KR20100042113A - Ｕｖ 나노 임프린트 장비용 기판 정렬대 - Google Patents

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임홍재
신동훈
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박경서
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국민대학교산학협력단
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Abstract

유리기판 상에 나노미터 크기의 구조화된 패턴을 형성하기 위한 UV 나노 임트린트 리소그래피 공정에서 유리기판을 지정된 위치에 밀착고정시키는 작업대 역할을 하는 UV 나노 임프린트 장비용 기판 정렬대를 제공한다. 상기 기판 정렬대는 판상의 피처리 기판이 안착되는 편평한 상면을 가진 흡착 플레이트; 상기 흡착 플레이트 상면 적소에 형성되며, 흡착 플레이트 내부에 형성된 진공통로를 통해 흡착 플레이트 측면으로부터 외부로 연장되는 진공배기구와 연통되는 진공홀; 흡착 플레이트 상면으로 노출된 상기 진공홀을 시점으로 흡착 플레이트 상면에 일정 패턴으로 함몰 형성되어, 흡착 플레이트에 안착된 피처리 기판과 흡착 플레이트 사이에서 피처리 기판 진공흡착을 위한 진공압을 형성시키는 선형의 흡착노즐;을 포함하여 구성됨을 요지로 한다.
UV 나노 임프린트, 유리기판, 진공흡착, 정렬대

Description

ＵＶ 나노 임프린트 장비용 기판 정렬대{Stage for Utraviolate Nano Imprint device}
본 발명은 UV 나노 임프린트 장비용 기판 정렬대에 관한 것으로, 상세하게는 UV 나도 임프린트 공정을 통해 피처리 기판 예컨대, 유리기판 상에 나노미터 크기의 구조화된 패턴을 형성함에 있어 상기 유리기판이 안착되어 흡착고정되는 UV 나노 임트린트 장비용 기판 정렬대에 관한 것이다.
UV-나노 임프린트 리소그래피(Utraviolate Nano Imprint Lithography, UV-NIL)는 유리기판 상에 나노미터 크기(1~100㎚)의 구조화된 패턴을 형성을 실현하기 위해 제안된 기술로서, 기판 위에 광경화성 수지를 도포한 다음, 자외선(Ultraviolet)을 이용하여 나노 크기의 몰드로 압력을 가해 경화시켜 패턴을 전사하는 기술을 말하며, 근래에는 디스플레이용 광학소재 분야와 접목되면서 기초 연구단계를 넘어 빠르게 상용화 길에 접어들고 있다.
나노급 리소그래피 구현을 위한 임프린트 장비는 두 가지 방식으로 분류할 수 있는데, 하나는 열을 이용한 가열식 기술이며, 다른 하나는 자외선을 이용한 광학식 기술이다. 가열식 기술은 100℃ 이상의 온도조건을 유지하는 환경에서 이용이 가능한 반면, 광학식 기술은 상온에서도 이용이 가능하다는 처리온도에 대한 환경적 차이점을 가진다.
상기 가열식 나노 임프린트 리소그래피 기술은 다층화 작업이 필수적인 반도체 디바이스 제작에 있어, 열변형에 의해 다층 정렬이 어렵다는 단점을 가지고 있는 반면, 자외선을 이용한 나노 임프린트 리소그래피 기술은 열가소성 재질을 사용하는 가열 나노 임프린트 리소그래피 기술과 달리 저점성 광경화성 합성수지와 이를 경화시키는 자외선을 사용하는 것이 특징이다. 따라서 자외선 나노 임프린트 리소그래피 기술은 상온 저압공정이 가능하여 다층화 공정 및 대량생산에 적합하다는 장점을 가지고 있다.
