KR20130009213A - 임프린트 레진의 제조방법 및 임프린팅 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 임프린트 레진의 제조방법 및 임프린팅 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 임프린트 레진의 제조방법은 (a) 나노 입자가 분산된 용매를 제공하는 단계(S11, S21); (b) 상기 용매와 단량체 레진 또는 열가소성 고분자 레진을 혼합하는 단계(S12, S22); 및 (c) 상기 단량체 레진이 혼합된 용매에 자외선 개시제 또는 열 개시제 중 어느 하나를 첨가하는 단계(S13, S23)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

임프린트 레진의 제조방법 및 임프린팅 방법{METHOD FOR MANUFACTURING IMPLINT RESIN AND IMPLINTING METHOD}
본 발명은 임프린트 레진의 제조방법 및 임프린팅 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 저온과 저압의 조건에서 나노 임프린트 기술을 수행할 수 있는 임프린트 레진의 제조방법 및 임프린팅 방법에 관한 것이다.
나노 임프린트 기술은 소정의 패턴을 가지는 몰드를 이용하여 나노 스케일의 미세한 패턴을 반도체 웨이퍼 등 기질 상에 형성하는 방법으로서 비교적 간단한 공정으로도 나노 패턴을 용이하게 형성할 수 있기 때문에 최근에 널리 이용되고 있는 패턴 형성 방법이다.
구체적으로 종래의 나노 임프린트 기술은 도 1과 같이 수행될 수 있다. 우선, 기판(1) 상에 금속층(2)을 형성하고, 금속층(2) 상에 열가소성 고분자 레진(3)을 도포한 후에, 요철 패턴이 형성된 몰드(4)로 가압한다. 몰드(4)의 요철 패턴이 열가소성 고분자 레진(3)에 전사되어 열가소성 고분자 레진(3)은 몰드(4)의 요철 패턴과 역상의 구조(31)를 가지도록 형성할 수 있다. 이어서, 금속층(2)을 식각하여 패터닝된 금속층(21)을 형성할 수 있다. 이어서, 역상의 구조(31)를 가진 고분자 레진(3)을 제거하여 패터닝된 금속층(21)만을 기판(1) 상에 남길 수 있다.
이러한 종래의 나노 임프린트 기술은 증착과 식각 과정이 증가하여 공정이 복잡해지고, 임프린트 공정을 통해 형성된 고분자 패턴은 소자의 일부로서 존재할 수 없고 기능성 패턴을 형성하기 위한 희생층으로만 쓰이는 문제점이 있었다. 즉, 고분자 패턴은 기능성 물질을 식각하여 기능성 패턴을 형성하기 위한 식각 마스크 또는 기능성 물질이 기능성 패턴을 형성하는 리프트 오프 과정을 수행하기 위한 증착 마스크로만 쓰이는 문제점이 있었다. 한편, 대부분의 고분자 레진은 Cl2, BCl3, SF6, CF4, O2 등을 사용하는 식각 플라즈마에 취약하여 식각 마스크로 쓰이는데 한계가 있었다.
또한, 종래의 나노 임프린트 기술은 일반적으로 170℃ 이상의 고온과, 50 atm 정도의 고압을 요구하므로 가열과 냉각을 반복함에 따른 기판의 변형, 공정비용 증가, 공정시간 증가 등의 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 저온과 저압의 조건에서 나노 임프린트 기술을 수행할 수 있는 임프린트 레진의 제조방법 및 임프린트 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 저온과 저압의 조건에서 나노 임프린트 기술을 수행하여 기판의 안정성을 증가시키고, 공정비용 및 공정시간을 감소시킬 수 있는 임프린트 레진의 제조방법 및 임프린트 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 희생층으로 쓰이는 임프린트 레진층이 소자의 일부로 존재하며 패턴의 기능을 수행할 수 있는 임프린트 레진의 제조방법 및 임프린트 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 상기의 목적은 (a) 나노 입자가 분산된 용매를 제공하는 단계; (b) 상기 용매와 단량체 레진을 혼합하는 단계; 및 (c) 상기 단량체 레진이 혼합된 용매에 자외선 개시제 또는 열 개시제 중 어느 하나를 첨가하는 단계를 포함하는 임프린트 레진의 제조방법에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 상기의 목적은 (a) 나노 입자가 분산된 용매를 제공하는 단계; 및 (b) 상기 용매와 열가소성 고분자 레진을 혼합하는 단계를 포함하는 임프린트 레진의 제조방법에 의해 달성된다.
