KR20040084325A - 다중 양각 요소 스탬프를 이용한 나노임프린트 리소그래피공정 - Google Patents

다중 양각 요소 스탬프를 이용한 나노임프린트 리소그래피공정 Download PDF

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KR20040084325A
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Abstract

본 발명은 나노구조물(nanostructures)이 각인된 스탬프(stamp)를 기판(substrate) 위에 도포된 레지스트(photoresist)에 눌러 전사(transfer)함으로써 반복적으로 나노구조물을 제작할 수 있는 UV 나노임프린트 리소그래피(Ultraviolet nanoimprint lithography) 공정에 관한 것이다.
본 발명에 따른 UV 나노임프린트 리소그래피 공정은, 상기 기판 상면에 레지스트를 도포하는 단계와; 형성하고자 하는 나노구조물에 대응되는 나노구조물이 표면에 각인된 스탬프를 이용하여 상온에서 소정의 저압으로 상기 기판에 도포된 레지스트를 가압하는 단계와; 자외선(Ultraviolet ray)을 상기 레지스트에 조사(照査)하는 단계와; 상기 스탬프를 상기 레지스트로부터 분리(relief)하는 단계; 및 상기 성형된 레지스트의 상면을 식각(etching)하여 기판에 나노구조물을 생성하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 스탬프는 적어도 2개 이상의 요소(element) 스탬프들로 구성되며, 서로 이웃한 요소 스탬프들 사이에 상기 각각의 요소 스탬프 상에 형성된 나노구조물의 깊이보다 더 깊은 홈(groove)이 형성된 다중 양각 요소 스탬프인 것을 특징으로 한다.

Description

다중 양각 요소 스탬프를 이용한 나노임프린트 리소그래피 공정{NANOIMPRINT LITHOGRAPHY PROCESS USING AN ELEMENTWISE EMBOSSED STAMP}
본 발명은 UV 나노임프린트 리소그래피 공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노구조물이 각인된 스탬프를 기판 위에 도포된 레지스트에 눌러 전사함으로써 반복적으로 나노구조물을 제작할 수 있는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정에 관한 것이다.
일반적으로 UV 나노임프린트 리소그래피 기술은 경제적??효과적으로 나노구조물을 제작할 수 있는 기술로, 이를 구현하기 위해서는 나노 스케일에서의 물리현상을 고려한 재료기술, 스탬프 제작기술, 점착방지막 기술, 식각기술, 측정 분석기술 등이 필요하며, 나노 스케일의 정밀제어기술은 기본이 된다.
이러한 공정기술은 초고속 나노 스케일의 Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors (MOSFETs), Metal-Semiconductor Field-Effect Transistors (MESFETs), 고밀도 자기판장장치, 고밀도 Compact Disk (CD), 나노 스케일의 Metal-Semiconductor-Metal Photodetectors (MSM PDs), 초고속, Single-Electron Transistor Memory 등에 적용될 수 있다.
1996년 미국 프린스턴 대학의 Chou 교수 등이 최초로 개발한 나노임프린트 공정에서는 전자빔 리소그래피 공정을 이용하여 제작한 나노 스케일의 부조 구조물을 가진 스탬프를 polymethylmethacrylate (PMMA) 재질의 레지스트가 코팅되어 있는 기판 표면에 고온 조건에서 누른 후 냉각과정을 거쳐 분리하게 된다. 따라서 레지스트에는 스탬프에 각인된 나노구조물이 정반대 형태로 임프린트되고, 이방성 식각 작업을 거쳐 레지스트 표면에서 눌려진 부분에 남아 있는 잔여 레지스트를 완전히 제거하게 된다. 2001년에는 나노임프린트 기법의 일종인 Laser-Assisted Direct Imprint (LADI)가 개발되었다. 이 기법은 308 nm 파장의 Single 20 ns Excimer laser를 사용하여 실리콘 웨이퍼(silicon wafer) 또는 실리콘 웨이퍼 위에 에 코팅된 레지스트를 순간적으로 녹여 임프린트하는 방법이다. 또한, 유사한 방식으로 고분자에 적용한 Nanosecond Laser-Assisted Nanoimprint Lithography (LA-NIL)에서는 고분자 소재의 레지스트에 100 nm 선폭과 90 nm 깊이의 나노구조물을 임프린트 하였다.
