KR20140110397A - 역 임프린트 방식을 이용한 패터닝 방법 - Google Patents

역 임프린트 방식을 이용한 패터닝 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 역 임프린트 방식을 이용한 패터닝 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 패터닝 방법은 미세 패터닝 공정을 단순하고 효과적으로 수행할 수 있으며, 전사된 패턴에 잔류층이 남지 않아 잔류층을 제거하기 위한 후속 공정의 수행없이 기판에 패터닝할 수 있는 효과가 있다.

Description

역 임프린트 방식을 이용한 패터닝 방법{Patterning method using reversal imprint process}
본 발명은 역 임프린트 방식을 이용한 패터닝 방법에 관한 것이다.
일반적으로 임프린트 리소그라피법에서 기판 위에 미세 조형물 및 패턴을 얻고자 기판 상에 UV 경화성 또는 열가소성 수지를 도포하고 몰드에 의한 가압, 경화 등의 공정을 거치는데, 이와 같은 공정 후 패터닝된 수지 하부에는 항상 경화수지의 잔류층 (residual layer)이 남게 된다.
만약 임프린팅 결과인 경화수지의 미세조형물이 최종 목표조형물이 아니며, 이를 마스크로 이용해 기판에 제2의 물질로서 추가패터닝 작업이 필요한 경우, 잔류층 제거를 위한 후속공정으로 산소플라즈마 에칭(plasma etching) 등 건식 식각 공정이 요구된다. 이때 건식 식각 공정 시 임프린팅 결과인 경화수지 패턴조형물 역시 동시에 식각되므로 경화수지 패턴크기를 변화시키고 패턴의 수직성을 저하시켜 곧 이어질 증착/lift-off 공정의 효과적인 수행을 저해하게 된다. 이를 방지하기 위해 경화수지 도포 전 하부에 희생층을 도포하는 방법 또는 무기물질을 경사증착하여 경화수지 조형물 상단부를 보호하는 방법을 사용하는데, 이들 공정으로 인해 전체 패터닝 공정이 복잡해지고 오래 걸린다는 문제점이 있다.
따라서 건식 식각 공정 등 추가 공정 없이 미세패터닝을 할 수 있는 방법에 대한 개발의 필요성이 절실히 요구되고 있다.
본 발명자들은 단순하고 효과적인 미세 패터닝 방법에 대해서 연구하던 중, 기판이 아닌 임프린트 몰드에 먼저 저점도 수지를 도포한 후 이를 기판에 접촉 / 가압을 하고 자외선 또는 열을 가하여 경화된 수지 패턴을 기판에 전이시키면 전사된 패턴에 잔류층이 남지 않아 후속 공정의 필요 없이 간편히 패터닝이 가능함을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 역 임프린트 방식을 이용한 패터닝 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 임프린트 몰드에 수지를 도포하고 기판에 가압한 후, 자외선 및 열을 가하여 경화성 수지를 기판에 전이시키는 방법을 이용하여 단순하고 효과적인 공정을 이용한 패터닝 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 패터닝 방법은 미세 패터닝 공정을 단순하고 효과적으로 수행할 수 있으며, 전사된 패턴에 잔류층이 남지 않아 잔류층을 제거하기 위한 후속 공정의 수행없이 기판에 패터닝할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 패터닝 방법에 대한 개략도이다.
도 2는 필름 형태의 복제 몰드를 이용하여 역 임프린트 공정을 진행한 후, 실리콘 웨이퍼의 사진을 나타낸 도이다[(a): 150nm hole type, (b): 150nm L/S(line/space)]
도 3은 150nm pillar type 몰드를 이용하여 역 임프린트 공정을 진행 후, 실리콘 기판 위에 형성된 UV 경화성 수지 패턴의 전자현미경 사진을 나타낸 도이다[(a): UV 경화성 수지 패턴 표면, (b): UV 경화성 수지 패턴의 경사단면]
도 4는 150nm L/S type 몰드를 이용하여 역 임프린트 공정을 진행 후, 실리콘 기판 위에 형성된 UV 경화성 수지 패턴의 전자현미경 사진을 나타낸 도이다[(a): UV 경화성 수지 패턴 표면, (b): UV 경화성 수지 패턴의 경사단면]
도 5는 150nm pillar type 몰드를이용하여 역 임프린트 공정을 진행 후 금(gold)을 증착하고 경화 수지를 제거한 후, 실리콘 기판 위에 형성된 금속 나노입자 어레이의 전자현미경 사진을 나타낸 도이다.