상기 나노 입자는 ZnO, TiO2, Al2O3, SnO2 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 중에서 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 용매는 에탄올(ethanol), 부틸아세테이트(butyl acetate), 부틸글리콜(butyl glycol), 또는 PGMEA(Propylene glycol monomethyl ether acetate) 중에서 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 단량체는 BzMA(benzylmethacrylate)일 수 있다.
상기 열가소성 고분자 레진은 PMMA(poly(methyl methacrylate)), PC(polycarbonate), PS(polystyrene) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 자외선 개시제는 이르가큐어(IRGACURE) 184이고, 상기 열 개시제는 트라이고녹스(TRIGONOX) 21 LS일 수 있다.
상기 나노 입자의 분산량은 1 내지 30 wt%일 수 있다.
상기 자외선 개시제 또는 상기 열 개시제의 첨가량은 3 내지 5 wt%일 수 있다.
상기 용매에 분산된 나노 입자의 함량 또는 종류 중 어느 하나를 조절하여 상기 레진의 굴절률을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기의 목적은 (a) 상부면에 레진이 코팅된 기판을 준비하는 단계; (b) 요철 패턴이 형성된 고분자 몰드를 준비하는 단계; (c) 상기 기판 상에 코팅된 레진과 상기 고분자 몰드를 접촉시킨 후 가압하여 상기 고분자 몰드의 패턴을 상기 레진에 전사하는 단계; (d) 상기 기판과 상기 고분자 몰드를 분리하는 단계; 및 (e) 상기 기판을 열처리 하는 단계를 포함하며, 상기 레진은 상기 임프린트 레진의 제조방법을 통하여 제조된 임프린트 레진인 것을 특징으로 하는 임프린팅 방법에 의해 달성된다.
상기 (b) 단계는, (b-1) 요철 패턴이 형성된 마스터 템플레이트를 준비하는 단계; (b-2) 상기 마스터 템플레이트의 요철 패턴이 형성된 면에 소수성 코팅을 하는 단계; (b-3) 상기 소수성 코팅 상에 고분자를 코팅하고 경화시키는 단계; 및
(b-4) 상기 경화된 고분자를 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (c) 단계는 진공 분위기에서 수행할 수 있다.
(f) 상기 기판 상의 잔여층을 제거하는 단계를 더 포함하며, 상기 잔여층은 산소 플라즈마를 이용하여 제거될 수 있다.
상기 잔여층이 산소 플라즈마를 이용하여 제거되는 과정 중에 상기 패터닝된 레진의 표면 거칠기가 조절될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 저온과 저압의 조건에서 나노 임프린트 기술을 수행할 수 있는 임프린트 레진을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 저온과 저압의 조건에서 나노 임프린트 기술을 수행하여 기판의 안정성을 증가시키고, 공정비용 및 공정시간을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 희생층으로 쓰이는 임프린트 레진층이 소자의 일부로 존재하며 패턴의 기능을 수행할 수 있다.
도 1은 종래의 나노 임프린트 기술이 수행되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 임프린트 레진을 제조하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 4 내지 도 7는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 임프린트 레진을 이용하여 나노 임프린트 기술을 수행하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 잔여층을 제거하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 임프린트 레진층의 표면 거칠기를 조절하는 것을 나타내는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
임프린트 레진의 제조
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 임프린트 레진을 제조하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 우선 나노 입자를 용매(solvent)에 분산시킨다(S11).
나노 입자는 ZnO, TiO2, Al2O3, SnO2 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 중에서 어느 하나일 수 있다. 나노 입자의 평균 입경은 50nm 이하인 것이 바람직하다.
용매는 에탄올(ethanol), 부틸아세테이트(butyl acetate), 부틸글리콜(butyl glycol), 또는 PGMEA(Propylene glycol monomethyl ether acetate) 중에서 어느 하나인 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니고 공지의 인트린직 솔벤트(intrinsic solvent)를 이용할 수 있다.
한편, 나노 입자를 용매에 용이하게 분산시키기 위해서 분산제를 사용할 수 있다. 사용되는 분산제의 무게는 나노 입자와 대비하여 1 내지 10 wt%인 것이 바람직하다.
