KR101886056B1 - forming method of nanostructure pattern by vacuum deposition and sensor device thereby - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진공증착 공정을 이용하여 나노구조체 패턴을 형성하기 위한 것으로서, 기재를 준비하는 제1단계와, 상기 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하는 제2단계와, 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 나노구조체의 성장을 위해 필요한 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하는 제3단계와, 진공증착 공정에 의해 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 나노구조체를 성장시키는 제4단계 및 상기 마스크 패턴층을 제거하여, 상기 기재의 노출된 영역에 나노구조체를 형성하여 상기 기재 상부에 나노구조체 패턴을 형성하는 제5단계;를 포함하여 이루어지되, 상기 제1단계의 기재의 표면을 소수성 표면처리 후 상기 제2단계의 마스크 패턴층을 형성하거나, 상기 제2단계의 마스크 패턴층을 형성한 후에, 상기 기재 상부의 노출된 일부 영역을 소수성 표면처리하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법 및 이를 이용한 센서 소자를 기술적 요지로 한다. 이에 의해 본 발명은 나노구조체의 성장을 위해 필요한 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하여 진공증착 공정을 이용하여 기재 상부에 나노구조체 패턴을 형성함으로써, 공정이 간단하면서 균일한 나노구조체 분포를 가지는 나노구조체 패턴의 형성이 용이하며, 열처리 공정이 필요하지 않아 고온에 취약한 고분자 기판과 같은 유연 기판 상에서의 나노구조체 패턴을 형성할 수 있고, 나노구조체의 형태 및 두께 변형 등을 최소화함으로써 고품질의 소자를 제공할 수 있는 이점이 있다.The present invention provides a method for forming a nanostructure pattern using a vacuum deposition process, the method comprising: a first step of preparing a substrate; a second step of forming a mask pattern layer exposing a part of the upper surface of the substrate; A third step of setting a vacuum deposition condition that satisfies a minimum critical radius of the nanostructure necessary for growing the nanostructure on the exposed region and the mask pattern layer; A fourth step of growing a nanostructure on the mask pattern layer and a fifth step of removing the mask pattern layer to form a nanostructure on the exposed region of the substrate to form a nanostructure pattern on the substrate Wherein the surface of the substrate of the first step is subjected to hydrophobic surface treatment to form the mask pattern layer of the second step, After forming a mask pattern layer in step 2, the sensor element method nanostructure pattern formed by vacuum deposition, and using the same to the partial region of the substrate exposed to the upper characterized in that hydrophobic surface treatment by a technical base. Accordingly, the present invention forms a nanostructure pattern on a substrate using a vacuum deposition process by setting vacuum deposition conditions that satisfy a minimum critical radius of a nanostructure necessary for growing the nanostructure, It is possible to form a nanostructure pattern having a structure distribution easily and it is possible to form a nanostructure pattern on a flexible substrate such as a polymer substrate which is vulnerable to high temperature because a heat treatment process is not required and minimizing the shape and thickness deformation of the nanostructure There is an advantage that a high-quality device can be provided.

Description

진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법 및 이를 이용한 센서 소자{forming method of nanostructure pattern by vacuum deposition and sensor device thereby}[0001] The present invention relates to a method of forming a nanostructure pattern by vacuum deposition and a sensor element using the same,

본 발명은 진공증착 공정을 이용하여 나노구조체 패턴을 형성하기 위한 것으로서, 나노구조체의 균일한 성장을 위해 기재 표면을 소수성 표면처리하고, 나노구조체 성장에 필요한 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하여 진공증착 공정을 이용하여 기재 상부에 나노구조체 패턴을 형성하는 방법, 이를 이용한 센서 소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 센서 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a nanostructure pattern by using a vacuum deposition process, which comprises subjecting a substrate surface to a hydrophobic surface treatment for uniform growth of a nanostructure and setting a vacuum deposition condition satisfying a minimum critical radius required for growing the nanostructure A method of forming a nanostructure pattern on a substrate using a vacuum deposition process, 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 있는데, 종래에는 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.Accordingly, a method of forming a nanopattern by various methods has been studied. In the past, a method including a photolithography process or a nanoimprint lithography process, a thin film deposition process, a patterning process, an etching process, And a technique for forming nanoparticles on the seed layer (Korean Patent Registration No. 1419531, Application No. 10-2015-0001430).

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.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.

특히, 센서 소자에 사용되는 센서검지물질 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 sensor detection material used for a sensor element, a photoresist pattern is formed on a substrate, and a dispersion solvent containing nanoparticles by the chemical method described above is dropped on the substrate on which the photoresist pattern is formed However, it is difficult to uniformly form a nanostructure on the detection material formation region due to the agglomeration of nanoparticles as described above. Thus, a sensor device with high sensitivity There have been difficulties in making.

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, 나노구조체의 균일한 성장을 위해 기재 표면을 소수성 표면처리하고, 나노구조체 성장에 필요한 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하여 진공증착 공정을 이용하여 기재 상부에 나노구조체 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-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a nanostructure by hydrophobic surface treatment of a substrate surface for uniform growth of a nanostructure and vacuum deposition conditions satisfying a minimum critical radius required for growing the nanostructure, A method of forming a nanostructure pattern on a substrate, a method of manufacturing a sensor element using the same, and a sensor element manufactured by the method.

상기 목적 달성을 위해 본 발명은, 기재를 준비하는 제1단계와, 상기 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하는 제2단계와, 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 나노구조체의 성장을 위해 필요한 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하는 제3단계와, 진공증착 공정에 의해 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 나노구조체를 성장시키는 제4단계 및 상기 마스크 패턴층을 제거하여, 상기 기재의 노출된 영역에 나노구조체를 형성하여 상기 기재 상부에 나노구조체 패턴을 형성하는 제5단계;를 포함하여 이루어지되, 상기 제1단계의 기재의 표면을 소수성 표면처리 후 상기 제2단계의 마스크 패턴층을 형성하거나, 상기 제2단계의 마스크 패턴층을 형성한 후에, 상기 기재 상부의 노출된 일부 영역을 소수성 표면처리하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법 및 이를 이용한 센서 소자를 기술적 요지로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: preparing a substrate; forming a mask pattern layer exposing a part of the upper surface of the substrate; A third step of setting a vacuum deposition condition that satisfies the minimum critical radius of the nanostructure necessary for growth of the nanostructure, and a third step of growing a nanostructure on the exposed region of the substrate and the mask pattern layer by a vacuum deposition process And a fifth step of removing the mask pattern layer to form a nanostructure on the exposed region of the substrate to form a nanostructure pattern on the substrate, After forming the mask pattern layer of the second step after the hydrophobic surface treatment of the surface of the base material or after forming the mask pattern layer of the second step, And a nanostructure pattern by vacuum deposition characterized in that hydrophobic surface treatment to the exposed area of the upper part forming method and a sensor device using the same technology as a base.

본 발명은 나노구조체의 균일한 성장을 위해 기재 표면을 소수성 표면처리하고, 나노구조체 성장에 필요한 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하여 진공증착 공정을 이용하여 기재 상부에 나노구조체 패턴을 형성하는 것으로서, 나노구조체 패턴의 제조를 위해 별도의 마스크 또는 임프린트 스탬프의 제작이나 시드층의 형성공정이 필요없게 되어 공정을 단순화시킨 효과가 있다.The present invention relates to a method of forming a nanostructure pattern on a substrate using a vacuum deposition process by setting a vacuum deposition condition that satisfies a minimum critical radius required for growing a nanostructure, As a result, there is no need to manufacture a separate mask or imprint stamp for forming the nanostructure pattern, or to form a seed layer, thereby simplifying the process.

또한, 진공증착 조건에 따라 다양한 형태의 나노구조체 패턴의 형성을 간단하면서도 용이하게 형성할 수 있고, 기본적으로 기재 상에 나노구조체를 고르게 분포시켜 형성할 수 있으며, 나노구조체 패턴의 크기, 형태뿐만 아니라 위치 제어도 용이하여, 전체적으로 균일한 나노구조체 분포를 가지면서 나노구조체 패턴의 형성이 용이한 효과가 있다.In addition, it is possible to form various types of nanostructure patterns easily and easily according to vacuum deposition conditions, and basically, the nanostructures can be uniformly distributed on a substrate. In addition to the size and shape of the nanostructure pattern Position control can be easily performed, and the nanostructure pattern can be easily formed while having a uniform nanostructure distribution as a whole.

또한, 특별한 진공증착 조건을 설정함으로써 종래의 열처리 공정이 필요없게 되어, 고온의 열처리 온도로의 승온과 하온을 위한 공정 시간을 획기적으로 단축시켜 경제적이며, 고온에 취약한 고분자 기판과 같은 유연 기판 상에서의 나노구조체 패턴의 형성이 용이하여 그 적용분야가 다양화될 것으로 기대된다.In addition, by setting special vacuum deposition conditions, a conventional heat treatment process is not required, and the process time for warming and lowering the temperature to a high temperature heat treatment temperature is drastically shortened, which is economical. It is expected that the formation of the nanostructure pattern is easy and the application fields thereof will be diversified.

또한, 고온에서의 열처리 공정이 필요없게 되어, 소자 재료의 확산, 섞임 등의 문제를 방지할 수 있어, 나노구조체의 형태 및 두께 변형 등을 최소화함으로써 고품질의 소자를 제공할 수 있는 효과가 있다.Further, a heat treatment step at a high temperature is not required, problems such as diffusion and mixing of element materials can be prevented, and the shape and thickness deformation of the nanostructure can be minimized, thereby providing a high-quality device.

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 나노구조체 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 in the nanostructure pattern on the detection substance formation region by the vacuum deposition process according to the specially set vacuum deposition condition, not by the conventional chemical method It is easy to form a uniform detection region and it is possible to provide a sensor element with high sensitivity.

