KR20120069292A - 미세 패턴을 가지는 세라믹 템플릿의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
미세 패턴을 가지는 세라믹 템플릿의 제조 방법이 개시된다. 세라믹 템플릿의 제조 방법은 돌출부를 포함하는 유연 몰드를 제조하는 단계와, 기판 상에 금속-유기물 전구체 용액을 도포하여 코팅층을 형성하고, 유연 몰드로 코팅층을 가압한 상태에서 코팅층을 경화시킨 후 유연 몰드를 제거하여 제1 오목부를 포함하는 금속산화물 패턴을 형성하는 단계와, 적어도 2개의 반복 단위로 이루어진 블록 공중합체를 포함하는 블록 공중합체 코팅층을 제1 오목부에 채우는 단계와, 블록 공중합체 코팅층을 소결하여 반복 단위들을 미세 상 분리시킴으로써 복수의 고분자 블록으로 이루어진 자기 조립 구조를 형성하는 단계와, 복수의 고분자 블록 중 일부의 고분자 블록을 제거하여 제2 오목부를 포함하는 미세 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 미세 패턴을 가지는 세라믹 템플릿의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나노 임프린트 공정과 블록 공중합체의 자기 조립 특성을 이용한 세라믹 템플릿의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 들어 미세 광학 부품이나 디스플레이 소자 또는 반도체 소자 등의 집적도가 높아짐에 따라 마이크로미터(㎛) 또는 나노미터(㎚) 스케일의 미세 패턴을 가지는 템플릿 제작이 요구되고 있다.
템플릿의 미세 패턴 형성 방법에는 깎아내기(top-down) 방식과 쌓아가기(bottom-up) 방식이 있다. 깎아내기 방식의 대표적인 기술인 사진식각 기술은 광원의 파장 및 광학 시스템의 해상 한계 등으로 인해 분해능을 향상시키는데 제한이 있다. 이러한 제한을 극복하기 위한 쌓아가기 방식의 하나로서 분자들의 자기 조립(self-assembly)을 이용한 방법이 공지되어 있으나, 대면적으로 균일한 형상의 미세 패턴을 형성하는데 공정상의 어려움이 있다.
본 발명은 블록 공중합체의 자기 조립 특성과 나노 임프린트 기술을 접목하여 대면적으로 균일한 형상의 미세 패턴을 형성할 수 있는 세라믹 템플릿의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 템플릿의 제조 방법은, 돌출부를 포함하는 유연 몰드를 제조하는 단계와, 기판 상에 금속-유기물 전구체 용액을 도포하여 코팅층을 형성하고, 유연 몰드로 코팅층을 가압한 상태에서 코팅층을 경화시킨 후 유연 몰드를 제거하여 제1 오목부를 포함하는 금속산화물 패턴을 형성하는 단계와, 적어도 2개의 반복 단위로 이루어진 블록 공중합체를 포함하는 블록 공중합체 코팅층을 제1 오목부에 채우는 단계와, 블록 공중합체 코팅층을 소결하여 반복 단위들을 미세 상 분리시킴으로써 복수의 고분자 블록으로 이루어진 자기 조립 구조를 형성하는 단계와, 복수의 고분자 블록 중 일부의 고분자 블록을 제거하여 제2 오목부를 포함하는 미세 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
코팅층은 열에 의해 경화될 수 있고, 유연 몰드는 코팅층의 열 경화 온도보다 높은 내열 온도를 가질 수 있다. 유연 몰드는 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리우레탄 아크릴레이트, 폴리다이메틸실록세인, 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 한편으로, 코팅층은 열과 자외선에 의해 경화될 수 있으며, 유연 몰드는 자외선을 투과시키는 투명한 고분자 물질로 형성될 수 있다.
