KR102591120B1 - 나노임프린트 리소그래피를 이용한 패턴 형성 방법 - Google Patents

나노임프린트 리소그래피를 이용한 패턴 형성 방법 Download PDF

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Abstract

기판 상에 레지스트층(resist layer)을 형성하고, 레지스트층에 패턴 전사 영역들을 창(window)들로 설정하는 격자 형상의 유출 배리어(extrusion barrier) 영역을 형성한 후, 레지스트층에 대면하는 패턴면(pattern surface)에 전사 패턴(transferring pattern)들을 배치한 템플레이트(template)를 레지스트층 상에 도입하여 임프린트(imprint)하는 패턴 형성 방법을 제시한다.

Description

나노임프린트 리소그래피를 이용한 패턴 형성 방법{Method of forming patterns by using nanoimprint lithography}
본 출원은 미세 패턴(fine patterns) 형성 방법에 관한 것으로, 특히, 나노임프린트 리소그래피(NIL: NanoImprint Lithography) 방법을 이용한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 산업에서 보다 높은 소자 밀도를 갖는 집적 회로를 구현하기 위해서, 미세한 크기의 패턴들을 웨이퍼(wafer) 상에 전사(transferring)하는 기술을 개발하기 위해 많은 시도들이 이루어지고 있다. 나노임프린트 리소그래피(NIL) 기술은 경제적이고도 효과적으로 나노 구조물을 제작할 수 있는 기술로 평가되고 있다. 나노 구조물(nanostructure)이 각인된 스탬프(stamp) 또는 템플레이트(template), 몰드(mold)를, 기판(substrate) 또는 웨이퍼(wafer) 상에 스핀 코팅(spin coating) 또는 디스펜싱(dispensing)된 레지스트(resist)의 표면에 눌러 나노 구조물을 전사하는 기술이 나노임프린트 리소그래피 기술로 알려져 있다. 나노임프린트 리소그래피 기술로서 가열에 의한 레지스트의 큐어링(curing)을 유도하는 가열식 NIL 기술과 자외선(UV) 큐어링을 이용한 UV-NIL 기술들이 시도되고 있다.
나노 구조물이 각인된 템플레이트가 레지스트를 눌러 나노 구조물의 패턴 형상이 전사될 때, 레지스트 물질이 템플레이트 측면으로 유출(extrusion)되거나 유동(flow)되어 흘러나오는 현상이 유발될 수 있다. 레지스트 물질의 유출이나 유동은 나노 구조물의 패턴이 전사된 레지스트층의 잔여층(residual layer)의 두께 불균일성을 유발할 수 있고 잔여층의 표면에 원하지는 않은 돌출 구조(extruded structure)를 유발할 수 있다. 잔여층의 두께 불균일성이나 돌출 구조는 패턴 불량을 야기하는 주요 원인이 될 수 있다.
본 출원은 나노 구조물의 패턴 전사가 이루어진 레지스트의 잔여층에 원하지 않은 돌출 구조를 억제하는 나노임프린트 리소그래피 방법을 이용한 패턴 형성 방법을 제시하고자 한다.
본 출원의 일 관점은, 기판 상에 레지스트층(resist layer)을 형성하는 단계; 상기 레지스트층 상에 전사 패턴(transferring pattern)들이 모여 배치된 패턴 영역(patterned region)들, 상기 패턴 영역들 사이에 위치하는 중간 영역, 및 상기 패턴 영역들 외측 바깥을 둘러싸는 경계 영역이 설정된 패턴면(pattern surface)을 제공하는 템플레이트(template)를 정렬시키는 단계; 상기 템플레이트가 정렬되기 이전에 상기 레지스트층의 상기 경계 영역에 대응되는 부분에 유출 배리어(extrusion barrier) 경계 영역을 형성하는 단계; 및 상기 템플레이트의 상기 전사 패턴들이 상기 레지스트층에 묻히도록 상기 템플레이트를 프레스(press)하는 임프린트(imprint) 단계;를 포함하는 패턴 형성 방법을 제시한다.
본 출원의 일 관점은 기판 상에 레지스트층(resist layer)을 형성하는 단계; 상기 레지스트층에 패턴 전사 영역들을 창(window)들로 설정하는 격자 형상의 유출 배리어(extrusion barrier) 영역을 형성하는 단계; 상기 레지스트층에 대면하는 패턴면(pattern surface)에 전사 패턴(transferring pattern)들을 배치한 템플레이트(template)를 상기 레지스트층 상에 도입하는 단계; 및 상기 템플레이트의 상기 전사 패턴들이 상기 레지스트층의 패턴 전사 영역들에 묻히도록 상기 템플레이트를 프레스(press)하는 임프린트(imprint) 단계;를 포함하는 패턴 형성 방법을 제시한다.
