KR20190041218A - 자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피 공정에서 잔류층이 없는 패턴전사 장치 및 방법 - Google Patents

자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피 공정에서 잔류층이 없는 패턴전사 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피 공정에서 잔류층이 없는 패턴전사 장치 및 방법에 관한 것으로, 모터에 의해 회전이 가능한 롤 스탬프(몰드) 및 몰드 옆에서 압력을 주는 두 개의 보조 롤;몰드와 일정한 간격을 두고 직접적으로 레지스트를 코팅할 수 있으며 도포량을 조절할 수 있는 노즐;회전 방향으로 코팅노즐 다음으로 레지스트를 마이크로/나노 패턴사이로 채워주며 일정부분 몰드 표면의 레지스트를 제거해주는 스퀴지 블레이드;잔여층을 제거해주는 블레이드 형태의 스펀지;를 포함하며, 롤 몰드가 회전함에 따라 롤 몰드에 레지스트가 코팅되며 스퀴지 블레이드를 지나 블레이드 형태의 스펀지를 지나 롤 몰드가 웹과 접촉하며 가압된 상태로 레지스트가 경화되어 마이크로/나노 패턴이 형성되며 잔류층이 제거 및 최소화되도록 하는 것이다.

Description

자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피 공정에서 잔류층이 없는 패턴전사 장치 및 방법{Pattern transfer apparatus and method without residual layer in ultraviolet roll-to-roll imprint lithography process}
본 발명은 대면적 자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피공정에서 잔류층이 없는 패턴을 전사하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로 대면적 자외선 롤투롤 임프린트 공정으로 마이크로/나노 패턴을 광 경화성 폴리머 레진으로 코팅 후 웹(web)에 잔류층 없이 패턴을 전사하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피 공정을 이용하여 마이크로/나노 패턴을 구현하여 전자소자, 센서, 광학 필름, 기능성 필름 등을 대면적 대량 생산하기 위한 많은 연구들이 진행되고 있다.
이러한 자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피 공정에서 패턴을 전사하는 과정에서 마이크로/나노 패턴이 새겨진 스탬프(이하,“몰드”라 통칭한다.)와 패턴이 전사될 기판(web)위에 광 경화성 폴리머 레진(이하. “레지스트”라 통칭한다.)을 코팅하여 웹의 장력을 조절하여 몰드에 레지스트를 가압하여 몰드 표면에 형성된 마이크로/나노 패턴 형상으로 눌린 상태에서 자외선을 통해 레지스트를 경화시킨 다음 몰드와 레지스트를 분리하게 되면 웹 위에 경화된 마이크로/나노 패턴 레지스트가 전사된다.
이러한 자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피 공정에서 전사된 마이크로/나노 패턴에서 웹의 장력, 보조 롤 압력, 공정 온도, 코팅방법 및 두께, 레진의 종류 및 점도 등에 따라 특정한 두께로 잔류층이 남아 있게 되며, 형성된 잔류층은 별도의 공정을 통해 제거가 된다.
잔류층을 제거하기 위한 방법으로 건식 에칭방법을 주로 사용하고 있으며 이러한 건식 에칭을 이용해 잔류층을 제거하는 방법은 잔류층 뿐만 아니라 마이크로/나노 패턴 부분까지 에칭이 되어 설계된 패턴과 다르게 형성되는 문제가 있다.
또한 잔류층을 제거하는 또 다른 방법은 몰드에 고온 고압을 통해 이루어지거나 얇은 코팅 두께, 종횡비가 높은 패턴 제작을 통해 평판에서 잔류층 없이 패턴을 전사할 수 있으나 많은 공정 시간 및 비용문제가 있으며 롤투롤 공정에 적용하기 어려운 문제가 있다.
자외선 롤투롤 임프린트 공정에서 2015년 일본 도쿄대학의 타니구치(Jun Taniguchi)교수가 액체 전사 임프린트 리소그래피 방식으로 롤 몰드가 2~3회 회전할 동안 웹에 경화되지 않은 레지스트를 전사 시킨 후 경화 시켜 잔류층 없이 패턴을 전사하는 방법을 제시하였으며 이 방법은 마이크로/나노 패턴이 형성되지 않는 부분이 많아 연속적인 롤투롤 공정에서 부적합하다.
