KR100889814B1

KR100889814B1 - 스탬퍼 및 그 제조방법과 스탬퍼를 이용한 기판의 임프린팅공정

Info

Publication number: KR100889814B1
Application number: KR1020060069416A
Authority: KR
Inventors: 조성훈; 조영태; 이석원; 박선미; 심영석; 박정우; 김정길
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-07-25
Filing date: 2006-07-25
Publication date: 2009-03-20
Also published as: TW200807158A; CN101114120A; KR20080009782A

Abstract

본 발명은 스탬퍼 및 그 제조방법과 스탬퍼를 이용한 기판의 임프린팅 공정에 관한 것으로서, 상세하게는 대면적 유연스탬퍼의 수축 및 팽창 등의 변형을 억제함으로써 미세 패턴이 각인된 유연스탬퍼의 형상 정확도 및 기판과의 정렬 정밀도를 개선시키기 위한 발명이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일정한 패턴이 형성된 스탬퍼몸체부 및; 상기 스탬퍼몸체부의 강도를 보강하기 위해 상기 스탬퍼몸체부에 마련되는 강도보강부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스탬퍼와, 그 제조방법 및 그 스탬퍼를 이용한 기판의 임프린트 공정에 관한 것이다.

Description

스탬퍼 및 그 제조방법과 스탬퍼를 이용한 기판의 임프린팅 공정{A stamper and Production method thereof and Imprinting process of substrate using the stamper}

도1은 종래기술에 의한 스탬퍼 제작공정을 나타낸 것이다.

도2는 종래기술의 스탬퍼에 의한 기판의 임프린트 공정을 나타낸 것이다.

도3은 본 발명의 스탬퍼 제작공정의 제1실시예를 나타낸 것이다.

도4는 본 발명의 스탬퍼 제작공정의 제2실시예를 나타낸 것이다.

도5는 본 발명의 스탬퍼를 이용한 기판의 임프린팅 공정을 나타낸 것이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

100: 기판 110: 마스터패턴

120: 제1스탬퍼몸체부 130: 미세섬유

140: 제2스탬퍼몸체부 150: 임프린트 스탬퍼

220: 복합재 400: 롤러

본 발명은 임프린트 스탬퍼 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 대 면적 유연스탬퍼의 수축 및 팽창 등의 변형을 억제함으로써 미세 패턴이 각인된 유연스탬퍼의 형상 정확도 및 기판과의 정렬 정밀도를 개선시키기 위한 것이다.

특히 본 발명은 나노임프린트(nano imprint)기술에 적용되는 것인바, 나노임프린트(nano imprint)기술이라 함은 나노 소자 제작방법의 하나로서, 낮은 생산성을 갖는 전자빔 리소그라피나 고가의 광학리소그라피를 대신할 기술로 주목받고 있다.

나노 임프린트 기술은 컴팩트 디스크와 같은 마이크로 스케일의 패턴을 갖는 고분재 소재 제품의 대량 생산에 사용되는 엠보싱(embossing)기술을 리소그라피에 적용한 것이다.

나노 임프린트의 핵심은 전자빔리소그라피나 다른방법을 이용하여 나노스케일의 구조를 갖는 스탬퍼를 제조하고, 그러한 방식으로 제조된 스탬퍼를 고분자 박막에 임프린트 하여 나노스케일의 구조를 전사한 뒤에, 이를 반복 사용함으로써 전자빔 리소그라피의 생산성 문제를 극복하는 방법이다.

한편, 스탬퍼는 재질에 따라서 금속 등으로 구성되는 하드스탬퍼와 PDMS(Polydimethylsiloxanes) 등으로 구성되는 소프트스탬퍼로 분리되는데, 하드스탬퍼의 경우 금속재료의 연성 및 전성 특성으로 인하여 대면적(8인치 이상) 임프린트의 경우 기판의 평탄도를 보상하면서 스탬퍼로서의 내구성을 확보하는 것이 어렵다는 단점이 있었다.

