KR100558754B1 - Ｕｖ 나노임프린트 리소그래피 공정 및 이 공정을수행하는 장치 - Google Patents

Ｕｖ 나노임프린트 리소그래피 공정 및 이 공정을수행하는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노구조물이 각인된 스탬프를 이용하여 웨이퍼 또는 스탬프용 판재 위에 반복적으로 나노구조물을 제작할 수 있는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정 및 이 공정을 수행하는 장치에 관한 것으로, 본 발명의 장치는, 작업 대상물을 장착하는 작업 대상물용 척; 자외선이 투과되는 투명한 재질로 이루어지며, 나노구조물이 표면에 형성된 요소 스탬프를 2개 이상 구비하는 스탬프; 상기 스탬프를 장착하는 스탬프 척; 상기 스탬프를 투과하도록 자외선을 조사하여 요소 스탬프와 작업 대상물 사이에 도포되어 있는 레지스트를 경화시키는 자외선 램프 유닛; 상기 작업 대상물용 척 또는 스탬프 척을 이동시켜 상기 레지스트를 요소 스탬프들과 작업 대상물 표면에 접촉시키는 이동 유닛; 및 상기 요소 스탬프들과 대향하는 작업 대상물의 일부 영역에 선택적으로 가스 압력을 작용시킴으로써 상기 요소 스탬프들의 나노구조물들에 상기 레지스트를 충전(充塡)시키는 압력 부가 유닛;을 포함한다.
UV 나노임프린트 리소그래피, 나노구조물, 다중 양각 요소 스탬프, 선택적 부가 압력

Description

ＵＶ 나노임프린트 리소그래피 공정 및 이 공정을 수행하는 장치{UV NANOIMPRINT LITHOGRAPHY PROCESS AND APPARATUS FOR PERFORMING THE SAME}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 UV 나노임프린트 리소그래피 공정을 수행하는 장치의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 주요부 구성을 나타내는 측면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다중 양각 요소 스탬프의 평면도이다.
도 4는 도 3의 A-A' 단면도이다.
도 5a 내지 5d는 본 발명의 실시예에 따른 UV 나노임프린트 리소그래피 공정 순서를 나타내는 공정도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 평면 스탬프의 단면도이다.
본 발명은 UV 나노임프린트 리소그래피 공정 및 이 공정을 수행하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노구조물이 각인된 스탬프를 이용하여 웨이퍼 또는 스탬프용 판재 위에 반복적으로 나노구조물을 제작할 수 있는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정 및 이 공정을 수행하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 UV 나노임프린트 리소그래피 기술은 경제적ㆍ효과적으로 나노구조물을 제작할 수 있는 기술로, 이를 구현하기 위해서는 나노 스케일에서의 물리현상을 고려한 재료기술, 스탬프 제작기술, 점착 방지막 기술, 식각 기술, 측정 분석기술 등이 필요하며, 나노 스케일의 정밀 제어 기술은 기본이 된다.
이러한 공정 기술은 초고속 나노 스케일의 Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors(MOSFETs), Metal-Semiconductor Field-Effect Transistors(MESFETs), 고밀도 자기 저장장치, 고밀도 Compact Disk(CD), 나노 스케일의 Metal-Semiconductor-Metal Photodetectors(MSM PDs), 초고속, Single-Electron Transistor Memory 등에 적용될 수 있다.
1996년 미국 프린스턴 대학의 Chou 교수 등이 최초로 개발한 나노임프린트 공정에서는 전자빔 리소그래피 공정을 이용하여 제작한 나노 스케일의 부조 구조물을 가진 스탬프를 polymethylmethacrylate (PMMA) 재질의 레지스트가 코팅되어 있는 웨이퍼 표면에 고온 조건에서 누른 후 냉각과정을 거쳐 분리하게 된다. 따라서 레지스트에는 스탬프에 각인된 나노구조물이 정반대 형태로 임프린트되고, 이방성 식각 작업을 거쳐 레지스트 표면에서 눌려진 부분에 남아 있는 잔여 레지스트를 완전히 제거하게 된다. 2001년에는 나노임프린트 기법의 일종인 Laser-Assisted Direct Imprint (LADI)가 개발되었다. 이 기법은 308 nm 파장의 Single 20 ns Excimer laser를 사용하여 실리콘 웨이퍼(silicon wafer) 또는 실리콘 웨이퍼 위에 에 코팅된 레지스트를 순간적으로 녹여 임프린트하는 방법이다. 또한, 유사한 방식으로 고분자에 적용한 Nanosecond Laser-Assisted Nanoimprint Lithography (LA- NIL)에서는 고분자 소재의 레지스트에 100㎚ 선폭과 90㎚ 깊이의 나노구조물을 임프린트 하였다.
