KR20110002690A - 자성 나노 입자층 형성 방법 및 이를 이용한 나노 패턴 형성 방법 - Google Patents

자성 나노 입자층 형성 방법 및 이를 이용한 나노 패턴 형성 방법 Download PDF

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Abstract

자성 나노 입자를 핵으로 하는 코어/쉘 구조의 자성 나노 입자 및 자기장 펄스를 이용한 자성 나노 입자층 형성 방법 및 이를 이용하여 저가의 공정으로도 대면적의 기판에 나노 패턴을 형성할 수 있는 방법에 관하여 개시한다.
본 발명에 따른 자성 나노 입자층 형성 방법은 (a) 자성 입자에 이종 물질을 코팅하여 코어/쉘 구조의 자성 입자를 형성하는 단계; (b) 상기 형성된 코어/쉘 구조의 자성 입자를 기판 상에 제공하는 단계; (c) 전자석 모듈을 이용하여 상기 기판 상에 제공된 코어/쉘 구조의 자성 입자에 자기장 펄스를 인가하여, 자성 나노 입자층을 형성하는 단계; 및 (d) 광원을 이용하여, 형성된 자성 나노 입자층의 균일도를 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자성 나노 입자층 형성 방법 및 이를 이용한 나노 패턴 형성 방법{Method of Fabricating nano particle layer with magnetic property and method of fabricating nano pattern using the same}
본 발명은 나노 입자층 형성 방법 및 이를 이용한 나노 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자성 나노 입자를 핵으로 하는 코어/쉘 구조의 자성 나노 입자 및 자기장 펄스를 이용하여 기판 상에 단층 또는 다층의 자성 나노 입자층을 형성하는 방법, 이를 이용하여 저비용으로 기판 상에 기능성 나노 패턴을 형성하는 방법, 코어/쉘 구조의 자성 나노 입자 및 자기장 펄스를 이용하여 기판 상에 단층 또는 다층의 나노 입자층을 형성할 수 있는 자성 나노 입자층 형성 장치 및 형성된 입자층의 균일도를 측정하는 방법에 관한 것이다.
특정한 주기를 갖는 규칙적인 나노 패턴은 발광다이오드, 태양 전지, 디스플레이 등 여러 분야에 적용되고 있다. 특히 광학과 관련된 분야에서는 특정한 주기의 나노 패턴으로 인해 빛의 투과, 발광, 흡광 효율의 비약적인 향상이 이루어지는 것이 여러 연구를 통해 확인되었다. 또한, 나노 패턴의 주기적인 배열은 초발수성 등 여러 가지 특성을 갖게 된다.
따라서 광학 소자 등에 규칙 적인 나노 패턴을 적용하여 에너지 변환 효율 향상, 특정 파장에 반응하는 특성을 이용한 센서 제작, 초발수성을 이용한 셀프 클리닝 등 여러 가지 응용에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
반도체나 태양전지 등에서 상기와 같은 효과를 얻기 위하여, 반도체 기판이나 태양전지 기판 상에 특정한 주기의 규칙적인 나노 패턴을 형성하는 방법으로 가장 일반적으로 사용되는 방법은 포토 리소그래피(photo lithography) 기술, 전자빔 리소그래피(e-beam lithography) 기술 등을 이용한 식각 기술로, 일반적인 반도체 공정에서 현재까지도 널리 사용되고 있는 기술이다.
하지만 이러한 포토 리소그래피 기술, 전자빔 리소그래피 기술 등은 진입 장벽이 높고, 공정비용이 높은 단점이 있다. 또한, 대면적 기판에는 적용이 힘든 문제점도 있다.
이러한 포토 리소그래피 기술이나 전자빔 리소그래피 기술의 비용적 한계를 극복하고, 대면적 기판에의 적용를 위하여, 최근에는 직접 패터닝을 이용하는 나노 임프린트 리소그래피(nano imprint lithography) 기술, 나노 입자의 스핀코팅을 이용하는 나노 스피어 리소그래피(nano sphere lithography) 기술 등 여러 방법이 도입되었다.
