KR20060008663A - Pattern growing method of nano material using nano imprint - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나노 임프린트를 이용한 나노 물질의 패턴 형성방법에 관한 것이다. 본 발명은, 기판 위에서 나노 임프린팅을 이용하여 수백 nm 이하의 나노 물질의 패턴을 형성하여 성장시키고, 또 나노 물질을 가능한 적은 다발 혹은 하나씩 성장시키는 것에 의해 여러가지 응용장치에 활용할 때 그 효율을 높일 수 있는 나노 임프린트를 이용한 나노 물질의 형성방법을 제공하기 위해, 나노 임프린트 공정에 의해 글래스 또는 웨이퍼의 기판 위에 적층된 금속층 위에 경화수지 패턴을 제작하는 패턴 제작공정과; 상기 패턴 제작공정에 의해 상기 기판의 표면 위에 형성된 패턴 이외의 금속층을 제거한 후 남겨진 경화수지 패턴도 제거하는 것에 의해 패턴 형태의 금속층만 남기는 패턴 에칭공정 및 상기 에칭된 기판을 소정의 반응로내에 반입한 후, 소정의 반응 가스를 도입하여 상기 기판 위에 형성된 금속 패턴을 성장시키는 패턴 성장공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트를 이용한 나노 물질의 패턴 형성방법을 제공한다.The present invention relates to a method of forming a pattern of nanomaterials using nanoimprint. According to the present invention, nanoimprinting can be used to form a pattern of nanomaterials of several hundred nm or less on a substrate and grow the nanomaterials. In order to provide a method of forming a nanomaterial using a nanoimprint, a pattern manufacturing process for producing a cured resin pattern on a metal layer laminated on a substrate of a glass or a wafer by a nanoimprint process; By removing the metal layer other than the pattern formed on the surface of the substrate by the pattern fabrication process and removing the remaining cured resin pattern, the pattern etching process leaving only the metal layer in the form of a pattern and bringing the etched substrate into a predetermined reactor Thereafter, a method of forming a pattern of nanomaterials using nanoimprints may include a pattern growth process of introducing a predetermined reaction gas to grow a metal pattern formed on the substrate.

임프린트, 나노, 물질, 패턴, 자외선, 경화수지, 리소그래피Imprint, Nano, Material, Pattern, Ultraviolet, Curing Resin, Lithography

Description

나노 임프린트를 이용한 나노 물질의 패턴 형성방법{Pattern growing method of nano material using nano imprint}Pattern growing method of nano material using nano imprint

도 1은 종래 자외선(UV) 임프린트(imprint) 방법에 의한 나노 물질의 패턴 형성을 나타내는 도면이다. FIG. 1 is a diagram illustrating a pattern formation of nanomaterials by a conventional ultraviolet (UV) imprint method.

도 2는 종래 나노 임프린트를 이용한 나노 물질(금속 촉매)의 패턴 형성을 나타내는 도면이다.2 is a view showing the pattern formation of a nanomaterial (metal catalyst) using a conventional nanoimprint.

도 3은 본 발명에 따라 반응로내에서 CVD에 의한 나노 물질의 패턴의 성장을 나타내는 도면이다.3 is a view showing the growth of a pattern of nanomaterials by CVD in a reactor according to the present invention.

도 4는 이중 금속층을 가지는 FED용 나노 물질의 패턴 형성을 나타내는 도면이다.4 is a view showing the pattern formation of the nano-material for FED having a double metal layer.

도 5는 반응로내에서 도 4에 도시된 이중 구조의 금속 전극에 전압을 인가하여 나노 물질의 패턴 성장을 나타내는 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating pattern growth of nanomaterials by applying a voltage to the metal electrode having the dual structure shown in FIG. 4 in the reactor.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1 기판, 2a 금속 전극,1 substrate, 2a metal electrode,

2, 2b 금속 촉매, 3 자외선 경화수지,2, 2b metal catalyst, 3 ultraviolet curing resin,

5 마스터.5 master.

