KR20170058341A - 나노 구조물 제조 방법 및 나노 구조물 제조용 스탬프 제조 방법 - Google Patents
나노 구조물 제조 방법 및 나노 구조물 제조용 스탬프 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20170058341A KR20170058341A KR1020170059791A KR20170059791A KR20170058341A KR 20170058341 A KR20170058341 A KR 20170058341A KR 1020170059791 A KR1020170059791 A KR 1020170059791A KR 20170059791 A KR20170059791 A KR 20170059791A KR 20170058341 A KR20170058341 A KR 20170058341A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- substrate
- metal catalyst
- stamp
- thin film
- catalyst thin
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 84
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 131
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 111
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 111
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 94
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 73
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 59
- 239000002090 nanochannel Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 34
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 23
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 claims description 21
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 17
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 14
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 11
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 9
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 8
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 6
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011133 lead Substances 0.000 claims description 6
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229920000307 polymer substrate Polymers 0.000 claims description 6
- KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N potassium dichromate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Cr](=O)(=O)O[Cr]([O-])(=O)=O KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 6
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 5
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate Chemical compound [Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N magnesium nitrate Chemical compound [Mg+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O YIXJRHPUWRPCBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- LCPVQAHEFVXVKT-UHFFFAOYSA-N 2-(2,4-difluorophenoxy)pyridin-3-amine Chemical compound NC1=CC=CN=C1OC1=CC=C(F)C=C1F LCPVQAHEFVXVKT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N boric acid Chemical compound OB(O)O KGBXLFKZBHKPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004327 boric acid Substances 0.000 claims description 3
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 3
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012286 potassium permanganate Substances 0.000 claims description 3
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- CHQMHPLRPQMAMX-UHFFFAOYSA-L sodium persulfate Substances [Na+].[Na+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O CHQMHPLRPQMAMX-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical compound [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000001127 nanoimprint lithography Methods 0.000 abstract description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000003825 pressing Methods 0.000 abstract description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 230000008569 process Effects 0.000 description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 229960002050 hydrofluoric acid Drugs 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 4
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 4
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 4
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- BRSVJNYNWNMJKC-UHFFFAOYSA-N [Cl].[Au] Chemical compound [Cl].[Au] BRSVJNYNWNMJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000004380 ashing Methods 0.000 description 1
- SXDBWCPKPHAZSM-UHFFFAOYSA-N bromic acid Chemical compound OBr(=O)=O SXDBWCPKPHAZSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 description 1
- 230000000994 depressogenic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- VKJKEPKFPUWCAS-UHFFFAOYSA-M potassium chlorate Chemical compound [K+].[O-]Cl(=O)=O VKJKEPKFPUWCAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007261 regionalization Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003631 wet chemical etching Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
- H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
- H01L21/0273—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers characterised by the treatment of photoresist layers
- H01L21/0274—Photolithographic processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
- B82B3/0009—Forming specific nanostructures
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
- B82B3/0009—Forming specific nanostructures
- B82B3/0038—Manufacturing processes for forming specific nanostructures not provided for in groups B82B3/0014 - B82B3/0033
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76801—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
- H01L21/76802—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing by forming openings in dielectrics
- H01L21/76817—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing by forming openings in dielectrics using printing or stamping techniques
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0657—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body
- H01L29/0665—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body the shape of the body defining a nanostructure
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
본 발명은 나노 구조물 제조 방법 및 나노 구조물 제조용 스탬프 제조 방법 에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속 촉매 식각 방법과 나노임프린트 리소그래피 기술을 접목하여 더 미세한 채널을 형성할 수 있는 나노 구조물 제조 방법 및 나노 구조물 제조용 스탬프 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 하나 이상의 금속 촉매 박막이 일면에 구비된 베이스부를 포함하는 스탬프를 기판에 밀착시켜, 상기 베이스부와 상기 기판 사이에 상기 금속 촉매 박막이 끼여있는 샌드위치를 형성하는 단계와 상기 샌드위치를 기판 식각용액에 침지하여, 상기 금속 촉매 박막의 가장자리에 유발된 식각 현상에 의해 상기 기판에 나노 채널을 형성시키는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 나노 구조물 제조 방법 및 나노 구조물 제조용 스탬프 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 금속 촉매 식각 방법과 나노임프린트 리소그래피 기술을 접목하여 더 미세한 채널을 형성할 수 있는 나노 구조물 제조 방법 및 나노 구조물 제조용 스탬프 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 수십 나노미터 이하의 채널을 제조할 수 있도록 금속 촉매 식각 방법과 나노임프린트 리소그래피 기술을 접목한 것으로 나노 임프린트 리소그래피 기술과 관련된다.
나노임프린트 리소그래피 기술은 나노 구조물(nanostructure)이 각인된 스탬프(stamp)를 기판 위에 코팅된 고분자 소재의 레지스트(resist) 표면에 가압하여 나노 구조물을 반복적으로 전사하는 기술이다.
