[go: up one dir, main page]

KR102454617B1 - 컬러 이미지를 인쇄하기 위한 방법 - Google Patents

컬러 이미지를 인쇄하기 위한 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102454617B1
KR102454617B1 KR1020177020232A KR20177020232A KR102454617B1 KR 102454617 B1 KR102454617 B1 KR 102454617B1 KR 1020177020232 A KR1020177020232 A KR 1020177020232A KR 20177020232 A KR20177020232 A KR 20177020232A KR 102454617 B1 KR102454617 B1 KR 102454617B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pattern
layer
color
low resolution
nanostructures
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020177020232A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170097171A (ko
Inventor
하룬 하. 졸락
크리스티안 다이스
프란시스 클루베
Original Assignee
유리타 아. 게.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 유리타 아. 게. filed Critical 유리타 아. 게.
Publication of KR20170097171A publication Critical patent/KR20170097171A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102454617B1 publication Critical patent/KR102454617B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70425—Imaging strategies, e.g. for increasing throughput or resolution, printing product fields larger than the image field or compensating lithography- or non-lithography errors, e.g. proximity correction, mix-and-match, stitching or double patterning
    • G03F7/70466—Multiple exposures, e.g. combination of fine and coarse exposures, double patterning or multiple exposures for printing a single feature
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/008—Surface plasmon devices
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1809—Diffraction gratings with pitch less than or comparable to the wavelength
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/204—Filters in which spectral selection is performed by means of a conductive grid or array, e.g. frequency selective surfaces
    • 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
    • G03F7/0005—Production of optical devices or components in so far as characterised by the lithographic processes or materials used therefor
    • G03F7/0007—Filters, e.g. additive colour filters; Components for display devices
    • 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
    • G03F7/26—Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
    • G03F7/40—Treatment after imagewise removal, e.g. baking
    • 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
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70408—Interferometric lithography; Holographic lithography; Self-imaging lithography, e.g. utilizing the Talbot effect
    • 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
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70425—Imaging strategies, e.g. for increasing throughput or resolution, printing product fields larger than the image field or compensating lithography- or non-lithography errors, e.g. proximity correction, mix-and-match, stitching or double patterning
    • G03F7/7045—Hybrid exposures, i.e. multiple exposures of the same area using different types of exposure apparatus, e.g. combining projection, proximity, direct write, interferometric, UV, x-ray or particle beam
    • 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
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/7055—Exposure light control in all parts of the microlithographic apparatus, e.g. pulse length control or light interruption
    • G03F7/70558—Dose control, i.e. achievement of a desired dose

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Materials For Photolithography (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

본 발명은 컬러 분포를 갖는 원하는 이미지의 플라즈몬 공명에 의해 생성되는 금속성 나노피쳐의 패턴을 형성하기 위한 방법에 관한 것으로서, 이 방법은 감광성 재료의 층을 갖는 기재를 제공하는 단계; 선량 분포의 고 해상도 주기성 패턴에 대해 층을 노광하는 단계; 선량 분포의 적어도 하나의 저 해상도 패턴 및 선량 분포의 고 해상도 주기성 패턴의 합이 금속성 나노피쳐의 패턴을 형성하기에 적합하도록 선량 분포의 적어도 하나의 저 해상도 패턴을 결정하는 단계로서, 상기 금속성 나노피쳐의 측방향 치수는 원하는 이미지의 컬러 분포에 대응하는 패턴에 걸친 공간적 변동을 갖는, 단계; 선량 분포의 상기 적어도 하나의 저 해상도 패턴에 감광성 재료의 층을 노광시키는 단계; 현상된 감광성 재료 내에 나노구조의 패턴을 생성하도록 감광성 재료의 층을 현상하는 단계; 및 금속성 나노구조의 패턴이 원하는 이미지의 컬러 분포에 대응하는 패턴에 걸친 측방향 치수의 상기 공간적 변동을 갖는 상태로 형성되도록 나노구조의 패턴을 처리하는 단계를 포함한다.

