KR20130007593A - 패턴 전사 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

패턴 전사를 실행하는 방법은 복수의 노즐을 갖는 상기 기판 및 액체 토출 헤드의 상대적인 이동을 실행하면서, 증착시 상기 각각의 액적의 형상이 단일한 원형 형상이 아니고 각각의 상기 액적이 상기 기판 상에 인접한 다른 액적 상에 상기 인접한 다른 액적과 합일하지 않은 상태로 상기 기판 상의 상기 노즐로부터 상기 액체의 복수의 액적의 토출 및 증착을 실행하는 기판에 액체를 도포 스텝; 및 상기 액체에 대해 소정의 요철 패턴을 갖는 스탬퍼의 패턴 형성 표면을 압박하면서 상기 도포 스텝에서 상기 기판에 도포된 액체를 경화하는 단계를 포함한다.

Description

패턴 전사 방법 및 장치 {PATTERN TRANSFER METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 패턴 전사 방법 및 패턴 전사 장치에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 소망된 요철 패턴으로써 형성된 스탬퍼가 액체에 대해 압박되는 상태로 기판 상에 도포되는 액체를 경화시킴으로써 패턴을 전사하기 위한 패턴 전사 방법 및 패턴 전사 장치에 관한 것이다.
최근에 반도체 집적 회로 내에 매우 미세하고 보다 높은 레벨의 집적화를 도모하는 데 있어서, 소위 나노-임프린팅 방법이 기판 상에 미세한 구조를 형성하기 위한 기술로서 공지되어 있고, 그것에는 미세한 패턴이 기판 상에 레지스트(예를 들면, UV-경화 가능한 레진)를 도포하고, 전사되어야 할 소망된 요철 패턴으로써 형성된 스탬퍼가 레지스트에 대해 압박되는 상태로 UV 광의 조사에 의해 레지스트를 경화시키고 기판 상의 레지스트로부터 스탬프를 분리시킴으로써 전사된다.
특허 문헌 1에 설명된 나노-임프린팅 방법에서, 잉크젯 기술이 기판 상에 레지스트를 도포하기 위해 사용된다. 이러한 기술에서, 기판 상에 액적이 증착되도록 잉크젯 헤드의 노즐로부터의 액체 또는 레지스트 용액의 액적을 토출하는 경우, 액적 사이의 거리 및 액적의 체적은 레진층이 임프린팅 또는 패턴 전사 후 균일한 얇은 두께(잔류 박막)로 형성되게 하는 방식으로 스탬퍼의 패턴 형성에 따라 조정된다.
특허 문헌 1: 국제 공개 공보 제WO 2005/120834호
특허 문헌 1에 설명된 기술은 기판 상에 착탄후 액적의 형상에 대한 언급을 하고 있지 않다. 착탄후 액적의 형상에 따라, 기판 상의 액적의 합일로 인해 발생된 액체 이동의 가능성이 존재하고, 임프린팅 후 레지스트층 내에 막두께 비균일성이 발생하게 한다는 점에서 문제가 있다. 한편, 착탄 직후 액적이 불충분하게 젖어서 확산되면, 스탬퍼의 오목부가 액체로써 안에 충전되는 데 시간이 걸림으로써 이는 임프린팅 시간을 증가시키게 한다는 점에서 문제가 있다.
본 발명은 이러한 문제점의 관점에서 발명된 것이고, 그 목적은 임프린팅 시간을 단축하면서 임프린팅 중 발생하는 막두께 비균일성을 방지하는 것이 가능한 패턴 전사 방법 및 패턴 전사 장치를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하도록, 본 발명은 복수의 노즐을 갖는 기판 및 액체 토출 헤드의 상대적인 이동을 실행하면서, 증착중 각각의 액적의 형상이 단일한 원형 형상이 아니고 각각의 액적이 기판 상에 인접한 다른 액적과 합일하지 않은 상태로 기판 상의 노즐로부터 액체의 복수의 액적의 토출 및 증착을 실행함으로써, 기판에 액체를 도포 스텝; 및 액체에 대해 소정의 요철 패턴을 갖는 스탬퍼의 패턴 형성 표면을 압박하면서 도포 스텝에서 기판에 도포된 액체를 경화하는 스텝을 포함하는 패턴 전사를 실행하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 이러한 실시형태에 의하면, 착탄 직후 액적 형상이 단일한 원형 형상(예를 들면, 타원형 형상 등이 될 수 있음)으로 되지 않게 보장함으로써, 액적 형상이 단일한 원형 형상인 경우에 비해 기판 상에 착탄된 액적의 젖어서 확산하는 시간을 단축하는 것이 가능하고, 또한, 기판 상에 액적의 압일로 인해 액체의 이동이 없으므로, 그 후 기판 상의 액체 분포에서 바이어스가 발생하지 않는다. 이 결과로서, 임프린팅 시간을 단축하면서 임프린팅에 의해 생성된 막의 두께에서 비균일성을 방지하는 것이 가능하다.
바람직하게, 노즐로부터 토출시 각각의 액적은 실질인 칼럼 형상을 갖고 다음을 만족한다:
[수학식. 1]
Figure pct00001
여기서, V는 각각의 액적의 체적이고, l은 각각의 액적의 실질적인 주상의 길이이고, Ud는 토출시 각각의 액적의 속도이고, Uk는 기판 및 액체 토출 헤드의 상대적인 이동 속도이고, 및 θ는 각각의 액적과 기판 사이의 접촉 각도이다.
바람직하게, 기판 상에 증착시 액적은 다음을 만족한다:
[수학식. 2]
Figure pct00002
여기서, Px는 기판 및 액체 토출 헤드의 상대적인 이동이 실행되는 방향으로 기판 상에 증착시 액적의 피치이다.
바람직하게, 기판 상에 증착시 액적은 다음을 만족한다:
[수학식. 3]
Figure pct00003
여기서, Py는 기판 및 액체 토출 헤드의 상대적인 이동이 실행되는 방향에 대해 평행한 방향으로 기판 상에 증착시 액적의 피치이다
바람직하게, 토출이 실행되면서, 적어도 액체의 제 1 액적 및 제 2 액적은 각각의 토출 작동에 의해 각각의 노즐로부터 연속적으로 토출되고 다음을 만족한다:
[수학식. 4]
Figure pct00004
여기서, V는 제 1 액적 및 제 2 액적의 합계 체적이고, l은 기판 상에 증착시 제 1 액적과 제 2 액적 간 거리이고, Us는 토출 시의 제 2 액적의 속도이고, Uk는 기판과 액체 토출 헤드의 상대적인 이동 속도이고, 및 θ는 각각의 제 1 액적 및 제 2 액적과 기판 사이의 접촉 각도이다.
바람직하게, 기판 상에 증착시 1회의 토출 작동에 의해 토출된 제 1 액적 및 1회의 토출 작동에 연속적인 2회의 토출 작동에 의해 토출된 제 1 액적은 다음을 만족한다:
[수학식. 5]
Figure pct00005
여기서, Px는 기판 및 액체 토출 헤드의 상대적인 이동이 실행되는 방향으로 기판 상에 증착시 제 1 액적의 피치이다.
바람직하게, 기판 상에 증착시 제 1 토출 작동에 의해 토출된 제 1 액적 및 제 1 토출 작동에 연속적인 제 2 토출 작동에 의해 토출된 제 1 액적은 다음을 만족한다:
[수학식. 6]
Figure pct00006
[수학식. 7]
Figure pct00007
여기서, Py는 기판 및 액체 토출 헤드의 상대적인 이동이 실행되는 방향에 대해 수직한 방향으로 기판 상에 증착시의 제 1 액적의 피치이고, Vl은 제 1 액적 및 제 2 액적 중 보다 큰 것의 체적이다.
바람직하게, 경화 단계에서, 스탬퍼의 패턴 형성 표면은 노즐 중 동일한 것으로부터 토출되는 액적이 기판 상에 정렬되는 제 2 방향과 다른 제 1 방향으로 패턴 형성 표면의 하나의 단부으로부터 패턴 형성 표면의 다른 단부를 향해 액체에 대해 압박된다
바람직하게, 제 1 방향은 제 2 방향에 대해 수직이다.
전술한 목적을 달성하도록, 또한 본 발명은 복수의 노즐을 갖고 기판 상에 노즐로부터 액체의 복수의 액적의 토출 및 증착을 실행하는 액체 토출 헤드; 기판 및 액체 토출 헤드가 상대적인 이동을 하게 하는 반송 장치; 기판 상에 증착시 각각의 액적의 형상이 단일한 원형 형상이 아니고 각각의 액적이 기판 상의 인접한 다른 액적과 합일하지 않게 보장하는 제어장치; 및 상기 액체에 대해 소정의 요철 패턴을 갖는 스탬퍼의 패턴 형성 표면을 압박하면서 액적의 증착에 의해 기판 상에 도포되는 액체를 경화하는 경화 장치를 포함하는 패턴 전사 장치에 관한 것이다.
