KR20110008159A - 큰 면적의 나노패터닝 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 큰 면적의 기판을 나노패터닝하는 데에 유용한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 회전 가능한 마스크가 복사선 민감성 재료를 촬상하는 데에 사용된다. 통상적으로, 회전 가능한 마스크는 실린더를 포함한다. 나노패터닝 기법은 근접장 포토리소그래피를 사용하고, 기판을 패터닝하는 데에 사용되는 마스크는 기판과 동적 접촉 상태에 있다. 근접장 포토리소그래피는 엘라스토머 위상 편이 마스크를 사용하거나, 또는 표면 플라스몬 기법을 채용할 수 있고, 회전 실린더 표면은 금속 나노홀 또는 나노입자를 포함한다.

Description

큰 면적의 나노패터닝 방법 및 장치{LARGE AREA NANOPATTERNING METHOD AND APPARATUS}
본 발명의 실시예들은 큰 기판 또는 롤링된 제품으로서 판매될 수 있는 필름 등의 기판을 패터닝하는 데에 사용될 수 있는 나노패터닝 방법에 관한 것이다. 본 발명의 다른 실시예는 기판을 패터닝하는 데에 사용될 수 있고, 설명한 종류를 비롯하여 방법 실시예를 실행하는 데에 사용될 수 있는 장치에 관한 것이다.
이 섹션은 본 발명의 개시된 실시예에 관한 배경 주제를 설명한다. 이 섹션에서 논의된 배경 기술이 법률상 종래 기술을 구성한다는 의도, 표시 또는 암시는 없다.
나노구조화(nanostructuring)는 많은 현재의 용례와 산업을 위해 그리고 개발 하에 있는 신규 기법을 위해 필요하다. 예컨대(제한의 의도 없이), 태양 전지와 LED 등의 분야에서 그리고 차세대 데이터 저장 장치에서 현재의 용례를 위해 효율 개선이 달성될 수 있다.
나노구조형 기판은, 예컨대 e-빔 직접 묘화법, 딥 UV 리소그래피, 나노스피어 리소그래피, 나노임프린트 리소그래피, 근접장 위상 편이 리소그래피 및 플라즈몬 리소그래피 등의 기법을 이용하여 제조된다.
나노임프린트 리소그래피(NIL; nanoimprint lithography)는 임프린트 레지스트의 기계적 변형에 의해 패턴을 생성하고, 이어서 후속 처리를 한다. 임프린트 레지스트는 통상적으로 임프린팅 중에 열 또는 UV 광에 의해 경화되는 단량체 또는 중합체 포뮬레이션이다. NIL의 변수는 많다. 그러나, 2가지의 공정이 가장 중요한 것으로 보인다. 이들 공정은 열가소성 나노임프린트 리소그래피(TNIL; Thermoplastic NanoImprint Lithography)와 스텝 앤 플래시 나노임프린트 리소그래피(SFIL; Step and Flash NonoImprint Lithography)이다.
TNIL은 최근의 가장 발달된 나노임프린트 리소그래피이다. 표준의 TNIL 공정에서는, 박층의 임프린트 레지스트(열가소성 폴리머)가 샘플 기판 상에 스핀 코팅된다. 이어서, 예정된 위상 패턴을 갖는 몰드가 샘플과 접촉하게 되고, 소정의 압력 하에 샘플에 대해 프레스된다. 열가소성 폴리머의 유리 천이 온도 이상으로 가열되면, 몰드 상의 패턴이 열가소성 폴리머 필름 용융물로 프레스된다. 날인된 몰드와 함께 샘플이 냉각된 후에, 몰드가 샘플로부터 분리되고 임프린트 레지스트를 샘플 기판 표면에서 제거한다. 패턴은 임프린트 레지스트를 통과하지 않는다. 샘플 기판 표면 상에 잔류하는 변화되지 않은 열가소성 폴리머 필름의 나머지 두께가 존재한다. 반응성 이온 식각 등의 패턴 전사 공정이 레지스터의 패턴을 아래에 있는 기판에 전사하도록 사용될 수 있다. 변화하지 않은 열가소성 폴리머 필름의 잔류 두께의 변동은 패턴을 기판에 전사하는 데에 사용되는 식각 공정의 균일성 및 최적화에 관하여 문제를 보인다.
SFIL 공정에서는, UV 경화성 액체 레지스트가 샘플 기판에 도포되고 몰드는 융합된 실리카 등의 투명한 기판으로 제조된다. 몰드와 샘플 기판이 함께 프레스된 후에, 레지스트는 UV 광을 이용하여 경화되어 고체가 된다. 경화된 레지스트 재료로부터 몰드의 분리 후에, TNIL에 사용된 것과 유사한 패턴을 이용하여 패턴을 아래에 있는 샘플 기판에 전사할 수 있다. 템플릿 수명, 처리량 속도, 임프린트층의 공차 및 패턴을 아래에 있는 기판에 전사하는 중에 임계 치수 제어를 비롯하여 많은 도전 과제가 SFIL 및 TNIL 공정 모두에 존재한다. 임프린팅 공정 후에 남아 있는 임프린팅되지 않은 잔류층은 메인 패턴 전사 식각 전에 추가의 식각 단계를 필요로 한다. 단일 자장의 NIL은 큰 면적에 걸쳐 균일한 압력을 유지하는 데에 있어서의 문제 때문에 큰 표면적의 기판에 걸쳐 복제된 패턴의 균일성을 제어하는 데에 어려움이 있다. 스텝 앤 리피트(step-and-repeat) 방법이 큰 면적을 잠재적으로 망라할 수 있지만, 각 단계에서 형성된 마이크로구조는 다른 단계와 독립적이고, 스티칭(stitching)없이 큰 면적에 걸쳐 심리스 마이크로 또는 나노구조의 형성이 문제가 된다. 스티칭 에러는 반복된 패턴 전사가 적절하게 정렬되지 않을 때에 발생한다.
균일하게 패터닝된 롤러 표면이 달성될 수 있다면, 롤투롤 처리가 가능할 수 있다. 발명이 명칭이 "큰 면적 노출 장치(large area exposure apparatus)"이고 1984년 11월 13일자로 공개된 일본 공개 특허 공보 제59200419A호에서, Toshio Aoki 등은 내측의 광원과 함께 회전 및 병진될 수 있는 투명한 원통형 드럼과 원통형 드럼의 외측에 부착되는 패터닝된 포토마스크 재료의 필름의 용도를 기술하고 있다. 투명한 열반사 재료의 필름이 드럼의 내측에 제공된다. 표면의 알루미늄 필름과 이 알루미늄 필름 위에 있는 포토레지스트를 갖는 기판이 드럼 표면 상의 패터닝된 포토마스크와 접촉되고, 촬상 광이 포토마스크를 통과하여 포토레지스트를 알루미늄 필름의 표면 상에 촬상한다. 이에 따라, 포토레지스트가 형성되어 패터닝된 포토레지스트를 제공한다. 이어서, 패터닝된 포토레지스트는 기판 상에 존재하는 알루미늄 필름을 위한 식각 마스크로서 사용된다.
포토마스크 필름으로서 또는 알루미늄 필름의 표면 상의 포토레지스트로서 사용된 재료의 종류에 관한 설명은 없다. 고압의 수은 램프 광원(500 W)을 이용하여 알루미늄 필름 위에 있는 포토레지스트를 촬상한다. 면적이 약 210 mm(8.3 in)×150 mm(5.9 in)이고 두께가 약 0.2 mm인 유리 기판을 원통형의 드럼 패턴 전사 장치를 이용하여 제조하였다. 이 기법을 이용하여 전사된 패턴의 요부 크기는 약 22.2 ㎛×22.2 ㎛의 치수를 갖는 명백히 정방형인 약 500 ㎛2이었다. 이 요부 크기는 특허 출원이 1984년 출원된 시기에 LCD 디스플레이의 대략적인 화소 크기를 기초로 한다. 원통형 드럼의 외측의 포토마스크 필름은 대략 140,000 패턴 전사가 지속되었다. Toshio Aoki 등에 의해 사용된 접촉 리소그래피 계획은 서브미크론의 요부를 제조할 수 없다.
