정렬된 미세 패턴을 형성하는 기술은 차세대 전자소자를 제작함에 있어서 기틀이 되는 기반기술이기 때문에, 최근 더욱 미세한 패턴을 구현하기 위하여 많은 노력들이 이루어지고 있다. 그 중, 본 연구에서는 패터닝 공정에 있어서 비용이 저렴하고 단시간 내에 고해상도 미세패턴의 형성이 가능한 장점을 갖는 나노 패턴전사 프린팅 공정을 이용하였다. 투명하고 유연한 기판 위에 250 nm, 500 nm, 그리고 $1{\mu}m$의 선폭을 갖는 Pt 금속 라인 패턴을 성공적으로 형성하였으며, 벤딩기기를 사용하여 500회 벤딩평가 후 패턴의 파괴가 일어나는지에 대한 내구성을 평가하였고, 전자현미경을 통하여 분석하였다. 벤딩 전과 후의 패턴에 대한 손상 여부에 대하여 확인한 결과, 다양한 선폭의 금속 라인 패턴이 초기 상태와 변함없이 형상을 유지할 뿐만 아니라, 패턴주기 또한 안정적으로 유지됨을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 볼 때, 나노 패턴 전사 프린팅 공정은 다양한 금속 패턴을 형성하는데 매우 유용하다고 판단되며, 향후 차세대 유연 전자소자 또는 배선 및 인터커넥션 기술로 응용이 가능할 것으로 기대된다.
정렬된 미세 패턴을 형성하는 기술은 차세대 전자소자를 제작함에 있어서 기틀이 되는 기반기술이기 때문에, 최근 더욱 미세한 패턴을 구현하기 위하여 많은 노력들이 이루어지고 있다. 그 중, 본 연구에서는 패터닝 공정에 있어서 비용이 저렴하고 단시간 내에 고해상도 미세패턴의 형성이 가능한 장점을 갖는 나노 패턴전사 프린팅 공정을 이용하였다. 투명하고 유연한 기판 위에 250 nm, 500 nm, 그리고 $1{\mu}m$의 선폭을 갖는 Pt 금속 라인 패턴을 성공적으로 형성하였으며, 벤딩기기를 사용하여 500회 벤딩평가 후 패턴의 파괴가 일어나는지에 대한 내구성을 평가하였고, 전자현미경을 통하여 분석하였다. 벤딩 전과 후의 패턴에 대한 손상 여부에 대하여 확인한 결과, 다양한 선폭의 금속 라인 패턴이 초기 상태와 변함없이 형상을 유지할 뿐만 아니라, 패턴주기 또한 안정적으로 유지됨을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 볼 때, 나노 패턴 전사 프린팅 공정은 다양한 금속 패턴을 형성하는데 매우 유용하다고 판단되며, 향후 차세대 유연 전자소자 또는 배선 및 인터커넥션 기술로 응용이 가능할 것으로 기대된다.
Since various methods to form well-aligned nano-/micro- patterns are underlying technologies to fabricate next generation wearable electronic devices, many efforts have been made to realize finer patterns in recent years. Among lots of patterning methods, the present invention includes a nano-transf...
Since various methods to form well-aligned nano-/micro- patterns are underlying technologies to fabricate next generation wearable electronic devices, many efforts have been made to realize finer patterns in recent years. Among lots of patterning methods, the present invention includes a nano-transfer printing (n-TP) process which is advantageous in that a processing cost is low and high-resolution patterns can be formed within a short processing time. We successfully achieved pattern formation of highly ordered Pt lines with line-width of 250 nm, 500 nm, and $1{\mu}m$ on transparent and flexible substrates. In addition, we analyzed the durability of the patterns, showing excellent stability of line-shape even after a physical and repeated bending test of 500 times using a bending machine. As a result, it is expected that a n-TP process is very useful for forming various metal patterns, and it is also expected to be applied to wiring and interconnection technology of next generation flexible electronic devices.
