KR20050049095A - Dewetting apparatus and method for micro-pattern fabrication - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디웨팅 현상을 이용하여 기판 상에 패턴 또는 미세 패턴을 형성할 때 기판 상의 액체를 고체 표면에서 효과적으로 디웨팅시킬 수 있도록 한다는 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 본 발명의 발명자들이 제안하여 대한민국 특허청에 출원한 선행특허에서 액체가 고체 표면에서 효과적으로 디웨팅되어 목표로 하는 박막 패턴 또는 미세 패턴을 형성하도록 하기 위하여, 히터, 적외선 램프, 와이어 히터 등을 이용하여 액체 박막 물질이 코팅된 주형 기판에 순차적인 온도 기울기를 가함으로써 액체가 고체 표면에서 방향성을 가지고 디웨팅되도록 함으로써, 제조 공정의 복잡도를 증가함이 없이 기판 상에 목표로 하는 박막 패턴을 쉽게 형성할 수 있는 것이다.The present invention is to enable the effective dewetting of the liquid on the substrate on a solid surface when forming a pattern or a fine pattern on the substrate by using the dewetting phenomenon, the present invention is proposed by the inventors of the present invention In the preceding patent application filed with the Patent Office, a liquid substrate is coated on a mold substrate coated with a liquid thin film material by using a heater, an infrared lamp, a wire heater, or the like to effectively dewt the liquid on a solid surface to form a target thin film pattern or a fine pattern. By applying a sequential temperature gradient to allow the liquid to be dewetted on the solid surface directionally, it is possible to easily form the desired thin film pattern on the substrate without increasing the complexity of the manufacturing process.
Description
본 발명은 기판(예를 들면, 실리콘 기판, 세라믹 기판, 금속층, 고분자층 등) 상에 미세 패턴을 형성하는 디웨팅(dewetting) 기법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 집적 회로, 전자 소자, 광소자, 자기 소자, 표시 소자 등의 제조 공정시에 액체가 고체 표면에서 디웨팅되는 현상을 이용하여 기판 상에 초 미세 패턴(1㎛ 이하 ∼ 수㎚ 등), 미세 패턴(수십 내지 수백 ㎛ 등) 또는 패턴을 형성하는 데 적합한 미세 패턴 제조용 디웨팅 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a dewetting technique for forming a fine pattern on a substrate (eg, a silicon substrate, a ceramic substrate, a metal layer, a polymer layer, etc.), and more particularly, an integrated circuit, an electronic device, and an optical device. , Micro-patterns (1 μm or less to several nm, etc.), micro-patterns (tensions to hundreds of μm, etc.) on a substrate by using a phenomenon in which liquid is dewetted on a solid surface during a manufacturing process of a magnetic element, a display element, or the like; A dewetting device for producing a fine pattern and a method thereof suitable for forming a pattern.
잘 알려진 바와 같이, 반도체, 전자, 광전, 자기, 표시 소자, 미세 전자기계 소자 등을 제조할 때 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 공정을 필연적으로 수행하게 되는 데, 이와 같이 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 대표적인 기법으로는 빛을 이용하여 미세 패턴을 형성하는 포토리소그라피(photolithography) 방법이 있다.As is well known, a process of forming a fine pattern on a substrate is inevitably performed when manufacturing a semiconductor, electronic, photoelectric, magnetic, display device, and microelectromechanical device. A typical technique for forming is a photolithography method for forming a fine pattern using light.
상기한 포토리소그라피 방법은 빛에 대한 반응성을 갖는 고분자 물질(예를 들면, 포토레지스트 등)을 패터닝하고자 하는 물질이 적층(또는 증착)된 기판 상에 도포하고, 목표로 하는 임의의 패턴으로 설계된 레티클을 통해 고분자 물질 상에 빛을 투과시켜 노광하며, 현상 공정을 통해 노광된 고분자 물질을 제거함으로써, 패터닝하고자 하는 물질 위에 목표로 하는 패턴을 갖는 패턴 마스크(또는 식각 마스크)를 형성한다. 이후에, 패턴 마스크를 이용하는 식각 공정을 수행함으로써, 기판 상에 적층된 물질을 원하는 패턴으로 패터닝한다.The photolithography method is a reticle designed by applying a polymer material having a responsiveness to light (for example, a photoresist, etc.) onto a substrate on which a material to be patterned is deposited (or deposited), and having a desired pattern. The light is transmitted through the polymer material through the light, and the polymer material exposed through the developing process is removed to form a pattern mask (or an etching mask) having a target pattern on the material to be patterned. Thereafter, by performing an etching process using a pattern mask, the material laminated on the substrate is patterned into a desired pattern.
한편, 상기한 바와 같은 포토리소그라피 방법은 회로 선폭(또는 패턴 선폭)이 노광 공정에 사용되는 빛의 파장에 의해 결정된다. 따라서, 현재의 기술수준을 고려할 때 포토리소그라피 공정을 이용하여 기판 상에 초미세 패턴, 예를 들면 선폭이 100㎚ 이하인 초미세 패턴을 형성하는 것이 매우 어려운 실정이다.On the other hand, in the photolithography method as described above, the circuit line width (or pattern line width) is determined by the wavelength of light used in the exposure process. Therefore, in consideration of the current state of the art, it is very difficult to form an ultrafine pattern, for example, an ultrafine pattern having a line width of 100 nm or less, on a substrate using a photolithography process.
또한, 종래의 포토리소그라피 방법은 기판 상에 미세 패턴을 형성하기 위해서는 여러 단계의 공정, 예를 들면 기판 세정, 기판 표면 처리, 감광성 고분자 코팅, 저온 열처리, 노광, 현상, 고온 열처리, 세정 등의 공정들을 수행해야만 하기 때문에 제조 시간이 길고 복잡하다는 문제가 있을 뿐만 아니라 고가의 장비를 사용해야 하는 문제가 있으며, 이러한 문제들은 결국 제조 원가의 상승과 생산성의 저하를 유발시키는 요인으로 작용하고 있다.In addition, the conventional photolithography method has several steps in order to form a fine pattern on the substrate, for example, substrate cleaning, substrate surface treatment, photosensitive polymer coating, low temperature heat treatment, exposure, development, high temperature heat treatment, cleaning, etc. Not only do they have to perform long and complicated manufacturing time, but also expensive equipment is used, and these problems eventually contribute to the increase in manufacturing cost and productivity.
최근 들어, 상기한 종래 포토리소그라피 방법의 한계를 극복할 수 있는 새로운 패턴 형성 방법(비전통적 방법에 의한 리소그라피 방법)들에 대한 연구 개발이 도처에서 활발하게 진행되고 있는데, 이러한 비전통적 방법에 의한 리소그라피 방법 중의 하나로서 나노 임프린트 리소그라피(nano-imprint lithography) 방법이 제안되었다.Recently, research and development on new pattern formation methods (lithographic methods by non-traditional methods) that can overcome the limitations of the conventional photolithography method are actively conducted everywhere, such lithography by non-traditional methods As one of the methods, a nano-imprint lithography method has been proposed.
이러한 나노 임프린트 리소그라피 방법은 먼저 원하는 패턴이 형성된 규소(Si) 등의 단단한(hard) 주형(mold)을 준비하고, 열가소성의 고분자 박막을 기판 상에 코딩하며, 주형을 기판에 대향시킨 상태에서 프레스 판 사이에 넣어 고온, 고압으로 처리한 후 기판으로부터 주형을 분리함으로써, 기판 상에 형성된 고분자 박막 표면에 주형의 패턴을 전사시키는 방법이다.The nanoimprint lithography method first prepares a hard mold such as silicon (Si) on which a desired pattern is formed, codes a thermoplastic polymer thin film on a substrate, and presses the mold with the mold facing the substrate. It is a method of transferring the pattern of a mold to the surface of the polymer thin film formed on the board | substrate by separating a mold from a board | substrate after processing at high temperature and high pressure in between.
상기한 종래의 나노 임프린트 리소그라피 방법은 규소 등의 단단한 주형을 사용하기 때문에 초 미세 패턴을 쉽게 구현할 수 있다는 장점을 갖는다. 문헌에 보고된 바에 의하면, 종래의 나노 임프린트 리소그라피 방법은 대략 7㎚의 패턴 크기까지 구현 가능한 것으로 알려져 있다.The conventional nanoimprint lithography method described above has an advantage that an ultra fine pattern can be easily implemented because it uses a rigid mold such as silicon. As reported in the literature, it is known that the conventional nanoimprint lithography method can be realized up to a pattern size of approximately 7 nm.
그러나, 종래의 나노 임프린트 리소그라피 방법은 높은 공정 압력을 이용하기 때문에 주형 및 기판이 변형되거나 파손되는 등의 단점을 가지며, 또한 고온으로 가열된 고분자 물질의 유동성을 이용하여 패터닝을 하기 때문에 크기가 큰 패턴의 경우에는 완벽한 패터닝에 많은 시간이 소요된다는 단점을 갖는다.However, the conventional nanoimprint lithography method has a disadvantage in that the mold and the substrate are deformed or damaged due to the high process pressure, and the pattern is large because the patterning is performed using the fluidity of the polymer material heated at a high temperature. In the case of, a long time is required for perfect patterning.