상기한 나노임프린트 기술들은 고온에서 공정이 이루어진다. 이는 다층화(multi-layer) 작업이 필수적인 반도체 소자(device) 개발에 있어, 열변형에 의해 다층 정렬(alignment)이 어렵다는 단점을 가지고 있다. 그리고 점도가 큰 레지스트를 임프린트하기 위해서는 고압(30 기압 정도)의 가압력이 필요하기 때문에 이미 제작된 나노구조물의 파손 및 손상을 일으킬 소지가 있고, 사용되는 불투명한(opaque) 스탬프는 다층 정렬작업에 불리하게 작용한다.
이러한 문제들을 해결하기 위해 텍사스 오스틴 대학의 Sreenivasan 교수 등은 1999년에 Step & Flash Imprint Lithography (SFIL) 공정 기술을 제안하였다. 이 공정은 자외선 경화 소재를 사용하여 상온 저압으로 나노구조물을 제작할 수 있는 기법으로, 자외선이 투과할 수 있는 재질(quartz, Pyrex glass 등)을 스탬프 소재로 사용한다는 점이 특징이다.
상기 SFIL 공정은 먼저 실리콘 웨이퍼 위에 전달층(transfer layer)을 스핀 코팅하고, 자외선 투과성 스탬프를 전달층과 일정 간격이 유지한 상태에서 점성(viscosity)이 낮은 자외선 경화수지를 표면장력에 의하여 나노구조물 안으로 충전(充塡)시킨다.
계속하여, 충전(充塡)이 완료된 시점에서 스탬프를 전달층과 접촉시키고, 자외선을 조사하여 수지를 경화시킨 후, 스탬프를 분리하고 식각 과정과 lift-off 과정을 거쳐 나노구조물이 웨이퍼 위에 각인되도록 한다.
그런데, UV 나노임프린트 리소그래피 공정에서 사용되는 스탬프와 웨이퍼(Si 웨이퍼)의 작업 표면은 평탄도 오차(예, Si 웨이퍼: 20∼30㎛)를 가지고 있기 때문에 임프린트를 진행할 때 레지스트가 스탬프의 의해 불완전 가압되는 경우가 발생하게 된다. 소단위 크기의 스탬프를 사용하는 SFIL 공정에서는 이러한 불완전 가압을 해결하기 위해 스탬프를 가압하기 전에 스탬프의 옆면에 부착된 거리 센서로부터 스탬프 면(face)과 웨이퍼의 거리를 측정하고, 측정된 거리에 따라 스탬프를 미세 회전시켜서 웨이퍼 면과 스탬프 면을 최대한 평형하게 유지하여 임프린트하는 방식을 채택하고 있다. 즉, 웨이퍼의 표면 굴곡을 따라 나노구조물이 각인된 스탬프 표면의 각도를 조절하여 임프린트하는 것이다.
SFIL의 또 다른 특징은 Step & Repeat 방식으로 전체 웨이퍼를 한 번에 임프린트하는 것이 아니라 소단위 크기의 스탬프를 사용하고 여러 번 반복하여 임프린트하는 방식을 채택하고 있다는 점이다. 이 방식은 작은 면적을 가진 스탬프를 사용하기 때문에, 대면적의 웨이퍼를 임프린트하는 경우에 매번 정렬 작업과 나노임프린트 공정을 수행하게 되므로 전체 공정 시간이 매우 길어지는 단점이 있다.