도 1 내지 도 4 - 본 발명에 따른 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법에 대한 모식도.
도 5 - 본 발명에 따른 나노구조체 성장을 위한 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족시키기 위한 증착속도 및 증착두께의 범위 설정에 대한 메카니즘을 나타낸 도.
도 6 - Si 기판을 소수성 표면처리하지 않은 것과 소수성 표면처리한 후 Si 기판 상에 전자빔 증착기(E-beam evaporator)에 의한 Au 증착 두께 조절에 따른 Au 나노구조체 형상의 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지를 나타낸 도.
도 7 - Si 기판을 소수성 표면처리하지 않은 것과 소수성 표면처리한 후 Si 기판 상에 전자빔 증착기에 의한 5 nm 두께의 Au 증착 시 Au 나노구조체의 직경 분포도.
도 8 - Si 기판 및 PC 기판 상에 전자빔 증착기를 이용하여 5nm 두께의 Au 증착 후 Au 나노구조체 및 패턴의 형상분석(SEM 이미지) 및 성분 분석(Energy Dispersive X-ray analysis, EDX) 결과를 나타낸 도.
도 9 - Si 기판 및 PC 기판 상에 전자빔 증착기를 이용하여 5nm 두께의 Pt 증착 후 Pt 나노구조체 및 패턴의 형상분석(SEM 이미지) 및 성분 분석(EDX) 결과를 나타낸 도.
도 10 - Si 기판 및 PC 기판 상에 전자빔 증착기를 이용하여 5nm 두께의 Pd 증착 후 Pd 나노구조체 및 패턴의 형상분석(SEM 이미지) 및 성분 분석(EDX) 결과를 나타낸 도.
도 11 - Si 기판 및 PC 기판 상에 전자빔 증착기를 이용하여 5nm 두께의 Pt와 5nm 두께의 Pd을 in-situ 방식으로 연속적으로 증착 후 Pt 및 Pd 나노구조체 및 패턴의 형상분석(SEM 이미지) 및 성분 분석(EDX) 결과를 나타낸 도.
도 12 - Si 기판 및 PC 기판 상에 전자빔 증착기를 이용하여 5nm 두께의 TiO2 증착 후 TiO2 나노구조체 및 패턴의 형상분석(SEM 이미지) 및 성분 분석(EDX) 결과를 나타낸 도.
도 13 - Si 기판 및 PC 기판 상에 전자빔 증착기를 이용하여 5nm 두께의 ZnS 증착 후 ZnS 나노구조체 및 패턴의 형상분석(SEM 이미지) 및 성분 분석(EDX) 결과를 나타낸 도.
도 14 - Si 기판 및 PC 기판 상에 전자빔 증착기를 이용하여 5nm 두께의 MgF2 증착 후 MgF2 나노구조체 및 패턴의 형상분석(SEM 이미지) 및 성분 분석(EDX) 결과를 나타낸 도.
도 15 - Si 기판 상에 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition)을 이용하여 20nm 두께의 InP 증착 후 InP 나노구조체 및 패턴의 형상분석(SEM 이미지) 및 성분 분석(EDX) 결과를 나타낸 도.
도 16 - Si 기판 및 PC 기판 상에 스퍼터링(Sputtering)을 이용하여 5nm 두께의 Au 증착 후 Au 나노구조체 및 패턴의 형상분석(SEM 이미지) 및 성분 분석(EDX) 결과를 나타낸 도.
도 17 - 나노/마이크로 스케일로 요철이 형성된 기재를 이용한 Au 나노구조체 패턴 결과의 SEM 이미지를 나타낸 도.
도 18 - 센서 검지물질로 적용하기 위하여 센서 검지물질에 Au 나노구조체를 적용한 실시예에 대한 SEM 이미지를 나타낸 도.
도 19 - PC 기판을 소수성 표면처리하지 않은 것과 소수성 표면처리한 후 PC 기판 상에 전자빔 증착기를 이용하여 1.5nm 두께의 Au를 각각 증착 후, 자외선-가시광선 분광광도계(UV-Vis Spectrophotometer)를 이용하여 표면 플라스몬 공명(SPR : Surface Plasmon Resonance) 특성 분석 결과 데이타를 나타낸 도.
1 to 4 are schematic views of a method of forming a nanostructure pattern by vacuum deposition according to the present invention.
FIG. 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 nanostructure for growing a nanostructure according to the present invention. FIG.
Figure 6 - SEM (Scanning Electron Microscope) image of Au nanostructure shape by controlling the thickness of Au deposition by E-beam evaporator on Si substrate after hydrophobic surface treatment of Si substrate without hydrophobic surface treatment Fig.
FIG. 7 - Diameter distribution of Au nanostructure on 5 nm thick Au deposited on Si substrate by electron beam evaporator after hydrophobic surface treatment of Si substrate and hydrophobic surface treatment.
8 is a graph showing the results of SEM image and energy dispersive X-ray analysis (EDX) of an Au nanostructure and a pattern after 5 nm thick Au deposition on an Si substrate and a PC substrate using an electron beam evaporator. .
FIG. 9 is a graph showing a shape analysis (SEM image) and a composition analysis (EDX) of a Pt nanostructure and a pattern after depositing 5 nm thick Pt on an Si substrate and a PC substrate using an electron beam evaporator.
FIG. 10 is a graph showing the shape analysis (SEM image) and the component analysis (EDX) of a Pd nanostructure and a pattern after 5 nm thick Pd deposition on an Si substrate and a PC substrate using an electron beam evaporator.
11 - Analysis of shape (SEM image) and composition of Pt and Pd nanostructures and patterns after continuously depositing 5 nm thick Pt and 5 nm thick Pd on an Si substrate and a PC substrate in an in-situ manner using an electron beam evaporator Analysis (EDX) results.
FIG. 12 is a graph showing a shape analysis (SEM image) and a composition analysis (EDX) of a TiO 2 nanostructure and a pattern after 5 nm thick TiO 2 deposition on an Si substrate and a PC substrate using an electron beam evaporator.
FIG. 13 is a graph showing a shape analysis (SEM image) and a composition analysis (EDX) of a ZnS nanostructure and a pattern after 5 nm thick ZnS deposition on an Si substrate and a PC substrate using an electron beam evaporator.
FIG. 14 is a graph showing the shape analysis (SEM image) and the composition analysis (EDX) of a MgF 2 nanostructure and a pattern after depositing 5 nm thick MgF 2 on an Si substrate and a PC substrate using an electron beam evaporator.
15 is a diagram showing the shape analysis (SEM image) and the component analysis (EDX) of an InP nano structure and a pattern after InP deposition of 20 nm thickness on a Si substrate by chemical vapor deposition (CVD).
FIG. 16 is a graph showing the shape analysis (SEM image) and the composition analysis (EDX) of an Au nanostructure and a pattern after depositing 5 nm thick Au on a Si substrate and a PC substrate by sputtering.
Fig. 17 is a SEM image of an Au nanostructure pattern using nano / micro scale unevenness formed substrate. Fig.
18 shows an SEM image of an embodiment in which an Au nanostructure is applied to a sensor sensing material for application as a sensor sensing material.
19 - PC substrate was subjected to hydrophobic surface treatment and hydrophobic surface treatment, and 1.5 nm thick Au was deposited on PC substrate using electron beam evaporator, and then UV-Vis spectrophotometer was used (SPR) characteristic analysis result of the surface plasmon resonance (SPR) characteristic data.

본 발명은 진공증착 공정을 이용하여 나노구조체 패턴을 형성하기 위한 것으로서, 특히 나노구조체의 균일한 성장을 위해 기재 표면을 소수성 표면처리하고, 나노구조체 성장에 필요한 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하여 진공증착 공정을 이용하여 기재 상부에 나노구조체 패턴을 형성하는 것이다.The present invention relates to a method for forming a nanostructure pattern by using a vacuum deposition process, and more particularly, to a method for hydrophobic surface treatment of a substrate surface for uniform growth of a nanostructure and a vacuum deposition condition satisfying a minimum critical radius required for growing the nanostructure And a nanostructure pattern is formed on the substrate using a vacuum deposition process.

이에 의해 나노구조체 패턴의 제조를 위해 별도의 마스크 또는 임프린트 스탬프의 제작이나 시드층의 형성공정이 필요없게 되어 공정이 간단하고, 진공증착 조건에 따라 각 응용분야별로 나노구조체 패턴의 제어가 용이하여, 다양한 형태의 나노구조체 패턴의 형성을 간단하면서도 용이하게 형성할 수 있는 장점이 있다.This makes it unnecessary to manufacture a mask or an imprint stamp or a seed layer for manufacturing a nanostructure pattern, simplifying the process, facilitating control of the nanostructure pattern for each application field according to vacuum deposition conditions, It is possible to form various types of nanostructure patterns easily and easily.

또한, 진공증착 공정에 의해 나노구조체 패턴을 형성함으로써, 기본적으로 기재 상에 나노구조체를 고르게 분포시켜 형성할 수 있으며, 나노구조체 패턴의 크기, 형태뿐만 아니라 위치 제어도 용이하여, 전체적으로 균일한 나노구조체 분포를 가지면서 나노구조체 패턴의 형성이 용이한 장점이 있다.In addition, by forming the nanostructure pattern by a vacuum deposition process, basically, the nanostructure can be uniformly distributed on the substrate, and the size and shape of the nanostructure pattern as well as the position control can be easily controlled, It is easy to form a nanostructure pattern while having a distribution.

또한, 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 기판 상에서의 나노구조체 패턴의 형성이 용이하여 그 적용분야가 다양화될 것으로 기대된다.In addition, by setting the special vacuum deposition conditions, the conventional heat treatment process is not required, and the process time for heating and lowering the temperature to the high temperature heat treatment temperature is drastically shortened, and the nanostructure on the flexible substrate, It is expected that pattern formation will be easy and the application field will be diversified.

또한, 고온에서의 열처리 공정이 필요없게 되어, 소자 재료의 확산, 섞임 등의 문제를 방지할 수 있어, 나노구조체의 형태 및 두께 변형 등을 최소화함으로써 고품질의 소자를 제공할 수 있는 장점이 있다.Further, it is unnecessary to carry out a heat treatment step at a high temperature, and problems such as diffusion and mixing of element materials can be prevented, and it is possible to provide a high-quality element by minimizing the shape and thickness deformation of the 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 나노구조체 패턴으로 형성함으로써, 균일한 검지영역을 형성하는 것이 용이하여, 고감도의 센서 소자를 제공할 수 있게 된다.Particularly, in the case of forming the detection region used for the sensor element, the detection substance is formed in the nanostructure pattern on the detection substance formation region by the vacuum deposition process according to the specially set vacuum deposition condition, not by the conventional chemical method It is easy to form a uniform detection region, and a sensor element with high sensitivity can be provided.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하고자 한다. 도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법에 대한 모식도를 나타낸 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 to 4 are schematic views illustrating a method of forming a nanostructure pattern by vacuum deposition according to the present invention.

