KR100562219B1

KR100562219B1 - 나노프린트장치 및 미세구조 전사방법

Info

Publication number: KR100562219B1
Application number: KR1020040018883A
Authority: KR
Inventors: 오기노마사히코; 미야우치아키히로; 모토와키시게히사; 구와바라고스케
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 인더스트리즈
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2006-03-22
Also published as: US20040183236A1; KR20040083002A; JP2004288804A; JP4061220B2; US7341441B2

Abstract

본 발명은 나노 프린트법에 있어서, 보다 고정밀도의 전사를 행하는 것을 목적으로 하는 것이다.

기판상에 미세구조를 형성하기 위하여 기판과, 표면에 미세한 요철이 형성된 스탬퍼를 완충재를 거쳐 가열 ·가압하는 나노 프린트장치에 있어서, 복수개의 상기 완충재가 반송필름상에 유지되어 있고, 가열 ·가압시에 상기 완충재를 차례로 교환하는 기구를 가지는 것을 특징으로 하는 나노 프린트장치 및 그 나노 프린트장치를 사용하는 미세구조 전사방법.

Description

나노프린트장치 및 미세구조 전사방법{APPARATUS FOR NANO-PRINT AND MICROSTRUCTURE TRANFERING METHOD}

도 1은 나노 프린트의 각 공정을 나타내는 모식도,

도 2는 완충재를 차례로 교환하는 기구가 부착된 나노 프린트장치를 나타내는 도,

도 3은 완충재의 상면도,

도 4는 반송필름의 위에 완충재 영역을 형성한 2층 구조를 나타내는 도,

도 5는 다른 완충재 자동 교환기구의 장치 단면도,

도 6은 다른 완충재 자동 교환기구의 완충층 자동 교환장치 상면도,

도 7은 표면 끝부로부터 기판 바깥쪽을 향하여 테이퍼가 부착된 Si기판을 사용한 예를 나타내는 도,

도 8은 형광 현미경으로 관찰한 기둥형상 구조의 표면을 나타내는 도,

도 9는 발광강도에 대하여 기둥형상 구조의 지름 및 높이와의 관계를 나타내는 도,

도 10은 바이오칩의 개략도,

도 11은 분자필터가 형성되어 있는 근방의 단면 조감도,

도 12는 분자필터의 단면도,

도 13은 다층 배선기판을 제작하기 위한 공정을 설명하는 도,

도 14는 자성기록매체의 전체도 및 단면 확대도,

도 15는 나노 프린트법에 의한 유리에 대한 요철형성방법을 반경방향으로 자른 단면도,

도 16은 광회로(500)의 개략 구성도,

도 17은 광도파로 내부에서의 돌기물의 개략 레이아웃도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 장치 본체의 프레임 2 : 헤드 수평화기구

3 : 헤드 4 : 스테이지

5 : 지지체 6 : 스테이지 가압기구

7 : 스탬퍼 8 : 샘플

9 : 진공챔버 10 : 진공챔버 개폐기구

11 : 자동반송용 롤러 12 : 가이드롤러

13 : 완충재 15 : 아암

16 : 진공척

본 발명은 가열 ·가압기구를 가지는 스탬퍼를 사용하여 기판상에 미세구조체를 형성하는 나노 프린트 전사법에 관한 것이다.

최근, 반도체집적회로는 미세화, 집적화가 진행되고 있고, 그 미세가공을 실현하기 위한 패턴 전사기술로서 포토리소그래피장치의 고정밀도화가 진행되어져 왔다. 그러나 가공방법이 광 노광의 광원의 파장에 근접하고, 리소그래피기술도 한계에 근접하였다. 그 때문에 더 한층의 미세화, 고정밀도화를 진행시키기 위하여 리소그래피기술 대신에 하전입자선장치의 일종인 전자선 묘화장치가 사용되게 되었다.

전자선을 사용한 패턴형성은 i선, 엑시머레이저 등의 광원을 사용한 패턴형성에 있어서의 일괄 노광방법과는 달리, 마스크 패턴을 묘화하여 가는 방법을 취하기 때문에 묘화하는 패턴이 많으면 많을 수록 노광(묘화)시간이 걸려 패턴형성에 시간이 걸리는 것이 결점으로 되어 있다. 그 때문에 256 메가, 1 기가, 4 기가로 집적도가 비약적으로 높아짐에 따라 그 만큼 패턴형성시간도 비약적으로 길어지게 되어 스루풋이 현저하게 뒤떨어지는 것이 염려된다. 따라서 전자빔 묘화장치의 고속화를 위해, 각종 형상의 마스크를 조합시키고 그들에 일괄하여 전자빔을 조사하여 복잡한 형상의 전자빔을 형성하는 일괄 도형조사법의 개발이 진행되고 있다. 이 결과, 패턴의 미세화가 진행되는 한편으로 전자선 묘화장치를 대형화하지 않을수 없는 외에, 마스크위치를 보다 고정밀도로 제어하는 기구가 필요하게 되는 등, 장치비용이 비싸진다는 단점이 있었다.

