KR20130028180A - 소프트 마스크 및 롤 금형의 제작 방법 및 이에 이용되는 노광 장치 - Google Patents

소프트 마스크 및 롤 금형의 제작 방법 및 이에 이용되는 노광 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소프트 마스크 및 롤 금형의 제작 방법 및 이에 이용되는 노광 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소프트 마스크를 이용하여 롤 금형의 표면에 패턴을 형성함으로써 롤-투-롤(Roll to Roll) 임프린트 공정에 이용되는 롤 금형을 높은 생산성과 저렴한 비용으로 제작할 수 있을 뿐만 아니라 치수가 정밀하고 다양한 형태의 패턴을 성형할 수 있는 소프트 마스크 및 롤 금형의 제작 방법 및 이에 이용되는 노광 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 롤 금형의 제조 방법은, 곡면으로 변형이 가능한 수지의 내부에 패턴이 형성된 소프트 마스크를 외주면에 감광제가 코팅된 롤 형상의 금속 롤의 외주면의 일부 또는 전부에 밀착시키는 롤-마스크 밀착 단계와, 소프트 마스크가 밀착된 부분으로 자외선을 조사하여 소프트 마스크의 패턴에 따라 금속 롤의 감광제를 감광시키는 롤노광단계와, 자외선에 노출되지 않은 감광제를 제거하는 비노출감광제 제거 단계와, 감광제가 제거된 부분에 금속을 증착시키는 금속증착 단계와, 나머지 감광제를 제거하는 감광제 제거 단계를 포함하며, 상기 소프트 마스크는 수지 필름에 역전사를 통하여 패턴을 성형하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 노광 장치는 유체로 소프트 마스크를 가압하여 금속롤의 표면에 밀착시키는 것을 특징으로 한다.

Description

소프트 마스크 및 롤 금형의 제작 방법 및 이에 이용되는 노광 장치{METHOD FOR PREPARING SOFT-MASK AND ROLL MOLD, AND EXPOSURE APPARATUS USING THREROF}
본 발명은 소프트 마스크 및 롤 금형의 제작 방법 및 이에 이용되는 노광 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소프트 마스크를 이용하여 롤 금형의 표면에 패턴을 형성함으로써 롤-투-롤(Roll to Roll) 임프린트 공정에 이용되는 롤 금형을 높은 생산성과 저렴한 비용으로 제작할 수 있을 뿐만 아니라 치수가 정밀하고 다양한 형태의 패턴을 성형할 수 있는 소프트 마스크 및 롤 금형의 제작 방법 및 이에 이용되는 노광 장치에 관한 것이다.
최근 IT기기의 발전 및 대량의 정보 전송의 증가로 인하여 사용자의 수요를 만족시키기 위해서 광통신 기술이 확대되었으며, 광통신 기술의 발전은 FTTH(Fiber to the Home)의 도입을 촉진시키고 있다. 이에 따라 반도체 부품의 생산에 있어 저가격화 및 대량생산이 중요한 요소가 되었고, 반도체 부품 기술의 발전과 함께 미세 가공 기술도 급속도로 발달하고 있다. 이러한 미세 가공 기술은 반도체회로뿐만 아니라 초소형 센서, 액츄에이터, 고효율의 PLC(Planar Lightwave Circuit) 소자와 같은 광학 기기 등 다양한 분야에 응용되고 있다.
미세 패턴을 형성하기 위한 기술로 현재까지 실리콘 기판에 배치 프로세스를 이용한 증착 또는 식각이 주로 이용되어 왔다. 그런데 이러한 방법은 제작 공정이 복잡하여 시설비가 많이 소요된다. 또한 기존에는 실리카 기반의 깨지기 쉬운 재료가 이용되어 제작 공정에 있어 큰 주의가 요구되고, 재료비가 비교적 고가이고, 넓은 면적에 미세 패턴을 형성하기 어려운 단점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 최근에는 고분자 성형 공정을 이용한 미세 패턴 제작에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 그 중에서 임프린트 공정 연구가 가장 활발히 진행되고 있다. 임프린트 방식은 패턴을 가진 스탬프를 물리적으로 접촉시켜 폴리머 기판에 직접 전사시키므로 공정이 단순하여, 실리카 기반에 비해 저가격화의 고분자 소자 제작이 가능하다.
최근 이러한 임프린트 기술의 장점을 이용하여, 대량생산의 공정연구가 국내외로 진행중이며, 특히 미세 패턴을 넓은 면적에 연속적으로 성형할 수 있기 때문에 기존의 평판형 공정에서 롤 금형을 이용한 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 임프린트 기술이 크게 각광받고 있다. 이러한 Roll-to-Roll 임프린트 방식은 기존의 평판형 임프린트 방식에 비해 대면적 공정이 가능하다. Roll-to-Roll 임프린트 방식은 Roll 금형을 이용하여, 고분자 필름에 직접 패턴을 전사시켜 패턴을 형성한다. 따라서 Roll-to-Roll공정에서의 가장 중요한 부분은 Roll 금형이다.
