KR101234222B1

KR101234222B1 - 나노 템플릿 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101234222B1
Application number: KR1020100059922A
Authority: KR
Inventors: 이장식; 유시훈
Original assignee: 국민대학교산학협력단
Priority date: 2010-06-24
Filing date: 2010-06-24
Publication date: 2013-02-18
Also published as: KR20110139851A

Abstract

기판, 기판 상에 있으며 기공을 갖는 패턴층 및 기공이 좁혀지도록 기공의 표면에 증착된 증착층을 포함하며, 기공은 기판 반대쪽의 패턴층의 표면 상으로 노출된 개구부를 갖는 나노 템플릿 및 그 제조 방법이 공개된다.

Description

나노 템플릿 및 그 제조 방법{Nano template and fabrication method thereof}

본 발명은 기판 위에 나노구조를 형성하는 공정에서 마스크로서 사용되는 나노 템플릿 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 나노 템플릿에 형성된 기공의 크기를 제어할 수 있는 제조 방법 및 이에 따라 형성된 나노 템플릿에 관한 것이다.

최근 나노미터 크기의 기공(pore)을 갖는 나노 템플릿에 대한 관심이 증가되고 있다. 이는 이러한 나노 템플릿이 전자, 광학 및 미세기계장치 등의 분야에 이용될 가능성이 크기 때문이다. 종래의 리소그래픽 공정으로는 나노미터 크기를 가지며 높은 종횡비를 갖는 기공(pore)을 갖는 나노 템플릿를 넓은 영역에 걸쳐 형성하는 것이 쉽지 않다. 그러나 산성 전해질 내에 알루미늄을 넣어 양극산화하는 방법을 사용하면 다공성의 알루미나를 얻을 수 있는데, 이 방법을 이용하면 14 내지 200nm 크기의 균일한 지름을 갖는 칼럼형 육각형 셀(columnar hexagonal cell)들로 된 기공 어레이를 얻을 수 있다. 기공은 알루미늄과 알루미나 계면에서 산화물이 형성되면서 부피 팽창에 의한 화학적 스트레스로 인해 형성된다. 양극산화된 알루미늄의 기공의 깊이는 양극산화 시간에 비례하여 결정될 수 있으며, 이 외에도 양극산화 공정의 온도, 인가전압, 사용하는 용액에 따라서 다양한 면적과 깊이를 갖는 기공 어레이를 형성할 수 있다.

그러나, 위와 같이 알루미늄을 양극산화하는 방법을 사용하더라도 기공의 지름이 작아지면 기공의 종횡비를 높이는 데에 한계가 있다. 따라서, 작은 지름과 높은 종횡비를 갖는 기공을 갖는 나노 템플릿을 제조하는 새로운 방법이 제공될 필요가 있다. 또한, 알루미늄을 양극산화하는 방법과 함께 사용하여 기공의 크기를 효율적으로 조절할 수 있는 방법이 제공될 필요가 있다.

본 발명이 해결하려는 과제는 나노 템플릿에 형성되는 기공의 크기를 제어함으로써, 조절된 종횡비를 갖는 기공을 포함하는 나노 템플릿을 제공하는 방법 및 이에 의해 형성되는 나노 템플릿을 제공하는 것이다.

본 발명의 범위가 상술한 과제에 의해 제한되는 것은 아니다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 양상에 따른 나노 템플릿 제조 방법이 제공된다. 이 방법은 금속 모재 상에 개구부 및 바닥부를 갖는 기공(pore)을 포함하는 패턴층을 형성하는 단계, 금속 모재로부터 패턴층을 분리하는 단계, 기공이 패턴층을 관통하도록 기공의 바닥부를 제거하는 단계 및 패턴층을 기판 상에 부착시키는 단계를 포함한다.

이때, 이 방법은 상술한 패턴층을 분리하는 단계 이전에, 기공의 내부를 채우는 보호층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 또한, 상술한 부착시키는 단계 이후에 보호층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 이 방법은 상술한 패턴층을 형성하는 단계 이후에, 기공의 표면에 기공을 좁히도록 증착층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이때, 증착층은 원자층 증착법에 의해 형성된 것일 수 있다.

또한, 상술한 패턴층을 형성하는 단계는, 금속 모재의 표면을 1차 양극산화하는 단계, 1차 양극산화단계에 의해 형성된 양극산화막을 제거하는 단계 및 양극산화막이 제거된 표면을 2차 양극산화하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 상술한 보호층은 폴리스티렌, 파라핀 왁스 또는 네일 팔리쉬(nail polish)일 수 있다.