대한민국 공개특허 제10-2008-0103195호 대한민국 공개특허 제10-2009-0020102호 대한민국 공개특허 제10-2015-0018422호
본 발명은 상기에 서술한 문제점 및 별도의 공정 없이 대면적, 대량생산이 가능한 자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피공정에서 연속적으로 잔류층 없이 마이크로/나노 패턴을 전사하는 장치 및 방법에 관한 것을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피 공정에서 잔류층이 없는 패턴전사 장치 및 방법은 모터에 의해 회전이 가능한 롤 스탬프(몰드) 및 몰드 옆에서 압력을 주는 두 개의 보조 롤, 두 개의 보조롤은 공압으로 압력을 가해주며, 롤 몰드와 2개의 보조 롤 사이에 간격이 있으며, 그 간격 사이로 웹이 이동되며, 몰드와 일정한 간격을 두고 직접적으로 레지스트를 코팅할 수 있으며 도포량을 조절할 수 있는 노즐, 회전 방향으로 코팅노즐 다음으로 레지스트를 마이크로/나노 패턴 사이로 채워주며 일정부분 몰드 표면의 레지스트를 제거해주는 스퀴지 블레이드, 잔여층을 제거해주는 블레이드 형태의 스펀지를 포함하며 롤 몰드가 회전함에 따라 롤 몰드에 레지스트가 코팅되며 스퀴지 블레이드를 지나 블레이드 형태의 스펀지를 지나 롤 몰드가 웹과 접촉하며 가압된 상태로 레지스트가 경화되어 마이크로/나노 패턴이 형성되며 잔류층이 제거 및 최소화(패턴 높이에 따른 잔여층 두께가 10%이내)가 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 웹 이송속도와 따라 롤 몰드회전도가 동일하며 롤 몰드에 도포된 레지스트가 스퀴지블레이드, 스펀지를 거쳐 자외선 경화로 인해 웹 상으로 패턴이 전사되는 것을 특징으로 한다.
또한, 롤 몰드와 2개의 보조 롤은 알루미늄 금속소재이며 사이 간격은 1마이크로미터에서 0.01미터인 것을 특징으로 한다.
또한, 몰드의 재료는 니켈, 니켈 합금, PDMS, PFPE, ETFE, PUA, Ormo인 것을 특징으로 한다.
또한, 롤 몰드에 직접적으로 코팅하는 방법으로는 코팅 스프레이(Spray), 드랍 캐스팅(Drop-casting), 슬롯다이(Slot-die), 디스펜서(Dispenser), 닥터블레이드(Dr. blade)로 코팅하며 일정한 간격으로 이격되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 레지스트는 uv경화 및 임프린트가 가능한 소재이며 웹, 레지스트, 롤몰드 사이의 접착력은 웹-레지스트 > 롤 몰드-레지스트를 만족하는 것을 특징으로 한다.
또한, 스퀴지 블레이드는 고무재질로 말단 부분이 삼격형, 사각형, 마름모, 육각형등 다양한 형태 및 내화학성이 강한 소재를 사용하며 변형을 방지하기 위한 지지층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 스펀지는 레지스트를 흡수하는 폼 형태를 가지는 폴리머 소재를 만족하는 것을 특직으로 한다.
