KR20100033311A

KR20100033311A - 나노 임프린트를 이용한 패턴 성형방법과 패턴 성형을 위한몰드 제작방법

Info

Publication number: KR20100033311A
Application number: KR1020080092430A
Authority: KR
Inventors: 조영태; 심영석; 김정길
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-09-19
Filing date: 2008-09-19
Publication date: 2010-03-29
Also published as: US8168107B2; US20100072675A1; KR101492071B1; JP5308287B2; JP2010074162A

Abstract

본 발명은 나노 임프린트 공정을 이용하여 3차원 미세 패턴이나 다단 패턴을 성형하는 방법과 이러한 패턴을 성형하기 위한 몰드의 제작방법에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 자외선(UV)을 차단할 수 있는 차단막이 패터닝되어 있는 기판 위에 몰드용 폴리머를 패터닝하여 나노 임프린트 공정을 적용하기에 어려움이 많았던 다단 임프린트용 몰드를 1단 형태로 쉽게 제작할 수 있고, 제작된 1단 형태의 몰드를 이용하여 복잡한 공정을 여러 번 거치지 않아도 손쉽게 다단 형태의 패턴을 성형함으로서 대면적 미세 패턴 성형에 적용 가능하며 평판 디스플레이에 사용되는 대면적 패턴의 성형에 이용될 수 있고, 또한 반도체 공정의 수십 나노 패턴에도 적용 가능하여 공정 비용 감소, 공정 시간 단축 및 제조 수율 향상에 기여할 수 있는 공정 방법을 제시한다.

Description

나노 임프린트를 이용한 패턴 성형방법과 패턴 성형을 위한 몰드 제작방법{Method for forming pattern using Nano imprint and manufacturing method of mold for forming pattern}

몰드(mold)를 이용하여 임프린트(imprint) 형태로 나노 크기(1~100㎚)의 패턴을 성형하는 나노 임프린트(Nano imprint) 공정은 크게 열적(thermal) 타입과 자외선(UV) 타입으로 구분되며, 실리콘(Si) 등과 같은 대표적인 반도체 기판에 적용이 가능함은 물론, 저온 공정이 요구되는 플라스틱(plastic) 기판뿐만 아니라 전도성이 없는 유리(glass)나 석영(quartz) 기판에도 쉽게 적용이 가능하다.

나노 임프린트 공정은 기존의 포토 리소그라피(photo-lithography) 공정에 비해 비교적 간단한 공정을 통해 패턴을 성형할 수 있어 고생산성, 저비용의 이점을 두루 갖추고 있는 바 반도체 공정이나 평판 디스플레이 제조 공정에 적용되고 있다.

이러한 나노 임프린트 공정을 이용하여 패턴을 성형하기 위해서는 나노 크기 의 패턴을 성형하기 위한 몰드가 필요하며, 유리나 석영이 대표적으로 활용된다. 그러나 유리나 석영 기판과 같은 몰드 위에 나노 크기의 패턴을 대면적으로 성형하는 기술은 상당히 까다로워 공정 비용과 공정 시간이 많이 요구된다. 특히 복잡한 3차원 미세 패턴이나 다단 패턴을 성형하기 위해서는 나노 임프린트 공정에 적용할 다단 형태의 몰드가 요구되며 이러한 다단 형태의 몰드를 제작하는 것도 어려움이 있다.

본 발명은 다단 형태의 몰드를 제작할 필요없이 1단 형태의 몰드를 사용하여 다단 형태의 패턴(3차원 패턴)을 성형하는 방법과 이러한 패턴을 성형하기 위한 몰드의 제작방법을 제시하고자 한다.

본 발명의 실시예에 의한 나노 임프린트를 이용한 패턴 성형방법은 자외선 차단막이 패터닝된 기판에 몰드용 폴리머를 패터닝하여 몰드를 제작하는 단계; 성형 기판에 임프린트용 레진을 도포하는 단계; 상기 레진이 도포된 상기 성형 기판을 상기 몰드로 가압하여 패턴을 임프린팅하는 단계; 자외선을 조사하여 상기 레진을 경화시키는 단계; 상기 몰드를 상기 성형 기판으로부터 이형시키는 단계를 포함한다.

상기 임프린트용 레진은 자외선에 의해 경화되는 레진인 것을 특징으로 한다.

