KR101891440B1 - 금속의 균일 성장 및 식각의 기학적 비가역성을 이용한 임베디드 금속 나노구조 및 그 제작 방법 - Google Patents

금속의 균일 성장 및 식각의 기학적 비가역성을 이용한 임베디드 금속 나노구조 및 그 제작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무전해 도금을 통해 기판 상에 금속 물질을 도포하고, 식각을 통한 금속 박막의 일부를 제거하여 기판에 임베디드된 형태의 금속 나노구조를 형성하는 금속의 균일 성장 및 식각의 기학적 비가역성을 이용한 임베디드 금속 나노구조 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 종래의 리소그래피 공정을 개선시킨 기술을 제공할 수 있다.

Description

금속의 균일 성장 및 식각의 기학적 비가역성을 이용한 임베디드 금속 나노구조 및 그 제작 방법{EMBEDDED METAL NANOSTRUCTURE USING GEOMETRICAL IRREVERSIBILITY OF CONFORMAL DEPOSITION AND UNIFORM GROWTH OF METAL, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 금속의 균일 성장 및 식각의 기학적 비가역성을 이용한 임베디드 금속 나노구조 및 그 제작 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무전해 도금을 통해 기판 상에 금속 물질을 도포하고, 식각을 통한 금속 박막의 일부를 제거하여 기판에 임베디드 형태의 금속 나노구조를 형성하는 기술에 관한 것이다.
금속 나노구조의 특별한 광학적 특성을 이용한 선격자 편광판, 플라즈모닉 컬러필터, 투명전극은 기존의 광학 부품을 대체할 대체제로 부각되고 있다.
이와 같은 금속 나노구조는 일반적으로 포토리소그래피, 나노 임프린트 리소그래피, 롤투롤 임프린트 리소그래피 등의 리소그래피 공정을 통하여 제작되고 있다.
그러나, 리소그래피 공정은 복잡도가 높고, 공정을 위한 설비를 구비하는 비용과 공정을 수행하는 비용 자체가 비싼 단점이 있다.
이에, 대면적의 금속 나노구조를 제작하는데 이용 가능한 새로운 공정이 요구된다.
따라서, 아래의 실시예들은 금속의 균일 성장 및 식각의 기학적 비가역성을 이용한 임베디드 금속 나노구조 및 그 제작 방법과 관련된 기술을 제안한다.
미국등록특허 제7,220,371호(2007.05.22 등록), "WIRE GRID POLARIZER AND METHOD FOR PRODUCING SAME" 미국등록특허 제8,137,496호(2012.03.20 등록), "METHOD OF FABRICATING WIRE GRID POLARIZER" 미국등록특허 제6,821,879호(2004.11.23 등록), "COPPER INTERCONNECT BY IMMERSION/ELECTROLESS PLATING IN DUAL DAMASCENE PROCESS"
실시예들은 종래의 리소그래피 공정을 개선시킨, 임베디드된 형태의 금속 나노구조 제작 기술을 제공한다.
구체적으로, 본 발명은 저비용의 간단한 식각 공정을 통해 도포된 금속 박막의 불필요한 부분을 간단히 제거할 수 있는 금속의 균일 성장 및 식각의 기학적 비가역성을 이용한 임베디드 금속 나노구조 및 그 제작 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 용액 공정의 도입이 가능하므로 저가의 대면적 공정이 가능할 수 있는 금속의 균일 성장 및 식각의 기학적 비가역성을 이용한 임베디드 금속 나노구조 및 그 제작 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 단일 물질 라인(1D) 구조 뿐만 아니라 다양한 구조(또는 형태)의 주기적 나노구조 패턴에 대해서 범용적으로 적용 가능할 수 있는 금속의 균일 성장 및 식각의 기학적 비가역성을 이용한 임베디드 금속 나노구조 및 그 제작 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 금속의 균일 성장 및 식각의 기학적 비가역성을 이용한 임베디드 금속 나노구조 형성 방법에 있어서, 나노 요철 패턴을 포함하는 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에 무전해 도금을 통한 금속 물질을 도포하여 금속 박막을 형성하는 단계 및 상기 나노 요철 패턴 중 돌출부 라인 상부에 형성된 금속 박막을 제거하여 임베디드된 형태의 금속 나노구조를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 금속 박막을 형성하는 단계는 상기 무전해 도금을 통한 상기 나노 요철 패턴 중 돌출부 및 만입부에 성장되는 상기 금속 물질을 이용하여 평평한 표면의 상기 금속 박막을 형성할 수 있다.
