KR20110055586A - 템플레이트 및 리소그래피용 고종횡비 템플레이트의 제조방법과 나노스케일로 기판을 천공하기 위한 템플레이트의 용도 - Google Patents

템플레이트 및 리소그래피용 고종횡비 템플레이트의 제조방법과 나노스케일로 기판을 천공하기 위한 템플레이트의 용도 Download PDF

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아민 살림 무하마드
다비드 브루드
요나스 베리
모하마드 샤피쿨 카비르
뱅상 디마리
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스몰텍 에이비
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Abstract

본 발명은 템플레이트 및 리소그래피 용도의 나노구조를 이용해 나노스케일로 고종횡비의 템플레이트 제조방법, 스탬프 제조방법 및 임프린팅 방법과 재료 및 제품에 대한 천공을 형성하기 위한 템플레이트의 용도에 관한 것이다.

Description

리소그라피용 고종횡비 템플레이트와 이 템플레이트 제조방법 및 나노스케일로 기판을 천공하기 위한 템플레이트의 용도{High Aspect Ratio Template for Lithography, Method of Making the Same Template and Use of the Template for Perforating a Substrate at Nanoscale}
본 발명은 템플레이트 및 리소그래피용 고종횡비 템플레이트의 형성과 나노스케일로 기판을 천공하기 위한 템플레이트의 용도에 관한 것이다.
CMOS 디바이스의 소형화는 전자 구성부품은 매 2년마다 크기가 반으로 줄어든다는 종종 '무어의 법칙'이라고 하는 추세에 지금까지 지배되어 왔다. 국제 반도체기술 로드맵(ITRS)은 이 모델에 따라 투영된 성장곡선을 구축해왔다. 이 같은 발전 속도에 따른 속도, 고집적수준, 고성능 및 저생산비에 대한 요구는 매우 엄격하다. 따라서, 피처 크기를 줄이려는 요구와 관련된 문제들이 증가되었고, 많은 문제들 가운데, 나노스케일로 패턴을 리소그래피적으로 전사하는 것이 두드러진다. 때문에, 궁극적으로는 가까운 장래에 실리콘 기술의 발전을 방해하는 문제들에 대한 대안책에 대한 조사가 필요하다. 이는 저가의 대량생산에 적합한 패턴 전사방안의 새로운 방법을 고안하는 것이 계획된 성장속도를 지속하는데 중요한 것을 의미한다. 현재 널리 사용되는 광학 리소그래피 기술은 광학, 파장, 렌즈 등에 의해 지배되는 근본 한계에 다다르고 있고 현재 수요에 맞추기 위해서는 고가의 장비에 의존해야 한다. 이런 종래 리소그래피 방법에 대한 한가지 대안은 나노스케일의 피처를 갖는 스탬프가 열가소성 폴리머에 압인되는 특허 US5772905에 기술된 나노임프린트 리소그래피(nanoimprint lithography)이다. 이 특별한 특허에서, 피전사 패턴을 만들기 위해 기판을 에칭해서 스탬프를 만들고, 몰드를 만드는데 대표적인 금속, 유전체 또는 반도체 벌크재료가 사용된다. 스탬프는 때때로 라벨 몰드(labeled mould), 몰드, 다이 또는 템플레이트이고, 나노임프린트 리소그래피는 때때로 "임프린트 리소그래피"라 한다. 폴리머는 스탬프로 임프린트되는 동안 가열된다. 냉각 후 스탬프는 폴리머로부터 제거되고, 이제 나노스케일 피처로 임프린트된다. 이 공정은 스탬프(100)가 돌기부(102)를 갖는 도 1에 나타나 있다. 이 돌기부는 대표적으로 실리콘계열의 재료로 제조된다.
층(104)이 패턴화되는 웨이퍼(105)와 증착 저항층(103)도 또한 도 1의 a에 나타나 있다. 도 1의 b는 폴리머 코팅 웨이퍼를 향해 압인된 스탬프를 도시하고 있으며, 폴리머는 폴리머의 유리전이온도 이상의 온도로 가열된다. 냉각 후, 스탬프는 들어올려지고 도 1의 c에 도시된 바와 같이 이제 패턴화 저항층(103)에 오목부(107)가 나타난다. 폴리머층(108)을 달성하기 위해 원치않은 잔여물을 제거하도록 플라즈마 에칭이 이용되며, 도 1의 d를 참조하라. 마스크로서 폴리머를 사용해, 층(104)은 에칭에 의해 패턴화(109)되고 그 결과가 도 1의 e에 도시되어 있다. 도 1의 f에 도시된 바와 같이 나머지 폴리머는 제거된다. 에치백(etch back) 공정 대신, 리프트-오프(lift-off) 공정이 사용될 수 있고, (저항의 상단에 있는) 금속층의 원치않는 부분들은 저항을 리프트-오프시킴으로써 제거된다.
현대의 나노임프린팅 스탬프들은 저항층으로부터 열악한 박리 메카니즘으로 인해 불리하다. 그러나, 기술의 여러 가지 향상들이 특허 US6309580에 제시되었고, 이들은 스탬프에 적용되는 점착방지 재료의 사용으로 박리특성들을 향상시키는 것을 기술하고 있다. 박리특성들을 훨씬 더 높이기 위해, WO2006/028282에서, 탄소 나노벽(nonowall)들이 몰드에 사용된다. 또 다른 스탬프 수명의 향상이 스탬프 재료로서 SiC 기판을 이용하는 특허 US 7080596에 기술되어 있다. 스탬프의 3번째 향상은 표준 나노임프린트 동안 접촉으로 인한 압력과 문제들을 방지하기 위해 적외선 복사(UV) 임프린트 리소그래피가 도입되는 특허 US 6943117에 기술되어 있다. 이 방법에서, 투명 기판이 사용되고 고압의 구현이 방지된다. 그러나, 상기 방법은 UV 투명기판에 대해서만 작용하도록 제한된다.
