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KR20110122321A - 박막 패턴의 제조 장치 및 방법 - Google Patents

박막 패턴의 제조 장치 및 방법 Download PDF

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KR20110122321A
KR20110122321A KR1020100041747A KR20100041747A KR20110122321A KR 20110122321 A KR20110122321 A KR 20110122321A KR 1020100041747 A KR1020100041747 A KR 1020100041747A KR 20100041747 A KR20100041747 A KR 20100041747A KR 20110122321 A KR20110122321 A KR 20110122321A
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South Korea
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imprint
thin film
resin
film pattern
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KR1020100041747A
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권당
송태준
조항섭
조성필
김호수
장두희
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 임프린트용 몰드와 기판 사이의 분리 개시점의 형성을 용이하게 할 수 있는 박막패턴의 제조 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 박막 패턴의 제조 방법은 기판의 에지부를 제외한 나머지 영역에 임프린트용 수지를 도포하는 단계와; 상기 임프린트용 몰드와 상기 임프린트용 수지를 접촉시켜 상기 기판 상에 박막 패턴을 형성하는 단계와; 상기 임프린트용 몰드를 상기 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

박막 패턴의 제조 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF FABRICATING THIN FILM PATTERN}
본 발명은 임프린트용 몰드와 기판의 분리 공정시 임프린트용 몰드와 기판 사이의 분리 개시점의 형성을 용이하게 할 수 있는 박막패턴의 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 음극선관(Cathode Ray Tube)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판 표시 장치들이 대두되고 있다. 평판 표시 장치로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display), 전계 방출 표시 장치(Field Emission Display), 플라즈마 표시 패널(Plasma Display Panel) 및 일렉트로-루미네센스(Electro-Luminescence : EL) 표시 장치 등이 있다.
이러한 평판 표시 장치는 증착(코팅) 공정, 노광 공정, 현상 공정 및 식각 공정 등을 포함하는 마스크 공정에 의해 형성되는 다수의 박막으로 이루어진다. 그러나, 마스크 공정은 제조 공정이 복잡하여 제조 단가를 상승시키는 문제점이 있다. 이에 따라, 최근에는 임프린트용 몰드를 이용한 패터닝 공정을 통해 박막을 형성할 수 있는 연구가 진행되고 있다.
이러한 패터닝 공정은 기판 상에 임프린트용 수지를 도포한 후, 홈과 돌출부를 가지는 임프린트용 몰드와 임프린트용 수지가 접촉하게 되면, 임프린트용 몰드의 홈과 돌출부가 임프린트용 수지에 반전전사된 다음, 경화 공정을 통해 반전전사된 임프린트용 수지를 경화시킴으로써 기판 상에 원하는 박막 패턴이 형성되는 공정이다.
여기서, 임프린트용 몰드와 임프린트용 수지의 접촉시 가해지는 압력에 의해 임프린트용 몰드와 기판 간의 갭이 좁아진다. 이에 따라, 임프린트용 수지(6)는 도 1에 도시된 바와 같이 모세관 현상으로 인해 기판(4)의 끝단까지 퍼져나가 임프린트용 수지(6)가 기판(4)의 측면으로까지 넘치는 불량이 발생된다. 이 경우, 기판(4)의 측면까지 형성된 임프린트용 수지(6)에 의해 임프린트용 몰드(2)와 기판(4) 사이로 분리 개시점(demolding seed)이 제대로 형성되지 않아 임프린트용 몰드(2)와 기판(4)의 분리 공정이 제대로 이루어지지 않는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 임프린트용 몰드와 기판 사이의 분리 개시점의 형성을 용이하게 할 수 있는 박막패턴의 제조 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 박막 패턴의 제조 방법은 기판의 에지부를 제외한 나머지 영역에 임프린트용 수지를 도포하는 단계와; 상기 임프린트용 몰드와 상기 임프린트용 수지를 접촉시켜 상기 기판 상에 박막 패턴을 형성하는 단계와; 상기 임프린트용 몰드를 상기 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 박막 패턴의 제조 장치는 기판의 에지부를 제외한 나머지 영역에 임프린트용 수지를 도포하는 코팅부와; 상기 임프린트용 몰드와 상기 임프린트용 수지를 접촉시켜 상기 기판 상에 박막 패턴을 형성하고, 상기 임프린트용 몰드를 상기 기판으로부터 분리하는 임프린트용 시스템을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 잉크젯 코터를 이용하여 기판의 에지부에 선택적으로 임프린트용 수지를 도포하지 않거나 액티브 영역에 선택적으로 임프린트용 수지를 도포한다. 즉, 기판의 액티브 영역을 제외한 비액티브 영역에는 임프린트용 수지가 도포되지 않으므로 그 미도포 영역은 기판과 임프린트용 몰드 간의 분리 공정시 분리 개시점으로 이용된다. 이에 따라, 본 발명은 안정적으로 임프린트용 몰드와 기판을 분리할 수 있어 분리 공정 시간을 줄일 수 있다. 또한, 본 발명은 미도포 영역을 분리 개시점으로 이용함으로써 종래 분리 개시점을 형성하기 위한 힘보다 작은 힘으로 임프린트용 몰드와 기판을 분리할 수 있으므로 몰드에 가해지는 힘에 의한 몰드의 변형 방지 및 몰드 수명이 향상된다. 뿐만 아니라, 본 발명은 솔벤트가 포함되지 않은 임프린트용 수지를 잉크젯 코터를 이용하여 박막으로 도포할 수 있으므로 기판의 대형화가 가능해진다.
