KR101169426B1 - 나노임프린트 리소그래피에 의한 계층형 나노패턴 형성방법 - Google Patents

나노임프린트 리소그래피에 의한 계층형 나노패턴 형성방법 Download PDF

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Abstract

나노임프린트에 의해 물품에 계층형 패턴을 형성하는 방법을 개시한다. 상기 방법은 물품의 탄성율을 낮출 수 있는 제1온도와 제1압력에서 물품에 기본패턴을 형성하기 위해 제1몰드를 이용하는 단계와; 상기 물품의 유리전이온도 이하인 제2온도에서 기본패턴에 제2압력으로 제2패턴을 형성하기 위해 제2몰드를 이용하는 단계를 포함한다.
나노임프린트, 계층형 패턴, 기본패턴, 유리전이온도, 몰드, 온도, 압력

Description

나노임프린트 리소그래피에 의한 계층형 나노패턴 형성방법{Hierarchical Nanopatterns by Nanoimprint Lithography}
본 발명은 나노임프린트에 의한 계층형 패턴 형성방법에 관한 것으로, 특히 정렬된 3차원 계층형 구조물의 형성방법에 관한 것이다.
서브마이크로미터 급의 계층형(hierarchical) 또는 3차원 구조물의 발전은 MEMS(MicroElectroMechanical Systems)와 NEMS(NanoElectroMechanical Systems), 마이크로유체장치(microfluidic devices), 광 마이크로(micro-optics) 또는 광 나노(nano-optics), 생물학자를 위한 도구세트(toolsets)(디옥시리보핵산(DNA)배열(Deoxyribose Nucleic Acid array)을 위한 마이크로유체소자(microfluidic chips)) 그리고 의학(마이크로수술 도구)의 기술적 진보와 함께 중요성이 점점 증가하고 있다.
연꽃잎(lotus leaf)의 극 표면 소수성(extreme surface hydrophobicity), 소금쟁잇과 곤충 다리의 물에 대한 초반발성(super water-repellency), 상어 피부의 물 저항 감소 등의 자연계의 몇몇 특이한 특성은 계층형 구조물에서 기인한다. 인조 응용제품으로는 항력감소(drag reduction)를 위한 항공기의 계층적 표면 형태(hierarchical surface topology)를 가진 플라스틱 코팅의 응용제품을 포함한다.
현재 이용가능한 제조기술은 마이크로 스테레오 리소그래피, 심도 반응성 이온에칭(deep reactive ion etching, DRIE)과 몸체 마이크로머시닝(Bulk Micromachining)의 복합가공, 심도 엑스레이 경사 리소그래피(inclined Deep X-Ray Lithography(DXRL)), 자외선 경사 리소그래피(inclined ultraviolet lithography)를 포함한다. 이 모든 제조기술이 3차원 마이크로구조물과 나노구조물에서 실시되고 있지만, 계층형 구조물은 제조할 수 없었다. 보고된 대부분의 계층형 구조물은 자기조립(self-assembly) 방법으로 제조된다. 그러나 이들 구조물의 정밀도(fidelity)와 장범위 규칙도(long-range order)는 떨어진다. 이러한 기술들은 또한 시간당 처리량(생산성)(throughput)이 낮다.
쵸(Chou) 교수 등에 의해 과학저널 응용물리학 레터(by Chou et.al Stephen Y. Chou, Peter R. Krauss, Preston J. Renstrom, Appl. Phys. Lett 67(1995) 3114)에 게재된 이후로, 나노임프린트 리소그래피(NIL)는 2차원 나노구조물의 제조를 위한 매력적인 기술로 인정되었다. 나노임프린트 리소그래피의 기본 작업원리는 고분자(polymer)의 점탄성 특성(viscoelastic properties)에 달려있다. 이 방식에서, 고분자 박막(film)은 그 유리전이온도(Tg) 이상으로 가열된 후에 유동하여 경화몰드의 형태(topology)로 얻어진다. 패턴은 고분자가 유리상태로 냉각되면 세팅되므로 패턴의 해상도는 주로 경화몰드(hard mould)에 의해 결정된다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면,
(a) 물품의 탄성율을 낮출 수 있는 제1온도와 제1압력에서 물품에 기본패턴을 형성하기 위해 제1몰드를 이용하는 단계와; (b) 상기 물품의 유리전이온도 이하인 제2온도에서 기본패턴에 제2압력으로 제2패턴을 형성하기 위해 제2몰드를 이용하는 단계를 포함하는 나노임프린트에 의해 물품 표면에 계층형 패턴을 형성하는 방법이 제공된다.