또한, 스퀴지 블레이드 및 스펀지를 롤 몰드와 접촉하여 있으며 롤 몰드 중심에서 0~180° 사이에 각도를 가지며 롤 몰드에 압력을 가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 레지스트-롤 몰드 접착력을 낮게 하기 위해 롤 몰드에 플루오린 화합물 처리하는 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피 공정에서 잔류층이 없는 패턴전사 방법은 모터에 의해 회전이 가능한 롤 스탬프(몰드) 및 몰드 옆에서 압력을 주는 두 개의 보조 롤, 몰드와 일정한 간격을 두고 직접적으로 레지스트를 코팅할 수 있으며 도포량을 조절할 수 있는 노즐, 회전 방향으로 코팅노즐 다음으로 레지스트를 마이크로/나노 패턴사이로 채워주며 일정부분 몰드 표면의 레지스트를 제거해주는 스퀴지 블레이드, 잔여층을 제거해주는 블레이드 형태의 스펀지;를 포함하는 패턴 전사 장치를 이용하여, 롤 몰드가 회전함에 따라 롤 몰드에 레지스트가 코팅되며 스퀴지 블레이드를 지나 블레이드 형태의 스펀지를 지나 롤 몰드가 웹과 접촉하며 가압된 상태로 레지스트가 경화되어 마이크로/나노 패턴이 형성되며 잔류층이 제거 및 최소화되도록 하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피 공정에서 잔류층이 없는 패턴전사 장치 및 방법은 자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피 공정에서 패턴 전사시 롤 몰드가 웹과 접촉하며 가압된 상태로 레지스트가 경화되어 마이크로/나노 패턴이 형성되며 잔류층이 제거 및 최소화(패턴 높이에 따른 잔여층 두께가 10%이내)가 된 패턴이 대면적 대량생산이 가능한 같은 효과를 갖는다.
도 1a 및 도 1b는 자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피공정에서 잔류층 없이 패턴을 전사하는 장비를 설명하기 위한 도면.
도 2a에서 도 2e는 잔류층이 없는 마이크로/나노 패턴 대면적 대량생산 자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피공정 장치의 실시 예를 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명에 따른 자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피 공정에서 잔류층이 없는 패턴전사 장치 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피 공정에서 잔류층이 없는 패턴전사 장치 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 1a 및 도 1b는 자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피공정에서 잔류층 없이 패턴을 전사하는 장비를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a에서 도 2e는 잔류층이 없는 마이크로/나노 패턴 대면적 대량생산 자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피공정 장치의 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 1a를 보면 모터(3)에 의해 회전이 가능한 롤 스탬프(몰드) 및 롤 몰드(2)를 옆에서 압력을 주는 두 개의 보조 롤(4), 두 개의 보조 롤은 공압으로 압력을 가해주며, 롤 몰드와 2개의 보조 롤 사이에 간격이 있으며, 그 간격 사이로 웹(1)이 이동되며, 몰드와 일정한 간격을 두고 직접적으로 레지스트(14)를 코팅할 수 있으며 도포량을 조절할 수 있는 노즐(6)(도 2a), 회전 방향으로 코팅노즐 다음으로 레지스트를 마이크로/나노 패턴사이로 채워주며 일정부분 몰드 표면의 레지스트를 제거해주는 스퀴지 블레이드(12)(도 2b), 잔여층을 제거해주는 블레이드 형태의 스펀지(11)를 포함하며(도 2c) 롤 몰드가 회전함에 따라 롤 몰드에 레지스트가 코팅되며 스퀴지 블레이드를 지나 블레이드 형태의 스펀지를 지나 롤 몰드가 웹과 접촉하며(도 2d) 가압된 상태로 레지스트가 자외선(5)에 의해 경화되어 마이크로/나노 패턴이 형성되며 잔류층이 제거 및 최소화되는 장치를 설명하는 것이다.(도 2e)
수퀴지 블레이드 및 스펀지는 레일(10)에 위치해 있으며 모터(9)에 의해 좌우로 위치를 조절 할수 있으며 사이 간격을 조절 할 수 있으며 또한 가압장치(8)를 통해 공압으로 롤 몰드에 가압을 할 수 있으며 각도 조절장치(7)에 의해 롤 몰드 중심으로 각도를 롤 몰드 표면에 접촉하는 각도를 조절 한다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
1. 웹 2. 롤 스탬프(몰드) 및 롤 몰드
3. 모터 4. 보조 롤
5. 자외선 6. 노즐
7. 각도 조절장치 8. 가압 장치
9. 모터 10. 레일

Claims (10)

  1. 모터에 의해 회전이 가능한 롤 스탬프(몰드) 및 몰드 옆에서 압력을 주는 두 개의 보조 롤;