이에 대하여 미세한 패턴형성을 저비용으로 행하기 위한 기술이 하기 특허문헌 1 및 2, 비특허문헌 1 등에 있어서 개시되어 있다. 이것은 기판상에 형성하고 싶은 패턴과 동일한 패턴의 요철을 가지는 스탬퍼를, 피전사 기판 표면에 형성된 레지스트막층에 대하여 스탬핑함으로써 소정의 패턴을 전사하는 것으로, 특히 특허문헌 2의 기재나 비특허문헌 1의 나노인프린트기술에 의하면 실리콘웨이퍼를 스탬퍼로서 사용하여, 25 나노미터 이하의 미세구조를 전사에 의해 형성 가능하다고 하고 있다.

[특허문헌 1]

미국특허 5, 259, 926호 공보

[특허문헌 2]

미국특허 5, 772, 905호 공보

[비특허문헌 1]

S.Y.Chou et al., App1. Phys. Lett., vo1.67, p.3314(1995)

그러나 미세 패턴을 형성 가능하게 하는 인프린트기술에 의하여 보다 고정밀도로 전사하는 기술이 요구되고 있었다.

이상의 기술과제를 감안하여 본 발명은 반도체장치 등의 제조공정에 있어서, 미세한 형상의 구조체를 형성하기 위한 패턴전사기술인 나노 프린트법에 있어서 전사를 보다 고정밀도로 행하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는 기판과 스탬퍼와의 가열 ·가압이 균일하지 않은 것이 전사를 고정밀도로 행할 수 없는 이유라고 생각하여 본 발명에 이르렀다.

즉, 제 1로, 본 발명은 나노 프린트장치의 발명으로서, 기판상에 미세구조를 형성하기 위하여 기판과, 표면에 미세한 요철이 형성된 스탬퍼를 완충재를 거쳐 가열 ·가압하는 나노 프린트장치에 있어서, 가열 ·가압 후에 상기 완충재를 차례로 교환하는 기구를 가지는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 완충재가 상기 스탬퍼의 패턴형성영역보다 크고, 기판 외형 및 스탬퍼 외형의 어느 것 보다도 작은 것이 가압을 균일하게 행하는 데에 있어서 바람직하다.

제 2로, 본 발명은 패턴전사방법의 발명으로서, 나노 프린트장치를 사용하여 기판상에 미세구조를 형성하기 위하여 기판과 표면에 미세한 요철이 형성된 스탬퍼와 완충재를 사용하는 패턴전사방법에 있어서, 반송필름상에 유지된 복수개의 상기완충재를 사용하여 가열 ·가압시에 상기 완충재를 차례로 교환하는 것을 특징으로 한다.

제 1의 발명과 마찬가지로, 완충재가 상기 스탬퍼의 패턴형성영역보다 크고, 기판 외형 및 스탬퍼 외형의 어느 것보다도 작은 것이 가열 ·가압을 균일하게 행하는 데에 있어서 바람직하다.

여기서 수지기판 또는 기판상의 수지막을 성형시키는 방법으로서는, ① 수지기판 또는 기판상의 수지막을 가열하여 변형시킨다, ② 수지기판 또는 기판상의 수지막을 가압성형 후에 광 경화시킨다, ③ 수지기판 또는 기판상의 수지막을 광 경화시킨다, 로부터 선택되는 것이 바람직하다.

먼저, 도 1을 참조하면서 나노 프린트방법에 대하여 설명한다. 실리콘 기판 등의 표면에 미소한 패턴을 가지는 스탬퍼를 제작한다. 이것과는 별도의 기판상에 수지막을 설치한다[도 1(a)]. 도시 생략한 가열 ·가압기구를 가지는 프레스장치를 사용하여 상기 수지의 유리 전이온도(Tg) 이상의 온도에서, 소정의 압력으로 스탬퍼를 수지막상에 프레스한다[도 1(b)]. 냉각 ·경화시킨다[도 1(c)]. 스탬퍼와 기판을 박리하여 스탬퍼의 미세한 패턴을 기판상의 수지막에 전사한다[도 1(d)]. 또 가열경화하는 공정 대신에 광 경화성의 수지를 사용하여 성형 후에 수지에 광을 조사하여 수지를 경화시켜도 좋다. 또한 유리 등의 광 투과성 스탬퍼를 사용하여 프레스 후에 상기 광 투과성의 스탬퍼의 위쪽으로부터 광을 조사하여 수지를 광 경화시켜도 좋다.

나노 프린트방법에 의하면, ① 집적화된 극미세 패턴을 효율 좋게 전사할 수 있다, ② 장치비용이 저렴하다, ③ 복잡한 형상에 대응할 수 있고 필러형성 등도 가능한 등의 특징이 있다.

나노 프린트법의 응용분야에 대해서는, ① DNA 칩이나 면역분석칩 등의 각종 바이오 디바이스, 특히 1회용 DNA 칩 등, ② 반도체 다층 배선, ③ 프린트기판이나 RF MEMS, ④ 광 또는 자기 스트레이지, ⑤ 도파로, 회절격자, 마이크로렌즈, 편광소자 등의 광 디바이스, 포토닉결정, ⑥ 시트, ⑦ LCD 디스플레이, ⑧ FED 디스플레이 등 넓게 들 수 있다. 본 발명은 이들 분야에 바람직하게 적용된다.

본 발명에 있어서, 나노 프린트란, 수 1OO㎛ 내지 수 nm 정도 범위의 전사를 말한다.

본 발명에 있어서 프레스장치는 가열 ·가압기구를 가지는 것이나, 광 투과성 스탬퍼의 위쪽으로부터 광을 조사할 수 있는 기구를 가지는 것이, 패턴전사를 효율 좋게 행하는 데에 있어서 바람직하다.

