KR100926977B1 - Imprint mold with release film and release film formation method of imprint mold - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나노 입자의 단구로 패터닝된 니켈 기지층과 그 하부의 니켈 전기주조층으로 이루어진 본체와; 상기 본체의 니켈 기지층 상부에 탄소나노튜브에 의해 형성된 기공 내부에 윤활유가 충진된 이형막; 으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이형막이 형성된 임프린트 몰드 및 임프린트 몰드의 이형막 형성방법에 관한 것으로 본 발명은 먼저 니켈 몰드 제작을 위한 전기주조시 기존에 접착력 향상을 위해 사용된 기지층 물질인 크롬 및 티타늄 박막층을 제거함으로서 니켈 몰드의 내구성 향상과 더불어 기존에 사용하고 있는 SAM 등과 같은 이형막이 쉽게 적용될 수 있고, 그리고, 임프린트용 니켈 몰드 패턴 위에 탄소나노튜브 성장을 통하여 기공을 형성하고 윤활피막을 형성함으로 몰드와 고분자와의 접착문제에 의한 성형품의 손상 및 몰드의 마모를 쉽게 해소할 수 있으며, 또한, 윤활피막을 형성하는 윤활유는 탄소나노튜브 기공 속에 함유되어 있어 기존의 이형막(SAM) 등의 내구성 문제를 해결하여 반영구적 사용이 가능하므로 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다. The present invention comprises a main body consisting of a nickel base layer patterned with monocytes of nanoparticles and a nickel electroforming layer thereunder; A release membrane filled with lubricating oil in the pores formed by carbon nanotubes on the nickel base layer of the main body; The present invention relates to an imprint mold having a release film formed thereon and a release film forming method of an imprint mold. The present invention relates to a thin film layer of chromium and titanium, which is a base layer material used to improve adhesion in the case of electroforming for producing a nickel mold. In addition to improving the durability of the nickel mold, by using a release film such as SAM can be easily applied, and by forming a pore through the growth of carbon nanotubes on the nickel mold pattern for imprint, and forming a lubricant film It is easy to solve the damage of the molded part and the wear of the mold due to the adhesion problem with the polymer, and the lubricating oil to form the lubricating film is contained in the carbon nanotube pores, which can solve the durability problem of the existing release film (SAM). It can be used semi-permanently to improve productivity. There is an advantage in that.

이형막, 임프린트 몰드, 니켈 기지층, 니켈 전기주조층, 단구, 탄소나노튜브, 윤활유, 플라즈마  Release Film, Imprint Mold, Nickel Base Layer, Nickel Electroforming Layer, Single Hole, Carbon Nanotube, Lubricant, Plasma

Description

이형막이 형성된 임프린트 몰드 및 임프린트 몰드의 이형막 형성방법{A imprint mold for formed mold-releasing film and Method for forming thereof}A imprint mold for formed mold-releasing film and method for forming Technical Field

본 발명은 임프린트 성형시에 발생하는 몰드의 마모 및 몰드와 고분자 성형재료의 접착에 의한 성형품의 손상을 방지하기 위하여 성형물을 임프린트 몰드로부터 용이하게 이형(Release)할 수 있도록 임프린트 몰드의 패턴 위에 반영구적 이형막을 형성시킨 것을 특징으로 하는 이형막이 형성된 임프린트 몰드 및 임프린트 몰드의 이형막 형성방법에 관한 것이다. The present invention provides a semi-permanent release on the pattern of the imprint mold so that the molded article can be easily released from the imprint mold in order to prevent wear of the mold and damage of the molded article caused by adhesion of the mold and the polymer molding material. It relates to an imprint mold having a release film and a release film forming method of the imprint mold, characterized in that a film is formed.

일반적으로, 반도체, 바이오 및 광학 소자 등의 제조 기술은 광학리소그래피(photolithography)를 통해 이루어지나, 이는 긴 공정시간과 높은 초기 투자비용으로 인하여 많은 문제점을 지니고 있다. In general, manufacturing techniques of semiconductors, biotechnology and optical devices are performed through optical lithography, but this has many problems due to long processing time and high initial investment cost.

따라서, 최근에는 물리적인 힘에 의한 고분자의 변형을 통한 임프린트 패터닝(imprint patterning) 기술이 많은 각광을 받고 있다. 이는 동일한 성형물을 반 복적으로 신속하게 성형할 수 있다는 장점이 있으나, 몰드와 성형물을 분리하는 과정에서 고분자의 접착문제로 인해 성형품의 형상이 제대로 성형되지 않고, 금형의 수명을 단축시키는 문제점이 있었다. Therefore, in recent years, the imprint patterning technology through the deformation of the polymer by physical force has received a lot of attention. This has the advantage that the same molding can be repeatedly repeatedly formed, but the shape of the molded article is not properly formed due to the adhesion problem of the polymer in the process of separating the mold and the molding, there is a problem to shorten the life of the mold.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 등록특허공보 제543130호, 제590727호, 제744550호 등과 같이 자기조립 단분자막(self assembled monolayers, SAM) 등과 같은 이형막을 형성시켜 이형문제를 해결하고 있지만 이형막의 내구성 문제로 인해 주기적인 이형막의 코팅이 이루어져야 하며, 이로 인한 생산성 저하 및 생산비용 상승 등의 문제점을 야기할 우려가 있다. In order to solve the above problems, the release problems are solved by forming release films such as self assembled monolayers (SAM), such as Korean Patent Publication Nos. 553130, 590727, 744550, etc. Due to the problem, the coating of the release film should be performed periodically, which may cause problems such as productivity decrease and production cost increase.

