KR20190020914A - 가압방식 소성변형 패터닝 방법 - Google Patents

가압방식 소성변형 패터닝 방법 Download PDF

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Abstract

소성변형 패터닝 방법이 제공된다. 상기 소성변형 패터닝 방법은, 타겟 기판을 준비하는 단계, 제1 마스터 패턴을 포함하고, 상기 타겟 기판의 경도 이상의 경도를 갖는 제1 마스터 기판을 준비하는 단계, 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판을 접촉시키되, 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판 상에 압력을 가하여, 상기 타겟 기판 상에 상기 제1 마스터 패턴의 역상을 갖는 제1 타겟 패턴을 형성하는 단계, 및 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판을 분리하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

가압방식 소성변형 패터닝 방법{Method of plastic deformation-patterning by pressing}
본 발명은 가압방식 소성변형 패터닝 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 타겟 기판 상에 타겟 패턴을 형성하는 가압방식 소성변형 패터닝 방법에 관련된 것이다.
반도체 또는 디스플레이 제조 분야 등 정밀 제조 분야에서는 필름 또는 기판 상에 미세한 패턴을 형성하는 방법으로 포토리소그래피(photholithography) 공정을 이용한 방법이 널리 사용되고 있다. 그런데 이 포토리소그래피 공정은 매우 고가의 장비가 필요할 뿐만 아니라, 공정 시간이 많이 소요되는 문제점도 있다.
따라서 이러한 포토리소그래피 공정을 대신하여 임프린팅(imprinting) 공정이 도입되어 사용되고 있다. 임프린팅 공정은 기판 또는 필름 등에 형성하고자 하는 패턴의 반대 형상을 메인롤에 형성한 상태에서 자외선 경화형 수지 등을 이용하여 기판 또는 필름 상에 메인롤을 가압하여 특정한 패턴을 형성하는 방법이다.
포토리소그래피를 통하여 만들 수 있는 미세 패턴의 크기는 공정에 사용되는 광원의 파장에 의해서 결정된다. 광원의 파장이 짧을수록 더욱 미세한 나노 패턴을 웨이퍼 위에 만들 수 있다. 현재 진행된 기술로는, 193 nm의 파장을 가지는 ArF 리소그래피 기술에 액침기법을 더해 패터닝 한계를 30 nm정도까지 끌어 올렸다.
이러한 액침리소그래피 방법을 두 번 또는 세 번의 반복공정을 통하여 20nm이하의 회로 패턴을 만들 수 있다. 하지만 멀티 패터닝 공정은 반복되는 횟수에 비례해 생산시간이 길어지고 생산단가가 증가하게 되는 문제점을 가지고 있다.
이러한 문제점들을 해결하기 위하여 미세 패턴을 만들기 위한 다양한 기술들이 개발되고 있다. 예를 들어, 대한 민국 특허 공개 번호 10-2011-0131637(출원번호: 10-2010-0051177, 출원인: 성균관대학교 산학협력단)에는, 액상 물질을 포함하는 탄성체층에 압력을 가해 액적을 용출시켜 액적 패턴을 형성하고, 상기 액적 패턴에 대응하는 음각 패턴을 몰딩 부재에 형성하는, 액적을 이용한 미세패턴 형성 방법이 제공된다.
이 밖에도, 미세 패턴을 형성하기 위한 다양한 기술들이 지속적으로 연구 개발되고 있다.
대한 민국 특허 공개 번호 10-2011-0131637
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 용이하게 패턴의 크기 제어가 가능한 가압방식 소성변형 패터닝 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 용이하게 패턴의 형상 제어가 가능한 가압방식 소성변형 패터닝 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 마스터 패턴(몰드)와 기판과의 경도 차이, 연성차이, 그리고 탄성계수 차이를 이용하여 패턴을 형성하는 가압방식 소성변형 패터닝 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 패터닝 대상 소재의 물리적, 기계적 물성 차이를 이용한 가압방식 소성변형 패터닝 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 가압방식 소성변형 패터닝 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 가압방식 소성변형 패터닝 방법은, 타겟(target) 기판을 준비하는 단계, 제1 마스터 패턴을 포함하고, 상기 타겟 기판의 경도(hardness) 이상의 경도를 갖는 제1 마스터 기판을 준비하는 단계, 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판을 접촉시키되, 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판 상에 압력을 가하여, 상기 타겟 기판 상에 상기 제1 마스터 패턴의 역상을 갖는 제1 타겟 패턴을 형성하는 단계, 및 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판을 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 마스터 패턴이 몰드일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판 상에 가해지는 압력은, 상기 타겟 기판의 물질 종류에 따라 달라지는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판의 상부면, 하부면, 및 측면 중 적어도 어느 하나를 통해서, 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판에 압력이 가해지고, 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판에 가해지는 압력은, 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판의 물질 종류에 따라서, 0.1~1010kgf/mm2의 범위를 가지고, 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판에 압력이 가해지는 동안, 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판이 회전 또는 진동하거나, 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판에 열이 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판에 가해지는 압력의 크기를 조절하여, 상기 제1 타겟 패턴의 높이가 제어될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제 1 마스터 기판 및 상기 타겟 기판의 종류는, SU-8, PUA(poly(urethane acrylate)), photoresist, PMMA(polymethyl methacrylate), polydimethylsiloxane(PDMS), polystyrene(PS), polyacrylate, polymethylpentene, 블록공중합체(block copolymer), PET(polyethylene terephthalate), PI(polyimide), 구리(Cu), 백금(Pt), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 금(Au), 납(Pd), 은(Ag), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 인듐(In), MoS2, BN, WSe2, 2차원 소재(MoS2, BN, WSe2), ITO(Indium Tin Oxide), GST(Ge2Sb2Te5), 생물의 가죽, 생물의 털, 껍질, 각종 단백질, 섬유소재 및 늘어나는 소재를 포함하는 금속, 비금속(세라믹 또는 폴리머를 포함), 합금, 또는 복합 소재 중에서 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판 상에 가해지는 압력은, 상기 타겟 기판이 고분자 소재인 경우, 5 kgf/mm2 이상의 힘이 가해지고, 상기 타겟 기판이 가교된(cross-linked) 고분자 소재인 경우, 37 kgf/mm2 이상의 힘이 가해지고, 상기 타겟 기판이 금속 소재인 경우, 49 kgf/mm2 이상의 힘이 가해지는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 고분자는, PMMA(polymethyl methacrylate)를 포함하고, 상기 가교된 고분자는, PET(polyethylene terephthalate)를 포함하고, 상기 금속은 구리(Cu)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판 상에 압력이 가해진 상태 또는 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판 상에 압력이 가해지기 전, 접촉된 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판을 열처리하거나, 또는 접촉된 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판 상에 자외선(ultraviolet)을 조사하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 마스터 기판은 실리콘, 금속, 세라믹, 산화물을 포함하고, 상기 타겟 기판은 금속을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 마스터 기판은 실리콘, 금속, 세라믹, 산화물을 포함하고, 상기 타겟 기판은 고분자를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 마스터 기판은 실리콘, 금속, 세라믹, 산화물을 포함하고, 상기 타겟 기판은 세라믹을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 마스터 기판은 실리콘, 금속, 비금속, 복합소재를 포함하고, 상기 타겟 기판은 비금속을 포함할 수 있다.
