KR101366505B1 - 고리형 올레핀 공중합체를 포함하는 임프린트 스탬프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주형(1)로부터의 패턴을 2-단계 공정을 이용하는 임프린트 공정으로 대상물(12)에 전달하는 방법을 제공한다. 제 1 단계는 주형 표면의 패턴을 하나 이상의 고리형 올레핀 공중합체(Cyclic Olefin Copolymer: COC)을 포함하는 중합체 재료와 접촉시켜 주형 표면 패턴의 반전 패턴으로 구조화된 표면을 지니는 가요성 중합체 복사체를 생성시킴을 포함한다. 두 번째 단계에서는, 주형으로부터 가요성 중합체 복사체를 이형시킨 후에, 가요성 중합체 복사체의 반전 패턴을 기판상의 레지스트층에 가압하여 주형 표면 패턴의 복사체를 임프린트한다.

Description

고리형 올레핀 공중합체를 포함하는 임프린트 스탬프{IMPRINT STAMP COMPRISING CYCLIC OLEFIN COPOLYMER}

도 1은 본 발명의 구체예에 따른 주형에서 물체 표면으로 레플리카(replica)를 제조하기 위한 2 단계 공정을 개략적으로 도시한 것이다.

도 2는 본 발명의 구체예에 따른 방법의 수단에 의해 SU8에 새겨진 라인 패턴의 AFM 태핑 모드(tapping mode) 이미지를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명의 구체예에 따른 SU8에 새겨진 블루레이(BluRay) 광학 디스크 패턴의 AFM 태핑 모드 이미지를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명의 구체예에 따른 임프린트에 의해 제공된, 높은 종횡비를 가진 마이크로미터 차원을 가지는 기둥 패턴의 SEM 이미지를 도시한 것이다.

도 5 내지 7은 본 발명의 구체예의 공정 단계를 도시한 것이다.

도 8은 도 1 내지 3 또는 5 내지 7에서 일반적으로 서술된 것처럼 공정을 수행하기 위한, 본 발명에 따른 장치의 구체예를 개략적으로 도시한 것이다.

도 9는 공정의 최초 단계에서 중합체 스탬프(stamp) 및 기판이 부하될 때, 도 8의 장치를 개략적으로 도시한 것이다.

도 10은 주형으로부터 패턴을 기판에 전사하는 활성공정단계에서, 도 8 및 도 9의 장치를 도시한 것이다.

도 11 내지 13은 본 발명의 구체예에 따른 2단계 공정의 기초단계에 사용하기 위한 사출 성형 공정을 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명은 임프린트 리소그래피(lithography)의 분야에 대한 것으로, 주형 또는 스탬프의 구조화된 표면을 기판의 표적 표면상의 성형 층과 접촉시킴으로써 주형 또는 스탬프로부터 기판으로 패턴을 전사하는 공정을 수반한다. 보다 구체적으로, 본 발명은, 중합체 스탬프를 이러한 공정에 적합하도록 하는 재료 특성을 가지는, 임프린트 공정에 사용하기 위한 공중합체 스탬프에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 중합체 스탬프를 제조하고 사용하는 2 단계 공정에 관한 것이다. 이러한 2 단계 공정에서, 주형 패턴의 레플리카는 임프린트 또는 사출 성형에 의해 가요성 중합체 호일에 형성되어 중간체 중합체 스탬프를 수득하고, 그 후에 중합체 스탬프는 기판의 표적 표면에 적용되는 성형 층에서 패턴을 임프린팅하는 제 2 단계에 사용된다. 구체적으로, 본 발명은, 하나 이상의 고리형 올레핀 공중합체(COC)를 포함하는 재료로 만들어진 중합체 스탬프 및 이러한 중합체 스탬프를 제조하고 사용하는 공정을 포함한다.

나노구조, 즉 100nm 이하 정도의 구조를 복제하기 위한 가장 강력한 기술 중 하나가 나노임프린트 리소그래피(NIL)이다. 나노임프린트 리소그래피에서, 주형의 표면 패턴의 반전된 복사본 -흔히 스탬프라고 칭함-은 기판을 포함하는 물체에 전사되고, 흔히 레지스트라고 불리는 성형층의 필름, 예를 들어 중합체 재료가 이에 적용된다. 물체가 중합체 필름의 유리 전이 온도를 초과하는 적합한 온도로 가열된 후에, 스탬프가 필름쪽으로 가압되고 후속하여 요망되는 패턴 깊이가 필름에 전사된 후에 스탬프가 냉각 및 이탈(흔히 탈형이라 칭함)된다. 대안적으로, 기판은 포토레지스트 재료, 즉 조사에 감수성이어서 자외선(UV) 조사에 노출되는 때에 가교되는 중합체, 또는 조사에 노출되는 때에 중합체로 경화되는 초기-중합체(pre-polymer)에 의해 도포된다. 이는 기판 또는 스탬프가 적용된 조사에 투과성일 것을 요구한다. 달성된 임프린트 후에 후속하여 수행되는 공정에서, 물체-기판 및 패턴형성된 중합체 필름-은 예를 들어 기판을 임프린팅된 영역 내에서 에칭하여 패턴을 기판의 표적 표면에 전사함에 의해 후-가공될 수 있다.

상기 기술된 임프린트 공정은 주형으로부터 기판을 도포하는 성형 층으로의 완벽한 패턴 전사를 달성하기 위하여 고려되어야 하는 몇몇 곤란성을 보인다.

주형과 기판이 동일한 재료로 만들어지지 않는다면(이들은 일반적으로 동일한 재료로 만들어지지 않는다), 이들은 통상 상이한 열 팽창 계수를 가질 것이다. 이는 주형 및 기판의 가열 및 냉각 동안 팽창 및 수축의 정도가 다를 것이라는 것을 의미한다. 치수 변화가 적은 경우에 조차, 이는 임프린트 공정에서 파쇄될 수 있는데, 이는 전사되는 패턴의 특징이 마이크로미터 또는 심지어 나노미터 단위이기 때문이다. 따라서, 그 결과 복제 정확도(replication fidelity)를 감소시킬 수 있다.

매우 자주 불요성 스탬프 또는 기판 재료가 사용되고, 이는 스탬프가 기판을 향하여 가압되는 경우에 스탬프와 성형 층 사이에 공기가 내포되도록 하고, 또한 복제 정확도를 격하시킬 수 있다. 또한, 임프린트 공정 동안 스탬프와 성형 층 사이에 입자가 내포되는 것은, 스탬프와 기판 모두가 가요성 재료로 이루어지지 않은 경우에 특히 스탬프나 기판의 두드러진 손상을 초래할 수 있다. 스탬프 또는 기판, 또는 둘 모두의 물리적 손상이 또한 불요성 기판으로부터 불요성 스탬프의 탈형시에 유발될 수 있고, 임프린트 공정 후에 높은 가로세로비를 가지는 패턴을 포함하는 기판 및 주형을 탈형하는 것이 어렵다. 일단 손상된 스탬프는 통상 재활용될 수 없다.

본 발명의 목적은 높은 복제 정확도를 가지고 산업적으로 적용하기에 용이하고 적합한, 개선된 임프린트 공정을 위한 해결책을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 2 단계 공정을 수반하는, 임프린트 공정에서 주형으로부터 물체로 패턴을 전사하는 방법이 제안된다. 제 1 단계에서, 구조화된 표면을 가지는 주형은 중합체 재료와 접촉되는데, 이는 주형 표면의 패턴의 반전 패턴을 가지는 구조화된 표면을 가지는 가요성 중합체 레플리카를 생성하기 위해서다. 이렇게 생성된 가요성 중합체 레플리카(본원에서 중간체 중합체 스탬프라고도 함)는 그 후에 주형으로부터 이탈된다. 제 2 단계에서, 가요성 중합체 레플리카의 구조화된 표면은 제 2 주형으로서 사용되고, 이는 물체의 성형 표면과 접촉되어 성형 물체 표면에서 이의 패턴의 레플리카를 임프린트한다. 이러한 레플리카는 중간체 중합체 스탬프 패턴의 반대 극성 및 원래 주형의 패턴과 동일한 극성 을 가지는 구조화된 표면을 보인다.

임프린트 공정에 사용되는 주형 또는 마스터는 일반적으로 고가 제품이고, 주형의 낡음 또는 손상이 따라서 최소화되어야 한다. 주형은 임의의 재료로 만들어 질 수 있고, 흔히 Si, Ni, 또는 다른 금속, 또는 항부착 층을 구비하거나 구비하지 않은 석영으로 만들어진다. 다른 한 편으로는, 임프린팅되는 물체는 흔히, 비교적 연질인 성형 임프린트 층으로 코팅된, 실리콘 또는 다른 반도체 재료와 같은, 비교적 경질인 재료로 제조된다. 물체를 임프린팅하는 단계는 중요한 시기이고, 여기서 평행 배열이 중요하고, 성형 층의 매우 적은 잔류 층, 흔히 10nm 미만 정도가 임프린팅된 돌출 구조 하에서 요망된다. 임의의 비평형 배열 또는 과도한 압력은 따라서 주형에 손상을 초래할 수 있다. 제안된 2 단계 임프린트 방법에 의해, 주형은 단지 중합체 재료에 대하여 사용될 것이고 이는 주형 재료보다 연질이고 이에 의해 손상의 위험을 최소화한다.

임프린트 리소그래피에서 다른 중요한 시기는 접촉 표면을 탈형하거나 이탈시키는 단계이다. 고가 주형이 최종 물체로 임프린팅되는 경우에, 둘 중 어느 하나의 손상이 회피되어야 한다. 2 단계 공정을 사용함으로써, 두 개의 탈형 단계가 포함될 수 있는데, 하나는 생성된 중합체 스탬프가 주형으로부터 탈형되는 경우이고, 임의로 다른 단계는 후속하여 사용된 중합체 스탬프가 임프린팅된 물체로부터 탈형되는 경우이다. 기술될 바와 같이, 제 2 단계는 기계적 분리 없이, 대신에 제 2 단계 후에 중합체 스탬프를 분해함에 의해 수행될 수 있고, 그 동안 중합체 스탬프는 여전히 임프린팅된 물체와 접촉되어 있다.

2 단계 임프린트 공정에 적합한 중간체 중합체 스탬프 및 이러한 공정을 제공하는 문제에 직면하여, 하나 이상의 고리형 올레핀 공중합체(COC)를 포함하는 재료로 제조된 중간체 중합체 스탬프가 특이 유리하다는 것이 밝혀졌다. 이러한 재료를 사용함에 의해 수득된 이점은 중합체 스탬프가 우수한 이탈 특성을 보인다는 것이다. 보다 구체적으로, 재료의 표면 장력 또는 표면 에너지는 제 1 및 제 2 임프린트 단계 둘 모두에서 중합체 스탬프의 적합한 이탈 특성을 제공한다. 또한, COC 중합체 스탬프는 UV 광에 투과성이고, 이는 제 2 임프린트 단계에서 COC 중합체 스탬프가 UV-보조 임프린트 공정에 적합하게 한다.

COC 중합체의 중합체 골격이 한정적으로 탄소 및 수소로 이루어지고, 극성 기 예를 들어 카르보닐, 카르복실, 에테르, 에스테르 등을 함유하지 않음을 주지하여야 한다. 추가의 극성 기 또는 이러한 골격에 화학적으로 연결된 전위된 전자 상태를 보이는 기가 없다면, COC 중합체는 낮은 표면 에너지를 특징으로 하고, 이는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌의 표면 에너지에 필적한다. 또한, 중합체 골격의 높은 밴드 간극은 UV 투과성을 초래하고, 이는 재료가 UV-보조 임프린트 공정에 적합하게 한다. 물론, 특정 COC 유도체는 합성될 수 있고, 표면 에너지를 증가시키고/거나 밴드 간극을 감소시키기 위하여 중합체 골격에 화학적으로 연결되는, 치환체를 함유하는 특정 COC 유도체가 -어느 정도- 구입가능하다. 이러한 유도체는 본원에 기술된 바와 같은 2 단계 공정을 위해 전개되는 적합한 후보로 간주될 수 없다.

본 발명의 바람직한 구체예에 따라, 중합체 스탬프를 제조하는 제 1 또는 첫째 단계는, 바람직하게는 18mN/m 이하의 표면 장력을 가지는 항부착 층이 구비된, Si 또는 니켈, 티타늄, 지르코늄, 니오븀, 탄탈륨, 또는 알루미늄과 같은 금속의 주형을 사용하여 수행한다. 이러한 항부착층은 예를 들어 구조화된 주형 표면상에 자기조립 단일층(Self-Assembled Monolayer, SAM) 필름을 제공함으로써 수득된다. 항부착층은 예를 들어 플루오르화된 알킬 인산 유도체 또는 플루오르화된 알킬 폴리-인산 유도체, PTFE 또는 플루오르화된 알킬 실란을 포함할 수 있다. 28-40 mN/m의 범위에서 표면 장력, 만족스런 항부착 특성을 가지는, 생성되는 중합체 스탬프를 위한 COC 중합체 재료와 조합되어 수득된다.

제 2 임프린트 단계에서, 생성되고 이형된 중합체 스탬프가 기판으로의 패턴 전사에 사용될 때, 특히 상기 만약 중합체 스탬프가 기계적으로 이형된다면, 재료의 성질은 다시 조화를 필요로 한다. 또한, 이러한 이유로, COC-포함 중합체 스탬프는 뛰어난 결과를 나타내도록 제조되어 왔다. 28-40 mN/m, 바람직하게는 28-37 mN/m, 좀 더 바람직하게는 30-35 mN/m의 표면장력을 갖는, COC-유도체의 사용으로 인해, 예를 들어 약 41 mN/m의 표면장력을 가지는 PMMA, 좀 더 바람직하게는 더 높은 표면장력을 가진 UV 가교 가능한 또는 UV 경화 가능한 재료로 임프린트를 수행하는 것이 가능하다.

