KR101371094B1 - 패턴형성장치 및 패턴형성방법 - Google Patents

패턴형성장치 및 패턴형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 패턴형성장치 및 패턴형성방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 패턴형성장치는 패턴이 형성된 스탬프를 지지하는 제 1정반, 상기 제 1정반과 대향하며 상기 스탬프에 의해 가압될 기판을 부착하고, 상기 스탬프와 접촉시 밀폐공간을 형성하는 제 2정반 및 상기 밀폐공간을 감압시켜 상기 스탬프의 패턴이 상기 기판에 형성될 수 있도록 상기 스탬프와 상기 기판을 합착시키고, 상기 밀폐공간을 증압시켜 상기 합착된 기판과 상기 스탬프를 분리시키는 압력조절부를 구비함으로써 소정의 공간에서 압력만으로 스탬프와 기판을 합착 및 가압하여 기판에 패턴을 형성하며 스탬프에서 기판을 이격하도록 하여, 장비의 크기가 줄어들고 제품의 양산시간을 단축되어 제품의 생산이 증대되는 효과가 있다.
Figure R1020060115996
스탬프, 기판, 임프린트

Description

패턴형성장치 및 패턴형성방법{Pattern forming apparatus and pattern forming method}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 패턴형성장치를 나타낸 간략도이다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 패턴 형성장치에 의해 기판과 스탬프간의 합착 및 가압이 이루어지는 동작을 나타낸 작동도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 패턴 형성방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 패턴형성장치를 나타낸 간략도이다.
도 5a 내지 도 5d는 도 4의 패턴형성장치에 의해 기판과 스탬프간의 합착 및 가압이 이루어지는 동작을 나타낸 작동도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 패턴형성방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명은 패턴 형성장치 및 패턴 형성방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 압력을 조절하여 기판에 스탬프를 가압하여 패턴을 형성하고, 기판으로부터 스탬프 를 이격시키는 패턴 형성장치 및 패턴 형성방법에 관한 것이다.
현대사회는 전자제품의 다양한 기능이 요구되면서 기판에 고집적, 고밀도화된 패턴을 형성하는 기술의 필요성이 증대되고 있다. 패터닝 기술로는 포토마스크(photomask)를 이용하여 빛을 선택적으로 포토 레지스트 상에 조사하는 포토리소그래피(photolithography), 빛보다 짧은 파장을 이용하는 전자빔 리소그래피(e-beam lithography)와 엑스선 리소그래피(x-ray lithography), 탐침을 이용해 기판의 국부적인 변형 또는 산화를 통해 패턴을 형성하는 주사탐침 리소그래피(scanning probe lithography), 스탬프로 기판을 가압하는 임프린트 리소그래피(imprint lithography) 등의 기술이 있다.
이러한 기술 중 임프린트 리소그래피 기술은 다른 기술들에 비해 제작 단가가 낮고 공정시간이 짧아 제품생산에 많이 이용되고 있다. 하지만 임프린트 공정을 수행하기 위해서는 스탬프를 지속적으로 고정시킨 상태에서 기판을 가압하여 패턴을 형성해야하기 때문에 스탬프를 고정시키는 고정장치 및 기판을 가압하고 기판으로부터 스탬프를 이격시키는 구동장치에 의해 챔버의 규모가 커져 챔버 내부를 진공상태로 만들기 위한 시간이 길어지고, 따라서 제품의 양산시간이 길어지는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 소정 공간에서 압력만으로 스탬프와 기판을 합착 및 가압하여 기판에 패턴을 형성하며 스탬프에서 기판을 이격하는 패턴 형성장치 및 패턴 형성방법을 제공하는데 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 패턴 형성장치는 패턴이 형성된 스탬프를 지지하는 제 1정반, 상기 제 1정반과 대향하며 상기 스탬프가 가압할 기판을 부착하고, 상기 스탬프와 접촉시 밀폐공간을 형성하는 제 2정반 및 상기 밀폐공간을 감압시켜 상기 스탬프의 패턴이 상기 기판에 형성될 수 있도록 상기 스탬프와 상기 기판을 합착시키고, 상기 밀폐공간을 증압시켜 합착된 상기 기판과 상기 스탬프를 분리시키는 압력조절부를 구비한다.
상기 제 1정반은 상기 스탬프를 지지하기 위한 클램프를 구비할 수 있다.
