KR101551098B1 - Nano meta structure and method of manufacturing the same - Google Patents

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KR101551098B1 KR1020140070841A KR20140070841A KR101551098B1 KR 101551098 B1 KR101551098 B1 KR 101551098B1 KR 1020140070841 A KR1020140070841 A KR 1020140070841A KR 20140070841 A KR20140070841 A KR 20140070841A KR 101551098 B1 KR101551098 B1 KR 101551098B1
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조중연
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고려대학교 산학협력단
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Abstract

A method for manufacturing a nano meta structure comprises the following steps: forming a first lift-off thin film on a substrate; on the first lift-off thin film, forming second lift-off patterns separated from each other and partially exposing the first lift-off thin film; forming meta units including a first metal thin film pattern and a second metal thin film pattern parallel to each other, and a dielectric thin film pattern interposed between the first and second metal thin film patterns, on the exposed first lift-off thin film; removing the second lift-off patterns to expose the side wall of each meta unit; and forming a spacer on the side wall of each meta unit.

Description

나노 메타 구조물 및 이의 제조 방법{NANO META STRUCTURE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}≪ Desc / Clms Page number 1 > METHOD OF MANUFACTURING THE SAME < RTI ID =

본 발명은 나노 메타 구조물 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 메타 원자들의 주기적인 배열을 통하여 초고굴절율 또는 음굴절율을 구현하는 나노 메타 구조물 및 상기 나노 메타 구조물의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nano-meta structure and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a nano-meta structure that implements an ultra-high refractive index or a negative refractive index through periodic arrangement of meta-atoms and a method of manufacturing the nano-meta structure.

나노 메타 구조물은 금속이나 유전 물질을 포함하는 메타 원자들이 주기적으로 배열된 구조를 갖는다. 이로써 상기 나노 메타 구조물은 초고굴절률 또는 음굴절률 등과 같이 자연계에서는 존재하지 않는 특성을 가질 수 있다. The nanometer-scale structure has a structure in which metal atoms including a metal or a dielectric material are periodically arranged. As a result, the nanometer-shaped structure may have properties such as ultra-high refractive index or negative refractive index, which do not exist in the natural world.

상기 나노 메타 구조물은 10이상의 굴절율을 갖거나, 음수의 굴절율 가짐에 따라 기존 회절 특성의 한계에 의하여 성능 향상의 제약의 문제를 해결할 수 있는 기대와 함께 다양한 기술 분야에 적용될 수 있다. The nanometer-shaped structures have a refractive index of 10 or more, or have a negative refractive index. Accordingly, the nanometer-shaped structures can be applied to various technical fields with expectation of solving the problem of limitation of performance improvement due to limitations of existing diffraction characteristics.

특히, 바이오 이미징 기술은 세포 내에서 발생하는 분자 수준의 변화를 영상화하는 기술이다.In particular, bio-imaging technology is a technique for imaging molecular level changes occurring in cells.

상기 바이오 이미징 기술과 관련하여 현재 임상에 쓰이는 기술로서 공초점 현미경(confocal microscopy)은 살아있는 생체의 3차원 이미징(표면으로부터 수백마이크론 깊이)이 가능하며 회절 한계 수준 (수백 nm 수준)의 분해능도 확보할 수 있다. 또한 기존의 대표적인 이미징 시스템인 광현미경은, 그 회절 한계로 인하여 200nm 이하의 물질 관찰은 육안으로 불가능한 상태이다. 따라서 바이러스와 같은 살아있는 미세 조직의 관찰이 필요한 바이오ㆍ의료분야에서는 주로 간접적인 방식의 이미징 시스템이 이용되고 있다. 이로써, 기존 광학 소재, 광학 장비의 기술적 한계를 극복하기위해서는 회절 한계의 법칙을 깨뜨리는 바이오 이미징 기술이 요구되고 있다.Confocal microscopy, which is currently in clinical use in relation to the above bioimaging technology, is capable of three-dimensional imaging of living organisms (hundreds of microns deep from the surface) and resolution at diffraction limit levels (several hundred nanometers) . In addition, a conventional optical microscope, which is a typical imaging system, can not visually observe a material of 200 nm or less due to its diffraction limit. Therefore, an indirect imaging system is mainly used in the biomedical field, which requires observation of living microstructures such as viruses. Accordingly, in order to overcome the technical limitations of conventional optical materials and optical equipment, a bio-imaging technology that breaks the law of diffraction is required.

예를 들면, 이머전 리소그래피 기술은 현재는 굴절률이 큰 이머전 오일을 사용하여 공기중 회절 한계 대비 조금이라도 분해능을 높이는 기술이다. 하지만, 이머전 오일의 굴절률이 1.5~1.7 수준에 머무르고 있어서 분해능이 1.5~1.7배 향상되는데 그친다.For example, immersion lithography is a technology that uses immersion oil with a high refractive index to increase the resolution even slightly above the diffraction limit in air. However, the refractive index of the immobilized oil stays at the 1.5 to 1.7 level, which improves the resolution by 1.5 to 1.7 times.