상기한 나노임프린트 기술들은 고온에서 공정이 이루어진다. 이는다층화(multi-layer) 작업이 필수적인 반도체 소자(device) 개발에 있어, 열변형에 의해 다층 정렬(alignment)이 어렵다는 단점을 가지고 있다. 그리고 점도가 큰 레지스트를 임프린트하기 위해서는 고압(30 기압 정도)의 가압력이 필요하기 때문에 이미 제작된 나노구조물의 파손 및 손상을 일으킬 소지가 있고, 사용되는 불투명한(opaque) 스탬프는 다층 정렬작업에 불리하게 작용한다.
이러한 문제들을 해결하기 위해 텍사스 오스틴 대학의 Sreenivasan 교수 등은 1999년에 Step & Flash Imprint Lithography (SFIL) 공정기술을 제안하였다. 이 공정은 자외선 경화 소재를 사용하여 상온 저압으로 나노구조물을 제작할 수 있는 기법으로, 자외선이 투과할 수 있는 재질(quartz, Pyrex glass 등)을 스탬프 소재로 사용한다는 점이 특징이다.
SFIL 공정에서는 먼저 전달층(transfer layer)이 실리콘 기판 위에 스핀 코팅 된다. 다음으로 자외선 투과성 스탬프가 전달층과 일정간격이 유지된 상태에서 점성(viscosity)이 낮은 자외선 경화수지를 표면장력에 의하여 나노구조물 안으로 충전되도록 한다. 충전이 완료된 시점에서 스탬프를 전달층과 접촉시키고, 자외선을 조사하여 수지를 경화시킨 후, 스탬프를 분리하고 식각과정과 lift-off 과정을 거쳐 나노구조물이 기판 위에 각인되도록 하는 것이다.
SFIL의 또 다른 특징은 Step & Repeat 방식으로 전체 기판을 한 번에 임프리트하는 것이 아니라 소요소 크기의 스탬프를 사용하고 여러 번 반복하여 임프린트하는 방식을 채택하고 있다는 점이다. 이 방식은 작은 면적을 가진 스탬프를 사용하기 때문에 스탬프 위에 각인된 나노구조물에 수지를 충전시키는 데는 효율적이나, 대면적의 기판를 임프린트하는 경우에 매번 정렬 작업과 나노임프린트 공정을 수행하게 되므로 전체 공정 시간이 매우 길어지는 단점이 있다.
그리고 대면적의 기판에 나노임프린트하기 위하여, 도 19a 및 도 19b에 도시된 바와 같이, 하나의 스탬프(6)에 복수 개의 나노구조물(103)을 형성하고, 이를 기판(5)의 상면에 도포된 레지스트(20)에 압착시킴으로써 상기 기판(5)에 대응되는 나노구조물을 형성할 수 있다. 그러나 스탬프(6)의 압착에 의해 점성이 낮은 레지스트(20)는 도 19b에 도시된 바와 같이 양쪽 가장자리 쪽으로 유동이 발생하기 때문에(화살표 참조) 안쪽 부분의 레지스트 분포가 불균일하거나 불순물이 존재할 경우 레지스트가 스탬프(6) 상의 나노구조물(103) 내로 완전 충전되지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 그 목적은 각각의 요소 스탬프가 홈으로 구분된 다중 양각 요소 스탬프를 UV 나노임프린트 리소그래피 공정에 적용함으로써, 공정 시 각 양각의 요소 스탬프에서 잔여 레지스트가 각 요소 스탬프 사이의 홈으로 유입되도록 하여 각 요소 스탬프의 완전 충전을 보장하고, 대면적의 기판에 고정밀, 고품질의 나노구조물을 빠른 시간 내에 효율적으로 형성할 수 있는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정을 제공 하는 것이다.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명에 따른 UV 나노임프린트 리소그래피 공정을 설명하기 위하여 도시한 공정도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 양각 요소 스탬프를 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A 선을 따라 절단하여 본 단면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 양각 요소 스탬프를 다이싱(dicing) 공정으로 요소 스탬프들을 양각화(embossing)하는 공정을 설명하기 위하여 도시한 공정도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 양각 요소 스탬프를 식각(etching) 공정으로 요소 스탬프들을 양각화하는 공정을 설명하기 위하여 도시한 공정도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 다중 양각 요소 스탬프를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 다중 양각 요소 스탬프를 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 다중 양각 요소 스탬프를 도시한 단면도이다.
도 9a 및 도 9b는 각각 스핀 코팅 방식으로 기판에 레지스트가 도포된 모습을 도시한 평면도와 단면도이다.
