KR20150030982A - Master for imprint and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR20150030982A
KR20150030982A KR20130110402A KR20130110402A KR20150030982A KR 20150030982 A KR20150030982 A KR 20150030982A KR 20130110402 A KR20130110402 A KR 20130110402A KR 20130110402 A KR20130110402 A KR 20130110402A KR 20150030982 A KR20150030982 A KR 20150030982A
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Abstract

Disclosed is an imprinting master for producing a concave-convex pattern through a mechanical process and a method for producing the same. The method of the present invention comprises the steps of: preparing a substrate made of brittle material; scratching the surface of the substrate through a tool to form a first concave-convex pattern, increasing a processing depth, and measuring a processing depth, a processing length, and a tool load in real time; fitting the measured load to any one of the processing depth and processing length and discerning a load limit of the tool from fitting data; and applying a load value lower than the load limit to the tool and then scratching the surface of the substrate through the tool to form a second concave-convex pattern.

Description

임프린트용 마스터 및 이의 제조 방법 {MASTER FOR IMPRINT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}[0001] MASTER FOR IMPRINT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF [0002]

본 발명은 임프린트용 마스터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기계적 가공으로 요철 패턴을 형성하는 임프린트용 마스터 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a master for imprinting, and more particularly, to a master for imprinting which forms a concave-convex pattern by mechanical working and a method of manufacturing the same.

초미세 가공을 위해 제안된 나노 임프린트 기술은 효율적이고 경제적인 패턴 형성 기술로 주목을 받고 있다. 나노 임프린트 기술은 표면에 나노미터 크기의 요철 패턴이 형성된 임프린트용 몰드(또는 스탬퍼)를 이용한다.The nanoimprint technique proposed for ultra-fine processing is attracting attention as an efficient and economical pattern forming technique. The nanoimprint technique uses a mold (or stamper) for imprinting in which a nano-sized irregular pattern is formed on the surface.

통상의 나노 임프린트 공정은, 피가공 기판 위에 수지를 도포하고, 요철 패턴이 수지와 접하도록 피가공 기판 위에 임프린트용 몰드를 적층하고, 프레스로 수지를 변형시키고, 열 또는 자외선 등으로 수지를 경화시키는 과정을 포함한다. 이러한 나노 임프린트 기술을 이용하면 피가공 기판 위에 복잡한 단차 패턴을 한 번의 공정으로 간편하게 형성할 수 있다.In a typical nanoimprinting process, a resin is coated on a substrate to be processed, a mold for imprinting is laminated on the substrate so that the concavo-convex pattern is in contact with the resin, the resin is deformed by pressing, and the resin is cured by heat or ultraviolet rays ≪ / RTI > By using this nanoimprint technology, complicated stepped patterns can be easily formed in one step on a substrate to be processed.

임프린트용 몰드는 임프린트용 마스터를 복제하는 방법으로 제작된다. 그리고 통상의 임프린트용 마스터의 제조 방법은, 기판 위에 마스크층을 형성하고, 전자빔 또는 간섭 리소그래피 등의 방법으로 마스크층을 패터닝하여 기판의 일부를 노출시키고, 노출된 기판 표면을 식각하는 과정을 포함한다.The imprint mold is manufactured by a method of replicating a master for imprint. A conventional method of manufacturing a master for imprinting includes a step of forming a mask layer on a substrate and exposing a part of the substrate by patterning the mask layer by a method such as electron beam or interference lithography and etching the exposed substrate surface .

그런데 이와 같이 제조된 임프린트용 마스터는 사각 단면의 연속 패턴이나 원기둥 또는 사각 기둥과 같은 불연속 패턴을 주로 형성하며, 구현 가능한 패턴 형상이 매우 제한적이다. 또한, 전자빔 또는 간섭 리소그래피 기술은 대면적 평판 또는 원통 금형(롤 금형)에 적용하기 매우 어렵기 때문에 경제성을 확보할 수 있는 대면적 마스터의 제작 또한 기술적인 어려움이 크다.However, the imprinting master thus produced mainly forms a continuous pattern of a rectangular cross section or a discontinuous pattern such as a cylinder or a quadrangular column, and the pattern shape that can be embodied is very limited. In addition, since the electron beam or interference lithography technique is very difficult to apply to a large-area flat plate or a cylindrical mold (roll mold), it is also technically difficult to manufacture a large-area master that can secure economical efficiency.

본 발명은 전자빔 또는 간섭 리소그래피 기술과 식각 공정을 이용하지 않고 보다 간편한 방법으로 다양한 형상의 요철 패턴을 형성할 수 있는 임프린트용 마스터 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.It is an object of the present invention to provide a master for imprinting and a method for manufacturing the same that can form concave-convex patterns of various shapes by a simpler method without using electron beam or interference lithography and etching process.

또한, 본 발명은 대면적 평판 또는 원통 모양으로 제작될 수 있는 임프린트용 마스터 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.The present invention also provides a master for imprinting which can be manufactured in a large-area flat plate or a cylindrical shape, and a method of manufacturing the same.