상기 제1 마스터 기판은 실리콘, 금속, 비금속, 복합소재를 포함하고, 상기 타겟 기판은 합금을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 마스터 기판은 실리콘, 금속, 비금속, 복합소재를 포함하고, 상기 타겟 기판은 복합소재를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 마스터 기판은 실리콘, 금속, 세라믹, 산화물을 포함하고, 상기 타겟 기판은 가교된 폴리머를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제 1 마스터 기판의 상기 제1 마스터 패턴의 형상 변화를 통하여 상기 타겟 기판의 상기 제1 타겟 패턴의 형상이 제어될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제 1 마스터 기판의 상기 제1 마스터 패턴은 직선 또는 곡선 라인(line), 닷(dot), 메쉬(mesh), 홀(hole), 물결모양, 삼각형, 링, 지그재그, 또는 조그(jog) 중에서 어느 하나의 형상 또는 두 가지 이상의 형상의 조합을 가지고, 상기 제 1 마스터 기판의 상기 제1 마스터 패턴은, 광리소그래피(photolithography) 기술, 블록공중합체 자기조립, 이빔리소그래피(e-beam lithography), 나노임프린트 리소그래피(NIL), EUV(Extreme Ultraviolet) 리소그래피, 패턴전사프린팅, 분자자기조립, 또는 레이저 패터닝 기술로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제 1 마스터 기판의 상기 제1 마스터 패턴의 폭은 서로 달라, 상기 타겟 기판의 상기 제1 타겟 패턴의 폭이 서로 다를 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제 1 마스터 기판의 상기 제1 마스터 패턴의 폭 및 상기 타겟 기판의 상기 제1 타겟 패턴의 폭은, 나노 미터, 마이크로 미터, 센티 미터, 또는 미터 단위일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 가압방식 소성변형 패터닝 방법은, 상기 제 1 마스터 기판 및 상기 타겟 기판의 적어도 표면 특성을 개질하는 열처리, 내마모성 화학처리, 또는 물리적 코팅을 수행하는 것을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 마스터 패턴은, 서로 다른 선폭 및 서로 다른 단차를 갖고, 상기 제1 타겟 패턴은, 상기 제1 마스터 패턴의 역상으로, 서로 다른 선폭 및 서로 다른 단차를 가질 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법은, 타겟 기판을 준비하는 단계, 제1 마스터 패턴을 포함하고, 상기 타겟 기판의 경도 이상의 경도를 갖는 제1 마스터 기판을 준비하는 단계, 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판을 접촉시켜 상기 타겟 기판 상에 제1 타겟 패턴을 형성하는 단계, 및 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판을 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법은, 상기 타겟 기판의 물질 종류에 따라 상기 타겟 기판이 변하는 압력의 임계값 이상의 압력으로 상기 제1 마스터 기판 및 상기 타겟 기판이 접촉될 수 있다.
이에 따라, 상기 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법은, 경도가 서로 다른 기판들 상에 임계값 이상의 압력을 가하는 간단한 공정으로 형상 및 크기가 다양한 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 경도가 서로 다른 기판들이 사용됨에 따라 다양한 소재들 상에 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 압력을 가하는 시간을 조절하여 패터닝되는 깊이 다시 말하면 패턴의 높이가 용이하게 조절될 수 있다. 또한, 상기 실시 예에 따른 소성변형 패터닝 방법은, 나노 선폭, 마이크로 선폭 등 다양한 선폭을 갖는 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 상기 타겟 기판 상에 복수의 패턴들이 형성되는 경우, 상기 패턴들이 형성된 기판의 하부면을 기준으로 상기 패턴들까지의 레벨이 서로 다를 수 있다.
이러한 장점들로 인해, 상기 실시 예에 따른 소성변형 패터닝 방법은, 위조 및 변조 방지 기능을 갖는 제품, 보안기기, 지폐의 제조, 그리고 히터를 포함한 각종 전극, 차폐 필름, 편광 필름, 초발수 필름, 에너지 하베스팅 필름 등의 각종 기능성 필름 제조, 또는 심미감을 일으키는 디자인적 요소로도 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 소성변형 패터닝 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 소성변형 패터닝 공정을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 소성변형 패터닝 방법을 설명하는 순서도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 소성변형 패터닝 공정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 가압방식 소성 변형 패터닝 방법에 사용되는 마스터 기판을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 가압방식 소성 변형 패터닝 방법으로 형성된 패턴 구조체의 정면도 및 B 부분의 측면 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예들에 따른 가압방식 소성 변형 패터닝 방법 중 마스터 패턴 의 다양한 형상을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예들에 따른 가압방식 소성 변형 패터닝 방법 중 마스터 패턴 및 상기 마스터 패턴으로 형성된 타겟 패턴의 형상을 나타내는 도면이다.
도 9 및 도 10는 본 발명의 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법에 따라 제조된 타겟 패턴 및 상기 타겟 패턴의 제조를 위한 마스터 기판을 촬영한 사진이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법과 종래의 소프트 임프린트 방법으로 형성된 패턴을 비교한 사진이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법으로 제조된 다양한 타겟 패턴들을 촬영한 사진이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법이 적용 가능한 다양한 타겟 기판의 종류를 촬영한 사진이다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법으로 제조된 타겟 기판을 촬영한 사진이다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법 중 타겟 기판의 종류에 따라 변형되는 압력의 임계값을 나타내는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법 중 타겟 기판 상에 가해지는 압력의 크기에 따라 상기 타겟 기판이 변형되는 것을 촬영한 사진이다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법에 사용되는 마스터 기판 및 타겟 기판의 물질 종류에 따른 경도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법으로 하나의 기판 상에 다양한 크기의 패턴이 형성된 것을 촬영한 사진이다.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법으로 하나의 기판 상에 다양한 선폭 및 단차의 패턴이 형성된 것을 촬영한 사진이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다.
여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법을 설명하는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 공정을 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 타겟 기판(110) 및 제1 마스터 기판(100)이 준비될 수 있다(S110).
일 실시 예에 따르면, 상기 타겟 기판(110)은, 백금(Pt), 이산화규소(SiO2), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 금(Au), 납(Pd), 은(Ag), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 인듐(In), GST(Ge2Sb2Te5), 탄소기반 소재(Carbon, graphene, CNT, fluorine), 2차원 소재(MoS2, BN, WSe2), ITO(Indium Tin Oxide), PET(polyethylene terephthalate), PI(polyimide), polymethyl methacrylate(PMMA), polydimethylsiloxane(PDMS), polystyrene(PS), polyacrylate 및 polymethylpentene 중 어느 하나를 포함하거나, 또는 둘 이상의 소재의 복합된 형태의 것을 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 타겟 기판(110)은, 생물의 가죽, 생물의 털, 껍질, 각종 단백질, 섬유소재, 또는 늘어나는(stretchable) 소재 등일 수 있다.