도 1은 종래 임프린트용 수지의 넘침 현상을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 박막 패턴의 제조 장치를 나타내는 블럭도이다.
도 3은 도 2에 도시된 코팅부를 상세히 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 잉크젯 코터로 이루어진 코팅부를 이용한 임프린트용 수지의 코팅 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 기판의 에지부를 제외한 나머지 영역에 도포된 본 발명에 따른 임프린트용 수지를 나타내는 평면도이다.
도 6은 기판의 액티브 영역에 선택적으로 도포된 본 발명에 따른 임프린트용 수지를 나타내는 평면도이다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명에 따른 박막 패턴의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8은 본 발명에 따른 박막 패턴을 가지는 액정 표시 패널을 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면 및 실시 예를 통해 본 발명의 실시 예를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 박막 패턴의 제조 장치를 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 박막 패턴의 제조 장치는 코팅부(120)와; 합착부(142), 경화부(144) 및 분리부(146)를 가지는 임프린팅 시스템(140)이 인라인 방식으로 배치된다.
코팅부(120)는 로딩부(110)를 통해 이송된 기판 상에 임프린트용 수지를 도포한다. 코팅부(120)를 통해 기판 상에 도포되는 임프린트용 수지는 주로 액상 고분자 전구체가 이용된다. 코팅부(120)는 액상 고분자 전구체와 같이 솔벤트가 함유되지 않은 재료를 박막으로 코팅할 수 있는 잉크젯 코터로 이루어진다.
잉크젯 코터로 이루어진 코팅부(120)는 도 3에 도시된 바와 같이, 리저버(Reserver, 122), 리스트릭터(Restrictor, 124), 압력챔버(126), 노즐(128), 진동판(130) 및 압전 소자(132)를 구비한다.
리저버(122)는 액상 고분자 전구체를 수용하여 리스트릭터(124)를 통하여 압력챔버(126)에 임프린트용 수지를 공급한다.
리스트릭터(124)는 리저버(122)와 압력챔버(126)를 서로 연통하게 하여 리저버(122)로부터 압력챔버(126)에 액상 고분자 전구체를 공급하는 유로로서의 기능을 수행한다. 리스트릭터(124)는 압전소자(132)에 의해 진동판(130)이 진동하는 경우 리저버(122)로부터 압력챔버(126)로 공급되는 액상 고분자 전구체의 양을 조절할 수 있다. 한편, 리스트릭터(124)는, 일면이 진동판(130)에 의해 커버되도록, 잉크젯 헤드(120)의 상부에 형성되며, 리스트릭터(124)의 위치에 상응하는 진동판(130)의 상면에는 압전 소자(132)가 결합된다.
압력챔버(126)는 리스트릭터(124)와 연결되어 리저버(122)와 연통된다. 또한, 리스트릭터(124)와 연결된 일측면과 다른 타측면을 통하여 노즐(128)과 연결된다. 이러한 구조를 통해, 리스트릭터(124)를 통해 리저버(122)로부터 액상 고분자 전구체를 공급받고, 이를 다시 노즐(128)에 공급함으로써 도포공정이 가능해진다. 한편, 압력챔버(126) 역시 리스트릭터(124)와 마찬가지로 일면이 진동판(130)에 의해 커버되며, 압력챔버(126)의 위치에 상응하는 진동판(130)의 상면에는 압전 소자(132)가 결합된다.
