KR102279239B1 - 임프린트 공정을 이용한 역상 패턴 전사방법 - Google Patents

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    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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    • G03F7/0002—Lithographic processes using patterning methods other than those involving the exposure to radiation, e.g. by stamping

Abstract

임프린트 공정을 이용한 역상 패턴 전사방법이 개시된다. 개시된 전사방법은 일 면에 제1 패턴이 형성된 마스터 몰드를 준비하는 단계와, 상기 마스터 몰드 상으로 상기 제1 패턴을 덮는 임프린트 수지를 도포하는 단계와, 스탬프 부재로 상기 임프린트 수지를 상기 마스터 몰드 쪽으로 가압하는 단계와, 상기 임프린트 수지를 경화하여 상기 마스터 몰드 및 상기 스탬프 부재 사이에 상기 제1 패턴과 역상인 제2 패턴을 형성하는 단계와, 상기 스탬프 부재를 상기 마스터 몰드로부터 떼어내어 상기 제2 패턴을 상기 마스터 몰드로부터 이격시키는 단계와, 상기 제2 패턴을 전사 기판 상에 전사하는 단계를 포함한다.

Description

임프린트 공정을 이용한 역상 패턴 전사방법{Method of transferring reverse pattern using imprint process}
개시된 실시예는 임프린트 공정을 이용하여 마스터 몰드의 역상 패턴을 전사하는 방법에 관한 것이다.
나노 임프린트 리소그래피는　포토 리소그래피와 전자빔 리소그래피를 대체할 수 있는 나노/마이크로 패터닝 기술이다.　나노 임프린트 공정에서는 기판 위에　특정 파장의　광원에 의해 경화되는 임프린트 수지를　도포한 후, 제작하고자 하는　패턴과 반대되는　형상을 가지는 몰드로 압력을 가해주면,　유동성을 가지는 임프린트 수지가 모세관 현상에　의해 몰드의 빈 공간을 채우게 된다. 광 조사를 통해 임프린트 수지를 경화시킨 후, 몰드를 제거해 줌으로써　기판 위에 패턴을 형성하게 된다.　　　　
일반적으로, 소자 제작 공정에서, 나노 임프린트를 통해 형성된 패턴은　후속 공정을 위한 희생층으로 활용될 수 있다.　예컨대, 패턴은 에칭 마스크일 수 있다.
나노 임프린트를 이용한 전사 방법은 마스터 몰드의 제1 패턴을 스탬프 몰드에 전사하여 스탬프 몰드 상에 제1 패턴과 역상인 제2 패턴을 형성한다. 이어서, 스템프 몰드로 전사 기판에 제2 패턴을 전사하여 전사 기판 상에 제3패턴을 형성한다. 제3패턴은 제1 패턴과 동일할 형상을 가질 수 있다.
그러나, 이러한 나노 임프린트 공정을 사용하면, 상부 면적이 하부 면적 보다 큰 패턴의 전사가 어렵다. 또한, 굴곡이 있는 전사기판에 패턴의 전사가 어려울 수 있다.
마스터 몰드의 패턴과 반대되는 패턴을 직접 전사기판 상에 전사하는 방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 임프린트 공정을 이용한 역상 패턴 전사방법은:
일 면에 제1 패턴이 형성된 마스터 몰드를 준비하는 단계;
상기 마스터 몰드 상으로 상기 제1 패턴을 덮는 임프린트 수지를 도포하는 단계;
스탬프 부재로 상기 임프린트 수지를 상기 마스터 몰드 쪽으로 가압하는 단계;
상기 임프린트 수지를 경화하여 상기 마스터 몰드 및 상기 스탬프 부재 사이에 상기 제1 패턴과 역상인 제2 패턴을 형성하는 단계;
상기 스탬프 부재를 상기 마스터 몰드로부터 떼어내어 상기 제2 패턴을 상기 마스터 몰드로부터 이격시키는 단계; 및
상기 제2 패턴을 전사 기판 상에 전사하는 단계;를 포함한다.
