KR20150049776A

KR20150049776A - 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20150049776A
Application number: KR1020130130742A
Authority: KR
Inventors: 김상민; 전성재; 김재현; 김광섭; 조경민; 김창현; 최병익; 김경식; 황보윤; 이승모; 이학주
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2015-05-08
Also published as: KR101579935B1

Abstract

본 발명은 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속 기판에 형성된 나노박막에 임프린트 기법을 이용해 나노박막에 패턴을 형성하되 스탬프에 형성된 패턴에 의해 눌린 부분의 나노박막 상면이 금속 기판의 상면보다 하측으로 들어가도록 임프린트하고, 패턴이 형성된 나노박막을 원하는 타겟 기판에 전사할 수 있는 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법 및 장치 {Method and apparatus for forming and transfering pattern of nanofilm using imprint}

본 발명은 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속 기판에 형성된 나노박막에 임프린트 기법을 이용해 나노박막에 패턴을 형성하고 이를 원하는 타겟 기판에 전사할 수 있는 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법 및 장치에 관한 것이다.

탄소 원자 한 층의 그래핀은 2차원 평면 형태를 가지고 있으며, 두께는 0.335nm 정도로 매우 얇으면서 물리적, 화학적 안정성도 높다. 또한, 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고 반도체로 주로 쓰이는 단결정 실리콘보다 100배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있다. 게다가 강도는 강철보다 200배 이상 강하며, 최고의 열전도성을 자랑하는 다이아몬드보다 2배 이상 열전도성이 높으며, 투광성이 우수한 특징이 있다. 또 휨 특성(flexibility) 이 뛰어나 늘리거나 구부려도 전기적 성질을 잃지 않는다.

이런 특성으로 인해 그래핀은 차세대 신소재로 각광받는 탄소나노튜브를 뛰어넘는 소재로 평가받으며 '꿈의 나노물질'이라 불린다. 그리하여 그래핀은 구부릴 수 있는 디스플레이나 전자종이, 착용식 컴퓨터(wearable computer), 초고속 트랜지스터 등을 만들 수 있는 전자정보 산업분야의 미래 신소재로 주목받고 있다.

이러한 그래핀은 상대적으로 가벼운 원소인 탄소만으로 이루어져 1차원 또는 2차원의 나노패턴을 가공하기가 매우 용이하며, 이를 활용하면 반도체-도체 성질을 조절할 수 있다. 뿐만 아니라 탄소가 가지는 화학결합의 다양성을 이용해 디스플레이, 센서, 메모리, 태양전지 등 광범위한 기능성 소자로 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.

이때, 소자 등에 응용하기 위해서는 그래핀의 패터닝이 필요하다.

널리 알려져 있는 패터닝 제작 기술 중 하나는 포토리소그래피로서, 이 기술은 포토레지스트 박막이 입혀진 기판 위에 패턴을 형성하는 방법이다. 그런데 이때 형성되는 패턴의 크기는 광학적 회절 현상에 의하여 제한받게 되며, 해상도 또는 분해능이 포토레지스트의 두께와 사용되는 광선의 파장에 의해 결정된다. 따라서 구성 소자의 집적도가 높아질수록 미세한 패턴을 형성하기 위해 짧은 파장을 사용한 노광기술이 요구된다.

그러나 종래의 이러한 포토리소그래피 기술을 사용할 경우, 그래핀의 특성상 포토레지스트 잔유물에 의해 그래핀의 성질이 변화되는 문제점이 발생한다.

또한, 그래핀에 패턴을 형성하여 전사하기 위한 방법으로, 패턴 형상이 형성된 PDMS(polydimethylsiloxane) 스탬프를 그래핀에 밀착시킨 후 들어올려 패턴이 형성된 부분에만 그래핀이 달라붙도록 한 후 이를 원하는 기판에 전사하는 방법이 있으나, 이 방법 역시 그래핀 패턴의 형상에 변형이 발생하고 대면적의 경우 전사공정에서 많은 부분에 균열이 발생하는 등 전반적으로 전사에 문제점이 있다.

또한, 종래기술로 "그래핀 패턴의 형성방법 및 그래핀 패턴을 갖는 전자소자의 제조방법"(한국공개특허 10-2012-0053294)이 있다. 이는 도 1과 같이 촉매층(10)의 표면에 패턴(11) 형상을 형성하고 그 패턴 위에 그래핀(30)을 형성하여 촉매층의 패턴 위에 형성된 그래핀을 접착층(40)이 형성된 기판(50)에 전사하는 방법이 있으나, 이는 촉매층 자체에 패턴을 형성해야 하고 배리어층(20) 등을 형성해야 하므로 제조비용이 증가하고 그래핀에 연속적으로 패턴을 형성하여 전사할 수 없는 문제점이 있다.

