KR101910974B1

KR101910974B1 - 임프린팅 스탬프 및 이를 이용한 나노 임프린트 방법

Info

Publication number: KR101910974B1
Application number: KR1020110134002A
Authority: KR
Inventors: 양기연; 고웅; 김재관; 이두현; 이병규
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2018-10-24
Also published as: KR20130067138A; US9360751B2; US20130147096A1

Abstract

임프린팅 스탬프 및 이를 이용한 나노 임프린트 방법이 개시된다. 개시된 임프린팅 스탬프는 제1기판; 상기 제1기판 상에 형성된 것으로, 전사하고자 하는 나노 패턴이 형성된 하나 이상의 필드 영역; 상기 제1기판 상에 상기 하나 이상의 필드 영역 중 어느 하나에 인접하여 형성된 것으로, 상기 나노 패턴보다 큰 스케일의 제1 더미패턴(dummy pattern)이 형성된 제1 더미패턴 영역;을 포함하며, 상기 제1 더미패턴은 상기 하나 이상의 필드 영역 중 인접한 필드 영역에서 상기 제1 더미패턴영역을 향하는 제1방향으로 뾰족한 꼭지점을 갖는 다수의 다각형 배열을 포함한다.

Description

임프린팅 스탬프 및 이를 이용한 나노 임프린트 방법{Imprinting stamp and nano-imprint method using the same}

본 개시는 임프린팅 스탬프 및 이를 이용한 나노 임프린트 방법에 관한 것이다.

나노 임프린트 리소그래피 기술은 스탬프를 이용하여 기판 위의 임프린팅 레지스트 층을 가압하여 스탬프 표면에 형성되어있는 나노 패턴을 임프린팅 레지스트 층으로 전사하는 기술이다. 이 기술은 스탬프와 임프린팅 레지스트 층과의 직접적인 접촉을 통해 나노 패턴을 형성하는 기술로, 패턴 형성시 사용되는 외부 에너지 차이에 따라 열 나노 임프린트 리소그래피와 자외선 경화 나노 임프린트 리소그래피 기술로 구분된다.

대표적인 자외선 경화 나노 임프린트 리소그래피 기술로는 스텝 앤 플래쉬 임프린트 리소그라피(step and flash imprint lithography; S-FIL) 기술이 있다. 이 기술은 자외선에 의해 경화되는 액상의 임프린팅 레진을 기판 위에 도포한 후 투명한 스탬프를 이용하여 가압하고 자외선 경화시키는 방식으로 임프린팅 공정을 진행하는 기술이다.

현재 이 기술을 반도체 소자 제작을 위한 리소그래피 기술로써 적용하기 위해 많은 연구가 진행되고 있으나 아직까지는 이의 생산성이 기존의 포토 리소그라피(photo lithography)에 비해 낮은 편이다. 따라서, 이를 실제 산업 기술로써 적용하기 위해 유동성이 향상된 임프린팅 레진, 효과적인 가압을 할 수 있는 임프린팅 스탬프 등 다양한 방식의 생산성 향상 기술이 제안되고 있다.
나노 임프린트 리소그래피 공정으로, 공개특허공보 제10-2004-0084325에 기술된 방법이 사용될 수 있다.

본 개시는 나노 임프린트 공정의 생산성을 향상시킬 수 있는 더미 패턴을 도입한 임프린팅 스탬프 및 이를 이용한 나노 임프린트 방법을 제공하고자 한다.

일 유형에 따르는 임프린팅 스탬프는 제1기판; 상기 제1기판 상에 형성된 것으로, 전사하고자 하는 나노 패턴이 형성된 하나 이상의 필드 영역; 상기 제1기판 상에 상기 하나 이상의 필드 영역 중 어느 하나에 인접하여 형성된 것으로, 상기 나노 패턴보다 큰 스케일의 더미 패턴(dummy pattern)이 형성된 더미패턴영역;을 포함하며, 상기 더미 패턴은 상기 하나 이상의 필드 영역 중 인접한 필드 영역에서 상기 더미패턴영역을 향하는 제1방향으로 뾰족한 꼭지점을 갖는 다수의 다각형 배열로 이루어진다.