필란드의 기술 연구 센터인 VTT의 Tapio Makela 등은 높은 처리량을 갖는 서브미크론 구조의 제조에 제공되는 주문 제작의 연구소 등급의 롤투롤 임프린팅 툴에 관한 정보를 공개하였다. 히타치 등은 시트 또는 롤투롤 프로토타입의 NIL 장치를 개발하였고, 15 미터의 긴 시트를 처리하는 가능성을 증명하였다. 그 목적은 연료 셀, 배터리 및 가능하게는 디스플레이용 멤브레인 등의 큰 기하학적 형태의 용례를 위해 폴리스티렌 시트를 임프린팅하도록 벨트 몰딩(니켈 도금된 몰드)를 이용하여 연속적인 임프린트 공정을 안출하는 것이었다. 현재, 프로타입의 툴은 바람직한 처리량을 제공하지 않는다. 또한, 임프린팅된 표면에 관하여 신뢰성과 반복성을 개선할 필요가 있다. 도시바는 또한 서브미크론의 요부 크기를 제조하는 롤투롤 UV 임프린팅 툴에 관한 정보를 공개하였다.
롤투롤 NIL을 비롯하여 나노임프린팅 리소그래피 기법은 여전히 많은 도전 과제를 극복해야 한다. 네가티브 패턴의 불완전한 충전과 폴리머 재료에 대해 흔히 발생하는 수축 현상에 의해 결함이 생길 수 있다. 몰드와 기판 간에 열팽창 계수의 차이로 인해 측방향 변형이 생기고, 이 변형은 패턴의 코너에 집중된다. 변형은 결함을 포함하고 몰드 이형 단계 중에 패턴의 기부에서 파쇄 결함을 유발한다. 또한, 임프린팅 공정 후에 남아 있는 임프린팅되지 않은 잔류층의 불균일한 두께는 임프린팅된 레지스트층 아래의 큰 면적의 기판으로 균일하게 식각된 패턴을 달성하는 관점에서 특히 해롭다.
마이크로와 나노 제조 방법으로서 포토리소그래피의 대체안은 소프트 리소그래피이다. 이 기법은 자기 조립 단층의 복제 몰딩에 관한 것이다. 소프트 리소그래피에서는, 요부 크기가 30 nm 내지 100 nm인 패턴 및 구조를 산출하도록 표면에 패터닝된 릴리프 구조를 갖는 엘라스토머 스탬프가 사용된다. 가장 유망한 소프트 리소그래피 기법은 자기 조립 단층(SAMS; self-assembled monolayers)을 갖는 마이크로 접촉 프린팅(μCP; microcontact printing)이다. μCP의 기본 공정은 이하를 포함한다. 1. 폴리디메틸실록산(PDMS; polydimethylsiloxane) 몰드가 특정 재료의 용액 내에 침지되는데, 여기서 특정 재료는 자기 조립 단층(SAM)을 형성할 수 있는 것이다. 그러한 특정 재료는 잉크라고 할 수 있다. 특정 재료는 PDMS 마스터 표면 상의 돌출 패턴에 고착된다. 2. 재료 코팅된 표면이 하방을 향하는 PDMS 몰드는 금 또는 은 등의 금속 코팅된 기판의 표면과 접촉되어, PDMS 몰드 표면 상의 패턴만이 금속 코팅된 표면과 접촉한다. 3. 특정한 재료는 금속과 화학적 결합제를 형성하여, 돌출 패턴 표면 상에 있는 특정 재료만이 PDMS 몰드의 제거 후에 금속 코팅된 표면 상에 여전히 남아 있게 된다. 특정한 재료는 금속 코팅된 표면 위에 대략 1 내지 2 나노미터(마치 종이 한장 위의 잉크처럼) 연장하는 금속 코팅된 기판 상에 SAM을 형성한다. 4. PDMS 몰드는 금속 코팅된 표면 상에 패터닝된 SAM을 남겨 두고 기판의 금속 코팅된 표면으로부터 제거된다.
금 또는 은 코팅된 표면 상에 SAM을 형성하기 위해 가장 확증된 특정한 재료는 알칸티올레이트(alkanethiolates)이다. 기판 표면이 히드록실 말단 절반, 예컨대 Si/SiO2, Al/Al2O3, 유리, 운모 및 플라스마 처리된 폴리머를 포함할 때에, 알킬실록산은 특정한 재료처럼 양호하게 작용한다. 알칸티올레이트와 관련하여, 금 또는 은의 증발된 얇은(10 - 200 nm 두께) 필름 상의 헥사데탄티올의 μCP는 최상의 재생 공정인 것으로 보인다. 이들이 패턴 형성을 수행하기 위해 가장 알려진 재료이지만, 금 및 은이 실리콘 기법을 기초로 하여 마이크로전자 장치와 호환성이 없어서, 금 또는 은 함유 전극 또는 도전성 와이어가 사용될 수 있다. 현재, Si/SiO2 표면 상에 실록산의 μCP는 금 또는 은 상에 알칸티올레이트의 SAMS로서 다루기 쉽지 않다. Si/SiO2 상에 실록산의 SAMS는 흔히 난잡한 SAMS를 제공하고, 몇몇 경우에 서브 단층 또는 다층을 발생시킨다. 마지막으로, μCP에 유용한 패터닝된 몰드는 평탄한 "스탬프" 표면이고, 큰 면적 상의 재생 가능하고 신뢰성있는 프린팅은 몰드로부터 프린팅된 패턴의 매우 정밀한 스티칭을 필요로 할 뿐만 아니라, 매우 문제가 되는 SAM 형성용의 특정한 재료를 이용한 스탬프의 일정한 습윤을 필요로 한다.
근접장 소멸 효과를 기초로 한 몇몇의 신규한 광학저 리스그래피 기법은 작은 면적뿐이기 하지만 서브 100 nm 구조를 프린팅하는 데에 이점이 있다고 이미 증명되었다. 근접장 위상 편이 리소그래피(NFPSL; near-field phase shift lithography)는 엘라스토머 위상 마스크를 통과하는 자외선(UV) 광에 대한 포토레지스트층의 노출을 수반하는데, 마스크는 포토레지스트와 균일 접촉 상태에 있다. 엘라스토머 위상 마스크를 박층의 포토레지스트와 접촉하게 하면, 포토레지스트가 마스크의 접촉면의 표면을 "습윤"시킨다. 포토레지스트와 접촉한 상태로 UV 광을 마스크를 통과시키면 마스크의 표면에 현상한 광 세기의 분포에 포토레지스트가 노출된다. 투과된 광의 위상을 π만큼 변조시키도록 구성된 릴리프의 깊이를 갖는 마스크의 경우에, 강도의 국부적 영(local null)이 릴리프의 스텝 에지에 보인다. 포지티브 포토레지스트가 사용되는 경우에, 현상이 이어지는 그러한 마스크를 통한 노출은 강도에 있어서 영의 특징적인 폭과 동일한 폭을 갖는 포토레지스트 라인을 생성한다. 종래의 포토레지스트와 조합하는 365 nm(근접 UV) 광의 경우에, 강도에 있어서의 영의 폭은 대략 100 nm이다. PDMS 마스크는 평탄한 포토레지스트의 고체층과 균질한 원자 등급의 접촉을 형성하는 데에 사용될 수 있다. 일반화된 접착력이 이 공정에서 안내되고 마스크를 포토레지스트 표면에 직각인 방향의 위치에서 소정 각도로 정렬시키는 단순한 종래의 방법을 제공하여 완벽한 접촉을 달성한다. 포토레지스트에 대한 물리적 간극이 존재하지 않는다. PDMS는 300 nm보다 큰 파장을 갖는 UV 광에 대해 투명하다. 포토레지스트층과 균질하게 접촉하는 동안에 수은 램프(메인 스펙트럼 라인이 355-365 nm에 있음)로부터의 광을 PDMS를 통과시키면, 포토레지스트가 마스크에 형성되는 강도 분배에 노출된다.
