KR100978366B1 - 나노 임프린트용 스탬프 제작방법 - Google Patents

나노 임프린트용 스탬프 제작방법 Download PDF

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    • G03F7/0002—Lithographic processes using patterning methods other than those involving the exposure to radiation, e.g. by stamping

Abstract

본 발명은 나노 임프린트용 스탬프 제작방법에 관한 것으로서, 폴리머 나노입자와, 상기 폴리머 나노입자의 용해도 계수와 5 이상의 차이가 나는 용해도 계수를 가지는 폴리머 매트릭스가 혼합된 혼합용액을, 기판 상에 적층하는 혼합용액 적층단계; 상기 혼합용액에서 용매를 제거하여, 상기 폴리머 나노입자들이 상기 폴리머 매트릭스 내에서 배열되는 나노입자 박막을 성형하는 나노입자 박막 성형단계; 상기 폴리머 매트릭스를 식각하여 상기 폴리머 나노입자를 노출시키는 노출단계; 상기 폴리머 나노입자의 용해도 계수와 0.5 미만의 차이가 나는 용해도 계수를 가지는 매개용매를 이용하여 노출된 폴리머 나노입자를 용해시킴으로써, 상기 나노입자 박막의 상면에 나노패턴을 형성하는 용해단계; 및 상기 나노패턴 상에 금속 물질을 적층하여 나노 임프린트용 스탬프를 형성하는 스탬프 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

나노 임프린트용 스탬프 제작방법{Method for preparing nano imprinting stamp}
본 발명은 나노 임프린트용 스탬프 제작방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리머 나노입자와 폴리머 매트릭스로 이루어진 나노입자 박막에 나노패턴을 형성하고 그 나노패턴이 전사된 나노 임프린트용 스탬프를 제작하는 방법에 관한 것이다.
나노기술(NT; Nano Technology)은 정보기술(IT; Information Technology) 및 생명공학기술(BT; Bio Technology)과 더불어 21세기 산업 발전을 주도할 새로운 패러다임의 기술로서 주목받고 있다. 이러한 나노기술은 물리학, 화학, 생물학, 전자공학 및 재료공학 등 여러 과학기술 분야와 융합되어, 기존 기술의 한계를 극복하고서 인류의 삶의 질을 획기적으로 향상시킬 것으로 기대되고 있다.
나노기술은 접근 방법에 따라 크게 탑다운(Top-down) 접근 방식과, 바텀업(Bottom-up) 접근 방식으로 나누어진다. 탑다운 접근 방식은 지난 수십 년 동안 발전되어 온 반도체 집적 소자의 역사에서 볼 수 있듯이 기존의 미세구조 제작 기술을 나노미터 스케일까지 더욱 발전시켜 정보 저장 용량 및 정보 처리 속도의 증 대를 지속하고자 하는 기술이다. 이에 반해, 바텀업 접근 방식은 물질을 원자 혹은 분자 단위 수준에서 제어하거나 자발적인 나노 구조 현상을 이용하여 기존의 기술로는 불가능한 새로운 물리적, 화학적 성질을 유도하고 이를 이용하여 새로운 소재 및 소자를 제작하도록 하는 기술이다.
탑다운 접근 방식의 대표적인 예로는 기존의 반도체 소자 제조 공정에 사용되고 있는 광학 리소그래피(Optical Lithography) 기술이 있다. 정보 기술 혁명으로 일컬어지는 20세기의 기술 발전은 반도체 소자의 소형화 및 집적화에 크게 의존해 왔으며, 이러한 반도체 소자 제조 공정의 핵심 기술이 바로 광학 리소그래피 기술이다. 하지만, 광학 리소그래피 기술은 빛의 회절 및 굴절에 의한 특성으로 레이저의 선폭 한계로 100nm 이하의 피치 제작이 어렵다는 단점이 있어서, 최근 나노 임프린트(Nano Imprint) 기술을 이용한 공정 개발이 시도되고 있다.