또한, 상술한 금속 모재는 Al, Ti, Ta, Zr, Nb, 및 W로 되는 군에서 선택된 금속으로 이루어지고, 상술한 패턴층 및 증착층은 상기 선택된 금속의 산화물로 이루어질 수 있다.

그리고, 이 방법은 상술한 패턴층을 분리하는 단계 이전에, 산성 용액을 이용하여 상기 기공을 넓히는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따라, 위에 설명한 나노 템플릿 제조 방법에 의해 제조된 나노 템플릿이 제공된다.

본 발명의 일 양상에 따라 제공되는 나노 템플릿은, 기공을 갖는 패턴층, 및 기공 표면이 성장하도록 상기 기공의 표면에 증착된 증착층을 포함한다.

이때, 기공의 일 단부는 패턴층에 대해 개방(open)되어 있고 타 단부는 패턴층에 의해 폐쇄되어 있일 수 있다. 이때, 위의 나노 템플릿은 기공의 타 단부 쪽에서 상기 패턴층과 접하는 금속 모재를 더 포함할 수 있다.

다르게는, 기공의 일 단부는 상기 패턴층에 대해 개방(open)되어 있고 타 단부는 상기 패턴층에 의해 폐쇄되어 있을 수 있다. 이때, 위의 나노 템플릿은 기공을 채우며 기공의 일 단부 쪽의 패턴층 표면을 덮는 보호층을 더 포함할 수 있다. 이때, 위의 나노 템플릿은 기공의 타 단부 쪽에서 패턴층과 접하는 금속 모재를 더 포함할 수 있다.

상술한 나노 템플릿은, 기공을 채우며 기공의 일 단부 쪽의 패턴층 표면을 덮는 보호층을 더 포함할 수 있으며, 이때 기공은 패턴층을 관통하고, 기공의 일 단부 및 타 단부는 패턴층에 대해 개방(open)되어 있을 수 있다. 이때, 위의 나노 템플릿은 기공의 타 단부 쪽의 패턴층의 표면을 덮는 기판을 더 포함할 수 있다.

상술한 나노 템플릿은, 기공의 타 단부 쪽의 상기 패턴층의 표면을 덮는 기판을 더 포함할 수 있으며, 기공은 상기 패턴층을 관통하고, 기공의 일 단부 및 타 단부는 패턴층에 대해 개방(open)되어 있을 수 있다.

상술한 나노 템플릿에 있어서, 보호층은 폴리스티렌, 파라핀 왁스 또는 네일 팔리쉬(nail polish)로 이루어질 수 있고, 패턴층은 Al, Ti, Ta, Zr, Nb, 및 W로 되는 군에서 선택된 금속의 산화물로 이루어질 수 있다. 또한, 증착층의 재료는 패턴층의 재료와 동일할 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따른 나노 템플릿이 제공된다. 이 나노 템플릿은 기판, 기판 상에 있으며 기공을 갖는 패턴층 및 기공이 좁혀지도록 기공의 표면에 증착된 증착층을 포함한다. 이때, 기공은 기판 반대쪽의 패턴층의 표면 상으로 노출된 개구부를 갖는다.

이때, 기공에 의해 기판의 표면이 노출되어 있을 수 있다.

이때, 나노 템플릿은 기공을 채우며 기판 반대쪽의 패턴층의 표면을 덮는 보호층을 더 포함할 수 있다. 또한, 보호층은 폴리스티렌, 파라핀 왁스 또는 네일 팔리쉬(nail polish)를 포함할 수 있다.

이때, 패턴층은 Al, Ti, Ta, Zr, Nb, 및 W로 되는 군에서 선택된 금속의 산화물로 이루어질 수 있다. 또한, 증착층의 재료는 패턴층의 재료와 동일할 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따른 나노 템플릿이 제공된다. 이 나노 템플릿은 기공을 갖는 패턴층 및 기공이 좁혀지도록 기공의 표면에 증착된 증착층을 포함하며, 기공은 패턴층의 제 1 면 상으로 노출된 개구부를 갖는다.

본 발명에 따르면 나노 템플릿에 형성되는 기공의 크기를 제어함으로써, 조절된 종횡비를 갖는 기공을 포함하는 나노 템플릿을 제조 방법 및 이에 의해 형성되는 나노 템플릿을 제공할 수 있다.