본 발명에 있어서 스탬퍼는 전사되어야 할 미세한 패턴을 가지는 것으로, 스탬퍼에 그 패턴을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면 포토리소그래피나 전자선 묘화법 등, 소망하는 가공정밀도에 따라 선택된다. 스탬퍼의 재료로서는 실리콘웨이퍼, 각종 금속재료, 유리, 세라믹, 플라스틱 등, 강도가 요구되는 정밀도의 가공성을 가지는 것이면 좋다. 구체적으로는 Si, SiC, SiN, 다결정 Si, 유리, Ni, Cr, Cu 및 이들을 1종 이상 함유하는 것이 바람직하게 예시된다.

본 발명에 있어서 기판이 되는 재료는 특별히 한정되지 않으나, 소정의 강도를 가지는 것이면 좋다. 구체적으로는 실리콘, 각종 금속재료, 유리, 세라믹, 플라스틱 등이 바람직하게 예시된다.

본 발명에 있어서 미세한 구조가 전사되는 수지막은 특별히 한정되지 않으나, 소망하는 가공 정밀도에 따라 선택된다. 구체적으로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐알콜, 폴리염화비닐리덴, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 폴리스틸렌, ABS수지, AS수지, 아크릴수지, 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 유리강화폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 변성폴리페닐렌에테르, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에테르에테르케톤, 액정성 폴리머, 불소수지, 폴리아레이트, 폴리술폰, 폴리에텔술폰, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 열가소성 폴리이미드 등의 열가소성 수지나, 페놀수지, 멜라민수지, 유리어수지, 에폭시수지, 불포화 폴리에스테르수지, 알키드수지, 실리콘수지, 디아릴프탈레이트수지, 폴리아미드비스말레이미드, 폴리비스아미드트리아졸 등의 열경화성 수지 및 이 들을 2종 이상 교반한 재료를 사용하는 것이 가능하다.

이하, 본 발명의 실시예를 설명한다.

(실시예 1)

본 발명의 실시예의 하나인 완충재를 차례로 교환하는 기구가 부착된 나노 프린트장치 및 미세구조 전사방법에 대하여, 도 2를 사용하여 설명한다. 도 2는 개념도로서 패턴형상은 단순화하고, 또한 약간 크게 그려져 있는 것을 잘라 둔다. 처음에 장치의 개요에 대하여 설명한다. 먼저 도 2에 있어서 1은 장치 본체의 프레임이다. 2는 헤드 수평화기구로서, 헤드가 스테이지와 항상 평행으로 접하도록 조정하는 작용을 가진다. 3은 헤드이며 원형으로 6 inchφ의 가압면적을 가지고, 헤드 수평화기구(2)를 거쳐 프레임에 고정되어 있다. 이 헤드는 가열 냉각기구를 가지고 실온으로부터 300℃까지 자유롭게 온도를 조절할 수 있다. 4는 샘플을 탑재하는 스테이지로 6 inchφ의 원형이며, 이 스테이지도 헤드(3)와 마찬가지로 가열, 냉각이 가능하고 실온으로부터 3O0℃까지 자유롭게 온도 조절할 수 있다. 또 기판을 고정하기 위한 진공척도 표면에 형성되어 있다. 이 스테이지(4)는 지지체 (5)를 거쳐 스테이지 가압기구(6)와 접속되어 있고, 미세한 구조가 형성된 스탬퍼(7) 및 샘플(8)를 가열, 가압할 수 있다. 스테이지 가압기구(6)는 공기압에 의해 7OOO kgf의 추력을 발생한다. 이 추력은 외부 조절기에 의해 압력 및 가압시간을 조절할 수 있다.

본 장치의 스테이지(4) 및 헤드(3)는 진공챔버(9) 내에 수납되어 있다. 진공챔버(9)는 SUS제로 2개의 부분으로 구성되어 있고, 샘플 출입시, 진공챔버 개폐 기구(10)에 의해 개폐할 수 있다. 또 진공챔버는 진공펌프에 접속되어 있고, O.1 torr 이하로 챔버 내를 감압하는 것이 가능하다. 또 본 나노 프린트장치에는 샘플과 스탬퍼를 균일하게 가압할 수 있도록 완충재(13)가 샘플(8)과 스테이지(4) 사이에 배치되어 있다. 이 완충재(13)는 자동반송용 롤러(11)에 미리 감겨져 있어 가이드롤러(12)를 거쳐 스테이지(4)의 위를 이동하여 전사 완료 때마다 차례로 교환된다.

도 3은 완충재(13)를 상부에서 본 모식도이다. 완충재는 두께 50㎛ 폭 30㎝ 길이 50m의 길이가 긴 형상 폴리이미드필름(유피렉스 : 우베흥산 제품)을 도 3과 같이 패턴 요철형성 영역보다 크고, 샘플 외형, 스테이지 외형, 스탬퍼 외형보다 작은 완충재영역(13-1)과, 완충재영역을 유지하여 자동 반송하기 위한 완충재 가이드영역(13-2)으로 구성되어 있다. 본 실시예에서는 200℃에서 가열, 가압하기 위하여 완충재 재료로서 폴리이미드필름을 사용하였으나, 테프론(상표명), 실리콘고무 등의 시트를 동일하게 사용할 수도 있다. 또한 실온 등에서 프레스하는 경우는 PET필름, 폴리에틸렌필름, NBR 등 내열성이 낮은 재료를 사용할 수도 있다.

