JP2015503244A - 導電性および光透過性層及びその製造方法 - Google Patents

導電性および光透過性層及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、ナノパターンの形成に関し、より具体的にはナノパターンを備えた透明基板及びその製造方法に関する。【解決手段】本発明は、透明基板上に透明な材質のレジン層を形成し、前記レジン層上に複数の格子パターンが形成された第１のパターン領域及び第２のパターン領域と、前記第１のパターン領域及び前記第２のパターン領域の間に形成された突出パターンからなる単位パターン部を少なくとも一つ以上形成し、前記突出パターン上にナノスケールの金属層を形成することにより、容易に透明基板上にナノパターンを形成することができ、大面積の基板に適用可能なナノパターンを備えた透明基板及びその製造方法を提供することを目的とする。【選択図】図１

Description

本出願は、韓国特許庁に、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる２０１１年１２月１９日に出願された韓国特許出願第１０−２０１１−０１３７２１７号の優先権を主張する。
本発明は、ナノパターンの形成技術に関し、より具体的にはナノパターンを備えた透明基板に関する。
半導体装置の製造において、ワードライン、ディジットライン(ｄｉｇｉｔ ｌｉｎｅ)、コンタクトなど多数の微細パターンの形成が不可欠であり、このような微細パターンの形成には通常リソグラフィ技術が適用されてきた。
一般的に広く用いられてきたコンタクトリソグラフィ法は、広い面積にわたってパターンを形成することが可能であるが、光の回折の限界によって形成可能な微細パターンのピッチに制限(１〜２μｍ)があった。
これにより、上述した問題を解決するために、ステッパー、スキャナー、ホログラフィックリソグラフィ(Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ)などの方法が開発されたが、これらの方法は複雑で精巧な装備と非常に高いコストがかかり、パターンの形成面積が制限されるという点で限界が存在した。即ち、既存のリソグラフィ法は、装備の限界や工程特性の問題によりナノメートルスケールの微細パターンを形成することに根本的な限界があり、より具体的には、従来のこのようなリソグラフィ技術では８インチ以上の大面積にわたって均一に形成されるナノメートルスケールのパターンを形成し難いという問題がある。
上述した問題を解決するために、特許文献１には、金属材質の多孔性テンプレートを利用して多孔性金属薄膜を形成し、これを触媒として用いてナノパターンを形成する方法が開示されているが、これは多孔質テンプレートを先に準備しなければならないという不便さ、及び、触媒成長法を用いることにより所望の部位にナノパターンを形成できないという問題があり、又、透明基板上にナノパターンを形成できないという問題点があった。
韓国特開第２０１１-００２４８９２号公報
本発明は、上述した従来の問題点を解決するためになされたものであって、透明基板上に透明な材質のレジン層を形成し、前記レジン層上に複数の格子パターンが形成された第１のパターン領域及び第２のパターン領域と、前記第１のパターン領域及び前記第２のパターン領域の間に形成された突出パターンからなる単位パターン部を少なくとも一つ以上形成し、前記突出パターン上にナノスケールの金属層を形成することにより、容易に透明基板上にナノパターンを形成することができ、大面積の基板に適用可能なナノパターンを備えた透明基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するための本発明のナノパターンを備えた透明基板の製造方法は、透明基板上に透明な材質のレジン層を形成し、前記レジン層上に複数の格子パターンが形成された第１のパターン領域及び第２のパターン領域と、前記第１のパターン領域及び前記第２のパターン領域の間に形成された突出パターンからなる単位パターン部を少なくとも一つ以上形成し、前記突出パターン上にナノスケールの金属層を形成することを含んでなる。
又、上述した課題を解決するための本発明のナノパターンを備えた透明基板は、透明基板と、前記透明基板上に形成され、透明材質からなるレジン層と、前記レジン層上に少なくとも一つ以上形成される単位パターン部と、前記単位パターン部上に形成されたナノスケールの金属層とを含み、前記単位パターン部は、複数の格子パターンが形成された第１のパターン領域及び第２のパターン領域と、前記第１のパターン領域及び前記第２のパターン領域の間に形成された突出パターンからなり、前記金属層は前記突出パターン上に形成することができる。
