KR20150111342A - 저반사 필름용 마스터 몰드 제조방법 및 그 제조방법을 이용한 저반사 필름용 마스터 몰드 - Google Patents

저반사 필름용 마스터 몰드 제조방법 및 그 제조방법을 이용한 저반사 필름용 마스터 몰드 Download PDF

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KR20150111342A
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김태수
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Abstract

본 발명은 저반사 필름용 마스터 몰드 제조방법에 관한 것으로, (a) 하드 마스크층이 적층된 기판을 마련하는 단계; (b) 적어도 2번의 나노 임프린트 공정을 이용하여 상기 하드 마스크층을 패터닝하는 단계; 및 (c) 상기 패터닝된 하드 마스크층을 이용하여 상기 기판을 패터닝하는 단계를 포함한다.

Description

저반사 필름용 마스터 몰드 제조방법 및 그 제조방법을 이용한 저반사 필름용 마스터 몰드{METHOD OF FABRICATING MASTER MOLD FOR LOW REFLECTION FILM AND MASTER MOLD FOR LOW REFLECTION FILM USING THE SAME}
본 발명은 저반사 필름용 마스터 몰드 제조방법 및 그 제조방법을 이용한 저반사 필름용 마스터 몰드에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 2회 이상의 나노 임프린트 공정을 이용한 저반사 필름용 마스터 몰드 제조방법 및 그 제조방법을 이용한 저반사 필름용 마스터 몰드에 관한 것이다.
종래의 액정표시장치(LCD), 플라즈마 표시장치(PDP), 전계발광 표시장치(ELD) 및 음극선 관 표시장치(CRT) 등의 화상표시장치는 실외 태양광이나 실내 조명 등과 같은 외부 광원들이 디스플레이 표면에 반사되어 본래의 화상 시인성을 떨어뜨리며, 이러한 반사에 의한 시인성 저하를 최소화하기 위해 반사방지 필름이 사용된다.
일반적으로 반사방지 필름은 반사 방지막의 층 수에 따라 단층 및 다층 반사방지 필름으로 나눌 수 있는데, 단층 반사방지 필름은 일반적으로 다층 반사방지 필름과 구별하기 위해 저반사 필름이라고 부른다.
이러한 저반사 필름(단층 반사방지 필름)은 기판 상에 저굴절층이 코팅된 구조로, 일반적으로 저굴절층은 공기-저굴절층과 저굴절층-기판의 계면에서 반사되는 광이 서로 상쇄 간섭을 일으키도록 λ/4 두께로 코팅되며, 평탄한 형상이 이용되기도 하나 평탄한 형상은 반사방지 특성이 낮고, 반사 방지 특성을 나타내는 파장 영역 구간이 협소하므로 유효 굴절률이 변화하여 외광에 의한 반사율을 감소시키는 2차원의 미세 요철 형상을 포함하는 필름이 많이 사용되고 있다.
한편, 화상표시장치의 대면화에 따라 저반사 필름의 대면화도 요구되는데 이러한 요구를 충족시키기 위해 대면화된 저반사 필름을 제조하기 위한 저반사 필름용 마스터 몰드의 대면화도 요구되고 있다.
저반사 필름용 마스터 몰드의 대면화를 위해 최근 제안된 방법 중 가장 널리 이용되는 방법은 간섭광 리소그래피를 이용한 방법으로서, 이 방법에 의하면 2차원의 미세 요철 형상을 형성하기 위해서, 2빔 간섭계를 이용한 2회의 노광 공정으로 2차원의 선 격자 형상을 패터닝하는 것이 필수적이다. 3빔 간섭계를 이용하면 1회의 노광 공정으로 2차원의 나노 선 격자 형상을 구현할 수 있으나 3개의 빔이 중첩되는 영역을 확장하는데 한계를 가지므로 패턴의 대면적화에 한계를 가진다. 여기서, 2차원의 나노 선 격자 형상이란 일렬로 배열된 스트라이프 형상의 제1패턴과 일렬로 배열된 스트라이프 형상의 제2패턴이 서로 교차하여 형성된 패턴을 말한다.
또한, 노광 공정에 의하는 경우 식각 마스크로 사용되는 고분자 감광재 패턴의 높이가 줄어 들어 이러한 감광재 패턴으로 충분한 단차비를 갖는 패턴을 형성하기 곤란하다는 문제가 있었다. 여기서, 패턴의 단차비란 패턴의 선폭에 대한 패턴의 높이의 비를 말한다.