본 발명의 구체예들은 다음의 동반된 도면들과 더불어 하기에서 더욱 상세하게 설명된다:

발명의 상세한 설명

본 발명은 여기서 "2 단계 임프린트 공정"이라고 언급된 것에 관한 것이다. 이 용어는, 제 1 단계에서 나노미터 및/또는 마이크로미터 크기의 패턴 표면을 가진 주형의 하나 이상의 레플리카가 임프린트 공정 또는 사출 성형 공정에 의해 하나 이상의 가요성 중합체 호일로 형성되는 공정으로 이해될 수 있다. 패턴화된 중합체 호일은 제 2 단계에서 중합체 스탬프로서 사용될 수 있다. 택일적으로, 패턴화된 중합체 호일은 다른 중합체 호일상에 다른 임프린트를 제조하는 스탬프로서 사용될 수 있고, 그것은 다음에 제 2 단계에서 사용된다. 이 방법, 공정의 제 1 단계는 패턴이 본래의 주형의 그것으로 반전되는 가요성 네거티브 중합체 레플리카와 패턴이 본래의 주형의 그것과 유사하게 되는 가요성 포지티브 중합체 레플리카 모두를 생성할 수 있다. 제 2 단계에서 같이 생성된 레플리카는 열 임프린트(thermal imprint), UV-임프린트, 또는 둘 모두를 사용하는 차후의 임프린트 공정을 통해 물체 표면으로 패턴이 재생성되도록 가요성 중합체 스탬프로서 사용될 수 있다.

여기서 사용되는 "나노-임프린팅 공정" 또는 "임프린트 공정"이란 용어는, 변형된 층을 만들기 위한, 중합체 또는 예비 중합체와 같은 성형 가능한 층으로 스탬프를 압착하는 것에 의해 생성되는, 주형 또는 스탬프의 나노 및/ 또는 마이크로 구조화된 표면 패턴의 반전된 레플리카의 생성을 위한 공정을 나타낸다. 층은 베이스 또는 기판의 상부에서 개별적으로 코팅된 필름이 될 수 있고, 상기 베이스 및 층은 서로 다른 재료가 될 수 있다. 택일적으로, 층은 단지 단일 재료 물체의 부분이 될 수 있고, 상기 층은 상기 물체의 표면으로부터 상기 물체의 벌크(bulk)로의 어떤 깊이로 스트레칭되는 부분으로 정의된다. 성형 가능한 층은 임프린팅(핫 엠보싱) 공정 동안, 그것의 유리 전이 온도 T_g 이상으로 가열된 다음 상기 유리 전이 온도 이하로 냉각될 수 있고/있거나, 중합체는 상기 임프린팅 공정 중 또는 후에 UV-광선 노출의 도움으로 경화되거나 가교될 수 있다. 주형 및 임프린트된 층들의 패턴화된 표면은 깊이 및 넓이 모두 마이크로미터 또는 나노미터 스케일인 구조를 가질 수 있다.

"복제 정확도"이란 용어는 상기 스탬프 표면의 반전된 지형도가 완전히 재생산되는 스탬프 구조의 반전된 사본의 생성을 나타낸다.

임프린트 기술의 영역에서 연구의 진행 동안에, 본 발명자들은 중간 스탬프, 및 좋은 2 단계 임프린트 공정에 사용될 수 있는 재료에 대해 몇 가지 성질이 중요하게 됨을 발견하였다. 이러한 재료의 성질들은 다음과 같다:

- 100에서 1000 마이크로미터 사이의 두께를 가진 재료로부터의 얇은 가요성 호일을 롤링하는 능력.

- 임프린트 공정으로 중합체 재료로 구성된 호일을 변형하거나, 이러한 재료로 구성된 입자 또는 알갱이로부터의 사출 성형에 의해 나노 및/또는 마이크로 패턴화된 표면을 가진 스탬프 또는 주형의 레플리카를 생성하기 위한 능력.

- 재료는 40 mN/m(또는 dyne/cm), 및 바람직하게는 37 mN/m 이하 또는 보다 바람직하게는 35 mN/m 이하의 낮은 표면 에너지를 가져야 하지만, 상기 표면 에너지는 아래에서 볼 수 있듯이 항-부착 층으로 장치된 주형 표면의 그것보다 높아야 한다.

- 재료는 제 2 임프린트 공정 동안 임프린트되기 위한 유기 재료(예를 들어, 중합체, 올리고머 및/또는 모노머 물질)와 혼합해서는 안된다.

- 재료는 100에서 250℃ 사이의 명확한 유리 온도를 가져야 한다.

- 재료는 뚜렷한 빛 투과율을 가져야 한다: 300 nm 이상의 파장에 대해 80% 투과율(시험방법: ASTM D1003).

재료가 가져야 하는 다른 바람직한 성질들은 다음과 같다:

- 선형 열팽창 계수(CTE) 60-80x10^-6 m/(mK)(시험방법: ASTM D696),

- 2% 이하의 낮은 성형 수축(시험방법: ASTM D955),

- 3H 및 HB 사이의 연필 강도(시험방법: JIS K5401),

- 굴절율: 1.4-1.6, 및

- 이소프로판올, 아세톤 및 황산에 대해 약간 제한적이거나 좋은 내화학성.

제시된 필요조건들에 맞는 재료는 고리형 올레핀 모노머들 및 에텐에 기반한 중합체 계열인 사이클로-올레핀 공중합체(COCs)이다. 상기 재료는 대부분 높은 유리 전이 온도, 광학적 투명성, 낮은 수축, 낮은 수분 흡수 및 낮은 복굴절성을 특징으로 하고, 이러한 이유는 커다란 고리형 올레핀 단위체는 무작위로 또는 선택적으로 중합체 골격에 붙기 때문이다. 이러한 이유에 의해 공중합체는 재료를 2 단계 임프린트 공정에 적절하도록 만드는 바람직한 성질들을 상기 재료에 주는 무정형이 된다. 고리형 모노머들 및 중합 방법들의 다른 타입에 근거한 상업적인 COC 재료의 여러 가지 타입이 있다. 예를 들어, 고리형 올레핀 공중합체는 8,9,10-트리노르보른-2-엔(노르보르넨) 또는 1,2,3,4,4a,5,8,8a-옥타하이드로-1,4:5,8-디메타노나프탈렌(테트라사이클로도데센)과 같은 고리형 모노머와 에텐의 연쇄 공중합 반응에 의해, 각각 Topas 및 Apel의 상표명을 가진 화합물로 독일의 Ticona GmbH사 또는 미국의 Mitsui Chemicals America사에 의해 제조된다. 선택적으로, COC는 다양한 고리형 모노머의 고리 열림 상호교환 중합 반응 후 수소화 반응에 의해, Arton 및 Zeonex/Zeonor란 상표를 가진 화합물로 일본의 Japan Synthetic Rubber Co., Ltd 및 미국의 Zeon Chemicals LP로부터 사용할 수 있다.

재료를 사용하기 위해 고려되는 중요한 특징은 표면 에너지 또는 표면장력이다. 액체 내에 위치한 분자는 그것을 둘러싼 분자들로부터 모든 방향으로부터의 끌리는 힘(응집력)에 노출된다. 이러한 힘은 분자와 표면 사이의 거리가 충분히 클 때 서로에게 보상된다. 그러나, 분자와 표면 사이의 분리가 그것의 분자간의 힘의 범위보다 작을 때, 결과적인 견인력은 액체의 중심부를 향해 표면에 수직으로 나타난다. 이러한 사실은 일은 액체의 중심으로부터 그것의 표면으로 분자의 이동을 필요로 하고 또는 다른 말로 표면 근처에 위치한 분자는 중심부에 위치한 것들보다 높은 포텐셜 에너지를 가진다는 것을 의미한다. 표면 분자들을 증가시키기 위해서는 표면을 움직여야 하지만 영역당 표면이 생성되는 데 필요한 필수 일의 확장은 표면 에너지, 비표면 에너지, 또는 mJ/m², 또는 erg/cm² 단위로 측정되는 영역당 표면 에너지로 정의된다. 다른 면에서, 기계적 힘은 액체가 그것의 표면을 가능한 한 최소로 하려고 하기 때문에 표면을 증가시킬 필요가 있다. 이러한 가장자리의 길이당 표면 가장자리 상에 작용하는 힘은 표면장력으로 정의되고, N/m, mN/m, 또는 dynes cm^-1에서 측정된다. 액체들의 예에서 용어인 "비표면 에너지" 및 "표면장력"은 동의어이고, 일반적으로 "σ" 또는 "γ"의 약자로 표시된다. 여기서 주어진 표면장력 수준은 25℃에서의 값을 나타나며, 상기 값은 온도가 증가할수록 일반적으로 감소한다.

또한, 고체의 경우, 표면을 생성시키거나 표면을 증가시키기 위해 일이 필요하다. 고체의 벌크(bulk)는 자발적으로 분해되지 않기 때문에, 표면이 예를 들어 분해 공정에 의해 생성되는 경우, 시스템의 내부 에너지가 증가해야 한다. 액체에 대해 관찰된 바와 동일한 방식으로, 고체의 경우에도 비표면 에너지 (specific surface energy)는 시스템의 내부 에너지의 증가 및 이의 생성된 표면적 사이의 비례 상수로서 정의된다. 또한, 비표면 에너지 자체는 재료의 선택에 좌우될 뿐만 아니라 예를 들어 표면의 토포그래피에도 좌우된다는 것을 주목해야 한다. 최저 표면 에너지는 원자적으로 무결함 단결정의 평평한 표면을 입증한다. 그러나, 여기서 표면의 결정학적 구조는 벌크의 구조와 비교하여 변형되며, 이는 대부분의 경우 표면 에너지를 최소화하기 위해 확립되는 보다 거친 초격자(super lattice)를 초래한다.

마스터 주형의 표면 및 가요성 중합체 레플리카(replica)를 생성시키는 중합체 재료의 표면은 임프린트 수행 후 임프린팅된 패턴을 손상시킴이 없이 중합체 스탬프를 주형으로부터 유리시키기 위해 서로에 대해 충분한 항-부착 및 항-접착 특성을 나타내야 한다. 또한, 제 2 단계에서 가요성 중합체 레플리카의 재료는 기판상의 레지스트 재료층의 표면에 대해 충분한 항-부착 특성을 나타내야 한다.

일반적으로, 에너지 최소화로 인해 보다 낮은 표면 에너지값을 지닌 액체는 보다 높은 값을 지닌 고체상에 퍼진다. 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 따라서, 본 발명의 상이한 재료 사이의 양호한 항-부착 및 항-접착 특성에는 상이한 재료의 표면 에너지 사이의 하기 관계가 주어진다:

σ_고체 (주형 재료) < σ_액체 (중합체 재료), 및

σ_고체 (중합체 재료) < σ_액체 (레지스트 재료) (1)

여기서, 주형 재료는 중합체 재료와 접촉하는 표면의 재료를 의미하며, 따라서 이는 주형의 항-접착 층이 제공되는 경우에 이러한 층을 의미한다. "표면 에너지/장력"이란 용어는 진공 상태의 재료에 대해서만 온당하는 것을 주목해야 한다. 실제적인 이유로 인해, 이러한 용어는 고체-공기 및 액체-공기 계면의 경우에 종종 사용된다. 고체-액체 계면의 습윤 특성의 절대적으로 정확한 평가를 위해서는, "계면 에너지 (interfacial energy)"가 추가로 고려되어야 하며, 영의 방정식 (Young's equation)은 평형 상태를 다음과 같이 표현한다:

σ_{고체-진공} - σ_{고체-액체} = σ_{액체-진공}cos(

) (2)

여기서, 고체 표면 및 액체 표면 사이의 접촉각

는 완전한 비습윤 또는 항-접착 거동을 위해 90°내지 180°로 존재하여야 하며, 이는 σ_{고체-진공} < σ_{고체-액체} 관계를 초래한다. 또한, 몇몇 경우, 계면의 접합 강도를 신중히 조사하기 위해 표면 에너지의 분산부 σ_i ^d (비극성의 장범위 런던(London) 힘을 나타냄) 뿐만 아니라 이의 극성부 σ_i ^p (극성의 단범위 런던 힘을 나타냄)도 고려되어야 한다. 그럼에도 불구하고, 계면 에너지 (σ_{고체-액체}) 뿐만 아니라 σ_i ^d 및 σ_i ^p는 보통 알려져 있지 않고, 방정식 (1)의 관계는 적당하고 더욱 편리한 근사치로서 간주될 수 있으며, σ_고체(주형 재료)는 항-접착 필름에 의해 코팅된 본래의 주형 또는 스탬프의 표면 에너지를 의미하고, σ_액체(중합체 재료)는 유리 온도를 초과하는 온도로 가열된 가요성 중합체 호일(foil)의 표면 에너지를 의미하고, σ_고체(중합체 재료)는 임프린트 수행 후 고체상 중의 가요성 중합체 호일의 표면 에너지를 의미하고, σ_액체(레지스트 재료)는 기판 표면상에 증착된 레지스트 재료의 표면 에너지를 의미한다.

