KR101016007B1 - 고종횡비 미세 구조물 및 그 제조방법과 고종횡비 미세구조물 어레이 및 그 제조방법 - Google Patents

고종횡비 미세 구조물 및 그 제조방법과 고종횡비 미세구조물 어레이 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101016007B1
KR101016007B1 KR1020080062547A KR20080062547A KR101016007B1 KR 101016007 B1 KR101016007 B1 KR 101016007B1 KR 1020080062547 A KR1020080062547 A KR 1020080062547A KR 20080062547 A KR20080062547 A KR 20080062547A KR 101016007 B1 KR101016007 B1 KR 101016007B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
negative photoresist
microstructure
aspect ratio
high aspect
attaching
Prior art date
Application number
KR1020080062547A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100002597A (ko
Inventor
이승섭
이석우
이정아
Original Assignee
한국과학기술원
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 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020080062547A priority Critical patent/KR101016007B1/ko
Priority to PCT/KR2008/003871 priority patent/WO2010002045A1/en
Publication of KR20100002597A publication Critical patent/KR20100002597A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101016007B1 publication Critical patent/KR101016007B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00023—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems without movable or flexible elements
    • B81C1/00111—Tips, pillars, i.e. raised structures
    • 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
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • 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
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/2002—Exposure; Apparatus therefor with visible light or UV light, through an original having an opaque pattern on a transparent support, e.g. film printing, projection printing; by reflection of visible or UV light from an original such as a printed image
    • G03F7/2014—Contact or film exposure of light sensitive plates such as lithographic plates or circuit boards, e.g. in a vacuum frame
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/03—Static structures
    • B81B2203/0361—Tips, pillars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2207/00—Microstructural systems or auxiliary parts thereof
    • B81B2207/05—Arrays
    • B81B2207/056—Arrays of static structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2201/00—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems
    • B81C2201/01—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate
    • B81C2201/0101—Shaping material; Structuring the bulk substrate or layers on the substrate; Film patterning
    • B81C2201/0156—Lithographic techniques
    • B81C2201/0159—Lithographic techniques not provided for in B81C2201/0157
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

본 발명에 의한 고종횡비 미세 구조물의 제조방법은, 투명 기판의 표면에 패턴 홈을 갖는 포토 마스크를 부착하는 포토 마스크 부착단계와, 포토 마스크의 표면에 네가티브 포토레지스트를 부착하는 포토레지스트 부착단계와, 투명 기판의 포토 마스크가 부착된 부분의 반대쪽에서 빛을 조사하여 패턴 홈을 통해 네가티브 포토레지스트로 조사되는 빛으로 네가티브 포토레지스트의 일부를 경화시키는 노광 단계와, 네가티브 포토레지스트의 노광되지 않은 부분을 제거하여 네가티브 포토레지스트가 경화되어 이루어진 미세 구조물을 드러내는 현상 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 포토리소그라피 공정을 이용하여 미세 구조물을 저렴하고 간편하게 제조할 수 있다.

