KR20070102658A - 상 변화 조성물을 사용하는 리소그라피 공정 - Google Patents

상 변화 조성물을 사용하는 리소그라피 공정 Download PDF

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KR20070102658A
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다우 코닝 코포레이션
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Abstract

리소그라피 공정(lithography process)은
패턴화된 표면을 갖는 금형에 상 변화 조성물의 상 변화 온도 이상의 온도에서 상 변화 조성물을 충전시키는 단계(A),
당해 상 변화 조성물을 경화시켜 패턴화된 형상(patterned feature)을 형성하는 단계(B),
금형과 패턴화된 형상을 분리시키는 단계(C),
임의로, 패턴화된 형상을 에칭하는 단계(D),
임의로, 금형을 세척하는 단계(E) 및
임의로, 단계(A) 내지 단계(E)를 반복하여 금형을 재사용하는 단계(F)를 포함한다. PCC는 유기 작용성 실리콘 왁스를 포함한다.
리소그라피 공정, 상 변화 조성물, 패턴화된 형상(patterned feature), 에칭, 유기 작용성 실리콘 왁스, 각인 몰딩(imprint molding), 스텝 앤드 플래쉬 각인 몰딩(step and flash imprint molding), 용매 보조 마이크로몰딩(solvent assisted micromolding), 마이크로트랜스퍼 몰딩(microtransfer molding), 모세관내 마이크로몰딩(micromolding in capillaries)

Description

상 변화 조성물을 사용하는 리소그라피 공정{Lithography processes using phase change compositions}
상호 참조
없음.
기술 분야
본 발명은 상 변화 조성물(PCC)을 사용하는 리소그라피 공정(lithography process)에 관한 것이다.
배경
종래의 리소그라피 공정, 예를 들면, 각인 몰딩(imprint molding), 스텝 앤드 플래쉬 각인 몰딩(step and flash imprint molding), 용매 보조 마이크로몰딩(solvent assisted micromolding), 마이크로트랜스퍼 몰딩(microtransfer molding) 및 모세관내 마이크로몰딩(micromolding in capillaries)에서, 패턴을 갖는 금형을 기판 위에 위치시킨다. 액상 층은 다양한 방법으로 패턴화된 금형 표면과 기판 사이에 삽입한다. 이어서, 액체를 경화 또는 용매 제거 공정에 의해 고화시킨다. 금형을 제거하면, 패턴화된 형상(patterned feature)이 기판 위에 남는 다.
몰딩을 위한 이러한 리소그라피 공정은 다양한 단점을 가질 수 있다. 액체가 경화에 의해, 예를 들면, 자외선(UV), 열 또는 둘 다에 노출시킴에 의해 고화시키는 경우, 이는 단계를 추가하고 이러한 공정에 대한 비용이 발생할 수 있다. 특정한 적용은 경화시키는 데 필요한 자외선 또는 열과 양립되지 않을 수 있다. 게다가, 경화된 재료는 에칭하기 어려울 수 있다. 용매를 제거해야 하는 경우, 이는 또한 공정 단계를 추가하며 환경적인 우려를 야기할 수 있다. 게다가, 용매의 제거로 매질 속에서 치수 변경 또는 바람직하지 않은 기포를 형성할 수 있다. 경화된 재료는 또한 제거하기 어려워서 재생능이 낮을 수 있다.
해결하고자 하는 문제
용매 및 경화성 재료와 관련된 문제를 감소시킨 리소그라피 공정에서 사용하기 위한 조성물을 제공할 필요성이 있다.
해결책
PCC는 저온 즉, PCC의 상 변화 온도 이하의 온도에서 고형분이며, 고온, 즉 PCC의 상 변화 온도 이상의 온도에서 유체이다. 용융 상태에서, PCC는 점도가 40cPs 정도로 낮을 수 있다. PCC는 리소그라피 공정에서 사용하여 위에서 논의한 문제를 감소시키거나 제거할 수 있다.
요약
본 발명은 리소그라피 공정에 관한 것이다. 당해 공정은
패턴화된 표면을 갖는 금형에 PCC의 상 변화 온도 이상의 온도에서 PCC를 충전시키는 단계(A),
PCC를 경화시켜 패턴화된 형상을 형성하는 단계(B),
금형과 패턴화된 형상을 분리시키는 단계(C),
임의로, 패턴화된 형상을 에칭하는 단계(D),
임의로, 금형을 세척하는 단계(E) 및
임의로, 단계(A) 내지 단계(E)를 반복하여 금형을 재사용하는 단계(F)를 포함한다.
상세한 설명
달리 지시하지 않는 한, 모든 양, 비 및 %는 중량을 기준으로 한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 다음은 용어 정의 목록이다.
용어 정의 및 사용
"A" 및 "an"은 각각 하나 이상을 의미한다.
"조합"은 둘 이상의 품목을 임의의 방법으로 함께 사용함을 의미한다.
"유기 작용성 실리콘 왁스"는 하나 이상의 ≡Si-O-Si≡ 결합과 Si에 결합된 하나 이상의 유기 왁스성 그룹을 갖는 물질을 의미한다.
"상 변화 온도"는 분자내 쇄 회전을 나타내는 것을 특징으로 할 수 있는, 고상, 결정질 상 또는 유리질 상으로부터 유동성 상으로의 전이를 증명하는 온도 또는 온도 범위를 의미한다.
"실록산"과 "실리콘"은 본원에서 동의어로 사용된다.
"치환된"은 탄화수소 그룹내에서 하나 이상 수소원자가 다른 원자 또는 그룹으로 대체됨을 의미한다. 적합한 치환체는 할로겐 원자, 예를 들면, 염소, 불소 및 요오드; 할로겐 원자-함유 그룹; 산소 원자 함유 그룹, 예를 들면, 카복시작용성 그룹, 알콕시작용성 그룹 및 (메트)아크릴산 작용성 그룹, 및 질소 원자 함유 그룹, 예를 들면, 시아노작용성 그룹, 및 아미노작용성 그룹으로 예시되지만, 이로써 제한되지는 않는다.
