KR101857647B1 - forming method of hybrid pattern by vacuum deposition, manufacturing method of sensor device and sensor device thereby - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진공증착 공정을 이용하여 금속나노구조체 패턴을 형성하기 위한 것으로서, 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하는 제1단계와, 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 금속나노구조체의 성장을 위해 필요한 금속나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하는 제2단계와, 진공증착 공정에 의해 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 금속나노구조체를 성장시키는 제3단계와, 상기 마스크 패턴층을 제거하여, 상기 기재의 노출된 영역에 금속나노구조체를 형성하여 상기 기재 상부에 금속나노구조체 패턴을 형성하는 제4단계 및 상기 금속나노구조체를 이용하여 상기 기재의 일부 영역을 습식식각하여 하이브리드 패턴을 형성하는 제5단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴 형성방법을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 본 발명은 금속나노구조체의 성장을 위해 필요한 금속나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하여 진공증착 공정을 이용하여 기재 상부에 금속나노구조체 패턴을 형성하고 이를 이용하여 기재를 습식식각하여 기재의 일부 영역에 하이브리드 패턴을 제공하고자 하는 것이다.The present invention provides a method for forming a metal nanostructure pattern using a vacuum deposition process, the method comprising: a first step of forming a mask pattern layer exposing a part of the upper surface of the substrate; A second step of setting a vacuum deposition condition that satisfies a minimum critical radius of the metal nanostructure necessary for growth of the metal nanostructure on the substrate; A fourth step of forming a metal nanostructure pattern on the substrate by forming a metal nanostructure on an exposed region of the substrate by removing the mask pattern layer and a fourth step of forming a metal nanostructure pattern on the substrate, And a fifth step of forming a hybrid pattern by wet-etching a part of the substrate using And a hybrid method of pattern formation according to a vacuum deposition, characterized by the technical gist. Accordingly, the present invention provides a method of forming a metal nanostructure pattern on a substrate using a vacuum deposition process by setting vacuum deposition conditions that satisfy a minimum critical radius of the metal nanostructure necessary for growth of the metal nanostructure, Wet etching to provide a hybrid pattern in a part of the substrate.

Description

진공증착에 의한 하이브리드 패턴 형성방법, 이를 이용한 센서 소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 센서 소자{forming method of hybrid pattern by vacuum deposition, manufacturing method of sensor device and sensor device thereby}[0001] The present invention relates to a method of forming a hybrid pattern by vacuum deposition, a method of manufacturing a sensor element using the same,

본 발명은 진공증착 공정을 이용하여 하이브리드 패턴을 형성하기 위한 것으로서, 특히 금속나노구조체의 성장을 위해 필요한 금속나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하여 진공증착 공정을 이용하여 기재 상부에 금속나노구조체 패턴을 형성하고 이를 이용하여 기재를 습식식각하여 하이브리드 패턴을 형성하는 방법, 이를 이용한 센서 소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 센서 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a hybrid pattern by using a vacuum deposition process, and more particularly, to a method of forming a hybrid pattern using a vacuum vapor deposition process by setting a vacuum deposition condition satisfying a minimum critical radius of a metal nanostructure necessary for growing a metal nanostructure, And a method of forming a hybrid pattern by wet etching a substrate using the metal nanostructure pattern, a method of manufacturing a sensor element using the same, and a sensor element manufactured thereby.

최근 소자의 고집적화, 소형화 추세에 따라 나노구조체 및 그 제조방법에 대한 연구가 매우 활발히 진행되고 있다. 일반적으로 나노구조체는 입자의 크기, 재료 및 형태에 따라 상이한 성질을 나타낸다.In recent years, studies on nanostructures and their fabrication methods have been actively pursued in accordance with the trend toward high integration and miniaturization of devices. In general, nanostructures exhibit different properties depending on the particle size, material, and shape.

이러한 나노구조체는 재료, 전기, 전자 분야뿐만 아니라, 생명공학 등 다양한 분야에 활용되고 있으며, 특정 패턴을 이루도록 함으로써, 디스플레이, 센서, 레이저, LED, Solar Cell, 커패시터 등 다양한 분야에 활용되고 있다.Such nanostructures are utilized in various fields such as materials, electric and electronic fields as well as biotechnology, and are used in various fields such as display, sensor, laser, LED, solar cell, and capacitor by forming a specific pattern.

종래의 나노구조체를 형성하는 방법으로, 나노입자를 포함하는 분산용매를 기판에 코팅하고, 소결과정을 거쳐 용매를 제거하는 화학적인 방법(한국등록특허 10-1032791호)이 가장 간단한 방법으로 낮은 생산 비용으로 대량 양산이 가능하여 널리 사용되어 왔었다.In a conventional method of forming a nanostructure, a chemical process (Korean Patent No. 10-1032791) in which a dispersion solvent containing nanoparticles is coated on a substrate and a solvent is removed through a sintering process (Korean Patent No. 10-1032791) It has been widely used because it can be mass-produced at a high cost.

그러나, 종래의 이러한 화학적인 방법은 대면적의 기판 상에 나노입자의 균일한 흡착이 용이하지 않으며, 나노입자의 크기 제어가 용이하지 않아 그 활용도가 떨어지는 단점이 있다.However, this conventional chemical method has disadvantages in that uniform adsorption of nanoparticles on a large-sized substrate is not easy, and the size control of nanoparticles is not easy and the utilization thereof is low.

또한, 이러한 방법은 패턴의 형성이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 소결 공정의 온도 및 압력이 높아 공정 프로세스의 어려움이 있으며, 나노입자를 용매에 골고루 분산시키는 것과 이를 기판 상에 고르게 분포시키는 것이 용이하지 않아, 나노입자를 이용한 효율향상에 기여하지 못하고 있다.In addition, this method is not easy to form a pattern, has a high temperature and pressure in a sintering process, and has difficulty in a process. It is difficult to uniformly disperse nanoparticles in a solvent and to distribute the nanoparticles uniformly on a substrate , And does not contribute to improvement of efficiency using nanoparticles.

특히, 나노입자는 패턴의 크기, 형태 등에 따라 다양한 특성을 나타내는데. 이러한 특성을 이용하기 위해서는 각 응용분야별 나노입자를 이용한 패턴의 제어가 용이하여야 하고, 적절한 위치에 원하는 형태나 크기로 고른 나노입자의 분포를 가지면서 패턴을 형성하는 것이 매우 중요하다.In particular, nanoparticles exhibit various properties depending on the size, shape, etc. of the pattern. In order to utilize these characteristics, it is very important to control the pattern using nanoparticles for each application field and to form a pattern having a uniform distribution of nanoparticles in a desired shape and size at appropriate positions.

이에 따라 다양한 방법에 의한 나노패턴을 형성하는 방법이 연구되고 있으며, 나노패턴과 마이크로 패턴이 복합된 하이브리드 패턴에 대한 연구도 시행되고 있다.Accordingly, a method of forming a nanopattern by various methods has been studied, and a hybrid pattern in which a nanopattern and a micropattern are combined is also being studied.

종래의 나노패턴을 형성하는 방법은 포토리소그래피 또는 나노임프린트 리소그래피 등을 포함하는 공정으로 박막의 증착, 패터닝 및 식각 공정에 의해 제조되거나, 기판 상에 시드층을 형성하여 시드층 상에 나노입자가 형성하도록 하는 기술(한국등록특허 1419531호, 출원번호 10-2015-0001430호) 등이 있다.A conventional method for forming a nano-pattern is a process including a photolithography process or a process including nano-imprint lithography, or a process for forming a seed layer on a substrate to form nanoparticles on the seed layer (Korean Patent No. 1419531, Application No. 10-2015-0001430).

그리고, 이러한 나노패턴과 마이크로 패턴이 복합된 하이브리드 패턴을 형성하는 방법은 일반적으로 나노 및 마이크로 리소그래피 공정 및 건식식각 공정을 두번 이상 반복(한국등록특허 1357087호)하여 형성하고 있다.A method of forming a hybrid pattern in which a nano pattern and a micro pattern are combined is generally formed by repeating a nano and microlithography process and a dry etching process more than twice (Korean Patent No. 1357087).

그러나, 상기의 방법은 나노패턴의 크기 및 밀도에 대응되는 마스크(또는 마스크층) 또는 임프린트 스탬프를 제작하여야 하므로 일반적으로 공정이 복잡하고, 마스크 또는 임프린트 스탬프 패턴에 대응되는 단일 형태의 나노패턴의 형성에만 유리하여 나노패턴의 제어가 용이하지 않으며, 또한, 시드층 증착 및 제거 공정이 필요하여 공정이 복잡한 단점이 있다. 또한, 나노패턴과 마이크로 패턴이 복합된 하이브리드 패턴의 형성을 위한 공정은 두번 이상의 리소그래피 공정과 식각 공정을 수반하게 되므로 매우 복잡한 단점이 있다.However, in the above method, since a mask (or a mask layer) or an imprint stamp corresponding to the size and density of the nanopattern must be fabricated, the process is complicated and the formation of a single type of nanopattern corresponding to the mask or imprint stamp pattern The control of the nano pattern is not easy and the process of depositing and removing the seed layer is required and the process is complicated. In addition, a process for forming a hybrid pattern in which a nano pattern and a micro pattern are combined involves two or more lithography processes and an etching process, which is a very complicated disadvantage.

특히, 센서 소자에 사용되는 검지물질 형성의 경우, 기재 상에 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기의 화학적인 방법에 의한 나노입자를 포함하는 분산용매를 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 기재 상에 드랍핑(Dropping) 또는 스핀코팅(Spin-coating)하여 형성하는 것이 일반적이었으나, 상기와 같이 나노입자 간의 뭉침 현상 등으로 인하여 검지물질 형성 영역에 균일하게 나노구조체를 형성하는 것이 용이하지 않아, 고감도의 센서 소자 제작에 어려움이 있어왔다.Particularly, in the case of forming a detection substance used for a sensor element, a photoresist pattern is formed on a substrate, and a dispersion solvent containing nanoparticles by the chemical method is dropped on the substrate on which the photoresist pattern is formed Dropping or spin-coating. However, it is not easy to uniformly form a nanostructure in the detection material forming region due to the agglomeration of nanoparticles as described above. Thus, a highly sensitive sensor element There have been difficulties.

또한, 센서 소자에 있어서, 소스 전극 및 드레인 전극 사이에 검지물질 형성 영역이 형성되게 되는데, 소형화, 고집적화된 소자의 구조 상 검지물질 형성 영역의 면적이 작아 센서 민감도가 떨어지는 단점이 있다.In addition, in the sensor element, a detection substance formation region is formed between the source electrode and the drain electrode. However, the structure of the miniaturized and highly integrated device has a disadvantage in that the area of the detection substance formation region is small and the sensor sensitivity is low.

또한, 이러한 공정들은 열처리 공정에 의한 De-wetting을 유도하여 나노구조체를 형성하는 것과 같이 500℃ 이상의 고온에서의 열처리 공정이 필수적으로 수반되어야 하는데, 이에 의해 열처리 온도로의 승온과 하온을 위한 소요 시간이 매우 많이 걸리게 되어 공정 시간이 오래 걸리게 되며, 열처리 온도가 500℃ 이상에서 진행되므로 고분자 기판과 같은 유연 기판 상의 나노구조체 형성의 어려움이 있다.In addition, these processes must be accompanied by a heat treatment process at a high temperature of 500 ° C or more, such as forming a nanostructure by inducing de-wetting by a heat treatment process. Thus, the time required for the temperature increase The process takes a long time and the heat treatment is carried out at a temperature higher than 500 ° C, which makes it difficult to form a nanostructure on a flexible substrate such as a polymer substrate.

또한, 고온에서의 열처리 공정으로 인한, 소자 재료의 확산(diffusion), 섞임(intermixing)이 발생하거나, 나노구조체의 형태 및 두께 변형 등을 초래할 수 있어, 소자의 품질 및 특성을 저하시키는 원인이 되기도 한다.Further, diffusion and intermixing of the element material may occur due to the heat treatment process at a high temperature, or the shape and thickness of the nanostructure may be deformed, which may degrade the quality and characteristics of the device. do.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 금속나노구조체의 성장을 위해 필요한 금속나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하여 진공증착 공정을 이용하여 기재 상부에 금속나노구조체 패턴을 형성하고 이를 이용하여 기재를 식각하여 하이브리드 패턴을 형성하는 방법, 이를 이용한 센서 소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 센서 소자의 제공을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method of forming a metal nanostructure pattern on a substrate using a vacuum deposition process by setting a vacuum deposition condition satisfying a minimum critical radius of a metal nanostructure necessary for growth of the metal nanostructure And a method of forming a hybrid pattern by etching the substrate using the same, a method of manufacturing a sensor element using the same, and a sensor element manufactured by the method.

상기 목적 달성을 위해 본 발명은, 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하는 제1단계와, 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 금속나노구조체의 성장을 위해 필요한 금속나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하는 제2단계와, 진공증착 공정에 의해 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 금속나노구조체를 성장시키는 제3단계와, 상기 마스크 패턴층을 제거하여, 상기 기재의 노출된 영역에 금속나노구조체를 형성하여 상기 기재 상부에 금속나노구조체 패턴을 형성하는 제4단계 및 상기 금속나노구조체를 이용하여 상기 기재의 일부 영역을 습식식각하여 하이브리드 패턴을 형성하는 제5단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴 형성방법을 기술적 요지로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for fabricating a semiconductor device, comprising the steps of: forming a mask pattern layer exposing a part of an upper surface of a substrate; A second step of setting a vacuum deposition condition satisfying a minimum critical radius of the nanostructure; a third step of growing a metal nanostructure on the exposed region of the substrate and the mask pattern layer by a vacuum deposition process; A fourth step of forming a metal nanostructure pattern on the substrate by forming a metal nanostructure on an exposed region of the substrate by removing a mask pattern layer and a fourth step of forming a metal nanostructure pattern on the substrate using a wet etching And a fifth step of forming a hybrid pattern by a vacuum deposition process And a turn-forming method with the technical gist.

또한, 상기 목적 달성을 위해 본 발명은, 기판 상에 형성된 GaN 계열의 버퍼층, 상기 버퍼층 상에 형성된 GaN층, 상기 GaN층 상에 형성된 AlxGa1 - xN층, InAlN층 및 InAlGaN층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 층 및 상기 1종의 층 상에 형성된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 기재를 준비하는 (가)단계와, 상기 소스 전극 및 드레인 전극을 마스킹하면서, 상기 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하는 (나)단계와, 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 금속나노구조체의 성장을 위해 필요한 금속나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하는 (다)단계와, 진공증착 공정에 의해 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 금속나노구조체를 성장시키는 (라)단계와, 상기 마스크 패턴층을 제거하여, 상기 기재의 노출된 영역에 금속나노구조체를 형성하여 상기 기재 상부에 금속나노구조체 패턴을 형성하는 (마)단계 및 상기 금속나노구조체를 이용하여 상기 기재의 일부 영역을 습식식각하여 하이브리드 패턴을 형성하는 (바)단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 센서 소자를 기술적 요지로 한다.In order to achieve the above object, the present invention also provides a GaN-based buffer layer formed on a substrate, a GaN layer formed on the buffer layer, an Al x Ga 1 - x N layer formed on the GaN layer, an InAlN layer and an InAlGaN layer Preparing a substrate including one layer selected from the group consisting of a source electrode and a drain electrode formed on the one layer and masking the source electrode and the drain electrode, (B) forming a mask pattern layer for exposing a surface of the substrate; (b) forming a mask pattern layer for exposing the mask pattern layer; (D) growing a metal nanostructure on the exposed region of the substrate and the mask pattern layer by a vacuum deposition process, (d) Forming a metal nanostructure pattern on the substrate by forming a metal nanostructure on an exposed region of the substrate by removing the pattern layer to form a metal nanostructure pattern on the substrate, (B) forming a hybrid pattern on the surface of the silicon substrate; and (c) forming a hybrid pattern on the silicon substrate.

본 발명은 금속나노구조체의 성장을 위해 필요한 금속나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하여 진공증착 공정을 이용하여 기재 상부에 금속나노구조체 패턴을 형성하고 이를 이용하여 기재를 식각하여 하이브리드 패턴을 형성하는 것으로서, 금속나노구조체 패턴의 제조를 위해 별도의 마스크 또는 임프린트 스탬프의 제작이나 시드층의 형성공정이 필요없게 되어 공정을 단순화시켜 하이브리드 패턴의 형성이 용이한 효과가 있다.The present invention relates to a method of forming a metal nanostructure pattern on a substrate using a vacuum deposition process by setting a vacuum deposition condition satisfying a minimum critical radius of the metal nanostructure necessary for growth of the metal nanostructure, As a method of forming a hybrid pattern, there is no need to manufacture a separate mask or imprint stamp or a seed layer for manufacturing a metal nanostructure pattern, simplifying the process and facilitating the formation of a hybrid pattern.