본 발명의 이러한 실시형태에 따르면, 착탄 직후 액적 형상이 단일한 원형 형상(예를 들면, 타원형 형상 등일 수 있음)이 아니게 보장함으로써, 액적 형상이 단일한 원형 형상인 경우에 비해 기판 상에 착탄한 액적의 젖어서 확산하는 시간을 단축하는 것이 가능하고 또한, 기판 상의 액적의 합일로 인한 액체의 이동이 없으므로, 그 후 기판 상에 액체 분포에서의 바이어스의 발생이 없다. 이 결과로서, 임프린팅 시간을 단축하면서, 임프린팅에 의해 생성된 필름의 두께에서의 비균일성을 방지하는 것이 가능하다.
바람직하게, 노즐로부터 토출시 각각의 액적은 실질적으로 주상을 갖고 다음을 만족한다:
[수학식. 8]
Figure pct00008
여기서, V는 각각의 액적의 체적이고, l은 각각의 액적의 실질적인 주상의 길이이고, Ud는 토출시 각각의 액적의 속도이고 Uk는 기판 및 액체 토출 헤드의 상대적인 이동 속도이고, θ는 각각의 액적과 기판 사이의 접촉 각도이다.
바람직하게, 액체 토출 헤드가 토출을 실행하면서, 적어도 액체의 제 1 액적 및 제 2 액적은 각각의 토출 작동에 의해 각각의 노즐로부터 연속적으로 토출되고 다음을 만족한다:
[수학식. 9]
Figure pct00009
여기서, V는 제 1 액적 및 제 2 액적의 합계 체적이고, l은 기판 상에 증착시 제 1 액적과 제 2 액적 간 거리이고, Us는 토출시 제 2 액적의 속도이고, Uk는 기판과 액체 토출 헤드의 상대 이동 속도이고, θ는 각각의 제 1 액적 및 제 2 액적과 기판 사이의 접촉 각도이다.
바람직하게, 경화 장치는 노즐 중 동일한 것으로부터 토출된 액적이 기판 상에 정렬되는 제 2 방향과 다른 제 1 방향으로 패턴 형성 표면의 하나의 단부으로부터 패턴 형성 표면의 다른 단부를 향해 액체에 대해 스탬퍼의 패턴 형성 표면을 압박한다.
바람직하게, 제 1 방향은 제 2 방향에 대해 수직이다.
본 발명에 따르면, 착탄 직후 액적 형상이 단일한 원형 형상(예를 들면, 타원형 형상 등)이 아니게 보장함으로써, 액적 형상이 단일한 원형 형상인 경우에 비해, 기판 상에 착탄하는 액적의 젖어서 확산하는 시간을 단축하는 것이 가능하고, 또한, 기판 상에 액적의 합일로 인해 액체의 이동이 없으므로, 그 후 기판 상에 액체 분포의 바이어스의 발생이 없다. 이 결과로서, 상기 임프린팅 시간을 단축하면서 임프린팅에 의해 생성된 막의 두께의 비균일성을 방지하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 패턴 전사 장치의 일반적인 개략도이다.
도 2a는 패턴 전사 장치의 헤드의 구조의 실시형태를 도시하는 평면 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 부분적인 확대도이다.
도 2c는 패턴 전사 장치 내의 헤드의 구조의 다른 실시형태를 도시하는 평면 사시도.
도 3은 액적 토출 소자의 내부 구조를 도시하는 단면도이다.
도 4는 패턴 전사 장치의 제어 시스템을 도시하는 원리 블록도이다.
도 5는 제 1 실시형태에서 레지스트 패턴을 도시하는 도면이다.
도 6a는 기판 상의 노즐 랜드로부터 토출되는 액적이 기판 상에 착탄하기 전의 상태를 도시하는 개략도이다.
도 6b는 기판 상의 노즐 랜드로부터 토출되는 액적이 기판 상에 착탄한 후의 상태를 도시하는 개략도이다.
도 7a는 착탄전의 액적의 형상을 도시하는 도면을 예시한다.
도 7b는 착탄후의 액적의 형상을 도시하는 도면을 예시한다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시형태의 레지스트 패턴을 도시하는 도면이다.
도 9는 착탄 직후의 액적의 형상을 도시하는 예시적인 도면이다.
도 10a는 착탄 직후의 합일된 액적의 형상을 도시하는 예시적인도이다.
도 10b는 착탄 직후의 액적의 형상을 도시하는 예시적인 도면이다.
도 10c는 착탄 직후의 합일된 액적의 형상을 도시하는 예시적인 도면이다.
도 11는 본 발명의 제 3 실시형태에 대한 패턴 전사 장치를 도시하는 대략적인 개략도이다.
도 12는 제 3 실시형태의 임프린팅 방향을 도시하는 도면이다.
도 13은 제 3 실시형태에서 다른 임프린팅 방향을 도시하는 도면이다.
도 14a는 제 3 실시형태의 변경예를 도시하는 예시적인 도면이다.
도 14b는 제 3 실시형태의 변경예를 도시하는 예시적인 도면이다
(제 1 실시형태)
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 패턴 전사 장치의 일반적인 개략도이다. 도 1에 도시된 패턴 전사 장치(10)는: 기판(20) 상에 레지스트(예를 들면, UV-경화 가능한 레진)를 도포하는 레지스트 도포 유닛(12); 기판(20)에 도포된 레지스트로 소망된 패턴을 전사하는 패턴 전사 유닛(14),; 및 기판(20)을 반송하는 반송 유닛(22)을 포함한다.
반송 유닛(22)은 예를 들면, 벨트와 같은 반송 장치를 포함하고, 반송 장치의 표면 상에 기판(20)을 유지하면서 레지스트 도포 유닛(12)으로부터 패턴 전사 유닛(14)을 향하는 방향(이후로는 "기판 반송 방향" 또는 "부 주사 방향"으로 칭함)으로 기판(20)을 반송한다. 기판(20)을 이동시키는 대신에, 정지한 기판에 대해 레지스트 도포 유닛(12) 및 패턴 전사 유닛(14)을 이동시키는 것도 가능하다.
레지스트 도포 유닛(12)은 복수의 노즐(51)(도 1에 도시되지 않고, 도 2a 내지 도 2c에 도시됨)이 형성되고, 노즐(51)로부터 액체(레지스트 용액)의 액적을 토출함으로써 기판(20)의 표면(레지스트 도포 표면) 상에 레지스트를 도포하는 기록 헤드(잉크젯 헤드)(24)를 포함한다.
기록 헤드(24)는 기판 반송 방향에 대해 수직인 방향(이후로는 "기판 폭 방향" 또는 "주 주사 방향"으로 칭함)으로 최대 기록 폭 전체에 걸쳐 배치된 긴 풀-라인 헤드로 구성된다. 기판 폭 방향(주 주사 방향)으로 기록 헤드(24)을 이동시키지 않고 기판 반송 방향(부 주사 방향)에 대해 상대적으로 기판(20) 및 기록 헤드(24)을 이동시키는 하나의 작동만을 실행함으로써 기판(20) 상에 소망된 포지션으로 액적을 배치하는 것이 가능함으로써, 레지스트 도포율을 상승시키는 것이 가능하다.
패턴 전사 유닛(14)은: 기판(20) 상의 레지스트로 전사되어야 하는 소망된 요철 패턴이 형성된 스탬퍼(다이)(26); 및 UV 광을 조사하는 UV 조사 장치(28)를 포함한다. 패턴 전사 유닛(14)은 레지스트가 도포된 기판(20) 상의 표면에 대해 스탬퍼(26)가 압박되는 상태로 기판(20) 상의 레지스트를 경화하도록 UV 조사 장치(28)로부터 UV 광을 조사함으로써 기판(20) 상에 레지스트에 대해 패턴을 전사한다.
스탬퍼(26)는 UV 조사 장치(28)에 의해 조사되는 UV 광을 투과할 수 있는 광 투과성 재료로써 형성된다. 광 투과성 재료로서 글래스, 수정, 사파이어, 투명한 플라스틱(예를 들면, 아크릴 레진, 하드 비닐 클로라이드 등)를 사용하는 것이 가능하다. 이러한 수단으로써, UV 광이 스탬퍼(26)[기판(20)으로부터 대향 측면 상에] 상에 위치된 UV 조사 장치(28)로부터 조사되는 경우, UV 광은 스탬퍼(26)에 차단되지 않고 기판(20) 상의 레지스트 상에 조사됨으로써 레지스트는 경화될 수 있다.