Description

컬러 이미지를 인쇄하기 위한 방법
본 발명은 일반적으로 디스플레이 및 위조 방지와 같은 용례를 위한 컬러 이미지의 생성에 관한 것으로서, 구체적으로는, 플라즈몬 공명에 의해 컬러를 투과 또는 반사하는 금속성 나노구조의 포토리소그래픽 제조에 관한 것이다.
오늘날의 컬러 인쇄에서, 컬러는 종이 같은 기재 상의 상이한 위치에 피착된 컬러 염료에 의해 표현된다. 이런 시스템에서, 둘 이상의 컬러 염료를 서로 다른 비율로 조합함으로써 소정 범위의 컬러가 달성된다. 컬러 프린터는 수 미크론만큼 작은 컬러 화소 크기를 달성하기 위해 정확하게 염료를 위치설정할 수 있는 기계적 및/또는 광학적 시스템을 갖는다. 그러나, 하나보다 많은 재료가 피착되어야 하는 필요가 있어서 카트리지 형태의 다양한 컬러 염료의 저장소가 필요하다. 또한, 고정된 흡광 파장의 염료를 혼합함으로써 달성되는 컬러는 눈에 더 생동감있는 컬러를 생성할 수 있는, 재료의 흡수 파장을 조율함으로써 달성되는 컬러들만큼 스펙트럼적으로 순수하지 못하다. 마지막으로, 생성되는 이미지의 해상도는 기재 상에 피착될 수 있는 염료의 최소량으로 제한되고, 통상적으로 미크론 크기이다. 잉크젯 및 레이저젯 방법 같은 산업적 기술은 그 마이크로미터 크기의 잉크 스팟으로 인해 10,000 d.p.i. 미만의 해상도에서 인쇄한다. 연구실-등급 방법은 더 높은 해상도에서 염료를 분배할 수 있지만, 본질적으로 직렬적이고, 오늘날까지 단지 단색 이미지만이 시연되었다. 금속 나노구조 내의 플라즈몬 공명이 AD 4세기 이래로 스테인드 글래스에서 컬러를 생성하기 위해 사용되어 왔다. 또한, 금속 필름 내의 플라즈몬 공명이 마이크로스코픽 컬러 홀로그램, 풀 컬러 필터 및 편광자에서 사용되어 왔다. 컬러 필터는 특히 필름 내의 주기적 파장미만 구멍을 통한 파노(Fano) 공명의 효과와 특이 광 투과(extraordinary optical transmission; EOT) 현상을 나타낸다. 생성된 컬러는 통상적으로 100-1000nm 범위인 구조의 주기성에 의해 설정되며, 그래서, 다수의 반복 유닛이 요구됨으로써 비교적 큰 마이크로미터 크기의 화소를 초래한다. 대안적 배열에서, 작은(수십 나노미터) 격리된 금속 나노입자가 사용될 수 있고, 이는 그 형상 및 크기에 따라 컬러를 산란시키지만 특히 기재와 직접 접촉하여 피착될 때 현미경 내에서 분명히 관찰하기에 충분히 강하게 산란하지 않는다.
플라즈몬 공명에 기초한 컬러 마이크로-이미지가 종래 기술에 설명되어 있다. 예로서, 나노구멍의 어레이로 패턴화된 알루미늄 필름은 스침각 암시야 현미경을 사용하여 투과식으로 관찰되며, 각 어레이의 기하형태에 따라서, 상이한 컬러가 관찰된다(D. Inoue 등, "Polarization independent visible color filter comprising an aluminum film with surface-plasmon enhanced transmission through a subwavelength array of holes"(Applied Physics Letters 98, 093113(2011))).
후방-반사기 위의 나노필라의 상단에 형성된 은 또는 금 나노디스크 내로 컬러 정보를 인코딩함으로써 광학 회절 한계에서 풀-컬러 이미지를 인쇄하기 위한 방법이 최근 시연되었다(Kumar 등, "Printing colour at the optical diffraction limit"(Nature nanotechnology, Vol. 7, pp. 557-561(2012))). 실리콘 기재 상의 네거티브-톤 수소 실세스퀴옥산(negative-tone hydrogen silsesquioxane) 레지스트의 층에 나노포스트의 어레이를 기입하기 위해 먼저 전자 비임 리소그래피가 사용된다. 원하는 컬러 변동이 이미지에 생성되도록 어레이에 걸쳐 나노포스트의 직경 및 분리도를 규정하기 위해 전자 비임이 사용된다. 1 nm 두께 크롬 접착 층, 15nm 두께 은 또는 금 층, 그리고, 마지막으로 5nm 두께 금 캡핑 층이 연속적으로 포스트의 상단에 그리고 기재의 표면에 피착된다. 기재의 표면 상의 코팅은 후방-반사기로서 작용하고, 이는 컬러 생성의 효율을 향상시킨다.
이렇게 형성된 은 또는 금 나노디스크의 상이한 크기 및 분리도는 플라즈몬 및 파노 공명의 상호작용을 결정하고, 결과적으로 최종 컬러를 결정한다. 명시야 광학 현미경 하에 반사식으로 이미지가 관찰될 수 있다. 추가적으로, 단지 네 개의 나노디스크가 각각의 250 x 250 nm 화소 내에 존재할 때 컬러가 보전되며, 따라서, 100,000 DPI(dots per inch)의 해상도에서의 컬러 인쇄를 가능하게 한다는 것이 추가로 개시되어 있다.
다른 제조 절차에서, 실리콘 내에 나노구멍의 어레이를 포함하는 마스터 몰드가 전자 비임 리소그래피를 사용하여 먼저 형성된다(Clausen 등, "Plasmonic metasurfaces for coloration of plastic consumer products"(Nanoletters, Vol. 14, pp. 4499-4504(2014))). 어레이 내의 구멍의 크기 및 분포는 이들이 원하는 이미지의 컬러 배열에 대응하도록 전자 비임을 사용하여 규정된다. 몰드는 그후 폴리머 재료에 나노필라의 어레이를 생성하기 위해 핫-엠보싱 또는 사출 성형 프로세스에 사용된다. 알루미늄 층이 후속하여 기재 상에 피착됨으로써 필라의 상단 상의 나노디스크 및 필라 주변의 반사 층을 형성하기 위해 구조 상에 피착되고, 그후, 완전한 구조 위에 투명 보호 층이 코팅된다. 컬러의 완전한 스펙트럼은 어레이 주기를 변화시키지 않고 나노디스크의 직경만을 변화시킴으로써 생성될 수 있다는 것이 개시되었다. 이러한 절차를 사용하여, 나노필라 구조의 다수의 복제물이 마스터 몰드로부터 폴리머 재료 내에 형성될 수 있고, 그후, 알루미늄이 복제물 상에 동시에 피착되며, 그에 의해, 금속성 나노구조의 어레이로 구성되는 특정 이미지를 대량 생성하기 위한 비교적 낮은 비용의 프로세스를 가능하게 한다.
전술한 종래 기술은 플라즈몬 공명의 메커니즘에 의해 컬러 이미지를 생성하는 금속성 나노구조를 제조하기 위한 방법을 설명한다. 그러나, 금속성 나노디스크의 크기 및 분리도의 상이한 컬러의 인코딩은 고가의 전자 비임 리소그래피 기술에 의존한다. 이는 엠보싱 또는 사출 성형 프로세스가 나노필라 어레이를 재현하기 위해 사용될 수 있을 때 너무 크지 않은 특정 컬러 이미지의 대량 생성에 대해서는 반드시 문제가 되는 것은 아니지만, 단 하나 또는 적은 개수의 각각이 요구되는 경우 상업적 기반으로 상이한 컬러 이미지를 생성하는 데에는 심각한 문제를 나타낸다. 이는 일반적으로 예컨대, 보안 용례의 경우일 수 있다. 또한, 10cm x 10cm 또는 50cm x 50cm 같이 요구되는 이미지 크기가 큰 경우, 이때, 전자 비임 리소그래피를 사용하여 마스터 마스크를 생성하기 위한 비용은 매우 상당히 많을 있다.
또한, 플라즈몬 공명은 다른 분야 예로서, CMOS 이미지 센서 및 OLED 디스플레이용 컬러 필터를 위해 연구되고 있다. 이들 용례에 대하여, 필터 영역 위에 매우 균일하게 형성되어야 하는 금속성 나노구조의 대형 어레이가 유사하게 요구된다. 이를 비용 효율적 방식으로 달성하기 위해, 홀로그래픽 간섭 리소그래피가 알루미늄 코팅된 기재 상의 포토레지스트 층의 나노구멍의 균일한 어레이를 먼저 형성하도록 사용된다(J-H. Seo 등, "Nanopatterning by laser interference lithography: applications to optical devices"(J. Nanosci. Nanotechnol., Vol. 14(2), pp.1521-32(2014))). 이 절차에서, 2개 비임 간섭 시스템이 포토레지스트를 제1 노광에서 1-D 라인 공간 패턴에 대해 노광하고, 기재가 그후 90° 회전되고, 1 D 패턴이 제1 노광의 상단에서 그에 직교하여 다시 노광된다. 두 번의 노광의 중첩은 현상된 포토레지스트내에 원하는 구멍의 2차원 어레이를 생성한다. 이 구조는 그후 패턴을 하위 알루미늄 내로 전달하도록 에칭된다. 결과적 필터의 컬러는 조합된 노광의 선량을 조정함으로써 확대 또는 감소될 수 있는 구멍의 직경에 의해 결정된다. 이 노광 기술은 컬러 필터 제조에 적합한 반면, 이는 컬러 이미지의 생성에는 전체적으로 부적합하며, 그 이유는 이미지에 걸쳐 요구되는 컬러 변동을 획득하기 위해 상이한 화소에서 나노구조의 상대적 크기 또는 분리도를 조정하기 위해 이용할 수 있는 제어가 결여되어 있기 때문이다.
