KR101269917B1 - 멀티 스탬프를 이용한 대면적 나노템플레이트 제작 방법 - Google Patents

멀티 스탬프를 이용한 대면적 나노템플레이트 제작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하나의 마스터 스탬프를 이용하여 제작한 복수 개의 플렉시블 몰드를 이용하여 대면적 나노템플레이트를 제작함으로서 특히 디스플레이용 기판에 나노임프린트 기술을 적용함에 있어서 공정의 양산성을 향상시킬 수 있도록 하는 멀티 스탬프를 이용한 대면적 나노템플레이트 제작 방법에 관한 것으로, 하나의 마스터 스탬프를 사용하여 복수 개의 플렉시블 몰드를 제작하는 준비단계; 대면적 기판상에 써멀레지스트(thermal resist)를 코팅하는 코팅단계; 코팅된 상기 기판 위에 복수 개의 상기 플렉시블 몰드를 패턴면을 하단으로 하여 이웃하는 몰드를 서로 겹치게 배열하는 정렬단계; 정렬된 상기 기판과 상기 플렉시블 몰드를 고온, 고압으로 가열하여 패턴을 전사하는 임프린트단계; 임프린트된 면에 대해 폴리머 복제하여 대면적 나노템플레이트를 완성하는 복제단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

멀티 스탬프를 이용한 대면적 나노템플레이트 제작 방법{METHOD FOR MANUFACTURING LARGE AREA NANOTEMPLATE USING MULTI STAMP}
본 발명은 대면적 나노템플레이트 제작 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하나의 마스터 스탬프를 이용하여 제작한 복수 개의 플렉시블 몰드를 이용하여 대면적 나노템플레이트를 제작함으로서 특히 디스플레이용 기판에 나노임프린트 기술을 적용함에 있어서 공정의 양산성을 향상시킬 수 있도록 하는 멀티 스탬프를 이용한 대면적 나노템플레이트 제작 방법에 관한 것이다.
나노임프린트 기술은 초기에 반도체용 미세패턴 기술로서 개발되어 웨이퍼 레벨에서의 공정기술을 대상으로 패턴의 최소화 및 정밀도를 개선하는 데에 연구의 초점이 맞춰져 왔다. 그러나 최근에는 반도체 공정분야를 비롯하여 디스플레이 분야, 태양전지 분야 등 패터닝이 필요한 산업계 전반으로 적용처가 확대되고 있으며, 특히 국내에서는 디스플레이 분야 및 LED/OLED 조명 분야를 중심으로 나노임프린트 기술의 활용 방안을 찾고 있다.
디스플레이 분야에서 요구되는 기판 크기는 200 mm × 200 mm 또는 370 mm × 470 mm 이상의 크기로 웨이퍼 스케일의 공정과는 차별화된다. 반도체 웨이퍼의 경우 전체 면적을 한 번에 완성하는 전웨이퍼 공정이 가능하나, 디스플레이용 기판과 같이 기판의 크기가 상대적으로 큰 경우 이러한 방식에 의하는 것은 어렵다.
디스플레이용 기판에 나노임프린트 기술을 적용하기 위한 방법으로는 단위 면적에 해당하는 크기의 임프린트용 마스크를 사용하여 대면적상에 단위 면적 임프린팅을 반복 수행하는 스텝 앤 리피트(step & repeat) 방식이 있다. 그러나 이러한 방식에 따르면 기판의 크기가 커질수록 공정속도가 늘어나게 되어 공정비용을 저감하는 데에 한계가 있을 뿐만 아니라, 이 역시 웨이퍼 스케일을 벗어나지 못하는 공정면적 상의 한계가 존재한다.
따라서 기판이 더욱 크고 패턴 정밀도가 상대적으로 여유있는 경우에는 일정한 크기 이상의 소프트 몰드를 만들고 이를 롤에 감아 연속적으로 패턴을 만드는 롤 임프린트 방식을 사용한다. 롤 임프린트 방식에 의하면 단위 시간당 공정 면적을 증가시킬 수 있다는 점에서 특히 유리하나, 작은 크기의 롤을 사용할 경우 곡률반경효과(Radius of Curvature Effect)에 의해 가압과 이형 시 패턴의 변형이 발생할 수 있다는 점에서 일정크기 이상의 롤에 적용할 수 있는 크기의 원판 템플레이트를 필요로 한다.
그러므로 디스플레이용 기판에 나노임프린트 기술을 적용하기 위해서는 대면적 나노템플레이트의 제작을 통해 공정의 양산성을 향상시키는 것이 중요하다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에 따른 멀티 스탬프를 이용한 대면적 나노템플레이트 제작 방법은 디스플레이용 기판에 나노임프린트 기술을 적용함에 있어서 공정의 양산성을 향상시킬 수 있도록 원하는 사이즈로 확장 가능하며, 제작 과정에서 하나의 원판만을 이용하므로 저비용 대면적화가 가능한 대면적 나노템플레이트의 제작 방법을 제공하는 데에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 멀티 스탬프를 이용한 대면적 나노템플레이트 제작 방법은 하나의 마스터 스탬프를 사용하여 복수 개의 플렉시블 몰드를 제작하는 준비단계; 대면적 기판상에 써멀레지스트(thermal resist)를 코팅하는 코팅단계; 코팅된 상기 기판 위에 복수 개의 상기 플렉시블 몰드를 패턴면을 하단으로 하여 이웃하는 몰드를 서로 겹치게 배열하는 정렬단계; 정렬된 상기 기판과 상기 플렉시블 몰드를 고온, 고압으로 가열하여 패턴을 전사하는 임프린트단계; 임프린트된 면에 대해 폴리머 복제하여 대면적 나노템플레이트를 완성하는 복제단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 임프린트단계에서 레진 잔류층을 에칭하고 기판을 식각하여 대면적 나노템플레이트를 직접 도출하는 것도 가능하다.
아울러, 상기 코팅단계에서 패턴면의 정렬도 제고를 위하여 레지스트 두께는 가능한 한 낮게 가져가야 하며, 패턴 전사율 제고를 위하여는 패턴의 두께를 기준으로 0.5 내지 2.0배로 결정하는 것이 바람직하다.
또한, 복수 개의 플렉시블 몰드를 레지스트 상부에 정렬시킨 후 최대한 균일하게 가압할 수 있도록 복수 개의 상기 플렉시블 몰드 위에 박막 필름을 덮고 공기압을 이용하여 가압하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 멀티 스탬프를 이용한 대면적 나노템플레이트 제작 방법에 따르면 디스플레이용 기판 등에 나노임프린트를 적용함에 있어서 공정속도를 높이고 공정비용을 줄일 수 있도록 원하는 크기로 확장가능한 대면적 나노템플레이트의 제작 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스탬프를 이용한 대면적 나노템플레이트 제작 방법의 흐름도이다.
도 2는 도 1의 멀티 스탬프를 이용한 대면적 나노템플레이트 제작 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3의 (a), (b)는 각각 3500rpm 으로 스핀코팅 후 10min 동안 110℃, 20bar를 가해준 경우, 3000rpm 으로 스핀코팅 후 10min 동안 110℃, 40bar를 가해준 경우의 전사된 패턴 모습을 나타낸 도면이다.
도 4의 (a)는 플렉시블 몰드의 접합부위에서의 패턴 전사 모습을 나타낸 도면이고, (b)는 경계면에서의 전사 모습을 확대하여 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스탬프를 이용한 대면적 나노템플레이트 제작 방법을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 스탬프를 이용한 대면적 나노템플레이트 제작 방법의 흐름도이고, 도 2는 도 1의 멀티 스탬프를 이용한 대면적 나노템플레이트 제작 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 멀티 스탬프를 이용한 대면적 나노템플레이트 제작 방법은 하나의 마스터 스탬프(10)를 사용하여 복수 개의 플렉시블 몰드(20)를 제작하는 준비단계(S100)와, 대면적 기판(30)상에 써멀레지스트(thermal resist)(40)를 코팅하는 코팅단계(S200)와, 코팅된 상기 기판(30) 위에 복수 개의 상기 플렉시블 몰드(20)를 겹치게 배열하는 정렬단계(S300)와, 정렬된 상기 기판(30)과 상기 플렉시블 몰드(20)를 고온, 고압으로 가열하여 패턴을 전사하는 임프린트단계(S400), 임프린트된 면에 대해 폴리머 복제하여 대면적 나노템플레이트(60)를 완성하는 복제단계(S500) 또는 임프린트된 면에 잔류하는 레지스트(40)를 에칭하고 기판(30)을 식각하여 대면적 나노템플레이트(60)를 제작하는 식각단계(S510)를 포함한다.
상기 준비단계(S100)에서는 하나의 마스터 스탬프(10)를 사용하여 PFPE 또는 PUA의 플렉시블 몰드(20)를 다수 복제한다. 복제된 플렉시블 몰드(20)에는 일면(21)에만 패턴이 형성된다.
복제하는 플렉시블 몰드(20)의 수는 제작하려는 대면적 나노템플레이트(60)의 사이즈에 따라 달라질 수 있다. 복수 개의 플렉시블 몰드(20)의 면적이 제작하려는 대면적 나노템플레이트(60)의 면적을 커버할 수 있는 수로 복제한다.
플렉시블 몰드(20)는 후술할 정렬단계(S300)에서 서로 겹치는 접합부분이 존재하도록 배치되므로 접합부분이 존재하는 것을 고려하여 실제 패터닝하고자 하는 사이즈보다 크게 제작한다.
아울러, 플렉시블 몰드(20) 복제시 사용되는 고분자 필름은 되도록 얇은 것을 사용하는 것이 바람직한데, 임프린트단계(S400)에서 가압을 통해 플렉시블 몰드(20) 에 형성된 패턴이 레지스트(40)로 전사될 때 플렉시블 몰드(20)끼리 서로 겹치는 영역 부근에서 플렉시블 몰드(20)가 유연하게 구부러질 수 있도록 하여 패턴이 되지 않는 부분을 최소화시키기 위함이다. 다만, 마스터 스탬프(10)의 패턴이 플렉시블 몰드(20)에 안정적으로 전사될 수 있어야 하므로 패턴의 높이와 같은 수준의 두께를 지녀야 한다.
상기 코팅단계(S200)에서는 제작하려는 대면적 기판(30) 상에 써멀레지스트(thermal resist)(40)를 도포한다. 기판으로는 웨이퍼 또는 디스플레이 유리기판 등이 사용 가능하다. 레지스트(40)는 기판(30)상에 균일한 두께로 도포되어 후술할 정렬단계(300)에서 복수 개의 플렉시블 몰드(20)의 패턴면(21)이 일평면상에 배치될 수 있도록 한다. 이를 위해서 레지스트(40)의 도포 방법은 스핀코팅에 의하는 것이 바람직하다.
아울러, 레지스트(40)의 두께는 플렉시블 몰드(20)의 패턴면(21)의 정렬도 제고를 위하여 가급적 낮게 설정되는 것이 좋으나, 패턴의 높이에 의존하여 패턴이 충분히 전사될 수 있을 정도의 두께를 지녀야 한다. 따라서 도포되는 레지스트(40)의 두께는 패턴의 두께보다 0.5 내지 2.0배의 수준으로 유지하는 것이 바람직하다.
상기 정렬단계(S300)에서는 레지스트(40)가 코팅된 기판(30)의 상부에 상기 준비단계(S100)에서 제작된 복수 개의 플렉시블 몰드(20)를 패턴면(21)이 하단을 향하게 하여 배치한다. 이 때, 플렉시블 몰드(20)끼리 서로 겹칠 수 있도록 접합부위를 마련한다. 전형적인 정렬과정에서 생기는 플렉시블 몰드(20)의 접합부위의 폭은 약 40 ㎛ 에서 50 ㎛ 정도이다.
상기 임프린트단계(S400)에서는 레지스트(40)가 도포된 기판(30) 및 상기 기판(30)의 상부에 정렬된 플렉시블 몰드(20)의 상측으로부터 고온, 고압을 가하여 플렉시블 몰드(20)의 패턴면(21)에 형성된 패턴이 레지스트(40)에 전사될 수 있도록 한다.
본 실시예에서는 균일가압이 가능한 공기압 적용과 동시에 고온을 가하여 써멀레지스트(40)가 성형되는 동시에 경화될 수 있도록 한다. 플렉시블 몰드(20)가 서로 겹치어 대면적 기판(30) 상부를 모두 커버하고 있으므로 가해지는 압력은 세어나가지 않고 온전히 플렉시블 몰드(20)의 상부로만 작용하여 플렉시블 몰드(20)의 패턴이 레지스트(40)에 전사될 수 있도록 한다.
도 3의 (a)는 3500rpm 으로 스핀코팅한 후 10min동안 110℃, 20bar를 가해준 경우의 패턴이 전사된 모습이고, 도 3의 (b)는 3000rpm으로 스핀코팅 후 10min 동안 110℃, 40bar를 가해준 경우의 패턴 전사 모습이다.
여기서, 플렉시블 몰드(20)의 상측으로부터 압력을 가하는 경우 복수 개의 플렉시블 몰드(20)의 모든 영역이 균일하게 가압될 수 있도록 플렉시블 몰드(20) 위에 박막 필름(50)을 덮고 공기압을 적용하여 가압한다.
도 4는 플렉시블 몰드(20)가 겹치는 접합부위에서의 패턴 전사 모습을 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 써멀레지스트(40)는 스핀코팅되어 있으므로 패턴 전사 유무와 관계없이 균일한 높이를 나타내고 있다. 그러나 플렉시블 몰드(20)가 겹치는 접합부위에서는 가압이 잘 이루어지지 않아 패턴이 잘 전사되지 않아 도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 비접합부위와 다른 전사 양상을 나타낸다. 실제 패턴이 이루어지지 않는 부분은 플렉시블 몰드(20)가 겹치는 접합부위의 70 % 정도의 폭인데, 이는 상술한 플렉시블 몰드(20)의 필름 두께를 얇게 설정하고, 가압 조건을 조절하는 것으로 최소화할 수 있다.
상기 복제단계(S500)에서는 패턴이 전사된 임프린트면에 대하여 표면처리 한 후 PFPE 또는 PUA 몰드 등으로 복제함으로써 대면적 나노템플레이트(60)를 제작한다. 소프트 몰드 또는 하드 복제 스탬프의 제작이 모두 가능하며, 복제된 스탬프를 이용하여 플랫 베드 임프린트 또는 롤 임프린트 공정을 수행할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 복제단계(S500)를 거치지 않고, 임프린트된 면에서 레지스트(40)의 잔류층을 에칭한 후 기판(30)을 식각하여 대면적 나노템플레이트(60)를 직접 도출하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 대면적 나노템플레이트 제작 방법에 의하면 하나의 마스터 스탬프(10)을 사용하여 복제한 다수의 플렉시블 몰드(20)를 이용하여 대면적 기판(30) 상에 패턴을 전사하고, 이를 이용하여 대면적 나노템플레이트(60)를 제작할 수 있다. 패턴의 대면적화에 있어서 하나의 원판만을 제작하면 되므로 저비용으로 대면적화가 가능하다는 장점이 있다.
아울러, 본 발명에 따른 대면적 나노템플레이트 제작 방법에 의하면 디스플레이용 기판 등에 나노임프린트를 적용함에 있어서 대면적 나노템플레이트를 제작하여 플랫 베드 임프린트 또는 롤 임프린트공정을 수행할 수 있으므로 공정속도를 높이고 공정비용을 줄일 수 있어 공정의 양산성을 향상시킬 수 있다.
<기타 사항>
[이 발명을 지원한 국가연구개발사업-1]
[과제고유번호] 2010K000163
[부처명] 교육과학기술부
[연구사업명] 나노메카트로닉스기술개발사업단
[연구과제명] 나노임프린트 공정기술 개발
[주관기관] 한국기계연구원
[연구기간] 2010.4.1. 2011.3.31.
[이 발명을 지원한 국가연구개발사업-2]
[과제고유번호] 10033636
[부처명] 지식경제부
[연구사업명] 국가플랫폼 연구개발 사업
[연구과제명] 비노광 기반 나노구조체 제작기술
[주관기관] 한국기계연구원
[연구기간] 2010.6.1. 2011.5.31.
10 : 마스터 스탬프 20 : 플렉시블 몰드
21 : 패턴면 30 : 기판
40 : 레지스트 50 : 박막 필름
60 : 대면적 나노템플레이트

Claims (4)

  1. 하나의 마스터 스탬프를 사용하여 복수 개의 플렉시블 몰드를 제작하는 준비단계;
    대면적 기판상에 써멀레지스트(thermal resist)를 코팅하는 코팅단계;
    코팅된 상기 기판 위에 복수 개의 상기 플렉시블 몰드를 패턴면을 하단으로 하여 이웃하는 몰드를 서로 겹치게 배열하는 정렬단계;
    정렬된 상기 기판과 상기 플렉시블 몰드를 고온, 고압으로 가열하여 패턴을 전사하는 임프린트단계;
    임프린트된 면에 대해 폴리머 복제하여 대면적 나노템플레이트를 완성하는 복제단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 스탬프를 이용한 대면적 나노템플레이트 제작 방법.
  2. 하나의 마스터 스탬프를 사용하여 복수 개의 플렉시블 몰드를 제작하는 준비단계;
    대면적 기판상에 써멀레지스트를 코팅하는 코팅단계;
    코팅된 상기 기판 위에 복수 개의 상기 플렉시블 몰드를 패턴면을 하단으로 하여 이웃하는 몰드를 서로 겹치게 배열하는 정렬단계;
    정렬된 상기 기판과 상기 플렉시블 몰드를 고온, 고압으로 가열하여 패턴을 전사하는 임프린트단계;
    임프린트된 면에 잔류하는 레지스트를 에칭하고 기판을 식각하여 대면적 나노템플레이트를 제작하는 식각단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 스탬프를 이용한 대면적 나노템플레이트 제작 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코팅단계에서,
    상기 기판상에 코팅되는 써멀레지스트의 두께는 패턴 두께를 기준으로 0.5 내지 2.0배로 이루어지는 것을 특징으로 하는 멀티 스탬프를 이용한 대면적 나노템플레이트 제작 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 임프린트단계에서,
    복수 개의 상기 플렉시블 몰드 위에 박막 필름을 덮고 공기압을 이용하여 균일가압하는 것을 특징으로 하는 멀티 스탬프를 이용한 대면적 나노템플레이트 제작 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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