또한, 진공증착 조건에 따라 다양한 형태의 금속나노구조체 패턴의 형성을 간단하면서도 용이하게 형성할 수 있고, 기본적으로 기재 상에 금속나노구조체를 고르게 분포시켜 형성할 수 있으며, 금속나노구조체 패턴의 크기, 형태뿐만 아니라 위치 제어도 용이하여, 전체적으로 균일한 금속나노구조체 분포를 가지면서 금속나노구조체 패턴의 형성이 용이함에 따라 이를 이용한 하이브리드 패턴의 형상이 다양하면서도 용이하게 형성할 수 있어 그 적용분야가 더욱 다양화될 것으로 기대된다.In addition, it is possible to easily and easily form various types of metal nanostructure patterns according to vacuum deposition conditions, basically to uniformly distribute metal nanostructures on a substrate, The shape of the metal nanostructure can be easily formed while having a uniform metal nanostructure distribution as a whole, and the shape of the hybrid pattern can be easily and variously formed. Is expected.

또한, 특별한 진공증착 조건을 설정함으로써 종래의 열처리 공정이 필요없게 되어, 고온의 열처리 온도로의 승온과 하온을 위한 공정 시간을 획기적으로 단축시켜 경제적이며, 소자 재료의 확산, 섞임 등의 문제를 방지할 수 있어, 금속나노구조체의 형태 및 두께 변형 등을 최소화함으로써 고품질의 소자를 제공할 수 있는 효과가 있다.In addition, by setting special vacuum deposition conditions, the conventional heat treatment process becomes unnecessary, and the process time for warming and lowering the temperature to a high temperature heat treatment temperature is drastically shortened, which is economical and prevents problems such as diffusion and mixing of device materials And it is possible to provide a high-quality device by minimizing the shape and thickness deformation of the metal nanostructure.

특히, 센서 소자에 사용되는 검지영역 형성의 경우, 종래의 화학적인 방법에 의해 형성하는 것이 아니라 특별하게 설정된 진공증착 조건에 따른 진공증착 공정에 의해 검지물질 형성 영역 상에 검지물질을 금속나노구조체 패턴으로 형성함으로써, 균일한 검지영역을 형성하는 것이 용이하여, 고감도의 센서 소자를 제공할 수 있는 효과가 있다.Particularly, in the case of forming the detection region used for the sensor element, the detection substance is formed on the detection substance formation region by the vacuum deposition process according to the specially set vacuum deposition conditions, not by the conventional chemical method, It is easy to form a uniform detection region, and there is an effect that a sensor element with high sensitivity can be provided.

또한, 센서 소자에 있어서, 소스 전극 및 드레인 전극 사이에 검지물질 형성 영역이 형성되게 되는데, 상기 검지물질 형성 영역에 하이브리드 패턴을 형성하고 검지물질을 형성하는 것에 의해 검지물질 형성 영역의 면적을 넓히고, 다양한 검지물질의 형성이 용이하여, 센서 소자의 민감도를 높이면서, 다양한 물질에 대한 센싱이 가능한 효과가 있다.In addition, in the sensor element, a detection substance formation region is formed between the source electrode and the drain electrode. The hybridization pattern is formed in the detection substance formation region and the detection substance is formed to widen the area of the detection substance formation region, Various sensing materials can be easily formed, and sensing of various materials can be performed while enhancing the sensitivity of the sensor element.

도 1 및 도 2 - 본 발명에 따른 진공증착에 의한 하이브리드 패턴 형성방법에 대한 모식도.
도 3 - 본 발명에 따른 진공증착에 의한 하이브리드 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법에 대한 모식도.
도 4 - 본 발명의 다른 실시예에 따라 기재를 기울여 공정을 수행하는 경우에 대한 모식도.
도 5 - 본 발명에 따른 금속나노구조체 성장을 위한 금속나노구조체의 최소 임계반지름을 만족시키기 위한 증착속도 및 증착두께의 범위 설정에 대한 메카니즘을 나타낸 도.
도 6 - 전자빔 증착기(E-beam evaporator)에 의한 Au 증착 두께 조절에 따른 Au 금속나노구조체 형상의 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지를 나타낸 도.
도 7 - 전자빔 증착기에 의한 0.75nm, 1.5nm 및 5nm 두께의 Au 증착 시 Au 금속나노구조체의 직경 분포도.
도 8 - 전자빔 증착기를 이용하여 1.5nm 두께의 Au, 1.5nm 두께의 Pt 및 1.5nm 두께의 Pd을 개별적으로 Si 기판 상에 증착 후 Au, Pt 및 Pd 금속나노구조체 및 Au, Pt 및 Pd 금속나노구조체 패턴의 형상분석(SEM 및 광학현미경 이미지)과 성분분석(Energy Dispersive X-ray analysis, EDX) 결과를 나타낸 도.
도 9 - Si 기판 상에 전자빔 증착기를 이용하여 1.5nm 두께의 Pt와 1.5nm 두께의 Pd을 in-site 방식으로 연속적으로 증착 후 Pt 및 Pd 복합 금속나노구조체 및 Pt 및 Pd 복합 금속나노구조체 패턴의 형상분석(SEM 및 광학현미경 이미지)과 성분 분석(EDX) 결과를 나타낸 도.
도 10 - Si 기판 상에 스퍼터링(Sputtering)을 이용하여 1.5nm 두께의 Au 증착 후 Au 금속나노구조체 및 Au 금속나노구조체 패턴의 형상분석(SEM 및 광학현미경 이미지)과 성분 분석(EDX) 결과 및 Au 금속나노구조체의 직경 분포도.
도 11 - Au 금속나노구조체를 이용하여 습식식각 시간 조절에 따른 하부 기판의 형상 변화에 관한 SEM 이미지를 나타낸 도.
도 12 - Au 금속나노구조체를 이용하여 습식식각 시간 조절에 따른 하부의 패턴된 기판 형상 변화에 관한 SEM 이미지를 나타낸 도.
도 13 - 나노/마이크로 스케일로 요철이 형성된 기재를 이용한 Au 금속나노구조체 패턴 결과 및 패턴된 Au 금속나노구조체를 이용하여 하부의 나노/마이크로 스케일로 패턴된 기판의 선택적 습식식각 결과의 SEM 이미지를 나타낸 도.
도 14 PC(Polycarbonate) 기판 상에 전자빔 증착기를 이용하여 0.75nm 및 1.5nm 두께의 Au를 각각 증착 후 UV-Vis Spectrophotometer(자외선-가시광선 분광광도계)를 이용하여 표면 플라스몬 공명(SPR : Surface Plasmon Resonance) 특성 분석 결과 데이타를 나타낸 도.
도 15 - 1 step 공정(검정색 그래프)과 2 step 공정(붉은색 그래프)에 의한 자외선-가시광선 분광광도계를 이용하여 표면 플라스몬 공명 특성 분석 결과 데이타를 나타낸 도.
도 16 - PC 기판을 소수성 표면처리하지 않은 것과 소수성 표면처리한 후 PC 기판 상에 전자빔 증착기를 이용하여 1.5nm 두께의 Au를 각각 증착 후, 자외선-가시광선 분광광도계를 이용하여 표면 플라스몬 공명 특성 분석 결과 데이타를 나타낸 도.
도 17 - 금속나노구조체 패턴이 형성된 기재의 일부 영역의 친수성 표면처리 여부에 따른 Si 나노구조체의 SEM 이미지를 나타낸 도.
1 and 2 are schematic diagrams of a hybrid pattern formation method by vacuum deposition according to the present invention.
3 is a schematic view of a method of manufacturing a sensor element using a hybrid pattern by vacuum deposition according to the present invention.
Figure 4 - is a schematic diagram of a process in which a substrate is tilted according to another embodiment of the present invention.
5 is a view showing a mechanism for setting a deposition rate and a deposition thickness range to satisfy a minimum critical radius of a metal nanostructure for growing a metal nanostructure according to the present invention.
FIG. 6 is a SEM (Scanning Electron Microscope) image of a Au metal nano structure shape according to the control of an Au deposition thickness by an E-beam evaporator; FIG.
Figure 7 - Diameter distribution of Au metal nanostructures during 0.75, 1.5 and 5 nm thick Au deposition by electron beam evaporator.
Pt, and Pd metal nano-structures and Au, Pt, and Pd metal nano-structures, respectively, after depositing 1.5 nm thick Au, 1.5 nm thick Pt and 1.5 nm thick Pd on a Si substrate separately using an electron beam evaporator. (SEM and optical microscope image) and Energy Dispersive X-ray analysis (EDX).
FIG. 9 - Plating of 1.5 nm thick Pt and 1.5 nm thick Pd on an Si substrate in an in-situ manner continuously using an electron beam evaporator and then patterning of Pt and Pd composite metal nanostructures and Pt and Pd composite metal nanostructure patterns (SEM and optical microscope image) and component analysis (EDX).
FIG. 10 - SEM and optical microscope images of the Au metal nanostructure and Au metal nanostructure patterns after sputtering on a Si substrate with 1.5 nm thick Au deposition, Diameter distribution of metal nanostructure.
FIG. 11 is a SEM image of the shape change of the lower substrate according to the wet etching time control using the Au metal nanostructure. FIG.
FIG. 12 is a SEM image of a patterned substrate under change in wet etching time using Au metal nanostructure; FIG.
Figure 13 shows SEM images of the results of the Au metal nanostructure pattern using the nano / microscale-based substrate and the selective wet etching results of the underlying nano / microscale patterned substrate using the patterned Au metal nanostructure Degree.
FIG. 14 Au films of 0.75 nm and 1.5 nm thickness were deposited on a PC (Polycarbonate) substrate using an electron beam evaporator, and then the surface plasmon resonance (SPR) was measured using a UV-Vis spectrophotometer Resonance) Fig.
Fig. 15 - Diagram showing surface plasmon resonance characteristics analysis data using ultraviolet-visible spectrophotometer by 1 step process (black graph) and 2 step process (red graph).
16 - PC substrate was subjected to hydrophobic surface treatment and hydrophobic surface treatment, and 1.5 nm thick Au was deposited on a PC substrate using an electron beam evaporator, and then a surface plasmon resonance characteristic was measured using an ultraviolet-visible light spectrophotometer Fig.
Fig. 17 is a SEM image of a Si nanostructure depending on whether a hydrophilic surface treatment is performed on a part of a substrate having a metal nanostructure pattern formed thereon; Fig.

본 발명은 진공증착 공정을 이용하여 금속나노구조체 패턴을 형성하기 위한 것으로서, 특히 금속나노구조체의 성장을 위해 필요한 금속나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하여 진공증착 공정을 이용하여 기재 상부에 금속나노구조체 패턴을 형성하고 이를 이용하여 기재를 습식식각하여 기재의 일부 영역에 하이브리드 패턴을 형성하는 것이다.The present invention relates to a method for forming a metal nanostructure pattern using a vacuum deposition process, and more particularly, to a method of forming a metal nanostructure pattern by a vacuum deposition process by setting a vacuum deposition condition satisfying a minimum critical radius of a metal nanostructure necessary for growing a metal nanostructure, A metal nanostructure pattern is formed on the substrate, and the substrate is wet-etched using the metal nanostructure pattern to form a hybrid pattern on a part of the substrate.

이에 의해 금속나노구조체 패턴의 제조를 위해 별도의 마스크 또는 임프린트 스탬프의 제작이나 시드층의 형성공정이 필요없게 되어 공정이 간단하고, 진공증착 조건에 따라 각 응용분야별로 금속나노구조체 패턴의 크기, 형태 및 위치 제어가 용이하며, 기재 상에 기본적으로 고르게 분포시켜 형성할 수 있어, 다양한 형태의 금속나노구조체 패턴을 용이하게 형성할 수 있으며, 이를 이용한 하이브리드 패턴의 형태도 다양하면서 용이하게 형성할 수 있어 그 적용분야가 더욱 다양화될 것으로 기대된다.As a result, there is no need to produce a separate mask or imprint stamp or a seed layer for manufacturing the metal nanostructure pattern, and the process is simple. Depending on the vacuum deposition conditions, the size, shape And position control can be easily performed and can be basically evenly distributed on a base material. Thus, various types of metal nanostructure patterns can be easily formed, and hybrid patterns using the same can be easily formed The application field is expected to be more diversified.

또한, 특별한 진공증착 조건을 설정함으로써 종래의 열처리 공정이 필요없게 되어, 고온의 열처리 온도로의 승온과 하온을 위한 공정 시간이 획기적으로 단축되며, 소자 재료의 확산, 섞임 등의 문제를 방지할 수 있어, 금속나노구조체 패턴 및 하이브리드 패턴의 형태 및 두께 변형 등을 최소화함으로써 고품질의 소자를 제공할 수 있는 장점이 있다.In addition, by setting special vacuum deposition conditions, a conventional heat treatment process is not required, and the process time for temperature rise and temperature at a high temperature heat treatment temperature is drastically shortened, and problems such as diffusion and mixing of device materials can be prevented Therefore, it is possible to provide a high-quality device by minimizing the shape and thickness deformation of the metal nanostructure pattern and the hybrid pattern.

특히, 센서 소자에 사용되는 검지물질 영역 형성의 경우, 종래의 화학적인 방법에 의해 형성하는 것이 아니라 특별하게 설정된 진공증착 조건에 따른 진공증착 공정에 의해 검지물질 형성 영역 상에 금속나노구조체 패턴을 형성하고, 이를 이용하여 습식식각하여 하이브리드 패턴을 형성한 후, 상기 하이브리드 패턴 상에 검지물질을 형성함으로써, 균일한 검지물질 영역을 형성하는 것이 용이하여, 고감도의 센서 소자를 제공할 수 있게 된다.Particularly, in the case of forming the detection material region used in the sensor element, the metal nanostructure pattern is formed on the detection substance formation region by a vacuum deposition process according to specially set vacuum deposition conditions, instead of forming by the conventional chemical method It is easy to form a uniform detection region by forming a hybrid pattern on the hybrid pattern by wet etching using the same, and it is possible to provide a highly sensitive sensor element.

또한, 센서 소자에 있어서, 소스 전극 및 드레인 전극 사이에 검지물질 형성 영역이 형성되게 되는데, 상기 검지물질 형성 영역에 하이브리드 패턴을 형성하고 검지물질을 형성하는 것에 의해 검지물질 영역의 면적을 넓히고, 다양한 검지물질의 형성이 용이하여, 센서 소자의 민감도를 높이면서, 다양한 물질에 대한 센싱이 가능하게 되는 것이다.In addition, in the sensor element, a detection substance formation region is formed between the source electrode and the drain electrode. By forming a hybrid pattern in the detection substance formation region and forming a detection substance, the area of the detection substance region is widened, The sensing material can be easily formed, and sensing of various materials can be performed while increasing the sensitivity of the sensor element.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다. 도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 진공증착에 의한 하이브리드 패턴 형성방법에 대한 모식도이고, 도 3은 본 발명에 따른 진공증착에 의한 하이브리드 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법에 대한 모식도를 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 기재를 기울여 공정을 수행하는 경우에 대한 모식도이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic view showing a method of forming a hybrid pattern by vacuum deposition according to the present invention, FIG. 3 is a schematic view of a method of manufacturing a sensor element using a hybrid pattern by vacuum deposition according to the present invention, 4 is a schematic diagram of a case where a substrate is tilted according to another embodiment of the present invention.

먼저, 본 발명에 따른 진공증착에 의한 하이브리드 패턴 형성방법은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하는 제1단계와, 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 금속나노구조체의 성장을 위해 필요한 금속나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하는 제2단계와, 진공증착 공정에 의해 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 금속나노구조체를 성장시키는 제3단계와, 상기 마스크 패턴층을 제거하여, 상기 기재의 노출된 영역에 금속나노구조체를 형성하여 상기 기재 상부에 금속나노구조체 패턴을 형성하는 제4단계 및 상기 금속나노구조체를 이용하여 상기 기재의 일부 영역을 식각하여 하이브리드 패턴을 형성하는 제5단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.First, as shown in FIGS. 1 and 2, a method of forming a hybrid pattern by vacuum deposition according to the present invention includes a first step of forming a mask pattern layer exposing a part of the upper surface of the substrate, A second step of setting a vacuum deposition condition that satisfies a minimum critical radius of the metal nanostructure necessary for growth of the metal nanostructure on the mask pattern layer and the exposed region of the substrate by a vacuum deposition process; A third step of growing a metal nanostructure on the mask pattern layer; and a fourth step of forming a metal nanostructure on the exposed region of the substrate by removing the mask pattern layer to form a metal nanostructure pattern on the substrate, And a fifth step of forming a hybrid pattern by etching a part of the substrate using the metal nanostructure, .