도 10a 및 도 10b는 각각 액적 도포 방식으로 기판에 레지스트가 도포된 모습을 도시한 평면도와 단면도이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 다중 양각 요소 스탬프의 각각의 요소 스탬프에 직접 레지스트 액적을 도포하여 기판에 레지스트를 도포하는 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 12a 및 도 12b는 각각 마스크를 이용한 분사 방식으로 기판에 레지스트가 도포된 모습을 도시한 평면도와 단면도이다.
도 13a는 마스크를 이용한 분사 방식에 사용되는 마스크를 도시한 평면도이고, 도 13b는 도 13a의 B-B 선을 따라 절단하여 본 단면도이다.
도 14a 및 도 14b는 마스크를 이용한 분사 방식을 설명하기 위한 공정도이다.
도 15a 및 도 15b는 본 발명에 따른 다중 양각 요소 스탬프를 이용하여 레지스트가 스핀 코팅된 기판 위에 나노임프린트하는 경우 잔여(residual) 레지스트가 홈으로 유입되는 현상을 설명하기 위한 단면도이다.
도 16a 및 도 16b는 본 발명에 따른 다중 양각 요소 스탬프를 이용하여 레지스트 액적이 선택적으로 도포된 기판 위에 나노임프린트하는 경우 잔여 레지스트가홈으로 유입되는 현상을 설명하기 위한 단면도이다.
도 17a 및 도 17b는 본 발명에 따른 다중 양각 요소 스탬프를 이용하여 레지스트가 분사 방식으로 도포된 기판 위에 나노임프린트하는 경우 잔여 레지스트가 홈으로 유입되는 현상을 설명하기 위한 단면도이다.
도 18은 본 발명에 따른 다중 양각 요소 스탬프를 이용하여 대면적의 기판에 대한 나노임프린트 공정에 있어서 기판의 가장자리에 요소 스탬프들을 선택적으로 사용하여 대면적 기판의 사용률을 최대화하는 기법에 대한 개념도이다.
도 19a 및 도 19b는 종래의 평평한 스탬프를 이용하여 레지스트가 스핀 코팅된 기판 위에 나노임프린트하는 경우 잔여 레지스트가 이동하는 방향으로 도시한 단면도이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 UV 나노임프린트 리소그래피 공정은, 상기 기판 상면에 레지스트(resist)를 도포하는 단계와; 형성하고자 하는나노구조물에 대응되는 나노구조물이 표면에 형성된 스탬프를 상온에서 상기 레지스트 상면에 접촉시켜 소정의 저압력으로 가압하는 단계와; 자외선을 상기 레지스트에 조사(照査)하는 단계와; 상기 스탬프를 상기 레지스트로부터 분리하는 단계; 및 상기 레지스트가 도포된 기판의 상면을 식각(etching)하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 스탬프는 적어도 2개 이상의 요소(element) 스탬프들로 구성되며, 서로 이웃한 요소 스탬프들 사이에 상기 각각의 요소 스탬프 상에 형성된 나노구조물의 깊이보다 더 깊은 홈(groove)이 형성된 다중 양각 요소 스탬프인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 다중 양각 요소 스탬프는 그 표면에 형성된 나노구조물의 깊이보다 상기 홈의 깊이가 2 배 내지 1000 배의 범위에 속할 만큼 더 깊게 형성되는 것이 바람직하며, 또한 상기 다중 양각 요소 스탬프에 형성되는 홈은 그 측면이 경사지게 형성될 수 있다.
상기 다중 양각 요소 스탬프는 자외선 투과가 가능한 수정(quartz), 유리, 사파이어(sapphire), 다이아몬드 등을 포함하여 이루어지는 군에서 선택되는 소재로 이루어지는 것이 바람직하며, 판재(plate) 형태의 소재 한 쪽 표면에 미세형상 가공공정을 통해 각 요소 스탬프에 해당하는 나노구조물을 각인하는 단계; 및 상기 요소 스탬프 사이에 홈을 가공하는 단계를 포함하는 공정을 거쳐 다중 양각 요소 스탬프로 제작된다. 이러한 다중 양각 요소 스탬프는 홈을 먼저 가공한 후에 나노구조물을 각인하여 제작될 수도 있다.
홈을 가공하는 단계는 다이싱(dicing), 레이저(laser) 또는 식각(etching)공정을 이용할 수 있다.