다음으로, 나노 입자가 분산된 용매와 단량체 레진을 혼합한다(S12).
단량체 레진은 벤질메타아크릴레이트[benzyl methacrylate: BzMA] 또는 이와 유사한 구조를 가지는 화학 물질을 포함할 수 있다.
한편, 혼합 과정에 있어서 용매 충격(solvent shock), 즉 용해력이 작은 용매에 단량체를 첨가하여 혼합할 때 용매에 분산되어 있는 나노 입자가 재응집을 유발하는 현상을 최소화해야 한다. 따라서, 단량체 레진에 마이크로 기포가 발생되지 않도록 준비하여야 하고, 나노 입자가 분산된 용매를 교반(agitation)하면서 단량체 레진을 투입하는 것이 바람직하다.
이때, 상 안정성(phase stability)과 나노 임프린트 공정에서 요구되는 공정성을 위해 나노 입자가 분산된 용매와 단량체 레진을 혼합한 용액에서 나노 입자의 분산량을 1 내지 30 wt% 로 유지할 수 있다. 또한, 상 안정성과 분산도를 높이기 위해 디스크가 장착된 고속 혼합기(homogenizer)나 진탕기(shaker)를 사용할 수 있다.
다음으로, 나노 입자가 분산된 용매와 단량체 레진을 혼합한 용액에 자외선 개시제 또는 열 개시제를 첨가한다(S13).
자외선 개시제 또는 열 개시제는 자외선으로 인한 광에너지 또는 열 에너지를 받아 여기된 개시제가 라디칼을 형성하여 주위 물질이 중합 반응을 거쳐 단단한 폴리머로 변할 수 있게 만드는 물질을 의미한다.
자외선 개시제 또는 열 개시제는 나노 입자가 분산된 용매와 단량체 레진을 혼합한 용액의 3 내지 5 wt% 또는 단량체와 대비하여 0.1 내지 5 wt%인 것이 바람직하다. 또한, 자외선 개시제를 첨가하는 경우에 자외선 개시제는 이르가큐어(IRGACURE) 184™를 포함할 수 있고, 열 개시제를 첨가하는 경우에 열 개시제는 트라이고녹스(TRIGONOX) 21 LS™를 포함할 수 있다.
상기 S11 내지 S13 과정을 거쳐, 단량체 레진을 기반으로 하고 자외선 개시제 또는 열 개시제가 첨가된 임프린트 레진은 자외선이 조사되거나, 100 내지 200℃의 온도를 가함으로써 경화될 수 있으므로, 저온과 저압의 조건에서 나노 임프린트 기술을 수행할 수 있는 임프린트 레진을 제조할 수 있게 된다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 임프린트 레진을 제조하는 다른 방법에 대해서 설명한다.
도 3을 참조하면, 나노 입자를 용매에 분산시킨다(S21). 이는 상기 도 2에서 설명한 S11 단계와 중복되므로 구체적인 설명은 생략한다.
다음으로, 나노 입자가 분산된 용매와 열가소성 고분자 레진을 혼합한다(S22).
열가소성 고분자 레진은 PMMA(poly(methyl methacrylate)), PC(polycarbonate), PS(polystyrene)를 포함할 수 있다.
한편, 혼합 과정에 있어서 용매 충격(solvent shock), 즉 용해력이 작은 용매에 열가소성 고분자 레진을 첨가하여 혼합할 때 용매에 분산되어 있는 나노 입자가 재응집을 유발하는 현상을 최소화해야 한다. 따라서, 나노 입자가 분산된 용매를 교반(agitation)하면서 열가소성 고분자 레진을 투입하는 것이 바람직하며, 열가소성 고분자 레진이 가교 결합에 의하여 3차원적 구조가 되는 겔화(gelation)가 일어나지 않도록 겔화 방지제를 더 첨가할 수도 있다.
이때, 상 안정성(phase stability)과 나노 임프린트 공정에서 요구되는 공정성, 혼합 용액의 점도, 나노 입자와 열가소성 고분자의 부피비를 고려하여, 나노 입자가 분산된 용매와 열가소성 고분자 레진을 혼합한 용액에서 나노 입자의 분산량을 1 내지 30 wt% 로 유지할 수 있다. 또한, 상 안정성과 분산도를 높이기 위해 디스크가 장착된 고속 혼합기(homogenizer)나 진탕기(shaker)를 사용할 수 있다.
