KR20120054152A - 나노 임프린트용 나노패턴 스탬프 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

스탬프의 변형 및 파손이 적고 스탬프의 패턴 모양이나 크기(선폭 또는 높이 등) 변경이 용이한 스탬프 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 스탬프 제조 방법에서는, 금속 원소에 전자빔과 X-선 중 적어도 어느 하나에 의하여 분해 가능한 유기물 리간드가 결합하여 이루어진 금속-유기물 전구체 조성물을 스탬프용 기판에 코팅한 다음, 상기 금속-유기물 전구체 조성물에 전자빔과 X-선 중 적어도 어느 하나를 국부적으로 조사한 후 현상액 세정을 통해 금속 산화 박막 패턴을 형성한다. 이렇게 하여 스탬프용 기판 상에 형성된 금속 산화 박막 패턴으로 이루어진 스탬프가 나노 임프린트에 이용될 수 있다. 이러한 스탬프는 기존에 고온 고압 공정을 통해 제조된 마스터 몰드처럼 변형되거나 파손될 가능성이 적다. 또한 본 발명에 따르면 스탬프를 구성하는 금속 산화 박막 패턴을 처음과 다르게 변형시키는 것이 가능해, 제작된 하나의 스탬프를 이용하여 리소그래피 등의 복잡한 방법 없이 패턴의 형태나 선폭 등을 변경하여 다양한 모양과 크기를 갖는 새로운 스탬프 제작이 가능하다.

Description

나노 임프린트용 나노패턴 스탬프 제조 방법 {Fabrication method of nano-patterned stamp for nanoimprint lithography}
본 발명은 나노 임프린트 공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전자빔(e-beam) 또는 X-선(X-ray) 조사를 이용하여 기판 상에 금속 산화 박막 패턴을 형성하고 이를 이용해 나노 임프린트용 스탬프를 제조하는 방법에 관한 것이다.
나노 임프린트는 초미세 가공인 나노 가공(1 ~ 100nm)을 실현하기 위해 제안된 기술로, 소자용 기판 위에 광경화성 혹은 열가소성 레진(resin)을 도포한 후 나노 크기의 몰드(mold)로 압력을 가하고 자외선(UV)을 조사하거나 가열하여 경화시킴으로써 패턴을 전사하는 기술을 말한다. 나노 임프린트 기술을 활용하면 현재 반도체 공정에서 사용하는 포토리소그래피 방식의 미세화 한계점을 극복하고 도장 찍듯 간단하게 나노 구조물을 제작할 수 있게 된다.
또한 나노 임프린트 기술을 활용하면 현재 100nm급인 미세 공정이 10nm급으로 향상돼 차세대 반도체 분야의 기술 발전이 촉진될 것이다. 특히 이러한 나노 임프린트 기술은 차세대 반도체 및 평판 디스플레이용 회로 형성 기술로 인정되고 있기도 하다.
나노 임프린트 기술은 경화 방식에 따라, 불투명한 실리콘(Si) 스탬프를 사용하는 가열식 임프린팅(thermal imprinting) 기술과 투명한 석영(quartz) 스탬프(또는 실리콘 스탬프 사용시 투명한 석영 기판)를 통해 자외선을 투과시켜 레진을 경화시키는 방식을 채택하는 자외선 임프린팅 기술로 구분된다.
그 중 자외선 임프린팅에서는, 먼저 전자빔 등의 나노리소그래피 장비를 통해 투명한 몰드 기판 위에 마스터 패턴을 형성하여 마스터 몰드를 제작한다. 그리고 자외선에 의해 경화되는 프리폴리머(prepolymer) 레진을 기판 위에 용액 적하, 디스펜싱 또는 스핀 코팅한 후, 상기 제작된 마스터 몰드를 레진 위에 접촉시킨다. 이 때 모세관력(capillary force)에 의해 레진은 마스터 패턴 안으로 충진됨으로써 패턴 전사가 이루어지게 된다. 충진이 완료된 후 투명한 몰드 기판을 통과한 자외선은 레진 안의 폴리머 성분 경화를 유발하고 다음 단계에서 마스터 몰드는 제거된다.
현재 마스터 몰드와 같은 임프린트용 스탬프 제작은 포토마스크 공정에서 전자빔 리소그래피를 이용하여 흡수층(absorber layer)을 식각하여 패터닝하고, 패터닝된 흡수층을 식각 마스크로 이용하여 건식식각 공정을 통해서 몰드 기판을 식각한 후, 패터닝된 흡수층을 제거하는 방식으로 이루어진다. 그런데 이러한 스탬프를 이용한 나노 임프린트 공정의 경우, 고온 및 고압 공정을 사용하기 때문에 스탬프의 변형 및 파손으로 인해 스탬프의 수명이 단축되는 문제점이 있다.
스탬프의 변형 및 파손을 막기 위하여, 기계적 강도가 우수한 사파이어, 다이아몬드 등의 재료를 이용한 방법이 연구되고 있으나, 다이아몬드의 경우 높은 제조비용으로 인하여 실용화되기에는 어려움이 있다. 또한, 한번 제작된 스탬프의 경우, 패턴 선폭, 높이 및 패턴 모양은 변경할 수 없기 때문에 제작된 스탬프의 패턴 선폭, 높이 또는 패턴 모양과 다른 패턴을 형성해야 하는 경우, 고가의 스탬프를 제작해야 하는 한계가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 스탬프의 변형 및 파손이 적고 스탬프의 패턴 모양이나 크기(선폭 또는 높이 등) 변경이 용이한 스탬프 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 스탬프 제조 방법에서는, 금속 원소에 전자빔과 X-선 중 적어도 어느 하나에 의하여 분해 가능한 유기물 리간드가 결합하여 이루어진 금속-유기물 전구체 조성물을 스탬프용 기판에 코팅한 다음, 상기 금속-유기물 전구체 조성물에 전자빔과 X-선 중 적어도 어느 하나를 국부적으로 조사한 후 현상액 세정을 통해 금속 산화 박막 패턴을 형성한다. 이렇게 하여 스탬프용 기판 상에 형성된 금속 산화 박막 패턴으로 이루어진 스탬프가 나노 임프린트에 이용될 수 있다.
상기 금속 산화 박막 패턴은 선형, 원형, 타원형, 사각형, 오각형, 육각형, 다각형, 또는 라멜라(Lamellar)의 형태를 가질 수 있으며, 이는 나노 임프린트를 이용해 전사하고자 하는 패턴의 모양에 따라 결정될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 금속 산화 박막 패턴을 형성하는 단계 이후에 상기 금속 산화 박막 패턴의 모양, 선폭 및 높이 중 적어도 어느 하나를 변화시키는 단계를 포함한다. 전자빔 조사 또는 X-선 조사에 의해 형성된 금속 산화 박막 패턴을 포함하는 스탬프를 제1 스탬프라고 칭한다면, 이러한 금속 산화 박막 패턴 변형에 의해 제1 스탬프와는 다른 제2 스탬프를 쉽게 제조할 수 있다. 금속 산화 박막 패턴 변형을 일으키기 위해서는 금속 산화 박막 패턴을 가열하거나 마이크로웨이브(Microwave), X-선, 감마선 또는 자외선을 조사하거나 플라즈마 처리하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 금속 산화 박막 패턴 가열시 가열 온도는 50℃ 내지 800℃이며, 가열 시간은 5초 내지 5시간인 것이 바람직하다. 상기 금속 산화 박막 패턴에 자외선 조사시 조사 시간은 1초 내지 5시간인 것이 바람직하다.
상기 금속-유기물 전구체를 구성하는 금속 원소는 리튬(Li), 베릴륨(Be), 붕소(B), 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 규소(Si), 인듐(In), 황(S), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 스칸듐(Sc), 타이타늄(Ti), 바나듐(V), 크로뮴(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 저마늄(Ge), 비소(As), 셀레늄(Se), 루비듐(Rb), 스트론튬(Sr), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 나이오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 인듐(In), 주석(Sn), 텔루륨(Te), 안티몬(Sb), 바륨(Ba), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 가돌리늄(Gd), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 이리듐(Ir), 납(Pb), 비스무스(Bi), 폴로늄(Po) 및 우라늄(U)으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 금속-유기물 전구체를 구성하는 유기물 리간드는 에틸헥사노에이트(ethylhexanoate), 아세틸아세토네이트(acetylacetonate), 디알킬디티오카바메이트(dialkyldithiocarbamates), 카르복실산(carboxylic acids), 카르복실레이트(carboxylates), 피리딘(pyridine), 디아민(diamines), 아르신(arsines), 디아르신(diarsines), 포스핀(phosphines), 디포스핀(diphosphines), 부톡사이드(butoxide), 이소프로팍사이드(isopropoxide), 에톡사이드(ethoxide), 클로라이드(chloride), 아세테이트(acetate), 카르보닐(carbonyl), 카르보네이트(carbonate), 하이드록사이드(hydroxide), 아레네스(arenas), 베타-디케토네이트(beta-diketonate), 2-니트로벤잘디하이드(2-nitrobenzaldehyde), 아세테이트 디하이드레이트(acetate dihydrate) 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택되는 것일 수 있다.
상기 금속-유기물 전구체 조성물은 용매로서 헥산, 4-메틸-2-펜타논(4-methyl-2-pentanone), 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 메틸 에틸 케톤, 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 디메틸포름아마이드(dimethylformamide, DMF), N-메틸피롤리돈, 아세톤, 아세토니트릴, 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF), 테칸, 노난, 옥탄, 헵탄, 펜탄 및 2-메톡시에탄올(e-methoxyethanol)로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 금속-유기물 전구체 조성물에 대하여 전자빔 또는 X-선을 국부적으로 조사하고 현상액 세정을 하는 간단한 방법에 의하여 스탬프를 제조할 수 있다. 이러한 스탬프는 기존에 고온 고압 공정을 통해 제조된 마스터 몰드처럼 변형되거나 파손될 가능성이 적다.
또한 본 발명에 따르면 스탬프를 구성하는 금속 산화 박막 패턴을 처음과 다르게 변형시키는 것이 가능해, 제작된 하나의 스탬프를 이용하여 리소그래피 등의 복잡한 방법 없이 패턴의 형태나 선폭 등을 변경하여 다양한 모양과 크기를 갖는 새로운 스탬프 제작이 가능하다.
예를 들어, 50nm급 선폭 패턴이 있는 스탬프를 제조한 후 가열, 자외선 조사 또는 플라즈마 처리 등의 방법을 이용하면 패턴 선폭의 축소가 이루어져 20nm급 스탬프 제작이 가능해진다. 일반적으로 20nm급 스탬프를 제작하기 위해서는 전자빔 리소그래피 장비와 같은 고가의 장비를 사용해야 하기 때문에 비용이 많이 소요되지만, 본 기술의 경우 쉽게 제작할 수 있는 50nm급 스탬프를 제조한 후 간단한 패턴 축소를 통해 저비용으로 20nm급 스탬프 제작이 가능해진다.
본 발명에 따라 패턴 변형이 가능한 새로운 형태의 스탬프 제작이 저비용으로 구현되면, 디스플레이(LED, LCD, OLED 등), MEMS 응용소자(바이오소자, 바이오칩, 세포칩 및 DNA 칩), 나노 메모리 디바이스(ReRAM 및 플래시 메모리) 등 나노 임프린트가 필요한 소자 분야에 이용되어 더욱 스케일 다운된 패터닝이 가능해지므로 소자 미세화를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스탬프 제조 방법의 순서도이다.
도 2는 도 1의 순서도에 따른 공정도이다.
도 3은 실험예 1에 따른 공정별 주요 도면이다.
도 4는 실험예 2에 따른 공정별 주요 도면이다.
도 5는 실험예 3에 따른 공정별 주요 도면이다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면 상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.
도 1은 본 발명에 따른 스탬프 제조 방법의 순서도이고, 도 2는 그에 따른 공정도이다.
먼저, 도 1의 단계 S1을 참조하여 도 2의 (a)와 같이 스탬프용 기판(10)을 준비한 다음, 그 위에 금속-유기물 전구체 조성물(20)을 코팅한다.
여기서, 스탬프용 기판(10)은 실리콘, 갈륨비소, 갈륨인, 갈륨비소인, 산화규소, 사파이어, 석영, 유리와 같은 무기 물질, 또는 폴리카보네이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리노르보넨, 폴리아크릴레이드, 폴리비닐알콜, 폴리이미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에테르셀폰과 같은 투명 폴리머로 이루어질 수 있다.
금속-유기물 전구체 조성물(20)을 제조하기 위하여 금속 원소에 전자빔과 X-선 중 적어도 어느 하나에 의하여 분해 가능한 유기물 리간드가 결합하여 이루어진 금속-유기물 전구체(precursor)를 먼저 합성한다.
상기 금속-유기물 전구체를 구성하는 금속 원소는 리튬(Li), 베릴륨(Be), 붕소(B), 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 규소(Si), 인(P), 황(S), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 스칸듐(Sc), 타이타늄(Ti), 바나듐(V), 크로뮴(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 저마늄(Ge), 비소(As), 셀레늄(Se), 루비듐(Rb), 스트론튬(Sr), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 나이오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 인듐(In), 주석(Sn), 텔루륨(Te), 안티몬(Sb), 바륨(Ba), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 가돌리늄(Gd), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 이리듐(Ir), 납(Pb), 비스무스(Bi), 폴로늄(Po) 및 우라늄(U)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 금속-유기물 전구체는 약 5 내지 95중량%의 유기물 리간드와 전체가 100중량%가 되도록 첨가되는 금속 원소를 포함하며, 상기 금속 원소가 유기물 리간드와 결합하여 금속-유기물 전구체가 제조될 수 있다. 그리고 상기 금속-유기물 전구체는 용매에 용해되어 금속-유기물 전구체 조성물로 제조될 수 있다. 이 때, 용매는 전체 금속-유기물 전구체 조성물의 총 함량에 대하여 약 5 내지 95 중량%로 포함될 수 있다.
상기 유기물 리간드는 에틸헥사노에이트, 아세틸아세토네이트, 디알킬디티오카바메이트, 카르복실산, 카르복실레이트, 피리딘, 디아민, 아르신, 디아르신, 포스핀, 디포스핀, 부톡사이드, 이소프로팍사이드, 에톡사이드, 클로라이드, 아세테이트, 카르보닐, 카르보네이트, 하이드록사이드, 아렌, 베타-디케토네이트, 2-니트로벤잘디하이드, 아세테이트 디하이드레이트 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택된 것으로 사용될 수 있다.
그리고 상기 용매는 헥산, 4-메틸-2-펜타논, 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 메틸 에틸 케톤, 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 디메틸설폭사이드, 디메틸포름아마이드, N-메틸피롤리돈, 아세톤, 아세토니트릴, 테트라하이드로퓨란, 테칸, 노난, 옥탄, 헵탄, 펜탄 및 2-메톡시에탄올을 포함하는 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 사용될 수 있다.
이와 같이 제조되는 금속-유기물 전구체 조성물(20)은 전자빔 조사 또는 X-선 조사를 하면 유기물의 분해가 이루어지며 이에 따라 금속 원소는 대기 중의 산소 또는 분해된 유기물의 산소와 반응하여 금속 산화 박막을 형성할 수 있게 된다. 금속-유기물 전구체 조성물(20)은 스핀 코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating), 스프레이 코팅(spray coating), 용액 적하(dropping), 디스펜싱(dispensing)의 방법 중에서 선택하여 상기 스탬프용 기판(10)에 코팅될 수 있다. 스탬프용 기판(10) 상에 코팅된 금속-유기물 전구체 조성물(20)은 잔류 용매를 제거하기 위하여 가열 건조될 수 있다.
다음으로, 도 1의 단계 S2를 참조하여, 전자빔과 X-선 중 적어도 어느 하나를 국부적으로 조사함으로써 금속 산화 박막 패턴을 형성한다. 먼저, 도 2의 (b)와 같이, 전자빔과 X-선 중 적어도 어느 하나를 국부적으로 조사(E)하면 도 2의 (c)에서와 같이 전자빔 또는 X-선이 조사된 부분에서만 금속-유기물 전구체 조성물(20)의 분해가 이루어진다. 이에 따라 전자빔 또는 X-선이 조사된 부분에서만 금속 원소가 대기 중의 산소 또는 분해된 유기물의 산소와 반응하여 금속 산화 박막 패턴(21)을 형성할 수 있게 된다. 이 때, 상기 공정은 금속 산화 박막 패턴(21) 형성시 산소 분위기를 조성하기 위해, 소정의 챔버 내에서 산소 분위기를 조성한 후 소정의 가열 수단을 통해 가열할 수도 있다. 그런 다음, 도 2의 (d)와 같이 현상액 세정을 통해 금속 산화 박막 패턴(21)을 노출시킨다.(도 2의 (b) 내지 (d)가 도 1의 단계 S2). 현상액은 금속 산화 박막 패턴(21)을 제외한 금속-유기물 전구체 조성물(20)을 용해하여 스탬프용 기판(10) 상에 금속 산화 박막 패턴(21)이 남게 한다. 여기서, 현상액은 상기 기술한 용매 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이렇게 하여 스탬프용 기판(10) 상에 형성된 금속 산화 박막 패턴(21)으로 이루어진 스탬프(100)가 나노 임프린트에 이용될 수 있다. 즉, 스탬프용 기판(10) 상단에 전자빔 또는 X-선 민감성 금속-유기물 전구체 조성물(20)을 코팅하고 국부적인 전자빔 또는 X-선 조사(E) 후 현상을 하면 전자빔 또는 X-선이 조사된 영역만 스탬프용 기판(10) 상단에 남게 되며, 이를 나노 임프린트용 스탬프(100)로 사용할 수가 있는 것이다.
금속 산화 박막 패턴(21)은 볼록부(211)와 오목부(212)를 구비한다. 볼록부(211) 또는 오목부(212)는 선형, 원형, 타원형, 사각형, 오각형, 육각형, 또는 이러한 형상 이외의 다각형, 또는 라인 앤 스페이스(line and space) 개념의 라멜라(Lamellar)의 형태를 가질 수 있으며, 이는 나노 임프린트를 이용해 전사하고자 하는 패턴의 모양에 따라 결정될 수 있다. 이러한 패턴을 형성하기 위해서는 전자빔 또는 X-선이 조사시 소정의 마스크를 사용하거나 조사시 x-y 이동 또는 스캔 방식을 프로그램화하여 원하는 부위만 조사될 수 있도록 한다.
이와 같이 본 발명에서는, 금속-유기물 전구체 조성물에 대하여 전자빔 또는 X-선을 국부적으로 조사하고 현상액 세정을 하는 간단한 방법에 의하여 스탬프를 제조할 수 있다. 이러한 스탬프는 기존에 고온 고압 공정을 통해 제조된 마스터 몰드처럼 변형되거나 파손될 가능성이 적다.
한편, 도 1에서와 같이 추가적인 단계 S3를 더 수행함으로써 금속 산화 박막 패턴(21)의 모양, 선폭 및 높이 중 적어도 어느 하나를 변화시키면 도 2의 (e)에서와 같이 스탬프(100)와는 다른 금속 산화 박막 패턴(22)을 포함하는 다른 스탬프(200)도 제조할 수 있다.
금속 산화 박막 패턴(21)의 변형을 일으키기 위해서는 금속 산화 박막 패턴(21)을 가열하거나 마이크로웨이브(Microwave), X-선, 감마선 또는 자외선을 조사하거나 플라즈마 처리한다. 물론 이러한 처리를 조합하여 이용할 수도 있다.
금속 산화 박막 패턴(21)을 가열하거나 마이크로웨이브, X-선, 감마선 또는 자외선을 조사하거나 플라즈마 처리하면 시간, 온도, 에너지 양 등을 조절해 금속 산화 박막 패턴(21)의 선폭, 높이 또는 모양을 원하는 대로 변경할 수 있다. 금속-유기물 전구체 조성물의 특성상 이러한 처리시 금속-유기물 전구체 조성물의 치밀화(densification) 및 결정상 형성(formation of crystallinity phase)에 의해서 패턴된 막의 선폭 및 두께(패턴 높이)의 변화를 일으킬 수 있다. 본 발명에서는 이런 변화들을 이용하여 다양한 형태의 스탬프 제조가 가능하다.
금속 산화 박막 패턴(21)의 변형을 위해 가열할 때에는 히터 또는 로(furnace) 또는 전기오븐 등의 소정의 가열 수단을 이용하여 가열 온도는 50℃ 내지 800℃로 하고, 가열 시간은 5초 내지 5시간으로 할 수 있다. 자외선 조사를 위한 노광 장치로서 KrF(248 nm), ArF(193 nm), F2(157 nm)로 구성된 레이저계 노광 장치 또는 G-line(436 nm), I-line(365 nm)으로 구성된 램프계 노광 장치를 이용할 수 있다. 자외선을 조사할 때에는 조사 시간은 1초 내지 5시간으로 할 수 있다.
도 2의 (e)는 이러한 처리를 통해 스탬프용 기판(10) 상에 처리 전보다 선폭이 감소한 볼록부(221)와 선폭이 증가한 오목부(222)를 가지는 금속 산화 박막 패턴(22)이 형성된 것을 보여준다. 금속 산화 박막 패턴(22)이 형성된 스탬프용 기판(10)은 이제 새로운 제2의 스탬프(200)로 사용할 수가 있다.
이와 같이 전자빔 조사 또는 X-선 조사에 의해 형성된 금속 산화 박막 패턴(21)을 포함하는 스탬프(100)를 제1 스탬프, 금속 산화 박막 패턴(21)을 변형시킨 금속 산화 박막 패턴(22)을 포함하는 스탬프(200)를 제2 스탬프라고 칭한다면, 이러한 금속 산화 박막 패턴(21) 손쉬운 변형에 의해 제1 스탬프와는 다른 제2 스탬프를 쉽게 제조할 수 있다. 예를 들어, 처음에 제1 스탬프는 볼록부(211)가 50nm급인 선폭 패턴으로 제조한 후 본 발명에 따라 패턴 축소를 하면 제2 스탬프는 볼록부(221)가 20nm급인 스탬프로 제조할 수 있다. 20nm급 스탬프를 전자빔 리소그래피 등의 방법에 의하지 않고 본 발명과 같이 제조하는 것은 간단하며 비용이 적게 든다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 스탬프용 기판 상단에 패턴된 금속 산화물에 대해서 열처리 또는 마이크로웨이브, X-선, 감마선 또는 자외선 조사 또는 플라즈마 처리 등의 공정 조절을 통해 패턴된 선폭을 변화시킴으로써, 다양한 패턴 선폭 및 높이가 조절된 이종 이상의 새로운 스탬프 제조가 가능하게 된다.
도 2의 (f)와 (g)는 이러한 스탬프(200)를 사용한 나노 임프린트 공정까지 도시한다.
도 2의 (f)를 참조하면, 자외선에 의해 경화되는 프리폴리머(prepolymer) 레진(120)을 기판(110) 위에 용액 적하, 디스펜싱 또는 스핀코팅한 후, 상기 제작된 스탬프(200)를 레진(120) 위에 접촉시킨다. 이 때 모세관력에 의해 레진(120)은 금속 산화 박막 패턴(22) 안으로 충진됨으로써 패턴 전사가 이루어지게 된다. 충진이 완료된 후 투명한 기판(110)을 통과한 자외선(D)은 레진(120) 안의 폴리머 성분 경화를 유발하고, 다음 단계인 도 2의 (g)에서처럼 스탬프(200)를 릴리스(release)하여 제거한다. 그러면 기판(110) 상에 패턴(120a)이 형성된 상태로 노출되어 스탬프(200)가 복제된다.
실험예 1
본 발명에 따라 전자빔 민감성 Zn-유기물 전구체 조성물에 대해 전자빔의 국부적인 조사 및 현상을 통해 ZnO 스탬프를 제조하였다. 도 3은 본 실험예 1에 따른 공정별 주요 도면이다.
전자빔 민감성 Zn-유기물 전구체 조성물(ZnO 전구체)을 합성하기 위하여, 아연 아세테이트 디하이드레이트(zinc acetate dihydrate), 2-메톡시에탄올, 2-아미노에탄올(2-aminoethanol) 및 2-니트로벤잘디하이드를 일정 양 혼합하였다. 합성된 조성물을 도 3의 (a)와 같이 실리콘 기판 상단에 스핀코팅 후 국부적인 영역에 전자빔을 조사하였다. 전자빔의 가속에너지는 1 내지 500 keV, 전류는 0.01 nA 내지 1 A, 스팟 사이즈(spot size)는 1 내지 100 nm, 드웰 타임(dwell time)은 20 nsec 내지 8 msec의 범위에서 전자빔 조사조건을 조절하여 전자빔을 조사할 수 있다. 본 실험예 1에서는 100 keV, 0.1 A, 4 nm, 500 nsec의 조건으로 전자빔을 조사하였다. 현상액인 2-메톡시에탄올로 세정을 하여 실리콘 기판 상단에 나노패턴된 ZnO를 형성하였으며, 그 결과가 도 3(b)에 있다. 250 nm 선폭을 갖는 스탬프가 1차적으로 제조되었다.
도 3(b)에 도시한 스탬프를 나노 임프린트용 스탬프로 사용하여도 무방하나, 패턴 크기를 더욱 감소시키기 위하여 400℃에서 1시간 열처리한 ZnO 스탬프가 도 3(c)에 도시되어 있다. 도 3(b)와 도 3(c)의 패턴 선폭 비교시, 열처리 공정을 통해 패턴 선폭이 50 % 이상 감소된 결과를 확인할 수 있으며, 열처리 온도 및 공정시간 조절을 통해 패턴된 선폭의 조절이 가능하다.
도 3(c)의 선폭이 감소된 ZnO 스탬프를 나노 임프린트용 스탬프로서 사용하는 것이 가능한지 확인하기 위하여, 스탬프 복제용 레진인 폴리테트라플루오로에틸렌 Polytetrafluoroethylene, PTFE)을 도 3(c)의 ZnO 스탬프 상단에 적하시킨 후 자외선을 3분간 조사하여 스탬프를 복제하였다. 도 3(d)와 같이 복제된 스탬프를 이용하여 일반적으로 사용 중인 광경화성 임프린트 레진인 UVCur21(Microresist Technology Co., 독일)를 사용하여 나노 임프린트 공정을 수행하였으며, 임프린트 결과는 도 3(e)에 나타내었다.
이처럼 도 3에서 보듯이, 무기물 스탬프의 제조, 무기물 스탬프의 선폭 변화 및 무기물 스탬프를 이용한 일반적인 임프린트 공정이 가능함을 확인할 수 있었다.
실험예 2
본 발명에 따라 전자빔 민감성 Ti-유기물 전구체 조성물에 대해 전자빔의 국부적인 조사 및 현상을 통해 TiO2 스탬프를 제조하였다. 도 4는 본 실험예 2에 따른 공정별 주요 도면이다.
먼저 전자빔 민감성 Ti-유기물 전구체 조성물을 합성하기 위하여 티타늄(n-부톡사이드)2(2-에틸헥사노네이트)2[Titanium(n-butoxide)2(2-ethylhexanoate)2]와 헥산을 일정 양 혼합하였다. 합성된 조성물을 도 4의 (a)와 같이 실리콘 기판 상단에 스핀코팅 후 국부적인 영역에 전자빔을 조사하였다. 전자빔 조사는 100 keV, 0.1 A, 4 nm, 및 500 nsec의 조건으로 실시하였으며 현상액인 헥산으로 세정을 하여 실리콘 기판 상단에 도 4의 (b)와 같이 나노패턴된 TiO2를 형성하였다. 도 4(b)에서 보듯이, 전자빔 민감성 Ti-유기물 전구체를 사용하여 나노패턴된 TiO2 스탬프의 제조가 가능함을 확인하였다.
실험예 3
본 발명에 따라 전자빔 민감성 Pb-Zr-Ti-유기물 전구체 조성물에 대해 전자빔의 국부적인 조사 및 현상을 통해 Pb1.0(Zr0.52Ti0.48)O3 스탬프를 제조하였다. 도 5는 본 실험예 3에 따른 공정별 주요 도면이다.
전자빔 민감성 Pb-Zr-Ti-유기물 전구체 조성물을 합성하기 위하여 레드 2-에틸헥사노네이트, 지르코닐 2-에틸헥사노네이트, 티타늄(n-부톡사이드)2(2-에틸헥사노네이트)2[Titanium(n-butoxide)2(2-ethylhexanoate)2]와 헥산을 일정 양 혼합하였다. 합성된 조성물을 도 5의 (a)와 같이 실리콘 기판 상단에 스핀코팅 후 국부적인 영역에 전자빔을 조사하였다. 전자빔 조사는 100 keV, 0.1 A, 4 nm, 및 500 nsec 의 조건을 이용하였으며 현상액인 헥산으로 세정을 하여 도 5(b)에서와 같이 실리콘 기판 상단에 나노패턴된 Pb1.0(Zr0.52Ti0.48)O3를 형성하였다. 도 5(b)에서 보듯이, 전자빔 민감성 Pb-Zr-Ti-유기물 전구체를 사용하여 나노패턴된 Pb1.0(Zr0.52Ti0.48)O3 스탬프의 제조가 가능함을 확인하였다. 본 실험예 3을 통해 금속이 하나 이상 구성된 경우에도, 무기물 스탬프의 제조가 가능함을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (8)

  1. 금속 원소에 전자빔과 X-선 중 적어도 어느 하나에 의하여 분해 가능한 유기물 리간드가 결합하여 이루어진 금속-유기물 전구체 조성물을 스탬프용 기판에 코팅하는 단계; 및
    상기 금속-유기물 전구체 조성물에 전자빔과 X-선 중 적어도 어느 하나를 국부적으로 조사한 후 현상액 세정을 통해 금속 산화 박막 패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 스탬프 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속 산화 박막 패턴은 선형, 원형, 타원형, 사각형, 오각형, 육각형, 다각형, 또는 라멜라(Lamellar)의 형태를 가진 것을 특징으로 하는 스탬프 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 금속 산화 박막 패턴을 형성하는 단계 이후에
    상기 금속 산화 박막 패턴의 모양, 선폭 및 높이 중 적어도 어느 하나를 변화시키도록 상기 금속 산화 박막 패턴을 가열하거나 마이크로웨이브(Microwave), X-선, 감마선 또는 자외선을 조사하거나 플라즈마 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스탬프 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 금속 산화 박막 패턴 가열시 가열 온도는 50℃ 내지 800℃이며, 가열 시간은 5초 내지 5시간인 것을 특징으로 하는 스탬프 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 금속 산화 박막 패턴에 자외선 조사시 조사 시간은 1초 내지 5시간인 것을 특징으로 하는 스탬프 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 금속-유기물 전구체를 구성하는 금속 원소는 리튬(Li), 베릴륨(Be), 붕소(B), 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 규소(Si), 인듐(In), 황(S), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 스칸듐(Sc), 타이타늄(Ti), 바나듐(V), 크로뮴(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 저마늄(Ge), 비소(As), 셀레늄(Se), 루비듐(Rb), 스트론튬(Sr), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 나이오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 인듐(In), 주석(Sn), 텔루륨(Te), 안티몬(Sb), 바륨(Ba), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 가돌리늄(Gd), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 이리듐(Ir), 납(Pb), 비스무스(Bi), 폴로늄(Po) 및 우라늄(U)으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 스탬프 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 금속-유기물 전구체를 구성하는 유기물 리간드는 에틸헥사노에이트(ethylhexanoate), 아세틸아세토네이트(acetylacetonate), 디알킬디티오카바메이트(dialkyldithiocarbamates), 카르복실산(carboxylic acids), 카르복실레이트(carboxylates), 피리딘(pyridine), 디아민(diamines), 아르신(arsines), 디아르신(diarsines), 포스핀(phosphines), 디포스핀(diphosphines), 부톡사이드(butoxide), 이소프로팍사이드(isopropoxide), 에톡사이드(ethoxide), 클로라이드(chloride), 아세테이트(acetate), 카르보닐(carbonyl), 카르보네이트(carbonate), 하이드록사이드(hydroxide), 아레네스(arenas), 베타-디케토네이트(beta-diketonate), 2-니트로벤잘디하이드(2-nitrobenzaldehyde), 아세테이트 디하이드레이트(acetate dihydrate) 및 이들의 혼합물을 포함하는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 스탬프 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 금속-유기물 전구체 조성물은 용매로서 헥산, 4-메틸-2-펜타논(4-methyl-2-pentanone), 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 메틸 에틸 케톤, 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 디메틸포름아마이드(dimethylformamide, DMF), N-메틸피롤리돈, 아세톤, 아세토니트릴, 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF), 테칸, 노난, 옥탄, 헵탄, 펜탄 및 2-메톡시에탄올(e-methoxyethanol)로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 스탬프 제조 방법.
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