KR20120039578A - Method for fabricating zinc oxide nanostructure using hologram lithography - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 홀로그램 리소그래피를 이용한 산화아연 나노구조물의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 홀로그램 리소그래피를 이용하여 나노패턴을 형성함으로써 정렬된 산화아연 나노구조물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing zinc oxide nanostructures using holographic lithography, and more particularly, to a method for producing aligned zinc oxide nanostructures by forming nanopatterns using holographic lithography.
1차원적 나노사이즈의 재료들은 최근 그들의 고유한 광학적, 전기적인 특성과 함께 전자공학, 광전자공학에서의 잠재적인 사용으로 인하여 많은 연구가 되어지고 있다. One-dimensional nanosized materials have been studied in recent years due to their inherent optical and electrical properties and their potential use in electronics and optoelectronics.
최근에는 산화아연(ZnO) 나노구조물(nanorod)가 큰 주목을 받고 있는바 이는, 상기 산화아연 나노구조가 3.37eV 정도의 밴드갭 에너지와 60meV의 큰 엑시톤(exciton) 바인딩 에너지를 가지고 있을 뿐만 아니라, 태양전지, 자외선용 다이오드, 초단파 액츄에이터, 청색광 발광장치 등 다양한 장치에 응용될 수 있기 때문이다. 또한, 상기 산화아연 나노구조는 높은 압전특성과 화학적 감지특성(sensing properties)을 가지고 있기 때문에 나노스케일의 기계적 장치나 센서에도 사용될 수 있다. 이에 따라, 산화아연 나노구조물을 합성하는 방법에 대해 활발한 연구가 진행되고 있다. In recent years, zinc oxide (ZnO) nanostructures (nanorod) has attracted much attention, the zinc oxide nanostructures not only have a band gap energy of about 3.37eV and a large exciton binding energy of 60meV, This is because it can be applied to various devices such as solar cells, ultraviolet diodes, microwave actuators, and blue light emitting devices. In addition, since the zinc oxide nanostructure has high piezoelectric properties and chemical sensing properties, the zinc oxide nanostructure may be used in nanoscale mechanical devices or sensors. Accordingly, active research on the method of synthesizing the zinc oxide nanostructures is in progress.
종래에는 상기 산화아연 나노구조물을 펄스레이저증착법(PLD법)이나 유기금속화학증착법이나 분자선증착법 등과 같은 방법을 이용하여 제조하여 왔다. Conventionally, the zinc oxide nanostructures have been prepared using methods such as pulsed laser deposition (PLD method), organometallic chemical vapor deposition, molecular beam deposition, or the like.
또한, 상기 산화아연 나노구조물을 주기적으로 성장시키기 위하여 나노 패턴을 이용하는 방법을 주로 사용하는데, 이러한 나노 패턴을 제작하기 위해서는 전자빔 리소그래피나 나노 임프린트 같은 장비가 필요하였다. In addition, in order to periodically grow the zinc oxide nanostructures, a method using a nano pattern is mainly used. In order to manufacture such a nano pattern, equipment such as electron beam lithography or nano imprint was required.
한편, 상기 전자빔 리소그래피의 경우에는 나노 패턴의 제조방법이 복잡하고 제조 시간이 오래 걸린다는 단점이 있고, 상기 나노 임프린트의 경우에는 나노 크기의 패턴 제작시 사용되는 스템프가 고가일 뿐만 아니라 스템프의 패턴을 조절할 수 없는 문제점이 있다.
On the other hand, the electron beam lithography has a disadvantage in that the manufacturing method of the nano-pattern is complicated and takes a long time, and in the case of the nano-imprint, the stamp used for fabricating the nano-sized pattern is not only expensive but also the pattern of the stamp. There is a problem that cannot be adjusted.
본 발명의 목적은 고가의 장비가 필요하지 않으면서도 간단하게 정렬된 산화아연 나노구조물을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for producing simply aligned zinc oxide nanostructures without the need for expensive equipment.
본 발명의 또 다른 목적은 다양한 형태의 정렬된 산화아연 나노구조물을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.It is yet another object of the present invention to provide a method for producing various types of ordered zinc oxide nanostructures.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기판상에 포토레지스트(PR)층을 형성하는 단계; 홀로그램 리소그래피(hologram lithography)를 이용하여 상기 포토레지스트층을 일정 형태로 노광하는 1차노광단계; 상기 기판을 일정 각도로 회전시킨 후 홀로그램 리소그래피를 이용하여 1차노광된 상기 포토레지스트층을 일정 형태로 노광하는 2차노광단계; 상기 포토레지스트층을 현상하여 나노패턴을 형성하는 단계; 및 수열합성법을 이용하여 상기 기판상에 산화아연(ZnO) 나노구조물을 성장시키는 단계;를 포함하는데, 상기 기판은 ZnO가 형성된 Si기판 또는 ZnO가 형성된 Al2O3기판인 것을 특징으로 하는 홀로그램 리소그래피를 이용한 산화아연 나노구조물의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of forming a photoresist (PR) layer on the substrate; A first exposure step of exposing the photoresist layer in a predetermined form using hologram lithography; A second exposure step of rotating the substrate at a predetermined angle and exposing the first exposed photoresist layer in a predetermined form using holographic lithography; Developing the photoresist layer to form a nanopattern; And growing a zinc oxide (ZnO) nanostructure on the substrate by using hydrothermal synthesis, wherein the substrate is a Si substrate on which ZnO is formed or an Al 2 O 3 substrate on which ZnO is formed. It provides a method for producing a zinc oxide nanostructure using.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 또한 기판상에 포토레지스트층을 형성하는 단계; 홀로그램 리소그래피를 이용하여 상기 포토레지스트층을 라인형태로 노광하되, 노광되는 부분의 포토레지스트층이 모두 제거되도록 노광하는 1차노광단계; 상기 기판을 일정 각도로 회전시킨 후 홀로그램 리소그래피를 이용하여 상기 포토레지스트층을 라인형태로 노광하되, 노광되는 부분의 포토레지스트층이 모두 제거되도록 노광하는 2차노광단계; 상기 포토레지스트층을 현상하여 나노점(spot)패턴을 형성하는 단계; 및 수열합성법을 이용하여 상기 기판상에 산화아연 나노구조물을 성장시키는 단계;를 포함하는데, 상기 기판은 ZnO가 형성된 Si기판 또는 ZnO가 형성된 Al2O3기판인 것을 특징으로 하는 홀로그램 리소그래피를 이용한 산화아연 나노구조물의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention also provides a method for forming a photoresist layer on a substrate; A first exposure step of exposing the photoresist layer in a line form using holographic lithography, wherein the photoresist layer of the exposed portion is removed to remove all of the photoresist layer; A second exposure step of exposing the photoresist layer in a line form using holographic lithography after the substrate is rotated at an angle to remove all of the photoresist layer in the exposed portion; Developing the photoresist layer to form nanospot patterns; And growing a zinc oxide nanostructure on the substrate by using hydrothermal synthesis, wherein the substrate is a Si substrate on which ZnO is formed or an Al 2 O 3 substrate on which ZnO is formed. It provides a method for producing zinc nanostructures.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 또한 기판상에 포토레지스트층을 형성하는 단계; 홀로그램 리소그래피를 이용하여 상기 포토레지스트층을 라인형태로 노광하되, 노광되는 부분의 포토레지스트층의 두께가 노광되지 않는 부분의 포토레지스트층의 두께보다 50% 이하가 되도록 노광하는 1차노광단계; 상기 기판을 일정 각도로 회전시킨 후 홀로그램 리소그래피를 이용하여 상기 포토레지스트층을 라인형태로 노광하되, 노광되는 부분의 포토레지스트층의 두께가 노광되지 않는 부분의 포토레지스트층의 두께보다 50% 이하가 되도록 노광하는 2차노광단계; 상기 포토레지스트층을 현상하여 1차노광 및 2차노광에 의해 중복 노광된 부분이 구멍을 이루는 나노메쉬(mesh)패턴을 형성하는 단계; 및 수열합성법을 이용하여 상기 기판상에 산화아연(ZnO) 나노막대를 성장시키는 단계;를 포함하는데, 상기 기판은 ZnO가 형성된 Si기판 또는 ZnO가 형성된 Al2O3기판인 것을 특징으로 하는 홀로그램 리소그래피를 이용한 산화아연 나노구조물의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention also provides a method for forming a photoresist layer on a substrate; A first exposure step of exposing the photoresist layer in a line form using holographic lithography, wherein the thickness of the photoresist layer in the exposed portion is 50% or less than the thickness of the photoresist layer in the unexposed portion; After the substrate is rotated at an angle, the photoresist layer is exposed in a line form using holographic lithography, wherein the thickness of the photoresist layer of the exposed portion is less than 50% of the thickness of the photoresist layer of the unexposed portion. Second exposure step of exposing; Developing the photoresist layer to form a nanomesh pattern in which a portion overlapped by primary exposure and secondary exposure forms a hole; And growing a zinc oxide (ZnO) nanorod on the substrate using hydrothermal synthesis, wherein the substrate is a Si substrate on which ZnO is formed or an Al 2 O 3 substrate on which ZnO is formed. It provides a method for producing a zinc oxide nanostructure using.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제조방법은 상기 수열합성법을 이용하여 상기 기판상에 산화아연 나노구조물을 성장시키는 단계 후에 상기 포토레지스트층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.In a preferred embodiment, the manufacturing method may further include removing the photoresist layer after growing the zinc oxide nanostructures on the substrate using the hydrothermal synthesis method.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 1차노광단계 및 상기 2차노광단계에서 노광시간을 조절하여 노광되는 포토레지스트층의 너비를 조절할 수 있다.In a preferred embodiment, the width of the photoresist layer exposed by adjusting the exposure time in the first exposure step and the second exposure step can be adjusted.
바람직한 실시예에 있어서, 수열합성법을 이용하여 상기 기판상에 산화아연(ZnO) 나노구조물을 성장시키는 단계는 증류수에 아연 니트레이트(Zn nitrate) 전구체를 녹인 전구체 용액을 이용하고, 80 내지 100℃의 온도에서 일정시간 가열하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 전구체 용액에 넣는 Na4OH 양의 조절에 의해 pH를 조절하여 형성되는 나노구조물의 두께 또는 크기를 조절할 수 있다.
In a preferred embodiment, the step of growing a zinc oxide (ZnO) nanostructure on the substrate by using a hydrothermal synthesis method using a precursor solution in which zinc nitrate precursor dissolved in distilled water, 80 to 100 ℃ It is preferable to heat for a certain time at the temperature. At this time, the thickness or size of the nanostructure formed by adjusting the pH by adjusting the amount of Na 4 OH put into the precursor solution can be adjusted.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.The present invention has the following excellent effects.
본 발명은 홀로그램 리소그래피를 이용함으로써 고가의 장비가 필요하지 않으면서도 간단하게 정렬된 산화아연 나노구조물을 제조할 수 있는 방법을 제공하며, 나노결정, 나노막대, 나노구멍 등 다양한 나노구조물을 제조할 수 있다.The present invention provides a method of producing a simple aligned zinc oxide nanostructures without the need for expensive equipment by using holographic lithography, and can produce a variety of nanostructures, such as nanocrystals, nanorods, nanopores have.
또한 본 발명은 노광시간을 조정하거나 수열합성법에서 사용되는 Na4OH의 양을 조절함으로써 다양한 형태의 정렬된 산화아연 나노구조물을 제조할 수 있는 방법을 제공한다.
The present invention also provides a method for producing various types of aligned zinc oxide nanostructures by adjusting the exposure time or the amount of Na 4 OH used in hydrothermal synthesis.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 제1실시예에 따른 홀로그램 리소그래피를 이용한 나노패턴의 제조방법을 설명하는 공정도이고,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따라 제작된 나노패턴의 FE-SEM사진이고,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제1실시예에 따라 제조된 산화아연 나노결정의 FE-SEM사진이고,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따라 제조된 산화아연 나노구조물의 FE-SEM사진이고,
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제3실시예에 따른 홀로그램 리소그래피를 이용한 나노패턴의 제조방법을 설명하는 공정도이고,
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따라 제조된 산화아연 나노구조물의 FE-SEM사진이며,
도 7은 노광시간에 따라 다양하게 형성되는 나노패턴들의 FE-SEM사진들이다.1A to 1D are process diagrams illustrating a method of manufacturing nanopatterns using holographic lithography according to a first embodiment of the present invention.
Figure 2 is a FE-SEM picture of the nanopattern produced in accordance with the first embodiment of the present invention,
3A and 3B are FE-SEM photographs of zinc oxide nanocrystals prepared according to the first embodiment of the present invention.
Figure 4 is a FE-SEM picture of the zinc oxide nanostructures prepared in accordance with a second embodiment of the present invention,
5A to 5D are process diagrams illustrating a method of manufacturing nanopatterns using holographic lithography according to a third embodiment of the present invention,
Figure 6 is a FE-SEM picture of the zinc oxide nanostructures prepared according to the third embodiment of the present invention,
7 is FE-SEM photographs of nanopatterns that are variously formed according to an exposure time.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the technical structure of the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 제1실시예에 따른 홀로그램 리소그래피를 이용한 나노패턴의 제조방법을 설명하는 공정도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따라 제작된 나노패턴의 FE-SEM사진이며, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제1실시예에 따라 제조된 산화아연 나노결정의 FE-SEM사진이다.1A to 1D are flowcharts illustrating a method of manufacturing a nanopattern using holographic lithography according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a FE-SEM of a nanopattern manufactured according to the first embodiment of the present invention. 3A and 3B are FE-SEM photographs of zinc oxide nanocrystals prepared according to the first embodiment of the present invention.
도 1a를 참조하면, 먼저 기판(100)을 준비한다. 상기 기판(100)으로서는 다양한 기판을 사용할 수 있으며 특히, Si기판, ZnO가 형성된 Si기판 또는 ZnO가 형성된 Al2O3기판을 사용할 수 있다. Referring to FIG. 1A, first, a
본 발명의 실시예에서는 Si기판을 사용하였으며, 자연산화물(native oxide)을 제거하기 위하여 산화물 에천트(etchant, NFH4:HF=6:1)를 이용하여 실온에서 전처리하였으며, 탈수하기 위하여 핫플레이트에서 160℃로 가열처리하였다.In an embodiment of the present invention, a Si substrate was used, and pretreated at room temperature using an oxide etchant (etchant, NFH 4: HF = 6: 1) to remove native oxide, and in a hot plate to dehydrate. Heated to 160 ° C.
이어서, 스핀코팅법(3500rpm, 30s)을 이용하여 상기 Si기판(100) 상에 포토레지스트층(110)를 코팅한다.Subsequently, the
이어서, 상기 포토레지스트층(110)에 나노패턴(120)을 형성한다. 본 발명에서는 나노패턴을 형성하기 위하여 홀로그램 리소그래피(hologram lithography)를 이용하며, 두 차례의 노광공정을 수행하여 상기 포토레지스트층(110)에 나노패턴(120)을 형성한다.Subsequently, the
도 1b에서와 같이 먼저, 상기 포토레지스트층(110)을 1차노광한다. 1차노광에서는 상기 포토레지스트층(110)을 라인형태로 노광하되, 노광되는 부분의 상기 포토레지스트층(111)이 모두 제거되도록 노광한다.First, as shown in FIG. 1B, the
이어서, 1차노광 후 상기 포토레지스트층(110)을 2차노광한다. 이때, 2차노광은 상기 기판(100)을 일정 각도(예를 들면, 45ㅀ, 90ㅀ)로 회전시킨 후 수행한다. Subsequently, after the first exposure, the
도 1c를 참조하면, 1차노광 후 상기 기판(100)을 90ㅀ회전시킨 다음 상기 포토레지스트층(110)을 2차노광하였음을 알 수 있다. 이때 상기 2차노광 역시 상기 포토레지스트층(110)을 라인형태로 노광하되, 노광되는 부분의 상기 포토레지스트층(113)이 모두 제거되도록 노광한다.Referring to FIG. 1C, after the first exposure, the
이어서, 상기 2차노광 후 현상하여 나노패턴(120)을 형성한다.Subsequently, the
도 1d를 참조하면, 점(spot)패턴을 이루고 있는 나노점패턴(120)이 상기 기판(100) 상에 형성되었음을 알 수 있다.Referring to FIG. 1D, it can be seen that a
즉, 본 발명에서는 홀로그램 리소그래피를 이용하여 라인형태로 노광하되, 1차노광 후 기판을 회전시킨 다음 2차노광을 수행함으로써 나노점(spot)패턴을 제작할 수 있다.That is, in the present invention, it is possible to manufacture a nano-spot pattern by exposing in a line form using holographic lithography, rotating the substrate after the first exposure and then performing the second exposure.
이때, 상기 1차노광 및 상기 2차노광에서 노광시간을 조절함으로써 노광되는 포토레지스트층(111, 113)의 너비(a, b)를 조절할 수 있다. 이렇게 함으로써 형성되는 나노점패턴(120)의 너비(a′, b′)를 조절할 수 있다. 즉, 노광시간을 길게 하면 포토레지스트층이 많이 노광되어 나노점패턴(120)의 너비(a′, b′)를 작게 할 수 있으며 반대로, 노광시간을 짧게 하면 포토레지스트층이 적게 노광되어 나노점패턴(120)의 너비(a′, b′)를 크게 할 수 있다. 이는 나노점패턴의 크기를 노광시간으로 조절할 수 있음을 의미한다. 본 발명의 실시예에서는 노광시간을 70초 정도로 하였을 경우 나노점패턴의 너비가 약 139㎚까지 작게 제조됨을 실험을 통해서 확인하였다.In this case, the widths a and b of the
도 2를 참조하면, 1차노광 후 기판을 90ㅀ회전시킨 다음 2차노광을 수행하고 현상함으로써 형성된 나노점(spot)패턴의 FE-SEM 사진을 관찰할 수 있다. Referring to FIG. 2, after the first exposure, the substrate is rotated 90 ° and the second exposure is performed. The FE-SEM photograph of the nanospot pattern formed by developing may be observed.
이어서, 수열합성법을 이용하여 상기 기판(100)상에 산화아연 나노구조물(ZnO)를 성장시킨다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 먼저 증류수에 아연 니트레이트(Zn nitrate)전구체를 녹여 전구체 용액을 제조하고, 첨가하는 Na4OH의 양을 조절하여 pH를 조절(pH=10.5)한 다음 용기에 넣어 밀봉한 후, 90℃에서 약 2시간 동안 가열하여 산화아연(ZnO) 나노구조물을 성장시킨다. Subsequently, a zinc oxide nanostructure (ZnO) is grown on the
도 3a 및 도 3b을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따라 제조된 산화아연 나노결정의 FE-SEM사진을 관찰할 수 있으며, 좌측 상단에 첨부된 사진들은 나노점(spot)패턴의 FE-SEM 사진이다.3A and 3B, FE-SEM photographs of the zinc oxide nanocrystals prepared according to the first embodiment of the present invention can be observed, and the photos attached to the upper left are FE of the nanospot pattern. -SEM picture.
도 3a는 1차노광 후 기판을 90ㅀ회전시킨 다음 2차노광을 수행하고 현상함으로써 형성된 나노점(spot)패턴을 통해 성장한 산화아연 나노결정의 FE-SEM사진이며, 도 3b는 1차노광 후 기판을 45ㅀ회전시킨 다음 2차노광을 수행하고 현상함으로써 형성된 나노점패턴을 통해 성장한 산화아연 나노결정의 FE-SEM사진이다. FIG. 3A is a FE-SEM photograph of zinc oxide nanocrystals grown through nanospot patterns formed by rotating a substrate by 90 ° and performing secondary exposure after the first exposure, and FIG. 3B is after the first exposure. It is a FE-SEM image of zinc oxide nanocrystals grown through nano dot patterns formed by rotating a substrate at 45 ° and performing secondary exposure.
이때, 기판을 90ㅀ회전시켜 형성한 나노점(spot)패턴을 통해 성장한 산화아연 나노결정의 사이즈는 약 130㎚임을 알 수 있으며, 기판을 45ㅀ회전시켜 형성한 나노점 패턴을 통해 성장한 산화아연 나노결정의 사이즈는 약 180㎚임을 알 수 있다.In this case, it can be seen that the size of the zinc oxide nanocrystals grown through the nanospot pattern formed by rotating the substrate by 90 ° is about 130 nm, and the zinc oxide grown through the nanospot pattern formed by rotating the substrate by 45 °. It can be seen that the size of the nanocrystals is about 180 nm.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따라 제조된 산화아연 나노구조물의 FE-SEM사진이다. Figure 4 is a FE-SEM picture of the zinc oxide nanostructures prepared in accordance with a second embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따라 성장한 산화아연 나노구조물은 나노구멍형태로 균일하게 잘 성장하였음을 알 수 있다. 본 발명의 제2실시예에서는 제1실시예에 동일한 방법으로 기판상에 나노점패턴을 형성하였으며, 수열합성법에서 pH를 조절하여 나노구조물을 성장시켰다. Referring to FIG. 4, it can be seen that the zinc oxide nanostructures grown according to the second embodiment of the present invention grew well uniformly in the form of nanopores. In the second embodiment of the present invention, a nano dot pattern was formed on the substrate in the same manner as in the first embodiment, and the nanostructure was grown by adjusting pH in hydrothermal synthesis.
즉, 본 발명의 제2실시예에서는 나노점패턴 부분에서는 산화아연이 성장을 하지 않았으며, 그 이외의 부분에서 균일한 성장을 하여, 나노구멍형태의 산화아연 나노구조물을 형성하였다.
That is, in the second embodiment of the present invention, zinc oxide did not grow in the nano-dot pattern portion, and even growth was performed in other portions to form a nano-porous zinc oxide nanostructure.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제3실시예에 따른 홀로그램 리소그래피를 이용한 나노패턴의 제조방법을 설명하는 공정도이다.5A to 5D are process charts illustrating a method of manufacturing nanopatterns using holographic lithography according to a third embodiment of the present invention.
도 5a를 참조하면, 먼저 기판(200)을 준비한다. Referring to FIG. 5A, first, a
이어서, 스핀코팅법(3500rpm, 30s)을 이용하여 상기 Si기판(200) 상에 포토레지스트층(210)를 코팅한다.Subsequently, the
이어서, 상기 포토레지스트층(210)에 나노패턴(220)을 형성한다. 본 발명의 제3실시예에서는 나노패턴을 형성하기 위하여 홀로그램 리소그래피를 이용하며, 두 차례의 노광공정을 수행하여 상기 포토레지스트층(110)에 나노패턴(120)을 형성한다.Subsequently, the
도 5b에서와 같이 먼저, 상기 포토레지스트층(210)을 1차노광한다. 1차노광에서는 상기 포토레지스트층(210)을 라인형태로 노광하되, 노광되는 부분의 포토레지스트층(211)의 두께가 노광되지 않는 부분의 포토레지스트층(212)의 두께보다 50% 이하가 되도록 노광한다.First, as shown in FIG. 5B, the
이어서, 1차노광 후 상기 포토레지스트층(210)을 2차노광한다. 이때, 2차노광은 상기 기판(200)을 일정 각도(예를 들면, 45ㅀ, 90ㅀ)로 회전시킨 후 수행한다. Subsequently, after the first exposure, the
도 5c를 참조하면, 1차노광 후 상기 기판(200)을 90ㅀ회전시킨 다음 상기 포토레지스트층(210)을 2차노광하였음을 알 수 있다. 이때 상기 2차노광 역시 상기 포토레지스트층(110)을 라인형태로 노광하되, 노광되는 부분의 포토레지스트층(213)의 두께가 노광되지 않는 부분의 포토레지스트층(212)의 두께보다 50% 이하가 되도록 노광한다.Referring to FIG. 5C, after the first exposure, the
이어서, 상기 2차노광 후 현상하여 나노패턴을 형성한다.Subsequently, development is performed after the second exposure to form a nanopattern.
도 5d를 참조하면, 메쉬(mesh)패턴을 이루고 있는 나노메쉬패턴(220)이 상기 기판(200) 상에 형성되었음을 알 수 있다.Referring to FIG. 5D, it can be seen that the
즉, 본 발명의 제3실시예에서는 라인형태로 노광하되 노광시간을 짧게 하여포토레지스층의 일부분만을 노광함으로써, 1차노광과 2차노광시 중복되어 노광된 부분만이 구멍을 형성하게 되어 나노메쉬패턴(220)을 제작할 수 있다.That is, in the third embodiment of the present invention, exposure is performed in the form of a line, but the exposure time is shortened so that only a part of the photoresist layer is exposed, so that only the portions exposed by overlapping during the first and second exposures form holes. The
이때, 상기 1차노광 및 상기 2차노광에서 노광시간을 조절함으로써 노광되는 포토레지스트층(211, 213)의 너비(a, b)를 조절할 수 있다. 이렇게 함으로써 형성되는 나노메쉬패턴(220)의 너비(a′, b′)를 조절할 수 있다. 즉, 노광시간을 길게 하면 포토레지스트층이 많이 노광되어 나노메쉬패턴(220)의 너비(a′, b′)를 작게 할 수 있으며 반대로, 노광시간을 짧게 하면 포토레지스트층이 적게 노광되어 나노메쉬패턴(220)의 너비(a′, b′)를 크게 할 수 있다. 이는 나노메쉬패턴의 크기를 노광시간으로 조절할 수 있음을 의미한다. 본 발명의 실시예에서는 노광시간을 30초 정도로 하였을 경우 나노메쉬패턴의 너비가 약 115㎚까지 작게 제조됨을 실험을 통해서 확인하였다.In this case, the widths a and b of the photoresist layers 211 and 213 to be exposed may be adjusted by adjusting the exposure time in the first exposure and the second exposure. By doing so, the widths a 'and b' of the
이어서, 수열합성법을 이용하여 상기 기판(200)상에 산화아연 나노구조물(ZnO)를 성장시킨다. 본 발명의 제3실시예에서는 나노구조물로서 산화아연 나노막대를 성장시킬 수 있다.Subsequently, a zinc oxide nanostructure (ZnO) is grown on the
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따라 제조된 산화아연 나노구조물의 FE-SEM사진이다. 6 is a FE-SEM photograph of the zinc oxide nanostructures prepared according to the third embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따라 성장한 산화아연 나노구조물은 막대형태로 성장하였음을 알 수 있으며, 정렬이 균일한 형태로 성장하였음을 알 수 있다. 즉, 홀로그램 리소그래피 공정을 통해 제작한 나노메쉬패턴에 형성된 구멍을 통해 산화아연 나노막대가 균일하게 성장되었음을 알 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the zinc oxide nanostructures grown according to the third embodiment of the present invention were grown in the form of rods, and the alignments were grown in a uniform form. That is, it can be seen that the zinc oxide nanorods were uniformly grown through the holes formed in the nanomesh pattern manufactured by the hologram lithography process.
상술한 것을 제외하고는 본 발명의 제1실시예에 따른 홀로그램 리소그래피를 이용한 나노패턴의 제조방법과 동일하다.Except for the above, it is the same as the manufacturing method of the nanopattern using holographic lithography according to the first embodiment of the present invention.