본 출원의 일 관점은, 기판 상에 레지스트층(resist layer)을 형성하는 단계; 상기 레지스트층 상에 전사 패턴(transferring pattern)들이 모여 배치된 패턴 영역(patterned region)들이 설정된 패턴면(pattern surface)을 제공하는 템플레이트(template)를 정렬시키는 단계; 상기 템플레이트가 정렬되기 이전에 상기 레지스트층의 상기 패턴 영역들에 대응되는 패턴 전사 영역들을 창(window)들로 설정하는 격자 형상의 유출 배리어(extrusion barrier) 영역을 상기 레지스트층에 형성하는 단계; 및 상기 템플레이트의 상기 패턴 영역들의 전사 패턴들이 상기 패턴 전사 영역들에 묻히도록 상기 템플레이트를 프레스(press)하는 임프린트(imprint) 단계;를 포함하는 패턴 형성 방법을 제시한다.
본 출원의 실시예들에 따르면, 레지스트층에 나노 구조물의 패턴 전사가 수행될 때, 레지스트 물질의 유출을 억제하여 레지스트 물질의 유출에 의한 레지스트의 잔여층에 원하지 않은 돌출 구조이 발생되는 것을 억제할 수 있는 나노임프린트 리소그래피 방법을 이용한 패턴 형성 방법을 제시할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 일 예에 따른 템플레이트(template) 및 배리어 포토마스크(barrier photomask)를 설명하기 위해서 제시한 도면들이다.
도 4 내지 도 7은 일 예에 따른 유출 배리어 영역(extrusion barrier region)을 형성하는 과정을 보여주는 도면들이다.
도 8 내지 도 12는 일 예에 따른 템플레이트로부터 레지스트층(resist layer)으로 패턴 전사하는 과정을 보여주는 도면들이다.
도 13 및 도 14는 비교예들에서 레지스트 유출 부분(500E)이 발생되는 현상을 보여주는 도면들이다.
본 출원의 예의 기재에서 사용하는 용어들은 제시된 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 기술 분야에서의 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 사용된 용어의 의미는 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우 정의된 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석될 수 있다. 본 출원의 예의 기재에서 "제1" 및 "제2", "상부(top)"및 "하부(bottom or lower)"와 같은 기재는 부재를 구분하기 위한 것이며, 부재 자체를 한정하거나 특정한 순서를 의미하는 것으로 사용된 것은 아니고, 상대적인 위치 관계를 의미하는 것이지 그 부재에 직접 접촉하거나 또는 사이 계면에 다른 부재가 더 도입되는 특정한 경우를 한정하는 것은 아니다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들에서도 마찬가지의 해석이 적용될 수 있다.
본 출원의 실시예들은 DRAM 소자나, PcRAM 소자나 ReRAM 소자와 같은 집적 회로들을 구현하는 데 적용될 수 있다. 또한, 본 출원의 실시예들은 SRAM, FLASH, MRAM 또는 FeRAM과 같은 메모리 소자나, 논리 집적회로가 집적된 로직(logic) 소자에도 적용될 수 있다.
명세서 전문에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭할 수 있다. 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 해당 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 참조 부호가 표시되지 않았더라도, 다른 도면들을 참조하여 설명될 수 있다.
도 1은 템플레이트(template: 100) 및 포토마스크(photomask: 300)의 영역 비교를 보여주는 도면이다. 도 2는 도 1의 템플레이트(100)의 패턴면(patterned surface: 111)을 보여주는 평면도이다. 도 3은 도 1의 포토마스크(300)의 표면을 보여주는 평면도이다. 도 1은 도 2의 A-A' 절단선을 따르는 템플레이트(100)의 단면 형상 및 도 3의 B-B' 절단선을 따르는 포토마스크(300)의 단면 형상을 함께 보여준다.
도 1을 참조하면, 나노임프린트를 위한 템플레이트(100)는 레지스트층(resist layer)에 전사(transferring)할 나노 구조물인 전사 패턴(120)들을 패턴면(111)에 구비할 수 있다. 레지스트층에 패턴 전사하는 과정은 이후에 다시 설명한다. 템플레이트(100)는 전사 패턴(120)들이 형성된 패턴면(111)을 제공하는 메사부(mesa potion: 110)와 돌출된 메사부(110)를 지지하는 템플레이트 몸체부(130)를 포함할 수 있다. 템플레이트 몸체부(130)는 메사부(110)의 후면에 오목한 캐비티(cavity: 119)를 유도하도록 메사부(110)와 단차를 가지며 연장된 부분으로 구성될 수 있다. 메사부(110)의 후면에 구비된 오목한 캐비티(119) 형상은 메사부(110)의 변형이 용이하게 이루도록 유도하여, 메사부(110)의 패턴면(111)이 레지스트층에 접촉하거나 또는 레지스트층으로부터 이탈될 때 레지스트층을 향해 패턴면이 볼록한 형상으로 휘어질 수 있도록 유도 할 수 있다.