먼저, 본 발명에 따른 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법은 도시된 바와 같이, 기재를 준비하는 제1단계와, 상기 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하는 제2단계와, 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 나노구조체의 성장을 위해 필요한 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하는 제3단계와, 진공증착 공정에 의해 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 나노구조체를 성장시키는 제4단계 및 상기 마스크 패턴층을 제거하여, 상기 기재의 노출된 영역에 나노구조체를 형성하여 상기 기재 상부에 나노구조체 패턴을 형성하는 제5단계;를 포함하여 이루어지되, 상기 제1단계의 기재의 표면을 소수성 표면처리 후 상기 제2단계의 마스크 패턴층을 형성하거나, 상기 제2단계의 마스크 패턴층을 형성한 후에, 상기 기재 상부의 노출된 일부 영역을 소수성 표면처리하는 것을 특징으로 한다.As shown in FIG. 1, a method of forming a nanostructure pattern by vacuum deposition according to the present invention includes a first step of preparing a substrate, a second step of forming a mask pattern layer exposing a part of the upper surface of the substrate, A third step of setting a vacuum deposition condition that satisfies the exposed region of the substrate and the minimum critical radius of the nanostructure necessary for growth of the nanostructure on the mask pattern layer; A fourth step of growing a nanostructure on the mask pattern layer and a fourth step of forming a nanostructure pattern on the substrate by forming the nanostructure on the exposed region of the substrate by removing the mask pattern layer, Wherein the surface of the substrate of the first step is subjected to a hydrophobic surface treatment to form the mask pattern layer of the second step, After the mask pattern layer of the second stage is formed, a part of the exposed top of the substrate is subjected to hydrophobic surface treatment.

본 발명은 기재 상부에 나노구조체 패턴을 형성하는 것으로서, 나노구조체라 함은 수 nm ~ 수 백nm 싸이즈로, 원기둥, 원뿔, 구형, 다각면체 등 그 형태 및 크기에 제한을 두지 않으며, 이러한 나노구조체가 적용 분야에 적합하도록 소정의 패턴으로 구현되는 것을 본 발명에서는 나노구조체 패턴이라 한다.The present invention relates to a method of forming a nanostructure pattern on a substrate, wherein the nanostructure has a size of several nanometers to several hundreds of nanometers and is not limited in shape and size such as a cylinder, a cone, a spherical shape or a polygonal shape, Is implemented in a predetermined pattern so as to be suitable for an application field, it is referred to as a nanostructure pattern in the present invention.

이러한 나노구조체 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 나노구조체의 형성물질은 동종 또는 이종의 물질로 단일층 또는 복수층으로 다양하게 구현될 수 있다.Such a 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 by repeating a single pattern or combining various patterns in accordance with application fields of devices And these patterns may be implemented regularly or irregularly. The nanostructure forming material for this purpose can be variously implemented as a single layer or a plurality of layers of homogeneous or heterogeneous materials.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법은 먼저, 기재를 준비(제1단계)하고, 상기 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하는 것이다.(제2단계)As shown in FIG. 1, in the method of forming a nanostructure pattern by vacuum deposition according to the present invention, a substrate is first prepared (first step), and a mask pattern layer is formed to expose a part of the upper surface of the substrate . (Step 2)

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

구체적으로는, 상기 기재(트랜지스터 구조에서는 기판)은 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 (substrate in the transistor structure) may be formed of a material selected from the group consisting of silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), gallium phosphorus (GaP), gallium arsenide (GaAsP), boron nitride (BN), SiC, GaN, ZnO, MgO, sapphire, quartz, and glass can be used.

또한, 응용분야에 따라 상기 기재는, 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylene naphthalate, PEN), 폴리노르보넨(Polynorbornene, PN), 폴리아크릴레이트(Polyacrylate), 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol, PVA), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에테르설폰(Polyethersulfone, PES), 폴리스타일렌 (Polystyrene, PS), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에틸렌 (Polyethylene, PE), 폴리염화비닐(polyvinylchloride, PVC), 폴리아미드 (Polyamide, PA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(Polybutyleneterephthalate, PBT), 폴리메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate, PMMA) 및 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 중 어느 하나인 고분자 기판을 사용할 수 있다.In addition, depending on the field of application, the substrate may be formed of a material selected from the group consisting of polycarbonate (PC), polyethylene naphthalate (PEN), polynorbornene (PN), polyacrylate, polyvinyl alcohol , PVA), polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET), polyethersulfone (PES), polystyrene (PS), polypropylene (PP), polyethylene (PE), polyvinylchloride (PVC), polyamide (PA), polybutyleneterephthalate (PBT), polymethyl methacrylate (PMMA) and polydimethylsiloxane ) Can be used.

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(도 1, 도 3), 상기 마스크 패턴층을 형성한 후에, 상기 기재 상부의 노출된 일부 영역의 표면을 소수성 표면처리(도 2 및 도 4)할 수 있다.Here, after the surface of the substrate is subjected to the hydrophobic surface treatment, the mask pattern layer is formed (Figs. 1 and 3) or after the mask pattern layer is formed, the surface of the exposed part of the upper surface of the substrate is covered with a hydrophobic surface (Fig. 2 and Fig. 4).

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, 나노구조체의 표면에서의 점착을 최소화하도록 하여, 나노구조체와 기재 표면과의 접촉각이 증가하도록 하여 나노구조체 생성핵의 크기를 균일하게 유도하여 균일한 나노구조체의 형성을 용이하게 하는 것이다.Hydrophobic surface treatment of the substrate surface minimizes adhesion on the surface of the nanostructure to increase the contact angle between the nanostructure and the substrate surface to uniformly induce the size of the nanostructure generating nuclei to form a uniform nanostructure .

한편, 상기 제1단계의 준비된 기재에 요철을 먼저 형성할 수도 있으며, 상기 요철은 상기 기재 상에 별도의 패터닝 및 식각 공정에 의해 나노 또는 마이크로 스케일의 패턴으로 형성되는 것으로서, 다양한 형태의 나노구조체 패턴의 형성을 도모하도록 한 것이다.The irregularities may be first formed on the prepared substrate of the first step, and the irregularities may be formed in a pattern of nano or microscale by a separate patterning and etching process on the substrate, and various patterns of nanostructure patterns As shown in Fig.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 요철이 형성된 기재 표면을 소수성 표면처리 후, 상기 요철이 형성된 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하거나, 도 4에 도시된 바와 같이, 요철이 형성된 기재 상에 마스크 패턴층을 형성하고, 상기 마스크 패턴층에 의해 노출되는 기재의 일부 영역에 소수성 표면처리를 수행할 수 있다.As shown in FIG. 3, after the hydrophobic surface treatment of the surface of the substrate having the irregularities formed thereon, a mask pattern layer may be formed to expose a part of the upper surface of the substrate having the irregularities formed thereon. Alternatively, A mask pattern layer may be formed on a substrate and a hydrophobic surface treatment may be performed on a part of the substrate exposed by the mask pattern layer.

여기에서, 상기 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 나노구조체를 형성함에 따라 정밀한 나노구조체 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 structure is formed, it contributes to formation of a precise 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 나노구조체의 성장을 위해 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정한다.(제3단계)Then, after forming a mask pattern layer exposing a part of the substrate, a vacuum deposition condition that satisfies the minimum critical radius of the nanostructure for the growth of the nanostructure on the exposed region of the substrate and the mask pattern layer (Step 3)

즉, 나노구조체가 박막으로 성장되지 않고, 나노구조체로서 성장하기 위한 최소 임계반지름을 만족하기 위한 진공증착 조건을 설정한 후, 진공증착 공정에 의해 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 나노구조체를 성장시키는 것이다.(제4단계)That is, a vacuum deposition condition is set so as to satisfy the minimum critical radius for growing the nano structure as a nano structure without growing the nano structure, and then the exposed region of the substrate and the mask pattern layer Thereby growing the nanostructure. (Step 4)

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, 나노구조체 성장을 위한 나노구조체의 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 nanostructure for nanostructure growth, as shown in FIG.

도 5에 도시된 바와 같이, 나노구조체의 반지름이 rcrit 이상인 경우, 나노구조체가 지속적으로 성장할 수 있어서, 결정핵(Crystal Nucleus)으로 성장하여 안정된 나노구조체로 존재하며, 나노구조체의 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 nanostructure is r crit or more, the nanostructure can be continuously grown so that it grows as a crystal nucleus and exists as a stable nanostructure. When the radius of the nanostructure is r crit Or less, the thermodynamically stable state can not be maintained, so that the particles can not grow into nuclei, 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 나노구조체를 성장시키는 것으로서, 이 조건이 나노구조체의 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 nanostructure is grown to a thickness of 30 nm or less. When the condition is that the radius of the nanostructure is r crit or more Followed by a minimum radius condition that can grow into crystal nuclei.

즉, 상기 증착속도의 범위를 넘어서는 경우에는 나노구조체로서 성장할 수 있는 결정핵을 형성하지 못하고 부피성장보다 면성장이 주로 이루어지게 되어 박막으로 성장되거나, 그 보다 더 두꺼운 경우에는 나노구조체 간에 융합되어 나노구조체가 아닌 박막으로 성장이 이루어지게 된다.In other words, when the deposition rate is out of the range, the crystal nuclei that can grow as a nanostructure can not be formed, and cotton growth occurs mainly through volume growth rather than volume growth. When the thickness of the nanostructure is thicker than that, Growth is made by thin film instead of structure.

이와 같이 진공증착 공정에 의해 나노구조체를 성장시킴으로써, 기재 상에 나노구조체를 고르게 분포시켜 형성할 수 있으며, 나노구조체 패턴의 크기, 형태뿐만 아니라 위치 제어도 용이하여, 전체적으로 균일한 나노구조체 분포를 가지게 된다.By thus growing the nanostructure by the vacuum deposition process, it is possible to uniformly distribute the nanostructure on the substrate, and it is possible to easily control the position and the size of the nanostructure pattern as well as the pattern, do.

또한, 진공증착 공정에 의해 나노구조체를 성장시킴으로써, 나노구조체 패턴의 제조를 위해 별도의 마스크 또는 임프린트 스탬프의 제작이나 시드층의 형성공정이 필요없게 되어 공정이 간단하고, 진공증착 조건에 따라 나노구조체 패턴의 제어가 용이하여, 다양한 형태의 나노구조체 패턴의 형성을 간단하면서도 용이하게 형성할 수 있게 된다.In addition, by growing the nanostructure by a vacuum deposition process, it is not necessary to manufacture a separate mask or imprint stamp or a seed layer forming process for manufacturing the nanostructure pattern, and the process is simple, and the nanostructure The pattern can be easily controlled and the formation of various types of nanostructure patterns can be easily and easily formed.

