KR101399440B1 - 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법 및 플라즈모닉 나노리소그래피 장치 - Google Patents

플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법 및 플라즈모닉 나노리소그래피 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법에 관한 것이며, 본 발명의 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법은 기판 상에 플라즈모닉 공명(plasmonic resonance) 특성을 갖는 소재로 마련되는 금속패턴을 형성하는 금속패턴 형성단계; 상기 기판 및 상기 금속패턴의 외면에 소수성 박막을 코팅하여 소수성 처리하는 소수성 처리단계; 상기 금속패턴의 외면만 선택적으로 친수성 처리하는 친수성 처리단계; 상기 기판 및 상기 금속패턴 상에 버퍼층을 적층하는 버퍼층 적층단계; 상기 금속패턴 및 버퍼층을 상기 기판으로부터 광투과성 소재의 베이스 측으로 전사시켜 결합시키는 결합단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 표면 플라즈몬 에너지를 이용하여 광회절의 한계를 극복하고 미세패턴을 형성할 수 있는 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법 및 플라즈모닉스 나노리소그래피 장치가 제공된다.

Description

플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법 및 플라즈모닉 나노리소그래피 장치{METHOD FOR MAKING STAMP FOR PLASMONIC NANO LITHOGRAPHY APPARATUS PLASMONIC NANO LITHOGRAPHY APPARATUS}
본 발명은 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법 및 플라즈모닉 나노리소그래피 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미세패턴을 용이하게 가공할 수 있는 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법 및 플라즈모닉 나노리소그래피 장치에 관한 것이다.
나노 임프린트(Nanoimprint Lithography)기술은 100nm 급 이하의 나노 구조물을 저가로 대량생산 할 수 있는 기술로 제안되었다. 이러한 현재 반도체 공정 및 마이크로급 소자제작에 널리 이용되고 있는 리소그래피 기술이 광회절의 한계로 인하여 제한적인 사이즈의 구조물의 생산만이 가능한 문제가 있어, 이러한 문제를 해결하기 위한 대안으로 나노 임프린트 기술이 각광받고 있다.
특히, UV 나노 임프린트는 상온저압의 공정을 지향하고, 기존의 가열식 임프린트 공정에서 발생하는 열변형을 방지할 수 있는 장점이 있어 주목할 만하다. 이러한 UV 나노 임프린트는 투명한 몰드기판 위에 마스터 패턴을 생성하고, 제작된 마스터를 레진 위에 접촉하면, 모세관력(capillary force)에 의하여 패턴내로 레진이 충진되며, 자외선을 조사하여 이를 경화한 후에 마스터를 제거하는 순서로 공정이 진행된다.
다만, 고정밀 패턴전사과 고속공정이 가능하다는 장점에도 불구하고, 이러한 UV 나노 임프린트 공정은 레진과 마스터 간에는 직접적인 접촉이 발생하여 마스터의 오염이 빈번히 발생하는 문제가 있었다.
또한, 마스터 패턴이 복잡한 구조로 형성되는 경우에는 레진이 마스터 패턴의 내부로 충분히 충진되지 않아 최종 형성되는 패턴이 품질이 저하되는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광회절의 한계를 극복하고 미세패턴을 형성할 수 있는 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법 및 플라즈모닉스 나노리소그래피 장치를 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 기판 상에 플라즈모닉 공명(plasmonic resonance) 특성을 갖는 소재로 마련되는 금속패턴을 형성하는 금속패턴 형성단계; 상기 기판 및 상기 금속패턴의 외면에 소수성 박막을 코팅하여 소수성 처리하는 소수성 처리단계; 상기 금속패턴의 외면만 선택적으로 친수성 처리하는 친수성 처리단계; 상기 기판 및 상기 금속패턴 상에 버퍼층을 적층하는 버퍼층 적층단계; 상기 금속패턴 및 버퍼층을 상기 기판으로부터 광투과성 소재의 베이스 측으로 전사시켜 결합시키는 결합단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법에 의해 달성된다.