리소그라피 공정
리소그라피 공정의 경우, 금형은, 예를 들면, 표면 위에 패턴화된 릴리프 구조를 갖는 마스터에 대해 경화성 실리콘 조성물을 캐스팅하는 복제 몰딩에 의해 제조할 수 있다. 이러한 목적에 적합한 경화성 실리콘 조성물의 예는 미국 미시간주 미들랜드에 소재하는 다우 코닝 코포레이션(Dow Corning Corporation)이 시판하는 실가드(SYLGARD)R 184이다. 이어서, 경화성 실리콘 조성물을 경화시키고, 마스터에서 제거한다. 대안으로, 다른 금형, 예를 들면, 금속, 유기 또는 유리 금형을 사용할 수도 있다.
본 발명의 방법은
패턴화된 표면을 갖는 금형에 PCC의 상 변화 온도 이상의 온도에서 PCC를 충전시키는 단계(A),
PCC를 경화시켜 패턴화된 형상을 형성하는 단계(B),
금형과 패턴화된 형상을 분리시키는 단계(C),
임의로, 패턴화된 형상을 에칭하는 단계(D),
임의로, 금형을 세척하는 단계(E) 및
임의로, 단계(A) 내지 단계(E)를 반복하여 금형을 재사용하는 단계(F)를 포함한다.
당해 방법은 임의로 추가로
경화성 실리콘 조성물을 마스터에 캐스팅하는 단계(I),
경화성 실리콘 조성물을 경화시켜 금형을 형성하는 단계(II) 및
단계(A) 전에 마스터로부터 금형을 제거하는 단계(III)를 포함한다.
단계(A)는 다양한 방법으로 수행할 수 있다. 예를 들면, 단계(A)는 패턴화된 표면에서 패턴화된 구조가 텅 비어 있는 채널의 네트웍을 형성하도록 패턴화된 금형 표면과 기판을 접촉시킴으로써 수행할 수 있다. PCC를 상 변화 온도 이상의 온도로 가열하고 네트웍의 개방 말단에 위치시키는 경우, 모세관 작용으로 채널이 PCC로 충전된다. 대안으로, PCC는 패턴화된 금형 표면과 기판을 접촉시키기 전 및 PCC를 상 변화 온도 이상의 온도로 가열하기 전 또는 후에 패턴화된 금형 표면에 도포시킬 수 있다. 대안으로, PCC는 패턴화된 금형 표면이 기판과 접촉되기 전 및 PCC를 가열하기 전 또는 후에 기판 표면에 도포시킬 수 있다.
단계(B)는 PCC를 이의 상 변화 온도 이하의 온도로 냉각시켜 수행할 수 있다. PCC의 상 변화 온도가 실온 이상인 경우, PCC는 임의의 편리한 방식으로, 예를 들면, 단계(A)의 생성물 주위 공기에 노출시킴으로써 냉각시킬 수 있다.
단계(C)는 패턴화된 형상으로부터 금형을 제거하는 것과 같은 임의의 편리한 방식으로, 예를 들면, 패턴화된 형상으로부터 금형을 손으로 박리시키거나, 예를 들면, 미국 인디아나주 46204 인디아나폴리스에 소재하는 써스 마이크로텍, 인코포레이티드(SUSS MicroTec, Inc.)가 제조한 마이크로몰딩 기구를 자동적으로 사용함으로써 수행할 수 있다.
단계(D)는 당해 분야에 공지되어 있는 기술로, 예를 들면, 반응성 이온 에칭 또는 습식 에칭에 의해 수행할 수 있다. 몇몇 리소그라피 기술, 예를 들면, 각인 몰딩에서, 고형분이 단계(B) 동안에 목적하지 않은 영역에서 기판 위에 형성될 수 있다. 에칭은 이러한 과량의 고형분을 제거하는 데 사용하거나, 과량의 고형분 또는 둘 다에서 층을 제거하는 데 사용할 수 있다.
단계(E)는 임의의 편리한 기술로, 예를 들면, 금형을 용매로 세정함으로써 수행할 수 있다.
본 발명은 다양한 리소그라피 기술로 사용할 수 있다. 이러한 리소그라피 기술의 예는 각인 몰딩, 스텝 앤드 플래쉬 각인 몰딩, 용매 보조 마이크로몰딩[사밈(SAMIM)], 마이크로트랜스퍼 몰딩 및 모세관내 마이크로몰딩[미믹(MIMIC)]을 포함하지만, 이로써 제한되지는 않는다.
본 발명은 각인 몰딩에 사용할 수 있다. 이러한 리소그라피 공정에서, PCC 는 기판 표면에 도포된다. PCC는 기판 표면에 적용하기 전 또는 후에 상 변화 온도 이상의 온도로 가열할 수 있다. 패턴화된 금형 표면은 PCC가 도포되는 기판 표면과 접촉시켜 PCC를 금형 속에 분배한다. 이어서, PCC를 고형분으로 경화시키고, 금형을 제거한다. 각인 몰딩은, 예를 들면, 광검출기 및 양자 세선, 양자 도트 및 환형 트랜지스터를 제조하는 데 사용할 수 있다.
본 발명은 사밈에서 사용할 수 있다. 이러한 리소그라피 공정에서, PCC를 기판 표면에 도포한다. PCC를 기판 표면에 도포하기 전 또는 후에 상 변화 온도 이상의 온도로 가열할 수 있다. 패턴화된 금형 표면을 용매로 습윤시키고, PCC가 도포되는 표면과 접촉시킨다. 용매의 선택은 선택되는 특정 금형 및 PCC를 포함하는 다양한 요소에 좌우되며, 용매는 금형을 팽윤시키지 않아야 한다. 이어서, PCC를 고형분으로 경화시키고, 금형을 제거한다.
