专利名称：用于纳米压印的模子及其制造方法
用于纳米压印的模子及其制造方法技术领域与本发明 一致的设备和方法涉及一种用于纳米压印的模子及其制造方法，更具体而言，涉及一种能够用于将纳米级的结构复制到聚合物薄膜的 用于纳米压印的模子及其制造方法。
背景技术：
通常，用于纳米压印的常规模子由硬石英、玻璃或软质聚合物中的仅 一种制成并与图案结合。然而，由于利用石英或玻璃的纳米压印模子通过 光刻工艺之后的干法蚀刻工艺制成，所以难以制造纳米压印模子。此外， 由石英或玻璃制成的模子被硬化。因此，如果其上刻有图案的基板具有不 规则表面，则模子与基板之间的接触是不规则的，由此引起印记不规则的 形成。此外，基板的不规则表面会损坏用于压印的模子。另一方面，由软质聚合物制成的压印模子能够经由预先制造的母模(master)通过复制工艺很容易地制造。因为模子的柔性，所以可以预期的 是模子能够以更大的面积与其上刻有图案的基板均匀的接触。然而，存在 由于模子的柔性而使纳米图案在压印工艺中被损坏且变形的问题。发明内容因此，完成本发明的示例性实施例致力于现有技术中出现的上述问题， 并且本发明的一个方面提供了一种用于纳米压印的模子，其能够通过在具 有不规则表面的基板上均匀复制原始图案而制造并具有改善的耐久性，由 此能够防止对其的损害。本发明的另一方面提供了一种容易地制造纳米压印模子的方法。 根据本发明的一个方面，提供了一种纳米压印模子，其包括基板； 形成在所述基板上含有凸凹图案的图案部分；在所述图案部分的表面上的 硬化层，所述硬化层由具有比所述图案部分更高的硬度的材料形成；以及 形成在所述硬化层的表面上的分离层。
根据本发明的 一 示例性实施例，所述基板由紫外线能够穿过的材料形 成，所述图案部分含有在覆盖所述基板整个表面的緩冲层上形成的凸凹图案。根据本发明的 一 示例性实施例，所述图案部分由紫外线固化聚合物的材料形成，所述硬化层由选自氧化硅或氧化铟锡(ITO)、或者铝(Al)、铬 (Cr)、钽(Ta)和镍(Ni)的金属材料中的至少一种形成。所述分离层由基于有机硅化合物族的自组装单分子层(SAM)形成。根据本发明的另一方面，提供了一种纳米压印模子的制造方法，包括 在基板上形成聚合物层；在用预期的主模覆盖所述基板并对所述基板发射 紫外线之后在所述聚合物层上形成纳米尺寸的凸凹图案；在所述凸凹图案 的表面上形成硬化层，所述硬化层由具有比所述聚合物层更高的硬度的材 料形成；以及在所述硬化层的表面上形成分离层。根据本发明的 一 示例性实施例，以将所述主模的纳米图案复制到所述 基板的方式形成所述凸凹图案。根据本发明的一示例性实施例，在于所述硬化层的表面上形成所述分 离层时，用氧等离子体、紫外线和臭氧中的至少一种处理所述硬化层的表 面。
从结合附图的以下详细描述中，本发明的以上和其他方面、特征及优 点将更加明显，其中图1是示出根据本发明一示例性实施例的用于纳米压印的模子的截面 图；以及图2、 3和4是示出通过根据本发明一示例性实施例的制造纳米压印模 子的方法制造的模子结构的截面图，其中在基板上形成有多层。
具体实施方式
以下，将参照附图更详细地描述本发明。图1是示出根据本发明一示例性实施例的纳米压印的模子的截面图。 如图1所示，与本发明一致的纳米压印模子包括基板100、形成在基板1oo上并设置有凸凹图案113的图案部分no、形成在图案部分iio的表面 上的硬化层120、以及形成在硬化层120的表面上的分离层130。基板100支撑形成在基板100上部的图案部分110,并且优选而非必须 的，基板100由比如石英或玻璃的硬材料或者由比如聚对苯二甲酸乙二醇 酯(PET)和聚碳酸酯的软材料制成，紫外线能够穿过基板。图案部分110包括形成在基板100的整个表面上的缓冲层111以及形 成在緩冲层111上以从緩沖层111突出并具有纳米尺寸的凸凹图案113。图 案部分110可以由作为具有弹性和柔性的材料的基于丙烯酸酯、尿烷 (urethane)或聚二曱基硅氧烷的紫外线固化聚合物制成，并且图案部分110 在聚合物薄膜与本发明的纳米压印模子之间，与其上压印具有纳米尺寸的 结构的聚合物薄膜以及本发明的纳米压印模子均匀且稳定的接触。图案部分110的緩沖层111和与其结合的凸凹图案113由相同的材料 制成。上述紫外线固化聚合物的优点在于能够利用穿过基板100的紫外线 将主模(mastermold)的图案容易地形成在图案部分110上。此外，为了以 大面积均匀地复制纳米图案，优选而非必须的，沿着其上压印具有纳米尺 寸的结构的基板的表面将由具有柔性的材料形成的图案部分110变形。优选而非必须的，形成为图案部分110的下部的緩冲层111具有小于 lmm且为凸凹图案113厚度的二十或更多倍的厚度。这是为了通过使其上 没有形成图案的緩冲层lll的部分吸收大部分变形而使凸凹图案113在利用 本发明的纳米压印模子压印期间的变形最小化。在图案部分110的全部表面上形成硬化层120以对应于凸凹图案113。 由具有比图案部分110的硬度更高硬度的材料形成的硬化层120防止了由 柔性材料形成的凸凹图案113在压印期间变形或损坏，由此改善了本发明 的纳米压印模子的耐久性和复制图案的精度。具有这些特性的硬化层120优选而非必须的由具有紫外线穿透性的氧 化物材料制成，比如氧化硅(Si02)或氧化铟锡(ITO)。在硬化层120用 作恒温模子时，其上形成有自然氧化物层的比如铝、铬、钽或镍的金属可 以用作硬化层120的材料。分离层130形成在硬化层120的整个表面上，并有助于将其上压印了 纳米级结构的聚合物层与本发明的纳米压印^^莫子分离。优选而非必须的，分离层130是自组装单分子层(Self Assembled Monolayer, SAM )。在硬化层120由氧化硅材料制成的情况下，由于氧化 硅层的表面具有羟基(OH—),所以分离层130更优选的是有机硅化合物系 列的 SAM ， 包括三(十氟-1， 1， 2， 2-四氢辛基)氯硅烷 (tridecafluoro-l，l,2，2-tetrahydrooctyltrichlorosilane, FOTS )、 全氟癸基三氯 硅烷(perfluorodecyltrichlorosilane, FDTS)、十/v烷基三氯石圭烷(octadecyl trichlorosilane, OTS)和二甲基二氯硅烷(dimethyldichlorosilane， DDMS)等。 形成具有上述结构的本发明的纳米压印模子使得基板100具有500(im 的厚度，緩沖层111具有20fim的厚度，凸凹图案113具有300nm的厚度和 400nm的节距(pitch),硬化层120具有5nm的厚度，分离层130具有5nm 的厚度。以下，将参照附图更详细的描述根据本发明 一 示例性实施例的纳米压 印模子的制造方法。图2至4是示出根据制造与本发明一致的纳米压印模子的方法形成在 基板上结构的截面图。在图2至4中，相同的附图标记用于表示具有相同 结构和功能的结构元件。如图2所示，根据制造与本发明一致的纳米压印模子的方法，在基板 100上形成聚合物层140。聚合物层140以这样的方式形成，即通过旋涂在 基板100上涂敷紫外线固化聚合物。紫外线固化聚合物优选而非必须的包 括基于丙烯酸酯、尿烷(urethane)或聚二曱基硅氧烷(PDMS )等的聚合 物，其在固化后具有柔性。此外，为了增大基板100与聚合物140之间的粘附力，可以在形成聚 合物层140之前进行基板100的表面处理。该表面处理根据基板100的材 料而有所不同地进行。如果基板100的材料是石英或玻璃，则在基板100 上涂敷基于三烷氧基石圭烷(trialkoxy silane )或六甲基二氮硅烷 (hexamethyldisilazane )等的粘合增进剂。如果基板100的材料是聚对笨二 曱酸乙二醇酯(PET)或聚碳酸酯(PC)，为了活化基板100的表面，可以 在基板100的表面上发射紫外线。如图3所示，在其上形成有聚合物层140的基板100上设置主模，在 主模上预先形成有纳米图案，然后通过发射紫外线固化聚合物层140。由此， 能够形成图案部分110，其包括緩沖层111以及与緩沖层111整体形成的凸 凹图案113。可以通过比如光刻工艺的方法来形成其中形成有凸凹图案113 的纳米图案的主模。
将主才莫的纳米图案复制为聚合物层140上的凸凹图案113 。优选而非必 须的，緩沖层111形成为具有小于lmm且为凸凹图案113厚度的二十倍的厚度。如图4所示，在图案部分110的表面上顺序形成^_化层120和分离层130。以通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)在图案部分110的表面 上沉积氧化硅(Si02)的方式在图案部分110上形成硬化层120，使得形成 在图案部分IIO上的凸凹图案113被复制到硬化层120。由具有比图案部分 110的硬度更高硬度的氧化硅形成以保护凸凹图案113的硬化层120优选而 非必须的具有与凸凹图案113的厚度相对应的厚度，更优选地，具有在纳 米尺寸的图案中数nm的厚度。在PECVD工艺期间，硬化层120优选地在 低于形成图案部分110的聚合物的分离转变温度以下的温度条件下形成， 以防止由聚合物形成的图案部分110的劣化。另一方面，通过气相沉积或者浸渍基于SAM的疏水性有机硅化合物的 工艺在硬化层120上形成分离层130。此时，羟基分布在由氧化硅形成的硬 化层120的表面上。因此，如果基于SAM的有机硅化合物形成在硬化层20 的表面上，则其增大了硬化层120与分离层130之间的凝聚力。特别是， 为了通过增加硬化层120上轻基的分布而提高硬化层120的表面能，通过 利用紫外线或臭氧等对形成硬化层120的氧化硅的表面进行表面处理。结 果，能够提高硬化层120与分离层130之间的凝聚力。如上所述，通过在图案部分110上顺序形成硬化层120和分离层130 能够实现本发明的纳米压印模子。如上所述，与本发明相符的是，能够实现以下优点。在本发明的纳米压印模子中，在与緩冲层结合的凸凹图案上形成硬化 层，使得能够在具有不规则表面的基板上均匀地复制原始图案。此外，能 够防止图案被压力所损坏以及被合成树脂所污染，使得图案的精度和耐久 性提高。此外，本发明提供了制造纳米压印模子的方法，通过该方法能够容易 地制造具有上述结构的纳米压印模子。尽管为了示例的目的已经描述了本发明的示例性实施例，但本领域技 术人员将会理解，在不偏离所附权利要求公开的本发明的范围和精神的前提下，各种修改、添加和替换是可行的。本申请要求于2006年9月13日在韩国知识产权局提交的韩国专利申 请No. 10-2006-0088629的优先权，其全部内容在此引入作为参考。
权利要求
1. 一种纳米压印模子，包括 基板；形成在所述基板上的含有凸凹图案的图案部分； 在所述图案部分的表面上的硬化层，所述硬化层由具有比所述图案部 分更高的硬度的材料形成；以及形成在所述硬化层的表面上的分离层。
2. 根据权利要求1所述的纳米压印模子，其中所述基板由紫外线能够 穿过的材料形成。
3. 根据权利要求1所述的纳米压印模子，其中所迷图案部分含有在覆 盖所述基板整个表面的緩沖层上形成的凸凹图案。
4. 根据权利要求1所述的纳米压印模子，其中所述图案部分由紫外线 固化聚合物材料形成。
5. 根据权利要求1所述的纳米压印模子，其中所述硬化层由选自氧化 硅和氧化铟锡中的至少 一种的材料形成。
6. 根据权利要求1所述的纳米压印模子，其中所述硬化层由选自铝、 铬、钽或镍中的至少一种的材料形成。
7. 根据权利要求1所述的纳米压印模子，其中所述分离层由基于有机 硅化合物族的自组装单分子层形成。
8. —种纳米压印模子的制造方法，包括 在基板上形成聚合物层；在用预期的主模覆盖所述基板并对所述基板发射紫外线之后，在所述 聚合物层上形成纳米尺寸的凸凹图案；在所述凸凹图案的表面上形成硬化层，所述硬化层由具有比所述聚合 物层更高的硬度的材料形成；以及在所述硬化层的表面上形成分离层。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中以将所述主模的纳米图案复制到 所述基板的方式形成所述凸凹图案。
10. 根据权利要求8所述的方法，其中在于所述硬化层的表面上形成 所述分离层时，用氧等离子体、紫外线和臭氧中的至少一种处理所述硬化 层的表面。
全文摘要
提供了一种纳米压印模子及其制造方法，其能够用于将纳米级结构复制到聚合物层。所述纳米压印模子包括基板；形成在所述基板上的含有凸凹图案的图案部分；在所述图案部分的表面上的硬化层，所述硬化层由具有比所述图案部分更高的硬度的材料形成；以及形成在所述硬化层的表面上的分离层。在本发明的纳米压印模子中，甚至可以将原始图案均匀复制在具有不规则表面的基板上。此外，能够防止图案被压力所损坏以及被合成树脂所污染，导致了更高的精度和图案的耐久性。
文档编号H01L21/027GK101144977SQ20071009609
公开日2008年3月19日 申请日期2007年4月13日 优先权日2006年9月13日
发明者孙镇升, 李丙圭, 李斗铉, 赵恩亨 申请人:三星电子株式会社