나노 임프린트 리소그래피 기술의 경우, 기판 상에 직접 패터닝이 가능하여, 패턴 형성의 정확도를 높일 수 있으며, 저비용으로도 대면적의 기판에 적용이 가능 한 장점이 있으나, 임프린트 공정시 이용되는 스탬프(stamp)의 마모 문제 등으로 인하여 아직 실제 생산에는 도입되지 않고 있다.
나노 스피어 리소그래피 기술의 경우, 포토 리소그래피 기술이나 전자빔 리소그래피 기술에 비하여 공정을 단순화하여 비용을 절감할 수 있는 효과는 있으나, 스핀코팅을 이용함으로써 대면적 기판에 적용이 어려운 문제점이 있다.
따라서, 발광다이오드나 태양전지, 디스플레이와 같은 광학 관련 산업에 적용하기 위해서는 대면적 패터닝이 가능해야 하고, 나노 패턴의 크기를 쉽게 조절할 수 있어야 하며, 간단한 공정으로 패터닝을 할 수 있어야 하며, 또한 형성된 입자층 및 후처리 공정 결과를 손쉽게 확인할 수 있어야 한다.
본 발명의 하나의 목적은 코어/쉘 구조의 자성 나노 입자 및 자기장 펄스를 이용하여 대면적의 기판 상에 다양한 분야로 응용 가능한 자성 나노 입자층을 저비용으로 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 방법으로 형성된 자성 나노 입자층을 이용하여 식각 등의 일반적인 패터닝 공정을 수행함으로써, 특정 주기의 나노 패턴을 쉽게 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 상기의 자성 나노 입자층을 형성할 수 있고, 그 결과물의 품질을 쉽게 확인할 수 있는 균일도 측정 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 자성 나노 입자층 형성 방법은 (a) 자성 입자에 이종 물질을 코팅하여 코어/쉘 구조의 자성 입자를 형성하는 단계; (b) 상기 형성된 코어/쉘 구조의 자성 입자를 기판 상에 제공하는 단계; (c) 전자석 모듈을 이용하여 상기 기판 상에 제공된 코어/쉘 구조의 자성 입자에 자기장 펄스를 인가하여, 자성 나노 입자층을 형성하는 단계; 및 (d) 광원을 이용하여, 형성된 자성 나노 입자층의 균일도를 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 자성 입자는 철(Fe), 사마륨(Sm), 코발트(Co), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 망간(Mn) 및 네오디뮴(Nd) 중 적어도 하나를 포함하는 물질로 이루어질 수 있으며, 상기 자성 입자에 코팅되는 이종 물질은 고분자, 금속산화물 및 비금속산화물 중에서 선택될 수 있다. 또한, 상기 (b)단계를 용이하게 진행하기 위하여 상기 코어/쉘 구조의 자성 입자를 휘발성 용매에 희석하여 상기 기판에 제공할 수 있다.
또한, 상기 (c)단계는 상기 기판 또는 상기 전자석 모듈을 수평 방향으로 이동시키면서 기판 전체에 자성 나노 입자층이 형성되도록 할 수 있으며, 이때, 기판이나 전자석 모듈의 이동은 단순한 직진 방향으로만 이루어질 수 있으며, 이외에도 심미적 목적 또는 다른 기능성 목적에서 별, 삼각형, 동심원 등과 같은 2차원 형상을 따라 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 (d)단계에서는 형성된 자성 나노 입자층 또는 공정 진행 결과에 대하여, 전자현미경 측정 등과 같은 복잡한 과정을 거치지 않고, 광을 조사하여 그 반사도, 혹은 투과도를 측정하여 결과물의 품질을 확인할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 나노 패턴 형성 방법은 (a) 상기 제시된 방법에 의해 자성 나노 입자층을 형성하는 단계; (b) 식각 공정, 리프트 오프 공정 및 표면 텍스처링 공정 중 적어도 하나를 이용하여 상기 자성 나노 입자층을 패터닝(patterning)하는 단계; 및 (c) 상기 기판에서 상기 자성 나노 입자층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 또다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 자성 나노 입자층 형성 장치는 기판이 로딩되는 로더(loader); 상기 기판 상에 코어/쉘 구조의 