KR20150013486A - 원통형 고분자 마스크 및 제작 방법 - Google Patents

원통형 고분자 마스크 및 제작 방법 Download PDF

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Abstract

원통형 마스크가 중공 캐스팅 원통 및 마스크 원통을 사용하여 제작될 수 있다. 캐스팅 원통은 마스크 원통의 외직경보다 큰 내직경을 가진다. 캐스팅 및 마스크 원통은 동축으로 조립되고 액체 고분자는 캐스팅 원통의 내부 표면과 마스크 원통의 외부 표면 사이의 마스크 원통을 둘러싸는 공간에 삽입된다. 액체 고분자 경화 후에, 캐스팅 원통이 제거된다. 경화된 고분자의 표면이 패턴화될 수 있다. 이 요약은 연구자 또는 다른 독자가 기술적 개시의 요지를 빠르게 확인할 수 있게 할 요약이 필요로 하는 규칙을 준수하도록 제공됨이 강조된다. 청구항의 범위 또는 의미를 해석하거나 제한하기 위하여 사용되지 않을 것이라는 이해와 함께 제시된다.

Description

원통형 고분자 마스크 및 제작 방법{CYLINDRICAL POLYMER MASK AND METHOD OF FABRICATION}
우선권 주장 및 관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2013년 3월 15일 자 출원의 발명의 명칭이 "CYLINDRICAL POLYMER MASK AND METHOD OF FABRICATION"인 Boris Kobrin 등의 일반양도되고 동시계류 중인 미국 가출원 일련번호 제61/798,629호 (대리인 사건 번호 RO-020-PR)의 우선권을 주장하고, 이의 전체 개시는 본 명세서에 참조로 포함된다.
본 출원은 2012년 5월 2일 자 출원의 발명의 명칭이 "SEAMLESS MASK AND METHOD OF MANUFACTURING"인 Boris Kobrin 등의 일반양도되고 동시계류 중인 미국 가출원 일련번호 제61/641,711호 (대리인 사건 번호 RO-013-PR)의 우선권을 주장하고, 이의 전체 개시는 본 명세서에 참조로 포함된다.
본 출원은 2012년 5월 2일 자 출원의 발명의 명칭이 "LARGE AREA MASKS AND METHODS OF MANUFACTURING"인 Boris Kobrin 등의 일반양도되고 동시계류 중인 미국 가출원 일련번호 제61/641,650호 (대리인 사건 번호 RO-014-PR)의 우선권을 주장하고, 이의 전체 개시는 본 명세서에 참조로 포함된다.
본 출원은 2013년 1월 31일 자 출원의 발명의 명칭이 "CYLINDRICAL MASTER MOLD AND METHOD OF FABRICATION"인 Boris Kobrin 등의 일반양도되고 동시계류 중인 미국 정규출원 일련번호 제13/756,348호 (대리인 사건 번호 RO-018-PR)의 우선권을 주장하고, 이의 전체 개시는 본 명세서에 참조로 포함된다.
본 출원은 2013년 1월 31일 자 출원의 발명의 명칭이 "CYLINDRICAL PATTERNED COMPONENT FOR CASTING CYLINDRICAL MASKS"인 Boris Kobrin 등의 일반양도되고 동시계류 중인 미국 정규출원 일련번호 제13/756,370호 (대리인 사건 번호 RO-019-US)의 우선권을 주장하고, 이의 전체 개시는 본 명세서에 참조로 포함된다. 본 출원은 또한 전체 개시가 본 명세서에 참조로 포함되는 일반양도된 국제특허공개번호 제WO2009094009호 및 전체 개시가 본 명세서에 참조로 포함되는 미국특허 제8,182,982에 관한 것이다.
발명의 분야
본 개시는 리소그래피 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 개시의 양태는 원통형 고분자 마스크를 비롯한 회전가능(rotatable) 마스크 및 이의 제작 방법에 관한 것이다.
배경
포토리소그래피 제작 방법은 태양전지, LED, 집적회로, MEM 소자, 건축 유리, 정보 디스플레이 등의 마이크로-규모 및 나노-규모 제작을 포함하는 다양한 기술 응용분야에서 아용된다.
롤-투-롤(roll-to-roll) 및 롤-투-플레이트(roll-to-plate) 리소그래피 방법은 강성(rigid) 또는 가요성(flexible) 기판에 원하는 패턴을 전사하기 위하여 전형적으로 원통형으로 성형된 마스크(예를 들어 몰드, 스탬프, 포토마스크 등)를 사용한다. 원하는 패턴은, 예를 들어, 임프린팅 방법(예를 들어 나노임프린트 리소그래피), 재료의 선택적 전사(예를 들어 마이크로- 또는 나노-접촉 프린팅, 데칼 전사 리소그래피 등), 또는 노출 방법(예를 들어 광학 접촉 리소그래피, 근접장 리소그래피 등)을 이용하여 기판에 전사될 수 있다. 그러한 원통형 마스크의 일부 발전된 유형은 원통의 외부 표면 상에 적층된 패턴화 레이어로서 연질 고분자를 사용한다. 유감스럽게도, 원통형 표면 상의 레이어 적층은 적층 레이어의 가장자리가 만나는 곳에서 이음매 선을 생성한다. 이는 원통형 마스크를 사용하여 기판에 패턴이 반복적으로 전사될 때 이음매에서 바람직하지 않은 이미지 피처(feature)를 생성할 수 있다.
무이음매(seamless) 고분자 레이어를 가지는 마스크 제작 이외에도, 추후의 롤링 리소그래피 제작 방법에서 사용하기 위한 매끄러운 표면을 가지는 두껍고 균일한 고분자 레이어 제작이 바람직할 수 있다.
패턴화(patterned) 기판 및 구조화(structured) 코팅은 건축 유리, 정보 디스플레이, 태양광 패널 등을 비롯한 다양한 응용분야에 매력적인 특성을 가진다. 예를 들어, 나노구조화 코팅이 건축 유리에 바람직한 반사방지 특징을 제공할 수 있다. 전자빔 리소그래피, 포토리소그래피, 간섭 리소그래피 및 기타와 같은 방법을 포함하는 기판 패턴화의 현행 방법은 대면적을 필요로 하는 응용분야, 특히 200 cm2 이상의 면적을 가지는 것의 패턴화 기판 또는 구조화 코팅 제조에 실제로 사용하기에는 흔히 지나치게 많은 비용이 든다.
그러므로, 당해 분야에서 대면적의 패턴화 레이어 및 이를 제조하는 저비용 방법이 필요하다. 본 발명에 대한 필요성 발생이 이러한 맥락 내에 있다.
나노구조화는 현재의 많은 응용분야 및 산업 그리고 신기술 및 미래의 진보된 제품에 필요하다. 효율 개선은 현재 응용분야에 대하여, 제한이 아니고 예를 들어, 태양전지 및 LED와 같은 분야에서, 그리고 차세대 정보 저장 장치에서 달성될 수 있다.
나노구조화 기판은, 예를 들어 전자빔 직접 묘화, 극자외선 리소그래피, 나노구 리소그래피, 나노임프린트 리소그래피, 근접장 위상변이 리소그래피, 및 플라즈몬 리소그래피와 같은 기술을 이용하여 제작될 수 있다.
이전의 저자들이, 국제공개번호 제WO2009094009호 및 미국특허 제8,182,982호에 기재된 근접장 광학 리소그래피에 기반한 강성 및 가요성 기판 재료의 대면적 나노패턴화 방법을 제안했고, 상기 문헌은 양자 모두 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다. 그러한 방법에 따르면, 회전가능 마스크가 복사선-민감성(radiation-sensitive) 재료 영상화에 사용된다. 전형적으로 회전가능 마스크는 표면에 마스크 패턴이 형성된 원통 또는 원뿔을 포함한다. 마스크가 복사선 민감성 재료(예를 들어, 포토레지스트)에 대하여 구르면서, 복사선이 마스크 패턴을 통과하여 복사선 민감성 재료에 도달한다. 이러한 이유로, 상기 기술은 때로 "롤링 마스크(rolling mask)" 리소그래피로 지칭된다. 이러한 나노패턴화 기술은 근접장 포토리소그래피를 이용할 수 있고, 여기서 기판 패턴화에 사용되는 마스크는 기판과 접촉 상태이다. 이러한 방법의 근접장 포토리소그래피 구현은 탄성체 위상변이 마스크를 사용할 수 있거나, 표면 플라즈몬 기술을 이용할 수 있고, 여기서 회전하는 마스크 표면이 금속 나노 홀 또는 나노입자를 포함한다. 한 구현에서 그러한 마스크는 근접장 위상변이 마스크일 수 있다. 근접장 위상변이 리소그래피는 마스크가 복사선-민감성 재료와 등각 접촉하는 동안 탄성체 위상 마스크를 통과하는 자외선(UV) 광에 대한 복사선-민감성 재료 레이어의 노출을 포함한다. 탄성체 위상 마스크를 복사선-민감성 재료의 얇은 레이어와 접촉시키는 것은 복사선-민감성 재료가 마스크의 접촉 표면의 표면을 "습윤"시키도록 한다. 마스크가 복사선-민감성 재료와 접촉하면서 UV 광을 마스크에 통과시키는 것은 마스크의 표면에서 현상하는 광 강도의 분포에 복사선-민감성 재료를 노출시킨다.
일부 구현에서, 위상 마스크는 투사된 광의 위상을 π 라디안만큼 변조시키도록 설계된 릴리프 깊이(depth of relief)를 가지도록 형성될 수 있다. 위상 변조의 결과로서, 강도 중의 국소적 널(local null)이 마스크 상에 형성된 릴리프 패턴에서 스텝 에지(step edge)에 나타난다. 포지티브 복사선-민감성 재료가 사용될 경우, 그러한 마스크를 통한 노출에 이어서 현상이, 강도 중 널의 특징적인 폭과 동등한 폭을 가지는 복사선-민감성 재료의 라인을 생성한다. 종래의 복사선-민감성 재료와 365 nm (근접 UV) 광의 조합에 있어서, 강도 중 널의 폭은 대략 100 nm이다. 폴리디메틸실록산(PDMS) 마스크가 복사선-민감성 재료의 레이어와의 등각의 원자 규모 접촉부를 형성하기 위하여 사용될 수 있다. 이 접촉부는 가해지는 압력 없이 접촉 시에 자연히 확립된다. 일반화 접착력이 이 공정을 유도하고, 복사선-민감성 재료 표면에 수직인 방향의 위치 및 각도로 마스크를 정렬시키는 단순하고 편리한 방법을 제공하여 완벽한 접촉을 확립한다. 복사선-민감성 재료에 대하여 물리적인 갭(gap)이 존재하지 않는다. PDMS는 300 nm 초과의 파장을 가지는 UV 광에 대하여 투명하다. PDMS가 복사선-민감성 재료의 레이어와 등각 접촉하면서 수은 램프로부터 나온 광(여기서 메이저 스펙트럼선은 355 - 365 nm에 있음)을 PDMS에 통과시키는 것은 복사선-민감성 재료를 마스크에서 형성되는 강도 분포에 노출시킨다.
회전하는 마스크의 또 다른 구현은 표면 플라즈몬 기술을 포함할 수 있고 여기서 금속 레이어 또는 필름이 회전가능 마스크의 외부 표면에 적층 또는 침적된다. 금속 레이어 또는 필름은 특정한 일련의 관통 나노홀을 가진다. 표면 플라즈몬 기술의 또 다른 실시예에서, 금속 나노입자의 레이어가 투명한 회전가능 마스크의 외부 표면 상에 침적되어, 향상된 나노패턴화에 의한 표면 플라즈몬이 획득된다.
앞서 언급된 응용분야는 각각 회전가능 마스크를 이용할 수 있다. 회전가능 마스크는 (전자빔, 극자외선, 간섭 및 나노임프린트 리소그래피와 같은 공지 나노리소그래피 기술 중 하나를 이용하여 제작된) 마스터 몰드의 도움으로 제조될 수 있다. 회전가능 마스크는 고분자 재료를 성형하고, 고분자를 경화시켜 복제 필름을 형성하고, 마지막으로 복제 필름을 원통의 표면 상에 적층시켜 제조될 수 있다. 유감스럽게도, 이러한 방법은 불가피하게 고분자 필름의 조각 사이에 얼마간의 "마크로(macro)" 스티칭 라인(stitching line)을 생성할 것이다 (비록 마스터가 매우 크고 고분자 필름 중 한 조각만이 전체 원통의 표면을 덮기 위하여 필요한 경우라 할지라도, 하나의 스티칭 라인이 여전히 불가피하다). 본 발명 발생이 이러한 맥락 내에 있다.
요약
본 개시의 양태에 따르면, 원통형 마스크가 마스터 몰드(master mold) 패턴화, 마스터 몰드 상의 액체 고분자 캐스팅에 의한 패턴화 고분자 마스크 형성, 및 액체 고분자 경화에 의하여 제작될 수 있다. 패턴화 고분자 마스크의 한 말단의 일부가 절단될 수 있거나, 액체 고분자가 마스터 몰드의 말단에서 스트립(strip) 상에 캐스팅되지 않는다. 마스터 몰드 및 패턴화 고분자 마스크가 롤링되어 라미네이트 원통을 형성하여 패턴화 고분자 마스크 상에 갭을 형성할 수 있다. 라미네이트 원통은 마스터 몰드에 대한 기판이 캐스팅 원통과 접촉하며 캐스팅 원통에 삽입될 수 있고, 갭은 추가의 액체 고분자로 충전되며, 이는 경화되어 캐스팅 원통 제거 및 라미네이트로부터의 마스터 몰드 분리에 의하여 독립적인 고분자를 형성할 수 있다.
본 개시의 다른 양태에 따르면 원통형 마스크가 중공 캐스팅 원통 및 마스크 원통을 사용하여 제작될 수 있다. 캐스팅 원통은 마스크 원통의 외직경보다 큰 내직경을 가질 수 있다. 캐스팅 및 마스크 원통은 동축으로 조립될 수 있고 액체 고분자는 캐스팅 원통의 내부 표면과 마스크 원통의 외부 표면 사이의 마스크 원통을 둘러싸는 공간에 삽입될 수 있다. 액체 고분자 경화 후에, 캐스팅 원통이 제거될 수 있다.
다른 양태에 따르면, 기판의 원하는 영역이 패턴화될 때까지, 패턴을 가지는 마스터 마스크를 사용하여 연속적으로 반복되는 기판 임프린팅에 의하여 기판이 패턴화될 수 있고, 상기 패턴은 기판보다 작은 면적을 가진다. 각각의 연속적인 임프린팅은 기판의 기존의 임프린팅된 부분의 일부와 중첩될 수 있다. 마스터 마스크로써 기판을 임프린팅하는 것은 (i) 고분자 전구체 액체 침적; (ii) 마스터 마스크와 기판 사이의 고분자 전구체 액체 압착; 및 (iii) 고분자 전구체 액체 경화를 포함할 수 있다. 결과적으로 생성된 기판은 복수의 임프린트를 가지는 패턴화 레이어를 가질 수 있고, 임프린트 사이의 각각의 경계는 또 다른 임프린트의 일부와 중첩되는 임프린트를 포함한다.
본 개시의 추가적인 양태는 리소그래피에서 사용하기 위한 원통형 마스크 제조에 사용될 수 있는 원통형 몰드를 기술한다. 구조화 다공성 레이어가 원통의 안쪽 표면 상에 침적될 수 있다. 복사선-민감성 재료는 레이어 중에 형성된 공극을 충전하기 위하여 다공성 레이어 위에 침적될 수 있다. 공극 중의 복사선-민감성 재료는 광원에 원통을 노출시켜 경화될 수 있다. 미경화 레지스트 및 다공성 레이어가 제거되어 원통의 안쪽 표면에 포스트를 남길 수 있다.
본 개시의 또 다른 양태는 제1 직경을 가지는 원통형 패턴화 구성요소 및 제2 직경을 가지는 희생 캐스팅 구성요소를 가지는 원통형 마스터 몰드 조립체를 포함한다. 더 작은 반경을 가지는 구성요소가 더 큰 반경을 가지는 구성요소의 안쪽에 동축으로 삽입될 수 있다. 패턴화 피처가 희생 캐스팅 구성요소와 대면하는 원통형 패턴화 구성요소의 안쪽 표면 상에 형성될 수 있다. 희생 캐스팅 구성요소는 캐스트 고분자가 경화되어 고분자 이형이 허용되면 제거될 수 있다.
도 1A-1C는 본 발명의 기재 및 청구항에서 사용되는 설명적 용어를 명확히 하는 것을 돕도록 표지된 일반적인 원통을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 캐스트의 내부에 조립된 마스크 원통을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 마스크 제작 방법의 흐름도이다.
도 4A-4D는 본 발명의 실시예에 따른 조립 장치를 도해한다.
도 5A-5D는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 마스크 제작 방법을 나타내는 공정흐름도이다.
도 6A-6H는 본 발명의 실시예에 따른 유연성 외부 레이어로서 고분자의 다중 레이어를 가지는 원통형 마스크 제작 방법을 나타내는 공정흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 원통형 마스크를 사용하여 롤링 마스크 나노리소그래피를 이용하는 패턴 프린팅의 예를 도해하는 개략도이다.
도 8A는 본 개시의 양태에 따른 내부에 동축으로 삽입된 희생 캐스팅 구성요소와 함께 원통형 패턴화 구성요소를 포함하는 원통형 마스터 몰드 조립체의 부감도이다.
도 8B는 도 2A에 나타나는 원통형 마스터 몰드 조립체의 투시도이다.
도 9는 본 개시의 양태에 따른, 원통형 마스터 몰드 조립체로써 원통형 마스크를 형성하는 발명을 설명하는 지시의 블록도이다.
도 10A는 본 개시의 양태에 따른 내부에 동축으로 삽입된 원통형 패턴화 구성요소와 함께 희생 캐스팅 구성요소를 포함하는 원통형 마스터 몰드 조립체의 부감도이다.
도 10B는 도 4A에 나타나는 원통형 마스터 몰드 조립체의 투시도이다.
도 10C-10E는 본 개시의 양태에 따라 원통형 마스크가 어떻게 원통형 패턴화 구성요소로부터 제거될 수 있는지를 나타낸다.
도 11는 본 개시의 양태에 따른 원통형 마스터 몰드 조립체로써 원통형 마스크를 형성하는 방법을 설명하는 지시의 블록도이다.
도 12A-12C는 본 개시의 양태에 따른 가스 리테이너가 탄성체 원통과 강성 투명 원통 사이에 형성되는 원통형 마스크를 나타낸다.
도 13A는 본 발명의 실시예에 따른 마스터 마스크를 나타낸다.
도 13B는 본 발명의 실시예에 따른 대면적 기판 패턴화에 사용되는 마스터 마스크를 나타낸다.
도 13C는 본 발명의 실시예에 따른 마스터 마스크를 나타낸다.
도 13D-13E는 본 발명의 실시예에 따른 결과적으로 생성된 패턴화 기판의 현미경사진을 나타낸다.
도 14A-14G는 본 발명의 실시예에 따른 대면적 기판 임프린팅의 공정 흐름을 나타낸다.
도 15A-15C는 본 발명의 실시예에 따른 패턴화 대면적 기판의 예를 나타낸다.
도 16은 본 개시의 양태에 따른 안쪽 표면으로부터 연장된 돌출부를 가지는 원통 마스터 몰드의 부감도이다.
도 17A-17G는 본 개시의 양태에 따른 마스터 몰드 형성 공정을 나타내는 개략도이다.
도 18A-18D는 에피택셜 시드 레이어를 활용하는 본 개시의 추가적인 양태에 따른 마스터 몰드 형성 공정을 나타내는 개략도이다.
도 19A, 19B, 19B' 및 19C'은 마스터 몰드의 안쪽에 형성된 자기조립된 단량체를 활용하는 본 개시의 추가적인 양태에 따른 마스터 몰드 형성 공정을 나타내는 개략도이다.
도 20A, 20B, 20B' 및 20C는 마스터 몰드의 바깥쪽 표면 상에 형성된 자기조립된 단량체를 활용하는 본 개시의 추가적인 양태에 따른 마스터 몰드 형성 공정을 나타내는 개략도이다.
도 21A-21G는 본 개시의 다양한 양태에 따른 롤링된 라미네이트를 사용하는 독립적인 마스크 제조의 공정 흐름을 나타내는 개략도이다.
도 22A는 본 개시의 다양한 양태에 따른 원통형 마스크 제조에 사용되는 롤링된 라미네이트를 가지는 원통형 마스터 몰드 조립체의 부감도이다.
도 22B는 도 22A에 나타나는 원통형 마스터 몰드 조립체의 투시도이다.
도 23은 본 개시의 다양한 양태에 따른 롤링된 라미네이트를 사용하는 원통형 고분자 마스크 제작 방법을 나타내는 공정흐름도이다.
도 24A는 본 개시의 다양한 양태에 따른 다중레이어화 원통형 마스크 제조에 사용되는 원통형 마스터 몰드 조립체의 부감도이다.
도 24B는 도 24A에 나타나는 원통형 마스터 몰드 조립체의 부감도이다.
도 25는 본 개시의 다양한 양태에 따른 다중레이어화 원통형 고분자 마스크 제작 방법을 나타내는 공정흐름도이다.
상세한 설명
다음의 용어 정의는 본 개시의 설명 및 청구항에서 사용되는 설명적인 용어를 명확히 하고 이해를 돕도록 한다.
본 명세서에서 사용 시,
구성요소의 "맞은편 말단"은 도 1A에 나타나는 바와 같은 원통 또는 다른 축대칭 형상의 맞은편의 면을 지칭한다.
구성요소의 "외부 표면"은 도 1A 및 1B에 나타나는 바와 같은 원통 또는 다른 축대칭 형상의 측면 상의 바깥쪽 표면을 지칭한다.
구성요소의 "내부 표면"은 도 1B에 나타나는 바와 같은 중공 원통 또는 다른 축대칭 형상의 내부 측면 상의 안쪽 표면을 지칭한다.
구성요소의 "외반경/외직경"은 도 1A 및 1B에 나타나는 바와 같이 원통 또는 다른 축대칭 형상의 외부 표면의 반경/직경을 지칭한다. 구성요소의 외부 표면이 일정하지 않은 반경/직경을 가지는 형상, 예컨대 원뿔 또는 다른 축대칭 형상의 것일 경우, 외반경/외직경은, 이들이 외부 표면에 상응하는 한, 임의의 그러한 반경/직경을 지칭할 수 있다.
구성요소의 "내반경/내직경"은 도 1B에 나타나는 바와 같이 원통 또는 다른 축대칭 형상의 내부 표면의 반경/직경을 지칭한다. 구성요소의 내부 표면이 일정하지 않은 반경/직경을 가지는 형상, 예컨대 원뿔 또는 다른 축대칭 형상의 것일 경우, 내반경/내직경은, 이들이 내부 표면에 상응하는 한, 임의의 그러한 반경/직경을 지칭할 수 있다.
구성요소 "동축 조립"은 도 1C에 나타나는 바와 같이 동일한 축의 대칭성을 가지도록 구성요소를 조립함을 의미한다.
"마스크 원통" 또는 "마스킹 원통"은 원통형 마스크를 위한 원통형 기판을 지칭하고, 이의 외부 표면 상에 유연성 레이어가 형성된다.
"캐스트 원통" 또는 "캐스팅 원통"은 원통형으로 성형된 캐스트를 지칭한다.
I. 동축 구성요소를 사용하는 캐스팅
이 섹션 I의 개시의 양태는 회전가능 마스크 제조를 위한 방법 및 장치를 포함한다. 다른 다양한 방법 및 장치가 또한 이 섹션에 포함된다. 캐스팅/몰딩 공정 및 동축 캐스팅 구성요소가 회전가능 마스크의 유연성(compliant) 레이어 캐스팅에 사용될 수 있고, 이는 회전가능 마스크에서 이음매의 존재 최소화 또는 제거를 포함할 수 있는 이점을 제공할 수 있다. 이 섹션의 구현에 대한 다른 다양한 장점이 존재할 수 있다.
이 섹션 I이 응용 가능성을 가지고, 회전가능 마스크 제조를 위하여 동축 캐스팅 구성요소 및 조립체의 사용을 포함할 수 있는 그러한 임의의 섹션을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 본 기재의 나머지 섹션 II-VI의 다양한 양태에서 쉽게 구현될 수 있음이 또한 주목된다. 제한이 아니라 예로서, 이 섹션 I의 개시의 다양한 양태가, 회전가능 마스크의 제작을 위하여 희생 캐스팅 구성요소 및 동축으로 조립되는 구성요소의 사용을 포함하는 본 기재의 섹션 II의 구현에 쉽게 적용될 수 있다.
원통형 마스크를 제작하기 위하여, 고분자 재료가 원통형 마스크의 유연성 외부 레이어로서 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 무이음매 외부 레이어를 생성하기 위한 마스크 원통의 외부 표면 상의 고분자 캐스팅에 의하여 유연성 외부 레이어를 형성하기 위하여 캐스팅 공정이 이용될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 캐스팅 공정은 캐스팅 원통과 마스크 원통의 동축 조립 및 마스크 원통 주위의 캐스트 중의 공간에 액체 고분자 삽입을 포함할 수 있다. 이후 고분자가 경화되고 캐스팅 원통이 제거되어 다양한 소자 제작에 사용될 수 있는 무이음매 원통형 마스크가 생성된다. 원통형 마스크의 고분자 레이어는, 예를 들어 롤-투-롤 리소그래피, 롤-투-플레이트 리소그래피 등에 의하여 기판에 반복적으로 전사될 수 있는 마스크 패턴이 생성되도록 패턴화될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 원통형 마스크 제작 방법은 캐스팅 원통과 마스크 원통의 동축 조립, 캐스팅 및 마스크 원통 사이의 공간에 액체 고분자 삽입, 고분자 경화, 및 캐스팅 원통 제거를 포함할 수 있다. 상기 방법은 고분자 패턴화를 추가로 포함할 수 있고, 이는 캐스팅 원통 제거 후의 추가적 단계일 수 있거나, 고분자가 원통의 표면과 접촉할 때 패턴이 고분자에 전사되도록 표면 상에 패턴을 가지는 원통 사용에 의하여 제작 공정에 통합될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 마스크 원통 주위의 캐스팅 원통 조립은 원통형 마스크의 제작 동안 마스크 및 캐스팅 원통을 제자리에 고정시키는 조립 장치의 사용을 포함할 수 있다. 조립 장치는 캐스팅 공정 동안 원통의 동축 정렬을 유지하도록 설계되어, 원통형 마스크의 외부 유연성 레이어에 상응하는 마스크 원통 주위의 균일한 두께의 원통형 공간이 생성될 수 있다. 고정물(fixture)은 원통이 고정물로써 조립되는 동안 액체 고분자 재료가 이 공간으로 삽입되는 것을 허용하도록 설계될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 제작 공정에서 원통의 동축 정렬을 유지하기 위하여 사용되는 조립 장치는 한 세트의 플레이트를 포함할 수 있고, 플레이트는 핀에 의하여 원통의 맞은편 말단에 함께 고정된다. 플레이트는 원통의 측면에 정렬된 홈(groove), 또는 원통의 정렬을 제자리에 고정시키기 위한 다른 수단을 포함할 수 있다. 플레이트 중 하나는 액체 고분자가 통과하여 원통형 마스크의 외부 유연성 레이어에 상응하는 공간으로 흐르도록 하는 홀 또는 다른 수단을 가질 수 있다.
캐스팅 고정물은 해체에 의하여 제거될 수 있다. 예를 들어, 원통 사이의 고분자가 경화된 후, 고분자에 심한 손상이 없이 또는 소량의 캐스팅 원통 재료를 남기지 않고, 캐스팅 원통을 바깥쪽 표면으로부터 튜브 경화된 고분자에 이르기까지 세로로 절단하여 캐스팅 원통이 둘 이상의 섹션으로 분리될 수 있다. 절단은 톱, 화학적 식각, 또는 레이저에 의하여 이루어질 수 있다. 캐스팅 원통의 섹션은 이후 경화된 고분자로부터 그리고 서로 분리될 수 있다.
본 발명의 실시예는 다양한 소자의 제작을 위한 기판으로의 반복가능한 마스크 패턴 전사를 위하여 이상적인 두께 및 평탄성을 갖는 균일한 무이음매 외부 레이어를 가지는 패턴화 원통형 마스크를 생성할 수 있다.
이제 도 2로 돌아가면, 캐스팅 원통 204에 의하여 둘러싸인 마스크 원통 202의 조립체 200이 본 발명의 실시예에 따라 나타난다. 원통 202 및 204는 동축으로 조립되어 이들의 축 206이 정렬되고, 이에 의하여 마스크 원통 주위의 균일한 두께의 원통형 영역 208이 생성되며, 이는 원통형 마스크의 외부 고분자 레이어의 형상을 한정할 수 있다. 원통 202 및 204는 조립 장치(도시되지 않음)를 사용하여 제자리에 고정될 수 있는데, 조립 장치는 축을 정렬시키고, 예컨대 고분자를 장치의 개구 또는 홀을 통하여 부어 액체 고분자가 조립체의 원통형 영역 208에 삽입되도록 허용한다. 고분자 전구체는 원통 202 및 204 사이의 공간 208에 삽입될 수 있다. 고분자 전구체는 액체 또는 반액체 형태의 단량체, 고분자, 부분 가교된 고분자, 또는 이들의 임의의 혼합물의 형태일 수 있다. 고분자 전구체는 경화되어 원통형 마스크의 외부 고분자 레이어가 형성될 수 있다. 고분자는 다양한 방식으로 마스크 패턴을 사용하여 패턴화될 수 있다. 예를 들어, 캐스팅 원통 204의 내부 표면이 마스크 패턴을 포함할 수 있고 따라서 고분자 재료의 외부 표면이 캐스팅 원통 204의 내부 표면 상의 패턴에 일치한다. 또 다른 예로서, 마스크 원통 202의 외부 표면이 마스크 패턴을 포함할 수 있고 따라서 고분자가 마스크 원통 상에 형성된 후 이 패턴이 고분자 내부 표면에 전사된다. 또 다른 예로서, 고분자 재료가 후속 제작 단계 및 캐스팅 원통 204의 제거 후 다양한 리소그래피 방법을 이용한 고분자의 외부 표면 패턴화에 의하여 패턴화될 수 있다. 또 다른 예로서, 패턴은 상기한 것의 일부 조합에 의하여 또한 패턴화될 수 있다.
도 3으로 돌아가면, 무이음매 원통형 마스크 제작의 흐름도가 본 발명의 실시예에 따라 나타난다. 원통형 마스크 300 제작은 302에 지시된 바와 같이 원통 동축 조립을 포함할 수 있고, 이는 캐스팅 원통 및 마스크 원통 양자 모두의 축이 동일하도록 캐스팅 원통과 마스크 원통을 조립하는 것을 포함할 수 있다. 캐스팅 원통은 원통들 사이에 공간이 남도록 마스크 원통의 외직경보다 더 큰 내직경을 가지는 중공 원통일 수 있다. 이러한 직경 차이는 마스크의 외부 유연성 레이어의 두께를 한정할 수 있고, 따라서 D 캐스트 가 캐스팅 원통의 내직경이고 D 마스크 가 마스크 원통의 외직경인 경우, 원통형 마스크의 유연성 레이어의 두께 T는
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, 또는 직경 차이의 절반일 것이다. 두께 T는 상기 식에 상응하는 요구되는 직경을 가지는 원통 사용에 의하여 다양한 응용분야의 특정 요건에 필요한 대로 선택될 수 있다. 제작 300은 마스크 원통의 외부 표면을 둘러싸는 캐스팅 원통 안의 공간으로의 304에 지시된 바와 같은 고분자 전구체 삽입을 또한 포함할 수 있다. 고분자 전구체 삽입은, 예를 들어, 조립된 원통 사이의 공간으로 조립된 원통의 상부를 통하여 액체 또는 반액체 고분자 전구체 재료를 부어 수행될 수 있다. 고분자 전구체 삽입은 고분자 전구체 재료가 원통 사이의 공간에 주입되는 한 다른 방식으로 수행될 수 있다. 바람직하게는, 고분자가 실질적으로 이 공간을 충전해야 한다. 원통형 마스크 300 제작 방법은 고분자 레이어를 형성하기 위하여 306에 지시된 바와 같은 고분자 전구체 경화를 또한 포함할 수 있다. 고분자 전구체 경화는 고분자 강화를 위하여 조립체에 UV 복사선, 열, 또는 다른 경화 처리를 적용하는 것을 포함할 수 있다. 고분자가 경화되면, 방법 300은 308에 지시된 바와 같은 캐스팅 원통 제거를 추가로 포함할 수 있고, 이는 경화된 고분자에 상응하는 유연성 외부 레이어를 가지는 원통형 마스크를 남긴다. 방법 300은 고분자 패턴화를 또한 포함할 수 있으며, 이는 예를 들어, 캐스트 제거 후 유연성 레이어의 외부 표면 패턴화에 의하여 또는 고분자 패턴화가 다른 제작 단계에 통합되도록 제작 공정에서 패턴화 원통을 사용하는 것에 의하여 성취될 수 있다.
비록 캐스팅 원통이 마스크 원통 외부 및 주위에 조립되는 것과 같이 나타나기는 하지만, 반대의 구성이 또한 가능함이 주목된다. 그러한 구현에서, 캐스팅 원통의 외부 표면이 패턴화될 수 있고, 캐스팅 원통이 제거될 때 캐스팅 원통의 외부 표면 상의 네거티브 패턴이 마스크 원통의 내부 표면 상의 고분자 재료에 전사될 것이다.
캐스팅 원통 제거가 다양한 방식으로 수행될 수 있음이 주목된다. 제한이 아니라 예로서, 캐스팅 원통은 톱, 레이저, 습식 또는 건식 식각, 또는 다른 수단을 이용하여 절단될 수 있다. 캐스팅 원통 절단 시에, 아래의 고분자 레이어를 손상시키지 않도록 주의해야 한다. 레이저가 캐스팅 원통 절단에 이용될 경우, 특수 레이어가 식각 정지 레이어로서 작용하도록 캐스팅 원통의 내부 표면 상에 침적될 수 있고, 이 레이어는 캐스팅 원통 재료 절단에 사용되는 빛에 대하여 반사성이어야 한다. 절단은 추후에 고분자 표면으로부터 캐스팅 원통을 벗기기 쉽게 만들기 위하여 하나 이상의 절단선을 사용하여 수행될 수 있다. 캐스팅 원통이 절단되면, 이는 고분자 표면으로부터 기계적으로 벗겨질 수 있다. 제한이 아니라 예로서, 캐스팅 원통은 안의 고분자 또는 마스크 원통을 식각하지 않는 식각 화학물질을 사용하여 화학적으로 식각될 수 있다. 제한이 아니라 예로서, 캐스팅 원통은 경화 후 캐스팅 원통이 고분자 표면으로부터 미끄러질 수 있도록 조립 전에 저마찰 코팅 또는 다른 이형 코팅으로 처리될 수 있다. 제한이 아니라 예로서, 캐스팅 원통의 열팽창계수가 고분자의 열팽창계수보다 클 경우, 캐스팅 원통이 팽창하고 미끄러지도록 가열될 수 있다 (고분자가 그러한 온도를 견딜 수 있을 경우). 제한이 아니라 예로서, 캐스팅 원통은 고분자 경화 후에 용해될 수 있는 균일 코팅으로 처리될 수 있고, 캐스팅 원통이 고분자 표면으로부터 미끄러질 수 있다. 캐스팅 원통은 또한 다른 수단에 의하여 제거될 수 있고, 그러한 다른 제거 수단은 본 발명의 범위 내에 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 청구항에 명백하게 언급되지 않으면 임의의 특정한 제거 방법으로 한정되지 않는다.
도 4로 돌아가면, 본 발명의 실시예에 따른 조립 장치의 예의 세부가 나타난다. 도 4A에서, 본 발명의 실시예에 따른 무이음매 원통형 마스크 제작에 사용될 수 있는 전체 조립 장치 400이 나타난다. 장치 400은 핀 406에 의하여 함께 고정된 플레이트 402를 포함할 수 있다. 플레이트 402는 원통의 맞은편 말단에 함께 고정될 수 있고 (도시되지 않음), 핀 406은 바람직하게는 원통의 축과 일렬로 있다. 예로서, 제1 플레이트 402a가 조립 동안 상부 플레이트로서 배향될 수 있고 제2 플레이트 402b가 하부 플레이트로서 배향될 수 있다. 제1 플레이트 402a는 고분자가 통과하여 원통 사이의 공간에 부어질 수 있도록 허용하는 홀을 추가로 포함할 수 있다. 플레이트는 이를 제자리에 고정하는 것을 용이하기 하기 위한, 마스크 원통 및 캐스팅 원통의 측벽의 위치에 정렬하는 홈 410을 또한 포함할 수 있다.
도 4C는 본 발명의 실시예에 따른 제1 플레이트 402a의 평면도를 나타낸다. 홀 408의 위치는 마스크 원통을 둘러싸는 캐스팅 원통의 내부의 공간에 상응할 수 있다. 도 4C에 나타나는 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 원통형 마스크의 제작 동안 제1 홈 410a는 마스크 원통 412와 정렬될 수 있고 제2 홈 410b는 캐스팅 원통 414와 정렬될 수 있다. 도 4B-4C에 나타나는 실시예에서, 고분자 전구체 416을 두 원통 사이의 공간에 붓는 것을 더욱 용이하게 하기 위하여, 마스크 원통 412 및 캐스팅 원통 414의 표면이 세워질 홈 410a 및 410b 사이에 홀 408이 위치되는 것을 볼 수 있다. 고분자 전구체 416이 조립 장치를 통하여 삽입되도록 허용하는 홀 408이 임의의 다양한 형상, 패턴, 홀의 수 등으로 설계될 수 있고, 도 4C에 나타나는 홀은 단지 예시의 목적으로 제공됨이 주목된다. 비록 원형 플레이트가 일반적으로 나타나지만, 다른 형상이 사용될 수 있고, 도면에 나타나는 플레이트는 단지 예시의 목적을 위한 것임이 또한 주목된다.
도 4D는 본 발명의 실시예에 따른 플레이트 402의 측면도를 나타낸다. 플레이트 402는 장치 400이 원통형 마스크의 제작 동안 원통을 제자리에 고정시킬 수 있도록 하기 위한 홈 410을 포함할 수 있다. 플레이트 402는 본 발명의 실시예에서 원통형 마스크의 제작 동안 마스크 원통과 정렬하는 제1 홈 410a 및 캐스팅 원통과 정렬하는 제2 홈 410b를 포함할 수 있다. 홈 410은 원통형 마스크 제작에 사용되는 원통에 따라 임의의 다양한 형상 및 패턴으로 설계될 수 있고, 도면에 나타나는 홈은 단지 설명의 목적으로만 제공됨이 주목된다. 제1 플레이트 402a 및 제2 플레이트 402b 양자 모두가 도 4A-4D에 나타나는 바와 같이 원통의 정렬을 제자리에 고정하기 위한 홈을 가질 수 있음이 또한 주목된다.
도 5A-5D로 돌아가면, 원통형 마스크 제작의 공정 흐름이 본 발명의 실시예에 따라 나타난다. 도 5A에서, 원통을 제자리에 고정하고 중심축을 정렬시키는 조립 장치를 사용하여 캐스팅 원통 504가 마스크 원통 502 주위에 동축으로 조립되어 조립체 506을 생성한다. 도 5A에서, 고정물은 제1 플레이트 508a, 제2 플레이트 508b, 및 원통의 맞은편 말단 502 및 504에 이들을 서로 고정시키기 위하여 플레이트 508에 덧붙여질 수 있는 핀 510를 포함한다. 원통 502 및 504는, 예를 들어, 유리, 금속, 고분자, 또는 다른 재료를 포함하는 다양한 재료로 만들어질 수 있다.
마스크 원통, 502는 바람직하게는 UV 또는 원통 마스크에 이용되는 포토리소그래피 공정에서 사용되는 다른 복사선에 대하여 투명한 재료로 만들어진다. 마스크 원통 502를 위한 재료의 예는 용융 실리카를 포함한다. 캐스팅 원통 504는 바람직하게는, 예를 들어 위에 기재된 바와 같이, 성공적인 캐스팅을 위하여 치수적으로 안정하고 또한 제거 공정을 받아들일 수 있는 재료로 만들어진다. 캐스팅 원통은 UV 또는 다른 복사선에 대하여 투명할 수 있지만, 모든 실시예에서 그렇게 구성될 필요는 없다.
캐스팅 원통 504의 내부 표면은, 도 5에 나타나는 캐스팅 공정 동안 고분자가 패턴화되도록, 원통형 마스크의 유연성 레이어의 외부 표면에 요망되는 패턴에 상응하는 마스크 패턴을 포함할 수 있다. 유사하게, 마스크 원통 502의 외부 표면은 원통형 마스크의 유연성 레이어의 내부 표면에 대한 마스크 패턴을 포함할 수 있다. 대안으로, 원통 502 및 504의 표면은 패턴을 가지지 않을 수 있고, 고분자의 외부 표면은 유연성 레이어가 형성된 후 다양한 리소그래피 방법에 의하여 패턴화될 수 있다. 도 5B에서, 액체 고분자 512는 원통들 사이, 캐스팅 원통 504의 내부 표면과 마스크 원통 502의 외부 표면 사이의 공간에 삽입된다. 예로서, 고분자 전구체 512 삽입은 상부 플레이트 508a에 남겨진 개구 514를 통하여, 고정물을 통하여 마스크 원통을 둘러싸는 캐스팅 원통의 내부 공간에 조립체 506의 상부에서 고분자 전구체를 부어 달성될 수 있다. 도 5C에서, 고분자는 조립체 506에 예를 들어 UV 복사선, 열처리, 또는 다른 경화 수단 516을 적용하여 경화된다. 도 5D에서, 캐스팅 원통 504가 경화된 고분자 518로부터 제거되고, 이는 유연성 외부 레이어로서 경화된 고분자 518과 함께 원통형 마스크 520을 남긴다. 패턴화 원통이 제작 공정에서 사용되지 않을 경우, 도 5의 공정은 캐스팅 원통 504 제거 후 원하는 마스크 패턴으로써 유연성 외부 레이어 518의 외부 표면을 패턴화하는 것을 추가로 포함할 수 있다 .
원통형 마스크가 기판에 패턴을 전사하기 위하여 사용될 수 있도록, 패턴이 고분자의 표면 상에, 바람직하게는 접촉 리소그래피를 위하여 외부 표면 상에 형성되어야 함이 주목된다. 본 발명의 실시예에서, 고분자의 외부 표면은 다양한 수단에 의하여 패턴화될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 마스크 패턴이 액체 고분자로 캐스트를 충전하기 전에 캐스팅 원통의 내부 표면에 적용될 수 있고, 따라서 마스크 원통 상에서 캐스팅 동안 마스크 패턴이 고분자의 외부 표면에 전사된다. 다른 실시예에서, 고분자의 외부 표면은 캐스팅 원통의 제거 후에 패턴화될 수 있다. 선택된 패턴화 방법에 관계없이, 이러한 패턴이 또한 무이음매이도록 마스크 패턴 형성 시에 스티칭 에러(stitching error)를 피하기 위하여 주의해야 한다. 따라서, 본 발명의 실시예의 원통형 마스크가 무이음매 유연성 레이어뿐만 아니라, 유연성 레이어의 표면 상의 무이음매 패턴을 또한 포함하는 것이 바람직하다.
캐스팅 원통의 내부 표면 또는 마스크 원통의 외부 표면 패턴화가 본 발명의 실시예에 따른 다양한 기술을 이용하여 수행될 수 있음이 주목된다. 예를 들어, 전체 개시가 본 명세서에 참조로 포함되는 2012년 5월 2일 자 출원의 일반양도되고, 동시계류 중인 출원번호 제61/641,650호, (대리인 사건 번호 RO-014-PR) 및 본 기재의 섹션 III에 기재되는 바와 같이, 원통의 내부 또는 외부 표면이 이를 더 작은 마스터 마스크로 연속적으로 임프린팅하여 패턴화될 수 있다. 또 다른 예로서, 원통 표면은 나노임프린트 리소그래피, 나노접촉 프린팅, 포토리소그래피 등을 포함하는 임의의 다양한 공지 기술을 이용하여 패턴화될 수 있다. 또 다른 예로서, 원통 표면은 양극산화(anodization) 공정을 이용하여 패턴화될 수 있다. 이는, 예를 들어, 알루미늄으로 만들어진 캐스팅 원통을 사용하여 성취될 수 있다. 양극산화를 위한 알루미늄 표면은 대안으로, 예를 들어, 원통의 표면 상에 알루미늄 레이어를 침적시켜 제공될 수 있다. 나노다공성 표면이 이후 양극산화 공정을 이용하여 알루미늄 표면 상에 생성될 수 있다. 또 다른 예로서, 내부 표면 패턴화는 나노입자 또는 나노구의 자기조립에 의하여 수행될 수 있다. 나노입자 또는 나노구가 침지법, 분사법, 또는 다른 방법을 이용하여 현탁액으로부터 침적될 수 있다. 건조 시에, 원통 재료가 식각 마스크로서 이들 나노입자 또는 나노구를 사용하여 식각될 수 있고, 이후 그러한 식각 마스크는 제거 또는 식각된다.
캐스팅 원통의 제거 후 원통형 마스크의 외부 표면 상의 고분자 패턴화가 본 발명의 실시예에 따라 다양한 기술을 이용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 앞서 언급된 일반양도되고, 동시계류 중인 출원번호 제61/641,650호, (대리인 사건 번호 RO-014-PR) 및 본 기재의 섹션 III에 기재되는 바와 같이, 고분자의 외부 표면이 이를 더 작은 마스터 마스크로 연속적으로 임프린팅하여 패턴화될 수 있다. 또 다른 예로서, 고분자의 외부 표면은 나노임프린트 리소그래피, 나노접촉 프린팅, 포토리소그래피, 나노구 리소그래피, 자기조립, 간섭 리소그래피, 양극성 알루미늄 산화 등을 포함하는 임의의 다양한 공지 기술을 이용하여 패턴화될 수 있다.
원통형 마스크의 유연성 레이어가 단일 고분자 레이어에 제한되지 않고, 여러 상이한 특성을 가지는 고분자의 다중 레이어를 포함할 수 있음이 또한 주목된다. 본 발명의 실시예는 원통형 마스크의 유연성 외부 레이어를 위한 2 레이어 고분자 형성을 포함할 수 있다. 2 레이어 고분자의 최외곽 레이어는 더 연질인 최내곽 고분자 레이어보다 더 높은 내구성을 가지는 더 경질인 레이어일 수 있고, 이에 의하여 단지 연질 고분자 레이어로써 수행된 것보다 더 높은 해상도 또는 더 높은 종횡비의 나노구조 패턴화를 허용한다. 캐스팅 원통의 내부 표면은 제작의 마지막에서 최외곽 고분자 레이어로부터 이를 제거하기 용이하도록 이형 코팅으로 사전처리될 수 있다. 2 레이어 고분자 형성은 캐스팅 원통의 내부 패턴화 표면 상의 최외곽 레이어의 액체 고분자 침적을 포함할 수 있다. 2-레이어 고분자에 있어서, 단일 레이어 완충 재료와 동일한 방식으로, (캐스팅 원통 내부에서의 패턴화 대신) 외부 표면이 캐스팅 원통의 제거 후 패턴화될 수 있다. 경질 고분자 레이어가 이후 예를 들어, 열처리, UV 복사선, 또는 다른 수단에 의하여 경화될 수 있다. 경화 후에, 이러한 경질 고분자 레이어의 내부 표면이 다른 연질 최내곽 고분자 레이어로의 접착을 촉진하도록 표면 처리될 수 있다. 표면 처리는, 예를 들어, 플라스마 처리, 코로나 방전, 접착 코팅의 침적, 또는 다른 수단에 의하여 수행될 수 있다. 연질 최내곽 고분자 레이어는 이후 단일 레이어 고분자에 대하여 위에 기재된 것과 동일한 방식으로 형성될 수 있다. 이전에 제조된 고분자 레이어의 외부 표면 상에 새로운 고분자 레이어를 캐스팅하여 본 명세서에 기재된 캐스팅 공정을 연속적으로 반복하여 다중레이어화 원통형 마스크가 형성될 수 있음이 또한 주목된다. 이러한 경우에, 이전에 제조된 고분자 레이어의 외부 표면과 새로운 캐스팅 원통의 내부 표면 사이의 새로운 고분자 레이어를 위한 공간을 남기기 위하여, 매번 이전의 캐스팅 원통이 제거된 후에 더 큰 캐스팅 원통이 사용되어야 한다.
둘 이상의 고분자 레이어를 사용하는 실시예에서 기존 패턴을 피복하는 재료 및 기존 패턴 양자 모두의 광학 지수(optical index)가 일치된 지수인 것이 바람직하다. 또한, 결과적으로 생성된 마스크를 사용하는 포토리소그래피 툴이 증가하는 직경을 가지는 마스크에 맞춰지도록 구성되는 것이 바람직하다.
도 6으로 돌아가면, 외부 유연성 레이어로서 2-레이어 고분자를 가지는 원통형 마스크 형성을 위한 더욱 상세한 공정 흐름이 본 발명의 실시예에 따라 나타난다. 예로서, 2 레이어 고분자인 유연성 외부 레이어를 가지는 원통형 마스크 제작이 도 6A에 나타나는 바와 같은 캐스팅 원통 602의 내부 표면 패턴화를 포함할 수 있다. 패턴화 내부 표면은 이후 도 6B에 나타나는 바와 같이, 최외곽 고분자 레이어의 외부 표면으로부터 추후의 캐스팅 원통 이형을 용이하게 하기 위하여 이형 코팅 604으로 처리될 수 있다. 도 6C에서, 액체 고분자 재료 606이 캐스팅 원통의 내부 표면 상에 침착되어 다중레이어화 유연성 외부 라미네이트의 최외곽 레이어가 형성된다.
고분자는 임의의 다수의 공지 방법에 따라 침착될 수 있다. 제한이 아니라 예로서, 고분자는 침지, 초음파 분사, 마이크로젯 또는 잉크젯 유형 디스펜싱, 및 가능하다면 스피닝과 조합된 침지에 의하여 침착될 수 있다.
고분자 재료 606은 바람직하게는 경질 고분자, 예컨대 Truong, T. T., et al, Soft Lithography Using Acryloxy Perfluoropolyether Composite Stamps. Langmuir 2007, 23, (5), 2898-2905에 기재된 것과 같은 h-PDMS일 수 있고, 상기 문헌의 개시는 본 명세서에 참조로 포함된다. 더욱 내구성인 외부 레이어 사용이 원통형 마스크의 외부 라미네이트로서 고분자의 단일 레이어를 사용하여 수행될 수 있는 것보다 더 큰 분해능 또는 더 큰 종횡비 나노구조의 패턴화를 허용할 수 있다. 도 6D에서, 최외곽 고분자 레이어 606은 UV 복사선, 열처리, 또는 다른 경화 수단 608a에 의하여 경화된다. 도 6E에서, 경화에 이어, 예를 들어 플라스마 처리, 코로나 방전, 접착 코팅의 침착, 또는 다른 수단에 의하여 고분자 레이어 사이의 접착을 촉진시키기 위한 외부 고분자 레이어 606의 내부 표면의 표면 처리가 될 수 있다. 도 6F에서, 내부 표면에 외부 고분자 레이어 606을 가지는 캐스팅 원통 602가 핀 614에 의하여 원통 602 및 610의 맞은편 말단에 서로 고정된 플레이트 612를 가지는 조립 장치를 사용하여 마스크 원통 610 주위에 조립된다. 도 6G에서, 액체 고분자 618이 장치의 상부 플레이트 612a에서 홀 또는 개구 620을 통하여 이를 부어 캐스팅 원통에 삽입된다. 액체 고분자 618은 외부 고분자 레이어보다 연질일 수 있는 내부 고분자 레이어에 상응할 수 있고, 액체 고분자 618은 캐스팅 원통 602의 내부 표면과 마스크 원통의 외부 표면 사이, 더욱 구체적으로 외부 고분자 레이어의 내부 표면과 마스크 원통의 외부 표면 사이의 공간에 삽입된다. 도 6H에서, 내부 고분자 레이어 618은 UV 복사선, 열, 또는 다른 수단일 수 있는 경화 수단 608b를 조립체 616에 적용하여 경화된다. 도 6I에서, 캐스팅 원통 602가 제거되어, 마스크 원통 610의 외부 표면 상에 내부 고분자 레이어 618 및 외부 고분자 레이어 606를 포함하는 유연성 외부 레이어를 가지는 원통형 마스크 622가 남는다. 원통형 마스크 622는 도 6A의 단계에서 캐스팅 원통의 내부 표면 602에 도포되는 마스크 패턴에 상응하는 패턴화 외부 표면을 가진다.
고분자 레이어(들)의 두께가 다양한 응용분야의 특정 요건에 따라 변할 수 있음이 또한 주목된다. 고분자 레이어(들)의 두께는 바람직하게는 약 0.5 mm - 5 mm의 범위일 수 있지만 이 범위일 필요는 없다. 2-레이어 고분자가 사용되는 경우에, 연질 최내곽 레이어는 상대적으로 더 두꺼울 수 있고, 예를 들어 약 0.5 - 5 mm의 범위이고, 경질 최외곽 패턴화 레이어는 상대적으로 더 얇을 수 있고, 예를 들어 약 0.5 - 10 μm의 범위이다.
원통형 마스크 제작에 사용되는 고분자는, 예를 들어, 폴리디메틸실록산 (PDMS) 재료, 예컨대 Dow Corning®의 Sylgard® 184, h-PDMS ("하드" PDMS), 소프트-PDMS 겔 등일 수 있음이 또한 주목된다. 고분자의 두 레이어가 사용되는 경우에, 예를 들어 연질 내부 고분자는 소프트-PDMS 겔일 수 있고 외부 레이어는 Sylgard® 184일 수 있다. 또 다른 예로서, 내부 레이어는 Sylgard® 184일 수 있고 외부 레이어는 h-PDMS일 수 있다. 다양한 다른 탄성체 및 고분자 재료가 원통형 마스크 제작에 사용될 수 있고 본 발명의 범위 내에 있음이 주목된다. 사용될 수 있는 다른 가능한 고분자는 광학적 접착제, 예를 들어, 뉴저지, 크랜버리 소재의 Norland products로부터 입수 가능한 다수의 머캅토-에스테르계 접착제, 퍼플루오로폴리에테르, 또는 다른 UV 경화성 또는 열 경화성 고분자를 포함한다.
본 발명의 실시예에서 고분자 경화를 위하여 이용되는 수단은 경화되는 고분자의 유형, 사용되는 원통 재료, 및 다른 요인에 의존할 수 있음이 또한 주목된다. 예를 들어, 경화는 열적으로, UV 복사선을 사용하여, 또는 다른 수단으로 수행될 수 있다.
당해 분야의 숙련가가 본 발명의 교시로부터 벗어나지 않고 조립 장치의 설계 또는 원통의 정렬을 제자리에 유지시키는 방법에 대한 다양한 변형을 생각할 수 있음이 또한 주목된다.
본 발명이 다양한 기판 및 소자를 위한 다양한 상이한 패턴 형성에 이용될 수 있음이 또한 주목된다. 패턴은 여러 상이한 치수를 가지는 피처를 포함할 수 있고 바람직하게는 마이크로 또는 나노규모의 피처를 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 나노규모의 피처를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예는 "롤링 마스크" 나노리소그래피로 공지인 유형의 리소그래피와 함께 이용될 수 있다. "롤링 마스크" 근접장 나노리소그래피 시스템의 예가, 예를 들어, 일반양도된 국제특허공개번호 제WO2009094009호에 기재되고, 이는 본 명세서에 참조로 포함된다. 그러한 시스템의 예가 도 7에 나타난다. "롤링 마스크"는 광원 712을 포함하는 중공 원통 711 형상의 유리 (예를 들어 석영) 프레임 형태일 수 있다. 위에 기재된 바와 같은 원통 711의 외부 표면 상에 형성된 탄성체 필름 713은 기판 715 상에 형성될 원하는 패턴에 따라 제작되는 나노패턴 714를 가질 수 있다. 나노패턴 714는 위상변이 노출을 구현하도록 설계될 수 있고, 그러한 경우에 나노홈, 포스트 또는 컬럼의 배열로서 제작되고, 또는 임의적 형상의 피처를 포함할 수 있다.
제한이 아니라 예로서, 원통 711 상의 나노패턴 714는 약 50 나노미터의 선폭 및 약 200 나노미터 이상의 피치를 가지는 평행한 선 형태의 피처를 가질 수 있다. 일반적으로, 선폭은 약 1 나노미터 내지 약 500 나노미터의 범위일 수 있고 피치는 약 10 나노미터 내지 약 10 마이크론 범위일 수 있다. 비록 나노패턴 714가 규칙적으로 평행한 선의 형태인 예가 본 명세서에 기재되기는 하지만 나노패턴이 대안으로, 규칙적-형상 및 임의적-형상의 반점을 가지는, 규칙적으로 반복되는 2-차원 패턴일 수 있다. 더욱이, 패턴 피처(선 또는 임의적 형상)가 불규칙하게 이격될 수 있다.
원통 711 상의 나노패턴 714는 감광성 재료 716, 예컨대 기판 715 상에 코팅된 포토레지스트와 접촉된다. 감광성 재료 716은 광원 712로부터의 복사선에 노출되고 원통 711 상의 패턴 714는 나노패턴이 감광성 재료와 접촉하는 부위에서 감광성 재료 716에 전사된다. 나노패턴 714가 감광성 재료와 접촉한 채로 유지되도록 원통이 회전하면서 기판 715가 옮겨진다. 감광성 재료의 성질에 따라, 복사선에 노출되는 패턴 부분이 복사선과 반응하여 이들이 제거가능 또는 제거불가능하게 된다.
예로서, 감광성 재료가 포지티브 레지스트로 공지인 유형의 포토레지스트일 경우, 빛에 노출된 재료 부분은 현상액에 가용성이 되고 노출되지 않은 재료 부분은 현상액에 불용성으로 유지된다. 반대의 예로서, 감광성 재료가 네거티브 레지스트로 공지인 유형의 포토레지스트일 경우, 빛에 노출된 재료 부분은 현상액에 불용성이 되고 노출되지 않은 재료 부분은 포토레지스트에 의하여 용해된다.
특정한 본 발명의 실시예에서, 감광성 재료 716은 기판에 원통 711을 두 번 이상 통과시켜 노출될 수 있다. 피치 및 선폭 값이 충분히 작기 때문에, 한 번 통과로부터 유래한 노출의 선형 패턴이 서로 집결될 가능성이 없다. 그 결과, 한 번 통과로부터 유래한 선이 결국 이전 통과의 선 사이에 있을 가능성이 있다. 피치, 선폭, 및 통과 횟수의 신중한 선택에 의하여 결국 원통 711 상의 패턴 714 중의 선의 피치보다 작은 피치를 가지는 감광성 재료 716 중의 선 패턴이 되는 것이 가능하다.
고분자 패턴화 시에, 패턴에서 스티칭 에러를 피하기 위하여 주의해야 한다. 바람직하게는, 본 발명의 실시예에서 원통형 마스크의 제작이 또한 무이음매 고분자 레이어 상의 무이음매 패턴 패턴화를 또한 포함한다. 이는 원통형 마스크가 반복적으로 기판 패턴화에 사용될 때, 유연성 외부 레이어 자체가 무이음매이며, 유연성 레이어의 표면 상에 포함된 패턴이 또한 무이음매이므로, 기판에 이음매가 전달되는 것을 방지한다.
본 발명의 실시예가 축대칭이지만 원통형이 아닌 롤링 마스크, 예를 들어, 원뿔대 형상인 마스크의 제작에 적용될 수 있음이 또한 주목된다. 그러한 경우에, 마스크 요소 및 캐스트 요소가 하나 이상의 핀에 의하여 서로 고정되는 플레이트와 동축으로 정렬될 수 있다. 동축으로 정렬 시, 마스크 요소 및 캐스트 요소의 대면하는 표면은 실질적으로 균일한 두께의 공간이 그 사이에 한정되도록 유사한 형상 및 동일한 종횡비를 가질 수 있다.
II. 희생 구성요소를 사용하는 캐스팅
이 섹션 II의 개시의 양태는 희생 캐스팅 구성요소를 사용하여 회전가능 마스크를 제조하기 위한 방법 및 장치를 포함한다. 다른 다양한 방법 및 장치가 또한 이 섹션에 포함된다. 이 섹션의 양태에 따른 희생 캐스팅 구성요소는 회전가능 마스크를 위한 유연성 레이어를 캐스팅하기 위하여 패턴화 캐스팅 구성요소와 함께 사용될 수 있고, 이는 표면 상의 패턴을 손상시키지 않고 장래의 사용을 위하여 패턴화 캐스팅 구성요소를 유지시키는 것을 포함할 수 있는 이점을 제공할 수 있다. 이 섹션의 구현에 대한 다른 다양한 장점이 존재할 수 있다.
이 섹션 II가 응용 가능성을 가지고, 회전가능 마스크 제조를 위하여 동축 캐스팅 구성요소 및 조립체의 사용을 포함할 수 있는 그러한 임의의 섹션을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 본 기재의 나머지 섹션 I 및 III-VI의 다양한 양태에서 쉽게 구현될 수 있음이 또한 주목된다. 제한이 아니라 예로서, 이 섹션 II의 개시의 다양한 양태가 다중레이어화 회전가능 마스크의 제작을 위하여 동축으로 조립되는 구성요소를 사용하는 것을 포함하는 본 기재의 섹션 VI에서 쉽게 구현될 수 있다.
본 개시의 양태는 다양한 패턴화 구성요소 조립체 및 패턴화 구성요소 조립체를 사용한 "롤링 마스크" 리소그래피를 위한 근접장 광학 리소그래피 마스크 제작 방법을 설명한다. 롤링 마스크 리소그래피에서, 원통형 마스크는 위상변이 리소그래피 또는 플라즈몬 프린팅을 위한 마스크를 얻기 위하여 원하는 피처로써 패턴화된 고분자로 코팅된다. 고분자에 패턴화된 피처는 본 출원에 기재된 패턴화 구성요소 조립체의 사용을 통하여 패턴화될 수 있다. 패턴 구성요소는 크기가 약 1 나노미터 내지 약 100 마이크론, 바람직하게는 약 10 나노미터 내지 약 1 마이크론, 더욱 바람직하게는 약 50 나노미터 내지 약 500 나노미터 범위인 패턴화 피처를 포함할 수 있다. 원통형 마스크는 크기가 약 1 나노미터 내지 약 1000 나노미터, 바람직하게는 약 10 나노미터 내지 약 500 나노미터, 더욱 바람직하게는 약 50 나노미터 내지 약 200 나노미터 범위인 피처 프린팅에 사용될 수 있다.
본 개시의 제1 양태는 제1 직경을 가지는 원통형 패턴화 구성요소 및 제2 직경을 가지는 희생 캐스팅 구성요소로 이루어지는 원통형 마스터 몰드 조립체를 설명한다. 제2 직경은 제1 직경보다 작을 수 있다. 패턴화 피처는 원통형 패턴화 구성요소의 안쪽 표면 상에 형성될 수 있고, 희생 캐스팅 구성요소는 원통형 패턴화 구성요소의 안쪽에 동축으로 삽입될 수 있다. 고분자 재료가 이후 원통형 마스크를 형성하기 위하여 패턴화 구성요소와 희생 캐스팅 구성요소 사이의 갭을 채울 수 있다. 고분자가 경화되면 희생 캐스팅 구성요소가 제거될 수 있다. 특정한 본 개시의 양태에 따르면, 희생 캐스팅 구성요소는 원통형 마스크가 제거되도록 하기 위하여 파쇄될 수 있다. 추가적으로, 본 개시의 특정한 양태가 원통형 마스크가 제거되도록 하기 위하여 변형될 희생 캐스팅 구성요소를 또한 제공된다.
본 개시의 추가적인 양태에 따르면 원통형 마스터 몰드 조립체는 제1 직경을 가지는 원통형 패턴화 구성요소, 및 제2 직경을 가지는 희생 캐스팅 구성요소를 가질 수 있다. 제2 직경은 제1 직경보다 클 수 있다. 패턴화 구성요소는 바깥쪽 표면 상에 형성된 패턴화 피처를 가질 수 있다. 패턴화 구성요소는 희생 캐스팅 구성요소에 동축으로 삽입될 수 있다. 고분자는 이후 패턴화 구성요소와 희생 캐스팅 구성요소 사이의 갭을 채울 수 있다. 고분자가 경화되면, 희생 캐스팅 구성요소가 파괴되어, 패턴화 구성요소 상에 원통형 마스크가 남을 수 있다. 원통형 마스크는 이후 패턴화 구성요소로부터 벗겨질 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 원통형 마스크는 내부 반경을 가지는 원통형 탄성체 구성요소 및 외부 반경을 가지는 강성 투명 원통형 구성요소를 포함할 수 있다. 가스 리테이너(gas retainer)는 탄성체 구성요소의 내부 표면과 강성 투명 원통형 구성요소의 외부 표면 사이의 가스의 부피를 유지하도록 구성된다. 탄성체 구성요소는 메이저 표면에 형성된 나노패턴을 가지는 메이저 표면을 가진다. 강성 투명 구성요소의 외부 반경은 원통형 탄성체 구성요소 내에 맞는 크기로 된다.
일부 구현에서, 가스 리테이너가 두 봉합부를 포함할 수 있다. 각각의 봉합부는 가스의 부피의 상응하는 말단을 봉합한다. 그러한 봉합부는 O-링(O-ring) 또는 가스켓(gasket)의 형태일 수 있다.
일부 구현에서, 가스의 부피는 탄성체 구성요소의 메이저 표면과 강성 투명 원통형 구성요소의 메이저 표면 사이에 배치된 블래더(bladder)에 의하여 유지될 수 있다.
일부 구현에서, 나노패턴이 형성되는 원통형 탄성체 구성요소의 메이저 표면은 외부 원통형 표면이다.
저자들이 본 명세서에 참조로 포함되는 국제특허공개번호 제WO2009094009호에서 "롤링 마스크" 근접장 나노리소그래피 시스템을 설명했다. 실시예 중 하나가 도 7에 나타난다. "롤링 마스크"는 광원 712를 포함하는 중공 원통 711 형상의 유리 (예를 들어, 용융 실리카) 프레임으로 이루어진다. 탄성체 원통형 롤링 마스크 713은 원하는 패턴에 따라 제작된 나노패턴 714를 가지는 원통 711의 외부 표면에 적층된다. 롤링 마스크 713은 복사선-민감성 재료 716으로 코팅된 기판 715과 접촉된다.
나노패턴 714는 위상변이 노출을 구현하도록 설계될 수 있고, 그러한 경우에 나노홈, 포스트 또는 컬럼의 배열로서 제작되고, 또는 임의적 형상의 피처를 포함할 수 있다. 대안으로, 나노패턴은 플라즈몬 프린팅을 위한 나노금속 아일랜드의 배열 또는 패턴으로서 제작될 수 있다. 롤링 마스크 상의 나노패턴은 크기가 약 1 나노미터 내지 약 100 마이크론, 바람직하게는 약 10 나노미터 내지 약 1 마이크론, 더욱 바람직하게는 약 50 나노미터 내지 약 500 나노미터 범위인 피처를 가질 수 있다. 롤링 마스크는 크기가 약 1 나노미터 내지 약 1000 나노미터, 바람직하게는 약 10 나노미터 내지 약 500 나노미터, 더욱 바람직하게는 약 50 나노미터 내지 약 200 나노미터 범위인 피처 프린팅에 사용될 수 있다.
롤링 마스크 713 상의 나노패턴 714는 원통형 마스터 몰드 조립체의 사용으로써 제조될 수 있다. 본 개시의 양태는 원통형 마스터 몰드 조립체 및 롤링 마스크 713 상의 나노패턴 형성 방법을 설명한다.
도 8A는 마스터 몰드 조립체 800의 부감도이다. 마스터 몰드 조립체 800은 원통형 패턴화 구성요소 820 및 희생 캐스팅 구성요소 830을 포함한다. 원통형 패턴화 구성요소 820는 제1 반경 R 1 을 가질 수 있고 희생 캐스팅 구성요소 830은 제2 반경 R 2 를 가질 수 있다. 본 개시의 제1 양태에 따르면, R 1 은 희생 캐스팅 구성요소 830이 원통형 패턴화 구성요소 820의 안쪽에 동축으로 삽입되어 이들 사이의 공간 840을 가지도록 허용하기 위하여 R 2 보다 클 수 있다.
패턴화 구성요소 820은 광복사선, 예컨대 적외선, 가시광선, 및/또는 자외선 파장에 대하여 투명한 재료로 만들어질 수 있다. 제한이 아니라 예로서, 원통은 용융 실리카와 같은 유리일 수 있다. 용융 실리카는 반도체 제작 산업에서 통상적으로 "석영"으로 지칭됨이 주목된다. 비록 석영이 통상적인 용어이기는 하지만, "용융 실리카"가 더 좋은 용어이다. 엄밀히 말하면, 석영은 결정질이고 용융 실리카는 비정질이다. 도 8B에서 볼 수 있는 바와 같이, 패턴화 구성요소 820의 안쪽 표면은 원통형 마스크 713 상의 나노패턴 714를 형성하기 위하여 사용될 원하는 패턴 825로써 패턴화될 수 있다. 제한이 아니라 예로서, 패턴 825는 본 명세서에 그 전체가 참조로 포함되는 2013년 1월 31일 자 출원의 발명의 명칭이 "CYLINDRICAL MASTER MOLD AND METHOD OF FABRICATION"인 공동 소유된 미국특허출원번호 제13/756,348호(대리인 사건 번호 RO-018-US) 및 본 기재의 섹션 IV에 기재된 포토리소그래피 기술과 함께 구조화 다공성 마스크 또는 자기조립된 단일레이어 (self-assembled monolayer, SAM) 마스크를 사용하여 형성될 수 있다.
희생 캐스팅 구성요소 830은 나노패턴 714를 손상시키지 않고 원통형 롤링 마스크 713이 경화된 후 제거될 수 있어야 한다. 본 개시의 양태에 따르면, 희생 캐스팅 구성요소 830은 쉽게 파쇄될 수 있는 재료로 형성되는 얇은 벽의 원통일 수 있다. 제한이 아니라 예로서, 재료는 유리, 당, 또는 방향족 탄화수소 수지, 예컨대 PiccotexTM 또는 방향족 스타이렌 탄화수소 수지, 예컨대 PiccolasticTM일 수 있다. PiccotexTM 및 PiccolasticTM은 테네시, 킹스포트 소재의 Eastman Chemical Company의 상표이다. 제한이 아니라 예로서, 희생 캐스팅 구성요소 830은 대략 1 내지 10 mm 두께, 또는 그 안에 포함되는 임의의 두께 범위, 예를 들어, 2 내지 4 mm 두께일 수 있다. 원통형 마스크 713의 나노패턴 714는 희생 캐스팅 구성요소 830의 표면 상에 위치되지 않으므로, 나노패턴 714는 제거 동안 쉽게 손상되지 않는다. 본 개시의 추가적인 양태에 따르면, 희생 캐스팅 구성요소 830은 패턴화 구성요소 820 또는 원통형 마스크 713에 유해하지 않은 용매에 의하여 용해되는 재료로 만들어질 수 있다. 예로서, 적절한 용해가능 재료는 당에 기반하는 재료일 수 있고 용매는 물일 수 있다. 희생 캐스팅 구성요소 830을 파쇄하는 대신 용해시키는 것이 나노패턴 714에 대한 추가적인 보호를 제공할 수 있다.
또 다른 추가적인 본 개시의 양태에 따르면, 캐스팅 구성요소 830은 플라스틱 또는 알루미늄과 같은 가단성(malleable) 재료로 만들어진 얇은 벽의 봉합된 원통일 수 있다. 희생 캐스팅 구성요소 830을 파쇄하는 대신, 원통의 안쪽으로부터 공기를 탈기시키는 것에 의한 구성요소 붕괴에 의하여 봉합된 구성요소가 제거될 수 있다. 본 개시의 또 다른 양태에 따르면, 희생 캐스팅 구성요소 830은 탄성 재료로 만들어진 공기압 실린더일 수 있다. 공기압 실린더에 적절할 수 있는 탄성 재료의 예는 플라스틱, 폴리에틸렌, 델라웨어, 윌밍턴 소재의 E. I. du Pont de Nemours and Company의 등록상표인 Teflon®라는 제품명으로 판매되는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 몰딩 공정 동안, 희생 캐스팅 구성요소 830가 팽창되어 원통을 형성할 수 있고 원통형 마스크 713가 경화되면, 캐스팅 구성요소 830이 원통형 마스크를 손상시키지 않고 제거되도록 수축될 수 있다. 일부 구현에서, 그러한 공기압 실린더는, 예를 들어, 제조하기에 상대적으로 저렴한지 그리고 세척하기 용이한지 여부에 따라 다회용이거나 일회용일 수 있다.
도 9에서와 같이, 본 개시의 양태는 원통형 마스터 몰드 조립체 800을 사용하여 원통형 마스크 713을 형성할 수 있는 공정 900을 설명한다. 먼저, 960에서 희생 캐스팅 구성요소 830이 원통형 패턴화 구성요소 820에 동축으로 삽입될 수 있다. 이후, 961에서 희생 캐스팅 구성요소 830과 원통형 패턴화 구성요소 820 사이의 공간 840은 경화 시에 탄성체 재료를 형성하는 액체 전구체로 충전된다. 제한이 아니라 예로서, 재료는 폴리디메틸실록산(PDMS)일 수 있다.
다음, 962에서 액체 전구체가 경화되어 원통형 마스크 713 역할을 할 탄성체 재료가 형성된다. 예로서, 경화 공정은 광복사에 대한 노출을 필요로 할 수 있다. 희생 캐스팅 구성요소 830이 액체 전구체 경화에 요구되는 복사선의 파장에 대하여 투명할 경우, 복사원이 마스터 몰드 조립체 800 내에 동축으로 위치될 수 있다. 대안으로, 복사원이 마스터 몰드 조립체 800의 외부에 위치될 수 있고 원통형 패턴화 구성요소 820을 통하여 노출될 수 있다. 962에서, 원통형 마스크 713가 경화되면, 희생 캐스팅 구성요소 830이 제거될 수 있다. 제한이 아니라 예로서, 캐스팅 구성요소 830은 파쇄, 용해, 수축, 또는 붕괴에 의하여 제거될 수 있다.
도 10A는 본 개시의 추가적인 양태에 따른 원통형 마스터 몰드 조립체 1000의 부감도이다. 나타난 바와 같이, 원통형 패턴화 구성요소 1020은 제1 반경 R 1 을 가질 수 있고 희생 캐스팅 구성요소 1030은 R 1 보다 큰 제2 반경 R 2 을 가질 수 있다. 원통형 마스터 몰드 조립체 1000은 두 구성요소 사이에 빈 공간 1040을 남기며 희생 캐스팅 구성요소 1030의 안쪽에 원통형 패턴화 구성요소 1020를 동축으로 삽입하여 형성된다.
패턴화 구성요소 1020은 광복사선, 예컨대 적외선, 가시광선, 및/또는 자외선 파장에 대하여 투명한 재료로 만들어질 수 있다. 제한이 아니라 예로서, 원통은 석영과 같은 유리일 수 있다. 도 10B에서 투시도에 나타나는 바와 같이, 패턴 1025는 원통형 패턴화 구성요소 1020의 바깥쪽 표면 상에 형성된다. 제한이 아니라 예로서, 패턴 1025는 전자빔 직접 묘화, 극자외선 리소그래피, 나노구 리소그래피, 나노임프린트 리소그래피, 근접장 위상변이 리소그래피, 및 플라즈몬 리소그래피에 제한되지 않지만 이와 같은 나노리소그래피 기술의 이용을 통하여 형성될 수 있다.
희생 캐스팅 구성요소 1030은 나노패턴 714을 손상시키지 않고 원통형 롤링 마스크 713이 경화된 후 제거될 수 있다. 본 개시의 양태에 따르면, 희생 캐스팅 구성요소 1030은 쉽게 파쇄될 수 있는 재료로 형성되는 얇은 벽의 원통일 수 있다. 제한이 아니라 예로서, 재료는 유리일 수 있다. 원통형 마스크 713의 나노패턴 714는 희생 캐스팅 구성요소 1030의 표면 상에 위치되지 않으므로, 나노패턴 714는 제거 동안 쉽게 손상되지 않는다. 추가적인 본 개시의 양태에 따르면, 희생 캐스팅 구성요소 1030은 패턴화 구성요소 1020 또는 원통형 마스크 713에 유해하지 않은 용매에 의하여 용해되는 재료로 만들어질 수 있다. 예로서, 적절한 용해가능 재료는 당에 기반하는 재료일 수 있고 용매는 물일 수 있다. 희생 캐스팅 구성요소 1030을 파쇄하는 대신 용해시키는 것이 나노패턴 714에 대한 추가적인 보호를 제공할 수 있다.
희생 캐스팅 구성요소 1030이 제거된 후, 원통형 마스크 713이 도 10C에 나타나는 패턴화 구성요소 1020 상에 남는다. 패턴화 구성요소 1020으로부터 원통형 마스크 713를 제거하기 위하여 원통형 마스크 713이 그 자체에 대하여 뒤집혀 벗겨질 수 있다. 패턴화 구성요소 1020의 한 말단으로부터 시작하여, 나노패턴 714가 형성된 안쪽 표면이 드러나도록 패턴화 구성요소 1020의 축에 평행한 방향으로 원통형 마스크 자체가 뒤집혀 당겨진다. 도 10D는 원통형 마스크 713이 부분적으로 제거된 시점에서의 제거 공정을 나타낸다. 제거 공정 동안 그 자체를 뒤집어 접기 위하여, 원통형 마스크 713은 비교적 얇아야 하고, 예를 들어, 4 밀리미터 두께이거나 그보다 얇다. 그러므로, 제1 반경과 제2 반경 사이의 차이가 바람직하게는 4 밀리미터 이하여야 한다. 전체 원통형 마스크 713이 패턴화 구성요소 1020로부터 제거되면, 이는 도 10E에 나타나는 바와 같이 완전히 내부가 바깥으로 뒤집혀, 바깥쪽 표면 상의 나노패턴 714를 드러낼 것이다.
도 11에서와 같이, 본 개시의 양태는 원통형 마스터 몰드 조립체 1000을 사용하여 원통형 마스크 713을 형성할 수 있는 공정 1100을 설명한다. 먼저, 1160에서 원통형 패턴화 구성요소 1020이 희생 캐스팅 구성요소 1030에 동축으로 삽입된다. 이후, 1161에서 희생 캐스팅 구성요소 1030과 원통형 패턴화 구성요소 1020 사이의 공간 1040은 경화 시에 탄성체 재료를 형성하는 액체 전구체로 충전된다. 제한이 아니라 예로서, 재료는 폴리디메틸실록산(PDMS)일 수 있다.
다음, 1162에서 액체 전구체가 경화되어 원통형 마스크 713 역할을 할 탄성체 재료가 형성된다. 예로서, 경화 공정은 광복사에 대한 노출을 필요로 할 수 있다. 복사원은 마스터 몰드 조립체 1000 내에 동축으로 위치될 수 있다. 대안으로, 복사원이 마스터 몰드 조립체 1000의 외부에 위치될 수 있고, 캐스팅 구성요소 1030이 액체 전구체 경화에 필요한 복사선의 파장에 대하여 투명할 경우 희생 캐스팅 구성요소 1030을 통하여 노출될 수 있다. 1163에서, 원통형 마스크 713이 경화되면, 희생 캐스팅 구성요소 1030이 제거될 수 있다. 제한이 아니라 예로서, 희생 캐스팅 구성요소 1030은 파쇄 및/또는 용해에 의하여 제거될 수 있다. 마지막으로, 1164에서 나노패턴 714가 형성된 안쪽 표면이 드러나도록 패턴화 구성요소 1020의 축에 평행한 방향으로 원통형 마스크 자체가 뒤집혀 당겨진다.
도 12A는 본 개시의 추가적인 양태에 따른 원통형 마스크 1200을 나타낸다. 원통형 마스크 1200은 도 7에 나타나는 원통형 마스크와 실질적으로 유사하고, 탄성체 롤링 마스크 1213과 강성 중공 원통 1211 사이에 위치된 가스 리테이너 1218가 추가된다. 제한이 아니라 예로서, 탄성체 롤링 마스크 1213은 패턴화 표면 1214를 가질 수 있고 공정 900 또는 1100에 기재된 것과 실질적으로 동일한 방식으로 제조될 수 있다. 강성 중공 원통은 또한 광복사선에 대하여 투명할 수 있다. 제한이 아니라 예로서, 중공 원통은 용융 실리카와 같은 유리일 수 있다. 광원 1212는 중공 원통 1211 내부에 위치될 수 있다. 가스 리테이너 1218은 원통 1211의 외부 표면과 탄성체 마스크 1213의 내부 표면 사이의 기체 1217의 부피를 유지시킨다. 가스 리테이너 1218은 탄성체 롤링 마스크 1213을 위한 유연성의 추가적인 조율 가능한 공급원을 제공하기 위하여 가압될 수 있다. 제한이 아니라 예로서, 가스 리테이너 1218은 한 쌍의 봉합부에 의하여 또는 팽창성 블래더에 의하여 형성될 수 있다.
도 12B는 원통형 롤링 마스크 1201의 도 12A에 나타나는 선 6-6을 따른 단면도이고 가스 리테이너 1218이 봉합부 1218 S 의 쌍에 의하여 형성되는 본 개시의 양태를 나타낸다. 각각의 봉합부 1218 S 는 공 원통, 링, 또는 원환체-유사 형상일 수 있고, 예컨대, O-링 또는 가스켓이지만 이에 제한되지 않는다. 봉합부 1218 S 는 적절한 탄성체 재료로 만들어질 수 있다. 탄성체 마스크 1213은 이후 봉합부 1218 S 에 의하여 각각의 말단에서 강성 중공 원통 1211로부터 간격을 두고 배치될 수 있다. 탄성체 마스크 1213의 내부 반경은, 탄성체 마스크 1213의 안쪽 표면, 봉합부 1218 S 및 강성 중공 원통 1211의 강성 외부 표면을 경계로 하는 가스의 부피 1217이 가압될 수 있도록 선택될 수 있다. 가스의 부피 1217이 가압될 때, 탄성체 마스크 1213의 내부 표면과 원통 1211의 외부 표면 사이에 유지되는 가스의 부피 1217의 압력에 의하여, 탄성체 마스크 1213이 강성 중공 원통 1211의 외부 표면으로부터 간격을 두고 배치될 수 있다. 원통 1211은 봉합부 1218 S 를 수용하고 부피 중의 가스가 가압될 때 봉합부의 유지를 용이하게 하도록 크기 및 형상이 조절된 홈을 필요에 따라 포함할 수 있다.
도 12C는 원통형 롤링 마스크 1202의 도 12A에 나타나는 선 6-6을 따른 단면도이고 가스 리테이너 1218이 블래더 1218 B 에 의하여 형성되는 본 개시의 양태를 나타낸다. 블래더 1218 B 는 원통형 형상이고 강성 중공 원통 1211과 탄성체 마스크 1213 사이에 위치될 수 있다. 블래더 1218 B 내의 가스의 부피 1217이 가압될 때, 블래더 1218 B 가 강성 중공 원통 1211의 외부 표면 위의 탄성체 마스크 1213을 지지한다.
III. 연속적 임프린트를 이용하는 대면적 기판 패턴화
이 섹션 III의 개시의 양태는 소면적 마스터 마스크를 사용하는 연속적 임프린팅 계획을 이용하여 대면적 마스터 마스크를 패턴화하기 위한 방법 및 장치를 포함한다. 다른 다양한 방법 및 장치가 또한 이 섹션에 포함된다. 연속적 임프린트가 다양한 목적을 위하여 비교적 대면적의 기판 패턴화에 이용될 수 있고, 이는 임프린트 사이의 이음매의 효과 또는 가시성을 최소화하거나 제거하는 것을 포함할 수 있는 이점을 제공할 수 있다. 이 섹션의 다양한 다른 장점이 이 섹션을 읽고 나면 명백해질 것이다.
이 섹션 III가 응용 가능성을 가지고, 패턴화 구성요소의 사용을 포함할 수 있는 그러한 임의의 섹션을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 본 기재의 나머지 섹션 I, II 및 IV-VI의 다양한 양태에서 쉽게 구현될 수 있음이 또한 주목된다. 제한이 아니라 예로서, 이 섹션 III의 개시의 다양한 양태가, 회전가능 마스크의 제작을 위하여 패턴을 가지는 롤링된 라미네이트의 사용을 포함하는 본 기재의 섹션 V의 구현에 쉽게 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 원하는 패턴을 가지는 소형 마스터 마스크가 사용되어 저렴하게 대면적 기판을 패턴화할 수 있다. 소형 마스터는 중합되거나 경화되는 고분자 전구체 액체를 사용하여 대면적 기판에 연속적으로 임프린팅될 수 있다. 임프린트의 배열은 연속적 임프린팅 계획에 의하여 형성되는데, 여기서 각각의 연속적인 임프린트는 비패턴화 틈새 공간이 존재하지 않도록 기존의 임프린트의 일부와 중첩된다. 이러한 방식으로, 마스터의 원하는 패턴이 복제되어 치수가 기판의 크기에 의해서만 제한되는 거시적으로 연속적인 패턴이 생성된다. 연속적 임프린팅 계획은 마스터의 개별적인 임프린트, 또는 복제물 사이의 거의 비가시적인 경계를 갖는 패턴화 레이어 또는 구조화 코팅을 가지는 대면적 기판을 야기한다.
본 발명의 실시예에서, 대면적 기판 패턴화 방법은 패턴을 가지는 마스터 마스크로써 기판을 임프린팅하는 것을 포함할 수 있고, 여기서 패턴은 패턴화될 기판 면적보다 작은 면적을 가진다. 방법은 기판의 원하는 면적이 패턴화될 때까지 임프린팅 공정을 연속적으로 반복하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 각각의 연속적인 임프린트는 고분자 전구체 액체 침착, 마스터 마스크와 기판 사이의 고분자 전구체 액체 압착, 및 고형 재료가 되도록 고분자 전구체 액체 중합 또는 경화를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 패턴화될 기판이 다양한 형상, 크기, 재료 등일 수 있지만, 일반적으로 기판을 연속적으로 임프린팅하기 위하여 사용되는 마스터 마스크보다 커야 함이 주목된다. 마스터 마스크는 또한 다양한 형상, 크기, 재료 등일 수 있고, 다양한 형상 및 크기의 패턴을 가질 수 있지만, 일반적으로 패턴화될 기판 면적보다 작아야 한다. 본 발명의 실시예에서, 패턴화될 기판은 다양한 특징을 가질 수 있고, 예를 들어, 가요성, 강성, 평면 또는 곡면일 수 있다. 유사하게, 마스터 마스크는 다양한 특징을 가질 수 있고, 예를 들어 가요성 또는 강성일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 원하는 패턴은 다양한 크기, 형상, 및 배열의 피처를 포함할 수 있다. 응용분야의 특정 요건에 따라 다양한 피처를 가지는 패턴을 사용하여 다양한 물리적 또는 다른 특성이 기판에 부여될 수 있다.
도 13A-13C로 돌아가면, 마스터 마스크 및 마스터 마스크를 사용하여 대면적 기판을 제작하는 방법이 본 발명의 실시예에 따라 나타난다.
도 13A에서, 패턴 1304를 가지는 마스터 마스크 1302가 나타나고, 이는 마스터 마스크 1302로써 대면적 기판을 반복적으로 임프린팅하는 것에 의한 대면적 기판 임프린팅에 사용될 수 있다. 비록 도 13A에 나타나는 마스터 마스크 1302가 원형 형상을 가지고, 이의 패턴 1304가 마스크의 직사각형 영역을 피복하기는 하지만, 마스터 마스크 1302 및 마스터 패턴 1304 양자 모두가 본 발명의 실시예에서 다양한 상이한 형상 및 크기일 수 있고, 마스터 패턴 1304가 마스터 마스크 1302의 영역 전부 또는 일부를 피복할 수 있음이 주목된다. 마스터 패턴 1304는 대면적 기판에 대하여 원하는 패턴에 상응해야 하고, 다양한 응용분야의 특정 요건에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 마스터 패턴 1304는 여러 구조화 코팅 응용분야에서 사용되는 바와 같은 균일한 포스트의 배열 또는 균일한 홀의 배열을 포함할 수 있다. 본 발명의 구조화 코팅 실시예에서, 실험에서 포스트 배열 마스터 패턴이 연속적인 임프린트의 경계에서 더 낮은 가시성의 이음매를 유발함이 증명된 바와 같이, 포스트의 배열이 홀의 배열보다 바람직함이 주목된다. 예로서 도 13D 및 13E는 원통형 마스크 중의 패턴을 통한 UV 광에 대한 노출 및 노출된 레지스트 현상에 의하여 포토레지스트에 형성된 포스트의 배열의 현미경사진을 제공한다.
도 13B는 대면적 기판 1306 임프린팅에 사용되는 마스터 마스크 1302를 나타낸다. 마스터 마스크 1302는 기판의 원하는 면적이 패턴화될 때까지 기판 1306의 일부를 반복적으로 임프린팅하기 위하여 사용될 수 있다 . 마스터 마스크 1302를 사용한 각각의 연속적인 임프린트는 기판 1306의 기존에 임프린팅된 부분 1308의 일부에 중첩될 수 있고, 기판 1306에 남겨진 임프린트 1308의 패턴은 마스크 패턴 1304에 상응한다.
도 13C는 본 발명의 실시예에 따른 연속적으로 반복되는 임프린트 계획 동안의 개별적인 임프린트를 나타낸다. 도 13C에서, 고분자 전구체 액체 1310이, 마스터 마스크 1302와 기판 1306 사이에서 액체가 압착됨에 따라, 퍼지는 것을 볼 수 있다. 제한이 아니라 예로서, 고분자 전구체 액체 1310은 단량체, 고분자, 부분 가교된 고분자, 또는 이들의 임의의 혼합물일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 도 13A-13C에 나타난 것과 같은 임프린팅 계획은 바람직하게는, 액체의 기포의 존재를 최소하하고, 마스터 패턴의 피처를 충전하고, 액체가 마스터 마스크에 포함된 마스크 패턴의 경계의 외부로 그리고 사전에 경화된 임프린트의 개방 영역으로 흐르는 것을 방지하기 위하여 고분자 전구체의 퍼짐을 제어하는 방법을 포함해야 한다. 각각의 임프린트 동안 고분자 전구체 액체의 퍼짐을 제어하기 위하여 이용될 수 있는 다양한 방법이 존재한다. 도 13C에 나타나는 예에서, 고분자 전구체 액체 1310의 퍼짐 제어는 마스터 마스크 1302와 기판 1306 사이의 접촉의 라인 1312를 따라 압력의 연속적인 라인을 유지하는 것을 포함한다. 고분자 전구체 액체 1310의 퍼짐을 압력 방향 1314로 기판 1306의 개방 영역으로 향하도록 강제하고 액체 1310을 마스터 패턴 1304의 경계 안에 유지시키기 위하여, 기계적 압력이 접촉 라인 1312를 따라 가해질 수 있다. 일부 실시예에서, 압력의 연속적인 라인 유지가 기판 1306에 대하여 가요성 기판을 사용하여 더욱 용이해질 수 있고, 이에 의하여 마스터 마스크 1302와 기판 1306 사이의 더욱 명백하게 한정된 접촉의 라인 1312가 생성된다. 다른 실시예에서, 압력의 연속적인 라인 유지가 마스터 마스크 1302에 대하여 가요성 마스크를 사용하여 용이해질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 압력의 연속적인 라인 유지가 마스크 1302 또는 기판 1306 각각에 대하여 곡면 마스크 또는 곡면 기판을 사용하여 용이해질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 고분자 전구체 액체 1310의 퍼짐이 다른 수단에 의하여 제어될 수 있다.
도 14A-14G로 돌아가면, 기판 패턴화 방법의 공정 흐름이 본 발명의 실시예에 따라 나타난다. 도 14A-14G에서, 마스터 마스크 1402는 기판 1404 패턴화에 사용되고, 마스터 마스크 1402는 기판 1404보다 작아야 한다. 더욱 구체적으로, 마스크 1402의 마스터 패턴 1406의 면적은 기판 1404 상의 패턴화될 면적보다 작아야 하고, 마스터 패턴 1406은 대면적 기판 1404의 원하는 패턴에 상응해야 한다. 마스터 마스크 1402는 기판이 완전히 패턴화될 때까지, 또는 적어도 기판 1404의 원하는 면적이 패턴화될 때까지 기판 1404를 연속적으로 임프린팅하여 기판 1404를 패턴화하기 위하여 사용된다.
도 14A에서, 고분자 전구체 액체 1408은 기판 1404에 침착되고, 고분자 전구체 액체 1408은 대면적 기판 1404의 패턴화 레이어 또는 구조화 코팅에 상응한다. 고분자 전구체 액체 1408이 다양한 방식으로 침착될 수 있음이 주목된다. 예를 들어, 도 14A-14G에 나타나는 실시예에서, 고분자 전구체 액체 1408은 각각의 연속적인 임프린트를 위한 불연속적 방울로서 기판 1404에 침착된다. 다른 실시예에서, 고분자 전구체 액체 1408은 마스터 마스크 1402에 침착될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 고분자 전구체 액체 1408은 각각의 임프린트 전의 불연속적 방울과는 대조적으로 패턴화 공정을 통하여 연속적으로 침착될 수 있다. 고분자 전구체 액체 1408에 사용되는 재료가 다양한 응용분야의 특정 요건에 따라 변할 수 있음이 주목된다. 침착되는 고분자 전구체 액체 1408의 양은, 예를 들어, 레이어의 원하는 두께, 원하는 임프린트 면적의 크기, 및 형성되기를 원하는 패턴의 피처 깊이 및 피치를 비롯한 다양한 응용분야의 특정 요건에 따라 변할 수 있다.
도 14B에서, 마스터 패턴 1406을 고분자 전구체 액체 1408에 전사하기 위하여 고분자 전구체 액체 1408가 마스터 마스크 1402와 기판 1404 사이에서 압착된다. 도 14B에 나타나는 바와 같은 고분자 전구체 액체 압착은 바람직하게는 임프린트 공정 동안 기포를 최소화하고, 마스터 패턴 1406의 피처를 충전하고, 마스터 패턴 1406의 영역 내에 고분자 전구체 액체 1408를 유지시키기 위하여 고분자 전구체 액체의 퍼짐을 제어하는 방법을 이용하여 주의를 기울이며 수행되어야 한다. 고분자 전구체 액체의 퍼짐 제어는, 예를 들어, 도 13C에 나타나고 앞에 기재된 바와 같은 압력의 연속적인 라인 유지를 포함할 수 있다. 도 14A-14G에서, 마스터 마스크 1402와 기판 1404 사이의 고분자 전구체 액체 1408 압착은 기판 1404에 대하여 마스터 마스크 1402를 압착하는 것으로서 나타나지만, 본 발명이 그러한 실시예로 제한되지 않음이 주목된다. 본 발명의 실시예에서, 마스터 마스크 1402와 기판 1404 사이의 고분자 전구체 액체 압착은 마스터 마스크 1402에 대하여 기판 1404를 압착하는 것을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 마스터 마스크 1402와 기판 1404 사이의 고분자 전구체 액체 1408 압착은 다른 수단에 의하여, 예컨대 마스터 마스크 1402 및 기판 1404 양자 모두를 서로에 대하여 동시에 압착하여 수행될 수 있다.
도 14C에서, 패턴화 고분자 전구체 액체는, 고분자 전구체 액체의 성질, 구체적으로, 고분자 전구체 액체가 경화되거나 중합될 수 있는 메커니즘에 따라 UV 복사선원, 열원, 또는 다른 동등한 수단일 수 있는 경화 수단 1410을 이용하여 경화 또는 중합된다. 고분자 전구체 액체가 경화 또는 중합된 후, 마스터 마스크 1402가 제거될 수 있고 연속적인 임프린트가 형성될 수 있다.
도 14D에서, 연속적인 임프린트가 형성되고 이는 액체 고분자 전구체 액체 1408를 다시 침착시키는 것에 의하여 기존에 임프린팅되고 경화된 부분 1412의 일부에 중첩된다. 연속적인 임프린트 사이의 경계의 가시성을 최소화하기 위하여, 도 14D에 나타나는 바와 같이 고분자 전구체 액체의 일부가 기판 1404의 기존에 임프린팅된 부분 1412의 일부에, 마스터 패턴 1406이 기존에 임프린팅된 부분에 중첩될 영역의 내부에 침착되어야 한다.
도 14E에서, 고분자 전구체 액체 1408이 마스터 마스크 1402와 기판 1404 사이에서 다시 압착되어 마스터 패턴 1406이 고분자 전구체 액체에 전사되고 기판 1404의 또 다른 부분이 임프린팅된다. 고분자 전구체 액체 1408의 흐름을 제어하고 이것이 마스터 패턴 1406의 경계를 벗어난 기판의 기존에 경화된 부분 1412의 일부로 흐르는 것을 방지하기 위하여 주의해야 한다.
도 14F에서, 고분자 전구체 액체가 경화 수단 1410을 이용하여 다시 경화되고, 경화 후에 마스터 마스크 1402가 제거되어, 도 14G에 나타타는 바와 같은 기판 1404 상의 더 큰 패턴화 부분 1412이 남을 수 있다. 이 공정은 기판 1404가 완전히 패턴화될 때까지, 또는 기판 1404의 원하는 면적이 패턴화될 때까지 연속적으로 반복될 수 있다.
기판의 각각의 부분이 임프린팅된 후, 기판 1404의 비패턴화 영역이 습식 세척 또는 건식 세척 공정에 의하여 원하는 대로 세척될 수 있다. 예로서, 습식 세척 공정은 화학물질, 예를 들어, 아세톤과 같은 통상적인 유기 용매의 사용, 입자의 물리적 제거 및/또는 플라즈마 세척을 포함할 수 있다. 비패턴화 영역의 선택적 세척 공정은 패턴화 영역의 임의의 손상을 방지하기 위하여 섀도우 마스크(나타나지 않음)의 사용을 필요로 할 수 있다. 임의의 오염물질 또는 패턴화 영역의 손상을 방지하기 위하여, 패턴화 영역이 필요에 따라 소수성 실란으로써 선택적으로 처리될 수 있다. 다시 말해서, 패턴화 영역은 소수성으로 만들어질 수 있고 비패턴화 영역은 친수성으로 만들어질 수 있다. 예로서, 세척 공정이 (패턴화 및 비패턴화 영역 양자 모두의) 소수성 표면 처리에 이은 비패턴화 영역 및 다음 임프린트 동안 중첩될 패턴화 영역의 구역의 플라스마 처리를 포함할 수 있다.
추가적인 실시예에서 패턴화 및 비패턴화 영역의 바둑판형 패턴이 기판 상에 생성되고 소수성 실란으로 처리된다. 이후 기판은 기판의 비패턴 표면 및 새로운 임프린트가 중첩될 표면만이 플라즈마에 노출되도록 섀도우 마스크를 사용하여 플라즈마 처리된다 . 제2 단계에서 기판의 모든 비패턴화 영역이 이후 임프린팅된다.
도 15A-15C에서, 본 명세서에 기재된 방법에 따라 임프린팅된 다양한 패턴화 기판이 나타난다. 본 발명의 실시예가 마스터 마스크 및 다양한 상이한 형상 및 크기를 가지는 마스터 패턴을 포함하고, 연속적인 임프린트가 다양한 배열 및 배치로 배열될 수 있음이 주목된다. 유사하게 마스터 마스크로써 패턴화되는 더 큰 기판은 다양한 형상, 크기 등일 수 있다.
도 15A-15C에 나타나는 실시예가 이차원 배열 및 배치를 나타내지만, 본 발명이 그러한 실시예로 제한되지는 않는다. 본 발명의 실시예는 임프린팅 계획에서 연속적인 임프린트의 이차원 배열, 연속적인 임프린트의 일차원 배열, 또는 연속적인 임프린트의 다른 배치를 포함하는 임프린트 계획을 포함할 수 있다. 그러나, 이차원 배열 및 배치가 연속적인 임프린트 사이의 이음매의 가시성을 최소화할 수 있으므로 본 발명의 일부 실시예에서 바람직함이 주목된다.
도 15A에서, 연속적인 임프린트 1504a의 이차원 직사각형 배열로써 패턴화된 기판 1502a가 나타난다. 기판 1502a 상의 패턴은 연속적인 임프린트 사이의 경계에서 이음매 선 1506a의 가시성이 미소하므로 거시 수준에서 사실상 연속적이고 균일할 수 있다. 본 발명의 다양한 응용에서, 이음매 선의 존재가 패턴화 또는 구조화 기판의 원하는 기능적 특성에 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않을 수 있다.
도 15B에서, 본 발명의 실시예에 따라 연속적인 임프린트의 이차원 육각 배열 1504b를 가지는 기판 1502b가 나타난다.
도 15C에서, 연속적인 임프린트 사이에 무작위 이음매 선 1506c를 생성하는 연속적인 임프린트의 무작위 이차원 배치 1504c를 가지는 기판 1502c가 나타난다. 임프린트 무작위화는 본 발명의 일부 응용에서 특정 이점을 제공할 수 있고, 규칙적 배열 대신 무작위 패턴 제공에 의하여 이음매 1506b의 가시성이 거시 수준에서 최소화될 수 있다. 도 15C에서, 본 발명의 일부 실시예에 따라, 나타난 기판 1502c는 가장자리에서 가장자리까지 완전히 패턴화되고, 패턴화될 수 있는 표면 면적의 양은 선택된 기판의 크기에 의해서만 제한된다.
특정 한계까지 이음매 선의 양을 증가시키는 것은, 기판에 임프린팅된 패턴 또는 구조에 의하여 발생하는 원하는 특성을 거의 또는 전혀 감손시키지 않으면서 그러한 이음매 선의 가시성을 최소화할 수 있음이 주목된다. 예를 들어, 본 발명의 실시예의 건축 유리 구현에서, 나노구조화 코팅이 적용되어 본 명세서에 기재된 임프린팅 계획을 이용하여 유리에 반사방지 특성을 제공할 수 있다. 이음매 선의 개수 증가는 나노구조에 의하여 제공되는 요구되는 반사방지 특성을 여전히 제공하면서 거시 수준에서 이들의 가시성을 최소화할 수 있다. 이는 매우 고비용으로 단일 균일 레이어로써 전체 대면적을 패턴화하여 이음매 선 최소화를 시도하는 공지 방법과 대비될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 패턴화될 기판은 다양한 형상 및 크기일 수 있지만, 일반적으로 기판을 연속적으로 임프린팅하기 위하여 사용되는 마스터 마스크보다 커야 한다. 일부 실시예에서, 패턴화될 기판은 정사각형 형상, 직사각형 형상, 또는 다른 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 기판은 평면, 곡면일 수 있고, 또는 다른 삼차원 표면을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 기판은 150 mm x 150 mm 이상의 치수를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 패턴화될 기판은 400 mm x 1000 mm 이상의 치수를 가질 수 있다. 본 발명의 실시예는 언급된 것보다 작은 면적을 가지는 기판을 또한 포함할 수 있기는 하지만, 본 발명의 실시예가 대면적 기판, 예컨대 200 cm2 이상의 면적을 가지는 기판을 포함하는 실시예에 대하여 특정한 응용 가능성을 가지는 것으로 생각된다.
본 발명의 실시예에서, 마스터 마스크는 다양한 형상 및 크기일 수 있고, 다양한 형상 및 크기의 패턴을 가질 수 있지만, 일반적으로 패턴화될 기판 면적보다 작아야 한다. 일부 실시예에서, 마스터 마스크는 10 mm 내지 50 mm의 치수 및 100 mm2 내지 2500 mm2의 면적을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 마스터 마스크가 위에 언급된 밖의 치수 및 면적을 가질 수 있기는 하지만, 바람직한 실시예는 10 mm x 10 mm 내지 50 mm x 50 mm의 치수르 가지는 정사각형 마스크를 포함함이 주목된다. 일부 실시예에서, 마스터 마스크는 원형 형상, 직사각형 형상, 또는 다른 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 마스터 패턴은 마스터 마스크의 전체 표면 또는 마스터 마스크의 표면의 일부를 피복할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 원하는 패턴은 다양한 크기, 형상, 및 배열의 피처를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 원하는 패턴이 마이크로-규모 피처, 나노-규모 피처, 또는 다른 규모 피처를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 피처는 100 nm 내지 400 nm 범위의 치수를 가지는 피처를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 피처는 홀, 포스트, 또는 다른 형상으로 성형될 수 있다. 일부 실시예에서, 피처는 규직적 배열 또는 무작위 패턴으로 배열될 수 있다.
도면이 주로 평면 기판 및 평면 표면 패턴화에 관하여 나타나지만, 본 발명이 그렇게 제한되지는 않음이 주목된다. 본 발명의 실시예는 곡면 표면 또는 다양한 다른 형상을 가지는 기판 패턴화에 이용될 수 있지만, 본 명세서에 기재된 바와 같이 소면적 마스터 마스크로써 그러한 표면을 연속적으로 임프린팅한다.
본 발명의 실시예가 마이크로-규모 또는 나노-규모로 작은 피처 치수를 가지는 패턴으로써 매우 큰 면적의 기판을 패턴화하기 위하여 이용될 수 있음이 주목된다. 더욱 구체적으로, 본 발명의 실시예가 나노-규모의 피처 치수를 가지는 큰 표면 면적 상에 나노구조화 코팅을 제공하기 위하여 이용될 수 있다. 더욱 구체적으로, 본 발명의 실시예가 피처, 예를 들어 1 나노미터 (nm) 내지 1000 nm의 특성 치수(characteristic dimension, CD), CD의 1.1 배 내지 CD의 10 배의 피치, 및 10 nm 내지 10000 nm의 깊이를 가지는 포스트 또는 홀의 배열을 가지는 나노구조화 코팅을 제공하기 위하여 이용될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예는 50 nm 내지 400 nm의 CD, CD의 2 배의 피치, 및 100 nm 내지 1000 nm 범위의 깊이를 포함한다. CD는 일반적으로 깊이에 수직인 방향을 따른 피처의 치수이다. CD의 예는 원형 또는 거의 원형으로 성형된 피처에 대한 폭 또는 직경을 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 마스터 마스크 패턴이 다양한 방법에 의하여 생성될 수 있다. 예를 들어, 마스터 마스크는 전자빔 리소그래피, 포토리소그래피, 간섭 리소그래피, 나노구 리소그래피, 나노임프린트 리소그래피, 자기조립, 양극 알루미나 산화, 또는 다른 수단에 의하여 패턴화될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 기판은 다양한 유형의 재료 및 다양한 유형의 기판일 수 있음이 주목된다. 예를 들어, 기판은 플라스틱 필름, 유리, 반도체, 금속, 다른 매끄러운 기판, 또는 다른 재료로 만들어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 패턴화된 기판이 다양한 여러 상이한 응용분야를 위한 표면을 포함할 수 있음이 주목된다. 예를 들어, 본 발명의 실시예가 태양광 패널, 정보 디스플레이, 건축 유리, 및 다양한 다른 응용분야에 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예가 나노구조화 태양전지, 광흡수 향상 레이어, 반사방지 코팅, 자기세척 코팅, 태양전지 및 디스플레이용 TCO, 나노구조화 열전기 전지, 저-E 유리, 결빙방지 코팅, 눈부심방지 코팅, 효율적인 디스플레이 컬러 필터, FPD 와이어 그리드 편광기, LED 광추출 레이어, 나노패턴화 자기 미디어, 나노패턴화 웨이퍼 여과 미디어, 약물전달용 나노입자, 초민감성 센서, 배터리용 나노전극, 및 다른 응용분야에 이용될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 패턴화 기판이 그 자체로 앞서 언급된 것과 같은 다른 대형 표면 패턴화에 사용되는 대형 마스크로서 사용될 수 있음이 또한 주목된다.
