KR20180099972A - Method for fabricating discrete nanostructures - Google Patents
Method for fabricating discrete nanostructures Download PDFInfo
- Publication number
- KR20180099972A KR20180099972A KR1020170025609A KR20170025609A KR20180099972A KR 20180099972 A KR20180099972 A KR 20180099972A KR 1020170025609 A KR1020170025609 A KR 1020170025609A KR 20170025609 A KR20170025609 A KR 20170025609A KR 20180099972 A KR20180099972 A KR 20180099972A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- nanostructure
- substrate
- stamp
- organic solvent
- polymeric
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/0002—Lithographic processes using patterning methods other than those involving the exposure to radiation, e.g. by stamping
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
- B82B3/0009—Forming specific nanostructures
- B82B3/0038—Manufacturing processes for forming specific nanostructures not provided for in groups B82B3/0014 - B82B3/0033
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
- G03F7/2002—Exposure; Apparatus therefor with visible light or UV light, through an original having an opaque pattern on a transparent support, e.g. film printing, projection printing; by reflection of visible or UV light from an original such as a printed image
- G03F7/2012—Exposure; Apparatus therefor with visible light or UV light, through an original having an opaque pattern on a transparent support, e.g. film printing, projection printing; by reflection of visible or UV light from an original such as a printed image using liquid photohardening compositions, e.g. for the production of reliefs such as flexographic plates or stamps
Abstract
Description
본 발명은 불연속 나노구조물 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 기판 상에 전사 시 잔류층이 존재하지 않아 식각공정이 불필요한 나노구조물을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a discontinuous nano structure, and more particularly, to a method of manufacturing a nanostructure that does not require an etching process because a residual layer does not exist on the substrate during transfer.
반도체, 전자, 광전, 자기, 디스플레이 소자, 미세 전자기계 소자 등을 제조할 때 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 공정을 필연적으로 수행하게 되는데, 일반적으로 패턴이 형성되어 있는 투명 마스크에 빛을 조사하여 상기 패턴을 기판에 등배 또는 축소 전사하는 포토리소그래피(Photolithography) 공정이 사용되고 있다.When a semiconductor, an electron, a photoelectric field, a magnet, a display element, a microelectromechanical element, or the like is manufactured, a process of forming a fine pattern on a substrate is inevitably performed. Generally, A photolithography process is used in which the pattern is transferred to the substrate in a uniform or reduced size.
이러한 포토리소그래피 공정은 통상적으로 기판에 패턴이 형성될 박막을 증착하는 단계, 상기 박막 위에 감광제 유기물을 코팅하는 단계, 이에 빛을 조사하여 마스크의 패턴을 전사하는 단계, 빛의 조사에 의하여 경화되지 않은 부분의 감광제를 현상액으로 제거하는 단계 및 형성된 감광제 패턴으로 박막을 에칭하는 단계로 이루어진다.Such a photolithography process typically includes depositing a thin film to be patterned on a substrate, coating the photosensitive organic material on the thin film, transferring a pattern of the mask by irradiating light onto the thin film, Removing a portion of the photoresist with a developing solution, and etching the thin film with the formed photoresist pattern.
그러나 이러한 포토리소그래피 공정에서 회로 선폭(또는 패턴 선폭)은 빛의 파장에 의해 결정되기 때문에, 기판 상에 선폭이 100㎚ 이하의 초미세 패턴을 형성하는 것이 매우 어려운 실정이다.However, in such a photolithography process, since the circuit line width (or pattern line width) is determined by the wavelength of light, it is very difficult to form an ultrafine pattern having a line width of 100 nm or less on the substrate.
이에, 포토리소그래피 공정을 대체하는 다양한 공정들이 연구되고 있으며, 최근에는 나노구조물이 각인된 스탬프를 기판 위에 스핀코팅 또는 디스펜싱된 감광제 표면에 눌러 나노구조물을 전사하는 나노임프린트 공정에 대한 연구들이 진행되고 있다.Accordingly, various processes for replacing the photolithography process have been studied. In recent years, studies have been conducted on a nanoimprint process in which a stamp imprinted with a nano structure is transferred onto a substrate by spin coating or depressing the nano structure onto the surface of the photosensitive material have.
