KR20130055813A

KR20130055813A - 연속적으로 패턴화된 구조를 가지는 ３차원 다성분 나노구조체 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20130055813A
Application number: KR1020110121435A
Authority: KR
Inventors: 정희태; 전환진; 정현수
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2013-05-29
Also published as: WO2013077489A1; KR101356800B1

Abstract

본 발명은 연속적으로 패턴화된 구조를 가지는 ３차원 다성분 나노구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물리적 이온 식각공정을 통한 이온 봄바드먼트(ion bombardment) 현상을 이용하여 목적물질-고분자 복합구조체를 형성한 다음, 형성된 목적물질-고분자 복합구조체의 고분자만을 제거하는 일련의 과정을 반복적으로 수행함으로써 제조되는, 연속적으로 패턴화된 구조를 가지는 ３차원 다성분 나노구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 물리적 이온 식각을 통한 이온 봄바드먼트 현상을 적용하여 제조됨으로써 간단한 공정과 저렴한 비용으로 높은 종횡비와 균일성을 가지는 3차원 나노구조체를 제조할 수 있고, 고분자 구조체의 패턴 및 형상을 반복적으로 조절함으로써 연속적으로 패턴화된 다양한 형상의 구조를 가지는 구조체의 제조가 용이한 동시에 대면적으로 두께가 10nm 이하인 균일한 미세 나노구조를 형성할 수 있어 나노전자소자, 광학소자, 바이오소자, 에너지소자 등과 같은 미래의 나노소자의 높은 성능을 구현할 수 있는 효과가 있다.

Description

연속적으로 패턴화된 구조를 가지는 ３차원 다성분 나노구조체 및 그 제조방법{Three Dimensional Multicomponent Nanostructure Having Continuous Patternized Structure and Method for Preparing the Same}

본 발명은 연속적으로 패턴화된 구조를 가지는 ３차원 다성분 나노구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물리적 이온 식각공정을 통한 이온 봄바드먼트(ion bombardment) 현상을 이용하여 목적물질-고분자 복합구조체를 형성한 다음, 형성된 목적물질-고분자 복합구조체의 고분자만을 제거하는 일련의 과정을 반복적으로 수행함으로써 제조되는, 연속적으로 패턴화된 구조를 가지는 ３차원 다성분 나노구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 전자소자의 집적화, 소형화 추세에 따라 나노구조 물질 및 그 제작 방법에 대한 연구가 매우 활발히 진행되고 있다.

특히, 나노전자소자, 광학소자, 바이오소자, 에너지소자 등과 같은 미래의 나노소자의 높은 성능을 구현하기 위해 나노 사이즈의 고분해능과 높은 종횡비(aspect ratio)를 가지는 대면적의 나노 패터닝 기술은 필연적이며, 고성능의 나노소자를 구현하기 위해 지금까지 나노 임프린트(nano imprint)/전자빔(e-beam)/딥-펜(dip-pen)/블록공중합체(blockcopolymer)/소프트 리소그래피(soft lithography) 등이 연구되고 있다.

최근 가장 고분해능을 나타낼 수 있는 딥-펜(dip-pen), 전자빔(e-beam), 주사탐침현미경(scanning probe microscope, SPM) 리소그래피의 경우 10nm대의 고분해능의 패턴을 제작할 수 있는 장점이 있지만, 팁(tip)에 의한 스캔 방식이기 때문에 처리속도가 굉장히 느리다는 단점이 있고, 고가의 장비를 보유하여야 하기 때문에 실제로 연구 및 생산에 사용되기에는 분명한 한계가 있다.

또한, 비교적 빠른 공정 시간 동안에 대면적에 나노패턴 구현이 가능한 나노임프린트와 소프트 리소그래피 방법은 모체가 되는 마스크 몰드의 크기의 패턴을 원하는 기판에 대면적을 반복적으로 전사할 수 있다는 장점이 있지만, 모체가 되는 마스크 몰드 이하의 크기는 제작이 불가능하고, 100nm 미만의 마스크 제작시에 들어가는 비용이 크기 때문에 한계를 지니고 있으며, 스탬프 방식이거나 식각하여 만드는 방식이기 때문에 마스크 몰드의 2차원적인 형상만을 그대로 전사하여 3차원적인 패턴구현은 불가능할 뿐 아니라, 다른 크기나 모양의 나노 구조 패턴을 제작하려면 다른 마스크 몰드를 제작해야하는 한계를 지닌다.

이에, 본 발명자는 새로운 리소그라피 방식을 이용하여 10nm 범위의 종횡비를 갖는 3차원 패턴을 구현하였으나(한국출원번호 제2010-0062183호), 해당 기술은 프리패턴의 외주면에 목적물질을 부착시켜 제작하기 때문에 독립적인 3차원 나노구조체 형성만 가능한 반면, 격자 패턴 등과 같이 연속적이면서 다성분을 포함하는 3차원 패턴의 제작은 불가능하다는 문제점이 있다.