상기 UV 나노 임프린트 리소그래피 공정을 통해 나노크기의 구조화된 패터닝을 구현하기에 앞서, 로딩/언로딩 로봇을 통해 피처리 기판을 지정된 위치에 올려놓고 정렬시켜 기판의 처리가 이루어지도록 하는 정렬과정이 요구되며, 정렬과정은 정렬대 위에 놓인 피처리 기판의 고정을 필요로 한다. 종래에는 정렬대에 피처리 기판을 정렬할 경우 고정핀을 이용하여 기판의 각부 가장자리를 고정시키거나 원형의 흡착노즐을 정렬대 상에 분산 배치하는 방식을 사용하고 있다.
그러나 고정핀을 이용하여 정렬대에 놓인 피처리 기판을 고정시키는 방식은 기판을 고정시키는 과정에서 상대적으로 강성에 취약한 피처리 기판 모서리부분에 접촉 충격이 가해져 기판이 깨지는 문제가 자주발생하며, 흡착노즐 방식은 진공흡 착 과정에서 원형의 흡착노즐이 접촉하는 특정위치에 흡착력이 집중되어 기판이 변형되는 문제가 있다. 즉, 종래 기판 정렬과정에 이용되는 방식들은 정렬과정에서 불안정한 고정과 피처리 기판의 큰 변형을 유발하여 공정 정밀도에 악영향을 미치는 결과를 초래하는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, UV-나노 임프린트 리소그래피를 위한 피처리 기판을 정렬대 상에 밀착 고정시키는 정렬과정에서의 흡착압력에 의한 피처리 기판의 변형을 최소시키면서 보다 안정적으로 밀착고정시킬 수 있는 UV 나노 임프린트 장비용 기판 정렬대를 제공하는 데에 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은, 판상의 피처리 기판기 안착되는 편평한 상면을 가진 흡착 플레이트; 상기 흡착 플레이트 상면 적소에 형성되며, 흡착 플레이트 내부에 형성된 진공통로를 통해 흡착 플레이트 측면으로부터 외부로 연장되는 진공배기구와 연통되는 진공홀; 흡착 플레이트 상면으로 노출된 상기 진공홀을 시점으로 흡착 플레이트 상면에 일정 패턴으로 함몰 형성되어, 흡착 플레이트에 안착된 피처리 기판과 흡착 플레이트 사이에서 피처리 기판 진공흡착을 위한 진공압을 형성시키는 선형의 흡착노즐;을 포함하는 UV 나노 임프린트 장비용 기판 정렬대를 제공한다.
여기서, 상기 흡착 플레이트는 일반적으로 직사각 또는 정사각의 평면을 가진 육면체 형상일 수 있으며, 이 경우 상기 진공홀은 직사각 또는 정사각의 평면을 가진 상기 흡착 플레이트 모서리에 각각 하나씩 형성되도록 구성함이 바람직하다.
그리고, 상기 흡착노즐은, 상기 진공홀을 시점으로 흡착 플레이트의 폭 또는 길이방향으로 흡착 플레이트 상면 가장자리를 따라 수평으로 형성된 폐직선 형태의 주경로와; 상기 주경로와 연통되며 주경로를 통한 진공압을 고르게 분산시키기 위한 다수의 분산경로;로 구성될 수 있다.
이때, 상기 분산경로는, 상기 주경로와 수직으로 연통되어 흡착 플레이트 내측을 향하며, 주경로의 형성방향에 대해 일정한 간격으로 평행한 이격간격을 가지면서 형성된 수직형 분산경로이거나 상기 주경로와 수직으로 연통되어 흡착 플레이트 내측을 향하는 하나의 분산경로와 이웃하는 다른 분산경로 선단이 상호 연통되어 주경로 길이방향을 따르는 연속된 요철형 분산경로일 수 있다.