롤(Roll) 금형 제작은 지금까지 기계 가공 방식과 필름 및 기타 고분자 몰드를 금형에 접합시켜 사용을 하였다. 기계가공에 의한 Roll 금형은 복잡한 형상의 패턴 가공에 적합하지 않으며, 필름 및 고분자 몰드의 접합 방법은 대면적 금형 제작이 용이하지 않다. 대한민국 공개특허 제10-2009-0126088(임프린트 장치용 롤 금형)에는 동심원을 이루는 분할된 복수의 원호판으로 원통체를 형성하고, 그 원통체의 표면에 미세 패턴을 갖는 스탬프 판(몰드)을 부착시킨 형태의 롤 금형이 개시되어 있는데, 이는 스탬프 판(몰드)을 원통체의 표면에 접합시키는 구조이다.
본 발명은 상기와 같은 점을 인식하여 안출된 것으로 본 발명의 목적은 소프트 마스크를 이용하여 롤 금형의 표면에 패턴을 형성함으로써 롤-투-롤(Roll to Roll) 임프린트 공정에 이용되는 롤 금형을 높은 생산성과 저렴한 비용으로 제작할 수 있을 뿐만 아니라 치수가 정밀하고 다양한 형태의 패턴을 성형할 수 있는 소프트 마스크 및 롤 금형의 제작 방법 및 이에 이용되는 노광 장치에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 소프트 마스크의 제작 방법은, 스탬프의 패턴을 상기 기판의 수지층으로 전사하는 기판 임프린트 단계와, 수지층의 잔류층을 제거하는 기판 식각 단계와, 수지층이 제거되어 형성된 패턴을 통해 기판에 금속을 증착시키고 수지층을 게거하는 금속증착 및 수지층 제거 단계와, 금속 패턴이 형성된 기판의 일면에 수지 필름을 가압하여 금속 패턴을 수지 필름의 일면으로 전사시키는 필름 역전사 단계와, 금속 패턴이 부착된 수지 필름의 일면을 상기 수지 필름과 동일한 재질의 하부 필름을 가압하여 압착시키는 하부필름 접착 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 소프트 마스크의 제조 방법은, 상기 하부 필름이 접착된 상태에서 수지 필름과 하부 필름의 외부를 투광성 재질의 탄성중합체로 몰딩하는 몰딩 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 소프트 마스크의 제조 방법은, 상기 필름 역전사 단계는, 수지 필름은 PC수지 재질이고, 수지 필름을 유리전이온도 Tg ℃ 내지 유리전이온도 Tg+60 ℃의 온도로 수지 필름을 가열시킨 상태에서 초기압력 25bar을 가한 후 35bar의 보압을 가한 다음 25 bar압력으로 낮추는 과정으로 수지 필름을 가압하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 롤 금형의 제조 방법은, 곡면으로 변형이 가능한 수지의 내부에 패턴이 형성된 소프트 마스크를 외주면에 감광제가 코팅된 롤 형상의 금속 롤의 외주면의 일부 또는 전부에 밀착시키는 롤-마스크 밀착 단계와, 소프트 마스크가 밀착된 부분으로 자외선을 조사하여 소프트 마스크의 패턴에 따라 금속 롤의 감광제를 감광시키는 롤노광단계와, 자외선에 노출되지 않은 감광제를 제거하는 비노출감광제 제거 단계와, 감광제가 제거된 부분에 금속을 증착시키는 금속증착 단계와, 나머지 감광제를 제거하는 감광제 제거 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 롤 금형의 제조 방법은, 상기 소프트 마스크는 상기의 소프트 마스크의 제조 방법에 따른 방법으로 제조된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 롤 금형의 제조 방법은, 상기 롤-마스크 밀착 단계는, 상기 금속 롤의 외주면을 향하는 상기 소프트 마스크의 일면의 반대측에 위치한 타면을 유체로 압력을 가하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 롤 금형의 제조 방법은, 상기 금속 롤의 외주면은 금속층으로 코팅되고, 그 금속층의 외면에 상기 감광제가 코팅되며, 상기 금속증착 단계는 상기 금속 롤의 금속층과 동일한 재질의 금속을 증착시켜 이루어지는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 롤 금형의 제조에 이용되는 노광 장치는, 금속 롤의 외주면에 소프트 마스크를 밀착시켜 자외선으로 노광시키기 위한 롤 금형의 제작에 이용되는 노광 장치에 있어서, 노광시키고자 하는 금속 롤의 외주면에 대응되는 위치에서 소프트 마스크가 위치된 상태로 놓여지게 상기 금속 롤의 반경 방향으로 서로 마주보는 상기 소프트 마스크의 양측 가장자리가 지지되는 마스크 지지 수단과, 상기 소프트 마스크가 상기 마스크 지지 수단에 지지된 상태에서 상기 소프트 마스크의 일면이 상기 금속 롤의 외주면에 밀착되도록 상기 소프트 마스크가 금속 롤의 외주면에 밀착되는 반대측 타면에 압력을 가하기 위한 가압 수단과, 상기 금속 롤의 외주면에 상기 