KR20080033196A - 임프린트 리소그래피 - Google Patents

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KR20080033196A
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산더 프레데릭 부이스터
요한 프레데릭 디요크스만
이본느 벤델라 크루이요트-슈테게만
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

복수의 임프린트 템플레이트를 유지하도록 구성된 템플레이트 홀더, 및 기판을 유지하도록 구성된 기판 홀더를 포함하는 리소그래피 장치가 개시되며, 상기 템플레이트 홀더는 기판 홀더 밑에 위치된다.

Description

임프린트 리소그래피{IMPRINT LITHOGRAPHY}
본 발명은 임프린트 리소그래피에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 종래에는, 예를 들어 집적 회로(IC), 평판 디스플레이(flat panel display), 및 미세 구조체(fine structures)를 수반하는 다른 디바이스들의 제조시에 사용된다.
주어진 기판 영역 상의 피처들의 보다 큰 밀도를 고려하기 때문에, 리소그래피 패턴 내의 피처들의 크기를 감소시키는 것이 바람직하다. 포토리소그래피(photolithography)에서는, 보다 짧은 파장의 방사선을 이용함으로써 증가된 분해능(resolution)이 달성될 수 있다. 하지만, 이러한 감소들과 연계된 문제점들이 존재한다. 현 시스템은 193 nm 파장 방식을 갖는 광원을 채택하기 시작하고 있으나, 심지어 이 레벨에서도 회절 한계(diffraction limitation)들이 장애가 된다. 보다 낮은 파장들에서는, 재료의 투명도(transparency)가 매우 나쁘다. 분해능을 향상시킬 수 있는 광학 리소그래피 기계는 복잡한 광학기와 희귀한 재료들을 필요로 하며, 따라서 매우 고가이다.
임프린트 리소그래피로 알려진, 서브(sub)-100 nm 피처들을 프린트하는 대안예는, 물리적 몰드(mould) 또는 템플레이트(template)를 이용하여 임프린트가능한 매질 내로 패턴을 임프린트함으로써 기판으로 패턴을 전사(transfer)하는 단계를 포함한다. 임프린트가능한 매질은 기판 또는 기판의 표면 상에 코팅된 재료일 수 있다. 임프린트가능한 매질은 기능적일 수 있으며, 또는 아래놓인(underlying) 표면에 패턴을 전사하기 위한 "마스크"로서 사용될 수 있다. 임프린트가능한 매질은, 예를 들어 반도체 재료와 같은 기판 상에 증착된 레지스트로서 제공될 수 있으며, 그 안으로 템플레이트에 의해 정의된 패턴이 전사된다. 따라서, 임프린트 리소그래피는 본질적으로 템플레이트의 토포그래피(topography)가 기판 상에 생성되는 패턴을 정의하는 마이크로미터 또는 나노미터 스케일의 몰딩 공정이다. 원칙적으로, 임프린트 리소그래피가 IC 제조와 같은 적용예들에 임프린트 리소그래피가 사용될 수 있도록, 패턴들은 광학 리소그래피 공정들에서처럼 층으로 구성(layered)될 수 있다.
임프린트 리소그래피의 분해능은 템플레이트 제작 공정의 분해능에 의해서만 제한된다. 예를 들어, 임프린트 리소그래피는 종래의 광학 리소그래피 공정들로 달성될 수 있는 것에 비해 상당히 개선된 분해능과 라인 에지 거칠기(line edge roughness)를 갖는 서브-50 nm 범위 내의 피처들을 생성하는데 사용될 수 있다. 또한, 임프린트 공정들은 광학 리소그래피 공정들에 의해 통상적으로 요구되는 특수화된 레지스트 재료들, 진보된 조명 소스들 또는 고가의 광학기를 필요로 하지 않는다.
현재의 임프린트 리소그래피 공정들은, 아래에서 언급될, 특히 오버레이 정확성(overlay accuracy) 및/또는 높은 스루풋(throughput)을 달성하는데 관하여 1 이상의 결함을 가질 수 있다. 하지만, 임프린트 리소그래피로부터 얻을 수 있는 분해능 및 라인 에지 거칠기의 중요한 개선점은, 이러한 문제들 및 다른 문제들을 설명하기 위한 강한 조종자(strong driver)이다.
전형적으로, 임프린트 리소그래피 동안 임프린트가능한 매질이 기판 상에 잉크젯 방식(ink-jet)으로 프린트되며, 뒤이어 템플레이트가 임프린트가능한 매질로 가압된다. 템플레이트에 의해 임프린트되기 이전에 임프린트가능한 매질이 기판으로부터 어느 정도 증발(evaporate)된다는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 제 1 실시형태에 따르면, 복수의 임프린트 템플레이트를 유지하도록 구성된 템플레이트 홀더 및 기판을 유지하도록 구성된 기판 홀더를 포함하는 리소그래피 장치가 제공되며, 상기 템플레이트 홀더는 기판 홀더의 바로 밑에 위치된다.
본 발명의 제 2 실시형태에 따르면, 복수의 임프린트 템플레이트를 유지하도록 구성된 템플레이트 홀더 및 기판을 유지하도록 구성된 기판 홀더를 포함하는 리소그래피 장치가 제공되며, 상기 템플레이트 홀더는 임프린트 템플레이트가 템플레이트 홀더 내에 유지되고 임프린트 템플레이트의 상부면이 노광 상태를 유지하도록 배치된다.
본 발명의 제 3 실시형태에 따르면, 복수의 임프린트 템플레이트를 유지하도록 구성된 템플레이트 홀더 및 복수의 임프린트 템플레이트 상으로 유체를 부여하도록 배치된 1 이상의 디스펜서(dispenser)를 포함하는 리소그래피 장치가 제공된다.
본 발명의 제 4 실시형태에 따르면, 복수의 임프린트 템플레이트의 패터닝된 표면들로 임프린트가능한 매질을 도포하고, 그 후 기판에 대향하여 임프린트 템플레이트를 접촉시켜서 기판으로 임프린트가능한 매질이 전달되는 단계를 포함하는 임프린트 리소그래피 방법이 제공된다.
본 발명의 제 5 실시형태에 따르면, 복수의 임프린트 템플레이트를 유지하도록 구성된 템플레이트 홀더를 포함하는 리소그래피 장치가 제공되며, 상기 템플레이트 홀더는, 템플레이트 홀더 내에 유지되는 경우에 임프린트 템플레이트의 최상부(uppermost)면들이 실질적으로 동일한 평면 내에 놓이도록 배치된다.
본 발명의 제 6 실시형태에 따르면, 복수의 임프린트 템플레이트를 유지하도록 구성된 템플레이트 홀더; 기판을 유지하도록 구성된 기판 홀더; 및 각각의 임프린트 템플레이트와 연계되는 복수의 펀치(punch)를 포함하는 리소그래피 장치가 제공되며, 각각의 펀치는 그와 연계되는 임프린트 템플레이트의 영역보다 큰 영역 주위로 펀칭하도록 치수화된다.
본 발명의 제 7 실시형태에 따르면, 복수의 임프린트 템플레이트의 패터닝된 표면들 및 복수의 임프린트 템플레이트를 유지하는 임프린트 템플레이트 홀더에 임프린트가능한 매질을 도포하는 단계; 임프린트가능한 매질이 실질적으로 고체가 되게 하는 단계; 실질적으로 고체인 임프린트가능한 매질을 관통하여 잘라내기(cut through) 위해, 임프린트 템플레이트 각각의 주변부(periphery)의 외부에 속하는(fall) 주변부를 따라 임프린트가능한 매질을 관통하여 잘라내도록 배치되는 펀치들을 이용하는 단계; 및 기판에 대향하여 임프린트 템플레이트를 접촉시키는 단 계를 포함하는 임프린트 리소그래피 방법이 제공된다.
본 발명의 제 8 실시형태에 따르면, 복수의 임프린트 템플레이트를 유지하도록 구성된 템플레이트 홀더; 기판을 유지하도록 구성된 기판 홀더; 및 임프린트 템플레이트를 통해 화학 방사선(actinic radiation)을 지향하지 않고, 템플레이트 홀더를 통해 화학 방사선을 지향하도록 배치된 방사선 안내 장치(radiation guiding apparatus)를 포함하는 리소그래피 장치가 제공된다.
본 발명의 제 9 실시형태에 따르면, 임프린트 템플레이트의 패터닝된 표면에 임프린트가능한 매질을 도포하는 단계; 기판의 표면에 시아노아크릴레이트(cyanoacrylate)를 도포하는 단계; 및 시아노아크릴레이트가 임프린트가능한 매질의 중합(polymerization)을 유발하도록, 기판에 대향하여 임프린트 템플레이트를 접촉시키는 단계를 포함하는 임프린트 리소그래피 방법이 제공된다.
본 발명의 제 10 실시형태에 따르면, 임프린트 템플레이트의 패터닝된 표면에 폴리머(polymer) 및 용매(solvent)를 도포하는 단계; 폴리머가 고체가 되도록 용매가 증발하게 하는 단계; 기판에 모노머(monomer)의 층을 도포하는 단계; 모노머 층에 대향하여 폴리머가 추진(push)되도록, 기판에 대향하여 임프린트 템플레이트를 접촉시키는 단계; 및 접촉시킨 이후에 모노머 층을 화학 방사선으로 조명하는 단계를 포함하는 임프린트 리소그래피 방법이 제공된다.
본 발명의 제 11 실시형태에 따르면, 임프린트 템플레이트의 패터닝된 표면에 폴리머 및 모노머의 혼합물을 도포하는 단계; 기판에 대향하여 임프린트 템플레이트를 접촉시키는 단계; 및 접촉시킨 이후에 폴리머 및 모노머의 혼합물을 화학 방사선으로 조명하는 단계를 포함하는 임프린트 리소그래피 방법이 제공된다.
본 발명의 제 12 실시형태에 따르면, 임프린트 템플레이트의 패터닝된 표면에 임프린트가능한 매질을 도포하는 단계; 기판의 표면에 평탄화 층(planarization layer)을 도포하는 단계; 및 도포 이후에 기판에 대향하여 임프린트 템플레이트를 접촉시키는 단계를 포함하는 임프린트 리소그래피 방법이 제공되며, 상기 임프린트가능한 매질 및 상기 평탄화 층은 둘 모두 유체이다.
본 발명의 1 이상의 실시예는, 패터닝된 템플레이트가 유동가능한 상태에서 임프린트가능한 매질 내로 임프린트되는 어떠한 임프린트 리소그래피 공정에도 적용가능하며, 예를 들어 앞서 설명된 바와 같은 핫 임프린트 리소그래피(hot imprint lithography) 및 UV 임프린트 리소그래피에 적용될 수 있다. 본 발명의 1 이상의 실시예를 이해하기 위해, 당업계에서 주지된 것보다 더 이상 상세하게 임프린트 공정을 설명할 필요는 없다.
일반적으로, 핫 임프린트 리소그래피 및 UV 임프린트 리소그래피로 칭해질 임프린트 리소그래피에 대한 2개의 주요 접근법이 존재한다. 또한, 소프트 리소그래피로 알려진 제 3 타입의 "프린팅" 리소그래피가 존재한다. 이 예시들은 도 1a 내지 도 1c에 예시되어 있다.
