KR20100074434A - Pattern transfer method of nanoimprint lithography using shadow evaportation and nanotransfer printing - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 나노임프린트 리소그래피의 패턴전사 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 쉐도우 증착(shadow evaportation)과 나노전사 프린팅(nanotransfer printing)을 이용하여 고밀도 나노임프린트된 패턴을 서로 반대 모양인 두 가지 형태의 나노구조물로 윙팁(wingtips) 없이 기판에 전사할 수 있는 쉐도우 증착과 나노전사 프린팅을 이용한 나노임프린트 리소그래피의 패턴전사 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a pattern transfer method of nanoimprint lithography, and more particularly, two types of nano-patterns having opposite shapes of high-density nanoimprinted patterns using shadow evaportation and nanotransfer printing. The present invention relates to a method of pattern transfer in nanoimprint lithography using shadow deposition and nanotransfer printing capable of transferring to a substrate without wingtips as a structure.
일반적으로, 나노임프린트 리소그래피 기술은 기판 위에 고분자 물질을 도포한 후 스탬프를 접촉시켜 스탬프 표면 위에 새겨진 나노패턴을 기판에 전사시키는 기술로서, 광 리소그래피 기술의 회절한계를 극복하여 100nm이하 10nm까지 미세 패턴의 구현이 가능하고 공정이 빠르고 간단하며 대면적으로 작업할 수 있어서 차세대 리소그래피 기술로 주목받고 있다. In general, nanoimprint lithography is a technique for transferring a nanopattern engraved on the surface of a stamp by applying a polymer material on a substrate and then contacting a stamp. It is gaining attention as the next generation of lithography technology because it can be implemented, the process is simple, and can be operated in large areas.
상기와 같은 기술은 고분자 물질의 경화방식에 따라 자외선(UV) 방식과 열(Thermal) 방식으로 나뉜다.Such a technique is classified into an ultraviolet (UV) method and a thermal (Thermal) method according to the curing method of the polymer material.
상기 열 방식의 나노임프린트 공정은 1996년 미국 프린스턴 대학의 Chou 교수가 최초로 개발한 방식으로 전자빔 리소그래피로 제작된 나노패턴 스탬프를 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, polymethylmethacrylate) 고분자 물질이 도포된 기판 위에 접촉시키고 고온 고압으로 가압하여 패터닝하는 방법이다.The thermal nanoimprint process was first developed by Professor Chou of Princeton University in 1996, and the nanopattern stamp produced by electron beam lithography was brought into contact with a substrate coated with polymethylmethacrylate (PMMA) polymer material. It is a method of pressurizing and patterning by high temperature and high pressure.
그리고, 자외선 나노임트린트 공정은 1999년 미국 텍사스 오스틴 대학의 Sreenivasan 교수가 처음 제안한 방식으로 기판 위에 자외선 경화 고분자 물질을 도포한 후 자외선이 투과할 수 있는 나노패턴 스탬프를 접촉시켜 상온 저압으로 패터닝하는 방법이다. The UV nanoimprint process was first proposed in 1999 by Professor Sreenivasan of the University of Texas, Austin, USA, and applied to UV-curable polymer material on a substrate. It is a way.
상기 두 가지 방식 모두 임프린트된 고분자 나노패턴을 기판 위에 전사하는 공정을 필요로 한다. Both methods require a process of transferring the imprinted polymer nanopattern onto a substrate.
일반적인 전사과정은 이방성 식각 작업(RIE, Reactive Ion Etching)을 거쳐 고분자 잔류층을 제거한 후 금속박막을 증착하고 리프트 오프(lift-off)하여 전사시킨다.In general, the transfer process is performed by anisotropic etching (RIE, Reactive Ion Etching) to remove the polymer residual layer, depositing a metal thin film and lift-off (transfer).
여기서, 나노임프린트 리소그래피의 패턴전사 과정에서 발생하는 문제점은 크게 두 가지 요인에서 기인된다. Here, the problem that occurs in the pattern transfer process of nanoimprint lithography is largely due to two factors.
