KR20110056028A - ＳＯＧ(Ｓｐｉｎ-ｏｎ ｇｌａｓｓ)를 이용하여 기판에 나노패턴을 형성하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 SOG(Spin-on glass)를 이용한 나노패턴의 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노패턴이 형성된 PDMS(Polydimethyl siloxane), h-PDMS 또는 PVA(Polyvinyl acetate)수지 몰드에 SOG막을 코팅하고, 이를 가압공정만으로 기판에 전사하여 나노패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 마스터 몰드만 준비하면 마스터 몰드와 동일한 형상을 갖는 SOG 나노패턴을 접착층이나 자외선, 열처리 등의 필요없이 간단한 가압 공정만으로 기판에 전사할 수 있으며, 공정에 복잡한 시스템이 필요하지 않기 때문에 저렴한 비용으로 기판에 나노패턴을 형성할 수 있다. 또한, 간단한 어닐링 공정을 통해 SiO2 나노패턴을 제작할 수 있으며, PDMS수지 또는 PVA수지 몰드가 유연하기 때문에 곡면 기판 위에도 SOG 나노 구조물을 손쉽게 전사할 수 있으므로, 고효율 광전자 소자에 간편하게 적용할 수 있다.
SOG, PDMS, h-PDMS, PVA, 나노패턴

Description

ＳＯＧ(Ｓｐｉｎ-ｏｎ ｇｌａｓｓ)를 이용하여 기판에 나노패턴을 형성하는 방법{Method of forming nanostructures on a substrate by direct transfer of nanostructure with Spin-on glass}
본 발명은 SOG(Spin-on glass)를 이용한 나노패턴의 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 나노패턴이 형성된 PDMS(Polydimethyl siloxane), h-PDMS 또는 PVA(Polyvinyl acetate)수지 몰드에 SOG층을 코팅하고, 이를 가압공정만으로 기판에 전사하여 나노패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.
Spin-on glass(이하 SOG)는 혼성 케이지-네트워크(mixed cage-network) 구조를 갖는 유기물과 무기물의 복합 물질로서 400℃ 이상 온도에서의 어닐링을 통해 SiO2로 변환시킬 수 있는 물질이다. 이 물질은 스핀코팅(spin-coating)과 같은 간단한 공정을 통해 다양한 기판 위에 박막을 제작할 수 있으며, 가시광선 영역에서 90% 이상의 투과도를 지니기 때문에 나노 바이오, 반도체, 광전자 소자 기술 등의 다양한 분야로의 적용이 기대되는 물질이다. 최근 나노 기술이 발전함에 따라 연꽃잎 효과(lotus effect), 상어피부 효과(shark skin effect), 나방눈 효과(moth eye effect)등 다양한 구조의 나노 형상을 통해 특정 기능성이 향상되는 기술이 개발되었다. SOG 물질은 다양한 리소그래피 기술에서 레지스트로 사용되는 물질로서, 나노미터 크기의 미세구조에 대해서도 성형성이 우수하기 때문에 기능성 나노 구조물을 제작하여 이를 여러 소자에 적용함으로써 소자의 효율을 향상시킬 수 있을 것으로 예상된다. 현재 개발된 SOG 나노패턴 형성 기술로는 이-빔 리소그래피(e-beam lithography), 포토리소그래피(photolithography), 실온 나노임프린트 리소그래피(room temperature nanoimprint lithography), 열경화 나노임프린트 리소그래피(thermal curing nanoimprint lithography)등이 있다.