금속산화물 패턴은 산화아연(ZnO), 이산화티타늄(TiO2), 이산화지르코늄(ZrO2), 산화이트륨(Y2O3), 및 산화스트론튬(SrO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
세라믹 템플릿의 제조 방법은, 블록 공중합체 코팅층을 제1 오목부에 채우기 전, 금속산화물 패턴의 표면을 산소플라즈마로 친수성 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
제1 오목부의 폭은 블록 공중합체를 구성하는 반복 단위들의 주기에 비례할 수 있다. 블록 공중합체 코팅층은 수직 육각 실린더형 블록 공중합체로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 템플릿은 전술한 방법으로 제조되며, 제1 오목부에 대응하는 제1 스케일 패턴과, 제2 오목부에 대응하는 제2 스케일 패턴이 조합된 복합 패턴을 형성한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 세라믹 템플릿의 제조 방법은 돌출부를 포함하는 유연 몰드를 제조하는 단계와, 기판 상에 금속-유기물 전구체 용액을 도포하여 코팅층을 형성하고, 유연 몰드로 코팅층을 가압한 상태에서 코팅층을 경화시킨 후 유연 몰드를 제거하여 제1 오목부를 포함하는 금속산화물 패턴을 형성하는 단계와, 제1 오목부에 제1 블록 공중합체 코팅층을 채우고, 제1 블록 공중합체 코팅층을 소결하여 제1 고분자 블록과 제2 고분자 블록으로 이루어진 제1 자기 조립 구조를 형성하는 단계와, 제1 자기 조립 구조 위로 제1 오목부에 제2 블록 공중합체 코팅층을 채우고, 제2 블록 공중합체 코팅층을 소결하여 제3 고분자 블록과 제4 고분자 블록으로 이루어진 제2 자기 조립 구조를 형성하는 단계와, 제3 고분자 블록과 제4 고분자 블록 중 어느 한 고분자 블록과, 제1 고분자 블록과 제2 고분자 블록 중 어느 한 고분자 블록을 제거하여 제3 오목부를 포함하는 미세 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
코팅층은 열에 의해 경화될 수 있고, 유연 몰드는 코팅층의 열 경화 온도보다 높은 내열 온도를 가질 수 있다. 유연 몰드는 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리우레탄 아크릴레이트, 폴리다이메틸실록세인, 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 한편으로, 코팅층은 열과 자외선에 의해 경화될 수 있고, 유연 몰드는 자외선을 투과시키는 투명한 고분자 물질로 형성될 수 있다.
금속산화물 패턴은 산화아연(ZnO), 이산화티타늄(TiO2), 이산화지르코늄(ZrO2), 산화이트륨(Y2O3), 및 산화스트론튬(SrO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
세라믹 템플릿의 제조 방법은, 제1 블록 공중합체 코팅층을 제1 오목부에 채우기 전, 금속산화물 패턴의 표면을 산소플라즈마로 친수성 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
제1 오목부의 폭은 제1 블록 공중합체 코팅층을 구성하는 반복 단위들의 주기에 비례할 수 있다.
제3 고분자 블록은 제1 고분자 블록 상에 정렬하고, 제4 고분자 블록은 제2 고분자 블록 상에 정렬할 수 있다. 제1 블록 공중합체 코팅층은 누운 실린더형 블록 공중합체로 형성되고, 제2 블록 공중합체 코팅층은 라멜라형 블록 공중합체로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 세라믹 템플릿은 전술한 방법으로 제조되며, 제1 오목부에 대응하는 제1 스케일 패턴과, 제3 오목부에 대응하는 제2 스케일 패턴이 조합된 복합 패턴을 형성한다.
본 실시예에 따르면 금속산화물 패턴의 제한 공간에서 블록 공중합체를 자기 정렬시킴으로써 무질서 배향에 따른 결함을 제거하여 미세 패턴의 정밀도(또는 정렬도) 및 밀집도(density)를 향상시킬 수 있다. 또한, 유연 몰드를 이용하여 대면적 세라믹 템플릿을 높은 정밀도로 제작할 수 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 세라믹 템플릿의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 세라믹 템플릿의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 7과 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 세라믹 템플릿의 구현 가능한 복합 패턴의 예를 나타낸 개략도이다.
도 9와 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 세라믹 템플릿의 구현 가능한 복합 패턴의 예를 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 세라믹 템플릿의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 7과 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 세라믹 템플릿의 구현 가능한 복합 패턴의 예를 나타낸 개략도이다.
도 9와 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 세라믹 템플릿의 구현 가능한 복합 패턴의 예를 나타낸 개략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 세라믹 템플릿의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 1을 참고하면, 복수의 오목부(11)를 포함하는 제1 임프린트 패턴이 형성된 마스터 기판(10)을 준비한다. 마스터 기판(10)은 다음에 설명하는 유연 몰드를 제조하기 위한 것으로서, 불화크립톤(KrF) 스캐너, 전자빔 식각 등 하향식 패터닝 방법을 이용하여 정밀하게 제조될 수 있다. 마스터 기판(10)은 유리, 석영, 실리콘, 및 금속과 같은 견고한 소재로 제조된다.