본 발명은 PCC를 상 변화 온도 이상의 온도로 가열하기 전 또는 후에 PCC가 패턴화된 금형 표면에 도포되는 마이크로트랜스퍼 몰딩에서 사용할 수 있다. 임의의 과량의 PCC가 존재하는 경우, 예를 들면, 플랫 블록으로 스크래핑하거나, 불활성 가스의 스트림으로 취입 성형함으로써 제거할 수 있다. 생성된 충전된 금형을 기판과 접촉시킬 수 있다. 이어서, PCC를 고형분으로 경화시키고, 금형을 박리시켜 기판 위에 패턴화된 형상이 남을 수 있다. 마이크로트랜스퍼 몰딩은, 예를 들면, 광 도파관, 커플러 및 간섭계를 제조하는 데 사용할 수 있다.
본 발명은 또한 미믹에 사용할 수 있다. 이러한 리소그라피 공정에서, 패턴화된 금형 표면은 기판 표면과 접촉시킨다. 금형에서 패턴화된 구조는 텅 비어 있 는 채널의 네트웍을 형성한다. PCC가 상 변화 온도 이상의 온도로 가열되고 네트웍의 개방 말단에 위치하는 경우, 모세관 작용으로 채널이 PCC로 충전된다. 이어서, PCC를 고형분으로 경화시키고, 금형을 제거한다.
도포
본 발명의 리소그라피 공정은 플랫 패널 디스플레이 제조, 반도체 제조 및 전자 장치 포장과 같은 용도로 사용할 수 있다. 본 발명의 리소그라피 공정은 또한 광 소자, 예를 들면, 도파관의 제조 동안에 사용할 수 있다. 본 발명의 리소그라피 공정은 또한 바이오센서 제조, 바이오칩 장치 제조 및 텍스처화된 표면 제조와 같은 용도로 사용할 수 있다.
PCC
PCC는 유기 왁스; 예를 들면, 동물 또는 식물성 왁스, 예를 들면, 밀랍, 카르바우나, 경랍, 라놀린, 셜락 왁스, 칸델리아 및 이들의 조합물; 석유계 왁스, 예를 들면, 파라핀, 페트롤라툼, 미정질 및 이들의 조합물; 토류 왁스, 예를 들면, 화이트 세레신, 옐로우 세레신, 화이트 지랍, 및 이들의 조합물; 또는 합성 왁스 예를 들면, 피셔 트롭슈(Fischer Tropsh) 왁스, 에틸렌성 중합체, 예를 들면, 폴리에틸렌 왁스, 염소화 나프탈렌 왁스 및 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 적합한 유기 왁스는 당해 분야에 공지되어 있으며 시판된다[문헌: 미국 특허공보 제6,121,165호, col. 11, lines 33-65].
대안으로, 실리콘 매트릭스를 포함하는 PCC를 사용하여 위에서 언급한 리소그라피 공정에서 패턴화된 형상을 형성할 수 있다. 적합한 실리콘 매트릭스는 유기 작용성 실리콘 왁스를 포함할 수 있다. 유기 작용성 실리콘 왁스는 당해 분야에 공지되어 있으며 시판된다. PCC는 가교결합되지 않은 유기 작용성 실리콘 왁스, 가교결합된 유기 작용성 실리콘 왁스 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 대안으로, 유기 왁스와 유기 작용성 실리콘 왁스와의 조합물은 PCC에서 사용할 수 있다. 적합한 가교결합되지 않은 유기 작용성 실리콘 왁스와 가교결합된 유기 작용성 실리콘 왁스는 당해 분야에 공지되어 있다[문헌: 미국 특허공보 제6,121,165호, col. 21, line 24 to col. 24, line 24]
가교결합되지 않은 유기 작용성 실리콘 왁스는 화학식 R2R3 2SiO(R3R4SiO)x(R3 2SiO)y(R3R1SiO)zSiR3 2R2의 화합물이다.
R1은 각각 독립적으로 유기 왁스성 그룹, 예를 들면, 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 16 이상, 대안으로 탄소수 20 이상, 대안으로 탄소수 24 이상, 대안으로 탄소수 26 이상의 1가 탄화수소 그룹이다. 최대 탄소수는 특별히 제한되지 않으며 탄소수가 30 이상일 수 있다. R1은 매트릭스에 결정성을 부여하기에 충분한 다수의 탄소원자를 가질 수 있다.
미국 특허공보 제5,380,527호[참조: col. 3, lines 10-57]에서 언급한 바와 같이, 가교결합되지 않은 유기 작용성 실리콘 왁스는 규소 결합된 수소원자를 갖는 시판 오가노실록산(예를 들면, 트리메틸실록시-말단화, 디메틸, 메틸 수소 실록산)을 전이 금속 촉매(예: 백금 촉매)의 존재하에 약간의 화학량론적 과량의 올레핀과 반응시켜 제조할 수 있다. 올레핀내의 탄소수는 R1에서의 탄소수를 측정한다. 올레핀은 당해 분야에 공지되어 있으며 시판된다. 탄소수가 상이한 올레핀의 혼합물은, 예를 들면, 탄소수 30의 올레핀의 혼합물을 사용할 수 있으며, 탄소수 30 초과의 올레핀은 가교결합되지 않은 유기 작용성 실리콘 왁스를 제조하는 데 사용할 수 있다. 예를 들면, 올레핀은 미국에 소재하는 쉐브론 필립스 케미칼 캄파니(Chevron Phillips Chemical Co.)가 시판하는 올레핀 혼합물인 걸프테네(GULFTENE)R C30+ 또는 걸프테네R C24/C28이다. 걸프테네R C30+은 탄소수 24 내지 54, 평균 탄소수 34의 측쇄 및 직쇄 1-알켄의 혼합물을 포함한다. 걸프테네R C24/28은 탄소수 24 내지 28의 1-알켄의 혼합물을 포함한다. 올레핀은 1-트리아콘텐, 1-도트리아콘텐, 1-헥사코센, 1-옥타코센, 1-테트라트리아콘텐, 및 탄소수 10 초과의 α-알켄의 혼합물을 포함할 수 있다. 올레핀은 1-트리아콘텐, 탄소수 24 내지 28의 1-알켄 및 2-에틸-테트라코센의 혼합물을 포함할 수 있다. 올레핀의 혼합물을 사용하는 경우, R1의 상이한 경우는 상이한 탄소수를 갖는다. 올레핀 또는 올레핀의 혼합물은 목적하는 탄소수로 된 R1 그룹을 제공하도록 선택될 수 있다. 당해 분야의 숙련가는 부적절한 실험 없이 가교결합되지 않은 유기 작용성 실록산 왁스를 제조할 수 있다.