상기 금속 박막을 형성하는 단계는 상기 돌출부에 형성되는 상기 금속 물질의 속도에 비해 더 빠른 상기 만입부에 형성되는 상기 금속 물질의 속도를 이용하여 일정 시간 경과 후의 상기 평평한 표면의 금속 박막을 형성할 수 있다.
상기 금속 박막을 형성하는 단계는 알루미늄(Al)의 상기 금속 물질로 상기 무전해 도금을 수행할 수 있다.
상기 금속 박막을 형성하는 단계는 상기 기판 상에 상기 무전해 도금에 따른 등방성 증착(conformal deposition)으로 상기 금속 박막을 형성할 수 있다.
상기 금속 박막을 형성하는 단계는 상기 무전해 도금 시, 성장 시간 및 온도 제어를 통해 형태 및 결정성 제어의 상기 금속 박막을 형성할 수 있다.
상기 금속 나노구조를 형성하는 단계는 상기 돌출부 라인 상부에 형성된 상기 금속 박막을 제거하는 단계를 포함하며, 상기 금속 박막을 제거하는 단계는 상기 나노 요철 패턴 중 만입부에 채워지는 상기 금속 물질을 기반으로, 등방성 식각(isotropic etching)을 통해 상기 만입부 및 돌출부의 경계선인 상기 돌출부 라인 상부의 금속 박막을 제거할 수 있다.
상기 금속 나노구조를 형성하는 단계는 상기 만입부에 상기 금속 물질이 채워지는 상기 임베디드된 형태의 금속 나노구조를 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 금속의 균일 성장 및 식각의 기학적 비가역성을 이용하여 제작되는 임베디드 금속 나노구조 기판에 있어서, 기판 및 상기 기판에 포함되는 나노 요철 패턴을 기반으로 형성되는 임베디드된 형태의 금속 나노구조를 포함하고, 상기 임베디드된 형태의 금속 나노구조는 상기 기판 상에 무전해 도금을 통한 금속 물질의 도포에 의해 형성되는 금속 박막 중 상기 나노 요철 패턴의 돌출부 라인 상부에 형성된 금속 박막의 제거에 의해 형성된다.
상기 금속 박막은 상기 무전해 도금을 통한 상기 나노 요철 패턴 중 돌출부 및 만입부에 성장되는 상기 금속 물질에 의해 상기 기판 상에 평평한 표면으로 형성될 수 있다.
상기 금속 박막은 상기 돌출부에 형성되는 상기 금속 물질의 속도에 비해 더 빠른 상기 만입부에 형성되는 상기 금속 물질의 속도를 기반으로 일정 시간 경과 후의 상기 기판 상에 평평한 표면으로 형성될 수 있다.
상기 금속 물질은 알루미늄(Al)이며, 상기 금속 박막은 상기 기판 상에 상기 무전해 도금에 따른 등방성 증착(conformal deposition)으로 형성될 수 있다.
상기 임베디드된 형태의 금속 나노구조는 상기 나노 요철 패턴 중 만입부에 채워지는 상기 금속 물질을 기반으로, 등방성 식각(isotropic etching)을 통해 상기 만입부 및 돌출부의 경계선인 상기 돌출부 라인 상부의 금속 박막의 제거에 의해 형성될 수 있다.
실시예들은 종래의 리소그래피 공정을 개선시킨, 임베디드된 형태의 금속 나노구조 제작 기술을 제공할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 실시예들은 저비용의 간단한 식각 공정을 통해 도포된 금속 박막의 불필요한 부분을 간단히 제거할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 단일 물질 라인(1D)의 구조 뿐만 아니라 다양한 구조(또는 형태)의 주기적 나노구조 패턴에 대해서 범용적으로 적용 가능할 수 있다.
