KR20130012291A - 3-dimensional aligned nanostructure prepared by both imprint lithography and lift-off processes, and method of manufacturing for the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3차원 구조의 나노구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판 또는 박막에 고분자 층 및 패터닝된 감광성 금속-유기물 전구체 층을 형성하여 박막의 식각 선택비에 따른 식각으로 언더컷(Undercut)을 형성하고, 3차원 구조의 나노구조체 제조를 위한 금속 또는 금속 산화막 증착 시 기판의 회전 유무를 조절하여 3차원 구조의 나노 구조체를 제조하는 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nanostructure having a three-dimensional structure and a method for manufacturing the same, and more particularly, by forming a polymer layer and a patterned photosensitive metal-organic precursor layer on a substrate or a thin film, the undercut may be etched according to the etching selectivity of the thin film. 3D structure alignment using an imprint lithography and a lift-off process to form a 3D structure nanostructure by forming an undercut and controlling the rotation of a substrate during deposition of a metal or metal oxide film for manufacturing a 3D structure nanostructure It relates to a nanostructure and a method of manufacturing the same.
최근 전자소자의 고집적화, 소형화 추세에 따라 나노구조체 및 그 제조방법에 대한 연구가 매우 활발히 진행되고 있다. 일반적으로 나노구조체는 수 ㎚ 크기의 입자로 이루어져 광학적, 자기적, 전기적 성질을 가지며, 입자의 크기에 따라 상이한 성질을 나타낸다. 따라서, 단일 전자 소자(Single electron device), 광결정(Photonic crystal), 패터닝된 자기 저장 소자(Patterned magnetic storage device), 전기화학적 센서(Electrochemical sensor), 생물학적 센서(Biological sensor) 등에 응용이 가능하다. 일반적으로 나노구조체는 박막의 증착, 패터닝 및 식각 공정에 의해 제조된다.Recently, according to the trend of high integration and miniaturization of electronic devices, researches on nanostructures and manufacturing methods thereof are being actively conducted. In general, nanostructures consist of particles of several nm size, have optical, magnetic, and electrical properties, and exhibit different properties depending on the size of the particles. Thus, a single electron device, a photonic crystal, a patterned magnetic storage device, an electrochemical sensor, a biological sensor Application to back is possible. In general, nanostructures are manufactured by deposition, patterning and etching processes of thin films.
한국공개특허 제 10-2009-0039278호는 나노도트를 이용한 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 게르마늄과 같은 재료를 이용하여 나노도트층을 형성하여 플로팅게이트를 구성함으로써, 소자의 특성을 개선시킨 나노도트를 이용한 반도체 소자 및 제조방법에 관한 기술이다. 그러나, 이 기술은 동일 계열로 박막을 형성하기 때문에 식각 선택비 조절이 어렵다. 또한, 3차원 구조의 나노구조체 형성을 위해 복수의 산화박막 및 나노도트층을 증착해야 하고, 증착 및 식각 공정이 반복적으로 이루어지기 때문에 공정 시간이 길고 생산성이 낮다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2009-0039278 relates to a semiconductor device using a nano dot and a method of manufacturing the same. The nano dot layer is formed using a material such as germanium to form a floating gate, thereby improving the characteristics of the device. The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method using nano dots. However, this technique is difficult to control the etching selectivity because it forms a thin film in the same series. In addition, in order to form a nanostructure having a three-dimensional structure, a plurality of oxide thin films and nano-dot layers must be deposited, and because the deposition and etching processes are repeatedly performed, the process time is long and the productivity is low.
한국등록특허 제10-0907473호는 실리사이드 나노도트(Silicide Nanodot) 형성 방법 및 실리사이드 나노도트가 형성되는 적층구조물에 관한 기술이다. 이 기술은 기판 상에 금속층과 산소를 함유하는 실리콘층으로 이루어진 계면이 적어도 하나 형성된 적층구조물을 준비하고, 이 적층구조물 상에 전자빔을 조사하여 계면 상에 실리사이드 나노도트를 형성하는 것이다. 그러나, 이 기술은 기판 상에 하나의 적층구조물을 형성함으로써, 나노구조체 형성을 위한 적층구조물의 식각 선택비를 조절할 수 없다. 또한, 적층구조물의 계면 상에 나노구조물을 형성함으로써, 균일한 크기와 다양한 형상의 나노구조물을 제조하기 어렵고, 나노구조체의 일정한 배열이 불가능하다.Korean Patent No. 10-0907473 is a technique for forming a silicide nanodot and a laminate structure for forming a silicide nano dot. This technique is to prepare a laminate structure having at least one interface composed of a metal layer and a silicon layer containing oxygen on a substrate, and irradiate an electron beam on the laminate to form silicide nanodots on the interface. However, this technique does not control the etch selectivity of the stacked structures for forming nanostructures by forming one stacked structure on the substrate. In addition, by forming the nanostructures on the interface of the laminated structure, it is difficult to produce nanostructures of uniform size and various shapes, it is impossible to uniform arrangement of the nanostructures.
본 발명은 위에서 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 3차원 구조의 나노구조체 형성을 위한 다층 구조물의 선택비 조절이 가능하고, 다양한 형상, 크기 및 패터닝이 가능한 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체 및 그 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다.The present invention is to solve the above-described problems, it is possible to control the selection ratio of the multi-layer structure for forming the nanostructure of the three-dimensional structure, three-dimensional using imprint lithography and lift-off process capable of various shapes, sizes and patterns An object of the present invention is to provide an ordered nanostructure of the structure and a method of manufacturing the same.
나아가, 기판상에 3차원 나노구조체의 형성 시 유착 또는 변형을 방지하고, 균일한 나노구조체의 형성 및 배열이 가능한 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체 및 그 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.Furthermore, an aligned nanostructure of a three-dimensional structure using imprint lithography and a lift-off process, which can prevent adhesion or deformation when forming the three-dimensional nanostructure on a substrate, and form and arrange uniform nanostructures, and a method of manufacturing the same For the purpose of providing it.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체 제조방법은 임프린트 리소그래피(Imprint Lithography) 공정과 리프트 오프(Lift-Off) 공정을 이용하여 3차원 형태의 금속 또는 금속 산화막 나노 구조체를 제조하는 방법에 있어서, 기판에 고분자 층을 형성하는 단계, 고분자 층 상부에 감광성 금속-유기물 전구체 층을 형성하는 단계, 다단 패턴(Multi-Level Pattern)이 형성된 임프린트용 스탬프(Imprint Stamp)를 준비하는 단계, 감광성 금속-유기물 전구체 층을 임프린트용 스탬프(Imprint Stamp)로 가압하고, 가열 또는 빛 조사 방법 중 어느 하나 또는 혼용한 방법으로 감광성 금속-유기물 전구체 층을 경화하여 금속 산화박막 패턴을 형성하는 단계, 임프린트용 스탬프(Imprint Stamp)를 금속 산화박막 패턴으로부터 제거하는 단계, 건식 식각으로 금속 산화박막 패턴 하부의 고분자 층을 식각하여, 기판이 노출되도록 언더컷(Undercut)을 형성하는 단계, 금속 산화박막 패턴 상부 또는 노출된 기판의 상부에 전자 빔 증착기를 이용하여 금속 또는 금속 산화막을 형성하는 단계 및 용매를 이용하여 금속 산화박막 패턴을 리프트 오프(Lift-Off)하고, 언더컷이 형성된 고분자 층을 식각하여 나노구조체를 취득하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, a method of manufacturing an aligned nanostructure having a three-dimensional structure using an imprint lithography and a lift-off process according to the present invention uses an imprint lithography process and a lift-off process. In the method of manufacturing a metal or metal oxide nanostructure of the three-dimensional form, the step of forming a polymer layer on the substrate, a step of forming a photosensitive metal-organic precursor layer on the polymer layer, the multi-level pattern Preparing the formed imprint stamp, pressurizing the photosensitive metal-organic precursor layer with an imprint stamp, and using the photosensitive metal-organic precursor layer by any one of a heating or light irradiation method or a mixed method. Hardening to form a metal oxide thin film pattern, and the imprint stamp is cracked. Removing from the thin oxide thin film pattern, etching the polymer layer under the metal oxide thin film pattern by dry etching to form an undercut to expose the substrate, and forming an undercut on the metal oxide thin film pattern or on the exposed substrate. Forming a metal or metal oxide film using a beam evaporator; and lifting a metal oxide thin film pattern using a solvent, and obtaining a nanostructure by etching the polymer layer on which the undercut is formed.