스탬퍼(26)는 도 1에서 수직 방향으로 이동 가능하게 배치된다. 스탬퍼(26)는 스탬퍼(26)의 패턴 형성 표면이 기판(20)의 표면과 실질적으로 평행한 상태로 유지되면서 하향으로 이동하고 기판(20)의 전체 표면과 실질적으로 동시에 접촉됨으로써, 패턴 전사를 실행한다.
기록 헤드(24)의 구조는 아래에 상세하게 설명된다. 도 2a는 기록 헤드(24)의 구조의 실시형태를 도시하는 평면 사시도이고, 도 2b는 기록 헤드(24)의 구조의 다른 실시형태를 도시하는 평면 사시도이다. 도 2b는 도 2a의 부분적인 확대도이고, 도 3은 액적 토출 소자의 내부 구조를 도시하는 단면도(도 2a 및 도 2b의 3-3라인을 따른 단면도)이다.
기록 헤드(24) 내의 노즐 피치는 기판(20) 상에 증착된 액적 사이의 간격을 감소시키도록 감소되야 한다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 실시형태의 기록 헤드(24)는 각각이 액적 토출 포트 또는 노즐(51)을 포함하는 복수의 액적 토출 소자(53), 노즐(51)에 대응하는 압력 챔버(52) 등이 지그재그 매트릭스의 형태로 2차원으로 배치됨으로써, 헤드의 종방향(기판 반송 방향에 대해 수직인 주 주사 방향)으로 투영된 바와 같이 노즐 간격(투영된 노즐 피치)이 효과적으로 감소되고 고노즐 밀도가 달성되는 구조를 갖는다.
주 주사 방향(기판 폭 방향)으로 기판(20)의 전체 폭에 대응하는 길이를 커버하는 하나 이상의 노즐 열을 구성하는 모드는 본 실시형태에 제한되지 않는다. 예를 들면, 도 2a에서의 구성 대신에, 도 2c에 도시된 바와 같은, 기판(20)의 전체 폭에 대응하는 길이의 노즐 열을 갖는 라인 헤드가 지그재그 매트릭스, 쇼트 헤드 모듈(헤드 칩)(24')로 배치되고 구성됨으로써 형성될 수 있고, 그 각각은 2차원으로 정렬된 복수의 노즐(51)을 갖는다. 또한, 도면에서 도시되지 않지만, 열 내에 쇼트 헤드를 정렬시킴으로써 라인 헤드를 형성하는 것도 가능하다.
각각의 노즐(51)을 위해 배치된 압력 챔버(52)의 평면 형상은 실질적으로 정사각형이고, 노즐(51) 및 공급 포트(54)는 정사각형의 대각선 라인 상에 양 코너 내에 배치된다. 각각의 압력 챔버(52)는 공급 포트(54)를 통해 공통 유로(55)과 연통한다.
각각이 개별적인 전극(57)을 갖는 압전기 소자(58)는 격벽(56)에 결합되고, 그것은 압력 챔버(52)의 천장면을 구성하고 압전기 소자(58)를 위한 공통 전극으로서도 역할을 한다. 압전기 소자(58)는 개별적인 전극(57)으로 구동 전압을 인가함으로써 변형되고, 따라서 압력 챔버(52) 내의 액체에 대해 압력을 인가하여 액체의 액적이 압력 챔버(52)에 연결된 노즐(51)로부터 토출된다. 액체의 액적이 토출되는 경우, 새로운 액체는 공통 유로(55)로부터 공급 포트(54)를 통해 압력 챔버(52)로 공급된다.
본 실시형태에서, 압전기 소자(58)는 기록 헤드(24) 내에 배치된 노즐(51)로부터 토출된 액체를 위한 토출 압력 발생 장치로서 사용된다; 그러나, 히터가 압력 챔버(52) 내부에 배치되는 열에 의한 방법을 사용하는 것도 가능하고, 액체는 히터에 의해 가열함으로써 생성된 막비등의 압력을 사용함으로써 토출된다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 의한 고밀도 노즐 헤드는 고정된 배치 패턴에 의거하여 격자 방식으로, 주 주사 방향과 일치하는 열 방향으로, 그리고 주 주사 방향에 대해 오히려 수직이라기보다는 주 주사 방향에 대해 θ의 고정된 각도로 경사진 칼럼 방향으로 상기 설명된 구조를 갖는 액적 토출 소자(53)를 배치함으로써 달성된다.
보다 구체적으로, 액적 토출 소자(53)가 주 주사 방향에 대해 θ의 각도를 형성하는 방향을 따라 균일한 피치(d)로 배치되는 구조를 채용함으로써, 주 주사 방향으로 정렬되도록 투영된 노즐의 피치(P)는 d×cosθ로 됨으로써, 노즐(51)은 주 주사 방향을 따라 고정된 피치(P)로 선형적으로 배치된 것과 동등하다고 간주될 수 있다. 그러한 구성은 주 주사 방향으로 투영된 노즐 열이 인치 당 2,400 노즐까지의 고노즐 밀도를 갖는 노즐 구조를 만든다.
본 발명의 실시의 경우, 노즐의 배치 구조는 상기 도면에 도시된 실시형태에 제한되지 않고, 부 주사 방향으로 하나의 노즐열을 갖는 배치 구조와 같은 다양한 다른 타입의 노즐 배치가 적용될 수도 있다.
또한, 본 발명의 적용의 범위는 라인 헤드에 의거하는 기록 방법에 제한되지 않고, 주 주사 방향으로 기판(20)을 주사하도록 주 주사 방향으로 기판(20)의 폭보다 짧은 쇼트 헤드를 이동시키고 그 후 주 주사 방향으로의 하나의 기록 동작을 종료한 후 주 주사 방향에 대해 수직하는 부 주사 방향(기판 반송 방향)으로 소정양으로써 쇼트 헤드를 이동시키고, 그 후 기록 영역의 주 주사 방향으로 다른 기록 동작을 실행함으로써 주 주사 방향(기판 폭 방향)으로 기록의 작동을 반복함으로써 기판(20)의 기록 영역의 전체 표면 상에 기록을 실행하는 시리얼 방법을 사용하는 것도 가능하다.
도 4는 패턴 전사 장치(10)의 제어 시스템을 도시하는 블록도이다. 패턴 전사 장치(10)는 통신 인터페이스(70), 시스템 제어기(72), 메모리(74), 모터 구동부(76), 히터 구동부(78), 액적 토출 제어 유닛(80), 버퍼 메모리(82), 헤드 구동부(84) 등을 포함한다.
호스트 컴퓨터(86)로부터 송신되는 액적 토출 데이터를 수신하기 위한 인터페이스이다. USB(Universal Serial Bus), IEEE 1394, 이더넷(Ethernet), 무선 네트워크, 또는 센트로닉스 인터페이스와 같은, 병렬 인터페이스와 같은 시리얼 인터페이스가 통신 인터페이스(70)로서 사용될 수 있다. 버퍼 메모리(도시 생략)는 통신 속도를 증가시키도록 통신 인터페이스(70) 내에 장착될 수 있다.
시스템 제어기(72)는 통신 인터페이스(70), 메모리(74), 모터 구동부(76), 히터 구동부(78) 등의 각각의 유닛을 제어하는 제어 유닛이다. 시스템 제어기(72)는 중앙 처리 장치(CPU) 및 주변 회로 등으로 구성되고, 호스트 컴퓨터(86)와 통신을 제어하고, 반송 시스템의 제어 모터(88) 및 히터(89)에 대해 제어 신호의 발생뿐만 아니라 메모리(74)로부터 그리고 메모리(74)로 데이터의 판독 및 기록을 제어한다.
메모리(74)는 연산을 수행하도록 시스템 제어기(72)에 대한 데이터 및 작업 영역의 일시적 저장 영역을 포함한다. 통신 인터페이스(70)를 통해 입력되는 액적 토출 데이터는 패턴 전사 장치(10) 내에서 판독되고 메모리(74) 내에 일시적으로 저장된다. 반도체 장치로 구성되는 메모리를 제외하고, 메모리(74)를 위한 하드 디스크와 같은 자기 매체를 사용하는 것도 가능하다
패턴 전사 장치(10)를 위한 제어 프로그램은 프로그램 저장 유닛(90) 내에 저장된다. 시스템 제어기(72)는 적절히 프로그램 저장 유닛(90) 내에 저장된 다양한 제어 프로그램을 판독 출력하고, 판독 제어 프로그램을 실행시킨다. 프로그램 저장 유닛(90)은 ROM 또는 EEPROM과 같은 반도체 메모리를 사용할 수 있고, 또는 자기 디스크 등을 사용할 수 있다. 프로그램 저장 유닛(90)에는 메모리 카드 또는 PC 카드를 사용하도록 외부 인터페이스가 제공될 수 있다. 물론, 이러한 기록 매체 중 복수의 기록 매체를 배치하는 것도 가능하다.