따라서, 실시예들은 대면적의 임베디드된 형태의 금속 나노구조를 형성하는데 적합하며, 공정의 복잡도와 비용이 저렴한 제작 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 임베디드 금속 나노구조 형성 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 임베디드 금속 나노구조 형성 방법의 공정 도식도를 도시한 것이다.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 실시예에 따른 임베디드 금속 나노구조 형성 방법에서, 임베디드된 형태의 금속 나노구조를 형성하는 과정을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 금속 박막의 평탄화 과정 및 그에 따른 기하적 비가역성의 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 금속 박막의 표면 형태 변화 및 그에 대한 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscopy; SEM)의 결과 이미지를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 금속 균일 성장 및 식각의 기학적 비가역성을 이용하여 제작되는 임베디드 금속 나노구조 기판을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 시청자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 임베디드 금속 나노구조 형성 방법의 흐름도를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 임베디드 금속 나노구조 형성 방법의 공정 도식도를 도시한 것이며, 도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 실시예에 따른 임베디드 금속 나노구조 형성 방법에서, 임베디드된 형태의 금속 나노구조를 형성하는 과정을 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 1, 도 3a 내지 도 3g에서 본 발명의 실시예에 따른 임베디드 금속 나노구조 제작 시스템(이하, 임베디드 금속 나노구조 제작 시스템은 후술되는 임베디드된 형태의 금속 나노구조(또는 임베디드 금속 나노구조 기판)의 형성 방법(공정)을 수행하는 컴퓨터 장치를 의미함)은 도 2에 도시된 기판(210) 상에 무전해 도금 및 식각의 기학적 비가역성을 이용하는 공정을 통해 임베디드된 형태의 금속 나노구조를 형성한다.
도 1을 참조하면, 임베디드 금속 나노구조 제작 시스템은 단계 110에서 나노 요철 패턴(320)을 포함하는 기판(310)을 준비한다.
구체적으로, 도 3a를 참조하면, 임베디드 금속 나노구조 제작 시스템은 기판(310)이 이미 설정된 주기적 크기 및 모양의 나노 요철 패턴(320)을 갖도록 형성할 수 있다.
예를 들어, 임베디드 금속 나노구조 제작 시스템은 나노임프린트 리소그래피 공정을 기반으로, 나노 요철 패턴(320)에 대한 역상 구조 패턴이 표면에 형성된 마스터 템플릿을 이용함으로써, 기판(310)의 표면에 나노 요철 패턴(320)을 형성할 수 있다.
그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 나노 요철 패턴(320)은 기판(310)의 표면에 다양한 공정들을 통하여 형성될 수 있다. 또한, 나노 요철 패턴(320)의 형태(모양), 크기, 배열 및 밀집도는 적용되는 실시예에 따라 다양하게 적용 가능하다. 나노 요철 패턴(320)은 소수성 물질 또는 친수성 물질일 수 있으며, 물질을 제한하거나 한정하지 않는다.
도 3b를 참조하면, 기판(310)의 표면에 나노 요철 패턴(320)이 형성된 후, 임베디드 금속 나노구조 제작 시스템은 기판(310)의 표면에 형성된 나노 요철 패턴(320)에 금속 물질(330)을 얇게 코팅함으로써, 기판(310) 준비를 완료할 수 있다.
예를 들어, 임베디드 금속 나노구조 제작 시스템은 화학 기상 증착법(Chemical vapor deposition), 원자층 증착법(Atomic layer deposition), 도금 등을 이용한 금속의 균일 도포 공정을 기반으로, 알루미늄(Al)과 같은 금속 물질(330)을 나노 요철 패턴(320)의 돌출부(321) 및 만입부(322) 모두에 일정한 두께로 얇게 코팅할 수 있다.
그러나 이에 제한되거나 한정되지 않고, 금속 물질(330)은 무전해 도금 공정 등을 포함하는 다양한 공정들을 통하여 나노 요철 패턴(320)의 표면에 코팅될 수 있다.