본 발명의 범위가 상술한 효과에 의해 제한되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 마스크의 구조 및 그 용도를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 마스크의 제조 방법의 흐름을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 산화물 마스크의 제조 방법의 흐름을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 금속 산화물 마스크의 제조 방법의 흐름을 나타낸 것이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 산화물 마스크의 구조 및 그 용도를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 1의 (a)의 (i)에 도시한 것과 같이 기공(50)이 형성된 패턴층(10)을 포함하는 나노 템플릿(1)이 제공될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따라 제조되는 나노 템플릿(1)은 증착층(20) 및/또는 기판(30)을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플릿(1)을 사용하면, 예컨대 후술하는 방법에 의해 나노캐패시터(nanocapacitor) 등의 미세구조(110)를 기판(30) 위에 형성할 수 있다. 즉, 나노 템플릿(1)의 기공(50)을 통해 미세구조 조성물(100)을 기판(30) 상에 형성한 후(도 1의 (a)의 (ii)), 패턴층(10) 상에 퇴적된 미세구조 조성물(100)을 제거하고(도 1의 (a)의 (iii)), 그 다음 패턴층(10)을 제거하면 미세구조(110)가 형성된 기판(30)을 얻을 수 있다(도 1의 (a)의 (iv)). 미세구조 조성물(100)은 예를 들어 강유전성 물질, 전도성 물질, 절연성 물질, 반도체성 물질 등이 있으며, 이 밖의 다른 물질들도 미세구조 조성물(100)로 사용될 수 있다.

도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 (i)에 도시한 나노 템플릿(1)의 종단면(A-A')을 도시한 것이다. 패턴층(10)을 관통하여 형성된 기공(50)은 상하로 길게 연장되어 있으며 기공(50)을 통해 기판(30) 표면이 노출될 수 있다. 기공(50)은 나노(nano) 사이즈를 가질 수 있다.

후술하는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 나노 템플릿(1)은 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이 기공(50)의 측벽면에 증착된 증착층(20)을 포함할 수 있다. 증착층(20)의 두께를 조절함으로써 기공(50)의 직경 또는 폭을 제어할 수 있다. 이에 따라, 기공(50)의 종횡비(aspect ratio)가 제어될 수 있다.

그러나, 후술하는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 나노 템플릿(1)에는 도 1의 (b)에 도시한 바와 달리 증착층(20)이 존재하지 않을 수 있다.

이하, 본 발명에 의해 제공될 수 있는 나노 템플릿(1)의 구조 및 그 제조 방법을 실시예 별로 첨부한 도면을 참조하여 자세히 설명한다. 첨부된 도면의 각 구성요소의 디멘젼(dimension)은 설명을 위해 과장되게 표현되어 있을 수 있다.

실시예 1

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플릿 제조 방법의 흐름을 나타낸 것이다.

나노 템플릿(1)은 금속 모재(12)로부터 생성될 수 있다(도 2의 S201 참조). 금속 모재(12)는 여하의 금속을 포함할 수 있으나, 특히 양극 산화에 유리한 Al, Ti, Ta, Zr, Nb, 또는 W와 같은 금속을 포함할 수 있다. 이하, Al 금속 모재로부터 나노 템플릿(1)을 제조하는 방법을 도 2를 참조하여 예를 들어 설명한다. 이하, Al 금속 모재로부터 생성된 나노 템플릿(1)을 AAO 템플릿이라고 지칭할 수 있다. 후술하는 방법은 Al 뿐만 아니라 Ti, Ta, Zr, Nb, 또는 W와 같은 다른 금속에도 적용될 수 있음을 이해할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플릿 제조 방법은 (I) 전처리 공정, (II) 양극산화 공정, 및 (III) 후처리 공정을 포함할 수 있다. 금속 모재(12)로서 99.999% 순도의 0.50mm 두께의 알루미늄 박판을 사용할 수 있다.

(I) 전처리 공정(미도시)

알루미늄 박판의 전처리 공정은 초음파처리(ultrasonication) 공정 및 세척 공정을 포함할 수 있다. 초음파처리 공정은 아세톤과 에탄올을 이용하여 수행할 수 있는데, 이에 의해 알루미늄 표면에 붙어있는 유기물이 제거될 수 있다. 세척 공정은 탈이온수(deionized water, DI water)를 사용하여 수행될 수 있다.