메사부(110)의 패턴면(111)이 바라보는 방향과 동일한 방향으로 바라보고 있는 템플레이트 몸체부(130)의 표면(131)에는 차광층(135)이 구비될 수 있다. 차광층(135)은 레지스트층을 큐어링하는 광, 예컨대, 자외선 광을 차단하도록 구비될 수 있다. 메사부(110)는 템플레이트 몸체부(130)의 표면(131)으로부터 돌출된 형상으로 구비될 수 있고, 패턴면(111)은 템플레이트 몸체부(130)의 표면(131)에 대해 단차를 가지는 표면으로 구비될 수 있다.
도 1과 함께 도 2를 참조하면, 템플레이트 메사부(110)의 패턴면(111)은 사각형의 외주 형상을 가질 수 있다. 패턴면(111) 내의 전체 영역은 한 번의 나노임프린트 스텝(step)이 이루어지는 임프린트 샷 영역(imprinting shot region: 210)을 제공할 수 있다. 임프린트 샷 영역(210) 내에 전사 패턴(120)들이 모여 배열된 영역일 수 있는 패턴 영역(patterned region: 220)이 배치될 수 있다. 패턴 영역(220)은 전사 패턴(120)들이 배치된 영역으로 DRAM과 같은 메모리 반도체 소자의 셀 영역(cell region)에 해당되는 영역일 수 있다. 전사 패턴(120)들의 그룹을 이뤄 배치된 패턴 영역(220)들이 임프린트 샷 영역(210) 내에 다수 배치되고, 경계 영역(boundary region: 230)이 이들 패턴 영역(220)들을 둘러싸는 테두리인 외측 경계를 이루도록 설정 배치될 수 있다. 경계 영역(230)은 패턴 영역(220)의 외측 바깥 쪽 영역으로 전사 패턴(120)들이 배치되지 않은 패턴 금지 영역(pattern forbidden region)일 수 있다. 패턴 영역(220)과 이웃하는 다른 패턴 영역(220) 사이에는 또 다른 패턴 금지 영역으로 패턴 영역(220)들 사이를 이격시키는 중간 영역(inter region: 240)이 설정될 수 있다. 중간 영역(240)과 경계 영역(230)을 포함하는 패턴 금지 영역은 임프린트 샷 영역(210) 내에 격자 형상으로 배치될 수 있다. 격자 형상의 창(window) 부분에 각각의 패턴 영역(220)들이 배치된 형상으로 템플레이트 메사부(110)의 패턴면(111)이 구성될 수 있다. 패턴 영역(220) 내에 배치된 전사 패턴(120)들은 요철 형상(concavo-convex shape)으로 구비될 수 있다. 전사 패턴(120)은 라인 및 스페이스(line & space) 형상을 구현하는 패턴으로 도 2에 묘사되고 있지만, 이에 한정되지 않고 다양한 형상의 패턴들로 구비될 수 있다.
도 1과 함께 도 3을 참조하면, 나노 구조물의 전사 패턴(120)들이 임프린트될 레지스트층에 유출 배리어 영역(extrusion barrier region)을 형성하는 노광 과정에 사용될 배리어 포토마스크(barrier photomask: 300)는, 템플레이트 메사부(110)의 패턴면(111)을 기준으로 하여 설계될 수 있다. 유출 배리어 영역을 형성하는 과정은 이후에 다시 설명한다. 배리어 포토마스크(300)는 템플레이트 메사부(110)의 패턴면(111)에 설정된 패턴 금지 영역(도 2의 230, 240)에 대응하는 투광 영역(313, 314)들을 차광 패턴(330)이 제공하도록 구비될 수 있다. 배리어 포토마스크(300)는 석영과 같은 투광 기판(310) 상에 크롬(Cr)으로 이루어진 차광 패턴(330)으로 구비될 수 있다. 포토마스크(300)는 바이너리 마스크(binary mask) 구조로 묘사되고 있으나 반사형(reflective type) 또는 위상반전형(phase shift type)과 같은 다른 형태의 포토마스크 구조로도 구현될 수 있다.