상기한 구성의 본 발명에 의하면, 흡착 플레이트 모서리 각부에 진공홀을 형성하고 있고, 피처리 기판 진공흡착을 위한 진공압을 형성시키는 흡착노즐이 상기 진공홀을 시점으로 흡착 플레이트 가장자리를 따라 선형 패턴을 가지면서 연장된 구조를 가짐에 따라, 진공흡착을 통해 흡착 플레이트 상에 피처리 기판을 흡착 고정시킴에 있어 흡착 플레이트 가장자리를 따라 형성된 흡착노즐에 의해 진공압이 고게 분포되고, 피처리 기판 흡착 시 흡착면적이 전반에 걸쳐 고르게 확대, 분산된다.
정렬대에 원형의 흡착노즐이 분산 배치된 종래 진공흡착 방식을 채택한 정렬대의 경우, 흡착노즐이 형성된 특정위치에만 흡착력이 집중되어 피처리 기판에 대한 진공흡착과정에서 기판이 뒤틀리는 것과 같은 변형이 발생하는 문제가 있지만, 본 발명은 기판 흡착고정을 위한 흡착노즐이 정렬대 가장자리를 따라 고르게 확대, 분산되는 구조를 가짐에 따라, 진공흡착을 통해 흡착 플레이트 상에 놓인 피처리 기판을 흡착고정시킬 경우, 기판 변형을 최소화하면서 보다 안정적으로 정렬대 위에 피처리 기판을 밀착 고정시킬 수 있다는 장점이 있다.
이하, 첨부도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 UV 나노 임프린트 장비용 기판 정렬대의 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 기판 정렬대를 A-A선 방향에서 바라본 단면도이다. 그리고 도 3은 본 발명에 따른 UV 나노 임프린트 장비용 기판 정렬대의 변형예를 도시하고 있다.
UV-나노 임프린트 장비는(Utraviolate Nano Imprint device)는 피처리 기판인 유리기판 상에 나노미터 크기(1~100㎚)의 구조화된 패턴을 형성을 실현하기 위한 장치로서, 정렬대 상에 놓인 기판 표면에 광경화성 수지를 도포한 다음, 자외선(Ultraviolet)을 이용하여 나노 크기의 몰드로 압력을 가해 경화시켜 구조화된 패턴을 형성시킴에 있어 사용되는 장비이며, 상기 UV-나노 임프린트 장비를 통해 유리기판 상에 구조화된 패턴을 형성시키는 것을 UV 나노 임프린트 리소그래피(Utraviolate Nano Imprint Lithography, UV-NIL) 공정이라 한다.
UV 나노 임프린트 리소그래피 공정을 통해 나노크기의 구조화된 패터닝을 구현함에 있어서는, 로딩/언로딩 로봇을 통해 피처리 기판을 지정된 위치에 올려놓고 정렬시켜 기판의 처리가 이루어지도록 하는 정렬과정이 요구되며, 정렬과정은 피처리 기판 면적에 대응하는 상부면적을 갖는 정렬대 상에서 이루어진다. 정렬을 통해 지정된 위치에 놓인 피처리 기판이 광경화성 수지를 도포하는 과정에서 지정된 위치로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있도록, 상기 정렬대는 피처리 기판 고정을 위한 진공흡착기능을 갖추고 있다.
도 1 내지 도 2에서와 같이, 본 발명에 따른 UV 나노 임프린트용 기판 정렬대는 외부로부터의 진공압을 전달을 위해 흡착 플레이트(10)에 형성되는 진공홀(12)과, 상기 진공홀(12)로부터 연장되어 흡착 플레이트(10)에 안착된 피처리 기판과 흡착 플레이트 사이에서 피처리 기판 진공흡착을 위한 진공압을 형성시키는 선형의 흡착노즐(14)로서 위와 같은 진공흡착기능을 구현하고 있다. 본 발명의 구성을 좀 더 구체적으로 살펴본다.