본 발명은 나노 임프린트를 이용한 나노 물질의 패턴 형성방법에 관한 것으로서, 특히 새로운 물리적 특성을 가지는 신소재나 외부의 환경에 대응하여 반응하는 센서 혹은 능동소자로서 활용이 가능한 기능성 물질을 글래스 또는 웨이퍼와 같은 기판 위에서 나노미터 수준의 크기로 패터닝하여 나노 물질의 패턴을 형성하고, 이것을 이용하여 나노 물질(와이어)을 성장시키는 나노 임프린트를 이용한 나노 물질의 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a pattern of nanomaterials using nanoimprint, and in particular, a new material having a new physical property or a functional material that can be utilized as a sensor or an active device reacting to an external environment, such as a glass or a wafer. The present invention relates to a method of forming a nanomaterial using a nanoimprint in which a pattern of nanometers is patterned to form a nanomaterial, and the nanomaterial (wire) is grown using the pattern.

여기서, 사용되는 나노 물질(Nano material)은 반응로에서 성장할 수 있는 각종 금속(Metal)을 포함한 무기 물질(Inorganic material)을 포함한다. 이러한 패터닝된 금속 촉매를 성장시켜 제작된 나노 물질은, FED(Field Emitted Display)의 전자 빔 장치에서 사용할 수 있으며, 고강도를 지닌 복합재료, 화학 및 바이오 센서, 에너지 저장물질, 분자전자소자, 고집적회로 제조 등에 응용될 수 있다. Here, the nano material used includes an inorganic material including various metals that can grow in a reactor. Nanomaterials made by growing these patterned metal catalysts can be used in FED (Field Emitted Display) electron beam devices, and have high strength composite materials, chemical and biosensors, energy storage materials, molecular electronic devices, and highly integrated circuits. It can be applied to manufacturing and the like.

본 발명은 이러한 패터닝된 금속 촉매를 성장시켜 원하는 나노 물질을 패턴화된 형태로 구현하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of growing such a patterned metal catalyst to implement a desired nanomaterial in a patterned form.

지금까지 기판 위에서 나노 물질이 일정한 패턴을 갖도록 고정시키는 방법으로는, 주로 반도체 공정이 이용되어 왔다. 이러한 공정의 일예로서, 실리콘(Si) 웨이퍼위에 금(Gold)이나 알루미늄(Aluminum)을 코팅하기 위해, 스퍼터링 장치(Sputtering Machine), CVD장치, 빔 증발장치(Beam Evaporator)와 같은 장치들을 이용해 기판 위에 소망의 물질을 적층하게 된다. Until now, a semiconductor process has been mainly used as a method of fixing a nanomaterial to have a predetermined pattern on a substrate. As an example of this process, in order to coat gold or aluminum on a silicon wafer, devices such as a sputtering machine, a CVD apparatus, and a beam evaporator are used on a substrate. The desired material is laminated.

이때, 기판 위에 소정의 형상을 제작 또는 형성하기 위해, 상기 기판 위에 미리 도포된 포토레지스트(photoresist)의 형상에 따라 노광장치(Lithography machine)를 이용하여 형상을 마스크(Mask)한 후, 나노 물질을 증착하게 된다. 그리고, 에칭공정(Etching process)을 통해서 소정의 형상만을 선택적으로 남기고, 나머지 부분은 제거하는 방법으로 소정의 형태나 형상을 가지는 나노 물질이 기판 위에 형성되게 된다.At this time, in order to fabricate or form a predetermined shape on the substrate, after masking the shape using a lithography machine according to the shape of the photoresist previously applied on the substrate, the nanomaterial is Will be deposited. In addition, a nanomaterial having a predetermined shape or shape is formed on the substrate by selectively leaving only a predetermined shape through the etching process and removing the remaining part.

이러한 방법은, 매우 안정된 공정과 0.1㎛ 정도까지의 선폭을 구현할 수 있다는 장점이 있지만, 사용할 수 있는 소재가 매우 제한적이고, 일부 공정은 고온에서 실행해야 되며, 이들 공정에 사용되는 장치들의 규격상 300㎜를 넘는 크기의 기판 위에서는 작업하기가 어렵다는 단점이 있었다. 또한, 광학(optical) 방식은 분해능의 한계에 도달해 있으며, 이를 극복하기 위한 제반 비용이 기하급수적으로 증가한다는 단점도 있었다. This method has the advantage of achieving a very stable process and a line width of about 0.1 μm, but the materials that can be used are very limited, some processes have to be carried out at a high temperature, and the specifications of the devices used in these processes 300 There is a disadvantage that it is difficult to work on a substrate of size over mm. In addition, the optical method has reached the limit of resolution, and the disadvantages of exponentially increasing the overall cost to overcome this problem.