또한, 종래의 나노 임프린트 리소그라피 방법은 주형의 돌출부위(양각 패턴)에 의해 눌려진 부분의 고분자 물질이 완전히 제거되지 않고 잔류하기 때문에 추가적인 공정, 즉 플라즈마 식각 공정 등을 더 필요로 하는 문제가 있으며, 이러한 공정 추가의 문제는 결국 경제성의 저하와 함께 미세 패턴의 변형 가능성을 상존하게 하는 문제점을 야기시킨다.In addition, the conventional nanoimprint lithography method has a problem in that it requires an additional process, that is, a plasma etching process, because the polymer material of the portion pressed by the protrusion (embossed pattern) of the mold is not completely removed and remains. The problem of process addition eventually leads to the problem of deteriorating the economical pattern and the possibility of deformation of the fine pattern.
한편, 비전통적 방법에 의한 리소그라피 방법의 다른 예로는, 예를 들면 미세 접촉 인쇄법(micro-contact printing), 미세 모세관 몰딩(micro-molding incapillaries), 미세 전이 몰딩(micro-transfer molding), 연성 성형 몰딩(soft-molding), 모세관 힘 리소그라피(capillary force lithography) 등의 방법들이 있는데, 이러한 방법들의 공통점은 주형으로서 고분자 탄성체의 일종인 PDMS(polydimethylsiloxane)를 사용한다는 점이다.On the other hand, other examples of lithographic methods by non-traditional methods include, for example, micro-contact printing, micro-molding incapillaries, micro-transfer molding, and flexible molding. There are methods such as soft-molding and capillary force lithography. The common method is that PDMS (polydimethylsiloxane), which is a type of polymer elastomer, is used as a template.
여기에서, PDMS 주형의 장점으로는 탄성체이므로 패터닝할 기판 표면과의 균일한 접촉(conformal contact)이 쉽고, 표면 에너지가 낮은 물질이므로 다른 물질 표면과의 접착력이 작아 패터닝 후 기판 표면으로부터 쉽게 분리가 가능하며, 3차원 그물구조에 기인한 높은 기체 투과성(high gas permeability)으로 인해 용매의 흡수가 용이하다는 점이다.Here, the advantage of the PDMS mold is that it is elastic, so it is easy to conformal contact with the surface of the substrate to be patterned, and because it is a low surface energy material, it is easy to separate from the substrate surface after patterning due to its low adhesion to other material surfaces. In addition, solvent absorption is easy due to high gas permeability due to the three-dimensional network structure.
반면에, PDMS 주형은, 기계적 강도가 낮은 탄성체이므로 변형이 쉽게 일어나 대략 500㎚ 이하의 미세 패턴 구현이 불가능하고, 구현하고자 하는 패턴의 종횡비(aspect ratio)에 크게 의존하며, 톨루엔 등의 일반적인 유기 용매에 의해 팽윤(swelling)되어 변형이 발생하므로 패터닝에 사용할 고분자 및 용매의 선택에 상당한 제약이 따르는 등의 단점을 갖는다.On the other hand, PDMS molds are elastomers with low mechanical strength, so they are easily deformed, so that fine patterns of less than about 500 nm cannot be realized, and are largely dependent on the aspect ratio of the pattern to be realized, and are generally organic solvents such as toluene. Since the deformation occurs due to swelling due to the swelling, there is a disadvantage that a considerable restriction is placed on the selection of a polymer and a solvent to be used for patterning.
또한, 상기한 방법들 중의 일부는 패터닝 후 잔류막이 남지 않도록 할 수도 있으나 이것은 극히 예외적인 경우에만 가능한, 즉 특정한 형상의 주형이나 패턴의 경우에만 잔류막이 남지 않도록 가능할 뿐이다. 특히, 미세 접촉 인쇄법은 패터닝 층으로서 단분자막(self-assembled monolayer : SAM)을 사용하기 때문에 식각 저지층(etch-resistant layer)으로서의 역할이 불충분하다는 문제가 있으며 이러한 점 때문에 표면 패터닝 용도보다는 표면의 개질 용도로 주로 사용되고 있는 실정이다. 더욱이, SAM 물질은 매우 고가이기 때문에 취급상의 매우 세심한 주의가 요구되어 공정의 번거로움이 야기되는 문제점을 갖는다.In addition, some of the methods described above may leave no residual film after patterning, but this is only possible in extremely exceptional cases, i.e., only in the case of a mold or pattern of a specific shape, the residual film does not remain. In particular, since the microcontact printing method uses a self-assembled monolayer (SAM) as a patterning layer, there is a problem in that its role as an etch-resistant layer is insufficient. The situation is mainly used for the purpose. Moreover, because SAM materials are very expensive, very careful handling is required, resulting in the troublesome process.
따라서, 본 발명의 발명자들은, 상기한 종래 기술들의 문제점을 해결할 수 있는 대안으로서 액체 박막 물질의 디웨팅을 유발시키는 간단한 방식을 통해 기판 상에 패턴 또는 미세 패턴을 형성하는 기법을 제안하여 2003년 10월 1일에 "디웨팅을 이용한 미세 패턴 형성 방법" 이라는 명칭으로 출원번호 10-2003-68282호(이하, 선행특허라 약칭함)로서 대한민국특허청에 출원하였다.Accordingly, the inventors of the present invention propose a technique for forming a pattern or a fine pattern on a substrate in a simple manner that causes dewetting of a liquid thin film material as an alternative to solve the problems of the prior arts. On January 1, it was filed with the Korean Patent Office as Application No. 10-2003-68282 (hereinafter, abbreviated as a prior patent) under the name "Method for forming a fine pattern using dewetting.
본 발명은 상기한 선행특허에서 제기하고 있는 디웨팅 현상을 효과적으로 유발시킬 수 있는 장치 및 그 기법에 관련된다.The present invention relates to an apparatus and a technique capable of effectively causing the dewetting phenomenon posed in the above-mentioned prior patent.
본 발명은 디웨팅 현상을 이용하여 기판 상에 패턴 또는 미세 패턴을 형성할 때 기판 상의 액체를 고체 표면에서 효과적으로 디웨팅시킬 수 있는 미세 패턴 제조용 디웨팅 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a dewetting apparatus and method for producing a fine pattern, which can effectively dewett a liquid on a solid surface on a substrate when forming a pattern or a fine pattern on the substrate by using dewetting.
상기 목적을 달성하기 위한 일 관점의 일 형태에 따른 본 발명은, 양각 부분과 음각 부분으로 된 패턴 면을 갖는 기판 상에 형성된 액체 박막 물질을 디웨팅하는 장치로서, 상기 기판을 안착 가능하며, 다수의 분할 영역을 갖는 본체 하우징과, 상기 각 분할 영역에 설치되며, 선택적인 작동에 따라 열을 순차 발생하여 상기 기판으로 전달함으로써, 상기 기판 상의 패턴 면에 코팅된 액체 박막 물질에서의 방향성 디웨팅을 유발시키는 다수의 가열 수단과, 상기 각 분할 영역에 설치되며, 상기 각 가열 수단의 작동 제어를 위한 온도 감지신호를 각각 발생하는 다수의 온도 감지 수단을 포함하는 미세 패턴 제조용 디웨팅 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for dewetting a liquid thin film material formed on a substrate having a pattern surface of an embossed portion and an engraved portion, and capable of seating the substrate. A main body housing having a divided region of and a directional dewetting in the liquid thin film material coated on the patterned surface on the substrate by sequentially generating and transferring heat to the substrate according to an optional operation. It provides a dewetting apparatus for producing a fine pattern comprising a plurality of heating means for causing and a plurality of temperature sensing means, which are installed in each of the divided regions, respectively, and generate a temperature sensing signal for controlling the operation of each heating means.
상기 목적을 달성하기 위한 다른 관점의 일 형태에 따른 본 발명은, 양각 부분과 음각 부분으로 된 패턴 면을 갖는 기판 상에 형성된 액체 박막 물질을 디웨팅하는 방법으로서, 상기 패턴 면에 액체의 박막 물질이 코팅된 기판을 준비하는 과정과, 상기 기판을 가열 수단과 냉각 수단이 각각 구비된 다수의 분할 영역으로 구분된 안착 베이스에 정렬시키는 과정과, 상기 각 분할 영역에 구비된 가열 수단 및 냉각 수단을 방향성을 가지고 선택적으로 순차 작동시켜 상기 패턴 면의 음각 부분에만 상기 액체의 박막 물질이 잔류하도록 방향성 디웨팅을 유발시키는 과정을 포함하는 미세 패턴 제조용 디웨팅 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of dewetting a liquid thin film material formed on a substrate having a pattern surface having an embossed portion and a negative portion, the liquid thin film material being formed on the pattern surface. Preparing the coated substrate, aligning the substrate to a seating base divided into a plurality of divided regions each provided with heating means and cooling means, and heating means and cooling means provided in the respective divided regions. It provides a dewetting method for producing a fine pattern comprising the step of directionally selectively operating in a sequential manner to cause the directional dewetting to remain the thin film material of the liquid only in the negative portion of the pattern surface.