압전 소자(132)는 리스트릭터(124)의 위치에 상응하는 진동판(130)의 상면에 결합되어, 전원(134)에 의해 진동을 발생한다. 즉, 압전소자(132)는 압전소자(132)에 공급되는 전압에 따라 진동을 발생하여 진동판(130)을 통해 리스트릭터(124)에 압력을 공급하는 기능을 수행한다.
노즐(128)은 압력챔버(126)와 연결되어 임프린트용 수지를 토출하는 기능을 수행한다. 압전 소자(132)에 의해 발생한 진동이 진동판(130)을 통하여 압력챔버(126)에 전달되면, 압력챔버(126)에는 압력이 가해지고, 이 압력에 의해 노즐(128)이 기판을 향하여 액상 고분자 전구체를 토출하게 됨으로써 도포 공정이 이루어진다.
진동판(130)은 압력챔버(126) 및 리스트릭터(124)의 상부에 형성된다. 이러한 진동판(130)은 별도의 구조물로서 압력챔버(126) 및 리스트릭터(124)의 상부에 결합될 수도 있으며, 그 이외의 다양한 방법으로 형성될 수 있다.
진동판(130)은 압전 소자(132)에 의해 발생한 진동을 압력챔버(126)에 전달하는 수단이므로, 충분한 탄성을 가지는 재질 또는 구조를 가지는 것이 바람직하다. 예를 들면, 금속 또는 세라믹 재질로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 잉크젯 코터로 이루어진 코팅부(120)는 피에조 또는 전기장 등을 이용하여 기판 상에 실제 도포될 액상 고분자 전구체의 양을 조절하여 적하할 수 있으므로 솔벤트가 포함되지 않은 액상 고분자 전구체를 박막으로 코팅할 수 있습니다. 즉, 잉크젯 코터로 이루어진 코팅부(120)는 도 4에 도시된 바와 같이 다수개의 노즐(128) 각각에서 액상 고분자 전구체(114)를 적어도 한 방울씩 기판(101) 상에 토출한다. 토출된 액상 고분자 전구체(114)는 상하좌우로 레벨링(leveling)됨으로써 기판(101) 상에 전면 도포됨으로써 기판(101) 상에 임프린트용 수지(112)가 형성된다.
한편, 코팅부(120)는 임프린트 몰드와 기판의 합착시 가해지는 압력에 의한 임프린트용 수지의 퍼짐량을 고려하여 기판(101)의 외곽부까지 넘치지 않도록 임프린트용 수지를 도포한다.
즉, 코팅부(120)는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 임프린트용 수지(112)를 기판(101)의 에지부에 선택적으로 미도포하거나 도 6에 도시된 바와 같이 임프린트용 수지(112)를 액티브 영역(AA)에 선택적으로 도포한다.
구체적으로, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 코팅부(120)는 기판(101)의 에지부에 10~26mm의 길이(L1)를 가지는 사각형 또는 삼각형과 같은 다각형 또는 반구형의 미도포 영역을 제외한 나머지 영역에 임프린트용 수지(112)를 도포한다. 또한, 코팅부(120)는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 기판(101)의 테두리 영역(예를 들어, 에지 비드 영역(Edge bead region))에도 약 1~10mm정도의 길이(L2)로 임프린트용 수지(112)를 도포하지 않는다. 한편, 코팅부(120)를 이용하여 기판(101) 상에 선택적으로 원하는 영역에 임프린트용 수지를 도포하기 위해 선택적으로 미도포영역에 점착성 테이프(도시하지 않음)를 부착한 후 기판(101) 상에 임프린트용 수지를 도포한 다음, 점착성 테이프를 제거한다.