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

즉, 설정된 진공증착 조건을 이용하여 나노구조체 생성을 위한 최소 임계반지름 조건을 만족하도록 한 상태에서, 나노구조체를 성장시키는 것이다.That is, the nanostructure is grown while satisfying the minimum critical radius condition for nanostructure formation using the set vacuum deposition conditions.

또한, 상기 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건에 의한 진공증착 공정에 의해 나노구조체를 1차로 성장시킨 후, 상기 1차로 성장된 나노구조체에 플라즈마 처리 또는 열 처리를 수행하고, 상기 진공증착 조건에 비해 상대적으로 높은 증착률로 상기 나노구조체를 2차로 성장시키는 것이다.The nanostructure may be first grown by a vacuum deposition process under a vacuum deposition condition satisfying a minimum critical radius of the nanostructure, plasma treatment or heat treatment may be performed on the primarily grown nanostructure, And secondarily growing the nanostructure at a relatively high deposition rate as compared to the deposition conditions.

즉, 2 step 방식에 의해 더욱 결정성이 우수하고, 균일한 나노구조체를 형성하기 위한 것으로서, 첫번째 step에서 나노구조체 생성을 위해 필요한 최소 임계반지름을 갖는 나노구조체가 생성되도록 낮은 속도의 증착속도를 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 나노구조체를 형성함으로써, 전체적으로 빠른 시간 내에 결정성이 우수하고, 균일한 나노구조체의 형성이 가능하도록 한 것이다.In other words, a low-speed deposition rate is set so that a nanostructure having a minimum critical radius required for nanostructure formation in the first step is formed in order to form a uniform nanostructure by the 2 step method. And then the nuclei are crystallized through plasma treatment or heat treatment. In the second step, nanostructures are formed at a relatively higher deposition rate than the vacuum deposition conditions in the first step Thereby making it possible to form uniform nanostructures with excellent crystallinity in a short period of time as a whole.

또한, 상기 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건에 의한 진공증착 공정에 의해 나노구조체를 1차로 성장시킨 후, 상기 진공증착 조건에서의 증착속도와는 다른 증착속도로 상기 1차 성장에서의 나노구조체와 동종 또는 이종의 나노구조체를 (1+n)차(n은 1,2,3,,,로 n은 자연수임)로 연속적으로 성장시킬 수 있다.In addition, after the nanostructure is first grown by a vacuum deposition process under a vacuum deposition condition that satisfies the minimum critical radius of the nanostructure, the nanostructure is grown at a deposition rate different from the deposition rate in the vacuum deposition condition, (1 + n) (where n is a natural number of 1, 2, 3, ..., and n is a natural number) of the same or different nanostructures.

즉, (1+n) step 방식에 의해 나노구조체의 결정성을 조절하면서, 다양한 조성 프로파일 또는 결정구조 등을 갖는 나노구조체의 성장을 구현하기 위한 것으로서, 첫번째 step에서 상기와 같이 나노구조체 생성을 위해 필요한 최소 임계반지름을 갖는 나노구조체가 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 나노구조체를 연속적으로 성장시키도록 하는 것이다.That is, to control the crystallinity of the nanostructure by the (1 + n) step method and to realize the growth of the nanostructure having various composition profiles or crystal structures. In the first step, A low rate deposition rate is set to produce a nanostructure with the required minimum critical radius to induce uniform size nucleation and a different deposition rate, such as a higher deposition rate, a lower deposition rate, (1 + n) (n is 1, 2, 3,, and n are natural numbers) at the deposition rate alternately implemented.

여기에서 각 증착 단계에서 성장되는 나노구조체는 같은 종류로 증착속도를 달리하여 성장시킬 수 있으며, 다른 종류로 증착속도를 달리하여 성장시킬 수 있다.Here, the 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 나노구조체의 균일한 성장 및 결정성을 도모하면서, 증착속도에 따른 다양한 조성 프로파일 또는 결정구조, 표면 상태, 형태 등이 구현되도록 하여, 여러 응용분야에 적응할 수 있도록 한다.Thus, 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 nanostructure, thereby adapting to various application fields.

또한, 상기 1차로 나노구조체를 성장시킨 후, 다음회차의 나노구조체 성장 전에 전회차에서 성장된 나노구조체에 플라즈마 처리 또는 열처리를 선택적으로 수행할 수도 있으며, 이는 성장된 나노구조체의 결정성을 더욱 향상시켜 소자의 특성을 개선시키기 위함이다.In addition, after the first nano structure is grown, plasma processing or heat treatment may be selectively performed on the nano structure grown in the first nano structure before the next nano structure growth. This may further improve the crystallinity of the grown nano structure Thereby improving the characteristics of the device.

이와 같이, 본 발명에서는, 나노구조체 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 nanostructure, the conventional heat treatment process becomes unnecessary, and the process time for the temperature increase and the temperature decrease to the high temperature heat treatment temperature is drastically shortened. The present invention can be applied to a flexible substrate such as a polymer substrate.

또한, 고온에서의 열처리 공정이 필요없게 되어, 소자 재료의 확산, 섞임 등의 문제를 방지할 수 있어, 나노구조체의 형태 및 두께 변형 등을 최소화함으로써 고품질의 소자를 제공할 수 있게 된다.Further, the heat treatment step at a high temperature is not necessary, problems such as diffusion and mixing of element materials can be prevented, and the shape and thickness deformation of the nanostructure can be minimized, thereby providing a high-quality device.

한편, 이러한 나노구조체는, 응용분야에 따라 다양하게 제공될 수 있으며, 특히 센서 소자의 경우 검지하고자 하는 물질에 따라 다양한 물질을 증착할 수 있으며, 금속, 금속산화물, 불화물, 황화물 및 인화물 중 어느 하나 이상의 재료를 이용하여 진공증착하여 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 형성되게 된다.The nanostructure can be variously provided depending on the application field. In particular, in the case of a sensor element, various materials can be deposited according to a substance to be detected, and a metal, a metal oxide, a fluoride, a sulfide and a phosphide Or more by vacuum evaporation using the above-mentioned material to form the exposed region of the substrate and the mask pattern layer.

상기 나노구조체의 성장은, 적용분야나 필요에 따라 동일한 증착조건 또는 상이한 증착조건 하에서, 동종의 재료를 복수회 또는 이종의 재료를 복수회 증착할 수 있다.The growth of the nanostructure can be performed multiple times or different times of the same kind of material under the same deposition condition or different deposition conditions as required for the application field and the necessity.

이러한 나노구조체의 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 the nanostructure can be accomplished 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 evaporator, a sputtering process, and a chemical vapor deposition . 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 나노구조체의 직경과 나노구조체들의 간격을 조절할 수 있으나, 이에 추가적으로 상기 진공증착 공정에 의해 나노구조체의 성장 후, 열 처리 공정 또는 플라즈마 처리 공정을 통하여, 나노구조체의 직경과 나노구조체들의 간격을 조절할 수도 있다.Here, the diameter of the nanostructure and the spacing of the nanostructures can be basically controlled according to the vacuum deposition conditions. In addition, after the growth of the nanostructure by the vacuum deposition process, a heat treatment process or a plasma treatment process is performed, The diameter of the structure and the spacing of the nanostructures can be controlled.

그리고, 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 나노구조체를 성장시킨 후, 상기 마스크 패턴층을 제거하여, 상기 기재의 노출된 영역에 나노구조체를 형성하여, 상기 기재 상부에 나노구조체 패턴을 형성하게 된다.(제5단계)Then, after the nano structure is grown on the exposed region of the substrate and the mask pattern layer, the mask pattern layer is removed to form a nanostructure on the exposed region of the substrate, (Step 5)

즉, 상기 기재 상에서 마스크 패턴층을 제거하게 되면, 상기 기재 상부의 상기 마스크 패턴층에 대응되는 패턴을 가지는 나노구조체 패턴이 형성되게 된다.That is, when the mask pattern layer is removed on the substrate, a 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 나노구조체 패턴이 형성된 동일한 영역 또는 다른 영역 상에 상기 제4단계의 나노구조체와 동종 또는 이종의 나노구조체를 추가적으로 형성함으로써, 상기 제5단계의 나노구조체 패턴과는 연속 또는 불연속적인 나노구조체 패턴을 추가적으로 형성할 수도 있다.On the other hand, an additional mask pattern layer may be formed after removal of the mask pattern layer in accordance with the application field or the purpose of use, and the nanostructure of the fourth step may be formed on the same region or another region where the nanostructure pattern on the substrate is formed. By additionally forming a homologous or heterogeneous nanostructure, a continuous or discontinuous nanostructure pattern may be additionally formed from the nanostructure pattern of the fifth step.

한편, 본 발명에 따른 진공증착에 의해 형성되는 나노구조체 패턴은 센서 소자의 감지물질로도 구현될 수 있으며, 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 준비하고, 상기 소스 전극 및 드레인 전극을 마스킹하면서, 상기 기재의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하고, 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 나노구조체의 성장을 위해 필요한 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하며, 진공증착 공정에 의해 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 나노구조체를 성장시키고, 상기 마스크 패턴층을 제거하여, 상기 기재의 노출된 영역에 나노구조체를 형성하여 상기 기재 상부에 나노구조체 패턴을 형성하는 공정으로 크게 이루어진다.The nanostructure pattern formed by the vacuum deposition according to the present invention may also be realized as a sensing material of a sensor element. The nanostructure pattern may include a GaN buffer layer formed on a substrate, a GaN layer formed on the buffer layer, A substrate including a source electrode and a drain electrode formed on the one kind of layer and one kind of layer selected from the group consisting of an Al x Ga 1 - x N layer, an InAlN layer and an InAlGaN layer formed, Forming a mask pattern layer which exposes a part of the base material while masking the drain electrode and the exposed region of the base material and a minimum critical radius of the nanostructure necessary for growing the nanostructure on the mask pattern layer, And a step of growing a nanostructure on the exposed region of the substrate and the mask pattern layer by a vacuum deposition process, By removing the group mask pattern layer, it is made larger in a step of forming a nanostructure on an exposed region of the substrate to form a nanostructure pattern on the substrate top.

여기에서, 상기 마스크 패턴층 형성 전 또는 후에 상기 기재 상부의 일부 영역을 소수성 표면처리를 수행하거나, 상기 기재의 노출된 일부 영역에 소수성 표면처리를 수행할 수 있다.Here, hydrophobic surface treatment may be performed on a part of the upper portion of the substrate before or after the mask pattern layer is formed, or hydrophobic surface treatment may be performed on a part of the exposed portion of the substrate.