Description

고종횡비 미세 구조물 및 그 제조방법과 고종횡비 미세 구조물 어레이 및 그 제조방법{High aspect ratio microstructure and method of fabricating the same and high aspect ratio microstructure array and method of fabricating the same}
본 발명은 고종횡비를 갖는 미세 구조물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 포토리소그라피에 의해 제조되는 고종횡비 미세 구조물 및 그 제조방법과 고종횡비 미세 구조물 어레이 및 그 제조방법에 관한 것이다.
나노기술(Nano Technology)은 물질의 크기가 대략 100nm 이하일 때 나타나는 새로운 현상 및 특성을 이용하는 기술이다. 나노기술은 원자, 분자 수준에서 물질을 물리적 혹은 화학적으로 제어하여 유용한 구조와 기능을 발현시키는 기술이며, 이를 통해 종래와는 전혀 다른 원리의 디바이스 구축을 가능하게 하는 기술로서 활용 가능성이 매우 광범위한 기술분야이다. 이러한 나노기술은 제조, 의약, 국방, 에너지, 운송, 통신, 컴퓨터 등 다양한 분야에서 현재의 마이크로기술을 대체할 것으로 예상되고 있다.
나노기술에 있어서 나노와이어와 나노튜브가 핵심적인 연구 분야라고 할 수 있다. 나노와이어(Nanowire)는 길이는 수㎛에서 수십㎛, 지름은 100nm 이하의 고종횡비(High Aspect Ratio)를 갖는 미세 구조물을 말하는 것으로 단결정성 및 1차원특성을 갖는다. 이러한 나노와이어의 특성을 이용하면 전자요소들의 집적도를 향상시킬 수 있어 소자의 소형화를 촉진시킬 수 있다. 일예로 수직으로 배열되는 나노와이어 트랜지스터의 가능성이 증명되고 있고, 잘 정렬된 다층의 나노와이어를 이용하여 3차원적인 나노전자소자를 구현하는 연구도 이루어지고 있다. 그리고 나노와이어는 TFT(Thin-Film-Transistor)나 센서, 투명하고 플렉시블한 전자소자에 적용되어 성능면에서 혁신적인 결과를 가져다줄 수 있다.
나노와이어의 제조방법으로는 포토리소그라피(Photolithography) 등과 같이 나노미터 수준의 가공을 통해 나노미터 크기의 구조체를 인공적으로 형성하는 하향식(Top-down) 방식과, 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition)과 같이 물질의 최소 단위인 원자나 분자를 조작하여 원하는 구조체를 형성하는 상향식(Bottom-up) 방식이 있다.
크기가 마이크론 혹은 나노 수준의 미세 구조물을 제조함에 있어서, 상향식 방식은 재현성이 낮고, 크기의 조절이 어려우며, 공정의 범용성이 부족해 다양한 분야로의 적용이 어려운 단점을 가지고 있다. 그리고 하향식 방식은 빛의 회절현상으로 인하여 제작 가능한 나노와이어의 종횡비에 한계가 있다고 알려져 있다. 일예로, 널리 쓰이고 있는 I-line 자외선(λ=365nm)의 경우 포토마스크(Photomask)를 통과한 자외선이 회절현상으로 인해 퍼져 제작 가능한 미세 구조물의 종횡비가 3이하로 제한된다.
본 발명은 종래 미세 구조물의 제조방법이 갖는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 비용이 저렴하고 간편한 포토리소그라피를 이용하여 고종횡비를 갖는 미세 구조물을 제조할 수 있는 고종횡비 미세 구조물 및 고종횡비 미세 구조물 어레이 제조방법과 이들 제조방법에 의해 만들어지는 고종횡비 미세 구조물 및 고종횡비 미세 구조물 어레이를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 고종횡비 미세 구조물의 제조방법은, 투명 기판의 표면에 패턴 홈을 갖는 포토 마스크를 부착하는 포토 마스크 부착단계와, 포토 마스크의 표면에 네가티브 포토레지스트를 부착하는 포토레지스트 부착단계와, 투명 기판의 포토 마스크가 부착된 부분의 반대쪽에서 빛을 