그리하여, 근래에 들어서 증가하는 수요에 따라서 8인치 이상의 대면적 임프린트 공정에 적용될 수 있는 소프트스탬퍼가 필요하게 되었는데, 이하에서는 대면 적 소프트 스탬퍼 및 그 제작방법에 대하여 간략히 알아보도록 하겠다.

이하에서는 대면적 스탬퍼를 제조하는 종래의 공정에 대하여 알아보기로 한다.

도1(a)에서 도시한 바와 같이 스탬퍼를 형성하기 위해 스탬퍼에 형성할 패턴(13)을 마스터기판(10)에 형성하는데, 이때, 상기 패턴(13)은 일반적인 포토리소그래피(photo-lithogrphy) 또는 직접 패터닝(Direct Writing) 방법에 의하여 제작될 수 있다.

도1(b)에서 도시한 바와 같이, 상기 마스터기판(10)과 패턴(13)에 연성재질의 스탬퍼몸체부(15)를 증착하면, 상기 스탬퍼몸체부(15)의 하부에는 상기 패턴(13)에 따른 형상이 형성된다.

그리고, 도1(c)에서 도시한 바와 같이, 상기 스탬퍼몸체부(15)를 경화시키면 스탬퍼(17)가 형성되고, 그 다음에 도1(d)에서 도시한 바와 같이, 상기 마스터기판(10) 및 패턴(13)과 상기 스탬퍼(17)를 이격시키면 상기 스탬퍼(17)의 하면에 상기 패턴(13)에 대응되는 형상이 마련된다.

상술한 공정에 의하여 만들어진 스탬퍼에 의한 임프린팅 공정에 대하여 알아보면, 도2(a)에서 개시된 바와 같이, 기판(20)위에 폴리머(23)를 일정두께만큼 도포하고, 상기 폴리머(23)위에 상기 스탬퍼(17)를 위치시킨다.

그 후, 도2(b)에서 개시된 바와 같이 상기 스탬퍼(17)로 상기 기판(20)과 폴리머(23)를 압착시킨후, 도2(c)에서 처럼, 열을 발산시키거나 자외선을 조사하여 상기 폴리머(23)을 경화시킨다.

그리고, 상기 스탬퍼(17)와 상기 기판(20) 및 폴리머(23)과 이격시키면 상기 기판(20)위에 상기 스탬퍼(17)에 형성된 패턴에 대응되는 패턴이 형성되는 것이며, 이러한 방식으로 동일한 패턴을 갖는 기판을 반복적으로 생산할 수 있는 것이다.

그런데, 이와 같은 대면적 소프트스탬퍼를 이용하는 경우에 그 재질이 매우 유연하여 가압상태에서 스탬퍼 자체의 형상을 유지하는 것이 어렵고, 온도 및 습도 등과 같은 외부환경요인으로 인한 스템퍼의 변형이 기판과의 정렬을 매우 어렵게 만든다는 단점이 있었다.

그리고, 기존의 대면적 소프트 스탬퍼를 이용하여 기판을 제조하는 임프린팅 공정을 수행하는데 있어서, 스탬퍼의 변형가능성으로 인하여 롤러가압과정이 생략되는 비가압공정만이 가능하였기 때문에, 기판에 잔막(Residual layer)이 발생한다는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 대면적 스탬퍼의 강도를 보강함으로써 외부환경 요인으로부터 발생할 수 있는 수축 또는 팽창 등의 변형을 억제하여 미세 패턴이 각인된 스탬퍼의 치수정밀도 및 기판과의 정렬정밀도를 향샹시킬 수 있는 스탬퍼를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명의 목적은 대면적 임프린팅 공정을 수행함에 있어서 변형이 거의 없는 스탬퍼 및 가압과정을 도입함으로써 기판에 잔막이 발생하는 것을 예방하는데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 스탬퍼에 있어서, 하면에 일정한 패턴이 형성된 제1스탬퍼몸체부와, 상기 제1스탬퍼몸체부의 상부에 적층되는 제2스탬퍼몸체부를 구비하는 스탬퍼몸체부와, 상기 스탬퍼몸체부의 강도를 보강하기 위해 상기 스탬퍼몸체부에 마련되는 강도보강부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스탬퍼몸체부는 자외선이 투과할 수 있는 수지로 구성되는 것을 특징으로 한다.