상기의 HEMT(High Electron Mobility Transistor, 고전자 이동도 트랜지스터) 소자의 중요 구조는 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 important structure of the HEMT (High Electron Mobility Transistor) element is a well-known technology, and a method of manufacturing a sensor having a high electron mobility transistor structure (Appl. No. 10-2016- 0036136), and a detailed description thereof will be omitted in the present invention.

상술한 바와 같이, 기본적으로 기재 상부에 마스크 패턴층을 형성하고, 진공증착 공정에 의해 나노구조체 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.As described above, basically, a mask pattern layer is formed on a substrate, and a nanostructure pattern is formed by a vacuum deposition process. Thus, a duplicate description will be omitted. A buffer layer of GaN series 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 (e.g., HEMT) And a source electrode and a drain electrode formed on the one kind of layer.

이러한 기재 상의 상기 소스 전극 및 드레인 전극을 마스킹하면서, 상기 기재 상부의 일부 영역을 소수성 표면처리하고, 상기 기재의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하거나, 상기 소스 전극 및 드레인 전극을 마스킹하면서 상기 기재의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성한 후, 상기 노출된 기재의 일부 영역 표면을 소수성 표면처리하게 된다.Forming a mask pattern layer for masking the source electrode and the drain electrode on the substrate so as to hydrophobic surface-treat a part of the upper surface of the substrate and to expose a part of the substrate; masking the source electrode and the drain electrode, After forming a mask pattern layer that exposes a part of the base material, the surface of a part of the exposed base material is subjected to a hydrophobic surface treatment.

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 후에, 상기 1종의 층의 일부가 식각된 리세스 영역을 형성할 수 있다.Further, it is possible to form a recessed region in which a part of the one kind of layer is etched, after mask patterning the source electrode and the drain electrode, and forming a mask pattern layer exposing a part of the upper part of the substrate.

상기 리세스 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 recess 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 습식 식각에 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 나노구조체 형성을 위한 최소 임계반지름 조건을 만족하는 증착조건을 설정하여 나노구조체를 성장시켜, 상기 마스크 패턴층에 대응되는 나노구조체 패턴을 형성하게 된다.In this case, the nanostructure is grown by setting deposition conditions that satisfy the minimum critical radius condition for forming the above-described nanostructure on a part of the exposed top of the substrate, thereby forming a nanostructure pattern corresponding to the mask pattern layer Respectively.

이러한 나노구조체가 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 나노구조체가 성장되게 되는 것이다.A part of the exposed upper part of the substrate on which the nanostructure is grown becomes a part of a region between the source electrode and the drain electrode and a sensing material layer of the sensor element is formed on this area, The nanostructures are grown with the detection material for the nanostructure.

여기에서, 상기 검지물질층 형성을 위한 나노구조체는, 금속, 금속산화물, 불화물, 황화물 및 인화물 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 nanostructure for forming the detection material layer is formed by vacuum deposition using at least one of metal, metal oxide, fluoride, sulfide and phosphide, and reacts with a gas or biochemical substance to be detected, A material capable of changing the potential of the active layer is selected and used.

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, 상기 나노구조체를 동종 또는 이종의 물질로 복수회 성장시키거나, 상기 마스크 패턴층의 제거 후에, 추가적인 마스크 패턴층을 형성하여, 상기 기재 상부의 나노구조체 패턴이 형성된 동일한 영역 또는 다른 영역 상에 상기 나노구조체와는 동종 또는 이종의 나노구조체를 추가적으로 형성함으로써, 상기 나노구조체 패턴과는 연속 또는 불연속적인 나노구조체 패턴을 추가적으로 형성할 수 있다.In addition to the above-exemplified detection substances, it is also possible to grow the nanostructure a plurality of times in the same or different materials as required, depending on the substance or environment to be sensed, or after the removal of the mask pattern layer, A pattern layer is formed on the substrate and the same or different types of nanostructures as the nanostructure are additionally formed on the same region or another region on which the nanostructure pattern on the substrate is formed to form a continuous or discontinuous nanostructure Pattern can be additionally formed.

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.

소수성 표면처리는 밀폐된 공간에 Si 기판 및 PC 기판과 FOTS 용액을 별도의 위치에 두며, 진공오븐을 이용하여 80℃에서 15분간 가열하였으며, FOTS 용액이 기상화되어 Si 기판 상에 결합하게 되어 Si 기판의 표면을 소수성 처리를 하였다. 도 6a는 Si 표면을 소수성 표면처리 하지 않고 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 Au 두께를 0.75nm, 1.5nm, 5nm, 10nm 및 20nm로 각각 증착하였으며, 도 6b는 Si 표면을 소수성 표면처리를 한 후 0.025nm/sec의 증착속도로 Au 두께를 0.75nm, 1.5nm, 5nm, 10nm 및 20nm로 각각 증착하였다. Au 증착 두께가 두꺼워짐에 따라 Au 나노구조체의 크기가 증가하였으며, Au 두께 조절을 통하여 Au 나노구조체의 직경 및 분포의 조절이 가능함을 확인할 수 있었다. 또한, 증착 두께 조절이 Au 나노구조체의 직경, 형상 및 분포도에 있어서 중요한 요소(Factor)임을 확인할 수 있었다.In the hydrophobic surface treatment, the Si substrate, the PC substrate and the FOTS solution were placed in a sealed space and heated at 80 ° C for 15 minutes using a vacuum oven. The FOTS solution was vaporized and bonded onto the Si substrate, The surface of the substrate was subjected to a hydrophobic treatment. FIG. 6A shows the results of deposition of Au thicknesses of 0.75 nm, 1.5 nm, 5 nm, 10 nm and 20 nm, respectively, at a deposition rate of 0.025 nm / sec using an electron beam evaporator without hydrophobic surface treatment of the Si surface, After surface treatment, Au was deposited at 0.75 nm, 1.5 nm, 5 nm, 10 nm, and 20 nm, respectively, at a deposition rate of 0.025 nm / sec. As the thickness of the Au deposition increases, the size of the Au nanostructure increases, and it is confirmed that the diameter and distribution of the Au nanostructure can be controlled by adjusting the Au thickness. In addition, it was confirmed that the control of the deposition thickness is an important factor in the diameter, shape and distribution of the Au nanostructure.

도 7은 Si 기판을 소수성 표면처리하지 않은 것과 소수성 표면처리한 후 Si 기판 상에 전자빔 증착기에 의한 5nm 두께의 Au 증착 시 Au 나노구조체의 직경 분포도이다. 소수성 표면처리를 하지 않은 기판 상에 형성된 Au 나노구조체의 평균 직경은 16.9nm이었으며, 소수성 표면처리를 한 경우의 Au 나노구조체의 평균 직경은 10.2nm이었다. 본 실시예(도 6 및 도 7)를 통하여 기재의 표면에 소수성 표면처리를 함에 따라서 나노구조체 형성 시 기재 표면에서의 점착은 최소화가 되어 나노구조체 생성핵의 크기가 균일하게 유도되어 균일한 나노구조체의 형성이 가능함을 확인할 수 있었다.7 is a diameter distribution diagram of an Au nanostructure on a Si substrate without a hydrophobic surface treatment and a 5 nm thick Au deposition on an Si substrate with an electron beam evaporator after hydrophobic surface treatment. The average diameter of the Au nanostructures formed on the substrate without the hydrophobic surface treatment was 16.9 nm, and the average diameter of the Au nanostructures when the hydrophobic surface treatment was performed was 10.2 nm. The hydrophobic surface treatment on the surface of the base material through the present embodiment (Figs. 6 and 7) minimizes the adhesion on the substrate surface when the nanostructure is formed, uniformly inducing the size of the nanostructure generating nuclei, It was confirmed that the formation of

Si wafer 및 200㎛ 두께의 PC 기판 상단에 직사각형 영역(10㎛ by 75㎛ 및 20㎛ by 80㎛)만 포토레지스트로 개방한 후 상기 방법으로 소수성 표면 처리를 수행하였다. 이후, 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 Au의 두께를 5nm로 증착한 이후, 포토레지스트를 제거하기 위하여 아세톤에 Dipping하고 10분간 Ultrasonication하고, N2 blowing한 이후 나노구조체의 패턴 결과가 도 8(a) 및 (b)에 있다. 또한, EDX 성분분석 결과[도 8(c), (d)]를 통하여 Si wafer 및 PC 기판에 Au 나노구조체의 형성 및 Au 나노구조체 패턴의 제작이 가능함을 확인하였다.Only a rectangular area (10 탆 by 75 탆 and 20 탆 by 80 탆) was opened with a photoresist on top of a Si wafer and a PC substrate having a thickness of 200 탆, and hydrophobic surface treatment was performed by the above method. Thereafter, Au was deposited to a thickness of 5 nm at a deposition rate of 0.025 nm / sec using an electron beam evaporator, followed by dipping in acetone to remove the photoresist, ultrasonication for 10 minutes, N 2 blowing, Are shown in Figs. 8 (a) and 8 (b). 8 (c) and (d)], it was confirmed that Au nanostructure formation and Au nanostructure pattern fabrication were possible on Si wafer and PC substrate.

Si wafer 및 200㎛ 두께의 PC 기판 상단에 직사각형 영역(10㎛ by 75㎛ 및 20㎛ by 80㎛)만 포토레지스트로 개방한 후 상기 방법으로 소수성 표면 처리를 수행하였다. 이후, 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 Pt의 두께를 5nm로 증착한 이후, 포토레지스트를 제거하기 위하여 아세톤에 Dipping하고 10분간 Ultrasonication하고, N2 blowing 한 이후 나노구조체의 패턴 결과가 도 9(a) 및 (b)에 있다. 또한, EDX 성분분석 결과[도 9(c), (d)]를 통하여 Si wafer 및 PC 기판에 Pt 나노구조체의 형성 및 Pt 나노구조체 패턴의 제작이 가능함을 확인하였다.Only a rectangular area (10 탆 by 75 탆 and 20 탆 by 80 탆) was opened with a photoresist on top of a Si wafer and a PC substrate having a thickness of 200 탆, and hydrophobic surface treatment was performed by the above method. Thereafter, Pt was deposited to a thickness of 5 nm at a deposition rate of 0.025 nm / sec using an electron beam evaporator, and then dipped in acetone for 10 minutes to remove the photoresist. Ultrasonication was performed for 10 minutes. After N 2 blowing, Are shown in Figs. 9 (a) and 9 (b). 9 (c) and (d)), it was confirmed that the Pt nanostructure and the Pt nanostructure pattern can be fabricated on the Si wafer and the PC substrate.

