KR20110025951A - 적응적 나노토포그래피 형상제작 - Google Patents

적응적 나노토포그래피 형상제작 Download PDF

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Abstract

적응적 나노토포그래피 형상제작은 표면의 공칭 형상을 변경하지 않고 나노토포그래피 및 거칠기를 변경하기 위해 사용될 수 있다. 일반적으로, 적응적 나노토포그래피 형상제작은 원하는 형상 특징을 갖는 표면을 제공한다. 제 1 표면의 토포그래피를 맵핑하여 밀도 맵을 제공한다. 밀도 맵을 평가하여 제 1 표면 위에 중합성 재료를 분배하기 위한 드롭 패턴을 제공한다. 중합성 재료를 고화 및 에칭하여 원하는 형상 특징을 갖는 제 2 표면을 제공한다.

Description

적응적 나노토포그래피 형상제작{ADAPTIVE NANOTOPOGRAPHY SCULPTING}
관련출원의 참고
이 출원은 2008년 6월 9일에 출원된 미국 가출원 No. 61/060,007의 35 U.S.C. §119(e)(1)하의 이익을 주장하며, 이것은 여기에 참고로 포함된다. 이 출원은 2009년 6월 6일에 출원된 미국 출원 No. 12/479,200의 우선권을 주장하며, 이것은 여기에 참고로 포함된다.
나노제작은 100 나노미터 이하의 크기의 피처(feature)들을 갖는 매우 작은 구조물의 제작을 포함한다. 나노제작이 꽤 큰 영향을 준 한가지 이용분야는 집적회로의 가공처리에서이다. 반도체 가공처리 산업은 기판 위에 형성된 단위 면적당 회로를 증가시키면서 더 큰 생산 수율을 위해 노력하기를 계속하며, 따라서 나노제작은 더욱더 중요해지고 있다. 나노제작은 형성된 구조물의 최소 피처 치수의 계속된 감소를 허용하면서 더 큰 공정제어를 제공한다. 나노제작이 사용된 다른 개발 영역은 생명공학, 광학기술, 기계 시스템 등을 포함한다.
오늘날 사용 중인 예가 되는 나노제작 기술은 통상 임프린트 리소그래피로 언급된다. 예가 되는 임프린트 리소그래피 공정은 미국 특허출원 공개 No. 2004/0065976, 미국 특허출원 공개 No. 2004/0065252, 및 미국 특허 No. 6,936,194와 같은 수많은 간행물에 상세히 기술되어 있는데, 이것들은 모두 여기에 참고문헌으로 포함된다.
상기한 미국 특허출원 공개 및 특허의 각각에 개시된 임프린트 리소그래피 기술은 성형성(중합성) 층에 양각 패턴의 형성과 양각 패턴에 대응하는 패턴을 하부(underlying) 기판에 전사하는 것을 포함한다. 기판은 원하는 위치를 얻기 위해 모션 스테이지에 결합시켜 패턴형성 공정을 용이하게 할 수 있다. 패턴형성 공정은 기판과 이격되어 있는 템플레이트 그리고 템플레이트와 기판 사이에 가해진 성형성 액체를 사용한다. 성형성 액체는 고화되어 성형성 액체와 접촉하는 템플레이트의 표면의 형상에 일치하는 패턴을 갖는 단단한 층을 형성한다. 고화 후, 템플레이트는 단단한 층으로부터 분리되어 템플레이트와 기판이 이격된다. 다음에 기판과 고화된 층은 고화된 층의 패턴에 대응하는 양각 이미지를 기판에 전사하기 위한 추가의 공정을 거치게 된다.
임프린트 리소그래피를 사용하는 가공처리기술은 실질적으로 평탄한 하부 기판 또는 실질적으로 평탄한 하부 층의 존재에 의존할 수 있다. 예를 들어서, 층별 반도체 장치 제조의 동안에 제조의 신뢰성 및 용이함은 실질적으로 평탄한 기판 토포그래피에 의존할 수 있다.
반도체 제조의 내용에서, 평탄화(planarization)라는 용어는 두가지 유형의 공정, 즉 재료 부착 공정 후 웨이퍼 표면의 토포그래피 개선(예를 들면, 층간 절연막(Inter-Layer Dielectric: ILD)의 평탄화); 또는 오목부 영역에 재료를 제공하기 위해 부착된 필름의 제거(예를 들면, Shallow Trench Isolation (STI), Damascene 공정 등)를 광범위하게 기술하기 위해 사용될 수 있다.
여러가지 평탄화 방책이 개발되었고 열 및 리플로 기술, 스핀 온 글래스(SOG) 공정 등을 포함한다. 그러나, 현재의 방책으로 달성가능한 평탄화도는 제한될 수 있다. 예를 들면, 통상 사용되는 평탄화 기술 중 하나인, 화학-기계 제작(CMP)은 일반적으로 재료의 패턴 밀도를 기초로 한 재료 제거율에 의존성을 갖는다. 높은 패턴 밀도를 갖는 영역은 더 낮은 패턴 밀도를 갖는 영역과 비교하여 더 많은 접촉 영역을 가질 수도 있다. 이것은 낮은 패턴 밀도 영역에서 더 큰 압력이 가해지는 결과를 가져와 저밀도 영역 내에서 더 높은 재료 제거율을 가져올 수 있다. 저 밀도 영역은 먼저 평탄화되고, 다음에 재료가 일정한 속도로 제거되기 때문에 고밀도 영역은 국소 평탄화를 달성한다. 이것은 고밀도 및 저밀도 영역 사이에 단계식 형성을 가져올 수도 있고 평탄화된 필름 내에 긴 범위 두께 변동을 제공할 수 있다. 더미 충전(dummy fill) 및 패턴형성된 레지스트와 같은 예방적 기술은 패턴 밀도의 변동을 감소시키기 위해 사용될 수 있으나, 이러한 기술은 평탄화 공정의 복잡성을 증가시킨다.