따라서, 금속이나 유전 물질을 포함하는 메타 원자 (meta atom)가 주기적인 배열된 나노 메타 구조물에 대한 적용이 연구되고 있다. 특히 상기 메타 원자는 초고굴절률, 음굴절률 등 자연계에 존재하지 않는 특성을 진다. 따라서 상기 메타 원자를 이용하여 굴절률이 10 이상인 물질을 구현하거나 굴절률이음수인 물질을 구현하면 회절 한계에 의하여 성능 향상의 제약이 있는 모든 분야의 기술적 장애를 해결할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 이와 관련된 선행 기술로는 한국특허공개번호 제2012-0094418호(발명의 명칭 : 고 굴절률 메타물질)가 있다.Therefore, application to a nanometer-shaped structure in which a meta atom including a metal or a dielectric material is periodically arranged is being studied. In particular, the meta-atoms have properties that do not exist in nature such as ultrahigh refractive index and negative refractive index. Therefore, it is expected that if a material having a refractive index of 10 or more is realized by using the meta-atom or a material having a negative refractive index is implemented, technological obstacles in all fields which are restricted by the diffraction limit can be solved. A prior art related to this is Korean Patent Publication No. 2012-0094418 (entitled: High Refractive Index Meta-material).

이러한 특성이 실제 가시광 영역대에서 구현되기 위해서는 작용 파장대의 약 1/5 이하의 직경, 간격 또는 두께를 가져야 한다. 메타 물질에 대한 이론적인 연구는 다양하게 진행되었지만, 이론적 구조를 실제로 구현하기 위한 나노급 공정 기술의 부재로 실험적 연구는 거의 전무한 상태이다. 가시광선 영역에서 메타 물질을 구현하기 위해서는 수십 나노 크기의 셀이 정교하게 정렬된 구조를 제작해야 하지만 현재의 planar technology (광 리소그래피, 전자빔 리소그래피등)로 구현하기가 매우 어렵다. 메타 원자의 두께, 사이즈, 간격을 나노급으로 제어해야 하지만, 현 기술로는 대면적(테라스케일)으로 메타 원자의 두께, 사이즈, 간격을 동시에 나노급으로 제어하는데 한계가 있다. 특히, 메타 원자의 간격을 나노급으로 제어하는 공정에 많은 어려움이 있다. In order for such a characteristic to be realized in the actual visible light region, it should have a diameter, an interval, or a thickness of about 1/5 or less of the working wavelength band. Theoretical studies on metamaterials have been carried out in a variety of ways, but there is almost no experimental work in the absence of nano-scale process technology to actually implement the theoretical structure. In order to realize the meta-material in the visible light region, it is necessary to fabricate a structure in which cells having a size of several tens of nanometers are precisely aligned, but it is very difficult to implement the present planar technology (optical lithography, electron beam lithography, etc.). Thickness, size, and spacing of the meta-atoms must be controlled at the nanometer level. However, the current technology has a limitation in controlling the thickness, size, and spacing of the meta-atoms at a nanometer level at a large area (terra-scale). In particular, there are many difficulties in the process of controlling the spacing of the meta-atoms to nano-scale.

본 발명의 일 목적은, 메타 단위체의 간격을 용이하게 제어할 수 있는 나노 메타 구조물의 제조 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for producing a nanometer-shaped structure capable of easily controlling the spacing of the meta-unit.

또한 본 발명의 일 목적은, 상술된 나노 메타 구조물의 제조 방법에 의하여 제조된 나노 메타 구조물을 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a nanometer-shaped structure manufactured by the above-described method of manufacturing a nanometer-shaped structure.

본 발명의 실시예들에 따른 나노 메탈 구조물의 제조 방법에 있어서, 기판 상에 제1 리프트 오프 박막을 형성하고, 상기 제1 리프트 오프 박막 상에, 상호 이격되어 상기 제1 리프트 오프 박막을 부분적으로 노출된 제2 리프트 오프 패턴들을 형성한다. 상기 노출된 제1 리프트 오프 박막 상에, 상호 평행한 제1 금속 박막 패턴과 제2 금속 박막 패턴 및 상기 제1 및 제2 금속 박막 패턴들 사이에 개재된 유전체 박막 패턴을 각각 갖는 메타 단위체들을 형성한다. 이후, 상기 제2 리프트 오프 패턴을 제거하여 상기 메타 단위체들 각각의 측벽을 노출시키고, 상기 메타 단위체들 각각의 측벽에 스페이서를 형성한다. In the method of manufacturing a nanometal structure according to embodiments of the present invention, a first lift-off thin film is formed on a substrate, and the first lift-off thin film is spaced apart from the first lift- To form exposed second lift-off patterns. On the exposed first lift-off thin film, meta-units having mutually parallel first metal thin film patterns, second metal thin film patterns, and dielectric thin film patterns sandwiched between the first and second metal thin film patterns are formed do. Thereafter, the second lift-off pattern is removed to expose sidewalls of each of the meta-units, and spacers are formed on the sidewalls of the meta-units.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 스페이서는, 상기 메타 단위체들 및 상기 제1 리프트 오프 박막 상에 스페이서용 박막을 등사적(conformal)으로 형성하고, 상기 스페이서용 박막을 이방성 식각함으로써 형성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the spacer may be formed by conformally forming a thin film for a spacer on the meta-units and the first lift-off thin film, and anisotropically etching the thin film for the spacer have.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 스페이서는 산화물 또는 질화물로 이루어질 수 있다.In an embodiment of the present invention, the spacer may be made of oxide or nitride.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 리프트 오프 박막을 상기 기판으로부터 박리(lift off)시키고, 상기 메타 단위체들 사이에 상기 스페이서를 정렬시키는 공정이 추가적으로 수행될 수 있다.In one embodiment of the present invention, a process of lifting off the first lift-off thin film from the substrate and aligning the spacer between the meta-units may be further performed.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 스페이서는, 상기 제1 리프트 오프 박막을 상기 기판으로부터 박리(lift off)시켜 상기 메타 단위체들을 개별화시키고, 상기 메타 단위체들에 대하여 딥 코팅 공정을 통하여 상기 메타 단위체들 각각을 감싸는 스페이서를 형성하고, 상기 메타 단위체들 사이에 스페이서를 정렬시킴으로써 형성될 수 있다. 여기서, 상기 딥 코팅 공정은 나노 입자가 분산된 분산 용액 또는 졸-겔 용액을 이용하여 수행될 수 있다. 또한, 상기 나노 입자는 산화물 또는 질화물을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the spacer is formed by lifting off the first lift-off thin film from the substrate to individualize the meta-units, and applying the meta- , And aligning the spacers between the meta-units. Here, the dip coating process may be performed using a dispersion solution or a sol-gel solution in which nanoparticles are dispersed. The nanoparticles may also include oxides or nitrides.

본 발명의 실시예들에 따르면, 메타 단위체들 사이에 스페이서를 형성함으로써 상기 메타 단위체들 사이의 간격이 용이하게 제어될 수 있다. 이로써 메타 단위체들 및 스페이서를 포함하는 나노 메타 구조물은 가시광선 영역대에서 메타 특성을 구현할 수 있다. According to embodiments of the present invention, the spacing between the meta-units can be easily controlled by forming spacers between the meta-units. Thus, the nanometric structures including the meta-units and the spacers can realize the meta-characteristics in the visible light region region.

도 1 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 메타 구조물의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 메타 구조물의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.FIGS. 1 to 7 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nanometer-scale structure according to an embodiment of the present invention.
8 to 14 are cross-sectional views illustrating a method of fabricating a nanometer-scale structure according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 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. 첨부된 도면에 있어서, 대상물들의 크기와 양은 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. In the accompanying drawings, the sizes and the quantities of objects are shown enlarged or reduced from the actual size for the sake of clarity of the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprise", "comprising" and the like are intended to specify that there is a stated feature, step, function, element, or combination thereof, Quot; or " an " or < / RTI > combinations thereof.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 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 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
On the other hand, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

도 1 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 메타 구조물의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.FIGS. 1 to 7 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a nanometer-scale structure according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 메타 구조물의 제조 방법에 있어서, 기판(101) 상에 제1 리프트 오프막(111)을 형성한다. 상기 제1 리프트 오프막(111)은 후속하는 리프트 오프 공정에서 용이하게 기판(101)으로부터 제거될 수 있다. Referring to FIG. 1, in a method of fabricating a nanometer-scale structure according to an embodiment of the present invention, a first lift-off film 111 is formed on a substrate 101. The first lift-off film 111 can be easily removed from the substrate 101 in a subsequent lift-off process.

한편, 상기 제1 리프트 오프막(111) 상에는 보호막(116)이 추가적으로 형성될 수 있다. 상기 보호막(116)은 후속하는 스페이서(150, 도 6 참조)와 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 이로써 상기 스페이서(150)를 형성하기 위한 식각 공정에서 상기 보호막(116)은 상기 리프트 오프막의 손상을 억제할 수 있다. 예를 들면, 상기 스페이서(150)가 산화물로 이루어질 경우, 상기 보호막(116)은 산화물로 이루어질 수 있다.On the other hand, a protective layer 116 may be additionally formed on the first lift-off layer 111. The protective layer 116 may be made of the same material as the spacer 150 (see FIG. 6). Thus, in the etching process for forming the spacer 150, the protective film 116 can suppress the damage of the lift-off film. For example, when the spacer 150 is made of oxide, the passivation layer 116 may be made of oxide.

도 2를 참조하면, 상기 제1 리프트 오프막(111)의 상부에 제2 리프트 오프막 패턴(121)을 형성한다.Referring to FIG. 2, a second lift-off film pattern 121 is formed on the first lift-off film 111.

상기 제2 리프트 오프막 패턴(121)은 예를 들면 고분자 물질로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 제1 리프트 오프막(111) 상에 제2 리프트 오프막(미도시)이 형성된다. 이후, 상기 제2 리프트 오프막은 나노 임프린트 리소그래피 공정을 통하여 패터닝됨으로써 상기 제2 리프트 오프막 패턴(121)이 형성될 수 있다. The second lift-off film pattern 121 may be formed of, for example, a polymer material. That is, a second lift-off film (not shown) is formed on the first lift-off film 111. Thereafter, the second lift-off film is patterned through a nano-imprint lithography process, so that the second lift-off film pattern 121 can be formed.

상기 나노 임프린트 리소그래피 공정에 따르면, 상기 고분자 물질로 이루어진 상기 제2 리프트 오프막에 대하여 스탬프를 이용하는 가압 공정 및 경화 공정을 통하여 상기 제2 리프트 오프막이 용이하게 패터닝될 수 있다. 상기 경화 공정은 예를 들면, 열경화 공정 또는 자외선 경화 공정을 포함할 수 있다.According to the nanoimprint lithography process, the second lift-off film can be easily patterned through a pressing process and a curing process using a stamp for the second lift-off film made of the polymer material. The curing process may include, for example, a thermal curing process or an ultraviolet curing process.

이로써 상기 제2 리프트 오프막 패턴들(121) 사이에는 상기 제1 리프트 오프막(111)의 상부 표면이 부분적으로 노출될 수 있다. 또한, 상기 보호막(116)이 추가적으로 형성된 경우에는 상기 보호막(116)의 상부 표면이 부분적으로 노출될 수 있다.Thus, the upper surface of the first lift-off film 111 may be partially exposed between the second lift-off film patterns 121. In addition, when the protective layer 116 is additionally formed, the upper surface of the protective layer 116 may be partially exposed.

도 3을 참조하면, 상기 제2 리프트 오프막 패턴들(121) 사이의 상기 노출된 제1 리프트 오프막(111) 상에 메타 단위체들(130)이 형성된다.Referring to FIG. 3, the meta-units 130 are formed on the exposed first lift-off film 111 between the second lift-off film patterns 121.

상기 메타 단위체들(130) 각각은 상호 평행한 제1 금속 박막 패턴(131)과 제2 금속 박막 패턴(135) 및 상기 제1 및 제2 금속 박막 패턴들 사이에 개재된 유전체 박막 패턴(133)을 포함한다. 즉, 도시된 바와 같이 상기 메타 단위체들(130) 각각은 순차적으로 수직 적층된 제1 금속 박막 패턴, 유전체 박막 패턴 및 제2 금속 박막 패턴을 포함할 수 있다. 이와 다르게, 상기 메타 단위체들(130) 각각은 수직 방향으로 형성된 제1 금속 박막 패턴, 유전체 박막 패턴 및 제2 금속 박막 패턴을 포함할 수 있다. 이때, 상기 메타 단위체들(130)은 상기 제2 리프트 오프막 패턴(121) 상부에도 형성될 수 있다.Each of the meta units 130 includes a first metal thin film pattern 131 and a second metal thin film pattern 135 parallel to each other and a dielectric thin film pattern 133 interposed between the first and second metal thin film patterns. . That is, as shown in the figure, each of the meta units 130 may include a first metal thin film pattern, a dielectric thin film pattern, and a second metal thin film pattern that are vertically stacked sequentially. Alternatively, each of the meta-units 130 may include a first metal thin film pattern, a dielectric thin film pattern, and a second metal thin film pattern formed in a vertical direction. At this time, the meta-units 130 may be formed on the second lift-off film pattern 121.

상기 제1 금속 박막 패턴, 유전체 박막 패턴 및 제2 금속 박막 패턴은 전자빔 증착법 (E-beam evaporation), 스퍼터링법(sputtering), 나노입자 코팅 및 화학기상증착법(chemical vapor deposition) 등 다양하게 공정을 통하여 형성될 수 있다.The first metal thin film pattern, the dielectric thin film pattern, and the second metal thin film pattern may be formed by various processes such as electron beam evaporation (E-beam evaporation), sputtering, nanoparticle coating, and chemical vapor deposition .

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 금속 박막 패턴 상에는 캡핑막 패턴이 추가적으로 형성될 수 있다. 상기 캡핑막 패턴은 후속하는 리프트 오프 공정 또는 이방성 식각 공정에서 상기 제2 금속 박막 패턴의 손상을 억제할 수 있다.In an exemplary embodiment of the present invention, a capping layer pattern may be additionally formed on the second metal thin film pattern. The capping film pattern can suppress the damage of the second metal thin film pattern in a subsequent lift-off process or an anisotropic etching process.

도 4를 참조하면, 상기 제2 리프트 오프막 패턴(121)을 기판(101)으로부터 제거한다. 이로써 상기 제2 리프트 오프막 패턴(121) 상부에 형성된 상기 메타 단위체들(130)은 제거되는 반면에, 상기 노출된 제1 리프트 오프막(111) 상에 메타 단위체들(130)이 잔류한다. 이로써 상호 일정 간격으로 이격된 메타 단위체들(130)이 상기 제1 리프트 오프 박막 상에 형성된다. 상기 제2 리프트 오프막 패턴(121)을 기판(101)으로부터 제거하기 위하여, 식각액 또는 탈이온수를 이용하는 리프트 오프 공정이 수행될 수 있다.Referring to FIG. 4, the second lift-off film pattern 121 is removed from the substrate 101. As a result, the meta-units 130 formed on the second lift-off film pattern 121 are removed, while the meta-units 130 remain on the exposed first lift-off film 111. Thereby forming meta-units 130 spaced at regular intervals from each other on the first lift-off thin film. In order to remove the second lift-off film pattern 121 from the substrate 101, a lift-off process using an etchant or deionized water may be performed.

도 5를 참조하면, 상기 제1 리프트 오프 박막 및 상기 메타 단위체들(130) 상에 스페이서용 박막(151)을 형성한다. 상기 스페이서용 박막(151)은 예를 들면 산화물 또는 질화물로 이루어질 수 있다. 상기 스페이서용 박막(151)은 플라즈마 증대 화학적 기상 증착 공정 또는 원자층 적층 공정을 통하여 형성될 수 있다. 상기 스페이서용 박막(151)의 두께는 용이하게 조절될 수 있다. 이로써 상기 스페이서용 박막(151)의 두께는 후속하는 식각 공정에서 상기 메타 단위체들(130) 사이의 간격을 결정한다. 결과적으로 상기 스페이서용 박막(151)의 두께가 조절됨에 따라 상기 메타 단위체들(130) 사이의 간격이 조절될 수 있다.Referring to FIG. 5, a thin film for spacers 151 is formed on the first lift-off thin film and the meta-units 130. The spacer thin film 151 may be made of, for example, an oxide or a nitride. The spacer thin film 151 may be formed through a plasma enhanced chemical vapor deposition process or an atomic layer deposition process. The thickness of the spacer thin film 151 can be easily adjusted. Thus, the thickness of the thin film for spacers 151 determines the interval between the meta-units 130 in a subsequent etching process. As a result, the spacing between the meta-units 130 can be adjusted as the thickness of the spacer thin film 151 is adjusted.

도 6을 참조하면, 상기 스페이서용 박막(151)을 이방성 식각공정을 통하여 식각함으로서 상기 메타 단위체들(130) 각각의 측벽에 스페이서(150)를 형성한다. 상기 스페이서(150)는 상기 메타 단위체들(130) 각각의 측벽에 선택적으로 잔류한다. 상기 이방성 식각 공정의 예로는 플라즈마를 이용한 식각 공정을 들 수 있다. 이때 상기 캡핑막 패턴 및 상기 보호층은 상기 이방성 식각 공정에서 그 하부에 형성된 제2 금속 박막 패턴 및 제1 리프트 오프막(111)의 손상을 억제할 수 있다.Referring to FIG. 6, spacers 150 are formed on the side walls of each of the meta-units 130 by etching the thin film for spacers 151 through an anisotropic etching process. The spacers 150 selectively remain on the sidewalls of each of the meta-units 130. An example of the anisotropic etching process is an etching process using a plasma. At this time, the capping film pattern and the protective layer can prevent damage to the second metal thin film pattern and the first lift-off film 111 formed under the cap film pattern and the protective layer in the anisotropic etching process.

도 7을 참조하면, 상기 제1 리프트 오프막(111)을 상기 기판(101)으로부터 제거한다. 이로써 상기 메타 단위체들(130) 및 상기 메타 단위체들(130) 각각의 측벽을 감싸는 스페이서(150)를 포함하는 금속 메타 구조물이 제조된다. 이때 상기 스페이서(150)의 두께들이 상기 메타 구조물들 사이의 간격을 결정함으로써 메타 구조물들 사이의 간격이 용이하게 조절될 수 있다.
Referring to FIG. 7, the first lift-off film 111 is removed from the substrate 101. Thus, the metal meta-structure including the meta-units 130 and the spacers 150 surrounding the side walls of the meta-units 130 is manufactured. At this time, the spacing between the meta structures can be easily adjusted by determining the thicknesses of the spacers 150 between the meta structures.

도 8 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 메타 구조물의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.8 to 15 are cross-sectional views illustrating a method of fabricating a nanometer-scale structure according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 메타 구조물의 제조 방법에 있어서, 기판(201) 상에 제1 리프트 오프막(211)을 형성한다. 상기 제1 리프트 오프막(211)은 후속하는 리프트 오프 공정에서 용이하게 기판(201)으로부터 제거될 수 있다. Referring to FIG. 8, in a method of fabricating a nanometer-scale structure according to an embodiment of the present invention, a first lift-off film 211 is formed on a substrate 201. The first lift-off film 211 can be easily removed from the substrate 201 in a subsequent lift-off process.

한편, 도 1 내지 도 7을 참고로 전수한 나노 메타 구조물의 제조 방법과 다르게, 상기 제1 리프트 오프막(211) 상에 보호막(116, 도1 참조)의 형성이 생략될 수 있다. 이는 스페이서를 형성하기 위한 식각 공정 대신에 딥 코팅 공정이 수행되기 때문이다.1 to 7, the formation of the protective layer 116 (see FIG. 1) may be omitted on the first lift-off layer 211, unlike the conventional method of fabricating the nanometer-shaped structure. This is because the dip coating process is performed instead of the etching process for forming the spacer.

도 9를 참조하면, 상기 제1 리프트 오프막(211)의 상부에 제2 리프트 오프막 패턴(221)을 형성한다.Referring to FIG. 9, a second lift-off film pattern 221 is formed on the first lift-off film 211.

상기 제2 리프트 오프막 패턴(221)은 예를 들면 고분자 물질로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 제1 리프트 오프막(211) 상에 제2 리프트 오프막이 형성된다. 이후, 상기 제2 리프트 오프막은 나노 임프린트 리소그래피 공정을 통하여 패터닝됨으로써 상기 제2 리프트 오프막 패턴(221)이 형성될 수 있다. The second lift-off film pattern 221 may be formed of, for example, a polymer material. That is, a second lift-off film is formed on the first lift-off film 211. Thereafter, the second lift-off film is patterned through a nano-imprint lithography process to form the second lift-off film pattern 221.

상기 나노 임프린트 리소그래피 공정에 따르면, 상기 고분자 물질로 이루어진 상기 제2 리프트 오프막에 대하여 스탬프를 이용하는 가압 공정 및 경화 공정을 통하여 상기 제2 리프트 오프막이 용이하게 패터닝될 수 있다. 상기 경화 공정은 예를 들면, 열경화 공정 또는 자외선 경화 공정을 포함할 수 있다.According to the nanoimprint lithography process, the second lift-off film can be easily patterned through a pressing process and a curing process using a stamp for the second lift-off film made of the polymer material. The curing process may include, for example, a thermal curing process or an ultraviolet curing process.

이로써 상기 제2 리프트 오프막 패턴들(221) 사이에는 상기 제1 리프트 오프막(211)의 상부 표면이 부분적으로 노출될 수 있다. Thus, the upper surface of the first lift-off film 211 may be partially exposed between the second lift-off film patterns 221.

도 10을 참조하면, 상기 제2 리프트 오프막 패턴들(221) 사이의 상기 노출된 제1 리프트 오프막(211) 상에 메타 단위체들(230)이 형성된다.Referring to FIG. 10, the meta-units 230 are formed on the exposed first lift-off film 211 between the second lift-off film patterns 221.

상기 메타 단위체들(230) 각각은 상호 평행한 제1 금속 박막 패턴(131)과 제2 금속 박막 패턴(135) 및 상기 제1 및 제2 금속 박막 패턴들 사이에 개재된 유전체 박막 패턴(133)을 포함한다. 즉, 도시된 바와 같이 상기 메타 단위체는 순차적으로 수직 적층된 제1 금속 박막 패턴, 유전체 박막 패턴 및 제2 금속 박막 패턴을 포함할 수 있다. 이와 다르게, 상기 메타 단위체는 수직 방향으로 형성된 제1 금속 박막 패턴, 유전체 박막 패턴 및 제2 금속 박막 패턴을 포함할 수 있다. 이때, 상기 메타 단위체들(230)은 상기 제2 리프트 오프막 패턴(221) 상부에도 형성될 수 있다.Each of the meta units 230 includes a first metal thin film pattern 131 and a second metal thin film pattern 135 parallel to each other and a dielectric thin film pattern 133 interposed between the first and second metal thin film patterns. . That is, as shown in the figure, the meta-unit may include a first metal thin film pattern, a dielectric thin film pattern, and a second metal thin film pattern that are vertically stacked sequentially. Alternatively, the meta-unit may include a first metal thin film pattern, a dielectric thin film pattern, and a second metal thin film pattern formed in a vertical direction. At this time, the meta-units 230 may be formed on the second lift-off film pattern 221.

상기 제1 금속 박막 패턴, 유전체 박막 패턴 및 제2 금속 박막 패턴은 전자빔 증착법 (E-beam evaporation), 스퍼터링법(sputtering), 나노입자 코팅 및 화학기상증착법(chemical vapor deposition) 등 다양하게 공정을 통하여 형성될 수 있다.The first metal thin film pattern, the dielectric thin film pattern, and the second metal thin film pattern may be formed by various processes such as electron beam evaporation (E-beam evaporation), sputtering, nanoparticle coating, and chemical vapor deposition .

도 11을 참조하면, 상기 제2 리프트 오프막 패턴(221)을 기판(201)으로부터 제거한다. 이로써 상기 제2 리프트 오프막 패턴(221) 상부에 형성된 상기 메타 단위체들(230)은 제거되는 반면에, 상기 노출된 제1 리프트 오프막(211) 상에 메타 단위체들(230)이 잔류한다. 이로써 상호 일정 간격으로 이격된 메타 단위체들(230)이 상기 제1 리프트 오프 박막 상에 형성된다. 상기 제2 리프트 오프막 패턴(221)을 기판(201)으로부터 제거하기 위하여, 식각액 또는 탈이온수를 이용하는 제1 리프트 오프 공정이 수행될 수 있다.Referring to FIG. 11, the second lift-off film pattern 221 is removed from the substrate 201. As a result, the meta-units 230 formed on the second lift-off film pattern 221 are removed, while the meta-units 230 remain on the exposed first lift-off film 211. Thereby forming meta-units 230 spaced at regular intervals from each other on the first lift-off thin film. In order to remove the second lift-off film pattern 221 from the substrate 201, a first lift-off process using an etchant or deionized water may be performed.

도 12를 참조하면, 상기 제1 리프트 오프막(211)을 상기 기판(201)으로부터 제거한다. 이로써 상기 메타 단위체들(230)이 개별화된다. 상기 제1 리프트 오프막을 기판(201)으로부터 제거하기 위하여, 식각액 또는 탈이온수를 이용하는 제2 리프트 오프 공정이 수행될 수 있다.Referring to FIG. 12, the first lift-off film 211 is removed from the substrate 201. Whereby the meta-units 230 are individualized. In order to remove the first lift-off film from the substrate 201, a second lift-off process using an etchant or deionized water may be performed.

도 13을 참조하면, 상기 메타 단위체들(230)에 대하여 딥 디핑 공정을 수행하여 상기 메타 단위체들(230) 각각을 감싸는 스페이서(250)를 형성한다. 상기 스페이서(250)는 상기 메타 단위체들(230) 각각의 상하부 및 측벽을 모두 둘러싸도록 구비될 수 있다. Referring to FIG. 13, a deep dipping process is performed on the meta-units 230 to form spacers 250 surrounding each of the meta units 230. The spacer 250 may be provided to surround the upper and lower portions and the side walls of each of the meta units 230.

상기 딥 디핑 공정은 나노 입자가 분산된 분산 용액 또는 졸-겔 용액을 이용하여 수행될 수 있다. 이때 나노 입자는 산화물 또는 질화물로 이루어 질 수 있다.The deep dipping process may be performed using a dispersion solution or a sol-gel solution in which nanoparticles are dispersed. The nanoparticles may be composed of oxides or nitrides.

도 14를 참조하면 상기 메타 단위체들(230) 사이에 상기 스페이서(250)를 정렬시킴으로써 상기 메타 단위체들(230) 및 상기 메타 단위체들(230) 각각을 감싸는 스페이서(250)를 포함하는 금속 메타 구조물이 제조된다. 이때 상기 스페이서(250)의 두께들이 상기 메타 구조물들 사이의 간격을 결정함으로써 메타 단위체들(230) 사이의 간격이 용이하게 조절될 수 있다.Referring to FIG. 14, a spacer 250 is disposed to surround each of the meta-units 230 and the meta-units 230 by aligning the spacer 250 between the meta-units 230. . At this time, the spacing between the meta-units 230 can be easily adjusted by determining the thicknesses of the spacers 250 between the meta-structures.

본 발명의 실시예들에 따른 나노 메타 구조물에 포함된 메타 단위체들 사이의 간격이 용이하게 조절됨으로써 적용 파장대를 가시광 대역에서 자외선 영역대까지 조절가능다. 따라서, 상기 나노 메타 구조물은 초고해상도 이미징 시스템, 태양열 완전 흡수체, 태양광기반 수소 생산 시스템 등에 적용될 경우, 그 효율이 개선될 수 있다.The distance between the meta-units included in the nanometer-shaped structures according to the embodiments of the present invention can be easily controlled, so that the applied wavelength range can be adjusted from the visible range to the ultraviolet range. Accordingly, when the nanometer-shaped structure is applied to an ultrahigh-resolution imaging system, a solar full absorber, a solar-based hydrogen production system, etc., the efficiency can be improved.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood that the present invention can be changed.

Claims (8)

기판 상에 제1 리프트 오프 박막을 형성하는 단계;
상기 제1 리프트 오프 박막 상에, 상호 이격되어 상기 제1 리프트 오프 박막을 부분적으로 노출된 제2 리프트 오프 패턴들을 형성하는 단계;
상기 노출된 제1 리프트 오프 박막 상에, 상호 평행한 제1 금속 박막 패턴과 제2 금속 박막 패턴 및 상기 제1 및 제2 금속 박막 패턴들 사이에 개재된 유전체 박막 패턴을 각각 갖는 메타 단위체들을 형성하는 단계;
상기 제2 리프트 오프 패턴을 제거하여 상기 메타 단위체들 각각의 측벽을 노출시키는 단계;
상기 메타 단위체들 각각의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계;
상기 제1 리프트 오프 박막을 상기 기판으로부터 박리(lift off)시키는 단계; 및
상기 메타 단위체들 사이에 상기 스페이서를 정렬시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 메타 구조물의 제조 방법.Forming a first lift-off thin film on a substrate;
Forming second lift-off patterns that are spaced apart from each other on the first lift-off thin film to partially expose the first lift-off thin film;
On the exposed first lift-off thin film, meta-units having mutually parallel first metal thin film patterns, second metal thin film patterns, and dielectric thin film patterns sandwiched between the first and second metal thin film patterns are formed ;
Removing the second lift-off pattern to expose sidewalls of each of the meta-units;
Forming spacers on sidewalls of each of the meta-units;
Lifting off the first lift-off thin film from the substrate; And
And aligning the spacer between the meta-units. ≪ Desc / Clms Page number 20 > 제1항에 있어서, 상기 스페이서를 형성하는 단계는,
상기 메타 단위체들 및 상기 제1 리프트 오프 박막 상에 스페이서용 박막을 등사적(conformal)으로 형성하는 단계; 및
상기 스페이서용 박막을 이방성 식각하는 단계를 포함하는 나노 메타 구조물의 제조 방법.2. The method of claim 1, wherein forming the spacer comprises:
Forming conformal thin films for spacers on the meta-units and the first lift-off thin film; And
And anisotropically etching the thin film for a spacer. 제1항에 있어서, 상기 스페이서는 산화물 또는 질화물로 이루어질 것을 특징으로 하는 나노 메타 구조물의 제조 방법.2. The method of claim 1, wherein the spacer is made of an oxide or a nitride. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 스페이서를 형성하는 단계는,
상기 제1 리프트 오프 박막을 상기 기판으로부터 박리(lift off)시켜 상기 메타 단위체들을 개별화시키는 단계;
상기 메타 단위체들에 대하여 딥 코팅 공정을 통하여 상기 메타 단위체들 각각을 감싸는 스페이서를 형성하는 단계; 및
상기 메타 단위체들 사이에 스페이서를 정렬시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 메타 구조물의 제조 방법.2. The method of claim 1, wherein forming the spacer comprises:
Lifting off the first lift-off thin film from the substrate to separate the meta-units;
Forming a spacer surrounding each of the meta-units through a dip coating process; And
And aligning the spacer between the meta-units. ≪ Desc / Clms Page number 20 > 제5항에 있어서, 상기 딥 코팅 공정은 나노 입자가 분산된 분산 용액 또는 졸-겔 용액을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 나노 메타 구조물의 제조 방법.6. The method of claim 5, wherein the dip coating process is performed using a dispersion solution or a sol-gel solution in which nanoparticles are dispersed. 제6항에 있어서, 상기 나노 입자는 산화물 또는 질화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 메타 구조물의 제조 방법.7. The method of claim 6, wherein the nanoparticles comprise an oxide or a nitride. 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 메타물질 제조 방법에 의해 제조되는 나노 메타 구조물.A nanometer-shaped structure produced by the method of manufacturing a meta-material according to any one of claims 1 to 3 and 5 to 7.
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