Si wafer 및 200㎛ 두께의 PC 기판 상단에 직사각형 영역(10㎛ by 75㎛ 및 20㎛ by 80㎛)만 포토레지스트로 개방한 후 상기 방법으로 소수성 표면 처리를 수행하였다. 이후, 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 Pd의 두께를 5nm로 증착한 이후, 포토레지스트를 제거하기 위하여 아세톤에 Dipping하고 10분간 Ultrasonication하고, N2 blowing 한 이후 나노구조체의 패턴 결과가 도 10(a) 및 (b)에 있다. 또한, EDX 성분분석 결과[도 10(c), (d)]를 통하여 Si wafer 및 PC 기판에 Pd 나노구조체의 형성 및 Pd 나노구조체 패턴의 제작이 가능함을 확인하였다.Only a rectangular area (10 탆 by 75 탆 and 20 탆 by 80 탆) was opened with a photoresist on top of a Si wafer and a PC substrate having a thickness of 200 탆, and hydrophobic surface treatment was performed by the above method. Thereafter, Pd was deposited to a thickness of 5 nm at a deposition rate of 0.025 nm / sec using an electron beam evaporator. Ultrasonication was performed for 10 minutes by dipping in acetone to remove the photoresist, followed by N 2 blowing, 10 (a) and 10 (b). 10 (c) and (d)), it was confirmed that Pd nanostructure formation and Pd nanostructure pattern fabrication were possible on Si wafer and PC substrate.

Si wafer 및 200㎛ 두께의 PC 기판 상단에 직사각형 영역(10㎛ by 75㎛ 및 20㎛ by 80㎛)만 포토레지스트로 개방한 후 상기 방법으로 소수성 표면 처리를 수행하였다. 이후, 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 Pt 및 Pd의 두께를 각각 5nm로 in-situ 연속적으로 증착한 이후, 포토레지스트를 제거하기 위하여 아세톤에 Dipping하고 10분간 Ultrasonication하고, N2 blowing 한 이후 복합 나노구조체의 패턴 결과가 도 11(a) 및 (b)에 있다. 또한, EDX 성분분석 결과[도 11(c), (d)]를 통하여 Si wafer 및 PC 기판에 Pt 및 Pd 복합 나노구조체의 형성 및 Pt 및 Pd 복합 나노구조체 패턴의 제작이 가능함을 확인하였다.Only a rectangular area (10 탆 by 75 탆 and 20 탆 by 80 탆) was opened with a photoresist on top of a Si wafer and a PC substrate having a thickness of 200 탆, and hydrophobic surface treatment was performed by the above method. Then, the thicknesses of Pt and Pd were continuously deposited in-situ at a deposition rate of 0.025 nm / sec using an electron beam evaporator, and then dipped in acetone and subjected to ultrasonication for 10 minutes to remove the photoresist. N 2 The pattern results of the composite nanostructure after blowing are shown in FIGS. 11 (a) and (b). 11 (c) and (d)), it was confirmed that Pt and Pd composite nanostructures and Pt and Pd composite nanostructure patterns can be fabricated on Si wafer and PC substrate.

Si wafer 및 200㎛ 두께의 PC 기판 상단에 직사각형 영역(10㎛ by 75㎛ 및 20㎛ by 80㎛)만 포토레지스트로 개방한 후 상기 방법으로 소수성 표면 처리를 수행하였다. 이후, 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 TiO2의 두께를 5nm로 증착한 이후, 포토레지스트를 제거하기 위하여 아세톤에 Dipping하고 10분간 Ultrasonication하고, N2 blowing 한 이후 나노구조체의 패턴 결과가 도 12(a) 및 (b)에 있다. 또한, EDX 성분분석 결과[도 12(c), (d)]를 통하여 Si wafer 및 PC 기판에 TiO2 나노구조체의 형성 및 TiO2 나노구조체 패턴의 제작이 가능함을 확인하였다.Only a rectangular area (10 탆 by 75 탆 and 20 탆 by 80 탆) was opened with a photoresist on top of a Si wafer and a PC substrate having a thickness of 200 탆, and hydrophobic surface treatment was performed by the above method. Thereafter, TiO 2 was deposited to a thickness of 5 nm at a deposition rate of 0.025 nm / sec using an electron beam evaporator, then dipped in acetone to remove the photoresist, ultrasonicated for 10 minutes, and then subjected to N 2 blowing. The results are shown in Figs. 12 (a) and 12 (b). In addition, EDX component analysis result of Fig. 12 (c), (d) ] for the manufacture of forming and TiO 2 nanostructure pattern of the TiO 2 nanostructure available Si wafer and the PC substrate was confirmed by.

Si wafer 및 200㎛ 두께의 PC 기판 상단에 직사각형 영역(10㎛ by 75㎛ 및 20㎛ by 80㎛)만 포토레지스트로 개방한 후 상기 방법으로 소수성 표면 처리를 수행하였다. 이후, 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 ZnS의 두께를 5nm로 증착한 이후, 포토레지스트를 제거하기 위하여 아세톤에 Dipping하고 10분간 Ultrasonication하고, N2 blowing 한 이후 나노구조체의 패턴 결과가 도 13(a) 및 (b)에 있다. 또한, EDX 성분분석 결과[도 13(c), (d)]를 통하여 Si wafer 및 PC 기판에 ZnS 나노구조체의 형성 및 ZnS 나노구조체 패턴의 제작이 가능함을 확인하였다.Only a rectangular area (10 탆 by 75 탆 and 20 탆 by 80 탆) was opened with a photoresist on top of a Si wafer and a PC substrate having a thickness of 200 탆, and hydrophobic surface treatment was performed by the above method. After that, ZnS was deposited to a thickness of 5 nm at an evaporation rate of 0.025 nm / sec using an electron beam evaporator, and then dipped in acetone to remove the photoresist and subjected to ultrasonication for 10 minutes. After N 2 blowing, Are shown in Figs. 13 (a) and 13 (b). 13 (c) and (d)), it was confirmed that ZnS nanostructure and ZnS nanostructure pattern can be formed on Si wafer and PC substrate.

Si wafer 및 200㎛ 두께의 PC 기판 상단에 직사각형 영역(10㎛ by 75㎛ 및 20㎛ by 80㎛)만 포토레지스트로 개방한 후 상기 방법으로 소수성 표면 처리를 수행하였다. 이후, 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 MgF2의 두께를 5nm로 증착한 이후, 포토레지스트를 제거하기 위하여 아세톤에 Dipping하고 10분간 Ultrasonication하고, N2 blowing 한 이후 나노구조체의 패턴 결과가 도 14(a) 및 (b)에 있다. 또한, EDX 성분분석 결과[도 14(c), (d)]를 통하여 Si wafer 및 PC 기판에 MgF2 나노구조체의 형성 및 MgF2 나노구조체 패턴의 제작이 가능함을 확인하였다.Only a rectangular area (10 탆 by 75 탆 and 20 탆 by 80 탆) was opened with a photoresist on top of a Si wafer and a PC substrate having a thickness of 200 탆, and hydrophobic surface treatment was performed by the above method. Subsequently, MgF 2 was deposited to a thickness of 5 nm at a deposition rate of 0.025 nm / sec using an electron beam evaporator, followed by dipping in acetone to remove the photoresist, ultrasonication for 10 minutes, N 2 blowing, The results are shown in Figs. 14 (a) and 14 (b). In addition, EDX component analysis result of Fig. 14 (c), (d) ] for the production of formed and MgF 2 nanostructure pattern of MgF 2 nanostructures are possible in Si wafer and the PC substrate was confirmed by an.

화학기상증착법을 이용하여 50nm 두께의 SiO2 박막을 증착하였으며, 직사각형 영역(10㎛ by 75㎛ 및 20㎛ by 80㎛)만 포토레지스트로 개방한 후 건식식각 공정을 수행하여 직사각형 영역에 Si 표면을 개방하였다. 이후, 상기 방법으로 소수성 표면 처리를 수행하였으며 화학기상증착법을 이용하여 5nm/sec의 증착속도로 InP의 두께를 20nm로 증착한 후, SiO2 마스크 패턴층을 제거하기 위하여 HF에 5분간 Dipping 하고 Deionized wafer에 rinsing 한 후 나노구조체의 패턴 결과가 도 15(a) 및 (b)에 있다. 또한, EDX 성분분석 결과[도 15(c)]를 통하여 Si wafer에 InP 나노구조체의 형성 및 패턴 제작이 가능함을 확인하였다.A 50 nm thick SiO 2 thin film was deposited by a chemical vapor deposition method. Only a rectangular region (10 μm by 75 μm and 20 μm by 80 μm) was opened with a photoresist and then a dry etching process was performed to form a Si surface . Then, hydrophobic surface treatment was carried out by the above-mentioned method, and InP was deposited to a thickness of 20 nm at a deposition rate of 5 nm / sec using a chemical vapor deposition method. Then, HF was dipped for 5 minutes in order to remove the SiO 2 mask pattern layer, The pattern results of the nanostructure after rinsing on the wafer are shown in Figs. 15 (a) and (b). In addition, it was confirmed through the EDX component analysis (Fig. 15 (c)) that formation of an InP nano structure and pattern formation on a Si wafer were possible.

이와 같이, 도 8, 도 12, 도 13, 도 14 및 도 15에서 보듯이 금속뿐만 아니라 산화물, 황화물, 불화물, 인화물 등 다양한 성분을 갖는 나노구조체의 형성이 가능함을 확인할 수 있었다.As shown in FIGS. 8, 12, 13, 14, and 15, it was confirmed that nanostructures having various components such as oxides, sulfides, fluorides, and phosphates as well as metals can be formed.