상기 제1 마스터 기판(100)은 제1 마스터 패턴(102)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 마스터 기판(100)은, 상기 타겟 기판(110)의 경도(hardness) 이상의 경도를 가질 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 마스터 패턴(102)은, 오목부 및 볼록부를 갖는 요철형태일 수 있다. 상기 제1 마스터 패턴(102)의 형태는 제한되지 않는다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 마스터 기판(100)은, 백금(Pt), 규소(Si), 이산화규소(SiO2), ITO(Indium Tin Oxide), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 철(Fe), 합금(Alloy) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 복합 소재를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 마스터 기판(100)은, 광리소그래피(photolithography), 이빔리소그래피(e-beam lithography), 나노임프린트 리소그래피(NIL), EUV(Extreme Ultraviolet) 리소그래피, 패턴전사프린팅, 분자자기조립, 또는 레이저 패터닝 기술로 형성될 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 마스터 기판(100)은, PS-PDMS 블록공중합체 고분자 자기조립(self-assembly)으로 형성된 SiOx 또는 PS-PVP로 형성된 MOx(M: 금속)일 수 있다. (x>0) 예를 들어, 상기 블록공중합체 고분자는, PDMS(poly dimethylsiloxane), 폴리아크릴로나이트릴-b-폴리디메틸실록산(polyacrylonitrile-b-polydimethylsiloxane), 폴리에틸렌옥사이드-b-폴리디메틸실록산(polyethylene oxide-b-polydimethylsiloxane), 폴리(2-비닐피리딘)-b-폴리디메틸실록산(poly(2-vinylpyridine)-b-polydimethylsiloxane), 폴리(4-비닐피리딘)-b-폴리디메틸실록산(poly(4-vinylpyridine)-b-polydimethylsiloxane), 폴리메틸메타크릴레이트-b-폴리디메틸실록산 (polymethylmethacrylate-b-polydimethylsiloxane), 폴리아크릴로나이트릴-b-폴리프로필렌(polyacrylonitrile-b-polypropylene), 폴리에틸렌옥사이드-b-폴리프로필렌(poly(ethylene oxide)-b-polypropylene), 폴리아크릴로나이트릴-b-폴리이소부틸렌(polyacrylonitrile-b-polyisobutylene), 폴리에틸렌옥사이드-b-폴리이소부틸렌(poly(ethylene oxide)-b-polyisobutylene), 폴리아크릴로나이트릴-b-폴리에틸렌(polyacrylonitrile-b-polyethylene), 폴리에틸렌옥사이드-b-폴리에틸렌 (poly(ethylene oxide)-b-polyethylene), 폴리아크릴로나이트릴-b-폴리이소프렌 (polyacrylonitrile-b-polyisopyrene), 폴리에틸렌옥사이드-b-폴리이소프렌(poly(ethylene oxide)-b-polyisopyrene), 폴리아크릴로나이트릴-b-폴리클로로프렌(polyacrylonitrile-b-polychloroprene), 폴리에틸렌옥사이드-b-폴리클로로프렌(poly(ethylene oxide)-b-polychloroprene), 폴리아크릴로나이트릴-b-폴리스티렌(polyacrylonitrile-b-polystyrene), 폴리에틸렌옥사이드-b-폴리스티렌(poly(ethylene oxide)-b-polystyrene) 등일 수 있다.
상기 타겟 기판(110) 및 상기 제1 마스터 기판(100)은 접촉될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 접촉된 상기 타겟 기판(110) 및 상기 제1 마스터 기판(100) 상에 압력이 가해질 수 있다. 예를 들어, 상기 타겟 기판(110) 및 상기 제1 마스터 기판(100) 상에 5 kgf/mm2 이상의 압력이 가해질 수 있다.
상기 타겟 기판(110) 및 상기 제1 마스터 기판(100)에 가해지는 압력은, 상기 타겟 기판(110) 및 상기 제1 마스터 기판(100)의 물질 종류에 따라서, 0.1~1010kgf/mm2의 범위를 가질 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 타겟 기판(110) 및 상기 제1 마스터 기판(100)에 압력이 가해지는 동안, 상기 타겟 기판(110) 및 상기 제1 마스터 기판(100)이 회전 또는 진동하거나, 상기 타겟 기판(110) 및 상기 제1 마스터 기판(100)에 열이 제공될 수 있다.
이에 따라, 상기 타겟 기판(110) 상에 제1 타겟 패턴(112)이 형성될 수 있다(S120). 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 타겟 패턴(112)은, 상기 제1 마스터 패턴(102)의 역상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 마스터 패턴(102)이 좁은 라인(narrow line) 형상을 가지는 경우, 상기 제1 타겟 패턴(112)은 넓은 라인(wide line) 형상을 가질 수 있다.
상기 타겟 기판(110) 및 상기 제1 마스터 기판(100)에 가해지는 압력의 크기를 조절하여, 상기 제1 타겟 패턴(112)의 높이가 제어될 수 있다. 구체적으로, 상기 타겟 기판(110) 및 상기 제1 마스터 기판(100)에 가해지는 압력의 크기가 커질수록, 상기 제1 타겟 패턴(112)의 높이가 길어질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 타겟 기판(110) 및 상기 제1 마스터 기판(100)이 접촉하기 전, 상기 제 1 마스터 기판(100) 및 상기 타겟 기판(110)의 표면 특성을 개질하는 열처리, 내마모성 화학적 방법, 또는 물리적 방법에 의한 표면처리 또는 코팅이 수행될 수 있다. 열처리, 내마모성 화학처리, 또는 물리적 코팅에 의해, 상기 타겟 기판(110) 및 상기 제1 마스터 기판(100)의 접촉 표면 또는 전체 표면 특성이 개질될 수 있다. 예를 들어, 내마모성 화학처리 또는 화학적 코팅으로는, 각종 작용기(예, CH3)를 이용한 소수성 또는 친수성 처리, 표면화학반응에 의한 피막형성처리, 무전해도금, 이온교환도금, 화학에칭, 화학연마, 부동태 처리, 전기도금(Electroplating), 전기영동(E-plating), 전기화학에칭, 전해연마, 플라즈마 전해산화법(PEO코팅법), 애노다이징(Anodizing), 플라즈마 스프레잉(Plasma spraying), 화학기상증착법(CVD) 등 중에서 어느 하나일 수 있고, 물리적 코팅은, 스퍼터(Sputter), 이베포레이터(E-beam 또는 thermal evaporator) 등의 장비를 이용한 물리기상증착법(PVD) 중에서 어느 하나일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 타겟 기판(110) 및 상기 제1 마스터 기판(100) 상에 압력이 가해지기 전 또는 가해진 상태에서, 접촉된 상기 타겟 기판(110) 및 상기 제1 마스터 기판(100)은 열처리 될 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 타겟 기판(110) 및 상기 제1 마스터 기판(100) 상에 압력이 가해지기 전 또는 가해진 상태에서, 접촉된 상기 타겟 기판(110) 및 상기 제1 마스터 기판(100) 또는 상기 타겟 기판(110) 상에 자외선(ultraviolet)이 조사될 수 있다.
또 다른 실시 예에 따르면, 상기 타겟 기판(110) 및 상기 제1 마스터 기판(100) 상에 압력이 가해지기 전 또는 가해진 상태에서, 접촉된 상기 타겟 기판(110) 및 상기 제1 마스터 기판(100)은 열처리와 함께 자외선이 조사될 수 있다.
이에 따라, 상기 타겟 기판(110) 상에 상기 제1 타겟 패턴(112)이 용이하게 형성될 수 있다. 또한, 후술되는 바와 같이, 접촉된 상기 타겟 기판(110) 및 상기 제1 마스터 기판(100) 이 용이하게 분리될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 타겟 기판(110)의 물질 종류에 따라 상기 타겟 기판(110)이 변형되는 압력의 임계값이 다를 수 있다. 이에 따라, 상기 타겟 기판(110) 및 상기 제1 마스터 기판(100) 상에 가해지는 압력은, 상기 타겟 기판(110)의 물질 종류에 따라 달라질 수 있다.
예를 들어, 상기 타겟 기판(110)이 고분자 소재(예를 들어, PMMA)인 경우, 상기 타겟 기판(110)이 변형되는 압력의 임계값은 5 kgf/mm2 일 수 있다. 이에 따라, 상기 타겟 기판(110) 및 상기 제1 마스터 기판(100) 상에 5 kgf/mm2 이상의 압력이 가해질 수 있다.
다른 예를 들어, 상기 타겟 기판(110)이 가교된(cross-linked) 고분자 소재(예를 들어, PET)인 경우, 상기 타겟 기판(110)이 변형되는 압력의 임계값은 37 kgf/mm2 일 수 있다. 이에 따라, 상기 타겟 기판(110) 및 상기 제1 마스터 기판(100) 상에 37 kgf/mm2 이상의 압력이 가해질 수 있다.
또 다른 예를 들어, 상기 타겟 기판(110)이 기판이 금속 소재(예를 들어, 구리)인 경우, 상기 타겟 기판(110)이 변형되는 압력의 임계값은 49 kgf/mm2 일 수 있다. 이에 따라, 상기 타겟 기판(110) 및 상기 제1 마스터 기판(100) 상에 49 kgf/mm2 이상의 힘이 가해질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 마스터 기판(100)이 실리콘을 포함하는 경우, 상기 타겟 기판(110)은 금속을 포함할 수 있다. 구체적으로, 금속을 포함하는 상기 타겟 기판(110)은, 실리콘을 포함하는 상기 제1 마스터 기판(100)으로 눌려질 수 있다. 이에 따라, 상기 타겟 기판(110) 상에 상기 제1 타겟 패턴(112)이 형성될 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 마스터 기판(100)이 실리콘을 포함하는 경우, 상기 타겟 기판(110)은 고분자를 포함할 수 있다. 구체적으로, 고분자를 포함하는 상기 타겟 기판(110)은, 실리콘을 포함하는 상기 제1 마스터 기판(100)으로 눌려질 수 있다. 이에 따라, 상기 타겟 기판(110) 상에 상기 제1 타겟 패턴(112)이 형성될 수 있다.
접촉된 상기 타겟 기판(110) 및 상기 제1 마스터 기판(100)은 분리될 수 있다(S130).
일 실시 예에 따르면, 상기 타겟 기판(110)은 상기 제1 마스터 기판(100)으로 복수회 접촉될 수 있다. 다시 말하면, 상기 타겟 기판(110)은 상기 제1 마스터 기판(100)으로 1차적으로 눌려져 상기 제1 타겟 패턴(112)이 형성된 후, 다시 상기 제1 마스터 기판(100)으로 2차적으로 눌려질 수 있다. 이 경우, 상기 제1 타겟 패턴(110)은 형상이 변형될 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 제1 타겟 패턴(112)이 형성된 후, 상기 제1 마스터 기판(100)의 상부면의 법선을 회전축으로 상기 제1 마스터 기판(100)을 회전시킨 후, 상기 타겟 기판(110)을 누를 수 있다. 이에 따라, 상기 타겟 기판(110)의 상기 제1 타겟 패턴(112)이 변형될 수 있다.
다른 예를 들어, 상기 제1 타겟 패턴(112)이 형성된 후, 상기 제1 마스터 기판(100)의 상부면에 평행한 방향으로 상기 제1 마스터 기판(100)을 이동시킨 후, 상기 타겟 기판(110)을 누를 수 있다. 이에 따라, 상기 타겟 기판(110)의 상기 제1 타겟 패턴(112)이 변형될 수 있다. 결과적으로, 상기 타겟 기판(110) 상에 다양한 형상 및 크기의 패턴이 형성될 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법은, 상기 타겟 기판(110)을 준비하는 단계, 상기 제1 마스터 패턴(102)을 포함하고, 상기 타겟 기판(110)의 경도 이상의 경도를 갖는 상기 제1 마스터 기판(100)을 준비하는 단계, 상기 타겟 기판(110) 및 상기 제1 마스터 기판(100)을 접촉시켜 상기 타겟 기판(110) 상에 상기 제1 타겟 패턴(112)을 형성하는 단계, 및 상기 타겟 기판(110) 및 상기 제1 마스터 기판(100)을 분리하는 단계를 포함하되, 상기 타겟 기판(110)의 물질 종류에 따라 상기 타겟 기판(110)이 변하는 압력의 임계값 이상의 압력으로 상기 제1 마스터 기판 및 상기 타겟 기판(110)이 접촉될 수 있다.
이에 따라, 경도가 서로 다른 기판들 상에 임계값 이상의 압력을 가하는 간단한 공정으로 형상 및 크기가 다양한 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 다양한 소재들 상에 패턴을 형성할 수 있고, 또한, 나노 선폭(1~100nm), 마이크로 선폭(0.1~100㎛), 센티미터 선폭(0.1~100mm), 미터 선폭(0~100m) 등 다양한 선폭을 갖는 패턴을 형성할 수 있다.
이러한 장점들로 인해, 상기 실시 예에 따른 소성변형 패터닝 방법은, 위조 및 변조 방지 기능을 갖는 제품, 보안기기, 지폐의 제조, 그리고 히터를 포함한 각종 전극, 차폐 필름, 편광 필름, 초발수 필름, 에너지 하베스팅 필름 등의 각종 기능성 필름 제조, 또는 심미감을 일으키는 디자인적 요소로도 활용될 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 소성 변형 패터닝 방법에 따르면, 서로 다른 레벨(level)을 갖는 패턴들이 형성될 수 있다. 이하, 도 3 내지 도 4b를 참조하여, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 소성 변형 패터닝 방법이 설명된다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 소성변형 패터닝 방법을 설명하는 순서도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 소성변형 패터닝 공정을 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 4a를 참조하면, 상술된 제1 실시 예에 따라, 상기 타겟 기판(110) 상에 상기 제1 타겟 패턴(112)이 형성될 수 있다(S210). 상기 제1 타겟 패턴(112)은, 상기 타겟 기판(110)의 상부면 상에 형성될 수 있다.
도 3 및 도 4b를 참조하면, 제2 마스터 패턴(202)을 포함하는 제2 마스터 기판(200)이 준비된다(S220).
상기 제1 타겟 패턴(112)이 형성된 상기 타겟 기판(110) 및 상기 제2 마스터 기판(200)은 접촉되어, 상기 타겟 기판(110) 상에 제2 타겟 패턴(114)이 형성될 수 있다(S230). 상기 제2 타겟 패턴(114)은, 상기 제1 타겟 패턴(112)의 일부가 상기 제2 마스터 패턴(202)과 중첩되어 변형된 것일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 타겟 기판(110)의 하부면을 기준으로, 상기 제1 타겟 패턴(112)의 레벨(L1)은, 상기 제2 타겟 패턴(114)까지의 레벨(L2)과 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 타겟 패턴(112)의 레벨(L1)은, 상기 제2 타겟 패턴(114)까지의 레벨(L2)보다 높을 수 있다.
다시 말하면, 상기 타겟 기판(110)은, 상기 제1 마스터 기판(100)으로 눌려져, 상기 타겟 기판(110)의 상부면 상에 상기 제1 타겟 패턴(112)이 형성된 후, 상기 제1 타겟 패턴(112)이 형성된 상기 타겟 기판(110)은, 상기 제2 마스터 기판(200)으로 눌려져, 상기 제1 타겟 패턴(112)이 상기 제2 타겟 패턴(114)으로 변형될 수 있다. 이에 따라, 상기 타겟 기판(110)의 하부면을 기준으로, 상기 제1 타겟 패턴(112)의 레벨(L1)은, 상기 제2 타겟 패턴(114)까지의 레벨(L2)보다 높을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 타겟 패턴(112) 형성 시 가해진 압력보다 더 작은 압력이 상기 타겟 기판(110) 및 상기 제2 마스터 기판(200) 상에 가해질 수 있다. 또는, 이와 달리, 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 타겟 패턴(112)이 형성된 후, 상기 타겟 기판(110)을 열처리하거나, 또는 상기 타겟 기판(110) 상에 자외선이 조사될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 타겟 패턴(112)의 경도는 향상될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 타겟 패턴(112)이 상기 제2 마스터 기판(200)으로 눌려지더라도, 상기 제2 마스터 패턴(202)과 접촉된 상기 제1 타겟 패턴(112)의 일부분의 형태가 변경되지 않으면서, 상기 제1 타겟 패턴(112)의 상기 일부분의 레벨이 변화될 수 있다. 다시 말하면, 상기 제2 타겟 패턴(114) 및 상기 제1 타겟 패턴(112)이 동일한 형태를 가지면서, 서로 다른 레벨에 위치할 수 있다.