R1에 대한 1가 탄화수소 그룹은 측쇄 또는 비측쇄이고, 포화 또는 불포화되고, 치환되지 않을 수 있다. 대안으로, R1에 대한 1가 탄화수소 그룹은 비측쇄이고, 포화되고, 치환되지 않을 수 있다.
R1은 C20H41, C21H43, C22H45, C23H47, C24H49, C25H51, C26H53, C27H55, C28H57, C29H59, C30H61, C31H63, C32H65, C33H67, C34H69, C35H71, C36H73, C37H75, C38H77, C39H79, C40H81 및 이들의 조합물로 예시된다.
대안으로, R1은 에이코실, 헤네이코실, 도코실, 트리코실, 테트라코실, 펜타코실, 헥사코실, 헵타코실, 옥타코실, 노나코실, 트리아콘틸, 헨트리아콘틸, 도트리아콘틸, 트리트리아콘틸, 테트라콘틸, 펜타콘틸, 헥사콘틸, 헵타콘틸, 옥타콘틸, 노나콘틸, 헥타콘틸 또는 이들의 조합물일 수 있다. 대안으로, R1은 C20H41, C22H45, C24H49, C26H53, C28H57, C30H61, C32H65, C34H69, C36H73, C38H77, C40H81 또는 이들의 조합물일 수 있다. 대안으로, R1은 에이코실, 도코실, 테트라코실, 헥사코실, 옥타코실, 트리아콘틸, 도트리아콘틸, 테트라콘틸, 펜타콘틸, 헥사콘틸, 헵타콘틸, 옥타콘틸, 노나콘틸, 헥타콘틸 또는 이들의 조합물일 수 있다.
이론적으로 결부시키고자 하는 것은 아니나, 이는 R1에서 탄소수가 PCC의 상 변화 온도에 영향을 주는 것으로 생각된다. 일반적으로, 탄소수가 크면 상 변화 온도가 높다. PCC를 60℃ 이상의 상 변화 온도에서 제형화하기 위해, 유기 작용성 실리콘 왁스에서 R1 그룹의 적어도 한 부분은 탄소수가 적어도 20인 것으로 생각된다. PCC를 75℃ 이상의 상 변화 온도에서 제형화하기 위해, 유기 작용성 실리콘 왁스에서 R1 그룹의 적어도 한 부분은 탄소수가 적어도 30인 것으로 생각된다. 예를 들면, 걸프테네R C30+로 제조된 PCC의 상 변화 온도는 75℃이다.
R2는 각각 독립적으로 유기 그룹, 예를 들면, 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 1 이상의 1가 탄화수소 그룹이다. R2는 R1 또는 R2와 동일할 수 있다. R2에 대한 1가 탄화수소 그룹은 측쇄 또는 비측쇄이고, 포화되고, 치환되지 않을 수 있다. 대안으로, R2에 대한 1가 탄화수소 그룹은 비측쇄이고, 포화되고, 치환되지 않을 수 있다. R2는 치환된 및 치환되지 않은 알킬 그룹, 치환된 및 치환되지 않은 방향족 그룹 및 이들의 조합물로 예시된다. R2는 치환되지 않은 알킬 그룹, 예를 들면, 메틸, 에틸, 프로필 또는 부틸일 수 있다.
R3은 각각 독립적으로 유기 그룹, 예를 들면, 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 1 내지 10의 1가 탄화수소 그룹이다. R3은 측쇄, 비측쇄 또는 사이클릭일 수 있다. R3에 대한 사이클릭 그룹은 페닐 그룹, 스티릴 및 2-페닐프로필 그룹을 포함 한다. R3에 대한 1가 탄화수소 그룹은 측쇄 또는 비측쇄이고, 포화 또는 불포화되고, 치환되지 않을 수 있다. 대안으로, R3에 대한 1가 탄화수소 그룹은 비측쇄이고, 포화되고, 치환되지 않을 수 있다. R3은 치환되지 않은 알킬 그룹, 예를 들면, 메틸, 에틸, 프로필 또는 부틸일 수 있다.
R4는 각각 독립적으로 유기 그룹이다. R4는 R3에 대해 위에서 언급한 바와 같이, 탄소수 1 내지 10의 1가 탄화수소 그룹일 수 있다. 대안으로, R4는 각각 폴리옥시알킬렌 그룹, 예를 들면, 화학식 -(CH2)a(CH2CH2O)b(CH(CH3)CH2O)cR7의 그룹[여기서, a는 0 내지 40이고, b는 0 내지 40이며, c는 0 내지 40이고, b 및 c 중의 적어도 하나는 0을 초과하며, R7은 말단 그룹이다]일 수 있다. R7은 수소원자, 알킬 그룹 또는 아실 그룹일 수 있다.