상기 목적을 달성하기 위한 일 관점의 다른 형태에 따른 본 발명은, 양각 부분과 음각 부분으로 된 패턴 면을 갖는 기판 상에 형성된 액체 박막 물질을 디웨팅하는 장치로서, 패턴 면에 상기 액체 박막 물질이 코팅된 상기 기판을 안착 가능하며, 고정되거나 혹은 직선 방향으로 이동 가능한 구조의 본체 하우징과, 상기 기판 표면으로부터 일정 간격만큼 이격되어 지지되고, 직선 방향으로 이동 가능하거나 혹은 고정 가능한 구조를 가지며, 상기 패턴 면의 음각 부분에만 상기 액체 박막 물질이 잔류하도록 방향성 디웨팅을 유발시키기 위한 열을 발생하는 가열 수단을 포함하는 미세 패턴 제조용 디웨팅 장치를 제공한다.According to another aspect of the present invention for achieving the above object, an apparatus for dewetting a liquid thin film material formed on a substrate having a pattern surface consisting of an embossed portion and a negative portion, wherein the liquid thin film material is The substrate has a structure in which the coated substrate can be seated, fixed or movable in a linear direction, and is supported at a predetermined distance from the surface of the substrate, and is movable or fixed in a linear direction. It provides a dewetting device for producing a fine pattern comprising heating means for generating heat to cause directional dewetting such that the liquid thin film material remains only on the intaglio portion of the face.
상기 목적을 달성하기 위한 다른 관점의 다른 형태에 따른 본 발명은, 양각 부분과 음각 부분으로 된 패턴 면을 갖는 기판 상에 형성된 액체 박막 물질을 디웨팅하는 방법으로서, 패턴 면에 상기 액체 박막 물질이 코팅된 상기 기판을 평행하게 안착 지지하는 과정과, 열을 발생하는 가열 수단을 상기 기판 표면으로부터 일정 간격만큼 이격시켜 준비하는 과정과, 상기 기판 또는 가열 수단을 일측 방향에서 타측 방향으로 일정 속도로 직선 이동시킴으로써, 상기 패턴 면의 음각 부분에만 상기 액체 박막 물질이 잔류하도록 방향성 디웨팅을 유발시키는 과정을 포함하는 미세 패턴 제조용 디웨팅 방법을 제공한다.According to another aspect of another aspect of the present invention, there is provided a method for dewetting a liquid thin film material formed on a substrate having a pattern surface having an embossed portion and a negative portion, wherein the liquid thin film material is formed on a pattern surface. The process of seating and supporting the coated substrate in parallel, preparing the heating means for generating heat spaced apart from the surface of the substrate by a predetermined distance, and the substrate or the heating means in a straight line at a constant speed from one direction to the other By moving, it provides a dewetting method for producing a fine pattern comprising the step of causing the directional dewetting so that the liquid thin film material remains only in the negative portion of the pattern surface.
상기 목적을 달성하기 위한 일 관점의 또 다른 형태에 따른 본 발명은, 양각 부분과 음각 부분으로 된 패턴 면을 갖는 기판 상에 형성된 액체 박막 물질을 디웨팅하는 장치로서, 패턴 면에 상기 액체 박막 물질이 코팅된 상기 기판을 안착 가능하며, 일정 각도의 기울기를 가지고 고정 지지되는 구조의 본체 하우징과, 상기 기판 표면으로부터 일정 간격만큼 이격되어 지지되고, 상기 각도 기울기를 따라 직선 방향으로 이동 가능한 구조를 가지며, 상기 패턴 면의 음각 부분에만 상기 액체 박막 물질이 잔류하도록 방향성 디웨팅을 유발시키기 열을 발생하는 가열 수단을 포함하는 미세 패턴 제조용 디웨팅 장치를 제공한다.According to still another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for dewetting a liquid thin film material formed on a substrate having a pattern surface having an embossed portion and a negative portion, wherein the liquid thin film material is formed on a pattern surface. The coated substrate can be seated, and has a structure of a main body housing fixedly supported with a predetermined angle of inclination, spaced apart from the surface of the substrate by a predetermined distance, and movable in a linear direction along the angle of inclination. And heating means for generating heat to cause directional dewetting so that the liquid thin film material remains only on the intaglio portion of the patterned surface.
상기 목적을 달성하기 위한 다른 관점의 또 다른 형태에 따른 본 발명은, 양각 부분과 음각 부분으로 된 패턴 면을 갖는 기판 상에 형성된 액체 박막 물질을 디웨팅하는 방법으로서, 패턴 면에 상기 액체 박막 물질이 코팅된 상기 기판을 소정의 각도 기울기로 안착 지지하는 과정과, 열을 발생하는 가열 수단을 상기 기판 표면으로부터 일정 간격만큼 이격시켜 상기 각도 기울기를 따라 일측 방향에서 타측 방향으로 일정 속도로 직선 이동시킴으로써, 상기 패턴 면의 음각 부분에만 상기 액체 박막 물질이 잔류하도록 방향성 디웨팅을 유발시키는 과정을 포함하는 미세 패턴 제조용 디웨팅 방법을 제공한다.The present invention according to another aspect of another aspect for achieving the above object is a method for dewetting a liquid thin film material formed on a substrate having a pattern surface consisting of an embossed portion and the negative portion, the liquid thin film material on the pattern surface The process of seating and supporting the coated substrate at a predetermined angle gradient, and heating means for generating heat spaced apart from the surface of the substrate by a predetermined distance by linearly moving at a constant speed from one direction to the other direction along the angle slope In addition, the present invention provides a dewetting method for producing a fine pattern, the method including causing a directional dewetting such that the liquid thin film material remains only on the intaglio portion of the pattern surface.
본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above and other objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the present invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 본 발명의 핵심 기술사상은, 본 발명의 발명자들이 제안하여 대한민국 특허청에 출원한 선행특허에서 액체가 고체 표면(주형 기판 표면)에서 효과적으로 디웨팅되어 목표로 하는 박막 패턴 또는 미세 패턴을 형성하도록 하기 위하여, 히터, 적외선 램프, 와이어 히터 등을 이용하여 액체 박막 물질이 코팅된 주형 기판에 순차적인 온도 기울기를 가함으로써 액체가 고체 표면에서 방향성을 가지고 디웨팅되도록 한다는 것으로, 이러한 기술적 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.First, the core technical idea of the present invention is that in the prior patent proposed by the inventors of the present invention, the liquid is effectively dewetted on the solid surface (mold substrate surface) to form a target thin film pattern or fine pattern. To this end, by applying a sequential temperature gradient to a mold substrate coated with a liquid thin film material using a heater, an infrared lamp, a wire heater, etc., the liquid is directionally dewetted on the solid surface. It is easy to achieve the purpose.
본 발명에서 추구하고자 하는 주형 기판(즉, 양각 부분과 음각 부분의 패턴이 형성된 주형 기판) 표면에서의 액체 박막 물질의 디웨팅은 주형 내부의 온도 차이(온도 구배)에 기인하는 표면장력(상대적으로 뜨거운 곳에 있는 액체를 상대적으로 차가운 곳으로 끌어당기는 표면장력)에 의해 실현되는 것으로, 이러한 온도 차이에 의한 표면장력을 이용함으로써 액체 박막 물질이 주형 표면에서 방향성을 가지고 선택적으로 디웨팅된다.The dewetting of the liquid thin film material on the surface of the mold substrate (that is, the mold substrate having the pattern of the embossed portion and the intaglio portion) to be pursued in the present invention is caused by the surface tension (relatively due to the temperature difference (temperature gradient) inside the mold. Surface tension that draws a liquid in a hot place to a relatively cold place), and by utilizing the surface tension caused by this temperature difference, the liquid thin film material is selectively dewetted at the mold surface with directivity.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 디웨팅을 위해 주형이 안착된 미세 패턴 제조용 디웨팅 장치의 단면 구조도이다.1 is a cross-sectional structural view of a dewetting device for producing a fine pattern, the mold is seated for dewetting according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 양각 부분과 음각 부분으로 된 패턴 면을 가지며, 패턴 면에 액체 박막 물질이 코팅된 주형 기판을 안착 베이스(210)에 형성된 진공 척(212)을 통해 배면(즉, 액체 박막 물질이 코팅되지 않은 면)을 흡착 지지(정렬)하는 본 발명의 디웨팅 장치는 일단이 다수의 영역(예를 들면, 5개의 영역 등)으로 분할된 구조를 갖는 히터 하우징(202)을 가지며, 히터 하우징(202)의 각 분할 영역의 내부에는 히터(204/1 - 204/5), 냉각 라인(206/1 - 206/5) 및 온도 센서들(208/1 - 208/5)이 각각 설치되어 있다. 여기에서, 안착 베이스(210)로의 정렬시에 패턴 면에 액체 박막 물질(104a)이 주형 기판(102)을 진공 척(212)으로 진공 흡착시키는 것은 디웨팅의 유발을 위한 히터의 구동시에 국부적인 변형이 발생하여 안착 베이스로부터 주형 기판이 분리되는 것을 방지하기 위해서이다.Referring to FIG. 1, a mold substrate having a pattern surface having an embossed portion and an engraved portion, and having a mold substrate coated with a liquid thin film material on the pattern surface is formed through the vacuum chuck 212 formed at the seating base 210 (that is, the liquid thin film). The dewetting device of the present invention for adsorption support (alignment) of a material-coated surface) has a heater housing 202 having a structure in which one end is divided into a plurality of regions (for example, five regions, etc.), Inside the respective divided regions of the heater housing 202 are heaters 204/1-204/5, cooling lines 206/1-206/5 and temperature sensors 208/1-208/5, respectively. It is. Here, the vacuum adsorption of the mold substrate 102 to the vacuum chuck 212 by the liquid thin film material 104a on the pattern surface upon alignment with the seating base 210 is local at the time of driving of the heater for inducing dewetting. This is to prevent deformation from occurring and separation of the mold substrate from the seating base.
