KR20050072196A - 나노 임프린트 리소그래피 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나노 임프린트 리소그래피 시스템(NANO IMPRINT LITHOGRAPHY SYSTEM)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 형판(TEMPLATE)에 형성된 나노 단위의 미세 패턴을 기판(SUBSTRATE)에 전사시키는 나노 임프린트 리소그래피 시스템(NANO IMPRINT LITHOGRAPHY SYSTEM)에 있어서, 형판(TEMPLATE)의 기울기 변화에 따라 기판(SUBSTRATE)의 기울기도 전 방향에 대하여 변화함으로서, 기판(SUBSTRATE)과 형판(TEMPLATE)의 평형도를 향상시켜 패턴을 전사하는 작업의 정밀도를 높이도록 상기 기판(SUBSTRATE) 하부에 공기베어링(AIR BEARNING)을 구비하고, 형판(TEMPLATE)의 압력이 기판(SUBSTRATE)에 균일하게 가해지도록 정수압의 원리를 형판(TEMPLATE)에 대한 가압방식으로 채택하여, 실린더를 가압하는 공기주머니를 구비하는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트 리소그래피 시스템(NANO IMPRINT LITHOGRAPHY SYSTEM)에 관한 것이다.

Description

나노 임프린트 리소그래피 시스템 {A NANO IMPRINT LITHOGRAPHY SYSTEM}
본 발명은 나노 임프린트 리소그래피 시스템(NANO IMPRINT LITHOGRAPHY SYSTEM)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 형판(TEMPLATE)에 형성되어 있는 나노 단위의 미세 패턴을 기판(SUBSTRATE)에 전사시키는 나노 임프린트 리소그래피 시스템(NANO IMPRINT LITHOGRAPHY SYSTEM)에 있어서, 형판(TEMPLATE)의 기울기 변화에 따라 기판(SUBSTRATE)의 기울기도 전 방향에 대하여 변화함으로서, 기판(SUBSTRATE)과 형판(TEMPLATE)의 평형도를 향상시켜 패턴을 전사하는 작업의 정밀도를 높이도록 상기 기판(SUBSTRATE) 하부에 공기베어링(AIR BEARNING)을 구비하고, 형판(TEMPLATE)의 압력이 기판(SUBSTRATE)에 균일하게 가해지도록 정수압의 원리를 형판(TEMPLATE)에 대한 가압방식으로 채택하여, 실린더를 가압하는 공기주머니를 구비하는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트 리소그래피 시스템(NANO IMPRINT LITHOGRAPHY SYSTEM)에 관한 것이다.
나노는 10억분의 1을 나타내는 단위로서, 1나노미터(nm)는 10억 분의 1m 이며, 머리카락의 굵기의 약 8만 분의 1크기로 수소원자 10개를 나란히 늘어놓은 정도이다. 나노기술은 나노소자, Nano-Mechanics, Micro-Optics, 정보통신, Biotechnology, 나노재료 등 여러 분야에 응용할 수 있다. 특히, 최근에는 반도체 분야에 나노기술을 적용하기 위한 연구들이 집중적으로 이루어지고 있다.
나노기술은 분석, 제어, 합성의 전 과정을 100㎚ 이하의 극미세 수준에서 제어하기 때문에 높은 기술집약도가 필요하고, 크기 및 소비 에너지 등을 최소화하면서도 최고의 성능을 구현할 수 있기 때문에 높은 경제성이 실현될 수 있다.
그 중에서 나노 임프린트 리소그래피 시스템은 형판에 형성된 나노 단위의 미세한 패턴을 기판에 전사시킴으로서 미세하고 정밀한 패턴을 형성하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 종래의 나노 임프린트 리소그래피 시스템의 작업순서를 도시한 순서도이다. 도 1에 따르면, 나노 임프린트 리소그래피 시스템은 나노 스케일의 미세 패턴의 구조물로 형성된 형판이 기판과 평형을 이루면서 밀착하도록 압력을 가함으로서 미세한 크기의 정밀한 패턴을 구성하도록 작동한다.
먼저, 형판과 기판의 위치를 조정하고, 상기 형판에 형성되어 있는 패턴을 전사시키도록 기판 상부에 액상의 화학 중합체가 위치하도록 한다. 위치 조정이 끝나면, 액상인 화학 중합체를 응고시키도록 상기 형판 상부에서 형판에 형성되어 있는 패턴 구조물의 형상을 통해 자외선을 투과시킨다.
자외선을 투과하여 화학 중합체를 응고시키기 시작함과 동시에 형판에 압력을 가하여 형판과 기판을 밀착시킨다. 즉, 평형상태의 형판과 기판을 밀착시킴으로서 형판에 형성되어 있는 패턴 형상을 화학 중합체에 전사시키고, 액상 형태의 화학 중합체를 자외선을 투과시킴으로서 응고하는 과정을 동시에 진행하게 된다.
화학 중합체가 완전히 응고하면 형판에 가해지던 압력을 낮추어서 기판과 분리시키고, 불필요한 전이층을 제거함으로서 패턴의 정밀도를 높이고 패턴 구조물을 완성하게 된다.