첫째는 임프린트된 레지스트 패턴의 상면과 벽면 사이의 각도가 90°이상이라는 것과 둘째는 잔류층이 존재한다는 것으로서, 전자는 증착과정에서 패턴 벽면에도 금속박막이 증착되어 리프트 오프 후 윙팁(wingtips)이 발생하거나 리프트 오프가 실패하는 원인이 되며, 후자는 잔류층의 제거 과정에서 이방성 건식식각의 영향으로 패턴의 높이가 줄어들고 패턴 가장자리 부분의 손상 및 패턴 모양의 변화를 유발하거나 기판에 손상을 주기도 한다. The first is that the angle between the top surface and the wall surface of the imprinted resist pattern is more than 90 °, and the second is the residual layer. In the former, the metal thin film is deposited on the pattern wall during the deposition process. In addition, the latter may cause a failure of the lift-off, and the latter may reduce the height of the pattern due to the anisotropic dry etching during the removal of the residual layer, and may cause damage to the edges of the pattern, a change in the shape of the pattern, or damage the substrate.
이러한 문제점은 특히 고밀도 나노패턴에서 더욱 심해져서 패턴전사에 어려움을 준다. This problem is particularly aggravated in high density nanopatterns, which leads to difficulty in pattern transfer.
상기의 문제점은 나노양각패턴과 나노음각패턴 모두에서 발생하는데 나노음각패턴의 경우에 있어서는 추가적인 문제점도 가지고 있다. The above problem occurs in both the nano-embossed pattern and the nano-engraved pattern, but also has an additional problem in the case of the nano-embossed pattern.
예를 들어, 나노홀패턴을 제작할 경우에는 나노홀 스탬프가 필요한데 포지티브 톤(positive-tone) 전자빔 레지스트로 패터닝하여 제조하거나 네거티브톤(negative-tone) 전자빔 레지스트로 패터닝한 후 Ni 전기도금으로 복제하여 제조하기도 한다. For example, when manufacturing a nanohole pattern, a nanohole stamp is required, which is manufactured by patterning with a positive-tone electron beam resist or by patterning with a negative-tone electron beam resist and then replicating with Ni electroplating. Sometimes.
그러나, 현재 포지티브 톤 레지스트(PMMA, ZEP)는 네거티브 톤 레지스트(HSQ)에 비해 해상도가 떨어지므로 나노패턴 제작에 한계가 있으며, Ni 전기도금의 경우 시드 레이어(seed layer)의 손실로 패턴 치수의 변화를 유발한다. However, current positive tone resists (PMMA, ZEP) have a lower resolution than negative tone resists (HSQ) and thus are limited in nano pattern fabrication. In the case of Ni electroplating, the pattern dimension is changed due to the loss of the seed layer. Cause.
또한, 나노홀패턴은 임프린팅 과정에서 발생하는 레지스트의 열변형과 임프린팅 압력의 불안정에 취약한 문제점이 있다.In addition, the nano-hole pattern has a problem that is vulnerable to the thermal deformation of the resist generated during the imprinting process and the instability of the imprinting pressure.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 나노임프린트 리소그래피 공정에 쉐도우 증착과 나노전사 프린팅 방법을 도입하여 양각 및 음각 나노구조물을 동시에 제조하는 쉐도우 증착과 나노전사 프린팅을 이용한 나노임프린트 리소그래피의 패턴전사 방법을 제공하는 데에 있다.An object of the present invention for solving the above problems, by introducing shadow deposition and nanotransfer printing method in the nanoimprint lithography process of the nanoimprint lithography using shadow deposition and nanotransfer printing to simultaneously produce embossed and intaglio nanostructures It is to provide a pattern transfer method.
