KR101088011B1 - 몰드 및 몰드 제조 방법, 패턴 전사 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 몰드 및 몰드 제조 방법, 패턴 전사 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 몰드 제조방법은, 몰드 표면을 친수처리하는 친수처리단계;상기 친수처리된 몰드 표면 상에 패턴 마스크를 코팅하는 패턴 마스크 코팅단계; 상기 패턴 마스크를 패터닝하여 상기 몰드 표면이 노출되는 노출영역과 상기 노출영역 사이에 상기 패턴 마스크가 유지되는 패턴 마스크막 영역을 형성하는 패턴마스크 패터닝단계; 상기 노출영역을 에칭하는 에칭단계; 상기 에칭된 노출영역과 상기 패턴 마스크막 영역을 소수처리하는 소수처리단계; 및 상기 패턴 마스크막 영역의 패턴 마스크를 제거하는 패턴 마스크 제거단계를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 패턴 전사 방법은, 몰드의 친수성 표면 상에 친수성 패턴재료를 코팅하는 코팅단계, 친수성 패턴 재료와 기판을 서로 맞대어 가압하는 가압단계, 서로 맞대어진 상태에 레이저 광을 주사하여, 친수성 패턴 재료를 기판 상으로 전사하는 전사단계를 포함한다.

몰드, 패턴 마스크, 패턴 재료, 친수처리, 소수처리

Description

몰드 및 몰드 제조 방법, 패턴 전사 방법{MOLD AND METHOD FOR MANUFACTURING MOLD, METHOD FOR TRANSFERRING PATTERN}

본 발명은 몰드 및 몰드 제조 방법, 패턴 전사 방법에 관한 것이다.

　최근 광산업, 디스플레이 산업, 반도체 산업, 바이오 산업에서 제품의 박막화 고성능화의 요구가 증가하고 있다. 그러한 요구에 부합하기 위해서는 각각의 부품을 구성하고 있는 배선 또는 기능성 박막층이 더욱더 작고 균일하게 패턴을 형성하여 있어야 한다. 그러므로, 미세 패턴 제조 방법은 광학 소자에 이용되는 광학회절격자(optical grating), 미세 배선 등에 특히 적용 가능성이 높다.

일반적으로, 기존의 마이크로미터 이하의 패턴을 제조하는 방법에는 노광(photolithography), 파인 마스크 증착 (Fine Mask Deposition, 이하 FMD 라 한다.), 프린팅(printing), 나노 임프린팅 리소그래피 (Nano Imprinting Lithography, 이하 NIL이라 한다.) 등이 있다. 그러나, 이러한 제조 방법에는 각각의 공정상의 한계가 존재한다. 노광(photolithography)은 제조과정이 복잡하고, 쉐도우 마스크(shadow mask)를 제조하는데 있어서 제조의 어려움과 고가의 제조비용이 들고, 마스크의 뒤틀림에 의해서 정밀도가 저하되는 문제점이 있다. 또한, 마스 크와 대상물의 정렬이 어렵고, 공정 변경 즉, 패턴(pattern)의 크기 및 형상의 변경이 어려운 단점이 있다.

FMD는 노광 방법에서 상술한 쉐도우 마스크(shadow mask)를 사용하는 것에 의하여 발생하는 문제점과, 높은 제조비용이 드는 문제점이 있다. 또한, 재료의 한계성, 긴 제조 시간과 같은 문제점이 있다.

프린팅(printing)에서 잉크 젯(ink-jet)방식은 패턴을 만들 재료가 액상의 솔루션(solution)형태여야 하기 때문에 다양한 재료를 사용할 수 없으며, 일정한 액정 분사의 어려움으로 인한 불균일한 패턴이 생성되는 단점이 있다. 반면에, 롤 투 롤(roll to roll)방식은 패턴 크기가 30~40 ㎛정도로 상대적으로 큰 패턴제조만 적용이 가능하다는 단점이 있다.

NIL은 전자 빔 리소그래피(E-beam lithography)를 이용해서 스탬프(stamp)를 만드는데 공정상의 문제로 대면적으로 스탬프(stamp)를 만들기 어려운 문제점이 있다. 한편, 현재는 스탬프를 만들기 위해서는 EUV 노광(photolithography) 방식이 사용되는데, 이로 인한 높은 제조비용 등의 문제점이 있다. 또한, NIL은 포토레지스트(Photo-Resist, 이하 PR이라 한다.)을 사용하여 PR 패터닝시, 잔류 PR이 발생하는 문제로 제조 과정이 복잡하게 되는 단점이 있다.

