KR100601263B1 - Method for forming micro-pattern by using rapid thermal nano-molding - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광 투과성의 플렉시블한 몰드와 광을 이용하는 간단한 공정을 통해 기판 상에 목표로 하는 미세 패턴을 형성할 수 있도록 한다는 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 고분자 주형을 기판 상에 각인시켜 원하는 형상의 패턴을 형성하거나 혹은 원하는 형상을 가지고 있는 경도가 큰 주형을 물리적인 힘으로 가압하여 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 종래 방식과는 달리, 기판 상에 고분자 박막 물질을 형성하고, 광 투과성을 갖는 플렉시블한 박막형의 몰드를 기판 상에 상대적으로 저압으로 가압 접촉시키며, 몰드를 통해 적외선을 조사하여 고분자 박막 물질의 점도를 떨어뜨림으로서 고분자 박막 물질을 몰드 패턴 구조의 음각 부분으로 유도한 후 고분자 박막을 고형화시키는 방식으로 기판 상에 목표로 하는 고분자의 미세 패턴을 형성함으로써, 전술한 종래 방식에서 발생하는 미세 패턴의 표면 상태 변형이나 혹은 기판 손상 등의 문제를 확실하게 방지할 수 있는 것이다. 또한, 본 발명은 적외선 광과 이를 투과하는 몰드를 사용하기 때문에 매우 빠르고 간단하게 대면적 패터닝을 위한 광 조사를 실현할 수 있는 장점을 갖는다.The present invention allows the formation of a desired fine pattern on a substrate through a simple process using a light-transmissive flexible mold and light. To this end, the present invention imprints a polymer mold on a substrate to achieve a desired shape. Unlike the conventional method of forming a pattern or pressing a mold having a large hardness having a desired shape by physical force to form a fine pattern on the substrate, a flexible polymer having a light transmittance is formed by forming a polymer thin film material on the substrate. A thin film mold is pressed under relatively low pressure on a substrate, and the polymer film is solidified after inducing the polymer thin film material to the intaglio portion of the mold pattern structure by lowering the viscosity of the polymer thin film material by irradiating infrared rays through the mold. By forming a fine pattern of the target polymer on the substrate , It is possible to reliably avoid problems such as deformation and surface condition or substrate damage of the fine pattern generated by the above-described conventional method. In addition, the present invention has the advantage that it is possible to realize light irradiation for large area patterning very quickly and simply because the use of infrared light and a mold that transmits it.
Description
도 1a 내지 1c는 본 발명의 실시 예1에 따라 급속 가열 나노 몰딩을 이용하여 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 과정을 도시한 공정 순서도,1A to 1C are process flowcharts illustrating a process of forming a fine pattern on a substrate using rapid heating nano molding according to Example 1 of the present invention;
도 2a 내지 2c는 본 발명의 실시 예2에 따라 급속 가열 나노 몰딩을 이용하여 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 과정을 도시한 공정 순서도,2A to 2C are process flowcharts illustrating a process of forming a fine pattern on a substrate using rapid heating nano molding according to Embodiment 2 of the present invention;
도 3a 및 3b는 본 발명의 실시 예3에 따라 급속 가열 나노 몰딩을 이용하여 대면적 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 과정을 도시한 공정 순서도,3A and 3B are process flowcharts illustrating a process of forming a fine pattern on a large area substrate using rapid heating nano molding according to Example 3 of the present invention;
도 4a 및 4b는 본 발명에 따라 기판 상에 형성된 미세 패턴을 이용하여 부가적 방법으로 기판 상에 박막 패턴을 형성하는 과정을 도시한 공정 순서도,4A and 4B are process flow diagrams illustrating a process of forming a thin film pattern on a substrate in an additional method using a fine pattern formed on the substrate according to the present invention;
도 5a 내지 5c는 본 발명에 따라 기판 상에 형성된 미세 패턴을 이용하여 감쇄적 방법으로 기판 상에 박막 패턴을 형성하는 과정을 도시한 공정 순서도,5A to 5C are process flowcharts illustrating a process of forming a thin film pattern on a substrate by a decay method using a fine pattern formed on the substrate according to the present invention;
도 6a 내지 6d는 본 발명에 따라 기판 상에 고분자 미세 패턴을 형성하고, 고분자 미세 패턴을 이용하는 리프트 오프 공정을 통해 기판 상에 금속의 박막 패턴을 형성한 실험결과를 보여주는 사진,6a to 6d are photographs showing an experimental result of forming a polymer micropattern on a substrate according to the present invention and forming a thin film pattern of a metal on the substrate through a lift-off process using the polymer micropattern;
도 7a 내지 7c는 기판 상에 크롬(Cr)을 증착하고 그 위에 고분자 미세 패턴을 형성한 후에 고분자 미세 패턴을 식각 마스크로 하여 크롬의 일부를 선택적으로 제거함으로써 기판 상에 크롬의 박막 패턴을 형성한 실험 결과를 보여주는 사진,7A to 7C illustrate a method of forming a thin film pattern of chromium on a substrate by depositing chromium (Cr) on a substrate and forming a polymer fine pattern thereon, and selectively removing a portion of chromium using the polymer fine pattern as an etching mask. A photo showing the results of the experiment,
도 8a 내지 8d는 본 발명의 실시 예3에 따라 대면적 기판 상에 130㎚ 크기의 고분자 미세 패턴을 형성한 실험 결과를 보여주는 사진,8a to 8d are photographs showing the results of experiments in which a 130 nm-sized polymer micropattern was formed on a large area substrate according to Example 3 of the present invention;
도 9a는 본 발명에 따라 130㎚ 보다 작은 100㎚ 크기의 고분자 미세 패턴을 기판 상에 형성한 실험결과를 보여주는 사진.Figure 9a is a photograph showing the experimental results of forming a polymer fine pattern of 100nm size smaller than 130nm in accordance with the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
102, 202, 302, 402, 502: 기판102, 202, 302, 402, 502: substrate
104, 204, 304, 404, 506 : 고분자 미세 패턴104, 204, 304, 404, 506: Polymer Fine Pattern
106, 206, 306 : 몰드 구조체106, 206, 306: Mold Structure
106a, 206a, 306a : 유리 기판106a, 206a, 306a: Glass Substrates
106b, 206b, 306b : 몰드 지지대106b, 206b, 306b: Mold Supports
106c, 206c, 306c : 박막 몰드106c, 206c, 306c: Thin Film Mold
106c1, 206c1, 306c1 : 양각 부분106c1, 206c1, 306c1: embossed part
106c2, 206c2, 306c2 : 음각 부분106c2, 206c2, 306c2: Engraved part
306d : 반사판306d: Reflector
308 : 히트싱크308: heatsink
406, 504 : 박막 패턴406, 504: thin film pattern
본 발명은 기판(예를 들면, 실리콘 기판, 세라믹 기판, 금속층, 고분자층 등) 상에 미세 패턴을 형성하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 집적 회로, 전자 소자, 광소자, 자기 소자, SAW(Surface Acoustic Wave) 필터 등의 제조 공정 시에 몰드를 이용하여 기판 상에 미세 패턴(1㎛ 이하 ∼ 수㎚)을 형성하는 데 적합한 미세 패턴 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a fine pattern on a substrate (for example, silicon substrate, ceramic substrate, metal layer, polymer layer, etc.), more specifically integrated circuit, electronic device, optical device, magnetic device, SAW (Surface Acoustic Wave) The present invention relates to a fine pattern forming method suitable for forming a fine pattern (1 μm or less to several nm) on a substrate by using a mold during a manufacturing process such as a filter.
잘 알려진 바와 같이, 반도체, 전자, 광전, 자기, 표시 소자 등을 제조할 때 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 공정을 수행하게 되는 데, 이와 같이 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 대표적인 기법으로는 빛을 이용하여 미세 패턴을 형성하는 포토리쏘그라피(photolithography) 방법이 있다.As is well known, a process of forming a fine pattern on a substrate is performed when manufacturing a semiconductor, electronic, photoelectric, magnetic or display device. There is a photolithography method for forming a fine pattern by using.
상기한 포토리쏘그라피 방법은 빛에 대한 반응성을 갖는 고분자 물질(예를 들면, 포토레지스트 등)을 패터닝하고자 하는 물질이 적층(또는 증착)된 기판 상에 도포하고, 목표로 하는 임의의 패턴으로 설계된 레티클을 통해 고분자 물질 상에 빛을 투과시켜 노광하며, 현상 공정을 통해 노광된 고분자 물질을 제거함으로써, 패터닝하고자 하는 물질 위에 목표로 하는 패턴을 갖는 패턴 마스크(또는 식각 마스크)를 형성한다. 이후에, 패턴 마스크를 이용하는 식각 공정을 수행함으로써, 기판 상에 적층된 물질을 원하는 패턴으로 패터닝한다.The photolithography method is applied to a substrate on which a material to be patterned is laminated (or deposited) on a polymer material having a responsiveness to light (for example, a photoresist, etc.) and designed in a desired pattern. The light is transmitted through the reticle on the polymer material and exposed, and the exposed polymer material is removed through the development process, thereby forming a pattern mask (or an etching mask) having a target pattern on the material to be patterned. Thereafter, by performing an etching process using a pattern mask, the material laminated on the substrate is patterned into a desired pattern.
한편, 상기한 바와 같은 포토리쏘그라피 방법은 회로 선폭(또는 패턴 선폭)이 노광 공정에 사용되는 빛의 파장에 의해 결정된다. 따라서, 현재의 기술수준을 고려할 때 포토리쏘그라피 공정을 이용하여 기판 상에 초미세 패턴, 예를 들면 선폭이 100㎚ 이하인 초미세 패턴을 형성하는 것이 매우 어려운 실정이다.On the other hand, in the photolithography method as described above, the circuit line width (or pattern line width) is determined by the wavelength of light used in the exposure process. Therefore, in consideration of the current state of the art, it is very difficult to form an ultrafine pattern, for example, an ultrafine pattern having a line width of 100 nm or less, on a substrate using a photolithography process.
또한, 빛을 이용한 방법으로 다중 공정을 통한 3차원 형상을 대면적 기판 위에 패턴을 형성할 수는 있으나, 다중 공정을 행하기 위해서는 하나의 패턴을 형성할 때마다 패턴 형성, 식각 공정, 세정 공정 등을 수행해야만 하기 때문에 시간이 오래 걸리고 공정이 매우 복잡해진다는 문제가 있으며, 이러한 문제는 결국 제품의 제조 비용 상승 및 생산성의 저하를 초래하게 된다는 문제를 야기시킨다.In addition, a pattern using a light can form a three-dimensional shape on a large-area substrate through multiple processes, but in order to perform the multiple processes, a pattern formation, an etching process, a cleaning process, etc., is performed every time one pattern is formed. There is a problem that it takes a long time and the process becomes very complicated because it has to be performed, and this problem leads to a problem that the production cost of the product is increased and productivity is lowered.
더욱이, 빛을 이용하여 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 종래의 방법에서는 패턴이 형성될 기판의 표면이 편평하지 않으면 빛의 반사나 회절, 세기 변화 등에 의하여 공정이 매우 복잡해지는 문제가 있었다.In addition, in the conventional method of forming a fine pattern on a substrate using light, if the surface of the substrate on which the pattern is to be formed is not flat, there is a problem in that the process is very complicated due to light reflection, diffraction, intensity change, or the like.
따라서, 선폭이 100㎚ 이하인 초미세 패턴을 형성하는 새로운 기법에 대한 연구 개발이 도처에서 활발하게 진행되고 있으며, 새로운 기법으로는 미세 접촉 프린팅(micro-contact printing) 방법과 각인(imprinting) 방법이 있다.Therefore, research and development of new techniques for forming ultra-fine patterns with line widths of 100 nm or less are being actively conducted everywhere, and new techniques include micro-contact printing and imprinting. .
상기한 방법 중 미세 접촉 프린팅 방법은 고분자 주형(mold)을 기판 상에 각인시켜 원하는 형상의 패턴을 얻는 방식, 즉 원하는 모양의 형상(또는 패턴)을 갖는 고분자 주형(예를 들면, PDMS(polydimethylsiloxane) 주형)을 기판 상에 접촉시켜 표면 상태를 변화시키고, 이를 통해 원하는 부분만을 남기고 식각하거나 선택적으로 증착하는 방법이다.Among the above methods, the micro-contact printing method is a method of obtaining a pattern of a desired shape by imprinting a polymer mold on a substrate, that is, a polymer mold having a shape (or pattern) of a desired shape (for example, polydimethylsiloxane (PDMS)). Template) to change the surface state by contacting the substrate, thereby etching or selectively depositing only the desired portion.
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 미세 접촉 프린팅 방법은 특별한 외력을 가하지 않는다는 장점을 갖는 반면에 표면을 깎아내지 않는 이상 변형된 표면 상태가 영구적으로 유지된다는 단점을 가질 뿐만 아니라 기술적인 한계로 인해 100㎚ 이하의 패턴 형성이 어렵다는 단점을 갖는다.However, the conventional micro-contact printing method as described above has the advantage of not applying a special external force, while not only has the disadvantage that the deformed surface state is permanently maintained unless the surface is scraped, and due to technical limitations, it is 100 nm. The following pattern has a disadvantage in that it is difficult to form.
한편, 각인 방법은 원하는 형상(패턴)을 가지고 있는 경도가 큰 주형을 물리적인 힘으로 가압하여 고분자 위에 미세 패턴을 형성하고, 예를 들면 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching) 등의 방법을 이용하여 이를 기판에 전송하는 방법이다.Meanwhile, the stamping method forms a fine pattern on the polymer by pressing a mold having a large hardness having a desired shape (pattern) with a physical force, for example, by using a method such as reactive ion etching. It is a method of transferring to a substrate.
그러나, 상기한 각인 방법은 가압할 때 높은 압력을 이용하기 때문에 고분자 박막 및 기판이 변형되거나 파손되는 현상이 야기된다는 치명적인 단점을 갖는다.However, the above-described imprinting method has a fatal disadvantage that the polymer thin film and the substrate are deformed or broken because the high pressure is used when pressing.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광 투과성의 플렉시블한 몰드와 적외선 광을 이용하는 간단한 공정을 통해 기판 상에 목표로 하는 미세 패턴을 형성할 수 있는 급속 가열 나노 몰딩을 이용한 미세 패턴 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, a fine using rapid heating nano-molding that can form a target fine pattern on the substrate through a simple process using a light-transmissive flexible mold and infrared light Its purpose is to provide a pattern forming method.
본 발명의 다른 목적은 광 투과성의 플렉시블한 몰드와 적외선 광을 이용하는 간단한 반복 공정을 통해 대면적 기판 상에 목표로 하는 미세 패턴을 형성할 수 있는 급속 가열 나노 몰딩을 이용한 미세 패턴 형성 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a fine pattern forming method using rapid heating nano-molding that can form a target fine pattern on a large-area substrate through a simple repetitive process using a light-transmissive flexible mold and infrared light. have.
상기 목적을 달성하기 위한 일 형태에 따른 본 발명은, 임의의 패턴 구조를 갖는 몰드를 이용하여 기판 상에 목표로 하는 미세 패턴을 형성하는 방법으로서, 양각 부분과 음각 부분으로 된 패턴 구조를 갖는 플렉시블한 광 투과성의 몰드 구조체를 준비하는 과정과, 상기 기판 상에 고분자 박막 물질을 형성하는 과정과, 상기 몰드 구조체의 패턴 구조면을 상기 고분자 박막 물질 상에 가압 접촉시킨 후 상기 몰드 구조체를 투과하는 램프를 이용한 적외선 광 조사를 통해 상기 고분자 박 막 물질에 유동성을 부여함으로서, 상기 양각 부분에 맞닿는 고분자 박막 물질을 음각 부분으로 유입시켜 패터닝하는 과정과, 상기 패터닝된 고분자 박막 물질을 고형화시키는 과정과, 상기 기판으로부터 상기 몰드 구조체를 분리하여 상기 기판 상에 목표로 하는 고분자 미세 패턴을 형성하는 과정을 포함하는 급속 가열 나노 몰딩을 이용한 미세 패턴 형성 방법을 제공한다.The present invention according to one embodiment for achieving the above object is a method of forming a target fine pattern on a substrate using a mold having an arbitrary pattern structure, the flexible having a pattern structure consisting of an embossed portion and an intaglio portion Preparing a light-transmissive mold structure, forming a polymer thin film material on the substrate, and pressing a pattern structure surface of the mold structure on the polymer thin film material to transmit the mold structure. By imparting fluidity to the polymer thin film material by using infrared light irradiation, the step of introducing and patterning the polymer thin film material in contact with the embossed portion into the intaglio portion, solidifying the patterned polymer thin film material, and Separation of the mold structure from the substrate and the target mound on the substrate Rapid heating comprising the step of forming a fine pattern to provide a fine pattern formation method using the nano-molding.
상기 목적을 달성하기 위한 다른 형태에 따른 본 발명은, 임의의 패턴 구조를 갖는 몰드를 이용하여 기판 상에 목표로 하는 미세 패턴을 형성하는 방법으로서, 양각 부분과 음각 부분으로 된 패턴 구조를 갖는 플렉시블한 광 투과성의 몰드 구조체를 준비하는 과정과, 상기 기판 상에 고분자 박막 물질을 형성하는 과정과, 상기 몰드 구조체의 패턴 구조면을 상기 고분자 박막 물질 상에 가압 접촉시킨 후 상기 몰드 구조체를 투과하는 램프를 이용한 적외선 광 조사를 통해 상기 고분자 박막 물질에 유동성을 부여함으로서, 상기 양각 부분에 맞닿는 고분자 박막 물질을 음각 부분으로 유입시켜 패터닝하는 과정과, 상기 패터닝된 고분자 박막 물질을 고형화시키는 과정과, 상기 기판으로부터 상기 몰드 구조체를 분리하는 과정과, 전면 식각 공정을 수행하여 상기 양각 부분에 맞닿았던 잔류 고분자 박막 물질을 제거하여 상기 기판의 상부 일부를 선택적으로 노출시킴으로써, 상기 기판 상에 목표로 하는 고분자 미세 패턴을 형성하는 과정을 포함하는 급속 가열 나노 몰딩을 이용한 미세 패턴 형성 방법을 제공한다.The present invention according to another aspect for achieving the above object is a method of forming a target fine pattern on a substrate using a mold having an arbitrary pattern structure, a flexible having a pattern structure consisting of an embossed portion and the negative portion Preparing a light-transmissive mold structure, forming a polymer thin film material on the substrate, and pressing a pattern structure surface of the mold structure on the polymer thin film material to transmit the mold structure. By imparting fluidity to the polymer thin film material by using infrared light irradiation, the step of introducing and patterning the polymer thin film material in contact with the embossed portion to the intaglio portion, solidifying the patterned polymer thin film material, and the substrate Separating the mold structure from the substrate and performing a front side etching process. By removing the residual polymer thin film material that is in contact with the embossed portion and selectively exposing a portion of the upper portion of the substrate, thereby forming a target polymer micropattern on the substrate. It provides a pattern formation method.
상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 형태에 따른 본 발명은, 임의의 패턴 구조를 갖는 몰드를 이용하여 대면적 기판 상에 목표로 하는 미세 패턴을 형성하는 방법으로서, 양각 부분과 음각 부분으로 된 패턴 구조를 갖는 플렉시블한 광 투과성의 몰드 구조체를 준비하는 제 1 과정과, 상기 기판 상에 고분자 박막 물질을 형성하는 제 2 과정과, 상기 몰드 구조체의 패턴 구조면을 상기 고분자 박막 물질 상에 가압 접촉시킨 후 상기 몰드 구조체를 투과하는 램프를 이용한 선택적인 적외선 광 조사를 통해 상기 고분자 박막 물질의 광 조사 영역에 유동성을 부여함으로서, 상기 양각 부분에 맞닿는 고분자 박막 물질을 음각 부분으로 유입시켜 상기 적외선 광 조사 영역을 선택적으로 패터닝하는 제 3 과정과, 상기 선택 패터닝된 고분자 박막 물질을 고형화시키는 제 4 과정과, 상기 기판으로부터 상기 몰드 구조체를 분리하는 제 5 과정과, 상기 고분자 박막 물질을 모두 패터닝할 때까지 상기 제 3 과정 내지 제 5 과정을 n차 반복하여 상기 기판 상에 목표로 하는 고분자 미세 패턴을 형성하는 제 6 과정을 포함하는 급속 가열 나노 몰딩을 이용한 미세 패턴 형성 방법을 제공한다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a method of forming a target fine pattern on a large-area substrate using a mold having an arbitrary pattern structure, the pattern structure comprising an embossed portion and an intaglio portion A first process of preparing a flexible light-transmissive mold structure having a, a second process of forming a polymer thin film material on the substrate, and the pattern structure surface of the mold structure is pressure-contacted on the polymer thin film material By imparting fluidity to the light irradiation area of the polymer thin film material through selective infrared light irradiation using a lamp passing through the mold structure, the polymer film material which is in contact with the embossed portion is introduced into the intaglio portion to provide the infrared light irradiation area. A third process of selectively patterning and solidifying the selectively patterned polymer thin film material The key is a fourth process, a fifth process of separating the mold structure from the substrate, and the third to fifth processes are repeated n times until all of the polymer thin film material is patterned. It provides a fine pattern forming method using a rapid heating nano-molding comprising a sixth process of forming a polymer fine pattern.
본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above and other objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the present invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 본 발명의 핵심 기술사상은, 고분자 주형(mold)을 기판 상에 각인시켜 원하는 형상의 패턴을 형성하거나 혹은 원하는 형상(패턴)을 가지고 있는 경도가 큰 주형을 큰 압력의 물리적인 힘으로 가압하여 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 전술한 종래 방식과는 달리, 기판 상에 고분자 박막 물질을 형성하고, 광 투과성을 갖는 플렉시블한 박막형의 몰드를 기판 상에 저압으로 가압 접촉시키며, 몰드를 통해 적외선 광을 조사하여 고분자 박막 물질의 점도를 떨어뜨림으로서 고분자 박막 물질을 몰드 패턴 구조의 음각 부분(패턴 구조면의 들어간 부분(cavity))으로 유도한 후 고분자 박막을 고형화시킴으로써 기판 상에 목표로 하는 고분자의 미세 패턴을 형성한다는 것으로, 이러한 기술적 수단을 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.First, the core technical idea of the present invention is to form a pattern of a desired shape by imprinting a polymer mold on a substrate, or to press a mold having a large hardness having a desired shape (pattern) with a large pressure physical force. Unlike the above-described conventional method of forming a fine pattern on the substrate, a polymer thin film material is formed on the substrate, and a flexible thin film mold having light transmittance is pressed under low pressure on the substrate, and the infrared light is transmitted through the mold. By irradiating light to lower the viscosity of the polymer thin film material, the polymer thin film material is guided to the intaglio portion (cavity) of the mold pattern structure, and then the polymer thin film is solidified to target the polymer on the substrate. By forming a fine pattern of, through the technical means it is easy to achieve the purpose of the present invention. .
[실시 예1]Example 1
도 1a 내지 1c는 본 발명의 실시 예1에 따라 급속 가열 나노 몰딩을 이용하여 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 과정을 도시한 공정 순서도이다.1A to 1C are process flowcharts illustrating a process of forming a fine pattern on a substrate using rapid heating nano molding according to Example 1 of the present invention.
도 1a를 참조하면, 이 기술분야에 잘 알려진 스핀 코팅 등의 기법을 이용하여, 기판(102) 상에 고분자 박막 물질(104a)을 형성하고, 이어서 플렉시블한 몰드 지지대(106b)를 통해 유리 기판(106a)에 박막 몰드(106c)가 접착된 형상을 갖는 광 투과성의 몰드 구조체(106)를 준비한다.Referring to FIG. 1A, a polymer
여기에서, 몰드 지지대(106b)는, 예를 들면 PDMS 등과 같은 엘라스토머(elastomer) 등의 플렉시블한 재질이고, 양각 부분(106c1)과 음각 부분(106c2)으로 된 패턴이 형성된 박막 몰드(106c)는 대략 100㎛ 이하의 두께를 갖는 단단한 재질이며, 몰드 지지대(106b)와 박막 몰드(106c)를 접착한 구조의 두께는 대략 수 ㎜ 정도이다. 또한, 박막 몰드의 탄성은 탄성계수의 일종인 young's modulus가 1Mpa 내지 50Gpa 범위인 것이 바람직하다.Here, the
다음에, 몰드 구조체(106)의 박막 몰드(106c) 표면을 맞닿도록 하여 몰드 구조체(106)를 기판(102) 상에 저압(예컨대, 3 -4 bar 정도)으로 가압 접촉시키고, 일 예로서 도 1b에 도시된 바와 같이, 다시 몰드 구조체(106)의 유리 기판(106a) 방향에서 적외선 램프를 통해 발생하는 광을 조사하여 소정 시간 동안(예컨대, 20초 이내 등) 기판(102) 상의 고분자 박막 물질(104a)을 급속 가열시킨다. 여기에서, 본 발명은 적외선 램프에서 발생하는 적외선 광을 이용하기 때문에 통상적인 노광 공정에서의 노광 면적보다 큰 대면적을 전면 노광시킬 수 있다.Next, the
이때, 적외선 광을 통한 급속 가열에 의해 고분자 박막 물질(104a)의 점도가 떨어져 유동성을 갖게 되고, 그 결과 고분자 박막 물질(104a)들이 박막 몰드(106c)의 음각 부분(106c2)으로 채워지게 됨으로써, 박막 몰드(106c)의 양각 부분(106c1)이 기판(102)의 상부에 맞닿게 된다. 즉, 고분자 박막 물질(104a)이 잔류 고분자 없이 몰드 구조체(106)의 박막 몰드(106c) 형상에 따라 패터닝된다.At this time, the viscosity of the polymer
또한, 본 발명에서는 고분자 박막 물질(104a)이 적외선 광으로 노광될 때, 일종의 모세관 현상이 유발되기 때문에, 양각 부분(106c1)에 맞닿는 고분자 박막 물질(104a)들에 대한 음각 부분(106c2)으로 유도가 더욱 자연스럽고 급속하게 진행된다. 더욱이, 본 발명에서는 녹는점 이하에서 유동성을 주어 고분자 박막 물질을 패터닝하기 때문에 고분자 박막 물질의 박리 현상(즉, 기판(102)의 상부가 드러날 경우에 야기될 수 있는 박리 현상)을 효과적으로 차단하면서도 유동성을 조절할 수 있다.In addition, in the present invention, when the polymer
한편, 박막 몰드(106c)의 양각 부분(106c1)에 맞닿는 고분자 박막 물질(104a)이 음각 부분(106c2)으로 완전히 유입되어 양각 부분(106c1)과 기판(102)의 상부가 맞닿도록 하기 위해서는, 즉 양각 부분(106c1)에 맞닿는 부분에 있는 고분자 박막 물질(104a)이 잔류하지 않도록 하기 위해서는 조사되는 적외선 광의 강도를 상대적으로 높게 하거나 혹은 고분자 박막 물질의 두께를 적절하게 조절할 필요가 있다.On the other hand, in order for the polymer
다른 한편, 미세 패턴의 형성을 위해 플렉시블한 재질을 사용하는 것은, 견고한 몰드를 사용할 경우 가해지는 로드(load)가 몰드의 모든 면적에 작용하게 되는데 반해, 패턴이 되어 있는 부분의 면적만 로드가 걸리도록 하기 위해서이며, 이것은 기판 상에 패턴을 형성하는데 걸리는 로드를 현저하게 줄이기 위해서이다. 즉, 압력=로드/면적이므로, 걸리는 로드를 줄여 기판에 가해지는 압력을 절감하기 위해서이다.On the other hand, the use of a flexible material for the formation of a fine pattern means that the load applied to a rigid mold acts on all areas of the mold, whereas only the area of the patterned part is loaded. This is to significantly reduce the load required to form the pattern on the substrate. That is, since pressure = load / area, it is for reducing the load applied and reducing the pressure applied to a board | substrate.
따라서, 전술한 종래의 각인 방법 등에서는 기판 상에 몰드(주형)를 각인하는데 수십 내지 수백 bar, 예컨대 대략 50 - 100 bar 정도의 압력이 필요한데 반해, 본 발명에서는 수 bar, 예를 들면 3-4 bar 정도의 압력이면 충분하다. 그러므로, 본 발명에서는 몰드의 가압에 기인하는 기판 등의 손상을 확실하게 방지할 수 있다.Therefore, while the above-described conventional marking method and the like require a pressure of several tens to several hundred bar, for example, approximately 50-100 bar, for imprinting a mold (mold) on a substrate, in the present invention, several bars, for example, 3-4 Bar pressure is sufficient. Therefore, in this invention, damage to the board | substrate etc. resulting from pressurization of a mold can be prevented reliably.
이어서, 적외선 조사를 중단한 후 몰드 구조체(106)가 기판(102)에 접촉된 상태에서 기판(102)을 기 설정된 소정 시간(예를 들면, 수십 초) 동안 냉각시킴으로써, 패터닝된 고분자 박막 물질을 고형화시키고, 몰드 구조체(106)를 기판(102) 으로부터 떼어냄으로서, 일 예로서 도 1c에 도시된 바와 같이, 기판(102) 상에 목표로 하는 패턴 형상을 갖는 고분자의 미세 패턴(104)을 완성한다.Subsequently, the patterned polymer thin film material is cooled by stopping the infrared irradiation and cooling the
따라서, 본 실시 예에 따르면, 미세 접촉 프린팅 방법과 각인 방법을 통해 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 전술한 종래 기술과는 달리, 기판 상에 고분자 박막 물질을 형성하고, 광 투과성을 갖는 플렉시블한 박막형의 몰드를 기판 상에 저압으로 가압 접촉시키며, 몰드를 통해 적외선을 조사하여 고분자 박막 물질의 점도를 떨어뜨림으로서 고분자 박막 물질을 박막 몰드의 음각 부분으로 유도한 후 고분자 박막을 고형화시키는 간단한 공정을 통해 기판 상에 목표로 하는 패턴 형상을 갖는 고분자의 미세 패턴을 쉽게 형성함으로써, 전술한 종래 방식에서 발생하는 미세 패턴의 표면 상태 변형이나 혹은 기판 손상 등의 문제를 확실하게 방지할 수 있다.Therefore, according to the present embodiment, unlike the above-described conventional technique of forming a fine pattern on a substrate through a fine contact printing method and a stamping method, a flexible thin film type having a light transmittance and forming a polymer thin film material on the substrate Press the mold at low pressure on the substrate, and irradiate infrared rays through the mold to lower the viscosity of the polymer thin film material, thereby inducing the polymer thin film material to the intaglio portion of the thin film mold and then solidifying the polymer thin film. By easily forming a fine pattern of a polymer having a target pattern shape on the substrate, it is possible to reliably prevent problems such as surface state deformation or substrate damage of the fine pattern generated in the aforementioned conventional method.
한편, 본 실시 예에서는 고분자 박막 물질의 점도 저하를 위해 적외선 램프를 이용하여 발생하는 적외선 광을 조사하는 것으로 하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 고분자 박막 물질의 점도를 떨어뜨릴 수만 있다면, 적외선 광이 아닌 다른 광(예를 들면, 자외선, 가시광선 등)이라도 무방하다.On the other hand, in the present embodiment was described as irradiating infrared light generated by using an infrared lamp to decrease the viscosity of the polymer thin film material, the present invention is not necessarily limited to this, it can only drop the viscosity of the polymer thin film material If there is, it may be light other than infrared light (for example, ultraviolet light, visible light, etc.).
다른 한편, 본 발명에 따른 미세 패턴 형성 방법은 유리 기판, 몰드 지지대 및 박막 몰드가 일체로 결합 접착된 형태를 갖는 몰드 구조체를 이용하여 기판 상에 미세 패턴을 형성할 수도 있고, 이와는 달리 서로 접착되지 않은 유리 기판, 몰드 지지대 및 박막 몰드로 된 몰드 구조체를 이용하여 기판 상에 미세 패턴을 형성 할 수도 있다.On the other hand, the method for forming a fine pattern according to the present invention may form a fine pattern on the substrate using a mold structure having a form in which the glass substrate, the mold support and the thin film mold are integrally bonded and bonded, otherwise, the fine pattern is not adhered to each other. It is also possible to form a fine pattern on the substrate by using a mold structure composed of a glass substrate, a mold support and a thin film mold.
즉, 후자의 경우에는, 고분자 박막 물질이 형성된 기판 상에 양각 부분과 음각 부분으로 된 패턴 구조를 갖는 박막 몰드를 올려놓고, 그 위에 플렉시블한 재질의 몰드 지지대를 올려놓으며, 다시 그 위에 유리 기판을 올려놓은 후 저압으로 가압하여 패터닝을 위한 몰드 구조체의 정렬을 완료한다. 이러한 상태에서 적외선 광을 조사하여 고분자 박막 물질을 패터닝하고, 다시 패터닝된 고분자 박막 물질을 고형화시키며, 이후 유리 기판, 몰드 지지대 및 박막 몰드를 순차적으로 떼어내는(들어내는) 방식으로 기판으로부터 몰드 구조체를 분리시킨다.That is, in the latter case, a thin film mold having a pattern structure consisting of an embossed portion and an intaglio portion is placed on a substrate on which a polymer thin film material is formed, a mold support of a flexible material is placed thereon, and a glass substrate is placed thereon. After mounting, pressurize to low pressure to complete the alignment of the mold structure for patterning. In this state, infrared light is irradiated to pattern the polymer thin film material, the patterned polymer thin film material is solidified, and then the mold structure is removed from the substrate by sequentially removing (lifting) the glass substrate, the mold support and the thin film mold. Isolate.
상기한 바와 같이 분리 형태의 몰드 구조체를 이용하는 후자 방식의 경우, 접착 형태의 몰드 구조체를 이용하는 전자의 경우에 비해 공정이 다소 복잡해 질 수는 있겠으나, 다양한 제조 형태와 제조 공정 조건 등을 고려하여 전자의 방식과 후자의 방식을 적절하게 선택 사용함으로써, 본 발명에 따른 미세 패턴의 제조를 위한 적응성(또는 응용성)을 향상시킬 수 있을 것이다.As described above, in the latter method using the separated mold structure, the process may be somewhat more complicated than in the former case using the adhesive mold structure, but in consideration of various manufacturing forms and manufacturing process conditions, By suitably selecting and using the latter method and the latter method, it will be possible to improve the adaptability (or applicability) for the production of the fine pattern according to the present invention.
[실시 예2]Example 2
도 2a 내지 2c는 본 발명의 실시 예2에 따라 급속 가열 나노 몰딩을 이용하여 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 과정을 도시한 공정 순서도이다.2A to 2C are process flowcharts illustrating a process of forming a fine pattern on a substrate using rapid heating nano molding according to Embodiment 2 of the present invention.
본 실시 예에 따른 미세 패턴 형성 방법은, 플렉시블한 몰드 지지대(206b)를 통해 유리 기판(206a)에 박막 몰드(206c)가 접착된 형상을 갖는 광 투과성의 몰드 구조체(106)를 이용하며, 박막 몰드(206c)가 양각 부분(206c1)과 음각 부분(206c2)의 패턴 구조를 갖는다는 이용한다는 점에 있어서, 전술한 실시 예와 동일하다.In the method for forming a fine pattern according to the present embodiment, the light-
즉, 기판(202) 상에 고분자 박막 물질(204a)을 형성한 후에 저압(예컨대, 3 -4 bar 정도)으로 몰드 구조체(206)의 박막 몰드(206c) 표면을 가압 접촉시킨 후 유리 기판(206a)의 방향에서 적외선 광을 조사하여 고분자 박막 물질(204a)의 점도를 떨어뜨림으로서 고분자 박막 물질(204a)에 유동성을 부여하고, 이를 통해, 일 예로서 도 2a에 도시된 바와 같이, 양각 부분(206c1)에 맞닿는 고분자 박막 물질(204)들을 음각 부분(206c2)으로 이동시킨다. 이때, 양각 부분(206c1)에 맞닿는 고분자 박막 물질(204a)들이 잔류하게 되는데, 이러한 잔류 고분자 박막 물질들은 고분자 박막 물질의 두께가 상대적으로 두껍거나 혹은 조사되는 적외선의 강도가 낮을수록 많아지게 된다.That is, after the polymer
이어서, 적외선 조사를 중단한 후 몰드 구조체(206)가 기판(202)에 접촉된 상태에서 기판(202)을 기 설정된 소정 시간(예를 들면, 수십 초) 동안 냉각시킴으로써, 패터닝된 고분자 박막 물질을 고형화시키고, 몰드 구조체(206)를 기판(202)으로부터 떼어냄으로서, 일 예로서 도 2b에 도시된 바와 같이, 기판(202) 상에 잔류 고분자(204b)를 갖는 미세 패턴(204)을 형성한다.Subsequently, the patterned polymer thin film material is cooled by cooling the
다음에, 반응성 이온 식각(RIE) 등의 식각 공정을 통해 잔류 고분자(204b)를 제거하여 기판(202)의 상부 일부를 선택적으로 노출시킴으로써, 일 예로서 도 2c에 도시된 바와 같이, 기판(102) 상에 목표로 하는 패턴 형상을 갖는 고분자의 미세 패턴(204)을 완성한다.Next, the
따라서, 본 실시 예에 따르면, 전술한 실시 예1과는 달리, 잔류 고분자의 제거를 위한 식각 공정을 더 수행하기는 하지만, 전술한 실시 예1에서와 거의 동일 내지 유사한 결과(미세 패턴의 표면 상태 변형 혹은 기판 손상 등의 방지 효과)를 얻을 수 있다.Therefore, according to the present embodiment, unlike in the first embodiment described above, although the etching process for the removal of the residual polymer is further performed, the same or similar results as in the first embodiment (the surface state of the fine pattern) Prevention effects such as deformation or substrate damage) can be obtained.
한편, 본 실시 예에 따른 미세 패턴 형성 방법은, 전술한 실시 예1에서와 마찬가지로, 유리 기판, 몰드 지지체 및 박막 몰드가 일체형으로 접착된 형태의 몰드 구조체를 이용하거나 혹은 유리 기판, 몰드 지지체 및 박막 몰드가 분리된 형태의 몰드 구조체를 이용할 수 있음은 물론이다.On the other hand, the method for forming a fine pattern according to the present embodiment, as in the first embodiment described above, using a mold structure in which the glass substrate, the mold support and the thin film mold are integrally bonded or the glass substrate, the mold support and the thin film Of course, it is possible to use a mold structure in which the mold is separated.
[실시 예3]Example 3
도 3a 및 3b는 본 발명의 실시 예3에 따라 급속 가열 나노 몰딩을 이용하여 대면적 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 과정을 도시한 공정 순서도이다.3A and 3B are process flowcharts illustrating a process of forming a fine pattern on a large area substrate using rapid heating nano molding according to Example 3 of the present invention.
본 실시 예의 미세 패턴 형성 방법은, 광 투과성의 플렉시블한 몰드와 적외선을 이용한다는 관점에서는 전술한 실시 예1 및 2와 동일하지만, 박막 몰드를 갖는 몰드 구조체를 대면적의 기판 상에 연속적으로 전사시켜 대면적의 기판 상에 원하는 미세 패턴을 형성한다는 점이 다르다.The method of forming a fine pattern of the present embodiment is the same as in Examples 1 and 2 described above in terms of using a light-transmissive flexible mold and infrared rays, but the mold structure having the thin film mold is continuously transferred onto a large-area substrate. The difference is that a desired fine pattern is formed on a large area substrate.
도 3a를 참조하면, 기판(302) 상에 고분자 박막 물질(304a)을 형성한 후에 원하는 부분에 몰드 구조체(306)의 박막 몰드(306c) 표면을 가압 접촉시키고 적외선 광 조사 및 고형화 공정을 통해 기판(302)의 일부에 고분자의 미세 패턴을 형성하고, 다시 미세 패턴이 형성되지 않은 기판(302)의 다른 영역에 몰드 구조체(306)의 박막 몰드(306b) 표면을 밀착 접촉시켜 동일한 방식으로 미세 패턴(304)을 형성한다. 도 3a에 있어서, 미설명 참조번호인 306a는 유리 기판을, 306b는 몰드 지지대를, 306c1은 양각 부분을, 306c2는 음각 부분을 각각 나타낸다.Referring to FIG. 3A, after the polymer
이때, 본 실시 예에 따라 미세 패턴이 형성되지 않은 영역(B)에 적외선 광 조사 등을 통해 미세 패턴을 형성할 때 이전의 공정을 통해 미세 패턴이 형성된 인접 영역(A)에 있는 미세 패턴들이 적외선 광 조사에 따라 발생하는 열에 의해 미세 패턴의 형상이 뭉개지는 현상이 야기될 수 있는데, 이러한 패턴 뭉개짐 현상을 방지하기 위하여 본 발명에서는 미세 패턴의 형성을 위해 적외선 광이 조사되어야 할 영역이 아닌 유리 기판 부분들에 광 투과 차단막으로서 기능하는 반사판(306d)을 붙이는 방식을 채용한다.In this case, when the micropattern is formed in the region B in which the micropattern is not formed by infrared light irradiation, the fine patterns in the adjacent region A in which the micropattern is formed through the previous process are infrared rays. The shape of the fine pattern may be crushed by heat generated by light irradiation. In order to prevent such pattern lumping, the present invention is not a region to which infrared light should be irradiated to form the fine pattern. The method of attaching the reflecting
즉, 유리 기판(306a)의 일측 면에서 적외선 광이 조사되어야 할 부분이 아닌 부분들에는 반사판(306d)을 붙여 적외선 광을 반사시키는 방식으로 원하는 영역에만 선택적으로 적외선 광을 조사시킨다. 따라서, 반사판(306d)에 의해 현재 공정에서 미세 패턴을 형성하고자 하는 부분이 아닌 부분에는 적외선 광 조사가 차단되기 때문에 현재 공정 중인 부분에 인접하는 영역에 형성된 미세 패턴의 형상이 적외선 광 조사에 의해 뭉개지는 현상을 확실하게 방지할 수 있다.That is, the infrared light is selectively irradiated only to a desired area by attaching a reflecting
또한, 본 실시 예에 따른 미세 패턴 형성 방법은, 기판(302)의 배면에 히트싱크(308)를 접촉시켜 적외선 광 조사에 의해 발생하는 기판 내에서의 열 전도를 줄여줌으로서, 열에 의한 영향을 더욱 줄일 수 있음은 물론이다.In addition, the method for forming a fine pattern according to the present embodiment reduces the heat conduction in the substrate generated by infrared light irradiation by contacting the
이어서, 기판(302) 상에 원하는 고분자의 미세 패턴(304)을 모두 형성한 후에 몰드 구조체(306)를 기판(302)으로부터 분리함으로써, 일 예로서 도 3b에 도시된 바와 같이, 대면적의 기판(302) 상에 목표로 하는 패턴 형상을 갖는 고분자의 미세 패턴(304)을 완성한다.Subsequently, after forming all the
한편, 본 실시 예에 따라 대면적의 기판 상에 미세 패턴을 형성할 때, 전술한 실시 예2에서와 마찬가지로, 잔류 고분자가 형성될 수도 있는데, 이 경우 몰드의 순차적인 전사를 통해 기판 상에 미세 패턴을 모두 형성한 후에, 전술한 실시 예2에서와 마찬가지로 RIE 등의 식각 공정을 통해 잔류 고분자를 제거하는 방식으로 대응할 수 있음은 물론이다.On the other hand, when forming a fine pattern on a large-area substrate according to the present embodiment, as in Example 2 described above, residual polymer may be formed, in this case fine on the substrate through the sequential transfer of the mold After all of the patterns are formed, as in Example 2 described above, it is a matter of course that the residual polymer can be removed by an etching process such as RIE.
따라서, 본 실시 예에 따르면, 전술한 실시 예1 및 2에서와 마찬가지로, 거의 동일 내지 유사한 결과(미세 패턴의 표면 상태 변형 혹은 기판 손상 등의 방지 효과)를 얻을 수 있다.Therefore, according to the present embodiment, as in the above-described
더욱이, 기판의 사이즈에 맞게 박막 몰드를 크게 제작하거나 혹은 큰 사이즈의 박막 몰드를 이용하여 미세 패턴을 형성해야 할 때 발생하는 작업상의 곤란성 등을 고려할 때, 본 실시 예에 따른 미세 패턴 형성 방법은 작은 사이즈의 박막 몰드를 이용하여 연속적 및 순차적으로 전사(즉, 몰드의 가압 접촉, 적외선 광 조사 및 고형화)시켜 대면적 기판 상에 원하는 미세 패턴을 연속적으로 형성할 수 있기 때문에 실용성 및 작업 적응성이 매우 유익한 또 다른 장점을 갖는다.Furthermore, in view of the difficulty in manufacturing the thin film mold according to the size of the substrate or the need for forming the micro pattern using the large sized thin film mold, the method of forming the fine pattern according to the present embodiment is small. Practicality and work adaptability are very advantageous because a thin film mold of size can be continuously and sequentially transferred (i.e., press contact of the mold, infrared light irradiation and solidification) to continuously form a desired fine pattern on a large area substrate. Has another advantage.
한편, 본 실시 예에서는 반사판을 이용하여 현재 미세 패턴을 형성하고자 하는 기판 영역의 인접 영역에 이전에 형성한 미세 패턴으로 적외선 광이 조사되는 것을 차단하는 것으로 하여 설명하였으나, 이것은 하나의 예시일 뿐 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 직진성을 갖는 적외선 광을 미세 패턴을 형성하고자 하는 기판 영역에만 선택적으로 조사되도록 하는 방법으로 하여 기판 상에 미세 패턴을 형성할 수 있음은 물론이다.Meanwhile, in the present exemplary embodiment, the infrared light is prevented from being irradiated with the micro pattern previously formed to the adjacent region of the substrate area where the micro pattern is to be formed by using the reflecting plate. However, this is only an example. The invention is not necessarily limited thereto, and of course, the fine pattern may be formed on the substrate by a method of selectively irradiating infrared light having linearity to only the substrate region to which the fine pattern is to be formed.
다음에, 상술한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따라 기판 또는 대면적 기판 상에 형성한 고분자의 미세 패턴을 이용하여 부가적 방법(박막 물질 성장 방법) 또는 감쇄적 방법(박막 물질 식각 방법)으로 기판 상에 원하는 박막 패턴을 형성할 수 있는데, 이와 같이 기판 상에 박막 패턴을 형성하는 과정에 대하여 설명한다.Next, an additional method (thin film material growth method) or attenuating method (thin film material etching method) using the micro pattern of the polymer formed on the substrate or the large-area substrate according to various embodiments of the present invention as described above As a result, a desired thin film pattern can be formed on the substrate, and thus a process of forming the thin film pattern on the substrate will be described.
먼저, 본 발명에 따라 기판 상에 형성한 고분자의 미세 패턴을 이용하여 부가적 방법으로 기판 상에 원하는 박막 패턴을 형성하는 과정에 대하여 설명한다.First, a process of forming a desired thin film pattern on a substrate by an additional method using the fine pattern of the polymer formed on the substrate according to the present invention will be described.
도 4a 및 4b는 본 발명에 따라 기판 상에 형성된 미세 패턴을 이용하여 부가적 방법으로 기판 상에 박막 패턴을 형성하는 과정을 도시한 공정 순서도이다.4A and 4B are process flow diagrams illustrating a process of forming a thin film pattern on a substrate in an additional method using a fine pattern formed on the substrate according to the present invention.
도 4a를 참조하면, 전술한 본 발명의 다양한 실시 예에 따라 기판(402) 상에 임의의 패턴을 갖는 고분자 미세 패턴(404)을 형성한 후, 스퍼터링 등의 공정을 수행하여 고분자 미세 패턴(404)이 형성된 기판(402)의 전면에 박막 물질(406a)을 형성한다. 여기에서, 박막 물질(406a)은, 예를 들면 전도체, 절연체, 반도체, 유기물 등이 될 수 있다.Referring to FIG. 4A, after forming the
이어서, 리프트 오프 공정을 수행하여 고분자 미세 패턴(404)을 제거하는데, 이때 고분자 미세 패턴(404) 상에 형성되어 있던 박막 물질(406a)도 함께 제거되며, 이를 통해, 일 예로서 도 4b에 도시된 바와 같이, 기판(402) 상에 원하는 형상을 갖는 박막 패턴(406)을 완성한다.Subsequently, the
따라서, 본 발명의 다양한 방법에 따라 기판 상에 형성한 고분자 미세 패턴을 이용하는 부가적 방법(박막 물질 성장 방법)을 통해 기판(예를 들면, 실리콘 기 판, 세라믹 기판, 금속층, 고분자층 등) 상에 원하는 형상의 박막 패턴을 형성할 수 있다.Accordingly, the substrate (eg, silicon substrate, ceramic substrate, metal layer, polymer layer, etc.) may be formed through an additional method (thin film material growth method) using a polymer micropattern formed on the substrate according to various methods of the present invention. The thin film pattern of a desired shape can be formed in the following.
다음에, 본 발명에 따라 기판 상에 형성한 고분자의 미세 패턴을 이용하여 감쇄적 방법으로 기판 상에 원하는 박막 패턴을 형성하는 과정에 대하여 설명한다.Next, a process of forming a desired thin film pattern on the substrate by a damping method using the fine pattern of the polymer formed on the substrate according to the present invention will be described.
도 5a 내지 5c는 본 발명에 따라 기판 상에 형성된 미세 패턴을 이용하여 감쇄적 방법으로 기판 상에 박막 패턴을 형성하는 과정을 도시한 공정 순서도이다.5A through 5C are process flowcharts illustrating a process of forming a thin film pattern on a substrate by a decay method using a fine pattern formed on the substrate according to the present invention.
먼저, 감쇄적 방법으로 기판 상에 박막 패턴을 형성하기 위해서는 기판 상에 고분자 미세 패턴을 형성하기 전에 패턴 형성하고자 하는 박막 물질을, 예를 들면 스핀 코팅 등의 방법을 이용하여 기판 상에 먼저 형성해야 한다.First, in order to form a thin film pattern on a substrate by attenuating method, a thin film material to be patterned must first be formed on the substrate using a method such as spin coating before forming a polymer fine pattern on the substrate. do.
따라서, 기판(502) 상에 박막 물질(504a)을 형성한 상태에서 본 발명의 다양한 방법에 따라 고분자 미세 패턴(506)을 형성하게 되면, 그 형상은, 일 예로서 도 5a에 도시된 바와 같이 된다.Therefore, when the polymer
다음에, 박막 물질(506a) 상에 형성된 고분자 미세 패턴(506)을 식각 마스크로 이용하는 식각 공정을 수행하여, 일 예로서 도 5b에 도시된 바와 같이, 박막 물질(504a)의 일부를 선택적으로 제거하여 기판(502)의 상부 일부를 선택적으로 노출시킨다.Next, an etching process using the polymer
마지막으로, 아세톤 등의 용매를 이용하여 박막 물질(504a) 상에 잔류하는 고분자 미세 패턴(506)을 제거한 후 질소 등을 불어넣어 건조시킴으로써, 일 예로서 도 5c에 도시된 바와 같이, 기판(502) 상에 원하는 박막 패턴, 예를 들면 전도체, 절연체, 반도체, 유기물 등의 박막 패턴)(504)을 완성한다.Finally, the polymer
따라서, 본 발명의 다양한 방법에 따라 기판 상에 형성한 고분자 미세 패턴을 이용하는 감쇄적 방법(박막 물질 식각 방법)을 통해 기판(예를 들면, 실리콘 기판, 세라믹 기판, 금속층, 고분자층 등) 상에 원하는 형상의 박막 패턴을 형성할 수 있다.Therefore, on a substrate (for example, a silicon substrate, a ceramic substrate, a metal layer, a polymer layer, etc.) through a decay method (thin film material etching method) using a polymer micropattern formed on the substrate according to various methods of the present invention. A thin film pattern of a desired shape can be formed.
한편, 본 발명의 발명자들은 본 발명에 따라 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 실험을 수행하였으며, 그 실험 결과는 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같다.On the other hand, the inventors of the present invention performed an experiment to form a fine pattern on the substrate according to the present invention, the experimental results are as shown in Figs.
도 6a는 광 투과성 재질의 몰드를 SEM 장비로 촬상한 사진이고, 도 6b는 도 6a에 도시된 몰드를 이용하여 기판 상에 형성한 고분자 미세 패턴을 촬상한 사진이며, 도 6c는 기판 상에 형성된 고분자 미세 패턴의 측단면을 촬상한 사진이고, 도 6d는 고분자 미세 패턴이 형성된 기판 상에 금속 물질을 증착한 후 리프트 오프 공정으로 고분자 미세 패턴을 제거함으로써 기판 상에 형성된 금속의 박막 패턴을 촬상한 사진이다.FIG. 6A is a photograph of a mold of a light transmissive material by SEM equipment, and FIG. 6B is a photograph of a polymer micropattern formed on a substrate using the mold shown in FIG. 6A, and FIG. 6C is formed on a substrate. 6D illustrates a thin film pattern of a metal formed on a substrate by depositing a metal material on a substrate on which the polymer micropattern is formed, and then removing the polymer micropattern by a lift-off process. It is a photograph.
즉, 본 발명에 따르면, 도 6a 내지 6d에 도시된 실험 결과에 대한 사진으로부터 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 광 투과성의 몰드를 이용하여 기판 상에 고분자 미세 패턴을 형성할 수 있으며, 이와 같이 형성된 고분자 미세 패턴을 이용하는 부가적 방법(박막 물질 성장 방법)을 통해 기판 상에 목표로 하는 박막 패턴을 형성할 수 있음을 알 수 있었다.That is, according to the present invention, as can be clearly seen from the photographs of the experimental results shown in Figures 6a to 6d, it is possible to form a polymer micropattern on the substrate using a light-transmissive mold, It was found that an additional method (thin film material growth method) using a polymer micropattern can form a target thin film pattern on a substrate.
도 7a는 기판 상에 크롬(Cr)을 증착하고 그 위에 고분자 미세 패턴을 형성한 후에 고분자 미세 패턴을 식각 마스크로 하여 크롬의 일부를 선택적으로 제거한 후에 현미경으로 관찰한 사진이고, 도 7b는 SEM 장비로 촬상한 사진이며, 도 7c는 크 롬을 선택적으로 식각한 후에 고분자 미세 패턴을 제거함으로써 기판 상에 형성된 크롬의 박막 패턴을 촬상한 사진이다.FIG. 7A is a photograph of microscopic observation after depositing chromium (Cr) on a substrate and forming a polymer micropattern thereon, and selectively removing a portion of chromium using the polymer micropattern as an etch mask. FIG. 7C is a photograph of a thin film pattern of chromium formed on a substrate by selectively etching chromium and then removing the polymer fine pattern.
즉, 본 발명에 따르면, 도 7a 내지 7c에 도시된 실험 결과에 대한 사진으로부터 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 광 투과성의 플렉시블한 몰드를 이용하여 기판 상에 고분자 미세 패턴을 형성할 수 있으며, 이와 같이 형성된 고분자 미세 패턴을 이용하는 감쇄적 방법(박막 물질 식각 방법)을 통해 기판 상에 목표로 하는 크롬의 박막 패턴을 형성할 수 있음을 알 수 있었다.That is, according to the present invention, as can be clearly seen from the photographs of the experimental results shown in Figs. 7a to 7c, it is possible to form a polymer micropattern on the substrate using a light-transmissive flexible mold, It was found that the thin film pattern of the target chromium can be formed on the substrate through a decay method (thin film material etching method) using the polymer fine pattern formed as well.
도 8a 내지 8d는 본 발명의 실시 예3에 따라 대면적 기판 상에 130㎚ 크기의 고분자 미세 패턴을 형성한 실험 결과를 보여주는 것으로, 도 8a는 도 3b에 도시된 참조부호 A, B, C 영역을 각각 나타나도록 촬상한 사진이고, 도 8b 및 8c는 B 영역과 C 영역을 촬상한 사진이며, 도 8d는 C 영역의 측단면을 촬상한 사진이다. 이때, 도 8b와 8c로부터 알 수 있는 바와 같이, B 영역과 C 영역에 동일한 패턴이 형성됨을 알 수 있다.8A to 8D illustrate experimental results of forming a 130 nm-sized polymer micropattern on a large-area substrate according to Example 3 of the present invention. FIG. 8A is a region A, B, or C shown in FIG. 3B. 8B and 8C are photographs photographing the B and C regions, and FIG. 8D is photographs photographing the side cross-sections of the C regions. At this time, as can be seen from Figure 8b and 8c, it can be seen that the same pattern is formed in the B region and the C region.
즉, 본 발명에 따르면, 도 8a 내지 8d에 도시된 실험 결과에 대한 사진으로부터 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 광 투과성의 플렉시블한 몰드를 이용하여 대면적 기판 상에 고분자 미세 패턴을 연속적으로 형성할 수 있음을 알 수 있었다.That is, according to the present invention, as can be clearly seen from the photographs of the experimental results shown in Figs. 8A to 8D, a polymer fine pattern can be continuously formed on a large-area substrate using a light-transmissive flexible mold. I could see that.
또한, 도 9a는 130㎚ 보다 작은 100㎚ 크기의 고분자 미세 패턴을 기판 상에 형성한 후에 촬상한 사진이며, 9b도는 기판 상에 형성한 고분자 미세 패턴을 확대하여 촬상한 사진이며, 이를 통해 본 발명의 발명자들은 100㎚ 크기의 미세 패턴 또한 기판 상에 쉽게 형성할 수 있음을 알 수 있었다.9A is a photograph taken after forming a polymer fine pattern having a size of 100 nm smaller than 130 nm on a substrate, and FIG. 9B is a photograph taken by enlarging a polymer fine pattern formed on a substrate. The inventors of the present invention have found that a fine pattern of 100 nm size can also be easily formed on a substrate.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 고분자 주형을 기판 상에 각인시켜 원하는 형상의 패턴을 형성하거나 혹은 원하는 형상을 가지고 있는 경도가 큰 주형을 물리적인 힘으로 가압하여 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 전술한 종래 방식과는 달리, 기판 상에 고분자 박막 물질을 형성하고, 광 투과성을 갖는 플렉시블한 박막형의 몰드를 기판 상에 저압으로 가압 접촉시키며, 몰드를 통해 적외선을 조사하여 고분자 박막 물질의 점도를 떨어뜨림으로서 고분자 박막 물질을 몰드 패턴 구조의 음각 부분으로 유도한 후 고분자 박막을 고형화시키는 방식으로 기판 상에 목표로 하는 고분자의 미세 패턴을 형성함으로써, 전술한 종래 방식에서 발생하는 미세 패턴의 표면 상태 변형이나 혹은 기판 손상 등의 문제를 확실하게 방지할 수 있을 뿐만 아니라 매우 빠른 속도로 간단하게 미세 패턴을 형성할 수 있다.As described above, according to the present invention, the above-described method of forming a fine pattern on a substrate by imprinting a polymer mold on a substrate to form a pattern of a desired shape or by pressing a large hardness mold having a desired shape with a physical force. Unlike one conventional method, a polymer thin film material is formed on a substrate, and a flexible thin film mold having light transmittance is contacted with pressure at low pressure on the substrate, and the viscosity of the polymer thin film material is decreased by irradiating infrared rays through the mold. Deformation of the surface state of the micropattern generated in the above-described conventional method by forming a micropattern of the target polymer on the substrate by inducing the polymer thin film material to the intaglio portion of the mold pattern structure by solidifying and then solidifying the polymer thin film. Not only prevents problems such as Fine patterns can be formed simply and at very high speeds.
또한, 본 발명은 기판 상에 형성된 고분자 미세 패턴을 이용하는 부가적 방법(박막 물질 성장 방법) 또는 감쇄적 방법(박막 물질 식각 방법)을 통해 기판 상에, 예를 들면 전도체, 절연체, 반도체, 유기물 등의 박막 패턴을 형성할 수도 있다.In addition, the present invention, for example, conductors, insulators, semiconductors, organic materials and the like on the substrate through an additional method (thin film material growth method) or attenuating method (thin film material etching method) using the polymer micro-pattern formed on the substrate It is also possible to form a thin film pattern.
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