비록, 도 1에서의 상세한 도시는 생략되었으나, 각 히터들(204/1 - 204/5)은 도시 생략된 히터 구동 제어기로부터 제공되는 구동신호에 응답하여 열을 발생하여 진공척(212)들을 통해 진공 흡착된 주형 기판(102)으로 전달하는 기능을 수행하는 것으로, 이러한 히터들(204/1 - 204/5)은 순차 구동되는 형태로 작동된다.Although not shown in detail in FIG. 1, each of the heaters 204/1 to 204/5 generates heat in response to a driving signal provided from a heater driving controller, not shown, and passes through the vacuum chucks 212. By performing the function of transferring to the vacuum-adsorbed mold substrate 102, these heaters 204/1-204/5 are operated in a sequential manner.
또한, 각 냉각 라인들(206/1 - 206/5)은 도시 생략된 냉각수 탱크로부터 제공되는 냉각수를 순환시켜 대응하는 히터에 의해 발생된 열을 냉각시키는 기능을 수행하는 것으로, 이러한 각 냉각 라인들(206/1 - 206/5)은 순차 구동되는 형태로 냉각수를 순환시키며, 각 온도 센서들(208/1 - 208/5)은 히터 하우징(202)의 각 분할 영역의 내부 온도를 감지하여 도시 생략된 제어기로 제공하는 것으로, 제어기에서는 각 온도 센서(208/1 - 208/5)로부터 제공되는 감지 온도에 의거하여 대응하는 각 히터들(204/1 - 204/5)의 선택적인 구동과 냉각 라인들(206/1 - 206/5)에서의 선택적인 냉각수 순환을 제어한다.In addition, each of the cooling lines 206/1 to 206/5 performs a function of circulating the cooling water provided from the cooling water tank (not shown) to cool the heat generated by the corresponding heater. (206/1-206/5) circulate the coolant in a sequential manner, and each temperature sensor 208/1-208/5 senses the internal temperature of each divided area of the heater housing 202 and shows it. In the omitted controller, the controller selectively drives and cools the corresponding respective heaters 204/1-204/5 based on the sensed temperature provided from each temperature sensor 208/1-208/5. Controls optional coolant circulation in lines 206/1-206/5.
상기한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명의 디웨팅 장치는, 안착 베이스에 흡착 지지된 주형 기판(102)상에 형성된 액체 박막 물질(104)의 디웨팅을 도면의 우측으로부터 좌측 방향으로 진행한다고 가정할 때, "히터(204/1) 온 → 히터(204/1) 오프 및 히터(204/2) 온과 냉각 라인(206/1) 가동(냉각수 순환) → 히터(204/2) 오프 및 히터(204/3) 온과 냉각 라인(206/1) 정지 및 냉각 라인(206/2) 가동(냉각수 순환) → 히터(204/3) 오프 및 히터(204/4) 온과 냉각 라인(206/2) 정지 및 냉각 라인(206/3) 가동(냉각수 순환) → 히터(204/4) 오프 및 히터(204/5) 온과 냉각 라인(206/3) 정지 및 냉각 라인(206/4) 가동(냉각수 순환) → 히터(204/5) 오프와 냉각 라인(206/4) 정지 및 냉각 라인(206/5) 가동(냉각수 순환) → 냉각 라인(206/5) 정지" 의 순서로 작동하게 된다. 즉, 주형 기판(102)에 온도 기울기를 부여하여 주형 기판의 음각 부분에만 액체 박막 물질(104a)을 잔류시키고 양각 부분에 있는 액체 박막 물질(104a)에 디웨팅을 유발, 즉 액체의 표면 장력의 차이에 따른 대류 흐름을 발생시켜 제거함으로써, 주형 기판(102)에 박막 패턴을 형성한다.The dewetting apparatus of the present invention having the structure as described above assumes that the dewetting of the liquid thin film material 104 formed on the mold substrate 102 adsorbed and supported by the seating base proceeds from the right side to the left side of the drawing. When “heater 204/1 on → heater 204/1 off and heater 204/2 on and cooling line 206/1 running (cooling water circulation) → heater 204/2 off and heater ( 204/3) On and Cooling Line (206/1) Stop and Cooling Line (206/2) Start (Cooling Water Circulation) → Heater 204/3 Off and Heater 204/4 On and Cooling Line (206/2) ) Stop and start cooling line (206/3) (cooling water circulation) → Turn off heater 204/4 and turn on heater 204/5 and stop cooling line 206/3 and start cooling line 206/4 ( Cooling water circulation) → turn off the heater 204/5, stop the cooling line 206/4 and start the cooling line 206/5 (cooling water circulation) → stop the cooling line 206/5. That is, by imparting a temperature gradient to the mold substrate 102, the liquid thin film material 104a remains in only the intaglio portion of the mold substrate and causes dewetting in the liquid thin film material 104a in the embossed portion, that is, the surface tension of the liquid By generating and removing the convective flow according to the difference, a thin film pattern is formed on the mold substrate 102.
따라서, 상술한 바와 같은 히터 및 냉각 라인의 선택적인 작동을 통해 주형 기판(102)의 패턴 면에 코팅된 액체 박막 물질(104a)이 방향성을 가지고 디웨팅되어 음각 부분에만 액체 박막 물질(104a)이 잔류하게 됨으로써, 박막 패턴(104)이 완성된다.Thus, through the selective operation of the heater and cooling lines as described above, the liquid thin film material 104a coated on the pattern surface of the mold substrate 102 is directionally dewetted so that the liquid thin film material 104a is formed only on the intaglio portion. By remaining, the thin film pattern 104 is completed.
본 발명의 발명자들은 각 히터의 넓이를 0.5㎜ 내지 2㎝로 하고, 각 히터의 간격을 0.1㎜ 내지 1㎝로 하며, 인접하는 분할 영역 사이의 온도차를 10 - 15℃로 하여 실험을 하였으며, 그 실험 결과는 그 일부를 도시한 도 2a 및 2b 내지 4a 및 4b에 도시된 바와 같다.The inventors of the present invention experimented with each heater having a width of 0.5 mm to 2 cm, a distance of each heater from 0.1 mm to 1 cm, and a temperature difference between adjacent divided regions of 10 to 15 ° C. The experimental results are as shown in FIGS. 2A and 2B to 4A and 4B showing a part thereof.
도 2a 및 2b 내지 4a 및 4b는 도 1에 도시된 디웨팅 장치를 이용하여 본 발명에 따라 분리형인 다수의 히터 및 냉각 라인들을 순차 작동시키는 방식으로 주형 기판에 온도 기울기를 가하여 액체 박막 물질(104a)의 방향성 디웨팅을 유발시켜 박막 패턴(104)을 형성하는 과정을 설명하기 위해 도시한 도면으로서, 도 2a 및 2b는 도 1의 우측으로부터 첫 번째 히터(204/1)를 구동시켰을 때 진행되는 방향성 디웨팅의 실험 결과를, 도 3a 및 3b는 두 번째 히터(204/2)를 구동시켰을 때 진행되는 방향성 디웨팅의 실험 결과를, 도 4a 및 4b는 세 번째 히터(204/3)를 구동시켰을 때 진행되는 방향성 디웨팅의 실험 결과를 각각 나타낸다.2A and 2B through 4A and 4B show a liquid thin film material 104a by applying a temperature gradient to a mold substrate in a sequential manner of operating a plurality of separate heater and cooling lines in accordance with the present invention using the dewetting device shown in FIG. FIG. 2A and FIG. 2B illustrate a process of forming the thin film pattern 104 by inducing directional dewetting. Experimental results of the directional dewetting, FIGS. 3A and 3B show experimental results of the directional dewetting that proceeds when the second heater 204/2 is driven, and FIGS. 4A and 4B drive the third heater 204/3. Experimental results of the directional dewetting proceeded when shown.
따라서, 본 발명자들은 이러한 실험을 통해 분리형인 다수의 히터와 냉각 라인들을 구비하는 디웨팅 장치를 통해 주형 기판에서의 방향성 디웨팅이 효과적으로 진행됨을 알 수 있었다.Accordingly, the present inventors have found that the directional dewetting on the mold substrate is effectively performed through the dewetting device having a plurality of separate heaters and cooling lines.
즉, 본 발명의 발명자들은 분리형 히터를 순차적으로 구동시켜 주형 기판에 온도 기울기를 가함으로써, 온도 차이(온도 구배)에 기인하는 표면장력(상대적으로 뜨거운 곳에 있는 액체를 상대적으로 차가운 곳으로 끌어당기는 표면장력)이 발생하여 액체의 박막 물질이 주형 기판의 표면에서 방향성을 가지고 선택적으로 디웨팅됨을 분명하게 알 수 있었다.That is, the inventors of the present invention sequentially drive a separate heater to apply a temperature gradient to the mold substrate, thereby causing a surface tension (surface for drawing a liquid in a relatively hot place to a relatively cold place) due to a temperature difference (temperature gradient). Tension), which clearly shows that the liquid thin film material is selectively dewetted with directivity at the surface of the mold substrate.