本発明によると、ナノスケールの格子パターンを透明基板の広い領域にわたって均一に形成できる効果がある。
なお、本発明によると、透明基板上に上述した格子パターンだけでなく、ナノスケールの金属層も均一に形成でき、低コストでＩＴＯと同等の電気伝導性を有する透明基板を提供できる効果もある。
さらに、本発明に使用されるマスターモールドは破損しない限りリサイクルが可能であるので、原材料費及び製造コストを低減できるという経済的利点も実現できる。
本発明によるナノパターンを備えた透明基板の製造方法の手順を示すフローチャートである。 本発明によるナノパターンを備えた透明基板の製造方法の手順を示すフローチャートである。 本発明によるナノパターンを備えた透明基板の製造工程を概略的に示す工程例示図である。 本発明によるナノパターンを備えた透明基板の製造工程を概略的に示す工程例示図である。 本発明によるナノパターンを備えた透明基板の製造工程を概略的に示す工程例示図である。 本発明によるナノパターンを備えた透明基板の製造工程を概略的に示す工程例示図である。 本発明によるナノパターンを備えた透明基板の製造工程を概略的に示す工程例示図である。 本発明によるナノパターンを備えた透明基板の製造工程を概略的に示す工程例示図である。 本発明によるナノパターンを備えた透明基板の製造工程を概略的に示す工程例示図である。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施例について説明する。但し、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。本明細書に亘って同じ構成要素に対しては同じ符号を付し、これについての重複説明は省略する。
図１及び図２は、本発明によるナノパターンを備えた透明基板の製造方法の手順を示すフローチャートである。
図１及び図２を参照すると、本発明によるナノパターンを備えた透明基板の製造方法は、透明基板上に透明材質のレジン層を形成し(Ｓ１)、複数の格子パターンが形成された第１のパターン領域及び第２のパターン領域と、前記第１のパターン領域及び前記第２のパターン領域の間に形成された突出パターンからなる単位パターン部をレジン層上に少なくとも一つ以上形成し(Ｓ３)、突出パターン上にナノスケールの金属層を形成する(Ｓ５)ことを含んでなる。
ステップＳ１に使用される透明基板の材質としては、ガラス、石英、透明材料の高分子、例えば、ＰＥＴ(ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ)、ＰＣ(ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ)、ＰＩ(ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ)のような公知の高分子物質が用いられ、これ以外にも様々なフレキシブル(ｆｌｅｘｉｂｌｅ)基板を用いることができ、その材質に制限はない。
このような透明基板を準備した後、透明基板上に透明材質のレジンを塗布してレジン層を形成する。この時、使用されるレジンとして熱硬化性ポリマー又は光硬化性ポリマーが挙げられる。一方、レジン層と透明基板との密着性を向上させるために、レジンを塗布する前に透明基板上に粘着剤（Ａｄｈｅｓｉｖｅ）をコーティングした後、レジンを塗布してレジン層を形成することも可能である。
ステップＳ１の後、複数の格子パターンが形成された第１のパターン領域及び第２のパターン領域と、前記第１のパターン領域及び前記第２のパターン領域の間に形成された突出パターンからなる単位パターン部をレジン層上に少なくとも一つ以上形成し(Ｓ３)、具体的にステップＳ３は次のように行われる。
先ず、複数の格子モールドパターンが形成された第１のモールドパターン領域及び第２のモールドパターン領域と、第１のモールドパターン領域及び前記第２のモールドパターン領域の間に形成された凹モールドパターンからなる単位モールドパターン部を少なくとも一つ以上備えるマスターモールドを製造する(Ｓ３１)。
スペースリソグラフィ工程、例えば、特許文献２に記載された「大面積のナノスケールのパターン形成方法」を用いてマスターモールドの元の素材上にナノスケールを有する複数の格子モールドパターンを形成する。そして、凹モールドパターンを形成して第１のモールドパターン領域及び第２のモールドパターン領域を区画して一つ以上の単位モールドパターン部を形成することにより、本発明のマスターモールドを製造することができる。この時、凹モールドパターンの形成方法は、具体的に、電子ビームリソグラフィ(Ｅ-ｂｅａｍ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ)工程で行われるが、これに限定されるものではない。