상기 흡착 플레이트(10)는 판상의 피처리 기판이 안착되기에 적합한 편평한 상면을 가져 로딩과정을 통해 처리 대상물인 피처리 기판이 상기 상면 상에 놓여진다. 본 발명의 실시예에서는 상기 흡착 플레이트(10)에 대해 직사각 또는 정사각의 평면을 가진 육면체 형상에 대해 도시하고 있지만, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 하나의 예에 불과한 것으로, 상기 흡착 플레이트(10)는 피처리 기판의 형상에 따라 원형, 삼각 이상의 다각의 평면을 가진 원기둥 또는 다면체 형상을 가질 수 있으므로 특정한 형태 및 구조에 한정되지 않는다.
상기 진공홀(12)은 상기 흡착 플레이트(10) 상면 적소에 형성되어 흡착 플레이트(10) 내부에 형성된 진공통로(미도시)를 통해 흡착 플레이트(10) 측면으로부터 외부로 연장되는 진공배기구(16)와 연통되며, 피처리 기판이 놓였을 때 기판 흡착을 위한 진공압이 피처리 기판 가장자리를 따라 균일하게 전달될 수 있도록, 흡착 플레이트(10) 가장자리를 따라 일정한 간격으로 형성된다. 도면에 도시된 바람직한 실시예에서와 같이, 상기 흡착 플레이트(10)가 직사각 또는 정사각의 평면을 가진 육면체 형상인 경우에는 상기 흡착 플레이트(10) 모서리 각부에 형성하는 것이 바람직하다.
상기 흡착노즐(14)은 흡착 플레이트(10) 상면으로 노출된 상기 진공홀(12)을 시점으로 흡착 플레이트(10) 상면에 일정 패턴으로 함몰 형성되어, 흡착 플레이트(10) 상면에 피처리 기판이 놓였을 경우, 상기 기판 하면과의 사이에 진공압 형성을 위한 밀폐된 경로를 형성한다. 본 발명에서 상기 흡착노즐(14)은 상기 진공홀(12)을 시점으로 흡착 플레이트(10) 상면 가장자리를 따라 상기 진공홀(12)과 이격된 다른 진공홀(12)에 근접한 위치까지 연속해서 형성된 선형으로 이루어진다.
선형을 이루도록 흡착노즐(14)을 형성함에 있어 상기 흡착노즐(14)은, 흡착 플레이트(10) 가장자리를 따르는 폐직선(흡착 플레이트가 원형인 경우 폐곡선)형태의 주경로(140)와, 상기 주경로(140)부터 분기되는 다수의 분산경로(142)로 구성되도록 함이 바람직하다. 예를 들어, 도시된 도면에서와 같이 흡착 플레이트(10) 상면이 사각형인 경우, 상기 흡착노즐(14)은 흡착 플레이트(10)의 폭 또는 길이방향으로 흡착 플레이트(10) 상면 가장자리를 따라 수평으로 형성된 폐직선 형태의 주경로(140)와, 상기 주경로(140)와 연통되며 주경로(140)를 통한 진공압을 고르게 분산시키기 위한 다수의 분산경로(142)로서 흡착노즐(14)을 구현함이 바람직하다.
이때, 상기 분산경로(142)는 도 1의 바람직한 실시예와 같이, 상기 주경로(140)와 수직으로 연통되어 흡착 플레이트(10) 내측을 향하며, 이러한 주경로(140)의 형성방향에 대해 일정한 간격으로 평행한 이격간격을 가지면서 형성된 수직형 분산경로(142a) 이거나, 도 3의 변형예에서와 같이, 상기 주경로와 수직으로 연통되어 흡착 플레이트 내측을 향하는 하나의 분산경로와 이웃하는 다른 분산경로 선단이 상호 연통되어 주경로 길이방향을 따르는 연속된 요철형 분산경로(142b)일 수 있다.
