KR101407982B1 - 미세 패턴 임프린트용 글라스 스탬프와 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 양태(Aspect)에 따른 글라스 스탬프는 글라스 기판에 소정의 높이를 가지는 미세 패턴을 포함하는 나노/마이크로 임프린트용 글라스 스탬프에 있어서, 상기 글라스 기판은 이산화 규소, 산화 알루미늄, 산화 나트륨 및 산화 칼슘을 포함하되, 상기 산화 알루미늄의 중량비(Al2O3)가 0% 초과하여 5% 이하이고, 상기 산화 나트륨(Na2O)의 중량비가 0% 초과하여 7% 이하이고, 상기 산화 칼슘(CaO)의 중량비가 0% 초과하여 3% 이하이고, 상기 이산화 규소(SiO2)의 중량비가 85% 초과하여 95% 이하이다.
글라스 기판, 글라스 스탬프, 식각률
Description
도 1은 표 2의 타입 I, II, III의 중량비에 따른 글라스 기판의 식각률을 실험적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 스탬프를 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 3은 도 2의 제조 방법에 따른 각 단계에서 형성되는 스탬프의 구조를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 글라스 스탬프를 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 5는 도 4의 제조 방법에 따른 각 단계에서 형성되는 스탬프의 구조를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 스탬프에 장착된 스탬프 캐리어를 보여주는 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 설명*
300: 글라스 기판 310: 포토레지스트 층
350: 글라스 스탬프 500: 금속층
600: 스탬프 캐리어
본 발명은 글라스 스탬프로, 글라스로 이루어진 스탬프 및 스탬프 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 부품, MEMS, 나노 기술 등에 있어서 집적도가 상당히 중요하다. 이러한 집적도가 높아지면서, 미세 패턴을 정확하게 전사하는 시스템이 필요하다. 종래의 미세 패턴 제작 방법으로는 포토마스크를 이용하여 선택적으로 빛을 포토레지스트(Photo-resist) 상에 조사하여 패턴을 제작하는 기술인 광학 리소그래피(Photo-Lithography) 기술이 있다.
최근에 미세 패턴 구조를 대량으로 전사하기 위해서 기존의 미세 패턴 제작 기술에 비해 상대적으로 제작 단가가 낮고 공정 시간이 짧은 나노/마이크로 임프린트(Nano/micro imprint) 기술이 도입되고 있다. 초미세 가공인 나노/마이크로 크기의 미세 패턴 구조를 실현하기 위한 나노/마이크로 임프린트는 기판 위의 도포된 수지에 미세 패턴이 형성되어 있는 스탬프에 의해 패턴을 전사하는 기술을 말한다.
스탬프는 최종 나노/마이크로 미세 패턴 복제품과 반대 형상의 마이크로/나노 패턴 몰드(Mold)로서, 이러한 나노/마이크로 몰드의 성능이 최종 복제되는 미세 패턴의 성능을 결정할 수 있다.
나노/마이크로 몰드인 스탬프는 일반적으로 석영, 금속 등의 경한 재질로 제 작된다. 석영으로 제작되는 스탬프는 성능이 우수하지만, 비용이 상당히 높아지는 문제가 있다. 이와 함께 금속으로 제작되는 스탬프는 나노/마이크로 패터닝(Patterning) 공정에 의해 초기 패턴이 제작되고, 이를 전기 도금를 통해 제작하여 번거로운 문제가 있었다.
