KR20070117134A - 나노임프린트를 이용한 미세 패턴의 형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나노임프린트를 이용하여 간단한 공정으로 친수성과 소수성을 동시에 가지는 미세 패턴을 형성하는 방법을 제공한다. 본 발명은 소수성을 갖는 미세 구조물을 각인한 스탬프를 이용하여 친수성 레지스트의 표면에 상기 스탬프의 미세 구조물을 복제한다. 상기 미세 구조물의 복제는 상기 스탬프의 미세 구조물을 상기 친수성 레지스트에 접촉시켜 소정 압력으로 가압하고, 가열 또는 자외선 조사하여 상기 친수성 레지스트를 경화하고 나서 상기 스탬프를 이형하는 단계를 포함한다.

Description

나노임프린트를 이용한 미세 패턴의 형성방법{Method For Forming Fine Pattern Using Nanoimprint}
도 1은 종래 기술에 따라 친수성 및 소수성 표면 영역을 교대로 가지고 있는 물품의 상면도이다.
도 2는 도 1의 물품의 단면도이다.
도 3은 도 1의 사각 파동형 패턴을 가진 요철형 소수성 필름의 측면 개요도이다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 따른 미세 패턴의 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 스탬프의 구조를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 친수성과 소수성을 가진 미세 패턴이 구현된 나노 구조물을 나타내는 도면이다.
본 발명은 나노임프린트를 이용한 미세 패턴의 형성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소수성을 갖게 할 수 있는 미세 구조물을 각인한 스탬프를 이용하여 미세 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.
한국공개특허 2001-43296호(국제출원번호 PCT/US1999/09308)에는 교대하는 친수성 표면 영역과 소수성 표면 영역을 가지는 패턴화된 물품에 대해 기술하고 있다. 이 문헌에서는, 도 1의 도시와 같이, 패턴화된 물품(1)이 무기 산화물 입자가 전체에 분산되어 있는 중합체를 포함하는 표면을 가지고 있다. 이 물품의 표면에는 무기 산화물 입자가 비교적 높은 농도로 존재하는 친수성 표면 영역(4)과 무기 산화물 입자가 비교적 낮은 농도로 존재하는 소수성 표면 영역(2)을 가진다. 도 2 및 도 3과 같이 친수성 표면 영역은 무기 산화물 입자(6)를 포함하는 중합체 매트릭스(5)로 제조된다. 무기 산화물 입자(6)를 포함하는 중합체 매트릭스(5)는 요철형 소수성 중합체 층(8)의 홈 내에 배치된다. 요철형 소수성 중합체 층(8)의 조성은 중합체 매트릭스(5)와 동일하거나 다를 수 있다. 이와 같은 성질을 가지는 패턴화된 표면을 가지기 위한 방법으로, 중합체 전구체 조성물 중 무기물 산화물 입자로 구성된 코팅 혼합물을 요철형 표면을 가지는 베이스 필름 상에 코팅하고, 이어서 표면 전체에서 중합체를 제거하는 처리, 즉 플라즈마로 처리하여 무기 산화물 입자를 노출시킴으로서 코팅 혼합물의 표면은 친수성을 갖고 비코팅 상부는 소수성을 그대로 유지하여 친수성 및 소수성의 패턴화된 표면을 형성하는 것을 제시한다. 또 다른 방법으로 코팅으로 성형되는 중합체 매트릭스 내에 무기 산화물 입자를 분산시킨 표면의 비보호된 영역은 처리에 노출될 수 있도록 마스크를 물품 상에 배치하고 중합체 매트릭스 제거 처리를 하면, 마스크에 의해 보호되는 영역은 소수성 중합체 표면을 그대로 보유하게 된다.