본 발명의 제3 실시 예에 따른 가압방식 소성 변형 패터닝 방법에 따르면, 서로 다른 레벨(level) 및 선폭을 갖는 패턴들이 하나의 기판 상에 형성될 수 있다. 이하, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 가압방식 소성 변형 패터닝 방법이 설명된다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 가압방식 소성 변형 패터닝 방법에 사용되는 마스터 기판을 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 가압방식 소성 변형 패터닝 방법으로 형성된 패턴 구조체의 정면도 및 B 부분의 측면 단면도이다.
도 5를 참조하면, 마스터 기판부(500)이 준비된다. 일 실시 예에 따르면, 상기 마스터 기판부(500)은 복수의 마스터 패턴부들을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 마스터 기판부(500)은 제1 마스터 패턴부(502), 제2 마스터 패턴부(504), 및 제3 마스터 패턴부(506)를 포함할 수 있다. 복수의 상기 마스터 패턴부들은 서로 다른 레벨 및 선폭을 가질 수 있다. 또한, 복수의 상기 마스터 패턴부들은, 서로 다른 단차(패턴이 높이)를 가질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 마스터 패턴부(502)는, 나노 규모의 선폭을 가질 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 마스터 패턴부(504)는, 마이크로 규모의 선폭을 가질 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제3 마스터 패턴부(506)은 밀리 규모의 선폭을 가질 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 마스터 기판부(500)의 하부면을 기준으로, 상기 제1 마스터 패턴부(502)까지의 레벨(h1), 상기 제2 마스터 패턴부(504)까지의 레벨(h2), 및 상기 제3 마스터 패턴부(506)까지의 레벨(h3)이 서로 다르게 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 마스터 기판부(500)의 하부면을 기준으로, 상기 제1 마스터 패턴부(502)까지의 레벨(h1)은 상기 제2 마스터 패턴부(504)까지의 레벨(h2) 보다 높게 형성되고, 상기 제2 마스터 패턴부(504)까지의 레벨(h2)은 상기 제3 마스터 패턴부(506)까지의 레벨(h3) 보다 낮게 형성될 수 있다. 도 5에 도시되지 않았으나, 상기 마스터 기판부(500)는 제4 및 제5 마스터 패턴부를 더 포함할 수 있다.
도 6의 (a)를 참조하면, 타겟 기판부(510)가 준비된다. 상기 타겟 기판부(510)는, 도 5를 참조하여 설명된 상기 마스터 기판(500)과 상기 제1 실시 예에 따른 방법으로 접촉될 수 있다. 이에 따라, 상기 타겟 구조체(510) 상에 복수의 타겟 패턴부들이 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 타겟 기판부(510) 상에 제1 타겟 패턴부(511) 내지 제5 타겟 패턴부(515)가 형성될 수 있다.
도 6의 (b)를 참조하면, 상기 제1 타겟 패턴부(511) 내지 제5 타겟 패턴부(515)는 서로 다른 레벨 및 선폭을 가질 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 타겟 패턴부(511) 및 상기 제5 타겟 패턴부(515)는 밀리 규모의 선폭을 가질 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 타겟 패턴부(512) 및 상기 제4 타겟 패턴부(514)는 마이크로 규모의 선폭을 가질 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제3 타겟 패턴부(513)는 나노 규모의 선폭을 가질 수 있다.
또한, 일 실시 예에 따르면, 상기 타겟 기판부(510)의 하부면을 기준으로, 상기 제1 타겟 패턴부(511)까지의 레벨 내지 상기 제5 타겟 패턴부(515)까지의 레벨이 서로 다르게 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예들에 따른 가압방식 소성 변형 패터닝 방법 중 마스터 패턴 의 다양한 형상을 나타내는 도면이다.
도 7의 (a)를 참조하면, 상기 실시 예들에 따른 마스터 패턴은, 삼각형(triangle) 형상을 가질 수 있다. 도 7 (b)를 참조하면, 상기 실시 예들에 따른 마스터 패턴은, 피라미드(pyramid) 형상을 가질 수 있다. 도 7의 (c)를 참조하면, 상기 실시 예들에 따른 마스터 패턴은, sprout 형상을 가질 수 있다. 도 7의 (d)를 참조하면, 상기 실시 예들에 따른 마스터 패턴은, half cylinder 형상을 가질 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예들에 따른 가압방식 소성 변형 패터닝 방법 중 마스터 패턴 및 상기 마스터 패턴으로 형성된 타겟 패턴의 형상을 나타내는 도면이다.
도 8의 (a)를 참조하면, 상기 마스터 패턴은 좁은 라인 형상을 가질 수 있다. 상기 마스터 패턴을 상술된 제1 실시 예에 따라 상기 타겟 기판과 접촉시킨 경우, 상기 타겟 패턴은 넓은 라인 형상을 가질 수 있다.
도 8의 (b)를 참조하면, 상기 마스터 패턴은 사각형(square) 형상을 가질 수 있다. 상기 마스터 패턴을 상술된 제1 실시 예에 따라 상기 타겟 기판과 접촉시킨 경우, 상기 타겟 패턴은 그물(mesh) 형상을 가질 수 있다.
도 8의 (c)를 참조하면, 상기 마스터 패턴은 dot 형상을 가질 수 있다. 상기 마스터 패턴을 상술된 제1 실시 예에 따라 상기 타겟 기판과 접촉시킨 경우, 상기 타겟 패턴은 hole 형상을 가질 수 있다.
도 8의 (d)를 참조하면, 상기 마스터 패턴은 사다리꼴 형상을 가질 수 있다. 상기 마스터 패턴을 상술된 제1 실시 예에 따라 상기 타겟 기판과 접촉시킨 경우, 상기 타겟 패턴은 역사다리꼴 형상을 가질 수 있다.
이하, 상술된 본 발명의 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법의 구체적인 실험 제조 예 및 특성 평가 결과가 설명된다.
도 9 및 도 10는 본 발명의 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법에 따라 제조된 타겟 패턴 및 상기 타겟 패턴의 제조를 위한 마스터 기판을 촬영한 사진이다.
도 9의 (a) 및 (b)를 참조하면, 좁은 라인(narrow line) 패턴을 갖는 실리콘(Si) 기판 및 구리(Cu) 기판이 준비된다. 상기 구리 기판 상에 상기 실리콘 기판으로 49 kgf/mm2 이상의 압력을 가하여, 상기 좁은 라인 패턴의 역상에 대응되는 넓은 라인(wide line) 패턴을 제조하고, SEM(scanning electron microscope) 촬영하였다.
도 9의 (a)에서 알 수 있듯이, 실리콘 기판 상에 좁은 라인 패턴이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
도 9의 (b)에서 알 수 있듯이, 구리 기판 상에 좁은 라인 패턴의 역상인 넓은 라인 패턴이 형성된 것을 확인할 수 있었다.
도 10의 (a) 및 (b)를 참조하면, 돌출 닷 패턴을 갖는 PDMS 기판 및 구리(Cu) 기판이 준비된다. 상기 구리 기판 상에 상기 PDMS 기판으로 49 kgf/mm2 이상의 압력을 가하여, 상기 돌출 닷 패턴의 역상에 대응되는 함몰 닷 패턴을 제조하고, SEM(scanning electron microscope) 촬영하였다.