마이크로 및 나노 공학의 2006년 32회 국제 회의에서 "프로토타입 나노 제조 툴로서의 근접장 리소그래피"라는 제목의 발표에서 야스히사 이나오(Yasuhisa Inao)는 Canon사에 의해 개발된 스텝 앤 리피트 근접장 나노리스그래피를 설명하였다. 근접장 리소그래피(NFL)는 마스크와 패턴이 전사되는 포토레지스트 사이의 거리가 가능한 한 가까운 곳에서 사용된다. 마스크와 웨이퍼 기판 사이의 초기 거리는 약 50㎛로 설정되었다. 패터닝 기법은 매우 얇은 포토레지스트를 이용하여 "3층 레지스트 공정"으로서 설명되었다. 패턴 전자 마스크는 압력 용기의 바닥에 부착되어 마스크와 웨이퍼 표면 사이에 "완벽한 물리적 접촉"을 달성하도록 가압되었다. 마스크는 "웨이퍼에 맞도록 변형되었다". 마스크와 웨이퍼 간의 초기 50 ㎛의 거리는 노출 및 5mm×5mm보다 큰 면적의 패터닝을 위해 마스크가 다른 위치로 이동하게 한다. 패터닝 시스템은 광원으로서 수은 램프로부터 i-라인(365 nm) 복사선을 이용하였다. 50 nm보다 작은 구조를 갖는 4 인치 실리콘 웨이퍼의 성공적인 패터닝이 그러한 스텝 앤 리피트 방법에 의해 달성되었다.
"근접장 193 nm 복사선을 이용한 가요성 기판에서 50 nm 구조의 큰 면적의 패터닝"이라는 논문[JVST B 21(2002), 78-81쪽, Kunz 등]에서는 강성의 융합된 실리카 마스크와 딥 UV 광 파장 노출을 이용하여 가요성 시트(폴리이미드 필름)에 대해 근접장 위상 편이 마스크 리소그래피를 적용하였다. "2개의 엘라스토머 마스크를 갖는 위상 편이 리소그래피의 실험 및 연산 연구"라는 제목의 차후의 논문[JVST B 24(2)(2006), 828-835쪽, Maria 등]에서는 포토레지스트층과 균질한 접촉 상태인 2개의 엘라스토머 위상 마스크를 이용하는 위상 편이 포토리소그래피 기법의 실험 및 연산 연구를 제공한다. 이 작업은 프리폴리머를 주조 및 경화함으로써 형성되는 최적화된 마스크를 SiO2/Si 상의 단결정 실리콘의 이방성 식각된 구조에 대한 엘라스토머 폴리(디메틸실록산)에 통합한다. 저자들은 마스크 상의 릴리프의 전체 형태에서 레지스크 요부를 형성하도록 PDMS 위상 마스크를 이용하는 가능성에 관하여 공표하였다.
발명의 명칭이 "투명한 엘라스토머의 접촉 모드의 포토레지스트 마스크, 센서 및 웨이브프론트 공학 소자"이고 2004년 6월 22일자로 허여된 Rogers 등의 미국 특허 제6,753,131호는 복수 개의 오목부와 돌출부를 갖는 회절 표면을 포함하는 접촉 모드의 포토리소그래피 위상 마스크를 기술하고 있다. 돌출부는 포지티브 포토레지스트의 표면과 접촉하게 되고, 표면은 위상 편이 마스크를 통해 전자기 복사선에 노출된다. 돌출부와는 대조적으로 오목부를 통과하는 복사선 때문에 위상 편이는 실질적으로 완벽하다. 이에 의해 전자기 복사선의 강도에 있어서의 최소점이 오목부와 돌출부 사이의 경계에 생성된다. 엘라스토머 마스크는 포토레지스트의 표면에 양호하게 순응하고 포토레지스트의 현상이 이어져, 100 nm보다 작은 요부를 얻을 수 있다. (요약) 일실시예에서, 기판과 접촉 마스크 외측에 반사판이 사용되어 복사선이 편이된 위상에서 원하는 지점으로 되튀긴다. 다른 실시예에서, 기판은 위상 편이 마스크의 변형을 유발하는 방식으로 형성될 수 있어, 노출 중에 위상 편이 마스크의 거동에 영향을 미친다.
발명이 명칭이 "3차원 나노등급의 구조를 제조하는 방법 및 장치"이고 2006년 12월 21일자로 공개된 Rogers 등의 미국 특허 출원 제2006/028488호는 기판 표면 상에 3차원 구조를 제조하는 방법을 기술하고 있다. 3차원 구조는 (3차원 구조를 생성하기 위해) 포토 처리를 받는 복사선 민감성 재료와 균질하게 접촉할 수 있는 적합한 엘라스토머 위상 마스크를 이용하여 생성될 수 있다. 3차원 구조는 전적으로 복사선 민감성 재료를 통해 연장되지 않을 수 있다. (요약)
근접장 표면 플라스마 리소그래피(NFSPL)는 나노구조를 생성하기 위해 광화학적 또는 광물리학적 변화를 유도하는 근접장 여자를 사용한다. 주요한 근접장 기법은 표면 플라스몬 공명 주파수에 조명될 때에 금속 나노구조 둘레에서 국부적 자장 향상을 기초로 한다. 플라스몬 프린팅은 금속제 구조 아래의 층에서 광화학적 및 광물리학적 변화를 생성하도록 금속제 나노구조를 통해 플라스몬 안내된 소멸파의 사용으로 이루어진다. 특히, g-라인 포토레지스트(독일 울림 소재의 AZ-Electronic Materials, MicroChemicals GmbH에서 판매하는 AZ-1813)의 박막에 근접한 은 나노입자의 가시 노출(λ=410 nm)은 λ/20보다 작은 직경을 갖는 노출된 영역을 선택적으로 생성할 수 있다. "플라스몬 나노리소그래피"의 제목의 논문[Nanoletters V4, N6(2004), 1085-1088쪽]에서 W. Srituravanich 등은 여자광 파장에 비해 효율적으로 짧은 파장을 갖는 서브파장 주기 구멍을 통해 투과도를 향상시키기 위해, 금속 기판 상의 SPs를 여자시키도록 근접 UV 광(λ=230 nm 내지 350 nm)을 사용하는 것을 기술하고 있다. UV 범위에서 리소그래피를 위해 설계된 플라스몬 마스크는 2차원의 주기 구멍이 천공된 알루미늄층과, 각 측면에 하나씩 둘러싸는 2개의 유전체층으로 구성된다. 알루미늄은 UV 범위에서 SPs를 여자시킬 수 있기 때문에 선택된다. 마스크 지지 기판으로서, 알루미늄 포일을 위한 접착제로서 작용하고 알루미늄과 석영 사이에 유전체로서 작용하는 폴리(메틸 메타크릴레이트) 스페이서층을 갖는 석영이 채용된다. 폴리(메틸 메타크릴레이트)는 노출 파장(365 nm에서 i-라인)에서 UV 광에 대한 투명도와 상당한 유전체 상수(석영과 PMMA이 각각 2.18과 2.30) 때문에, 석영과 조합하여 사용된다. 170 nm 주기에서 서브 100 nm 도트 어레이 패턴이 365 nm 파장의 노출 복사선을 이용하여 성공적으로 발생되었다. 명백하게, 전체 패터닝 면적은 논문에서 논의된 확장성(scalability) 없이 약 5㎛×5㎛이었다.
