KR100488049B1 - nano imprint fabrication method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 몰드를 이용한 성형물 제조 공정에 있어서, 다이아몬드상 카본 필름을 나노 임프린트 공정에 필요한 몰드를 제조하는 데 이용하기 위한 나노 임프린트 제조 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD This invention relates to the manufacturing method of the nanoimprint for using a diamond-like carbon film to manufacture the mold required for a nanoimprint process in the molding manufacturing process using a mold.
요약하여 설명하면, 본 발명에 따른 나노 임프린트 제조 방법은 원하는 패턴이 형성되는 몰드를 제작하는 단계와; 상기 몰드에 형성되어 있는 패턴상에 다이아몬드상 카본 필름을 증착하는 단계와; 상기 다이아몬드상 카본 필름이 증착된 몰드에 폴리머를 도포하는 단계;를 포함하여 이루어진다.In summary, the nanoimprint manufacturing method according to the present invention includes the steps of fabricating a mold in which a desired pattern is formed; Depositing a diamond-like carbon film on a pattern formed in the mold; And applying a polymer to a mold in which the diamond-like carbon film is deposited.
상기 나노 임프린트 제조 방법을 이용하여 폴리머 미세 패턴을 성형하면 미세 패턴이 형성되어 있는 몰드 기판과 상기 미세 패턴이 인쇄될 고분자 물질 사이의 계면에서의 접착 현상을 방지하여 성형된 폴리머를 몰드로부터 손상 없이 분리해 폴리머 미세 패턴의 품질을 높일 수 있고 상기 다이아몬드상 카본 필름의 내마모성이 좋기 때문에 몰드의 손상 없이 장기간 반복해서 사용이 가능한 장점이 있다.Molding the polymer micropattern using the nanoimprint manufacturing method prevents adhesion at the interface between the mold substrate on which the micropattern is formed and the polymer material to be printed, thereby separating the molded polymer from the mold without damage. Since the quality of the polymer fine pattern can be improved and the diamond carbon film has good abrasion resistance, it can be used repeatedly for a long time without damaging the mold.
Description
본 발명은 몰드를 이용한 성형물 제조 공정에 있어서, 다이아몬드상 카본 필름을 나노 임프린트 공정에 필요한 몰드를 제조하는 데 이용하기 위한 나노 임프린트 제조 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD This invention relates to the manufacturing method of the nanoimprint for using a diamond-like carbon film to manufacture the mold required for a nanoimprint process in the molding manufacturing process using a mold.
일반적으로 임프린트(imprint) 방법은 폴리머(polymer) 물질의 가공에 아주 오래 전부터 사용되어 온 기술중의 하나이다.In general, the imprint method is one of the technologies that have been used for a long time for processing polymer materials.
이 방법은 먼저 원하는 형상의 몰드를 금속 재질로 제작한 후, 주 몰드 내부로 폴리머 물질을 도포하여 패턴을 형성하는 기술이다.This method is a technique of first forming a mold of a desired shape with a metal material, and then applying a polymer material into the main mold to form a pattern.
이 때, 폴리머 물질은 압력을 가해주는 방법에 의해 몰드 내부로 충진되어야 하므로 유동성을 가져야 한다. At this time, the polymer material must be fluidized because it must be filled into the mold by applying pressure.
원하는 패턴을 형성하기 위하여 상기 몰드 내부로 폴리머 물질을 충진하고 난 후에는 적절한 시간 혹은 적절한 온도를 가하여 폴리머의 유동성을 제거하여 고형화 시킨 후 상기 고형화된 폴리머 물질을 몰드로부터 분해하면 상기 몰드의 형상을 가지는 고체상의 폴리머 성형물이 만들어진다.After filling the polymer material into the mold in order to form a desired pattern, the fluidity of the polymer is removed and solidified by applying an appropriate time or an appropriate temperature to decompose the solidified polymer material from the mold. Solid polymer moldings are made.
상기와 같은 경우 상기 폴리머 물질이 상기 몰드의 내부 벽면과 접촉하게 되고 몰드 내부 벽 표면에 폴리머 물질이 달라 붙어 공정이 끝난 후에도 쉽게 분리되지 않는다.In such a case, the polymer material comes into contact with the inner wall surface of the mold and the polymer material sticks to the mold inner wall surface so that the polymer material is not easily separated even after the process is completed.