최근에 스탬프 제작 비용을 낮추려는 연구가 시도되고 있으며, 그 중에서도 글라스(Glass)에 의한 스탬프가 그 중에 하나이다. 하지만, 글라스를 스탬프의 재질로 하는 경우에는 건식 식각 공정에서 글라스의 식각률(Ething rate)이 낮아 미세 패턴을 제작하기가 쉽지 않다. 특히 수 마이크로미트(μm) 깊이의 패턴을 형성하기 위해서는 종래의 글라스로서는 상당히 어려웠다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 안출된 것으로서, 스탬프의 재질을 글라스로 제작하여 글라스 스탬프의 제조 비용을 줄이며, 글라스의 조성을 조절함으로써 스탬프의 미세 패턴 제작시에 스탬프의 식각률이 우수한 글라스 스탬프와 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 양태(Aspect)에 따른 글라스 스탬프는 글라스 기판에 소정의 높이를 가지는 미세 패턴을 포함하는 나노/마이크로 임프린트용 글라스 스탬프에 있어서, 상기 글라스 기판은 이산화 규소, 산화 알루미늄, 산화 나트륨 및 산화 칼슘을 포함하되, 상기 산화 알루미늄의 중량 비(Al2O3)가 0% 초과하여 5% 이하이고, 상기 산화 나트륨(Na2O)의 중량비가 0% 초과하여 7% 이하이고, 상기 산화 칼슘(CaO)의 중량비가 0% 초과하여 3% 이하이고, 상기 이산화 규소(SiO2)의 중량비가 85% 초과하여 95% 이하이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 양태에 따른 글라스 스탬프 제조 방법은 (a) 글라스 기판에 포토레지스트 층을 도포하는 단계 (b) 상기 포토레지스트 층에 미세 패턴을 형성시키는 단계 (c) 상기 형성된 미세 패턴에 따라 건식 식각에 의해 상기 글라스 기판에 미세 패턴을 형성시키는 단계 및 (d) 상기 글라스 기판 위에 잔류 포토레지스트 층을 제거하는 단계를 포함하되, 상기 글라스 기판은 산화 알루미늄의 중량비(Al2O3)가 0% 초과하여 5% 이하이고, 산화 나트륨(Na2O)의 중량비가 0% 초과하여 7% 이하이고, 산화 칼슘(CaO)의 중량비가 0% 초과하여 3% 이하이고, 상기 이산화 규소(SiO2)의 중량비가 85% 초과하여 95% 이하이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 스탬프는 글라스 기판에 소정의 높이를 가지는 미세 패턴을 포함한다. 여기서 글라스 기판은 산화 알루미늄의 중량비(Al2O3)가 0% 초과하여 5% 이하이고, 산화 나트륨(Na2O)의 중량비가 0% 초과하여 7% 이하이고, 산화 칼슘(CaO)의 중량비가 0% 초과하여 3% 이하이고, 이산화 규소(SiO2)의 중량비가 85% 초과하여 95% 이하이다. 이와 함께 이산화 규소의 중량비가 65%~85% 이고, 이산화 규소(SiO2)와 합한 중량비가 85% 초과하여 95% 이하가 되 도록 산화 붕소(B2O3)를 더 포함할 수 있다.
표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 스템프에서 글라스 기판을 구성하는 성분을 나타낸다.
성분 | 산화 규소(SiO2) 또는 이산화 규소(SiO2)+산화 붕소(B2O3) |
산화 알루미늄(Al2O3) |
산화 나트륨 (Na2O) |
산화 칼슘(CaO) |
중량비 | 85%~95% | 0% 초과~ 5% | 초과~ 7% | 초과~ 3% |
글라스(Glass) 기판의 주성분인 이산화 규소(SiO2)는 우수한 성질이 있다. SiO2가 100% 구성되면 석영이 된다. 이러한 석영은 높은 내열성과 높은 내충격성을 가지고 있다. 하지만, 녹는점이 약 2,000℃ 이상으로 매우 높아 석영에 의하여 기판을 성형하는 것은 비용이 많이 들수 있다.
따라서 Na2O, CaO 및 Al2O3를 넣어주게 되면 원래 석영의 장점인 내열성과 내충격성을 상당부분 유지하면서 녹는점을 대폭 낮출 수 있다. 그리하여 위와 같이 조합된 글라스 기판을 제조하는 데에는 비용이 상당히 줄어들 수 있다.
이러한 글라스 기판을 생산하는 방법은 배합하는 단계, 용해시키는 단계 및 성형시키는 단계를 포함할 수 있다.
배합하는 단계는 글라스 기판의 제조에 필요한 원료들을 섞는다. 중량비 또는 부피비에 의해 정확히 계측된 원료를 믹싱기에 넣어 장시간 회전 및 이동에 의해 원료를 섞을 수 있다. 일정한 비율로 균일하게 배합되어야 성질이 일정한 글라스 기판을 형성할 수 있다.
용해시키는 단계는 배합된 원료를 백금도가니 또는 알루미나 도가니에 넣은 다음, 도가니를 가열하여 도가니 내부의 원료를 용해시킨다. SiO2뿐만 아니라 다른 원료인 Na2O, CaO 및 Al2O3에 의해 녹는점이 하강하여 대략 1700℃ 이하에서 원료를 용해시킬 수 있다. 도가니는 글라스 원료가 용해된 후 글라스 원료와 상대적으로 접착성이 떨어지는 백금 도가니 또는 알루미나 도가니를 사용할 수 있다.
성형시키는 단계는 용해된 글라스 원료를 원하는 형상의 성형틀에 부어 성형시킨다. 성형틀은 일반적인 금속 틀이 사용될 수 있다. 금속 틀은 용해된 글라스 원료를 원하는 형상으로 변화시킬 뿐만 아니라 글라스 원료를 급냉시킬 수 있다. 일반적인 도가니를 요구되는 형상으로 하여 글라스를 제조할 수도 있지만, 도가니에서는 급속 냉각이 쉽지 않으므로, 금속 틀에 융해된 재료를 옮겨 부어 급속 냉각시킨다.