본 발명은 기재 상부에 금속나노구조체 패턴을 형성하는 것으로서, 금속나노구조체라 함은 수 nm ~ 수 백nm 싸이즈로, 원기둥, 원뿔, 구형, 다각면체 등 그 형태 및 크기에 제한을 두지 않으며, 이러한 금속나노구조체가 적용 분야에 적합하도록 소정의 패턴으로 구현되는 것을 본 발명에서는 금속나노구조체 패턴이라 한다.The present invention forms a metal nanostructure pattern on a substrate. The metal nanostructure refers to a metal nanostructure having a size of several nanometers to several hundreds of nanometers and is not limited in its shape and size such as a cylinder, a cone, a sphere, In the present invention, the metal nanostructure is formed in a predetermined pattern so as to be suitable for the application field.

이러한 금속나노구조체 패턴은 소자의 응용분야에 따라, 다양한 종류의 기재(기판 또는 박막, 센서 소자에서의 트랜지스터 구조) 상에 단일 패턴으로 형성되거나, 단일 패턴의 반복 또는 다양한 형태의 패턴의 조합 등으로 구현될 수 있으며, 이러한 패턴이 규칙적 또는 불규칙적으로 구현될 수도 있다. 이를 위한 금속나노구조체의 형성물질은 동종 또는 이종의 물질로 단일층 또는 복수층으로 다양하게 구현될 수 있다.Such a metal nanostructure pattern may be formed in a single pattern on various types of substrates (substrate or thin film, transistor structure in a sensor element), or may be formed by repeating a single pattern or a combination of various patterns And these patterns may be implemented regularly or irregularly. The metal nanostructure forming material for this purpose may be a homogeneous or heterogeneous material and may be variously implemented as a single layer or a plurality of layers.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 진공증착에 의한 하이브리드 패턴 형성방법은 먼저, 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하는 것이다.(제1단계)As shown in FIG. 1, the method for forming a hybrid pattern by vacuum deposition according to the present invention firstly forms a mask pattern layer exposing a part of the upper surface of the substrate. (Step 1)

상기 기재는 상술한 바와 같이, 금속나노구조체 패턴의 응용분야에 따라 다양한 종류가 사용될 수 있으며, 기판 또는 박막, 센서 소자에서의 트랜지스터 구조 등이 될 수 있다.As described above, various types of metal nanostructure patterns may be used depending on the application of the metal nanostructure pattern, and the substrate may be a thin film, a transistor structure in a sensor device, or the like.

구체적으로는, 상기 기재(트랜지스터 구조에서는 기판)는 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP), 갈륨비소인(GaAsP), 보론 나이트라이드(BN), SiC, GaN, ZnO, MgO, 사파이어, 석영 및 유리 중 어느 하나의 무기물 기판을 사용할 수 있다.Specifically, the substrate (the substrate in the transistor structure) may be formed of at least one selected from the group consisting of Si, GaAs, GaP, GaAsP, MgO, sapphire, quartz, and glass can be used.

여기에서, 상기 기재는 진공증착하고자 하는 타겟물질(금속나노구조체 재료)의 이송경로에 대해 소정 각도로 기울어지게 형성되어, 기재 상에 금속나노구조체의 분포 및 농도가 조절되어 성장시키도록 할 수도 있으며, 이에 따라 하이브리드 패턴이 형상을 제어할 수도 있다. 이에 대해서는 뒤에 상세히 설명하고자 한다.Here, the substrate may be formed to be inclined at a predetermined angle with respect to a transport path of a target material (metal nanostructure material) to be vacuum-deposited, and the distribution and concentration of the metal nanostructure may be adjusted on the substrate to grow , So that the hybrid pattern may control the shape. This will be described in detail later.

이러한 기재 상부에는 열경화 또는 광경화 레진 구체적으로는 임프린트 레진, 리소그래피용 레지스트(Resist) 등을 이용한 마스크층을 형성하거나, DFR(Dry Film Resist) 등을 이용한 감광성 필름, SiO2 SiNx 및 Si3N4로 이용한 마스크층을 형성한 후, 이를 패터닝하여, 상기 기재 상부의 일부 영역이 노출되도록 마스크 패턴층을 형성한다.On this substrate, a mask layer made of a thermosetting resin or a photocurable resin, specifically, an imprint resin, a lithography resist, or the like may be formed, or a photosensitive film using DFR (Dry Film Resist) or the like, a SiO 2 SiN x and a Si 3 N 4 is formed and then patterned to form a mask pattern layer such that a part of the upper surface of the substrate is exposed.

여기에서, 상기 기재의 표면을 소수성 표면처리 후, 상기 마스크 패턴층을 형성하거나, 상기 마스크 패턴층을 형성한 후에, 상기 기재 상부의 노출된 일부 영역의 표면을 소수성 표면처리할 수 있다.Here, after hydrophobic surface treatment of the surface of the substrate, the mask pattern layer is formed, or the mask pattern layer is formed, the surface of the exposed part of the upper surface of the substrate may be subjected to hydrophobic surface treatment.

이러한 소수성 표면처리는 상기 기재 및 마스크 패턴층의 종류, 소수성 표면처리 방법에 따라 상기 마스크 패턴층 형성 전 또는 후에 구현되며, 상기 기판 전면 또는 상기 마스크 패턴층에 의해 노출된 일부 영역 표면에 소수성물질의 코팅 또는 플라즈마 처리에 의해 구현될 수 있다.The hydrophobic surface treatment may be performed before or after the mask pattern layer is formed according to the type of the base material and the mask pattern layer, the hydrophobic surface treatment method, and the surface of a part of the substrate exposed by the mask pattern layer, Coating or plasma treatment.

상기 소수성물질을 코팅하는 방법으로써, 상기 기재의 표면에 점착방지 재료를 코팅할 수 있으며, 상기 점착방지 재료로는, octadecyltrichlorosilane(OTS), 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorodecyltrichlorosilane(FDTS), tridecafluoro-1,1,2,2-tetra-hydrooctyltrichlorosilane(FOTS), dichlorodimethylsilane(DDMS), diamond-like carbon(DLC) 중 어느 하나를 사용할 수 있다.The hydrophobic material may be coated on the surface of the substrate with an anti-sticking material. The anti-sticking material may include octadecyltrichlorosilane (OTS), 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorodecyltrichlorosilane (FDTS), tridecafluoro- Any one of 1,1,2,2-tetra-hydrocytyltrichlorosilane (FOTS), dichlorodimethylsilane (DDMS) and diamond-like carbon (DLC) may be used.

이러한 기재 표면을 소수성 표면처리함으로써, 금속나노구조체의 표면에서의 점착을 최소화하도록 하여, 금속나노구조체와 기재 표면과의 접촉각이 증가하도록 하여 금속나노구조체 생성핵의 크기를 균일하게 유도하여 균일한 금속나노구조체의 형성을 용이하게 하는 것이다.Hydrophobic surface treatment of the substrate surface minimizes adhesion on the surface of the metal nanostructure, thereby increasing the contact angle between the metal nanostructure and the substrate surface to uniformly induce the size of the metal nanostructure generating nuclei, Thereby facilitating the formation of the nanostructure.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1단계의 기재에는 요철이 형성될 수 있으며, 상기 요철이 형성된 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성할 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 2, irregularities may be formed on the substrate of the first step, and a mask pattern layer may be formed to expose a part of the upper surface of the substrate on which the irregularities are formed.

상기 요철은 상기 기재 상에 별도의 패터닝 및 식각 공정에 의해 나노 또는 마이크로 스케일의 패턴을 형성한 후, 필요한 영역에 상기 마스크 패턴층을 형성하는 것으로서, 다양한 형태의 금속나노구조체 패턴의 형성을 도모한 것이다.The irregularities are formed by forming a nano- or micro-scale pattern on the substrate by a separate patterning and etching process and then forming the mask pattern layer in a required area, will be.

또한, 상기 요철이 형성된 기재 표면을 소수성 표면처리 후, 상기 요철이 형성된 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하거나, 도 2에 도시된 바와 같이, 요철이 형성된 기재 상에 마스크 패턴층을 형성하고, 상기 마스크 패턴층에 의해 노출되는 기재의 일부 영역에 소수성 표면처리를 수행할 수 있다.After the hydrophobic surface treatment of the substrate surface on which the irregularities have been formed, a mask pattern layer may be formed to expose a part of the upper surface of the substrate on which the irregularities are formed. Alternatively, as shown in FIG. 2, And a hydrophobic surface treatment may be performed on a part of the substrate exposed by the mask pattern layer.

여기에서, 마스크 패턴층을 형성하기 위한 마스크층을 형성하기 전에 기재 상부에 고분자층을 형성하고, 상기 고분자층 상부에 마스크 패턴층이 구현되도록 할 수 있다.Here, before forming the mask layer for forming the mask pattern layer, a polymer layer may be formed on the substrate, and a mask pattern layer may be formed on the polymer layer.

상기 고분자층은 상기 기재의 종류, 사용목적, 상기 기재 상부에 형성되는 마스크층의 종류에 따라 또는 필요에 의해 선택적으로 형성될 수 있으며, 상기 고분자층 상층에 형성되는 마스크층의 코팅성 및 도막성을 향상시키고, 패터닝 공정에서의 건식 식각 공정에서의 에칭 저항성이 있어, 상기 마스크 패턴층의 정밀한 형성에 기여하게 된다.The polymer layer may be selectively formed depending on the kind of the substrate, the purpose of use, the kind of the mask layer formed on the substrate, or the like, and the coating property and the film property of the mask layer formed on the polymer layer And etching resistance in the dry etching process in the patterning process, contributing to the precise formation of the mask pattern layer.

상기 고분자층은 상기 마스크 패턴층을 건식 식각 마스크로 하여 고분자층의 일부 영역을 건식 식각하여 고분자층의 일부 영역에서 하부의 기재의 일부 영역이 노출되게 되며, 상기 노출된 기재의 일부 영역 상에 금속나노구조체를 형성함에 따라 정밀한 금속나노구조체 패턴의 형성에 일조하게 되는 것이다.The polymer layer is formed by dry-etching a part of the polymer layer using the mask pattern layer as a dry etching mask to expose a part of the lower substrate in a part of the polymer layer, As the nanostructure is formed, it contributes to the formation of a precise metal nanostructure pattern.

이러한, 상기 고분자층은, PVC(Polyvinyl Chloride), Neoprene, PVA(Polyvinyl Alcohol), PMMA(Poly Methyl Meta Acrylate), PBMA(Poly Benzyl Meta Acrylate), PolyStylene, SOG(Spin On Glass), PDMS(Polydimethylsiloxane), PVFM(Poly Vinyl formal), Parylene, Polyester, Epoxy, Polyether, Polyimide 및 LOR(Lift-Off Resist) 중 어느 하나를 사용할 수 있다.The polymer layer may be formed of a material selected from the group consisting of polyvinyl chloride (PVC), neoprene, polyvinyl alcohol (PVA), poly methyl methacrylate (PMMA), polybenzyl methacrylate (PBMA), polystyrene, spin on glass (SOG), polydimethylsiloxane , Polyvinyl formal (PVFM), parylene, polyester, epoxy, polyether, polyimide, and lift-off resist (LOR).

그리고, 상기 기재의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성한 후, 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 금속나노구조체의 성장을 위해 금속나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정한다.(제2단계)After the formation of a mask pattern layer for exposing a part of the substrate, an exposed region of the substrate and a mask pattern layer are formed on the mask pattern layer by vacuum evaporation, which satisfies a minimum critical radius of the metal nano- (Second step).

즉, 금속나노구조체가 박막으로 성장되지 않고, 금속나노구조체로서 성장하기 위한 최소 임계반지름을 만족하기 위한 진공증착 조건을 설정한 후, 진공증착 공정에 의해 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 금속나노구조체를 성장시키는 것이다.(제3단계)That is, after setting the vacuum deposition conditions to satisfy the minimum critical radius for growing the metal nanostructure as a metal nanostructure without growing the metal nanostructure, the exposed region of the substrate and the mask pattern layer And then growing the metal nanostructure on the upper part. (Step 3)

이러한, 진공증착 조건은, 증착속도(Deposition rate)는 0.01nm/초에서 5nm/초의 범위에서, 30nm 이하의 두께로 성장되도록 설정하는 것이 바람직하다.The vacuum deposition conditions are preferably set such that the deposition rate is in a range of 0.01 nm / second to 5 nm / second and a thickness of 30 nm or less.

이는 도 5에 도시된 바와 같이, 금속나노구조체 성장을 위한 금속나노구조체의 최소 임계반지름(도 5에서 rcrit)을 만족시키기 위한 증착속도 및 증착두께의 범위 설정에 대한 메카니즘을 도시한 것이다.This shows the mechanism for setting the deposition rate and the deposition thickness range to satisfy the minimum critical radius (r crit in FIG. 5) of the metal nanostructure for metal nanostructure growth, as shown in FIG.

도 5에 도시된 바와 같이, 금속나노구조체의 반지름이 rcrit 이상인 경우, 금속나노구조체가 지속적으로 성장할 수 있어서, 결정핵(Crystal Nucleus)으로 성장하여 안정된 금속나노구조체로 존재하며, 금속나노구조체의 반지름이 rcrit 이하인 경우, 열역학적으로 안정한 상태를 유지할 수 없어서 핵으로 성장하지 못하고, 불안정한 입자 상태를 유지하게 된다.As shown in FIG. 5, when the radius of the metal nanostructure is r crit or more, the metal nanostructure can be continuously grown to grow as a crystal nucleus and exist as a stable metal nanostructure. When the radius is less than r crit , the thermodynamically stable state can not be maintained, and the nucleus does not grow and the unstable particle state is maintained.

본 발명에 따른 진공증착 조건은, 증착속도(Deposition rate)는 0.01nm/초에서 5nm/초의 범위에서, 30nm 이하의 두께로 금속나노구조체를 성장시키는 것으로서, 이 조건이 금속나노구조체의 반지름이 rcrit 이상이어서 결정핵으로 성장할 수 있는 최소한의 반지름 조건에 해당하게 된다.The vacuum deposition condition according to the present invention is that the deposition rate is in the range of 0.01 nm / sec to 5 nm / sec, and the metal nanostructure is grown to a thickness of 30 nm or less. The condition is that the radius of the metal nanostructure is r Crit is equal to or less than the minimum radius condition that can grow into crystal nuclei.

즉, 상기 증착속도의 범위를 넘어서는 경우에는 금속나노구조체로서 성장할 수 있는 결정핵을 형성하지 못하고 부피성장보다 면성장이 주로 이루어지게 되어 박막으로 성장되거나, 그 보다 더 두꺼운 경우에는 금속나노구조체 간에 융합이 이루어져 금속나노구조체가 아닌 박막으로 성장이 이루어지게 된다.In other words, when the deposition rate is out of the range, the metal nanostructure can not grow as a crystal nucleus and grows as a thin film mainly due to cotton growth rather than volume growth. If the thickness is thicker than that, And the growth is made into a thin film that is not a metal nanostructure.

이와 같이 진공증착 공정에 의해 금속나노구조체를 성장시킴으로써, 기재 상에 금속나노구조체를 고르게 분포시켜 형성할 수 있으며, 금속나노구조체 패턴의 크기, 형태뿐만 아니라 위치 제어도 용이하여, 전체적으로 균일한 금속나노구조체 분포를 가지게 된다.By growing the metal nanostructure by the vacuum deposition process as described above, the metal nanostructure can be uniformly distributed on the substrate, and the size and shape of the metal nanostructure pattern as well as the position control can be easily controlled, Structure distribution.

또한, 상기와 같이 기재 상에 금속나노구조체의 균일한 분포를 도모할 수 있지만, 필요에 의해 상기 기재를 진공증착하고자 하는 타겟물질(금속나노구조체 재료)의 이송경로에 대해 소정 각도로 기울어지게 형성하여, 상기 기재 상에 금속나노구조체의 분포 및 농도를 다르게 성장시키도록 할 수도 있다.In addition, although the uniform distribution of the metal nanostructure on the substrate can be achieved as described above, if necessary, the substrate is formed to be inclined at a predetermined angle with respect to the transport path of the target material (metal nanostructure material) And the distribution and the concentration of the metal nanostructure may be differently grown on the substrate.

이러한 불균일한 분포 및 농도를 가지는 금속나노구조체를 이용한 습식식각 공정을 수행하게 되면, 하이브리드 패턴의 형상을 다양하게 구현할 수 있게 된다.When the wet etching process using the metal nano structure having such uneven distribution and concentration is performed, various shapes of the hybrid pattern can be realized.

이러한 불균일한 분포 및 농도를 가지도록 금속나노구조체를 성장시키는 것은, 도 2에 도시된 바에 의한 것과 같이, 상기 제1단계의 기재의 일부 영역에 요철을 형성한 경우, 그 효과가 극대화될 수 있다.The effect of growing the metal nanostructure to have such uneven distribution and concentration can be maximized when the irregularities are formed in a part of the base material of the first step as shown in Fig. 2 .