구체적으로, 2빔 간섭 노광에 의해 1차원의 선격자 패턴(즉, 일렬로 배열된 스트라이프 형상의 패턴)을 형성한 경우, 높은 종횡비를 가지는 신뢰성 있는 패턴을 구현할 수 있는데 반해 2회의 간섭 패턴의 조사를 통해 얻은 2차원 선 격자 패턴의 경우, 종횡비의 손실이 상당히 발생하는데, 이는 상쇄간섭이 일어나는 영역에서의 광량이 이상적으로 0이 되어야 하지만 실제 광량은 일정량의 백그라운드 강도(background intensity) I0를 가지며 그 결과 실제 공정에서는 상쇄 간섭이 일어나는 부분에도 극소량이지만 일정량의 노광이 진행되게 된다. 즉 간섭 노광을 이용한 1차원 선 격자 패턴의 제작에서는 최대 광량 Imax과 백그라운드 강도(background intensity) I0의 차이를 부여할 수 있지만 기재 패턴을 특정 각도로 (예를 들면, 90o) 두고 2회 노광하여 간섭 패턴을 중첩시켜 2차원 선 격자 패턴을 구현할 경우, 빛이 조사되지 않아야 할 부분에 백그라운드 강도(background intensity) I0 만큼의 광량이 더 조사되기 때문에 현상 공정 이후에는 비록 상쇄 간섭에 해당되는 부분의 영역이라도 백그라운드 강도(background intensity) I0의 2배 만큼의 노광이 이뤄졌기 때문에 그만큼 패턴의 종횡비에서 손실이 발생하게 된다. 따라서 최대 광량 Imax과 백그라운드 강도(background intensity) I0의 차이가 크게 나도록 광학계를 정교하게 설계하여 종횡비의 손실을 최소화하는 노력들이 진행되고 있으나 구현하고자 하는 패턴이 100 nm 스케일의 나노 패턴에서는 단차비의 손실을 최소화하도록 간섭 노광 조건을 확립하는데 한계가 존재하므로, 단차비의 상당한 손실은 불가피하다는 문제가 있었다.
또한, 상술한 2회의 간섭 노광 공정에 의한 단차비의 손실 때문에, 마스터 몰드의 2차원의 선 격자 패턴을 모스 아이(moth eye)구조의 미세요철 나노 구조의 형상으로 구현하는데 공정상 제약이 따르며, 그 결과 최종적으로 제조되는 저반사 필름의 반사방지 특성의 저하를 초래하게 된다. 구체적으로, 패턴의 단차비가 작은 경우, 기저 하드마스크(Al) 층을 충분히 패턴할 수 없어 신뢰성 있는 모스 아이(moth eye)구조의 미세 나노 요철 구조를 석영 기재에 전사할 수 없으며 기판의 수직 방향으로 유효 굴절율이 점진적으로 변화하는 형상을 구현할 수 없기 때문에 반사 방지 특성이 열악해지는 문제가 있기 때문이다.
따라서, 고 단차비를 갖는 패턴을 갖는 저반사 필름을 대면적으로 제조하기 위한 마스터 몰드의 제작이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 적어도 2번의 나노 임프린트 공정을 이용하여 고 단차비를 갖는 나노 패턴을 대면적으로 형성할 수 있는 저반사 필름용 마스터 몰드 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 고 단차비의 나노 패턴을 가지는 대면적의 저반사 필름용 마스터 몰드를 제공하고자 한다.
이를 위해, 본 발명은 (a) 하드 마스크층이 적층된 기판을 마련하는 단계; (b) 적어도 2번의 나노 임프린트 공정을 이용하여 상기 하드 마스크층을 패터닝하는 단계; (c) 상기 패터닝된 하드 마스크층을 이용하여 상기 기판을 패터닝하는 단계 및 (d) 상기 패터닝된 기판을 식각하여 상기 기판의 상부방향으로 유효 굴절률이 점진적으로 변하는 구조의 저반사 형상를 갖도록 패터닝하는 단계를 포함하는 저반사필름용 마스터 몰드 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 다른 관점에서, 패턴의 단차비가 0.5 내지 5이고, 패턴의 피치가 50 nm 내지 500 nm이며, 기판의 상부방향으로 유효 굴절률이 점진적으로 변하는 구조의 저반사 형상의 패턴층을 포함하고, 11cm×11cm 이상의 대면적인 저반사 필름용 마스터 몰드를 제공한다.
본 발명의 저반사 필름용 마스터 몰드 제조방법에 따르면, 노광공정을 거치지 않고 미세 요철 형상의 패턴을 형성할 수 있으므로, 고단차비의 나노 패턴을 대면적으로 갖는 저반사 필름용 마스터 몰드를 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 저반사 필름용 마스터 몰드를 이용하면, 패턴의 단차비가 높아 반사 방지 기능이 우수한 저반사 필름을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저반사 필름용 마스터 몰드의 제조방법의 흐름을 개략적으로 보여주는 플로우 차트(flow-chart)이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예 따른 저반사 필름용 마스터 몰드의 제조방법 중 하드마스크층의 패터닝 공정을 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저반사 필름용 마스터 몰드의 제조방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저반사 필름용 마스터 몰드의 구조를 보여주는 도면이다.
도 5 내지 도 10은 실시예에 따른 저반사 필름용 마스터 몰드의 제조 공정 중 각 공정단계에서의 패턴 구조를 보여주는 도면이다.
도 11 및 도 12는 실시예에 따른 저반사 필름용 마스터 몰드에 의해 제조된 저반사 필름의 패턴 구조를 보여주는 도면이다.