도 1a는 (통상적으로, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane: PDMS)으로 제작된) 유연한 템플레이트(flexible template: 10)로부터, 기판(12) 및 평탄화 및 전사 층(planarization and transfer layer: 12') 상에 지지되는 레지스트 층(13) 상으로, 분자들(통상적으로, 티올(thiol)과 같은 잉크)의 층(11)을 전사하는 단계를 수반하는 소프트 리소그래피 공정을 개략적으로 도시한다. 템플레이트(10)는 그 표면상에 피처들의 패턴을 가지며, 상기 피처들 상에 분자 층이 배치된다. 템플레이트가 레지스트 층에 대해 가압(press)되는 경우, 분자들의 층(11)이 레지스트에 압착(stick)된다. 레지스트로부터의 템플레이트의 제거 시, 분자들의 층(11)은 레지스트에 압착되며, 전사된 분자 층에 의해 덮여 있지 않은 레지스트 영역들이 기판에 대해 아래로 에칭되도록 레지스트의 잔여 층이 에칭된다.
소프트 리소그래피에 사용되는 템플레이트는 쉽게 변형(deform)될 수 있으며, 템플레이트의 변형은 임프린트된 패턴에 부정적인 영향을 줄 수 있기 때문에, 따라서 예를 들어 나노미터 스케일의 고 분해능 적용예들에는 적절하지 않을 수 있다. 더욱이, 동일한 영역이 여러번 오버레이되는 다층 구조체들을 제작하는 경우, 소프트 임프린트 리소그래피는 나노미터 스케일의 오버레이 정확성을 제공할 수 없다.
핫 임프린트 리소그래피(또는 핫 엠보싱(hot embossing))는 나노미터 스케일로 사용되는 경우에는 나노임프린트 리소그래피(NIL)로도 알려져 있다. 상기 공정은, 마모성(wear)과 변형에 대해 더 저항성이 있는, 예를 들어 실리콘 또는 니켈로 만들어진 보다 경질의(harder) 템플레이트를 사용한다. 이는, 예를 들어 미국 특허 제 6,482,742호에 개시되어 있으며 도 1b에 예시되어 있다. 통상적인 핫 임프린트 공정에서, 고체 템플레이트(14)가 열경화성(thermosetting) 또는 열가소성 폴리머 수지(thermoplastic polymer resin)(15)로 임프린트되며, 이는 기판(12)의 표면 상 에 캐스트(cast)된다. 상기 수지는, 예를 들어 기판 표면 상으로, 또는 보다 통상적으로 (예시된 예시에서와 마찬가지로) 평탄화 및 전사 층(12') 상으로 스핀 코팅(spin coat)되고 베이크(bake)될 수 있다. 임프린트 템플레이트를 설명하는 경우 "경질(hard)"이라는 용어는, 예를 들어 "경질의" 고무와 같이, 일반적으로 "경질의" 재료와 "연질의" 재료 사이에서 고려될 수 있는 재료들을 포함한다는 것을 이해하여야 한다. 임프린트 템플레이트로서 사용되는 특정 물질의 적절성(suitability)은 그 적용 요건들에 의해 결정된다.
열경화성 폴리머 수지가 사용되는 경우, 상기 수지는 템플레이트와의 접촉 시, 템플레이트 상에 정의된 패턴 피처들 안으로 유입되도록 충분히 유동가능하게 하기 위해서 소정 온도로 가열된다. 그 후, 원하는 패턴을 고체화(solidify)하고 비가역적으로(irreversibly) 채택하도록 상기 수지를 열적으로 경화(cure)(예를 들어, 가교결합(crosslink))시키기 위해 상기 수지의 온도가 상승된다. 그 후, 템플레이트가 제거될 수 있으며 패터닝된 수지가 냉각될 수 있다.
핫 임프린트 리소그래피 공정들에 사용되는 열가소성 폴리머 수지들의 예시들로는, 폴리(메틸 메타크릴레이트)(poly (methyl methacrylate)), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리(벤질 메타크릴레이트)(poly (benzyl methacrylate)) 또는 폴리(시클로헥실 메타크릴레이트)(poly (cyclohexyl methacrylate))가 있다. 열가소성 수지는 템플레이트와 임프린트되기 직전에 자유롭게 유동가능한 상태가 되도록 가열된다. 통상적으로, 수지의 유리 전이 온도(glass transition temperature)보다 상당히 높은 온도로 열가소성 수지를 가열할 필요가 있다. 템플레이트는 유동 가능한 수지 안으로 가압되며, 템플레이트 상에 정의된 모든 패턴 피처들 내로의 수지 유동들을 보장하기 위해서 충분한 압력이 인가된다. 그 후, 수지는 제 자리에서(in place) 템플레이트와 함께 그 유리 전이 온도 이하로 냉각되며, 수지는 원하는 패턴을 비가역적으로 채택한다. 패턴은 수지의 잔여 층으로부터 부각된(in relief) 피처들로 구성될 것이며, 그 후 이는 패턴 피처들만을 남기기 위해서 적절한 에칭 공정에 의해 제거될 수 있다.
고체화된 수지로부터 템플레이트의 제거 시, 도 2a 내지 도 2c에 예시된 바와 같이, 통상적으로 2 단계 에칭 공정이 수행된다. 도 2a에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 기판(20)은 그 바로 위에 평탄화 및 전사 층(21)을 갖는다. 상기 평탄화 및 전사 층의 목적은 2중(twofold)이 되게 하는 것이다. 이는 템플레이트의 표면에 대해 실질적으로 평행한 표면을 제공하는 역할을 하며, 본 명세서에 설명된 바와 같이, 템플레이트와 수지 간의 접촉이 평행하다는 것을 보장하는데 도움을 주고, 또한 프린트된 피처들의 종횡비(aspect ratio)를 개선하는 데에도 도움을 준다.
템플레이트가 제거된 이후, 고체화된 수지의 잔여 층(22)은 원하는 패턴으로 형상화된 평탄화 및 전사 층(21) 상에 남겨진다. 도 2b에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 제 1 에칭은 등방성(isotropic)이고 잔여 층(22)의 부분들을 제거하여 피처들의 불량한 종횡비가 유도되며, 이때 L1은 피처들(23)의 높이이다. 제 2 에칭은 비등방성(또는 선택적)이며 종횡비를 개선시킨다. 도 2c에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 비등방성 에칭은 고체화된 수지에 의해 덮여 있지 않은 평탄화 및 전사 층(21)의 그 부분들을 제거하여 피처들(23)의 종횡비를 (L2/D)까지 증가시킨다. 에 칭 이후 기판에 남겨진 결과적인 폴리머 두께 콘트라스트(polymer thickness contrast)는, 임프린트된 폴리머가 충분히 저항성이 있는 경우에, 예를 들어 리프트-오프 공정(lift-off process)의 일 단계로서, 예를 들어 건식 에칭(dry etching)용 마스크로서 사용될 수 있다.
핫 임프린트 리소그래피는, 패턴 전사가 보다 높은 온도에서 수행되어야 할 뿐만 아니라, 템플레이트가 제거되기 이전에 수지가 적절히 고체화되는 것을 보장하기 위해서, 비교적 큰 온도 차(temperature difference)들이 요구될 수 있다는 단점을 갖는다. 35 내지 100 ℃의 온도 차들이 요구될 수 있다. 예를 들어, 기판과 템플레이트 간의 상이한 열 팽창(differential thermal expansion)은 이후 전사된 패턴의 왜곡(distortion)을 유도할 수 있다. 이는, 기판 내의 기계적 변형을 유도함에 따라 패턴도 왜곡시킬 수 있는 임프린트가능한 물질의 점성 특성(viscous nature)으로 인해, 임프린팅 단계에 요구되는 비교적 높은 압력에 의해 악화될 수 있다.
반면, UV 임프린트 리소그래피는, 이러한 높은 온도들 및 온도 변화들을 수반하지 않을 뿐만 아니라 이러한 점성 임프린트가능한 재료들을 필요로 하지 않는다. 그보다, UV 임프린트 리소그래피는 부분적으로 또는 전체적으로 투명한 템플레이트 및 UV-경화성 액체(UV-curable liquid), 통상적으로 예를 들어 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트와 같은 모노머의 사용을 수반한다. UV 임프린트 리소그래피는, 예를 들어 J. Haisma "Mold-assisted nanolithography: A process for reliable pattern replication"(J. Vac. Sci. Technol. B14(6), Nov/Dec 1996)에서 설명된다. 일반적으로, 개시제(initiator) 및 모노머들의 혼합물과 같이, 여하한의 광중합성 물질(photopolymerisable material)이 사용될 수 있다. 또한, 경화성 액체는 예를 들어 디메틸 실록산 유도체를 포함할 수 있다. 이러한 물질들은, 핫 임프린트 리소그래피에서 사용되는 열경화성 및 열가소성 수지들보다는 점성이 덜하므로, 결과적으로 템플레이트 패턴 피처들을 채우기 위해 훨씬 더 빨리 움직인다. 또한, 낮은 온도 및 낮은 압력 작동은 보다 높은 스루풋 능력들(throuput capabilities)에 조력(faver)한다. 'UV 임프린트 리소그래피'라는 용어는 UV 방사선이 항상 사용된다는 것을 의미하지만, 당업자라면 여하한의 적절한 화학 방사선이 사용될 수 있다는 것을 알 것이다(예를 들어 가시광이 사용될 수 있다). 따라서, 본 명세서에서 UV 임프린트 리소그래피, UV 방사선, UV 경화성 재료 등의 어떠한 언급도 여하한의 적절한 화학 방사선을 포함하는 것으로 해석되어야 하며, UV 방사선에만 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다.
도 1c에는 UV 임프린트 공정의 일 예시가 도시되어 있다. 도 1b의 공정과 유사한 방식으로, 쿼츠 템플레이트(quartz template: 16)가 UV 경화성 수지(17)에 도포된다. 열가소성 수지들을 이용하는 경우의 온도 사이클링, 또는 열경화성 수지들을 채택하는 핫 엠보싱에서와 같이 온도를 상승시키는 대신에, UV 방사선은 수지를 중합시키고 이에 따라 경화시키기 위해서 쿼츠 템플레이트를 통해 수지에 적용된다. 템플레이트의 제거 시, 레지스트의 잔여 층들을 에칭하는 나머지 단계들은, 본 명세서에서 설명된 핫 엠보싱 공정과 동일하거나 유사하다. 통상적으로 사용되는 UV 경화성 수지들은, 보다 낮은 임프린트 압력들이 사용될 수 있도록, 통상적인 열 가소성 수지들보다 훨씬 더 낮은 점성을 갖는다. 높은 온도들 및 온도 변화들로 인한 감소된 변형과 함께, 보다 낮은 압력들로 인한 감소된 물리적 변형은, UV 임프린트 리소그래피를 높은 오버레이 정확성을 요구하는 적용예들에 적절하게 한다. 또한, UV 임프린트 템플레이트들의 투과 성질은 임프린팅과 동시에 광학 정렬 기술들도 수용할 수 있다.
이러한 타입의 임프린트 리소그래피는 주로 UV 경화성 재료들을 사용하며, 따라서 포괄적으로 UV 임프린트 리소그래피라고도 칭해지지만, 방사선의 다른 파장들이 적절히 선택된 재료를 경화(예를 들어, 중합 또는 가교결합 반응(cross linking reaction)을 활성화)시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 적절한 임프린트가능한 재료가 이용가능한 경우, 이러한 화학적 반응을 개시할(initiating) 수 있는 여하한의 방사선이 사용될 수 있다. 대안적인 "활성화 방사선(activating radiation)"은, 예를 들어 가시 광, 적외 방사선, x-레이 방사선 및 전자 빔 방사선을 포함할 수 있다. 본 명세서의 일반적인 설명에서, UV 방사선의 이용 및 UV 임프린트 리소그래피에 관한 언급들은 이들 및 다른 활성화 방사선 가능성들을 배제하려는 것이 아니다.
