유도를 가지고 필름 분리를 조절하고, 제품(20) 및 전사 필름(132)에 가장 적절한 박리 방식(peeling manner)을 찾을 수 있다. 더욱이, 다축 구조는 상세한 테스트(detailed test) 및 미세 조정을 용이하게 하여, 단일 방식으로의 부적절한 필름 분리로 인한 임프린트 제품(20)의 손상을 방지하고 제품 수율을 증가시킨다.
특히, 상기 실시예에서의 참조 번호 및 내용의 일부는 다음 실시예에서 사용되며, 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 요소를 지칭하도록 채택되고, 동일한 기술 내용에 대한 설명은 생략된다. 생략된 부분에 대한 설명은 전술한 실시예를 참조할 수 있으며, 이하의 실시예에서 반복적으로 설명되지 않는다.
도 6a 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 임프린팅 장치의 개략적인 평면도이다. 도 6b 는 도 6a 의 임프린팅 장치의 개략적인 측면도이다. 설명의 편의를 위해, 부재들의 일부만이 도 6a 및 도 6b 에 개략적으로 도시되어 있으며, 생략된 부분에 대해서는 상기 실시예에 대한 관련 도면을 참조할 수 있다. 도 3、도 6a 및 도 6b 를 함께 참조하면, 이 실시예의 임프린팅 장치(100a)는 임프린팅 장치(100)와 유사하고, 이 실시예의 임프린팅 장치(100a)는 2 개의 회전 축(rotating axles, 192) 및 2 개의 리프팅 장치(lifting machine, 194)을 포함하는 장력 조절 메커니즘(190)을 포함한다는 점에서 상이하다. 두 개의 회전 축 (192)의 연장 방향은 임프린팅 롤러(120)의 연장 방향에 평행하다. 2 개의 회전 축(192)은 전사 필름 (132)에 접촉하고, 전사 모듈 (130)의 고정 프레임(134)과 임프린팅 플랫폼(110) 사이 및 전사 모듈(130)의 가동 프레임(136)의 제 1 부분(136a)과 임프린팅 플랫폼(110) 사이에 각각 위치한다. 2 개의 리프팅 장치(194)는 각각 2 개의 회전 축(192)의 상승 높이를 조절하고, 전사 필름(132)은 2 개의 회전 축(192)들에 의한 들어올림(lifting)을 통해 개방되게 당겨져서 장력을 발생시킨다. 즉, 길이 방향의 앞과 뒤에서 회전 축(192)들은 리프팅 장치(194)(예 : 전기 실린더)를 이용하여 들어 올려져서 전사 필름 (132)을 팽팽하게 하고(tighten) 장력을 발생시킬 수 있다. 또한, 전방 및 후방에서 전사 필름(132)의 장력의 강도는 회전축 (192)의 상승된 높이에 따라 독립적으로 조절될 수 있다.
더욱이, 본 실시예의 장력 조절 메카니즘(190)은 또한 2 개의 장력 센서 (196)를 포함한다. 두 개의 장력 센서(196)는 두 개의 회전 축(192)과 두 개의 리프팅 장치(194) 사이에 각각 배치되며, 전사 필름(132)의 실시간 장력을 검출하도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 실시예에서, 각각의 회전축(192)의 길이(L)는 전사 필름(132)의 폭(W)보다 크다. 이러한 실시예에서, 회전 축(192)의 길이(L)는 전사 필름(132)의 폭보다 크고, 회전 축(192)들은 전사 필름(132)에 접촉하여 직선을 따라서 균일한 장력을 형성하기 때문에, 장력은 전사 필름(132)의 측방향 면에(즉, 도 6a의 화살표 방향을 따라서) 균일하게 전달 될 수 있다.
요약하면, 본 실시예의 장력 조절 메카니즘(190)의 기구에서, 2 개의 회전 축(192)들은 전사 필름(132)의 길이 방향 앞과 뒤에 장착되고, 전사 필름은 회전 축(192)들에 의한 들어 올림을 통해 개방되게 당겨져서 장력을 발생시킨다. 회전 축(192) 아래에서, 장력 센서(196)는 추가로 장착되어 전사 필름(132)의 실시간 장력을 검출할 수 있으며, 회전축(192)의 들어올림 진폭(lifting amplitude)에 따라 팽팽함(즉, 장력)이 조절된다. 더욱이, 회전 축(192) 각각은 하나의 리프팅 장치(194)에 대응하여 배치되기 때문에, 전사 필름(132)의 길이 방향 앞쪽과 뒷쪽은 독립적으로 조절될 수 있다. 더욱이, 회전 축(192)들의 각각의 길이(L)는 전사 필름(132)의 폭(W)보다 크기 때문에, 회전 축(19)이 전사 필름(132)을 선형의 방식으로 개방되게 당기면, 장력은 직선을 따라 형성되고 전사 필름 (132)의 측방향 측에 균일하게 분포된다.