도 13은 실시예 및 비교예에 따라 제조된 필름의 파장에 따른 반사율을 도시한 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
다만, 하기 도면들은 본 발명을 보다 잘 이해할 수 있도록 하기 위해 작성된 것으로, 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 구성요소를 나타내며, 원활한 설명을 위해 도면 상에 나타난 구성요소들은 과장, 축소 또는 생략될 수 있음을 밝힌다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저반사 필름용 마스터 몰드 제조방법의 흐름을 보여주는 플로우 차트(flow-chart)이고, 도 2는 상기 (b) 하드 마스크층 패터닝 단계(S200)를 구체화한 플로우 차트(flow chart)이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저반사 필름용 마스터 몰드의 제조방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 저반사 필름용 마스터 몰드 제조방법은, (a) 기판 마련 단계(S100); (b) 하드 마스크층 패터닝 단계(S200); 및 (c) 기판 패터닝 단계(S300) 및 (d) 저반사 형상 패터닝 단계(S400)를 포함한다.
구체적으로, 상기 (a) 기판 마련 단계(S100)는 하드 마스크층이 적층된 기판을 마련하는 단계를 말하며(도 3 (a) 참조), 이는 고식각 선택비를 가지는 하드 마스크층을 이용하여 고단차비의 패턴을 형성하기 위함이다.
여기서, 상기 기판(110)은 반복적인 복제 공정으로 인한 마스터 몰드의 오염 및 마모가 최소화되도록 기계적 특성이 우수한 재질인 것이 바람직하며, 예를 들면, 이로써 한정되는 것은 아니나, 투명한 재질로는 석영, 유리 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있고, 그 중 자외선 영역대의 파장에 우수한 투과도와 우수한 내 마모성 기계적 물성이 우수한 석영으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는 추후에 마스터 패턴의 형상 복제시 자외선 경화 레진을 사용하여 경화를 유도하는데 있어서 자외선 조사시 투과도를 확보하기 위함이다. 하지만 열경화 레진을 사용할 경우 마스터 패턴이 투명할 필요가 없으므로 기계적 특성이 우수한 스텐레스계(SUS계) 강판, 니켈(Ni), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 알루미늄 (Al), 크롬 (Cr), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta), 실리콘 (Si) 등등 금속, 비금속 및 이의 금속 산화물을 기판으로 사용하거나 상기 위 물질을 표면 형상에 증착하여 사용할 수 있다.
한편, 상기 하드 마스크층(120)은 식각 선택비가 높은 물질로 이루어짐이 바람직하며, 예를 들면, 이로써 한정되는 것은 아니나, 석영을 기재로 할 경우, 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리(Cu), 니켈(Ni), 탄탈륨(Ta), 철(Fe), 금(Au), 은(Ag) 또는 몰리브덴(Mo)으로 이루어질 수 있다.
다음으로, (b) 하드 마스크층 패터닝 단계(S200)는 적어도 2번의 나노 임프린트 공정을 이용하여 하드 마스크층(120)을 패터닝하는 단계를 말하며(도 3 (b) 내지 (i) 참조), 이는 2번의 나노 임프린트 공정을 이용하는 경우 2차원의 나노 선 격자 형상으로 하드 마스크층을 패터닝할 수 있고, 노광 공정을 거치지 않으므로 레지스트층의 높이가 감소되지 아니하여 충분한 단차비의 하드마스크층의 패턴을 형성하기 위함이다. 종래의 간섭광 리소그래피에 의하는 경우 2회의 노광 공정을 통해 하드마스크층이 패터닝되는데, 패터닝 시 식각 마스크로 이용되는 포토레지스트층이 1회의 노광 공정에 의해 높이가 절반 이상 감소하여 고단차비의 하드마스크층을 패터닝할 수 없다. 이에 비해 본 발명의 경우 나노 임프린트 공정을 이용하므로 2회 이상 공정을 시행해도 레지스트층 패턴의 높이가 감소되지 않는다.
한편, 2차원의 선형 격자 형상의 나노 패턴을 2회의 간섭 노광 공정을 통해 제작할 경우, 상쇄 간섭에 해당되는 부분의 영역에 백그라운드 강도(background intensity) I0의 2배만큼의 노광이 행해져 패턴의 단차비에서 상당한 손실이 발생하게 된다.
또한, 2회의 간섭 노광에 의해 발생한 단차비의 손실 때문에, 마스터 몰드의 2차원의 선 격자 형상을 모스 아이(moth eye)구조의 미세요철 나노 구조의 형상으로 구현하는데 공정상 제약이 따르며, 그 결과 최종적으로 제조되는 저반사 필름의 반사방지 특성의 저하를 초래하게 된다. 구체적으로, 패턴의 단차비가 작은 경우, 기저 하드마스크(Al) 층을 충분히 패턴할 수 없어 신뢰성 있는 모스 아이(moth eye)구조의 미세 나노 요철 구조를 석영 기재에 전사할 수 없으며 기판의 수직 방향으로 유효 굴절율이 점진적으로 변화하는 형상을 구현할 수 없기 때문에 반사 방지 특성이 열악해지는 것이다.
