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대면적 UV 임프린팅 공정에서 유연 몰드의 변형
Soft Mold Deformation of Large-area UV Impring Process 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.10 no.4, 2011년, pp.53 - 59  

김남웅 (동양미래대학 기계공학부) ,  김국원 (순천향대학교 공과대학 기계공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently there have been considerable attentions on nanoimprint lithography (NIL) by the display device and semiconductor industry due to its potential abilities that enable cost-effective and high-throughput nanofabrication. Although one of the current major research trends of NIL is large-area pat...

주제어

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문제 정의

  • 그러나이 경우 고체와 유체의 연성 해석이 필요하므로 모델링이 복잡하고 계산시간이 매우 많이 걸리는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 그 전초 단계로 임프린팅 압력에 의한 몰드의 변형만을 먼저 계산하여 이의 전사된 최종 패턴의 영향을 살펴보고자 하며, 몰드와 레지스트를 복합적으로 고려하는 연성 해석은 향후 수행하고자 한다.
  • 본 연구에서는 2세대 TFT-LCD 유리기판(370 × 470 mm2)을 대상으로 하는 전면 가압 방식의 임프린팅 공정[8]에서, 가압시 몰드의 탄성변형으로 초래되는 전사 패턴 전체의 왜곡을 조사하기 위하여 대면적 유연 몰드의 변형을 살펴보고자 한다.
  • 연구의 주요 목표는 Fig. 1에 나타낸 대면적 몰드에서 전면 가압 임프린팅 공정 중 발생하는 몰드의 변형을 계산하는 것이다. 이것은 주기적으로 반복되는 24 개의 셀 중, 하나의 변형을 계산하는 문제로 대치될수 있다.
  • 더욱이 본 논문에서와 같이 유연 몰드를 사용할 경우 몰드 변형에 의해 잔류층 불균일의 양상이 더욱 복잡해 진다. 이에 따라 본 논문에서는 임프린팅 공정에서 발생하는 몰드 전면적의 변형 분포를 유한요소해석을 통하여 계산하여 그 양상을 살펴보았다. 유한요소모델링시 유효 물성치를 도입하여 미세 패턴의 효과를 고려할 수 있었다.

