KR101408181B1 - 나노패턴이 형성된 기판 제조방법 - Google Patents

나노패턴이 형성된 기판 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노패턴이 형성된 기판 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 나노패턴이 형성된 기판 제조방법은 기판상에 희생층을 적층하는 희생층적층단계; 상기 희생층상에 패턴층을 적층하는 패턴층적층단계; 상기 패턴층에 상호 이웃하며 돌출형성되는 돌출패턴을 형성하는 돌출패턴형성단계; 상기 돌출패턴 및 상호 이웃한 돌출패턴 사이에 평탄층을 적층하는 평탄층적층단계; 상기 기판의 일부가 노출되도록 상기 돌출패턴상에 위치하는 상기 평탄층과 상기 돌출패턴 하측에 위치하는 상기 희생층과 상기 돌출패턴을 식각하는 식각단계; 상기 평탄층 및 상기 노출된 기판상에 재료층를 적층하는 재료층적층단계; 리프트-오프(lift-off) 공정으로 상기 희생층을 제거하여 상기 기판상에 상호 이웃하며 돌출된 나노패턴을 형성하는 나노패턴형성단계;를 포함하며, 상기 식각단계에서 상기 평탄층이 하변의 길이보다 상변의 길이가 긴 역경사를 형성하도록 상기 평탄층의 식각 속도는 상기 희생층과 상기 패턴층의 식각속도 보다 느린 것을 특징으로 한다.
이에 의하여, 패턴층이 식각될 때 하변의 길이보다 상변의 길이가 긴 역경사를 형성함으로써, 최종적으로 형성되는 나노구조의 윗면이 평탄하게 형성되어 소자의 효율이 향상되는 나노패턴이 형성된 기판 제조방법이 제공된다.

Description

나노패턴이 형성된 기판 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING SUBSTRATE FORMED A NANO PATTERN}
본 발명은 나노패턴이 형성된 기판 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판상에 최종적으로 형성되는 나노 패턴의 높이를 높일 수 있고, 나노패턴의 윗면이 평탄한 나노구조를 형성할 수 있는 나노패턴이 형성된 기판 제조방법에 관한 것이다.
나노 기술은 원자나 분자 수준에서의 현상을 규명하고, 구조 및 구성요소를 조작 제어하는 기술로서 새로운 특성의 소재, 소자 시스템의 창출을 가능케 한다. 이러한, 나노 기술은 정보통신기술(IT), 생명과학기술(BT), 환경기술(ET) 등 21세기의 중요한 기술분야의 근간이 되고 있다.
도 1은 종래의 나노패턴을 기판에 형성하는 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 종래의 이러한 방법에 의하면 나노 임프린트 리소그래피 (nanoimprintlithography; NIL) 공정을 이용하여 나노크기의 패턴이 새겨진 스탬프 (stamp)로 PMMA 재질의 PR이 코팅되어 있는 기판을 고온 조건에서 누른 후 냉각시켜 분리하여 돌출형패턴(40)을 제작한 후에 리프트-오프(lift-off) 공정을 이용하여 기판상에 최종적으로 나노구조를 형성할 수 있다.
하지만, 나노 임프린트 리소그래피에 의해 형성되는 돌출형패턴(40)의 상부가 하부보다 좁게 형성됨으로써, 최종적으로 나노패턴을 이루는 타겟재료(50)를 증착할 때 돌출형패턴(40)의 벽면에 타겟재료(50)가 일부 증착되는 문제점이 있었다.
또한, 희생층(20)의 벽면에 타겟재료(50)의 일부가 증착됨으로써, 리프트-오프 공정 이후에 최종적으로 형성되는 나노구조의 테두리 부분이 돌출되어 증착되는 문제점이 있었다.
또한, 최종적으로 나노패턴을 제작할 때 타겟재료(50)의 증착두께가 두꺼운 경우 돌출형패턴(40) 및 희생층(20)의 벽면 전체에 타겟재료(50)가 증착되어 리프트-오프 공정 시 재료 전체가 제거되는 문제점이 있었다.
본 발명의 과제는 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 패턴층이 식각될 때 하변의 길이보다 상변의 길이가 긴 역경사를 형성함으로써, 최종적으로 형성되는 나노구조의 윗면이 평탄하게 형성되어 소자의 효율을 향상시킬 수 있는 나노패턴이 형성된 기판 제조방법을 제공함에 있다.
상기 과제는, 본 발명에 따라, 기판상에 희생층을 적층하는 희생층적층단계;
상기 희생층상에 패턴층을 적층하는 패턴층적층단계, 상기 패턴층에 상호 이웃하며 돌출형성되는 돌출패턴을 형성하는 돌출패턴형성단계, 상기 돌출패턴 및 상호 이웃한 돌출패턴 사이에 평탄층을 적층하는 평탄층적층단계, 상기 기판의 일부가 노출되도록 상기 돌출패턴상에 위치하는 상기 평탄층과 상기 돌출패턴 하측에 위치하는 상기 희생층을 식각하는 식각단계, 상기 평탄층 및 상기 노출된 기판상에 재료층를 적층하는 재료층적층단계, 리프트-오프(lift-off) 공정으로 상기 희생층을 제거하여 상기 기판상에 상호 이웃하며 돌출된 나노패턴을 형성하는 나노패턴형성단계를 포함하며, 상기 식각단계에서 상기 평탄층이 하변의 길이보다 상변의 길이가 긴 역경사를 형성하도록 상기 평탄층의 식각 속도는 상기 희생층과 상기 패턴층의 식각속도 보다 느린 것을 특징으로 할 수 있다.
삭제
또한, 상기 희생층 상에 적층되는 상기 평탄층과 상기 패턴층은 상기 나노패턴형성단계에서 제거되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 돌출패턴형성단계에서 나노임프린트를 이용하여 돌출패턴을 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 나노패턴이 형성된 기판 제조방법에 의하면, 패턴층이 식각될 때 하변의 길이보다 상변의 길이가 긴 역경사를 형성함으로써, 최종적으로 형성되는 나노구조의 윗면이 평탄하게 형성되어 소자의 효율을 향상시킬 수 있는 나노패턴이 형성된 기판 제조방법이 제공된다.
또한, 평탄층의 역경사에 의해 재료층 증착시 돌출패턴과 희생층의 경사면에 재료층이 증착되어 리프트-오프 공정을 진행할 때 모든 재료층이 한번에 분리되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 나노임프린트를 이용하여 형성된 패턴을 따라 나노구조를 형성하여, 최종적으로 형성되는 나노구조의 크기 및 위치를 용이하게 제어할 수 있다.
또한, 희생층을 리트프오프하여 제거하면 희생층상에 적층되는 패턴층과 평탄층 등이 동시에 제거되므로, 공정에 있어서 편의성을 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 나노패턴을 기판에 형성하는 공정을 개략적으로 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 나노패턴이 형성된 기판 제조방법을 설명하기 위한 공정흐름도이고,
도 3은 도 2의 나노패턴이 형성된 기판 제조방법에서 희생층적층단계, 패턴층적층단계, 돌출패턴형성단계를 도시한 개요도이고,
도 4는 도 2의 나노패턴이 형성된 기판 제조방법에서 평탄층적층단계, 식각단계, 재료층적층단계, 나노패턴형성단계를 도시한 개요도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 나노패턴이 형성된 기판 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 나노패턴이 형성된 기판 제조방법을 설명하기 위한 공정흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 나노패턴이 형성된 기판 제조방법은 희생층적층단계(S110), 패턴층적층단계(S120), 돌출패턴형성단계(S130), 평탄층적층단계(S140), 식각단계(S150), 재료층적층단계(S160), 나노패턴형성단계(S170)를 포함한다.
도 3은 도 2의 나노패턴이 형성된 기판 제조방법에서 희생층적층단계, 패턴층적층단계, 돌출패턴형성단계를 도시한 개요도이다.
도 3(a)에 도시된 바와 같이, 상기 희생층적층단계(S110)는 기판(110)상에 희생층(120)을 척층하는 단계이다.
여기서, 기판(110)은 최종적으로 나노패턴이 형성되는 기재로써, 실리콘, 유리, 석영 금속 등의 강성기판 또는 내화학성이 높은 폴리이미드 등의 유연 기판인 것이 바람직하다.
또한, 상기 희생층(120)이 후술할 나노패턴형성단계(S170)에서 제거됨으로써, 희생층(120)의 상부에 적층되는 패턴층(130), 평탄층(150), 재료층(160)이 제거된다.
상기 패턴층적층단계(S120)는 희생층(120) 상에 패턴층(130)을 적층하는 단계이며, 패턴층(130)은 최종적으로 희생층(120)이 제거되면서 동시에 제거되는 층으로써, 후술하는 돌출패턴형성단계(S130)에서 나노 임프린트 공정을 이용하여 돌출패턴(140)이 형성된다.
본 실시예에서는 패턴층(130)이 광 경화성 또는 열 경화성 소재인 것으로 한정하였으나, 패턴층(130)의 소재는 이에 제한되는 것은 아니고 나노 임프린트 공정의 종류에 따라 패턴층(130)의 소재를 고려하여 사용하는 것이 바람직하다.
도 3(b) 또는 도 3(c)에 도시된 바와 같이, 돌출패턴형성단계(S130)는 패턴층(120)에 나노임프린트를 이용하여 상호 이웃하며 돌출형성되는 돌출패턴(140)을 형성하는 단계이다.
여기서, 형성하고자 하는 패턴과 상응하는 패턴이 각인된 몰드(A)를 패턴층(130)에 접촉 가압한다.
또한, 나노패턴의 폭은 몰드(A)의 간격과 동일하며, 최종적으로 형성되는 나노패턴은 몰드(A)의 간격에 따라 폭을 조절할 수 있다. 나노임프린트 공정이 진행되는 동안, 자외선(UV) 또는 열이 패턴층(130)에 조사되어 패턴층(130)을 경화시키게 된다. 상기 패턴층(130)의 경화가 완료된 후에, 몰드(A)를 제거하면 몰드(A)에 형성된 패턴을 따라 패턴층(130)에 돌출패턴(140)이 형성된다.
돌출패턴(140)은 상측으로 돌출된 돌출패턴(140)과 돌출패턴(140)에 비해 함몰된 영역이 연속적으로 배열되는 형태인 것이 바람직하다.
본 실시예의 돌출패턴형성단계(S130)에서는 나노 임프린트 공정을 이용하여 돌출패턴(140)을 형성하였으나, 이제 한정되는 것은 아니고 나노 스케일의 패턴을 형성할 수 있는 공정이라면 제한 없이 사용 가능하다.
도 4는 도 2의 나노패턴이 형성된 기판 제조방법에서 평탄층적층단계, 식각단계, 재료층적층단계, 나노패턴형성단계를 도시한 개요도이다.
도 4(a)에 도시된 바와 같이, 상기 평탄층적층단계(S140)는 돌출패턴(140) 및 상호 이웃한 돌출패턴(140) 사이에 평탄층(150)을 적층하는 단계이다.
여기서, 평탄층(150)은 후술할 식각단계(S150)에서 일부가 식각되고 최종적으로 제거되는 층으로써, 돌출패턴(150)의 상면이 노출되지 않도록 돌출패턴(140) 및 돌출패턴(140) 사이에 적층되는 것이 바람직하다.
도 4(b)에 도시된 바와 같이, 상기 식각단계(S150)는 기판(120)의 일부가 노출되도록 돌출패턴(140)과 돌출패턴(140)의 하측에 위치하는 희생층(120)과 돌출패턴(140)상에 위치하는 평탄층(150)을 식각하는 단계이다.
식각단계(S150)에서 식각방법은 스터퍼링 현상을 이용한 이온빔식각 또는 반응성 이온 식각 (reactive ion etching : RIE) 등의 건식식각법(dry etching)을 이용하는 것이 바람직하다.
여기서, 평탄층(150)이 하변의 길이보다 상변의 길이가 긴 역경사를 형성하도록 평탄층(150)의 식각속도는 희생층(120)과 패턴층(130)의 식각속도 보다 느린 것이 바람직하다.
즉, 패턴층(150)에 하변의 길이보다 상변의 길이가 긴 역경사가 형성되고 재료층(160)이 기판(110)에 적층될 때 상변이 상호 인접하여 상변의 길이가 하변의 길이보다 짧은 정경사인 경우에 비해 돌출패턴(140) 및 희생층(120)의 벽면에 재료층(160)이 증착되는 것을 방지할 수 있다.
다시 설명하면, 후술할 재료적층단계(S160)에서 평탄층(150)이 역경사로 형성되어 재료층(160)이 기판(110)측으로 유입되는 유입구의 형태가 기판(110)측으로 점점 확장되는 형태로 제공됨으로써, 정경사로 패턴이 형성되는 경우에 비해 패턴층(130) 및 희생층(120)의 벽면에 재료층(160)이 적층되는 것이 방지되는 것이다.
또한, 평탄층(150)의 역경사에 의해 후술할 재료층적층단계(S160)에서 패턴층(130)과 희생층(120)의 옆면에 증착되는 재료층(160)과 기판(110)에 증착되는 재료층(160)이 연결되어 동시에 제거되는 것을 방지할 수 있다.
도 4(c)에 도시된 바와 같이, 상기 재료층적층단계(S160)는 평탄층(150) 및 노출된 기판(110)상에 재료층(160)을 적층하는 단계이다.
즉, 돌출패턴(140)이 식각된 영역 하부의 노출된 기판(110) 및 평탄층(150) 상에 최종적으로 형성되는 나노패턴을 이루는 재료층(160)을 적층하는 것이다.
여기서, 평탄층(150) 상에 적층되는 재료층(160)은 후술할 나노패턴형성단계(S170)에서 희생층(120)이 제거될 때 같이 제거되고 기판(110) 상에 적층되는 재료층(160)은 최종적으로 형성되는 나노패턴을 이룬다.
본 실시예에서 재료층(160)은 E-beam 증착법(E-beam evaporation) 또는 열 증착법(Thermal evaporation), 스퍼터 증착(Sputtering), 전해 도금, 무전해 도금 등을 사용하여 적층 하였으나 이에 한정되는 것은 아니고, 재료층(160)의 소재를 고려하여 그에 맞는 공정을 사용할 수 있다.
또한, 재료층(160)의 증착 속도와 시간을 조절함으로써, 재료층(160)의 두께를 조절하는 것이 바람직하다.
도 4(d)에 도시된 바와 같이, 상기 나노패턴형성단계(S170)는 리프트-오프(lift-off) 공정으로 희생층(120)을 제거하여 기판(110)상에 상호 이웃하며 돌출된 나노패턴을 형성하는 단계이다.
"리프트-오프" 공정이라는 표현은 기판 표면 상에 패턴을 형성(제품에 재료의 일부가 잔류하도록 하는 에칭을 필요로 하지 않고서 패턴을 형성)시키는 제조 공정을 포함하는 광의의 보편적이고 통상적인 의미를 포함하며, 금과 같은 에칭이 곤란한 금속을 패터닝하기 위해 사용될 수 있다. 리프트-오프 공정에서는, 재료가 패터닝된 하부재료 위에 적층되고, 그 후 하부 재료를 제거시킴으로써 선택된 영역을 리프트-오프시킨다.
희생층(120)을 상술한 바와 같은 리프트-오프 공정으로 제거하면, 희생층(120) 상의 패턴층(130)과 평탄층(150)이 함께 제거되면서 희생층(120) 사이에 위치하는 재료층(160)만이 기판상에 남아 나노패턴을 형성한다.
상술한 바와 같은 공정에 의하여, 패턴층(130)이 식각될 때 하변의 길이보다 상변의 길이가 긴 역경사를 형성함으로써, 최종적으로 형성되는 나노구조의 윗면이 평탄하게 형성되어 소자의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 평탄층(150)의 역경사에 의해 재료층(160) 증착시 돌출패턴(140)과 희생층(120)의 경사면에 재료층(160)이 증착되어 리프트-오프 공정을 진행할 때 모든 재료층(160)이 한번에 분리되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
110 : 기판 120 : 희생층
130 : 패턴층 140 : 돌출패턴
150 : 평탄층 160 : 재료층
A : 몰드

Claims (4)

  1. 기판상에 희생층을 적층하는 희생층적층단계;
    상기 희생층상에 패턴층을 적층하는 패턴층적층단계;
    상기 패턴층에 상호 이웃하며 돌출형성되는 돌출패턴을 형성하는 돌출패턴형성단계;
    상기 돌출패턴 및 상호 이웃한 돌출패턴 사이에 평탄층을 적층하는 평탄층적층단계;
    상기 기판의 일부가 노출되도록 상기 돌출패턴상에 위치하는 상기 평탄층과 상기 돌출패턴 하측에 위치하는 상기 희생층과 상기 돌출패턴을 식각하는 식각단계;
    상기 평탄층 및 상기 노출된 기판상에 재료층를 적층하는 재료층적층단계;
    리프트-오프(lift-off) 공정으로 상기 희생층을 제거하여 상기 기판상에 상호 이웃하며 돌출된 나노패턴을 형성하는 나노패턴형성단계;를 포함하며,
    상기 식각단계에서 상기 평탄층이 하변의 길이보다 상변의 길이가 긴 역경사를 형성하도록 상기 평탄층의 식각속도는 상기 희생층과 상기 패턴층의 식각속도 보다 느린 것을 특징으로 하는 나노패턴이 형성된 기판 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 희생층 상에 적층되는 상기 평탄층과 상기 패턴층은 상기 나노패턴형성단계에서 제거되는 것을 특징으로 하는 나노패턴이 형성된 기판 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 돌출패턴형성단계에서 나노임프린트를 이용하여 돌출패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 나노패턴이 형성된 기판 제조방법.
  4. 삭제
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