상기 제 1정반은 상기 스탬프를 진공흡착하기 위한 진공흡착패드를 구비할 수 있다.
상기 스탬프와 상기 기판의 접촉을 위해 제 2정반을 수직이동시키는 승강부를 더 구비할 수 있다.
상기 제 2정반은 상기 기판을 흡착하기 위해 정전척을 구비할 수 있다.
상기 제 2정반은 상기 기판을 흡착하기 위해 진공흡착척을 구비할 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 패턴 형성방법은 패턴이 형성된 스탬프를 제 1정반에 지지시키는 단계, 기판이 부착된 제 2정반과 상기 스탬프가 접촉하여 밀폐공간을 형성하는 단계, 상기 밀폐공간의 압력을 낮추어 상기 스탬 프와 상기 기판을 합착시키고, 가압시켜 기판에 패턴을 형성시키는 단계 및 상기 기판에 패턴이 형성되면 상기 밀폐공간의 압력을 높여 상기 기판으로부터 상기 스탬프를 분리하는 단계를 포함한다.
상기 스탬프와 상기 기판의 합착 및 가압은 진공상태에서 이루어질 수 있다.
상기 스탬프는 진공흡착력에 의해 상기 제 1정반에 흡착될 수 있다.
상기 밀폐공간의 압력이 상기 진공흡착력의 압력과 동일해지면 상기 제 1정반으로부터 상기 스탬프가 자유낙하 할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 패턴 형성장치에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 패턴 형성장치를 나타낸 간략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 패턴 형성장치는 스탬프(S)가 지지되는 제 1정반(100), 제 1정반과 대향하는 위치에 마련되어 기판이 안착되는 제 2정반(110), 압력을 조절하여 스탬프(S)와 기판의 탈착을 조절하는 압력조절부(120)를 구비한다.
제 1정반(100)은 제 1정반(100)에 고정된 스탬프(S)가 제 2정반(110)에 안착된 기판(G)과 합착될 수 있도록 제 1정반(100)을 제 2정반(110) 방향으로 하강시키고, 스탬프(S)의 패턴이 기판(G)에 임프린트 되면 제 1정반(100)을 상승시키는 승강부(130)와 연결된다.
승강부(130)는 제 1정반(100)이 수직이동될 수 있도록 동력을 제공하는 구동모터(131)와 구동모터(131)에서 제공하는 힘을 제 1정반(100)에 전달하는 동력축(132)을 구비한다. 승강부(130)는 스크류, 리니어 엑츄에이터를 사용함으로써 스 탬프(S)와 기판(G) 사이의 간격을 매우 미세하게 조절할 수 있다.
또한 제 1정반(100)의 하면에는 자외선 램프(101)가 구비된다. 자외선 램프(101)는 스탬프(S)가 기판(G)을 가압하여 패턴을 형성할 수 있도록 기판(G)의 감광막에 자외선을 조사하여 감광막을 경화시킨다. 이때 스탬프(S)는 자외선이 투과되어 기판(G)에 조사될 수 있도록 쿼츠(quartz), 글래스(glass) 등과 같은 자외선 투과 소재로 구성되며 기판(G)의 감광막은 광경화성 수지로 이루어진다. 다른 실시예로 제 2정반(200)에 냉각부(미도시)를 구비하여 냉각에 의해 기판(G)의 감광막을 경화시킬 수 있다.
계속해서 제 1정반(100)의 하부에는 스탬프(S)를 고정하기 위한 클램프(102)가 설치된다. 클램프(102)는 제 1정반(100)의 주연부에 복수개로 설치되며 스탬프(S)를 그립(grip)할 수 있는 구조로 이루어진다. 클램프(102)는 접이식 형태로 스탬프(S)를 그립하기 전에는 제 1정반(100)에 포개어진 상태를 유지하다가 스탬프(S)를 제 1정반(100)의 그립위치에 정렬시키면 회동하여 펴지면서 스탬프(S)를 그립한다.
클램프(102)는 제 1정반(100)이 하강 및 상승시에는 스탬프(S)를 고정시키고, 스탬프(S)와 제 2정반(110)의 접촉으로 형성된 밀폐공간(140)의 압력변화시에는 압력변화에 따라 수직으로 유동성을 가진다.