위의 화학식에서, x 값 범위는 0 내지 600이고, y 값 범위는 0 내지 200이고, z 값 범위는 1 내지 200이다. 이론적으로 결부시키고자 하는 것은 아니나, x, y 및 z의 값이 PCC의 점도에 영향을 미치는 것으로 생각된다.
위의 화학식에서, R1은 각각 독립적으로 탄소수 16 이상, 대안으로 탄소수 24 이상의 1가 탄화수소 그룹일 수 있고, R2는 각각 메틸 그룹일 수 있다. 가교결합되지 않은 유기 작용성 실리콘 왁스는 화학식 (CH3)3SiO((CH3)2SiO)3((CH3)C24H49SiO)5Si(CH3)3, 화학식 (CH3)3SiO((CH3)2SiO)70((CH3)C30H61SiO)30Si(CH3)3, (CH3)3SiO[(CH3)(C30H61)SiO]8Si(CH3)3, 화학식
Figure 112007026630299-PCT00001
또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다.
가교결합되지 않은 실리콘 왁스는 사이클릭일 수 있다. 적합한 사이클릭 가교결합되지 않은 유기 작용성 실리콘 왁스는 화학식 (R3 2SiO)m(R3R1SiO)n의 화합물[여기서, R1 및 R3은 위에서 언급한 바와 같다]일 수 있다. 이 화학식에서, m은 0 이상이고, n은 1 이상이며, m과 n의 합은 1 내지 8, 대안으로 3 내지 6이다. 사이클릭 가교결합되지 않은 실리콘 왁스와 비사이클릭 가교결합되지 않은 실리콘 왁스와의 조합물은 PCC에서 사용할 수 있다.
PCC는 가교결합된 유기 작용성 실리콘 왁스를 포함할 수 있다. 이론적으로 결부시키고자 하는 것은 아니나, 가교결합된 유기작용성 실리콘 왁스는 PCC의 레올러지에 영향을 미칠 수 있 것으로 생각된다. 가교결합된 유기 작용성 실리콘 왁스는 전이 금속 촉매의 존재하에 규소 결합된 수소원자를 갖는 실록산 또는 규소 결합된 수소원자를 갖는 오가노실록산, α-올레핀 및 가교결합제의 반응 생성물을 포함할 수 있다. 가교결합된 유기 작용성 왁스은 당해 분야에 공지되어 있으며 시판된다. 대안으로, 가교결합된 유기 작용성 실리콘 왁스는 규소 결합된 수소원자를 갖는 실록산 또는 규소 결합된 수소원자를 갖는 오가노실록산, 가교결합제, α-올레핀 및 폴리옥시알킬렌의 반응 생성물을 포함할 수 있다.
미국 특허공보 제5,493,041호에는, 가교결합된 유기 작용성 실록산 왁스 및 이의 제조방법이 기재되어 있다. 예를 들면, 가교결합된 유기 작용성 실리콘 왁스는 전이 금속 촉매(예: 백금 촉매)의 존재하에 규소 결합된 수소원자를 갖는 시판 실록산과 약간의 화학량론적 과량의 올레핀 및 접합되지 않은 α, ω-디엔 가교결합제를 반응시켜 제조할 수 있다. 올레핀은 당해 분야에 공지되어 있으며 시판된다. 상이한 탄소수를 갖는 올레핀의 혼합물이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 탄소수 30의 올레핀과 탄소수 30 초과의 올레핀의 혼합물은 가교결합된 유기 작용성 실리콘 왁스를 제조하는 데 사용할 수 있다. 가교결합제는 유기 그룹, 분자당 규소 원자에 결합되는 알케닐 그룹을 평균 두개 이상 갖는 유기규소 및 이들의 조합물 등일 수 있다. 미국 특허공보 제6,121,165호에는, 대안의 가교결합된 유기 작용성 실리콘 왁스 및 이의 제조방법이 기재되어 있다. 당해 분야의 숙련가는 부적절한 실험 없이 가교결합된 유기 작용성 실록산 왁스를 제조할 수 있다.
적합한 가교결합된 유기 작용성 실리콘 왁스는 다음 단위 화학식의 화합물일 수 있다:
Figure 112007026630299-PCT00002
R1, R2 및 R3은 위에서 언급한 바와 같다. R2는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 4의 알킬 그룹이다. R6은 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 6의 알킬 그룹이다. R7은 각각 위에서 언급한 바와 같은 말단 그룹, 예를 들면, 탄소수 1 내지 20 아실 그룹, 탄소수 1 내지 10의 알킬 그룹, 또는 수소원자이다. R8은 각각 독립적으로 2가 유기 그룹 또는 닐(nil)(즉, R8이 닐인 경우, 규소 원자는 R2에 직접 결합된다)이다. R2는 각각 2가 실록산 그룹, 2가 유기 그룹 또는 이들의 조합물이다. d는 각각 독립적으로 0 이상이고; e는 각각 독립적으로 0 초과이며; f는 각각 독립적으로 0 초과이고; g는 각각 독립적으로 0 이상이고; h는 각각 독립적으로 0 이상이며; i는 각각 독립적으로 0 이상이고, h 또는 i 중의 적어도 하나는 0 초과이다.
각각의 R5 및 각각의 R6은 에틸, 프로필 또는 부틸일 수 있다. 대안으로, R2는 각각 에틸이다. 대안으로, R6은 각각 프로필이다. R8은 각각 아실 그룹일 수 있다. R8은 각각 독립적으로 2가 탄화수소 그룹, 예를 들면, 에틸렌 또는 프로필렌일 수 있다. R9는 각각 2가 폴리디오가노실록산, 예를 들면, 화학식 -O-(CH3)2SiOSi(CH3)2-O-의 2가 폴리디메틸실록산일 수 있다. 대안으로, R9는 각각 2가 유기 그룹, 예를 들면, 에틸렌, 프로필렌 및 1,5-헥사디엔으로 예시된 2가 탄화수소 그룹일 수 있다. 대안으로, R9는 각각 2가 실록산 그룹과 2가 유기 그룹의 조합물일 수 있다. 예를 들면, R9는 각각 두개의 에틸렌 그룹과 폴리디메틸실록산 그룹의 화학식
Figure 112007026630299-PCT00003
의 조합물일 수 있다. d는 각각 0 내지 600일 수 있다. e는 0 내지 5, 대안으로 0 내지 0.2일 수 있다. f는 1 내지 100일 수 있다. g는 1 내지 100일 수 있다. h는 0 내지 40일 수 있고, i는 0 내지 40일 수 있으며, h 또는 i 중의 적어도 하나는 0 초과이다.
적합한 가교결합된 유기 작용성 실리콘 왁스의 예는 화학식
Figure 112007026630299-PCT00004
의 왁스(여기서, j 는 각각 0.2이다)를 포함한다.
PCC는 접착 촉진제, 촉매 억제제, 안료, 스페이서, 습윤제, 이형제, 레올러지 개질제, 전도성 충전제, 자성 재료 및 이들의 조합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 임의 성분을 추가로 포함할 수 있다.
접착 촉진제
접착 촉진제는, PCC의 중량을 기준으로 하여, 0.01 내지 50중량부의 양으로 PCC에 첨가할 수 있다. 접착 촉진제는 전이 금속 킬레이트, 알콕시실란, 알콕시실란과 하이드록시-작용성 폴리오가노실록산의 조합물 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다.
접착 촉진제는 불포화 또는 에폭시-작용성 화합물일 수 있다. 적합한 에폭시-작용성 화합물은 당해 분야에 공지되어 있으며 시판된다[문헌: 미국 특허공보 제4,087,585호; 제5,194,649호; 제5,248,715호; 및 제5,744,507호; col. 4-5]. 접착 촉진제는 불포화 또는 에폭시-작용성 알콕시실란을 포함할 수 있다. 예를 들면, 작용성 알콕시실란은 화학식 R10 μSi(OR11)(4-μ),의 화합물(여기서, μ는 1, 2 또는 3, 대안으로 μ는 1이다)일 수 있다.
R10은 각각 독립적으로 1가 유기 그룹이며, 하나 이상의 R10은 불포화 유기 그룹 또는 에폭시-작용성 유기 그룹이다. R1O에 대한 에폭시-작용성 유기 그룹은 3-글리시독시프로필 및 (에폭시사이클로헥실)에틸로 예시된다. R1O에 대한 불포화 유기 그룹은 3-메타크릴로일옥시프로필, 3-아크릴로일옥시프로필 및 불포화 1가 탄화수소 그룹, 예를 들면, 비닐, 알릴, 헥세닐, 운데실레닐로 예시된다.
R11은 각각 독립적으로 치환되지 않은 포화된 탄소수 1 이상의 탄화수소 그룹이다. R11은 탄소수가 4 이하, 대안으로 2 이하이다. R11은 메틸, 에틸, 프로필 및 부틸로 예시된다.
적합한 에폭시-작용성 알콕시실란의 예는 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, (에폭시사이클로헥실)에틸디메톡시실란, (에폭시사이클로헥실)에틸디에톡시실란 및 이들의 조합물을 포함한다. 적합한 불포화 알콕시실란의 예는 비닐트리메톡시실란, 알릴트리메톡시실란, 알릴트리에톡시실란, 헥세닐트리메톡시실란, 운데실레닐트리메톡시실란, 3-메타크릴로일옥시프로필 트리메톡시실란, 3-메타크릴로일옥시프로필 트리에톡시실란, 3-아크릴로일옥시프로필 트리메톡시실란, 3-아크릴로일옥시프로필 트리에톡시실란 및 이들의 조합물을 포함한다.
접착 촉진제는 에폭시-작용성 실록산, 예를 들면, 위에서 언급한 바와 같은 에폭시-작용성 알콕시실란과 하이드록시-말단화 폴리오가노실록산의 반응 생성물, 또는 하이드록시-말단화 폴리오가노실록산과 에폭시-작용성 알콕시실란의 물리적 블렌드를 포함할 수 있다. 접착 촉진제는 에폭시-작용성 알콕시실란과 에폭시-작용성 실록산의 조합물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 접착 촉진제는 하이드록시- 말단화 메틸 비닐실록산과 3-글리시독시프로필트리메톡시실란의 반응 생성물과 3-글리시독시프로필트리메톡시실란의 혼합물, 또는 3-글리시독시프로필트리메톡시실란과 하이드록시-말단화 메틸비닐실록산의 혼합물, 또는 3-글리시독시프로필트리메톡시실란과 하이드록시-말단화 메틸비닐/디메틸실록산 공중합체의 혼합물로 예시된다.
적합한 전이 금속 킬레이트는 티타네이트, 지르코네이트 예를 들면, 지르코늄 아세틸아세토네이트, 알루미늄 킬레이트, 예를 들면, 알루미늄 아세틸아세토네이트 및 이들의 조합물을 포함한다. 전이 금속 킬레이트 및 이의 제조방법은 당해 분야에 공지되어 있다[참조: 미국 특허공보 제5,248,715호, 유럽 공개특허공보 제0 493 791 Al호, 및 유럽 특허공보 제0 497 349 Bl호].