상기 제1온도와 제1압력은 또한 물품의 용융점도(melt viscosity)를 낮출 수 있다. 상기 제1온도는 물품의 유리전이온도 이상이 바람직하다. 상기 물품은 고분자 박막일 수 있고, 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate:PMMA) 및 수산화 측기(hydroxyl side groups)를 가지는 폴리이미드(polyimide) 중에서 하나 이상일 수 있다. 상기 고분자 박막은 칼슘카보네이트(calcium carbonate), 탄소필러(carbon filler), 유리필러(glass filler),파이버(fibers),유리섬유(glass fibers),탄소섬유(carbon fibers), 및 탄소나노튜브(carbon nanotubes)로부터 선택된 입자강화 고분자 복합체일 수 있다. 상기 고분자 박막은 기재(substrate) 위에 있을 수 있다.
상기 제2패턴은 기본패턴에 상대적인 각도인 0°~ 90°범위에서 형성될 수 있다.
적어도 하나의 제1몰드와 제2몰드는 물품으로부터 분리를 촉진하기 위한 저 표면에너지 코팅(low surface energy coating)으로 처리될 수 있다. 상기 코팅은 퍼플루오르데실트리클로로실란(FDTS;perfluorodecyltrichlorosilane)일 수 있다.
상기 제1몰드는 물품 표면에 제1격자 구조(grating structure)를 형성하기 위한 제1격자를 가질 수 있고, 제2몰드는 제1격자 구조 위에 제2격자 구조를 형성하기 위한 제2격자를 가질 수 있다. 상기 제1격자는 제2격자보다 더 크지만, 이와 달리 제1격자가 제2격자보다 작을 수도 있고 동일할 수도 있다. 상기 제1격자 구조는 물품 표면의 돌기와 도랑(trench)일 수 있다. 상기 제2격자는 상기 돌기 위와 도랑 내에 형성될 수 있다. 상기 제1격자는 2 마이크로미터(㎛)일 수 있고, 상기 제2격자는 250 나노미터(㎚)일 수 있다. 상기 제1격자와 제2격자는 기하학적 배열(geometries)이 다를 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1온도는 120℃~200℃의 범위 안에 있고, 상기 제2온도는 60℃~200℃의 범위 안에 있으며, 상기 제1압력은 40bar~50bar의 범위 안에 있고, 상기 제2압력은 10bar~50bar의 범위 내에 있다.
더욱 바람직하게는, 잔류용매(residual solvent)가 물품으로부터 제거된다. 수산화 측기(hydroxyl side groups)를 가진 폴리이미드는 다공성 박막(film)일 수 있다.
더욱 바람직한 양태에 따르면, 상기 방법에 의해 제조된 제품을 포함한다.