이-빔 리소그래피(e-beam lithography), 포토리소그래피(photo lithography) 기술은 나노패턴의 생산성이 매우 떨어지고, 실온 나노임프린트 리소그래피(room temperature nanoimprint lithography) 기술은 100기압 이상의 매우 높은 압력이 필요하기 때문에 고가의 마스터 몰드(master mold)가 손상되기 쉬운 단점이 있다. 또한 열경화 나노임프린트 리소그래피(thermal curing nanoimprint lithography) 기술은 상대적으로 낮은 온도 및 압력에서 공정이 가능하나 임프린팅(imprinting) 공정 중에 발생하는 용매의 가스에 의해 모세관 브릿지(capillary bridge)와 같은 결함이 발생될 수 있기 때문에 가스가 쉽게 외부로 빠질 수 있는 구조를 지녀야 한다. 현재까지 개발된 SOG 나노 패터닝 기술은 위와 같은 다양한 문제점을 가지고 있다. 따라서, 이러한 문제점을 개선할 수 있는 나노 패터닝 기술이 필요하다.
본 발명의 목적은 종래의 나노패터닝 기술이 가지고 있는 저생산성, 난이성, 고비용을 해결할 수 있는 나노 패터닝 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 나노패턴을 손쉽게 기판 상에 구현할 수 있도록 SOG를 이용하여 기판상에 나노패턴을 직접 전사하는 방법을 제공한다.
PDMS(Polydimethyl siloxane), h-PDMS 및 PVA(Polyvinyl acetate)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 수지에 나노패턴이 형성된 몰드를 준비하는 단계;
상기 수지 몰드 상에 SOG(Spin-on glass)층을 코팅하는 단계; 및
상기 SOG 층이 형성된 수지 몰드를 기판 상면과 SOG 형성면이 만나도록 적층하고 가압하여 SOG층을 기판(substrate)에 전사하는 단계; 및
상기 수지 몰드를 제거하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 수지 몰드 상에 SOG(Spin-on glass)층을 코팅하는 단계는 SOG를 5~25중량%로 포함하는 액상의 SOG를 500~7000rpm으로 10~30초간 스핀코팅함으로써 도포하고 50~1000nm의 두께로 막을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 SOG는 실리케이트(silicate), 실록산(siloxane), 메틸 실세퀴옥산 (methyl silsequioxane(MSQ)), 하이드로겐 실세퀴옥산 (hydrogen silsequioxane(HSQ)), 퍼하이드로폴리실라잔(perhydropolysilazane ((SiH2NH)n)), 폴리실라잔(polysilazane) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 액상의 SOG는 메틸 이소부틸 케톤(Methyl isobutyl ketone), 톨루엔(toluene), n-헥산 (n-hexane), N,N-디메틸포름아미드 (N,N-dimethylformamide), 아세톤(acetone) 및 에탄올(ethanol)로 이루어진 군에서 선택되는 것을 용매로 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 기판은 석영, 유리, 실리콘, 사파이어 및 금속 박막으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 코팅된 SOG층을 기판에 가압하여 전사하는 단계는 1~10 기압의 압력으로 상온~50℃에서 1~10분간 가압하여 이루어질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 기판에 전사된 SOG 나노패턴에 자기조립단분자막(SAM)으로 코팅하는 단계가 더 포함될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 기판에 전사된 SOG 나노패턴에 투명 전극재료를 증착하는 단계가 더 포함될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 투명 전극재료는 ITO, IZO, ZnO, AZO 및 SnO2:F로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 SOG 나노패턴을 자외선/오존(UV/ozone) 처리하거나 산소 플라즈마(oxygen plasma) 처리하는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 나노패턴이 형성된 기판으로 이루어진 나노임프린트용 몰드가 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 나노패턴이 형성된 기판을 포함하는 광학소자가 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 마스터 몰드만 준비하면 마스터 몰드와 동일한 형상을 갖는 SOG 나노 구조물을 접착층이나 자외선, 열처리 등의 필요 없이 간단한 가압 공정만으로 기판에 전사할 수 있으며, 공정에 복잡한 시스템이 필요하지 않기 때문에 저렴한 비용으로 기판에 나노패턴을 형성할 수 있다. 또한, 간단한 어닐링 공정을 통해 SiO2 나노 구조물을 제작할 수 있으며, PDMS(Polydimethyl siloxane), h-PDMS 또는 PVA(Polyvinyl acetate)수지 몰드가 유연하기 때문에 곡면 기판 위에도 SOG 나노 구조물을 손쉽게 전사할 수 있으므로, 고효율 광전자 소자에 간편하게 적용할 수 있다.