접촉 평탄화, CMP의 대안은 광경화성 재료로 스핀 코팅된 기판을 제공하고 사전 베이킹하여 잔류 용매를 제거한다. 초평탄 표면은 스핀 코팅된 웨이퍼에서 압착하여 재료가 리플로하도록 강제하고 평탄화를 위해 재료를 고르게 펴기 위해 압력이 사용될 수도 있다. 그러나, 평탄화의 품질은 패턴 밀도 변동에 의해 보상될 수도 있다. 유체 분포에 사용된 스핀 코팅은 일반적으로 기판 위에서 균일할 것으로 예상된다. 이런 이유로, 다양한 밀도를 갖는 영역은 일반적으로 같은 유체 분포를 가질 것이다. 재료를 초평탄 표면과 압착할 때, 재료는 높은 피처 밀도 영역에서 낮은 피처 밀도 영역으로 흐르는 경향이 있다. 리플로는 재료의 높은 점도 및/또는 초평탄 표면과 기판 사이에 형성된 얇은 채널로 인한 재료의 이동도로 인해 제한될 수도 있다. 추가로, 초평탄 표면과 기판 사이에 유체 힘은 유체 필름에서 장력 스트레스를 야기할 수도 있다. 이 스트레스는 초평탄 표면이 제거될 때 완화될 수 있고 표면 평탄화도에 있어서 질저하를 가져온다.
더욱이, CP는 일반적으로 피처 밀도에서 큰 변동을 제공하지 않는다. 예를 들어서, 낮은 패턴 밀도를 갖는 다이에 큰 영역이 있다면, 재료는 보이드를 충전할 정도로 리플로될 수 없고 따라서 전체적인 평탄화도에 영향을 미칠 수도 있다. 추가로, CP는 일반적으로 기판 및/또는 초평탄 표면의 표면 토포그래피의 차이를 고려하지 않는다. 예를 들면, 초평탄 표면이 기판에 대해 압착될 때, 그것들 간의 재료의 두께에 변동이 있을 수 있다. 재료의 매우 두꺼운 필름의 사용은 유체의 이동도를 개선할 수도 있고, 그러나, 후속 재료 제거 공정(예를 들면, 에칭, 폴리싱 등)의 불균일성은 더 두꺼운 필름으로 지배적이기 때문에 기판에 같은 평탄화도를 전사하기는 어려울 수 있다.
본 발명이 더 상세히 이해될 수 있도록 본 발명의 구체예의 설명을 첨부 도면에 예시된 구체예를 참고하여 제공한다. 그러나, 첨부 도면은 본 발명의 단지 전형적인 구체예를 예시하는 것이며 따라서 범위를 제한하는 것으로 생각하지 않아야 함을 주의해야한다.
도 1은 본 발명의 구체예에 따르는 리소그래피 시스템의 단순화된 측면도를 예시한다.
도 2는 패턴형성 층이 위에 위치된 도 1에 나타낸 기판의 단순화된 측면도를 예시한다.
도 3은 하부 기판으로 인한 다수의 필름 층들의 토포그래피 변동의 단순화된 측면도를 예시한다.
도 4a 및 도 4b는 각각 국소적인 토포그래피 평탄화도 편차 및 전체적인 토포그래피 평탄화도 편차의 단순화된 측면도를 예시한다.
도 5a 내지 도 5d는 적응적 나노토포그래피 형상제작을 사용하는 원하는 형상 특징을 갖는 표면의 형성의 단순화된 측면도를 예시한다.
도 6은 적응적 나노토포그래피 형상제작을 사용하여 원하는 형상 특징을 갖는 표면의 형성방법의 한 구체예의 흐름도를 예시한다.
도 7은 적응적 나노토포그래피 형상제작에 사용하기 위한 드롭 패턴을 제공하는 맵핑 방법의 한 구체예의 흐름도를 예시한다.
도 8은 기판의 표면을 예비폴리싱 방법의 한 구체예의 흐름도를 예시한다.
도 9는 평탄하지 않은 원하는 형상 특징을 갖는 표면의 단순화된 측면도를 예시한다.
도 10a 내지 도 10c는 평탄하지 않은 원하는 형상 특징을 갖는 표면의 형성의 단순화된 측면도를 예시한다.
도면, 및 특히 도 1을 참고하면, 기판(12) 위에 양각 패턴을 형성하기 위해 사용된 리소그래피 시스템(10)이 예시되어 있다. 기판(12)은 기판 척(14)에 결합될 수도 있다. 예시하는 바와 같이, 기판 척(14)은 진공 척이다. 그러나, 기판 척(14)은 진공, 핀형, 홈형, 전자기, 및/또는 기타를 포함하나, 이에 제한되지 않는 어떤 척도 될 수 있다. 예가 되는 척들은 여기에 참고문헌으로 포함되는 미국 특허 No. 6,873,087에 기술되어 있다.
기판(12) 및 기판 척(14)은 스테이지(16)에 의해 더 지지될 수 있다. 스테이지(16)는 x-, y-, 및 z-축에 따라 움직임을 제공할 수 있다. 스테이지(16), 기판(12), 및 기판 척(14)은 또한 베이스에 위치될 수도 있다(도시않음).
기판(12)으로부터 이격되어 템플레이트(18)가 있다. 템플레이트(18)는 그로부터 연장되어 기판(12)을 향하여 메사(20)를 포함하고, 메사(20)는 그 위에 패턴형성 표면(22)을 갖는다. 또한, 메사(20)는 몰드(20)로도 언급된다. 다르게는, 템플레이트(18)는 메사(20) 없이 형성될 수도 있다.
템플레이트(18) 및/또는 몰드(20)는 용융 실리카, 석영, 규소, 유기 중합체, 실록산 중합체, 붕규산 유리, 플루오로카본 중합체, 금속, 경화 사파이어, 및/또는 기타를 포함하며 이들에 제한되지 않는 이러한 재료로부터 형성될 수 있다. 예시한 바와 같이, 패턴형성 표면(22)은 다수의 이격된 후미부(24) 및/또는 돌출부(26)에 의해 규정된 피처를 포함하나, 본 발명의 구체예들은 이러한 구성에 제한되지 않는다. 패턴형성 표면(22)은 기판(12)에 형성시킬 패턴의 토대를 형성하는 어떤 원래의 패턴도 규정할 수 있다.