구체적으로, 상기 (b) 하드 마스크층 패터닝 단계(S200)는 (b-1) 상기 하드 마스크층(120) 상에 제1 레지스트층(130)을 형성하는 단계(S210); (b-2) 상호 평행한 제1 패턴이 형성된 스템퍼(200)를 임프린트하여 상기 제1 레지스트층(130)을 패터닝하는 단계(S220); (b-3) 상기 패터닝된 제1 레지스트층(130)을 이용하여 상기 하드 마스크층(120)을 패터닝하는 단계(S230); (b-4) 상기 하드 마스크층(120) 상에 제2 레지스트층(140)을 도포하는 단계(S250); (b-5) 상기 제1 패턴과 교차하는 제2 패턴이 형성된 스템퍼(300)를 임프린트하여 상기 제2 레지스트층(140)을 패터닝하는 단계(S260); 및 (b-6) 상기 패터닝된 제2 레지스트층(140)을 이용하여 상기 하드 마스크층(120)을 패터닝하는 단계(S270)를 포함한다.
또한, 상기 (b-3) 단계와 상기 (b-4) 단계 사이에 상기 제1 레지스트층(130)을 제거하는 단계(S240)를 더 포함할 수 있으며, 상기 (b-5) 단계 이후에 상기 제2 레지스트층(140)을 제거하는 단계(S280)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 (b-1) 단계는 하드 마스크층 상에 제1 레지스트층을 형성하는 단계(S210)로서, 여기서 제1 레지스트층은 광 경화 수지 또는 열가소성 수지로 이루어지고, 이는 추후 임프린트 공정의 광 조사 또는 가열에 의해 패턴이 형성되도록 하기 위함이다 (도 3 (b) 참조).
다음으로, 상기 (b-2) 단계는 상호 평행한 제1 패턴이 형성된 스템퍼(200)를 상기 제1 레지스트층(130) 상에 임프린트 하여 상기 제1 레지스트층(130)을 패터닝하는 단계(S220)로서, 여기서 상기 스템퍼의 제1 패턴은 예를 들어 스트라이프 형상이 상호 평행하게 형성되어 있는 선형 격자 패턴이고, 이중 빔 간섭 리소그래피 등의 종래 공지 기술에 의해 형성될 수 있다. 또한, (b-2) 단계에서 이용되는 임프린트 공정은 광 경화 방식과 열 경화 방식 모두 이용될 수 있다(도 3 (c) 참조).
다음으로, 상기 (b-3) 단계는 패터닝된 제1레지스트층(130)을 이용하여 하드 마스크층(120)을 패터닝하는 단계(S230)로서, 하드 마스크층이 상호 평행한 제1패턴을 갖도록 패터닝하기 위함이다(도 3 (d) 참조).
다음으로, 상기 (b-3) 단계 이후에 상기 제1레지스트층(130)을 제거한다(S240). 이는 2차 임프린트 공정 시 이용되는 제2레지스트층이 균일하게 도포되도록 하기 위함이다(도 3 (e) 참조).
다음으로, 상기 (b-4) 단계는 상기 하드 마스크층(120) 상에 제2레지스트층(140)을 도포하는 단계로서(S250), 상기 제2레지스트층은 열가소성 수지로 이루어지고, 이는 추후 임프린트 공정의 가열에 의해 패터닝이 이루어지도록 하기 위함이다(도 3 (f) 참조).
다음으로, 상기 (b-5) 단계는 상기 제1 패턴과 교차하는 제2 패턴이 형성된 스템퍼(300)를 임프린트하여 상기 제2 레지스트층(140)을 패터닝하는 단계(S260)로서, 제2패턴은 상기 제1패턴과 기울기를 갖고 교차하는 패턴으로서, 보다 바람직하게는 상기 제1패턴과 직교하는 패턴이다. 또한, 제2 패턴은 제1 패턴과 마찬가지로 상호 평행하게 배열된 패턴으로서, 스트라이프 형상이 상호 평행하게 배열된 선형 격자 패턴일 수 있다(도 3 (g) 참조).
또한, 제1 패턴과 제2 패턴의 단차비가 서로 동일하거나, 제1 패턴과 제2 패턴의 단차비가 상이할 수 있다. 제1 패턴과 제2 패턴의 단차비를 조정하여 보다 다양한 형상의 패턴을 갖도록 하기 위함이다.
다음으로, 상기 (b-6) 단계는 상기 패터닝된 제2 레지스트층(140)을 이용하여 상기 하드 마스크층(120)을 패터닝하는 단계(S270)로서, 제1패턴이 형성된 하드 마스크층이 제2패턴을 갖도록 패터닝되어, 최종적으로 하드 마스크층이 3차원의 미세 요철 형상의 패턴을 갖도록 패터닝하기 위함이다(도 3 (h) 참조).
다음으로, 상기 (b-6) 단계 이후에 제2레지스트층(140)을 제거할 수 있다(S280) (도 3 (i) 참조).