다음에, 분리형 히터를 이용하여 주형 기판에서의 방향성 디웨팅을 유발시키는 전술한 실시 예와는 달리 일체형 가열 수단을 이용하여 주형 기판에서의 방향성 디웨팅을 유발시키는 본 발명의 다른 실시 예들에 대하여 설명한다.Next, different embodiments of the present invention that induce directional dewetting on a mold substrate by using an integral heating means, unlike the above-described embodiment of causing directional dewetting on a mold substrate by using a separate heater, will be described. do.
도 5는 온도계가 내장된 하우징형 히터를 이용하여 주형이 안착된 디웨팅 장치에 온도 기울기를 가하여 방향성 디웨팅을 유발시키는 과정을 설명하기 위해 도시한 단면 구조도이다.5 is a cross-sectional structural view illustrating a process of causing a directional dewetting by applying a temperature gradient to a dewetting device on which a mold is seated using a housing-type heater with a built-in thermometer.
도 5를 참조하면, 본 실시 예의 디웨팅 장치는, 주형 기판에 열을 제공하는 수단(즉, 히터)이 주형 기판을 안착 지지하는 수단에 일체로 형성된 전술한 실시 예의 디웨팅 장치와는 달리, 가열 수단과 주형 기판을 지지하는 지지 수단이 분리형으로 되어 있다는 점에 가장 큰 기술적인 특징을 갖는다.Referring to FIG. 5, the dewetting device of the present embodiment is different from the dewetting device of the above-described embodiment in which a means (ie, a heater) for providing heat to the mold substrate is integrally formed with a means for seating and supporting the mold substrate. The most technical feature is that the heating means and the supporting means for supporting the mold substrate are separated.
즉, 양각 부분과 음각 부분으로 된 패턴 면에 액체 박막 물질(504)이 코팅된 주형 기판(502)을 안정되게 지지하는 본체 하우징(506)과 가열 수단인 히터 하우징(514)이 서로 분리된 구조를 가지며, 본체 하우징(506)에는 그 내측에 냉각 라인(508)이 형성되어 있고 주형 기판(502)이 안착되는 안착 베이스(510)의 소정 부분에는 다수의 진공 척(512)들이 형성되어 있다. 여기에서, 냉각 라인(508)은 안착 베이스(510)에 안착되는 주형 기판(502)의 배면 길이를 모두 포괄하는 형태의 일자형으로 도시하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 전술한 도 1의 실시 예에서와 마찬가지로, 다수개의 분리형으로 구성할 수도 있음은 물론이다.That is, a structure in which the main body housing 506 for stably supporting the mold substrate 502 coated with the liquid thin film material 504 on the pattern surface of the embossed portion and the intaglio portion and the heater housing 514 as heating means are separated from each other. The body housing 506 has a cooling line 508 formed therein, and a plurality of vacuum chucks 512 are formed in a predetermined portion of the mounting base 510 on which the mold substrate 502 is seated. Here, the cooling line 508 is shown in a straight form of the shape covering all the back length of the mold substrate 502 seated on the mounting base 510, the present invention is not necessarily limited to this, Figure 1 As in the embodiment of the, of course, it can also be configured as a plurality of separate.
또한, 히터 하우징(514)에는 대략 중심을 가로지르는 형태로 삽입된 히터(516)가 삽입되어 있으며, 그 선단 부분에는 냉각 라인(508) 및 히터(516)의 작동에 제어에 필요로 하는 온도신호를 감지하여 도시 생략된 제어 수단으로 제공하는 온도 센서가 부착되어 있다. 이러한 히터 하우징(514)은, 비록 도면에서의 도시는 생략하였으나, 디웨팅 시키고자 하는 주형 기판(502)의 표면(즉, 액체 박막 물질(504)의 표면)과 일정한 간격을 유지할 수 있도록 도시 생략된 지지 수단에 의해 지지되는 구조를 갖는다.In addition, a heater 516 is inserted into the heater housing 514, which is inserted into a shape substantially transverse to the center thereof, and a temperature signal necessary for controlling the operation of the cooling line 508 and the heater 516 is inserted in the tip portion thereof. It is attached to a temperature sensor that detects and provides to the control means not shown. Although not shown in the drawings, the heater housing 514 is not shown to maintain a constant distance from the surface of the mold substrate 502 (ie, the surface of the liquid thin film material 504) to be dewetted. And a structure supported by the supported means.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 본 실시 예의 디웨팅 장치는 패턴 면에 액체 박막 물질(504)이 코팅된 주형 기판(502)을 진공 척(512)을 통해 진공 흡착하는 방식으로 안착 베이스(510)에 안착시키고, 히터(516)를 가동시킨 후 히터 하우징(514)을 주형 기판(502)의 패턴 면에 코팅된 액체 박막 물질(504)의 표면으로부터 일정한 간격을 유지한 상태로 하여 소정의 속도 및 방향(예를 들면, 도 5의 화살표 A 방향)으로 이동(직선 이동)시킴으로서, 액체 박막 물질(504)의 디웨팅을 유발, 즉 주형 기판(502)에 온도 기울기를 부여하여 주형 기판(502)의 음각 부분에만 액체 박막 물질을 잔류시키고 액체의 표면 장력의 차이에 따른 대류 흐름을 발생시켜 양각 부분에 있는 액체 박막 물질(504)을 제거함으로써, 주형 기판(502)에 목표로 하는 임의의 패턴을 갖는 박막 패턴을 형성한다.The dewetting device of the present embodiment having the structure as described above is attached to the mounting base 510 in such a manner that the mold substrate 502 coated with the liquid thin film material 504 on the pattern surface is vacuum-adsorbed through the vacuum chuck 512. After seating and running the heater 516, the heater housing 514 is kept at a constant distance from the surface of the liquid thin film material 504 coated on the patterned surface of the mold substrate 502, and at a predetermined speed and direction. (E.g., the direction of arrow A in FIG. 5), thereby causing the dewetting of the liquid thin film material 504, i.e., imparting a temperature gradient to the mold substrate 502, By retaining the liquid thin film material only in the intaglio portion and generating a convective flow according to the difference in the surface tension of the liquid to remove the liquid thin film material 504 in the embossed portion, the mold substrate 502 has any pattern desired. Formed thin film pattern .
이때, 냉각 라인(508)을 통해서는 히터 하우징(514)이 지나간 후에 바로 냉각수가 순환되도록 하는 방식으로 냉각수를 공급하여 히터에 의해 발생된 열을 순차 제거할 수 있다.At this time, through the cooling line 508, the cooling water may be supplied in such a manner that the cooling water is circulated immediately after the heater housing 514 passes, thereby sequentially removing heat generated by the heater.
또한, 상기와는 달리, 본 실시 예에 따른 디웨팅 장치는 히터 하우징을 이동시켜 디웨팅을 유발시키는 것이 아니라 히터 하우징을 일정 높이로 고정시킨 상태에서 주형 기판이 안착된 본체 하우징을 일정 방향으로 이동(직선 이동)시키는 방식으로 주형 기판에서의 디웨팅을 유발시킬 수 있음은 물론이다. 이 경우, 본체 하우징이 움직이기 때문에 본체 하우징의 내부에 냉각 라인을 설치하지 않고 히터 하우징을 지난 이후의 소정 위치에 주형 기판을 냉각시킬 수 있는 별도의 냉각 수단을 채용하는 것이 바람직할 것이다.In addition, unlike the above, the dewetting apparatus according to the present embodiment does not cause the dewetting by moving the heater housing, but moves the main body housing in which the mold substrate is seated in a predetermined direction while the heater housing is fixed at a predetermined height. It goes without saying that the dewetting on the mold substrate can be caused by the (linear movement) method. In this case, since the body housing moves, it would be desirable to employ separate cooling means capable of cooling the mold substrate at a predetermined position after passing the heater housing without providing a cooling line inside the body housing.
따라서, 본 실시 예의 디웨팅 장치는 히터를 갖는 히터 하우징을 주형 기판이 안착된 본체 하우징 위의 일정 높이에서 스캔(직선 이동)하거나 혹은 히터 하우징을 일정 높이에 고정시킨 상태에서 본체 하우징을 스캔(직선 이동)하는 방식을 통해 주형 기판의 패턴 면에 코팅된 액체 박막 물질이 방향성을 가지고 디웨팅되어 음각 부분에만 액체 박막 물질을 잔류시켜 원하는 박막 패턴을 형성할 수 있다.Therefore, the dewetting apparatus of this embodiment scans the heater housing with the heater at a certain height above the body housing on which the mold substrate is mounted (straight movement) or scans the body housing with the heater housing fixed at a certain height (straight line). The liquid thin film material coated on the pattern surface of the mold substrate is oriented and dewetted to form a desired thin film pattern by remaining the liquid thin film material only on the intaglio portion.