상기 다중 양각 요소 스탬프는 별개의 요소 스탬프들을 제작하여 판재 형태의 스탬프용 소재에 부착하여 형성할 수 있다. 즉, 나노구조물이 각인된 판재 형태의 스탬프를 여러 개의 요소 스탬프들로 절단하는 단계; 및 상기 절단된 요소 스탬프들을 판재 형태의 소재에 일정한 간격을 유지하면서 접착하는 단계를 포함하는 공정을 통하여 다중 양각 요소 스탬프로 제작될 수 있다.
여기서, 상기 요소 스탬프들을 접착하는 단계는 상기 판재 형태의 소재의 한 쪽 면에 일정한 간격으로 부착하고자 하는 요소 스탬프들의 개수와 동일한 개수의 얕은 홈 또는 관통공을 형성하고, 이 홈 또는 관통공에 상기 요소 스탬프들을 끼워 넣어 접착할 수 있다.
상기 요소 스탬프들을 접착하는 단계에서 사용되는 접착제는 소정의 온도 이상에서 접착력이 소멸되는 특징이 있는 것을 적용함으로써 필요에 따라 개별적으로 각 요소 스탬프들을 선택적으로 교체할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 UV 나노임프린트 리소그래피 공정에 있어서, 상기 레지스트를 도포하는 단계는 스핀 코팅(spin coating) 방식 또는 액적 도포(droplet dispensing) 방식으로 도포할 수 있으며, 액적 도포 방식에 있어서는 레지스트 액적을 상기 다중 양각 요소 스탬프의 각 요소 스탬프들에 직접 도포하는 것도 가능하다.
뿐만 아니라, 상기 레지스트를 도포하는 단계는 분사(spray) 방식으로 이루어질 수 있으며, 이러한 분사 방식은 상기 다중 양각 요소 스탬프의 각 요소 스탬프들에 대응되는 위치에 구멍(opening)이 형성된 마스크를 상기 기판 위에 설치하고, 그 위에 레지스트를 분사함으로써 상기 기판의 상면에 레지스트를 도포할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명에 따른 UV 나노임프린트 리소그래피 공정을 설명하기 위하여 도시한 공정도이다.
기판(5) 상에 나노구조물(5a)을 형성하기 위하여, 먼저 기판(5) 상면에 레지스트(20)를 도포한다.(도 1a 참조) 이 때, 레지스트(20)로는 UV 경화성 고분자 소재를 적용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 기판(5) 상에 형성하고자 하는 나노구조물(5a)에 대응되는 나노구조물(103)이 형성된 스탬프(10)를 상기 레지스트(20) 상면에 접촉시켜 소정의 저압력으로 가압한다.(도 1b 참조) 이 때, 상기 스탬프(10)로는 이웃한 각각의 요소 스탬프들 사이에 홈(groove)(104)이 형성된 다중 양각 요소 스탬프가 사용된다.
다음으로, 자외선을 레지스트(20)에 조사(照査)한다.(도 1c 참조) 이 때, 상기 다중 양각 요소 스탬프(10)를 자외선이 투과되는 소재로 제작함으로써 자외선이 레지스트(20)에 조사된다.
다음으로, 다중 양각 요소 스탬프(10)를 레지스트(20)로부터 분리해낸다.(도 1d 참조)
다음으로, 레지스트(20)가 도포된 기판(5)의 상면을 식각(etching)한다.(도1e 참조) 그리고 기판 상면에 남아있는 레지스트를 식각하면 기판(5) 상에 나노구조물(5a)이 형성되게 된다.(도 1f 참조)
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 양각 요소 스탬프를 도시한 평면도이고, 도 3은 도 2의 A-A 선을 따라 절단하여 본 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 다중 양각 요소 스탬프(10)는 상하좌우로 배열되는 다중의 요소 스탬프(102)들이 각각 양각화(embossing)되어 있으며, 이웃한 요소 스탬프들 사이에는 홈(104)이 형성되어 있다. 그리고 각 요소 스탬프(102) 상에는 전자빔 리소그래피(electron-beam lithography) 공정 등과 같은 미세형상 가공공정을 이용하여 각인된 나노구조물(103)이 형성되어 있다.
이 때, 상기 홈(104)의 깊이(hG)는 상기 나노 몰드 구조물(103)의 깊이(hS)보다 더 깊게 형성되는 바, 2 배 내지 1000 배의 범위에 속할 만큼 더 깊게 형성되는 것이 바람직하다. 홈(104)의 깊이(hG)가 2 배 미만일 경우에는 나노 몰드 구조물(103)의 깊이(hS)와 차이가 크지 않아 홈으로 유입되는 레지스트가 홈의 바닥면에 닿게 되어 본 발명에서 목적하는 기능을 달성할 수 없고, 1000 배 초과일 경우에는 스탬프의 강도가 약해져서 나노임프린트시 파손될 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 나노임프린트 리소그래피 공정 수행 시 및 공정 후에 각 요소 스탬프(102) 사이에 가공된 홈(104)의 바닥면은 기판의 표면에 도포된 고분자 소재의 레지스트 또는 잔여 레지스트와 접촉하지 않게 된다.