한편, 상기 (c) 기판 패터닝 단계(S300)는 (b) 단계에서 패터닝된 하드 마스크층(120)을 이용하여 기판(110)을 패터닝하는 단계를 말한다. 식각 비율이 높은 하드마스크층을 이용하여 기판을 패터닝함으로써 단차비가 큰 패턴을 용이하게 형성하기 위함이다(도 3 (j), (k) 참조).
한편, (c) 단계를 통해 기판은 2차원 선 격자 형상의 패턴을 갖게 되며, 여기서, 상기 기판의 패턴은 단차비가 0.5 내지 5, 1 내지 5, 3 내지 5, 0.5 내지 1.5, 1 내지 2, 1.5 내지 2.5, 2 내지 3, 2.5 내지 3.5, 3 내지 4, 3.5 내지 4.5, 4 내지 5일 수 있다. 또한, 패턴의 피치는 50 내지 500nm, 50 내지 200nm, 50 내지 300nm, 100 내지 200nm, 150 내지 250nm, 200 내지 300nm, 250 내지 350nm, 300 내지 400nm, 350 내지 450nm, 400 내지 500nm일 수 있다. 상술한 단차비 및 패턴 피치의 범위는 반사 방지 필름 제작에 이용되는 수지의 굴절률, 구조물의 형태 및 구배와 형상의 기계적 특성 등을 복합적으로 고려해야 하는 인자로 상기 패턴의 단차의 범위는 주어진 매질 혹은 필름의 굴절률(nD=1.490)에서 점진적인 굴절률 분포를 얻기 위한 공정 마진을 감안할 때 도출된 값이며 상기 패턴 피치의 범위는 가시광 영역(400 ~ 700nm) 전체에서 반사방지 특성을 갖기 위해 짧은 파장에서의 빛의 분해능 (l/2)을 하여 도출된 값이다(도 3 (k) 참조).
다음으로, 상기 (d) 저반사 형상 패터닝 단계(S400)는 상기 (c) 단계에서 패터닝된 기판(110)을 식각하여 상기 기판의 상부방향으로 유효 굴절률이 점진적으로 변하는 구조의 저반사 형상를 갖도록 패터닝하는 단계를 말하며, 여기서 상기 저반사 형상은 기판의 상부방향으로 유효 굴절률이 점진적으로 변하는 형상이라면 제한은 없으나, 굴절률이 경사형으로 변화되는 모스 아이(moth eye) 형상을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 저반사 형상 사이의 간격은 가시광선 영역의 빛을 산란 또는 회절시키지 않는 크기로 제한됨이 바람직하다(도 3 (l) 참조).
한편, 상술한 바와 같이 패터닝된 기판은 11cm×11cm 이상의 대면적일 수 있다. 이는 간섭광 리소그래피 공정을 이용하지 않고 나노 임프린트 공정, 식각 공정만을 이용하여 제조하므로 대면적에서 용이하게 2차원의 미세 요철 형상을 패터닝할 수 있기 때문이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저반사 필름용 마스터 몰드의 구조를 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 저반사 필름용 마스터 몰드(400)는 기판(410) 상에 형성된 패턴층(420)을 포함한다.
상기 패턴층(420)은 상기 기판의 상부방향으로 유효 굴절률이 점진적으로 변하는 구조의 저반사 형상의 패턴을 가지며, 바람직하게는 모스 아이(moth eye) 형상의 패턴을 가진다. 여기서 모스 아이(moth eye) 형상은 굴절률이 경사형으로 변화되는 형상이며, 저반사 형상 사이의 간격은 가시광선 영역의 빛을 산란시키지 않는 크기로 제한됨이 바람직하다.
구체적으로 상기 패턴의 피치는 바람직하게는 50 nm 내지 500 nm, 50 내지 200nm, 50 내지 300nm, 100 내지 200nm, 150 내지 250nm, 200 내지 300nm, 250 내지 350nm, 300 내지 400nm, 350 내지 450nm, 400 내지 500nm일 수 있다. 이는 상술한 범위가 균일한 피치를 갖는 패턴에서 회절 및 산란에 의해 가시광 영역에서의 반사 특성의 저하를 최소화할 수 있기에 적합한 범위이기 때문이다. 또한, 상기 패턴은 단차비가 바람직하게는 0.5 내지 5, 1 내지 5, 3 내지 5, 0.5 내지 1.5, 1 내지 2, 1.5 내지 2.5, 2 내지 3, 2.5 내지 3.5, 3 내지 4, 3.5 내지 4.5, 4 내지 5일 수 있다. 이는 상술한 단차비 및 패턴 피치의 범위는 반사 방지 필름 제작에 이용되는 수지의 굴절률, 구조물의 형태 및 구배와 형상의 기계적 특성 등을 복합적으로 고려해야 하는 인자로 상기 패턴의 단차 범위는 주어진 매질 혹은 필름의 굴절률(nD=1.490)에서 점진적인 굴절률 분포를 얻기 위한 공정 마진을 감안할 때 도출된 값이며 상기 패턴 피치의 범위는 가시광 영역(400 ~ 700nm) 전체에서 반사방지 특성을 갖기 위해 짧은 파장에서의 빛의 분해능 (l/2)을 하여 도출된 값이다.