촉매 억제제
촉매 억제제는, 특히 백금족 금속 촉매가 유기 작용성 실리콘 왁스의 제조에 사용되는 경우, PCC에 첨가하여 가교결합되지 않은 유기 작용성 실리콘 왁스의 가교결합을 방지하거나, 가교결합된 유기 작용성 실리콘 왁스의 추가의 가교결합을 방지할 수 있다. 적합한 촉매 억제제는 당해 분야에 공지되어 있으며 시판된다. 촉매 억제제는 아세틸렌성 알콜, 예를 들면, 메틸 부티놀, 에티닐 사이클로헥사놀, 디메틸 헥시놀 및 이들의 조합물; 사이클로알케닐실록산, 예를 들면, 메틸비닐사이클로실록산, 예를 들면, 1,3,5,7-테트라메틸-1,3,5,7-테트라비닐사이클로테트라실록산, 1,3,5,7-테트라메틸-1,3,5,7-테트라헥세닐사이클로테트라실록산 및 이들의 조합물; 엔-인 화합물, 예를 들면, 3-메틸-3-펜텐-1-인, 3,5-디메틸-3-헥센-l-인; 트리아졸, 예를 들면, 벤조트리아졸; 포스핀; 머캅탄; 하이드라진; 아민 예를 들면, 테트라메틸 에틸렌디아민, 디알킬 푸마레이트, 디알케닐 푸마레이트, 디알콕시알킬 푸마레이트, 말레에이트 및 이들의 조합물로 예시된다. 적합한 촉매 억제제는, 예를 들면, 미국 특허공보 제3,445,420호; 제3,989,667호; 제4,584,361호; 및 제5,036,117호에 기재되어 있다.
당해 조성물에 첨가할 수 있는 촉매 억제제의 양은 사용되는 특별한 촉매 억제제 및 존재할 수 있는 촉매의 특성 및 양을 포함하는 다양한 요소에 좌우된다. 그러나, 촉매 억제제의 양은, PCC의 중량을 기준으로 하여, 0.001 내지 10중량%일 수 있다.
안료
안료는 임의로 PCC에 첨가할 수 있다. PCC에 첨가되는 안료의 정확한 양은 선택되는 안료의 유형에 좌우되지만, 안료는, PCC의 중량을 기준으로 하여, 0.001 내지 30중량%의 양으로 당해 조성물에 첨가할 수 있다. 안료는 당해 분야에 공지되어 있으며 시판된다. 적합한 안료는 카본 블랙, 예를 들면, 윌리암스(Williams)가 제조한 LB-1011C 카본 블랙, 크로뮴 산화물 안료, 예를 들면, 하르크로스(Harcros) G-6099, 티탄 이산화물, 예를 들면, 듀퐁(DuPont)이 시판하는 시안화물, 및 UV-활성 염료, 예를 들면, 시바 스페셜티 케미칼즈(Ciba Specialty Chemicals)가 제조한 유비텍스 오비(UVITEX OB)라는 상표명으로 시판되는 (티오펜 디일)비스(t-부틸벤졸사졸)을 포함한다.
스페이서
스페이서는 PCC에 임의로 첨가할 수 있다. 스페이서는 유기 입자, 무기 입자 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 스페이서는 열전도성, 전기 전도성 또는 둘 다일 수 있다. 스페이서의 입자 크기는 25 내지 250mm일 수 있다. 스페이서는 일분산성 비드를 포함할 수 있다. 스페이서의 양은 입자 분포, PCC의 배치 동안에 인가되는 압력 및 배치의 온도를 포함하는 다양한 요소에 좌우된다. PCC는 스페이서를 15% 이하, 대안으로 5% 이하 포함할 수 있다. 당해 분야의 숙련가는 인식한다.또 다른 임의 성분, 예를 들면, 미립 레올러지 개질제, 전도성 충전제 또는 자성 재료의 이의 전체 또는 이의 부분 이외에, 또는 그 대신에, 스페이서가 첨가될 수 있다.
이형제
이형제는 불소화 화합물, 예를 들면, 플루오로-작용성 실리콘 또는 플루오로-작용성 유기 화합물일 수 있다.
레올러지 개질제
레올러지 개질제를 첨가하여 PCC의 틱소트로피 특성을 변경할 수 있다. 레올러지 개질제는 미립 또는 저점도 실록산일 수 있다. 레올러지 개질제는 유동 조절 첨가제; 반응성 희석제; 침강방지제; α-올레핀; 하이드록시-말단화 실리콘-유기 공중합체로 예시되며, 하이드록시-말단화 폴리프로필렌산화물-디메틸실록산 공중합체; 및 이들의 조합물을 포함하지만, 이로써 제한되지는 않는다.
전도성 충전제
전도성 충전제(즉, 열전도성, 전기 전도성 또는 이들 모두를 갖는 충전제)가 또한 PCC에 첨가될 수 있다. 적합한 전도성 충전제는 금속 입자, 금속 산화물 입자 및 이들의 조합물을 포함한다. 적합한 열전도성 충전제는 질화알루미늄; 산화알루미늄; 티탄산바륨; 산화베릴륨; 질화붕소; 다이아몬드; 흑연; 산화마그네슘; 금속 미립, 예를 들면, 구리, 금, 니켈 또는 은; 탄화규소; 탄화텅스텐; 산화아연물 및 이들의 조합물로 예시된다.
전도성 충전제는 당해 분야에 공지되어 있으며 시판된다[참조: 미국 특허공보 제6,169,142호(col. 4, lines 7-33)]. 예를 들면, CB-A20S 및 Al-43-Me는 쇼와-덴코(Showa-Denko)가 시판하는 상이한 입자 크기의 산화알루미늄 충전제이고, AA-04, AA-2 및 AA18은 스미또모 케미칼 캄파니(Sumitomo Chemical Company)가 시판하는 산화알루미늄 충전제이다. 은 충전제는 미국 매사추세츠주 아틀보로에 소재하는 메탈로 테크놀로지스 유.에스.에이. 코포레이션(Metalor Technologies U.S.A. Corp.)이 시판한다. 질화붕소 충전제는 미국 오하이오즈 클리블랜드에 소재하는 어드밴스트 세라믹스 코포레이션(Advanced Ceramics Corporation)이 시판한다.