한편, S11 또는 S21 단계에서 용매에 분산되는 나노 입자의 종류 또는 함량을 조절하여 임프린트 레진의 굴절률을 조절할 수 있다. 나노 입자를 포함하지 않는 일반적인 고분자 물질로 이루어진 임프린트 레진의 경우 굴절률이 1.5 정도이지만, 본 발명에 따라 나노 입자를 분산한 경우에 굴절률을 1.7 내지 2.5 사이의 값으로 제어할 수 있다. 따라서, 큰 굴절률 값을 가지는 임프린트 레진층이 태양전지, LED 등의 소자의 일부로 사용될 때, 보다 뛰어난 광전 변환 효율, 발광 효율 등을 제공할 수 있다.
임프린트 레진을 사용한 임프린팅
이하에서는 상술한 도 2 또는 도 3의 과정을 통해 제조한 임프린트 레진(200)을 사용하여 임프린팅을 하는 방법을 설명한다.
도 4 내지 도 7는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 임프린트 레진(200)을 이용하여 나노 임프린트 기술을 수행하는 과정을 나타내는 도면이다. 임프린팅 하는 과정에서 도 4 및 도 7의 과정은 공통되나, 도 5의 과정은 단량체 레진을 기반으로 제조한 임프린트 레진층(200)을 이용하여 나노 임프린트 기술을 수행하는 과정이고, 도 6의 과정은 열가소성 고분자 레진을 기반으로 제조한 임프린트 레진층(200)을 이용하여 나노 임프린트 기술을 수행하는 과정임을 밝혀둔다.
도 4를 참조하면, 임프린트 레진(200)이 상부면에 코팅된 기판(100)을 준비한다.
기판(100)은 UV-오존 처리 또는 H2SO4와 H2O2의 혼합 용액을 이용하는 피라나(piranah) 처리 등을 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 처리로 기판(100) 표면에 히드록시기(-OH 기)를 형성함으로써 임프린트 레진(200)과의 접착성을 향상시킬 수 있다.
이어서, 기판(100) 상에 임프린트 레진을 스핀 코팅(spin coating)하여 임프린트 레진층(200)을 형성한다. 스핀 코팅은 임프린트 레진의 나노 입자 함량에 따른 점도를 고려하여 500 내지 6,000 rpm으로 수행할 수 있다. 또한, 나노 입자 함량과 스핀 코팅 속도에 따라서 기판(100) 상에 코팅되는 임프린트 레진층(200)의 두께를 조절할 수 있으며, 이때 후술할 잔여층을 최소화하는 조건을 고려하여 적절한 두께로 임프린트 레진층(200)을 코팅하는 것이 바람직하다.
스핀 코팅으로 기판(100) 상에 임프린트 레진층(200)을 형성하는 과정에서 임프린트 레진에 포함된 용매(solvent)의 대부분은 증발될 수 있다.
다시, 도 4를 참조하면, 요철 패턴(310)이 형성된 고분자 몰드(300)를 준비한다. 고분자 몰드(300)를 제조하는 방법은 다음과 같다.
우선, 포토 리소그래피, 전자빔 리소그래피 등을 포함하는 플라즈마 식각 공정을 통해서 소정의 템플레이트(미도시)에 요철 패턴(미도시)을 형성한다. 요철 패턴은 nm 또는 μm 단위의 크기로 형성하는 것이 바람직하며, 기둥 형상, 피라미드 형상 등 다양한 형상을 채용할 수 있다.
이어서, 요철 패턴이 형성된 면에 소수성 SAM(self assembled monolayer; 미도시) 코팅을 한다.
이어서, 소수성 SAM 코팅 상에 유연하고 투습성을 가지는 액상의 고분자(미도시)를 코팅한다. 액상의 고분자는 PDMS(polydimethylsiloxane), PUA(polyurethaneacrylate), PVA(polyvinyl alcohol) 등을 포함할 수 있다. 특히, 기판의 넓은 영역에서 스텝 커버리지가 뛰어나며, 계면 자유 에너지(interfacial free energy)가 낮아 몰딩시 성형 가공성이 좋고, 투명한 성질을 가지고, 내구성이 뛰어난 PDMS를 포함하는 것이 바람직하다.