마이크로 컨택트 프린팅(Micro Contact Printing)공정은, 수십um~수십nm까지 넓은 패턴 제조가 가능하다고 하지만, PDMS(polydimethylsiloxane)와 같은 소프트 몰드(soft mold)를 사용하기 때문에, 몰드(mold)와 기판의 접촉 시에 몰드(mold)의 변형으로 인하여 패턴 왜곡 현상이 발생하는 문제점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 레이저 어시스트 패턴 전사(Laser Assisted Pattern Transfer)공정을 거쳐 형성된 패턴을 나타내는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 기존의 레이저 어시스트 패턴 전사(Laser Assisted Pattern Transfer)공정을 거쳐 형성된 패턴은 패턴의 경계가 불확실한 것을 나타내고 있다. 기존의 레이저 어시스트 패턴 전사(Laser Assisted Pattern Transfer)공정은, 회절 및 초점 깊이의 한계로 10um 이하의 패턴을 만들기 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 레이저가 지나간 자리만 패턴이 형성되기 때문에 대면적으로 패턴을 제조하기에는 제조 시간이 오래 걸리는 문제점이 있으며, 다른 공정에 비해서 패턴의 경계가 불균일해서 패턴 퀄리티가 좋지 않은 단점이 있다. 그리고, 레이저에 의해서 경계가 끊어지면서 기판에 파티클(particle)이 비산하고 경계가 불균일하게 되는 단점이 있다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은, 일정영역은 친수성, 일정영역은 소수성을 가지도록 형성되는 것에 의하여, 친수성 또는 소수성 패턴 재료를 해당 패턴 재료와 표면 성질이 같은 영역에만 입혀지게 할 수 있고, 또한 패턴 재료를 전사시킨 후 이 몰드 패턴을 재사용할 수 있는 몰드 및 몰드 제조방법, 패턴 전사방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 패터닝 할 부위만 패턴 재료가 입혀지는 것에 의하여, 레이저로 전사할 때 패턴 경계에서 재료가 떨어지면서 생기는 패턴 경계의 불균일성을 제거할 수 있는 몰드 및 몰드 제조방법, 패턴 전사방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.　

또한, 본 발명은, 마이크로 미터 내지 나노 미터 크기의 패턴 경계의 불균일성이 제거되는 것에 의하여, 우수한 패턴 품질을 가지는 몰드 및 몰드 제조방법, 패턴 전사방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 액상의 패턴 재료를 스핀 코팅법을 이용하여 몰드 표면 상에 코팅된 전사재료를 직접 기판에 전사시키는 것에 의하여, 기판에 전사되는 패턴의 형성과정이 간소화되고, 제조 비용 및 제조 시간을 절감시킬 수 있는 몰드 및 몰드 제조방법, 패턴 전사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 마스크를 사용하지 않고, 대면적의 패턴 전사가 가능한 몰드 및 몰드 제조방법, 패턴 전사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 균일한 선 폭을 가지는 마이크로 미터 크기 이하의 전사패턴을 형성할 수 있는 몰드 및 몰드 제조방법, 패턴 전사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 기존의 진공 상태에서 이루어지던 패턴 전사 공정이 대기 상태에서도 가능하여, 공정이 편리한 몰드 및 몰드 제조방법, 패턴 전사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

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청구항 1에 관한 발명인 몰드 제조방법은, 몰드 표면을 친수처리하는 친수처리단계, 친수처리된 몰드 표면 상에 패턴 마스크를 코팅하는 패턴마스크 코팅단계, 패턴 마스크를 패터닝하여 몰드 표면이 노출되는 노출영역과 노출영역 사이에 패턴 마스크가 유지되는 패턴 마스크막 영역을 형성하는 패턴마스크 패터닝단계, 노출영역을 에칭하는 제4 단계, 에칭된 노출영역과 패턴 마스크막 영역을 소수처리하는 소수처리단계, 패턴 마스크막 영역의 패턴 마스크를 제거하는 패턴마스크 제거단계를 포함한다.

따라서, 청구항 1에 관한 발명인 몰드 제조방법에 의하면, 몰드 표면이 일정영역은 친수성, 일정영역은 소수성을 가지도록 형성하는 것에 의하여, 친수성 또는 소수성 패턴 재료를 해당 패턴 재료와 반응하는 영역에만 입혀지게 할 수 있다.

청구항 2에 관한 발명인 몰드 제조방법은, 청구항 1에 관한 발명인 몰드 제조방법에 있어서, 친수처리단계에서는, 몰드 표면을 플라즈마(plasma) 또는 UV(Ultra-Viloet) 처리, 과산화 수소(Hydrogen peroxide) 처리한다.

따라서, 청구항 2에 관한 발명인 몰드 제조방법에 의하면, 몰드 표면을 친수처리하고 있기 때문에, 친수처리된 몰드 표면 상에 친수성 패턴재료가 남아있도록 할 수 있다.

청구항 3에 관한 발명인 몰드 제조방법은, 청구항 1에 관한 발명인 몰드 제조방법에 있어서, 소수처리단계에서는, 에칭된 노출영역과 패턴 마스크막을 O₂플라즈마 처리하여 피라나(piranah) 용액에 침수시킨 후, 실란(silane) 용액으로 소수처리한다.

따라서, 청구항 3에 관한 발명인 몰드 제조방법에 의하면, 몰드 표면을 소수처리하고 있기 때문에, 소수처리된 몰드 표면 상에 친수성 패턴재료가 떨어지게 할 수 있다.

청구항 4에 관한 발명인 몰드 제조방법은, 몰드 표면을 소수처리하는 소수처리단계, 소수처리된 몰드 표면 상에 패턴 마스크를 코팅하는 패턴마스크 코팅단계, 패턴 마스크를 패터닝하여 몰드 표면이 노출되는 노출영역과 노출영역 사이에 패턴 마스크가 유지되는 패턴 마스크막 영역을 형성하는 패턴마스크 패터닝단계, 노출영역을 에칭하는 제4 단계, 에칭된 노출영역과 패턴 마스크막 영역을 친수처리하는 친수처리단계, 패턴 마스크막 영역의 패턴 마스크를 제거하는 패턴마스크 제거단계를 포함한다.

따라서, 청구항 4에 관한 발명인 몰드 제조방법에 의하면, 몰드 표면이 선택적으로 소수성 또는 친수성을 가지도록 몰드 패턴을 형성하는 것에 의하여, 액체 상태의 패턴 재료를 해당 패턴 재료와 표면 성질이 같은 영역에만 입혀지게 할 수 있다.