나노 임프린트 기술은 1990년 중반 미국 프린스턴 대학교의 스테판 츄 교수에 의해 도입된 나노 소자 제작 방법으로서, 전자 빔 리소그래피의 낮은 생산성과 고가의 광학 리소그래피 장비의 단점을 보완할 수 있는 기술로 주목받고 있다. 즉, 나노 임프린트 기술은 나노 스케일의 패턴을 갖는 스탬프를 제작하고, 이런 스탬프를 고분자 박막에 각인하여 나노 스케일의 패턴을 전사(轉寫)한다.
도 1은 종래의 나노 임프린트용 스탬프의 제조방법을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 나노 임프린트용 스탬프의 제조방법 중 나노콜로이드를 이용하는 방법은, 우선, 스핀코팅 등의 도포 공정을 통해 나노입자(11)를 기판(12) 상에 적층하는데, 나노입자(11)가 서로 접촉되어 있는 나노입자 단일막(13) 을 형성한다(도 1(a)). 이후, 나노입자 단일막(13)을 식각하여 이웃하는 나노입자(11)가 서로 이격되게 배열되는 분리박막(14)을 형성하여 기판(12)을 노출시킨다(도 1(b)). 이후, 기판(12)을 식각하여 나노기둥(21) 및 나노홀(22)이 교대로 배치되는 나노패턴(23)을 성형하며(도 1(c)), 나노기둥(21) 상에 잔존하는 나노입자(11)를 제거함으로써, 나노 임프린트용 스탬프(30)를 제조할 수 있다(도 1(d)).
종래기술에서는 나노입자 간 작용력으로 인해 이웃하는 나노입자가 연속적으로 접촉되어 있는 나노입자 박막이 형성되는데, 이후 기판 식각을 위해 1차적으로 이웃하는 나노입자가 서로 이격되게 배열되도록 나노입자를 건식 식각하여 기판을 노출시키는 공정을 수행하고, 2차적으로 노출된 기판 영역을 건식 식각하는 공정을 수행하는 등 다소 복잡한 건식 식각 공정이 필요한 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 폴리머 나노입자와 폴리머 매트릭스로 이루어진 박막에서 용해도 차이 또는 극성의 차이를 이용하여 폴리머 나노입자를 선택적으로 용해시켜 나노패턴을 형성하고 이 나노패턴을 나노 임프린트용 스탬프 제작에 활용함으로써, 복잡한 다단계의 건식 식각 공정을 수행하지 않고 용이하게 나노패턴을 형성할 수 있는 나노 임프린트용 스탬프 제작방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 나노 임프린트용 스탬프 제작방법은, 폴리머 나노입자와, 상기 폴리머 나노입자의 용해도 계수와 5 이상의 차이가 나는 용해도 계수를 가지는 폴리머 매트릭스가 혼합된 혼합용액을, 기판 상에 적층하는 혼합용액 적층단계; 상기 혼합용액에서 용매를 제거하여, 상기 폴리머 나노입자들이 상기 폴리머 매트릭스 내에서 배열되는 나노입자 박막을 성형하는 나노입자 박막 성형단계; 상기 폴리머 매트릭스를 식각하여 상기 폴리머 나노입자를 노출시키는 노출단계; 상기 폴리머 나노입자의 용해도 계수와 0.5 미만의 차이가 나는 용해도 계수를 가지는 매개용매를 이용하여 노출된 폴리머 나노입자를 용해시킴으로써, 상기 나노입자 박막의 상면에 나노패턴을 형성하는 용해단계; 및 상기 나노패턴 상에 금속 물질을 적층하여 나노 임프린트용 스탬프를 형성하는 스탬프 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 나노 임프린트용 스탬프 제작방법은, 극성 또는 무극성 중 하나의 성질을 가지는 폴리머 나노입자와, 극성 또는 무극성 중 다른 하나의 성질을 가지는 폴리머 매트릭스가 혼합된 혼합용액을, 기판 상에 적층하는 혼합용액 적층단계; 상기 혼합용액에서 용매를 제거하여, 상기 폴리머 나노입자들이 상기 폴리머 매트릭스 내에서 배열되는 나노입자 박막을 성형하는 나노입자 박막 성형단계; 상기 폴리머 매트릭스를 식각하여 상기 폴리머 나노입자를 노출시키는 노출단계; 극성 또는 무극성 중 상기 폴리머 나노입자와 동일한 성질을 가지는 매개용매를 이용하여 노출된 폴리머 나노입자를 용해시킴으로써, 상기 나노입자 박막의 상면에 나노패턴을 형성하는 용해단계; 및 상기 나노패턴 상에 금속 물질을 적층하여 나노 임프린트용 스탬프를 형성하는 스탬프 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 나노 임프린트용 스탬프 제작방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 나노입자 박막은, 상기 폴리머 나노입자들이 상기 폴리머 매트릭스 내에서 이웃하게 배열되는 제1나노입자층과, 상기 제1나노입자층의 상측에 배치되며 상기 폴리머 나노입자들이 상기 폴리머 매트릭스 내에서 이웃하게 배열되는 제2나노입자층을 포함한다.
본 발명에 따른 나노 임프린트용 스탬프 제작방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 폴리머 나노입자는 폴리스티렌(polystyrene) 나노입자이고, 상기 폴리머 매트릭스는 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate, PVA) 매트릭스이며, 상기 매개용매는 톨루엔(toluene) 또는 클로로포름(chloroform)이다.
본 발명에 따른 나노 임프린트용 스탬프 제작방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 폴리머 나노입자의 지름은 200 nm 이상 500 nm 이하이다.
본 발명에 따른 나노 임프린트용 스탬프 제작방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 혼합용액에서, 상기 폴리머 매트릭스에 대한 상기 폴리머 나노입자의 체적비는 실질적으로 52% 이하이다.
본 발명에 따른 나노 임프린트용 스탬프 제작방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 용해단계에서, 상기 폴리머 나노입자의 원활한 용해를 위해, 상기 나노입자 박막이 적층된 기판에 진동을 가한다.
본 발명에 따른 나노 임프린트용 스탬프 제작방법에 있어서, 바람직하게는, 상기 용해단계와 상기 스탬프 형성단계 사이에서, 상기 나노패턴 상에 형성된 나노 임프린트용 스탬프의 이형을 용이하게 하기 위해 상기 나노패턴 상에 표면처리를 수행하는 표면처리단계;를 더 포함한다.
본 발명의 나노 임프린트용 스탬프 제작방법에 따르면, 용해도 계수의 차이를 이용하여 특정 용매에 용해되는 폴리머 나노입자를 나노패턴을 형성하는데 이용함으로써, 복잡한 다단계의 건식 식각 공정을 수행하지 않고 용이하게 나노패턴을 형성할 수 있고, 대면적 상에서 저비용으로 나노패턴을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 나노 임프린트용 스탬프 제작방법에 따르면, 나노입자 박막 내에서 매개용매에 의해 용해되는 폴리머 나노입자의 지름에 의해 나노패턴의 나노홀의 폭 및 나노기둥의 높이가 결정됨으로써, 원하는 규격에 맞는 폴리머 나노입자 를 선택하여 제작하고자 하는 나노패턴의 규격을 용이하게 제어할 수 있고, 원하는 규격의 다양한 나노패턴을 형성할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 나노 임프린트용 스탬프 제작방법의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 임프린트용 스탬프 제작방법을 순서적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 나노 임프린트용 스탬프 제작방법에 있어서, 기판상에 형성된 나노입자 박막의 단면 전자빔 이미지이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예의 나노 임프린트용 스탬프 제작방법은, 혼합용액 적층단계(S110)와, 나노입자 박막 성형단계(S120)와, 노출단계(S130)와, 용해단계(S140)와, 표면처리단계(S150)와, 스탬프 형성단계(S160)를 포함한다.
상기 혼합용액 적층단계(S110)에서는, 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 폴리머 나노입자(111)와 폴리머 매트릭스(121)가 혼합된 혼합용액(130)을 기판(140) 상에 적층한다. 혼합용액(130)을 마련하기 위해, 우선 폴리머 나노입자(111)가 분산된 제1용액(110)과 폴리머 매트릭스(121)가 용해된 제2용액(120)을 준비한다. 이때, 제1용액(110)의 용매(112)와 제2용액(120)의 용매는 화학적 안정성을 위하여 동일한 것이 바람직하다.
또한 준비된 제1용액(110)과 제2용액(120)을 혼합한 혼합용액(130) 내에서 폴리머 나노입자(111)가 폴리머 매트릭스(121)에 의해 완전히 둘러싸일 수 있도록, 폴리머 매트릭스(121)에 대한 폴리머 나노입자(111)의 체적비는 실질적으로 52% 이 하인 것이 바람직하다. 또한 폴리머 나노입자(111)의 지름은 최종적인 제품에 맞도록 선택하되, 광결정 특성 또는 저반사 특성을 얻기 위하여 200 nm 이상 500 nm 이하 수준에서 결정되는 것이 바람직하다.
이후, 혼합용액(130)을 스핀코팅 방법에 의해 기판(140) 상에 도포시킨다. 스핀코팅 시 폴리머 나노입자(111)의 표면 자기조립이 용이하도록 표면처리를 통해 접촉각을 가급적 10도 이하로 유지할 수 있도록 한다. 스핀속도는 혼합용액(130)의 점성과 기판(140)의 부착력을 고려하여 결정하는데, 원하는 박막의 균일도를 얻기 위해서는 1,000rpm 이상에서 결정하도록 한다.
본 발명에서는 폴리머 나노입자(111)와 폴리머 매트릭스(121)가 특정한 매개용매에 대하여 선택적 용해가 가능하도록 서로 간의 용해도 계수(solubility parameter,
Figure 112009034837963-pat00001
) 차이가 충분히 크다는 것을 특징으로 한다. 본 실시예에 있어서, 폴리머 나노입자(111)의 용해도 계수와 폴리머 매트릭스(121)의 용해도 계수는 5 이상의 차이가 난다.
본 실시예에서 폴리머 나노입자(111)로는 폴리스티렌(polystyrene) 나노입자가 이용되고, 폴리머 매트릭스(121)로는 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate, PVA) 매트릭스가 이용된다. 폴리스티렌 나노입자의 용해도 계수는 약 9.1 정도이고, 폴리비닐아세테이트 매트릭스의 용해도 계수는 약 19.2 정도이다.
상기 나노입자 박막 성형단계(S120)에서는, 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 혼합용액(130)에서 용매를 제거하여, 폴리머 나노입자(111)들이 폴리머 매트릭 스(121) 내에서 배열되는 나노입자 박막(150)을 성형한다.
혼합용액(130)이 도포된 기판(140)에 열을 가하여 혼합용액(130) 내부에서 폴리머 나노입자(111) 및 폴리머 매트릭스(121)와 함께 존재하던 용매(112)를 증발시킨다. 용매(112)의 증발에 따라 폴리머 매트릭스(121)는 응결되고 폴리머 나노입자(111)는 폴리머 매트릭스(121) 내에 갇히게 됨으로써, 폴리머 매트릭스(121) 내에 폴리머 나노입자(111)가 정렬된 나노입자 박막(150)이 형성된다.
한편, 스핀코팅과 용매를 제거하기 위한 열처리 과정에서 나노입자 박막(150)의 두께는 축소된다. 따라서, 혼합용액(130)을 준비하는 과정에서 최종적인 나노입자 박막(130)의 두께가 폴리머 나노입자(111)의 지름보다 크도록, 축소되는 두께를 고려하여 혼합용액(130) 내에서 폴리머 나노입자(111)와 폴리머 매트릭스(121)의 체적의 합을 결정한다.
도 3은 본 발명에서 구현 가능한 나노입자 박막(150)의 단면형상을 보여주고 있는데, 스핀속도, 폴리머 나노입자(111)의 크기, 폴리머 나노입자(111)와 폴리머 매트릭스(121)의 소재 간 무게비, 표면부착력 등의 조건에 따라 단층 구조의 나노입자 박막(150)(도 2(b) 참조) 또는 다층 구조의 나노입자 박막(150')(도 4(b) 참조)이 형성될 수 있다. 도 3을 참조하면, 입자 간의 상호작용과 자기조립 특성으로 인해 입자간 연속적으로 접촉하고 있는 어레이(close-packed array) 형상이 도출됨을 알 수 있다.
상기 노출단계(S130)에서는, 폴리머 매트릭스(121)를 식각하여 폴리머 나노입자(111)를 노출시킨다. 도 2(c)에 도시된 바와 같이, 폴리머 나노입자(111)를 덮고 있는 폴리머 매트릭스(121)를 산소 건식식각 방식에 의해 제거하여, 폴리머 나노입자(111)의 상부가 외부에 노출되도록 한다.
상기 용해단계(S140)에서는, 도 2(d)에 도시된 바와 같이, 폴리머 나노입자(111)를 용해시킬 수 있는 매개용매를 이용하여 폴리머 나노입자(111)를 용해시킴으로써, 나노기둥(151) 및 나노홀(152)이 교대로 배치되는 나노패턴(153)을 나노입자 박막(150)의 상면에 형성한다. 본 실시예에서 폴리머 나노입자(111)를 용해시킬 수 있는 매개용매로 8.9 정도의 용해도 계수를 가지는 톨루엔(toluene) 또는 9.2 정도의 용해도 계수를 가지는 클로로포름(chloroform)이 이용된다.
Hildebrand-Scotchard 이론에 따르면, 특정 폴리머가 특정 용매에서 용해될 수 있는 용해 조건으로 다음과 같은 조건을 명시하고 있다.
Figure 112009034837963-pat00002
여기서, △E는 용해시 발생하는 또는 필요한 열량이고, φ1은 폴리머의 체적비, φ2는 용매의 체적비, δ1은 폴리머의 용해도 계수, δ2는 용매의 용해도 계수이다. 이 이론에 의하면, 폴리머의 용해도 계수와 용매의 용해도 계수의 차이가 0.5 미만인 경우 폴리머가 용매에 용해될 수 있다.
따라서, 본 실시예에서 폴리머 나노입자(111)로 이용되는 폴리스티렌 나노입자는 약 9.1 정도의 용해도 계수를 가지고 폴리머 매트릭스(121)로 이용되는 폴리비닐아세테이트 매트릭스는 약 19.2 정도의 용해도 계수를 가지며, 매개용매로 이용되는 톨루엔은 약 8.9 정도의 용해도 계수를, 클로로포름은 약 9.2 정도의 용해 도 계수를 가지므로, 매개용매에 의해 노출된 폴리머 나노입자(111)만이 용해될 수 있다.
한편, 폴리머 나노입자(111)의 용해과정을 원활하게 하기 위해서, 매개용매를 이용한 용해 과정 중 나노입자 박막(150)이 적층된 기판(140)에 초음파 진동을 가한다.
상기 표면처리단계(S150)에서는, 나노패턴(153) 상에 형성된 나노 임프린트용 스탬프(160)의 이형을 용이하게 하기 위해 나노패턴(153) 상에 표면처리를 수행한다. 액상 또는 기상 증착방법을 이용하여 티올(thiol) 계열의 소재를 나노패턴(153) 상에 약 2 내지 3 nm 두께의 박막(미도시)으로 증착한다. 이러한 박막은, 추후 나노패턴(153) 상측에 나노 임프린트용 스탬프(160)가 형성된 후, 나노입자 박막(150)으로부터 나노 임프린트용 스탬프(160)를 분리하는 과정을 용이하게 한다.
상기 스탬프 형성단계(S160)에서는, 나노패턴(153) 상에 금속 물질을 적층하여 나노 임프린트용 스탬프(160)를 형성한다.
우선 도 2(e)에 도시된 바와 같이 나노패턴(153)이 형성된 기판(140) 상에 금속 기저층(161)을 증착하고, 이후 도 2(f)에 도시된 바와 같이 전해도금공정 등을 통하여 금속 기저층(161)과 동일한 금속 물질을 적층하여 나노 임프린트용 스탬프(160)를 형성한다. 이와 같이 형성된 나노 임프린트용 스탬프(160)에는 기판(140)의 나노패턴(153)이 그대로 전사된다. 부재번호 163은 나노 임프린트용 스탬프(160)의 나노패턴이다.
이후, 도 2(g)에 도시된 바와 같이, 완성된 나노 임프린트용 스탬프(160)를 기판(140)으로부터 분리한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 나노 임프린트용 스탬프 제작방법은, 용해도 계수의 차이를 이용하여 특정 용매에 용해되는 폴리머 나노입자를 나노패턴을 형성하는데 이용함으로써, 복잡한 다단계의 건식 식각 공정을 수행하지 않고 용이하게 나노패턴을 형성할 수 있고, 대면적 상에서 저비용으로 나노패턴을 형성할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 나노 임프린트용 스탬프 제작방법은, 나노입자 박막 내에서 매개용매에 의해 용해되는 폴리머 나노입자의 지름에 의해 나노패턴의 나노홀의 폭 및 나노기둥의 높이가 결정됨으로써, 원하는 규격에 맞는 폴리머 나노입자를 선택하여 제작하고자 하는 나노패턴의 규격을 용이하게 제어할 수 있고, 원하는 규격의 다양한 나노패턴을 형성할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노 임프린트용 스탬프 제작방법을 순서적으로 도시한 도면이다. 도 4에 있어서, 도 2 및 도 3에 도시된 부재들과 동일한 부재번호에 의해 지칭되는 부재들은 동일한 구성 및 기능을 가지는 것으로서, 그들 각각에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 나노 임프린트용 스탬프 제작방법은, 나노입자 박막 성형단계(S120)에서, 기판(140) 상에 성형되는 폴리머 나노입자(111)들이 다층 구조, 예컨대 2층 구조로 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서 나노입자 박막 성형단계(S120)에서 성형되는 나노입자 박막(150')은, 제1나노입자층(156)과, 제2나노입자층(157)을 포함한다.
상기 제1나노입자층(156)은 폴리머 나노입자(111)들이 응결된 폴리머 매트릭스(121) 내에서 이웃하게 배열된다. 상기 제2나노입자층(157)은 제1나노입자층(156)과 동일하게 폴리머 나노입자(111)들이 응결된 폴리머 매트릭스(121) 내에서 이웃하게 배열되며, 제1나노입자층(156)의 상측에 배치된다.
본 실시예에 있어서, 나노 임프린트용 스탬프(160)를 제작하기 위한 그 외의 공정은 도 2의 실시예와 동일하므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
한편, 본 발명의 나노 임프린트용 스탬프 제작방법의 또다른 실시예에 따르면, 혼합용액(130) 내에 존재하는 폴리머 나노입자(111)와 폴리머 매트릭스(121)가 극성 또는 무극성 중 어느 하나의 성질을 가지도록 선택된다.
본 실시예의 나노 임프린트용 스탬프 제작방법은 도 2의 실시예와 동일하게 혼합용액 적층단계(S110)와, 나노입자 박막 성형단계(S120)와, 노출단계(S130)와, 용해단계(S140)와, 표면처리단계(S150)와, 스탬프 형성단계(S160)를 포함한다. 다만, 혼합용액 적층단계(S110)와, 용해단계(S140)에서 다소 차이가 있다.
본 실시예의 혼합용액 적층단계에서는, 혼합용액(130)을 구성하는 폴리머 나노입자(111)는 극성의 폴리머가 이용되고, 폴리머 매트릭스(121)는 무극성의 폴리머가 이용된다.
도 2의 실시예에서 폴리머 나노입자(111)로는 폴리스티렌(polystyrene) 나노입자가 이용되고, 폴리머 매트릭스(121)로는 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate, PVA) 매트릭스가 이용된다고 설명하였는데, 실질적으로 폴리스티렌 나노입자는 무극성의 폴리머이고, 폴리비닐아세테이트 매트릭스는 극성의 폴리머이다.
본 실시예의 용해단계에서는, 극성 또는 무극성 중 폴리머 나노입자(111)와 동일한 성질을 가지는 매개용매를 이용하여 노출된 폴리머 나노입자(111)를 용해시킨다. 일반적으로 극성의 용질은 극성의 용매에, 무극성의 용질은 무극성의 용매에 잘 용해된다고 알려져 있다. 따라서, 무극성의 폴리머 나노입자(111)와 동일하게 무극성을 가지는 톨루엔 또는 클로로포름을 매개용매로 이용하여 폴리머 나노입자(111)인 폴리스티렌 나노입자를 용해시킨다.
본 실시예에 있어서, 나노 임프린트용 스탬프(160)를 제작하기 위한 그 외의 공정은 도 2의 실시예와 동일하므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
도 1은 종래의 나노 임프린트용 스탬프의 제조방법을 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 임프린트용 스탬프 제작방법을 순서적으로 도시한 도면이고,
도 3은 도 2의 나노 임프린트용 스탬프 제작방법에 있어서, 기판상에 형성된 나노입자 박막의 단면 전자빔 이미지이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노 임프린트용 스탬프 제작방법을 순서적으로 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
111: 폴리머 나노입자 121: 폴리머 매트릭스
130: 혼합용액 140: 기판
150: 나노입자 박막 153: 나노패턴
160: 나노 임프린트용 스탬프

Claims (8)

  1. 폴리머 나노입자와, 상기 폴리머 나노입자의 용해도 계수와 5 이상의 차이가 나는 용해도 계수를 가지는 폴리머 매트릭스가 혼합된 혼합용액을, 기판 상에 적층하는 혼합용액 적층단계;
    상기 혼합용액에서 용매를 제거하여, 상기 폴리머 나노입자들이 상기 폴리머 매트릭스 내에서 배열되는 나노입자 박막을 성형하는 나노입자 박막 성형단계;
    상기 폴리머 매트릭스를 식각하여 상기 폴리머 나노입자를 노출시키는 노출단계;
    상기 폴리머 나노입자의 용해도 계수와 0.5 미만의 차이가 나는 용해도 계수를 가지는 매개용매를 이용하여 노출된 폴리머 나노입자를 용해시킴으로써, 상기 나노입자 박막의 상면에 나노패턴을 형성하는 용해단계; 및
    상기 나노패턴 상에 금속 물질을 적층하여 나노 임프린트용 스탬프를 형성하는 스탬프 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트용 스탬프 제작방법.
  2. 극성 또는 무극성 중 하나의 성질을 가지는 폴리머 나노입자와, 극성 또는 무극성 중 다른 하나의 성질을 가지는 폴리머 매트릭스가 혼합된 혼합용액을, 기판 상에 적층하는 혼합용액 적층단계;
    상기 혼합용액에서 용매를 제거하여, 상기 폴리머 나노입자들이 상기 폴리머 매트릭스 내에서 배열되는 나노입자 박막을 성형하는 나노입자 박막 성형단계;
    상기 폴리머 매트릭스를 식각하여 상기 폴리머 나노입자를 노출시키는 노출단계;
    극성 또는 무극성 중 상기 폴리머 나노입자와 동일한 성질을 가지는 매개용매를 이용하여 노출된 폴리머 나노입자를 용해시킴으로써, 상기 나노입자 박막의 상면에 나노패턴을 형성하는 용해단계; 및
    상기 나노패턴 상에 금속 물질을 적층하여 나노 임프린트용 스탬프를 형성하는 스탬프 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트용 스탬프 제작방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 나노입자 박막은,
    상기 폴리머 나노입자들이 상기 폴리머 매트릭스 내에서 이웃하게 배열되는 제1나노입자층과, 상기 제1나노입자층의 상측에 배치되며 상기 폴리머 나노입자들이 상기 폴리머 매트릭스 내에서 이웃하게 배열되는 제2나노입자층을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트용 스탬프 제작방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 폴리머 나노입자는 폴리스티렌(polystyrene) 나노입자이고,
    상기 폴리머 매트릭스는 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate, PVA) 매트 릭스이며,
    상기 매개용매는 톨루엔(toluene) 또는 클로로포름(chloroform)인 것을 특징으로 하는 나노 임프린트용 스탬프 제작방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 폴리머 나노입자의 지름은 200 nm 이상 500 nm 이하인 것을 특징으로 하는 나노 임프린트용 스탬프 제작방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 혼합용액에서, 상기 폴리머 매트릭스에 대한 상기 폴리머 나노입자의 체적비는 실질적으로 52% 이하인 것을 특징으로 하는 나노 임프린트용 스탬프 제작방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 용해단계에서,
    상기 폴리머 나노입자의 원활한 용해를 위해, 상기 나노입자 박막이 적층된 기판에 진동을 가하는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트용 스탬프 제작방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 용해단계와 상기 스탬프 형성단계 사이에서,
    상기 나노패턴 상에 형성된 나노 임프린트용 스탬프의 이형을 용이하게 하기 위해 상기 나노패턴 상에 표면처리를 수행하는 표면처리단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트용 스탬프 제작방법.
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