즉, 도 4는 요철이 형성된 기재를 타겟물질의 이송경로에 대해 수직으로 배치한 경우(수직증착)와 기울여 배치한 경우(기울림증착)를 도시한 것으로서, 기재를 기울여 배치한 경우에는 금속나노구조체의 분포가 균일하지 않게 되며, 이에 따라 금속나노구조체를 이용한 습식식각 공정시 각 요철 패턴에 대해 다양한 하이브리드 패턴을 구현할 수 있게 되는 것이다.That is, FIG. 4 shows the case where the substrate provided with irregularities is arranged perpendicularly to the conveying path of the target material (perpendicular vapor deposition) and inclinedly arranged (bellow deposition), and when the substrate is inclined, The distribution of the structure is not uniform, and thus various hybrid patterns can be realized for each concave-convex pattern in the wet etching process using the metal nanostructure.

이는 적용분야에 따라 하이브리드 패턴의 면적이나 분포 등을 조절하고자 하는 경우에 유용하게 적용될 수 있으며, 특히 센서 소자 등에서의 검지물질 형성 영역의 면적을 조절하여, 검지물질의 양을 제어하여, 센서의 효율 및 민감도를 높이는 곳에 적용될 수 있을 것이다.In particular, the present invention can be applied to a case where the area or the distribution of the hybrid pattern is to be adjusted according to the application field. In particular, by controlling the area of the detection substance formation region in the sensor element or the like, And to increase sensitivity.

상기 요철은 상기 기재 상에 별도의 패터닝 및 식각 공정에 의해 나노 또는 마이크로 스케일의 패턴을 형성한 후, 필요한 영역에 상기 마스크 패턴층을 형성하는 것으로서, 다양한 형태의 금속나노구조체 패턴의 형성을 도모한 것이다.The irregularities are formed by forming a nano- or micro-scale pattern on the substrate by a separate patterning and etching process and then forming the mask pattern layer in a required area, will be.

또한, 진공증착 공정에 의해 금속나노구조체를 성장시킴으로써, 금속나노구조체 패턴의 제조를 위해 별도의 마스크 또는 임프린트 스탬프의 제작이나 시드층의 형성공정이 필요없게 되어 공정이 간단하고, 진공증착 조건에 따라 금속나노구조체 패턴의 제어가 용이하여, 다양한 형태의 금속나노구조체 패턴의 형성을 간단하면서도 용이하게 형성할 수 있게 된다.Further, by growing the metal nanostructure by a vacuum deposition process, it is unnecessary to manufacture a separate mask or imprint stamp or a seed layer for manufacturing the metal nanostructure pattern, so that the process is simple, and according to the vacuum deposition condition The control of the pattern of the metal nanostructure can be easily performed and the formation of various types of metal nanostructure patterns can be easily and easily formed.

이러한 진공증착 조건을 설정한 후, 금속나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건 하에서, 진공증작 공정에 의해 금속나노구조체를 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 성장시키게 된다.After the vacuum deposition conditions are set, the metal nanostructure is grown on the exposed region of the substrate and on the mask pattern layer by a vacuum evaporation process under a vacuum deposition condition satisfying a minimum critical radius of the metal nanostructure .

즉, 설정된 진공증착 조건을 이용하여 금속나노구조체 생성을 위한 최소 임계반지름 조건을 만족하도록 한 상태에서, 금속나노구조체를 성장시키는 것이다.That is, the metal nanostructure is grown under the conditions of the minimum critical radius for the formation of the metal nanostructure using the set vacuum deposition conditions.

또한, 상기 금속나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건에 의한 진공증착 공정에 의해 금속나노구조체를 1차로 성장시킨 후, 상기 1차로 성장된 금속나노구조체에 플라즈마 처리 또는 열 처리를 수행하고, 상기 진공증착 조건에 비해 상대적으로 높은 증착률로 상기 금속나노구조체를 2차로 성장시키는 것이다.The metal nanostructure may be first grown by a vacuum deposition process under a vacuum deposition condition satisfying the minimum critical radius of the metal nanostructure, and then the first grown metal nanostructure may be subjected to plasma treatment or heat treatment , And the metal nanostructure is grown secondarily with a relatively high deposition rate as compared with the vacuum deposition conditions.

즉, 2 step 방식에 의해 더욱 결정성이 우수하고, 균일한 금속나노구조체를 형성하기 위한 것으로서, 첫번째 step에서 금속나노구조체 생성을 위해 필요한 최소 임계반지름을 갖는 금속나노구조체가 생성되도록 낮은 속도의 증착속도로 설정하여 균일한 크기의 핵생성을 유도하고, 이후 플라즈마 처리 또는 열 처리를 통해 핵의 결정성을 향상시킨 후, 두번째 step에서는 첫번째 step에서의 진공증착 조건에 비해 상대적으로 높은 증착속도로 금속나노구조체를 형성함으로써, 전체적으로 빠른 시간 내에 결정성이 우수하고, 균일한 금속나노구조체의 형성이 가능하도록 한 것이다.Namely, a metal nanostructure having a minimum critical radius necessary for the formation of a metal nanostructure is formed at a low rate so as to form a metal nanostructure having a minimum critical radius in the first step, In the second step, the nucleation is performed at a relatively high deposition rate as compared with the vacuum deposition conditions in the first step, and then, By forming the nanostructure, crystallinity is improved in a short period of time as a whole, and a uniform metal nanostructure can be formed.

또한, 상기 금속나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건에 의한 진공증착 공정에 의해 금속나노구조체를 1차로 성장시킨 후, 상기 진공증착 조건에서의 증착속도와는 다른 증착속도로 상기 1차 성장에서의 금속나노구조체와 동종 또는 이종의 금속나노구조체를 (1+n)차(n은 1,2,3,,,로 n은 자연수임)로 연속적으로 성장시킬 수 있다.The metal nanostructure may be first grown by a vacuum deposition process under a vacuum deposition condition that satisfies the minimum critical radius of the metal nanostructure and then the first nanostructure may be grown at a deposition rate different from the deposition rate in the vacuum deposition condition The metal nanostructures in growth and the same or different metal nanostructures can be grown continuously (1 + n) (n is 1,2,3 ,,, n is a natural number).

즉, (1+n) step 방식에 의해 금속나노구조체의 결정성을 조절하면서, 다양한 조성 프로파일 또는 결정구조 등을 갖는 금속나노구조체의 성장을 구현하기 위한 것으로서, 첫번째 step에서 상기와 같이 금속나노구조체 생성을 위해 필요한 최소 임계반지름을 갖는 금속나노구조체가 생성되도록 낮은 속도의 증착속도를 설정하여 균일한 크기의 핵생성을 유도하고, 첫번째 step과는 다른 증착속도 예컨대 더 높은 증착속도이거나 더 낮은 증착속도, 또는 높고 낮음이 교대로 구현되는 증착속도로 (1+n)차(n은 1,2,3,,,로 n은 자연수임) 횟수로 금속나노구조체를 연속적으로 성장시키도록 하는 것이다.That is, for the purpose of realizing the growth of the metal nanostructure having various composition profiles or crystal structures while controlling the crystallinity of the metal nanostructure by the (1 + n) step method, the metal nanostructure A low rate of deposition rate is set to produce a metal nanostructure having a minimum critical radius required for formation to induce nucleation of uniform size and a different deposition rate than the first step such as a higher deposition rate or a lower deposition rate (1 + n) (n is a natural number of 1, 2, 3, ...) at a deposition rate in which high and low are alternately realized, and the metal nanostructure is successively grown a number of times.

여기에서 각 증착 단계에서 성장되는 금속나노구조체는 같은 종류로 증착속도를 달리하여 성장시킬 수 있으며, 다른 종류로 증착속도를 달리하여 성장시킬 수 있다.Here, the metal nanostructures grown in each deposition step can be grown with different deposition rates in the same kind, and can be grown with different deposition rates in different kinds.

이에 의해 금속나노구조체의 균일한 성장 및 결정성을 도모하면서, 증착속도에 따른 다양한 조성 프로파일 또는 결정구조, 표면 상태, 형태 등이 구현되도록 하여, 여러 응용분야에 적응할 수 있도록 한다.As a result, various composition profiles, crystal structures, surface states, and shapes according to the deposition rate can be realized while achieving uniform growth and crystallinity of the metal nanostructure, thereby making it possible to adapt to various application fields.

또한, 상기 1차로 금속나노구조체를 성장시킨 후, 다음회차의 금속나노구조체 성장 전에 전회차에서 성장된 금속나노구조체에 플라즈마 처리 또는 열처리를 선택적으로 수행할 수도 있으며, 이는 성장된 금속나노구조체의 결정성을 더욱 향상시켜 소자의 특성을 개선시키기 위함이다.In addition, plasma treatment or heat treatment may be selectively performed on the metal nanostructure grown in the preliminary step before the growth of the metal nanostructure in the next step after the first metal nanostructure is grown, So that the characteristics of the device can be improved.

이와 같이, 본 발명에서는, 금속나노구조체 성장을 위한 특별한 진공증착 조건을 설정함으로써 종래의 열처리 공정이 필요없게 되어, 고온의 열처리 온도로의 승온과 하온을 위한 공정 시간이 획기적으로 단축되며, 고온에 취약한 고분자 기판과 같은 유연 기판에의 적용도 가능하게 된다.As described above, in the present invention, by setting special vacuum deposition conditions for growing the metal nanostructure, a conventional heat treatment process is not required, and the process time for heating and lowering the temperature to a high temperature heat treatment temperature is remarkably shortened, It can be applied to a flexible substrate such as a fragile polymer substrate.

또한, 고온에서의 열처리 공정이 필요없게 되어, 소자 재료의 확산, 섞임 등의 문제를 방지할 수 있어, 금속나노구조체 패턴 및 하이브리드 패턴의 형태 및 두께 변형 등을 최소화함으로써 고품질의 소자를 제공할 수 있게 된다.In addition, it is unnecessary to carry out a heat treatment process at a high temperature, thereby preventing problems such as diffusion and mixing of device materials, and it is possible to provide a high quality device by minimizing the shape and thickness deformation of metal nanostructure patterns and hybrid patterns .

한편, 이러한 금속나노구조체는, 응용분야에 따라 다양하게 제공될 수 있으며, 특히 센서 소자의 경우 검지하고자 하는 물질에 따라 다양한 물질을 증착할 수 있으며, 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 철(Fe), 코발트(Co), 타이타늄(Ti), 크로뮴(Cr), 망가니즈(Mn), 아연(Zn), 지르코늄(Zr), 몰리브데넘(Mo), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 탄탈럼(Ta) 및 이들의 합금 중 어느 하나 이상의 재료를 이용하여 진공증착하여 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 형성되게 된다.The metal nanostructure may be variously provided depending on the application field. In particular, in the case of a sensor device, a variety of materials can be deposited depending on a substance to be detected, and gold (Au), silver (Ag) (Pt), Cu, Pd, Ni, W, Fe, Co, Ti, Cr, The substrate is vacuum-deposited using at least one of Zn, Zr, Molybdenum (Mo), Ir (Ir), Ru (ruthenium), Ta (tantalum) And the upper part of the mask pattern layer.

상기 금속나노구조체의 성장은, 적용분야나 필요에 따라 동일한 증착조건 또는 상이한 증착조건 하에서, 동종의 재료를 복수회 또는 이종의 재료를 복수회 증착할 수 있다.The growth of the metal nanostructure can be carried out plural times or a plurality of times of different materials of the same kind under the same deposition condition or different deposition conditions as required for the application field and the necessity.

이러한 금속나노구조체의 성장은 설정된 진공증착 조건에 따라 진공증착 공정에 의해 이루어지게 되며, 특히 공정 조건 제어가 용이한 전자빔 증착기, 열증발 증착기, 스퍼터링, 화학기상증착법 중 어느 하나 이상에 의해 구현될 수 있다. 그러나, 이러한 진공증착 공정이나 방법에 한정하지 않고 필요에 의해 기공지된 다양한 진공증착 공정이나 방법을 사용할 수도 있다.The growth of such a metal nanostructure can be achieved by a vacuum deposition process according to a predetermined vacuum deposition condition, and can be realized by at least one of an electron beam evaporator, a thermal evaporation deposition, a sputtering, and a chemical vapor deposition have. However, the present invention is not limited to such a vacuum deposition process and a variety of known vacuum deposition processes or methods may be used as needed.

여기에서, 상기 진공증착 조건에 따라 기본적으로 금속나노구조체의 직경과 금속나노구조체들의 간격을 조절할 수 있으나, 이에 추가적으로 상기 진공증착 공정에 의해 금속나노구조체의 성장 후, 열 처리 공정 또는 플라즈마 처리 공정을 통하여, 금속나노구조체의 직경과 금속나노구조체들의 간격을 조절할 수도 있다.Here, the diameter of the metal nanostructure and the interval between the metal nanostructures can be basically controlled according to the vacuum deposition conditions. In addition, after the growth of the metal nanostructure by the vacuum deposition process, a heat treatment process or a plasma treatment process is performed The diameter of the metal nanostructure and the distance between the metal nanostructures can be controlled.

그리고, 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 금속나노구조체를 성장시킨 후, 상기 마스크 패턴층을 제거하여, 상기 기재의 노출된 영역에 금속나노구조체를 형성하여, 상기 기재 상부에 금속나노구조체 패턴을 형성하게 된다.(제4단계)Then, after the metal nanostructure is grown on the exposed region of the substrate and the mask pattern layer, the mask pattern layer is removed to form a metal nanostructure on the exposed region of the substrate, Thereby forming a nanostructure pattern. (Step 4)

즉, 상기 기재 상에서 마스크 패턴층을 제거하게 되면, 상기 기재 상부의 상기 마스크 패턴층에 대응되는 패턴을 가지는 금속나노구조체 패턴이 형성되게 된다.That is, when the mask pattern layer is removed on the substrate, a metal nanostructure pattern having a pattern corresponding to the mask pattern layer on the substrate is formed.

상기 마스크 패턴층은 화학적 방법을 이용하여 제거하는 것이 바람직하며, 이에 사용되는 화학 용액은 아세톤, 이소프로필 알코올, 물(H2O), KOH, NaOH, NH4OH, H2SO4, HF, HCl, H3PO4, HNO3, CH3COOH, H2O2 및 BOE(Buffered Oxide Etchant)중 어느 하나 이상을 포함하며, 디핑(Dipping) 또는 초음파(Sonication) 방식을 이용한다.The chemical solution to be used may be acetone, isopropyl alcohol, water (H 2 O), KOH, NaOH, NH 4 OH, H 2 SO 4 , HF, HCl, H 3 PO 4 , HNO 3 , CH 3 COOH, H 2 O 2 and BOE (Buffered Oxide Etchant), and uses dipping or sonication.

한편, 적용분야나 사용 목적에 따라서, 상기 마스크 패턴층의 제거 후에, 추가적인 마스크 패턴층을 형성하여, 상기 기재 상부의 금속나노구조체 패턴이 형성된 동일한 영역 또는 다른 영역 상에 상기 제3단계의 금속나노구조체와 동종 또는 이종의 금속나노구조체를 추가적으로 형성함으로써, 상기 제4단계의 금속나노구조체 패턴과는 연속 또는 불연속적인 금속나노구조체 패턴을 추가적으로 형성할 수도 있다.On the other hand, an additional mask pattern layer may be formed after the removal of the mask pattern layer in accordance with the application field or the intended use, and the metal nano structure pattern on the substrate may be formed on the same region or another region on the substrate, The metal nanostructure pattern may be formed continuously or discontinuously with the metal nanostructure pattern of the fourth step by additionally forming the same or different kinds of metal nanostructure as the structure.

그리고, 상기 기재의 상부에 금속나노구조체 패턴을 형성한 후, 상기 금속나노구조체를 이용하여 상기 기재의 일부 영역을 습식식각하여 하이브리드 패턴을 형성하게 된다.(제5단계)After the metal nanostructure pattern is formed on the substrate, a portion of the substrate is wet-etched using the metal nanostructure to form a hybrid pattern. (Step 5)

여기에서, 상기 제5단계의 습식식각 공정은, 산(acid), 물(H2O) 및 과산화물(H2O2)중 어느 하나 이상이 포함된 용액을 사용하는 것을 특징으로 하며, 상기 산(acid)과 과산화물(H2O2)의 혼합비 조절 또는 습식식각의 시간을 조절하여 식각 깊이를 조절하도록 한다.Here, the fifth step of the wet etching process is characterized by using a solution containing at least one of acid, water (H 2 O), and peroxide (H 2 O 2 ) the etching depth may be controlled by controlling the mixing ratio of acid and peroxide (H 2 O 2 ) or adjusting the time of wet etching.