따라서, 보다 저렴한 비용으로 임프린트 몰드 표면에 이형막을 형성시켜 신뢰성을 가지고 반영구적으로 사용할 수 있는 기술개발의 필요성이 높게 대두되고 있다. Therefore, there is a high demand for technology development that can form a release film on the surface of an imprint mold at a lower cost and can be used semi-permanently with reliability.

상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은 니켈 몰드 제작을 위한 전기주조시 종래에 접착력 향상을 위해 기지층에 사용한 이종 금속인 크롬 및 티타늄 박막층을 배제하고 니켈을 사용하여 열증착이나 스퍼터닝 증착시 열처리에 의한 기판과의 접착력 향상을 통하여 전해 도금시 니켈 기지층 박막의 박리를 방지한 것을 특징으로 하는 이형막이 형성된 임프린트 몰드 및 임프린트 몰드의 이형막 형성방법을 제공함에 그 목적이 있다. The present invention to solve the above problems when the electroforming for the production of nickel mold, except for the chromium and titanium thin film layer, which is a heterogeneous metal conventionally used in the base layer to improve the adhesive strength when using the thermal deposition or sputtering deposition using nickel It is an object of the present invention to provide an imprint mold having a release film and a method of forming a release film of the imprint mold, wherein the release film is formed by preventing the peeling of the nickel base layer thin film during electroplating by improving adhesion to the substrate by heat treatment.

그리고, 본 발명은 임프린트용 니켈 몰드 패턴 위에 탄소나노튜브 성장을 통하여 균일한 기공을 형성하고 윤활피막을 형성함으로 몰드와 고분자와의 접착문제에 의한 성형품의 손상 및 몰드의 마모를 쉽게 해소할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 이형막이 형성된 임프린트 몰드 및 임프린트 몰드의 이형막 형성방법을 제공함에 다른 목적이 있다. In addition, the present invention is to form a uniform pore through the growth of carbon nanotubes on the imprint nickel mold pattern and to form a lubricating film to easily eliminate the damage to the molded product and the wear of the mold due to the adhesion problem between the mold and the polymer Another object of the present invention is to provide an imprint mold having a release film formed thereon and a release film forming method of the imprint mold.

또한, 본 발명은 윤활피막을 형성하는 윤활유는 탄소나노튜브 기공 속에 함유되어 있어 기존의 이형막 등의 내구성 문제를 해결하여 반영구적 사용이 가능하므로 생산성을 크게 향상시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 이형막이 형성된 임프린트 몰드 및 임프린트 몰드의 이형막 형성방법을 제공함에 또 다른 목적이 있다. In addition, the present invention is a lubricating oil to form a lubricating film is contained in the carbon nanotube pores to solve the durability problems of the conventional release film, such as semi-permanent use is possible because the release film is characterized in that it can greatly improve the productivity Another object is to provide a formed imprint mold and a release film forming method of the imprint mold.

본 발명은 임프린트 몰드에 이형막을 형성시키는 방법에 있어서,The present invention provides a method for forming a release film on an imprint mold,

(a) 임프린트 몰드의 기지층을 플라즈마 에칭처리하여 임프린트 몰드 표면 위에 나노 입자의 단구들을 형성시키는 단계와;(a) the base layer of the imprint mold Plasma etching to form monocytes of nanoparticles on the imprint mold surface;

(b) 탄화수소를 공급하면서 플라즈마 강화 화학 증착법(PECVD)에 의해 단구들의 상부에 탄소나노튜브를 성장시키면서 모세관 형상의 나노 크기 기공들을 형성시키는 단계와;(b) forming capillary shaped nanosized pores while growing carbon nanotubes on top of the monocytes by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) while supplying hydrocarbons;

(c) 상기 기공들의 내부에 이형막을 형성시키기 위한 윤활유를 충진시키는 단계;(c) filling a lubricating oil for forming a release film in the pores;

를 거치는 것을 특징으로 하는 임프린트 몰드에 이형막을 형성시키는 방법과 상기의 방법에 의해 제조된 임프린트 몰드를 과제 해결 수단을 한다. The method for forming a release film on the imprint mold, characterized in that the through and the imprint mold manufactured by the above method is a problem solving means.

상술한 바와 같이 본 발명은 먼저 니켈 몰드 제작을 위한 전기주조시 기존에 접착력 향상을 위해 사용된 기지층 물질인 크롬 및 티타늄 박막층을 제거함으로서 니켈 몰드의 내구성 향상과 더불어 기존에 사용하고 있는 SAM 등과 같은 이형막이 쉽게 적용될 수 있고, 그리고, 임프린트용 니켈 몰드 패턴 위에 탄소나노튜브 성장을 통하여 기공을 형성하고 윤활피막을 형성함으로 몰드와 고분자와의 접착문제에 의한 성형품의 손상 및 몰드의 마모를 쉽게 해소할 수 있으며, 또한, 윤활피막을 형성하는 윤활유는 탄소나노튜브 기공 속에 함유되어 있어 기존의 이형막(SAM) 등의 내구성 문제를 해결하여 반영구적 사용이 가능하므로 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다. As described above, the present invention first removes the chromium and titanium thin film layers, which are conventionally used for improving adhesion, during electroforming for producing a nickel mold, and improves the durability of the nickel mold, such as SAM and the like. The release film can be easily applied, and by forming carbon pores through the growth of carbon nanotubes on the imprint nickel mold pattern and forming a lubricating film, it is easy to solve the damage of the molded product and the wear of the mold due to the adhesion problem between the mold and the polymer. In addition, the lubricating oil forming the lubricating film is contained in the carbon nanotube pores, so it is possible to semi-permanently use to solve the durability problems such as the existing release film (SAM), there is an advantage that can greatly improve the productivity.