상기 성형 기판은 나노 임프린트 공정을 통해 다단 패턴이 성형되는 기판인 것을 특징으로 한다.

상기 다단 패턴은 3차원 미세 패턴이나 대면적 패턴을 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 의한 나노 임프린트를 이용한 패턴 성형방법은 경화되지 않은 상기 레진을 세척하는 단계를 더 포함한다.

상기 몰드용 폴리머에는 점착 방지막을 코팅하여 상기 몰드의 이형 특성을 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 몰드 제작방법은 기판에 노광 공정을 통해 자외선 차단막을 패터닝하는 단계; 상기 자외선 차단막이 패터닝된 상기 기판 위에 몰드용 폴리머를 패터닝하여 몰드를 완성하는 단계를 포함한다.

상기 기판에 상기 자외선 차단막을 패터닝하는 단계는, 상기 기판에 상기 자외선 차단막을 증착시키는 단계; 상기 자외선 차단막이 증착된 상기 기판에 레지스트를 도포하고 상기 노광 공정을 통해 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 레지스트 패턴을 이용하여 상기 기판에 상기 자외선 차단막을 패터닝하는 단계를 포함한다.

상기 기판 위에 상기 몰드용 폴리머를 패터닝하는 단계는, 상기 자외선 차단막이 증착된 상기 기판 위에 상기 몰드용 폴리머를 도포하고 임프린트 공정을 통해 상기 몰드용 폴리머를 패터닝하는 것을 특징으로 한다.

상기 기판 위에 상기 몰드용 폴리머를 패터닝하는 단계는, 상기 자외선 차단막이 증착된 상기 기판 위에 상기 몰드용 폴리머를 도포하고 노광 공정을 통해 상기 몰드용 폴리머를 패터닝하는 것을 특징으로 한다.

상기 몰드용 폴리머는 자외선 경화 타입 또는 열 경화 타입을 포함한다.

이러한 본 발명의 실시예에 의하면 나노 임프린트 공정을 적용하기에 어려움이 많았던 몰드 제작을 쉽게 할 수 있고, 제작된 몰드를 이용하여 복잡한 공정을 여러 번 거치지 않아도 손쉽게 다단 형태의 패턴을 성형할 수 있게 하며 이로 인해 새로운 디바이스를 제작할 수 있는 새로운 공정을 제시한다. 본 발명의 실시예에서 제시한 공정은 다단 패턴이 요구되는 반도체 공정이나 디스플레이 제조 공정에 적 용 가능하며 수율 향상 및 비용 절감을 통해 기술적인 효과뿐만 아니라 경제적인 효과도 기대할 수 있다.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1a ~ 도 1g는 본 발명의 제1실시예에 의한 나노 임프린트를 이용하여 다단 패턴을 성형하기 위한 몰드의 제작방법을 설명하는 공정도이다.

도 1a에서, 제1기판(11)에 자외선(UV)을 차단할 수 있는 차단막(12)인 크롬(Cr)을 증착시키고 그 위에 포토 리소그라피 공정을 위한 레지스트(13)를 도포한다. 제1기판(11)은 자외선(UV) 투과가 가능한 유리(glass)나 석영(quartz) 기판을 이용한다.

도 1b에서, UV 차단막(12)이 증착된 제1기판(11)에 패턴을 형성하기 위해 포토 리소그라피 공정을 위한 제1마스크(30)를 준비한다. 이 제1마스크(30)는 한쪽 면이 감광 유제나 금속막으로 일정 패턴이 형성되어 있는 기판 구조로, 기판 위에 불투명한 막(31)을 도포하고 그 위에 감광막을 도포한 후 e-빔이나 레이저(laser) 등을 이용해 패터닝(patterning)하여 제작할 수 있다. 본 실시예에서는 불투명한 막(31)의 재질로 크롬(Cr)을 이용한다.

도 1c에서, 포토 리소그라피 공정용 제1마스크(30)를 이용하여 제1기판(11)에 도포된 레지스트(13)를 노광하고 현상하여 레지스트 패턴(13a)을 형성한다.

도 1d에서, 레지스트 패턴(13a)이 형성된 제1기판(11)을 에칭하여 UV 차단막(12)이 패터닝된 제1기판(11)을 제작한다.