임프린팅 방법(열 또는 UV 경화되는) 또는 SAM 재료로 프린팅을 이용하는 소프트 리소그래피는 고도로 제작성이 좋은 공정이라고 보이지 않는다. 일반적으로, 임프린팅 방법은 열처리(예컨대, 열적 NIL) 또는 폴리머 경화시에 패턴 요부의 수축(UV 경화된 폴리머 요부) 때문에 기판 재료가 변형되게 한다. 더욱이, 스탬프와 기판 사이에 압력(하드 접촉)을 가하기 때문에, 실질적으로 결함을 피할 수 없고 스탬프의 수명이 매우 제한된다. 소프트 리소그래피는 열 및 응력이 없는 프린팅 기법이라는 이점을 갖지 않는다. 그러나, 서브 100 nm 패턴에 대해 "잉크"로서 SAM의 이용은 표면에 걸쳐 분자의 드리프팅으로 인해 매우 문제가 되고, 큰 면적에 걸친 적용은 실험적으로 입증되지 않았다.
임프린팅 방법(열 또는 UV 경화되는) 또는 SAM 재료로 프린팅을 이용하는 소프트 리소그래피는 고도로 제작성이 좋은 공정이라고 보이지 않는다. 일반적으로, 임프린팅 방법은 열처리(예컨대, 열적 NIL) 또는 폴리머 경화시에 패턴 요부의 수축(UV 경화된 폴리머 요부) 때문에 기판 재료가 변형되게 한다. 더욱이, 스탬프와 기판 사이에 압력(하드 접촉)을 가하기 때문에, 실질적으로 결함을 피할 수 없고 스탬프의 수명이 매우 제한된다. 소프트 리소그래피는 열 및 응력이 없는 프린팅 기법이라는 이점을 갖지 않는다. 그러나, 서브 100 nm 패턴에 대해 "잉크"로서 SAM의 이용은 표면에 걸쳐 분자의 드리프팅으로 인해 매우 문제가 되고, 큰 면적에 걸친 적용은 실험적으로 입증되지 않았다.
본 발명의 실시예는 일례로서 그리고 제한하지 않는 의도로 약 200 mm2 내지 약 1,000,000 mm2의 큰 면적의 기판을 나노패터닝하는 데에 유용한 방법 및 장치에 관한 것이다. 몇몇의 경우에, 기판은 소정의 폭과 정해지지 않은 길이를 갖고 롤에서 판매되는 필름일 수 있다. 나노패터닝 기법은 근접장 UV 포토리소그래피를 사용하고, 기판을 패터닝하는 데에 사용되는 마스크는 기판과 동적 접촉 상태에 있거나 매우 근접한다(소멸 자장에서, 100 nm 미만). 근접장 포토리소그래피는 위상 편이 마스크 또는 표면 플라스몬 기법을 포함한다. 설명한 방법을 이용하여 얻을 수 있는 요부 크기는 약 1 nm 이상 약 1 ㎛ 이하이고, 흔하게는 약 10 nm 이상 약 100 nm 이하이다.
노출 장치의 일실시예는 외표면 상에 특정한 위상 편이 릴리프를 갖는 UV 투과 회전 가능한 마스크 형태의 위상 편이 마스크를 포함한다. 위상 편이 마스크 기법의 다른 실시예에서, 통상적으로 실린더인 투과 회전 가능한 마스크는 위상 편이 마스크인 폴리머 필름을 가질 수 있고, 마스크는 실린더의 외표면에 부착된다. 특히 큰 처리 면적에서 기판 표면과 양호하게 균일한 접촉을 얻기가 어려운 경우에는, 균질한 엘라스토머 폴리머 필름, 예컨대 PMDS인 폴리머 필름을 갖는 것이 유리한데, 이는 반데르발스힘을 통해 기판과 우수하고 균질한 접촉을 하게 한다. 폴리머 필름 위상 편이 마스크는 다수의 층으로 이루어질 수 있고, 외층은 복사선 민감성(포토 민감성) 층에 규정된 요부 치수를 보다 정확하게 묘사하도록 나노패터닝된다.
노출 장치의 다른 실시예는 표면에 제조되는 투명하지 않은 요부를 갖는 PDMS 필름 등의 유연한 엘라스토머 포토마스크 재료를 채용하는데, 이 재료는 실린더의 외표면에 부착된다. 그러한 요부는 당업계에 공지된 리소그래피 기법들 중 하나를 이용하여 PDMS 필름 상에 생성되는 크롬 요부일 수 있다.
표면 플라스몬 기법을 포함하는 노출 장치의 실시예에서는, 금속층 또는 필름이 일반적으로 투과 실린더인 회전 가능한 마스크의 외표면 상에 적층 또는 증착된다. 금속층 또는 필름은 특정한 열의 관통 나노홀을 갖는다. 표면 플라스몬 기법의 다른 실시예에 있어서, 금속 나노입자층이 회전 가능한 투과 마스크의 외표면 상에 증착되어, 표면 플라스몬이 강화된 나노패터닝을 달성한다. 복사원은 투과 실린더에 대해 내측에 마련된다. 예컨대, 비제한적인 예로서, 실린더의 내측에 UV 램프가 설치될 수 있다. 변경예에서, 복사원은 실린더의 외측에 배치될 수 있고, 복사원으로부터의 광은 실린더의 일단부 또는 양단부를 통해 실린더의 내측으로 향한다. 복사선은 실린더의 외측 또는 실린더 내측으로부터 미러, 렌즈 또는 이들의 조합을 비롯한 광학 시스템을 이용하여 실린더의 내측 내의 미립자 영역을 향해 지향될 수 있다. 실린더 내에 존재하는 복사선은 광학 격자를 이용하여 마스크 기판 접촉 영역을 향해 지향될 수 있다. 복사선은 격자가 있는 도파관을 통해 (연결된) 마스크 기판 영역을 향해 지향될 수 있다. 도파관 또는 격자는 통상적으로 실린더 내측에 배치되어, 실린더 외표면과 촬상될 기판 표면 사이의 접촉 영역을 향해 복사선을 다시 보낸다.
광 복사원의 특정한 실시예에서, 각각의 화소로부터 기판을 향해 광을 방출하도록 회전 가능한 마스크의 외측 둘레에 OLED 가요성 디스플레이가 부착될 수 있다. 이 경우에, 회전 가능한 마스크는 투명할 필요가 없다. 또한, OLED로부터 방출된 광의 제어를 통해, 기판 표면 상의 복사선 민감성 재료로 전사될 특정한 패턴이 용례에 따라 발생될 수 있다. 전사될 패턴은 제조 라인을 차단할 필요없이 "작업 중에"변경될 수 있다.
복사선 민감성 재료에 대한 패턴 전사의 높은 처리량을 제공하고 나노패터닝되는 표면적의 양을 증가시키기 위해서는, 표면 또는 회전 가능한 마스크, 예컨대 실린더를 서로에 대해 이동시키는 것이 유용하다. 실린더는 기판이 정적이거나, 실린더가 정적인 상태에서 기판이 실린더를 향해 이동할 때에 기판 표면 상에서 회전된다. 후술하는 이유로 기판을 실린더를 향해 이동시키는 것이 유리하다.
실린더와 기판의 표면 상의 복사선 민감성 재료 간의 접촉 라인(예컨대, 실린더의 표면 상에 존재하는 나노패터닝된 엘라스토머 필름과 기판 표면 상의 포토레지스트 간의 접촉 라인)에서 발생하는 힘의 양을 제어할 수 있는 것이 중요하다. 이 접촉 라인을 제어하기 위하여, 실린더는 실린더의 중량을 보상하는, 예컨대 스프링 등의 텐셔닝 장치에 의해 지지될 수 있다. 기판 또는 실린더(또는 양자)는 실린더 표면과 복사선 민감성 재료(예컨대, 나노패터닝된 엘라스토머 필름과 기판 표면 상의 포토레지스트) 간에 접촉이 이루어질 때까지 표면들 간의 간격이 감소되도록 서로를 향해 (상방 및 하방으로) 이동된다. 나노패터닝된 엘라스토머 필름은 반데르발스힘을 통해 포토레지스트와 결합을 생성한다. 기판 위치는 스프링이 늘어나지만 나노패터닝된 엘라스토머 필름이 포토레지스트와 접촉 상태를 유지하는 위치로 다시(하방으로) 이동된다. 기판은 실린더를 향해 이동되어, 실린더를 회전하게 하고, 나노패터닝된 엘라스토머 필름과 기판 표면 상의 포토레지스트 간의 동적 접촉을 유지한다. 별법으로서, 실린더는 회전될 수 있고, 기판은 독립적으로 그러나 동기 운동으로 이동될 수 있는데, 이는 동적 노출 중에 슬립 없는 접촉을 보장한다.