도 6에 도시된 바와 같이 코팅부(120)는 하나의 모기판에 형성된 다수의 액티브 영역(AA) 각각에 임프린트용 수지(112)를 선택적으로 도포한다. 이 때, 임프린트용 수지(112)는 각 액티브 영역(AA)을 둘러싸는 광차단층(116, 예를 들어 액정 표 소자의 외곽 블랙매트릭스)과 5~20mm의 폭(W)으로 중첩되도록 형성되며, 광차단층(116)의 에지와 기판(101)의 에지는 1~26mm의 선폭으로 이격되도록 형성된다. 이에 따라, 임프린트용 몰드와 기판의 합착시 임프린트용 수지(112)의 퍼짐에 의해 액티브 영역의 외곽 영역에 위치하는 임프린트용 수지(112)의 두께가 낮아지는 현상이 방지된다.
임프린트용 시스템(140)은 도 2에 도시된 바와 같이 합착부(142)와, 경화부(144) 및 분리부(146)가 인라인 방식으로 배치된다. 합착부(142), 경화부(144) 및 분리부(146)는 한 장비에서 인라인 방식으로 배치되거나 각각 다른 장비에 위치하며, 그 장비들이 인라인 방식으로 배치될 수도 있다.
합착부(142)에는 홈과 돌출부를 가지는 임프린트용 몰드가 기판(101) 상부에 정렬된다. 임프린트용 몰드는 임프린트용 수지와 접촉되도록 기판(101)을 가압한다. 그러면, 임프린트용 수지는 임프린트용 몰드의 홈 내로 이동하게 된다.
경화부(144)는 임프린트용 몰드와 접촉된 임프린트용 수지를 경화하기 위한 열발생부 또는 광발생부가 위치한다. 즉, 경화부(144)에서는 임프린트용 몰드의 홈 내로 이동한 임프린트용 수지가 열 또는 광에 의해 경화됨으로써 기판(101) 상에는 박막 패턴이 형성된다. 여기서, 박막 패턴은 임프린트용 몰드의 홈 및 돌출부와 반전 전사된 형태를 가진다.
분리부(146)는 임프린트용 몰드와 합착된 기판을 분리하기 위한 흡착 패드가 위치한다. 즉, 분리부(146)에서는 임프린트용 몰드에 흡착된 흡착 패드가 기판(101)의 반대 방향으로 상승함으로써 박막 패턴이 형성된 기판(101)과 임프린트용 몰드가 분리된다. 이 때, 박막 패턴이 형성된 기판의 에지부의 미도포 영역에 N2와 같은 기체(Air)가 분사된다. 그러면, 임프린트용 몰드와 기판(101) 사이로 N2와 같은 기체(Air)가 쉽게 주입됨으로써 임프린트용 몰드와 기판(101)의 분리가 용이해진다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명에 따른 박막 패턴의 제조 방법을 나타내는 단면도들이다.
도 7a에 도시된 바와 같이 기판(101) 상에 잉크젯 코터와 같은 코팅부(120)를 통해 액상 고분자 전구체(114)가 원하는 영역에 선택적으로 분사됨으로써 임프린트용 수지(112)가 도포된다. 이 때, 임프린트용 수지(112)는 기판(101)의 에지부를 제외한 나머지 영역에 형성되거나 액티브 영역에 선택적으로 형성된다.
임프린트용 수지(112)가 형성된 기판(101) 상부에 도 7b에 도시된 바와 같이 임프린트용 몰드(160)가 정렬된다. 임프린트용 몰드(160)는 홈(162)과 돌출부(164)를 가진다. 또한, 임프린트용 몰드(160)는 예를 들어 폴리디메틸실록세인(Polydimethysiloxane: PDMS)로 형성된다.
그런 다음, 임프린트용 몰드(160)는 임프린트용 수지(112)와 합착된다. 그러면, 임프린트용 수지(112)가 임프린트용 몰드(160)의 홈(162)내로 이동하게 되므로 도 7c에 도시된 바와 같이 박막 패턴(166)이 형성된다. 박막 패턴(166)은 임프린트용 몰드(160)의 홈(162)과 반전 전사된 형태를 가진다. 기판(101)에 형성된 박막 패턴(166)은 임프린트용 몰드(160)와 합착된 상태로 열 또는 광에 의해 경화된다.
그런 다음, 박막 패턴(166)이 형성된 기판(101)과 합착된 임프린트용 몰드(160)의 일측은 흡착 패드(170)와 접촉하게 된다.