본 발명의 발명자들은 히터 하우징을 Al로, 가열 온도를 100 - 200℃로, 냉각수 온도를 25℃로, 진공 척으로 흡착, 주형 기판 이동속도를 0.1㎜ - 2㎝/min으로 하는 공정 조건에서 실험을 하였으며, 실험 결과 주형 기판 상에 목표로 하는 박막 패턴을 쉽게 형성됨을 알 수 있었다.The inventors of the present invention experimented at process conditions in which the heater housing is made of Al, the heating temperature is 100-200 ° C, the cooling water temperature is 25 ° C, adsorption with a vacuum chuck, and the mold substrate moving speed is 0.1 mm-2 cm / min. As a result, it was found that the target thin film pattern was easily formed on the template substrate.
도 6 및 도 7은 도 5에 도시된 실시 예와 거의 유사한 다른 실시 예들인 것으로, 도 6은 와이어 히터를 이용하여 주형이 안착된 디웨팅 장치에 온도 기울기를 가하여 방향성 디웨팅을 유발시키는 과정을 설명하기 위해 도시한 단면 구조도이고, 도 7은 적외선 램프를 이용하여 주형이 안착된 디웨팅 장치에 온도 기울기를 가하여 방향성 디웨팅을 유발시키는 과정을 설명하기 위해 도시한 단면 구조도이다.6 and 7 are other embodiments almost similar to those shown in FIG. 5, and FIG. 6 illustrates a process of causing directional dewetting by applying a temperature gradient to a dewetting device on which a mold is seated using a wire heater. FIG. 7 is a cross-sectional structural diagram for explaining a process of causing directional dewetting by applying a temperature gradient to a dewetting device on which a mold is seated using an infrared lamp.
도 6을 참조하면, 본 실시 예의 디웨팅 장치는 본체 하우징(506)의 구조에 있어서는 도 5에 도시된 구조와 실질적으로 동일한데, 여기에서의 이해를 돕기 위해 동일한 구성부재에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하였다.Referring to FIG. 6, the dewetting device of the present embodiment is substantially the same as the structure shown in FIG. 5 in the structure of the main body housing 506. For the sake of clarity, the same reference numerals are used for the same components. Given.
다만, 도 5의 디웨팅 장치에서는 히터(516)와 온도 센서(518)가 내장된 히터 하우징(514)을 사용하는 반면에, 본 실시 예에서는 와이어 히터(602)를 사용한다는 점이 다르며, 이러한 차이점으로 인해, 비록 도면에서의 도시는 생략하였으나, 도 1에 도시된 디웨팅 장치에서와 같이 본체 하우징(506) 내부의 소정 부분에 일정 간격으로 다수개의 온도 센서를 필요 또는 용도에 따라 장착하여 사용할 수 있음은 물론이다.However, the dewetting apparatus of FIG. 5 uses a heater housing 514 in which the heater 516 and the temperature sensor 518 are built, whereas in the present embodiment, the wire heater 602 is used. Due to this, although not shown in the drawings, as shown in Figure 1, a plurality of temperature sensors may be mounted on a predetermined portion inside the main body housing 506 at predetermined intervals, such as in the dewetting apparatus shown in FIG. Of course.
따라서, 본 실시 예의 디웨팅 장치는 본체 하우징(506)의 안착 베이스(510)에 액체 박막 물질(504)이 코팅된 주형 기판(502)을 안착(진공 흡착)시킨 후 본체 하우징을 고정시킨 상태에서 주형 기판으로부터 기 설정된 일정 간격만큼 이격되어 정열 배치된 와이어 히터(602)를 직선 이동시키는 방식으로 주형 기판(502)의 패턴 면에 코팅된 액체 박막 물질을 디웨팅(즉, 패턴 면의 음각 부분에만 액체 박막 물질을 잔류시키고 양각 부분에 있는 액체 박막 물질을 제거)시킴으로써, 주형 기판(502) 상에 목표로 하는 임의의 패턴을 갖는 박막 패턴을 형성할 수 있다.Therefore, the dewetting apparatus of the present embodiment is mounted on the seating base 510 of the body housing 506 with the liquid substrate 504 coated with the mold substrate 502 (vacuum adsorption), and then fixed to the body housing. Dewetting the liquid thin film material coated on the pattern surface of the mold substrate 502 (that is, only on the intaglio portion of the pattern surface) by linearly moving the wire heater 602 spaced apart from the mold substrate by a predetermined predetermined distance. By remaining the liquid thin film material and removing the liquid thin film material in the embossed portion), the thin film pattern having the desired arbitrary pattern can be formed on the mold substrate 502.
또한, 본 실시 예의 디웨팅 장치는, 상기와는 달리, 도시 생략된 지지 수단을 이용해 와이어 히터를 일정 높이로 고정시킨 상태에서 주형 기판이 안착된 본체 하우징을 일정 방향으로 이동(직선 이동)시키는 방식으로 주형 기판에서의 디웨팅을 유발시킬 수 있음은 물론이다. 이 경우, 본체 하우징이 움직이기 때문에 본체 하우징의 내부에 냉각 라인을 설치하지 않고 히터 하우징을 지난 이후의 소정 위치에 주형 기판을 냉각시킬 수 있는 별도의 냉각 수단을 채용하는 것이 바람직할 것이다.In addition, the dewetting apparatus of the present embodiment, unlike the above, a method of moving (linearly moving) the main body housing in which the mold substrate is seated in a predetermined direction in a state where the wire heater is fixed to a predetermined height by using a support means (not shown). Of course, it can cause dewetting in the mold substrate. In this case, since the body housing moves, it would be desirable to employ separate cooling means capable of cooling the mold substrate at a predetermined position after passing the heater housing without providing a cooling line inside the body housing.
상기한 바와 같이, 와이어 히터를 이용하는 방법은 니크롬(Ni-Cr) 선 등의 저항체에 전류를 흘려보내 발열체로 사용하는 방법인 것으로, 발열체의 굵기가 작아서(통상, 수 ㎜ 이하) 주형 기판의 일부분만을 가열하는데 적합한 방법이다.As described above, the method of using a wire heater is a method of flowing a current through a resistor such as a Ni-Cr wire and using it as a heating element. The thickness of the heating element is small (typically several mm or less), so that a part of the mold substrate It is a suitable method for heating the bay.
본 발명의 발명자들은 와이어 히터를 니크롬선(Ni-Cr 와이어) ø로, 가열 온도를 100 - 200℃로, 주형 기판을 냉각, 주형 기판 이동속도를 0.1㎜ - 2㎝/min으로 하는 공정 조건에서 실험을 하였으며, 실험 결과 주형 기판 상에 목표로 하는 박막 패턴을 쉽게 형성됨을 알 수 있었다.The inventors of the present invention provide the wire heater at a nichrome wire (Ni-Cr wire) ø, at a heating temperature of 100 to 200 ° C., to cool the mold substrate, and to move the mold substrate at a speed of 0.1 mm to 2 cm / min. Experiment was performed, and the experimental results showed that the target thin film pattern was easily formed on the template substrate.
도 7을 참조하면, 본 실시 예의 디웨팅 장치는 본체 하우징(506)의 구조에 있어서는 도 5 및 도 6에 도시된 구조와 실질적으로 동일한데, 여기에서의 이해를 돕기 위해 동일한 구성부재에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하였다.Referring to FIG. 7, the dewetting device of the present embodiment is substantially the same as the structure shown in FIGS. 5 and 6 in the structure of the main body housing 506. Reference numerals have been given.
다만, 도 6의 디웨팅 장치에서는 와이어 히터(602)를 사용하는 반면에, 본 실시 예에서는 적외선 램프(702)를 사용한다는 점이 다르며, 이러한 차이점으로 인해, 비록 도면에서의 도시는 생략하였으나, 도 1에 도시된 디웨팅 장치에서와 같이 본체 하우징(506) 내부의 소정 부분에 일정 간격으로 다수개의 온도 센서를 필요 또는 용도에 따라 장착하여 사용할 수 있음은 물론이다.However, in the dewetting apparatus of FIG. 6, the wire heater 602 is used, whereas in the present embodiment, the infrared lamp 702 is used. Due to this difference, although not shown in the drawings, FIG. As in the dewetting apparatus shown in FIG. 1, a plurality of temperature sensors may be mounted to a predetermined portion inside the main body housing 506 at predetermined intervals according to a need or a purpose.
또한, 본 실시 예의 디웨팅 장치에 채용되는 적외선 램프(702)는, 일 예로서 도 8a 및 8b에 도시된 바와 같이, 램프(704), 램프의 후면에서 라운드 형태를 갖는 반사판(706) 및 조절용 셔터(708)를 구비하는데, 조절용 셔터(708)는 램프(704)에서 발생하는 적외선 광을 주형 기판(802)의 표면(즉, 액체 박막 물질의 표면)에 직진성으로 유도하는 것으로, 필요 또는 용도에 따라 셔터의 폭(즉, 적외선 광의 유도 폭)을 임의로 조절할 수 있으며, 이러한 셔터 폭의 조절을 통해 주형 기판(802)에 조사되는 적외선 광 조사 영역(802a, 802b)(즉, 가열 면적)의 폭(w1, w2)을 선택적으로 조절할 수 있다.In addition, the infrared lamp 702 employed in the dewetting apparatus of the present embodiment is, as an example, as shown in Figures 8a and 8b, the lamp 704, the reflecting plate 706 having a round shape at the rear of the lamp and for adjustment A shutter 708 is provided, wherein the adjustable shutter 708 directs the infrared light generated by the lamp 704 to the surface of the mold substrate 802 (ie, the surface of the liquid thin film material) in a straight line. The width of the shutter (that is, the induction width of the infrared light) can be arbitrarily adjusted according to the present invention, and the adjustment of the shutter width allows the infrared light irradiation regions 802a and 802b (i.e., heating area) to be irradiated to the mold substrate 802. The widths w1 and w2 can be selectively adjusted.