상기와 같은 물품은 김 서림 방지(anti-fog) 기능을 가지는 필름 제조에 적용하는 것으로, 친수성과 소수성 표면 영역이 교대로 나타나는 패턴화된 표면을 가지고 있다. 이는 필름류에 국한된 기술로서 반도체 공정 또는 FPD(Flat Panel Display) 공정의 기판 표면에 직접 적용할 수 없는 단점이 있다.
반도체 공정 또는 FPD 공정의 기판에 적용하기 위해서는 일반적으로 상기와 같은 처리를 한 필름을 입히거나 화학적 처리 공정을 거쳐 사용하도록 하고 있다.
이와 같은 방식으로는 기판의 일부분에 복잡한 형상의 패턴을 형성하기 어렵고, 또한 김 서림 방지 기능에 국한되는 단점이 있다.
최근 나노임프린트 기술이 미세 패턴 형성에 매우 유리한 방법으로 인식되고 있으며, 반도체 공정에서 LCD 공정 및 광학 부품 제조 공정에 이르기 까지 그 응용분야를 확대해가고 있다.
나노임프린트 리소그래피 기술은 나노 구조물(nanostructure)이 각인된 스탬프(stamp)를 기판 위에 코팅된 고분자 소재의 레지스트(resist) 표면에 가압하여 나노 구조물을 반복적으로 전사하는 것이다.
미국 프린스턴 대학의 Chou 교수가 최초로 개발한 나노임프린트 공정에서는 전자빔 리소그래피 공정을 이용하여 제작한 나노 크기의 양각 구조물을 가진 스탬프를 polymethylmethacrylate(PMMA) 재질의 레지스트가 코팅된 기저 표면을 고온 조건에서 가압한 후 냉각 과정을 거쳐 분리하게 된다. 이에 따라 레지스트에는 스탬프에 각인된 나노 구조물이 정반대 형태로 임프린트되고, 이방성 식각 작업을 거쳐 레지스트 표면에서 눌려진 부분에 잔존하는 레지스트를 완전히 제거하는 공정으 로 이루어진다.
이러한 나노임프란트 기술을 이용하여 소수성 또는 친수성을 갖게 하는 기술로는, 한국공개특허 2005-087011호, 한국공개특허 2003-070627호가 있다.
한국공개특허 2005-087011호는 일반적인 나노임프린트 공정 후 몰드의 양각 부분에 소수성을 가진 물질을 도포한 후 이를 화학적 공정을 통하여 전사하는 방법을 사용한다. 한국공개특허 2003-070627호는 레지스트에 친수성 부여를 위한 O2 플라즈마 처리 후 소수성을 가지는 PDMS(polydimethylsiloxane)로 이루어진 소프트 몰드를 격벽의 표면에 접착한 다음, 소정 온도, 시간 조건하에서 PDMS 몰드와 격벽간의 화학적 작용에 의하여 격벽의 상부 표면만을 소수성으로 변성하는 단계를 거치도록 한다.
상기와 같이 나노임프린트를 이용하여 친수성 또는 소수성을 갖는 나노 구조물을 형성하는 기술은 복잡한 화학적 처리 공정을 수반하고 있어 다양한 응용분야에 적용하는데 제약이 따르게 된다. 또한 형성된 나노 구조물은 친수성 또는 소수성 중 어느 하나의 특성만을 가지는데 국한되고 친수성과 소수성을 일정 규칙에 따라 배치하거나 또는 불규칙하게 배치하는 등의 패턴화하여 형성하지 못하는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 기술 배경 하에서 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 나노임프린트를 이용하여 간단한 공정으로 친수성과 소수성을 동시에 가질 수 있는 미세 패턴을 형성할 수 있도록 한 나노임프린트를 이용한 미세 패턴의 형성방 법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전체 표면 영역 중 적어도 일부 영역이 소수성을 갖는 미세 구조물을 스탬프에 형성하는 단계; 기판 위에 막을 도포하는 단계; 상기 스탬프의 미세 구조물을 상기 막에 접촉시켜 소정 압력으로 가압하는 단계; 및 상기 막을 경화하고 나서 상기 스탬프를 이형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 소수성을 갖는 미세 구조물은 각각 수 ㎛~수백 ㎚ 크기의 폭을 갖는 복수의 미세 돌기이다.
상기 스탬프의 표면 영역은 양각부 및 음각부를 구비하고, 상기 음각부에 상기 소수성을 갖는 미세 구조물을 형성한다.
상기 막은 가열 또는 자외선 조사를 통해 경화작업을 수행할 수 있도록 자외선 경화성 수지 또는 열경화성 수지이다.
상기 막은 친수성 레지스트이다.
상기 스탬프를 이형하는 경우 상기 레지스트의 표면 영역은 양각부와 음각부를 구비하고, 상기 양각부에 상기 소수성 영역을 형성하고 상기 음각부에 친수성 영역을 형성한다.
상기 레지스트의 음각부의 표면 영역은 평탄한 형상이고, 상기 레지스트의 양각부의 표면 영역은 요철 형상이다.
상기 요철 형상은 수 ㎛~수백 ㎚ 크기의 폭을 갖는 복수의 미세 돌기에 의해 형성된다.
상기 레지스트의 표면 영역에 상기 소수성 영역 및 상기 친수성 영역을 교대로 형성한다.
상기 스탬프를 이형한 다음 상기 기판의 일부를 노출하기 위해 상기 막을 식각하는 단계를 더 포함한다.
상기 스탬프에 상기 미세 구조물을 형성하는 단계에서 전자빔 리소그래피를 이용한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 양각부와 음각부를 구비하고, 상기 음각부에 소수성을 갖는 미세 구조물을 각인한 스탬프를 준비하는 단계; 및 나노임프린트를 이용하여, 기판에 도포한 친수성 레지스트의 표면 영역에 상기 스탬프의 미세 구조물을 복제하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 소수성을 갖는 미세 구조물은 전자빔 리소그래피를 이용하여 형성하고 상기 미세 구조물은 각각 수 ㎛~수백㎚ 크기의 폭을 갖는 복수의 미세 돌기이다.
상기 미세 구조물을 복제하는 단계는, 상기 스탬프의 미세 구조물을 상기 레지스트에 접촉시켜 소정 압력으로 가압하는 단계; 가열 또는 자외선 조사하여 상기 레지스트를 경화하고 나서 상기 스탬프를 이형하는 단계를 포함한다.
상기 레지스트에 복제된 미세 구조물은 양각부와 음각부를 구비하고, 상기 양각부에 복수의 미세 돌기에 의한 요철 형상으로 소수성 영역을 형성하고 상기 음각부에 평탄한 형상으로 친수성 영역을 형성한다.
상기 레지스트에 복제된 미세 구조물은 소수성 영역 및 친수성 영역을 교대 로 형성한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면에 따라 설명한다.
본 발명에 따른 미세 패턴의 형성 방법은, 도 4a에 도시한 바와 같이, 양각부(110)와 음각부(120)를 교대로 형성한 미세 구조물(micro structure)을 각인한 스탬프(100)를 준비한다.
양각부(110)의 표면은 평탄하게 만들어지고, 음각부(120)는 이웃하는 양각부들 사이를 연결하는 홈을 형성한다. 음각부(120)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 그 폭(d)이 수 ㎛~수백㎚ 크기를 갖는 복수의 미세 돌기를 가진다.
음각부(120)의 미세 돌기는 연꽃의 솜털과 같은 역할을 하는 것으로서 물방울의 접촉 각도를 크게 하는 연꽃 효과(lotus effect)를 갖게 하는 즉, 소수성을 갖게 하는 미세 구조물이다. 상기 음각부의 미세돌기는 전자빔 리소그래피를 이용하여 스탬프에 형성할 수 있다.
스탬프(100)를 준비한 후, 도 4b와 같이 기판(200) 위에 얇은 막을 도포한다. 이 막은 자외선 경화성 수지 또는 열 경화성 수지로 만든다. 실시 예에서는 친수성 레지스트(300)를 막으로서 사용한다.
이어 도 4c와 같이 스탬프(100)의 양각부(110) 및 음각부(120)의 미세돌기가 기판(200) 위에 도포된 친수성 레지스트(300)의 상부 표면을 향하게 한 상태에서 가압한다.
이어 가열 또는 자외선을 투과하여 경화한다. 자외선을 투과하는 방법을 적용 시 스탬프(100)는 자외선이 투과할 수 있는 재질로 만든다.
이어 도 4d와 같이 스탬프(100)를 기판(200)의 레지스트(300)로부터 이형한다.
스탬프를 이형하게 되면, 도 4e와 같이, 친수성 레지스트(300)의 표면에는 스탬프(100)의 양각부(110)의 형상에 대응하는 음각부(310)가 형성되며, 또한 스탬프(100)의 음각부(120)의 형상에 대응하는 양각부(320)가 형성된다.
친수성 레지스트(300)의 음각부(310)는 스탬프(100)의 양각부(110)에 대응하여 형상으로 만들어지기 때문에 그 표면이 평탄하다.
친수성 레지스트(300)의 양각부(320)는 스탬프(100)의 음각부(120)의 미세 돌기에 대응하는 형상으로 만들어지기 때문에 복수의 미세 돌기로 이루어진 미세 구조물이 형성된다.
친수성 레지스트(300)는 친수성을 가진 영역의 음각부(310)와 소수성을 가진 영역의 양각부(320)가 교대로 배치되는 미세 구조물을 형성한다.
이와 같이 친수성 레지스트(300)의 표면에 친수성 영역의 음각부(310)와 복수의 미세 돌기가 형성된 소수성 영역의 양각부(320)가 교대하여 패턴화할 경우에는 상기 도 4a 내지 도 4e 공정까지 실시하여 제조된 결과물을 이용한다.
한편, 기판(200)에 도포된 친수성 레지스트(300)의 일정 두께(A)의 친수성 영역의 음각부(310)를 노출시키는 경우, 식각 공정(etching)을 요구한다.
도 4f와 같이, 이 식각 공정에 의해 레지스트(300)의 음각부(310)에 형성된 일정 두께(A)의 친수성 레지스트가 제거되고, 친수성 레지스트가 제거된 기판의 일부 상부(210)가 노출된다. 이에 따라 기판(200)에는 레지스트(300)의 양각부(320) 만이 잔존하는 미세 구조물을 형성한다. 이러한 미세 구조물은, 도 6에 도시한 바와 같이, 양각부(320)의 상부 표면에 형성된 복수의 미세 돌기에 의해 소수성을 가지고 있고, 그 양각부(320)의 측벽(330)은 친수성을 가지게 된다.
이상과 같이 본 발명에 따른 나노임프린트를 이용하여 미세 구조물을 간단한 공정으로 여러 가지 형태의 패턴을 형성할 수 있고 비용도 저렴하다.
또한 미세 구조물의 표면에 친수성 영역과 소수성 영역이 교대로 나오게 하거나 일정 규칙 또는 불규칙적인 패턴화된 형태로 제작할 수 있어서 잉크젯 공정이나 메탈 잉크를 이용한 배선 형성 공정 등 다양한 응용 분야에 적용할 수 있다.
또한 기존과 같은 화학적 처리공정을 이용하지 않고 나노임프린트를 이용하여 미세 패턴을 형성할 수 있어서 환경 친화적이고 안전한 작업 환경에서 작업할 수 있다.

Claims (16)

  1. 전체 표면 영역 중 적어도 일부 영역이 소수성을 갖는 미세 구조물을 스탬프에 형성하는 단계;
    기판 위에 막을 도포하는 단계;
    상기 스탬프의 미세 구조물을 상기 막에 접촉시켜 소정 압력으로 가압하는 단계; 및
    상기 막을 경화하고 나서 상기 스탬프를 이형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노임프린트를 이용한 미세 패턴 형성방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소수성을 갖는 미세 구조물은 각각 수 ㎛~수백 ㎚ 크기의 폭을 갖는 복수의 미세 돌기인 것을 특징으로 하는 나노임프린트를 이용한 미세 패턴 형성방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스탬프의 표면 영역은 양각부 및 음각부를 구비하고, 상기 음각부에 상기 소수성을 갖는 미세 구조물을 형성하는 것을 특징으로 하는 나노임프린트를 이용한 미세 패턴 형성방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 막은 가열 또는 자외선 조사를 통해 경화작업을 수행할 수 있도록 자외선 경화성 수지 또는 열경화성 수지인 것을 특징으로 하는 나노 임프린트를 이용한 미세 패턴 형성방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 막은 친수성 레지스트인 것을 특징으로 하는 나노임프린트를 이용한 미세 패턴 형성방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 스탬프를 이형하는 경우 상기 레지스트의 표면 영역은 양각부와 음각부를 구비하고, 상기 양각부에 상기 소수성 영역을 형성하고 상기 음각부에 친수성 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 나노임프린트를 이용한 미세패턴 형성방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 레지스트의 음각부의 표면 영역은 평탄한 형상이고, 상기 레지스트의 양각부의 표면 영역은 요철 형상인 것을 특징으로 하는 나노임프린트를 이용한 미세 패턴 형성방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 요철 형상은 수 ㎛~수백 ㎚ 크기의 폭을 갖는 복수의 미세 돌기에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 나노임프린트를 이용한 미세 패턴 형성방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 레지스트의 표면 영역에 상기 소수성 영역 및 상기 친수성 영역을 교대로 형성하는 것을 특징으로 하는 나노임프린트를 이용한 미세 패 턴 형성방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 스탬프를 이형한 다음 상기 기판의 일부를 노출하기 위해 상기 막을 식각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노임프린트를 이용한 미세 패턴 형성방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 스탬프에 상기 미세 구조물을 형성하는 단계에서 전자빔 리소그래피를 이용하는 것을 특징으로 하는 나노임프린트를 이용한 미세 패턴 형성방법.
  12. 양각부와 음각부를 구비하고, 상기 음각부에 소수성을 갖는 미세 구조물을 각인한 스탬프를 준비하는 단계; 및
    나노임프린트를 이용하여, 기판에 도포한 친수성 레지스트의 표면 영역에 상기 스탬프의 미세 구조물을 복제하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노임프린트를 이용한 미세 패턴 형성방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 소수성을 갖는 미세 구조물은 전자빔 리소그래피를 이용하여 형성하고 상기 미세 구조물은 각각 수 ㎛~수백㎚ 크기의 폭을 갖는 복수의 미세 돌기인 것을 특징으로 하는 나노임프린트를 이용한 미세 패턴 형성방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 미세 구조물을 복제하는 단계는,
    상기 스탬프의 미세 구조물을 상기 레지스트에 접촉시켜 소정 압력으로 가압하는 단계; 가열 또는 자외선 조사하여 상기 레지스트를 경화하고 나서 상기 스탬프를 이형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노임프린트를 이용한 미세 패턴 형성방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 레지스트에 복제된 미세 구조물은 양각부와 음각부를 구비하고, 상기 양각부에 복수의 미세 돌기에 의한 요철 형상으로 소수성 영역을 형성하고 상기 음각부에 평탄한 형상으로 친수성 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 나노임프린트를 이용한 미세 패턴 형성 방법.
  16. 제12항에 있어서, 상기 레지스트에 복제된 미세 구조물은 소수성 영역 및 친수성 영역을 교대로 형성하는 것을 특징으로 하는 나노임프린트를 이용한 미세 패턴 형성방법.
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