상기 분산경로(142)는 흡착 플레이트(10) 가장자리를 따라 형성되는 상기 주경로(140)로부터 일정한 간격을 가지면서 각각은 흡착 플레이트(10) 내측을 향해 소정길이로 연장되어, 상기 흡착노즐(14)을 통한 기판의 흡착면적을 확대시킬 수 있으면서 진공흡착에 따른 흡착압력을 피처리 기판 테두리 전반에 걸쳐 분산시킬 수 있는 형태를 가진 다면, 상기 실시예 및 변형예에 도시된 형상으로 한정되지 않고 다른 형태의 주경로 형성방향에 대한 연속된 곡선상의 파형, 사다리꼴상의 파형 등 다양하게 변형시켜 적용가능하다.
도 4는 본 발명인 기판 정렬대에 의한 UV-NIL 과정을 개략적으로 나타낸 공정도로서, 이를 참조하여 본 발명에 따른 기판 정렬대에 피처리 기판을 밀착고정시킨 상태에서 수행되는 UV 나노 임프린트 리소그래피 공정을 본 발명에 따른 기판 정렬대의 작동과 연계하여 설명하기로 한다.
UV 나노 임프린트 리소그래피 공정에 사용될 광경화성 수지가 도포된 유리기판은 미도시된 카세트 스테이션에 저장되어 있고, 이처럼 저장되어 있던 유리기 판은 기판 이송장치 로봇(로딩/언로딩 로봇; )을 통해 본 발명의 실시예에 따른 기판 정렬대(1)에 제공된다(도 4의 (a)). 기판 정렬대(1)는 유리기판(g)이 안착될 수 있는 편평한 상면을 가지며, 상기 상면에 유리기판(g)이 놓여지면 흡착노즐(14)을 형성하는 주경로(140)와 분산경로(142)는 하나의 밀폐된 경로를 형성하게 된다(도 4의 (b)).
위와 같은 상태에서 외부에서 진공배기구(16)와 연결되는 구동원 구체적으로, 진공펌프(미도시)를 사용해서 진공홀을 통해 상기 밀폐된 경로 속의 기체분자를 뽑아내 진공을 형성시키면, 흡착 플레이트(10) 상에 놓인 유리기판(g)을 기준으로 유리기판 상부와 하부의 압력차이로 인해 상기 유리기판(g)은 흡착 플레이트(10) 상면에 기밀하게 밀착되어 유동되지 않게 된다.
흡착 플레이트(10) 상면에 유리기판(g)이 진공흡착을 통해 밀착 고정되면, 유리기판 표면에 도포된 광경화성 수지 위에 나도 크기의 패턴을 형성하고 있는 몰드(m)를 올려 놓은 후(도 4의 (c)), UV램프가 삽입되고 자외선이 통과가능한 투명한 재질로 이루어진 가압장치(2)로서 상기 몰드(m)에 균일한 압력을 가해 경화시킴으로써 구조화된 나도 패턴을 형성하는 것이다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 흡착 플레이트(10) 모서리 각부에 진공홀(12)을 형성하고 있고, 피처리 기판 진공흡착을 위한 진공압을 형성시키는 흡착노즐(14)이 상기 진공홀(12)을 시점으로 흡착 플레이트(10) 가장자리를 따라 선형 패턴을 가지면서 형성된다. 이에 따라, 진공흡착을 통해 흡착 플레이트(10) 상에 피처리 기판(g)을 흡착 고정시킴에 있어 흡착 플레이트(10) 가장자리를 따라 형성 된 흡착노즐(14)에 의해 피처리 기판 흡착 시 흡착면적이 전반에 걸쳐 고르게 확대, 분산된다.
정렬대에 원형의 흡착노즐이 분산 배치된 종래 진공흡착 방식을 채택한 정렬대의 경우, 흡착노즐이 형성된 특정위치에만 흡착력이 집중되어 피처리 기판에 대한 진공흡착과정에서 기판이 뒤틀리는 것과 같은 변형이 발생하는 문제가 있지만, 본 발명은 기판 흡착고정을 위한 흡착노즐(14)이 흡착 플레이트(10) 가장자리를 따라 고르게 확대, 분산되는 구조를 가짐에 따라, 진공흡착을 통해 흡착 플레이트(10) 상에 놓인 피처리 기판을 흡착고정시킬 경우, 기판 변형을 최소화하면서 보다 안정적으로 흡착 플레이트(10) 위에 피처리 기판을 밀착 고정시킬 수 있다는 장점이 있다.