모터 구동부(76)는 시스템 제어기(72)로부터의 지시에 따라 모터(88)를 구동하는 구동 회로이다. 모터(50)는 도 1에서 반송 유닛(22)을 구동하기 위한 모터를 포함한다.
히터 구동부(78)는 시스템 제어기(72)로부터의 지시에 따라 히터(89)를 구동하는 구동 회로이다. 히터(89)는 패턴 전사 장치(10)의 각각의 섹션 내에 배치된 온도 조절 히터를 포함한다.
액적 토출 제어 유닛(80)은 발생된 프린트 제어 신호(토출 데이터)를 헤드 구동부(84)로 공급하도록 시스템 제어기(72)로부터의 명령에 따라 메모리(74) 내에 저장된 액적 토출 데이터로부터 토출 제어 신호를 발생시키기 위한 보정 처리, 및 다양한 타입의 처리과 같은 처리를 실행하기 위한 신호 처리 기능을 갖는다. 소정의 신호 처리는 액적 토출 제어 유닛(80) 내에서 수행되고, 기록 헤드(24)로부터의 액체의 토출양 및 토출 타이밍은 토출 데이터에 의거하여 헤드 구동부(84)를 통해 제어된다. 이러한 수단으로써, 소정의 도트 사이즈 및 도트 포지션이 달성될 수 있다.
액적 토출 제어 유닛(80)에는 버퍼 메모리(82)가 제공되고; 액적 토출 데이터, 파라미터, 및 다른 데이터는 버퍼 메모리(82)는 액적 토출 데이터가 프린트 제어기(80) 내에서 처리되는 경우 버퍼 메모리(82) 내에 일시적으로 저장된다. 도 4에 도시된 실시형태는 버퍼 메모리(82)가 액적 토출 제어 유닛(80)을 수반하는 것이다; 그러나, 메모리(74)도 버퍼 메모리(82)로서 역할을 할 수 있다. 액적 토출 제어 유닛(80) 및 시스템 제어기(72)가 단일한 프로세서를 형성하도록 집적된 실시형태도 가능하다.
헤드 구동부(84)는 액적 토출 제어기(80)부터 공급된 토출 데이터에 의거하여 기록 헤드(24) 내의 압전기 소자(58)(도 3을 참조)를 구동하기 위한 구동 신호를 발생시키고, 압전기 소자(58)로 발생된 구동 신호를 공급한다. 헤드 구동부(84)도 기록 헤드(24) 내에서 균일한 구동 조건을 유지하기 위한 피드백 제어 시스템을 통합할 수 있다.
이러한 구성으로써, 기판(20)이 레지스트 도포 유닛(12)으로 반송되는 경우, 레지스트 액체(레지스트 용액)의 액적이 기록 헤드(24) 내의 노즐(51)로부터 기판(20)을 향해 토출됨으로써 레지스트 액체는 기판(20) 상에 도포된다. 이어서, 레지스트 액체가 도포된 기판(20)이 패턴 전사 유닛(14)으로 반송되는 경우, 스탬퍼(26)는 기판(20) 상의 레지스트 액체에 대해 압박되고, 그 후 UV 광이 UV 조사 장치(28)로부터 레지스트 액체로 조사됨으로써 기판(20) 상의 레지스트가 경화된다. 그 후, 스탬퍼(26)는 기판(20) 상의 레지스트로부터 분리된다. 따라서, 소정의 미세한 패턴이 기판(20) 상의 레지스트에 전사된다.
본 실시형태에 따른 패턴 전사 장치(10)에서, 레지스트 도포 유닛(12) 내의 기판(20) 상에 레지스트 액체를 도포하는 경우, 레지스트 액체는 기록 헤드(24) 내에서 노즐(51)로부터 토출되는 액적이 기판(20) 상에 착탄한 후[보다 구체적으로, 기판(20) 상에 착탄된 후 안정된 상태로 되자마자 각각의 액적의 형상] 레지스트 액체의 각각의 액적의 형상이 원형 형상으로 되지 않고 액적이 기판(20) 상에 다른 인접하게 포지션된 액적과 합일하지 않은 방식으로 도포된다.
도 5는 본 실시형태에 따른 패턴 전사 장치(10) 내의 기판(20) 상에 증착된 레지스트 패턴의 예를 도시하는 도면이다. 여기서, 도 5에 도시된 레지스트 패턴(100)을 구성하는 액적(도트)는 도면의 좌측 측면 상에 도시된 4개의 노즐(51-1, 51-2, 51-3 및 51-4)로부터 토출된다. 예를 들면, 도 5 내의 최상단 열 내에 정렬되는 액적(102-11, 102-12, 102-13 및 102-14)으로 구성되는 제 1 도트 열(104-1)은 노즐(51-1)로부터 토출되는 액적에 의해 형성되고 유사하게 액적(102-24)을 포함하는 제 2 도트 열(104-2), 액적(102-34)을 포함하는 제 3 도트 열(104-3), 및 액적(102-44)을 포함하는 제 4 도트 열(104-4)은 제 2 노즐로부터 제 4 노즐(51-2, 51-3 및 51-4)로 토출되는 액적에 의해 각각 형성된다.
도 5에 도시된 레지스트 패턴(100)에서, 노즐(51-1 내지 51-4)로부터 토출되고 기판(20) 상에 착탄하는 각각의 액적은 기판 반송 방향(부 주사 방향) 내에 장축을 갖는 타원형 형상을 갖고 임의의 액적은 기판 반송 방향 및 그에 수직인 기판 폭 방향(주 주사 방향) 내에서 각각 인접한 다른 것과 합일하지 않는다.
이러한 방식으로 레지스트 액체를 도포함으로써, 착탄 직후 레지스트 액체의 액적이 단일한 원형 형상을 갖게 하는 방식으로 레지스트 액체가 도포되는 경우에 비해 기판(20) 상에서 젖어 확산하는 표면 영역을 증가시키는 것이 가능하다. 또한, 레지스트 액체의 어떠한 이동도 기판(20) 상에서 다른 액적과 액적의 합일으로 인해 발생되지 않으므로 기판(20) 상의 레지스트의 균일한 분포를 달성하는 것이 가능하다. 따라서, 임프린팅 시간을 단축하면서 임프린팅에 의해 생성된 레지스트막의 두께에서의 비균일성을 방지하는 것이 가능하다.
도 5에 도시된 레지스트 패턴(100)을 달성하기 위한 조건은 아래에 설명된다. 도 6a는 기록 헤드(24)의 노즐(51)로부터 토출된 액적(106)이 기판(20) 상에 착탄하기 전 상태를 도시하는 개략도이고, 도 6b는 액적(106)이 기판(20) 상에 착탄한 후 상태를 도시하는 개략도이다.
본 실시형태에서, 실질적인 칼럼-형상의 액적(106)은 도 6a에 도시된 바와 같이 기록 헤드(24)의 노즐(51)로부터 토출되고, 여기서 l은 기판(20) 상에 착탄전 실질적인 칼럼-형상의 액적(106)의 길이(즉, 액체 칼럼의 길이)이고, Ud는 액적(106)의 토출 속도(비상 속도)이고 Uk는 기판(20)과 기록 헤드(24) 사이의 상대 이동 속도이다. 그 후, 도 6b에 도시된 바와 같이, 액적(106)이 기판(20) 상에 착탄되는 경우, 기판 반송 방향 내에서 액적(106)의 치수는 l·Uk/ Ud로서 표시된다
실질적인 칼럼-형상으로 액체의 액적을 토출하고 및 상기 설명된 바와 같이 액적의 긴 길이를 달성하기 위한 가능한 방법은 액체 점성을 증가시키거나, 액체에 대해 다일레이턴시(dilatancy)을 부여하거나, 액체의 동적 표면 장력을 감소시키거나 또는 액적의 토출시 토출 속도를 매우 빠르게 만드는 것(토출을 실행하기 위해 액츄에이터로 매우 엄청난 양의 에너지를 부여하는 것)이다. 다일레이턴시는 액체의 특성이고 액체의 점성은 전단 속도에서 증가와 함께 증가한다. 동적 표면 장력은 인터페이스가 불안정한 유동 또는 교반 상태의 액체의 표면 장력을 의미한다.
기록 헤드(24)의 노즐(51)로부터 실질적으로 주상으로 토출된 액적이 기판(20) 상에 착탄되는 경우, 기록 헤드(24) 및 기판(20)의 상대적인 이동으로 인해, 기판(20) 상에 증착된 액적은 도 7b에 도시된 바와 같이 원형 형상을 형성하기보다는 도 7a에 도시된 바와 같이 기판 반송 방향(부 주사 방향)에서 장축을 갖는 타원 형상으로 된다. 실질적으로 주상을 유지하면서 액적을 증착함으로써, 구형상으로 동일한 체적의 액적이 증착되는 경우에 비해, 착탄 직후 액적의 높이를 감소시키는 것이 가능하고 액적이 완전히 젖어서 확산하기 위해 요구되는 시간이 줄어들고 레지스트 도포 시간이 줄어들 수 있다.
바람직하게, 액적이 실질적으로 주상을 유지하면서 증착되는 경우, 기판(20)과 레지스트 액체(레지스트 용액) 사이의 후퇴 접촉 각도는 10도보다 크지 않다. 이러한 경우에서, 착탄 직후 액적의 형상이 비원형 형상일지라도, 착탄후 시간이 경과할지라도 액적의 형상에서 변경없이 착탄시 상태를 유지하는 것이 가능하다. 환언하면, 액적의 타원형 형상은 임프린팅(패턴 전사)이 실행될 때까지 유지된다.
액적이 실질적인 칼럼-형상을 유지하면서 증착되는 경우 액적의 형상이 착탄 직후 타원형 형상이되도록 다음의 공식 (10)을 만족하는 것이 바람직하다:
[수학식. 10]
Figure pct00010
여기서, V는 액적의 체적이고, l은 액적의 길이(즉, 액체 칼럼의 길이)이고, Ud는 액적의 토출 속도(비상 속도)이고, Uk는 기판(20)과 기록 헤드(24) 사이의 상대적인 이동 속도이고, θ는 액적과 기판(20) 사이의 접촉 각도이다.
공식 (10)의 좌측 부분은 착탄 직후 액적의 기판 반송 방향(부 주사 방향)에서의 길이를 나타낸다. 공식 (10)의 우측 부분은 기판(20) 상에서 원형 형상으로 젖어서 확산한다고 가정하면 액적의 직경(D)을 나타낸다. 액적 착탄 직후 액적의 기판 반송 방향에서의 길이가 원형 형상으로 젖어서 확산된 후 액적의 직경(D)보다 크다면 액적은 원형 형상으로 되지 않고 젖어서 확산한다. 따라서, 액적이 완전히 젖어서 확산될 때까지 요구되는 시간이 짧아지는 것이 가능하고 레지스트 도포 시간이 짧아질 수 있다.
또한, 임프린팅이 실행되기 전 상기 설명된 바와 같이 기판(20) 상에 토출되고 착탄하는 액적이 기판 반송 방향 및 그에 대해 수직인 기판 폭 방향 내에서 각각 인접한 다른 액적과 합일하지 않도록, 다음의 공식 (11) 및 (12)을 만족시키는 것이 바람직하다:
[수학식. 11]
Figure pct00011
[수학식. 12]
Figure pct00012
여기서, Px는 기판 반송 방향으로의 도트 피치이고, Py는 기판 폭 방향으로의 도트 피치이다(도 5를 참조).
공식 (12)는 아래에 설명된 바와 같이 유도된다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 기판 반송 방향으로 장축을 갖는 타원형 액적의 표면 영역(S1)은 пb·lUk/Ud/4이고, 여기서 lUk/Ud는 기판 반송 방향(장축 방향)으로 타원형 액적의 치수이고 b는 기판 폭 방향(단축 방향)으로의 타원형 액적의 치수이다. 한편, 도 7b에 도시된 바와 같이, 동일한 체적을 갖는 액적이 기판(20) 상에서 원형 형상으로 젖어서 확산되는 경우의 표면 영역(S2)은 п·D2/4 이다. 이러한 표면 영역이 동일하면(즉, SI = S2), b = D2·Ud/lUk이다. 따라서, b < Py를 만족함으로써, 환언하면, 공식 (12)을 만족함으로써, 액적은 기판 폭 방향 내에서 인접한 다른 액적과 합일하지 않는다.
기판(20)과 액체(레지스트 용액) 사이의 후퇴 접촉 각도는 도트 피치(Px 및 Py)가 공식 (11) 및 (12)을 만족하는 범위 안에서 가능하면 작은 것이 바람직하다.
레지스트의 보다 균일한 도포를 달성하도록, it is desirable that 액적 치수의 증착의 종방향/측방향 비 및 도트 피치의 종방향/측방향 비는 실질적으로 서로 같고, 보다 바람직하게 동일한 것이 바람직하다. 즉, it is desirable that 레지스트는 is applied so as to satisfy 상기 다음의 공식 (13)을 만족하도록 도포되는 것이 바람직하다:
[수학식. 13]
Figure pct00013
상기 설명된 조건에 따라 기판(20) 상에 레지스트를 도포함으로써, 도 5에 도시된 레지스트 패턴(100)이 달성되는 것이 가능하다.
제 1 실시형태에 따른 패턴 전사 장치(10)에서, 레지스트 도포 유닛(12) 내의 기판(20) 상에 레지스트를 도포하는 경우, 레지스트는 기록 헤드(24)의 노즐(51)로부터 토출되는 액적이 기판(20) 상에 착탄한 후 레지스트 액체의 액적의 형태가 기판 반송 방향으로 장축을 갖는 타원형 형상이고 액적이 기판(20) 상에 인접하게 포지션된 다른 액적과 합일하지 않은 방식으로 도포된다. 이로써, 액적 형상이 착탄 직후 원형 형상이 되도록 하는 방식으로 레지스트가 도포되는 경우에 비해, 기판(20) 상에 착탄된 액적의 젖어서 확산되는 시간을 단축하는 것이 가능하고, 또한, 레지스트 액체의 이동이 기판(20) 상의 액적의 합일으로 인해 방지되므로, 그 후 기판(20) 상에 레지스트의 분포에서 바이어스의 발생이 생기지 않는다. 따라서, 임프린팅 시간을 단축시키면서 임프린팅에 의해 생성되는 레지스트막의 두께에서 비균일성을 방지하는 것이 가능하다.
(제 2 실시형태)
본 발명의 제 2 실시형태가 아래에 설명된다. 제 1 실시형태와 공통인 부분은 추가로 설명하지 않고, 상기 다음의 설명은 제 2 실시형태의 특징적 세부 특성에 집중한다.
제 2 실시형태에서, 액적이 기록 헤드(24)의 노즐(51)로부터 토출되는 경우, 하나 이상의 종속 액적은 각각의 토출 작동에 의해 주 액적에 부가하여 발생된다. 보다 구체적으로, 한번의 토출 구동 펄스 신호가 압전기 소자(58)에 인가되는 경우, 적어도 하나의 종속 액적이 대응하는 노즐(51)로부터 주 액적에 부가하여 발생한다. 여기서, 주 액적은 한번의 토출 작동에서 처음으로 생성된 액적이고 종속 액적은 주 액적 후 생성된 액적이다.
도 8은 제 2 실시형태에 따른 패턴 전사 장치(10) 내에 기판(20) 상에 증착된 레지스트 패턴의 예를 도시하는 도면이다. 여기서, 도 8에 도시된 레지스트 패턴(200)을 구성하는 액적(도트)은 주 액적(210) 및 종속 액적(212)의 쌍으로 구성되고, 도면의 좌측 측면 상에 도시된 세개의 노즐(51-1, 51-2 및 51-3)로부터 토출된다. 예를 들면, 도 8에서 최상단 열 내에 정렬된 액적(202-11, 202-12 및 202-13)의 쌍으로 구성되는 제 1 도트 열(204-1)은 노즐(51-1)로부터 토출되는 액적에 의해 형성되고, 유사하게, 액적(202-23)의 쌍을 포함하는 제 2 도트 열(204-2), 및 액적(202-33)의 쌍을 포함하는제 3 도트 열(204-3)은 제 2 노즐 및 제 3 노즐(51-2 및 51-3)로부터 토출되는 액적에 의해 각각 형성된다. 주 액적(210) 및 종속 액적(212)이 편의를 위해 도 8에서와 동일한 크기로 도시되지만, 그 크기는 다를 수 있고 주 액적(210)은 종속 액적(212)보다 클 수 있고, 또는 그 반대일 수 있다.
