KR20130076329A - 나노 임프린트용 복제 몰드의 제조방법 및 나노 임프린트용 복제 몰드 - Google Patents

나노 임프린트용 복제 몰드의 제조방법 및 나노 임프린트용 복제 몰드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노 임프린트용 복제 몰드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 나노 패턴이 전사되는 대상인 고분자 물질로부터의 이형성이 향상된 나노 임프린트용 복제 몰드의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, (a) 마스터 기판에 양각과 음각의 나노 패턴을 형성하여 마스터 몰드를 제작하는 단계와, (b) 상기 마스터 몰드 상에 고분자 용액을 도포한 후 경화하여 역상의 나노 패턴이 형성된 고분자 몰드를 제조하는 단계와, (c) 상기 고분자 몰드를 상기 마스터 몰드에서 분리하는 단계와, (d) 상기 고분자 몰드의 역상의 나노 패턴 상에 금속 층을 형성하는 단계를 포함하는 나노 임프린트용 복제 몰드의 제조방법이 제공된다. 본 발명에 따른 나노 임프린트용 복제 몰드는 나노 패턴 상에 금속 층이 형성되어 있거나, 단독의 금속 박판체로 구성되어 있어 종래의 나노 임프린트용 몰드에 비해서 이형성이 우수하다. 따라서 고분자 물질에 전사된 나노 패턴의 품질이 우수하다.

Description

나노 임프린트용 복제 몰드의 제조방법 및 나노 임프린트용 복제 몰드{METHOD OF FORMING REPLICATION MOLD FOR NANOIMPRINT AND REPLICATION MOLD FOR NANOIMPRINT}
본 발명은 나노 임프린트용 복제 몰드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 나노 패턴이 전사되는 대상인 고분자 물질로부터의 이형성이 향상된 나노 임프린트용 복제 몰드의 제조 방법에 관한 것이다.
종래에는 나노 스케일의 패턴을 형성하는 방법으로 포토 리소그라피나 전자빔 리소그라피를 이용한 실리콘계 물질의 직접가공 방법이 사용되었다. 그러나 이러한 방법은 장비 의존적이며, 높은 공정 비용을 필요로 하며, 시간과 에너지 측면에서 효율이 낮다는 문제가 있었다.
이러한 문제를 극복하기 위해서, 낮은 비용으로 고해상도의 패턴을 얻을 수 있는 나노 임프린트 공정이 주목을 받고 있다. 나노 임프린트는 나노 스케일의 구조를 가지는 몰드를 제작한 후, 기판 위에 열이나 자외선에 의해서 경화되는 고분자 물질을 도포한 후, 상기 몰드를 기판을 향해서 눌러서 나노 스케일의 구조를 고분자 물질에 전사한 후, 열이나 자외선에 통해서 나노 패턴이 전사된 고분자 물질을 경화시켜서 나노 구조를 얻는 방법이다. 이후 에칭 공정을 통해서 고분자 물질의 나노 구조를 기판에 복제할 수 있으며, 이러한 방법을 나노 임프린트 리소그라피라 한다.
나노 임프린트 공정은 나노 스케일의 패턴이 형성된 몰드를 이용하여 고분자 물질에 나노 패턴을 전사한 후, 몰드를 고분자 물질에서 분리하는 이형 과정을 거치게 된다. 이형 과정에서 고분자 물질을 손상시키지 않고 몰드를 고분자 물질에서 분리하기 위해서는 고분자 물질을 경화하는 과정에서 몰드와 고분자 물질 사이의 응착이 최소화되어야 하며, 이형 과정에서 몰드와 고분자 물질 사이의 마찰력도 작아야 한다. 이형이 잘되지 않으면, 이형 과정에서 고분자 물질이 손상되어, 고분자 패턴에 전사된 나노 패턴의 품질이 크게 떨어진다. 다시 말해서, 몰드의 패턴이 고분자 물질에 전사된 후 이형이 잘 이루어져야 나노 임프린트 공정의 생산성이 향상된다.
나노 임프린트에 사용되는 몰드는 폴리디메틸실옥산(PDMS)와 같은 소프트한 탄성중합체 물질 또는 석영, 유리 및 실리콘과 같은 단단한 물질들로 제작되어 왔다.
나노 임프린트 리소그라피에 사용되는 몰드의 재료 중 폴리디메틸실옥산(PDMS)와 같은 소프트한 탄성중합체 물질은 유동성이 있어서, 쪼개짐이 없이 마스터 몰드로부터 쉽게 방출되어 복제가 용이하며, 여러 임프린팅 단계를 견딜 수 있다는 장점이 있다.
그러나 이형성 측면에서는 다음과 같은 문제가 있다. 폴리디메틸실옥산(PDMS)와 같은 탄성 중합체는 대부분 유기용매에 노출될 경우 팽창한다. 따라서 인프린트 과정에서 고분자 용액의 용매가 몰드로 침투하여 몰드가 팽창하고, 이로 인해 이형에 문제가 생길 수 있다.
석영, 유리 및 실리콘과 같은 단단한 물질들은 모듈러스 및 팽창 저항성에 있어서 폴리디메틸실옥산(PDMS)보다 뛰어나지만 유동성(flexibility)이 결여된다. 유동성의 결여는 기판으로부터의 이형을 위한 힘의 고른 분배를 방해하여 분리과정 동안 몰드 또는 복제된 패턴에서의 결함을 유발한다.
또한, 이형성 측면에서 석영, 유리 및 실리콘과 같은 세라믹 하드 몰드는 표면에너지가 높고, 다른 물질과의 계면 에너지가 낮아서 이형성이 떨어진다. 이러한 점을 보완하기 위해서 하드 몰드의 표면을 플루오르화 처리하기도 한다.
본 발명은 상술한 종래의 나노 임프린트용 몰드의 이형성이 떨어진다는 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 이형성이 우수한 나노 임프린트용 복제 몰드의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 임프린트용 복제 몰드의 제조방법은 (a) 마스터 기판에 양각과 음각의 나노 패턴을 형성하여 마스터 몰드를 제작하는 단계와, (b) 상기 마스터 몰드 상에 고분자 용액을 도포한 후 경화하여 역상의 나노 패턴이 형성된 고분자 몰드를 제조하는 단계와, (c) 상기 고분자 몰드를 상기 마스터 몰드에서 분리하는 단계와, (d) 상기 고분자 몰드의 역상의 나노 패턴 상에 금속 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 나노 임프린트용 복제 몰드의 제조방법은 (e) 역상의 나노 패턴 상에 금속 층이 형성된 상기 고분자 몰드 상에 고분자 용액을 도포한 후 경화하여 마스터 기판의 나노 패턴과 동일한 나노 패턴이 형성된 제2고분자 몰드를 제조하는 단계와, (f) 상기 제2고분자 몰드를 상기 고분자 몰드에서 분리하는 단계와, (g) 상기 제2고분자 몰드의 나노 패턴 상에 금속 층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노 임프린트용 복제 몰드의 제조방법은 (a) 마스터 기판에 양각과 음각의 나노 패턴을 형성하여 마스터 몰드를 제작하는 단계와, (b) 상기 마스터 몰드 상에 고분자 용액을 도포한 후 경화하여 역상의 나노 패턴이 형성된 고분자 몰드를 제조하는 단계와, (c) 상기 고분자 몰드를 상기 마스터 몰드에서 분리하는 단계와, (d) 상기 고분자 몰드의 역상의 나노 패턴 상에 금속 층을 형성하는 단계와, (e) 상기 금속 층 위에 도금 층을 형성하는 단계와, (f) 상기 금속 층 및 도금 층을 상기 고분자 몰드에서 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 나노 임프린트용 복제 몰드의 제조방법은 (a) 마스터 기판에 양각과 음각의 나노 패턴을 형성하여 마스터 몰드를 제작하는 단계와, (b) 상기 마스터 몰드 상에 고분자 용액을 도포한 후 경화하여 역상의 나노 패턴이 형성된 고분자 몰드를 제조하는 단계와, (c) 상기 고분자 몰드를 상기 마스터 몰드에서 분리하는 단계와, (d) 상기 고분자 몰드의 역상의 나노 패턴 상에 금속 층을 형성하는 단계와, (e) 역상의 나노 패턴 상에 금속 층이 형성된 상기 고분자 몰드 상에 고분자 용액을 도포한 후 경화하여 마스터 기판의 나노 패턴과 동일한 나노 패턴이 형성된 제2고분자 몰드를 제조하는 단계와, (f) 상기 제2고분자 몰드를 상기 고분자 몰드에서 분리하는 단계와, (g) 상기 제2고분자 몰드의 나노 패턴 상에 금속 층을 형성하는 단계와, (h) 상기 제2고분자 몰드의 금속 층 위에 도금 층을 형성하는 단계와, (i) 상기 금속 층 및 도금 층을 상기 제2고분자 몰드에서 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 양각과 음각의 나노 패턴을 형성되어 있는 고분자 물질 및 상기 고분자 물질의 나노 패턴 위에 형성된 금속 층을 포함하는 나노 임프린트용 복제 몰드가 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 나노 임프린트용 복제 몰드는 나노 패턴 상에 금속 층이 형성되어 있거나, 단독의 금속 박판체로 구성되어 있어 종래의 나노 임프린트용 몰드에 비해서 이형성이 우수하다. 따라서 고분자 물질에 전사된 나노 패턴의 품질이 우수하다.
