KR102128175B1 - 나노 임프린트 방식을 이용한 나노구조의 양면 패턴 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나노 임프린트 방식을 이용한 양면 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 본 발명은 형성할 나노패턴에 대응하는 요철부를 구비한 복수의 스탬프를 준비하는 1 단계와, 복수 스탬프 사이에 에 패턴을 형성할 대상 물을 삽입하는 2 단계와, 상기 복수의 스탬프를 압착하는 3 단계와 상기 스탬프를 제거하고 상기 스탬프의 형상에 대응되게 형성된 대상 물을 이용하여 상기 대상 물을 패터닝하는 제 4단계와, 복수의 스탬프에 가해진 열과 압력을 제거하는 제 5단계로 포함하여 진행된다. 이로 인하여, 나노패턴 필름을 제조하는 제조 공정이 간단하게 하고, 또한 스탬프들을 지속적으로 사용하게 될 뿐만 아니라 정밀한 포토 리소그래피(photolithography) 장비의 사용을 배제하게 되며 또한, 양면 미세 패터닝이 가능하게 됨으로써 나노패턴 필름 공정을 할 수 있도록 한 것이다.

Description

나노 임프린트 방식을 이용한 나노구조의 양면 패턴 형성 방법{Method of forming both sided pattern of nanostructure using nanoimprint method}

본 발명은 양면 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 특히, 나노패턴 필름 공정을 간단하게 할 뿐만 아니라 그 제조 장비들을 간단하게 하고, 또한 미세 패터닝이 가능하게 할 수 있도록 한 나노임프린트 방식을 이용한 양면 패턴 형성 방법에 관한 것이다.

기존의 평판형 임프린트 장비의 경우 균일성 문제, 다기능 기판 성형 문제, 통합제어 자동화등의 문제점을 가지고 있으며, 또한 작업자의 상태 및 외부환경 변화에 의한 영향으로 오차에 의한 정확한 패턴 형성에 제약을 가지고 있다. 위에서 제안된 나노 임프린트 리소그래피 방법이란, PMMA(Polymethylmethacrylate) 등의 열가소성 폴리머 등으로 코팅한 기판 표면을 나노 크기의 구조물(100㎚ 이하)을 갖는 스탬프(stamp)로 압착하여 기판 상의 폴리머 레지스트(resist) 표면 위에 스탬프의 패턴을 옮기는 방법이다. 이와 같은 나노임프린트 리소그래피 공정에서는 기판과 스탬프의 정렬이 매우 정밀하게 수행되어야 하며, 이러한 정렬이 정밀하지 않을 경우 스탬프에서 기판으로의 패턴의 전사가 불완전하게 될 수 있다. 즉, 기판과 스탬프가 서로 근접하거나 멀어질 때 양자의 평형을 유지하는 것이 대단히 중요하다. 특히 패턴의 폭이 작고 깊이가 깊을 경우 스탬프와 기판의 평형이 이루어지지 않으면, 전사된 패턴의 형상에 변형이 발생하게 된다. 서로 압착된 기판과 스탬프 사이에 존재하는 반데르발스력(Van der Waals force) 등으로 인해 패턴의 전사 중에 기판과 스탬프가 상호 접착하게 되어, 패턴 전사 후에도 기판과 스탬프를 용이하게 분리(Debonding)하는 것이 곤란하다. 이러한 여러 가지 문제점으로 고분자 필름 및 기판에 양면으로 패턴을 형성하는 것이 어려움이 있다.

한편, 등록특허 10-0495836호는 단면 나노임프린팅을 개시하며, 스템프의 분리시 자외선을 이용하며, 후공정으로서 나노구조물을 식각하는 단계를 거쳐야 해 공정이 복잡하다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 스탬프가 기판에 접촉하기 전, 또는 패턴의 전사가 이루어진 후, 스탬프와 기판을 분리하는 과정에서 스탬프와 기판의 평형도를 유지시킬 수 있는 Multi cartridge 시스템과 정밀스테이지 자동화 시스템을 통해 평판형 임프린트 공정에서 정밀한 패턴을 전사하기 위한 정밀한 패턴을 형성 할 수 있도록 한 공정을 제공하고자 하며, 신뢰성 확보 및 생산성 향상을 얻도록 하는 것이다.

상기 목적에 따라 본 발명은, 나노 임프린트 방식을 이용한 나노구조의 양면 패턴 형성 방법에 있어서,

형성할 나노패턴에 대응하는 요철부를 구비한 복수의 스탬프를 준비하는 단계;

복수 스탬프 사이에 패턴을 형성할 대상 물을 삽입하는 단계;

상기 복수의 스탬프를 압착하는 단계;

상기 스탬프의 형상에 대응되게 형성된 대상 물에 패터닝하는 단계; 및

복수의 스탬프에 가해진 열과 압력을 제거하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트 방식을 이용한 다층 패턴 형성 방법을 제공한다.

상기에 있어서, 형성할 나노패턴에 대응하는 요철부 구비한 복수의 스탬프를 준비하는 단계는, 스탬프에 형성되는 요철부는 전주도금에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 나노 임프린트 방식을 이용한 다층 패턴 형성 방법을 제공한다.

상기에 있어서, 복수의 스탬프 사이에 패턴을 형성할 대상 물을 삽입하는 단계는, 상기 스탬프에 이형제 코팅 후 패턴 형성된 부분 사이에 필름 및 기판을 삽입하는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트 방식을 이용한 다층 패턴 형성 방법을 제공한다.

상기에 있어서, 복수의 스탬프를 압착하는 단계는, 프레스 머신 부분의 상하 히팅 플레이트 부분이 수직으로 압착된 후 전(全) 방향으로 미세하게 틸팅하여 미세기포를 제거하는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트 방식을 이용한 다층 패턴 형성 방법을 제공한다.

상기에 있어서, 상기 대상 물을 패터닝하는 단계는, 120~140℃의 성형 온도, 30~35bar의 성형 압력, 4 내지 5분의 성형 속도, 15~20bar의 보압으로의 유지시간을 20 내지 50초, 및 20~30bar의 가압으로의 유지시간을 20 내지 50초로 하고, 공정 변수들을 통합적으로 제어하기 위한 접촉 압력(Contact Pressure) 자동조절 모듈을 적용한 것을 특징으로 하는 나노 임프린트 방식을 이용한 다층 패턴 형성 방법을 제공한다.

상기에 있어서, 스탬프에 가해진 열과 압력을 제거하는 단계는, 디몰딩(Demolding) 자동화 모듈의 프로그램 제어 시스템을 적용한 것을 특징으로 하는 나노 임프린트 방식을 이용한 다층 패턴 형성 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 스탬프가 기판에 접촉하기전이나 패턴의 전사가 이루어진 후 스탬프와 기판을 분리하는 과정에서 스탬프와 기판의 평형도를 유지시키는 Multi cartridge 시스템과 정밀스테이지 자동화 시스템 통해 평판형 임프린트 공정에서 정밀한 패턴을 전사하기 위한 정밀한 패턴을 형성 할 수 있어, 신뢰성 확보 및 생산성 향상을 얻을 수 있다.

도 1은 나노 임프린트 방식을 이용한 양면 패턴 형성 방법의 일실시예를 도시한 순서도.
도 2는 나노 임프린트 방식을 이용한 양면 패턴 형성 방법의 공정도.
도 3 은 양면 패터닝 후 필름 상(좌),하(우) SEM 사진.
도 4는 필름 나노 패터닝 후 반사방지 효과 사진.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 전체적인 공정을 설명하는 순서도이고 도 2는 이를 그림으로 보여준다.

본 발명의 나노 임프린트 방식을 이용한 나노구조의 양면 패턴 형성 방법은, 나노패턴이 형성된 스탬프를 준비하여, 패턴이 새겨질 대상물의 양면에 상기 스탬프를 각각 배치하고, 스탬프를 열 압착하여 대상물에 나노패턴이 형성되게 한 다음, 열과 압력을 제거하고 스탬프를 대상물에서 분리하는 과정을 포함한다.

상기에 있어서, 스탬프에 나노패턴 형성용 요철을 형성하기 위해, 전주도금을 실시한다. 전주도금은 공지기술로서 나노패턴 중 볼록부가 될 곳을 전극으로 하여 해당부분에 금속이 적층되게 한다.

스탬프에 의한 열 압착 임프린팅의 경우, 대상물과 스탬프 사이의 점성으로 인해 대상물이 스탬프에 달라붙는 문제가 있어, 본 발명에서는 스탬프에 이형제를 코팅 한 후 패턴 형성 부분 사이에 필름을 포함한 기판을 삽입하게 하였다.

본 발명에서 대상물 기판은 PMMA가 코팅된 기판으로 하였다. 즉, 박판 유리, 석영, 폴리머 등 각종 소재의 기판의 양면에 PMMA층을 형성한 것을 대상물로 할 수 있으며, 본 실시예는 투명 필름을 기판으로 하였고, PMMA층에 나노구조 패턴이 형성된다.

스탬프를 압착하는 단계에서, Press Machine 부분(프레스 부분)의 상하 히팅 Plate 부분이 수직으로 압착된 후, 전 방향으로 미세하게 틸팅하여 미세기포를 제거하도록 하였다.

상기 대상 물을 패터닝하는 단계는, 120~140℃의 성형 온도, 30~35bar의 성형 압력, 4 내지 5분의 성형 속도, 15~20bar의 보압으로의 유지시간을 20 내지 50초, 및 20~30bar의 가압으로의 유지시간을 20 내지 50초로 하고, 공정 변수들을 통합적으로 제어하기 위한 접촉 압력(Contact Pressure) 자동조절 모듈을 적용한다. 이로 인해 장비 균일성을 확보할 수 있다.

상기에서, 스탬프에 가해진 열과 압력을 제거하는 단계에서도 Demolding 자동화 모듈의 프로그램 제어 시스템을 적용하였다. 스탬프에 가해진 열과 압력을 제거한 후 대상물로부터 스탬프를 분리하므로 상술한 이형제와 함께 스탬프 분리시 PMMA가 달라붙는 현상을 방지할 수 있다.

상기에서, 스탬프와 기판의 평형도를 유지시키기 위한 Multi cartridge 시스템과 정밀스테이지 자동화 시스템을 적용하여 평판형 임프린트 공정에서 정밀한 패턴을 전사할 수 있다.

도 3은 양면 패터닝된 필름 상(좌),하(우) SEM 사진으로 균일하고 정밀한 미세패턴이 형성된 것을 확인할 수 있다.

또한, 도 4에는 필름 나노 패터닝 후 반사방지 효과 사진으로, 양면에 나노패턴이 형성된 필름은 빛의 반사가 거의 없이 높은 투과도를 보이는 것을 확인할 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

Claims (6)

1. 나노 임프린트 방식을 이용한 나노구조의 양면 패턴 형성 방법에 있어서,
   형성할 나노패턴에 대응하는 요철부를 구비한 복수의 스탬프를 준비하는 단계;
   복수 스탬프 사이에 패턴을 형성할 대상 물을 삽입하는 단계;
   상기 복수의 스탬프로 대상 물을 압착하는 단계;
   상기 스탬프의 형상에 대응되게 형성된 대상 물에 패터닝하는 단계;
   복수의 스탬프에 가해진 열과 압력을 제거하는 단계; 및
   복수의 스탬프를 대상 물에서 분리하는 단계;를 포함하여 이루어지고,
   복수의 스탬프로 대상 물을 압착하는 단계에서, 프레스 머신 부분의 상하 히팅 플레이트 부분이 수직으로 대상 물을 압착한 후, 전(全) 방향으로 미세하게 틸팅하여 미세기포를 제거하고,
   대상 물에 패터닝하는 단계에서, 30~35bar의 성형 압력, 15~20bar의 보압 유지시간 및 20~30bar의 가압 유지시간을 갖는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트 방식을 이용한 다층 패턴 형성 방법.
2. 제1항에 있어서, 형성할 나노패턴에 대응하는 요철부 구비한 복수의 스탬프를 준비하는 단계에서, 스탬프에 형성되는 요철부는 전주도금에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 나노 임프린트 방식을 이용한 다층 패턴 형성 방법.
3. 제1항에 있어서, 복수의 스탬프 사이에 패턴을 형성할 대상 물을 삽입하는 단계는, 상기 스탬프에 이형제 코팅 후 패턴 형성된 부분 사이에 필름 및 기판을 삽입하는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트 방식을 이용한 다층 패턴 형성 방법.
   
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 대상 물을 패터닝하는 단계는, 120~140℃의 성형 온도, 30~35bar의 성형 압력, 4 내지 5분의 성형 속도, 15~20bar의 보압으로의 유지시간을 20 내지 50초, 및 20~30bar의 가압으로의 유지시간을 20 내지 50초로 하고, 공정 변수들을 통합적으로 제어하기 위한 접촉 압력(Contact Pressure) 자동조절 모듈을 적용한 것을 특징으로 하는 나노 임프린트 방식을 이용한 다층 패턴 형성 방법.
6. 제1항에 있어서, 스탬프에 가해진 열과 압력을 제거하는 단계는, 디몰딩(Demolding) 자동화 모듈의 프로그램 제어 시스템을 적용한 것을 특징으로 하는 나노 임프린트 방식을 이용한 다층 패턴 형성 방법.
   
   

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