나노임프린트 공정은 비교적 간단하게 이루어질 수 있고, 스탬프는 반복해서 사용할 수 있다. 따라서 나노임프린트 기술은 경제적이고도 효율적으로 미세 패턴을 구현할 수 있는 차세대 리소그래피(lithograph) 기술로 주목받고 있다.
그런데 스탬프의 패턴(요철부) 사이즈가 수십 나노미터(nm) 이하로 미세화됨에 따라, 레지스트에 전사하는 공정이 용이하지 않고 더 나아가 패턴 사이즈를 더 미세화 시키는 것은 한계에 이르렀다.
나노임프린트 리소그래피 기술의 대안으로 FIB(Focused Ion Beam) 밀링기술, KOH가 포함된 식각용액을 사용하는 이방성 식각기술 등이 시도되고 있다. 그러나, FIB 밀링기술은 순차적 공정으로서 하나의 웨이퍼에 집적되는 소자의 수가 증가함에 따라 공정비용과 시간이 함께 증가하는 단점이 있고, KOH가 포함된 식각용액을 사용하는 이방성 식각기술은 원모양의 나노 채널을 제작할 수 없는 문제가 존재한다.
따라서, 제조하고자 하는 나노 구조물이 수십 나노미터(nm) 이하로 미세해지는 경우에도 나노임프린트 리소그래피 기술을 사용할 수 있도록 나노임프린트 공정 및 스탬프를 개선하는 기술이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허 제2013-0020425호는 스탬프 패턴 돌출부의 단부를 오목한 형상으로 제조하여 임프린트 후 식각공정 특성을 향상시키는 기술에 관한 것이다.
다만, 이러한 방법은 직접적으로 패턴 사이즈를 미세화하지는 못하였다.
이에 본 발명은 금속 촉매 식각 방법과 나노임프린트 리소그래피 기술을 접목함으로써, 더 미세한 채널을 형성할 수 있는 나노 구조물 제조 방법 및 나노 구조물 제조용 스탬프 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 나노 구조물 제조 방법은 하나 이상의 금속 촉매 박막이 일면에 구비된 베이스부를 포함하는 나노 구조물 제조용 스탬프를 기판에 밀착시켜, 상기 베이스부와 상기 기판 사이에 상기 금속 촉매 박막이 끼여있는 샌드위치 형태의 결합체를 형성하는 단계; 상기 샌드위치 형태의 결합체를 기판 식각용액에 침지하여, 상기 금속 촉매 박막의 가장자리에 유발된 식각 현상에 의해 상기 기판에 상기 금속 촉매 박막 가장자리의 경계선을 따라 나노 채널을 형성시키는 단계;를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 베이스부는 적어도 하나의 돌출부를 가진 요철부를 포함하며, 상기 돌출부의 단부에 상기 금속 촉매 박막이 구비되고, 상기 돌출부의 평면도는 형성시키고자 하는 상기 나노 채널의 패턴일 수 있다.
또한, 상기 요철부의 깊이는 15μm~30μm일 수 있다.
또한, 상기 금속 촉매 박막과 상기 베이스부 사이에 접착제층(Adhesive Layer)이 구비될 수 있다.
또한, 상기 접착제층은 티타늄, 크롬, 니켈 및 이들이 포함된 혼합물로부터 선택될 수 있다.
또한, 상기 접착제층은 두께가 3nm~7nm일 수 있다.
여기서 다음 단계로 상기 샌드위치에서 상기 스탬프를 분리하고, 상기 기판에 잔존하는 금속 촉매를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 금속 촉매 박막은 금, 은, 백금, 철, 니켈, 코발트, 구리, 납, 알루미늄, 팔라듐 및 이들이 포함된 혼합물로부터 선택될 수 있다.
또한, 상기 금속 촉매 박막은 두께가 20nm~50nm일 수 있다.
또한, 상기 기판은 단결정 반도체 기판, III-V 화합물 반도체 기판, SOI(silicon on insulator) 기판, 게르마늄 기판, 실리콘-게르마늄 기판 중 어느 하나 일 수 있다.
또한, 상기 베이스부는 단결정 반도체 기판, III-V 화합물 반도체 기판, 중합체기판, 유리기판, 금속기판 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 기판 식각용액은 불산, 황산, 과산화수소, 질산은, 염화금산칼륨, 염화금산, 염화백금산칼륨, 염화백금산, 제2질산철, 질산니켈, 질산마그네슘, 과황산나트륨, 과망간산칼륨, 중크롬산칼륨이 포함된 혼합용액일 수 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 나노 구조물 스탬프 제조방법은 스탬프 기판 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 스탬프 기판을 스탬프 기판 식각용액으로 식각하여 적어도 하나의 돌출부를 가진 요철부를 포함하는 베이스부를 형성하는 단계; 상기 스탬프 기판의 상기 마스크 패턴을 제거하는 단계; 상기 돌출부의 단부에 금속 촉매 박막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
게다가, 상기 스탬프 기판의 상기 마스크 패턴을 제거하는 단계와 상기 돌출부의 단부에 금속 촉매 박막을 형성하는 단계의 사이에 상기 스탬프 기판에 접착제층(Adhesive Layer)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 접착제층은 티타늄, 크롬, 니켈 및 이들이 포함된 혼합물로부터 선택될 수 있다.