그리고 대면적의 웨이퍼에 나노임프린트하기 위하여, 하나의 스탬프에 복수 개의 나노구조물을 형성하고, 이를 웨이퍼의 상면에 도포된 레지스트에 압착시킴으로써 상기 웨이퍼에 대응되는 나노구조물을 형성할 수 있다. 그러나 스탬프와 웨이퍼의 크기가 증가할수록 평탄도 오차가 더욱 커지기 때문에 이로 인한 불완전 가압이 되는 레지스트가 발생하게 되며, 한 웨이퍼 내에서 제작된 나노구조물에서 레지스트가 불완전 충전(充塡)될 수 있고, 잔여 두께의 분포가 불균일해짐에 따라 웨 이퍼에 나노구조물을 형성하기 위한 에칭 공정에 어려움이 발생할 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 UV 나노임프린트 리소그래피 공정에서 스탬프와 웨이퍼 각각의 평탄도 오차에 관계없이 고정밀, 고품질의 나노구조물을 빠른 시간 내에 효율적으로 형성할 수 있는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정 및 이 공정을 수행하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 대면적의 스탬프를 저렴한 비용으로 양산할 수 있는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정 및 이 공정을 수행하는 장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
나노 구조물이 표면에 형성된 요소 스탬프를 2개 이상 구비하는 스탬프를 마련하는 단계;
작업 대상물 또는 요소 스탬프들 표면에 레지스트를 도포하는 단계;
상기 스탬프 및 작업 대상물을 스탬프 척 및 작업 대상물용 척에 각각 장착하는 단계;
상기 작업 대상물용 척 또는 스탬프 척을 이동시켜 상기 레지스트를 요소 스탬프들 또는 작업 대상물 표면에 가압하는 가압 단계;
상기 요소 스탬프들과 대향하는 작업 대상물의 일부 영역을 가스 압력을 통해 선택적으로 가압함으로써 상기 요소 스탬프들의 나노 구조물들에 상기 레지스트를 충전(充塡)시키는 압력 부가 단계;
상기 레지스트에 자외선을 조사(照査)하여 레지스트를 경화하는 단계;
상기 스탬프를 상기 작업 대상물과 분리하는 단계;
상기 작업 대상물과 스탬프의 상대적 위치를 변경한 후, 상기 단계들을 필요한 횟수만큼 반복하여 작업 대상물의 설정 영역에 경화된 레지스트를 형성하는 단계; 및
상기 경화된 레지스트를 이용하여 작업 대상물에 나노구조물들을 형성하는 단계;
를 포함하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정을 제공한다.
여기에서, 상기 작업 대상물은 웨이퍼 또는 스탬프용 판재로 이루어진다.
그리고, 레지스트를 도포하는 단계는 작업 대상물의 전체 면에 레지스트를 도포하는 스핀 코팅(spin coating) 방식, 상기 각 요소 스탬프들의 표면에 레지스트 액적을 직접 도포하는 액적 도포(droplet dispensing) 방식 또는 상기 각 요소 스탬프들에 대응되는 위치에 구멍(opening)이 형성된 마스크를 상기 작업 대상물 위에 설치하고, 그 위에 레지스트를 분사함으로써 상기 작업 대상물 상면의 일부 영역에 레지스트를 도포하는 분사(spray) 방식으로 이루어질 수 있다.
상기 액적 도포 방식 또는 분사 방식의 경우, 상기 스탬프를 작업 대상물과 분리한 후에는 2번째 공정을 수행하기 위해 상기 요소 스탬프 또는 작업 대상물의 표면에 레지스트를 도포하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.
그리고, 작업 대상물의 설정 영역에 레지스트를 전부 형성한 후에는 상기 레지스트가 도포된 작업 대상물의 상면을 식각(etching)하여 작업 대상물에 나노구조 물들을 형성한다.