계층형 나노구조물 제조공정은 도 1에서 개략적으로 보여준다. 돌기(11)와 도랑(13)을 포함하는 제1격자(14)를 구비한 제1몰드(10)는 먼저 기판(15)에 자립(free standing)하거나 또는 지지되는 고분자 박막에 대하여 정해진 압력(press)을 가하는데, 고분자 박막의 유리전이온도(Tg) 이상의 온도에서 가압하는 것이 바람직하다. 상기 압력과 온도의 조합은 고분자 박막(12)의 모듈러스(modulus)를 낮추기에 충분하여야 한다. 바람직하게는 온도와 압력이 고분자 박막(12)의 탄성률과 탄성점도(elastic viscosity)를 낮추기에 충분하여야 한다. 이형(demoulding) 시에 돌기(17)와 도랑(19)의 기본패턴(16)은 고분자 박막(12)에 형성된다. 다음 단계에서, 제2격자(20)를 가진 제2몰드(18)가 사용된다. 상기 제2격자(20)는 제1격자(14)와 다르거나 동일할 수 있다. 이후, 제2몰드(18)는 상기 고분자 박막(12)에 상대적인 정해진 방향으로 정렬(alignment)되어 상기 기본패턴인 제1패턴(16)의 파괴됨이 없이 제1패턴 위에 제2패턴을 형성하기 위해서 유리전이온도 이하에서 이미 패턴화된 상기 고분자 박막(12)에 대하여 압력(press)을 가한다. 마찬가지로, 제3 또는 그 이상의 패턴이 단계적으로 형성될 수 있다. 상기 제2격자(20)는 다수의 촘촘한 스파이크(spikes)(22)일 수 있다. 상기 제1격자(14)와 제2격자(20)는 필요하거나 바람직하다면 기하학적 배열(geometries)이 다를 수 있다. 또한, 상기 제1격자(14)와 제2격자(20)는 크기가 다르거나 동일할 수 있다.
상기 공정에서, 제2 또는 그 이상의 임프린트에서 유리전이온도(Tg) 이하의 임프린트 온도에 의해 기본패턴이 후속 임프린트하는 동안 파괴되지 않는다.
상기 2단계의 임프린트 간의 정렬을 변경하고 후속 임프린트를 위한 임프린트 조건을 제어함으로써, 각양각색의 정교한 계층형 패턴이 형성될 수 있다. 임프린트 방법(recipes)은 기본패턴의 변형이 최소화되도록 최적화될 수 있다. 제2 및 후손 임프린트를 위한 임프린트 온도는 고분자 박막(12)의 유리전이온도(Tg)보다 낮은 온도이어야 한다. 후속 임프린트 압력과 지속시간은 또한 계층형 결과 구조물의 최종 특징에 상당한 영향을 미칠 수 있다.
적합한 고분자 박막은 예를 들면 폴리카보네이트(polycarbonate;PC), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate:PMMA) 및 수산화 측기(hydroxyl side groups)(고밀도폴리이미드:HPI)를 가진 합성 폴리이미드(polyimide) 등의 다른 고분자 박막을 포함한다. 상기 예를 든 고분자 박막 각각의 유리전이온도는 폴리카보네이트(polycarbonate;PC)가 150℃이고, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate:PMMA)가 105℃이며, 수산화 측기(hydroxyl side groups)를 가진 합성 폴리이미드(polyimide)가 415℃이다. 상기 고분자 박막은 또한 예를 들면 칼슘카보네이트(calcium carbonate), 탄소필러(carbon filler), 유리필러(glass filler),파이버(fibers),유리섬유(glass fibers),탄소섬유(carbon fibers), 및 탄소나노튜브(carbon nanotubes) 등의 입자강화 고분자 복합체일 수 있다.
도 1은 계층형 나노임프린트를 위한 방법의 개략 설명도이고,
도 2는 자립형(freestanding) 폴리카보네이트(PC) 박막 패턴의 주사전자현미경(SEM)의 연속이미지이고,
도 3은 기판에 지지된(substrate-supported) 폴리카보네이트(PC) 박막 패턴의 주사전자현미경(SEM)의 연속이미지이고,
도 4는 실리콘 기판위에서 스핀된 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 박막 패턴의 주사전자현미경(SEM)의 연속이미지이고,
도 5는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 스핀 코팅 박막을 위한 제2임프린트 깊이와 제2임프린트 온도 사이의 상관 그래프이고,
도 6은 고밀도폴리이미드(HPI) 스핀 코팅 박막 패턴의 주사전자현미경(SEM) 의 연속이미지이고,
도 7은 나노압입 하중-변위 곡선의 2개의 그래프이고,
도 8은 태핑 모드(tapping-mode) 원자력현미경(Atomic Force Microscope:AFM) 이미지 설명도이고,
도 9는 고분자 유동(polymer flow)의 설명도이다.
[실시예 1]
본 실시예 1에서는 유리전이온도(Tg)가 150℃인 자립형(freestanding) 폴리카보네이트(PC) 박막(flim)에 계층형 연속 임프린트에 대하여 기술하기로 한다. 먼저 기본패턴이 2 마이크로미터(2㎛) 격자(14)를 가진 제1몰드(10)를 이용하여 상기 폴리카보네이트 박막에 임프린트된다. 여기서 상기 2 마이크로미터(2㎛) 격자(14)를 가진 제1몰드(10)는 실리콘 다이옥사이드(SiO2)이며 산소 플라즈마로 처리된다. 상기 임프린트는 5분 동안 180℃와 40바(bar)에서 실시되어 상기 폴리카보네이트 박막 표면에 2 마이크로미터(2㎛)의 격자구조(16)가 형성된다. 이어서 제2임프린트가 250 나노미터(㎚) 격자(20)를 가진 제2몰드(18)를 이용하여 실시된다. 여기서 상기 250 나노미터(㎚) 격자(20)의 제2몰드(18)는 실리콘 다이옥사이드(SiO2)이며 산소 플라즈마로 처리된다. 상기 제1몰드(10)는 격자(14)를 가지며 제2몰드(18)의 격자(20)보다 더 크다.
계층형 구조물은 제2임프린트 및 후속 임프린트에서 임프린트 방법(recipe) 및 몰드의 정렬에 크게 좌우된다. 제2임프린트가 100℃(유리전이온도(Tg) 이하에서는 50℃)와 49바(bar)에서 실시되면, 250 나노미터(㎚) 격자 구조가 돌기와 도랑이 임프린트된 기본격자 구조 전체에 걸쳐 형성된다. 그 결과 구조(물)이 도 2의 A 이미지에 나타나 있다. 본 실시예 1에서 제2임프린트는 기본패턴에 대하여 직각(90°)정렬이다. 45°또는 평행(0°)정렬인 상태(도 2의 B와 C 이미지)일 때는 동일한 임프린트 온도와 압력으로 다른 계층형 나노구조물을 얻을 수 있다.
제2임프린트 온도를 80℃로, 압력을 40바(bar)로 낮춤으로써 250 나노미터(㎚) 임프린트는 기본패턴의 돌기에 형성된다(도 2의 D 이미지). 하지만, 제2임프린트 온도 80℃와 압력 10바(bar)에서는 도랑 바닥에 약간의 임프린트만이 관찰될 뿐이다(도 2의 E 이미지). 제2임프린트 온도를 70℃(유리전이온도(Tg) 이하 50% 이상)로, 압력을 10바(bar)로 더욱 낮추면, 사실상 임프린트가 도랑 바닥에서 관찰되지 않는다(도 2의 F 이미지). 이러한 임프린트는 이미 패턴화된 고분자 표면에서만 일어난다. 평판 박막 표면에 실시되면 임프린트는 일어나지 않는다.
제2임프린트는 가해진 압력으로 인해 격자구조(16) 전체에 걸쳐 제1임프린트를 깍아내어 돌기(17)를 약간 평평하게 하지만 이것이 계층형 구조물을 훼손하지는 않는다.
상술한 바처럼, 나노임프린트는 100℃에서 70℃(고분자의 유리전이온도(Tg) 이하 50℃-80℃) 만큼 낮은 온도에서 이미 패턴화된 폴리카보네이트 박막에 일어난다. 이 나노임프린트는 고분자가 기본 임프린트 후에 더 부드러워지기 때문에 일어난다. 고분자는 그 탄성률이 낮기 때문에 더 부드러워 진다. 또한 고분자의 용융점 도는 낮아질 수 있다.
[실시예 2]
계층형 나노임프린트는 기판에 지지된 박막에서 수행된다. 본 실시예 2에서는 제1,2몰드(10)(18) 둘 다 또는 둘 중에 하나는 저 표면에너지 퍼플루오르데실트리클로로실란(FDTS;perfluorodecyltrichlorosilane)로 처리되어 임프린트 후에 상기 박막으로부터 분리를 용이하게 한다. 실란(silane) 처리를 하면 이형(demoulding)시에 고분자 박막이 제1,2몰드(10)(18)에 부착되지 않아 패터닝(patterning)의 수율을 높일 수 있다.
테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran;THF)의 5중량%의 폴리카보네이트 용액이 헵탄(heptane) 또는 이소프로판올(isopropanol)로 초음파 처리된 나(裸)형(bare) 실리콘 웨이퍼 위에 스핀 코팅된 후에 플라즈마 처리없이 아세톤으로 세척되고 압축질소로 송풍건조된다. 30초 동안 6000rpm 속도의 회전(spinning)에 의해 박막(film)이 약 400나노미터(㎚) 두께로 형성된다. 이후, 상기 박막은 잔류용매를 제거하기 위해서 5분 동안 80℃에서 공기로 베이킹(baking)된다(제1단계).
그 다음에 상기 박막은 2분 동안 160℃, 40바(bar)에서 산소 플라즈마 및 퍼플루오르데실트리클로로실란(FDTS) 처리된 제1몰드(10)로 임프린트된 다음 분리된다(제2단계).
이어서 산소 플라즈마 및 퍼플루오르데실트리클로로실란(FDTS) 처리된 제2몰드(18)가 평행패턴에 정렬되어 30초 동안 80℃에서 15바(bar)로 눌려진다(제3단계 ).
이렇게 함으로써 2 마이크론(micron) 격자(grating)의 돌기가 250나노미터(㎚) 격자에 의해 세로로 잘려지는 반면에 도랑 바닥은 손상되지 않은 채로 있게 된다(도 3의 A이미지). 결과 구조(물)가 제2패턴에 수직으로 정렬된 제2몰드(18)에 의해 더 임프린트되면, 그 결과 제3패턴이 2마이크론 격자의 돌기 위에 나노 정사각형(nano-squares)이 형성된다(도 3의 B이미지).
상기 2단계와 3단계 둘 다에서 250나노미터 제2격자 및 제3격자가 80℃와 15바(bar)에서 생성된다.
[실시예 3]
본 실시예에서는 400나노미터 두께의 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA,Tg = 105℃) 박막은 계층형으로 임프린트된다. 상기 박막은 용매로 톨루엔을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 2의 폴리카보네이트와 동일한 방식으로 제조된다. 임프린트는 제1단계에서 퍼플루오르데실트리클로로실란(FDTS) 처리된 제1몰드(10)로 120초 동안 120℃, 40바(bar)로 구성되고, 제2단계에서 퍼플루오르데실트리클로로실란(FDTS) 처리된 제2몰드(18)가 수직 또는 수평으로 이전 격자에 정렬된 채로 120초 동안 60℃-70℃, 40바(bar)로 구성된다.
본 실시예를 더 상세하게 설명하기 위해 제2임프린트의 깊이를 측정하는데 원자력현미경(Atomic Force Microscope:AFM) 라인 스캔이 사용되었다. 이것은 실리콘 기판 위에 지지된 스핀 코팅된 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 박막을 사용했다. 도 5는 임프린트 깊이가 임프린트 온도에 의해 제어됨을 나타내고 있는데, 도 5에 나타낸 것처럼, 제2임프린트 온도(imprinting temperature)는 90℃와 50℃ 사이이고, 제2임프린트 깊이(secondary imprint depth)는 250㎚ 깊이의 격자 몰드에서 200㎚에서 80㎚로 다양하다. 온도 범위는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 박막의 유리전이온도(Tg) 이하이다. 이들 온도에서 임프린트는 평평하게 또는 스핀 코팅된 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 박막에 일어날 수 없다.
계층형 임프린트는 또한 다공성 재료가 사용되면 달성될 수 있다. 합성 고밀도폴리이미드(HPI)(수산화 측기를 가진 폴리이미드)는 이것을 설명한다. 테트라하이드로퓨란(THF)의 2.5중량%의 고밀도폴리이미드(HPI) 용액(solution)이 30초 동안 5500rpm의 속도로 회전되어 약 250nm 두께의 다공성 박막을 형성한다. 잔류용매 제거를 위해 베이킹(baking) 후, 상기 박막은 퍼플루오르데실트리클로로실란(FDTS) 처리된 제1몰드(10)로 두 번 연속 임프린트된다. 상기 두 번의 임프린트가 120초 또는 300초 동안 200℃,50바(bar)에서 수행되면, 평행사변형, 다이아몬드 및 정사각형 형태를 나타낸다. 도 6은 이들의 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
임프린트된 영역의 작은 구멍들은 부분적으로 또는 완전히 붕괴되어 정렬 배열된 다공성 영역을 가진 하이브리드 박막을 가져온다. 더욱이, 계층형 결과 구조물의 변형이 작거나 거의 없다. 이러한 차이는 임프린트 공정 동안 발생된 스트레스를 경감시키거나 또는 없앨 수 있는 고밀도폴리이미드 다공성 구조에 기인할 수 있다. 상기 작은 구멍들의 존재는 제1임프린트가 고분자의 유리전이온도(Tg) 이하에서 일어나는 것을 강화한다. 그 이유는 임프린트가 비 다공성(non-porous) 고밀 도폴리이미드(HPI) 박막과 같은 동일조건 하에서 일어나지 않기 때문이다.
[계층형 나노임프린트 리소그래피 메커니즘]
계층형 패터닝의 메커니즘을 설명하기 위해서 원자력현미경(AFM) 나노압입(nanoindentation)이 무늬가 없는(plain) 폴리카보네이트 박막과 폴리카보네이트 박막에 임프린트된 2㎛ 격자의 돌기에서 수행된다. 폴리카보네이트의 탄성률은 트리보인덴터(Triboindenter®)를 이용하여 2.8GPa로 측정되었다. 임프린트된 시편(sample)의 탄성률은 매크로몰레큘 2004년 37호의 왕(Wang) 등(by Wang et al. M. Wang, H. J. Jin, D. L. Kaplan and G. C. Rutledge, Macromolecules 2004, 37, 6856-686)에 의해 보고된 비교방법(comparison method)을 이용하여 구해졌다.
Figure 112008032983939-pct00001
여기서 S는 Pmax에서의 하중곡선의 경사도이고, P는 인가된 하중이고, r은 압입접촉(indentation contact)의 반경이며, E는 탄성률이다. 아래 첨자 1과 2는 각각 임프린트된 시편과 무늬가 없는 시편을 나타낸다. 상기한 비교방법은 본 발명의 목적을 위해 적당한 상대적인 모듈러스(modulus)를 측정한 것이다.
두 가지 시편으로 얻어진 하중(load) 대 변위(displacement) 곡선은 도 7에 도시되어 있는데, 여기서 S1과 S2는 각각 대략 180과 200에 가깝다. 도 7에서 파선은 Pmax에서 거의 접선(tangential line)이다. 원자력현미경(AFM)의 단면 형 상(section profile)(도 8)은 상기 압입의 접촉크기(상기 방정식 (1)에서 "r")를 제공한다. 상기 압입의 접촉크기는 임프린트된 시편은 117㎚이고, 원래의 박막은 61㎚이다. 여기서 A는 임프린트된 박막이고, B는 원래의 박막이다.
임프린트된 폴리카보네이트의 모듈러스는 방정식 (1)을 이용하여 1.3 GPa의 값으로 구해졌다. 이값은 원래 폴리카보네이트 박막(2.8 GPa)의 값보다 약 50% 낮다.
탄성률의 감소는 임프린트 공정 동안 몰드의 도랑에 채워지도록 하기 위해 고분자가 "유동(flow)"한 결과이다. 도 9는 이러한 공정을 도시한 것이다. 몰드(Si mold)가 유리전이온도(Tg) 이상에서 고분자 박막(polymer film)에 대하여 눌려졌을 때, 몰드 돌기의 바로 가까이에 있는 고분자 용융물이 몰드 도랑으로 흘러들어간다. 이 몰드 도랑은 고분자 사슬(chain)이 팽창하기 위한 상대적으로 큰 자유공간을 가지고 있다. 동시에, 몰드 돌기 주변의 고분자 용융물은 또한 바깥쪽으로 고분자 유동(flow)으로 인해 더 얇아진다.
결과적으로, 몰드 도랑에서의 고분자의 자유체적(free volume)은 임프린트 공정 전의 자유체적 보다 더 높다. 높은 자유체적은 임프린트된 고분자의 돌기의 낮은 모듈러스(modulus)가 원인으로 여겨진다. 따라서 제2 또는 후속 임프린트가 유기용매와 같은 가소제의 주입 없이 낮은 온도와 압력에서 수행될 수 있다. 이러한 가소제의 사용은 고분자와 그 주변성분 및/또는 기판의 특성을 변화시키기 때문에 바람직하지 않다.
각각 1:1 듀티사이클(duty cycle)을 가진 2㎛와 250㎚ 피치(pitch)의 실리콘 격자몰드(10)(18)는 포토리소그래피와 반응성 이온 에칭에 의해 제조될 수 있다. 상기 실리콘 격자몰드는 아세톤,이소프로판올 및 산소 플라즈마(2분 동안 80W,250mTorr)로 세척되는 것이 바람직하다. 기판에 지지된 박막 위에 임프린트하는 경우, 상기 실리콘 격자몰드는 질소 글로브 박스(glove box)의 퍼플루오르데실트리클로로실란(FDTS,헵탄 20mM)으로 더 처리될 수 있다. 상대적인 습도는 15%에서 18%로 유지될 수 있다.
폴리카보네이트의 계층형 나노임프린트에 있어서, 모든 기본 임프린트(즉,2㎛ 격자)는 180℃ 또는 160℃ 그리고 40바(bar)에서 행해질 수 있다. 예를 들면 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)의 경우 기본 임프린트는 120℃와 40바(bar)에서 이루어진다.
나노압입은 나노스코우프 Ⅳ 콘트롤러(Nanoscope IV controller)와 실리콘 팁(silicon tip)(RTESP 모델,10㎚보다 작은 공칭 팁 반경(nominal tip radius))을 가진 멀티모드 원자력현미경(AFM)(비코 인스트루먼트(Veeco Instruments))를 이용하여 수행될 수 있다. 캔틸레버(cantilever)의 스프링상수(spring constant)와 공명주파수(resonance frequency)는 각각 70N/m and 259kHz이다. 본 나노압입 시험기는 변위가 제어되는 것과는 달리 힘(force)이 제어되는 것일 수 있다. 최대 인가하중은 편향신호(deflection signal)의 적당한 트리거 셋 포인트(trigger set point)를 설정함으로써 ±1% 또는 더 좋은 정확도로 제어될 수 있다.
모든 압입(Indentation)은 동일한 하중/무하중률(loading/unloading rate),1Hz를 이용하여 이루어진다. 캔틸레버가 표면을 일반적으로 X방향을 따라 측 방향으로 가는 것(plowing)을 방지하기 위해서 압입하는 동안 탐침(probe)의 25°보상이 이루어진다. 원자력현미경(AFM) 압입과정은 3단계로 이루어져 있다. 제1단계는 압입용 시편의 위치를 찾기 위해서 가볍게 두드려서 검사하는 탭핑모드(tapping mode)를 이용하여 원자력현미경에 의해 검사된다. 제2단계는 원자력현미경이 포스모드(force mode)로 전환되어 압입이 수행된다. 제3단계는 압입영역을 이미지화하기 위해서 거꾸로 탭핑모드로 전환된다.
본 발명의 바람직한 실시예가 상술한 바와 같다 할지라도, 본 발명을 벗어남이 없이 설계 또는 구조의 다양한 변화 또는 변경이 이루어질 수 있다는 것은 관련분야의 통상의 지식을 가진자에 의해 이해될 것이다.

Claims (20)

  1. (a) 고분자 박막의 탄성율을 낮출 수 있는 제1온도와 제1압력에서 고분자 박막에 기본패턴을 형성하기 위해 제1몰드를 이용하는 단계와;
    (b) 상기 고분자 박막의 유리전이온도 이하인 제2온도에서 기본패턴에 제2압력에서 제2패턴을 형성하기 위해 제2몰드를 이용하는 단계를 포함하는
    나노임프린트에 의해 고분자 박막에 계층형 패턴을 형성하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1온도와 제1압력은 고분자 박막의 용융점도를 낮출 수 있는 것을 특징으로 하는 나노임프린트에 의해 고분자 박막에 계층형 패턴을 형성하는 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1온도는 고분자 박막의 유리전이온도 이상인 것을 특징으로 하는 나노임프린트에 의해 고분자 박막에 계층형 패턴을 형성하는 방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 고분자 박막은 써모플라스틱 고분자, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 다공성 고분자 및 수산화 측기를 가진 폴리이미드로 이루어진 군중에서 선택된 것을 특징으로 하는 나노임프린트에 의해 고분자 박막에 계층형 패턴을 형성하는 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 고분자 박막은 칼슘카보네이트,탄소필러,유리필러,섬유,유리섬유,탄소섬유 및 탄소나노튜브로 이루어진 군중에서 선택된 입자강화 고분자 복합체인 것을 특징으로 하는 나노임프린트에 의해 고분자 박막에 계층형 패턴을 형성하는 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고분자 박막은 기재(substrate) 위에 위치하는 것을 특징으로 하는 나노임프린트에 의해 고분자 박막에 계층형 패턴을 형성하는 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2패턴은 기본패턴에 상대적인 각도인 0°~ 90°범위에서 형성된 것을 특징으로 하는 나노임프린트에 의해 고분자 박막에 계층형 패턴을 형성하는 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    적어도 하나의 제1몰드와 제2몰드는 고분자 박막으로부터 분리를 촉진하기 위한 저 표면에너지 코팅으로 처리된 것을 특징으로 하는 나노임프린트에 의해 고분자 박막에 계층형 패턴을 형성하는 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 코팅은 퍼플루오르데실트리클로로실란(FDTS)인 것을 특징으로 하는 나노임프린트에 의해 고분자 박막에 계층형 패턴을 형성하는 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1몰드는 고분자 박막에 제1격자 구조를 형성하기 위한 제1격자를 가지며, 상기 제2몰드는 제1격자 구조 위에 제2격자 구조를 형성하기 위한 제2격자를 가지는 것을 특징으로 하는 나노임프린트에 의해 고분자 박막에 계층형 패턴을 형성하는 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1격자는 동일, 더 큼 및 더 작음으로 이루어진 군중에서 선택된 제2격자에 상대적인 크기인 것을 특징으로 하는 나노임프린트에 의해 고분자 박막에 계층형 패턴을 형성하는 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1격자와 제2격자는 기하학적 배열이 다른 것을 특징으로 하는 나노임프린트에 의해 고분자 박막에 계층형 패턴을 형성하는 방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1격자 구조는 고분자 박막 위의 돌기와 도랑인 것을 특징으로 하는 나노임프린트에 의해 고분자 박막에 계층형 패턴을 형성하는 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제2격자는 돌기 위와 도랑 내에 형성된 것을 특징으로 하는 나노임프린트에 의해 고분자 박막에 계층형 패턴을 형성하는 방법.
  16. 청구항 11 내지 청구항 15중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1격자는 2 마이크로미터(㎛) 피치(pitch)이고, 상기 제2격자는 250 나노미터(㎚) 피치(pitch)인 것을 특징으로 하는 나노임프린트에 의해 고분자 박막에 계층형 패턴을 형성하는 방법.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1온도는 120℃ 내지 200℃의 범위이고, 상기 제2온도는 60℃ 내지 200℃의 범위이며, 상기 제1압력은 40bar 내지 50bar의 범위이고, 상기 제1압력은 10bar 내지 50bar의 범위인 것을 특징으로 하는 나노임프린트에 의해 고분자 박막에 계층형 패턴을 형성하는 방법.
  18. 청구항 1에 있어서,
    (a)단계 이전에 잔류용매가 고분자 박막으로부터 제거되는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 나노임프린트에 의해 고분자 박막에 계층형 패턴을 형성하는 방법.
  19. 청구항 5에 있어서, 수산화 측기를 가지는 폴리이미드는 다공성 박막인 것을 특징으로 하는 나노임프린트에 의해 고분자 박막에 계층형 패턴을 형성하는 방법.
  20. 삭제
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