한편, 상기 마스터 몰드(400)는 반복적인 복제 공정으로 인한 마스터 몰드의 오염 및 마모가 최소화되도록 기계적 특성이 우수함이 바람직하며, 석영, 유리 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있고, 그 중 자외선 영역대의 파장에 대해 투과도가 우수하고, 내마모성 및 기계적 물성이 우수한 석영으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는 추후에 마스터 패턴의 형상 복제시 자외선 경화 레진을 사용하여 경화를 유도하는데 있어서 자외선 조사시 투과도를 확보하기 위함이다. 하지만 열경화 레진을 사용할 경우 마스터 패턴이 투명할 필요가 없으므로 기계적 특성이 우수한 스텐레스계(SUS계) 강판, 니켈(Ni), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 알루미늄 (Al), 크롬 (Cr), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta), 실리콘 (Si) 등등 금속, 비금속 및 이의 금속 산화물을 기판으로 사용하거나 상기 위 물질을 표면 형상에 증착하여 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 저반사 필름용 마스터 몰드(400)는 11cm×11cm 이상의 대면적으로 형성된다. 이는 2번의 나노 임프린트 공정을 이용하여 용이하게 대면적으로 형성되기 때문이다.
본 발명의 저반사 필름용 마스터 몰드에 따르면, 반사 방지 기능이 우수한 저반사 필름을 대면적으로 제조할 수 있다.
이하, 실시예를 참조하여 저반사 필름용 마스터 몰드의 제조방법 및 그 마스터 몰드를 이용하여 제조된 저반사 필름에 관해 구체적으로 설명한다. 다만, 본 발명은 하기 실시예에 한정 제한 되는 것은 아니다.
한편, 도 5 내지 도 10은 이하 서술하는 실시예에 따른 저반사 필름용 마스터 몰드의 제조 공정 중 각 공정단계에서의 패턴 구조를 보여주는 도면이며, 도 11 및 도 12는 실시예에 따른 저반사 필름용 마스터 몰드에 의해 제조된 저반사 필름의 패턴 구조를 보여주는 도면이므로, 실시예 설명시 참조하도록 한다.
[실시예]
기판의 준비
세척된 11cm×11cm의 석영 기판 상부에 진공 스퍼터링을 통해 20nm 두께의 알루미늄(Al)층을 증착하였다. 이 알루미늄(Al)층은 석영 기판의 식각 공정에 있어서 식각 마스크로 사용된다.
나노 임프린트용 스템퍼 제작
11cm×11cm의 유리 기판 상에 코팅된 감광성 수지층에 266nm 파장을 갖는 Nd:Yag 레이저의 이중 빔 간섭광을 조사하여 피치가 150nm이며 선폭이 75 nm인 선 격자 패턴을 형성함으로써 원본 몰드를 제조하였다.
11cm×11cm의 크기, 180㎛ 두께를 갖는 폴리카보네이트 기재 위에 자외선 경화형 우레탄 아크릴레이트 수지를 도포하여 자외선 경화수지층을 형성하였다. 상기 자외선 경화수지층 상에 상기 제조된 원본 몰드를 임프린트함으로써, 원본 몰드의 패턴을 자외선 경화수지층에 전사하였다. 이후 자외선 경화수지층에 전사된 패턴 상부에 스퍼터링법을 이용하여 10 nm 두께의 SiO2를 증착하고, 알콕사이드계 실란 화합물을 용액 처리하여 표면을 치환시켰다. 이는 원본 몰드와 자외선 경화수지층에 전사된 패턴을 분리하기 위해 나노 패턴 표면에 낮은 표면 에너지를 갖는 불소계 또는 실리콘 화합물층을 도입하고, 알콕사이드계 실란화합물이 기 증착된 SiO2 층 표면의 -OH 작용기와 화학적인 반응을 하여 표면처리를 내구성을 증가시키기 위함이다. 이후 원본 몰드와 자외선 경화수지층에 전사된 패턴을 분리하여 나노 임프린트용 스템퍼를 제작하였다. 제작된 스템퍼에 형성된 패턴은 피치가 150nm이며 선폭이 75 nm인 선 격자 패턴이었다.
저반사 필름용 마스터 몰드의 제조
(1) 1차 나노 임프린트 공정
마련된 기판 상에 나노 임프린트 레지스트를 도포하여 100nm 두께의 제1 레지스트층을 형성하였다. 상기 제1 레지스트층 상에 미리 제작된 스템퍼를 접촉시킨 후 15 분 동안 160℃ 온도로 가열하고, 40 bar의 압력으로 가압하여(1차 나노 임프린트 공정 시행) 상기 제1 레지스트층에 스템퍼의 패턴을 전이하였다. 이후 O2 가스를 이용한 건식 식각 공정을 통해 임프린트된 패턴의 골 부분에 존재하는 제1 레지스트층의 잔막을 제거하였고, 제1 레지스트층의 잔막 제거에 의해 드러난 알루미늄층 부분을 염소계(Cl2, BCl3) 가스를 이용한 건식 식각 공정을 통해 알루미늄층을 패터닝하였다. 이 후 O2 가스를 이용한 건식 식각 공정을 통해 레지스트층을 완벽히 제거하였다. 그 결과 알루미늄층에 피치가 150nm이며 선폭이 75 nm인 선 격자 패턴이 형성되었다.
도 5는 1차 나노 임프린트 공정 후 형성된 알루미늄 패턴을 보여주는 도면이고, 도 5를 보면, 1차 나노 임프린트 공정 후 1차원 선격자 패턴의 알루미늄 패턴이 형성됨을 확인할 수 있다.
(2) 2차 나노 임프린트 공정
1차 나노 임프린트 공정이 완료된 후, 기판 상에 나노 임프린트 레지스트를 도포하여 100nm 두께의 제2 레지스트층을 형성하였고, 1차 나노 임프린트 공정에서 형성된 선격자 패턴의 방향과 직교하는 방향으로 스템퍼를 접촉시킨 후 15분 동안 160 ℃ 온도로 가열하고, 40 bar의 압력으로 가압하여(2차 나노 임프린트 공정 시행) 상기 제2 레지스트층에 스템퍼의 패턴을 전이하였다. 이후 O2 가스를 이용한 건식 식각 공정을 통해 임프린트된 패턴의 골 부분에 존재하는 제2 레지스트층의 잔막을 제거하였고, 제2 레지스트층의 잔막 제거에 의해 드러난 알루미늄층 부분을 염소계(Cl2, BCl3) 가스를 이용한 건식 식각 공정을 통해 알루미늄층을 패터닝하였다. 이 후 O2 가스를 이용한 건식 식각 공정을 통해 레지스트층을 완벽히 제거하였다. 그 결과 알루미늄층에 피치가 150nm이며 가로 및 세로가 75 nm인 정사각형 형상의 2차원 선 격자 패턴이 형성되었다.
도 6은 2차 나노 임프린트 공정 후 형성된 알루미늄 패턴을 보여주는 도면이며, 도 6을 참조하면, 2차 나노 임프린트 공정 후 2차원의 선격자 패턴이 형성됨을 확인할 수 있다.
(3) 기판 패터닝
2차 임프린트 공정 이후 패턴이 형성된 알루미늄층을 식각 마스크로 하여 CF4 가스를 이용한 건식 식각 공정을 시행하여 기계적 특성이 우수한 석영 기판 표면에 피치가 150nm이며 가로 및 세로가 75 nm인 정사각형 형상의 2차원 선 격자 패턴이 형성되었고, 석영 기판 표면에 형성된 패턴은 레지스트층에 비해 식각율이 높은 알루미늄 패턴을 식각마스크로 이용하므로 패턴의 단차비가 3:1로 높았다.
도 7은 2차원의 선격자 패턴을 가지는 알루미늄층을 식각 마스크로 하여 형성된 기판의 패턴을 상부에서 바라본 도면이고, 도 8은 그 패턴을 측면에서 바라본 도면이다. 도 7 및 8을 보면, 기판에 고 단차비를 가지는 2차원의 선격자 패턴이 형성됨을 확인할 수 있다.
(3) 모스 아이(moth eye) 형상의 제조
2차 임프린트 공정을 거쳐 패터닝된 기판을 CF4 가스를 이용하여 건식 식각함으로써 모스 아이(moth eye) 형상을 갖도록 패터닝함으로써, 저반사 필름용 마스터 몰드를 제조하였다.
(1) 내지 (3) 공정에서의 건식 식각 공정 시 챔버의 작업 압력 (working pressure)은 5 내지 15 mtorr이며, 전계 파워는 300 W이었다.
도 9는 모스 아이(moth eye) 형상의 패턴이 형성된 기판을 상부에서 바라본 도면이고, 도 10은 모스 아이(moth eye) 형상의 패턴이 형성된 기판을 측면에서 바라본 도면이다. 도 9 및 10을 보면, 고 단차비를 가지는 모스 아이 형상을 가지는 기판(즉 마스터 몰드)를 확인할 수 있다.
저반사 필름의 제조
상술한 방법에 의해 제조된 저반사 필름용 마스터 몰드 상에 자외선 경화용 우레탄 아크릴레이트 수지를 60 mm 두께로 도포한 후 PMMA 기재의 베이스 필름을 적층하였다. 그 후 자외선 조사하여 마스터 몰드의 패턴을 전사한 후 마스터 몰드로부터 패턴이 전사된 PMMA 기재의 베이스 필름을 분리하였다. 그 결과 패턴의 피치는 150 nm이고, 높이는 200 nm이며, 패턴의 단차비는 1.2 인 모스 아이(moth eye) 형상이 음각된 저반사 필름이 제조되었다.