제1 임프린트 패턴의 오목부(11)는 제조하고자 하는 세라믹 템플릿의 형상에 따라 다양한 모양으로 형성된다. 예를 들어, 제1 임프린트 패턴의 오목부(11)는 직선 또는 곡선의 라인 모양, 원기둥 모양, 타원형 기둥 모양, 및 다각형 모양 등 다양한 모양으로 이루어질 수 있다. 오목부(11)의 폭(w1)은 서브 마이크로미터(0.1㎛ 내지 1㎛) 단위일 수 있으나, 그 크기는 전술한 예에 한정되지 않는다.
오목부(11)의 폭(w1)은 블록 공중합체를 구성하는 반복 단위들의 주기에 비례할 수 있다. 즉, 다음에 설명하는 블록 공중합체가 2개의 반복 단위로 구성되는 경우 오목부(11)의 폭(w1)은 2개 반복 단위들 폭의 정수배로 이루어지고, 블록 공중합체가 3개의 반복 단위로 구성되는 경우 오목부(11)의 폭(w1)은 3개 반복 단위들 폭의 정수배로 이루어질 수 있다.
도 2를 참고하면, 일정 두께의 유연 필름(20)을 준비하고, 제1 임프린트 패턴이 유연 필름(20)을 향하도록 마스터 기판(10)과 유연 필름(20)을 정렬한다. 그리고 마스터 기판(10)을 유연 필름(20)의 일면에 가압 후 분리시켜 유연 필름(20)에 제1 임프린트 패턴을 전사시킨다. 이러한 임프린트 공정을 통해 제2 임프린트 패턴을 가지는 유연 몰드(20)를 제조한다.
제2 임프린트 패턴은 제1 임프린트 패턴의 오목부(11)에 대응하는 복수의 돌출부(21)를 형성한다. 유연 몰드(20)는 다음에 설명하는 세라믹 템플릿을 제조하기 위한 것으로서, 세라믹 템플릿의 제3 임프린트 패턴을 형성하기 위한 임프린트 몰드로 기능한다.
유연 몰드(20)는 휘어지는 성질을 가진 몰드를 통칭하며, 내열성이 우수한 고분자 수지로 형성될 수 있다. 유연 몰드(20)의 내열 온도는 다음에 설명하는 세라믹 템플릿의 열 경화 온도(대략 50℃ 내지 200℃)보다 높아야 한다. 유연 몰드(20)는 최소 100℃ 이상의 내열 온도를 가지는 고분자 수지, 예를 들어 폴리테트라 플루오르에틸렌(PEFE), 폴리우레탄 아크릴레이트(PUA), 폴리다이메틸실록세인(PDMS), 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 3을 참고하면, 기판(31)을 준비하고, 기판(31) 위에 금속-유리물 전구체 용액을 도포하여 일정 두께의 코팅층(32)을 형성한다. 이를 위해 금속 원소에 유기물 리간드가 결합된 금속-유기물 전구체를 합성한 다음 이를 용매에 용해시켜 금속-유기물 전구체 용액을 제조한다. 금속 원소로는 아연(Zn), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 이트륨(Y), 및 스트론튬(Sr) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전술한 원소들 이외의 다른 금속 원소들로 사용될 수 있다.
유기물 리간드는 에틸헥사노에이트(ethylhexanoate), 아세틸아세토네이트(acetylacetonate), 디알킬디티오카바메이트(dialkyldithiocarbamates), 카르복실산(carboxylic acids), 카르복실레이트(carboxylates), 피리딘(pyridine), 디아민(diamines), 아르신(arsines), 및 디아르신(diarisines) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 금속-유기물 전구체는 열 또는 자외선에 의해 유기물의 분해가 이루어진다.
코팅층(32)은 스핀 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅, 용액 적하, 디스펜싱 중 어느 하나의 방법으로 도포될 수 있으며, 도포 후 베이킹(baking) 과정을 거쳐 용매의 증발을 유도한다. 이어서 유연 몰드(20)로 코팅층(32)을 가압하고, 가압된 코팅층(32)에 열을 가하거나 열과 자외선을 동시에 인가하여 코팅층(32)을 경화시킨다. 유연 몰드(20)로 코팅층(32)을 가압할 때 100bar 이하의 압력이 가해지거나 진공 압력이 가해질 수 있다.
코팅층(32)은 열에 의해 경화될 수 있다. 코팅층(32)의 열 경화 온도는 50℃ 내지 200℃일 수 있으며, 이 경우 유연 몰드(20)는 코팅층(32)의 열 경화 온도보다 높은 내열 온도를 가진다. 다른 한편으로, 코팅층(32)은 열과 자외선에 의해 경화될 수 있다. 이 경우 유연 몰드(20)는 자외선을 투과시키는 투명한 고분자 물질로 제조된다.
코팅층(32) 경화 후 유연 몰드(20)를 분리시키고, 코팅층(32)을 소성하여 잔류 용매와 유기물을 제거한다. 그러면 금속에 붙어 있는 유기물들이 열 분해되어 금속만 남게 되고, 남은 금속은 대기 중 산소와 결합하여 단단한 금속산화물 패턴(33)을 형성한다. 소성은 대략 200℃의 온도에서 1시간 이상 진행될 수 있다.
금속산화물 패턴(33)은 유연 몰드(20)에 의해 제3 임프린트 패턴을 형성한다. 제3 임프린트 패턴은 제2 임프린트 패턴의 돌출부(21)에 대응하는 복수의 오목부(34)(이하, '제1 오목부'라 한다)를 형성한다. 금속산화물 패턴(33)은 산화아연(ZnO), 이산화티타늄(TiO2), 이산화지르코늄(ZrO2), 산화이트륨(Y2O3), 및 산화스트론튬(SrO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 금속산화물 패턴(33)은 전술한 금속산화물 이외의 다른 금속산화물로도 형성될 수 있다.
기판(31)과 금속산화물 패턴(33)은 블록 공중합체의 배열을 유도하기 위한 세라믹 템플릿(30)을 구성한다. 이러한 세라믹 템플릿(30)은 대략 300℃ 고온의 열처리 시에도 패턴의 변형이 일어나지 않으며, 금속산화물 패턴(33) 형성에 식각 과정이 포함되지 않으므로 대면적으로 균일한 나노미터 스케일의 패턴을 제작하는데 시간적 및 경제적으로 매우 유용하다.
도 4를 참고하면, 금속산화물 패턴(33)의 표면을 친수성으로 처리한 다음 금속산화물 패턴(33)의 제1 오목부(34)에 블록 공중합체 코팅층(40)을 형성한다. 금속산화물 패턴(33)의 친수성 처리는 산소플라즈마 처리로 이루어질 수 있다. 블록 공중합체 코팅층(40)은 스핀 코팅(spin coating) 방식으로 도포되어 제1 오목부(34)에 채워질 수 있으며, 용액의 농도와 회전 속도 등을 조절하여 제1 오목부(34)에 채워지는 두께를 조절할 수 있다.
블록 공중합체 코팅층(40)은 화학 구조가 다른 적어도 2개의 반복 단위로 이루어진 블록 공중합체를 포함한다. 블록 공중합체 코팅층(40)은 이중 블록 공중합체 또는 삼중 블록 공중합체를 포함할 수 있다. 또한, 블록 공중합체 코팅층(40)은 제1 반복 단위 및 제2 반복 단위가 (제1 반복 단위)-co-(제2 반복 단위)의 형태로 공유 결합된 이중 블록 공중합체, 또는 제1 반복 단위 및 제2 반복 단위가 (제1 반복 단위)-co-(제2 반복 단위)-co-(제1 반복 단위)의 형태로 공유 결합된 3중 블록 공중합체를 포함할 수 있다.
블록 공중합체가 제1 반복 단위와 제2 반복 단위를 포함하는 경우, 블록 공중합체는 폴리스티렌-폴리메틸메타크릴레이트 공중합체, 폴리스티렌-폴리비닐피리딘 공중합체, 폴리부타디엔-폴리부틸메타크릴레이트 공중합체, 폴리부타디엔-폴리디메틸실록산 공중합체, 폴리부타디엔-폴리메틸메타크릴레이트 공중합체, 폴리부타디엔-폴리비닐피리딘 공중합체, 폴리부틸아크릴레이트-폴리메틸메타크릴레이트 공중합체, 폴리부틸아크릴레이트-폴리비닐피리딘 공중합체, 폴리이소프렌-폴리비닐피리딘 공중합체 등을 포함할 수 있다.
위에서 예시된 블록 공중합체들은 (제1 반복 단위)-co-(제2 반복 단위)의 형태로 공유 결합된 이중 블록 공중합체, 또는 (제1 반복 단위)-co-(제2 반복 단위)-co-(제1 반복 단위)의 형태로 공유 결합된 삼중 블록 공중합체의 형태를 가질 수 있다. 또한, 블록 공중합체는 (제1 반복 단위)-co-(제2 반복 단위)-co-(제3 반복 단위)의 형태로 공유 결합된 삼중 블록 공중합체의 형태를 가질 수 있다.
블록 공중합체를 구성하는 고분자 블록의 종류와 결합 형태를 전술한 예에 한정되지 않으며, 다양한 형태의 다중 블록 공중합체(multi-component block copolymer)도 사용될 수 있다.
도 4와 도 5를 참고하면, 제1 오목부(34)에 채워진 블록 공중합체 코팅층(40)을 소결한다. 그러면 블록 공중합체 코팅층(40)을 구성하는 블록 공중합체의 반복 단위들이 미세 상 분리(micro-separation)를 통해 재배열된다. 이때 블록 공중합체 코팅층(40)으로는 수직 육각 실린더(vertical hexagonal cylinder)형 블록 공중합체를 사용할 수 있다.
자연적으로 형성되는 박막 상의 블록 공중합체 구조에서는 나노 도메인들이 무질서한 배향 방향을 가지고 많은 결함을 형성하게 된다. 그러나 본 실시예에서는 블록 공중합체 코팅층(40)이 금속산화물 패턴(33)의 제1 오목부(34)에 채워져 제1 오목부(34)가 제한 공간을 형성하고 있으므로, 블록 공중합체 코팅층(40)은 제1 오목부(34)가 규정하는 방향을 따라 블록 공중합체의 반복 단위들이 재배열을 하게 되므로 무질서 배향에 따른 결함을 효과적으로 제어할 수 있다.
블록 공중합체 코팅층(40)의 소결은 PS-b-PMMA의 경우 진공 압력하에서 190℃ 내지 250℃의 고온에서 24시간 진행될 수 있고, 블록 공중합체의 종류에 따라서 소결 방식과 온도를 조절한다.
전술한 소결 단계를 거쳐 블록 공중합체는 제1 고분자 블록(41)과 제2 고분자 블록(42)으로 미세 상 분리되며, 미세 상 분리된 복수의 고분자 블록(41, 42) 중 선택된 일부의 고분자 블록을 선택적으로 제거하여 제1 미세 패턴(43)을 형성한다. 도 5에서는 제2 고분자 블록(42)을 제거하여 제2 고분자 블록(42)에 대응하는 복수의 제2 오목부를 가진 제1 미세 패턴(43)을 예로 들어 도시하였다.
예를 들어, 제1 고분자 블록(41)이 폴리스티렌(PS)이고 제2 고분자 블록(42)이 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)인 경우, PMMA를 자외선 오존 처리하거나 아세트 산 등의 식각액으로 식각 처리하면 PMMA만을 선택적으로 제거할 수 있다.
제1 미세 패턴(43)은 금속산화물 패턴(33)의 제1 오목부(34) 내에 정렬되므로 완성된 세라믹 템플릿(30)은 제1 오목부(34)에 해당하는 큰 패턴(제1 스케일 패턴) 내부에 제2 오목부에 대응하는 작은 패턴(제2 스케일 패턴)이 조합된 복합 패턴을 형성한다. 제1 스케일 패턴은 서브 마이크로미터(0.1㎛ 내지 1㎛) 크기일 수 있고, 제2 스케일 패턴은 수 내지 수백 나노미터(nm) 크기일 수 있다. 그러나 이들의 크기는 전술한 예에 한정되지 않는다.
한편, 제1 미세 패턴(43)의 높이가 충분하지 않은 경우, 다음에 설명하는 제2 실시예의 방법을 적용할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 세라믹 템플릿의 제조 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이다.
도 6을 참고하면, 금속산화물 패턴(33)의 제1 오목부(34) 내에 제1 블록 공중합체 코팅층을 도포하고, 소결을 통해 제1 블록 공중합체 코팅층을 미세 상 분리시켜 제1 고분자 블록(41)과 제2 고분자 블록(42)을 형성한다. 이때 제1 블록 공중합체 코팅층으로는 누운 실린더형 블록 공중합체를 사용할 수 있고, 미세 상 분리 후 제2 고분자 블록(42)을 제거하지 않는다.
이어서 금속산화물 패턴(33)의 제1 오목부(34) 내에 제2 블록 공중합체 코팅층(50)을 형성한다. 제2 블록 공중합체 코팅층(50)은 라멜라형 블록 공중합체로 형성될 수 있다. 제2 블록 공중합체 코팅층(50) 역시 스핀 코팅(spin coating) 방식으로 도포되어 제1 오목부(34)에 채워질 수 있으며, 용액의 농도와 회전 속도 등을 조절하여 제1 오목부(34)에 채워지는 두께를 조절할 수 있다.
이어서 제1 오목부(34)에 채워진 제2 블록 공중합체 코팅층(50)을 소결한다. 그러면 제2 블록 공중합체 코팅층(50)을 구성하는 블록 공중합체의 반복 단위들이 미세 상 분리를 통해 재배열된다. 이때 제2 블록 공중합체 코팅층(50)이 라멜라형으로 이루어짐에 따라, 제2 블록 공중합체의 자기 조립 구조는 먼저 형성된 제1 블록 공중합체의 자기 조립 구조와 같은 모양으로 형성된다. 즉 제2 블록 공중합체는 제1 고분자 블록(41) 상에 위치하는 제3 고분자 블록(51)과, 제2 고분자 블록(42) 상에 위치하는 제4 고분자 블록(52)으로 미세 상 분리된다.
이어서 제4 고분자 블록(52)과 그 아래의 제2 고분자 블록(42)을 제거하여 제2 미세 패턴(53)을 형성한다. 제2 미세 패턴(53)은 제2 고분자 블록(42)과 제4 고분자 블록(52)에 대응하는 복수의 제3 오목부를 형성하며, 각 제3 오목부의 깊이는 제1 실시예에서 형성된 제2 오목부의 깊이보다 크다. 즉 완성된 제2 미세 패턴(53)은 제1 고분자 블록(41)과 제3 고분자 블록(51)의 두께를 합한 것은 높이를 가지므로 제1 실시예 대비 그 높이를 크게 할 수 있다.
이와 같이 본 실시예의 미세 패턴 형성 방법에서는 금속산화물 패턴(33)의 제1 오목부(34)라는 제한 공간 내에서 블록 공중합체를 자기 정렬시킴에 따라 무질서 배향에 따른 결함을 제거하여 미세 패턴(43, 53)의 정밀도(또는 정렬도) 및 집적도(density)를 향상시킬 수 있다. 또한, 유연 몰드(20)를 이용하여 대면적 세라믹 템플릿(30)을 높은 정밀도로 제작할 수 있다.
만일 휘어질 수 없는 견고한 소재의 임프린트 몰드를 사용하여 세라믹 템플릿을 제조하는 경우를 가정하면, 대면적 금속산화물층 위에 임프린트 몰드를 정확히 등각 접촉(conformal contact)시키는데 어려움이 있으며, 임프린트 몰드와 금속산화물층 사이에 기포가 발생하여 블록 공중합체 패턴 결함의 원인이 될 수 있다.
그러나 본 실시예에서는 휘어지는 성질을 가진 유연 몰드(20)를 사용함에 따라, 유연 몰드(20)의 일측 가장자리부터 반대측 가장자리를 향해 순차적으로 유연 몰드(20)를 가압할 수 있으므로 대면적 기판(31) 상에서 균일하고 미세한 제3 임프린트 패턴을 형성할 수 있다. 그리고 기판(31) 상에 유연 몰드(20) 전체를 쉽게 등각 접촉시킬 수 있으며, 임프린트 과정에서 생길 수 있는 기포를 쉽게 제거할 수 있다.
도 7과 도 8은 전술한 제1 실시예의 방법에 따라 완성된 세라믹 템플릿의 구현 가능한 복합 패턴의 예를 나타낸 개략도이다.
도 7을 참고하면, 세라믹 템플릿은 직선형 제1 오목부(34) 내에 원형의 제2 오목부들(61)이 서로간 거리를 두고 복수개로 배치된 복합 패턴을 형성할 수 있다. 도 8을 참고하면, 세라믹 템플릿은 원형의 제1 오목부(341) 내에 원형의 제2 오목부들(62)이 서로간 거리를 두고 복수개로 배치된 복합 패턴을 형성할 수 있다.
도 9와 도 10은 전술한 제2 실시예의 방법에 따라 완성된 세라믹 템플릿의 구현 가능한 복합 패턴의 예를 나타낸 개략도이다.
도 9를 참고하면, 세라믹 템플릿은 직선형 제1 오목부(34) 내에 직선형 제3 오목부들(63)이 서로간 거리를 두고 복수개로 배치된 복합 패턴을 형성할 수 있다. 도 10을 참고하면, 세라믹 템플릿은 원형의 제1 오목부(341) 내에 원형의 제3 오목부들(64)이 서로 중첩되어 배치된 복합 패턴을 형성할 수 있다.
이러한 세라믹 템플릿은 합성물질인 메타소재(metamaterials) 제조용 템플릿 또는 나노와이어 성장용 템플릿 등으로 사용될 수 있다. 전술한 세라믹 템플릿에서 복합 패턴의 모양은 도시한 예에 한정되지 않으며, 오목부의 형상과 미세 패턴의 형상 조합에 따라 여러 가지 다양한 복합 패턴을 형성할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 마스터 기판 11: 오목부
20: 유연 몰드 21: 돌출부
30: 세라믹 템플릿 31: 기판
32: 금속산화물층 33: 금속산화물 패턴
34: 제1 오목부 40: 블록 공중합체 코팅층
41: 제1 고분자 블록 42: 제2 고분자 블록
43: 제1 미세 패턴 50: 제2 블록 공중합체 코팅층
51: 제3 고분자 블록 52: 제4 고분자 블록
53: 제2 미세 패턴 61, 62: 제2 오목부
63, 64: 제3 오목부
20: 유연 몰드 21: 돌출부
30: 세라믹 템플릿 31: 기판
32: 금속산화물층 33: 금속산화물 패턴
34: 제1 오목부 40: 블록 공중합체 코팅층
41: 제1 고분자 블록 42: 제2 고분자 블록
43: 제1 미세 패턴 50: 제2 블록 공중합체 코팅층
51: 제3 고분자 블록 52: 제4 고분자 블록
53: 제2 미세 패턴 61, 62: 제2 오목부
63, 64: 제3 오목부
Claims (19)
- 돌출부를 포함하는 유연 몰드를 제조하는 단계;
기판 상에 금속-유기물 전구체 용액을 도포하여 코팅층을 형성하고, 상기 유연 몰드로 상기 코팅층을 가압한 상태에서 상기 코팅층을 경화시킨 후 상기 유연 몰드를 제거하여 제1 오목부를 포함하는 금속산화물 패턴을 형성하는 단계;
적어도 2개의 반복 단위로 이루어진 블록 공중합체를 포함하는 블록 공중합체 코팅층을 상기 제1 오목부에 채우는 단계;
상기 블록 공중합체 코팅층을 소결하여 상기 반복 단위들을 미세 상 분리시킴으로써 복수의 고분자 블록으로 이루어진 자기 조립 구조를 형성하는 단계; 및
상기 복수의 고분자 블록 중 일부의 고분자 블록을 제거하여 제2 오목부를 포함하는 미세 패턴을 형성하는 단계
를 포함하는 세라믹 템플릿의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 코팅층은 열에 의해 경화되고,
상기 유연 몰드는 상기 코팅층의 열 경화 온도보다 높은 내열 온도를 가지는 세라믹 템플릿의 제조 방법. - 제2항에 있어서,
상기 유연 몰드는 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리우레탄 아크릴레이트, 폴리다이메틸실록세인, 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중 적어도 하나를 포함하는 세라믹 템플릿의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 코팅층은 열과 자외선에 의해 경화되고,
상기 유연 몰드는 자외선을 투과시키는 투명한 고분자 물질로 형성되는 세라믹 템플릿의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 금속산화물 패턴은 산화아연(ZnO), 이산화티타늄(TiO2), 이산화지르코늄(ZrO2), 산화이트륨(Y2O3), 및 산화스트론튬(SrO) 중 적어도 하나를 포함하는 세라믹 템플릿의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 블록 공중합체 코팅층을 상기 제1 오목부에 채우기 전, 상기 금속산화물 패턴의 표면을 산소플라즈마로 친수성 처리하는 단계를 더 포함하는 세라믹 템플릿의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 오목부의 폭은 상기 블록 공중합체를 구성하는 상기 반복 단위들의 주기에 비례하는 세라믹 템플릿의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 블록 공중합체 코팅층은 수직 육각 실린더형 블록 공중합체로 형성되는 세라믹 템플릿의 제조 방법. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되며,
상기 제1 오목부에 대응하는 제1 스케일 패턴과, 상기 제2 오목부에 대응하는 제2 스케일 패턴이 조합된 복합 패턴을 형성하는 세라믹 템플릿. - 돌출부를 포함하는 유연 몰드를 제조하는 단계;
기판 상에 금속-유기물 전구체 용액을 도포하여 코팅층을 형성하고, 상기 유연 몰드로 상기 코팅층을 가압한 상태에서 상기 코팅층을 경화시킨 후 상기 유연 몰드를 제거하여 제1 오목부를 포함하는 금속산화물 패턴을 형성하는 단계;
상기 제1 오목부에 제1 블록 공중합체 코팅층을 채우고, 상기 제1 블록 공중합체 코팅층을 소결하여 제1 고분자 블록과 제2 고분자 블록으로 이루어진 제1 자기 조립 구조를 형성하는 단계;
상기 제1 자기 조립 구조 위로 상기 제1 오목부에 제2 블록 공중합체 코팅층을 채우고, 상기 제2 블록 공중합체 코팅층을 소결하여 제3 고분자 블록과 제4 고분자 블록으로 이루어진 제2 자기 조립 구조를 형성하는 단계; 및
상기 제3 고분자 블록과 상기 제4 고분자 블록 중 어느 한 고분자 블록과, 상기 제1 고분자 블록과 상기 제2 고분자 블록 중 어느 한 고분자 블록을 제거하여 제3 오목부를 포함하는 미세 패턴을 형성하는 단계
를 포함하는 세라믹 템플릿의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 코팅층은 열에 의해 경화되고,
상기 유연 몰드는 상기 코팅층의 열 경화 온도보다 높은 내열 온도를 가지는 세라믹 템플릿의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 유연 몰드는 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리우레탄 아크릴레이트, 폴리다이메틸실록세인, 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중 적어도 하나를 포함하는 세라믹 템플릿의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 코팅층은 열과 자외선에 의해 경화되고,
상기 유연 몰드는 자외선을 투과시키는 투명한 고분자 물질로 형성되는 세라믹 템플릿의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 금속산화물 패턴은 산화아연(ZnO), 이산화티타늄(TiO2), 이산화지르코늄(ZrO2), 산화이트륨(Y2O3), 및 산화스트론튬(SrO) 중 적어도 하나를 포함하는 세라믹 템플릿의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 제1 블록 공중합체 코팅층을 상기 제1 오목부에 채우기 전, 상기 금속산화물 패턴의 표면을 산소플라즈마로 친수성 처리하는 단계를 더 포함하는 세라믹 템플릿의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 제1 오목부의 폭은 상기 제1 블록 공중합체 코팅층을 구성하는 반복 단위들의 주기에 비례하는 세라믹 템플릿의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 제3 고분자 블록은 상기 제1 고분자 블록 상에 정렬하고, 상기 제4 고분자 블록은 상기 제2 고분자 블록 상에 정렬하는 세라믹 템플릿의 제조 방법. - 제17항에 있어서,
상기 제1 블록 공중합체 코팅층은 누운 실린더형 블록 공중합체로 형성되고,
상기 제2 블록 공중합체 코팅층은 라멜라형 블록 공중합체로 형성되는 세라믹 템플릿의 제조 방법. - 제10항 내지 제18항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되며,
상기 제1 오목부에 대응하는 제1 스케일 패턴과, 상기 제3 오목부에 대응하는 제2 스케일 패턴이 조합된 복합 패턴을 형성하는 세라믹 템플릿.
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