조사하여 패턴 홈을 통해 네가티브 포토레지스트로 조사되는 빛으로 네가티브 포토레지스트의 일부를 경화시키는 노광 단계와, 네가티브 포토레지스트의 노광되지 않은 부분을 제거하여 네가티브 포토레지스트가 경화되어 이루어진 미세 구조물을 드러내는 현상 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 고종횡비 미세 구조물의 제조방법은, 투명 기판의 일측 표면에 패턴 홈을 갖는 포토 마스크를 부착하는 포토 마스크 부착단계와, 포토 마스크가 부착된 면과 반대쪽인 투명 기판의 타측 표면에 네가티브 포토레지스트를 부착하는 포토레지스트 부착단계와, 패턴 홈을 통해 네가티브 포토레지스트로 빛을 조 사하여 네가티브 포토레지스트의 일부를 경화시키는 노광 단계와, 네가티브 포토레지스트의 노광되지 않은 부분을 제거하여 네가티브 포토레지스트가 경화되어 이루어진 미세 구조물을 드러내는 현상 단계를 포함하고, 본 발명에 의한 고종횡비 미세 구조물은 상기와 같은 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 고종횡비 미세 구조물 어레이의 제조방법은, 투명 기판의 표면에 일정한 간격으로 배치된 복수의 패턴 홈을 갖는 포토 마스크를 부착하는 포토 마스크 부착단계와, 포토 마스크의 표면에 네가티브 포토레지스트를 부착하는 포토레지스트 부착단계와, 투명 기판의 포토 마스크가 부착된 부분의 반대쪽에서 빛을 조사하여 복수의 패턴 홈을 통해 네가티브 포토레지스트로 조사되는 빛으로 네가티브 포토레지스트의 일부를 경화시키는 노광 단계와, 네가티브 포토레지스트의 노광되지 않은 부분을 제거하여 네가티브 포토레지스트가 경화되어 이루어진 복수의 미세 구조물을 드러내는 현상 단계와, 복수의 미세 구조물을 가열하여 탄화시키는 열분해 단계를 포함하고, 본 발명에 의한 고종횡비 미세 구조물 어레이는 상기와 같은 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 포토 마스크를 투명 기판의 표면에 부착하고 투명 기판의 포토 마스크가 부착된 반대 면으로 빛을 조사함으로써, 빛의 세기를 포토 마스크에 형성된 패턴 홈의 중심으로 집중시킬 수 있다. 이러한 원리를 이용함으로써 미세 구조물을 저렴하고 간편하게 제조할 수 있고, 빛의 세기나 조사 시간을 조절함으로써 다양한 형상의 미세 구조물의 제조가 가능하다.
또한 본 발명에 의하면, 미세 구조물의 폭이 수 ㎛인 경우 30 이상의 고종횡비 미세 구조물의 제작이 가능하고, 미세 구조물의 폭이 수백 nm인 경우 빛의 조사량을 조절함으로써 종횡비가 5~10인 미세 구조물을 제작할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면 투명 기판에 수직으로 배열된 고종횡비 미세 구조물 어레이를 저렴하고 간편하게 제조할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 고종횡비 미세 구조물의 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명에 의한 고종횡비 미세 구조물의 제조방법은 하향식(Top-down) 방식으로, 크게 포토리소그라피(Photolithography) 공정과 열분해(Pyrolysis) 공정으로 구분된다.
도 1 내지 도 4는 포토리소그라피 공정을 나타낸 것으로, 도 1에 도시된 것과 같이 두께가 500㎛인 유리 기판(Pyrex #7740, Corning Co., 10)의 일측 표면에 두께 1100Å의 크롬 필름(11)이 부착된다. 유리 기판(10)은 유리 이외의 다양한 투명 기판으로 변경될 수 있고, 크롬 필름(11)은 투명 기판의 일측 표면에 부착되어 빛을 차단할 수 있는 다양한 포토 마스크로 변경될 수 있다. 크롬 필름(11)은 직경이 1.0㎛으로 일정한 간격으로 배치된 복수의 패턴 홈(11a)을 가지고 있고, 전자빔증착법(e-beam evaporation) 또는 다른 방법에 의해 유리 기판(10)에 부착된다. 복수의 패턴 홈(11a)은 빛을 통과시키는 부분으로 그 직경과 배치 간격이 다양하게 변경될 수 있고, 형상 또한 원형 이외의 형상으로 변경될 수 있다. 유리 기판(10) 의 크롬 필름(11)이 부착되는 부분은 출사면이 된다.