Since various methods to form well-aligned nano-/micro- patterns are underlying technologies to fabricate next generation wearable electronic devices, many efforts have been made to realize finer patterns in recent years. Among lots of patterning methods, the present invention includes a nano-transfer printing (n-TP) process which is advantageous in that a processing cost is low and high-resolution patterns can be formed within a short processing time. We successfully achieved pattern formation of highly ordered Pt lines with line-width of 250 nm, 500 nm, and $1{\mu}m$ on transparent and flexible substrates. In addition, we analyzed the durability of the patterns, showing excellent stability of line-shape even after a physical and repeated bending test of 500 times using a bending machine. As a result, it is expected that a n-TP process is very useful for forming various metal patterns, and it is also expected to be applied to wiring and interconnection technology of next generation flexible electronic devices.
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문제 정의
본 연구에서는, 유연기판 위 패턴전사 프린팅 공정을 통하여, 다양한 선폭을 갖는 고정렬성의 금속 라인 패턴 을 형성하고, 형성된 금속 라인 패턴의 내구성을 벤딩 평가를 통하여 확인하였으며, 향후 유연소자로의 응용이 가능한지를 분석하였다. 구체적으로는, 유연하고 투명한 PET기판 상에 n-TP 공정을 사용하여 Pt 나노-마이크로 패턴을 형성하였고, 500회 이상의 벤딩 평가를 실시하였으며, 패턴전사 된 Pt 라인패턴의 안정성에 대한 결과를 분석하였다.
본 연구에서는, 투명하고 유연한 기판 위 나노 패턴 전 사 프린팅 공정으로 형성된 Pt금속 라인패턴에 물리적인 힘을 가하여 나타나는 패턴 선폭의 변화를 토대로 내구 성을 확인하고자 하였다. 우선, 패턴전사 프린팅 공정을 통하여 성공적으로 다양한 선폭(250 nm, 500 nm, 그리고 1 µm)을 갖는 고정렬성의 Pt 라인 패턴을 얻을 수 있었다.
본 연구에서는, 패턴전사 프린팅 기술을 기반으로 유연 기판 위에 형성된 금속 나노-마이크로 라인패턴의 내구 성에 대한 연구를 진행하였다. 우선, 투명하고유연한 PET 기판 위 250 nm, 500 nm, 그리고 1 µm 선폭을 갖는 고정렬성의 Pt 라인패턴을 형성하였다.
4(b)는 실제 벤딩기기를 이용한 벤 딩에 의한 Pt 패턴의 내구성 평가에 대한 사진 이미지이 다. 총 500회의 벤딩 평가를 실시하였으며, 물리적인 힘 (밀고 당김)에 대한 Pt 금속 패턴의 내구성을 확인하고자 하였다. Fig.
제안 방법
Fig. 4(a)는 벤 딩 평가에 대한 설험 셋업 모식도로서, 필름의 양 끝을 고 정시켜 밀고 당김을 반복함으로써 Pt 라인 패턴의 내구 성을 평가하였다. Fig.
PET기판 위 형성된 Pt 라인 패턴을 벤딩기기를 이용하여 500회 벤딩평가를 실시하였다. 그리고 난 후, SEM 분 석을 실시하여 금속 패턴의 갈라짐, 끊어짐 등의 손상 또 는 선폭의 변화 등의 변형이 발생하는지 살펴보았다.
PMMA 복제 패턴에 증착된 Pt를 원하는 대상 기판 위에 이동 또는 전사프린팅하기 위하여, Acetone과 Toluene을 1.5:1로 혼합한 용액에 노출시키는 용매 vapor 어닐링을 진행하였고, 어닐링된 복제패턴 위 Pt 금속 패턴을 대상 기판인 Polyethylene terephthalate (PET) 기판에 부착하여 프린팅을 진행하였다.
본 연구에서는, 유연기판 위 패턴전사 프린팅 공정을 통하여, 다양한 선폭을 갖는 고정렬성의 금속 라인 패턴 을 형성하고, 형성된 금속 라인 패턴의 내구성을 벤딩 평가를 통하여 확인하였으며, 향후 유연소자로의 응용이 가능한지를 분석하였다. 구체적으로는, 유연하고 투명한 PET기판 상에 n-TP 공정을 사용하여 Pt 나노-마이크로 패턴을 형성하였고, 500회 이상의 벤딩 평가를 실시하였으며, 패턴전사 된 Pt 라인패턴의 안정성에 대한 결과를 분석하였다.