또한, 최근에는 새로운 패터닝 방법들이 계속 개발되고 있다. 예컨대, 마이크로 컨택 프린팅과 같은 방법은, 기판 위에 부착하고자 하는 물질 및 잉크를 소정의 형상을 갖는 스탬프의 한쪽 면에 묻힌 다음에, 프린팅 하고자 하는 기판 위에 그대로 접촉시켜 전사하는 방법이다. 이때, 기판에는 일반적으로 잉크(Nano material)가 잘 고정되도록 Au와 같은 물질 등이 코팅(Coating)되어 있다(L. Yan;X. M. Zhao;G. M. Whitesides. "Patterning a preformed, reactive SAM using microcontact printing." Journal of the American Chemical Society, 1998, 120 (24), 6179-6180). In addition, new patterning methods continue to be developed in recent years. For example, a method such as micro-contact printing is a method of transferring a substance and ink to be deposited on a substrate onto one side of a stamp having a predetermined shape, and then contacting the substrate as it is to be printed. At this time, the substrate is generally coated with a material such as Au so that the ink (Nano material) is well fixed (L. Yan; XM Zhao; GM Whitesides. "Patterning a preformed, reactive SAM using microcontact printing." Journal of the American Chemical Society, 1998, 120 (24), 6179-6180).

STM(Scanning Tunneling Microscopy)을 이용하여 나노미터 크기의 패턴을 구현하는 실험을 IBM에서 처음으로 성공한 이후, SPM(Scanning Probe Microscopy)을 이용한 패턴 형성이 소프트 리소그래피(Soft lithography) 기술의 한 연구분야가 되었다. 1998년에 K. Wilder 등은 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 선폭이 30㎚ 정도인 패턴을 형성하는 실험을 수행하였다(K. Wilder, D. Adderton, R. Bernstein, V. Elings, and C. F. Quate, "Noncontact nanolithography using the atomic force microscope," Appl. Phys. Lett., vol. 73, no. 17, 2527-2529,1998).After IBM's first successful experiment with nanometer-sized patterns using Scanning Tunneling Microscopy (STM), pattern formation using Scanning Probe Microscopy (SPM) has become a research area of soft lithography technology. . In 1998, K. Wilder et al. Conducted an experiment using AFM (Atomic Force Microscope) to form a pattern with a line width of about 30 nm (K. Wilder, D. Adderton, R. Bernstein, V. Elings, and CF). Quate, "Noncontact nanolithography using the atomic force microscope," Appl. Phys. Lett., Vol. 73, no. 17, 2527-2529,1998).

이것은 AFM의 탐침 끝에 전압을 가하여 전자빔(Electron beam)을 발생시킴으로써, 기판상의 포토레지스트에 형상을 제작하는 방법이다. 이러한 방법은, 아직까지 쓰루풋(Throughput) 문제 때문에 실험실 수준에서 연구가 진행 중이다. This is a method of producing a shape in a photoresist on a substrate by generating an electron beam by applying a voltage to the tip of the AFM. This method is still under study at the laboratory level because of throughput issues.