도 10의 (a)에서 알 수 있듯이, PDMS 기판 상에 돌출 닷 패턴이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
도 10의 (b)에서 알 수 있듯이, 상기 구리 기판 상에 돌출 닷 패턴의 역상인 함몰 닷 패턴이 형성된 것을 확인할 수 있었다.
이에 따라, 상대적으로 경도가 낮은 기판 상에 상대적으로 경도가 높은 기판으로 압력을 가하여, 상대적으로 경도가 높은 기판의 패턴의 역상에 대응하는 패턴이, 상대적으로 경도가 높은 기판 상에 형성되는 것을 알 수 있다.
실리콘, 구리, 및 다른 물질들의 모스(Moh's) 경도가 아래 <표 1>을 통하여 정리된다.
물질 모스 경도(Moh's hardness)
BN(boron nitride) ~ 2
Graphite ~ 0.5-1
Zinc oxide ~ 4.5
Aluminum ~ 2.5
Copper ~ 2.5-3
Iron ~ 4-5
Gold ~ 2.5-3
Nickel ~ 5
Palladium ~ 4.9
Platinum ~ 4.3
Silver ~ 2.5-4
Sillicon ~ 6.5
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법과 종래의 소프트 임프린트 방법으로 형성된 패턴을 비교한 사진이다.
도 11의 (a)를 참조하면, PET 기판 상에 실리콘 기판으로 5 kgf/mm2 의 힘을 가하여 소프트 임프린팅을 수행하고, PET 기판 상에 실리콘 기판으로 65 kgf/mm2 의 힘을 가하여 상기 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝을 수행하였다. 이후, 각각의 방법이 수행된 상기 PET 기판들을 촬영하였다. 도 11의 (a)에서 알 수 있듯이, PET 기판 상에 종래의 소프트 임프린트 방법으로는 패턴이 형성되지 않았지만, 상기 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법으로는 패턴이 형성된 것을 확인할 수 있었다.
도 11의 (b)를 참조하면, Cu 기판 상에 실리콘 기판으로 5 kgf/mm2 의 힘을 가하여 소프트 임프린팅을 수행하고, Cu 기판 상에 실리콘 기판으로 130 kgf/mm2 의 힘을 가하여 상기 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝을 수행하였다. 이후, 각각의 방법이 수행된 상기 Cu 기판들을 촬영하였다. 도 11의 (b)에서 알 수 있듯이, Cu 기판 상에 종래의 소프트 임프린트 방법으로는 패턴이 형성되지 않았지만, 상기 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법으로는 패턴이 형성된 것을 확인할 수 있었다.
이에 따라, PET 기판 및 Cu 기판 상에 종래의 소프트 임프린팅 방법으로는 패턴의 형성이 용이하지 않지만, 상기 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법으로는 용이하게 패턴이 형성되는 것을 알 수 있다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법으로 제조된 다양한 타겟 패턴들을 촬영한 사진이다.
도 12의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 실리콘(Si) 기판 및 구리(Cu) 기판이 준비된다. 상기 구리 기판 상에 상기 실리콘 기판으로 49 kgf/mm2 이상의 압력을 가하여, 상기 실리콘 기판 패턴의 역상에 대응되는 패턴을 제조하고, SEM 촬영하였다.
도 12의 (a)에서 알 수 있듯이, 상기 실리콘 기판이 좁은 라인 패턴을 갖는 경우, 상기 구리 기판은 상기 좁은 라인 패턴의 역상인 넓은 라인 패턴을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
도 12의 (b)에서 알 수 있듯이, 상기 실리콘 기판이 넓은 라인 패턴을 갖는 경우, 상기 구리 기판은 상기 넓은 라인 패턴의 역상인 좁은 라인 패턴을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
도 12의 (c)에서 알 수 있듯이, 상기 실리콘 기판이 그물(mesh) 패턴을 갖는 경우, 상기 구리 기판은 상기 그물 패턴의 역상인 사각형(square) 패턴을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
도 12의 (d)에서 알 수 있듯이, 상기 실리콘 기판이 사각형 패턴을 갖는 경우, 상기 구리 기판은 상기 사각형 패턴의 역상인 그물 패턴을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
도 13의 (a)를 참조하면, 구리 기판 및 라인 패턴을 갖는 실리콘 기판이 준비된다. 상기 구리 기판 상에 상기 실리콘 기판으로 49 kgf/mm2 이상의 압력을 가하여, 상기 라인 패턴의 역상에 대응되는 패턴을 제조하고, SEM 촬영하였다.
도 13의 (a)에서 알 수 있듯이, 상기 구리 기판 상에 상기 라인 패턴의 역상인 라인 패턴이 형성된 것을 확인할 수 있었다.
도 13의 (b)를 참조하면, 도 13의 (a)를 참조하여 제조된 라인 패턴을 갖는 구리 기판 및 라인 패턴을 갖는 실리콘 기판이 준비된다. 상기 구리 기판 상에 상기 실리콘 기판으로 49 kgf/mm2 이상의 압력을 가하되, 상기 실리콘 기판을 상기 구리 기판의 상부면의 법선을 기준으로 시계 방향 90° 회전시킨 후 압력을 가하여 패턴을 제조하고, SEM 촬영하였다.
도 13의 (b)에서 알 수 있듯이, 상기 구리 기판 상에 상기 라인 패턴 및 시계 방향으로 90° 회전된 상기 라인 패턴이 중첩되어 사각형(square) 패턴이 형성된 것을 확인할 수 있었다.
도 13의 (c)를 참조하면, 도 13의 (b)를 참조하여 제조된 사각형 패턴을 갖는 구리 기판 및 라인 패턴을 갖는 실리콘 기판이 준비된다. 상기 구리 기판 상에 상기 실리콘 기판으로 49 kgf/mm2 이상의 압력을 가하되, 상기 실리콘 기판을 상기 구리 기판의 상부면의 법선을 기준으로 시계 방향 45° 회전시킨 후 압력을 가하여 패턴을 제조하고, SEM 촬영하였다.
도 13의 (c)에서 알 수 있듯이, 상기 구리 기판 상에 상기 사각형 패턴 및 시계 방향으로 45° 회전된 상기 라인 패턴이 중첩되어 삼각형(triangle) 패턴이 형성된 것을 확인할 수 있었다.
이에 따라, 상기 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법은, 상기 타겟 기판 상에 상기 제1 마스터 기판을 회전시키는 방법으로 복수회 접촉시켜, 다양한 형상의 패턴을 제조할 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법이 적용 가능한 다양한 타겟 기판의 종류를 촬영한 사진이다.
도 14의 (a) 내지 (l)을 참조하면, 니켈 기판, 알루미늄 기판, 구리 기판, ITO 기판, 가죽, 한지, 복사지, 오징어 껍질, 머리카락, PET 기판, PMMA 기판, 및 SU8 기판 상에 압력을 가하여 상기 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝을 수행하고, 패턴이 형성된 기판을 촬영하였다.
도 14의 (a) 내지 (l)에서 알 수 있듯이, 니켈 기판, 알루미늄 기판, 구리 기판, ITO 기판, 가죽, 한지, 복사지, 오징어 껍질, 머리카락, PET 기판, PMMA 기판, 및 SU8 기판 상에 상기 실시 예에 따른 소성변형 패터닝을 수행한 경우, 패턴이 잘 형성된 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 니켈 기판, 알루미늄 기판, 구리 기판, ITO 기판, 가죽, 한지, 복사지, 오징어 껍질, 머리카락, PET 기판, PMMA 기판, 및 SU8 기판이 상기 실시 예에 따른 소성변형 패터닝 방법 중 타겟 기판으로 사용 가능하다는 것을 알 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법으로 제조된 타겟 기판을 촬영한 사진이다.