소프트 마스크가 밀착된 상태에서 상기 소프트 마스크를 통과하여 상기 금속 롤의 외주면에 자외선을 조사하기 광원을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 롤 금형의 제작에 이용되는 노광 장치는, 상기 소프트 마스크가 밀착되는 부분의 양측에 위치되어 상기 소프트 마스크가 밀착되지 않은 외측으로 자외선이 통과되지 않도록 자외선을 차단하기 위한 광차단 수단이 포함된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 롤 금형의 제작에 이용되는 노광 장치는, 상기 광차단 수단은 상기 소프트 마스크가 밀착되는 부분의 양측 각각에 위치되어 각각 상기 금속 롤의 외면에 구름접촉되는 롤러인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 소프트 마스크 및 롤 금형의 제작 방법 및 이에 이용되는 노광 장치는 소프트 마스크를 이용하여 롤 금형의 표면에 패턴을 형성함으로써 롤-투-롤(Roll to Roll) 임프린트 공정에 이용되는 롤 금형을 높은 생산성과 저렴한 비용으로 제작할 수 있을 뿐만 아니라 치수가 정밀하고 다양한 형태의 패턴을 성형할 수 있는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 소프트 마스크의 제작 방법 및 롤 금형의 제작 방법을 도시한 흐름도
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일실시예에 따른 소프트 마스크의 제작 방법의 각 단계를 도식적으로 도시한 도면
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 롤 금형의 제작 방법에서 금속롤 노광 공정 및 노광 장치를 개념적으로 도시한 도면
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 롤 금형의 제작 방법에서 금속 롤 패턴 성형 공정의 각 단계를 도식적으로 도시한 도면
이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 소프트 마스크 및 롤 금형의 제작 방법 및 이에 이용되는 노광 장치를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 소프트 마스크의 제작 방법 및 롤 금형의 제작 방법을 도시한 흐름도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 롤 금형의 제작 방법은 소프트 마스크의 제작 공정(S10), 금속 롤 노광 공정(S20) 및 금속 롤 패턴 성형 공정(S30)으로 이루어진다. 상기 소프트 마스크의 제작 공정(S10)은 본 발명에 따른 소프트 마스크 제작 방법의 일실시예에 해당된다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 소프트 마스크의 제작 방법(S10)은 기판 임프린트 단계(S11), 기판 식각 단계(S12), 금속증착 및 수지층 제거 단계(S13), 필름 역전사 단계(S14), 하부필름 접착 단계(S15), 및 몰딩 단계(S16)을 포함하여 구성된다. 도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 일실시예에 따른 소프트 마스크의 제작 공정의 각 단계를 도식적으로 도시한 도면이다.
상기 기판 임프린트 단계(S11)는 평판형의 스탬프의 패턴을 기판의 수지층으로 전사하는 단계로서, 도 2a는 이 단계를 도식적으로 도시한 것이다. 도 2a를 참조하면, 상기 스탬프(Stamp)는 패턴을 상기 기판(Si)의 일면에 형성된 수지층(UV Resin)에 전사(imprint)하기 위한 것으로, 그 스탬프(Stamp)에 형성된 패턴의 형상은 하술하는 롤(Roll) 금형의 표면에 성형하고자는 패턴에 의해 결정된다. 상기 기판은 상기 스탬프(Stamp)에 의해 임프린트된 후 금속 증착에 의해 성형된 금속 패턴(Pm)을 수지 필름에 전사하기 위한 중간 단계의 소재이다. 도면에는 상기 기판 임프린트 단계(S11)에서 일면에 자외선에 노출되면 경화되는 UV Resin의 수지층(UV)이 형성된 실리카(Si) 재질의 기판(Si)이 이용되고 그 기판(Si)의 수지층(에 자외선을 가하면서 스탬프로 가압하여 스탬프의 패턴을 기판으로 전사하는 실시예가 도시되어 있다.
상기 기판 식각 단계(S12)는 스탬프에 의해 수지층(UV)에 패턴이 성형된 기판에서 금속이 증착될 위치에 잔류된 수지층(UV)을 식각으로 제거하는 단계로서, 도 2b는 이 단계를 도식적으로 도시한 것이다. 상기 식각(etching)은 건식 에칭 중 하나인 RIE(Reactive Ion Etching) 방식이 간단하고 적합하며, 도 2b를 참조하면, 식각에 의해 경화된 수지층(UV)만이 기판상에 남게 된다.