따라서, 본 실시 예의 디웨팅 장치는, 도 6에 도시된 디웨팅 장치와 동일하게, 본체 하우징(506)의 안착 베이스(510)에 액체 박막 물질(504)이 코팅된 주형 기판(502)을 안착(진공 흡착)시킨 후 본체 하우징을 고정시킨 상태에서 주형 기판으로부터 기 설정된 일정 간격만큼 이격되어 정열 배치된 적외선 램프(702)를 직선 이동시키는 방식으로 주형 기판(502)의 패턴 면에 코팅된 액체 박막 물질을 디웨팅(즉, 패턴 면의 음각 부분에만 액체 박막 물질을 잔류시키고 양각 부분에 있는 액체 박막 물질을 제거)시킴으로써, 주형 기판(502) 상에 목표로 하는 임의의 패턴을 갖는 박막 패턴을 형성할 수 있다.Accordingly, the dewetting device of the present embodiment, like the dewetting device shown in FIG. 6, mounts the mold substrate 502 coated with the liquid thin film material 504 on the mounting base 510 of the body housing 506. After the vacuum adsorption, the liquid thin film coated on the pattern surface of the mold substrate 502 in a manner of linearly moving the infrared lamps 702 arranged and spaced apart from the mold substrate by a predetermined predetermined interval while the body housing is fixed. By dewetting the material (i.e., leaving the liquid thin film material in the intaglio portion of the pattern side and removing the liquid thin film material in the embossed portion), a thin film pattern having an arbitrary pattern of interest on the mold substrate 502 is formed. can do.
또한, 본 실시 예의 디웨팅 장치는, 상기와는 달리, 도시 생략된 지지 수단을 이용해 적외선 램프를 일정 높이로 고정시킨 상태에서 주형 기판이 안착된 본체 하우징을 일정 방향으로 이동(직선 이동)시키는 방식으로 주형 기판에서의 디웨팅을 유발시킬 수 있음은 물론이다. 이 경우, 본체 하우징이 움직이기 때문에 본체 하우징의 내부에 냉각 라인을 설치하지 않고 히터 하우징을 지난 이후의 소정 위치에 주형 기판을 냉각시킬 수 있는 별도의 냉각 수단을 채용하는 것이 바람직할 것이다.In addition, unlike the above, the dewetting apparatus of the present embodiment uses a support means (not shown) to move (linearly move) the body housing in which the mold substrate is seated in a predetermined direction in a state where the infrared lamp is fixed at a predetermined height. Of course, it can cause dewetting in the mold substrate. In this case, since the body housing moves, it would be desirable to employ separate cooling means capable of cooling the mold substrate at a predetermined position after passing the heater housing without providing a cooling line inside the body housing.
상기한 바와 같은 방법은 램프 전면에 조사되는 적외선 광의 간격을 조절할 수 있는 조절용 셔터(일명, 조리개)를 설치함으로써, 가열하고자 하는 주형 기판의 면적을 필요 또는 용도에 따라 자유로이 조절할 수 있는 방법이다.The method as described above is a method that can freely adjust the area of the mold substrate to be heated according to the need or use by providing an adjustment shutter (aka aperture) that can adjust the interval of the infrared light irradiated on the front of the lamp.
본 발명의 발명자들은 IR 램프 300 - 1000W로, 가열 온도를 100 - 200℃로, 주형 기판 냉각, 램프 전면에 조리개를 설치하여 조사 영역(즉, 가열 면적)을 조절하는 공정 조건에서 실험을 하였으며, 실험 결과 주형 기판 상에 목표로 하는 박막 패턴을 쉽게 형성됨을 알 수 있었다.The inventors of the present invention experimented in the process conditions of adjusting the irradiation area (that is, the heating area) by the IR lamp 300-1000W, the heating temperature to 100-200 ℃, cooling the mold substrate, installing an aperture on the front of the lamp, As a result, it was found that the target thin film pattern was easily formed on the template substrate.
한편, 도면에서의 도시 및 상세한 설명은 생략하였으나, 본 발명은 히터 하우징, 와이어 히터, 적외선 램프 대신에 레이저 히터를 사용할 수도 있음은 물론이다.Meanwhile, although the drawings and detailed descriptions in the drawings are omitted, the present invention may be used in place of a heater heater, a wire heater, and an infrared lamp.
여기에서, 레이저 히터를 사용하는 방법의 경우 레이저빔의 선폭을 대략 1㎛ 정도까지 가능하므로, 이러한 레이저빔을 선 형태로 집적하여 가열원으로 사용할 수 있으며, 특히 레이저빔은 제어장치를 통해 짧은 시간(통상, millisecond 이하) 내에 고온을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 연속파가 아닌 펄스파 형태의 가열도 가능하므로, 정밀한 온도 제어 및 그에 따른 방향성 디웨팅에 매우 접합한 방법이 될 수 있다.Here, in the case of using a laser heater, since the line width of the laser beam can be up to about 1 μm, such a laser beam can be integrated in a line shape and used as a heating source, and in particular, the laser beam can be used for a short time through a control device. Not only can a high temperature be obtained within a conventional millisecond, but also a pulse wave type heating rather than a continuous wave can be achieved, which is a method that is highly bonded to precise temperature control and thus directional dewetting.
다른 한편, 패턴 면에 액체 박막 물질이 코팅된 주형 기판을 평탄하게 한 상태에서 온도 구배를 이용하여 디웨팅을 유발시키는 경우, 일 예로서 도 10에 도시된 바와 같이, 디웨팅되는 액체 박막 물질(1006a)에서 파동(파고) 형상(1008)이 발생하게 되고, 이러한 파동 형상(1008)으로 인해 열에 오래 노출되는 부분(액체 박막 물질이 상대적으로 빠르게 디웨팅된 부분)과 반대의 부분(액체 박막 물질이 상대적으로 느리게 디웨팅된 부분) 간에 균일도가 저하되는 문제가 야기될 수 있다. 도 10에 있어서, 참조번호 1002는 주형 기판을, 1004는 패턴 면의 양각 부분을, 1006은 음각 부분에 형성된 박막 패턴을 각각 나타낸다.On the other hand, in the case where the dewetting is induced by using a temperature gradient while the mold substrate coated with the liquid thin film material on the pattern surface is flattened, as shown in FIG. 10, the wetted liquid thin film material ( A wave shape 1008 occurs at 1006a, and the wave shape 1008 causes a long exposure to heat (a portion where the liquid thin film material is dewetted relatively quickly) (the liquid thin film material). The problem of a decrease in uniformity between these relatively slow dewetting parts) can be caused. In Fig. 10, reference numeral 1002 denotes a template substrate, 1004 denotes an embossed portion of the pattern surface, and 1006 denotes a thin film pattern formed on the intaglio portion.
여기에서, 파동 형상(1008)은 디웨팅이 진행될수록 커지는 경향을 보이는데, 이러한 파동 형상에 기인하는 균일도 저하는 결국 제품의 신뢰도를 떨어뜨리는 요인이 될 수 있기 때문에 파동 형상의 발생을 억제할 필요가 있다.Here, the wave shape 1008 tends to become larger as the dewetting proceeds, and since the uniformity caused by the wave shape may be a factor that eventually lowers the reliability of the product, it is necessary to suppress the occurrence of the wave shape. have.
이를 위하여, 본 발명의 발명자들은 많은 실험을 통해 전술한 각 실시 예들에 기재된 디웨팅 장치에 임의의 각도를 갖는 기울기를 부여함으로써, 파동 형상의 발생이 억제됨을 알 수 있었다.To this end, the inventors of the present invention through a number of experiments, it was found that the generation of the wave shape is suppressed by giving a slope having an arbitrary angle to the dewetting device described in each of the above-described embodiments.
도 9는 본 발명의 변형 실시 예에 따라 디웨팅 장치를 임의의 경사각으로 세운 상태에서 온도 기울기를 가해 방향성 디웨팅을 유발시키는 과정을 설명하기 위해 도시한 일 예의 단면 구조도이다.FIG. 9 is a cross-sectional structural view illustrating an example of a process of causing directional dewetting by applying a temperature gradient in a state in which the dewetting device is set at an inclined angle according to a modified embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 패턴 면에 액체 박막 물질이 코팅된 주형 기판(902)을, 예를 들면 안착 베이스(906) 상에 형성된 진공 척(908)을 통해 흡착 지지하는 본체 하우징(904)은 소정의 각도 기울기, 예를 들면 지면으로부터 Q의 각도로 기울어지는데, 이러한 각도 기울기는 90도 이내에서 공정 조건에 따라 임의로 설정할 수 있다. 또한, 비록 도면에서의 도시는 생략되었으나, 본체 하우징(904)에는 주형 기판에 전달된 열을 냉각시키기 위한 냉각 라인이 분리형 또는 일체형으로 형성될 수 있음은 물론이다.Referring to FIG. 9, a main body housing 904 that adsorbs and supports a mold substrate 902 coated with a liquid thin film material on a pattern surface through, for example, a vacuum chuck 908 formed on a seating base 906. The angle of inclination, for example, is inclined at an angle of Q from the ground, which can be arbitrarily set according to the process conditions within 90 degrees. In addition, although not shown in the drawings, a cooling line for cooling the heat transferred to the mold substrate may be formed separately or integrally in the body housing 904.