이어서, 템플레이트를 열처리하여 고분자를 경화시킨 후에 분리하여 고분자몰드(300)로 사용할 수 있다. 열처리는 60 내지 150℃에서 수행될 수 있다.
이와 같이 제조된 고분자 몰드(300)에는 템플레이트에 형성된 요철 패턴을 그대로 유지하며 패턴(310)이 형성될 수 있다.
도 5는 고분자 몰드(300)를 가압하여 단량체 레진을 기반으로 제조한 임프린트 레진층(200)에 패턴을 전사하면서, 임프린트 레진층(200)에 열을 가하거나[도 5의 (a)], 자외선을 조사하여[도 5의 (b)] 경화시키는 도면이다.
도 5를 참조하면, 고분자 몰드의 패턴(310)을 기판(100) 상에 코팅된 임프린트 레진층(200)에 전사시키기 위해 고분자 몰드(300)와 임프린트 레진층(200)을 대응시킨다. 이때 정확한 대응을 위하여 소정의 정렬 과정이 더 수반될 수 있다.
이어서, 고분자 몰드(300)를 가압하여 임프린트 레진층(200)에 패턴을 전사할 수 있다. 압력은 사용되는 고분자 몰드의 강도를 고려하여 1 내지 30 atm 으로 1 내지 10분간 가하여 패턴을 전사하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 공정은 진공 분위기에서 수행될 수 있다. 진공 분위기에서 고분자 몰드(300)를 임프린트 레진층(200)에 가압함으로써 고분자 몰드(300)의 패턴과 임프린트 레진층(200) 사이에 공기층이 남는 것을 방지하고, 접촉을 원활히 하여 정확한 패턴이 전사될 수 있다.
고분자 몰드(300)를 임프린트 레진층(200)에 가압한 상태에서, 열을 가하거나 자외선을 조사하여 임프린트 레진층(200)을 경화할 수 있다. 구체적으로, 임프린트 레진에 열 개시제를 첨가한 경우에는 5 내지 20분간 100 내지 200℃의 온도를 유지하도록 열을 가할 수 있고, 임프린트 레진에 자외선 개시제를 첨가한 경우에는 5 내지 20분간 자외선을 조사할 수 있다. 도 5의 (a)에는 기판(100) 하부에 열을 가하는 것으로, 도 5의 (b)에는 기판(100) 상부에서 자외선을 조사하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 기판의 상부, 하부, 상부 및 하부, 또는 공정을 수행하는 챔버 내부 전체에서 열이나 자외선을 가할 수 있다.
한편, 고분자 몰드(300)는 PDMS와 같은 투습성이 뛰어난 재질로 구성되므로, 기판(100) 상에 임프린트 레진층(200)을 스핀 코팅할 때 증발되고 남은 용매(solvent)가 고분자 몰드(300)에 투습되어 대부분 제거될 수 있다.
도 6은 고분자 몰드(300)를 가압하여 열가소성 고분자 레진을 이용하여 제조한 임프린트 레진층(200)에 패턴을 전사하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 고분자 몰드의 패턴(310)을 기판(100) 상에 코팅된 임프린트 레진층(200)에 전사시키기 위해 고분자 몰드(300)와 임프린트 레진층(200)을 대응시킨다. 이때 정확한 대응을 위하여 소정의 정렬 과정이 더 수반될 수 있다.
이어서, 임프린팅이 수행되는 챔버(미도시) 내의 온도를 열가소성 고분자 레진에 포함된 열가소성 고분자의 유리 전이 온도 이상으로 가열한다. 이를테면, 열가소성 고분자 레진에 PMMA가 포함된 경우에 PMMA의 유리 전이 온도 이상인 120 내지 200℃로 가열하는 것이 바람직하다.
이어서, 고분자 몰드(300)를 가압하여 임프린트 레진층(200)에 패턴을 전사할 수 있다. 압력은 사용되는 고분자 몰드의 강도를 고려하여 1 내지 30 atm 으로 1 내지 30분간 가하여 패턴을 전사하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 공정은 진공 분위기에서 수행될 수 있다. 진공 분위기에서 고분자 몰드(300)를 임프린트 레진층(200)에 가압함으로써 고분자 몰드(300)의 패턴과 임프린트 레진층(200) 사이에 공기층이 남는 것을 방지하고, 접촉을 원활히 하여 정확한 패턴이 전사될 수 있다.
상기 고분자 몰드(300)를 가압하는 공정이 완료된 후에는 챔버(미도시) 내의 온도를 열가소성 고분자 레진에 포함된 열가소성 고분자의 유리 전이 온도 이하로 냉각시킨다. 이를테면, 열가소성 고분자 레진에 PMMA가 포함된 경우에 PMMA의 유리 전이 온도 이하인 상온 내지 120℃ 미만으로 냉각하는 것이 바람직하다.
한편, 고분자 몰드(300)는 PDMS와 같은 투습성이 뛰어난 재질로 구성되므로, 기판(100) 상에 임프린트 레진층(200)을 스핀 코팅할 때 증발되고 남은 용매(solvent)가 고분자 몰드(300)에 투습되어 대부분 제거될 수 있다.
이어서, 도 7을 참조하면, 고분자 몰드(300)를 임프린트 레진층(200)으로부터 분리할 수 있다. 따라서, 고분자 몰드의 패턴(310)이 전사되어 역상의 구조를 가지는 패턴(210)이 임프린트 레진층(200)에 형성될 수 있다. 도 7의 (a)와 (b)는 기판(100) 상에 형성된 패턴(210)을 가지는 임프린트 레진층(200)을 나타내는 단면도 및 사시도이다.
이어서, 기판(100)을 열처리 하는 공정이 더 수행될 수 있는데, 이는 임프린트 레진층(200)에 여전히 남아있는 용매(solvent)를 제거하기 위함이다. 스핀 코팅, 고분자 몰드(300)에 투습, 및 열처리 공정을 거쳐 임프린트 레진층(200)의 용매는 완전히 제거될 수 있다. 이때, 열처리는 150 내지 300℃의 온도에서 핫플레이트, 로(furnace), 급속열처리(rapid thermal annealing) 장비 등을 이용하여 수행될 수 있다. 열처리는 임프린트 레진층의 패턴(210)의 열손상 및 광학적 성질 손상 방지를 위해 10분 이하의 시간으로 수행되는 것이 바람직하다.
이어서, 임프린트 레진층(200)의 잔여층을 제거하는 공정을 수행할 수 있다. 잔여층은 본 발명의 일 실시예에 따라 임프린트 레진층의 패턴(210)이 목표로 한 바와 같이 형성되지 않은 영역, 불순물 등을 포함한다. 잔여층은 산소 플라즈마를 이용하여 제거할 수 있으며, Cl2, BCl3, SF6, CF4, CH4 등을 사용하는 플라즈마를 이용할 수도 있다. 예를 들어, 도 8을 참조하면, 도 8의 (a)과 같이 임프린트 레진층(200)의 표면이나 임프린트 레진층의 패턴(210)의 표면에 남아 있는 불순물(220)을 제거할 수 있고, 도 8의 (b)과 같이 임프린트 레진층(200이 두껍게 형성되었을 때 이를 식각하여 얇게 만들거나, 임프린트 레진층의 잔여 부분(230)을 제거할 수 있다.
또한, 도 9를 참조하면, 플라즈마를 이용하여 잔여층을 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 임프린트 레진층(200)의 표면을 식각하여 표면 거칠기를 조절할 수 있다. 특히, 산소 플라즈마는 임프린트 레진층(200)에 포함된 나노 입자(10)를 거의 식각하지 않고, 임프린트 레진층(200)의 고분자(단량체 레진이 경화된 상태 또는 열가소성 고분자 레진)만을 식각하기 때문에 도 9의 (b)와 같이 나노 입자(10)가 노출되어 표면 거칠기를 조절할 수 있다. 따라서, 고분자 몰드(300) 가압 공정 및 열처리 공정을 통해 임프린트 레진층의 패턴(210)이 목표로 한 표면 거칠기를 가지지 않는 경우 플라즈마 식각을 통해 임프린트 레진층(200)의 표면을 식각하여 용이하게 수정할 수 있으므로 공정시간과 비용을 절감할 수 있다.
상술한 공정을 완료하여 임프린트 레진을 희생층이 아닌 소자의 일부로 기능할 수 있는 패턴층으로 제조할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명은 열 개시제 또는 자외선 개시제가 첨가된 임프린트 레진을 사용하여 저온과 저압의 조건에서 나노 임프린트 기술을 수행함으로써 기판의 안정성을 증가시키고, 공정비용 및 공정시간을 감소할 수 있으며, 일반적으로 희생층으로 사용되는 임프린트 레진층이 소자의 일부로 존재하며 패턴의 기능을 수행하게 할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
1, 100: 기판
2: 금속층
3: 열가소성 고분자 레진
4: 몰드
10: 나노 입자
21: 패터닝된 금속층
31: 패터닝된 열가소성 고분자 레진
200: 임프린트 레진층
210, 211: 임프린트 레진층의 패턴
220: 불순물
230: 임프린트 레진층의 잔여 부분
300: 고분자 몰드
310: 고분자 몰드의 패턴

Claims (15)

  1. (a) 나노 입자가 분산된 용매를 제공하는 단계;
    (b) 상기 용매와 단량체 레진을 혼합하는 단계; 및
    (c) 상기 단량체 레진이 혼합된 용매에 자외선 개시제 또는 열 개시제 중 어느 하나를 첨가하는 단계
    를 포함하는 임프린트 레진의 제조방법.
  2. (a) 나노 입자가 분산된 용매를 제공하는 단계; 및
    (b) 상기 용매와 열가소성 고분자 레진을 혼합하는 단계
    를 포함하는 임프린트 레진의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 나노 입자는 ZnO, TiO2, Al2O3, SnO2 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 중에서 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 임프린트 레진의 제조방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 용매는 에탄올(ethanol), 부틸아세테이트(butyl acetate), 부틸글리콜(butyl glycol), 또는 PGMEA(Propylene glycol monomethyl ether acetate) 중에서 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 임프린트 레진의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단량체 레진은 BzMA(benzylmethacrylate)를 포함하는 것을 특징으로 하는 임프린트 레진의 제조방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 열가소성 고분자 레진은 PMMA(poly(methyl methacrylate)), PC(polycarbonate), PS(polystyrene) 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 임프린트 레진의 제조방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 자외선 개시제는 이르가큐어(IRGACURE) 184이고, 상기 열 개시제는 트라이고녹스(TRIGONOX) 21 LS인 것을 특징으로 하는 임프린트 레진의 제조방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 나노 입자의 분산량은 1 내지 30 wt%인 것을 특징으로 하는 임프린트 레진의 제조방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 자외선 개시제 또는 상기 열 개시제의 첨가량은 3 내지 5 wt%인 것을 특징으로 하는 임프린트 레진의 제조방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 용매에 분산된 나노 입자의 함량 또는 종류 중 어느 하나를 조절하여 상기 레진의 굴절률을 제어하는 것을 특징으로 하는 임프린트 레진의 제조방법.
  11. (a) 상부면에 레진이 코팅된 기판을 준비하는 단계;
    (b) 요철 패턴이 형성된 고분자 몰드를 준비하는 단계;
    (c) 상기 기판 상에 코팅된 레진과 상기 고분자 몰드를 접촉시킨 후 가압하여 상기 고분자 몰드의 패턴을 상기 레진에 전사하는 단계;
    (d) 상기 기판과 상기 고분자 몰드를 분리하는 단계; 및
    (e) 상기 기판을 열처리 하는 단계
    를 포함하며,
    상기 레진은 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 제조방법을 통하여 제조된 임프린트 레진인 것을 특징으로 하는 임프린팅 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    (b-1) 요철 패턴이 형성된 마스터 템플레이트를 준비하는 단계;
    (b-2) 상기 마스터 템플레이트의 요철 패턴이 형성된 면에 소수성 코팅을 하는 단계;
    (b-3) 상기 소수성 코팅 상에 고분자를 코팅하고 경화시키는 단계; 및
    (b-4) 상기 경화된 고분자를 분리하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 임프린팅 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 진공 분위기에서 수행하는 것을 특징으로 하는 임프린팅 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    (f) 상기 기판 상의 잔여층을 제거하는 단계를 더 포함하며,
    상기 잔여층은 산소 플라즈마를 이용하여 제거되는 것을 특징으로 하는 임프린팅 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 잔여층이 산소 플라즈마를 이용하여 제거되는 과정 중에 상기 패터닝된 레진의 표면 거칠기가 조절되는 것을 특징으로 하는 임프린팅 방법.
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