삭제

또한, 상기 강도보강부는 미세섬유로 구성되며, 상기 미세섬유는 상기 스탬퍼몸체부 내부에 일정간격 이격되어 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스탬퍼는 일정한 패턴이 형성되는 스탬퍼몸체부와, 상기 스탬퍼몸체부의 상면에 배치되어 상기 스탬퍼몸체부의 강도를 증대시키는 강도보강부재와, 상기 스탬퍼몸체부와 상기 강도보강부재를 접합하는 접착용 화학물질층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 강도보강부재는 미세섬유가 포함된 복합재층으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 미세섬유는 탄소섬유 또는 유리섬유인 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명은 스탬퍼 제조방법에 있어서, 일정한 패턴이 형성된 기판위에 스탬퍼 재료를 적층하여 상기 패턴이 복제된 스탬퍼몸체부를 형성하는 단계; 상 기 스탬퍼몸체부에 강도보강부재를 배치하는 단계; 상기 스탬퍼몸체부와 상기 강도보강부재를 경화하는 단계 및; 상기 기판과 스탬퍼몸체부를 이격시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스탬퍼 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 스탬퍼몸체부에 상기 강도보강부재를 배치한 후 상기 강도보강부재를 고정시킬 수 있도록 상기 강도보강부재위에 상기 스탬퍼 재료를 적층하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 강도보강부재는 미세섬유로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스탬퍼몸체부에 상기 강도보강부재를 배치하는 단계는, 상기 스탬퍼몸체부의 상면에 접착용 화학물질을 도포하는 단계와,상기 접착용 화학물질 위에 상기 강도보강부재를 안착시켜 상기 스탬퍼몸체부에 상기 강도보강부재를 고정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 강도보강부재는 미세섬유가 포함된 복합재로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스탬퍼몸체부 상기 강도보강부재를 경화하는 단계에서는 열경화방식 또는 자외선 경화방식이 사용되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 미세섬유는 탄소섬유 또는 유리섬유인것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스탬퍼몸체부를 구성하는 상기 스탬퍼재료는 자외선이 투과할 수 있는 수지로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 기판에 폴리머를 코팅하는 단계와; 상기 폴리머가 코팅된 기판에 강도보강부재가 삽입되고 일정한 패턴이 형성된 스탬퍼를 밀착시키는 단계 와;상기 폴리머가 코팅된 기판에 패턴이 전사되도록 롤러를 이용하여 스탬퍼를 가압하는 단계와; 상기 기판에 상기 패턴이 형성된 상태에서 상기 폴리머를 경화시키는 단계와; 상기 패턴이 형성된 기판과 상기 스탬퍼를 이격시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스탬퍼를 이용한 기판의 임프린팅 공정를 제공하고 있다.

또한, 상기 강도보강부재는 유리섬유 또는 탄소섬유를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 폴리머 경화단계는 열경화방식 또는 자외선경화방식이 사용되는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 의한 스탬퍼 및 그 제작법에 대하여 알아보기로 하겠다.

도3(a)에서 개시된 바와 같이, 후술할 스탬퍼에 형성할 패턴과 대응되는 마스터 패턴(110)이 마련된 기판(100)을 준비하는데, 이때, 마스터패턴(110)은 포토리소그래피(Photo-lithography) 또는 직접 패터닝(Direct Writing) 등의 방법으로 제작될 수 있으며, 또는 감광재(photo-resist), 금속막, 그 외에 웨이퍼에 직접 각인하여 제작할 수 있다.

도3(b)에서 개시된 바와 같이, 상기 기판(100)과 상기 마스터패턴(110) 위에 스탬퍼의 재료가 되는 수지(resin)를 적층하여 제1스탬퍼몸체부(120)를 형성한다.

도3(c)에서 개시된 바와 같이 상기 제1스탬퍼몸체부(120)의 위에 강도를 보강하기 위한 강도보강부(130)를 넣는데, 본 실시예에서의 강도보강부(130)는 인장강도가 높고 열팽창률이 작은 특성을 갖는 미세섬유 또는 그것으로 이루어진 직물 층으로 구성되는 것이 바람직하다.

이때, 미세섬유는 경량이면서도 우수한 강성을 갖는 유리섬유, 또는 케블라(Kevlar), 나일론, 탄소섬유 등이 사용될 수 있다.

한편, 상기 강도보강부(130)로서 사용되는 미세섬유는 한 방향 배열뿐만 아니라 십(十)자 형태의 교차방향 배열 및 다방향 배열이 가능한데, 상기 미세섬유는 상기 제1스탬퍼몸체부(120)위에 소정간격 이격되어 있는 것이 바람직하다.

그리고, 도3(d)에서 도시한 바와 같이 상기 강도보강부(130)을 고정할 수 있도록 상기 강도보강부(130)의 상부에 수지를 적층하여 제2스탬퍼몸체부(140)를 형성하며, 상기 제1,2스탬퍼몸체부(120,140)가 스탬퍼몸체부를 구성한다.

여기서, 상기 제1,2스탬퍼몸체부(120,140)를 형성하는데 사용되는 수지는 자외선이 통과할 수 있도록 투명한 재질로 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 강도보강부(130)와 상기 제1,2스탬퍼몸체부(120,140)간의 위치가 확실하게 고정될 수 있도록 두 재료를 접착시키는 접착용 화학물질이 사용되어 질 수 있다.

도3(e)에서 개시된 것처럼 상기 제2스탬퍼몸체부(140)을 향하여 자외선을 조사시키거나 또는 열을 가하여 상기 제1,2스탬퍼몸체부(120,140)을 경화시키며, 그러한 경화 작용에 의하여 상기 강도보강부(130)가 상기 제1,2스탬퍼몸체부(120,140)내에 고정되어 이탈하지 않게 된다.

그리고, 도3(f)에서 도시된 바와 같이, 경화된 제1,2스탬퍼몸체부(120,140) 및 상기 강도보강부재(130)의 결합체를 상기 기판(100) 및 상기 마스터패턴(110)으 로부터 이격시키게 되면 스탬퍼(150)가 만들어 지게 되는 것이고, 상기 스탬퍼(150)의 하면에는 상기 마스터패턴(110)에 대응되는 패턴이 형성된다.

또한, 이하에서는 상술한 제1실시예와 다른 방법으로 제작되는 제2실시예에 의한 스탬퍼 및 그 제작방법에 대하여 알아보기로 하겠다.

도4(a)와 도4(b)에서 개시된 바와 같이, 상기 마스터 패턴(110)이 마련된 기판(100) 위에 스탬퍼의 재료가 되는 수지를 도포하여 스탬퍼몸체부(200)를 형성한다.

그리고, 도4(c)(d)에서 도시된 바와 같이, 상기 스탬퍼몸체부(200)위에는 접착용 화학물질(210)이 적층되고, 상기 접착용 화학물질(210)의 위에는 미세섬유(230)가 포함되는 복합재(Fiber Glass Reinforced Plastic, F.R.P)(220)로 구성되는 강도보강부재가 적층되어, 상기 접착용 화학물질(210)에 의하여 상기 복합재(220)가 상기 스탬퍼몸체부(200)에 고정된다.

상기 복합재(220)는 유리강화플라스틱이라고도 하며, 유리섬유, 탄소섬유, 케블라 등 방향족 나일론 섬유와 불포화 폴리에스테르, 에폭시 수지 등의 열경화성 수지를 결합한 물질로서, 장력강도, 내구성, 내충격성, 내마모성이 우수하다.

도4(e)에서 개시된 바와 같이, 마스터 패턴(110)과 상기 기판(100) 위에 상기 스탬퍼몸체부(200)와 복합재(220)가 적층된 상태에서 자외선(UV)을 조사하거나 열을 가하면 상기 스탬퍼몸체부(200)가 상기 복합재(220)와 결합된 상태에서 경화된다.

그리고, 그 상태에서 상기 도5(f)에서 개시된 것 처럼 상기 스탬퍼몸체 부(200)를 상기 마스터패턴(110)과 상기 기판(100)으로부터 이격시키면 스탬퍼(240)가 완성되는 것이며, 상기 스탬퍼(240)의 하부에는 상기 마스터 패턴(110)에 대응되는 패턴이 형성된다.

따라서, 제1,2실시예에 의하여 제작된 스탬퍼는 탄소섬유 또는 유리섬유와 같은 미세섬유를 포함하고 있으므로 그 기계적 강도가 현저하게 개선될 수 있으며, 스템퍼 자체의 형상의 변형도 방지할 수 있게 된다.

이하에서는 상기 제1실시예에 의하여 제작된 스탬퍼에 의한 기판의 임프린트 공정에 대하여 알아보겠으며, 이러한 임프린트 공정은 제2실시예에 의한 스탬퍼에도 동일하게 적용된다.

도5(a)에서 개시된 바와 같이, 기판(300)위에 폴리머(310)를 코팅하고, 상기 폴리머(310)의 상부에는 상기 스탬퍼(150)를 위치시킨다.

그리고, 도5(b)(c)에서 개시된 바와 같이 상기 스탬퍼(150)를 상기 기판(300)을 향하여 밀착시키고, 가압용 롤러(400)에 의하여 상기 스탬퍼(150)의 상면을 가압하면 상기 스탬퍼(150)의 패턴이 상기 폴리머(310)에 전사된다.

그리고, 도5(d)에서 개시된 바와 같이, 상기 롤러(400)를 제거하고 상기 스탬퍼(150)를 향하여 자외선을 조사하거나 열을 가하면 상기 폴리머(310)층이 경화되고, 상기 스탬퍼(150)을 상기 기판(300)으로부터 이격시키면 상기 기판(300) 위에는 상기 스탬퍼(150)의 패턴과 대응되는 최종 패턴이 형성되는 것이다.

상기와 같은 스탬퍼는 그 내부에 유리섬유 또는 탄소섬유와같이 강도가 우수 한 미세섬유가 포함되어 있으므로 외부환경 변화 또는 가압에 의한 과도한 형상변형이 방지된다.

그리하여, 8인치 이상의 대면적 임프린팅 공정에서 롤러 가압과정을 적용시킬 수 있어서 기판과의 밀착성 및 기판과의 정렬도가 개선되어 보다 정밀한 패턴 전사가 가능하게 되고, 임프린팅 공정후 기판과의 분리 또한 용이하게 이루어질 수 있는 장점이 있다.

또한, 임프린팅 공정에 롤러가압공정을 도입됨으로써 롤러의 가압작용에 의하여 스탬퍼와 기판사이의 잔막(Residual layer)을 제거하는 것이 가능해져서 원하는 스펙의 기판을 획득할 수 있는 것이다.

Claims

스탬퍼에 있어서,

하면에 일정한 패턴이 형성된 제1스탬퍼몸체부와, 상기 제1스탬퍼몸체부의 상부에 적층되는 제2스탬퍼몸체부를 구비하는 스탬퍼몸체부; 및

상기 스탬퍼몸체부의 강도를 보강하기 위해 상기 각 스탬퍼몸체부의 사이에 마련되는 강도보강부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 스탬퍼.
제1항에 있어서,

상기 스탬퍼몸체부는 자외선이 투과할 수 있는 수지로 구성되는 것을 특징으로 하는 스탬퍼.
삭제
제1항에 있어서,

상기 강도보강부재는 미세섬유로 구성되며, 상기 미세섬유는 상기 스탬퍼몸체부 내부에 일정간격 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 스탬퍼.
제1항에 있어서,

상기 스탬퍼는 일정한 패턴이 형성되는 스탬퍼몸체부와, 상기 스탬퍼몸체부의 상면에 배치되어 상기 스탬퍼몸체부의 강도를 증대시키는 강도보강부재와, 상기 스탬퍼몸체부와 상기 강도보강부재를 접합하는 접착용 화학물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 스탬퍼.
제5항에 있어서,

상기 강도보강부재는 미세섬유가 포함된 복합재층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 스탬퍼.
제4항 또는 제6항에 있어서

상기 미세섬유는 탄소섬유 또는 유리섬유인 것을 특징으로 하는 스탬퍼.
스탬퍼 제조방법에 있어서,

일정한 패턴이 형성된 기판위에 스탬퍼 재료를 적층하여 상기 패턴이 복제된 스탬퍼몸체부를 형성하는 단계;

상기 스탬퍼몸체부에 강도보강부재를 배치하는 단계;

상기 스탬퍼몸체부와 상기 강도보강부재를 경화하는 단계;

상기 기판과 스탬퍼몸체부를 이격시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하 는 스탬퍼 제조방법.
제8항에 있어서,

상기 스탬퍼몸체부에 상기 강도보강부재를 배치한 후 상기 강도보강부재를 고정시킬 수 있도록 상기 강도보강부재위에 상기 스탬퍼 재료를 적층하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스탬퍼 제조방법.
제9항에 있어서,

상기 강도보강부재는 미세섬유로 구성되는 것을 특징으로 하는 스탬퍼 제조방법.
제8항에 있어서,

상기 스탬퍼몸체부에 상기 강도보강부재를 배치하는 단계는,

상기 스탬퍼몸체부의 상면에 접착용 화학물질을 도포하는 단계와,

상기 접착용 화학물질 위에 상기 강도보강부재를 안착시켜 상기 스탬퍼몸체부에 상기 강도보강부재를 고정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스탬퍼 제조방법.
제10항에 있어서,

상기 강도보강부재는 미세섬유가 포함된 복합재로 구성되는 것을 특징으로 하는 스탬퍼 제조방법.
제8항에 있어서,

상기 스탬퍼몸체부와 상기 강도보강부재를 경화하는 단계에서는 열경화방식 또는 자외선 경화방식이 사용되는 것을 특징으로 하는 스탬퍼 제조방법.
제10항 또는 제12항에 있어서,

상기 미세섬유는 탄소섬유 또는 유리섬유인것을 특징으로 하는 스탬퍼 제조방법.
제8항에 있어서,

상기 스탬퍼몸체부를 구성하는 상기 스탬퍼재료는 자외선이 투과할 수 있는 수지로 구성되는 것을 특징으로 하는 스탬퍼 제조방법.
기판에 폴리머를 코팅하는 단계와;

상기 폴리머가 코팅된 기판에 강도보강부재가 삽입되고 일정한 패턴이 형성된 스탬퍼를 밀착시키는 단계와;

상기 폴리머가 코팅된 기판에 패턴이 전사되도록 롤러를 이용하여 스탬퍼를 가압하는 단계와;

상기 기판에 상기 패턴이 형성된 상태에서 상기 폴리머를 경화시키는 단계 와;

상기 패턴이 형성된 기판과 상기 스탬퍼를 이격시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스탬퍼를 이용한 기판의 임프린팅 공정.
제16항에 있어서,

상기 강도보강부재는 유리섬유 또는 탄소섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 스탬퍼를 이용한 기판의 임프린팅 공정.
제16항에 있어서,

상기 폴리머 경화단계는 열경화방식 또는 자외선경화방식이 사용되는 것을 특징으로 하는 스탬퍼를 이용한 기판의 임프린팅 공정.