KR100583910B1 - 나노 입자의 정전 스프레이 방식을 이용한 나노 크기구조의 패터닝 방법 - Google Patents

나노 입자의 정전 스프레이 방식을 이용한 나노 크기구조의 패터닝 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노 입자의 정전 스프레이 방식을 이용한 나노 크기 구조의 패터닝 방법에 관한 것으로, 나노 입자의 정전 스프레이 방식을 이용하여 나노 입자를 고가로 대전시키고, 포토레지스트 등 마스크 재료를 사용하여 패터닝하거나 전하 패턴 전이에 의한 국부 대전 방식에 의하여 패터닝한 기판 위에 고가로 대전된 나노 입자를 분무하여, 정전기력을 이용하여 기판의 노출된 영역에 부착시키는 공정을 통하여, 높은 재현성을 유지하면서도 노이즈 패턴 발생 등의 문제점이 없이 나노 크기 구조의 미세 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 나노 입자 부착에 의한 패터닝 방법은, 나노 입자 분산액을 전위차 인가 수단이 부착된 모세관 분사 노즐을 통하여 소정 양의 전하로 대전시키고 분무시키는 단계; 분무된 입자로부터 현탁 용매를 증발시켜 대전된 나노 입자를 형성하는 단계; 및 마스크 재료의 부분적 잔류에 의하여 그 표면에 미세 패턴이 형성되어 있는 전도성 기판 상의 노출된 영역에 대전된 나노 입자를 부착시키는 단계를 포함한다.
나노 입자, 나노패터닝, 나노기술, 정전 스프레이

Description

나노 입자의 정전 스프레이 방식을 이용한 나노 크기 구조의 패터닝 방법{METHOD FOR PATTERNING NANO-SIZED STRUCTURE USING ELECTROSPRAY OF NANOPARTICLE}
도 1은 종래 기술의 레이저 입자 유도 빔을 이용한 미세 구조 패터닝 방법을 설명하는 개략도이다.
도 2는 전자빔이나 이온빔을 사용하여 기판을 대전시킨 후 나노 입자를 부착하는 종래 기술의 한 방법을 설명하는 개략도이다.
도 3은 SPM(Scanning Probe Microscope)의 팁을 이용하여 분자 단위의 직접 조작에 의하여 미세 패턴을 형성하는 종래 기술의 한 방법을 설명하는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 정전 스프레이 방식에 사용되는 장치의 한 예로서, 고가로 대전된 나노 입자 제조 및 나노 입자 부착을 통한 나노 크기 구조의 패턴 형성을 위한 정전 스프레이 장치를 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 5는 대전된 나노 입자의 부착에 의한 패턴 형성 공정을 설명하는 도면이다. 여기서, 도 5a는 감광막 등의 마스크 재료를 사용하여 패터닝된 기판 위에 나노 입자를 부착하는 제1 실시 형태를 나타내며, 도 5b는 국부 대전 방식에 의하여 전하 패턴이 형성된 기판 위에 나노 입자를 부착하는 제2 실시 형태를 나타낸다.
도 6은 고가로 대전된 나노 입자의 전기 이동도(Electrical Mobility) 분포 를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 패터닝 방법을 적용하여 노이즈(noise)가 최소화된 상태로 감광막 패턴 위에 형성된 1μm 라인(line) 구조물의 전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 8은 나노 입자가 부착되어 감광막 패턴 위에 형성된 500nm 점(dot) 패턴 구조물의 전자현미경(SEM) 사진이다(스케일 바의 크기: 1μm). 여기서, 도 8a는 고가로 대전된 나노 입자를 감광막 패턴 위에 부착한 경우이고, 도 8b는 1가로 대전된 나노 입자를 감광막 패턴 위에 부착한 경우이다.