一方、第１のモールドパターン領域又は第２のモールドパターン領域の幅は、５０〜１００ナノメートルの範囲で形成され、凹モールドパターンの幅は、２００〜１,０００ナノメートルの範囲で形成される。このような方法で製造されたマスターモールドは、使い捨てとして使用されず、破損しない限りインプリント工程に継続して使用可能であるので、原材料費及び製造コストを低減できるという経済的利点を実現することができる。
その後、ステップＳ３１で製造したマスターモールドをレジン層の上部に整列し、レジン層を加圧するインプリント工程を経てレジン層上に一つ以上の単位モールドパターン部と対応する一つ以上の単位パターン部を形成する(Ｓ３３)。ここで、単位パターン部は、第１のモールドパターン領域に対応する第１のパターン領域、第２のモールドパターン領域に対応する第２のパターン領域及び凹モールドパターンに対応する突出パターン部を含む構造を意味し、第１のパターン領域及び第２のパターン領域には、複数の格子モールドパターンに対応する複数の格子パターンが備えられる。
そしてレジン層を硬化する過程を経るが(Ｓ３５)、この時、レジン層が熱硬化性ポリマーからなる場合は、熱を加えることによりレジン層を硬化し、レジン層が光硬化性ポリマーからなる場合には、紫外線(Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ)照射過程を経てレジン層を硬化することになる。その後、マスターモールドをレジン層から離型させることで(Ｓ３７)、本発明のステップＳ３を行うことができる。
その後、ステップＳ５では、レジン層の突出パターン上にナノスケールの金属層を形成する。
より具体的には、先ず、格子パターン及び突出パターン上に金属を蒸着する。この時、蒸着される金属としては、アルミニウム(Ａｌ)、クロム(Ｃｒ)、銀(Ａｇ)、銅(Ｃｕ)、ニッケル(Ｎｉ)、コバルト(Ｃｏ)、モリブデン(Ｍｏ)のうちいずれか又はこれらの合金を用いることができるが、これらに限定されるのではなく、これ以外の金属も必要に応じて適宜用いることができる。又、金属の蒸着方法として、スパッタリング法、化学気相蒸着法は、蒸発法のうち少なくともいずれかの方法を用いることができるが、これは一例に過ぎず、これ以外にも現在開発されて市販されているか、今後の技術発展に伴って実現可能な全ての蒸着法を用いることができる。
一方、金属の蒸着高さは、具体的に格子パターンのピッチ値以上であり、各格子パターン及び突出パターン上に均一に蒸着されることが望ましい。これは、その後のエッチング過程で格子パターン上に形成された金属が容易に除去されるようにするためである。
金属を蒸着した後、湿式エッチング工程を経ると、金属の露出された３面で等方性エッチングが行われ、格子パターン上に蒸着された金属は全てエッチングされるか、格子パターンと付着された部分で剥離が起こり、その結果、格子パターン上に蒸着された金属は除去され、突出パターン上に金属が残り、ナノスケールの金属層を形成するようになる。格子パターン上に蒸着される金属が全て除去され、突出パターン上に金属が残存して金属層を形成する理由は、格子パターン上に蒸着された金属と湿式エッチング工程で使用されるエッチング液間の接触面積が、突出パターン上に蒸着された金属に比べて大きいためである。これにより、ナノパターン及びナノスケールの金属層を含む、本発明のナノパターンを備えた透明基板を製造することが可能になる。
本発明によると、湿式エッチング工程を用いることにより、高温の環境ではない、常温の環境下でも工程を進めることが可能であるという利点を有するようになり、マスターモールドの製造工程を別途に進めることが可能であることから、工程の柔軟性を確保でき、マスターモールドが破損するまで使用可能であることから、製造コストを低減できるという利点を有するようになる。
なお、本発明によると、ナノパターンを透明基板の広い領域にわたって均一に形成できる効果及び透明基板上にナノスケールの金属層も均一に形成できるようになり、低コストでＩＴＯと同等の電気伝導性を有する透明基板を提供できる効果及びＩＴＯの代替物として注目を浴びているＡｇ メッシュ（ｍｅｓｈ）をナノスケールのパターンに製作できる効果も得られ、タッチパネル、液晶表示装置、太陽電池などの分野に活用できる利点がある。
図３〜図９は、本発明によるナノパターンを備えた透明基板の製造工程を概略的に示す工程例示図である。
図３〜図９を参照すると、先ず、図３に示すように、上部にナノスケールを有する複数の格子モールドパターン１１が形成された構造物１０ａを製造する。この時、格子モールドパターン１１の形成方法としてスペースリソグラフィ工程を用いることができるのは、図２の説明で上述した通りである。
その後、図３に示された構造物１０ａに電子ビームリソグラフィのような工程を経てパターニングを行うことにより、図４及び図５に示すように、単位モールドパターン部１０ｂを少なくとも一つ以上備えたマスターモールド１０を製造する。この時、単位モールドパターン部１０ｂは、第１のモールドパターン領域１３、第２のモールドパターン領域１７及び第１のモールドパターン領域１３と第２のモールドパターン領域１７の間に形成された凹モールドパターン１５からなり、第１のモールドパターン領域１３及び第２のモールドパターン領域１７は、複数の格子モールドパターン１１を備えることになる。
ここで、凹モールドパターン１５の幅Ｂは、第１のモールドパターン領域１３の幅Ａ又は第２のモールドパターン領域１７の幅Ｃよりも広く形成され、より具体的に凹モールドパターン１５の幅Ｂは、２００〜１,０００ナノメートルの範囲内で、第１のモールドパターン領域１３の幅Ａ又は第２のモールドパターン領域１７の幅Ｃは、５０ 〜１００ナノメートルの範囲内で形成することが可能であるが、これらに限定されない。又、凹モールドパターン１５の凹みの深さは、格子モールドパターン１１の高さ以上に形成することが可能である。
その後、図６に示すように、透明基板２０上に形成されたレジン層３０を、単位モールドパターン部１０ｂが一つ以上形成されたマスターモールド(図５の１０)で加圧するインプリント工程を行う。透明基板２０及びレジン層３０についての具体的な説明は、図１及び図２の説明で上述した通りであるので省略する。そして、光硬化工程又は熱硬化工程を経た後、マスターモールド(図５の１０)をレジン層３０から離型させると、図７に示すように、レジン層３０上に単位モールドパターン部(図５及び図６の１０ｂ)と対応する単位パターン部３０ｂを一つ以上形成することが可能である。ここで、単位パターン部３０ｂは、第１のパターン領域３３、第２のパターン領域３７及び第１のパターン領域３３と第２のパターン領域３７の間に形成された突出パターン３５からなり、第１のパターン領域３３及び第２のパターン領域３７は、複数の格子パターン３１を備えることになる。
ここで、突出パターン３５の幅Ｅは、第１のパターン領域３３の幅Ｄ又は第２のパターン領域３７の幅Ｆよりも広く形成され、より具体的に突出パターン３５の幅Ｅは、２００〜１,０００ナノメートルの範囲内で、第１のパターン領域３３の幅Ｄ又は第２のパターン領域３７の幅Ｆは、５０〜１００ナノメートルの範囲内で形成できるが、これらに限定されない。又、突出パターン３５の高さは、格子パターン３１の高さ以上に形成される。
その後、格子パターン３１及び突出パターン３５上に金属を蒸着し、湿式エッチング工程を経て格子パターン３１上に蒸着された金属を除去すると、図８に示すように、突出パターン３５上にのみナノスケールを有する金属層４０を形成でき、図９に示すような大面積を有する、ナノパターンを備えた透明基板を得ることができる。
１０ マスターモールド
１０ｂ 単位モールドパターン部
１１ 格子モールドパターン
１３ 第１のモールドパターン領域
１５ 凹モールドパターン
１７ 第２のモールドパターン領域
２０ 透明基板
３０ レジン層
３０ｂ 単位パターン部
３１ 格子パターン
３３ 第１のパターン領域
３５ 突出パターン
３７ 第２のパターン領域
４０ 金属層
上述した課題を解決するための本発明の導電性および光透過性層の製造方法は、透明基板上に透明な材質のレジン層を形成し、前記レジン層上に複数の格子パターンが形成された第１のパターン領域及び第２のパターン領域と、前記第１のパターン領域及び前記第２のパターン領域の間に形成された突出パターンからなる単位パターン部を少なくとも一つ以上形成し、前記突出パターン上にナノスケールの金属層を形成することを含んでなる。
又、上述した課題を解決するための本発明の装置用導電性および光透過性層は、透明基板と、前記透明基板上に形成され、互いに対向する第１の表面および第２の表面を有する透明層と、前記透明層の第２の表面に形成される第１のパターン領域及び第２のパターン領域と、前記第１のパターン領域及び前記第２のパターン領域の間に形成されるように前記第２の表面から延びる第１の突出部と、前記第１の突出部の上に形成される金属層とを含む。ここで、前記第１の表面は、前記透明基板と向き合い、前記第１及び第２のパターン領域のパターンは、複数の凹部によって形成され、前記第１の突出部は、前記第１のパターン領域及び前記第２のパターン領域とは異なる高さを有し、前記第１の突出部の高さは、前記第１の表面から前記第２の表面までの距離である導電性及び光透過性層。

Claims (20)

  1. 透明基板上に透明な材質のレジン層を形成し、前記レジン層上に複数の格子パターンが形成された第１のパターン領域及び第２のパターン領域と、前記第１のパターン領域及び前記第２のパターン領域の間に形成された突出パターンからなる単位パターン部を少なくとも一つ以上形成し、前記突出パターン上にナノスケールの金属層を形成するナノパターンを備えた透明基板の製造方法。
  2. 前記突出パターンの高さは、前記格子パターンの高さ以上に形成される請求項１に記載のナノパターンを備えた透明基板の製造方法。
  3. 前記突出パターンの幅は、前記第１のパターン領域及び第２のパターン領域の幅以上に形成される請求項１に記載のナノパターンを備えた透明基板の製造方法。
  4. 前記単位モールドパターン部を少なくとも一つ以上形成することは、
    複数の格子モールドパターンが形成された第１のモールドパターン領域及び第２のモールドパターン領域と、前記第１のモールドパターン領域及び前記第２のモールドパターン領域の間に形成された凹モールドパターンからなる単位モールドパターン部を少なくとも一つ以上備えるマスターモールドを製造し、
    インプリント工程を経て前記レジン層の上に前記マスターモールドに形成された単位モールドパターン部と対応する前記単位パターン部を形成し、前記レジン層を硬化し、
    前記マスターモールドを前記透明基板から離型させることを含んでなる請求項１に記載のナノパターンを備えた透明基板の製造方法。
  5. 前記第１のモールドパターン領域又は前記第２のモールドパターン領域のパターンの幅は、５０〜１００ｎｍである請求項４に記載のナノパターンを備えた透明基板の製造方法。
  6. 前記凹モールドパターンの形成は、スペースリソグラフィ工程で行われる請求項４に記載のナノパターンを備えた透明基板の製造方法。
  7. 前記凹モールドパターンの形成は、電子ビームリソグラフィ(Ｅ-ｂｅａｍ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ)工程で行われる請求項４に記載のナノパターンを備えた透明基板の製造方法。
  8. 前記凹モールドパターンの幅は２００〜１０００ｎｍである請求項４に記載のナノパターンを備えた透明基板の製造方法。
  9. 前記金属層を形成することは、前記凹パターン及び前記突出パターン上に金属を蒸着し、湿式エッチング工程を経て前記格子パターン上に蒸着された金属を除去することを含んでなる請求項１に記載のナノパターンを備えた透明基板の製造方法。
  10. 前記金属層の蒸着高さは、前記凹パターンのピッチ値以上である請求項９に記載のナノパターンを備えた透明基板の製造方法。
  11. 前記金属層の蒸着は、スパッタリング法、化学気相蒸着法、蒸発法のうち少なくともいずれかの方法で行われる請求項９に記載のナノパターンを備えた透明基板の製造方法。
  12. 前記金属層は、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）およびモリブデン（Ｍｏ）のうちいずれか、またはこれらの合金を含む請求項９に記載のナノパターンを備えた透明基板の製造方法。
  13. 前記レジン層は、熱硬化性ポリマーまたは光硬化性ポリマーを含んでなる請求項１に記載のナノパターンを備えた透明基板の製造方法。
  14. 透明基板と、前記透明基板上に形成され、透明材質からなるレジン層と、前記レジン層上に少なくとも一つ以上形成される単位パターン層と、前記単位パターン層上に形成されたナノスケールの金属層とを含み、前記単位パターン部は、複数の格子パターンが形成された第１のパターン領域及び第２のパターン領域と、前記第１のパターン領域及び前記第２のパターン領域の間に形成された突出パターンからなり、前記金属層は前記突出パターン上に形成するナノパターンを備えた透明基板。
  15. 前記突出パターンの高さは、前記格子パターンの高さ以上に形成される請求項１４に記載のナノパターンを備えた透明基板。
  16. 前記突出パターンの幅は、前記第１のパターン領域及び前記第２のパターン領域の幅以上に形成される請求項１４に記載のナノパターンを備えた透明基板。
  17. 前記第１のパターン領域又は前記第２のパターン領域のパターンの幅は、５０〜１００ｎｍの範囲で形成される請求項１４に記載のナノパターンを備えた透明基板。
  18. 前記突出パターンの幅は、２００〜１０００ｎｍの範囲で形成される請求項１４に記載のナノパターンを備えた透明基板。
  19. 前記金属層は、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）およびモリブデン（Ｍｏ）のうちいずれか一つまたはそれらの合金を含む請求項１４に記載のナノパターンを備えた透明基板。
  20. 前記レジン層は、熱硬化性ポリマーまたは光硬化性ポリマーからなる請求項１４に記載のナノパターンを備えた透明基板。
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