차광 패턴(330)은 템플레이트 메사부(110)의 패턴면(111)에 설정된 패턴 영역(도 2의 220)에 대응되는 영역에 위치하는 영역 차광 패턴(333)들과 포토마스크(300)의 테두리 부분을 차광하는 프레임 차광 패턴(frame opaque region: 331)을 포함할 수 있다. 영역 차광 패턴(333)들 사이의 제2투광 영역(314)은 중간 영역(240)에 대응되도록 설정되고, 프레임 차광 패턴(331)과 영역 차광 패턴(333) 사이의 제1투광 영역(313)은 경계 영역(230)에 대응되도록 설정될 수 있다. 도 1에서는 포토마스크(300)의 영역들(313, 314)이 템플레이트(100)의 패턴면(111)의 영역들(230, 240)에 1: 1 대응되도록 설계된 경우를 예시하고 있지만, 노광 과정이 4: 1 축소 노광으로 수행될 경우, 포토마스크(300)의 영역들(313, 314)은 템플레이트(100)의 패턴면(111)의 영역들(230, 240)에 비해 4배 더 큰 영역들로 배치 설계될 수 있다.
도 4 내지 도 7은 레지스트층(500)에 유출 배리어 영역(510)을 형성하는 과정을 보여주는 도면들이다.
도 4 및 도 5를 함께 참조하면, 웨이퍼 또는 기판(400) 상에 레지스트층(500)을 형성한다. 레지스트층(500)은 큐어링(curing)이 가능한 큐어러블 코팅층(curable coating layer)으로 형성될 수 있다. 레지스트층(500)은 감광성 요소들을 포함하는 레진(resin), 예컨대, 감광성 레진으로 형성될 수 있다. 레지스트층(500)은 포토레지스트 물질로 형성될 수 있다. 레지스트층(500)은 템플레이트(도 1의 100)의 나노 구조물의 전사 패턴(120)들이 전사될 임프린팅이 가능한 매질(imprintable medium)로 형성될 수 있다. 레지스트층(500)은 포토레지스트 물질을 스핀 코팅(spin coating)하여 기판(400) 상에 형성될 수 있다.
레지스트층(500)의 일부 영역을 큐어링하여 유출 배리어 영역(510)을 형성한다. 배리어 포토마스크(도 1의 300)을 이용하여 레지스트층(500)의 일부 영역에만 선택적으로 노광 광, 예컨대, 자외선 광이 조사되도록 하여, 자외선 광에 의한 큐어링을 유도하는 배리어 노광 과정을 수행할 수 있다. 배리어 포토마스크(300)의 투광 영역(도 3의 313, 314)이 레지스트층(500)의 일부 영역, 즉, 유출 배리어 영역(510)이 형성될 부분에 정렬되도록, 배리어 포토마스크(300)를 레지스트층(500) 상에 도입하고, 노광을 수행하여 노광 광이 투광 영역(도 3의 313, 314)을 통해 유출 배리어 영역(510)이 형성될 부분에 조사되도록 배리어 노광을 수행할 수 있다.
배리어 노광 과정은 유출 배리어 영역(510)을 레지스트층(500)에 형성하는 큐어링 과정일 수 있다. 자외선에 의해 큐어링된 레지스트층 부분이 유출 배리어 영역(510)으로 형성될 수 있다. 유출 배리어 영역(510)을 이루는 큐어링된 레지스트층 부분은, 큐어링되지 않은 부분(520)에 비해 더 유동성 또는 흐름성이 낮은 상태로 경화된 상태일 수 있다. 이에 따라, 큐어링되지 않은 부분(520)이 그 영역 바깥으로 흘러나가 유출되는 움직임을 방지하고 막는 역할, 예컨대 댐(dam)과 같은 역할을 유출 배리어 영역(510)이 할 수 있다. 레지스트층(500)의 큐어링되지 않은 부분(520)은 템플레이트(도 1의 100)의 패턴 영역(도 1의 220)에 대응되는 부분으로 임프린트가 가능한 유동성을 유지하고 있는 영역일 수 있다. 레지스트층(500)의 큐어링되지 않은 부분(520)은 템플레이트(도 1의 100)의 패턴 영역(도 1의 220)의 전사 패턴(도 1의 120)들이 전사될 패턴 전사 영역(pattern transferring region: 520)으로 설정될 수 있다. 유출 배리어 영역(510)은 큐어링되어 경화된 레지스트 부분으로 이루어지므로 패턴 전사가 이루어지지 않는 패턴 전사 금지 영역일 수 있다.
배리어 포토마스크(도 1의 300)을 이용한 노광 과정은 레지스트층(500)의 노광 샷 영역(exposure shot region: 도 4의 530)에 대해 수행될 수 있다. 도 5에 제시된 바와 같이, 제1노광 샷 영역(531) 상에 배리어 포토마스크(300)를 정렬하고, 노광 광을 조사하여 제1배리어 노광을 수행할 수 있다. 도 6에 제시된 바와 같이, 제1노광 샷 영역(531)에 이웃하는 제2노광 샷 영역(533) 상에 배리어 포토마스크(300)를 정렬하고, 노광 광을 조사하여 제2배리어 노광을 수행할 수 있다.