균일한 패턴이 전형적으로 다양한 구조화 코팅 응용분야에서 사용됨이 주목된다. 비록 본 명세서에 기재된 바와 같이 연속적인 임프린트를 이용하는 것이 임프린트 사이의 경계에서 비균일성을 발생시킬 수 있기는 하지만, 전체 패턴화 면적이 거시적으로 연속적으로 보일 수 있고 패턴에 의하여 부여되는 원하는 특성이 경계에 의하여 매우 최소한으로 영향을 받거나 영향을 받지 않을 것이다.
비록 본 발명의 실시예가 주로 임프린트의 이차원 배열에 관하여 기재되기는 했지만, 본 발명이 그러한 실시예에 제한되지 않음이 또한 주목된다. 예를 들어, 본 발명의 실시예는 임프린트의 일차원 배열 및 단지 한 치수로만 반복되는 임프린트를 포함하는 다른 임프린팅 계획을 포함할 수 있다. 그러나, 이차원 배열 및 이차원으로 반복되는 임프린팅 계획이 임프린트 사이의 경계의 이러한 가시성을 최소화시키므로 바람직함이 주목된다.
IV. 캐스팅 구성요소의 표면 패턴화
이 섹션 IV의 개시의 양태는 다양한 노출 및 에피택셜 기술을 포함하는, 캐스팅 구성요소의 표면 패턴화 방법 및 장치를 포함한다. 다른 다양한 방법 및 장치가 또한 이 섹션에 포함된다. 이 섹션의 양태에 따른 캐스팅 표면 패턴화는 회전가능 마스크를 위한 유연성 레이어의 캐스팅 공정과 함께 이용될 수 있고, 이는 회전가능 마스크의 패턴 중의 임의의 이음매를 최소화하거나 제거하는 것을 포함할 수 있는 이점을 제공할 수 있다. 이 섹션의 다양한 다른 장점이 이 섹션을 읽고 나면 명백해질 것이다.
이 섹션 IV가 응용 가능성을 가지고, 패턴화 캐스팅 구성요소의 사용을 포함할 수 있는 그러한 임의의 섹션을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 본 기재의 나머지 섹션 I-III, V, 및 VI의 다양한 양태에서 쉽게 구현될 수 있음이 또한 주목된다. 제한이 아니라 예로서, 이 섹션 IV의 개시의 다양한 양태가 다중레이어화 회전가능 마스크 형성을 위한 패턴화 캐스팅 구성요소의 사용을 포함하는 본 기재의 섹션 VI의 구현에 쉽게 적용될 수 있다.
본 개시의 양태는 리소그래피 마스크, 예를 들어, "롤링 마스크" 리소그래피를 위한 근접장 광학 리소그래피 마스크, 또는 나노임프린트 리소그래피를 위한 마스크의 제작에서 유용할 수 있는 몰드 및 몰드 제조 방법을 설명한다. 롤링 마스크 리소그래피에서, 원통형 마스크는 위상변이 리소그래피 또는 플라즈몬 프린팅을 위한 마스크를 얻기 위하여 원하는 피처로써 패턴화된 고분자로 코팅된다. 고분자에 패턴화된 피처는 본 출원에 기재된 몰드의 사용을 통하여 패턴화될 수 있다. 몰드는 광학적으로 투명한 원통의 안쪽 표면으로부터 돌출된 패턴화 피처를 포함할 수 있다. 돌출 피처는 크기가 약 1 나노미터 내지 약 100 마이크론, 바람직하게는 약 10 나노미터 내지 약 1 마이크론, 더욱 바람직하게는 약 50 나노미터 내지 약 500 나노미터 범위일 수 있다. 마스크는 크기가 약 1 나노미터 내지 약 1000 나노미터, 바람직하게는 약 10 나노미터 내지 약 500 나노미터, 더욱 바람직하게는 약 50 나노미터 내지 약 200 나노미터 범위인 피처 프린트에 사용될 수 있다.
본 개시의 양태는 다공성 마스크로써 제조될 수 있는 몰드를 설명한다. 구조화 다공성 재료의 레이어는 광학적으로 투명한 원통의 안쪽 표면 상에 침착되거나 성장될 수 있다. 성장된 다공성 재료의 한 예는 알루미늄 레이어의 양극산화(양극산화된 산화 알루미늄- AAO)를 이용하여 제작된 다공성 알루미나이다. 원통의 안쪽은 이후 복사선-민감성 재료로 코팅될 수 있다. 복사선-민감성 재료는 구조화 다공성 재료에 형성된 공극을 충전할 것이다. 복사선-민감성 재료는 이후 광원을 가지는 원통의 바깥을 노출시켜 현상될 수 있다. 바깥쪽으로부터의 노출은 공극을 충전한 복사선-민감성 재료가 나머지 레지스트를 경화시키지 않고 경화되도록 허용한다. 미경화 레지스트 및 다공성 마스크 재료가 제거될 수 있고, 이에 의하여 안쪽 표면으로부터 돌출된 포스트를 가지는 몰드가 형성된다.
본 개시의 추가적인 양태에 따르면, 에피택셜 레이어가 원통의 안쪽 표면 상에서 성장할 수 있다. 구조화 다공성 재료가 이후 침착되거나 그렇지 않으면 에피택셜 레이어 상에 형성될 수 있다. 에피택셜 레이어는 이후 가이드로서 다공성 레이어 중의 공극을 사용하여 성장될 수 있다. 에피택셜 레이어는 구조화 다공성 레이어보다 큰 두께까지 성장될 수 있거나, 구조화 다공성 레이어가 에피택셜 포스트를 남기며 식각될 수 있다. 특정한 본 개시의 양태에 따르면, 에피택셜 재료는 반도체 재료일 수 있다. 에피택셜 포스트 각각은 발광 다이오드(LED)이도록 구성될 수 있다. LED 포스트는 추가로, 복사선이 개별적인 포스트에 의하여 선택적으로 발생될 수 있도록 개별적으로 지정 가능하게 구성될 수 있다.
본 개시의 추가적인 양태에 따르면, 몰드는 나노구의 자기조립된 단일레이어로써 형성될 수 있다. 단일레이어는 원통의 안쪽 표면 상에 형성된 복사선-민감성 재료의 레이어 위에 형성될 수 있다. 복사선-민감성 재료는 이후 원통의 안쪽에 위치된 광원에 의하여 노출될 수 있다. 자기조립된 단일레이어는 노출 동안 복사선-민감성 재료 부분을 마스킹한다. 노출된 영역은 이후 현상액에 의하여 제거될 수 있다. 자기조립된 단일레이어에 의하여 가려진 복사선-민감성 재료는 이후 유리-유사 물질로 만들어진 포스트를 형성하기 위하여 경화될 수 있다.
본 개시의 추가적인 양태에 따르면, 형성된 나노구의 자기조립된 단일레이어는 양자점을 포함할 수 있다. 양자점은 원통의 안쪽 표면 상에 형성된 복사선-민감성 재료의 레이어 위에 형성될 수 있다. 양자점은 각각의 점 바로 아래의 복사선-민감성 재료 노출에 사용될 수 있다. 따라서, 외부 광원이 필요하지 않을 수 있다. 현상액이 이후 복사선-민감성 재료의 비노출 부분을 제거할 수 있다. 복사선-민감성 재료의 노출 부분은 이후 경화되어 유리-유사 물질이 형성될 수 있다.
본 개시의 추가적인 양태에 따르면, 나노구의 자기조립된 단일레이어는 원통의 바깥쪽 표면 상에 형성될 수 있고 복사선-민감성 재료는 원통의 안쪽 표면 상에 형성될 수 있다. 원통의 외부에 위치된 광원은 복사선-민감성 재료를 노출시키는 복사선 발생에 사용될 수 있다. 나노구는 복사선으로부터 복사선-민감성 재료의 부분을 마스킹할 수 있다. 노출된 부분은 현상액을 사용하여 제거될 수 있고, 이에 의하여 포스트가 남는다. 포스트는 경화되어 유리-유사 재료가 생성될 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따르면 자기조립된 단일레이어는 양자점을 포함할 수 있다. 양자점은 원통의 바깥쪽 표면 상에 형성될 수 있다. 양자점은 원통의 안쪽 표면 상에 형성된 복사선-민감성 재료 부분 노출에 사용될 수 있다. 따라서, 외부 광원이 필요하지 않을 수 있다. 현상액이 이후 복사선-민감성 재료의 비노출 부분을 제거할 수 있다. 복사선-민감성 재료의 노출 부분은 이후 경화되어 유리-유사 물질이 형성될 수 있다. 복사선-민감성 재료는 원통의 안쪽 표면 상에 형성된다.
"롤링 마스크" 근접장 나노리소그래피 시스템은 본 명세서에 참조로 포함되는 국제특허공개번호 제WO2009094009호에 기재된다. 실시예 중 하나가 도 7에 나타난다. "롤링 마스크"는 광원 712를 포함하는 중공 원통 711 형상의 유리 (예를 들어, 용융 실리카) 프레임으로 이루어진다. 원통 711의 외부 표면 상에 적층된 탄성체 필름 713은 원하는 패턴에 따라 제작된 나노패턴 714를 가진다. 롤링 마스크는 복사선-민감성 재료 716으로 코팅된 기판 715과 접촉된다.
나노패턴 714는 위상변이 노출을 구현하도록 설계될 수 있고, 그러한 경우에 나노홈, 포스트 또는 컬럼의 배열로서 제작되고, 또는 임의적 형상의 피처를 포함할 수 있다. 대안으로, 나노패턴은 플라즈몬 프린팅을 위한 나노금속 아일랜드의 배열 또는 패턴으로서 제작될 수 있다. 롤링 마스크 상의 나노패턴은 크기가 약 1 나노미터 내지 약 100 마이크론, 바람직하게는 약 10 나노미터 내지 약 1 마이크론, 더욱 바람직하게는 약 50 나노미터 내지 약 500 나노미터 범위인 피처를 가질 수 있다. 롤링 마스크는 크기가 약 1 나노미터 내지 약 1000 나노미터, 바람직하게는 약 10 나노미터 내지 약 500 나노미터, 더욱 바람직하게는 약 50 나노미터 내지 약 200 나노미터 범위인 피처 프린팅에 사용될 수 있다.
원통 711 상의 나노패턴 714는 마스터 몰드를 사용하여 제조될 수 있다. 본 개시의 양태는 마스터 방법 및 홀 또는 함몰부(depression)를 가지는 나노패턴 714를 형성할 피처를 가지는 몰드 형성 방법을 설명한다. 롤링 마스크에 홀 또는 함몰부를 형성하기 위하여, 마스터 몰드가 포스트와 같은 돌출부를 가질 수 있다.
도 16은 본 개시의 양태에 따른 마스터 몰드 1600의 부감도이다. 마스터 몰드 1600은 바깥쪽 표면 1621 및 안쪽 표면 1622를 가지는 중공 원통 1620이다. 원통 1620은 가시광선 및/또는 자외선 파장에 있는 복사선에 대하여 투명한 재료로 만들어질 수 있다. 제한이 아니라 예로서, 원통은 용융 실리카와 같은 유리일 수 있다. 마스터 몰드 1600은 안쪽 표면 1622로부터 바깥쪽으로 연장된 돌출부 1633을 가진다.
도 17A-17G는 도 16에 나타나는 선 3-3을 따라 보이는 것과 같은 마스터 몰드 1600의 단면도이다. 각각의 도면은 본 개시의 양태에 따른 마스터 몰드 1600의 제작에 사용되는 가공 단계를 나타낸다.
도 17A는 원통 1720 의 안쪽 표면 상의 구조화 다공성 레이어 1730 뒤의 마스터 몰드의 묘사이다. 제한이 아니라 예로서, 원통 1720은 투명한 재료, 예컨대 용융 실리카로 만들어질 수 있다. 용융 실리카는 반도체 제작 산업에서 통상적으로 "석영"으로 지칭됨이 주목된다. 비록 석영이 통상적인 용어이기는 하지만, "용융 실리카"가 더 좋은 용어이다. 엄밀히 말하면, 석영은 결정질이고 용융 실리카는 비정질이다. 구조화 다공성 레이어 1730은 구조화 다공성 레이어가 배치된 표면에 수직으로 정렬된 고밀도의 원통형 공극 1729를 포함한다. 공극 1729의 크기 및 밀도는, 예를 들어, 도 16에 관하여 위에 논의된 바와 같은 마스크 패턴의 원하는 피처에 적절한 임의의 범위일 수 있다. 제한이 아니라 예로서, 나노구조화 다공성 레이어 1730은 원통 1720의 안쪽 표면 1722 상에 형성된 양극 산화 알루미늄(AAO)의 레이어일 수 있다. AAO는 AAO 레이어가 배치된 표면에 수직으로 정렬된 고밀도의 원통형 공극을 포함하는 자기조직화 나노구조화 재료이다. AAO는 용융 실리카로 만들어진 원통 1720의 안쪽 표면 1722 상에 알루미늄의 레이어를 침착시킨 다음 알루미늄 레이어를 양극산화하여 형성될 수 있다. 대안으로, 원통 1720은 완전히 알루미늄으로 만들어질 수 있고, 그렇다면 그러한 원통의 안쪽 또는 바깥쪽 표면이 양극산화되어 다공성 표면이 형성될 수 있다. 알루미늄 레이어 양극산화는 포지티브 전극(양극)으로 작용하는 알루미늄 레이어를 사용하여 전해질 (흔히 산)에 전류를 통과시켜 수행될 수 있다.
대안의 구현에서, 나노구조화 다공성 레이어는 자기조립된 단일레이어를 사용하여 또는 직접 묘화 기술, 예컨대 레이저 삭마 또는 이온빔 리소그래피에 의하여 제작될 수 있다.
도 17A에 나타나는 바와 같이, 공극 1729는 레이어 1730의 전체 깊이를 통하여 관통되지 않을 수 있다. 공극 1729가 구조화 다공성 레이어 1730을 통하여 원통의 안쪽 표면 1722까지 연장되지 않을 경우, 구조화 다공성 레이어의 재료가 식각 공정으로써 후면 식각될 수 있다. 식각 공정이 등방성일 경우, 공극 1729의 원래 크기는 식각 공정 동안 확장을 고려하기에 충분히 작아져야 한다. 예를 들어, 공극의 최종 직경이 300 nm인 것이 바람직할 경우, 공극 1729의 원래 직경은 50 nm이고, 공극 1729의 직경을 300 nm로 확대하기 위하여 등방성 식각이 125 nm의 다공성 재료를 제거해야 한다. 추가적으로, 식각 공정이 등방성일 경우, 공극을 원통의 안쪽 표면 1722까지 연장시키기 위하여 재료의 125 nm만이 공극의 바닥으로부터 제거될 수 있다. 안쪽 표면 1722에 도달하기 위하여 더 많은 재료가 제거될 필요가 있을 경우, 공극 1729의 직경은 요망되는 것보다 커질 수 있다. 도 17B는 나노구조화 다공성 레이어 1730을 통하여 완전히 연장된 확대된 공극 1729를 나타낸다.
공극 1729가 적절한 치수 및 깊이까지 식각된 후, 도 17C에 나타나는 바와 같이 복사선-민감성 재료 1731이 나노구조화 다공성 레이어 1730 및 안쪽 표면 1722의 노출된 부분 위에 침착될 수 있다. 제한이 아니라 예로서, 복사선-민감성 재료 1731은 침지, 분사, 롤링, 및 이들의 임의의 조합에 의하여 침착될 수 있다. 제한이 아니라 예로서, 복사선-민감성 재료 1731은 포토레지스트 또는 UV 경화성 고분자일 수 있다. 적절한 포토레지스트의 예는 상용화되어 입수 가능한 제제 예컨대 Dow Chemical Co의 TOK iP4300 또는 Shipley 1800 시리즈를 포함한다. 적절한 UV-경화성 재료의 예는 고분자 및 유리를 위한 UV 중합성 접착제를 포함한다. 추가적으로, 복사선-민감성 재료 1731은 유리-유사 재료를 생성하기 위하여 경화된 후 재료가 어닐링될 수 있도록 하는 규소 및 다른 성분을 함유한다. 유리-유사 재료 형성을 돕도록 사용될 수 있는 다른 성분은 산소 및 규소를 포함한다. 복사선-민감성 재료 1731은 고형 필름일 수 있거나, 노출 동안 과도하게 흐르지 않는 한 액체 레이어일 수 있다.
다음, 도 17D는 공극 1729 중의 경화된 재료 1732를 나타낸다. 복사선-민감성 재료 1731은 복사원(나타나지 않음)으로부터의 복사선 1723에 대한 노출에 의하여 경화된다. 제한이 아니라 예로서, 복사선 1723은 자외선 빛을 발생시키는 복사원에 의하여 발생될 수 있거나 복사선 1723은 가시광선 스펙트럼의 빛을 발생시키는 복사원에 의하여 발생될 수 있다. 복사원은 원통의 외부에 위치될 수 있고 원통 1720의 벽을 통과하는 복사선 1723을 방출할 수 있다. 원통 1720을 통한 조사는 AAO 공극 1729에 침착된 재료 1731에 대한 노출을 제한한다. 추가적으로, 노출은 노출 파장의 대략 두 배의 깊이까지 재료 1731을 경화시킨다. 예로서, 자외선 파장이 경화에 사용될 경우, 경화된 재료 1732는 대략 600 nm의 두께를 가질 수 있다. 복사선-민감성 재료 1731의 경화 선택성은 공극 1729 내부의 복사선-민감성 재료가 공극 1729 위의 재료 1731이 경화되기 전에 경화되도록 충분히 높아야 한다. 또한, 공극 1729의 깊이는 공극 1729 바로 위의 복사선-민감성 재료 1731의 노출을 방지하기 위하여 경화된 재료 1732의 투사된 두께보다 클 수 있다.
도 17E는 경화된 재료 1732가 형성된 후 과잉의 복사선-민감성 재료가 제거된 후의 마스터 몰드 1700을 나타낸다. 나머지 비노출 복사선-민감성 재료 1721은 현상액 또는 다른 용매로써 제거될 수 있다. 그러므로, 도 17F에 나타나는 바와 같이, 경화된 재료 1732가 유리-유사 재료 1733를 형성하기 위하여 어닐링된다. 마지막으로, 어릴링이 완료되면, AAO 레이어 1730가 습식 식각 공정으로써 선택적으로 식각될 수 있다. 도 17G는 마스터 몰드 1700의 최종 구조를 나타낸다. 유리-유사 재료 1733은 원통 1720의 안쪽 표면 1722으로부터 돌출된다.
본 개시의 추가적인 양태에 따르면, 돌출부는 에피택셜 성장 공정을 통하여 형성될 수 있다. 도 18A는 마스터 몰드 1800의 부감도이다. 마스터 몰드 1800은 바깥쪽 표면 1821 및 안쪽 표면 1822를 가지는 중공 원통 1820이다. 원통 1820은 가시광선 및/또는 자외선 파장에 있는 복사선에 대하여 투명한 재료로 만들어질 수 있다. 제한이 아니라 예로서, 원통은 용융 실리카와 같은 유리일 수 있다. 에피택셜 시드 레이어 1824는 안쪽 표면 1822 상에 형성될 수 있다. 제한이 아니라 예로서, 에피택셜 시드 레이어 1824는 규소 또는 비화갈륨(GaAs)과 같은 반도체 재료일 수 있다. 마스터 몰드 1800은 에피택셜 시드 레이어 1824로부터 바깥쪽으로 연장되는 돌출부 1833을 가진다. 돌출부는 에피택셜 시드 레이어 1824와 동일한 재료일 수 있다. 도 18B-18D는 선 4-4를 따른 마스터 몰드 1800의 단면도이다.
도 18B는 에피택셜 시드 레이어 1824 위에 침착되는 구조화 다공성 레이어 1830의 묘사이다. 도 18B에 나타나는 바와 같이, 공극 1829는 구조화 다공성 레이어 1830의 전체 깊이를 통하여 관통되지 않을 수 있다.
공극 1829가 구조화 다공성 레이어 1830을 통하여 에피택셜 시드 레이어 1824까지 연장되지 않을 경우, 구조화 다공성 레이어 재료가 식각 공정으로써 후면 식각될 수 있다. 식각 공정이 등방성일 경우, 공극 1829의 원래 크기는 식각 공정 동안 확장을 고려하기에 충분히 작아져야 한다. 예를 들어, 공극의 최종 직경이 300 nm인 것이 바람직할 경우, 공극 1829의 원래 직경은 50 nm이고, 공극 1829의 직경을 300 nm로 확대하기 위하여 등방성 식각이 125 nm의 알루미늄을 제거해야 한다. 추가적으로, 식각제가 등방성 식각제일 경우, 공극을 에피택셜 시드 레이어 1824까지 연장시키기 위하여 재료의 125 nm만이 공극의 바닥으로부터 제거될 수 있다. 에피택셜 시드 레이어 1824에 도달하기 위하여 더 많은 재료가 제거될 필요가 있을 경우, 공극 1829의 직경은 요망되는 것보다 커질 수 있다. 도 18C는 완전히 구조화 다공성 레이어 1830을 통하여 연장된 확대된 공극 1829를 나타낸다.
공극 1829가 완료되면, 돌출부 1833이 증기상 에피택시(VPE)에 제한되지 않지만 이와 같은 에피택셜 성장 공정으로써 형성될 수 있다. 돌출부 1833의 성장은 구조화 다공성 레이어 1830 중의 공극 1829에 의하여 유도된다. 돌출부 1833은 구조화 다공성 레이어 1830을 넘어서 돌출되도록 허용하는 높이까지 성장될 수 있다. 그러나, 돌출부 1833을 노출시키기 위하여 구조화 다공성 레이어가 추후 후면 식각될 경우, 돌출부 1833이 구조화 다공성 레이어 1830보다 짧을 수 있다.
본 개시의 양태에 따르면, 반도체 재료의 에피택셜 성장을 통하여 형성된 돌출부 1833은 LED가 되도록 추가로 구성될 수 있다. 돌출부 1833 각각은, 각각이 원하는 대로 빛을 방출하도록 제어될 수 있도록, 개별적으로 지정 가능할 수 있다. 이는 몰딩 공정이 더 이상 외부 광원을 필요로 하지 않기 때문에 마스터 몰드로서 사용하기에 유익하다. 돌출부 1833은 물리적 몰드로서 기능할 수 있고, 동시에 몰딩되는 포토마스크 경화에 사용될 수 있다. 또한, 개별적인 돌출부 제어 능력이, 어느 돌출부가 포토마스크 중의 재료를 또한 경화시킬지를 선택하여, 다중의 상이한 패턴을 형성하기 위하여 단일 마스터 몰드가 활용되도록 허용한다.
본 개시의 또 다른 추가적인 양태에 따르면, 자기조립된 단일레이어는 마스터 몰드 1900 중의 돌출부 1933을 패턴화하기 위한 마스크로서 사용될 수 있다. 도 19A-19C는 몰드의 제작 동안 여러 상이한 가공 단계에서 마스터 몰드 1900의 단면도이다. 도 19A는 원통 1920의 안쪽 표면 1922 상의 복사선-민감성 재료 1931 위에 형성되는 자기조립된 단일레이어 (SAM) 1940의 형성을 나타낸다. 제한이 아니라 예로서, SAM 1940은 금속 나노구, 또는 양자점으로부터 형성될 수 있다. 제한이 아니라 예로서, 복사선-민감성 재료 1931은 포토레지스트 또는 UV 경화성 고분자일 수 있다. 추가적으로, 복사선-민감성 재료 1931은 유리-유사 재료를 생성하기 위하여 재료가 어닐링될 수 있도록 하는 규소 및 다른 성분을 함유한다.
다음, 도 19B에서, 복사선-민감성 재료 1931이 복사원(나타나지 않음)으로부터의 복사선 1923으로써 노출된다. 플라즈몬 리소그래피는, 예를 들어 SAM 1940이 금속 나노구를 포함할 경우 이용될 수 있다. 금속 나노구는 플라즈몬 마스크 안테나로서 사용될 수 있다. 복사선에 노출되는 복사선-민감성 재료 1931 부분은 복사선-민감성 재료를 현상하기 위하여 사용되는 현상액 용매에 가용성으로 될 수 있다. 비노출 1932인 복사선-민감성 재료의 부분은 현상액 용매에 대하여 불용성을 유지될 수 있다. 본 개시의 대안의 양태가 복사선에 노출된 복사선-민감성 재료 1931의 부분이 현상액에 불용성으로 되고 그렇게 노출되지 않은 복사선-민감성 재료의 부분이 현상액에 가용성으로 유지되는 리버스 톤(reverse tone) 공정의 이용을 포함함이 주목된다. SAM 1940이 양자점을 포함하는 본 개시의 대안의 양태는 복사선-민감성 재료 1931을 노출시키기 위한 추가적인 광원을 필요로 하지 않을 수 있다. 도 19B'에 나타나는 바와 같이 SAM 1940 중의 양자점은 복사선-민감성 재료 1931을 노출시키기 위하여 활성화될 수 있다. 양자점에 의하여 노출이 될 때, 복사선-민감성 재료는 노출에 의하여 경화될 수 있다. 복사선-민감성 재료 1931의 비노출 부분은 그러므로 현상액에 의하여 제거될 수 있다. 마지막으로, 도 19C에서 돌출부 1933이 경화된 복사선-민감성 재료 1932를 유리-유사 재료로 전환시키기 위하여 어닐링된다.
본 개시의 대안의 양태는 마스크 자체가 발광 다이오드(LED)로써 만들어지는 구현을 포함한다. 그러한 마스크는, 예를 들어, 프린팅되기 바라는 피처보다 작은 홀의 배열을 가지고, 그 위의 상응하는 LED의 레이어를 가지는 고분자 마스크를 사용하여 구현될 수 있다. LED의 특정한 서브세트가 프린팅될 패턴을 한정하기 위하여 켜질 수 있다.
본 개시의 추가적인 양태에 따르면, 도 20A에 나타나는 바와 같이 SAM 2040가 원통 2020의 바깥쪽 표면 2021 상에 형성될 수 있다. SAM 2040은 SAM 1940와 실질적으로 유사할 수 있다. 도 20B에 나타나는 바와 같이 바깥쪽 표면 상의 SAM 2040의 형성은 노출에 사용되는 빛이 원통 2020의 외부로부터 유래하도록 한다. 도 20B에서, 복사선-민감성 재료 2031은 원통 2020의 외부에 위치된 복사원(나타나지 않음)에 의하여 방출되는 복사선 2023으로써 노출될 수 있다. 대안으로, SAM 2040이 양자점을 포함할 경우, 복사선 2023을 발생시키는 복사원이 생략될 수 있고, 도 20B'에 나타나는 바와 같이, 양자점이 대신 복사선-민감성 재료 2031 노출에 사용될 수 있다. 마지막으로, 도 20C는 비노출 복사선-민감성 재료의 제거, 및 유리-유사 재료를 형성하기 위한 돌출부 2033의 어닐링을 나타낸다.
V. 롤링된 라미네이트를 사용하는 회전가능 마스크 형성
이 섹션 V의 개시의 양태는 롤링된 라미네이트를 사용하여 회전가능 마스크를 형성하는 방법 및 장치를 포함한다. 다른 다양한 방법 및 장치가 또한 이 섹션에 포함된다. 이 섹션의 양태에 따른 회전가능 마스크 형성은 회전가능 마스크를 위한 유연성 레이어 형성에 이용될 수 있고, 이는 라미네이트의 가장자리가 만나는 임의의 이음매 레이어를 최소화하거나 제거하는 것을 포함할 수 있는 이점을 제공할 수 있다. 이 섹션의 구현에 대한 다른 다양한 장점이 존재할 수 있다.
이 섹션 V가 응용 가능성을 가지고, 회전가능 기판의 외부 표면으로 롤링되는 유연성 레이어를 포함할 수 있는 그러한 임의의 섹션을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 본 기재의 나머지 섹션 I-IV 및 VI의 다양한 양태에서 쉽게 구현될 수 있음이 또한 주목된다. 제한이 아니라 예로서, 이 섹션 V의 개시의 다양한 양태가 캐스트 유연성 레이어 형성을 위한 동축 조립체의 사용을 포함하는 본 기재의 섹션 I의 구현에 쉽게 적용될 수 있다.
본 개시의 다양한 양태에 따른 독립적인 고분자 마스크 제작 방법 2100을 나타내는 공정흐름도가 도 21A-21G에 나타난다. 공정 흐름 도 21A-21G에서 다양한 단계가 독립적인 고분자 마스크 형성을 위한 상기 기재의 다양한 양태에 따라 수행될 수 있다.
방법 2100은 도 21A 및 21B에 나타나는 바와 같은 패턴화 마스터 몰드/마스크 2112 (후속 제작 공정을 위한 메이저 회전가능 마스크 패턴화를 위하여 사용되는 마스크일 수 있기 때문에 본 명세서에서 대안으로 제1 마스터 마스크 또는 "서브마스터" 마스크로도 지칭됨)의 제1 제조를 포함할 수 있다. 패턴화 서브마스터는 서브마스터 2112 상의 패턴 2110 생성을 위한 기판 2105 패턴화에 의하여 생성될 수 있다. 서브마스터 마스크 패턴화는 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 일부 구현에서, 서브마스터 마스크를 생성하기 위한 기판 패턴화는 본 기재의 섹션 III의 개시의 다양한 양태에 따라 서브마스터 마스크를 위한 준-무이음매 패턴 2110을 생성하기 위하여 더 작은 마스크를 사용한 기판 2105 상의 연속적으로 중첩되는 경화된 임프린트를 포함한다. 또 다른 구현에서, 서브마스터는, 예를 들어, 나노임프린트 리소그래피, 나노접촉 프린팅, 포토리소그래피 등과 같은 임의의 다양한 공지 기술을 이용하여 패턴화될 수 있다.
방법 2100은 도 21C에 나타나는 바와 같이 탄성체 재료 2115 (본 명세서에서 대안으로 고분자 전구체 액체 또는 액체 고분자 전구체로 지칭됨), 예컨대 폴리디메틸실록산(PDMS)을, 서브마스터 몰드 2112의 패턴화 영역 상에 캐스팅하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 탄성체 재료 2115 캐스팅은 서브마스터 상의 고분자 전구체 액체 침착 및 경화된 고분자를 생성하기 위한 고분자 전구체 액체 경화를 포함할 수 있다. 따라서, 서브마스터 2112의 패턴의 양태가 탄성체 재료 2115에 전사되어 경화 시에 패턴화 고분자 마스크가 형성될 수 있다. 탄성체 재료 2115는 패턴화 서브마스터 2112의 스트립 2120이 그 위에 캐스팅된 탄성체 재료 2115를 가지지 않는 방식으로 캐스팅될 수 있다. 일부 구현에서, 이는 캐스트 재료 2115의 스트립을 이것이 경화된 후 제거하거나 절단하여 달성될 수 있다. 또 다른 구현에서, 이는 단순하게 패턴화 서브마스터의 부분에 탄성체 재료를 캐스팅하지 않거나 고분자 전구체 액체를 침착시키기 않아 달성될 수 있다. 또 다른 구현에서, 이는 상기의 일부 조합에 의하여 달성될 수 있다. 패턴화 서브마스터 2112의 비캐스팅 스트립 부분 2120은 서브마스터의 말단에서, 캐스팅 구성요소의 내부에서 롤링 시에 맞은편의 라미네이트의 말단이 중첩되도록 할 수 있다.
다음, 도 21D에 나타난 바와 같이 경화된 고분자 2115의 결손 스트립 부분 2120 및 패턴화 서브마스터 2112의 결손 스트립 부분 2125가 서로에 대하여 어긋나는 방식으로, 스트립 2125가 이전의 단계에 의하여 생성된 라미네이트의 서브마스터로부터 제거될 수 있다. 패턴화 서브마스터로부터 제거된 스트립 2125는 경화된 고분자의 결손 스트립 2120에 관하여 라미네이트의 맞은편 말단에 있을 수 있고, 이에 의하여 라미네이트가 서로 중첩되는 이들 스트립 부분과 함께 롤링되도록 할 수 있다. 일부 구현에서, 패턴화 서브마스터 2112의 스트립 2125는 캐스트 탄성체 재료의 스트립 2120이 제거되기 전에 제거될 수 있다.
도 21E에서와 같이, 서브마스터 2112의 라미네이트 및 캐스트 고분자 2115가 이후 롤링되고 캐스팅 원통 2130에 넣어질 수 있고, 서브마스터 2112의 기판 2105의 비패턴화 표면은 캐스팅 원통의 내부 표면 2130과 접촉된다. 따라서, 라미네이트의 외부 표면은 롤링 시에 캐스팅 원통의 내부 표면 2130에 인접할 수 있다. 일부 구현에서, 라미네이트가 롤링되는 캐스팅 원통 2130은 희생 캐스팅 구성요소이고 본 기재의 섹션 II의 개시의 다양한 양태를 활용한다.
캐스팅 원통의 내부 표면 2130과 접촉하는 기판 2105의 비패턴화 표면을 가지는 희생 캐스팅 원통 2130 내부에서 라미네이트가 구르기보다는, 일부 구현에서 본 기재의 섹션 II의 개시의 다양한 양태에 따라, 라미네이트가 희생 캐스팅 원통의 외부 표면과 접촉하는 서브마스터의 기판의 비패턴화 표면을 가지는 희생 캐스팅 원통 주위를 구른다.
갭 2120은 원통의 길이에 따라 고분자 마스크 2115에 형성될 수 있고, 이는 제거된/비캐스팅 탄성체 재료 2115의 스트립 2120에 상응할 수 있다. 고분자 마스크 2115 아래의 서브마스터 몰드 2112의 패턴화 부분은 갭 2120으로부터 노출될 수 있고 갭 2120을 가로질러 확장될 수 있다. 라미네이트의 제거된/결손 스트립 부분의 어긋난 위치는 갭 2120이 서브마스터 2112의 패턴화 부분에 노출되지만, 중첩된 부분으로 인한 롤링된 라미네이트의 맞은편 말단 사이의 경계에서 또 다른 이음매가 형성되지 않는 방식으로 롤링될 수 있도록 한다.
도 21F에서와 같이, 갭 2120은 이후 추가의 액체 탄성체 재료 (즉 추가의 고분자 전구체 액체)로 충전되어 경화된 고분자 2115 중의 갭 2120이 충전될 수 있다. 그렇게 하여, 서브마스터 몰드 2112 상의 패턴이 경화시에 추가된 탄성체 재료에 전사될 수 있고 이에 의하여 이음매가 충전되고 실질적으로 무이음매인 고분자 마스크 패턴이 형성된다. 일부 구현에서, 갭 충전은 섹션 I의 개시의 다양한 양태를 이용할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현에서 동축 원통은 갭에 부어질 수 있도록 하는 조립 장치를 사용하여 조립될 수 있다.
경화 후에, 캐스팅 원통 2130이 서브마스터 몰드 2112의 라미네이트 및 충전된 갭 2120을 가지는 고분자 마스크 2115로부터 제거될 수 있다. 고분자 마스크 2115는 또한 서브마스터 몰드 2112로부터 분리되어, 예컨대 도 21F에 나타나는 외부 표면 상에 실질적으로 무이음매인 패턴 2140을 가지는 독립적인 고분자 마스크가 생성될 수 있다.
일부 구현에서, 캐스트 탄성체 재료는 약 1 mm 내지 약 3 mm 범위 두께를 가지는 PDMS이고, 이에 의하여 유연성 레이어 1-3mm 두께를 가지는 원통형 마스크가 제조된다.
일부 구현에서, 서브마스터는 PET 필름 기판을 가질 수 있고, 패턴은 UV-경화된 고분자를 사용하여 그 위에 형성될 수 있다.
본 개시의 일부 구현은 독립적인 고분자 마스크 및 이의 제작 방법을 포함할 수 있다.
일부 구현에서, 방법은 패턴화 마스터 몰드의 제1 제조를 포함한다 (패턴화 마스터 몰드눈 본 명세서에서 대안으로 마스터 마스크로 지칭될 수 있다). 다음, 탄성체 재료, 예컨대 폴리디메틸실록산(PDMS)이, 마스터 몰드의 패턴화 영역에 캐스팅되어 경화 시에 패턴화 고분자 마스크가 형성된다 (탄성체 재료는 본 명세서에서 대안으로 고분자, 예비-고분자, 고분자 전구체, 또는 고분자 전구체 액체로 지칭될 수 있다). 고분자 마스크는 마스터 마스크 몰드의 말단에서 결손 부분을 가지도록 구성되고, 여기서 고분자 마스크의 말단의 부분이 절단될 수 있거나 탄성체 재료가 마스터 몰드의 말단에서 스트립 상에 캐스팅되지 않을 수 있다. 마스크 몰드의 라미네이트 및 고분자 마스크는 이후 롤링되고 마스터 몰드에 대한 기판이 캐스팅 원통과 접촉되는 방식으로 캐스팅 원통에 넣어진다. 갭은 원통의 길이를 따라 고분자 마스크에 형성되고, 여기서 갭은 경화된 고분자 마스크의 결손 부분에 상응하며, 고분자 마스크 아래의 마스터 몰드는 갭으로부터 노출되고 갭을 가로질러 연장된다. 갭은 이후 추가적인 탄성체 재료로 충전된다. 그렇게 하여, 마스터 몰드 상의 패턴이 경화시에 추가된 탄성체 재료에 전사되고, 이에 의하여 고분자 마스크 패턴 중의 이음미가 충전된다. 경화 후에, 마스터 몰드의 라미네이트 및 고분자 마스크가 캐스팅 원통으로부터 제거될 수 있고 다음에 고분자 마스크가 마스터 몰드로부터 분리되어, 독립적인 고분자 마스크가 생성될 수 있다.
도 22A는 본 개시의 다양한 양태에 따른 고분자 마스크 형성에 사용될 수 있는 원통형 마스터 몰드 조립체 2230의 부감도이다. 원통형 마스터 몰드 조립체 2230은 캐스팅 원통 2232, 마스터 몰드 2234 및 원통의 길이를 따라 갭 2237을 가지는 패턴화 고분자 마스크 2236을 포함한다. 도 22B는 도 22A에 나타나는 원통형 마스터 몰드 조립체의 투시도이다.
패턴화 마스크 2236은 다양한 방식으로 마스크 패턴으로써 패턴화될 수 있다. 한 예에서, 마스터 몰드의 내부 표면이 마스크 패턴을 포함할 수 있고 따라서 패턴이 고분자의 외부 표면 마스크에 전사된다. 또 다른 예로서, 고분자 마스크가 후속 제작 단계 및 캐스팅 원통의 제거 후 다양한 리소그래피 방법을 이용한 고분자의 외부 표면 패턴화에 의하여 패턴화될 수 있다. 또 다른 예로서, 패턴은 상기의 일부 조합에 의하여 또한 패턴화될 수 있다.
마스터 몰드 2234의 기판이 패턴화되면, 탄성체 재료가 몰드 2234의 패턴화 영역 상에 캐스팅될 수 있다. 일부 구현에서, 탄성체 재료는 폴리디메틸실록산 (PDMS), 예컨대 Sylgard 184 of Dow Corning™, h-PDMS, 소프트-PDMS 겔 등일 수 있다. 탄성체 재료는 임의의 다수의 공지 방법에 따라 침착될 수 있다. 제한이 아니라 예로서, 탄성체 재료는 침지, 초음파 분사, 마이크로젯 또는 잉크젯 유형 디스펜싱, 및 가능하다면 스피닝과 조합된 침지에 의하여 침착될 수 있다. 경화 공정 후, 고분자, 예컨대 PDMS는 경화되어 마스터 몰드 2234 상에 패턴화 고분자 마스크 2236가 형성된다. 고분자 경화는 경화되는 고분자의 유형 및 다른 요인에 의존할 수 있다. 예를 들어, 경화는 열적으로, UV 복사선을 사용하여, 또는 다른 수단으로 수행될 수 있다.
마스터 몰드 2234의 라미네이트 및 고분자 마스크 2236은 롤링되고 마스터 몰드 2234에 대한 기판이 캐스팅 원통 2232와 접촉하는 (즉 라미네이트의 외부 표면이 캐스팅 원통의 내부 표면에 인접하는) 방식으로 캐스팅 원통 2232에 동축으로 삽입된다. 고분자 마스크 2236의 한 말단의 일부가 결손되므로, 갭 2237은 원통 2232의 길이를 따라 고분자 마스크에 형성되고, 아래의 마스터 몰드가 갭으로부터 노출되고 갭을 가로질러 연장된다. 마스터 몰드 2234(즉 패턴화 기판)의 스트립 2239가 또한 라미네이트가 원통 2232의 내부에 이음에 없이 롤링될 수 있도록 갭 2237에 대하여 엇갈린 위치에서 라미네이트로부터 제거될 수 있다. 라미네이트의 결손 스트립 2237, 2239는 라미네이트의 맞은편 말단에서 있어 라미네이트가 도 22A-22B에 나타나는 바와 같이 서로 중첩되는 라미네이트의 말단과 함께 롤링되도록 할 수 있다.
캐스팅 원통 2232는 본 개시의 원통형 마스터 몰드 조립체가 형성된 후 제거될 수 있어야 한다. 본 개시의 양태에 따르면, 캐스팅 원통 2232는 쉽게 파쇄되는 재료로 형성된 얇은 벽의 원통일 수 있다. 제한이 아니라 예로서, 재료는 유리, 당, 또는 방향족 탄화수소 수지, 예컨대 PiccotexTM 또는 방향족 스타이렌 탄화수소 수지, 예컨대 PiccolasticTM일 수 있다. PiccotexTM 및 PiccolasticTM은 테네시, 킹스포트 소재의 Eastman Chemical Company의 상표이다. 제한이 아니라 예로서, 캐스팅 원통 2232는 대략 1 내지 10 mm 두께, 또는 그 안에 포함되는 임의의 두께 범위, 예를 들어, 2 내지 4 mm 두께일 수 있다. 도 22A에 나타나는 바와 같이, 고분자 마스크 2236은 캐스팅 원통 2232와 접촉하지 않고, 그러므로 고분자 마스크 상의 나노패턴이 제거 동안의 손상으로부터 보호된다. 추가의 본 개시의 양태에 따르면, 캐스팅 원통 2232은 고분자 마스크 2236에 유해하지 않은 용매에 의하여 용해되는 재료로 만들어질 수 있다. 예로서, 적절한 용해가능 재료는 당에 기반하는 재료일 수 있고 용매는 물일 수 있다. 캐스팅 원통 2232를 파쇄하는 대신 용해시키는 것이 나노패턴에 대한 추가적인 보호를 제공할 수 있다.
본 개시의 또 다른 추가적인 양태에 따르면, 캐스팅 원통 2232는 플라스틱 또는 알루미늄과 같은 가단성 재료로 만들어진 얇은 벽의 봉합된 원통일 수 있다. 캐스팅 원통 2232를 파쇄하는 대신, 원통의 안쪽으로부터 공기를 탈기시키는 것에 의한 구성요소 붕괴에 의하여 봉합된 구성요소가 제거될 수 있다. 본 개시의 또 다른 양태에 따르면, 캐스팅 구성요소 2232는 탄성 재료로 만들어진 공기압 실린더일 수 있다. 공기압 실린더에 적절할 수 있는 탄성 재료의 예는 플라스틱, 폴리에틸렌, 델라웨어, 윌밍턴 소재의 E. I. du Pont de Nemours and Company의 등록상표인 Teflon®라는 제품명으로 판매되는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 몰딩 공정 동안, 캐스팅 원통 2232가 팽창되어 원통을 형성할 수 있고 고분자 마스크 2236이 경화되면, 캐스팅 원통 2232가 고분자 마스크를 손상시키지 않고 제거되도록 수축될 수 있다. 일부 구현에서, 그러한 공기압 실린더는, 예를 들어, 제조하기에 상대적으로 저렴한지 그리고 세척하기 용이한지 여부에 따라 다회용이거나 일회용일 수 있다.
다음, 원통의 길이에 따른 고분자 마스크 2236 중의 갭 2237이 액체 PDMS와 같은 고분자로 충전된다. 경화 공정 동안, 마스터 몰드 2234 상의 패턴이 첨가된 고분자에 전사된다. 그렇게 하여, 도 22A-22B의 원통형 마스터 몰드 조립체 2230가 형성될 수 있다.
액체 고분자 경화는 UV 복사선, 열, 또는 다른 수단을 적용하는 것을 포함할 수 있다. 복사선 적용의 예에서, 복사원은 마스터 몰드 조립체 2230 내에 동축으로 위치될 수 있다. 대안으로, 복사원은 마스터 몰드 조립체 2230의 외부에 위치될 수 있고, 캐스팅 원통 2232 및 마스터 몰드 2234가 액체 고분자 경화에 필요한 복사선의 파장에 대하여 투명할 경우 캐스팅 원통 2232 및 마스터 몰드 2234를 통하여 노출될 수 있다.
마스터 몰드 2234의 라미네이트 및 패턴화 고분자 마스크 2236이 그 후에 캐스팅 원통 2232로부터 제거될 수 있다. 캐스팅 원통 제거는 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 제한이 아니라 예로서, 캐스팅 구성요소 2232는 파쇄, 용해, 수축, 또는 붕괴에 의하여 제거될 수 있다. 제한이 아니라 예로서, 캐스팅 원통은 톱, 레이저, 습식 또는 건식 식각, 또는 다른 수단을 사용하여 절단될 수 있다. 캐스팅 원통 절단 시에, 아래의 레이어/마스크를 손상시키지 않도록 주의를 기울여야 한다. 레이저가 캐스팅 원통 절단에 이용될 경우, 특수 레이어가 식각 정지 레이어로서 작용하도록 캐스팅 원통의 내부 표면 상에 침착될 수 있고, 이 레이어는 캐스팅 원통 재료 절단에 사용되는 빛에 대하여 반사성이어야 한다. 절단은 추후에 라미네이트로부터 캐스팅 원통을 벗기기 쉽게 만들기 위하여 하나 이상의 절단선을 사용하여 수행될 수 있다. 캐스팅 원통이 절단되면, 이는 라미네이트로부터 기계적으로 벗겨질 수 있다. 제한이 아니라 예로서, 캐스팅 원통은 안의 마스터 몰드 및 고분자 마스크를 식각하지 않는 식각 화학물질을 사용하여 화학적으로 식각될 수 있다. 캐스팅 원통은 또한 다른 수단에 의하여 제거될 수 있고, 그러한 다른 제거 수단은 본 개시의 범위 내에 있다. 일부 구현에서, 캐스팅 원통 2232는 본 기재의 섹션 II의 다양한 양태에 따른 희생 캐스팅 구성요소이다.
다음, 고분자 마스크 2236은, 예를 들어, 이를 벗겨냄에 의한 것과 같이 마스터 몰드 2234로부터 분리되어, 결과적으로 1-3 mm의 두께를 가지는 독립적인 PDMS 마스크가 생성될 수 있다.
본 개시의 양태는 독립적인 고분자 마스크를 형성하기 위하여 원통형 마스터 몰드 조립체 2230를 사용할 수 있는 공정 2300을 포함한다. 상기 개시의 다양한 양태를 포함하는 공정 2300을 나타내는 흐름도가 도 23에 나타난다. 공정 2300의 다양한 양태가 또한 도 22A-22B의 몰드 조립체 2230에 관하여 설명된다. 먼저, 2310에서, 마스터 몰드 2234를 패턴화한다. 마스터 몰드는 더 작은 마스터 마스크로써 이를 연속적으로 임프린팅하여 패턴화될 수 있다. 2320에서, 마스터 몰드 2234 상에 탄성체 재료 또는 고분자를 캐스팅하고 재료/고분자를 경화하여 패턴화 고분자 마스크를 형성한다. 2330에서, 마스터 몰드 2234의 라미네이트 및 패턴화 고분자 마스크 2236이 롤링되고 캐스팅 원통 2232에 동축으로 삽입된다. 2340에서, 패턴화 고분자 마스크 2236 중의 갭이 액체 고분자로 충전된다. 2342에서, 액체 고분자가 경화 공정 동안 경화되고, 이에 의하여 갭을 따른 마스터 몰드 상의 패턴이 경화된 고분자에 전사된다. 2350에서, 캐스팅 원통 2232 및 마스터 몰드 2234 가 제거되어 독립적인 고분자 마스크가 형성된다.
VI. 캐스팅 구성요소를 사용하는 다중레이어 마스크 형성
이 섹션 VI의 개시의 양태는 다중 단계에서 동축 캐스팅 구성요소를 사용하여 다중레이어화 마스크를 형성하는 방법 및 장치를 포함한다 . 다른 다양한 방법 및 장치가 또한 이 섹션에 포함된다. 이 섹션의 양태에 따른 다중레이어화 마스크 형성은 회전가능 마스크를 위한 유연성 레이어 형성에 이용될 수 있고, 이는 가외의 완충 또는 회전가능 마스크의 유연성을 포함할 수 있는 이점을 제공할 수 있다. 이 섹션의 구현에 대한 다른 다양한 장점이 존재할 수 있다.
이 섹션 VI가 응용 가능성을 가지고, 회전가능 마스크의 패턴화 유연성 레이어의 형성을 포함할 수 있는 그러한 임의의 섹션을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 본 기재의 나머지 섹션 I-V의 다양한 양태에서 쉽게 구현될 수 있음이 또한 주목된다. 제한이 아니라 예로서, 이 섹션 VI의 개시의 다양한 양태가 캐스팅 구성요소의 표면 패턴화를 포함하는 본 기재의 섹션 IV의 구현에 쉽게 적용될 수 있다.
본 개시의 양태는 다중레이어 고분자 마스크 및 이의 제작 방법을 포함한다. 다중레이어 고분자 마스크 제작 방법은 두 단계를 포함할 수 있다.
도 24A는 본 개시의 일부 구현에 따른 다중레이어 고분자 마스크를 형성하기 위한 제1 단계에서의 원통형 마스터 몰드 조립체의 부감도를 나타낸다. 원통형 마스터 몰드 2410은 원통의 내부 표면 상의 피처/패턴을 가지도록 형성된다. 제1 캐스팅 원통 2420은 다음에 마스터 몰드 2410에 동축으로 삽입되어 캐스팅 원통 2420과 마스터 몰드 2410 사이에 원통형 영역이 생성된다. 다음, 캐스팅 원통 2420과 마스터 몰드 2410 사이의 원통형 영역이 액체 고분자로 충전되어 경화 시에 패턴화 고분자 마스크 2430이 형성된다. 그러므로, 제1 캐스팅 원통 2420은 제거되고 고분자 마스크 2430은 원통형 마스터 몰드 2410의 안쪽으로부터 벗겨진다. 이와 같이, 독립적인 고분자 마스크가 형성될 수 있다. 일부 구현에서, 독립적인 고분자 마스크 2430이 대안으로 본 기재의 섹션 V의 양태를 이용하여 형성되고, 여기서 라미네이트가 원통에 롤링되고 라미네이트 중의 갭이 충전되어 원통형 마스크 상의 실질적으로 무이음매인 패턴이 생성된다. 일부 구현에서, 독립적인 고분자 마스크 2430이 제1 캐스팅 원통 2420이 희생 구성요소이고 제1 캐스팅 원통 제거가 섹션의 양태에 따라 수행되는 구현을 포함하여 본 기재의 섹션 II의 다양한 양태를 이용하여 형성된다. 일부 구현에서, 원통형 마스터 마스크는 본 기재의 섹션 IV의 다양한 양태에 따른 원통의 내부 표면 패턴화에 의하여 형성된다.
도 24B는 본 개시의 일부 구현에 따른 다중레이어 고분자 마스크를 형성하기 위한 제2 단계에서의 원통형 마스터 몰드 조립체의 부감도를 나타낸다. 고분자 마스크 2430은 보호 필름 2432로 피복되고 제2 캐스팅 원통 2440에 삽입되며, 보호 필름이 캐스팅 원통 2440의 안쪽 표면에 마주한다 . 용융 실리카 마스크 원통 2450은 다음에는 제2 캐스팅 원통 2440 및 필름-피복된 고분자 마스크 2430에 동축으로 삽입되고, 이에 의하여 용융 실리카 마스크 원통과 고분자 마스크 2430의 내직경 사이의 원통형 영역이 생성된다. 이 갭은 이후 액체 고분자로 충전되어 경화 시에 완충 레이어 2460이 형성된다. 이후 제2 캐스팅 원통 2440 및 보호 필름 2432이 제거된다. 그 결과, 다중레이어 고분자 마스크가 형성된다. 일부 구현에서, 제2 캐스팅 원통 2440은 또한 본 기재의 섹션 II의 다양한 양태에 따른 희생 캐스팅 구성요소이고, 이에 의하여 제2 단계와 유사한 공정을 그에 따라 반복하여 추가적인 레이어가 형성되도록 한다.
도 2는 본 개시의 다양한 양태에 따른 패턴화 고분자 마스크 형성에 사용될 수 있는 조립체 200을 나타낸다. 일부 구현에서, 이 개시의 양태가 다중레이어 고분자 마스크를 형성하기 위하여 앞서 언급된 제1 단계에서 이용될 수 있다. 조립체 200은 마스터 몰드 204 및 마스터 몰드 204에 의하여 둘러싸인 제1 캐스팅 원통 202를 포함한다. 제1 캐스팅 원통 202는 도 24A의 제1 캐스팅 원통 2420에 상응할 수 있다. 제1 캐스팅 원통 202는 또한 희생 캐스팅 원통, 예컨대 도 8A의 희생 캐스팅 구성요소 830에 상응할 수 있다. 마스터 몰드 204 및 캐스팅 원통 202는 이들의 축 206이 정렬되는 방식으로 동축으로 조립되고, 이에 의하여 마스터 몰드 204 주위의 균일한 두께를 가지는 원통형 영역 208이 원통형 마스크의 고분자 레이어의 형상을 한정할 수 있는 생성된다. 캐스팅 원통 202의 외직경은 다중레이어 마스크의 최종 용융 실리카 마스크 원통 2450의 외직경보다 크다. 고분자 전구체는 마스터 몰드 204와 캐스팅 원통 202 사이의 공간 208에 삽입될 수 있다. 마스터 몰드 204 및 캐스팅 원통 202는 조립 장치(도시되지 않음)를 사용하여 제자리에 고정될 수 있는데, 조립 장치는 축을 정렬시키고, 예컨대 고분자를 장치의 개구 또는 홀을 통하여 붓는 것에 의하여 액체 고분자가 조립체의 원통형 영역 208에 삽입되도록 허용한다. 고분자 전구체 삽입은, 예를 들어, 몰드 204와 원통 202 사이의 공간으로 조립 장치의 상부를 통하여 액체 또는 반액체 고분자 전구체 재료를 부어 수행될 수 있다. 고분자 전구체는 액체 또는 반액체 형태의 단량체, 고분자, 부분 가교된 고분자, 또는 이들의 임의의 혼합물의 형태일 수 있다. 고분자 전구체는 경화되어 원통형 마스크의 내부 고분자 레이어가 형성될 수 있다. 고분자 전구체 경화는 UV 복사선 또는 열 적용을 포함할 수 있다. 경화 공정 동안, 마스터 몰드의 내부 표면 204 상의 패턴이 고분자의 외부 표면에 전사될 수 있다.
앞서 언급된 제1 단계에서, 마스터 몰드의 내부 표면 2410 패턴화가 다양한 기술을 이용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 본 기재의 섹션 III에 위에 기재되는 바와 같이, 마스터 몰드의 내부 표면이 이를 더 작은 마스터 마스크로 연속적으로 임프린팅하여 패턴화될 수 있다. 또 다른 예로서, 원통 표면은 나노임프린트 리소그래피, 나노접촉 프린팅, 포토리소그래피 등을 포함하는 임의의 다양한 공지 기술을 이용하여 패턴화될 수 있다.
앞서 언급된 제1 단계에서, 캐트스 원통 2420이 제거될 수 있다. 패턴화 고분자 마스크는 다음에는 마스터 몰드 2410 로부터 벗겨져 약 1 내지 3 mm의 두께의 독립적인 고분자 마스크가 형성될 수 있다. 캐스팅 원통 2420 및 고분자 마스크 2430 제거가 본 개시에서 앞서 언급된 것과 같은 다양한 방식을 포함하는 다양한 방식으로 수행될 수 있음이 주목된다.
앞서 언급된 제1 단계에서, 고분자 마스크 2430은 보호 레이어 2432로 피복될 수 있다. 한 예에서, 보호 레이어는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)의 필름일 수 있다. 보호 레이어 2432는 고분자 마스크 2430 상에 침착될 수 있고, 이후 필름-피복된 고분자 마스크 2430은 제2 캐스팅 원통 2440의 내부 표면에 대하여 보호 필름 2432를 가지는 제2 캐스팅 원통 2440에 동축으로 삽입된다. 제2 캐스팅 원통 2440의 내직경은 앞서 언급된 제1 단계에서 활용되는 마스터 몰드 2410의 내직경과 동등하다. 제2 캐스팅 원통 2440은, 도 22A 및 도 22B의 캐스팅 원통 2232와 관련하여 논의되거나 섹션 II에서 희생 캐스팅 구성요소에 대하여 기재된 것과 같이, 쉽게 파쇄되는 재료로 형성된 얇은 벽의 원통일 수 있다. 일부 구현에서, 보호 필름은 제2 캐스팅 원통 2440이 개별적인 부분으로 만들어질 수 있도록 한다.
앞서 언급된 제2 단계에서, 회전가능 마스크를 위한 기판, 예컨대 용융 실리카 마스크 원통 2450은 제2 캐스팅 원통 2440 및 필름-피복된 고분자 마스크 2430에 동축으로 삽입된다. 용융 실리카 마스크 원통 2450은 고분자 마스크 2430의 내직경보다 작은 외직경을 가지는 중공 원통일 수 있고, 이에 의하여 마스크 원통의 외부 표면과 고분자 마스크 2430의 내부 표면 사이의 마스크 원통 2450 주위의 균일한 두께의 원통형 영역이 생성된다.
앞서 언급된 제2 단계에서, 고분자 마스크 2430과 용융 실리카 마스크 원통 2450 사이에 생성된 원통형 영역이 액체 고분자로 충전될 수 있고 이에 의하여 경화 시에 고분자 마스크의 내부 표면에 완충 레이어 2460이 형성된다. 액체 고분자는 본 개시에서 위에 언급된 다양한 방식으로 포함하는 다양한 방식으로 원통형 영역에 삽입될 수 있다.
앞서 언급된 제2 단계에서, 제2 캐스팅 원통 2440이 제거될 수 있다. 또한, 보호 필름 2432이 경화된 완충 레이어 2460을 가지는 고분자 마스크 2430으로부터 분리될 수 있다. 그 결과, 고분자 마스크 2430 및 완충 레이어 2460을 포함하는 다중레이어 고분자 마스크가 형성될 수 있다. 캐트스 원통 및 보호 필름 제거는 다양한 방식, 예컨대 본 개시의 다른 곳에서 언급된 다양한 방식으로 수행될 수 있다.
본 개시의 양태는 다중레이어 고분자 마스크를 형성하기 위하여 원통형 마스터 몰드 조립체 2400 및 2401을 사용할 수 있는 공정 2500을 포함한다. 상기 개시의 다양한 양태를 포함할 수 있는 공정 2500을 나타내는 흐름도가 도 25에 나타난다. 공정 2500의 다양한 양태가 또한 도 24A-24B에 관하여 설명된다. 2510에서, 방법 2500은 마스터 몰드의 내부 표면이 패턴을 포함하도록 마스터 몰드/마스크 2410을 패턴화하는 것을 포함할 수 있다. 2520에서, 몰드 및 원통의 축이 동일하도록 패턴화 마스터 몰드 2410 및 제1 캐스팅 원통 2420 을 동축으로 조립한다. 캐스팅 원통 2420은 몰드와 원통 사이에 공간이 남도록 마스터 몰드 2410의 내직경보다 작은 외직경을 가지는 중공 원통일 수 있다. 2530에서, 몰드 2410과 캐스팅 원통 2420 사이의 공간은 액체 고분자 전구체로 충전되어, 경화 시에 패턴화 고분자 마스크를 야기한다. 2540에서, 제1 캐스팅 원통 2420은 제거되고 패턴화 고분자 마스크 2430은 마스터 몰드 2410로부터 벗겨지며, 이에 의하여 독립적인 고분자 마스크가 형성된다. 일부 구현에서, 캐스팅 원통 2420은 본 기재의 섹션 II의 다양한 양태에 따른 희생 캐스팅 구성요소일 수 있고, 따라서 마스터 마스크 2410 가 장래의 사용을 위하여 보존될 수 있으며, 이에 의하여 캐스팅 원통 2420이 파쇄, 용해, 붕괴에 의하여 제거되거나, 그렇지 않으면 캐스팅 원통 2420의 제거 후 마스터 마스크 2410으로부터 2540에서 추후에 제거되도록 하는 방식으로 이를 제거한다. 2550에서, 고분자 마스크 2430은 보호 레이어 또는 필름 2432로 피복된다. 2560에서, 필름-피복된 고분자 마스크 2430은 제2 캐스팅 원통 2440에 동축으로 삽입된다. 2570에서, 용융 실리카 마스크 원통 2450은 제2 캐스팅 원통 2440 및 필름-피복된 마스크 2430에 동축으로 삽입된다. 용융 실리카 마스크 원통 2450은 고분자 마스크 2430의 내직경보다 작은 외직경을 가지는 중공 원통일 수 있고, 이에 의하여 원통과 마스크 사이에 공간이 남겨진다. 2580에서, 용융 실리카 마스크 원통 2450과 고분자 마스크 2430 사이의 공간이 추가적인 액체 고분자 전구체로 충전되고, 이에 의하여 경화 시에 완충 레이어 2460이 형성된다. 2590에서, 캐스팅 원통 2440 및 보호 필름이 제거되어 다중레이어 고분자 마스크가 형성될 수 있다. 일부 구현에서, 캐스팅 원통 2440은 또한 희생 캐스팅 구성요소일 수 있다.
본 개시의 다양한 양태에 따른 다중레이어 마스크 형성은 여러 가지 장점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 캐스팅 원통, 예를 들어 앞서 언급된 외부 레이어 형성에 사용되는 제1 캐스팅 원통 2420이 이음매를 가지는 분리 가능한 구성요소로 만들어질 수 있고, 이에 의하여 공정이 잠재적으로 단순화되고 비용이 감소된다. 비패턴화 표면과 접촉하여 레이어 형성에 사용되는 고분자, 예를 들어 앞서 언급된 외부 레이어 2430의 내부 표면에 인접한 내부 레이어 형성에 사용되는 고분자 2460이 또한 그러한 개별적인 구성요소를 사용하여 야기된 이음매에 충전될 수 있다. 유사하게, 본 개시의 일부 구현에서, 패턴화 표면 위에 제공된 보호 필름은 캐스팅 튜브, 예를 들어 앞서 언급된 제2 캐스팅 원통 2440이 분리 가능한 구성요소로 만들어질 수 있도록 하고, 이에 의하여 보호 필름은 분리 가능한 구성요소의 이음매가 필름에 의하여 피복된 패턴화 피처에 전사되는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 일부 구현에서, 예를 들어, 원통형 마스터 몰드 2410과 같은 캐스팅 공정에서 사용된 몰드 또는 마스크는 몰딩된 재료를 제거하기 위하여 파괴될 필요가 없고, 이에 의하여 이를 장래의 사용을 위하여 보존하고 파괴 공정에 의한 몰딩된 재료의 손상을 방지한다.
당해 분야의 숙련가는 본 개시의 다양한 양태가 본 개시의 범위에서 벗어나지 않고 다양한 다른 양태와 조합될 수 있음을 쉽게 인지할 것이다. 제한이 아니라 예로서, 당해 분야의 숙련가에 의하여 상기 섹션 I-VI의 개시의 다양한 양태가 본 개시 구현에 관련된 제작 방법 및 회전가능 마스크에서 여러 상이한 변경에 조합될 수 있음이 쉽게 인지될 것이다.
본 개시의 다양한 양태가 일반적으로 둘의 유연성 레이어를 가지는 다중레이어화 마스크에 관하여 기재됨이 주목된다. 본 개시의 양태가 둘 초과의 유연성 레이어를 가지는 다중레이어화 마스크를 형성하기 위하여 쉽게 구현될 수 있음이 주목된다.
본 개시의 다양한 양태가 원통형 형상을 가지는 회전가능 마스크에 관하여 기재됨이 또한 주목된다. 본 개시의 양태가 예를 들어, 원뿔대 요소 또는 다른 축대칭 형상을 포함하는 형상과 같은 다른 형상을 가지는 회전가능 마스크에서 쉽게 구현될 수 있음이 주목된다.
본 개시의 다양한 양태가 예를 들어, 캐스팅 원통의 내부 또는 외부 표면, 최종 마스킹 원통, 레이어, 또는 제작 공정에서 사용되는 다른 요소와 같은 여러 상이한 원하는 표면에 무이음매 또는 준 무이음매 피처 패턴을 생성하기 위하여 역전, 전환, 재정렬 등이 될 수 있음이 또한 주목된다.
더욱 일반적으로 비록 상기한 것이 본 발명의 바람직한 실시예의 완전한 기재이기는 하지만, 다양한 대체물, 변형물 및 균등물을 사용할 수 있음을 주목하는 것이 중요하다. 그러므로, 본 발명의 범위가 상기 기재에 관하여 결정되어서는 안되고, 대신에, 균등물의 완전한 범위와 함께 첨부된 청구범위에 관하여 결정되어야 한다. 바람직함 여부에 관계없는 본 명세서에 기재된 임의의 특징은 바람직함 여부에 관계없는 본 명세서에 기재된 임의의 다른 특징과 조합될 수 있다.
아래의 청구항에서, "포함하는"과 같은 개방형 전이구를 포함하는 청구항에서 사용될 때 부정관사 "하나"는, 명백하게 달리 언급되는 경우를 제외하고 관사 이후의 아이템 중 하나 이상의 양을 지칭한다. 더욱이, 동일한 청구항 용어를 다시 언급하기 위한 단어 "상기" 또는 "그"의 이후의 사용은 의미를 바꾸지 않고, 단순히 비-단수의 의미를 다시 상기시킨다. 한정이 주어진 청구항에서 어구 "위한 수단" 또는 "위한 단계"를 사용하여 명백하에 언급되지 않으면, 첨부된 청구범위가 수단 및 기능(means-plus-function) 한정 또는 단계 및 기능(step-plus-function) 한정을 포함하는 것으로 해석되지 않는다.

Claims (195)

  1. 다음 단계를 포함하는 원통형 마스크 제작 방법:
    중공 캐스팅 원통과 마스크 원통을 동축으로 조립하는 단계, 여기서 캐스팅 원통 및 마스크 원통 중 하나는 마스크 원통 및 캐스팅 원통 중 다른 하나의 외직경보다 큰 내직경을 가짐;
    캐스팅 원통과 마스크 원통 사이의 공간에 액체 고분자 전구체를 삽입하는 단계;
    경화된 고분자의 레이어를 형성하기 위하여 캐스팅 원통과 마스크 원통 사이의 공간 중의 액체 고분자 전구체를 경화시키는 단계;
    마스크 원통의 표면 상에 경화된 고분자의 레이어를 남기기 위하여 캐스팅 원통을 제거하는 단계; 및
    경화된 고분자의 표면을 패턴화하는 단계.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 동축으로 조립하는 단계는 제1 플레이트, 제2 플레이트, 및 핀을 가지는 조립 장치를 사용하는 것을 포함하고, 여기서 핀은 캐스팅 원통 및 마스크 원통의 맞은편 말단에서 제1 플레이트 및 제2 플레이트가 함께 유지되도록 구성되고, 상기 액체 고분자 삽입 단계는 제1 플레이트 중의 홀을 통하여 액체 고분자를 붓는 것을 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 제1 플레이트는 마스크 원통과 정렬하는 제1 홈 및 캐스팅 원통과 정렬하는 제2 홈을 가지고, 제2 플레이트는 마스크 원통과 정렬하는 제1 홈 및 캐스팅 원통과 정렬하는 제2 홈을 가지는 방법.
  4. 제1 항에 있어서, 캐스팅 원통은 마스크 원통의 외부 직경보다 큰 내부 직경을 가지고, 캐스팅 원통은 패턴화 내부 표면을 가지고, 상기 고분자 패턴화 단계는 패턴화 내부 표면 상의 패턴을 고분자의 표면에 전사하기 위하여 패턴화 내부 표면을 사용하는 것을 포함하는 단계.
  5. 제4항에 있어서, 상기 동축으로 조립하는 단계 이전에 캐스팅 원통의 내부 표면을 패턴화하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 캐스팅 원통의 내부 표면 패턴화 단계는 나노다공성 표면을 생성하기 위하여 양극산화 공정을 수행하는 것을 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 캐스팅 원통은 알루미늄으로 만들어지는 방법.
  8. 제6항에 있어서, 캐스팅 원통은 그 내부 표면 상에 침착된 알루미늄을 가지는 방법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 캐스팅 원통의 내부 표면 패턴화 단계는 다음 단계를 포함하는 방법:
    캐스팅 원통의 내부 표면 상에 자기조립하는 나노입자를 침착시키는 단계;
    식각 마스크로서 나노입자를 사용하여 캐스팅 원통의 내부 표면을 식각하는 단계; 및
    나노입자를 제거하는 단계.
  10. 제9항에 있어서, 상기 나노입자는 나노구인 방법.
  11. 제5항에 있어서, 상기 캐스팅 원통의 내부 표면 패턴화 단계는 패턴을 가지는 더 작은 면적의 마스터 마스크로써 캐스팅 원통의 내부 표면을 연속적으로 임프린팅하는 것을 포함하는 방법.
  12. 제5항에 있어서, 상기 캐스팅 원통의 내부 표면 패턴화 단계는 나노임프린트 리소그래피 수행을 포함하는 방법.
  13. 제5항에 있어서, 상기 캐스팅 원통의 내부 표면 패턴화 단계는 나노접촉 리소그래피 수행을 포함하는 방법.
  14. 제5항에 있어서, 상기 캐스팅 원통의 내부 표면 패턴화 단계는 포토리소그래피 수행을 포함하는 방법.
  15. 제1 항에 있어서, 상기 고분자를 패턴화하는 단계는 상기 제거 단계 이후에 고분자의 외부 표면을 패턴화하는 것을 포함하는 방법.
  16. 제1 항에 있어서, 상기 패턴화 단계는 원통형 마스크 제작 방법 동안 패턴화 외부 표면의 패턴이 고분자의 내부 표면에 전사되도록 패턴화 외부 표면을 가지는 마스크 원통을 사용하는 것을 포함하는 방법.
  17. 제1 항에 있어서, 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    상기 동축 정렬 단계 이전에 캐스팅 원통의 내부 표면 상에 액체 고분자를 침착시키는 단계; 및
    상기 액체 고분자 전구체 삽입 단계가 마스크 원통의 외부 표면과 경화된 고분자의 내부 표면 사이의 공간에 액체 고분자 전구체를 삽입하는 것을 포함하도록, 상기 동축 조립 전에 캐스팅 원통의 내부 표면 상의 고분자를 경화시키는 단계.
  18. 제1 항의 방법에 의하여 제작된 원통형 마스크에 있어서, 다음을 포함하는 원통형 마스크:
    마스크 원통; 및
    마스크 원통의 외부 표면 상의 무이음매 고분자 레이어,
    여기서 무이음매 고분자 레이어는 무이음매 고분자 레이어의 표면 상의 표면 상의 패턴을 가짐.
  19. 제18항에 있어서, 상기 패턴은 무이음매인 원통형 마스크.
  20. 제17항의 방법에 의하여 제작된 원통형 마스크에 있어서, 다음을 포함하는 마스크:
    마스크 원통;
    마스크 원통의 외부 표면 상의 제1 무이음매 고분자 레이어; 및
    제1 고분자 레이어의 외부 표면 상의 제2 무이음매 고분자 레이어,
    여기서 제2 고분자 레이어는 제1 고분자 레이어보다 경질이고, 제2 고분자 레이어는 외부 표면 상에 패턴을 가짐.
  21. 제20항에 있어서, 상기 패턴은 무이음매인 원통형 마스크.
  22. 다음을 포함하는 원통형 마스크:
    마스크 원통;
    마스크 원통의 표면 상의 무이음매 유연성 레이어, 상기 유연성 레이어는 표면 상의 패턴을 가짐.
  23. 제22항에 있어서, 상기 패턴은 상기 유연성 레이어의 외부 표면 상에 있는 원통형 마스크.
  24. 제22항에 있어서, 상기 패턴은 무이음매인 원통형 마스크.
  25. 제22항에 있어서, 상기 유연성 레이어는 내부 고분자 레이어 및 외부 고분자 레이어를 포함하고, 상기 내부 고분자 레이어는 마스크 원통의 외부 표면 상에 있고, 외부 고분자 레이어는 내부 고분자 레이어의 외부 표면 상에 있는 원통형 마스크.
  26. 제24항에 있어서, 상기 외부 고분자 레이어는 내부 고분자 레이어보다 경질인 재료이고, 외부 고분자 레이어는 내부 고분자 레이어 원통형 마스크보다 얇은 원통형 마스크.
  27. 제22항에 있어서, 패턴은 나노규모의 피처를 포함하는 원통형 마스크.
  28. 제22항에 있어서, 상기 유연성 레이어는 균일한 두께를 가지는 원통형 마스크.
  29. 제22항의 원통형 마스크를 기판 상에 롤링하여 기판을 반복적으로 패턴화하는 것을 포함하는 리소그래피 방법.
  30. 제58항의 방법에 의하여 패턴화된 기판.
  31. 방법에 의하여 제조된 다음을 포함하는 회전가능 마스크:
    축대칭 기판;
    기판의 외부 표면 상의 유연성 레이어; 및
    유연성 레이어의 외부 표면 상의 무이음매 패턴,
    여기서 회전가능 마스크는 다음 단계에 의하여 제조됨
    a) 제1 마스터 마스크의 내부에 제1 캐스팅 구성요소를 동축으로 조립하는 단계, 여기서 제1 마스터 마스크는 제1 캐스팅 구성요소의 외직경보다 큰 내직경을 포함하고, 제1 마스터 마스크의 내부 표면은 패턴을 포함함;
    b) 제1 캐스팅 구성요소의 외부 표면과 제1 마스터 마스크의 내부 표면 사이의 공간에 제1 고분자 전구체 액체를 침착시키는 단계;
    c) 제1 경화된 고분자를 생성하기 위하여 제1 고분자 전구체 액체를 경화시키는 단계, 이에 의하여 제1 경화된 고분자의 외부 표면이 마스터 마스크의 패턴에 상응하는 패턴을 포함함;
    d) 제1 경화된 고분자로부터 제1 캐스팅 구성요소를 제거하는 단계;
    e) 제1 마스터 마스크로부터 제1 경화된 고분자를 제거하는 단계;
    f) 제2 캐스팅 구성요소의 내부에 제1 경화된 고분자를 조립하는 단계;
    g) 제1 경화된 고분자의 내부에 제2 캐스팅 구성요소를 동축으로 조립하는 단계, 여기서 제2 캐스팅 구성요소는 제1 경화된 고분자의 내직경보다 작은 외직경을 가짐;
    h) 제2 캐스팅 구성요소의 외부 표면과 제1 경화된 고분자의 내부 표면 사이의 공간에 제2 고분자 전구체 액체를 침착시키는 단계;
    i) 제2 경화된 고분자를 생성하기 위하여 제2 고분자 전구체 액체를 경화시키는 단계, 이에 의하여 제2 경화된 고분자 및 제1 경화된 고분자가 함께 회전가능 마스크를 위한 유연성 레이어를 형성함.
  32. 회전가능 마스크 제작 방법에 있어서, 다음 단계를 포함하는 방법:
    a) 제1 마스터 마스크의 제1 표면 상에 제1 고분자 전구체 액체를 침착시키는 단계, 여기서 제1 마스터 마스크의 제1 표면은 패턴을 포함함;
    b) 제1 경화된 고분자를 생성하기 위하여 제1 고분자 전구체 액체를 경화시키는 단계, 여기서 제1 경화된 고분자 및 제1 마스터 마스크가 함께 라미네이트를 형성함;
    c) 라미네이트의 제1 말단이 제1 경화된 고분자 결손의 스트립을 가지고 라미네이트의 제2 말단이 제1 마스터 마스크 결손의 스트립을 가지도록 구성하는 단계;
    d) 제1 캐스팅 구성요소의 내부에서 라미네이트를 롤링하는 단계;
    e) 제1 경화된 고분자의 스트립에 상응하는 롤링된 라미네이트의 갭에 제2 고분자 전구체 액체를 침착시키는 단계;
    f) 제2 경화된 고분자를 형성하기 위하여 제2 고분자 전구체 액체를 경화시키는 단계, 이에 의하여 제1 경화된 고분자 및 제2 경화된 고분자가 함께 회전가능 마스크를 위한 유연성 레이어를 형성하고, 유연성 레이어의 외부 표면이 제1 마스터 마스크의 패턴에 상응하는 패턴을 포함함.
  33. 제32항에 있어서, 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    g) 상기 단계 f) 이후에 라미네이트로부터 제1 캐스팅 구성요소를 제거하는 단계.
  34. 제32항에 있어서, 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    h) 상기 단계 f) 이후에 유연성 레이어로부터 제1 마스터 마스크를 제거하는 단계.
  35. 제32항에 있어서, 제1 캐스팅 구성요소는 원통형 형상인 방법.
  36. 제32항에 있어서, 제1 마스터 마스크의 패턴은 나노-규모의 피처를 포함하는 방법.
  37. 제32항에 있어서, 상기 단계 c)는 상기 단계 b) 이후에 제1 경화된 고분자의 스트립을 제거하는 것을 포함하는 방법.
  38. 제32항에 있어서, 상기 단계 c)는 상기 단계 a)를 수행 시에 노출되는 제1 마스터 마스크의 제1 표면의 스트립을 남기는 것을 포함하는 방법.
  39. 제32항에 있어서, 상기 단계 d)는 라미네이트의 상기 말단을 중첩시키는 것을 포함하는 방법.
  40. 제32항에 있어서, 라미네이트의 제1 말단은 라미네이트의 제2 말단에 대하여 맞은편인 방법.
  41. 제32항에 있어서, 제1 마스터 마스크는 PET 기판을 포함하는 방법.
  42. 제32항에 있어서, 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    i) 상기 단계 a) 이전에 제1 마스터 마스크의 제1 표면 상에 패턴을 형성하는 단계.
  43. 제42항에 있어서, 상기 제1 마스터 마스크의 제1 표면 상의 패턴 형성 단계는 다음 단계를 포함하는 방법:
    패턴을 가지는 제2 마스터 마스크로써 기판을 임프린팅하는 단계, 제2 마스터 마스크의 패턴은 기판보다 작은 면적을 가짐;
    기판의 원하는 면적이 패턴화될 때까지 상기 임프린팅을 연속적으로 반복하고, 각각의 상기 연속적인 반복으로써 기존에 임프린팅된 기판 부분의 일부를 중첩시키는 단계;
    여기서 상기 제2 마스터 마스크로써 기판을 임프린팅하는 단계는 다음 단계를 포함함:
    제3 고분자 전구체 액체를 침착시키는 단계;
    마스터 마스크와 기판 사이의 제3 고분자 전구체 액체를 압착하는 단계; 및
    제3 고분자 전구체 액체를 경화시키는 단계.
  44. 제32항에 있어서, 상기 고분자 전구체 액체는 PDMS를 포함하는 방법.
  45. 제32항에 있어서, 방법은 유연성 레이어의 두께가 1 내지 3 mm이도록 형성되는 방법.
  46. 제32항에 있어서, 제1 캐스팅 구성요소는 희생 캐스팅 구성요소인 방법.
  47. 제33항에 있어서, 제1 캐스팅 구성요소는 희생 캐스팅 구성요소이고, 상기 단계 g)는 제1 캐스팅 구성요소의 파쇄, 용해, 또는 수축을 포함하는 방법.
  48. 제32항에 있어서, 상기 단계 d)는 제1 캐스팅 구성요소의 내부 표면에 인접한 마스터 마스크의 제2 표면으로써 수행되는 방법.
  49. 회전가능 마스크 제작 방법에 있어서, 다음 단계를 포함하는 방법:
    a) 제1 마스터 마스크의 내부에 제1 캐스팅 구성요소를 동축으로 조립하는 단계, 여기서 제1 마스터 마스크는 제1 캐스팅 구성요소의 외직경보다 큰 내직경을 포함하고, 제1 마스터 마스크의 내부 표면은 패턴을 포함함;
    b) 제1 캐스팅 구성요소의 외부 표면과 제1 마스터 마스크의 내부 표면 사이의 공간에 제1 고분자 전구체 액체를 침착시키는 단계;
    c) 제1 경화된 고분자를 생성하기 위하여 제1 고분자 전구체 액체를 경화시키는 단계, 이에 의하여 제1 경화된 고분자의 외부 표면이 마스터 마스크의 패턴에 상응하는 패턴을 포함함;
    d) 제1 경화된 고분자로부터 제1 캐스팅 구성요소를 제거하는 단계;
    e) 제1 마스터 마스크로부터 제1 경화된 고분자를 제거하는 단계;
    f) 제2 캐스팅 구성요소의 내부에 제1 경화된 고분자를 조립하는 단계;
    g) 제1 경화된 고분자의 내부에 제2 캐스팅 구성요소를 동축으로 조립하는 단계, 여기서 제2 캐스팅 구성요소는 제1 경화된 고분자의 내직경보다 작은 외직경을 가짐;
    h) 제2 캐스팅 구성요소의 외부 표면과 제1 경화된 고분자의 내부 표면 사이의 공간에 제2 고분자 전구체 액체를 침착시키는 단계;
    i) 제2 경화된 고분자를 생성하기 위하여 제2 고분자 전구체 액체를 경화시키는 단계, 이에 의하여 제2 경화된 고분자 및 제1 경화된 고분자가 함께 회전가능 마스크를 위한 유연성 레이어를 형성함.
  50. 제49항에 있어서, 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    j) 상기 단계 f) 이전에 보호 레이어로 제1 경화된 고분자의 외부 표면을 피복하는 단계.
  51. 제49항에 있어서, 제2 캐스팅 구성요소는 회전가능 마스크를 위한 기판인 방법.
  52. 제49항에 있어서, 제2 캐스팅 구성요소는 용융 실리카를 포함하는 방법.
  53. 제49항에 있어서, 상기 캐스팅 구성요소는 원통형 형상인 방법.
  54. 제49항에 있어서, 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    k) 상기 단계 a) 이전에 제1 마스터 마스크의 내부 표면을 패턴화하는 단계, 여기서 상기 단계 k)는 다음 단계를 포함함:
    제1 마스터 마스크의 내부 표면 위에 구조화 다공성 레이어를 형성하는 단계, 여기서 제1 마스터 마스크는 광복사선에 대하여 투명함;
    구조화 다공성 레이어 중의 복수의 공극을 충전 재료로 충전하는 단계;
    공극 중 하나에 있지 않은 충전 재료 부분을 제거하는 단계; 및
    공극 중의 충전 재료로부터 복수의 돌출부를 형성하는 단계, 여기서 돌출부는 구조화 다공성 레이어를 넘어 연장됨.
  55. 제49항에 있어서, 상기 고분자 전구체 액체는 PDMS를 포함하는 방법.
  56. 제49항에 있어서, 상기 단계 d)는 제1 캐스팅 구성요소의 파쇄, 용해, 또는 수축을 포함하는 방법.
  57. 제49항에 있어서, 제1 마스터 마스크의 상기 내직경과 제1 캐스팅 구성요소의 상기 외직경의 차이는 2 내지 6 mm인 방법.
  58. 제49항에 있어서, 제1 마스터 마스크의 패턴은 나노-규모의 피처를 포함하는 방법.
  59. 다음을 포함하는 회전가능 마스크:
    축대칭 기판;
    기판의 외부 표면 상의 유연성 레이어; 및
    유연성 레이어의 외부 표면 상의 무이음매 패턴,
    여기서 회전가능 마스크는 제32항의 방법에 의하여 제조됨.
  60. 다음 단계를 포함하는 기판 패턴화 방법:
    (a) 패턴을 가지는 마스터 마스크로써 기판을 임프린팅하는 단계, 패턴은 기판보다 작은 면적을 가짐; 및
    (b) 기판의 원하는 면적이 패턴화될 때까지 상기 단계 (a)를 연속적으로 반복하고, 각각의 상기 연속적인 반복으로써 기판의 기존에 임프린팅된 부분의 일부를 중첩시키는 단계;
    여기서 상기 마스터 마스크로 기판을 임프린팅하는 단계는 다음 단계를 포함함:
    (i) 고분자 전구체 액체를 침착시키는 단계;
    (ii) 마스터 마스크와 기판 사이의 고분자 전구체 액체를 압착하는 단계; 및
    (iii) 고분자 전구체 액체를 경화시키는 단계.
  61. 제60항에 있어서, 상기 임프린팅 단계 이전에 상기 마스터 마스크 상에 패턴을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  62. 제61항에 있어서, 상기 패턴 형성 단계는 전자빔 리소그래피에 의한 마스터 마스크 패턴화를 포함하는 방법.
  63. 제61항에 있어서, 상기 패턴 형성 단계는 포토리소그래피에 의한 마스터 마스크 패턴화를 포함하는 방법.
  64. 제61항에 있어서, 상기 패턴 형성 단계는 간섭 리소그래피에 의한 마스터 마스크 패턴화를 포함하는 방법.
  65. 제61항에 있어서, 상기 패턴 형성 단계는 자기조립에 의한 마스터 마스크 패턴화를 포함하는 방법.
  66. 제61항에 있어서, 상기 패턴 형성 단계는 양극 알루미늄 산화에 의한 마스터 마스크 패턴화를 포함하는 방법.
  67. 제61항에 있어서, 상기 패턴 형성 단계는 나노구 리소그래피에 의한 마스터 마스크 패턴화를 포함하는 방법.
  68. 제61항에 있어서, 상기 패턴 형성 단계는 나노임프린트 리소그래피에 의한 마스터 마스크 패턴화를 포함하는 방법.
  69. 제60항에 있어서, 상기 고분자 전구체 액체 침착 단계는 마스터 마스크에 고분자 전구체 액체를 침착시키는 것을 포함하는 방법.
  70. 제60항에 있어서, 상기 고분자 전구체 액체 침착 단계는 기판에 고분자 전구체 액체를 침착시키는 것을 포함하는 방법.
  71. 제60항에 있어서, 상기 고분자 전구체 액체 침착 단계는 임프린팅될 영역 안에 고분자 전구체 액체의 하나 이상의 불연속적 방울을 침착시키는 것을 포함하는 방법.
  72. 제60항에 있어서, 상기 고분자 전구체 액체 침착 단계는 침지, 스피닝, 분사, 나이프-에지 코팅, 그라비어 코팅 등에 의하여 고분자 전구체 액체를 연속적으로 침착시키는 것을 포함하는 방법.
  73. 제60항에 있어서, 마스터 마스크와 기판 사이의 고분자 전구체 액체 압착 단계는 마스터 마스크와 기판 사이의 고분자 전구체 액체의 퍼짐을 제어하는 것을 포함하는 방법.
  74. 제73항에 있어서, 상기 퍼짐 제어 단계는 마스터 마스크와 기판 사이의 접촉부의 선을 따라서 기계적인 압력을 유지하는 것 및 마스터 마스크의 말단을 향하여 접촉부의 선을 연속적으로 움직이는 것을 포함하는 방법.
  75. 제60항에 있어서, 마스터 마스크와 기판 사이의 고분자 전구체 액체 압착 단계는 마스터 마스크를 기판에 대하여 압착하는 것을 포함하는 방법.
  76. 제60항에 있어서, 마스터 마스크와 기판 사이의 고분자 전구체 액체 압착 단계는 마스터 마스크에 대하여 압착하는 것을 포함하는 방법.
  77. 제60항에 있어서, 기판은 평면 표면을 가지는 방법.
  78. 제60항에 있어서, 기판은 곡면 표면을 가지는 방법.
  79. 제60항에 있어서, 기판은 강성인 방법.
  80. 제60항에 있어서, 기판은 가요성인 방법.
  81. 제60항에 있어서, 패턴은 나노-규모의 피처를 포함하는 방법.
  82. 제60항에 있어서, 마스터 마스크의 패턴은 포스트의 배열을 포함하는 방법.
  83. 제82항에 있어서, 포스트는 나노-규모인 방법.
  84. 제83항에 있어서, 포스트는 1 nm 내지 1000 nm의 특성 치수 (CD), 10 nm 내지 10000 nm의 깊이를 가지는 방법.
  85. 제83항에 있어서, 포스트는 50 nm 내지 400 nm의 CD, 및 100 nm 내지 1000 nm의 깊이를 가지는 방법.
  86. 제84항에 있어서, 배열은 CD의 두 배의 피치를 가지는 방법.
  87. 제60항에 있어서, 마스터 마스크의 패턴은 홀의 배열을 포함하는 방법.
  88. 제60항에 있어서, 마스크의 패턴은 일차원 연속 표면 릴리프 프로파일인 방법.
  89. 제88항에 있어서, 연속 표면 릴리프 프로파일은 사인곡선형 표면 릴리프 프로파일인 방법.
  90. 제60항에 있어서, 마스크의 패턴은 이차원 연속 표면 릴리프 프로파일인 방법.
  91. 제90항에 있어서, 연속 표면 릴리프 프로파일은 사인곡선형 표면 릴리프 프로파일인 방법.
  92. 제60항에 있어서, 기판은 플라스틱 필름인 방법.
  93. 제60항에 있어서, 기판은 금속 필름인 방법.
  94. 제60항에 있어서, 기판은 얇은 유리 시트인 방법.
  95. 제60항에 있어서, 기판은 유리 패널인 방법.
  96. 제60항에 있어서, 기판은 반도체 웨이퍼인 방법.
  97. 제60항에 있어서, 단계 (b)는 임프린팅된 부분의 무작위 배치를 생성하는 무작위 방식으로 상기 기판 임프린팅을 반복하는 것을 포함하는 방법.
  98. 다음을 포함하는, 제60항의 방법에 의하여 패턴화된 기판:
    제1 표면; 및
    제1 표면 상에 배치된 패턴화 레이어,
    여기서 패턴화 레이어는 복수의 임프린트를 포함하고, 임프린트 사이의 각각의 경계는 또 다른 임프린트의 일부와 중첩되는 임프린트를 포함함.
  99. 다음을 포함하는 패턴화 기판:
    제1 표면; 및
    제1 표면 상에 배치된 패턴화 레이어,
    여기서 패턴화 레이어는 복수의 임프린트를 포함하고, 임프린트 사이의 각각의 경계는 또 다른 임프린트의 일부와 중첩되는 임프린트를 포함함.
  100. 제99항에 있어서, 제1 표면은 곡면 표면을 포함하는 기판.
  101. 제99항에 있어서, 제1 표면은 평편 표면인 기판.
  102. 제99항에 있어서, 기판은 플라스틱 필름인 기판.
  103. 제99항에 있어서, 기판은 유리 패널인 기판.
  104. 제103항에 있어서, 패턴화 기판은 리소그래피 마스크인 기판.
  105. 제99항에 있어서, 기판은 나노임프린트 리소그래피 몰드인 기판.
  106. 제99항에 있어서, 패턴화 레이어는 나노-규모의 피처를 가지는 패턴을 포함하는 기판.
  107. 제99항에 있어서, 패턴화 레이어는 포스트의 배열을 가지는 패턴을 포함하는 기판.
  108. 제99항에 있어서, 포스트는 나노-규모인 기판.
  109. 제108항에 있어서, 포스트는 1 nm 내지 10000 nm의 CD, 및 10 nm 내지 1000 nm의 깊이를 가지는 기판.
  110. 제109항에 있어서, 배열은 CD의 두 배의 피치를 가지는 기판.
  111. 제99항에 있어서, 패턴화 레이어는 홀의 배열을 가지는 패턴을 포함하는 기판.
  112. 제99항에 있어서, 패턴화 레이어의 면적은 20,000 mm2보다 큰 기판.
  113. 제99항에 있어서, 패턴화 레이어의 면적은 400,000 mm2보다 큰 기판.
  114. 제99항에 있어서, 각각의 임프린트의 면적은 2500 mm2보다 작은 기판.
  115. 제99항에 있어서, 각각의 임프린트의 면적은 100 mm2 내지 2500 mm2인 기판.
  116. 제99항에 있어서, 임프린트는 규칙적 배열로 배열되는 기판.
  117. 제116항에 있어서, 임프린트는 직사각형 배열로 배열되는 기판.
  118. 제116항에 있어서, 임프린트는 육각형 배열로 배열되는 기판.
  119. 제99항에 있어서, 임프린트는 무작위 배치로 배열되는 기판.
  120. 다음 단계를 포함하는 원통형 리소그래피 마스크를 위한 마스터 몰드 형성 방법:
    원통의 안쪽 표면 위에 구조화 다공성 레이어를 형성하는 단계, 여기서 원통은 광복사선에 대하여 투명함;
    구조화 다공성 레이어 중의 하나 이상의 공극을 충전 재료로 충전하는 단계;
    하나 이상의 공극 중 하나에 있지 않은 충전 재료 부분을 제거하는 단계; 및
    하나 이상의 공극 중의 충전 재료로부터 하나 이상의 돌출부를 형성하는 단계, 여기서 돌출부는 구조화 다공성 레이어를 넘어 연장됨.
  121. 제120항에 있어서, 충전 재료는 복사선-민감성 재료인 방법.
  122. 제121항에 있어서, 하나 이상의 공극 중 하나에 있지 않은 충전 재료 부분을 제거하는 단계는 다음 단계를 포함하는 방법:
    구조화 다공성 레이어의 공극 중에 있는 충전 재료를 경화시키기에 충분히 긴 시간 동안 원통의 외부 표면을 복사선에 노출시키는 단계; 및
    경화되지 않은 충전 재료 부분을 제거하도록 구성된 현상액으로 충전 재료를 현상하는 단계.
  123. 제122항에 있어서, 복사선-민감성 재료는 추가로 규소를 포함하는 방법.
  124. 제123항에 있어서, 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    경화된 복사선-민감성 재료를 어닐링하는 단계.
  125. 제121항에 있어서, 하나 이상의 돌출부 형성 단계는 구조화 다공성 레이어의 적어도 일부를 식각하는 것을 포함하는 방법.
  126. 제120항에 있어서, 원통의 안쪽 표면은 에피택셜 시드 레이어인 방법.
  127. 제126항에 있어서, 충전 재료는 에피택셜 시드 레이어의 에피택셜 성장인 방법.
  128. 제127항에 있어서, 에피택셜 시드 레이어는 반도체 재료인 방법.
  129. 제128항에 있어서, 하나 이상의 돌출부 각각은 발광 다이오드 (LED)로서 작용하도록 구성되고, 이에 의하여 하나 이상의 LED가 있는 방법.
  130. 제129항에 있어서, 하나 이상의 LED 각각은 개별적으로 지정 가능한 방법.
  131. 제127항에 있어서, 하나 이상의 공극 중의 충전 재료가 구조화 다공성 레이어를 넘어 연장되는 하나 이상의 돌출부를 형성하도록 허용하는 것은 구조화 다공성 레이어의 두께를 넘는 에피택셜 성장을 포함하는 방법.
  132. 제120항에 있어서, 하나 이상의 돌출부는 1 나노미터 내지 100 마이크론의 피처 크기를 가지는 방법.
  133. 제120항에 있어서, 하나 이상의 돌출부는 10 나노미터 내지 1 마이크론의 피처 크기를 가지는 방법.
  134. 제120항에 있어서, 하나 이상의 돌출부가 50 나노미터 내지 500 나노미터의 피처 크기를 가지는 방법.
  135. 다음을 포함하는, 원통형 포토마스크를 위한 마스터 몰드:
    안쪽 표면 및 바깥쪽 표면을 가지는, 광복사선에 대하여 투명한 원통; 및
    원통의 안쪽 표면으로부터 원통의 중심을 향하여 안쪽으로 연장되는 하나 이상의 돌출부 .
  136. 제135항에 있어서, 하나 이상의 돌출부는 1 나노미터 내지 100 마이크론의 피처 크기를 가지는 마스터 몰드.
  137. 제135항에 있어서, 하나 이상의 돌출부는 10 나노미터 내지 1 마이크론의 피처 크기를 가지는 마스터 몰드.
  138. 제135항에 있어서, 하나 이상의 돌출부는 50 나노미터 내지 500 나노미터의 피처 크기를 가지는 마스터 몰드.
  139. 제135항에 있어서, 하나 이상의 돌출부는 규소인 어닐링된 감광성 재료로 만들어지는 마스터 몰드.
  140. 제135항에 있어서, 원통의 안쪽 표면은 에피택셜 시드 레이어인 마스터 몰드.
  141. 제140항에 있어서, 하나 이상의 돌출부는 에피택셜 시드 레이어와 동일한 재료인 마스터 몰드.
  142. 제141항에 있어서, 에피택셜 시드 레이어는 반도체 재료인 마스터 몰드.
  143. 제142항에 있어서, 하나 이상의 돌출부 각각은 LED인 마스터 몰드.
  144. 제143항에 있어서, 하나 이상의 돌출부 각각은 개별적으로 지정 가능한 마스터 몰드.
  145. 다음 단계를 포함하는 원통형 포토마스크를 위한 마스터 몰드 형성 방법:
    원통의 안쪽 표면 위에 복사선-민감성 레이어를 형성하는 단계, 여기서 원통은 광복사선에 대하여 투명함;
    자기조립된 단일레이어(SAM)를 형성하는 단계, 여기서 SAM은 복사선-민감성의 제1 부분을 피복하고, 및 SAM의 제2 부분은 피복되지 않음;
    SAM의 부분 중 하나를 광복사선에 노출시키는 단계, 여기서 광복사선은 노출된 복사선-민감성 레이어 부분을 경화시키도록 구성됨; 및
    복사선-민감성 레이어의 제2 부분이 선택적으로 제거되도록 복사선-민감성 재료를 현상 용액으로 현상하는 단계.
  146. 제145항에 있어서, SAM은 복사선 민감성 레이어의 노출된 표면 상에 형성되는 방법.
  147. 제146항에 있어서, SAM은 금속 나노구를 포함하는 방법.
  148. 제147항에 있어서, 광복사선은 원통 내에 위치된 복사원으로부터 방출되고, 광복사선은 복사선-민감성 재료의 제2 부분을 노출시키는 방법.
  149. 제148항에 있어서, 현상 용액은 복사선-민감성 레이어의 경화 부분을 선택적으로 제거하는 방법.
  150. 제146항에 있어서, SAM은 양자점을 포함하는 방법.
  151. 제150항에 있어서, 광복사선은 양자점으로부터 방출되고, 광복사선은 복사선-민감성 레이어의 제1 부분을 노출시키는 방법.
  152. 제151항에 있어서, 현상 용액은 복사선-민감성 레이어의 미경화 부분을 선택적으로 제거하는 방법.
  153. 제145항에 있어서, SAM은 원통의 바깥쪽 표면 상에 형성되는 방법.
  154. 제153항에 있어서, SAM은 금속 나노구를 포함하는 방법.
  155. 제154항에 있어서, 광복사선은 원통 내에 위치된 복사원으로부터 방출되고, 광복사선은 복사선-민감성 레이어의 제2 부분을 노출시키는 방법.
  156. 제155항에 있어서, 현상 용액은 복사선-민감성 레이어의 경화 부분을 선택적으로 제거하는 방법.
  157. 제153항에 있어서, SAM은 양자점을 포함하는 방법.
  158. 제157항에 있어서, 광복사선은 양자점으로부터 방출되고, 광복사선은 복사선-민감성 레이어의 제1 부분을 노출시키는 방법.
  159. 제158항에 있어서, 현상 용액은 복사선-민감성 레이어의 미경화 부분을 선택적으로 제거하는 방법.
  160. 제153항에 있어서, 복사선-민감성 재료는 추가로 규소를 포함하는 방법.
  161. 제160항에 있어서, 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    경화된 복사선-민감성 재료를 어닐링하는 단계.
  162. 다음을 포함하는 원통형 마스터 몰드 조립체:
    제1 반경을 가지는 패턴화 구성요소; 및
    제2 반경을 가지는 희생 캐스팅 구성요소, 여기서 제2 반경은 제1 반경과 상이하고, 패턴화 구성요소 및 희생 캐스팅 구성요소는 둘 중 더 작은 반경을 가지는 구성요소가 더 큰 반경을 가지는 구성요소 내부로 동축으로 삽입될 수 있도록 구성되고, 희생 캐스팅 구성요소에 대면하는 패턴화 구성요소의 표면이 하나 이상의 패턴화 피처를 가짐.
  163. 제162항에 있어서, 제1 반경은 제2 반경보다 큰 원통형 마스터 몰드 조립체.
  164. 제163항에 있어서, 희생 캐스팅 구성요소는 쉽게 파쇄되는 재료로 만들어지는 원통형 마스터 몰드 조립체.
  165. 제164항에 있어서, 쉽게 파쇄되는 재료는 용융 실리카 또는 유리인 원통형 마스터 몰드 조립체.
  166. 제163항에 있어서, 희생 캐스팅 구성요소는 용해되는 재료로 만들어지는 원통형 마스터 몰드 조립체.
  167. 제166항에 있어서, 용해되는 재료는 당인 원통형 마스터 몰드 조립체.
  168. 제163항에 있어서, 희생 캐스팅 구성요소는 가단성 재료로 만들어지는 원통형 마스터 몰드 조립체.
  169. 제168항에 있어서, 가단성 재료는 알루미늄인 원통형 마스터 몰드 조립체.
  170. 제168항에 있어서, 가단성 재료는 플라스틱인 원통형 마스터 몰드 조립체.
  171. 제163항에 있어서, 희생 캐스팅 구성요소는 봉합된 원통인 원통형 마스터 몰드 조립체.
  172. 제161항에 있어서, 봉합된 원통은 팽창하거나 수축할 수 있는 원통형 마스터 몰드 조립체.
  173. 제162항에 있어서, 제2 반경은 제1 반경보다 큰 원통형 마스터 몰드 조립체.
  174. 제173항에 있어서, 희생 캐스팅 구성요소는 쉽게 파쇄되는 재료로 만들어지는 원통형 마스터 몰드 조립체.
  175. 제174항에 있어서, 쉽게 파쇄되는 재료는 용융 실리카 또는 유리인 원통형 마스터 몰드 조립체.
  176. 제173항에 있어서, 제2 반경은 제1 반경보다 2 밀리미터 이하 더 큰 원통형 마스터 몰드 조립체.
  177. 제162항에 있어서, 하나 이상의 피처는 1 나노미터 내지 100 마이크론의 피처 크기를 가지는 원통형 마스터 몰드 조립체.
  178. 제162항에 있어서, 하나 이상의 피처는 10 나노미터 내지 1 마이크론의 피처 크기를 가지는 원통형 마스터 몰드 조립체.
  179. 제162항에 있어서, 하나 이상의 피처는 50 나노미터 내지 500 나노미터의 피처 크기를 가지는 원통형 마스터 몰드 조립체.
  180. 원통형 마스터 몰드 조립체로써 표면 상에 형성된 하나 이상의 피처를 가지도록 구성되는 원통형 마스크 형성 방법, 여기서 마스터 몰드 조립체는 제1 반경을 가지는 원통형 패턴화 구성요소 및 제2 반경을 가지는 희생 캐스팅 구성요소를 포함하고, 제2 반경은 제1 반경과 상이하고, 희생 캐스팅 구성요소에 대면하는 패턴화 구성요소의 표면은 하나 이상의 패턴화 피처를 가지고, 상기 방법은 다음 단계를 포함함:
    a) 더 작은 반경을 가지는 구성요소를 더 큰 반경을 가지는 구성요소에 동축으로 삽입하는 단계;
    b) 원통형 패턴화 구성요소와 희생 캐스팅 구성요소 사이의 공간을 액체 전구체로 충전하는 단계;
    c) 탄성체 재료를 형성하기 위하여 액체 전구체를 경화시키는 단계; 및
    d) 희생 캐스팅 구성요소를 제거하는 단계.
  181. 제180항에 있어서, 희생 캐스팅 구성요소 제거 단계는 희생 캐스팅 구성요소를 파쇄하는 것을 포함하는 방법.
  182. 제180항에 있어서, 희생 캐스팅 구성요소 제거 단계는 희생 캐스팅 구성요소를 용매로 용해시키는 것을 포함하는 방법.
  183. 제182항에 있어서, 희생 캐스팅 구성요소는 당에 기반하는 재료로 만들어지고, 용매는 물인 방법.
  184. 제180항에 있어서, 제2 반경은 제1 반경보다 작은 방법.
  185. 제184항에 있어서, 희생 캐스팅 구성요소 제거 단계는 희생 캐스팅 구성요소를 가소성으로 변형시키는 것을 포함하는 방법.
  186. 제184항에 있어서, 희생 캐스팅 구성요소는 봉합된 원통이고, 희생 캐스팅 구성요소 제거 단계는 희생 캐스팅 구성요소를 수축시키는 것을 포함하는 방법.
  187. 제180항에 있어서, 제1 반경은 제2 반경보다 작은 방법.
  188. 제187항에 있어서, 단계 d) 이후 다음 단계를 추가로 포함하는 방법:
    탄성체 재료가 패턴화 구성요소로부터 제거되고 내부가 뒤집히도록 탄성체 재료 자체를 패턴화 구성요소의 축에 평행인 방향으로 뒤집어 당기는 단계.
  189. 제188항에 있어서, 제2 반경과 제1 반경의 차이는 2 밀리미터 이하인 방법.
  190. 다음을 포함하는 원통형 마스크:
    내부 반경을 가지는 원통형 탄성체 구성요소, 탄성체 구성요소는 메이저 표면에 형성된 나노패턴을 가지는 메이저 표면을 가짐; 및
    외부 반경을 가지는 강성 투명 원통형 구성요소, 여기서 외부 반경은 원통형 탄성체 구성요소의 내부에 맞는 크기로 됨;
    탄성체 구성요소의 내부 표면과 강성 투명 원통형 구성요소의 외부 표면 사이의 가스의 부피를 유지하도록 구성된 가스 리테이너.
  191. 제190항에 있어서, 가스 리테이너는 두 봉합부를 포함하고, 각각의 봉합부는 기체 부피의 상응하는 말단을 봉합하는 원통형 마스크.
  192. 제191항에 있어서, 봉합부는 O-링 또는 가스켓인 원통형 마스크.
  193. 제190항에 있어서, 가스 리테이너는 블래더인 원통형 마스크.
  194. 제190항에 있어서, 원통형 탄성체 구성요소의 메이저 표면은 외부 원통형 표면인 원통형 마스크.
  195. 제49항에 있어서, 제2 캐스팅 구성요소는 희생 캐스팅 구성요소이고, 방법은 제2 캐스팅 구성요소 제거를 추가로 포함하는 방법.
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