템플레이트(18)는 척(28)에 결합될 수도 있다. 척(28)은 진공, 핀형, 홈형, 전자기, 및/또는 다른 유사한 척 유형들로서 구성될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 예가 되는 척들은 여기에 참고문헌으로 포함되는 미국 특허 6,873,087에 또한 기술되어 있다. 또한, 척(28)은 임프린트 헤드(30)에 결합되어 척(28) 및/또는 임프린트 헤드(30)가 템플레이트(18)의 이동을 용이하게 하도록 구성될 수 있다.
시스템(10)은 유체 분배 시스템(32)을 더 포함한다. 유체 분배 시스템(32)은 기판(12) 위에 중합성 재료(34)를 부착시키기 위해 사용될 수도 있다. 중합성 재료(34)는 드롭 분배(drop dispense), 스핀-코팅, 침지 코팅, 화학증착(CVD), 물리증착(PVD), 박막 부착, 후막 부착 및/또는 기타와 같은 기술들을 사용하여 기판(12)에 위치될 수 있다. 중합성 재료(34)는 설계 고려사항에 따라 몰드(20)와 기판(12) 사이에 원하는 공간이 규정되기 전 및/또는 후에 기판(12) 위에 배치될 수도 있다. 중합성 재료(34)는 모두 여기에 참고문헌으로 포함되는 미국 특허 No. 7,157,036 및 미국 특허출원 공개 No. 2005/0187339에 기술된 것과 같은 단량체 혼합물을 포함할 수도 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면,시스템(10)은 경로(42)를 따라 에너지(40)를 향하게 하도록 결합된 에너지원(38)을 더 포함한다. 임프린트 헤드(30) 및 스테이지(16)는 경로(42)와 겹쳐서 템플레이트(18)와 기판(12)을 위치시키도록 구성될 수 있다. 시스템(10)은 스테이지(16), 임프린트 헤드(30), 유체 분배 시스템(32), 및/또는 에너지원(38)과 통신되어 있는 프로세서(54)에 의해 조정될 수 있고, 메모리(56)에 저장된 컴퓨터 판독가능 프로그램에서 작동할 수 있다.
임프린트 헤드(30), 스테이지(16), 또는 둘다는 몰드(20)와 기판(12) 사이의 거리를 다양하게 하여 그것들 사이에 중합성 재료(34)가 채워지는 원하는 공간을 규정한다. 예를 들면, 임프린트 헤드(30)는 템플레이트(18)에 힘을 가하여 몰드(20)가 중합성 재료(34)와 접촉하도록 할 수도 있다. 원하는 공간이 중합성 재료(34)로 채워진 후에, 에너지원(38)은 에너지(40), 예를 들어서 광대역 자외선 복사선을 내고, 이것이 중합성 재료(34)를 고화 및/또는 가교결합되도록 일으켜 기판(12)의 표면(44)과 패턴형성 표면(22)의 형상에 일치하게 하여 기판(12) 위에 패턴형성된 층(46)을 규정한다. 패턴형성된 층(46)은 잔류 층(48)과, 돌출부(50)와 후미부(52)로 나타낸 다수의 피처를 포함할 수도 있고, 돌출부(50)는 두께(t₁)를 갖고 잔류 층은 두께(t₂)를 갖는다.
상기한 시스템 및 방법은 미국 특허 No. 6,932,934, 미국 특허출원 공개 No. 2004/0124566, 미국 특허출원 공개 No. 2004/0188381, 및 미국 특허출원 공개 No. 2004/0211754에 언급된 임프린트 리소그래피 공정 및 시스템에서 또한 사용될 수 있고, 이들 각각은 여기에 참고문헌으로 포함된다.
도 3을 참조하면, 재료 부착 공정은 일반적으로 하부 기판(62)의 것과 같은 토포그래피를 유지하는 재료의 필름 층(60)을 제공한다. 필름 층(60)의 수를 증가시켜, 도 3에 예시하는 바와 같이 피처(64)의 스텝 높이(hF)를 결과된 스텝 높이(hR1)로 증가할 수 있고 그 다음 결과된 스텝 높이(hR2)로 더욱더 증가시킬 수 있다. 이 증가는 토포그래피 변동을 가져올 수도 있다.
큰 토포그래피 변동은 제작 공정을 방해할 수도 있고 및/또는 신뢰성 문제를 야기할 수도 있다. 반도체 가공처리에서, 예를 들면, 큰 토포그래피 변동을 최소화하기 위해 웨이퍼를 윤을 내어 표편 평탄화도를 개선한다. 거칠기, 사이트 전방 이차 표면 토포그래피(site front quadratic surface topography) 및 전체적인 뒷판(backplane) 표시 범위(GBIR)는 저, 중 및 대형 공간 파장으로 표면 토포그래피를 정량하기 위해 사용된 측정기준(metrics)이다. 90 nm 결절점에서 제조하기 위해 사용되는 전형적인 300 mm 프라임급 웨이퍼는 1 nm 미만의 거칠기, 약 90 nm의 SFQR, 그리고 2 미크론의 GBIR을 갖는다. 비교용으로, 75 mm 프라임급 웨이퍼는 5 nm 미만의 거칠기, 1000 nm의 SFQR, 및 10 미크론의 GBIR을 가질 수 있다. 그러나, 엄격한 평탄화도 요건을 제공하기 위해, 웨이퍼는 일반적으로 비용을 증가시키는 몇가지 폴리싱(polishing) 단계를 받게 할 수도 있다. 추가로, 소형 크기의 웨이퍼, 뿐만 아니라 다른 재료의 웨이퍼는 일반적으로 엄격한 평탄화도 요건을 충족할 수 없고, 이런 이유로 일반적으로 미크론 이하 피처를 갖는 장치를 제조하기 위한 사용에 실행가능하지 못하다.