본 발명의 일 실시예에 따른 임프린트용 마스터의 제조 방법은, 취성 소재의 기판을 준비하는 단계와, 기판의 표면을 공구로 스크래치 가공하여 제1 요철 패턴을 형성함과 동시에 가공 깊이를 증가시키면서 가공 깊이와 가공 길이 및 공구의 하중을 실시간으로 측정하는 단계와, 측정된 하중을 가공 깊이와 가공 길이 중 어느 하나에 대해 피팅하고, 피팅 데이터로부터 공구의 한계 하중을 결정하는 단계와, 공구에 한계 하중보다 낮은 하중 값을 적용한 후 기판의 표면을 공구로 스크래치 가공하여 제2 요철 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a master for imprinting according to an embodiment of the present invention includes the steps of preparing a substrate of a brittle material, forming a first concavo-convex pattern by scratching the surface of the substrate with a tool, Measuring a depth, a machining length and a load of the tool in real time, fitting the measured load to one of the machining depth and machining length, determining a limit load of the tool from the fitting data, And applying a lower load value and then scratching the surface of the substrate with a tool to form a second concave-convex pattern.

공구는 다이아몬드 공구일 수 있다. 제1 요철 패턴의 깊이와 폭은 나노미터 스케일 또는 마이크로미터 스케일로 형성될 수 있다.The tool can be a diamond tool. The depth and width of the first irregular pattern can be formed on a nanometer scale or a micrometer scale.

공구의 하중을 측정할 때, 가공 장치에 설치된 센서를 이용하여 공구의 수평 하중과 수직 하중을 측정할 수 있다. 제1 요철 패턴을 형성할 때, 가공 길이를 따라 연성 가공 구간과 취성 가공 구간이 순서대로 나타날 수 있다.When measuring the load of the tool, the horizontal load and the vertical load of the tool can be measured using the sensor installed in the machining unit. When forming the first concavo-convex pattern, the soft machining section and the brittle machining section may appear in order along the machining length.

피팅은 수평 하중을 가공 길이에 대해 피팅하는 경우, 수평 하중을 가공 깊이에 대해 피팅하는 경우, 수직 하중을 가공 길이에 대해 피팅하는 경우, 및 수직 하중을 가공 깊이에 대해 피팅하는 경우 중 어느 하나에 해당할 수 있다.The fitting may be applied to a case where a horizontal load is fitted to the machining length, a horizontal load is fitted to the machining depth, a vertical load is fitted to the machining length, and a case where the vertical load is fitted to the machining depth .

피팅 데이터에는 하중이 급격하게 변하는 여러 지점이 존재하며, 공구의 한계 하중은 하중이 급격하게 변하는 여러 지점 중 가장 작은 하중 값을 가지는 지점에서의 하중으로 결정될 수 있다.In the fitting data, there are several points at which the load changes abruptly, and the limit load of the tool can be determined by the load at the point having the smallest load among the points where the load suddenly changes.

제2 요철 패턴의 깊이는 나노미터 스케일로 형성될 수 있고, 제2 요철 패턴의 폭은 나노미터 스케일 또는 마이크로미터 스케일로 형성될 수 있다. 기판은 평판과 원통 모양 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 기판은 실리콘, 유리, 사파이어, 및 게르마늄으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.The depth of the second irregular pattern may be formed on the nanometer scale, and the width of the second irregular pattern may be formed on the nanometer scale or the micrometer scale. The substrate may be formed of either a flat plate or a cylindrical shape. The substrate may include any one selected from the group consisting of silicon, glass, sapphire, and germanium.

본 발명의 일 실시예에 따른 임프린트용 마스터는 취성 재료로 이루어지며, 기계적인 스크래치 가공에 의해 형성된 요철 패턴을 형성한다.The imprinting master according to an embodiment of the present invention is made of a brittle material and forms a concavo-convex pattern formed by mechanical scratching.

취성 재료는 실리콘, 유리, 사파이어, 및 게르마늄으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다. 요철 패턴의 깊이는 나노미터 스케일로 형성될 수 있으며, 요철 패턴의 단면 형상은 스크래치 가공에 사용된 공구 팁의 단면 형상에 대응할 수 있다. 임프린트용 마스터는 평판 또는 원통 모양으로 형성될 수 있다.The brittle material may include any one selected from the group consisting of silicon, glass, sapphire, and germanium. The depth of the concavo-convex pattern can be formed on the nanometer scale, and the cross-sectional shape of the concavo-convex pattern can correspond to the cross-sectional shape of the tool tip used in the scratch processing. The master for imprinting may be formed in a flat or cylindrical shape.