그러나, 나노구조가 각인된 투명재질의 스탬프(또는 마스터 몰드)를 기판 상에 도포된 광경화수지층에 접촉하여 가압할 때 기포가 발생할 확률이 크며, 두 물질 사이에 갇힌 기포는 이후 소자 작동 결함에 큰 영향을 준다. 또한, 기판 상에 전사된 나노구조 잔류층을 제거하기 위한 공정으로 인해 추가적인 비용이 발생하여 대량생산과 에너지 측면에서 비효율적인 문제가 있다.However, when a transparent stamp (or a master mold) imprinted with a nano structure is pressed against a photocurable resin layer applied on a substrate, the probability of bubbling is high, and the bubbles trapped between the two materials are then removed It has a big influence. In addition, there are additional costs due to the process for removing the transferred nanostructured residual layer on the substrate, which is inefficient in terms of mass production and energy.
한편, 대한민국 등록특허 제10-0714218호에서는 산화박막의 광촉매 특성을 이용한 고분자 탄성중합체를 사용한 자체 전사에 의한 미세패턴의 형성방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 방법은 광촉매 박막층 형성을 위해 고가의 장비를 사용해야 하며, 광촉매 박막층의 표면을 활성화시키기 위한 광 조사로 인해 상당한 시간이 소요된다.On the other hand, Korean Patent Registration No. 10-0714218 discloses a method of forming a fine pattern by self-transfer using a polymeric elastomer using photocatalytic properties of an oxidized thin film. However, the above method requires expensive equipment for forming the photocatalyst thin film layer, and it takes considerable time due to light irradiation for activating the surface of the photocatalytic thin film layer.
이에 본 발명자들은 고분자 탄성중합체의 팽윤현상을 통해 간단하면서도 저렴하게 잔류층이 존재하지 않는 불연속 나노구조물을 제조하는 방법을 개발하게 되었다.Accordingly, the present inventors have developed a method for producing discontinuous nanostructures in which a residual layer is not present simply and inexpensively through swelling of a polymeric elastomer.
본 발명의 목적은 고분자 탄성중합체의 팽윤현상을 통해 기판 표면에 고분자 물질이 전사될 때 원하는 패턴 외에는 추가적인 잔류층이 존재하지 않아 식각 공정이 필요하지 않고, 추가 식각 공정으로 인한 나노 구조의 손상을 미연에 방지할 수 있는 불연속 나노구조물 제조방법을 제공하는 데에 있다.It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device, in which when a polymer material is transferred onto a substrate surface through swelling of a polymeric elastomer, there is no additional residual layer other than a desired pattern, And a method for manufacturing the discontinuous nanostructure.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기판 상에 불연속 나노구조물을 제조하는 방법에 있어서, (1단계) 일측 표면에 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프 및 전사하고자 하는 기판을 준비하는 단계;According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a discontinuous nanostructure on a substrate, comprising the steps of: (1) preparing a polymeric elastomer stamp having a nanostructure on one surface and a substrate to be transferred;
(2단계) 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프 및 기판의 상부 표면을 활성화시키는 단계;(2) activating a polymeric elastomeric stamp having a nanostructure and an upper surface of the substrate;
(3단계) 표면이 활성화된 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프를 기판 상부 면에 낮은 압력으로 가압하여 두 표면을 접합하는 단계;(Step 3) pressing the polymeric elastomeric stamp having the surface-activated nanostructure on the upper surface of the substrate at a low pressure to bond the two surfaces;
(4단계) 접합된 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프와 기판을 높은 침투 특성을 갖는 유기용매에 침지하는 단계;(Step 4) immersing the polymeric elastomeric stamp having the bonded nanostructure and the substrate in an organic solvent having high penetration properties;
(5단계) 인장응력을 가해줌과 동시에 접합된 구조의 결합을 분리하는 단계;를 포함하는 불연속 나노구조물 제조방법을 제공한다.(Step 5), applying a tensile stress and separating the bonds of the bonded structure at the same time, and a method of manufacturing the discontinuous nanostructure.
이때, 상기 나노구조는 원기둥 형태 또는 양각의 구조일 수 있다.At this time, the nanostructure may have a cylindrical shape or a relief structure.
또한, 상기 1단계에서 고분자 탄성중합체는 유기용매가 침투될 수 있는 실리콘 계 고무인 것이 바람직하며, 상기 실리콘 계 고무는 디메틸실리콘고무(MQ), 메틸비닐실리콘고무(VMQ), 메틸페닐실리콘고무(PVMQ), 불소실리콘고무(FVMQ) 및 폴리디메틸실록산(PDMS)로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종일 수 있다.The silicone rubber may be at least one selected from the group consisting of a dimethyl silicone rubber (MQ), a methyl vinyl silicone rubber (VMQ), a methylphenyl silicone rubber (PVMQ) , Fluorine silicone rubber (FVMQ), and polydimethylsiloxane (PDMS).