기판 표면에 실질적으로 평행하게 유지되는 플래너 템플레이트(planar template)를 이용하는 임프린트 시스템들에 대한 대안예로서, 롤러 임프린트 시스템(roller imprint system)들이 개발되었다. 템플레이트가 롤러 상에 형성되지만, 이외의 임프린트 공정은 플래너 템플레이트를 이용하여 임프린트하는 것과 매우 유사한 핫 및 UV 롤러 임프린트 시스템 둘 모두가 제안되었다. 본 명세서가 다르게 나타내지 않는다면, 임프린트 템플레이트에 대한 언급들은 롤러 템플레이트에 대한 언급들을 포함한다.
예를 들어, 종래적으로 IC 제조시 사용되는 광학 스테퍼들과 유사한 방식으로 작은 스텝들(steps) 내에 기판을 패터닝하는데 사용될 수 있는 스텝 앤드 플래시 임프린트 리소그래피(step and flash imprint lithography: SFIL)로서 알려진 UV 임프린트 기술이 특히 개발되었다. 이는, UV 경화성 수지 내로 템플레이트를 임프린트함으로써 기판의 작은 영역들을 한번에 프린트하는 단계, 템플레이트 밑의 수지를 경화시키기 위해 템플레이트를 통해 UV 방사선을 '플래시(flash)'하는 단계, 템플레이트를 제거하는 단계, 기판의 인접한 영역으로 스테핑하는 단계, 및 상기 작업을 반복하는 단계를 수반한다. 이러한 스텝 앤드 리피트 공정들(step and repeat processes)의 작은 필드 크기는, SFIL이 IC 및 높은 오버레이 정확성을 필요로 하는 다른 디바이스들의 제조에 특히 적절할 수 있도록, 패턴 왜곡들 및 CD 변동들을 감소시키는데 도움을 줄 수 있다. 미국 특허 출원 공개 US 2004-0124566호는 스텝 및 플래시 임프린트 리소그래피 장치의 일 예시를 상세히 설명한다.
원칙적으로는, 예를 들어 스핀 코팅에 의해 UV 경화성 수지가 전체 기판면에 도포될 수 있지만, 이는 UV 경화성 수지들의 휘발 성질로 인해 문제가 될 수 있다.
이러한 문제를 설명하는 한가지 접근법은, 템플레이트로의 임프린팅 직전에, 수지가 드롭릿(droplet)들로 기판의 타겟부 상에 분배(dispense)되는 소위 '드롭 온 디맨드(drop on demand)' 공정이다. 액체의 소정 부피가 기판의 특정 타겟부 상에 증착되도록 액체 분배가 제어된다. 액체는 다양한 패턴으로 분배될 수 있으며, 패턴의 배치 및 액체 부피의 세심한 제어의 조합은 타겟 영역에 대한 패터닝을 한정(confine)하도록 채택될 수 있다.
언급된 바와 같이 요구에 따라(on demand)로 수지를 분해하는 것은 쉬운 일이 아니다. 템플레이트 피처들을 채우기 위한 충분한 수지가 존재하는 한편, 동시에 이웃하는 드롭들이 유체에 닿자마자 수지는 어디로도 유동하지 않을 것이기 때문에 바람직하지 않게 두껍거나 울퉁불퉁한(uneven) 잔여 층으로 롤링될 수 있는 과도한 수지를 최소화하는 것을 보장하기 위해서, 드롭릿들의 크기 및 간격이 세심하게 제어된다.
본 명세서에서는, 기판 상에 UV 경화성 액체들을 증착하는 것이 언급되었지만, 액체들은 템플레이트 상에도 증착될 수 있으며, 일반적으로 동일한 기술들 및 고려사항들이 적용될 것이다.
도 3은 템플레이트, 임프린트가능한 재료(경화성 모노머, 열경화성 수지, 열가소성 물질 등) 및 기판의 상대 치수를 도시한다. 경화성 수지 층의 두께(t)에 대한 기판의 폭(D)의 비는 106 정도이다. 템플레이트로부터 돌출(project)된 피처들이 기판을 손상시키는 것을 회피하기 위해서, 치수(t)는 템플레이트 상에 돌출된 피처들의 깊이보다 커야한다는 것을 이해할 것이다.
스탬핑 이후에 남겨진 잔여 층은 아래놓인 기판을 보호하는데 유용하지만, 본 명세서에 언급된 바와 같이, 특히 높은 분해능 및/또는 최소 CD(임계 치수) 변동이 요구되는 경우, 문제의 원인이 될 수도 있다. 제 1 '브레이크스 루(breakthrough)' 에칭은 등방성(비선택적)이며, 따라서 임프린트된 피처들뿐 만 아니라 잔여 층을 다소 부식(erode)시킬 것이다. 이는, 잔여 층이 지나치게 두껍고 및/또는 울퉁불퉁한 경우에 악화될 수 있다. 이 문제는, 예를 들어 아래놓인 기판 내에 최후에 형성되는 라인들의 두께의 변동(즉, 임계 치수의 변동)을 초래할 수 있다. 제 2 이방성 에칭에서 전사 층 내에 에칭되는 라인의 두께의 균일성은, 수지 내에 남겨진 피처의 형상의 무결성(integrity) 및 종횡비에 의존한다. 잔여 수지 층이 울퉁불퉁한 경우, 비선택적인 제 1 에칭은 "둥글게 된(rounded)" 최상부들을 갖는 이들 피처들 중 몇몇을 남게 할 수 있으므로, 이들은 제 2 에칭 공정 및 여하한의 후속 에칭 공정에서 라인 두께의 양호한 균일성을 보장하도록 충분히 잘 정의되지 않는다. 원칙적으로, 앞선 문제는 잔여 층을 가능한 한 얇게 보장함으로써 감소될 수 있지만, 이는 (기판 변형을 증가시킬 수 있는) 바람직하지 않게 큰 압력들의 인가 및 (스루풋을 감소시킬 수 있는) 비교적 긴 임프린팅 시간을 필요로 할 수 있다.
템플레이트는 임프린트 리소그래피 시스템의 중요한 구성요소이다. 본 명세서에 명시된 바와 같이, 템플레이트 표면 상의 피처들의 분해능은 기판 상에 프린트된 피처들의 달성가능한 분해능에 관한 제한 인자(limiting factor)이다. 핫 및 UV 리소그래피에서 사용되는 템플레이트들은, 일반적으로 2-스테이지 공정으로 형성된다. 먼저, 예를 들어 레지스트 내에 높은 분해능 패턴을 부여하기 위해 (예를 들어, 전자빔 패턴 발생기로) 전자 빔 기록(writing)을 이용하여 요구되는 패턴이 기록된다. 그 후, 템플레이트의 기재(base material) 내로 패턴을 전사하기 위한 최종의 이방성 에칭 단계를 위한 마스크를 형성하는 크롬의 얇은 층 내로 레지스트 패턴이 전사된다. 예를 들어, 이온-빔 리소그래피, X-레이 리소그래피, EUV(extreme UV) 리소그래피, 에피택셜 성장(epitaxial growth), 박막 증착(thin film deposition), 화학적 에칭, 플라즈마 에칭, 이온 에칭 또는 이온 밀링(ion milling)과 같은 다른 기술들이 사용될 수 있다. 일반적으로, 템플레이트는 전사된 패턴의 분해능이 템플레이트 상의 패턴의 분해능에 의해 제한되는 1x 마스크에서 효과적이기 때문에, 매우 높은 분해능이 가능한 기술이 사용될 것이다.
또한, 템플레이트의 해제 특성들(release characteristics)이 고려사항일 수 있다. 템플레이트는, 예를 들어 낮은 표면 에너지를 갖는 템플레이트 상에 얇은 해제 층(release layer)을 형성하기 위해 표면 처리재(surface treatment material)로 처리될 수 있다(또한, 얇은 해제 층은 기판 상에 증착될 수 있다).
임프린트 리소그래피의 개발에 있어 또 다른 고려사항은 템플레이트의 기계적 내구성(durability)이다. 템플레이트는 레지스트의 스탬핑 중에 큰 힘들을 거칠 수 있으며, 핫 리소그래피의 경우에는 극도의 압력과 온도도 거칠 수 있다. 이는 템플레이트의 마모를 유발할 수 있으며, 기판 상에 임프린트되는 패턴의 형상에 부정적인 영향을 줄 수 있다.
핫 임프린트 리소그래피에서, 두 재료 사이의 상이한 열 팽창을 감소시키기 위해 패터닝될 기판과 동일하거나 유사한 재료의 템플레이트를 이용함에 있어서 장점이 존재할 가능성이 있다. UV 임프린트 리소그래피에서, 템플레이트는 활성화 방사선에 전체적으로 또는 부분적으로 투명하며, 따라서 쿼츠 템플레이트들이 사용된 다.
본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서 임프린트 리소그래피의 특정 사용예에 대하여 언급하였지만, 서술된 임프린트 장치 및 방법들은 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 하드 디스크 자기 매체, 평판 디스플레이, 박막 자기 헤드 등의 제조와 같은 다른 적용예를 가질 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
본 명세서의 설명에서는, 레지스트로서 효과적으로 기능하는 임프린트가능한 수지를 통해 기판에 템플레이트 패턴을 전사하는 임프린트 리소그래피의 특정 사용예가 언급되었지만, 몇몇 상황들에서 임프린트가능한 재료는 그 자체로, 예를 들어 전기 또는 열 도전성(conductivity), 광학 선형 또는 비선형 응답 등과 같은 기능성을 갖는 기능성 재료일 수 있다. 예를 들어, 기능성 재료는 도전 층, 반도체 층, 유전 층, 또는 또 다른 바람직한 기계적, 전기적 또는 광학적 특성을 갖는 층을 형성할 수 있다. 또한, 몇몇 유기 물질들이 적절한 기능성 재료들일 수도 있다. 이러한 적용예들은 본 발명의 일 실시예의 범위 내에 존재할 수 있다.
도 4a는 템플레이트 홀더(41) 내에 유지된 임프린트 템플레이트(40) 및 기판 테이블(43) 상에 유지된 기판(42)을 포함하는 임프린트 리소그래피 장치를 개략적으로 나타낸다. 종래의 임프린트 리소그래피 장치에 비해, 임프린트 템플레이트(40)는 기판 테이블(43)과 기판(42) 아래에 위치된다. 기판(42)은 기판 테이블의 표면에 제공된 진공에 의해 기판 테이블(43)에 안전하게 고정된다. 잉크젯 노즐(ink-jet nozzle: 44)은 임프린트 템플레이트(40) 상에 임프린트가능한 매질(45) 의 드롭릿들을 제공하도록 배치된다(다수의 잉크젯 노즐들이 사용될 수 있다). 이는, 임프린트 템플레이트 상이 아니라 기판 상에 임프린트가능한 매질이 제공되는 종래의 임프린트 리소그래피 장치와 비교된다.