도 4a 및 도 4b는 반도체 제조의 동안에 보여진 것들과 같은 국소적인 토포그래피 평탄화도 편차(66) 및 전체적인 토포그래피 평탄화도 편차(68)를 예시한다. 국소적인 토포그래피 평탄화도 편차(66)는 부착된 재료가 하부 표면 편차를 반영하는 하부 특징에 일치하기 때문에 결과될 수 있다. 이들 편차(66)는 같은 크기 수준(order of magnitude)(예를 들면, 피처 높이)을 가질 수 있고 및/또는 낮은 공간 파장을 가질 수 있다.
도 4b에 예시된 바와 같이, 전체적인 토포그래피 평탄화도 편차(68)는 더 큰 크기가 될 수 있고 다이의 크기 수준의 공간 파장을 가질 수 있다. 전체적인 토포그래피 평탄화도 편차(68)는 하부 패턴 밀도에서 상당한 변화를 갖는 영역들에 걸쳐 관찰될 수 있다. 26 x 33 mm 크기를 갖는 패턴형성 필드는 패턴형성을 위해 동시에 노출된 전체 필드를 가질 수 있을지라도, 표적된 패턴형성된 영역과 반대로, 전체 웨이퍼의 표면 토포그래피(예를 들면, 두께 변동)로 인해 큰 토포그래피 변동이 존재할 수도 있다. 이 큰 토포그래피 변동은 웨이퍼의 직경 정도일 수 있다.
표면의 높이 변동은 공간 파장 도메인으로 분석할 때 세가지 구성요소, 즉 공칭 형상(공간 파장의 높이 변동 >20mm), 나노토포그래피(공간 파장의 높이 변동 0.2-20 mm), 및 표면 거칠기(공간 파장의 높이 변동 <0.2 mm)로 분류될 수 있다. 적응적 나노토포그래피 형상제작은, 여기서 기술되는 바와 같이, 나노토포그래피를 변경하기 위해 사용될 수도 있다. 추가로, 적응적 나노토포그래피 형상제작은, 여기서 기술되는 바와 같이, 거칠기를 변경하기 위해 사용될 수도 있다. 예를 들면, 적응적 나노토포그래피 형상제작은 미크론 이하 피처를 갖는 기판인 기판(예를 들면, 맨 실리콘 웨이퍼) 등의 표면 거칠기를 변경하기 위해 사용될 수도 있다. 적응적 나노토포그래피 형상제작은 표면의 공칭 형상을 변경하지 않고 나노토포그래피 및/또는 거칠기를 변경하기 위해 사용될 수도 있음을 주목해야 한다.
도 5a 내지 도 5d를 참고하면, 적응적 나노토포그래피 형상제작은 나노-형상제작하고 나노토포그래피 편차(예를 들면, 국소적인 및/또는 전체적인 토포그래피 평탄화도 편차)를, 적응하여 최소화하기 위해 사용될 수 있다. 나노-형상제작은 제 1 표면(74)으로 개시되고 부착 및 적당한 깊이로 다시 에칭(etch back)에 의해 원하는 표면 토포그래피(예를 들면, 평탄한)을 갖는 제 2 표면(76)을 제공한다.
적응적 나노토포그래피 형상제작 공정은 도 1에 나타내고 여기서 기술된 리소그래피 시스템(10)을 사용하여 표면(74) 위의 다양한 패턴 밀도에 적응할 수 있다. 도 5b를 참고하면, 중합성 재료(34)는 필름 층(60a) (예를 들면, SiO2)의 제 1 표면(74)에 부착시킬 수 있다. 중합성 재료(34)는 여기서 기술된 바와 같은 드롭 분배를 사용하여 제 1 표면(74)에 위치시켜 가변적인 양의 중합성 재료(34)를 제 1 표면(74) 위의 특정한 위치에 위치시킬 수 있다.
일반적으로, 템플레이트(18)와 제 1 표면(74) 간의 거리는 중합성 재료(34)에 의해 충전될 수 있는 그들 사이의 원하는 공간을 규정하도록 다양해진다. 템플레이트(18)는 실질적으로 편평한 패턴형성 표면(22)을 갖는 몰드(20)를 포함할 수 있다. 템플레이트(18)에 힘을 가하여 템플레이트(18)가 중합성 재료(34)와 접촉하여 중합성 재료(34)로 하여금 실질적으로 인접한 필름을 형성하고 원하는 공간을 실질적으로 충전하도록 유발할 수 있다. 또한, 중합성 재료의 퍼짐은 모세관 힘에 의해 지배되어 얇은 필름을 형성할 수 있다. 원하는 공간이 중합성 재료(34)로 충전된 후, 중합성 재료(34)를 고화하여 표면(78)을 갖는 두께(t3)에 의해 규정된 패턴형성된 층(46a)을 규정할 수 있다. 다음에 제거 공정(예를 들면, 에칭, 폴리싱, CMP 등)을 사용하여 패턴형성된 층(46a)의 표면을 전사하여 제 2 표면(76)에 원하는 표면 토포그래피를 제공한다.
제 1 표면(74)에 재료(예를 들면, 중합성 재료(34))의 부착은 제 2 표면(76)에 대한 원하는 표면 토포그래피를 달성할 수 있다. 추가로, 재료의 부착은 공정에서 여러가지 기생(parasitic) 효과들(예를 들면, 패턴 밀도 변동, 긴 범위 웨이퍼 토포그래피, 에칭 불균일, 폴리싱 불균일, CMP 불균일, 불균일한 재료 제거율, 부피 수축, 증발 등)을 보상할 수 있다.