이와 함께, 용융된 글라스를 판 위에 흘려보내고, 그 위에서 롤러를 회전시켜 필요한 두께의 평판 글라스를 형성할 수 있다. 또는, 서로 평행·수평인 2개의 롤러를 반대 방향으로 회전시켜 롤러 사이에 용융된 유리를 흘려보내면 롤러의 간격에 해당하는 글라스 기판을 성형할 수 있다.
성형시키는 단계에서는 급냉하는 단계와 서냉시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 글라스를 급냉시키면 그 내부의 구조는 불규칙하게 되어, 투명하게 된다. 하지만 서냉시키는 경우에는 융해된 글라스 내부에 핵이 형성되고, 핵주위로 결정들이 성장하여 규칙적인 구조가 되어 투명성을 잃을 수 있다. 이는 구조가 규칙적이 되면 내부에 빈 공간이 생기게 되고 빛이 투과하면서 그 빈 공간과 부딪혀 산란이 발생할 수 있기 때문이다.
따라서 일정한 형상으로 만들어진 글라스 기판을 급냉 시킨 후에는 서냉시키는 단계를 거친다. 급냉 된 글라스 기판은 상당히 불안정하여 쉽게 깨질 수 있으므로 서냉시키는 단계를 수행하여 불안정성을 제거할 수 있다. 급냉시킨 글라스를 일정온도가 유지되어 있는 노(Furnace)안에 넣고 천천히 온도를 낮추면 글라스가 투명성을 잃지 않으면서 강도를 증가시킬 수 있다.
상기와 같은 방법에 의해 일정한 두께를 가지는 글라스 기판을 성형할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서의 글라스의 가장 큰 중량비를 차지하는 재료는 SiO2이며, 중량비로는 65%~95% 범위를 가질 수 있다. 표 1에 나타낸 재료의 중량비와 기타 소량의 첨가제 등이 더 포함될 수 있다.
상기의 Na2O, CaO 또는 Al2O3의 중량비에 따라 글라스의 물성이 달라질 수 있다. 일반적인 글라스에는 SiO2 , B2O3, Na2O, CaO 또는 Al2O3 및 기타 미량의 첨가제 등의 조성을 가진다. 일반적인 글라스의 조성에서 메탈 옥사이드와 같은 Na2O, CaO 및 Al2O3 등을 합한 중량비는 대략 30% 정도 차지한다.
따라서 이러한 조성으로 제작된 글라스 기판은 식각률이 낮을 수 있다. 일반적인 식각 가스는 CF4, SiF4 등에 의해 이루어 진다. 이러한 식각 가스가 일반적인 글라스를 이루어진 스탬프를 식각하면, 식각 가스와 글라스의 결합에 의해 글라스가 식각되면서 SiF4, BF3, NaF, CaF2, AlF3 등과 같은 물질이 형성될 수 있다.
이들 중에서 SiF4와 BF3는 끓는점(boiling point)이 상대적으로 낮아 건식 식각 공정에서 공정챔버 내에서 쉽게 증발 또는 기화되어 글라스 기판에서 떨어져 나갈 수 있다. 하지만 NaF, CaF2, AlF3 등과 같은 물질은 끓는점이 상대적으로 높으므로 식각 공정에서 쉽게 증발 또는 기화 될 수 없다. 따라서 글라스 기판에 식각 가스가 분사되어 글라스 기판의 글라스와 반응하여 생성된 NaF, CaF2, AlF3 등을 기판으로부터 떼어내지 못할 수 있다. 그리하여 이러한 물질을 기판으로부터 제거하여 글라스 기판에 미세 패턴을 형성하여 스탬프를 제작하는데 심각한 문제가 발생할 수 있다. 이러한 물질을 효과적으로 제거하지 못하므로, 미세 패턴의 형성이 용이하지 않고 특히 일정한 깊이의 패턴을 형성하기가 쉽지 않게 된다.
따라서 글라스 기판의 조성에서 끓는점이 높은 물질을 산출하는 원료의 중량비를 줄이는 방안을 고려할 수 있다. 예를 들어, 표 1에서와 같이 Na2O, CaO 및 Al2O3 원료의 중량비를 줄이고 반면에 SiO2와 B2O3 의 중량비를 늘일 수 있다. 그리하여 건식 식각 공정에서 생성되는 물질 중 SiF4와 BF3가 다량 생성되고, 이러한 물질은 끓는점이 낮아 쉽게 증발 또는 기화되어 기판에서 떨어지므로 기판의 식각률을 높일 수 있다. 이와 함께 Na2O, CaO 또는 Al2O3등은 소량 생성되어 기판의 식각률 저해를 줄일 수 있다.