그 다음, 과염소산(HClO₄)과 에탄올이 1:5의 비율로 혼합된 용액에서 18V, 10°C의 조건하에 4분 30초 동안 전해 연마(electro-polishing) 공정을 진행할 수 있다. 이로 인해 평평한 표면에 알루미늄 박판을 형성할 수 있다.

(II) 양극산화 공정(S202 ~ S204)

전처리 공정이 끝난 후에 양극산화 공정을 진행할 수 있다. 양극산화 공정은 다시 1차 양극산화 공정(S202), 알루미나 막 제거 공정(S203), 및 2차 양극산화 공정(S204)의 세 단계의 공정을 포함하여 진행될 수 있다.

첫째, 1차 양극산화 공정(S202)은 7°C 온도로 0.3M의 전해질 용액에서 24시간 동안 40V 전압으로 수행될 수 있다. 1차 양극산화 공정(S202)에 소요되는 시간은 기공(50)의 배열에 영향을 미칠 수 있다. 육각형(hexagonal) 패턴의 잘 배열된 기공(50)을 얻기 위해 24시간 동안 양극산화를 진행할 수 있다. 상술한 전해질 용액으로서 옥살산(C₂H₂O₄: oxalic acid) 용액을 사용할 수 있다. 또는 전해질 용액으로서 황산, 인산, 크롬산 또는 불산 등을 사용하여 기공의 밀도나 크기를 다양하게 조절할 수 있다.

기공(50)의 형성은 알루미늄과 알루미나 사이의 계면에서 산화물이 형성되면서 부피 팽창에 의한 화학적 스트레스로 인해 형성된다. 양극산화를 낮은 전압이나 낮은 온도에서 수행하면 이러한 스트레스가 작기 때문에 육각형 모양의 배열을 얻기 힘들 수 있다. 이 경우 양극산화 시간을 길게 하여 공정을 진행하면 잘 배열된 기공(50)을 얻을 수 있다.

둘째, 1차 양극산화 공정에 의해 형성된 알루미나 막(Al₂O₃ 층), 즉 AAO 층을 제거할 수 있다(S203). 1차 양극산화 공정(S202)에 의해 생성된 AAO 층 상단 부분의 기공은 불규칙적으로 형성되어 있기 때문에 화학적 식각법으로 AAO 층을 제거할 수 있다. 이를 위해 60°C에서 인산 6wt%(H₃PO₄: phosphoric acid)와 크롬산 1.8wt%(H₂CrO₄ : chromic acid) 혼합액을 이용하여 1차 양극산화 공정에 의해 형성된 알루미나 막(Al₂O₃)이 실질적으로 완벽하게 제거될 때까지 용해시킬 수 있다.

셋째, AAO 층을 제거한 후에 2차 양극산화 공정을 수행할 수 있다(S204). 상기 AAO 층을 제거하는 공정(S203)에 의해 알루미늄에 남겨진 육각형 구조의 패턴이 제2차 양극산화 공정(S204)에서의 AAO 층 성장 템플릿으로 작용하기 때문에, 2차 양극산화 공정(S204)에서는 잘 정렬된 나노 다공성 알루미늄 템플릿이 형성될 수 있다.

2차 양극산화 공정(S204)은 1차 양극산화 공정(S202)과 동일한 조건인 7°C, 40V전압에서 진행될 수 있다. 2차 양극산화 공정(S204)을 4분에 걸쳐 진행하면 약 300nm ~ 400nm 두께의 AAO 층을 형성할 수 있다. 양극 산화된 알루미늄의 길이는 양극산화 시간에 비례하여 결정될 수 있으며, 이 외에도 양극산화 공정의 온도, 인가전압, 사용하는 용액에 따라서 다양한 크기와 길이의 AAO 템플릿을 형성할 수 있다.

(III) 후처리 단계(S205 ~ S209)

상술한 양극산화 공정(S202 ~ S204)을 수행한 후에 후처리 공정들(S205 ~ S209)을 수행할 수 있다.

7°C 온도의 0.3M의 옥살산(C₂H₂O₄: oxalic acid) 용액에서 제조된 AAO 템플릿은 약 35nm의 평균 직경을 갖는 육각형 벌집모양의 조밀충진된 기공(50)들로 구성될 수 있다.