상기 제2 패턴은 상기 스탬프 부재에 형성된 바텀부와 상기 바텀부로부터 돌출된 복수의 볼록부를 포함하며,
상기 전사 단계는 상기 제2 패턴의 바텀부를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 패턴의 볼록부는 상기 전사기판 상의 제1면 면적 보다 전사기 판으로부터 이격된 제2면 면적이 넓은 형상을 가질 수 있다.
상기 바텀부 제거는 애싱 또는 건식 식각을 이용하여 수행할 수 있다.
상기 제2 패턴 전사단계는:
상기 제2 패턴이 상기 전사 기판과 접촉하게 상기 스탬프 부재를 상기 전사 기판 상에 접촉시키는 단계; 및
상기 스탬프 부재를 상기 제2 패턴으로부터 이격시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 스탬프 부재는 PSA 필름으로 이루어질 수 있다.
상기 스탬프 부재를 상기 제2 패턴으로부터 이격시키는 단계는 상기 PSA 필름을 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
일 국면에 따르면, 상기 접촉 단계는:
상기 전사 기판 상에 접착층을 형성하는 단계; 및
상기 접착층 상에 상기 제2 패턴을 접촉시키는 단계;를 포함한다.
상기 접착층은 실란계 커플링제를 포함하는 용액으로 이루어질 수 있다.
상기 접촉 단계는 상기 접착층에 자외선을 조사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 국면에 따르면, 상기 접착층 형성단계는:
상기 전사 기판을 산소 플라즈마 처리 또는 자외선 오존 처리를 하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 국면에 따르면, 상기 접촉 단계는:
상기 제2 패턴 상에 접착층을 형성하는 단계; 및
상기 접착층을 상기 전사 기판에 접촉시키는 단계;를 구비할 수 있다.
상기 전사 기판은 상기 제2 패턴 보다 더 큰 대면적 전사 기판이며,
상기 전사 방법을 반복하여 상기 대면적 전사기판에 상기 제2 패턴을 전사할 수 있다.
상기 마스터 몰드 준비 단계는 상기 마스터 몰드 상에 이형층 코팅을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 마스터 몰드의 패턴과 반대인 역상 패턴을 직접 전사 기판 상에 전사하므로, 종래 임프린트 패턴 전사와 비교하여 임프린트 공정이 줄 수 있으며, 상부면 면적 보다 하부면의 면적이 작은 뿔대 형상의 전사도 가능해진다.
또한, 잔존 레진이 전사 기판 상의 패턴 상부에 존재하므로, 간단한 애싱 공정으로 잔존 레진을 용이하게 제거할 수 있다.
도 1a 내지 도 1f는 일 실시예에 따른 역상 패턴을 전사하는 방법을 단계별로 개략적으로 설명하는 단면도들이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 제2 패턴을 보여주는 단면도다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다. 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다. 명세서를 통하여 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 1a 내지 도 1f는 일 실시예에 따른 역상 패턴을 전사하는 방법을 단계별로 개략적으로 설명하는 단면도들이다.
도 1a를 참조하면, 제1 패턴(112)이 일 면에 형성된 마스터 몰드(110)를 마련한다. 마스터 몰드(110)는 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있다. 본 실시예는 이에 한정되지 않는다. 예컨대 마스터 몰드(110)는 쿼츠 등으로도 형성될 수 있다. 제1 패턴(112)은 복수의 볼록부들(114)을 포함할 수 있다. 볼록부(114)의 폭과 볼록부(114) 사이의 간격은 나노미터 크기 또는 마이크로미터 크기를 가질 수 있다.
마스터 몰드(110) 상에는 이형층 코팅(118)이 형성될 수 있다. 이형층 코팅(118)은 불소를 포함하는 물질, 예컨대 테프론 코팅이 사용될 수 있다. 이형층 코팅(118)은 생략될 수도 있다.
마스터 몰드(110) 상에 제1 패턴(112)을 덮도록 임프린트 수지(120)를 도포한다. 임프린트 수지(120)는 자외선 경화 수지 또는 열경화성 수지일 수 있다.