그런 다음, 도 7d에 도시된 바와 같이 임프린트용 수지(112)의 미도포 영역과 임프린트용 몰드(110) 사이로 N2와 같은 기체를 분사함과 동시에 흡착 패드(170)를 이용하여 임프린트용 몰드(160)를 기판(101)의 반대방향으로 상승시킨다. 이에 따라, 임프린트용 몰드(160)는 도 7e에 도시된 바와 같이 박막 패턴(166)이 형성된 기판(101)과 분리된다.
한편, 본 발명에 따른 임프린트용 몰드(110)로 형성된 박막 패턴(166)은 도 8에 도시된 액정 표시 패널에 적용된다. 구체적으로, 도 8에 도시된 본 발명에 따른 액정 표시 패널은 액정층(178)을 사이에 두고 서로 대향하여 합착된 박막 트랜지스터 기판(190) 및 컬러 필터 기판(180)을 구비한다.
칼라 필터 기판(180)은 상부기판(182) 상에 순차적으로 형성된 블랙매트릭스(184), 칼라필터(186), 공통 전극(188), 컬럼 스페이서(도시하지 않음) 및 액정 배향을 위한 상부 배향막(172)을 구비한다.
박막 트랜지스터 기판(190)은 하부 기판(192) 위에 서로 교차하게 형성된 게이트 라인(196) 및 데이터 라인(194)과, 그 교차부에 인접한 박막 트랜지스터(198)와, 그 교차 구조로 마련된 화소 영역에 형성된 화소 전극(176) 및 액정 배향을 위한 하부 배향막(174)을 구비한다.
이러한 액정 표시 패널의 컬러필터(186), 블랙 매트릭스(184), 컬럼 스페이서 및 상/하부 배향막(172,174) 등과 같은 유기물질로 형성되는 박막 패턴과, 액정 표시 패널의 박막트랜지스터(198), 게이트 라인(196), 데이터 라인(194) 및 화소 전극(176) 등과 같은 무기물질로 형성되는 박막을 패터닝하기 위한 마스크로 이용되는 포토레지스트 패턴은 본원 발명에 따른 제조 공정을 통해 형성될 수 있다.
이외에도 본 발명에 따른 박막 패턴의 제조 장치로는 액정 표시 패널 뿐만 아니라 플라즈마 디스플레이 패널, 전계 발광 표시 패널 및 전계 방출 소자 등의 평판 표시 소자의 박막 또는 후막을 형성할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
120: 코팅부 140 : 임프린트용 시스템
142 : 합착부 144 : 경화부
146 : 분리부 160 : 임프린트용 몰드

Claims (8)

  1. 기판의 에지부를 제외한 나머지 영역에 임프린트용 수지를 도포하는 단계와;
    상기 임프린트용 몰드와 상기 임프린트용 수지를 접촉시켜 상기 기판 상에 박막 패턴을 형성하는 단계와;
    상기 임프린트용 몰드를 상기 기판으로부터 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 임프린트용 수지를 도포하는 단계는
    상기 기판 상에 잉크젯 코터를 정렬하는 단계와;
    상기 기판의 에지부를 제외한 나머지 영역에 상기 잉크젯 코터를 이용하여 상기 임프린트용 수지를 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 임프린트용 수지는 기판의 에지부에 다각형 또는 반구형태로 10~26mm의 선폭의 상기 기판의 에지부를 제외한 나머지 영역에 도포되는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 임프린트용 수지는 상기 기판의 외곽 영역에 형성된 광차단층과 5mm이상 중첩되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 방법.
  5. 기판의 에지부를 제외한 나머지 영역에 임프린트용 수지를 도포하는 코팅부와;
    상기 임프린트용 몰드와 상기 임프린트용 수지를 접촉시켜 상기 기판 상에 박막 패턴을 형성하고, 상기 임프린트용 몰드를 상기 기판으로부터 분리하는 임프린트용 시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 코팅부는 상기 기판의 에지부에 다각형 또는 반구형태로 10~26mm 선폭의 상기 기판의 에지부를 제외한 나머지 영역에 상기 임프린트용 수지를 도포하는 것을 특징으로하는 박막 패턴의 제조 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 코팅부는 상기 기판의 외곽 영역에 형성된 광차단층과 5mm이상 중첩되도록 상기 임프린트용 수지를 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 임프린트용 수지는 솔벤트가 함유되지 않은 액상 고분자 전구체로 형성되며,
    상기 코팅부는 잉크젯 코터인 것을 특징으로 하는 박막 패턴의 제조 장치.
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