제 2정반(110)은 제 1정반(100)과 대향하는 위치에 마련되며 지지축(111)에 의해 지지된다. 제 2정반(110)은 기판(G)을 부착시키기 위한 진공흡착척(112)을 구비하며 진공흡착척(112)은 진공흡착력에 의해 기판이 흡착될 수 있도록 복수개의 홀(113)로 이루어진다. 복수 개의 홀(113)은 배기관(114)과 연결되어 진공펌프(115)로 이어진다. 다른 실시예로는 정전척(미도시)을 구비하여 정전력으로 기판을 안착시키는 방법이 있을 수 있다.
제 2정반(110)은 패턴형성 공정진행 중에는 기판(G)을 고정시켜 원활한 공정이 이루어지도록 하고, 공정이 종료된 후에는 스탬프(S)가 분리될 수 있도록 기판(G)을 고정시켜 스탬프(S)가 분리되도록 한다.
또한 제 2정반(110)은 스탬프(S)와 접촉시 밀폐공간(140)을 형성하는 기밀부재(141)를 구비한다. 기밀부재(141)는 스탬프(S)와 접촉시 압력을 조절할 수 있을만한 공간을 형성하기 위해 제 2정반(110)에 안착된 기판(G)의 두께보다 높은 높이를 가지며 스탬프(S)의 주연부와 소정간격만큼 떨어진 위치에 설치된다. 기밀부재(141)는 스탬프(S)에 의한 가압시 스탬프(S)의 편평도를 유지시키며 압축되는 진공형 오링을 사용할 수 있다.
계속해서 제 2정반(110)은 스탬프(S)가 기판(G)에 패턴을 임프린트할 수 있도록 기판(G) 감광막의 유연성 확보를 위해 기판을 가열하는 가열부(116)를 구비한다.
압력조절부(120)는 제 2정반(110)의 하부에 위치하며 패턴의 형성공정을 진공 하에 수행시키기 위해 제 2정반(110)과 스탬프(S) 접촉시 형성된 밀폐공간(140)의 압력을 조절한다. 압력조절부(120)는 밀폐공간(140)의 기체를 배기하여 진공상태로 만들고, 다시 기체를 주입하여 대기압 상태로 만드는 압력조절펌프(121)와 제 2정반(110)을 통과하여 밀폐공간(140)과 압력조절펌프(121)를 연결하는 압력조절 관(122)을 구비한다. 압력조절펌프(121)는 드라이펌프(Dry vacuum pump), 터보분자펌프(TMP), 메카니컬 부스터 펌프(Mechanical booster pump) 등으로 구성될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 패턴 형성장치의 동작에 대해 설명하기로 한다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 패턴 형성장치에 의해 기판(G)과 스탬프(S)간의 합착 및 가압이 이루어지는 동작을 나타낸 작동도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 패턴 형성방법을 나타낸 순서도이다.
우선 제 1정반(100)에 패턴이 형성된 스탬프(S)를 클램프(102)로 지지하고(S100), 제 2정반(110)에는 기판(G)이 안착되며 가열부(116)에 의해 기판(G)이 가열된다. 이후 승강부(130)에 의해 스탬프(S)가 고정된 제 1정반(100)이 제 2정반(110) 방향으로 하강되면 제 1정반(100)과 기밀부재(141)와의 접촉으로 밀폐공간(140)이 형성(S110)되고, 압력조절부(120)의 압력조절펌프(121)가 작동하게 된다. (도 2a 참조)
압력조절펌프(121)은 압력조절관(122)을 통해 기체를 배기시키며 이에 따라 밀폐공간(140)의 압력이 점점 낮아져 기밀부재(141)가 압축되면서 스탬프(S)가 기판(G)에 합착되고, 스탬프(S)가 기판(G)을 가압하면서 패턴이 형성된다(S120).
이때 스탬프(S)와 기판(G)의 합착이 이루어짐과 동시에 자외선을 투과하여 감광막을 응고시키기 시작한다. 즉 스탬프(S)가 기판(G)을 가압하여 스탬프(S)의 패턴형상이 감광막에 임프린트되는 과정과 자외선을 조사함으로써 감광막이 경화되 는 과정이 동시에 진행하게 된다.(도 2b 참조)
계속해서 감광막의 경화가 모두 이루어지면 압력조절펌프(121)은 다시 기체를 밀폐공간(140)에 주입하고, 이에 따라 밀폐공간(140)의 압력은 높아져 스탬프(S)에 의해 기판(G)에 가해지던 가압력이 낮아지면서 기판(G)으로부터 합착된 스탬프(S)의 분리가 이루어진다(S130). 이후 승강부(130)에 의해 제 1정반(100)이 상승되면서 임프린트 공정이 종료된다. (도 2c 참조)
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 패턴 형성장치에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 패턴형성장치를 나타낸 간략도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 다른 실시예에 따른 패턴 형성장치는 진공흡착력으로 스탬프(S)를 흡착시키는 제 1정반(200), 제 1정반(200)과 대향하는 위치에 마련되어 기판(G)이 안착되는 제 2정반(210), 압력을 조절하여 스탬프(S)와 기판(G)의 탈착을 조절하는 압력조절부(220)를 구비한다.