또한, 상기 접착제층은 두께가 3nm~7nm일 수 있다.
여기서, 상기 스탬프 기판은 단결정 반도체 기판, III-V 화합물 반도체 기판, 중합체기판, 유리기판, 금속기판 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 상기 스탬프 기판 식각용액은 불산, 황산, 염산, 질산, 붕산, 인산 및 이들이 포함된 혼합용액인 것일 수 있다.
또한, 형성된 상기 요철부는 깊이가 15μm~30μm인 것일 수 있다.
또한, 형성된 상기 금속 촉매 박막은 금, 은, 백금, 철, 니켈, 코발트, 구리, 납, 알루미늄, 팔라듐 및 이들이 포함된 혼합물로부터 선택된 것일 수 있다.
또한, 형성된 상기 금속 촉매 박막은 두께가 20nm~50nm일 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 금속 촉매 식각 방법과 나노임프린트 리소그래피 기술을 접목함으로써, 더 미세한 채널을 형성할 수 있는 나노 구조물 제조 방법 및 나노 구조물 제조용 스탬프 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1 a)는 금속 촉매 식각 현상이 확산되는 두 가지 작용양상을 나타낸 도면이다.
도 1 b)는 금속 촉매 식각 현상이 확산되는 작용양상을 스탬프로 통제하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조물 제조 방법을 나타낸 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조물 제조용 스탬프 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노 구조물 제조용 스탬프 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 나노 채널 단면의 SEM(scanning electron microscopy)사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 나노 구조물 표면의 SEM(scanning electron microscopy)사진이다.
도 1 b)는 금속 촉매 식각 현상이 확산되는 작용양상을 스탬프로 통제하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조물 제조 방법을 나타낸 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조물 제조용 스탬프 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노 구조물 제조용 스탬프 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 나노 채널 단면의 SEM(scanning electron microscopy)사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 나노 구조물 표면의 SEM(scanning electron microscopy)사진이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 나노 구조물 제조 방법을 상세히 설명한다.
본 출원인은 나노임프린트 리소그래피 기술을 사용하여 수십 나노미터(nm) 이하의 나노 구조물을 제조하기 위한 연구를 수행한 결과, 금속 촉매 박막과 식각용액의 접촉 부위를 스탬프로 통제하여 식각이 일어나는 부위를 한정할 수 있음을 발견하고 이를 심화하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
금속 촉매 식각의 원리를 금속 촉매 박막과 실리콘 기판에 대해서 기술하면 아래와 같다.
금속 촉매 박막이 산화제(H2O2, KMnO4 등) 용액 안에 들어가면 산화제의 환원반응을 촉진시키는 촉매역할을 하게 되는데, 금속 촉매 박막이 덮인 실리콘 기판을 적절한 비율의 불산과 과수 혼합물로 구성된 실리콘 식각용액에 담그게 되면 하기 [반응식 1]과 같은 반응이 금속 촉매 박막 표면에서 일어난다.
[반응식 1] 
그리고 이렇게 생성된 자유 정공은 금속 촉매 박막이 덮여있는 실리콘 기판으로 확산된 후 실리콘 기판을 산화시키게 되고 이 산화된 실리콘 기판이 실리콘 기판 식각용액에 포함된 불산에 의해 식각되는 하기 [반응식 2]와 같은 반응이 일어난다.
[반응식 2] 
결국 금속 촉매 아래의 실리콘 기판에서의 식각 속도가 금속이 덮여있지 않은 실리콘 기판 부위의 식각 속도보다 빠르게 되고 금속 촉매 박막이 덮인 층이 가라앉게 되는데, 이를 금속 촉매 식각(Metal assisted chemical etching)이라고 한다. 금속 촉매 박막의 촉매반응에 의해 산화된 실리콘 기판 부위가 지속적으로 식각되기 위해서는 산화될 실리콘 원자가 실리콘 식각 용액과 지속적으로 접촉되어야 한다.
도 1 (a)는 실리콘 기판에서 금속 촉매 식각 현상이 진행되는 두 가지 작용 양상을 나타낸 도면이다. 도 1 (a)를 참조하면, 금속 촉매 박막이 실리콘 기판을 덮은 상황에서 실리콘 식각 용액과 산화될 실리콘 원자가 지속적으로 접촉하여 금속 촉매 식각 반응이 진행되는 과정은 두 가지 작용 양상으로 일어날 수 있다. 첫 번째 작용 양상은 도 1 (a)에 모델 1로 표시된 바와 같이 금속과 실리콘의 경계면을 따라 실리콘 식각 용액과 산화될 실리콘 원자가 접촉하는 경우이며, 두 번째 작용 양상은 도 1 (a)에 모델 2로 표시된 바와 같이 산화될 실리콘 원자가 금속을 그대로 통과해서 실리콘 식각 용액과 접촉하는 경우이다.