본 실시예에 따르면, 전자빔 또는 간섭 리소그래피 기술과 식각 공정을 이용하지 않고, 간편한 기계적인 스크래치 가공을 이용하여 다양한 단면 형상의 요철 패턴을 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 대면적 또는 원통 모양의 기판에도 요철 패턴을 용이하게 형성할 수 있으며, 임프린트용 마스터를 쉽게 대면적화하거나 롤 금형화할 수 있으므로 나노 임프린트 기술의 경제성을 높일 수 있다.According to the present embodiment, it is possible to easily form a concavo-convex pattern of various cross-sectional shapes by using a simple mechanical scratching process without using an electron beam or an interference lithography technique and an etching process. In addition, it is possible to easily form a concavo-convex pattern on a large-area or cylindrical substrate, and the imprint master can be easily made into a large-sized or roll-formed mold, thereby improving the economical efficiency of the nanoimprint technique.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 임프린트용 마스터의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 도 1에 도시한 제2 단계의 기판을 나타낸 개략도이다.
도 3은 제2 단계의 스크래치 가공에 의한 요철 패턴을 촬영한 주사 전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 4는 제2 단계에서 측정된 하중을 가공 길이에 대해 피팅한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 1에 도시한 제4 단계의 기판을 나타낸 개략도이다.
도 6은 제4 단계의 스크래치 가공이 완료된 실리콘 웨이퍼를 촬영한 광학 현미경 사진이다.
도 7은 도 6의 요철 패턴의 단면을 원자력 현미경(AFM)으로 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 5에 도시한 기판의 변형예를 나타낸 개략도이다.FIG. 1 is a process flow diagram illustrating a method of manufacturing a master for imprinting according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a schematic view showing the substrate of the second step shown in Fig. 1. Fig.
3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a concave-convex pattern obtained by the scratch processing in the second step.
4 is a graph showing the result of fitting the load measured in the second step with respect to the processing length.
Fig. 5 is a schematic view showing the substrate of the fourth step shown in Fig. 1. Fig.
6 is an optical microscope photograph of a silicon wafer on which the scratch processing of the fourth step is completed.
Fig. 7 is a graph showing the result of measuring the cross-section of the concavo-convex pattern of Fig. 6 with an atomic force microscope (AFM).
8 is a schematic view showing a modified example of the substrate shown in Fig.

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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 임프린트용 마스터의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.FIG. 1 is a process flow diagram illustrating a method of manufacturing a master for imprinting according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 임프린트용 마스터의 제조 방법은, 취성 소재의 기판을 준비하는 제1 단계(S10)와, 기판의 표면을 공구로 스크래치 가공하여 제1 요철 패턴을 형성함과 동시에 가공 깊이를 증가시키면서 가공 깊이와 가공 길이 및 공구의 하중을 실시간으로 측정하는 제2 단계(20)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a method of manufacturing a master for imprinting includes a first step (S10) of preparing a substrate of a brittle material, a step of scratching the surface of the substrate with a tool to form a first concavo-convex pattern, And a second step (20) of measuring the machining depth and the machining length and the load of the tool in real time while increasing the machining depth.

또한, 임프린트용 마스터의 제조 방법은, 측정된 하중을 가공 깊이와 가공 길이 중 어느 하나에 대해 피팅하고, 피팅 데이터로부터 공구의 한계 하중을 결정하는 제3 단계(S30)와, 공구에 한계 하중보다 낮은 하중 값을 적용한 후 기판의 표면을 공구로 스크래치 가공하여 제2 요철 패턴을 형성하는 제4 단계(S40)를 포함한다.The manufacturing method of the imprinting master further includes a third step (S30) of fitting the measured load to one of the machining depth and the machining length and determining the limit load of the tool from the fitting data, And a fourth step (S40) of forming a second concave-convex pattern by scratching the surface of the substrate with a tool after applying a low load value.

제1 단계(S10)에서 기판은 실리콘, 유리, 사파이어, 또는 게르마늄과 같은 취성 소재로 이루어진다. 예를 들어 기판은 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 이러한 기판은 강도가 우수하므로 표면 손상 없이 복수의 임프린트용 몰드(또는 스탬프)를 복제 제조할 수 있다.In the first step S10, the substrate is made of a brittle material such as silicon, glass, sapphire, or germanium. For example, the substrate may be a silicon wafer. Since such a substrate is excellent in strength, a plurality of imprint molds (or stamps) can be reproduced without surface damage.

제1 요철 패턴은 제2 요철 패턴을 형성하기 위한 테스트용 패턴이며, 제2 요철 패턴이 실제 임프린트용 몰드를 복제하기 위한 임프린트용 마스터의 패턴이다. 제1 요철 패턴은 기판 가장자리의 여유 공간에 형성될 수 있다.The first concavo-convex pattern is a test pattern for forming a second concavo-convex pattern, and the second concavo-convex pattern is a pattern of an imprint master for replicating an actual imprint mold. The first concavo-convex pattern can be formed in the clearance space at the edge of the substrate.

도 2는 도 1에 도시한 제2 단계의 기판을 나타낸 개략도이다.Fig. 2 is a schematic view showing the substrate of the second step shown in Fig. 1. Fig.