제 1정반(200)은 흡착한 스탬프(S)를 제 2정반(210)의 기판(G)에 근접시키기 위한 승강부(230)와 연결된다. 승강부(230)는 제 1정반(200)에 흡착된 스탬프(S)가 제 2정반(210)에 낙하시 충격으로 파손되지 않도록 기밀부재(241)와 접촉시까지 제 1정반(200)을 하강시킨다.
계속해서 제 1정반(200)의 하면에는 진공부재(201)가 구비되며 스탬프(S) 흡착시 진공흡착력으로 인해 스탬프(S)가 변형되는 것을 방지하기 위해 스탬프(S)의 접촉면을 균일하게 흡착할 수 있도록 진공흡착패드나 다수의 진공흡착핀으로 구성 될 수 있다.
진공부재(201)는 제 1배기관(202)에 의해 제 1진공펌프(203)와 연결되며 제 1진공펌프(203)는 진공부재(201)에 스탬프(S)가 흡착될 수 있도록 제 1배기관(202)의 내부공기를 흡입한다. 또 다른 실시예로는 제 1정반(200)에 진공흡착척(미도시)을 마련하여 스탬프(S)를 흡착시키는 방법이 있을 수 있다.
제 2정반(210)은 지지축(211)에 의해 지지되어 제 1정반(200)과 대향하는 위치에 마련되며 기판(G)을 부착시키기 위한 진공흡착척(212)을 구비한다. 진공흡착척(212)은 진공흡착력에 의해 기판(G)이 흡착될 수 있도록 복수개의 홀(213)로 이루어지며 홀(213)은 제 2배기관(214)에 의해 제 2진공펌프(215)와 연결된다. 다른 실시예로는 정전척(미도시)을 구비하여 정전력으로 기판을 안착시키는 방법이 있을 수 있다.
또한 제 2정반(210)은 스탬프(S)와 접촉시 밀폐공간(240)을 형성하는 기밀부재(241)를 구비하며 기밀부재(241)의 높이는 밀폐공간(240)을 형성하고, 압력을 조절할 수 있을 정도의 공간을 마련하기 위해 기판(G)의 두께보다 높은 높이를 가질 수 있다. 계속해서 제 2정반(210)은 스탬프(S)가 기판(G)에 패턴을 임프린트할 수 있도록 기판(G) 감광막을 가열하는 가열부(216)를 구비한다.
계속해서 제 2정반(210)은 냉각부(미도시)를 구비하여 기판(G)의 감광막을 경화시키는 열적 경화방법을 사용할 수 있다. 열적 경화방법을 사용하는 경우 스탬프(S)는 니켈(Ni), 백금(Pt), 크롬(Cr)등의 몰드로 이루어질 수 있다.
압력조절부(220)는 밀폐공간(240)의 압력을 조절하는 압력조절펌프(221)와 압력조절펌프(221)에 연결되어 밀폐공간(240)의 기체를 이동시키는 압력조절관(222)을 구비한다.
압력조절부(220)는 밀폐공간(240)의 기체를 배기하여 진공부재(201)로부터 스탬프(S)가 낙하되어 기판(G)을 가압할 수 있도록 압력을 낮춘다. 또한 기판(G)으로부터 스탬프(S)가 분리되도록 기체를 주입하여 압력을 높인다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 패턴 형성장치의 동작에 대해 설명하기로 한다.
도 5a 내지 도 5d는 도 4의 패턴형성장치에 의해 기판(G)과 스탬프(S)간의 합착 및 가압이 이루어지는 동작을 나타낸 작동도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 패턴형성방법을 나타낸 순서도이다.