28 내지 40 mN/m 범위의 표면 장력을 지닌 본 발명에 따른 COC 중합체 재료 다른 재료에 대해 현저한 항-부착 특성을 초래하며, 이는 이러한 COC 중합체 재료를 본 발명의 임프린트 방법에 적용하는 것을 이상적이 되게 하는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 모든 COC가 이러한 범위 내의 표면 장력을 지니는 것은 아님을 주목해야 한다. IUPAC 기술 보고서 ["Chemical Structure and Physical Properties of Cyclic Olefin Copolymers", Pure Appl. Chem., Vol. 77, No. 5, pp. 801-814, 2005, DOI:10.1351/pac200577050801]에 공표된 바와 같이 제이.와이. 신 (J.Y. Shin)에 의해 다수의 시판되는 COC에 대해 시험이 이루어져 왔다. 6개의 시험된 COC 중합체 중에서, 5개가 28 내지 40 mN/m의 범위에 속하고, 2개는 28 내지 37 mN/m의 범위에 속하고, 1개만이 30 내지 35 mN/m의 범위에 속한다. 항-부착의 문제만을 고려한 경우, 보다 넓은 범위의 COC가 방정식 (1)에서 σ_고체(중합체 재료)의 조건을 총족하며, 따라서 마스터 주형이 20 mN/m, 전형적으로 거의 18 mN/m 이하의 표면 장력을 지니고, 기판에 적용되는 레지스트층이 거의 45 mN/m인 경우, 본 명세서에 기술된 2 단계 임프린트 공정에 유리하다. 바람직한 구체예와 관련하여, 주형이 주형에 약 18 mN/m의 표면 장력을 제공하는 SAM 항-접착 코팅을 지니고 약 45 mN/m의 표면 장력을 지닌 UV 가교성 레지스트 재료, 예를 들어 SU8이 기판상에 사용되는 경우, 중간 중합체 스탬프를 위한 가장 바람직한 표면 장력은 약 31.5 mN/m 또는 30 내지 33 mN/m의 범위일 것이다.

본 명세서에서, "가요성 중합체 호일"이란 용어는 유연하고 연성인 투명 중합체 호일을 의미한다. 본 발명에 따르면, 가요성 중합체 호일 또는 중합체 스탬프는 패턴화된 경우 시클로-올레핀 공중합체 (COC)를 포함한다. 바람직하게는, 중합체 호일은 하나 이상의 COC로 균일하게 구성되지만, 또 다른 구체예에서 중합체 호일의 재료는 또한 다른 화합물을 포함할 수 있다. 바람직한 구체예에서, 중합체 호일은 중합체 호일이 28 내지 40 mN/m의 표면 장력을 지니도록 하나 이상의 신중하게 선택된 COC 유도체로 구성된다. 바람직한 보다 협소한 범위는 28 내지 37 mN/m, 30 내지 35 mN/m 및 심지어 30 내지 33 mN/m 이다.

또한, COC 재료로 형성된 중합체 호일은 가교를 위해 또는 다른 방식으로 방사선 민감성 성형층을 고화시키기 위해 사용될 수 있는 파장 범위에 대해 투명하며, 이로써 기판상의 임프린트를 위해 제 2 임프린트 단계에서 중합체 스탬프를 사용하는 경우 방사선 보조된 임프린트가 선택적으로 사용될 수 있지만, 마스터 주형 및 기판 둘 모두가 사용가능한 파장 범위의 방사선에 대해 투명하지 않은 재료에 제공될 수 있다.

주형은 제조하기가 비교적 고가인 엘리먼트이며, 일반적으로 한번 손상된 주형을 수리하거나 재이용하는 것은 가능하지 않다. 그러나, 중합체 스탬프는 본 발명에 따른 방법에 따라 비교적 저가의 재료로부터 용이하게 제조되며, 바람직하게는 수 차례 사용된 후 또는 단 1회 사용된 후 처분된다. 중합체 스탬프는 기판으로부터 탈형 또는 유리된 후, 버려질 수 있거나, 배쓰(bath) 중에서 기판의 표적 표면에 여전히 부착되어 있는 경우 기판 또는 기판의 표적 표면상의 고화된 성형층이 아닌 중합체 스탬프를 용해시키기도록 선택된 적합한 액체 용액에 의해 용해될 수 있다.

생성된 중합체 스탬프가 기판의 표적 표면상의 임프린트를 위해 제 2 주형으로서 사용되고 기판이 일반적으로 중합체 재료가 아니므로, 중합체 스탬프 및 기판의 열팽창 계수는 전형적으로 달라질 것이다. 이러한 시나리오로부터 유래되는 상기 언급된 단점을 극복하기 위해, 본 발명의 구체예에서 방사선- 및 열-보조된 복합 임프린트 방법에 따라 중합체 스탬프가 기판상의 성형층내로 가압되는 제 2 임 프린트 단계가 적어도 수행된다. 이러한 방법에 따르면, 방사선-민감성 재료가 기판상에서 성형층으로서 사용되고, 중합체 스탬프 및 기판을 함께 가압하고 성형층을 방사선으로 넘치게 조사하고 층을 후베이킹(postbaking)시키는 단계, 및 바람직하게는 또한 압력을 해제하고 중합체 스탬프를 기판으로부터 탈형시키는 단계가 온도 제어 장치에 의해 유지되는 상승된 일정한 온도에서 유리하게 수행된다. 전형적으로 온도 제어 장치는 정해진 온도를 수득하고 유지하도록 열 공급의 균형을 이루기 위한 히터 장치 및 제어 회로, 및 가능하게는 또한 냉각 장치를 포함한다.

2 단계 방법 중 제 1 단계 또는 최초 단계가 도 1a 내지 1f를 참조로 하여 하기 설명될 것이다. 두 가지 상이한 구체예에 따른 최초 단계의 공정은 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 도 1a 내지 1f의 공정은 열 임프린트를 사용하여 중간 중합체 스탬프을 생성하는 것을 도시한다. 그러나, 이하 약술된 바와 같이 중합체 스탬프를 생성시키기 위한 다른 가능한 기술이 존재한다.

도 1a는 예를 들어 실리콘, 니켈 또는 다른 금속, 예를 들어 알루미늄, 수정 또는 심지어 중합체 재료로 구성된 주형(1)을 도시한다. 주형(1)은 마이크로미터 또는 나노미터 정도의 높이 및 폭을 지니는 리브(rib), 그루브(groove) 및 돌출부(protrusion) 또는 리세스(recess)를 포함하는 패턴화된 표면(2)를 지닌다. 바람직하게는, 주형 표면(2)에는 하기설명되는 바와 같이 항-부착층이 제공된다. 주형(1)은 COC 재료를 포함하거나 이로 균일하게 구성되는 가요성 중합체 호일(3)의 표면(4)과 마주보며 이와 접촉하는 표면(2)과 함께 배치된다.

도 1b에 도시된 적합한 임프린트 방법의 도움으로, 주형 표면(2)의 패턴의 반전된 형태가 가요성 중합체 호일(3)의 표면(4)에 있는 표면층내에 형성된다. 주형 표면(2)이 중합체 호일(3)의 표면(4)과 접촉한 후, 중합체 호일이 호일 내의 사용된 COC 중합체의 유리 온도 Tg 보다 높은 온도로 가열된다. 표면층이 이의 유리 전이 온도에 도달한 경우, 표면(2)의 패턴이 중합체 호일(3)의 표면(4)에 있는 표면층에 임프린팅되도록 주형(1) 및 중합체 호일(3)을 함께 가압시키기 위해 압력이 적용된다. 가압은 본 발명에 따른 공정의 제 2 단계를 참조로 하여 보다 상세히 설명되는 바와 같이 막에 의해 공급되는 유체 또는 기체 압력을 사용하여 소프트 프레스(soft press) 기술에 의해 달성될 수 있다. 또한, 보다 통상적인 하드 프레스(hard press) 기술이 사용될 수 있다. 최초 단계에서 생성된 중합체 스탬프는 최종 생성물이 아니기 때문에, 평행성은 제 2 단계의 경우와 동일한 방식으로 최초 단계의 중요한 요소가 아니다.

도 1a)-c)에 따른 열적 NIL-공정에서, 주형(2)을 티코나(Ticona, USA)로부터의 토파스(Topas) 또는 제온 코프(Zeon Corp., Japan)로부터의 제오너(Zeonor)와 같은 COC 재료의 적합한 시트로 덮는다. 임프린트 막을 중합체 시트의 상부에 놓은 후, 샌드위치된 배열을 진공에 의해 흡입하고 가열시키는 것이 바람직하다. 임프린트 온도에 도달하면, 막 배후에 존재하는 액체, 그러나 바람직하게는 기체와 같은 매질을 20 내지 80 바아로 가압한다. 패턴 전사 후, 그렇게 생성된 중합체 스탬프를 마스터로부터 탈형한다. 양호한 열가소성 시트는 임프린트 온도 및 이형 온도와 관련하여 좁은 공정 범위를 지닐 뿐 아니라 후속하는 공정에서 몰드로서 기능해야 하는 생성된 나노미터 구조의 높은 기계적 강도를 요구한다. UV-조사에 대한 투명도가 높은 것이 매우 유리하다. 이러한 특성은 COC 재료의 중합체 호일을 사용하여 수득된다.

사용된 특정 공정, 즉 일정한 온도에서의 열, UV 또는 열과 UV의 조합에 따라서, 주형(1) 및 임프린트된 중합체 호일(5)이 선택된 재료 및 이의 특성에 따라 수행된 임프린트 공정 후에 중합체 호일을 냉각시키거나 냉각시키지 않고 분리될 수 있다. 중합체 표면(4)으로부터 주형(1)을 방출시킨 다음, 원래 주형(1)에 대해 반전되거나 반대되게 그 표면(4)에 패턴을 지니는 도 1c)에 도시된, 소위 레플리카로서 불리는 임프린트된 중합체 호일(4)이 가요성 중합체 스탬프(5)로서 사용될 수 있다.

도 11 내지 13은 사출 성형에 의해 중합체 스탬프를 생성하는 대안적인 방법을 개략적으로 도시한다. 도 11에서, 제1 지지 엘리먼트(120)를 중합체 스탬프의 최종 평균 두께를 정의하는 작은 중간 간격(127)을 지니는, 주형(1)의 구조화된 표면(2)과 평행하게 지지 표면(121)에 놓는다. 중합체 재료(125)는 과립 또는 펠렛의 형태로 제공되는 것이 바람직하고, 대부분의 경우에 고체 중합체 재료를 용융된 형태로 가열시킬 목적으로 포함된 히터(126)에 의해 용융 챔버(124)에서 용융된다. 도관(122)은 지지 표면(121)과 주형 표면(2) 사이에서, 예컨대 도시된 대로 지지 표면(121)의 오리피스를 통해 용융 챔버(124)로부터 간격(127)까지 유도된다. 대안적으로, 도관은 지지 엘리먼트(120)와 주형(1) 사이에서 측부로부터 간격(127)까지 유도될 수 있다. 용융된 중합체 재료를 도관(122)을 통해 간격(127)까지 가압할 수 있는 인젝터 장치(123)가 추가로 제공된다. 용융 챔버(124)에서 중합체를 용융시키는 대신, 중합체 재료가 인젝터 장치(123) 및 도관(122)을 통과하는 동안에 또한 용융될 수 있다.

바람직하게는 제2 지지 부재(도시되지 않음) 상에 구비된 지지 부재(120) 및 주형(1)이 도 11에 도시된 대로 평행에 가까운 배열로 놓일 때, 인젝터 장치(123)는 용융된 중합체를 분사하도록 작동된다. 도면의 실시예에서, 인젝터 장치(123)는 모터(도시되지 않음)에 의해 회전되는 나사를 포함하여, 용융된 중합체를 도관을(122)을 통해 상승시킨다. 도 12에 도시된 대로, 용융된 중합체가 간격(127)으로 가압되어 패턴화된 주형 표면(2)에 형성된 리세스를 포함하는 간격을 채운다. 주형 표면(2)은 중합체 재료(125)의 용융 온도 보다 낮은 온도를 지니는, 주형(1)을 보유하는 제2 지지 엘리먼트에 배열된 냉각 유체용 관과 같은 냉각 수단(도시되지 않음)에 의해 조절된다. 이러한 방식으로, 용융된 중합체 재료가 간격(127)을 채우도록 급속하게 가압될 때, 중합체 재료는 냉각에 의해 응고된다.

이후 주형(1)이 응고된 중합체 재료로부터 이형됨으로써 도 13에 도시된 대로 주형 표면(2)의 반전된 레플리카인 스탬프 표면(4)을 지니는 중합체 스탬프(5)가 형성된다. 이형, 또는 탈형은 임의의 공지된 기술에 의해 수행될 수 있다.

본 발명에 따라서, 중합체 스탬프(5)는 표면(4)의 패턴을 표적 기판으로 전사시키는 제2 단계에 이용되거나, 상기 기술된 것과 유사한 공정으로 도 1d) 내지 1f)에 따라 또 다른 가요성 중합체 호일(6)에 제2의 반전된 레플리카(8)를 생성하기 위한 추가적인 일차 단계에 사용된다. 추가적인 일차 단계를 적용하는 이면의 목적은 표적 기판에 생성된 최종 패턴이 주형 표면 패턴의 반전 패턴인 것을 보증하기 위함이다. 상기 구체예에서, 중합체로 구성된 중합체 호일(6)을 이용하며, 이의 유리 전이 온도 및 임프린트 온도는 가요성 중합체 스탬프(5) 보다 낮다. 또한, 중합체 호일(6) 및 가요성 중합체 스탬프(5)의 마주보는 표면(4 및 7)은 서로에 대해 항-부착 특성을 나타낸다. 바람직한 구체예에서, 항-부착 특성은 사용된 중합체 호일의 화학적 특성으로 인해 착수시부터 존재한다. 더욱이, 항-부착 특성은 중합체 표면의 한면 또는 두 면 모두에 적합한 방출제를 포함하는 항-부착 층을 증착시킴에 의해 추가로 향상될 수 있다. 추가로, 중합체 호일(6)이 조사에 노출된 후 가교되어야 한다면, 중합체 호일(5 및 6) 중 하나 이상이 적용된 조사를 통과하거나, 대안적으로 호일(6), 또는 대량인 경우 전체 호일(6)의 표면 층을 가교시킬 수 있는 충분한 조사를 투과하여야 한다.

제1 중합체 스탬프(5)로부터 반전되어 패턴과 관련하여 주형(1)과 실질적으로 동일한 패턴을 지니는 새로운 중합체 스탬프(8)의 제조는 중합체 스탬프(5)를 이의 패턴화된 표면(4)이 제2 중합체 호일(6)의 표면(7)을 향하도록 하여 접촉되게 정위시키는 것을 포함한다. 앞서 언급한 대로, 제2 중합체 호일(6)은 대량일 수 있거나, 표면 층이 표면(7)에 적용된 캐리어 시트를 지닐 수 있다. 호일(6)의 표면 층에서 표면(4)의 패턴을 임프린트할 수 있도록, 호일(6)은, 열적 임프린트 공정이 사용되는 경우, 이의 표면 층의 유리 전이 온도 이상의 온도로 가열된다. 도 1e)에 도시된 대로, 이후, 제1 중합체 스탬프(5)를 중합체 호일(6)의 표면 층에 가압하기 위해 압력이 가해진다. 임프린트를 수행한 후, 가요성 중합체 스탬프(5)를, 대개 중합체 호일(9)을 냉각시킨 후, 중합체 호일(6)로부터 기계적으로 제거할 수 있거나, 대안적으로 전체 스탬프(5) 또는 이의 일부를 하나 이상의 적합한 용매에 의해 적합한 공정으로 화학적으로 분리시킬 수 있다. 그 결과, 원래 주형(1)에 상응하는 패턴을 지니는 표면(7)의 새로운 중합체 스탬프(8)를 수득한다.

이렇게 생성된 원래 주형(1)에 대해 반전되거나 동일한 표면 패턴을 각각 지니는 레플리카(5 또는 8)를 도 1g) 내지 1i)의 왼쪽 및 오른쪽에 각각 개략적으로 도시된 대로, 본 발명에 따른 제2 임프린트 단계에서 가요성 중합체 주형으로서 사용할 것이다. 여기에서, 가요성 중합체 스탬프(5 또는 8) 중 어느 한 표면(4 또는 7)은 조사에 노출됨에 의해 가교될 수 있는 예비중합체 또는 중합체와 같은 조사-감응성 재료로 된 성형 가능한 얇은 표면 층(14)으로 덮힌 표적 표면(17)을 지니는 기판(13)을 포함하는 대상물(12)의 표면(16)과 접촉되게 정위될 것이다. 가요성 중합체 스탬프(5 또는 8)의 표면(4 또는 7)은 표면의 재료 조성으로 인해 성형가능한 층(14)의 표면(16)에 대해 항-부착 특성을 나타낸다. 가요성 중합체 주형(5 또는 8) 중 어느 하나 및 대상물(12)을 함께 강제하는 가압 및 중합체 필름(14)의 선택된 부분을 조사에 노출시킴에 의해, 중합체 스탬프 표면의 반전된 패턴이 도 1h)에 도시된 대로 성형가능한 층(14)에 형성된다. 가요성 중합체 스탬프(5 또는 8)는 가해지는 조사를 통과하거나 보다 작은 흡광도를 나타내어 조사에 노출시 표면 층(14)의 재료를 경화시키거나 가교시키는데 필요한 충분한 조사량을 투과시킨다. 도 1h)에 도시된 임프린트 및 후-베이킹을 수행한 후, 가요성 중합체 스탬프(5 또는 8)는 기판(13)으로부터 기계적으로 제거될 수 있거나, 대안적으로 전체 중합체 스탬프(5 또는 8) 또는 이의 일부가 하나 이상의 적합한 용매의 도움에 의해 적합한 공정으로 화학적으로 분리될 수 있다.

도 1i)는 가요성 중합체 스탬프(5 또는 8)의 방출 후 생성된 임프린트된 대상물(12)을 도시한다. 전사된 패턴을 기판에 영구적으로 고정하기 위하여, 남아있는 필름(14)의 가장 얇은 부분을 제거하여 기판의 표적 표면(17)을 노출시킨 다음, 표적 표면을 에칭하거나 이를 또 다른 재료에 플레이팅하는 추가의 가공 단계가 통상적으로 적용된다. 그러나, 상기 추가의 가공 단계에 대한 실질적인 설명은 본 발명을 이해하는데 중요하지 않다.

도 1은 본 발명에 따른 공정을 나타내는 비교적 단순한 대표도이다. 점선 위에 도시된 일차 단계는 대량 COC 중합체 호일에서 직접 열적 임프린트를 사용하거나 사출 성형을 사용하여 수행될 수 있다. 단계 1a) 내지 1c)에서 열적 임프린트가 사용되는 경우, 예컨대 니켈일 수 있는 주형(1) 및 중합체 호일(3) 간에는 통상적으로 상이한 열적 팽창이 존재할 것이다. 그러나, 또한 패턴 구조의 높이 보다 실질적으로 큰 두께를 지니는 중합체 호일(3)의 탄력성 및 가요성은 중합체 호일이 호일 표면(4) 상의 패턴 특징을 손상시키지 않고, 주형(1)에 부과된 열적 팽창에 의해 신장되고 수축되는 것을 보증한다. 중합체 호일의 두께는 통상적으로 50 내지 500 ㎛인 반면, 패턴 구조의 높이 또는 깊이는 하기 실시예에서 제시되는 대로 5 nm 내지 20 ㎛이다. 그러나, 다른 크기가 가능하다.

그러나, 도 1의 점선 아래에 도시된 제2 단계는 조합된 열 및 조사를 사용하여 수행되는 것이 바람직하다. 그 이유는 임프린트가 기판상에 수행될 때, 기판의 표적 표면상에 남아있거나 잔류하는 표면 층이 일반적으로 수 나노미터 정도로 극히 얇기 때문이다. 따라서 상이하게 열적 팽창하는 스탬프 및 중합체의 샌드위치 쌍을 가열하고 냉각시키는 것이 종종 완전히 벗겨지는 경향이 있는 미세 구조를 손상시킬 것이다. 그러나, 본 발명의 구체예에 따른 공정으로 인해, 가압, 조사 및 후-베이킹 단계가 모두 조절된 일정한 온도에서 수행될 때, 열적 팽창 효과는 제거된다.

도 5 내지 7은 본 발명의 구체예의 제2 단계에서 실질적인 패턴 전사 단계, 또는 임프린트 단계의 기본적인 공정 단계를 개략적으로 제시한다. 상기 도면은 도 1g) 내지 1h)의 왼쪽 실시예 또는 오른쪽 실시예에 상응하나, 보다 상세하다. 제2 임프린트 단계는 중합체 스탬프를 이의 유리 전이 온도 이상으로 가열된 중합체 층에 가압한 후, 냉각 및 탈형시키는 순수한 열적 임프린트 공정일 수 있다. 상기 구체예에 대하여, 중합체는, 기판 층(14)에 대한 유리 전이 온도 T_g가 COC에 대한 유리 전이 온도 보다 낮아야 한다는 점에서, COC 중합체 스탬프의 재료와 관련하여 신중하게 선택되어야 한다. 예로서, 중합체 스탬프는 T_g = 136°인 제오너 ZF 14 호일, 또는 T_g = 139°인 제오넥스(Zeonex) E48R 호일로 제조될 수 있는 반면, 성형가능한 기판 층(14)은 T_g = 93°인 PMMA일 수 있다. 그러나, 바람직한 구체예에서, UV 조사에 의해 경화되거나 가교될 수 있는 재료가 기판 층(14)으로서 사용된다.

도 5에는 중합체 스탬프(10)가 도시되어 있으며, 이는 결론적으로 도 1에서의 중합체 스탬프(5) 또는 (8)에 상응할 수 있다. 중합체 스탬프(10)에는 구조화된 표면(11)이 구비되어 있는데, 이것이 표면(4) 또는 (7)을 전사시키려는 소정 패턴과 일치시키고, 상기 표면(11)에는 3차원의 돌출부 및 오목부가, 높이 및 폭이 1nm 내지 수 ㎛ 범위 내에 있는 피쳐 크기로 형성되며, 상기 높이 및 폭은 상기한 범위 값보다 더 크거나 작을 수 있다. 중합체 스탬프(10)의 두께는 전형적으로 10 내지 1000㎛이다. 기판(12)에는 표적 표면(17)이 구비되어 있으며, 상기 표적 표면은 도 5에 도시된 초기 스테이지에서 표면 사이에 중간 공간을 확보하면서 중합체 스탬프 표면(11)에 사실상 평행하게 배열된다. 기판(12)은 중합체 스탬프 표면(11)의 패턴이 전사될 기판 기부(13)를 포함한다. 도시되어 있지는 않지만, 상기 기판은 기판 기부(13) 아래에 지지층을 포함할 수도 있다. 중합체 스탬프(10)의 패턴을, 중합체 재료 내의 임프린트(imprint)를 통해 직접적으로 기판(12)으로 전사시키는 공정에서, 상기 재료는 표면 층(14)으로서 기판 표적 표면(17) 상으로 직접 도포될 수 있다. 대안적인 구체예에서, 파선으로 표시된, 예를 들어 제 2 중합체 재료로 된 전사 층(15)이 또한 사용된다. 그러한 전사 층의 예, 및 이들이 임프린터된 패턴을 기판 기부(13)로 전사시키는 후속 공정에 사용되는 방법이 미국 특허 제 6,334,960호에 기재되어 있다. 전사 층(15)을 포함하는 일 구체예에서, 표적 표면(17)은, 차례대로 기판 기부 표면(18) 상에 배열되는 전사 층(15)의 상부 또는 외부 표면을 의미한다.

기판(12)은 가열기 장치(20) 상에 배치된다. 가열기 장치(20)는 바람직하게는 금속, 예를 들어 알루미늄으로 된 가열기 몸체(21)를 포함한다. 가열기 부재(22)는 열 에너지를 가열기 몸체(21)로 전달하기 위해, 가열기 몸체(21)에 내장되거나 가열기 몸체(21)에 연결된다. 일 구체예에서, 가열기 부재(22)는 가열기 몸체(21) 내의 소켓에 삽입된 전기 침수(immersion) 가열기이다. 또 다른 구체예에 서, 전기 가열 코일이 가열기 몸체(21) 내부에 제공되거나, 가열기 몸체(21)의 하부 표면에 부착된다. 또 다른 구체예에서, 가열 부재(22)는 가열 유체를 채널을 통해 통과시키기 위한, 가열기 몸체(21) 내에 형성된 채널이다. 가열기 부재(22)에는 외부 에너지 공급원(도시되지 않음)으로의 연결을 위한 커넥터(23)가 추가로 제공되어 있다. 전기적으로 가열하는 경우에, 커넥터(23)는 전류 공급원으로의 연결을 위해 갤버니 접촉(galvanic contacts)하는 것이 바람직하다. 가열 유체를 통과시키기 위해 채널이 형성되어 있는 구체예에서, 상기 커넥터(23)는 가열된 유체 공급원으로의 부착을 위해 도관 형태인 것이 바람직하다. 가열 유체는 예를 들어 물 또는 오일일 수 있다. 또 다른 선택사항은 가열기 부재(22)로서, 적외 방사선을 가열기 몸체(21) 상으로 방출시키도록 고안된 IR 방사 가열기를 사용하는 것이다. 또한, 온도 조절기가 가열기 장치(20)(도시되지 않음)에 내장되는데, 상기 온도 조절기는 가열기 부재(22)를 선택된 온도로 가열시키고, 그 온도를 특정 온도 허용범위 내에 유지시키기 위한 수단을 포함한다. 상이한 유형의 온도 조절기가 당해 기술 분야에 공지되어 있으므로, 이에 대해 추가로 상세히 논의하지 않는다.

가열기 몸체(21)는 알루미늄, 스테인리스 스틸, 또는 기타 금속과 같은 주조 금속(cast metal) 조각인 것이 바람직하다. 또한, 특정 질량 및 두께의 몸체(21)가 가열기 장치(20)의 상부 측면에서의 균일한 열 분포가 달성되도록 사용되는 것이 바람직하며, 상기 상부 측면은 몸체(21)로부터의 열을 기판(12)을 통해 열 층(14)으로 전달시키기 위해 기판(12)에 연결된다. 2.5" 기판을 임프린트시키는데 사용된 임프린트 공정에서는, 직경이 적어도 2.5", 바람직하게는 3" 이상이며, 두 께가 적어도 1cm, 바람직하게는 적어도 2 또는 3cm인 가열기 몸체(21)가 사용된다. 6" 기판을 임프린트시키는데 사용된 임프린트 공정에서는, 직경이 적어도 6", 바람직하게는 7" 이상이며, 두께가 적어도 2cm, 바람직하게는 적어도 3 또는 4cm인 가열기 몸체(21)가 사용된다. 가열기 몸체(20)는, 보다 낮은 온도가 대부분의 공정에 대해서 충분할 지라도, 가열기 몸체(21)를 200 내지 300℃ 이하의 온도로 가열시킬 수 있는 것이 바람직하다.

층(14)의 조절된 냉각을 제공하기 위해, 가열기 장치(20)에는, 가열기 몸체(21)로부터의 열 에너지를 전달하기 위해, 가열기 몸체(21)에 내장되거나 이에 연결된 냉각 부재(24)가 추가로 제공될 수 있다. 바람직한 일 구체예에서, 냉각 부재(24)는 채널 또는 채널들을 통해 냉각 유체를 통과시키기 위해, 가열기 몸체(21) 내에 형성된 채널 또는 채널들을 포함한다. 냉각 부재(24)에는 외부 냉각 공급원(도시되지 않음)으로의 연결을 위해 커넥터(25)가 추가로 제공되어 있다. 바람직하게는, 상기 커넥터(25)는 냉각 유체 공급원으로의 부착을 위해 도관 형태로 되어 있다. 상기한 냉각 유체는 물인 것이 바람직하지만, 대안적으로 오일, 예를 들어 절연용 오일일 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 구체예에서는 층(14)에 대해 방사선 가교 가능한 열가소성 중합체 용액 재료가 사용되는데, 상기한 재료는 스핀 코팅가능한 것이 바람직하다. 이러한 중합체 용액은 또한 광 화학적으로 증폭될 수 있다. 그러한 재료의 예로는 마이크로 레지스트 테크놀로지(Micro Resist Technology)로부터 시판되며 UV 가교 가능한 mr-L6000.1 XP가 있다. 그러한 방사선 가교 가능한 재료의 다른 예로는 쉽리(Shipley) ma-N 1400, SC100 및 마이크로켐(MicroChem) SU8과 같은 네거티브 포토레지스트 재료가 있다. 스핀-코팅 가능한 재료가 유리한데, 그 이유는 그러한 재료가 전체 기판을 완전하고 정확하게 코팅시킬 수 있기 때문이다.

또 다른 구체예에서는 층(14)에 대해 액체 또는 거의 액체인 예비 중합체 재료가 사용되는데, 상기 예비 중합체 재료는 방사선에 의해 중합가능하다. 입수가능하고 유용한 층(14)에 대한 중합성 재료의 예로는, 대한민국 대전 유성구 문지동 104-11(우편번호: 305-308)에 소재한 젠 포토닉스(Zen Photonics) 제품인 NIP-K17, NIP-K22 및 NIP-K28이 포함된다. NIP-K17은 아크릴레이트가 주성분이며, 25℃에서의 점도가 약 9.63cps이다. NIP-K22 또한 아크릴레이트가 주성분이며, 25℃에서의 점도가 약 5.85cps이다. 이들 재료는 2분 동안 12mW/㎠ 초과의 원자외선 방사선에 노광시키면 경화되도록 고안된 것이다. 입수가능하고 유용한 층(14)에 대한 중합체 재료의 또 다른 예로는 독일 베를린 하우스 211 쾨페니커 슈트라쎄 325 (우편번호: D-12555)에 소재한 마이크로 레지스트 테크놀로지 게엠베하(Micro Resist Technology GmbH) 제품인 오르모코어(Ormocore)가 있다. 이 물질은 1 내지 3%의 광중합 개시제로 불포화된 무기-유기 하이브리드 중합체 조성을 지닌다. 25℃에서의 점도는 3 내지 8mPas로 상당히 높고, 상기 유체는 365nm의 파장에서 500mJ/㎠의 방사선으로 노광시키면 경화될 수 있다. 다른 사용가능한 재료가 미국 특허 제 6,334,960호에 언급되어 있다.

본 발명을 수행하는데 유용한 임의의 기타 재료 및 이러한 모든 재료에 공통되는 점은, 이들이 성형 가능하고, 방사선, 특히 UV 방사선에 노광되는 경우에, 예 를 들어 중합체 용액 재료의 가교 또는 예비중합체의 경화에 의해 고화될 수 있는 능력을 지니고 있다는 것이다. 이들은 또한 대체적으로 40mN/m 초과, 전형적으로 약 45mN/m 이상의 표면 장력을 지닌다.

기판 표면 상에 증착시키는 경우에 층(14)의 두께는, 도포 영역에 따라 달라지나 전형적으로 10nm 내지 10㎛이다. 경화 가능하거나 가교 가능한 재료는 바람직하게는 액체 형태로 기판(12) 상으로, 바람직하게는 스핀 코팅에 의해 또는 임의적으로 롤러 코팅, 딥 코팅 또는 이와 유사한 방법에 의해 도포된다. 전형적으로 가교 가능한 중합체 재료를 이용하는 경우에, 선행 기술의 단계 및 플래쉬 방법과 비교한 본 발명이 지닌 하나의 이점은, 중합체 재료가 전체 기판 상에 스핀 코팅될 수 있다는 점인데, 이는 유리하고 신속한 공정에 우수한 층 균일성을 제공한다. 언급된 것들과 같은 가교 가능한 재료는 전형적으로 일반적인 실온에서는 고체이므로, 고온에서 사전 코팅된 기판이 편리하게 사용될 수 있다. 한편, 상기한 단계 및 플래쉬 방법은 반복된 표면 부분 상에 반복된 분배를 이용하여야 하는데, 그 이유는 상기 방법이 단일 단계로는 큰 표면을 다룰 수 없기 때문이다. 이러한 점은 그러한 방법을 수행하기 위한 단계 및 플래쉬 공정과 기계적 설비 모두를 복잡하고, 순환 시간의 측면에서 시간 소모적이며 조절하기 어렵게 만든다.

본 발명의 바람직한 일 구체예에 따르면, 임프린팅시키고, 임프린트된 층 재료를 방사선에 의해 고화시키고, 재료를 후베이킹시키는 공정 단계가 일정 온도에서 수행된다.

도 5의 화살표는 중합체 스탬프 표면(11)이 성형 가능한 재료 층(14)으로 된 표면(16)으로 프레싱되는 것을 나타낸다. 이 단계에서, 가열기 장치(20)는 층(14) 재료 내에서 적합한 유동성을 수득하기 위해, 층(14) 온도를 조절하는데 사용되는 것이 바람직하다. 층(14)의 가교 가능한 재료를 위해, 가열기 장치(20)는 그에 따라 층(14) 재료의 유리 전이 온도 T_g를 능가하는 온도 T_p로 가열 층(14)을 조절한다. 여기서, T_p는 가공 온도 또는 임프린트 온도를 나타내는데, 이는 임프린트, 노광 및 후베이킹의 공정 단계에 대해 하나의 온도 수준이 공통적으로 사용됨을의미한다. 일정 온도 T_p의 수준은 당연히 층(14)에 대해 선택된 재료의 유형에 따라 달라지는데, 그 이유는 T_p가 가교 가능한 재료의 경우에 유리 전이 온도 T_g를 능가해야 하며, 또한 층의 방사선 경화된 재료를 후베이킹시키는데 적합해야 하기 때문이다. 방사선 가교 가능한 재료를 위한 T_p는 전형적으로 20 내지 250℃의 범위, 또는 훨씬더 종종 50 내지 250℃의 범위의 값이다. mr-L6000.1 XP의 예에 대해서는, 임프린트, 노광 및 후베이킹을 통해 100 내지 120℃의 일정 온도로 성공적인 시험을 수행하였다. 방사선 경화가능한 예비 중합체를 이용한 구체예에서는, 그러한 재료가 전형적으로 실온에서 액체 또는 거의 액체이기 때문에, 임프린팅에 대해 충분히 가요성을 지니게 하기 위해 가열시킬 필요가 거의 없거나 전혀 없다. 그러나, 이들 재료는 일반적으로, 중합체 스탬프로부터 분리시키기 전에, 노광 후 완전한 경화를 위해 후베이킹시켜야 한다. 따라서, 공정 온도 T_p는 도 5의 단계에서 개시되는 임프린팅 단계에서의 적합한 후베이킹 온도 수준으로 셋팅된다.

도 6은 중합체 스탬프 표면(11)이 유동체 내에 존재하거나 최소한 연한 형태인 재료층(14)내에서 임프린트(imprint)하는 방법을 도시하고, 상기 유동체는 중합체 스탬프 표면(11)내의 오목한 곳을 충전하도록 한다. 예시된 구체예에서, 중합체 스탬프 표면(11)에서의 가장 높은 돌출부는 기판 표면(17)에 대한 모든 통로 아래로 통과하지 않는다. 이는 기판 표면(17), 특히 중합체 스탬프 표면(11)을 손상으로부터 보호하는데 유리할 수 있다. 그러나, 대안적 구체예에서, 전달층을 포함하는 것과 같이, 임프린트는 전달층 표면(17)에 대한 모든 통로 아래로 수행될 수 있다. 도 5 내지 7에서 예시된 상기 구체예에서, 중합체 스탬프는 선택된 주조가능한 재료를 응고시킬수 있는 소정의 파장 또는 파장 범위의 방사선(19)에 투명한 COC 재료로 제조된다. 상기 기재된 바와 같은 방사선을 이용하여 생성된 중합체 스탬프에 대해서는, 바람직하게는 상기 패턴이 형성된 방사선 민감성 표면층의 잔류층이 또한 UV 방사선에 대해 투명하거나, 대안적으로는 이의 UV 흡수가 충분한 양의 방사선을 통과시키기에 충분하지 않을만큼 얇다. 통상적으로, 방사선(19)는 중합체 스탬프(10)이 중합체 스탬프(10) 및 기판(12) 사이의 적절한 배열을 지닌 층(14)로 프레스되는 경우에 적용된다. 상기 방사선(19)에 노출되는 경우에, 중합체 스탬프(10)에 의해 결정된 외형을 취하는 고형체(14')에 대한 응고화를 위해 주조가능한 재료의 응고화가 개시된다. 방사선에 대한 층(14)의 노출 단계 동안, 가열기(20)는 층(14)의 온도를 온도 T_p에서 유지시키기 위한 온도 조절기에 의해 조절된다.

방사선 노출 후, 층(14')의 재료를 완전하게 경화시키기 위해 후베이킹(postbaking) 단계가 수행된다. 이 단계에서, 가열 장치(20)는 중합체 스탬프(10) 및 기판(12)의 분리 전 경화된 고형체에 대해 층(14')를 베이킹시키기 위한 열을 층(14')에 제공하기 위해 사용된다. 더욱이, 후베이킹은 상기 언급된 온도 T_p를 유지시킴으로써 수행된다. 이러한 방법에서, 중합체 스탬프(10) 및 재료층(14, 14')는 방사선에 대한 노출에 의해 재료(14)의 응고화의 시작으로부터 후베이킹을 완료시키기까지, 및 임의로는 스탬프(10) 및 기판(12)의 분리를 통해서까지 동일한 온도로 유지될 것이다. 이러한 방법에서, 기판 및 중합체 스탬프에 사용된 임의의 재료에서의 열 팽창에서의 차이로 인한 정확도 한계가 제거된다.

중합체 스탬프(10)는 도 7에 도시된 바와 같이, 예를들어 필링(peeling) 및 풀링(pulling) 공정에 의해 분리되고, 상기 공정은 본 발명에 따른 COC 재료 선택으로 인해 단순화된다. 형성되고 응고된 중합체층(14')는 기판(12)상에 잔류한다. 기판 및 기판층(14')의 추가의 공정의 다양하고 상이한 방법은 본원에서 상세하게 다루지 않을 것인데, 이는 본 발명은 상기 추가의 공정에 관한 것이 아니고, 상기 추가의 공정이 달성되는 것에 의존하는 것이 아니기 때문이다. 일반적으로, 중합체 스탬프(10)의 패턴을 기판 기부(13)로 전달시키기 위한 추가의 공정은 예를들어, 에칭(etching) 또는 플레이팅(plating) 후 리프트-오프(lift-off) 단계를 포함할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 장치의 바람직한 구체예를 도식적으로 도시하고, 또 한 본 발명에 따른 방법의 구체예를 수행하는 것을 가능하게 하는 장치를 도식적으로 도시한다. 이러한 도면은 단순히 이의 다양한 특징을 명료하게 하기 위한 단순한 개략도이다. 특히, 다양한 특징의 치수는 통상적인 척도로 나타내지 않았다. 상기 장치는 본 발명의 두번째 단계를 수행하기에 특히 유용하나, 첫번째 단계를 수행하는 데에도 동등하게 유용할 수 있다.

상기 장치(100)는 첫번째 주요부(101) 및 두번째 주요부(102)를 포함한다. 예시된 바람직한 구체예에서, 상기 주요부는 두번째 주요부의 상부에 첫번째 주요부(101)가 배열되어 있고, 상기 주요부들 사이에 조정가능한 간격(103)이 있다. 도 5 내지 7에 도시된 바와 같은 공정에 의해 표면 임프린팅을 제조하는 경우에, 주형 및 기판이 측면 방향, 통상적으로 X-Y 평면에서 정확히 정렬되는 거이 매우 중요할 수 있다. 이는 임프린트가 기판의 기존에 존재하는 패턴에 상부에 제조되거나 인접하는 경우에 특히 중요하다. 그러나, 정렬의 특정 문제점, 및 이를 극복하는 다양한 방법은 본원에서 다루지 않지만, 필요시에는 물론 본 발명과 병용될 수 있다.

첫번째 상부의 주요부(101)은 표면(104)을 아래쪽으로 마주하고, 두번째 하부의 주요부(102)는 표면(105)를 위쪽으로 마주한다. 위쪽으로 마주하는 표면(105)는 실질적으로 평면이거나 실질적으로 평면의 일부를 지니고, 상기 표면은 임프린트 공정에서 사용되기 위한 주형 또는 기판을 위한 지지체 구조로서 작용하는 주형(106)에 위치하거나 이의 일부를 형성하며, 이는 도 9 및 10과 관련하여 보다 충분히 기재될 것이다. 가열기 본체(21)는 플레이트(106)과 접촉하여 위치되거나, 플레이트(106)의 일부를 형성한다. 도 5 내지 7에 나타낸 바와 같이 가열기 본체(21)는 가열 장치(20)의 일부를 형성하고, 가열기 구성요소(22) 및 바람직하게는 냉각 구성요소(24)를 포함한다. 가열기 구성요소(22)는 연결기(25)를 통해 에너지원(26), 예를들어 전류 조절 수단을 지닌 전기 전원 공급기에 연결된다. 더욱이, 냉각 구성요소(24)는 연결기(25)를 통해 냉각원(27), 예를들어 냉각 유동체의 흐름 및 온도를 조절하기 위한 조절 수단을 지닌 냉각 유동체 저장기 및 펌프에 연결된다.

조정 간격(103)을 위한 수단은 예시된 구체예에서 이의 외부 말단에서 플레이트(106)에 부착된 피스톤 일원(107)에 의해 제공된다. 피스톤 일원(107)은 바람직하게는 첫번째 주요부(101)에 고정된 관계로 유지되는 실린더 일원(108)에 대체가능하게 연결된다. 도면에서 화살표로 지적된 바와 같이, 조정 간격(103)을 위한 수단은 실질적으로 평면 표면(105)에 직각을 이루는, 즉 Z 방향으로의 운동에 의해 두번째 주요부(102)에 더 가깝게 대체되거나 첫번째 주요부(101)로부터 보다 멀게 고안되어 있다. 대체는 수작업으로 달성될 수 있으나, 바람직하게는 수압 또는 기압 장치를 이용하여 원조될 수 있다. 예시된 구체예는 이와 관련하여 다수의 방식, 예를들어 고정된 피스톤 일원에 관하여 실린더 일원에 대해 플레이트(106)을 부착시키는 것을 대체함으로써 가변될 수 있다. 추가로, 두번째 주요부(102)의 대체는 주로 장치(100)을 주형 및 기판과 함께 로딩(loading)하거나 언로딩(unloading)하기 위하고, 최초 가동 위치내에서 장치를 배열하기 위해 사용된다. 그러나, 두번째 주요부(102)의 이동은 바람직하게는 예시된 구체예에서와 같이 실 제의 임프린트 공정에 포함되지 않으며, 이는 하기에 기술될 것이다.

첫번째 주요부(101)는 표면(104)를 둘러싸는 주변 밀봉 일원(108)을 포함한다. 바람직하게는, 밀봉 일원(108)은 O-링(O-ring)과 같은 끝이없는 밀봉이나, 대안적으로는 연속 밀봉(108)을 함께 형성하는 여러 연결된 밀봉 일원으로 구성될 수 있다. 밀봉 일원(108)은 표면(104)의 외면으로 향한 오목한 곳(109)에 배치되고, 바람직하게는 상기 오목한 곳으로부터 분리될 수 있다. 장치는 예시된 구체예에서 표면(104) 뒤에 첫번째 주요부(101)에 배치된 방사선원(110)을 추가로 포함한다. 방사선원(110)은 바람직하게는 전력원(나타내지 않음)을 포함하거나 이에 연결된 방사선원 드라이버(111)과 연결된다. 방사선원 드라이버(111)는 장치(100)내에 포함될 수 있거나, 외부의 연결가능한 일원일 수 있다. 방사선원(110)에 인접하게 배치된 표면(104)의 표면 부분(112)은 특정 파장 또는 파장 범위의 방사선원(110)의 방사선에 투명한 재료에서 형성된다. 이러한 방법에서, 방사선원(110)으로부터 방출되는 방사선은 상기 표면 부분(112)를 통하여 첫번째 주요부(101) 및 두번째 주요부(102) 사이의 간격(103)을 향하여 전달된다. 윈도우로 작용하는 표면 부분(112)은 이용가능한 융합된 실리카, 석영, 또는 사파이어에서 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 장치(100)의 한 구체예는 기판 및 스탬프와 함께 클램프시키기 위한 기계적 클램프 수단을 추가로 포함한다(나타내지 않음). 이는 스탬프 및 기판을 포함하는 정렬된 스택(stack)이 임프린트 장치로 전달되어야 하는 경우, 패턴 전달 전 기판 및 스탬프를 정렬시키기 위한 외부 정렬 시스템을 지닌 구체예에서 특히 바람직하다.

시행중, 장치(100)에는 실질적으로 평면이고 밀봉막(108)을 사용하는 가요성 막(113)이 추가로 제공된다. 바람직한 구체예에서, 밀봉막(113)은 밀봉막(108)로부터의 분리된 막이고, 이는 플레이트(106)의 표면(105)으로부터 역압을 적용시킴으로써 오직 밀봉막(108)과 연동되면, 이는 하기에 설명될 것이다. 그러나, 대안적 구체예에서, 막(113)은, 예를들어 시멘트에 의하거나, 밀봉막(108)의 온전한 일부가 됨으로써 밀봉막(108)에 부착된다. 더욱이, 상기 대안적 구체예에서, 막(113)은 주요부(101)에 견고하게 두착될 수 있는 반면, 막(108)은 막(113)의 외부로 배치된다. 예시된 바와 같은 구체예에 대하여, 막(113)은 또한 특정 파장 또는 파장 범위의 방사선원(110)의 방사선에 투명한 재료에서 형성된다. 이러한 방법에서, 방사선원(110)으로부터 방출되는 방사선은 상기 공동(115)과 이의 경계벽(104) 및 (113)을 통해 간격(103)으로 전달된다. 도 7 내지 9의 구체예에 대한 막(113)에 사용가능한 재료의 예는 폴리카르보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, PDMS 및 PEEK를 포함한다. 막(113)의 두께는 통상적으로 10 내지 500 ㎛일 수 있다.

장치(100)은 바람직하게는 UV 방사선 조사를 통한 층의 경화 전에 스태킹된 샌드위치의 주조가능한 층으로부터 포함된 공기를 배출시키기 위해 스탬프 및 기판 사이에 진공을 적용시키기 위한 수단을 추가로 포함한다. 이는 도관(conduit)(118)에 의해 표면(105) 및 막(113) 사이에 공간과 통신적으로 연결된 도 8에 진공 펌프(117)로 예시되어 있다.

도관(114)은 유동체 매질, 가스, 유동체 또는 겔이 표면(104), 밀봉막(108) 및 막(113)에 의해 규정된 공간으로 통과하도록 하기 위해 주요부(101)에서 형성되고, 상기 공간은 상기 유동체 매질에 대한 공동(115)으로 작용한다. 도관(114)은 장치(100)의 내부가 되거나 장치의 일부를 형성할 수 있는 압력원(116), 예를들어 펌프에 연결가능하다. 압력원(116)은 상기 공동(115)에 함유된 유동체 매질에 대한 조정가능한 압력, 특히 과압력을 적용시키는 것으로 고안된다. 예시된 바와 같은 한 구체예는 가스 압력 매질과 함께 사용하기에 적합하다. 유동체 매질이 대신 사용되는 경우, 상기 막이 밀봉막(108)에 부착되는 것이 바람직하다. 상기 유동체는 수압식 오일일 수 있다. 또 다른 가능성은 상기 매질로 겔을 사용하는 것이다.

리소그래피(lithography) 공정을 위해 기판(12) 및 중합체 스탬프(10)와 함께 로딩되는 경우에, 도 9는 도 8의 장치 구체예를 예시한다. 이 도면의 보다 자세한 이해를 위해, 도 5 내지 7가 또한 참조가 된다. 두번째 주요부(102)는 간격(103)을 개방하기 위해 첫번째 주요부(101)로부터 아래쪽으로 대치된다. 도 8의 예시된 구체예는 기판(12)의 상부에 투명한 중합체 스탬프(10)로 로딩된 장치를 나타낸다. 기판(12)는 두번째 주요부(102)상에 위치하거나 이의 내부에 위치하는 가열기 본체(21)의 표면(105) 상에 기판의 후부와 함께 위치된다. 이에 의해, 기판(12)은 이의 목표 표면(17)과 함께 위를 향해 마주보는 중합가능한 재료, 예를들어 UV 가교 가능한 중합체 용액의 층(14)을 지닌다. 간소화를 위해, 도 7 내지 7에 나타낸 바와 같은 가열 장치(20)의 모든 특징은 도 9에 나타내지 않았다. 중합체 스탬프(10)은 기판(12)상에 위치하거나 이에 근접되고, 이의 구조화된 표면(11)은 기판(12)을 마주한다. 중합체 스탬프(10)와 함께 기판(12)을 정렬하기 위한 수단이 제공될 것이나, 개략도에 도시하지 않았다.

이후 막(113)은 중합체 스탬프(10)의 상부에 배치된다. 구체예에서, 막(113)이 제 1 주요부분에 부착되는 경우, 중합체 스탬프 상에 막(113)을 실질적으로 배치시키는 단계는 물론 생략된다. 도 9에서, 중합체 스탬프(10), 기판(12) 및 막(113)은 단지 명확하게 하기 위하여 완전히 분리하여 나타내었으나, 실제적으로 이들은 표면(105) 상에 적층된다.

도 10은 장치(100)의 작동 위치를 나타낸 것이다. 제 2 주요부분(102)은 막(113)이 밀봉 부분(108)과 표면(105) 사이에 클램핑되는 위치로 올려진다. 실제적으로, 중합체 스탬프(10)와 기판(12) 둘 모두는 매우 얇은, 통상적으로 수 밀리미터이며, 기술된 바와 같은 막(113)의 실제적인 벤딩은 최소화된다. 또한, 중합체 스탬프(10)와 기판(12)의 결합된 두께를 보상하기 위하여, 표면(105)은 막(113)을 통하여 밀봉 부분(108)을 접촉시키는 위치에서 올려진 주변부와 함께 임의적으로 고안될 수 있다.

주요부분(101, 102)이 클램프 막(113)에 걸리게 되지마자, 공동(115)은 밀봉된다. 진공은 진공 펌프(117)로부터의 흡입에 의해 적용되어 기판(12)의 표면층으로부터 공기 함유를 추출한다. 이후 압력 소스(116)는 공동(115) 중 유체 매질에 초과 압력을 적용하도록 고안되며, 이는 가스, 액체 또는 겔일 수 있다. 공동(115)의 압력은 막(113)에 의해 중합체 스탬프(10)로 전달되고, 이는 예를 들어 도 6의, 층(14)에서 중합체 스탬프 패턴을 인쇄하기 위해 기판(12) 쪽으로 가압된다. 가교 가능한 중합체 용액은 통상적으로 이의 유리전이온도 T_g를 초과하기 위하여 사전가열을 필요로 하며, 이러한 온도는 60℃일 수 있다. 이러한 중합체의 예는 상기 mr-L6000.1 XP이다. 이러한 중합체를 사용하는 경우, 결합된 조사 및 가열 능력을 갖는 장치(100)가 특히 유용하다. 그러나, 이러한 유형의 재료 둘 모두에 대해, 후-베이킹 단계는 일반적으로 방사선-고형화된 층(14')을 경화시키는데 필요하다. 그러므로, 상술된 바와 같이, 본 발명의 양태는 층(14)의 재료에 상승된 온도(T_p)를 적용하기 위한 것으로, 이는 가교 가능한 재료의 경우에서 T_g 보다 높으며 방사선-노출된 재료의 후베이킹에 적합하다. 가열장치(20)는 T_p에 도달할 때까지 가열기 몸체(21)에 의해 기판(12)을 통하여 가열층(14)으로 활성화된다. 실제적인 T_p의 수치는 물론 층(14)에 대해 선택된 재료에 따른다. mr-L6000.1 XP의 예에 대해, 재료의 분자량 분포에 따라 50 내지 150℃ 범위의 온도 T_p가 사용될 수 있다. 이후 공동(115)의 매질 압력은 5 내지 500 bar, 유리하게는 5 내지 200 bar, 및 바람직하게는 20 내지 100 bar로 증가된다. 중합체 스탬프(10) 및 기판(12)는 이에 의해 상응하는 압력으로 함께 가압된다. 가요성 막(113) 덕분에, 힘의 완전 균등한 분포는 기판과 중합체 스탬프 간의 전체 접촉 표면에 걸쳐 얻어진다. 중합체 스탬프 및 기판은 이에 의해 서로에 대해 완전히 평행하게 배열되게 되며, 기판 또는 중합체 스탬프의 표면에서의 임의의 불규칙한 영향이 제거된다.

중합체 스탬프(10) 및 기판(12)이 적용된 유체 매질 압력을 함께 받는 경우에, 방사선원은 방사선(19)을 방출시킨다. 방사선은 윈도우로서 작용하는 표면부(112), 공동(115), 막(113) 및 중합체 스탬프(10)을 통하여 투과된다. 방사선은 층(14)에 일부 또는 전부 흡수되며, 이에 의해 재료는 중합체 스탬프(10)와 기판(12) 사이의 완전하게 평행한 배열에서 압력 및 막 보조 압축에 의해 가교되거나 경화되므로써 고형화된다. 방사선 노출시간은 층(14)에서 재료의 유형 및 양, 재료의 유형과 결합된 방사선 파장, 및 조사력에 따른다. 이러한 중합 가능한 재료의 고형화의 특징은 널리 공지되어 있으며, 기술된 파라미터의 관련된 조합은 마찬가지로 당업자에게 공지되어 있다. 유체가 고형화되어 층(14')을 형성시키자마자, 추가 노출은 주요한 효과를 갖지 않는다. 그러나, 노출 후 층(14')의 재료는, 후베이킹이 층을 고형화시키는데 필수적인 경우, 미리결정된 일정한 온도 T_p에서 특정된 시간, 예를 들어 1 내지 10 분 동안 후베이킹되거나 경질 베이킹된다. mr-L6000.1 XP의 예에 대해, 후베이킹은 통상적으로, 1 내지 10 분, 바람직하게는 약 3 분 동안 100 내지 120℃의 통상적인 공정 온도 T_p에서 수행된다. SU8에 대해, 방사선 노출 시간은 1 내지 10초이지만, 3 내지 5초의 범위에서 성공적으로 시험되었으며, 이후 후베이킹은 약 70℃의 T_p에서 30 내지 60초 동안 수행된다.

본 발명에 따른 장치(100)와 관련하여, 후베이킹은 인쇄기(100)에서 수행되며, 이는 기판을 장치로부터 및 별도의 오븐에서 끌어낼 필요가 없음을 의미한다. 이는 하나의 공정 단계를 제거시키는 것으로, 인쇄 공정에서 시간 및 비용 둘모두를 절약할 수 있다. 후베이킹 단계를 수행하므로써, 중합체 스탬프(10)는 기판(10) 쪽으로 선택된 잠재적인 압력과 함께 일정한 온도 T_p로 고정되며, 층(14)의 얻어진 구조물 패턴의 보다 높은 정밀도는 또한 달성되는데, 이는 보다 미세한 구조물을 생성시킬 수 있다. 압축, 노출 및 후-베이킹 후에, 공동(115)의 압력은 감소되며, 두개의 주요부분(101, 102)은 서로 분리된다. 이후에, 기판은 중합체 스탬프로부터 분리되고, 인쇄 리소그래피에 대해 종래 공지된 바에 따른 추가 처리로 수행된다.

본 발명의 제 1 모드는 1 ㎛의 두께를 갖는 NIP-K17의 층(14)에 의해 커버링된 실리콘 기판(12)을 포함한다. 막(113)에 의해 5 내지 100 bar의 압력으로 약 30초 동안 압축시킨 후에, 방사선원(110)이 작동된다. 방사선원(110)은 통상적으로 400 nm 미만의 자외선 영역에서 적어도 방출되도록 고안된다. 바람직한 구체예에서, 200 내지 1000 nm의 방출 스펙트럼을 갖는 공냉식 크세논 램프가 방사선원(110)으로서 사용된다. 바람직한 크세논 유형 방사선원(110)은 1 내지 10 W/cm²의 방사선을 제공하고, 1 내지 5 μs 펄스를 초당 1 내지 5 펄스의 펄스 속도로 비취도록 고안된다. 석영의 윈도우(112)는 방사선을 통과시키기 위해 표면(104)에 형성된다. 노출 시간은 유체층(14)을 고체층(14')로 중합시키기 위해 바람직하게는 1 내지 30 초이지만, 2 분 이하일 수 있다.

mr-L6000.1 XP로의 시험은 200 내지 1000 nm로 구성된 약 1.8 W/cm², 1 분 노출 시간으로 수행된다. 본 문맥에서, 사용되는 방사선은 층(14)에 적용된 중합체가 고형화되는 범위의 파장으로 한정될 필요는 없으며, 범위 밖의 방사선이 물론 사용되는 방사선원으로부터 방출될 수 있는 것을 언급한다. 성공적인 노출후 일정한 공정 온도에서 후베이킹 후에, 제 2 주요부분(102)은 도 9의 것과 유사한 위치로 낮아진 후에, 주형(10) 및 기판(12)이 기판의 분리 및 추가 처리를 위해 장치로부터 제거된다.

용어 일정한 온도가 실질적으로 일정함을 의미하는 바, 비록 온도 조절기가 특정 온도를 유지하도록 셋팅되었음에도 불구하고, 얻어진 실제 온도는 반드시 특정 범위로 변동될 것으로 의미한다. 일정한 온도의 안정성은 주로 온도 조절기의 정밀도 및 전체 구성의 관성에 따른다. 더욱이, 비록 본 발명에 따른 방법이 단일 나노미터로 작아진 극히 미세한 구조물을 인쇄하는데에 사용될 수 없음에도 불구하고, 약간의 온도 변화는 주형이 너무 크지 않는 한 주된 효과를 갖지 않을 것으로 이해된다. 주형의 원주에서의 구조물이 폭 x를 갖으며, 적당한 공간 허용한계가 y=x/10과 같이 폭의 분율이라고 가정하면, y는 온도 허용한계를 세팅하는 파라미터가 된다. 실제적으로, 주형 및 기판의 재료의 열 팽창의 각각의 상수, 주형이 크기, 통상적으로 반경, 및 공간 허용한계 파라미터 y를 적용하므로써 갖는 열팽창의 효과의 차이가 용이하게 계산될 수 있다. 이러한 계산으로부터, 온도 조절기를 위한 적합한 온도 허용한계는 계산될 수 있으며 공정을 수행하기 위한 기계에 적용된다.

상술되고 도 1에 나타낸 바와 같은 "두-단계" 인쇄 공정내에서 가요성 중합체 호일의 적용 잇점은 하기를 포함한다:

사용되는 중합체 호일의 가요성 성질은 적용되는 스탬프 및 인쇄 공정에서 사용되는 기판 재료의 상이한 열팽창 상수에 기인한 패턴 반전의 복잡함을 완화시킨다. 그러므로, 기술은 상이한 열팽창 상수로 특징되어지는 재료의 표면 간에 반전 패턴에 대한 가능성을 제공한다. 그럼에도 불구하고, 본 적용에서 사용되는 대부분의 중합체는 통상적으로 60 내지 70×10^-6C^-1의 아주 유사한 열팽창인자로 특징되어지며, 이는 제조 측면에서 더욱 용이한 도 1e)에 기술된 바와 같이 두개의 상이한 중합체 호일을 인쇄한다.

사용되는 중합체 호일의 가요성 및 연성 성질은 중합체 호일, 즉 패턴화되거나 비패턴화된 표면과, 실리콘, 니켈, 석용 또는 중합체 재료를 포함하는 기타 물체, 예를 들어 중합체 필름 또는 주형에 의해 커버링된 기판 사이에 인쇄하는 동안 공기의 함유를 방해한다. 호일이 도 1b, 1e, 1h에서 기술된 바와 같이 이러한 물체 중 하나로 가압되는 경우, 중합체 호일은 막과 같이 작용되고, 인쇄된 영역을 남기는 경우 인쇄된 영역의 중앙에서 이의 가장자리로 공기를 가압한다.

중합체 호일과 주형 또는 가압되는 물체 사이의 사용되는 중합체 호일 입자의 가요성, 주형 또는 물체의 명백한 표면 거칠기로 인해, 중합체 호일 또는 포함된 물체 중 하나의 도 1b), 1e) 및 1h)에 기술된 인쇄 공정 동안의 뚜렷한 손상은 방지될 수 것이다.

예를 들어 UV-선에 대한 사용되는 COC 중합체 호일의 높은 투과성으로 인해, 비투과성 주형 및 기판이 사용되는 경우에도 UV 경화성 중합체가 상술된 인쇄 공정 동안 사용될 수 있다.

COC 중합체 호일의 낮은 표면 장력은 SAM 주형 항접착막의 표면 장력과 많은 레지스트 재료, 특히 UV 가교 가능한 네가티브 레지스트 재료의 표면 장력 사이로 떨어지며, 이는 두 단계 인쇄 공정에서 이들을 적용시키는데 이상적이다. 낮은 표면 장력 중합체 상의 추가 항접착층의 증착은 대부분의 경우에서 상술된 공정을 단수하고 산업적으로 이용가능하게 하는데 필수적이지 않다. 명확하게 말하면, 항접착 재료의 중합체 복제 스탬프를 제조할 수 있다.

상술되고 도 1에 나타낸 공정은, 공정에서 적용되는 상이한 중합체 재료의 재료 성질, 예를 들어 유리전이온도, 광학적 투과도, 및 방사선 노출후 경화도가 서로 적응되는 경우, 포지티브(패턴이 본래 주형의 것과 유사함) 및 네가티브(패턴이 본래 주형의 것과 반대됨) 복제 둘 모두를 제조하는데 매우 적합하다.

사용되는 가요성 중합체의 에이징 및 내후성은 인쇄 공정의 제 2 단계에서 수차례 적용하도록 한다.

또한, 중합체 스탬프는 단지 1회 사용되고 버려진다. 어떠한 경우에도, 이는 오리지날 주형 (1)의 수명을 연장시키며, 이는 경성의 비가요성 재료에 인쇄하기 위해 사용되어서는 안된다.

사용된 중합체 호일(foil)의 가요성 및 연성은 가요성 호일로부터 비가요성 스탬프 또는 기판이 탈형(demolding)되는 것을 완화시켜 스탬프 또는 기판의 물리적 손상을 감소시킨다.

인쇄를 수행한 후 기판으로부터 중합체 호일을 기계적 탈형시키는 대신에 대안적으로 중합체 호일은 적합한 용매에 의해 화학적으로 용해될 수 있다. 이러한 공정은 높은 가로세로비를 갖는 패턴, 즉 패턴 구조의 깊이가 실질적으로 이의 폭보다 커서 기계적 탈형이 기판 또는 스탬프에 손상을 입힐 수 있는 패턴을 전달할 경우에 바람직할 것이다.

오리지날 주형의 표면상의 패턴 뿐만 아니라 오리지날 주형의 물리적 치수가 중합체 호일로 용이하게 전달될 수 있다. 일부 적용에서, 최종 기판상으로의 패턴의 배치는 중요하다. 예를 들어, 하드 디스크 드라이브에 있어서, 패턴은 디스크의 중앙이 복제되고 정렬되어야 한다. 여기서, 마스터 스탬프가 중앙 홀로 생성될 수 있다. 인쇄 후, 중앙 홀의 릴리프(relief)는 가요성 중합체 호일로 형성되고, 최종 복사된 디스크에 호일 상의 패턴을 정렬시키는데 사용될 수 있다.

중합체 시이트에 형성된 복사체는 신규한 부류의 개발 공정을 제공할 수 있는데, 이는 니켈-대-니켈 플레이팅에 의한 통상적인 방법은 실행할 수 없다. 여기서, 인쇄된 중합체 시이트는 먼저 예를 들어, UV-보조된 인쇄 공정에 의해 견고한 기판에 결합된다. 그 후, 시이트는 시이드 층으로 금속화되고, 오리지날의 니켈 카피를 수용하도록 전기도금된다. 많은 다른 통상적인 공정이 본원에 기술된 방법을 통해 접근가능하다.

실시예

마스터 주형으로서, SAM 항접착층이 구비된 금속 주형이 사용되었다. 주형은 바람직하게는 니켈로 이루어지며, 대안적인 구체예에서는 예를 들어, 바나듐, 알루미늄, 탄탈, 니오브, 지르코늄 또는 티타늄으로 이루어질 수 있다. 항접착층은 인 원자 및 알킬 사슬을 포함하는 플루오르화된 알킬 인산 유도체 또는 플루오르화된 알킬 폴리-인산 유도체를 포함한다. 이러한 항접착층이 어떻게 구성될 수 있으며, 어떻게 주형 표면상에 제공될 수 있는 지에 대한 세부 사항은 본원에 참고 문헌으로 인용된 WO 2005/119360에 기술되어 있다. 이러한 항접착층에 대한 대안물로서, 실란 그룹, 포스페이트 그룹 및 카르복실 그룹을 포함하는 층이 사용될 수 있다. 이러한 항접착층의 구체예는 본원에 참고문헌으로 인용된 WO 2004/000567에 기술되어 있다.

사용된 일부 COC 중합체 호일은 다음과 같다:

티코나 게엠베하 (Ticona GmBH, Germany)의 토파스 8007(Topas 8007): 유리 온도가 80℃인 열가소성 랜덤 공중합체. 토파스는 300nm 초과의 파장을 갖는 빛에 투명하며, 낮은 표면 장력을 특징으로 한다. 호일은 50-500㎛의 두께로 이용가능하다. 여기서는 130-140㎛ 두께의 호일이 사용되었다.

제온 케미칼스(Zeon Chemicals, Japan)의 제오노르 ZF14(Zeonor ZF14): 유리 온도가 136℃이며, 300nm 초과의 파장에서 92%의 광투과율을 갖는 열가소성 중합체. 사용된 호일의 두께는 188㎛이나, 20 내지 500㎛의 기타 두께 범위도 이용가능하다.

제온 케미칼스의 제오넥스 E48R(Zeonex E48R): 유리 온도가 139℃이며, 350nm 초과의 파장에서 92%의 광투과율을 갖는 열가소성 중합체. 사용된 호일의 두께는 75㎛이다.

이들 재료의 표면 장력 또는 에너지는 전형적으로 30-37mN/m이다.

이차 단계에서 연속적으로 사용된 레지스트 재료는 마이크로켐 코프.(MicroChem Corp. USA)의 SU8이며, 이는 350 내지 400nm의 파장의 빛에 노출된 후에 경화 가능한 포토-레지스트 재료이다. SU8은 약 45mN/m의 표면 장력을 갖는다. SU8 필름과 규소 기판간의 접착 증진제로서, 마이크로켐 코프.의 씬 LOR0.7(thin LOR0.7) 필름이 사용되었다.

실시예 1

라인 폭이 80nm이며, 높이가 90nm인 라인 패턴을 나타내는 표면을 갖는 니켈 주형을 3분 동안 150℃에서 50bar에서 제오노르 ZF14 호일에 인쇄하였다. Ni 표면을 플루오르화된 SAM 항접착층으로 사전처리하여 20mN/m 미만, 바람직하게는 18mN/m의 낮은 표면 장력을 수득하였다. 제오노르 호일을 주형 또는 레플리카의 패턴에 손상을 주지 않으면서 주형 표면으로부터 기계적으로 제거하였다. 제오노르 호일은 새로운 주형으로서 사용될 수 있으며, 이는 100nm 두께의 SU8 필름으로 인쇄되었다. SU8 필름을 규소 기판상으로 사전 스핀 코팅된 20nm LOR 필름상으로 스핀 코팅하였다. 기판을 SU8 필름과 제오노르 호일간의 항접착 성향을 증가시키기 위한 추가적인 코팅을 처리하지 않았다. 인쇄를 70℃ 및 50bar에서 3분 동안 수행하였다. SU8 필름을 광학적으로 투명한 제오노르 호일을 통해 4초 동안 UV-광에 노출시키고, 2분 넘게 베이킹하였다. 온도 및 압력을 전체 인쇄 순서 동안 각각 70℃ 및 50bar로 일정하게 유지시켰다. 방출 온도는 70℃이며, 이 온도에서 제오노르 호일은 중합체 주형 호일 또는 레플리카 필름의 패턴에 손상을 입히지 않으면서 SU8 필름으로부터 제거될 수 있다. 도 2는 Ni 스탬프상에 항접착 층 없이 상기 공정에 의해 제조된 규소 웨이퍼상에 증착된 SU8 필름에서 AFM 인쇄 이미지를 보여준다. 또한, 미세 패턴이 중간체 COC 중합체 스탬프를 사용하여 재생될 수 있음이 입증되었다.

실시예 2

AFM에 의해 연구된 100nm의 높이 및 150nm의 폭을 갖는 구조의 블루레이 패턴(BlueRay pattern)을 나타내는 표면을 갖는 니켈 주형을 실시예 1에 기술된 것과 동일한 공정 및 동일한 파라미터를 이용하여 제오노르 ZF14로 인쇄하였다. 제오노르 호일을 새로운 주형으로서 사용하였으며, 이를 100nm 두께의 SU8 필름상에 인쇄하였다. 또한, 실시예 1에 기술된 동일한 공정 및 동일한 파라미터를 이용하였다. 규소 웨이퍼상에 증착된 SU8 필름에 생성된 AFM 인쇄 이미지는 도 3에 도시되어 있다.

실시예 3

1-28의 높은 가로세로비를 갖는 마이크로-미터 패턴의 표면을 갖는 니켈 주형을 사용하였다. 피쳐 크기는 600nm 내지 12㎛이며, 높이는 17㎛이다. 표면을 인쇄 전에 포스페이트 기재 항접착 필름에 의해 커버하였다. 니켈 주형을 190℃ 및 50bar에서 3분 동안 폴리카르보네이트 호일로 인쇄하였다. 폴리카르보네이트 호일의 표면은 Ni 주형과 폴리카르보네이트 필름간의 항접착 성향을 증가시키기 위한 추가적인 코팅을 처리하지 않았다. 방출 온도는 130℃이며, 이 온도에서 폴리카르보네이트 호일은 주형 및 레플리카의 패턴에 손상을 입히지 않으면서 니켈 표면으로부터 기계적으로 제거될 수 있다. 폴리카르보네이트 호일을 토파스 호일로의 인쇄를 위한 새로운 주형으로 사용하였다. 인쇄는 120℃ 및 50bar에서 3분 동안 수행하였다. 표면은 폴리카르보네이트와 토파스 호일간의 항접착 성향을 증가시키기 위한 추가적인 코팅을 처리하지 않았다. 방출 온도는 70℃이며, 이 온도에 서 토파스는 주형 호일 또는 레플리카 호일의 패턴에 손상을 입히지 않으면서 폴리카르보네이트 호일로부터 기계적으로 제거될 수 있다. 그 후, 토파스 호일은 새로운 주형으로 사용하였으며, 이는 규소 기판상으로 스핀-코팅된 600nm 두께의 SU8 필름으로 인쇄되었다. 또한 여기서, 표면은 SU8 필름과 토파스 호일간의 항접착 성향을 증가시키기 위한 추가적인 코팅을 처리하지 않았다. 인쇄는 70℃ 및 50bar에서 3분 동안 수행하였다. SU8 필름을 UV-광에 4초 동안 광학적으로 투명한 토파스 호일을 통해 노출시키고, 2분 넘게 베이킹시켰으며, 전체 공정동안 70℃ 온도 및 50bar 압력을 변화시키지 않았다. 방출 온도는 70℃이다. 그 후, 토파스 호일을 60℃에서 1시간 동안 p-자일렌으로 완전하게 용해시켰다. 생성된 SEM 이미지는 도 4에 도시되어 있다.

실험

상기 실시예에 제공된 인쇄 공정은 일부의 경우에 포스페이트-기재 항접착 필름으로 커버링된 상이한 패턴의 Ni 스탬프로 상이한 공정 변수를 이용하여 수행되었다. 기판 (2 내지 6인치 규소 웨이퍼)을 LOR 및 SU8 필름을 스피닝하기 전에 이소프로판올 및 아세톤으로 직접적으로 헹궈서 세척하였다. 적용된 스탬프의 크기는 2 내지 6인치이다. 인쇄는 UV-모듈이 구비된 오브두캣(Oducat)-6-인치-NIL 장치를 사용하여 수행하였다.

디지탈 인스트루먼트(Digital Instruments)의 나노스코프 IIIa 현미경의 보조로 탭핑 모드(tapping mode)에서 원자현미경 검사(AFM)를 수행하여 인쇄 후 인쇄 결과 및 스탬프를 조사하였다.

25kV에서 오브두캣 캠스캔 MX2600 마이크로스코프(Obducat CamScan MX2600 Microscope)를 사용하여 주사전자 현미경 검사(SEM)를 수행하였다.

상기는 COC 재료의 중합체 스탬프가 먼저 형성된 후 사용되는 두 단계 인쇄 공정에 대한 본 발명을 일반적인 용어 특정의 상세한 실시예에 의해 기술하였다. 보호받고자 하는 범위는 첨부된 청구범위에 의해 규정된다.

본 발명은 2 단계 공정을 수반하는, 임프린트 공정에서 주형으로부터 물체로 패턴을 전사하는 방법을 제안하고 있다. 본 발명의 방법에서, 제 1 단계에서는, 구조화된 표면을 가지는 주형이 중합체 재료와 접촉되는데, 이는 주형 표면의 패턴의 반전 패턴을 가지는 구조화된 표면을 가지는 가요성 중합체 레플리카를 생성하기 위해서다. 이렇게 생성된 가요성 중합체 레플리카(본원에서 중간체 중합체 스탬프라고도 함)는 그 후에 주형으로부터 이탈된다. 제 2 단계에서는, 가요성 중합체 레플리카의 구조화된 표면이 제 2 주형으로서 사용되고, 이는 물체의 성형 표면과 접촉되어 성형 물체 표면에서 이의 패턴의 레플리카를 임프린트한다. 이러한 레플리카는 중간체 중합체 스탬프 패턴의 반대 극성 및 원래 주형의 패턴과 동일한 극성을 가지는 구조화된 표면을 보인다.

이와 같은 구성으로, 본 발명은 높은 복제 정확도를 가지고 산업적으로 적용하기에 용이하고 적합한, 개선된 임프린트 공정을 위한 해결책을 제공하고 있다.

Claims (30)

1. 임프린트 공정으로 주형으로부터의 패턴을 대상물에 전달하는 방법으로서,

   주형 표면의 패턴을 하나 이상의 고리형 올레핀 공중합체(COC)를 포함하는 중합체 재료와 접촉시켜 주형 표면 패턴의 반전 패턴으로 구조화된 표면을 지닌 가요성 중합체 레플리카를 생성시키고;

   주형 표면으로부터 가요성 중합체 레플리카를 이형시키고;

   가요성 중합체 레플리카의 반전 패턴을 대상물 표면에 압착하여 대상물 표면에 주형 표면 패턴의 레플리카를 임프린트하는 단계들을 포함하며,

   주형 표면의 표면 장력 (σ_고체, 주형 재료) < 액체 상태의 중합체 호일의 표면 장력 (σ_액체, 중합체 재료)이고,

   추가로, 고체 상태의 중합체 호일의 표면 장력(σ_고체,중합체 호일) < 대상물의 표면 장력 (σ_액체, 레지스트 재료)인 방법.
2. 제 1항에 있어서, COC 중합체 호일이 28 내지 40mN/m의 표면장력을 지니는 방법.
3. 제 1항에 있어서, COC 중합체 호일이 28 내지 37mN/m의 표면장력을 지니는 방법.
4. 제 1항에 있어서, COC 중합체 호일이 30 내지 35mN/m의 표면장력을 지니는 방법.
5. 제 1항에 있어서, COC 중합체 호일이 50㎛ 내지 1mm의 두께를 지니는 방법.
6. 제 1항에 있어서, COC 중합체 호일이 75㎛ 내지 250㎛의 두께를 지니는 방법.
7. 제 1항에 있어서, COC 중합체 호일이 100 내지 250℃의 유리전이 온도를 지니는 방법.
8. 제 1항에 있어서, COC 중합체 재료가 고리형 단량체와 에텐을 기재로 하는 공중합체인 방법.
9. 제 8항에 있어서, COC 중합체 재료가 8,9,10-트리노르보른-2-엔(노르보르넨) 또는 1,2,3,4,4a,5,8,8a-옥타하이드로-1,4:5,8-디메타노나프탈렌(테트라시클로도데센)과 에텐을 기재로 하는 공중합체인 방법.
10. 제 1항에 있어서, 가요성 중합체 레플리카가 28 내지 40mN/m의 표면장력을 지니는 방법.
11. 제 1항에 있어서, 가요성 중합체 레플리카가 28 내지 37mN/m의 표면장력을 지니는 방법.
12. 제 1항에 있어서, 가요성 중합체 레플리카가 30 내지 35mN/m의 표면장력을 지니는 방법.
13. 제 1항에 있어서, COC 중합체 재료가 고리형 단량체와 에텐을 기재로 하는 공중합체인 방법.
14. 제 1항에 있어서, COC 중합체 재료가 8,9,10-트리노르보른-2-엔(노르보르넨) 또는 1,2,3,4,4a,5,8,8a-옥타하이드로-1,4:5,8-디메타노나프탈렌(테트라시클로도데센)과 에텐을 기재로 하는 공중합체인 방법.
15. 제 1항에 있어서, 주형이 중합체, 금속, 수정, 또는 실리콘으로 제조되는 방법.
16. 제 1항에 있어서, 주형 표면에 중합체 레플리카의 표면 장력 보다 낮은 표면장력을 지닌 항접착층이 제공되는 방법.
17. 제 1항에 있어서, 주형 표면에 20mN/m 이하의 표면 장력을 지닌 항접착층이 제공되는 방법.
18. 제 1항에 있어서, 주형 표면에 18mN/m 이하의 표면 장력을 지닌 항접착층이 제공되는 방법.
19. 제 1항에 있어서, 주형 표면에 항접착층으로서 자기 조립 단층막(Self-Assembled Monolayer: SAM)이 제공되는 방법.
20. 제 1항에 있어서, 주형 표면에 항접착층으로서 플루오르화된 알킬 인산, 플루오르화된 알킬 폴리인산 유도체, PTFE 또는 플루오르화된 알킬 실란을 포함하는 자기 조립 단층막이 제공되는 방법.
21. 제 1항에 있어서, 대상물이, 대상물의 표면에 레지스트 재료층을 지니는 기판인 방법.
22. 제 1항에 있어서, 대상물이, 대상물의 표면에 레지스트 재료층을 지니는 기판이고, 레지스트 재료가 > 40mN/m의 표면 장력을 지니는 방법.
23. 제 1항에 있어서, 대상물이, 대상물의 표면에 레지스트 재료층을 지니는 기판이고, 레지스트 재료층이 방사선 가교결합 가능한 재료이며, 레지스트 재료를 가요성 중합체 레플리카를 통해서 UV광으로 투광시켜 레지스트 재료층을 가교결합시키는 단계를 포함하는 방법.
24. 제 1항에 있어서, 가요성 중합체 레플리카가

    -제 1 지지부재 상에 주형을 위치시키고;

    -제 2 지지 표면과 주형의 구조화된 표면 사이에 일정한 공간을 두면서, 제 1 지지부재로부터 일정한 거리로 제 2 지지부재를 위치시키고;

    -하나 이상의 COC를 포함하는 중합체 재료를 액체 상태로 가열하고;

    -압력 하에 상기 공간에 액체 COC 중합체 재료를 주입하고;

    -중합체 재료를 고형화하여 주형 표면 패턴의 반전 패턴으로 구조화된 표면을 지닌 가요성 중합체 레플리카를 생산하는 단계들을 포함한 사출성형 방법으로 생산되는 방법.
25. 제 1항에 있어서, 대상물이 반도체 재료인 방법.
26. 제 1항에 있어서, 가요성 중합체 레플리카가 50㎛ 내지 1mm의 두께를 지니는 방법.
27. 제 1항에 있어서, 가요성 중합체 레플리카가 75㎛ 내지 250㎛의 두께를 지니는 방법.
28. 제 1항에 있어서, 가요성 중합체 레플리카가 100 내지 250℃의 유리전이 온도를 지니는 방법.
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