또한, 이하, 금속 물질(330)로 알루미늄(Al)이 사용되는 경우로 설명하나, 이에 제한되거나 한정되지 않고, 금속 물질(330)로는 구리(Cu), 니켈(Ni), 은(Ag) 또는 금(Au)과 같은 다양한 금속 원소들이 사용될 수 있다. 금속 물질(330)로 사용되는 금속 원소는 임베디드 금속 나노구조 형성 방법(공정)을 거쳐 제작되는 임베디드된 형태의 금속 나노구조가 사용될 분야(예컨대, 선격자 편광판, 플라즈모닉 컬러 필터, 투명 전극 등의 분야)에 따라 적응적으로 선택될 수 있다.
또한, 본 발명에서 사용하는 알루미늄은 선격자 편광판에 적용했을 때, 다른 금속에 비해서 높은 소멸 비와 투과도를 획득할 수 있으므로, 선격자 편광판의 재료에 가장 적합한 금속일 수 있다.
이와 같이 금속 물질(330)이 코팅된 나노 요철 패턴(320)을 포함하는 기판(310)이 준비되면, 임베디드 금속 나노구조 제작 시스템은 도 1, 도 3c 및 도 3d에 도시된 바와 같이 단계 120에서 기판(310) 상에 무전해 도금을 통한 금속 물질(330)을 균일하게 도포하여 금속 박막(340)을 형성한다.
구체적으로, 임베디드 금속 나노구조 제작 시스템은 무전해 도금을 통해 나노 요철 패턴(320) 중 돌출부(321) 및 만입부(322)에 수직방향으로 성장되는 금속 물질(330)을 이용하여 금속 박막(340)을 형성할 수 있다.
예를 들어, 임베디드 금속 나노구조 제작 시스템은 기판(310) 상에 무전해 도금에 따른 등방성 증착(conformal deposition)으로 금속 박막(340)을 형성할 수 있다. 상기 등방성 증착의 예로는 원자층 증착법, 화학 기상 증착법, 도금 등을 들 수 있다.
이 때, 나노 요철 패턴(320) 중 돌출부(321)에 형성되는 금속 물질(330)의 수직방향 성장 속도에 비해 만입부(322)에 형성되는 금속 물질(330)의 수직방향 성장 속도가 더 빠르다. 이에 따라서, 도 3c를 참조하면, 만입부(322) 부분에서의 금속 박막(340)의 움푹 파인 영역이 존재하는 것을 확인할 수 있다.
이후, 일정 시간이 경과한 뒤, 도 3d를 참조하면, 기판(310) 상에 평평한 표면의 금속 박막(350)이 형성될 수 있다. 이는 돌출부(321)에 형성되는 금속 물질(330)의 성장 속도 및 만입부(322)에 형성되는 금속 물질(330)의 성장 속도의 차이로 인해 일정 시간의 경과 후, 만입부(322)에 금속 물질(330)이 채워지게 되고, 최종적으로는 기판(310) 상에 평평한 표면을 가지는 금속 박막(350)이 형성되는 것이다.
실시예에 따라서, 상기 일정 시간은 사용자 또는 관리자에 의해 기설정된 시간일 수 있으며, 분 및 시 단위로 설정될 수 있으나 이에 한정되거나 제한되지 않고 본 발명이 적용되는 실시예에 따라 다양하게 적용 가능하다.
이와 관련하여, 평평한 표면의 금속 박막(350) 및 후술될 임베디드된 형태의 금속 나노구조(370)의 손상 없는 균일한 형성(제조)을 위해, 금속 물질(330)의 성장 시, 모폴로지 제어가 중요하다. 그러므로, 임베디드 금속 나노 구조 제작 시스템은 무전해 도금 시, 금속 박막(350)의 표면 형태 변화 및 결정성 제어를 위해, 금속 물질(330)의 성장 시간 및 온도 변화를 제어하여 적용할 수 있다.
이는 금속 물질(330)의 성장 시간에 따라 형성되는 금속 박막(350)의 표면에서의 형태 변화가 발생하고, 온도 변화에 따라 형성되는 금속 박막(350)의 표면에서의 결정성 제어를 위한 것일 수 있다. 그러나 성장 시간 및 온도 변화는 제한되거나 한정되지 않고, 적용 가능한 실시예에 따라서 다양한 시간 및 온도가 적용될 수 있다.