도 9는 본 발명의 나노 입자 정전 스프레이 방식을 이용한 나노 크기 구조 패터닝 방법의 제 1실시 형태의 흐름도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 나노 입자 정전 스프레이 방식을 이용한 나노 크기 구조 패터닝 방법의 제 2실시 형태의 흐름도를 나타낸다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 모니터 20: CCD 카메라
30: 전류계 40: 주사 펌프(syringe pump)
50: 나노 입자 분산액
60: 전압인가 수단 70: 가스 공급 수단
80: 챔버 85: 절연판
90: 모세관 분사 노즐
95: 배기 라인 100: 기판 지지대
110: 액적 115: 대전된 나노 입자
120: 기판
본 발명은 나노 입자의 정전 스프레이 방식을 이용한 나노 크기 구조의 패터닝 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 나노 입자의 정전 스프레이 방식을 이용하여 나노 입자를 고가로 대전시키고, 포토레지스트 등 마스크 재료를 사용하여 패터닝하거나 전하 패턴 전이에 의한 국부 대전 방식에 의하여 패터닝한 기판 위에 고가로 대전된 나노 입자를 분무하여, 정전기력을 이용하여 기판의 노출된 영역에 부착시키는 공정을 통하여, 높은 재현성을 유지하면서도 노이즈 패턴 발생 등의 문제점이 없이 나노 크기 구조의 미세 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.
나노기술(Nanotechnology)은 정보기술(Information technology) 및 생명공학기술(Biotechology)과 더불어 21세기를 주도할 새로운 개념의 기술로 주목받고 있다. 특히, 나노기술은 물리학, 화학, 생물학, 전자 및 재료 공학 등 여러 과학기술 분야가 융합되어 다양한 산업분야의 기술 혁신을 주도함으로써 인류의 삶의 질을 획기적으로 향상시킬 것으로 기대되고 있다.
이러한 나노기술의 핵심은 나노크기의 수준에서 물질을 제어, 가공함으로써 신 기능의 소자 혹은 응용제품을 구체화하는데 필요한 나노패터닝(nanopatterning) 기술로 집약될 수 있다. 나노패터닝 기술은, 나노 입자(nanoparticle), 나노튜브(nanotube) 및 나노와이어(nanowire) 등으로 대표되는 나노 크기로 제조된 물질들을 원하는 위치에 부착시키거나, 나노 크기 재료들로 구성된 조립체를 얻고자 하는 기술이다. 이와 같이, 분자나 나노 입자를 선택적으로 제어하여 마이크로 및 나노 크기의 구조물을 제작하는 나노패터닝 기술은 물리적, 화학적으로 새로운 특성을 지닌 물질을 개발하거나, 차세대 산업에 주역이 될 양자 소자(quantum device) 및 미래 광소자(future opto-electronics)등을 개발하는데 있어 핵심적인 역할을 할 것으로 기대되고 있다.
도 1은 나노패터닝을 위한 종래 기술의 한 예로서, 레이저 입자 유도 빔을 이용한 미세 구조 패터닝 방법을 설명하는 개략도이다. 이 방법은, 입자가 분산된 액체(Particle/Beads suspension)를 초음파 분무기(Ultrasonic nebulizer)로 분무시킨 후, 생성된 입자의 액적(Mist)에 Nd:YAG 등 레이저를 조사하여 액적 내의 일부 입자들을 기판으로 유도하여 부착시키는 기술이다. 이 방법은 액적 내의 입자들을 레이저빔으로 일일이 기판으로 유도하여야 하므로 일정 크기의 패턴을 형성하기 위해서는 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 정밀도가 몹시 낮은 문제점을 가지고 있으며, 현재까지 마이크로 크기 정도의 패터닝 결과만이 보고되고 있다.
도 2는 전자빔이나 이온빔을 사용하여 기판을 대전시킨 후 나노 입자를 부착하는 종래 기술의 한 방법을 설명하는 개략도이다. 도시된 바와 같이 이 방법은 나노 입자를 용매에 분산시켜 나노 입자 분산액(Suspension)을 준비하고, 기판 위에 전자빔이나 이온빔에 의하여 국부 대전된 전하 패턴을 형성한 후, 기판을 입자 분산액에 담그고(Dipping), 세척(Rinsing)한 후, 건조시켜 입자가 부착된 패턴을 얻는 방법이다. 이 방법은 상술한 레이저 입자 유도 빔을 사용한 방법과는 달리 입자 하나 하나를 일일이 제어하는 기술은 아니나, 기판 표면에 패턴을 형성하기 위해서는 일일이 전자빔에 의한 패터닝을 하여야 하므로, 공정을 위해서는 많은 시간이 소요되어 생산성에 문제가 있으며, 전하 패턴이 형성된 영역 이외에도 입자의 부착이 이루어져 소위 '노이즈 입자'가 형성되기 쉬운 문제점이 있다.