최근에는 트랜지스터가 발명되고 수십년 간 눈부신 발전을 거듭한 전자 전기 기술은 21세기 고도 정보 통신 사회의 구현에 발 맞추기 위하여 더 많은 용량의 정보 저장, 더 빠른 정보 처리와 전송, 더 간편한 정보 통신망의 구축을 위해 빠르게 발전해가고 있다.In recent years, transistors have been invented and decades of remarkable advances have been made in electronic and electrical technologies to accommodate more capacity, faster information processing and transmission, and simpler information networks to keep pace with the 21st century. It is developing rapidly for.
특히, 주어진 정보 전송 속도의 유한성이라는 조건 하에서, 이러한 요구 조건을 충족시킬 수 있는 한 방법으로서 원자/분자 레벨의 구조 제작, 조작/제어를 통해 그 구성 소자들을 가능한 더욱 작게하여 새로운 기능성을 부여하는 것이 제안되고 있다.In particular, under the condition of the finiteness of a given information transmission rate, one way to meet these requirements is to make the components as small as possible and give new functionality through atomic / molecular level structure fabrication, manipulation and control. It is proposed.
따라서, 이러한 레벨의 소자를 제작할 수 있는 미세 구조 제작 방법(microfabrication)은 현대 과학과 기술에서 중요한 위치를 차지하고 있다.Thus, microfabrication, which is capable of fabricating devices at this level, occupies an important place in modern science and technology.
지금까지 가장 널리 사용되고 있는 미세 구조 제작 기술 중의 하나는 포토리소그래피(photolithography)으로써, 포토레지스트 박막이 입혀진 기판 위에 패턴을 형성시키는 방법이다.One of the most widely used microstructure fabrication techniques to date is photolithography, a method of forming a pattern on a substrate coated with a photoresist thin film.
이때 형성되는 패턴의 크기는 광학적 회절 현상에 의해 제한을 받게 되며, 분해능은 거의 사용 광선의 파장에 비례한다.At this time, the size of the pattern is limited by the optical diffraction phenomenon, the resolution is almost proportional to the wavelength of the light used.
따라서, 반도체 소자의 집적도가 높아질수록 미세 패턴을 형성하기 위해 파장이 짧은 노광 기술이 요구된다.Therefore, as the degree of integration of semiconductor devices increases, shorter wavelength exposure techniques are required to form fine patterns.
그런데, 반도체 소자의 집적도가 커짐에 따라 광학적 방법에 의한 포토레지스트 패턴 형성 방법은 다음과 같은 문제점이 발생된다.However, as the degree of integration of semiconductor devices increases, the following problems arise in the method of forming a photoresist pattern by an optical method.
우선, 빛을 사용하여 포토레지스트를 패터닝하므로 빛에 의한 간섭효과의 영향으로 포토레지스트 패턴 자체 또는 패턴 사이에서 물리적인 형태가 달라지게 된다.First, since the photoresist is patterned using light, the physical shape of the photoresist pattern itself or between the patterns is changed due to the influence of interference caused by light.
여기서, 주로 문제가 되는 것은 포토레지스트 패턴의 CD(critical dimension)의 불균일한 변화이다. 포토레지스트 패턴의 CD가 전체적으로 균일하지 않고 하부막의 영역에 따라 달라지게 되면, 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 패터닝되어 형성되는 물질층 패턴도 처음에 원하던 형태와는 다른 형태로 형성된다.The main problem here is a nonuniform change in the CD (critical dimension) of the photoresist pattern. When the CD of the photoresist pattern is not uniform as a whole and varies depending on the region of the lower layer, the material layer pattern formed by patterning the photoresist pattern as a mask is also formed in a different form from that originally desired.
또 다른 문제점은, 공정중에 발생하는 불순물과 포토레지스트가 반응하여 포토레지스트가 침식되어 포토레지스트 패턴이 변하게 된다.Another problem is that the photoresist is eroded due to the reaction of impurities and photoresist generated during the process to change the photoresist pattern.
상기 포토레지스트의 침식은 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 패터닝되어 형성되는 물질층 패턴도 처음에 원하던 형태와는 다른 형태를 갖게 된다.In the erosion of the photoresist, the material layer pattern formed by patterning the photoresist pattern as a mask also has a form different from that originally desired.
최근에는 반도체 소자의 집적도가 더욱 높아지는 추세이며 그에 따라 미세 패턴을 형성하는 방법에 대한 연구가 더욱 활발해지고 있다.In recent years, the degree of integration of semiconductor devices has been increasing. Accordingly, studies on how to form fine patterns have become more active.