우선 패턴이 형성된 스탬프(S)가 위치조절장치(미도시)에 의해 정렬되어 제 1정반(200)의 진공부재(201)에 흡착된다(S200). 이때 제 2정반(210)에는 진공흡착척(212)에 의해 기판(G)이 안착되며 가열부(216)에 의해 기판(G)의 감광막이 가열된다. 이후 제 1정반(200)은 승강부(230)에 의해 제 2정반(210)의 기밀부재(241)와 접촉시까지 하강하게 되고, 제 1정반(200)과 기밀부재(241)의 접촉으로 밀폐공간(240)이 형성된다(S210). (도 5a 참조)
밀폐공간(240)이 형성되면 압력조절펌프(221)은 압력조절관(222)을 통해 밀폐공간(240)의 기체를 배기시키고, 밀폐공간(240)의 압력과 진공부재(201)의 흡착압력이 동일해지면 진공부재(201)가 흡착하고 있던 스탬프(S)가 자유낙하하여 제 2정반(210)에 안착된 기판(G)과 합착된다. (도 5b 참조)
계속해서 압력조절부(220)가 기체를 배기시키면 압력차에 의해 스탬프(S)가 기판(G)을 가압하면서 기판(G)의 감광막에 패턴이 형성된다(S220).
이때 기판(G)을 냉각시킴으로써 감광막을 경화시킨다. 감광막의 경화가 모두 이루어지면 압력조절부(220)는 다시 기체를 밀폐공간(240)에 주입하고, 이에 따라 스탬프(S)에 의해 기판(G)에 가해지던 가압력이 낮아지면서 기판(G)으로부터 합착된 스탬프(S)의 분리가 이루어진다(S230). 이후 진공부재(201)로 스탬프(S)를 흡착(5c, 5d 참조)하여 상승시키고, 기판(G)에 불필요한 전이층을 제거하여 패턴의 정밀도를 높인다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 패턴 형성장치는 소정의 공간에서 압력만으로 스탬프와 기판을 합착 및 가압하여 기판에 패턴을 형성하며 스탬프에서 기판을 이격하도록 하여, 장비의 크기가 줄어들고 제품의 양산시간을 단축되어 제품의 생산이 증대되는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 패턴이 형성된 스탬프를 지지하는 제 1정반;
    상기 제 1정반과 대향하며 상기 스탬프에 의해 가압될 기판을 부착하고, 상기 스탬프와 접촉시 밀폐공간을 형성하는 제 2정반; 및
    압력차에 의해 상기 스탬프가 상기 기판을 가압하여 상기 기판에 패턴을 형성하도록 상기 밀폐공간을 감압시키고, 상기 패턴을 형성한 상기 스탬프가 상기 기판으로부터 분리되도록 상기 밀폐공간을 증압시키는 압력조절부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1정반은 상기 스탬프를 지지하기 위한 클램프를 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴형성 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1정반은 상기 스탬프를 진공흡착하기 위한 진공흡착패드를 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴형성장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 스탬프와 상기 기판의 접촉을 위해 상기 제 2정반을 수직이동시키는 승강부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제 2정반은 상기 기판을 흡착하기 위해 정전척을 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제 2정반은 상기 기판을 흡착하기 위해 진공흡착척을 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성장치.
  7. 패턴이 형성된 스탬프를 제 1정반에 지지시키는 단계;
    기판이 부착된 제 2정반과 상기 스탬프가 접촉하여 밀폐공간을 형성하는 단계;
    상기 밀폐공간의 압력을 감압하여 상기 스탬프를 가압시켜 상기 기판에 패턴을 형성시키는 단계; 및
    상기 기판에 패턴이 형성되면 상기 밀폐공간의 압력을 증압하여 상기 기판으로부터 스탬프를 분리하는 단계를 포함하고,
    상기 패턴을 형성시키는 단계는 상기 스탬프 상측의 공간 및 상기 밀폐공간의 압력차에 의해 상기 스탬프가 상기 기판상에 가압되며,
    상기 스탬프를 분리시키는 단계는 상기 밀폐공간의 증가되는 압력에 의해 상기 스탬프가 분리되는 것을 특징으로 하는 패턴 형성방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 스탬프와 상기 기판의 합착 및 가압은 진공상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 패턴 형성방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 스탬프는 진공흡착력에 의해 상기 제 1정반에 흡착되는 것을 특징으로 하는 패턴 형성방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 밀폐공간의 압력이 상기 진공흡착력의 압력과 동일해지면 상기 제 1정반으로부터 상기 스탬프가 자유낙하하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
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