임프린트 템플레이트(40)의 전체 표면, 또는 적어도 기판(42) 내로 임프린트될 패턴이 제공되는 상기 영역이 임프린트가능한 매질(45)의 드롭릿들로 덮인다. 도 4a는 서로 접촉하고 있는 드롭릿(45)들을 나타내었지만, 그 대신에 드롭릿들은 서로 분리될 수도 있다.
기판(42)의 재료 특성에 비교되는 임프린트 템플레이트(40)의 재료 특성으로 인해, 임프린트가능한 매질(45)의 증발은 임프린트가능한 매질(45)이 기판(42) 상에 제공되어야 했던 경우보다 더 적을 수 있다. 재료 특성들은 아래에서 더 설명될 것이다.
도 4b를 참조하면, 임프린트 템플레이트(40)가 위로 이동하여(및/또는 기판이 아래로 이동하여), 임프린트 템플레이트는 기판(42)과 접촉하고 가압한다. 이는 임프린트 템플레이트(40) 상에 패턴을 형성하는 후퇴부들 내로 임프린트가능한 매질(45)이 유입하게 한다. 실질적으로 임프린트 템플레이트의 모든 후퇴부가 임프린트가능한 매질(45)에 의해 채워질 때까지 임프린트 템플레이트(40)가 이 위치에 유지된다. 이후에, 도 4c에 개략적으로 나타낸 바와 같이 화학 방사선(예를 들어, UV 방사선 또는 가시광)이 임프린트가능한 매질(45)에 지향된다. 화학 방사선은, 사용되는 파장 또는 파장들에 투명한 임프린트 템플레이트(40)를 통과하고, 임프린트가능한 매질(45)에 의해 흡수된다. 임프린트가능한 매질은 화학 방사선에 의해 경화 되는데, 일단 임프린트 템플레이트(40)가 제거되면, 임프린트가능한 매질(45)이 임프린트 템플레이트(40)에 의해 임프린트된 패턴을 보유(retain)하는 효과를 갖는다. 후속하여, 기판은 종래의 방식으로 화학적으로 처리될 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 임프린트 템플레이트(40)로부터의 임프린트가능한 매질(45)의 증발은, 임프린트가능한 매질이 기판(42) 상에 제공되었던 경우에 발생하였던 증발보다 더 적을 수 있다. 이는 임프린트 템플레이트(40)의 재료 특성으로 인한 것이다.
도 5a는 습윤 표면(wetting surface)을 갖는 기판(46) 상에 위치된 임프린트가능한 매질의 드롭릿(45a)을 개략적으로 나타낸다. 도 4에 개략적으로 나타낸 기판과 달리, 도 5a에 개략적으로 나타낸 기판(46)은 종래의 방위를 갖는다. 도 5b는 비습윤 표면(51) 상에 위치된 임프린트가능한 매질의 드롭릿(45b)을 개략적으로 나타낸다.
일반적으로, 액체와 고체 표면 간의 상호작용은 그들 각각의 극성(polarity)에 의존할 것이다. 액체 및 고체 표면이 동일한 극성을 갖는 경우, 고체 표면은 습윤 표면이다. 예를 들어, 물과 같은 극성 액체(polar liquid)는 극성 유리 기판을 적신다(wet). 임프린트가능한 매질 및 표면이 동일한 극성을 갖는 경우에(표면이 습윤임), 예를 들어 표면이 기판 46인 경우에 임프린트가능한 매질은 표면을 가로질러 더 쉽게 펴질 것이며(spread), 임프린트가능한 매질의 드롭릿(45a)은 도 5a에 개략적으로 나타낸 형태를 취할 것이다. 표면이 비습윤인 경우에, 예를 들어 액체 및 고체 표면이 반대의 극성을 갖는 경우에 임프린트가능한 매질과 기판 사이의 접 촉 영역은 감소된다. 이러한 경우, 임프린트가능한 매질의 드롭릿(45b)은 도 5b에 개략적으로 나타낸 형태를 취할 것이다. 표면과 액체 드롭릿 사이에서 대하는(subtend) 각도(도 5a 및 도 5b에서 θ로 나타냄)가 90°보다 큰 경우, 표면은 통상적으로 습윤이라고 정의된다. 도 5b에개략적으로 나타낸 바와 같이 각도가 90°보다 작은 경우, 표면은 일반적으로 비습윤이라고 언급된다.
임프린트 템플레이트(40)는 약간 습윤이다. 이는 도 5c에 예시되어 있으며, 임프린트가능한 매질(45)의 드롭릿은 임프린트 템플레이트 표면(40)과 90°보다 약간 큰 각도에 대한다. 도 5a와 도 5c를 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 기판(42)의 표면은 임프린트 템플레이트(40)보다 상당히 더 습윤이다(즉, 각도 θ가 90°보다 상당히 더 크다). 이러한 이유로, 임프린트 템플레이트(40) 상에 제공된 임프린트가능한 매질(45c)은 기판(46) 상에 제공되었던 경우에 가졌던 것보다 임트린트 템플레이트와 더 작은 접촉 영역을 갖는다. 임프린트가능한 매질(45c)의 드롭릿은 동일한 부피를 갖기 때문에, 더 작은 접촉 영역은 드롭릿의 높이가 증가된다는 것을 의미한다. 또한, 드롭릿(45c)은 상당히 더 작은 표면 영역을 가지며; 다시 말하면, 드롭릿(45c)의 둥근 영역(dome area)은 기판 상에 제공된 드롭릿(45a)의 둥근 영역에 비해 감소된다.
임프린트가능한 매질(45)의 드롭릿의 표면으로부터 증발이 일어난다. 임프린트 템플레이트(40)의 표면이 기판(46)의 표면보다 덜 습윤하다는 사실로 인해, 임프린트 템플레이트(40) 상의 임프린트가능한 매질의 드롭릿(45c)의 표면 영역은 기판(46) 상의 임프린트가능한 매질의 드롭릿(45a)의 표면 영역보다 작다. 이는 임프 린트가능한 매질(45)의 증발이 감소된다는 것을 의미한다.
임프린트가능한 매질(45)의 증발량에 대한 기여 인자(contributing factor) 하나는, 기판(46)의 표면으로부터 임프린트가능한 매질의 드롭릿으로의 열 전달일 수 있다. 열 전달의 효과는 임프린트가능한 매질(45)의 드롭릿이 임프린트 템플레이트(40) 상에 제공되는 경우에 감소되며, 이는 드롭릿이 더 높이 세워져 있고 표면과 더 작은 접촉 영역을 갖기 때문에 이에 따라 열 전달량이 감소되기 때문이다. 이는 임프린트가능한 매질의 증발량을 감소시키는데 조력한다.
임프린트가능한 매질(45)의 드롭릿의 에지(edge)에서 일어나는 증발량은, 일반적으로 나머지 드롭릿에 대한 것보다 더 높을 것이다. 임프린트 템플레이트(40) 상에 제공된 임프린트가능한 매질(45)의 드롭릿의 접촉 영역이 기판(46) 상에 제공된 드롭릿의 접촉 영역보다 작기 때문에, 따라서 드롭릿의 에지의 길이가 감소되며 드롭릿의 에지로부터의 증발량이 감소된다.
본 발명의 실시예의 또 다른 장점은, 임프린트가능한 매질(45)의 드롭릿의 주어진 부피에 대해 드롭릿들 사이의 임계 거리(critical distance)가 감소된다는 것이다. 임계 거리는, 임프린트가능한 매질(45)의 2 개의 드롭릿들이 서로 접촉하지 않고 단일 드롭릿을 형성하도록 유착(coalesce)하지 않을 것을 보장하기 위해 요구되는 거리이다. 임계 거리가 감소되기 때문에, 이는 임프린트 이전에 제공될 수 있는 임프린트가능한 매질(45)의 드롭릿들의 패턴에서 더 큰 유연성(flexibility)을 허용한다.
앞서 언급된 바와 같이, 임프린트 템플레이트(40)에는 임프린트가능한 매 질(45) 내로 임프린트될 패턴을 함께 형성하는 후퇴부들이 제공된다. 일반적으로, 패턴은 나노미터 또는 수십 나노미터(tens of nanometer)의 분해능의 구조체들을 포함할 것이다. 이 구조체는 임프린트가능한 매질(45)의 각각의 드롭릿과 임프린트 템플레이트(40) 사이에서 대하는 각도를 감소시키는 효과를 가지며, 즉 임프린트 템플레이트를 덜 습윤하게 한다. 이 효과는 때때로 로터스 효과(Lotus effect)라고 언급되며 로터스 식물의 잎들에서 발견되고, 상기 잎들에는 그것들을 비습윤하게 하고 물의 드롭릿들을 그에 따라 구르게 하는 작은 모용(tiny hair)들이 제공되어, 드롭릿들의 구름이 진행됨에 따라 먼지를 포획하여 잎들을 깨끗하게 한다.
임프린트 템플레이트(40)가 기판(42)에 대해 가압되는 그 때에, 임프린트 템플레이트의 덜 습윤한 특성은 임프린트 템플레이트 내의 후퇴부들을 채우게 하기 위해 임프린트가능한 매질(45)이 템플레이트 전체에 걸쳐 흐르는 것을 막지 않는다. 템플레이트의 재료는 임프린트가능한 매질(45)이 임프린트 템플레이트 내의 모든 후퇴부들 내로 흐르게 하기 위해 상당히 습윤하다. 종래의 재료(예를 들어, 쿼츠)로부터 구성된 임프린트 템플레이트는, 종래의 재료(예를 들어, 실리콘)로부터 구성된 기판과 함께 사용될 수 있다. 임프린트 템플레이트(40)는 기판(42) 밑에 위치되므로, 임프린트 템플레이트의 상부면 상에 제공되는 임프린트가능한 매질(45)의 드롭릿들을 보유하도록 중력이 작용한다. 임프린트 템플레이트(40)가 기판(42) 위에 위치되고 아래를 향했던 경우에, 중력은 임프린트가능한 매질(45)의 드롭릿들이 임프린트 템플레이트로부터 떨어지게 유도하려고 했을 것이다.
또한, 본 명세서에서 언급된 바와 같이 기판(42)에는 평탄화 및 전사 층(도 4 및 도 5에 도시되지 않음)이 제공될 수 있다. 평탄화 및 전사 층은 임프린트 템플레이트(40)의 표면에 실질적으로 평행한 표면을 제공하도록 작용한다. 평탄화 및 전사 층은 피처들의 에칭 동안, 임프린트된 피처들의 종횡비를 개선시킨다.
도 4 및 도 5에는 임프린트 템플레이트(40)가 수평으로서 개략적으로 도시되었지만, 임프린트 템플레이트는 각도가 임프린트가능한 매질(45)의 드롭릿들이 임프린트 템플레이트의 표면에 걸쳐 이동하게 할 정도로 너무 크지 않다면, 수평에 대해 약간 각도를 가질 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 일 실시예에서, 임프린트가능한 매질을 경화시키기 위해 UV 방사선 대신에 시아노아크릴레이트가 사용될 수 있다. 도 6a를 참조하면, 기판(100)에는 평탄화 및 전사 층(101)이 제공된다. 낮은 점성의 시아노아크릴레이트(102)는 기판(100) 상으로 드롭릿들의 일 어레이로서 잉크-프린트된다. 이는, 시아노아크릴레이트가 물과 접촉하여 중합하기 때문에 건조한 대기에서 수행된다. 시아노아크릴레이트(102)의 잉크-프린팅은 빠르며, 전형적으로 전체 기판(100)을 가로질러 시아노아크릴레이트를 제공하는데 수 초가 요구된다. 도 6b에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 일단 전체 기판(100)에 시아노아크릴레이트(102)가 제공되었으면, 앞서 임프린트가능한 매질(104)의 층이 제공되었던 임프린트 템플레이트가 기판(100)과 정렬되고 기판 상으로 가압된다. 이는 시아노아크릴레이트(102)의 중합이 일어나게 하며, 즉 임프린트가능한 매질을 경화시킨다. 일단, 임프린트가능한 매질(104)의 중합 또는 경화가 완료되면, 도 6c에 개략적으로 나타낸 바와 같이 기판(100)으로부터 임프린트 템플레이트(103)가 제거된다. 경화된 임프린트가능한 매질(104)은 기 판(100) 상에 유지되며 임프린트 템플레이트(103)의 아래측 상의 패턴과 대응하는 패턴을 포함한다.