또한, 상기한 나노임프린트 리소그래피 공정을 수행하는 장치로 본 발명은,
작업 대상물을 장착하는 작업 대상물용 척;
자외선이 투과되는 투명한 재질로 이루어지며, 나노구조물이 표면에 형성된 요소 스탬프를 2개 이상 구비하는 스탬프;
상기 스탬프를 장착하는 스탬프 척;
상기 스탬프를 투과하도록 자외선을 조사하여 요소 스탬프와 작업 대상물 사이에 도포되어 있는 레지스트를 경화시키는 자외선 램프 유닛;
상기 작업 대상물용 척 또는 스탬프 척을 이동시켜 상기 레지스트를 요소 스탬프들과 작업 대상물 표면에 접촉시키는 이동 유닛; 및
상기 요소 스탬프들과 대향하는 작업 대상물의 일부 영역에 가스 압력을 작용시킴으로써 상기 요소 스탬프들의 나노 구조물들에 상기 레지스트를 충전(充塡)시키는 압력 부가 유닛;
을 포함하는 장치를 제공한다.
상기 작업 대상물용 척은 수평방향 이송 가이드에 의해 수평방향으로 이송 가능하게 설치되고, 상기 이동 유닛에 의해 수직방향으로 이송 가능하게 설치된다.
물론, 상기 이동 유닛에 의해 작업 대상물용 척을 수직방향으로 이송할 때, 수직방향 이송 가이드를 사용하여 이 척의 수직방향 이송을 가이드할 수도 있다.
작업 대상물용 척을 수직방향으로 이송하는 상기 이동 유닛은 상기 압력 부가 유닛을 수직방향으로 이송 가능하게 설치하는 유압 실린더 또는 모터 구동식 액 튜에이터로 구성할 수 있다.
그리고, 상기 압력 부가 유닛은 중공부를 구비하는 함체 형상의 하우징, 상기 하우징에 제공되며 중공부와 연통하는 가스 공급홀들, 상기 중공부에 가스를 공급하는 가스 공급기 및 상기 가스 공급홀들과 연통하며 상기 작업 대상물용 척에 제공되는 관통홀들을 포함한다. 더욱이, 상기 하우징의 상면에는 가스 공급홀들을 통해 공급된 가스가 관통홀들로 공급되지 못하고 누설되는 것을 방지하기 위한 씰링 부재, 예컨대 오링이 장착된다.
또한, 스탬프와 작업 대상물의 분리를 위해 양 부재 사이에 가스(공기 또는 질소 등)를 단속적으로 분사하는 가스 공급 노즐을 더욱 구비할 수 있다.
한편, 상기 스탬프는 서로 이웃한 요소 스탬프들 사이에 상기 각각의 요소 스탬프 상에 각인된 나노구조물의 깊이보다 더 깊은 홈(channel)을 구비하는 다중 양각 요소 스탬프를 사용하거나, 공지의 평면 스탬프를 사용할 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 UV 나노임프린트 리소그래피 공정을 수행하는 장치의 개략적인 구성을 나타내는 사시도를 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 주요부 구성을 나타내는 단면도를 도시한 것이다.
본 실시예의 장치는 상판 프레임(10a)과 하판 프레임(10b) 및 좌우측 프레임(10c,10d)을 포함하는 베이스(10)를 구비하며, 상기 베이스(10)는 하판 프레임(10b)에 설치된 4개의 지지각(12)에 의해 바닥면에 설치된다.
상기 상판 프레임(10a)에는 다중 양각 요소 스탬프(14)를 장착하는 스탬프 척(16)이 고정 설치되는데, 이 스탬프 척(16)은 도 2에 도시한 바와 같이 자외선이 투과되는 재질로 이루어지며 다중 양각 요소 스탬프(14)를 진공 흡착하는 백 플레이트(16a)와, 상기 백 플레이트(16a)를 장착하는 본체(16b)를 포함한다.
상세히 도시하지는 않았지만, 상기 백 플레이트(16a)에는 다중 양각 요소 스탬프(14)의 진공 흡착을 위한 진공 라인(16'a)이 구비되며, 이 진공 라인(16'a)은 도시하지 않은 진공 발생기에 연결된다.
그리고, 상기 상판 프레임(10a)의 상측으로는 스탬프 척(16)에 장착된 다중 양각 요소 스탬프(14)를 투과하여 웨이퍼 등에서 가압된 레지스트에 자외선을 조사하는 자외선 램프 유닛(18)이 2개의 지지체(18')에 의해 일정한 높이로 설치되어 있다.