또한 본 실시예에서 상기 홈(104)의 측면은 경사지게 형성되는 바, 홈(104)의 바닥면에 수직인 직선과 홈(104)의 측면에 나란한 직선이 만나서 이루는 각도를 θS라고 할 때, θS를 0°내지 60°의 범위에 속하도록 하는 것이 바람직하다. 0°미만일 경우에는 분리력이 증가하게 되는 문제점이 있고, 60°초과일 경우에는 분리력 감소효과가 줄어들고, 홈의 깊이를 증가시키는 경우에 요소 스탬프들 사이의 간격이 필요 이상으로 증가하는 문제점이 있다. 이렇게 홈(104)의 측면을 경사지게 형성함으로써 그 측면이 직각인 경우에 비해 임프린트 시 레지스트의 유동을 더욱 원활하게 할 수 있으며, 공정 후 분리력도 더욱 감소시킬 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다중 양각 요소 스탬프를 다이싱(dicing) 공정으로 요소 스탬프를 양각화(embossing)하는 공정을 설명하기 위하여 도시한 공정도이다.
다중 양각 요소 스탬프(10)를 제작하기 위해서, 수정(quartz), 유리, 사파이어(sapphire), 또는 다이아몬드 등과 같은 자외선이 투과되는 소재를 판재(plate) 형태로 가공하고, 그 한 쪽 표면에 전자빔 리소그래피 공정 등의 미세형상 가공공정을 이용하여 일정한 간격을 두고 각 요소 스탬프(102)에 해당하는 나노구조물(103)을 각인한다.(도 4a 참조)
다음으로 각각의 요소 스탬프(102) 사이의 간격에 다이싱(dicing) 공정을 이용하여 홈(104)을 가공함으로써 여러 개의 양각된 요소 스탬프(102)들을 형성한다. 다이싱 공정을 이용하여 홈(104)을 가공하는 경우에는 다이싱 휠(dicingwheel)(13)의 단면형상에 따라 홈(104)의 단면이 결정되며, 가공 시 발생하게 되는 부스러기(chip)가 나노구조물 위에 떨어지는 것을 막기 위해 다이싱 가공 이전에 스탬프(6)의 표면을 고분자를 이용하여 보호층(12)으로 코팅하고 다이싱 가공이 완료된 후에 다중 양각 요소 스탬프(10)로부터 보호층(12)을 제거한다.(도 4b 내지 도 4d 참조)
한편, 홈(104) 가공을 수행한 후에 전자빔 리소그래피 공정을 이용하여 양각화된 요소 스탬프들 위에 나노구조물(103)을 각인할 수도 있다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다중 양각 요소 스탬프를 식각(etching) 공정으로 요소 스탬프를 양각화하는 공정을 설명하기 위하여 도시한 공정도이다.
다중 양각 요소 스탬프(30)를 제작하기 위해서, 상기 다이싱 공정에서와 마찬가지로, 수정(quartz), 유리, 사파이어(sapphire), 또는 다이아몬드 등과 같은 자외선이 투과되는 소재를 판재(plate) 형태로 가공하고, 그 한 쪽 표면에 전자빔 리소그래피 공정 등의 미세형상 가공공정을 이용하여 일정한 간격을 두고 각 요소 스탬프(302)에 해당하는 나노구조물(303)을 각인한다.
이렇게 나노구조물(303)이 각인된 스탬프(6)의 상면에 자외선 경화 수지층(34)을 도포하고, 요소 스탬프(302)에 해당하는 부분이 막히고 나머지 부분이 뚫려있는 마스크(36)를 기판(6) 위에 일정 간격을 두고 위치시킨 후에 자외선을 노광하고, 요소 스탬프(302)에 해당하는 부분을 제외한 나머지 부분을 반응 이온 식각(reactive ion etching) 등의 공정을 이용하면 직각 단면 홈(304)을 가진 다중양각 요소 스탬프(30)를 제작할 수 있다.