도 2를 참고하면, 제2 단계(S20)에서 기판(100)은 공구(50)에 의해 그 표면이 스크래치 가공된다. 스크래치 가공은 공구(50)로 기판(100)을 가압하면서 일 방향을 따라 공구(50)를 이동시키는 가공 방법으로서, 공구(50)의 이동 궤적을 따라 제1 요철 패턴(110)이 형성된다. 제1 요철 패턴(110)의 깊이와 폭은 나노미터 스케일(1nm 이상 1,000nm 미만) 또는 마이크로미터 스케일(1㎛ 이상 1,000㎛ 미만)로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 2, in the second step S20, the surface of the substrate 100 is scratched by the tool 50. As shown in FIG. Scratching is a processing method for moving the tool 50 along one direction while pressing the substrate 100 with the tool 50. The first irregular pattern 110 is formed along the movement trajectory of the tool 50. [ The depth and width of the first concave-convex pattern 110 may be formed on a nanometer scale (1 nm or more and less than 1,000 nm) or a micrometer scale (1 μm or more and less than 1,000 μm).

제2 단계(S20)에서 사용되는 공구(50)는 나노미터 또는 마이크로미터 크기의 제1 요철 패턴(110)을 형성하기 위해 매우 날카로운 팁을 가지는 초경질 공구로 이루어진다. 예를 들어, 다이아몬드 공구가 사용될 수 있다. 스크래치 가공 과정에서 공구(50)에는 기판(100)을 누르는 수직 하중과, 정해진 궤적을 이동하기 위한 수평 하중이 가해진다.The tool 50 used in the second step S20 consists of an ultra hard tool having a very sharp tip to form the first irregular pattern 110 of nanometer or micrometer size. For example, a diamond tool may be used. In the course of the scratching process, the tool 50 is subjected to a vertical load pressing the substrate 100 and a horizontal load for moving the determined locus.

제2 단계(S20)에서는 스크래치 가공으로 제1 요철 패턴(110)을 형성함과 동시에 가공 깊이를 증가시키면서 가공 깊이와 가공 길이 및 공구(50)의 하중(수평 하중과 수직 하중)을 실시간으로 측정한다. 공구(50)의 하중은 공구(50)를 지지하는 가공 장치(도시하지 않음)에 설치된 센서를 이용하여 측정할 수 있다. 센서를 이용한 공구(50)의 하중 측정은 공지 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.In the second step S20, the first concavo-convex pattern 110 is formed by scratching, and at the same time, the machining depth and the machining length and the load (horizontal load and vertical load) of the tool 50 are measured in real time do. The load of the tool 50 can be measured by using a sensor provided on a machining apparatus (not shown) that supports the tool 50. Since the measurement of the load of the tool 50 using the sensor is well known, detailed description thereof will be omitted.

도 2에서 P1은 가공 시작 지점을 나타내고, P2는 가공 완료 지점을 나타낸다. 공구는 P1 지점에서 P2 지점을 향해 이동하여 제1 요철 패턴(110)을 형성하며, 이동 거리(가공 길이)가 커질수록 공구에 가해지는 하중이 점진적으로 높아지므로 제1 요철 패턴의 깊이와 폭이 점진적으로 커진다.In Fig. 2, P1 represents a machining start point, and P2 represents a machining complete point. The tool moves from the point P1 to the point P2 to form the first concavo-convex pattern 110. As the moving distance (working length) increases, the load applied to the tool gradually increases, so that the depth and width of the first concavo- Increases gradually.

공구(50)의 하중을 일정하게 증가시키면서 기판(100)을 스크래치 가공하면, 가공 길이를 따라 균열 없이 깨끗한 가공 단면을 보이는 연성 가공 구간(P1~P3)과, 균열을 보이며 기판(100)이 깨져 나가는 취성 가공 구간(P3~P2)이 순서대로 나타난다. 도 2에서 P3은 연성 가공 구간과 취성 가공 구간의 변환점을 나타내고, 부호 115은 취성 가공 구간에 형성된 크랙을 나타낸다.When the substrate 100 is scratch-processed while the load of the tool 50 is constantly increased, the soft machining sections P1 to P3 showing a clean machined cross section along the machining length and the soft machining sections P1 to P3 showing cracks, The outgoing brittle machining sections (P3 to P2) appear in order. In Fig. 2, P3 represents a transition point between the soft machining section and the brittle machining section, and reference numeral 115 represents a crack formed in the brittle machining section.

이러한 결과는 기판(100)이 취성 소재임에도 불구하고 특정한 가공 깊이에서는 금속과 같은 연성 가공이 가능한 것을 의미한다.This result means that although the substrate 100 is a brittle material, it can be soft-worked like a metal at a certain processing depth.

본 실시예에 따른 임프린트용 마스터의 제조 방법에서는 취성 소재의 연성 가공 구간을 정량적으로 측정하고, 측정 데이터를 이용하여 공구(50)의 한계 하중을 결정함으로써 기판에 대해 연성 가공 구간만으로 이루어진 제2 요철 패턴을 형성할 수 있도록 한다.In the method for manufacturing an imprinting master according to the present embodiment, the soft machining section of the brittle material is quantitatively measured and the limit load of the tool 50 is determined by using the measurement data, so that the second unevenness So that a pattern can be formed.