또한, 가열 수단(910)은, 예를 들면 전술한 실시 예들에서 사용되는 히터 하우징, 와이어 히터, 적외선 램프, 레이저 히터 등인 것으로, 이러한 가열 수단(910)을 주형 기판(902)으로부터 일정 간격만큼 이격시킨 상태에서 화살표 A 방향(기울기의 하향 쪽에서 상향 쪽으로의 방향)으로 직선 이동시킴으로써, 주형 기판(902) 상에 코팅된 액체 박막 물질을 디웨팅시킬 수 있다.In addition, the heating means 910 is, for example, a heater housing, a wire heater, an infrared lamp, a laser heater and the like used in the above-described embodiments, such heating means 910 is spaced apart from the mold substrate 902 by a predetermined interval. In such a state, the liquid thin film material coated on the mold substrate 902 may be dewetted by linearly moving in the direction of arrow A (downward to upward).
물론, 여기에서는 예시적으로 가열 수단을 구비하는 것으로 하여 설명하였으나, 본체 하우징(904)이 도 1에 도시된 실시 예에서와 같이 가열 수단인 다수의 분리형 히터를 자체적으로 내장하는 히터 하우징일 경우 가열 수단(910)을 필요로 하지 않음은 물론이다.Of course, it was described herein as having a heating means by way of example, but when the main body housing 904 is a heater housing that is a built-in self-heating a plurality of separate heaters, as in the embodiment shown in FIG. Of course, no means 910 are required.
여기에서, 주형 기판에 기울기를 부여한 후 기울기의 하향 쪽으로부터 상향 쪽의 방향으로 가열하게 될 때 물러나는 액체 박막 물질에서 파동 현상이 억제되는 것은 중력작용에 의해서이며, 이를 통해 액체 박막 물질의 파동 현상에 기인하는 제품의 신뢰도 저하 문제를 효과적으로 해결할 수 있다.Here, the gravity phenomenon is suppressed in the liquid thin film material which recedes when the mold substrate is inclined and is heated in the direction from the downward side to the upward side of the inclination by gravity, and thus the wave phenomenon of the liquid thin film material. This can effectively solve the problem of lowering the reliability of the product.
한편, 본 발명의 다양한 실시 예에서는 히터의 구동 후에 열을 식히기 위하여 냉각 라인을 히터 하우징의 각 분할 영역 또는 본체 하우징에 구비하는 것으로 하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요 또는 용도에 따라 히터 하우징의 각 분할 영역 및 본체 하우징에 냉각 라인을 설치하지 않을 수도 있음은 물론이다.Meanwhile, in various embodiments of the present disclosure, a cooling line is provided in each divided area of the heater housing or the main body housing to cool the heat after driving the heater, but the present invention is not necessarily limited thereto. Therefore, the cooling line may not be installed in each divided region of the heater housing and the main body housing.
다른 한편, 본 발명의 다양한 실시 예들에서는 주형 기판을 진공 척으로 진공 흡착하는 것으로 하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 정전기 척 혹은 기계적 고정 장치 등을 이용할 수 있음은 물론이다.On the other hand, various embodiments of the present invention have been described as the vacuum suction of the mold substrate with a vacuum chuck, the present invention is not necessarily limited to this, of course, it is possible to use an electrostatic chuck or a mechanical fixing device.
더욱이, 전술한 실시 예들의 상세한 설명에서는 생략하였으나, 주형 기판에 열을 가할 때 열을 가하는 방향으로 공기 등의 기체, 용매/공기, 불활성 기체/공기, 용매/불활성 기체/공기 등을 블로잉해 줌으로써, 액체 박막 물질의 디웨팅을 더욱 촉진시킬 수 있다.Furthermore, although omitted in the detailed description of the above-described embodiments, by blowing gas such as air, solvent / air, inert gas / air, solvent / inert gas / air in the direction of applying heat to the mold substrate It is possible to further promote dewetting of the liquid thin film material.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 본 발명의 발명자들이 제안하여 대한민국 특허청에 출원한 선행특허에서 액체가 고체 표면에서 효과적으로 디웨팅되어 목표로 하는 박막 패턴 또는 미세 패턴을 형성하도록 하기 위하여, 히터, 적외선 램프, 와이어 히터 등을 이용하여 액체 박막 물질이 코팅된 주형 기판에 순차적인 온도 기울기를 가함으로써 액체가 고체 표면에서 방향성을 가지고 디웨팅되도록 함으로써, 제조 공정의 복잡도를 증가함이 없이 기판 상에 목표로 하는 박막 패턴을 쉽게 형성할 수 있다.As described above, according to the present invention, in order to form a target thin film pattern or fine pattern in the prior patent proposed by the inventors of the present invention and applied to the Korean Patent Office to form a target thin film pattern, a heater, infrared By applying a sequential temperature gradient to the mold substrate coated with the liquid thin film material using a lamp, wire heater, etc., the liquid is directionally dewetted on the solid surface, thereby increasing the complexity of the manufacturing process. A thin film pattern can be formed easily.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 디웨팅을 위해 주형이 안착된 미세 패턴 제조용 디웨팅 장치의 단면 구조도,1 is a cross-sectional structural view of a dewetting device for manufacturing a fine pattern on which a mold is seated for dewetting according to a preferred embodiment of the present invention;
도 2a 및 2b 내지 4a 및 4b는 도 1에 도시된 디웨팅 장치를 이용하여 본 발명에 따라 분리형인 다수의 히터 및 냉각 라인들을 순차 작동시키는 방식으로 주형 기판에 온도 기울기를 가하여 액체 박막 물질의 방향성 디웨팅을 유발시키는 과정을 설명하기 위해 도시한 도면,2A and 2B to 4A and 4B show the directivity of the liquid thin film material by applying a temperature gradient to the mold substrate in such a way as to sequentially operate a plurality of separate heater and cooling lines in accordance with the present invention using the dewetting device shown in FIG. To illustrate the process of causing dewetting,
도 5는 온도계가 내장된 하우징형 히터를 이용하여 주형이 안착된 디웨팅 장치에 온도 기울기를 가하여 방향성 디웨팅을 유발시키는 과정을 설명하기 위해 도시한 단면 구조도,FIG. 5 is a cross-sectional structure diagram for explaining a process of causing a directional dewetting by applying a temperature gradient to a dewetting device on which a mold is seated using a housing-type heater with a built-in thermometer.
도 6은 와이어 히터를 이용하여 주형이 안착된 디웨팅 장치에 온도 기울기를 가하여 방향성 디웨팅을 유발시키는 과정을 설명하기 위해 도시한 단면 구조도,6 is a cross-sectional structural view illustrating a process of causing a directional dewetting by applying a temperature gradient to a dewetting device on which a mold is seated using a wire heater;
도 7은 적외선 램프를 이용하여 주형이 안착된 디웨팅 장치에 온도 기울기를 가하여 방향성 디웨팅을 유발시키는 과정을 설명하기 위해 도시한 단면 구조도,7 is a cross-sectional structural view illustrating a process of causing a directional dewetting by applying a temperature gradient to a dewetting device on which a mold is seated using an infrared lamp;
도 8a 및 8b는 적외선 조사 폭의 조절이 가능한 조절용 셔터를 갖는 적외선 램프의 횡단면도,8A and 8B are cross-sectional views of an infrared lamp having an adjustable shutter capable of adjusting an infrared irradiation width;
도 9는 본 발명의 변형 실시 예에 따라 디웨팅 장치를 임의의 경사각으로 세운 상태에서 온도 기울기를 가해 방향성 디웨팅을 유발시키는 과정을 설명하기 위해 도시한 일 예의 단면 구조도,9 is a cross-sectional structural view of an example illustrating a process of causing directional dewetting by applying a temperature gradient in a state in which the dewetting device is set at an inclined angle according to a modified embodiment of the present invention;
도 10은 본 발명에 따라 온도 기울기를 이용하여 방향성 디웨팅을 유발시킬 때 디웨팅되는 액체에서 발생하는 파동(파고) 현상의 일 예를 도시한 예시도.10 is an exemplary view showing an example of a wave (wave) phenomenon occurring in the liquid dewetting when inducing directional dewetting using the temperature gradient in accordance with the present invention.
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| KR100592800B1 (en) * | 2005-03-11 | 2006-06-28 | 박철민 | The method for controlling microscopic structure of blockcopolyer thin film and the apparatus thereof |
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| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20131220 Year of fee payment: 9 |
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| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20141216 Year of fee payment: 10 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |