CN103503114B - 具有纳米图案的透明衬底及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供了具有纳米图案的透明衬底及其制造方法，使得能够在所述透明衬底上容易地形成所述纳米图案，并且通过下述方式而具有适用于大型衬底的所述纳米图案：在透明衬底上形成由透明材料构成的树脂层；在所述树脂层上形成至少一个或多个单元图案部分，所述至少一个或多个单元图案部分由第一图案区域和第二图案区域以及在所述第一图案区域与所述第二图案区域之间形成的突出图案构成，在所述第一图案区域和所述第二图案区域中形成有多个网格图案；以及在所述突出图案上形成纳米级金属层。

Description

具有纳米图案的透明衬底及其制造方法
本申请要求在2011年12月19日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2011-0137217的优先权，其整体内容通过引用被包含在此。
技术领域
本发明涉及形成纳米图案的技术领域，并且更具体地涉及具有纳米图案的透明衬底。
背景技术
当制造半导体器件、字线时，必然需要实现各种精细图案，诸如数位线和接触等。已经普遍应用光刻技术来形成这些精细图案。
传统上广泛使用的接触光刻使得能够在宽区域上形成图案。然而，因为光的衍射的限制，有问题的是，可以形成的精细图案的间距受限(1～2μm)。
因此，为了解决该问题，开发了步进方法、扫描方法和全息光刻方法等。然而，这些方法需要复杂且繁复的设备，并且引发高的费用。而且，可以形成图案的区域受限，由此看来该等方法受到限制。也就是说，由于诸如设备限制或工艺特性的问题，传统的光刻方法在实施纳米级的精细图案方面基本上受到限制。更具体地，在使用传统光刻技术时，难以实现在大于8英寸的大区域上均匀形成的纳米级图案。
针对上述问题，提出了使用由金属材料构成的多孔模板来形成多孔金属薄膜(如在韩国公开专利公告No.2011-0024892所公开)，并且使用该多孔金属薄膜作为催化剂来形成纳米图案的方法。该方法在下述方面有问题：因为应当预先制备多孔模板，所以使用该方法不方便，并且因为使用了催化剂生长方法，所以仅可以在期望的区域形成纳米图案。而且，有问题的是，不能在透明衬底上形成纳米图案。
(现有技术参考文献)
(专利参考文献1)韩国公开专利公告No.10-2011-0024892
发明内容
技术问题
因此，本发明旨在解决现有技术中的上述问题。本发明的一个方面提供了一种具有纳米图案的透明衬底及其制造方法，其使得能够在透明衬底上容易地形成纳米图案，并且通过在透明衬底上形成由透明材料构成的树脂层来具有适用于大型衬底的纳米图案；在树脂层上形成由第一图案区域和第二图案区域以及在第一图案区域与第二图案区域之间形成的突出图案组成的至少一个或多个单元图案部分，在该第一图案区域和第二图案区域中形成有多个网格图案；并且，在突出图案上形成纳米级金属层。
对于问题的解决方案
根据本发明的一个方面，提供了一种制造具有纳米图案的透明衬底的方法，包括：在透明衬底上形成由透明材料构成的树脂层；在所述树脂层上形成第一图案区域和第二图案区域，在第一图案区域和第二图案区域中分别形成有多个网格图案，并形成由在所述第一图案区域和所述第二图案区域之间形成的突出图案构成的至少一个或多个单元图案部分；以及，在所述突出图案上形成纳米级金属层。
根据本发明的另一个方面，提供了根据本发明的一种具有纳米图案的透明衬底，包括：透明衬底；在所述透明衬底上形成并且由透明材料形成的树脂层；在所述树脂层上形成的至少一个或多个单元图案层；在所述单元图案层上形成的纳米级金属层，其中，所述单元图案层由下述部分构成：第一和第二图案区域，其中形成有多个网格图案，以及在所述第一图案区域和所述第二图案区域之间形成的突出图案，其中所述金属层被形成在所述突出图案上。
本发明的有益效果
根据本发明，有益的是，可以在透明衬底的宽区域上来均匀地形成纳米级网格图案。
而且，根据本发明，有益的是，也可以在透明衬底上均匀地形成纳米级金属层以及上述的网格图案，由此，使得能够以低成本来提供具有与ITO相同的导电率的透明衬底。
另外，在本发明中使用的主模是可循环使用的直到它被损坏为止，具有诸如原材料费用和生产成本的降低的经济优势。
附图说明
附图被包括来进一步理解本发明，并且被包含在本说明书中并且构成其一部分。附图图示了本发明的示例性实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1和图2是示出根据本发明的具有纳米图案的透明衬底的制造方法的顺序的流程图。
图3至图9是大体图示根据本发明的具有纳米图案的透明衬底的制造方法的过程的示例性视图。
具体实施方式
现在参考附图更全面地描述根据本发明的示例性实施例。然而，本发明的示例性实施例可以以许多不同的形式被体现，并且不应当被解释为限于在此阐述的实施例。而是，这些示例实施例被提供使得本发明是彻底和完整的，并且将向本领域内的技术人员全面地传达本发明的范围。而且，当确定关于公知的相关功能或配置的具体说明并非必需因而可以不被包括在本发明的主要点中时，则省略对应的描述。可以进一步明白，在此使用的术语应当被解释为具有与它们在本说明书的上下文中的含义一致的含义。对于执行类似功能和操作的元件，在说明书全文中，相似的标号指示相似的元件。
图1和图2是示出根据本发明的具有纳米图案的透明衬底的制造方法的顺序的流程图。
参见图1和图2，根据本发明的具有纳米图案的透明衬底的制造方法可以包括：在透明衬底上形成由透明材料构成的树脂层(S1)；在树脂层上形成至少一个或多个单元图案部分，该至少一个或多个单元图案部分由第一图案区域和第二图案区域以及在第一图案区域与第二图案区域之间形成的突出图案组成，在第一图案区域和第二图案区域中形成有多个网格图案(S3)；并且，在突出图案上形成纳米级金属层(S5)。
在步骤S1中使用的透明衬底的材料可以使用玻璃、石英、由透明材料构成的聚合物，例如公知的聚合物材料，诸如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PC(聚碳酸酯)、PI(聚酰亚胺)。除此之外，还可以使用各种柔性衬底。该材料不受限。
在制备好透明衬底之后，通过向透明衬底涂覆由透明材料构成的树脂来形成树脂层。此时，树脂层可以使用热固性聚合物或光固化聚合物。同时，为了改善在树脂层和透明衬底之间的结合能力，也可以通过下述方式形成树脂层：在涂覆树脂之前使用粘结剂来涂敷透明衬底，并且其后，向透明衬底涂覆树脂。
在步骤S1后，在树脂层上形成至少一个或多个单元图案部分，该至少一个或多个单元图案部分由第一和第二图案区域以及在第一图案区域与第二图案区域之间的突出图案组成，在该第一和第二图案区域中形成有多个网格图案(S3)。具体地说，可以如下所述的方式执行步骤S3。
首先，制造主模(S31)，该主模具有至少一个或多个单元模图案部分，该至少一个或多个单元模图案部分由第一模图案区域和第二模图案区域以及在第一模图案区域与第二模图案区域之间形成的内凹模图案组成，在第一模图案区域和第二模图案区域中分别形成有多个网格模图案。
首先，使用空间光刻工艺(space lithography process)在主模的原始材料上形成多个纳米级网格模图案，例如在韩国专利申请No.10-2010-0129255中所描述的“大面积的纳米级图案的制造方法”(a method of manufacturing a nanoscale pattern havinga large area)中所描述的那样。本发明的主模也可以通过以下方式来形成：形成内凹模图案以划分出第一模图案区域和第二模图案区域，然后再形成一个或多个单元模图案部分。此时，具体来说，内凹模图案的形成方法可以通过电子束光刻工艺来进行。但是，本发明不限于此。
同时，第一模图案区域或第二模图案区域的宽度可以形成在50至100nm的范围中。内凹模图案的宽度可以形成在200至1000nm的范围中。通过该方法生产的主模不是一次性用品，而是能够继续使用直到它被损坏为止。而且，主模可以继续在压印工艺中使用，具有诸如降低原材料费用和生产成本的经济优势。
然后，将在步骤S31中制造出的主模布置在树脂层的上部分中，并且，通过对树脂层进行加压的压印工艺来在树脂层上形成与一个或多个单元模图案部分相对应的一个或多个单元图案部分(S33)。在此，单元图案部分表示包括下述部分的结构：与第一模图案区域对应的第一图案区域；与第二模图案区域对应的第二图案区域；以及，与内凹模图案对应的突出图案单元。在第一图案区域和第二图案区域中设置了与多个网格模图案对应的多个网格图案。
执行将树脂层硬化的工艺(S35)。此时，在其中树脂层由热固性聚合物构成的情况下，通过向树脂层施加热量来将树脂层硬化。在其中树脂层是光固化聚合物的情况下，通过向树脂层辐射紫外线来将树脂层硬化。其后，可以通过将主模从树脂层脱离来进行本发明的步骤S3(S37)。
然后，在步骤S5中，在树脂层的突出图案上形成纳米级金属层。
更具体地，首先将金属沉积在网格图案和突出图案上。此时，沉积的金属可以使用Al、Cr、Ag、Cu、Ni、Co和Mo中的任何一种或其合金。然而，本发明不应当限于此。除此之外，还可以根据需要适当地使用其他金属。而且，金属的沉积方法可以使用溅镀方法、化学气相沉积方法和蒸镀方法中的至少一种方法。然而，这仅是一个实例。除了这些方法之外，还可以使用已经开发和商业化的或者是可以根据未来的技术发展来实施的所有沉积方法。
同时，可以将沉积金属的高度形成为超过网格图案的间距值，并且可以在每个网格图案和突出图案上均匀地沉积金属。这样做是为了在后来的蚀刻工艺中容易地去除形成在网格图案上的金属。
在沉积完金属之后，对于该金属执行湿蚀刻工艺，因此在金属的暴露的三侧处执行等向性蚀刻。因此，在网格图案上沉积的金属被蚀刻掉，或者说，结合到网格图案的部分被剥落，结果，在网格图案上沉积的金属被去除，但是在突出图案上的金属被保留，从而形成金属层。在网格图案上沉积的金属被去除但是在突出图案上的金属却保留从而形成金属层的原因在于，在网格图案上沉积的金属与在湿蚀刻工艺期间所用的蚀刻溶液之间的接触面积相对来说要大于在突出图案上沉积的金属与蚀刻溶液之间的接触面积。因此，可以制造出具有本发明的纳米图案即包括纳米图案和纳米级金属层的透明衬底。
根据本发明，当使用湿蚀刻工艺时，即使在室温下也可以进行该工艺，并且当可以单独地执行主模的制造工艺时，能够实现工艺的灵活可变。而且，主模可以一直被使用直至遭到损坏为止，从而降低原材料的费用和生产成本。
而且，根据本发明，可以在透明衬底的宽区域上均匀地实现纳米图案，并且也可以在透明衬底上均匀地形成纳米级金属层。因此，有益的是，可以以低成本提供具有与ITO相等的导电率的透明衬底，并且可以产生作为ITO替代品出现的Ag网格的纳米级图案。因此，可以在诸如触摸板、液晶装置和太阳能电池等的不同领域中利用本发明。
图3至图9是大体图示根据本发明的具有纳米图案的透明衬底的制造工艺的过程的示例性视图。
参见图3至图9，如图3中所示，制造出在上部形成多个纳米级网格模图案11的结构10a。此时，可以使用空间光刻工艺来作为形成网格模图案11的方法。这与关于图2进行的解释和描述相同。
其后，如图4和图5所示，通过经由电子束光刻工艺来图案化出在图3中所示的结构10a来制造出具有至少一个或多个单元模图案部分10b的主模10。此时，单元模图案部分10b由第一模图案区域13、第二模图案区域17以及在第一模图案区域13和第二模图案区域17之间形成的内凹模图案15构成。第一模图案区域13和第二模图案区域17具有多个网格模图案11。
在此，内凹模图案15的宽度(B)被形成为比第一模图案区域13的宽度(A)或第二模图案区域17的宽度(C)更宽。更具体地，内凹模图案15的宽度(B)可以形成在200至1000nm的范围中。第一模图案区域13的宽度(A)或第二模图案区域17的宽度(C)可以形成在50至100nm的范围中。然而，本发明不限于此。而且，可以将内凹模图案15的凹陷深度形成为比网格模图案11的高度更深。
然后，如图6中所示，进行压印工艺，使用主模(图5中的10)来对形成在透明衬底20上的树脂层39进行加压，在该主模中形成有一个或多个单元模图案部分10b。关于透明衬底20和树脂层30的详细说明与在图1和图2的说明中所述者相同，并且因此被省略。在施加光固化工艺或热固化工艺之后主模(图5中的10)从树脂层30脱离，如图7中所示，使得可以在树脂层30上形成与单元模图案部分(图5和图6中的10b)对应的一个或多个单元图案部分30b。在此，单元图案部分30b由第一图案区域33、第二图案区域37以及在第一图案区域33和第二图案区域37之间形成的突出图案35构成。第一图案区域33和第二图案区域37具有多个网格图案31。
在此，可以将突出图案35的宽度(E)形成为比第一图案区域的宽度(D)或第二图案区域37的宽度(F)更宽。更具体地，突出图案35的宽度(E)可以形成在200至1000nm的范围中。第一图案区域33的宽度(D)或第二图案区域37的宽度(F)可以形成在50至100nm的范围中。然而，本发明不限于此。而且，将突出图案35的高度形成为大于网格图案31的高度。
然后，将金属沉积在网格图案31和突出图案35上，并且通过湿蚀刻工艺来去除被沉积在网格图案31上的金属，使得可以在突出图案35上形成纳米级金属层40，如图8中所示。因此，可以获得如图9中所示的具有纳米图案的大面积透明衬底。
如上所述，在本发明的详细说明中，已经描述了本发明的详细示例性实施例，应当显而易见，技术人员可以在不偏离本发明的精神和范围的前提下进行修改和改变。因此，应当明白，上述内容用于说明本发明，不应被理解为受限于所公开的特定实施例，并且对于所公开的实施例以及其他实施例的修改意欲被包括在所附的权利要求书及其等同内容的范围内。

Claims (8)

1.一种图案衬底，包括：
衬底；
形成在所述衬底上的一个或多个单元图案，
其中，每个所述单元图案由两个窄图案和形成在所述两个窄图案之间的一个宽图案组成，
其中，金属层设置在所述宽图案上而不设置在所述窄图案上，
其中，所述窄图案形成有多个网格图案，所述窄图案比所述宽图案要窄，
其中，所述宽图案为突出图案，
其中，所述图案衬底进一步包括位于所述窄图案或所述宽图案与所述衬底之间的透明层，
其中，所述金属层的高度大于所述网格图案之间的间距。
2.根据权利要求1所述的图案衬底，其中所述衬底是玻璃。
3.根据权利要求1所述的图案衬底，其中所述金属层包括Al、Cr、Ag、Cu、Ni、Co、Mo的任何一种或其合金。
4.根据权利要求1所述的图案衬底，其中所述窄图案的高度小于所述宽图案的高度。
5.根据权利要求1所述的图案衬底，其中所述窄图案或所述宽图案与所述透明层一体形成，或者被形成在所述透明层上。
6.根据权利要求5所述的图案衬底，其中所述透明层为由透明材料构成的树脂层。
7.根据权利要求6所述的图案衬底，其中所述透明层包括热固性聚合物或光固化聚合物。
8.一种包括图案衬底的触摸板，所述触摸板包括权利要求1所述的图案衬底。
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