도 11은 실시예에 따른 저반사 필름용 마스터 몰드에 의해 제조된 저반사 필름의 패턴 구조를 상부에서 바라본 도면이고, 도 12는 저반사 필름의 패턴 구조를 특면에서 바라본 도면이다. 도 11 및 12를 보면, 고 단차비를 가지는 모스 아이 형상이 음각화된 저반사 필름을 확인할 수 있다.
비교예
아이컴포넌트 사에서 구매한 두께 1.78 mm의 PMMA (굴절율이 1.490)를 기재로 사용하였다.
실험예
실시예 및 비교예에 따른 필름을 시마즈(Shimadzu)사의 Solidspec-3700 투과-반사 스펙트럼 측정장치를 이용하여 350 ~ 800nm 파장 영역에 따른 반사율을 측정하였다. 모스 아이 패턴이 형성된 면의 반사도만을 얻기 위해 필름의 뒷면에 검정색 테이프를 붙여 필름 뒷면 즉 PMMA 기재면과 공기층 경계면에서 발생하는 반사를 배제하였다. 측정 결과는 도 13에 나타내었다.
도 13을 보면, 실시예에 따른 필름이 전체 파장 영역에서 0.5% 이하로 비교예에 따른 필름의 굴절률 차에 따른 프레넬 반사에 비해 10 배 가량 반사율이 현저히 낮은 우수한 반사방지 특성이 관찰되었다.
110 기판
120 하드마스크층
130 제1레지스트층
140 제2레지스트층
200 제1패턴이 형성된 스템퍼
300 제2패턴이 형성된 스템퍼
400 저반사 필름용 마스터 몰드
410 기판
420 패턴층

Claims (13)

  1. (a) 하드 마스크층이 적층된 기판을 마련하는 단계;
    (b) 적어도 2번의 나노 임프린트 공정을 이용하여 상기 하드 마스크층을 패터닝하는 단계;
    (c) 상기 패터닝된 하드 마스크층을 이용하여 상기 기판을 패터닝하는 단계 및
    (d) 상기 패터닝된 기판을 식각하여 상기 기판의 상부방향으로 유효 굴절률이 점진적으로 변하는 구조의 저반사 형상을 갖도록 패터닝하는 단계를 포함하고,
    상기 (b) 단계는,
    (b-1) 상기 하드 마스크층 상에 제1 레지스트층을 형성하는 단계;
    (b-2) 상호 평행한 제1 패턴이 형성된 스템퍼를 임프린트하여 상기 제1 레지스트층을 패터닝하는 단계;
    (b-3) 상기 패터닝된 제1 레지스트층을 이용하여 상기 하드 마스크층을 패터닝하는 단계;
    (b-4) 상기 하드 마스크층 상에 제2 레지스트층을 도포하는 단계;
    (b-5) 상기 제1 패턴과 교차하는 제2 패턴이 형성된 스템퍼를 임프린트하여 상기 제2 레지스트층을 패터닝하는 단계; 및
    (b-6) 상기 패터닝된 제2 레지스트층을 이용하여 상기 하드 마스크층을 패터닝하는 단계를 포함하며,
    상기 (c)단계에서 패터닝된 기판은 패턴의 단차비가 0.5 내지 5이고, 패턴의 피치가 50 내지 500nm인 2차원의 선 격자 형상 패턴을 포함하는 저반사 필름용 마스터 몰드 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서 형성된 저반사 형상은 모스 아이(moth eye) 형상인 저반사 필름용 마스터 몰드 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 (b-3) 단계와 상기 (b-4) 단계 사이 및 상기 (b-5) 단계 이후에 상기 제1 레지스트층 또는 상기 제2 레지스트층을 제거하는 단계를 더 포함하는 저반사 필름용 마스터 몰드 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴은 직교하는 것인 저반사 필름용 마스터 몰드 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴은 기울기를 갖고 교차하는 것인 저반사 필름용 마스터 몰드 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴의 단차비가 동일한 것인 저반사 필름용 마스터 몰드 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴의 단차비가 서로 다른 것인 저반사 필름용 마스터 몰드 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 하드 마스크층은 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리(Cu), 니켈(Ni), 탄탈륨(Ta), 철(Fe), 금(Au), 은(Ag) 또는 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상으로 이루어진 것인 저반사 필름용 마스터 몰드 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은 11cm×11cm 이상의 대면적인 저반사 필름용 마스터 몰드 제조방법.
  10. 제 1항에 따라 제조된 저반사 필름용 마스터 몰드.
  11. 패턴의 단차비가 0.5 내지 5이고, 패턴의 피치가 50 내지 500nm인 기판의 상부방향으로 유효 굴절률이 점진적으로 변하는 구조의 저반사 형상의 패턴층을 포함하고, 11cm×11cm 이상의 대면적인 저반사 필름용 마스터 몰드.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 저반사 형상은 모스 아이(moth eye) 형상인 저반사 필름용 마스터 몰드.
  13. 제 10항 내지 제 12항 중 어느 한 항의 저반사 필름용 마스터 몰드를 이용하여 제조된 저반사 필름.
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