자성 입자를 제공하는 코어/쉘 자성 입자 공급부; 및 상기 기판의 배면에서 상기 기판 상에 제공된 코어/쉘 구조의 자성 입자에 자기장 펄스를 인가하는 전자석 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 또다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 균일도 검사 방법은 발광부에서 특정 파장을 갖는 광을 형성된 자성 나노 입자층 또는 후속 공정을 마친 결과물에 조사하고, 수광부에서 상기 자성 나노 입자층에 의한 상기 특정 파장을 갖는 광의 투과도, 반사도 또는 흡광도를 측정하여, 측정된 값의 변화량을 이용하여 상기 자성 나노 입자층의 균일도 또는 공정 결과를 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 자성 나노 입자층 형성 방법은 전자석의 배치 및 자기장 펄스 인가 방식에 따라 고품질의 단층 또는 다층의 자성 나노 입자층을 형성할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 자성 나노 입자층 형성 방법을 이용한 나노 패턴 형성 방법은 공정 시간이 짧고, 저비용으로도 특정 주기를 갖는 나노 패턴을 형성할 수 있으며, 광원을 이용하여 반사도, 흡광도 등을 측정하여 간단히 균일도를 확인할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 나노 패턴 형성 방법은 발광 다이오드, LCD 등에 적용하여 발광효율을 극대화하는 용도나 광학 필터링 효과를 얻기 위한 용도로 이용할 수 있고, 태양전지에 적용하여 높은 에너지 변환 효율 및 초발수성을 통한 셀프 클리닝 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자성 나노 입자층 형성 방법, 그 장치 및 형성된 자성 나노 입자층을 이용한 나노 패턴 형성 방법, 광원을 이용하여 반사도, 혹은 흡수도 등을 측정하여 간단히 균일도를 확인할 수 있는 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 자성 나노 입자층 형성 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 자성 나노 입자층 형성 방법은 코어/쉘 구조의 자성 입자 형성 단계(S110), 코어/쉘 구조의 자성 입자 제공 단계(S120), 자기장 펄스 인가 단계(S130), 및 광원을 이용한 균일도를 검사 단계(S140)를 포함한다.
코어/쉘 구조의 자성 입자 형성
코어/쉘 구조의 자성 입자 형성 단계(S110)에서는 자성 입자를 이종 물질로 코팅하여 자성 입자를 코어(core)로 하고, 코팅된 이종 물질을 쉘(shell)로 하는 코어/쉘 구조의 자성 입자를 형성한다. 자성 입자는 철(Fe), 사마륨(Sm), 코발트(Co), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 망간(Mn), 네오디뮴(Nd) 등을 포함하는 자성 물질이 될 수 있다.
한편, 자성 입자에 코팅되는 이종 물질은 PS(PolyStyrene), PMMA(PolyMethyl MethAcrylate), PBMA(PolyBenzylMethAcrylate), PC(PolyCarbonate), PVA(PolyVinyl Alcohol), PVC(PolyVinyl Chloride) 등의 고분자 또는 SiO2와 같은 실리카계 물질 등의 비금속산화물이 될 수 있다. 그 외에도 TiO2, Al2O3 등과 같은 금속산화물 등이 될 수 있다. 이러한 물질들은 반도체 공정이나 태양전지 제조 공정에서 주로 이용되는 실리콘(Si) 기판 등에 대하여 식각비가 높으며, 계면 활성제 등을 이용하여 쉽게 표면 처리를 할 수 있다.
형성되는 코어/쉘 구조의 자성 입자는 코어와 쉘 합계로 10~700nm의 평균 입경을 갖는 나노 크기로 형성될 수 있으며, 초기의 자성 입자의 분쇄 정도나 이종 물질의 코팅 두께에 따라 그 크기의 다양한 변형이 가능하다. 또한, 기판 상에 제공되는 코어/쉘 구조의 자성 입자의 크기도 균일할 수 있을 뿐만 아니라, 형성될 자성 나노 입자층의 치밀화 등의 필요에 따라서는 여러 종류의 입경을 갖는 것을 제공할 수 있다.