도 2에 도시된 것과 같이, 크롬 필름(11)이 유리 기판(10)에 부착된 후 크롬 필름(11)의 표면에 네가티브 포토레지스트(Negative Photo Resist)인 SU-8(SU-8 100, Microchem Co., 12)이 적절한 두께로 스핀 코팅된 후 건조된다. 크롬 필름(11)의 표면에는 SU-8(12) 대신 다른 네가티브 포토레지스트가 부착될 수 있다. SU-8(12)이 크롬 필름(11)에 부착된 후 유리 기판(10)으로 자외선(UV)이 조사된다.
도 3에 도시된 것과 같이, 자외선(UV)은 유리 기판(10)의 크롬 필름(11)이 부착된 반대쪽 표면으로 조사되어 크롬 필름(11)의 복수의 패턴 홈(11a)을 통과하여 SU-8(12)로 입사된다. 도면에는 도시되지 않았으나, 본 실시예에서는 광원과 유리 기판(10)의 사이에 밴드패스 필터(Bandpass Filter, λ=365nm, bandwidth=10nm, 079-0550 bandpass filter, Opto-Sigma Co.)가 배치되어 광원에서 조사된 자외선(UV)이 필터링되었다. 본 발명에 있어서 노광(Photo Exposure)에 사용되는 빛은 자외선(UV) 이외에도 DUV(Deep Ultraviolet), EUV(Extreme Ultraviolet), X-Ray 등 네가티브 포토레지스트를 경화시킬 수 있는 다양한 빛이 이용될 수 있다.
유리 기판(10)으로 입사되어 크롬 필름(11)의 복수의 패턴 홈(11a)을 통과한 자외선(UV)은 회절(Diffraction)에 의해 패턴 홈(11a)의 외측으로 퍼지기도 하지만 빛의 세기가 가운데로 집중된다. SU-8(12)의 영역 중에서 경화되는 부분(12b)은 빛이 조사되는 부분(12a) 중에서도 조사된 빛의 에너지량이 SU-8(12)의 경화 에너지 임계값 보다 큰 부분으로 한정되며, SU-8(12)의 경화되는 부분(12b)은 종횡비가 큰 원뿔 형상으로 나타난다. SU-8(12)의 경화된 부분(12b)은 미세 구조물(13)을 형성 하게 되므로, 자외선(UV)의 세기나 조사 시간을 조절하여 SU-8(12)로 조사되는 빛의 에너지량을 조절함으로써 미세 구조물(13)의 모양을 바꿀 수 있다. SU-8(12)로 조사되는 빛의 에너지량을 증가시키면 SU-8(12)의 경화되는 부분(12b)은 옆으로 퍼지기 보다는 빛의 조사 방향을 따라 길어지는데, 이러한 현상은 빛이 회절에 의해 패턴 홈(11a)의 중심으로 집중되기 때문이다.
노광 공정이 끝난 후, SU-8(12)은 현상(Development) 공정을 거친다. 노광된 SU-8(12)이 PGMEA 현상액(Microchem Co.)과 같은 현상액에 1시간 이상 담겨 있으면, 도 4에 도시된 것과 같이, SU-8(12)의 경화되지 않은 부분이 제거되고 경화된 부분만 남게 된다. 현상 공정 후, 미세 구조물들은 세척액으로 세척된다. 세척액으로는 이소프로필알콜(Isopropanol), 탈이온화수(Deionized Water) 또는 다른 것이 사용될 수 있다.
이러한 포토리소그래피 공정에 있어서, 종래의 포토리소그래피 공정과는 다르게 포토 마스크가 투명 기판의 표면에 부착됨으로써, 노광 공정에서 포토 마스크와 투명 기판 사이에서 빛의 회절이 발생되지 않는다. 이러한 특징은 네가티브 포토레지스트로 조사되는 빛을 패턴 홈(11a)의 중심으로 집중시키는데 유리하게 작용한다. 도면에서는 네가티브 포토레지스트가 포토 마스크의 표면에 부착되는 것으로 설명하였으나, 네가티브 포토레지스트는 투명 기판의 포토 마스크가 부착된 부분의 반대쪽 표면에 부착될 수도 있다. 이 경우, 빛은 포토 마스크로 조사되어 투명 기판을 통과하여 네가티브 포토레지스트로 조사된다.
