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KR100504080B1 - 선택적 부가압력을 이용한 ｕｖ 나노임프린트 리소그래피공정 - Google Patents

선택적 부가압력을 이용한 ｕｖ 나노임프린트 리소그래피공정 Download PDF

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KR100504080B1
KR100504080B1 KR10-2003-0033494A KR20030033494A KR100504080B1 KR 100504080 B1 KR100504080 B1 KR 100504080B1 KR 20030033494 A KR20030033494 A KR 20030033494A KR 100504080 B1 KR100504080 B1 KR 100504080B1
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손현기
심영석
신영재
이응숙
황경현
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한국기계연구원
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Abstract

본 발명은 UV 나노임프린트 리소그래피 공정(Ultraviolet Nanoimprint Lithography)에서 스탬프와 기판 각각의 평탄도 오차에 의해 발생하는 불완전 가압된 일정 소량의 레지스트를 선택적으로 압력을 가함으로써 나노구조물을 제작하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정에 관한 것이다.
본 발명에 따른 UV 나노임프린트 리소그래피 공정은, 상기 기판 상면에 레지스트(resist)를 도포하는 단계와; 형성하고자 하는 나노구조물에 대응되는 나노구조물이 표면에 형성된 스탬프를 상기 레지스트 상면에 접촉시켜 상온에서 소정의 저압력으로 가압하는 단계와; 불완전 가압된 레지스트 부분을 탐지하는 단계와; 상기 불완전 가압된 레지스트 부분이 압착되도록 선택적으로 부가압력을 가하는 단계와; 자외선을 상기 가압된 레지스트에 조사(照査)하는 단계와; 상기 스탬프를 상기 레지스트로부터 분리하는 단계; 및 상기 레지스트가 도포된 기판의 상면을 식각(etching)하는 단계를 포함한다.

Description

선택적 부가압력을 이용한 ＵＶ 나노임프린트 리소그래피 공정{UV NANOIMPRINT LITHOGRAPHY USING THE SELECTIVE ADDED PRESSURE}
본 발명은 UV 나노임프린트 리소그래피 공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노구조물이 각인된 스탬프를 기판 위에 도포된 레지스트에 눌러 전사함으로써 반복적으로 나노구조물을 제작할 수 있는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정에 관한 것이다.
일반적으로 UV 나노임프린트 리소그래피 기술은 경제적ㆍ효과적으로 나노구조물을 제작할 수 있는 기술로, 이를 구현하기 위해서는 나노 스케일에서의 물리현상을 고려한 재료기술, 스탬프 제작기술, 점착방지막 기술, 식각기술, 측정 분석기술 등이 필요하며, 나노 스케일의 정밀제어기술은 기본이 된다.
이러한 공정기술은 초고속 나노 스케일의 Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors (MOSFETs), Metal-Semiconductor Field-Effect Transistors (MESFETs), 고밀도 자기판장장치, 고밀도 Compact Disk (CD), 나노 스케일의 Metal-Semiconductor-Metal Photodetectors (MSM PDs), 초고속, Single-Electron Transistor Memory 등에 적용될 수 있다.
텍사스 오스틴 대학의 Sreenivasan 교수 등은 1999년에 Step & Flash Imprint Lithography (SFIL) 공정기술을 제안하였다. 이 공정은 자외선 경화 소재를 사용하여 상온 저압으로 나노구조물을 제작할 수 있는 기법으로, 자외선이 투과할 수 있는 재질(quartz, Pyrex glass 등)을 스탬프 소재로 사용한다는 점이 특징이다. SFIL 공정에서는 먼저 전달층(transfer layer)이 실리콘 기판 위에 스핀 코팅 된다. 다음으로 자외선 투과성 스탬프가 전달층과 일정간격이 유지된 상태에서 점성(viscosity)이 낮은 자외선 경화수지를 표면장력에 의하여 나노구조물 안으로 충전되도록 한다. 충전이 완료된 시점에서 스탬프를 전달층과 접촉시키고, 자외선을 조사하여 수지를 경화시킨 후, 스탬프를 분리하고 식각과정과 lift-off 과정을 거쳐 나노구조물이 기판 위에 각인되도록 하는 것이다.
UV 나노임프린트 리소그래피 공정에서 사용되는 스탬프와 기판(Si 웨이퍼)의 작업 표면은 평탄도 오차(예, Si 웨이퍼: 20-30 ㎛)를 가지고 있기 때문에 임프린트 시 레지스트가 스탬프의 의해 불완전 가압되는 경우가 발생하게 된다. 소단위 크기의 스탬프를 사용하는 SFIL 공정에서는 이러한 불완전 가압을 해결하기 위해 스탬프를 가압하기 전에 스탬프의 옆면에 부착된 거리 센서로부터 스탬프 면(face)과 기판의 거리를 측정하고, 측정된 거리에 따라 스탬프를 미세 회전시켜서 기판 면과 스탬프 면을 최대한 평형하게 유지하여 임프린트하는 방식을 채택하고 있다. 즉, 기판의 표면 굴곡을 따라 나노구조물이 각인된 스탬프 표면의 각도를 조절하여 임프린트하는 것이다.
SFIL의 또 다른 특징은 Step & Repeat 방식으로 전체 기판을 한 번에 임프린트하는 것이 아니라 소단위 크기의 스탬프를 사용하고 여러 번 반복하여 임프린트하는 방식을 채택하고 있다는 점이다. 이 방식은 작은 면적을 가진 스탬프를 사용하기 때문에, 대면적의 기판를 임프린트하는 경우에 매번 정렬 작업과 나노임프린트 공정을 수행하게 되므로 전체 공정 시간이 매우 길어지는 단점이 있다.
그리고 대면적의 기판에 나노임프린트하기 위하여, 하나의 스탬프에 복수 개의 나노구조물을 형성하고, 이를 기판의 상면에 도포된 레지스트에 압착시킴으로써 상기 기판에 대응되는 나노구조물을 형성할 수 있다. 그러나 스탬프와 기판의 크기가 증가할수록 평탄도 오차가 더욱 커지기 때문에 이로 인한 불완전 가압이 되는 레지스트가 발생하게 되며, 한 기판 내에서 제작된 나노구조물에서 레지스트가 불완전 충전될 수 있고, 잔여 두께의 분포가 불균일해짐에 따라 기판에 나노구조물을 전사하기 위한 에칭 공정에 어려움이 발생할 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 그 목적은 UV 나노임프린트 리소그래피 공정에서 스탬프와 기판 각각의 평탄도 오차에 의해 불완전 가압된 레지스트의 발생 시 선택적으로 부가 압력을 가함으로써 대면적의 스탬프를 이용하여 대면적의 기판에 고정밀, 고품질의 나노구조물을 빠른 시간 내에 효율적으로 형성할 수 있는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 UV 나노임프린트 리소그래피 공정은, 상기 기판 상면에 레지스트(resist)를 도포하는 단계와; 형성하고자 하는 나노구조물에 대응되는 나노구조물이 표면에 형성된 스탬프를 상기 레지스트 상면에 접촉시켜 상온에서 소정의 저압력으로 가압하는 단계와; 불완전 가압된 레지스트 부분을 탐지하는 단계와; 상기 불완전 가압된 레지스트 부분이 압착되도록 선택적으로 부가압력을 가하는 단계와; 자외선을 상기 레지스트에 조사(照査)하는 단계와; 상기 스탬프를 상기 레지스트로부터 분리하는 단계; 및 상기 레지스트가 도포된 기판의 상면을 식각(etching)하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 스탬프는 적어도 2개 이상의 요소(element) 스탬프들로 구성되며, 서로 이웃한 요소 스탬프들 사이에 상기 각각의 요소 스탬프 상에 각인된 나노구조물의 깊이보다 더 깊은 홈(groove)이 형성된 다중 양각 요소 스탬프이거나, 나노구조물이 각인된 면이 평탄한 스탬프이다.
상기 불완전 가압된 레지스트 부분을 탐지하는 단계는 상기 기판 상면에 도포된 레지스트 층의 두께를 측정하는 것을 포함할 수 있으며, 또는 상기 스탬프의 상면으로부터 광학 측정장치를 이용하여 스탬프에 각인된 나노구조물의 면적보다 가압된 레지스트 액적이 적게 펴진 부분을 탐지하는 것을 포함할 수도 있다.
상기 부가압력을 가하는 단계는 상기 기판의 배면으로부터 부가압력을 가하는 것을 포함할 수 있으며, 이 때 상기 기판이 놓이는 기판 테이블에 적어도 하나 이상의 구멍을 형성하고 이 구멍에 부가압력 작동기를 설치하여 부가압력을 가할 수 있다. 여기서, 상기 부가압력 작동기는 압전소자 작동기이거나 스프링-나사 메카니즘 작동기인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 부가압력 작동기는 상기 기판의 배면에 면접촉(surface contact)하는 플런저(plunger)를 포함할 수도 있고, 상기 기판의 배면에 점접촉(point contact)하는 플런저(plunger)를 포함할 수도 있다.
한편, 상기 부가압력을 가하는 단계는 상기 스탬프의 상면으로부터 부가압력을 가하는 것을 포함할 수 있으며, 이 때 상기 스탬프의 모서리에 부가압력 작동기를 이용하여 부가압력을 가할 수 있다. 또한 상기 부가압력 작동기는 상기 스탬프의 상면에 점접촉(point contact)하는 플런저(plunger)를 포함할 수도 있고, 상기 스탬프의 상면에 면접촉(surface contact)하는 플런저(plunger)를 포함할 수도 있다.
본 발명에 따른 선택적 부가압력 작동 시스템은, 레지스트가 도포된 기판을 하부에서 지지하며, 상기 기판과 접하는 면에 적어도 하나 이상의 구멍이 형성되어 있는 기판 테이블과; 상기 기판의 상부에 위치하면서 상기 기판 상의 레지스트의 가압상태를 탐지하는 광학 측정장치와; 상기 기판 테이블에 형성되는 구멍 내에 배치되어 상기 기판의 배면으로부터 부가압력을 가하는 부가압력 작동기와; 상기 부가압력 작동기와 연결되어 작동을 제어하는 작동기 컨트롤러; 및 상기 광학 측정장치 및 상기 작동기 컨트롤러에 각각 연결되어, 상기 광학 측정장치로부터 전달되는 레지스트의 가압상태에 따라 상기 부가압력 작동신호를 상기 작동기 컨트롤러로 전송하는 피드백 컨트롤러를 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 UV 나노임프린트 리소그래피 공정에 있어서, 기판 위에 멀티디스펜싱 방식으로 레지스트 액적을 적하하고 다중 양각 요소 스탬프를 이용하여 1차 가압한 상태에서 불완전 가압된 레지스트 부분이 발생한 경우의 모습을 도시한 평면도이고, 도 2a 및 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 UV 나노임프린트 리소그래피 공정에 있어서, 다중 양각 요소 스탬프를 이용하여 레지스트 액적을 1차 가압하고, 기판의 배면에서 압전소자 작동기를 이용하여 선택적으로 2차 가압하는 과정을 순차적으로 도시한 단면도이다. 특히 도 2a 및 2b는 도 1의 A-A 선을 따라 잘라선 본 단면도에 해당한다.
기판(50) 상에 나노구조물을 형성하기 위하여, 먼저 기판(50) 상면에 레지스트(48)를 도포한다. 이 때, 기판(50) 전면에 레지스트를 균일한 두께로 코팅하는 스핀 코팅(spin coating) 방식 또는 나노구조물이 형성될 기판(50) 상의 위치 각각에 액적을 적하(dispense)하는 액적 도포(droplet dispensing) 방식 또는 다중 양각 요소 스탬프의 각 요소 스탬프들(41)에 대응되는 위치에 구멍(opening)이 형성된 마스크를 상기 기판 위에 설치하고, 그 위에 레지스트를 분사하는 분사(spray) 방식 중에서 선택적으로 적용할 수 있으며, 액적 도포방식에 있어서는 레지스트 액적을 다중 양각 요소 스탬프(40)의 각 요소 스탬프들(41)에 직접 도포하는 것도 가능하다.
본 실시예에서는 액적 도포방식으로 상기 기판(50) 상에 액적을 적하한 경우의 예를 들어 본 발명에 따른 공정을 설명한다.
다음으로, 기판(50) 상에 형성하고자 하는 나노구조물에 대응되는 나노구조물(43)이 표면에 형성된 스탬프(40)를 상기 레지스트 액적(48) 상면에 접촉시켜 상온에서 소정의 저압력으로 가압한다. 이 때, 상기 스탬프(40)로는 이웃한 각각의 요소 스탬프(41)들 사이에 홈(groove)(45)이 형성된 다중 양각 요소 스탬프가 사용되며, 상기 홈(45)은 각각의 요소 스탬프(41) 상에 각인된 나노구조물(43)의 깊이보다 더 깊게 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 스탬프(40)는 자외선 투과가 가능한 수정(quartz), 유리, 사파이어(sapphire), 다이아몬드 등을 포함하여 이루어지는 군에서 선택되는 소재로 이루어지는 것이 바람직하며, 미세형상 가공공정을 통해 판재(plate) 형태의 소재 한 쪽 면에 배치되는 각 요소 스탬프(41) 위에 나노구조물(43)이 각인된다.
다음으로, 불완전 가압된 레지스트 부분(도면에 "Ⅰ"로 표시)을 탐지한다. 본 실시예에서는, 도 1 및 도 2a에 도시된 바와 같이, 다중 양각 요소 스탬프(40)로 상기 레지스트 액적(48)을 가압한 상태에서 스탬프(40)의 상면으로부터 CCD(Charge Coupled Device) 카메라 등과 같은 광학 측정장치(미도시)를 이용하여 스탬프(41)에 각인된 나노구조물(43)의 면적보다 가압된 레지스트 액적(48)의 면적이 적게 펴진 부분(도면에 "I"로 표시)을 탐지한다. 이 때, 상기 다중 양각 요소 스탬프(40)는 자외선이 투과되는 소재로 제작되므로 그 아래의 레지스트 액적(48)을 광학 측정장치로 탐지할 수 있다.
다음으로, 상기 불완전 가압된 레지스트 부분이 압착되도록 선택적으로 부가압력을 가한다. 선택적 부가압력은 상기 기판(50)의 배면으로부터 가할 수 있고, 상기 스탬프(40)의 상면으로부터 가할 수도 있다. 본 실시예에서는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 기판(50)이 놓이는 기판 테이블(52)에 구멍(52a)을 형성하고 이 구멍(52a) 내에 압전소자 작동기(54)와 같은 부가압력 작동기를 설치하여 상기 기판(50)의 배면으로부터 부가압력을 가한다. 이러한 압전소자 작동기(54)는 상기 기판(50)의 배면에 면접촉(surface contact)하도록 평탄한 접촉면을 갖는 플런저(plunger)(56)를 포함한다.
상기 부가압력 작동기는 필요에 따라 다양한 구조로 배치될 수 있다. 즉, 기판(50) 중앙에 1개를 배치하거나, 중심각 120°간격으로 3개가 배치될 수 있으며, 스탬프(40)에 각인된 나노구조물(43)의 개수, 다시 말하면 요소 스탬프(41)의 개수만큼 대응되는 위치에 설치될 수 있다.
이와 같이 불완전 가압된 레지스트 부분 탐지단계에서, 상기 광학 측정장치는 각인된 나노구조물(43) 또는 각 요소 스탬프(41)의 아래에서 가압된 레지스트 액적(48)들의 수직방향으로의 투영(projected)된 면적을 측정하게 된다. 이렇게 측정된 레지스트 액적(48)의 면적이 대응되는 나노구조물(43)의 면적 또는 요소 스탬프(41)의 상면 면적보다 작은 경우, 대응되는 또는 가장 가까운 거리에 설치된 압전소자 작동기(54)와 같은 부가압력 작동기를 작동하여 레지스트 액적(48)의 투사 면적을 증가시킨다. 그리고 증가된 레지스트 액적(48)의 면적을 재측정하여 해당하는 나노구조물(43) 또는 요소 스탬프(41) 상면의 면적과 비교하여 큰 경우에는 다음 단계로 넘어가고, 작은 경우에는 상기 과정을 반복한다.
한편, 기판(50)에 레지스트를 스핀 코팅한 경우에는 스탬프로 코팅된 레지스트를 가압한 상태에서 광학 측정장치를 이용하여 상기 스탬프에 각인된 각각의 나노구조물 아래에 위치한 레지스트층의 두께를 측정함으로써 불완전 가압된 부분을 탐지할 수 있다. 즉, 측정된 두께를 비교하여 상대적으로 두꺼운 부분에 해당하거나 이 부분에 가까운 곳에 설치된 부가압력 작동기를 작동시킨다.
부가압력 작동기로 압축공기를 이용한 공압 작동기를 사용할 수도 있다. 이 경우에는 가압된 레지스트의 두께나 퍼진 정도를 측정하여 부가압력을 선택적으로 가하는 것이 아니라, 1차 가압 후 기판의 배면에 설치된 각 공압 작동기들의 압력을 일정하게 유지하도록 가압하여 스탬프와 기판의 평탄도 오차가 큰 부분에서 발생하게 되는 불완전 가압된 레지스트에 부가압력을 가하게 된다. 즉, 평탄도 오차가 큰 부분에서는 1차 가압 시 실제 작용되는 압력이 상대적으로 낮기 때문에 이 부분에 공압 작동기에 의해서 부가압력이 작용하게 된다. 이 경우 레지스트의 두께나 퍼진 정도를 측정하는 부가 장치가 필요하지 않다.
또한 기판의 배면 전체에 고압가스(예를 들여, 질소)를 이용하여 압력을 가할 수도 있다. 이 때도 마찬가지로 측정장치가 별도로 필요없으며 고압가스로 부가압력을 가하게 되면 평탄도 오차가 큰 부분에 상대적으로 큰 압력이 작용하게 되어 선택적으로 부가압력이 작용되는 효과를 얻을 수 있다.
다음으로, 자외선을 레지스트(48)에 조사(照査)한다. 상기 다중 양각 요소 스탬프(40)를 자외선이 투과되는 소재로 제작함으로써 자외선이 레지스트(48)에 조사된다.
다음으로, 다중 양각 요소 스탬프(40)를 레지스트(48)로부터 분리해낸다.
다음으로, 레지스트(48)가 도포된 기판(50)의 상면을 식각(etching)한다. 그리고 기판 상면에 남아있는 레지스트(48)를 제거(strip)하면 기판(50) 상에 나노구조물이 형성되게 된다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 UV 나노임프린트 리소그래피 공정에 있어서, 기판의 배면과 점접촉(point contact) 하는 플런저(plunger)를 구비하는 압전소자 작동기를 이용하여 부가압력을 가하는 모습을 도시한 단면도이다. 상기 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조부호를 사용하였다.
본 실시예에 있어서, 불완전 가압된 레지스트 부분이 압착되도록 선택적으로 부가압력을 가하는 단계에서 사용되는 부가압력 작동기는, 도 3에 도시된 바와 같이, 압전소자 작동기(64)이며, 기판(50)의 배면에 접접촉(point contact)하도록 구(球)형 팁(tip)(65a)을 갖는 플런저(65)를 포함한다. 그 밖에 공정은 상기 제1 실시예의 공정과 동일하거나 유사한 범위에 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 UV 나노임프린트 리소그래피 공정에 있어서, 스프링-나사 메카니즘 작동기를 이용하여 부가압력을 가하는 모습을 도시한 단면도이다. 상기 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조부호를 사용하였다.
본 실시예에 있어서, 불완전 가압된 레지스트 부분이 압착되도록 선택적으로 부가압력을 가하는 단계에서 사용되는 부가압력 작동기는, 도 4에 도시된 바와 같이, 스프링-나사 메카니즘 작동기(74)이다. 상기 스프링-나사 메카니즘 작동기(74)는 압축 스프링(76)과 나사 구동부(73)로 구성되며, 나사 구동부(73)의 변위에 의해 발생하는 변위량이 압축 스프링(76)의 압축량으로 전환되어 실제 기판(50)에 전달되는 절대 변위량을 감소시켜 미세 변위 조절이 가능하게 함으로써 기판(50) 배면으로부터 부가압력을 가할 수 있게 된다. 이 때 상기 압축 스프링(76)을 대신하여 고무 등의 탄성체를 사용할 수도 있다. 이러한 스프링-나사 메카니즘 작동기(74)의 플런저(65)는 기판(50)의 배면에 면접촉(surface contact)하도록 평탄한 접촉면을 갖는다. 그러나 상기 제2 실시예에서와 같이 기판(50)의 배면에 접접촉(point contact)하도록 구(球)형 팁(tip)을 가질 수도 있다. 그 밖에 공정은 상기 제1 실시예의 공정과 동일하거나 유사한 범위에 있다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 UV 나노임프린트 리소그래피 공정에 있어서, 평탄형 스탬프를 이용하여 레지스트 액적을 1차 가압하고, 기판의 배면에서 압전소자 작동기를 이용하여 선택적으로 2차 가압하는 과정을 순차적으로 도시한 단면도이다. 상기 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조부호를 사용하였다.
본 실시예에서는 기판(50) 상에 나노구조물을 형성하기 위하여 평탄한 스탬프(80)를 적용하였다. 도시된 바와 같이, 나노구조물(83)이 표면에 형성된 평탄한 스탬프(80)를 기판(50)에 도포된 레지스트 액적(48)의 상면에 접촉시켜 상온에서 소정의 저압력으로 가압하고, 불완전 가압된 레지스트 부분을 탐지한 다음, 이 불완전 가압된 레지스트 부분이 압착되도록 압전소자 작동기(54)로 부가압력을 가한다. 그 밖에 공정은 상기 제1 실시예의 공정과 동일하거나 유사한 범위에 있다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 제5 실시예에 따른 UV 나노임프린트 리소그래피 공정에 있어서, 다중 양각 요소 스탬프를 이용하여 레지스트 액적을 1차 가압하고, 스탬프의 상면에서 선택적으로 2차 가압하는 과정을 순차적으로 도시한 단면도이다. 상기 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조부호를 사용하였다.
본 실시예에서는 1차로 기판(50)에 도포된 레지스트 액적(48)의 상면에 다중 양각 요소 스탬프(40)를 접촉시켜 소정의 저압력(P1)으로 가압한 다음, 불완전 가압된 레지스트 부분을 탐지하고 이러한 불완전 가압된 레지스트 부분을 압착하기 위하여 상기 다중 양각 요소 스탬프(40)의 상면으로부터 부가압력(P2, P3)을 가하게 된다. 특히 다중 양각 요소 스탬프(40)의 각 모서리에 부가압력 작동기(미도시)를 설치하여 불완전 가압된 레지스트 부분이 탐지되는 경우 선택적으로 부가압력 작동기를 작동시킴으로써 가압한다. 이 때 상기 다중 양각 요소 스탬프(40)의 각 모서리에 작용하는 부가압력은 1차 가압 상태에 따라 그 부가압력 값이 각각 다르다. 여기서 다중 양각 요소 스탬프(40)의 재질은 그 강도가 매우 높기 때문에 다중 양각 요소 스탬프(40)의 각 모서리에만 상기 부가압력 작동기를 설치하여도 충분할 수 있다. 이 때 상기 기판(50)은 기판 테이블(59)에 안착되어 있다.
본 실시예에서는 다중 양각 요소 스탬프(40)를 이용하였으나, 제4 실시예에서와 같은 평탄형 스탬프를 이용할 수도 있다.
도 7은 본 발명에 따른 UV 나노임프린트 리소그래피 공정을 구현하기 위한 선택적 부가압력 작동 시스템의 개략도이다. 상기 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조부호를 사용하였다.
도시된 바와 같이, 선택적 부가압력 작동 시스템은 레지스트가 도포된 기판(50)을 하부에서 지지하는 기판 테이블(52)과 상기 기판(50)의 상부에 위치하면서 기판(50) 상의 레지스트(48)의 가압상태를 탐지하는 광학 측정장치(90)를 포함한다.
상기 기판 테이블(52)의 기판(50)과 접하는 면에는 적어도 하나 이상의 구멍이 형성되며, 이 구멍 내에는 상기 기판의 배면으로부터 부가압력을 가하는 부가압력 작동기로서 압전소자 작동기(54)가 배치된다. 이러한 압전소자 작동기(54)는 작동기 컨트롤러(57)에 연결되어 이로부터 작동의 제어를 받는다.
한편, 상기 광학 측정장치(90)와 작동기 컨트롤러(57)는 함께 피드백 컨트롤러(92)에 연결되며, 피드백 컨트롤러(92)는 광학 측정장치(90)로부터 전달되는 레지스트 가압상태에 따라 부가압력 작동신호를 상기 작동기 컨트롤러(57)로 전송한다.
이 때, 적용되는 스탬프는 도 7에 도시된 바와 같이 다중 양각 요소 스탬프(40)이거나 일반적으로 평탄한 스탬프일 수 있으며, 상기 부가압력 작동기는 상기 제2 및 제3 실시예에서와 같은 부가압력 작동기가 적용될 수도 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 선택적 부가압력을 이용한 UV 나노임프린트 리소그래피 공정에 의하면, 공정 수행 시 스탬프와 기판 각각의 평탄도 오차에 의해 불완전 가압된 레지스트의 발생 시 선택적으로 부가 압력을 가하여 기판 위의 레지스트를 가압시킴으로써, 대면적의 스탬프(예, 5 인치 스탬프)를 이용하여 single-step 또는 step & repeat 방식으로 대면적의 기판(예, 18 인치 Si 웨이퍼)에 나노구조물을 제작하는 경우에 발생할 수 있는 레지스트의 불완전 충전을 방지하고, 잔여 레지스트 두께의 편차를 최소화할 수 있다. 따라서 고정밀, 고품질의 나노구조물을 빠른 시간 내에 경제적ㆍ효율적으로 형성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 UV 나노임프린트 리소그래피 공정에 있어서, 기판 위에 멀티디스펜싱 방식으로 레지스트 액적을 적하하고 다중 양각 요소 스탬프를 이용하여 1차 가압한 상태에서 불완전 가압된 레지스트 부분이 발생한 경우의 모습을 도시한 평면도이다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 UV 나노임프린트 리소그래피 공정에 있어서, 다중 양각 요소 스탬프를 이용하여 레지스트 액적을 1차 가압하고, 기판의 배면에서 압전소자 작동기를 이용하여 선택적으로 2차 가압하는 과정을 순차적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 UV 나노임프린트 리소그래피 공정에 있어서, 기판의 배면과 점접촉(point contact) 하는 플런저(plunger)를 구비하는 압전소자 작동기를 이용하여 부가압력을 가하는 모습을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 UV 나노임프린트 리소그래피 공정에 있어서, 스프링-나사 메카니즘 작동기를 이용하여 부가압력을 가하는 모습을 도시한 단면도이다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 UV 나노임프린트 리소그래피 공정에 있어서, 평탄형 스탬프를 이용하여 레지스트 액적을 1차 가압하고, 기판의 배면에서 압전소자 작동기를 이용하여 선택적으로 2차 가압하는 과정을 순차적으로 도시한 단면도이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 제5 실시예에 따른 UV 나노임프린트 리소그래피 공정에 있어서, 다중 양각 요소 스탬프를 이용하여 레지스트 액적을 1차 가압하고, 스탬프의 상면에서 선택적으로 2차 가압하는 과정을 순차적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 UV 나노임프린트 리소그래피 공정을 구현하기 위한 선택적 부가압력 작동시스템의 개략도이다.

Claims (17)

  1. 기판(substrate) 상에 나노구조물(nanostructure)을 형성하기 위한 UV 나노임프린트 리소그래피(Ultraviolet Nanoimprint Lithography) 공정에 있어서,
    상기 기판 상면에 레지스트(resist)를 도포하는 단계;
    형성하고자 하는 나노구조물에 대응되는 나노구조물이 표면에 형성된 스탬프를 상기 레지스트 상면에 접촉시켜 상온에서 소정의 저압력으로 가압하는 단계;
    불완전 가압된 레지스트 부분을 탐지하는 단계;
    상기 불완전 가압된 레지스트 부분이 압착되도록 선택적으로 부가압력을 가하는 단계;
    자외선을 상기 레지스트에 조사(照査)하는 단계;
    상기 스탬프를 상기 레지스트로부터 분리하는 단계; 및
    상기 레지스트가 도포된 기판의 상면을 식각(etching)하는 단계
    를 포함하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스탬프는 나노구조물이 각인된 면이 평탄한 스탬프인 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스탬프는 적어도 2개 이상의 요소(element) 스탬프들로 구성되며, 서로 이웃한 요소 스탬프들 사이에 상기 각각의 요소 스탬프 상에 각인된 나노구조물의 깊이보다 더 깊은 홈(groove)이 형성된 다중 양각 요소 스탬프인 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 불완전 가압된 레지스트 부분을 탐지하는 단계는 광학 측정장치를 이용하여 상기 기판 상면에 도포된 레지스트 층의 두께를 측정하는 것을 포함하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 불완전 가압된 레지스트 부분을 탐지하는 단계는 상기 스탬프의 상면으로부터 광학 측정장치를 이용하여 스탬프에 각인된 나노구조물의 면적보다 가압된 레지스트 액적이 적게 펴진 부분을 탐지하는 것을 포함하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 부가압력을 가하는 단계는 상기 기판의 배면으로부터 부가압력을 가하는 것을 포함하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 기판의 배면으로부터 부가압력을 가하는 단계는 상기 기판이 놓이는 기판 테이블에 적어도 하나 이상의 구멍을 형성하고 이 구멍에 부가압력 작동기를 설치하여 부가압력을 가하는 것을 포함하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 부가압력 작동기는 압전소자 작동기인 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 부가압력 작동기는 공압 작동기인 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 부가압력 작동기는 스프링-나사 메카니즘 작동기인 것을 특징으로 하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 부가압력 작동기는 상기 기판의 배면에 면접촉(surface contact)하는 플런저(plunger)를 포함하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 부가압력 작동기는 상기 기판의 배면에 점접촉(point contact)하는 플런저(plunger)를 포함하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 부가압력을 가하는 단계는 상기 스탬프의 상면으로부터 부가압력을 가하는 것을 포함하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 스탬프의 상면으로부터 부가압력을 가하는 단계는 상기 스탬프의 모서리에 부가압력 작동기를 이용하여 부가압력을 가하는 것을 포함하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 부가압력 작동기는 상기 스탬프의 상면에 점접촉(point contact)하는 플런저(plunger)를 포함하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 부가압력 작동기는 상기 스탬프의 상면에 면접촉(surface contact)하는 플런저(plunger)를 포함하는 UV 나노임프린트 리소그래피 공정.
  17. 기판(substrate) 상에 나노구조물(nanostructure)을 형성하기 위한 UV 나노임프린트 리소그래피(ultraviolet nanoimprint lithography) 공정에 있어서,
    레지스트가 도포된 기판을 하부에서 지지하며, 상기 기판과 접하는 면에 적어도 하나 이상의 구멍이 형성되어 있는 기판 테이블;
    상기 기판의 상부에 위치하면서 상기 기판 상의 레지스트의 가압상태를 탐지하는 광학 측정장치;
    상기 기판 테이블에 형성되는 구멍 내에 배치되어 상기 기판의 배면으로부터 부가압력을 가하는 부가압력 작동기;
    상기 부가압력 작동기와 연결되어 작동을 제어하는 작동기 컨트롤러; 및
    상기 광학 측정장치 및 상기 작동기 컨트롤러에 각각 연결되어, 상기 광학 측정장치로부터 전달되는 레지스트의 가압상태에 따라 상기 부가압력 작동신호를 상기 작동기 컨트롤러로 전송하는 피드백 컨트롤러
    를 포함하는 선택적 부가압력 작동 시스템.
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