코어/쉘 구조의 자성 입자 제공
코어/쉘 구조의 자성 입자 제공 단계(S120)에서는 상기 단계(S110)에서 형성된 코어/쉘 구조의 자성 입자를 기판 상에 제공한다.
이때, 코어/쉘 구조의 자성 입자의 제공을 원활하게 수행하기 위하여, 상기 단계(S110)에서 형성된 코어/쉘 구조의 자성 입자를 휘발성 용매에 희석하여 기판에 제공할 수 있다. 휘발성 용매는 코어/쉘 구조의 자성 입자의 캐리어(carrier) 역할을 하게 되며, 제공되는 코어/쉘 구조의 자성 입자의 유동성 확보 및 분말 상 태가 날아가지 않도록 한다.
코어/쉘 구조의 자성 입자를 휘발성 용매에 희석하여 기판 상에 제공한 경우, 자기장 펄스의 인가 후 온도를 높여 용매를 휘발시키면, 코어/쉘 구조의 자성 입자들로 구성된 자성 나노 입자층을 형성하게 된다.
휘발성 용매는 에탄올, 이소프로판올 및 아세톤, 물, 헥산 등 코어/쉘 구조 자성 입자의 성분을 변형시키지 않는 용매를 사용할 수 있다.
또한, 코어/쉘 구조의 자성 입자는 휘발성 용매 100 중량부에 대하여 5~80 중량부의 함량비로 휘발성 용매(volatile solvent)에 희석되어 있을 수 있다. 이 경우, 코어/쉘 구조의 자성 입자가 분산된 용액(solution)이 기판 상에 제공되게 된다.
코어/쉘 구조의 자성 입자의 함량비가 5중량부 미만으로 첨가될 경우, 제공되는 용액 내에 코어/쉘 구조의 자성 입자의 수가 너무 적어 과다한 양의 용액의 제공이 필요하고, 휘발성 용매 증발 후 코어/쉘 구조의 자성 입자층의 밀도가 낮아 치밀성이 저하되는 문제점이 있다. 한편, 코어/쉘 구조의 자성 입자의 함량비가 80중량부를 초과하여 첨가될 경우, 자성 입자층의 밀도를 높일 수는 있으나, 점도가 지나치게 높아져서 자기장 펄스 인가시 균일한 자성 입자층을 형성하기 어려운 문제점이 있다.
자기장 펄스 인가
자기장 펄스 인가 단계(S130)에서는 기판의 배면에 배치되는 전자석 모듈을 이용하여 전원의 On/Off를 반복적으로 진행하여 기판 상에 제공된 코어/쉘 구조의 자성 입자에 자기장 펄스를 인가한다. 자기장 펄스의 인가에 따라서 시간이 경과함에 따라 불균일하게 모여 있는 코어/쉘 구조의 자성 나노 입자는 점차 균일하게 퍼지게 되며, 이를 통하여 균일한 자성 나노 입자층이 형성된다.
이때, 기판 또는 전자석 모듈을 수평 방향으로 이동시키면서 진행할 수 있는데, 이 경우 대면적의 기판에도 균일한 자성 나노 입자층을 형성할 수 있다.
나아가, 심미적 목적이나 기타 다른 기능적인 목적을 구현하거나, 특정한 모양의 패턴을 형성할 목적 등에서, 기판이나 전자석 모듈을 별, 삼각형, 사각형, 동심원 등과 같은 2차원 형상을 따라 이동시킬 수 있다.
상기 단계들(S110 내지 S130)의 진행이 완료되면 기판 상에는 균일한 자성 나노 입자층이 형성되며, 특히 단층의 자성 나노 입자층이 형성될 수 있다. 다층의 자성 나노 입자층을 형성하는 경우, 기판 상에 제공되는 코어/쉘 구조의 자성 입자의 양과 자기장 펄스를 조절하여 한번의 공정 사이클을 통해서 이룰 수 있다.