도 3은 제2 단계의 스크래치 가공에 의한 제1 요철 패턴을 촬영한 주사 전자 현미경(SEM) 사진이고, 도 4는 제2 단계에서 측정된 하중(수평 하중)을 가공 길이에 대해 피팅한 결과를 나타낸 그래프이다.Fig. 3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the first concavo-convex pattern obtained by the scratch processing in the second step, Fig. 4 is a photograph showing the results obtained by fitting the load (horizontal load) Fig.

도 3과 도 4를 참고하면, 제3 단계(S30)에서는 제2 단계(S20)에서 측정된 하중을 가공 깊이와 가공 길이 중 어느 하나에 대해 피팅한다. 제2 단계(S20)에서 측정된 하중은 수평 하중과 수직 하중을 포함하므로, 수평 하중을 가공 길이에 대해 피팅하거나, 수평 하중을 가공 깊이에 대해 피팅하거나, 수직 하중을 가공 길이에 대해 피팅하거나, 수직 하중을 가공 깊이에 대해 피팅할 수 있다.Referring to FIGS. 3 and 4, in the third step S30, the load measured in the second step S20 is fitted to either the machining depth or the machining length. Since the load measured in the second step S20 includes the horizontal load and the vertical load, the horizontal load may be fitted to the processing length, the horizontal load may be fitted to the processing depth, the vertical load may be fitted to the processing length, The vertical load can be fitted to the machining depth.

가공 장치의 특성 및 가공 상황 등에 따라 전술한 네 가지 경우 중 하나를 선택하여 피팅한다. 도 4에서는 수평 하중을 가공 길이에 대해 피팅한 결과를 나타내었다.According to the characteristics of the processing apparatus and the processing conditions, one of the four cases described above is selected for fitting. Fig. 4 shows the result of fitting the horizontal load to the machining length.

도 4의 피팅 데이터를 분석하면, 가공 길이가 커질수록 수평 하중이 이에 비례하는 경향을 보이고 있다. 이때 피팅 데이터에는 하중이 급격하게 변하는, 이른바 하중이 튀는 지점이 여럿 존재하는 것이 관찰된다. 도 4에서 하중이 급격하게 변하는 지점을 (a), (b), (c), (d), (e)로 표시하였다.When the fitting data of FIG. 4 is analyzed, the horizontal load tends to be proportional thereto as the machining length increases. At this time, in the fitting data, it is observed that there are a plurality of points at which a load suddenly changes, that is, a so-called load splashing point. 4A, 4B, 4C, 4D and 4E show the points at which the load suddenly changes.

하중이 급격하게 변한다는 것은 스크래치 가공 과정에서 기판(100)이 깨어져 나간 것을 의미한다. 도 3에 표시한 (a) 내지 (e) 지점은 도 4의 (a) 내지 (e) 지점에 대응하며, 도 3의 (a) 내지 (e) 지점 각각에서 기판이 깨어져 나간 것을 확인할 수 있다.The abrupt change in the load means that the substrate 100 breaks during the scratching process. The points (a) to (e) shown in FIG. 3 correspond to the points (a) to (e) in FIG. 4 and it can be confirmed that the substrate is broken at each of the points (a) to (e) .

제3 단계(S30)에서는 하중이 급격하게 변하는 복수의 지점 중 가장 앞에 있는 지점, 즉 가장 작은 하중 값을 가지는 지점(도 3과 도 4에서 (a) 지점)을 선정하고, 이 지점에서의 하중을 공구의 한계 하중으로 결정한다. 도 3과 도 4에서 (a) 지점은 취성 가공 구간이 시작되는 변환점을 나타내며, 공구(50)의 한계 하중은 취성 가공 구간이 시작되는 변환점에서의 하중을 의미한다.In the third step S30, a point at the foremost point among the plurality of points at which the load changes abruptly, that is, a point having the smallest load value (point (a) in FIGS. 3 and 4) is selected, Is determined as the limit load of the tool. In FIGS. 3 and 4, the point (a) represents the turning point at which the brittle machining section starts, and the limit load of the tool 50 means the load at the turning point at which the brittle machining section starts.

도 5는 도 1에 도시한 제4 단계의 기판을 나타낸 개략도이다.Fig. 5 is a schematic view showing the substrate of the fourth step shown in Fig. 1. Fig.

도 5를 참고하면, 제4 단계(S40)에서는 공구(50)에 한계 하중보다 낮은 하중 값을 적용한 후 기판(100)의 표면을 스크래치 가공하여 제2 요철 패턴(120)을 형성한다. 기판(100)에 제2 요철 패턴(120)을 형성함으로써 임프린트용 마스터(200) 제작을 완료한다.Referring to FIG. 5, in a fourth step S40, a load value lower than a limit load is applied to the tool 50, and then the surface of the substrate 100 is scratch-processed to form a second concavo-convex pattern 120. FIG. The second uneven pattern 120 is formed on the substrate 100 to complete the manufacturing of the imprinting master 200. [

공구(50)에 한계 하중보다 낮은 하중 값이 적용됨에 따라, 제2 요철 패턴(120)에는 연성 가공 구간만 존재한다. 즉 제2 요철 패턴(120)은 가공 길이 전체에서 깨어짐 없이 매끄러운 가공 형상을 가진다. 제2 요철 패턴(120)의 깊이는 나노미터 스케일에 속할 수 있고, 제2 요철 패턴(120)의 폭은 나노미터 스케일 또는 마이크로미터 스케일에 속할 수 있다.As a load value lower than the limit load is applied to the tool 50, only the soft machining section exists in the second concavo-convex pattern 120. In other words, the second concavo-convex pattern 120 has a smooth machining shape without breaking the entire machining length. The depth of the second concavo-convex pattern 120 may belong to the nanometer scale, and the width of the second concavo-convex pattern 120 may belong to the nanometer scale or the micrometer scale.