한편, 하측 프레임(10b)에는 웨이퍼 또는 스탬프용 판재 등의 작업 대상물용 척(20)의 수평방향 이송을 가이드하는 가이드 블록(22)이 설치되어 있고, 이 가이드 블록(22)의 가이드 레일(22')에는 척 설치 플레이트(24)의 슬라이드 블록(24')이 슬라이드 가능하게 결합되어 있으며, 척 설치 플레이트(24)에는 작업 대상물용 척(20)을 지지함과 아울러 상기 척(20)의 수직방향 이송을 가이드하는 가이드 로드(26)들이 설치되어 있다.
그리고, 작업 대상물용 척(20)의 하측으로는 상기 척(20)에 장착된 작업 대상물(28)에 가스 압력을 부가하기 위한 압력 부가 유닛(30)이 설치되는데, 이 압력 부가 유닛(30)은 중공부(30a)를 구비하는 함체 형상의 하우징(30b), 하우징(30b)에 제공되며 중공부(30a)와 연통하는 가스 공급홀(30c)들, 가스 공급관(30d)을 통해 중공부(30a)에 가스를 공급하는 가스 공급기(미도시함) 및 상기 가스 공급홀(30c)들과 연통하며 상기 작업 대상물용 척(20)에 제공되는 관통홀(30e)들을 포함한다. 또한, 상기 하우징(32b)의 상면에는 작업 대상물용 척(20)의 저면과 밀착됨으로써 상기 가스 공급홀(30c)들에서 배출된 가스의 누설을 방지하는 오링(30f)이 설치된다.
이러한 구성의 압력 부가 유닛(30)은 상기 하우징(30b)이 이동 유닛(32)에 의해 수직방향으로 상승 및 하강 가능하게 설치된다. 상기 이동 유닛(32)은 작업 대상물용 척(20)을 다중 양각 요소 스탬프(14)쪽으로 상향 이송하기 위한 이송력을 제공하기 위한 것으로, 상세히 도시하지는 않았지만 상기 이동 유닛(32)은 유압 실린더 또는 모터 구동식 액튜에이터 등으로 이루어질 수 있다.
한편, 좌측 프레임(10c)에는 다중 양각 요소 스탬프(14)를 스탬프 척(16)에 장착하는 스탬프 장착 지그(34)가 설치되며, 이 지그(34)는 스탬프 척(16)과 작업 대상물용 척(20) 사이에 위치된다. 그리고, 도시하지는 않았지만, 작업 대상물(28)과 다중 양각 요소 스탬프(14) 사이로 공기 또는 질소 등의 가스를 단속적으로 분사하는 가스 분사 노즐을 더욱 구비함으로써 양 부재간의 분리 작업이 원활하게 이루어지도록 하는 것도 가능하다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다중 양각 요소 스탬프를 도시한 평면도 및 도 3의 A-A' 선을 따라 절단하여 본 단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 다중 양각 요소 스탬프(14)는 상하좌우로 배열되는 다중의 요소(element) 스탬프(14a)들이 각각 양각화(embossed)되어 있으며, 이웃한 요소 스탬프들 사이에는 홈(14b)이 형성되어 있다. 그리고 각 요소 스탬프(14a) 상에는 전자빔 리소그래피(electron-beam lithography) 공정 등과 같은 미세 형상 가공 공정을 이용하여 각인된 나노구조물(14'a)들이 형성되어 있다.
이 때, 상기 홈(14b)의 깊이(hG)는 상기 나노구조물(14'a)들의 깊이(hS)보다 더 깊게 형성되는 바, 2배 내지 1000배 정도만큼 더 깊게 형성되는 것이 바람직하다. 홈(14b)의 깊이(hG)가 나노구조물(14'a)들의 깊이보다 2배 미만으로 형성되는 경우에는 나노구조물(14'a)들의 깊이(hS)와 차이가 크지 않아 홈(14b)으로 유입되는 레지스트를 충분히 수용할 수 없고, 1000 배 이상으로 형성되는 경우에는 스탬프(14)의 강도가 약해져서 나노임프린트시 파손될 수 있는 문제점이 있기 때문이다.
이하, 상기한 구성의 장치를 사용하여 UV 나노임프린트 리소그래피 공정을 수행하는 방법에 대해 도 1, 도 4 및 도 5a 내지 5d를 참조로 설명하면 다음과 같다.