상기에서 언급한 바와 같이 원자/분자 크기에서 근본적인 물질의 특정한 용도를 결정할 수 있는 구조와 조성을 제어/조작하는 기술의 하나로서, 폴리머(polymer) 물질을 사용하는 방법이 있다.As mentioned above, one of the techniques for controlling / manipulating structures and compositions that can determine the specific use of materials fundamental to atomic / molecular size is a method using polymer materials.
상기 폴리머는 선택적인 에칭 레지스터, 광학 디바이스, 생화학적 센서, 나아가 티슈 엔지니어링에까지 이르는 폭넓은 응용범위를 가지고 있어 차세대 신소재 개발에 큰 영향을 줄 수 있을 것으로 기대되어 최근 많은 관심의 대상이 되고 있다.The polymers have a wide range of applications ranging from selective etching resistors, optical devices, biochemical sensors, and even tissue engineering, and are expected to have a great influence on the development of next generation new materials.
상기와 같이 나노 미터(nanometer) 크기의 미세 패턴을 폴리머 박막을 이용하여 형성하는 데 있어서, 종래 레이저 직접 전사법을 이용하는 방법이 있다.As described above, there is a method using a conventional laser direct transfer method in forming a nanometer-sized fine pattern using a polymer thin film.
상기 레이저 직접 전사법은 높은 해상도를 갖는 미세한 패턴을 빠른 속도로 형성시킬 수 있는 방법이다.The laser direct transfer method is a method capable of rapidly forming a fine pattern having a high resolution.
물질에 조사되는 레이저 빔은 매우 짧은 시간에 국부적인 온도 상승을 일으켜 물질의 표면에 간섭성 또는 비간섭성 구조를 형성시킨다.The laser beam irradiated onto the material causes a local temperature rise in a very short time, forming a coherent or incoherent structure on the surface of the material.
상기 간섭성 구조의 주기성은 사용되는 레이저 변수와 물질 자체의 변수들에 의해 좌우되게 된다. The periodicity of the coherent structure depends on the laser parameters used and the variables of the material itself.
상기 레이저 빔의 변수로는 스팟 사이즈(spot size), 레이저의 파장 등이 있으며, 그리고 기판의 물질의 변수로서는 입사 빛에 대한 흡수도, 반사도, 열 확산율, 열 전도율 등을 들 수 있다.The parameters of the laser beam include spot size, the wavelength of the laser, and the like, and the parameters of the material of the substrate include absorbance, reflectance, thermal diffusivity, and thermal conductivity of incident light.
상기 레이저 직접 전사법은 광학계의 구성이 간단하고 짧은 시간에 대면적에 걸쳐 폴리머 박막 패터닝에 사용될 수 있으나, 산업적 응용을 위한 저가의 대량 생산에는 부적합하다.The laser direct transfer method is simple in the construction of an optical system and can be used for polymer thin film patterning over a large area in a short time, but is not suitable for low-cost mass production for industrial applications.
상기 레이저 직접 전사법 외에도 앞서 설명한 바 있는 임프린트 방법을 이용한 미세 패턴 제작 방법이 있다.In addition to the laser direct transfer method, there is a method of manufacturing a fine pattern using the imprint method described above.
상기 나노 스케일로 각인하는 방법(nanoimprint)는 미국 프린스턴 대학교의 스테판 쵸우(Stephen Chou) 등에 의하여 발명된 방법으로 상대적 강도가 강한 물질의 표면에 필요로 하는 형상을 미리 제작하여 이를 다른 물질 위에 마치 도장을 찍듯이 찍어서 패터닝을 시키거나 원하는 형상의 몰드를 제작한 후, 몰드 내부로 폴리머 물질을 도포하여 패턴을 형성하는 방법이다.The nano-scale imprinting method (nanoimprint) is a method invented by Stephen Chou of Princeton University in the United States to prepare the required shape on the surface of a material having a relatively high strength and apply it to another material. It is a method of forming a pattern by applying a polymer material to the inside of the mold after making a pattern by dipping or patterning a desired shape.
상기 나노 임프린트 방법은 생산성이 낮다는 문제점을 극복하여, 나노 크기의 미세 패턴을 대량 제조할 수 있다는 장점이 있다.The nanoimprint method has an advantage of overcoming a problem of low productivity and mass production of fine patterns of nano size.
상기 나노 임프린트 방법을 이용하여 폴리머 미세 패턴을 형성 시키는 과정을 간략하게 살펴보면 다음과 같다.The process of forming the polymer micropattern using the nanoimprint method will be briefly described as follows.
우선, 원하는 폴리머 미세 패턴을 얻기 위하여 MEMS(Micro-Electronic Mechanical System) 공정을 이용하여 몰드를 형성시킨다.First, a mold is formed using a micro-electronic mechanical system (MEMS) process to obtain a desired polymer micropattern.
여기서, 상기 MEMS란 반도체 공정 기술이 적용, 상세하게는 구조적으로 증착과 식각 등의 과정을 반복하는 반도체 미세 공정 기술이 적용되며 저렴한 비용으로 초소형 제품의 대량생산을 가능케 하고, 구동력은 전하간에 서로 당기는 힘인 정전기력(Electrostatic Force)과 표면장력 등을 이용해 전류를 발생시켜 전력소비량을 크게 낮추는 원리를 적용한 시스템이다.Here, the MEMS is applied to the semiconductor process technology, in detail, the semiconductor micro process technology that repeats the process of deposition and etching, etc. is applied and enables mass production of micro products at low cost, and the driving force is pulled between the charges It is a system that applies the principle of significantly lowering power consumption by generating current by using electrostatic force and surface tension.
상기 제작된 몰드의 재질은 실리콘 또는 금속 또는 다이아몬드 또는 석영 유리와 같이 재질의 강도가 높은 것으로 한다.The material of the produced mold is high in strength of the material, such as silicon or metal or diamond or quartz glass.
다음으로, 제작된 몰드를 이용하여 상기 몰드 내부로 폴리머 물질을 충진한다.Next, a polymer material is filled into the mold using the manufactured mold.
이 때, 폴리머 물질은 압력을 가해주는 방법에 의해 몰드 내부로 충진되어야 하므로 유동성을 가져야 한다. At this time, the polymer material must be fluidized because it must be filled into the mold by applying pressure.
이후, 상기 몰드 내부에 충진된 폴리머 물질에 적절한 시간 혹은 적절한 온도를 가하여 상기 폴리머의 유동성을 제거하여 고형화 시킨 후 상기 고형화된 폴리머 물질을 몰드로부터 분해하면 상기 몰드의 형상을 가지는 고체상의 폴리머 성형물이 만들어진다. Subsequently, the polymer material filled in the mold is subjected to an appropriate time or temperature to remove the fluidity of the polymer to solidify the polymer material, and then the polymerized polymer material is decomposed from the mold to form a solid polymer molding having the shape of the mold. .
이와 같은 방법으로 폴리머 미세 패턴을 형성할 경우에는 앞서 설명한 포토 레지스트 패턴 형성 방법이나 레이저 직접 조사법 등에 비해서 적은 비용으로 대량 생산이 용이하다는 장점을 가지나 몰드 내부 벽 표면에 폴리머 물질이 달라 붙는 접착 현상으로 인해서 공정이 끝난 후에도 쉽게 분리되지 않아 제품의 품질이 저하된다는 문제점이 있다.In the case of forming the polymer micropattern in this way, it has the advantage of easy mass production at a lower cost than the photoresist pattern forming method or the laser direct irradiation method described above, but due to the adhesive phenomenon that the polymer material adheres to the inner surface of the mold. There is a problem that the quality of the product is deteriorated since it is not easily separated even after the end of the process.
본 발명은 폴리머 미세 패턴을 성형하는 방법에 있어서, 미세 패턴이 형성되어 있는 몰드 기판과 상기 미세 패턴이 인쇄될 고분자 물질 사이의 계면에서의 접착 현상으로 인한 폴리머 미세 패턴 품질이 저하되는 것을 막기 위하여 상기 몰드 기판 상에 적절한 물성을 가지도록 제어된 다이아몬드상 카본 필름을 증착시킨 후 고분자 물질을 충진하여 원하는 폴리머 미세 패턴을 형성하는 나노 임프린트 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention provides a method for molding a polymer micropattern, in order to prevent the polymer micropattern quality from deteriorating due to adhesion at the interface between the mold substrate on which the micropattern is formed and the polymer material to be printed. It is an object of the present invention to provide a nanoimprint manufacturing method for depositing a diamond-like carbon film controlled to have appropriate physical properties on a mold substrate and then filling a polymer material to form a desired polymer fine pattern.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 나노 임프린트 제조 방법은 원하는 패턴이 형성되는 몰드를 제작하는 단계와; 상기 몰드에 형성되어 있는 패턴상에 다이아몬드상 카본 필름을 증착하는 단계와; 상기 다이아몬드상 카본 필름이 증착된 몰드에 폴리머를 도포하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Nanoimprint manufacturing method according to the present invention to achieve the above object comprises the steps of manufacturing a mold is formed a desired pattern; Depositing a diamond-like carbon film on a pattern formed in the mold; And applying a polymer to the mold on which the diamond-like carbon film is deposited.
여기서 본 발명에 의하면, 상기 다이아몬드상 카본 필름에 불소를 첨가하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, fluorine is added to the diamond-like carbon film.
또한 본 발명에 의하면, 상기 다이아몬드상 카본 필름에 실리콘을 첨가하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, silicon is added to the diamond-like carbon film.
또한 본 발명에 의하면, 상기 몰드 상의 다이아몬드상 카본 필름에 불소 처리를 하여 물성을 조절하는 것을 특징으로 한다.In addition, according to the present invention, the diamond-like carbon film on the mold is fluorinated to control physical properties.
또한 본 발명에 의하면, 상기 몰드를 제작하는 데 있어서 MEMS(Micro Electronic Mechanical System)를 이용하는 것을 특징으로 한다.In addition, according to the present invention, the MEMS (Micro Electronic Mechanical System) is used to manufacture the mold.
또한 본 발명에 의하면, 상기 폴리머를 도포하는 데 있어서 압출법, 스프레이법, 스핀코팅법을 사용하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, an extrusion method, a spray method, or a spin coating method are used to apply the polymer.
이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 실시예에 대해서 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
일반적으로, 다이아몬드상 카본(diamond-like carbon, DLC)은 다이아몬드와 유사한 특징을 갖는 비정질 탄소로 다이아몬드와 유사한 경도, 내마모성, 고윤활성, 열전도도, 화학적 안정성, 전기 절연성, 그리고 광학적 투과성 등의 우수한 특성을 가지고 있는 재료를 말한다.In general, diamond-like carbon (DLC) is an amorphous carbon having characteristics similar to diamond, and has excellent properties such as diamond hardness, wear resistance, high lubricity, thermal conductivity, chemical stability, electrical insulation, and optical transmittance. Say the material that has.
또한, 상기 다이아몬드상 카본은 금속에 대한 공격성이 적고 증착 비용이 매우 저렴하여 내마모, 내부식, 윤활코팅으로의 응용가능성이 높다.In addition, the diamond-like carbon has a low aggression against metals and very low deposition costs have a high applicability to wear, corrosion, lubricating coating.
특히, 상기 다이아몬드상 카본 필름은 합성 온도가 낮고 표면이 평활하며 물성의 제어가 용이하다는 장점을 가지고 있으며, 특히 표면 에너지가 매우 낮아서 이종 물질과의 이형성이 우수하고 화학적 안정성이 매우 뛰어나다는 장점을 갖는다.In particular, the diamond-like carbon film has the advantages of low synthesis temperature, smooth surface and easy control of physical properties, and in particular, the surface energy is very low, has excellent releasability with dissimilar materials and excellent chemical stability. .
따라서, 상기 다이아몬드상 카본 필름 표면의 뛰어난 화학적 안정성 때문에 부식에 강하고, 다른 금속과의 내응착성도 우수한 특성을 가질 뿐만 아니라, 매우 평활한 표면조도를 가지고 있기 때문에 윤활 및 내마모 특성이 매우 뛰어나다.Therefore, it is resistant to corrosion because of the excellent chemical stability of the diamond-like carbon film surface, not only has excellent properties of adhesion to other metals, but also has very smooth surface roughness, and thus has excellent lubrication and wear resistance.
상기 다이아몬드상 카본 필름은 상기와 같이 내마모성 및 윤활성이 뛰어난 특성으로 인해 내마모성 고체 윤활제로의 활용 가능성이 매우 높은 재료이다.The diamond-like carbon film is a material having a high possibility of being used as a wear-resistant solid lubricant due to the excellent wear resistance and lubricity as described above.
이와 같은 특성을 가지는 다이아몬드상 카본 필름은 결정형태를 가지는 다이아몬드나 흑연과는 달리 비정질의 탄소계 신소재로서 플라즈마 중의 탄소이온이나 활성화된 탄화수소 분자를 전기적으로 가속하여 높은 운동에너지로 기판(제품)에 충돌시킴으로써 코팅이 이루어지는 물질이다.Diamond-like carbon film having such characteristics is a new amorphous carbon-based material, unlike diamond or graphite having a crystalline form, and electrically accelerates carbon ions or activated hydrocarbon molecules in plasma to impact a substrate (product) with high kinetic energy. By coating the material.
이런 특이한 코팅환경 때문에 통상적인 코팅조건에서는 얻을 수 없는 새로운 구조와 물성의 코팅층이 형성된다.This unique coating environment results in the formation of coating layers of new structure and properties that cannot be obtained under normal coating conditions.
상기 다이아몬드상 카본 필름은 PECVD(기상 화학 증착 방법), 이온빔 보조 스퍼터링, RF 마그네트론 스퍼터링, 이온 빔 합성법, 진공 여과 아크 증착, 그리고 레이저 어블레이션 등 매우 다양한 합성 방법에 의해 증착될수 있으며, 어떤 방법에서든 탄소 이온을 형성하고 높은 운동에너지를 이용하여 기판에 증착시키게 된다.The diamond-like carbon film can be deposited by a wide variety of synthetic methods, including PECVD (weather vapor deposition method), ion beam assisted sputtering, RF magnetron sputtering, ion beam synthesis, vacuum filtration arc deposition, and laser ablation. The ions are formed and deposited on the substrate using high kinetic energy.
이때, 우수한 물성의 필름을 만들기 위해서는 이온의 충돌에 의해 기판온도가 100˚C이상으로 상승하지 않도록 한다.At this time, in order to make a film having excellent physical properties, the substrate temperature does not rise above 100 ° C due to the collision of ions.
한편, 상기와 같은 특성을 가지는 다이아몬드상 카본 필름은 물성 제어가 용이하다는 장점 때문에 증착 조건을 변화시켜 그 표면 특성을 변화시킬 수 있어 다양한 응용이 가능하다.On the other hand, the diamond-like carbon film having the above characteristics is easy to control the physical properties because of the advantages of the deposition conditions can be changed by changing the surface properties of the various applications are possible.
예를 들면, 불소(F)를 함유하는 다이아몬드상 카본 필름의 경우 표면 에너지가 감소하고 그 경도는 상대적으로 일정하게 유지되고 있다.For example, in the case of the diamond-like carbon film containing fluorine (F), the surface energy decreases and the hardness is kept relatively constant.
도 1은 본 발명에 따른 실시예로서, 다양한 방법으로 증착된 다이아몬드상 카본 필름의 표면 에너지를 나타내는 표이다.1 is a table showing the surface energy of the diamond-like carbon film deposited by various methods as an embodiment according to the present invention.
도 1의 표를 참조하면, 다이아몬드상 카본 필름의 경우에 불소 첨가 및 제 3원소 첨가 등의 실험 조건에 따라 표면 에너지를 변화 시킬 수 있게 된다.Referring to the table of Figure 1, in the case of diamond-like carbon film it is possible to change the surface energy according to the experimental conditions, such as the addition of fluorine and the addition of the third element.
이는 다이아몬드상 카본 필름이 물성의 제어가 용이하다는 특성을 이용한 것이다.This is because the diamond-like carbon film is easy to control the physical properties.
형성하고자 하는 미세 패턴을 가지는 몰드 상에 테프론(PTFE) 코팅을 할 경우에 표면 에너지는 18.5(mN/m)의 낮은 표면 에너지 값을 가지며, 실리콘을 이용할 경우에는 40 ~ 60(mN/m)의 높은 표면 에너지 값을 가진다.When Teflon (PTFE) coating is applied on a mold having a fine pattern to be formed, the surface energy has a low surface energy value of 18.5 (mN / m), and when using silicon, the surface energy is 40 to 60 (mN / m). Has a high surface energy value.
한편, 다이아몬드상 카본 필름(DLC film)의 표면 에너지는 41.3 ~ 43(mN/m)으로 상기 실리콘의 높은 표면 에너지 값과 비슷하다.On the other hand, the surface energy of the diamond-like carbon film (DLC film) is 41.3 ~ 43 (mN / m) is similar to the high surface energy value of the silicon.
그러나, 이와 같은 다이아몬드상 카본 필름에 불소를 함유시키면 그 표면 에너지 값이 19.9 ~ 20(mN/m)로 낮아지게 된다.However, when fluorine is contained in such a diamond-like carbon film, its surface energy value is lowered to 19.9 to 20 (mN / m).
상기와 같은 특성으로, 형성하고자 하는 미세 패턴을 가지는 몰드 상에 상기와 같이 불소를 함유시킨 다이아몬드상 카본 필름을 증착시켜, 폴리머 미세 패턴을 얻기 위한 나노 임프린트 공정시에 도포되는 폴리머를 분리할 경우 상기 고형화된 폴리머를 손상 없이 쉽게 분리할 수 있는 장점이 있다.With the above characteristics, when depositing a diamond-like carbon film containing fluorine on a mold having a fine pattern to be formed to separate the polymer applied during the nanoimprint process to obtain a polymer fine pattern, There is an advantage that the solidified polymer can be easily separated without damage.
상기 다이아몬드상 카본 필름에 첨가하는 원소는 불소(F)뿐 아니라 상기 다이아몬드상 카본 필름의 표면 에너지를 낮출 수 있도록 물성을 조절할 수 있는 다른 제 3의 원소를 사용하는 것도 가능하다.As the element added to the diamond-like carbon film, it is also possible to use not only fluorine (F) but also another third element that can adjust physical properties to lower the surface energy of the diamond-like carbon film.
도 2는 본 발명에 따른 나노 임프린트 제조 방법을 이용하여 폴리머 미세 패턴을 성형하는 과정을 보여주는 도면이다.2 is a view showing a process of molding a polymer micropattern using the nanoimprint manufacturing method according to the present invention.
이 때, 상기 나노 임프린트용 몰드는 얻고자 하는 폴리머 미세 패턴의 요철과 반대로 형성하며, 상기 몰드의 재질은 실리콘 또는 금속 또는 다이아몬드 또는 석영 유리와 같이 재질의 강도가 높은 것으로 한다.At this time, the mold for nanoimprint is formed opposite to the irregularities of the polymer fine pattern to be obtained, and the material of the mold is made of high strength such as silicon or metal or diamond or quartz glass.
도 2의 (a)는 포토 공정과 식각 공정 및 MEMS 공정을 이용하여 원하는 패턴이 형성된 몰드(100)의 모식도이다.FIG. 2A is a schematic diagram of a mold 100 in which a desired pattern is formed using a photo process, an etching process, and a MEMS process.
(a)의 공정에서 몰드(100) 패턴의 모양은 제작하고자 하는 폴리머의 패턴 모양에 따라 다양하게 제작될 수 있다.In the process of (a), the shape of the mold 100 pattern may be variously manufactured according to the pattern shape of the polymer to be manufactured.
이어서 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 상기 패턴이 형성되어 있는 몰드(100) 상에 다이아몬드상 카본 필름(110)을 증착한다.Subsequently, as shown in FIG. 2B, the diamond-like carbon film 110 is deposited on the mold 100 on which the pattern is formed.
(b)의 공정에서, 상기 다이아몬드상 카본 필름(110)을 몰드(100)에 증착하기 위한 방법으로는 PECVD(기상 화학 증착 방법), 이온빔 보조 스퍼터링, RF 마그네트론 스퍼터링, 이온 빔 합성법, 진공 여과 아크 증착, 그리고 레이저 어블레이션 등 매우 다양한 증착 방법이 사용될 수 있다.In the process of (b), the method for depositing the diamond-like carbon film 110 to the mold 100 includes PECVD (vapor chemical vapor deposition method), ion beam assisted sputtering, RF magnetron sputtering, ion beam synthesis method, vacuum filtration arc A wide variety of deposition methods can be used, including deposition, and laser ablation.
상기의 방법에 따라 증착되는 필름의 물성이 변하기 때문에 적절한 방법을 선택한다.Since the physical properties of the film to be deposited are changed according to the above method, an appropriate method is selected.
이 때 사용되는 다이아몬드상 카본 박막은 폴리머를 몰드로부터 용이하게 분리할 수 있도록 한 물성을 가지는 필름이며, 이를 위해 실리콘 또는 불소 등의 제 3 원소가 함유될 수 있다.The diamond-like carbon thin film used at this time is a film having a physical property that allows the polymer to be easily separated from the mold, and may contain a third element such as silicon or fluorine.
또한, 상기 몰드(100) 상에 증착된 다이아몬드상 카본 필름(110) 표면을 불소 처리하여 표면 에너지를 낮출 수도 있다.In addition, the surface energy of the diamond-like carbon film 110 deposited on the mold 100 may be fluorine-treated to lower the surface energy.
다음으로 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기와 같은 다이아몬드상 카본 필름(110)이 증착되어 있는 몰드(100) 내부에 폴리머(120)를 도포한다.Next, as shown in (c) of FIG. 2, the polymer 120 is coated inside the mold 100 on which the diamond-like carbon film 110 is deposited.
(c)의 공정에서 상기 폴리머(120)를 도포하는 방법으로는 일반적으로 사용되는 압출법, 스프레이법, 스핀코팅법 등이 사용된다.As the method for applying the polymer 120 in the step (c), an extrusion method, a spray method, a spin coating method, and the like, which are generally used, are used.
상기 폴리머(120)를 도포한 후 경화시키는 방법은 사용된 폴리머(120)의 종류에 따라 변하게 되며, 일반적으로는 열경화, UV 경화 등이 사용된다.The method of curing after applying the polymer 120 is changed according to the type of the polymer 120 used, generally thermosetting, UV curing and the like.
최종적으로 상기 몰드(100)로부터 경화된 고형상의 폴리머(120)를 분리하여 도 2의 (d)와 같이 원하는 패턴을 가지는 폴리머(120)를 얻는다.Finally, the cured solid polymer 120 is separated from the mold 100 to obtain a polymer 120 having a desired pattern as shown in FIG.
상기와 같은 방법으로 성형된 폴리머(120)는 다이아몬드상 카본 필름(110)이 코팅되지 않은 몰드(100)에 비해 손상 없이 원하는 패턴을 몰드(100)로부터 분리할 수 있으며, 또한 다이아몬드상 카본 필름(110)이 내마모성이 좋기 때문에 몰드(100)의 손상 없이 장기간 사용이 가능하다는 장점이 있다.The polymer 120 formed by the above method may separate a desired pattern from the mold 100 without damage compared to the mold 100 in which the diamond-like carbon film 110 is not coated, and the diamond-like carbon film ( Since 110 has good abrasion resistance, there is an advantage that it can be used for a long time without damaging the mold 100.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 나노 임프린트 제조 방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.Although the present invention has been described in detail with reference to specific examples, it is intended to describe the present invention in detail, and the method for manufacturing nanoimprint according to the present invention is not limited thereto. It is obvious that modifications and improvements are possible by the knowledgeable.
본 발명은 나노 임프린트 방법을 이용하여 폴리머 미세 패턴을 성형하는 방법에 있어서, 미세 패턴이 형성되어 있는 몰드 기판과 상기 미세 패턴이 인쇄될 고분자 물질 사이의 계면에서의 접착 현상을 방지하여 성형된 폴리머를 몰드로부터 손상 없이 분리해 폴리머 미세 패턴의 품질을 높이는 효과가 있다.The present invention provides a method of molding a polymer micropattern using a nanoimprint method, wherein the polymer is molded by preventing adhesion at an interface between a mold substrate on which the micropattern is formed and a polymer material to which the micropattern is to be printed. Separating without damage from the mold has the effect of improving the quality of the polymer micropattern.
또한, 나노 임프린트 방법을 이용하여 폴리머 미세 패턴을 성형하기 위하여 제작한 몰드와 몰드 상에 증착시킨 다이아몬드상 카본 필름의 내마모성이 좋기 때문에 몰드의 손상 없이 장기간 반복해서 사용이 가능하여 미세 패턴 제작시 비용이 절감되는 효과가 있다. In addition, since the wear resistance of the mold prepared for forming the polymer micropattern using the nanoimprint method and the diamond-like carbon film deposited on the mold is good, it can be used repeatedly for a long time without damaging the mold. There is a saving effect.
도 1은 본 발명에 따른 실시예로서, 다양한 방법으로 증착된 다이아몬드상 카본 필름의 표면 에너지를 나타내는 표.1 is a table showing the surface energy of the diamond-like carbon film deposited by various methods as an embodiment according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 나노 임프린트 제조 방법을 이용하여 폴리머 미세 패턴을 성형하는 과정을 보여주는 도면.2 is a view showing a process of molding a polymer micropattern using the nanoimprint manufacturing method according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명><Description of Signs of Major Parts of Drawings>
100 : 몰드 110 : 다이아몬드상 카본 필름100 mold 110 diamond-like carbon film
120 : 폴리머120: polymer
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