KR 10-2012-0053294 A (2012.05.25.)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 임프린트 기법을 이용하여 일반적인 환경(상온)에서 금속 기판 상에 형성된 나노박막에 패턴을 형성하고 이를 원하는 타켓 기판에 전사할 수 있도록 함으로서, 나노박막 패턴의 변형이 없으며 공정을 줄여 저가의 비용으로 나노박막 패턴을 형성하여 전사할 수 있는 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법은, 상면에 나노박막이 형성된 금속 기판을 준비하는 단계(SA10); 상기 금속 기판의 상측에서 패턴이 형성된 스탬프를 이용해 나노박막에 패턴 형상을 임프린트하되, 상기 스탬프의 패턴에 의해 눌린 부분의 나노박막 상면이 금속 기판의 상면보다 하측으로 들어가도록 형성하는 단계(SA20); 상기 금속 기판의 상측에서 캐리어 기판을 나노박막에 밀착시키는 단계(SA30); 상기 금속 기판을 제거하는 단계(SA40); 및 상기 캐리어 기판에 부착된 패턴이 형성된 나노박막을 타겟 기판에 밀착시켜 전사하는 단계(SA50); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 SA20단계에서, 상기 스탬프는 일면에 패턴이 형성된 평판형 스탬프 또는 외주면에 패턴이 형성된 롤 스탬프를 이용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 SA20단계에서, 상기 스탬프의 패턴에 의해 눌린 부분의 나노박막은 눌리지 않은 부분과 분리되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 금속 기판 상면에 형성되는 나노박막은 화학기상증착(CVD, chemical vapor deposition)에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 금속 기판은 Ni, Pt, Co, Al, Fe, Au, Ag, Cr, Mg, Mn, Mo, Ta, Ti, W, Pd 중 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이 적층된 호일(foil)로 형성되며, 상온에서 나노박막에 패턴 형상이 임프린트되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법은, 상면에 나노박막이 형성된 금속 기판을 연속으로 공급하는 단계(SB10); 공급되는 금속 기판의 나노박막에 롤 스탬프를 이용하여 패턴 형상을 임프린트하되, 롤 스탬프의 패턴에 의해 눌린 부분의 나노박막 상면이 금속 기판의 상면보다 하측으로 들어가도록 형성하는 단계(SB20); 상측에서 캐리어 기판을 연속으로 공급하여, 패턴이 형성된 나노박막에 캐리어 기판이 밀착되도록 하는 단계(SB30); 상기 금속 기판을 제거하는 단계(SB40); 하측에서 타겟 기판을 연속으로 공급하여, 패턴이 형성된 나노박막에 타겟 기판이 밀착되도록 하는 단계(SB50); 상기 캐리어 기판을 회수하여 타겟 기판의 상면에 패턴이 형성된 나노박막이 전사되도록 하는 단계(SB60); 및 상기 패턴이 형성된 나노박막이 전사된 타겟 기판을 회수하는 단계(SB70); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 SB60단계 및 SB70단계 사이에 패턴이 형성된 나노박막과 타겟 기판을 밀착시키는 단계(SB65)가 더 수행되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 장치는, 상면에 나노박막이 형성된 금속 기판을 공급하는 금속 기판 공급롤; 상기 금속 기판의 나노박막에 패턴 형상을 임프린트하며, 나노박막의 두께보다 두꺼운 패턴이 형성되는 롤 스탬프 및 가압롤; 금속 기판의 상측에서 캐리어 기판을 연속으로 공급하는 캐리어 기판 공급롤; 패턴이 형성된 나노박막에 캐리어 기판을 밀착시키는 한 쌍의 제1밀착롤; 상기 제1밀착롤을 통과하여 캐리어 기판, 패턴이 형성된 나노박막 및 금속 기판이 밀착된 상태에서 금속 기판을 제거하는 금속 기판 제거부; 상기 캐리어 기판의 하측에서 타겟 기판을 연속으로 공급하는 타겟 기판 공급롤; 상기 패턴이 형성된 나노박막에 타겟 기판을 밀착시키는 한 쌍의 제2밀착롤; 상기 제2밀착롤을 통과한 캐리어 기판을 회수하는 캐리어 기판 회수롤; 및 상기 패턴이 형성된 나노박막이 전사된 타겟 기판을 회수하는 타겟 기판 회수롤; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 금속 기판 제거부는 상기 제1밀착롤을 통과한 캐리어 기판의 상측을 눌러주는 롤러 및 금속 기판이 잠기도록 형성되는 에칭액이 수용되는 용기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2밀착롤과 타겟 기판 회수롤 사이에는 패턴이 형성된 나노박막과 타켓 기판을 밀착시키는 제3밀착롤이 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법은, 상면에 나노박막이 형성된 금속 기판을 준비하는 단계(SC10); 상기 금속 기판의 상측에서 캐리어 기판을 나노박막에 밀착시키는 단계(SC20); 상기 금속 기판을 제거하는 단계(SC30); 상기 캐리어 기판의 하측에서 패턴이 형성된 스탬프를 이용해 나노박막에 패턴 형상을 임프린트하되, 상기 스탬프의 패턴에 의해 눌린 부분의 나노박막 하면이 캐리어 기판의 하면보다 상측으로 들어가도록 형성하는 단계(SC40); 및 상기 캐리어 기판에 부착된 패턴이 형성된 나노박막을 타겟 기판에 밀착시켜 전사하는 단계(SC50); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법은, 상면에 나노박막이 형성된 금속 기판을 준비하는 단계(SD10); 상기 금속 기판의 상측에서 패턴이 형성된 스탬프를 이용해 나노박막에 패턴 형상을 임프린트하되, 상기 스탬프의 패턴에 의해 눌린 부분의 나노박막 상면이 금속 기판의 상면보다 하측으로 들어가도록 형성하는 단계(SD20); 하면에 접착층이 형성된 타겟 기판을 상기 금속 기판의 상측에서 밀착시켜, 상기 접착층이 나노박막에 밀착되도록 하는 단계(SD30); 및 상기 금속 기판을 떼어내 패턴이 형성된 나노박막을 상기 접착층이 형성된 타겟 기판으로 전사하는 단계(SD40); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법 및 장치는, 임프린트 기법을 이용하여 일반적인 환경(상온)에서 금속 기판 상에 형성된 나노박막에 패턴을 형성할 수 있는 장점이 있다.