일반적으로, 부착은 중합성 재료(34)를 분포시켜 제 1 표면(74) 위의 선택 영역에서 적당한 부피를 제공하여 제거(예를 들면, 에칭)의 동안에 제 2 표면(76)에 대한 원하는 표면 토포그래피가 제공될 수 있도록 한다. 이런 이유로, 부착은 제 1 표면(74), 하부 층들, 및/또는 기타에 다양한 패턴 밀도에 적응하여 원하는 형상 특징(예를 들면, 기판(62a)의 표면(72)의 실질적으로 유사한 토포그래피, 평탄화도, 기발한 형상, 및/또는 다른 원하는 형상 특징)을 제 2 표면(76)에 제공할 수 있다. 부착은 일반적으로 여기서 더 상세히 제공되는 바와 같이 제 1 표면(74)의 토포그래피에 기초하여 중합성 재료(34)를 분포시킨다. 예를 들면, 중합성 재료(34)의 드롭의 증가된 드롭 부피 또는 증가된 양이 제 1 표면(74)의 저밀도 영역에 분배되어 패턴 밀도 변동을 보상할 수 있다. 이 패턴 밀도 변동은 하부 층(62a) 및/또는 피처(64a)의 변하는 패턴 밀도를 가져올 수도 있다.
도 6을 참고하면, 적응적 나노토포그래피 형상제작은 (a) 제 1 표면(74)의 토포그래피, (b) 제 2 표면(76)을 제공하기 위해 필요한 변수, 그리고 (c) 공간 분포 변수를 사용하여 제 1 표면(74) 위에 중합성 재료(34)의 부착을 위한 분배 패턴을 제공할 수 있다. 단계 100에서, 초기 토포그래피 맵(80)을 제 1 표면(74)에 대해 제공한다. 단계 102에서, 원하는 표면 토포그래피를 갖는 제 2 표면(76)을 제공하기 위한 변수를 결정한다(예를 들면, 평탄화 길이, 두께, 원하는 최종 토포그래피). 단계 104에서, 중합성 재료(34)를 위한 드롭 패턴(86)을 초기 토포그래피 맵(80)과 제 2 표면(76)의 변수에 기초하여 제공한다. 단계 106에서, 중합성 재료(34)의 점적들을 드롭 패턴(86)에 기초하여 분배한다. 단계 108에서, 템플레이트(18)를 중합성 재료(34)와 접촉시킨다. 단계 110에서, 중합성 재료(34)를 고화하여 패턴형성된 층(46a)을 형성한다. 단계 112에서, 패턴형성된 층(46a)의 일부를 제거하여 원하는 표면 토포그래피를 갖는 제 2 표면(76)을 제공한다.
도 7을 참고하면, 토포그래피 맵(80)이 표면 스캔 시스템을 사용하여 제공된다. 예를 들면, Zygoviii 표면 스캔 시스템을 250 x 250 μm의 샘플링 그리드와 함께 사용할 수 있다. 제 1 표면(74)에 대해 제공된 토포그래피 맵(80)과 제 2 표면(76)에 대한 원하는 토포그래피 간의 차이는 보정 맵(82)에 제공된 바와 같이 각 위치에 대한 높이 보정을 제공할 수 있다. 이 정보는 더 변환하여 피처 밀도 맵(84)을 제공할 수 있다. 피처 밀도 맵(84)은 각 위치에 필요한 중합성 재료(34)의 밀도를 제공하여 드롭 패턴(86)을 가져올 수 있다.
도 5a 내지 도 5d를 참고하면, 몇가지 변수를 결정하고 및/또는 균형을 맞춰 패턴형성된 층(46a)의 두께(t3), 중합성 재료(34)의 점도, 중합성 재료(34)의 분배와 중합성 재료(34)의 에너지에의 노출 간의 시간 간격, 템플레이트(18)의 강성, 및/또는 기타를 포함하나 이들에 제한되지 않는 중합성 재료(34)의 공간 분포의 제어를 제공할 수 있다.
중합성 재료(34)의 공간 분포는 분배된 중합성 재료(34)의 부피의 공간 분포와 상관될 수 있다. 예를 들면, 중합성 재료(34)는 점적 형태로 분배되어 중합성 재료(34)의 점적이 분배된 위치에서 여전히 실질적으로 남아 있는(예를 들면, 표면(74) 위에서 최소화된 측면 이동) 인접 필름을 제공할 수 있다. 이 상관관계는 약 20 nm 내지 250 nm의 두께(t3)를 제공하도록 달성될 수 있다. 추가로, 중합성 재료(34)의 점도(예를 들면, 3 센티포이즈 내지 100 센티포이즈)는 중합성 재료(34)의 측면 자유 흐름에 저항성을 제공할 수 있다.
공간 분포는 또한 중합성 재료(34)의 분배와 중합성 재료(34)의 에너지에의 노출(예를 들면, UV 노출) 간의 시간 간격과 상관될 수 있다. 예를 들면, 중합성 재료(34)의 분배와 중합성 재료(34)의 에너지에의 노출 간의 적당한 시간은 중합성 재료(34)의 점적으로부터 인접 필름의 형성을 허용하기에 충분히 길지만, 상당한 측면 유체 흐름이 감소되기에 충분히 짧은 시간일 수 있다. 적당한 시간 간격은 몇초 내지 몇분일 수 있다.
템플레이트(18)의 강성(예를 들면, 두께 및/또는 재료 성질)은 또한 중합성 재료(34)의 공간 분포와 상관될 수도 있다. 예를 들면, 강성은 중합성 재료(34)의 분포에 쉽게 순응하기에 여전히 충분히 낮은 인접 필름의 형성과 필름 층(60a)의 표면(74)의 낮은 공간 주파수 형상을 제공하기 위해 중합성 재료(34)의 개개 점적들의 변형을 최소화하기에 충분히 높아야 한다. 적당한 강성은 0.25 mm 내지 2mm일 수 있다.