도 6 내지 도 8은 각각 본 발명의 제3 내지 제5 실시예에 따른 다중 양각 요소 스탬프를 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 전자빔 리소그래피 공정 등을 이용하여 나노구조물(413)이 각인된 스탬프를 절삭가공(dicing, laser 등)을 이용하여 여러 개의 요소 스탬프(41)들로 절단(cutting)하고, 스페이스 바(spacer) 등을 사용하여 각각을 일정한 간격을 유지하도록 하면서 접착제(adhesive)(42)를 사용하여 판재 형태의 스탬프용 소재(수정, 유리, 사파이어, 다이아몬드 등)(3)에 접착시켜서 다중 양각 요소 스탬프(40)를 제작할 수 있다. 이 때 사용된 접착제(42)는 자외선이 투과되는 것이어야 하며, 상기 요소 스탬프(41)가 부착되지 않은 부분이 자연스럽게 홈의 역할을 하게 된다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 절단된 요소 스탬프(51)들의 접합 위치를 잡기 위해서 스탬프용 판재 소재(7)에 얕은 홈(7a)을 파고, 이 홈(7a)에 상기 요소 스탬프(51)를 끼워 넣어 접착하여 다중 양각 요소 스탬프(50)를 형성할 수 있으며, 도 8에 도시된 바와 같이, 스탬프용 판재 소재(8)에 관통공(8a)을 형성하고, 이 관통공(8a)에 요소 스탬프(61)를 끼워 넣어 접착하여 다중 양각 요소 스탬프(60)를 형성할 수도 있다. 특히 관통공(8a)을 형성하여 요소 스탬프(61)를 접착하는 경우에 접착제(62)는 상기 관통공(8a)의 내주면을 따라 도포된다.
한편, 일정 온도 또는 그 이상의 온도에서 접착력이 소멸되는 접착제를 사용하면 각 요소 스탬프를 필요에 따라 개별적·선택적으로 교체할 수 있으므로, 고가의 스탬프 제작 비용을 절감할 수 있다.
이하에서는 기판 상에 고분자 소재의 레지스트를 도포하는 다양한 방식을 설명한다.
레지스트 도포 방식에는 스핀 코팅(spin coating) 방식, 액적 도포(droplet dispensing) 방식, 및 분사(spray) 방식이 포함된다.
도 9a 및 도 9b는 각각 스핀 코팅 방식으로 기판에 레지스트가 도포된 모습을 도시한 평면도와 단면도이고, 도 10a 및 도 10b는 각각 액적 도포 방식으로 기판에 레지스트가 도포된 모습을 도시한 평면도와 단면도이다.
도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 스핀 코팅 방식은 기판(5) 상면 전체에 균일한 두께로 레지스트(20)를 도포하는 방식이며, 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 액적 도포 방식은 하나(single) 또는 다수(multiple)의 노즐을 이용하여 각 요소 스탬프의 기하적인 중심에 해당하는 위치에 미량의 레지스트 액적(23)을 떨어뜨리는 방식이다.
한편, 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 레지스트 액적(27)을 각 요소 스탬프(102)에 하나 또는 다수의 노즐(17)을 이용하여 직접 도포하고, 이렇게 레지스트 액적(27)이 도포된 다중 양각 요소 스탬프(10)를 기판(5)의 상면에 접촉시켜 저압으로 가압함으로써 UV 나노임프린트 리소그래피 공정을 수행할 수도 있다.
분사 방식에는 마스크(mask) 분사와 노즐 분사 방식이 있다.
도 12a 및 도 12b는 각각 마스크를 이용한 분사 방식으로 기판에 레지스트가 도포된 모습을 도시한 평면도와 단면도이며, 도 13a는 마스크를 이용한 분사 방식에 사용되는 마스크를 도시한 평면도이고, 도 13b는 도 13a의 B-B 선을 따라 절단하여 본 단면도이다. 도 14a 및 도 14b는 마스크를 이용한 분사 방식을 설명하기 위한 공정도이다.
마스크 분사 방식에서는 먼저 요소 스탬프의 횡단면 형상과 같은 형상의 구멍(opening)(15a)을 가진 마스크(15)를 제작하고, 이를 일정한 간격을 두고 기판(5) 위에 설치한 후 그 위에서 하나 또는 다수의 노즐(17)을 이용하여 레지스트를 분사하게 된다. 이 경우에는 기판(5) 위에 도포된 레지스트(25)의 형상은 마스크(15)의 구멍(15a) 형상 즉, 요소 스탬프의 횡단면 형상과 같게 된다.