또한, 형성된 나노박막 패턴의 변형이 적은 장점이 있다.

또한, 롤 스탬프 및 롤투롤 공정을 이용하여 연속으로 나노박막 패턴을 형성하고 이를 원하는 타겟 기판에 전사할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 나노박막 패턴 형성 및 전사 방법을 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법을 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법을 나타낸 개략도.
도 4는 롤 스탬프를 이용하여 나노박막에 패턴을 형성하는 방법을 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법 및 장치를 나타낸 개략도.
도 6은 본 발명에 따른 금속 기판이 구리 호일로 이루어져 나노박막이 형성되는 경우 고온 열처리에 따른 강도의 변화를 나타낸 응력-변형율 그래프.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법을 나타낸 개략도.
도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법을 나타낸 개략도.

이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법 및 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법을 나타낸 개략도이고, 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법을 나타낸 개략도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 따른 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법은, 상면에 나노박막(2)이 형성된 금속 기판(1)을 준비하는 단계(SA10); 상기 금속 기판(1)의 상측에서 패턴이 형성된 스탬프를 이용해 나노박막(2)에 패턴 형상을 임프린트하되, 상기 스탬프의 패턴에 의해 눌린 부분의 나노박막 상면이 금속 기판(1)의 상면보다 하측으로 들어가도록 형성하는 단계(SA20); 상기 금속 기판(1)의 상측에서 캐리어 기판(3)을 나노박막(2)에 밀착시키는 단계(SA30); 상기 금속 기판(1)을 제거하는 단계(SA40); 및 상기 캐리어 기판(3)에 부착된 패턴이 형성된 나노박막(2)을 타겟 기판(4)에 밀착시켜 전사하는 단계(SA50); 를 포함하여 이루어진다.

우선, 금속 기판(1)은 구리(Cu)와 같은 금속 호일(foil)로 형성되고 나노박막(2)은 그래핀이 될 수 있다. 이때, 나노박막(2)은 금속 기판(1)의 상면에 형성되며 화학기상증착(CVD) 등을 통해 형성될 수 있다.

상면에 나노박막(2)이 형성된 금속 기판(1)을 준비한 후 나노박막(2)이 상측에 오도록 금속 기판(1)을 배치하고, 도 2(b), 도 3(b) 및 도 4와 같이 금속 기판(1)의 상측에서 패턴(210)이 형성된 스탬프(200a, 200)를 이용해 눌러 나노박막(2)에 패턴 형상을 임프린트한다. 상기 스탬프는 일면에 패턴(210)이 형성된 평판형 스탬프(200a) 또는 외주면에 패턴이 형성된 롤 스탬프(200)가 사용될 수 있다. 여기에서 스탬프에 형성된 패턴(210)에 의해 눌린 부분의 나노박막(2) 상면은 금속 기판(1)의 상면보다 하측으로 들어가도록 임프린트된다. 이때, 형성되는 패턴의 형상은 도 4와 같은 사각형 형태 이외에도 삼각형, 다각형, 원형 및 랜덤한 형태 등 다양하게 형성될 수 있다. 그리고 이후 금속 기판(1)의 상측에서 캐리어 기판(3)을 나노박막(2)에 밀착시키고, 금속 기판(1)에서 캐리어 기판(3)을 제거하면 패턴 형상이 형성된 나노박막(2)이 캐리어 기판(3)에 옮겨진다. 그리고 금속 기판(1)은 에칭에 의해 제거될 수 있다. 그리하여 캐리어 기판(3)의 하면에 패턴 형상이 형성된 나노박막(2)이 부착된 상태에서 이를 타켓 기판(4)에 밀착시킨 후 캐리어 기판(3)을 분리하면 패턴 형상이 형성된 나노박막(2)이 타켓 기판(4)에 전사될 수 있다. 여기에서 타겟 기판(4)은 최종적으로 사용하고자 하는 실리콘 웨이퍼 또는 폴리머 기판 등이 될 수 있다.

이때, 상기 SA20단계에서, 상기 스탬프의 패턴에 의해 눌린 부분의 나노박막(2)은 눌리지 않은 부분과 분리되도록 임프린트된다. 즉, 스탬프의 패턴에 의해 눌린 부분의 나노박막과 눌리지 않은 부분의 나노박막이 서로 분리되도록 패턴에 의해 수직으로 깊게 눌려, 눌리지 않은 부분의 나노박막이 전사되기 용이하도록 형성될 수 있다.

그리하여 나노박막에 형성된 패턴의 경계가 확실해지고, 이에 따라 캐리어 기판 및 타겟 기판으로의 나노박막 전사 과정에서 나노박막에 형성된 패턴의 변형이 없어 공정을 줄여 저가의 비용으로 나노박막에 패턴을 형성하여 전사할 수 있다.

그리고 상기 금속 기판(1) 상면에 형성되는 나노박막(2)은 화학기상증착(CVD, chemical vapor deposition)에 의해 형성될 수 있다. 이는 고온에서 나노박막이 증착되는 화학기상증착의 특성 상, 고온에서 금속 기판이 열처리 되므로 항복강도가 낮아지고 이에 따라 스탬프의 패턴에 의해 눌려 금속 기판이 소성변형 됨으로써, 스탬프의 패턴에 의해 눌리는 부분의 나노박막이 금속 기판의 상면보다 하측으로 눌려지기 용이하기 때문이다.

이때, 금속 기판은 Ni, Pt, Co, Al, Fe, Au, Ag, Cr, Mg, Mn, Mo, Ta, Ti, W, Pd 중 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이 적층된 호일(foil)로 형성되며, 상온에서 나노박막에 패턴 형상이 임프린트될 수 있다.

즉, 금속 기판은 상기한 금속 재질 중 하나의 얇은 호일 형태로 형성될 수 있고, 둘 이상의 금속 재질이 적층되어 밀착된 다층 구조의 호일 형태로 형성될 수도 있으며, 바람직하게는 금속 기판이 구리 호일로 형성되어 그 상면에 화학기상증착에 의해 나노박막이 형성될 경우, 도 6의 그래프와 같이 화학기상증착시의 고온 열처리 공정으로 인해 금속 조직의 변화가 생겨 낮은 강도를 갖게 되므로, 기존의 PET와 같은 재질을 이용한 고온 임프린팅 방법에 비해 상온에서도 패터닝이 가능하다.

그리하여 본 발명의 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법은, 임프린트 기법을 이용하여 일반적인 환경(상온)에서 금속 기판 상에 형성된 나노박막에 패턴을 형성하기 용이한 장점이 있다. 또한, 나노박막 패턴의 변형이 없으며, 공정을 줄여 저가의 비용으로 나노박막 패턴을 형성하여 전사할 수 있는 장점이 있다.

그리고 본 발명의 제3실시예에 따른 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법은, 상면에 나노박막(2)이 형성된 금속 기판(1)을 연속으로 공급하는 단계(SB10); 공급되는 금속 기판(1)의 나노박막(2)에 롤 스탬프(200)를 이용하여 패턴(210) 형상을 임프린트하되, 롤 스탬프(200)의 패턴(210)에 의해 눌린 부분의 나노박막(2) 상면이 금속 기판(1)의 상면보다 하측으로 들어가도록 형성하는 단계(SB20); 상측에서 캐리어 기판(3)을 연속으로 공급하여, 패턴이 형성된 나노박막(2)에 캐리어 기판(3)이 밀착되도록 하는 단계(SB30); 상기 금속 기판(1)을 제거하는 단계(SB40); 하측에서 타겟 기판(4)을 연속으로 공급하여, 패턴이 형성된 나노박막(2)에 타겟 기판(4)이 밀착되도록 하는 단계(SB50); 상기 캐리어 기판(3)을 회수하여 타겟 기판(4)의 상면에 패턴이 형성된 나노박막(2)이 전사되도록 하는 단계(SB60); 및 상기 패턴이 형성된 나노박막(2)이 전사된 타겟 기판(4)을 회수하는 단계(SB70); 를 포함하여 이루어진다.