작업 대상물(28), 예컨대 웨이퍼 상에 나노구조물을 형성하기 위하여, 먼저 다중 양각 요소 스탬프(14)의 요소 스탬프(14a)들에 형성된 나노구조물(14'a) 표면에 레지스트 액적(36)을 도포한다. 이 때, 요소 스탬프(14a)들의 나노구조물(14'a) 표면에 레지스트 액적을 도포하는 대신 스핀 코팅 방식 또는 분 사 방식 등을 이용하여 웨이퍼 전면 또는 일부 영역에 레지스트를 도포하는 것도 가능하다. 그리고, 레지스트로는 UV 경화성 고분자 소재를 적용하는 것이 바람직하다.
이와 같이 레지스트 액적(36)이 도포된 다중 양각 요소 스탬프(14)를 스탬프 장착 지그(34)를 사용하여 스탬프 척(16)에 장착하고, 웨이퍼를 작업 대상물용 척(20)에 장착한다. 이때, 상기 스탬프 척(16)은 도시하지 않은 진공 발생기에 의해 발생된 진공압에 의해 다중 양각 요소 스탬프(14)를 흡착 고정한다.
다음으로, 유압 실린더 또는 모터 구동식 액튜에이터 등의 이동 유닛(32)을 작동시켜 압력 부가 유닛(30)의 하우징(30b)을 수직방향으로 상향 이동시킨다. 이와 같이 하우징(30b)을 상향 이동시키면 하우징(30b)의 표면에 설치된 오링(30f)이 작업 대상물용 척(20)의 저면과 밀착된다.
이 상태에서 상기 이동 유닛(32)을 계속 작동시키면 작업 대상물용 척(20)이 하우징(30b)과 함께 상향 이동되는데, 상기한 이동 유닛(32)은 작업 대상물용 척(20)에 장착된 웨이퍼의 표면이 다중 양각 요소 스탬프(14)의 나노구조물(14'a) 표면에 도포된 레지스트 액적(36)을 누르게 될 때까지 계속 구동된다.
이동 유닛(32)의 구동에 의해 웨이퍼의 표면이 레지스트 액적을 누르게 되면, 이후 압력 부가 유닛(30)의 가스 공급기가 구동되고, 가스 공급기에서 공급되는 가스가 가스 공급관(30d)을 통해 중공부(30a), 가스 공급홀(30c)들, 관통홀(30e)들을 순차적으로 통과하여 웨이퍼 저면의 일부 영역에 선택적으로 공급된다. 따라서, 웨이퍼의 일부 영역, 바람직하게는 요소 스탬프(14a)들과 마주하는 영역이 상기 가스 압력으로 인해 요소 스탬프(14a)쪽으로 가압되므로, 다중 양각 요소 스탬프와 웨이퍼의 평탄도 오차로 인해 나노구조물들의 홈에 레지스트가 불완전하게 충전(充塡)되는 것을 방지할 수 있다.
물론, 상기한 가스 공급 과정에서 상기 오링(30e)이 가스 누설을 방지한다.
다음으로, 자외선 램프 유닛(18)을 구동하여 레지스트(36)에 자외선을 조사(照査)하여 레지스트(36)를 경화시킨다.
레지스트(36)가 경화되면 이후 다중 양각 요소 스탬프(14)를 웨이퍼로부터 분리하는데, 이때, 상기 다중 양각 요소 스탬프(14)의 홈(14b)이 있으므로, 경화 상태로 웨이퍼의 표면에 남아 있는 레지스트와 다중 양각 요소 스탬프(14)의 분리가 양호하게 이루어지게 된다. 물론, 상기 분리 작업이 더욱 효과적으로 이루어지도록 하기 위해서는 도시하지 않은 가스 분사 노즐을 이용하여 다중 양각 요소 스탬프(14)와 웨이퍼 사이에 가스를 단속적으로 분사할 수도 있다.
