[논문]미세패턴 전사기법을 위한 다양한 몰드 제작법 소개

김주희; 김연상

doi:10.5757/jkvs.2010.19.2.096

미세패턴 전사기법을 위한 다양한 몰드 제작법 소개
The Review for Various Mold Fabrication toward Economical Imprint Lithography 원문보기

韓國眞空學會誌 = Journal of the Korean Vacuum Society, v.19 no.2, 2010년, pp.96 - 104

김주희 (서울대학교 융합과학기술대학원 나노융합학과) , 김연상 (서울대학교 융합과학기술대학원 나노융합학과)

초록
AI-Helper

NIL, S-FIL과 같은 각인 기술(Imprinting lithography)를 적용하기 위한 투명하고 단단한 복제 틀(replica hard mold)을 제작하여 고가의 원판(master)와 패턴이 형성되는 기판과의 접촉을 근본적으로 방지해 경제적인 공정이 가능함을 제안한다. 실리콘 웨이퍼(Si wafer)와 같은 원판(master)과 패턴 형성 시 사용되는 기판과 직접적인 접촉을 방지하기 위해 우선 액상 공정을 이용하여 비접착성 표면처리된 고분자 복제(polymer copy)를 매개체(carrier)로 단단한 복제 틀을 제작한다. 이렇게 제작된 단단한 복제 틀(replica hard mold)는 유리와 거의 같은 강도와 투명도를 나타내며, 각인 공정(imprinting process)에서 석영 틀, 실리콘 웨이퍼(quartz mold, Si wafer)과 같이 값비싼 원판(master)의 직접 사용을 대체하여 성공적으로 패턴을 구현할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

We suggest here a cost-effective replica fabrication method for transparent and hard molds for imprinting lithography such as NIL and S-FIL. The process starts with the use of a replica hard mold from a master, using a polymer copy as a carrier. The polymer copy as a carrier was treated by soluble process for forming anti-adhesion layer. Duplicated hard molds can eliminate direct contact between a hard master and a patterned polymer on a substrate and the generated contamination of a master during the imprinting process. The replica hard mold exhibits the glass-like properties introduced here, such as transparency and hardness, make it appropriate for nanoimprint lithography and step-and-flash imprint lithography.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

이는 틀을 이루는 재질에 관계없이 항상 일정하게 비접착층인 PDMS를 틀 표면에 코팅함으로써 다양한 기계적인 강도 및 실험적인 특성을 가지는 틀을 제작할 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 고분자 복제 틀을 구성하고자 하는 물질에 관계없이 항상 표면에 비접착성을 부여할 수 있으므로, 다양한 공정상의 요구를 만족시킬 수 있는 고분자 복제 틀을 만들 수 있는 기반을 제공하여 준다.
본 총설에서는 차세대 미세패턴 가공기술로 주목받고 있는 가장 핵심적인 부분인 고분자를 이용한 복제 틀과 함께 그것을 이용하기 위해 표면에 비접착성 처리를 학문적으로 접근하였으며, 기존의 진공이 반드시 수반되는 공정의 어려움을 극복할 수 있는 대안을 제시하였다. 또한 이렇게 비접착 표면처리로 원판과 고분자 패턴의 분리가 용이하므로 다양한 기판에도 적용이 가능하여 단단한 틀을 만드는 공정에서도 적용해 볼 수 있었다.
그러나 더욱 미세한 수십 nm 수준의 패턴제작을 위한 각인기술에서는 고분자나 저분자의 틀 보다 훨씬 단단한 틀(hard mold)이 요구된다. 이러한 점을 충족시키기 위해 석영(quartz)과 비슷한 강도를 가지는 틀을 만드는 연구가 본 연구진에 의해 이루어졌다.

제안 방법

6의 a)는 원판의 패턴으로부터 UV 경화성 물질인 pentaerythriotol propoxylate triacrylate (PPT) 복제 매개체로 사용하기 위해 제작하는 과정이다. PPT 복제 틀을 매개체로 사용하기 위해 비접착처리로 본 연구진에 의해 개발된 PDMS 코팅을 사용한다. 본 실험에서 사용되는 모든 원판 또는 고분자 복제 틀 등은 비접착층으로 PDMS 코팅을 사용하여 틀 또는 복제 틀, 패턴과의 분리가 용이하도록 해준다 [15,16].
이에 대한 이해를 바탕으로 앞에서 언급한 실록세인 그룹(siloxane group)의 비접착성 물질의 반응기와 틀 표면과의 결합을 위해 상호간의 바인더(binder)로서 아미노(amino)기가 있는 자기조립단일막을 적용하였다. 따라서, 실록세인 그룹(siloxane group)의 반응기와 틀 표면의 표면특성을 연결할 수 있는 amino-SAM을 선택하여 화학적으로 안정한 비접착층을 무기물 틀 또는 고분자 등의 유기물 틀에 균일하게 액상에서 코팅하였다. Fig.
이에 대한 이해를 바탕으로 앞에서 언급한 실록세인 그룹(siloxane group)의 비접착성 물질의 반응기와 틀 표면과의 결합을 위해 상호간의 바인더(binder)로서 아미노(amino)기가 있는 자기조립단일막을 적용하였다. 따라서, 실록세인 그룹(siloxane group)의 반응기와 틀 표면의 표면특성을 연결할 수 있는 amino-SAM을 선택하여 화학적으로 안정한 비접착층을 무기물 틀 또는 고분자 등의 유기물 틀에 균일하게 액상에서 코팅하였다.