본 발명은
(a) 복제 몰드용 수지와 광개시제를 혼합하여 몰드조성물을 제조하는 단계;
(b) 상기 (a)단계의 몰드조성물을 마스터(원판) 몰드에 도포하여 몰드용 기판으로 덮어 가압한 후, 자외선을 조사 / 경화시켜 복제 몰드를 제조하는 단계;
(c) 상기 (b)단계에서 제조된 복제 몰드에 임프린트용 수지를 도포하여 제2기판에 접촉/가압한 후, 자외선 또는 열을 가하여 패턴된 수지를 제2기판에 경화하는 단계;
(d) 패턴이 전이된 제2기판과 복제 몰드를 이형시키는 단계;
(e) 상기 (d)단계에서 제2기판 상에 전이된 임프린트 수지 패턴을 이용하여 제2기판 상에 제2물질을 도포하여 패턴을 형성하는 단계; 및
(f) 임프린트용 수지 식각 용액에 처리하여 제2기판 상의 임프린트용 수지를 제거하는 단계; 를 포함하는, 패터닝 방법을 제공한다.
이하 본 발명에 대해서 단계별로 상세히 설명한다.
상기 (a)단계는 몰드 조성물의 제조단계로서, 복제 몰드용 수지와 광개시제를 혼합하여 제조한다.
상기 복제 몰드용 수지는 아크릴수지, 에폭시수지, 우레탄 아크릴레이트 수지 또는 UV 경화성수지 중 어느 하나인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 우레탄 아크릴레이트 수지를 사용한다.
상기 (b)단계는 복제 몰드의 제조단계로서, 상기 (a)단계에서 제조된 몰드 조성물을 마스터(원판) 몰드에 도포하고 기판으로 덮어 가압한 후, 자외선을 조사한다.
상기 기판은 유리, 세라믹, 플라스틱 또는 폴리카보네이트(PC; polycarbonate)필름인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 폴리카보네이트와 같은 투명한 필름 형태인 것을 사용한다.
상기 마스터(원판) 몰드는 금속판, 유리판, 플라스틱판, 실리콘 웨이퍼, 금속산화물 웨이퍼 및 플라스틱 필름으로 이루어진 군으로부터 어느 1종인 것이 바람직하다.
상기 마스터(원판)몰드의 제조는 광리소그라피, 전자빔리소그라피, 이온빔리소그라피, 광프로젝션 리소그라피, 극자외선 리소그라피, 엑스레이 리소그라피, 홀로그래픽 리소그라피(레이저 간섭리소그라피), 임프린트 리소그라피(열 및 UV 방식), 사출성형 및 전기도금으로 이루어진 군으로부터 선택된 한가지의 방법을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 (b)단계의 가압은 1~5bar로, 자외선 조사는 2~4분간 수행하는 것이 바람직하다.
상기 (c)단계는 복제 몰드의 패턴을 제2기판에 전이하는 단계로서, 복제 몰드에 임프린트용 수지를 도포하여 가압한 후, 자외선 또는 열을 가하여 경화한다.
상기 임프린트용 수지는 자외선(UV) 경화성 수지, 열가소성 수지 및 열경화성 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종인 것이 바람직하다.
상기 가압은 3~10bar로, 자외선 조사는 2~4분간 수행하는 것이 바람직하다.
상기 가열온도는 사용하는 열가소성 임프린트용 수지의 연화점에 의존하며, 일반적으로 유리전이온도(Tg)보다 50℃ 이상으로 가열하는 것이 바람직하다.
상기 임프린트용 수지는 스핀코팅, 딥코팅, 블레이드코팅으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 방식으로 도포하는 것이 바람직하다.
상기 임프린트용 수지를 도포 시, 저점도 임프린트용 수지를 사용하는 것이 바람직한데, 이는 잔류층이 없는 패턴의 형성을 위한 것이다.
상기 제2기판은 금속, 실리콘 웨이퍼, 유리, 세라믹, 플라스틱 재질로서 평평한 판상 형태, 표면이 평평하지 않고 굴곡이 있는 형태 및 유연한 필름 형태로 이루어진 군으로부터 선택된 1종을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 가압은 롤러를 이용하는 방법 또는 공기 및 액체의 압력을 이용하여 수행하는 것이 바람직하다.