나아가, 본 발명에 따른 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체는 절연물질 또는 폴리머(Polymer)로 이루어진 기판 및 기판 상부의 일부 영역에 금속 또는 금속 산화막으로 이루어지는 요철 구조로 형성된 나노구조물을 포함한다.Furthermore, the aligned nanostructure of the three-dimensional structure using the imprint lithography and the lift-off process according to the present invention is formed of a substrate made of an insulating material or a polymer and a concave-convex structure made of a metal or a metal oxide film on a portion of the substrate. Nanostructures.
위에서 상술한 바와 같이 본 발명은 3차원 구조의 나노구조체 형성을 위한 적층구조물로 기판상에 고분자 층을 형성하고, 고분자 층 상부에 패터닝된 감광성 금속-유기물 전구체 층을 형성함으로써, 건식 식각에 대한 식각 선택비 조절이 가능하다. 따라서, 리프트 오프(Lift-Off) 공정이 용이한 언더컷(Undercut)을 형성할 수 있다.As described above, the present invention provides a three-dimensional structure for forming nanostructures. By forming a polymer layer on the substrate as a laminate structure and forming a patterned photosensitive metal-organic precursor layer on the polymer layer, the etching selectivity for dry etching can be controlled. Therefore, it is possible to form an undercut in which a lift-off process is easy.
패터닝된 금속 산화박막 패턴 하부의 고분자 층에 언더컷(Undercut)을 형성하고, 이 금속 산화박막을 마스크로 이용하며, 전자빔 증착기의 회전력을 조절함으로써, 균일한 크기와 다양한 형상의 나노구조물을 제조할 수 있고, 나노구조체의 일정한 배열이 가능하다.By forming an undercut in the polymer layer under the patterned metal oxide thin film pattern, using the metal oxide thin film as a mask, and controlling the rotational force of the electron beam evaporator, nanostructures of uniform size and various shapes can be manufactured. And a uniform arrangement of nanostructures is possible.
도 1a 내지 도 1h는 본 발명의 일 실시 예에 따른 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체의 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체의 제조과정을 나타내는 SEM 이미지이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체의 제조과정을 나타내는 SEM 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체를 나타내는 SEM 이미지이다.1A to 1H illustrate a method of manufacturing an aligned nanostructure having a three-dimensional structure using imprint lithography and a lift-off process according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an SEM image illustrating a fabrication process of an aligned nanostructure having a three-dimensional structure using imprint lithography and a lift-off process according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an SEM image illustrating a fabrication process of an aligned nanostructure having a three-dimensional structure using imprint lithography and a lift-off process according to another exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an SEM image showing aligned nanostructures of three-dimensional structure using imprint lithography and a lift-off process according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적인 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. It should be interpreted as meanings and concepts corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle of definition.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
도 1a 내지 도 1h는 본 발명의 일 실시 예에 따른 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체의 제조방법을 설명하는 도면이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체의 제조방법은 임프린트 리소그래피(Imprint Lithography) 공정과 리프트 오프(Lift-Off) 공정을 이용하여 3차원 형태의 금속 또는 금속 산화막 나노 구조체를 제조하는 방법에 있어서, 기판에 고분자 층을 형성하는 단계(s101), 고분자 층 상부에 감광성 금속-유기물 전구체 층을 형성하는 단계(s102), 다단 패턴(Multi-Level Pattern)이 형성된 임프린트용 스탬프(Imprint Stamp)를 준비하는 단계(s103), 감광성 금속-유기물 전구체 층을 임프린트용 스탬프(Imprint Stamp)로 가압하고, 가열 또는 빛 조사 방법 중 어느 하나 또는 혼용한 방법으로 감광성 금속-유기물 전구체 층을 경화하여 금속 산화박막 패턴을 형성하는 단계(s104), 임프린트용 스탬프(Imprint Stamp)를 금속 산화박막 패턴으로 부터 제거하는 단계(s105), 건식 식각으로 금속 산화박막 패턴 하부의 고분자 층을 식각하여, 기판이 노출되도록 언더컷(Undercut)을 형성하는 단계(s106), 금속 산화박막 패턴 상부 또는 노출된 기판의 상부에 전자 빔 증착기를 이용하여 금속 또는 금속 산화막을 형성하는 단계(s107), 용매를 이용하여 금속산화박막 패턴을 리프트 오프(Lift-Off)하고, 언더컷이 형성된 상기 고분자 층을 식각하여 나노구조체를 취득하는 단계(s108)를 포함한다.1A to 1H illustrate a method of manufacturing an aligned nanostructure having a three-dimensional structure using imprint lithography and a lift-off process according to an embodiment of the present invention. As shown in the drawing, a method of manufacturing an aligned nanostructure having a three-dimensional structure by using an imprint lithography and a lift-off process is a three-dimensional form using an imprint lithography process and a lift-off process. In the method of manufacturing a metal or metal oxide nanostructure of the step, forming a polymer layer on the substrate (s101), forming a photosensitive metal-organic precursor layer on the polymer layer (s102), multi-level pattern (Multi-Level Preparing an imprint stamp having a pattern formed thereon (s103), pressing the photosensitive metal-organic precursor layer with an imprint stamp, and using either a heating or light irradiation method or a mixed method. Curing the photosensitive metal-organic precursor layer to form a metal oxide thin film pattern (s104), and using an imprint stamp Removing from the thin oxide thin film pattern (s105), etching the polymer layer under the metal oxide thin film pattern by dry etching, and forming an undercut to expose the substrate (s106), on top of the metal oxide thin film pattern, or Forming a metal or metal oxide film on the exposed substrate using an electron beam evaporator (s107), the metal oxide thin film pattern is lifted off (Lift-Off) using a solvent, and the undercut is formed to etch the polymer layer Obtaining the nanostructures (s108).
도 1a에 도시된 바와 같이, 기판에 고분자 층을 형성하는 단계(s101)는 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP), 갈륨비소인(GaAsP), SiC, GaN, 실리카, 사파이어, 석영, 유리 기판 중 어느 하나의 기판(101)에 고분자 층(102)을 코팅 또는 증착하는 단계다. 이외에 기판(101)은 Al, TiN, Cu, Ni, Au, W 또는 Ti 중 하나 또는 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 고분자 층(102)은 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 또는 LOR 중 어느 하나로 이루어진다.As shown in Figure 1a, the step of forming a polymer layer on the substrate (s101) is silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), gallium phosphide (GaP), gallium arsenide (GaAsP), SiC, GaN, silica, Coating or depositing the
아울러, 고분자 층(102)은 50㎚~1000㎚ 두께로 형성된 것을 특징으로 하고, 기판(101)상에 고분자 물질을 스핀 코팅(Spin Coating)한 후, 100℃~200℃의 온도에서 30초~500초간 열처리하여 형성한다. 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 기판(101) 또는 고분자 물질의 종류와 두께에 따라, 증착 또는 코팅의 조건을 상이하게 설정할 수 있다. 아울러, 고분자 층(102)의 증착 또는 코팅은 열 증착(Thermal Evaportor), 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; CVD), 스퍼터링(Sputtering), PECVD(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 스핀 코팅(Spin Coating) 또는 전자빔 증착(E-beam Evaportor)과 같은 다양한 방식에 의해 이루어진다.In addition, the
도 1b에 도시된 바와 같이, 고분자 층 상부에 감광성 금속-유기물 전구체 층을 형성하는 단계(s102)는 도 1a의 s101 단계에서 설명한 고분자 층(102) 상부에 감광성 금속-유기물 전구체 층(103)을 형성한다. 감광성 금속-유기물 전구체 층(103)의 증착 또는 코팅은 고분자 층(102)의 증착 또는 코팅을 위해 사용되는 다양한 방법에 의해 가능하다. As shown in FIG. 1B, forming the photosensitive metal-organic precursor layer on the polymer layer (S102) may be performed by using the photosensitive metal-
감광성 금속-유기물 전구체 층(103)은 리튬(Li), 베릴륨(Be), 붕소(B), 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 규소(Si), 인듐(In), 황(S), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 스칸듐(Sc), 타이타늄(Ti), 바나듐(V), 크로뮴(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 저마늄(Ge), 비소(As), 셀레늄(Se), 루비듐(Rb), 스트론튬(Sr), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 나이오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 인듐(In), 주석(Sn), 텔루륨(Te), 안티몬(Sb), 바륨(Ba), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 가돌리늄(Gd), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 이리듐(Ir), 납(Pb), 비스무스(Bi), 폴로늄(Po) 또는 우라늄(U)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 원소를 포함한다. The photosensitive metal-
또한, 에틸헥사노에이트(Ethylhexanoate), 아세틸아세토네이트(Acetylacetonate), 디알킬디티오카바메이트(Dialkyldithiocarbamates), 카르복실산(Carboxylic acids), 카르복실레이트(Carboxylates), 피리딘(Pyridine), 디아민(Diamines), 아르신(Arsines), 디아르신(Diarsines), 포스핀(Phosphines), 디포스핀(Diphosphines), 부톡사이드(Butoxide), 이소프로팍사이드(Isopropoxide), 에톡사이드(Ethoxide), 클로라이드(Chloride), 아세테이트(Acetate), 카르보닐(Carbonyl), 카르보네이트(Carbonate), 하이드록사이드(Hydroxide), 아레네스(Arenas), 베타-디케토네이트(Beta-Diketonate), 2-니트로벤잘디하이드(2-Nitrobenzaldehyde) 또는 아세테이트 디하이드레이트(Acetate Dihydrate) 중 어느 하나 이상의 유기물 리간드로 이루어진다.Ethylhexanoate, Acetylacetonate, Dialkyldithiocarbamates, Carboxylic acids, Carboxylates, Pyridine, Diamines ), Arsines, Diarsines, Phosphines, Diphosphines, Butoxide, Butopropoxide, Isopropoxide, Ethoxide, Chloride Acetate, Carbonyl, Carbonate, Hydroxide, Arenas, Beta-Diketonate, 2-Nitrobenzaldihydrate (Acetate) It consists of an organic ligand of any one or more of 2-Nitrobenzaldehyde) or Acetate Dihydrate.
아울러, 감광성 금속-유기물 전구체 층(103)은 헥산, 4-메틸-2-펜타논(4-Methyl-2-Pentanone), 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 메틸 에틸 케톤, 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 디메틸설폭사이드(Dimethyl Sulfoxide: DMSO), 디메틸포름아마이드(Dimethylformamide: DMF), N-메틸피롤리돈, 아세톤, 아세토니트릴, 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran: THF), 테칸, 노난, 옥탄, 헵탄, 펜탄 또는 2-메톡시에탄올(E-Methoxyethanol)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 용매를 이용해 생성된다.In addition, the photosensitive metal-
본 발명에 따른 감광성 금속-유기물 전구체 층(103)의 형성을 위해 감광성 ZrO2 레진을 합성할 수 있다. 감광성 ZrO2 레진의 합성을 위해 Zirconyl 2-ethylhexanoate과 헥산(hexane)을 일정 양 혼합한다. 이 ZrO2 레진을 도 1a의 s101단계에서 형성한 고분자 층(102) 상부에 스핀 코팅(Spin Coating)한 후, 50℃~100℃의 온도에서 30초~500초 동안 열처리하여 감광성 금속-유기물 전구체 층(103)을 형성할 수 있다. 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 감광성 금속-유기물 전구체 층(103)의 형성을 위해 SnO2를 합성하여 사용할 수 있고, 온도 및 열처리 조건은 합성하려는 물질에 따라 상이하게 설정할 수 있다.Photosensitive ZrO 2 resins may be synthesized for the formation of the photosensitive metal-
도 1c에 도시된 바와 같이, 다단 패턴(Multi-Level Pattern)이 형성된 임프린트용 스탬프(Imprint Stamp)를 준비하는 단계(s103)는 1b의 s102 단계의 감광성 금속-유기물 전구체 층(103) 상면에 다단 패턴(Multi-Level Pattern)을 형성하기 위한 단계다. 임프린트용 스탬프(Imprint Stamp)(104)는 s101 단계에서 설명한 다양한 고분자로 이루어진다. 본 발명에 따른 패턴형성을 위한 임프린트용 스탬프(Imprint Stamp)(104)는 Pillar-Patterned PTFE(PolyTetraFluoroEthylene) 임프린트용 스탬프(Imprint Stamp)(104)로서, 실리콘 마스터 스탬프(Hole-Patterned Si Stamp) 상단에 PTFE(PolyTetraFluoroEthylene) 레진을 적하시키고, PET(PolyEthylene-Terephthalate) 기판을 압착시킨 후 자외선을 3분간 조사하여 제조할 수 있다.As illustrated in FIG. 1C, preparing an imprint stamp having a multi-level pattern formed therein (s103) may be performed on the upper surface of the photosensitive metal-
도 1d에 도시된 바와 같이, 감광성 금속-유기물 전구체 층을 임프린트용 스탬프(Imprint Stamp)로 가압하고, 가열 또는 빛 조사 방법 중 어느 하나 또는 혼용한 방법으로 감광성 금속-유기물 전구체 층을 경화하여 금속 산화박막 패턴을 형성하는 단계(s104)는 도 1c의 s103 단계 제조된 임프린트용 스탬프(Imprint Stamp)(104)를 이용해 도 1b의 s102 단계에서 형성한 감광성 금속-유기물 전구체 층(103)에 다단 패턴(Multi-Level Pattern)을 형성한다. 또한, s104 단계는 임프린트용 스탬프(Imprint Stamp)(104)를 감광성 금속-유기물 전구체 층(103)에 압착하고, 30℃~300℃ 온도에서 1초~5시간 동안 상기 감광성 금속-유기물 전구체 층을 가열하여 경화시킨다. 경화된 감광성 금속-유기물 전구체 층(103)으로부터 금속 산화박막 패턴(105)을 취득한다.As shown in FIG. 1D, the photosensitive metal-organic precursor layer is pressed with an imprint stamp, and the photosensitive metal-organic precursor layer is cured by any one of a heating or light irradiation method or a mixed method to oxidize the metal. Forming a thin film pattern (s104) is a multi-stage pattern (I) in the photosensitive metal-
또한, s104 단계는 임프린트용 스탬프(Imprint Stamp)(104)를 감광성 금속-유기물 전구체 층(103)에 압착하고, 1초~5시간 동안 마이크로웨이브(Microwave), X선, 감마선 또는 자외선 중 어느 하나를 조사하여 감광성 금속-유기물 전구체 층(103)을 경화할 수 있다.In addition, in step s104, the
위의 도 1b에서 설명한 바와 같이 감광성 금속-유기물 전구체 층(103)의 형성을 위해 ZrO2 또는 SnO2를 합성한 경우, 자외선을 1분~50분 동안 조사하여 감광성 금속-유기물 전구체 층(103)을 경화한다.As described above with reference to FIG. 1B, when ZrO 2 or SnO 2 is synthesized to form the photosensitive metal-
도 1e에 도시된 바와 같이, 임프린트용 스탬프(Imprint Stamp)를 금속 산화박막 패턴으로부터 제거하는 단계(s105)는 도 1d의 s104 단계에서 형성된 금속 산화박막 패턴(105)으로부터 임프린트용 스탬프(Imprint Stamp)(104)를 분리(Relief)한다. 임프린트용 스탬프(Imprint Stamp)(104)를 분리(Relief)함으로써, 최종 취득한 금속 산화박막 패턴(105)의 깊이, 형상 또는 선폭은 특정하게 제한되지 않으며, 다양한 깊이, 형상 또는 선폭으로 구현될 수 있다. 도 1b에서 설명한 바와 같이 감광성 금속-유기물 전구체 층(103)의 형성을 위해 ZrO2 또는 SnO2를 합성한 경우, 금속 산화박막 패턴(105)의 두께는 50㎚~500㎚의 범위에 속한다.As shown in FIG. 1E, the step S105 of removing the imprint stamp from the metal oxide thin film pattern may include an imprint stamp from the metal oxide
본 발명의 일 실시 예에 따라, 도 1a 내지 도 1g의 s101 단계 내지 s105 단계를 통해, 기판상에 고분자 층을 형성하고, 고분자 층 상부에 패터닝된 감광성 금속-유기물 전구체 층을 형성하여 금속 산화박막 패턴을 취득함으로써, 건식 식각에 대한 식각 선택비 조절이 가능하다. 따라서, 리프트 오프(Lift-Off) 공정이 용이한 언더컷(Undercut)을 형성할 수 있다. 아울러, 언더컷(Undercut) 형성 또는 패턴 형성을 위해 반복적인 증착 또는 식각이 불필요해 생산 공정의 간소화, 생산 비용의 절감을 이룰 수 있다.According to an embodiment of the present invention, through the steps s101 to s105 of FIGS. 1A to 1G, a polymer layer is formed on a substrate, and a patterned photosensitive metal-organic precursor layer is formed on the polymer layer to form a metal oxide thin film. By acquiring the pattern, the etching selectivity to dry etching can be adjusted. Therefore, it is possible to form an undercut in which a lift-off process is easy. In addition, it is not necessary to repeatedly deposit or etch for undercut formation or pattern formation, thereby simplifying the production process and reducing production costs.
도 1f에 도시된 바와 같이, 건식 식각으로 금속 산화박막 패턴 하부의 고분자 층을 식각하여, 기판이 노출되도록 언더컷(Undercut)을 형성하는 단계(s106)는 Cl2, HBr, HCl, SF6, CF4, CHF3, NF3, O2 또는 CFCs(ChloroFluoroCarbons)로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상의 가스를 이용하며, N2, Ar 또는 He 중 하나 이상의 불활성 가스를 더 포함하여 식각에 이용한다. 식각 공정 시 금속 산화박막 패턴(105)은 마스크(Mask)와 같은 역할을 하게 되고, 금속 산화박막 패턴(105) 하부의 고분자 층(102)이 식각되어 언더컷(Undercut)을 형성하게 된다. s106 단계에서 형성한 언더컷(Undercut)에서 3차원 구조의 정렬된 나노구조체가 형성된다.As shown in Figure 1f, by etching the polymer layer under the metal oxide thin film pattern by dry etching, forming an undercut to expose the substrate (s106) Cl 2 , HBr, HCl, SF 6 , CF At least one gas selected from the group consisting of 4 , CHF 3 , NF 3 , O 2, or CFCs (ChloroFluoroCarbons) is used, and at least one inert gas of N 2 , Ar, or He is further used for etching. During the etching process, the metal oxide
도 1g에 도시된 바와 같이, 금속 산화박막 패턴 상부 또는 노출된 기판의 상부에 전자 빔 증착기를 이용하여 금속 또는 금속 산화막을 형성하는 단계(s107)는 전자 빔 증착기(E-Beam Evaporator)를 이용하여 50㎚~1000㎚의 두께로 금속 또는 금속 산화막(107)을 형성한다. 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 열 증착(Thermal Evaportor), 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; CVD), 스퍼터링(Sputtering), PECVD(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition) 또는 스핀 코팅(Spin Coating)과 같은 다양한 방법에 의해 금속 산화막(107)의 형성이 가능하다. As shown in FIG. 1G, the forming of the metal or the metal oxide layer using the electron beam evaporator on the metal oxide thin film pattern or the exposed substrate (s107) may be performed by using an E-Beam Evaporator. A metal or
이때, 금속 또는 금속 산화막(107)은 기판(101)에 나노구조체를 형성하기 위한 마스크(Mask) 역할을 한다. 금속 또는 금속 산화막(107) 증착을 위해 전자 빔 증착기(E-Beam Evaporator)를 이용 시 회전의 유무 또는 속도를 조절하여 언더컷(Undercut)에 형성되는 나노구조물(108)의 형상 또는 높이를 조절할 수 있다.In this case, the metal or
따라서, 본 발명은 패터닝된 금속 산화박막 패턴(105) 하부의 고분자 층(102)에 언더컷(Undercut)(106)을 형성하고, 이 금속 산화박막 패턴(105) 및 금속 산화막(107)을 마스크로 이용하며, 전자빔 증착기의 회전력을 조절함으로써, 균일한 크기와 다양한 형상의 나노구조물(108)을 제조할 수 있고, 나노구조물(108)의 일정한 배열이 가능하다.Accordingly, the present invention forms an undercut 106 in the
도 1h에 도시된 바와 같이, 용매를 이용하여 금속 산화박막 패턴을 리프트 오프(Lift-Off)하고, 언더컷이 형성된 상기 고분자 층을 식각하여 나노구조체를 취득하는 단계(s108)는 3차원 구조로 정렬된 나노구조체를 취득하기 위해 도 1a의 s101 단계에서 형성한 고분자 층(102)도 도 1g의 s107 단계에서 형성한 금속 산화박막 패턴(105)를 분리한다. 이때, 사용되는 용매는 박막의 분리 또는 박막을 제거하는 다양한 용매를 의미한다.As shown in FIG. 1H, the step of lifting-off the metal oxide thin film pattern using a solvent and etching the polymer layer in which the undercut is formed to acquire nanostructures (s108) is aligned in a three-dimensional structure. In order to obtain the nanostructures, the
본 발명에 따른 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체는 도 1a 내지 도 1h에서 설명한 제조방법으로 구현가능하며, 도 1a의 s101 단계에서 고분자 층을 기판이 아닌 박막의 상부에 형성하여 본 발명을 구현할 수 있다.The aligned nanostructures of the three-dimensional structure using the imprint lithography and the lift-off process according to the present invention can be implemented by the manufacturing method described with reference to FIGS. 1A to 1H. In step S101 of FIG. The present invention can be implemented by forming in.
본 발명은 도 1b의 s102 단계에서 설명한 바와 같이, 감광성 금속-유기물 전구체 층을 형성하기 위해 ZrO2 또는 SnO2를 합성할 수 있다. 또한, ZrO2 또는 SnO2가 합성된 감광성-유기물 전구체 층을 이용한 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체(100)의 제조는 도 2와 도 3의 SEM 이미지를 참조하여 설명할 수 있다.The present invention can synthesize ZrO 2 or SnO 2 to form a photosensitive metal-organic precursor layer, as described in step s102 of FIG. 1B. In addition, ZrO 2 or SnO 2 Fabrication of the aligned nanostructures 100 of three-dimensional structure using imprint lithography and lift off processes using the synthesized photosensitive-organic precursor layer can be described with reference to the SEM images of FIGS. 2 and 3.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체의 제조과정을 나타내는 SEM 이미지이다. 도 2의 (a)는 ZrO2가 합성된 감광성 금속-유기물 전구체 층(103)에 패턴이 형성된 이미지이다. (a)에서 기판(101)의 상부에 형성된 고분자 층(102)은 도 1a의 s101 단계에서 설명한 바와 같이, PMMA를 기판(101) 상부에 스핀 코팅(Spin Coating)하고, 170℃의 온도로 300초간 열처리(Baking)하여 형성한다. 또한, 도 1b의 s102 단계에서 설명한 바와 같이, 형성된 고분자 층(102)에 감광성 ZrO2 레진을 스핀 코팅(Spin Coating)한 후 80℃의 온도로 120초간 열처리(Baking)하여 감광성 금속-유기물 전구체 층(103)을 형성한다. FIG. 2 is an SEM image illustrating a fabrication process of an aligned nanostructure having a three-dimensional structure using imprint lithography and a lift-off process according to an embodiment of the present invention. FIG. 2A is an image in which a pattern is formed on the photosensitive metal-
(a)의 SEM 이미지에서 설명한 바와 같이, 기판상에 고분자 층을 형성하고, 고분자 층 상부에 패터닝된 감광성 금속-유기물 전구체 층을 형성함으로써, 건식 식각에 대한 식각 선택비 조절이 가능하다. 따라서, 리프트 오프(Lift-Off) 공정이 용이한 언더컷(Undercut)을 형성할 수 있다.As described in the SEM image of (a), by forming a polymer layer on the substrate and forming a patterned photosensitive metal-organic precursor layer on the polymer layer, it is possible to control the etching selectivity for dry etching. Therefore, it is possible to form an undercut in which a lift-off process is easy.
또한, 도 1c 내지 도 1e에서 설명한 바와 같이, 감광성 금속-유기물 전구체 층(103)에 임프린트용 스탬프(104)를 압착하고, 30분간 자외선을 조사한 후 임프린트용 스탬프(104)를 분리한다. 따라서, 213㎚ 두께의 고분자 층(102) 상면에 깊이 253㎚, 상측 패턴 선폭 273㎚, 하측 패턴 선폭 248㎚의 ZrO2 박막을 형성할 수 있다.1C to 1E, the
(b)는 금속 산화박막 패턴(105)을 O2 가스를 이용해 식각한 상태의 SEM 이미지이다. O2 가스를 이용한 식각은 20mTorr의 압력, O2 45SCCM 유량부피 및 RF Power 100W의 조건에서 이루어진다. 또한, 이 조건에서 O2 가스 식각 선택비는 1:20이다. 식각 결과, ZrO2 박막은 10㎚ 식각되고, PMMA로 이루어진 고분자 층(102)은 213㎚가 모두 식각되어 언더컷(Undercut)(106)을 형성한다.(b) is an SEM image of the metal oxide
(c)는 전자 빔 증착기(E-Beam Evaporator)를 이용해 Ni를 2Å/s 조건으로 200㎚를 증착한 SEM 이미지이다. 이때, Ti를 접착층(Adhesion Layer)으로 10㎚를 증착한다.(c) is an SEM image in which 200 nm of Ni was deposited at 2 Å / s using an E-Beam Evaporator. At this time, 10 nm of Ti is used as an adhesion layer. Deposit.
(d)는 접착층(Adhesion Layer) Ti와 Ni를 증착한 후 아세톤(Acetone)에 60초동안 담근 후 질소가스로 Blowing하여 패턴된 Ni막을 나타낸 SEM 이미지이다.(d) is an SEM image showing a Ni film patterned by depositing an adhesion layer Ti and Ni, immersing in acetone for 60 seconds, and blowing with nitrogen gas.
(a)에서 (d)까지의 SEM 이미지를 참조하여 알 수 있듯이 PMMA로 이루어진 고분자 층(102)과 ZrO2로 이루어진 감광성 금속-유기물 전구체 층(103)에 O2 가스에 대한 1:20의 높은 식각 선택비를 유도하여 언더컷(106)의 형성 및 나노패턴된 Ni 박막의 형성이 용이하다.As can be seen by referring to the SEM images from (a) to (d), the
도 3은 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체의 제조과정을 나타내는 SEM 이미지이다. 도 3의 (a′)는 SnO2가 합성된 감광성 금속-유기물 전구체 층(103)에 패턴이 형성된 이미지이다. (a′)에서 기판(101)의 상부에 형성된 고분자 층(102)은 도 1a의 s101 단계에서 설명한 바와 같이, PMMA를 기판(101) 상부에 스핀 코팅(Spin Coating)하고, 170℃의 온도로 300초간 열처리(Baking)하여 형성한다. 또한, 도 1b의 s102 단계에서 설명한 바와 같이, 형성된 고분자 층(102)에 감광성의 SnO2 레진을 스핀 코팅(Spin Coating)한 후 80℃의 온도로 120초간 열처리(Baking)하여 감광성 금속-유기물 전구체 층(103)을 형성한다. FIG. 3 is an SEM image illustrating a fabrication process of an aligned nanostructure having a three-dimensional structure using imprint lithography and a lift-off process according to another exemplary embodiment of the present invention. 3A is an image in which a pattern is formed on the photosensitive metal-
(a′)의 SEM 이미지에서 설명한 바와 같이, 기판상에 고분자 층을 형성하고, 고분자 층 상부에 패터닝된 감광성 금속-유기물 전구체 층을 형성함으로써, 건식 식각에 대한 식각 선택비 조절이 가능하다. 따라서, 리프트 오프(Lift-Off) 공정이 용이한 언더컷(Undercut)을 형성할 수 있다.As described in the SEM image of (a ′), the etching selectivity for dry etching can be controlled by forming a polymer layer on the substrate and forming a patterned photosensitive metal-organic precursor layer on the polymer layer. Therefore, it is possible to form an undercut in which a lift-off process is easy.
또한, (a′)는 도 1c 내지 도 1e에서 설명한 바와 같이, 감광성 금속-유기물 전구체 층(103)에 임프린트용 스탬프(104)를 압착하고, 20분간 자외선을 조사한 후 임프린트용 스탬프(104)를 분리한다. 따라서, 200㎚ 두께의 고분자 층(102)을 형성할 수 있다.1A to 1E, the
(b′)는 금속 산화박막 패턴(105)을 O2 가스를 이용해 식각한 상태의 SEM 이미지이다. O2 가스를 이용한 식각은 20mTorr의 압력, O2 45SCCM 유량부피 및 RF Power 100W의 조건에서 이루어진다. 또한, 이 조건에서 O2 가스 식각 선택비는 1:5이다. 식각 결과, SnO2 박막은 40㎚ 식각되고, PMMA로 이루어진 고분자 층(102)은 200㎚가 모두 식각되어 언더컷(Undercut)(106)을 형성한다.(b ′) is an SEM image of the metal oxide
(c′)는 전자 빔 증착기(E-Beam Evaporator)를 이용해 Au를 2Å/s 조건으로 200㎚를 증착한 SEM 이미지이다. 이때, Ti를 접착층(Adhesion Layer)으로 10㎚를 증착한다.(c ′) is an SEM image in which 200 nm of Au was deposited at 2 Å / s using an E-Beam Evaporator. At this time, 10 nm of Ti is deposited as an adhesion layer.
(d′)는 접착층(Adhesion Layer) Ti와 Au를 증착한 후 아세톤(Acetone)에 60초동안 담근 후 질소가스로 Blowing하여 패턴된 Au 막을 나타낸 SEM 이미지이다.(d ′) is an SEM image showing an Au film patterned by depositing an adhesion layer Ti and Au, immersing in acetone for 60 seconds, and blowing with nitrogen gas.
(a′)에서 (d′)까지의 SEM 이미지를 참조하여 알 수 있듯이, ZrO2 및 SnO2와 같은 금속 산화박막을 사용하여, PMMA와 같은 고분자 층(102)과의 건식 식각에 대한 높은 O2 에칭 선택비를 유도하여 언더컷(106)을 형성하였으며, 전자 빔 증착기에 있어서 금속 소스(Source)와 Ni 또는 Au가 증착되는 샘플의 위치 및 회전 유무 조절을 통하여 3차원으로 패턴된 금속 나노구조체의 형성이 가능함을 확인할 수 있다.As can be seen by referring to SEM images from (a ′) to (d ′), high O for dry etching with a
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체를 나타내는 SEM 이미지이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체(100)는 절연물질 또는 폴리머(Polymer)로 이루어진 기판(101) 및 기판(101) 상부의 일부 영역에 금속 또는 금속 산화막으로 이루어지는 요철 구조로 형성된 나노구조물(108)을 포함한다.FIG. 4 is an SEM image showing aligned nanostructures of three-dimensional structure using imprint lithography and a lift-off process according to an embodiment of the present invention. As shown, the aligned nanostructure 100 of the three-dimensional structure using the imprint lithography and the lift-off process according to the present invention is a
도 4의 SEM 이미지에서와 같이 본 발명에 따른 나노구조물(108)은 전자 빔 증착기를 이용해 회전의 유무 또는 속도를 조절하여 구, 점, 튜브, 원뿔, 반구, 다각뿔, 다각기둥 또는 원기둥 중 어느 하나 이상의 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 전자 빔 증착기의 회전력에 의해 기판(101)과 접하는 하부의 폭이 상부의 폭 보다 넓게 형성될 수 있고, 수직방향을 기준으로 좌우 비대칭 구조로 이루어질 수 있다. 나아가, 식각 공정 중 발생하는 폴리머 접착 현상이 없어, 상기 나노구조체의 일 측부에 폴리머가 남아있지 않은 것을 특징으로 한다.As shown in the SEM image of FIG. 4, the
본 발명 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어들은 본 발명 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로, 이 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.The terms used throughout the present specification are terms defined in consideration of functions in the embodiments of the present invention, and may be sufficiently modified according to the intention, custom, etc. of the user or the operator, and thus, the definitions of the terms are used throughout the present specification. It should be made based on the contents.
본 발명은 첨부된 도면에 의해 참조 되는 바람직한 실시 예를 중심으로 기술되었지만, 이러한 기재로부터 후술하는 특허청구범위에 의해 포괄되는 범위 내에서 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다.While the invention has been described with reference to the preferred embodiments, which are referred to by the accompanying drawings, it will be apparent that various modifications are possible without departing from the scope of the invention within the scope covered by the claims set forth below from this description. .
100: 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체
101: 기판
102: 고분자 층
103: 감광성 금속-유기물 전구체 층
104: 임프린트용 스탬프(Imprint Stamp)
105: 금속 산화박막 패턴
106: 언더컷(Undercut)
107: 금속 산화막
108: 나노 구조물100: aligned nanostructures of three-dimensional structure using imprint lithography and lift-off processes
101: substrate
102: polymer layer
103: photosensitive metal-organic precursor layer
104: Imprint Stamp
105: metal oxide thin film pattern
106: Undercut
107: metal oxide film
108: nanostructures
Claims (17)
기판에 고분자 층을 형성하는 단계;
상기 고분자 층 상부에 감광성 금속-유기물 전구체 층을 형성하는 단계;
다단 패턴(Multi-Level Pattern)이 형성된 임프린트용 스탬프(Imprint Stamp)를 준비하는 단계;
상기 감광성 금속-유기물 전구체 층을 상기 임프린트용 스탬프(Imprint Stamp)로 가압하고, 가열 또는 빛 조사 방법 중 어느 하나 또는 혼용한 방법으로 상기 감광성 금속-유기물 전구체 층을 경화하여 금속 산화박막 패턴을 형성하는 단계;
상기 임프린트용 스탬프(Imprint Stamp)를 상기 금속 산화박막 패턴으로 부터 제거하는 단계;
건식 식각으로 상기 금속 산화박막 패턴 하부의 상기 고분자 층을 식각하여, 상기 기판이 노출되도록 언더컷(Undercut)을 형성하는 단계;
상기 금속 산화박막 패턴 상부 또는 노출된 상기 기판의 상부에 전자 빔 증착기를 이용하여 금속 또는 금속 산화막을 형성하는 단계 및
용매를 이용하여 상기 금속 산화박막 패턴을 리프트 오프(Lift-Off)하고, 언더컷이 형성된 상기 고분자 층을 식각하여 나노구조체를 취득하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체 제조방법.In the method of manufacturing a metal or metal oxide nanostructure of the three-dimensional form using an imprint lithography process and a lift-off process,
Forming a polymer layer on the substrate;
Forming a photosensitive metal-organic precursor layer on the polymer layer;
Preparing an imprint stamp having a multi-level pattern formed thereon;
Pressing the photosensitive metal-organic precursor layer with the imprint stamp, and curing the photosensitive metal-organic precursor layer by any one of a heating or light irradiation method or a mixed method to form a metal oxide thin film pattern step;
Removing the imprint stamp from the metal oxide thin film pattern;
Etching the polymer layer under the metal oxide thin film pattern by dry etching to form an undercut to expose the substrate;
Forming a metal or metal oxide film on the metal oxide thin film pattern or on the exposed substrate using an electron beam evaporator; and
Lifting off the metal oxide thin film pattern using a solvent and etching the polymer layer in which the undercut is formed to obtain a nanostructure.