입자 크기가 상이하고 입자 크기 분포가 상이한 열전도성 충전제의 조합물이 사용될 수 있다. 예를 들면, 평균 입자 크기가 큰 제1 전도성 충전제와 평균 입자 크기가 작은 제2 전도성 충전제를 최단 포장 이론 분포 곡선에 충족시키는 비율로 조합하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 포장 효율을 개선시키고, 열전달률을 향상시킬 수 있다.
자성 재료
자성 재료는 철 입자와 코발트 입자를 포함한다.
실시예
이 실시예는 본 발명을 당해 분야의 숙련가에게 설명하기 위한 것이지, 청구의 범위에 기재된 발명의 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예 1
실온에서 고체이며 상 변화 온도가 38℃인 PCC의 점도는 45℃에서 5P이다. PCC를 실온에서 기판 표면에 위치시킨 다음, 기판을 50℃로 가열한다. PCC를 액화시켜 기판 표면에 확산시킨다. PDMS 금형을 액화된 PCC의 상부에 위치시키고, 냉각 사이클을 개시한다. PCC는 화학식
Figure 112007026630299-PCT00005
의 화합물(여기서, j는 0.2이다)이다.
실온으로 냉각시킨 후, PCC를 고화시키고, 금형을 제거하여, 기판 표면에서 당해 차수에서 치수가 5㎛인 패턴화된 형상을 나타낸다. 기판은 실리콘 웨이퍼이다.
실시예 2
실시예 1을 반복하되, PCC는 상 변화 온도가 70℃이고 85℃에서의 점도가 170cP인 화학식 (CH3)3SiO[(CH3)(C30H61)SiO]8Si(CH3)3의 유기 작용성 실리콘 왁스이다. 기판을 80℃로 가열한다. 당해 차수에서 치수가 40㎛인 패턴화된 형상을 실리콘 웨이퍼 위에 형성한다.
산업상 이용 가능성
PCC, 예를 들면, 실시예 1과 실시예 2에 나타낸 화합물에 의해, 리소그라피 공정이 용매 비함유이거나, 통상의 리소그라피 공정에 비해 저온에서 수행되거나, 이들 둘 다일 수 있다.

Claims (12)

  1. 패턴화된 표면을 갖는 금형에 상 변화 조성물의 상 변화 온도 이상의 온도에서 상 변화 조성물을 충전시키는 단계(A),
    당해 상 변화 조성물을 경화시켜 패턴화된 형상(patterned feature)을 형성하는 단계(B),
    금형과 패턴화된 형상을 분리시키는 단계(C),
    임의로, 패턴화된 형상을 에칭하는 단계(D),
    임의로, 금형을 세척하는 단계(E) 및
    임의로, 단계(A) 내지 단계(E)를 반복하여 금형을 재사용하는 단계(F)를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상 변화 조성물이 실리콘 매트릭스를 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상 변화 조성물이 유기 작용성 실리콘 왁스를 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상 변화 조성물이 가교결합되지 않은 유기 작용성 실리콘 왁스를 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 가교결합되지 않은 유기 작용성 실리콘 왁스가 화학식 (R3 2Si0)m(R3R1SiO)n, 화학식 R2R3 2SiO(R3R4SiO)x(R3 2SiO)y(R3R1SiO)zSiR3 2R2 또는 이들의 조합물로부터 선택된 왁스(여기서, R1은 각각 독립적으로 유기 왁스성 그룹이고, R2는 각각 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 1 이상의 1가 탄화수소 그룹이며, R3은 각각 독립적으로 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 1 내지 10의 1가 탄화수소 그룹이고, R4는 각각 독립적으로 R3이거나, 폴리옥시알킬렌 그룹이며, m은 0 이상이고, n은 1 이상이며, m과 n의 합은 1 내지 8이고, x는 0 내지 600이며, y는 0 내지 200이고, z는 1 내지 200이다)를 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상 변화 조성물이 가교결합된 유기 작용성 실리콘 왁스를 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 가교결합된 유기 작용성 실리콘 왁스가 단위 화학식
    Figure 112007026630299-PCT00006
    의 화합물[여기서, R1은 각각 독립적으로 유기 왁스성 그룹이고, R2는 각각 독립적으로 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 1 이상의 1가 탄화수소 그룹이며, R3은 각각 독립적으로 치환되거나 치환되지 않은 탄소수 1 내지 10의 1가 탄화수소 그룹이고, R5는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 4의 알킬 그룹이며, R6은 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 6의 알킬 그룹이고, R7은 각각 아실 그룹, 알킬 그룹 및 수소원자로 이루어진 그룹으로부터 선택된 말단 그룹이고, R8은 각각 독립적으로 2가 유기 그룹 또는 닐(nil)이고, R9는 각각 2가 그룹이며, d는 각각 독립적으로 0 이상이고, e는 각각 독립적으로 0 초과이며, f는 각각 독립적으로 0 초과이고, g는 각각 독립적으로 0 이상이며, h는 각각 독립적으로 0 이상이고, i는 각각 독립적으로 0 이상이며, h 또는 i 중의 적어도 하나는 0 초과이다]인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상 변화 조성물(PCC)이 유기 왁스를 포함하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상 변화 조성물이 유기 왁스와 유기 작용성 실리콘 왁스의 조합물을 포함하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서,
    경화성 실리콘 조성물을 마스터에 캐스팅하는 단계(I),
    경화성 실리콘 조성물을 경화시켜 금형을 형성하는 단계(II) 및
    단계(A) 전에 마스터로부터 금형을 제거하는 단계(III)를 추가로 포함하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 각인 몰딩(imprint molding), 스텝 앤드 플래쉬 각인 몰딩(step and flash imprint molding), 용매 보조 마이크로몰딩(solvent assisted micromolding), 마이크로트랜스퍼 몰딩(microtransfer molding) 및 모세관내 마이크로몰딩(micromolding in capillaries)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 리소그라피(Lithography) 기술에서 사용되는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 따르는 방법으로 제조된 패턴화된 형상.
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