KR20090028224A - 나노 임프린트 리소그래피 공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나노 임프린트 리소그래피 공정에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 간단한 장비를 이용하여 몰드와 기판 사이에 정전기적 인력을 발생시킴으로써 잔류층을 최소화할 수 있는 나노 임프린트 리소그래피 공정을 제공함에 있다.

이를 위해 본 발명에 따른 나노 임프린트 리소그래피 공정은 기판 위에 레지스트를 도포하고; 몰드를 가압하여 상기 레지스트에 미세패턴을 임프린팅하고; 대전된 도체판을 상기 기판에 접촉시킨다.

나노 임프린트, 잔류층, 정전기력

Description

나노 임프린트 리소그래피 공정{Nano-imprint lithography process}

본 발명은 나노 임프린트 리소그래피 공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단한 장비를 이용하여 몰드와 기판 사이에 정전기적 인력을 발생시킴으로써 잔류층을 최소화할 수 있는 나노 임프린트 리소그래피 공정에 관한 것이다.

나노 임프린트(Nano imprint) 기술은 기판 위에 열가소성 수지나 광경화성 수지를 도포한 후 e-빔 리소그래피(e-beam lithography) 등의 방법을 통해 나노 크기(1~100㎚)의 미세패턴이 각인된 몰드로 가압, 경화시켜 패턴을 전사하는 기술이다.

이러한 나노 임프린트 기술은 기존의 포토리소그래피(photolithography) 기술에 비해 초미세 패턴을 비교적 간단한 공정을 통해 생성해 낼 수 있어 고생산성, 저비용의 이점을 두루 갖추고 있는 바 차세대 반도체 및 평판 디스플레이용 회로 형성 기술로 주목받고 있다.

도 1 및 도 2a 내지 도 2c를 참고하여 일반적인 나노 임프린트 리소그래피 공정을 간단히 살펴보면 먼저 기판(3) 위에 레지스트(2)를 도포하고(A), 미세패턴이 각인된 몰드(1)를 레지스트(2) 위에 올려 놓는다(B). 다음으로 롤러 등의 기계 적 가압장치를 이용해 몰드(1)를 가압하여 레지스트(2)에 미세패턴을 임프린팅한다(C, 도 2a 참조). 이후 열 또는 자외선을 조사하여 레지스트(2)를 경화시킨다(D). 마지막으로 몰드(1)를 레지스트(2)로부터 이형시킴으로써 기판(3) 위에 미세패턴이 성형된다(E).

이 때 단계 C에서 몰드(1)를 가압하여 레지스트(2)에 미세패턴을 전사하게 되면 원하지 않는 잔류층(residual layer, 도 2b에서의 점선으로 도시한 영역)이 발생하게 된다. 원하는 패턴과 관계 없는 잔류층은 최소화(또는 제거)되어야 하는데(잔류층이 제거되면 도 2c에 도시한 바와 같이 된다), 잔류층을 최소화하기 위한 방법으로 종래에는 몰드에 기계적인 힘을 가하는 방법과 임프린팅 후 식각 공정을 이용하는 방법 등이 이용되어 왔다.

그러나 기계적인 가압을 통하여 잔류층을 제거하는 방법에는 여러가지 제약이 있다. 기계적인 가압력에는 일정한 한계점이 존재하는 바 일정한 압력하에서 잔류층을 최소화하기 위해서는 가압시간을 늘리거나 레지스트의 점도를 낮추는 수 밖에 없다. 이 때 일반 산업 현장에서 가압시간을 늘리면 제품의 생산시간이 증가하게 되는 문제점이 발생하며, 레지스트의 점도를 낮추면 원하는 성질의 결과를 얻기가 어려운 문제점이 발생한다.

또한 식각 공정을 이용할 경우에는 잔류층이 아닌 부분까지 식각되는 현상이 발생할 우려가 있고, 임프린트 공정 이외에 식각 공정이 추가되므로 공정이 복잡해지고 제품의 생산 시간이 증가하는 문제점이 발생하게 된다.

상술한 문제점들을 해결하고자 제안된 것으로 정전기력을 이용하여 잔류층을 최소화하는 방법이 미국 공개특허공보 제2004-0036201호에 개시되어 있다.