상술한 바와 같은 효과를 달성하기 위한 본 발명은 미세 구조물 성형용 임프린트 몰드의 패턴위에 탄소나노튜브(carbon nanotubes, 이하 'CNTs'라 한다)를 성장시켜 균일한 기공을 형성하고, 그 기공 속에 윤활유의 충진을 도모하여 임프린트시 가열 및 냉각에 의한 윤활피막의 형성을 통해 반영구적인 이형막을 형성시키는 방법 및 이형막이 형성된 임프린트 몰드 및 임프린트 몰드의 이형막 형성방법에 관한 것이다.The present invention for achieving the effect as described above to grow the carbon nanotubes (carbon nanotubes, hereinafter referred to as "CNTs") on the pattern of the imprint mold for forming the microstructures to form uniform pores, the lubricating oil in the pores The present invention relates to a method of forming a semi-permanent release film through the formation of a lubricating film by heating and cooling during imprinting and to forming a release film of the imprint mold and the imprint mold.

이하 첨부된 도면을 중심으로 본 발명에 따른 임프린트 몰드에 이형막을 형성시키는 방법에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, a method of forming a release film on an imprint mold according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1a 내지 도 1d는 종래의 니켈 기지층(seed layer)이 형성된 임프린트 니 켈 몰드의 제작 공정을 나타낸 모식도에 관한 것이고, 도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 니켈 기지층(seed layer)이 형성된 임프린트 니켈 몰드의 제작 공정을 나타낸 모식도에 관한 것이다. 1A to 1D are schematic diagrams illustrating a manufacturing process of an imprint nickel mold having a conventional nickel layer formed thereon, and FIGS. 2A to 2D are nickel layer formed according to the present invention. The schematic diagram which shows the manufacturing process of an imprint nickel mold is related.

본 발명에 따른 니켈 기지층(seed layer)이 형성된 임프린트 몰드의 제작 공정을 첨부된 도면인 도 2a 내지 도 2d를 중심으로 상세히 설명하면 아래의 내용과 같다.Hereinafter, a manufacturing process of an imprint mold having a nickel base layer according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2A to 2D.

우선 종래의 임프린트 몰드 제작공정 과정을 살펴보면, 웨이퍼(Wafer)(110) 상에 포토레지스트(PR)(120)를 이용하여 나노 크기를 갖는 패턴을 형성시킨 후 그 상부에 크롬 증착(Depositon) 과정을 통해 크롬 기지층(Seed Layer)(130)를 형성시킨 다음 그 상부에 니켈 증착(Depositon) 과정을 통해 니켈 기지층(Seed Layer)(140a)를 형성시킨다.(도 1a)First, referring to a conventional imprint mold manufacturing process, a pattern having a nano size is formed on a wafer 110 using a photoresist (PR) 120, and then a chromium deposition process is performed on the wafer 110. After forming the chromium seed layer (Seed Layer) (130) through the nickel deposition (Depositon) on top of the nickel base layer (Seed Layer) (140a) is formed (Fig. 1a).

그리고 니켈 기지층(Seed Layer)(140a)의 상부에 전기주조(Electroforming) 과정을 이용하여 0.5~1mm 두께의 니켈 전기주조층(140b)을 형성시켜 임프린트 몰드(100)를 제작하여(도 1b) 웨이퍼(110)로부터 분리시킨 다음(도 1c) 임프린트 몰드 내부의 포토레지스트(PR)(120)를 식각 과정을 이용하여 제거한다.(도 1d) In addition, a nickel electroforming layer 140b having a thickness of 0.5 to 1 mm is formed by using an electroforming process on the nickel base layer 140a to manufacture an imprint mold 100 (FIG. 1B). After separation from the wafer 110 (FIG. 1C), the photoresist (PR) 120 inside the imprint mold is removed using an etching process (FIG. 1D).

상기에서 니켈 전기주조층(140b)의 두께는 0.5~1mm로 한정하고 있지만 필요 에 따라서 적절히 조정되어질 수 있다.Although the thickness of the nickel electroforming layer 140b is limited to 0.5 to 1 mm, it may be appropriately adjusted as necessary.

상기와 같이 종래의 방법에 따라 임프린트 몰드(100)를 제작할 경우에는 기지층(Seed Layer)을 크롬 및 니켈과 같은 이종의 금속을 사용하여 박막을 형성시킴에 따라 격자구조의 차이로 인해 장시간 사용시에는 임프린트시 몰드(100)의 내구성에 문제를 가질 뿐만 아니라, 본 발명에서의 기공 형성을 위한 탄소나노튜브의 성장을 위한 촉매금속으로는 크롬은 적절치 않은 문제점을 지니게 된다. When the imprint mold 100 is manufactured according to the conventional method as described above, when the thin film is formed using heterogeneous metals such as chromium and nickel as a seed layer, In addition to having a problem in the durability of the mold 100 during imprint, chromium has an unsuitable problem as a catalyst metal for growth of carbon nanotubes for forming pores in the present invention.