상기 금속증착 및 수지층 제거 단계(S13)는 경화된 수지층을 제외한 나머지 수지층(UV)이 제거되어 형성된 패턴을 통해 기판(Si)에 금속을 증착시킨 다음, 경화된 수지층(UV)을 게거하는 단계로서, 도 2c는 이 단계를 도식적으로 도시한 도면이다. 도 2c를 참조하면 금속 증착 후 경화된 수지층(UV)을 제거하면 경화된 금속 패턴(Pm)만이 기판상에 남게 된다. 증착을 위한 금속으로는 통상 니켈(Ni)이 이용되며, 본 발명의 일실시예에서도 Ni을 증착을 위한 금속으로 이용하였다.
상기 필름 역임프린트 단계(S14)는 금속 패턴(Pm)이 형성된 기판(Si)의 일면에 가열된 수지 필름(Fu)을 가압하여 기판상의 금속 패턴(Pm)을 수지 필름(Fu)의 일면으로 전사시키는 단계로서, 도 2d는 이 단계를 도식적으로 도시한 것이다. 상기 수지 필름(Fu)은 노광과정에서 빛(자외선)이 투과되는 재질로 된 것으로서 투광도가 우수하고, 소프트 마스크를 곡면에 밀착시키기 위해 가압하는 과정에서 치수 오차를 야기하는 변형을 최소화할 수 있는 PC(Polycabonate)수지 재질의 필름이 적합하다. 상기에서 제작된 기판상에 형성된 금속 패턴(Pm)은 역임프린트(Reverse imprint) 과정을 통하여 실리카 재질의 기판(Si)에서 PC 수지 재질의 수지 필름(Fu)으로 전사된다. 이때 전사효율을 증가 하기 위하여 수지 필름(Fu)은 가열되어 압력으로 기판(Si)에 가압된다. 본 발명에서는 상기 수지 필름(Fu)을 PC수지의 유리전이온도(glass transition temperature)인 Tg ℃ 내지 유리전이온도 Tg+60 ℃의 온도, 바람직하게는 Tg+30 ℃의 온도로 가열시킨 상태에서 수지 필름(Fu)에 압력을 가한다. 수지 필름(Fu)의 가압은 초기압력 25bar을 가한 후 35bar의 보압을 가한 다음 25 bar압력으로 낮추는 과정으로 이루어진다. 상기와 같은 과정을 통하여 기판(Si)상에 형성된 Ni 금속 패턴(Pm)이 손상되는 것을 방지할 수 있고, 수지 필름(Fu)의 가압으로 수지 필름(Fu)의 잔류응력을 완화시키므로 치수 변형을 방지할 수 있어 치수 정밀도를 높일 수 있다. 상기와 같이 수지 필름(Fu)이 가열된 상태에서 가압된 다음 압력을 유지시키면서 온도를 낮추어 필름 역임프린트 단계(S14)를 마무리하게 된다.
상기 하부필름 접착 단계(S15)는 금속 패턴(Pm)이 부착된 수지 필름(Fu)의 일면을 상기 수지 필름(Fu)과 동일한 재질의 하부 필름(Fl)을 가압하여 압착시키는 단계로서, 도 2f는 이를 도식적으로 도시한 것이다. 하부 필름(Fl)은 역임프린트(Reverse imprint) 공정에 의해 금속 패턴(Pm)이 형성된 PC수지제의 수지 필름(Fu)의 금속 패턴(Pm)의 보호를 위해 반대면에 수지 필름(Fu)과 같은 PC수지 재질인 하부 필름(Fl)을 압착한다. 이때 압착 온도 및 압력이 높으면 금속 패턴(Pm)의 뒤틀림과 금속 패턴(Pm)의 갈라짐이 발생하여 마스크의 역할인 빛의 차단에 부정적인 결과가 발생하기 때문에, 본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 하부 필름(Fl)의 압착시 온도는 90℃, 압력은 5bar 이하로 하여 60분간 압착하는 공정으로 이루어 진다.