도 15의 (a)를 참조하면, 실리콘(Si) 기판 및 니켈(Ni) 기판이 준비된다. 상기 니켈 기판 상에 상기 실리콘 기판으로 49 kgf/mm2 이상의 압력을 가하여, 상기 실리콘 기판 패턴의 역상에 대응되는 패턴을 제조하고, SEM 촬영하였다.
도 15의 (a)에서 알 수 있듯이, 상기 니켈 기판 상에 상기 실리콘 기판의 역상 패턴이 형성된 것을 확인할 수 있었다.
도 15의 (b)를 참조하면, 도 15의 (a)를 참조하여 상술된 방법에 따라 제조된 니켈 기판 및 구리(Cu)기판이 준비된다. 상기 구리 기판 상에 상기 니켈 기판으로 49 kgf/mm2 이상의 압력을 가하여, 상기 니켈 기판 패턴의 역상에 대응되는 패턴을 제조하고, SEM 촬영하였다.
도 15의 (b)에서 알 수 있듯이, 상기 구리 기판 상에 상기 니켈 기판의 역상 패턴이 형성된 것을 확인할 수 있었다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법 중 타겟 기판의 종류에 따라 변형되는 압력의 임계값을 나타내는 그래프이다.
도 16을 참조하면, 실리콘 기판 및 타겟 기판이 준비된다. 상기 타겟 기판이 고분자, 가교된(cross-linked) 고분자, 및 금속 소재인 경우에 대해, 상기 타겟 기판 상에 상기 실리콘 기판으로 각기 다른 압력(stress, kgf/mm2)을 가한 후, 상기 타겟 기판이 변형된 깊이를 측정하였다.
도 16에서 알 수 있듯이, 상기 타겟 기판이 고분자 소재인 경우, 5 kgf/mm2 이상의 압력이 가해질 때부터, 상기 타겟 기판의 변형된 깊이가 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 타겟 기판이 가교된 고분자 소재인 경우, 37 kgf/mm2 이상의 압력이 가해질 때부터, 상기 타겟 기판의 변형된 깊이가 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 타겟 기판이 금속 소재인 경우, 49 kgf/mm2 이상의 압력이 가해질 때부터, 상기 타겟 기판의 변형된 깊이가 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
이에 따라, 상기 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법은, 상기 타겟 기판의 물질 종류에 따라, 상기 타겟 기판 상에 가해지는 압력의 힘이 다른 것을 알 수 있다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법 중 타겟 기판 상에 가해지는 압력의 크기에 따라 상기 타겟 기판이 변형되는 것을 촬영한 사진이다.
도 17의 (a) 내지 (f)를 참조하면, 실리콘 기판 및 구리(Cu) 기판이 준비된다. 상기 구리 기판 상에 상기 실리콘 기판으로 12.25, 24.5, 49, 61.25, 98, 및 134.75 kgf/mm2 의 압력을 가하여, 상기 실리콘 기판 패턴의 역상에 대응되는 패턴을 제조하고, SEM 촬영하였다.
도 17의 (a) 및 (b)에서 알 수 있듯이, 상기 타겟 기판 상에 49 kgf/mm2 미만의 압력이 가해진 경우, 상기 타겟 기판 상에 패턴이 용이하게 형성되지 않는 것을 확인할 수 있었다.
도 17의 (c) 내지 (f)에서 알 수 있듯이, 상기 타겟 기판 상에 49 kgf/mm2 이상의 압력이 가해진 경우, 상기 타겟 기판 상에 패턴이 용이하게 형성된 것을 확인할 수 있었다.
이에 따라, 상기 타겟 기판이 금속 소재인 경우, 상기 타겟 기판 상에 타겟 패턴을 형성하기 위해 49 kgf/mm2 이상의 압력이 가해져야 한다는 것을 알 수 있다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법에 사용되는 마스터 기판 및 타겟 기판의 물질 종류에 따른 경도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 18을 참조하면, 상기 마스터 기판 및 상기 타겟 기판에 사용되는 PMMA, SU-8, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 및 실리콘(Si)을 준비하고, 각 물질별로 임의의 15곳을 지정 후 경도(hardness, Gpa)를 측정하고, 경도 분포를 나타내었다.
도 18에서 알 수 있듯이, 상기 PMMA는 0.7 내지 0.8 Gpa의 경도 분포를 나타내고, 상기 SU-8은 0.8 내지 0.9 Gpa의 경도 분포를 나타내고, 상기 알루미늄은 0.9 내지 1.0 Gpa의 경도 분포를 나타내고, 상기 구리는 1.8 내지 2.2 Gpa의 경도 분포를 나타내고, 상기 니켈은 2.6 내지 2.7 Gpa의 경도 분포를 나타내고, 상기 실리콘은 12.8 내지 13 Gpa의 경도 분포를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
이에 따라, 상기 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법은, 실리콘(Si) 기판을 마스터 기판으로 사용하여 고분자, 가교된 고분자, 및 금속 기판 상에 패턴을 형성할 수 있는 것을 알 수 있다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법으로 하나의 기판 상에 다양한 크기의 패턴이 형성된 것을 촬영한 사진이다.
도 19의 (a)를 참조하면, 마이크로 미터(um) 크기의 패턴을 갖는 실리콘 기판 및 알루미늄 기판이 준비된다. 상기 알루미늄 기판 상에 상기 실리콘 기판으로 40 kgf/mm2 이상의 압력을 가하여, 상기 실리콘 기판 패턴의 역상에 대응되는 패턴을 제조하고, 사진 촬영하였다.
도 19의 (a)에서 알 수 있듯이, 상기 알루미늄 기판 상에 마이크로 미터(um)의 크기를 갖는 패턴이 형성된 것을 확인할 수 있었다.
도 19의 (b)를 참조하면, 밀리 미터(mm) 크기의 패턴을 갖는 니켈 기판 및 알루미늄 기판이 준비된다. 상기 알루미늄 기판 상에 상기 니켈 기판으로 40 kgf/mm2 이상의 압력을 가하여, 상기 니켈 기판 패턴의 역상에 대응되는 패턴을 제조하고, 사진 촬영하였다.
도 19의 (b)에서 알 수 있듯이, 상기 알루미늄 기판 상에 밀리 미터(mm)의 크기를 갖는 패턴이 형성된 것을 확인할 수 있었다.
도 19의 (c)를 참조하면, 도 19의 (a)를 참조하여 설명된 방법으로 제조된 마이크로 미터(um) 크기의 패턴을 갖는 알루미늄 기판 및 도 19의 (b)를 참조하여 설명된 밀리 미터(mm) 크기의 패턴을 갖는 니켈 기판이 준비된다. 마이크로 미터(um) 크기의 패턴을 갖는 상기 알루미늄 기판 상에 밀리 미터(mm) 크기의 패턴을 갖는 상기 니켈 기판으로 40 kgf/mm2 이상의 압력을 가하여, 상기 알루미늄 기판 패턴 및 상기 니켈 기판 패턴이 중첩된 패턴을 제조하고, 사진 촬영하였다.
도 19의 (c)에서 알 수 있듯이, 상기 알루미늄 기판 상에 마이크로 미터(um) 크기 및 밀리 미터(mm) 크기를 갖는 패턴이 모두 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
이에 따라, 상기 실시 예에 따른 소성변형 패터닝 방법은, 하나의 기판 상에 서로 다른 크기를 갖는 복수의 패턴이 형성되는 것을 알 수 있다.
도 20은 본 발명의 실시 예에 따른 가압방식 소성변형 패터닝 방법으로 하나의 기판 상에 다양한 선폭 및 단차의 패턴이 형성된 것을 촬영한 사진이다.
도 20을 참조하면, 실리콘산화물 기판을 준비하고 광리소그래피 공정으로 트렌치를 형성하였다. 분자자기조립 공정으로 트랜치 내에 실리콘 산화물 나노 패턴을 형성하여, 단차 및 선폭이 다른 마스터 패턴을 제조하였다.
이후, 서로 다른 단차 및 선폭을 갖는 마스터 패턴으로 구리 기판을 눌러, 도 20에 도시된 것과 같이, 구리 기판 상에 단차 및 선폭이 다른 타겟 패턴을 제조하였다. 도 20에서 알 수 있듯이, 서로 다른 단차 및 선폭을 갖는 패턴이 용이하게 형성된 것을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 제1 마스터 기판
102: 제1 마스터 패턴
110: 타겟 기판
112: 제1 타겟 패턴
114: 제2 타겟 패턴
116: 제3 타겟 패턴
200: 제2 마스터 기판
202: 제2 마스터 패턴
L1: 타겟 기판 하부면에서 제1 마스터 패턴까지의 레벨
500: 마스터 기판부
502: 제1 마스터 패턴부
504: 제2 마스터 패턴부
506: 제3 마스터 패턴부
510: 타겟 기판부
511: 제1 타겟 패턴부
512: 제2 타겟 패턴부
513: 제3 타겟 패턴부
514: 제4 타겟 패턴부
515: 제5 타겟 패턴부
h1: 마스터 기판부의 하부면에서 제1 마스터 패턴부까지의 레벨
h2: 마스터 기판부의 하부면에서 제2 마스터 패턴부까지의 레벨
h3: 마스터 기판부의 하부면에서 제3 마스터 패턴부까지의 레벨

Claims (17)

  1. 타겟(target) 기판을 준비하는 단계;
    제1 마스터 패턴을 포함하고, 상기 타겟 기판의 경도(hardness) 이상의 경도를 갖는 제1 마스터 기판을 준비하는 단계;
    상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판을 접촉시키되, 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판 상에 압력을 가하여, 상기 타겟 기판 상에 상기 제1 마스터 패턴의 역상을 갖는 제1 타겟 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판을 분리하는 단계를 포함하는 가압방식 소성변형 패터닝 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판 상에 가해지는 압력은, 상기 타겟 기판의 물질 종류에 따라 달라지는 것을 포함하는 가압방식 소성변형 패터닝 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판의 상부면, 하부면, 및 측면 중 적어도 어느 하나를 통해서, 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판에 압력이 가해지고,
    상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판에 가해지는 압력은, 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판의 물질 종류에 따라서, 0.1~1010kgf/mm2의 범위를 가지고,
    상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판에 압력이 가해지는 동안, 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판이 회전 또는 진동하거나, 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판에 열이 제공되는 것을 포함하는 가압방식 소성변형 패터닝 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판에 가해지는 압력의 크기를 조절하여, 상기 제1 타겟 패턴의 높이가 제어되는 것을 포함하는 가압방식 소성변형 패터닝 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제 1 마스터 기판 및 상기 타겟 기판의 종류는, SU-8, PUA(poly(urethane acrylate)), photoresist, PMMA(polymethyl methacrylate), polydimethylsiloxane(PDMS), polystyrene(PS), polyacrylate, polymethylpentene, 블록공중합체(block copolymer), PET(polyethylene terephthalate), PI(polyimide), 구리(Cu), 백금(Pt), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 금(Au), 납(Pd), 은(Ag), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 인듐(In), MoS2, BN, WSe2, 2차원 소재(MoS2, BN, WSe2), ITO(Indium Tin Oxide), GST(Ge2Sb2Te5), 생물의 가죽, 생물의 털, 껍질, 각종 단백질, 섬유소재 및 늘어나는 소재를 포함하는 금속, 비금속, 합금, 또는 복합 소재 중에서 어느 하나를 포함하는 가압방식 소성변형 패터닝 방법
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판 상에 압력이 가해진 상태 또는 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판 상에 압력이 가해지기 전,
    접촉된 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판을 열처리하거나, 또는 접촉된 상기 타겟 기판 및 상기 제1 마스터 기판 상에 자외선(ultraviolet)을 조사하는 단계를 포함하는 가압방식 소성변형 패터닝 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 마스터 기판은 실리콘, 금속, 비금속, 복합소재를 포함하고, 상기 타겟 기판은 금속을 포함하는 가압방식 소성변형 패터닝 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 마스터 기판은 실리콘, 금속, 비금속, 복합소재를 포함하고, 상기 타겟 기판은 비금속을 포함하는 가압방식 소성변형 패터닝 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 마스터 기판은 실리콘, 금속, 비금속, 복합소재를 포함하고, 상기 타겟 기판은 합금을 포함하는 가압방식 소성변형 패터닝 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 마스터 기판은 실리콘, 금속, 비금속, 복합소재를 포함하고, 상기 타겟 기판은 복합소재를 포함하는 가압방식 소성변형 패터닝 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 마스터 기판의 상기 제1 마스터 패턴의 형상 변화를 통하여 상기 타겟 기판의 상기 제1 타겟 패턴의 형상이 제어되는 것을 포함하는 가압방식 소성변형 패터닝 방법
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 마스터 기판의 상기 제1 마스터 패턴은 직선 또는 곡선 라인(line), 닷(dot), 메쉬(mesh), 홀(hole), 물결모양, 삼각형, 링, 지그재그, 또는 조그(jog) 중에서 어느 하나의 형상 또는 두 가지 이상의 형상의 조합을 가지고,
    상기 제 1 마스터 기판의 상기 제1 마스터 패턴은, 광리소그래피(photolithography) 기술, 블록공중합체 자기조립, 이빔리소그래피(e-beam lithography), 나노임프린트 리소그래피(NIL), EUV(Extreme Ultraviolet) 리소그래피, 패턴전사프린팅, 분자자기조립, 또는 레이저 패터닝 기술로 형성되는 것을 포함하는 가압방식 소성변형 패터닝 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 마스터 기판의 상기 제1 마스터 패턴의 폭은 서로 달라, 상기 타겟 기판의 상기 제1 타겟 패턴의 폭이 서로 다른 것을 포함하는 가압방식 소성변형 패터닝 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 마스터 기판의 상기 제1 마스터 패턴의 폭 및 상기 타겟 기판의 상기 제1 타겟 패턴의 폭은, 나노 미터, 마이크로 미터, 센티 미터, 또는 미터 단위인 것을 포함하는 가압방식 소성변형 패터닝 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 마스터 기판 및 상기 타겟 기판의 적어도 표면 특성을 개질하는 열처리, 내마모성 화학처리, 또는 물리적 코팅을 수행하는 것을 더 포함하는 가압방식 소성변형 패터닝 방법.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 마스터 기판 및 상기 타겟 기판의 접촉 시간에 따라서, 상기 제1 타겟 패턴의 높이가 조절되는 것을 포함하는 가압방식 소성변형 패터닝 방법.
  17. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 마스터 패턴은, 서로 다른 선폭 및 서로 다른 단차를 갖고,
    상기 제1 타겟 패턴은, 상기 제1 마스터 패턴의 역상으로, 서로 다른 선폭 및 서로 다른 단차를 갖는 것을 포함하는 가압방식 소성변형 패터닝 방법.
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