노광 샷 영역(530)은 템플레이트(도 1의 100)의 임프린트 샷 영역(210)에 대응되는 영역일 수 있다. 유출 배리어 영역(510)은 템플레이트(도 1의 100)의 패턴 금지 영역(230, 240)에 대응되는 영역으로 형성될 수 있다. 유출 배리어 영역(510)은 템플레이트(도 1의 100)의 경계 영역(도 1의 230)에 해당되는 유출 배리어 경계 영역(513)과, 템플레이트(도 1의 100)의 중간 영역(도 1의 240)에 해당되는 유출 배리어 중간 영역(514)을 포함할 수 있다. 제2노광 샷 영역(533) 상에 배리어 포토마스크(300)는 제1노광 샷 영역(531)의 유출 배리어 경계 영역(513)에 제1투광 영역(313)이 중첩되도록 정렬될 수 있다. 이에 따라, 유출 배리어 경계 영역(513)이 제1노광 샷 영역(531)과 제2노광 샷 영역(533) 사이의 경계 부분에 위치하도록 할 수 있다.
도 7은 노광 샷 영역(도 4의 530)들에 대해서 순차적으로 배리어 노광 과정들을 수행하여, 기판(400) 상의 전체 레지스트층(500)에 유출 배리어 영역(510)을 형성한 평면 형상을 보여준다. 유출 배리어 중간 영역(514) 및 유출 배리어 경계 영역(513)을 포함하는 유출 배리어 영역(510)은 포토마스크(300)를 이용하여 레지스트층(500) 부분을 선택적으로 노광하여 과정으로 형성될 수 있다. 유출 배리어 영역(510)은 레지스트층(500)의 패턴 전사 영역(520)을 창(window)로 설정하는 격자 형상으로 형성될 수 있다. 노광 샷 영역(530) 내에 다수의 패턴 전사 영역(520)들이 유출 배리어 중간 영역(514)에 이해 상호 이격되도록 배치되고, 유출 배리어 경계 영역(513)이 패턴 전사 영역(520)들을 둘러싸도록 형성될 수 있다.
도 8 내지 도 12는 일 예에 따른 레지스트층(500)에 나노임프린트로 패턴 전사하는 과정을 보여준다. 도 13 및 도 14는 레지스트 유출 부분(500E)이 발생되는 현상을 보여주는 도면들이다.
도 8을 참조하면, 유출 배리어 영역(510)이 형성된 레지스트층(500) 상에 템플레이트(100)를 도입한다. 템플레이트(100)의 패턴면(111)이 임프린트가 가능한 매질층으로 코팅된 레지스트층(500)에 대향되도록 템플레이트(100)를 반도체 물질의 기판(100) 상에 정렬시킨다. 템플레이트(100)의 메사부(110)의 에지(edge)들이 유출 배리어 경계 영역(513)들에 정렬되도록 템플레이트(100)를 정렬시킬 수 있다. 템플레이트(100)의 패턴면(111)에서 전사 패턴(120)들이 그룹으로 묶인 패턴 영역(220)이 레지스트층(500)의 패턴 전사 영역(520)에 정렬되도록 템플레이트(100)가 레지스트층(500) 상에 정렬될 수 있다.
도 9를 참조하면, 레지스트층(500)의 패턴 전사 영역(520)에 템플레이트(100)의 패턴 영역(220)에 구비된 전사 패턴(120)들이 접촉하도록 템플레이트(100)를 하강시킨 후, 템플레이트(100)를 가압 또는 프레스(press)하여 전사 패턴(120)들을 패턴 전사 영역(520)의 레지스트 물질이 모두 채워 전사 패턴(120)들이 레지스트층(500)의 패턴 전사 영역(520)에 묻히도록 하는 임프린트(imprint) 단계를 수행한다. 이때, 전사 패턴(120)들이 패턴 전사 영역(520)에 임프린트되며, 패턴 전사 영역(520) 내에 위치하고 있던 레지스트 물질들이 유동되어 레지스트 물질의 일부 부분(521)이 패턴 전사 영역(520) 바깥으로 유출될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 유출 배리어 영역(510)이 레지스트 물질의 유동을 막는 댐으로 역할하고 있어, 유출되는 부분(521)이 이동할 수 있는 거리 및 양은 유출 배리어 영역(510)에 의해 막혀 제한될 수 있다. 레지스트 물질의 유출되는 부분(521)은 템플레이트(100)의 메사부(110)의 측면(113)에까지 도달하지 못하고, 유출 배리어 영역(510)에 의해서 유출 배리어 영역(510)의 상측 표면(511)을 일부 덮는 정도로 이동이 제한될 수 있다.