도 7은 노광시간에 따라 다양하게 형성되는 나노패턴들의 FE-SEM사진들로서,그림 (a) 내지 (d)는 각각 노광시간을 80초, 70초, 40초, 30초로 한 경우에 형성되는 나노패턴의 FE-SEM사진들이다. 이는 나노패턴의 크기를 노광시간으로 조절할 수 있음을 의미한다. FIG. 7 is FE-SEM photographs of nanopatterns formed in various ways according to the exposure time. FIG. FE-SEM pictures of the pattern. This means that the size of the nanopattern can be controlled by the exposure time.
그림 (a)와 (b)는 노광시간을 각각 80초와 70초로 한 경우로서, 본 발명의 제1실시에와 마찬가지로 나노점패턴이 형성된 것을 알 수 있으며, 노광시간을 70초로 한 경우가 노광시간을 80초로 한 경우보다 나노점패턴의 너비가 더 큼을 알 수 있다.Figures (a) and (b) show that the exposure time is 80 seconds and 70 seconds, respectively, and that the nano-dot pattern is formed as in the first embodiment of the present invention, and the exposure time is 70 seconds. It can be seen that the width of the nanodot pattern is larger than the time of 80 seconds.
그림 (c)와 (d)는 노광시간을 각각 40초와 30초로 한 경우로서, 본 발명의 제2실시에와 마찬가지로 나노메쉬패턴이 형성된 것을 알 수 있으며, 노광시간을 30초로 한 경우가 노광시간을 40초로 한 경우보다 나노메쉬패턴의 너비가 더 큼을 알 수 있다.Figures (c) and (d) show that the exposure time is 40 seconds and 30 seconds, respectively, as in the second embodiment of the present invention, where a nanomesh pattern is formed. It can be seen that the width of the nanomesh pattern is larger than that of 40 seconds.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 제조방법은 정렬된 산화아연 나노구조물을 고가의 장비를 사용하지 않고서도 매우 간단하게 제조할 수 있다. 이렇게 제조된 산화아연 나노구조물은 태양전지나 가스센서 또는 UV용 다이오드 등에 사용될 수 있다.As described above, the manufacturing method according to the present invention can be produced very simply without using expensive equipment to align the zinc oxide nanostructures. The zinc oxide nanostructures thus prepared may be used in solar cells, gas sensors or UV diodes.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
The present invention has been shown and described with reference to the preferred embodiments as described above, but is not limited to the above embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.
100, 200 : 기판 110, 210 : 포토레지스트층
120 : 나노점패턴 220 : 나노메쉬패턴100, 200:
120: nano dot pattern 220: nano mesh pattern
Claims (7)
홀로그램 리소그래피(hologram lithography)를 이용하여 상기 포토레지스트층을 일정 형태로 노광하는 1차노광단계;
상기 기판을 일정 각도로 회전시킨 후 홀로그램 리소그래피를 이용하여 1차노광된 상기 포토레지스트층을 일정 형태로 노광하는 2차노광단계;
상기 포토레지스트층을 현상하여 나노패턴을 형성하는 단계; 및
수열합성법을 이용하여 상기 기판상에 산화아연(ZnO) 나노구조물을 성장시키는 단계;를 포함하는데,
상기 기판은 ZnO가 형성된 Si기판 또는 ZnO가 형성된 Al2O3기판인 것을 특징으로 하는 홀로그램 리소그래피를 이용한 산화아연 나노구조물의 제조방법.
Forming a photoresist (PR) layer on the substrate;
A first exposure step of exposing the photoresist layer in a predetermined form using hologram lithography;
A second exposure step of rotating the substrate at a predetermined angle and exposing the first exposed photoresist layer in a predetermined form using holographic lithography;
Developing the photoresist layer to form a nanopattern; And
And growing zinc oxide (ZnO) nanostructures on the substrate using hydrothermal synthesis.
The substrate is a method for producing zinc oxide nanostructures using holographic lithography, characterized in that the ZnO formed Si substrate or ZnO formed Al 2 O 3 substrate.
홀로그램 리소그래피를 이용하여 상기 포토레지스트층을 라인형태로 노광하되, 노광되는 부분의 포토레지스트층이 모두 제거되도록 노광하는 1차노광단계;
상기 기판을 일정 각도로 회전시킨 후 홀로그램 리소그래피를 이용하여 상기 포토레지스트층을 라인형태로 노광하되, 노광되는 부분의 포토레지스트층이 모두 제거되도록 노광하는 2차노광단계;
상기 포토레지스트층을 현상하여 나노점(spot)패턴을 형성하는 단계; 및
수열합성법을 이용하여 상기 기판상에 산화아연 나노구조물을 성장시키는 단계;를 포함하는데,
상기 기판은 ZnO가 형성된 Si기판 또는 ZnO가 형성된 Al2O3기판인 것을 특징으로 하는 홀로그램 리소그래피를 이용한 산화아연 나노구조물의 제조방법.
Forming a photoresist layer on the substrate;
A first exposure step of exposing the photoresist layer in a line form using holographic lithography, wherein the photoresist layer of the exposed portion is removed to remove all of the photoresist layer;
A second exposure step of exposing the photoresist layer in a line form using holographic lithography after the substrate is rotated at an angle to remove all of the photoresist layer in the exposed portion;
Developing the photoresist layer to form nanospot patterns; And
And growing zinc oxide nanostructures on the substrate using hydrothermal synthesis.
The substrate is a method for producing zinc oxide nanostructures using holographic lithography, characterized in that the ZnO formed Si substrate or ZnO formed Al 2 O 3 substrate.
홀로그램 리소그래피를 이용하여 상기 포토레지스트층을 라인형태로 노광하되, 노광되는 부분의 포토레지스트층의 두께가 노광되지 않는 부분의 포토레지스트층의 두께보다 50% 이하가 되도록 노광하는 1차노광단계;
상기 기판을 일정 각도로 회전시킨 후 홀로그램 리소그래피를 이용하여 상기 포토레지스트층을 라인형태로 노광하되, 노광되는 부분의 포토레지스트층의 두께가 노광되지 않는 부분의 포토레지스트층의 두께보다 50% 이하가 되도록 노광하는 2차노광단계;
상기 포토레지스트층을 현상하여 1차노광 및 2차노광에 의해 중복 노광된 부분이 구멍을 이루는 나노메쉬(mesh)패턴을 형성하는 단계; 및
수열합성법을 이용하여 상기 기판상에 산화아연(ZnO) 나노막대를 성장시키는 단계;를 포함하는데,
상기 기판은 ZnO가 형성된 Si기판 또는 ZnO가 형성된 Al2O3기판인 것을 특징으로 하는 홀로그램 리소그래피를 이용한 산화아연 나노구조물의 제조방법.
Forming a photoresist layer on the substrate;
A first exposure step of exposing the photoresist layer in a line form using holographic lithography, wherein the thickness of the photoresist layer in the exposed portion is 50% or less than the thickness of the photoresist layer in the unexposed portion;
After the substrate is rotated at an angle, the photoresist layer is exposed in a line form using holographic lithography, wherein the thickness of the photoresist layer of the exposed portion is less than 50% of the thickness of the photoresist layer of the unexposed portion. Second exposure step of exposing;
Developing the photoresist layer to form a nanomesh pattern in which a portion overlapped by primary exposure and secondary exposure forms a hole; And
Growing a zinc oxide (ZnO) nanorod on the substrate using hydrothermal synthesis;
The substrate is a method for producing zinc oxide nanostructures using holographic lithography, characterized in that the ZnO formed Si substrate or ZnO formed Al 2 O 3 substrate.
상기 수열합성법을 이용하여 상기 기판상에 산화아연 나노구조물을 성장시키는 단계 후에 상기 포토레지스트층을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 리소그래피를 이용한 산화아연 나노구조물의 제조방법.
The method according to any one of claims 1 to 3,
And removing the photoresist layer after growing the zinc oxide nanostructures on the substrate using the hydrothermal synthesis method.
상기 1차노광단계 및 상기 2차노광단계에서 노광시간을 조절하여 노광되는 포토레지스트층의 너비를 조절하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 리소그래피를 이용한 산화아연 나노구조물의 제조방법.
The method according to any one of claims 1 to 3,
The method of manufacturing zinc oxide nanostructures using holographic lithography, characterized in that for controlling the width of the photoresist layer exposed by adjusting the exposure time in the first exposure step and the second exposure step.
수열합성법을 이용하여 상기 기판상에 산화아연(ZnO) 나노구조물을 성장시키는 단계는 증류수에 아연 니트레이트(Zn nitrate) 전구체를 녹인 전구체 용액을 이용하고, 80 내지 100℃의 온도에서 일정시간 가열하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 리소그래피를 이용한 산화아연 나노구조물의 제조방법.
The method according to any one of claims 1 to 3,
The step of growing a zinc oxide (ZnO) nanostructure on the substrate using a hydrothermal synthesis method using a precursor solution in which zinc nitrate precursor is dissolved in distilled water, and heated at a temperature of 80 to 100 ℃ Method for producing a zinc oxide nanostructures using holographic lithography.
상기 전구체 용액에 넣는 Na4OH 양의 조절에 의해 pH를 조절하여 형성되는 나노구조물의 두께 또는 크기를 조절하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 리소그래피를 이용한 산화아연 나노구조물의 제조방법.The method according to claim 6,
Method of manufacturing a zinc oxide nanostructures using holographic lithography, characterized in that for controlling the thickness or size of the nanostructures formed by adjusting the pH by adjusting the amount of Na 4 OH put into the precursor solution.
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