도 5는 패턴 홈(11a)의 직경이 약 3.0㎛(2.97㎛)이고, 유리 기판(10)으로 조 사된 자외선(UV)의 에너지가 109.2mJ/㎠일 때 유리 기판(10)에 만들어진 미세 구조물(13)을 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지이다. 도면을 보면 미세 구조물(13)은 그 종횡비가 20 이상이고, 그 끝단 직경은 약 700nm(697.00nm)까지 축소된 것을 알 수 있다. 미세 구조물(13)의 형상은 빛의 조사로 인해 SU-8(12)의 내부 영역에서 축적된 에너지량을 계산하여 예측할 수 있다.
SU-8(12)의 내부 영역에서의 축적 에너지량(Exposed Dose)은 도 6에 도시된 회절 분석 모델과 호이겐스-프레넬 회절 원리(Huygens-Fresnel diffraction principle)와 관계된 다음의 식들을 통해 구할 수 있다.
Figure 112008047003321-pat00001
, (1)
Figure 112008047003321-pat00002
, (2)
Figure 112008047003321-pat00003
, (3)
위의 식 (1), (2)에서 U는 빛의 전파에 의해 유도되는 전계(Electric Field), λ는 파장, c는 빛의 속도, ε은 유전상수(Dielectric Constant), P0은 SU-8(12)에서의 위치, P1은 패턴 홈(11a)의 위치이다. 그리고 식 (3)에서 tExp는 노광 시간, R1은 유리 기판(10)과 SU-8(12) 사이의 반사계수(Reflection Coefficient), z는 유리 기판(10)으로부터의 빛의 투사거리, αExp는 노광된 SU-8(12)의 흡수 율(Absortion Coefficient) αUn exp는 비노광된 SU-8(12)의 흡수율을 나타낸다.
위의 식들은 수치해석(Numerical Analysis)을 통해 계산된다. 도 7은 조사 에너지 D0이 100mJ/㎠이고 패턴 홈(11a)의 직경이 1.0㎛일 경우의 수치해석된 결과로, 정규화된 축적 에너지(D/D0)의 분포를 나타낸 것이다. 축적 에너지량의 분포에서 SU-8(12)의 경화 에너지를 갖는 부분을 연결한 선(Conture line)이 경화 에너지의 임계값이다. 여기에서 경화 에너지의 임계값 DC는 50mJ/㎠이다. 선의 안쪽은 축적 에너지량이 경화 에너지 임계값보다 커서 경화되는 부분이고, 선의 바깥쪽은 축적 에너지량이 경화 에너지 임계값보다 작아서 현상 공정에서 제거되는 부분이다.
도 8은 패턴 홈(11a)의 직경이 1.0㎛이고 조사 에너지 D0이 109.2mJ/㎠일 때, 실제 제조된 미세 구조물(13)의 SEM 이미지와 계산된 축적 에너지량 D를 연결한 선을 나타낸 것이다. 도 8을 보면 SU-8(12)의 내부에서 축적 에너지량이 63mJ/㎠ 이상이 되는 부분이 경화된 것을 확인할 수 있고, 이때의 미세 구조물(13)의 높이는 4.6㎛가 된다. 도 9 및 도 10은 패턴 홈(11a)의 직경이 1.0㎛이고 조사 에너지 D0가 각각 218.4mJ/㎠과 327.6mJ/㎠일 경우를 나타낸 것으로, 조사 에너지 D0가 218.4mJ/㎠일 때 미세 구조물(13)의 높이는 7.0㎛이고, 조사 에너지 D0가 327.6mJ/㎠일 때 미세 구조물(13)의 높이는 10.9㎛에 이르는 것을 확인할 수 있다. 따라서 SU-8(12) 또는 다른 네가티브 포토레지스트의 경화 에너지 임계값과 조사되는 빛의 파장을 고려하여 패턴 홈(11a)의 크기를 적절하게 선택하고, 노광에 의해 SU-8(12) 의 경화되는 부분의 형상을 수치해석으로 산출하여 빛의 조사 에너지를 적절하게 조절함으로써 원하는 형상의 미세 구조물(13)을 만들 수 있다.
포토리소그래피 공정을 통해 만들어진 SU-8(12)의 미세 구조물(13)들은 열분해 공정을 통해 두께가 축소된다. 도 11에 도시된 것과 같이 열분해 공정시, SU-8(12)의 미세 구조물(13)들은 석영 튜브 가마(Quartz Tube Furnace, 20)에서 고온으로 가열된다. 이때 석영 튜브 가마(20)의 외부로부터 열이 가해지고, 석영 튜브 가마(20)의 내부에는 질소가스(N2)가 공급되어 석영 튜브 가마(20)의 내부는 고온의 불활성 환경이 된다.