레지스트층(500)에 유출 배리어 영역(510)을 형성하지 않은 비교예는 도 13에서와 같이 제시될 수 있다. 도 13은 기판(400R) 상에 스핀 코팅된 레지스트층(500R)에 유출 배리어 영역(도 9의 510)을 형성하지 않은 경우를 예시하고 있다. 레지스트층(500R)에 메사부(110R)를 접촉시켜 임프린트를 진행할 경우, 레지스트층(500R)이 메사부(110R)에 의해 눌리는 힘에 의해서 레지스트층(500R)을 이루는 레지스트 물질이 메사부(110R) 바깥으로 유동되어 유출될 수 있다. 메사부(110R)의 측면(113R)의 표면 장력(surface tension)에 의해서 레지스트 유출 부분(500E)은 메사부(110R)의 측면(113R)을 덮도록 연장될 수 있다. 이때, 레지스트 유출 부분(500E)은 메사부(110R)의 측면(113R)을 덮도록 연장되며, 메사부(110R) 바깥에 위치하는 레지스트층 부분(501R)으로부터 메사부(110R)의 측면(113R)으로도 레지스트 물질의 이동이 유발될 수 있다. 이에 따라, 메사부(110R) 바깥에 위치하는 레지스트층 부분(501R)에서 두께(500G)의 감소가 유발될 수 있다. 이와 같이 발생된 레지스트 유출 부분(500E)이나 레지스트층 부분(501R)에서 두께(500G)의 감소는, 임프린트 후 잔류하는 레지스트층의 잔여층(residual layer)의 두께 불균일성을 야기할 수 있다. 레지스트층의 잔여층의 두께 불균일성은 패턴 불량을 야기하는 주요한 요인으로 작용할 수 있다.
도 9를 도 13과 함께 다시 참조하면, 유출 배리어 영역(도 9의 510)은 전사 패턴(120)들이 레지스트층(500)의 패턴 전사 영역(520)의 레지스트 물질에 의해 채워지는 임프린트 동작이 수행될 때, 눌려지는 압력에 의해서 레지스트 물질이 유출되는 현상을 억제하거나 막는 역할을 할 수 있다. 유출 배리어 경계 영역(513)들은 템플레이트(100)의 메사부(110)의 에지들에 인근하도록 위치하고 있어, 템플레이트(100)의 메사부(110)의 측면(113)에까지 레지스트 유출 부분(521)이 확장하는 것을 유효하게 막아줄 수 있다. 유출 배리어 영역(510)에 의해서 레지스트 유출 부분(521)이 확장되는 것이 억제되므로, 도 13에서 묘사된 바와 같이 레지스트 유출 부분(도 13의 500E)은 메사부(도 13의 110R)의 측면(도 13의 113R)을 덮도록 확장되는 현상을 방지할 수 있다. 이에 따라, 레지스트층(500)의 잔여층의 두께 균일성을 개선할 수 있다.
도 9를 참조하면, 유출 배리어 중간 영역(514)들은 레지스트 물질의 유동 또는 유출을 막는 댐 또는 배리어로서 역할을 하면서, 또한, 템플레이트(100)의 메사부(110)가 압력에 의해 휘어져 낮아지는 현상(lowering) 또는 보우잉(bowing) 현상을 억제하는 역할을 할 수 있다. 유출 배리어 중간 영역(514)들은 메사부(110)의 패턴면(111)을 중간 중간 지지하는 지지부(supporter)로 작용하여, 메사부(110)에 스탬핑(stapping)하는 압력이 인가될 때 메사부(110)가 휘어지지 않도록 유도할 수 있다.
레지스트층(500)에 유출 배리어 중간 영역(514)들을 형성하지 않은 비교예는 도 14에서와 같이 제시될 수 있다. 도 14는 기판(400R) 상에 스핀 코팅된 레지스트층(500R)에 유출 배리어 중간 영역(도 9의 514)들을 형성하지 않은 경우를 예시하고 있다. 레지스트층(500R)에 메사부(110R)를 접촉시켜 임프린트를 진행할 경우, 레지스트층(500R)이 메사부(110R)에 인가되는 스탬핑 압력에 의해서 메사부(110R)의 중앙 부분(110B)이 레지스트층(500R)으로 볼록하게 휘어지는 보우잉 현상이 유발될 수 있다. 메사부(100R)의 볼록하게 휘어진 중앙 부분(100B)은 접촉하고 있는 레지스트층(500R) 부분에 더 큰 압력을 전달하게 되고, 레지스트층(500R)의 레지스트 물질이 메사부(100R) 더 많이 유출되도록 할 수 있다. 이에 따라, 메사부(110R)의 측면(113R)에 까지 레지스트 유출 부분(500E)이 확장되는 불량이 유발될 수 있다.