자외선 경화 수지는 아크릴계 수지, 폴리이미계 수지, 폴리아마이드계 수지, 노볼락계 수지, 폴리 메틸 메타클릴레이트(poly methyl methacrylate: PMMA) 수지, 부틸 메타 아크릴레이트(buthyl methacrylate: BMA) 수지, 우레탄 아클릴레이트 수지, 폴리 비닐 알코올 수지 등으로 이루어질 수 있다.
열 경화성 수지는 에폭시 수지, 아미노 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르 수지 등으로 이루어질 수 있다.
도 1b를 참조하면, 마스터 몰드(110) 상으로 임프린트 수지(120)를 덮도록 스탬프 부재(130)를 배치한다. 스탬프 부재(130)는 일시적인 접착력을 가지는 감압 접착제(pressure sensitive adhesive, PSA) 필름일 수 있다. 감압 접착제 필름은 대략 50㎛ 이상의 두께를 가질 수 있다. 예컨대, 대략 50㎛~300㎛ 두께의 감압 접착제 필름을 사용할 수 있다.
본 실시예는 이에 한정되지 않는다. 스탬프 부재(130)가 접착력이 있으면서도 열 또는 광 조사시 접착력을 상실하는 물질이면 제한없이 사용될 수 있다. 예컨대, 열에 의해 접착력이 없어지는 발포접착 필름이 사용될 수 있다.
이어서, 임프린트 수지(120)에 따라서 임프린트 수지(120)에 열을 가하거나 또는 자외선을 조사하여 임프린트 수지(120)를 경화시킨한다. 임프린트 수지(120)의 경화로 제1 패턴(112)에 대응되는 제2 패턴(140)이 스탬프 부재(130) 및 마스터 몰드(110) 사이에 형성된다.
제2 패턴(140)은 잔존 수지로 이루어진 바텀부(142)와 바텀부(142)로부터 돌출된 복수의 볼록부(144)를 포함할 수 있다.
본 실시예는 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 제2 패턴(140)이 잔존층(residual layer)인 바텀부(142) 없이 복수의 볼록부(144)를 포함할 수 있다.
도 1c를 참조하면, 스탬프 부재(130)를 마스터 몰드(110)로부터 이격시킨다. 이때, 스탬프 부재(130)의 접착력으로 제2 패턴(140)이 스탬프 부재(130)에 부착되어서 마스터 몰드(110)로부터 이격된다. 또한, 마스터 몰드(110) 상에 이형층 코팅(118)이 형성된 경우, 마스터 몰드(110)로부터 제2 패턴(140)이 용이하게 떨어질 수 있다.
도 1d를 참조하면, 전사 기판(150) 상으로 제2 패턴(140)이 전사 기판(150)을 향하도록 하여 스탬프 부재(130)를 전사 기판(150) 상으로 배치한다. 제2 패턴(140)은 전사 기판(150)의 일면에 부착된다. 전사 기판(150)은 유리 기판일 수 있으며, 그 위에 에칭 대상물, 예컨대 알루미늄층이 형성될 수 있다. 에칭 대상물이 전사 기판(150) 상에 형성되는 경우, 제2 패턴(140)은 에칭 대상물 위에 부착된다.
제2 패턴(140)이 전사 기판(150) 상에 잘 부착되도록 미리 전사 기판(150) 상에 접착층(160)을 형성할 수 있다. 예컨대, 접착층(160)으로 전사 기판(150) 상에 접착 증진층을 도포할 수 있다. 접착 증진층은 자외선 경화물질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 접착 증진층은 실란계 커플링제(coupling agent)를 포함하는 용액일 수 있다. 용매로는 에탄올 등이 사용될 수 있다.
실란계 커플링제는 τ-글리시톡시 프로필 트리메톡시 실란, 머캡토 프로필 트리메톡시 실란, 메틸 트리메톡시 실란, trialkoxysilane 일 수 있다. 접착 증진층은 스핀코팅, 드롭-디스펜싱 방식 또는 증착 공정을 이용하여 형성될 수 있다.
전사 기판(150) 상에 에칭 대상물이 형성되는 경우, 접착층(160)은 에칭 대상물 상에 형성된다.
접착 증진층에 제2 패턴(140)이 잘 부착되도록 접착 증진층에 자외선을 조사할 수 있다.
본 실시예는 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 접착 증진층을 도포하는 대신에, 전사 기판(150)의 표면을 산소 플라즈마 처리 또는 자외선 오존 처리를 해서 전사 기판(150)과 제2 패턴(140) 사이의 접착력을 증가시킬 수 있다.
산소 플라즈마 처리를 위해서 챔버 압력을 0.4 mbar로 유지하고 100W 파워를 사용하며, 챔버 내로 산소 개스를 5 sccm 공급한다. 산소 플라즈마 처리 시간은 대략 60초 이다.
자외선 오존 처리를 위해서는 자외선 램프를 사용하여 파장 254nm 자외선을 28,000 ㎼/cm2 강도로 대략 90초간 조사한다. 이때 자외선은 챔버 내의 산소와 반응하여 오존을 생성하며, 아울러 강력한 산화작용을 하는 산소 원자를 생성한다. 이 산소 원자가 전사 기판(150)의 표면을 클리닝하여 접착력을 증가시킨다.
이하에서는 편의상, 산소 플라즈마 처리 또는 자외선 오존 처리를 통해서 변형된 영역도 접착층(160)으로 칭할 수 있다.
또한, 접착층(160)을 전사 기판(150) 상에 미리 형성하는 대신에, 접착층(160)을 제2 패턴(140)의 상부면에 형성할 수 있다. 예컨대, 제2 패턴(140)을 접착물질로 이루어진 용액에 디핑할 수도 있다.
또한, 제2 패턴(140) 상으로 접착 물질을 기상증착 방법을 사용하여 형성할 수도 있다. 접착물질은 실란계 용액일 수 있다.
도 1e를 참조하면, 스탬프 부재(130)를 제2기판으로부터 떼어낸다. 스탬프 부재(130)를 PSA 필름으로 형성한 경우, 대략 110℃ 정도의 열을 수 초 가하면 PSA 필름은 쉽게 떼어낼 수 있다.
도 1f를 참조하면, 제2 패턴(140)은 전사 기판(150)을 식각하는 하드 마스크 역할을 할 수 있다. 이를 위해서 볼록부들(144)을 연결하는 잔존 임프린트 수지(120)인 바텀부(142)를 제거한다. 바텀부(142) 제거를 위해 건식 식각, 또는 애싱 공정을 이용할 수 있다.
결과로서 전사 기판(150) 상에 제2 패턴(140)이 남는다. 제2 패턴(140)을 하드 마스크로 하여 전사 기판(150)을 에칭할 수도 있다.
상술한 실시예에서 보면, 제2 패턴(140)의 볼록부(144)는 상부면 면적과 하부면 면적이 동일한 기둥 형상이지만 본 실시예는 반드시 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 도 2에서처럼 제2 패턴(240)은 전사 기판(150) 상의 복수의 볼록부(244)를 포함하며, 전사 기판(150)과 접촉하는 하부면 면적(A1) 보다 상부면 면적(A2)이 더 넓게 형성될 수도 있다. 볼록부는 뿔대 형상일 수 있다. 전사 기판(150) 및 제2패턴(240) 사이에는 접착층(도 1f의 160)이 더 형성될 수 있다.
상술한 실시예에 따르면, 마스터 몰드의 패턴과 반대인 역상 패턴을 직접 전사 기판 상에 전사하므로, 종래 임프린트 패턴 전사와 비교하여 임프린트 공정이 줄 수 있으며, 상부면 면적 보다 하부면의 면적이 작은 뿔대 형상의 전사도 가능해진다.
또한, 잔존 레진이 전사 기판 상의 패턴 상부에 존재하므로, 간단한 애싱 공정으로 잔존 레진을 용이하게 제거할 수 있다.
또한, 마스터 몰드의 형상을 직접 전사하므로, 전사 기판의 표면에 굴곡이 있어도 패턴 전사가 용이해 진다.
또한, 대면적 기판을 전사 기판으로 사용하고, 상기 전사 공정의 제2 패턴을 반복하여 대면적 전사 기판에 반복적으로 전사를 수행할 수 있다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들은 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
110: 마스터 몰드 112: 제1 패턴
114: 볼록부 118: 이형층 코팅
120: 임프린트 수지 130: 스탬프 부재
140: 제2 패턴 142: 바텀부
144: 볼록부 150: 전사 기판
160: 접착층 UV: 자외선

Claims (14)

  1. 일 면에 제1 패턴이 형성된 마스터 몰드를 준비하는 단계;
    상기 마스터 몰드 상으로 상기 제1 패턴을 덮는 임프린트 수지를 도포하는 단계;
    스탬프 부재로 상기 임프린트 수지를 상기 마스터 몰드 쪽으로 가압하는 단계;
    상기 임프린트 수지를 경화하여 상기 마스터 몰드 및 상기 스탬프 부재 사이에 상기 제1 패턴과 역상인 제2 패턴을 형성하는 단계;
    상기 스탬프 부재를 상기 마스터 몰드로부터 떼어내어 상기 제2 패턴을 상기 마스터 몰드로부터 이격시키는 단계; 및
    상기 제2 패턴을 전사 기판 상에 전사하는 단계;를 포함하고
    상기 제2 패턴 전사단계는
    상기 제2 패턴이 상기 전사 기판과 접촉하게 상기 스탬프 부재를 상기 전사 기판 상에 접촉시키는 단계; 및
    상기 스탬프 부재를 상기 제2 패턴으로부터 이격시키는 단계;를 구비하는 임프린트 공정을 이용한 역상 패턴 전사방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 패턴은 상기 스탬프 부재에 형성된 바텀부와 상기 바텀부로부터 돌출된 복수의 볼록부를 포함하며,
    상기 전사 단계는 상기 제2 패턴의 바텀부를 제거하는 단계를 더 구비하는 임프린트 공정을 이용한 역상 패턴 전사방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 패턴의 볼록부는 상기 전사기판 상의 제1면 면적 보다 전사기 판으로부터 이격된 제2면 면적이 넓은 형상을 가지는 임프린트 공정을 이용한 역상 패턴 전사방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 바텀부 제거는 애싱 또는 건식 식각을 이용하여 수행하는 임프린트 공정을 이용한 역상 패턴 전사방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스탬프 부재는 PSA 필름으로 이루어진 임프린트 공정을 이용한 역상 패턴 전사방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 스탬프 부재를 상기 제2 패턴으로부터 이격시키는 단계는 상기 PSA 필름을 가열하는 단계를 구비하는 임프린트 공정을 이용한 역상 패턴 전사방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 접촉 단계는:
    상기 전사 기판 상에 접착층을 형성하는 단계; 및
    상기 접착층 상에 상기 제2 패턴을 접촉시키는 단계;를 구비하는 임프린트 공정을 이용한 역상 패턴 전사방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 접착층은 실란계 커플링제를 포함하는 용액으로 이루어진 임프린트 공정을 이용한 역상 패턴 전사방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 접촉 단계는 상기 접착층에 자외선을 조사하는 단계를 더 구비하는 임프린트 공정을 이용한 역상 패턴 전사방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 접착층 형성단계는:
    상기 전사 기판을 산소 플라즈마 처리 또는 자외선 오존 처리를 하는 단계;를 구비하는 임프린트 공정을 이용한 역상 패턴 전사방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 접촉 단계는:
    상기 제2 패턴 상에 접착층을 형성하는 단계; 및
    상기 접착층을 상기 전사 기판에 접촉시키는 단계;를 구비하는 임프린트 공정을 이용한 역상 패턴 전사방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 전사 기판은 상기 제2 패턴 보다 더 큰 대면적 전사 기판이며,
    상기 전사 방법을 반복하여 상기 대면적 전사기판에 상기 제2 패턴을 전사하는 임프린트 공정을 이용한 역상 패턴 전사방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 마스터 몰드 준비 단계는
    상기 마스터 몰드 상에 이형층 코팅을 형성하는 단계를 더 구비하는 임프린트 공정을 이용한 역상 패턴 전사방법.
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