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또한, 상기 친수성 처리단계는 상기 기판 및 상기 금속패턴의 상측에 폴리머층을 적층하는 폴리머층 적층단계; 상기 금속패턴만 외부로 노출되도록 상기 폴리머층 일부를 제거하는 제1제거단계; 외부로 노출되는 금속패턴의 외면만을 친수성 처리하는 선택적 처리단계; 남아있는 폴리머층을 전부 제거하는 제2제거단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 폴리머층 적층단계는 폴리머를 박막으로 적층하는 제1적층단계; 상기 적층된 폴리머가 친수화되도록 플라즈마(plasma) 처리하는 플라즈마 처리단계; 폴리머를 상기 금속패턴의 높이 이상으로 적층하는 제2적층단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1제거단계는 에치백(etch-back)공정을 통하여 상기 폴리머를 제거할 수 있다.
또한, 상기 기판으로부터 분리된 측의 폴리머층 및 금속패턴의 면에 점착방지막을 적층하는 점착방지막 적층단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 점착방지막은 소수성 또는 친수성 특성을 갖도록 처리될 수 있다.
또한, 상기 금속패턴 형성단계는 금속패턴은 측면과 상기 기판의 사이의 각도가 예각을 형성하도록 가공될 수 있다.
또한, 상기 금속패턴 형성단계 이전에 상기 기판 상에 소수성 처리 또는 점착방지 처리를 하는 전처리단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 자외선광을 이용하여 레지스트를 노광하기 위한 나노리소그래피 장치에 있어서, 챔버; 상기 챔버 내에 수용되어 자외선 광을 발생시키는 광원; 상기 광원의 광경로 상에 마련되는 광투과성 소재의 베이스, 일면이 상기 베이스와 접촉 결합하며 상기 광원으로부터 발생하는 자외선 광을 표면 플라즈몬 에너지로 변환시켜 상기 레지스트에 전달하는 노광부, 상기 노광부의 타단면에 결합되는 점착방지막을 구비하는 스탬프;를 포함하되, 상기 노광부는 플라즈모닉 공명특성을 가지는 금속패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노리소그래피 장치에 의해 달성된다.
또한, 상기 점착방지막의 표면은 상기 레지스트와 용이하게 접촉해제될 수 있도록 친수성 또는 소수성 특성을 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 표면 플라즈몬 에너지를 이용하여, 광회절의 한계없이 레지스트 상에 미세 패턴을 용이하게 형성할 수 있는 플라즈모닉 나노리소그래피 장치가 제공된다.
또한, 스태프의 최종단부에 친수성 또는 소수성 특성의 점착방지막을 형성하여 노광 후 레지스트와의 용이하게 접촉해제 될 수 있다.
또한, 금속패턴의 외면과 기판의 외면의 표면이 서로 다른 특성을 갖도록 처리함으로써 스탬프를 용이하게 제작할 수 있는 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법이 제공된다.
또한, 표면 처리를 통하여 금속패턴과 버퍼층 간의 견고한 결합 및 기판과 버퍼층 간의 용이한 분리가 가능하다.