이와 같이 기판(310) 상에 평평한 표면을 가지는 금속 박막(350)이 형성되면, 임베디드 금속 나노구조 제작 시스템은 도 1, 도 3e 내지 도 3g에 도시된 바와 같이 단계 130에서 나노 요철 패턴 중 돌출부 라인(351) 상부에 형성된 금속 박막(360)을 제거하여 임베디드된 형태의 금속 나노구조(370)를 형성한다.
구체적으로, 임베디드 금속 나노구조 제작 시스템은 단계 130에서 돌출부 라인(351) 상부에 형성된 금속 박막(360)을 제거하는 단계(미도시)를 포함하며, 임베디드 금속 나노구조 제작 시스템은 금속 박막을 제거하는 단계에서, 나노 요철 패턴(320) 중 만입부(322)에 채워지는 금속 물질(330)을 기반으로, 등방성 식각(isotropic etching)을 통해 만입부(322) 및 돌출부(321)의 경계선인 돌출부 라인(351) 상부에 형성된 금속 박막(360)을 제거할 수 있다.
여기서, 등방성 식각(isotropic etching)을 통해 돌출부 라인(351) 상부에 형성된 금속 박막(360)을 제거하는 공정은 반도체 공정에서의 다마신(damascene) 공정과 유사한 형태의 기술이나, 비교적 비용이 비싼 화학적 기계 연마(Chemical­Mechanical Polishing; CMP) 공정 기술을 필요로 하지 않고, 저비용의 간단한 등방성 식각(isotropic etching)을 이용한다는 점에서 이점이 발생한다.
실시예에 따라서, 임베디드 금속 나노구조 제작 시스템은 저비용의 간단한 습식 식각(Wet etching) 공정을 통해 금속 박막의 불필요한 부분을 제거할 수 있으며, 습식 식각 뿐만 아니라 건식 식각(Dry etching) 또한 금속 박막(360)의 제거에 적용 가능하다. 이 때, 등방성 식각, 습식 식각 및 건식 식각의 공정은 일반적으로 사용되고 있는 식각 공정이므로, 상세한 공정 방법 및 과정의 설명은 생략하기로 한다.
이후 도 3g를 참조하면, 임베디드 금속 나노구조 제작 시스템은 만입부(322)에 금속 물질(330)이 채워지는 임베디드된 형태의 금속 나노구조(370)를 형성한다.
이와 같이, 임베디드 금속 나노구조 제작 시스템은 돌출부(321) 및 만입부(322)에 도포된 금속 물질(330)에 따른 금속 박막(350) 중 돌출부 라인(351) 상부의 일부(360)만을 선택적으로 제거함으로써, 대면적의 임베디드된 형태의 금속 나노구조(370)를 형성할 수 있으며, 공정의 복잡도와 공정 비용을 현저하게 낮출 수 있다.
이상 설명한 공정들을 통하여 기판(310)에 형성되는 임베디드된 형태의 금속 나노구조(370)는 기판(310)을 포함하며, 임베디드 금속 나노구조 기판으로 정의된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 금속 박막의 평탄화 과정 및 그에 따른 기하적 비가역성의 예를 도시한 것이다.
보다 상세하게는, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 금속 물질의 균일 도포 시, 금속 박막의 평탄화 과정과, 그에 따른 기하적 비가역성을 나타내는 도식도를 도시한 것이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 나노 요철 패턴을 포함하는 기판에서, 나노 요철 패턴 중 만입부에 수직 성장되는 금속 물질에 대한 등방성 증착(Conformal Deposition)을 확인할 수 있다.
예를 들면, 만입부 및 돌출부를 포함하는 나노 요철 패턴에 균일하게 금속 물질을 도포하는 경우, 만입부에 형성되는 금속 물질의 수직방향 성장 속도(tn)가 돌출부에 형성되는 금속 물질의 수직방향 성장 속도(tp) 보다 빠르다. 이에 따라서, 도 4의 (a)를 참조하면, 균일한 등방성 증착에 따른 금속 물질은 점선의 시간적 순서에 따라 도포되며, 최종적으로 금속 박막 표면의 평탄화 과정이 진행된 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 4의 (b)를 참조하면, 나노 요철 패턴을 포함하는 기판에서, 나노 요철 패턴 상의 평평한 표면의 금속 박막을 확인할 수 있다.