상기 경화는 UV 경화, 열경화 및 가열/성형 후 냉각에 의한 경화로 이루어진 군으로 부터 선택된 1종의 방법에 의해 수행하는 것이 바람직하다.
상기 (d)단계는 패턴이 전이된 제2기판과 복제 몰드를 이형시키는 단계이다.
복제 몰드와 기판을 이형시킴으로서 제2기판 상에 임프린트용 수지 패턴을 형성시킨다.
상기 (e)단계는 임프린트용 수지 패턴이 형성된 제2기판 상에 추가적으로 금속 및 기타재료의 전사를 위한 단계로서, 상기 (d)단계에서 이형된 제2기판에 제2물질을 증착한다.
상기 제2물질은 금속, 산화물, 반도체, 고분자 재료 및 유기물로 이루어진 군으로부터 선택되고 1nm~500㎛ 두께 범위의 막 형태로 제조 가능한 1종을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제2물질의 패턴 형성은 진공증착방식으로 수행하는 것이 바람직하다.
상기 제2물질 패턴 형성 시, (d)단계에서 패턴 전이된 제2기판 위에 곧바로 제2물질을 도포한 다음 임프린트 수지를 제거하는 것이 바람직하다.
또한, 제2물질 패턴의 형성 시, 제2물질을 제2기판 상에 도포하는 시점을 임프린트용 수지가 도포된 복제 몰드를 제2기판에 접촉/가압하기 이전에 수행하여 임프린트 수지 패턴을 제2기판 상의 최하부에 도포된 제2물질을 식각할 수 있다.
상기 제2물질의 식각은 산, 염기, 유기용매를 이용한 습식 식각; 또는 이온 밀링(ion milling), RIE(reactive ion etching), ICP(inductively coupled plasma)의 건식 식각법으로 수행한다.
상기 제2물질의 도포는 딥코팅, 스핀코팅, 블레이드 코팅, 스퍼터링(sputtering), 전자빔증착법(E-beam evaporation), 열증착법(Thermal evaporation), 플라즈마 화학기상증착법(Plasma enhanced chemical vapor deposition; PECVD), 및 저압력 화학기상증착법(Low pressure chemical vapor deposition; LPCVD)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종의 방법으로 수행하는 것이 바람직하다.
일반적인 임프린트 리소그라피 방법에서는 상기 임프린트용 수지 패턴에 잔류층이 존재하므로, 임프린트용 수지 패턴 형상 보호를 위한 경사 증착 또는 희생층의 도입과 잔류층 제거를 위한 산소플라즈마 건식 식각 공정이 필수적으로 요구되는데 반해, 본 발명의 패터닝 방법에서는 이와 같은 공정의 부가 없이 곧바로 금속 증착이 가능한 효과가 있다.
상기 (f)단계는 상기 (e)단계의 증착 공정 후, 제2기판 상의 임프린트용 수지를 제거하는 단계로서, 제2기판을 임프린트용 수지 식각 용액으로 처리한다.
상기 임프린트용 수지 식각 용액은 UV 경화성 수지일 경우 테트라메틸 암모늄 히드록사이드(tetramethyl ammonium hydroxide); 열가소성 수지인 경우 유기용매인 것이 바람직하다.
상기 임프린트 수지의 제거는 산소 플라즈마 등의 건식 식각; 또는 산, 염기 및 유기용매를 이용한 습식 식각법으로 수행하는 것이 바람직하다.
상기 (f)단계를 통해 제2기판 상의 임프린트용 수지를 제거하여 최종적인 금속 패턴을 얻을 수 있다.
또한, 상기 (a)단계 내지 (f)단계의 공정을 반복하여 둘 이상의 패턴을 다층으로 구현할 수 있다.
상기 패터닝 방법에 의해 구현된 패턴의 크기는 10nm~1mm의 범위를 가진다.
상기한 바와 같은 패터닝 방법에 의해 기판에 패터닝을 할 경우, 미세 패터닝 공정을 단순하고 효과적으로 수행할 수 있으며, 전사된 패턴에 잔류층이 남지 않아 잔류층을 제거하기 위한 후속 공정의 수행없이 기판에 패터닝할 수 있다.
본 발명에 따른 패터닝 방법에 대한 개략도는 도 1에 나타내었다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 제한되는 것은 아니다.
<실시예 1> 역 임프린트 몰드의 제조
1. 역 임프린트 몰드 조성물의 제조
우레탄 아크릴레이트(urethane acrylate; MD700) 수지와 광개시제 (Igacure184)를 혼합비 98:2로 혼합하여 역 임프린트 몰드 조성물을 제조하였다.
2. 역 임프린트용 몰드의 제조
상기 1.에서 제조된 몰드용 조성물(수지) 2ml를 마스터(원판) 실리콘 스템프(150nm(hole type), 150nm L/S(line type))에 도포한 후, 그 위를 투명한 기판(PC film)으로 덮어 상온(25℃)에서 약 1~2bar의 압력으로 가압한 후 자외선(UV)을 3분간 조사하여 몰드 조성물인 자외선 경화성 수지를 경화시켜 필름 몰드를 제조하였다.
<실시예 2> 역 임프린트 공정 및 금속박막증착
1. 역 임프린트 공정
상기 실시예 1에서 제조된 임프린트용 복제 몰드(150nm pillar type 몰드, 150nm L/S type 몰드)에 저점도 UV 임프린트용 수지(NIPSC28LV400 0.2ml와 클로로포름 2.3ml를 혼합)을 스핀코팅 방식으로 도포한 후, 실리콘 기판에 접촉, 상온(25℃)에서 5bar으로 가압한 상태에서 자외선을 3분간 조사를 하고 패턴이 전이된 실리콘 기판과 복제용 필름 몰드(PC film)를 이형시켜 실리콘 기판 상에 UV 경화성 수지 패턴을 형성시켰다. 150nm pillar type 몰드 및 150nm L/S type 몰드를 이용하여 형성된 UV 경화성 수지 패턴의 전자현미경 사진을 각각 도 3 및 도 4에 나타내었다.
도 3(a) 및 도 4(a)에서 나타난 바와 같이, 실리콘 기판 상에 UV 경화 수지의 홀과 라인 패턴이 효과적으로 형성되어 있고, 도 3(b) 및 도 4(b)에 나타난 바와 같이, 실리콘 기판 위에 경화 수지의 잔류층이 존재하지 않는 것을 확인할 수 있다.
2. 금속 박막의 증착
상기 역임프린팅의 결과물인 무잔류층 UV 경화성 수지의 패턴을 마스크로 이용하여 실리콘 기판 상에 추가적으로 금속 패턴을 전사하기 위해서, 전자빔증착방식(두께: 20nm)으로 금 박막을 증착하였다. 증착 공정 이후, 100℃ 이상의 알칼리 용액 (tetramethyl ammonium hydroxide)에 1~3시간 처리하여 실리콘 기판 상의 UV 경화성 수지를 제거하여 최종 금 나노입자 어레이 패턴을 얻었다. 얻어진 패턴의 크기는 10nm~1mm의 범위 내이다. 얻어진 금 나노입자 어레이 패턴의 전자현미경 사진은 도 5에 나타내었다.
도 5에 나타난 바와 같이, 일반적인 임프린트 리소그라피법에서는 UV 경화성 수지의 패턴에 잔류층이 존재하므로, 경화성 수지 패턴 형상 보호를 위한 경사 증착 또는 희생층의 도입과 잔류층 제거를 위한 산소플라즈마 건식 식각 공정이 필수적인데 비해 본 발명에서는 이와 같은 공정없이 바로 금속증착이 가능함을 확인하였다.
1: 필름
2: 몰드
3: 임프린트용 수지
4: 기판
5: 증착물질

Claims (19)

  1. (a) 복제 몰드용 수지와 광개시제를 혼합하여 몰드조성물을 제조하는 단계;
    (b) 상기 (a)단계의 몰드조성물을 마스터(원판) 몰드에 도포하여 몰드용 기판으로 덮어 가압한 후, 자외선을 조사 / 경화시켜 복제 몰드를 제조하는 단계;
    (c) 상기 (b)단계에서 제조된 복제 몰드에 임프린트용 수지를 도포하여 제2기판에 접촉/가압한 후, 자외선 또는 열을 가하여 패턴된 수지를 제2기판에 경화하는 단계;
    (d) 패턴이 전이된 제2기판과 복제 몰드를 이형시키는 단계;
    (e) 상기 (d)단계에서 제2기판 상에 전이된 임프린트 수지 패턴을 이용하여 제2기판 상에 제2물질을 도포하여 패턴을 형성하는 단계; 및
    (f) 임프린트용 수지 식각 용액에 처리하여 제2기판 상의 임프린트용 수지를 제거하는 단계; 를 포함하는, 패터닝 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (a)단계에서 복제 몰드용 수지는 아크릴수지, 에폭시수지, 우레탄 아크릴레이트 수지 또는 UV 경화성수지 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 패터닝 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (b)단계의 기판은 유리, 세라믹, 플라스틱 또는 폴리카보네이트(PC; polycarbonate)필름인 것을 특징으로 하는, 패터닝 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 (b)단계의 마스터(원판) 몰드는 금속판, 유리판, 플라스틱판, 실리콘 웨이퍼, 금속산화물 웨이퍼 및 플라스틱 필름으로 이루어진 군으로부터 어느 1종인 것을 특징으로 하는, 패터닝 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 (b)단계의 마스터(원판)몰드 제조 방법은 광리소그라피, 전자빔리소그라피, 이온빔리소그라피, 광프로젝션 리소그라피, 극자외선 리소그라피, 엑스레이 리소그라피, 홀로그래픽 리소그라피(레이저 간섭 리소그라피), 임프린트 리소그라피(열 및 UV 방식), 사출성형 및 전기도금으로 이루어진 군으로 부터 선택된 1종으로 제조하는 것을 특징으로 하는, 패터닝 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 (c)단계의 임프린트용 수지는 자외선(UV) 경화성 수지, 열가소성 수지 및 열경화성 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 패터닝 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 (c)단계의 임프린트용 수지는 스핀코팅, 딥코팅, 블레이드코팅으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 방식으로 도포하는 것을 특징으로 하는, 패터닝 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 (c)단계의 임프린트용 수지는 저점도 임프린트용 수지를 사용하는 것을 특징으로 하는, 패터닝 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 (c)단계의 제2기판은 금속, 실리콘 웨이퍼, 유리, 세라믹, 플라스틱 재질로서 평평한 판상형태, 표면이 평평하지 않고 굴곡이 있는 형태 및 유연한 필름 형태로 이루어진 군으로 부터 선택된 1종인 것을 특징으로 하는, 패터닝 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 (c)단계의 가압은 롤러를 이용하는 방법; 또는 공기 및 액체의 압력을 이용하는 것을 특징으로 하는, 패터닝 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 (c)단계의 경화방법은 UV 경화; 열경화; 및 가열/성형 후 냉각에 의한 경화로 이루어진 군으로부터 선택된 1종인 것을 특징으로 하는, 패터닝 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 (e)단계의 제2물질은 금속, 산화물, 반도체, 고분자재료 및 유기물로 이루어진 군으로 부터 선택된 1종으로서 1nm~500㎛ 두께 범위의 막 형태로 제조가 가능한 것을 특징으로 하는, 패터닝 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 (e)단계의 제2물질 패턴 형성은 (d)단계에서 패턴 전이된 제2기판 위에 제2물질을 도포한 다음 임프린트 수지를 제거하는 것을 특징으로 하는, 패터닝 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 (e)단계의 제2물질 패턴 형성에 있어서, 제2물질을 제2기판 상에 도포를 상기 임프린트용 수지가 도포된 복제 몰드를 제2기판에 접촉/가압하기 이전에 수행하여 제2기판 상의 최하부에 도포된 제2물질을 식각하는 것을 특징으로 하는, 패터닝 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제2물질의 식각은 산, 염기, 유기용매를 이용한 습식식각; 또는 이온 밀링(ion milling), RIE(reactive ion etching), ICP(inductively coupled plasma)의 건식식각법으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 패터닝 방법.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 제2물질의 도포는 딥코팅, 스핀코팅, 블레이드 코팅, 스퍼터링(sputtering), 전자빔증착법(E-beam evaporation), 열증착법(Thermal evaporation), 플라즈마 화학기상증착법(Plasma enhanced chemical vapor deposition; PECVD) 및 저압력 화학기상증착법(Low pressure chemical vapor deposition; LPCVD)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종의 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 패터닝 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 (f)단계의 상기 임프린트 수지의 제거는 산소 플라즈마의 건식식각; 또는 산, 염기 및 유기용매를 이용한 습식식각법으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 패터닝 방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 (a)단계 내지 (f)단계의 공정을 반복하여 둘 이상의 패턴을 다층으로 구현할 수 있는 것을 특징으로 하는, 패터닝 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 패터닝 방법에 의해 구현된 패턴의 크기는 10nm~1mm 범위인 것을 특징으로 하는, 패터닝 방법.
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