상기 1단계에서 기판은 실리콘(Si), 실리카(SiO2), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 유리 및 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO)로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종인 것이 바람직하다.In the first step, the substrate is preferably one selected from the group consisting of silicon (Si), silica (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), glass and indium tin oxide .
상기 2단계에서 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프 및 기판의 상부 표면은 UV-ozone 처리, 자외선 조사 또는 산소 플라즈마를 이용하여 활성화될 수 있다.The upper surface of the polymeric elastomer stamp having the nanostructure and the substrate in the second step may be activated by UV-ozone treatment, ultraviolet irradiation, or oxygen plasma.
상기 4단계에서, 유기용매는 테트라하이드로퓨란(THF), 헥세인, 벤젠, 톨루엔, 트라이클로로에틸렌, 1,2-다이클로로벤젠으로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다.In the above step 4, the organic solvent is preferably at least one selected from the group consisting of tetrahydrofuran (THF), hexane, benzene, toluene, trichlorethylene, and 1,2-dichlorobenzene.
또한, 상기 4단계에서 유기용매 내 접합된 나노구조를 갖는 탄소중합체 고분자 스탬프와 기판의 침지 시간에 따라 나노구조의 높이 조절이 가능하다.In addition, the height of the nanostructure can be controlled according to the immersion time of the carbon polymer polymer stamp having nanostructure bonded in the organic solvent and the substrate in step 4 above.
본 발명에서 제공하는 불연속 나노구조물 제조방법을 통해, 식각 공정이 불필요하거나 최소화되기 때문에 나노 구조의 손상 및 정밀도 저하를 미연에 방지하며, 경제적으로 생산성을 향상시킬 수 있다.The method of manufacturing a discontinuous nano structure according to the present invention eliminates or minimizes the etching process, thereby preventing the damage and precision of the nanostructure from being deteriorated and improving the productivity economically.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 실시예에 따라 기판 상에 불연속 나노구조물을 제조하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 2는 침지시간에 따른 유기용매의 접착되어진 원기둥 형태의 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프와 기판 내부로의 화학적 침투 경로를 보여주는 도면이다.
도 3은 침지시간이 짧은 경우의 원기둥 형태의 나노구조의 파단 과정에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예 따라 제조된 불연속 나노구조물을 보여주는 단면도이다.FIGS. 1A to 1F are views illustrating a process of manufacturing a discontinuous nanostructure on a substrate according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a polymeric elastomer stamp having a cylindrically-shaped nano structure to which an organic solvent is adhered according to an immersion time and a chemical infiltration path into a substrate.
FIG. 3 is a view for explaining a process of breaking a cylindrical nano structure in a case where the immersion time is short.
4 is a cross-sectional view showing a discontinuous nanostructure fabricated according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of an embodiment of the invention, and how to achieve them, will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.
본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The following terms are defined in consideration of the functions in the embodiments of the present invention, which may vary depending on the intention of the user, the intention or the custom of the operator. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 실시예에 따라 기판 상에 고분자 탄성중합체를 이용한 불연속 나노구조물을 제조하는 과정을 나타낸 도면이다.FIGS. 1A to 1F are views illustrating a process of manufacturing a discontinuous nanostructure using a polymeric elastomer on a substrate according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 1a에 도시한 바와 같이 일측 표면에 원기둥 형태의 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프 및 전사하고자 하는 기판을 준비한다. 이때, 본 발명의 실시예에서 사용되는 고분자 탄성중합체 스탬프를 제조하는 방법에 있어서 현재 다양한 제조방법이 알려져 있으며, 예를 들어 대한민국 공개특허 제10-2015-0059190호에서 개시한 바와 같이 마스터 기판에 패턴을 형성하여 마스터 몰드를 제작하고, 상기 마스터 몰드 상에 고분자 용액을 도포한 후 경화하여 역상의 패턴이 형성된 고분자 스탬프를 제조한 후, 상기 고분자 스탬프를 상기 마스터 몰드에서 분리하여 제조될 수 있다. 그러나 고분자 탄성중합체 스탬프의 제조방법이 상기의 방법으로 한정되는 것은 아니다.First, as shown in FIG. 1A, a polymeric elastomer stamp having a cylindrical nano structure on one surface and a substrate to be transferred are prepared. At this time, various methods of manufacturing the polymeric elastomer stamp used in the embodiment of the present invention are known. For example, as disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2015-0059190, To form a master mold, applying a polymer solution on the master mold and curing it to produce a polymer stamp having a reversed phase pattern, and then separating the polymer stamp from the master mold. However, the production method of the polymeric elastomer stamp is not limited to the above method.