가설 설정

  • 4. Deformation of (a) via hole pattern area and (b) large surrounding wall area in z-dir. by imprinting pressure of 2 bar.
  • 셋째, 인덴터를 모사하는 접촉면(Contact Surface)을 생성하여 비아홀 형성용 실린더형 돌출부를 인덴테이션 시험과 같이 0에서 7 mN까지 순차적으로 가압하였다. 마지막으로 PDMS재료는 선형 등방성 탄성체로 가정하였다. 본 연구의 대면적 임프린팅 공정에서 고려하고 있는 임프린팅 압력은 3 bar 미만의 값이다.
  • 본 연구의 대면적 임프린팅 공정에서 고려하고 있는 임프린팅 압력은 3 bar 미만의 값이다. 이때 발생하는 PDMS층의 변형은 신장률 110 % 내외로 소변형에 해당되어 비선형성이 작기 때문에 Mooney-Rivlin이나 Ogden의 초탄성 구성방정식[10]으로 고려하지 않고, 해석의 편의상 선형 탄성 가정을 도입하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
NIL이란 무엇인가? 나노 임프린트 리소그래피 (Nanoimprint Lithography, NIL) 공정은 1990년대 중반에 최초 제안된 이래, 반도체 및 디스플레이 산업에서 기존 고가의 포토 리소그래피 공정을 대체할 수 있는 대안으로 활발한 연구가 이루어지고 있다[1,2]. NIL은 몰드(혹은 스탬프) 에 기 형성되어 있는 나노 구조의 패턴 형상을 기계적 가압을 통해 반복적으로 기판에 전사시키는 기술로서, 사용되는 레지스트의 종류 및 경화시키는 방법에 따라 대체적으로 열 나노임프린트 리소그래피 (Thermal NIL)와 자외선 나노임프린트 리소그래피(UV NIL)로 구별된다[3,4]. 이중 특히, UV NIL은 상온 및 저압 조건에서 공정이 이루어지기 때문에 생산성 면에서 Thermal NIL에 비해 강점을 갖는다.
임프린팅 공정을 전면 가압 방식으로 하였을 때 어떤 문제가 발생하는가? 임프린팅 면적이 증가할수록, 몰드 상면 전면적에 걸쳐 균일한 압력으로 가압하기가 점점 더 어려워진다. 나아가 상면에 균일한 압력을 가한다 할지라도, 몰드에 형성되어 있는 패턴의 형상 및 크기가 일정치 않고 다양하다면, 몰드와 기판 사이의 레지스트에 압력불균형이 발생하고 이는 결국 기판에 전사되는 패턴의 잔류층 불균일을 초래하게 된다[5]. 더욱이 기판의 두께 공차나 스테이지의 편평도 공차를 고려한다면, 잔류층 불균일은 더욱 커지게 되는 것이다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 저강성의 유연(Soft) 몰드를 사용하여 종래의 전면 가압과 달리 롤러(Roller)를 사용하여 가압하는 방법이 제안 되어 연구되고 있다[6,7].
NIL을 레지스트의 종류 및 경화 방법에 따라 구분하시오. 나노 임프린트 리소그래피 (Nanoimprint Lithography, NIL) 공정은 1990년대 중반에 최초 제안된 이래, 반도체 및 디스플레이 산업에서 기존 고가의 포토 리소그래피 공정을 대체할 수 있는 대안으로 활발한 연구가 이루어지고 있다[1,2]. NIL은 몰드(혹은 스탬프) 에 기 형성되어 있는 나노 구조의 패턴 형상을 기계적 가압을 통해 반복적으로 기판에 전사시키는 기술로서, 사용되는 레지스트의 종류 및 경화시키는 방법에 따라 대체적으로 열 나노임프린트 리소그래피 (Thermal NIL)와 자외선 나노임프린트 리소그래피(UV NIL)로 구별된다[3,4]. 이중 특히, UV NIL은 상온 및 저압 조건에서 공정이 이루어지기 때문에 생산성 면에서 Thermal NIL에 비해 강점을 갖는다.
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참고문헌 (10)

  1. Chou, S. and Krauss, P., "Imprint lithography with sub-10nm feature size and high throughput," Microelectronic Engineering., Vol. 35, pp. 237-240, 1997. 

  2. Guo, L. J., "Recent progress in nanoimprint technology and its applications," J. Phys. D: Appl. Phys., Vol. 37, pp. R123-R141, 2004. 

  3. Kim, N. W., Kim, K. W., and Sin, H.-C., "Finite element analysis of low temperature thermal nanoimprint lithography using a viscoelastic model," Microelectronic Engineering., Vol. 85, pp. 1858-1865, 2008. 

  4. Kim, N. W., Kim, K. W., and Sin, H.-C., "A mathematical model for slip phenomenon in a cavity-filling process of nanoimprint lithography," Microelectronic Engineering., Vol. 86, pp. 2324-2329, 2009. 

  5. Heyderman, L. J., Schift, H., David, C., Gorbrecht, J., and Schweizer, T., "Flow behaviour of thin polymer films used for hot embossing lithography," Microelectronic Engieering, Vol. 54, pp. 229-245, 2000. 

  6. Ahn, S. H. and Guo, L. J., "High-speed roll-to-roll nanoimprint lithography on flexible plastic substrates," Advanced Materials, Vol. 20, pp. 2044-2049, 2008. 

  7. 김남웅, 김국원, 이우영, "대면적 UV 임프린팅 공정에서 고무 롤러에 의한 압력분포," 반도체디스플레이기술학회지, 제 9권, pp. 91-96, 2010. 

  8. Bae, J., Kim, Chang, J., and Lim, S., "Large area UV nanoimprint lithography for TFT-LCD devices," Proceeding of The 7th International Conference on Nanoimprint and Nanoprint Technology, pp. 186-187, 2008. 

  9. Kim, N. W., Kim, K. W., and Kang, D. J., "Analysis of shadow mask thermal deformation and prediction of beam landing shift for color CRT," IEEE Transactions of Consumer Electronics, Vol. 44, pp. 442-450, 1998. 

  10. Treloar, L. R. G., "The Physics of Rubber Elasticity," 3rd Ed., Clarendon, Oxford., 1975. 

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