그러나, 이 경우 형성되는 다층 자성 나노 입자층의 두께가 균일하지 않을 수 있으므로, 한번의 공정 사이클이 아닌 다중 공정 사이클, 즉 상기 단층의 자성 나노 입자층을 형성한 후, 그 위에 다시 상기의 코어/쉘 구조의 자성 입자 제공 단계(S120) 및 자기장 펄스 인가 단계(S130)를 진행하여 다층 자성 나노 입자층을 형성하는 것이 더 바람직하다.
나노 패턴 형성 방법
형성된 단층 자성 나노 입자층에 기능성을 부여하기 위해서는 형성된 단층 자성 나노 입자층을 패터닝(patterning)을 하여야 하는데, 이는 통상의 패터닝 형성 공정, 즉 식각 공정, 리프트 오프(lift off) 공정 및 표면 텍스처링(surface texturing) 공정 등으로, 단층 자성 나노 입자층 또는 다층 자성 나노 입자층을 이용하여 기판을 패터닝함으로써 이루어질 수 있다.
패터닝 이후, 물리적 또는 화학적 방법 등을 이용하여 자성 나노 입자층을 제거하면 기판 상에는 나노 패턴이 형성된다.
도 2는 본 발명에 따른 나노 패턴 형성 방법의 일실시예를 도시한 것으로, 본 실시예에서는 평탄한 표면 상에 나노 패턴을 형성하는 예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 나노 패턴을 형성하는 방법은 다음과 같다.
(a)우선 자성체(211)를 코어로 하고, 이종 물질(212)이 코팅되어 형성된 코어/쉘 구조의 자성 나노 입자(210)을 기판(220)에 형성된 고분자층과 같은 표면층(221) 상에 제공한다. 이때, 전자석 모듈(230)을 기판의 배면에 배치한다.
(b)다음으로, 전자석 모듈(230)의 전원의 On/Off를 반복적으로 진행하여, 상기 기판(220) 상에 제공된 코어/쉘 구조의 자성 나노 입자(210)에 자기장 펄스를 인가하여, 코어/쉘 구조의 자성 나노 입자(210)를 정배열한다. 이를 통해 기판(220) 상에 단층 또는 다층의 자성 나노 입자층이 형성된다.
(c)이후, 건식 식각을 통하여, 자성 나노 입자층을 구성하는 코어/쉘 구조의 자성 나노 입자(210)의 쉘 부분(212)의 일부를 식각한다. 이를 통하여 코어/쉘 구조의 자성 나노 입자(210)의 크기가 줄어들며, 코어/쉘 구조의 자성 나노 입자들(210) 사이에 나노급의 미세한 간격이 생긴다. 예를 들어, 자성 입자 코어에 SiO2가 코팅된 경우, CF4 계열의 플라즈마를 이용하여 건식 식각을 진행할 수 있다.
(d)코어/쉘 구조의 자성 나노 입자들(210) 사이의 생성된 나노급의 간격을 이용하여, 즉 잔류하는 코어/쉘 구조의 자성 나노 입자들(210)을 마스크로 하여 기판(220)의 표면층을 식각하거나(d1), 레지스트와 같은 물질(240)을 증착한 후 리프트 오프를 진행한다(d2).
(e)이후, 물리적 또는 화학적 방법을 이용하여 코어/쉘 구조의 자성 나노 입자들(210)을 제거하여, 기판(220)의 표면층(221)이 패터닝되거나(e1), 기판(220)의 표면층(221) 상에 증착된 물질(240)로 이루어진 나노 패턴이 형성된다(e2). 이때 형성되는 나노 패턴의 사이즈는 결국 코어/쉘 구조의 자성 나노 입자의 크기나 층의 밀도 등에 의해 정해진다.
도 3은 본 발명에 따른 나노 패턴 형성 방법의 다른 일실시예를 도시한 것으로, 본 실시예에서는 구조물이 형성되어 있는 표면 상에 나노 패턴을 형성하는 예를 나타낸다.
도 3를 참조하면, 나노 패턴을 형성하는 방법은 다음과 같다.
(a)우선 자성체(311)를 코어로 하고, 이종 물질(312)이 코팅되어 형성된 코어/쉘 구조의 자성 나노 입자(310)을 기판(320)에 형성된 표면 구조물(321) 상에 제공한다. 이때, 전자석 모듈(330)을 기판의 배면에 배치한다.