도 1 (b)는 금속 촉매 식각 현상의 작용양상을 스탬프로 통제하는 방법을 나타낸 도면이다. 도 1 (b)를 참조하면, 실리콘 기판 식각 용액에 반응하지 않는 물질로 구성된 베이스부를 포함하는 스탬프(201)에 금속 촉매 박막(220)으로 패턴을 구비한 후 실리콘 재질의 기판(100)과 밀착시킨 상태에서 식각용액에 침지하면, 도 1 (a)의 모델 2와 같은 작용 양상은 스탬프(201)에 의해 차단되어 금속 촉매 박막(220)이 덮은 층 바로 아래에서는 금속 촉매 식각이 일어나지 않고, 금속 촉매 박막의 가장자리(300) 부근에서만 도 1 (a)의 모델 1과 같은 작용 양상를 통해서 금속 촉매 식각이 일어날 수 있다. 이를 이용하여 금속 촉매 박막의 가장자리(300) 패턴과 같은 나노 채널을 제조할 수 있게 되는데, 제조된 채널의 폭은 금속 촉매 박막 패턴보다 훨씬 미세할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조물 제조 방법을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조물 제조 방법은 우선 도 2 (a)에 도시된 바와 같이 하나 이상의 금속 촉매 박막이 일면에 구비된 베이스부(210)를 포함하는 스탬프(201)를 기판에 밀착시켜, 베이스부(210)와 기판(100) 사이에 금속 촉매 박막(220)이 끼여있는 샌드위치 형태의 결합체를 형성한다. 기판(100)은 단결정 반도체 기판, III-V 화합물 반도체 기판, SOI(silicon on insulator) 기판, 게르마늄 기판, 실리콘-게르마늄 기판 중 선택된 어느 하나인 것을 사용할 수 있다. 이 때 베이스부(210)는 하기의 기판 식각용액에 의해서 식각되지 않는 물질로 이루어진 것으로, 보다 구체적으로는 단결정 반도체 기판, III-V 화합물 반도체 기판, 중합체기판, 유리기판, 금속기판 중 선택된 어느 하나인 것을 사용할 수 있다. 금속 촉매 박막(220)은 금속 촉매 식각 현상을 일으킬 수 있는 것으로, 보다 구체적으로는 금, 은, 백금, 철, 니켈, 코발트, 구리, 납 및 이들이 포함된 혼합물로부터 선택된 것일 수 있다.
한편, 상기 금속 촉매 박막(220)은 두께가 20~50nm인 것이 적정한데, 박막이 너무 두꺼우면 베이스부(210)로부터 떨어져 나갈 가능성이 커지고, 박막의 두께를 얇게 제조하고자 하면 증착 공정에서 패턴을 명확하게 하기 힘들기 때문이다.
다음에 도 2 (b)에 도시한 바와 같이 베이스부(210)와 기판(100) 사이에 금속 촉매 박막(220)이 끼여있는 샌드위치 형태의 결합체를 기판 식각용액에 침지하여, 금속 촉매 박막(220)의 가장자리에 유발된 식각 현상에 의해 기판에 나노 채널(110)을 형성한다. 기판 식각용액은 기판(100)을 식각시키기 적합하도록 것으로 보다 구체적으로는 불산, 황산, 과산화수소, 질산은, 염화금산칼륨, 염화금산, 염화백금산칼륨, 염화백금산, 제2질산철, 질산니켈, 질산마그네슘, 과황산나트륨, 과망간산칼륨, 중크롬산캄륨이 포함된 혼합용액을 선택할 수 있다. 기판 식각용액은 조성, 농도, 식각 온도, 식각 시간 중 어느 하나 이상을 변화시켜 나노 채널의 높이 및 배향을 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다. 다만, 기판이 실리콘인 경우에는 불산이 기판 식각용액에 포함되어야 하고, 기판이 III-V 화합물 반도체 기판인 경우에는 황산이 기판 식각용액에 포함되어야 하는 제약이 있을 수 있다. 기판을 실리콘 기판으로 하고, 불산, 과산화수소 및 물을 40 : 3 : 60로 혼합하여 1시간 동안 샌드위치 형태의 결합체를 상온에서 식각한 경우에 250nm 내외의 깊이를 가지는 나노 채널을 형성 할 수 있는 것을 실험을 통해 확인할 수 있었다.