상기 방법으로 소수성 표면 처리된 Si wafer 및 200㎛ 두께의 PC 기판 상단에 직사각형 영역(10㎛ by 75㎛ 및 20㎛ by 80㎛)만 포토레지스트로 개방한 후 스퍼터링을 이용하여 0.25nm/sec의 증착속도로 Au의 두께를 5nm로 증착한 이후, 포토레지스트를 제거하기 위하여 아세톤에 Dipping하고 10분간 Ultrasonication하고, N2 blowing 한 이후 나노구조체의 패턴 결과가 도 16(a) 및 (b)에 있다. 또한, EDX 성분분석 결과[도 16(c), (d)]를 통하여 Si wafer 및 PC 기판에 Au 나노구조체의 형성 및 Au 나노구조체 패턴의 제작이 가능함을 확인하였으며 Au 나노구조체의 평균 직경은 16.5 nm 이었다. 본 결과로부터 전자빔 증착기와 유사한 형태의 나노구조체를 갖는 Au 나노구조체 형성이 가능하였다. 또한, 도 8(b)와 도 16(b)의 결과들을 분석해 보면, 동일한 Au 증착 두께 [5nm]에 대하여 증착속도를 0.025nm/sec [평균 직경 10.2nm]에서 0.25nm/sec [평균 직경 16.5nm]로 빠르게 할 경우 Au 나노구조체의 평균 직경은 증가하였다. 이 결과로부터 증착속도가 Au 나노구조체의 직경 크기 조절에 있어서 중요한 하나의 요소(Factor)임을 확인할 수 있었다.In this method, only a rectangular area (10 μm by 75 μm and 20 μm by 80 μm) was opened as a photoresist on a hydrophobic surface-treated Si wafer and a 200 μm thick PC substrate, and then sputtering was performed to deposit 0.25 nm / sec After the Au layer was deposited to a thickness of 5 nm, the pattern of the nanostructure was observed after dipping in acetone and ultrasonication for 10 minutes to remove the photoresist and N 2 blowing. The results of the patterning of the nanostructure are shown in FIGS. 16 (a) and 16 (b). 16 (c) and (d)), it was confirmed that the Au nanostructure and the Au nanostructure pattern could be formed on the Si wafer and the PC substrate, and the average diameter of the Au nanostructure was 16.5 nm. From this result, it was possible to form an Au nanostructure having a nanostructure similar to an electron beam evaporator. 8 (b) and FIG. 16 (b), the deposition rate was 0.025 nm / sec (average diameter 10.2 nm) to 0.25 nm / sec (average diameter 16.5 nm], the average diameter of the Au nanostructures increased. From these results, it was confirmed that the deposition rate is an important factor in controlling the diameter size of the Au nanostructure.

또한, 도 8 및 도 16에서 보듯이 나노구조체 형성을 위하여 마스크 패턴층 형성 전후에 기재 표면의 소수성 표면처리를 통하여 나노구조체 형성이 가능함을 확인할 수 있었다.Also, as shown in FIGS. 8 and 16, it was confirmed that the nanostructure can be formed through the hydrophobic surface treatment of the substrate surface before and after the formation of the mask pattern layer in order to form the nanostructure.

Si wafer 상단에 전자빔리소그래피(Electron beam lithography) 및 포토리소그래피(Photolithography)를 이용하여 50nm line, 500nm line 및 1㎛ line 패턴을 형성한 후, 전자빔 리소그래피 및 포토리소그래피 레지스트 패턴을 하부 Si 기판을 건식식각하기 위한 에칭 마스크로 사용하여 200nm 높이를 갖는 50nm line, 500nm line 및 1㎛ line 패턴(요철)을 갖는 Si 구조체를 제작하였다.A 50 nm line, a 500 nm line and a 1 micron line pattern are formed on the top of a Si wafer by using electron beam lithography and photolithography, and then the electron beam lithography and the photolithography resist pattern are dry etched on the lower Si substrate , A Si structure having a 50 nm line, a 500 nm line and a 1 탆 line pattern (irregularities) having a height of 200 nm was prepared.

50nm line, 500nm line 및 1㎛ line(나노 또는 마이크로) Si 구조체 상단에 950PMMA A5(Micro Chem Co., 미국)을 2000rpm으로 스핀코팅한 후 170℃ 300초간 baking을 하여 대략 350nm 두께의 PMMA층을 형성하였으며, 임프린트용 스탬프는 실리콘 마스터 스탬프(300nm의 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 descum하고 300nm Hole 하부에 있는 PMMA층은 모두 에칭되어, 300nm 직경의 Hole 하부에 있는 50nm line, 500nm line 및 1㎛ line 패턴을 갖는 Si 구조체 표면이 노출되었으며, 그 결과가 도 17(a)에 있다.950 PMMA A5 (Micro Chem Co., USA) was spin-coated on top of 50 nm line, 500 nm line and 1 μm line (nano or micro) Si structure at 2000 rpm and baked at 170 ° C. for 300 seconds to form a 350 nm thick PMMA layer A perfluoropolyether (PFPE) resin was dropped onto a silicon master stamp (Si Stamp having a hole diameter of 300 nm), and a PET (polyethylene-terephthalate) substrate was squeezed. A PFPE mold was produced. After the imprint resin was spin-coated on the top of the PMMA layer with NIP-SC28LV400 (Chem Optics, Korea), the pillar-patterned PFPE stamps were pressed, irradiated with ultraviolet rays for 2 minutes, and PFPE stamps were relieved, 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. Thereafter, the imprint residual film was descumped and the PMMA layer under the 300 nm Hole was etched to expose the surface of the Si structure having the 50 nm line, the 500 nm line and the 1 탆 line pattern located under the hole of 300 nm diameter, a).

이후, 상기 언급된 방법으로 나노/마이크로 요철이 형성된 Si 구조체 상단에 소수성 표면처리를 한 이후, 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 Au 두께를 5nm 증착하였으며, 도 17(b)와 같이 Hole 내부에 Au 나노구조체가 형성됨을 확인할 수 있었다.Thereafter, hydrophobic surface treatment was performed on the top of the Si structure having the nano / micro concave and convex portions formed by the above-mentioned method, and then Au was deposited to a thickness of 5 nm at a deposition rate of 0.025 nm / sec using an electron beam evaporator. As a result, it was confirmed that an Au nanostructure was formed inside the hole.

이후, 아세톤에 Dipping하고 10분간 Ultrasonication 한 후, N2 blowing 한 결과가 도 17(c)에 있으며, 50nm line, 500nm line 및 1㎛ line(나노 또는 마이크로) 형태의 Si 구조체 상단에 Au 나노구조체가 300nm 직경을 갖는 Hole 영역 내에 패턴되어 있음을 확인할 수 있었다. 본 결과로부터 나노 또는 마이크로 스케일의 패턴(요철) 상에 나노구조체의 형성이 가능함을 확인하였다.17 (c). The result of N 2 blowing is shown in Fig. 17 (c). Au nanostructures are formed on the top of a 50 nm line, a 500 nm line and a 1 μm line (nano or micro) It was confirmed that the pattern was patterned in a hole region having a diameter of 300 nm. From this result, it was confirmed that a nanostructure can be formed on a nano or microscale pattern (concavity and convexity).

본 발명의 기술을 나노구조체의 센서 검지물질로 적용하기 위하여 2 nm-thick GaN layer[GaN cap 층] / 20 nm-thick AlGaN layer / 2 ㎛-thick GaN buffer layer / sapphire 기판 상에 포토리소그래피를 이용하여 Isolation 영역만 레지스트를 남게 하고, 레지스트 패턴을 건식식각 마스크를 이용하여 500 nm 건식식각 (Isolation 공정 [도 18(a)]) 하였다. 이후 오믹 콘택을 위하여 포토리소그래피를 이용하여 소스 전극 및 드레인 전극 영역만 포토레지스트로 개방한 후 전자빔 증착기를 이용하여 Ti/Al/Ni/Au (20nm/100nm/25nm/50nm) 증착한 후 포토레지스트를 제거하여 소스 전극(Source) 및 드레인 전극(Drain)을 형성 (도 18(b) 및 도 18(c))하였으며, Pad metal 전극을 형성하기 위하여 포토리소그래피를 이용하여 Pad metal 영역만 포토레지스트로 개방한 후 전자빔 증착기를 이용하여 Ti/Au = 30nm/270nm 증착한 후 포토레지스트를 제거하여 Pad metal 전극을 형성(도 18(d))하였다. 이후 센서 검지물질 영역인, 직사각형 영역(20㎛ by 70㎛)만 포토레지스트로 개방한 후 상기 언급된 방법으로 소수성 표면처리를 한 후, 전자빔 증착기를 이용하여 0.025nm/sec의 증착속도로 Au의 두께를 5nm로 증착한 이후, 포토레지스트를 제거한 결과를 도 18에 도시하였다. 본 방식에 의해서 센서 검지물질 전 영역(20㎛ by 70㎛, 도 18(e))에 Au 나노구조체가 균일하게 형성 가능함을 확인할 수 있었다.In order to apply the technique of the present invention to a sensor for detecting a nano structure, a 2 nm thick GaN layer (GaN cap layer) / a 20 nm thick AlGaN layer / a 2 um thick GaN buffer layer / sapphire substrate is subjected to photolithography The resist was left only in the isolation region, and the resist pattern was subjected to 500 nm dry etching (Isolation process [Fig. 18 (a)] using a dry etching mask. After that, only the source and drain electrode regions were opened by photolithography for the ohmic contact and then Ti / Al / Ni / Au (20 nm / 100 nm / 25 nm / 50 nm) was deposited using an electron beam evaporator. 18 (b) and 18 (c)). In order to form the pad metal electrode, only the pad metal region is opened to the photoresist by photolithography After that, Ti / Au = 30 nm / 270 nm was deposited using an electron beam evaporator, and then the photoresist was removed to form a pad metal electrode (FIG. 18 (d)). Then, only the rectangular area (20 탆 by 70 탆), which is a sensor detection material region, was opened with a photoresist, hydrophobic surface treatment was carried out by the above-mentioned method, and an electron beam evaporator was used at a deposition rate of 0.025 nm / The result of removing the photoresist after depositing the thickness of 5 nm is shown in FIG. By this method, it was confirmed that the Au nanostructure can be uniformly formed in the entire area of the sensor detection material (20 μm by 70 μm, FIG. 18 (e)).

도 19는 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 나노구조체는 최대 흡수피크 파장 값이 단파장(Blue shift)으로 이동됨을 알 수 있으며, 소수성 표면처리를 한 샘플의 Au 나노구조체의 반치폭(FWHM, Full Width at Half Maximum) 값이 소수성 표면처리를 하지 않은 샘플의 Au 나노구조체의 반치폭 값보다 작은 것을 확인할 수 있었다. 즉, 최대 흡수피크 파장 값이 단파장으로 이동한 점으로부터 소수성 표면처리를 한 샘플의 Au 나노구조체 직경이 더 작음을 알 수 있으며, 피크의 반치폭 값이 더 작은 점으로부터 소수성 표면처리를 한 샘플의 Au 나노구조체 크기 분포도가 더 좁은(Narrow) 것을 확인할 수 있었다.FIG. 19 is a graph showing the results of the measurement of the thicknesses of Au films deposited on hydrophobic surface treated PC substrates and hydrophobic surface treated PC substrates using an electron beam evaporator, Surface plasmon resonance characteristics. In the case of a sample subjected to a hydrophobic surface treatment on a PC substrate, it can be seen that the maximum absorption peak wavelength value of the Au nanostructure is shifted to a short wavelength (Blue shift) as compared with a sample not subjected to the hydrophobic surface treatment. It was confirmed that the full width at half maximum (FWHM) value of the Au nanostructure was smaller than the half width value of the Au nanostructure of the sample without the hydrophobic surface treatment. That is, it can be seen that the diameter of the Au nanostructure of the sample subjected to the hydrophobic surface treatment is smaller than that of the sample having the maximum absorption peak wavelength shifted to a shorter wavelength. From the point where the half width value of the peak is smaller, It was confirmed that the nanostructure size distribution was narrower (Narrow).