도 3a에 도시한 바와 같이 몰드(1) 중간에 개재된 도체판(4a) 및 레지스트(2)와 기판(3) 사이에 개재된 도체판(4b)에 전압원(5)을 통해 전압을 인가하게 되면 각각 (+)와 (-)로 대전된다. 따라서 이 두 도체판(4a, 4b) 사이에는 다음과 같은 식에 의하여 정전기적 인력이 작용하게 되고, 이에 따라 몰드(1)와 기판(3)이 접합함으로써 원하지 않는 잔류층을 최소화할 수 있게 된다.

………………………………… (1)

…………………………………… (2)

…………………………………… (3)

(여기서 A는 도체판의 면적, d는 도체판 사이의 거리, V는 도체판에 걸리는 전압, k는 쿨롱상수, ε는 도체판 사이의 물질의 유전율)

또 다른 실시예로 도 3b에 도시한 바와 같이 몰드(1)의 상부 및 기판(3)의 하부에 위치한 전극판(6a, 6b)에 전압을 인가하게 되면 V=E×d 식에 의해 두 전극판(6a, 6b)의 내부에 전기장이 유도되고, 이 전기장에 의해 두 도체판(4a, 4b)의 마주보고 있는 면에 서로 다른 전하가 유도되므로 두 개의 도체판(4a, 4b)은 서로 끌어당기게 된다. 이와 같은 정전기적 인력에 의해 임프린트 공정시 몰드(1)와 기판(3)은 접합하게 된다.

그러나 상술한 종래의 정전기력을 이용하여 잔류층을 최소화하는 두 가지 방법은 일반적인 나노 임프린트 리소그래피 공정에 비해 두 개의 도체판(도 3b의 경우에는 두 개의 전극판도 필요)을 추가로 필요로 한다. 또한 도체판을 몰드(1)의 중간 및 레지스트(2)와 기판(3) 사이에 넣을 경우(도 3b의 경우에는 몰드(1)의 중간 및 레지스트(2)의 중간에 넣음) 두 도체판(4a, 4b) 사이의 거리가 작아지고 강한 인력이 작용할 수 있지만, 도체판 제거과정이 필요하므로 추가 비용이 발생하고 공정이 복잡해진다는 문제점이 발생한다. 이러한 문제점은 두 도체판(4a, 4b)을 각각 몰드(1)의 상부 및 기판(3)의 하부에 위치시켜서 도체판 제거과정이 생략되도록 할 수도 있으나, 이 때에는 몰드(1)와 기판(3)의 두께 및 형상에 따라 도체판(4a, 4b) 사이의 거리가 멀어지게 되므로 잔류층이 남지 않을 정도로 몰드(1)와 기판(3)을 접합시키려면 높은 전압을 필요로 하게 된다.

또한 자외선을 이용하여 레지스트(2)를 경화시키는 나노 임프린트 공정의 경우 자외선을 투과할 수 있는 투명한 도체판을 사용해야 하는데 일반적인 금속(도체)은 대부분 불투명하기 때문에 사용할 수 없다. 투명한 전도성 고분자 물질을 이용할 수도 있지만 비용이 많이 들고 추가공정이 필요하므로 한계가 있다.

따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 간단한 장비를 이용하여 몰드와 기판 사이에 정전기적 인력을 발생시킴으로써 잔류층을 최소화할 수 있는 나노 임프린트 리소그래피 공정을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 나노 임프린트 리소그래피 공정은 기판 위에 레지스트를 도포하고; 몰드를 가압하여 상기 레지스트에 미세패턴을 임프린팅하고; 대전된 도체판을 상기 기판에 접촉시킨다.

또한 상기 도체판의 접촉 후 열 또는 자외선을 조사하여 상기 레지스트를 경화시킨다.

또한 상기 레지스트의 경화 이후에 상기 기판을 접지시켜 상기 몰드를 상기 레지스트로부터 이형시킨다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 나노 임프린트 리소그래피 공정은 기판 위에 레지스트를 도포하고; 몰드를 가압하여 상기 레지스트에 미세패턴을 임프린팅하고; 상기 몰드의 상부 및 상기 기판의 하부에 위치한 도체판에 전압을 인가하여 양 도체판 사이에 전기장을 형성시킨다.

또한 상기 전기장의 형성 이후 열 또는 자외선을 조사하여 상기 레지스트를 경화시킨다.

