KR20070061061A - Apparatus for pattern replication with intermediate stamp - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 더욱 상세하게 기술될 것이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Embodiments of the present invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings.
도 1은, 발명의 실시예에 따라, 템플릿(template)으로부터 대상물 표면에 복제물(replicas)을 만드는 두 단계 공정을 개략적으로 도시한다.Figure 1 schematically illustrates a two-step process for making replicas on an object surface from a template, according to an embodiment of the invention.
도 2는, 발명의 실시예에 따른 방법에 의해, SU8에 임프린트된 라인 패턴의 AFM 탭핑 모드 이미지(AFM tapping mode image)를 도시한다.Fig. 2 shows an AFM tapping mode image of a line pattern imprinted on SU8 by a method according to an embodiment of the invention.
도 3은, 발명의 실시예에 따라 SU8에 임프린트된 블루레이 광디스크 패턴(BluRay optical disk pattern)의 AFM 탭핑 모드 이미지를 도시한다. FIG. 3 shows an AFM tapping mode image of a BluRay optical disk pattern imprinted on SU8 according to an embodiment of the invention.
도 4는, 발명의 실시예에 따른 임프린트에 의해 제공된, 높은 종횡비(aspect-ratio)를 갖는 마이크로미터 크기의 기둥 패턴(pillar pattern)의 SEM 이미지를 도시한다. Figure 4 shows an SEM image of a micrometer-sized pillar pattern with a high aspect-ratio provided by an imprint according to an embodiment of the invention.
도 5 내지 7은, 발명의 실시예의 공정 단계들을 도시한다.Figures 5-7 illustrate the process steps of an embodiment of the invention.
도 8은, 도 1 내지 3, 또는 5 내지 7에서 일반적으로 도시된 것과 같이 공정을 수행하는데 있어서, 발명에 따른 임프린트 기구의 실시예를 개략적으로 도시한다.Figure 8 schematically illustrates an embodiment of an imprint mechanism according to the invention in carrying out the process as generally shown in Figures 1-3 or 5-7.
도 9는, 공정의 최초 단계에서 폴리머 스탬프 및 기판이 놓여졌을 때, 도 8의 임프린트 기구를 개략적으로 도시한다. Fig. 9 schematically shows the imprint mechanism of Fig. 8 when the polymer stamp and the substrate are laid in the initial stage of the process.
도 10은, 한 대상물 표면으로부터 다른 대상물 표면으로 패턴을 전사하는 활동 공정 단계에서, 도 8 및 도 9의 임프린트 기구를 도시한다. Fig. 10 shows the imprint mechanism of Figs. 8 and 9 in an active process step of transferring a pattern from one object surface to another.
도 11은, 두 개의 임프린트 기구들 및 두 개의 기구들 사이에서 디스크를 이동시키는 공급 장치를 포함하는, 발명에 따른 임프린트 장치의 실시예를 개략적으로 도시한다. 11 schematically shows an embodiment of an imprinting apparatus according to the invention, comprising a two imprinting mechanisms and a feeding device for moving the disc between the two mechanisms.
도 12 내지 16은, 두 단계 임프린트 공정에서 도 11의 장치를 사용하는 서로 다른 공정 단계를 개략적으로 도시한다. Figures 12 to 16 schematically illustrate different process steps using the apparatus of Figure 11 in a two-step imprint process.
도 17 내지 19는 임프린트 공정에 의해 서로 샌드위치 된 두 부품을 잡아서 분리시키는 서로 다른 해법을 개략적으로 도시한다. Figures 17 to 19 schematically illustrate different solutions for grasping and separating two parts sandwiched together by an imprint process.
도 20 내지 23은, 연속적으로 진행되는 멤브레인을 갖는 임프린트 기구의 실시예의 서로 다른 공정 단계를 개략적으로 도시한다.Figures 20-23 schematically illustrate the different process steps of an embodiment of an imprint apparatus having a continuously running membrane.
도 24 내지 27은, 두 단계 임프린트 공정에서 발명에 따른 임프린트 장치의 다른 실시예를 사용하는, 서로 다른 공정 단계를 개략적으로 도시한다.Figures 24-27 schematically illustrate different process steps, using another embodiment of an imprint apparatus according to the invention in a two-step imprint process.
도 28은, 제 2 임프린트 기구에서 사용되는 폴리머 스탬프의 제조를 위한, 사출 성형(injection molding) 기구의 형태인, 제 1 임프린트 기구의 실시예를 개략적으로 도시한다. 28 schematically shows an embodiment of a first imprint mechanism, in the form of an injection molding mechanism, for the production of a polymer stamp used in a second imprint mechanism.
발명이 속하는 기술 분야TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
본 발명은, 임프린트 리소그래피(imprint lithography)를 위한 패턴 전사 공정에서 사용 가능한 장치에 관한 것이고, 구조화된 표면을 갖는 템플릿으로부터 기판의 타겟면으로 패턴을 전사시키기 위한 공정을 포함한다. 더 상세하게 본 발명은, 2 단계 공정을 수행하기 위해 서로 동시에 작용하는 두 개의 임프린트 기구들을 포함하는 장치에 관한 것이다. 제 1 임프린트 기구에서, 인터미디어트 스탬프를 얻기 위한 임프린트에 의해, 템플릿 패턴의 복제는 인터미디어트 디스크, 바람직하게는 유연한 폴리머 호일의 안 또는 위에 형성된다. 이때 인터미디어트 스탬프는 제 1 임프린트 기구로부터 제 2 임프린트 기구로 이동되고, 거기서 인터미디어트 스탬프는, 기판의 타겟면의 성형 가능한 층에 패턴을 임프린트 하기 위한 제 2 단계에서 사용된다. The present invention relates to a device usable in a pattern transfer process for imprint lithography and includes a process for transferring a pattern from a template having a structured surface to a target surface of the substrate. More particularly, the present invention relates to an apparatus comprising two imprint mechanisms that operate simultaneously with each other to perform a two-step process. In the first imprint mechanism, by imprinting to obtain the intermediate stamp, the replication of the template pattern is formed in or on the intermediate disc, preferably a flexible polymer foil. Wherein the intermediate stamp is moved from the first imprinting mechanism to the second imprinting mechanism wherein the intermediate stamp is used in the second step for imprinting the pattern on the moldable layer of the target surface of the substrate.
배경기술Background technology
예를 들어 100 나노미터 또는 그보다 작은 정도의 구조와 같은 나노구조를 생산하는데 가장 강력한 기술 중 하나는, 나노임프린트 리소그래피(nanoimprint lithography, NIL)이다. 나노임프린트 리소그래피에서, 종종 스탬프라고 불리는 템플릿의 표면 패턴의 역복사물은, 기판 및 거기로 가해진, 예를 들어 폴리머 재료와 같은 레지스트(resist)라고 종종 불리는 성형 가능한 층의 필름을 포함하는, 대상물에 전사된다. 대상물을 폴리머 필름의 유리 전이 온도 이상의 적당한 온도로 가열한 후, 스탬프는 필름으로 프레스 되고, 요구되는 패턴 깊이가 필름으로 전사 된 후, 종종 탈형(demolding)이라고 불리는 스탬프의 냉각 및 방출이 뒤따른다. 대안적으로, 예를 들어, 자외선 복사에 노광 하에서 가교-결합되도록(cross-linked) 복사에 민감한 폴리머, 또는 복사에 노광 하에서 폴리머로 경화되는(cured) 프리폴리머(pre-polymer)와 같은 포토-레지스트(photo-resist) 재료에 의해 기판은 덮인다. 이는 기판 또는 스탬프가 가해진 복사에 투과성이 있을 것을 요구한다. 임프린트가 된 후 차후에 수행되는 공정에서, 기판 및 패턴이 있는 폴리머 필름을 포함하는 대상물은, 기판의 타겟면으로 패턴을 전사하기 위해 임프린트된 영역 안에서, 예를 들어 기판의 에칭에 의해, 후처리 될(post-processed) 수 있다.For example, nanoimprint lithography (NIL) is one of the most powerful techniques for producing nanostructures, such as structures of the order of 100 nanometers or less. In nanoimprint lithography, an inverse copy of the surface pattern of a template, often referred to as a stamp, is transferred onto a substrate, which includes a film of a moldable layer, often referred to as a resist, such as a polymer material, do. After heating the object to an appropriate temperature above the glass transition temperature of the polymer film, the stamp is pressed into a film and the desired pattern depth is transferred to the film followed by cooling and ejection of the stamp, often referred to as demolding. Alternatively, a photoresist, such as, for example, a photoresist, such as a cross-linked radiation-sensitive polymer under exposure to ultraviolet radiation, or a pre-polymer cured to polymer under exposure to radiation, the substrate is covered by a photo-resist material. This requires that the substrate or stamp be transmissive to the applied radiation. In a process performed subsequently after imprinting, an object comprising a substrate and a polymer film with a pattern may be post-processed in the imprinted region, for example by etching of the substrate, to transfer the pattern to the target surface of the substrate can be post-processed.
상기에서 설명된 임프린트 공정은, 템플릿으로부터 기판을 덮은 성형 가능한(moldable) 층으로 완벽한 패턴 전사를 이루기 위해 고려되어야 할 약간의 어려움이 있다. The imprint process described above has some difficulties to be considered to achieve perfect pattern transfer from the template to the moldable layer covering the substrate.
만일 템플릿 및 기판이, 일반적으로 동일하지 않은데, 동일한 재료로 만들어지지 않는다면, 이들은 전형적으로 서로 다른 열 팽창 계수를 가질 것이다. 이는, 템플릿 및 기판의 가열 및 냉각 동안, 팽창 및 수축의 정도가 다를 것이라는 것을 의미한다. 치수의 변화가 적다고 하더라도, 패턴의 특징은 마이크로미터 또는 나노미터의 정도로 전사되기 때문에, 이는 임프린트 공정을 손상시킬 수 있다. 따라서 결론적으로 감소된 복제 정확성(fidelity)가 나타날 수 있다. If the template and the substrate are not generally the same, they will typically have different coefficients of thermal expansion, unless they are made of the same material. This means that during heating and cooling of the template and the substrate, the degree of expansion and contraction will be different. Even if the change in dimensions is small, the characteristics of the pattern may be transferred to micrometers or nanometers, which may impair the imprint process. Consequently, reduced replication fidelity may result.
매우 자주 유연하지 않은 스탬프 또는 기판의 재료가 사용되고, 스탬프가 기판으로 프레스 될 때, 이는 스탬프 및 성형 가능한 층 사이의 공기의 내포를 유도 할 수 있고, 또한 복제 정확성을 떨어드릴 수 있다. 또한, 임프린트 공정 동안 스탬프 및 성형 가능한 층 사이의 입자들의 내포는, 특히 스탬프 및 기판이 모두 유연한 재료로 만들어지지 않은 때, 스탬프 또는 기판에 현저한 손상을 가져올 수 있다. 스탬프 또는 기판, 또는 모두에 대한 물리적 손상은, 유연하지 않은 기판으로부터 유연하지 않은 스탬프의 탈형에 의해 또한 발생할 수 있고, 임프린트 공정 후 높은 종횡비(aspect ratio)를 갖는 패턴을 포함하는 템플릿 및 기판의 탈형은 어렵다. 일단 손상된 스탬프는 보통 재활용이 안 된다. When the material of the stamp or substrate which is not very flexible is used and the stamp is pressed into the substrate, this can lead to entrapment of air between the stamp and the moldable layer, and may also reduce the replication accuracy. Also, the impression of the stamp and the particles between the moldable layers during the imprinting process can lead to significant damage to the stamp or substrate, especially when the stamp and substrate are not all made of a flexible material. The physical damage to the stamp or substrate, or both, may also occur by demoulding the non-flexible stamp from the non-flexible substrate and may result in a template comprising a pattern having a high aspect ratio after the imprint process, Is difficult. Damaged stamps are usually not recyclable.
발명의 목적은, 높은 복제 정확성을 가지며, 산업적으로 채택하기 쉽고 적당한 향상된 임프린트 시스템을 위한 해법을 제공하는 것이다. It is an object of the invention to provide a solution for an improved imprint system that is highly reproducible and industrially easy to adopt and suitable.
언급된 목적을 충족하도록 고안된 발명의 실시예는, 템플릿의 구조화된 표면의 패턴을 기판의 타겟면으로 전사하기 위한 장치와 관련되고, 장치는 다음의 구성을 포함한다. An embodiment of the invention designed to meet the stated objectives relates to an apparatus for transferring a pattern of a structured surface of a template to a target surface of a substrate, the apparatus comprising:
제 1 중간 공간을 갖고 서로 마주보고 배치된 상호 작용하는 주요부들의 제 1 쌍, 및 제 1 임프린트 단계에서 디스크의 수용면으로 템플릿의 패턴을 전사시키도록 작동 가능한, 제 1 중간 공간을 조정하기 위한 제 1 프레스 장치를 포함하는, 제 1 임프린트 기구.A first pair of interacting major portions having a first intermediate space and facing each other and a second pair of interacting major portions operable to transfer the pattern of the template to the receiving surface of the disk in a first imprinting phase, A first imprinting mechanism comprising a first pressing device.
제 2 중간 공간을 갖고 서로 마주보고 배치된 상호 작용하는 주요부들의 제 2 쌍, 및 제 2 중간 공간을 조정하도록 작동 가능한 제 2 프레스 장치를 포함하는, 제 2 임프린트 기구.A second pair of interacting major portions having a second intermediate space and facing each other, and a second press device operable to adjust a second intermediate space.
제 1 중간 공간으로부터 제 2 중간 공간으로 디스크를 이동시키도록 작동 가능한 공급 장치(feeder device).A feeder device operable to move a disk from a first intermediate space to a second intermediate space.
바람직한 실시예에서 공급 장치는, 인터미디어트 스탬프의 임프린트된 표면이 기판의 타겟면 위의 성형 가능한 층을 향하도록, 제 1 중간 공간에서 임프린트된 디스크를 잡아서 제 2 중간 공간으로 이동시키고 방출하여 기판과 접촉하도록, 디스크를 위치시키도록 제어된다. 이후, 제 2 임프린트 기구는, 제 2 임프린트 단계에서 디스크의 전사된 패턴이 타겟면으로 임프린트 되도록 작동 가능하다.In a preferred embodiment, the supply device is configured to move the imprinted disc in the first intermediate space to the second intermediate space and discharge it, so that the imprinted surface of the intermediate stamp faces the moldable layer on the target surface of the substrate, So as to place the disk. Thereafter, the second imprinting mechanism is operable to imprint the transferred pattern of the disc onto the target surface in the second imprinting step.
이에 의해 본 발명은, 자동화된 임프린트 장치를 제공하고, 거기서 마스터 템플릿으로부터 기판으로 패턴을 전사하는 공정은, 두 개의 활동적으로 연결된 임프린트 기구들에서 수행되는 두 개의 임프린트 단계들을 거쳐 수행된다. 바람직하게, 폴리머 호일은 인터미디어트 스탬프를 만들기 위한 디스크를 위해 사용된다. 이러한 방법으로, 상대적으로 단단한 반도체 기판 위에 직접적으로 임프린트 하는 것과 비교하여 손상의 위험 및 마모를 최소화하는, 폴리머 호일의 상대적으로 부드러운 재료에서만 템플릿은 임프린트를 위해 사용된다. Thereby, the present invention provides an automated imprint apparatus, wherein the process of transferring the pattern from the master template to the substrate is performed through two imprint steps performed in two actively connected imprint mechanisms. Preferably, the polymer foil is used for the disc to make an intermediate stamp. In this way, the template is used for imprinting only in the relatively soft material of the polymer foil, which minimizes the risk of damage and wear compared to imprinting directly on a relatively rigid semiconductor substrate.
본 발명은, 여기서 "두 단계 임프린트 공정"이라고 불리는 것에 관련된 것이다. 이 용어는, 임프린트 공정에 의해, 제 1 단계에서 나노미터 및/또는 마이크로미터 크기의 패턴이 있는 표면을 갖는 템플릿의 하나 또는 다수의 복제물이, 하나 또는 다수의 유연한 폴리머 호일(foil)에 형성되는 공정으로서 이해될 수 있다. 임프린트된 폴리머 호일은 제 2 단계에서 폴리머 스탬프로서 사용될 수 있다. 대안적으로, 임프린트된 폴리머 호일은, 후속적으로 제 2 단계에서 사용되는 다른 폴 리머 호일에 다른 임프린트를 만들기 위해 스탬프로서 사용될 수 있다. 이런 방법으로, 공정의 제 1 단계는, 패턴이 원형 템플릿의 패턴과 역으로된 네거티브 폴리머 복제물 및 패턴이 원형 템플릿의 패턴과 유사하고 유연한 포지티브 폴리머 복제물을 발생시킬 수 있다. 제 2 단계에서, 이렇게 생산된 복제물은, 열적 임프린트, 자외선 임프린트 또는 둘 모두를 사용하는 차후에 수행되는 임프린트 공정을 통하여, 대상물 표면에 패턴을 복제하는 유연한 폴리머 스탬프로서 사용될 수 있다. The present invention relates to what is referred to herein as a "two-step imprint process ". This term means that one or more replicas of the template with the nanometer and / or micrometer sized pattern in the first step are formed in one or more flexible polymer foils by the imprint process Can be understood as a process. The imprinted polymer foil may be used as the polymer stamp in the second step. Alternatively, the imprinted polymer foil may be used as a stamp to make another imprint on another polymer foil that is subsequently used in the second step. In this way, the first step of the process can produce a negative polymer replica in which the pattern is reversed from the pattern of the circular template, and a pattern in which the pattern is similar to the pattern of the circular template, and a flexible positive polymer replica. In the second step, the thus produced replica can be used as a flexible polymer stamp to replicate the pattern on the object surface through an imprint process, which is performed later using a thermal imprint, ultraviolet imprint or both.
여기서 사용되는 "나노 임프린팅 공정" 또는 "임프린트 공정"이란 용어는, 템플릿 또는 스탬프의 나노- 및/또는 마이크로-구조화된 표면 패턴의 역복제물(inverted copy)을 생성하는 공정에 관한 것이고, 층을 변형시키기 위하여 폴리머 또는 프리폴리머(pre-polymer)와 같은 성형가능한 층에 스탬프를 프레싱(pressing)함에 의해 생성되는, 베이스와 층이 서로 다른 재료로 이루어진 경우에, 층은 베이스 또는 기판 위에 있는 개별 코팅된 멤브레인일 수 있다. 대안적으로, 층이 단순하게 하나의 재료로 된 대상물의 일부가 될 수 있는데, 이때, 대상물의 표면으로부터 대상물의 단일체(bulk) 내부로 소정의 깊이까지 밑으로 뻗어있는 부분으로서 정의된다. 성형가능한 층은, 임프린팅(예를 들면 핫 엠보싱(hot embossing)) 공정 동안, 유리전이온도(glass transition temperature) 위로 가열되었다가 상기 유리전이온도 아래로 냉각되고, 그리고/또는 폴리머는 임프린팅 공정 동안 또는 이후, 자외선 노광(exposure)의 도움으로 경화되거나(cured) 가교-결합될(cross-linked) 수 있다. 템플릿의 및 임프린트된 층의, 패턴이 있는 표면은, 깊이 및 폭에 있어서 모두 마이크로미터 또는 나노미터 스케일의 구조를 가질 수 있다. The term " nanoimprinting process "or" imprint process ", as used herein, relates to a process for producing an inverted copy of a nano- and / or micro-structured surface pattern of a template or stamp, In the case where the base and the layer are made of different materials, which are produced by pressing the stamp in a moldable layer such as a polymer or a pre-polymer to deform the layer, Membrane. Alternatively, the layer may simply be part of an object of one material, defined as the portion extending downward to a predetermined depth into the bulk of the object from the surface of the object. The moldable layer is heated above the glass transition temperature and cooled below the glass transition temperature during imprinting (e.g., a hot embossing) process, and / or the polymer is subjected to imprinting May be cured or cross-linked with the help of ultraviolet exposure during or after exposure. The patterned surface of the template and of the imprinted layer may have a micrometer or nanometer scale structure in both depth and width.
"유연한 폴리머 호일"이라는 용어는, 열가소성(thermoplastic) 폴리머, 열경화성(thermosetting) 폴리머, 및/또는 자외선에 노광 후 가교-결합될 수 있는 폴리머를 포함하는, 대부분의 경우에 유연하고 연성이 있으며(ductile) 투과성 호일을 지칭한다. 폴리머 호일의 바람직한 예는, 폴리카르보네이트(polycarbonate), 폴리메틸 메타아크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA) 및 시클로-올레핀 코폴리머(cyclo-olefin copolymer, COC)이다. The term "flexible polymer foil" refers to a flexible polymer foil that is flexible and ductile in most cases, including thermoplastic polymers, thermosetting polymers, and / or polymers that can be crosslinked after exposure to ultraviolet light Quot;) < / RTI > permeable foil. Preferred examples of the polymer foil are polycarbonate, polymethyl methacrylate (PMMA) and cyclo-olefin copolymer (COC).
"복제 정확성(replication fidelity)"이란 용어는, 스탬프 구조의 역복제물(inverted copy), 즉 역복제물의 생성을 지칭하고, 이 경우 스탬프 표면의 역으로 된 표면 형태는 완전히 복제된다. The term " replication fidelity " refers to the creation of an inverted copy of the stamp structure, i. E., A reverse copy, wherein the inverted surface form of the stamp surface is completely replicated.
본 발명에 따라, 두 단계 임프린트 공정이 제공될 수 있는데, 두 단계 공정의 제 1 단계에서, 패턴이 있는 표면을 갖는 템플릿의 복제물은, 인터미디어트 디스크(intermediate disc)에서 임프린트에 의해 형성된다. 이하의 실시예의 대부분에서, 디스크는 유연한 폴리머 호일이다. 더 깊이 논의되지 않는 선택적 해법은, 한쪽이 폴리머 또는 프리폴리머와 같은 성형가능한 층으로 코팅된, 금속의 얇은 시트 또는 반도체 재료와 같은 다른 재료에 의해 인터미디어트 디스크를 제공하는 것이다. 이러한 실시예에서, 시트의 코팅된 부분은, 제 1 단계에서 템플릿으로 임프린트 되고 제 2 단계에서 스탬프 표면으로서 사용된다. 폴리머 호일의 사용은, 낮은 가격 및 유연성과 같은 여러 장점을 가지고, 폴리머 재료는 템플릿 및 기판, 모두의 재료보다 일반적으로 부드럽다. 따라서 이하에서 인터미디어트 디스크가 논의될 때, 유연한 폴리머 호일에 대한 참조가 주로 이루어질 것이다. According to the present invention, a two-step imprint process may be provided wherein, in the first step of the two-step process, a replica of the template with the patterned surface is formed by imprinting in an intermediate disc. In most of the following examples, the disc is a flexible polymer foil. An optional solution that is not discussed in more detail is to provide an intermediate layer by another material, such as a thin sheet of metal or a semiconductor material, one of which is coated with a moldable layer such as a polymer or prepolymer. In this embodiment, the coated portion of the sheet is imprinted with the template in the first step and used as the stamp surface in the second step. The use of polymer foils has several advantages, such as low cost and flexibility, and the polymer material is generally softer than the materials of both the template and the substrate. Therefore, when the intermediate disc is discussed below, references to the flexible polymer foil will mainly be made.
제 2 단계에서, 차후의 임프린트 공정을 통해 대상물 표면에 패턴을 복제하기 위해, 복제물은 스탬프, 바람직하게는 유연한 폴리머 스탬프로서 사용된다. 적어도 제 2 단계에서, 자외선-도움을 받는(radiation-assisted) 임프린트는, 열 팽창 효과가 최소화되는 조절된 일정 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. In a second step, the replicas are used as stamps, preferably flexible polymer stamps, in order to replicate the pattern on the object surface through a subsequent imprint process. At least in the second step, the radiation-assisted imprint is preferably carried out at a controlled, constant temperature with a minimal thermal expansion effect.
이러한 방법으로, 금속, 석영, 실리콘 또는 다른 본질적으로 유연하지 않은 재료와 같은 재료로 만들어진, 내구력이 있고(durable) 상대적으로 유연하지 않은 템플릿은, 폴리머 스탬프를 만들기 위해 유연한 폴리머 호일에 그 패턴을 임프린트하는데 유리하게 사용될 수 있고, 이때 폴리머 스탬프는 기판의 타겟면(target surface) 위의 성형 가능한 층에 임프린트 하는데 유리하게 사용될 수 있다. 본 발명에 의하여, 상대적으로 단단하고 유연하지 않은 템플릿은, 인터미디어트 폴리머 스탬프를 만들기 위해 상대적으로 부드럽고 더 유연한 폴리머 호일에 임프린트 하는데 사용되고, 이 후 상대적으로 유연하고 부드러운 폴리머 스탬프가, 예를 들어 실리콘으로 이루어질 수 있는 상대적으로 단단하고 유연하지 않은 기판 위의 성형가능한 층에 임프린트 하는데 사용된다. 템플릿이 덜 닳고 더 적은 기판이 손상되는 결과로, 금속 및 실리콘, 또는 석영 및 실리콘과 같이 두 개의 대체로 단단하고 유연하지 않은 재료들 사이에서의 임프린트 단계는, 이에 의해 유리하게 회피된다. In this way, a durable relatively inflexible template made of a material such as metal, quartz, silicon or other essentially non-flexible material can be used to imprint that pattern on a flexible polymer foil to make the polymer stamp , Where the polymer stamp can be advantageously used to imprint the moldable layer on the target surface of the substrate. According to the present invention, a relatively rigid, non-flexible template is used to imprint relatively soft and more flexible polymer foils to create an intermediate polymer stamp, and then a relatively soft and soft polymer stamp is applied, On a relatively hard and inflexible substrate. As a result of the template being less worn and less substrate damaged, the imprinting step between the two generally hard and non-soft materials, such as metal and silicon, or quartz and silicon, is advantageously avoided thereby.
또한, 인터미디어트 디스크 또는 스탬프를 위한 기초로서 가교-결합(cross-linking)에 사용 가능한 파장 영역에서 투과성이 있는(transparent) 폴리머 호일을 사용하는 것에 의해, 또는 다른 방법으로 자외선에 민감한 성형가능한 층을 강화시 키는 것에 의해, 자외선-도움을 받는 임프린트는, 폴리머 스탬프를 생성하는데 있어서 그리고 기판 위에 임프린트를 위한 폴리머 스탬프를 사용할 때, 선택적으로 사용될 수 있는 한편, 템플릿 및 기판은, 사용 가능한 파장 영역의 복사에 대해 투과성이 없는 재료로 이루어질 수 있다. Also, by using polymer foils that are transparent in the wavelength region that is usable for cross-linking as the basis for the intermediate discs or stamps, or by other methods, The ultraviolet-assisted imprint can be selectively used when producing a polymer stamp and when using a polymer stamp for imprinting on a substrate, while the template and the substrate can be used in a range of usable wavelength regions It may be made of a material that is not transparent to the radiation of radiation.
템플릿은 생산하기에 상대적으로 비싼 부품이고, 언급한 것처럼 일단 손상된 템플릿을 수선하거나 재활용하는 것은 보통 불가능하다. 그러나, 폴리머 스탬프는, 본 발명에 따른 방법에 따라서 상대적으로 덜 비싼 재료로 쉽게 만들어지고, 여러번 또는 단 한번이라도 사용된 후에 바람직하게 처분된다. 폴리머 스탬프는, 기판으로부터 탈형되거나(demold) 방출될 수 있고 이때 버려질 수 있으며, 또는 기판의 목적면에 강화된 성형가능한 층 또는 기판을 제외하고 폴리머 스탬프만 녹이도록 선택된 적당한 액체 용액으로 된 베스(bath)에서 기판의 목적면을 계속 접촉시키는 것에 의해 녹을 수 있다. A template is a relatively expensive part to produce, and as mentioned, it is usually impossible to repair or recycle a damaged template. However, the polymer stamp is easily made of relatively less expensive material according to the method according to the invention, and is preferably disposed of several times or even once after it is used. The polymer stamp can be demolded or released from the substrate and discarded, or it can be discarded, or a bath of suitable liquid solution selected to dissolve only the polymer stamp, except for the reinforced moldable layer or substrate, bath by continuously contacting the target surface of the substrate.
생성된 폴리머 스탬프는 기판의 타겟면 위에 임프린트를 위한 제 2 템플릿으로 사용되고 기판은 일반적으로 폴리머 물질이 아니기 때문에, 폴리머 스탬프 및 기판의 열팽창 계수는 전형적으로 다른 것이다. 이런 시나리오로부터 비롯된 앞서 언급된 단점들을 극복하기 위해, 폴리머 스탬프가 기판 위의 성형 가능한 층에 프레스 되는 경우에, 최소한 제 2 임프린트 단계가 자외선-도움 및 열-도움이 결합된 임프린트 공정에 따라 수행된다. 이 공정에 따르면, 자외선에 민감한 재료는 기판 위에 성형가능한 층으로서 사용되고, 폴리머 스탬프 및 기판을 함께 프레스하고 성형가능한 층을 복사로 가득하게 하며 층을 포스트베이크(poskbaking)하는 단계들 과, 또한 바람직하게는 기판으로부터 폴리머 스탬프를 탈형하고 압력을 방출하는 단계들은, 온도 조절 장치에 의해 유지되는 상승된 일정 온도에서 수행된다. 온도 조절 장치는, 전형적으로 히터 장치, 정해진 온도를 얻고 유지하기 위해 열 공급의 균형을 위한 제어 회로 및 가능하다면 냉각 장치를 또한 포함한다. The resulting polymer stamp is typically used as a second template for imprinting onto the target surface of the substrate, and since the substrate is generally not a polymer material, the coefficient of thermal expansion of the polymer stamp and substrate is typically different. In order to overcome the aforementioned disadvantages arising from this scenario, when the polymer stamp is pressed onto the moldable layer on the substrate, at least a second imprint step is performed according to an imprint process combined with ultraviolet-assist and heat-assist . According to this process, the ultraviolet sensitive material is used as a moldable layer on the substrate, pressing together the polymer stamp and the substrate, filling the moldable layer with radiation and postbaking the layer, The steps of desorbing the polymer stamp from the substrate and releasing the pressure are performed at an elevated constant temperature maintained by the temperature controller. Thermostats typically also include a heater device, control circuitry for balancing the heat supply to obtain and maintain a specified temperature, and possibly a cooling device.
두 단계 공정의 제 1 또는 제 1 단계는, 도면의 1a 내지 1f를 참고하면서 설명될 것이다. 두 개의 다른 실시예에 따른 제 1 단계의 공정이 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 도 1a 내지 1f의 공정은 열적 임프린트를 사용하는 인터미디어트 폴리머 스탬프의 생성을 도시한다. 그러나 이하에서 윤곽이 나타날 것처럼 폴리머 스탬프의 생성을 위한 다른 가능한 기술들이 있다. The first or first step of the two-step process will be described with reference to 1a-1f of the drawings. The process of the first step according to two different embodiments is schematically illustrated in Fig. The process of FIGS. 1A-1F illustrates the generation of an intermed polymer stamp using a thermal imprint. However, there are other possible techniques for the generation of polymer stamps as the outline will appear below.
도 1a는, 예를 들어 실리콘, 니켈 또는 알루미늄과 같은 다른 금속, 석영 또는 심지어 폴리머 재료로 만들어진 템플릿(1)을 도시한다. 템플릿(1)은, 마이크로미터 또는 나노미터 단위의 높이와 폭을 갖는, 립(rib), 그루브, 돌출부(protrusion) 또는 리세스(recess)를 포함하는, 패턴이 있는 표면(2)을 갖는다. 템플릿(1)은, 예를 들어 열가소성 폴리머, 열경화성 폴리머, 및/또는 자외선에 대한 노광에 의해 가교-결합될 수 있는 폴리머로 만들어진, 유연한 폴리머 호일(3)의 표면(4)과 마주보고 접촉하고 있는 표면(2)을 갖는다. 적당한 폴리머 호일 재료들의 더욱 구체적 예들은, 폴리카르보네이트, COC 및 PMMA를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 템플릿 표면(2) 및 폴리머 호일(3)의 표면(4)은, 이들 재료의 조성 또는 템플릿 표면(2) 및/또는 폴리머 호일 표면(4)에 있는 반접착(anti-adhesion) 층의 특징 때문에, 서로에 대해서 반접착 성질을 나타낸다. Figure 1A shows a
도 1b)에서 도시된 것과 같은 적당한 임프린트 공정에 의해, 템플릿 표면(2)의 패턴의 반대형태가 유연한 폴리머 호일(3)의 표면(4)에 표면층으로 형성된다. 템플릿 표면(2)은 폴리머 호일(3)의 표면(4)과 접촉하여 놓인 후, 폴리머 호일은, 호일의 표면 층에서 사용된 폴리머의 유리 온도(Tg) 이상의 온도로 가열된다. 폴리머 호일은 단일체(massive)일 수 있는데, 예를 들어 전체 폴리머 호일에 걸쳐 대략 동일한 조성을 가질 수 있거나, 임프린트에 적합한 다른 조성을 갖는, 표면(4)에 접촉된 표면층을 갖는, 실제 폴리머 호일의 기본 조성을 가질 수 있다. 표면층이 그 유리전이온도에 접근할 때, 표면(2)의 패턴이 폴리머 호일(3)의 표면(4)에서 표면층에 임프린트 되도록, 압력은 템플릿(1) 및 폴리머 호일(3) 모두를 프레스 하도록 가해진다. 프레스는, 발명에 따른 공정의 제 2 단계를 참고하여 더 상세하게 설명될 것처럼, 멤브레인에 의해 공급되는 액체 또는 기체 압력을 사용하는, 소프트 프레스 기술에 의해 행해질 수 있다. 대안적으로, 보다 통상적인 하드 프레스 기술이 사용될 수 있다. 제 1 단계에서 생성된 폴리머 스탬프는 최종 생성물이 아니기 때문에, 평행(parallelism)은, 제 2 단계에서와 마찬가지로, 제 1 단계의 결정적인 요소는 아니다. An opposite form of the pattern of the
언급된 것처럼, 표면층을 부드럽게 하기 위해, 도시된 실시예는 열적 임프린트를 사용하였고, 따라서 폴리머 호일(3)은 압력이 가해지기 전에 가열된다. 상기 열적 제 1 단계에 따른 구체적 예는 이하에서 나타난다. 선택적 수단은, 자외선에 대한 폴리머 호일의 선택된 부분에 가해진 노광을 대안적으로 또는 부가적으로 포 함할 수 있다. 만일 또한 폴리머 호일의 재료가 복사에 대한 노광에 의해 가교-결합된다면, 템플릿(1)의 재료 또는 폴리머 호일(3)의 재료 중 어느 하나는 가해진 자외선에 대해 투과성이 있어야 한다. 선택적 실시예는, 폴리머 호일(3)의 표면(4)의 표면층에 열적 또는 자외선 경화 가능한 프리폴리머 조성을 갖는다. 이런 실시예에서, 유리전이온도 이상으로 가열은 불필요하다. As noted, to soften the surface layer, the illustrated embodiment uses a thermal imprint, and thus the
자외선-나노 임프린트 리소그래피 공정(UV-NIL process)의 한 예에서, 자외선-경화 가능한(UV-curable) 프리폴리머는, 템플릿(1)의 표면(2)에 걸쳐 적당한 위치에 분배되고, 그 후 도 1의 호일(3)에 대응하는 폴리카르보네이트 또는 PMMA 시트로 덮여진다. 시트는, 제 2 임프린트 공정에서, 자외선 투과성 기판으로 나중에 작용한다. 캐리어 베이스(carrier base)가 자외선에 대해 높은 투과성을 갖는 시트로 제공된다는 사실 덕택에, 프리폴리머 층에 의해 제공된 실제 표면 층의 두께는, 불과 수 나노미터의 최소 레벨에서 유지될 수 있다. 일본 토요 고세이사(Toyo Gosei)사의 PAK01과 같은, 경화 후에 이들의 자외선-흡수 성질을 잃지 않는, 프리폴리머 재료들이 사용되었을 때, 이는 특히 유용하다. 다른 유용한 자외선-경화 가능한(UV-curable) 프리폴리머는 일본 아사히 유리 회사(Asahi Glass Coporation)의 NIF-1인데, 그 외의 다른 자외선-경화 가능한 프리폴리머라도 양호하거나 더 양호하게 작용할 수 있다. 좋은 자외선-폴리머는, 제 2 임프린트 단계에서 자외선-투과(UV-transmission)를 증가시키기 위해, 경화 후 자외선-흡수 성질을 잃는다. 그러나, 프리폴리머와 폴리머 시트의 조합은, 이들 사이의 좋은 접착을 보장하도록 이들 사이에서 충분히 좋은 상호작용을 갖지만, 프리폴리머에 의한 시트의 화학적 분해를 막기 위해 주의하여 선택되어야만 한다. 기체 버블(bubble)을 포함하는, 분배된 예비폴리머 드롭렛(droplet) 위에 기판 호일이 놓인 후, 자외선-투과성 폴리머 멤브레인이 폴리머 시트 위에 놓인다. 이때 이 멤브레인은, 기체 또는 액체 압력에 의해 제공되는 1 내지 20 바(bar)의 범위의 상당히 낮은 압력으로 반대편에서 압축되고, 적당량의 자외선-복사에 노광되며, 폴리머 시트를 통해 프리폴리머를 경화시키고, 이에 의해 폴리머 멤브레인은 프리폴리머를 경화시키고, 그것을 폴리머 호일에 결합시킨다. 임프린트 멤브레인의 제거 및 템플릿으로부터 이렇게 생성된 폴리머 스탬프의 탈형 후에, 압력은 방출된다. In one example of an ultraviolet-nanoimprint lithography process (UV-NIL process), a UV-curable prepolymer is dispensed at a suitable location over the
열적 나노 임프린트 리소그래피 공정에서, 템플릿 또는 마스터는, 미국 티코나(Ticona)사의 토파스(Topas) 또는 일본 제온(Zeon)사의 제오너(Zeonor)와 같은 적당한 폴리머 시트로 덮여진다. 폴리머 시트 위에 임프린트 멤브레인을 놓은 후, 샌드위치는 진공으로 빨아 들여지고 가열된다. 임프린트 온도에 도달할 때, 멤브레인은 20 내지 80 바로 압축된다. 폴리머 호일로 패턴 전사 후, 샌드위치는 유리전이온도 아래로 냉각되고, 그 후 임프린트 멤브레인의 제거 및 마스터로부터 IPS 스탬프의 탈형이 일어난다. 좋은 열가소성 시트는, 차후의 공정에서 몰드로서 제공되어야만 하는, 생성된 나노미터 구조의 높은 기계적 강도뿐만 아니라 임프린트 온도 및 방출 온도를 고려하여, 좁은 공정 윈도우를 가지는 것이 필요하다. 자외선-복사에 대한 높은 투과도는 매우 유익하다. In a thermal nanoimprint lithography process, the template or master is covered with a suitable polymer sheet, such as Zeonor from Zeon, Inc., Topas, Ticona, USA. After placing the imprinted membrane on the polymer sheet, the sandwich is vacuumed and heated. When the imprint temperature is reached, the membrane is compressed to 20 to 80 bar. After pattern transfer to the polymer foil, the sandwich is cooled below the glass transition temperature, followed by removal of the imprinted membrane and demoulding of the IPS stamp from the master. A good thermoplastic sheet needs to have a narrow process window, taking into account the high mechanical strength of the resulting nanometer structure as well as the imprint temperature and discharge temperature, which must be provided as a mold in a subsequent process. High transmittance to ultraviolet radiation is very beneficial.
열 및 복사가 결합된 예에서, 템플릿 패턴이 전사되고 도 1에서 (3)에 해당하는 폴리머 호일은, 자외선-투과성일 필요가 있다. 자외선-가교-결합 가능한 폴 리머, 예를 들어 미국 마이크로켐(MicroChem)사의 SU8과 같은 음감광제(negative photoresist)는, 폴리머 호일 위에서 스핀-코팅(spin-coated)된다. 템플릿(1) 및 코팅된 폴리머 호일은, 한군데로 모이고 폴리머 호일 위로 임프린트 멤브레인에 의해 덮인다. 임프린트 온도로 가열한 후, 그 이후에는 열팽창 효과를 제거하기 위해, 온도는 남은 전체 임프린트 공정 동안 일정하게 유지된다. 샌드위치는 압축되고, 전형적인 체류 시간(typical flow time), 예를 들어 30초 후에 폴리머는 자외선-복사에 의해 가교-처럼 되고, 그 후 예들 들어 30초 정도의 노광 후 열처리(post exposure bake) 된다. 냉각은 필요 없고, 압력은 바로 방출될 수 있으며, 그 후 임프린트 멤브레인의 제거 및 탈형이 일어난다. 또한, 좋은 음감광제는 노광 후 자외선 흡수 성질을 잃는다. In the example in which heat and radiation are combined, the template pattern is transferred and the polymer foil corresponding to (3) in Fig. 1 needs to be ultraviolet-transparent. A negative photoresist, such as an UV-crosslinkable polymer, such as SU8 from MicroChem, Inc., is spin-coated on a polymer foil. The template (1) and the coated polymer foil are assembled together and covered by an imprint membrane over the polymer foil. After heating to the imprint temperature, thereafter, the temperature remains constant during the remaining total imprint process to remove the thermal expansion effect. The sandwich is compressed and after a typical flow time, for example 30 seconds, the polymer becomes crosslinked by ultraviolet radiation and then post exposure bake, for example, for about 30 seconds. No cooling is required, the pressure can be released immediately, and then removal and demoulding of the imprinted membrane occur. Also, good negative photosensitizers lose their ultraviolet absorption properties after exposure.
구체적 공정, 예들 들면 일정한 온도에서의 열적, 자외선의 또는 결합된 열적 및 자외선의 공정에 따라, 템플릿(1) 및 임프린트된 폴리머 호일(3)은, 선택된 재료 및 그 성질에 의존하는 수행된 임프린트 공정 후에, 폴리머 호일의 냉각 후 또는 냉각 없이 분리될 수 있다. 폴리머 표면(4)으로부터 템플릿(1)을 떼어놓은 후, 원형 템플릿(1)의 패턴과 반대 또는 음으로 된 표면(4)의 패턴을 갖는 도 1c)에서 도시된, 복제물이라고도 불리는 임프린트된 폴리머 호일(3)은, 유연한 폴리머 스탬프(5)로서 사용될 수 있다. Depending on the specific process, for example thermal, ultraviolet, or combined thermal and UV processes at a constant temperature, the
본 발명에 따라, 폴리머 스탬프(5)는, 제 2 단계에서 타겟 기판으로 표면(4)의 패턴을 전사하는데 사용되거나, 또는 위에서 설명된 것과 비슷한 공정으로, 도 1d) 내지 도 1f)에 따라 다른 유연한 폴리머 호일(6)에 두 번째 역복제물(9)을 만 드는, 부가적인 제 1 단계에서 사용된다. 추가의 제 1 단계를 거치는 목적은, 타겟 기판에 생성되는 마지막 패턴이 템플릿 표면 패턴과 역으로 되는 것을 보장하기 위함이다. 이런 실시예에서, 폴리머로 구성되고, 그 유리전이온도 및 임프린트 온도가 유연한 폴리머 스탬프(5)보다 낮은, 폴리머 호일(6)이 사용된다. 또한, 폴리머 호일(6) 및 유연한 폴리머 스탬프(5)의 접합표면(engaging surface, 4 및 7)은 서로에 대하여 반접착 성질을 나타낸다. 반접착 성질은, 사용된 폴리머 호일의 화학적 성질 때문에 처음부터 존재할 수 있고/있거나, 폴리머 표면의 한쪽 또는 양쪽 모두 위에, 적당한 이형제(release agent)를 포함하는 반접착 층들을 증착시킴에 의해 갖춰질 수 있다. 또한, 폴리머 호일(6)이 복사에 노광 후에 가교-결합되어야 한다면, 폴리머 호일들(5, 6)의 적어도 하나는, 인가된 복사에 대해 투과성이 있어야만 하거나, 호일(6)의 표면층, 만일 단일체라면 전체 호일(6)의, 가교-결합을 이루기에 충분한 복사를 대안적으로 투과하여야만 한다. According to the present invention, the
패턴에 관하여 탬플릿(1)과 거의 동일하고 제 1 폴리머 스탬프(5)와 역으로 된 새로운 폴리머 스탬프(8)의 생성은, 패턴이 있는 표면(4)을 가진 폴리머 스탬프(5)를 제 2 폴리머 호일(6)의 표면(7)을 향하여 접촉한 상태로, 배치하는 과정을 포함한다. 위에서처럼, 제 2 폴리머 호일(6)은, 단일체이거나 또는 표면(7)에 표면층이 달라붙는 캐리어 시트를 가질 수 있다. 호일(6)의 표면층에 표면(4)의 패턴을 임프린트할 수 있기 위해서, 만일 열적 임프린트 공정이 사용된다면, 호일(6)은 표면층의 유리전이온도 위로 가열된다. 도 1e)에 도시된 것처럼, 이때 압력은, 폴리머 호일(6)의 표면층으로 제 1 폴리머 스탬프(5)를 프레스 하기 위해 가해진 다. 임프린트의 수행 후, 유연한 폴리머 스탬프(5)는, 기계적으로 예를 들어 폴리머 호일(6)을 냉각시킨 후에 주로, 폴리머 호일(6)으로부터 제거될 수 있고, 또는 대안적으로 전체 스탬프(5) 또는 그 일부분들은, 적당한 공정에 적합한 하나 또는 그 이상의 용매의 도움으로 화학적으로 용해될 수 있다. 결과물은, 원형 템플릿(1)의 패턴에 상응하는 패턴을 갖는, 표면(7)을 갖는 새로운 폴리머 스탬프(8)이다. Generation of a
원형 템플릿(1)의 패턴과 역으로 되거나 동일한 표면 패턴을 갖는, 이와 같이 생성된 복제물(5 또는 8)은, 각각 도 1g) 내지 1i)에서 왼쪽 편과 오른쪽 편에 각각 개략적으로 도시된 것처럼, 발명에 따른 제 2 임프린트 단계에서 유연한 폴리머 템플릿으로서 사용될 것이다. 이때, 유연한 폴리머 스탬프들(5 또는 8)의 하나의 표면(4 또는 7)은, 예를 들어 복사에 대한 노광에 의해 가교-결합이 가능한 프리폴리머 또는 폴리머와 같은 복사에 민감한 재료로 만들어진, 얇은 성형가능한 표면층(14)으로 덮인, 타겟면(17)을 갖는 기판(13)을 포함하는 대상물(12)의 표면(16)과 접촉하도록 놓여질 것이다. 유연한 폴리머 스탬프(5 또는 8)의 표면(4 또는 7)은, 표면들의 재료 조성 때문에, 성형 가능한 층(14)의 표면(16)에 대해 반접착 성질을 나타낸다. 유연한 폴리머 템플릿들(5 또는 8) 중 하나와 대상물(12)에 함께 미치는 인가된 압력 및 폴리머 호일(14)의 선택된 부분의 복사에 대한 인가된 노광의 도움으로, 도 1h)에 도시된 것처럼, 폴리머 스탬프 표면들의 패턴의 반대 형태가 성형 가능한 층(14)에 형성된다. 유연한 폴리머 스탬프(5 또는 8)는 인가된 복사에 투과성이 있거나, 복사에 대한 노광 하에서 표면층(14)의 재료를 경화하 거나 가교-결합하는데 필요한 충분한 양의 복사를 투과시키기 위해 적은 양의 흡수를 보인다. 도 1h)에서 도시된 것처럼 임프린트 및 포스트-베이크(post-baking)를 수행한 후, 유연한 폴리머 스탬프들(5 또는 8)은 기계적으로 기판(13)으로부터 제거될 수 있고, 또는 대안적으로 전체 폴리머 스탬프(5 또는 8) 또는 그 일부분들은, 적당한 공정에 적합한 하나 또는 그 이상의 용매의 도움으로 화학적으로 용해될 수 있다. The thus produced
도 1i)는 유연한 폴리머 스탬프(5 또는 8)의 분리 후, 결과적으로 임프린트된 대상물(12)을 도시한다. 전사된 패턴을 기판에 영구적으로 고정시키기 위해서, 기판의 타겟면(17)을 노출시키도록 남아있는 호일(14)의 가장 얇은 부분들을 제거하고, 타겟면을 에칭하거나 다른 재료로 플레이트(plate) 하는, 추가 공정 단계들이 전형적으로 부가된다. 하지만, 이 추가 공정의 구체적인 것들은 발명의 이해에 있어서 중요하지 않다. Fig. 1i) shows the resultant imprinted
도 1은 발명에 따른 공정의 상대적으로 간단한 표현이다. 점선 위로 도시된 제 1 단계는, 단일체 폴리머 호일에서 직접적으로 열적 임프린트, 폴리머 호일 위의 프리폴리머 표면층을 사용한 자외선-도움 임프린트, 또는 폴리머 호일 위의 자외선 가교-결합이 가능한 폴리머 표면층을 이용한 조절된 상승 온도에서 동시적 자외선 복사를 사용하여 수행될 수 있다. 만일 열적 임프린트가 단계 1a) 내지 1c)에 사용된다면, 예를 들어 니켈이 될 수 있는 템플릿(1) 및 폴리머 호일(3) 사이의 열 팽창에 전형적으로 차이가 있을 것이다. 그러나 패턴 구조의 높이보다 대체로 큰 두께를 또한 갖는, 폴리머 호일(3)의 탄성(resiliency) 및 유연성(flexibility) 은, 호일 표면(4) 상의 패턴 특징을 손상시키지 않고, 템플릿(1)에 가해진 열팽창에 의해 폴리머 호일이 신장되고 수축되는 것을 보장한다. 이하의 실시예에 의해 나타날 것처럼, 폴리머 호일의 두께는 전형적으로 50 내지 500마이크로미터의 범위에 있고, 반면에 패턴 구조의 높이 또는 두께는 5나노미터 내지 20마이크로미터의 범위에 있다. 다른 크기들도 가능하다.Figure 1 is a relatively simple representation of a process according to the invention. The first step, shown in dashed lines, is a direct thermal thermal treatment using a thermal imprint directly on the monolithic polymer foil, an ultraviolet-assisted imprint using a prepolymer surface layer on the polymer foil, or a controlled elevated temperature using a UV light crosslinkable polymer surface layer on the polymer foil RTI ID = 0.0 > simultaneous < / RTI > ultraviolet radiation. If a thermal imprint is used in steps 1a) to 1c), there will typically be a difference in thermal expansion between the
그러나, 도 1에서 점선 아래에서 묘사된 제 2 단계는, 결합된 열 및 복사를 사용하여 수행되는 것이 바람직하다. 그 이유는, 임프린트가 기판 위에서 수행될 때, 기판의 타겟면 위에 남아있거나 잔류하는 표면층은, 수 나노미터의 크기로 보통 매우 얇다. 다른 열팽창을 갖는 스탬프 및 폴리머의 샌드위치된 쌍의 가열 및 냉각은, 미세구조에 종종 손상을 가하여 완전히 떨어져 나가 버리게 할 수 있다. 완전히 벗겨져 나가기 쉽다. 그러나, 본 발명에 따른 공정 덕택에, 프레스, 복사 및 포스트베이크의 단계가 모두 조절된 일정 온도에서 수행되는 경우에, 열팽창 효과는 제거된다. However, the second step depicted below the dashed line in Fig. 1 is preferably performed using combined heat and radiation. The reason is that when the imprint is carried out on a substrate, the surface layer remaining or remaining on the target surface of the substrate is usually very thin in the size of a few nanometers. The heating and cooling of the sandwiched pairs of stamps and polymers with different thermal expansions can often cause damage to the microstructure and cause it to fall off completely. It is easy to peel off completely. However, thanks to the process according to the invention, when the steps of press, copy and post-baking are all carried out at a controlled temperature, the thermal expansion effect is eliminated.
도 5 내지 7은, 본 발명의 실시예의 제 2 단계에서, 실제 패턴 전사 단계 또는 임프린트 단계의 기본적 공정 단계를 개략적으로 도시한다. 이들은, 도 1g) 내지 1h)의 왼편 예 또는 오른편 예 중 어느 하나에 대응하고 훨씬 상세하게 나타나있다. 5-7 schematically illustrate the basic process steps of an actual pattern transfer step or an imprint step in a second step of an embodiment of the present invention. These correspond to either the left example or the right example of FIG. 1g) to 1h) and are shown in much greater detail.
도 5에서, 폴리머 스탬프(10)가 도시되어 있는데, 이는 도 1에서 폴리머 스탬프(5 또는 8) 중 어느 하나에 대응될 수 있다. 폴리머 스탬프(10)는, 표면(4 또는 7)에 대응하는, 전사될 예정된 패턴을 갖는 구조화된 표면(structured surface, 11)을 갖고, 그 면에 3차원 돌출부들 및 리세스들이 1나노미터 내지 수 마이크로미터의 범위 내의 높이 및 폭의 피처(feature)를 갖는데, 이보다 크거나 작게 형성될 수도 있다. 폴리머 스탬프(10)의 두께는 10 내지 1000마이크로미터가 전형적이다. 도 5에서 도시된 최초 단계에서 표면들 간에 중간 공간을 갖고, 기판(12)은 폴리머 스탬프 표면(11)에 거의 평행하게 배치된 타겟면(17)을 가진다. 기판(12)은, 거기에 폴리머 스탬프 표면(11)의 패턴이 전사되는 기판 베이스(13)를 포함한다. 도시되지는 않았지만, 또한 기판은 기판 베이스(13) 아래에 지지층을 포함할 수 있다. 폴리머 스탬프(10)의 패턴이 폴리머 재료로 된 임프린트를 통해 직접 기판(12)으로 전사되는 공정에서, 상기 재료는 표면층(14)으로서 기판 타겟면(17) 바로 위에 붙어있다. 점선에 의해 표시되는 선택적 실시예에서, 예를 들어 제 2 폴리머 재료로 만들어진, 전사층(15)이 또한 포함된다. 이런 전사층들의 예 및 이들이 기판 베이스(13)로 임프린트된 패턴을 전사하는 차후의 공정에서 어떻게 사용되는가는, 미국 특허 제 6,334,960호에 나타나 있다. 전사층(15)을 포함하는 실시예에서, 타겟면(17)은 전사층(15)의 윗면 또는 바깥면을 표시하고, 차례로 기판 베이스 표면(18) 위에 배치된다. In FIG. 5, a
기판(12)은 히터 장치(heater device, 20) 위에 위치한다. 히터 장치(20)는, 예를 들어 알루미늄과 같은 금속으로 된 히터 바디(21)를 포함하는 것이 바람직하다. 히터 요소(22)는, 열에너지를 히터 바디(21)로 전달하기 위해, 히터 바디(21)에 포함되거나 연결되어 있다. 한 실시예에서, 히터 요소(22)는 히터 바디(21)에서 소켓(socket)에 삽입된 전기적 투입식 히터(electrical immersion heater)이다. 다른 실시예에서, 전기적 가열 코일은 히터 바디(21) 내부에 있거나 히터 바디(21)의 아래면에 붙어있다. 또 다른 실시예에서, 히터 요소(22)는 히터 바디(21) 내에 형성된 채널인데, 상기 채널을 통해 히터 유체가 통과한다. 히터 요소(22)는, 외부 에너지 소스(미도시)로 연결을 위한 커넥터(connector, 23)를 추가로 가진다. 전기적 가열의 경우, 커넥터(23)는, 전류 소스에 대한 연결에 있어서 갈바닉 접촉(galvanic contact)을 하는 것이 바람직하다. 가열 유체를 통과시키기 위해 형성된 채널을 갖는 실시예에서, 상기 커넥터(23)는 가열된 유체 소스로의 연결을 위한 도관인 것이 바람직하다. 가열 유체는, 예를 들어 물 또는 오일일 수 있다. 또 다른 대안은, 히터 바디(21)로 적외선 복사를 방출하도록 고안된, 적외선 복사 히터를 히터 요소(22)로서 채택하는 것이다. 또한, 히터 요소(22)를 선택된 온도로 가열하고 일정한 온도 오차(tolerance) 내에서 그 온도를 유지하기 위한 수단을 포함하는, 온도 조절기는 히터 장치(20) 안에 포함된다(미도시). 다른 형태의 온도 조절기가 본 기술에서 잘 알려져 있고, 따라서 추가적인 자세한 언급은 하지 않는다. The
히터 바디(21)는, 알루미늄, 스테인리스 강 또는 다른 금속과 같은 주조 금속(cast metal) 한 덩어리인 것이 바람직하다. 또한, 히터 장치(20)의 상부에 열의 균등한 배열을 이루기 위해 일정한 부피 및 높이의 바디(21)가 사용되는 것이 바람직하고, 기판(12)을 통해 바디(21)로부터 가열층(14)으로 열을 전달하기 위해 상부는 기판(12)에 연결된다. 2.5" 기판을 임프린트 하는데 사용되는 임프린트 공정에는, 적어도 2.5" 바람직하게는 3" 또는 그 이상의 직경을 갖고 적어도 1 센티 미터 바람직하게는 2 내지 3 센티미터의 두께를 갖는, 히터 바디(21)가 사용된다. 6" 기판들을 임프린트 하는데 사용되는 임프린트 공정에는, 적어도 6" 바람직하게는 7" 또는 그 이상의 직경을 갖고 적어도 2 센티미터 바람직하게는 적어도 3 내지 4 센티미터의 두께를 갖는, 히터 바디(21)가 사용된다. 모든 공정에서 낮은 온도로도 충분할 것이지만, 히터 장치(20)는 히터 바디(21)를 200 내지 300℃에 이르는 온도로 가열할 수 있는 것이 바람직하다. The
층(14)의 조절된 냉각을 제공하기 위해서, 히터 장치(20)는, 히터 바디(21)에 포함되거나 연결된 냉각 요소(24)를 추가로 가질 수 있고, 이는 히터 바디(21)로부터 열에너지를 전달시키기 위함이다. 바람직한 실시예에서, 냉각 요소(24)는 히터 바디(21) 내에 형성된 채널 또는 채널들을 포함하고, 상기 채널 또는 채널들을 통해 냉각액이 통과한다. 냉각 요소(24)는 외부 냉각 소스(미도시)로의 연결을 위한 커넥터(25)를 추가로 가진다. 상기 커넥터(25)는 냉각액 소스에 연결을 위한 도관들인 것이 바람직하다. 상기 냉각액은 물이 바람직하나, 대안적으로 오일, 예를 들어 절연시키는 오일도 가능하다. To provide controlled cooling of the
발명의 바람직한 실시예는, 층(14)을 위한 열가소성 폴리머 용액 재료의 가교-결합 가능한 복사를 이용하는 것이고, 스핀-코팅 가능한 것이 바람직하다. 또한 이러한 폴리머 용액들은 화학 증폭형 포토(photo chemically amplified)일 수 있다. 이러한 재료의 예는, 자외선 가교-결합 가능한, 마이크로 리지스트 테크놀로지사(Micro Resist Technology)의 mr-L6000.1 XP이다. 재료들을 가교-결합 가능하게 하는 이런 복사의 다른 예는, 시플리(Shipley) ma-N 1400, SC100 및 마이크로 켐(MicroChem) SU-8과 같은, 네가티브 포토레지스트(negative photoresist) 재료이다. 스핀-코팅 가능한 재료는, 전체 기판에 완전하고 정확한 코팅을 가능하게 하기 때문에 유리하다.A preferred embodiment of the invention utilizes a cross-linkable radiation of a thermoplastic polymer solution material for
다른 실시예는, 층(14)을 위한 액체 또는 거의 액체에 가까운, 복사에 의해 중합 가능한(polymerizable), 프리폴리머 재료를 사용하는 것이다. 층(14)을 위한 이용 가능하고 유용한 중합 가능한 재료들의 예는, 한국 대전시 유성구 문지동 104-11 (우 305-308)에 위치한 젠 포토닉스(ZEN Photonics)사의 NIP-K17, NIP-K22 및 NIP-K28을 포함한다. NIP-K17은 아크릴레이트(acrylate)를 주요 성분으로 하고 있고, 25℃에서 약 9.63cps의 점성을 갖는다. NIP-K22도 아크릴레이트를 주요 성분으로 하고 있고, 25℃에서 약 5.85cps의 점성을 갖는다. 이런 물질들은, 2분 동안 12mW/cm2 를 넘는 자외선 복사에 노광 하에서 경화되도록 고안되어 있다. 층(14)를 위한 이용 가능하고 유용한 중합 가능한 재료의 또 다른 예는, 독일 베를린 D-12555, 하우스 211, 코페닉커 스트라쎄 325(Koepenicker Strasse 325, Haus 211, D-12555 Berlin, Germany)에 위치한, 주식회사 마이크로 리지스트 테크놀로지(Micro Resist Technology GmbH)의 오르모코어(Ormocore)이다. 이 물질은, 1 내지 3퍼센트의 광중합 개시제(photopolymerisation initiator)를 갖고 불포화된(unsaturated), 무기-유기 혼성(hybrid) 폴리머의 조성을 갖는다. 25℃에서 3 내지 8 mPas의 점성은 상당히 높은 것이고, 액체는 365나노미터 파장에서 500 mJ/cm2 의 복사에 노광 하에서 경화될 수 있다. 다른 이용 가능한 재료들은 미국특허공보 제 6,334,960에 언급되어 있다. Another embodiment is to use a liquid or near-liquid, polymerizable, prepolymer material for
모든 이런 재료들 및 본 발명을 수행하는데 이용 가능한 어떤 다른 재료에 대한 공통점은, 이들은 성형 가능하고 복사, 특히 자외선 복사에 노광됐을 때, 예를 들어 폴리머 용액 재료의 가교-결합 또는 프리폴리머의 경화에 의해, 단단해지는 능력을 가진다는 점이다. The commonality of all these materials and any other materials available for carrying out the present invention is that they can be molded and exposed to radiation, especially ultraviolet radiation, for example by crosslinking of the polymer solution material or curing of the prepolymer , And has the ability to be hardened.
기판 표면 위에 피복되었을 때 층(14)의 두께는 일반적으로 10나노미터 내지 10마이크로미터이고, 이는 활용 영역에 따라 다르다. 경화 가능하거나 또는 가교-결합 가능한 재료는, 스핀코팅(spin coating) 또는 대안적으로 롤러코팅(roller coating), 딥코팅(dip coating) 또는 이와 유사한 것에 의해, 기판(12) 위에 액체 형태로 도포되는 것이 바람직하다. 이전 기술 단계 및 섬광법(flash method)과 비교하여 본 발명의 장점은, 일반적으로 가교-가능한 폴리머 재료를 사용할 때, 폴리머 재료가 전체 기판 위에 스핀 코팅될 수 있다는 것이고, 이는 뛰어난 층 고르기(evenness)를 제공하는 유리하고 빠른 공정이다. 언급된 것과 같은 가교-결합 가능한 재료들은 일반적으로 상온에서 고체이고, 따라서 상승된 온도에서 미리 코팅된(pre-coated) 기판이 편리하게 사용될 수 있다. 한편, 이전 기술 단계 및 섬광법은, 그 방법이 각 단계들에서 큰 표면들을 다루는 것이 불가능하기 때문에, 반복된 표면 부분에서 반복된 처리를 해야만 한다. 이는 이전 기술 단계 및 섬광법은 물론 이를 수행하는 기기를 복잡하게 하고, 사이클 시간 측면에서 시간 소모적이게 하며 제어하기 어렵게 만든다. The thickness of the
도 5의 화살표들은 폴리머 스탬프 표면(11)이 성형 가능한 재료층(14)의 표 면(16)으로 프레스되는 것을 도시한다. 이 단계에서, 히터 장치(20)는, 층(14) 재료의 적당한 유동성을 얻기 위하여, 층(14)의 온도를 조절하도록 사용되는 것이 바람직하다. 따라서 층(14)의 가교-결합 가능한 재료를 위해, 히터 장치(20)는, 히터 층(14)이 층(14) 재료의 유리온도(Tg)를 넘는 온도(Tp)가 되도록 제어된다. 이 예시에서, Tp는 공정 온도 또는 임프린트 온도를 의미하는데, 이는 임프린트, 노광 및 포스트베이크의 공정 단계들에 대한 일반적인 하나의 온도 레벨이다. 일정한 온도(Tp)의 레벨은, 물론 층(14)을 위해 선택된 재료의 형태에 의존하는데, 왜냐하면 가교-결합 가능한 재료의 경우에 유리전이온도(Tg)를 넘어야만 하고, 또한 층의 복사-경화된 재료를 포스트베이크 하는데 적합해야만 하기 때문이다. 복사 가교-결합 가능한 재료들의 경우에, Tp는 일반적으로 20 내지 250℃이고, 더욱 자주 50 내지 250℃ 이다. mr-L6000.1 XP의 예에서, 100 내지 120℃의 포스트베이크, 노광 및 임프린트를 통해 일정한 온도로 성공적인 테스트들이 수행되었다. 복사-경화 가능한 프리폴리머들을 사용한 실시예에서, 이런 재료들은 상온에서 일반적으로 액체이거나 액체에 가깝고, 따라서 임프린팅을 위해 충분히 부드러워지게 되도록 열을 가할 필요가 거의 또는 전혀 없다. 그러나 이런 재료들도, 폴리머 스탬프로부터 분리 전에, 노광 후 완전히 단단해지도록 포스트베이크를 일반적으로 거쳐야만 한다. 따라서 공정 온도(Tp)는, 도 5의 단계에서 임프린트 단계의 시작에서 이미 적당한 포스트베이크 온도 레벨로 맞춰진다. The arrows in FIG. 5 show that the
도 6은, 폴리머 스탬프 표면(11)의 구조들이, 액체 또는 적어도 부드러운 형태이고 거기서 액체는 폴리머 스탬프 표면(11)의 리세스들을 채우도록 된, 재료층 (14)에 어떻게 임프린트를 만들었는지를 도시한다. 도시된 실시예에서, 폴리머 스탬프 표면(11)에서 가장 높은 돌출은, 기판 표면(17) 아래로 뚫지 못한다. 이는 기판 표면(17) 및 특히 폴리머 스탬프 표면(11)을 손상으로부터 보호하는데 유익하다. 그러나, 전사층을 포함하는 것과 같은 선택적 실시예들에서, 임프린트는 전사층 표면(17)을 지나 아래로 수행될 수 있다. 도 5 내지 7에서 도시된 실시예에서, 폴리머 스탬프는, 선택된 성형 가능한 재료를 강화시키는데 사용될 수 있는, 미리 결정된 파장 또는 파장 범위의 복사(19)에 투과성이 있는 재료로 만들어진다. 이런 재료들은 예를 들어 폴리카르보네이트, COC 또는 PMMA일 수 있다. 위에서 언급된 것처럼 복사를 사용하여 형성된 폴리머 스탬프들의 경우, 패턴이 형성되어 있는 복사에 민감한 표면층의 잔존층도 자외선 복사에 대해 투과성이 있는 것이 바람직하고, 또는 대안적으로 매우 얇아서 자외선 흡수가 충분한 양의 복사를 통과시키도록 낮은 것이 바람직하다. 폴리머 스탬프(10)와 기판(12) 사이에 적절한 정렬을 이룬 채, 폴리머 스탬프(10)가 층(14)으로 프레스 될 때, 일반적으로 복사(19)가 가해진다. 이런 복사(19)에 노광될 때, 폴리머 스탬프(10)에 의해 결정된 형상을 갖는 고체 바디(14')로의 강화를 위한, 성형 가능한 재료의 강화가 시작된다. 층(14)을 복사에 노광시키는 단계 동안, 온도 Tp에서 층(14)의 온도를 유지시키기 위한 온도 조절기에 의해, 히터(20)는 조절된다. Figure 6 shows how the structures of the
복사에 노광 후, 층(14') 재료를 완전히 굳게 하기 위해, 포스트베이크 단계가 수행된다. 이 단계에서, 폴리머 스탬프(10) 및 기판(12)의 분리 전에, 층(14')을 굳은 바디로 베이크 하기 위해, 히터 장치(20)는 층(14')에 열을 제공하는데 사 용된다. 또한, 포스트베이크는 이미 언급된 온도(Tp)를 유지하는 것에 의해 수행된다. 이러한 방법으로, 폴리머 스탬프(10) 및 재료층(14, 14')은, 복사에 대한 노광에 의한 재료(14)의 강화의 처음부터 마지막 포스트베이크까지, 그리고 대안적으로 폴리머 스탬프(10)와 기판(12)의 분리 중에도, 동일한 온도를 유지할 것이다. 이러한 방법으로, 기판 및 폴리머 스탬프에 사용되는 어떤 재료에서 열팽창의 차이에 의한 정확성의 한계들이 제거된다. After exposure to radiation, a post-baking step is performed to completely solidify the layer 14 'material. In this step, prior to separation of the
폴리머 스탬프(10)는, 예를 들어 도 7에서 도시된 것과 같이 필링(peeling) 및 풀링(pulling) 공정에 의해, 또는 기판이나 재료층(14)은 녹이지 아니하고 폴리머 스탬프의 재료만을 녹이는 용액의 베스(bath)에 폴리머 스탬프를 용해시킴에 의해 제거된다. 생성되고 강화된 폴리머 층(14')은 기판(12) 위에 남아 있다. 기판 및 그 층(14')의 추가 공정의 다양한 다른 방법들은 여기서 상세하게 다루진 않을 것인데, 그 이유는 본 발명은 이런 추가 공정과 관련이 없고, 이런 추가 공정이 어떻게 이루어지는 가에도 무관하기 때문이다. 일반적으로 말하자면, 폴리머 스탬프(10)의 패턴을 기판 베이스(13)로 전사시키기 위한 추가 공정은, 예를 들어 에칭 또는 플레이팅, 그 후 경우에 따라 리프트-오프(lift-off) 단계를 포함할 수 있다. The
도 8은, 본 발명에 따른 장치에 포함된 임프린트 기구의 바람직한 실시예를 개략적으로 도시한다. 둘 이상의 임프린트 기구들을 포함하는 장치는, 서로 다른 형태의 임프린트 기구들 또는 동일한 임프린트 기구들을 포함할 수 있고, 설사 이들이 동일하더라도 이들은 다른 조건 하에서 유리하게 작동된다. 한가지로서 폴리머 호일이 열적 공정에서 제 1 임프린트 기구에서 임프린트 된다면, 그 기구에서 임프린트 온도는 폴리머 호일의 유리전이온도보다 높다.Fig. 8 schematically shows a preferred embodiment of an imprint mechanism included in the apparatus according to the present invention. An apparatus comprising two or more imprint mechanisms may include different types of imprint mechanisms or the same imprint mechanisms, and even if they are the same, they are advantageously operated under different conditions. As an example, if the polymer foil is imprinted in the first imprinting mechanism in a thermal process, the imprint temperature in the apparatus is higher than the glass transition temperature of the polymer foil.
제 2 임프린트 기구의 경우, 임프린트된 폴리머 호일은 인터미디어트 스탬프로서 작용하게 되고, 임프린트 온도는 폴리머 호일의 유리전이온도보다 낮게 조절된다. 그러나, 도 8 내지 10은, 제 1 임프린트 단계를 위해 고안된 제 1 임프린트 기구, 제 2 임프린트 단계를 위해 고안된 제 2 임프린트 기구, 또는 도 1d 내지 1f의 공정 단계를 수행하기 위한 인터미디어트 임프린트 기구을 나타낼 수 있다. 도 8은, 그것의 서로 다른 특징들을 분명하게 하기 위한, 순전한 개략도이다. 특히 서로 다른 특징들의 치수는, 일반적인 스케일이 아니다. In the case of the second imprint mechanism, the imprinted polymer foil acts as an intermediate stamp, and the imprint temperature is adjusted to be lower than the glass transition temperature of the polymer foil. However, Figures 8-10 illustrate a first imprinting mechanism designed for a first imprinting step, a second imprinting mechanism designed for a second imprinting step, or an intermediate imprinting mechanism for performing the processing steps of Figures 1d-1f . Figure 8 is a pure schematic for clarifying its different features. In particular, the dimensions of the different features are not typical scale.
임프린트 기구(100)은 제 1 주요부(101) 및 제 2 주요부(102)를 포함한다. 도시된 바람직한 실시예에서, 이들 주요부는, 이들 주요부 사이에 조정 가능한 공간(103)을 가진 채, 제 2 주요부의 위에 제 1 주요부(101)가 배열된다. 도 5 내지 7에서 도시된 것과 같은 공정에 의해 표면 임프린트를 만들 때, 템플릿 및 기판은, 일반적으로 X-Y평면이라 불리는, 측 방향(lateral direction)으로 적당하게 정렬되는 것이 중요할 수 있다. 만일 임프린트가 기판에서 이전에 존재하는 패턴에 인접해서 또는 그 위에서 만들어진다면, 이는 특히 중요하다. 그러나 정렬의 특별한 문제점들 및 그들을 극복하는 방법들은 여기서 언급되지는 않으나, 물론 필요할 땐 본 발명에 적용될 수 있다.The
제 1, 위, 주요부(101)는, 아래를 향하는 표면(104)을 갖고, 제 2, 아래, 주요부(102)는 위를 향하는 표면(105)을 갖는다. 위를 향하는 표면(105)은 거의 편평하거나, 또는 거의 편평한 일부분을 갖고, 템플릿 또는 기판이 임프린트 공정에 서 사용될 수 있도록, 지지 구조의 역할을 하는 플레이트(106)의 일부를 형성하거나 그 위에 위치하며, 이는 도 9 및 10과 관련하여 더욱 완전하게 도시될 것이다. 도 5 내지 7에서 나타난 것처럼, 히터 바디(21)는, 히터 장치(20)의 부분을 형성하고 가열 요소(22) 및 바람직하게는 냉각 요소(24)도 포함한다. 가열 요소(22)는, 커넥터(23)를 통해 에너지 소스(26), 예를 들어 전류 조절 수단을 가진 전기 전원에 연결된다. 또한, 냉각 요소(24)는, 커넥터(25)를 통해 냉각 소스(27), 예를 들어 냉각 액체의 온도 및 흐름을 조절하는 조절 수단을 가진 냉각 액체 탱크(reservoir) 및 펌프로 연결된다. The first, stomach, and
도시된 실시예에서, 공간(103)을 조절하는 수단들은, 외단부(outer end)에서 플레이트(106)에 부착된 피스톤 부재(piston member, 107)이다. 피스톤 부재(107)는, 제 1 주요부(101)와 관련하여 고정 지지되는 것이 바람직한 실린더 부재(cylinder member, 108)에 치환 가능하게 연결되어 있다. 바람직한 실시예에서, 피스톤 부재(107)는, 임프린트 공정에 적용될 때, 표면(104 및 105) 사이의 평행을 자동적으로 유지시키기 위해, 실린더 부재(108)에 고정된 채 일정한 정도 피봇할 수 있다. 도에서 화살표에 의해 표시된 것처럼, 공간(103)을 조정하는 수단들은, 예를 들면 Z방향과 같이 거의 편평한 표면(105)에 거의 수직으로 이동하는 것에 의해, 제 1 주요부(101)로부터 멀게 또는 가깝게 제 2 주요부(102)를 움직이도록 고안된다. 인력으로 움직일 수 있으나, 유압(hydraulic) 또는 공압(pneumatic) 장치를 사용하여 도움을 받는 것이 바람직하다. 도시된 실시예는 이런 관점에서 다양한 방법들로 변경될 수 있는데, 예를 들면 고정된 피스톤 부재 주위의 실린더 부재 에 플레이트(106)를 붙이는 것에 의해 변경될 수 있다. 제 2 주요부(102)의 움직임은, 템플릿 및 기판을 가진 임프린트 기구(100)을 로딩(loading) 또는 언로딩(unloading) 하고, 초기 작동 위치로 임프린트 기구을 배치시키는 데 주로 이용된다는 것을 또한 주목해야 한다. 그러나 제 2 주요부(102)의 이동은, 도시된 실시예에서와 같은 실질적인 임프린트 공정에는 포함되지 아니하는 것이 바람직하고, 이는 후술할 것이다. In the illustrated embodiment, the means for adjusting the
제 1 주요부(101)는, 표면(104)을 일주하는 주변 시일 부재(peripheral seal member, 108)를 포함한다. 바람직하게, 시일 부재(108)는 O-링과 같은 끝없는 시일이나, 연속적인 시일(108)을 함께 형성하는 다수의 서로 연결된 시일 부재들로 대안적으로 구성될 수 있다. 시일 부재(108)는 표면(104)의 바깥으로 있는 리세스(109)에 배치되고, 상기 리세스로부터 분리될 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 임프린트 기구은, 도시된 실시예에서 표면(104) 뒤의 제 1 주요부(101)에 배치된 복사 소스(110)를 대안적으로 포함할 수 있다. 복사 소스(110)는, 파워 소스(미도시)에 연결되거나 바람직하게는 파워 소스를 포함하는, 복사 소스 드라이버(radiation source driver, 111)에 연결된다. 복사 소스 드라이버(111)는 임프린트 기구(100)에 포함될 수 있거나 또는 외부 연결 가능한 부재일 수 있다. 복사 소스(110)에 인접하여 배치된, 표면(104)의 표면부(112)는, 복사 소스(110) 바람직하게는 자외선 복사의 일정한 파장 또는 파장의 범위의 복사에 대해 투과성이 있는 재료로 만들어진다. 이런 방법으로 복사 소스(110)로부터 방출된 복사는, 상기 표면부(112)를 거쳐 제 1 주요부(101) 및 제 2 주요부(102) 사이의 공간(103)을 향해 전달된다. 윈도우로서 작용하는 표면부(112)는, 사용가능한 용융된(fused) 실리카(silica), 석영(quartz) 또는 사파이어(sapphire)로 만들어질 수 있다. The first
임프린트 기구(100)의 하나의 실시예는, 기판 및 스탬프를 함께 죄기 위한, 기계적 조임(clamping) 수단을 추가적으로 포함한다(미도시). 이는, 스탬프 및 기판을 포함하는 정렬된 스택(stack)이 임프린트 기구으로 전사되어야만 하는 경우에, 패턴을 전사하기 전에 기판 및 스탬프를 정렬하기 위한 외부 정렬 시스템을 갖는 실시예에서 특히 바람직하다. 한 실시예에서, 템플릿을 지지하는 장치가 템플릿을 표면(105)에 고정시키기 위해 포함된다(미도시). 이는, 템플릿 또는 템플릿 캐리어를 표면(105)에 확실하게 지지시키는 처크(chuck) 또는 한 세트의 후크(hook)와 같은, 기계적 템플릿 지탱(retaining) 부재가 될 수 있다. 또한, 템플릿 지지 장치는, 진공 공급 소스, 진공 공급 소스 및 표면(105)의 오리피스(orifice) 사이에 연결된 도관, 및 오리피스 주위에 있는 시일을, 추가적 또는 대안적으로 포함할 수 있다. 템플릿이 시일을 덮도록 표면(105) 위에 놓이고 진공이 공급될 때, 템플릿은 석션(suction)에 의해 지지된다. 일반적으로 기계적 고정자 및 진공 고정자 모두 포함되는데, 기계적 고정자는 임프린트된 폴리머 스탬프를 탈형하거나 방출시키는 과정에서 템플릿을 확실하게 지지하고, 진공 고정자는 실제 임프린트 공정 중에 템플릿을 확실하게 위치시키는데 사용된다. One embodiment of the
작동에 있어서, 임프린트 기구(100)은, 대체로 편평하고 시일 부재(108)와 맞물리는 멤브레인(113)을 추가적으로 갖는다. 한 실시예에서, 시일 부재(113)는 시일 부재(108)와 분리된 부재이고, 플레이트(106)의 표면(105)으로부터 반대 압력 을 가하는 것에 의해 시일 부재(108)와 단지 맞물리며 이는 후술될 것이다. 그러나 선택적 실시예에서, 예를 들어 세멘트에 의해 또는 시일 부재(108)의 구성부(integral part)가 되는 것에 의해 멤브레인(113)은 시일 부재(108)에 부착된다. 이런 실시예에서, 임프린트 기구이 함께 사용되도록 배치되어 있고, 템플릿을 완전히 덮을 정도로 충분히 넓은 중앙부는, 예를 들어 거기에 단단한 플레이트를 붙이는 것에 의해 대체로 단단할 수 있다. 또한, 이런 선택적 실시예에서, 시일(108)은 멤브레인(113)의 바깥쪽으로 배치된 반면에, 멤브레인(113)은 주요부(101)에 단단하게 부착될 수 있다. 도시된 것과 같은 실시예에서, 멤브레인(113)도, 복사 소스(110)의 일정한 파장 또는 파장 범위의 복사에 대해 투과성이 있는 재료로 만들어진다. 이러한 방법으로, 복사 소스(110)로부터 방출된 복사는 상기 구멍(115) 및 그 주위의 벽(104, 113)을 통해 공간(103)으로 전사된다. 도 7 내지 9의 실시예에 대한 멤브레인(113)을 위해 사용 가능한 재료들의 예는, 폴리카르보네이트(polycarbonate), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에틸렌(polyethylene), PDMS 또는 PEEK이다. 멤브레인(113)의 두께는 일반적으로 10 내지 500 마이크로미터가 될 수 있다. 설명된 열적 임프린트 공정에서, 멤브레인 재료 및 폴리머 호일 재료의 조합은, 폴리머 호일의 유리전이온도를 넘는 임프린트 온도가 멤브레인의 유리전이온도를 초과하지 않도록 선택되어 져야만 한다. In operation, the
임프린트 기구(100)은, 자외선 복사를 통해 층을 단단하게 하기 전에, 쌓여진 샌드위치 형상의 성형 가능한 층으로부터 내포 공기를 빼내기 위해, 스탬프와 기판 사이에 진공을 가하는 수단을 추가적으로 포함하는 것이 바람직하다. 이는, 도관(118)에 의해 표면(105) 및 멤브레인(113) 사이의 공간에 전달적으로(communicatively) 연결된, 진공 펌프(117)에 의해 도 8에서 예시되었다. The
도관(114)은, 표면(104), 시일 부재(108) 및 멤브레인(113)에 의해 한계가 지어진 공간으로 가스, 액체 또는 겔(gel) 중 하나와 같은 액체 매개물(fluid medium)이 통과하게 하기 위한 제 1 주요부(101)에 형성되고, 그 공간은 상기 액체 매개물을 위한 구멍(115)으로서 작용한다. 도관(114)은, 임프린트 기구(100)의 외부의 또는 고유의(built in) 부분이 될 수 있는, 펌프와 같은 압력 소스(116)로 연결될 수 있다. 압력 소스(116)는, 조정 가능한 압력, 특히 초과압력을 상기 구멍(115)에 함유된 액체 매개물에 가하도록 고안되어 있다. 도시된 것과 같은 실시예는, 기체 압력 매개물과 함께 사용되는데 적당하다. 상기 매개물은 공기, 질소 및 아르곤을 함유하는 그룹으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 유압작동유(hydraulic oil)와 같은 겔 또는 액체 매개물이 대신 사용된다면, 시일 부재(108)에 부착된 멤브레인을 갖는 것이 바람직하다. The
도 9는, 두 임프린트 대상물이 적재됐을 때, 도 8의 임프린트 기구의 실시예를 도시한다. 지금부터, 도 9의 임프린트 기구(100)은, 예를 들어 거기서 임프린트된 인터미디어트 디스크가 기판의 타겟면에서 임프린트를 위해 스탬프로서 차후에 사용될 수 있는, 제 2 임프린트 기구으로서 묘사될 것이다. 기판(12) 및 폴리머 스탬프(10)는, 상호 작용하는 부재(cooperating member)를 구성하는, 주요부(101) 및 주요부(102) 사이의 공간(103)에 위치한다. 본 도를 더욱 잘 이해하기 위해서, 도 5 내지 7도 참조해야 한다. 제 2 주요부(102)는, 공간(103)을 열기 위 해, 제 1 주요부(101)로부터 아래로 움직였다. 도 9에 도시된 실시예는, 기판(12) 위에 투과성이 있는 폴리머 스탬프(10)를 적재한 임프린트 기구을 도시한다. 기판(12)은, 제 2 주요부(102) 내에 또는 위에 놓인, 히터 바디(21)의 표면(105) 위에서 그로부터 뒤쪽으로 놓인다. 이에 의해 기판(12)은, 위를 향하고 있는, 예를 들어 자외선 가교-결합 가능한 폴리머와 같은 중합 가능한 재료의 층(14)을 갖는 타겟면(17)을 갖는다. 단순화 때문에, 히터 장치(20)의 모든 특징들이, 도 5 내지 7에서 나타난 것처럼 도 9에서 도시되지 않는다. 기판(12)을 향하고 있는 구조화된 표면(11)을 갖는, 폴리머 스탬프(10)는, 기판(12)에 접하거나 그 위에 놓인다. 이 개략도에서는 도시되지 않았지만, 폴리머 스탬프(10)를 기판(12)과 정렬하기 위한 수단이 제공될 수 있다. 이때, 멤브레인(113)은 폴리머 스탬프(10) 위에 놓인다. 멤브레인(113)이 제 1 주요부에 부착된 경우의 실시예에서, 폴리머 스탬프 위에 멤브레인(113)을 실제 놓는 단계는 물론 생략된다. 또한, 선택적 실시예에서 폴리머 스탬프(113)는 멤브레인으로서 작용할 수 있다. 이런 실시예에서, 별도의 멤브레인(113)은 제공되지 않고, 대신 시일(108)이 폴리머 호일과 직접 접촉한 채 놓인다. 시일(108)로부터 기계적 압력이 기판(12) 위에 가해지지 않도록, 이런 실시예에서 폴리머 호일은, 폴리머 호일이 도관(118)의 입구를 지나서 펼쳐질 수 있고 폴리머 호일(10)이 시일(108) 및 표면(105) 사이에서 프레스 되도록, 기판(12)보다 대체로 큰 지름을 갖는 것이 바람직하다. 도 9에서 폴리머 스탬프(10), 기판(12) 및 멤브레인(113)은, 오직 명료함을 때문에 완전히 분리된 것처럼 도시되지만, 실제로는 이들은 표면(105)에 겹겹이 쌓여있을 것이다. Fig. 9 shows an embodiment of the imprint mechanism of Fig. 8 when two imprint objects are loaded. The
도 10은, 제 2 임프린트 기구(100)이 작동하는 모습을 도시하고 있고, 이는 도 9와 관련지어 설명된다. 제 2 주요부(102)는, 멤브레인(113)이 시일 부재(108) 및 표면(105) 사이에서 죄여진 경우에, 위치가 올라간다. 실제로, 폴리머 스탬프(10) 및 기판(12)은, 일반적으로 단지 밀리미터의 부분으로 매우 얇고, 멤브레인(113)의 실제 구부러짐은, 도시된 것처럼 최소이다. 폴리머 스탬프(10) 및 기판(12)의 결합 두께를 보충하기 위해, 표면(105)은, 멤브레인(113)을 통해 실 부재(108)에 접촉한 지점에 상승된 주변부를 갖도록, 대안적으로 고안될 수 있다. Fig. 10 shows a state in which the
일단 주요부(101 및 102)가 멤브레인(113)을 조이도록 맞물린다면, 구멍(115)은 봉인된다. 기판(12)의 표면층으로부터 내포된 공기를 뽑아내기 위해, 진공이 진공 펌프(117)의 흡입에 의해 가해진다. 이때 압력 소스(116)는, 가스, 액체 또는 겔일 수 있고 구멍(115)에 있는, 액체 매개물에 초과압력을 가하도록 고안되어 있다. 구멍(115)에서의 압력은, 멤브레인(113)에 의해 폴리머 스탬프(10)로 전달되고, 도 6을 참조하면, 층(14)에서 폴리머 스탬프 패턴을 임프린트 하는 경우에, 기판(12)을 향하여 프레스 된다. 가교-결합 가능한 폴리머 용액은, 약 60℃ 정도의 유리전이온도(Tg)를 넘을 수 있도록 예비 가열이 일반적으로 필요하다. 이런 폴리머의 예는, 위에서 언급한 mr-L6000.1 XP이다. 이런 폴리머를 사용할 때, 결합된 복사 및 가열 능력을 갖는 임프린트 기구(100)이 특히 유용하다. 그러나 이런 형태의 재료들을 위해, 포스트베이크 단계가, 복사-강화된 층(14')을 단단하게 하도록 일반적으로 필요하다. 이미 언급했던 것처럼, 발명의 양태는, 가교-결합 가능한 재료의 경우에 Tg보다 높고 또한 복사-노광된 재료의 포스트베이크에 적 당한, 상승된 온도(Tp)를 층(14)의 재료에 가하는 것이다. 히터 장치(20)는, Tp의 온도에 이를 때까지 히터 바디(21)에 의해, 기판(12)을 통해 층(14)을 가열하도록 활성화된다. Tp의 실제 수치는, 층(14)으로 선택된 재료에 자연적으로 의존한다. mr-L6000.1 XP 의 예에서, 50 내지 150℃ 범위의 온도 Tp가 이용될 수 있고, 이는 재료에서 분자량 분배에 의존한다. 이때, 구멍(115)에서 매개물의 압력은, 5 내지 500bar, 유리하게는 5 내지 200bar, 바람직하게는 20 내지 100bar로 상승된다. 이에 의해, 폴리머 스탬프(10) 및 기판(12)은, 동일한 압력으로 서로 프레스된다. 멤브레인(113)의 도움으로, 기판 및 폴리머 스탬프 사이의 접촉면 전체에 걸쳐, 완전하게 균등한 힘의 분배가 얻어진다. 이에 의해, 폴리머 스탬프 및 기판은 서로 완전히 평행하게 배치되도록 하고, 기판 또는 폴리머 스탬프의 표면에서 불규칙의 영향은 제거된다. Once the
가해진 액체 매개물 압력에 의해, 폴리머 스탬프(10) 및 기판(12)이 모였을 때, 복사 소스는 복사(19)를 방출하도록 유발된다. 복사는, 윈도우로서 작용하는 표면부(112), 구멍(115), 멤브레인(113) 및 폴리머 스탬프(10)을 통해 투과된다. 복사는, 층(14)에서 부분적으로 또는 완전히 흡수되고, 이에 의해 층 재료는, 압력 및 멤브레인 도움 압축이 가해짐에 의해, 폴리머 스탬프(10) 및 기판(12) 사이에서 완전히 평행하게 배치된 채로, 경화 또는 가교-결합에 의해 강화된다. 복사 노광 시간은, 층(14)에서 재료의 양 및 형태, 그 형태의 재료와 더불어 복사 파장 및 복사 힘에 의존한다. 이런 중합 가능한 재료를 강화하는 특징은, 이렇게 잘 알려져 있고, 언급된 변수들의 적절한 조합은 이처럼 당업자에게 알려져 있다. 일단 액체 가 층(14')을 생성하도록 강화된다면, 추가적 노광은 큰 영향을 미치지 아니한다. 그러나 노광 후, 층(14') 재료는, 포스트베이크가 층을 강화시키기 위해 필요하다면, 이미 정해진 일정한 온도 Tp에서 예를 들어 1 내지 10분의 일정한 시간 동안, 포스트베이크 또는 하드베이크된다. mr-L6000.1 XP의 예의 경우, 100 내지 120℃의 일반 공정 온도 Tp에서, 1 내지 10분 동안 바람직하게는 약 3분 동안, 포스트베이크가 일반적으로 수행된다. SU8의 경우, 복사에 노광 시간은 1 내지 10초이고, 3 내지 5초의 범위에서 성공적으로 시험 되었고, 이때 포스트베이크는, 30 내지 60초 동안 약 70℃의 온도 Tp에서 수행된다. By means of the applied liquid medium pressure, when the
본 발명에 따른 임프린트 기구(100)로, 포스트베이크는 임프린트 기계(100) 안에서 수행될 수 있고, 이는 임프린트 기구으로부터 개별 오븐으로 기판을 가져올 필요가 없는 것을 의미한다. 이는 한 공정 단계를 생략하고, 임프린트 공정에서 시간 및 돈 모두의 절감을 가능하게 한다. 폴리머 스탬프(10)가 계속 일정한 온도 Tp 및 잠재적으로 또한 기판(10)을 향한 선택된 압력에서 유지되는 동안, 포스트베이크 단계를 수행함에 의해, 층(14)에서의 결과적인 구조 패턴의 높은 정확성이 또한 얻어지고, 이는 미세한 구조를 만드는 것을 가능하게 한다. 압축, 노광 및 포스트베이크 이후, 구멍(115)에서 압력은 줄어들고, 두 주요부(101 및 102)는 서로 분리된다. 이 후, 기판은 폴리머 스탬프로부터 분리되고, 임프린트 리소그래피에서 이미 알려진 내용에 따른 추가적 처리가 뒤따른다. 발명의 제 1 모드는, 1마이크로미터의 두께를 갖는 NIP-K17의 층(14)에 의해 덮인 실리콘 기판(12)을 포함한다. 약 30초 동안 5 내지 100bar의 압력으로 멤브레인(113)에 의한 압축 후, 복사 소스(110)는 작동된다. 복사 소스(110)는, 적어도 400나노미터 아래의 자외선 영역에서 방출되도록 일반적으로 고안된다. 바람직한 실시예에서, 200 내지 1000 나노미터의 범위의 방출 스펙트럼을 갖는 공냉 제논 램프가 복사 소스(110)로서 선택된다. 바람직한 제논 형태 복사 소스(110)는 1 내지 10 W/cm2의 복사를 제공하고, 초당 1 내지 5 펄스의 펄스율로, 1 내지 5 μs 펄스로 빛나도록 고안된다. 석영으로된 윈도우(112)는 복사를 통과시키기 위한 표면(104)에 형성된다. 액체 층(14)을 고체 층(14')으로 중합시키기 위한, 노광 시간은 바람직하게는 1 내지 30초이나, 최대 2분이 될 수 있다. With the
mr-L6000.1 XP를 이용한 실험은, 1분의 노광 시간과 함께, 200 내지 1000나노미터로 합성된 약 1.8W/cm2로 수행되었다. 이 예에서 사용된 복사는, 층(14)에 가해진 폴리머가 강화될 수 있는 범위 내의 파장 범위로 제한될 필요는 없다는 점, 그리고 물론 그 범위 밖의 복사도 사용된 복사 소스로부터 방출될 수 있다는 점이 특징이다. 일정한 공정 온도에서 성공적 노광 및 차후의 포스트베이크 후, 제 2 주요부(102)는 도 9와 유사하게 위치가 낮아지고, 그 후, 템플릿(10) 및 기판(12)은, 분리 및 기판의 추가적 공정을 위해 임프린트 기구으로부터 제거된다. Experiments with mr-L6000.1 XP, together with an exposure time of 1 minutes was carried out with a from about 1.8W / cm 2 Synthesis of 200 to 1000 nanometers. The radiation used in this example is that the polymer applied to the
일정한 온도란 용어는 온도가 거의 일정한 것을 의미하는데, 이는 일정한 온도를 유지하도록 온도조절기를 맞추어 두더라도, 얻어진 실제 온도는 어느 정도 변할 수밖에 없을 것이란 것을 의미한다. 일정한 온도의 안정성은, 온도 조절기의 정확도 및 전체 기구(setup)의 관성(inertia)에 주로 의존한다. 또한, 본 발명에 따른 방법이, 수 나노미터의 극히 미세한 구조를 임프린트 하는데 사용되더라도, 약간의 온도 변화는 템플릿이 매우 크지 않는 한, 중대한 영향을 미치지 않는다고 이해되어야 한다. 템플릿 주변의 구조가 폭 x를 갖는다고 가정하면, 상당한 공간 오차(reasonable spatial tolerance)는 y=x/10과 같이 그 폭의 분율로 나타나고, 이때 y는 온도 오차를 조절하는 파라미터(parameter)가 된다. 템플릿 및 기판의 재료에 대한 각각의 열 팽창 계수, 템플릿의 크기, 일반적으로 반지름, 및 공간 오차 파라미터 y를 적용함에 의해, 사실, 열팽창의 차이에 영향을 미치는 것은, 쉽게 계산될 수 있다. 이런 계산으로부터, 온도 조절기를 위한 적절한 온도 오차는, 계산될 수 있고, 공정을 수행하기 위한 기계에 적용될 수 있다. The term constant temperature means that the temperature is almost constant, which means that even if the thermostat is adjusted to maintain a constant temperature, the actual temperature obtained will vary somewhat. The stability of the constant temperature depends mainly on the accuracy of the thermostat and the inertia of the entire setup. It should also be understood that even though the method according to the present invention is used to imprint very fine structures of a few nanometers, slight temperature changes do not have a significant effect unless the template is very large. Assuming that the structure around the template has a width x, a reasonable spatial tolerance appears as a fraction of its width, such as y = x / 10, where y is a parameter that controls the temperature error . In fact, by applying the respective thermal expansion coefficients, the size of the template, the radius, and the spatial error parameter y to the template and the material of the substrate, in fact, affecting the difference in thermal expansion can be easily calculated. From this calculation, an appropriate temperature error for the temperature regulator can be calculated and applied to the machine for performing the process.
상기에서 설명되고 도 1에서 도시된 것처럼, "2 단계" 임프린트 공정 내에서 유연한 폴리머 호일의 활용의 장점은 다음과 같다:As described above and illustrated in Figure 1, the advantages of utilizing a flexible polymer foil in a "two-step" imprint process are as follows:
사용된 폴리머 호일의 유연성은, 임프린트 공정에서 사용되는 기판 재료 및 가해진 스탬프의 서로 다른 열팽창 계수 때문에, 패턴 전사의 복잡화를 감소시켰다. 따라서 본 기술은, 다른 열팽창 계수에 의해 특징되는 재료들의 표면들 간에 패턴을 전사할 가능성을 제공한다. 그럼에도 불구하고, 활용에 사용되는 대부분의 폴리머들은, 도 1e)에 도시된 것처럼 제조에 관하여 더욱 쉽게 두 개의 다른 폴리머 호일들 사이에 임프린트를 만드는, 일반적으로 60*10-6 내지 70*10-6 C-1의, 매우 유사한 열팽창 인자에 의해 특징지어진다. The flexibility of the polymer foil used reduces the complexity of pattern transfer due to the different thermal expansion coefficients of the substrate material used and the stamp applied in the imprint process. The present technology thus provides the possibility of transferring the pattern between the surfaces of materials characterized by different coefficients of thermal expansion. Nonetheless, most of the polymers used in the application are generally 60 * 10 -6 to 70 * 10 -6 , making imprints between two different polymer foils easier to manufacture, as shown in Figure 1 e) C -1 , very similar thermal expansion factors.
사용된 폴리머 호일의 유연성 및 연성은, 패턴이 있거나 없는 표면을 가진 폴리머 호일 및 예를 들어 실리콘, 니켈, 석영 또는 폴리머 재료를 포함하는 폴리머 호일 또는 템플릿에 의해 덮인 기판과 같은 다른 대상물 사이의 공기의 내포를 임프린트 동안 방해한다. 만일 호일이 도 1b, 1e, 1h에서 도시된 것처럼 이런 대상물들 중 하나로 프레스 된다면, 폴리머 호일은 멤브레인처럼 작용하여 임프린트된 영역의 중앙부로부터 단부 쪽으로 임프린트된 영역을 떠나도록 공기를 프레스 하게 된다. The flexibility and ductility of the polymer foil used can be enhanced by the use of polymer foils with or without a pattern and of air between other objects such as, for example, polymer foils comprising silicon, nickel, quartz or polymer materials, Interfere with impression during imprint. If the foil is pressed into one of these objects as shown in Figures 1b, 1e, 1h, the polymer foil acts like a membrane and presses the air to leave the imprinted area from the center to the end of the imprinted area.
템플릿 또는 대상물의 언급된 표면 거칠기뿐만 아니라, 폴리머 호일 및 템플릿 또는 프레스되는 대상물 사이에서 사용된 폴리머 호일 입자의 부드러움 때문에, 도 1b), 1e) 및 1h)에서 도시된 임프린트 공정 동안, 폴리머 호일 또는 관련된 대상물 중 하나의, 명백한 손상들이 예방될 것이다. During the imprinting process shown in Figures 1b), 1e) and 1h) due to the softness of the polymer foil and the polymer foil particles used between the template or the object being pressed, as well as the surface roughness of the template or object, Clear damage to one of the objects will be prevented.
예를 들어 자외선 복사에 대해 사용된 폴리머 호일의 높은 투과성 때문에, 비투과성의 템플릿 및 기판이 사용되는 때 조차도, 자외선-경화 가능한 폴리머가 상기에서 언급된 임프린트 공정에서 사용될 수 있다. Because of the high transparency of the polymer foil used, for example, for ultraviolet radiation, even when impermeable templates and substrates are used, ultraviolet-curable polymers can be used in the imprinting process mentioned above.
사용된 폴리머 호일들의 대부분의 매우 낮은 표면 에너지는, 다른 재료들에 대한 언급된 반접착 성질을 유도하고, 임프린트 공정에 이들을 사용하는 것을 이상적으로 만든다. 낮은 표면 에너지 폴리머 위에 추가적인 반접착 층들의 증착은, 상기에서 언급한 대로 공정을 간단하게 하고 산업적으로 이용 가능하게 하는데 있어서 대부분의 경우엔 필요하지 않다. 분명히 언급된 것처럼, 반접착성 재료로 폴리머 복제물 스탬프를 만드는 것이 가능하다. The very low surface energy of most of the polymer foils used leads to the stated anti-adherence properties for other materials and makes them ideal for use in imprinting processes. The deposition of additional anti-adhesive layers on low surface energy polymers is not necessary in most cases in order to simplify the process and make it industrially available, as mentioned above. As is clearly mentioned, it is possible to make a polymer replica stamp with an anti-stick material.
예를 들어 유리전이온도, 광 투과성 및 복사에 노광 후 경화성과 같은, 공정 에 사용된 서로 다른 폴리머 재료들의 물성이 서로 적절하다면, 도 1에서 도시되고 상기에서 설명된 공정은, 포지티브 복제물(패턴이 원래 템플릿의 패턴과 비슷함) 및 네가티브 복제물(패턴이 원래 템플릿의 패턴과 반대임) 모두를 생산하는데 매우 적합할 수 있다. If the physical properties of the different polymer materials used in the process, such as glass transition temperature, light transmittance and post-exposure curability to radiation, are compatible, then the process illustrated in FIG. 1 and described above may be a positive copy (Similar to the original template's pattern) and negative duplicates (the pattern is contrary to the original template's pattern).
사용된 유연한 폴리머 스탬프들의 에이징(aging) 및 내마모성(wear resistance)은, 임프린트 공정의 제 2 단계에서 그들을 여러 번 사용하는 것을 가능하게 한다. 대안적으로, 폴리머 스탬프는 오직 한번 사용되고 버려질 수 있다. 어떠한 경우에, 이는, 단단하고 유연하지 않은 재료에 대한 임프린트에 결코 사용되어서는 안되는, 원래 템플릿(1)의 수명을 높인다. The aging and wear resistance of the flexible polymer stamps used makes it possible to use them many times in the second step of the imprint process. Alternatively, the polymer stamp can only be used once and discarded. In some cases, this increases the lifetime of the
사용된 폴리머 호일들의 유연성 및 연성은, 스탬프 또는 기판에 물리적 손상을 줄이면서, 유연한 호일로부터 유연하지 않은 스탬프 또는 기판의 탈형을 완화시킨다. The flexibility and ductility of the polymer foils used relaxes the deformation of the non-flexible stamp or substrate from the flexible foil while reducing physical damage to the stamp or substrate.
임프린트 수행 후 기판으로부터 폴리머 호일의 기계적 탈형 대신, 대안적으로 폴리머 호일은, 적당한 용매의 도움으로 화학적으로 용해될 수 있다. 이 과정은, 예를 들어 기계적 탈형이 기판 또는 스탬프에 손상을 줄 수 있는, 패턴 구조의 깊이가 그 폭보다 대체로 큰 경우와 같은 높은 종횡비를 갖는 패턴의 전사의 경우에 바람직할 것이다. Instead of mechanical de-molding of the polymer foil from the substrate after imprinting, alternatively the polymer foil can be chemically dissolved with the aid of a suitable solvent. This process may be desirable in the case of transfer of a pattern having a high aspect ratio, for example when the mechanical demoulding can damage the substrate or stamp, such that the depth of the pattern structure is substantially greater than its width.
원래 템플릿의 표면 위의 패턴뿐만 아니라 원래 템플릿의 물리적 치수도 폴리머 호일로 쉽게 전사될 수 있다. 어떤 활용에서는, 마지막 기판 위의 패턴의 위치가 중요하다. 예를 들어 하드 디스크 드라이브의 경우, 패턴은 복제되고 디스크 의 중앙에 정렬되어야만 한다. 여기서 마스터 스탬프(master stamp)는 중앙의 홀(hole)을 가지도록 생산될 있다. 임프린트 후, 중앙의 홀의 릴리프(relief)는 유연한 폴리머 호일으로 형성되고, 이는 호일 위의 패턴을 마지막 복제된 디스크로 정렬시키는 데 사용될 수 있다. The physical dimensions of the original template as well as the pattern on the surface of the original template can be easily transferred to the polymer foil. In some applications, the position of the pattern on the last substrate is important. For example, in the case of a hard disk drive, the pattern must be duplicated and centered on the disk. Here a master stamp is produced with a central hole. After imprinting, the relief of the central hole is formed of a flexible polymer foil, which can be used to align the pattern on the foil to the last replicated disc.
폴리머 시트에서 생성된 복제물은, 니켈 대 니켈 플레이팅에 의한 일반적 방법으로 수행할 수 없는, 신규의 패밀리 개발 공정을 가능케 할 수 있다. 여기서, 임프린트된 폴리머 시트는, 예를 들어 자외선-도움 임프린트 공정에 의해, 단단한 기판과 함께 먼저 결합한다. 그 후, 시트는 씨드층(seed layer)과 함께 금속화되고, 원본의 니켈 복사본을 받기 위해 전기도금된다. 많은 다른 변환 공정은, 상술한 발명을 통해 접근 가능하다. The replicas produced in the polymer sheet can enable a new family development process that can not be performed in a conventional manner by nickel-to-nickel plating. Here, the imprinted polymer sheet first bonds with the rigid substrate, for example, by an ultraviolet-assisted imprint process. The sheet is then metallized with a seed layer and electroplated to receive a nickel copy of the original. Many other conversion processes are accessible through the above-described invention.
발명에 따른 장치의 실시예는, 도 11 내지 16을 참고하여 여기서 설명될 것이다. 장치(400)는 제 1 임프린트 기구(200) 및 제 2 임프린트 기구(300)를 포함한다. 제 1 및 제 2 임프린트 기구들(200, 300) 중 어느 하나 또는 모두는, 도 5 내지 10을 참고하여 설명된 것처럼 각각 고안될 수 있다. 이전의 도를 참고하여 설명된 요소들은, 동일한 참조 번호들을 갖지만, 기구(200)의 경우 첫 번째 숫자가 1 대신 2이고, 기구(300)의 경우 첫 번째 숫자가 1 대신 3이다. 다만, 간략화 때문에, 각각의 도에서 모든 요소들이 표시되진 않을 것이다. An embodiment of an apparatus according to the invention will now be described with reference to Figures 11-16. The
제 1 임프린트 기구(200)는, 조정 가능한 제 1 중간 공간(203)을 갖고 서로 마주보게 배치된, 주요부(201) 및 주요부(202)와 같은 상호 작용하는 지지 부재들의 제 1 쌍을 포함한다. 주요부(202)의 현수부(suspension)를 포함하여 제 1 중간 공간(203)을 조정하기 위해, 제 1 프레스 장치가 제공되어 주요부로부터 멀리 또는 이를 향하여 움직일 수 있도록 한다. 또한, 제 2 주요부(202)의 순수 기계적 움직임은, 주요부들을 서로 실제로 압축하는데 사용될 수 있으나, 도 8 내지 10을 참조하여 설명된 것처럼, 실제 임프린트 기구는 유압 및 멤브레인에 의하는 것이 바람직하다.The
비슷하게, 제 2 임프린트 기구(300)는, 조정 가능한 제 1 중간 공간(303)을 갖고 서로 마주보게 배치된, 주요부(301) 및 주요부(302)와 같이 상호 작용하는 지지 부재들의 제 2 쌍을 포함한다. 제 2 프레스 장치는, 주요부(301)로부터 멀리 또는 이를 향하여 움직일 수 있도록 주요부(302)를 붙잡고, 제 2 중간 공간(303)을 조정하도록 포함된다. 또한, 서로를 향해 주요부들을 프레스 하기 위한, 움직임에 의해 임프린트 압력은 달성될 수 있으나, 도 8 내지 10을 참조하여 설명된 것처럼, 실제 임프린트 압력은 유압 및 멤브레인에 의하는 것이 바람직하다. 실제 임프린트 기구는 도 11 내지 15를 참조하여 자세히 설명되지는 않을 것이나, 공정들은 열적 임프린트, 복사-도움 임프린트 또는 결합된 열적 및 복사-도움 임프린트를 포함할 수 있다. Similarly, the
상호 작용하는 주요부들(201 및 202)은 제 1 지지 프레임(219)에 고정되어 있고, 상호 작용하는 주요부들(301 및 302)은 제 2 지지 프레임(319)에 고정되어 있다. 지지 프레임들(219, 319)은, 예를 들어 한 세트의 볼트와 같은 고정 부재(fixation member)에 의해, 서로 직접 부착시키거나 또는 둘 모두를 공통의 캐리어(401)에 부착시키는 것에 의해, 서로에 대해 고정되는 것이 바람직하다. 선택적 실시예에서, 오직 하나의 지지 프레임만이 포함되고, 거기에 제 1 및 제 2의 상호 작용하는 주요부들은 모두 고정된다. The interacting
공급 장치(feeder device, 410)는, 기판의 타겟면에서 임프린트를 위해 제 2 임프린트 기구에서 스탬프로서 사용되도록, 제 1 기구에서 임프린트된 디스크를 제 1 중간 공간(203)으로부터 제 2 중간 공간(303)으로 옮기도록 작동 가능하다. 한 실시예에서, 도 11 내지 16에서 도시된 것처럼, 공급 장치(410)는 제 1 중간 공간(203)에 있는 디스크를 잡고 취급하고 제 2 중간 공간(303)으로 옮기며 제 2 중간 공간(303)에 내려놓도록 작동 가능한, 디스크 파지(grabbing) 부재(411)를 포함한다. 바람직하게, 도면들에서 예시된 것처럼, 공급 장치(410)는, 회전 가능하고 제 1 중간 공간(203) 및 제 2 중간 공간(303) 사이에서 움직이도록 가능한 접이식으로(telescopically) 확장 가능한 하나 또는 다수의 아암(arm, 412)을 포함한다. 도에서 공급 장치(410)는, 수직 임프린트 방향에 수직을 이루는 축의 주위로 회전하도록 도시되어 있고, 반면에 선택적 실시예는, 임프린트 방향에 평행한 축의 주위로 움직일 수 있다. 제 1 중간 공간(203) 및 제 2 중간 공간(303) 사이에서 공급 장치가 움직인다는 점에서, 결과적으로 도는, 이 실시예에 따른 공급 장치의 일반적 아이디어를 나타내려고 한 것이다. 공급 장치(410)는 지지 프레임들(219 또는 319) 중 하나에, 또는 도에서 도시된 것처럼 공통의 캐리어(401)에 연결되는 것이 바람직하다. 도시된 실시예에서, 공급 장치(410)는, 공통의 캐리어(401)에 대해 413으로 표시된 지점에 회전 가능하게 탑재되어 있고, 이에 의해 공급 장치 및 제 1, 제 2 중간 공간(203, 303) 사이에 고정 관계가 형성된다. The
제 1 임프린트 기구에서 임프린트 후, 도 1b에서처럼, 임프린트된 디스크(5)는 템플릿(1)에 일반적으로 다소 단단하게 부착된다. 이 예시에 나타난 예에서 참조된 것처럼 폴리머 호일 형태의 디스크(5)에 대해서, 임프린트된 디스크는 진공력에 의해 템플릿(1)에 고정되나, 추가의 접착은 없는 것이 바람직하다. 반접착 효과는 템플릿 및 디스크를 위한 재료의 신중한 선택에 의해 얻어지거나, 또는 템플릿 표면(2), 디스크 표면(4) 또는 둘 모두에 가해진 반접착 촉진제(promotor)에 의해 얻어진다. 한 실시예에서는, 제 1 임프린트 기구(200)에서 템플릿으로부터 임프린트된 디스크를 분리시키기 위해, 공급 장치(410)도 분리 기구를 포함한다. 분리 기구는, 템플릿으로부터 디스크를 분리시키도록 작동 가능한, 디스크 파지 부재(411) 및 디스크 풀링(pulling) 부재를 포함한다. 분리 기구의 서로 다른 더욱 상세한 실시예들은 도 17 내지 19를 참조하여 이하에서 설명될 것이다. After imprinting in the first imprinting mechanism, the imprinted
임프린트 장치의 작동의 바람직한 모드는, 각각의 인터미디어트 스탬프(10)가 각각의 기판(12) 위에 임프린트를 위해 제 2 임프린트 기구(300)에서 오직 한번 사용되는 것을 특징으로 하는, 제 1 임프린트 기구(200)에서 예를 들어 스탬프(5 또는 8)와 같은 인터미디어트 스탬프들(10)을 생산하는데, 하나의 동일한 템플릿(1)을 수차례 연속적으로 사용하는 것과 관련이 있다. 때때로, 템플릿(1)의 교체가 중요할 것이다. 이런 목적을 위해, 템플릿 충전 메카니즘(template charger mechanism)은, 템플릿 FOUP(정면 개방 유니버셜 포드, Front Opening Universal Pod)에서와 같이 예를 들어 스택(stack, 421)에 배치된, 한 세트의 선택 가능한 템플릿들, 및 제 1 중간 공간(203) 사이에서 유도하도록 작동 가능하다. 템플릿 충 전 메카니즘은, 하나의 템플릿이 매달린 템플릿 캐리어 또는 템플릿과 맞물려 붙잡도록 고안된 템플릿 파지기(grabber, 422) 및 레버 장치(423)를 포함하는 것이 바람직하다. 템플릿 충전 메카니즘은, 도 12 내지 16에서 이것이 사용되지 않는 경우에는, 단순화를 위해 생략되었다. A preferred mode of operation of the imprint apparatus is characterized in that each
디스크 충전 메카니즘은, 디스크 FOUP에서와 같이 스택(431)에 바람직하게 배치된 한 세트의 디스크들 및 제 1 중간 공간(203) 사이에서 유도되도록 작동한다. 디스크 충전 메카니즘은, 스택(431)으로부터 디스크와 맞물려 붙잡도록 고안된 디스크 파지기(432) 및 레버 장치(433)를 포함하는 것이 바람직하다. 디스크 파지기(432)는, 스택(431)에서 깨끗한 디스크의 윗면을 보장하도록 고안된 진공 흡입 부재를 포함할 수 있다. The disk charging mechanism operates to be guided between the first set of disks and the first
기판 충전 메카니즘은, 기판 FOUP에서와 같이 스택(441)에 바람직하게 배치되고 임프린트된 한 세트의 기판들 및 제 2 중간 공간(303) 사이에서 유도되도록 작동한다. 기판 충전 메카니즘은, 스택(441)으로부터 기판과 맞물려 붙잡도록 고안된 기판 파지기(442) 및 레버 장치(443)를 포함한다. 또한, 기판 파지기(442)는, 스택(431)에서 깨끗한 디스크의 윗면을 보장하도록 고안된 진공 흡입 부재를 포함할 수 있다. 대안적으로, 기판 아래로 맞물리는 스택에서 기판들을 모으기 위해, 기판 파지기(442)가 트레이 부재(tray member)에 채용될 수 있다.The substrate filling mechanism operates to be directed between a set of substrates preferably disposed and imprinted on the
기판 추출 메카니즘은, 제 2 중간 공간(303) 및 임프린트된 기판들을 위한 포트(451) 사이에서 유도되도록 작동한다. 포트(451)는 제 2 기판 FOUP일 수 있다. 다른 실시예에서, 포트(451)는, 인터미디어트 스탬프로부터 임프린트된 기판 을 방출하도록 작동 가능한 탈형 장치이다. 탈형 장치는, 임프린트된 기판으로부터 인터미디어트 스탬프를 벗기고 끌어내도록 고안된 기계적 분리기일 수 있다. 선택적 실시예에서 탈형 장치는, 기판에는 영향을 미치지 아니하면서 인터미디어트 스탬프를 녹이는 것이 가능한 액체 용액을 가진 베스(bath)를 포함할 수 있다. 기판 추출 메카니즘은, 제 2 중간 공간(303)에서 임프린트된 기판 또는 더욱 바람직하게 윗 인터미디어트 스탬프 또는 모두를 붙잡고 취급하고, 레버 장치(453)를 사용하여 포트(451)로 사용된 인터미디어트 스탬프 및 임프린트된 기판 모두를 제거하도록 고안된 파지기(452)를 포함한다. 대안적으로, 파지기(452)는, 제 2 중간 공간(303)에서 기판으로부터 인터미디어트 스탬프를 방출하고, 탈형된 스탬프 및 인터미디어트 스탬프를 제거하도록 작동 가능한, 탈형 장치를 포함한다. 파지기(452)는, 인터미디어트 스탬프의 예를 들어 패턴이 없는 면과 같은 윗면을 취급하도록 고안된 진공 흡입 부재를 포함할 수 있다. 대안적으로, 트레이 부재는, 기판의 하부로부터 샌드위치된 기판 및 인터미디어트 스탬프를 모으는데 이용될 수 있다. The substrate extraction mechanism operates to be induced between the second
도 17은, 샌드위치 구조의 템플릿(1) 및 인터미디어트 디스크(10), 바람직하게는 제 1 임프린트 기구(200)에서 템플릿에 의해 임프린트 됐던 폴리머 호일을 도시한다. 공급 장치(410)에 대한 분리 기구는, 디스크 파지 부재(411) 및 디스크 풀링 부재(414)를 포함한다. 이 실시예에서 진공 공급 소스(415)는, 도관(416)을 통해 디스크 파지 부재(411)로 그리고 도관(417)을 통해 디스크 풀링 부재(414)로, 대안적으로 진공을 공급하도록 연결된다. 진공이 공급될 때 파지 힘은 흡입에 의 해 얻어지고, 진공이 대기압 또는 대기압 위로 방출될 때 파지 힘은 방출된다. 제어된 방법으로 디스크(10)를 움직이거나 들어올릴 수 있기 위해서, 디스크 파지 부재(411)는 디스크(10)의 중앙 위치에 또는 근처에 위치하는 것이 바람직하다. 그러나 디스크 풀링 부재(414)는, 도시된 것처럼, 디스크(10)의 주변부에 위치한다. 이는 기계적으로 또는 대안적으로 조절될 수 있다. 진공이 디스크 풀링 부재(414)로 공급되었을 때, 도에서 화살표에 의해 도시된 것처럼, 들어올리는 힘이 가해진다. 들어올리는 힘은 맞물린 디스크 표면에 수직일 수 있으나, 방출을 쉽게 하기 위해, 들어올리는 힘을 디스크의 주변부로부터 조금 안쪽으로 배향되는 것이 바람직하다. 일단 디스크가 맞물린 주변부에 인접한 에지에서 약간 분리되었다면, 템플릿(1) 및 디스크(10)를 모두 잡고 있는 진공력(vacuum force)이 깨지기 때문에, 전체 분리는 다소 쉽게 일어난다. 또한, 디스크 풀링 부재(414)가 템플릿(1)으로부터 디스크(20)를 분리시키도록 작동할 때, 템플릿 지지 장치가 템플릿을 아래로 당기도록 작동하는 것을 나타내기 위해, 아래로 향한 화살표들이 도에 포함되어 있다. Fig. 17 shows a polymer foil impregnated with a template in the
도 18은, 템플릿(1)과 함께 샌드위치된 디스크(10) 상에서 작동할 때, 디스크 파지 부재(411) 및 디스크 풀링 부재(460)를 포함하는, 공급 장치(410)에 대한 분리 기구의 다른 실시예를 개략적으로 도시한다. 디스크 파지 부재(411)는 도 17의 것과 비슷하고, 따라서 다시 설명되지는 않을 것이다. 하지만 이 실시예에서, 디스크 풀링 부재(460)는, 디스크(10)의 에지 주위를 붙잡도록 작동 가능한, 기계적 핀칭(pinching) 부재(461)를 포함한다. 이는, 디스크(10)가 템플릿(1)의 상응 하는 에지에 걸쳐 뻗어있는 것을 요구한다. 도시된 경우에, 디스크(10)는, 템플릿(1)보다 더 큰 직사각형 모양을 가진 유연한 폴리머 호일이다. 핀칭 부재(461)는 디스크 에지 주위를 붙잡도록 작동하고, 결과적으로 들어올리는 힘은, 위를 향하는 화살표에 의해 나타난 것처럼 작용한다. 이를 행하는 한가지 방법은, 도시된 것처럼, 디스크 파지 부재(411)에 연결된 레버 장치(462)에 의해, 위로 핀칭 부재(461)를 회전시키는 것이다. Figure 18 shows another embodiment of a detachment mechanism for the
바람직한 실시예에서, 디스크(10)는 폴리머 호일이다. 이런 실시예에서 호일의 표면에서 발생되는 정전기는 별도의 문제이다. 이런 목적을 위해, 폴리머 호일이 이온화된 공기와 같은 탈이온화 가스의 흐름 또는 장막(curtain)에 놓여지도록 노즐(500)이 제공된다. 노즐(500)은 도관(501)을 거쳐 탈이온화 가스 소스(미도시)로 연결된다. 노즐(500)은 공급 장치(410) 상의 디스크 파지 부재(411)와 함께 작동될 수 있고, 지지 프레임(219)과 관련하여 개별적으로 고정될 수 있다. 한 실시예에서, 노즐(500) 또는 탈이온화 가스를 공급하기 위한 다른 노즐은, 폴리머 호일을 제 1 중간 공간(203)에 놓기 전 및 제 2 중간 공간(303)에 놓기 전에, 폴리머 호일 위로 탈이온화 가스를 통과시키도록 작동 가능하다. In a preferred embodiment, the
도 19는, 표면의 파지 지지를 위해 사용 가능한 장치(470)의 실시예를 도시한다. 거의 편평한 지지면(471)은, 지탱하는 리세스에 놓인 o-링과 같은, 주변 시일(472)을 갖는다. 시일(472) 안에, 도관의 입구(473)가 형성되어 있고, 도관은 대안적으로 진공에 연결된다. 장치(470)는 디스크 파지 부재(411), 디스크 풀링 부재(414), 또는 템플릿, 디스크 및 기판을 들어올리고 붙잡도록 작동 가능한 임프 린트 장치의 다른 장치에 사용될 수 있다.19 shows an embodiment of an
도 12 내지 16은, 도 11의 장치의 단순화된 예시를 포함하고, 임프린트 장치의 작동의 한가지 모드에 대한 다른 공정 단계를 도시한다. 임프린트 장치를 작동시키기 위한 많은 변수들이 존재하고, 두 임프린트 기구들 간의 실제 동시성은, 두 기구들(200 및 300)에서 임프린트 공정 시간에서의 차이에 의존한다. Figures 12 to 16 include simplified illustrations of the apparatus of Figure 11 and show other process steps for one mode of operation of the imprint apparatus. There are many parameters for operating the imprint apparatus, and the actual synchronicity between the two imprint apparatuses depends on the difference in the imprint process time in both
도 12에서 제 1 임프린트 기구(200)는 현재, 템플릿(1)의 표면 패턴을 인터미디어트 디스크(10B)의 마주보는 수용면으로 임프린트 한다. 또한 제 2 임프린트 기구(300)는 현재, 인터미디어트 디스크(10A)의 수용면의 표면 패턴을 기판(12A)의 마주보는 타겟면으로 임프린트 한다. 디스크 충전 메카니즘 및 기판 충전 메카니즘은 모두, 새로운 대상물들을 가져와서 적재할 준비에 있고, 공급 장치(410)는 대기 상태에 있다. In FIG. 12, the
도 13에서, 두 임프린트 기구들 모두는 이들의 임프린트 압력을 방출했고, 각각의 상호 작용하는 부재들은, 중간 공간(203 및 303)을 열도록 분리되어 있다. 기구(200)의 상호 작용하는 주요부들이 분리되었을 때, 공급 장치(410)는 제 1 중간 공간(203)으로 들어가서 새로운 임프린트된 인터미디어트 디스크(10B)를 잡도록 유인된다. 또한, 기판 추출 메카니즘은, 기구(300)의 상호 작용하는 주요부들의 분리에 의해, 제 2 중간 공간(303)으로 들어가서 샌드위치된 인터미디어트 디스크(10A) 및 현재 임프린트된 기판(12A)을 잡도록 유인된다. In FIG. 13, both imprinting mechanisms have released their imprinting pressure, and each interacting member is separated to open
도 14에서, 추출 메카니즘은 샌드위치된 디스크(10A) 및 기판(12A)을 포트(451)로 옮기고, 이후 기판 충전 메카니즘이 스택(441)으로부터 새로운 기판(12B) 을 잡아서 중간 공간(303)으로 옮긴다. 바람직하게, 기판 충전 메카니즘은, 제 2 임프린트 기구(300)의 아래 주요부의 지지 표면에 새로운 기판(12B)을 적당히 위치시켜 놓는 것이다. 제 1 임프린트 기구에서, 임프린트된 디스크(10B)는 템플릿(1)으로부터 분리되어 공급 장치(410)에 의해 들어 올려진다. In Figure 14 the extraction mechanism moves the sanded
도 15에서, 공급 장치(410)는 임프린트된 디스크(10B)를 제 1 중간 공간(203)으로부터 제 2 중간 공간(303)으로 옮기고, 새 기판(12B)의 타겟면에 대해 아래로 임프린트된 수용면을 놓는다. 디스크(10B)가 제 1 중간 공간(203)으로부터 제거됐을 때, 디스크 충전 메카니즘은 제 1 중간 공간의 템플릿(1) 위에 새로운 디스크(10C)를 놓도록 작동하고, 새로운 디스크(10)는 도 1a의 호일(3)에 대응한다. 기판 충전 메카니즘은 기판 스택(441)에서 준비 상태에 있다고 가정한다. 15, the
도 16에서, 또한 디스크 충전 메카니즘은 디스크 스택(431)에서 준비 상태에 있다고 가정하고, 공급 장치(410)도 준비 상태에 있다고 가정한다. 이제 공정은 도 12에서 도시된 것처럼 계속될 준비에 있다. In FIG. 16, it is also assumed that the disc charging mechanism is in the ready state in the
도 20 내지 23은, 발명의 실시예에 따른 멤브레인 공급 시스템을 도시한다. 멤브레인 공급 시스템은, 임프린트 기구의 두 주요부 사이의 중간 공간으로 새로운 멤브레인을 연속적으로 그리고 단계적으로 공급하도록 배치된다. 도 11 내지 16과 관련하여 설명된 것처럼 이중 임프린트 기구 장치와 관련하여, 이런 형태의 멤브레인 공급 시스템은 두 임프린트 기구(200 및 300) 중 어느 쪽에나 채택될 수 있다. 그러나 이는 특히 제 1 임프린트 기구에서 유용하다. 따라서 멤브레인 공급 시스템은 이중 기구 임프린트 장치에서의 사용에만 제한되지 아니한다. 도 20 내지 23 에서 비슷한 요소들이 도 8에서와 동일한 참조 번호를 가지고, 참조 번호가 표시되지 않았으나 언급되는 경우에는, 도 8의 요소들과 일치한다. 단순화를 위해 임프린트 공정을 수행하는데 필요한 몇몇 요소들은, 도 20 내지 23에서 생략되었다. 도시된 실시예에서, 멤브레인 공급 시스템은, 제 1 롤러(2001)로부터 제 1 중간 공간(103)의 위치로, 뒤이어 제 2 롤러(2002)로 회전하여 나가도록(rolled off) 배치된, 롤러(2001, 2002)의 쌍 및 멤브레인 리본(2003)을 포함한다. 멤브레인 리본의 일부가 공간(103)에서 임프린트 공정에 사용됐을 때, 회전을 위해 제 2 롤러(2002)를 구동시키는 전기 모터와 같은 공급 장치(미도시)는, 공간(103)으로부터 사용된 멤브레인 부분을 벗어나게 하고, 멤브레인 리본(2003)의 새로운 부분을 공간(103)으로 공급한다. 또한, 이는 도 20에서 도시된 장면이다. 20 to 23 illustrate a membrane supply system according to an embodiment of the invention. The membrane supply system is arranged to continuously and step-feed the new membrane to the intermediate space between the two main parts of the imprint mechanism. With respect to the double imprinting mechanism device as described in connection with Figs. 11-16, this type of membrane supply system can be employed in either of the two
공간(103)에서, 템플릿(1)은 아래 지지면(105) 상에 위치한다. 바람직하게 유연한 폴리머 호일과 같은, 임프린트된 디스크(3)는, 도 1a와 뒤집혀서, 템플릿(1)의 구조화된 표면을 향하는 수용면(4)을 갖는 템플릿(1) 위에 놓여진다. In the
도 21은, 어떻게 멤브레인 이동 부재가 중간 공간에 존재하는 멤브레인 부분을 임프린트 기구의 프레스 장치의 조정 방향에 평행한 방향으로, 예를 들어 예시된 도에 수직하게 이 경우 디스크(3)에서 샌드위치 쌍(1 및 3)의 윗 부재를 향하여, 변위시키도록 작용하는지 도시한다. 예시된 도에서, 멤브레인 이동 부재는 안내 롤러(2004 및 2006)의 쌍을 포함하는데, 각각은 실린더(2005 및 2007)에 의해 각각 고정되어있고, 멤브레인이 디스크(3)의 인접면에 고정될 때까지 아래방향으로 공간(103)에 존재하는 멤브레인 부분을 프레스 하도록 작동한다. 21 shows how the membrane moving member is located in the intermediate space in a direction parallel to the direction of adjustment of the press apparatus of the imprint apparatus, 1 and 3) toward the upper member. In the illustrated view, the membrane moving member comprises a pair of
후속 단계에서, 주요부(101 및 102)가 모이고 시일(108)이 지지면(105)을 향하여 멤브레인(2003)을 프레스하고 고정시킬 때, 진공은 공기의 배출을 위해 도관(118)을 통해 진공 소스(117)로부터 공급된다. 그러나 멤브레인(2003)이 디스크(3) 위로 놓여졌을 때 그 사이에, 디스크(3)의 주변을 주위로 압력이 증가함에 따라 포착될 수 있는, 공기가 내포될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 디스크(3)는 유리전이온도 위로 가열함에 의해 임프린트된 유연한 폴리머 호일이기 때문에, 호일(3)과 멤브레인(2003) 사이에 존재하는 어떤 입자 또는 버블(bubble)도 호일(3)의 후부에 전사될 것이다. 호일(3)의 후부는 사용되지 않기 때문에, 약간의 뒤틀림은 상관이 없다. 그러나 공기 또는 다른 가스의 버블은 폴리머 호일을 통해 침투할 수 있고, 템플릿(1)으로부터 호일(3)의 수용면으로 전사된 패턴을 손상시킨다. 이런 위험을 최소화하기 위해서, 도 21에 도시된 것처럼, 프레스 롤러(2008)는 샌드위치 배치로부터 떨어져서 향한 채로 멤브레인(2003)의 측부 상을 돌도록 제어된다. 프레스 롤러(2008)는 고무 또는 실리콘으로 만들어진 부드러운 덮개면을 가지고, 일정한 수직 하중(down force)을 가하도록 바이어스된 스프링(biased spring, 2009)에 의해 고정되는 것이 바람직하다. 도 21의 롤러 해법의 대체수단은, 멤브레인 위로 갈퀴(rake)의 에지를 이동시키는 것이 될 수 있다. In subsequent steps, when the
도 22는, 주요부(101 및 102)가 모이고, 임프린트를 수행하기 위해 멤브레인에 의해 샌드위치 배치로 전달되는 압력이, 소스(116)로부터 구멍(115)에 있는 기체 또는 액체로 제공되는 경우에, 임프린트 순서를 도시한다. 이미 지적된 바와 같이, 임프린트도 복사에 의해 도움을 받을 수 있고, 이런 경우에 복사 소스(110) 는, 멤브레인(115) 및 디스크(3)를 통해, 복사를 템플릿(1)에 맞물린 디스크(3)의 복사에 민감한 임프린트 층으로 방출하도록 포함된다. 22 shows that when the
가능하면 포스트베이크를 포함하여 임프린트 공정 후, 도 23에 도시된 것처럼, 주요부(101 및 102)는 분리되고 멤브레인(2003)은 들어올려 진다. 도 11 내지 16과 관련하여 설명된 것처럼 제 2 임프린트 기구에 대해 가능한 직접적으로, 임프린트된 디스크(3), 현재 스탬프(10)는 제거되고 임프린트된 새로운 디스크(3')는 공간(103)에서 템플릿(1) 상에 놓인다. 멤브레인 공급 시스템은, 사용된 멤브레인 부분을 공간(103)으로부터 벗어나게 하고, 멤브레인 리본(2003)의 새로운 부분을 공간(103)으로 공급하여 디스크(3')를 임프린트할 때 사용되도록 한다. 임프린트 동안, 임프린트 온도는 폴리머 호일에 대해서는 유리전이온도를 초과하나, 멤브레인 재료에 대해서는 유리전이온도를 넘지 못한다. 그러나 폴리카르보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, PDMS 또는 PEEK와 같은, 임프린트된 폴리머 호일의 재료에 의존하여 선택된, 적당한 멤브레인 재료들은, 임프린트 공정에서 기계적 변형을 겪을 수 있다. 이런 변형은, 템플릿 및 가능한 폴리머 호일의 에지와 같은 주변부에서 전형적으로 발생하나, 또한 주변 안에서도 발생할 수 있다. 차후의 임프린트 공정에서, 멤브레인에서의 어떤 변형들도 임프린트된 폴리머 호일에 전사될 수 있고, 그것의 후부가 사용되지 않는 경우에서 조차도, 언급된 것처럼 변형은 호일의 수용면으로 침투할 수 있다. 사용되는 새로운 멤브레인 일부를 계속 앞으로 제공함에 의해, 이런 문제는 최소화된다. After imprinting, possibly including post-baking, the
도 24 내지 27은 발명에 따른 임프린트 장치의 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 두 상호 작용하는 임프린트 기구들의 제 1 중간 공간으로부터 제 2 중간 공간으로 임프린트된 디스크를 움직이도록 작동 가능한 공급 장치는, 서로 다른 구성을 가지고, 폴리머 호일 리본 및 리본 공급 메카니즘을 포함한다. 공급 장치로부터 떨어져서, 제 1 및 제 2 임프린트 기구는, 거의 도 8 내지 11과 관련하여 거의 설명된 것처럼 배열된다. 따라서, 도 24 내지 27에 나타나거나 나타나지 않은 것처럼, 이들 도를 참조하기 전에 존재했던 요소들은, 동일한 참조 번호를 사용하도록 참조될 것이다. 임프린트된 기판의 패턴이 있는 표면층을 기판 위에 유지시키는 경우와 예를 들어 메모리 디스크를 생산하는데 있어서 잠재적으로 차후에 금속화 되는 경우에, 도 24 내지 27의 실시예는, 패턴이 있는 기판을 생산하는데 특히 유용하다. 24 to 27 show another embodiment of the imprint apparatus according to the invention. In this embodiment, a supply device operable to move the imprinted disc from the first intermediate space of the two interacting imprint mechanisms to the second intermediate space has a different configuration and includes a polymer foil ribbon and a ribbon supply mechanism . Apart from the feeding device, the first and second imprinting mechanisms are arranged substantially as described substantially in connection with Figs. 8 to 11. Accordingly, elements that were present before referencing these figures will be referred to using the same reference numerals, as shown or not shown in Figures 24-27. The embodiments of FIGS. 24-27, in the case of maintaining a patterned surface layer of an imprinted substrate on a substrate and potentially subsequently metallized, for example in producing a memory disk, useful.
도 24는, 각각 중간 공간(203, 303)을 개방하도록 분리된 상호 작용하는 주요부의 각각의 쌍을 가진, 제 1 및 제 2 임프린트 기구(200, 300)를 도시한다. 제 1 임프린트 기구(200)는, 도 20 내지 23과 관련하여 설명된 것처럼, 멤브레인 공급 시스템을 가질 수 있다. 도시된 실시예에서, 제 1 임프린트 기구(200)는 고정된 멤브레인(213)을 갖는다. 바람직하게, 멤브레인(213)은 제 1 임프린트 기구(200)가 배열된 템플릿의 치수에 상응하도록 선택된, 실질적으로 단단한 중앙부(241)를 갖는다. 단단한 중앙부(241)는, 그 주위에서 멤브레인(213)에 연결될 수 있다. 대안적으로, 멤브레인(213)은 전체 템플릿을 덮고, 반면에 단단한 중앙부(241)는, 상부 또는 하부 위의 멤브레인(213)에 고정된 플레이트이다. 이 실시예에서, 시일(208)은 멤브레인(213) 아래에 위치한다. 템플릿이 기계적으로, 및 진공 공급 소 스(117)에 연결된 도관(242)을 통한 진공 흡입에 의해, 지지되는 것이 바람직한 경우에, 템플릿(1)은 아래 지지 부재의 지지면(205)에 위치한다. 제 2 임프린트 기구는, 도 8과 관련하여 설명된 것처럼 기본적으로 고안되고, 아래 주요부(302) 위에 위치한 임프린트될 새로운 기판(12)을 갖는다. 또한, 진공 공급 소스(117) 또는 다른 소스는, 제 1 임프린트 기구(200)에 대해 설명된 배치에 상응하는, 도관(242)을 경유하여 아래 주요부의 지지면에 연결되는 것이 바람직하다. 한가지 차이점은, 여기서 인터미디어트 스탬프로서 동작하는 폴리머 호일 리본은 멤브레인으로서도 동작한다는 점이다. 한 실시예에서, 제 2 임프린트 기구(300)는, 제 2 중간 공간(303)에 존재하는 기판(12) 위로, 프리폴리머 소스(244)로부터 열적 또는 자외선 경화 가능한 프리폴리머를 가하도록 작동 가능한, 재료 분배기(243)를 또한 포함한다. 분배는 프리폴리머 상에서 굴림에 의해 얻어지나, 바람직한 실시예에서, 아래 주요부(302)의 지지면은, 분배기(243)로부터 중앙 분배 및 스피너(spinner, 245)에 의한 회전이 기판(12)의 윗 타겟면 상에 프리폴리머의 스핀-코팅을 제공하는, 스피너(245)를 포함한다. 선택적 실시예에서, 스핀-코팅 위치(station)는 제 2 임프린트 기구(300)에 인접하여 제공되고, 그로부터 기판 충전기는, 코팅된 기판을 집고 연속적으로 제 2 중간 공간에 넣는다. Fig. 24 shows first and
이 실시예에서, 제 1 로부터 제 2 임프린트 기구로 임프린트된 디스크를 옮기는 경우에 있어서 공급 장치는, 디스크 충전기의 기능도 가진다. 도시된 실시예에서, 새로운 블랭크(blank) 폴리머 호일 리본(252)을 가진 제 1 롤러(250)가 제 1 임프린트 기구 앞에 있고, 그로부터 제 1 롤러 리본이 제 1 중간 공간(203), 제 2 중간 공간(303)을 통해 제 2 롤러(251)로 유도되는 경우에, 공급 장치는 한 쌍의 롤러를 포함한다. 제 2 임프린트 기구(300) 뒤에 임프린트된 폴리머 호일 리본(252)을 말아올리는 것에 대한 대안으로서, 인터미디어트 스탬프를 녹이거나 차후 분리하기 위해, 각각의 사용된 인터미디어트 스탬프 부분이 제 2 임프린트 기구에서 임프린트된 기판을 따라가도록 연속적으로 잘리고 분리될 수 있다. In this embodiment, in the case of transferring the imprinted disc from the first to the second imprint mechanism, the supplying device also has the function of a disc charger. In the illustrated embodiment, a
도 24에서, 기판(12) 위로 존재하는 폴리머 호일 리본(252)은, 이전 단계에서 제 1 임프린트 기구(200)에서 템플릿(1)에 의해 임프린트 되었고, 이후 롤러(251)가 위치한 부분으로부터 리본을 당기는, 예를 들어 전기 모터(미도시)에 의해, 리본(252)은 앞으로 나아간다. 템플릿(1)에 걸쳐, 폴리머 호일의 새로운 부분이 존재한다. 24, the
도 25에서, 상응하는 주요부들(201, 202, 301, 302)은 서로 모여진다. 제 1 임프린트 기구(200)에서, 압력 소스(216)로부터 단단한 부분(241)을 갖는 멤브레인(213) 뒤의 구멍(215)에 존재하는 기체 또는 액체로 공급된 압력에 의해, 새로운 폴리머 호일 부분은 구조화된 템플릿 표면에 의해 임프린트 되고, 멤브레인은 템플릿(1)을 향해 호일(252)을 프레스 한다. 이미 설명한 것처럼, 임프린트 공정은 열적 또는 복사-도움을 받는 것일 수 있다. 제 2 임프린트 기구(300)에서, 이미 임프린트된 폴리머 호일 부분은, 이제 인터미디어트 스탬프 및 멤브레인으로서 작용하고, 윗 주요부(301)의 시일(308)에 의해 고정된다. 인터미디어트 스탬프는, 리본(252)의 인터미디어트 스탬프 부분 뒤의 구멍(315)에 존재하는 기체 또는 액체로 압력 소스(316)로부터 공급된 압력에 의해, 기판(12)의 타겟면을 임프린트 한다. 바람직하게, 이 공정은 1 내지 20 bar 범위의 상대적으로 낮은 압력 및 소스(310)로부터 적당량의 자외선 복사에서 수행된다. 이는 폴리머 호일(252)을 통해 프리폴리머를 노광하고 경화시키고, 이에 의해 프리폴리머를 경화시키고 기판(12)에 부착시킨다. In Fig. 25, the corresponding
도 26에서, 임프린트 순서 및 가능한 포스트베이크가 일어난 후에, 두 임프린트 기구의 상호 작용하는 주요부들도 분리된다. 도 17 또는 18과 관련하여 설명된 해법의 하나와 같이, 분리 장치(미도시)의 몇 가지 형태는 이 단계에서 선택되어야 한다. 템플릿이 아래 지지면에 유지되는 경우에 있어서, 특히 이는 제 1 임프린트 기구(200)와 관련이 있다. 또한, 제 2 임프린트 기구에서, 내장된 분리 장치가 포함될 수 있다. 도시된 실시예에서, 임프린트된 기판(12)은 사용된 인터미디어트 스탬프와 접촉을 유지하도록 허용된다. In Fig. 26, after the imprinting sequence and possible post-baking, the interacting main parts of the two imprint mechanisms are also separated. As with one of the solutions described with reference to Figure 17 or 18, some form of separation device (not shown) should be selected at this stage. In particular, when the template is held on the lower support surface, this is related to the
마지막으로 도 27에서, 템플릿(1)에 의해 임프린트된 마지막 부분이 제 2 중간 공간(303)에 위치하도록, 공급 장치는 폴리머 호일 리본(252)을 한 단계 공급하도록 작동한다. 이에 의해 마지막 임프린트된 기판(12)은 공간(303)으로부터 끌려나오고, 동일한 공정에서 호일(252)로부터 분리될 수 있다. 바람직하게, 호일로부터 분리는 공간(303)으로부터 제거 후 개별적으로 실행되어야 한다. 이때, 새로운 기판(12')은, 기판 충전기에 의해, 제 2 임프린트 기구(300)의 아래 지지면 상에 놓인다. Finally, in Figure 27, the feeder operates to feed the
또한, 도 24 내지 27과 관련하여 설명된 실시예는, 도 20 내지 23과 관련하여 설명되었던 것에 따라서, 공기를 압축하기 위한 프레스 롤러 및 안내 롤러(252) 를 아래로 프레스하기 위한 이동 부재를 포함할 수 있다. The embodiment described with reference to Figures 24 to 27 also includes a press roller for compressing air and a moving member for pressing down the
발명의 선택적 실시예는 도 28에서 도시된다. 이 예에서, 도에서 하나로 도시된, 제 1 임프린트 기구(200)는 사출 성형(injection molding) 기구이다. 도 28의 성형 기구는 도 8의 실시예와 크게 비슷하고, 따라서 동일한 참조 번호들이 일정한 요소들에 사용되었다. 하지만 차이는, 압력을 가하기 위해 존재하는 기체 또는 액체 및 멤브레인이 없다는 점이다. 템플릿(1)은 아래 지지면(105) 위에 놓인 것으로 도시되어 있고, 템플릿은 예를 들어 50 내지 90℃의 적당한 공정 온도를 버티도록 만들어져 있다. 아래 주요부(202)는, 윗 주요부(201) 및 아래 주요부(202) 사이의 공간(203)을 조정하기 위해, 공간 조정 장치(107, 108)에 의해, 이동 가능하다. 바람직하게, 윗 주요부가 약 0.1 내지 1 밀리미터의 정도로 템플릿 표면에 가깝게 아래를 향하는 표면(104)과 함께 위치하도록, 주요부들은 조정된다. 그곳에서 윗 주요부(201)에 있는 도관(281)을 통해, 폴리머 소스(280)로부터 녹은 폴리머가 가해진다. 바람직하게, 녹은 폴리머는, 예를 들어 소스(280)로부터 힘을 가함에 의해 또는 기계적으로 공간(203)에 스크류 함(screwing)에 의해, 프레스 힘을 사용하여 제공된다. 일단 녹은 폴리머가 가해진다면, 공간 조정 장치(107, 108)를 사용하여, 녹은 폴리머 재료를 템플릿의 패턴으로 확실하게 주입하도록 압력이 가해질 수 있다. 대안적으로, 주요부(201, 202)는 서로 이미 정해진 거리에서 유지되고, 녹은 폴리머 재료를 위한 적용 압력이 유일한 압력을 제공한다. 녹은 폴리머 재료는 일반적으로 200 내지 250℃를 유지하고, 따라서 상대적으로 차가운 템플릿(1)에 의해 빠르게 냉각된다. 또한, 생성된 폴리머 스탬프의 결과적 두께를 한 정하는 공간(203)은 일반적으로 1 밀리미터 이하로 매우 작기 때문에, 냉각은 일반적으로 10초 이하로 매우 빠르다. 이후, 공간 조정 장치(107,108)는 공간(203)을 열도록 작동하고, 이 후 이렇게 생성된 폴리머 스탬프는, 공급 장치에 의해, 탈형되고 제 1 중간 공간(203)으로부터 제 2 단계 임프린트 기구의 공간으로 이동될 수 있다. 공급 장치 및 제 2 임프린트 기구는, 도 5 내지 23과 관련하여 설명된 것과 같은 어떠한 형태도 가질 수 있다. An alternative embodiment of the invention is shown in Fig. In this example, the
예Yes
사용될 수 있는 몇몇 폴리머 호일들은 다음과 같다:Some polymer foils that may be used are:
독일 (주)티코나사의 토파스 8007(Topas 8007 from Ticona GmBH, Germany): 80℃의 유리 온도를 갖는 열가소성 랜덤 코폴리머(co-polymer). 토파스는 300나노미터를 넘는 파장의 빛에 대해 투과성이 있고, 낮은 표면 에너지의 특징이 있다. 호일은 50 내지 500μm의 두께인 것이 사용될 수 있다. 여기서는 130 내지 140μm의 두께의 호일이 사용되었다. 또한, 이 재료는 제 1 임프린트 단계에서 사출 성형에 대해 사용될 수 있다. TOPAS 8007 from Ticona GmBH, Germany: a thermoplastic random copolymer having a glass temperature of 80 ° C Topas is transparent to light at wavelengths greater than 300 nanometers, and features low surface energy. The foil having a thickness of 50 to 500 mu m can be used. Here, a foil having a thickness of 130 to 140 mu m was used. This material can also be used for injection molding in the first imprint step.
일본 제온 케미컬사의 제오노르 ZF14(Zeonor ZF14 from Zeon Chemicals, Japan): 136℃의 유리 온도를 갖고 300나노미터를 넘는 파장에 대해 92퍼센트의 빛 투과성을 갖는 열가소성 폴리머. 사용된 호일은 188μm의 두께를 갖지만, 50 내지 500μm 범위의 다른 두께에서 사용 가능하다. 또한, 이 재료는 제 1 임프린트 단계에서 사출 성형에 대해 사용될 수 있다. Zeonor ZF14 from Zeon Chemicals, Japan: Thermoplastic polymer with a glass temperature of 136 ° C and a light transmittance of 92 percent for wavelengths greater than 300 nanometers. The foil used has a thickness of 188 mu m, but can be used in other thicknesses in the range of 50 to 500 mu m. This material can also be used for injection molding in the first imprint step.
일본 제온 케미컬사의 제오넥스 E48R(Zeonex E48R from Zeon Chemicals, Japan): 139℃의 유리 온도를 갖고 350나노미터를 넘는 파장에 대해 92퍼센트의 빛 투과성을 갖는 열가소성 폴리머. 사용된 호일은 75μm의 두께를 갖는다. 또한, 이 재료는 제 1 임프린트 단계에서 사출 성형에 대해 사용될 수 있다. Zeonex E48R from Zeon Chemicals, Japan: A thermoplastic polymer with a glass temperature of 139 ° C and a light transmittance of 92 percent for wavelengths greater than 350 nanometers. The foil used has a thickness of 75 mu m. This material can also be used for injection molding in the first imprint step.
독일 바이에르 AG사의 폴리카르보네이트(비스페놀-A 폴리카르보네이트)(Polycarbonate(Bisphenol-A polycarbonate) from Bayer AG, Germany): 150℃의 유리 온도를 갖고 350나노미터를 넘는 파장에 대해 91퍼센트의 빛 투과성을 갖는 열가소성 폴리머. 사용된 호일은 300μm의 두께를 가지고, 많은 다른 두께에서 최대 1밀리미터까지 사용 가능하다. 또한, 이 재료는 제 1 임프린트 단계에서 사출 성형에 대해 사용될 수 있다. Polycarbonate (Bisphenol-A polycarbonate) from Bayer AG, Germany, with a glass temperature of 150 ° C, and 91 percent for wavelengths above 350 nm Thermoplastic polymer having light transparency. The foil used has a thickness of 300 μm and can be used up to 1 mm in many different thicknesses. This material can also be used for injection molding in the first imprint step.
사용된 레지스트 재료는 미국 마이크로켐사의 SU8(SU8 from MicroChem Corp. USA)로 포토-레지스트 재료이고, 350 내지 400나노미터의 파장을 갖는 빛에 노광 후 경화 가능하다. SU8 및 실리콘 기판 사이의 접착 촉진제(adhesion promotor)로서, 미국 마이크로켐사의 호일 LOR0.7(thin LOR0.7 film)이 사용되었다. The resist material used is a photo-resist material made by SU8 (MicroChem Corp. USA, USA) of Microchem, USA, and can be cured after exposure to light having a wavelength of 350 to 400 nanometers. As an adhesion promoter between the SU8 and the silicon substrate, a foil LOR0.7 (thin LOR 0.7 film) manufactured by Micromchem of USA was used.
이하에서, 발명에 따른 임프린트 장치가 사용될 수 있는, 2-단계 임프린트 공정의 예를 설명할 것이다. Hereinafter, an example of a two-step imprint process in which an imprint apparatus according to the invention can be used will be described.
예 1Example 1
표면이 80나노미터의 라인 폭 및 90 나노미터의 높이를 갖는, 라인 패턴을 나타내는 니켈 템플릿은, 150℃, 50bar에서 3분 동안 제오노르 ZF14에 임프린트 되었다. 어떤 표면도 예를 들어 반접착 층과 같은 어떠한 추가적 코팅에 의해 처리 되지 않았다. 방출 온도는 135℃이었고, 그 온도에서 제오노르 호일은, 템플릿과 복제물의 패턴에 손상을 입히지 않은 채로 니켈 표면으로부터 기계적으로 제거될 수 있다. 제오노르 호일은 새로운 템플릿으로서 사용되고, 100나노미터 두께의 SU8 호일에 임프린트 되었다. SU8 호일은, 이전에 실리콘 기판 위에서 스핀-코팅되었고, 20나노미터의 LOR 호일 위에서 스핀-코팅되었다. 또한 여기서, 어떤 표면도 SU8 호일 및 제오노르 호일 사이의 반접착 특성을 향상시킬 목적을 갖는 추가적 코팅에 의해 처리되지 않았다. 임프린트는 3분 동안 70℃, 50bar에서 수행되었다. SU8 호일은, 광학적으로 투과성이 있는 제오노르 호일을 통해 4초 동안 자외선에 노광되었고, 2분 이상 동안 베이크 되었다. 전체 임프린트 과정 동안, 온도 및 압력은 각각 70℃, 50bar에서 일정하게 유지되었다. 방출 온도는, 제오노르 호일이 폴리머 템플릿 호일과 복제 호일의 패턴에 손상을 입히지 않은 채로 SU8 호일으로부터 기계적으로 제거될 수 있는, 70℃였다. 실리콘 웨이퍼 위에 증착된 SU8 호일에서 임프린트 결과의 AFM 이미지는 도 2에 도시된다. A nickel template showing a line pattern with a surface line width of 80 nanometers and a height of 90 nanometers was imprinted on the Zeonor ZF14 for 3 minutes at 150 ° C and 50 bar. No surface has been treated by any additional coating, e. G., An anti-adhesive layer. The release temperature was 135 占 폚 at which the Zeonor foil could be mechanically removed from the nickel surface without damaging the template and the pattern of the replica. Zeonor foil was used as a new template and imprinted on a 100 nanometer thick SU8 foil. The SU8 foil was previously spin-coated on a silicon substrate and spun-coated on a 20 nm LOR foil. Also here, no surface was treated by additional coatings with the aim of improving the anti-adhesion properties between SU8 foil and Zeonor foil. The imprint was carried out at 70 DEG C, 50 bar for 3 minutes. The SU8 foil was exposed to ultraviolet light for 4 seconds through an optically transmissive Zeonor foil and baked for more than 2 minutes. During the entire imprint process, the temperature and pressure were kept constant at 70 ° C and 50 bar, respectively. The release temperature was 70 캜, at which Zeonor foil could be mechanically removed from the SU8 foil without damaging the pattern of the polymer template foil and duplicate foil. The AFM image of the imprint results in the SU8 foil deposited on a silicon wafer is shown in FIG.
예 2Example 2
표면이 AFM에 의해 관찰될 때 100 나노미터의 높이 및 150나노미터의 폭을 갖는 블루레이(BluRay) 패턴을 나타내는 니켈 템플릿은, 예 1에서 이미 설명되었던 것과 같은 동일한 공정 및 동일한 파라미터를 사용하여 제오노르 ZF14에 임프린트 되었다. 제오노르 호일은 새로운 템플릿으로 사용되고, 100나노미터 두께의 SU8 호일에 임프린트 되었다. 또한 여기서도, 예 1에서 이미 설명된 것과 동일한 공정 및 동일한 파라미터가 사용되었다. 실리콘 웨이퍼 위에 증착된 SU8 필름에서 임프 린트 결과의 AFM 이미지는 도 3에 도시된다. A nickel template representing a BluRay pattern having a height of 100 nanometers and a width of 150 nanometers when the surface was observed by the AFM was subjected to the same process and same parameters as previously described in Example 1, Lt; RTI ID = 0.0 > ZF14. ≪ / RTI > Zeonor foil was used as a new template and imprinted on a 100 nanometer thick SU8 foil. Also here, the same process and same parameters as those already described in Example 1 were used. The AFM image of the imprint results in SU8 films deposited on silicon wafers is shown in Fig.
예 3Example 3
표면이 1 내지 28의 범위의 높은 종횡비를 갖는 마이크로미터 단위의 패턴을 함유하는, 니켈 템플릿이 사용되었다. 피처(feature size)는 17마이크로미터의 높이로 600나노미터 내지 12마이크로미터의 범위이다. 표면은, 임프린트 전에 인산계 반접착 필름에 의해 덮여졌다. 니켈 템플릿은. 3분 동안 190℃, 50bar에서 폴리카르보네이트 호일에 임프린트 되었다. 폴리카르보네이트 호일의 표면은, 니켈 템플릿과 폴리카르보네이트 필름 사이의 반접착 성질을 향상시킬 목적으로 추가적인 코팅에 의해 처리되지는 않았다. 방출 온도는 130℃이고, 이 온도에서 폴리카르보네이트 호일은, 템플릿 및 복제물의 패턴에 손상을 입히지 아니하고 니켈 표면으로부터 기계적으로 제거될 수 있다. 폴리카르보네이트 호일은, 토파스 호일에 임프린트를 위한 새로운 템플릿으로서 사용되었다. 임프린트는 3분 동안 120℃, 50bar에서 수행되었다. 어떤 표면에도, 폴리카르보네이트와 토파스 호일 사이의 반접착 성질을 향상시킬 목적으로 추가적 코팅이 입혀지진 않았다. 방출 온도는 70℃이고, 이 온도에서 토파스는, 템플릿 호일 및 복제물 호일의 패턴에 손상을 입히지 않고 폴리카르보네이트 호일로부터 기계적으로 분리될 수 있다. 이때 토파스 호일은 새로운 템플릿으로서 사용되었고, 실리콘 기판 위에 스핀 코팅된 6000나노미터 두께의 SU8 필름에 임프린트 되었다. 또한 여기서, 어떤 표면에도, SU8 필름 및 토파스 호일 사이의 반접착 성질을 향상시킬 목적으로 추가적 코팅에 의해 처리되진 않았다. 임프린트는 3분 동안 70℃, 50bar에서 수행되었다. SU8 필름은 광 학적 투과성이 있는 토파스 호일을 통해 4초 동안 자외선에 노광 되었고, 전체 공정 동안 50bar의 압력 또는 70℃의 온도의 변화없이 2분 이상동안 베이크 되었다. 방출 온도는 70℃였다. 이후 토파스 호일은 1시간 동안 60℃에서 p-자일렌(p-xylene)에서 완전히 용해되었다. 결과의 SEM 이미지는 도 4에 도시되어 있다. 바람직한 실시예에서, 이 공정을 수행하기 위한 장치는, 이 예에서 폴리카르보네이트로 된 마스터 템플릿이 제 1 임프린트 기구에서 제 1 인터미디어트 스탬프로서 제공되도록 사용되는 경우에, 연달아 배치된 세 개의 임프린트 기구들을 포함한다. 이때 제 1 인터미디어트 스탬프는, 제 2 임프린트 기구에서 제 2 인터미디어트 스탬프를 만들기 위해, 이 예에서 토파스로 된 제 2 호일에 임프린트를 위해 사용되었다. 제 3 임프린트 기구에서, 제 2 인터미디어트 스탬프는 임프린트에 의해 타겟 기판 위로 패턴을 전사하기 위해 사용되었다. 하나의 동일한 공급 장치는, 임프린트 기구 사이에서 임프린트된 인터미디어트 스탬프를 이동시키기 위해 제공될 수 있고, 대안적으로 하나의 공급 장치는 제 1 및 제 2 임프린트 기구 사이에 제공될 수 있고, 두번째 공급 장치는 제 2 및 제 3 임프린트 기구 사이에 제공될 수 있다. A nickel template was used, the surface of which contained a pattern of micrometer units with high aspect ratios ranging from 1 to 28. The feature size ranges from 600 nanometers to 12 micrometers at a height of 17 micrometers. The surface was covered with a phosphoric acid anti-adhesive film before imprinting. The nickel template is. Lt; RTI ID = 0.0 > 190 C < / RTI > at 50 bar for 3 minutes. The surface of the polycarbonate foil was not treated by an additional coating for the purpose of improving the anti-adherence properties between the nickel template and the polycarbonate film. The discharge temperature is 130 占 폚 at which polycarbonate foil can be mechanically removed from the nickel surface without damaging the pattern of the template and the replica. The polycarbonate foil was used as a new template for imprinting on topaz foil. The imprint was carried out at 120 DEG C, 50 bar for 3 minutes. No additional coating was applied to any surface to improve the anti-adhesion properties between the polycarbonate and the topaz foil. The release temperature is 70 DEG C, at which topaz can be mechanically separated from the polycarbonate foil without damaging the pattern of the template foil and replica foil. Topaz foil was used as a new template and imprinted on a 6000-nanometer-thick SU8 film spin-coated onto a silicon substrate. Also here, it was not treated by any additional coatings on any surface, for the purpose of improving the anti-adhesive properties between the SU8 film and the topaz foil. The imprint was carried out at 70 DEG C, 50 bar for 3 minutes. The SU8 film was exposed to ultraviolet light for 4 seconds through an optically transmissive topaz foil and baked for 2 minutes or more at a pressure of 50 bar or a temperature of 70 占 폚 for the entire process. The discharge temperature was 70 占 폚. The topaz foil was then completely dissolved in p-xylene at 60 ° C for 1 hour. The SEM image of the result is shown in FIG. In a preferred embodiment, the apparatus for carrying out this process is characterized in that, in this example, when the polycarbonate master template is used to be provided as a first intermediate stamp in the first imprint mechanism, And imprint mechanisms. Wherein the first intermittent stamp was used for imprinting in a second foil of tops in this example to make a second intermediate stamp in the second imprinting mechanism. In the third imprint mechanism, the second intermittent stamp was used to transfer the pattern onto the target substrate by imprint. One identical feeder may be provided to move the imprinted intermediate stamp between the imprinting mechanisms and alternatively one of the feeding devices may be provided between the first and second imprinting mechanisms, The apparatus may be provided between the second and third imprint mechanisms.
실험(Experimental)Experimental
상기 예에서 설명된 임프린트 공정은, 몇몇 경우에는 인산계 반접착 필름에 의해 덮인, 서로 다른 패턴을 갖는 니켈 스탬프를 이용하여, 다른 공정 파라미터를 사용하여 수행되었다. 기판들(2 내지 6 인치 실리콘 웨이퍼들)은, LOR 및 SU8 필름을 스핀하기 전에 직접 이소프로파놀(isopropanol) 및 아세톤(acetone)의 린스에 의해 세척되었다. 사용된 스탬프의 크기는 2 내지 6 인치이다. 임프린트는, 자외선 모듈을 제공하는, 오브듀캇-6-인치-NIL 장비(Obducat-6-inch-NIL equipment)를 사용하여 수행되었다. The imprint process described in the above examples was carried out using different process parameters, in some cases using nickel stamps of different patterns, covered by a phosphoric acid anti-adhesive film. The substrates (2 to 6 inch silicon wafers) were cleaned directly by rinsing isopropanol and acetone prior to spinning the LOR and SU8 films. The size of the stamp used is 2 to 6 inches. The imprint was carried out using Obducat-6-inch-NIL equipment, which provides ultraviolet modules.
디지탈 인스투르먼트사의 나노스코프 IIIa 현미경(NanoScope IIIa microscope from Digital Instruments)을 이용하여 탭핑 모드에서 원자력 현미경 검사(Atomic force microscopy, AFM)는, 임프린트 수행 후 임프린트 결과 및 스탬프를 조사하기 위해 수행되었다. Atomic force microscopy (AFM) was performed in tapping mode using a digital instrument's NanoScope IIIa microscope from Digital Instruments to investigate imprint results and stamps after imprinting.
전자 주사 현미경 검사(Scanning Electron Microscopy, SEM)는, 25kV에서 오브듀캇 켐스캔 MX2600 현미경(Obducat MX2600 Microscope)을 이용하여 수행되었다. Scanning Electron Microscopy (SEM) was performed at 25 kV using an Obducat MX2600 Microscope.
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