이후, 분리된 다중 양각 요소 스탬프(14)의 나노구조물(14'a)들 표면에 레지스트 액적을 다시 도포하고, 2번째 공정을 수행하기 위해 작업 대상물용 척(20)을 이송한다. 이때, 작업 대상물용 척(20)의 이송은 가이드 블록(22)을 따라 진행되며, 작업 대상물용 척(20)의 이송시 스탬프 척(16)과 부가 압력 유닛(30)은 고정 상태로 유지된다. 그리고, 작업 대상물용 척(20)을 이송한 후에는 위에서 설명한 과정을 반복하여 웨이퍼의 설정 영역에 레지스트를 형성할 수 있다. 일례로, 5×5 인치의 다중 양각 요소 스탬프를 이용하여 8인치 웨이퍼에 나노구조물들을 형성하는 경우에는 상기한 과정을 4번 반복하는 것에 의해 레지스트를 형성할 수 있다.
다음으로, 레지스트(36)가 도포된 웨이퍼의 상면을 식각(etching)한다. 그리고 웨이퍼 상면에 남아있는 레지스트를 제거하면 웨이퍼 상에 나노구조물이 형성되게 된다.
한편, 상기한 작업 대상물로 웨이퍼 대신에 스탬프용 판재를 사용하는 경우에는 위에서 설명한 공정을 실시하여 대면적의 다중 양각 요소 스탬프를 저렴한 비용으로 제작할 수 있다.
이상에서는 다중 양각 요소 스탬프를 사용하여 Step & Repeat 방식으로 나노구조물들을 형성하는 경우에 대해 설명하였지만, 본 발명의 장치 및 공정은 도 6에 도시한 바와 같이 도 4의 홈(14b)을 구비하지 않는 평면 스탬프(14')를 사용하는 것도 가능하다. 다만, 이 경우에는 공기 포획(air entrapment) 등의 결함을 제거하기 위해, 본 실시예의 장치를 진공 챔버의 내부에 설치하고, 진공 분위기 하에서 공정을 수행해야 한다.
그리고, 작업 대상물(28)로 스탬프용 판재를 사용하여 웨이퍼와 동일한 작업 면적을 갖는 대면적의 스탬프(평면 스탬프 또는 다중 양각 요소 스탬프)를 제조한 경우에는 이렇게 제조된 대면적의 스탬프를 사용하여 한번의 작업으로 공정을 완료할 수도 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 공정 수행 시 스탬프와 웨이퍼 각각의 평탄도 오차에 의해 불완전 가압된 레지스트를 부가 압력을 이용하여 추가로 가압함으로써, 대면적의 스탬프(예, 5×5 인치 스탬프)를 이용하여 single-step 또는 step & repeat 방식으로 대면적의 웨이퍼(예, 8 인치 웨이퍼)에 나노구조물을 제작하는 경우에 발생할 수 있는 레지스트의 불완전 충전(充塡)을 방지할 수 있다. 따라서 고정밀, 고품질의 나노구조물을 빠른 시간 내에 경제적??효율적으로 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기한 장치를 이용하여 웨이퍼와 동일한 작업 면적을 갖는 스탬프를 저렴한 비용으로 생산할 수 있는 효과도 있다.

Claims (14)

  1. 작업 대상물 상에 나노구조물(nanostructure)을 형성하기 위한 UV 나노임프린트 리소그래피(ultraviolet nanoimprint lithography) 공정을 수행하는 장치에 있어서,
    작업 대상물을 장착하는 작업 대상물용 척;
    자외선이 투과되는 투명한 재질로 이루어지며, 나노구조물이 표면에 형성된 요소 스탬프를 2개 이상 구비하는 스탬프;
    상기 스탬프를 장착하는 스탬프 척;
    상기 스탬프를 투과하도록 자외선을 조사하여 요소 스탬프와 작업 대상물 사이에 도포되어 있는 레지스트를 경화시키는 자외선 램프 유닛;
    상기 작업 대상물용 척 또는 스탬프 척을 이동시켜 상기 레지스트를 요소 스탬프들과 작업 대상물 표면에 접촉시키는 이동 유닛; 및
    상기 요소 스탬프들과 대향하는 작업 대상물의 일부 영역에 선택적으로 가스 압력을 작용시킴으로써 상기 요소 스탬프들의 나노 구조물들에 상기 레지스트를 충전(充塡)시키는 압력 부가 유닛;
    을 포함하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정을 수행하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 작업 대상물용 척은 가이드 블록에 의해 수평방향으로 이송 가능하게 설치되고, 상기 이동 유닛에 의해 수직방향으로 이송 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정을 수행하는 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 작업 대상물용 척은 상기 이동 유닛에 의해 수직방향으로 이송되는 동안 가이드 로드에 의해 가이드되는 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정을 수행하는 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 이동 유닛은 상기 압력 부가 유닛을 수직방향으로 이송 가능하게 설치하는 유압 실린더 또는 모터 구동식 액튜에이터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정을 수행하는 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 압력 부가 유닛은 중공부를 구비하는 함체 형상의 하우징, 상기 하우징에 제공되며 중공부와 연통하는 가스 공급홀들, 상기 중공부에 가스를 공급하는 가스 공급기 및 상기 가스 공급홀들과 연통하며 상기 웨이퍼 척에 제공되는 관통홀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정을 수행하는 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 하우징의 상면에는 가스 공급홀들을 통해 공급된 가스가 관통홀들로 공급되지 못하고 누설되는 것을 방지하기 위한 씰링 부재가 장착되는 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정을 수행하는 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 스탬프와 작업 대상물을 분리하기 위해 스탬프와 작업 대상물 사이에 가스를 분사하는 가스 공급 노즐을 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정을 수행하는 장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스탬프는 나노구조물들이 각인된 면이 평탄한 평면 스탬프인 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정을 수행하는 장치.
  9. 제 1항 내지 제 7항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스탬프는 표면에 나노구조물들이 각인된 요소(element) 스탬프를 적어도 2개 이상 구비하며, 서로 이웃한 요소 스탬프들 사이에 상기 나노구조물의 깊이보다 더 깊은 홈(channel)을 구비하는 다중 양각 요소 스탬프인 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정을 수행하는 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 다중 양각 요소 스탬프는 각 요소 스탬프의 표면에 형성된 나노구조물의 깊이보다 상기 홈의 깊이가 2 배 내지 1000 배 더 깊은 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정을 수행하는 장치.
  11. 작업 대상물 상에 나노구조물(nanostructure)을 형성하기 위한 UV 나노임프린트 리소그래피(ultraviolet nanoimprint lithography) 공정에 있어서,
    나노 구조물이 표면에 형성된 요소 스탬프를 2개 이상 구비하는 스탬프를 마련하는 단계;
    작업 대상물 또는 요소 스탬프들 표면에 레지스트를 도포하는 단계;
    상기 스탬프 및 작업 대상물을 스탬프 척 및 작업 대상물용 척에 각각 장착하는 단계;
    상기 작업 대상물용 척 또는 스탬프 척을 이동시켜 상기 레지스트를 요소 스탬프들 또는 작업 대상물 표면에 가압하는 가압 단계;
    상기 요소 스탬프들과 대향하는 작업 대상물의 일부 영역을 가스 압력을 통해 선택적으로 가압함으로써 상기 요소 스탬프들의 나노 구조물들에 상기 레지스트를 충전(充塡)시키는 압력 부가 단계;
    상기 레지스트에 자외선을 조사(照査)하여 레지스트를 경화하는 단계;
    상기 스탬프를 상기 작업 대상물과 분리하는 단계;
    상기 작업 대상물과 스탬프의 상대적 위치를 변경한 후, 상기 단계들을 필요 한 횟수만큼 반복하여 작업 대상물의 설정 영역에 경화된 레지스트를 형성하는 단계; 및
    상기 경화된 레지스트를 이용하여 작업 대상물에 나노구조물들을 형성하는 단계;
    를 포함하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 작업 대상물로 웨이퍼 또는 스탬프용 판재를 사용하는 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  13. 제 11항 또는 제 12항에 있어서,
    상기 레지스트를 도포하는 단계는 상기 각 요소 스탬프들 표면에 레지스트 액적을 직접 도포하는 액적 도포(droplet dispensing) 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 스탬프를 작업 대상물과 분리한 후에는 다음 공정을 수행하기 위해 상기 요소 스탬프의 표면에 레지스트를 도포하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
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