도 8에 도시된 레지스트 패턴(200)에서, 동일한 노즐(51)로부터 한번의 토출 작동에 의해 생성된 주 액적(210) 및 종속 액적(212)은 함께 합일하지 않고 기판 반송 방향으로 정렬되게 위치되고, 기판 반송 방향 및 그에 대해 수직인 기판 폭 방향에서 각각 인접한 액적의 다른 쌍과 합일하지 않는다. 주 액적(210) 및 종속 액적(212)이 함께 합일할지라도, 단일한 원형 형상을 형성하지 않고; 예를 들면, 주 액적(210) 및 종속 액적(212)이 합일하여 제 1 실시형태에서와 같이 기판 반송 방향으로 장축을 갖는 타원형 형상을 형성할 수 있으면 충분하다.
레지스트 패턴(200)에 따르면, 구형상으로 동일한 체적의 액적이 증착되는 경우에 비해서 착탄 직후 액적의 높이를 감소시키는 것이 가능하고 액적이 완전히 젖어서 확산되는 데 요구되는 시간이 짧아지고 레지스트 도포 시간이 짧아질 수 있다.
액적의 한 쌍을 구성하는 주 액적(210) 및 종속 액적(212)이 기판(20) 상에 다른 포지션 내에 증착되어야 하고, 주 액적(210) 및 종속 액적(212)이 서로 부분적으로 오버랩될 수 있거나 또는 완전히 분리된 포지션 내에 증착될 수 있으면 충분하다.
도 8에 도시된 레지스트 패턴(200)을 달성하기 위한 조건은 아래에 설명된다.
기록 헤드(24)의 노즐(51)로부터의 각각의 단일한 토출 작동에 있어서 주 액적에 부가하여 적어도 하나의 종속 액적을 발생시키기 위한 가능한 방법은 노즐(51)로부터 액적을 토출하는 경우 토출 속도를 상승시키거나 또는 액체의 점성을 상승시키는 것이다.
기판(20) 상에 단일한 원형 형상을 형성하는 것을 회피하도록 노즐(51)로부터 한번의 토출 작동(환언하면, 한번의 토출 타이밍에서)을 실행함으로써 생성된 주 액적 및 종속 액적을 증착하도록, 다음의 공식 (14)을 만족하는 것이 바람직하다:
[수학식. 14]
Figure pct00014
여기서, V는 한번의 토출 작동에서 노즐(51)로부터 토출되는 액적(주 액적 및 종속 액적)의 합계 체적이고, l은 주 액적의 착탄시 주 액적과 종속 액적 사이의 거리이고, Us는 종속 액적의 토출 속도(비상 속도)이고, Uk는 기판(20)의 반응 속도이고, θ는 액적과 기판(20) 사이의 접촉 각도이다.
공식 (14)의 좌측 부분은 도 9에 도시된 바와 같이 착탄 직후 주 액적 및 종속 액적의 기판 반송 방향으로의 전체 길이를 나타낸다. 동일한 토출 타이밍에서 동일한 노즐(51)로부터 생성된 주 액적 및 종속 액적이 서로 합일하여 하나의 액적을 형성하고, 하나의 액적이 기판(20)(도 7b를 참조) 상에 원형 형상으로 젖어서 확산한다고 가정하면, 공식 (14)의 우측 부분은 하나의 액적의 직경(D)을 나타낸다. 착탄 직후 주 액적 및 종속 액적의 기판 반송 방향의 전체 길이가 원형 형상으로 젖어서 확산된 후 액적의 직경(D)보다 크다면, 액적은 원형 형상으로 되지 않고 젖어서 확산한다. 따라서, 액적이 완전히 젖어서 확산할 때까지 요구되는 시간이 짧아지는 것이 가능하고, 레지스트 도포 시간이 짧아질 수 있다.
바람직하게, 기판(20)은 레지스트 액체(레지스트 용액) 사이의 후퇴 접촉 각도 10도보다 크지 않다. 이러한 경우, 착탄 직후 액적(주 액적 및 종속 액적)의 형상이 단일한 원형 형상으로 되는 것이 방지되고, 착탄 후 시간이 경과할 지라도 여전히 그러한 형상의 변경 없이 액적 착탄시 액적의 상태를 유지하는 것이 가능하다.
또한, 상기 설명된 바와 같이 기판(20) 상에 토출되고 착탄된 액적(주 액적 및 종속 액적)의 쌍이 기판 반송 방향 및 그에 대해 수직인 기판 폭 방향 내에서 각각 서로 인접한 액적의 다른 쌍(즉, 다른 토출 타이밍에서 동일한 노즐로부터 토출된 다른 액적 또는 다른 노즐로부터 토출된 다른 액적)과 합일하는 것이 방지되도록, 임프린팅이 수행되기 전, 다음의 공식 (15), (16) 및 (17)을 만족하는 것이 바람직하다:
[수학식. 15]
Figure pct00015
[수학식. 16]
Figure pct00016
[수학식. 17]
Figure pct00017
여기서, Px는 기판 반송 방향으로 도트 피치이고, Py는 기판 폭 방향으로 도트 피치이고, Vl은 보다 큰 주 액적과 종속 액적 중 보다 큰 것의 체적이다.
공식 (16)의 좌측 부분은 도 10a에 도시된 바와 같이 주 액적 및 종속 액적이 서로 합일하여 기판 반송 방향으로 장축을 갖는 타원형 액적을 형성하는 경우에 기판 폭 방향으로 타원형 액적의 치수(b1)를 나타낸다. b1을 계산하기 위한 방법으로서, 함께 합일된 주 액적 및 종속 액적으로 형성된 타원형 액적의 표면 영역(S1)은 пb1·2lUk/Us/4이고, 여기서 2lUk/Us는 기판 반송 방향(장축 방향)으로 타원형 액적의 치수이다. 한편, 타원형 액적과 동일한 체적을 갖는 액적이 기판(20) 상에서 원형 형상으로 젖어서 확산되는 경우의 표면 영역(S2)은 п·D2/4 (도 7b 참조)이다. 이러한 표면 영역이 동일(즉, SI = S2)하다면, b1 = D2·Ud/2lUk. 따라서, b1 < Py를 만족함으로써, 환언하면, 공식 (16)을 만족함으로써, 타원형 액적은 기판 폭 방향 내에서 인접한 다른 액적과 합일하지 않는다.
또한, 공식 (17)의 좌측 부분은 도 10b에 도시된 바와 같이[치수(b2)는 주 액적 및 종속 액적 중 어느 것이 보다 큰 체적을 가질라도 액적 직경은 동등함] 주 액적 및 종속 액적이 합일하지 않는 경우 기판 반송 방향으로 주 액적 및 종속 액적 중 보다 큰 것의 치수(b2)를 나타낸다, .
그 결과, 기판 폭 방향으로 도트 피치(Py)를 b1 및 b2보다 크게 만듦으로써, 액적의 쌍은 기판 폭 방향 내에서 인접한 액적의 다른 쌍(주 액적 및 종속 액적)과 합일하지 않는다 .
주 액적 및 종속 액적이 함께 합일하지 않지만, 이들이 여전히 거리 만큼 분리되고 도 10c에 도시한 것과 같은 형상을 형성하는 경우도 있지만, 이러한 경우에서는 기판 반송 방향으로의 치수(b3)가 b2보다 작으므로, 적어도 공식 (17)의 조건이 만족되면 충분하다.
기판(20)과 액체(레지스트 용액) 사이의 후퇴 접촉 각도는 도트 피치(Px 및 Py)가 공식 (15), (16) 및 (17)을 만족하는 범위 안에서 가능한 작은 것이 바람직하다.
레지스트의 보다 균일한 도포를 달성하도록, 액적의 증착 치수의 종방향/측방향 비 및 도트 피치의 종방향/측방향 비는 실질적으로 서로 같고, 보다 바람직하게 동일한 것이 바람직하다. 즉, 다음의 공식 (18) 또는 (19)을 만족하도록 도포되는 것이 바람직하다:
[수학식. 18]
Figure pct00018
[수학식. 19]
Figure pct00019
공식 (18)은 다음의 공식 (20)이 만족된다면 적용되고, 공식 (19)은 공식 (20)이 만족되지 않는다면 적용된다:
[수학식. 20]
Figure pct00020
상기 설명된 조건에 따라 기판(20)에 레지스트를 도포함으로써, 도 8에 도시된 레지스트 패턴(200)을 달성하는 것이 가능하다.