임프린트가능한 매질(104)은, 예를 들어 실리콘 리치 폴리머(silicon rich polymer)일 수 있다. 이러한 타입의 폴리머는 습윤이고 따라서 임프린트 템플레이트(103) 상에 제공된 패턴을 형성하는 후퇴부(150)들 내로 쉽게 통과하기 때문에 유리하다. 이는 임프린트 단계 자체, 즉 기판(100) 상으로의 임프린트 템플레이트(103)의 가압이 빠르게 완료되게 한다. 임프린팅 단계의 가압은, 임프린트 단계가 과도한 지연없이 수행되게 하기 위해 선택될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시예의 장점은, 임프린트가능한 매질(104)을 경화시키기 위해 UV 방사선(또는 다른 화학 방사선)이 요구되지 않는다는 것이다. 이는 임프린트 템플레이트(103)가 UV 방사선에 투명한 재료로 제작될 필요가 없다는 것을 의미한다. 임프린트 템플레이트를 제작하기 위해 적절한 저가의 재료, 예를 들어 니켈 또는 다른 금속들이 사용될 수 있다.
시아노아크릴레이트(102)는 실리콘을 포함하지 않으므로 에칭 장벽을 형성하지 않을 것임을 유의한다. 그 대신에, 시아노아크릴레이트(102)는 기판(100) 상에 제공된 평탄화 층(101)의 확장으로 간주될 수 있다. 다시 말하면, 임프린트가능한 매질(104) 내에 임프린트된 패턴의 피처들이 적절히 정의될 것을 보장하기 위해 요구되는 에칭의 양은, 시아노아크릴레이트에 의해 영향을 받지 않는다.
본 발명의 이러한 실시예에서 사용될 수 있는 시아노아크릴레이트의 예시들은 메틸-시아노아크릴레이트, 에틸-시아노아크릴레이트, 또는 알콕시-에틸-시아노 아크릴레이트를 포함한다. 시아노아크릴레이트들은 때때로 강력 순간 접착제(superglue)로 언급된다. 에틸-시아노아크릴레이트의 구조 공식은, 예를 들어 아래에 나타내어 있다.
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시아노아크릴레이트들은, 통상적으로 낮은 점성(전형적으로, 1 내지 10 cps)을 가지며, 수 초(전형적으로, 3 내지 20 초)에 2 부분들이 함께 접착될 수 있다.
본 발명의 대안적인, 또는 추가적인 실시예가 도 7에 개략적으로 도시된다. 도 7a를 참조하면, 기판(150)은 모노머 층(151)으로 스핀 코팅된다. 임프린트 템플레이트(152)에는 폴리머 및 용매 층(153)이 제공된다. 실리콘을 포함하는 폴리머는 용매로 용해(dissolve)된다. 폴리머 및 용매 층(153)은 임프린트 템플레이트(152) 상으로 스핀 코팅될 수 있다. 아래에서 더 설명되는 일 구성에서, 임프린트 템플레이트(152)는 예를 들어 폴리머 및 용매(153)가 임프린트 템플레이트들의 세트 및 임프린트 템플레이트 세트 홀더 상으로 스핀 코딩될 수 있도록 임프린트 세트 홀더와 함께 제공되는 임프린트 템플레이트들의 일 세트 중 하나일 수 있다.
임프린트 템플레이트(152)에는 패터닝된 최상부면(152a)이 제공된다. 패터닝된 최상부면(152a)은, 예를 들어 플루오르 알킬 알콕시실란(fluorinated alkyl alkoxysilane) 또는 플루오르 알킬 트리클로로실란(fluorinated alkyl trichlorosilane)의 자체 조립 층(self assembled layer)을 포함하는 해제 층으로 덮인다.
도 7b를 참조하면, 고체 폴리머 층(153a)이 형성되도록, 스핀 코팅 동안 폴리머 및 용매 층(153)으로부터 용매가 빠르게 증발한다. 증발은, 예를 들어 약 10 초 걸린다.
도 7c를 참조하면, 모노머 층(151)이 폴리머 층(153a)과 접촉하게 되도록, 기판이 인버트(invert)되어 임프린트 템플레이트(152)의 최상부 상에 위치된다.
도 7d를 참조하면, 임프린트 템플레이트(152)를 통해 자외 방사선(154)이 지향되고, 이에 따라 폴리머 층(153a) 및 모노머 층(151) 상에 입사한다. 임프린트 템플레이트(152)는, 예를 들어 쿼츠로 구성될 수 있으며, 이는 자외 방사선을 투과시킨다. 또한, 폴리머 층(153a)도 자외 방사선을 투과시킨다(또는,적어도 부분적으로 그리한다). 이는 자외 방사선의 실질적인 양이 모노머 층(151) 상에 입사할 것을 보장한다. 자외 방사선에 의해 모노머 층(151)이 중합되며, 이에 따라 기판(150)과 폴리머 층(153a)에 접착되는 접착제로서 작용한다. 이에 따라, 폴리머 층(153a)이 기판(150)에 고정된다.
기판(150)과 임프린트 템플레이트(152)가 분리되도록 기판(150) 위로 이동된다(및/또는 임프린트 템플레이트(152)가 내려진다)(이는 도 7에 도시되지 않는다). 기판에 고정되는 폴리머 층(153a)은 임프린트 템플레이트(152)로부터 해제된다. 폴리머 층(153a)은 임프린트 템플레이트(152)의 패터닝된 최상부면(152a)과 대응하는 패턴을 보유한다. 임프린트 템플레이트(152)로부터의 폴리머 층(153a)의 해제는, 임프린트 템플레이트(152) 상에 제공된 해제 층에 의해 용이하게 된다.
앞선 내용은 모노머 층(151)으로 언급하였지만, 그 대신에 폴리머 및 모노머의 블렌드(blend)가 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 대안적인, 또는 추가적인 실시예가 도 8에 개략적으로 도시된다. 도 8a를 참조하면, 임프린트 템플레이트(200)에는 실리콘 리치 모노머와 실리콘 리치 폴리머의 혼합물(201)이 제공되며, 이는 액체 또는 겔(gel)의 형태일 수 있다. 폴리머/모노머 혼합물(201)은 스핀 코팅을 통해 임프린트 템플레이트(200)에 도포될 수 있다. 아래에서 더 설명되는 바와 같이, 임프린트 템플레이트(200)는 임프린트 템플레이트 세트 홀더와 함께 일 어레이 내에 배치되는 임프린트 템플레이트들의 일 세트 중 하나일 수 있다. 이러한 경우, 폴리머/모노머 혼합물의 스핀 코팅은 임프린트 템플레이트들의 어레이를 가로지를 수 있다.
폴리머/모노머 혼합물(201)의 점성은 상당히 높아서 스핀 코팅 동안 브레이크업(break up)을 회피한다. 스핀 코팅 동안, 폴리머/모노머 혼합물의 점성은 모노머의 증발로 인해 증가한다.
폴리머/모노머 혼합물(201)은, 임프린트 템플레이트(200)의 최상부면 위로 연장되는 혼합물의 양이 얇게 배치된다. 이 양은 잔여 층(202)으로 언급된다. 임프린트 공정의 완료에 이어 시작될 에칭의 레이저 양을 허용하기 때문에, 얇고 실질적으로 균질인 잔여 층(202)이 바람직하다.
도 8b를 참조하면, 기판(203)에는 평탄화 층(204)이 제공된다. 기판(203)은 인버트되고 폴리머/모노머 혼합물(201)과 접촉하게 된다. 임프린트 템플레이트(200)가 기판에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장하기 위해, 기판(203)에 대한 임프린트 템플레이트(200)의 정렬이 발생할 수 있다. 정렬은, 예를 들어 종래의 정렬 광학기를 이용하여 수행될 수 있다. 정렬은, 평탄화 층(204)과 폴리머/모노머 혼합물(201) 사이에서 접촉이 생긴 이후에 발생할 수 있으며, 또는 대안적으로 접촉 이전에 발생할 수 있다.
기판(203) 및 임프린트 템플레이트(200)는, 평탄화 층(204)과 폴리머/모노머 혼합물(201) 사이에서 훌륭한 접촉이 구성될 것을 보장하도록 함께 가압된다. 이 다음에, 도 8c에 개략적으로 도시된 바와 같이, 자외 방사선이 임프린트 템플레이트(200)를 통해 지향되고 폴리머/모노머 혼합물(201) 내로 통과한다. 이는 폴리머/모노머 혼합물(201)이 경화되고, 이에 따라 고체 형상으로 변하게 유도한다. 그 후, 도 8d에 개략적으로 나타낸 바와 같이 임프린트 템플레이트(200)로부터 기판(203)이 분리된다. 이제 경화되었던 폴리머/모노머 혼합물은 고체(201a)이고, 임프린트 템플레이트(200) 상에 제공된 패턴에 대응하는 패턴을 보유하며, 평탄화 층(204)에 접착된다.
종래적으로 사용된 모노머 대신에 폴리머/모노머 혼합물을 경화하기 위하여 요구되는 자외 방사선의 양이 상당히 감소될 수 있다. 이는 임프린트 공정이 더 빠르게 완료되고 이에 따라 임프린트 공정의 스루풋을 개선시킨다는 것을 의미한다.
본 발명의 대안적인, 또는 추가적인 실시예가 도 9에 개략적으로 도시된다. 도 9a에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 임프린트 템플레이트(250)에는 실리콘 리치 폴리머 및 용매 혼합물 층(251)이 제공된다. 증발로 인해, 템플레이트(250) 상에 폴리머 층(252)이 형성되며, 상기 폴리머 층은 실질적으로 고체이다. 도 9c에 개략 적으로 나타낸 바와 같이, 기판(253)에는 UV 경화성 모노머의 드롭릿(254)들의 일 어레이가 제공된다.
도 9d를 참조하면, 임프린트 템플레이트(250)가 인버트되고 기판(253)을 향해 이동되어서(및/또는 기판(253)이 임프린트 템플레이트(250)를 향해 이동되어서), 폴리머 층(252)이 모노머의 드롭릿(254)들과 접촉한다. 접촉 이후의 상황이 도 9e에 가까이에서(up close) 개략적으로 도시되며, 여기서 모노머(254)와 기판(253) 사이의 접촉의 각도는 작고, 이와 유사하게 모노머(254)와 폴리머 층(252) 사이의 접촉의 각도도 작다는 것을 알 수 있다(접촉의 각도는 모노머와 그것이 접촉하는 기판 사이에서 대하는 각도이다). 이러한 접촉의 작은 각도는 모노머(254)가 빠르게 흐르도록 하기 때문에 유리하다.
종래의 이전 임프린트 리소그래피 분야에서는, 임프린트 시 기판과 임프린트 템플레이트 사이의 간격이 통상적으로 150 나노미터 이하이어야 한다. 액체 모노머(254) 및 폴리머 층(252)의 사용은 기판과 임프린트 플레이트 사이의 효과적인 간격이 150 나노미터 이상이 되게 한다. 이는 모노머(254)가 실리콘을 포함하지 않기 때문이므로, 에칭 장벽을 형성하지 않을 것이다. 그 대신에, 모노머(254)는 기판(253) 상에 제공된 평탄화 층(255)의 확장이라고 간주될 수 있다.
임프린트가능한 매질이 임프린트 템플레이트 전체에 걸쳐 펴지는데 걸리는 시간은, 임프린트 템플레이트(250)와 기판(253) 사이에서 임프린트가능한 매질 층의 최종 두께의 제곱(square)에 반비례이다. 그러므로, 유체 층의 두께(즉, 모노머(254)의 경우)를 종래의 150 나노미터 두께에서 300 나노미터로 증가시키는 것은 유체가 펴지는데 걸리는 시간의 4 배 감소를 제공한다.
도 9에 예시된 본 발명의 실시예의 추가적인, 또는 대안적인 장점은, 임프린트 템플레이트의 후퇴부들이 이미 폴리머(252)로 채워지기 때문에 폴리머(252)가 없는 경우일 때보다 모노머(254)가 펴지는게 빠르다는 것이다(이는 후퇴부들의 패턴이 제공되는 평면과 평탄한 평면 사이에서 펴지는 것보다 더 쉽다).
도 9f를 참조하면, 일단 모노머(254)가 폴리머 층(252)과 기판(253) 사이에 완전히 펴졌으면, UV 방사선이 임프린트 템플레이트(250)를 통과한다. UV 방사선은 모노머(254)를 경화시키고, 이에 따라 폴리머 층(252)을 기판(253)에 접착한다. 그 후, 임프린트 템플레이트(250)가 올려져서(및/또는 기판(253)이 내려져서), 패터닝된 폴리머 층(252)을 남기고 이는 모노머(254)에 의해 (평탄화 층(255)을 통해) 기판(253)에 접착된다.
본 발명의 대안적인, 또는 추가적인 실시예가 도 10에 예시되어 있다. 도 10a에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 임프린트 템플레이트(270)에는 낮은 점성의 실리콘 함유 모노머(silicon containing monomer) 층이 제공된다. 몇몇 경우들에서, 상기 층은 실리콘 함유 모노머와, 또한 실리콘 함유일 수 있는 폴리머의 블렌드를 포함할 수 있다. 참조의 용이함을 위해, 이 층은 아래에서 모노머 층(271)이라고 언급될 것이다. 모노머 층의 점성은 충분히 낮아서, 모노머에 의해 임프린트 템플레이트(270) 상에 포함된 모든 패턴 피처들이 채워진다.
기판(272)에는 평탄화 층(273)이 제공된다. 평탄화 층(273)은 모노머, 또는 (둘 다 실리콘을 포함하지 않는) 모노머와 폴리머의 블렌드를 포함하며, 낮은 점성 유체이다. 평탄화 층(273)은 상당히 두꺼워서 기판(272)의 전체 표면을 덮으며, 즉 기판이 평탄화 층을 통해 돌출하는 위치가 없다.
임프린트 템플레이트(270)는 인버트되고 기판(272) 위에 위치된다. 그 후, 도 10b에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 모노머 층(271)이 평탄화 층(273)과 접촉하게 되도록 임프린트 템플레이트가 아래로 이동된다(및/또는 기판이 위로 이동된다). 모노머 층(271) 및 평탄화 층(273)은 접촉이 발생하는 경우에 유동적이다. UV 방사선(274)이, 도 10c에 개략적으로 나타낸 바와 같이 모노머 층 및 평탄화 층을 조명하는데 사용되고, 그것들이 고체가 되도록 두 층들을 중합한다. 그 후, 임프린트 템플레이트(270) 및 기판(272) 분리되도록 임프린트 템플레이트(270)가 위로 이동된다(및/또는 기판(272)이 아래로 이동된다). 임프린트 템플레이트(270) 상에 제공된 해제 층은 이제 중합된 층(271)(이는 이전에 모노머 층(271)이었음)으로부터 임프린트 템플레이트를 적절히 해제할 것을 보장하는데 조력한다.
평탄화 층(273)은, 평탄화 층과 모노머 층(271) 사이에 접촉이 이루어지는 경우에 유동적이기 때문에, 임프린트 동안 기판(272) 또는 임프린트 템플레이트(270)에 대한 손상의 위험이 감소된다. 이는 모노머 층(271)의 두께의 감소, 및 특히 소위 잔여 층(이는 임프린트 템플레이트(270)의 패터닝된 표면의 최상부 위로 연장되는 모노머 층의 두께이다)의 감소를 허용한다.
본 발명의 대안적인, 또는 추가적인 실시예가 도 11에 예시되어 있다. 도 11a를 참조하면, 예를 들어 52 개의 임프린트 템플레이트들의 일 어레이(300)가 종래의 300 mm 실리콘 웨이퍼의 유용한 영역에 대략 대응하는 구성으로 배치된다. 각 각의 임프린트 템플레이트는 채널(301)에 의해 분리된다.
템플레이트 세트 홀더(302)가 도 11b에 개략적으로 도시된다. 템플레이트 홀더(302)는 원형이며(하지만 다른 형상을 가질 수 있음), 종래의 300 mm 기판의 외주(outer perimeter)와 대략 대응하는 외주를 갖는다. 템플레이트 세트 홀더(302)에는 52 개의 오프닝(opening: 303)이 제공되며, 그 각각은 임프린트 템플레이트(300)를 수용하도록 치수화된다.
도 11c는 임프린트 템플레이트들(300)이 제공된 템플레이트 세트 홀더(302)의 개략적 단면도이다. 템플레이트 세트 홀더(302) 내에 제공된 오프닝들(303)은, 임프린트 템플레이트들(300)이 그 안에 유지되는 경우에 임프린트 템플레이트들(300)의 최상부면이 템플레이트 세트 홀더(302)의 최상부면과 같은 높이로 배치되는 깊이를 갖는다는 것을 알 수 있다('템플레이트 세트 홀더의 최상부면'이라는 용어는 사용 중에 기판 아래 또는 위에 놓이는 템플레이트 세트 홀더의 부분을 언급하려는 것이며, 임프린트 템플레이트 홀더의 주변 부분들을 포함하려는 것이 아니다).
도 4에 개략적으로 나타낸 바와 같이 임프린트 템플레이트들(300) 및 템플레이트 세트 홀더(302)를 제공함으로써, 복수의 템플레이트를 가로지른 임프린트가능한 매질(또는 다른 적절한 매질)의 스핀 코팅은 템플레이트 세트 홀더(302)를 스핀함으로써 쉽게 달성될 수 있다. 임프린트 템플레이트들(300) 및 템플레이트 세트 홀더(302)의 최상부 면이 같은 높이라는 사실은, 임프린트가능한 매질이 템플레이트 세트 홀더 및 임프린트 템플레이트들을 가로질러 더 쉽게 움직이게 한다.
이상, 본 발명의 실시예들은 종래의 300 mm 직경 웨이퍼에 대해 설명되었지만, 본 발명의 실시예는 여하한의 다른 적절한 기판에 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 템플레이트 세트 홀더(302)는 종래의 200 mm 직경 웨이퍼와 대응하도록 치수화될 수 있다. 여하한 개수의 임프린트 템플레이트들, 및 대응하는 오프닝들이 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이는, 예를 들어 템플레이트의 크기 및 형상, 및 기판의 크기 및 형상에 따라 변할 수 있다.
본 발명의 실시예에 대응하는 템플레이트 세트 홀더 및 임프린트 템플레이트들이 사용될 수 있는 다양한 구성들이 아래에서 설명된다.
본 발명의 대안적인, 또는 추가적인 실시예가 도 12에 개략적으로 도시되어 있다. 복수의 임프린트 템플레이트(400)들이 템플레이트 세트 홀더(401) 내에 유지된다. 도 12a에서는 단지 3 개의 임프린트 템플레이트만이 개략적으로 도시되지만, 이는 예시의 용이함을 위한 것이며, 전체 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼)을 덮도록 충분한 임프린트 템플레이트가 제공될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 임프린트 템플레이트(400)들 및 템플레이트 세트 홀더(401)는 실리콘 리치 모노머(402)의 액체 층으로 덮인다. 이는 스핀 코팅을 이용하여 수행될 수 있다.
기판(403)에는 평탄화 층(404)이 제공된다. 그 후, 기판은 인버트되고 임프린트 템플레이트(400)들 및 템플레이트 세트 홀더(401) 위에 위치된다. 그 후, 기판(403)이 아래로 이동하여(및/또는 임프린트 템플레이트(400)들이 위로 이동하여) 임프린트 템플레이트(400)들 및 템플레이트 세트 홀더(401) 상에 제공된 실리콘 리치 모노머(402)의 층 상으로 평탄화 층(404)이 가압된다. 평탄화 층(404)이 실리콘 리치 모노머(402)와 접촉하게 되는 경우에 가스 포켓(pocket)들 또는 버블(bubble)들을 포함하지 않도록 하는 주의가 요구된다.
평탄화 층(404)과 실리콘 리치 모노머(402) 사이에서 접촉이 일어난 이후에, 임프린트 템플레이트(400)와의 기판(403)의 정렬이 발생한다. 정렬은, 예를 들어 기판(403) 상에 제공된 정렬 마크들(도시되지 않음)을 고려(view)하도록 배치된 광학 정렬 장치를 이용함으로써 수행될 수 있다. 템플레이트 세트 홀더(401)는 변형가능한 재료로부터 형성될 수 있으므로, 템플레이트 세트 홀더(401)로부터 임프린트 템플레이트를 제거하지 않고 그 이웃에 대한 주어진 임프린트 템플레이트(400)의 위치가 조정될 수 있다. 일단, 기판(403)에 대한 임프린트 템플레이트(400)들의 정렬이 달성되었으면, 기판(403)은 아래로 임프린트 템플레이트(400)들 상에 가압되어서(및/또는 그 역으로), 액체 실리콘 리치 모노머(402)가 평탄화 층(404)에 부착된다.
일단, 실리콘 리치 모노머(402)가 평탄화 층(404)에 부착되기 위해 충분한 시간이 경과되었으면, 실리콘 리치 모노머(402)를 경화시키기 위해 UV 방사선이 사용된다. 임프린트 템플레이트(400)들은 UV 방사선에 투명한 재료로 형성되는 반면, 템플레이트 세트 홀더(401)는 자외 방사선에 불투명한 재료로 형성된다. 이는, UV 방사선이 임프린트 템플레이트(400)들을 통해서만 통과되고, 자외 방사선에 의해 임프린트 템플레이트(400)들 위에 위치되는 실리콘 리치 모노머(402)만이 조명되고, 경화된다는 것을 의미한다. 실리콘 리치 모노머(402)는 자외 방사선에 의해 중합되고, 이에 따라 에칭 화학 제품에 저항성이 있는 고체를 형성한다.
템플레이트 세트 홀더(401) 위에 위치되는 실리콘 리치 모노머(402)는 모노머 형태로 유지되며, 즉 중합되지 않는다.
임프린트 템플레이트(400)들을 형성하는데 사용될 수 있는 적절한 재료들은 쿼츠 또는 플라스틱을 포함한다. 템플레이트 세트 홀더(401)를 형성하는데 사용될 수 있는 적절한 재료들은 강한 UV 흡수재를 갖는 플라스틱 또는 플라스틱 코팅된 강철을 포함한다. 변형가능한 템플레이트 세트 홀더(401)가 요구되는 경우, 강한 UV 흡수재로 코팅된 플라스틱 또는 다른 적절한 변형가능한 재료가 사용될 수 있다.
도 12d에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 임프린트 템플레이트(400)들은 제 자리에 유지되고, 중합되지 않았던 실리콘 리치 모노머(402)의 영역들이 증발을 통해 제거된다. 이는 임프린트 템플레이트(400)들 및 기판(403)이 위치되는 환경에 낮은 압력을 인가함으로써 달성된다. 낮은 압력은 중합되지 않은 모노머의 증발이 빠르게 일어나도록 유도하는 한편, 중합된 실리콘 리치 모노머(402)는 영향을 받지 않는다. 증발의 결과로 임프린트 템플레이트(400)들 사이에서 진행하는 채널(406)들이 생성된다. 채널들은 그리드(grid)를 형성하며, 이는 각각의 임프린트 템플레이트(400)들 사이에서 통과된다.
증발되는 모노머 가스는 실리콘 리치 모노머를 포함한다. 이 가스는 모아서 처리될 수 있다.
도 12e를 참조하면, 일단 증발이 완료되었으면 임프린트 템플레이트(400)들은 아래로 이동되고 기판(403)으로부터 멀어진다(및/또는 그 역으로 된다). 그 후, 기판(403)은 후속하는 화학적 처리, 예를 들어 에칭을 고려하도록 제거될 수 있다. 그 후, 임프린트 템플레이트(400)들 및 템플레이트 세트 홀더(401)에는 실리콘 리치 모노머의 새로운 층이 제공되고, 도 12a 내지 도 12e에 개략적으로 나타낸 공정이 반복된다.
기판(403)으로부터의 임프린트 템플레이트(400)들의 제거는 개별적으로 발생할 수 있으며, 즉 각각의 임프린트 템플레이트(400)가 기판으로부터 분리되어 제거된다. 이는 템플레이트들 세트 홀더(401)의 변형가능한 성질과 함께 임프린트 템플레이트(400)들 사이에서의 모노머의 증발 때문에, 여하한의 주어진 임프린트 템플레이트(400)가 그 이웃들에 (예를 들어, 원하지 않는 이동을 유도하는) 악영향을 주지 않고 기판으로부터 멀리 이동되게 할 수 있다. 대안적인 구성에서는, 단일 작업으로 모든 임프린트 템플레이트(400)가 기판(403)으로부터 제거될 수 있다. 또 다른 대안적인 구성에서, 임프린트 템플레이트(400)들의 특정 서브세트들, 예를 들어 로우들은 별도의 작업들로 기판(403)으로부터 제거될 수 있다. 임프린트 템플레이트(400)들 사이로부터의 실리콘 리치 모노머(402)의 제거의 장점은, 기판(403)으로부터 임프린트 템플레이트(400)들을 제거하기 위해(및/또는 그 역으로) 요구되는 힘이 감소된다는 것이다. 또한, 기판(403) 및/또는 임프린트 템플레이트(400)들 상의 피처들을 손상시키는 위험이 감소된다.
본 발명의 대안적인, 또는 추가적인 실시예가 도 13에 개략적으로 예시되어 있다. 도 13a는 템플레이트 세트 홀더(451) 내에 유지된 임프린트 템플레이트(450)들의 일 세트를 나타낸다. 실리콘 리치 폴리머(452)의 층은 고체 층을 형성하기 위 해 임프린트 템플레이트(450)들 및 플레이트 세트 홀더(451) 상으로 용액(solution)으로부터 스핀 코팅된다.
도 13b는 펀치(454)들의 일 세트를 개략적으로 나타내며, 그 각각에는 임프린트 템플레이트(450)들보다 약간 큰 내부의 주변부가 제공된다. 실리콘 리치 폴리머 층(452)을 자르도록 펀치(454)들의 세트가 아래로 이동한다(및/또는 임프린트 템플레이트(400)들이 위로 이동한다). 펀치(454)들은 템플레이트 세트 홀더(452)에 가압될 때까지 실리콘 리치 폴리머 층(452)을 관통하여 이동한다. 일단 이것이 수행되었으면, 펀치(454)들의 세트는 실리콘 리치 폴리머(452)로부터 분리된다. 펀치의 동작은, 임프린트 템플레이트 상에 있는 실리콘 리치 폴리머가 그것을 둘러싸는 실리콘 리치 폴리머로부터 분리되도록, 주어진 임프린트 템플레이트(450) 상의 실리콘 리치 폴리머(452)의 주변부 주위를 잘라내는 것이다.
임프린트 템플레이트(450)들보다는 템플레이트 세트 홀더(451) 상에 제공되는 실리콘 리치 폴리머(452)가 유지되게 하기 위해, 펀치(454)들 사이에 간격이 제공된다.
펀치(454)들의 세트가, 예를 들어 나노미터 스케일의 높은 정밀성을 가질 필요는 없다. 단지, 임프린트 템플레이트(450)들 상에 제공된 실리콘 리치 폴리머(452)가 펀치(454)들의 세트에 의해 잘라내지 않으며, 실리콘 리치 폴리머의 작은 양만이 임프린트 템플레이트(450)들의 에지에 유지되는 것이 요구될 뿐이다.
도 13c를 참조하면, 템플레이트 세트 홀더(451)는 위로 이동하고 임프린트 템플레이트(450)들로부터 멀어진다(또는, 그 역으로 된다). 템플레이트 세트 홀 더(451)는 그 상부면 상에 제공되는 실리콘 리치 폴리머(452)의 부분들과 함께 전달된다. 실리콘 리치 폴리머(452)는 제거될 수 있으며, 후속하는 기판에 대해 재사용될 수 있다.
도 13c로부터, 펀치(454)들의 세트에 의해 제공된 절단(cutting)의 정밀성은, 실리콘 리치 폴리머(452)의 실질적인 양이 임프린트 템플레이트(450)의 에지를 넘어, 그리고 템플레이트 세트 홀더(451) 상으로 연장되지 않도록 상당히 훌륭하여야 한다는 것을 알 수 있다. 이는 임프린트 템플레이트(450)들 사이의 중심 라인들을 따라 잘라내는 펀치들의 간소화된 세트를 사용하지 않는 이유이다. 이러한 실리콘 리치 폴리머(452)의 실질적인 양이 이러한 방식으로 템플레이트 세트 홀더를 넘어 연장된다면, 템플레이트 세트 홀더가 위로 이동하는 경우(및/또는 임프린트 템플레이트(450)들이 아래로 이동되는 경우), 이는 접어 포개져(fold over) 템플레이트(450) 자신과 뒤로 접할 것이므로, 상기 영역에서는 2 층(dual layer)의 실리콘 리치 폴리머(452)가 제공될 것이다. 이는, 아래에 설명되는 단계들 동안, 실리콘 리치 폴리머(452)와 평탄층 사이에 불량한 접촉을 발생시키기 때문에 회피되어야 한다. 이는 실리콘 리치 폴리머와 평탄화 층 사이에 가스 포켓들의 포함을 초래하며, 및/또는 비균일한 에칭 장벽이 형성되게 한다.
도 13d를 참조하면, 일단 템플레이트 세트 홀더(451)가 제거되었으면, 임프린트 템플레이트가 인버트된다. 평탄화 층(457)과 제공된 기판(456)은 임프린트 템플레이트(450) 상에 제공된 실리콘 리치 폴리머 층(452)과 접촉하게 된다. 평탄화 층(457)은 모노머 용액을 포함할 수 있으며, 또는 모노머/폴리머 혼합물일 수 있 다. 용액 및 혼합물은 기판(456) 상으로 스핀 코팅된다.
임프린트 템플레이트(450)는 기판(456)과 정렬될 수 있다. 이는, 예를 들어 기판(456) 상에 제공된 정렬 마크들의 위치를 결정하는 정렬 장치를 이용하고, 임프린트 템플레이트(450)들 중 1 이상의 위치를 조정함으로써 달성될 수 있다. 임프린트 템플레이트(들)(450)의 위치는, 예를 들어 스테퍼 모터 또는 다른 위치 제어 장치에 의해 제어될 수 있다. 정렬은 평탄화 층(457)이 실리콘 리치 폴리머 층(452)과 접촉하기 이전에 수행될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로 정렬은 접촉이 일어난 이후에 바로 발생할 수 있다.
평탄화 층(457)과 실리콘 리치 폴리머(452) 사이의 접촉 이후에, 기판(456)은 평탄화 층과 실리콘 리치 폴리머 사이에 훌륭한 접촉이 형성될 것을 보장하기 위해 임프린트 템플레이트(450)들을 향해 위로 힘을 가한다(push)(또는 임프린트 템플레이트(450)들이 기판(456)을 향해 아래로 이동된다).
도 13e를 참조하면, UV 방사선이 임프린트 템플레이트(450)들에 지향되며, 임프린트 템플레이트를 통과하고 이에 따라 실리콘 리치 폴리머(452) 및 평탄화 층(457) 상으로 입사된다. UV 방사선은 평탄화 층(457)이 중합되도록 유도한다. 이는 평탄화 층(457)을 고체 형태로 변하게 하고, 실리콘 리치 폴리머(452)를 평탄화 층에 붙인다. 임프린트 템플레이트(450)들은 쿼츠, 플라스틱 또는 UV 방사선에 실질적으로 투명한 여하한의 적절한 재료로부터 구성될 수 있다.
도 13f를 참조하면, 임프린트 템플레이트(450)들은 위로 이동되고 기판(456)으로부터 멀어져서(또는, 그 역으로 되어), 임프린트된 패턴이 제공되는 실리콘 리 치 폴리머(452)의 영역들을 남겨둔다. 실리콘 리치 폴리머(452)로부터의 임프린트 템플레이트의 제거에 조력하기 위해, 임프린트 템플레이트(450)들에는 해제 층(그로부터 실리콘 리치 폴리머의 용이한 분리를 허용하는 재료의 층)이 제공될 수 있다. 해제 층은, 예를 들어 임프린트 템플레이트(450)들이 기판으로부터 분리되는 경우, 예를 들어 원하지 않는 접착에 의해 실리콘 폴리머(452)의 층 내에 제공된 패턴이 손상되지 않을 것을 보장하는데 도움을 줄 수 있다.
본 발명의 대안적인, 또는 추가적인 실시예가 도 14에 개략적으로 도시되어 있다. 도 14a를 참조하면, 임프린트 템플레이트(500)들의 일 세트가 템플레이트 세트 홀더(501)에 의해 유지된다. 실리콘 리치 모노머 층(502)은 임프린트 템플레이트(500) 및 템플레이트 세트 홀더(501) 상으로 스핀 코팅된다. 템플레이트 세트 홀더(501)는 UV 방사선에 실질적으로 투명한 재료, 예를 들어 쿼츠 또는 적절한 플라스틱으로부터 제작된다. 이와 유사하게, 임프린트 템플레이트(500)들은 실질적으로 UV 방사선에 투명하며, 예를 들어 쿼츠 또는 적절한 플라스틱으로부터 제작될 수 있다. 임프린트 템플레이트(500)들 및/또는 임프린트 템플레이트(500)들에 인접한 템플레이트 세트 홀더의 사이드월(side wall)들에는 UV 방사선에 불투명한 재료의 층이 제공되며, 이에 따라 UV 방사선 장벽으로 작용한다. 재료 층은, 예를 들어 강한 UV 방사선 흡수 폴리머 층을 포함할 수 있다.
도 14b를 참조하면, (화살표 504로 도시된) UV 방사선은 템플레이트 세트 홀더(501)를 통해 지향되지만 임프린트 템플레이트(500)들은 통과하지 않는다. 이는, 예를 들어 UV 방사선을 템플레이트 세트 홀더로 안내하는 방사선 안내 장치를 제공 하고 템플레이트 세트 홀더 및/또는 임프린트 템플레이트들의 측면이 UV 방사선에 불투명할 것을 보장함으로써 달성될 수 있다. 방사선 안내 장치는, 예를 들어 광섬유 또는 적절한 방사선 안내 채널들을 포함할 수 있다.
UV 방사선은 템플레이트 세트 홀더(501) 상에 위치되는 실리콘 리치 모노머(502)의 영역들을 중합한다. 이는 그 영역들 내에서의 실리콘 리치 모노머를 어둡게 함으로써(darkening) 개략적으로 나타낸다. 이는 고체인 실리콘 리치 폴리머의 그리드를 형성한다(실리콘 리치 모노머(502)는 유체 또는 겔이다). 이 중합 이후에, 템플레이트 세트 홀더(501)는 아래로 이동되고 임프린트 템플레이트(500)들로부터 멀어져서(및/또는 임프린트 템플레이트(500)들이 위로 이동되고 템플레이트 세트 홀더(501)로부터 멀어져서) 템플레이트 세트 홀더와 함께 그 위에 위치된 실리콘 리치 폴리머의 영역들을 제거시킨다. 이후 남겨지는 것은 임프린트 템플레이트(500)들의 일 세트이며, 이 각각에는 실리콘 리치 모노머 층(502)이 제공된다.
도 14d를 참조하면, 기판(506)은 평탄화 층(507)으로 스핀 코팅된다. 평탄화 층은, 예를 들어 폴리머 혼합물을 포함할 수 있다. 일단, 기판(506)에 평탄화 층(507)이 제공되었으면 이는 인버트되고, 임프린트 템플레이트(500)들 상에 제공된 실리콘 리치 모노머(502)와 접촉하게 된다.
원한다면, 각각의 임프린트 템플레이트(500)들은 기판(506) 상의 특정 위치로 정렬될 수 있다. 이는 기판 상에 제공된 정렬 마크들의 위치를 모니터링하도록 배치된 (광학일 수 있는) 정렬 장치를 이용함으로써 달성될 수 있다. 임프린트 템플레이트(500)들의 위치들은, 예를 들어 스테퍼 모터 또는 다른 적절한 조정 수단 들을 이용하여 정렬 마크들의 결정된 위치들에 기초하여 조정될 수 있다. 정렬은 평탄화 층(507) 및 실리콘 리치 모노머 층(502) 사이에서 일어나는 접촉 이전에 발생할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로 정렬은 접촉이 일어난 이후 바로 발생할 수 있다.
일단 평탄화 층(507) 및 실리콘 리치 모노머(502) 사이에서 접촉이 일어났으면, 기판(506)은 평탄화 층(507)과 실리콘 리치 폴리머 층(502) 사이에 훌륭한 접촉이 구성될 것을 보장하기 위해 아래로 힘을 가한다(및/또는 임프린트 템플레이트(500)들이 위로 이동된다).
도 14e를 참조하면, UV 방사선이 임프린트 템플레이트(500)들에 지향된다. UV 방사선은 임프린트 템플레이트(500)들을 통과하고, 실리콘 리치 모노머(502) 및 평탄화 층(507) 상에 입사된다. 자외 방사선은 실리콘 리치 폴리머(502a)를 형성하기 위해 중합하기 위해 실리콘 리치 모노머(502)를 경화하도록 작용한다.
UV 방사선에 의한 조명 이후에, 기판(506)은 위로 이동되고 임프린트 템플레이트(500)로부터 멀어진다(또는, 그 역으로 된다). 실리콘 리치 폴리머(502a)는 평탄화 층(507)에 접착하고, 임프린트 템플레이트(500)들로부터 전사되었던 패턴을 갖는다(bear). 임프린트 템플레이트(500)들에는, 실리콘 리치 폴리머(502a)로부터 임프린트 템플레이트(500)들의 용이한 해제를 이용하는 해제 층이 제공될 수 있다.
이상, 본 발명의 특정한 예시들이 설명되었지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 상기 서술 내용은 본 발명을 제한하려는 것이 아니다.
기판(100)은 기판 홀더 내에 유지될 수 있고, 이와 유사하게 임프린트 템플레이트(103)는 템플레이트 홀더 내에 유지될 수 있다.
해제 층의 사용은 본 발명의 앞선 실시예들 중 몇몇에 관해서만 설명되었다. 하지만, 해제 층은 본 발명의 다른 실시예들에도 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
기판에 대한 템플레이트의 정렬은 본 발명의 앞선 실시예들 중 몇몇에 관해서만 설명되었다. 하지만, 이러한 정렬은 본 발명의 다른 실시예들에서도 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
이상, 기판이 임프린트 템플레이트를 향해 이동가능하고 그로부터 멀어지고, 또는 임프린트 템플레이트가 기판을 향해 이동가능하고 그로부터 멀어지는 것에 대한 본 발명의 실시예들이 다양한 관점에서 언급되었다. 적절하다면, 이 대안예들 중 하나 또는 둘 모두가 본 발명의 실시예들에서 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 기판 및 임프린트 템플레이트 모두 이동가능할 수 있다.
당업자라면, 본 발명의 앞서 설명된 실시예들에서 화학 방사선의 일 예시로서 주어진 UV 방사선, 및 다른 적절한 파장의 전자기 방사선이 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
화학 방사선을 흡수하는 광-개시자는 모노머 액체 또는 폴리머 모노머 혼합물에 포함될 수 있다. 이는 화학 방사선의 흡수를 촉진시키고, 이에 따라 중합 공정을 촉진시킨다.
몇몇 상황들에서, 폴리머의 부분에 모노머가 더해질 수 있다. 이는, 예를 들 어 모노머의 유체 특성들을 변화시키고 및/또는 모노머의 중합에 필요한 시간을 감소시키기 위해 수행될 수 있다. 따라서, 모노머라는 용어는 폴리머가 존재하지 않는 것을 의미하는 것으로 해석되어야 하는 것이 아니라, 그 대신에 폴리머가 다소 존재할 수 있음을 의미하는 것으로 해석될 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 몇몇은 단일 임프린트 템플레이트에 관하여 설명하였지만, 단일 임프린트 템플레이트는 임프린트 템플레이트들의 일 세트 중 하나일 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일반적으로, 당업자라면 본 발명의 상이한 실시예들과 그 1 이상의 특징들이 함께 조합될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
이하 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1a 내지 도 1c는 종래의 소프트(soft), 핫(hot) 및 UV 리소그래피 공정의 예시들을 각각 나타내는 도면;
도 2는 레지스트 층을 패터닝하기 위해 핫 및 UV 임프린트 리소그래피가 사용되는 경우에 채택되는 2 단계 에칭 공정(two step etching process)을 나타내는 도면;
도 3은 기판 상에 증착된(deposited) 템플레이트 및 전형적인 임프린트가능한 레지스트 층을 개략적으로 나타내는 도면;
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 임프린트 리소그래피 장치를 개략적으로 나타내는 도면;
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예의 특성을 개략적으로 나타내는 도면; 및
도 6a 내지 도 14f는 본 발명의 실시예들을 개략적으로 나타내는 도면이다.

Claims (8)

  1. 리소그래피 장치에 있어서,
    복수의 임프린트 템플레이트를 유지하도록 구성된 템플레이트 홀더를 포함하여 이루어지고, 상기 템플레이트 홀더는 상기 임프린트 템플레이트들의 최상부면(uppermost surface)들이 상기 템플레이트 홀더 내에 유지된 경우에 실질적으로 동일한 평면에 놓이도록 배치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 임프린트 템플레이트 홀더는, 상기 임프린트 템플레이트들의 최상부면이 상기 템플레이트 홀더 내에 유지된 경우에 상기 임프린트 템플레이트 홀더의 최상부면과 실질적으로 동일한 평면에 놓이도록 배치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  3. 리소그래피 장치에 있어서:
    복수의 임프린트 템플레이트를 유지하도록 구성된 템플레이트 홀더;
    기판을 유지하도록 구성된 기판 홀더; 및
    각각의 임프린트 템플레이트들과 연계되는 복수의 펀치(punch)를 포함하여 이루어지고, 각각의 펀치는 그와 연계되는 상기 임프린트 템플레이트의 영역보다 큰 영역 주위를 펀칭하도록 치수화되며, 상기 템플레이트 홀더는 상기 임프린트 템 플레이트들의 최상부면(uppermost surface)들이 상기 템플레이트 홀더 내에 유지된 경우에 실질적으로 동일한 평면에 놓이도록 배치되는 것을 특징으로 하는는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    임프린트 템플레이트들 사이에 영역들을 유지하도록 상기 펀치들 사이에 갭(gap)들이 제공되고, 이는 상기 펀치들 내에 속하지 않는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  5. 임프린트 리소그래피 방법에 있어서:
    복수의 임프린트 템플레이트의 패터닝된 표면들, 및 상기 복수의 임프린트 템플레이트를 유지하는 임프린트 템플레이트 홀더로 임프린트가능한 매질을 도포하는 단계;
    상기 임프린트가능한 매질이 실질적으로 고체가 되게 하는 단계;
    상기 실질적으로 고체인 임프린트가능한 매질을 통해 절단하도록 펀치들을 이용하되, 상기 펀치들은 임프린트 템플레이트 각각의 주변부(periphery)의 외부에 속하는 주변부를 따라 상기 임프린트가능한 매질을 관통 절단하도록 배치되는 단계; 및
    기판에 대해 상기 임프린트 템플레이트들을 접촉시키는 단계를 포함하고,
    상기 템플레이트 홀더는 상기 임프린트 템플레이트들의 최상부면(uppermost surface)들이 상기 템플레이트 홀더 내에 유지된 경우에 실질적으로 동일한 평면에 놓이도록 배치되는 것을 특징으로 하는 임프린트 리소그래피 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 펀치들에 의해 절단된 이후에 임프린트 템플레이트들 사이에서로부터 임프린트가능한 매질을 제거하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 임프린트 리소그래피 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 임프린트 템플레이트들이 상기 기판과 접촉하게 되는 경우에, 상기 임프린트가능한 매질이 평탄화 층과 접촉하게 되도록 상기 기판 상으로 평탄화 층을 제공하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 임프린트 리소그래피 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 평탄화 층은 상기 임프린트가능한 매질이 그와 접촉하게 되고, 후속하여 경화되는 경우에 유동적인 것을 특징으로 하는 임프린트 리소그래피 방법.
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