여기서, 상기 나노구조는 원기둥 형태 또는 양각의 구조일 수 있다.Here, the nanostructure may have a cylindrical shape or a relief structure.
또한, 고분자 탄성중합체는 유기용매가 침투될 수 있는 실리콘 계 고무인 것이 바람직하며, 상기 실리콘 계 고무는 디메틸실리콘고무(MQ), 메틸비닐실리콘고무(VMQ), 메틸페닐실리콘고무(PVMQ), 불소실리콘고무(FVMQ) 및 폴리디메틸실록산(PDMS)으로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종일 수 있으며, 바람직하게는 폴리디메틸실록산(PDMS)인 것이 좋다. 상기 폴리디메틸실록산은 -OSi(CH3)2- 단위분자들이 반복되는 미세 다공성의 구조를 갖고 있어 용매의 침투성이 크기 때문이다.It is preferable that the high molecular elastomer is a silicone rubber in which an organic solvent can permeate. The silicone rubber may be a silicone rubber such as a dimethyl silicone rubber (MQ), a methyl vinyl silicone rubber (VMQ), a methylphenyl silicone rubber (PVMQ) (FVMQ), and polydimethylsiloxane (PDMS), preferably polydimethylsiloxane (PDMS). This is because the polydimethylsiloxane has a microporous structure in which -OSi (CH 3 ) 2 - unit molecules are repeated and permeability of the solvent is great.
상기 기판은 실리콘(Si), 실리카(SiO2), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 유리 및 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO)으로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종인 것이 바람직하다.The substrate is preferably one selected from the group consisting of silicon (Si), silica (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), glass, and indium tin oxide (ITO).
이후, 도 1b에 도시한 바와 같이 원기둥 형태의 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프 및 전사하고자 하는 기판의 상부 표면을 활성화시킨다.Thereafter, as shown in FIG. 1B, a polymeric elastomer stamp having a cylindrical nano structure is activated and the upper surface of the substrate to be transferred is activated.
원기둥 형태의 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프 및 기판의 상부 표면은 UV-ozone 처리, 자외선 조사 또는 산소 플라즈마를 이용하여 활성화될 수 있으며, 바람직하게는 산소 플라즈마 방법을 통해 표면을 활성화시키는 것이 좋다. 이는 원기둥 형태의 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프 및 기판이 실리콘 기반의 형태이므로 산소 플라즈마 처리 시 OH 작용기가 생성되며, 이를 통해 원기둥 형태의 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프 및 기판의 접합면에서 분자 간 접착이 가능해지기 때문이다.The upper surface of the polymeric elastomeric stamp and the substrate having the cylindrical shape of the nanostructure can be activated by UV-ozone treatment, ultraviolet irradiation or oxygen plasma, and preferably the surface is activated by the oxygen plasma method. Since the polymeric elastomer stamp having the cylindrical shape of the nanostructure and the substrate are silicon-based, an OH functional group is generated during the oxygen plasma treatment, whereby the polymeric elastomer stamp having the cylindrical nano structure and the polymer This is because adhesion of the interlayer can be achieved.
다음으로, 도 1c에 도시한 바와 같이 표면이 활성화된 원기둥 형태의 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프를 기판 상부 면에 낮은 압력으로 가압 후 70℃ 오븐에서 5분 동안 열처리하여 두 표면을 접합하고, 도 1d에 도시한 바와 같이 접합된 원기둥 형태의 나노구조를 갖는 탄성중합체 스탬프와 기판을 높은 침투 특성을 갖는 유기용매에 수초에서 수분동안 침지하여 팽윤현상을 유도한 후 질소가스를 사용하여 완전히 건조한다. 바람직하게는 10초 ~ 1000초, 더 바람직하게는 50초 ~ 500초 동안 침지 후 건조하는 것이 좋다.Next, as shown in FIG. 1C, a polymeric elastomer stamp having a surface-activated cylindrical nano structure is pressed on the upper surface of the substrate at a low pressure and then heat-treated in an oven at 70 ° C for 5 minutes to join the two surfaces, As shown in FIG. 1D, an elastomeric stamp having a cylindrically-shaped nanostructure and a substrate are immersed in an organic solvent having high penetration properties for several seconds to several minutes to induce swelling phenomenon, and then completely dried using nitrogen gas . Preferably 10 seconds to 1000 seconds, more preferably 50 seconds to 500 seconds.
이때, 유기용매에 침지시키는 시간에 따라 기판 상에 전사하고자 하는 불연속 나노구조물의 높이를 조절할 수 있다.At this time, the height of the discontinuous nanostructure to be transferred on the substrate can be adjusted according to the immersion time in the organic solvent.
또한, 유기용매로는 테트라하이드로퓨란(THF), 헥세인, 벤젠, 톨루엔, 트라이클로로에틸렌, 1,2-다이클로로벤젠으로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다.The organic solvent is preferably at least one selected from the group consisting of tetrahydrofuran (THF), hexane, benzene, toluene, trichlorethylene, and 1,2-dichlorobenzene.
이어서, 도 1e에 도시한 바와 같이 인장응력을 가해줌과 동시에 기판에서 고분자 탄성중합체 스탬프를 가장자리부터 분리시킴으로써, 도 1f에 도시한 바와 같이 잔류층이 존재하지 않으며, 볼록한 형태 또는 원통형 형태로 기판 상에 전사된 불연속 나노구조물을 제조할 수 있다.Subsequently, as shown in FIG. 1E, tensile stress is applied and the polymeric elastomer stamp is separated from the edge on the substrate. As a result, as shown in FIG. 1F, there is no residual layer, To thereby produce discontinuous nanostructures.
다음으로 도 2 내지 도 4를 이용하여 침지 시간에 따른 유기용매의 접착되어진 원기둥 형태의 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프와 기판 내부로의 화학적 침투 경로 및 이를 통한 원기둥 형태의 나노구조의 파단 과정에 대해 설명한다.Next, referring to FIG. 2 to FIG. 4, a polymeric elastomer stamp having a cylindrically shaped nanostructure adhered with an organic solvent according to an immersion time, a chemical infiltration path into the substrate, and a process of fracturing the cylindrical nanostructure .
재료의 분자 사슬구조 내 팽윤현상을 유도할 수 있는 유기용매가 접착되어진 원기둥 형태의 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프와 기판에 침투하게 되면, 원기둥 형태의 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프의 부피가 늘어나게 되고, 그로 인해 분자 간 결합이 와해된다. 이때, 팽윤현상을 유도할 수 있는 유기용매는 등방적, 등속적으로 침투한다. 이 상태에서 인장응력이 가해질 경우 원기둥 형태의 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프의 일정부분에서 파단이 일어나게 된다.When a polymeric elastomeric stamp having a cylindrical nano structure adhered with an organic solvent capable of inducing a swelling phenomenon in the molecular chain structure of the material and the substrate is infiltrated into the substrate, the volume of the polymeric elastomeric stamp having a cylindrical nano structure And thereby intermolecular bonds are broken. At this time, the organic solvent capable of inducing the swelling phenomenon penetrates isotropically and uniformly. When tensile stress is applied in this state, breakage occurs in a certain portion of the polymeric elastomeric stamp having a cylindrical nano structure.
이때, 유기용매 내 접착되어진 원기둥 형태의 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프와 기판의 침지시간이 짧을 경우, 도 2b에 도시한 바와 같이 유기용매가 원기둥 형태의 나노구조 내 불균일하게 침투된다. 이 상태에서 인장응력이 가해질 경우 도 2c에 도시한 바와 같이 원기둥 형태의 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프 내에 끊어지기 쉬운 지점인 원기둥 위쪽 부분에서 파단이 일어나게 되며, 그 결과 도 2d 및 도 4a에 도시한 바와 같이 원통형 형태로 기판 상에 전사된 불연속 나노구조물을 제조할 수 있다.At this time, when the immersion time of the polymeric elastomer stamp having the cylindrical nanostructure and the substrate adhered in the organic solvent is short, the organic solvent is uniformly infiltrated into the cylindrical nano structure as shown in FIG. 2B. When the tensile stress is applied in this state, as shown in FIG. 2C, fracture occurs at the upper part of the cylinder, which is a point where the polymer elastomer stamp having a cylindrical nano structure is likely to be broken. As a result, The discontinuous nanostructure transferred onto the substrate in a cylindrical form as described above can be produced.
이때, 원기둥 형태의 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프 내에 단면적이 가장 작은 원기둥의 바닥부분이 아닌 원기둥의 위쪽 부분에서 파단이 일어나는 이유를 도 3을 통해 구체적으로 살펴보면, 침지시간이 짧을 경우 도 3에 도시한 바와 같이 원기둥 형태의 나노구조 내 팽윤현상이 적게 일어난 부분(①)과 팽윤현상이 많이 일어난 부분(②)이 존재하게 된다. 이 상태에서 인장응력이 가해질 경우 원기둥의 위쪽 모서리(ⓐ)에 응력이 집중되며, 그 결과 원기둥 형태의 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프 내에 단면적이 가장 작은 원기둥 바닥부분이 아닌 원기둥의 위쪽 모서리(ⓐ)에서부터 두께가 얇은 부분(ⓑ)으로 파단이 일어나게 되는 것이다.3, when the immersion time is short, the polymeric elastomeric stamp having a cylindrical nano-structure is broken at the upper part of the cylinder, not at the bottom of the cylinder having the smallest cross-sectional area. As shown in the figure, there exist a part (1) where the swelling phenomenon is less in the cylindrical nano structure and a part (2) where the swelling phenomenon occurs a lot. When the tensile stress is applied in this state, stress is concentrated on the upper edge (ⓐ) of the cylinder. As a result, the upper edge of the cylinder (ⓐ) is not the bottom of the cylinder having the smallest sectional area within the polymeric elastomer stamp having the cylindrical nano structure. ) To a thin-walled portion (b).
한편, 팽윤현상을 유도할 수 있는 유기용매가 접착되어진 원기둥 형태의 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프와 기판에 침투할 때 원기둥 형태의 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프와 기판 내부 전체에 침투할 수 있을 만큼의 충분한 시간이 주어진다면, 도 2b-1에 도시한 바와 같이 침투경로 및 침투영역이 전체에 걸쳐 평형상태로 일정하게 된다. 이때, 팽윤현상을 유도할 수 있는 유기용매는 등방적, 등속적으로 침투한다. 이 상태에서 인장응력이 가해질 경우 도 2c-1에 도시한 바와 같이 원기둥 형태의 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프 내에 단면적이 가장 작은 원기둥 바닥 부분에서 파단이 일어나게 되며, 그 결과 도 2d-1 및 도 4a-1에 도시한 바와 같이 볼록한 형태로 기판 상에 전사된 불연속 나노구조물을 제조할 수 있다.On the other hand, a polymeric elastomer stamp having a cylindrical nano structure adhered with an organic solvent capable of inducing a swelling phenomenon, a polymeric elastomer stamp having a cylindrical nano structure when infiltrating the substrate, If enough time is provided, the infiltration path and the infiltration area are kept constant in an equilibrium state as shown in FIG. 2B-1. At this time, the organic solvent capable of inducing the swelling phenomenon penetrates isotropically and uniformly. In this state, when the tensile stress is applied, as shown in FIG. 2C-1, the polymer elastomer stamp having the cylindrical nano structure has a fracture at the bottom of the cylinder having the smallest sectional area. As a result, 4A-1, a discontinuous nanostructure transferred on a substrate in a convex form can be produced.
따라서 팽윤현상을 유도할 수 있는 유기용매 내 접합된 나노구조를 갖는 탄소 중합체 고분자 스탬프와 기판의 침지 시간에 따라 재료 내부로의 유기용매의 침투 정도를 달리하여, 나노구조의 높이 조절이 가능한 불연속 나노구조물을 제조할 수 있다.Therefore, the carbon polymer polymer stamp having the nanostructured structure in the organic solvent capable of inducing the swelling phenomenon can be formed by using the polymer nanoparticles having the nanostructured discontinuous nano- A structure can be manufactured.
또한, 본 발명은 일측 표면에 원기둥 형태의 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프 및 전사하고자 하는 기판의 상부 표면을 활성화시키고, 표면이 활성화된 원기둥 형태의 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프를 기판 상부 면에 낮은 압력으로 가압하여 두 표면을 접합하고, 접합된 원기둥 형태의 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프와 기판을 높은 침투 특성을 갖는 유기용매에 침지하여 팽윤현상을 유도한 후, 인장응력을 가해 고분자 탄성중합체 스탬프를 기판에서 분리시킴으로써, 기판 표면에 고분자 물질이 전사될 때 원하는 패턴 외에는 추가적인 잔류층이 존재하지 않는 나노구조물을 제조할 수 있어 식각 공정이 필요하지 않고, 추가 식각 공정으로 인한 나노 구조의 손상을 미연에 방지할 수 있다.The present invention also relates to a method for manufacturing a high polymer elastomeric stamp having a cylinder-shaped nanostructure on one surface and an upper surface of a substrate to be transferred and activating a surface of the polymer elastomer stamp having a cylindrically- , And the polymeric elastomeric stamp having a cylindrical nano structure bonded to the substrate and the substrate are immersed in an organic solvent having high penetration properties to induce swelling phenomenon. Then, tensile stress is applied to the polymer, By separating the elastomeric stamp from the substrate, it is possible to manufacture a nanostructure having no additional residual layer other than the desired pattern when the polymer material is transferred onto the substrate surface, so that an etching process is not required, and a nanostructure The damage can be prevented in advance.
100 : 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프
110 : 고분자 물질
120 : 불연속 나노구조 패턴
200 : 기판
300 : 유기용매100: Polymer elastomer stamp with nanostructure
110: polymer material
120: Discontinuous nanostructure pattern
200: substrate
300: organic solvent
Claims (8)
(2단계) 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프 및 기판의 상부 표면을 활성화시키는 단계;
(3단계) 표면이 활성화된 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프를 기판 상부 면에 낮은 압력으로 가압하여 두 표면을 접합하는 단계;
(4단계) 접합된 나노구조를 갖는 탄소중합체 고분자 스탬프와 기판을 높은 침투 특성을 갖는 유기용매에 침지하는 단계;
(5단계) 인장응력을 가해줌과 동시에 접합된 구조의 결합을 분리하는 단계;를 포함하는 불연속 나노구조물 제조방법.(Step 1) preparing a polymeric elastomer stamp having a nanostructure on one surface and a substrate to be transferred;
(2) activating a polymeric elastomeric stamp having a nanostructure and an upper surface of the substrate;
(Step 3) pressing the polymeric elastomeric stamp having the surface-activated nanostructure on the upper surface of the substrate at a low pressure to bond the two surfaces;
(Step 4) immersing the carbon polymer stamp having the bonded nanostructure and the substrate in an organic solvent having high penetration properties;
(Step 5) applying a tensile stress and separating the bonds of the bonded structure at the same time.
상기 나노구조는 원기둥 형태 또는 양각의 구조인 것을 특징으로 하는 불연속 나노구조물 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the nanostructure has a cylindrical shape or a relief structure.
상기 1단계에서 고분자 탄성중합체는 유기용매가 침투될 수 있는 실리콘 계 고무로서, 디메틸실리콘고무(MQ), 메틸비닐실리콘고무(VMQ), 메틸페닐실리콘고무(PVMQ), 불소실리콘고무(FVMQ) 및 폴리디메틸실록산(PDMS)로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 불연속 나노구조물 제조방법.The method according to claim 1,
In the first step, the polymeric elastomer is a silicone-based rubber to which an organic solvent can permeate. Examples of the silicone rubber include a silicone rubber (MQ), a methylvinyl silicone rubber (VMQ), a methylphenyl silicone rubber (PVMQ), a fluorine silicone rubber Dimethylsiloxane (PDMS), and the like.
상기 1단계에서 기판은 실리콘(Si), 실리카(SiO2), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 유리 및 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO)로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 불연속 나노구조물 제조방법.The method according to claim 1,
In the first step, the substrate is one selected from the group consisting of silicon (Si), silica (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), glass and indium tin oxide (ITO) Wherein the nanostructured nanostructures are prepared by a method comprising the steps of:
상기 2단계에서 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프 및 기판의 상부 표면은 UV-ozone 처리, 자외선 조사 또는 산소 플라즈마를 이용하여 활성화될 수 있는 것을 특징으로 하는 불연속 나노구조물 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the polymeric elastomeric stamp having a nanostructure and the upper surface of the substrate can be activated by UV-ozone treatment, ultraviolet irradiation, or oxygen plasma.
상기 4단계에서 유기용매는 테트라하이드로퓨란(THF), 헥세인, 벤젠, 톨루엔, 트라이클로로에틸렌, 1,2-다이클로로벤젠으로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 불연속 나노구조물 제조방법.The method according to claim 1,
In the step 4, the organic solvent is at least one selected from the group consisting of tetrahydrofuran (THF), hexane, benzene, toluene, trichlorethylene and 1,2-dichlorobenzene. .
상기 4단계에서 유기용매 내 접합된 나노구조를 갖는 고분자 탄성중합체 스탬프와 기판의 침지 시간에 따라 나노구조의 높이를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 불연속 나노구조물 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the height of the nanostructure can be controlled according to the immersion time of the polymeric elastomeric stamp having the nanostructured structure bonded in the organic solvent and the substrate in the step 4 above.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170025609A KR101897902B1 (en) | 2017-02-27 | 2017-02-27 | Method for fabricating discrete nanostructures |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170025609A KR101897902B1 (en) | 2017-02-27 | 2017-02-27 | Method for fabricating discrete nanostructures |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180099972A true KR20180099972A (en) | 2018-09-06 |
| KR101897902B1 KR101897902B1 (en) | 2018-09-14 |
Family
ID=63593749
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170025609A KR101897902B1 (en) | 2017-02-27 | 2017-02-27 | Method for fabricating discrete nanostructures |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101897902B1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100714218B1 (en) | 2006-01-10 | 2007-05-02 | 한양대학교 산학협력단 | Micro patterning by decal transfer using elastomer |
| KR20120008231A (en) * | 2010-07-16 | 2012-01-30 | 광주과학기술원 | Method for fabricating zno-nano structure electrode and method for fabricating dye sensitized solar cell using the same |
| US20140087191A1 (en) * | 2011-05-23 | 2014-03-27 | National University Of Singapore | Method of Transferring Thin Films |
-
2017
- 2017-02-27 KR KR1020170025609A patent/KR101897902B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100714218B1 (en) | 2006-01-10 | 2007-05-02 | 한양대학교 산학협력단 | Micro patterning by decal transfer using elastomer |
| KR20120008231A (en) * | 2010-07-16 | 2012-01-30 | 광주과학기술원 | Method for fabricating zno-nano structure electrode and method for fabricating dye sensitized solar cell using the same |
| US20140087191A1 (en) * | 2011-05-23 | 2014-03-27 | National University Of Singapore | Method of Transferring Thin Films |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101897902B1 (en) | 2018-09-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101627337B (en) | Method to form a pattern of functional material on a substrate by treating a surface of a stamp | |
| KR101685069B1 (en) | Manufacturing method of patterned flexible transparent electrode | |
| CN101627336B (en) | Method to form a pattern of functional material on a substrate using a stamp having a surface modifying material | |
| KR101345109B1 (en) | Method of Manufacturing for 3-Dimensional Aligned Nanostructure Prepared by Both Imprint Lithography and Lift-Off Processes | |
| US20040231781A1 (en) | Methods of creating patterns on substrates and articles of manufacture resulting therefrom | |
| JP2008517329A (en) | Decal transfer lithography | |
| Lee et al. | Fabrication of nano-sized resist patterns on flexible plastic film using thermal curing nano-imprint lithography | |
| KR101145867B1 (en) | Method of forming nanostructures on a substrate by direct transfer of nanostructure with Spin-on glass | |
| WO2007026605A1 (en) | Method of forming fine pattern | |
| KR101565835B1 (en) | Fabrication method of replication mold, fine structures using the same and its applications thereof. | |
| Kim et al. | Formation of Au nano-patterns on various substrates using simplified nano-transfer printing method | |
| CN102508410A (en) | Composite nanometer impressing mold plate with sandwich structure and preparation method of composite nanometer impressing mold plate | |
| TW201220974A (en) | Stencils for high-throughput micron-scale etching of substrates and processes of making and using the same | |
| TW201140650A (en) | Pattern formation method | |
| TWI764926B (en) | Methods to produce an imprinted substrate surface and flow cells | |
| Choi et al. | 2D nano/micro hybrid patterning using soft/block copolymer lithography | |
| JP2017032806A (en) | Method for manufacturing antireflection fine protrusion | |
| KR101897902B1 (en) | Method for fabricating discrete nanostructures | |
| US20130174973A1 (en) | Microfluidic devices and methods of manufacturing | |
| KR101291727B1 (en) | Method for manufacturing implint resin and implinting method | |
| KR100918850B1 (en) | Method for forming nano-patterns using nano imprint lithography and lift-off process | |
| CN106715346B (en) | Method for manufacturing optical glass element | |
| CN111146367B (en) | Preparation method of light extraction film with micro-nano composite structure | |
| Youn et al. | Microstructuring of SU-8 photoresist by UV-assisted thermal imprinting with non-transparent mold | |
| KR101705583B1 (en) | Manufacturing method of patterned flexible transparent electrode |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |