KR101289200B1 - 다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체 및 이의 제조방법２ｄ - Google Patents

다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체 및 이의 제조방법２ｄ Download PDF

Info

Publication number
KR101289200B1
KR101289200B1 KR1020120007402A KR20120007402A KR101289200B1 KR 101289200 B1 KR101289200 B1 KR 101289200B1 KR 1020120007402 A KR1020120007402 A KR 1020120007402A KR 20120007402 A KR20120007402 A KR 20120007402A KR 101289200 B1 KR101289200 B1 KR 101289200B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
photonic crystal
nanospheres
crystal structure
nanosphere
pattern
Prior art date
Application number
KR1020120007402A
Other languages
English (en)
Inventor
안진호
고기영
이길복
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
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 한양대학교 산학협력단 filed Critical 한양대학교 산학협력단
Priority to KR1020120007402A priority Critical patent/KR101289200B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101289200B1 publication Critical patent/KR101289200B1/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
    • B82B3/0009—Forming specific nanostructures
    • 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
    • B82B3/0009—Forming specific nanostructures
    • B82B3/0014—Array or network of similar nanostructural elements
    • 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
    • B82B3/0009—Forming specific nanostructures
    • B82B3/0019—Forming specific nanostructures without movable or flexible elements
    • 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
    • B82B3/0061—Methods for manipulating nanostructures
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/08—Mirrors
    • G02B5/0816—Multilayer mirrors, i.e. having two or more reflecting layers
    • G02B5/0825—Multilayer mirrors, i.e. having two or more reflecting layers the reflecting layers comprising dielectric materials only
    • G02B5/0841—Multilayer mirrors, i.e. having two or more reflecting layers the reflecting layers comprising dielectric materials only comprising organic materials, e.g. polymers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/201—Filters in the form of arrays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/203—Filters having holographic or diffractive elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
    • H01L21/0273—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers characterised by the treatment of photoresist layers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체 및 이의 제조방법이 개시된다. 본 발명에 의한 다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체는 기판, 상기 기판 상에 형성된 광결정 구조체를 포함하되, 상기 광결정 구조체는 일정 거리 이격되어 주기적으로 형성된 플라워 타입의 패턴 구조를 가짐으로써 광결정 구조체의 형태적 다양성을 확장시킬 수 있다. 또한, 다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체의 제조방법은 기판 상에 광결정층을 형성하는 단계, 상기 광결정층이 형성된 기판 상에 제1 나노스피어 자기조립단분자 어레이를 형성한 후, 제1 식각하여 상기 제1 나노스피어의 크기를 조절하는 단계, 상기 제1 나노스피어 자기조립단분자 어레이 상에 제2 나노스피어 자기조립단분자 어레이를 형성한 후, 제2 식각하여 플라워 타입의 마스크 패턴을 형성하는 단계 및 상기 플라워 타입의 마스크 패턴 전면에 마스크막을 형성한 후, 상기 플라워 타입의 마스크 패턴을 제거하고, 상기 마스크막을 이용하여 상기 광결정층이 형성된 기판을 제3 식각함으로써 플라워 타입의 패턴 구조를 가지는 광결정 구조체를 형성하는 단계를 포함함으로써 다양한 패턴을 가지는 2차원 광결정 구조체를 형성할 수 있다.

Description

다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체 및 이의 제조방법 2 D{Photonic crystal structure using multi-sized nanosphere and Method of manufacturing the same}
본 발명은 다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 다른 크기를 가지는 나노스피어를 이용한 플라워 타입(flower type)의 마스크 패턴을 통해 형성되는 2차원 광결정 구조체 및 마스크 패턴의 형태 및 크기 조절이 용이한 다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체의 제조방법에 관한 것이다.
광결정은 유전율이 다른 두 종류의 물질이 주기적으로 배열되어 특정 파장의 빛을 100％ 반사하거나 흡수하는 성질을 가지는 물질이다. 한편 광결정에 의해 빛이 전달되지 않는 파장 대역을 광 밴드갭(Optical bandgap)이라 한다. 상기와 같은 광 밴드갭은 반도체에서의 전자 밴드갭(electronic band gap)과 유사한 개념으로, 광결정을 이용한 광 밴드갭 구조의 물질은 필터, 고효율 LED, 광 스위치, 저손실 광도파로, 공진기, 고반사율 미러(mirror) 등 다양한 분야에서 응용가능성이 매우 높다. 상기의 광결정은 크게 1차원, 2차원 및 3차원 구조로 나눌 수 있는 바, 이중에서도 2차원 광결정은 기판 상의 박막을 가공하는 반도체 공정 기술에 의하여 제조할 수 있기 때문에 광결정 관련 연구의 대부분을 차지하고 있다.
상기 2차원 광결정 구조가 삽입된 구조체를 만들기 위하여 기존에 가장 널리 사용되는 공정은 레이저를 이용한 홀로그램 리소그래피(hologram lithography)이다. 이는 광결정이 위치해야 할 기판 상에 광결정층을 PECVD(enhanced chemical vapor deposition)법으로 증착하고, 마스크로 사용할 금속 박막을 열증착(Thermal evaporation)한다. 이후, 상기 금속 박막 위에 포토레지스트를 스핀 코팅하고, 상기 포토레지스트를 레이저 간섭 노광법으로 90 회전하면서 2회 노광시키면 2차원 나노 구조의 패턴이 형성되고, 상기 패턴을 용매로 현상하여 포토레지스트의 불필요한 부분을 제거한 후, 금속 박막을 건식 식각하여 금속 마스크를 제조한다. 이후, 상기 금속 마스크를 사용하여 건식 식각법으로 기판 상에 2차원 광결정 나노 구조를 형성하여 2차원 광결정 나노 구조체를 완성한다.
그러나, 상기 방법으로 2차원 광결정 나노 구조를 형성하는 경우, 상기 나노 구조의 높이, 주기, 크기 등의 변수에 대한 변화 폭이 제한적이며, 고가의 노광 장치가 필수적으로 요구되어 대면적의 기판 상에 2차원 광결정 나노 구조를 형성하는 것에 큰 제약이 있었다.
한편, 최근 나노 임프린트 리소그래피 공정 기술을 응용한 다양한 기능성 물질의 직접 나노 패터닝 기술이 개발되고 있는 가운데, 대한민국 공개특허 10-2010-0133136호에는 나노 임프린트 리소그래피 공정에 의한 나노 패턴이 형성된 2차원 광결정의 제조방법이 개시되어 있다. 나노 임프린트 리소그래피 공정은 원하는 기판 상에 직접 나노 패턴이 형성된 2차원 광결정을 간단하고 용이하게 제조할 수 있는 기술로서, 기판 상에 나노 파티클을 포함하는 졸 솔루션을 도포하고 고분자로 형성된 몰드를 상부에 정렬한 후 임프린팅 공정을 통하여 나노 패턴을 형성하는 기술이다. 상기 방법으로 2차원 광결정 나노 구조를 형성하는 경우, 기판 상에 수십 나노 미터(nm)의 직경을 가지는 개개의 나노 파티클이 결합되어 수백 나노 미터의 직경을 가지는 도트(dot), 홀(hole) 형태의 나노 패턴을 형성한다. 그러나, 상기 나노 파티클은 특별한 매개체 없이 플로팅(floating)된 채로 결합되어 있어 각 나노 파티클 사이의 결합력이 약하기 때문에 쉽게 분리될 우려가 있어, 나노 패턴 구조가 무너져 내리는 문제점이 있다.
또한, 상기의 문제점 이외에도, 레이저를 이용한 홀로그램 리소그래피 또는 나노 임프린트 리소그래피 공정을 이용하여 형성한 패턴은 원형(circle type)을 기본형으로 하는 도트(dot) 또는 홀(hole) 패턴 정도로 한정되는 바, 이를 마스크로 사용하여 형성되는 2차원 광결정 구조체의 형태적 다양성에 한계가 있었다.
이에 본 발명의 제1 목적은 나노스피어 리소그래피를 이용하되, 서로 다른 크기의 나노스피어를 이용함으로써 플라워 타입의 마스크 패턴을 형성하여 주기적이면서도 각 패턴이 약간씩 상이한 형태를 가지는 2차원 광결정 구조체를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 제2 목적은 보다 큰 크기를 가지는 나노스피어들로 구성된 제1 나노스피어 자기조립단분자 어레이 상에 보다 작은 크기를 가지는 제2 나노스피어 자기조립단분자 어레이를 형성하는 2단계 과정을 통해 플라워 타입의 마스크 패턴을 형성할 수 있는 2차원 광결정 구조체의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판, 상기 기판 상에 형성된 광결정 구조체를 포함하되, 상기 광결정 구조체는 일정 거리 이격되어 주기적으로 형성된 플라워 타입의 패턴 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기의 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판 상에 광결정층을 형성하는 단계, 상기 광결정층이 형성된 기판 상에 제1 나노스피어 자기조립단분자 어레이를 형성한 후, 제1 식각하여 상기 제1 나노스피어의 크기를 조절하는 단계, 상기 제1 나노스피어 자기조립단분자 어레이 상에 제2 나노스피어 자기조립단분자 어레이를 형성한 후, 제2 식각하여 플라워 타입의 마스크 패턴을 형성하는 단계 및 상기 플라워 타입의 마스크 패턴 전면에 마스크막을 형성한 후, 상기 플라워 타입의 마스크 패턴을 제거하고, 상기 마스크막을 이용하여 상기 광결정층이 형성된 기판을 제3 식각함으로써 플라워 타입의 패턴 구조를 가지는 광결정 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체는, 서로 다른 크기의 나노스피어를 이용하여 주기적이면서도 각 패턴이 약간씩 서로 상이한 형태를 가지는 플라워 타입의 패턴을 형성함으로써 광결정 구조체의 형태적 다양성을 확장시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체의 제조방법은, 보다 큰 크기를 가지는 나노스피어들로 구성된 제1 나노스피어 자기조립단분자 어레이 상에 보다 작은 크기를 가지는 제2 나노스피어 자기조립단분자 어레이를 형성하는 2단계 과정을 거침으로써 다양한 패턴을 가지는 2차원 광결정 구조체를 형성할 수 있는 효과가 있다.
도 1a 내지 도 1g는 본 발명의 일 실시예에 의한 2차원 광결정 구조체의 제조방법을 나타내는 공정도들이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 플라워 타입의 마스크 패턴을 나타내는 SEM 이미지이다.
도 3a 내지 도 3c는 서로 다른 크기를 가지는 나노스피어를 통해 형성된 플라워 타입의 마스크 패턴을 나타내는 SEM 이미지들이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 의한 2차원 광결정 구조체를 나타내는 SEM 이미지들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층들 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 구성요소에 대해 유사한 참조부호를 사용하였다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함하여 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1a 내지 도 1g는 본 발명의 일 실시예에 의한 2차원 광결정 구조체의 제조방법을 나타내는 공정도들이다.
본 발명에 의한 다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체의 제조방법은, 기판 상에 광결정층을 형성하는 단계, 상기 광결정층 상에 제1 나노스피어 자기조립단분자 어레이를 형성한 후, 제1 식각하여 상기 제1 나노스피어의 크기를 조절하는 단계, 상기 제1 나노스피어 자기조립단분자 어레이 상에 제2 나노스피어 자기조립단분자 어레이를 형성한 후, 제2 식각하여 플라워 타입의 마스크 패턴을 형성하는 단계 및 상기 플라워 타입의 마스크 패턴 전면에 마스크막을 형성한 후, 상기 플라워 타입의 마스크 패턴을 제거하고, 상기 마스크막을 이용하여 상기 광결정층이 형성된 기판을 제3 식각함으로써 플라워 타입의 패턴 구조를 가지는 광결정 구조체를 형성하는 단계를 포함한다.
도 1a를 참조하면, 기판(100) 상에 광결정층(200)을 형성한다. 상기 기판(100)은 유리, 쿼츠 및 실리콘 기판 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 상기 기판(100)은 소자에 적용시, 필요에 따라 제거될 수 있다. 상기 기판(100) 상에 형성되는 광결정층(200)은 SiO2, TiO2, ZnO, Al2O3, Ta2O5, HfO2 및 ZrO2 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있으며, 후술하는 공정을 통해 주기적으로 형성된 플라워 타입의 일정한 패턴 구조를 가지는 구조체로 형성된다. 이 때, 상기 광결정층(200)은 100nm ∼ 1000nm의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
