KR102295833B1 - 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트 제조방법 및 이에 의해 제조된 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트 - Google Patents

복합 나노패턴 임프린트 템플레이트 제조방법 및 이에 의해 제조된 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트를 제조하는 방법으로서, 제1 나노패턴이 형성된 제1 마스크, 및 제1 마스킹 필름을 이용하여 기재의 표면에 제1 나노패턴을 형성하는 단계; 및 제2 나노패턴이 형성된 제2 마스크, 및 제2 마스킹 필름을 이용하여 상기 기재의 표면 중 제1 나노패턴이 형성되지 않은 영역에 제2 나노패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트 제조 방법을 개시한다.

Description

복합 나노패턴 임프린트 템플레이트 제조방법 및 이에 의해 제조된 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트 {Method for producing multi nano-pattern imprint template and the multi nano-pattern imprint template produced by the same method}
본 발명은 나노패턴 임프린트 템플레이트 및 이를 이용한 나노패턴 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기재의 표면에 복수의 나노패턴을 형성하여 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트를 제조하는 방법 및 이 방법으로 제작된 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트에 관한 것이다.
일반적으로 기재의 표면에 특정 문양으로 나노패턴을 형성할 경우 나노패턴 표면에서 막간섭과 굴절에 의해 특정 입사파장에서 상쇄 또는 보강 간섭을 일으켜 반사광이 특정 색을 갖게 되거나 또는 나노패턴의 표면 구조에 의해 회절현상이 발생하며 이로 인한 보강 및 상쇄간섭이 일어나 특정 각도에서 특정 색이 보여지게 된다.
이러한 나노 패턴을 구비한 필름으로서 예를 들어 하기의 특허문헌1은 상부의 렌즈부와 하부의 패턴부를 구비한 기저층으로 이루어진 입체 필름을 개시하였고, 이 때 렌즈부 또는 패턴부를 나노 사이즈 또는 마이크로미터 사이즈로 형성하는 내용을 개시하였다.
특허문헌1: 한국 공개특허 제2018-0022269호 (2018년 3월 6일 공개)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기재의 2차원 평면에서 정해진 영역별로 서로 다른 나노패턴을 갖도록 하여 영역별 서로 다른 회절, 간섭 또는 분산 효과로 인해 보는 각도에 따라 나노패턴의 문양을 감추거나 쉽게 인지할 수 있도록 하는 복합 나노패턴이 형성된 필름 및 이를 제작하는데 사용되는 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트를 제조하는 방법으로서, 제1 나노패턴이 형성된 제1 마스크, 및 제1 마스킹 필름을 이용하여 기재의 표면에 제1 나노패턴을 형성하는 단계; 및 제2 나노패턴이 형성된 제2 마스크, 및 제2 마스킹 필름을 이용하여 상기 기재의 표면 중 제1 나노패턴이 형성되지 않은 영역에 제2 나노패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 것인, 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트 제조 방법을 개시한다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 제조 방법으로 형성된 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트 및 이를 이용한 임프린트 공정으로 복합나노패턴층을 형성한 필름 또는 입체필름을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기재의 표면에 복수의 나노패턴을 형성함으로써 보는 각도나 입사 파장에 따라 둘 이상의 나노패턴 영역이 이루는 문양이 시각적으로 다르게 인식되도록 하는 색변환 효과를 가질 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면 각각 소정 크기 및/또는 형상의 나노패턴이 인쇄된 마스크를 나노패턴 종류별로 다양하게 미리 제작하여 준비해두고 임프린트 템플레이트 제작용 기재에 특정 문양을 형성하고자 할 때 그 문양에 맞는 마스킹 필름만 별도로 준비하여 복합 나노패턴을 기재에 형성하도록 함으로써 원하는 문양별로 복합 나노패턴 노광 마스크(또는 레티클)를 제작해야 하는 비용을 절감하는 효과를 가진다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따라 기재에 형성한 복합 나노패턴을 설명하는 도면,
도2는 일 실시예에 따른 복합 나노패턴 필름의 광학적 효과를 설명하는 도면,
도3은 제1 실시예에 따라 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트를 제조하는 방법의 흐름도,
도4 내지 도6은 제1 실시예에 따라 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트를 제조하는 각 단계를 설명하기 위한 도면,
도7은 제2 실시예에 따라 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트를 제조하는 방법의 흐름도,
도8 내지 도10은 제2 실시예에 따라 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트를 제조하는 각 단계를 설명하기 위한 도면이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소(A)가 다른 구성요소(B) 위에 적층(또는 증착, 부착, 배치 등)된다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소(B) 위에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 개재되거나 또는 그들 사이에 소정의 이격 공간이 존재할 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 본 명세서의 도면들에 있어서 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 또한 본 명세서의 도면들에 있어서 구성요소들의 길이, 넓이, 폭, 부피, 크기, 또는 두께 등은 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '~를 포함한다', ‘~로 구성된다', 및 ‘~으로 이루어진다’라는 표현은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따라 기재에 형성한 복합 나노패턴을 설명하는 도면이다. 도1에서 복합 나노패턴이 형성된 필름(100)을 개략적으로 도시하였다. 필름(100)은 적어도 한쪽 표면에 나노패턴이 형성될 수 있는 임의의 재질의 기재이며, 예를 들어 유연하며(flexible) 투명 또는 반투명한 수지로 만들어질 수 있다.