도 9를 도 14와 함께 다시 참조하면, 유출 배리어 중간 영역(514)들은 임프린트 과정이 진행될 때, 메사부(110)의 패턴면(111)을 중간 중간 지지하는 지지부(supporter)로 작용할 수 있다. 유출 배리어 중간 영역(514)들에 의해서, 메사부(110)가 휘어지지 않도록 지지되므로, 메사부(110)의 전사 패턴(120)들이 접촉하고 있는 패턴 전사 영역(520)의 레지스트 물질에 과다한 압력이 인가되는 것이 억제되거나 방지될 수 있다. 이에 따라, 레지스트 물질이 유출되는 현상이 억제하거나 방지될 수 있다. 이에 따라, 레지스트층(500)의 잔여층의 두께 균일성을 개선할 수 있다. 레지스트층(500)의 잔여층의 두께 균일성을 개선되므로, 레지스트층(500)에 보다 정교하고 정확한 형상의 패턴들이 임프린트될 수 있다.
도 10을 참조하면, 템플레이트(100)의 메사부(110)의 전사 패턴(120)들이 레지스트층(500)을 이루는 레지스트 물질로 채워진 상태에서, 레지스트층(500) 부분, 예컨대, 레지스트층(500)의 패턴 전사 영역(520) 부분을 큐어링(curing)한다. 템플레이트(100)의 메사부(110)의 전사 패턴(120)들이 레지스트층(500)을 이루는 레지스트 물질로 채워진 상태에서, 노광 광, 예컨대, 자외선 광을 메사부(110)을 투과하여 레지스트층(500)에 조사한다. 자외선 광의 조사에 의해서 패턴 전사 영역(520)이 큐어링되어 경화되고, 큐어링된 패턴 전사 영역(522) 표면 부분에서 전사 패턴(120)들을 채우는 레지스트 물질 부분은 레지스트 패턴(529)들로 경화될 수 있다. 이에 따라, 전사 패턴(120)들의 형상이 전사된 레지스트 패턴(529)들이 패터닝 또는 임프린트된다.
도 11을 참조하면, 레지스트층(500)의 제1임프린트 샷 영역(571)에 레지스트 패턴(529)들을 임프린트한 후에, 템플레이트(100)를 이탈시키고, 이웃하는 제2임프린트 샷 영역(572)으로 템플레이트(100)를 이동 및 정렬하여 다시 임프린트 과정을 수행할 수 있다. 템플레이트(100)를 사용하여 반복적으로 임프린트를 수행하는 스텝 앤 리피트(step and repeat) 과정을 수행하여 대면적의 기판(400)의 전체 영역에 대한 임프린트 과정을 수행할 수 있다. 이에 따라, 도 12에 제시된 바와 같이, 기판(400) 전체 영역에서 레지스트층(500)에 레지스트 패턴(529)들이 임프린트될 수 있다.
본 출원에 따르면, 대면적의 기판 상에 나노 스케일 크기의 구조물 또는 나노 구조체를 형성할 수 있다. 나노 구조체는, 선격자를 포함하는 편광판의 제조, 반사형 액정표시장치의 반사 렌즈의 형성 등에 이용할 수 있다. 나노 구조체는 독립적인 편광판의 제조에 사용될 뿐만 아니라, 표시 패널과 일체형인 편광부의 형성에도 이용할 수 있다. 예컨대, 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이(array) 기판이나, 컬러필터 기판 상에 직접적으로 편광부를 형성하는 공정에 이용할 수 있다. 나노 구조체는 나노 와이어 트랜지스터, 메모리의 제작을 위한 주형, 나노 스케일의 도선 패터닝을 위한 나노 구조물과 같은 전기 전자 부품의 주형, 태양 전지와 연료 전지의 촉매 제작을 위한 주형, 식각 마스크와 유기 다이오드(OLED) 셀 제작을 위한 주형 및 가스 센서 제작을 위한 주형에 이용할 수 있다.