다수의 실린더가 하나의 시스템에 조합되어 기판의 복사선 민감성 표면을 순차적 모드로 노출시키도록 배치되어 기판 표면의 이중, 삼중 및 다중 패터닝을 제공할 수 있다. 이 노출 기법은 보다 높은 해상도를 제공하도록 사용될 수 있다. 실린더들의 상대적 위치는 간섭계 및 적절하게 컴퓨터로 처리되는 제어 시스템에 의해 제어될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 노출량은 리소그래피에 영향을 미칠 수 있어, 에지 리소그래피(예컨대, PDMS 마스크에서 위상의 편이에 대응하는 좁은 요부가 형성될 수 있는)가 종래의 접촉 리소그래피로 변경될 수 있고, 촬상된 포토레지스트의 요부 크기가 노출량에 의해 제어될 수 있다. 그러한 노출량의 제어는 복사원 전력 또는 실린더의 복사 속도(노출 시간)을 제어함으로써 가능하다. 포토레지스트에 생성된 요부 크기는 또한 예컨대 노출 복사선, 광원의 파장을 변경함으로써 제어될 수 있다.
실린더 상의 마스크는 기판 운동 방향으로 소정 각도만큼 배향될 수 있다. 이는 기판에 대해 상이한 방향으로 패턴이 형성되게 할 수 있다. 2차원 패턴을 가능하게 하도록 2개 이상의 실린더가 차례로 배치될 수 있다.
다른 실시예에서, 투명한 원통형 챔버는 강성일 필요는 없지만, 광학적으로 투명한 가스에 의해 가압될 수 있는 가요성 재료로 형성될 수 있다. 마스크는 실린더 벽이거나 실린더 벽의 표면 상에 존재하는 균질한 재료일 수 있다. 이는 기판 표면과 균질한 접촉을 하면서 실린더가 평탄하지 않은 기판 위에서 롤링되게 한다.
위에 제공하는 특별한 설명을 참조하고 바람직한 실시예의 상세한 설명을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예가 달성되는 방식이 명백하고 상세하게 이해될 수 있도록, 출원인은 예시적인 도면을 제공하였다. 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 이해하는 데에 필요할 때에만 제공되고 널리 알려진 특정한 방법 및 장치는 본 발명 본질의 개시 주제를 흐리게 하지 않도록 여기서 예시하지 않는다는 점은 명백하다.
본 발명에 따르면, 종래의 단점을 제거 또는 경감할 수 있다.
도 1a는 기판 재료의 큰 면적을 패터닝하는 데에 유용한 장치(100)의 일실시예의 단면도를 도시하고 있는데, 복사선 투과 실린더(106)는 복사원(102)이 존재하는 중공 내부(104)를 갖는다. 이 실시예에서, 실린더(106)의 외표면(111)은 특정한 표면 릴리프(112)가 패터닝되어 있다. 실린더(106)는 기판(110) 위에 있는 복사선 민감성 재료(108) 위를 롤링한다.
도 1b는 도 1a에 도시된 장치와 기판의 평면도를 도시하고 있는데, 복사선 민감성 재료(108)는 표면 릴리프(112)를 통과한 복사선(도시 생략)에 의해 촬상되어 있다(109).
도 2는 기판 재료의 큰 면적을 패터닝하는 데에 유용한 장치(200)의 다른 실시예의 단면도를 도시하고 있다. 도 2에서, 기판은 패턴이 제1 (투과) 실린더(206) 상의 표면 릴리프(212)를 통과하는 복사선에 의해 촬상되는 필름(208)이고, 필름(208)은 롤(211)에서 롤(213)로 이동한다. 제2 실린더(215)는 필름(208)과 제1 실린더(206) 간의 접촉을 제어하도록 필름(208)의 이면(209)에 마련된다.
도 3은 기판 재료의 큰 면적을 패터닝하는 데에 유용한 장치(300)의 다른 실시예의 단면도를 도시하고 있다. 도 3에서, 기판은 롤(311)에서 롤(313)로 이동하는 필름(308)이다. 표면 릴리프(312)를 갖는 제1 투과 실린더(306)는 필름(308)의 상부측(310)을 패터닝하는 데에 사용되고, 표면 릴리프(332)를 갖는 제2 투과 실린더(326)는 필름(308)의 바닥측(309)을 패터닝하는 데에 사용된다.
도 4a는 내부 복사원(402)을 갖는 중공 중앙 영역(404)을 포함하는 투과 실린더(406)의 실시예(400)의 단면도를 도시하고 있다. 표면 릴리프 영역(412)은 특히 근접장 리소그래피에 유용한 패터닝된 표면(413)을 갖는 폴리머 필름(415)을 포함하는 균질한 구조이다.
도 4b는 폴리머 베이스 재료(415)의 상부에 있는 표면 릴리프 폴리머 구조(413)인 표면(413)의 확대도를 도시하고 있다. 도 4b에서, 폴리머 베이스 재료(415)는 패터닝된 표면 재료(413)와 동일한 폴리머 재료이거나 상이한 폴리머 재료일 수 있다.
도 5a는 중공 투과 실린더(506)에 존재하는 표면 릴리프(512)의 변경예의 단면도를 도시하고 있다.
도 5b는 일련의 나노홀(513)이 패터닝되어 있는 얇은 금속층(514)인 표면 릴리프(512)의 확대도를 도시하고 있는데, 금속층은 중공 투과 실린더(506)의 외표면(511) 위에 적용된다.
도 5c는 투과 실린더(506)의 표면에 사용될 수 있는 다른 표면 릴리프(522)를 도시하고 있다. 표면 릴리프(522)는 중공 투과 실린더(506)의 외표면(511)에 직접 적용되거나 중공 투과 실린더(506)의 외표면(511)에 부착된 투과 필름(524)에 적용될 수 있는 금속 입자(526)에 의해 형성될 수 있다.
도 6a는 패터닝된 표면(608)을 갖는 투과 실린더(604)의 개략적인 3차원 도면(600)인데, 실린더(604)는 스프링으로서 도시된 텐셔닝 장치(602)를 이용하여 기판(610) 위에 현수된다.
도 6b는 촬상을 달성하기 위해 사용되는 복사선이 실린더(604) 외측의 복사원(612)으로부터 공급되는 실시예(620)의 개략도인데, 내부로 분배되는 복사선(615, 616)은 실린더(604)의 중공부 내에 있다.
도 6c는 촬상을 달성하기 위해 사용되는 복사선이 외측의 복사원(612)으로부터 공급되어 도파관(618) 내로 집중되고(617) 도파관(618)으로부터 실린더(604)의 내표면(601)에 존재하는 광학 격자로 분배되는 실시예(630)의 개략도이다.
도 6d는 촬상을 달성하기 위해 사용되는 복사선이 2개의 외부 복사원(612A, 612B)으로부터 공급되고, 실린더(604)의 내표면(601)에 존재하는 광학 격자(621) 상에 각각 집중되는(621, 619) 실시예(640)의 개략도이다.
도 7a는 예컨대 고해상도를 얻기 위해 사용될 수 있는 다중 패터닝을 제공하도록, 예컨대 직렬로 2개의 실린더(702, 704)와 같은 다중 실린더의 용도를 도시하는 개략도이다.
도 7b는 복사선 민감성 재료(710)의 촬상 및 현상 후에 제1 실린더(702)에 의해 생성되는 패턴(706)을 도시하는 단면 개략도이다. 변경된 패턴(708)은 복사선 민감성 재료(710)의 촬상 및 현상 후이고, 변경된 패턴(708)은 제2 실린더(704)와 조합하여 제1 실린더(702)의 사용에 의해 생성된다.
도 8은 변형 가능한 실린더(800)의 단면 개략도를 도시하고 있는데, 실린더의 내부(804)는 광학적으로 투명한 가스를 공급하는 장치(813)를 이용하여 가압된다. 변형 가능한 실린더(800)의 외표면(811)은 복사원(802)으로부터의 복사선이 기판(805)의 표면(816) 위에 정확하게 적용될 수 있도록 평탄하지 않은 기판(805) 위에서 롤링될 수 있는 균질한 재료의 나노 패턴화/나노 구조화 필름(802)일 수 있다.
상세한 설명의 서문으로서, 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 바와 같이 단일 형태는 문맥에서 명백하게 달리 지시하지 않으면 복수의 지시 대상을 포함한다는 것을 유념해야 한다.
본 명세서에서 "약"이라는 단어가 사용되는 경우에, 제시된 공칭값은 ±10% 내에 들어맞는 것을 의미하는 것으로 의도된다.
본 발명의 실시예들은 큰 면적의 기판의 나노패터닝에 유용한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 회전 가능한 마스크가 복사선 민감성 재료를 촬상하는 데에 사용된다. 통상적으로, 회전 가능한 마스크는 실린더를 포함한다. 나노패터닝 기법은 근접장 포토리소그래피를 사용하는데, 기판 상의 복사선 민감성 층을 촬상하는 데에 사용되는 복사선의 파장은 438 nm 이하이고, 기판을 패터닝하는 데에 사용되는 마스크는 기판과 접촉한다. 근접장 포토리소그래피는 위상 편이 마스크 또는 투명한 회전 실린더의 표면 상의 나노입자를 사용할 수 있거나, 회전 실린더 상의 금속층이 나노홀을 포함하는 표면 플라스몬 기법을 채용할 수 있다. 이하에 제공되는 상세한 설명은 본 명세서의 개시를 읽을 때에 당업자에 의해 인지되는 가능성의 샘플링일 뿐이다.
복사선 민감성 재료의 층 내에 나노패턴을 발생시키는 데에 사용되는 회전 마스크는 유리한 임의의 형태일 수 있고, 그들 중 다수를 후술하지만, 최소의 유지 보수 비용에서 촬상된 기판의 제작성의 관점에서 중공 실린더가 특히 유리하다. 도 1a는 기판 재료의 큰 면적을 패터닝하는 데에 유용한 장치(100)의 일실시예의 단면도를 도시하고 있는데, 복사선 투과 실린더(106)는 복사원(102)이 존재하는 중공 내부(104)를 포함한다. 이 실시예에서, 실린더(106)의 외표면(111)에는 특정한 표면 릴리프(112)가 패터닝되어 있다. 실린더(106)는 기판(110) 위에 있는 복사선 민감성 재료(108) 위에서 롤링한다. 도 1b는 도 1a에 도시된 장치와 기판의 평면도를 도시하고 있는데, 복사선 민감성 재료(108)는 표면 릴리프(112)를 통과한 복사선(도시 생략)에 의해 촬상되어 있다(109). 실린더는 화살표(118)로 도시된 방향으로 회전하고, 복사원(102)으로부터의 복사선은 회전 실린더(106)의 외표면(103) 상에 존재하는 나노패턴(112)을 통과하여 기판(108) 상의 복사선 민감성 층(도시 생략)을 촬상하고, 복사선 민감성 층 내에 촬상된 패턴(109)을 제공한다. 이어서, 복사선 민감성 층은 기판(108)의 표면 상에 나노구조를 제공하도록 현상된다. 도 1b에서, 회전 가능한 실린더(106)와 기판(120)은 서로에 대해 독립적으로 구동되는 것으로 도시되어 있다. 다른 실시예에서, 기판(120)은 회전 가능한 실린더(106)와 동적 접촉 상태로 유지되어 회전 가능한 실린더(106)의 접촉면을 향하고 접촉면에서 멀어지는 방향으로 이동됨으로써 그렇지 않으면 정적인 회전 가능한 실린더(106)에 운동을 제공할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 회전 가능한 실린더(106)는 기판(120) 상에서 회전될 수 있지만, 기판은 정적이다.
투과 회전 실린더(106)의 외표면에는 특정한 표면 릴리프(112)가 식각될 수 있다. 변경예에서, 특정한 표면 릴리프(112)는 회전 실린더(106)의 외표면에 부착되는 폴리머 재료의 필름 상에 존재할 수 있다. 폴리머 재료의 필름은 몰드(마스터) 상에 폴리머 재료의 증착에 의해 제조될 수 있다. 예컨대, 실리콘 기판 상에 생성되는 마스터는 실리콘 기판 상에 존재하는 포토레지스트로 패턴의 e-빔 직접 묘화법을 이용하여 발생되는 것이 일반적이다. 이어서, 패턴은 실리콘 기판으로 식각된다. 실리콘 마스터 몰드 상의 패턴은 몰드의 표면 상에 증착된 폴리머 재료에 복제된다. 폴리머 재료는 바람직하게는, 기판에 대한 접촉 마스크로서 사용될 때에 마모에 대해 충분한 강도를 보이지만, 또한 기판 표면 상의 복사선 민감성 재료와 우수한 접촉을 하게 할 수 있는 균질한 재료이다. 전사 마스킹 재료로서 일반적으로 사용되는 균질한 재료의 일례는 PDMS이고, 이 PDMS는 마스터 몰드 표면 상에 주형되고, UV 복사선에 의해 경화되며, 몰드로부터 박리되어 몰드 표면을 우수하게 복제할 수 있다.
도 2는 기판 재료의 큰 면적을 패터닝하는 데에 유용한 장치(200)의 다른 실시예의 단면도를 도시하고 있다. 도 2에서, 기판은 패턴이 제1 (투과) 실린더(206) 상의 표면 릴리프(212)를 통과하는 복사선에 의해 촬상되는 필름(208)이고, 필름(208)은 롤(211)에서 롤(213)로 이동한다. 제2 실린더(215)는 필름(208)과 제1 실린더(206) 간의 접촉을 제어하도록 필름(208)의 이면(209)에 마련된다. 투과 실린더(206) 내의 중공 공간(204)에 존재하는 복사원(202)은 수은 증기 램프이거나 365 nm 이하의 복사선 파장을 제공하는 다른 복사원일 수 있다. 표면 릴리프(212)는 예컨대 위상 편이 마스크일 수 있고, 마스크는 배경 기술에서 전술한 바와 같이 복수 개의 오목부와 돌출부를 갖는 회절 표면을 포함한다. 돌출부는 포지티브 포토레지스트(복사선 민감성 재료)의 표면과 접촉하게 되고, 표면은 위상 마스크를 통해 전자기 복사선에 노출된다. 돌출부와는 대조적으로 오목부를 통과하는 복사선으로 인한 위상 편이는 실질적으로 완벽하다. 이에 의해 오목부와 돌출부 사이의 경계에 전자기 복사선의 강도에서의 최소값이 생성된다. 엘라스토머 위상 마스크는 포토레지스트의 표면에 양호하게 적합하고, 이어서 포토레지스트가 현상되어 100 nm보다 작은 요부가 얻어질 수 있다.
도 3은 기판 재료의 큰 면적을 패터닝하는 데에 유용한 장치(300)의 다른 실시예의 단면도를 도시하고 있다. 기판은 롤(311)에서 롤(313)로 이동하는 필름(308)이다. 필름(308)의 상부측(310)과 필름(208)의 바닥측(309) 양자에는 복사선 민감성 재료층(도시 생략)이 존재한다.
중공 중앙부(304)가 있고 표면 릴리프(312)를 갖는 제1 투과 실린더(306)는 필름(308)의 상부측(310)을 패터닝하는 데에 사용되는 복사원(302)을 포함한다. 중공 중앙부(324)가 있고 표면 릴리프(332)를 갖는 제2 투과 실린더(326)는 필름(308)의 바닥측(309)을 패터닝하는 데에 사용되는 복사원(322)을 포함한다.
도 4a는 내부 복사원(402)을 갖는 중공 중앙 영역(404)을 포함하는 투과 실린더(406)의 실시예(400)의 단면도를 도시하고 있다. 표면 릴리프(412)는 특히 근접장 리소그래피에 유용한 패터닝된 표면(413)을 갖는 폴리머 필름(415)을 포함하는 균질한 구조이다. 패터닝된 표면(413)의 폴리머 재료는 패턴이 적절한 위치에서 촬상될 기판 표면과 접촉하도록 충분히 강성일 필요가 있다. 동시에, 폴리머 재료는 촬상될 복사선 민감성 재료(도시 생략)의 표면에 적합해야 한다.
도 4b는 폴리머 베이스 재료(415)의 상부에 있는 표면 릴리프 폴리머 구조(413)인 표면(413)의 확대도를 도시하고 있다. 도 4b에서, 폴리머 베이스 재료(415)는 패터닝된 표면 재료(413)와 동일한 폴리머 재료이거나 상이한 폴리머 재료일 수 있다. 예컨대, 실리콘 또는 PDMS 등의 투과 적합 재료는, 예컨대 상이한 비율의 혼합 성분을 갖는 PDMS, 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)와 같은 보다 강성의 투명한 재료 중첩층과 조합하여 폴리머 필름(415)으로서 사용될 수 있다. 이는 기판의 복사선 민감성 표면(도시 생략) 상의 지점과 접촉할 때에 요부의 왜곡을 피하는 데에 일조하는 패터닝된 표면(413)을 제공하는 동시에, 폴리머 베이스 재료는 일반적으로 기판 표면과의 적합성을 제공한다.
도 5a는 복사원(502)을 포함하는 중공 중앙 영역(504)을 갖는 투과 실린더(506)의 단면도(500)를 도시하고 있는데, 표면(511)은 표면 릴리프(512)의 변경예를 제공한다. 도 5b는 일련의 나노홀(513)이 패터닝되어 있는 얇은 금속층(514)인 표면 릴리프(512)의 확대도를 도시하고 있는데, 금속층은 중공 투과 실린더(506)의 외표면(511) 상에 제공된다. 금속층은 투과 실린더(506)의 외표면에 부착되는 패터닝된 층일 수 있다. 변경예에서, 금속층은 증발 또는 스퍼터링 또는 당업계에 공지된 다른 기법에 의해 투과 실린더의 표면 상에 증착될 수 있고, 이어서 패터닝된 금속 외표면(511)을 제공하도록 레이저에 의해 식각 또는 삭마될 수 있다. 도 5c는 투과 실린더(506)의 표면에 사용될 수 있는 다른 표면 릴리프(522)를 도시하고 있다. 표면 릴리프(522)는 중공 투과 실린더(506)의 외표면(511)에, 또는 중공 투과 실린더(506)의 외표면(511)에 부착된 투과 필름(524)에 적용되는 금속 입자(526)에 의해 형성된다.
도 6a는 패터닝된 표면(608)을 갖는 투과 실린더(604)의 개략적인 3차원 도면(600)이다. 복사원(도시 생략)은 투과 실린더(604)의 내부 내에 제공된다. 투과 실린더(604)는 도면(600)에서 스프링으로서 도시된 텐셔닝 장치(602)를 이용하여 기판(610) 위에 현수된다. 기계 공학의 당업자라면 투과 실린더(604)의 외표면(608)과 기판(610)의 표면 간의 적절한 접촉량을 달성하기 위해 사용될 수 있는 텐셔닝 장치의 개수를 잘 알 것이다. 도 6a에 도시된 장치를 이용하는 방법의 일실시예에 있어서, 장치는 기판(610) 상에 복사선 민감성 재료(도시 생략)를 촬상하는 데에 사용되고, 기판(610)은 도 2에 도시된 종류의 롤투롤 시스템에 공급 및 회수될 수 있는 폴리머 필름이다. 투과 실린더(604)는 복사선 민감성 재료와 접촉이 이루어질 때까지 폴리머 필름 기판을 향해 하강된다(또는 폴리머 필름 기판이 상승된다). 통상적으로 엘라스토머인 폴리머 필름은 복사선 민감성 재료와 반데르발스힘 결합을 생성한다. 이어서, 투과 실린더(604)는 투과 실린더(604)의 표면(608)과 복사선 민감성 재료의 표면 간에 접촉이 유지되지만, 2개의 표면 간의 텐션이 표면(608) 상에 배치되는 힘이 최소가 되도록 하는 위치로 상승될 수 있다(또는 폴리머 필름 기판이 하강될 수 있다). 이는 투과 실린더(604)의 표면(608) 상에 매우 미세한 나노패터닝된 요부의 사용을 가능하게 한다. 기판이 이동하기 시작할 때에, 투과 실린더(604)가 또한 이동하여 투과 실린더(604)가 회전되게 하고, 복사선 민감성 재료와 그 아래에 있는 폴리머 필름 기판(610) 간에 동적 접촉을 유지한다. 동적 노출의 임의의 순간에, 실린더와 포토레지스트층 간의 접촉은 하나의 좁은 라인으로 제한된다. 예컨대 실린더 외표면 상의 엘라스토머 필름과 기판 상의 복사선 민감성(포토 민감성) 층 간에 강한 반데르발스힘으로 인해, 접촉은 전체 공정에 걸쳐 그리고 실린더 표면 상의 마스크의 전체 폭(길이)을 따라 균일하게 유지된다. 반데르발스힘이 실린더 접촉면과 포토레지스트층 사이에 강하고 충분한 접착력을 제공하지 않는 경우에, 기판의 병진 운동과 동기화되는 스텝 모터을 이용하여 작동하는(회전하는) 실린더를 사용할 수 있다. 이는 기판에 대해 강한 접착력을 제공하지 않는 폴리머 또는 다른 실린더 표면 재료에 슬립이 없는 노출 공정을 제공한다.
도 6b는 촬상을 달성하기 위해 사용되는 복사선이 실린더(604) 외측의 복사원(612)으로부터 공급되는 실시예(620)의 개략도인데, 내부로 분배되는 복사선(615, 616)은 실린더(604)의 중공부 내에 있다. 복사선은 다양한 렌즈, 미러 및 이들의 조합을 이용하여 복사선 민감성 표면(도시 생략)을 향해 투과 실린더(604)와 패터닝된 마스크 표면(608)을 통해 지향될 수 있다.
도 6c는 복사선 민감성 재료의 촬상을 달성하기 위해 사용되는 복사선이 투과 실린더(604)의 외측에 있는 지점으로부터 공급되는 실시예(630)의 개략도이다. 외부 복사원(612)은 도파관(618)으로 집중되어(617) 도파관(618)으로부터 실린더(604)의 내표면(601) 상에 존재하는 광학 격자(620)로 분배된다.
도 6d는 촬상을 달성하기 위해 사용되는 복사선이 2개의 외부 복사원(612A, 612B)으로부터 공급되고, 실린더(604)의 내표면(601)에 존재하는 광학 격자(621) 상에 각각 집중되는(621, 619) 실시예(640)의 개략도이다.
도 7a는 예컨대 고해상도를 얻기 위해 사용될 수 있는 다중 패터닝을 제공하도록, 예컨대 직렬로 2개의 실린더(702, 704)와 같은 다중 실린더의 용도를 도시하는 개략도(700)이다. 예컨대, 실린더(702, 704)의 상대 위치는 컴퓨터로 처리되는 제어 시스템(도시 생략)과 조합하여 간섭계(도시 생략)로부터의 데이터를 이용하여 제어될 수 있다.
도 7b는 복사선 민감성 재료(710)의 촬상 및 현상 후에 제1 실린더(702)에 의해 생성되는 패턴(706)을 도시하는 단면 개략도(720)이다. 변경된 패턴(708)은 복사선 민감성 재료(710)의 촬상 및 현상 후이고, 변경된 패턴(708)은 제2 실린더(704)와 조합하여 제1 실린더(702)의 사용에 의해 생성된다.
도 8은 변형 가능한 실린더(800)의 단면 개략도를 도시하고 있는데, 실린더의 내부(804)는 예컨대 질소와 같이 광학적으로 투명한 가스를 공급하는 장치(813)를 이용하여 가압된다. 변형 가능한 실린더(800)의 외표면(811)은 복사원(802)으로부터의 복사선이 기판(805)의 표면(816) 위에 정확하게 적용될 수 있도록 평탄하지 않은 기판(805) 위에서 롤링될 수 있는 균질한 재료의 나노 패턴화/나노 구조화 필름(802)일 수 있다.
다른 실시예에서, 실린더 표면과 기판 표면 상에 존재하는 복사선 민감성(예컨대, 포토 민감성) 재료 사이에 1보다 큰 굴절률을 갖는 액체가 사용될 수 있다. 예컨대, 물이 사용될 수 있다. 이는 포토 민감성층에서 패턴 요부의 대비를 향상시킨다.
본 발명을 다양한 상기 실시예에 대해 상세히 설명하였지만, 본 발명의 범위 및 사상 내의 다양한 수정이 본 기술 분야의 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 결정되어야 한다.

Claims (31)

  1. 근접장 나노리소그래피 방법으로서,
    기판 표면 상에 복사선 민감성 층을 갖는 기판을 마련하는 것과,
    회전 가능한 마스크의 외표면 상에 나노패턴을 갖는 회전 가능한 마스크를 마련하는 것과,
    상기 기판 표면 상의 복사선 민감성 층과 상기 나노패턴을 접촉시키는 것과,
    상기 나노패턴을 통해 복사선을 분배하면서, 상기 복사선 민감성 층 위에서 회전 가능한 마스크를 회전시킴으로써, 약 1 nm 이상 1 ㎛ 미만의 요부 크기를 갖는 이미지가 복사선 민감성 층에 생성되는 것인 근접장 나노리소그래피 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 요부 크기는 약 10 nm 내지 약 100 nm인 것인 근접장 나노리소그래피 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복사선은 436 nm 이하의 파장을 갖는 것인 근접장 나노리소그래피 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 나노패턴은 상기 기판 표면 상의 복사선 민감성 층에 적합한 정합성 나노패턴인 것인 근접장 나노리소그래피 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 정합성 나노패턴은 형성되거나 나노구조화된 폴리머 재료인 것인 근접장 나노리소그래피 방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 회전 가능한 마스크는 복사선이 복사선 민감성 층에 간섭 패턴을 형성하게 하는 위상 편이 마스크인 것인 근접장 나노리소그래피 방법.
  7. 제3항에 있어서, 상기 마스크는 표면 플라스몬 거동(surface plasmon behavior)을 채용하는 것인 근접장 나노리소그래피 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 회전 가능한 마스크는 실린더인 것인 근접장 나노리소그래피 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 실린더는 가요성 벽을 갖고, 이에 따라 원통형 형상이 기판 표면과의 접촉시에 변형될 수 있는 것인 근접장 나노리소그래피 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 실린더를 채우기 위해 광학적으로 투명한 가스가 사용되는 것인 근접장 나노리소그래피 방법.
  11. 제3항에 있어서, 상기 회전 가능한 마스크는 투명한 실린더이고, 이에 따라 상기 실린더의 내측 지점으로부터 복사선이 투과될 수 있는 것인 근접장 나노리소그래피 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 마스크는 투명한 실린더의 표면 상에 릴리프로서 존재하는 위상 편이 마스크인 것인 근접장 나노리소그래피 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 마스크는 상기 실린더의 표면 위에 부착되는 층에 존재하는 위상 편이 마스크인 것인 근접장 나노리소그래피 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 위상 편이 마스크는 다중층으로 이루어지고, 외층은 포토 민감성 층에 규정된 요부 치수를 보다 정확하게 묘사하도록 나노패터닝되는 것인 근접장 나노리소그래피 방법.
  15. 제8항에 있어서, 상기 기판은 회전 가능한 실린더와 동적 접촉 상태를 유지하고, 상기 실린더의 접촉면으로부터 복사선의 분배 중에 회전 가능한 실린더의 접촉면을 향해 또는 멀어지는 방향으로 이동되는 것인 근접장 나노리소그래피 방법.
  16. 제8항에 있어서, 상기 실린더는 상기 기판이 정적인 동안에 상기 기판 상에서 회전되는 것인 근접장 나노리소그래피 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 다수의 회전 마스크가 복사선 민감성 층과 접촉되는 것인 근접장 나노리소그래피 방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 회전 가능한 마스크와 기판 표면은 스텝 모터와 동력식 기판 병진 메카니즘을 이용하여 독립적으로 이동되고, 이에 따라 상기 회전 가능한 마스크와 기판 표면의 운동은 서로 동기화되며, 상기 복사선 민감성 층의 슬립 없는 접촉 노출이 달성되는 것인 근접장 나노리소그래피 방법.
  19. 제1항 또는 제18항에 있어서, 상기 회전 가능한 마스크와 기판 표면 사이의 계면에 액체가 공급되는 것인 근접장 나노리소그래피 방법.
  20. 근접장 리소그래피를 실행하는 장치로서,
    마스크의 외표면 상에 나노패턴을 갖는 회전 가능한 마스크와,
    상기 나노패턴으로부터 436 nm 이항의 파장의 복사선을 공급하는 복사원
    을 포함하고, 상기 나노패턴은 재료의 복사선 민감성 층과 접촉하는 것인 근접장 리소그래피의 실행 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 회전 가능한 마스크는 투명한 것인 근접장 리소그래피의 실행 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 회전 가능한 마스크는 위상 편이 마스크인 것인 근접장 리소그래피의 실행 장치.
  23. 제21항에 있어서, 상기 회전 가능한 마스크는 표면 플라스몬 기법을 이용하여 발생된 복사선을 채용하는 것인 근접장 리소그래피의 실행 장치.
  24. 제22항에 있어서, 상기 마스크의 표면은 나노홀을 구비하는 금속층을 포함하는 것인 근접장 리소그래피의 실행 장치.
  25. 제20항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전 가능한 마스크는 실린더인 것인 근접장 리소그래피의 실행 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 실린더는 가요성 실린더인 것인 근접장 리소그래피의 실행 장치.
  27. 제26항에 있어서, 상기 가요성 실린더는 광학적으로 투명한 가스로 채워지는 것인 근접장 리소그래피의 실행 장치.
  28. 제25항에 있어서, 다수의 실린더가 장치에 존재하여 상기 다수의 실린더가 차례차례로 기판 위를 통과하는 것인 근접장 리소그래피의 실행 장치.
  29. 제25항에 있어서, 다수의 실린더가 존재하고, 근접장 리소그래피의 실행 장치에 의해 촬상되는 기판의 상부측과 바닥측 모두에 실린더가 존재하는 것인 근접장 리소그래피의 실행 장치.
  30. 제29항에 있어서, 촬상 복사선을 투과하는 적어도 하나의 실린더가 근접장 리소그래피의 실행 장치에 의해 촬상되는 기판의 상부측과 바닥측 모두에 존재하는 것인 근접장 리소그래피의 실행 장치.
  31. 제20항에 있어서, 상기 회전 가능한 마스크와 접촉하는 표면에 가해지는 힘의 양을 제어하도록 조절될 수 있는 텐셔닝 장치에 의해 회전 가능한 마스크가 기판 위에 현수되는 것인 근접장 리소그래피의 실행 장치.
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