상기 과정에서, 종래의 나노 임프린트 리소그래피 시스템에서는 형판이 기판에 밀착되도록 압력을 가하는 가압장치로서 기계력에 의존하였다. 따라서, 형판 전체에 압력이 균일하게 분포하지 못함으로서 전면에 걸쳐 균일한 힘으로 가압되지 않아, 형판과 기판 사이의 평형이 정확하게 유지되지 않는 경우가 빈번하게 발생한다. 작업과정에서 형판과 기판의 평형도가 일정하게 유지되지 않으면 형판에 형성된 미세 패턴이 화학 중합체에 정확하게 전사되지 않는 단점이 발생한다.
도 2는 종래의 나노 임프린트 리소그래피 시스템의 보정 시스템을 도시한 개략도이다. 도 2에 따르면, 종래의 보정 시스템은 형판(34)의 기울기 및 기우는 방향에 따라 기판(36)도 기울어지도록 기판(36)에 3개의 회전축(38, 40, 42)을 구비한다.
도시하지는 않았으나, 초기 상태의 형판(32)은 작업이 진행되면 실린더의 압력으로 기판(36)에 근접하게 된다. 얇고 균일한 박막을 유지하는 패턴 구조물을 제작하도록 형판(32)과 기판(36)이 밀착되도록 하는 것과 함께, 형판(32)에 형성된 패턴 구조물을 정밀하게 전사하도록, 응고과정에서 형판(34)과 기판(36)의 평형을 유지하는 것도 중요하다.
하지만, 종래의 나노 임프린트 리소그래피 시스템의 위치보정 시스템에서는, 형판(32, 34)은 실린더에 의해 압력이 가해지는 것에 따라 모든 방향으로 움직일 수 있지만 기판(36)은 3방향의 축(38, 40, 42)을 중심으로 회전하도록 제한되어 있으므로 형판(34)과 완전한 평형을 유지하도록 회전하지 못한다.
따라서, 형판(34)을 기판(36)에 최대한 근접시켜도 평형도를 유지하지 못하면 패턴 구조물을 정밀하게 전사시킬 수 없다는 단점이 있다.
즉, 종래의 나노 임프린트 리소그래피 시스템은 형판과 기판의 평형도를 안정하게 유지하는 데에 한계가 있고, 기계력에 의한 가압방식을 채택함으로서 전체 가압면적에 대해 균일한 압력을 가하지 못하는 단점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기판 하부에 공기베어링을 구비함으로서 형판의 기울기 변화에 따라 기판의 기울기도 전 방향에 대하여 변화하도록 형성하여 기판과 형판의 평형도를 향상시킴으로서 패턴의 정밀도를 높이고, 형판을 가압하는 방식으로 정수압의 원리를 채택하여 형판의 압력이 기판 전체에 대하여 균일하게 가해지므로 미세한 크기의 패턴을 정밀하게 전사할 수 있는 나노 임프린트 리소그래피 시스템을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 나노 임프린트 리소그래피 시스템(NANO IMPRINT LITHOGRAPHY SYSTEM)은, 형판(TEMPLATE)의 나노 스케일의 미세 패턴을 기판(SUBSTRATE)에 전사시키는 나노 임프린트 리소그래피 시스템(NANO IMPRINT LITHOGRAPHY SYSTEM)으로서, 형판의 기울기 변화에 따라 기판의 기울기가 전 방향에 대하여 변화함으로서 기판과 형판의 평형도를 향상시키도록, 기판 하부에 반구형의 공기베어링을 구비하고, 형판의 압력이 기판에 균일하게 가해지도록 정수압의 원리를 형판에 대한 가압 방식으로 채택하여, 실린더를 가압하는 공기주머니를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 나노 임프린트 리소그래피 시스템을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 나노 임프린트 리소그래피 시스템의 구조를 도시한 구조도이다. 도 3에 따르면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 나노 임프린트 리소그래피 시스템은, 형판(62)과 기판(64)의 평형도를 향상시키도록, 기판(64) 하부에 공기베어링(68)을 구비한다. 상기 공기베어링(68)은 기판(64) 하부에 설치되는 하판(70) 내부 공간을 반구형으로 형성함으로서, 기판(64)과 하판(70) 사이에 형성되는 빈 공간에 형성된다.
상기 빈 공간에 컴프레샤(54)를 이용하여 공기를 주입하면 공기베어링(68)으로서의 역할을 하게 된다. 형판(62)이 실린더(58)로부터 받는 압력의 크기와 방향에 따라 기울기가 변하면, 기판(64)도 형판(62)으로부터 압력을 받아 기울기의 경사 및 방향이 변화하게 되는데, 종래의 위치 보정 시스템과 같이 회전축의 영향을 받음으로서 위치 변화에 제한을 받는 것이 아니라, 공기베어링(68)에 의해 기판(64) 하부 전체면이 균일하게 지지되고 회전각도 및 방향을 제한하지 않으므로, 형판(62)의 기울기가 변화함에 따라 평형상태를 유지하도록 위치가 보정된다.