상기 제1방향은 상기 나노 패턴이 유동성 있는 레진(resin)에 전사될 때, 상기 레진의 유동 방향이 된다.

상기 다각형은 상기 제1방향의 폭을 W1, 상기 제1방향과 수직인 방향의 폭을 W2 라고 할 때, W1/W2가 1보다 큰 형상일 수 있다.

상기 다각형은 상기 제1방향에 대해 대칭적인 형상을 가질 수 있다.

상기 다각형은 모서리의 개수가 4개 이상일 수 있으며, 상기 꼭지점을 형성하는 두 변이 이루는 각이 90도 보다 작을 수 있다.

상기 필드 영역은 상기 제1방향으로 이격된 제1필드영역과 제2필드영역을 포함하며, 상기 더미패턴영역은 상기 제1필드영역과 제2필드영역 사이에 배치될 수 있다.

상기 더미패턴영역은 상기 제1방향으로 뽀족한 다수의 다각형 배열을 포함하는 제1 더미패턴영역과 상기 제1방향과 다른 제2방향으로 뾰족한 다수의 다각형 배열을 포함하는 제2 더미패턴영역을 포함할 수 있다.

또는, 상기 필드 영역은 상기 제1방향 및 이와 수직인 제2방향을 따라 이차원 어레이로 이격 배치된 복수의 필드 영역을 포함하며, 상기 더미패턴영역은 상기 제1방향으로 뾰족한 다수의 다각형 배열로 이루어진 제1 더미패턴영역과, 상기 제2방향으로 뾰족한 다수의 다각형 배열로 이루어진 제2 더미패턴영역과, 상기 제1방향과 제2방향 사이의 제3방향으로 뾰족한 다수의 다각형 배열로 이루어진 제3 더미패턴영역을 포함할 수 있다.

일 유형에 따르는 나노 임프린트 방법은 제2기판 상에 액상의 레진 방울을 분사하는 단계; 상술한 임프린팅 스탬프를 상기 제2기판 위에 배치하고, 가압하며 자외선을 조사하는 단계;를 포함한다.

상술한 임프린팅 스탬프는 임프린팅 레진의 유동 방향을 고려한 형상을 가지는 더미 패턴을 도입하여, 나노 임프린트 공정시 발생하는 버블 트래핑(bubble trapping) 현상을 줄이고 있다.

따라서, 상술한 더미 패턴을 도입한 스탬프를 이용하여 나노 임프린트 공정을 수행할 때, 나노 임프린트 공정의 생산성이 향상될 수 있다.

도 1a 내지 도 1h는 실시예에 따른 나노 임프린트 방법을 설명하는 도면들이다.
도 2는 실시예에 따른 더미 패턴의 형상을 구체적으로 보인다.
도 3은 실시예에 따른 임프린팅 스탬프의 개략적인 구조를 보인 평면도이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 임프린팅 스탬프의 개략적인 구조를 보인 평면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.

도 1a 내지 도 1h는 실시예에 따른 나노 임프린트 방법을 설명하는 도면들이다.

먼저, 도 1a와 같이 임프린팅 스탬프(IS)를 준비한다. 임프린팅 스탬프(IS)는 제1기판(S1) 상에 형성된 것으로, 전사할 나노 패턴(NP)이 형성된 필드 영역(100)과 필드 영역(100)에 인접하여 형성되고 나노 패턴(NP)보다 큰 스케일의 더미(dummy) 패턴(DP)이 형성된 더미 패턴 영역(200)을 포함한다.

임프린팅 스탬프(IS)는 전사하고자 하는 나노 패턴(NP)이 제1기판(S1)의 일면에 양각 또는 음각으로 패터닝되어 이루어지며, 실시예에 따른 임프린팅 스탬프(IS)는 이러한 나노 패턴(NP)과 함께 나노 패턴(NP보다 큰 스케일의 더미 패턴(DP)을 더 포함한다. 도시된 나노 패턴(NP)이나 더미 패턴(DP)의 형상은 예시적인 것이다. 더미 패턴(DP)을 도입하는 것은 임프린팅 스탬프(IS)에 형성된 나노 패턴(NP)을 임프린팅 레진과 접촉하여 전사함에 있어 임프린팅 스탬프(IS) 표면에 형성된 패턴 밀도의 균일도가 중요하기 때문이다. 즉, 임프린팅 스탬프(IS)의 패턴 균일도를 유지하기 위해 전사할 패턴이 형성되지 않는 부분에 더미 패턴(DP)을 형성함으로써 패턴 균일도를 유지하고자 하는 것이다. 이러한 더미 패턴(DP)은 임프린트된 패턴의 잔류층을 균일하게 유지함은 물론, 패턴 결함을 억제하는 역할을 한다. 더욱이, 본 실시예에서는 이러한 더미 패턴의 형상을 버플 트래핑(bubble trapping)과 같은 임프린팅 결함을 줄일 수 있는 형태로 하여 임프린팅 생산성을 향상시키고자 한다. 이러한 더미 패턴(DP)을 구비한 임프린팅 스탬프(IS)의 구체적인 형상에 대해서는 도 2 이하에서 후술할 것이며,

다음, 도 1b와 같이 제2기판(S2) 상에 액상의 임프린팅을 위한 액상의 레진 물질(R)을 분사한다. 레진 물질(R)은 도시된 바와 같이 제2기판(S2) 상에 방울 형태로 배치될 수 있다.

다음, 도 1c와 같이, 임프린팅 스탬프(IS)를 액상의 레진 물질(R)이 분사된 제2기판(S2) 위에 배치하여 가압하고, 자외선(UV)을 조사한다. 가압에 따라, 레진 물질(R)은 넓게 퍼지며, 임프린팅 스탬프(IS)의 필드 영역(100)과 더미 패턴 영역(200)을 채우며 경화된다.

도 1d 내지 도 1g는 액상의 레진 물질(R)이 임프린팅 스탬프(IS)의 필드 영역(100)과 더미 패턴 영역(200)을 채울 때, 유체 흐름의 방향을 상세히 보이고 있다. 레진 물질(R)는 도시된 바와 같이, 나노 패턴 영역(100)을 채우는 방향으로 흐르며, 나노 패턴 영역(100)을 모두 채운 후 더미 패턴 영역(200)을 향하는 유동 방향을 형성하게 된다. 상온에서 레진 물질(R)은 매우 유동적이기 때문에 레진 물질 (R)의 흐름에 따라서 결함 발생이 다양하게 나타날 수 있다. 예를 들어, 패턴의 일측에는 레진 물질(R)이 흐르는 방향으로 돌출된 형상의 버블(bubble)(미도시)이 발생할 수 있다. 이를 버블 트래핑(bubble trapping)이라고 하는데, 이러한 버블은 NIL(nanoimprint lithography)시 결함(defect) 요인으로 작용할 수 있으며 시간이 지남에 따라 레진 물질에 확산되어 녹을 수 있으나, 레진 물질(R)에 녹는 시간이 매우 길기 때문에 결함이 없는 임프린팅 패턴을 제작하기 위해서는 일반적으로 긴 지연 시간(delay time) 필요하다.

한편, 실시예의 임프린팅 스탬프(IS)는 더미 패턴 영역(200)에 형성된 더미 패턴(DP)의 형상을 버블 트래핑이 최소화되는 형상으로 설계하고 있다. 실시예에서 제안하는 형상의 더미패턴은 버블 트래핑을 최소화하여 기존에 마이크로-나노 버블에 의해 단축 불가능했던 NIL 공정 시간을 낮출 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.

이러한 과정에 의해, 제2기판(S2) 위에 나노 패턴(NP) 형상이 패턴된 레진층(R')이 형성된다.

도 2는 실시예에 따른 더미 패턴의 형상을 구체적으로 보인다.

더미 패턴(DP)은 도시된 바와 같이, 임프린팅 공정에서 수반되는 레진 물질의 흐름에 있어, 그 유동 방향으로 뾰족한 꼭지점을 갖는 다수의 다각형(P)의 배열로 이루어진다. 나노 임프린트 공정을 설명한 도 1g에 도시된 바와 같이, 더미 패턴(DP)의 위치에서 레진의 유동 방향은 나노 패턴 영역(100)에서 더미 패턴 영역(200)을 향하는 방향이다.

다각형(P)은 레진의 유동 방향인 제1방향의 폭을 W1, 상기 제1방향과 수직인 방향의 폭을 W2 라고 할 때, W1/W2가 1보다 큰 형상일 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 상기 제1방향에 대해 대칭적인 형상을 가질 수 있으며, 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 다각형(P)은 모서리의 개수가 4개 이상일 수 있으며, 도시된 6각형에 한정되는 것은 아니다. 또한, 다각형(P)은 상기 꼭지점을 형성하는 두 변이 이루는 각(α)이 90도 보다 작을 수 있다.

이러한 다수의 다각형(P)들의 배열로 이루어진 더미 패턴(DP)은 버블 트래핑의 발생을 최소화하고, 따라서, 레진의 유동을 보다 빠르게 유지할 수 있어 나노 임프린팅 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 3은 실시예에 따른 임프린팅 스탬프(IS)의 개략적인 구조를 보인 평면도이다.

임프린팅 스탬프(IS)는 나노 패턴(NP)이 형성된 하나 이상의 필드 영역을 포함할 수 있으며, 다수의 필드 영역 사이에 더미 패턴 영역이 형성될 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 임프린팅 스탬프(IS)는 일 방향으로 이격 배치된 제1필드영역(110)과 제2필드영역(120)을 포함하며, 제1필드영역(110)과 제2필드영역(120) 사이에는 나노 패턴(NP)보다 큰 스케일의 더미 패턴(DP)이 형성된 더미 패턴 영역(210)이 마련될 수 있다. 더미 패턴(DP)은 인접한 필드 영역, 예를 들어 제1필드영역(110)에서 더미 패턴 영역(210)을 향하는 방향으로 뾰족한 꼭지점을 갖는 다수의 다각형(P)의 배열로 이루어진다. 제1필드영역(110)에서 더미 패턴 영역(210)을 향하는 방향은 임프린팅 공정시 레진의 유동 방향이 되며, 이러한 방향으로 뾰족한 다각형(P)의 배열로 이루어진 더미 패턴(DP)에 의해 공정시 버블 트래핑이 감소된다.

도 3의 임프린팅 스탬프(IS)는 하나의 더미패턴영역이 형성된 것을 예시하고 있으나, 임프린팅 스탬프(IS)는 나노 패턴(NP)이 형성된 하나 이상의 필드 영역을 포함할 수 있으며, 다수의 필드 영역 사이에 다수의 더미 패턴 영역이 형성되는 구성을 가질 수 있다. 다수의 더미 패턴 영역은 예를 들어 일 방향으로 뽀족한 다수의 다각형 배열을 포함하는 더미패턴영역과 상기 일방향과 다른 방향으로 뾰족한 다수의 다각형 배열을 포함하는 다른 더미패턴영역을 포함할 수 있다.

도 4는 다른 실시예에 따른 임프린팅 스탬프(IS)의 개략적인 구조를 보인 평면도이다.