성장된 나노구조는 분자구조와 미시적(마이크로미터 크기) 구조 간의 중간 크기의 물체이다. 지난 십 년간 수많은 다른 타입의 나노구조들이 조사되어 왔다. 나노구조의 한가지 중요한 측면은 나노구조의 이방성으로, 이는 특성들이 구조의 다른 방향에서 실질적으로 변하는 것을 의미한다. 예컨대, 타소 나노구조는 나노전자공학, 나노전자기계 시스템(NEMS), 센서, 접촉 전극, 나노포토닉스(nanophotonics), 및 나노-바이오테크놀로지에 있어 장래의 개발을 위해 가장 유망한 후보 중 하나로 여겨지고 있다. 이는 주로 탄소 나노구조의 일차원 특성 및 독특한 전기적, 광학적 및 기계적 성질로 인해서이다. 탄소 나노튜브와 탄소 나노섬유는 모두 액티브 디바이스들이고 적어도 전기적, 열적 특성과 세기 때문에 인터커넥트 테크놀로지로 간주되고 있다. 예컨대, 탄소 나노튜브의 높은 전자 이동도(79,000 cmVVs)는 최신 기술의 MOSFET 디바이스들의 이동도를 초월한다. 마지막으로, 1 TPa 만큼이나 큰 개별적 나노구조의 (재료의 세기를 나타내는) 높은 E-모듈러스가 축을 따라 보고되었다. 그러나, 횡축의 E-모듈러스는 크기 차수가 더 작다. 따라서, 탄소 나노튜브와 탄소 나노섬유는 고강도가 요구되는 애플리케이션에 좋은 선택이다.
하지만, 우리의 지식으로, 거시적 스케일에서 나노미터 스케일로 다운된 범위를 감당하는 해상도를 갖는 고종횡비, 재활용성, 재처리가능한 템플레이트/몰드/기기를 제공하기 위한 임프린트 기술용 템플레이트/몰드/기기를 제조하기 위한 기기로서 성장된 나노구조의 사용을 어느 누구도 인식하지 못했다. 더욱이, 산업에 사용된 종래 리소그래피 기술들을 대체하기 위해 임프린트 기술과 나노구조 성장 기술을 결합한 리소그래피 방법을 개발할 가능성은 결코 인식하지 못했다.
게다가, 나노구조를 갖는 템플레이트도 기판을 천공하는데 결코 사용되지 못했다.
문제 정의:
기판 선택: 스탬프를 제조하는데 사용되는 대표적인 기저판은 부드럽고 부서지기 쉬우며 반복된 공정단계로 인해 파열, 손상 및 마모되는 재료인 실리콘이다(리 등의 US 7080596). 따라서, 리 등(US 7080596)은 스탬프의 수명을 향상시키기 위해 높은 E-모듈러스의 SiC를 갖는 더 강한 재료를 이용함으로써 스탬프 특성들을 향상시켰다. 그러나, 재료의 선택은 여전히 등방성 재료 특성을 갖는 3차원 벌크재료이다. 재료의 다른 선택은 기본적으로 열악한 등방성 E-모듈러스 특성을 또한 나타내는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 금속이다. 더욱이, SiC 재료가 갖는 문제는 스탬프를 형성하기 위한 공정에서 고유한 어려움과, 관련된 공정의 복잡도 및 기판 재료를 개시할 때 구매하기에 매우 고가인 기판이다. 정준호 등은 미국특허 6943117에서 임프린트 리소그래피와 함께 자외선복사(UV)를 기술한 다른 접근법을 소개했다. 상기 참조문헌의 목적은 표준 나노임프린트 동안 폴리머층과 접촉으로 인한 압력과 문제를 방지하는 것이다. 이 방법에서, 투명 기판이 사용되고 고압이 구현되는 것이 방지된다. 그러나, 상기 방법은 UV 투명기판에만 작용되도록 제한되며 UV 의존적이다. 더욱이, 상기 방법은 더욱더 최신의 공정, 접착 및 분리를 포함한 투명 기판에 템플레이트를 부착하는 것을 필요로 한다. 본원발명에서는, 템플레이트를 재활용하고, 재처리할 수 있으며, 기판 선택에 무관하고 복사에 의존하지 않는 템플레이트 제조용 비등방성 재료를 이용함으로써 스탬프 특성의 향상에 있어 세번째 중요성을 추가한다. 그러나, 복사는 본 발명에 따른 스탬프와 함께 부가 기능으로서 사용될 수 있다.
종횡비와 피치의 제한: 현재의 방법으로 (a) 고종횡비 구조가 공정 중에 파손되는 (수명이 더 짧은) 기계적으로 불안정한 템플레이트를 제공하고, (b) 고도의 수직 구조들을 제조하는데 시간소모적인 복잡한 공정이 포함되며, (c) 재현성이 열악하고 비경제적인 것으로 인해 작은 피치를 갖는 (즉 1:10 보다 큰) 고종횡비 구조를 제조할 수 없다. 또한 전자공학에 실제 적용을 위해, DRAM 스택 커패시터에서 상호연결을 위한 현재의 접촉홀의 종횡비는 12:1에 달하고 2016년까지 23:1로 늘어날 것이라 예상된다. 곧게 뻗은 벽을 갖는 이런 고종횡비의 접점들을 만드는 것은 적어도 이런 고종횡비 피처의 금속들을 갖는 (또한 공도로 알려진) 공극이 없는 채움이 극히 어렵기 때문에 상당한 기술적 난제를 일으킨다.
두꺼운 저항을 사용하기가 불가함: 현대의 기술로 달성할 수 있는 고종횡비로 인해, 임프린팅 필라들이 저항층 완전히 관통할 수 없는 사실에 기인하여 임프린팅 재료로서 두꺼운 저항층을 사용할 수 없다. 따라서, 표준 스탬프는 표준 리소그래피/패턴 전사 목적으로 중요한 패턴 전사용의 표준 리소그래피 저항 또는 두꺼운 저항층으로 작업하기가 비실용적이게 된다.
재활용 불가: 임프린트용 스탬프 또는 템플레이트 제조를 위해 사용되는 현대의 기판들은 부서지기 쉬운 실리콘 웨이퍼로 제조된다. 기판들은 스탬프 또는 템플레이트가 사용될 수 없을 때 대개 버려진다. SiC 기판이 갖는 결함은 재료가 너무 단단해 재가공하기가 어렵고 정확한 공정단계들을 필요하며(필라 또는 구조는 스탬프를 여러 번 사용으로 인해 부서질 수 있음), 따라서 SiC 기판은 재활용하기에 비실용적이다.
재처리 불가: 기판에 무관하게, 도 1(표준 방법)에 따른 돌출부가 공정으로 인해 부서지면, 스탬프는 기본적으로 쓸모 없게 되고 템플레이트 재처리는 기술적 문제와 공정과 관련된 비용으로 인해 실제로 불가능해 진다. 본 발명에 따르면, 템플레이트는 간단한 초음파 또는 화학적 에칭 또는 화학기계적 연마에 의해 기존 나노구조 패턴을 제거함으로써 재처리될 수 있고(현재 레이아웃을 제거하고, 동일한 기판에 다시 디자인을 제조/전사하는데 일반적으로 고가의 전자빔 리소그래피가 패턴 전사에 사용됨), 그런 후 동일한 장소로부터 나노구조를 재성장시켜 이로써 전처럼 템플레이트를 얻는다.
많은 폐기물 발생: 현대의 기술은 기판을 재사용하거나 동일한 기판에 템플레이트를 재제작하는데 국한되고 따라서 재처리할 수 없는 기판과 스탬프를 버림으로써 대량의 폐기물을 만들고, 이에 따라 친환경적이지 못하다. 본 발명에 따르면, 기술이 더 친환경적으로 되도록 (기판이 완전히 조각, 즉, 실리콘으로 부서지지 않는 한) 대부분 재사용 또는 재처리할 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따르면, 쉽게 부서지지 않는 임의의 기판이 기판/기저판으로 사용될 수 있고 동일한 기판/기저판에 템플레이트를 재형성하기 위해 다시 반복적으로 사용될 수 있다.
산업상 이용가능성: 일반적으로, 기존의 상보적인 금속산화물 반도체(CMOS) 제조 기술과 호환될 수 있는 나노스케일의 템플레이트를 제조하는 것이 매우 바람직하다. 산업상 공정에서 나노구조를 이용하기 위한 사전요건은 높은 재현성을 갖는 장치의 대량생산을 제어할 수 있는 것이다. 본 발명에 따르면, 본 명세서에 상술된 방법은 정확한 위치, 길이, 직경, 형태 및 방향에 대한 제어로 매우 높은 수율을 갖는 이런 나노구조를 성장시키기 위한 표준화학기상증착(CVD)을 이용한다. 본 발명에 따르면, 템플레이트는 소정의 CMOS 주조소에서 제조될 수 있어 본 발명의 기술이 산업적으로 적용될 수 있게 한다.
따라서, 템플레이트를 제조하는데 있어 재활용가능하고 재처리가능하며 폐기물 관리를 최소화하여 나노스케일 해상도를 희생하지 않고도 템플레이트의 수명을 늘리는 나노스케일의 템플레이트에 대한 요구가 있게 된다. 이와는 별도로, 메모리 소자용의 (1:20 보다 큰) 고종횡비 구조, 나노임프린팅, 엠보싱, 고도로 질서화된 천공된 재료에 대한 요구가 있다.
본 발명의 목적은 상술한 무제를 완전히 또는 적어도 부분적으로 없애는 것이다.
일태양으로, (a) 고종횡비, (b) 재처리가능 (c) 재활용가능 및 (d) 제어가능한 형태의 나노임프린트 템플레이트 또는 스탬프를 포함한 특징들을 갖는 템플레이트 또는 스탬프를 나노스케일로 제공함으로써 달성된다. 템플레이트 또는 스탬프는 템플레이트를 만들기 위해 기판을 가공하는 대신 기저판과, 상기 기저판상에 증착된 촉매층을 구비한다. 그런 후, 리소그래피 프로파일(템플레이트/스탬프/몰드)을 정의하는 촉매층으로부터 적어도 하나의 나노구조가 성장된다. 본 발명의 일태양으로, 나노구조의 종횡비는 나노구조의 성장에 의해 제어될 수 있다. 본 발명에 따르면, 나노구조의 경도는 일반적으로 실리콘 또는 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물에 사용되는 것보다 더 높다. 나노구조는 수직 압력하에 나노구조의 리소그래피 프로파일을 유지하도록 높은 영모듈러스(Young modulus)를 갖는다. 본 발명에 따르면, 본 발명의 태양으로, 템플레이트 기반의 나노구조는 1 바에서 200 바 이상 사이, 바람직하게는 1 바에서 60 바 사이의 수직압력을 견딜 수 있다.
본 발명은 (a) 리소그래피용의 높은 종횡비를 만들고, (b) 패턴 전사를 위해 스탬프 층으로서 오직 얇은 저항층을 이용할 필요를 없애며, (c) 형태, 직경, 길이, 다른 종횡비와 같은 다른 제어특성들을 갖는 템플레이트 패턴을 복제하고, (d) 고종횡비의 반/전체 천공된 재료를 제조할 수 있으며, (f) 제어가능한 낮은 k유전체 재료를 제조할 수 있고, (g) 임프린팅 스탬프/템플레이트를 재활용가능하게 하며 (h) 기판과 템플레이트의 수명이 많은 요인들에 의해 늘어나는 가능한 친환경적 템플레이트를 재처리하도록 할 수 있다. 본 발명의 이들 능력들은 종래 기술로는 성취할 수 없다.
본 발명에 따르면 임의의 고체, 금속, 반-금속, 세라믹 또는 폴리머 기판이 이런 템플레이트를 생산하는데 사용될 수 있다. 전자공학 산업에 사용되는 일반적인 기판은 실리콘, 산화 실리콘, 실리콘 질화물, 실리콘 카바이드, ITO, GaN, GaAs 및 폴리머이다. ITO, 석영, 유리, 사파이어 및 다이아몬드와 같은 임의의 광학적으로 투명한 기판이 사용될 수 있다. 폴리이미드, 에폭시, PDMS, SU8, SAL601와 같은 임의의 폴리머가 기판으로 사용될 수 있다. 주기율표의 임의의 금속이 사용될 수 있다. 구리(Cu), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 탄탈륨(Ta), 오스뮴(Os), 크롬(Cr), Ti, 철, 코발트(Co), 니켈(Ni)과 같은 몇가지 대표적인 금속들이 효과적이다. 임의의 금속 합금과 이들의 화합물, 예컨대, NiCr, 콘스탄탄(CuNi), 스테인레스강 등도 또한 효과적이다.
본 발명의 일태양으로, 나노구조는 성장이 촉매적으로 제어되는 경우 기정의된 촉매로부터 성장될 수 있다. 그러나, 무촉매 성장도 또한 예상된다. 나노구조의 성장 및 특성제어 방법이 특허출원 WO 2006115453에 개시되어 있고, 상기 문헌에서 복수의 재료들이 나누구조의 성장특성을 제어하기 위해 사용되고 성장된 나노구조에 대한 안정적인 베이스를 제공할 수 있다. 가장 통상적으로 사용되는 금속 촉매는 Fe, Ni, NiCr, Au, Pt, Pd 및 Co이다. Co-V, Co-Fe, Co-Ni, Co-Pt, Co-Y, Co-Cu 및 Co-Sn 를 이용한 나노구조를 성장시키기 위해 많은 두 가지 금속으로 된 촉매가 또한 효과적이다. 본 출원인의 특허(WO 2006/115453)에 도시된 성장된 나노구조의 특성들을 촉진하고 제어하기 위해 촉매층 아래에 다른 재료들이 사용될 수 있다. 나노구조의 성장이 수행될 수 있으나 화학기상방법에 국한된다. RPECVD, 열적 CVD, PECVD 등과 같은 화학기상증착(CVD) 방법이 성장을 위해 실행될 수 있다. 나노구조는 나노튜브, 나노와이어, 나노섬유, 나노콘(nanocone), 나노휘스커(nanowhisker) 및 나노혼(nanohorn) 또는 높은 영모듈러스를 갖는 임의의 다른 기다란 나노구조의 형태로 구성된 그룹에서 선택된 재료로 제조될 수 있다. 나노구조는 탄소 원다들로 제조될 수 있거나 InP, GaAs, InGaAs, GaN, SiC, Si, ZnO 및 그 조합과 같은 주기율표의 Ⅲ-V, Ⅱ-VI 족에서 선택된 재료로 될 수 있다. 본 발명의 일태양으로, 성장된 나노구조는 성장된 기판과 동일한 타입이 아니다.
본 발명의 일태양으로, 절연기판상에 나노구조를 성장시키기 위해 헬프층(help layer)이 사용될 수 있으며, 헬프층은 특허출원 USA 61/031333에 기술된 바와 같이 성장 후에 선택적으로 제거될 수 있다. 그런 후, 나노구조는 성장이 촉매적으로 제어되는 경우 기정의된 촉매층으로부터 성장될 수 있다.
본 발명의 일태양으로, 나노구조의 성장 후, 다른 적용을 위한 나노구조의 기능을 높이기 위해 금속, 반도체, 반-절연체, 절연체 또는 폴리머로 코팅될 수 있다. 예컨대, 성장된 나노구조는 엠보싱 재료로부터 스탬프의 해제 기작을 향상시키기 위해 접착방지층으로서 역할하도록 폴리머층으로 코팅될 수 있다. 본 발명의 일태양으로, 나노구조는 전기 도전적이거나 전기 도전재료로 코팅된 도전성 스탬프로, 전기기계적 나노임프린트가 수행될 수 있다. 나노구조의 폴리머 코팅은 나노구조의 소수성 또는 친수성 표면을 얻기 위해 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 태양은 기저판에 저항을 증착시키는 단계와, 저항층과 형성된 나노구조를 갖는 마스크 템플레이트를 접촉시키는 단계와, 기정의된 수직압력을 마스크 템플레이트에 가하는 단계와, 마스크 템플레이트를 저항에서 분리하는 단계를 포함하는 마스크 템플레이트를 이용한 리소그래피 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 태양은 기저판과, 기저판에 증착된 촉매층을 구비하고, 리소그래피 프로파일을 정의하는 촉매층으로부터 적어도 하나의 나노구조가 성장되고, 나노구조의 종횡비는 나노구조의 성장에 의해 제어되며, 상기 적어도 하나의 나노구조는 재료를 천공하기 위해 수직압력하에 나노구조의 리소그래피 프로파일을 유지하도록 하는 그런 강도를 갖는 템플레이트의 용도로서, 기저판에 피천공 재료의 층을 증착하고, 재료와 템플레이트를 접촉시키며, 템플레이트에 기정의된 수직 압력을 가하고, 템플레이트를 재료로부터 분리하는 것을 포함하는 템플레이트의 용도에 관한 것이다.
복제: 본 발명에 따르면, 소정 디자인에 대해 제 1 템플레이트만이 종래의 전자빔/포토 리소그래피에 의해 제조되는데 필요하며, 복제가 행해질 수 있다. 제 1 템플레이트가 제조된 후, 템플레이트는 임프린팅과 연이은 나노구조의 성장에 의해 패턴을 기판에 전사함으로써 제조될 수 있다. 더욱이, 복제의 일태양으로, 성장된 나노구조의 패턴, 형태 및 특성들은 성장 방법에 의해 제어될 수 있다. 복제 절차를 따름으로써 복제가 더 예상된다. 따라서, 하나의 단일 템플레이트로부터, 다른 특성들을 갖는 매우 많은 템플레이트들이 임의의 다른 전자빔/포토 리소그래피를 이용하지 않고도 생산될 수 있다.
낮은 k 유전체: 반도체 국제기술 로드맵은 100nm 기술 노드에 대해 k 값이 2.5 미만이거나 더 넘어서 초저 k 재료를 필요로 하는 것을 예상한다. 조밀한 유전체에 다공성의 포함이 초저 k 재료를 얻는데 매력적인 방법인 것이 문헌상에 거론되어 있다. 낮은 유전상수를 얻기 위한 방법들 중 하나는 무기 또는 유기 유전재료의 플르오르첨가이다. 진 씨 등(Jin C et al.)에 따르면, 플르오르가 첨가된 조밀한 재료용으로 이용가능한 가장 낮은 유전상수는 약 k-1.9(테플론)이며, 조밀한 재료를 이용한 본 발명의 접근방법 중 어느 것도 그보다 더 낮은 k 값을 달성할 것으로 예상되지 않는다. 그러나, 공기는 가장 낮은 유전상수 k~1를 취한다. 따라서, 공기를 조밀한 재료에 포함시켜 다공성으로 만드는 것이 초저 k 재료를 얻는 방법이다. 유전상수의 감소로 구멍에 공기를 포함하게 되고 유전상수를 k~2 보다 더 낮게 유도할 가능성을 갖는다. 성능 목표를 충족하기 위해, 장래의 기술 노드는 점진적으로 낮은 유전상수를 갖는 재료를 필요로 할 것이다. 각 기술 노드에 대한 유전재료에서의 변화는 공정 및 장비의 복잡도와 개발비용을 높인다. 따라서, 여러 가지 장래의 기술 노드들에 대한 요건들을 충족시킬 수 있는 재료의 한가지 부류를 갖는 것이 바람직하다. 본 발명의 또 다른 태양으로, 제조된 템플레이트가 제어가능한 낮은-k 유전재료에 대해 사용될 수 있다. 유전재료는 기판에 스핀코팅된다. 템플레이트는 완전한 또는 부분적인 구멍을 만들기 위해 유전체 재료에 대해 가압되고, 구멍의 밀도, 깊이 및 크기는 압력, 나노구조 템플레이트의 크기 및 나노구조 템플레이트의 종횡비에 의해 제어된다. 따라서, 처공된 유전체 재료는 필요에 따라 조정될 수 있는 유전상수를 가질 것이다. 따라서, 본 발명은 본 발명이 조정가능한 유전체 재료의 생산을 제공하기 때문에 여러가지 기술적 노드를 지지하는 확장성을 제공한다.
천공된 재료: 천공된 재료는 다양한 이유로 다른 많은 적용에 사용된다. 주로 스크린, 필터 실드 및 가드로 사용된다. 몇몇 적용들은 천공된 재료가 소정의 방식으로 수행되어야 하는, 즉, 음향 주파수를 감쇠하고 전자기 차폐 수준을 제공해야 하는 등을 필요로 할 수 있다. 천공된 재료는 공기 통로, 액체, 광, 고체, 열, 분자, 생체분자, 전자기파 및 음향파를 제어할 수 있다. 천공된 재료는 또한 선택적 투과성 멤브레인이라고 하는 반투과성 멤브레인, 부분적 투과성 멤브레인 또는 차등 투과성 멤브레인과 같이 다른 조건들이 있는 멤브레인일 수 있다. 멤브레인은 삼투 또는 역삼투 목적으로 사용될 수 있다. 예컨대, 역삼투를 위해, 반투과성 멤브레인은 정화 또는 탈염 시스템용으로 사용된다. 인공 멤브레인은 일반적으로 폴리이미드 재료로 제조된다. 이들은 또한 배터리 및 연료전지와 같은 화학적 애플리케이션에 사용된다. 반투과성 멤브레인의 또 다른 예는 투석관(dialysis tubing)이다. 본 발명의 일태양으로, 본 발명에 따라 제조된 템플레이트는 피천공층을 갖는 템플레이트를 엠보싱 또는 임프린팅에 의해 천공된 재료를 제조하는데 사용될 수 있다. 재료는 금속, 절연체 또는 폴리머의 그룹에서 될 수 있다. 일태양으로, 천공할 필요가 있는 재료는 기판에 스핀코팅되거나 스퍼터링 또는 증발된다. 본 발명에 따른 템플레이트는 엠보싱 또는 임프린팅과 같은 코팅 재료상에 가압된다. 그런 후, 코팅층의 다른 접근 온도는 층이 나노구조 템플레이트 주위로 자유롭게 이동할 수 있도록 유리전이온도에 도달하게 올라간다. 그런 후, 층은 패턴 전이공정을 완료하도록 유리전이온도 아래의 온도로 냉각되어야 하고 템플레이트를 제거하여 천공을 형성한다. 재료층은 멤브레인을 기판으로부터 결합해제하도록 들어올려 질 수 있다. 마이크로 및/또는 나노 유체 디바이스도 또한 상술한 유사한 방식으로 제조될 수 있다.
본 발명의 일태양으로, 본 발명에 따른 템플레이트가 엠보싱 또는 임프린팅과 같이 금속측 상에 가압된다. 그런 후 일태양에서, 재료층은 금속 재료에 나노구조를 접착, 결합 또는 엠보싱하도록 역류, 급속열처리(Rapid Thermal Annealing, RTA), 급속열공정(Rapid Thermal Processing, RTP)과 같이 고온을 받게 된다.
재활용 템플레이트: 현대의 템플레이트 또는 스탬프 기판은 단지 한번만 사용될 수 있다. 필라가 스탬프로부터 부서지면, 기판은 대개 쓰레기통으로 버려져 기판 폐기물을 발생시킨다. 대안으로, 설령 기판이 부서지지 않고(SiC 경우) 단지 기판만 손상되더라도, 동일 기판을 만들기 위해 기판을 재사용하는 것은 비실용적이고 비경제적이다. 본 발명은 여러 번 동일 기판을 사용하기 위해 재처리 및 재활용가능한 템플레이트를 조성함으로써 기판의 더 긴 수명을 가능하게 하고 지속가능한 환경을 가능하게 하는 경제적 생산공정 방법을 제공한다. 더욱이, 본 발명으로, 템플레이트 디자인을 변경하며, 기판으로부터 성장된 나노구조를 제거하고 기판으로부터 촉매층, 새로운 템플레이트 디자인에 따른 촉매의 증착, 및 촉매층으로부터 성장된 나노구조를 제거함으로써 동일한 기판을 유지할 수 있다.
본 발명의 내용에 포함됨.
도 1은 표준 나노 임프린트의 종래 기술의 도면이다.
도 2는 나노구조 템플레이트를 이용한 나노 임프린트 방법의 도면이다.
도 3은 나노구조 템플레이트 스탬프 제조법의 도면이다.
도 4는 다른 원추형 나노구조를 갖는 템플레이트의 도면이다.
도 5는 템플레이트 제조를 기술한 흐름도이다.
도 6은 템플레이트 교체를 설명한 도면이다.
도 7은 나노구조 스탬프의 SEM 사진이다.
도 8은 저항층에서 결과적으로 발생한 패턴의 광학현미경 사진이다.
본 발명에 따른 템플레이트(201)가 도 2의 a에 도시되어 있다. 각각의 수직으로 정렬된 나노구조(204)를 갖는다. 또한 수직 정렬된 나노구조의 어레이(202)와 성장된 나노구조의 포레스트(203)가 또한 스탬프에 도시되어 있다. 증착된 폴리머/저항(205)이 베이스 기판/웨이퍼(206)에 있다. 기판은 많은 층들을 포함할 수 있다.
도 2의 b에서, 본 발명에 따른 템플레이트(201)는 웨이퍼(206) 상에 폴리머층(205)을 향해 가압된다. 웨이퍼와 저항은 폴리머의 유리전이온도 이상으로 가열된다. 냉각 후 템플레이트가 들어 올려지고, 저항층에 오목부(207, 208 및 209)를 남긴다. 나노구조의 국소화에 따라, 다른 타입의 결과들이 임프린트 폴리머층에 나타날 수 있다. 도 2의 a에 도시된 바와 같이 개개의 섬유(204) 및 작은 피치 어레이(202)에 대해, 각 섬유는 폴리머내 오목부(207 및 209)를 제공할 것이다. 매우 작은 피치 어레이(203)에 대해, 연속 오목부(208)가 나타날 것이다. 이는 폴리머층에 넓은 오목부를 형성하는데 사용된다.
템플레이트는 Si, SiOx, SiNx, 실리카, 세라믹, 유리, SiC, PDMS, 폴리이미드, 금속을 포함하나 이에 국한되지 않는 많은 재료들로 제조될 수 있다. 도 3의 a에서, 스탬프 블랭크(301 및 302)가 도시되어 있다. 도 3의 b에 도시된 바와 같이, 촉매층(303)이 스탬프 블랭크(301)상에 증착된다. 그런 후, 촉매층은 패턴화되고, 도 3의 c에 나타나는 구조가 된다. 이는 포토리소그래피, 나노임프린트 리소그래피, 전자빔 리소그래피 등을 포함할 수 있는 표준 리소그래피로 행해진다. 에치백 또는 리프트-오프 공정이 촉매를 패턴화하는데 사용될 수 있다. 이는 또한 촉매가 연속층일 수 있거나, 촉매가 용액 속에 확산되고 스탬프 상에 전개될 수 있으면, 리소그래피 없이도 스탬프를 제조할 수 있다. 또한, 전기도금, 무전해도금 또는 촉매 입자 스피닝이 촉매층을 형성하는데 사용될 수 있다. 나노구조(305)는 도 3의 d에 나타낸 바와 같이 스탬프상에 성장된다.
최종 발생한 구조가 도 3의 e에 도시되어 있다. 이것의 예는 전기적으로 절연인 유리 스탬프 블랭크를 이용하는 것이다. 나노구조의 성장 후, 헬프층이 건식 에칭에 의해 선택적으로 제거될 수 있다. 도 3의 f에 그 결과 구조가 도시되어 있고, 스탬프가 투명해야 하는 유리 스탬프 블랭크, 및 자외선 또는 x레이 나노임프린트와 함께 사용하기에 유용하다. 전기기계식 나노임프린트 리소그래피에 대해, 도전성 스탬프가 사용된다. 그런 후, 금속 헬프층이 성장동안 사용되나, 그 후에 제거되지 않는다.
결과적으로 발생한 나노구조는 성장 파라미터를 변경함으로써 조절될 수 있다. 예컨대, 원추형 나노구조는 저성장온도를 이용해 제조될 수 있다. 이 구조가 도 4에 도시되어 있고, 401은 성장 나노구조의 원추형 형태이며, 403은 기판이다.
도 5는 본 발명을 바탕으로 한 템플레이트를 제조하기 위한 공정계획의 예를 도시한 것이다.
적용예
본 발명은 다른 적용을 위한 범용 템플레이트를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 템플레이트는 리소그래피, 임프린팅, 엠보싱, 재활용/재처리 가능한 임프린팅 스탬프에 사용될 수 있다. 고종횡비 구조는 커패시터 또는 메모리 소자용 트렌치를 제작하기 위해 사용될 수 있다. 벌집구조를 제조하기 위해, 광결정(photonic crystals), 센서, 검출기, 태양전지 애플리케이션, 촉매/촉매 화학, 랩온어칩(lab on a chip), x레이, 이온화 소스, 자동차, 원거리 통신장비, 휴대전화, 전자공학, 마이크로프로세서, 전자 패키징, 바이오센서, 멤브레인, 천공된 재료들이 사용될 수 있다. 본 발명은 다른 것들 중에서 표준 나노임프린트, 마이크로전자공학, 포토닉스와 같은 애플리케이션용으로 사용될 수 있다.
천공된 재료
본 발명에 따르면, 천공될 필요가 있는 재료의 층에 템플레이트를 먼저 임프린팅 또는 엠보싱함으로써 천공 또는 반천공 재료가 생산될 수 있다. 그런 후, 템플레이트는 재료층으로부터 방출된다. 그 후, 필터들이 일반적으로 바이오로직 애플리케이션, 생체분자용 분자 필터, 수직 정렬로 인해 컴팩트 디스크(CDs) 또는 DVD 디시크를 제조하는 나노유체 애플리케이션 랩온어칩에서 필터로 사용될 수 있다.
본 발명은 다른 재료들에 나노구조를 매설하기 위한 애플리케이션을 갖는다.
본 발명은 또한 광애플리케이션을 갖고, 광투명 재료를 형성하는데 사용될 수 있다. 이런 애플리케이션의 예들로는 반사방지 코팅 및 프레즈넬 렌즈(Fresnel lens)이다.
본 발명은 재료에 표면 구조를 제공하는데 사용될 수 있다. 이는 소위 연꽃 효과라는 큰 접촉각을 갖는 소수성 표면을 제공할 수 있다. 그 결과 스탬프의 나노구조의 형태가 제어될 수 있다. 예컨대, 원추형 형상을 갖는 나노구조가 성장될 수 있다. 다른 임프린트 피처들이 적절한 형태로 주어진다면 재료층들 간에 접착을 향상시키기 위해 사용될 수 있다.
본 발명은 나노임프린트용 재사용가능한 스탬프를 제조하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 템플레이트가 손상되면, 템플레이트는 제거되어 오염과 섬유들이 제거되고 그런 후 나노구조가 기존의 촉매층 또는 입자들로부터 다시 성장된다.
본 발명의 한가지 이점은 전자기계적 나노임프린트 리소그래피용 도전성 스탬프를 제공할 수 있는 섬유가 전기를 전도한다는 것이다. 그런 후, 도전 스탬프 블랭크 또는 도전 헬프층이 사용되어야 한다. 다른 한가지 이점은 섬유가 열을 전도하고, 임프린트 공정동안 히터로부터 폴리머로 열전도를 향상시키는데 사용될 수 있다는 것이다.
본 발명에 따르면, 도 6에 도시된 자기 복제가 가능하다. 이는 예컨대 스탬프의 대량생산을 위한 전자빔 필요에 대한 의존성을 줄이는 본래의 피형성 템플레이트(600)로부터 마스크 템플레이트(610 및 620)의 다수 복제를 가능하게 한다.
본 발명의 많은 실시예들이 기술되었다. 그러나, 다양한 변형들은 본 발명의 기술사상과 범위로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있음을 알아야 한다.
실제품
본 발명을 입증하기 위해, 탄소 나노섬유를 갖는 스탬프가 제조되었다. 주사전자현미경(SEM) 사진이 도 7에 도시되어 있다. 폴리머층에 임프린트되었고, 그 결과가 도 8에 도시되어 있다. 금속층이 임프린트 폴리머층에 증착함으로써 패턴화되고 그 결과가 도 8에 도시되어 있다.
100 스탬프
102 스탬프상의 돌출부
103 저항층
104 산화물층
105 웨이퍼
106 임프린트 후 저항층
107 스탬프상에 돌출부의 복제
108 플라즈마 애싱 후 저항층
109 에칭 후 산화물층
201 스탬프 기판
202 포레스트에 성장된 나노구조
203 제어된 밀도를 갖는 성장된 나노구조 어레이
204 별개로 성장된 나노구조
205 저항층
206 패턴 전사용 기판
207 성장된 나노구조 어레이로부터 패턴의 복제
208 성장된 나노구조와 같이 포레스트로부터 패턴의 복제
209 별개로 성장된 나노구조로부터 패턴의 복제
301 기판상의 층
302 기판
303 하부층(선택적)
304 패턴화 촉매
305 성장된 나노구조
306 하부층 제거 후
307 기판상의 층 제거 후
401 촉매층
403 기판
500 헬프층의 증착
510 촉매의 증착 및 패턴화
520 나노구조의 성장
530 헬프층의 선택적 제거(선택적)
600 마스터 스탬프
610 다른 성질을 갖는 제 2 생성 스탬프
620 다른 성질을 갖는 제 3 생성 스탬프

Claims (13)

  1. 기저판과,
    상기 기저판 상에 증착된 촉매층을 구비하고,
    리소그래피 프로파일을 정의하는 촉매층으로부터 적어도 하나의 나노구조가 성장되고, 나노구조의 종횡비는 나노구조의 성장에 의해 제어되며,
    상기 적어도 하나의 나노구조는 수직 압력하에 나노구조의 리소그래피 프로파일을 유지하도록 하는 그와 같은 경도를 갖는 템플레이트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    기저판은 실리콘 웨이퍼, 산화/코팅된 실리콘 웨이퍼, 금속 코팅된 실리콘 웨이퍼, 질화 코팅된 실리콘 웨이퍼, 실리콘 카바이드 웨이퍼, 유리기판, 세라믹, 폴리머, ITO, 금속 및 금속 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 제조되는 템플레이트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 나노구조는 나노튜브, 나노와이어, 나노섬유, 나노콘, 나노위스커(nanowhisker), 및 나노혼(nanohorn)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 제조되는 템플레이트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 나노구조는 폴리머, 금속, 반도체 및 절연체로 구성된 그룹에서 선택된 박막 형태의 재료로 선택적으로 코팅된 템플레이트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    수직 압력은 1 바에서 200 바 이상, 바람직하게는 1 바에서 60 바에 이르는 템플레이트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    기저판이 UV 투명재료로 제조될 경우,
    기저판에 증착된 헬프층과,
    헬프층 상에 증착된 촉매층을 구비하고,
    적어도 하나의 나노구조는 리소그래피 프로파일을 정의하는 촉매층으로부터 성장되고, 나노구조의 종횡비는 나노구조의 성장에 의해 제어되며, 나노구조의 종횡비는 성장시간에 의해 제어되고,
    선택적으로 헬프층을 선별해 제거하며,
    상기 적어도 하나의 나노구조는 수직 압력하에 나노구조의 리소그래피 프로파일을 유지하도록 하는 그와 같은 경도를 갖는 템플레이트.
  7. a) 기저판 상에 저항을 증착하는 단계와,
    b) 저항을 가진 형성된 나노구조를 갖는 마스크 템플레이트를 접촉하는 단계와,
    c) 마스크 템플레이트에 기정의된 수직 압력을 가하는 단계와,
    d) 마스크 템플레이트를 저항으로부터 분리하는 단계를 포함하는 마스크 템플레이트를 이용한 리소그래피 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    단계 c) 및 단계 d) 사이에
    c1) 선택적으로 저항 템플레이트를 유리전이온도로 올리는 단계를 더 포함하는 마스크 템플레이트를 이용한 리소그래피 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    단계 b) 및 단계 c) 사이에
    b2) 저항에 자외선광을 조사(照射)하는 단계를 더 포함하는 마스크 템플레이트를 이용한 리소그래피 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    단계 b) 및 단계 b2) 사이에
    b1) 선택적으로 저항 템플레이트를 유리전이온도로 올리는 단계를 더 포함하는 마스크 템플레이트를 이용한 리소그래피 방법.
  11. 기저판과,
    상기 기저판 상에 증착된 촉매층을 구비하고,
    리소그래피 프로파일을 정의하는 촉매층으로부터 적어도 하나의 나노구조가 성장되고, 나노구조의 종횡비는 나노구조의 성장에 의해 제어되며,
    상기 적어도 하나의 나노구조는 재료를 천공하기 위해 수직 압력하에 나노구조의 리소그래피 프로파일을 유지하도록 하는 그와 같은 경도를 갖는 템플레이트의 용도로서,
    기저판에 피천공 재료의 층을 증착하고,
    재료와 템플레이트를 접촉시키며,
    템플레이트에 기정의된 수직 압력을 가하고,
    템플레이트를 재료로부터 분리하는 것을 포함하는 템플레이트의 용도.
  12. 제 11 항에 있어서,
    선택적으로 템플레이트를 재료로부터 분리하기 전에 유리전이 또는 용융온도로 재료온도를 올리는 것과,
    선택적으로 기저판으로부터 프리 스탠딩 멤브레인(free-standing membrane)을 형성하기 위해 재료를 들어올리는 것을 더 포함하는 템플레이트의 용도.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    피천공 재료는 폴리머, 금속, 반도체, 및 유전체 절연재료로 구성된 그룹에서 선택되는 템플레이트의 용도.
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