또, 본 실시예에서는 1매의 필름을 펀칭하여 완충재영역(13-1)을 형성하였으나, 본 발명의 다른 완충재구조로서는 도 4(1)의 상면도, 도 4(2)의 단면와 같이 반송필름을 완충층 가이드영역(13-2)으로서 사용하고, 그 위에 완충재영역(13-1)을 형성한 2층 구조이어도 상관없다.

또한 완충재 자동 교환기구의 다른 예로서는 도 5 장치 단면도, 도 6 완충층자동 교환장치 상면도에 나타내는 바와 같이 진공척(16)이 부착된 아암(15)이 진공 챔버 바깥쪽의 지지축에 접속되어 전사종료 후에 챔버 내의 사용종료 완충층을 흡착하여 챔버 외부로 배출한 후, 신품의 완충층(B)과 교환하여 챔버 내부의 소정의 장소에 세트하는 로봇 아암형의 자동 교환기구도 가능하다.

다음에 상기 장치를 사용하여 미세구조를 전사하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다. 처음에 피전사체인 샘플은 폴리스틸렌 679(에이·앤드·엠폴리스틸렌제)를 에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트에 10% 용해시킨 와니스를 작성한 후, 두께 0.5 mm의 5 inch Si 기판상에 스핀 도포하고, 90℃/5분 프리베이크하여 500nm두께의 폴리스틸렌층이 형성된 샘플(8)를 작성하였다. 다음에 이 샘플을 스테이지(4) 중심부의 완충재(13)상에 동심원의 위치에 세팅하였다.

다음에 Ni 전기주조법에 의하여 작성된 패턴형성영역이 4 inchφ, 외형 8 inchφ, 두께 100㎛의 표면에 nm 오더의 미세한 요철이 형성된 Ni 스탬퍼(7)를 완충재(13)상에 놓여진 샘플(8) 위에 세트하였다. 이번은 샘플을 세트한 후, 스탬퍼를 샘플상에 세트하였으나, 미리 스탬퍼와 샘플을 다른 장소에서 위치맞춤을 한 후, 완충재상에 탑재하여도 상관없다. 또 미리 스탬퍼를 본 장치의 헤드에 고정하고, 샘플만을 완충재상에 세트하는 경우도 있다.

다음에 진공챔버(9)를 폐쇄하고 로터리펌프로 챔버 내부의 압력이 O.1 torr 이하까지 탈기하였다.

다음에 샘플을 200℃까지 가열한 후, 10 MPa 가압후, 10분간 유지하였다.

다음에 스테이지(4)를 냉각하여 100℃까지 강제 냉각한 후, 챔버를 대기개방하였다.

다음에 완충재(13)를 거쳐 샘플(8)을 스테이지(4)에 진공척에 의해 고정하고, 스탬퍼(7)를 헤드(3)에 고정하여 0.1mm/s의 속도로 스테이지를 내림으로써 스탬퍼(7)와 샘플(8)을 박리하였다.

이상의 프레스에 의하여 샘플 표면에 스탬퍼의 패턴을 전사하였다. 이 전사된 패턴을 SEM에 의해 관찰한 바, 스탬퍼의 형상이 정밀도 좋게 전사되어 있었다. 본 실시예와 같이 샘플 외형보다 작고, 스탬퍼 요철형성 영역보다 큰 완충재를 사용하여 전사함으로써 샘플 끝부에 있어서의 응력집중이 회피되고, 스탬퍼 요철형성영역에만 압력이 균일하게 걸리게 되어 전사 정밀도가 향상하였다. 또한 가열 가압에 의해 변형된 완충재를 차례로 자동으로 교환함으로써 샘플 사이의 불균일도 작아졌다.

본 실시예에서는 샘플과 스테이지 사이에 완충재를 배치하였으나, 완충재의 배치위치로서는 이것 외에 스탬퍼와 헤드 사이에서도 유효하다. 또한 스테이지와 샘플의 사이, 스탬퍼와 헤드의 사이 양쪽에 완충재를 배치하여도 본 발명의 효과를 발휘할 수 있다.

또한 본 실시예는 가열 용융시킨 후, 스탬퍼를 가압시켜 패턴을 전사하는 타입의 나노 프린트장치이었으나, 상기 Ni 스탬퍼 대신에 석영과 같은 광 투과성의 스탬퍼를 사용하여 감광성의 액형상 수지를 기판상에 도포 후, 실온에서 가압, 노광경화하여 패턴을 형성하는 경우에도 유효하다.

(실시예 2)

실시예 1과 동일한 장치를 사용하여 샘플에 스탬퍼의 패턴을 전사하였다. 그때 도 7에 나타낸 바와 같이 샘플(8)의 Si 기판의 표면 끝부를 가장 바깥 둘레로부터 3 mm 안쪽까지의 영역을 기판 바깥쪽을 향하여 테이퍼가 부착된 Si 기판을 사용하였다. 이 기판에 실시예 1과 동일한 폴리스틸렌 와니스를 스핀 코트하여 수지층을 형성한 바, 통상 표면장력에 의해 발생하는 기판 주변부의 수지의 융기가 해소되었다. 이 기판을 실시예 1과 동일한 공정으로 패턴 전사하였다.