도 3은 SPM(Scanning Probe Microscope)의 팁을 이용하여 분자 단위의 직접 조작에 의하여 미세 패턴을 형성하는 종래 기술의 다른 한 방법을 설명하는 개략도이다. 도시된 바와 같이, SPM 팁을 기판에 접촉시킨 뒤, 펄스 발생기로 전위차를 인가하면, 기판 위의 팁 접촉 부분으로 전하가 전이되어 국부 대전된 패턴이 얻어진다. 이러한 원리를 이용하여, SPM 팁이 달린 미세 캔틸레버를 조작하여 하나 하나 기판 위의 원하는 위치로 접촉시켜 가면서 미세 국부 대전 패턴을 형성시킬 수 있고, 이러한 패턴 위에 반대 극성으로 대전된 입자를 유도하면 패턴된 영역으로 입자를 부착시키는 것이 가능하다. 그러나, SPM 팁을 사용하여 일일이 패턴을 형성하는 방법은 많은 시간이 소요되므로 생산성 측면에서 문제가 있어 이러한 방법을 양산 등에 적용하기에는 많은 문제점이 있게 되며, 이를 극복하기 위해 멀티 캔틸레버를 사용한 병렬 프로세스를 구현하려는 시도가 있기는 하나 이 역시도 다수 개의 캔틸레버를 별도로 정밀 제어하는 데에는 많은 어려움이 있게 되어 아직 한계를 갖고 있다.
상술한 종래 기술들 외에도, 메탈 팁의 접촉을 통하여 기판 위에 라인 등을 그려나가는 방식으로 전하를 이동시켜 국부 대전된 패턴을 형성한 후 나노 입자를 부착시키는 방식 등이 제시되어 있다. 그러나, 이 방법 역시도 기판 위에 패턴을 형성하는 데에 필요한 시간이 너무 많이 소요되어 생산성의 면에서 많은 문제가 있고, 나노 입자의 확산으로 인하여 노이즈 입자가 형성되는 문제점을 갖고 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 종래 기술의 나노패터닝 방법들은 나노 입자의 확산에 의한 노이즈 입자 형성을 제대로 제어하지 못하거나 재현성 및 생산성 측면에서 보완해야 많은 문제를 갖고 있는 것으로 드러나고 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래 기술의 나노 입자 부착을 통한 나노 크기 구조 패터닝 기술들의 선폭의 한계를 극복하고, 높은 재현성을 유지하면서, 특히 노이즈 입자 발생 등의 문제점을 극복하고, 제작 공정의 단순화를 통해 실용적이면서 높은 생산성을 갖는 마이크로 및 나노 크기의 미세 패턴 구조를 제조하기 위한 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 한 특징에 의한 나노 입자 부착에 의한 패터닝 방법은, 나노 입자 분산액을 전위차 인가 수단이 부착된 모세관 분사 노즐을 통하여 소정 양의 전하로 대전시키고 분무시키는 단계; 상기 분무된 입자로부터 현탁 용매를 증발시켜 대전된 나노 입자를 형성하는 단계; 및 마스크 재료의 부분적 잔류에 의하여 그 표면에 미세 패턴이 형성되어 있는 전도성 기판 상의 노출된 영역에 상기 대전된 나노 입자를 부착시키는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 마스크 재료는 포토레지스트(photoresist)가 사용될 수 있다.
또한, 상기 방법은 기판 상에 미세 패턴을 형성하고 있는 상기 잔류된 마스 크 재료를 제거하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 다른 한 측면에 의한 나노 입자 부착에 의한 패터닝 방법은, 나노 입자 분산액을 전위차 인가 수단이 부착된 모세관 분사 노즐을 통하여 소정의 전하로 대전시키고 분무시키는 단계; 상기 분무된 입자로부터 현탁 용매를 증발시켜 대전된 나노 입자를 형성하는 단계; 및 표면의 국부적 대전을 통하여 상기 나노 입자의 전하와 반대 극성을 갖는 전하 패턴을 그 표면에 형성시킨 기판 상의 상기 전하 패턴 상에, 상기 대전된 나노 입자를 부착시키는 단계를 포함한다.