(b)다음으로, 전자석 모듈(330)을 이용하여 코어/쉘 구조의 자성 나노 입자(310)에 자기장 펄스를 인가하여, 코어/쉘 구조의 자성 나노 입자(310)를 정배열한다. 이를 통해 기판(320)의 표면 구조물(321) 상부 및 구조물 사이 사이에 단층 또는 다층의 자성 나노 입자층이 형성된다.
(c)이후, 건식 식각을 통하여, 자성 나노 입자층을 구성하는 코어/쉘 구조의 자성 나노 입자(310)의 쉘 부분(312)의 일부를 식각한다. 이를 통하여 코어/쉘 구조의 자성 나노 입자(310)의 크기가 줄어들며, 코어/쉘 구조의 자성 나노 입자들(310) 사이에 나노급의 미세한 간격이 생긴다.
(d)코어/쉘 구조의 자성 나노 입자들(310)을 마스크로 하여 기판(320)의 표면 구조물(321)을 식각하거나(d1), 레지스트와 같은 물질(340)을 증착한 후 리프트 오프를 진행한다(d2).
(e)이후, 물리적 또는 화학적 방법을 이용하여 코어/쉘 구조의 자성 나노 입자들(310)을 제거하여, 기판(320)의 표면 구조물(321)이 패터닝되거나(e1), 기판(320)의 표면 구조물(321) 상에 증착된 물질(340)로 이루어진 나노 패턴이 형성된다(e2).
자성 나노 입자층 형성 장치
도 4는 본 발명에 따른 자성 나노 입자층 형성 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 자성 나노 입자층 형성 장치는 로더(미도시), 코어/쉘 자성 입자 공급부(420) 및 전자석 모듈(430)을 포함한다.
기판(410)은 외부에서 로더(loader, 미도시)에 로딩되어 지지된다.
코어/쉘 자성 입자 공급부(420)에서는 로딩된 기판(410) 상에, 구체적으로는 기판(450)의 표면층(411) 상에 자성 입자(401)를 코어(core)로 하고 이종 물질(402)이 코팅된 코어/쉘 구조의 자성 입자(403)를 제공한다.
전자석 모듈(430)은 기판(410)의 배면에서 기판(410) 상에 제공된 코어/쉘 구조의 자성 입자(403)에 자기장 펄스를 인가하여, 단층 혹은 다층의 자성 나노 입자층을 형성한다.
이때, 로더 혹은 전자석 모듈(430)은 수평 방향으로 이동할 수 있으며, 로더 또는 전자석 모듈(430)이 수평 방향으로 이동함에 따라서 기판의 전면적 혹은 일부분에 걸쳐 자성 입자(403)가 고르게 배열된다. 또한, 전술한 바와 같이, 심미적 효과 등을 얻거나 특정 모양의 패턴 등을 형성하기 위하여 기판(410)이나 전자석 모듈(430)을 별, 삼각형, 동심원 등과 같은 2차원 형상을 따라 이동시킬 수 있다.
도 4에는 기판의 하부, 구체적으로는 로더의 하부에 수평이동수단인 바퀴(415)가 부착되어, 기판이 "A"방향으로 이동하면서 단층의 자성 나노 입자층이 형성되고, 균일한 자성 나노 입자층을 형성한 후, 휘발성 용매가 휘발("B")되는 예가 도시되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 자성 나노 입자층 형성 장치를 이용할 경우, 대면적의 기판 상에 단층 또는 다층의 자성 나노 입자층을 쉽게 형성할 수 있게 된다.
자성 나노 입자층 균일도 검사 방법
형성된 단층 자성 나노 입자층, 혹은 후속 공정이 완료된 나노 패턴의 균일도를 쉽게 검사할 수 있어야 하는데, 이는 광원에서 특정한 파장을 갖는 광을 조사하여 그 반사도, 흡광도 또는 투과도를 측정하여 그 균일성을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 자성 나노 입자층 혹은 나노 패턴의 균일도 검사 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 균일도 검사 장치는 광원, 즉 광을 발생하는 장치인 발광부 및 광을 감지하는 장치인 수광부를 포함한다.
우선 발광부에서 특정 파장을 갖는 광을 자성 나노 입자층 혹은 나노 패턴 위에 조사한다. 만약 기판과 자성 나노 입자층, 혹은 기판과 나노 패턴이 특정 파장을 투과하거나 반사하는 경우 수광부를 기판의 상부 혹은 배면에 두어 광의 투과도, 흡광도, 혹은 반사도를 측정할 수 있으며, 측정한 결과의 변화량을 감지하여 균일도 변화를 확인할 수 있다. 따라서, 전자현미경 측정 등과 같은 복잡한 과정을 거치지 않고도, 광을 조사하여 반사도, 투과도 등을 측정하여 결과물의 품질을 간단하게 확인할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 자성 나노 입자층 형성 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 나노 패턴 형성 방법의 일실시예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 나노 패턴 형성 방법의 다른 일실시예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 자성 나노 입자층 형성 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 자성 나노 입자층 또는 나노 패턴의 균일도 검사 장치를 개략적으로 도시한 것이다.

Claims (11)

  1. (a) 자성 입자에 이종 물질을 코팅하여 코어/쉘 구조의 자성 입자를 형성하는 단계;
    (b) 상기 형성된 코어/쉘 구조의 자성 입자를 기판 상에 제공하는 단계;
    (c) 전자석 모듈을 이용하여 상기 기판 상에 제공된 코어/쉘 구조의 자성 입자에 자기장 펄스를 인가하여, 자성 나노 입자층을 형성하는 단계; 및
    (d) 광원을 이용하여, 형성된 자성 나노 입자층의 균일도를 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자층 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자성 입자는 철(Fe), 사마륨(Sm), 코발드(Co), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 망간(Mn) 및 네오디뮴(Nd) 중 적어도 하나를 포함하는 물질인 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자층 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자성 입자에 코팅되는 이종 물질은 고분자, 금속산화물 및 비금속산화물 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자층 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (b)단계에서 상기 코어/쉘 구조의 자성 입자를 휘발성 용매에 희석하여 상기 기판에 제공하는 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자층 형성 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (c)단계는 상기 기판 또는 상기 전자석 모듈을 수평 방향으로 이동시키면서 진행하는 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자층 형성 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (c)단계는 상기 기판 또는 상기 전자석 모듈을 2차원 형상을 따라 이동시키는 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자층 형성 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (b)단계 내지 (d)단계를 반복하여 다층의 자성 나노 입자층을 형성하는 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자층 형성 방법.
  8. (a) 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 방법에 의해 자성 나노 입자층을 형성하는 단계;
    (b) 식각 공정으로 상기 자성 나노 입자층을 패터닝(patterning)하는 단계;
    (c) 상기 패터닝된 자성 나노 입자층을 이용하여 식각 공정, 리프트 오프 공정 및 표면 텍스처링 공정 중 적어도 하나의 공정으로 상기 기판 상에 나노 패턴을 형성하는 단계; 및
    (d) 상기 기판에서 상기 자성 나노 입자층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 패턴 형성 방법.
  9. 기판이 로딩되는 로더(loader);
    상기 기판 상에 코어/쉘 구조의 자성 입자를 제공하는 코어/쉘 자성 입자 공급부; 및
    상기 기판의 배면에서 상기 기판 상에 제공된 코어/쉘 구조의 자성 입자에 자기장 펄스를 인가하는 전자석 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자층 형성 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 로더 또는 상기 전자석 모듈은 수평 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 자성 나노 입자층 형성 장치.
  11. 발광부에서 특정 파장을 갖는 광을 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 방법에 의해 형성된 자성 나노 입자층에 조사하고, 수광부에서 상기 자성 나노 입자층에 의한 상기 특정 파장을 갖는 광의 투과도, 반사도 또는 흡광도를 측정하여, 측정된 값의 변화량을 이용하여 상기 자성 나노 입자층의 균일도를 측정하는 것을 특징으로 하는 균일도 측정 방법.
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