제 2 실시형태에 의한 패턴 전사 장치(10)에서, 레지스트 도포 유닛(12) 내의 기판(20) 상에 레지스트를 도포하는 경우, 적어도 하나의 종속 액적은 기록 헤드(24)의 각각의 노즐(51)로부터 각각의 토출 작동에 의해 주 액적에 부가하여 생성된다. 이 후, 레지스트는 동일한 노즐(51)로부터 동일한 토출 타이밍에서 생성된 주 액적 및 종속 액적이 단일한 원형 형상(예를 들면, 주 액적 및 종속 액적이 함께 합일하지 않고 기판 반송 방향 내의 인접한 포지션 내에 위치됨)을 형성하지 않고, 기판 반송 방향 또는 그에 대해 수직인 기판 폭 방향 내에서 인접한 다른 액적(즉, 다른 토출 타이밍에서 동일한 노즐로부터 토출된 다른 주 액적 및 종속 액적, 또는 다른 노즐로부터 토출된 다른 주 액적 및 종속 액적)과 합일하지 않은 방식으로 도포된다. 이로써, 동일한 토출 타이밍에서 동일한 노즐로부터 생성된 주 액적 및 종속 액적이 착탄 직후 단일한 원형 형상을 형성하게 하는 방식으로 도포되는 경우에 비해서, 기판(20) 상에 착탄된 액적(주 액적 및 종속 액적)의 젖어서 확산되는 시간을 단축하는 것이 가능하고 또한, 기판(20) 상의 상호 인접한 액적의 합일으로 인해 레지스트 액체의 이동이 방지되므로, 그 후 기판(20) 상에 레지스트의 분포에서의 바이어스의 발생이 생기지 않는다. 따라서, 임프린팅 시간을 단축하면서 임프린팅에 의해 생성된 레지스트막의 두께의 비균일성을 방지하는 것이 가능하다.
(제 3 실시형태)
본 발명의 제 3 실시형태가 아래에 설명된다. 제 1 실시형태와 공통인 부분은 추가로 설명하지 않고, 다음의 설명은 제 2 실시형태의 특징적 세부 설명에 집중한다. 제 3 실시형태는 제 1 실시형태에 의거하여 적용예로서 설명하지만, 제 2 실시형태와 유사하게 적용될 수도 있다.
제 3 실시형태에서, 레지스트가 도포된 기판(20)의 표면에 대해 스탬퍼(26)를 압박하는 모드는 제 1 실시형태와 다르다.
도 11은 제 3 실시형태에 따른 패턴 전사 장치를 도시하는 일반적인 개략도이고, 기판 반송 방향으로 봤을 때의 패턴 전사 유닛의 구성을 도시한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 제 3 실시형태에 따른 패턴 전사 장치(10)는 패턴이 패턴 전사 유닛(14) 내에 기판(20) 상의 레지스트로 전사되는 경우, 스탬퍼(26)가 기판 반송 방향(도 11의 도면의 평면에 대해 수직인 방향) 주위로 회전하면서, 스탬퍼(26)의 패턴 형성 표면은 기판 폭 방향(도 11의 좌측 측면) 내의 하나의 단부로부터 다른 단부(도 11의 우측 측면)을 향해 기판(20)의 표면에 대해 점진적으로 압박된다. 이로써, 도 12에 도시된 바와 같이, 레지스트에 대해 점진적으로 압박하는 방향(이후로는 "임프린팅 방향"으로 칭함)은 동일한 노즐(51)로부터 토출되는 액적(도트)가 배치되는 방향(기판 반송 방향)과 다르다.
제 3 실시형태에 의하면, 스탬퍼(26)가 동일한 노즐(51)로부터 토출되는 액적(102)이 정렬되는 방향(기판 반송 방향)과 동일한 방향으로 레지스트에 대해 점진적으로 압박되는 경우에 비해, 노즐(51) 내의 토출 편차에 의해 기인된 레지스트의 막두께 비균일성을 효과적으로 방지하는 것이 가능하다. 또한, 본 실시형태에서와 같이 점진적으로 레지스트에 대해 스탬퍼(26)를 압박함으로써, 기포는 스탬퍼(26)의 패턴 형성 표면 내에 형성된 오목부 내부로 들어가는 것이 방지되고 레지스트 충전 특성에서 이러한 개선에 의해, 패턴 전사의 정확성이 개선되는 것이 가능하다.
임프린팅 방향은 상기 설명에서 기판 폭 방향과 동일하다; 그러나, 본 실시형태는 이러한 것에에 제한되지 않고, 임프린팅 방향이 적어도 동일한 노즐(51)로부터 토출된 액적(도트)(102)가 정렬되는 방향과 다르기만 하면 충분하다. 예를 들면, 도 13에 도시된 바와 같이, 스탬퍼(26)는 기판 반송 방향에 대해 경사진 방향으로 점진적으로 레지스트에 대해 압박될 수 있다. 노즐(51) 사이의 토출 편차의 결과로서 생성된 레지스트 내의 막두께 비균일성을 보다 효과적으로 방지하는 관점으로부터, 보다 바람직한 모드는 도 12에 도시된 실시형태에서와 같이, 동일한 노즐(51)로부터 토출된 액적(102)이 정렬된 방향에 대해 임프린팅 방향이 수직인 방향인 것이다.
도 14a 및 14b는 제 3 실시형태의 변경예를 도시하는 예시적인 도면이다. 도 14a는 패턴 전사가 실행되고 있는 실시형태를 도시하는 측면도이고 도 14b는 동일한 것의 평면도이다. 도 14a 및 도 14b에 도시된 바와 같이, 기판(20) 상에 패턴을 레지스트로 전사하는 경우, 스탬퍼는 벤딩된 상태로 기판(20)의 표면에 대해 압박될 수 있고 스탬퍼의 패턴 형성 표면(126)의 중앙부는 하부 측면[기판(20)을 향하는 측면] 상에 돌출 형상으로 되고, 도 14b의 점선 라인으로써 도시된 바와 같이 스탬퍼의 패턴 형성 표면(126)은 중앙부로부터 그 주변부를 향해 방사상 형태로 기판(20)과 점진적으로 접촉한다. 이러한 경우, 임프린팅 방향[기판(20)의 중앙부로부터 기판 반송 방향에 대해 평행한 방향을 제외함]은 동일한 노즐(51)로부터 토출되는 액적(도트)(102)이 정렬되는 방향(기판 반송 방향)과 다르고, 노즐(51) 사이의 토출 편차에 의해 생성된 레지스트 내의 막두께 비균일성을 효과적으로 방지하는 것이 가능하다
본 발명의 실시형태에 따른 패턴 전사 방법 및 패턴 전사 장치는 다음에 설명된 것과 같은 제조 공정에서 적절히 사용될 수 있다
제 1 기술적 적용예는 몰딩된 형상(패턴) 그 자체가 기능성을 갖고 나노-기술 컴포넌트 또는 구조적 부재에 적용될 수 있는 경우이다. 가능한 예는 다양한 타입의 마이크로-나노-옵티컬 소자, 및 고밀도 기록 매체의 구조적 부재, 옵티컬막 및 플랫 패널 디스플레이를 포함한다. 제 2 기술적 적용예는 라미네이트된 구조가 단일한 본체 내에 마이크로-구조 및 나노-구조를 동시에 몰딩함으로써, 또는 층 사이에 간단히 포지션시킴으로써 빌딩되는 경우이고, 그 후 이것은 μ-TAS(마이크로 통합 분석 시스템)또는 바이오칩의 제작에 적용된다. 제 3 기술적 적용예는 형성된 패턴이 에칭 방법 등에 의해 기판을 처리하기 위한 도포에서 마스크로서 사용되는 경우이다. 고정밀도 포지션 및 상승된 집적 레벨이 달성되기 때문에, 이러한 기술은 고밀도 집적 반도체 회로의 제조, 액정 디스플레이 상의 트랜지스터의 제조, 및 "패터닝된 매체"로서 공지된 차세대 하드 디스크와 같은 자기 본체의 처리에서 종래의 리소그래피 기술 대신에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시형태에 따른 패턴 전사 방법 및 패턴 전사 장치는 마이크로-전기 기계 시스템(MEMS), 센서 소자, 회절 격자, 릴리프 홀로그램(relief hologram) 등을 위한 옵티컬 컴포넌트의 형성, 나노 장치, 옵티컬 장치, 및 플랫 패널 디스플레이의 제조를 위한 옵티컬막의 형성, 및 편광 소자, 박막 트랜지스터, 유기 트랜지스터, 칼러 필터, 오버코트 층, 로드 부재, 리퀴드 크리스탈 오리엔팅 리브(liquid crystal-orienting rib) 부재, 마이크로 렌즈 어레이, 면역 분석 칩(immune assay chip), DNA 분리 칩, 마이크로-리엑터, 나노-바이오 장치, 라이트 가이드(light guide), 옵티컬 필터, 광자 액정, 반사 방지(모스 아이) 구조 등을 위한 영구막의 형성에 적용될 수도 있다.