상기 몰딩 단계(S16)는 상기 하부 필름(Fl)이 접착된 상태에서 수지 필름과 하부 필름의 외부를 투광성 재질의 탄성중합체로 몰딩하여 최종 소프트 마스크(Soft Mask)를 완성하는 단계로서, 도 2g는 이를 도식적으로 도시한 것이다. 상기 몰딩에 의해 소프트 마스크가 보호될 뿐만 아니라 소프트 마스크가 금속 롤의 외면에 균일하게 밀착되게 된다. 상기 몰딩은 투광성 재질의 탄성중합체인 PDMS(polydimethylsiloxane)을 이용하여 이루어지는 것이 바람직하다. PDMS는 투명성이 높아 투과율이 높으며, 탄성이 낮은 계면 에너지로 하술하는 금속 롤의 표면에 코팅되어 있는 감광제의 손상을 줄일 수 있다. 특히 PDMS는 탄성체이기 때문에 PDMS로 몰딩된 상태의 소프트 마스크는 금속 롤에 완전히 밀착되며, 이에 따라 금속 롤의 표면과 소프트 마스크 표면 사이의 틈새에 공기층이 생기는 것이 최소화되어 노광시 빛이 공기층을 통과함으로써 해상도가 저해되는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기와 같이 제조된 소프트 마스크를 이용하여 하술하는 금속 롤 노광 공정(S20) 및 금속 롤 패턴 성형 공정(S30)을 거쳐 금속 롤의 표면에 패턴을 성형하게 된다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 롤 금형의 제작 방법에서 금속롤 노광 공정(S20) 및 노광 장치를 개념적으로 도시한 도면이다.
상기 금속롤 노광 공정(S20)은 감광제(PR)가 코팅된 금속 롤(R)의 표면에 상기에서와 같이 제조된 소프트 마스크(SM)을 밀착시키고 노광 장치로 노광하는 공정으로, 롤-마스크 접착 단계(S21), 롤 노광 단계(S22) 및 롤 스텝 회전 단계(S23)과 이를 반복하는 과정이 포함되어 구성된다.
상기 롤-마스크 밀착 단계(S21)는 내부에 금속 패턴(Pm)이 형성된 소프트 마스크(SM)를 외주 표면에 감광제(Pg)가 코팅된 롤 형상의 금속 롤(R)의 일부 구간에 밀착시키는 단계로서, 도 3a 및 도 3b는 이를 도식적으로 보여준다. 상기 소프트 마스크(SM)는 원통형의 금속 롤(R)의 모양의 곡면으로 변형이 가능해지며 그 모양대로 변형되어 금속 롤(R)의 표면에 밀착된다. 상기 소프트 마스크(SM)의 금속 롤(R)의 표면에 대한 밀착은 유체의 압력에 의해 이루어진다. 즉, 상기 소프트 마스크(SM)의 밀착은 상기 금속 롤(R)의 외주면을 향하는 상기 소프트 마스크(SM)의 일면의 반대측에 위치한 타면을 기체나 액체와 같은 유체로 압력을 가하여 이루어진다. 다만, 상기 유체로는 노광 공정에서 자외선의 투과가 잘 이루어지며, 화확적으로 안정한 질소(N2)가 적합하다. 표면에 금속 패턴(Pr)의 성형이 이루어지기 위한 금속 롤(R)의 표면은 패턴 성형시 증착되는 금속의 부착력을 향상시킬 수 있도록 그 금속 패턴(Pr)로 증착되는 금속과 같은 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 이를 위해서 상기 금속 롤(R)은 통상 금속 패턴(Pr) 성형을 위해 증착되는 금속으로 이용되는 Ni과 동일한 Ni로 표면에 증착되어 Ni 박막(Pc)이 형성된다. 상기와 같이 Ni이 증착된 금속 롤(R)의 Ni 박막(Pc)은 표면조도의 확보를 위해 Ni 증착 후 폴리싱(Polishing) 처리된다. 감광제(Pg)는 상기 폴리싱된 Ni 박막(Pc)의 외면에 코팅된다.
상기 롤노광단계(S22)는 소프트 마스크(SM)가 밀착된 부분으로 자외선을 조사하여 소프트 마스크(SM)의 패턴에 따라 금속 롤(R)의 감광제(Pg)를 자외선에 노출시키는 단계로서, 도 3b는 이 과정을 도식적으로 도시한 것이다. 도 3c는 노광 공정을 거쳐 감광제(Pg)가 소프트 마스크(SM)의 금속 패턴(Pm)에 따라 노출된 부분은 경화되고 노출되지 않은 부분은 경화되지 않은 금속 롤(R)의 상태를 도시한 것이다.
상기 롤스텝 회전 단계(S23)는 상기 롤-마스크 밀착 단계(S21) 및 롤노광 단계(S22)에 의해 일부 부분이 노광 처리된 금속 롤(R)의 다른 부분, 즉 노광 처리되지 않은 다른 부분의 노광을 위해 금속 롤(R)을 회전시키는 단계이다.
상기와 같은 상기 금속롤 노광 공정(S20)을 수행하기 위하여 본 발명에 따른 노광 장치가 이용되며, 도 3a 및 도 3b는 이를 개념적으로 도시한 것이다.
본 발명에 따른 노광 장치는 금속 롤(R)의 외주면에 소프트 마스크(SM)를 밀착시켜 자외선으로 노광시키는 노광 공정을 수행하기 위한 장치로서, 마스크 지지 수단(11), 가압수단(12), 광원(13) 및 광차단 수단(14)을 포함하여 구성된다.
상기 마스크 지지 수단(11)은 노광시키고자 하는 금속 롤(R)의 외주면에 대응되는 위치에서 소프트 마스크(SM)가 위치된 상태로 놓여지게 상기 소프트 마스크(SM)의 양단을 지지하기 위한 구성이다. 상기 마스크 지지 수단(11)은 상기 금속 롤(R)의 반경 방향으로 서로 마주보는 상기 소프트 마스크(SM)의 양측 가장자리를 지지하도록 한 쌍이 서로 마주보게 구비된다. 상기 마스크 지지 수단(11)에는 소프트 마스크(SM)의 양단이 지지되며, 상기 가압 수단(12)에 의해 소프트 마스크(SM)이 가압되면 소프트 마스크(SM)는 그 양단이 지지된 상태에서 일면이 상기 금속 롤(R)의 표면에 밀착되게 된다. 한편, 상기 소프트 마스크(SM)이 금속 롤(R)의 표면에 떨어져 그 양단이 상기 마스크 지지 수단(11)에 지지된 상태에서 가압에 의하여 소프트 마스크(SM)이 금속 롤(R)의 표면에 밀착되기 위해서는상기 마스크 지지 수단(11)에 지지된 소프트 마스크(SM)의 양단이 마스크 지지 수단(11)로부터 빠져 나와야 소프트 마스크(SM)의 신축이 발생되지 않게 된다. 따라서, 상기 마스크 지지 수단(11)은 상기 소프트 마스크(SM)의 가장자리를 견고하게 지지하지 않고 가장자리가 외력에 의해 마스크 지지 수단(11)로부터 빠지고 들어갈 수 있도록 구성되어 한다. 이를 위해서, 본 발명은 상기 마스크 지지 수단(11)은 상기 소프트 마스크(SM)의 가장자리가 입출되는 틈새(11a)를 갖고 그 틈새(11a)에 소프트 마스크(SM)의 가장자리가 삽입되어 입출입되면서 지지된다.
상기 가압수단(12)은 상기 소프트 마스크(SM)가 상기 마스크 지지 수단(11)에 지지된 상태에서 상기 소프트 마스크(SM)의 일면이 상기 금속 롤(R)의 외주면에 밀착되도록 상기 소프트 마스크(SM)가 금속 롤(R)의 외주면에 밀착되는 반대측 타면에 압력을 가하기 위한 구성이다. 상술한 바와 같이 상기 소프트 마스크(SM)에는 골고로 압력이 가해지도록 유체에 의해 압력이 가해지는 것이 바람직하며, 그 유체로는 상기 광원(13)으로부터 조사되는 자외선이 잘 투과되고 화학적으로 안정된 질소(N2)가 사용되는 것이 바람직하다. 도면을 참조하면, 상기 가압수단(12)은 상기 마스크 지지 수단(11)의 상부에서 소프트 마스크의 가장자리를 따라 챔버벽(12a)이 둘러싸고, 그 챔버벽(12a)의 상부를 챔버커버(12b)가 커버하며, 그 챔버벽(12a), 챔버커버(12b) 및 가압되는 소프트 마스크(SM)에 의해 가압챔버(12c)가 형성된다. 상기 챔버벽(12a)에는 상기 질소 가스가 주입되기 위한 주입구(12a')가 구비되며, 그 주입구(12a')를 통해 질소 가스가 주입되면 상기 가압챔버(12c)에는 압력이 형성되고 그 압력은 소프트 마스크(SM)의 타면에 작용하여 그 소프트 마스크(SM)는 곡면으로 변형되면서 금속 롤(R)의 표면에 밀착된다. 한편, 상기 가압챔버(12c)를 커버하는 챔버커버(12b)는 상기 광원(13)으로부터 조사되는 자외선이 투과되기 위한 재질로 형성되는데, 통상 석영으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 광원(13)은 상기 금속 롤(R)의 외주면에 상기 소프트 마스크(SM)가 밀착된 상태에서 상기 소프트 마스크(SM)를 통과하여 상기 금속 롤(R)의 외주면에 자외선을 조사하는 구성이다.
상기 광차단수단(14)은 상기 광원(13)으로부터 조사되는 빛이 상기 소프트 마스크(SM)이 밀착되어 패턴을 형성하고자 하는 부분 이외의 부분을 누설되는 것을 방지하기 위한 구성이다. 상기 금속 롤(R)의 형상이 원통형이기 때문에 상기 소프트 마스크(SM)가 밀착되는 부분의 양측 가장자리를 지지하는 마스크 지지 수단(11)은 금속 롤(R)과 떨어져 자외선이 새어나가는 틈이 생기게 된다. 상기 차단수단(14)는 이 틈을 막기위한 구성으로 상기 소프트 마스크(SM)가 밀착되는 부분의 양측에 위치되어 상기 소프트 마스크(SM)가 밀착되지 않은 외측으로 자외선이 통과되지 않도록 한다. 한편, 본 발명은 노광 공정이 금속 롤(R)을 스텝으로 회전시켜가면서 이루어지고 상기 광차단수단(14)은 빛의 완전한 차단을 위해 금속 롤(R)의 표면에 접촉되기 때문에 금속 롤(R)의 회전시 광차단 수단(14)이 미끌림 접촉으로 감광제(Pg) 코팅층이 손상될 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기 광차단 수단(14)을 상기 금속 롤(R)의 표면에 구름 접촉되는 롤러로 구성하는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 광차단수단(14)은 상기 소프트 마스크(SM)가 밀착되는 부분의 양측 각각에 위치되어 각각 상기 금속 롤(R)의 외면에 구름접촉되는 롤러로 구성된다.
상기와 같이 구성된 노광 장치는 소프트 마스크(SM)가 금속 롤(R)의 표면에 밀착되도록 상기 가압챔버(12c)에 질소가 주입되면 상기 소프트 마스크(SM)에 가압이 이루어진다. 이에 따라, 소프트 마스크(SM)는 금속 롤(R)의 중앙 부위에서부터 양측 가장자리까지 접촉되면서 금속 롤(R)의 표면에 밀착된다. 상술한 바와 같이 본 발명은 상기 소프트 마스크(SM)가 탄성체인 PDMS로 몰딩되어 있어 그 소프트 마스크(SM)의 표면은 금속 롤(R)의 표면에 균일하게 밀착된다. 소프트 마스크(SM)이 밀착된 후 노광이 이루어지며, 노광 처리 후 가압챔버(12c)에 주입된 질소 가슬를 제거하면 소프트 마스크(SM)은 원래의 상태로 복원되면서 금속 롤(R)로부터 떨어지게 되고, 금속 롤(R)은 스텝(Step) 회전으로 회전 이동되어 밀착 및 노광 처리의 과정이 반복된다.
상기와 같이 노광 처리된 금속 롤(R)은 금속 롤 패턴 성형 공정(S30)을 거쳐 최종적으로 롤 금형으로 제작되며, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 롤 금형의 제작 방법에서 금속 롤 패턴 성형 공정의 각 단계를 도식적으로 도시한 도면이다.
상기 금속 롤 패턴 성형 공정(S30)은 비노출감광제 제거 단계(S31), 금속증착 단계(S32) 및 감광제 제거 단계(S33)을 거쳐 이루어진다.
상기 비노출감광제 제거 단계(S31)는 상기 금록롤 노광 공정(S20)을 거쳐 노광 처리된 금속 롤(R)에서 자외선에 노출되지 않은 감광제를 제거하는 단계로서, 도 4a)는 이를 도식적으로 도시한 것이다. 즉 상기 비노출감광제 제거 단계(S31)는 노광 처리된 금속 롤(R)을 현상한 다음 에칭으로 감광되지 않은 감광제 부분을 제거하는 단계이다.
상기 금속증착 단계(S32)는 상기 비노출감광제 제거 단계(S31)에서 감광제가 제거된 부분에 금속을 증착시키는 단계로서, 도 4b는 이를 도식적으로 도시한 것이다. 즉, 상기 금속증착 단계(S32)는 제거되지 않은 감광제 부분을 마스킹(Masking)으로 하여 전주도금으로 금속을 증착하여 금속 패턴(Pr)을 성형한다. 본 발명은 금속 롤(R)의 표면에 증착된 Ni 박막(Pc)와 같은 재료인 Ni로 전주도금함으로써 부착력이 높고, 균일한 증착이 가능하다. 또한, 본 발명은 제작된 롤 금형의 표면인 Ni 박막(Pc)과 금속 패턴(Pr)의 재질이 갖기 때문에 제작된 롤 금형을 이용한 임프린트 공정시 UV광원의 열때문에 발생되는 계면 팽창계수의 불균형으로 인한 파손을 방지할 수 있다.
상기 감광제 제거 단계(S33)는 상기 금속 롤(R)의 금속 증착시 마스킹으로 이용된 나머지 감광제를 제거하고 금속 패턴(Pr)만을 남기는 단계로서, 도4d는 상기와 같은 과정을 거쳐 제작된 롤 금형(M)의 금속 패턴(Pm)을 촬영한 사진이다.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 소프트 마스크 및 롤 금형의 제작 방법 및 이에 이용되는 노광 장치는 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.
11 마스크 지지 수단
12 가압 수단
12a 챔버벽
12b 챔버커버
12c 가압챔버
13 광원
14 광차단 수단
R 금속 롤
SM 소프트 마스크

Claims (13)

  1. 스탬프의 패턴을 기판의 수지층으로 전사하는 기판 임프린트 단계와,
    수지층의 잔류층을 제거하는 기판 식각 단계와,
    수지층이 제거되어 형성된 패턴을 통해 기판에 금속을 증착시키고 수지층을 게거하는 금속증착 및 수지층 제거 단계와,
    금속 패턴이 형성된 기판의 일면에 수지 필름을 가압하여 금속 패턴을 수지 필름의 일면으로 전사시키는 필름 역전사 단계와,
    금속 패턴이 부착된 수지 필름의 일면을 상기 수지 필름과 동일한 재질의 하부 필름을 가압하여 압착시키는 하부필름 접착 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소프트 마스크의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부 필름이 접착된 상태에서 수지 필름과 하부 필름의 외부를 투광성 재질의 탄성중합체로 몰딩하는 몰딩 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소프트 마스크의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 필름 역전사 단계는, 수지 필름은 PC수지 재질이고,
    수지 필름을 유리전이온도 Tg ℃ 내지 유리전이온도 Tg+60 ℃의 온도로 수지 필름을 가열시킨 상태에서 초기압력 25bar을 가한 후 35bar의 보압을 가한 다음 25 bar압력으로 낮추는 과정으로 수지 필름을 가압하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 소프트 마스크의 제조 방법.
  4. 곡면으로 변형이 가능한 수지의 내부에 패턴이 형성된 소프트 마스크를 외주면에 감광제가 코팅된 롤 형상의 금속 롤의 외주면의 일부 또는 전부에 밀착시키는 롤-마스크 밀착 단계와,
    소프트 마스크가 밀착된 부분으로 자외선을 조사하여 소프트 마스크의 패턴에 따라 금속 롤의 감광제를 감광시키는 롤노광단계와,
    자외선에 노출되지 않은 감광제를 제거하는 비노출감광제 제거 단계와,
    감광제가 제거된 부분에 금속을 증착시키는 금속증착 단계와
    나머지 감광제를 제거하는 감광제 제거 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤 금형의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 소프트 마스크는 제1항 또는 제2항의 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 롤 금형의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 소프트 마스크는 제3항의 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 롤 금형의 제조 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 롤-마스크 밀착 단계는, 상기 금속 롤의 외주면을 향하는 상기 소프트 마스크의 일면의 반대측에 위치한 타면을 유체로 압력을 가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 롤 금형의 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 롤-마스크 밀착 단계는, 상기 금속 롤의 외주면을 향하는 상기 소프트 마스크의 일면의 반대측에 위치한 타면을 유체로 압력을 가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 롤 금형의 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 롤-마스크 밀착 단계는, 상기 금속 롤의 외주면을 향하는 상기 소프트 마스크의 일면의 반대측에 위치한 타면을 유체로 압력을 가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 롤 금형의 제조 방법.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 금속 롤의 외주면은 금속층으로 코팅되고, 그 금속층의 외면에 상기 감광제가 코팅되며,
    상기 금속증착 단계는 상기 금속 롤의 금속층과 동일한 재질의 금속을 증착시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 롤 금형의 제조 방법.
  11. 금속 롤의 외주면에 소프트 마스크를 밀착시켜 자외선으로 노광시키기 위한 롤 금형의 제작에 이용되는 노광 장치에 있어서,
    노광시키고자 하는 금속 롤의 외주면에 대응되는 위치에서 소프트 마스크가 위치된 상태로 놓여지게 상기 금속 롤의 반경 방향으로 서로 마주보는 상기 소프트 마스크의 양측 가장자리가 지지되는 마스크 지지 수단과,
    상기 소프트 마스크가 상기 마스크 지지 수단에 지지된 상태에서 상기 소프트 마스크의 일면이 상기 금속 롤의 외주면에 밀착되도록 상기 소프트 마스크가 금속 롤의 외주면에 밀착되는 반대측 타면에 압력을 가하기 위한 가압 수단과,
    상기 금속 롤의 외주면에 상기 소프트 마스크가 밀착된 상태에서 상기 소프트 마스크를 통과하여 상기 금속 롤의 외주면에 자외선을 조사하기 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 롤 금형의 제작에 이용되는 노광 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 소프트 마스크가 밀착되는 부분의 양측에 위치되어 상기 소프트 마스크가 밀착되지 않은 외측으로 자외선이 통과되지 않도록 자외선을 차단하기 위한 광차단 수단이 포함된 것을 특징으로 하는 롤 금형의 제작에 이용되는 노광 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 광차단 수단은 상기 소프트 마스크가 밀착되는 부분의 양측 각각에 위치되어 각각 상기 금속 롤의 외면에 구름접촉되는 롤러인 것을 특징으로 하는 롤 금형의 제작에 이용되는 노광 장치.
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