이는, 상기한 제1실시예 및 제2실시예와 유하하며, 제2실시예와 같이 패턴(210)이 형성된 롤 스탬프(200)를 이용하여 연속으로 나노박막(2)에 패턴 형상을 형성하고 이를 전사할 수 있는 방법이다.

즉, 도 5와 같이 나노박막(2)이 형성된 금속 기판(1)을 롤 형태로 하여 연속적으로 공급하면서 롤 스탬프(200)를 이용하여 롤 스탬프(200)의 패턴(210)에 의해 눌린 부분의 나노박막(2) 상면이 금속 기판(1)의 상면보다 하측으로 들어가도록 형성하여 나노박막(2)에 패턴 형상을 연속으로 임프린트하고, 상측에서 캐리어 기판(3)을 연속으로 공급하여 패턴이 형성된 나노박막(2)에 캐리어 기판(3)이 밀착되도록 한다. 이후 금속 기판(1)을 에칭을 통해 제거하고, 그 하측에서 타겟 기판(4)을 연속으로 공급하여 패턴이 형성된 나노박막(2)에 타겟 기판(4)이 밀착되도록 한다. 그리고 상측에서는 캐리어 기판(3)을 회수하여 타겟 기판(4)의 상면에 패턴이 형성된 나노박막(2)이 전사되도록 하여 이를 회수하여, 연속적으로 나노박막(2)에 패턴 형성 및 타겟 기판(4)에 패턴 형상이 형성된 나노박막(2)을 전사할 수 있다.

이때, 상기 SB60단계 및 SB70단계 사이에는 패턴이 형성된 나노박막(2)과 타겟 기판(4)을 밀착시키는 단계(SB65)가 더 수행될 수 있다.

이하 상기와 같이 연속으로 나노박막에 패턴을 형성하고, 타겟 기판에 패턴 형상이 형성된 나노박막을 전사할 수 있는 본 발명의 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 장치(1000)는, 도 5와 같이 상면에 나노박막(2)이 형성된 금속 기판(1)을 공급하는 금속 기판 공급롤(100); 상기 금속 기판(1)의 나노박막(2)에 패턴 형상을 임프린트하며, 나노박막의 두께보다 두꺼운 패턴(210)이 형성되는 롤 스탬프(200) 및 가압롤(300); 금속 기판(1)의 상측에서 캐리어 기판(3)을 연속으로 공급하는 캐리어 기판 공급롤(410); 패턴이 형성된 나노박막(2)에 캐리어 기판(3)을 밀착시키는 한 쌍의 제1밀착롤(510); 상기 제1밀착롤(510)을 통과하여 캐리어 기판(30), 패턴이 형성된 나노박막(2) 및 금속 기판(1)이 밀착된 상태에서 금속 기판(1)을 제거하는 금속 기판 제거부(600); 상기 캐리어 기판(3)의 하측에서 타겟 기판(4)을 연속으로 공급하는 타겟 기판 공급롤(700); 상기 패턴이 형성된 나노박막(2)에 타겟 기판(4)을 밀착시키는 한 쌍의 제2밀착롤(520); 상기 제2밀착롤(520)을 통과한 캐리어 기판(3)을 회수하는 캐리어 기판 회수롤(420); 및 상기 패턴이 형성된 나노박막(2)이 전사된 타겟 기판(4)을 회수하는 타겟 기판 회수롤(800); 을 포함하여 이루어질 수 있다.

즉, 나노박막(2)이 상면에 형성된 금속 기판(1)을 호일 형태로 하여 금속 기판 공급롤(100)에 권취하여 연속으로 롤 스탬프(200)와 가압롤(300)사이로 공급하여 나노박막(2)에 패턴 형상을 형성하고, 금속 기판(1)의 상측에서 캐리어 기판(3)이 권취된 캐리어 기판 공급롤(410)을 통해 한 쌍의 제1밀착롤(510) 사이를 통과시켜 캐리어 기판(3)이 나노박막(2)의 상면에 밀착될 수 있다. 그리고 에칭액(630)을 통과시켜 금속 기판(1)이 제거되어 캐리어 기판(3)의 하면에 패턴 형상이 형성된 나노박막(2) 만이 부착된 상태가 된다. 이후 하측에서 타겟 기판(4)이 권취된 타겟 기판 공급롤(700)을 통해 타겟 기판(4)을 연속적으로 공급하면서 타겟 기판(4)이 나노박막(2)의 하측에 밀착되도록 한 쌍의 제2밀착롤(520)을 통과시킨다. 그리고 제2밀착롤(520)을 통과한 상태에서 상측에 구비된 캐리어 기판 회수롤(420)을 통해 캐리어 기판(3)을 회수하여 캐리어 기판(3)이 나노박막(2)과 떨어지고 패턴 형상이 형성된 나노박막(2)은 최종적으로 타겟 기판(4)의 상측에 전사된다. 그리하여 나노박막(2)이 전사된 타겟 기판(4)은 타겟 기판 회수롤(800)에 권취되어 연속적인 전사가 이루어질 수 있다. 이때, 롤 스탬프(200)는 외주면에 패턴(210)이 형성되되 나노박막(2)의 두께보다 두꺼운 패턴(210)이 형성되며, 가압롤(300)은 외주면이 매끈하게 형성된다.

또한, 상기 금속 기판 제거부(600)는 상기 제1밀착롤(510)을 통과한 캐리어 기판(3)의 상측을 눌러주는 롤러(610) 및 금속 기판이 잠기도록 형성되는 에칭액(630)이 수용되는 용기(620)를 포함하여 이루어져, 연속적으로 금속 기판(1)이 에칭액(630)을 통과하면서 제거될 수 있다.

또한, 상기 제2밀착롤(520)과 타겟 기판 회수롤(800) 사이에는 패턴이 형성된 나노박막(2)과 타켓 기판(4)을 밀착시키는 제3밀착롤(530)이 더 형성될 수 있다. 즉, 패턴 형상이 형성된 나노박막(2)을 타겟 기판(4)에 다시 밀착시켜 나노박막(2)이 떨어지지 않고 전사된 상태가 양호하게 유지되도록 할 수 있다.

이때, 금속 기판은 상기한 바와 같은 금속 재질 이외에 금속보다 높은 강도를 갖는 물질로 형성될 수 있으며, 강도가 높은 폴리머 재질로 형성될 수도 있다.

그리고 본 발명의 제4실시예에 따른 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법은, 상면에 나노박막(2)이 형성된 금속 기판(1)을 준비하는 단계(SC10); 상기 금속 기판(1)의 상측에서 캐리어 기판(3)을 나노박막(2)에 밀착시키는 단계(SC20); 상기 금속 기판(1)을 제거하는 단계(SC30); 상기 캐리어 기판(2)의 하측에서 패턴이 형성된 스탬프를 이용해 나노박막(2)에 패턴 형상을 임프린트하되, 상기 스탬프의 패턴에 의해 눌린 부분의 나노박막(2) 하면이 캐리어 기판(3)의 하면보다 상측으로 들어가도록 형성하는 단계(SC40); 및 상기 캐리어 기판(3)에 부착된 패턴이 형성된 나노박막(2)을 타겟 기판(4)에 밀착시켜 전사하는 단계(SC50); 를 포함하여 이루어질 수 있다.

이는 도 7과 같이 금속 기판(1) 상면에 형성된 나노박막(2)에 캐리어 기판(3)을 밀착시키고 에칭을 통해 금속 기판(1)을 제거하여 캐리어 기판(3)으로 나노박막(2)을 옮기고, 캐리어 기판(3)상에서 패턴이 형성된 스탬프를 이용하여 나노박막(2)에 패턴 형상을 임프린팅 한 후 패턴이 형성된 나노박막(2)을 타켓 기판(4)에 밀착시켜 타켓 기판(4)으로 패턴이 형성된 나노박막(2)을 전사하는 방법이다. 이때, 캐리어 기판(3)은 스탬프의 패턴 형상에 의해 눌려 소성변형이 일어날 수 있는 재질로 형성되며, 스탬프는 일면에 패턴(210)이 형성된 평판형 스탬프(200a) 또는 외주면에 패턴이 형성된 롤 스탬프(200)가 사용될 수 있다.

또한, SC40단계에서 스탬프의 패턴에 의해 눌린 부분의 나노박막(2)은 눌리지 않은 부분과 분리되도록 임프린트된다. 즉, 스탬프의 패턴에 의해 눌린 부분의 나노박막과 눌리지 않은 부분의 나노박막이 서로 분리되도록 패턴에 의해 수직으로 깊게 눌려, 눌리지 않은 부분의 나노박막이 전사되기 용이하도록 형성될 수 있다.

그리하여 금속 기판(1)이 상온에서 소성변형을 일으키기 어려운 재질로 형성되는 경우, 캐리어 기판(3)으로 나노박막(2)을 옮긴 후 상온에서 나노박막(2)에 패턴을 형성한 후 타겟 기판(4)으로 전사할 수 있는 장점이 있다.

그리고 본 발명의 제5실시예에 따른 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법은, 상면에 나노박막이 형성된 금속 기판을 준비하는 단계(SD10); 상기 금속 기판의 상측에서 패턴이 형성된 스탬프를 이용해 나노박막에 패턴 형상을 임프린트하되, 상기 스탬프의 패턴에 의해 눌린 부분의 나노박막 상면이 금속 기판의 상면보다 하측으로 들어가도록 형성하는 단계(SD20); 하면에 접착층이 형성된 타겟 기판을 상기 금속 기판의 상측에서 밀착시켜, 상기 접착층이 나노박막에 밀착되도록 하는 단계(SD30); 및 상기 금속 기판을 떼어내 패턴이 형성된 나노박막을 상기 접착층이 형성된 타겟 기판으로 전사하는 단계(SD40); 를 포함하여 이루어질 수 있다.

이는 도 8과 같이 금속 기판(1)의 상면에 형성된 나노박막(2)에 금속 기판(1)의 상측에서 패턴이 형성된 스탬프를 이용하여 나노박막(2)에 패턴 형상을 임프린트 한 후 패턴이 형성된 나노박막을 타겟 기판(4)에 밀착시켜 전사하는 방법으로, 이때 타겟 기판(4)의 하면에는 접착층(5)이 형성되어, 접착층(5)을 패턴이 형성된 나노박막(2)과 밀착되도록 한 후 금속 기판(1)을 떼어내 전사하는 것이다.

그리하여 나노박막에 패턴을 형성하고 이를 타겟 기판으로 전사하는 과정이 간단하여, 나노박막의 패턴형성 및 전사가 용이한 장점이 있다.

이때에도 마찬가지로 금속 기판(1)은 스탬프의 패턴 형상에 의해 눌려 소성변형이 일어날 수 있는 재질로 형성되며, 스탬프는 일면에 패턴(210)이 형성된 평판형 스탬프(200a) 또는 외주면에 패턴이 형성된 롤 스탬프(200)가 사용될 수 있다.

또한, SD20단계에서 스탬프의 패턴에 의해 눌린 부분의 나노박막(2)은 눌리지 않은 부분과 분리되도록 임프린트된다. 즉, 스탬프의 패턴에 의해 눌린 부분의 나노박막과 눌리지 않은 부분의 나노박막이 서로 분리되도록 패턴에 의해 수직으로 깊게 눌려, 눌리지 않은 부분의 나노박막이 전사되기 용이하도록 형성될 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1000 : 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 장치
100 : 금속 기판 공급롤
200 : 롤 스탬프 200a : 평판형 스탬프
210 : 패턴
300 : 가압롤
410 : 캐리어 기판 공급롤 420 : 캐리어 기판 회수롤
510 : 제1밀착롤 520 : 제2밀착롤
530 : 제3밀착롤
600 : 금속 기판 제거부
610 : 롤러 620 : 용기
630 : 에칭액
700 : 타겟 기판 공급롤
800 : 타겟 기판 회수롤
1 : 금속 기판 2 : 나노박막
3 : 캐리어 기판 4 : 타겟 기판