이하 본 발명을 구체적으로 설명한다.
본 발명은 나노패턴을 손쉽게 기판 상에 구현할 수 있도록 SOG를 이용하여 기판상에 나노패턴을 직접 전사하는 방법을 제공한다. 이는 PDMS(Polydimethyl siloxane), h-PDMS 또는 PVA(Polyvinyl acetate)수지에 나노패턴이 형성된 몰드를 준비하는 단계; 상기 몰드 상에 SOG(Spin-on glass)층을 코팅하는 단계; 및 상기 SOG 층이 형성된 PDMS 또는 PVA수지 몰드를 기판 상면과 SOG 형성면이 만나도록 적 층하고 가압하여 SOG층을 기판(substrate)에 전사하는 단계; 및 상기 PDMS 또는 PVA수지 몰드를 제거하는 단계를 포함한다.
PDMS(Polydimethyl siloxane), h-PDMS 또는 PVA(Polyvinyl acetate)수지가 사용되는 이유는, 이들 수지에 SOG를 코팅했을 때 기판으로의 전사가 용이하게 수행될 수 있는 점, 성형성이 우수하여 비교적 용이하게 나노패턴을 형성시킬 수 있으면서도 화학적 저항성이 높아 SOG 용액에 의해 손상이 발생하지 않는 점 및 곡면의 기판으로도 전사가 가능한 장점이 있기 때문이다.
이 때, SOG는 실리케이트(silicate), 실록산(siloxane), 메틸 실세퀴옥산 (methyl silsequioxane(MSQ)), 하이드로겐 실세퀴옥산 (hydrogen silsequioxane(HSQ)), 퍼하이드로폴리실라잔(perhydropolysilazane ((SiH2NH)n)), 폴리실라잔(polysilazane) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
SOG는 광투과성이 있어 기판에 코팅시에도 광학적 특성을 잃지 않는 것이면 모두 가능하며, 메틸 이소부틸 케톤(Methyl isobutyl ketone), 톨루엔(toluene), n-헥산(n-hexane), N,N-디메틸포름아미드(N,N-Dimethylformamide), 아세톤(acetone) 및 에탄올(ethanol)과 같은 유기용매에 액상으로 존재하다가, 스핀코팅과 같은 방법으로 코팅된 후 목적하는 기판에 용이하게 전사될 수 있는 성질의 것이면 무엇이든 가능하다.
상기 SOG층을 코팅하는 방법으로는 스핀코팅, 증착, 바코팅 등 어느 것이든 SOG 층을 상기 수지의 몰드 상에 형성시킬 수 있는 방법이면 모두 가능하다.
SOG층을 코팅하는 단계에서는 상기 SOG를 5~25중량%으로 포함하는 액상의 SOG를 500~7000rpm으로 10~30초간 스핀코팅함으로써 도포하고, 50~1000nm의 두께로 막을 형성하도록 하는 것이 바람직하다. 이 때, SOG의 농도가 너무 묽어 5중량%보다 낮게 되면 SOG층의 형성이 어려우며, 25%를 넘게 되면 액상 SOG의 점도가 높아져, 바라는 정도의 두께로 막을 형성하거나 스핀코팅 등의 방식이 불가능할 수 있다. SOG층의 두께에 있어서, 50nm보다 층의 두께가 얇을 경우에는 전사과정에서 훼손되기 쉬우며, 1000nm보다 두꺼울 경우에는 SOG 나노패턴이 갖는 광학적, 또는 기타의 특성을 충분히 나타낼 수 없어 전사하더라도 원하는 효과를 얻기 어려우며, 원하는 이상으로 불필요하게 두꺼운 층을 기판에 전사하게 되는 경제성의 문제가 뒤따르게 되어 바람직하지 않다.