또한, 제2 요철 패턴(120)의 단면은 공구(50) 팁의 단면 형상에 대응하므로 임프린트용 마스터(200)에 다양한 모양의 요철 패턴을 형성할 수 있다. 예를 들어, 공구(50) 팁의 단면을 삼각형으로 형성하면, 단면이 삼각형인 제2 요철 패턴(120)을 형성할 수 있다. 삼각 패턴은 프리즘과 같은 광학 효과를 발휘하므로, 임프린트용 마스터(200)에 삼각형의 제2 요철 패턴(120)을 형성하면 다양한 광학 부재의 제조에 나노 임프린트 기술을 적용할 수 있다.In addition, since the cross section of the second concavo-convex pattern 120 corresponds to the cross-sectional shape of the tip of the tool 50, various patterns of concavo-convex patterns can be formed on the imprinting master 200. For example, when the tip of the tool 50 is formed into a triangular section, a second concavo-convex pattern 120 having a triangular section can be formed. Since the triangular pattern exerts the same optical effect as the prism, the nano imprint technique can be applied to the manufacture of various optical members by forming the triangular second concavo-convex pattern 120 on the imprinting master 200.

도 6은 제4 단계의 스크래치 가공이 완료된 실리콘 웨이퍼를 촬영한 광학 현미경 사진이고, 도 7은 도 6의 요철 패턴의 단면을 원자력 현미경(AFM)으로 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 6 is an optical microscope photograph of a silicon wafer on which the scratch processing of the fourth step is completed, and FIG. 7 is a graph showing a result of measurement of the cross-section of the concavo-convex pattern of FIG. 6 with an atomic force microscope (AFM).

도 6을 참고하면, 실리콘 웨이퍼의 표면에 가공 폭이 매우 일정한 요철 패턴이 형성되었고, 요철 패턴 주위로 소재가 깨어져 나간 부분이 전혀 없는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 본 실시예에 따르면 취성 소재인 임프린트용 마스터를 깨어짐 없이 일반 금속처럼 매끄럽게 연성 가공할 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that a concave-convex pattern having a very constant processing width was formed on the surface of the silicon wafer, and no part of the material was broken around the concavo-convex pattern. As described above, according to this embodiment, the imprinting master which is a brittle material can be smoothly machined as smooth as a general metal without breaking.

도 7을 참고하면, 실리콘 웨이퍼에 형성된 요철 패턴의 단면은 공구 팁의 단면 형상에 대응하는 삼각 모양을 가진다. 다만, 공구 팁의 경사 각도와 요철 패턴의 단면이 보이는 경사 각도는 서로 상이할 수 있으나, 요철 패턴이 공구 팁의 단면에 상응하는 모양으로 가공된 것이 중요하며, 도 7의 측정 결과로부터 요철 패턴이 공구 팁의 단면에 상응하는 모양으로 가공된 것을 확인할 수 있다.7, the cross-section of the concavo-convex pattern formed on the silicon wafer has a triangular shape corresponding to the cross-sectional shape of the tool tip. However, it is important that the inclined angle of the tool tip and the inclination angle of the cross section of the concave and convex pattern are different from each other, but it is important that the concave and convex pattern is machined to correspond to the cross section of the tool tip. It can be confirmed that the tool is machined into a shape corresponding to the cross section of the tool tip.

전술한 임프린트용 마스터(200)를 복제하여 임프린트용 몰드 또는 스탬프를 제조할 수 있으며, 임프린트용 몰드 또는 스탬프로 피처리 기판 상의 수지를 가압 성형 후 경화시켜 임프린트용 몰드의 요철 패턴을 수지로 전사시킬 수 있다.The mold for imprinting or stamp can be manufactured by replicating the imprinting master 200 described above. The resin on the substrate to be processed is cured by press-molding the resin on the substrate with an imprint mold or a stamp to transfer the concave-convex pattern of the imprint mold to the resin .

도 8은 도 5에 도시한 기판의 변형예를 나타낸 개략도이다.8 is a schematic view showing a modified example of the substrate shown in Fig.

도 8을 참고하면, 기판(100)은 원통 모양으로 형성되며, 한계 하중보다 낮은 하중 값이 적용된 공구(50)를 이용하여 기판(100)에 제2 요철 패턴(120)을 형성한다. 공구(50)는 기판(100)의 축 방향을 따라 이동하거나, 원주 방향을 따라 이동하거나, 사선 방향을 따라 이동하는 등 다양한 경로 설정이 가능하다.Referring to FIG. 8, the substrate 100 is formed in a cylindrical shape, and a second uneven pattern 120 is formed on the substrate 100 using a tool 50 having a load value lower than a critical load. The tool 50 can be set in various ways such as moving along the axial direction of the substrate 100, moving along the circumferential direction, or moving along the oblique direction.

또한, 기판(100)의 형상에 관계없이 가공 장치(도시하지 않음)는 복수의 공구를 구비하여 복수의 제2 요철 패턴(120)을 동시에 형성할 수 있다. 기판(100)이 원통 모양인 경우, 가공 장치는 기판(100)의 원주 방향을 따라 나란한 복수의 공구를 구비할 수 있다.Further, irrespective of the shape of the substrate 100, the machining apparatus (not shown) may include a plurality of tools to simultaneously form a plurality of second concave-convex patterns 120. When the substrate 100 has a cylindrical shape, the processing apparatus may have a plurality of tools arranged along the circumferential direction of the substrate 100.

한편, 도 5와 도 8에서는 일정한 깊이와 일정한 폭을 갖는 제2 요철 패턴(120)을 도시하였으나, 한계 하중을 초과하지 않는 범위 내에서 공구(50)의 하중을 변화시켜 제2 요철 패턴(120)의 깊이와 폭을 변화시킬 수 있다. 또한, 도 5와 도 8에서는 직선 모양의 제2 요철 패턴(120)을 도시하였으나, 제2 요철 패턴(120)은 곡선형 또는 격자형 등 다양한 모양으로 형성될 수 있다.5 and 8 illustrate the second concavo-convex pattern 120 having a constant depth and a constant width. However, when the load of the tool 50 is changed within a range not exceeding the limit load, ) Can be changed. 5 and 8 show the second concave-convex pattern 120 in a straight line, the second concave-convex pattern 120 may be formed in various shapes such as a curved line or a lattice.

전술한 임프린트용 마스터(200)의 제조 방법에 따르면, 전자빔 또는 간섭 리소그래피 기술과 식각 공정을 이용하지 않고, 간편한 기계적인 스크래치 가공을 이용하여 다양한 단면 형상의 요철 패턴을 용이하게 형성할 수 있다.According to the manufacturing method of the imprinting master 200 described above, irregular patterns of various cross-sectional shapes can be easily formed using simple mechanical scratching without using electron beam or interference lithography technique and etching process.

또한, 전자빔 또는 간섭 리소그래피 기술을 이용하지 않으므로 대면적 또는 원통 모양의 기판에도 요철 패턴을 용이하게 형성할 수 있다. 따라서 임프린트용 마스터를 쉽게 대면적화하거나 롤 금형화할 수 있으므로 나노 임프린트 기술의 경제성을 높일 수 있다.Further, since the electron beam or the interference lithography technique is not used, the concavo-convex pattern can be easily formed on the large-area or cylindrical substrate. Therefore, the imprinting master can be easily faced or roll-molded, which can increase the economical efficiency of nanoimprint technology.

전술한 방법으로 제작된 임프린트용 마스터(200)는 실리콘, 유리, 사파이어, 및 게르마늄과 같은 취성 재료로 이루어지며, 기계적인 스크래치 가공에 의해 형성된 요철 패턴(제2 요철 패턴)(120)을 포함한다. 이때 요철 패턴(120)의 단면 형상은 스크래치 가공에 사용된 공구(50) 팁의 단면 형상에 대응하며, 다양한 평면 모양으로 가공될 수 있다.The imprinting master 200 manufactured by the above-described method includes a bumpy material such as silicon, glass, sapphire, and germanium, and includes a concave-convex pattern (second concave-convex pattern) 120 formed by mechanical scratching . At this time, the cross-sectional shape of the concavo-convex pattern 120 corresponds to the cross-sectional shape of the tip of the tool 50 used for the scratch processing, and can be processed into various planar shapes.

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.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course.

100: 기판 110: 제1 요철 패턴
120: 제2 요철 패턴 50: 공구
200: 임프린트용 마스터100: substrate 110: first irregular pattern
120: second concave / convex pattern 50: tool
200: Master for imprint

Claims (13)

취성 소재의 기판을 준비하는 단계;
상기 기판의 표면을 공구로 스크래치 가공하여 제1 요철 패턴을 형성함과 동시에 가공 깊이를 증가시키면서 가공 깊이와 가공 길이 및 공구의 하중을 실시간으로 측정하는 단계;
상기 측정된 하중을 가공 깊이와 가공 길이 중 어느 하나에 대해 피팅하고, 피팅 데이터로부터 상기 공구의 한계 하중을 결정하는 단계; 및
상기 공구에 한계 하중보다 낮은 하중 값을 적용한 후 상기 기판의 표면을 상기 공구로 스크래치 가공하여 제2 요철 패턴을 형성하는 단계
를 포함하는 임프린트용 마스터의 제조 방법.Preparing a substrate of brittle material;
A step of scratching a surface of the substrate with a tool to form a first concavo-convex pattern and simultaneously measuring the depth of machining, the machining length and the load of the tool while increasing the machining depth;
Fitting the measured load to either the machining depth and the machining length, and determining a limit load of the tool from the fitting data; And
Applying a load value lower than the limit load to the tool, and scratching the surface of the substrate with the tool to form a second concavo-convex pattern
Wherein the imprinting master is formed by a method comprising the steps of: 제1항에 있어서,
상기 공구는 다이아몬드 공구이며,
상기 제1 요철 패턴의 깊이와 폭은 나노미터 스케일 또는 마이크로미터 스케일로 형성되는 임프린트용 마스터의 제조 방법.The method according to claim 1,
The tool is a diamond tool,
Wherein the depth and width of the first concavo-convex pattern are formed on a nanometer scale or a micrometer scale. 제2항에 있어서,
상기 공구의 하중을 측정할 때, 가공 장치에 설치된 센서를 이용하여 상기 공구의 수평 하중과 수직 하중을 측정하는 임프린트용 마스터의 제조 방법.3. The method of claim 2,
Wherein a horizontal load and a vertical load of the tool are measured using a sensor installed in the machining apparatus when measuring the load of the tool. 제2항에 있어서,
상기 제1 요철 패턴을 형성할 때, 가공 길이를 따라 연성 가공 구간과 취성 가공 구간이 순서대로 나타나는 임프린트용 마스터의 제조 방법.3. The method of claim 2,
Wherein a soft machining section and a brittle machining section appear in order along the machining length when forming the first concavo-convex pattern. 제3항에 있어서,
상기 피팅은 수평 하중을 가공 길이에 대해 피팅하는 경우, 수평 하중을 가공 깊이에 대해 피팅하는 경우, 수직 하중을 가공 길이에 대해 피팅하는 경우, 및 수직 하중을 가공 깊이에 대해 피팅하는 경우 중 어느 하나에 해당하는 임프린트용 마스터의 제조 방법.The method of claim 3,
The fitting can be used for fitting a horizontal load to the machining length, fitting the horizontal load to the machining depth, fitting the vertical load to the machining length, and fitting the vertical load to the machining depth By weight of the imprinted master. 제5항에 있어서,
상기 피팅 데이터에는 하중이 급격하게 변하는 여러 지점이 존재하며,
상기 공구의 한계 하중은 하중이 급격하게 변하는 여러 지점 중 가장 작은 하중 값을 가지는 지점에서의 하중으로 결정되는 임프린트용 마스터의 제조 방법.6. The method of claim 5,
In the fitting data, there are several points at which the load suddenly changes,
Wherein the limit load of the tool is determined as a load at a point having a smallest load value among a plurality of points where the load suddenly changes. 제1항에 있어서,
상기 제2 요철 패턴의 깊이는 나노미터 스케일로 형성되고, 상기 제2 요철 패턴의 폭은 나노미터 스케일 또는 마이크로미터 스케일로 형성되는 임프린트용 마스터의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein a depth of the second irregular pattern is formed on a nanometer scale and a width of the second irregular pattern is formed on a nanometer scale or a micrometer scale. 제7항에 있어서,
상기 기판은 평판과 원통 모양 중 어느 하나로 형성되는 임프린트용 마스터의 제조 방법.8. The method of claim 7,
Wherein the substrate is formed of one of a flat plate and a cylindrical shape. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 실리콘, 유리, 사파이어, 및 게르마늄으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 임프린트용 마스터의 제조 방법.9. The method according to any one of claims 1 to 8,
Wherein the substrate comprises any one selected from the group consisting of silicon, glass, sapphire, and germanium. 임프린트용 마스터에 있어서,
취성 재료로 이루어지며, 기계적인 스크래치 가공에 의해 형성된 요철 패턴을 형성하는 임프린트용 마스터.In the imprinting master,
An imprinting master made of a brittle material and forming a concavo-convex pattern formed by mechanical scratching. 제10항에 있어서,
상기 취성 재료는 실리콘, 유리, 사파이어, 및 게르마늄으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 임프린트용 마스터.11. The method of claim 10,
Wherein the brittle material comprises any one selected from the group consisting of silicon, glass, sapphire, and germanium. 제10항에 있어서,
상기 요철 패턴의 깊이는 나노미터 스케일로 형성되며,
상기 요철 패턴의 단면 형상은 상기 스크래치 가공에 사용된 공구 팁의 단면 형상에 대응하는 임프린트용 마스터.11. The method of claim 10,
The depth of the concavo-convex pattern is formed on a nanometer scale,
Wherein the cross-sectional shape of the concavo-convex pattern corresponds to the cross-sectional shape of the tool tip used for the scratch processing. 제10항에 있어서,
상기 마스터는 평판과 원통 모양 중 어느 하나로 형성되는 임프린트용 마스터.11. The method of claim 10,
Wherein the master is formed of one of a flat plate and a cylindrical shape.
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