다음, 도 2 (c)에서 도시한 바와 같이 샌드위치 형태의 결합체에서 스탬프(201)를 분리하고, 기판에 잔존하는 금속 촉매를 제거한다. 잔존하는 금속 촉매를 제거한 기판(100)에는 금속 촉매 박막 패턴의 가장자리의 형태로 나노 채널(110) 형성될 수 있다. 금속 촉매를 제거할 때는 해당 금속의 부식액을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조물 제조 방법에 사용되는 스탬프는 단부에 금속 촉매 박막이 구비된 돌출부를 적어도 하나 이상 가진 요철부를 포함하는 베이스부를 포함하는 스탬프일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 채널 제조 방법을 수행함에 있어서 이와 같은 스탬프를 사용하면 요철부를 포함하지 않는 베이스부를 포함한 스탬프에 비해서 적어도 두 가지 장점을 가질 수 있다. 첫 번째 장점은 기판 식각용액에 침지하였을 때 요철로 인하여 기판과 스탬프의 베이스 사이의 공간이 넓어져서 기판 식각 용액의 공급이 증대될 수 있는 것이다. 두 번째 장점은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조물 제조 방법으로 연속하여 복수의 기판을 가공하다가 돌출부 단부의 금속 촉매 박막 패턴이 손상된 경우, 금속 촉매 박막 패턴을 복구하는 공정이 쉬워질 수 있는 것이다. 요철부를 포함하지 않는 베이스부를 포함하는 스탬프의 경우에는 금속 촉매 박막 패턴을 복구하기 위해서 마스크 패턴을 형성하는 과정, 금속 촉매 박막을 증착하는 과정 및 마스크를 제거하는 과정을 모두 거쳐야 하므로 처음 스탬프의 베이스부에 금속 촉매 박막 패턴을 형성시키는 경우와 동일한 복잡도를 가질 수 있다. 그러나 단부에 금속 촉매 박막이 구비된 돌출부를 적어도 하나 이상 가진 요철부를 포함하는 베이스부를 포함하는 스탬프의 경우에는 금속 촉매 박막을 증착하는 단일 공정만으로도 상기 돌출부의 단부에 형성된 금속 촉매 박막 패턴이 훼손된 경우 복구할 수 있다. 위와 같은 금속 촉매 박막 증착의 과정에는 금속의 착체 또는 금속의 알콕사이드를 알코올 등의 용매에 용해시킨 후 스탬프 위에 도포하여 건조시켜 형성하거나 열증착, 스퍼터링 등의 금속 증착 방법을 이용할 수 있다.
이와 같이 단부에 금속 촉매 박막이 구비된 돌출부를 적어도 하나 이상 가진 요철부를 포함하는 베이스부를 포함하는 스탬프를 제조함에 있어서, 요철부의 깊이가 얕으면 금속 촉매 박막을 형성하는 요철부의 함몰된 부위가 금속 촉매 박막을 증착하는 과정에서 메워지고, 이로 인하여 단부의 금속 촉매 박막 패턴이 명료하지 않게 될 수 있다. 따라서, 요철부의 깊이는 금속 촉매 박막의 두께 보다 큰 것이 바람직한데, 구체적으로는 15μm~30μm이상일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조물 제조용 스탬프 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 스탬프 제조방법은 우선 도 3 (a)에 도시된 바와 같이 스탬프 기판(200) 상에 마스크 패턴(230)을 형성한다. 스탬프 기판(200)은 스탬프 기판 식각 용액에는 식각이 되지만, 기판 식각 용액에는 식각이 되지 않는 물질로 이루어진 것이 바람직하며, 구체적으로 기판이 실리콘으로 이루어진 경우에는 스탬프 기판은 인화인듐 기판, 중합체 기판으로 이루어질 수 있다. 마스크 패턴 형성에는 다양한 공정 기술이 이용될 수 있는데, 구체적으로는 광학 리소그래피와 나노임프린트 리소그래피 공정이 이용될 수 있고, 마스크 패턴을 위해 사용되는 물질은 포토 레지스트가 사용될 수 있다.
다음에 도 3 (b)에 도시한 바와 같이 스탬프 기판을 스탬프 기판 식각용액으로 식각하여 적어도 하나의 돌출부(212)를 가진 요철부(211)와 이를 포함하는 베이스부(210)를 형성한다. 스탬프 기판 식각용액은 스탬프 기판(200)을 식각시키기 적합한 것으로 보다 구체적으로는 스탬프 기판이 인화인듐인 경우에는 붕산, 인산 및 염산을 포함한 혼합용액을 선택할 수 있다. 스탬프 기판 식각용액은 조성, 농도, 식각 온도, 식각 시간 중 어느 하나 이상을 변화시켜 요철부(211)의 깊이를 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다. 요철부(211)의 깊이는 형성될 금속 촉매 박막의 두께 보다 큰 것이 바람직한데, 구체적으로는 15μm~30μm이상일 수 있다. 스탬프 기판(200)을 인화인듐 기판으로 하고, 브롬산, 중크롬산칼륨(0.5M) 및 인산을 1 : 1 : 1로 혼합하여 12분 30초 동안 상온에서 식각한 경우에 15μm~30μm 내외의 깊이를 가지는 요철부를 가지게 할 수 있는 것을 실험을 통해 확인할 수 있었다.
다음, 도 3 (c)에 도시한 바와 같이 스탬프 기판의 마스크 패턴(230)을 제거한다. 마스크 패턴(230)을 제거하는 데에는 다양한 공정 기술이 이용될 수 있는데, 구체적으로는 아세톤 등의 유기용매를 사용하거나 O2 회분화(ashing) 기술이 이용될 수 있다.
그리고, 도 3 (d)에 도시한 바와 같이 돌출부(212)의 단부에 금속 촉매 박막(220)을 형성한다. 금속 촉매 박막은 앞서 설명한 바와 같이, 금, 은, 백금, 철, 니켈, 코발트, 구리, 납 및 이들이 포함된 혼합물로부터 선택된 것으로 그 두께가 20~50nm인 것이 적정할 수 있다. 금속 촉매 박막을 형성하는 공정은 금속의 착체 또는 금속의 알콕사이드를 알코올 등의 용매에 용해시킨 후 스탬프 위에 도포하여 건조시켜 형성하거나 열증착, 스퍼터링 등의 금속 증착 방법을 이용할 수 있다. 열증착 방법을 사용하는 경우, 금을 0.07nm/s 정도의 비교적 느린 속도로 증착하는 경우에 스탬프 기판에서 금속 촉매 박막이 안정적으로 형성되는 것을 실험을 통해서 확인할 수 있었다.
이와 같은 방법으로 단부에 금속 촉매 박막(220)이 구비된 돌출부(212)를 적어도 하나 이상 포함한 요철부(211)를 포함하는 베이스부(210)를 포함하는 스탬프를 제조할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노 구조물 제조용 스탬프 제조방법을 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면 도 4 (a) 내지 도 4 (c)까지는 도 3(a) 내지 도 3(c)에 대응된다. 즉 본 실시예서는 도 3 (a) 내지 도 3 (c)를 참조하여 설명한 바와 동일하게 스탬프 기판 상에 마스크 패턴을 형성한 후, 스탬프 기판을 스탬프 기판 식각용액으로 식각하여 적어도 하나의 돌출부를 가진 요철부와 이를 포함하는 베이스부를 형성하고, 스탬프 기판의 마스크 패턴을 제거하는 과정까지는 동일하다.
그 후 본 실시예에서는 도 4 (d)에 도시한 바와 같이 스탬프 기판(200)에 접착제층(Adhesive Layer)을 형성한다. 단, 스탬프 기판(200)에 요철부(211)가 형성된 경우에는 스탬프 기판(200)의 요철부(211)에 접착제층(221)을 형성하는 것으로 표현 할 수 있다. 금속 촉매 박막(220)을 형성하기 위해서 선택되는 물질이 스탬프 기판(200)에 쉽게 증착되지 않거나 증착되더라도 금속 촉매 박막(220) 전체가 떨어져 나갈 수 있다. 따라서 금속 촉매 박막(220)을 형성하기 전에 스탬프 기판에 잘 접착되면서도 금속 촉매 박막을 형성하는 물질도 접착시킬 수 있는 물질로 접착제층(221)을 형성한다. 접착제층(221)을 이루는 물질은 구체적으로는 티타늄, 크롬, 니켈 및 이들이 포함된 혼합물로부터 선택될 수 있다. 접착제층(221)의 두께는 3nm 정도이면 효과를 볼 수 있지만, 안정성을 위해서 3nm~7nm 정도일 수 있다. 접착제층의 두께를 결정함에 있어서는 공정의 시간 및 비용이 증가하는 점과 접착제층에 의해 금속 촉매 식각(MACE) 반응이 방해되는 점을 고려할 수 있다. 열증착 방법을 사용하는 경우, 티타늄을 0.02nm/s 정도의 비교적 느린 속도로 증착하는 경우에 스탬프 기판에서 접착제층이 안정적으로 형성되는 것을 실험을 통해서 확인할 수 있었다.
그리고, 도 4 (e)에서 도시한 바와 같이 돌출부(212)의 단부에 금속 촉매 박막(220)을 형성한다. 도 4 (e)는 도 3 (d)에 대응되며, 본 실시예에서는 도 3(d)를 참조하여 설명한 바와 동일한 방법이 이용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스탬프 제조방법은 리소그래피 방법과 금속 증착 기술을 이용하여 단부에 금속 촉매 박막이 구비된 돌출부를 적어도 하나 이상 가진 요철부를 포함하는 베이스부를 포함하는 스탬프를 제조할 수 있으며, 이와 같은 스탬프와 습식 화학 애칭공정을 사용한 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조물 제조방법은 기존의 나노임프린트 리소그래피 기술에 비교할 때, 도 5와 같은 형태의 미세한 나노 채널을 형성할 수 있다. 특히 V자 형태의 단면을 가지는 나노 채널을 적은 비용으로 비교적 손쉽게 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조물 제조방법은 이-빔 리소그래피(E-beam lithography)나 스테퍼(stepper)공정을 사용하지 않아서 보다 적은 비용으로 나노 채널을 제조하는 것이 가능하다. 뿐만 아니라, 전술한 FIB 밀링기술과 달리 순차적 공정이 아니므로 웨이퍼의 직접도가 증가하더라도 시간과 비용이 증가하지 않으며, KOH가 포함된 식각용액을 사용하는 경우와 달리 결정방향과 관계없이 나노 채널을 제작할 수 있어 도 6과 같은 원모양의 나노 구조물도 제조할 수 있다. 이러한 장점들은 나노구조물 제작에 있어서 기존 공정들이 가지고 있던 문제점의 대부분을 동시에 개선한 것이라 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노구조물 제작 방법은 SSPs(Surface Plasmon polaritons)를 한점에 모을 수 있는 Plasmonic lens 및 DNA 분석용 나노 유체 채널(Nano-fluidic channel for DNA detection)을 FIB 밀링을 이용하지 않고 제작할 수 있게 함으로써 이들 제품의 산업적 이용을 앞당기는데 기여할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 기판
110 : 나노 채널
200 : 스탬프 기판 201 : 스탬프
210 : 베이스부 211 : 요철부 212 : 돌출부
220 : 금속 촉매 박막 221 : 접착제층 230 : 마스크 패턴
300 : 금속촉매 박막의 가장자리 부근
110 : 나노 채널
200 : 스탬프 기판 201 : 스탬프
210 : 베이스부 211 : 요철부 212 : 돌출부
220 : 금속 촉매 박막 221 : 접착제층 230 : 마스크 패턴
300 : 금속촉매 박막의 가장자리 부근
Claims (21)
- a) 하나 이상의 금속 촉매 박막(220)이 일면에 구비된 베이스부(210)를 포함하는 나노 구조물 제조용 스탬프(201)를 기판(100)에 밀착시켜, 상기 베이스부와 상기 기판 사이에 상기 금속 촉매 박막이 끼여있는 샌드위치 형태의 결합체를 형성하는 단계; 및
b) 상기 샌드위치 형태의 결합체를 기판 식각용액에 침지하여, 상기 금속 촉매 박막의 가장자리(300)에 유발된 식각 현상에 의해 상기 기판에 상기 금속 촉매 박막 가장자리의 경계선을 따라 나노 채널(110)을 형성시키는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 베이스부(210)는 적어도 하나의 돌출부(212)를 가진 요철부(211)를 포함하며,
상기 돌출부(212)의 단부에 상기 금속 촉매 박막(220)이 구비되고,
상기 돌출부(212)의 평면도는 형성시키고자 하는 상기 나노 채널의 패턴인 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서,
상기 요철부(211)의 깊이는 15μm~30μm인 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 금속 촉매 박막(220)과 상기 베이스부(210) 사이에 접착제층(221)이 구비된 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 접착제층(221)은 티타늄, 크롬, 니켈 및 이들이 포함된 혼합물로부터 선택된 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제조 방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 접착제층(221)은 두께가 3nm~7nm인 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 b) 단계 이후에
c) 상기 샌드위치 형태의 결합체에서 상기 스탬프(201)를 분리하고, 상기 기판에 잔존하는 금속 촉매를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 금속 촉매 박막(220)은 금, 은, 백금, 철, 니켈, 코발트, 구리, 납, 알루미늄, 팔라듐 및 이들이 포함된 혼합물로부터 선택된 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 금속 촉매 박막(220)은 두께가 20nm~50nm인 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 기판(100)은 단결정 반도체 기판, III-V 화합물 반도체 기판, SOI(silicon on insulator) 기판, 게르마늄 기판, 실리콘-게르마늄 기판 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 베이스부(210)는 단결정 반도체 기판, III-V 화합물 반도체 기판, 중합체기판, 유리기판, 금속기판 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 기판 식각용액은 불산, 황산, 과산화수소, 질산은, 염화금산칼륨, 염화금산, 염화백금산칼륨, 염화백금산, 제2질산철, 질산니켈, 질산마그네슘, 과황산나트륨, 과망간산칼륨, 중크롬산칼륨이 포함된 혼합용액인 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제조 방법.
- a) 스탬프 기판(200) 상에 마스크 패턴(230)을 형성하는 단계;
b) 상기 스탬프 기판(200)을 스탬프 기판 식각용액으로 식각하여 적어도 하나의 돌출부(212)를 가진 요철부(211)와 이를 포함하는 베이스부(210)를 형성하는 단계;
c) 상기 스탬프 기판(200)의 상기 마스크 패턴(230)을 제거하는 단계; 및
d) 상기 돌출부(212)의 단부에 금속 촉매 박막(220)을 형성하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제조용 스탬프 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,
c)단계와 d)단계의 사이에
상기 스탬프 기판(200)에 접착제층(221)을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제조용 스탬프 제조방법.
- 제 14 항에 있어서,
상기 접착제층(221)은 티타늄, 크롬, 니켈 및 이들이 포함된 혼합물로부터 선택된 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제조용 스탬프 제조방법.