2차 양극산화 공정(S204)이 완료된 후, AAO 템플릿 내부에 보호층(40)을 채워 넣을 수 있다(S205). 보호층(40)을 채워 넣은 후에 80°C 에서 2시간 동안 열처리를 진행할 수 있다. 보호층(40)은 300 ~ 400 nm 두께의 AAO 패턴층(10, 11)이 부서지는 것을 방지하는 역할과 함께, AAO 하부의 바닥층(11)을 제거할 때에 기공(50)의 크기가 의도하지 않게 넓어지는 것을 방지할 수 있으며, 나노 템플릿 마스크를 제작하는 이후의 공정에서 재료를 쉽게 다룰 수 있게 한다. 보호층(40)의 재료로서 폴리스티렌(polystyrene, 1.4 wt% PS/CHCl₃ solution)이 사용될 수 있다. 이하, 보호층(40)으로서 폴리스티렌이 채워 넣어진 AAO 층을 PS/AAO 층(10, 11, 40)이라고 지칭할 수 있다. 다만, 보호층(40)으로 폴리스티렌 대신 다양한 대체물, 예컨대 파라핀 왁스(paraffin wax), 또는 네일 팔리쉬(nail polish) 등이 사용되거나 또는 스핀 코팅 계열의 절연물 등이 사용될 수 있다는 점에 주의할 필요가 있다.

보호층(40)을 채워 넣는 공정(S205) 후에, 과포화된 염화수은(HgCl₂)을 이용하여 PS/AAO 층(10, 11, 40)과 금속 모재(알루미늄)(12)를 분리할 수 있다(S206).

그 다음, PS/AAO 층(10, 11, 40)으로부터 AAO 하부의 바닥층(11)을 제거할 수 있다(S207). 이를 위해, 우선 탈이온수를 이용하여 상기 분리된 PS/AAO 층(10, 11, 40)을 세척할 수 있다. 그 다음 인산(H₃PO₄) 용액을 30°C, 1 ~ 120 분 동안 가하여 AAO 하부의 바닥층(11)을 제거할 수 있다. 이때, 기공(50)의 크기(예컨대, 1nm ~ 95nm)에 따라 AAO 하부의 바닥층(11)의 두께가 달라질 수 있기 때문에, 인산 용액을 가하는 시간을 잘 조절하지 않으면 기공(50)이 의도하지 않게 더 확장될 수 있다는 문제가 있다.

AAO 하부의 바닥층(11)이 제거된 PS/AAO 층(10, 40)을 탈이온수로 세척한 후에 탈이온수에 있는 상태로 기판(30) 위에 놓을 위치시킬 수 있다(S208). 이때 기판(30)은 전도성 기판(Pt/Ti/SiO₂/Si)일 수 있다. 그 다음 100°C에서 30분 동안 열처리를 진행하여 PS/AAO 층(10, 40)을 기판(30)에 흡착시킬 수 있다.

마지막으로 기판(30)에 흡착된 PS/AAO 층(10, 40)을 클로로포름(CHCl₃)에 담궈 놓아 완전하게 보호층(40)을 제거할 수 있다(S209). 그 결과 AAO 마스크를 기판(40) 위에 형성할 수 있다.

이상 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 템플릿 제조 방법을 설명하기 위하여 특정 실험예를 구체적인 수치를 제시하여 설명하였으나, 본 발명이 이 구체적인 수치에 의해 한정되는 것이 아니며 수치의 변경이 가능하다는 점은 자명하다. 또한, 상술한 단계 중 일부 단계가 생략되더라도 본 발명은 완전히 수행될 수 있다. 다만 생략되는 단계에 의해 의도한 효과를 얻지 못할 수 있다.

실시예 2

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노 템플릿 제조 방법의 흐름을 나타낸 것이다.

도 3의 단계(S301) 내지 단계(S304)는 도 2의 단계(S201) 내지 단계(S204)에 대응하고, 도 3의 단계(S306) 내지 단계(S310)는 도 2의 단계(S205) 내지 단계(S209)에 대응되며, 도 3에 의한 방법에서는 단계(S305)가 추가된다.

도 3에 의한 제조 방법은 도 2에서 설명한 (I) 전처리 공정, (II) 양극산화 공정 및 (III) 후처리 공정을 포함된다. 이때, 도 2와 도 3에 의한 제조 방법에 있어서 (I) 전처리 공정 및 (II) 양극산화 공정은 서로 동일할 수 있다. 다만, 도 3의 의한 제조 방법의 (III) 후처리 공정에는 도 2에 의한 제조 방법의 (III) 후처리 공정에 단계(S305)가 추가된다. 이하, 중복 설명을 피하기 위해 단계(S305) 및 그 이후의 단계들에 대하여만 기술한다.