앞서 본 발명은 UV 나노 임트린트 장비에 적용되는 기판 정렬대를 예를 들어 주요하게 설명하였으나, UV 나노 임트린트 리소그래피 공정 뿐만 아니라 기판 상에 패턴을 형성하기 위한 모든 패터닝 공정에 사용되는 기판 정렬대에도 본 발명의 실시예에 따른 정렬대가 장치가 적용될 수 있으므로, 그러한 적용 역시 본 발명의 범주에 포함된다고 보아야 할 것이다.
이상에서 설명한 것은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 UV 나노 임프린트 장비용 기판 정렬대의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 기판 정렬대를 A-A선 방향에서 바라본 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 UV 나노 임프린트 장비용 기판 정렬대의 변형예를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명인 기판 정렬대를 통해 수행되는 UV-NIL 과정을 개략적으로 나타낸 공정도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
1...정열대 2...가압장치
10...흡착 플레이트 12...진공홀
14...흡착노즐 16...진공배기구
140...주경로 142...분산경로
g...유리기판 m...몰드

Claims (5)

  1. 판상의 피처리 기판이 안착되는 편평한 상면을 가진 흡착 플레이트;
    상기 흡착 플레이트 상면 적소에 형성되며, 흡착 플레이트 내부에 형성된 진공통로를 통해 흡착 플레이트 측면으로부터 외부로 연장되는 진공배기구와 연통되는 진공홀;
    흡착 플레이트 상면으로 노출된 상기 진공홀을 시점으로 흡착 플레이트 상면에 일정 패턴으로 함몰 형성되어, 흡착 플레이트에 안착된 피처리 기판과 흡착 플레이트 사이에서 피처리 기판 진공흡착을 위한 진공압을 형성시키는 선형의 흡착노즐;을 포함하는 UV 나노 임프린트 장비용 기판 정렬대.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡착 플레이트는 직사각 또는 정사각의 평면을 가진 육면체 형상이고,
    상기 진공홀은 직사각 또는 정사각의 평면을 가진 상기 흡착 플레이트 모서리에 각각 하나씩 형성되는 것을 특징으로 하는 UV 나노 임프린트 장비용 기판 정렬대.
  3. 제 2 항에 있어서,
    흡착노즐은,
    상기 진공홀을 시점으로 흡착 플레이트의 폭 또는 길이방향으로 흡착 플레이트 상면 가장자리를 따라 수평으로 형성된 폐직선 형태의 주경로와;
    상기 주경로와 연통되며 주경로를 통한 진공압을 고르게 분산시키기 위한 다수의 분산경로;로 구성됨을 특징으로 하는 UV 나노 임프린트 장비용 기판 정렬대.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 분산경로는,
    상기 주경로와 수직으로 연통되어 흡착 플레이트 내측을 향하며, 주경로의 형성방향에 대해 일정한 간격으로 평행한 이격간격을 가지면서 형성된 수직형 분산경로인 것을 특징으로 하는 UV 나노 임프린트 장비용 기판 정렬대.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 분산경로는,
    상기 주경로와 수직으로 연통되어 흡착 플레이트 내측을 향하는 하나의 분산경로와 이웃하는 다른 분산경로 선단이 상호 연통되어 주경로 길이방향을 따르는 연속된 요철형 분산경로인 것을 특징으로 하는 UV 나노 임프린트 장비용 기판 정렬대.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102096315A (zh) * 2010-12-22 2011-06-15 青岛理工大学 整片晶圆纳米压印的装置和方法
CN109434703A (zh) * 2018-10-12 2019-03-08 中航华东光电有限公司 柔性可调式吸附平台

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