본 발명에 의한 패턴 전사 방법 및 패턴 전사 장치가 상기에 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 전술된 예에 제한되지 않고, 물론 다양한 종류의 개선예 또는 변경예가 본 발명의 본질로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 구현되는 것이 가능하다.
(산업상 이용 가능성)
본 발명은 패턴 전사 방법 및 패턴 전사 장치에 적용될 수 있고, 따라서 임프린팅 시간을 단축하면서 임프린팅 중 발생하는 막두께 비균일성을 방지하는 것이 가능하다.
10: 패턴 전사 장치 12: 레지스트 도포 유닛
14: 패턴 전사 유닛 20: 기판
22: 반송 유닛 24: 기록 헤드
26: 스탬퍼 28: UV 조사 장치
51: 노즐 72: 시스템 제어기

Claims (14)

  1. 기판 및 복수의 노즐을 갖는 액체 토출 헤드의 상대적인 이동을 실행하면서 증착시 각각의 액적의 형상이 단일한 원형 형상이 아니고 상기 각각의 액적이 상기 기판 상의 인접한 다른 액적과 합일하지 않은 상태로 상기 기판 상의 노즐로부터 상기 액체의 복수의 액적의 토출 및 증착을 실행함으로써 기판에 액체를 도포 스텝; 및
    상기 액체에 대해 소정의 요철 패턴을 갖는 스탬퍼의 패턴 형성 표면을 압박하면서 상기 도포 스텝에서 상기 기판에 도포된 액체를 경화하는 단계를 포함하는 패턴 전사를 실행하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐로부터 토출시 각각의 액적은 실질적으로 주상이고,
    [수학식. 1]
    Figure pct00021

    를 만족하고,
    여기서, V는 상기 각각의 액적의 체적이고, l은 상기 각각의 액적의 실질적인 주상의 길이이고, Ud는 상기 토출시 각각의 액적의 속도이고, Uk 는 상기 기판과 상기 액체 토출 헤드의 상대 이동 속도이고, θ는 상기 각각의 액적과 상기 기판 간의 접촉 각도인 것을 특징으로 하는 패턴 전사를 실행하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 상에 증착시 상기 액적은,
    [수학식. 2]
    Figure pct00022

    를 만족하고,
    여기서, Px는 상기 기판과 상기 액체 토출 헤드의 상대 이동이 실행되는 방향으로 상기 기판 상에 증착시 상기 액적의 피치인 것을 특징으로 하는 패턴 전사를 실행하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 상에 증착시 상기 액적은
    [수학식. 3]
    Figure pct00023

    를 만족하고,
    여기서, Py는 상기 기판과 상기 액체 토출 헤드의 상대 이동이 실행되는 방향에 대해 수직인 방향으로 상기 기판 상에 증착시 상기 액적의 피치인 것을 특징으로 하는 패턴 전사를 실행하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 토출이 실행되면서 적어도 상기 액체의 제 1 액적 및 제 2 액적은 각각의 토출 작동에 의해 각각의 노즐로부터 연속적으로 토출되고,
    [수학식. 4]
    Figure pct00024

    을 만족하고,
    여기서, V는 상기 제 1 액적 및 제 2 액적의 합계 체적이고, l은 상기 기판 상에 증착시 상기 제 1 액적과 제 2 액적 간의 거리이고, Us는 토출시 상기 제 2 액적의 속도이고, Uk는 상기 기판과 상기 액체 토출 헤드의 상대적인 이동 속도이고, θ는 각각의 상기 제 1 액적 및 제 2 액적과 상기 기판 간의 접촉 각도인 것을 특징으로 하는 패턴 전사를 실행하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    기판 상에 증착시 1회의 토출 작동에 의해 토출된 상기 제 1 액적 및 상기 1회의 토출 작동에 이어지는 2회의 토출 작동에 의해 토출된 상기 제 1 액적은,
    [수학식. 5]
    Figure pct00025

    를 만족하고,
    여기서, Px는 상기 기판과 상기 액체 토출 헤드의 상대적인 이동이 실행되는 방향으로 상기 기판 상에 증착시 상기 제 1 액적의 피치인 것을 특징으로 하는 패턴 전사를 실행하는 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 기판 상에 증착시 1회의 토출 작동에 의해 토출된 제 1 액적 및 상기 1회의 토출 작동에 이어지는 2회의 토출 작동에 의해 토출된 제 1 액적은,
    [수학식. 6]
    Figure pct00026

    및
    [수학식. 7]
    Figure pct00027

    을 만족하고,
    여기서, Py는 상기 기판과 상기 액체 토출 헤드의 상대적인 이동이 실행되는 방향에 대해 수직인 방향으로 상기 기판 상에 증착시 상기 제 1 액적의 피치이고, Vl은 상기 제 1 액적 및 제 2 액적 중 보다 큰 것의 체적인 것을 특징으로 하는 패턴 전사를 실행하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 경화 스탭에서 상기 스탬퍼의 상기 패턴 형성 표면은 상기 노즐 중 동일한 것으로부터 토출된 액적이 상기 기판 상에 정렬되는 제 2 방향과 다른 제 1 방향으로 상기 패턴 형성 표면의 하나의 단부로부터 상기 패턴 형성 표면의 다른 단부를 향해 상기 액체에 대해 압박되는 것을 특징으로 하는 패턴 전사를 실행하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 방향은 상기 제 2 방향에 대해 수직인 것을 특징으로 하는 패턴 전사를 실행하는 방법.
  10. 복수의 노즐을 갖고 기판 상에 상기 노즐로부터 액체의 복수의 액적의 토출 및 증착을 실행하는 액체 토출 헤드;
    상기 기판과 상기 액체 토출 헤드를 상대 이동시키는 반송 장치;
    상기 기판 상에 증착시 각각의 상기 액적의 형상이 단일한 원형 형상이 아니고, 상기 각각의 액적이 상기 기판 상의 다른 액적과 합일하지 않게 하는 제어 장치; 및
    상기 액체에 대해 소정의 요철 패턴을 갖는 스탬퍼의 패턴 형성 표면을 압박하면서 상기 액적의 증착에 의해 상기 기판에 도포된 액체를 경화하는 경화 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 전사 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 노즐로부터 토출시 각각의 액적은 실질적으로 주상이고,
    [수학식. 8]
    Figure pct00028

    를 만족하고,
    여기서, V는 상기 각각의 액적의 체적이고, l은 상기 각각의 액적의 실질적인 주상의 길이이고, Ud는 상기 토출시 각각의 액적의 속도이고, Uk는 상기 기판과 상기 액체 토출 헤드의 상대적인 이동 속도이고, θ는 상기 각각의 액적 및 상기 기판 간의 접촉 각도인 것을 특징으로 하는 패턴 전사 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 액체 토출 헤드가 토출을 실행하면서 적어도 상기 액체의 제 1 액적 및 제 2 액적이 각각의 토출 작동에 의해 각각의 노즐로부터 연속적으로 토출되고,
    [수학식. 9]
    Figure pct00029

    를 만족하고,
    여기서, V는 상기 제 1 액적 및 제 2 액적의 합계 체적이고, l은 상기 기판 상에 증착시 상기 제 1 액적과 제 2 액적 간의 거리이고, Us는 토출시 상기 제 2 액적의 속도이고, Uk는 상기 기판과 상기 액체 토출 헤드의 상대적인 이동 속도이고, θ는 각각의 상기 제 1 액적 및 제 2 액적과 상기 기판 간의 접촉 각도인 것을 특징으로 하는 패턴 전사 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 경화 장치는 상기 노즐 중 동일한 것으로부터 토출된 액적이 상기 기판 상에 정렬되는 제 2 방향과 다른 제 1 방향으로 상기 패턴 형성 표면의 하나의 단부으로부터 상기 패턴 형성 표면의 다른 단부를 향해 상기 액체에 대해 상기 스탬퍼의 패턴 형성 표면을 압박하는 것을 특징으로 하는 패턴 전사 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 방향은 상기 제 2 방향에 대해 수직인 것을 특징으로 하는 패턴 전사 장치.
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