따라서, 형판(62)과 기판(64)의 평형도가 지속적으로 유지되므로, 형판(62)에 형성되어 있는 미세 패턴이 기판(64) 상부의 화학 중합체로 전사되는 정확도도 향상되어 최종적으로 형성되는 패턴 구조물의 정밀도를 향상시키는 효과가 있다.
즉, 종래의 보정 시스템에서는 기판(64)이 세 방향의 축을 따라서만 회전한 것에 비하여, 본 발명의 보정 시스템은, 공기베어링(68)을 설치함으로서 기판(64)도 회전축의 제한을 받지 않고 형판(62)의 위치 변화에 따라 일정한 평형상태를 유지하도록 자유롭게 회전할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 공기베어링(68)에 공기를 공급하도록 직경 0.3㎜인 홀 12개를 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 기판(64) 상부에는 상기 기판(64)의 안정성을 고려하여 축베어링(66)을 설치함으로서 6자유도 보정 시스템을 구성한다. 이에 따라, 상기 형판(62)과 기판(64)의 평형도를 향상시키고, 미세 패턴을 정확하게 전사시킴으로서 작업의 정밀도와 제품의 품질을 향상시키게 된다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 축베어링(66)은 급기개수를 12개로 형성하고, 급기압력은 5.033㎏/㎠로 유지하는 것이 바람직하다.
또한 형판(62)의 압력이 기판(64)에 균일하게 가해지도록 정수압의 원리를 형판(62)에 대한 가압 방식으로 채택하여, 실린더(58)를 가압하는 공기주머니(56)를 구비한다. 즉, 실린더(58) 상부에 형성되는 빈 공간에 공기를 주입함으로서 공기의 압력으로 실린더(58)가 형판(62)을 가압하도록 한다. 공기는 주입되는 양에 관계없이 공간 내에서는 균일하게 분포하려는 성질이 있으므로, 외부에 작용하는 압력도 접촉면 전체에 있어서 균일한 특성이 있다.
보다 정밀한 이송을 하도록 2열급기 원주베어링(60)을 이용할 수 있으며, 상기 공기베어링(68)과 공기주머니(56), 축베어링(66) 및 원주베어링(60)은 컴프레셔(54)로부터 공기를 공급받아 작동된다.
본 발명의 발명자는 상기 원주베어링(60)이 효과적으로 작동하도록 홀 개수를 12개, 각 홀의 직경은 0.3㎜로 하였다.
알려진 바와 같이, 동력 전달의 효율성과 균형성에 있어서 기계적인 전달방식에 비해 유압을 이용하는 방식이 더 뛰어난 장점을 갖추고 있다. 따라서, 상기 실린더(58)는 형판(62) 전체에 대하여 일정한 힘을 유지하며 압력을 가함으로서 형판(62)과 기판(64)이 쉽게 평형상태를 유지하면서 밀착되도록 압력을 가한다.
전술한 내용은 후술할 발명의 특허청구범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허청구범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.
또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 기판(64) 하부에 공기베어링(68)을 구비함으로서 형판(62)의 기울기에 따라 기판(64)의 기울기도 전 방향에 대하여 변화하도록 형성하여 기판(64)과 형판(62)의 평형도를 향상시킴으로서 패턴의 정밀도를 높이는 장점이 있다.
또한, 형판(62)에 대한 가압 방식으로 정수압의 원리를 채택하여 형판(62)의 압력이 기판(64)에 균일하게 가해지므로 미세한 패턴을 정밀하게 전사할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 나노 임프린트 리소그래피 시스템의 작업순서를 도시한 순서도이다.
도 2는 종래의 나노 임프린트 리소그래피 시스템의 보정 시스템을 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 나노 임프린트 리소그래피 시스템의 구조를 도시한 구조도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
30: 종래의 나노 임프린트 리소그래피 시스템의 보정 시스템
32: 가압되기 전 형판 34: 가압된 상태의 형판
36: 기판 38: α축
40: β축 42: z 축
50: 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 나노 임프린트 리소그래피 시스템
52: 밸브 54: 컴프레셔
56: 공기주머니 58: 실린더
60: 원주베어링 62: 형판(TEMPLATE)
64: 기판(SUBSTRATE) 66: 축베어링
68: 공기베어링 70: 하판

Claims (2)

  1. 형판(62)에 형성된 나노 단위의 미세 패턴을 기판(64)에 전사시키는 나노 임프린트 리소그래피 시스템에 있어서,
    형판(62)의 기울기 변화에 따라 기판(64)의 기울기가 전 방향에 대하여 변화함으로서 형판(62)과 기판(64)의 평형도를 향상시키도록, 기판(64) 하부에 반구형의 공기베어링(68)을 구비하고,
    형판(62)의 압력이 기판(64)에 균일하게 가해지도록 정수압의 원리를 형판(62)에 대한 가압 방식으로 채택하여, 실린더(58)를 가압하는 공기주머니(56)를 구비하는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트 리소그래피 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 공기베어링(68) 및 공기주머니(56)에 공기를 공급하도록, 컴프레셔(54)를 구비하는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트 리소그래피 시스템.
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