청구항 5에 관한 발명인 패턴 전사 방법은, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 관한 발명인 몰드 제조방법에 의하여 제조된 몰드의 친수성 표면 상에 친수성 패턴재료를 코팅하는 코팅단계, 친수성 패턴 재료와 기판을 서로 맞대어 가압하는 가압단계, 서로 맞대어진 상태에 레이저 광을 주사하여, 친수성 패턴 재료를 기판 상으로 전사하는 전사단계를 포함한다.

따라서, 청구항 5에 관한 발명인 패턴 전사 방법에 의하면, 패터닝 할 부위만 패턴 재료가 입혀지고 있기 때문에, 레이저로 전사할 때 패턴 경계에서 재료가 떨어지면서 생기는 패턴 경계의 불균일성을 제거할 수 있고, 우수한 패턴 품질을 가질 수 있다. 또한, 액상의 패턴 재료를 스핀 코팅법을 이용하여 몰드 표면 상에 코팅된 전사재료를 직접 기판에 전사시키고 있기 때문에, 기판에 전사되는 패턴의 형성과정이 간소화되고, 제조 비용 및 제조 시간을 절감시킬 수 있다. 또한, 청구항 6에 관한 발명인 패턴 전사 방법에 의하면, 마스크를 사용하지 않고, 대면적의 패턴 전사가 가능하며, 균일한 선 폭을 가지는 마이크로 미터 크기 이하의 전사패턴을 형성할 수 있다. 또한, 기존의 진공 상태에서 이루어지던 패턴 전사 공정이 대기 상태에서도 가능하여, 공정이 편리하다.

청구항 6에 관한 발명인 패턴 전사 방법은, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 관한 발명인 몰드 제조방법에 의하여 제조된 몰드의 소수성 표면 상에 소수성 패턴재료를 코팅하는 코팅단계, 소수성 패턴 재료와 기판을 서로 맞대어 가압하는 가압단계, 서로 맞대어진 상태에 레이저 광을 주사하여, 소수성 패턴 재료를 기판 상으로 전사하는 전사단계를 포함한다.

따라서, 청구항 6에 관한 발명인 패턴 전사 방법에 의하면, 패터닝 할 부위만 패턴 재료가 입혀지고 있기 때문에, 레이저로 전사할 때 패턴 경계에서 재료가 떨어지면서 생기는 패턴 경계의 불균일성을 제거할 수 있고, 우수한 패턴 품질을 가질 수 있다. 또한, 액상의 패턴 재료를 스핀 코팅법을 이용하여 몰드 표면 상에 코팅된 전사재료를 직접 기판에 전사시키고 있기 때문에, 기판에 전사되는 패턴의 형성과정이 간소화되고, 제조 비용 및 제조 시간을 절감시킬 수 있다. 또한, 마스크를 사용하지 않고, 대면적의 패턴 전사가 가능하고, 균일한 선 폭을 가지는 마이크로 미터 크기 이하의 전사패턴을 형성할 수 있다. 또한, 기존의 진공 상태에서 이루어지던 패턴 전사 공정이 대기 상태에서도 가능하기 때문에, 공정이 편리하다.
청구항 7에 관한 발명인 몰드는, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항의 방법으로 제조된다.
따라서, 청구항 7에 관한 발명인 몰드에 의하면, 몰드 표면이 일정영역은 친수성, 일정영역은 소수성을 가지도록 형성하는 것에 의하여, 친수성 또는 소수성 패턴 재료를 해당 패턴 재료와 반응하는 영역에만 입혀지게 할 수 있다. 또한, 몰드 표면이 선택적으로 소수성 또는 친수성을 가지도록 몰드 패턴을 형성하는 것에 의하여, 액체 상태의 패턴 재료를 해당 패턴 재료와 표면 성질이 같은 영역에만 입혀지게 할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 몰드 표면이 일정영역은 친수성, 일정 영역은 소수성을 가지도록 형성되어 있기 때문에, 친수성 또는 소수성 패턴 재료를 해당 패턴 재료와 표면 성질이 같은 영역에만 입혀지게 할 수 있고, 또한 패턴 재료를 전사시킨 후 이 몰드 패턴을 재사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 패터닝 할 부위만 패턴 재료가 입혀지고 있기 때문에, 레이저로 전사할 때 패턴 경계에서 재료가 떨어지면서 생기는 패턴 경계의 불균일성을 제거할 수 있다.　

또한, 본 발명에 의하면, 마이크로 미터 내지 나노 미터 크기의 패턴 경계의 불균일성이 제거되기 때문에, 우수한 패턴 품질을 가질 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 액상의 패턴 재료를 스핀 코팅법을 이용하여 몰드 표면 상에 코팅된 전사재료를 직접 기판에 전사시키고 있기 때문에, 기판에 전사되는 패턴의 형성과정이 간소화되고, 제조 비용 및 제조 시간을 절감시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 마스크를 사용하지 않고, 대면적의 패턴 전사가 가능하다.

또한, 본 발명에 의하면, 균일한 선 폭을 가지는 마이크로 미터 크기 이하의 전사패턴을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 기존의 진공 상태에서 이루어지던 패턴 전사 공정이 대기 상태에서도 가능하기 때문에, 공정이 편리하다.

이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제 해결 수단, 효과 외의 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세 하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 몰드의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 몰드(100)는, 전사될 패턴 재료가 입혀지는 면이 볼록한 부분(100a)과 오목한 부분(100b)으로 번갈아 형성되어 있는 구조이다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 몰드(100)는, 볼록한 부분(100a)이 친수성(110)이면, 오목한 부분(100b)은 소수성(140)으로 되어있다. 또한, 도시되어 있지는 않지만, 본 발명의 제1 실시예에 따른 변형 예로서, 몰드가, 볼록한 부분이 소수성이면, 오목한 부분이 친수성으로 되어있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 몰드에 의하면, 몰드 표면이 일정영역은 친수성, 일정영역은 소수성을 가지도록 형성되어 있기 때문에, 친수성 또는 소수성 패턴 재료를 해당 패턴 재료와 반응하는 영역에만 입혀지게 할 수 있고, 또한 패턴 재료를 전사시킨 후 이 몰드 패턴을 재사용할 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 몰드의 제조방법에 대하 여 도 3에서부터 도 4g에 관한 설명까지를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 몰드 제조방법의 순서를 나타내는 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 몰드 제조방법은, 몰드 표면을 친수 처리하는 친수처리단계(S100), 패턴 마스크를 코팅하는 패턴마스크 코팅단계(S200), 패턴 마스크를 패터닝하여 몰드 표면이 노출되는 노출영역과 노출영역사이에 패턴 마스크막이 유지되는 패턴 마스크막 영역을 형성하는 패턴마스크 패터닝단계(S300), 노출영역을 에칭하는 에칭단계(S400), 에칭된 노출영역과 패턴 마스크막 영역을 소수처리하는 소수처리단계(S500), 패턴 마스크막 영역의 패턴 마스크를 제거하는 패턴마스크 제거단계(S600)를 포함한다.

친수처리단계(S100)는, 몰드 표면에 패턴을 형성하기 전에 몰드 표면을 친수처리하는 단계이다. 여기서, 몰드 표면을 플라즈마(plasma) 처리하거나, UV(Ultra-Violet) 처리 또는 과산화수소(Hydrogen peroxide) 처리하여, 몰드 표면이 친수 특성을 가지도록 한다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 몰드 종류에 따라 친수처리하는 방식이 달라질 수 있음은 당업자에게는 자명한 사항이다. 한편, 본 발명의 실시예에서의 몰드는, Si 몰드, 유리 몰드(glass mold), SiN 몰드, SiO2 몰드, 금속이 코팅된 Si 또는 유리(glass) 몰드 등이 사용될 수 있다.

패턴마스크 코팅단계(S200)는, 친수처리된 몰드 표면 상에 패터닝을 위한 패턴 마스크를 코팅하는 단계이다. 여기서, 패턴 마스크는, 몰드 표면에 패턴을 형성하기 위하여 사용되는 마스크를 의미한다. 예를 들면, 몰드 재료가 Si 몰드일 경 우, 그 몰드 표면위에 증착된 에칭 마스크 막과 에칭 마스크막 상에 코팅된 포토 레지스트 막을 총칭한 것이다. 이에 보다 상세한 설명은 도 3에 관한 설명에서 하기로 한다.

패턴마스크 패터닝단계(S300)는, 패턴 마스크를 패터닝하는 단계이다. 패턴 마스크의 소정 부위가 몰드 표면이 노출되는 노출영역으로 형성되도록 건식 에칭 공정등을 이용하여 패터닝된다. 노출영역 사이에는 패턴 마스크가 그대로 유지되고 있는 패턴 마스크막 영역이 형성된다.

에칭단계(S400)는, 패턴마스크 패터닝단계(S300)에서 형성된 노출영역을 건식 에칭 또는 습식 에칭 공정 등을 이용하여 에칭하는 단계이다. 이때, 에칭에 의하여 몰드 모재에는 소정의 홈이 형성된다.

소수처리단계(S500)는, 에칭된 노출영역과 계속 유지되고 있는 패턴 마스크막 영역을 소수처리하는 단계이다. 여기서, 소수처리단계(S500)는, 에칭된 노출영역과 패턴 마스크막 영역을 O₂플라즈마 처리하여 피라나(piranah) 용액에 침수시킨 후, 실란(silane) 용액으로 소수처리하여, 에칭된 노출영역과 패턴 마스크막 영역이 소수 특성을 가지게 된다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 몰드의 종류에 따라 소수처리방식이 달라질 수 있음은 당업자에게는 자명한 사항이다.

패턴마스크 제거단계(S600)는, 소수처리단계(S500)에서 소수처리된 패턴 마스크막 영역의 패턴마스크를 제거하여 패턴 마스크 아래의 친수특성 표면을 노출시키는 단계이다.

한편, 도시되어 있지는 않지만, 본 발명의 제1 실시예에 따른 몰드 제조방법에 대한 다른 실시예로서, S100에서 몰드 표면을 소수처리하고, S500에서 에칭된 노출영역과 패턴 마스크막 영역을 친수처리하여, 패턴 마스크 아래의 소수특성을 가지는 표면과 노출영역의 친수특성을 가지는 표면을 가지는 몰드를 제조할 수도 있다.

도 4a 내지 4g는 본 발명의 제3 실시예에 따른 몰드 제조공정을 나타내는 도면이다. 한편, 도 4a 내지 4g는 Si 몰드를 패터닝하는 과정을 일 예로 하여 설명하기로 한다.

도 4a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 몰드 표면(100)의 친수처리공정을 나타내는 도면이다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 몰드 표면(100)이 소정의 친수 처리과정에 의하여 친수특성을 가지게 된다. 여기서, 친수처리과정은, 몰드 표면(100)을 플라즈마(plasma) 처리하거나, UV(Ultra-Violet) 처리 또는 과산화수소(Hydrogen peroxide) 처리하는 과정이다. 이를 통해, 몰드 표면(100) 상에 소정의 친수성 막(110)이 형성된다. 도 4a은 도 3의 친수처리단계(S100)에 해당되는 도면이다.

도 4b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 몰드의 에칭 마스크막(120) 및 포토 레지스트막(130) 코팅 공정을 나타내는 도면이다. 도 4b는 도 3의 패턴마스크 코팅단계(S200)에 해당되는 도면이다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 도 4a에서 친수성 막(110) 상에 에칭 마스크막(120)을 증착한다. 여기서, 에칭 마스크막(120)은, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미 늄(Al) 등의 금속물질로 이루어진다. 또한, 에칭 마스크(120) 막 상에는 포토레지스트 막(130)이 스핀 코팅된다. 그런 다음, 포토레지스트 막(130)이 노광된다.

도 4c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 몰드의 포토 레지스트막(130)을 에칭하는 공정을 나타내는 도면이다.

도 4c에 도시된 바와 같이, 도 4b에서 노광된 포토 레지스트 막(130)을 현상(develop)하여 포토레지스트 막(130)이 패터닝된다. 이때, 노광된 포토 레지스트 막(130)이 제거된다. 한편, 본 발명의 실시예에서는, 기존의 포토 리소그래피(photolithography) 공정을 일 예로 하여 마스크 막이 제조되는 것을 일 예로 하고 있다. 그러나, 에칭 마스크를 패터닝하기 위하여 전자 빔 리소그래피(E-beam lithography), 나노 임프린팅 리소그래피(Nano Imprinting Lithography, NIL), 집속 이온 빔(Focused Ion Beam, FIB), 간섭 리소그래피(interference lithography)등 기존의 어떠한 공정을 써도 무방하다.

도 4d는 본 발명의 제3 실시예에 따른 몰드의 에칭 마스크 막(120)을 에칭하는 공정을 나타내는 도면이다.

도 4d에 도시된 바와 같이, 도 4c에서 포토레지스트 막(130)이 패터닝되어 제거된 다음, 그 하부의 에칭 마스크막(120)을 건식 에칭 또는 습식 에칭 공정을 이용하여 에칭한다. 에칭 마스크 막(120)이 에칭되어 제거되면, 그 하부의 몰드 표면, 즉 친수성 막(110)이 외부로 노출된다. 이때, 친수성 막(110)이 노출된 노출영역과 노출영역사이에 에칭마스크 막(120)이 유지되는 에칭 마스크 막 영역이 형성된다.

한편, 도 4c 및 4d는 도 3의 패턴마스크 패터닝단계(S300)에 해당되는 도면이다.

도 4e는 본 발명의 제3 실시예에 따른 몰드의 모재(100)를 에칭하는 공정을 나타내는 도면이다. 도 4e는 도 3의 에칭단계(S400)에 해당되는 도면이다.

도 4e에 도시된 바와 같이, 도 4d에서 형성된 노출영역을 건식 에칭 공정을 이용하여 에칭한다. 이때, 에칭된 노출영역에는 소정의 높이와 너비를 가지는 홈이 형성된다. 여기서, 홈의 높이와 너비는 에칭 공정의 종류 및 몰드의 재료 등의 변수에 의하여 조절될 수 있다.

도 4f는 본 발명의 제3 실시예에 따른 에칭된 노출영역과 에칭 마스크막을 소수처리하는 공정을 나타내는 도면이다. 도 4f는 도 3의 소수처리단계(S500)에 해당되는 도면이다.

도 4f에 도시된 바와 같이, 도 4e에서 에칭된 노출영역과 도 4c에서 유지된 에칭 마스크 막을 소수처리하여 노출영역(100)이 소수특성을 가지게 된다. 본 발명의 실시예에서 사용될 수 있는 소수처리는, 노출영역(100)과 에칭 마스크막을 O₂ 플라즈마 처리 후 피라나(piranah) 용액에 담궜다가, 실란(silane) 용액으로 소수처리할 수 있다. 이 방법을 통하여 일반적인 SAM(Self Assembled Monolayer)이 제조될 수 있다. 또한, 노출영역(100)과 에칭 마스크막(120)을 1시간 정도 UV 조사 후, 실란(silane) 용액으로 소수처리할 수도 있다. 그러면 금속이 있는 볼록한 부위(에칭마스크 막, 120)는 여전히 친수 표면 특성을 가지게 되고, 도 4d에서 에칭된 오 목한 부위(홈, 100)만 소수 표면 특성을 갖게 된다.

도 4g는 본 발명의 제3 실시예에 따른 몰드의 에칭 마스크막(120)을 제거하는 공정을 나타내는 도면이다. 도 4g는 도 3의 패턴마스크 제거단계(S600)에 해당되는 도면이다.

도 4g에 도시된 바와 같이, 도 4f에서 소수처리된 에칭마스크 막(120)을 제거하여 오목한 홈(바닥면 및 벽면) 부위는 소수 특성을 가지고, 볼록한 부위는 친수특성을 가지게 된다.

한편, 도시되어 있지는 않지만, 본 발명의 제3 실시예에 따른 몰드 제조방법에 대한 다른 실시예로서, 도 4a의 공정에서 몰드 표면을 소수처리하고, 도 4f에서 에칭된 노출영역과 에칭 마스크막을 친수처리하여, 에칭 마스크막 아래의 소수특성을 가지는 표면과 노출영역의 친수특성을 가지는 표면을 가지는 몰드를 제조할 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 몰드 제조방법에 의하여 제조된 몰드는, 그 몰드 표면의 특정 부위에만 선택적으로 패턴 재료를 코팅하여 이를 기판에 전사시키는 공정을 반복적으로 수행할 수 있다. 상기와 같은 플라즈마 방식의 친수처리와, SAM방식의 소수처리를 통하여, 몰드 표면의 특성이 수일 내지 수십일 정도 유지될 수 있다. 특히, SAM방식은 물리적으로 층(layer)을 제거하지 않으면 더욱 오랜 기간 유지될 수 있다. 또한, 기존의 몰드는 이온(ion) 또는 전자빔(E-beam)을 쏘아서 재료를 증착 또는 제거하여 패터닝을 하는 기존 공정은 진공 상태에서 이루어져야 하지만, 본 발명의 실시예에 따른 몰드 제조방법에 의하여 제조된 몰드는, 진공 상태 가 아닌 대기 상태에서도 공정이 가능하여, 대면적으로 패터닝할 수 있다.

도 5a 내지 5c는 본 발명의 제4 실시예에 따른 패턴 전사방법을 나타내는 도면이다.

도 5a는 본 발명의 제4 실시예에 따른 선택적 표면 특성을 가지는 몰드 패턴(110) 상에 패턴 재료를 코팅하는 공정을 나타내는 도면이다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 도 3 에서부터 도 4g까지에 설명된 몰드 제조방법에 의하여 제조된 몰드(100) 상에, 액상의 패턴 재료(200)가 코팅된다. 본 발명의 실시예에서는, 액상의 패턴 재료(200)로서 친수 특성을 갖는 실버 잉크(silver ink)를 일 예로 하여 사용하였다. 그러나, 이외에도 스핀 코팅(spin coating)이 가능한 모든 액상의 패턴 재료도 가능하다. 또한, 코팅 방법은 스핀 코팅(spin coating)을 이용하여, 친수 특성을 갖는 볼록한 부위(110)만 패턴 재료(200)가 입혀지고, 나머지는 소수 특성을 갖는 부위(140)에는 패턴 재료가 붙어 있지 못하게 된다. 그 이유는, 몰드(100)의 고속 회전에 의해서 패턴 재료가 없어져 버리기 때문이다. 또한, 스핀 코팅(spin coating)이외에, 다른 솔루션 프로세스(soluton process)도 가능하다. 여기서, 솔루션 프로세스(soluton process)는, 딥 코팅(deep coating), 잉크 젯(ink jet), 롤 투 롤(roll to roll), 스크린 프린팅(screen printing) 등의 프린팅 방식과 스프레이(spray) 방식이 포함된다. 그런 다음, 베이킹(baking)공정을 거쳐 패턴 재료를 고체화시키거나, 액상 상태의 패턴 재료를 그대로 사용한다. 한편, 본 발명의 실시예에 따른 패턴 전사방법에서 사용될 수 있는 전사재료로는 금속물질, 유기물질, 무기물질, 세라믹, 단백질 및 세포 등을 포함하 는 생체재료 등이 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 몰드(100)에 표면처리가 되어있어서 물리적으로 특정 부분(오목 또는 볼록)에만 패턴 재료(200)가 스핀코팅(spin coating)되고, 이와 동시에 도 5b 및 5c와 같이 특정 부분의 패턴 재료(200)가 기판(300)에 바로 패터닝될 수 있다.

도 5b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 몰드 표면에 코팅된 패턴 재료(200)를 기판(300) 상에 전사하는 공정을 나타내는 도면이다.

도 5b에 도시된 바와 같이, 몰드 표면의 특정부위(110)에 코팅된 패턴 재료(200)와 기판(300)을 서로 맞대어 접촉시킨 후에, 접촉이 완벽하게 하기 위해서 적절한 압력을 가한다. 그런 다음, 서로 맞대어진 상태에서 레이저(L)를 주사한다. 이때, 강한 레이저(L)의 에너지를 패턴 재료(200)가 흡수해서 열팽창하고, 재료의 증발로 인하여 기체 압력이 방출됨과 함께 순간적으로 액화된다. 최종적으로 몰드(100)의 볼록한 부위(110)의 패턴 재료(200)가 기판으로 전사된다. 본 발명의 실시예에서는, 레이저 주사방향이 기판(300)에서 몰드(100) 방향으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 아닌 몰드(100)에서 기판(300) 방향으로 주사해도 무방하다.

한편, 기판(300)은 투명한 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 기판(300)의 재료가 불투명할 경우에는, 재료의 광 흡수율을 고려해서 보다 강하게 레이저를 주사하는 것이 바람직하다. 여기서, 기판(300)의 재료는 Si, 유리(glass), 폴리머(polymer), 금속(metal), 세라믹(ceramic), 기타 특수 재료등 거 의 모든 재료에 적용 가능하다. 본 발명의 실시예에서는, 레이저(L) 주사방향이 기판(300)에서 몰드(100) 방향으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 아닌 몰드(100)에서 기판(300) 방향으로 주사해도 무방하다.

한편, 레이저(L)는 재료와의 흡수율과 필요한 에너지를 고려해서 CW(continuous wave) 레이저 방식과 펄스(pulse) 레이저 방식이 사용된다. 여기서, CW(continuous wave) 레이저 방식은, 레이저 내부의 공진기(resonator)에서 밀도 반전(population inversion)을 통하여 레이저 방출을 하는 방식이고, 펄스(pulse) 레이저 방식은 위와 같은 밀도반전과 같은 에너지 분포 역전의 에너지를 모아두었다가 일시에 방출하는 방식이다. 상술한 본 발명의 실시예에 따른 패턴 전사방법은, CW(continuous wave)방식을 통하여 주사된 레이저 광을 통해 발생된 열에 의하여 연화되는 방식을 그 예로 하였으나, 열의 의한 영향을 최소화하기 위해서 펄스 레이저(pulse laser) 방식을 사용할 수도 있다. 여기서, 펄스 레이저(pulse laser) 방식을 사용할 경우, 레이저 파워와 펄스 폭 등을 조절하여 레이저(L)의 에너지를 패턴 재료(200)가 흡수해서 열팽창되어 순간적으로 액화되는 정도를 제어할 수 있고, 또한, 레이저 파워와 펄스 폭 등을 조절하여 패턴 재료의 증발에 의한 기체가 발생되는 정도를 제어할 수 있다. 패턴 재료가 액화되면, 패턴 재료와 기판의 접촉이 잘 이루어진다. 그러나, 패턴 재료가 산화되거나, 패턴 재료가 액화되었다가 다시 경화되면서 열수축과 같은 문제점이 발생될 수 있고, 그로 인해서, 전사효율과 품질이 떨어지게 되는 문제점이 발생될 수 있다. 또한, 패턴 재료가 주로 증발(ablation)되면, 전사 효율은 우수하고, 산화가 잘 이루어지지 않지만, 강한 레 이저 파워에 의하여 전사된 패턴 표면의 상태가 악화되거나 그 패턴 주위에 패턴 재료의 입자가 비산하게 되는 문제점이 발생될 수 있다. 따라서, 패턴 재료가 액화되는 정도와 패턴 재료의 증발에 의한 기체가 발생되는 정도를 적절히 조절할 필요가 있다.

도 5c는 본 발명의 제4 실시예에 따른 몰드 표면에 코팅된 패턴 재료(200)가 기판(300) 상에 전사된 상태를 나타내는 도면이다.

도 5c에 도시된 바와 같이, 도 5b에서 몰드 표면에 코팅된 패턴 재료(200)가 기판(300)에 전사되고, 전사된 패턴의 경계는 재료의 끊어짐이 없기 때문에, 경계가 말끔한 균일한 패턴이 얻어진다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 패턴 제조방법은, 광학 격자 제조(wire grid polarizer), 각종 배선, 선형 스케일(linear scale)의 격자 제조에 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 제4 실시예에 따른 패턴 제조방법은, 기타 다양한 재료의 마이크로 나노 패터닝에 사용될 수 있다.

도 6a 내지 6d는 본 발명의 제5 실시예에 따른 패턴 전사방법을 나타내는 도면이다.

도 6a는 본 발명의 제5 실시예에 따른 선택적 표면 특성을 가지는 몰드 패턴(140) 상에 패턴 재료(400)를 코팅하는 공정을 나타내는 도면이다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 도 3 에서부터 도 4g까지에 설명된 몰드 제조방법에 의하여 제조된 몰드(100)의 홈 상에, 액상의 패턴 재료를 코팅한다. 본 발명의 실시예에서는, 액상의 패턴 재료로서 친수 특성을 갖는 실버 잉크(silver ink) 를 일 예로 하여 사용하였다. 그러나, 이외에도 스핀 코팅(spin coating)이 가능한 모든 액상의 패턴 재료도 가능하다. 그런 다음, 베이킹(baking)공정을 거쳐 패턴 재료를 고체화시키거나, 액상 상태의 패턴 재료를 그대로 사용한다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 몰드(100)에 표면처리가 되어있어서 물리적으로 오목한 홈(140) 부위에만 패턴 재료(400)가 스핀코팅(spin coating)되고, 이와 동시에 도 6b 및 6c와 같이 홈 부위의 패턴 재료(400)가 기판(500)에 바로 패터닝될 수 있다.

도 6b는 본 발명의 제5 실시예에 따른 몰드 표면(140)에 코팅된 패턴 재료(400)과 기판(500)을 가압하는 공정을 나타내는 도면이다.

도 6b에 도시된 바와 같이, 몰드 표면의 홈 부위(140)에 코팅된 패턴 재료(400)와 기판(500)을 서로 맞대어 접촉시킨 후에, 접촉이 완벽하게 하기 위해서 적절한 압력을 가한다.

도 6c는 본 발명의 제5 실시예에 따른 몰드 표면(140)에 코팅된 패턴 재료(400)를 기판(500) 상에 전사하는 공정을 나타내는 도면이다.

도 6c에 도시된 바와 같이, 도 6b에서 몰드 표면의 홈 부위(140)에 코팅된 패턴 재료(400)과 기판(500)을 가압한 후, 서로 맞대어진 상태에서 레이저(L)를 주사한다. 이때, 강한 레이저의 에너지를 패턴 재료(400)가 흡수해서 열팽창하고, 재료의 증발로 인하여 기체 압력이 방출됨과 함께 순간적으로 액화된다. 최종적으로 몰드의 오목한 부위(140)의 재료(400)가 기판(500)으로 전사된다.

도 6d는 본 발명의 제5 실시예에 따른 몰드 표면에 코팅된 패턴 재료(400)가 기판(500) 상에 전사된 상태를 나타내는 도면이다.

도 6d에 도시된 바와 같이, 도 6c에서 몰드 표면에 코팅된 패턴 재료(400)가 기판(500)에 전사되고, 전사된 패턴의 경계는 재료의 끊어짐이 없기 때문에, 경계가 말끔한 균일한 패턴이 얻어진다. 본 발명의 실시예에서는, 레이저 주사방향이 기판(500)에서 몰드(100) 방향으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 아닌 몰드(100)에서 기판(500) 방향으로 주사해도 무방하다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 몰드 표면이 일정영역은 친수성, 일정영역은 소수성을 가지도록 형성되어 있기 때문에, 친수성 또는 소수성 패턴 재료를 해당 패턴 재료와 반응하는 부위에만 입혀지게 할 수 있고, 또한 패턴 재료를 전사시킨 후 이 몰드 패턴을 재사용할 수 있다. 또한, 패터닝 할 부위만 패턴 재료가 입혀지고 있기 때문에, 레이저로 전사할 때 패턴 경계에서 재료가 떨어지면서 생기는 패턴 경계의 불균일성을 제거할 수 있다.　 또한, 마이크로 미터 내지 나노 미터 크기의 패턴 경계의 불균일성이 제거되고 있기 때문에, 우수한 패턴 품질을 가질 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 액상의 패턴 재료를 스핀 코팅법을 이용하여 몰드 표면 상에 코팅된 전사재료를 직접 기판에 전사시키고 있기 때문에, 기판에 전사되는 패턴의 형성과정이 간소화되고, 제조 비용 및 제조 시간을 절감시킬 수 있다. 또한, 마스크를 사용하지 않고, 대면적의 패턴 전사가 가능하기 때문에, 균일한 선 폭을 가지는 마이크로 미터 크기 이하의 전사패턴을 형성할 수 있다.

이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 레이저 어시스트 패턴 전사(Laser Assisted Pattern Transfer)공정을 거쳐 형성된 패턴을 나타내는 도면.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 몰드의 구조를 나타내는 단면도.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 몰드 제조방법의 순서를 나타내는 도면.

도 4a 내지 4g는 본 발명의 제3 실시예에 따른 몰드 제조공정을 나타내는 도면.

도 5a 내지 5c는 본 발명의 제4 실시예에 따른 패턴 전사방법을 나타내는 도면.

도 6a 내지 6d는 본 발명의 제5 실시예에 따른 패턴 전사방법을 나타내는 도면.

Claims (7)

1. 몰드 표면을 친수처리하는 친수처리단계;

   상기 친수처리된 몰드 표면 상에 패턴 마스크를 코팅하는 패턴 마스크 코팅단계;

   상기 패턴 마스크를 패터닝하여 상기 몰드 표면이 노출되는 노출영역과 상기 노출영역 사이에 상기 패턴 마스크가 유지되는 패턴 마스크막 영역을 형성하는 패턴마스크 패터닝단계;

   상기 노출영역을 에칭하는 에칭단계;

   상기 에칭된 노출영역과 상기 패턴 마스크막 영역을 소수처리하는 소수처리단계; 및

   상기 패턴 마스크막 영역의 패턴 마스크를 제거하는 패턴 마스크 제거단계

   를 포함하는, 몰드 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 친수처리단계에서는,

   상기 몰드 표면을 플라즈마(plasma) 처리 또는 UV(Ultra-Violet) 처리 또는 과산화수소(Hydrogen peroxide) 처리하는,

   몰드 제조방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 패턴마스크 제거단계에서는,

   상기 에칭된 노출영역과 상기 패턴 마스크막을 O₂플라즈마 처리하여 피라나(piranah) 용액에 침수시킨 후, 실란(silane) 용액으로 소수처리하는,

   몰드 제조방법.
4. 몰드 표면을 소수처리하는 소수처리단계;

   상기 소수처리된 몰드 표면 상에 패턴 마스크를 코팅하는 패턴마스크 코팅단계;

   상기 패턴 마스크를 패터닝하여 상기 몰드 표면이 노출되는 노출영역과 상기 노출영역 사이에 상기 패턴 마스크가 유지되는 패턴 마스크막 영역을 형성하는 패턴마스크 패터닝단계;

   상기 노출영역을 에칭하는 에칭단계;

   상기 에칭된 노출영역과 상기 패턴 마스크막 영역을 친수처리하는 친수처리단계; 및

   상기 패턴 마스크막 영역의 패턴 마스크를 제거하는 패턴마스크 제거단계

   를 포함하는, 몰드 제조방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 의한 몰드 제조방법에 의하여 제조된 몰드의 친수성 표면 상에 친수성 패턴재료를 코팅하는 코팅단계;

   상기 친수성 패턴 재료와 기판을 서로 맞대어 가압하는 가압단계; 및

   서로 맞대어진 상태에 레이저 광을 주사하여, 상기 친수성 패턴 재료를 상기 기판 상으로 전사하는 전사단계;

   를 포함하는, 패턴 전사 방법.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 의한 몰드 제조방법에 의하여 제조된 몰드의 소수성 표면 상에 소수성 패턴재료를 코팅하는 코팅단계;

   상기 소수성 패턴 재료와 기판을 서로 맞대어 가압하는 가압단계; 및

   서로 맞대어진 상태에 레이저 광을 주사하여, 상기 소수성 패턴 재료를 상기 기판 상으로 전사하는 전사단계;

   를 포함하는, 패턴 전사 방법.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 몰드.

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