- 제 14 항에 있어서,
상기 접착제층(221)은 두께가 3nm~7nm인 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제조용 스탬프 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,
상기 스탬프 기판(200)은 단결정 반도체 기판, III-V 화합물 반도체 기판, 중합체기판, 유리기판, 금속기판 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제조용 스탬프 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,
상기 스탬프 기판 식각용액은 불산, 황산, 염산, 질산, 붕산, 인산 및 이들이 포함된 혼합용액 인 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제조용 스탬프 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,
b) 단계에서 형성된 상기 요철부(211)는
상기 요철부의 깊이가 15μm~30μm인 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제조용 스탬프 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,
d) 단계에서 형성된 상기 금속 촉매 박막(220)은
금, 은, 백금, 철, 니켈, 코발트, 구리, 납, 알루미늄, 팔라듐 및 이들이 포함된 혼합물로부터 선택된 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제조용 스탬프 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,
d) 단계에서 형성된 상기 금속 촉매 박막(220)은
두께가 20nm~50nm인 것을 특징으로 하는 나노 구조물 제조용 스탬프 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170059791A KR20170058341A (ko) | 2017-05-15 | 2017-05-15 | 나노 구조물 제조 방법 및 나노 구조물 제조용 스탬프 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170059791A KR20170058341A (ko) | 2017-05-15 | 2017-05-15 | 나노 구조물 제조 방법 및 나노 구조물 제조용 스탬프 제조 방법 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150032259A Division KR101975940B1 (ko) | 2015-03-09 | 2015-03-09 | 나노 구조물 제조 방법 및 나노 구조물 제조용 스탬프 제조 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170058341A true KR20170058341A (ko) | 2017-05-26 |
Family
ID=59051915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170059791A KR20170058341A (ko) | 2017-05-15 | 2017-05-15 | 나노 구조물 제조 방법 및 나노 구조물 제조용 스탬프 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20170058341A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102256029B1 (ko) * | 2019-11-27 | 2021-05-25 | 아주대학교산학협력단 | 나노 구조체의 제조 방법 |
-
2017
- 2017-05-15 KR KR1020170059791A patent/KR20170058341A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102256029B1 (ko) * | 2019-11-27 | 2021-05-25 | 아주대학교산학협력단 | 나노 구조체의 제조 방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Nanofabrication on unconventional substrates using transferred hard masks | |
| KR101878600B1 (ko) | 광학 바이오센서를 위한 주기적 금속 나노 패턴의 제조 방법 | |
| US8894871B2 (en) | Lithography method using tilted evaporation | |
| Kuo et al. | Fabrication of size-tunable large-area periodic silicon nanopillar arrays with sub-10-nm resolution | |
| US20120107562A1 (en) | Methods for graphene-assisted fabrication of micro-and nanoscale structures and devices featuring the same | |
| US7291282B2 (en) | Method of fabricating a mold for imprinting a structure | |
| JP2009521332A (ja) | ナノギャップおよびナノギャップセンサの製造方法 | |
| US20120052246A1 (en) | Mesoscale pyramids, arrays and methods of preparation | |
| US9437441B2 (en) | Methods for etching substrate and semiconductor devices | |
| Tiefenauer et al. | Fast and versatile multiscale patterning by combining template-stripping with nanotransfer printing | |
| Kim et al. | Resist-free direct stamp imprinting of GaAs via metal-assisted chemical etching | |
| Ki et al. | Chemical imprinting of crystalline silicon with catalytic metal stamp in etch bath | |
| CN101692151A (zh) | 一种基于软模板纳米压印技术的硅纳米线制作方法 | |
| Yu et al. | Triangular profile imprint molds in nanograting fabrication | |
| Cavallini et al. | Ordered patterning of nanometric rings of single molecule magnets on polymers by lithographic control of demixing | |
| Suh et al. | Control and manipulation of nano cracks mimicking optical wave | |
| KR101975940B1 (ko) | 나노 구조물 제조 방법 및 나노 구조물 제조용 스탬프 제조 방법 | |
| KR101671627B1 (ko) | 그래핀을 촉매로 한 실리콘의 화학적 식각 방법 | |
| KR20170058341A (ko) | 나노 구조물 제조 방법 및 나노 구조물 제조용 스탬프 제조 방법 | |
| Zhu et al. | Electron beam lithography on nonplanar and irregular surfaces | |
| KR101857647B1 (ko) | 진공증착에 의한 하이브리드 패턴 형성방법, 이를 이용한 센서 소자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 센서 소자 | |
| Talukder et al. | Advanced nanopatterning using scanning probe technology | |
| Kulkarni et al. | Metal nanowire grating patterns | |
| JP2005217390A (ja) | ナノ構造の形成方法 | |
| US7585334B2 (en) | Manufacturing method for molecular rulers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A107 | Divisional application of patent | ||
| WITB | Written withdrawal of application |