적응적 나노토포그래피 형상제작은 또한 여러가지 기생 효과를 보상할 수 있다(단계 112). 기생 효과는 제 2 표면(76)의 결과되는 형상에 영향을 미칠 수 있고 패턴 밀도 변동, 이온 범위 웨이퍼 토포그래피, 에칭 불균일, 폴리싱 불균일, 재료의 제거율, 부피 수축, 증발 등을 포함하나 이들에 제한되지 않는다. 예를 들면, 드롭 패턴(8)(도 7에 도시)은 중합성 재료(34)의 부피를 제 1 표면(74)을 가로질러 변동시킴으로써 패턴 밀도 변동을 보상하도록 결정될 수 있다. 이 중합성 재료(34)의 부피의 변동은 사전 존재하는 패턴 밀도 변동 및/또는 추정된 패턴 밀도 변동에 기초할 수 있다.
추가로, 제 1 표면(74)에 분배된 중합성 재료(34)의 부피는 패턴형성된 층(46a)의 원하는 형상을 제공하도록 결정될 수 있다. 패턴형성된 층(46a)의 원하는 형상을 제공하기 위해 부피를 조절하는 것은 또한 제 2 표면(76)의 표면 토포그래피의 나노형상제작을 제공할 수 있다.
적응적 나노토포그래피 형상제작은 또한 에칭 불균일의 기생 효과를 보상할 수 있다. 일반적으로, 중합성 재료(34)는 제 2 표면(76)의 원하는 형상을 형성하는 재료와 같은 속도로 제거될 수 있다. 그러나, 이들 공정은 특정 제거 공정 및/또는 장비(즉, 에칭 신호)의 특징에 기초한 불균일한 제거율을 가질 수 있다. 불균일한 제거는 제 2 표면(76)의 원하는 형상 특징(예를 들면, 표면 평탄도)의 저하에 기인할 수 있다. 구체적인 공정 및/또는 장비에 대한 에칭 신호는 다수회 시도에 의해 결정될 수 있다. 일단 에칭 신호가 결정되면, 중합성 재료(34)의 부피는 에칭 신호에 기초하여 조절될 수도 있다. 예를 들면, 드롭 패턴(86)(도 7에 도시)은 비교적 높은 에칭 속도를 갖는 영역들을 보상하기 위해 에칭 신호에 기초하여 조절될 수 있다.
중합성 재료(34)의 부피 수축은 또한 적응적 나노토포그래피 형상제작을 사용하여 원하는 특징(예를 들면, 평탄화도)을 갖는 제 2 표면(76)을 제공함으로써 보상될 수 있다. 위에서 상술한 바와 같이, 중합성 재료(34)는 에너지에 노출 시 고화한다. 이 고화 공정은 중합성 재료(34)의 부피의 수축에 의해 달성될 수 있다. 예를 들면, 수축은 중합성 재료(34)의 조성에 따라 약 5-25%일 수 있다. 수축은 제 1 표면(74) 위에서 변동할 수 있는 국소 부피에 의존할 수 있고 또한 고화된 중합성 재료(34)의 필름에 스트레스를 일으킬 수도 있다. 이 수축 효과는 드롭 패턴(86)에서 중합성 재료(34)의 분포를 변동시킴으로써 보상될 수 있다. 게다가, 또는 대신에, 스트레스는 템플레이트(18)의 제거 및/또는 변형에 의해 완화될 수 있다.
증발은 적응적 나노토포그래피 형상제작을 사용함으로써 보상될 수 있는 또 다른 기생 효과이다. 중합성 재료(34)의 증발 속도는 조성에 따라 높을 수 있다. 예를 들면, 여전히 임프린팅에 앞서 중합성 재료(34)의 부착에 후속하는 증발로 인해 중합성 재료(34)의 손실이 있을 수 있다. 증발은 일반적으로 제 1 표면(74)의 가장자리 근처에서 더 높을 수 있다.
증발로 인해 예상되는 부피 손실도 또한 결정되고 드롭 패턴(86)에서 보상되어 원하는 특징(예를 들면, 평탄도)을 갖는 제 2 표면(76)을 제공할 수 있다. 예를 들면, 습도, 온도, 입자 축적 등을 조절하기 위해 유지된 공기흐름은 불균일 증발에 기여할 수 있다. 이 공기흐름은 규칙적인 불균일 증발을 가져올 수 있다. 증발 신호는 드롭 패턴(86)을 조절함으로써 결정되고 보상되어 원하는 형상 특징(예를 들면, 평탄도)을 갖는 제 2 표면(76)을 제공할 수 있다.
적응적 나노토포그래피 형상제작은 또한 중합성 재료(34)의 변형을 보상할 수 있다. 예를 들면, 제 1 중합성 재료 및 제 2 중합성 재료는 제 1 표면(74)에 분배될 수 있고, 제 1 중합성 재료는 제 2 중합성 재료와 다르다. 제 1 중합성 재료는 제 2 중합성 재료와 다른 제거 속도(예를 들면, 에칭 속도)를 가질 수 있다. 이런 이유로, 드롭 패턴(86)은 다른 제거 속도의 효과를 최소화하기 위해 부착할 제 1 중합성 재료의 제 1 부피와 부착할 제 2 중합성 재료의 제 2 부피를 제공하도록 조절될 수 있다.
적응적 나노토포그래피 형상제작은 기판 폴리싱, 사전 패턴형성된 기판의 폴리싱, 비편평 표면의 폴리싱, 및 비편평 나노토포그래피 용도 및 이하 더 기술되는 바와 같은 다른 공정들과 같은 용도에서 물리적 폴리싱의 대신에 사용될 수 있다. 예를 들면, 적응적 나노토포그래피 형상제작은 예를 들어서, 맨 실리콘 기판의 공칭 표면의 평탄화에서와 같은 기판 폴리싱의 대신에 사용될 수 있다. 제거 단계에서, 적응적 나노토포그래피 형상제작을 사용하여 에칭할 재료는 규소, SiO2, GaAs, InP, 사파이어, 및/또는 기타를 포함하나 이들에 제한되지 않는 벌크 기판 재료일 수 있다.
도 8은 예를 들어서, 평탄화된 표면을 제공하기 위해 패턴형성된 층 용도에서와 같은 사전 패턴형성된 기판의 폴리싱의 대신에 적응적 나노토포그래피 형상제작을 사용하는 방법(120)을 예시한다. 일반적으로, 드롭 패턴(86)은 패턴 레이아웃에 기초하여 패턴형성된 피처를 위한 추가의 보상을 발생시키도록 조절될 수 있다. 예를 들면, 제 1 표면(74) 위의 중합성 재료(34)의 분배는 사전 존재하는 패턴으로부터의 부피 변동을 포함할 수 있다.
단계 122에서, 표면의 나노토포그래피를 맵핑한다. 예를 들면, 제 1 표면(74)의 나노토포그래피는 Zygo 기기, 프로필 측정기(profilometer), 또는 기타를 사용하여 맵핑할 수 있다. 단계 124에서, 제 1 표면(74)과 원하는 최종 나노토포그래피(예를 들면, 제 2 표면(76)) 간의 차이를 결정하여 드롭 패턴(86)을 제공한다. 단계 126에서, 기생 효과를 결정하여 드롭 패턴(86)을 조절한다. 단계 128에서, 드롭 패턴(86)을 사용하여 제 1 표면(74) 위에 중합성 재료(34)를 부착하여 원하는 형상 특징을 갖는 제 2 표면(76)을 제공한다. 단계 130에서, 템플레이트(17)를 중합성 재료(34)와 접촉하여 놓는다. 단계 132에서, 중합성 재료(34)를 임프린트 리소그래피 템플레이트(18)를 사용하여 고화한다. 단계 134에서, 고화된 중합성 재료를 에칭하여 원하는 형상 특징을 갖는 제 2 표면(76)을 제공한다.
패턴형성된 기판 용도에서, 에칭가능 재료(예를 들면, SiO2)에서 패턴의 존재는 원하는 형상 특징을 전사하여 제 2 표면(76)을 형성하기 위한 1:1 다시 에칭 단계를 제공할 수 있다. 만약 패턴이 쉽게 에칭가능한 재료(예를 들면, 구리)에 존재한다면, 적응적 나노토포그래피 형상제작은, 에칭에 더하여 또는 에칭의 대신에, 여전히 또 다른 재료 제거 공정(예를 들면, 화학 기계 폴리싱)과 함께 사용되어 원하는 형상 특징의 제 2 표면(76)을 제공할 수 있다.
도 9를 참고하면, 적응적 나노토포그래피 형상제작을 사용하여 제 2 표면(76)에 대한 편평하지 않은 원하는 형상 특징을 조장할 수 있다. 예를 들면, 제 2 표면(76)은 오목 형상, 볼록 형상, 구형 형상, 비구형 형상, 연속적 주기적 형상, 또는 어떤 다른 기묘한 형상을 가질 수 있다. 일반적으로, 드롭 패턴(86)의 결정에 있어서(도 7에 예시된 바와 같음) 추가의 변경(예를 들면, 알고리즘의 조절)은 제 2 표면(76)에서의 변형을 제공할 수 있다. 예를 들면, 도 9에 예시된 바와 같은 제 2 표면(76)은 큰 곡률 반경을 갖는 구형 오목 형상을 가질 수 있고, 이때 h는 10 nm 내지 10 미크론의 범위일 수 있고 w는 1 mm 내지 1000 mm의 범위일 수 있다.
적응적 나노토포그래피 형상제작은 또한 어떤 자유 형태 표면(즉, 평탄하지 않은 표면)의 나노토포그래피를 겨냥할 수 있다. 예를 들면, 공칭 형상(즉, 공간 파장의 높이 변동 >20mm)은 벌크 제조 공정(예를 들면, 캐스팅, 기계가공, 그라인딩 등)에 의해 영향 받을 수 있으나, 일반적으로 폴리싱의 동안에는 영향 받지 않는다. 폴리싱 공정은 공칭 형상에 일치하는 능력을 가질 수도 있다. 종래의 폴리싱 공정은 일반적으로 공칭 형상에 영향을 미치지 않으나 패턴 밀도 변동으로 인해 나노토포그래피에 영향을 미칠 수도 있다. 또한, 종래의 폴리싱 도구는 기판의 공칭 형상에 있어서의 변화를 수용하도록 기계 설계에 있어서 상당한 변화를 요할 수 있다(예를 들면, 편평한 표면의 CMP에 대한 기계 설계는 구형 표면의 CMP에 대한 기계 설계와 극단적으로 다를 수 있다). 이런 이유로, 종래의 폴리싱 도구는 단지 구형/비구형/대칭 형상을 겨냥할 수 있다. 적응적 나노토포그래피 형상제작은 그러나, 예를 들어서 도 10a-10c에 예시된 자유 형태 표면(예를 들면, 제 1 표면(74))과 같은 자유 형태 표면의 나노토포그래피의 변경을 겨냥할 수 있다. 이들 도면에 예시된 바와 같이, 자유 형태 제 1 표면(74)의 상보 형상을 갖는 임프린트 리소그래피 템플레이트(18a)는 제 1 표면(74)과 비교하여 제 2 표면(76)의 나노토포그래피의 변경을 제공하기 위해 사용될 수도 있다.
구형/비구형 렌즈의 적응적 나노토포그래피 형상제작에서, 이중 렌즈(lens doublet)는 규격화될 수 있다. 예를 들면, 이중 렌즈는 약 500 미크론 두께로 규격화될 수 있다. 재료의 이 구형 및/또는 가요성 조각은 임프린트 리소그래피 템플레이트(18a)로서 사용될 수도 있다. 다른 자유 형태 형상을 위해서는, PDMS 템플레이트는 원하는 상보 형상의 캐스팅을 사용하여 만들어질 수 있다.
추가로, 또는 상보 형태화된 템플레이트(18a)(예를 들면, 템플레이트(18))의 대신에, 가압된 공동 척이 템플레이트(18a)의 공칭 형상의 반경을 조절하기 위해 사용될 수도 있다. 이 공정은 예를 들어서, 템플레이트(18a)의 척 및/또는 기하학의 설계에 의해 정의된 바와 같이 특정 공칭 형상을 갖는 구형/비구형 표면의 폴리싱에 사용될 수 있다.
대안으로는, 비취성(non-brittle) 재료로 만들어진 최소화된 두께를 갖는 템플레이트(18a)를 설계할 수도 있다. 템플레이트(18)는 선택적으로 추가의 강도를 제공하기 위해 더 두꺼운 용융 실리카 프레임에 결합될 수도 있다. 일반적으로, 용융 실리카 프레임은 척과 템플레이트(18a)사이에 어탭터를 제공할 수도 있다.

Claims (20)

  1. 제 1 표면의 나노토포그래피를 결정하는 단계;
    제 2 표면에 대한 원하는 형상 특징을 결정하는 단계;
    제 1 표면의 나노토포그래피와 제 2 표면에 대한 원하는 형상 특징을 평가하여 드롭 패턴을 제공하는 단계;
    드롭 패턴에 따라 템플레이트와 제 1 표면 사이에 중합성 재료를 부착시키는 단계;
    템플레이트를 중합성 재료에 접촉시키는 단계;
    중합성 재료를 고화시키는 단계;
    중합성 재료를 에칭하여 원하는 형상 특징을 갖는 제 2 표면을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 임프린트 리소그래피 시스템을 사용하여 원하는 형상 특징을 갖는 표면을 형성하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 적어도 한가지 기생 효과를 결정하고 드롭 패턴을 조절하여 기생 효과를 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 기생 효과는 중합성 재료의 증발인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 기생 효과는 패턴 밀도의 변동인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 기생 효과는 에칭 불균일인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 기생 효과는 폴리싱 불균일인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 기생 효과는 부피 수축인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 중합성 재료를 에칭하여 원하는 형상 특징을 갖는 제 2 표면을 제공하는 단계는 제 1 표면의 나노토포그래피 및 거칠기를 변경하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 2 표면의 원하는 형상 특징은 평탄한 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 2 표면의 원하는 형상 특징은 평탄하지 않은 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 드롭 패턴에 따라 템플레이트와 제 1 표면 사이에 중합성 재료를 부착시키는 단계는
    제 1 에칭 속도를 갖는 제 1 중합성 재료를 부착시키고 제 2 에칭 속도를 갖는 제 2 중합성 재료를 부착시키는 단계와;
    드롭 패턴을 조절하여 제 1 에칭 속도와 제 2 에칭 속도를 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 제 1 에칭 속도와 제 2 에칭 속도는 다른 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 표면의 나노토포그래피와 제 2 표면에 대한 원하는 형상 특징을 평가하여 드롭 패턴을 제공하는 단계는
    제 1 표면의 나노토포그래피와 제 2 표면에 대한 원하는 형상 특징 간의 차이를 평가하여 높이 보정 맵을 제공하는 단계;
    높이 보정 맵에 기초하여 밀도 맵을 제공하는 단계; 그리고,
    밀도 맵을 사용하여 드롭 패턴을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 표면의 나노토포그래피를 결정하는 단계;
    표면의 나노토포그래피를 평가하여 원하는 나노토포그래피와 비교한 표면의 나노토포그래피 사이의 높이 보정을 결정하는 단계;
    원하는 나노토포그래피와 비교한 표면의 나노토포그래피 사이의 높이 보정에 기초하여 밀도 맵을 제공하는 단계;
    밀도 맵에 기초하여 드롭 패턴을 결정하는 단계;
    드롭 패턴에 따라 임프린트 리소그래피 템플레이트와 표면 사이에 중합성 재료를 부착시키는 단계;
    템플레이트를 중합성 재료에 접촉시키는 단계;
    중합성 재료를 고화시키는 단계;
    중합성 재료를 에칭하여 원하는 나노토포그래피를 갖는 표면을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 임프린트 리소그래피 시스템을 사용하여 원하는 나노토포그래피를 갖는 표면을 형성하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 적어도 한가지 기생 효과를 결정하고 드롭 패턴을 조절하여 기생 효과를 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 원하는 나노토포그래피는 평탄한 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 14 항에 있어서, 표면은 평탄하지 않고 중합성 재료를 에칭하는 것은 공칭 평탄하지 않은 표면을 유지하면서 표면에 평탄한 토포그래피를 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 표면의 나노토포그래피를 결정하는 단계;
    표면의 나노토포그래피를 평가하여 제 1 에칭 속도를 갖는 제 1 중합성 재료와 제 2 에칭 속도를 갖는 제 2 중합성 재료를 위한 평탄한 표면을 제공하는 드롭 패턴을 결정하는 단계;
    드롭 패턴에 따라 임프린트 리소그래피 템플레이트와 표면 사이에 제 1 중합성 재료와 제 2 중합성 재료를 부착시키는 단계;
    템플레이트를 제 1 중합성 재료와 제 2 중합성 재료 중 적어도 한가지에 접촉시키는 단계;
    제 1 중합성 재료와 제 2 중합성 재료 중 적어도 한가지를 고화시키는 단계;
    제 1 중합성 재료와 제 2 중합성 재료 중 적어도 한가지를 에칭하여 평탄한 표면을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 임프린트 리소그래피 시스템을 사용하여 평탄한 표면을 형성하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 적어도 한가지 기생 효과를 결정하고 드롭 패턴을 조절하여 기생 효과를 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서, 표면의 나노토포그래피를 평가하여 드롭 패턴을 결정하는 단계는
    표면의 나노토포그래피를 평가하여, 형성할 평탄한 표면과 비교한 표면의 나노토포그래피 사이의 높이 보정을 결정하는 단계;
    높이 보정에 기초하여 밀도 맵을 제공하는 단계; 그리고,
    밀도 맵에 기초하여 드롭 패턴을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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