또한, 금속패턴의 모서리를 가공함으로써 광에너지를 보다 집중하여 레지스트에 전달할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈모닉 나노리소그래피 장치를 개략적을 도시한 것이고,
도 2는 도 1의 플라즈모닉 나노리소그래피를 이용한 패터닝 공정에서 스탬프와 레지스트를 접촉시키는 공정을 개략적으로 도시한 것이고,
도 3은 도 1의 플라즈모닉 나노리소그래피를 이용한 패터닝 공정에서 광원으로부터 자외선광을 조사하여 노광하는 공정을 개략적으로 도시한 것이고,
도 4는 도 1의 플라즈모닉 나노리소그래피를 이용한 패터닝 공정에서 레시즈트로부터 스탬프를 접촉해제하는 공정을 개략적으로 도시한 것이고,
도 5는 도 1의 플라즈모닉 나노리소그래피를 이용한 패터닝 공정에 의하여 소정의 패턴이 형성된 레지스트를 개략적으로 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 제1 내지 제2실시예에 따른 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법의 개략적인 공정흐름도이고,
도 7은 도 5의 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법의 금속패턴 형성단계 공정을 개략적으로 도시한 것이고,
도 8은 도 5의 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법의 소수성 처리단계 공정을 개략적으로 도시한 것이고,
도 9는 도 5의 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법의 폴리머층 적층단계 공정을 개략적으로 도시한 것이고,
도 10은 도 5의 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법의 친수성 처리단계 공정을 개략적으로 도시한 것이고,
도 11은 도 5의 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법의 버퍼층 적층단계 공정을 개략적으로 도시한 것이고,
도 12는 도 5의 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법의 결합단계 공정을 개략적으로 도시한 것이고,
도 13은 도 5의 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법의 점착방지막 적층단계를 개략적으로 도시한 것이고,
도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법의 금속패턴 형성단계 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈모닉 나노리소그래피 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈모닉 나노리소그래피 장치를 개략적을 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 플라즈모닉 나노리소그래피 장치(100)는 미세패턴을 패터닝하기 위한 장치에 관한 것으로서, 챔버(110)와 광원(120)과 스탬프(130)를 포함한다.
상기 챔버(110)는 내부에 후술하는 스탬프(130), 광원(120) 및 패터닝 대상이 되는 레지스트(10)가 배치되는 공간을 제공하는 것으로서, 노광공정이 수행되는 장소에 해당한다.
상기 광원(120)은 진공의 챔버 내에 수용되어 후술하는 스탬프 측으로 자외선 광을 제공함으로써, 레지스트(10)를 노광하기 위한 부재이다.
상기 스탬프(130)는 챔버(110) 내에서 상술한 광원(120)과 레지스트(10)의 사이 영역 상에 마련되는 것으로서, 베이스(131)와 노광부(132)와 점착방지막(135)을 포함한다.
상기 베이스(131)는 챔버(110) 내부의 광원(120) 하측, 즉, 광원(120)으로부터 발생되는 자외선광의 광경로 상에 배치되는 것으로서, 본 실시예에 베이스(131)는 쿼츠(quartz)로 구성되나, 자외선 광을 투과하기 위하여 우수한 광투과성을 가지는 것이라면 베이스(131)의 소재가 상술한 내용에 제한되는 것은 아니다.
상기 노광부(132)는 베이스(131)를 통과한 자외선광으로부터 표면 플라즈몬 에너지를 변환시키는 것으로서, 버퍼층(133)과 금속패턴(134)을 포함한다.
상기 버퍼층(133)은 후술하는 금속패턴(134)을 내부에 삽입한 상태에서 지지하기 위한 구조물로서, 일단면이 평탄면을 형성하며 상술한 베이스(131)와 접합되되, 타단면은 후술하는 점착방지막(135)에 접합된다. 본 실시예에서의 버퍼층(133)은 광경화성 소재의 레진으로 마련되어 가공되는 것이나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 금속패턴(134)은 자외선광을 흡수하여 공명에너지 전자기장을 형성하기 위한 부재로서 부재로서, 복수개가 버퍼층(133) 내에 상호 이격되는 형태로 삽입된다. 한편, 이러한 금속패턴(134)은 노광된 후에 현상되어 레지스트(10)에 최종 형성될 패턴의 형상을 고려하여 배열된다.
또한, 본 실시예에서 금속패턴(134)의 소재로는 금 또는 은이 사용되나, 금속패턴(134)의 소재는 플라즈모닉 공명(plasmonic resonance)특성을 갖는 것이라면 이에 제한되는 것은 아니다.
금속패턴(134)의 단면은 베이스(131)에 접촉되는 면과 반대쪽 면의 버퍼층(133)을 통하여 노출되며, 노광공정 시에 레지스트(10)와의 균일접촉을 구현하기 위하여 버퍼층(133)과 금속패턴(134)의 단면은 평탄한 면으로 가공된다.
한편, 상술한 스탬프(130)의 버퍼층(133)은 친수특성의 표면을 가지는 금속패턴(134)과 견고하게 결합된다.
상기 점착방지막(135)은 베이스(131)와 접촉하는 면의 반대쪽 버퍼층(133) 면에 균일하게 접합되는 것으로서, 노광공정 시에 스탬프(130가 레지스트(10)로부터 용이하게 해제될 수 있도록 하는 역할을 한다.
한편, 본 실시예에서는 소수성 특성의 레지스트(10)와의 용이한 접촉 해제를 유도하고, 전체적으로 오염되는 것이 방지되도록 점착방지막(135)은 자체가 친수성 소재로 구성되거나, 또는, 점착방지막(135)의 노출되는 표면이 친수성 특성을 갖도록 처리될 수 있다.
또한, 점착방지막(135)은 레지스트(10)의 특성에 따라서는 소수성 소재이거나, 또는, 표면이 소수성 특성을 갖도록 처리될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 의하면, 광회절의 한계로 발생하는 어려움 없이 레지스트 상에 미세패턴을 용이하게 형성할 수 있다.
지금부터는 상술한 플라즈모닉 나노리소그래피 장치(100)의 일실시예의 작동에 대하여 설명한다.
도 2는 도 1의 플라즈모닉 나노리소그래피를 이용한 패터닝 공정에서 스탬프와 레지스트를 접촉시키는 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 챔버(110)의 내부에 패터닝 대상이 되는 레지스트(10)를 배치한 후에, 진공상태의 챔버(110) 내부에서 스탬프(130)를 하방의 레지스트(10) 측으로 이동시켜, 스탬프(130) 하단면이 레지스트(10)와 접촉되도록 한다. 즉, 상술한 스탬프(130)의 이동에 의하여 점착방지막(135)은 레지스트(10)와 긴밀하게 접촉하게 된다.
이때, 스탬프(130)와 레지스트(10) 간의 접촉시 그 사이 공간에 공기가 유입되는 것을 방지함으로써 상호 간의 긴밀한 접촉이 일어나도록 챔버(110) 내부는 진공상태를 유지하는 것이 바람직하다.
도 3은 도 1의 플라즈모닉 나노리소그래피를 이용한 패터닝 공정에서 광원으로부터 자외선광을 조사하여 노광하는 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상술한 공정에 의하여 스탬프(130)와 레지스트(10) 간의 접촉이 완료되면, 광원(120)으로부터 자외선광이 발생되고, 챔버(110) 내부는 고온의 상태를 유지한다. 이때, 챔버(110) 내부의 온도는 챔버 내부의 온도는 패터닝 대상이 되는 레지스트(10)의 감광특성이 변하지 않도록 레지스트(10)의 유리전이온도(Glass Transition Temperature) 이하로 설정되는 것이 바람직하다.
광원(120)으로부터 발생된 자외선광은 하방의 광경로를 따라서 우수한 광투과성 소재의 베이스(131)를 투과하게 되고, 금속패턴(134)에 도달한다. 금속패턴(134)의 분해능이 미세화되는 경우에 자외선 포톤은 금속패턴 사이의 개구부(Aperture)를 투과하지 못하여 레지스트(10)에 도달하지 못하고 금속패턴(134)에 흡수된다. 이때, 흡수된 광에너지는 금속패턴(134) 표면의 자유전자와 결합하여 표면 플라즈몬 에너지로 변환되며, 공명파장 조건에서 강한 플라즈모닉 전자기장이 형성되어 근접장에서 위치한 레지스트(10)에 영향을 미쳐, 레지스트(10)의 화학결합을 깨뜨리면서 노광이 가능해진다.
즉, 상술한 바와 같이, 자외선광이 금속패턴(134) 표면의 자유전자와 결합하여 변환되는 표면 플라즈몬 에너지가 레지스트(10)를 노광시킴으로써 되고, 레지스트(10)는 금속패턴(134)의 형태 및 금속패턴(134)의 개구부의 형태에 따라 노광된다.