또한 상기 레지스트의 경화 이후에 상기 전압 인가를 중단하여 상기 몰드를 상기 레지스트로부터 이형시킨다.

본 발명에 의할 경우 기존의 방법에 비해 공정이 간단하므로 제품의 생산시간이나 생산비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의할 경우 멀리 떨어진 두 도체판 사이의 인력을 이용하지 않고, 몰드와 기판 자체의 정전기적 인력을 이용하므로 몰드와 기판의 두께와 상관없이 본 발명을 적용시킬 수 있고, 기존의 방법에 비해 작은 전압으로도 큰 정전기적 인력을 생성함으로써 잔류층을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하도록 한다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 나노 임프린트 리소그래피 공정을 설명하기 위한 도면이다.

먼저 기판(30) 위에 레지스트(20)를 도포하고(도 1의 A), 몰드(10)를 레지스트(20) 위에 올려놓은 뒤(도 1의 B) 롤러 등을 이용하여 몰드(10)를 가압(도 1의 C)하는 과정을 거친 후 도 4a에 도시한 바와 같이 한 가지 종류의 전하로 대전된 도체판(40)을 기판(30)에 접촉시키게 되면 도 4b에 도시한 바와 같이 기판(30)에 유전분극 또는 정전기 유도 현상이 발생하게 된다. 이 때 기판(30)과 도체판(40) 사이에 발생되는 전기장에 의해 몰드(10) 또한 유전분극 또는 정전기 유도 현상이 발생하게 된다. 특히 몰드(10)와 기판(30)이 마주보고 있는 각각의 면은 서로 반대 부호의 전하를 띠게 되고, 따라서 몰드(10)의 요철 부분과 기판(30) 사이에는 정전기적 인력이 발생하게 된다. 몰드(10)와 기판(30) 사이에 발생된 정전기적 인력에 의해 도 4c에 도시한 바와 같이 몰드(10)와 기판(30)은 접합하게 되고 이에 따라 미세패턴 전사 후의 원하지 않는 잔류층을 최소화(또는 제거)할 수 있게 된다.

이 때 몰드(10)와 기판(30) 사이에 작용하는 정전기적 인력은 몰드(10)와 기 판(30) 사이의 거리의 제곱에 반비례하게 되는데, 일반적으로 나노 임프린트 공정에서의 잔류층의 두께가 약 100㎚ 정도인 점을 감안하면 몰드(10)와 기판(30)간에는 큰 인력이 작용하게 된다.

상술한 바와 같이 몰드(10)와 기판(30) 사이에 정전기적 인력을 발생시킴으로써 잔류층을 최소화하는 단계를 거친 이후에는 열 또는 자외선을 조사하여 레지스트(20)를 경화시키는 단계를 거치게 된다.

이 때 본 실시예에 의할 경우 몰드(10)나 레지스트(20)의 상부에 도체판이 존재하지 않으므로 자외선을 이용한 레지스트(20)의 경화가 가능하다.

레지스트(20)의 경화 단계 이후에는 몰드(10)를 레지스트(20)로부터 분리해내는 이형단계를 진행하게 되는데 도 4c에 도시한 바와 같이 기판(30)을 접지시키면 몰드(10)와 기판(30)이 모두 전하를 띠지 않게 되어 몰드(10)와 기판(30) 간에 정전기적 인력이 소멸하게 되므로 몰드(10)를 레지스트(20)로부터 분리해 내는 것(이형)이 가능하게 된다.

본 실시예에서 도체판(40)에 전하를 대전시키는 것과 기판(30)을 접지시키는 것은 이온 블로어(ion blower)를 이용하는 방법으로도 가능하다.

이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 나노 임프린트 리소그래피 공정에 대해 설명하도록 한다.

먼저 기판(30) 위에 레지스트(20)를 도포하고(도 1의 A), 몰드(10)를 레지스트(20) 위에 올려놓은 뒤(도 1의 B) 롤러 등을 이용하여 몰드(10)를 가압(도 1의 C)하는 과정을 거친다.

이후 도 5에 도시한 바와 같이 몰드(10)의 상부 및 기판(30)의 하부에 위치한 두 개의 도체판(51a, 51b)과 전압원(52)으로 이루어진 전기장 형성장치(50)를 설치한 뒤, 전압원(52)을 통해 전압을 인가하게 되면 두 도체판(51a, 51b) 사이에는 전기장이 형성된다.

이 때 두 도체판(51a, 51b) 사이에 발생되는 전기장에 의해 몰드(10)와 기판(30)에 유전분극 또는 정전기 유도 현상이 발생하게 된다. 특히 몰드(10)와 기판(30)이 마주보고 있는 각각의 면은 서로 반대 부호의 전하를 띠게 되고, 따라서 몰드(10)의 요철 부분과 기판(30) 사이에는 정전기적 인력이 발생하게 된다. 몰드(10)와 기판(30) 사이에 발생된 정전기적 인력에 의해 도 4c에서와 같이 몰드(10)와 기판(30)은 접합하게 되고 이에 따라 미세패턴 전사 후의 원하지 않는 잔류층을 최소화(또는 제거)할 수 있게 된다.

본 실시예(제 2 실시예)에서는 제 1 실시예의 경우와 달리 몰드(10)와 기판(30)에 도체판(51a, 51b)이 접촉하지 않아도 잔류층을 최소화할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 몰드(10)와 기판(30) 사이에 정전기적 인력을 발생시킴으로써 잔류층을 최소화하는 단계를 거친 이후에는 열 또는 자외선을 조사하여 레지스트(20)를 경화시키는 단계를 거치게 된다.

다만, 자외선을 이용하여 레지스트(20)를 경화시킬 경우에는 몰드(10) 위에 위치한 도체판(51a)은 자외선을 투과할 수 있는 투명한 도체판을 사용해야 한다.

레지스트(20)의 경화 단계 이후에는 몰드(10)를 레지스트(20)로부터 분리해내는 이형단계를 진행하게 되는데 전압원(52)을 통한 전압공급을 중단하면 몰 드(10)와 기판(30)이 모두 전하를 띠지 않게 되어 몰드(10)와 기판(30) 간에 정전기적 인력이 소멸하게 되므로 몰드(10)를 레지스트(20)로부터 분리해 내는 것(이형)이 가능하게 된다.

이 때 전압원(52)을 통한 전압 공급을 중단하더라도 몰드(10)와 기판(30) 간에 정전기적 인력이 잔존해 있을 수 있다. 이러한 문제점은 전압원(52)의 방향을 수시로 바꾸어 줌으로써 해결할 수 있다.

도 1은 일반적인 나노 임프린트 리소그래피 공정의 개요를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 2a 내지 도 2c는 나노 임프린트 리소그래피 공정에서 잔류층을 최소화하는 개념을 설명하기 위한 도면이다.

도 3a 및 도 3b는 종래 나노 임프린트 리소그래피 공정에서 잔류층을 최소화하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 나노 임프린트 리소그래피 공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 나노 임프린트 리소그래피 공정을 설명하기 위한 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

10 : 몰드 20 : 레지스트

30 : 기판 40 : 대전된 도체판

50 : 전기장 형성 장치

Claims (6)

1. 기판 위에 레지스트를 도포하고;

   몰드를 가압하여 상기 레지스트에 미세패턴을 임프린팅하고;

   대전된 도체판을 상기 기판에 접촉시키는 나노 임프린트 리소그래피 공정
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 도체판의 접촉 후 열 또는 자외선을 조사하여 상기 레지스트를 경화시키는 나노 임프린트 리소그래피 공정
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 레지스트의 경화 이후에 상기 기판을 접지시켜 상기 몰드를 상기 레지스트로부터 이형시키는 나노 임프린트 리소그래피 공정
4. 기판 위에 레지스트를 도포하고;

   몰드를 가압하여 상기 레지스트에 미세패턴을 임프린팅하고;

   상기 몰드의 상부 및 상기 기판의 하부에 위치한 도체판에 전압을 인가하여 양 도체판 사이에 전기장을 형성시키는 나노 임프린트 리소그래피 공정
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 전기장의 형성 이후 열 또는 자외선을 조사하여 상기 레지스트를 경화시키는 나노 임프린트 리소그래피 공정
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 레지스트의 경화 이후에 상기 전압 인가를 중단하여 상기 몰드를 상기 레지스트로부터 이형시키는 나노 임프린트 리소그래피 공정

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