    몰드와 일정한 간격을 두고 직접적으로 레지스트를 코팅할 수 있으며 도포량을 조절할 수 있는 노즐;
    회전 방향으로 코팅노즐 다음으로 레지스트를 마이크로/나노 패턴사이로 채워주며 일정부분 몰드 표면의 레지스트를 제거해주는 스퀴지 블레이드;
    잔여층을 제거해주는 블레이드 형태의 스펀지;를 포함하며,
    롤 몰드가 회전함에 따라 롤 몰드에 레지스트가 코팅되며 스퀴지 블레이드를 지나 블레이드 형태의 스펀지를 지나 롤 몰드가 웹과 접촉하며 가압된 상태로 레지스트가 경화되어 마이크로/나노 패턴이 형성되며 잔류층이 제거 및 최소화되는 것을 특징으로 하는 자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피 공정에서 잔류층이 없는 패턴전사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 롤 몰드와 2개의 보조 롤은 알루미늄 금속소재이며 사이 간격은 1마이크로미터에서 0.01미터인 것을 특징으로 하는 자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피 공정에서 잔류층이 없는 패턴전사 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 롤 몰드에 직접적으로 코팅하는 방법으로는,
    스프레이(Spray), 드랍 캐스팅(Drop-casting), 슬롯다이(Slot-die), 디스펜서(Dispenser), 닥터블레이드(Dr. blade)로 코팅하며 노즐과 롤 몰드 사이에 일정한 간격으로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피 공정에서 잔류층이 없는 패턴전사 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 롤 몰드의 재료는 니켈, 니켈 합금, PDMS, PFPE, ETFE, PUA, Ormo인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피 공정에서 잔류층이 없는 패턴전사 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 레지스트는 uv경화 및 임프린트가 가능한 소재이며 웹, 레지스트, 롤 몰드 사이의 접착력은 웹-레지스트 > 롤 몰드-레지스트를 만족하는 것을 특징으로 하는 자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피 공정에서 잔류층이 없는 패턴전사 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 스퀴지 블레이드는
    고무재질로 말단 부분이 삼격형, 사각형, 마름모, 육각형 형태의 어느 하나이고, 내화학성을 갖는 소재를 사용하며 변형을 방지하기 위한 지지층을 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피 공정에서 잔류층이 없는 패턴전사 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 스펀지는 레지스트를 흡수하는 폼 형태를 가지는 폴리머소재인 것을 특징으로 하는 자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피 공정에서 잔류층이 없는 패턴전사 장치.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 스퀴지 블레이드 및 스펀지를 롤 몰드와 접촉하여 있으며 롤 몰드 중심에서 0~180° 사이에 각도를 가지며 롤 몰드에 압력을 가하는 것을 특징으로 하는 자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피 공정에서 잔류층이 없는 패턴전사 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 레지스트-롤 몰드 접착력을 낮게 하기 위해 롤 몰드에 플루오린 화합물 처리를 하는 것을 특징으로 하는 자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피 공정에서 잔류층이 없는 패턴전사 장치.
  10. 모터에 의해 회전이 가능한 롤 스탬프(몰드) 및 몰드 옆에서 압력을 주는 두 개의 보조 롤, 몰드와 일정한 간격을 두고 직접적으로 레지스트를 코팅할 수 있으며 도포량을 조절할 수 있는 노즐, 회전 방향으로 코팅노즐 다음으로 레지스트를 마이크로/나노 패턴사이로 채워주며 일정부분 몰드 표면의 레지스트를 제거해주는 스퀴지 블레이드, 잔여층을 제거해주는 블레이드 형태의 스펀지;를 포함하는 패턴 전사 장치를 이용하여,
    롤 몰드가 회전함에 따라 롤 몰드에 레지스트가 코팅되며 스퀴지 블레이드를 지나 블레이드 형태의 스펀지를 지나 롤 몰드가 웹과 접촉하며 가압된 상태로 레지스트가 경화되어 마이크로/나노 패턴이 형성되며 잔류층이 제거 및 최소화되도록 하는 것을 특징으로 하는 자외선 롤투롤 임프린트 리소그래피 공정에서 잔류층이 없는 패턴전사 방법.
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