도 1e에서, UV 차단막(12)이 패터닝된 제1기판(11) 위에 몰드용 폴리머(14)를 코팅한 후 스탬프(40)를 준비한다. 이 스탬프(40)는 양각부(41)와 음각부(42)를 교대로 형성하여 패턴이 각인되어 있는 구조물이며, 이때 사용되는 몰드용 폴리머(14)는 UV에 의해 경화되는 타입으로 고분자 수지를 이용한다.

도 1f에서, 스탬프(40)를 이용하여 제1기판(11) 위에 코팅된 몰드용 폴리머(14)를 가압한 후 UV를 조사하면 UV 차단막(12)이 패터닝된 영역에는 UV가 투과되지 못하고 UV 차단막(12)이 패터닝되지 않은 영역에만 UV가 투과되어 UV 차단막(12)이 패터닝되지 않은 영역 위에 코팅된 몰드용 폴리머(14) 부분만이 UV 조사에 의해 경화된다.

도 1g에서, 스탬프(40)를 몰드용 폴리머(14)로부터 이형시켜 UV 차단막(12)이 패터닝된 제1기판(11) 위에 몰드용 폴리머(14)가 패터닝되어 있는 1단 형태의 다단 임프린트용 제1몰드(10)를 완성한다.

도 2a ~ 도 2g는 본 발명의 제2실시예에 의한 나노 임프린트를 이용하여 다단 패턴을 성형하기 위한 몰드의 제작방법을 설명하는 공정도이다.

도 2a에서, 제2기판(21)에 자외선(UV)을 차단할 수 있는 차단막(22)인 크롬(Cr)을 증착시키고 그 위에 포토 리소그라피 공정을 위한 레지스트(23)를 도포한다. 제2기판(21)은 제1기판(11)과 마찬가지로 자외선(UV) 투과가 가능한 유리(glass)나 석영(quartz) 기판을 이용한다.

도 2b에서, UV 차단막(22)이 증착된 제2기판(21)에 패턴을 형성하기 위해 포토 리소그라피 공정을 위한 제1마스크(30)를 준비한다. 이 제1마스크(30)는 도 1b 에 도시한 제1마스크(30)와 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다.

도 2c에서, 포토 리소그라피 공정용 제1마스크(30)를 이용하여 제2기판(21)에 도포된 레지스트(23)를 노광하고 현상하여 레지스트 패턴(23a)을 형성한다.

도 2d에서, 레지스트 패턴(23a)이 형성된 제2기판(21)을 에칭하여 UV 차단막(22)이 패터닝된 제2기판(21)을 제작한다.

도 2e에서, UV 차단막(22)이 패터닝된 제2기판(21) 위에 몰드용 폴리머(24)를 코팅한 후 몰드용 폴리머(24)가 코팅된 제2기판(21)에 패턴을 형성하기 위해 포토 리소그라피 공정을 위한 제2마스크(50)를 준비한다. 이 제2마스크(50)는 제1마스크(30)와 마찬가지로 한쪽 면이 감광 유제나 금속막으로 일정 패턴이 형성되어 있는 기판 구조로, 기판 위에 불투명한 막(51)을 도포하고 그 위에 감광막을 도포한 후 e-빔이나 레이저(laser) 등을 이용해 패터닝(patterning)하여 제작할 수 있다. 본 실시예에서는 불투명한 막(51)의 재질로 크롬(Cr)을 이용하며 제2마스크(50)는 제1마스크(30)와 서로 같은 패턴을 가질 수도 있고, 다른 패턴을 가질 수도 있다. 한편 이때 사용되는 몰드용 폴리머(24)는 열에 의해 경화되는 thermal 타입으로 positive PR을 이용한다.

도 2f에서, 포토 리소그라피 공정용 제2마스크(50)를 이용하여 제2기판(21)에 코팅된 몰드용 폴리머(24)를 노광하고 현상하여 몰드용 폴리머 패턴(24a)을 형성한다.

도 2g에서, 몰드용 폴리머 패턴(24a)이 형성된 제2기판(21)을 에칭하여 UV 차단막(22)이 패터닝된 제2기판(21) 위에 몰드용 폴리머(24)가 패터닝되어 있는 1 단 형태의 다단 임프린트용 제2몰드(20)를 완성한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 나노 임프린트를 이용하여 다단 패턴을 성형하는 방법을 설명하는 공정도이다.

도 3a에서, 도 1a ~ 도 1g에 도시한 본 발명의 제1실시예를 통해 완성된 1단 형태의 다단 임프린트용 제1몰드(10) 또는 도 2a ~ 도 2g에 도시한 본 발명의 제2실시예를 통해 완성된 1단 형태의 다단 임프린트용 제2몰드(20)를 준비한다.

도 3b에서, 다단 패턴이 성형될 기판(60)에 UV 경화가 가능한 임프린트용 레진(61)을 도포한다. 성형 기판(60)은 UV 나노 임프린트 공정이 용이한 재질의 기판이 바람직하며, 본 실시예에서는 자외선(UV) 투과가 가능한 유리(glass), 석영(quartz), 금속(metal)과 같은 플랫(flat) 기판이나 PET, PEN 등과 같은 모든 플렉시블(flexible) 기판을 이용한다. 임프린트용 레진(61)은 제1몰드(10)를 제작하기 위해 패터닝된 몰드용 폴리머(14)와 마찬가지로 UV에 의해 경화되는 고분자 수지를 이용한다. 이때 UV 경화 타입 간에 점착 현상을 방지하기 위해 제1몰드(10)에 패터닝된 몰드용 폴리머(14)와 성형 기판(60)에 도포된 임프린트용 레진(61)은 서로 다른 재질을 사용하거나 같은 재질을 사용하고자 할 경우에는 제1몰드(10)의 몰드용 폴리머(14)에 이형 특성을 확보하기 위한 점착 방지막(anti adhesion layer)을 코팅하는 것이 바람직하다.

도 3c에서, 성형 기판(60)과 1단 형태의 제1 또는 제2몰드(10, 20)를 합착하는데 제1 또는 제2몰드(10, 20)를 이용하여 성형 기판(60)에 도포된 임프린트용 레진(61)을 가압하여 임프린트용 레진(61)에 패턴을 임프린팅한다. 이후 제1 또는 제 2몰드(10, 20)의 제1 또는 제2기판(11, 21) 쪽에서 평행광 UV를 조사하면 UV 차단막(12, 22)이 패터닝된 영역에는 UV가 투과되지 못하고 UV 차단막(12, 22)이 패터닝되지 않은 영역에만 UV가 투과되어 UV 차단막(12, 22)이 패터닝되지 않은 영역에 정렬된 임프린트용 레진(61) 부분만이 UV 조사에 의해 경화된다.

도 3d에서, 제1 또는 제2몰드(10, 20)를 임프린트용 레진(61)으로부터 이형시키고, 이형하고 난 후 경화되지 않은 임프린트용 레진(61)을 알코올 등을 이용하여 세척함으로서 경화되지 않은 임프린트용 레진(61)을 제거하고 나면 성형 기판(60)에 다단 패턴이 성형된다.

이하, 상기와 같이 구성된 1단 형태의 제1 또는 제2몰드(10, 20)를 가지고 나노 임프린트 공정을 이용하여 다단 패턴을 성형하는 방법의 동작과정 및 작용효과를 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 나노 임프린트 공정을 이용한 다단 패턴의 성형방법을 설명한 동작 순서도이다.

도 4에서, 본 발명의 제1 또는 제2실시예를 통해 1단 형태의 다단 임프린트용 제1 또는 제2몰드(10, 20)를 제작한다(100;도 1a ~ 도 1g, 도 2a ~ 도 2g 참조).

1단 형태의 제1 또는 제2몰드(10, 20)는 UV 차단막(12, 22)이 패터닝된 제1 또는 제2기판(11, 21) 위에 몰드용 폴리머(14, 24)가 도 3a에 도시한 바와 같이, 1단으로 패터닝되어 있는 형태로 나노 임프린트 공정을 적용하기에 어려움이 많았던 다단 임프린트용 제1 또는 제2몰드(10, 20)를 1단 형태로 쉽게 제작할 수 있다.

이후, UV 경화가 가능한 임프린트용 레진(61)을 다단 패턴이 성형될 기판(60) 위에 도포하고(102), 성형 기판(60)과 1단 형태의 제1 또는 제2몰드(10, 20)를 합착하는데 제1 또는 제2몰드(10, 20)를 이용하여 임프린트용 레진(61)이 도포된 성형 기판(60)을 가압한다(104).

평행광 UV를 제1 또는 제2몰드(10, 20)의 제1 또는 제2기판(11, 21) 쪽에서 조사하여 임프린트용 레진(61)을 경화시킨다(106).

이후, 제1 또는 제2몰드(10, 20)를 임프린트용 레진(61)으로부터 이형시키고, 경화되지 않은 임프린트용 레진(61)을 알코올 등을 이용하여 세척하면(108) 성형 기판(60)에 다단 패턴이 성형된다(110).

이와 같이, 성형 기판(60)에 다단 패턴이 성형되면 UV 나노 임프린트 공정을 종료한다.

따라서, 본 발명의 실시예는 1단 형태로 제작된 다단 임프린트용 제1 또는 제2몰드(10, 20)를 이용하여 복잡한 공정을 여러 번 거치지 않아도 손쉽게 다단 형태의 패턴을 성형함으로서 대면적 미세 패턴 성형에 적용 가능하며 평판 디스플레이에 사용되는 대면적 패턴의 성형에 이용될 수 있고, 또한 반도체 공정의 수십 나노 패턴에도 적용 가능하여 공정 비용 감소, 공정 시간 단축 및 제조 수율 향상에 기여할 수 있다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10, 20 : 제1 및 제2몰드 11, 21 : 제1 및 제2기판

12, 22 : UV 차단막 14, 24 : 몰드용 폴리머

60 : 성형 기판 61 : 임프린트용 레진

Claims

자외선 차단막이 패터닝된 기판에 몰드용 폴리머를 패터닝하여 몰드를 제작하는 단계;

성형 기판에 임프린트용 레진을 도포하는 단계;

상기 레진이 도포된 상기 성형 기판을 상기 몰드로 가압하여 패턴을 임프린팅하는 단계;

상기 레진을 경화시키는 단계;

상기 몰드를 상기 성형 기판으로부터 이형시키는 단계를 포함하는 나노 임프린트를 이용한 패턴 성형방법.
제1항에 있어서,

상기 임프린트용 레진은 자외선에 의해 경화되는 레진인 나노 임프린트를 이용한 패턴 성형방법.
제1항에 있어서,

상기 성형 기판은 나노 임프린트 공정을 통해 다단 패턴이 성형되는 기판인 나노 임프린트를 이용한 패턴 성형방법.
제3항에 있어서,

상기 다단 패턴은 3차원 미세 패턴이나 대면적 패턴을 포함하는 나노 임프린트를 이용한 패턴 성형방법.
제1항에 있어서,

경화되지 않은 상기 레진을 세척하는 단계를 더 포함하는 나노 임프린트를 이용한 패턴 성형방법.
제1항에 있어서,

상기 몰드용 폴리머에는 점착 방지막을 코팅하여 상기 몰드의 이형 특성을 확보하는 나노 임프린트를 이용한 패턴 성형방법.
기판에 노광 공정을 통해 자외선 차단막을 패터닝하는 단계;

상기 자외선 차단막이 패터닝된 상기 기판 위에 몰드용 폴리머를 패터닝하여 몰드를 완성하는 단계를 포함하는 몰드 제작방법.
제7항에 있어서,

상기 기판에 상기 자외선 차단막을 패터닝하는 단계는,

상기 기판에 상기 자외선 차단막을 증착시키는 단계;

상기 자외선 차단막이 증착된 상기 기판에 레지스트를 도포하고 상기 노광 공정을 통해 레지스트 패턴을 형성하는 단계;

상기 레지스트 패턴을 이용하여 상기 기판에 상기 자외선 차단막을 패터닝하는 단계를 포함하는 몰드 제작방법.
제7항에 있어서,

상기 기판 위에 상기 몰드용 폴리머를 패터닝하는 단계는,

상기 자외선 차단막이 패터닝된 상기 기판 위에 상기 몰드용 폴리머를 도포하고 임프린트 공정을 통해 상기 몰드용 폴리머를 패터닝하는 몰드 제작방법.
제7항에 있어서,

상기 기판 위에 상기 몰드용 폴리머를 패터닝하는 단계는,

상기 자외선 차단막이 패터닝된 상기 기판 위에 상기 몰드용 폴리머를 도포하고 노광 공정을 통해 상기 몰드용 폴리머를 패터닝하는 몰드 제작방법.
제7항에 있어서,

상기 몰드용 폴리머는 자외선 경화 타입 또는 열 경화 타입을 포함하는 몰드 제작방법.