이상적으로는 SiO2의 비를 99% 이상으로 하여 석영에 가까운 글라스를 생산하는 방안이 있을 수 있지만, 이러한 글라스 또는 석영은 고가에 해당하여 비용상의 문제가 있다.
따라서 Na2O, CaO 및 Al2O3 원료의 중량비를 줄이면서 건식 식각에서 글라스 기판의 식각률을 비교하였다. 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 기판과 일반적인 글라스 기판에 의한 식각률을 비교하면 다음과 같다.
표 2는 글라스 기판의 원료로 포함되는 메탈 옥사이드의 중량비에 따른 식각률(Etching rate)을 나타낸다. 도 1은 표 2의 타입 I, II, III의 중량비에 따른 글라스 기판의 식각률을 실험적으로 보여주는 결과이다. 표 2에서의 타입 I, II, III 의 글라스 기판의 나머지 성분 대부분 SiO2 이며, 기타 미세한 첨가제 등이 더 포함될 수 있다. 타입 I은 상용 제품인 Alumino silicate 글라스 기판이며, 타입 II는 상용 제품인 소다 석회 글라스 기판이며, 타입 III 글라스의 본 발명의 일 실시예에 의한 스탬프용 글라스 기판이다.
도 1에서는 결과는 각 타입별로 글라스 기판을 제작한 후에 2분 동안 식각한 후에 식각에 의해 파여진 홈의 높이를 기판상으로 스캐닝하면서 측정하였다.
타입 | 중량비 | 식각률 (m/min) | ||||
SiO2(Wt %) | B2O3(Wt %) | Na2O(Wt %) | CaO(Wt %) | Al2O3(Wt %) | ||
I | 55. | 8.0 | 1.0 | 21.0 | 10.2 | 277×10-10 m/mim |
II | 72. | 0.0 | 13~15 | 1.5~2.2 | 8~12 | 331×10-10 m/mim |
Ⅲ | 80. | 13 | 3.5 | 1.0 | 2.0 | 1277×10-10 m/mim |
타입 I과 타입 II의 글라스에서는 식각률이 분당 277 Å/min또는 331 Å/min이다. 타입 I 글라스는 CaO 및 Al2O3 이 각각 21%와 10.2%를 차지하여 상대적으로 이들 원료의 중량비가 높은 편이다. 따라서 건식 식각에 의해서 분당 식각되는 길이가 277 Å로서 상대적으로 낮다. 이는 식각 과정에서 CaF2, AlF3 등이 다량 형성되고, 이들이 끓는점이 높아 기판에서 쉽게 떨어져 나가지 않기 때문에 식각 가스에 의한 식각 효율이 떨어지기 때문이다.
타입 II 글라스는Na2O 의 중량비가 13~15%이고 CaO 의 중량비가 8~12% 인 소다 석회(Soda-lime) 글라스이다. 타입 II 글라스에서도 Na2O와 CaO 의 중량비가 상대적으로 높으므로 건식 식각 공정에 의해 생성되는 NaF, CaF2 등이 다량 생성된다. 하지만 끓는점이 높은 NaF, CaF2 등은 글라스에서 쉽게 떨어지지 아니하므로 이로 인하여 단위 시간당 식각률이 떨어지게 된다. 따라서 타입 I 글라스와 유사하게 분당 식각되는 길이가 331 Å로서 상대적으로 낮다.
타입 III 글라스는 Na2O 의 중량비가 3.5%, Al2O3 의 중량비가 2.0%, CaO 는 1.0%인 글라스이다. SiO2와 B2O3 를 합한 중량비가 약 94% 정도로서 상당히 높은 편이다. 따라서 건식 식각 공정에서 식각 가스에 의해 NaF와 AlF3 가 소량 생성되고, 대신에 SiF4와 BF3가 다량 생성되어 휘발되어 기판에서 떨어져 기판의 식각률을 높일 수 있다. 따라서, 분당 식각되는 길이가 1277 Å로서 타입 I과 II 글라스에 비해 상대적으로 매우 길어졌다. 이는 타입 III 글라스를 이용하여 스탬프를 제작시에 식각 공정에 의해 패턴 제작이 상대적으로 용이하고, 요구되는 깊이의 패턴 제작에 짧은 시간이 소요됨을 알 수 있다.
따라서 상기의 결과를 종합해 보면, 타입 I 에서는 Al2O3 이 10.2%로서, 타입 II 에서는 Na2O 의 중량비가 13~15%이고, CaO 의 중량비가 8~12% 로서 이러한 중량비에서는 글라스 기판의 식각률이 현저히 낮다. 따라서 각 타입의 결과에서 재료의 중량비를 반 이상으로 낮추여 표 1에서의 중량비를 이루는 글라스 기판을 사용할 수 있다. 예를 들어, 표 2에서의 타입 III 글라스 기판은 표 1에서의 중량비 범위에 포함되는 글라스 기판으로써 식각률이 현저히 증가하는 것을 확인할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 스탬프를 제조하는 방법의 흐름도이며, 도 3은 도 2의 제조 방법에 따른 각 단계에서 형성되는 스탬프의 구조를 보여준다. 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 스탬프를 제조하는 방법은 글라스 기판에 포토레지스트를 도포하는 단계(S210), 포토레지스트 층에 패턴을 형성시키는 단계(S220) 식각에 의해 기판에 패턴을 형성시키는 단계(S230) 및 포토레지스트 층을 제거하는 단계(S240)를 포함한다.
먼저 글라스 스탬프를 제조하기 위해서 글라스 기판(300)을 준비한다(S200). 일반적인 글라스 기판의 재질로는 석영이 사용될 수 있다. 고가의 석영을 대체할 재질로서 SiO2로 주성분으로 구성되는 글라스 기판(300)이 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예의 글라스 기판에서는 Al2O3 의 중량비가 0% 초과하여 5% 이하이며, Na2O 의 중량비가 0% 초과하여 7% 이하이며, CaO 의 중량비가 0% 초과하여 3% 이하로 포함될 수 있다.
이와 함께 글라스 기판(300)은 SiO2의 중량비를 합하여 85%에서 95% 범위이며, 기타 소량의 첨가제가 0% 초과하여 5% 미만의 중량비를 가질 수 있다. 이와 함께, SiO2와 B2O3 의 중량비를 합하여 85%에서 95% 범위를 가질 수도 있다.
글라스 기판이 준비되면, 글라스 기판에 포토레지스트(Photoresist; PR, 310)를 도포한다(S210). 일정한 두께의 박막을 포토레지스트로 도포하여 포토레지스트 층(310)을 형성한다. 포토레지스트를 도포하기 위해서는 예를 들어, 스핀 코팅, 원료가 되는 가스를 공급하여 플라즈마 및 열에너지를 이용한 화학적 반응을 통해 박막을 형성시키는 화학적 증착법(Chemical Deposition) 또는 큰 운동에너지를 가진 이온입자를 목절 물질과 충돌시킴으로 물질을 방출시키고, 방출된 물질이 기판에 부착되어 막을 형성시키는 물리적 증착법(Physical Deposition)이 사용될 수 있다.
포토레지스트(310)란 빛이나 방사열 등의 여러가지 형태의 에너지에 노출되었을 때 내부 구조가 바뀌는 특성을 가지는 혼합물을 말한다. 포토레지스트(310)에는 음성물질(negative)와 양성물질(positive)의 두 종류가 있다. 음성의 포토레지스트(310)는 빛에 노출되면 현상시에 노출된 부분은 제거되지 않고 노출되지 않는 부분이 제거된다. 양성의 포토레지스트의 경우에는 이와 반대로 빛에 노출된 부분이 제거 된다.
포토레지스트를 도포한 후에 포토레지스트 층(310)에 패턴을 형성하는 현상 단계를 수행한다(S220). 예를 들어 포토레지스트가 양성 타입이라면, 패턴을 형성하는 부분에 극자외선(Extreme Ultraviolet), e-beam, X-ray, 이온 빔(Ion beam) 등에 의해 광을 쏘아 주거나 또는 패턴이 그려져 있는 마스크(Mask)를 통하여 광을 관통시켜 마스크를 통과한 빛에 의해 패턴이 형성되는 부분이 경화되게 된다. 경화된 포토레지스트를 선택적으로 제거하는 약액에 의해 제거함으로써 포토레지스트 층에 미세 패턴을 생성할 수 있다.
포토레지스트 층(310)에 미세 패턴이 형성되면 식각에 의해 스탬프에 패턴을 형성시키는 단계를 수행한다(S230). 식각은 포토레지스트 층에 형성된 패턴과 동일한 패턴으로 글라스 기판에 패턴을 형성시키는 것을 말한다. 식각은 건식 식각과 습식 식각이 있으며, 건식 식각은 가스에 의해 기판을 식각시키는 공정을 말한다.