전술한 내용을 요약하면, 본 발명의 임프린팅 장치에서, 필름 분리 모듈은 이송 모듈의 가동 프레임에 연결되고, 가동 프레임을 구동하여 제 1 위치로부터 제 2 위치로 회전하도록 구동하도록 구성됨으로써, 둥근 모서리가 전사 필름과 임프린팅 롤러 사이에 형성된다. 즉, 필름 분리 모듈은 가동 프레임과 고정된 전사 필름을 회전시키고 전사 필름을 다수의 각도로 변화킴으로써, 부적절한 필름 분리로 인하여 임프린팅된 제품 구조의 손상이 발생되지 않음으로써, 임프린팅 수율 및 작업 편의성을 높일 수 있다.
본 개시 내용의 범위 또는 사상을 벗어나지 않으면서 개시된 실시예에 대해 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있다는 점은 당업자에게 명백 할 것이다. 전술한 내용에 비추어, 변형예 및 수정예가 다음의 청구 범위 및 그것의 균등의 범위에 속한다면 본 발명은 상기 변형예 및 수정예를 포괄하도록 의도된다.
100. 임프린팅 장치 110. 임프린팅 플랫폼
120. 임프린팅 롤러 130. 전사 모듈
132. 전사 필름 140. 필름 분리 모듈
120. 임프린팅 롤러 130. 전사 모듈
132. 전사 필름 140. 필름 분리 모듈
Claims (16)
- 서로 대향되는 제 1 측부 및 제 2 측부를 가진 임프린팅 플랫폼;
상기 임프린팅 플랫폼 위에 배치된 임프린팅 롤러;
전사 필름과, 상기 전사 필름의 대향하는 측면들을 클램핑하는 가동 프레임 및 고정 프레임을 포함하는 전사 모듈로서, 전사 필름은 임프린팅 롤러와 임프린팅 플랫폼 사이에 위치되고, 고정 프레임은 임프린팅 플랫폼의 제 1 측부 옆에 고정되고, 가동 프레임은 임프린팅 플랫폼의 제 2 측부상에 배치되며, 가동 프레임은 고정 프레임에 대하여 수평으로 움직여서 전사 필름의 평탄도(flatness)를 변화시키도록 된, 전사 모듈;
전사 모듈의 가동 프레임에 연결된 필름 분리 모듈로서, 제 1 위치로부터 제 2 위치로 회전되게끔 가동 프레임을 구동하도록 됨으로써, 전사 필름과 임프린팅 롤러 사이에 둥근 모서리(rounded corner)가 형성되는, 필름 분리 모듈;
이동 플랫폼;
상기 이동 플랫폼 상에 배치된 슬라이딩 레일들의 제 1 쌍;
상기 슬라이딩 레일들의 제 1 쌍에 미끄러질 수 있게 배치되고 캐리어 및, 상기 캐리어 상에 배치된 브래킷을 구비한 이동 모듈(moving module)로서, 상기 브래킷은 서로 대향하는 2 개의 제 1 브래킷 부분들 및 상기 2 개의 제 1 브래킷 부분들에 연결된 제 2 브래킷 부분을 포함하고, 2 개의 제 1 브래킷 부분들 각각은 베어링 슬롯(bearing slot)을 가지고, 임프린팅 롤러의 대향하는 단부들은 2 개의 제 1 브래킷 부분들 각각의 베어링 슬롯에 각각 배치되는, 이동 모듈;
슬라이딩 레일들의 제 2 쌍으로서, 상기 이동 모듈은 캐리어(carrier)상에 배치된 지지 플레이트를 더 포함하고, 슬라이딩 레일들의 제 2 쌍은 지지 플레이트상에 배치되고, 제 2 브래킷 부분은 슬라이딩 레일들의 제 2 쌍에 미끄러질 수 있게 배치되고, 슬라이딩 레일들의 제 1 쌍의 연장 방향은 슬라이딩 레일들의 제 2 쌍의 연장 방향에 직각인, 슬라이딩 레일들의 제 2 쌍; 및,
제 2 브래킷 부분에 연결되고 브래킷과 캐리어 사이의 높이 차이를 조절하도록 된, 조절 가능 리드 스크류(adjustable lead screw);를 포함하는, 임프린팅 장치. - 제 1 항에 있어서,
임프린팅 롤러와 임프린팅 플랫폼 사이의 높이를 검출하도록 임프린팅 플랫폼의 제 1 측부 옆에 분리되게 배치된 2 개의 백색광 간섭계(white light interferometers)를 더 포함하는, 임프린팅 장치. - 제 1 항에 있어서,