상술한 본 출원에 따른 방법 및 구조체들은 집적 회로 칩(integrated circuit chip) 제조에 사용될 수 있다. 결과의 집적 회로 칩은 웨이퍼 형태(raw wafer form)나 베어 다이(bare die) 또는 패키지 형태(package form)으로 제조자에 의해 배포될 수 있다. 칩은 단일 칩 패키지(single chip package)나 멀티칩 패키지 chip package) 형태로 제공될 수 있다. 또한, 하나의 칩은 다른 집적 회로 칩에 집적되거나 별도의 회로 요소(discrete circuit element)에 집적될 수 있다. 하나의 칩은 마더보드(mother board)와 같은 중간 제품(intermediate product)이나 최종 제제품(end product) 형태의 한 부품으로 다른 신호 프로세싱 소자(signal processing device)를 이루도록 집적될 수 있다. 최종 제품은 집적 회로 칩을 포함하는 어떠한 제품일 수 있으며, 장난감이나 저성능 적용 제품(application)으로부터 고성능 컴퓨터 제품일 수 있으며, 표시장치(display)나 키보드(keyboard) 또는 다른 입력 수단(input device) 및 중앙연산장치(central processor)를 포함하는 제품일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 출원의 실시 형태들을 도면들을 예시하며 설명하지만, 이는 본 출원에서 제시하고자 하는 바를 설명하기 위한 것이며, 세밀하게 제시된 형상으로 본 출원에서 제시하고자 하는 바를 한정하고자 한 것은 아니다. 본 출원에서 제시한 기술적 사상이 반영되는 한 다양한 다른 변형예들이 가능할 것이다.
100: 템플레이트,
300: 배리어 포토마스크,
500: 레지스트층,
510: 유출 배리어 영역.

Claims (18)

  1. 기판 상에 레지스트층(resist layer)을 형성하는 단계;
    상기 레지스트층의 일부 부분을 선택적으로 노광하여, 상기 노광된 부분이 상기 노광에 의해 큐어링되어 유출 배리어 경계 영역을 형성하도록 하고, 상기 유출 배리어 경계 영역이 상기 레지스트층의 큐어링되지 않은 영역을 구획짓도록 하는 단계;
    상기 레지스트층 상에 전사 패턴(transferring pattern)들이 모여 배치된 패턴 영역(patternedl region)들, 상기 패턴 영역들 사이에 위치하는 중간 영역, 및 상기 패턴 영역들 외측 바깥을 둘러싸는 경계 영역이 설정된 패턴면(pattern surface)을 제공하는 템플레이트(template)를 정렬시키는 단계; 및
    상기 템플레이트의 상기 전사 패턴들이 상기 레지스트층의 상기 큐어링되지 않은 영역에 묻히도록 상기 레지스트층에 상기 템플레이트를 프레스(press)하는 임프린트(imprint) 단계;를 포함하는 패턴 형성 방법.
  2. 삭제
  3. ◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 유출 배리어 경계 영역을 형성하는 단계는
    투광 영역 및 상기 투광 영역을 제공하는 차광 패턴을 포함하는 포토마스크(photomask)를 상기 투광 영역이 상기 레지스트층의 일부 부분에 정렬되도록 상기 레지스트층 상에 도입하는 단계; 및
    상기 포토마스크에 노광 광을 조사하여 상기 투광 영역을 통해 상기 레지스트층의 일부 부분에 상기 노광 광이 선택적으로 조사되도록 하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제1항에 있어서,
    상기 레지스트층은
    상기 기판 상에 레지스트 물질을 스핀 코팅(spin coating)하여 형성되는 패턴 형성 방법.
  10. 기판 상에 레지스트층(resist layer)을 형성하는 단계;
    상기 레지스트층의 일부 부분을 선택적으로 노광하여, 상기 노광된 부분이 상기 노광에 의해 큐어링되어 격자 형상의 유출 배리어 영역을 형성하도록 하고, 상기 유출 배리어 영역이 상기 레지스트층의 큐어링되지 않은 영역들을 패턴 전사 영역들로 구획짓도록 하는 단계;
    상기 레지스트층에 대면하는 패턴면(pattern surface)에 전사 패턴(transferring pattern)들을 배치한 템플레이트(template)를 상기 레지스트층 상에 도입하는 단계; 및
    상기 템플레이트의 상기 전사 패턴들이 상기 레지스트층의 상기 패턴 전사 영역들에 묻히도록 상기 템플레이트를 프레스(press)하는 임프린트(imprint) 단계;를 포함하는 패턴 형성 방법.
  11. 삭제
  12. ◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제10항에 있어서,
    상기 유출 배리어 영역을 형성하는 단계는
    투광 영역 및 상기 투광 영역을 제공하는 차광 패턴을 포함하는 포토마스크(photomask)를 상기 투광 영역이 상기 레지스트층의 일부 부분에 정렬되도록 상기 레지스트층 상에 도입하는 단계; 및
    상기 포토마스크에 노광 광을 조사하여 상기 투광 영역을 통해 상기 레지스트층의 일부 부분에 상기 노광 광이 선택적으로 조사되도록 하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법.
  13. ◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제10항에 있어서,
    상기 레지스트층은
    상기 기판 상에 레지스트 물질을 스핀 코팅(spin coating)하여 형성되는 패턴 형성 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
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