일반적으로 금속나노구조체(금속)를 이용한 습식식각 공정은, 일반적인 화학적인 습식식각과 달리 금속을 이용한 화학적 에칭으로, 상기 금속이 습식식각의 화학반응에서의 촉매의 역할을 하게 되어, 일반적으로 종횡비가 큰 나노구조체를 구현시키는 특징을 가지고 있으며, 식각액의 혼합비나 시간을 조절하여 식각 깊이를 조절할 수 있으며, 이에 의해 다양한 형태의 하이브리드 패턴을 구현할 수 있게 된다. 여기에서, 습식식각이 완료된 후, 상기 금속나노구조체는 일부 또는 전부가 남아 있을 수도 있으나, 상기 금속나노구조체는 완전히 제거될 수도 있으며, 완전히 제거된 경우에는 추가로 금속나노구조체의 성장을 한 번 또는 복수회, 동종 또는 이종의 재료로 더 수행할 수도 있다.Generally, the wet etching process using a metal nano structure (metal) is a chemical etching using a metal, unlike a general chemical wet etching, in which the metal acts as a catalyst in the chemical reaction of wet etching, It has a feature to implement a large nano structure, and it can control the etching depth by adjusting mixing ratio or time of etching solution, thereby enabling various hybrid patterns to be realized. Herein, after the wet etching is completed, the metal nanostructure may be partially or wholly removed, but the metal nanostructure may be completely removed, and in the case where the metal nanostructure is completely removed, It is also possible to carry out a plurality of homogeneous or heterogeneous materials.

도 4는 상술한 바와 같이, 요철이 형성된 기재 상에 수직 증착 및 기울림 증착의 경우에 하이브리드 패턴의 구현에 대한 모식도를 나타낸 것으로서, 도 4(a)는 수직 증착 및 기울림 증착의 경우 금속나노구조체의 성장 분포 특성을 나타낸 것이고, 도 4(b)는 이러한 금속나노구조체를 이용한 습식식각을 진행한 경우, 수직 증착 및 기울림 증착의 경우 하이브리드 패턴의 차이를 나타내었고, 도 4(c)는 도 4(b)의 상태에서 다른 종류의 금속나노구조체를 성장시킨 경우를 나타내었으며, 도 4(d)는 도 4(c)의 상태에서 다른 종류의 금속나노구조체를 이용한 습식식각을 진행한 경우를 나타낸 것이다.FIG. 4 is a schematic view of a hybrid pattern in the case of vertical deposition and bump deposition on a substrate having unevenness as described above. In FIG. 4 (a), in the case of vertical deposition and bump deposition, FIG. 4 (b) shows the difference in the hybrid pattern when the wet etching using the metal nanostructure was performed, the vertical deposition and the bump deposition, and FIG. 4 (c) FIG. 4 (d) shows a case where wet etching is performed using other types of metal nanostructures in the state of FIG. 4 (c) .

이와 같이, 본 발명은 수직증착 및 기울림 증착에 따라, 금속나노구조체의 종류에 따라, 그리고 식각액의 혼합비나 습식 시간에 따라 다양한 형태의 하이브리드 패턴의 구현이 매우 용이하게 실현되는 것을 알 수 있다.As described above, according to the present invention, various types of hybrid patterns can be realized very easily according to the kind of the metal nanostructure, the mixing ratio of the etchant, and the wetting time according to the vertical deposition and the sputtering deposition.

또한, 상기 제5단계의 하이브리드 패턴 상에 동종 또는 이종의 금속나노구조체를 추가로 형성하여 금속나노구조체 패턴이 형성된 소자로 활용할 수 있도록 하며, 상기 하이브리드 패턴의 형태에 따라 상기 하이브리드 패턴 내부에 동종 또는 이종의 금속나노구조체를 추가로 성장시켜, 하이브리드 패턴 내부로 금속나노구조체가 침투되어 형성되게 할 수도 있다.In addition, a homogeneous or heterogeneous metal nanostructure may be additionally formed on the hybrid pattern of the fifth step so as to be utilized as a device having a metal nanostructure pattern formed thereon. In accordance with the shape of the hybrid pattern, A different kind of metal nanostructure may be further grown to allow the metal nanostructure to penetrate into the hybrid pattern.

이 경우, 상기 제4단계의 금속나노구조체 패턴이 형성된 기재의 일부 영역은 친수성 표면처리가 이루어지도록 하여, 금속나노구조체를 이용한 습식식각에 의한 식각률을 현저히 개선시켜, 하이브리드 패턴의 표면적을 향상시킬 수 있으며, 이에 의해 센서 소자로의 사용시 센서의 민감도를 개선시킬 수도 있게 된다.In this case, the hydrophilic surface treatment is performed on a part of the substrate where the metal nanostructure pattern of the fourth step is formed, and the etching rate by the wet etching using the metal nanostructure is remarkably improved to improve the surface area of the hybrid pattern Thereby improving the sensitivity of the sensor when used in a sensor element.

상기 기재의 친수성 표면처리는, 기재 상에 산화물층을 코팅하거나, 산소 플라즈마 표면 처리(Oxygen plasma treatment) 등을 수행하여 기재 표면에서의 젖음성을 향상시켜, 식각액의 침투가 정밀하게 이루어질 수 있도록 하였다.In the hydrophilic surface treatment of the substrate, an oxide layer is coated on the substrate, oxygen plasma treatment or the like is performed to improve the wettability on the surface of the substrate, and the penetration of the etchant can be precisely performed.

또한, 상기와 같이 기재 상에 금속나노구조체의 균일한 분포를 도모할 수 있지만, 필요에 의해 상기 기재를 진공증착하고자 하는 타겟물질(금속나노구조체 재료)의 이송경로에 대해 소정 각도로 기울어지게 형성하여, 상기 기재 상에 금속나노구조체의 분포 및 농도를 다르게 성장시키도록 할 수도 있다.In addition, although the uniform distribution of the metal nanostructure on the substrate can be achieved as described above, if necessary, the substrate is formed to be inclined at a predetermined angle with respect to the transport path of the target material (metal nanostructure material) And the distribution and the concentration of the metal nanostructure may be differently grown on the substrate.

이러한 불균일한 분포 및 농도를 가지는 금속나노구조체를 이용한 습식식각 공정을 수행하게 되면, 하이브리드 패턴의 형상을 다양하게 구현할 수 있게 된다.When the wet etching process using the metal nano structure having such uneven distribution and concentration is performed, various shapes of the hybrid pattern can be realized.

이러한 불균일한 분포 및 농도를 가지도록 금속나노구조체를 성장시키는 것은, 도 2에 도시된 바에 의한 것과 같이, 상기 제1단계의 기재의 일부 영역에 요철을 형성한 경우, 그 효과가 극대화될 수 있다.The effect of growing the metal nanostructure to have such uneven distribution and concentration can be maximized when the irregularities are formed in a part of the base material of the first step as shown in Fig. 2 .

즉, 도 4는 요철이 형성된 기재를 타겟물질의 이송경로에 대해 수직으로 배치한 경우(수직증착)와 기울여 배치한 경우(기울림증착)를 도시한 것으로서, 기재를 기울여 배치한 경우에는 금속나노구조체의 분포가 균일하지 않게 되며, 이에 따라 금속나노구조체를 이용한 습식식각 공정시 각 요철 패턴에 대해 다양한 하이브리드 패턴을 구현할 수 있게 되는 것이다.That is, FIG. 4 shows the case where the substrate provided with irregularities is arranged perpendicularly to the conveying path of the target material (perpendicular vapor deposition) and inclinedly arranged (bellow deposition), and when the substrate is inclined, The distribution of the structure is not uniform, and thus various hybrid patterns can be realized for each concave-convex pattern in the wet etching process using the metal nanostructure.

이는 적용분야에 따라 하이브리드 패턴의 면적이나 분포 등을 조절하고자 하는 경우에 유용하게 적용될 수 있으며, 특히 센서 소자 등에서의 검지물질 형성 영역의 면적을 조절하여, 검지물질의 양을 제어하여, 센서의 효율 및 민감도를 높이는 곳에 적용될 수 있을 것이다.In particular, the present invention can be applied to a case where the area or the distribution of the hybrid pattern is to be adjusted according to the application field. In particular, by controlling the area of the detection substance formation region in the sensor element or the like, And to increase sensitivity.

도 3은 진공증착에 의한 하이브리드 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법에 대한 모식도에 관한 것으로서, 기판 상에 형성된 GaN 계열의 버퍼층, 상기 버퍼층 상에 형성된 GaN층, 상기 GaN층 상에 형성된 AlxGa1-xN층, InAlN층 및 InAlGaN층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 층 및 상기 1종의 층 상에 형성된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 기재를 준비하는 (가)단계와, 상기 소스 전극 및 드레인 전극을 마스킹하면서, 상기 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하는 (나)단계와, 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 금속나노구조체의 성장을 위해 필요한 금속나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하는 (다)단계와, 진공증착 공정에 의해 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 금속나노구조체를 성장시키는 (라)단계와, 상기 마스크 패턴층을 제거하여, 상기 기재의 노출된 영역에 금속나노구조체를 형성하여 상기 기재 상부에 금속나노구조체 패턴을 형성하는 (마)단계 및 상기 금속나노구조체를 이용하여 상기 기재의 일부 영역을 습식식각하여 하이브리드 패턴을 형성하는 (바)단계를 포함하여 이루어진다.FIG. 3 is a schematic view of a method of manufacturing a sensor element using a hybrid pattern by vacuum evaporation, which includes a GaN buffer layer formed on a substrate, a GaN layer formed on the buffer layer, an Al x Ga 1 -x N layer, an InAlN layer, and an InAlGaN layer, and a source electrode and a drain electrode formed on the one layer, the method comprising the steps of: (a) (B) forming a mask pattern layer that exposes a part of the upper surface of the substrate while masking the drain electrode, and (b) forming a mask pattern layer on the exposed region of the substrate and a metal (C) setting a vacuum deposition condition satisfying a minimum critical radius of the nanostructure; and (c) (D) growing a metal nanostructure on the substrate; (d) removing the mask pattern layer to form a metal nanostructure on the exposed region of the substrate to form a metal nanostructure pattern on the substrate; And forming a hybrid pattern by wet-etching a portion of the substrate using the metal nanostructure.

상기의 HEMT(High Electron Mobility Transistor, 고전자 이동도 트랜지스터) 소자의 중요 구조((가)단계)는 공지된 기술로써, 본 출원인이 출원한 고전자 이동도 트랜지스터 구조를 가지는 센서의 제조방법(출원번호 : 10-2016-0036136호)에 대한 설명으로 갈음하며, 본 발명에서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.The major structure (step (a)) of the above-described HEMT (High Electron Mobility Transistor) device is a well-known technique, which is a method of manufacturing a sensor having a high electron mobility transistor structure No. 10-2016-0036136), and a detailed description thereof will be omitted in the present invention.

상술한 진공증착에 의한 하이브리드 패턴 형성방법에서의 구성과 유사하게 기본적으로 기재 상부에 마스크 패턴층을 형성하고, 진공증착 공정에 의해 금속나노구조체 패턴을 형성하는 것으로서, 중복되는 설명은 생략하기로 하며, 본 실시예에서의 기재는, 트랜지스터 구조의 센서소자(예컨대, HEMT)에 적용하기 위한 것으로서, 기판 상에 형성된 GaN 계열의 버퍼층, 상기 버퍼층 상에 형성된 GaN층, 상기 GaN층 상에 형성된 AlxGa1 - xN층, InAlN층 및 InAlGaN층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 층 및 상기 1종의 층 상에 형성된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.A mask pattern layer is basically formed on a substrate and a metal nanostructure pattern is formed by a vacuum deposition process in a manner similar to that in the above-described hybrid pattern formation method by vacuum deposition, and a duplicate description will be omitted , described in this example is, as for application to the transistor structure, the sensor element (e.g., HEMT), Al x formed on a buffer layer of GaN-based formed on the substrate, the GaN layer, the GaN layer formed on the buffer layer A Ga 1 - x N layer, an InAlN layer and an InAlGaN layer, and a source electrode and a drain electrode formed on the one layer.

이러한 기재 상의 상기 소스 전극 및 드레인 전극을 마스킹하면서, 상기 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하게 된다.A mask pattern layer for exposing a part of the upper surface of the substrate is formed while masking the source electrode and the drain electrode on the substrate.

또한, 상기 AlxGa1 - xN층의 x값은 0<x≤1인 것을 특징으로 하며, 상기 1종의 층 상에 두께 10nm 이하의 GaN cap층이 추가로 형성될 수 있다.The x value of the Al x Ga 1 - x N layer is 0 <x? 1, and a GaN cap layer having a thickness of 10 nm or less may be additionally formed on the one layer.

또한, 상기 소스 전극 및 드레인 전극을 마스킹하면서, 상기 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성한 후(상기 (나)단계 이후)에, 상기 1종의 층의 일부가 식각된 리세스 영역을 형성할 수 있다.After the mask pattern is masked with the source and drain electrodes and a mask pattern layer is formed to expose a part of the upper surface of the substrate (after the step (b)), a part of the one layer is etched Regions can be formed.

상기 레세스 영역은 상기 기재 상부의 노출된 일부 영역 즉, 소스 전극 및 드레인 전극 사이의 일부 영역이 되며, 이를 식각함으로써, 감지물질 형성 영역의 면적을 넓힘으로써, 센서 민감도를 높이고자 하는 것이다.The recessed region is a part of the exposed upper part of the substrate, that is, a part of the area between the source electrode and the drain electrode. By etching the recessed area, the area of the sensing material forming area is widened to increase the sensor sensitivity.

상기 리세스 영역의 형성은 리세스 영역을 형성하고자 하는 영역 이외의 영역을 마스킹한 후, 건식 또는 습식식각에 의해 구현되게 된다.The formation of the recessed region may be realized by dry or wet etching after masking an area other than the region where the recessed region is to be formed.

여기에서, 상기 기재 상부의 노출된 일부 영역에는 상술한 바의 금속나노구조체 형성을 위한 최소 임계반지름 조건을 만족하는 증착조건을 설정하여 금속나노구조체를 성장시켜, 상기 마스크 패턴층에 대응되는 금속나노구조체 패턴을 형성하게 된다.In this case, the metal nanostructure is grown by setting deposition conditions that satisfy the minimum critical radius condition for forming the metal nanostructure as described above on the exposed part of the substrate, thereby forming a metal nano structure corresponding to the mask pattern layer Thereby forming a structure pattern.

이러한 금속나노구조체가 성장되는 상기 기재 상부의 노출된 일부 영역은, 소스 전극 및 드레인 전극 사이의 일부 영역이 되며, 이 영역 상에 센서 소자의 검지물질층이 형성되게 되고, 상기 검지물질층에 센싱을 위한 검지물질로 금속나노구조체가 성장되게 되는 것이다.A part of the exposed upper part of the substrate on which the metal nanostructure is grown is a part of the region between the source electrode and the drain electrode, and a detection material layer of the sensor element is formed on this area. The metal nanostructure is grown as a detection substance for the metal nanostructure.

여기에서, 상기 검지물질층 형성을 위한 금속나노구조체는, 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 철(Fe), 코발트(Co), 타이타늄(Ti), 크로뮴(Cr), 망가니즈(Mn), 아연(Zn), 지르코늄(Zr), 몰리브데넘(Mo), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 탄탈럼(Ta) 및 이들의 합금 중 어느 하나 이상의 재료를 이용하여 진공증착하여 형성되는 것으로서, 검출하고자 하는 가스 또는 생화학 물질과 반응하여 HEMT 활성층의 전위를 변화시킬 수 있는 물질을 선택하여 사용한다.Here, the metal nanostructure for forming the detection material layer may be at least one selected from the group consisting of Au, Ag, Pt, Cu, Pd, Ni, (Fe), Co, Ti, Cr, Mn, Zn, Zr, Molybdenum, Ir, Ru), tantalum (Ta), and alloys thereof. The material is selected by reacting with a gas or a biochemical substance to be detected and capable of changing the potential of the HEMT active layer use.

예컨대, 수소 가스의 검지물질로는 Pd, Pt 또는 Pd과 Pt의 구조복합체를, Co 가스의 검지물질로는 ZnO 나노와이어를, 산소 가스의 검지물질로는 InZnO를, 클로라이드 이온의 검지물질로는 Ag/AgCl 전극을, 클루코오스 또는 젖산의 검지물질로는 ZnO 나노로드를, 수온 이온의 검지물질로는 티오글리콜산/Au를 들 수 있다.For example, Pd, Pt or Pd and Pt are used as the detection substance of hydrogen gas, ZnO nanowire is used as a detection substance of Co gas, InZnO is used as detection substance of oxygen gas, Ag / AgCl electrode, ZnO nanorod as a detection substance of clucose or lactic acid, and thioglycolic acid / Au as a detection substance of water temperature ion.