상기 기판은 석영, 유리, 실리콘, 사파이어 및 금속 박막으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 본 발명에 따른 조건으로 전사가 가능한 형태의 표면 물성을 가지는 기판은 무엇이든 가능하다.
상기 코팅된 SOG층을 기판에 가압하여 전사하는 단계는 1~10기압의 압력으로 상온~50℃에서 1~10분간 가압하여 이루어질 수 있는데, 이 때, 압력이 1기압보다 낮게 되면 SOG가 충분히 압착되지 않아 압착면 사이에 기포가 형성되거나 압착이 전혀 일어나지 않을 수도 있으며, 10기압 보다 높은 압력이 가해질 경우 SOG에 생성된 나노패턴에 영향을 미칠 수 있고, PDMS, h-PDMS 또는 PVA수지 몰드와 SOG 간의 분리가 용이하게 일어나지 않게 되어 바람직하지 않다.
전사시 온도 조건에 있어서는, 스핀코팅 공정이 지나면 대부분의 유기 용매 가 제거되기 때문에 SOG 박막의 흐름성은 거의 없어지게 되므로, 전사시의 온도는 실온상태이면 충분하나, 50℃이상일 경우, SOG의 내의 일부 잔류 유기 용매가 사라져 전사가 원활하게 일어나지 않을 수 있어 역시 바람직하지 않다.
전사시 가압 시간은 1~10분이 바람직하며, 이보다 짧거나 길게 유지되는 경우에는 전사가 원활하게 일어나지 않아, 박막의 분리가 덜 일어날 수 있다.
도 1은 직접 SOG 나노패턴 형성 기술에 대한 모식도를 나타낸다. 먼저 나노패턴이 형성된 PDMS(Polydimethyl Siloxane) 수지 몰드를 제작하고 SOG 용액을 PDMS수지 몰드 위에 스핀 코팅한다. 이러한 스핀 코팅 공정 중에 SOG 용액 내의 대부분의 유기 용매가 제거되고 일부분의 유기 용매가 PDMS 몰드 내에 흡수된다. 이후 SOG 막이 코팅된 PDMS 몰드를 기판 위에 얹고 1~10기압의 압력으로 가압공정을 진행하게 되면 PDMS 몰드 내에 흡수된 유기 용매 중 일부가 SOG와 PDMS 몰드의 계면으로 방출되고, 이렇게 방출된 유기 용매에 의하여 SOG와 PDMS 몰드의 분리가 쉬워지게 되고 SOG 나노 구조물이 기판으로 전사되게 된다.
본 발명에서 개발한 기술을 이용하면 손쉽게 SOG/석영(quartz) 하이브리드 몰드를 제작할 수 있다. 기존의 자외선 나노임프린트(UV NIL)용 몰드는 석영 웨이퍼(quartz wafer)를 식각하거나 고분자 기반의 몰드를 복제하여 사용한다. 하지만 석영 웨이퍼를 패터닝하고 식각하는 기술은 공정이 매우 어렵고 제작비용이 높다. 고분자 몰드는 기존의 마스터 몰드로부터 손쉽게 복제가 가능하나 기계적 강도가 상대적으로 낮은 단점이 있다. 본 발명에서 제공될 수 있는 도 2와 같은 SOG/석영(quartz) 하이브리드 몰드는 자외선 영역에서 투명하고 매우 높은 기계적 강도를 보유하고 있으며 실란(silane) 기반의 초소수성 자기조립단분자(SAM)를 손쉽게 코팅할 수 있기 때문에 자외선 나노 임프린트용 몰드로써 매우 적합하다고 할 수 있다.
자기조립단분자막(Self-Assembled Monolayer, SAM)은 고체표면에 자발적으로 형성되는 유기 단분자막을 말한다. 이러한 자기조립단분자막(SAM)을 형성하는 분자는 세 개의 부분으로 이루어져 있다. 먼저 기질과 결합하는 머리 부분의 반응기, 규칙적인 분자 막 형성을 가능하게 하는 몸통 부분의 긴 알칸 사슬, 그리고 분자 막의 기능을 좌우하는 꼬리 부분의 작용기로 나누어진다. 이와 같은 자기조립단분자막(SAMs)은 기질의 표면과 막을 이루게 되는 분자들 사이에 직접적인 화합결합을 형성하여 매우 튼튼한 분자막을 만들 수 있고 기질의 모양이나 크기에 영향을 받지 않아 복잡한 모양의 기질 위에서도 제조가 가능하며 대면적화에도 용이하다.
상기 자기조립단분자막(SAM)을 형성하는 물질은 기질과 이온 결합을 이루는 알칸산(alknoic acid)으로 만들어진 자기조립단분자막 물질, 전하-이동 착체(charge-transfer complex)를 형성하는 유기황(organosulfur)으로 만들어진 자기조립단분자막 물질, 또는 순수한 공유결합을 이루는 유기규소(organosilicon)로 만들어진 자기조립단분자막 물질을 그 예로 들 수 있다.
SAMs는 기질과의 상호작용에 따라 다음과 같이 나눌 수 있다. 기질과 이온 결합을 이루는 알칸산 (alknoic acid)으로 만들어진 SAMs, charge-transfer complex를 형성하는 유기황 (organosulfur)으로 만들어진 SAMs, 그리고 순수한 공유결합을 이루는 유기규소 (organosilicon)로 만들어진 SAMs가 있다.
상기 자기조립단분자막을 형성하는 단계는 일반적으로, 자기조립단분자를 용매에 용해하여 자기조립단분자 용액을 제조하는 단계; 상기 산화막이 형성된 기판을 상기 자기조립단분자 용액에 담그는 단계를 포함한다.
본 발명에서 나노패턴이 형성된 SOG에 자기조립단분자막을 형성하는 방법은 다음과 같다.
SAM 용액으로 트리클로로실란(trichlorosilane) 계열의 (heptadecafluoro-1,1,2,2-tetra-hydrodecyl trichlorosilane (CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3), HDFS) 물질을 n-헥산에 1:1000의 부피비로 분산시켜 사용한다. 실란 (silane) 그룹이 포함된 알킬기 혹은 불소가 치환된 알킬기 물질을 일반적인 유기용매에 10-3 몰농도 이하의 저농도로 반응용액을 준비하고, 여기에 SOG/석영 하이브리드 몰드(hybrid mold)를 10분 동안 담궈 놓으면 자연스럽게 SOG 표면 위에 HDFS-SAM막이 형성되게 되어 나노 임프린트 리소그래피 공정 중 발생할 수 있는 흡착문제를 해결할 수 있는 이형막을 손쉽게 코팅할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기판에 전사된 SOG 나노패턴에 자기조립단분자막(SAM)으로 코팅하는 단계가 더 포함될 수 있으며, 이를 나노 임프린트용 몰드로써 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기판에 전사된 SOG 나노패턴에 투명 전극재료를 증착하는 단계가 더 포함될 수 있다. 상기 투명 전극재료는 ITO, IZO, ZnO, AZO 및 SnO2:F로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 상기 SOG 나노패턴을 자외선/오존(UV/ozone) 처리하거나 산소 플라즈마(oxygen plasma) 처리하는 것을 더 포함할 수 있다.
최근 200~300nm급의 지름을 갖는 콘 어레이(cone array) 패턴이 주기적으로 정렬된 나방눈패턴 반사방지막(moth eye anti-reflection layer)이 개발되었다. 이는 주기적인 나노 구조물에 의해 빛이 점진적인 굴절률의 변화를 느끼게 하여 전반사를 억제한다. 나방눈 효과가 제대로 구현되기 위해서는 나노 구조물이 고밀도로 제작되어야 하고 동시에 수직한 형상이 아닌 약간 기울어진 구조를 가져야 한다. 기존의 나노 패터닝 기술을 이용하여 나방눈 나노 구조물을 제작하기 위해서는 매우 복잡한 공정이 필요하며 공정비용 또한 매우 높기 때문에, 실 산업에 나방눈패턴 반사방지막을 적용하기 위해서는 보다 경제적인 기술이 필요하다. 본 발명에 따른 SOG를 이용한 직접전사 기술은 수직한 형상이 아닌 패턴을 그대로 SOG 막으로 전사가 가능하고 공정이 간단하기 때문에 다양한 광학소자에 나방눈 반사방지막 패턴을 적용하기 용이할 것으로 예상된다.
본 발명에 따른 직접 SOG 나방눈 패턴 전사 기술은 다양한 광전자 소자에 적용이 가능하다. 도 3은 OLED 소자의 보호 캐핑 유리(capping glass) 표면에 SOG 나 방눈 패턴을 전사하거나, 기판으로 사용되는 유리 표면에 SOG 나방눈 패턴을 전사함으로써 OLED 소자의 효율을 향상시키는 적용예를 나타낸다. 그림에서 보는 바와 같은 구조를 이용하게 되면 기존의 일반 유리를 사용한 경우보다 높은 효율의 OLED 소자를 구현할 수 있다.
도 4는 일반 유리 표면에 SOG 나방눈 패턴을 제작하고 이 나방눈 패턴 위에 투명 전극 재료(TCO)인 ITO, IZO, ZnO, AZO 및 SnO2:F과 같은 물질을 증착함으로써 굴절률이 상대적으로 높은 투명 전극 재료 물질의 계면에서 발생하는 반사를 감소시켜 투명 전극 재료를 사용하는 광전자 소자의 효율을 향상시키는 적용예를 도시한 것이다. 이 때 투명 전극 재료의 전도성을 향상시키기 위해서 어닐링이 필요한 경우가 있는데 이러한 어닐링 도중 SOG 나방눈 패턴이 수축에 의하여 없어질 가능성이 있다. 이러한 문제는 SOG 나방눈 패턴을 자외선/오존(UV/ozone) 처리하거나 산소 플라즈마(oxygen plasma) 처리하여 SOG 표면을 산화시키면 패턴의 수축 없이 어닐링 공정을 마칠 수 있다.
도 4에서와 같이 SOG 혹은 SiO2 나방눈 패턴이 삽입된 투명전극 유리 기판을 박막형 태양전지나 OLED 소자와 같은 광전자 소자에 적용하면 그의 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다만, 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다 할 것이다.
실시예 1. SOG - PDMS 수지 몰드를 이용한 나노패턴의 직접 형성
나방눈 나노패턴이 형성된 마스터몰드를 주형으로 나노임프린팅 기법을 이용하여 2x2cm2 크기의 PDMS수지 몰드를 준비하고 22중량%의 하이드로겐 실세퀴옥산(HSQ) 용액을 PDMS 몰드 위에 3000rpm으로 30초간 스핀코팅 하였다. 이후 하이드로겐 실세퀴옥산(HSQ)막이 코팅된 PDMS몰드를 붕규산염 유리(borosilicate glass) 기판에 얹고 5기압의 압력으로 10분간 가압하였다. 그 결과, 하이드로겐 실세퀴옥산(HSQ)막이 코팅되지 않은 영역에 비해 광투과율이 현저하게 개선된 붕규산염 유리(borosilicate glass) 기판을 얻을 수 있었다.
실시예 2. SOG /석영 하이브리드 몰드의 제조예
나방눈 나노패턴이 형성된 마스터몰드를 주형으로 나노임프린팅 기법을 이용하여 2x2cm2 PDMS수지 몰드를 제조하고 10~22중량%의 하이드로겐 실세퀴옥산(HSQ) 용액을 이용하여 PDMS수지 몰드위에 3000rpm으로 30초간 스핀코팅을 진행하였다. 이 후 하이드로겐 실세퀴옥산(HSQ)막이 코팅된 PDMS수지 몰드를 석영 웨이퍼(quartz wafer) 기판 위에 얹고 5기압의 압력으로 10분간 가압한 후 PDMS수지 몰드를 분리하였다. 그 결과 나노 패턴이 형성된 하이드로겐 실세퀴옥산(HSQ) 박막이 석영 웨이퍼 위에 전사되었고, 이 후 HDFS-SAM을 상기 명시한 방법으로 코팅하여 UV 나노 임프린트 리소그래피용 투명 나노 몰드를 제작할 수 있다.
실시예 3. SOG 나노패턴이 형성된 OLED 소자의 제조예
나방눈 나노패턴이 형성된 마스터몰드를 주형으로 나노임프린팅 기법을 이용하여 나노 패턴이 형성된 PDMS수지 몰드를 제작하고 10중량%의 하이드로겐 실세퀴옥산(HSQ) 용액을 PDMS 몰드 위에 3000rpm으로 30초간 스핀코팅한 다음, 이후 하이드로겐 실세퀴옥산(HSQ) 막이 형성된 PDMS 몰드를 OLED 소자의 기판 후면 혹은 캐핑 글라스(capping glass) 위에 얹은 후, 5기압으로 10분간 가압하고 PDMS수지 몰드를 분리하여 하이드로겐 실세퀴옥산(HSQ) 나방눈 나노 패턴을 기판으로 전사하였다. 이와 같은 기술을 통해 발생하는 빛이 기판 후면 혹은 캐핑 글라스를 통해 보다 많이 투과하는 OLED 소자를 제조할 수 있었다.
실시예 4. SOG 나방눈 패턴 상에 투명 전극 재료가 증착된 광전자 소자의 제조예
나방눈 나노패턴이 형성된 마스터몰드를 주형으로 나노임프린팅 기법을 이용하여 2x2cm2 크기의 PDMS수지 몰드를 제작하고 22중량%의 하이드로겐 실세퀴옥산(HSQ) 용액을 PDMS 몰드 위에 3000rpm으로 30초간 스핀코팅 하였다. 이후 하이드로겐 실세퀴옥산(HSQ)막이 코팅된 PDMS몰드를 붕규산염 유리(borosilicate glass) 기판과 같은 내열 유리 기판 위에 얹고 5기압의 압력으로 10분간 가압하였다. 이후 PDMS 몰드를 기판으로부터 분리하여 하이드로겐 실세퀴옥산(HSQ) 나방눈 나노 패턴을 기판으로 전사하였다. 이렇게 전사된 나노 패턴을 자외선/오존(UV/ozone) 처리 혹은 산소 플라즈마(oxygen plasma) 공정을 통해 표면을 산화시키고 400℃에서 어닐링을 진행하여 충분한 내열성을 갖게 하였다. 이런 공정을 통해 하이드로겐 실세퀴옥산(HSQ) 물질은 SiO2 물질로 변화하게 되고 결과적으로 SiO2 나방눈 나노 패턴이 형성되었다. 이후 ITO와 같은 투명 전극 재료를 SiO2 나방눈 나노 패턴 위에 증착한 후 ITO의 전도성을 향상시키기 위해 일반적으로 진행하는 400℃의 온도에서 어닐링을 진행하였다. 이러한 ITO 박막 위에 박막 태양 전지 혹은 OLED 소자를 제작하게 되면 기판과 ITO 박막 사이의 SiO2 나방눈 나노 패턴에 의해 상기 광전자 소자의 효율이 향상되게 된다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항 들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
도 1은 SOG 나노 구조물 형성 기술에 대한 모식도를 나타낸다.
도 2는 SOG/석영(quartz) 하이브리드 몰드의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 3은 OLED 소자의 보호 캐핑 유리(capping glass) 표면에 SOG 나방눈 패턴을 전사하거나, 기판으로 사용되는 유리 표면에 SOG 나방눈 패턴을 전사함으로써 OLED 소자의 효율을 향상시키는 적용예를 나타낸다.
도 4는 일반 유리 표면에 SOG 나방눈 패턴을 제작하고 이 나방눈 패턴 위에 투명 전극 재료 (TCO, ex>ITO, IZO, AZO, SnO2:F)를 증착함으로써 굴절률이 상대적으로 높은 TCO 물질의 계면에서 발생하는 반사를 감소시켜 투명 전극 재료를 사용하는 광전자 소자의 효율을 향상시키는 적용예를 도시한 것이다.

Claims (12)

  1. PDMS(Polydimethyl siloxane), h-PDMS 및 PVA(Polyvinyl acetate)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 수지에 나노패턴이 형성된 수지 몰드를 준비하는 단계;
    상기 수지 몰드 상에 SOG(Spin-on glass)층을 코팅하는 단계; 및
    상기 SOG 층이 형성된 수지 몰드를 기판 상면과 SOG 형성면이 만나도록 적층하고 가압하여 SOG층을 기판(substrate)에 전사하는 단계; 및
    상기 수지 몰드를 제거하는 단계;
    를 포함하는 SOG를 이용하여 기판에 나노패턴을 형성하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 몰드 상에 SOG(Spin-on glass)층을 코팅하는 단계는 SOG를 5~25중량%로 포함하는 액상의 SOG를 500~7000rpm으로 10~30초간 스핀코팅함으로써 도포하고 50~1000nm의 두께로 막을 형성하는 것을 특징으로 하는 SOG를 이용하여 기판에 나노패턴을 형성하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 액상의 SOG는 실리케이트(silicate), 실록산(siloxane), 메틸 실세퀴옥산 (methyl silsequioxane(MSQ)), 하이드로겐 실세퀴 옥산(hydrogen silsequioxane(HSQ)), 퍼하이드로폴리실라잔(perhydropolysilazane ((SiH2NH)n)), 폴리실라잔(polysilazane) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 용질로 하는 SOG를 이용하여 기판에 나노패턴을 형성하는 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 액상의 SOG는 메틸 이소부틸 케톤(Methyl isobutyl ketone), 톨루엔(toluene), n-헥산 (n-hexane), N,N-디메틸포름아미드(N,N-Dimethylformamide), 아세톤(acetone) 및 에탄올(ethanol)로 이루어진 군에서 선택되는 것을 용매로 하는 SOG를 이용하여 기판에 나노패턴을 형성하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기판은 석영, 유리, 실리콘, 사파이어 및 금속 박막으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 SOG를 이용하여 기판에 나노패턴을 형성하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 코팅된 SOG층을 기판에 가압하여 전사하는 단계는 1~10 기압의 압력으로 상온~50℃에서 1~10분간 가압하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 SOG를 이용하여 기판에 나노패턴을 형성하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 기판에 형성된 SOG 나노패턴에 자기조립단분자막(SAM)으로 코팅하는 단계를 더 포함하는 SOG를 이용하여 기판에 나노패턴을 형성하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 기판에 형성된 SOG 나노패턴에 투명 전극재료를 증착하는 단계를 더 포함하는 SOG를 이용하여 기판에 나노패턴을 형성하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 투명 전극재료는 ITO, IZO, ZnO, AZO 및 SnO2:F로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 SOG를 이용하여 기판에 나노패턴을 형성하는 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 SOG 나노패턴을 자외선/오존(UV/ozone) 처리하거나 산소 플라즈마(oxygen plasma) 처리하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 SOG를 이용하여 기판에 나노패턴을 형성하는 방법.
  11. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 나노패턴이 형성된 기판으로 이루어진 나노임프린트용 몰드.
  12. 제1항 내지 제6항 및 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 나노패턴이 형성된 기판을 포함하는 광학소자.
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