상기한 바와 같은 목적을 성취하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 쉐도우 증착과 나노전사 프린팅을 이용한 나노임프린트 리소그래피의 패턴전사 방법은, 유리재질의 나노임프린트 스탬프를 나노패턴을 형성하여 준비하는 단계; 상기 스탬프와 동일한 형상의 나노구조물이 제조될 유리 재질의 제1 기판 위에 임프린트 레지스트를 도포하는 단계; 상기 스탬프를 상기 레지스트의 상면에 접촉시켜 소정의 압력을 가한 후 자외선을 조사하거나 열을 가하여 나노구조물을 전사하고 레지스트를 경화시키는 단계; 상기 레지스트가 경화된 후, 패터닝된 레지스트로부터 상기 스탬프를 분리하는 단계; 쉐도우 증착을 통해 임프린트된 레지스트의 상면에 금속박막을 마스킹하는 단계; 산소 플라즈마 에칭을 이용하여 상기 제1 기판의 레지스트의 잔류층을 제거하고 언더컷(undercut)을 형성시키는 단계; 전자빔 증착기를 이용하여 금속박막 위에 패터닝될 금박막을 증착하는 단계); 제2 기판 상면에 티올잉크(SAM, Self-Assembled Monolayer)를 처리하는 단계; 상기 제1 기판 상의 금박막을 상기 티올잉크가 도포된 상기 제2 기판 상에 나노전사 프린팅하는 단계; 나노전사 프린 팅 후 상기 제1 기판을 상기 제2 기판으로부터 분리하는 단계; 및 분리된 제1 기판을 아세톤에 담궈서 리프트 오프(lift-off)를 수행하여 금박막의 양각 또는 음각 패턴을 얻는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Pattern transfer method of nanoimprint lithography using shadow deposition and nanotransfer printing according to an embodiment of the present invention for achieving the object as described above comprises the steps of preparing to form a nano-pattern of a glass material nanoimprint stamp; Applying an imprint resist onto a first substrate of glass material on which nanostructures of the same shape as the stamp are to be prepared; Contacting the stamp with an upper surface of the resist to apply a predetermined pressure, and then irradiating ultraviolet light or applying heat to transfer the nanostructure and to cure the resist; After the resist is cured, separating the stamp from the patterned resist; Masking the metal thin film on the upper surface of the imprinted resist through shadow deposition; Removing the residual layer of resist of the first substrate using an oxygen plasma etch and forming an undercut; Depositing a gold thin film to be patterned on the metal thin film using an electron beam evaporator; Treating a thiol ink (SAM, Self-Assembled Monolayer) on the upper surface of the second substrate; Nanotransferring the gold thin film on the first substrate onto the second substrate coated with the thiol ink; Separating the first substrate from the second substrate after nanotransfer printing; And dipping the separated first substrate in acetone to perform lift-off to obtain an embossed or intaglio pattern of the gold thin film.
상기와 같은 쉐도우 증착과 나노전사 프린팅을 이용한 나노임프린트 리소그래피의 패턴전사 방법을 이용하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.Using the pattern transfer method of nanoimprint lithography using shadow deposition and nanotransfer printing as described above, the following effects can be obtained.
첫째. 나노임프린트 리소그래피 공정에서 고밀도 나노구조물의 패턴전사를 가능하게 하고 리프트 오프(lift-off) 과정에서 흔히 발생하는 윙팁(wingtips)을 줄일 수 있게 한다. first. The nanoimprint lithography process enables pattern transfer of high-density nanostructures and reduces wingtips that commonly occur during lift-off processes.
둘째, 나노임프린트 리소그래피를 이용하면 두께가 균일한 프린팅 몰드를 제작할 수 있고 나노임프린트된 레지스트를 프린팅 몰드로 하여 나노전사 프린팅을 하게 되면 나노임프린트 스탬프와 반대 모양의 나노구조물을 구현할 수 있게 한다.Second, using nanoimprint lithography, a printing mold having a uniform thickness can be manufactured, and nanotransfer printing using the nanoimprinted resist as a printing mold enables nanostructures of opposite shapes to nanoimprint stamps.
셋째. 쉐도우 증착에서 증착 물질의 종류와 두께, 증착의 각도, 방향 및 횟수를 조절하면 다양한 모양과 크기의 나노구조물을 제조할 수 있게 한다.third. In shadow deposition, controlling the type and thickness of deposition material, the angle, direction, and number of depositions allows nanostructures of various shapes and sizes to be fabricated.
넷째. 일반적으로 리프트 오프 공정시에 제거되는 임프린트된 레지스트를 프린팅 몰드로 활용하면 고해상도의 나노양각 스탬프 하나로 다양한 형태의 음각 나노구조물을 구현할 수 있으며, 동시에 리프트 오프를 효과적으로 할 수 있어서 양각 나노구조물도 쉽게 얻을 수 있게 한다. fourth. In general, the imprinted resist removed during the lift-off process can be used as a printing mold to realize various types of intaglio nanostructures with a single high-resolution nano-embossed stamp. To be.
이하, 본 발명에 따른 쉐도우 증착과 나노전사 프린팅을 이용한 나노임프린 트 리소그래피의 패턴전사 방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a pattern transfer method of nanoimprint lithography using shadow deposition and nanotransfer printing according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 쉐도우 증착과 나노전사 프린팅을 이용한 나노임프린트 리소그래피의 패턴전사 방법을 보인 흐름도이며, 도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 쉐도우 증착과 나노전사 프린팅을 이용한 나노임프린트 리소그래피의 패턴전사 방법을 보인 단면도이다.1 is a flow chart showing a pattern transfer method of nanoimprint lithography using shadow deposition and nanotransfer printing according to the present invention, Figures 2a to 2c is a pattern of nanoimprint lithography using shadow deposition and nanotransfer printing according to the present invention It is a cross-sectional view showing the transfer method.
먼저, 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명에 따른 나노임프린트 리소그래피의 패턴전사 방법의 기술적 원리를 간략하게 살펴보면 다음과 같다.First, the technical principle of the pattern transfer method of nanoimprint lithography according to the present invention for solving the conventional problems is briefly as follows.
본 발명은 나노임프린트 리소그래피 공정의 패턴전사 과정중 리프트 오프(lift-off) 공정 중에 발생하는 문제점을 쉐도우 증착과 산소 플라즈마 에칭으로 해결하였고, 나노음각패턴의 경우는 나노전사 프린팅을 적용하여 제조하였으며, 이때 나노임프린트된 레지스트 패턴을 프린팅 몰드로 사용하였다. The present invention solved the problem that occurs during the lift-off process during the pattern transfer process of the nanoimprint lithography process by shadow deposition and oxygen plasma etching, in the case of nano-engraved pattern was prepared by applying nano-transfer printing, At this time, a nanoimprinted resist pattern was used as a printing mold.
상기 쉐도우 증착을 이용하면 에칭공정 중에도 임프린트된 레지스트의 두께와 패턴의 가장자리 부분을 보호할 수 있고, 등방성 건식식각(산소 플라즈마 에칭)으로도 잔류층을 쉽게 제거할 수 있으며, 리프트 오프를 용이하게 하는 언더컷(undercut) 모양의 패턴을 생성할 수 있다. 여기서, 상기 등방성 건식식각은 이방성 건식식각에 비해 기판에 손상을 덜 준다는 장점도 있다. The shadow deposition protects the thickness of the imprinted resist and the edges of the pattern even during the etching process, and easily removes the residual layer even by isotropic dry etching (oxygen plasma etching) and facilitates lift-off. You can create an undercut pattern. Here, the isotropic dry etching also has the advantage of less damage to the substrate than the anisotropic dry etching.
상기 나노음각패턴의 경우는 고해상도 구현이 가능한 나노양각 스탬프로 임프린팅한 후에 생성된 나노음각 레지스트 패턴을 나노전사 프린팅 공정의 프린팅 몰드로 이용하였다. In the case of the nano-negative pattern, the nano-negative resist pattern generated after imprinting with a nano-embossed stamp capable of high resolution was used as a printing mold of a nanotransfer printing process.
나노임프린트를 이용하여 프린팅 몰드를 제작하면 균일한 두께를 갖는 프린팅 나노몰드를 쉽게 제작할 수 있고 나노전사 프린팅에서 자주 발생하는 패턴의 균열(crack)을 줄일 수 있다. By manufacturing a printing mold using nanoimprint, it is possible to easily produce a printing nanomold having a uniform thickness and to reduce the crack of a pattern frequently occurring in nanotransfer printing.
그리고, 상기 임프린트된 레지스트(21) 패턴을 프린팅 몰드로 하여 나노전사 프린팅 공정을 수행하면 나노임프린트 스탬프와 같은 모양의 패턴과 반대 모양의 패턴을 동시에 제조할 수 있게 된다.In addition, when the nanoprinting process is performed using the imprinted
또한, 쉐도우 증착을 이용하면 3D 형상의 나노패턴도 구현이 가능하게 된다. In addition, shadow deposition enables 3D-shaped nanopatterns to be implemented.
따라서, 상기의 방식은 고해상도 나노양각 스탬프로 나노임프린트 작업을 수행하면 양각과 음각의 나노구조물을 동시에 얻을 수 있게 되는 것이다.Therefore, the above method is to obtain the embossed and intaglio nanostructures at the same time by performing a nanoimprint operation with a high-resolution nano-embossed stamp.
상기와 같은 기술적 원리에 의한 본 발명에 따른 쉐도우 증착과 나노전사 프린팅을 이용한 나노임프린트 리소그래피의 패턴전사 방법을 도면들을 통해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.The pattern transfer method of nanoimprint lithography using shadow deposition and nanotransfer printing according to the present invention according to the above technical principle will be described in detail with reference to the drawings.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 쉐도우 증착과 나노전사 프린팅을 이용한 나노임프린트 리소그래피의 패턴전사 방법은 스탬프(10)를 준비하는 단계(S11), 제1 기판(20) 위에 레지스트(21)를 도포하는 단계(S12), 나노구조물을 전사하고 레지스트(21)를 경화시키는 단계(S13), 레지스트(21)로부터 스탬프(10)를 분리하는 단계(S14), 쉐도우 증착을 통해 레지스트(21)의 상면에 금속박막(23)을 마스킹하는 단계(S15), 산소 플라즈마 에칭을 이용하여 잔류층(22)을 제거하고 언더컷(undercut, 24)을 형성시키는 단계(S16), 전자빔 증착기를 이용하여 금박막(25)을 증착하는 단계(S17), 제2 기판(30) 상면에 티올잉크(SAM, Self-Assembled Monolayer)(31)를 처리하는 단계(S18), 상기 제1 기판(20) 상의 금박막(25)을 상기 티올잉크(31)가 도포된 상기 제2 기판(30) 상에 나노전사 프린팅하는 단계(S19), 상기 제1 기판(20)을 상기 제2 기판(30)으로부터 분리하는 단계(S20), 및 금박막(27)의 양각 또는 음각 패턴을 얻는 단계(S21)로 구성된다.As shown in the drawing, the pattern transfer method of nanoimprint lithography using shadow deposition and nanotransfer printing according to the present invention includes preparing a stamp 10 (S11), and forming a
상술된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 방법을 위한 공정은 나노임프린트 스탬프(10)를 준비하는 단계에서 시작한다(도 2a의 (a) 참조)(S11 단계). As described above, the process for the method according to an embodiment of the present invention begins with preparing a nanoimprint stamp 10 (see FIG. 2A (a)) (step S11).
상기 스탬프(10)는 전자빔 리소그래피로 제조되는 것이 바람직하며, 다른 리소그래피를 이용해 제조되는 것도 가능하다.The
상기 전자빔 리소그래피 레지스트에는 포지티브 톤(positive-tone)과 네거티브 톤(negative-tone)이 있으며, 건식식각을 이용할 경우 네거티브 톤 레지스트로는 양각의 스탬프를, 포지티브 톤 레지스트로는 음각의 스탬프를 각각 제조할 수 있다. The electron beam lithography resist includes positive-tone and negative-tone, and when dry etching is used, a negative stamp is used as a negative tone resist and a negative stamp is used as a positive tone resist. Can be.
상용화된 전자빔 레지스트 중에서는 네거티브 톤 레지스트인 HSQ가 가장 해상도가 높은 고밀도 패턴을 제작할 수 있기 때문에 고밀도 양각 나노스탬프의 구현이 가능하다. Among commercially available electron beam resists, HSQ, a negative tone resist, can produce the highest resolution high density pattern, thereby enabling the implementation of high density embossed nano stamps.
상기 스탬프(10)의 재질은 실리콘이나 석영과 같은 유리 재질이 이용될 수 있다.The material of the
그 다음, 상기 나노임프린트 스탬프(10)와 같은 모양의 나노구조물이 제작될 제1 기판(20)에 임프린트 레지스트(21)를 도포한다(도 2a의 (a) 참조)(S12 단계).Next, the
이때 상기 레지스트(21)는 열경화성 고분자 소재나 자외선 경화 고분자 소재 가 이용될 수 있고, 상기 제1 기판(20)은 실리콘 웨이퍼나 유리 웨이퍼가 일반적으로 사용된다.In this case, the
임의의 나노패턴이 형성된 스탬프(10)를 상기 제1 기판(20) 상의 레지스트(21)에 접촉시켜 소정의 압력을 가한 후, 자외선을 조사하거나 열을 가한다(도 2a의 (b) 참조)(S13 단계). The
이때 열 경화성의 레지스트(21)는 유리전이온도(glass transition temperature) 이상에서 녹은 다음 패터닝되고 유리전이온도 이하로 냉각될 때 경화되며, 자외선 경화성의 레지스트(21)는 유동성이 있는 레지스트가 자외선에 의해 경화되게 한다.At this time, the heat curable resist 21 is melted at a glass transition temperature or higher, and then patterned and cured when cooled to a glass transition temperature or lower. The UV curable resist 21 is formed of a flexible resist by ultraviolet rays. Allow to cure.
상기 레지스트(21)가 경화된 후에는, 스탬프(10)는 패터닝된 제1 기판(20)의 레지스트(21)로부터 분리된다(도 2a의 (c) 참조)(S14 단계).After the resist 21 is cured, the
그 다음, 쉐도우 증착을 통해 제1 기판(20) 상의 임프린트된 레지스트(21)의 상면을 금속박막(23)으로 마스킹한다(도 2a의 (d) 참조)(S15 단계). Next, the upper surface of the imprinted resist 21 on the
상기 쉐도우 증착은 임프린트된 레지스트(21)의 제1 기판(20)을 패턴의 종횡비에 따라 45°~ 80°의 경사를 주고 전자빔 증착(e-beam evaporation)으로 금속박막(23)을 증착하는 것이다. In the shadow deposition, the
또한 경사의 방향을 패턴의 모양에 따라서 정하고 각기 다른 방향에서 쉐도우 증착을 여러 번 실행하는 것도 가능하다.It is also possible to determine the direction of the inclination according to the shape of the pattern and to perform shadow deposition several times in different directions.
예를 들면, 상하방향으로 길이가 긴 나노로드(nanorods)의 경우에는 좌우 방향으로 두 번 쉐도우 증착을 하고, 나노닷(nanodots)의 경우에는 상하좌우 방향으 로 네 번 쉐도우 증착을 시행한다.For example, in the case of nanorods having a long length in the vertical direction, shadow deposition is performed twice in the left and right directions, and in the case of nanodots, the shadow deposition is performed in the vertical, four directions.
상기의 쉐도우 증착되는 금속박막(23)으로는 접착층(adhesion layer)으로 사용되는 크롬(Cr)이나 티타늄(Ti)이 사용될 수 있으며, 다음에 기술될 나노전사 프린팅 공정(S19 단계)에서 임프린트 레지스트(21)로부터 금박막(25)의 분리가 용의하도록 금박막(25)과의 결합력이 약한 SiO2와 같은 산화물이 사용될 수 있다. As the shadow-deposited metal
산소 플라즈마 에칭을 이용하여 제1 기판(20) 상의 레지스트(21)의 잔류층(22)을 제거한다(도 2b의 (e) 참조)(S16 단계). Oxygen plasma etching is used to remove the
상기 금속박막(23)으로 마스킹된 레지스트(21)는 산소 플라즈마 에칭으로부터 보호되기 때문에 레지스트(21) 두께를 유지할 수 있고 마스킹되지 않은 레지스트(21)의 잔류층(22)은 산소 플라즈마 에칭으로 제거된다. Since the resist 21 masked with the metal
등방성 건식식각인 산소 플라즈마 에칭은 이방성 건식식각인 반응성 이온 에칭(RIE, reactive ion etching)과 달리 제1 기판(20)에 손상을 주지 않으며, 이때 발생한 언더컷(undercut, 24)은 리프트 오프(lift-off)를 용이하게 한다. Oxygen plasma etching, which is an isotropic dry etching, does not damage the
보통 상기 언더컷(24)은 금속증착 시에 패턴의 벽면에 증착되는 금속박막을 방지하여 리프트 오프를 용이하게 하고, 리프트 오프 과정에서 흔히 발생하는 윙팁(wingtips)을 방지하는 역할을 한다.In general, the undercut 24 facilitates the lift-off by preventing the metal thin film deposited on the wall surface of the pattern during metal deposition, and serves to prevent wingtips commonly occurring during the lift-off process.
다음, 전자빔 증착기를 이용하여 패터닝될 금박막(25)을 증착한다(도 2b의 (f) 참조)(S17 단계). Next, a gold
상기의 증착되는 금박막(25)은 쉐도우 증착된 금속박막(23)의 모양에 따라서 그 형상이 결정이 되는데, 쉐도우 증착되는 금속이 두꺼워지면 x의 길이(도 2b의 (f) 참조)가 길어지므로 상면의 금박막(25)의 패턴은 커지나 하면의 금박막(27)의 패턴은 작아진다. The shape of the deposited gold
이때 상기 제1 기판(20)과의 접착력을 높이기 위하여 크롬(Cr)이나 티타늄(Ti)을 먼저 증착하고 금박막(25)을 증착시키는 것도 가능하다. In this case, in order to increase adhesion to the
또는 여러 종류의 금속을 다층으로 금속박막(도 2c의 (m) 참조)을 형성시키는 것도 가능하다. Or it is also possible to form a metal thin film (refer to (m) of FIG. 2C) by several types of metal in multiple layers.
레지스트 상면에 증착된 나노패턴의 금박막(25)이 프린팅될 다른 제2 기판(30) 상면에 티올잉크(SAM, self-assembled monolayer)(31)을 처리한다(도 2b의 (g) 참조)(S18 단계). A nanopattern gold
상기 SAM 물질에는 대표적으로 3-mercaptopropyl trimethoxy silane (MPTMS)이 사용되며 이 물질은 실리콘의 제2 기판(30)과 결합하고 반대편에 티올기(thiol)를 노출하므로 금박막(25)과 공유결합을 할 수 있어서 티올잉크(31)라고 부르기도 한다. 3-mercaptopropyl trimethoxy silane (MPTMS) is typically used for the SAM material, and the material binds to the
상기 나노임프린트 리소그래피로 임프린트된 레지스트(21) 패턴(도 2b의 (f) 참조)을 나노전사 프린팅(nanotransfer printing)의 몰드로 하여 몰드 위에 증착된 금박막(25)을 티올잉크(31)가 도포된 제1 기판(30)에 프린팅한다(도 2b의 (h) 참조)(S19 단계). The
프린팅 몰드를 나노임프린트 리소그래피로 제조하면 두께가 나노크기로 균일한 프린팅 몰드(도 2b의 (f))를 제조할 수 있다. When the printing mold is manufactured by nanoimprint lithography, a printing mold (FIG. 2B (f)) having a uniform thickness can be manufactured.
따라서 종래의 몰딩방법으로 제작된 몰드에 비해 균일한 압력으로 프린팅을 할 수 있으므로 프린팅 후 자주 발생하는 금박막(25)의 균열(crack) 현상을 크게 개선할 수 있게 되는 것이다. Therefore, since printing can be performed at a uniform pressure compared to a mold manufactured by a conventional molding method, it is possible to greatly improve a crack phenomenon of the gold
상기와 같이 나노전사 프린팅 후에는 상기 제1 기판(20)을 상기 제2 기판(30)으로부터 분리시킨다((도 2c의 (i))(S20 단계). After the nanotransfer printing as described above, the
상기의 분리된 프린팅 몰드를 아세톤에 담그고 리프트-오프를 수행하면 나노임프린트 스탬프(10)와 같은 모양의 금박막(27) 패턴을 얻을 수 있다(도 2c의 (j) 참조)(S21 단계).. When the separated printing mold is immersed in acetone and lift-off, a gold
여기서, 임프린트 스탬프(10)가 양각이면 리프트 오프 후 양각의 금박막(25, 27) 패턴을 얻게 된다. Here, when the
또한, 프린팅된 제2 기판(30)은 쉐도우 증착(도 2a의 (d) 참조)의 조건에 따라 다양한 형태의 금박막(25)의 패턴을 얻을 수 있다(S21 단계).. In addition, the printed
이에 대한 몇 가지 예를 들면 다음과 같다. Some examples of this are as follows:
상기 나노임프린트 스탬프(10)에 새겨진 패턴이 상하 방향의 라인패턴인 경우에 좌우 방향으로 높은 각도를 주어 쉐도우 증착을 통해서 크롬의 금속박막(23) 층으로 마스킹한다(도 2a의 (d) 참조). When the pattern engraved on the
이후 상기의 S16 단계 내지 S21 단계의 과정을 거쳐서 나노전사 프린팅된 금박막(25)의 패턴 위에는 크롬의 금속박막(23) 층이 존재한다(도 2c의 (k) 참조). Thereafter, the metal
이때 S15 단계에서 크롬의 쉐도우 증착을 좌 방향이든 우 방향이든 어느 한쪽만 하게 되면 결과적으로 크롬의 금속박막(23) 층이 다른 모양으로 프린팅된다 (도 2c의 (l) 참조). In this case, if the shadow deposition of chromium is performed in either of the left direction and the right direction in step S15, the metal
상기 크롬의 금속박막(23) 층의 높이(y)는 쉐도우 증착의 각도로 조절할 수 있다(도 2b의 (f) 참조). The height y of the metal
또한 S15 단계에서 크롬의 금속박막(23) 층을 좌우 방향으로 한 후 다른 종류의 물질, 즉 SiO2, Si, Ti, Ni 등의 물질층(29)을 증착하고 금박막(25)을 증착하면 패터닝된 다층의 금속박막을 제조할 수 있다(도 2c의 (m) 참조). In addition, after the metal
도 2c의 (l)과 (m)에서 크롬의 금속박막(23) 층을 습식식각으로 에칭하여 제거하면 각각 도 2c의 (n)과 (o)의 금속패턴을 구현할 수 있으며, 여기서 쉐도우 증착의 금속박막(23) 층을 크롬대신 금(Au)으로 대체하면 여러 형태의 금박막 패턴을 제조할 수도 있다(도 2c의 (k)와 (l) 참조). In (l) and (m) of FIG. 2c, the metal
따라서, 상기와 같은 본 발명에 따른 방법을 통해서 다양한 형태의 나노금속 패턴을 구현할 수 있게 되는 것이다.Therefore, it is possible to implement various types of nanometal pattern through the method according to the present invention as described above.
그리고, 상술된 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 나노임프린트 리소그래피의 패턴전사 방법은 Localized Surface Plamson Resonance(LSPR) 센서, Surface Enhanced Raman Spectroscopy(SERS) 센서 등의 바이오소자, Molecular Electronic Crossbar Memory(MECM) circuits, 고밀도 Compact Disk(CD) 등의 메모리소자, Organic thin-film transistor(OTFT), Thin film solar cell 등의 반도체소자, waveguide 소자, 디스플레이 등의 광학소자 등에 적용될 수 있다.In addition, the pattern transfer method of the nanoimprint lithography according to the embodiment of the present invention as described above is a biodevice, such as Localized Surface Plamson Resonance (LSPR) sensor, Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) sensor, Molecular Electronic Crossbar Memory (MECM) It can be applied to memory devices such as circuits, high density compact disks (CD), semiconductor devices such as organic thin-film transistors (OTFTs) and thin film solar cells, waveguide devices, optical devices such as displays, and the like.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으 나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.In the above described and illustrated with respect to the preferred embodiment of the present invention, the present invention is not limited to the above-described embodiment, the technical field to which the present invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims Anyone of ordinary skill in the art of various modifications can be made, as well as such changes are within the scope of the claims.
도 1은 본 발명에 따른 쉐도우 증착과 나노전사 프린팅을 이용한 나노임프린트 리소그래피의 패턴전사 방법을 보인 흐름도.1 is a flow chart showing a pattern transfer method of nanoimprint lithography using shadow deposition and nanotransfer printing according to the present invention.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 쉐도우 증착과 나노전사 프린팅을 이용한 나노임프린트 리소그래피의 패턴전사 방법을 보인 단면도.2A to 2C are cross-sectional views showing a pattern transfer method of nanoimprint lithography using shadow deposition and nanotransfer printing according to the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 간략한 설명** Brief description of symbols for the main parts of the drawings *
10: 스탬프 20: 제1 기판10: stamp 20: first substrate
21: 레지스트 22: 잔류층21: resist 22: residual layer
23: 금속박막 24: 언더컷23: metal thin film 24: undercut
25: 금박막 27: 금박막25: gold film 27: gold film
29: 물질층 30: 제2 기판29
31: 티올잉크31: thiol ink
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