본 실시예를 통하여 기판 또는 박막을 소수성 표면처리한 경우가 표면처리를 하지 않은 경우에 비해 나노구조체의 크기가 균일하고 크기 분포도가 좁은 나노구조체의 형성이 가능함을 확인할 수 있었다.It can be confirmed that the hydrophobic surface treatment of the substrate or the thin film can form a nanostructure having a uniform nanostructure size and a narrow size distribution as compared with the case where the surface treatment is not performed.

Claims (15)

기재를 준비하는 제1단계;
상기 기재 상부의 일부 영역을 노출시키는 마스크 패턴층을 형성하는 제2단계;
상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 나노구조체의 성장을 위해 필요한 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건을 설정하는 제3단계;
진공증착 공정에 의해 상기 기재의 노출된 영역 및 상기 마스크 패턴층 상부에 나노구조체를 성장시키는 제4단계; 및
상기 마스크 패턴층을 제거하여, 상기 기재의 노출된 영역에 나노구조체를 형성하여 상기 기재 상부에 나노구조체 패턴을 형성하는 제5단계;를 포함하여 이루어지되,
상기 제1단계의 기재의 표면을 소수성 표면처리 후 상기 제2단계의 마스크 패턴층을 형성하거나,
상기 제2단계의 마스크 패턴층을 형성한 후에, 상기 기재 상부의 노출된 일부 영역을 소수성 표면처리하되,
상기 제3단계의 진공증착 조건은,
증착속도(Deposition rate)는 0.01nm/초에서 5nm/초의 범위에서, 30nm 이하의 두께로 성장되도록 설정하여, 상기 진공증착 조건에 따라 나노구조체의 직경과 나노구조체들의 간격을 조절하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법.
A first step of preparing a substrate;
A second step of forming a mask pattern layer exposing a part of the upper surface of the substrate;
A third step of setting a vacuum deposition condition that satisfies the exposed region of the substrate and the minimum critical radius of the nanostructure necessary for growth of the nanostructure on the mask pattern layer;
A fourth step of growing the nanostructure on the exposed region of the substrate and the mask pattern layer by a vacuum deposition process; And
And a fifth step of removing the mask pattern layer to form a nanostructure on an exposed region of the substrate to form a nanostructure pattern on the substrate,
The surface of the base material of the first step is subjected to hydrophobic surface treatment to form the mask pattern layer of the second step,
After the mask pattern layer of the second step is formed, a portion of the exposed upper portion of the substrate is subjected to hydrophobic surface treatment,
In the third step,
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, and the diameter of the nanostructure and the interval of the nanostructures are controlled according to the vacuum deposition conditions A method of pattern formation of nanostructure by vacuum deposition.
제 1항에 있어서, 상기 소수성 표면처리는,
상기 기판 전면에 소수성물질의 코팅 또는 플라즈마 처리에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법.
The method according to claim 1, wherein the hydrophobic surface treatment comprises:
Wherein the nanostructure pattern is formed by coating a hydrophobic substance on the entire surface of the substrate or by plasma treatment.
제 1항에 있어서, 상기 제4단계는,
상기 제3단계의 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건 하에서 진공증착 공정에 의해 나노구조체를 성장시키는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법.
The method as claimed in claim 1,
Wherein the nanostructure is grown by a vacuum deposition process under a vacuum deposition condition satisfying the minimum critical radius of the nanostructure of the third step.
제 1항에 있어서, 상기 제4단계는,
상기 제3단계의 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건에 의한 진공증착 공정에 의해 나노구조체를 1차로 성장시킨 후,
상기 1차로 성장된 나노구조체에 플라즈마 처리 또는 열 처리를 수행하고,
상기 진공증착 조건에 비해 상대적으로 높은 증착률로 상기 나노구조체를 2차로 성장시키는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법.
The method as claimed in claim 1,
A first step of growing the nanostructure by a vacuum deposition process under a vacuum deposition condition satisfying the minimum critical radius of the nanostructure of the third step,
The first grown nanostructure is subjected to a plasma treatment or a heat treatment,
Wherein the nanostructure is grown at a relatively higher deposition rate than the vacuum deposition conditions.
제 1항에 있어서, 상기 제4단계는,
상기 제3단계의 나노구조체의 최소 임계반지름을 만족하는 진공증착 조건에 의한 진공증착 공정에 의해 나노구조체를 1차로 성장시킨 후,
상기 진공증착 조건에서의 증착속도와는 다른 증착속도로 상기 1차 성장에서의 나노구조체와 동종 또는 이종의 나노구조체를 (1+n)차(n은 1,2,3,,,로 n은 자연수임)로 연속적으로 성장시키는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법.
The method as claimed in claim 1,
A first step of growing the nanostructure by a vacuum deposition process under a vacuum deposition condition satisfying the minimum critical radius of the nanostructure of the third step,
(1 + n) (where n is 1, 2, 3, ..., n) of the nanostructure and the homologous or heterogeneous nanostructure in the primary growth at a deposition rate different from the deposition rate in the vacuum deposition condition, Wherein the nanostructured material is continuously grown at a temperature higher than the melting point of the nanostructure.
제 5항에 있어서, 상기 1차로 나노구조체를 성장시킨 후,
다음회차의 나노구조체 성장 전에 전회차에서 성장된 나노구조체에 플라즈마 처리 또는 열처리를 선택적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법.
6. The method of claim 5, wherein after growing the first-order nanostructure,
Wherein the nanostructure grown in the previous step is selectively subjected to a plasma treatment or a heat treatment prior to the next step of growing the nanostructure.
삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 제1단계의 기재에는 요철을 형성하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법.The method of forming a pattern of a nanostructure according to claim 1, wherein the base material of the first step is formed with unevenness. 제 1항에 있어서, 상기 기재는,
실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP), 갈륨비소인(GaAsP), 보론 나이트라이드(BN), SiC, GaN, ZnO, MgO, 사파이어, 석영 및 유리 중 어느 하나의 무기물 기판이거나,
상기 기재는,
폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylene naphthalate, PEN), 폴리노르보넨(Polynorbornene, PN), 폴리아크릴레이트 (Polyacrylate), 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol, PVA), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에테르설폰(Polyethersulfone, PES), 폴리스타일렌 (Polystyrene, PS), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에틸렌 (Polyethylene, PE), 폴리염화비닐(polyvinylchloride, PVC), 폴리아미드 (Polyamide, PA), 폴리부틸렌테레프탈레이트 (Polybutyleneterephthalate, PBT), 폴리메타크릴레이트 (Polymethyl methacrylate, PMMA) 및 폴리디메틸실록산 (Polydimethylsiloxane, PDMS) 중 어느 하나인 고분자 기판인 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법.
The substrate according to claim 1,
And an inorganic material substrate made of one of silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), gallium phosphorus (GaP), gallium arsenide (GaAsP), boron nitride (BN), SiC, GaN, ZnO, MgO, sapphire, quartz, Lt; / RTI &
The above-
Polycarbonate (PC), polyethylene naphthalate (PEN), polynorbornene (PN), polyacrylate, polyvinyl alcohol (PVA), polyimide ), Polyethylene terephthalate (PET), polyethersulfone (PES), polystyrene (PS), polypropylene (PP), polyethylene (PE), polyvinylchloride And is a polymer substrate that is any one of polyvinylidene chloride (PVC), polyamide (PA), polybutyleneterephthalate (PBT), polymethyl methacrylate (PMMA) and polydimethylsiloxane To form a nanostructure pattern by vacuum deposition.
제 1항에 있어서, 제2단계는,
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 나노구조체 패턴 형성방법.
2. The method of 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 나노구조체는,
금속, 금속산화물, 불화물, 황화물 및 인화물 중 어느 하나 이상의 재료를 이용하여 진공증착하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법.
2. The nanostructure according to claim 1,
A method of forming a pattern of a nanostructure by vacuum vapor deposition, characterized in that vacuum deposition is performed using at least one of a metal, a metal oxide, a fluoride, a sulfide, and a phosphide.
제 1항에 있어서, 상기 제4단계의 나노구조체의 성장은,
동종의 재료 또는 이종의 재료로, 복수회 증착하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법.
The method according to claim 1, wherein the growth of the nanostructure of the fourth step comprises:
A method of forming a pattern of a nanostructure by vacuum vapor deposition, characterized in that the same material or different materials are vapor-deposited a plurality of times.
제 1항에 있어서, 상기 제4단계의 나노구조체 성장 후,
열처리 공정 또는 플라즈마 처리 공정을 추가로 구현하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 패턴 형성방법.
2. The method of claim 1, wherein, after growing the nanostructure of the fourth step,
Wherein a heat treatment process or a plasma treatment process is further implemented. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 18. &lt; / RTI &gt;
제 1항에 있어서, 상기 제5단계는,
상기 마스크 패턴층의 제거 후에, 추가적인 마스크 패턴층을 형성하여,
상기 기재 상부의 나노구조체 패턴이 형성된 동일한 영역 또는 다른 영역 상에 상기 제4단계의 나노구조체와 동종 또는 이종의 나노구조체를 추가적으로 형성함으로써, 상기 제5단계의 나노구조체 패턴과는 연속 또는 불연속적인 나노구조체 패턴을 추가적으로 형성 하는 것을 특징으로 하는 진공증착에 의한 나노구조체 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 nanostructure of the fourth step is further formed with the same or different kind of nanostructure as the nanostructure of the fourth step on the same region or another region where the nanostructure pattern on the substrate is formed, Wherein a structure pattern is additionally formed on the surface of the nanostructure.
제 1항 내지 제 6항, 제 8항 내지 제 14항 중의 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 나노구조체 패턴을 이용한 센서 소자.A sensor element using a nanostructure pattern, which is produced by the method of any one of claims 1 to 6 and 8 to 14.
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