따라서 본 발명의 경우에는 단일 종류의 금속 즉 니켈만을 이용하여 기지층(Seed Layer)을 형성시킨 임프린트 몰드를 제작하여 상기와 같은 문제점을 개선하였다. Therefore, in the present invention, an imprint mold having a seed layer formed using only a single type of metal, that is, nickel, was fabricated to improve the above problems.

이하 본 발명에 따른 임프린트 몰드의 제작공정은 다음과 같다. Hereinafter, the manufacturing process of the imprint mold according to the present invention is as follows.

웨이퍼(Wafer)(110) 상에 포토레지스트(PR, photoresist)(120)를 이용하여 나노 크기를 갖는 패턴을 형성시킨 후 그 상부에 니켈 증착(Depositon) 과정을 통해 니켈 기지층(Seed Layer)(140a)를 형성시킨다.(도 2a)After forming a pattern having a nano size using a photoresist (PR, photoresist) (120) on the wafer (110), a nickel base layer (Seedon) through a nickel deposition process (top) 140a) (FIG. 2A).

본 발명에서 사용하는 포토레지스트(PR, photoresist)(120)는 종래의 방법에서 사용하는 것과 동일한 종류의 화합물을 사용하므로 본 발명의 특징이 되지 않는 다. 포토레지스트(PR)의 경우는 패턴 타입에 따라 그 종류가 다양하므로 포토레지스트(PR)의 선정에 있어서 가능하면 열처리시 포토레지스트(PR)의 변형을 방지하기 위하여 유리점 전이온도(Tg)가 높은 포토레지스트(PR)를 사용하는 것이 바람직하다.The photoresist (PR) 120 used in the present invention does not become a feature of the present invention because it uses the same kind of compound as used in the conventional method. Since photoresist PR varies in type depending on the pattern type, in order to prevent deformation of the photoresist PR during heat treatment if possible, in selecting the photoresist PR, a high glass point transition temperature Tg is high. It is preferable to use photoresist PR.

상기 니켈 기지층(Seed Layer)은 전자빔 증착법 및 스퍼터링 증착법 등과 같은 통상적인 방법이 사용된다.The nickel layer is a conventional method such as electron beam deposition and sputter deposition.

본 발명에서 니켈 기지층 박막의 증착속도는 니켈 기지층 박막의 증착속도는 니켈의 저항 및 밀도를 고려하여 100mA~150mA의 전류를 설정하여 초당 1.0~1.5mA로 증착시키는 것이 효과적이다.In the present invention, the deposition rate of the nickel base layer thin film is set to 1.0 ~ 1.5mA per second by setting the current of 100mA ~ 150mA in consideration of the resistance and density of the nickel base layer thin film.

상기에서 증착조건이 상기에서 한정한 범위 미만이 될 경우에는 증착률이 떨어지게 되며, 증착조건이 상기에서 한정한 범위를 초과할 경우에는 오버플로우(overflow) 문제가 발생할 수 있다.When the deposition condition is less than the above-defined range, the deposition rate is lowered, and when the deposition condition exceeds the above-defined range, an overflow problem may occur.

그리고 니켈 기지층(Seed Layer)(140a)의 상부에 전기주조(Electroforming) 과정을 이용하여 일정한 나노 두께의 니켈 전기주조층(140b)을 형성시켜 임프린트 몰드(100)를 제작한다.(도 2b)In addition, an imprint mold 100 is manufactured by forming a nickel nanocasting layer 140b having a predetermined nano-thickness using an electroforming process on top of a nickel layer 140a (FIG. 2B).

그리고 제작 임프린트 몰드(100)를 웨이퍼(110)로부터 분리시킨 다음(도 2c) 임프린트 몰드 내부의 포토레지스트(PR)(120)를 식각 과정을 이용하여 제거한다. Then, the fabrication imprint mold 100 is separated from the wafer 110 (FIG. 2C), and then the photoresist (PR) 120 inside the imprint mold is removed using an etching process.

상기에서 도 2b 내지 도 2d의 과정은 종래의 과정과 동일한 방법에 의해 실시되어진다. 2B to 2D are performed by the same method as the conventional process.

본 발명에 따른 임프린트 몰드(100)는 탄소에 대한 고용도가 크고, 4d 전자 궤도가 비어 있어 아세틸렌(C2H2)과의 흡착반응이 쉬운 니켈을 통한 기지층의 형성이 요구되지만, 도 3a에 나타난 바와 같이 니켈 기지층이 기판과 접착된 상태를 촬영한 사진을 살펴보면, 니켈의 경우에는 기판과의 접착력이 떨어지게 되어 도금시 박리현상이 발생하게 된다. Although the imprint mold 100 according to the present invention has a high solubility for carbon and an empty 4d electron orbit, it is required to form a matrix through nickel, which is easy to adsorb with acetylene (C 2 H 2 ). Looking at the photograph taken a state in which the nickel base layer is bonded to the substrate as shown in the case of nickel, the adhesion to the substrate is degraded, the peeling phenomenon occurs during plating.

따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로 150±20℃ 온도 근방에서의 열처리 통해 니켈 기지층의 형성을 도모함으로써, 도 3b에 나타난 바와 같이 니켈 기지층이 기판과 접착된 상태를 촬영한 사진을 살펴보면, 전기도금을 위한 니켈 박막의 박리현상의 방지 및 기판과의 접착력이 좋은 것을 알 수 있다. Therefore, in the present invention, by forming a nickel base layer through heat treatment at a temperature of 150 ± 20 ℃ in order to solve the above problems, as shown in Figure 3b to the state where the nickel base layer is bonded to the substrate Looking at the photographs taken, it can be seen that the peeling of the nickel thin film for electroplating and adhesion to the substrate is good.

상기에서 열처리조건이 상기에서 한정한 범위 미만이 될 경우에는 도금액 및 세척시 기지층의 박리현상의 우려가 있고, 열처리조건이 상기에서 한정한 범위를 초과할 경우에는 포토레지스트(PR)의 변형을 초래할 수 있다.If the heat treatment condition is less than the range defined above, there is a risk of peeling of the plating layer and the base layer during washing, and if the heat treatment condition exceeds the range defined above, deformation of the photoresist (PR) is prevented. Can cause.

상기 도 3a 및 도 3b는 니켈 기지층이 기판과 접착된 상태를 촬영한 사진에 관한 것이다.3A and 3B relate to a photograph of a state in which a nickel base layer is bonded to a substrate.

그리고 본 발명에 따른 임프린트 몰드를 이용하여 이형막을 형성시키는 방법에 대하여 첨부된 도면인 도 4a 내지 도 4d를 중심으로 상세히 설명하면 다음과 같다. A method of forming a release film using an imprint mold according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4A to 4D.

도 4a 및 도 4b는 니켈 기지층의 패턴 위에 플라즈마 에칭을 이용하여 단구(terrace)를 형성시키는 단계, 도 4c는 니켈 단구에 CNTs를 성장시키는 단계, 도 4d는 CNTs사이의 기공에 윤활유를 침투시킨 상태를 나타낸 모식도에 관한 것이다. 4A and 4B illustrate a step of forming a terrace by using plasma etching on a pattern of a nickel matrix layer, FIG. 4C is a step of growing CNTs in nickel monocytes, and FIG. 4D is a diagram in which lubricant is infiltrated into pores between CNTs. It is related to the schematic diagram which showed the state.

본 발명은 임프린트 몰드에 이형막을 형성시키는 방법에 있어서,The present invention provides a method for forming a release film on an imprint mold,

(a) 임프린트 몰드(100)의 기지층(140a)을 플라즈마 에칭처리하여 임프린트 몰드 표면 위에 나노 입자의 단구(150)들을 형성시키는 단계와;(도 4a, 도 4b)(a) plasma etching the matrix layer 140a of the imprint mold 100 to form the nanoparticles 150 on the surface of the imprint mold; (FIGS. 4A and 4B);

(b) 탄화수소를 공급하면서 플라즈마 강화 화학 증착법(PECVD)에 의해 단 구(150)들의 상부에 CNTs(200)를 성장시키면서 모세관 형상의 나노 크기 기공들을 형성시키는 단계와;(도 4c) (b) forming capillary nano-sized pores while growing CNTs 200 on top of the sections 150 by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) while supplying hydrocarbon; (FIG. 4C);

(c) 상기 기공들의 내부에 이형막을 형성시키기 위한 윤활유(300)를 충진시키는 단계;(4d) (c) filling the lubricating oil 300 to form a release film inside the pores; (4d)

를 거치는 것을 특징으로 하는 임프린트 몰드에 이형막을 형성시키는 방법에 관한 것이다.It relates to a method of forming a release film on an imprint mold, characterized in that through.

상기 (a)단계에서 도 4a에 도시된 바와 같이 먼저 전기주조를 통해 제작된 임프린트 몰드(100) 위의 니켈 기지층(140a)은 CNTs 성장을 위한 촉매 금속으로 사용되며, 플라즈마 에칭을 이용하여 도 4b에 도시된 바와 같이 수 나노 크기의 미세한 촉매금속 입자의 단구(terrace)(150)를 형성시킨다. 만들어진 단구(terrace) 형태의 촉매 금속은 탄화가스의 탄소원자와 반응한다. In step (a), as shown in FIG. 4A, the nickel base layer 140a on the imprint mold 100 manufactured by electroforming is used as a catalyst metal for CNTs growth, As shown in FIG. 4B, a terminator 150 of fine catalytic metal particles having a size of several nanometers is formed. The resulting catalytic metal in the form of a trace reacts with the carbon atoms of the carbon gas.

상기에서 플라즈마 에칭의 조건은 NH3 170~190 sccm으로 1~5분간 10~40 mA의 조건에서 실시하는 것이 바람지하며, 상기의 조건 범위를 벗어날 경우에는 단구가 제대로 형성되지 않거나 또는 니켈주조층이 훼손될 우려가 있다. The plasma etching conditions are NH 3 170 ~ 190 sccm in 1 ~ 5 minutes 10 ~ 40 mA is recommended to be carried out, if out of the above range of the sphere is not formed properly or nickel cast layer This may be damaged.

상기 (a)단계에서 임프린트 몰드(100)는 니켈 기지층(Seed Layer)(140a)과 니켈 전기주조층(140b)으로 이루어지고, 니켈 기지층(140a)은 몰드의 전기주조 제작시 웨이퍼(110)와의 접착력을 향상시키기 위해 150±20℃에서 열처리시키는 것이 바람직하다. In the step (a), the imprint mold 100 includes a nickel base layer 140a and a nickel electroforming layer 140b, and the nickel base layer 140a is a wafer 110 during electroforming of the mold. With) Heat treatment at 150 ± 20 ° C. is preferred to improve adhesion.

그리고 상기 (b)단계는 도 4c에 도시된 바와 같이 탄화수소를 공급하면서 플라즈마 강화 화학 증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)에 의해 단구(150)들의 상부에 CNTs(200)를 성장시키면서 모세관 형상의 나노 크기 기공들을 형성시키는 단계로서, 이때 사용하는 탄화가스는 여러 탄화가스들 중에서 열에 의한 분해에 가장 낮은 활성화 에너지를 가지고 있어 쉽게 탄소를 촉매로 공급할 수 있는 특성이 있는 탄화수소로서 아세틸렌(C2H2) 가스를 주로 사용한다. 반응가스에서 분리된 탄소원자의 촉매 금속과의 반응은 금속 입자의 가장자리에서 우선적으로 일어나 흡착이 용이하게 되며, 흡착된 탄소원자는 촉매금속으로 용해, 확산 과정을 거쳐 가장자리에 탄소층을 형성하게 되고, 이 탄소층이 쌓이면서 CNTs의 벽이 형성된다. 이렇게 몰드의 패턴위에 성장된 CNTs는 나노 수준의 미세 기공들을 형성하게 된다. In addition, the step (b) is a capillary shape while growing CNTs 200 on top of the monocytes 150 by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) while supplying hydrocarbons as shown in FIG. 4C. In the step of forming nano-sized pores, the carbonized gas used in this case has the lowest activation energy for thermal decomposition among the various carbonized gases and can easily supply carbon as a catalyst to acetylene (C 2 H 2 ) Mainly use gas. The reaction of the carbon atoms separated from the reaction gas with the catalytic metal occurs preferentially at the edges of the metal particles to facilitate adsorption, and the adsorbed carbon atoms are dissolved and diffused into the catalyst metal to form a carbon layer at the edge. As the carbon layers accumulate, the walls of CNTs form. The CNTs grown on the mold pattern form nano pores.

상기에서 CNTs(200)의 성장은 Ni 기지층이 증착된 패턴이 있는 실리콘 웨이퍼를 5.0×10-5~5.5×10-5 Torr의 고진공 분위기하에서 610~630℃로 가열하고, 탄소나노튜브의 핵인 촉매 금속 미립자를 만들기 위해 챔버에 NH3를 170~190sccm으로 흘려주어 2~4Torr의 압력에서 두 전극사이에 DC 전원을 인가하여 NH3 플라즈마를 유도한다. 탄소나토튜브를 합성하기 위한 반응 기체로는 C2H2 가스를 사용하였으며, 전처리 조건에는 NH3량의 25~35%의 가스를 공급하면서 DC전원을 인가하여 CNTs(200)를 성장시킨다.The growth of the CNTs 200 is a silicon wafer with a Ni matrix layer deposited thereon is heated to 610 ~ 630 ℃ under a high vacuum atmosphere of 5.0 × 10 -5 ~ 5.5 × 10 -5 Torr, the core of the carbon nanotubes In order to make the catalyst metal particles, NH 3 is flowed into the chamber at 170 to 190 sccm, and DC power is applied between the two electrodes at a pressure of 2 to 4 Torr to induce NH 3 plasma. C 2 H 2 gas was used as a reaction gas for synthesizing carbon nanotubes, and CNTs 200 were grown by applying DC power while supplying 25 to 35% of NH 3 gas in the pretreatment condition.

CNTs(200)의 성장조건이 상기에서 한정한 범위 미만인 경우에는 CNTs의 성장이 제대로 되지 않을 우려가 있고, CNTs(200)의 성장조건이 상기에서 한정한 범위를 초과할 경우에는 CNTs가 과성장되어 CNTs의 계면이 불균일해질 우려가 있다. If the growth conditions of the CNTs 200 are less than the above range, there is a concern that the growth of the CNTs may not be performed properly. If the growth conditions of the CNTs 200 exceed the above range, the CNTs may be overgrown. There exists a possibility that the interface of CNTs may become nonuniform.

그리고 상기 (c)단계에서는 (b)단계에서 형성시킨 CNTs(200)의 기공에 도 4d에 도시된 바와 같이 이형막을 형성시키기 위한 윤활유를 CNTs(200)의 기공 내부에 충진시키는 단계이다.In the step (c), the lubricating oil for forming the release film is filled in the pores of the CNTs 200 in the pores of the CNTs 200 formed in the step (b), as shown in FIG. 4D.

상기에서 CNTs(200)의 기공 내부에는 스프레이식 및 증기(vapor)식으로 윤활유를 분무시킨 후 초음파 진동을 통해 충진시킨다.Inside the pores of the CNTs 200 is sprayed with lubricating oil in a spray type and a vapor (vapor) method and then filled by ultrasonic vibration.

이와 같이 본 발명에 따라 제조한 이형막을 형성시킨 임프린트 몰드(100)를 이용하여 나노 성형품의 성형시 이형막이 형성되는 과정을 첨부된 도면인 도 5a 내 지 도 5d를 중심으로 상세히 설명하면 다음과 같다. As described above in detail with reference to FIGS. 5A to 5D, the process of forming a release film during molding of a nano-molded product using the imprint mold 100 having the release film manufactured according to the present invention as follows is as follows. .

도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따라 제작한 임프린트 몰드를 이용한 임프린트 공정에서 반영구적인 이형막이 작용하는 상태를 나타낸 모식도에 관한 것이다. 5A to 5D are schematic diagrams showing a state in which a semi-permanent release film acts in an imprint process using an imprint mold manufactured according to the present invention.

도 5a에 도시된 바와 같이 먼저 본 발명에 따른 임프린트 몰드(100)의 패턴이 형성된 면에 고분자 성형재료(400)를 압착시킨다.As shown in FIG. 5A, first, the polymer molding material 400 is pressed onto the surface on which the pattern of the imprint mold 100 according to the present invention is formed.

임프린트 공정중 고분자 성형재료(400)의 유동을 위한 가열과정에서 고분자의 유리화 온도(glass-transition temperature, Tg) 이상으로 가열하면 도 5b에 도시된 바와 같이 CNTs(200)의 기공 내부에 충진된 윤활유가 열에 의한 팽창으로 인해 임프린트 몰드(100)의 패턴 표면 위로 상승하게 되며, 가압공정에서 몰드와 성형재료가 서로 접착되지 않도록 임프린트 몰드(100)와 고분자 성형재료(400) 사이에 매우 얇은 윤활 피막의 이형막이 형성된다. In the heating process for the flow of the polymer molding material 400 during the imprint process, when heated above the glass-transition temperature (Tg) of the polymer, as shown in FIG. The lubricating oil filled in the pores rises on the pattern surface of the imprint mold 100 due to thermal expansion, and is formed between the imprint mold 100 and the polymer molding material 400 so that the mold and the molding material do not adhere to each other in the pressing process. A very thin lubricating film release film is formed on the film.

그리고 도 5c에 도시된 바와 같이 임프린트의 냉각과정에서는 윤활유의 냉각으로 인해 다시 CNTs의 기공 속에 다시 윤활유가 재충진된다.In the cooling process of the imprint, as shown in FIG. 5C, the lubricant is refilled in the pores of the CNTs again due to the cooling of the lubricant.

임프린트 공정이 완료된 고분자 성형품은 임프린트 몰드(100)와의 사이에 형성되었던 이형막에 의해 임프린트 몰드로부터 쉽게 분리되므로 임프린트 몰드와 고분자 성형품의 접착문제에 따른 임프린트의 한계를 극복할 수 있다.Since the polymer molded article in which the imprint process is completed is easily separated from the imprint mold by a release film formed between the imprint mold 100, an imprint limitation may be overcome due to the adhesion problem between the imprint mold and the polymer molded article.

이와 같이 상기 CNTs 기공들의 내부에 임프린트 가열공정시 윤활유의 열팽창에 의한 이형막의 생성 및 냉각공정시 윤활유의 열수축에 의한 모세관 재충진의 반복을 통해 반영구적인 이형막으로의 사용이 가능하다.As such, the CNTs can be used as a semi-permanent release membrane through the repetition of capillary refilling due to heat shrinkage of the lubricating oil during generation of the release membrane due to thermal expansion of the lubricating oil during the imprint heating process.

상기의 방법에 의해 제조된 반영구적인 이형막이 형성된 임프린트 몰드의 구성은 다음과 같다. The configuration of the imprint mold having a semi-permanent release film produced by the above method is as follows.

나노 입자의 단구로 패터닝된 니켈 기지층과 그 하부의 니켈 전기주조층으로 이루어진 본체와;A main body consisting of a nickel matrix layer patterned into monocytes of nanoparticles and a nickel electroforming layer below;

상기 본체의 니켈 기지층 상부에 탄소나노튜브에 의해 형성된 기공 내부에 윤활유가 충진된 이형막;으로 이루어진다.And a release film filled with lubricating oil in the pores formed by carbon nanotubes on the nickel base layer of the main body.

그리고 상기 니켈 기지층은 단구로 형성된 것을 특징으로 한다.And the nickel base layer is characterized in that formed by monocytes.

본 발명의 임프린트 몰드에 사용되는 윤활유는 상기에서 이미 상세히 설명한 바 있으므로 여기서는 그 설명을 생략하기로 한다.Since the lubricating oil used in the imprint mold of the present invention has already been described in detail above, the description thereof will be omitted.

상술한 바와 같이, 본 발명에 대하여 상세히 설명하였지만 본 발명은 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, the present invention has been described in detail, but it will be understood that the present invention can be variously modified and changed without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. .

도 1a 내지 도 1d는 종래의 임프린트 몰드의 제작 공정을 나타낸 모식도;1A to 1D are schematic views showing a manufacturing process of a conventional imprint mold;

도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 니켈 기지층(seed layer)이 형성된 임프린트 니켈 몰드의 제작 공정을 나타낸 모식도;2A to 2D are schematic diagrams showing a manufacturing process of an imprint nickel mold having a nickel seed layer according to the present invention;

도 3a 및 도 3b는 니켈 기지층이 기판과 접착된 상태를 촬영한 사진;3A and 3B are photographs of a state in which a nickel base layer is bonded to a substrate;

도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따라 단구(terrace)를 형성시킨 니켈 기지층의 패턴 위에 탄소나노튜브를 성장시켜 반영구적인 이형막을 형성시키는 단계를 나타낸 모식도;Figures 4a to 4d is a schematic diagram showing the step of forming a semi-permanent release film by growing carbon nanotubes on the pattern of the nickel base layer in which the termination is formed in accordance with the present invention;

도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따라 제작한 임프린트 몰드를 이용한 임프린트 공정에서 반영구적인 이형막이 작용하는 상태를 나타낸 모식도에 관한 것이다. 5A to 5D are schematic diagrams showing a state in which a semi-permanent release film acts in an imprint process using an imprint mold manufactured according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 임프린트 몰드 110 : 웨이퍼(Wafer)100: imprint mold 110: wafer

120 : 포토레지스트(PR) 130 : 크롬 기지층(Seed Layer)120: photoresist (PR) 130: chrome seed layer

140a : 니켈 기지층(Seed Layer) 140b : 니켈 전기주조층140a: Nickel Base Layer 140b: Nickel Electroforming Layer

150 : 단구(terrace) 200 : 탄소나노튜브(CNTs)150: terminal 200: carbon nanotubes (CNTs)

300 : 윤활유300: lubricant

Claims (7)

임프린트 몰드에 이형막을 형성시키는 방법에 있어서,In the method of forming a release film in an imprint mold, (a) 임프린트 몰드의 기지층을 플라즈마 에칭처리하여 임프린트 몰드 표면 위에 나노 입자의 단구들을 형성시키는 단계와;(a) the base layer of the imprint mold Plasma etching to form monocytes of nanoparticles on the imprint mold surface; (b) 탄화수소를 공급하면서 플라즈마 강화 화학 증착법(PECVD)에 의해 단구들의 상부에 탄소나노튜브를 성장시키면서 모세관 형상의 나노 크기 기공들을 형성시키는 단계와;(b) forming capillary shaped nanosized pores while growing carbon nanotubes on top of the monocytes by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) while supplying hydrocarbons; (c) 상기 기공들의 내부에 이형막을 형성시키기 위한 윤활유를 충진시키는 단계;(c) filling a lubricating oil for forming a release film in the pores; 를 거치는 것을 특징으로 하는 임프린트 몰드에 이형막을 형성시키는 방법.Method for forming a release film on the imprint mold, characterized in that through. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (a)단계에서 임프린트 몰드는 니켈 기지층과 니켈 전기주조층으로 이루 어진 것을 특징으로 하는 임프린트 몰드에 이형막을 형성시키는 방법.The method of forming a release film on the imprint mold, characterized in that (im) the imprint mold comprises a nickel base layer and a nickel electroforming layer. 제 2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 니켈 기지층은 몰드의 전기주조 제작시 웨이퍼와의 접착력을 향상시키기 위해 150±20℃에서 열처리시키는 것을 특징으로 하는 임프린트 몰드에 이형막을 형성시키는 방법.The nickel base layer is in contact with the wafer during electroforming of the mold. A method of forming a release film on an imprint mold, characterized in that the heat treatment at 150 ± 20 ℃ to improve the adhesion. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (b)단계에서 탄화수소는 아세틸렌(C2H2)인 것을 특징으로 하는 임프린트 몰드에 이형막을 형성시키는 방법.In step (b), the hydrocarbon is acetylene (C 2 H 2 ), characterized in that to form a release film on the imprint mold. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (b)단계에서 탄소나노튜브 성장조건은 아세틸렌(C2H2)을 공급하면서 Ni 기지층이 증착된 패턴이 있는 실리콘 웨이퍼를 5.0×10-5~5.5×10-5 Torr의 고진공 분위기하에서 610~630℃로 가열하고, 탄소나노튜브의 핵인 촉매 금속 미립자를 만들기 위해 챔버에 NH3를 170~190sccm으로 흘려주어 2~4Torr의 압력에서 두 전극사이에 DC 전원을 인가하여 NH3 플라즈마를 유도하여 성장시키는 것을 특징으로 하는 임프린트 몰드에 이형막을 형성시키는 방법.In the step (b), the carbon nanotube growth condition is performed by supplying acetylene (C 2 H 2 ) to a silicon wafer having a Ni substrate layer deposited thereon under a high vacuum atmosphere of 5.0 × 10 −5 to 5.5 × 10 −5 Torr. Heated to 610 ~ 630 ℃, NH 3 is flowed into the chamber at 170 ~ 190sccm to make catalytic metal particles, which are the nucleus of carbon nanotubes, and the NH 3 plasma is induced by applying DC power between two electrodes at a pressure of 2 ~ 4Torr. Growing to form a release film on the imprint mold. 나노 입자의 단구로 패터닝된 니켈 기지층과 그 하부의 니켈 전기주조층으로 이루어진 본체와;A main body consisting of a nickel matrix layer patterned into monocytes of nanoparticles and a nickel electroforming layer below; 상기 본체의 니켈 기지층 상부에 탄소나노튜브에 의해 형성된 기공 내부에 윤활유가 충진된 이형막;A release membrane filled with lubricating oil in the pores formed by carbon nanotubes on the nickel base layer of the main body; 으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이형막이 형성된 임프린트 몰드.Imprint mold formed with a release film, characterized in that consisting of. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 니켈 기지층은 단구로 형성된 것을 특징으로 하는 이형막이 형성된 임 프린트 몰드.The nickel-based layer is an imprint mold formed with a release film, characterized in that formed in the monocyte.
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