따라서, 본 발명의 목적은 플라즈몬 공명의 메커니즘에 의해 컬러 이미지를 생성하는 금속성 나노구조의 어레이를 형성하기 위한 비용 효율적 방법 및 장치를 제공하는 것이며, 이에 의해 상이한 이미지가 종래 기술의 교시를 사용하여 달성되는 것보다 현저히 더 낮은 비용으로 상이한 이미지가 획득될 수 있다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 컬러의 분포를 갖는 원하는 이미지를 플라즈몬 공명에 의해 생성하는 금속성 나노피쳐의 패턴을 형성하기 위한 방법이 제공되며, 이 방법은
a) 감광성 재료의 층을 갖는 기재를 제공하는 단계,
b) 선량 분포의 고 해상도 주기성 패턴에 대해 이 층을 노광하는 단계,
c) 선량 분포의 적어도 하나의 저 해상도 패턴 및 선량 분포의 고 해상도 주기성 패턴의 합이 금속성 나노피쳐의 패턴을 형성하기에 적합하도록 선량 분포의 적어도 하나의 저 해상도 패턴을 결정하는 단계로서, 상기 금속성 나노피쳐의 측방향 치수는 원하는 이미지의 컬러 분포에 대응하는 패턴에 걸친 공간적 변동을 갖는, 단계,
d) 선량 분포의 상기 적어도 하나의 저 해상도 패턴에 대해 감광성 재료의 층을 노광하는 단계,
e) 현상된 감광성 재료 내에 나노구조의 패턴을 생성하기 위해 감광성 재료의 층을 현상하는 단계, 및
f) 금속성 나노피쳐의 패턴이 원하는 이미지의 컬러 분포에 대응하는 패턴에 걸쳐 측방향 치수의 상기 공간적 변동을 갖는 상태로 형성되도록 나노구조의 패턴을 처리하는 단계를 포함한다.
기재 상의 감광성 재료의 층은 기재 재료의 표면 상에 직접적으로 배열될 수 있거나 또는 대안적으로 금속 또는 상이한 재료의 중간 층 같은 다른 재료의 중간 층을 둘 사이에 갖는 상태로 간접적으로 배열될 수 있다.
선량 분포의 고 해상도 주기성 패턴은 육각형 또는 직사각형 같은 다른 대칭성을 가질 수 있지만, 바람직하게 정사각형 대칭성을 갖는 어레이를 형성하기에 적합하다. 유리하게, 고 해상도 주기성 패턴은 감광성 재료 내의 나노구멍 또는 나노필라의 어레이를 형성하기에 적합하다. 대안적으로, 정사각형, 삼각형, 세장형 또는 소정의 다른 형상일 수 있지만, 나노구멍 또는 나노필라의 형상(감광성 재료의 층 위로부터 볼 때)은 바람직하게는 원형이고, 나노구멍 또는 나노필라의 측벽은 바람직하게는 수직이다.
선량 분포의 고 해상도 주기성 패턴의 노광은 간섭 리소그래피, 변위 탈보트(Talbot) 리소그래피, 무색수차 탈보트 리소그래피 또는 투영 포토리소그래피 같은 종래 기술의 적절한 포토리소그래피 기술을 사용하여 얻어진다. 선량 분포의 고 해상도 주기성 패턴은 단일 노광 또는 대안적으로 둘 이상의 노광을 사용하여 얻어질 수 있다. 고 해상도 패턴의 주기는 바람직하게는 50nm-1000nm의 범위에 있다. 선량 분포의 적어도 더 낮은 해상도 패턴에 대한 층의 노광은 고 해상도 주기성 패턴의 균일성을 변조시키고, 그래서, 더 낮은 해상도 패턴(들)에 의해 형성되는 영역의 노광 선량의 추가적 레벨(들)은 원하는 이미지의 상이한 컬러의 영역에 대응한다. 선량 분포의 저 해상도 패턴(들)은 바람직하게는 먼저 특정 노광후 처리를 사용하여 얻어진 노광 선량의 레벨에 대한 최종 금속성 나노구조의 크기의 의존성의 이전의 경험적 및/또는 이론적 특성화, 두 번째로 금속성 나노구조의 크기에 대한 생성된 결과적 컬러의 의존성의 이전의 경험적 및/또는 이론적 특성화 및 세 번째로, 원하는 이미지의 컬러 분포의 맵핑으로부터 결정된다.
감광성 층에 생성된 나노구조의 패턴은 나노필라의 패턴 또는 나노구멍의 패턴일 수 있다. 전자의 경우, 패턴의 처리는 예로서 하위 기재 재료 내로 패턴을 전달하기 위한 에칭 및 그 후의 금속 나노디스크의 패턴이 기재 재료의 나노필라의 상단에 형성되고 연속적 금속 층이 나노필라의 베이스 주변에서 기재 상에 형성되도록 결과적 패턴 위에서의 금속의 층의 피착을 포함할 수 있다. 노광 선량의 적어도 하나의 저 해상도 패턴에 대한 노광으로 인해, 금속성 나노디스크의 측방향 치수는 원하는 이미지의 컬러의 분포에 대응하는 패턴에 걸친 공간적 변동을 갖는다. 본 발명에 필수적이지는 않지만 필라 주변에 형성된 금속 층은 후방 반사기로서 작용하고 원하는 이미지의 휘도를 향상시킨다.
감광성 층에 형성된 나노구조의 패턴이 대신 나노구멍의 패턴이며 감광성 층이 기재 표면 상에 직접적으로 존재하는 경우, 패턴의 처리는 예로서 구조 위에 금속 층을 피착시키고 그후 기재 표면 상에 금속성 나노디스크의 패턴을 남기기 위해 금속 코팅된 포토레지스트를 제거하기 위해 리프트-오프 프로세스를 수행하는 것을 포함할 수 있다. 패턴에 걸친 결과적 금속성 나노디스크의 측방향 치수의 공간적 변동은 원하는 이미지의 컬러 분포에 대응한다. 대안적으로, 나노구멍의 패턴이 감광성 층에 형성되고 나노구멍의 패턴과 기재 사이에 금속의 중간 층이 존재하는 경우라면, 에칭 프로세스가 금속 층 내로 나노구멍의 패턴을 전달하기 위해 사용되고, 후속하여 스트리핑 프로세스가 나머지 포토레지스트를 제거하기 위해 사용된다.
다수의 다른 처리 전략이 나노구조의 패턴을 처리하기 위해 사용될 수 있으며, 그래서, 나노피쳐의 대응하는 패턴이 금속 층에 형성되며, 그에 의해, 상기 나노피쳐는 원하는 이미지의 컬러의 분포에 대응하는 측방향 치수의 공간적 변동을 갖는다.
본 발명에 따른 절차적 단계의 권장되는 순서가 도 1에 예시되어 있다. 고 해상도 주기성 패턴을 노광하고, 적어도 하나의 저 해상도 패턴을 노광하기 위한 단계의 순서는 도면에 예시된 것으로부터 상호교환될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 감광성 층 내의특정 위치에 형성된 나노피쳐의 측방향 치수는 상이한 노광으로부터 수신된 전체 선량에 의존하며, 고 해상도 및 저 해상도 패턴에 대한 노광이 수행되는 순서에는 의존하지 않는다.
본 발명의 바람직한 예는 이후 이하의 도면을 참조로 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 절차 단계의 순서를 예시한다.
도 2a 및 도 2b는 감광성 층의 영역을 노광하기 위해 제1 실시예에 사용되는 두 개의 크롬 마스크의 저 해상도 패턴의 작은 영역을 예시하고, 도 2c는 두 개의 마스크를 사용하여 생성되는 영역을 노광하는 전체 선량의 분포를 예시한다.
도 3은 고 해상도 주기성 분포에 의해 제1 실시예에서 감광성 층에서 생성된 통합 노광 선량을 예시한다.
도 4는 도 3에 표시된 점선을 가로지른 선량 분포의 변동, 그리고, 또한, 선량 분포의 저 해상도 패턴의 두 개의 상이한 레벨의 선량에 대한 층의 추가적 노광에 의해 얻어지는 선량 분포의 변동, 그리고, 또한, 현상된 포토레지스트에 각각 형성된 나노필라의 결과적 직경(Φ)을 예시한다.
도 5는 저 해상도 패턴의 노광 선량의 상대적 레벨에 대한 제1 실시예의 포토레지스트에 형성된 나노필라의 직경의 의존성을 예시한다.