상술한 바와 같이 7°C 온도의 0.3M의 옥살산(C₂H₂O₄: oxalic acid) 용액에서 제조된 AAO 템플릿은 약 35nm의 평균 직경을 갖는 육각형 벌집 모양의 조밀하게 충진된 기공(50)들로 구성될 수 있다.

이렇게 만들어진 AAO 템플릿을 원자단위 증착법을 이용하여 기공(50)의 크기를 줄일 수 있다(S305). 원자단위 증착법(ALD; Atomic Layer Deposition)은 원자단위 증착을 이용하는 증착법으로써 나노단위 구조에 증착이 가능하다. 따라서, 원자단위 증착법을 이용하여 AAO 내부의 기공(50)의 표면을 Al₂O₃로 증착함하여 증착층(20)을 성장시킴으로써 기공(50)의 직경을 예컨대 1nm 까지 줄일 수 있다. 상술한 Al₂O₃로 증착층은 도 1의 (b)에 도시한 증착층(20)의 일 예이다.

한편, 상술한 2차 양극산화 공정이 약 4분 경과 한 후에 AAO 기공(50)의 내부 표면은 거친 형태를 가질 수 있다. 이때, 원자단위 증착 공정을 수행하기에 앞서 30분 정도에 걸쳐 AAO를 확장하는 공정을 진행하여 기공의 크기를 40nm 정도까지 확장하면, 기공(50)의 내부를 깨끗한 원형 상태로 만들어 줄 수 있다. 이 확장 공정에 의해 원자단위 증착 공정이 효율적으로 수행될 수 있다.

단계(S305) 이후의 단계(S306) 내지 단계(S310)는 도 2의 단계(S205) 내지 단계(S209)에 대응된다. 다만 패턴층(10)에 형성된 기공(50)의 표면에 증착층(20)이 성장하여 형성되어 있다는 점이 다르다. 상술한 제2 실시예에서 제시된 수치들은 기공의 목표 크기에 따라 변경될 수 있다.

실시예 3

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 나노 템플릿 제조 방법의 흐름을 나타낸 것이다.

도 4의 단계(S401) 내지 단계(S404)는 도 2의 단계(S201) 내지 단계(S204)에 대응하고, 도 4의 단계(S406) 내지 단계(S410)는 도 2의 단계(S205) 내지 단계(S209)에 대응되며, 도 4에 의한 방법에서는 단계(S405)가 추가된다.

도 4에 의한 제조 방법은 도 2에서 설명한 (I) 전처리 공정, (II) 양극산화 공정 및 (III) 후처리 공정을 포함된다. 이때, 도 2와 도 4에 제조 방법에 있어서 (I) 전처리 공정 및 (II) 양극산화 공정은 서로 동일하다. 다만, 도 4에 의한 제조 방법의 (III) 후처리 공정에는 도 2에 의한 제조 방법의 (III) 후처리 공정에 단계(S405)가 추가된다. 이하, 중복 설명을 피하기 위해 단계(S405) 및 그 이후의 단계들에 대하여만 기술한다.

이렇게 만들어진 AAO 템플릿의 기공(50)의 크기를 0.1M 인산(H₃PO₄) 용액(30°C )을 사용하여 넓일 수 있다(S405). 단계(S405)에 의해 기공(50)의 직경이 예컨대 95nm까지 증가될 수 있다. 단계(S405) 이후의 단계(S406) 내지 단계(S410)는 도 2의 단계(S205) 내지 단계(S209)에 대응된다. 상술한 제3 실시예에서 제시된 수치들은 기공의 목표 크기에 따라 변경될 수 있다.

상술한 실시예 1 내지 실시예 3에서 (II) 양극산화 공정이 수행될 때에, 1차 양극산화 공정(S202, S302, S402) 및 알루미나 막 제거 공정(S203, S303, S403)은 생략될 수 있다. 1차 양극산화 공정(S202, S302, S402) 및 알루미나 막 제거 공정(S203, S303, S403)은 기판의 표면을 예비적으로 육각 구조로 성형하는 기능을 하는데, 이러한 기능은 2차 양극산화 공정(S204, S304, S404)의 조건을 조절하여 적어도 부분적으로 달성할 수 있기 때문이다.