PET기판 위 형성된 Pt 라인 패턴을 벤딩기기를 이용하여 500회 벤딩평가를 실시하였다. 그리고 난 후, SEM 분 석을 실시하여 금속 패턴의 갈라짐, 끊어짐 등의 손상 또 는 선폭의 변화 등의 변형이 발생하는지 살펴보았다. 특히, 위치별 손상여부를 확인하기 위하여, 패턴이 전사된 영역의 좌측, 중앙부, 그리고 우측(P.
우선, 포토리소그래피(Photolithography) 공정으로 제작된 Si 마스터 패턴을 준비하였다. 그리고 마스터 패턴 상에 복제패턴 형성을 위하여 폴리머 소재를 스핀 코팅하였다. 해당 폴리머는 분자량 120 kg/mol을 갖는 poly(methyl methacrylate) (PMMA)를 사용하였고, 고체 상태인 PMMA 를 톨루엔(Toluene) 용액과 아세톤(Acetone) 용액을 1:1로 혼합한 용액에 6wt%로 녹여 사용하였다.
우선, 투명하고유연한 PET 기판 위 250 nm, 500 nm, 그리고 1 µm 선폭을 갖는 고정렬성의 Pt 라인패턴을 형성하였다. 그리고, 다양한 선폭을 갖는 Pt 금속 라인패턴에 물리적인 힘을 가하는 벤딩 평가를 진행하였다. 벤딩 평가 장비를 통하여 500회 이상 벤딩을 실시한 후, Pt 금속 라인패턴의 형상 및 패턴크기가 유지되는지에 대한 안정성을 살펴보았다.
그리고, 다양한 선폭을 갖는 Pt 금속 라인패턴에 물리적인 힘을 가하는 벤딩 평가를 진행하였다. 벤딩 평가 장비를 통하여 500회 이상 벤딩을 실시한 후, Pt 금속 라인패턴의 형상 및 패턴크기가 유지되는지에 대한 안정성을 살펴보았다.
우선, 패턴전사 프린팅 공정을 통하여 성공적으로 다양한 선폭(250 nm, 500 nm, 그리고 1 µm)을 갖는 고정렬성의 Pt 라인 패턴을 얻을 수 있었다. 유연기판 위 패턴전사 된 Pt 라인 패턴에 대하여 500회 벤딩 평가를 진행하였고, 다양한 선폭을 갖는 Pt 라인 패 턴 샘플의 각 10군데의 영역을 전자현미경으로 확인하였 다. 그 결과, 벤딩 평가 전의 형상을 유지함을 확인하였 을 뿐만 아니라, 패턴의 갈라짐 또는 끊어짐 없이 선폭 또 한 매우 일정하게 유지됨을 알 수 있었다.
3(a))과 비교하여 손상갈라짐 또는 끊어짐 형상) 없이 안정적으로 잘 유지됨을 확인할 수 있다. 최종적으로, 벤딩 평가 후의 패턴의 안 정성을 보다 정확하게 확인하기 위하여 패턴전사 프린팅 이 된 영역의 좌측(P.1), 중앙부(P.2), 우측(P.3) 부분에 대 하여, SEM 이미지 상 10개의 라인에 대하여 선폭을 측정 하였고, 평균값을 계산하여 패턴의 내구성 정도를 확인 하였다. 그 결과, 측정 선폭의 오차는 3.
해당 폴리머는 분자량 120 kg/mol을 갖는 poly(methyl methacrylate) (PMMA)를 사용하였고, 고체 상태인 PMMA 를 톨루엔(Toluene) 용액과 아세톤(Acetone) 용액을 1:1로 혼합한 용액에 6wt%로 녹여 사용하였다. 코팅된 폴리머 박막에 접착성 폴리이미드(Polyimide, PI) 테이프를 부착 및 탈착하여 복제 패턴을 얻었고, 복제패턴 위, 물리적 증착공정 중 하나인 스퍼터링을 통해 Pt 금속소재를 증착 하였다. 이 때, 메인 챔버 내의 기저압력은 3 × 10−6 torr 이하로 유지하였고, 고순도(99.
그리고 난 후, SEM 분 석을 실시하여 금속 패턴의 갈라짐, 끊어짐 등의 손상 또 는 선폭의 변화 등의 변형이 발생하는지 살펴보았다. 특히, 위치별 손상여부를 확인하기 위하여, 패턴이 전사된 영역의 좌측, 중앙부, 그리고 우측(P.1, P.2, P.3) 총 세 부 분에 대하여 주사전자현미경(SEM)을 통한 구조 분석을 하였으며, 라인 패턴의 선폭을 측정 및 분석하였다.
대상 데이터
우선, 투명하고유연한 PET 기판 위 250 nm, 500 nm, 그리고 1 µm 선폭을 갖는 고정렬성의 Pt 라인패턴을 형성하였다.
1은 유연기판 상에 금속 라인 패턴을 형성하기 위 한 Nano-Transfer Printing (n-TP) 공정의 순서도이다. 우선, 포토리소그래피(Photolithography) 공정으로 제작된 Si 마스터 패턴을 준비하였다. 그리고 마스터 패턴 상에 복제패턴 형성을 위하여 폴리머 소재를 스핀 코팅하였다.
그리고 마스터 패턴 상에 복제패턴 형성을 위하여 폴리머 소재를 스핀 코팅하였다. 해당 폴리머는 분자량 120 kg/mol을 갖는 poly(methyl methacrylate) (PMMA)를 사용하였고, 고체 상태인 PMMA 를 톨루엔(Toluene) 용액과 아세톤(Acetone) 용액을 1:1로 혼합한 용액에 6wt%로 녹여 사용하였다. 코팅된 폴리머 박막에 접착성 폴리이미드(Polyimide, PI) 테이프를 부착 및 탈착하여 복제 패턴을 얻었고, 복제패턴 위, 물리적 증착공정 중 하나인 스퍼터링을 통해 Pt 금속소재를 증착 하였다.
성능/효과
250 nm, 500 nm, 그리고 1 µm의 선폭을 갖는 Pt 라인 패턴이, 벤딩 평가 전(Fig. 3(a))과 비교하여 손상갈라짐 또는 끊어짐 형상) 없이 안정적으로 잘 유지됨을 확인할 수 있다. 최종적으로, 벤딩 평가 후의 패턴의 안 정성을 보다 정확하게 확인하기 위하여 패턴전사 프린팅 이 된 영역의 좌측(P.
그 결과, 250 nm, 500 nm 그리고 1 µm의 선 폭을 갖는 라 인 패턴이 성공적으로 형성되었음을 확인할 수 있었다.
유연기판 위 패턴전사 된 Pt 라인 패턴에 대하여 500회 벤딩 평가를 진행하였고, 다양한 선폭을 갖는 Pt 라인 패 턴 샘플의 각 10군데의 영역을 전자현미경으로 확인하였 다. 그 결과, 벤딩 평가 전의 형상을 유지함을 확인하였 을 뿐만 아니라, 패턴의 갈라짐 또는 끊어짐 없이 선폭 또 한 매우 일정하게 유지됨을 알 수 있었다. 따라서, 패턴 전사 프린팅 공정으로 형성된 고정렬 Pt 금속 라인패턴 은 물리적인 힘에도 지속적인 내구성을 갖는다고 말 할 수 있다.
그 결과, 측정 선폭의 오차는 3.5% 미만으로 매 우 낮았으며, 250 nm, 500 nm, 그리고 1 µm 선폭을 갖는 패턴 모두 변형 또는 손상이 없었다.
5% 미만으로 매 우 낮았으며, 250 nm, 500 nm, 그리고 1 µm 선폭을 갖는 패턴 모두 변형 또는 손상이 없었다. 본 연구의 결과는, 패턴전사 프린팅을 통하여 형성된 유연기판 위의 Pt 금속 나노-마이크로 패턴에 물리적인 힘을 가하더라도 패턴의 손상 및 변형 없이 높은 내구성 또는 구조적 안정성을 갖는다는 것을 보여준다. 이러한 결과를 볼 때, 향후 Pt 금속 외에도 다양한 금속 및 각종 산화물 등의 여러가지 소재로의 후속 연구가 이루어질 필 요가 있다.
우선, 패턴전사 프린팅 공정을 통하여 성공적으로 다양한 선폭(250 nm, 500 nm, 그리고 1 µm)을 갖는 고정렬성의 Pt 라인 패턴을 얻을 수 있었다.
후속연구
따라서, 패턴 전사 프린팅 공정으로 형성된 고정렬 Pt 금속 라인패턴 은 물리적인 힘에도 지속적인 내구성을 갖는다고 말 할 수 있다. 이러한 결과를 볼 때, 패턴전사 프린팅 공정기 술은 향후 차세대 유연 소자 및 배선, 인터커넥션 기술로 응용이 가능할 것으로 기대된다..
본 연구의 결과는, 패턴전사 프린팅을 통하여 형성된 유연기판 위의 Pt 금속 나노-마이크로 패턴에 물리적인 힘을 가하더라도 패턴의 손상 및 변형 없이 높은 내구성 또는 구조적 안정성을 갖는다는 것을 보여준다. 이러한 결과를 볼 때, 향후 Pt 금속 외에도 다양한 금속 및 각종 산화물 등의 여러가지 소재로의 후속 연구가 이루어질 필 요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
나노 패턴전사 프린팅 공정의 특징은?
정렬된 미세 패턴을 형성하는 기술은 차세대 전자소자를 제작함에 있어서 기틀이 되는 기반기술이기 때문에, 최근 더욱 미세한 패턴을 구현하기 위하여 많은 노력들이 이루어지고 있다. 그 중, 본 연구에서는 패터닝 공정에 있어서 비용이 저렴하고 단시간 내에 고해상도 미세패턴의 형성이 가능한 장점을 갖는 나노 패턴전사 프린팅 공정을 이용하였다. 투명하고 유연한 기판 위에 250 nm, 500 nm, 그리고 $1{\mu}m$의 선폭을 갖는 Pt 금속 라인 패턴을 성공적으로 형성하였으며, 벤딩기기를 사용하여 500회 벤딩평가 후 패턴의 파괴가 일어나는지에 대한 내구성을 평가하였고, 전자현미경을 통하여 분석하였다.
미세패턴 기술이 다양한 전자 소자에 응용되는 이유는?
미세패턴을 형성하는 나노패터닝 기술은 반도체 산업 분야에서 중요한 기틀이 되는 기술로서 트랜지스터, 1) 메 모리, 2) 그리고 에너지 수확기기3) 소자 등의 다양한 전자 소자에 응용되고 있다. 왜냐하면, 정렬된 나노-/마이크로 - 패턴은 소자에 기능성을 부여하고 소자의 성능까지 향 상시켜 줄 수 있기 때문이다. 4,5) 따라서, 더욱 미세한 나 노 패턴을 차세대 나노 소자에 적용하기 위한 노력들이 이루어지고 있으며 Extreme Ultraviolet (EUV),6,7) Direct Self-Assembly (DSA),8-10) Nanoimprint Lithography (NIL)11-13) 등의 많은 패터닝 기술이 등장하였고 활발하게 연구되고 있다.
패터닝 기술에는 무엇이 있는가?
왜냐하면, 정렬된 나노-/마이크로 - 패턴은 소자에 기능성을 부여하고 소자의 성능까지 향 상시켜 줄 수 있기 때문이다. 4,5) 따라서, 더욱 미세한 나 노 패턴을 차세대 나노 소자에 적용하기 위한 노력들이 이루어지고 있으며 Extreme Ultraviolet (EUV),6,7) Direct Self-Assembly (DSA),8-10) Nanoimprint Lithography (NIL)11-13) 등의 많은 패터닝 기술이 등장하였고 활발하게 연구되고 있다. 하지만, 이러한 기술들은 미세한 패턴을 형성할 수 있 다는 장점 외에 패턴을 만들기 위한 공정비용이 비싸거 나 패턴을 얻기까지의 시간이 많이 걸린다는 단점이 여 전히 해결과제로 남아있다.
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