노즐 방식에서는 하나 또는 다수의 노즐을 사용하여 기판 위에 요소 스탬프의 횡단면 형상으로 레지스트를 선택적으로 도포하게 된다. 노즐 방식으로 레지스트를 도포하는 경우에는 액적을 도포하는 경우에 비해 기판 상면에 도포된 레지스트의 두께 분포를 보다 고르게 할 수 있다.
마스크의 구멍(15a) 형상을 변화시키면 다양한 형상(원형, 복수 개의 방울 등)으로 레지스트(25)를 기판(5)의 표면에 분사할 수 있다.
도 15a 및 도 15b는 본 발명에 따른 다중 양각 요소 스탬프를 이용하여 레지스트가 스핀 코팅된 기판 위에 임프린트하는 경우 잔여 레지스트가 홈으로 유입되는 형상을 나타내기 위한 단면도이고, 도 16a 및 도 16b는 본 발명에 따른 다중 양각 요소 스탬프를 이용하여 레지스트 액적이 선택적으로 도포된 기판 위에 임프린트하는 경우 잔여 레지스트가 홈으로 유입되는 형상을 나타내기 위한 단면도이며, 도 17a 및 도 17b는 본 발명에 따른 다중 양각 요소 스탬프를 이용하여 레지스트가분사 방식으로 도포된 기판 위에 임프린트 하는 경우 잔여 레지스트가 홈으로 유입되는 형상을 나타내기 위한 단면도이다.
위의 각 경우에 있어서, 각각의 요소 스탬프(102)에 의하여 가압된 레지스트(20, 23, 25)는 상기 요소 스탬프(102)의 중심을 기준으로 양쪽으로 퍼져나가게 되며, 동시에 이들 레지스트(20, 23, 25)는 요소 스탬프(102)들 사이에 형성된 홈(104)으로 유입되게 된다. 이 때, 양각의 요소 스탬프(102)들 사이에 가공된 홈(104)으로 잔여 레지스트(20, 23, 25)의 유입량이 상대적으로 크기 때문에 도포된 레지스트(20, 23, 25)의 높이 차에 의해 발생할 수 있는 불완전 충전과 다중 양각 요소 스탬프와 기판의 평탄도(flatness) 오차에 의해 발생할 수 있는 불완전 충전을 최소화할 수 있으며, 공정 후에 레지스트(20, 23, 25)와 요소 스탬프(102)들 사이의 홈(104) 간에 간극(d) 만큼의 공간이 존재하게 되어 다중 양각 요소 스탬프(10)를 기판(5)로부터 분리하는데 소요되는 분리력이 감소하게 된다.
도 18은 본 발명에 따른 다중 양각 요소 스탬프를 이용하여 대면적의 기판에 대한 UC 나노임프린트 리소그래피 공정에 있어서 기판의 가장자리에 대한 임프린트 시 요소 스탬프들을 선택적으로 사용하여 대면적 기판의 사용률을 최대화하는 기법에 대한 개념도이다.
본 발명에 따른 다중 양각 요소 스탬프(10)를 이용하여 대면적의 기판(500)에 UV 나노임프린트 리소그래피 공정을 수행하는 경우에는, 즉 다중 양각 요소 스탬프(10)의 면적에 비해 기판(500)의 면적이 큰 경우에는 UV 나노임프린트 리소그래피를 여러 번 반복적으로 수행할 수 있다. 이 때, 스탬프 위에 제작된 다중의양각 요소 스탬프(102)들을 선택적으로 사용함으로써 기판(500)의 가장자리 부분에 대한 임프린트를 효과적으로 수행할 수 있기 때문에 기판(500)의 사용률을 최대화 할 수 있다.
즉, 도 18에서 보는 바와 같이, 기판(500)의 가장자리 부분을 임프린트하는 경우에는 다중 양각 요소 스탬프(18) 상의 요소 스탬프들 중에서 상기 기판(500)에 포함되는 요소 스탬프(102)(도 18에서 실선으로 표시됨)들에 대해서만 임프린트 공정을 수행하여 나노구조물을 형성할 수 있으며, 기판(500) 밖의 요소 스탬프(105)(도 18에서 점선으로 표시됨)들은 사용되지 않게 된다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 다중 양각 요소 스탬프를 이용한 UV 나노임프린트 리소그래피 공정에 의하면, 공정 수행 시 요소 스탬프들 사이에 가공된 홈으로 인해서 실제적으로 양각의 요소 스탬프들이 각각 독립적으로 UV 나노임프린트 리소그래피 공정을 수행하는 것으로써 고분자 소재의 레지스트가 각 요소 스탬프에 각인된 나노 몰드 구조물에 완전 충전(filling) 될 수 있는 효과가 있다. 또한 각각의 요소 스탬프의 면적이 충분히 작기 때문에 양각의 요소 스탬프와 레지스트 사이에 공기 등의 불순물이 존재하게 될 가능성이 매우 낮으며, 잔여 레지스트가 가공한 홈으로 유입되어 나노임프린트에 필요한 압력과 공정 후 스탬프의 분리력이 낮아지게 되는 효과가 있다.

Claims (15)

  1. 기판(substrate) 상에 나노구조물(nanostructure)을 형성하기 위한 UV 나노임프린트 리소그래피(ultraviolet nanoimprint lithography) 공정에 있어서,
    상기 기판 상면에 레지스트(resist)를 도포하는 단계;
    형성하고자 하는 나노구조물에 대응되는 나노구조물이 표면에 형성된 스탬프를 상온에서 상기 레지스트 상면에 접촉시켜 소정의 저압력으로 가압하는 단계;
    자외선을 상기 레지스트에 조사(照査)하는 단계;
    상기 스탬프를 상기 레지스트로부터 분리하는 단계;
    상기 레지스트가 도포된 기판의 상면을 식각(etching)하는 단계
    를 포함하고,
    상기 스탬프는 적어도 2개 이상의 요소(element) 스탬프들로 구성되며, 서로 이웃한 요소 스탬프들 사이에 상기 각각의 요소 스탬프 상에 형성된 나노구조물의 깊이보다 더 깊은 홈(groove)이 형성된 다중 양각 요소 스탬프인 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 다중 양각 요소 스탬프는
    각 요소 스탬프의 표면에 형성된 나노구조물의 깊이보다 상기 홈의 깊이가 2 배 내지 1000 배 더 깊은 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다중 양각 요소 스탬프의 요소 스탬프들 사이에 형성되는 홈은 그 양 측면이 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 다중 양각 요소 스탬프는
    자외선 투과가 가능한 수정(quartz), 유리, 사파이어(sapphire), 다이아몬드를 포함하여 이루어지는 군에서 선택되는 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 다중 양각 요소 스탬프는
    판재(plate) 형태의 한 쪽 표면에 미세형상 가공공정을 통해 각 요소 스탬프에 해당하는 나노구조물을 각인하는 단계;
    상기 요소 스탬프 사이 간격에 홈을 가공하는 단계
    를 포함하여
    다중 양각 요소 스탬프로 제작되는 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 다중 양각 요소 스탬프는
    판재 형태의 한 쪽 표면에 일정한 간격을 띄우고 홈을 가공하는 단계;
    상기 서로 이웃하는 요소 스탬프들에 미세형상 가공공정을 통해 나노구조물을 각인하는 단계
    를 포함하여
    다중 양각 요소 스탬프로 제작되는 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    홈을 가공하는 단계는 다이싱(dicing), 레이저(laser) 또는 식각(etching) 공정을 이용하는 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 다중 양각 요소 스탬프는
    나노구조물이 각인된 판재 형태의 스탬프를 각각의 요소 스탬프로 절단하는 단계;
    상기 절단된 요소 스탬프들을 판재 형태의 소재에 일정한 간격을 유지하면서 접착하는 단계
    를 포함하여
    다중 양각 요소 스탬프로 제작되는 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 요소 스탬프를 접착하는 단계는
    상기 판재 형태의 소재의 한 쪽 면에 일정한 간격으로 얕은 홈 또는 관통공을 형성하고, 이 홈 또는 관통공에 상기 각 요소 스탬프를 끼워 넣어 접착하는 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 요소 스탬프를 접착하는 단계에서 사용되는 접착제는 소정의 온도 이상에서 접착력이 소멸되는 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 레지스트를 도포하는 단계는 스핀 코팅(spin coating)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 레지스트를 도포하는 단계는 액적 도포(droplet dispensing) 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 액적 도포 방식은 레지스트 액적을 상기 다중 양각 요소 스탬프의 각 요소 스탬프에 직접 도포하는 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 레지스트를 도포하는 단계는 분사(spray) 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 분사 방식은 상기 다중 양각 요소 스탬프의 각 요소 스탬프에 대응되는 위치에 구멍(opening)이 형성된 마스크를 상기 기판 위에 설치하고, 그 위에 레지스트를 분사함으로써 상기 기판의 상면에 레지스트를 도포하는 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
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