도 6은 저 해상도 패턴의 노광 선량의 네 개의 상이한 레벨을 사용하여 제1 실시예에서 생성된 용융 실리카 필라 상에 형성된 금속성 나노디스크의 주사 전자 현미경사진을 도시한다.
도 7은 네 개의 서브 영역 A, B, C 및 D로 분할되는 기재 상의 금속성 나노구조의 패턴의 영역을 예시한다.
제1 실시예의 제1 단계에서, 용융 실리카 기재 상의 포지티브-톤 포토레지스트의 0.2 μm 두께 층이 300nm 주기를 갖는 정사각형 격자 상의 필라의 고 해상도 주기성 패턴을 형성하기 위한 강도 분포로 노광된다. 이는 주기성 패턴의 포토리소그래피 노광에 대한 종래 기술에서 알려져 있는 변위 탈보트 리소그래피(DTL)의 노광 기술을 사용하여 달성된다(예로서, 미국 특허 제11/665,323호 및 제13/035,012호 참조). 구체적으로, 600nm의 주기를 갖는 선형 격자의 위상-이동 마스크가 363.8nm의 파장 및 실질적으로 균일한 강도의 시준된 광의 비임에 의해 조명되고(아르곤 레이저로부터 유도됨), 노광 동안, 마스크와 웨이퍼 사이의 분리도가 탈보트 거리에 의해 변화된다. 마스크 격자의 것의 절반의 주기를 갖는 선형 격자 패턴의 잠상 이미지가 그에 의해 포토레지스트 층에 기록된다. 웨이퍼(또는 대안적으로 마스크)는 그후 90도 회전되고, DTL 노광이 반복되며, 그래서, 두 개의 고 해상도 노광에 의해 형성된 잠상 이미지는 300nm의 주기를 갖는 최대치의 정사각형 어레이이다. 현상되는 경우, 즉시, 포토레지스트의 나노필라의 실질적으로 균일한 패턴이 대략 150nm의 직경으로 형성된다. 포토레지스트 층은 대신 선량 분포의 두 개의 저 해상도 패턴에 대해 추가로 노광된다. 이들 노광은 종래의 근접 또는 접촉 마스크-정렬기 및 두 개의 이진 크롬 마스크를 사용하여 수행되며, 그 불투명 및 투명 영역의 패턴은 원하는 이미지에 기초하여 설계되어 있다. 크로스-해칭된 영역이 크롬을 나타내고 화이트 영역이 크롬 내의 개구인 "마스크 1"의 패턴의 예시적인 작은 영역이 도 2a에 예시되어 있고, "마스크 2" 내의 예시적인 작은 영역이 도 2b에 예시되어 있다. 비록, 일반적으로 마스크 내에 사용되는 최소 피쳐 크기가 1-100㎛의 범위이지만, 두 개의 마스크에 사용되는 최소 피쳐 크기는 4㎛이다.
저 해상도 마스크 1은 포토레지스트 코팅된 기재와 근접 배치되고, 웨이퍼 상에 이전에 형성된 기준 마스크, 마스크 내에 포함된 정렬 마스크(도면에는 도시되지 않음) 및 정렬 현미경 시스템(일반적으로 접촉/근접 마스크 정렬기 상에서 가용함)을 사용하여 웨이퍼 상의 주기성 패턴의 잠상 이미지에 관하여 정렬된다. 이 마스크는 그후 원하는 양만큼 노광된 영역의 피쳐의 크기를 수정하도록 특정 선량으로 노광된다. 마스크 1은 그후 마스크 2로 대체되고, 마스크 2는 유사하게 포토레지스트와 근접 배치되고, 웨이퍼 상의 기준 정렬 마크(바람직하게는 마스크 1로부터 인쇄됨) 및 마스크 2에 포함된 정렬 마크(도면에는 도시되지 않음)를 사용하여 정렬된다. 이 마스크는 그후 다른 원하는 양만큼 노광된 영역의 피쳐의 크기를 수정하도록 특정 선량으로 노광된다. 마스크 1 및 2를 노광시키기 위한 상이한 선량을 사용하는 것에 의한, 두 번의 노광으로부터 통합 선량의 분포가 도 2c에 예시되어 있고, 상이한 유형의 크로스 해칭은 상이한 레벨의 통합 선량을 나타낸다. 예로서, 마스크 1 및 2를 노광하기 위해 사용되는 노광 선량이 각각 1 mJ/cm2 및 2 mJ/cm2인 경우, 통합 분포에서 생성될 수 있는 노광 선량의 네 개의 상이한 레벨은 각각: 0, 1, 2 및 3 mJ/cm2이다. 다른 한편, 두 번의 노광을 위해 사용되는 선량 레벨이 예로서 1 mJ/cm2로 동일한 경우, 이때, 단 세 개의 상이한 선량 레벨이 가능하다: 0, 1 및 2 mJ/cm2.
포토레지스트는 그후 기재 상에 포토레지스트의 나노필라의 패턴을 형성하기 위해 현상되고, 패턴의 특정 위치에서 나노필라의 측방향 치수는 고려되는 위치에서 노광 선량의 고 해상도 및 저 해상도 패턴의 합에 의존한다. 포토레지스트 현상에 후속하여, 나노필라의 패턴은 높이 ~90nm의 나노필라를 형성하기 위해 하위 용융 실리카 기재 재료 내로 패턴을 전달하기 위해 반응성 이온 에칭(RIE) 프로세스를 사용하여 에칭된다. 에칭 프로세스의 파라미터는 RIE의 기술의 숙련자들에게 잘 알려진 표준 원리에 따라 선택된다. 마지막으로, 20nm의 두께의 알루미늄 층이 완전한 구조 위에 피착되어 나노필라의 베이스 주변의 알루미늄의 연속 층 및 나노필라의 상단의 알루미늄의 아일랜드를 형성한다. 각 알루미늄 아일랜드의 측방향 치수는 알루미늄 아일랜드가 그 위에 형성되는 나노필라의 측방향 치수와 실질적으로 동일하다. 따라서, 금속성 아일랜드의 측방향 치수는 선량 분포의 고 해상도 및 저 해상도 패턴의 합에 따라 패턴에 걸쳐 공간적으로 변한다. 도 6은 용융 실리카에 에칭된 90nm-높이 나노필라의 상단에 형성되는 각각 70, 90, 120 및 150nm의 네 개의 상이한 측방향 치수를 갖는 알루미늄 아일랜드의 주사 전자 현미경 이미지를 도시한다. 네 개의 치수는 마스크 1 및 마스크 2 패턴을 사용하여 얻어진 조합된 노광 선량의 네 개의 상이한 레벨에 의해 생성되었다.
반사식의 처리된 구조의 관찰은 플라즈몬 공명의 메커니즘에 의해 원하는 이미지에 요구되는 컬러의 분포를 생성한다. 나노필라의 베이스 주변에 형성된 알루미늄의 층은 반사기로서 작용하고, 그래서, 결과적 이미지의 휘도를 개선시키며, 또한, 선량 분포의 저 해상도 패턴의 결정시 고려될 필요가 있는 컬러를 변경한다.
마스크 1 및 2를 노광하기 위해 사용되는 특정 선량의 값, 그리고, 또한, 마스크 1 및 2의 설계는 일차적으로 라인-공간 패턴의 두 번의 직교하는 노광에 의해 생성되는 고 해상도 주기성 패턴의 선량 분포에 의존한다. 결과적 정사각형 어레이의 2 x 2 고 해상도 피쳐의 영역에 걸친 이들 두 번의 노광의 합에 의해 생성된 선량의 공간적 변동이 도 3에 예시되어 있고, 이 패턴의 축을 따른 강도 변동(도 3에서 점선으로 표시됨)이 도 4에 굵은 곡선으로 도시되어 있다. 포토레지스트에 형성된 결과적 나노필라의 직경(Φ)은 0.25 a.u.(임의 단위)의 선량-대-제거(dose-to-clear) 값에 대한 도 4에 예시된 바와 같은 현상 이후의 포토레지스트를 완전히 제거하기 위해 요구되는 선량의 레벨로부터 추산될 수 있다. 도면은 또한 선량 분포의 저 해상도 패턴에 대해 감광성 층을 추가적으로 노광시킴으로써 생성되는 바와 같은 정사각형 어레이의 선량 분포에 대한 국소적으로 균일한 선량 분포의 두 개의 상이한 레벨(각각 0.075 a.u. 및 0.15 a.u.)을 추가하는 효과를 도시한다. 두 개의 상이한 레벨에 대한 저 해상도 및 고 해상도 패턴의 조합된 선량은 점선 곡선에 의해 표시되어 있다. 저 해상도 노광의 상대적 선량에 대한 포토레지스트에 형성된 나노필라의 직경의 의존성은 따라서 수평 점선과의 도 4에 도시된 곡선의 세트의 교차부로부터 결정될 수 있고: 결과가 도 5에 예시되어 있다. 완전히 처리된 패턴의 알루미늄 아일랜드의 직경의 의존성은 또한 이론적으로 유도되거나 대안적으로, 경험적으로 예로서 금속성 나노피쳐의 완전히 처리된 패턴의 SEM 이미지로부터 결정될 수 있다.
저 해상도 노광으로부터 요구되는 선량 분포는 또한 금속 아일랜드의 직경에 대한 결과적 플라즈몬 어레이의 특정 관찰 각도에서 생성된 컬러의 의존성에 의존한다. 이는 예로서, 고려되는 나노구조의 조성 및 특정 기하형상으로부터 반사된 광의 스펙트로스코픽 측정에 의해 또는 간단히 인지된 컬러로부터 경험적으로 특징지어질 수 있다. 생성된 컬러가 또한 금속 아일랜드의 두께 및 필라의 높이 같은 다른 파라미터에 의존하기 때문에, 이들 다른 파라미터가 제어되고, 컬러 이미지를 생성하기 위한 금속성 나노구조의 패턴의 형성 동안 처럼 아일랜드 직경에 대한 컬러의 의존성의 특성화 동안 실질적으로 동일한 값을 가지는 것이 중요하다. 통상적으로, 고 해상도 및 저 해상도 노광의 조합에 의해 생성되는 통합 선량의 상이한 레벨은 바람직하게는 다수의 상이한 컬러가 최종 이미지에서 관찰될 수 있도록 범위 50-140nm의 직경을 갖는 현상된 포토레지스트/금속 아일랜드의 나노필라를 생성한다.
저 해상도 노광으로부터 요구되는 선량 분포는 최종적으로 원하는 이미지에서의 그 컬러 및 강도의 배열에 의존한다. 이는 특정 직경 값을 갖는 형성될 금속성 나노구조로부터 가용한 컬러에 관하여 맵핑될 수 있다. 이미지의 특정 영역에서의 컬러의 더 높거나 더 낮은 강도는 이미지의 특정 영역에서 적절한 직경을 갖는 금속 아일랜드의 수를 조정함으로써 얻어질 수 있다.
전술한 특성화 및 맵핑 절차의 결과는 원하는 이미지를 생성하기 위해 필요한 선량 분포의 저 해상도 패턴이 결정될 수 있게 한다.
본 실시예의 변경예에서, 이전에 기재 상에 인쇄된 고 해상도 주기 패턴과 마스크 1을 정렬하고 마스크 1로부터 기재 상에 인쇄된 패턴과 마스크 2를 정렬하는 단계는 정렬 현미경이 아닌 더 거친 정렬 방법을 사용하여, 예로서, 단지 기계적 수단에 의해 수행될 수 있다. 사실, 고 해상도 주기성 패턴에 관한 저 해상도 패턴의 정확한 정렬은 일반적으로 필수적이지는 않지만 수행될 수 있다.
전술한 실시예의 변경예에서, 고 해상도 노광 단계에 의해 생성되는 잠상 이미지는 자체적으로 포토레지스트 내에 나노필라의 어레이를 산출하기에 충분히 높은 선량을 갖지 않는다(즉시 현상되는 경우). 현상된 포토레지스트에 나노필라가 형성될 수 있게 하는 것은 단지 후속 노광의 선량 분포의 저 해상도 패턴의 추가이다.
전술한 실시예의 다른 변경예에서, 고 해상도 주기성 패턴은 마스크와 기재 사이의 분리도가 탈보트 거리보다 더 큰 거리만큼 변경되는 DTL의 버전을 대신 사용하여 형성되며, 분리도의 변화율은 변화도를 갖는 노광 선량의 변화율이 실질적으로 가우스 또는 유사한 프로파일에 따라, 즉, 미국 특허 제13/035,012호에 개시된 바와 같은 방식으로 변하도록 분리도의 변화 동안 변한다.
전술한 실시예의 다른 변경예에서, 금속 층은 포토레지스트에 형성된 나노필라의 패턴에 직접적으로 피착되며, 그에 의해, 필라의 베이스 주변의 금속 층 및 포토레지스트 나노필라의 상단의 금속 아일랜드를 형성한다. 포토레지스트 층은 바람직하게는 구조 위에 코팅된다.
전술한 실시예가 저 해상도 패턴을 갖는 단지 두 개의 마스크가 현상된 포토레지스트 내에 4 개의 상이한 피쳐 크기를 획득하기 위해, 결과적으로, 최종 이미지 내에 단지 4 개의 상이한 컬러를 획득하기 위해 사용되는 비교적 간단한 절차를 설명하는 반면, 다른 실시예에서, 더 큰 컬러 다양성을 달성하기 위해 더 많은 수의 저 해상도 마스크가 사용될 수 있다는 것이 명백하다.
본 발명의 다른 실시예에서, 기재 상에 형성된 금속성 나노구조의 패턴은 예로서, 보호 층으로서 작용하도록 폴리머 같은 다른 재료의 층으로 그후 코팅된다. 이런 추가적 층은 일반적으로 반사된 또는 투과된 광의 파장을 이동시키며, 그래서, 금속성 나노구조의 패턴에 의해 생성되는 컬러 각각의 컬러 이동을 생성한다. 이런 컬러 이동은 사용되는 특정 코팅 프로세스를 위해 특성화되고 그후, 원하는 이미지를 생성하기 위해 요구되는 금속성 나노구조의 패턴을 형성하기 위한 선량 분포의 적어도 하나의 저 해상도 패턴의 결정에서 고려될 필요가 있다.
금속성 나노구조의 패턴을 형성하기 위해 제1 실시예에서 알루미늄이 사용되는 반면, 본 발명의 다른 실시예에서, 다른 금속, 특히, 플라즈몬 공명에 의해 컬러 이미지를 생성하기 위해 효과적인 종래 기술에 공지된 금, 은 및 구리가 사용될 수 있다.
다른 양호한 실시예에서, 저 해상도 패턴을 위한 노광 절차는 RGB(적색-녹색-청색) 또는 CMYK(시안-마젠타-옐로우-블랙) 각각에 대응하는 단지 3 또는 4 컬러를 갖는 영역 또는 서브화소를 규정하기 위해 수행된다. 컬러 인쇄 및 컬러 디스플레이의 분야에서 잘 알려진 바와 같이, 서로에 근접한 근접도로 (화소 내에서) 이들 컬러의 서브 화소를 배열하는 것은 육안으로 다수의 더 많은 컬러의 인지를 가능하게 한다. RGB 서브 화소는 예로서, 직사각형 그리드 상에 배열될 수 있다.
다른 실시예에서, 선량 분포의 고 해상도 주기성 패턴은 상호 직교하는 라인/공간 패턴의 두 번의 노광의 합에 의해서가 아니라 단일 노광에 의해 달성되는 이차원 어레이이다. 예로서, 육각형, 정사각형 또는 마름모 그리드 상에 고 강도 피쳐를 포함하는 선량 분포의 고 해상도 주기성 패턴은 포토레지스트 내에 고 해상도, 이차원 어레이를 기록하기 위해 DTL 노광에서 사용되는 구멍의 육각형 어레이를 형성하는 크롬 마스크를 사용하여 얻어진다. 무색수차 탈보트 리소그래피(ATL)는 대안적으로 포토레지스트에 동일한 패턴을 형성하기 위해 동일한 마스크와 함께 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 고 해상도 주기성 패턴은 역시 플라즈몬 공명에 의해 컬러를 생성하기 위해 종래 기술에서 알려져 있는 선형 격자 패턴일 수 있다. 이 경우에, 결과적 금속성 나노구조에 의해 생성되는 이미지의 외관은 조명 광의 편광에 의존할 수 있다.
선량 분포의 저 해상도 패턴(들)의 노광은 대안적으로 텍사스 인스트루먼트의 디지털 광 프로젝터(DLP) 기술 또는 디지털 마이크로-미러 디바이스에 기초한 것 같은 투영 리소그래피 시스템, 레이저 또는 e-비임 직접 기입 시스템 또는 마스크리스(maskless) 리소그래피를 사용하여 수행될 수 있다. 저 해상도 패턴을 노광하기 위한 적절한 상업적으로 입수할 수 있는 마스크리스 기입 시스템은 Heidelberg Instruments Mikrotechnik GmbH에 의해 제조된 MPG 501 Tabletop Maskless Aligner이다. 이 시스템은 각각 50-100mm2/분의 속도로 1-2㎛ 크기의 피쳐를 기입할 수 있다. 이 시스템은 단일 노광에서 소정 범위의 피쳐 크기를 기입하기 위한 큰 유연성을 제공하는 "그레이 스케일" 노광을 형성할 수 있다. Heidelberg Instruments의 VPG 200 또는 VPG 400 시스템 같은 매우 더 높은 기입 속도(10'000 mm2/분 초과)를 갖는 마스크리스 리소그래피 시스템도 가용하다. 마스크리스 또는 직접 기입 시스템은 형성된 나노구조의 측방향 치수가 원하는 이미지의 컬러 분포에 대응하는 공간적 변동을 갖도록 저 해상도 패턴 위에 비임에 의해 전달되는 국소 선량을 변화시키는 컴퓨터에 의해 제어된다. 마스크리스 시스템은 큰 유연성을 제공하고, 그래서, 예로서 보안 용례를 위해 컬러 이미지를 개별화하기 위해 특히 유리하다.
금속에 대한 패턴 전달은 대안적으로 나노구멍 또는 나노필라의 어레이일 수 있는, 포토레지스트에 형성된 나노구조의 완전한 패턴 위에 금속이 피착되는 리프트-오프 프로세스를 사용하여 얻어질 수 있다. 금속-코팅된 포토레지스트는 그후 기재 상의 금속 층 내의 나노구멍의 패턴 또는 금속 아일랜드의 패턴을 남기도록 적절한 용매에 의해 제거된다.
제1 실시예에서 얻어진 금속성 나노구조의 패턴은 대안적으로 중간 금속 층을 갖는 상태로 기재에 코팅되는 포토레지스트 층을 노광시킴으로써 얻어질 수 있다. 노광 선량의 고 해상도 및 저 해상도 패턴의 노광 및 포지티브-톤 포토레지스트의 현상 이후, 포토레지스트가 세정된 금속 필름의 영역이 금속 층에 나노구멍을 생성하기 위해 바람직하게는 RIE 같은 건식 에칭 프로세스를 사용하여 에칭되며, 그후 나머지 포토레지스트가 박리 제거된다. 네거티브-톤 포토레지스트가 대안적으로 사용되는 경우, 금속성 나노아일랜드의 패턴이 기재 상에 형성된다.
다른 실시예에서, 네거티브-톤 및 이미지 반전 포토레지스트가 원하는 컬러 이미지를 생성하기 위해 금속성 나노구조의 패턴을 형성하도록 적절한 노광후 처리와 함께 사용될 수 있다. 이런 포토레지스트를 사용한 노광은 수직 또는 음의 측벽 구배를 갖는 금속성 나노필라를 형성하는 데 유리하며, 이는 상단 금속 아일랜드와 저부 금속 층 사이의 격리를 개선시킨다.
고 해상도 주기성 패턴의 주기는 바람직하게는 가시광의 파장(즉, 400nm 미만)보다 작아지도록 선택된다. 가장 바람직하게, 이는 플라즈몬 공명에 의해서가 아닌 통상적 회절에 의해 상이한 컬러가 상이한 관찰 각도에서 생성되는 것을 방지하기 위해 300nm 미만이다.
선량 분포의 저 해상도 패턴의 요구되는 해상도 또는 최소 피쳐는 컬러 이미지를 위해 요구되는 관찰 조건에 의존한다. 나안에 의해 이미지를 관찰하기 위해, 300 DPI의 해상도가 충분하지만, 일반적으로 예로서 1000 DPI의 더 높은 해상도가 특정 용례에 따라 사용될 수 있다. 이미지의 각 화소가 서브 화소로 분할되는 경우, 이때, 대응하는 더 높은 해상도가 저 해상도 패턴을 위해 요구된다.
제1 실시예의 알루미늄 층의 두께가 20nm이 되도록 선택되는 반면, 특히 10-50nm 범위의 다른 두께가 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
다른 실시예에서, 선량 분포의 저 해상도 패턴은 "블랙" 또는 "암부" 영역이나 대안적으로 "화이트" 또는 "명부" 영역을 생성하기 위해 패턴의 영역 또는 영역들의 나노구조를 완전히 또는 효과적으로 제거하기 위해 추가적으로 사용된다. 전자의 경우, 암부/블랙 기재 위의 나노구조의 제거가 반사식으로 암부/블랙 영역을 생성하거나, 불투명 금속 필름의 피착이 후속되는 나노구조의 제거가 투과식으로 암부/블랙 영역을 초래한다. 후자의 경우에, 포토레지스트가 없는 금속을 제거하기 위한 에칭이 후속되는 투명 기재 상에서의 금속 필름 위의 나노구조의 제거는 투과식으로 명부/화이트 영역을 생성하거나, 반사성 금속 층 위의 나노구조의 제거는 반사식으로 명부/화이트 영역을 생성한다.
관련된 실시예에서, 기재는 초기에 인지된 컬러를 생성하도록 파장을 선택적으로 반사하는(또는 투과하는) 유전체 층의 스택으로 코팅된다. 선량 분포의 저 해상도 패턴에 의해 선택된 영역에서 나노구조의 완전하거나 효과적인 제거가 후속되는 유전체 층 위의 주기성 나노구조의 형성은 그후 반사식으로(또는 투과식으로) 영역이 관찰될 때 코팅의 "배경" 컬러를 생성한다.
암부, 명부 또는 "컬러 배경" 영역의 제공은 이미지의 특정 원하는 외관을 획득하기 위해 중요할 수 있다. 특히, 특정 컬러를 생성하는 특정 측방향 치수의 금속성 나노구조의 그룹 주변에서, 그리고, 특히, 상이한 컬러를 생성하는 이웃하는 서브 화소에 배열된 이런 나노구조 주변에서 또는 그 내부에서 페이딩으로서 사용될 때 강도를 조정하기 위해 사용될 수 있다. 유사한 기술이 관련 분야에 사용된다. 염료 기반 인쇄에서, 예로서, 긴밀한 근접도로 인쇄된 CMYB(시안-마젠타-옐로우-블랙) 같은 상이한 컬러의 하프톤 또는 비율화된 혼합은 매우 더 넓은 컬러 스펙트럼의 인지를 제공하고, LCD 같은 전자식으로 제어된 디스플레이에서, RGB(적색-녹색-청색) 같은 상이한 컬러의 이웃하는 서브화소의 강도 레벨이 조정되거나 심지어 동일한 효과를 달성하도록 턴 오프된다.
특정 컬러를 생성하는 각 서브화소 내의 나노구조의 영역을 조정하고 암부 또는 명부 컬러 배경을 갖는 나머지 영역을 페이딩함으로써 본 발명의 방법을 사용하여 등가의 효과가 얻어질 수 있다. 달성될 수 있는 이런 컬러 혼합의 예가 이제 도 7을 참조로 설명된다. 도면은 네 개의 서브 영역 A, B, C 및 D으로 분할된 기재 상의 금속성 나노구조의 패턴의 영역을 도시한다. 각 서브 영역 B, C 및 D 각각 내의 금속성 나노구조의 측방향 치수는 균일하지만, 영역간에 상이하며, 그래서, 세 개의 서브 영역은 플라즈몬 공명에 의해 상이한 컬러를 생성하는 반면 영역 A는 블랙 또는 암부이다. 완전한 영역의 인지된 컬러는 서브 영역 B, C 및 D의 비율에 의존하는 반면, 인지된 컬러의 강도는 세 개의 서브 영역 B, C 및 D의 전체 영역에 의존한다.
이미지가 투과식으로 관찰되는 경우, 서브 영역 A의 암도는 연속적 불투명 금속 필름에 의해 생성될 수 있다. 이것, 그리고, 서브 영역 B, C 및 D의 금속성 나노구조는 고 해상도 주기성 패턴으로 그리고 그후 선량 분포의 두 개의 저 해상도 패턴으로 포토레지스트를 노광시킴으로써 본 발명의 실시예에서 얻어질 수 있으며, 선량 분포의 두 개의 저 해상도 패턴은 포토레지스트의 후속 현상이 영역 A에 어떠한 레지스트도 남지 않지만 적절한 측방향 치수의 나노구멍이 서브 영역 B, C 및 D 각각에서 포토레지스트에 형성되도록 설계되며, 그후, 영역 A에서 기재 상에 연속적 필름, 그리고, 영역 B, C 및 D에서 적절한 직경의 금속성 아일랜드를 형성하는 완전한 구조 상에 금속 층이 피착된다. 리프트 오프 프로세스는 그후 서브 영역 A에 금속 아일랜드와 연속성 금속 필름을 남기도록 나머지 포토레지스트를 박리하기 위해 사용될 수 있다.
대신, 이미지가 반사식으로 관찰되는 경우, 서브 영역 A의 암도 및 서브 영역 B, C 및 D의 컬러는 중간 금속 층을 갖는 상태로 기재 상에 포토레지스트 층을 노광시킴으로써 본 발명의 다른 실시예에서 생성될 수 있다. 고 해상도 주기성 패턴에 대한 노광에 후속하여, 층이 추가로 두 개의 저 해상도 패턴에 노광되고, 두개의 저 해상도 패턴은 포토레지스트의 현상에 후속하여 포토레지스트는 서브 영역 A으로부터 완전히 제거되지만 적절한 측방향 치수의 나노필라의 패턴이 서브 영역 B, C 및 D 각각에 형성되도록 설계된다. 나노구조는 그후 노광된 금속 층을 제거하도록 에칭되고, 잔여 포토레지스트가 후속하여 박리됨으로써 서브 영역 B, C 및 D에 금속성 아일랜드의 패턴을 남기고, 반사 광 내에 암부를 나타내는 서브 영역 A에서 기재를 제거한다.
다른 관련 실시예에서, 서브 영역 A은 금속성 나노구조 없이 형성되지만, 특정 배경 컬러를 갖는 것으로서 관찰된다. 이런 배경 컬러는 기재 자체의 고유한 컬러에 의해(반사 또는 투과 중 어느 하나에서) 생성될 수 있거나, 기재의 각 면 상에 피착된 유전체 같은 다른 재료의 연속적 층에 의해 생성될 수 있다.
다른 관련 실시예에서, 나노구조는 특정 컬러의 배경 또는 블랙 배경을 생성하도록 서브 영역 A에 형성된다. 서브 영역 A, B, C 및 D의 상대적 크기는 필요한 컬러 외관을 획득하도록 선택된다.
또 다른 관련 실시예에서, 서브 영역 A은 화이트 또는 명부이고, 네 개의 상이한 컬러의 서브 영역이 이 배경 상에 패턴화됨으로써 다른 컬러의 혼합을 통해 외관을 달성한다. 다른 컬러 중 하나는 바람직하게 화이트 또는 명부 표면 상의 CMYK 컬러 인쇄의 사용과 유사하게 블랙으로서 선택된다.
또 다른 관련 실시예에서, 금속성 나노구조의 패턴에 의해 생성된 이미지의 각 영역 또는 화소는 상이한 컬러의 광을 각각 생성하는 5개 이상의 서브 영역 및 암부, 명부 또는 컬러 배경의 서브영역을 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 선량 분포의 저 해상도 패턴이 그레이 레벨 마스크를 사용하여 얻어진다. 이런 마스크는 단일 노광에서 선량의 다수의 상이한 레벨을 가능하게 하며, 그래서, 저 해상도 패턴의 노광을 단순화할 수 있다.
금속성 나노피쳐의 패턴이 형성되는 기재는 투명 또는 불투명할 수 있다. 전자는 투과 또는 반사 모드 중 어느 하나에서 이미지가 관찰될 수 있게 하는 반면, 후자는 단지 반사에서만 이것이 관찰될 수 있게 한다.

Claims (20)

  1. 컬러의 분포를 갖는 원하는 이미지를 플라즈몬 공명에 의해 생성하는 금속성 나노피쳐의 패턴을 형성하기 위한 방법이며,
    a) 감광성 재료의 층을 갖는 기재를 제공하는 단계,
    b) 선량 분포의 고 해상도 주기성 패턴에 대해 이 층을 노광하는 단계,
    c) 선량 분포의 적어도 하나의 저 해상도 패턴 및 선량 분포의 고 해상도 주기성 패턴의 합이 금속성 나노피쳐의 패턴을 형성하기에 적합하도록 선량 분포의 적어도 하나의 저 해상도 패턴을 결정하는 단계로서, 상기 금속성 나노피쳐의 측방향 치수는 원하는 이미지의 컬러 분포에 대응하는 패턴에 걸친 공간적 변동을 갖는, 단계,
    d) 선량 분포의 상기 적어도 하나의 저 해상도 패턴에 대해 감광성 재료의 층을 노광하는 단계,
    e) 현상된 감광성 재료 내에 나노구조의 패턴을 생성하기 위해 감광성 재료의 층을 현상하는 단계, 및
    f) 금속성 나노피쳐의 패턴이 원하는 이미지의 컬러 분포에 대응하는 패턴에 걸쳐 측방향 치수의 상기 공간적 변동을 갖는 상태로 형성되도록, 나노구조의 패턴을 처리하는 단계를 포함하고, 감광성 재료의 층은 중간 금속 층을 갖는 상태로 기재 상에 간접적으로 존재하거나, 상기 처리하는 단계는 금속 층을 피착시키는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 처리하는 단계는 금속 층 내의 나노구멍의 패턴 또는 금속 나노디스크의 패턴을 형성하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 선량 분포의 고 해상도 주기성 패턴은 변위 탈보트 리소그래피, 무색수차 탈보트 리소그래피 및 간섭 리소그래피의 방법 중 하나를 사용하여 형성되는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 감광성 재료의 층은 감광성 재료와 기재 사이에 적어도 하나의 다른 재료의 하나 이상의 중간 층을 갖는 상태로 기재 상에 간접적으로 또는 기재 상에 직접적으로 존재하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 이미지의 각 영역에서 생성된 컬러는 단일 측방향 치수를 갖는 금속성 나노피쳐에 의해 생성되는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 이미지의 각 영역에서 생성되는 컬러는 금속성 나노피쳐의 복수의 이웃하는 세트에 의해 생성되고, 각 세트 내의 나노피쳐의 측방향 치수는 동일하지만 상이한 세트 내에서 상이하고, 복수의 나노피쳐의 세트에 의해 생성된 상이한 컬러는 원하는 컬러를 생성하도록 혼합되는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 적어도 노광 선량의 저 해상도 패턴은 금속성 나노피쳐의 측방향 크기에 대한 원하는 이미지에서 생성되는 컬러의 의존성을 특성화함으로써, 적어도 하나의 저 해상도 패턴에 의해 생성되는 노광 선량의 범위에 대한 금속성 나노피쳐의 측방향 크기의 의존성을 특성화함으로써, 그리고, 원하는 이미지의 컬러의 분포를 맵핑함으로써 결정되는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 저 해상도 주기성 패턴에 대한 층의 노광은 마스크리스 리소그래피를 사용하여 수행되는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 저 해상도 주기성 패턴에 대한 층의 노광은 적어도 하나의 마스크를 사용하여 수행되는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 감광성 재료의 층은 특정 컬러를 반사 또는 투과하는 둘 이상의 상이한 유전체 재료의 층의 중간 스택을 갖는 상태로 기재 상에 간접적으로 존재하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 금속성 나노피쳐의 패턴은 원하는 이미지의 암부, 밝음 또는 컬러 영역으로서 작용하는 금속성 나노피쳐가 없는 영역을 포함하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 나노구조의 패턴을 처리하는 단계는 기재의 재료 내로 나노구조의 패턴을 에칭하고 금속의 층을 피착시키는 것을 포함하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 감광성 재료의 층은 중간 금속 층을 갖는 상태로 기재 상에 간접적으로 존재하며, 나노구조의 패턴을 처리하는 단계는 나노구조의 패턴을 통한 금속 층의 에칭을 포함하는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 감광성 층은 적어도 하나의 저 해상도 패턴 이후 고 해상도 주기성 패턴에 대해 노광되는 방법.
  15. 제1항에 있어서, 고 해상도 주기성 패턴은 정사각형 어레이, 육각형 어레이, 마름모형 어레이 및 선형 어레이 중 하나인 방법.
  16. 제1항에 있어서, 나노구조의 패턴을 처리하는 단계는 나노구조의 상기 패턴 상에 직접적으로 금속의 층을 피착시키는 것을 포함하는 방법.
  17. 제1항에 있어서, 금속성 나노피쳐 각각은 원형, 정사각형, 삼각형 또는 세장형 형상을 갖는 방법.
  18. 제1항에 있어서, 선량 분포의 적어도 하나의 저 해상도 패턴은 패턴의 영역 또는 영역들에서 나노구조를 완전히 또는 효과적으로 제거하기 위해 추가적으로 사용되는 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 층은 적어도 두 개의 저 해상도 패턴에 노광되고, 상기 방법은 서로에 관하여 저 해상도 패턴을 정렬하는 단계를 추가적으로 포함하는 방법.
  20. 제1항에 있어서, 선량 분포의 고 해상도 패턴에 대한 층의 노광은 자체적으로는 포토레지스트에 나노필라의 어레이를 산출하기에 충분히 높은 선량을 제공하지 않는 방법.
KR1020177020232A 2014-12-22 2015-12-18 컬러 이미지를 인쇄하기 위한 방법 Active KR102454617B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201462095180P 2014-12-22 2014-12-22
US62/095,180 2014-12-22
PCT/IB2015/059790 WO2016103132A1 (en) 2014-12-22 2015-12-18 Method for printing colour images

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170097171A KR20170097171A (ko) 2017-08-25
KR102454617B1 true KR102454617B1 (ko) 2022-10-17

Family

ID=55275120

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177020232A Active KR102454617B1 (ko) 2014-12-22 2015-12-18 컬러 이미지를 인쇄하기 위한 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10025197B2 (ko)
EP (1) EP3237973B1 (ko)
JP (1) JP6580142B2 (ko)
KR (1) KR102454617B1 (ko)
CN (1) CN107533285B (ko)
WO (1) WO2016103132A1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10679222B2 (en) * 2015-06-02 2020-06-09 The University Of Melbourne Method and apparatus for representing an image with plasmonic pixels
CN106340239B (zh) * 2016-10-21 2019-04-05 复旦大学 银纳米颗粒在二氧化钛单晶表面形成的光学防伪标识及其制作方法
JP6891265B2 (ja) * 2017-03-31 2021-06-18 富士フイルム株式会社 着色膜及びその製造方法、固体撮像素子
US10909723B2 (en) * 2017-06-13 2021-02-02 X-Rite, Incorporated Hyperspectral imaging spectrophotometer and system
WO2020237317A1 (en) * 2019-05-30 2020-12-03 Microtau Ip Pty Ltd Systems and methods for fabricating microstructures
CN111830614A (zh) * 2020-05-13 2020-10-27 华南师范大学 利用激光偏振态实现纳米光栅刻印的解决方案
CN112379582A (zh) * 2020-11-02 2021-02-19 湖南大学 一种制作超构表面的方法、超构表面以及打印装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090117491A1 (en) 2007-08-31 2009-05-07 Applied Materials, Inc. Resolution enhancement techniques combining interference-assisted lithography with other photolithography techniques
WO2013039454A1 (en) 2011-09-12 2013-03-21 Agency For Science, Technology And Research An optical arrangement and a method of forming the same

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02266510A (ja) * 1989-04-07 1990-10-31 Matsushita Electron Corp ホトレジストパターンの形成方法
US6534242B2 (en) * 1997-11-06 2003-03-18 Canon Kabushiki Kaisha Multiple exposure device formation
JP3984710B2 (ja) * 1998-06-30 2007-10-03 キヤノン株式会社 露光方法及び露光装置
EP1661182A4 (en) * 2003-08-06 2011-03-23 Univ Pittsburgh SURFACE PLASMON EXPANDED NANOOPTICS DEVICES AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
DE602005026968D1 (de) 2004-10-22 2011-04-28 Eulitha Ag System und verfahren zum erzeugen eines periodischen und/oder fastperiodischen musters auf einer probe
CN1896869A (zh) * 2005-07-14 2007-01-17 Asml荷兰有限公司 基底、光刻多次曝光方法和可机读介质
US20070153249A1 (en) * 2005-12-20 2007-07-05 Asml Netherlands B.V. Lithographic apparatus and device manufacturing method using multiple exposures and multiple exposure types
JP2008021869A (ja) * 2006-07-13 2008-01-31 Ricoh Co Ltd プラズモン共鳴リソグラフィおよびリソグラム
US7709187B2 (en) * 2006-10-23 2010-05-04 International Business Machines Corporation High resolution imaging process using an in-situ image modifying layer
EP2245646A1 (en) * 2008-02-05 2010-11-03 NIL Technology APS A method for performing electron beam lithography
US20130146788A1 (en) * 2009-04-14 2013-06-13 The Regents Of The University Of California Method of creating colored materials by fixing ordered structures of magnetite nanoparticles within a solid media
WO2011108259A1 (ja) * 2010-03-02 2011-09-09 国立大学法人北海道大学 フォトレジストパターンの作製方法
KR20110120722A (ko) * 2010-04-29 2011-11-04 엘지디스플레이 주식회사 나노 패터닝 방법 및 이를 이용한 표면 플라즈몬 컬러필터와 액정표시장치의 제조방법
US8525973B2 (en) 2010-10-13 2013-09-03 Eulitha A.G. Method and apparatus for printing periodic patterns
US8904316B2 (en) * 2010-11-16 2014-12-02 Eulitha A.G. Method and apparatus for printing high-resolution two-dimensional periodic patterns
EP2715453A1 (en) * 2011-06-01 2014-04-09 Eulitha A.G. Printing periodic patterns using multiple lasers
US9354502B2 (en) * 2012-01-12 2016-05-31 Asml Netherlands B.V. Lithography apparatus, an apparatus for providing setpoint data, a device manufacturing method, a method for providing setpoint data and a computer program
KR101374551B1 (ko) * 2012-05-25 2014-03-17 한국과학기술원 광결정 구조를 포함하는 표면 플라즈몬 컬러필터
JP2014071349A (ja) * 2012-09-28 2014-04-21 Hitachi High-Technologies Corp パターン形成方法及び装置、露光装置並びに表示用パネル製造方法
JP6218918B2 (ja) * 2013-03-18 2017-10-25 ユーリタ アクチエンゲゼルシャフトＥｕｌｉｔｈａ Ａｇ 周期的パターンを印刷するための方法およびシステム
JP2015108762A (ja) * 2013-12-05 2015-06-11 シャープ株式会社 ガラスマスクおよび半導体装置の製造方法
KR101550008B1 (ko) * 2014-05-16 2015-09-07 한국과학기술원 레이저 간섭 리소그래피를 이용한 표면 플라즈모닉 컬러 필터의 제조 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090117491A1 (en) 2007-08-31 2009-05-07 Applied Materials, Inc. Resolution enhancement techniques combining interference-assisted lithography with other photolithography techniques
WO2013039454A1 (en) 2011-09-12 2013-03-21 Agency For Science, Technology And Research An optical arrangement and a method of forming the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018502326A (ja) 2018-01-25
CN107533285A (zh) 2018-01-02
KR20170097171A (ko) 2017-08-25
EP3237973B1 (en) 2019-08-21
EP3237973A1 (en) 2017-11-01
US10025197B2 (en) 2018-07-17
CN107533285B (zh) 2021-02-05
WO2016103132A1 (en) 2016-06-30
US20170363968A1 (en) 2017-12-21
JP6580142B2 (ja) 2019-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102454617B1 (ko) 컬러 이미지를 인쇄하기 위한 방법
US9696468B2 (en) Methods for fabricating color image display devices comprising structural color pixels from a generic stamp
US9460665B2 (en) Nano-media information carrier based on pixelated nano-structures combined with an intensity control layer
Kumar et al. Printing colour at the optical diffraction limit
AU2012309205B2 (en) An optical arrangement and a method of forming the same
US10281626B2 (en) Color image display devices comprising structural color pixels that are selectively activated and/or deactivated by material deposition
EP3877192B1 (en) Methods of manufacturing security device components
CA2911760C (en) Nanostructure array diffractive optics for rgb and cmyk color displays
Chan et al. Rotation-selective moiré magnification of structural color pattern arrays
Jiang et al. Microlens arrays above interlaced plasmonic pixels for optical security devices with high‐resolution multicolor motion effects
CN108698432B (zh) 压花板、制造方法和压印出的安全元素
Rezaei et al. Structural colour printing from a reusable generic nanosubstrate masked for the target image
Jiang et al. Nano-media: new nano-photofabric for rapid imprinting of color images and covert data storage
US20140234780A1 (en) Lithography with reduced feature pitch using rotating mask techniques
Rezaei et al. Rapid production of structural color images with optical data storage capabilities
KR102295833B1 (ko) 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트 제조방법 및 이에 의해 제조된 복합 나노패턴 임프린트 템플레이트
KR102332380B1 (ko) 복합 나노패턴을 갖는 색변환 입체 홀로그램 필름 및 이의 제조방법
Jiang et al. Inkjet printed optically variable devices on a polymer substrate patterned with nanopillar array structural pixels
CA2949589C (en) Color image display devices comprising structural color pixels that are selectively activated and/or deactivated by material deposition
Rezaei Rapid Production of Nano-pixel-based Color Imageries
Yang Printing colour at the optical diffraction limit

Legal Events

Date Code Title Description
PA0105 International application

Patent event date: 20170719

Patent event code: PA01051R01D

Comment text: International Patent Application

PG1501 Laying open of application
A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20200924

Comment text: Request for Examination of Application

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20220325

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20220927

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20221011

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20221012

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration