KR101121015B1 - 모세관 임프린트 기술 - Google Patents

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몰레큘러 임프린츠 인코퍼레이티드
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    • C23F1/08—Apparatus, e.g. for photomechanical printing surfaces

Abstract

본 발명은 몰드를 가진 주형으로 기판을 패터닝하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 기판과 몰드 사이에 정합성 물질을 위치시키는 단계 및 몰드와 기판 사이에 형성된 부피를 정합성 물질과 몰드 및 기판 중 하나 사이의 모세관 작용을 통하여 상기 정합성 물질로 충전시키는 단계를 포함한다. 그 후, 정합성 물질은 고화된다. 구체적으로, 몰드와 기판 간의 거리는 몰드와 기판 사이의 압축력을 피할 수 없다면 약화시키기에 충분한 정도로 조절된다. 그 결과, 몰드와 정합성 물질의 초기 접촉시, 몰드와 기판 사이의 부피의 자발적인 모세관 충전이 일어난다.

Description

모세관 임프린트 기술{CAPILLARY IMPRINTING TECHNIQUE}
일반적으로, 본 발명의 분야는 구조물의 마이크로제조에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 구조물의 형성에 있어서 기판을 패터닝하는 것에 관한 것이다.
마이크로제조는, 예를 들면 마이크로미터 이하 정도의 형상을 가진 매우 작은 구조물의 제조를 수반한다. 마이크로제조가 상당한 영향을 미치는 한 가지 분야는 집적 회로의 가공이다. 반도체 가공 산업이 더 큰 생산율을 얻는 한편, 기판상에 형성되는 단위 면적당 회로를 증가시키기 위해 계속 노력하고 있기 때문에, 마이크로제조는 점점 더 중요하게 된다. 마이크로제조는 형성된 구조물의 최소 형상 치수를 감소시키는 한편, 더 나은 공정 제어를 제공한다. 마이크로제조가 사용되는 다른 개발 분야로는 생명공학, 광학, 기계 시스템 등이 있다.
예시적인 마이크로제조 기술은 미국 특허 제6,334,960호(Willson et al.)에 나타나 있다. 상기 특허(Willson et al.)에는 기판에 릴리프 이미지를 형성하는 방법이 개시되어 있다. 상기 방법은 몰드를 기판상에 배치된 중합성 유체와 기계 접촉시키는 단계를 포함한다. 몰드는 릴리프 구조물을 포함한다. 몰드와 기판 사이에서 생기는 압축력 하에서 중합성 유체가 몰드의 릴리프 구조물을 충전한다. 그 후, 중합성 유체는 이를 고화 및 중합시키는 조건에서, 몰드의 릴리프 구조물과 상보적인 릴리프 구조물을 함유하는 전사층 상에 고화된 중합 물질을 형성한다. 그 다음, 몰드는 고형 중합 물질에서 분리되어 몰드의 릴리프 구조물의 복제가 고화된 중합 물질에 형성된다. 후처리 단계를 착수하여 릴리프 이미지를 기판에 전사한다.
중합 물질에 패턴을 정확하게 형성하기 위하여, 충분한 시간 및 힘을 사용하여 릴리프 구조물이 완전히 충전되는 한편, 기판 위에서 중합성 유체의 분포가 조절되도록 한다. 예를 들면, 소정의 점도를 가진 중합성 유체를 임프린트하는데 소요되는 시간을 감소시키는 것은 몰드와 기판 간의 압축력을 증가시키는 것을 수반한다. 그러나, 압축력이 너무 크면, 중합성 유체가 기판의 원치않는 영역으로 확산되게 된다. 반대로, 기판 위에 중합성 유체 분포에 대한 정확한 조절을 얻는 것은 종종 몰드와 기판 간의 압축력을 감소시키는 것을 수반한다. 그 결과, 중합성 물질을 임프린트하는데 소요되는 시간은 증가한다. 따라서, 사용되는 압축력과 중합성 유체를 임프린트하는데 소요되는 시간 간에는 타협점이 존재한다.
그러므로, 기판 표면 위에서 중합성 유체의 분포의 적당한 제어를 유지하면서 중합성 유체를 패터닝하는데 소요되는 시간을 감소시킬 필요성이 존재한다.
본 발명은 기판과 몰드 사이에 정합성 물질을 위치시키는 단계 및 몰드와 기판 사이에 형성된 부피를 정합성 물질과 몰드 및 기판 중 하나 간의 모세관 작용을 통하여 정합성 물질로 충전하는 단계를 특징으로 하는, 몰드를 가진 주형으로 기판을 패터닝하는 방법을 제공한다.
본 발명은 기판과 몰드 사이에 정합성 물질을 위치시키는 단계 및 몰드와 기판 사이에 형성된 부피를 정합성 물질과 몰드 및 기판 중 하나 간의 모세관 작용을 통하여 정합성 물질로 충전하는 단계를 특징으로 하는, 몰드를 가진 주형으로 기판을 패터닝하는 방법으로서, 그 후, 정합성 물질은 고화된다. 구체적으로, 몰드와 기판 간의 이동은 피할 수 없다면 몰드와 기판 간의 압축력이 약화되기에 충분한 정도로 제어한다. 그 결과, 몰드와 정합성 물질의 초기 접촉시, 몰드와 기판 사이의 부피가 자발적으로 모세관 충전된다. 모세관 충전은 몰드와 기판 간에 인력을 생성하는데, 이를 음의 임프린트 힘이라고 한다. 몰드의 형상의 신속하고 완전한 충전, 뿐만 아니라 기판의 정합성 물질의 분포의 정확한 제어를 비롯하여, 많은 이점이 음의 임프린트 힘으로부터 생긴다. 이들 및 다른 구체예는 이하에 보다 구체적으로 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 패터닝 시스템의 투시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 패터닝 시스템의 간략 입면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 임프린트층이 중합 및 가교되기 전에 포함되는 물질의 간략 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 물질이 복사선 처리된 후 변형된 가교된 폴리머 물질의 간략 도면이다.
도 5는 임프린트층의 패터닝 후 도 2에 도시된 임프린트층으로부터 이격된 몰드의 간략 입면도이다.
도 6은 도 2에 도시된 몰드가 본 발명의 일구체예에 따른 임프린트 공정 중에 받는 힘의 그래프 도면이다.
도 7은 도 1에 도시된 시스템의 상세도이다.
도 8은 도 2에 도시된 몰드가 본 발명의 다른 구체예에 따른 임프린트 고정 중에 받는 힘의 그래프 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 기판 상의 다중 패턴 영역을 동시에 임프린트하도록 다중 몰드가 위에 형성된, 도 1에 도시된 주형의 확대도이다.
도 10은 본 발명에 따른, 도 9에 도시된 주형의 몰드와 중첩하는 다수의 영역을 나타내는, 도 1에 도시된 기판의 부분의 하향 평면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 구체예에 따른, 기판의 단부로부터 연장하는, 도 2에 도시된 몰드의 부분을 나타내는 상세 측면도이다.
도 12는 다른 구체예에 따라 본 발명에 사용된 임프린트 장치 및 기판 내 물질의 간략 입면도이다.
도 1은 브리지(14)와 스테이지 서포트(16)가 그 사이에서 연장된 한 쌍의 이격된 브리지 서포트(12)를 포함하는 본 발명의 한 가지 구체예에 따른 리소그래피 시스템(10)을 도시한다. 브리지(14)와 스테이지 서포트(16)는 이격되어 있다. 브리지(14)에는 임프린트 헤드(18)가 결합되어 있는데, 이것은 브리지(14)로부터 스테이지 서포트(16)를 향해 연장된다. 동작 스테이지(20)가 스테이지 서포트(16) 위에 임프린트 헤드(18)와 대면해 배치된다. 동작 스테이지(20)는 스테이지 서포트(16)에 대해 X 및 Y 축을 따라 이동하도록 구성되며, 임의로 Z 축을 따른 이동도 조장될 수 있다. 복사선원(22)이 리소그래피 시스템(10)에 결합되어 화학선을 동작 스테이지(20)에 조사한다. 도시된 대로, 복사선원(22)은 브리지(14)에 결합되고, 복사선원(22)에 연결된 동력 발생기(23)를 포함한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 임프린트 헤드(18)에는 몰드(28)가 위에 있는 주형(26)이 연결되어 있다. 몰드(28)는 다수의 이격된 오목부(28a) 및 돌출부(28b)로 형성된 다수의 형상을 포함한다. 다수의 형상은 동작 스테이지(20) 상에 위치된 기판(31)으로 전사하고자 하는 원래의 패턴을 형성한다. 기판(31)은 베어 웨이퍼 또는 하나 이상의 층이 위에 배치된 웨이퍼로 구성될 수 있다. 이를 위하여, 임프린트 헤드(18)가 Z 축을 따라 이동하여, 몰드(28)와 기판(31) 사이의 거리 "d"를 변경하도록 되어 있다. 이 방식으로, 몰드(28) 상의 형상이 기판(31)의 정합성 영역으로 임프린트될 수 있으며, 이는 하기 상세히 논의된다. 복사선원(22)은 몰드(28)가 복사선원(22)과 기판(31) 사이에 배치되도록 위치된다. 그 결과, 몰드(28)는 복사선원(22)에 의해 생성되는 복사선을 실질적으로 투과시키는 물질로 제조된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 정합성 영역, 예컨대 임프린트층(34)은 실질적으로 편평한 프로파일을 나타내는 표면(32)의 일부분 상에 배치된다. 정합성 영역은 정합성 물질을 생성하는 임의의 공지기술, 예들 들어 본 명세서에서 참고 인용하는 미국특허 제5,772,905호(Chou)에 개시된 열간 엠보싱 공정 또는 문헌(Chou et al., Ultrafast and Direct Imprint of Nanostructures in Silicon, Nature, Col. 417, pp. 835-837, June 2002)에 기재된 종류의 레이저 보조 직접 임프린트(LADI) 공정을 사용하여 형성할 수 있다. 그러나, 본 구체예에서, 정합성 영역은 기판(31)상에 임프린트 물질(36a)의 다수의 이격된 소적(36)으로서 배치되는 임프린트층(34)으로 구성되며, 이는 하기 상세히 논의된다. 임프린트층(34)은 선택적으로 중합 및 가교되어 원래 패턴에 상보적인 패턴을 기록할 수 있는 임프린트 물질(36a)로부터 형성되며, 이로써 기록된 패턴이 한정된다. 임프린트 물질(36a)은 지점(36b)에서 가교되어 가교된 폴리머 물질(36c)을 형성하는 것으로 도 4에 도시되어 있다.
도 2, 도 3 및 도 4를 참조하면, 소정의 거리 "d"에 도달한 후에, 복사선원(22)이 임프린트 물질(36a)을 중합 및 가교하는 화학선을 생성하여, 실질적인 부분이 가교된 폴리머 물질(36c)이 형성된다. 그 결과, 임프린트 물질(36a)은 고체인 폴리머 물질(36c)로 변형되어 도 5에 도시된 임프린트층(134)을 형성한다. 구체적으로, 폴리머 물질(36c)은 고화되어 몰드(28)의 표면(28c)의 외형에 정합하는 외형을 가진 임프린트층(134)의 측면(34c)을 제공하고, 임프린트층(134)은 오목부(30)를 가진다. 임프린트층(134)이 도 4에 도시된 폴리머 물질(36c)로 구성되도록 변형된 후에, 도 2에 도시된 임프린트 헤드(18)가 거리 "d"가 증가되도록 이동하여 몰드(28)와 임프린트층(134)이 이격된다.
도 2, 도 3 및 도 5를 참조하면, 임프린트층(34)에 기록된 패턴은 유일한 힘은 아니지만, 임프린트 물질(36a)과 몰드(28) 및/또는 기판(31)의 모세관 힘에 의해서 주로 생성된다. 사용된 외력, 즉 비모세관압의 양은 임프린트 물질(36a)의 조성, 생성된 임프린트층(34)의 두께 및 임프린트 물질(36a)이 확산되어야 하는 면적을 비롯한 몇 가지 요인에 의존한다. 예를 들면, 임프린트 물질(36a)의 고정된 조성과 임프린트 물질(36a)이 확산되어야 하는 고정된 면적에서, 모세관 충전이 일어나기 전에 도달되는 기판(31)과 돌출부(28b) 간의 최소 거리 d'가 있다. 임프린트층(34)의 두께 t2가 d'보다 큰 경우에는, 매우 작은 모세관압이 임프린트 물질(36a)을 확산시키는데 사용되는데, 즉 더 많은 양의 압축력이 몰드(28)에 미칠 것이다. 이 경우, 외부의 양의 힘 F가 소정의 시간 이내에 소적(36)의 임프린트 물질(36a)을 확산시키는데 사용된다. 이 방식으로, 소적(36)의 임프린트 물질(36a)은 임프린트 물질(36a)이 몰드(28)와 기판(31) 사이에서 필요한 만큼 확산될 때까지 주로 몰드(28)에 의해 외압이 인가되어 충분한 양으로 확산된다.
임프린트층(36a)의 고정된 면적 및 고정된 조성에서, t2가 d'보다 작거나 같다고 가정하면, 모세관압의 양은 주로 두께 t2 및 임프린트 물질(36a)로 충전하고자 하는 고정된 면적의 비율, 즉 임프린트 물질(36a)이 부재하는 고정된 면적의 부분의 함수가 된다. 보다 구체적으로, 임프린트 중에 발생하는 모세관압의 양은 충전하고자 하는 고정된 면적의 비율에 비례하고, 두께 t2에 반비례한다. 두께 t2가 거리 d에 의존한다는 것을 이해하면, 임프린트 공정 중에 거리 d를 신중하게 조절하는 것이 중요하다. 거리 d의 조절은 임프린트 헤드(18) 및/또는 동작 스테이지(20)의 컴플라이언스에 의해 방해받을 수 있다. 이 상황에서, 신속한 모세관 충전은 소적(36)이 몰드(28)와 접촉할 때 일어난다. 구체적으로, 몰드(28)와 기판(31) 간의 상대 이동은 거리 d가 감소되어 몰드(28)의 표면(28c)이 소적(36)과 접촉하여 위치되도록 조절된다. 몰드(28)의 표면(28c)과의 접촉은 소적(36)의 반구형 외형을 왜곡시켜서 이것이 몰드(28)의 표면(28c)을 가로질러서, 뿐만 아니라 기판(31)의 표면(32) 위에서 습윤/확산을 개시하도록 한다. 거리 d는 모세관 작용을 통해 임프린트 물질(36a)로 충전되는 몰드와 중첩되는 기판(31)의 영역과 몰드(28) 사이에 부피 V가 형성될 때까지 계속 감소된다.
도 2, 도 3 및 도 6을 참조하면, 예시적인 모세관 임프린트 방법 동안에 몰드(28)에 대한 힘의 측정은 소적(36)이 초기에 몰드와 접촉하는 지점(80)으로 도시되어 있다. 도시된 대로, 몰드(28)가 받는 압축력과 장력은 실질적으로 영이다. 지점(82)에서 부피 V의 모세관 충전이 개시되어 몰드(28)는 장력 T를 받게 된다. 지점(84)에서 장력 T는 최대 크기에 도달하는데, 즉 부피 V 안의 실질적으로 모든 임프린트 물질(36a)이 몰드(28) 및 기판(31)과의 모세관 인력을 받는다.
구체적으로, 몰드(28) 및 기판(31)의 상대 이동은 피할 수 없다면, 몰드(28)가 압축력을 받아서 임프린트 물질(36a)과 접촉하게 되는 것을 약화시키도록 수행된다. 최소화되도록 추구되는 도 7에 도시된 압축력 C1 및 C2는 임프린트 물질(36a)이 임프린트 중에 몰드(28)로 밀림에 따라 임프린트 헤드(18)가 몰드(28)로 밀리게 한다. 이것은 몰드(28)와 소적(36)의 임프린트 물질(36a)의 초기 접촉시 일어나는 부피 V의 자발적인 모세관 충전을 촉진한다. 모세관 충전은 몰드(28) 상에 음의 임프린트 힘으로 언급되는 인력/장력 T를 생성한다. 음의 임프린트 힘 또는 장력 T는 임프린트 헤드(18)와 기판(31)의 연신을 유발하여 몰드(28)가 장력 T를 받게 한다.
그러나, 너무 큰 음의 임프린트 힘은 임프린트층(134)의 두께 균일성의 조절에 해가 될 수 있다. 최대 두께 균일성에 도달하려 할 때는 존재하는 음의 임프린트 힘의 양을 최소화하는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다. 이를 위하여, 몰드(28)와 기판(31) 간의 이동은 임프린트층(134)의 두께 균일성을 최대화하도록, 즉 t1가 임프린트층(134)의 영역에 걸쳐 균일하고, 도 5에 도시된 t2가 임프린트층의 영역에 걸쳐 균일하도록 수행된다. 이것은 도 6에 도시된 몰드(28)가 받는 압축력 C1 및 C2와 장력 T의 크기 및/또는 시간을 최소화하는 것에 의하여 달성된다. 이를 위하여, 척력 S1 및/또는 S2, 뿐만 아니라 인력 L1 및/또는 L2가 압축력 C1 및 C2와 장력 T의 존재를 보상하는데 사용될 수 있다.
구체적으로, 임프린트 헤드(18)가 인력 L1을 인가하여 압축력 C1 및 C2를 무효화 또는 약화시킨다. 대안으로서, 동작 스테이지(20)가 인력 L2를 발생시켜 힘 C1 및 C2를 무효화 또는 약화시키고, 아니면 임프린트 헤드(18)와 동작 스테이지(20)가 서로에 대해 이동하여 힘 C1 및 C2를 약화 또는 무효화시킨다. 유사한 방식으로, 임프린트 헤드(18)가 척력 S1을 인가하여 장력 T를 무효화 또는 약화시키고, 및/또는 동작 스테이지(20)가 인력 L2를 발생시켜 장력 T를 무효화 또는 약화시킨다. 이 방식으로, 인장력 및/또는 압축력의 크기를 필요에 따라 조절하여 임프린트층(134)의 두께 균일성을 최대화하면서 여전히 소정의 거리 d를 얻을 수 있다.
도 2, 도 3 및 도 8을 참조하면, 두께 균일성을 최대화하는데 사용된 예시적인 모세관 임프린트 방법 동안에 몰드(28)에 대한 힘의 측정은 소적(36)이 초기에 몰드와 접촉하는 지점(88)으로 도시되어 있다. 도시된 대로, 몰드(28)가 받는 압축력 및 인장력은 실질적으로 영이다. 지점(90)에서 부피 V의 모세관 충전이 개시되어 몰드(28)는 장력 T를 받게 된다. 지점(92)에서 장력 T는 최대 크기에 도달한다. 지점(94)에서 부피 V 안의 실질적으로 모든 임프린트 물질(36a)이 몰드(28)와의 모세관 인력을 받는데, 즉 부피 V가 임프린트 물질(36a)로 실질적으로 충전된다. 영역(96)에서 인력 L1 또는 인력 L2 또는 이들의 조합이 몰드(28)에 인가되어, 이 힘을 감소시켜 지점(96a)에서는 실질적으로 영이 된다. 척력 S1이 사용되면, 몰드(28)는 영역(98)으로 도시된 압축력 C2를 받을 수 있다.
도 5 및 도 9를 참조하면, 몰드(28)의 형상, 예들 들어 오목부(28a)의 신속하고 완전한 충전뿐만 아니라 기판(31)의 정합성 임프린트 물질(36a)의 분포의 정확한 조절을 비롯하여, 많은 이점이 음의 임프린트 힘으로부터 생긴다. 또한, 음의 임프린트 힘은 기판(31)상에서 도 3에 도시된 임프린트 물질(36a)의 분포의 조절을 촉진한다.
그 결과, 주형(26)은 다수의 개별 패턴이 기판(31)에 동시에 형성될 수 있도록 다수의 몰드(28)를 구비할 수 있다. 임프린트 물질(36a) 및/또는 몰드(28)와 기판(31) 간의 모세관 인력에 따라, 임프린트 물질(36a)은 기판(31)상에 인접 패터닝된 영역(31a) 사이로 연장되지 않는다. 오히려, 임프린트 물질(36a)은 몰드(28) 중 하나와 중첩하는 기판(31)의 영역 안에 갇힌 채로 있다. 이해되는 바와 같이, 임프린트 물질(36a)은 임프린트 물질(36a)의 표면 장력으로 인하여 몰드(28)의 주변부에서 메니스커스(34d)를 형성한다. 틈(34c)이 인접 패터닝된 영역(31a) 사이에 존재한다. 메니스커스(34d) 내의 임프린트 물질(36a)과 관련된 표면 장력은 임프린트 물질(36a)이 틈(34c)을 통하여 연장될 확률을 실질적으로 감소시킨다.
도 2, 도 3, 도 10 및 도 11을 참조하면, 메니스커스(34d)와 관련된 표면 장력의 이점을 취할 때, 기판(31)상의 소적(36)의 분포에 추가의 가요성이 제공된다. 예를 들어, 주형(26)이 기판(31)상에 a 내지 y로 도시된 다수의 영역과 중첩된 다중 몰드(28)를 포함한다고 가정한다. 각각의 다수의 영역 a 내지 y에서 패터닝된 영역(31a)을 생성할 필요는 없다. 오히려, 영역 a 내지 y의 하위부분이 d, k, l, q, s 및 u 내지 y로 도시된 임프린트 물질(36a)의 소적(36)을 구비할 수 있다. 이 방식으로, 주형(26) 상의 몰드(28)와 접촉한 다음, 거기에 하위부분(34a)이 형성되면, 영역 a 내지 y의 하위부분만이 패터닝된 영역(31a)일 것이다. 이것은 기판(31)의 유용한 면적을 증가시키기에 유리하다. 모세관 힘이 몰드(28)의 표면과 이와 중첩되는 기판(31)의 영역의 면적 사이에 모두 존재하므로, 패터닝은 기판(31)의 단부(31c)에서 일어날 수 있다. 기판을 지나 연장된 몰드(28)의 하위부분(28d)에 기판(31)의 부재는 임프린트 물질(36a)을 하위부분(28d)에서 방지한다.
오목부(28a)를 포함하는 부피 V의 충전을 촉진하기 위해 임프린트 물질(36a)은 오목부(28a)를 완전히 충전하고, 임프린트 물질(36a)의 인접 형성에 의해서 표면(32)을 피복하는 성질을 가진다. 본 구체예에서, 돌출부(28b)와 중첩되는 임프린트층(34)의 도 5에 도시된 하위부분(34b)은 소정 거리 "d"에 도달한 후에 두께 t1을 가진 하위부분(34a)과 두께 t2를 가진 하위부분(34b)을 남긴다. 두께 "t1" 및 "t2"는 분야에 따라서 소정의 임의의 두께일 수 있다. 통상적으로, t1은 도 5에 보다 상세하게 도시된 바와 같이 하위부분(34a)의 폭 u의 2 배 이하, 즉 t1 ≤ 2u가 되도록 선택된다.
도 5를 참조하면, 기판(31)의 패터닝을 완성하는데 추가의 가공을 사용할 수 있다. 예를 들면, 기판(31) 및 임프린트층(134)을 에칭하여 임프린트층(134)의 패턴을 기판(31)으로 전사하여 패터닝된 표면(도시하지 않음)을 제공한다. 에칭을 촉진하기 위해 임프린트층(134)을 형성하는 물질은 다양하며 필요에 따라 기판(31)에 대한 상대 에칭 속도를 한정한다.
이를 위해, 임프린트층(134)은 선택적으로 위에 배치된 포토레지스트 물질(도시하지 않음)에 대하여 에칭차를 제공할 수 있다. 포토레지스트 물질(도시하지 않음)은 공지기술을 사용하여 임프린트층(134)을 더 패터닝하기 위해 제공될 수 있다. 소정의 에칭 속도 및 기판(31)과 임프린트층(134)을 형성하는 하도 구성요소에 따라서, 임의의 에칭 공정을 사용할 수 있다. 예시적인 에칭 공정으로는 플라즈마 에칭, 반응성 이온 에칭, 화학 습식 에칭 등이 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 예시적인 복사선원(22)은 자외선을 생성할 수 있지만; 임의의 공지 복사선원을 사용할 수 있다. 임프린트층(34) 내 물질의 중합을 개시하는데 사용되는 복사선의 선택은 당업자에게 공지되어 있으며, 통상적으로 요망되는 특정 분야에 따른다. 또한, 몰드(28) 상의 다수의 형상은 흉벽 외형을 가진 몰드(28)의 다면을 제공하는 돌출부(28b)에 평행한 방향으로 연장되는 오목부(28a)로서 도시되어 있다. 그러나, 오목부(28a)와 돌출부(28b)는 집적 회로를 생성하는데 필요한 실질적으로 임의의 형상에 해당할 수 있으며, 수십 나노미터 정도로 작을 수 있다.
도 1, 도 2 및 도 5를 참조하면, 본 패터닝 기술에 의해 생성되는 패턴은 기판(31)으로 전사되어 종횡비가 30:1 정도로 큰 형상을 제공할 수 있다. 이를 위해, 몰드(28)의 한 가지 구체예는 종횡비를 1:1 ~ 10:1의 범위로 한정하는 오목부(28a)를 가진다. 구체적으로, 돌출부(28b)는 폭 W1이 약 10 nm 내지 약 5000 ㎛ 범위이고, 오목부(28a)는 폭 W2가 10 nm 내지 약 5000 ㎛ 범위이다. 그 결과, 몰드(28) 및/또는 주형(26)은 다양한 종래 물질로부터 형성될 수 있으며, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 훈증 실리카, 석영, 규소, 유기 폴리머, 실록산 폴리머, 붕규산염 유리, 플루오로카본 폴리머, 금속, 경질 사파이어 등이 있다.
도 1, 도 2, 도 3 및 도 5를 참조하면, 임프린트 물질(36a)의 특징은 사용된 독특한 침착 공정에 비추어 기판(31)을 효율적으로 패터닝하는데 중요하다. 전술한 대로, 임프린트 물질(36a)은 다수의 개별적이고 이격된 소적(36)으로서 기판(31)상에 침착된다. 소적(36)의 합한 부피는 임프린트 물질(36a)이 임프린트층(34)을 형성하고자 하는 표면(32)의 영역에 걸쳐 적당하게 분포되도록 한다. 그 결과, 임프린트층(34)은 동시에 확산되어 패터닝되고, 이 패턴이 자외선과 같은 복사선에 노출되어 임프린트층(34)으로 연속 경화된다. 따라서, 임프린트 물질(36a)은 모든 두께 t1이 실질적으로 균일하고, 모든 두께 t2가 실질적으로 균일하도록 표면(32) 상에 소적(36)의 임프린트 물질(36a)의 신속하고 균일한 확산을 촉진하는 특성을 가진다. 바람직한 특성으로는, 예컨대 0.5 내지 5 센티푸와즈(cps) 범위의 저 점도를 갖는 것뿐만 아니라, 기판(31) 및/또는 몰드(28)의 표면을 습윤시키고, 중합 후에 흠집 또는 구멍 형성을 피하는 능력을 갖는 것이 있다. 이러한 특성들을 만족하면, 임프린트층(34)은 충분히 얇게 이루어지면서 더 얇은 부분, 예들 들어 도 5에 도시된 하위부분(34b)에 흠집 또는 구멍의 형성을 피할 수 있다.
전술한 특성을 제공하도록 임프린트 물질(36a)을 형성하는 구성성분은 상이할 수 있다. 이는 다수의 상이한 물질로 형성되는 기판(31)에 기인한다. 그 결과, 표면(32)의 화학 조성은 기판(31)이 형성되는 물질에 따라 다르다. 예를 들면, 기판(31)은 규소, 플라스틱, 비화갈륨, 텔루륨화수은 및 이들의 복합체로부터 형성될 수 있다. 또한, 기판(31)은 하위부분(34b) 내 1 이상의 층, 예컨대 유전체층, 금속층, 반도체층, 평탄화층 등을 포함할 수 있다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 임프린트 물질(36a)에 대한 예시적인 조성물은 다음과 같다:
조성물
이소보르닐 아크릴레이트
n-헥실 아크릴레이트
에틸렌 글리콜 디아크릴레이트
2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온
예시적인 조성에서, 이소보르닐 아크릴레이트는 조성물의 대략 55%를 구성하고, n-헥실 아크릴레이트는 대략 27%를 구성하며, 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트는 대략 15%를 구성하고, 개시제 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온은 대략 3%를 구성한다. 개시제는 미국 뉴욕주 테리타운에 소재하는 CIBA？에서 상표명 DAROCUR？ 1173으로 시판된다. 또한, 전술한 조성물은 조성물의 작동 수명을 증가시키기 위해 화학 분야에 널리 알려진 안정화제를 포함한다. 적당한 릴리스 특성을 제공하기 위하여, 조성물은 소수성 및/또는 저 표면 에너지인 몰드 표면, 즉 선험적 릴리스층을 갖도록 처리된 주형과 함께 통용된다.
도 2 및 도 9를 참조하면, 전술한 임프린트 기술은 도 12에 도시된 평탄화층을 포함하는 기판(31)에 수행될 수 있다. 평탄화층(37)의 1차 기능은 기판(31)의 표면이 평활하거나, 아니면 평탄하도록 하는 것이다. 이를 위하여, 평탄화층(37)은 다수의 상이한 물질, 예컨대 열경화성 폴리머, 열가소성 폴리머, 폴리에폭시, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리에스테르 및 이들의 조합으로부터 형성될 수 있다. 평탄화층(37)은 임프린트층(34)에 대한 우수한 밀착성을 나타낼 수 있는, 연속적이고, 평활하며, 비교적 무결함의 표면을 갖도록 하는 방식으로 제조된다.
또한, 임프린트층(34)이 몰드(28)에 밀착되지 않도록 하기 위하여, 몰드(28)의 표면은 개질제로 처리될 수 있다. 그 결과, 임프린트층(34)은 평탄화층(37)과 개질제 사이에 위치된다. 한 가지 그러한 개질제는 도 12에 도시된 릴리스층(39)이다. 릴리스층(39)과 다른 표면 개질제는 임의의 공지 공정을 사용하여 적용될 수 있다. 공정 기술의 예로는 화학 증착, 물리 증착, 원자 층 침착 또는 다양한 다른 기술, 브레이징 등이 있다. 예시적인 릴리스 층은 미국 특허 출원 번호 제10/375,817호(발명의 명칭: 불소 함유 층을 사용하여 중합성 층과 기판 간의 밀착성을 감소시키는 방법), 뿐만 아니라 미국 특허 출원 번호 제10/375,832호(발명의 명칭: 릴리스층을 형성하는 조성물 및 방법)에서 찾아 볼 수 있으며, 이들 두 특허 출원은 본 발명의 양수인에게 양도된 건이며, 본 명세서에서 참고 인용한다.
전술한 본 발명의 구체예는 예시적이다. 많은 변형과 수정이 본 발명의 범주 내에 있으면서 전술한 개시 내용에서 이루어질 수 있다. 그러므로, 본 발명의 범주는 상기 설명을 참조해서 결정하는 것이 아니라, 첨부된 특허청구의 범위를 참고로 그 균등물의 완전한 범주와 함께 결정되어야 한다.

Claims (9)

  1. 몰드를 가진 주형으로 동작 스테이지 상에 위치된 기판을 패터닝하는 방법으로서,
    상기 기판과 상기 몰드 사이에 정합성 물질을 위치시키는 단계;
    상기 몰드와 상기 기판 사이에 형성된 부피를 상기 정합성 물질과 상기 몰드 및 상기 기판 중 하나 사이의 모세관 작용을 통하여 상기 정합성 물질로 충전시키는 단계; 및
    상기 몰드 상에서, 상기 모세관 작용과 관련하여, 장력을 보상하기 위해 상기 동작 스테이지 및 상기 몰드 중 적어도 하나 상에 인력을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 정합성 물질을 위치시키는 단계는 상기 정합성 물질을 상기 몰드 상에 배치하는 단계 및 상기 몰드를 상기 기판과 중첩시켜 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 정합성 물질을 위치시키는 단계는 상기 정합성 물질을 상기 기판 상에 배치하는 단계 및 상기 몰드를 상기 기판과 중첩시켜 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 부피를 충전시키는 단계는 상기 정합성 물질과 상기 몰드 및 상기 기판 모두의 모세관 작용에 의해 상기 부피를 충전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 부피를 충전시키는 단계는 상기 주형의 하위부분이 상기 정합성 물질과 접촉하도록 상기 주형과 상기 정합성 물질 간의 거리를 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 정합성 물질을 위치시키는 단계는 상기 기판 영역의 하위부분 상에 상기 정합성 물질을 침착시키는 단계를 더 포함하고, 상기 부피를 충전하는 단계는 상기 정합성 물질로 상기 몰드와 상기 하위부분의 외부의 상기 영역의 면적을 모두 습윤시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 정합성 물질을 위치시키는 단계는 상기 기판 영역의 하위부분 상에 상기 정합성 물질을 침착시키는 단계를 더 포함하고, 상기 부피를 충전하는 단계는 상기 정합성 물질로 상기 몰드 및 상기 하위부분의 외부의 상기 영역의 면적을 모두 습윤시키면서, 상기 정합성 물질과 상기 몰드의 모세관 작용에 의하여 상기 영역의 외부로 상기 정합성 물질의 이동을 제한하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 주형은 제1 및 제2 몰드를 더 포함하며, 상기 제1 몰드는 상기 기판의 제1 영역에 대향 배치되고, 상기 제2 몰드는 상기 기판의 제2 영역에 대향 배치되며, 상기 정합성 물질은 상기 제1 영역의 하위면적 및 상기 제2 영역의 하위부분에 배치되고, 상기 부피를 충전시키는 단계는 상기 정합성 물질과 상기 몰드의 모세관 작용에 의하여 상기 제1 영역의 외부로 상기 하위면적 내의 상기 정합성 물질의 이동을 제한하며, 상기 제2 영역의 외부로 상기 하위부분 내의 상기 정합성 물질의 이동을 제한하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 주형은 다수의 이격된 몰드를 더 포함하며, 몰드의 제1 하위세트는 상기 기판의 제1 영역에 대향 배치되고, 상기 다수의 이격된 몰드의 나머지 몰드는 상기 기판의 제2 영역에 대향 배치되며, 상기 정합성 물질은 상기 제1 영역에 배치되고 상기 제2 영역에는 부재하는 것을 특징으로 하는 방법.
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