필름(100)은 일측 표면에 복합 나노패턴을 구비한다. 여기서 '복합 나노패턴'은 적어도 2개 이상 유형의 나노패턴을 의미한다. 도시한 예에서 필름(100)의 표면에 제1 나노패턴(NP1)과 제2 나노패턴(NP2)이 형성되어 있다. 제2 나노패턴(NP2)은 알파벳 글자 "M"자 영역 내에 형성되고 제1 나노패턴(NP1)은 제2 나노패턴(NP1) 이외의 백그라운드 영역에 형성되어 있다.
각 나노패턴(NP1,NP2)은 각각 서로 상이한 나노 사이즈의 패턴으로 형성된다. 예를 들어 제1 나노패턴(NP1)은 수십nm 내지 1500nm 사이의 나노 선(line), 나노 홀(hole), 또는 나노 필러(pillar) 중 하나의 형상으로 된 나노 구조물들의 집합으로 구성되고, 제2 나노패턴(NP2)도 수십nm 내지 1500nm 사이의 나노 선(line), 나노 홀(hole), 또는 나노 필러(pillar) 중 하나의 형상이되 제1 나노패턴(NP1)의 나노 구조물과는 상이한 크기나 사이즈의 나노 구조물들의 집합으로 구성될 수 있다. 여기서 "나노 선"은 표면에 나노 사이즈 폭의 오목홈이 일방향으로 길게 형성된 구조(즉, 트렌치 구조) 또는 나노 사이즈 폭의 돌출부가 일방향으로 길게 형성된 구조를 의미할 수 있다.
이와 같이 하나의 표면의 두 영역에 서로 상이한 나노패턴을 갖도록 구성하면 각 나노 구조에서 발현되는 광특성(회절, 간섭, 분산, 굴절 등)의 차이로 인해 필름 표면을 바라보는 각도에 따라 두 영역이 다양한 색상이나 색채 스펙트럼으로 서로 구분되어 보이며 따라서 별도의 채색이나 컬러층을 넣지 않아도 다양한 무늬를 표현하고 색상 변화를 줄 수 있다.
도2는 위와 같은 복합 나노패턴이 형성된 필름의 실제 구현 예를 나타낸다. 도2(a)에서 알파벳 "M"자 외부에 제1 나노패턴(NP1)을 형성하고 글자 내부에 제2 나노패턴(NP2)를 형성한 필름을 보여준다. 도2(a)와 도2(b)는 서로 다른 각도에서 바라본 모습이며, 이와 같이 보는 각도를 달리하여 복합 나노패턴을 바라보면 나노패턴의 회절 스펙트럼 효과로 인해 "M"자가 배경과 확연히 구분되어 보일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 기존의 마이크로렌즈 어레이와 마이크로 패턴층으로 이루어진 입체 필름(홀로그램 필름)에 본 발명의 복합 나노패턴 구조를 적용할 수 있고, 이에 의해 입체 필름의 이미지를 입체적으로 보이게 할 뿐만 아니라 색변환까지 일어나도록 하여 보안성이 향상된 입체 필름을 제공할 수 있다. 즉 본 발명의 일 실시예에서 입체 필름을 마이크로 패턴과 나노 패턴의 적층으로 구성하여 마이크로 패턴에 의해 입체 이미지를 형성할 뿐만 아니라 나노 패턴에 의해 색변환 효과도 발생하여 한층 강화된 보안성을 가질 수 있다.
한편 도1에 도시한 복합 나노패턴 필름을 제작하는 방법으로서 나노 임프린트 템플레이트를 이용할 수 있다. 이 경우 도1에 도시한 것과 같이 복합 나노패턴이 형성된 임프린트 템플레이트를 우선 제작하고 이를 필름에 임프린트하여 도1과 같은 복합 나노패턴 필름을 제작한다.
복합 나노패턴이 형성된 임프린트 템플레이트(이하 간단히 "템플레이트"라고도 함)를 만들기 위해, 예를 들어 도1에 도시한 것과 동일한 크기의 노광 마스크를 제작한 후 템플레이트 제작용 기재(일반적으로 실리콘(Si), 실리콘산화물(SiO2), 석영(quartz) 등) 위에 노광함으로써 복합 나노패턴이 형성된 템플레이트를 제작할 수 있다. 또한 예컨대 도1과 같은 복합 나노패턴을 하나의 단위영역으로 하여 기재에 반복 형성할 수도 있으며 이 경우 도1에 도시한 복합 나노패턴을 갖는 노광 마스크는 레티클로서 역할을 하며 이러한 레티클을 스텝 앤 리피트(step & repeat) 방식으로 반복 노광하여 동일 문양의 반복 패턴을 갖는 임프린트 템플레이트를 제작할 수 있다.
그러나 이 경우 노광 마스크에 도1에 도시한 것처럼 둘 이상의 복합 나노패턴을 형성해야 하는데 복합 나노패턴의 구조가 바뀔 때마다 고가의 노광 마스크(또는 레티클)를 다시 만들어야 하므로 비용 부담이 커진다.
이를 해결하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에서 미리 준비한 소정 개수의 단일 나노패턴 마스크를 재사용 할 수 있도록 하여, 템플레이트에 형성하고자 하는 복합 나노패턴의 형상이 변경되더라도 노광 마스크를 다시 제작해야 하는 부담을 없애고 제작 비용을 절감할 수 있는 방법을 제시한다. 이하에서 도3 내지 도6을 참조하여 일 실시예에 따른 복합 나노패턴 형성 방법을 설명하기로 한다.
도3은 제1 실시예에 따라 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트를 제조하는 방법의 흐름도이다. 도3을 참조하면, 우선 단계(S110)에서 템플레이트 기재에 제1 포토레지스트(PR)를 코팅하고 그 위에 제1 마스킹 필름과 제1 나노패턴 마스크를 적층한 후 노광하고, 노광 후 에칭 및 PR 제거에 의해 기재의 제1 소정 영역에 제1 나노패턴을 형성한다(S120).
그 후 단계(S130)에서 기재에 제2 포토레지스트(PR)를 코팅하고 그 위에 제2 마스킹 필름과 제2 나노패턴 마스크를 적층한 후 노광하고, 단계(S140)에서 에칭 및 PR 제거에 의해 기재의 제2 소정 영역에 제2 나노패턴을 형성할 수 있다.
그 후에도 또 다른 제3 마스킹 필름과 제3 나노패턴 마스크를 이용하여 기재에 제3 나노패턴을 더 형성할 수 있으며 이러한 공정을 반복하여 더 많은 종류의 나노패턴을 기재 표면에 형성할 수 있다. 또한 이 때 사용된 제1 내지 제n 나노패턴 마스크를 다른 문양의 복합 나노패턴 템플레이트를 제작할 때에도 재사용할 수 있으며 따라서 고가의 나노패턴 마스크를 다시 제작할 필요가 없으므로 비용을 절감할 수 있다.
도4 내지 도6은 상기 제1 실시예에 따라 기재에 복합 나노패턴을 형성할 때 각 단계에서 템플레이트 기재의 단면을 도식적으로 나타내었으며, 도3 내지 도6을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
우선 도3의 단계(S110)와 도4(a)에 도시한 것처럼, 기재(10)의 표면에 제1 포토레지스트(PR)(20)를 코팅하고 그 위에 제1 마스킹 필름(30)과 제1 나노패턴 마스크(40)를 차례로 적층한다.
기재(10)는 나노 임프린트 템플레이트에 적합한 임의의 소재의 기판(substrate)이다. 예를 들어 기재(10)는 실리콘(Si), 실리콘산화물(SiO2), 또는 석영(quartz) 등으로 제작될 수 있으나 이에 제한되지 않으며 표면에 나노패턴을 형성할 수 있는 임의의 재질의 소재로 구현될 수 있다. 제1 포토레지스트(PR)(20)는 노광된 영역이 현상액에 의해 제거되는 포지티브 PR 또는 노광되지 않은 영역이 현상액에 제거되는 네거티브 PR 중 하나가 사용될 수 있다.
제1 마스킹 필름(30)은 노광시 자외선(UV)이 투과하지 못하도록 하는 기능을 갖는 임의의 재질로 구현될 수 있다. 도시한 실시예에서 제1 마스킹 필름(30)은 기재(10)의 표면 중 제1 나노패턴을 제외한 나머지 나노패턴이 형성될 영역 및/또는 아무런 패턴을 형성하지 않을 영역을 커버하도록 패터닝이 되어 있다.
제1 나노패턴 마스크(40)는 마스크로서 일 표면에 제1 나노패턴이 형성되어 있다. 본 명세서에서 '마스크'는 특별히 구별할 필요가 없는 한 '레티클'을 포함하는 의미로 사용된다.
일 실시예에서 제1 마스킹 필름(30)이 PR(20)에 완전히 밀착하여 적층되고 제1 나노패턴 마스크(40)도 제1 마스킹 필름(30)에 완전히 밀착하여 적층될 수 있다. 그러나 접촉식 노광(contact exposure), 근접식 노광(proximity exposure), 투영식 노광(projection exposure) 등 구체적인 노광 공정 방식에 따라 제1 PR(20), 제1 마스킹 필름(30), 및 제1 나노패턴 마스크(40) 간의 거리나 밀착 여부가 달라질 수 있다.
이와 같이 기재(10) 위에 제1 PR(20)를 코팅하고 제1 마스킹 필름(30)과 제1 나노패턴 마스크(40)를 순차 적층한 후 예컨대 자외선(UV)을 이용하여 노광 공정을 실시한다. 제1 나노패턴 마스크(40)가 기재(10)의 표면에 일대일로 대응하는 경우 노광 공정은 원스텝 공정으로 진행되며, 대안적으로 예컨대 제1 나노패턴 마스크(40)로서 레티클을 사용하는 경우 스텝 앤 리피트 방식으로 노광할 수 있다.
노광 공정을 완료한 후 현상, 에칭, 및 포토레지스트 제거에 의해 기재(10) 표면에 제1 나노패턴을 형성한다(S120). 구체적으로, 제1 마스킹 필름(30)과 제1 나노패턴 마스크(40)를 제거하고 제1 PR(20)을 현상하면 도4(b)에 도시한 것처럼 제1 마스킹 필름(30)이 있던 영역을 제외한 영역에서 제1 PR(20)에 제1 나노패턴(NP1)이 형성되고, 그 후 도4(c)와 도5(a)에 도시한 것처럼 에칭 공정과 PR 제거 공정을 실시하여 기재(10) 표면의 소정 영역에 제1 나노패턴(NP1)을 형성할 수 있다.
이 때 기재(10) 표면에 형성되는 제1 나노패턴(NP1)은 동일한 단일 형상(feature)의 나노 구조물들이 2차원으로 배열된 구성을 의미한다. 예를 들어 제1 나노패턴(NP1)의 나노 구조물들의 각각은 나노 선(line), 나노 홀(hole), 및 나노 필러(pillar) 중 하나의 형상으로 구성되고 각 나노 구조물은 300nm 내지 1200nm 내에서 소정 크기(나노 선인 경우 폭, 나노 홀이나 나노 필러인 경우 직경)로 형성된다. 또한 각 나노 구조물들은 상기 소정 크기의 2배 내지 3배 범위 내에서 소정 주기로 서로 이격되어 형성될 수 있다.
예를 들어 일 실시예에서 제1 나노패턴(NP1)의 각 나노 구조물이 500nm의 크기를 갖는 나노 선(line) 형상이고 주기가 1500nm인 경우, 각 나노 구조물(나노선)의 폭이 500nm이고 서로 이웃하는 나노선 사이의 간격이 1000nm가 되며, 또 다른 예로서, 제1 나노패턴(NP1)의 각 나노 구조물이 300nm의 크기를 갖는 나노 필러 형상이고 주기가 600nm인 경우 각 나노 구조물(나노 필러)의 직경이 300nm이고 서로 이웃하는 나노 필러의 중심간 거리가 600nm가 되도록 형성됨을 이해할 것이다.
이와 같이 기재(10)의 표면에 제1 나노패턴(NP1)을 형성하면, 다음으로 단계(S130)와 도5(b) 및 도5(c)에 도시한 것처럼 기재(10)의 표면에 제2 포토레지스트(PR)(50)를 코팅하고 그 위에 제2 마스킹 필름(60)과 제2 나노패턴 마스크(70)를 차례로 적층한다. 제2 마스킹 필름(60)과 제2 나노패턴 마스크(70)의 각각의 재질은 제1 마스킹 필름(30)과 제1 나노패턴 마스크(40)와 동일 또는 유사할 수 있다. 다만 제2 마스킹 필름(60)은 기재(10)의 표면 중 제2 나노패턴을 제외한 나머지 나노패턴이 형성될 영역 및/또는 아무런 패턴을 형성하지 않을 영역을 커버하도록 패터닝이 되어 있다. 제2 나노패턴 마스크(70)는 마스크의 표면에 제2 나노패턴이 형성되어 있으며 제2 나노패턴은 제1 나노패턴과 다른 크기 및/또는 다른 형상(feature)의 나노 구조물로 구성된다.
일 실시예에서 제2 마스킹 필름(60)이 제2 PR(50)에 완전히 밀착하여 적층되고 제2 나노패턴 마스크(70)도 제2 마스킹 필름(60)에 완전히 밀착하여 적층될 수 있으나, 구체적인 노광 공정 방식에 따라 제2 PR(50), 제2 마스킹 필름(60), 및 제2 나노패턴 마스크(70) 간의 거리나 밀착 여부가 달라질 수 있음은 물론이다.
이와 같이 기재(10) 위에 제2 PR(50)를 코팅하고 제1 마스킹 필름(60)과 제2 나노패턴 마스크(70)를 순차 적층한 후 예컨대 자외선(UV)을 이용하여 노광 공정을 실시한다. 노광 공정은 원스텝 노광 공정일 수도 있고 레티클을 사용하는 경우 스텝 앤 리피트 방식의 노광 공정일 수도 있다.
노광 공정을 완료하면 단계(S140) 및 도6(a) 내지 도6(c)에 도시한 것처럼 현상, 에칭, 및 포토레지스트 제거에 의해 기재(10) 표면에 제1 나노패턴을 형성한다. 구체적으로, 제2 마스킹 필름(60)과 제2 나노패턴 마스크(70)를 제거하고 제2 PR(50)을 현상하면 도6(a)에 도시한 것처럼 제2 마스킹 필름(60)이 있던 영역을 제외한 영역에서 제2 PR(50)에 제2 나노패턴(NP2)이 형성되고, 그 후 도6(b)와 도6(c)에 도시한 것처럼 에칭과 PR 제거 공정을 실시하여 기재(10) 표면의 소정 영역에 제2 나노패턴(NP2)을 형성할 수 있다.
기재(10) 표면에 형성된 제2 나노패턴(NP2)은 동일한 단일 형상(feature)의 나노 구조물들이 2차원으로 배열된 구성이며, 예를 들어 제2 나노패턴(NP2)의 나노 구조물들의 각각은 나노 선, 나노 홀, 및 나노 필러 중 하나의 형상으로 구성되고 각 나노 구조물은 300nm 내지 1200nm 내에서 소정 크기로 형성된다. 또한 각 나노 구조물들은 상기 소정 크기의 2배 내지 3배 범위 내에서 소정 주기로 서로 이격되어 형성될 수 있다. 다만 제1 나노패턴(NP1)과 제2 나노패턴(NP2)은 서로 상이한 크기 및/또는 서로 상이한 형상(예컨대 나노선, 나노홀, 또는 나노필러)을 가져야 한다. 예를 들어 제1 나노패턴(NP1)이 소정의 제1 크기(폭 또는 직경)와 제1 형상(선, 홀, 또는 필러)을 갖는 나노 구조물로 구성된다면 제2 나노패턴(NP2)은 상기 제1 크기와 제1 형상 중 적어도 하나에서 다른 구조를 갖는 나노 구조물로 구성된다. 즉 제2 나노패턴(NP2)은 제1 크기와 상이한 제2 크기 및 제1 형상을 갖는 나노 구조물, 제1 형상과 상이한 형상의 제2 형상 및 제1 크기를 갖는 나노 구조물, 또는 제1 크기와 다른 제2 크기 및 제1 형상과 다른 제2 형상을 갖는 나노 구조물 중 하나일 수 있다.
상술한 공정에 의해 최종적으로 도6(c)와 같이 제1 나노패턴(NP1)과 제2 나노패턴(NP2)을 포함하는 복합 나노패턴을 형성한 기재(10)를 만들 수 있고 이 기재(100를 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트로서 사용할 수 있다.
이 템플레이트를 이용하여 입체 필름(홀로그램 필름) 등의 필름에 임프린트하면 제1 및 제2 나노패턴(NP1,NP2)을 입체 필름의 표면에 형성할 수 있고, 이러한 둘 이상의 복합 나노패턴에 의한 광학적 특성의 차이로 인해 제1 나노패턴(NP1) 영역과 제2 나노패턴(NP2) 영역이 이루는 문양이 시각적으로 다르게 인식될 수 있다. 따라서 본 발명에 따르면 복합 나노패턴에 의해 2차원 평면에서 잉크의 사용 없이 특정한 문양을 특정한 광학 조건에서 인지할 수 있는 기술을 구현하며 위조방지 목적 등 다용한 용도로 사용할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 각각 소정 크기 및/또는 형상의 나노패턴이 인쇄된 마스크를 나노패턴 종류별로 다양하게 미리 제작하여 준비해두고, 템플레이트용 기재에 특정 문양을 형성하고자 할 때 그 문양에 맞는 마스킹 필름(30,60)만 별도로 제작하여 사용하면 되므로 템플레이트 제작 비용 절감의 효과가 있다.
이 경우 마스킹 필름을 제작하는 비용이 추가되지만, 일반적으로 마스킹 필름(30,60)은 100um 이상의 분해능을 가지며 제작 비용이 나노패턴 마스크(40,70) 보다 상대적으로 저렴하고 상대적으로 제작비용이 큰 나노패턴 마스크(40,70)는 계속 재사용할 수 있기 때문에, 하나의 마스크에 여러 종류의 크기/형상의 나노패턴을 형성한 나노패턴 마스크를 사용하는 방식보다 더 비용 효율적으로 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트를 제작할 수 있다.
한편, 상술한 실시예에서는 기재 위에 2 종류의 나노패턴(NP1,NP2)를 형성하는 방법을 설명하였지만 3개 이상 종류의 나노패턴을 형성하는 경우에도 적용할 수 있음은 물론이다. 예를 들어 3종류의 나노패턴을 갖는 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트를 제작할 경우, 제1 내지 제3 나노패턴 마스크 및 제1 내지 제3 마스킹 필름을 준비한다. 이 때 제1 내지 제3 나노패턴은 서로 상이한 크기/형상을 갖는 나노 구조물의 패턴들이다. 또한 제1 마스킹 필름(30)은 제1 나노패턴이 형성될 영역을 제외한 나머지 영역을 커버하는 마스킹 필름이고, 제2 마스킹 필름(60)은 제2 나노패턴이 형성될 영역을 제외한 나머지 영역을 커버하는 마스킹 필름이고, 제3 마스킹 필름은 제3 나노패턴이 형성될 영역을 제외한 나머지 영역을 커버하는 마스킹 필름이다. 이와 같이 각 종류별로 나노패턴 마스크와 마스킹 필름을 준비하고 상술한 제1 및 제2 나노패턴 형성 단계 후 제3 나노패턴 형성 단계를 추가로 실행함으로써 3개 나노패턴을 갖는 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트를 제작할 수 있음을 이해할 것이다.
도7은 제2 실시예에 따라 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트를 제조하는 방법의 흐름도이다. 도7을 참조하면, 우선 단계(S210)에서 템플레이트 기재에 제1 포토레지스트(PR)를 코팅하고 그 위에 제1 나노패턴 마스크를 적층한 뒤 노광하고, 그 후 에칭 마스크와 제1 마스킹 필름을 적층하고 에칭함으로써 기재의 제1 소정 영역에 제1 나노패턴을 형성한다(S220).
그 후 단계(S230)에서 기재에 제2 포토레지스트(PR)를 코팅하고 그 위에 제2 마스킹 필름과 제2 나노패턴 마스크를 적층한 후 노광하고, 단계(S240)에서 에칭 및 PR 제거에 의해 기재의 제2 소정 영역에 제2 나노패턴을 형성할 수 있다.
그 후에도 또 다른 제3 마스킹 필름과 제3 나노패턴 마스크를 이용하여 기재에 제3 나노패턴을 더 형성할 수 있으며 이러한 공정을 반복하여 더 많은 종류의 나노패턴을 기재 표면에 형성할 수 있다.
도8 내지 도10은 제2 실시예에 따라 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트를 제조하는 각 단계를 설명하기 위한 도면이며, 도7 내지 도10을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
우선 도7의 단계(S210)와 도8(a)에 도시한 것처럼, 템플레이트 기재(10)의 표면에 제1 포토레지스트(PR)(20)를 코팅하고 그 위에 제1 나노패턴 마스크(40)를 배치한 후 노광 공정을 실시한다. 기재(10)와 제1 PR(20)의 재질이나 기능은 상술한 제1 실시예에서 설명하였으므로 설명을 생략한다. 제1 나노패턴 마스크(40)가 기재(10)의 표면에 일대일로 대응하는 경우 원스텝의 노광 공정으로 진행되며, 대안적으로 제1 나노패턴 마스크(40)로서 레티클을 사용하는 경우 스텝 앤 리피트 방식으로 노광할 수 있다.
노광 공정을 완료한 후 현상 공정을 거치면 도8(b)에 도시환 것처럼 제1 PR(20)에 제1 나노패턴(NP1)이 형성되고, 그 후 제1 마스킹 필름(80)을 이용하여 소정 영역에 에칭 마스크(90)를 형성하고 에칭 및 PR 제거 공정을 수행하여 기재(10)의 소정 영역에 제1 나노패턴(NP1)을 형성한다(S220). 구체적으로, 도8(c)에 도시한 것처럼 제1 마스킹 필름(80)을 적층한 후 제1 마스킹 필름(80)에 의해 커버되지 않는 영역에 에칭 마스크(90)를 형성한다. 이 때 제1 마스킹 필름(80)은 기재(10)의 표면 중 제1 나노패턴이 형성될 영역만 커버하도록 패터닝이 되어 있다.
제1 마스킹 필름(80)을 기재(10)에 부착한 후 에칭 마스크(90)를 증착하여 기재(10) 표면 중 제1 나노패턴이 형성될 영역을 제외한 나머지 영역을 에칭 마스크(90)로 덮는다. 일 실시예에서 에칭 마스크 재료로서 기재 대비 에칭 선택비가 높아서 기재 에칭시 마스킹 역할을 해 주어야 하고 기재 에칭 후 PR(20) 제거시 함께 박리(lift-off) 될 수 있도록 습식 에칭이 가능한 특성을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
에칭 마스크(90) 증착 후 에칭 및 PR 제거 공정을 실시하여 도9(a)에 도시한 것처럼 기재(10) 표면의 소정 영역에 제1 나노패턴(NP1)을 형성한다. 이 때 기재(10) 표면에 형성되는 제1 나노패턴(NP1)은 동일한 단일 형상(feature)의 나노 구조물들이 2차원으로 배열된 구성을 의미하며, 예를 들어 제1 나노패턴(NP1)의 나노 구조물들의 각각은 나노 선, 나노 홀, 및 나노 필러 중 하나의 형상으로 구성되고 각 나노 구조물은 300nm 내지 1200nm 내에서 소정 크기로 형성된다. 또한 각 나노 구조물들은 상기 소정 크기의 2배 내지 3배 범위 내에서 소정 주기로 서로 이격되어 형성될 수 있다.
이와 같이 기재(10)의 표면에 제1 나노패턴(NP1)을 형성하면, 다음으로 단계(S230, S240) 및 도9(b) 내지 10(c)에 도시한 것처럼 제2 포토레지스트(PR)(50) 코팅, 제2 마스킹 필름(60)과 제2 나노패턴 마스크(70)의 적층, 노광, 현상, 에칭 등의 공정에 의해 기재(10)의 표면에 제2 나노패턴(NP2)를 형성한다. 도9(b) 내지 도10(c)의 각 단계는 도5(b) 내지 도6(c)의 각 단계에 각각 대응하는 동일 또는 유사한 공정이며 이 때 사용되는 제2 마스킹 필름(60)과 제2 나노패턴 마스크(70)도 제1 실시예와 동일하므로 이하에서는 설명을 생략한다.
상술한 공정에 의해 최종적으로 도10(c)와 같이 기재(10) 표면에 제1 나노패턴(NP1)과 제2 나노패턴(NP2)이 형성된 복합 나노패턴을 형성할 수 있으며, 이렇게 나노패턴이 형성된 기재(10)를 임프린트용 템플레이트로서 사용할 수 있다.
또한 일 실시예에서 상술한 임프린트 템플레이트를 임의의 필름에 임프린트하여 색변환 효과를 나타내는 복합 나노패턴 필름(100)을 제작할 수 있다. 예를 들어 본 발명의 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트를 입체 필름(홀로그램 필름)에 적용하면 둘 이상의 나노패턴에 의한 광학적 특성의 차이로 인해 색변환을 갖는 색변환 입체 필름을 제작할 수 있다.
입체 필름에 규칙적으로 배열된 나노 구조물에 빛이 조사되면 해당 나노 구조물의 특정 배열에 의해 빛이 회절, 간섭, 산란되어 특정 파장의 빛만 반사함으로써 이 파장의 색이 표현되고, 보는 각도에 따라 색이 변하게 된다. 특히 나노패턴을 본 발명에 따른 복합 나노패턴으로 구성하게 되면 둘 이상의 나노패턴 영역에 의한 문양이 서로 상이한 색상이나 색채 스펙트럼으로 보이게 되어 별도의 채색이나 컬러층을 넣지 않아도 다양한 문양을 표현하고 색변환 효과를 가질 수 있다.
이상과 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 기재
20, 50: 포토레지스트
30, 60, 80: 마스킹 필름
40, 70: 나노패턴 마스크
90: 에칭 마스크
100: 복합 나노패턴 필름

Claims (11)

  1. 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트를 제조하는 방법으로서,
    제1 나노패턴이 형성된 제1 마스크, 및 자외선이 투과하지 못하도록 기능하는 제1 마스킹 필름을 이용하여 기재의 표면에 제1 나노패턴을 형성하는 단계; 및
    자외선이 투과하지 못하도록 하는 제2 마스킹 필름을 상기 기재의 표면 중 제2 나노패턴을 형성하지 않을 영역에 적층하고 그 위에 제2 나노패턴이 형성된 제2 마스크를 적층하고 자외선 노광함으로써, 상기 기재의 표면 중 제1 나노패턴이 형성되지 않은 영역에 제2 나노패턴을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 나노패턴 형성 단계가,
    상기 기재의 표면에 제1 포토레지스트(PR)층을 형성하는 단계;
    제1 PR층의 상부면 중 제1 나노패턴을 형성하지 않을 영역에 제1 마스킹 필름을 적층하는 단계;
    제1 PR층과 제1 마스킹 필름의 상부면에 제1 마스크를 적층하는 단계; 및
    자외선 노광, 제1 마스크와 제1 마스킹 필름의 제거, 제1 PR층 현상, 상기 기재의 에칭 및 제1 PR층 제거에 의해 제1 나노패턴을 상기 기재 표면의 제1 소정 영역에 형성하는 단계;를 포함하는 것인, 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 마스크를 적층하는 단계에서, 제1 마스크를 제1 PR층과 제1 마스킹 필름에서 이격시켜 적층하는 것인, 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제1 마스킹 필름은, 상기 기재의 표면 중 제1 나노패턴을 제외한 나머지 나노패턴이 형성될 영역을 커버하는 필름인 것인, 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 나노패턴 형성 단계가,
    상기 기재의 표면에 제2 PR층을 형성하는 단계;
    제2 PR층의 상부면 중 제2 나노패턴을 형성하지 않을 영역에 제2 마스킹 필름을 적층하는 단계;
    제2 PR층과 제2 마스킹 필름의 상부면에 제2 마스크를 적층하는 단계; 및
    자외선 노광, 제2 마스크와 제2 마스킹 필름의 제거, 제2 PR층 현상, 상기 기재의 에칭 및 제2 PR층 제거에 의해 제2 나노패턴을 상기 기재 표면의 제2 소정 영역에 형성하는 단계;를 포함하는 것인, 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 마스크를 적층하는 단계에서, 제2 마스크를 제2 PR층과 제2 마스킹 필름에서 이격시켜 적층하는 것인, 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트 제조 방법.
  6. 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트를 제조하는 방법으로서,
    제1 나노패턴이 형성된 제1 마스크, 및 자외선이 투과하지 못하도록 기능하는 제1 마스킹 필름을 이용하여 기재의 표면에 제1 나노패턴을 형성하는 단계; 및
    자외선이 투과하지 못하도록 하는 제2 마스킹 필름을 상기 기재의 표면 중 제2 나노패턴을 형성하지 않을 영역에 적층하고 그 위에 제2 나노패턴이 형성된 제2 마스크를 적층하고 자외선 노광함으로써, 상기 기재의 표면 중 제1 나노패턴이 형성되지 않은 영역에 제2 나노패턴을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 나노패턴 형성 단계가,
    상기 기재의 표면에 제1 PR층을 형성하는 단계;
    제1 마스크를 이용하여 제1 PR층 위에 제1 나노패턴을 형성하는 단계;
    제1 마스킹 필름을 제1 나노패턴이 형성될 영역에 적층하여, 상기 기재의 표면 중 제1 나노패턴이 형성되지 않는 영역에 에칭 마스크를 증착하는 단계; 및
    제1 마스킹 필름 제거, 상기 기재의 에칭 및 상기 에칭 마스크와 제1 PR층 제거에 의해 제1 나노패턴을 상기 기재 표면의 제1 소정 영역에 형성하는 단계;를 포함하는 것인, 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서,
    제2 마스킹 필름은, 상기 기재의 표면 중 제2 나노패턴을 제외한 나머지 나노패턴이 형성될 영역을 커버하는 필름인 것인, 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    제1 나노패턴 및 제2 나노패턴의 각각은 나노선, 나노홀, 및 나노필러 중 하나의 형상을 갖는 복수의 나노 구조물로 이루어진 것인, 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    제1 나노패턴 및 제2 나노패턴 각각의 상기 나노 구조물이 300nm 내지 1200nm 내에서 소정 크기를 가지며, 나노 구조물들이 상기 소정 크기의 2배 내지 3배 범위 내에서 소정 주기로 서로 이격되어 형성된 것인, 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트 제조 방법.
  11. 삭제
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