본 발명에 따른 금속 재질의 복제 몰드의 경우에는 모듈러스 및 팽창 저항성에 있어서 폴리디메틸실옥산(PDMS)와 같은 고분자 몰드에 비해서 뛰어나며, 유동성에 있어서, 석영, 유리 및 실리콘과 같은 단단한 물질로 이루어진 몰드에 비해서 뛰어나다. 또한, 고분자 물질과의 계면 에너지도 상대적으로 높기 때문에 이형성도 우수하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 복제 고분자 몰드의 제조방법 중 마스터 몰드 제조단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복제 고분자 몰드의 제조방법 중 마스터 몰드를 이용하여 복제 고분자 몰드를 제조하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복제 금속 몰드의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 (a)는 실리콘 마스터 몰드의 전자현미경 사진이다.
도 4의 (b)는 실리콘 마스터 몰드에서 분리된 폴리우레탄 몰드의 전자현미경 사진이다.
도 4의 (c)는 1차 복제 고분자 몰드에서 분리된 폴리우레탄 몰드의 전자현미경 사진이다.
도 5의 (a)는 실리콘 마스터 몰드의 전자현미경 사진이다.
도 5의 (b)는 실리콘 마스터 몰드에서 분리된 폴리디메틸실옥산 몰드의 전자현미경 사진이다.
도 5의 (c)는 1차 복제 고분자 몰드에서 분리된 폴리디메틸실옥산 몰드의 전자현미경 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대해서 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 나노 임프린트용 복제 고분자 몰드의 제조방법은 마스터 몰드를 제작하는 단계, 고분자 몰드를 제작하는 단계, 고분자 몰드를 마스터 몰드에서 분리하는 단계 및 고분자 몰드의 나노 패턴 상에 금속 층을 형성하는 단계를 포함한다.
마스터 몰드의 제작은 일반적인 포토 리소그라피 공정이나 전자빔 리소그라피 공정에 의해서 이루어진다. 포토 리소그라피 공정을 예로 들어서 설명한다.
먼저, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 기판(1)을 세척한 후 기판(1) 위에 반사 방지막(Bottom anti-reflective coating, BARC, 2)을 형성한다. 기판(1)으로는 실리콘, 유리, 석영 등 단단한 재질의 것이 이용될 수 있다. 반사 방지막(2)은 미세한 패턴 형성을 위한 것이다. 반사 방지막(2)은 포토 레지스트 층 아래에 형성하는 BARC(Bottom anti-reflective coating)와 포토 레지스트 층 위에 형성하는 TARC(Top anti-reflective coating)가 있다.
다음, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 반사 방지막(2) 위에 포토 레지스트(3) 층을 형성한다. 포토 레지스트(3) 층은 스핀 코터를 이용한 회전 도포법 등의 방법으로 형성할 수 있다.
다음, 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이, 포토 리소그래피 공정을 통해서 포토 레지스트 층에 나노 패턴(4)을 형성한다.
다음, 도 1의 (d)에 도시된 바와 같이, 건식 또는 습식 에칭을 통해서 반사 방지막(2)과 기판(1)을 에칭하여, 마스터 몰드(5)를 제작한다.
다음으로, 고분자 몰드를 제작하는 단계에 대해서 설명한다.
우선, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 제작이 완료된 마스터 몰드(5)의 표면에 고분자 용액(6)을 떨어뜨린 후 지지 기판(7)으로 마스터 몰드(5)의 표면을 덮는다. 고분자 용액(6)은 폴리우레탄(PU) 계 또는 폴리디메틸실옥산(PDMS) 계 용액을 사용할 수 있다. 지지 기판(7)으로는 폴리카보네트(PC), 폴리디메틸실옥산(PDMS) 등 고분자 물질 또는 실리콘, 석영, 유리와 같은 단단한 재질의 기판을 사용할 수 있다.
다음, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 지지기판(7)에 압력을 가한다. 지지기판(7)에 압력을 가하는 방법으로는 고무 롤러를 이용해서 지지 기판(7)을 문지르는 방법과 가스를 이용하여 압력을 가하는 방법 등이 있다.
지지기판으로 폴리디메틸실옥산(PDMS)을 사용하는 경우에는 먼저 마스터 몰드의 표면에 도포된 고분자 용액을 경화시킨 후 경화된 고분자 물질 위에 폴리디메틸실옥산(PDMS)를 다시 도포한 후 경화하는 방법으로 지지기판을 형성할 수도 있다.
이 경우 65℃~75℃, 2시간~24시간 동안 경화하는 것이 바람직하다. 2시간 미만에서는 PDMS가 완벽하게 경화되지 않는다. 24시간 초과에서는 마스터 몰드와 고분자 몰드가 서로 붙어서 분리하기 어렵다.
다음, 고분자 용액(6)을 경화시킨다. 고분자 용액(6)을 경화시키는 방법으로는 열을 가하는 방법과 자외선을 조사하는 방법이 있다.
자외선 경화형 폴리우레탄(PU) 용액을 자외선을 조사하여 경화하는 경우에는 자외선 조사량이 670~863 mJ/㎠ 인 것이 바람직하다. 예를 들어, 19.16 ㎽/㎠의 에너지 레벨로 조사하는 경우 35초~45초 정도 조사한다. 670 mJ/㎠ 미만인 경우에는 완벽하게 경화되지 않기 때문에 고분자 몰드 사이사이에 경화되지 않은 폴리우레탄 용액이 남는다. 863 mJ/㎠ 초과의 경우에는 필요 이상의 자외선이 조사되기 때문에 폴리우레탄 재료 자체의 손상이 있을 수 있으며, 마스터 몰드와 폴리우레탄 몰드의 분리가 어렵다는 문제가 있다.
열경화성 폴리디메틸실옥산(PDMS) 용액을 열을 이용하여 경화하는 경우에는 65℃~75℃에서 20분~40분 동안 경화하는 것이 바람직하다. 20분 이하에서는 완벽하게 경화되지 않기 때문에 고분자 몰드에 경화되지 않은 폴리디메틸실옥산(PDMS) 용액이 남아 있다. 40분 이상에서는 고분자 몰드가 과도하게 수축하여 변형이 일어난다.
다음, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 경화된 고분자 몰드(8)와 지지 기판(7)을 마스터 몰드(5)에서 분리한다.
다음으로, 도 2의 (d)에 도시된 바와 같이, 마스터 몰드에서 분리된 고분자 몰드(8)의 나노 패턴 상에 전자빔이나 스퍼터를 이용하여 금속 층(9)을 형성함으로써 복제 고분자 몰드(10)을 완성한다. 금속 층(9)은 복제 고분자 몰드(10)와 나노 임프린트를 통해서 나노 패턴이 전사되는 대상인 고분자 물질 사이의 계면 에너지를 높여 이형성을 향상시키기 위한 것이다. 표 1은 백금(pt)층의 두께에 따른 백금 층과 폴리우레탄 사이의 계면 에너지를 나타낸다. 백금층이 형성되지 않은 경우에는 이론적으로 계면 에너지가 0에 가깝다.
백금층의 두께(㎚) 계면 에너지(mJ/㎡)
15 1.765
20 1.966
25 1.97
30 1.972
나노 패턴의 형상에 따라서 차이가 있으나, 표 1에서 알 수 있듯이, 금속 층의 두께는 15㎚ 내지 20㎚ 두께인 것이 바람직하다. 금속 층은 Au, Ni, Cu, Al, Zn, Fe, Co, W, Sn, P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함한다.
필요한 경우에는 복제 고분자 몰드를 이용하여 다시 2차 복제 고분자 몰드를 제조할 수 있다. 2차 복제 고분자 몰드를 제조하는 방법은, 마스터 몰드 대신에 금속 층이 형성되어 있는 복제 고분자 몰드를 사용한다는 점 이외에는 상술한 복제 고분자 몰드를 제조하는 방법과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다. 2차 복제 고분자 몰드는 마스터 몰드와 동일한 형태의 나노 패턴이 형성되어 있다는 점에서, 역상의 나노 패턴이 형성된 복제 고분자 몰드와 차이가 있다. 필요한 경우에는 2차 복제 고분자 몰드를 이용하여 또다시 복제 고분자 몰드를 제조할 수도 있다.
이하에서는 복제 금속 몰드의 제조 방법에 대해서 설명한다.
본 발명에 따른 나노 임프린트용 복제 금속 몰드의 제조방법은 마스터 몰드를 제작하는 단계, 고분자 몰드를 제작하는 단계, 고분자 몰드를 마스터 몰드에서 분리하는 단계, 고분자 몰드를 기판에 고정하는 단계, 고분자 몰드의 나노 패턴 상에 금속 층을 형성하는 단계, 금속 층 위에 도금 층을 형성하는 단계 및 금속 층 및 도금 층을 고분자 몰드에서 분리하는 단계를 포함한다.
고분자 몰드를 마스터 몰드에서 분리하는 단계까지는 상술한 복제 고분자 몰드의 제조 방법과 동일하므로, 이후 단계에 대해서만 설명한다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 기판(11) 위에 자외선 경화성 접착제 층(12)을 코팅한 후 그 위에 지지 기판(7)과 결합된 고분자 몰드(8)를 올려놓고, 자외선 경화하여 지지 기판(7)과 결합된 고분자 몰드(8)를 기판(11) 위에 고정한다. 자외선 조사량은 2870~3450 mJ/㎠ 인 것이 바람직하다. 예를 들어, 19.16 ㎽/㎠의 에너지 레벨로 조사하는 경우 150초~180초 정도 조사한다. 2870 mJ/㎠ 미만인 경우에는 자외선 경화성 접착제가 경화되지 않으며, 3450 mJ/㎠ 초과의 경우에는 필요 이상의 자외선이 조사되기 때문에 자외선 경화성 접착제 자체의 손상이 있을 수 있다.
다음, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 고분자 몰드(8)의 나노 패턴 상에 전자빔 이베퍼레이터(evaporator), 스퍼터 등의 진공증착장비를 이용하여 금속 층(13)을 형성한다. 금속 층(13)은 도금을 위한 시드 층(Seed layer)으로 작용한다. 도 2의 (d)의 금속 층은 이형성을 향상시키기 위한 것으로서 본 금속 층과는 역할에 차이가 있다. 이러한 차이로 인해 도 3의 (b)에 도시된 금속 층은 수천 Å정도로, 도 2의 (d)의 금속 층에 비해서 두께가 얇다.
다음, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 금속 층(13) 위에 도금 층(14)을 형성한다. 도금 층(14)은 Au, Ni, Cu, Al, Zn, Fe, Co, W, Sn, P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함한다. 도금 층(14)은 전해 도금, 무전해 도금 등의 도금 방법에 의해서 형성한다.
다음, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 금속 층(13) 및 도금 층(14)을 고분자 몰드(8)에서 분리하여, 복제 금속 몰드(20)을 완성한다.
위에서는 마스터 몰드에서 바로 복제된 복제 고분자 몰드를 이용하여 복제 금속 몰드를 제조하는 것으로 설명하였으나, 2차 복제 고분자 몰드를 이용하여 복제 금속 몰드를 제조하는 것도 가능하다. 이 경우에는 마스터 몰드와 역상의 나노 패턴이 형성된 복제 금속 몰드를 제조할 수 있다.
이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.
<실시예 1>
실리콘 마스터 몰드의 제조방법
8인치 실리콘 웨이퍼 상에 반사 방지막(Bottom anti-reflective coating, BARC)(K-131, Dongjin Semichem)을 580Å의 두께로 코팅하고, 포토레지스트(LX-429, Dongjin Semichem)를 0.4㎛의 두께로 코팅하였다. KrF 레이저 스캐너(NSR-S203B, Nikon)을 이용하여 나노 패턴을 가진 UV 레티클(Reticle)을 통해 노광하였다. 이어서 노광된 기판을 현상기(DPD 200, Dongjin Semichem)에서 60초 동안 현상한 후 실리콘 에칭기(TCP9400, Lam)를 이용하여 7mtorr의 진공도를 유지하면서, 반사 방지막의 에칭을 수행하였다. 다음 17mtorr의 진공도를 유지하면서, 실리콘 에칭을 수행하여, 300㎚~800㎚의 폭과 300㎚~2400㎚의 깊이를 가지는 다수의 홈을 실리콘 웨이퍼 상에 형성하였다. 도 4의 (a)는 실리콘 마스터 몰드를 나타낸 전자현미경 사진이다.
1차 복제 고분자 몰드의 제조방법
폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 필름을 플라스마 세정기(Yes-G5OO, Yield Engineering Systems. Inc)를 이용해서 산소 플라스마 처리를 한 후, 초순수(deionized water)를 이용하여 세정하고, 질소가스를 이용하여 건조하였다. 실리콘 마스터 몰드의 표면 중앙에 폴리우레탄 용액(MINS-311RM, Minuta tech)을 세 방울 정도 떨어뜨리고, 준비된 폴리카보네이트 필름을 실리콘 마스터 몰드 위에 덮었다. 그리고 실리콘 고무 롤러를 이용하여 문질렀다. 그런 다음 자외선 얼라이너(EVG-R60, EVGroup)을 이용하여 폴리우레탄 용액을 19.16 ㎽/㎠의 에너지 레벨로 35초 동안 자외선 경화시킨 후 실리콘 마스터 몰드에서 폴리우레탄과 폴리카보네니트 필름을 분리하였다. 도 4의 (b)는 실리콘 마스터 몰드에서 분리된 폴리우레탄 몰드를 나타낸 전자현미경 사진이다.
다음, 1차 고분자 몰드(폴리우레탄 몰드)의 나노구조가 형성된 쪽 면에 RF스퍼터를 이용하여 백금층을 코팅하였다. 백금층의 두께는 나노구조의 형상에 따라서 다르나 대략 15㎚~20㎚의 두께로 형성하여 1차 복제 고분자 몰드를 완성하였다. 백금층은 1차 복제 고분자 몰드의 이형성을 향상시키기 위해서 형성한다. 이러한 방법으로 실리콘 마스터 몰드의 나노구조와 역상인 나노구조가 구현된 1차 복제 고분자 몰드를 얻었다.
2차 복제 고분자 몰드의 제조방법
1차 복제 고분자 몰드의 제조방법과 동일한 방법으로 폴리카보네이트 필름을 처리한다. 이어서 1차 복제 고분자 몰드의 표면 중앙에 폴리우레탄 용액 세 방울 정도를 떨어뜨리고, 폴리카보네이트 필름을 1차 복제 고분자 몰드 위에 기포가 생기지 않도록 올려놓는다. 그리고 폴리카보네이트 필름 위에 투명한 8인치 유리 웨이퍼를 올려놓은 상태로 자외선 얼라이너를 이용하여 폴리우레탄 용액을 19.16 ㎽/㎠의 에너지 레벨로 35초 동안 자외선 경화하였다. 그리고 1차 복제 고분자 몰드로부터 폴리우레탄과 폴리카보네이트 필름을 분리한 후 나노구조가 형성된 쪽 면에 RF스퍼터를 이용하여 백금층을 코팅함으로써, 실리콘 마스터 몰드와 동일한 나노 구조가 구현된 2차 복제 고분자 몰드를 얻었다. 도 4의 (c)는 1차 복제 고분자 몰드에서 분리된 폴리우레탄의 몰드의 전자현미경 사진이다.
<실시예 2>
1차 복제 고분자 몰드의 제조방법
실시예 1과 동일한 방법으로 제조한 실리콘 마스터 몰드에 나노구조가 형성된 쪽 면에 RF스퍼터를 이용하여 백금층을 코팅하였다. 1차 복제 고분자 몰드를 마스터 몰드로부터 용이하게 분리하기 위함이다.
우선, 고경도 PDMS 용액과 PDMS 용액의 제조방법에 대해서 설명한다. 고경도 PDMS는 일반 PDMS보다 경도가 높은 PDMS를 의미한다.
먼저, 고경도 PDMS 용액의 제조방법에 대해서 설명한다. 2.5g:2 방울: 1 방울의 비율로 VDT-731 공중합체(Vinylmethylsiloxane-Dimethysiloxane Copolymer, Trimethylsiloxy Terminated, Gelest inc)와 백금 촉매(Platium-1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyl-disiloxane-complex, Karstedt catalyst in Xylene, JSI silicon corp)와 모노머(2,4,6,8-Tetramethyl-2,4,6,8-tetravinylcycloterasiloxane, Sigma Aldrich corp)를 섞어서 제조한 고경도 PDMS(modifypolydimethysiloxane) 용액을 1회용 용기에 담고, 유리막대를 이용해 약 1분 동안 혼합하였다. 이어서 혼합된 액상의 고경도 PDMS를 진공 오븐을 이용하여 상온에서 약 5분 동안 공기를 제거하였다. 그 이후에 액상의 고경도 PDMS에 다시 1g의 HMS-301 공중합체(Methylhvdrosiloxane-Dimethylsiloxane Copolymer, Trimethylsiloxane Terminated, Gelest Inc)을 혼합하여 고경도 PDMS 용액을 준비하였다.
다음, PDMS 용액의 제조방법에 대해서 설명한다. 1회용 용기에 10:1의 질량비로 베이스(Sylgard 184 elastomer base)와 경화제(Sylgard 184 elastomer curing agent)를 섞어서 제조한 PDMS(polydimethysiloxane, Dow Corning) 용액을 유리막대기를 이용하여 혼합하였다. 이어서 진공 오븐(OV-12, JEIO Tech)을 이용하여 혼합된 PDMS 용액에서 기포를 제거하였다. 기포가 제거된 PDMS 용액을 페트리 접시에 부었다.
스핀 코터(ACE-1020, Dong Ah Trade corp)의 척 위에 실리콘 마스터 몰드를 올리고, 그 위에 준비된 고경도 PDMS 용액 0.3㎖를 부었다. 그리고 500rpm에서 5초 동안, 이어서 800rpm에서 60초 동안 고경도 PDMS 용액을 스핀 코팅하였다. 이어서 실리콘 마스터 몰드를 오븐(LDO-150F, LabTech)에서 70℃, 30분간 경화한 후 고경도 PDMS가 코팅된 실리콘 마스터 몰드를 페트리 접시(Petri dish)의 중앙에 올려놓고, 준비된 PDMS를 부었다. 다시 오븐에서 70℃, 2시간 경화한 후, 페트리 접시의 안쪽 지름을 따라 커터를 이용하여 PDMS를 절단하고, 실리콘 마스터 몰드에서 고경도 PDMS와 PDMS를 분리하여 1차 고분자 몰드를 제조하였다. 도 5의 (b)는 실리콘 마스터 몰드에서 분리된 PDMS 몰드의 전자현미경 사진이다.
다음, 1차 고분자 몰드의 나노구조가 형성된 쪽 면에 RF스퍼터를 이용하여 백금층을 코팅하여 1차 복제 고분자 몰드를 완성하였다. 백금층은 1차 복제 고분자 몰드의 이형성을 향상시키기 위해서 형성한다.
2차 복제 고분자 몰드의 제조방법
1차 복제 고분자 몰드에 스핀 코팅을 통해서 고경도 PDMS 용액을 스핀 코팅한 후 경화한 후 고경도 PDMS가 코팅된 1차 복제 고분자 몰드를 페트리 접시에 올려놓고, PDMS를 부었다. 그리고 오븐에서 경화한 후 커터를 이용하여 PDMS를 절단하고, 1차 복제 고분자 몰드에서 고경도 PDMS와 PDMS를 분리하여 2차 복제 고분자 몰드를 제조하였다. 도 5의 (c)는 1차 복제 고분자 몰드에서 분리된 폴리디메틸실옥산 몰드의 전자현미경 사진이다.
다음, 2차 복제 고분자 몰드의 나노구조가 형성된 쪽 면에 RF스퍼터를 이용하여 백금층을 코팅하였다. 백금층은 2차 복제 고분자 몰드의 이형성을 향상시키기 위해서 형성한다.
<실시예 3>
1차 복제 금속 몰드의 제조방법
스핀 코터(LSM-250, sawatec)를 이용하여 3000rpm에 30초 동안 자외선 경화성 접착층(UV bond)을 8인치 실리콘 웨이퍼에 코팅을 하였다. 자외선 경화성 접착층 위에 실시예 1의 2차 고분자 몰드를 정렬하여 배치한 후, 8인치 유리 웨이퍼를 올려놓은 상태에서 자외선 얼라이너(UV tilt aligner)를 이용하여 19.16㎽/㎠의 에너지 레벨로 3분 동안 자외선 경화성 접착층을 경화하였다. 그러고 나서 450W의 에너지 레벨로 산소 분위기에서, 1분 동안 산소 플라스마에 노출시켰다. 전자빔 증착기(KVE & T-C500200, Korea vacuum tech)를 이용하여 초당 4Å의 증착 속도로 니켈을 총 12분 동안 증착하여 2000Å의 시드 층(Seed layer)를 형성하였다. 이어서 전기도금 장치(EP2000, Sambang ENG)를 이용해 시드 층 위에 니켈 도금 층을 형성하였다. 도금은 직류 100㎃로 90분, 직류 200㎃로 60분, 직류 400㎃로 60분, 지류 800㎃로 60분, 직류 1400㎃로 90분, 직류 9000㎃로 7시간의 프로파일로 니켈 도금액(Sulfamic aicd, C&C tech)내에서 진행되었다.
그리고 금속 층과 도금 층을 2차 고분자 몰드에서 분리하여 두께 200㎛의 1차 복제 금속 몰드를 제작하였다.
2차 복제 금속 몰드의 제조방법
2차 복제 금속 몰드는 1차 복제 금속 몰드와 동일한 방법으로 제작되었다. 단, 실시예 1의 1차 고분자 몰드를 사용하였기 때문에 실시예 1의 실리콘 마스터 몰드와 동일한 형태의 나노 패턴이 형성된 금속 복제 몰드가 제작되었다.
1: 기판 2: 반사 방지막
3: 포토레지스트 5: 마스터 몰드
6: 고분자 용액 7: 지지 기판
8: 고분자 몰드 9: 금속 층
10: 복제 고분자 몰드 11: 기판
12: 자외선 경화성 접착제 13: 금속 층
14: 도금 층 20: 복제 금속 몰드

Claims (16)

  1. (a) 마스터 기판에 양각과 음각의 나노 패턴을 형성하여 마스터 몰드를 제작하는 단계와,
    (b) 상기 마스터 몰드 상에 고분자 용액을 도포한 후 경화하여 역상의 나노 패턴이 형성된 고분자 몰드를 제조하는 단계와,
    (c) 상기 고분자 몰드를 상기 마스터 몰드에서 분리하는 단계와,
    (d) 상기 고분자 몰드의 역상의 나노 패턴 상에 금속 층을 형성하는 단계를 포함하는 나노 임프린트용 복제 몰드의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 층은, Au, Ni, Cu, Al, Zn, Fe, Co, W, Sn, P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 나노 임프린트용 복제 몰드의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 용액은 폴리우레탄(Poly urethane, PU)계 또는 폴리디메틸실옥산(Polydimethylsiloxane, PDMS)계 고분자 용액인 나노 임프린트용 복제 몰드의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 마스터 몰드 상에 고분자 용액을 도포하는 단계와,
    도포된 상기 고분자 용액 위에 지지 기판을 올려놓는 단계와,
    상기 고분자 용액을 경화하는 단계를 포함하는 나노 임프린트용 복제 몰드의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 용액은 자외선 경화성 폴리우레탄(Poly urethane, PU)계 고분자 용액이며, 상기 고분자 용액을 경화하는 단계는 자외선을 조사하는 단계로서, 자외선 조사량이 670~863 mJ/㎠인 나노 임프린트용 복제 몰드의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 용액은 열경화성 폴리디메틸실옥산(polydimethylsiloxane, PDMS)계 고분자 용액이며, 상기 고분자 용액을 경화하는 단계는 65~75℃에서 20분~40분 동안 경화하는 단계인 나노 임프린트용 복제 몰드의 제조방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 지지 기판은
    폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 계, 폴리디메틸실옥산(polydimethylsiloxane, PDMS)계 고분자, 실리콘, 또는 유리 기판인 나노 임프린트용 복제 몰드의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    (e) 역상의 나노 패턴 상에 금속 층이 형성된 상기 고분자 몰드 상에 고분자 용액을 도포한 후 경화하여 마스터 기판의 나노 패턴과 동일한 나노 패턴이 형성된 제2고분자 몰드를 제조하는 단계와,
    (f) 상기 제2고분자 몰드를 상기 고분자 몰드에서 분리하는 단계와,
    (g) 상기 제2고분자 몰드의 나노 패턴 상에 금속 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 나노 임프린트용 복제 몰드의 제조방법.
  9. (a) 마스터 기판에 양각과 음각의 나노 패턴을 형성하여 마스터 몰드를 제작하는 단계와,
    (b) 상기 마스터 몰드 상에 고분자 용액을 도포한 후 경화하여 역상의 나노 패턴이 형성된 고분자 몰드를 제조하는 단계와,
    (c) 상기 고분자 몰드를 상기 마스터 몰드에서 분리하는 단계와,
    (d) 상기 고분자 몰드의 역상의 나노 패턴 상에 금속 층을 형성하는 단계와,
    (e) 상기 금속 층 위에 도금 층을 형성하는 단계와,
    (f) 상기 금속 층 및 도금 층을 상기 고분자 몰드에서 분리하는 단계를 포함하는 나노 임프린트용 복제 몰드의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 (d)단계는, 기판에 자외선 경화성 접착제를 도포하는 단계와,
    상기 경화성 접착제 위에 상기 고분자 몰드를 배치하는 단계와,
    상기 자외선 경화성 접착제를 경화하는 단계를 더 포함하는 나노 임프린트용 복제 몰드의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 자외선 경화성 접착제를 경화하는 단계는 자외선을 조사하는 단계로서 자외선 조사량이 2870~3450 mJ/㎠ 인 나노 임프린트용 복제 몰드의 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 금속 층은, Au, Ni, Cu, Al, Zn, Fe, Co, W, Sn, P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 나노 임프린트용 복제 몰드의 제조방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 도금 층은, Au, Ni, Cu, Al, Zn, Fe, Co, W, Sn, P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 나노 임프린트용 복제 몰드의 제조방법.
  14. (a) 마스터 기판에 양각과 음각의 나노 패턴을 형성하여 마스터 몰드를 제작하는 단계와,
    (b) 상기 마스터 몰드 상에 고분자 용액을 도포한 후 경화하여 역상의 나노 패턴이 형성된 고분자 몰드를 제조하는 단계와,
    (c) 상기 고분자 몰드를 상기 마스터 몰드에서 분리하는 단계와,
    (d) 상기 고분자 몰드의 역상의 나노 패턴 상에 금속 층을 형성하는 단계와,
    (e) 역상의 나노 패턴 상에 금속 층이 형성된 상기 고분자 몰드 상에 고분자 용액을 도포한 후 경화하여 마스터 기판의 나노 패턴과 동일한 나노 패턴이 형성된 제2고분자 몰드를 제조하는 단계와,
    (f) 상기 제2고분자 몰드를 상기 고분자 몰드에서 분리하는 단계와,
    (g) 상기 제2고분자 몰드의 나노 패턴 상에 금속 층을 형성하는 단계와,
    (h) 상기 제2고분자 몰드의 금속 층 위에 도금 층을 형성하는 단계와,
    (i) 상기 금속 층 및 도금 층을 상기 제2고분자 몰드에서 분리하는 단계를 포함하는 나노 임프린트용 복제 몰드의 제조방법.
  15. 양각과 음각의 나노 패턴을 형성되어 있는 고분자 물질 및 상기 고분자 물질의 나노 패턴 위에 형성된 금속 층을 포함하는 나노 임프린트용 복제 몰드.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 금속 층은, Au, Ni, Cu, Al, Zn, Fe, Co, W, Sn, P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 나노 임프린트용 복제 몰드.
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