이에, 본 발명자들은 상기 종래기술의 문제점을 해결하고자 예의 노력한 결과, 패턴화된 고분자 구조체의 외주면에 물리적 이온 식각공정을 통한 이온 봄바드먼트(ion bombardment) 현상을 적용하여 목적물질을 부착시킨 목적물질-고분자 복합구조체를 형성하고, 상기 형성된 목적물질-고분자 복합구조체의 고분자만을 제거하여 나노구조체를 수득한 다음, 상기 과정을 반복적으로 수행할 경우, 높은 종횡비와 균일성을 가지는 동시에 연속적으로 패턴화된 다양한 형상의 구조를 가지는 ３차원 다성분 나노구조체를 제조할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 주된 목적은 연속적으로 패턴화된 다양한 형상의 구조를 가지는 동시에, 대면적의 고 종횡비와 균일성을 가지는 3차원 다성분 나노구조체 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 기판상에 제1 목적물질 층과 제1 고분자 층을 순차적으로 형성하는 단계; (b) 상기 제1 고분자 층에 리소그래피 공정을 수행하여 패턴화된 제1 고분자 구조체를 형성하는 단계; (c) 상기 제1 목적물질 층을 이온 식각하여, 상기 제1 고분자 구조체 외주면에 이온 식각된 제1 목적물질이 부착된 제1 목적물질-고분자 복합구조체를 기판상에 형성하는 단계; (d) 상기 제1 목적물질-고분자 복합구조체의 고분자를 제거하여 제1 나노구조체를 수득하는 단계; (e) 상기 제1 나노구조체에 제2 고분자 층을 형성시킨 다음, 리소그래피 공정을 수행하여 패턴화된 제2 고분자 구조체를 형성하는 단계; (f) 상기 제2 고분자 구조체에 제2 목적물질 층을 형성하는 단계; (g) 상기 제2 목적물질 층을 이온 식각하여, 상기 제2 고분자 구조체 외주면에 이온 식각된 제2 목적물질이 부착된 제2 목적물질-고분자 복합구조체를 기판상에 형성하는 단계; (h) 상기 제2 목적물질-고분자 복합구조체의 고분자를 제거하여 제2 나노구조체를 수득하는 단계; 및 (i) 상기 (e) 내지 (h) 단계를 적어도 1회 이상 반복하여 ３차원 다성분 나노구조체를 제조하는 단계를 포함하는, ３차원 다성분 나노구조체의 제조방법 및 상기 제조방법에 의해 제조되는 ３차원 다성분 나노구조체의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 또한, (a) 기판상에 고분자 층을 형성한 다음, 리소그래피 공정을 통하여 패턴화된 제1 고분자 구조체를 형성하는 단계; (b) 상기 패턴화된 제1 고분자 구조체가 형성된 기판상에 제1 목적물질 층을 형성하는 단계; (c) 상기 제1 목적물질 층을 이온 식각하여, 상기 제1 고분자 구조체 외주면에 이온 식각된 제1 목적물질이 부착된 제1 목적물질-고분자 복합구조체를 기판상에 형성하는 단계; (d) 상기 제1 목적물질-고분자 복합구조체의 고분자를 제거하여 제1 나노구조체를 수득하는 단계; (e) 상기 제1 나노구조체에 제2 고분자 층을 형성시킨 다음, 리소그래피 공정을 수행하여 패턴화된 제2 고분자 구조체를 형성하는 단계; (f) 상기 제2 고분자 구조체에 제2 목적물질 층을 형성하는 단계; (g) 상기 제2 목적물질 층을 이온 식각하여 상기 제2 고분자 구조체 외주면에 이온 식각된 제2 목적물질이 부착된 제2 목적물질-고분자 복합구조체를 기판상에 형성하는 단계; (h) 상기 제2 목적물질-고분자 복합구조체의 고분자를 제거하여 제2 나노구조체를 수득하는 단계; 및 (i) 상기 (e) 내지 (h) 단계를 적어도 1회 이상 반복하여 ３차원 다성분 나노구조체를 제조하는 단계를 포함하는, ３차원 다성분 나노구조체의 제조방법 및 상기 제조방법에 의해 제조되는 ３차원 다성분 나노구조체의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 또한, (a) 기판상에 제1 목적물질 층과 제1 고분자 층을 순차적으로 형성하는 단계; (b) 상기 제1 고분자 층에 리소그래피 공정을 통하여 패턴화된 제1 고분자 구조체를 형성하는 단계; (c) 상기 제1 목적물질 층의 일부를 이온 식각하여, 상기 제1 고분자 구조체 외주면에 이온 식각된 제1 목적물질이 부착된 제1 목적물질-고분자 복합구조체를 제1 목적물질 층에 형성하는 단계; (d) 상기 제1 목적물질-고분자 복합구조체의 고분자를 제거하여 제1 나노구조체를 수득하는 단계; (e) 상기 제1 나노구조체에 제2 고분자 층을 형성시킨 다음, 리소그래피 공정을 수행하여 패턴화된 제2 고분자 구조체를 형성하는 단계; (f) 상기 제1 목적물질 층을 이온 식각하여 상기 제2 고분자 구조체 외주면에 이온 식각된 제1 목적물질이 부착된 제2 목적물질-고분자 복합구조체를 형성하는 단계; (g) 상기 제2 목적물질-고분자 복합구조체의 고분자를 제거하여 제2 나노구조체를 수득하는 단계; 및 (h) 상기 (e) 내지 (g) 단계를 적어도 1회 이상 반복하여 ３차원 다성분 나노구조체를 제조하는 단계를 포함하는, ３차원 다성분 나노구조체의 제조방법 및 상기 제조방법에 의해 제조되는 ３차원 다성분 나노구조체의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 물리적 이온 식각을 통한 이온 봄바드먼트 현상을 적용함으로써 간단한 공정과 저렴한 비용으로 높은 종횡비와 균일성을 가지는 3차원 나노구조체를 제조할 수 있고, 고분자 구조체의 패턴 및 형상을 반복적으로 조절함으로써 연속적으로 패턴화된 다양한 형상의 구조를 가지는 구조체의 제조가 용이한 동시에 대면적으로 두께가 10nm 이하인 균일한 미세 나노구조를 형성할 수 있어 나노전자소자, 광학소자, 바이오소자, 에너지소자 등과 같은 미래 나노소자의 높은 성능을 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 다성분 나노구조체의 개략적인 제조공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이온 식각공정의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 다성분 나노구조체의 개략적인 제조공정도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3차원 다성분 나노구조체의 개략적인 제조공정도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 격자패턴 구조를 가지는 3차원 나노구조체의 주사전자현미경 이미지(a:45,000배율의 선 형상으로 패턴화된 제1 금 나노구조체, b: 21,000배율의 격자패턴화된 제1 금 나노구조체와 폴리스타일렌 구조체, c: 36,000배율의 격자형상으로 패턴화된 제1 금 나노구조체와 제2 금 나노구조체, d: 43,000배율의 도 5b의 확대도, e: 50,000배율의 도 5c의 확대도)이다.
도 6은 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 hole-cylinder 패턴 구조를 가지는 3차원 나노구조체의 이미지(a: 패턴화된 동심원의 예상도, b: 겹쳐져 패턴화된 동심원의 예상도, c: 10,000배율의 동심원 형상으로 패턴화된 제1 금 나노구조체의 주사전자현미경 이미지, d: 10,000배율의 겹쳐진 동심원 형상으로 패턴화된 제1 금 나노구조체와 제2 금 나노구조체의 주사전자현미경 이미지, e: 80,000배율의 도 6c의 확대도, f: 45,000배율의 도 6d의 확대도)이다.
도 7은 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 동일기판에서의 3차원 다성분 나노구조체의 이미지(a: 선 형상으로 패턴화된 제1 금 나노구조체 예상도, b: 격자형상으로 패턴화된 제1 금 나노구조체와 제2 실리콘 나노구조체의 예상도, c: 16000배율의 격자형상으로 패턴화된 제1 금 나노구조체와 제2 실리콘 나노구조체의 주사전자현미경 이미지, d: 도 7c의 확대도로 왼쪽은 65,000배율이고, 오른쪽은 130,000배율 임)이다.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 발명의 실시를 위한 구체적인 내용에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

또한, 본 명세서에 사용되는 "전체 이온 식각"은 목적물질 층을 이온 식각하되, 목적물질 층을 전부 이온 식각하여 잔여 목적물질이 없도록 하는 것을 의미하고, "부분 이온 식각"은 목적물질 층 일부를 이온 식각하여 목적물질 층이 나아 있도록 하는 이온 식각을 의미한다.

본 발명은 일 관점에서, 본 발명은 (a) 기판상에 제1 목적물질 층과 제1 고분자 층을 순차적으로 형성하는 단계; (b) 상기 제1 고분자 층에 리소그래피 공정을 수행하여 패턴화된 제1 고분자 구조체를 형성하는 단계; (c) 상기 제1 목적물질 층을 전체 이온 식각하여, 상기 제1 고분자 구조체 외주면에 이온 식각된 제1 목적물질이 부착된 제1 목적물질-고분자 복합구조체를 기판상에 형성하는 단계; (d) 상기 제1 목적물질-고분자 복합구조체의 고분자를 제거하여 제1 나노구조체를 수득하는 단계; (e) 상기 제1 나노구조체에 제2 고분자 층을 형성시킨 다음, 리소그래피 공정을 수행하여 패턴화된 제2 고분자 구조체를 형성하는 단계; (f) 상기 제2 고분자 구조체에 제2 목적물질 층을 형성하는 단계; (g) 상기 제2 목적물질 층을 전체 이온 식각하여, 상기 제2 고분자 구조체 외주면에 이온 식각된 제2 목적물질이 부착된 제2 목적물질-고분자 복합구조체를 기판상에 형성하는 단계; (h) 상기 제2 목적물질-고분자 복합구조체의 고분자를 제거하여 제2 나노구조체를 수득하는 단계; 및 (i) 상기 (e) 내지 (h) 단계를 적어도 1회 이상 반복하여 ３차원 다성분 나노구조체를 제조하는 단계를 포함하는, ３차원 다성분 나노구조체의 제조방법 및 상기 제조방법에 의해 제조되는 ３차원 다성분 나노구조체의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 핵심 사상은 물리적으로 충격받은 목적물질의 입자들이 사방으로 이탈되어 튕겨져 나가는 이온 봄바드먼트(ion bombardment) 현상을 이용하고, 목적물질 층으로부터 튕겨진 목적물질의 입자들을 외주면에 부착시킬 수 있는 패턴화된 고분자 구조체를 구비한 다음, 이온 봄바드먼트(ion bombardment) 현상으로 이탈된 목적물질의 입자들이 부착되어 형성된 목적물질-고분자 복합 구조체에서 고분자만을 제거하는 일련의 과정을 반복 수행하여 중첩패턴, 연속패턴, 격자패턴 및 이들의 혼합 패턴으로 구성된 군에서 선택되는 패턴화된 구조를 가지는 ３차원 다성분 나노구조체를 제조하는 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 ３차원 다성분 나노구조체의 제조방법은 도 1에 나타난 바와 같이, 기판(110)상에 제1 목적물질(125)과 제1 고분자(135)를 순차적으로 도포하여 기판상에 제1 목적물질 층(120)과 제1 고분자 층(130)을 형성시킨다(도 1a).

상기 기판(110)은 평판으로 리소그래피 공정의 온도와 압력에 의해 물리적 변형이 발생되지 않는 재질이면 제한 없이 가능하고, 바람직하게는 실리콘, 실리콘 산화물, 석영, 유리, 알루미늄, 구리 등의 금속/무기물과, 박막 형태로 형성될 수 있는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate; PET), 폴리 아크릴레이트(Polyarylate ; PAR), 폴리에틸렌(polyethylene; PE) 등과 같은 모든 고분자 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택된다.

상기 제1 목적물질(125)은 제1 나노구조체를 이루는 물질을 의미하는 것으로, 후술되는 물리적 이온 식각을 통한 이온 봄바드먼트(ion bombardment) 현상을 적용하기 위해 에너지를 가하면 여러 방향으로 이탈될 수 있는 다결정 물질이면 제한 없이 사용 가능하고, 바람직하게는 금, 백금, 은, 구리, 알루미늄, 징크옥사이드, 크롬, 실리콘 디옥사이드, 인듐틴옥사이드 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택된다.

상기 제1 고분자(135)는 리소그래피 공정을 이용하여 구조체를 제작할 수 있는 고분자면 제한 없이 사용 가능하고, 바람직하게는 폴리스타일렌, 키토산, 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA) 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택된다.

기판(110)상에 제1 목적물질 층(120)과 제2 고분자 층(130)을 순차적으로 형성하는 방법 중, 목적물질 층(120)을 형성시키는 방법은 일반적으로 화학기상증착법(CVD), 원자층 증착법(atomic layer deposition), 스퍼터링법(sputterring), 레이저어블레이션법(laser ablation), 전기방전법(arc-discharge), 플라즈마증착법, 열화학 기상증착법 및 전자빔 기상증착법으로 구성된 군에서 선택되는 방법으로 수행할 수 있고, 고분자 층(130)을 형성시키는 방법은 스핀코팅 또는 스프레이 코팅하여 형성시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 제1 목적물질 층(120)은 최종 결과물인 3차원 다공성 나노구조체의 사용목적, 용도 등에 따라 다층으로 형성될 수 있다.

전술된 바와 같이, 형성된 제1 고분자 층(130)은 나노임프린트용 몰드(140) 등의 리소그래피 공정을 이용하여 패턴화된 제1 고분자 구조체를 형성시킨다(도 1b). 이때 형성된 고분자 구조체의 형상은 3차 다성분 나노구조체의 형상을 결정짓기 때문에 다양한 리소그래피 공정으로 상기 제1 고분자 구조체의 형상을 조절하여 다양한 형상의 3차원 다성분 나노구조체를 용이하게 제조할 수 있다.

상기 리소그래피 공정으로는 통상적인 리소그래피 공정을 사용할 수 있고, 바람직하게는 나노 임프린트, 소프트 리소그래피, 블록공중합체 리소그래피, 광 리소그래피 및 캐필러리 리소그래피로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 방법으로 수행된다.

특히, 리소그래피 공정을 이용하여 패턴화된 제1 고분자 구조체는 추가로 반응성 이온식각(RIE) 조건과 패턴화된 제1 고분자 구조체 주변의 고분자 층에 따라 다양한 형상과 크기로 조절될 수 있다. 예를 들면, 0.001~0.01 Torr의 고진공하에서의 반응성 이온 식각은 이방성 즉, 하부의 식각만 가능하지만, 0.1~0.6 Torr 저진공하에서의 반응성 이온 식각은 등방성 즉, 사방에서 식각이 진행되기 때문에 패턴화된 고분자 구조체를 추가적으로 저진공하에서 이온 식각하면, 패턴화된 고분자 구조체의 전체적인 높이와 지름의 크기가 줄어들게 된다. 이에, 패턴화된 제1 고분자 구조체 주변의 고분자가 모두 제거되고 패턴화된 제1 고분자 구조체만 남은 상태에서 반응성 이온 식각을 추가로 수행하면 패턴화된 고분자 구조체 밑부분이 상대적으로 더 많이 식각되어 고분자 구조체 밑부분이 들어가 있는 3차원 컵 형상의 제1 고분자 구조체 패턴을 형성하게 되고, 이러한 이온 식각 시간이 길수록 밑부분이 움푹 들어가 있는 제1 고분자 구조체 패턴을 형성할 수 있다.

또한, 패턴화된 제1 고분자 구조체의 크기조절은 기판상에 코팅된 제1 고분자 층의 두께로 조절할 수 있다. 만약 제1 고분자 층의 두께가 얇은 경우 짧은 반응성 이온식각 시간 동안 제1 고분자 층이 없어지고 패턴화된 제1 고분자 구조체만 남아 짧은 시간에 컵 형상의 제1 고분자 구조체 패턴이 형성되지만, 두꺼운 두께의 제1 고분자 층인 경우에는 오랜 시간 동안 반응성 이온 식각을 수행함으로써, 제1 고분자 구조체가 전체적으로 식각되어 제1 고분자 구조체 패턴의 전체적인 크기도 줄어들게 됨에 따라 제1 고분자 구조체의 지름이 작은 패턴이 제작되게 된다.

상기 제1 고분자 구조체는 상기 제1 고분자 구조체 주변에 노출된 제1 목적물질 층(120)을 전체 이온 식각을 통한 이온 봄바드먼트 현상(ion bombardment)을 적용하여 전술된 바와 같이 형성된 제1 고분자 구조체의 외주면에 제1 목적물질(125) 입자를 부착시킨 제1 목적물질-고분자 복합구조체를 기판상에 형성시킨다.

본 발명에 있어서, 상기 이온 봄바드먼트 현상(ion bombardment)은 도 2에 나타난 바와 같이, 아르곤 이온과 같은 이온을 전압차로 가속화시켜 제1 목적물질 층에 물리적 충격을 가하면 충격을 받은 목적물질의 입자들은 높은 에너지의 충격으로 인해 결정방향으로 뜯겨져 나가게 되는 현상을 일컫는다.

본 발명에 있어서, 이온 봄바드먼트(ion bombardment) 현상을 발생시키기 위한 물적 이온 식각방법으로는 이온밀링으로 수행된다.

상기 이온밀링은 경 이온에 고 에너지를 가해주어 이온 봄바드먼트 현상을 수행할 경우에는 다결정 방향의 넓은 각 분포를 줄여주어 이탈되어 튕겨져나가는 각도가 작아 패턴화된 제1 고분자 구조체 외주면에 목적물질 입자의 부착이 어려우므로, 바람직하게는 0.1mTorr ~ 10mTorr의 공정압력하에서 아르곤 가스 등의 중 기체를 이용하여 플라즈마를 형성한 다음, 상기 플라즈마를 100eV ~ 5,000eV로 가속화하여 물리적 이온 식각공정을 수행한다.

만약, 물리적 이온 식각공정에 있어서, 5,000eV를 초과하는 플라즈마로 가속화하여 이온식각을 수행하는 경우 제1 목적물질 층으로 목적물질이 이탈되어 튕겨져 나가는 각도가 이온을 입사한 방향과 같은 수직으로 튕겨져 고분자 구조체 외주면에 부착되는 양이 적고, 100eV 미만으로 플라즈마로 가속화하여 이온 식각을 수행하는 경우에는 목적물질 층의 식각 속도가 늦어 작업 효율이 떨어진다는 문제점이 발생된다.

본 발명에 있어서, 중 기체는 아르곤, 헬륨, 질소, 수소, 산소 및 이들의 혼합 기체로 구성된 군에서 선택되고, 바람직하게는 아르곤이다.

전술된 바와 같이 형성된 제1 목적물질-고분자 복합구조체는 건식 또는 습식 식각으로 제1 고분자(135)를 제거하여 제1 나노구조체를 제조한다(도 1c). 상기 건식 또는 습식 식각은 제1 고분자를 제거할 수 있는 통상적인 식각 방법으로 수행된다.

제1 목적물질-고분자 복합구조체에서 제1 고분자만 제거된 제1 나노구조체(200)는 상부에 제2 고분자 층(150)을 형성한 다음, 나노임프린트용 몰드 등의 리소그래피 공정을 이용하여 패턴화된 제2 고분자 구조체(150)를 형성시키고, 여기에 제2 목적물질(165)을 도포하여 제2 목적물질 층(160)을 형성시킨다(도 1d). 이때, 나노임프린트용 몰드 등의 소프트 리소그라피 기술을 이용할 경우 제1 나노구조체가 손상되지 않도록 제1 나노구조체를 충분히 덮을 수 있도록 제2 고분자 층(160)을 형성한다.

또한, 상기 제2 고분자 층(150) 및 제2 목적물질 층(160)의 형성방법은 전술된 바와 같이, 제1 고분자 층(130) 및 제1 목적물질 층(120)의 형성방법과 같다.

상기 형성된 제2 목적물질 층(150)은 전술된 전체 이온 식각을 통한 이온 봄바드먼트 현상(ion bombardment)을 적용하여 제2 고분자 구조체의 외주면에 제2 목적물질(165) 입자를 부착시킨 제2 목적물질-고분자 복합구조체를 형성시킨 다음, 상기 제2 고분자 구조체의 제2 고분자(155)만을 제거하여 제1 나노 구조체와 제2 나노구조체가 형성된 3차원 다성분 나노구조체를 제조한다(도 1e).

본 발명에 따른 3차원 다성분 나노구조체의 제조는 제1 나노구조체를 수득한 이후의 전술된 과정을 반복 수행하여 중첩패턴, 연속패턴, 격자패턴 및 이들의 혼합 패턴으로 구성된 군에서 선택되는 패턴화된 구조를 가지는 ３차원 다성분 나노구조체를 제조할 수 있다. 상기 중첩패턴은 각각의 나노구조체가 겹쳐진 형태의 패턴을 의미하고, 상기 격자패턴은 나노구조체들이 교호되도록 형성된 형태의 패턴을 의미하며, 연속패턴은 패턴들이 연속적으로 이어져 있는 형태의 패턴을 의미한다.

또한, 본 발명에 따른 3차원 다성분 나노구조체의 제조방법은 상기 3차원 다공성 나노구조체를 제조한 다음, 상기 제조된 3차원 다성분 나노구조체의 불필요한 목적물질 부분을 이온 식각하여 원하는 패턴화된 3차원 다성분 나노구조체만을 제조할 수 있다.

본 발명은 다른 관점에서, (a) 기판상에 고분자 층을 형성한 다음, 리소그래피 공정을 통하여 패턴화된 제1 고분자 구조체를 형성하는 단계; (b) 상기 패턴화된 제1 고분자 구조체가 형성된 기판상에 제1 목적물질 층을 형성하는 단계; (c) 상기 제1 목적물질 층을 전체 이온 식각하여, 상기 제1 고분자 구조체 외주면에 이온 식각된 제1 목적물질이 부착된 제1 목적물질-고분자 복합구조체를 기판상에 형성하는 단계; (d) 상기 제1 목적물질-고분자 복합구조체의 고분자를 제거하여 제1 나노구조체를 수득하는 단계; (e) 상기 제1 나노구조체에 제2 고분자 층을 형성시킨 다음, 리소그래피 공정을 수행하여 패턴화된 제2 고분자 구조체를 형성하는 단계; (f) 상기 제2 고분자 구조체에 제2 목적물질 층을 형성하는 단계; (g) 상기 제2 목적물질 층을 전체 이온 식각하여 상기 제2 고분자 구조체 외주면에 이온 식각된 제2 목적물질이 부착된 제2 목적물질-고분자 복합구조체를 기판상에 형성하는 단계; (h) 상기 제2 목적물질-고분자 복합구조체의 고분자를 제거하여 제2 나노구조체를 수득하는 단계; 및 (i) 상기 (e) 내지 (h) 단계를 적어도 1회 이상 반복하여 다수의 나노구조체가 형성된 ３차원 다성분 나노구조체를 제조하는 단계를 포함하는, ３차원 다성분 나노구조체의 제조방법에 관한 것이다.

도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 ３차원 다성분 나노구조체의 제조방법은 기판(110)상에 제1 고분자 층(130)을 형성한 다음, 리소그래피 공정을 통하여 패턴화된 제1 고분자 구조체를 형성한다. 상기 패턴화된 제1 고분자 구조체가 형성된 기판상에 제1 목적물질 층(120)을 형성시키고(도 3a), 상기 형성된 제1 목적물질 층(120)을 물리적으로 전체 이온 식각하여 제1 목적물질(125) 입자가 제1 고분자(135) 구조체 외주면에 부착된 제1 목적물질-고분자 구조체를 기판(110)상에 형성한다. 이렇게 형성된 상기 제1 목적물질-고분자 구조체중 제1 고분자(135)만을 제거하여 제1 나노구조체(200)를 수득한 다음, 상기 제1 나노구조체(200)에 제2 고분자(155)를 도포하여 제2 고분자 층(150)을 형성한다. 상기 제2 고분자 층(150)은 리소그래피 공정을 통하여 패턴화된 제2 고분자(155) 구조체를 형성하고(도 3b), 상기 패턴화된 제2 고분자 구조체에 제2 목적물질(165)을 도포하여 제2 목적물질 층(160)을 형성한 다음, 상기 제2 목적물질 층(160)을 물리적으로 전체 이온 식각한다. 상기 제2 목적물질 층(160)의 이온 식각으로 튕겨져 나온 제2 목적물질(165)은 제2 고분자(155)) 구조체 외주면에 부착시켜 제2 목적물질-고분자 구조체를 형성한 다음, 제2 목적물질-고분자 구조체의 제2 고분자(155)만 제거하여 제1 나노 구조체와 제2 나노구조체(250)가 형성된 3차원 다성분 나노구조체를 제조한다(도 3c). 이와 같이 제조된 제1 나노 구조체와 제2 나노구조체가 형성된 3차원 다성분 나노구조체에 전술된 단계를 반복수행하여 복잡하고 다양한 3차원 다성분 나노구조체를 제조할 수 있다(도 3d).

전술된 제조방법은 기판상에 고분자 패턴을 먼저 형성시킨 다음, 목적물질 층을 형성시킴으로써, 3차원 다공성 나노구조체를 제조한 다음, 3차원 다공성 나노구조체 이외의 목적물질을 별도로 제거하는 단계를 추가하지 않아도 되는 장점이 있다.

본 발명은 또 다른 관점에서, (a) 기판상에 제1 목적물질 층과 제1 고분자 층을 순차적으로 형성하는 단계; (b) 상기 제1 고분자 층에 리소그래피 공정을 통하여 패턴화된 제1 고분자 구조체를 형성하는 단계; (c) 상기 제1 목적물질 층을 부분 이온 식각하여, 상기 제1 고분자 구조체 외주면에 이온 식각된 제1 목적물질이 부착된 제1 목적물질-고분자 복합구조체를 제1 목적물질 층에 형성하는 단계; (d) 상기 제1 목적물질-고분자 복합구조체의 고분자를 제거하여 제1 나노구조체를 수득하는 단계; (e) 상기 제1 나노구조체에 제2 고분자 층을 형성시킨 다음, 리소그래피 공정을 수행하여 패턴화된 제2 고분자 구조체를 형성하는 단계; (f) 상기 제1 목적물질 층을 부분 이온 식각하여 상기 제2 고분자 구조체 외주면에 이온 식각된 제1 목적물질이 부착된 제2 목적물질-고분자 복합구조체를 형성하는 단계; (g) 상기 제2 목적물질-고분자 복합구조체의 고분자를 제거하여 제2 나노구조체를 수득하는 단계; 및 (h) 상기 (e) 내지 (g) 단계를 적어도 1회 이상 반복하여 다수의 나노구조체가 형성된 ３차원 다성분 나노구조체를 제조하는 단계를 포함하는, ３차원 다성분 나노구조체의 제조방법에 관한 것이다.

도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 ３차원 다성분 나노구조체의 제조방법은 기판(110)상에 제1 목적물질 층(120)과 제1 고분자 층(130)을 순차적으로 형성한 다음, 상기 형성된 제1 고분자 층(130)을 리소그래피 공정을 통하여 패턴화된 제1 고분자 구조체를 형성시킨다. 이렇게 형성된 제1 고분자 구조체를 제1 고분자 구조체 주변에 존재하는 제1 목적물질 층(125)의 물리적 이온 식각으로 부분식각하여 제1 목적물질(125)을 외주면에 부착시킨 제1 목적물질-고분자 구조체를 제1 목적물질 층(120)에 형성한다(도 4a) . 상기 형성된 제1 목적물질-고분자 구조체의 제1 고분자(135)만을 제거하여 제1 나노구조체를 수득한 다음, 수득된 제1 나노구조체상에 제2 고분자 층(150)을 형성하고, 상기 형성된 제2 고분자 층(150)을 리소그래피 공정을 통하여 패턴화된 제2 고분자(155) 구조체를 형성한다(도 4b). 상기 형성된 제2 고분자 구조체 주변의 제1 목적물질 층(120)을 물리적 이온식각을 통하여 제1 목적물질(125)이 외주면에 부착된 제2 목적물질-고분자 구조체를 제조하고, 상기 제2 목적물질-고분자 구조체에서 제2 고분자(155)만을 제거하여 제1 나노구조체(200) 및 제2 나노구조체(250)가 형성된 3차원 다성분 나노구조체를 제조한다(도 4c).

전술된 제조방법은 기판상에 두껍게 형성된 목적물질 층을 반복적으로 이용함으로써, 목적물질 층을 여러 번 형성시킬 필요가 없어 용이하게 다양한 패턴 구조를 가지는 3차원 다성분 나노구조체를 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 3차원 다성분 나노구조체의 제조방법의 제조방법은 물리적 이온식각을 통한 이온 봄바드먼트 현상을 이용하여 제조됨으로써 간단한 공정과 저렴한 비용으로 대면적으로 높은 종횡비와 균일성을 가지는 3차원 다성분 나노구조체를 제조할 수 있고, 고분자 구조체들의 패턴을 조절함으로써 다양한 구조체의 제조가 용이한 동시에 대면적으로 두께가 10nm 이하인 균일한 미세 나노구조를 형성할 수 있다.

본 발명은 또 다른 관점에서, 상기방법 의해 제조되고, 격자패턴, 중첩패턴, 연속패턴 및 이들의 혼합 패턴으로 구성된 군에서 선택되는 패턴화된 구조를 가지는 ３차원 다성분 나노구조체에 관한 것이다.

상기 ３차원 다성분 나노구조체는 적어도 1종 이상의 다결정 물질을 함유하고, 종횡비가 50 이하인 3차원 나노구조체이다.

본 발명에 따른 3차원 다성분 나노구조체는 20nm ~ 30nm 범위의 작은 두께의 목적물질 층을 이온 식각하여 500nm 이상의 높은 높이를 가지는 3차원 다성분 나노구조체를 대면적으로 균일하게 제조할 수 있어 표면적 증가는 물론 추가적인 식각을 통하여 높이의 조절이 용이함으로써 표면적 증가 또한 조절할 수 있고, 단일 성분이 아닌 다양한 성분 물질을 이용하여 나노구조체를 제조할 수 있으며, 종횡비가 크므로 종횡비가 큰 패턴에 대한 광학적 연구범위가 폭넓게 사용할 수 있으며, 단일 성분이 아닌 다양한 성분 물질을 함유시킬 수 있다.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

실시예 1: 격자패턴 구조를 가지는 3차원 나노구조체의 제조

1-1: 선 형상의 제1 금 나노구조체의 형성

유리기판상에 금을 전자-빔 증착법을 이용하여 15nm 두께로 증착한 다음, 폴리스타일렌(3wt%)/톨루엔 혼합물을 스핀코팅한 다음, 톨루엔을 증발시켜 135nm 두께의 제1 폴리스타일렌 층을 형성하였다. 상기 형성된 제1 폴리스타일렌 층을 직육면체 형상으로 음각이 형성된 나노임프린트용 몰드를 사용하여 135℃로 모세관 힘(capillary force)을 이용하여 선형 제1 폴리스타일렌 구조체를 제작하였고, 제1 폴리스타일렌 구조체 이외의 제1 폴리스타일렌 층은 산소와 테트라플루오로메탄(tetrafluoromethane)을 40:60으로 주입한 반응성 이온식각으로 제거하여 제1 금 층이 드러나게 하였다. 상기 제1 금 층에 이온밀링장치(ion milling system, VTS사, 한국)를 이용하여 0.1mTorr 압력하에서 아르곤 기체를 이용하여 플라즈마를 형성하여 500eV로 이온 식각하여 제1 폴리스타일렌 구조체 외주면에 금 입자가 부착된 제1 금-폴리스타일렌 복합구조체를 형성하였다. 상기 형성된 상기 제1 금-폴리스타일렌 복합구조체를 산소분위기하에서 반응성 이온식각(reactive ion etching)한 다음, 디클로로메세인 용액에 넣고 소니케이션하여 제1 폴리스타일렌을 구조체에서 제거하여 15nm 너비와 100nm 높이, 500nm 간격을 가지는 선 형상 패턴의 제1 금 나노구조체를 기판상에 5mm×5mm로 형성하였다.

1-2: 선 형상의 제2 금 나노구조체의 형성

실시예 1-1의 제1 금 나노구조체상에 폴리스타일렌(6wt%)/톨루엔 혼합물을 스핀코팅한 다음, 톨루엔을 증발시켜 250nm 두께의 제2 폴리스타일렌 층을 형성하였다. 상기 형성된 제2 폴리스타일렌 층을 직육면체 형상으로 음각이 형성된 나노임프린트용 몰드를 사용하여 135℃로 모세관 힘(capillary force)을 이용하여 실시예 1-1의 제1 나노구조체와 90°방향을 갖는 선형 제2 폴리스타일렌 구조체를 제작하였고, 제2 폴리스타일렌 구조체 이외의 폴리스타일렌 층은 산소와 테트라플루오로메탄(tetrafluoromethane)을 40:60으로 주입한 반응성 이온식각으로 제거하였다. 제2 폴리스타일렌 구조체 이외의 폴리스타일렌 층이 제거된 기판상에 금을 15nm 증착한 다음, 상기 증착된 제2 금 층에 이온밀링장치(ion milling system, VTS사, 한국)를 이용하여 0.1mTorr 압력하에서 아르곤 기체를 이용하여 플라즈마를 형성하여 500eV로 이온 식각하여 폴리스타일렌 구조체 외주면에 금 입자가 부착된 제2 금-폴리스타일렌 복합구조체를 형성하였다. 상기 형성된 상기 제2 금-폴리스타일렌 복합구조체를 산소분위기하에서 반응성 이온식각(reactive ion etching)한 다음, 디클로로메세인 용액에 넣고 소니케이션하여 제2 폴리스타일렌을 구조체에서 제거하여 제1 금나노구조체와 동일한 크기의 제2 금 나노구조체가 제1 금 나노구조체와 격자패턴을 형성하도록 3차원 금 나노구조체를 제조하였다(도 5).

실시예 2: hole - cylinder 패턴 구조를 가지는 3차원 나노구조체의 제 조

2-1: 동심원 형상의 제1 금 나노구조체의 형성

실시예 1-1과 동일한 방법으로 제조하되, 동심원 형상으로 음각이 형성된 나노임프린트용 몰드를 사용하여 패턴화된 동심원 형상의 제1 폴리스타일렌 구조체를 형성하고, 상기 패턴화된 제1 폴리스타일렌 구조체 밑단을 0.1Torr의 저진공하에서 산소와 테트라플루오로메탄(tetrafluoromethane)을 40:60으로 주입한 반응성 이온식각으로 과식각하여 제1 금 층이 드러나게 하였다. 상기 제1 금 층에 실시예 1과 동일한 방법으로 이온식각하여 제1 금-폴리스타일렌 복합구조체를 형성한 다음, 실시예 1-1과 동일한 방법으로 폴리스타일렌을 제거하여 두께가 15nm이고, 바깥 링 지름이 2㎛이며, 안쪽 링 지름이 1.4㎛이고, 높이가 각각 300nm인 동심원 형상의 제1 금 나노구조체를 기판상에 형성하였다.

2-2: 동심원 형상의 제2 금 나노구조체의 형성

실시예 2-1의 동심원 형상의 제1 나노구조체 상에 실시예 1-2의 동일한 방법으로 제조하되, 동심원의 나노임프린트용 몰드를 사용하여 실시예 2-1의 제1 나노구조체와 45°방향을 가지는 동심원형 폴리스타일렌 구조체를 형성한 다음, 동심원 형상의 제1 나노구조체와 동심원 형상의 제2 나노구조체(제1 나노구조체와 동일한크기)가 이어진 형태의 hole-cylinder 패턴 구조를 가지는 3차원 나노구조체를 제조하였다(도 6).

실시예 3: 동일기판에서의 3차원 다성분 나노구조체

3-1: 선 형상의 제1 금 나노구조체의 형성

실시예 1-1과 동일한 방법으로 제조하여 15nm 너비와 100nm 높이, 500nm 간격을 가지는 패턴의 제1 금 나노구조체를 5mm×5mm로 기판상에 형성하였다.

3-2: 선 형상의 제2 실리콘 나노구조체의 형성

실시예 1-2와 동일한 방법으로 제조하되, 폴리스타일렌 구조체를 형성한 다음, 금 층을 형성시킨 대신 실리콘 층을 15nm 증착하여 동일기판상에서 제1 금 나노구조체와 동일한 크기의 제2 실리콘 나노구조체를 형성시켜 제1금 나노구조체와 격자패턴을 형성하는 3차원 다성분 나노구조체를 제조하였다(도 7).

실시예 4: 다른 실시예에 따른 3차원 다성분 나노구조체의 제조

4-1: 선 형상의 제1 금 나노구조체의 형성

유리기판상에 폴리스타일렌/톨루엔 혼합물을 스핀코팅한 다음, 톨루엔을 증발시켜 135nm 두께의 제1 폴리스타일렌 층을 형성하였다. 상기 형성된 폴리스타일렌 층을 직육면체 형상으로 음각이 형성된 나노임프린트용 몰드를 이용하여 135℃로 모세관 힘(capillary force)을 이용하여 1시간 동안 진공상태에서 폴리스타일렌 패턴을 형성한 다음, 상기 나노임프린트용 몰드를 떼어내고 식혀 패턴화된 폴리스타일렌 구조체를 형성하였다. 상기 폴리스타일렌 구조체가 형성된 유리기판상에 금을 전자-빔 증착법을 이용하여 15nm 두께로 증착하여 금 층을 상기 폴리스타일렌 구조체상에 형성시켰다. 상기 금 층에 이온밀링장치(ion milling system, VTS사, 미국)를 이용하여 0.1mTorr 압력하에서 아르곤 기체를 이용하여 플라즈마를 형성하여 500eV로 이온 식각하여 폴리스타일렌 구조체 외주면에 금입자가 부착된 금-폴리스타일렌 복합구조체를 형성하였다. 상기 형성된 금-폴리스타일렌 복합구조체를 산소분위기하에서 반응성 이온식각(reactive ion etching)한 다음, 디클로로메세인 용액에 넣고 소니케이션하여 폴리스타일렌을 구조체에서 제거하여 15nm 너비와 100nm 높이, 500nm 간격을 가지는 선 형상의 패턴화된 제1 금 나노구조체를 기판상에 5mm×5mm로 형성하였다.

4-2: 선 형상의 제2 금 나노구조체의 형성

실시예 1-2과 동일한 방법으로 제조하여 동일기판상에서 제1 금 나노구조체와 동일한 크기의 제2 금 나노구조체를 형성시켜, 제1 나노구조체와 격자패턴을 형성하는 3차원 다성분 나노구조체를 제조하였다.

실시예 5: 또 다른 실시예에 따른 3차원 다성분 나노구조체의 제조

5-1: 선 형상의 제1 금 나노구조체의 형성

실시예 1-1과 동일한 방법으로 제조하되, 유리기판상에 금을 전자-빔 증착법을 이용하여 25nm 두께로 증착하여 제1 금 층을 형성한 다음, 제1 금 층이 드러나도록 제1 폴리스타일렌 구조체를 제조하고, 제1 금 층을 부분 이온 식각하여 제1 금 층상에 제1 금-폴리스타일렌 복합구조체를 형성하였다. 상기 형성된 상기 제1 금-폴리스타일렌 복합구조체를 산소분위기하에서 반응성 이온식각(reactive ion etching)한 다음, 디클로로메세인 용액에 넣고 소니케이션하여 제1 폴리스타일렌을 구조체에서 제거하여 15nm 너비와 100nm 높이, 500nm 간격을 가지는 선 형상의 패턴화된 제1 금 나노구조체를 기판상에 5mm×5mm로 형성하였다.

5-2: 선 형상의 제2 금 나노구조체의 형성

실시예 1-2과 동일한 방법으로 제조하되, 실시예 5-1의 제1 금 층상을 이온식각하여 제2 금-폴리스타일렌 복합구조체를 형성한 다음, 상기 제2 금-폴리스타일렌 복합체에서 폴리스타일렌만을 제거하여 제1 금 층상에 제1 금 나노구조체와 동일한 크기의 제2 금 나노구조체를 형성시켜 제1 금 나노구조체와 격자패턴을 형성하는 3차원 다성분 나노구조체를 제조하였다.

110: 기판 120: 제1 목적물질 층
125: 제1 목적물질 130: 제1 고분자 층
135: 제1 고분자 140: 나노임프린트용 몰드
150: 제2 고분자 층 155: 제2 고분자
160: 제2 목적물질 층 165: 제2 목적물질
200: 제1 나노구조체 250: 제2 나노구조체

Claims

다음 단계를 포함하는, ３차원 다성분 나노구조체의 제조방법:
(a) 기판상에 제1 목적물질 층과 제1 고분자 층을 순차적으로 형성하는 단계;
(b) 상기 제1 고분자 층에 리소그래피 공정을 수행하여 패턴화된 제1 고분자 구조체를 형성하는 단계;
(c) 상기 제1 목적물질 층을 전체 이온 식각하여, 상기 제1 고분자 구조체 외주면에 이온 식각된 제1 목적물질이 부착된 제1 목적물질-고분자 복합구조체를 기판상에 형성하는 단계;
(d) 상기 제1 목적물질-고분자 복합구조체의 제1 고분자를 제거하여 제1 나노구조체를 수득하는 단계;
(e) 상기 제1 나노구조체에 제2 고분자 층을 형성시킨 다음, 리소그래피 공정을 수행하여 패턴화된 제2 고분자 구조체를 형성하는 단계;
(f) 상기 제2 고분자 구조체에 제2 목적물질 층을 형성하는 단계;
(g) 상기 제2 목적물질 층을 전체 이온 식각하여, 상기 제2 고분자 구조체 외주면에 이온 식각된 제2 목적물질이 부착된 제2 목적물질-고분자 복합구조체를 기판상에 형성하는 단계;
(h) 상기 제2 목적물질-고분자 복합구조체의 제2 고분자를 제거하여 제2 나노구조체를 수득하는 단계; 및
(i) 상기 (e) 내지 (h) 단계를 적어도 1회 이상 반복하여 다수의 나노구조체가 형성된 ３차원 다성분 나노구조체를 제조하는 단계.
다음 단계를 포함하는, ３차원 다성분 나노구조체의 제조방법:
(a) 기판상에 제1 고분자 층을 형성한 다음, 리소그래피 공정을 통하여 패턴화된 제1 고분자 구조체를 형성하는 단계;
(b) 상기 패턴화된 제1 고분자 구조체가 형성된 기판상에 제1 목적물질 층을 형성하는 단계;
(c) 상기 제1 목적물질 층을 전체 이온 식각하여, 상기 제1 고분자 구조체 외주면에 이온 식각된 제1 목적물질이 부착된 제1 목적물질-고분자 복합구조체를 기판상에 형성하는 단계;
(d) 상기 제1 목적물질-고분자 복합구조체의 제1 고분자를 제거하여 제1 나노구조체를 수득하는 단계;
(e) 상기 제1 나노구조체에 제2 고분자 층을 형성시킨 다음, 리소그래피 공정을 수행하여 패턴화된 제2 고분자 구조체를 형성하는 단계;
(f) 상기 제2 고분자 구조체에 제2 목적물질 층을 형성하는 단계;
(g) 상기 제2 목적물질 층을 전체 이온 식각하여 상기 제2 고분자 구조체 외주면에 이온 식각된 제2 목적물질이 부착된 제2 목적물질-고분자 복합구조체를 기판상에 형성하는 단계;
(h) 상기 제2 목적물질-고분자 복합구조체의 제2 고분자를 제거하여 제2 나노구조체를 수득하는 단계; 및
(i) 상기 (e) 내지 (h) 단계를 적어도 1회 이상 반복하여 다수의 나노구조체가 형성된 ３차원 다성분 나노구조체를 제조하는 단계.
다음 단계를 포함하는, ３차원 다성분 나노구조체의 제조방법:
(a) 기판상에 제1 목적물질 층과 제1 고분자 층을 순차적으로 형성하는 단계;
(b) 상기 제1 고분자 층에 리소그래피 공정을 통하여 패턴화된 제1 고분자 구조체를 형성하는 단계;
(c) 상기 제1 목적물질 층을 부분 이온 식각하여, 상기 제1 고분자 구조체 외주면에 이온 식각된 제1 목적물질이 부착된 제1 목적물질-고분자 복합구조체를 제1 목적물질 층에 형성하는 단계;
(d) 상기 제1 목적물질-고분자 복합구조체의 제1 고분자를 제거하여 제1 나노구조체를 수득하는 단계;
(e) 상기 제1 나노구조체에 제2 고분자 층을 형성시킨 다음, 리소그래피 공정을 수행하여 패턴화된 제2 고분자 구조체를 형성하는 단계;
(f) 상기 제1 목적물질 층을 부분 이온 식각하여 상기 제2 고분자 구조체 외주면에 이온 식각된 제1 목적물질이 부착된 제2 목적물질-고분자 복합구조체를 형성하는 단계;
(g) 상기 제2 목적물질-고분자 복합구조체의 제2 고분자를 제거하여 제2 나노구조체를 수득하는 단계; 및
(h) 상기 (e) 내지 (g) 단계를 적어도 1회 이상 반복하여 다수의 나노구조체가 형성된 ３차원 다성분 나노구조체를 제조하는 단계.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 목적물질 및 제2 목적물질은 다결정 물질인 것을 특징으로 하는 ３차원 다성분 나노구조체의 제조방법.
제4항에 있어서, 상기 다결정 물질은 금, 백금, 은, 구리, 알루미늄, 징크옥사이드, 크롬, 실리콘 디옥사이드, 인듐틴옥사이드 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 ３차원 다성분 나노구조체의 제조방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 실리콘, 실리콘 산화물, 석영, 유리, 고분자 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 ３차원 다성분 나노구조체의 제조방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 고분자 및 제2 고분자는 폴리스타일렌, 키토산, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리비닐알코올 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 ３차원 다성분 나노구조체의 제조방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리소그래피 공정은 나노임프린트, 소프트리소그래피, 광리소그래피, 블록공중합체 리소그래피 및 캐필러리 리소그래피로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 ３차원 다성분 나노구조체의 제조방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이온 식각은 이온밀링으로 수행되는 것을 특징으로 하는 ３차원 다성분 나노구조체의 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 이온밀링은 0.1mTorr ~ 10mTorr의 공정압력하에서 기체를 이용하여 플라즈마를 형성한 다음, 상기 플라즈마를 100eV ~ 5,000eV로 가속화하여 수행되는 것을 특징으로 하는 ３차원 다성분 나노구조체의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 기체는 아르곤, 헬륨, 질소, 산소 및 이들의 혼합기체로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 ３차원 다성분 나노구조체의 제조방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고분자 제거는 건식식각 또는 습식식각을 통해 제거하는 것을 특징으로 하는 ３차원 다성분 나노구조체의 제조방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 의해 제조되고, 격자패턴, 중첩패턴, 연속패턴 및 이들의 혼합 패턴으로 구성된 군에서 선택되는 패턴화된 구조를 가지는 ３차원 다성분 나노구조체.
제13항에 있어서, 상기 3차원 다성분 나노구조체는 적어도 1종 이상의 다결정 물질을 함유하고, 종횡비가 50 이하인 것을 특징으로 하는 3차원 나노구조체.