예를 들면, 도 4의 (a)과정을 통해 평평한 표면의 금속 박막을 형성할 수 있으며, 임베디드 금속 나노구조 제작 시스템은 만입부의 바닥면으로부터의 높이(h)에 대한 돌출부 라인 상부에서 등방성 식각(Isotropic Etching)을 수행하여 금속 박막 제거에 따른 임베디드된 형태의 금속 나노구조를 형성할 수 있다.
보다 구체적으로, 임베디드 금속 나노구조 제작 시스템은 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 평평한 점선의 표면이 형성된 후, 돌출부 라인에서 습식 식각 또는 건식 식각의 등방성 식각의 기학적 비가역성을 이용하여 돌출부 라인 상부의 금속 박막을 균일하게 제거함으로써 손상 없는 임베디드된 형태의 금속 나노구조를 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 금속 박막의 표면 형태 변화 및 그에 대한 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscopy; SEM)의 결과 이미지를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, (a)공정은 도 3b의 구조에 대한 도식도 및 표면에 대한 주사 전자 현미경의 결과 이미지를 나타내고, (b)공정은 도 3c의 구조에 대한 도식도 및 표면에 대한 주사 전자 현미경의 결과 이미지를 나타낸다. 또한, (c)공정은 도 3d의 구조에 대한 도식도 및 표면에 대한 주사 전자 현미경의 결과 이미지를 나타내며, (d)공정은 도 3g의 구조에 대한 도식도 및 표면에 대한 주사 전자 현미경의 결과 이미지를 나타낸다.
예를 들면, (a)공정 내지 (c)공정은 등방성 증착(Conformal Deposition)에 기초하여 수행되며, (c)공정에서 금속 박막의 식각 및 제어는 등방성 식각(Isotropic Etching)에 기초하여 수행될 수 있다.
즉, 도 5를 참조하면, 임베디드 금속 나노구조 제작 시스템은 무전해 도금 시, 성장 시간 및 온도 변화에 따라 기판 상에 형성되는 금속 박막의 표면 형태 변화 및 식각 후 형성되는 임베디드된 형태의 금속 나노구조에 대한 전자 현미경의 이미지를 획득하며, 결과적으로, 등방성 증착 시에 형성된 다결정 금속 박막의 표면에서 균일한 반응이 발생하고, 등방성 식각(예를 들면, 습식 식각 또는 건식 식각) 시에 금속 박막을 균일하게 식각 및 제거함으로써, 손상 없는 임베디드된 금속 나노구조를 획득하는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 금속 균일 성장 및 식각의 기학적 비가역성을 이용하여 제작되는 임베디드 금속 나노구조 기판을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 임베디드 금속 나노구조 기판(600)은 기판(610) 및 임베디드된 형태의 금속 나노구조(620)를 포함한다.
이 때, 기판의 종류는 플라스틱 기판 또는 실리콘, 유리, 웨이퍼 등의 다양한 기판일 수 있으나, 나노 요철 패턴이 형성되는 기판이면 이에 제한되거나 한정되지 않는다.
임베디드된 형태의 금속 나노구조(620)는 기판(610)에 포함되는 나노 요철 패턴을 기반으로 형성된다. 구체적으로, 임베디드된 형태의 금속 나노구조(620)는 기판(610) 상에 무전해 도금을 통한 금속 물질의 도포에 의해 형성되는 금속 박막 중 나노 요철 패턴의 돌출부 라인 상부에 형성된 금속 박막의 제거에 의해 형성된다.
예를 들면, 금속 박막은 무전해 도금을 통해 돌출부 및 만입부를 포함하는 나노 요철 패턴의 표면상에 수직 성장되며, 수직 성장의 등방성 증착(conformal deposition)에 의해 기판(610) 상에 평평한 표면으로 형성될 수 있다. 보다 상세한 예를 들면, 나노 요철 패턴 중 만입부에 형성되는 금속 물질의 속도는 돌출부에 형성되는 금속 물질의 속도보다 빠르다. 이에 따라서, 일정 시간이 경과된 후, 금속 박막은 나노 요철 패턴 상에 평평한 표면으로 형성될 수 있으며, 이러한 형태의 과정 및 예는 앞선 도 1 내지 도 5를 통해 설명하였으므로 생략하기로 한다.