이 전사된 패턴을 SEM에 의해 관찰한 바, 스탬퍼의 형상이 정밀도 좋게 전사되어 있었다. 실시예 1과 마찬가지로 샘플 외형보다 작고, 스탬퍼 요철형성 영역보다 큰 완충재를 사용하여 전사함으로써 샘플 끝부에 있어서의 응력집중이 회피되고, 스탬퍼 요철형성 영역에만 압력이 균일하게 걸리게 되어 전사 정밀도가 향상하였다. 또 본 실시예와 마찬가지로 기판 끝부에 테이퍼를 형성함으로써 샘플 주변에 생기는 수지의 융기가 해소되어 스탬퍼의 한쪽 닿음이 개선되어 전사도 양호하게 되었다. 또한 가열 가압에 의해 변형된 완충재를 차례로 자동으로 교환함으로써 샘플 사이의 불균일도 작아졌다.

(실시예 3)

실시예 1과 동일한 장치, 샘플, 공정에 의하여 지름이 1㎛, 0.5㎛, 0.35㎛, 0.25㎛이고, 높이가 1㎛ 인 기둥형상 구조를 샘플상에 형성하였다. 이 기둥형상 구조가 형성된 샘플 표면에 형광체가 부착된 항체(FITC-Albumin) 1OO㎕를 기둥형상 구조가 형성된 부분에 적하하고, 5분 후 수세, 건조를 행하였다. 이 샘플에 자외선을 조사하면서 518 nm 영역 부근만 투과하는 필터를 사용하여 형광 현미경으로 기둥형상 구조의 표면을 관찰하였다. 도 8 왼쪽이 외관의 형광 현미경사진이고, 오른쪽이 확대사진이다. 도 8에서도 분명한 바와 같이 기둥형상 구조형성 영역이 하얗게 형광을 나타내고 있음을 알 수 있다. 또 확대사진으로부터 분명한 바와 같이 기둥형상 구조체 자신이 형광되고 있다. 이 발광강도에 대하여 기둥형상 구조의 지름 및 높이와의 관계를 조사한 결과, 도 9와 같이 되는 것을 알 수 있었다. 이 결과로부터 기둥형상 구조의 밀도 및 굵기에 따라 발광강도가 다른 것을 발견하였다.

통상 1㎛ 이하의 기둥형상 구조가 똑같이 형성되어 있는지의 여부를 판정하는 경우, SEM 관찰하지 않으면 안된다. SEM 관찰은 전자선을 조사하기 때문에 샘플이 수지와 같은 경우, 샘플에 손상을 준다. 또 샘플을 진공 중에서 관찰할 필요가 있어 관찰에 시간이 걸린다. 이에 대하여 우리는 이 현상을 이용하여 간편하고도 고감도로 기둥형상 구조의 형성상태를 판단하는 것이 가능하게 되었다. 즉, 기둥형상 구조가 완전히 형성되어 있는 부분에서는 강한 균일한 형광이 관찰되고, 결함이나 패턴불량이 생긴 부분에서는 발광 불균일이나 발광강도의 저하가 보이며, 이러한 발광강도, 패턴을 관찰함으로써 미세한 기둥형상 구조의 형성상태를 SEM 관찰하지 않고 대기 중에서 간편하게 평가할 수 있게 되었다.

(비교예)

실시예 1과 유사한 나노 프린트장치를 사용하여 실시예 1과 동일한 샘플을 사용하여 이하의 프로세스로 패턴의 전사를 행하였다.

스테이지상에 샘플 외형보다 큰 6 inchφ, 두께 50㎛의 폴리이미드필름을 완충재로서 깔았다. 다음에 실시예(1)과 동일한 샘플을 완충재상에 배치하였다. 샘 플 세트 후, 진공챔버(9)를 폐쇄하고 로터리펌프로 챔버 내부의 압력이 0.1 torr 이하까지 탈기하였다. 다음에 샘플을 200℃까지 가열한 후, 10 MPa 가압한 후, 10분간 유지하였다. 다음에 스테이지를 냉각하여 100℃까지 강제 냉각한 후, 챔버를 대기 개방하였다. 다음에, 완충재를 거쳐, 샘플을 스테이지에 진공척에 의해 고정하고, 스탬퍼를 헤드에 고정하여, 0.1 mm/s의 속도로 스테이지를 내림으로써 스탬퍼와 샘플을 박리하였다.

본 비교예에 의한 나노 프린트 샘플을 SEM으로 관찰한 바, 샘플 바깥 둘레부에 강한 압흔이 관찰되어 패턴 요철형성 영역의 일부에 전사 패턴의 단점이 인정되었다.

(본 발명의 적용예)

이하, 본 발명의 완충재를 거쳐 스탬퍼를 사용하는 나노 프린트가 바람직하게 적용되는 몇가지 분야를 설명한다.

[실시예 4 : 바이오(면역)칩]

도 10은 바이오 칩(900)의 개략도이다. 유리제의 기판(901)에는 깊이 3마이크로미터, 폭 20 마이크로미터의 유로(902)가 형성되어 있고, DNA(디옥시 리보핵산), 혈액, 단백질 등이 함유되는 검체를 도입구멍(903)으로부터 도입하여 유로 (902)를 흘린 후, 배출구멍(904)으로 흘리는 구조로 되어 있다. 유로(902)에는 분자 필터(905)가 설치되어 있다. 분자 필터(905)에는 지름 250 나노미터 내지 300 나노미터, 높이 3 마이크로미터의 돌기물 집합체(100)가 형성되어 있다.

도 11은 분자 필터(905)가 형성되어 있는 근방의 단면 조감도이다. 기판 (901)에는 유로(902)가 형성되어 있고, 유로(902)의 일부에는 돌기물 집합체(100)가 형성되어 있다. 기판(901)은 상부 기판(1001)에 의해 덮여지고, 검체는 유로 (902)의 내부를 이동하게 된다. 예를 들면 DNA의 사슬길이 해석의 경우, DNA를 포함하는 검체가 유로(902)를 전기영동할 때에 DNA의 사슬길이에 따라 분자 필터 (905)에 의해 DNA가 고분해로 분리된다. 분자 필터(905)를 통과한 검체는 기판 (901)의 표면에 설치된 반도체 레이저(906)로부터의 레이저광이 조사된다. DNA가 통과할 때에 광검출기(907)에의 입사광은 약 4% 저하하기 때문에 광검출기(907)로부터의 출력신호에 의하여 검체 중의 DNA의 사슬길이를 해석할 수 있다. 광검출기 (907)로 검출된 신호는 신호배선(908)을 거쳐 신호처리 칩(909)에 입력된다. 신호처리 칩(909)에는 신호배선(910)이 결선되어 있고, 신호배선(910)은 출력패드(911)에 결선되어, 외부로부터의 단자에 접속된다. 또한 전원은 기판(901)의 표면에 설치된 전원패드(912)로부터 각 부품에 공급하였다.

도 12에 분자 필터(905)의 단면도를 나타낸다. 본 실시예의 분자 필터(905)는 오목부를 가지는 기판(901)과, 기판(901)의 오목부에 형성된 복수의 돌기물과, 기판의 오목부를 덮도록 형성된 상부 기판(1001)으로 구성되어 있다. 여기서 돌기물의 선단부는 상부 기판과 접촉하도록 형성되어 있다. 돌기물 집합체(100)의 주된 성분은 유기물이기 때문에, 변형하는 것이 가능하고, 따라서 상부 기판(1001)을 유로(902)에 씌울 때에 돌기물 집합체(100)가 파손되는 일은 없다. 따라서 상부 기판(1001)과 돌기물 집합체(100)를 밀착시키는 것이 가능하게 된다. 이러한 구성으로 함으로써, 검체가 돌기물과 상부 기판(1001)과의 간극으로부터 누설되는 일이 없어 고감도의 분석이 가능하게 된다. 실제로 DNA의 사슬길이 해석을 실시한 결과, 유리제의 돌기물 집합체(100)에서는 염기쌍의 분해능이 반값 폭에서 10염기쌍이었던 것에 대하여, 유기물제의 돌기물 집합체(100)에서는 염기쌍의 분해능을 반값 폭에서 3염기쌍으로 개선할 수 있음을 알 수 있었다. 본 실시예의 분자 필터에서는 돌기물과 상부 기판이 직접 접촉하는 구조로 하였으나, 예를 들면 상부 기판에 돌기물과 동일한 재료의 막을 형성하여 돌기물과 이 막이 접촉하는 구조로 하면 밀착성의 향상을 도모할 수 있다.

또한 본 실시예에서는 유로(902)는 1개이었으나, 다른 크기의 돌기물을 설치한 복수의 유로(902)를 배치함으로써 동시에 다른 분석을 행하는 것도 가능하다.

또 본 실시예에서는 검체로서 DNA를 조사하였으나, 돌기물 집합체(100)의 표면에 당사슬, 단백질, 항원과 반응하는 분자를 미리 수식함으로써 특정한 당사슬, 단백질, 항원을 분석하여도 좋다. 이와 같이 돌기물의 표면에 항체를 수식시킴으로써 면역분석의 감도를 향상시킬 수 있다.

본 발명을 바이오칩에 적용함으로써, 지름이 나노 스케일인 유기재료제의 분석용 돌기물을 간편하게 형성할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 또 몰드 표면의 요철이나 유기재료 박막의 점도를 제어함으로써 유기재료제 돌기물의 위치, 지름, 높이를 제어할 수 있는 효과도 얻어진다. 고감도의 분석용 마이크로칩을 제공할 수있다.

(실시예 5 : 다층 배선기판)

도 13은 다층 배선기판을 제작하기 위한 공정을 설명하는 도면이다. 먼저 도 13(a)에 나타내는 바와 같이 실리콘 산화막(1002)과 구리배선(1003)으로 구성된 다층 배선기판(1001)의 표면에 레지스트(702)를 형성한 후에 스탬퍼(도시 생략)에의한 패턴 전사를 행한다. 다음에 다층 배선기판(1001)의 노출영역(703)을 CF₄/H₂가스에 의해 드라이에칭하면 도 13(b)에 나타내는 바와 같이 다층 배선기판(1001) 표면의 노출영역(703)이 홈형상으로 가공된다. 다음에 레지스트(702)를 RIE에 의해 레지스트 에칭하여 단차가 낮은 부분의 레지스트를 제거함으로써 도 13(c)에 나타내는 바와 같이 노출영역(703)이 확대되어 형성된다. 이 상태로부터 먼저 형성된 홈의 깊이가 구리배선(1003)에 도달할 때까지 노출영역(703)의 드라이에칭을 행하면, 도 13(d)에 나타내는 바와 같은 구조가 얻어지고, 다음에 레지스트(702)를 제거함으로써 도 13(e)에 나타내는 바와 같은 표면에 홈형상을 가지는 다층 배선기판(1001)이 얻어진다. 이 상태로부터 다층 배선기판(1001)의 표면에 스패터에 의해 금속막을 형성한 후(도시 생략), 전해도금을 행함으로써 도 13(f)에 나타내는 바와 같이 금속도금막(1004)이 형성된다. 그후 다층 배선기판(1001)의 실리콘 산화막(1002)이 노출될 때까지 금속도금막(1004)의 연마를 행하면, 도 13(g)에 나타내는 바와 같이 금속 배선을 표면에 가지는 다층 배선기판(1001)을 얻을 수 있다.

또 다층 배선기판을 제작하기 위한 다른 공정을 설명한다. 도 13(a)에서 나타낸 상태로부터 노출영역(703)의 드라이에칭을 행할 때에 다층 배선기판(1001) 내부의 구리배선(1003)에 도달할 때까지 에칭함으로써 도 13(h)에 나타내는 구조가 얻어진다. 다음에 레지스트(702)를 RIE에 의하여 에칭하여 단차가 낮은 부분의 레 지스트를 제거함으로써 도 13(i)에 나타내는 구조가 얻어진다. 이 상태로부터 다층 배선기판(1001)의 표면에 스패터에 의한 금속막(1005)을 형성하면 도 13(j)의 구조가 얻어진다. 다음에 레지스트(702)를 리프트 오프로 제거함으로써 도 13(k)에 나타내는 구조가 얻어진다. 다음에 남은 금속막(1005)을 사용하여 무전해 도금을 행함으로써 도 13(l)에 나타낸 구조의 다층 배선기판(1001)을 얻을 수 있다.

본 발명을 다층 배선기판에 적용함으로써 높은 치수 정밀도를 가지는 배선을 형성할 수 있다.

(실시예 6 : 자기 디스크)

도 14는 본 실시예에 의한 자성기록매체의 전체도 및 단면 확대도이다. 기판은 미세한 요철을 가지는 유리로 구성된다. 기판상에는 시드층, 밑바탕층, 자성층, 보호층이 형성되어 있다. 이하 도 15를 사용하여 본 실시예에 의한 자성기록매체의 제조방법을 설명한다. 도 15에 나노 프린트법에 의한 유리에의 요철형성방법을, 반경방향으로 자른 단면도로 나타낸다. 우선 유리기판을 준비한다. 본 실시형태에서는 소다라임 유리를 사용하였다. 기판의 재료에 대해서는 평탄성을 가지고 있으면 특별히 한정되는 것은 아니고, 알루미노실리케이트 유리 등의 다른 유리기판 재료나 Al 등의 금속기판을 사용하여도 좋다. 그리고 도 15(a)와 같이 수지막을 200 nm 두께가 되도록 스핀코터를 사용하여 형성하였다. 여기서 수지로서는 PMMA(폴리메틸메타크릴레이트)를 사용하였다.

한편, 금형으로서는 자기기록매체 중앙의 구멍에 동심원형상이 되도록 홈을 형성한 Si 웨이퍼를 준비한다. 홈 치수는 폭 88 nm, 깊이 200 nm으로 하고, 홈과 홈의 간격은 11O nm으로 하였다. 본 금형의 요철은 매우 미세하기 때문에, 전자선빔을 사용한 포토리소그래피로 형성하였다. 다음에 도 15(b)와 같이 250℃로 가열하여 수지점도를 내린 다음에 금형을 프레스한다. 금형을 수지의 유리전이점 이하의 온도에서 이형하면 도 15(c)와 같은 금형과 요철이 역전된 패턴이 얻어진다. 나노 프린트법을 사용하면 이와 같이 가시광 파장보다도 작은 미세한 일반의 광리소그래피의 노광 가능 치수 한계를 초과한 패턴형성이 가능하다. 또한 드라이에칭에 의하여 수지 패턴 바닥부에 남은 잔막을 제거함으로써 도 15(d)와 같은 패턴이 형성된다. 이 수지막을 마스크로서 사용하고, 다시 기판을 불산으로 에칭함으로써 도 15(e)와 같이 기판을 가공할 수 있고, 수지를 박리액으로 제거함으로써 도 15(f)와 같은 폭 110 nm 깊이 150 nm의 홈을 형성하였다. 이후 유리기판상에 NiP로 이루어지는 시드층을 무전해 도금으로 형성한다. 일반적인 자기디스크는 NiP 층을 10㎛ 이상의 두께로 형성하나, 본 실시형태에서는 유리기판에 형성한 미세한 요철형상을 상층에도 반영시키기 위하여 1OO nm에 그치게 하였다. 또한 일반적으로 자기기록매체형성에 사용되고 있는 스패터법을 사용하여, Cr 밑바탕층 15 nm, CoCrPt 자성층 14 nm, C 보호층 10 nm을 차례로 성막함으로써 본 실시형태의 자기 기록매체를 제작하였다. 본 실시형태의 자기기록매체는 자성체가 폭 88nm의 비자성층벽에 의해 반경방향으로 격리된다. 이에 의하여 면 내 자기 이방성을 높일 수 있었다. 또한 연마테이프에 의한 동심원형상의 패턴형성(텍스춰링)은 종래부터 알려져 있으나, 패턴간격은 미크론 스케일로 커서 고밀도 기록매체에는 적용 곤란하다. 본 실시예의 자기기록매체는 나노 프린트법을 사용한 미세 패턴으로 자기 이 방성을 확보하여 400 Gb/평방 인치의 고밀도 기록을 실현할 수 있었다. 또한 나노 프린트에 의한 패턴형성은, 원주방향에 한정하는 것이 아니라, 반경방향에 비자성 격벽을 형성할 수 있다. 또한 본 실시형태에서 설명한 자기 이방성부여효과는, 시드층, 밑바탕층, 자성층, 보호층의 재료에 따라 특별히 한정되는 것은 아니다.

(실시예 7 : 광도파로)

본 실시예에서는 입사광의 진행방향이 변하는 광디바이스를 광정보처리장치에 적용한 일례를 설명한다.

도 16은 제작한 광회로(500)의 개략 구성도이다. 광회로(500)는 세로 30 밀리미터, 가로 5 밀리미터, 두께 1 밀리미터의 질화알루미늄제의 기반(501)의 위에 인듐인계의 반도체 레이저와 드라이버회로로 이루어지는 10개의 발신유닛(502), 광도파로(503), 광커넥터(504)로 구성되어 있다. 또한 10개의 반도체 레이저의 발신파장은 50 나노미터씩 달라져 있고, 광회로(500)는 광 다중 통신계의 디바이스의 기본부품이다.

도 17은 광도파로(503) 내부에서의 돌기물(406)의 개략 레이아웃도이다. 발신 유닛(502)과 광도파로(503)의 얼라이먼트 오차를 허용할 수 있도록 광도파로 (503)의 끝부는 폭 20 마이크로미터의 나팔형상으로 되어 있고, 포토닉 밴드갭에 의하여 신호광이 폭 1 마이크로미터의 영역으로 유도되는 구조로 되어 있다. 또한 돌기물(406)은 간격 0.5 마이크로미터로 배열하였으나, 도 17에서는 간략화하여 실제의 갯수보다도 돌기물(406)을 적게 기재하고 있다.

광회로(500)에서는 10종류의 다른 파장의 신호광을 겹쳐서 출력할 수 있으 나, 광의 진행방향을 변경할 수 있기 때문에 광회로(500)의 가로 폭을 5 밀리미터로 매우 짧게 할 수 있어 광통신용 디바이스를 소형화할 수 있는 효과가 있다. 또 몰드의 프레스에 의하여 돌기물(406)을 형성할 수 있기 때문에, 제조비용을 내리는 효과도 얻어진다. 본 실시예에서는 입력광을 겹치는 디바이스이었으나, 광의 경로를 제어하는 모든 광 디바이스에 광도파로(503)가 유용한 것은 분명하다.

본 발명을 광도파로에 적용함으로써 유기물을 주성분으로 하는 돌기물을 주기적으로 배열한 구조체 중에 신호광을 진행시킴으로써 광의 진행방향을 변경할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 또 돌기물을 몰드의 프레스라는 간편한 제조기술로 형성할 수 있기 때문에, 저비용으로 광디바이스를 제조할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 의하면 기판과 표면에 미세한 요철이 형성된 스탬퍼를 완충재를 거쳐 가열 ·가압하는 나노 프린트장치에 있어서, 복수개의 상기 완충재가 반송필름상에 유지되어 있고, 가열 ·가압시에 상기 완충재를 차례로 교환하는 기구를 가짐으로써 패턴의 면 내 균일성이 향상하고, 또한 완충재의 교환을 자동으로 행할 수 있어 보다 고정밀도의 전사가 가능해진다.

Claims

기판상에 미세구조를 형성하기 위하여 기판과, 표면에 미세한 요철이 형성된 스탬퍼를 완충재를 거쳐 가열 ·가압하는 나노 프린트장치에 있어서,

가열 ·가압 후에 상기 완충재를 차례로 교환하는 기구를 가지는 것을 특징으로 하는 나노 프린트장치.
제 1항에 있어서,

상기 완충재가, 상기 스탬퍼의 패턴형성 영역보다 크고, 기판 외형 및 스탬퍼외형의 어느 것보다도 작은 것을 특징으로 하는 나노 프린트장치.
나노 프린트장치를 사용하여 기판상에 미세구조를 형성하기 위하여 기판과, 표면에 미세한 요철이 형성된 스탬퍼와 완충재를 사용하는 패턴 전사방법에 있어서,

반송필름상에 유지된 복수개의 상기 완충재를 사용하여 가열 ·가압 후에 상기 완충재를 차례로 교환하는 것을 특징으로 하는 패턴 전사방법.
제 3항에 있어서,

상기 완충재가 상기 스탬퍼의 패턴형성 영역보다 크고, 기판 외형 및 스탬퍼 외형의 어느 것보다도 작은 것을 특징으로 하는 패턴 전사방법.
제 3항에 있어서,

상기 패턴 전사가, 수지기판 또는 기판상의 수지막을 가열하여 변형시키는 것을 특징으로 하는 패턴 전사방법.
제 3항에 있어서,

상기 패턴 전사가, 수지기판 또는 기판상의 수지막을 가압 성형 후에, 광경화시키는 것을 특징으로 하는 패턴 전사방법.
제 3항에 있어서,

상기 패턴 전사가, 투명 스탬퍼상으로부터 광을 조사하여 수지기판 또는 기판상의 수지막을 광경화시키는 것을 특징으로 하는 패턴 전사방법.