임프린팅 스탬프(IS)는 도시된 바와 같이, 서로 수직인 두 방향을 따라 이차원 어레이로 이격 배치된 복수의 필드 영역(F1~F9)을 포함할 수 있으며, 제1방향(A1)으로 뽀족한 다수의 다각형 배열을 포함하는 제1 더미패턴영역(211)과 상기 제1방향(A1)과 수직인 제2방향(A2)으로 뾰족한 다수의 다각형(P) 배열을 포함하는 제2 더미패턴영역(212)과, 제1방향(A1)과 제2방향(A2) 사이의 제3방향(A3)으로 뾰족한 다수의 다각형(P) 배열로 이루어진 제3 더미패턴영역(213)을 포함한다. 제1 내지 제3 더미패턴영역(211)(212)(213) 외에도, 인접한 다수의 필드 영역(F1~F9) 사이에 다수의 더미패턴영역이 형성될 수 있으며, 각 영역에서 더미 패턴을 이루는 다수의 다각형은 도시된 바와 같이 예시된 레진 물질(R)의 유동 방향을 따라 뾰족한 형상일 수 있다.

도면에서 제1 내지 제3더미패턴영역(211)(212)(213)에 형성된 더미 패턴의 다각형들은 모두 같은 크기로 도시되어 있으나 이는 예시적인 것이며, 유체 유동을 고려하여 다른 크기를 갖도록 정해질 수 있다.

이러한 본원 발명은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

100, 110, 120, F1~F9...필드 영역 210, 211, 212, 213...더미패턴영역
NP...나노 패턴 DP...더미 패턴
R...레진 물질 IS...임프린팅 스탬프

Claims

제1기판;
상기 제1기판 상에 형성된 것으로, 전사하고자 하는 나노 패턴이 형성된 필드 영역;
상기 제1기판 상에 상기 필드 영역에 인접하여 형성된 것으로, 상기 나노 패턴보다 큰 스케일의 더미 패턴(dummy pattern)이 형성된 더미패턴영역;을 포함하며,
상기 더미 패턴은 상기 필드 영역에서 상기 더미 패턴 영역을 향하는 제1방향으로 뾰족한 꼭지점을 갖는 다수의 다각형 배열로 이루어지고,
상기 제1방향은 상기 나노 패턴이 유동성 있는 레진(resin)에 전사될 때, 상기 나노 패턴의 위치에서 레진의 유동 방향이 되며,
상기 다각형은, 모서리의 개수가 4개 이상이며 상기 제1방향의 폭을 W1, 상기 제1방향과 수직인 방향의 폭을 W2 라고 할 때, W1/W2가 1보다 큰 형상인, 임프린팅 스탬프.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 다각형은
상기 제1방향에 대해 대칭적인 형상을 갖는 임프린팅 스탬프.
삭제
제1항에 있어서,
상기 다각형은
상기 꼭지점을 형성하는 두 변이 이루는 각이 90도 보다 작은 임프린팅 스탬프.
제1항에 있어서,
상기 필드 영역은
상기 제1방향으로 이격된 제1필드영역과 제2필드영역을 포함하며,
상기 더미패턴영역은 상기 제1필드영역과 제2필드영역 사이에 배치되는 임프린팅 스탬프.
제1항에 있어서,
상기 더미패턴영역은
상기 제1방향으로 뽀족한 다수의 다각형 배열을 포함하는 제1 더미패턴영역과
상기 제1방향과 다른 제2방향으로 뾰족한 다수의 다각형 배열을 포함하는 제2 더미패턴영역을 포함하는 임프린팅 스탬프.
제1항에 있어서,
상기 필드 영역은
상기 제1방향 및 이와 수직인 제2방향을 따라 이차원 어레이로 이격 배치된 복수의 필드 영역을 포함하며,
상기 더미패턴영역은
상기 제1방향으로 뾰족한 다수의 다각형 배열로 이루어진 제1 더미패턴영역과
상기 제2방향으로 뾰족한 다수의 다각형 배열로 이루어진 제2 더미패턴영역과,
상기 제1방향과 제2방향 사이의 제3방향으로 뾰족한 다수의 다각형 배열로 이루어진 제3 더미패턴영역을 포함하는 임프린팅 스탬프.
제2기판 상에 액상의 레진 방울을 분사하는 단계;
제1항, 제4항, 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항의 임프린팅 스탬프를 상기 제2기판 위에 배치하고, 가압하며 자외선을 조사하는 단계;를 포함하는 나노 임프린트 방법.