전사 모듈의 이동 프레임은 제 1 부분, 제 2 부분 및 복수개의 탄성 요소들을 포함하고, 탄성 요소들은 제 1 부분과 제 2 부분 사이에 분리되게 연결되고, 전사 필름의 대향하는 측면들은 고정 프레임과 이동 프레임의 제 1 부분 사이에 클램핑되는, 임프린팅 장치. - 제 3 항에 있어서,
탄성 요소들은 복수개의 스프링들을 포함하는, 임프린팅 장치. - 제 3 항에 있어서,
이동 프레임의 제 2 부분 옆에 배치되고 탄성 요소들의 장력 값을 검출하도록 된, 적어도 하나의 센서를 더 포함하는, 임프린팅 장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
2 개의 제 1 브래킷 부분들 각각의 베어링 슬롯에 각각 배치된 2 개의 센서들로서, 상기 센서들은 베어링 슬롯들과 임프린팅 롤러의 단부들 사이에 위치하고, 임프린팅 롤러의 압력 값을 측정하도록 된, 2 개의 센서들;을 더 포함하는, 임프린팅 장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
캐리어와 브래킷의 2 개의 제 1 브래킷 부분들 사이에 분리되게 배치된 복수개의 탄성 요소들을 더 포함하는, 임프린팅 장치. - 제 9 항에 있어서,
탄성 요소들은 복수개의 압축 스프링들을 포함하는, 임프린팅 장치. - 제 1 항에 있어서,
임프린팅 플랫폼과 이동 플랫폼 사이에 거리가 존재하는, 임프린팅 장치. - 제 1 항에 있어서,
임프린팅 플랫폼의 제 3 측부 및 제 4 측부 옆에 배치된 한쌍의 슬라이딩 레일들을 더 포함하고, 상기 제 3 측부 및 상기 제 4 측부는 서로 대향하고, 필름 분리 모듈은 한쌍의 슬라이딩 레일들상에 미끄러질 수 있게 배치되는, 임프린팅 장치. - 제 12 항에 있어서,
필름 분리 모듈은:전사 모듈의 가동 프레임이 베어링 부분(bearing part)상에서 조립되는 베어링 부분; 및,
2 개의 조절 가능 동체 부분 및, 상기 2 개의 조절 가능 동체 부분에 연결된 2 개의 힌지 부분(hinge part)을 포함하는 터닝 장치(turning mechanism);를 포함하고,
2 개의 힌지 부분들은 베어링 부분의 대향하는 측부들에 각각 연결되고, 2 개의 조절 가능 동체 부분들은 제 1 방향에서 한쌍의 슬라이딩 홈들을 따라서 미끄러지도록 되고 상기 제 1 방향에 직각인 제 2 방향을 따라서 움직이도록 되어 전사 필름과 임프린팅 플랫폼 사이의 거리를 조절하는, 임프린팅 장치. - 제 1 항에 있어서,
2 개의 회전 축(rotating axle) 및 2 개의 리프팅 장치(lifting machine)를 구비한 장력 조절 기구를 더 포함하고, 2 개의 회전 축의 연장 방향은 임프린팅 롤러의 연장 방향에 평행하고, 2 개의 회전 축은 전사 필름에 대하여 접촉되고, 전사 모듈의 고정 프레임과 임프린팅 플랫폼 사이 및 전사 모듈의 가동 프레임과 임프린팅 플랫폼 사이에 각각 위치되고, 2 개의 리프팅 장치는 2 개의 회전 축의 들어올려진 높이를 각각 조절하고, 전사 필름은 2 개의 회전 축에 의한 들어 올려짐을 통해 개방되게 당겨져서 장력을 발생시키는, 임프린팅 장치. - 제 14 항에 있어서,
회전 가능 축들 각각의 길이는 전사 필름의 폭보다 큰, 임프린팅 장치. - 제 14 항에 있어서,
장력 조절 기구는 전사 필름의 장력을 실시간 검출하도록 2 개의 회전 축들과 2 개의 리프팅 장치 사이에 각각 배치된 2 개의 장력 센서들을 더 포함하는, 임프린팅 장치.
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