Claims

상면에 나노박막이 형성된 금속 기판을 준비하는 단계(SA10);
상기 금속 기판의 상측에서 패턴이 형성된 스탬프를 이용해 나노박막에 패턴 형상을 임프린트하되, 상기 스탬프의 패턴에 의해 눌린 부분의 나노박막 상면이 금속 기판의 상면보다 하측으로 들어가도록 형성하는 단계(SA20);
상기 금속 기판의 상측에서 캐리어 기판을 나노박막에 밀착시키는 단계(SA30);
상기 금속 기판을 제거하는 단계(SA40); 및
상기 캐리어 기판에 부착된 패턴이 형성된 나노박막을 타겟 기판에 밀착시켜 전사하는 단계(SA50); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법.
제1항에 있어서,
상기 SA20단계에서, 상기 스탬프는 일면에 패턴이 형성된 평판형 스탬프 또는 외주면에 패턴이 형성된 롤 스탬프를 이용하는 것을 특징으로 하는 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법.
제1항에 있어서,
상기 SA20단계에서, 상기 스탬프의 패턴에 의해 눌린 부분의 나노박막은 눌리지 않은 부분과 분리되는 것을 특징으로 하는 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법.
제1항에 있어서,
상기 금속 기판 상면에 형성되는 나노박막은 화학기상증착(CVD, chemical vapor deposition)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법.
제1항에 있어서,
상기 금속 기판은 Ni, Pt, Co, Al, Fe, Au, Ag, Cr, Mg, Mn, Mo, Ta, Ti, W, Pd 중 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이 적층된 호일(foil)로 형성되며, 상온에서 나노박막에 패턴 형상이 임프린트되는 것을 특징으로 하는 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법.
상면에 나노박막이 형성된 금속 기판을 연속으로 공급하는 단계(SB10);
공급되는 금속 기판의 나노박막에 롤 스탬프를 이용하여 패턴 형상을 임프린트하되, 롤 스탬프의 패턴에 의해 눌린 부분의 나노박막 상면이 금속 기판의 상면보다 하측으로 들어가도록 형성하는 단계(SB20);
상측에서 캐리어 기판을 연속으로 공급하여, 패턴이 형성된 나노박막에 캐리어 기판이 밀착되도록 하는 단계(SB30);
상기 금속 기판을 제거하는 단계(SB40);
하측에서 타겟 기판을 연속으로 공급하여, 패턴이 형성된 나노박막에 타겟 기판이 밀착되도록 하는 단계(SB50);
상기 캐리어 기판을 회수하여 타겟 기판의 상면에 패턴이 형성된 나노박막이 전사되도록 하는 단계(SB60); 및
상기 패턴이 형성된 나노박막이 전사된 타겟 기판을 회수하는 단계(SB70); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법.
제6항에 있어서,
상기 SB60단계 및 SB70단계 사이에 패턴이 형성된 나노박막과 타겟 기판을 밀착시키는 단계(SB65)가 더 수행되는 것을 특징으로 하는 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법.
상면에 나노박막이 형성된 금속 기판을 공급하는 금속 기판 공급롤;
상기 금속 기판의 나노박막에 패턴 형상을 임프린트하며, 나노박막의 두께보다 두꺼운 패턴이 형성되는 롤 스탬프 및 가압롤;
금속 기판의 상측에서 캐리어 기판을 연속으로 공급하는 캐리어 기판 공급롤;
패턴이 형성된 나노박막에 캐리어 기판을 밀착시키는 한 쌍의 제1밀착롤;
상기 제1밀착롤을 통과하여 캐리어 기판, 패턴이 형성된 나노박막 및 금속 기판이 밀착된 상태에서 금속 기판을 제거하는 금속 기판 제거부;
상기 캐리어 기판의 하측에서 타겟 기판을 연속으로 공급하는 타겟 기판 공급롤;
상기 패턴이 형성된 나노박막에 타겟 기판을 밀착시키는 한 쌍의 제2밀착롤;
상기 제2밀착롤을 통과한 캐리어 기판을 회수하는 캐리어 기판 회수롤; 및
상기 패턴이 형성된 나노박막이 전사된 타겟 기판을 회수하는 타겟 기판 회수롤; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 장치.
제8항에 있어서,
상기 금속 기판 제거부는 상기 제1밀착롤을 통과한 캐리어 기판의 상측을 눌러주는 롤러 및 금속 기판이 잠기도록 형성되는 에칭액이 수용되는 용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 장치.
제8항에 있어서,
상기 제2밀착롤과 타겟 기판 회수롤 사이에는 패턴이 형성된 나노박막과 타켓 기판을 밀착시키는 제3밀착롤이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 장치.
상면에 나노박막이 형성된 금속 기판을 준비하는 단계(SC10);
상기 금속 기판의 상측에서 캐리어 기판을 나노박막에 밀착시키는 단계(SC20);
상기 금속 기판을 제거하는 단계(SC30);
상기 캐리어 기판의 하측에서 패턴이 형성된 스탬프를 이용해 나노박막에 패턴 형상을 임프린트하되, 상기 스탬프의 패턴에 의해 눌린 부분의 나노박막 하면이 캐리어 기판의 하면보다 상측으로 들어가도록 형성하는 단계(SC40); 및
상기 캐리어 기판에 부착된 패턴이 형성된 나노박막을 타겟 기판에 밀착시켜 전사하는 단계(SC50); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법.
상면에 나노박막이 형성된 금속 기판을 준비하는 단계(SD10);
상기 금속 기판의 상측에서 패턴이 형성된 스탬프를 이용해 나노박막에 패턴 형상을 임프린트하되, 상기 스탬프의 패턴에 의해 눌린 부분의 나노박막 상면이 금속 기판의 상면보다 하측으로 들어가도록 형성하는 단계(SD20);
하면에 접착층이 형성된 타겟 기판을 상기 금속 기판의 상측에서 밀착시켜, 상기 접착층이 나노박막에 밀착되도록 하는 단계(SD30); 및
상기 금속 기판을 떼어내 패턴이 형성된 나노박막을 상기 접착층이 형성된 타겟 기판으로 전사하는 단계(SD40); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 임프린트 기법을 이용한 나노박막 패턴 형성·전사 방법.