이 때, 상기 금속 물질은 알루미늄(Al)인 경우로 설명하나, 이에 제한되거나 한정되지 않고, 금속 물질(330)로는 구리(Cu), 니켈(Ni), 은(Ag) 또는 금(Au)과 같은 다양한 금속 원소들이 사용될 수 있다.
이후, 기판(610) 상에 형성된 평평한 표면의 금속 박막은 돌출부 라인을 기준으로 등방성 식각(isotropic etching)을 통해 상부 부분이 식각되어 제거됨으로써, 나노 요철 패턴 중 만입부에 채워지는 금속 물질에 기반하는 임베디드된 형태의 금속 나노구조(620)가 형성될 수 있다.
여기서, 등방성 식각을 통해 나노 요철 패턴 중 만입부 및 돌출부의 경계선인 돌출부 라인 상부의 금속 박막을 제거하는 공정은 반도체 공정에서의 다마신(damascene) 공정과 유사한 형태의 기술이나, 비교적 비용이 비싼 화학적 기계 연마(Chemical­Mechanical Polishing; CMP) 공정 기술을 필요로 하지 않고, 저비용의 간단한 등방성 식각을 이용한다는 점에서 이점이 발생한다.
실시예에 따라서, 임베디드 금속 나노구조 기판(600)은 저비용의 간단한 습식 식각(Wet etching) 공정에 의해 금속 박막의 불필요한 부분이 제거될 수 있으며, 습식 식각 뿐만 아니라 건식 식각(Dry etching) 또한 금속 박막의 제거에 적용될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
210, 310: 기판
320: 나노 요철 패턴
321: 돌출부
322: 만입부
330: 금속 물질
340: 금속 박막
350: 평평한 표면을 가지는 금속 박막
351: 돌출부 라인
360: 돌출부 라인 상부에 형성된 금속 박막
370: 임베디드된 형태의 금속 나노구조
600: 임베디드 금속 나노구조 기판

Claims (13)

  1. 금속의 균일 성장 및 식각의 기학적 비가역성을 이용한 임베디드 금속 나노구조 형성 방법에 있어서,
    나노 요철 패턴을 포함하는 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판 상에 무전해 도금에 의해 상기 나노 요철 패턴 중 만입부에 수직 성장되는 금속 물질에 대한 등방성 증착(conformal deposition)을 이용하여 금속 박막을 형성하는 단계; 및
    상기 나노 요철 패턴 중 상기 만입부에 채워지는 금속 물질을 기반으로, 등방성 식각(isotropic etching)의 기학적 비가역성을 이용하여 상기 만입부 및 돌출부의 경계선인 돌출부 라인 상부에 형성된 금속 박막을 균일하게 제거하여 임베디드된 형태의 금속 나노구조를 형성하는 단계
    를 포함하는 임베디드 금속 나노구조 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 박막을 형성하는 단계는
    상기 무전해 도금을 통한 상기 나노 요철 패턴 중 상기 돌출부 및 상기 만입부에 성장되는 상기 금속 물질을 이용하여 평평한 표면의 상기 금속 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 임베디드 금속 나노구조 형성 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 금속 박막을 형성하는 단계는
    상기 돌출부에 형성되는 상기 금속 물질의 속도에 비해 더 빠른 상기 만입부에 형성되는 상기 금속 물질의 속도를 이용하여 일정 시간 경과 후의 상기 평평한 표면의 금속 박막을 형성하는 임베디드 금속 나노구조 형성 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 금속 박막을 형성하는 단계는
    알루미늄(Al)의 상기 금속 물질로 상기 무전해 도금을 수행하는 것을 특징으로 하는 임베디드 금속 나노구조 형성 방법.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서,
    상기 금속 박막을 형성하는 단계는
    상기 무전해 도금 시, 성장 시간 및 온도 제어를 통해 형태 및 결정성 제어의 상기 금속 박막을 형성하는 임베디드 금속 나노구조 형성 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 금속 나노구조를 형성하는 단계는
    상기 만입부에 상기 금속 물질이 채워지는 상기 임베디드된 형태의 금속 나노구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 임베디드 금속 나노구조 형성 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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