성능/효과

또한 이렇게 비접착 표면처리로 원판과 고분자 패턴의 분리가 용이하므로 다양한 기판에도 적용이 가능하여 단단한 틀을 만드는 공정에서도 적용해 볼 수 있었다. 각인 기술(Imprint lithography)와 비접착 표면처리 기법을 이용한 투명하고 단단한 복제 틀을 제작할 수 있었으며 그것을 이용하여 만든 수십 nm 수준의 패턴도 매우 높은 정확성과 일치성을 보여주었다. 또한 미세패턴 전사에 있어서의 비접착성 표면처리에 대한 새로운 기술을 제시함으로써 최근 미세패턴의 전사가 응용되는 디스플레이 산업에서의 반사판, 확산판 등의 광학적 기판 가공에서 발생하는 접착성 문제 등에 해결방안을 제시할 수 있을 것이다.
따라서 실록세인(siloxane) 계열 중에서도 표면안정성을 위해 고분자형태로 되어 있는 것이 적절하다고 할 수 있다. 결론적으로, 이러한 반응성, 비접착층의 표면 안정성 등을 동시에 만족시키는 실록세인(siloxane) 물질은 고분자 형태이고, 고분자 끝에 반응기가 있어야 한다. 액상에서의 화학반응을 통해 틀 표면에만 화학적 결합으로 균일한 코팅(uniform-coating)이 이루어 질 수 있는 표면처리 기법은 기상증착과 같은 물리적인 증착법이 아닌 액상에서의 표면과의 화학반응을 통한 코팅법으로 표면에서 한 층으로 균일하게 코팅될 수 있다.

후속연구

각인 기술(Imprint lithography)와 비접착 표면처리 기법을 이용한 투명하고 단단한 복제 틀을 제작할 수 있었으며 그것을 이용하여 만든 수십 nm 수준의 패턴도 매우 높은 정확성과 일치성을 보여주었다. 또한 미세패턴 전사에 있어서의 비접착성 표면처리에 대한 새로운 기술을 제시함으로써 최근 미세패턴의 전사가 응용되는 디스플레이 산업에서의 반사판, 확산판 등의 광학적 기판 가공에서 발생하는 접착성 문제 등에 해결방안을 제시할 수 있을 것이다. 이렇게 미세패턴 전사기법의 개발과 함께 응용성을 넓혀, 다양한 전기전자 산업 및 광학소자 산업, 바이오 소자와 같은 정밀화학산업 등으로의 적용을 쉽게 할 수 있도록 공정의 확실성(fidelity)을 높여 줄 수 있을 것이다.
또한 미세패턴 전사에 있어서의 비접착성 표면처리에 대한 새로운 기술을 제시함으로써 최근 미세패턴의 전사가 응용되는 디스플레이 산업에서의 반사판, 확산판 등의 광학적 기판 가공에서 발생하는 접착성 문제 등에 해결방안을 제시할 수 있을 것이다. 이렇게 미세패턴 전사기법의 개발과 함께 응용성을 넓혀, 다양한 전기전자 산업 및 광학소자 산업, 바이오 소자와 같은 정밀화학산업 등으로의 적용을 쉽게 할 수 있도록 공정의 확실성(fidelity)을 높여 줄 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	각인 기술은 무엇인가?	각인 기술(Imprint lithography)는 단단한 원판을 열적 변형이 가능한 고분자 층위에 직접 각인하는 기술로서 극미세패턴이 가능하고, 원판의 패턴을 그대로 복제할 수 있는 정확성(fidelity)에 있어서 장점을 지니고 있다. 특히, 원판을 그대로 각인(imprint) 틀로 사용하기 때문에 아주 미세한 패턴(∼수 nm)도 전사가 가능하며, 각인기술의 원판 틀의 경우 열적 팽창계수 및 변형이 매우 적으므로 정확성(fidelity)을 요구하는 경우 적합한 기술이다.
	각인 기술의 문제점은 무엇인가?	특히, 원판을 그대로 각인(imprint) 틀로 사용하기 때문에 아주 미세한 패턴(∼수 nm)도 전사가 가능하며, 각인기술의 원판 틀의 경우 열적 팽창계수 및 변형이 매우 적으므로 정확성(fidelity)을 요구하는 경우 적합한 기술이다. 그러나, 원판을 직접 각인하는 과정에서 원판의 마모 내지는 피로누적에 의한 균열, 원판과 미세패턴이 전사되는 고분자 층과의 접착성 등의 문제가 아직 해결되어야 할 과제로 남아있다.
	미세패턴 구현을 위한 감광기술의 한계를 극복하기 위한 대안으로 대표적 기술에는 무엇이 있는가?	이러한 photolithography와 같은 미세패턴 구현을 위한 감광기술의 한계를 극복하기 위한 대안으로 대표적 기술로 소프트 리소그래피(Soft lithography) [1], 각인 기술(Imprint lithography) [2], 전자빔 리소그래피(E-beam lithography)[3] 등을 꼽을 수 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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