본 발명은 상술한 기존의 입자 패터닝 방법들의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 정전 스프레이 방법을 통해 입자를 고가로 대전시킨 뒤, 포토레지스트(감광막) 등의 마스크 재료를 사용하여 리소그래피 공정에 의하여 형성된 패턴, 또는 국부 대전에 의한 전하 패턴이 형성된 기판 위에 분무하여 부착시키는 공정을 통하여, 노이즈 입자 부착을 최소화시켜 보다 균일하고 재현성 있는 나노 크기 구조의 패턴을 구현하는 것을 기술적 특징으로 하고 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 형태인 정전 스프레이 방식에서 사용되는 장치의 한 예로서, 고가로 대전된 나노 입자 제조 및 나노 입자 부착을 통한 나노 크기 구조의 패턴 형성을 위한 정전 스프레이 장치를 개략적으로 설명하는 도면이다. 예시된 정전 스프레이 장치는, 분사하고자 하는 액체가 공급되는 모세관 분사노즐(90)을 포함한다. 상기 분사노즐(90)은 전원(60)을 통하여 일정 전위가 인가되어 분사되는 액적(110)을 대전시키게 된다.
분무 펌프(40)에 의해 분사 노즐에는 액적(110)의 분사를 위한 압력이 공급되며, 분사 노즐의 전단으로는 나노 입자가 분산되어 부유하고 있는 현탁액 또는 현탁질(이하에서는 '나노 입자 분산액' 이라 한다)(50)이 공급된다. 전원(60)은 가변이 가능하며, 이를 통하여 분사되는 액적의 전하량을 제어하는 것이 가능하다. 나노 입자 분산액(50)은 균일한 패턴을 얻기 위하여 단일 크기 분포(mono-sized distribution)을 갖는 것이 바람직하다.
챔버(80)는 진공 펌프에 의한 배기 및 가스 충진을 통하여 일정 압력으로 유지되거나 또는 상압에서 공정을 수행하는 것도 가능하다. 챔버 내부의 가스 주입(inlet)(70) 및 배출(exhaust)구(95)는 기판 방향으로의 나노 입자의 이동을 돕기 위한 개스 흐름을 형성하도록 설계된다. 이를 위하여, 가스 공급 수단(70)은 통상 분사 노즐(90)이 위치한 방향에 설치되고, 배출구(95)는 기판 지지대(100)의 후면에 위치된다.
모세관 분사 노즐(90)에, 접지에 대하여 적당히 큰 전위 차를 인가하고, 모세관 분사 노즐(90)로 적절한 양의 액체를 보내주면 전기장의 세기와 액체의 유량에 따라 다양한 분사 형태를 보이는데, 이와 같은 조건을 최적화하면 매우 균일한 초미세 액적(110)을 분사시킬 수 있다. 또한 이렇게 분사된 액적(110)은 대부분 단극성의 높은 전하로 대전되고, 이는 모세관 분사 노즐(90)에 인가된 전압의 극성에 따라 양(+)으로도 음(-)으로도 될 수 있다. 이와 같이, 고가로 대전된 액적(110)은 용매의 증발을 통해 부분적으로 이온을 발생시키고, 그 일부분의 전하가 액적(110) 속에 존재하는 나노 입자에 그대로 보존되어 고가로 대전된 나노 입자(115)로 변환된다.
도 4에서는, 예를 들어, 100 nm 이하의 크기를 갖는 나노 입자 분산액(50)을 정전 스프레이 방법을 통해 분사시키고, 나노 입자를 포함한 현탁액의 액적(110)이 형성되고, 이 액적(110)들이 접지된 기판(120) 방향으로 이동하는 과정 중에 용매의 증발을 통해 고가로 대전된 나노 입자(115)로 전환하는 과정을 보여준다. 이 나노 입자(115)들은 예를 들어 감광막과 같은 마스크 재료가 패터닝된 기판(120)의 감광막 스트립 부분에 정전기적 결합력에 의해 부착되게 된다.
여기서, 상기 전위차 인가 수단(60)이 구비된 분사 노즐(90)에 인가되는 전위 차는 분사하고자 하는 나노 입자 분산액의 종류에 따라 2kV 에서 20 kV 까지 다양하게 변화될 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예로써, 대전된 나노 입자의 부착에 의한 패턴 형성 공정을 설명하는 도면이다. 여기서, 도 5a는 감광막 등의 마스크 재료를 사용하여 패터닝된 기판 위에 나노 입자를 부착하는 제1 실시 형태를 나타내며, 도 5b는 국부 대전 방식에 의하여 전하 패턴이 형성된 기판 위에 나노 입자를 부착하는 제2 실시 형태를 나타낸다.
도 5a에 도시된 제 1실시 형태에서는 마스크 재료를 기판 표면에 코팅하고, 포토 리소그래피 공정을 통하여 마이크로 또는 나노 크기의 미세 패턴을 형성시킨 후 상술한 정전 스프레이 방식을 통하여 고가로 대전된 나노 입자를 부착하는 과정을 나타내고 있다. 또한, 이러한 제 1실시 형태의 과정을 도 9에 흐름도를 사용하 여 나타내었다.
기판 상에 코팅되는 마스크 재료(S10)는 포토레지스트가 사용될 수 있으며, 광 리소그래피(photo-lithography) 또는 전자빔 리소그래피(e-beam lithography) 등을 이용하여 기판 위에 미세 패턴을 형성(S20)할 수 있다. 후속 공정 등의 필요에 따라서는, 마스크 재료로서 포토레지스트가 아닌 산화막, 질화막, 탄화막 또는 기타 적절한 재료가 사용될 수 있다. 이러한 재료를 사용할 경우에는 일반적인 하드 마스크(hard mask)의 패터닝 방법--포토레지스트에 의한 패터닝, 식각, 포토레지스트 스트립의 과정--이 사용되게 된다.
이와 같이 기판 위의 마스크 재료에 미세 패턴이 형성되어 노출된 부분과 마스크 재료에 의하여 가려진 부분을 갖게 된 기판 위에, 상술한 정전 스프레이 방법에 의하여 나노 입자가 분산된 액적이 대전 및 분무(S30)되고, 챔버 내의 용매 증발 과정을 통하여 대전된 나노 입자가 얻어진 후(S40), 기판 상의 노출된 부분에 나노 입자 부착에 의한 미세 구조 패턴이 형성(S50)되게 된다.
또한, 도 5b의 제 2실시 형태는, 기판 표면에 나노 입자의 부착 단계 이전에 기판을 패터닝하기 위한 공정에서, PDMS(poly(dimethylsiloxane))를 이용한 스탬프(stamp) 공정이나, SPM 팁 접촉을 통하여 전하 패턴을 기판 표면에 전이하여 국부 대전 패턴을 형성(S120)하는 방법을 사용한 예이다.
PDMS를 사용한 소프트 몰드 스탬프 공정은 최근 반도체 공정의 선폭 감소 추세와 더불어 주목을 받고 있는 소프트 리소그래피(soft lithography) 공정의 하나이다. 이 공정을 채용함으로써 기판 표면에 일일이 국부 대전 패턴을 형성하는 기 존의 방법과 달리 전 영역에 동시에 전하를 전이하여 국부 대전 패턴을 형성시키는 것이 가능하게 되어, 높은 생산성을 얻는 것이 가능하게 된다.
본 제2 실시 형태에서, 이러한 국부 대전 패턴 형성 이후의 공정은 상술한 제1 실시 형태의 경우와 동일하다. 이상에서 설명한 제1 및 제2 실시 형태에서는, 미세 패턴이 형성된 기판 위에 고가로 하전된 나노 입자를 유도하여 나노 입자와 기판 사이에 강한 정전기적 결합력에 의해 감광막이 스트립된 영역이나 하전이 전이된 영역으로만 나노 입자가 부착되어 미세 패턴을 형성하게 된다.
또한, 상술한 제 2실시 형태의 방법을 사용할 경우, 도전성 기판이 아닌 경우에도 나노 크기의 구조 패턴을 형성하는 것이 가능하다는 장점을 얻을 수 있다. 도 10에서는 상술한 본 발명의 제 2실시 형태를 흐름도를 사용하여 나타내었다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.
도 4에 도시된 장치를 사용하여, 본 발명을 적용한 미세 패턴 제조 시험을 수행하였다. 모세관 분사 노즐(90)로는 외경 0.23mm, 내경 0.1mm의 스테인레스스틸 관을 사용하였고, 나노입자 분산액으로는 약 20 nm 크기의 금 나노 입자를 분산시킨 상용 콜로이드 액을 메탄올과 50:50으로 혼합하여 사용하였다. 모세관 분사 노즐로는 약 5~30 ml/hr의 유량을 주사기 펌프를 이용하여 주입시킨 뒤 3~4 kV의 전압을 걸어주어 안정적인 분사모드를 얻은 후, 실험을 수행하였다.
스프레이의 안정성은 CCD 카메라(20)와 TV 모니터(10)를 통해 관찰하였다. 운반기체로는 2 slm(standard liter per minute, l/min)의 질소 또는 이산화탄소를 사용하였다. 모세관 분사노즐(90)로부터 약 10mm 정도 떨어진 곳에, 중심에 구멍을 형성한 접지판을 설치하고, 접지판으로부터 다시 20mm 정도 떨어진 곳에 감광막 패턴이 형성된 기판(120)을 배치하였다. 기판(120)은 접지시켜 전기장에 의해 대전된 나노 입자가 패턴이 스트립된 곳으로 유도되도록 하였다. 경우에 따라서는, 기판(120)에 모세관 분사노즐(90)과는 반대 극성의 전압을 인가하여 더욱 전위 차를 증가시켜 대전된 나노 입자들을 기판으로 유도하는 작용이 강화되도록 할 수도 있다. 전기장의 감광막 패턴 기판은 전자빔 리소그래피를 사용하여 100 nm 에서 1000 nm 까지 다양한 라인 및 점 패턴을 형성한 것을 사용하였다.
도 6은 정전 스프레이 장치에 의해 고가로 대전된 나노 입자의 전기 이동도(Electrical Mobility) 분포를 예시적으로 보여주는 도면이다. 이 분포는 정전 스프레이 장치 하류에 전기 이동도에 따라 입자를 분류하는 미분형 정전 분급기(Differential Mobility Analyzer: DMA)와 하전된 입자의 하전량을 측정하는 패러데이컵 전하량계(Faradaycup electrometer)를 두어 측정하였다. 전기 이동도가 0.4 cm2/(Vs) 와 0.9 cm2/(Vs) 근처에서 피크 값이 나타나고 있는데, 분석된 나노 입자들이 만약 1가로 하전된 입자라면 등가 전기 이동도 크기로 각각 약 2.3 nm와 1.5 nm에 해당한다. 그러나 실제로 분무된 나노 입자를 기판에 부착시킨 뒤 그 크기를 전자 현미경(SEM: scanning electron microscope) 장치로 살펴보면, 10~60 nm의 크기를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 한편, 10~60 nm 입자가 1가로 하전되었을 때의 전기 이동도에 해당하는 곳에서는 전혀 입자 신호를 측정할 수 없었다. 따라서 정전 스프레이를 통해 분무시킨 나노 입자는 상당히 고가로 하전되어 있어 매우 큰 전기 이동도를 갖고 있음을 확인할 수 있었다.
도 7은 본 발명의 패터닝 방법을 적용하여 노이즈(noise)가 최소화된 상태로 감광막 패턴 위에 형성된 1μm 라인(line) 구조물의 전자 현미경(SEM) 사진이다. 정전 스프레이를 통해 발생된 나노 입자가 감광막이 스트립된 패턴 영역(NP)으로만 증착되어 있음을 쉽게 확인할 수가 있다.
도 8은 나노 입자가 부착되어 감광막 패턴 위에 형성된 500nm 점(dot) 패턴 구조물의 전자현미경(SEM) 사진이다(스케일 바의 크기: 1μm). 정전 스프레이 대신에 종래 기술의 증발-응축 입자 발생 장치로 은 입자를 발생시킨 뒤 방사선 물질을 사용하여 입자를 대전시키고, 미분형 정전 분급기(Differential mobility analyzer)로 분급시키면, 1가로 하전된 20 nm 정도의 나노 입자를 얻을 수가 있다. 이 나노 입자를 이용하여 실시예와 동일한 감광막 패턴에 입자를 증착하는 실험을 수행하였다. 비교를 위하여, 동일 크기의 패턴에, 본 발명의 방법을 적용하여 고가로 대전된 나노 입자를 감광막 패턴 위에 부착한 경우를 도 8a 에 나타내었고, 도 8b에는 상술한 종래 기술의 방법에 의하여 1가로 대전된 나노 입자를 감광막 패턴 위에 부착한 경우를 나타내었다.
도 8에 도시된 바와 같이 정전 스프레이에 의해 고가로 하전된 나노 입자를 사용했을 경우(도 8a)엔 감광막이 스트립된 영역에 대부분의 입자가 증착되는 것을 확인할 수 있고, 상술한 방법에 의하여 1가로 하전된 나노 입자를 사용했을 때(도 8b)에는 스트립되지 않은 영역에도 상당량의 입자가 부착되어 노이즈 입자(NS)가 상당히 발생하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 1가로 하전된 나노 입자를 패턴 증 착시킬 경우엔 감광막 제거 공정이 필요하지만 정전 스프레이를 통해 발생시킨 고가로 하전된 나노 입자를 증착시킬 경우엔 감광막 제거 공정이 따로 요구되지 않는다.
본 발명에 의한 나노 입자의 정전 스프레이 방식을 이용한 나노 크기 구조의 패터닝 방법은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 바람직한 실시예에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적이 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 상기 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.
본 발명의 방법을 나노 크기의 미세 구조 패턴 제작에 적용함으로써, 고가로 하전된 나노 입자를 안정되게 기판 표면의 패턴에 부착시키는 것이 가능하여, 노이즈 입자의 발생을 최소화하고, 생산성이 높으면서도 균일한 나노 입자 패턴을 높은 재현성을 가지고 얻을 수 있어, 나노 입자의 부착을 이용한 나노 크기 구조 패턴 제작 기술의 실제 생산에의 적용 가능성을 보다 높이는 것이 가능하다.

Claims (4)

  1. 나노 입자 부착에 의한 패터닝 방법에 있어서,
    10~60[nm] 크기의 나노 입자가 분산된 나노입자 분산액을 2~20[kV]의 전위차 인가 수단이 부착된 모세관 분사 노즐을 통해 2가 이상의 높은 전하량으로 하전된 초미세 액적으로 대전시키고 분무시키는 단계;
    상기 분무된 초미세 액적으로부터 현탁 용매를 증발시켜 2가 이상의 고가로 대전된 나노 입자를 형성하는 단계; 및
    포토레지스트로 구성된 마스크 재료의 부분적 잔류에 의하여 표면에 미세 패턴이 형성되어 있는 전도성 기판 상의 노출된 영역에 상기 2가 이상의 고가로 대전된 나노 입자를 부착시키는 단계를 포함하는 나노 입자 부착에 의한 패터닝 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전도성 기판 상에 미세 패턴을 형성하고 있는 상기 부분적 잔류된 포토레지스트를 제거하는 단계를 더 포함하는 나노 입자 부착에 의한 패터닝 방법.
  4. 나노 입자 부착에 의한 패터닝 방법에 있어서,
    10~60[nm] 크기의 나노 입자가 분산된 나노입자 분산액을 2~20[kV]의 전위차 인가 수단이 부착된 모세관 분사 노즐을 통해 2가 이상의 높은 전하량으로 하전된 초미세 액적으로 대전시키고 분무시키는 단계;
    상기 분무된 초미세 액적으로부터 현탁 용매를 증발시켜 2가 이상의 고가로 대전된 나노 입자를 형성하는 단계; 및
    표면의 국부적 대전을 통하여 상기 나노 입자의 전하와 반대 극성을 갖는 전하 패턴을 표면에 형성시킨 도전성 기판 상의 상기 전하 패턴 상에 상기 2가 이상의 고가로 대전된 나노 입자를 부착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 입자 부착에 의한 패터닝 방법.
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