도 12는 열분해 공정이 실행되는 동안 석영 튜브 가마(20) 내부의 온도 변화를 나타낸 것으로, 석영 튜브 가마(20) 내부의 온도는 300℃로 일정 시간 유지되다가 700℃로 상승한 후 냉각된다. 석영 튜브 가마(20) 내부의 온도가 300℃로 3시간 동안 유지될 때 SU-8(12)의 미세 구조물(13)은 건조되면서 휘발성 화학물이 증발된다. 이후 석영 튜브 가마(20) 내부의 온도는 700℃까지 10℃/min의 증가율로 증가하여 700℃로 30분간 유지되며, 이때 SU-8(12)의 미세 구조물(13)은 수소와 산소가 분해되면서 두께가 축소된다. 이후 석영 튜브 가마(20) 내부의 온도는 불활성 환경에서 자연스럽게 냉각된다. 이와 같이 SU-8(12)의 미세 구조물(13)은 열분해 공정을 통해 탄화되어 도 13에 도시된 것과 같이, 두께가 축소된 탄소 미세 구조물(14)로 변형된다. 열분해 공정이 끝나면 미세 구조물(13)의 크기와 체적은 약 10% 정도 감소된다. 열분해 공정에서 미세 구조물(13)을 가열하기 위한 가마는 석영 튜브 가 마(20) 이외의 다른 것이 이용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의한 고종횡비 미세 구조물의 제조방법에 의하면, 포토 마스크가 투명 기판의 표면에 부착되고, 투명 기판의 포토 마스크가 부착된 반대 표면으로 빛이 조사됨으로써, 빛의 세기가 포토 마스크에 형성된 패턴 홈의 중심으로 집중될 수 있다. 이러한 원리를 이용함으로써 미세 구조물(13)을 저렴하고 간편하게 제조할 수 있고, 빛의 세기나 조사 시간을 조절함으로써 다양한 형상의 미세 구조물(13) 및 투명 기판에 수직으로 배열된 미세 구조물 어레이를 만들 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 즉, 본 발명은 기재된 특허청구범위의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 고종횡비 미세 구조물의 제조방법에 있어서 유리 기판의 표면에 크롬 필름이 부착된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 2는 크롬 필름의 표면에 SU-8이 부착된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 3은 SU-8이 자외선에 의해 노광되는 과정을 나타낸 사시도이다.
도 4는 SU-8의 노광된 부분이 경화되어 이루어진 미세 구조물이 현상 과정을 통해 드러난 상태를 나타낸 사시도이다.
도 5는 패턴 홈의 직경이 약 3.0㎛이고 노광에 사용된 자외선의 세기가 109.mJ/㎠일 때 만들어진 미세 구조물을 나타낸 SEM 이미지이다.
도 6은 패턴 홈을 통해 SU-8로 조사되는 빛의 회절 분석 모델을 나타낸 것이다.
도 7은 패턴 홈의 직경이 1.0㎛이고 노광에 사용된 자외선의 세기가 100mJ/㎠일 경우에 SU-8에 축적된 정규화된 축적 에너지량의 분포를 나타낸 것이다.
도 8 내지 도 10은 패턴 홈의 직경이 1.0㎛일 경우 노광에 사용된 자외선의 세기 변화에 따른 미세 구조물을 형상 변화를 나타낸 SEM 이미지이다.
도 11은 미세 구조물이 석영 튜브 가마의 내부에서 열분해 되는 과정을 나타낸 것이다.
도 12는 도 11의 열분해 과정에서 석영 튜브 가마 내부의 온도 변화를 나타낸 것이다.
도 13은 미세 구조물이 열분해에 의해 탄화되어 형성된 탄소 미세 구조물을 나타낸 사시도이다.
♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명♣
10 : 유리 기판 11 : 크롬 필름
11a : 패턴 홈 12 : SU-8
13 : 미세 구조물 14 : 탄소 미세 구조물
20 : 석영 튜브 가마

Claims (19)

  1. 투명 기판의 표면에 패턴 홈을 갖는 포토 마스크를 부착하는 포토 마스크 부착단계와;
    상기 포토 마스크의 표면에 네가티브 포토레지스트를 부착하는 포토레지스트 부착단계와;
    상기 투명 기판의 상기 포토 마스크가 부착된 부분의 반대쪽에서 빛을 조사하여 상기 패턴 홈을 통해 상기 네가티브 포토레지스트로 조사되는 빛으로 상기 네가티브 포토레지스트의 일부를 경화시키는 노광 단계와;
    상기 네가티브 포토레지스트의 노광되지 않은 부분을 제거하여 상기 네가티브 포토레지스트가 경화되어 이루어진 미세 구조물을 드러내는 현상 단계와;
    상기 미세 구조물을 가열하여 탄화시킴으로써 그 폭을 축소시키는 열분해 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고종횡비 미세 구조물의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광 단계에서 상기 미세 구조물의 형상을 한정하기 위해 상기 네가티브 포토레지스트에 입사되는 빛의 축적 에너지량을 조절하는 것을 특징으로 하는 고종횡비 미세 구조물의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 네가티브 포토레지스트에 입사되는 빛의 축적 에너지량 조절하기 위해 상기 네가티브 포토레지스트로 조사하는 빛의 세기를 조절하는 것을 특징으로 하는 고종횡비 미세 구조물의 제조방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 네가티브 포토레지스트에 입사되는 빛의 축적 에너지량을 조절하기 위해 상기 네가티브 포토레지스트로 조사하는 빛의 조사 시간을 조절하는 것을 특징으로 하는 고종횡비 미세 구조물의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 네가티브 포토레지스트는 SU-8이고,
    상기 SU-8에 빛을 조사하기 전에 다음의 식 1, 식 2, 식 3을 통해 노광에 의해 상기 SU-8가 경화되는 부분의 형상을 산출하는 수치해석 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고종횡비 미세 구조물의 제조방법.
    Figure 112010058587569-pat00004
    , 식 1,
    Figure 112010058587569-pat00005
    , 식 2,
    Figure 112010058587569-pat00006
    , 식 3
    U: 전파에 의해 유도되는 전계(Electric Field), λ: 파장, c: 빛의 속도, ε: 유전상수(Dielectric Constant), P0: SU-8(12)에서의 위치, P1: 패턴 홈(11a)의 위치, tExp: 노광 시간, R1: 유리 기판(10)과 SU-8(12) 사이의 반사계수(Reflection Coefficient), z: 유리 기판(10)으로부터의 빛의 투사거리, αExp: 노광된 SU-8(12)의 흡수율(Absortion Coefficient), αUn exp: 비노광된 SU-8(12)의 흡수율
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 열분해 단계에서 상기 미세 구조물을 가마의 내부에 넣고, 상기 가마에 열을 가하면서 상기 가마의 내부에 질소가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 고종횡비 미세 구조물의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 열분해 단계에서 상기 가마 내부의 온도를 제 1 온도로 제 1 시간 동안 유지시켜 상기 미세 구조물로부터 휘발성 화학물을 증발시키고, 상기 가마 내부의 온도를 제 1 온도보다 높은 제 2 온도로 제 2 시간 동안 유지시켜 상기 미세 구조 물을 탄화시키는 것을 특징으로 하는 고종횡비 미세 구조물의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 온도는 300℃, 상기 제 1 시간은 3시간, 상기 제 2 온도는 700℃, 상기 제 2 시간은 30분인 것을 특징으로 하는 고종횡비 미세 구조물의 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토 마스크는 크롬 필름인 것을 특징으로 하는 고종횡비 미세 구조물의 제조방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 네가티브 포토레지스트는 SU-8인 것을 특징으롤 하는 고종횡비 미세 구조물의 제조방법.
  12. 투명 기판의 일측 표면에 패턴 홈을 갖는 포토 마스크를 부착하는 포토 마스크 부착단계와;
    상기 포토 마스크가 부착된 면과 반대쪽인 상기 투명 기판의 타측 표면에 네가티브 포토레지스트를 부착하는 포토레지스트 부착단계와;
    상기 패턴 홈을 통해 상기 네가티브 포토레지스트로 빛을 조사하여 상기 네가티브 포토레지스트의 일부를 경화시키는 노광 단계와;
    상기 네가티브 포토레지스트의 노광되지 않은 부분을 제거하여 상기 네가티브 포토레지스트가 경화되어 이루어진 미세 구조물을 드러내는 현상 단계와;
    상기 미세 구조물을 가열하여 탄화시킴으로써 그 폭을 축소시키는 열분해 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고종횡비 미세 구조물의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 노광 단계에서 상기 미세 구조물의 형상을 한정하기 위해 상기 네가티브 포토레지스트에 입사되는 빛의 축적 에너지량을 조절하는 것을 특징으로 하는 고종횡비 미세 구조물의 제조방법.
  14. 삭제
  15. 제 1 항 내지 제 4 항, 제 6 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 의한 제조방법으로 제조되는 고종횡비 미세 구조물.
  16. 투명 기판의 표면에 일정한 간격으로 배치된 복수의 패턴 홈을 갖는 포토 마스크를 부착하는 포토 마스크 부착단계와;
    상기 포토 마스크의 표면에 네가티브 포토레지스트를 부착하는 포토레지스트 부착단계와;
    상기 투명 기판의 상기 포토 마스크가 부착된 부분의 반대쪽에서 빛을 조사하여 상기 복수의 패턴 홈을 통해 상기 네가티브 포토레지스트로 조사되는 빛으로 상기 네가티브 포토레지스트의 일부를 경화시키는 노광 단계와;
    상기 네가티브 포토레지스트의 노광되지 않은 부분을 제거하여 상기 네가티브 포토레지스트가 경화되어 이루어진 복수의 미세 구조물을 드러내는 현상 단계와;
    상기 복수의 미세 구조물을 가열하여 탄화시키는 열분해 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고종횡비 미세 구조물 어레이의 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 노광 단계에서 상기 미세 구조물의 형상을 한정하기 위해 상기 네가티브 포토레지스트에 입사되는 빛의 축적 에너지량을 조절하는 것을 특징으로 하는 고종횡비 미세 구조물 어레이의 제조방법.
  18. 삭제
  19. 제16항 내지 제17항 중 어느 한 항에 의한 제조방법으로 제조된 고종횡비 미세 구조물 어레이.
KR1020080062547A 2008-06-30 2008-06-30 고종횡비 미세 구조물 및 그 제조방법과 고종횡비 미세구조물 어레이 및 그 제조방법 KR101016007B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080062547A KR101016007B1 (ko) 2008-06-30 2008-06-30 고종횡비 미세 구조물 및 그 제조방법과 고종횡비 미세구조물 어레이 및 그 제조방법
PCT/KR2008/003871 WO2010002045A1 (en) 2008-06-30 2008-07-01 High aspect ratio microstructure and method of fabricating the same and high aspect ratio microstructure array and method of fabricating the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080062547A KR101016007B1 (ko) 2008-06-30 2008-06-30 고종횡비 미세 구조물 및 그 제조방법과 고종횡비 미세구조물 어레이 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100002597A KR20100002597A (ko) 2010-01-07
KR101016007B1 true KR101016007B1 (ko) 2011-02-23

Family

ID=41466117

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080062547A KR101016007B1 (ko) 2008-06-30 2008-06-30 고종횡비 미세 구조물 및 그 제조방법과 고종횡비 미세구조물 어레이 및 그 제조방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101016007B1 (ko)
WO (1) WO2010002045A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160072869A (ko) 2014-12-15 2016-06-24 한국과학기술원 튜너 나노라디오

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11280034B2 (en) 2014-04-04 2022-03-22 University Of Florida Research Foundation, Inc. Nanofibrous carbon microstructures

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5814414A (en) 1992-04-27 1998-09-29 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy High aspect ratio metal microstructures and method for preparing the same
KR20080054397A (ko) * 2005-10-04 2008-06-17 키모토 컴파니 리미티드 표면요철의 제작방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5814414A (en) 1992-04-27 1998-09-29 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy High aspect ratio metal microstructures and method for preparing the same
KR20080054397A (ko) * 2005-10-04 2008-06-17 키모토 컴파니 리미티드 표면요철의 제작방법

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Huang, Heng-Chi et al., The 4th IEEE Conference on Sensors, Oct. 31 - Nov. 3, 2005, Irvine, CA, USA, pp. 484-487*
W. Yang et al., Proceedings of the 2nd IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems, January 16-19, 2007, Bangkok, Thailand, pp. 571-574*

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160072869A (ko) 2014-12-15 2016-06-24 한국과학기술원 튜너 나노라디오

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010002045A1 (en) 2010-01-07
KR20100002597A (ko) 2010-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jin et al. λ/30 inorganic features achieved by multi-photon 3D lithography
Ouk Kim et al. Epitaxial self-assembly of block copolymers on lithographically defined nanopatterned substrates
US6946410B2 (en) Method for providing nano-structures of uniform length
US8636914B2 (en) Method of forming pattern
JP2006504136A5 (ko)
US7374864B2 (en) Combined nanoimprinting and photolithography for micro and nano devices fabrication
Cardenas-Benitez et al. Pyrolysis-induced shrinking of three-dimensional structures fabricated by two-photon polymerization: experiment and theoretical model
JP2004283065A (ja) 化学走性機能制御膜の製造方法および人工材料並びに人工材料の製造方法
JP2005203797A (ja) ナノインプリントリソグラフィ用大面積スタンプ製作方法
Kovalskiy et al. Chalcogenide glass e-beam and photoresists for ultrathin grayscale patterning
Kovalskiy et al. Development of chalcogenide glass photoresists for gray scale lithography
Pina-Hernandez et al. Nanoimprinted high-refractive index active photonic nanostructures based on quantum dots for visible light
Fang et al. Femtosecond laser direct writing of 3D silica‐like microstructure from hybrid epoxy cyclohexyl POSS
KR101016007B1 (ko) 고종횡비 미세 구조물 및 그 제조방법과 고종횡비 미세구조물 어레이 및 그 제조방법
KR100943971B1 (ko) 탄소 미세 구조물을 갖는 전계방출 어레이 및 그 제조방법
Leuschel et al. Deep-UV photoinduced chemical patterning at the micro-and nanoscale for directed self-assembly
Kim et al. Surface plasmon-assisted nano-lithography with a perfect contact aluminum mask of a hexagonal dot array
KR100582781B1 (ko) 임프린트 리소그라피용 스탬퍼 제조 방법
Pang et al. 3D Stretchable Arch Ribbon Array Fabricated via Grayscale Lithography
JP2012204429A (ja) インプリント用テンプレート、その製造方法及びパターン形成方法
NL2005263A (en) Imprint lithography.
Stokes et al. Preparation of nanoscale gold structures by nanolithography
JP2013541184A (ja) インプリントリソグラフィ方法
Aassime et al. Conventional and un-conventional lithography for fabricating thin film functional devices
JPWO2017073388A1 (ja) インプリント装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140127

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150127

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180129

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190201

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200129

Year of fee payment: 10