상기에서 예시한 검지물질 외에, 센싱하고자 하는 물질이나 환경에 따라 필요에 의해서 상술한 바와 같이, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 금속나노구조체를 동종 또는 이종의 물질로 복수회 성장시키거나, 상기 마스크 패턴층의 제거 후에, 추가적인 마스크 패턴층을 형성하여, 상기 기재 상부의 금속나노구조체 패턴이 형성된 동일한 영역 또는 다른 영역 상에 상기 (라)단계의 금속나노구조체와는 동종 또는 이종의 금속나노구조체를 추가적으로 형성함으로써, 상기 (마)단계의 금속나노구조체 패턴과는 연속 또는 불연속적인 금속나노구조체 패턴을 추가적으로 형성할 수 있다.As shown in FIG. 3, the metal nanostructure may be grown in the same or different materials a plurality of times as described above, depending on the substance or environment to be sensed, in addition to the above-exemplified detection substances, After the removal of the mask pattern layer, an additional mask pattern layer is formed, and on the same area or another area where the metal nanostructure pattern on the substrate is formed, a metal nanostructure homologous or heterogeneous to the metal nanostructure of step (D) The metal nanostructure pattern may be formed continuously or discontinuously with the metal nanostructure pattern of step (e).

이러한 금속나노구조체를 이용하여 상기 기재의 일부 영역을 습식식각하여, 상기 센서 소자의 기재 상에 하이브리드 패턴을 형성하게 된다. 이 경우, 전부 또는 일부 남아있는 금속나노구조체는 상기 센서 소자의 검지물질의 기능을 하게 되며, 필요에 의해서는 이와 동종 또는 이종의 금속나노구조체를 추가로 상기 하이브리드 패턴 상에 형성할 수 있으며, 하이브리드 패턴의 형태에 따라 추가로 형성되는 금속나노구조체는 하이브리드 패턴의 내부로 침투하는 형태로도 형성될 수 있다.The metal nanostructure is used to wet-etch a part of the substrate to form a hybrid pattern on the substrate of the sensor element. In this case, all or part of the remaining metal nanostructures function as a sensing material of the sensor element, and if necessary, the same or different metal nanostructures can be further formed on the hybrid pattern, The metal nanostructure formed additionally according to the shape of the pattern may be formed to penetrate into the inside of the hybrid pattern.

이 경우, 금속나노구조체 패턴이 형성된 기재의 일부 영역은 친수성 표면처리가 이루어지도록 하여, 금속나노구조체를 이용한 습식식각에 의한 식각률을 현저히 개선시켜, 하이브리드 패턴의 표면적을 향상시킬 수 있으며, 이에 의해 센서 소자로의 사용시 센서의 민감도를 개선시킬 수도 있게 된다.In this case, hydrophilic surface treatment is performed on a part of the base material on which the metal nanostructure pattern is formed, and the surface area of the hybrid pattern can be improved by significantly improving the etching rate by wet etching using the metal nanostructure, It is possible to improve the sensitivity of the sensor when used in the device.

상기 기재의 친수성 표면처리는, 기재 상에 산화물층을 코팅하거나, 산소 플라즈마 표면 처리(Oxygen plasma treatment) 등을 수행하여 기재 표면에서의 젖음성을 향상시켜, 식각액의 침투가 효율적으로 이루어지도록 하였다. 이에 의해 고종횡비의 하이브리드 패턴의 큰 표면적 형성을 용이하게 실현시킬 수 있으며, 센서 소자로의 사용시 검지물질 영역을 넓히게 되어 센서의 효율 및 민감도를 개선시킬 수 있다.In the hydrophilic surface treatment of the substrate, an oxide layer is coated on the substrate, oxygen plasma treatment or the like is performed to improve the wettability on the surface of the substrate, and the penetration of the etchant is efficiently performed. As a result, the formation of a large surface area of a hybrid pattern having a high aspect ratio can be easily realized, and the detection material area can be widened when used as a sensor element, thereby improving the efficiency and sensitivity of the sensor.

이와 같이, 센서 소자에 있어서, 소스 전극 및 드레인 전극 사이에 검지물질 형성 영역이 형성되게 되는데, 상기 검지물질 형성 영역에 하이브리드 패턴을 형성하고 검지물질을 형성하는 것에 의해 검지물질 영역의 면적을 넓히고, 다양한 검지물질의 형성이 용이하여, 센서 소자의 민감도를 높이면서, 다양한 물질에 대한 센싱이 가능하게 되는 것이다.As described above, in the sensor element, the detection substance formation region is formed between the source electrode and the drain electrode. The hybridization pattern is formed in the detection substance formation region and the detection substance is formed, Various sensing materials can be easily formed, and sensing of various materials can be performed while increasing the sensitivity of the sensor element.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 6은 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 Au 두께를 0.75nm, 1.5nm, 5nm, 10nm 및 20nm로 Si 기판에 각각 증착한 후 표면을 분석한 SEM 측정결과이다. Au 증착 두께가 두꺼워짐에 따라 Au 금속나노구조체의 크기가 증가하였으며, Au 두께가 20nm 이상일 경우에는 박막화되는 것을 확인할 수 있었다. 즉, Au 두께가 20nm일 경우에는 Au 증착 두께 조절을 통하여 Au 금속나노구조체의 크기 조절이 가능함을 확인할 수 있었다.FIG. 6 is a SEM measurement result of the surface of Au deposited on an Si substrate at 0.75 nm, 1.5 nm, 5 nm, 10 nm, and 20 nm at a deposition rate of 0.025 nm / sec using an electron beam evaporator. Au metal nanostructures increased in size as the thickness of the Au deposition increased, and thinner as the Au thickness was larger than 20 nm. That is, when the Au thickness is 20 nm, it is confirmed that the size of the Au metal nanostructure can be controlled by controlling the thickness of the Au deposition.

도 7은 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 Au의 두께를 0.75nm, 1.5nm 및 5nm 로 Si 기판에 각각 증착한 경우의 Au 금속나노구조체 직경 크기 분포도를 나타내었다. Au 두께를 0.75nm, 1.5nm 및 5nm 증착한 경우 Au 금속나노구조체의 평균 직경은 각각 4.6nm, 8.3nm 및 16.9nm이었다. Au 두께 조절을 통하여 Au 금속나노구조체의 직경과 직경 분포의 조절이 가능함을 확인할 수 있었다.FIG. 7 shows the size distribution of the Au metal nano-structure in the case where Au is deposited on Si substrates at 0.75 nm, 1.5 nm, and 5 nm at a deposition rate of 0.025 nm / sec using an electron beam evaporator, respectively. When the Au thicknesses were 0.75 nm, 1.5 nm, and 5 nm, respectively, the average diameter of the Au metal nanostructures was 4.6 nm, 8.3 nm, and 16.9 nm, respectively. It was confirmed that the diameter and diameter distribution of the Au metal nanostructure can be controlled by controlling the Au thickness.

Si 기판 상단에 직사각형 영역(10㎛ by 75㎛ 및 20㎛ by 80㎛)만 포토레지스트로 개방한 후 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 Au, Pt 및 Pd 의 두께를 각각 1.5nm로 개별적으로 증착한 이후, 포토레지스트를 제거하기 위하여 아세톤에 Dipping하고 10분간 Ultrasonication하고, N2 blowing 한 이후 금속나노구조체의 패턴 결과가 도 8(a), (d) 및 (g)에 있으며, Au, Pt 및 Pd 금속나노구조체의 형상 측정결과가 도 8(b), (e) 및 (h)에 있다. 또한, EDX 성분분석 결과[도 8(c), (f) 및 (i)]를 통하여 Si 기판에 Au, Pt 및 Pd 금속나노구조체의 형성 및 Au, Pt 및 Pd 금속나노구조체 패턴의 제작이 가능함을 확인하였다.After the rectangular regions (10 탆 by 75 탆 and 20 탆 by 80 탆) were opened with a photoresist on the top of the Si substrate, the thicknesses of Au, Pt and Pd were 1.5 nm 8 (a), (d) and (g), the pattern results of the metal nanostructures after the N 2 blowing are shown in FIGS. 8 (a) Figs. 8 (b), 8 (e) and 8 (h) show the results of measuring the shape of the Au, Pt and Pd metal nanostructures. In addition, it is possible to form Au, Pt and Pd metal nanostructures and Au, Pt and Pd metal nanostructure patterns on the Si substrate through EDX component analysis (FIGS. 8 (c), (f) and (i) Respectively.

Si 기판 상단에 직사각형 영역(10㎛ by 75㎛ 및 20㎛ by 80㎛)만 포토레지스트로 개방한 후 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 Pt 및 Pd의 두께를 각각 1.5nm로 in-situ 연속적으로 증착한 이후, 포토레지스트를 제거하기 위하여 아세톤에 Dipping하고 10분간 Ultrasonication하고, N2 blowing 한 이후 복합 금속나노구조체의 패턴 결과가 도 9(a)에 있으며, 복합 금속나노구조체의 형상 측정결과가 도 9(b)에 있다. 또한, EDX 성분분석 결과[도 9(c)]를 통하여 Si 기판에 Pt와 Pd 복합 금속나노구조체의 형성 및 Pt와 Pd 복합 금속나노구조체 패턴의 제작이 가능함을 확인하였다.After opening the rectangular region (10 ㎛ by 75 ㎛ and 20 ㎛ by 80 ㎛) on the top of the Si substrate with a photoresist, the thickness of Pt and Pd was reduced to 1.5 nm at an evaporation rate of 0.025 nm / sec using an electron beam evaporator -Situ After continuous deposition, the pattern results of the composite metal nanostructure are shown in FIG. 9 (a), after dipping in acetone to remove the photoresist and ultrasonication for 10 minutes, and after N 2 blowing, the shape of the composite metal nanostructure The measurement result is shown in Fig. 9 (b). In addition, it was confirmed through the EDX component analysis (Fig. 9 (c)) that formation of Pt and Pd composite metal nanostructures on the Si substrate and production of Pt and Pd composite metal nanostructure patterns were confirmed.

Si 기판 상단에 직사각형 영역(10㎛ by 75㎛ 및 20㎛ by 80㎛)만 포토레지스트로 개방한 후 스퍼터링을 이용하여 0.25nm/sec의 증착속도로 Au의 두께를 1.5nm로 증착한 이후, 포토레지스트를 제거하기 위하여 아세톤에 Dipping하고 10분간 Ultrasonication하고, N2 blowing 한 이후 Au 금속나노구조체의 패턴 결과 및 형상 측정결과가 도 10(a) 및 (b)에 있다. 또한, EDX 성분분석 결과[도 10(c)]를 통하여 Si 기판에 Au 금속나노구조체의 형성 및 Au 금속나노구조체 패턴의 제작이 가능함을 확인하였으며 Au 금속나노구조체의 평균 직경은 16.2nm 이었다[도 10(d)]. 본 결과로부터 전자빔 증착기와 유사한 형태의 금속나노구조체를 갖는 Au 나노구조체 형성이 가능하였다. 또한, 도 7(b)와 도 10(d)의 결과들을 분석해 보면, 동일한 Au 증착 두께 [1.5nm]에 대하여 증착속도를 0.025nm/sec [평균 직경 8.3nm]에서 0.25nm/sec [평균 직경 16.2nm]로 빠르게 할 경우 Au 금속나노구조체의 평균 직경은 증가하였다. 이 결과로부터 증착속도가 Au 금속나노구조체의 직경 크기 조절에 있어서 하나의 요소(Factor)임을 확인할 수 있었다.After opening only a rectangular area (10 μm by 75 μm and 20 μm by 80 μm) on the top of the Si substrate with a photoresist, Au was deposited to a thickness of 1.5 nm at a deposition rate of 0.25 nm / sec using sputtering, 10 (a) and 10 (b) show pattern results and shape measurement results of the Au metal nanostructure after Dipping in acetone and Ultrasonication for 10 minutes to remove the resist and N 2 blowing. 10 (c)], it was confirmed that the Au metal nanostructure and the Au metal nanostructure pattern could be formed on the Si substrate, and the average diameter of the Au metal nanostructure was 16.2 nm 10 (d). From this result, it was possible to form an Au nanostructure having a metal nanostructure similar to an electron beam evaporator. 7 (b) and 10 (d), the deposition rate was 0.025 nm / sec (average diameter 8.3 nm) to 0.25 nm / sec (average diameter 16.2 nm], the average diameter of the Au metal nanostructures increased. From these results, it was confirmed that the deposition rate is a factor in controlling the size of the Au metal nanostructure.

전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 Si 기판 상에 Au 두께를 1.5nm 증착하였으며, 불산(HF) 18.2ml, 과산화수소(H2O2) 1.8ml 및 물(H2O) 80ml를 혼합한 용액에 Si 기판 상에 형성된 Au 금속나노구조체를 일정시간(0.5분[도 11(b)], 1.5분[도 11(c)], 3.0분[도 11(d)] 및 5.0분[도 11(e)]) 담근 후, Deionized water에 rinsing 한 후 N2 blowing을 하였다. 도 11은 습식식각 시간 변화에 따른 표면 변화를 SEM 측정한 결과이다. 본 방식에 의해 형성된 Au 금속나노구조체를 이용하여 하부 기판의 습식식각이 가능함을 확인하였다.Au was deposited to a thickness of 1.5 nm on the Si substrate at a deposition rate of 0.025 nm / sec using an electron beam evaporator. 18.2 ml of hydrofluoric acid (HF), 1.8 ml of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and 80 ml of water (H 2 O) The Au metal nanostructure formed on the Si substrate was immersed in the mixed solution for a predetermined period of time (0.5 minutes (FIG. 11B), 1.5 minutes (FIG. 11C), 3.0 minutes 11 (e)]), rinsed in deionized water, and then subjected to N 2 blowing. 11 is a SEM measurement result of the surface change with the change of the wet etching time. It is confirmed that the wet etching of the lower substrate is possible by using the Au metal nanostructure formed by this method.

Si 기판 상단에 전자빔리소그래피를 이용하여 50nm line and 50nm space 구조의 레지스트 패턴을 형성한 후, 레지스트 패턴을 하부 Si 기판을 건식식각하기 위한 에칭 마스크로 사용하여 100nm 높이와 50nm line 패턴을 갖는 Si 기판을 제작하였다. 이후, 50nm line 패턴을 갖는 Si 기판 상단에 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 Au 두께를 1.5nm 증착하였으며, 불산(HF) 18.2ml, 과산화수소(H2O2) 1.8ml 및 물(H2O) 80ml를 혼합한 용액에 Si 기판 상에 형성된 Au 금속나노구조체를 일정시간(0.5분[도 12(b)], 1.5분[도 12(c)], 3.0분[도 12(d)] 및 5.0분[도 12(e)]) 담근 후, Deionized water에 rinsing 한 후 N2 blowing을 하였으며, 습식식각 시간 변화에 따른 표면 변화를 SEM 측정한 결과가 도 12에 있다. Au 금속나노구조체는 패턴(요철)이 형성된 하부 기판 상에 형성 가능하며, 형성된 Au 금속나노구조체를 이용하여 패턴(요철)이 있는 하부 기판의 습식식각이 가능함을 확인하였다.A resist pattern of 50 nm line and 50 nm space structure was formed on the upper surface of the Si substrate by electron beam lithography and then the resist pattern was used as an etching mask for dry etching the lower Si substrate to obtain a Si substrate having a 100 nm height and a 50 nm line pattern Respectively. Then, Au was deposited to a thickness of 1.5 nm at a deposition rate of 0.025 nm / sec using an electron beam evaporator on top of a Si substrate having a 50 nm line pattern, and 18.2 ml of hydrofluoric acid (HF), 1.8 ml of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) (H 2 O) to Au metal nano-structure formed on a Si substrate in a solution mixture of 80ml predetermined time (0.5 min [Figure 12 (b)], 1.5 minutes [Fig. 12 (c)], 3.0 minutes [12 ( d)] and 5.0 minutes [Fig. 12 (e)]), rinsing with deionized water and N 2 blowing. SEM measurement results of the surface change with the wet etching time are shown in FIG. The Au metal nanostructure can be formed on the lower substrate on which the pattern (concavity and convexity) is formed, and it is confirmed that the wet etching of the lower substrate having the pattern (concavity and convexity) is possible using the Au metal nano structure formed.

Si 기판 상단에 전자빔리소그래피 또는 포토리소그래피(Photolithography)를 이용하여 50nm line, 500nm line 및 1㎛ line 패턴을 형성한 후, 전자빔 리소그래피 또는 포토리소그래피 레지스트 패턴을 하부 Si 기판을 건식식각 하기 위한 에칭 마스크로 사용하여 200nm 높이와 50nm line, 500nm line 및 1㎛ line 패턴을 갖는 Si 기판을 제작하였다.After forming 50nm line, 500nm line and 1μm line pattern on the top of Si substrate using electron beam lithography or photolithography, electron beam lithography or photolithography resist pattern is used as an etching mask for dry etching the lower Si substrate A Si substrate having a height of 200 nm, a 50 nm line, a 500 nm line and a 1 μm line pattern was manufactured.

50nm line, 500nm line 및 1㎛ line(나노 또는 마이크로) 구조체를 갖는 Si 기판 상단에 950 PMMA A5(Micro Chem Co., 미국)을 2000rpm으로 스핀코팅한 후 170℃ 300초간 baking을 하여 대략 350nm 두께의 PMMA 층을 형성하였으며, 임프린트용 스탬프는 실리콘 마스터 스탬프(300nm 의 Hole 직경을 가진 Si Stamp) 상단에 perfluoropolyether(PFPE) 레진을 적하시키고 PET(polyethylene-terephthalate) 기판을 압착시킨 후, 자외선을 3분 조사하여 Pillar-patterned PFPE 몰드를 제작하였다. PMMA층 상단에 임프린트 레진을 NIP-SC28LV400(Chem. Optics, 대한민국)을 스핀코팅 한 후, 상기 제조된 Pillar-patterned PFPE 스탬프를 압착하며 자외선을 2 분간 조사한 후 PFPE 스탬프를 분리(Relief) 하여 300nm의 Hole 직경을 갖는 임프린트 패턴을 50nm line, 500nm line 및 1㎛ line 패턴을 갖는 Si 구조체 상단에 형성하였다. 이후 임프린트 잔류막을 제거(descum) 하고 300nm Hole 하부에 있는 PMMA 층이 모두 에칭되어, 300nm 직경의 Hole 하부에 있는 50nm line, 500nm line 및 1㎛ line 패턴을 갖는 Si 구조체 표면이 노출되었으며, 그 결과를 도 13(a)에 도시하였다.950 PMMA A5 (Micro Chem Co., USA) was spin coated on the top of a Si substrate having a 50 nm line, a 500 nm line and a 1 μm line (nano or micro) structure at 2000 rpm and baked at 170 ° C. for 300 seconds to form a (PFPE) resin was dropped on the silicon master stamp (Si Stamp having a hole diameter of 300 nm) and the PET (polyethylene-terephthalate) substrate was squeezed. Then, ultraviolet rays were irradiated for 3 minutes To produce a pillar-patterned PFPE mold. The imprint resin was spin-coated on the top of the PMMA layer with NIP-SC28LV400 (Chem. Optics, Korea), and the pillar-patterned PFPE stamps were pressed, irradiated with ultraviolet rays for 2 minutes, An imprint pattern having a hole diameter was formed on top of a Si structure having a 50 nm line, a 500 nm line and a 1 탆 line pattern. The imprint remnant film was then removed and the PMMA layer under the 300 nm Hole was etched to expose the surface of the Si structure with 50 nm line, 500 nm line and 1 μm line pattern below the 300 nm diameter hole, 13 (a).

상기 제작된 나노/마이크로 패턴된 Si 기판 상단에 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 Au 두께를 1.5nm 증착하였으며, 그 결과를 도 13(b)에 도시하였다. 도 13(b)에서 관찰되듯이 Hole 내부에 Au 금속나노구조체가 형성됨을 확인할 수 있었다.13 (b) shows the result of deposition of Au with a thickness of 1.5 nm at a deposition rate of 0.025 nm / sec using an electron beam evaporator on top of the fabricated nano / micropatterned Si substrate. As can be seen in FIG. 13 (b), it was confirmed that Au metal nanostructure was formed inside the hole.

이후, 아세톤에 Dipping하고 10분간 Ultrasonication 한 후, N2 blowing 한 결과가 도 13(c)에 있으며, 50nm line, 500nm line 및 1㎛ line(나노 또는 마이크로) 형태의 Si 구조체 상단에 Au 금속나노구조체가 300nm 직경을 갖는 Hole 영역 내에 패턴되어 있음을 확인할 수 있었다.13 (c) shows the result of N 2 blowing after dipping in acetone for 10 minutes and ultrasound treatment for 10 minutes. Au metal nanostructures were formed on top of Si structures of 50 nm line, 500 nm line and 1 μm line (nano or micro) Was patterned in a hole region having a diameter of 300 nm.

50nm line, 500nm line 및 1㎛ line(나노 또는 마이크로) Si 구조체 상단에 있는 Au 금속나노구조체 패턴을 불산(HF) 18.2ml, 과산화수소(H2O2) 1.8ml 및 물(H2O) 80ml를 혼합한 용액에 1.5분간 담근 후, Deionized water에 rinsing 한 후 N2 blowing을 한 결과를 도 13(d)에 도시하였다. Hole 내부에 패턴된 Au 금속나노구조체가 하부에 있는 나노 또는 마이크로 스케일의 Si 구조체를 선택적으로 습식 식각하여, 3차원 형태의 나노/나노 또는 나노/마이크로 스케일의 하이브리드 패턴을 확인할 수 있었다.The Au metal nanostructure pattern on the top of the 50 nm line, 500 nm line and 1 um line (nano or micro) Si structure was treated with 18.2 ml of HF, 1.8 ml of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and 80 ml of water (H 2 O) Fig. 13 (d) shows the result of immersing in the mixed solution for 1.5 minutes, rinsing in deionized water, and N 2 blowing. Nano / nano / microscale hybrid patterns of three-dimensional shape were confirmed by selectively wet-etching the nano- or micro-scale Si structure underlying the Au metal nanostructure patterned in the hole.

도 14는 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 Au의 두께를 0.75nm 및 1.5nm 로 200㎛ 두께의 PC 기판에 각각 증착한 후 자외선-가시광선 분광광도계를 이용하여 표면 플라스몬 공명 특성 분석 결과이다. 0.75nm 두께(Au 금속나노구조체의 평균 직경 : 4.6nm)와 1.5nm 두께(Au 금속나노구조체의 평균 직경 : 8.3nm)의 Au를 증착한 경우 최대 공명 흡수피크 위치는 각각 574nm 및 626nm 이었다. 자외선-가시광선 분광광도계 측정을 통하여 Au 금속나노구조체의 평균 직경이 감소할수록 최대 공명 흡수피크의 위치가 단파장으로 이동(Blue Shift)함을 확인할 수 있었으며, 증착 두께 조절을 통하여 기판 상에 금속나노구조체 직경분포의 정밀한 제어가 가능함을 확인할 수 있었다.FIG. 14 is a graph showing the relationship between the surface plasmon resonance and the surface plasmon resonance of the surface plasmon resonance spectroscopy (hereinafter, referred to as &quot; surface plasmon resonance &quot;) using an electron beam evaporator and depositing Au on the PC substrate with a thickness of 0.75 nm and 1.5 nm at a deposition rate of 0.025 nm / The results of the characteristics analysis. The maximum resonance absorption peak positions were 574 nm and 626 nm when Au of 0.75 nm thickness (average diameter of Au metal nanostructure: 4.6 nm) and 1.5 nm thickness (average diameter of Au metal nanostructure: 8.3 nm) were deposited, respectively. As a result, it was confirmed that the position of the peak of maximum resonance absorption shifted to a short wavelength (Blue Shift) as the average diameter of the Au metal nanostructure was reduced through the measurement of ultraviolet-visible light spectrophotometer. It can be confirmed that precise control of the diameter distribution is possible.

도 15는 1 step 공정(검정색 그래프)과 2 step 공정(붉은색 그래프)에 의한 자외선-가시광선 분광광도계를 이용하여 표면 플라스몬 공명 특성 분석 결과 데이타를 나타낸 것이다. 1 step에 비하여 2 step 방식에 의한 Au 금속나노구조체는 최대 흡수피크 파장 값이 단파장으로 이동됨을 알 수 있으며, 2 step 방식에 의한 Au 금속나노구조체의 반치폭(FWHM, Full Width at Half Maximum) 값이 1 step 방식에 의한 결과 보다 값이 작은 것을 확인할 수 있었다. 즉, 최대 흡수피크 파장 값이 단파장으로 이동한 점으로부터 2 step 방식에 의한 Au 금속나노구조체의 직경이 더 작음을 알 수 있으며, 피크의 반치폭 값이 작은 점으로부터 2 step 방식에 의한 Au 금속나노구조체의 크기 분포도가 더 좁은(Narrow) 것을 확인할 수 있었다. 본 실시예로부터 2 step 방식에 의하여 더욱 크기가 균일한 금속나노구조체의 형성이 가능함을 확인할 수 있었다. 또한, 2 step 방식을 통하여 첫 번째 step은 낮은 증착속도로 핵생성을 유도하여 외부 에너지에 의한 핵의 결정성 향상을 유도하고 이후 두 번째 step은 첫 번째 step보다 빠르게 증착함으로써 전체적인 Au 금속나노구조체의 형성 시간을 단축할 수 있는 장점이 있음을 확인할 수 있었다.FIG. 15 shows the data of the surface plasmon resonance characterization using ultraviolet-visible light spectrophotometer by a 1 step process (black graph) and a 2 step process (red graph). It can be seen that the maximum absorption peak wavelength value is shifted to a short wavelength in the Au metal nano structure by the 2 step method compared to the one step and the full width at half maximum (FWHM) value of the Au metal nano structure by the 2 step method is It was confirmed that the value was smaller than that obtained by the 1 step method. That is, it can be seen that the diameter of the Au metal nanostructure by the 2-step method is smaller than that of the maximum absorption peak wavelength shifted to a shorter wavelength. From the point that the half width value of the peak is small, the Au metal nanostructure It was confirmed that the size distribution of the sample was narrower (Narrow). It can be confirmed from the present embodiment that the metal nanostructure can be formed even more uniformly by the 2 step method. In addition, the first step through the two-step method induces nucleation at a low deposition rate to induce nucleation of the nucleus by external energy, and then the second step rapidly deposits the Au metal nanostructure And the formation time can be shortened.

소수성 표면처리는 밀폐된 공간에 PC 기판과 FOTS 용액을 별도의 위치에 두며, 진공오븐을 이용하여 80 oC에서 15분간 가열하였으며, FOTS 용액이 기상화 되어 PC 기판 상에 결합하게 되어 PC 기판의 표면을 소수성 처리를 하였다. 도 16은 상기 언급된 방법으로 소수성 표면처리를 한 PC 기판과 소수성 표면처리를 하지 않은 PC 기판 상에 전자빔 증착기를 이용하여 1.5nm 두께의 Au를 각각 증착 후, 자외선-가시광선 분광광도계를 이용하여 표면 플라스몬 공명 특성 분석 결과 데이타를 나타낸 것이다. PC 기판에 소수성 표면처리를 한 샘플의 경우, 소수성 표면처리를 하지 않은 샘플에 비해서 Au 금속나노구조체는 최대 흡수피크 파장 값이 단파장 으로 이동됨을 알 수 있으며, 소수성 표면처리를 한 샘플의 Au 금속나노구조체의 반치폭 값이 소수성 표면처리를 하지 않은 샘플의 Au 금속나노구조체의 반치폭 값보다 작은 것을 확인할 수 있었다. 즉, 최대 흡수피크 파장 값이 단파장으로 이동한 점으로부터 소수성 표면처리를 한 샘플의 Au 금속나노구조체 직경이 더 작음을 알 수 있으며, 피크의 반치폭 값이 더 작은 점으로부터 소수성 표면처리를 한 샘플의 Au 금속나노구조체 크기 분포도가 더 좁은 것을 확인할 수 있었다. 본 실시예를 통하여 기판 또는 박막을 소수성 표면처리한 경우가 표면처리를 하지 않은 경우에 비해 금속나노구조체의 크기가 균일하고 크기 분포도가 좁은 금속나노구조체의 형성이 가능함을 확인할 수 있었다.The hydrophobic surface treatment was performed by heating the PC substrate and the FOTS solution in a sealed space at 80 ° C for 15 minutes using a vacuum oven. The FOTS solution was vaporized and bonded onto the PC substrate, The surface was subjected to a hydrophobic treatment. FIG. 16 is a graph showing the results obtained by depositing 1.5 nm thick Au on a hydrophobic surface treated PC substrate and a PC substrate not subjected to a hydrophobic surface treatment using an electron beam evaporator as described above, using an ultraviolet-visible light spectrophotometer Surface plasmon resonance characteristics. In the case of the sample subjected to the hydrophobic surface treatment on the PC substrate, it can be seen that the maximum absorption peak wavelength value of the Au metal nanostructure is shifted to a short wavelength as compared with the sample not subjected to the hydrophobic surface treatment. It was confirmed that the half width value of the structure was smaller than the half width value of the Au metal nanostructure of the sample not subjected to the hydrophobic surface treatment. That is, it can be seen that the diameter of the Au metal nanostructure of the sample subjected to the hydrophobic surface treatment is smaller than the point of the maximum absorption peak wavelength shifted to the shorter wavelength. From the point that the half width value of the peak is smaller, Au metal nanostructure size distribution was narrower. It was confirmed that the hydrophobic surface treatment of the substrate or the thin film can form a metal nanostructure having a uniform size of the metal nanostructure and a narrow size distribution as compared with the case where the surface treatment is not performed.

도 17은 금속나노구조체 패턴이 형성된 기재의 일부 영역의 친수성 표면처리 여부에 따른 Si 나노구조체의 전자현미경 이미지를 나타낸 것으로서, 도 17(a)는 산소 플라즈마 처리를 통한 요철이 형성된 Si 기판의 친수성 표면 처리를 하지 않은 경우이고, 도 17(b)는 산소 플라즈마 처리를 통한 요철이 형성된 Si 기판의 친수성 표면 처리를 한 경우를 도시한 것이다.17 shows an electron microscope image of a Si nanostructure according to whether or not a hydrophilic surface treatment is performed on a part of a substrate having a metal nanostructure pattern formed thereon. FIG. 17 (a) shows a hydrophilic surface And Fig. 17 (b) shows a case where a hydrophilic surface treatment is performed on the Si substrate on which unevenness is formed by the oxygen plasma treatment.

산소 플라즈마 처리는 산소 가스 2500sccm, Power 1000W, Pressure 1Torr 조건으로 30초간 표면처리 후, 습식식각을 수행한 결과, Si 기판 상에 고종횡비의 하이브리드 패턴의 큰 표면적 형성이 용이함을 확인할 수 있었다.Oxygen plasma treatment was carried out for 30 seconds under conditions of 2500 sccm of oxygen gas, 1000 W of power, and 1 Torr of pressure. As a result, it was confirmed that a wet etching was performed to easily form a large surface area of a hybrid pattern having a high aspect ratio on the Si substrate.

Claims (32)

기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하는 제1단계;
상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 금속나노구조체의 성장을 위해 필요한 금속나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하는 제2단계;
진공증착 공정에 의해 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 금속나노구조체를 성장시키는 제3단계;
상기 마스크 패턴층을 제거하여, 상기 기재의 노출된 영역에 금속나노구조체를 형성하여 상기 기재 상부에 금속나노구조체 패턴을 형성하는 제4단계; 및
상기 금속나노구조체를 이용하여 상기 기재의 일부 영역을 습식식각하여 하이브리드 패턴을 형성하는 제5단계;를 포함하여 이루어지며,
상기 제3단계는 상기 제2단계의 금속나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건에 의한 진공증착 공정에 의해 금속나노구조체를 1차로 성장시킨 후, 상기 진공증착 조건에서의 증착속도와는 다른 증착속도로 상기 1차 성장에서의 금속나노구조체와 동종 또는 이종의 금속나노구조체를 (1+n)차(n은 1,2,3,,,로 n은 자연수임)로 연속적으로 성장시키는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴 형성방법.
A first step of forming a mask pattern layer exposing a part of the upper surface of the substrate;
A second step of setting a vacuum deposition condition that satisfies a minimum critical radius of the metal nanostructure necessary for growing the metal nanostructure on the exposed region of the substrate and the mask pattern layer;
A third step of growing the metal nanostructure on the exposed region of the substrate and the mask pattern layer by a vacuum deposition process;
A fourth step of removing the mask pattern layer to form a metal nanostructure on an exposed region of the substrate to form a metal nanostructure pattern on the substrate; And
And a fifth step of wet-etching a part of the substrate using the metal nanostructure to form a hybrid pattern,
The third step is a step of firstly growing the metal nanostructure by a vacuum deposition process under a vacuum deposition condition that satisfies a minimum critical radius of the metal nanostructure of the second step, The metal nanostructure and the same kind or different kind of metal nanostructure in the first growth are successively grown at (1 + n) (n is 1, 2, 3 ,, and n is a natural number) at different deposition rates Wherein the hybrid pattern is formed by vacuum deposition.
제 1항에 있어서, 상기 제3단계는,
상기 제2단계의 금속나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건 하에서 진공증착 공정에 의해 금속나노구조체를 성장시키는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴 형성방법.
2. The method according to claim 1,
Wherein the metal nanostructure is grown by a vacuum deposition process under a vacuum deposition condition satisfying a minimum critical radius of the metal nanostructure of the second stage.
제 1항에 있어서, 상기 제3단계는,
상기 제2단계의 금속나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건에 의한 진공증착 공정에 의해 금속나노구조체를 1차로 성장시킨 후,
상기 1차로 성장된 금속나노구조체에 플라즈마 처리 또는 열 처리를 수행하고,
상기 진공증착 조건에 비해 상대적으로 높은 증착률로 상기 금속나노구조체를 2차로 성장시키는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴 형성방법.
2. The method according to claim 1,
The metal nanostructure is first grown by a vacuum deposition process under a vacuum deposition condition satisfying a minimum critical radius of the metal nanostructure of the second stage,
The first grown metal nanostructure is subjected to plasma treatment or heat treatment,
Wherein the metal nanostructure is grown at a relatively higher deposition rate than the vacuum deposition conditions.
삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 1차로 금속나노구조체를 성장시킨 후,
다음회차의 금속나노구조체 성장 전에 전회차에서 성장된 금속나노구조체에 플라즈마 처리 또는 열처리를 선택적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴 형성방법.
2. The method of claim 1, wherein after growing the first-order metal nanostructure,
Wherein the metal nanostructure grown in the previous step before the growth of the metal nanostructure is selectively subjected to plasma treatment or heat treatment.
제 1항에 있어서, 상기 제3단계는,
상기 기재를 소정의 각도로 기울여 상기 금속나노구조체를 성장시키는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴 형성방법.
2. The method according to claim 1,
Wherein the metal nanostructure is grown by inclining the substrate at a predetermined angle.
제 1항에 있어서, 상기 제2단계의 진공증착 조건은,
증착속도(Deposition rate)는 0.01nm/초에서 5nm/초의 범위에서, 30nm 이하의 두께로 성장되도록 설정하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴 형성방법.
The method according to claim 1, wherein the vacuum deposition conditions in the second step include:
Wherein the deposition rate is set to a thickness of 30 nm or less in a range of 0.01 nm / second to 5 nm / second.
제 1항에 있어서, 상기 제1단계의 기재에는 요철이 형성되어 있으며, 상기 요철이 형성된 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴 형성방법.The hybrid pattern forming method according to claim 1, wherein the substrate of the first step is provided with concave and convex portions, and a mask pattern layer is formed to expose a part of the upper surface of the substrate on which the concavities and convexities are formed. 제 1항에 있어서, 상기 제1단계의 마스크 패턴층을 형성한 후에, 상기 기재 상부의 노출된 일부 영역을 소수성 표면처리하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴 형성방법.The hybrid pattern forming method according to claim 1, wherein after the mask pattern layer of the first step is formed, a part of the exposed top of the substrate is subjected to hydrophobic surface treatment. 제 1항에 있어서, 제1단계는,
상기 기재 상부에 고분자층을 형성하고, 상기 고분자층 상부에 마스크 패턴층이 구현되되,
상기 고분자층은,
PVC(Polyvinyl Chloride), Neoprene, PVA(Polyvinyl Alcohol), PMMA(Poly Methyl Meta Acrylate), PBMA(Poly Benzyl Meta Acrylate), PolyStylene, SOG(Spin On Glass), PDMS(Polydimethylsiloxane), PVFM(Poly Vinyl formal), Parylene, Polyester, Epoxy, Polyether, Polyimide 및 LOR(Lift-Off Resist) 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴 형성방법.
2. The method according to claim 1,
A polymer layer is formed on the substrate, a mask pattern layer is formed on the polymer layer,
Wherein the polymer layer
Polyvinyl Chloride (PVC), Neoprene, PVA (Polyvinyl Alcohol), PMMA (Poly Methyl Meta Acrylate), PBMA (Poly Benzyl Meta Acrylate), PolyStylene, SOG (Spin On Glass), PDMS (Polydimethylsiloxane) , Parylene, Polyester, Epoxy, Polyether, Polyimide, and Lift-Off Resist (LOR).
제 1항에 있어서, 상기 금속나노구조체는,
금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 철(Fe), 코발트(Co), 타이타늄(Ti), 크로뮴(Cr), 망가니즈(Mn), 아연(Zn), 지르코늄(Zr), 몰리브데넘(Mo), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 탄탈럼(Ta) 및 이들의 합금 중 어느 하나 이상의 재료를 이용하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴 형성방법.
The method of claim 1, wherein the metal nanostructure comprises:
A metal such as gold, gold, silver, platinum, copper, palladium, nickel, tungsten, iron, cobalt, titanium, And any one of chromium (Cr), manganese (Mn), zinc (Zn), zirconium (Zr), molybdenum (Mo), iridium (Ir), ruthenium (Ru), tantalum Or more of the above-mentioned material is used.
제 1항에 있어서, 상기 제3단계의 금속나노구조체의 성장은,
동종의 재료 또는 이종의 재료로, 복수회 증착하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴 형성방법.
2. The method of claim 1, wherein the growth of the metal nanostructure in the third step comprises:
Wherein the vapor deposition is carried out plural times with a homogeneous material or a heterogeneous material.
제 1항에 있어서, 상기 제3단계의 금속나노구조체 성장 후,
열처리 공정 또는 플라즈마 처리 공정을 추가로 구현하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴 형성방법.
2. The method of claim 1, wherein after growing the metal nanostructure in the third step,
Wherein a heat treatment process or a plasma treatment process is further implemented.
제 1항에 있어서, 상기 제4단계는,
상기 마스크 패턴층의 제거 후에, 추가적인 마스크 패턴층을 형성하여,
상기 기재 상부의 금속나노구조체 패턴이 형성된 동일한 영역 또는 다른 영역 상에 상기 제3단계의 금속나노구조체와 동종 또는 이종의 금속나노구조체를 추가적으로 형성함으로써, 상기 제4단계의 금속나노구조체 패턴과는 연속 또는 불연속적인 금속나노구조체 패턴을 추가적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴 형성방법.
The method as claimed in claim 1,
After the removal of the mask pattern layer, an additional mask pattern layer is formed,
The metal nanostructure of the third step is further formed with the same or different kind of metal nanostructure as the metal nanostructure of the third step on the same area or another area where the metal nanostructure pattern on the substrate is formed, Or a discontinuous metal nanostructure pattern is additionally formed on the surface of the substrate.
제 1항에 있어서, 상기 제5단계의 하이브리드 패턴 상에 금속나노구조체를 추가로 형성하거나, 상기 하이브리드 패턴 내부에 상기 금속나노구조체가 침투되어 형성된 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴 형성방법.The hybrid pattern forming method according to claim 1, wherein the metal nanostructure is further formed on the hybrid pattern of the fifth step or the metal nanostructure is penetrated into the hybrid pattern. 제 15항에 있어서, 상기 제4단계의 금속나노구조체 패턴이 형성된 기재의 일부 영역은 친수성 표면처리가 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴 형성방법.16. The method according to claim 15, wherein a hydrophilic surface treatment is performed on a part of the substrate on which the metal nanostructure pattern of the fourth step is formed. 기판 상에 형성된 GaN 계열의 버퍼층, 상기 버퍼층 상에 형성된 GaN층, 상기 GaN층 상에 형성된 AlxGa1 - xN층, InAlN층 및 InAlGaN층으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종의 층 및 상기 1종의 층 상에 형성된 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 기재를 준비하는 (가)단계;
상기 소스 전극 및 드레인 전극을 마스킹하면서, 상기 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하는 (나)단계;
상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 금속나노구조체의 성장을 위해 필요한 금속나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하는 (다)단계;
진공증착 공정에 의해 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 금속나노구조체를 성장시키는 (라)단계;
상기 마스크 패턴층을 제거하여, 상기 기재의 노출된 영역에 금속나노구조체를 형성하여 상기 기재 상부에 금속나노구조체 패턴을 형성하는 (마)단계; 및
상기 금속나노구조체를 이용하여 상기 기재의 일부 영역을 습식식각하여 하이브리드 패턴을 형성하는 (바)단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법.
A GaN buffer layer formed on the substrate, a GaN layer formed on the buffer layer, an Al x Ga 1 - x N layer formed on the GaN layer, an InAlN layer and an InAlGaN layer, (A) preparing a substrate comprising a source electrode and a drain electrode formed on a layer of species;
(B) forming a mask pattern layer for masking the source electrode and the drain electrode and exposing a part of the upper portion of the substrate;
(C) setting a vacuum deposition condition satisfying a minimum critical radius of the metal nanostructure necessary for growing the metal nanostructure on the exposed region of the substrate and the mask pattern layer;
(D) growing a metal nanostructure on the exposed region of the substrate and the mask pattern layer by a vacuum deposition process;
Removing the mask pattern layer to form a metal nanostructure on the exposed region of the substrate to form a metal nanostructure pattern on the substrate; And
And forming a hybrid pattern by wet-etching a portion of the substrate using the metal nanostructure. The method of manufacturing a sensor device using a hybrid pattern according to claim 1,
제 17항에 있어서, 상기 (라)단계는,
상기 (다)단계의 금속나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건 하에서 진공증착 공정에 의해 금속나노구조체를 성장시키는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법.
18. The method of claim 17, wherein the step (d)
Wherein the metal nanostructure is grown by a vacuum deposition process under a vacuum deposition condition satisfying the minimum critical radius of the metal nanostructure of the step (c).
제 17항에 있어서, 상기 (라)단계는,
상기 (다)단계의 금속나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건에 의한 진공증착 공정에 의해 금속나노구조체를 1차로 성장시킨 후,
상기 1차로 성장된 금속나노구조체에 플라즈마 처리 또는 열 처리를 수행하고,
상기 진공증착 조건에 비해 상대적으로 높은 증착률로 상기 금속나노구조체를 2차로 성장시키는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법.
18. The method of claim 17, wherein the step (d)
The metal nanostructure is first grown by a vacuum deposition process under a vacuum deposition condition satisfying the minimum critical radius of the metal nanostructure in the step (c)
The first grown metal nanostructure is subjected to plasma treatment or heat treatment,
Wherein the metal nanostructure is grown at a relatively higher deposition rate than that of the vacuum deposition condition by a secondary deposition.
제 17항에 있어서, 상기 (라)단계는,
상기 (다)단계의 금속나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건에 의한 진공증착 공정에 의해 금속나노구조체를 1차로 성장시킨 후,
상기 진공증착 조건에서의 증착속도와는 다른 증착속도로 상기 1차 성장에서의 금속나노구조체와 동종 또는 이종의 금속나노구조체를 (1+n)차(n은 1,2,3,,,로 n은 자연수임)로 연속적으로 성장시키는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법.
18. The method of claim 17, wherein the step (d)
The metal nanostructure is first grown by a vacuum deposition process under a vacuum deposition condition satisfying the minimum critical radius of the metal nanostructure in the step (c)
(1 + n) (n = 1, 2, 3, ..., n) of the metal nanostructure and the same or different metal nanostructures in the first growth at a deposition rate different from the deposition rate in the vacuum deposition condition and n is a natural number). 2. A method of manufacturing a sensor element using a hybrid pattern by vacuum deposition.
제 20항에 있어서, 상기 1차로 금속나노구조체를 성장시킨 후,
다음회차의 금속나노구조체 성장 전에 전회차에서 성장된 금속나노구조체에 플라즈마 처리 또는 열처리를 선택적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법.
21. The method according to claim 20, wherein after the primary metal nanostructure is grown,
Wherein the metal nanostructure grown in the previous step before the growth of the metal nanostructure is selectively subjected to plasma treatment or heat treatment.
제 17항에 있어서, 상기 (라)단계는,
상기 기재를 소정의 각도로 기울여 상기 금속나노구조체를 성장시키는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법.
18. The method of claim 17, wherein the step (d)
Wherein the metal nanostructure is grown by inclining the substrate at a predetermined angle. 2. The method of manufacturing a sensor element according to claim 1,
제 17항에 있어서, 상기 (다)단계의 진공증착 조건은,
증착속도(Deposition rate)는 0.01nm/초에서 5nm/초의 범위에서, 30nm 이하의 두께로 성장되도록 설정하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법.
18. The method of claim 17, wherein the vacuum deposition conditions in step (c)
Wherein the deposition rate is set to a thickness of 30 nm or less in a range of 0.01 nm / second to 5 nm / second.
제 17항에 있어서, 상기 (나)단계의 마스크 패턴층을 형성한 후에, 상기 기재 상부의 노출된 일부 영역을 소수성 표면처리하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법.The method according to claim 17, wherein after the mask pattern layer in the step (b) is formed, a part of the exposed upper surface of the substrate is subjected to hydrophobic surface treatment, and a method of manufacturing a sensor element using the hybrid pattern by vacuum deposition . 제 17항에 있어서, (나)단계는,
상기 기재 상부에 고분자층을 형성하고, 상기 고분자층 상부에 마스크 패턴층을 형성하되,
상기 고분자층은,
PVC(Polyvinyl Chloride), Neoprene, PVA(Polyvinyl Alcohol), PMMA(Poly Methyl Meta Acrylate), PBMA(Poly Benzyl Meta Acrylate), PolyStylene, SOG(Spin On Glass), PDMS(Polydimethylsiloxane), PVFM(Poly Vinyl formal), Parylene, Polyester, Epoxy, Polyether, Polyimide 및 LOR(Lift-Off Resist) 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법.
18. The method of claim 17, wherein step (b)
Forming a polymer layer on the substrate, forming a mask pattern layer on the polymer layer,
Wherein the polymer layer
Polyvinyl Chloride (PVC), Neoprene, PVA (Polyvinyl Alcohol), PMMA (Poly Methyl Meta Acrylate), PBMA (Poly Benzyl Meta Acrylate), PolyStylene, SOG (Spin On Glass), PDMS (Polydimethylsiloxane) , Parylene, Polyester, Epoxy, Polyether, Polyimide, and Lift-Off Resist (LOR). 2. A method of manufacturing a sensor element using a hybrid pattern by vacuum deposition.
제 17항에 있어서, 상기 금속나노구조체는,
금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 철(Fe), 코발트(Co), 타이타늄(Ti), 크로뮴(Cr), 망가니즈(Mn), 아연(Zn), 지르코늄(Zr), 몰리브데넘(Mo), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 탄탈럼(Ta) 및 이들의 합금 중 어느 하나 이상의 재료를 이용하여 진공증착하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법.
18. The method of claim 17, wherein the metal nanostructure comprises:
A metal such as gold, gold, silver, platinum, copper, palladium, nickel, tungsten, iron, cobalt, titanium, And any one of chromium (Cr), manganese (Mn), zinc (Zn), zirconium (Zr), molybdenum (Mo), iridium (Ir), ruthenium (Ru), tantalum Wherein the vacuum deposition is performed using a vacuum deposition method using the above material.
제 17항에 있어서, 상기 (라)단계의 금속나노구조체의 성장은,
동종의 재료 또는 이종의 재료로, 복수회 증착하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법.
18. The method of claim 17, wherein the growth of the metal nanostructure in step (d)
Wherein the vapor deposition is performed a plurality of times with the same material or different kinds of materials.
제 17항에 있어서, 상기 (라)단계의 금속나노구조체 성장 후,
열처리 공정 또는 플라즈마 처리 공정을 추가로 구현하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법.
18. The method of claim 17, wherein after growing the metal nanostructure of step (d)
Wherein a heat treatment process or a plasma treatment process is further implemented. The method of manufacturing a sensor device using a hybrid pattern by vacuum deposition.
제 17항에 있어서, 상기 (마)단계는,
상기 마스크 패턴층의 제거 후에, 추가적인 마스크 패턴층을 형성하여,
상기 기재 상부의 금속나노구조체 패턴이 형성된 동일한 영역 또는 다른 영역 상에 상기 (라)단계의 금속나노구조체와는 동종 또는 이종의 금속나노구조체를 추가적으로 형성함으로써, 상기 (마)단계의 금속나노구조체 패턴과는 연속 또는 불연속적인 금속나노구조체 패턴을 추가적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법.
18. The method of claim 17, wherein the step (e)
After the removal of the mask pattern layer, an additional mask pattern layer is formed,
(D) additionally forming a metal nanostructure of the same or different kind as the metal nanostructure in step (d) on the same area or another area where the metal nanostructure pattern on the substrate is formed, And a continuous or discontinuous metallic nanostructure pattern is additionally formed on the surface of the substrate.
제 17항에 있어서, 상기 (바)단계의 하이브리드 패턴 상에 금속나노구조체를 추가로 형성하거나, 상기 하이브리드 패턴 내부에 상기 금속나노구조체가 침투되어 형성된 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법.18. The method according to claim 17, wherein the metal nanostructure is further formed on the hybrid pattern of step (b), or the metal nanostructure is penetrated into the hybrid pattern. A method of manufacturing a sensor element. 제 30항에 있어서, 상기 (마)단계의 금속나노구조체 패턴이 형성된 기재의 일부 영역은 친수성 표면처리가 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 하이브리드 패턴을 이용한 센서 소자의 제조방법.The method of manufacturing a sensor element according to claim 30, wherein a hydrophilic surface treatment is performed on a part of the base material on which the metal nanostructure pattern is formed in step (e). 제 17항 내지 제 31항 중의 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조되며, 상기 하이브리드 패턴 내부에 센서 검지물질이 침투되어 형성된 것을 특징으로 하는 센서 소자.32. A sensor element manufactured by the manufacturing method of any one of claims 17 to 31, wherein a sensor detecting material is penetrated into the hybrid pattern.
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