도 4는 도 1의 플라즈모닉 나노리소그래피를 이용한 패터닝 공정에서 레시즈트로부터 스탬프를 접촉해제하는 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 자외선광을 통한 노광공정이 완료되면, 스탬프(130)는 레지스트(10)로부터 접촉해제된다. 이때, 스탬프(130)는 종단면에 접합된 점착방지막(135)으로 인하여 레지스트(10)로부터 용이하게 접촉 해제될 수 있다.
도 5는 도 1의 플라즈모닉 나노리소그래피를 이용한 패터닝 공정에 의하여 소정의 패턴이 형성된 레지스트를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 노광된 레지스트(10)는 현상(develope)공정을 거친 후에 광이 도달한 형태에 대응되는 최종 패턴을 형성하게 된다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법(S100)에 대해서 설명한다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법의 개략적인 공정흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법(S100)은 레지스트(10)와의 균일한 면접촉을 발생시키는 스탬프(130)를 제작하기 위한 공정에 관한 것으로서, 전처리단계(S105)와 금속패턴 형성단계(S110)와 소수성 처리단계(S120)와 친수성 처리단계(S130)와 버퍼층 적층단계(S140)와 결합단계(S150)와 점착방지막 적층단계(S160)를 포함한다.
상기 전처리단계(S105)는 후술하는 금속패턴 형성단계(S110)에서 금속패턴(134)을 형성하기 전에 금속패턴(134)이 형성되는 기판(20) 상의 영역에 소수성 처리 또는 점착방지 처리를 하는 단계이다.
즉, 본 단계에서는 후술하는 결합단계(S150)에서 기판(20)으로부터 금속패턴(134)의 이형이 용이하도록 기판(20)과 금속패턴(134)의 경계면에는 소수성 처리 또는 점착방지 처리한다.
도 7은 도 5의 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법의 금속패턴 형성단계 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 상기 금속패턴 형성단계(S110)는 기판(20) 상에 플라즈모닉 공명특성을 가지는 금속패턴(134)을 패터닝하는 단계이다.
본 단계에서는 기판(20) 상에 금속패턴(134)을 형성하며, 본 단계에서 금속패턴(134)의 소재로는 금 또는 은이 이용되나, 금속패턴(134)이 플라즈모닉 공명특성을 가지는 금속재질이라면 상술한 내용에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 실시에에서 기판(20) 상에서 금속패턴(134)은 리프트오프(Lift-Off) 공정 또는 메탈 직접식각공정을 통하여 형성되나, 금속패턴(134)을 가공하는 공정이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 8은 도 5의 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법의 소수성 처리단계 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 상기 소수성 처리단계(S120)는 기판(20) 및 기판(20) 상에 형성되는 금속패턴(134)의 외면을 소수성으로 처리하는 단계이다. 본 단계에서는 플라즈마(plasma) 처리 공정을 통하여 기판(20) 및 금속패턴(134)의 노출된 표면을 소수성 처리하나, 이에 제한되지 않고, 소수성 처리는 실레인(Silane) 또는 단분자층을 증착하는 방법에 의할 수도 있다.
한편, 이하, 도시된 도면 상에서 소수성 처리된 표면(h1)은 붉은색으로 도시하고, 친수성 처리된 표면(h2)으로 도시하여 설명한다.
도 9는 도 5의 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법의 폴리머층 적층단계 공정을 개략적으로 도시한 것이고, 도 10은 도 5의 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법의 친수성 처리단계 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
상기 친수성 처리단계(S130)는 금속패턴(134)의 표면만을 선택적으로 친수성 처리하기 위한 공정으로서, 폴리머층 적층단계(S131)와 제1제거단계(S135)와 선택적 처리단계(S136)와 제2제거단계(S137)를 포함한다.
상기 폴리머층 적층단계(S131)는 친수성 처리의 대상이 되는 금속패턴(134)의 표면만을 외부로 노출시키고 나머지 기판(20)의 외면을 보호하기 위한 공정으로서, 제1적층단계(S132)와 플라즈마 처리단계(S133)와 제2적층단계(S134)를 포함한다.
도 9(a)에 도시된 바와 같이, 상기 제1적층단계(S132)는 기판(20) 상에 본격적으로 폴리머층(40)을 적층하기 위하여 박막형태의 폴리머층(30)을 선행하여 적층하는, 일종의 전처리 공정에 해당한다. 즉, 표면이 소수성 처리된 상태에서 기판(20) 및 금속패턴(134)의 외면에 바로 폴리머층(40)을 적층하는 경우에는 원하는 높이의 폴리머층(40)을 적층하기 어려우므로, 박막의 형태로 폴리머층(40)을 선행하여 적층한다.
본 실시예에서 제1적층단계(S132)는 2000 rpm 이하의 상대적으로 저속의 회전속도의 스핀코팅(spin coating)방식을 통하여 수행된다.
도 9(b)에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 처리단계(133)는 박막의 폴리머층(30)의 표면을 플라즈마 처리하여 친수화시킴으로써, 박막의 폴리머층(30) 상에 원하는 높이의 폴리머층(40)이 원활히 적층되도록 하는 단계이다.
도 9(c)에 도시된 바와 같이, 상기 제2적층단계(S134)는 친수화된 박막의 폴리머층(40) 상에 동일한 소재의 폴리머를 추가적으로 도포하여 원하는 높이의 폴리머층(40)을 최종 적층하는 단계이다. 따라서, 본 폴리머층 적층단계(S131)에서는 상기의 제1적층단계(S132) 및 플라즈마 처리단계(S133)를 포함하는 전처리 공정에 의하여 원하는 높이의 폴리머층(40)이 최종 적층될 수 있다.
본 실시예에서 제2적층단계(S134)는 4000 rpm 이상의 상대적으로 고속의 회전속도의 스핀코팅(spin coating)방식을 통하여 수행된다.
한편, 본 폴리머층 적층단계(S131)에서 최종 적층되는 폴리머층(40)은 금속패턴(134)보다 높은 높이로 적층되어, 금속패턴(134)이 외부에 노출되지 않도록 한다.
도 10(b)에 도시된 바와 같이, 상기 제1제거단계(S135)는 최종 적층된 폴리머층(40) 일부를 제거하여 금속패턴(134)의 표면을 외부로 노출시키는 단계이다. 즉, 본 단계에서는 폴리머층(40)의 최하단 만을 기판(20) 상에 남겨둔 상태에서, 나머지 폴리머층(40)의 상부 영역을 모두 제거함으로써, 금속패턴(134)은 외부로 노출되도록 하되, 소수성 특성의 표면을 가지는 기판(20)은 폴리머층(40)의 내부에서 보호되도록 한다.
한편, 본 제1제거단계(S135)에서 폴리머층(40)의 일부 제거는 에치백(etch-back) 공정에 의하여 진행되나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 10(c)에 도시된 바와 같이, 상기 선택적 처리단계(S136)는 제1제거단계(S135)로부터 노출되는 금속패턴(134)의 표면을 선택적으로 친수성 개질 처리하는 단계이다. 즉, 본 단계에서 친수성 처리에 의하면, 폴리머층(40) 내부에서 보호되는 기판(20)의 상면은 소수성 특성을 유지하되, 외부에 노출되는 금속패턴(134)의 표면 만이 선택적으로 친수성으로 개질된다.
한편, 본 단계에서의 친수성 처리는 제한되는 것은 아니나, 산용액 처리, 플라즈마 표면처리, 모노머 계열의 단분자층을 적층하는 등의 방법 중 어느 하나로 수행되는 것이 바람직하다.
도 10(d)에 도시된 바와 같이, 상기 제2제거단계(137)는 제거되지 않고 남아있는 폴리머층(40)을 제거하여, 소수성 표면을 가지는 기판(20)을 외부로 노출시키는 단계이다. 즉, 본 단계에 의하면, 기판(20)의 상면은 소수성을 가지고, 금속패턴(134)의 표면은 친수성을 가지게 되어, 기판(20)과 금속패턴(134)은 서로 상이한 표면특성을 갖게 된다.
도 11은 도 5의 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법의 버퍼층 적층단계 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 11을 참조하면, 상기 버퍼층 적층단계(S140)는 서로 다른 표면 특성을 가지는 금속패턴(134)과 기판(20) 상에 버퍼층(133)을 적층하는 단계이다. 본 단계에서의 버퍼층(133)은 금속패턴(134)을 지지하기 위한 구조물로서, 광경화성 레진이 코팅, 경화됨으로써 적층된다.
도 12는 도 5의 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법의 결합단계 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 12를 참조하면, 상기 결합단계(S150)는 기판(20)으로부터 버퍼층(133) 및 금속패턴(134)의 결합구조를 광투과성 소재의 베이스(131)측으로 전사시키는 단계이다.
즉, 본 단계에서는 기판(20)으로부터 금속패턴(134) 및 이에 적층된 버퍼층(133)을 이형시키는 동시에 베이스(131)와 결합시킨다. 이때, 상기와 같은 공정을 통한 표면처리로부터 기판(20)은 표면이 소수성 처리된 상태이므로 버퍼층(133)으로부터 용이하게 이형되고, 금속패턴(134)은 표면이 친수성 특성을 가지므로 버퍼층(133)과 긴밀하게 결합된다.
또한, 상술한 전처리단계(S105)에서 기판(20)과 금속패턴(134) 사이에는 상호간의 이형이 용이하도록 소수성 처리 또는 점착방지 처리가 된 상태이므로, 기판(20)과 금속패턴(134)은 쉽게 분리될 수 있다.
따라서, 긴밀하게 결합된 상태의 버퍼층(133)과 금속패턴(134)은 기판(20)으로부터 쉽게 이형되어 베이스(131)로 전사되어 결합될 수 있다.
또한, 기판(20)으로부터 이형되는 금속패턴(134) 및 버퍼층(133)의 면은 기판(20)과 접촉된 후에 분리되는 것이므로, 우수한 평탄도를 갖는다.
도 13은 도 5의 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법의 점착방지막 적층단계를 개략적으로 도시한 것이다.
도 13을 참조하면, 상기 점착방지막 적층단계(S160)는 기판(20)으로부터 이형되어 우수한 평탄도를 갖는 금속패턴(134) 및 버퍼층(133)의 면에 점착방지막(135)을 적층하는 단계이다. 즉, 본 단계에서 적층되는 점착방지막(135)은 노광공정에서 레지스트(10)와 버퍼층(133) 및 금속패턴(134) 사이에 개재되는 것으로서, 양자간 접촉해제가 용이하도록 하는 역할을 한다.
또한, 본 실시에에서 점착방지막(135)은 소수성 레지스트(10)와의 용이한 접촉 해제를 유도하기 위하여 친수성 소재로 형성되거나, 또는, 표면이 친수성 특성을 갖도록 처리된다.
다만, 레지스트(10)의 특성에 따라서는, 점착방지막(135)은 소수성 소재로 형성되거나, 또는, 표면이 소수성 특성을 갖도록 처리될 수도 있다.
따라서, 본 실시예에 의하여 제작되는 스탬프(130)에 의하면, 레지스트(10)와 직접적으로 접촉하는 면이 우수한 평탄도를 갖게 되므로, 레지스트(10)와 긴밀한 접촉이 가능하고, 점착방지막(135)에 의하여 노광 후에 레지스트로(10)부터의 용이한 접촉해제가 가능하다.
다음으로, 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법(S200)에 대해서 설명한다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법의 개략적인 공정흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법(S200)은 균일 접촉형 스탬프를 제작하기 위한 공정에 관한 것으로서, 금속패턴 형성단계(S210)와 소수성 처리단계(S120)와 친수성 처리단계(S130)와 버퍼층 적층단계(S140)와 결합단계(S150)와 점착방지막 적층단계(S160)를 포함하며, 본 실시예에서는 금속패턴 형성단계(S210) 공정만 제1실시예와 상이하므로 이에 대해서만 설명한다.
도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법의 금속패턴 형성단계 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
상기 금속패턴 형성단계(S210)는 기판(20) 상에 플라즈모닉 공명특성을 가지는 금속패턴(234)을 형성하는 단계이다. 이때, 본 실시예에서 금속패턴(234)의 소재로는 금 또는 은이 이용되나, 금속패턴(234)이 플라즈모닉 공명특성을 가지는 금속재질이라면 제한되는 것은 아니다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 금속패턴 형성단계(S210)에서는 금속패턴(234)의 모서리를 가공함으로써 하부 모서리의 각도(α)가 예각을 형성하도록 하며, 종단면의 형상이 사다리꼴 형태를 갖도록 한다.
즉, 본 단계에서 가공된 금속패턴(234)은 노광공정시에 플라즈모닉스 공명현상을 발생시킴으로써, 전자기가 금속패턴(234) 하방의 모서리에 집중되어 광에너지가 레지스트의 하단까지 전달될 수 있도록 한다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
110 : 챔버 120 : 광원
130 : 스탬프 131 : 베이스
132 : 노광부 133 : 버퍼층
134 : 금속패턴 135 : 점착방지막

Claims (11)

  1. 기판 상에 플라즈모닉 공명(plasmonic resonance) 특성을 갖는 소재로 마련되는 금속패턴을 형성하는 금속패턴 형성단계;
    상기 기판 및 상기 금속패턴의 외면에 소수성 박막을 코팅하여 소수성 처리하는 소수성 처리단계;
    상기 금속패턴의 외면만 선택적으로 친수성 처리하는 친수성 처리단계;
    상기 기판 및 상기 금속패턴 상에 버퍼층을 적층하는 버퍼층 적층단계;
    상기 금속패턴 및 버퍼층을 상기 기판으로부터 광투과성 소재의 베이스 측으로 전사시켜 결합시키는 결합단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 친수성 처리단계는 상기 기판 및 상기 금속패턴의 상측에 폴리머층을 적층하는 폴리머층 적층단계; 상기 금속패턴만 외부로 노출되도록 상기 폴리머층 일부를 제거하는 제1제거단계; 외부로 노출되는 금속패턴의 외면만을 친수성 처리하는 선택적 처리단계; 남아있는 폴리머층을 전부 제거하는 제2제거단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 폴리머층 적층단계는 폴리머를 박막으로 적층하는 제1적층단계; 상기 적층된 폴리머가 친수화되도록 플라즈마(plasma) 처리하는 플라즈마 처리단계; 폴리머를 상기 금속패턴의 높이 이상으로 적층하는 제2적층단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1제거단계는 에치백(etch-back)공정을 통하여 상기 폴리머를 제거하는 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판으로부터 분리된 측의 폴리머층 및 금속패턴의 면에 점착방지막을 적층하는 점착방지막 적층단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 점착방지막은 소수성 또는 친수성 특성을 갖도록 처리된 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 금속패턴 형성단계는 금속패턴은 측면과 상기 기판의 사이의 각도가 예각을 형성하도록 가공되는 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 금속패턴 형성단계 이전에 상기 기판 상에 소수성 처리 또는 점착방지 처리를 하는 전처리단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노리소그래피 장치용 스탬프 제조방법.
  9. 자외선광을 이용하여 레지스트를 노광하기 위한 나노리소그래피 장치에 있어서,
    챔버;
    상기 챔버 내에 수용되어 자외선 광을 발생시키는 광원;
    상기 광원의 광경로 상에 마련되는 광투과성 소재의 베이스, 일면이 상기 베이스와 접촉 결합하며 상기 광원으로부터 발생하는 자외선 광을 표면 플라즈몬 에너지로 변환시켜 상기 레지스트에 전달하는 노광부, 상기 노광부의 타단면에 결합되는 점착방지막을 구비하는 스탬프;를 포함하되,
    상기 노광부는 플라즈모닉 공명특성을 가지는 금속패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노리소그래피 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 점착방지막의 표면은 상기 레지스트와 용이하게 접촉해제될 수 있도록 친수성 또는 소수성 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈모닉 나노리소그래피 장치.
  11. 삭제
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