Method for producing an aligned nanostructure of the three-dimensional structure using an imprint lithography and lift-off process comprising a.
박막에 고분자 층을 형성하는 단계;
상기 고분자 층 상부에 감광성 금속-유기물 전구체 층을 형성하는 단계;
다단 패턴(Multi-Level Pattern)이 형성된 임프린트용 스탬프(Imprint Stamp)를 준비하는 단계;
상기 감광성 금속-유기물 전구체 층을 상기 임프린트용 스탬프(Imprint Stamp)로 가압하고, 가열 또는 빛 조사 방법 중 어느 하나 또는 혼용한 방법으로 상기 감광성 금속-유기물 전구체 층을 경화하여 금속 산화박막 패턴을 형성하는 단계;
상기 임프린트용 스탬프(Imprint Stamp)를 상기 금속 산화박막 패턴으로 부터 제거하는 단계;
건식 식각으로 상기 금속 산화박막 패턴 하부의 상기 고분자 층을 식각하여, 상기 박막이 노출되도록 언더컷(Undercut)을 형성하는 단계;
상기 금속 산화박막 패턴 상부 또는 노출된 상기 박막의 상부에 전자 빔 증착기를 이용하여 금속 또는 금속 산화막을 형성하는 단계 및
용매를 이용하여 상기 금속 산화박막 패턴을 리프트 오프(Lift-Off)하고, 언더컷이 형성된 상기 고분자 층을 식각하여 나노구조체를 취득하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체 제조방법.In the method of manufacturing a metal or metal oxide nanostructure of the three-dimensional form using an imprint lithography process and a lift-off process,
Forming a polymer layer on the thin film;
Forming a photosensitive metal-organic precursor layer on the polymer layer;
Preparing an imprint stamp having a multi-level pattern formed thereon;
Pressing the photosensitive metal-organic precursor layer with the imprint stamp, and curing the photosensitive metal-organic precursor layer by any one of a heating or light irradiation method or a mixed method to form a metal oxide thin film pattern step;
Removing the imprint stamp from the metal oxide thin film pattern;
Etching the polymer layer under the metal oxide thin film pattern by dry etching to form an undercut to expose the thin film;
Forming a metal or metal oxide film on the metal oxide thin film pattern or on the exposed thin film by using an electron beam evaporator; and
Lifting off the metal oxide thin film pattern using a solvent and etching the polymer layer in which the undercut is formed to obtain a nanostructure.
Method for producing an aligned nanostructure of the three-dimensional structure using an imprint lithography and lift-off process comprising a.
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 또는 LOR 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체 제조방법.The method according to any one of claims 1 to 2, wherein the polymer layer,
Polyvinyl Chloride (PVC), Neoprene, Polyvinyl Alcohol (PVA), Poly Methyl Meta Acrylate (PMMA), Poly Benzyl Meta Acrylate (PBMA), PolyStylene, Spin On Glass (SOG), Polydimethylsiloxane (PDMS), Poly Vinyl formal (PVFM) , Parylene, Polyester, Epoxy, Polyether, Polyimide, or LOR, characterized in that the three-dimensional structured nanostructure manufacturing method using a lithography and lift-off process, characterized in that consisting of.
50㎚~1000㎚ 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체 제조방법.The method of claim 3, wherein the polymer layer,
Method for producing an aligned nanostructure of a three-dimensional structure using an imprint lithography and a lift-off process, characterized in that formed 50nm ~ 1000nm thickness.
30℃~300℃ 온도에서 1초~5시간 동안 상기 감광성 금속-유기물 전구체 층을 가열하는 것을 특징으로 하는 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체 제조방법.The photosensitive metal according to any one of claims 1 to 2, wherein the photosensitive metal-organic precursor layer is pressed with the Imprint Stamp, and the photosensitive metal is used by any one of a heating or light irradiation method or a mixed method. Curing the organic precursor layer to form a metal oxide thin film pattern,
Method for producing an aligned nanostructure of a three-dimensional structure using an imprint lithography and a lift-off process characterized in that for heating the photosensitive metal-organic precursor layer for 1 second to 5 hours at a temperature of 30 ℃ ~ 300 ℃.
마이크로웨이브(Microwave), X선, 감마선 또는 자외선 중 어느 하나를 상기 감광성 금속-유기물 전구체 층에 조사하며, 상기 자외선 조사 시 조사시간은 1초~5시간인 것을 특징으로 하는 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체 제조방법.The photosensitive metal according to any one of claims 1 to 2, wherein the photosensitive metal-organic precursor layer is pressed with the Imprint Stamp, and the photosensitive metal is used by any one of a heating or light irradiation method or a mixed method. Curing the organic precursor layer to form a metal oxide thin film pattern,
Imprint lithography and lift-off process wherein any one of microwave, X-ray, gamma rays or ultraviolet rays is irradiated to the photosensitive metal-organic precursor layer, and the irradiation time is 1 second to 5 hours during the ultraviolet irradiation. Method for producing an aligned nanostructure of the three-dimensional structure using.
리튬(Li), 베릴륨(Be), 붕소(B), 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 규소(Si), 인듐(In), 황(S), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 스칸듐(Sc), 타이타늄(Ti), 바나듐(V), 크로뮴(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 갈륨(Ga), 저마늄(Ge), 비소(As), 셀레늄(Se), 루비듐(Rb), 스트론튬(Sr), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 나이오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 인듐(In), 주석(Sn), 텔루륨(Te), 안티몬(Sb), 바륨(Ba), 란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 가돌리늄(Gd), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 이리듐(Ir), 납(Pb), 비스무스(Bi), 폴로늄(Po) 또는 우라늄(U)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체 제조방법.The photosensitive metal-organic precursor layer according to any one of claims 1 to 2, wherein
Lithium (Li), beryllium (Be), boron (B), sodium (Na), magnesium (Mg), aluminum (Al), silicon (Si), indium (In), sulfur (S), potassium (K), Calcium (Ca), Scandium (Sc), Titanium (Ti), Vanadium (V), Chromium (Cr), Manganese (Mn), Iron (Fe), Cobalt (Co), Nickel (Ni), Copper (Cu), Zinc (Zn), Gallium (Ga), Germanium (Ge), Arsenic (As), Selenium (Se), Rubidium (Rb), Strontium (Sr), Yttrium (Y), Zirconium (Zr), Niobium (Nb) ), Molybdenum (Mo), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), indium (In), tin (Sn), tellurium (Te), antimony (Sb), barium (Ba), lanthanum (La), cerium ( Ce), Praseodymium (Pr), Neodymium (Nd), Promethium (Pm), Gadolinium (Gd), Hafnium (Hf), Tantalum (Ta), Tungsten (W), Iridium (Ir), Lead (Pb), Bismuth ( Bi), polonium (Po) or uranium (U) comprising a three-dimensional structure of nanostructures using an imprint lithography and a lift-off process comprising any one of the metal elements selected from the group consisting of.
에틸헥사노에이트(Ethylhexanoate), 아세틸아세토네이트(Acetylacetonate), 디알킬디티오카바메이트(Dialkyldithiocarbamates), 카르복실산(Carboxylic acids), 카르복실레이트(Carboxylates), 피리딘(Pyridine), 디아민(Diamines), 아르신(Arsines), 디아르신(Diarsines), 포스핀(Phosphines), 디포스핀(Diphosphines), 부톡사이드(Butoxide), 이소프로팍사이드(Isopropoxide), 에톡사이드(Ethoxide), 클로라이드(Chloride), 아세테이트(Acetate), 카르보닐(Carbonyl), 카르보네이트(Carbonate), 하이드록사이드(Hydroxide), 아레네스(Arenas), 베타-디케토네이트(Beta-Diketonate), 2-니트로벤잘디하이드(2-Nitrobenzaldehyde) 또는 아세테이트 디하이드레이트(Acetate Dihydrate) 중 어느 하나 이상의 유기물 리간드로 이루어진 것을 특징으로 하는 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체 제조방법.The photosensitive metal-organic precursor layer according to any one of claims 1 to 2, wherein
Ethylhexanoate, Acetylacetonate, Dialkyldithiocarbamates, Carboxylic acids, Carboxylates, Pyridine, Diamines, Arsines, Diarsines, Phosphines, Diphosphines, Butoxide, Isopropoxide, Ethoxide, Chloride, Acetate (Acetate), Carbonyl, Carbonate, Hydroxide, Arenas, Beta-Diketonate, 2-Nitrobenzaldihydr (2- Nitrobenzaldehyde) or acetate dihydrate (Acetate Dihydrate) is a method for producing an aligned nanostructure of three-dimensional structure using an imprint lithography and a lift off process characterized in that the organic ligand.
헥산, 4-메틸-2-펜타논(4-Methyl-2-Pentanone), 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 메틸 에틸 케톤, 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 디메틸설폭사이드(Dimethyl Sulfoxide: DMSO), 디메틸포름아마이드(Dimethylformamide: DMF), N-메틸피롤리돈, 아세톤, 아세토니트릴, 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran: THF), 테칸, 노난, 옥탄, 헵탄, 펜탄 또는 2-메톡시에탄올(E-Methoxyethanol)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 용매를 이용해 생성하는 것을 특징으로 하는 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체 제조방법.The photosensitive metal-organic precursor layer according to any one of claims 1 to 2, wherein
Hexane, 4-Methyl-2-Pentanone, ketone, methyl isobutyl ketone, methyl ethyl ketone, water, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, pentanol, hexanol, dimethyl Dimethyl Sulfoxide (DMSO), Dimethylformamide (DMF), N-methylpyrrolidone, Acetone, Acetonitrile, Tetrahydrofuran (THF), Tecan, Nonan, Octane, Heptane, Pentane or 2 Method for producing an ordered nanostructure of three-dimensional structure using imprint lithography and lift-off process, characterized in that it is produced using at least one solvent selected from the group consisting of methoxyethanol (E-Methoxyethanol).
Cl2, HBr, HCl, SF6, CF4, CHF3, NF3, O2 또는 CFCs(ChloroFluoroCarbons)로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상의 가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체 제조방법.The dry etching method of claim 1, wherein the dry etching is performed.
Three-dimensional imprint lithography and lift-off process using at least one gas selected from the group consisting of Cl 2 , HBr, HCl, SF 6 , CF 4 , CHF 3 , NF 3 , O 2 or CFCs (ChloroFluoroCarbons) Method for producing an ordered nanostructure of the structure.
N2, Ar 또는 He 중 하나 이상의 불활성 가스를 더 포함하여 이용하는 것을 특징으로 하는 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체 제조방법.The method of claim 10, wherein the dry etching,
Method for producing an aligned nanostructure of three-dimensional structure using an imprint lithography and a lift off process, characterized in that it further comprises at least one inert gas of N 2 , Ar or He.
50㎚~1000㎚ 두께로 형성되며, 상기 전자빔 증착기를 이용하여 증착 시 기판 또는 박막의 마스크(Mask)로 이용되는 것을 특징으로 하는 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체 제조방법.The metal according to any one of claims 1 to 2, wherein the metal or the metal oxide film,
Formed in a thickness of 50nm ~ 1000nm, manufacturing the aligned nanostructure of the three-dimensional structure using the imprint lithography and lift-off process, characterized in that used as a mask of the substrate or thin film when deposited using the electron beam evaporator Way.
상기 기판 상부의 일부 영역에 금속 또는 금속 산화막으로 이루어지는 요철 구조로 형성된 나노구조물
을 포함하는 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체.A substrate made of an inorganic material, a metal oxide, an insulating material or a polymer, and
Nanostructure formed of a concave-convex structure made of a metal or a metal oxide film in a portion of the upper portion of the substrate
Aligned nanostructures of three-dimensional structure using an imprint lithography and lift off process comprising a.
구, 점, 튜브, 원뿔, 반구, 다각뿔, 다각기둥 또는 원기둥 중 어느 하나 이상의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체.The method of claim 13, wherein the nanostructures,
A three-dimensional aligned nanostructure using imprint lithography and a lift-off process comprising a shape of at least one of spheres, points, tubes, cones, hemispheres, polygonal pyramids, polygonal columns or cylinders.
상기 기판과 접하는 하부의 폭이 상부의 폭 보다 넓은 것을 특징으로 하는 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체.The method of claim 13, wherein the nanostructures,
And a three-dimensional structured nanostructure using imprint lithography and a lift-off process, wherein the lower width of the lower surface in contact with the substrate is wider than the upper width.
수직방향을 기준으로 좌우 비대칭 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체.The method of claim 13, wherein the nanostructures,
An aligned nanostructure of three-dimensional structure using imprint lithography and a lift-off process, characterized in that the left and right asymmetric structure with respect to the vertical direction.
식각 공정 중 발생하는 폴리머 접착 현상이 없어, 상기 나노구조체의 일 측부에 폴리머가 남아있지 않은 것을 특징으로 하는 임프린트 리소그래피와 리프트 오프 공정을 이용한 3차원 구조의 정렬된 나노구조체.The method according to any one of claims 13 to 16, wherein the nanostructures,
3. The aligned nanostructure of the three-dimensional structure using imprint lithography and a lift-off process, wherein there is no polymer adhesion phenomenon occurring during an etching process and no polymer remains on one side of the nanostructure.
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