도 1b를 참조하면, 광결정층(200) 상에 제1 나노스피어 자기조립단분자 어레이(300)를 형성한다.
상기 제1 나노스피어 자기조립단분자 어레이(300)는 나노스피어 용액을 제조한 후, 광결정층(200)이 형성된 기판 상에 적하하여 형성할 수 있다. 이 때, 스핀코팅을 이용할 수 있다. 상기 스핀코팅은 기판에 나노스피어 용액을 골고루 분산시키는 제1 단계, 나노스피어를 단일막으로 형성시키는 제2 단계 및 기판 모서리에 존재하는 용액을 제거하는 제3 단계로 수행될 수 있다. 또한, 나노스피어 용액을 제조한 후, 이에 계면활성제를 첨가하면 나노스피어가 어레이 형태로 자기조립되는 바, 이를 광결정층(200)이 형성된 기판 상에 전사하여 형성할 수 있다. 이 때, 전사 공정시, 나노스피어 자기조립단분자 어레이(300)의 무질서도를 변화시킬 수 있으며, 이를 통해 나노스피어 자기조립단분자 어레이(300)의 광택 여부를 조절할 수 있다. 보다 잘 정렬된 나노스피어 자기조립단분자 어레이(300)는 광택을 띠게 되므로, 적용 분야에 따라 광택 여부를 조절하여 적용시킬 수 있는 이점이 있다.
상기와 같이 광결정층(200)이 형성된 기판(100) 상에 제1 나노스피어 자기조립단분자 어레이를 형성하는 방법은, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 방법을 통해 광결정층(200)이 형성된 기판 상에 제1 나노스피어 자기조립단분자 어레이(300)를 형성할 수 있다. 또한, 나노스피어는 2차원 광결정의 구조 조절이 용이하고, 이를 다양한 박막 발광체가 포함된 발광소자에 응용할 수 있으며, 스핀코팅, 프린팅 등 종래 사용되는 코팅법을 활용할 수 있는 폴리스티렌(polystyrene, PS) 또는 실리카(silica) 나노스피어인 것이 바람직하다.
도 1c를 참조하면, 제1 나노스피어 자기조립단분자 어레이(300)를 식각하여 제1 나노스피어의 크기를 조절함으로써 일정 거리 이격된 복수개의 나노스피어(300a)를 형성한다.
상기 식각을 통하여 어레이 형태로 정렬되어 있던 나노스피어의 크기를 조절할 수 있다. 이는 광결정층(200)이 형성된 기판을 패터닝하기 위한, 후술하는 마스크막의 증착과도 관련된다. 상기 식각은 식각 시간의 조절이 용이한 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching, RIE)을 사용할 수 있으며, 식각 시간을 변화시킴으로써 나노스피어의 크기를 조절할 수 있다. 이 때, 제1 나노스피어의 직경은 1μm ∼ 2μm을 가지도록 식각되는 것이 바람직하다.
도 1d를 참조하면, 제1 나노스피어 자기조립단분자 어레이(300) 상에 제2 나노스피어 자기조립단분자 어레이(400)를 형성한다.
상기 제2 나노스피어 자기조립단분자 어레이(400)의 형성방법은 제1 나노스피어 자기조립단분자 어레이(300)의 형성방법과 동일하므로, 이에 관한 설명을 생략하기로 한다. 단, 나노스피어 용액의 제조를 위해 첨가되는 제2 나노스피어의 직경은 제1 나노스피어의 직경보다 작은 값을 가진다. 상기와 같이, 제1 나노스피어 자기조립단분자 어레이(300) 상에 제2 나노스피어 자기조립단분자 어레이(400)를 형성하는 경우, 제2 나노스피어 자기조립단분자 어레이(400)를 구성하고 있던 개개의 제2 나노스피어 중 일부는 수평 모세관력(lateral capillary force)에 의해, 일정 거리 이격되어 존재하는 제1 나노스피어(300a)의 주위로 이동한다. 따라서, 보다 큰 직경을 가지는 제1 나노스피어의 주위에 보다 작은 직경을 가지는 제2 나노스피어 복수개가 결합되는 형태를 띠게 된다.
도 1e를 참조하면, 제2 나노스피어 자기조립단분자 어레이(400)를 식각하여 플라워 타입의 마스크 패턴(500)을 형성한다.
상기 식각을 통하여 제2 나노스피어의 크기를 조절할 수 있으며, 이 때, 제2 나노스피어 중 일부는 보다 큰 직경을 가지는 제1 나노스피어의 주위에 결합되는 형태로 존재하므로, 상술한 제1 나노스피어도 일부 식각될 수 있다. 상기 식각은 식각 시간의 조절이 용이한 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching, RIE)을 사용할 수 있으며, 식각 시간을 변화시킴으로써 나노스피어의 크기를 조절할 수 있다. 이 때, 제2 나노스피어의 직경은 300nm ∼ 1μm을 가지도록 식각되는 것이 바람직하다.
상기 식각을 통해 플라워 타입의 마스크 패턴이 형성되며, 후술하는 기판 식각을 위한 마스크막이 형성될 공간을 확보할 수 있다. 상기 플라워 타입의 마스크 패턴은 하나의 제1 나노스피어의 주위에 복수개의 제2 나노스피어가 결합한 형태를 가지며, 상기 하나의 제1 나노스피어 주위에 결합되는 제2 나노스피어는 3개 ∼ 6개일 수 있다. 상기 플라워 타입의 마스크 패턴은 주기적이면서도 각 패턴이 약간씩 상이한 형태를 가진다.
도 1f를 참조하면, 플라워 타입의 마스크 패턴(500)의 전면에 마스크막(600)을 형성한다. 상기 마스크막(600)은 후술하는 광결정층이 형성된 기판의 식각을 위한 마스크로 사용되며, 플라워 타입의 마스크 패턴(500) 사이로 노출된 광결정층 상에 형성된다. 상기 마스크막(600)은 스퍼터링 또는 원자층 증착법(ALD)을 이용하여 형성할 수 있으며, 나노스피어와의 증착도가 우수한 금속 또는 산화물을 포함할 수 있다.
도 1g를 참조하면, 플라워 타입의 마스크 패턴을 제거하고, 마스크막을 이용하여 광결정층이 형성된 기판을 식각함으로써 플라워 타입의 패턴 구조를 가지는 광결정 구조체를 형성한다.
상기 플라워 타입의 마스크 패턴은 예컨대, 습식 식각을 통해 제거될 수 있으며, 보다 간단하게는 초음파 세척을 통해 제거될 수 있다. 상기 광결정층이 형성된 기판의 식각은 식각 시간의 조절이 용이한 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching, RIE)을 사용할 수 있으며, 식각 시간을 변화시킴으로써 기판이 식각되는 깊이를 조절할 수 있어, 결과적으로 플라워 타입의 패턴 구조를 가지는 광결정 구조체의 높이를 조절할 수 있다. 이를 통해 일정 거리 이격되어 주기적으로 형성된 플라워 타입의 패턴 구조를 가지는 광결정 구조체가 형성된다. 상기 플라워 타입의 패턴 구조는 주기적이면서도 각 패턴이 약간씩 서로 상이한 형태를 가져 광결정 구조체의 형태적 다양성을 확장시키는 이점이 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 플라워 타입의 마스크 패턴을 나타내는 SEM 이미지이다.
도 2를 참조하면, 제1 나노스피어 자기조립단분자 어레이 상에 제2 나노스피어 자기조립단분자 어레이를 형성하는 경우, 제2 나노스피어 자기조립단분자 어레이를 구성하고 있던 개개의 제2 나노스피어 중 일부는 수평 모세관력에 의해, 일정 거리 이격되어 존재하는 제1 나노스피어의 주위로 이동한 것을 확인할 수 있다. 또한, 이를 식각하는 경우, 보다 큰 직경을 가지는 제1 나노스피어의 주위에 보다 작은 직경을 가지는 제2 나노스피어 복수개가 결합되는 플라워 타입의 패턴이 형성됨을 확인할 수 있다. 또한, 상기 하나의 제1 나노스피어 주위에 결합되는 제2 나노스피어는 4개 ∼ 6개의 값을 가지는 것을 확인할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 서로 다른 크기를 가지는 나노스피어를 통해 형성된 플라워 타입의 마스크 패턴을 나타내는 SEM 이미지들이다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 도 3a, 도 3b, 및 도 3c는 각각 직경 800nm, 720nm, 및 550nm을 가지는 제1 나노스피어 자기조립단분자 어레이의 전사 후, 420nm의 직경을 가지는 제2 나노스피어 자기조립단분자 어레이를 전사하여 형성한 마스크 패턴들이다. 상기 패턴들은 보다 큰 직경을 가지는 하나의 나노스피어 주위에 보다 작은 나노스피어 복수개가 결합되어 있는 플라워 타입의 형태를 가짐을 확인할 수 있다. 또한, 이를 통해 크기가 다른 나노스피어를 사용하여 주기적이면서도 각 패턴은 약간씩 상이한 형태를 가지는 다양한 마스크 패턴을 형성할 수 있음을 확인할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 의한 2차원 광결정 구조체를 나타내는 SEM 이미지들이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 플라워 타입의 패턴이 약 1μm의 주기로 배열된 2차원 광결정 구조체가 형성된 것을 확인할 수 있다. 본 발명에 의한 다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체는, 서로 다른 크기의 나노스피어를 이용하여 주기적이면서도 각 패턴이 약간씩 서로 상이한 형태를 가지는 플라워 타입의 패턴을 형성함으로써 광결정 구조체의 형태적 다양성을 확장시키는 이점이 있다. 또한, 본 발명에 의한 다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체의 제조방법은, 보다 큰 크기를 가지는 나노스피어들로 구성된 제1 나노스피어 자기조립단분자 어레이 상에 보다 작은 크기를 가지는 제2 나노스피어 자기조립단분자 어레이를 형성하는 2단계 과정을 거침으로써 다양한 패턴을 가지는 2차원 광결정 구조체를 형성할 수 있는 이점이 있다.
100: 기판 200: 광결정층
300, 400: 제1, 제2 나노스피어 자기조립단분자 어레이
500: 마스크 패턴 600: 마스크막

Claims (10)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 광결정 구조체를 포함하되,
    상기 광결정 구조체는 일정 거리 이격되어 주기적으로 형성된 플라워 타입의 패턴 구조를 가지는 다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플라워 타입의 패턴 구조는, 서로 다른 크기를 가지는 제1 나노스피어 및 제2 나노스피어의 일정한 배열로 형성된 플라워 타입의 마스크 패턴을 통해 형성되며, 상기 플라워 타입의 마스크 패턴은 하나의 제1 나노스피어의 주위에 복수개의 제2 나노스피어가 결합되어 형성된 것을 특징으로 하는 다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 유리, 쿼츠 및 실리콘 기판 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광결정 구조체는 SiO2, TiO2, ZnO, Al2O3, Ta2O5, HfO2 및 ZrO2 중에서 선택되는 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체.
  5. 기판 상에 광결정층을 형성하는 단계;
    상기 광결정층이 형성된 기판 상에 제1 나노스피어 자기조립단분자 어레이를 형성한 후, 제1 식각하여 상기 제1 나노스피어의 크기를 조절하는 단계;
    상기 제1 나노스피어 자기조립단분자 어레이 상에 제2 나노스피어 자기조립단분자 어레이를 형성한 후, 제2 식각하여 플라워 타입의 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 플라워 타입의 마스크 패턴 전면에 마스크막을 형성한 후, 상기 플라워 타입의 마스크 패턴을 제거하고, 상기 마스크막을 이용하여 상기 광결정층이 형성된 기판을 제3 식각함으로써 플라워 타입의 패턴 구조를 가지는 광결정 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 식각, 제2 식각 및 제3 식각 중 적어도 어느 하나는 반응성 이온 식각인 것을 특징으로 하는 다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 플라워 타입의 마스크 패턴은 하나의 제1 나노스피어의 주위에 복수개의 제2 나노스피어가 결합되어 형성된 것을 특징으로 하는 다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수개의 제2 나노스피어는 3개 ∼ 6개인 것을 특징으로 하는 다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 나노스피어의 직경은 1μm ∼ 2μm 인 것을 특징으로 하는 다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제2 나노스피어의 직경은 300nm ∼ 1μm 인 것을 특징으로 하는 다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체의 제조방법.
KR1020120007402A 2012-01-25 2012-01-25 다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체 및 이의 제조방법２ｄ KR101289200B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120007402A KR101289200B1 (ko) 2012-01-25 2012-01-25 다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체 및 이의 제조방법２ｄ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120007402A KR101289200B1 (ko) 2012-01-25 2012-01-25 다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체 및 이의 제조방법２ｄ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101289200B1 true KR101289200B1 (ko) 2013-07-26

Family

ID=48997940

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120007402A KR101289200B1 (ko) 2012-01-25 2012-01-25 다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체 및 이의 제조방법２ｄ

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101289200B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040048002A (ko) * 2002-12-02 2004-06-07 삼성전자주식회사 수평 확산형 모스 트랜지스터의 제조방법
US7177513B2 (en) 2002-04-12 2007-02-13 Massachusetts Institute Of Technology Metamaterials employing photonic crystal
KR20090106948A (ko) * 2008-04-07 2009-10-12 국민대학교산학협력단 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 제조방법 및 이에 의해제조된 발광 소자

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7177513B2 (en) 2002-04-12 2007-02-13 Massachusetts Institute Of Technology Metamaterials employing photonic crystal
KR20040048002A (ko) * 2002-12-02 2004-06-07 삼성전자주식회사 수평 확산형 모스 트랜지스터의 제조방법
KR20090106948A (ko) * 2008-04-07 2009-10-12 국민대학교산학협력단 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 제조방법 및 이에 의해제조된 발광 소자

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8894871B2 (en) Lithography method using tilted evaporation
TWI338615B (en) Self-aligned process for fabricating imprint templates containing variously etched features
AU2017330513B2 (en) Microlithographic fabrication of structures
Zhang et al. Colloidal lithography—the art of nanochemical patterning
CN102910579B (zh) 一种可提高图形深宽比的纳米压印方法及其产品
TWI505336B (zh) 金屬光柵的製備方法
JP6433895B2 (ja) 光回折格子
US8617799B2 (en) Post arrays and methods of making the same
Wang et al. Laser interference fabrication of large-area functional periodic structure surface
CA3014989C (en) Methods for micro and nano fabrication by selective template removal
Lérondel et al. Nanofabrication for plasmonics
Kang et al. Photopatterning via photofluidization of azobenzene polymers
KR101289200B1 (ko) 다양한 크기의 나노스피어를 이용한 2차원 광결정 구조체 및 이의 제조방법２ｄ
Ahn et al. High volume nanoscale roll-based imprinting using jet and flash imprint lithography
JP6136721B2 (ja) パターン形成方法及びインプリントモールドの製造方法
KR100897931B1 (ko) 나노스탬프 제조방법
Li et al. Large area nanosize array stamp for UV-based nanoimprint lithography fabricated by size reduction process
KR100941302B1 (ko) 광결정 광학 소자의 제조 방법
KR101078812B1 (ko) 비구면 형태의 실리콘 몰드, 마이크로 렌즈 어레이 및 상기 실리콘 몰드와 마이크로 렌즈 어레이를 제조하는 방법
JP2007101979A (ja) 微細構造の製造方法、微細構造成型用金型の製造方法、微細構造を有する光学素子の製造方法、微細構造を有する光学素子及び光学機器
US11261085B2 (en) Methods for micro and nano fabrication by selective template removal
CN216622745U (zh) 一种消反结构
CN114296168B (zh) 一种利用宽光栅纳米压印模板制作变周期窄光栅的方法
Hong et al. Fabrication and Application of Nanostructures Using Gas-Assisted Hot Embossing and Self-Assembled Nanospheres
CN113985503A (zh) 一种消反结构以及制造方法

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: 20160705

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180702

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190624

Year of fee payment: 7