글라스 기판에 대하여 건식 식각을 적용하기 위해서 사용되는 식각 가스로는 CF4, C2F6, C3F8, NF3, SF6 등과 같은 F 계열의 가스를 사용할 수 있다. 이와 같은 F 계열의 식각 가스는 글라스 기판을 구성하는 원료인 SiO2 , B2O3, Na2O, CaO 또는 Al2O3 와 반응하여 부산물을 생성할 수 있고, 이러한 부산물이 증발 또는 기화됨으로써 글라스 기판으로부터 분리될 수 있다. 이러한 부산물이 기판으로부터의 증발 또는 기화되는 작용에 의하여 기판에 소정의 깊이의 패턴이 형성될 수 있다. 식각 가스는 도 3에서의 3-3과 같이 포토레지스트가 제거된 부분에서만 침투되어 글라스 기판과 부딪히게 되므로, 포토레지스트 층에 형성된 패턴과 동일한 패턴으로 기판에 패턴이 형성된다.
이러한 식각에 있어, 생겨나는 부산물 중에서 SiF4와 BF3의 끓는점이 상대적으로 낮고 NaF, CaF2 또는 AlF3의 끓는점은 상대적으로 높으므로 SiF4와 BF3는 상대적으로 쉽게 기화 또는 증발되어 기판으로부터 이탈된다. 따라서 글라스 기판에서 NaF, CaF2 또는 AlF3 원료의 중량비가 낮고 SiO2와 B2O3의 중량비가 높은 경우에는 식각률이 높아질 수 있다. 이는 표 2에서 이미 도시한 결과에서 확인할 수 있다.
식각 공정에 의해 기판 위에 패턴이 형성되면 포토레지스트 층(310)을 제거하는 단계를 수행한다(S240). 포토레지스트 층(310)을 제거하기 위하여 다양한 방법이 적용될 수 있으며, 플라즈마를 이용하여 포토레지스트를 제거하는 에싱(Ashing) 공정에 의해서도 이루어질 수 있다.
이상과 같은 과정에 의해 글라스 스탬프(350)를 제작할 수 있다. 이러한 글라스 스탬프(350)는 미세 패턴을 성형하는 나노/마이크로 임프린트(Imprint) 공정에서 미세 패턴을 찍어 내는 역할을 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 글라스 스탬프를 제조하는 방법의 흐름도이며, 도 5는 도 4의 제조 방법에 따른 각 단계에서 형성되는 스탬프의 구조를 보여준다.
본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 스탬프를 제조하는 방법은 금속층을 증착하는 단계(S410), 포토레지스트를 도포하는 단계(S420), 포토레지스트 층에 패턴을 형성시키는 단계(S430), 금속층에 패턴을 형성시키는 단계(S440), 포토레지스트 층을 제거하는 단계(S450), 식각에 의해 글라스 기판에 패턴을 형성시키는 단계(S460) 및 금속층을 제거하는 단계(S470)를 포함한다.
먼저, 글라스 스탬프를 제조하기 위해서 글라스 기판(300)을 준비한다(S400). 글라스 기판을 구성하는 원료인 SiO2 , B2O3, Na2O, CaO 및 Al2O3를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예의 글라스 기판에서는 Al2O3 의 중량비가 0% 초과하여 5% 이하이며, Na2O 의 중량비가 0% 초과하여 7% 이하이며, CaO 의 중량비가 0% 초과하여 3% 이하로 포함될 수 있다.
글라스 기판이 준비되면, 글라스 기판에 금속층(520)을 도포하는 단계를 수행한다(S410). 금속층은 크롬(Cr), 니켈(Ni) 등의 도금용 메탈을 사용하여 박막층을 형성할 수 있다. 이러한 금속층의 형성은 앞서 언급한 스핀 코팅, 물리적 증착법(PVD) 또는 화학적 증착법(PECVD) 등에 의해 이루어질 수 있다.
금속층이 형성되면, 형성된 하드 마스크 층 위에 포토레지스트를 도포하여 층을 형성하는 단계를 수행한다(S420). 포토레지스트 층(310)의 형성에 있어서도 스핀 코팅, 물리적 증착법(PVD) 또는 화학적 증착법(PECVD) 등에 의해 이루어질 수 있다.
포토레지스트 층(310)이 형성되면 포토레지스트 층에 패턴을 형성시키는 단계를 수행한다(S430). 포토레지스트는 감광된 부분이 제거되는 양성 타입과 감광된 부분이 제거되지 않는 음성 타입이 있다. 예를 들어, 양성 타입인 경우에 패턴을 형성시키는 단계는 극자외선(Extreme Ultraviolet), e-beam, X-ray, 이온 빔(Ion beam) 등에 의해 생성된 광에 의해 패턴이 그려진 매스크를 관통하여 포토레지스트를 감광시키고, 감광된 포토레지스트를 약액에 제거하는 과정에 의해 이루어 질 수 있다. 음성 타입인 경우에는 미세 패턴 형상을 제외한 나머지 부분의 포토레지스트를 감광시키고, 감광되지 아니한 부분의 포토레지스트를 제거하여 패턴을 형성시킬 수 있다.