상술한 실시예 1 내지 실시예 3의 각 단계에서 제공될 수 있는 구조는 본 발명의 보호 범위에 포함된다. 이하, 본 발명에 의해 제공될 수 있는 구조에 대하여 더 자세히 설명한다.

실시예 4

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판, 기판 상에 있으며 기공(50)을 갖는 패턴층(10), 및 기공(50)이 좁혀지도록 기공(50)의 표면에 증착된 증착층(20)을 포함하는 나노 템플릿 구조체가 제공될 수 있다. 이때 기공(50)은 기판 반대쪽의 패턴층(10)의 표면 상으로 노출된 개구부를 가질 수 있다.

이때, 패턴층(10)은 다양한 산화물, 예컨대 Al, Ti, Ta, Zr, Nb, 및 W로 되는 군에서 선택된 금속의 산화물로 이루어질 수 있다.

또한, 증착층(20)의 재료는 패턴층(10)의 재료와 동일할 수 있다.

상술한 나노 템플릿 구조체는, 기공(50)을 채우며 기판 반대쪽의 패턴층(10)의 표면을 덮는 보호층(40)을 더 포함할 수 있다. 이때, 보호층(40)은 폴리스티렌, 파라핀 왁스 또는 네일 팔리쉬(nail polish)를 포함할 수 있다.

상술한 기판은 도 3에 도시한 금속 모재(12)일 수 있으며, 이때 상술한 나노 템플릿 구조체는 도 3의 단계(S305)에 도시된 구조에 대응될 수 있다.

다르게는, 상술한 기판은 도 3에 도시한 기판(30)일 수 있으며, 이때 상술한 나노 템플릿 구조체는 도 3의 단계(S310)에 도시된 구조에 대응될 수 있다, 이 경우, 기공(50)에 의해 기판(30)의 표면이 노출될 수 있다.

실시예 5

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기공(50)을 갖는 패턴층(10), 및 기공(50)이 좁혀지도록 기공(50)의 표면에 증착된 증착층(20)을 포함하는 나노 템플릿 구조체가 제공될 수 있다. 이때 패턴층(10)은 제 1 면 및 제 1 면의 반대쪽의 제 2 면을 가질 수 있다. 이때 기공(50)은 패턴층(10)의 제 1 면 상으로 노출된 개구부를 가질 수 있다.

이때, 상술한 기공(50)은 상술한 개구부의 반대쪽에 바닥부(11)를 가질 수 이있다. 이 바닥부(11)는 패턴층(10)에 의해 형성된다. 또한, 상술한 나노 템플릿 구조체는, 기공(50)을 채우며 상술한 제 1 면을 덮는 보호층(40)을 더 포함할 수 있다. 이 구조는 도 3의 단계(S307)에 의해 제공되는 구조에 대응될 수 있다.

이와 달리, 상술한 기공(50)은 상술한 패턴층(10)의 제 2 면 상으로 노출된 또 다른 개구부를 가질 수 있다. 따라서 기공(50)은 패턴층(10)을 관통한다. 또한, 상술한 나노 템플릿 구조체는, 기공(50)을 채우며 상술한 제 1 면을 덮는 보호층(40)을 더 포함할 수 있다. 이 구조는 도 3의 단계(S308)에 의해 제공되는 구조에 대응될 수 있다.

상술한 보호층(40)은 폴리스티렌, 파라핀 왁스 또는 네일 팔리쉬(nail polish)를 포함할 수 있다.

변형된 실시예

상술한 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3의 (I) 전처리 공정 및 (II) 양극산화 공정은 하나의 단계로 대체되어 제공될 수 있다. 즉, 도 2의 단계(S201) 내지 단계(S204)는, 단계(S204)에 도시된 구조를 제공하는 단계로 대체될 수 있다. 다른 말로, 도 2의 단계(S201) 내지 단계(S204)는, 단계(S204)에 도시된 구조를 제공하기 위한 일 실시예로 간주될 수 있다. 이는 도 3의 단계(S301) 내지 단계(S304)와 도 4의 단계(S401) 내지 단계(S404)에 대하여도 마찬가지이다.

또한, 도 2에 의한 나노 템플릿 제조 방법의 변형예에서는 보호층(40)을 채우는 단계(S205)가 생략될 수 있다. 이에 따르면, 패턴층(10)을 기판(30)에 부착한 이후에 보호층(40)을 제거하는 단계가 필요 없게 된다.

발명의 특정 실시예들에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 따라서, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.

본 발명은 교육과학기술부 기초연구사업 (과제번호: 2008-0059952, 2009-0077593, 2010-0014925, 2010-0015014), 선도연구센터육성사업 (과제번호: R11-2005-048-00000-0), 지식경제부 산업원천기술개발사업(정보통신) (과제번호: 10030559)의 지원으로 수행된 연구 결과를 포함하며, 다양한 산업분야에서 제어된 크기의 나노구조를 형성하는 데에 이용될 수 있다.

1: 나노 템플릿 10: 패턴층
11: 패턴층 바닥부 12: 금속 모재
20: 증착층 30: 기판
40: 보호층 50: 기공
100: 미세구조 조성물 110: 나노구조

Claims

기판;
상기 기판 상에 있으며 기공을 갖는 패턴층; 및
상기 기공이 좁혀지도록 상기 기공의 표면에 증착된 증착층
을 포함하며,
상기 기공은 상기 기판 반대쪽의 상기 패턴층의 표면 상으로 노출된 개구부를 갖는,
나노 템플릿.
제1항에 있어서, 상기 기공에 의해 상기 기판의 표면이 노출되어 있는, 나노 템플릿.
제1항에 있어서, 상기 기공을 채우며 상기 기판 반대쪽의 상기 패턴층의 표면을 덮는 보호층을 더 포함하는, 나노 템플릿.
제3항에 있어서, 상기 보호층은 폴리스티렌, 파라핀 왁스 또는 네일 팔리쉬(nail polish)를 포함하는, 나노 템플릿.
제1항에 있어서, 상기 패턴층은 Al, Ti, Ta, Zr, Nb, 및 W로 되는 군에서 선택된 금속의 산화물로 이루어지는, 나노 템플릿.
제1항에 있어서, 상기 증착층의 재료는 상기 패턴층의 재료와 동일한, 나노 템플릿.
기공을 갖는 패턴층; 및
상기 기공이 좁혀지도록 상기 기공의 표면에 증착된 증착층
을 포함하며,
상기 기공은 상기 패턴층의 제 1 면 상으로 노출된 개구부를 갖는,
나노 템플릿.
금속 모재 상에 개구부 및 바닥부를 갖는 기공(pore)을 포함하는 패턴층을 형성하는 단계;
상기 기공의 내부를 채우는 보호층을 형성하는 단계;
상기 금속 모재로부터 상기 패턴층을 분리하는 단계;
상기 기공이 상기 패턴층을 관통하도록 상기 기공의 바닥부를 제거하는 단계; 및
상기 패턴층을 기판 상에 부착시키는 단계
를 포함하는,
나노 템플릿 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 부착시키는 단계 이후에, 상기 보호층을 제거하는 단계를 더 포함하는,
나노 템플릿 제조 방법.
제8항에 있어서, 상기 패턴층을 형성하는 단계 이후에, 상기 기공의 표면에 상기 기공을 좁히도록 증착층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 나노 템플릿 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 증착층은 원자층 증착법에 의해 형성된 것인, 나노 템플릿 제조 방법.
제8항에 있어서, 상기 패턴층을 형성하는 단계는, 상기 금속 모재의 표면을 양극산화하는 제1 양극산화단계, 상기 제1 양극산화단계에 의해 형성된 양극산화막을 제거하는 단계, 및 상기 양극산화막이 제거된 표면을 양극산화하는 제2 양극산화단계를 포함하는, 나노 템플릿 제조 방법.
제8항에 있어서, 상기 보호층은 폴리스티렌, 파라핀 왁스 또는 네일 팔리쉬(nail polish)인, 나노 템플릿 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 금속 모재는 Al, Ti, Ta, Zr, Nb, 및 W로 되는 군에서 선택된 금속으로 이루어지고, 상기 패턴층 및 상기 증착층은 상기 선택된 금속의 산화물로 이루어지는, 나노 템플릿 제조 방법.
제8항에 있어서, 상기 패턴층을 분리하는 단계 이전에, 산성 용액을 이용하여 상기 기공을 넓히는 단계를 더 포함하는, 나노 템플릿 제조 방법.
제8항 내지 제15항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 나노 템플릿.