경화된 부분의 포토레지스트를 선택적으로 제거하는 약액에 의해 포토레지스트 층에 미세 패턴을 형성시킬 수 있다.
포토레지스트 층(310)에 미세 패턴 형성 후에 식각 공정에 의해 금속층(520)을 식각하는 단계를 수행한다(S440). 가스에 의해 금속층과 부딪혀 식각하는 건식 식각과 식각 약액에 의해 금속을 식각하는 습식 식각 방식이 있다. 이온 충격에 의한 물리적 작용이나 플라즈마 속에서 발생된 반응 물질들의 화학 작용 또는 물리 및 화학적 작용에 의해 식각하는 건식 식각이 언드컷(Undercut)이 발생하지 않아 수직 식각을 용이하게 할 수 있다. 습식 식각은 약액의 화학적 반응에 의해 용해성 물질을 생성하여 약액이 접촉하는 금속층의 표면을 제거하여 식각한다.
금속층이 식각된 후에는 포토레지스트 층을 제거할 수 있다(S450). 포토레지스트 층을 제거하기 위하여 다양한 방법이 적용될 수 있지만, 플라즈마를 생성하여 플라즈마의 높은 에너지에 의해 포토레지스트를 제거하는 에싱 공정이 사용될 수 있다.
포토레지스트 층 제거 후에 글라스 기판을 식각하여 미세 패턴을 형성할 수 있다(S460). 식각 가스로는 F 계열의 가스를 사용할 수 있다. F 계열의 식각 가스가 글라스 기판 위에 미세 패턴이 형성되어 있는 금속층을 통과하여 글라스 기판을 구성하는 원료인 SiO2 , B2O3, Na2O, CaO 또는 Al2O3 와 반응할 수 있다. 그리하여 SiF4, BF3, NaF, CaF2 와 AlF3 등의 부산물이 생성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 기판에서는 Al2O3 의 중량비가 0% 초과하여 5% 이하이며, Na2O 의 중량비가 0% 초과하여 7% 이하이며, CaO 의 중량비가 0% 초과하여 3% 이하로 포함될 수 있다.
따라서 일반적인 글라스 기판은 Na2O, CaO 및 Al2O3를 합한 중량비가 대략 30% 정도 되어(표 2의 타입 I, II 참조) NaF, CaF2 와 AlF3 등의 부산물의 양이 본 발명의 일 실시예에서 생성되는 부산물의 양에 비해 많다. 이러한 부산물의 끊는점이 높으므로 글라스 기판으로부터 쉽게 제거되지 않아 식각률이 낮아지지만, 이러한 부산물의 양이 작아짐으로써 글라스 기판의 식각률이 높아지게 된다.
기판 식각 후에는 패턴 형성이 된 금속층(520)을 제거하는 단계를 수행한다(S470). 가로세로비(Aspect ratio)가 높은 식각 패턴을 형성하기 위하여 글라스 기판 위에 금속층을 제거하지 않을 수도 있다. 금속층의 제거는 건식 식각 또는 습식 식각에 의해 이루어 질 수 있다.
이상과 같이 나노/마이크로 임프린트(Imprint)용 글라스 스탬프(350)로서 가격이 저렴하면서 제작하기 용이한 스탬프를 제공할 수 있다. 이와 같은 글라스 스탬프(350)를 제작하여 스탬프의 반대 형상의 미세 패턴을 대량으로 찍어 낼 수 있다.
도 2와 도 4에 도시된 방법에 의해 제조된 글라스 스탬프(350)는 나노/마이크로 임프린트 공정 장비에 적용되어 사용될 수 있다. 스탬프를 수직으로 하강시켜 전사하는 공정에 사용하는 경우에는 도 6에서와 같이 스탬프를 지지하는 글라스 캐리어(600) 또는 석영 캐리어(600)를 더 포함할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 이 있다.
첫째, 미세 패턴을 가지는 스탬프의 재질을 글라스로 제작하여 글라스 스탬프의 제작 비용을 줄일 수 있다.
둘째, 글라스의 원료의 중량비를 조절하여 스탬프의 제작시에 기판의 식각률을 높여 글라스 스탬프의 제조 시간을 줄이고 제작이 용이하도록 할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
Claims (9)
- 글라스 기판에 소정의 높이를 가지는 미세 패턴 임프린트용 글라스 스탬프에 있어서,상기 글라스 기판은 이산화 규소, 산화 알루미늄, 산화 나트륨 및 산화 칼슘을 포함하되,상기 산화 알루미늄의 중량비(Al2O3)가 0% 초과하여 5% 이하이고,상기 산화 나트륨(Na2O)의 중량비가 0% 초과하여 7% 이하이고,상기 산화 칼슘(CaO)의 중량비가 0% 초과하여 3% 이하이고,상기 이산화 규소(SiO2)의 중량비가 85% 초과하여 95% 이하인, 글라스 스탬프.
- 글라스 기판에 소정의 높이를 가지는 미세 패턴 임프린트용 글라스 스탬프에 있어서,상기 글라스 기판은 이산화 규소, 산화 알루미늄, 산화 나트륨, 산화 칼슘 및 산화 붕소를 포함하되,상기 산화 알루미늄의 중량비(Al2O3)가 0% 초과하여 5% 이하이고,상기 산화 나트륨(Na2O)의 중량비가 0% 초과하여 7% 이하이고,상기 산화 칼슘(CaO)의 중량비가 0% 초과하여 3% 이하이고,상기 이산화 규소(SiO2)의 중량비는 65% 초과하여 85% 이하이고,상기 이산화 규소(SiO2)와 합한 중량비가 85% 초과하여 95% 이하가 되도록 상기 산화 붕소(B2O3)를 포함하는, 글라스 스탬프.
- (a) 글라스 기판에 포토레지스트 층을 도포하는 단계(b) 상기 포토레지스트 층에 미세 패턴을 형성시키는 단계(c) 상기 형성된 미세 패턴에 따라 건식 식각에 의해 상기 글라스 기판에 미세 패턴을 형성시키는 단계 및(d) 상기 글라스 기판 위에 잔류 포토레지스트 층을 제거하는 단계를 포함하되,상기 글라스 기판은산화 알루미늄의 중량비(Al2O3)가 0% 초과하여 5% 이하이고,산화 나트륨(Na2O)의 중량비가 0% 초과하여 7% 이하이고,산화 칼슘(CaO)의 중량비가 0% 초과하여 3% 이하이고,이산화 규소(SiO2)의 중량비가 85% 초과하여 95% 이하인, 글라스 스탬프 제조 방법.
- (a) 글라스 기판에 포토레지스트 층을 도포하는 단계(b) 상기 포토레지스트 층에 미세 패턴을 형성시키는 단계(c) 상기 형성된 미세 패턴에 따라 건식 식각에 의해 상기 글라스 기판에 미세 패턴을 형성시키는 단계 및(d) 상기 글라스 기판 위에 잔류 포토레지스트 층을 제거하는 단계를 포함하되,상기 글라스 기판은산화 알루미늄의 중량비(Al2O3)가 0% 초과하여 5% 이하이고,산화 나트륨(Na2O)의 중량비가 0% 초과하여 7% 이하이고,산화 칼슘(CaO)의 중량비가 0% 초과하여 3% 이하이고,이산화 규소(SiO2)의 중량비는 65% 초과하여 85% 이하이고,이산화 규소(SiO2)와 합한 중량비가 85% 초과하여 95% 이하가 되도록 산화 붕소(B2O3)를 포함하는, 글라스 스탬프 제조 방법.
- 제 3항에 의해 제조되는 글라스 스탬프.
- 제 5항에 있어서,상기 글라스 스탬프의 뒷면에 수평으로 장착되어 글라스 스탬프의 상하 이동의 매개체가 되는 글라스 캐리어를 더 포함하는, 글라스 스탬프.
- (a) 글라스 기판에 금속층을 증착시키는 단계(b) 상기 금속층 위에 포토레지스트 층을 도포하는 단계(c) 상기 포토레지스트 층에 미세 패턴을 형성시키는 단계(d) 상기 형성된 미세 패턴에 따라 식각 과정에 의해 상기 금속층에 미세 패턴을 형성시키는 단계(e) 상기 금속층 위에 잔류 포토레지스트 층을 제거하는 단계 및(f) 상기 금속층에 형성된 미세 패턴과 일치하는 미세 패턴을 건식 식각에 의해 상기 글라스 기판에 형성시키는 단계를 포함하되,상기 글라스 기판은산화 알루미늄의 중량비(Al2O3)가 0% 초과하여 5% 이하이고,산화 나트륨(Na2O)의 중량비가 0% 초과하여 7% 이하이고,산화 칼슘(CaO)의 중량비가 0% 초과하여 3% 이하이고,이산화 규소(SiO2)의 중량비가 85% 초과하여 95% 이하인, 글라스 스탬프 제조 방법.
- 제 7항에 있어서상기 미세 패턴이 형성된 글라스 스탬프 위에 잔류하는 금속층을 제거하는 단계를 더 포함하는, 글라스 스탬프 제조 방법.
- 제 7항에 의해 제조되는 글라스 스탬프.
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