또한, AFM을 이용하는 패턴 형성의 한 방법으로서 AFM 팁 끝에 유기 물질(organic materials)을 잉크로 사용하여 묻힌 다음에, Au와 같은 기판 위에 펜으로 글을 쓰듯이 패턴을 제작하는 방법이 개발되었다. 이러한 방법은, 딥펜 나노기술(dip pen nano technology)이라 불리며 잉크로 사용되는 유기물질이 AFM의 팁 끝에서 확산(Diffusion)에 의해 기판상으로 흘러 내려와 기판상의 분자와 결합하여 패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다(R. Piner, S. Hong, C. A. Mirkin, Improved Imaging of Soft Materials with Modified AFM tips, Langmuir 15, 5457,1999). In addition, as a method of pattern formation using AFM, a method has been developed in which an organic material is used as an ink at the tip of an AFM tip, and then a pattern is produced as if writing with a pen on a substrate such as Au. This method, called dip pen nanotechnology, is characterized in that the organic material used as ink flows down onto the substrate by diffusion at the tip of the AFM and combines with molecules on the substrate to form a pattern. (R. Piner, S. Hong, CA Mirkin, Improved Imaging of Soft Materials with Modified AFM tips, Langmuir 15, 5457,1999).

한편, 최근 들어 CVD기법과 기존의 반도체 공정을 이용하여 카본 나노튜브(Carbon nanotube: CNT)와 같은 나노 물질을 기판 위에서 성장시켜 패터닝하는 방 법이 개발되기도 하였다. 이 방법은, 먼저 기판 위에 CNT가 성장할 수 있도록 촉매를 도포한다. 이때, 반도체 공정을 이용하여 촉매를 원하는 형상으로 도포할 수 있다. 이렇게 촉매가 도포된 기판을 탄화수소(hydrocarbon) 가스가 도입된 반응로(reaction furnace)내에 반입함으로써, 촉매와 탄소가스(carbon gas)가 반응하여 CNT가 성장하게 된다. Recently, a method of growing and patterning nanomaterials such as carbon nanotubes (CNTs) on a substrate by using a CVD technique and a conventional semiconductor process has been developed. This method first applies a catalyst to allow CNTs to grow on the substrate. At this time, the catalyst may be applied in a desired shape using a semiconductor process. The catalyst-coated substrate is brought into a reaction furnace into which hydrocarbon gas is introduced, whereby the catalyst and carbon gas react to grow CNTs.

최근에 개발된 기술들을 이용하면 촉매의 크기나 양을 조절하여 일정한 직경을 가지고 CNT가 성장할 수 있도록 하였다. 이러한 방법을 이용하여 FED(Field Emitted Device)에도 적용할 수 있다. Recently developed technologies allow the CNT to grow with a certain diameter by controlling the size and amount of catalyst. This method can also be applied to FED (Field Emitted Device).

현재까지 이러한 CVD를 이용해서 패터닝을 행할 경우 수십에서 수 nm 이하의 개개의 나노튜브를 성장시키기 위해서는 촉매의 크기가 수백 나노미터에서 수 나노미터까지 매우 작아야 한다. 그러므로, 주로 전자빔(beam) 리소그래피를 이용해서 촉매를 패터닝하는 방법을 사용했으며, 일부는 포토리소그래피의 방법과 웨트 에칭(Wet etching) 방법을 적절히 조합하여 촉매의 끝단이 매우 좁은 뾰족한 탑 모양을 만들어 단일 나노튜브를 성장시키기도 하였다. To date, patterning using such CVD requires the catalyst to be very small, from several hundred nanometers to several nanometers, in order to grow individual nanotubes of tens to several nm or less. Therefore, we mainly used the method of patterning the catalyst using electron beam lithography, and some of them combined the photolithography method and the wet etching method properly to form a pointed tower shape with very narrow tip of the catalyst. Nanotubes were also grown.

도 1 및 도 2를 참조하여 종래 나노 물질의 패턴 형성을 설명하면, 다음과 같다.Referring to FIGS. 1 and 2, the pattern formation of the conventional nanomaterial is described as follows.

도 1은 종래 자외선(UV) 임프린트(imprint) 방법에 의한 나노 물질의 패턴 형성을 설명하는 도면으로서, 먼저, 세정된 글래스(Glass)나 웨이퍼(Wafer) 등의 기판(1)을 준비한다. 이어서, 상기 기판(1)위에 자외선 경화수지(UV-curable resin)를 포토레지스트로서 도포한 후, 전자빔(E-Beam) 리소그래피(lithography) 등에 의해 제작된 마스터(Master)(5)를 접촉시켜 가압하여 소정의 패턴을 형성한다. FIG. 1 illustrates a pattern formation of a nanomaterial by a conventional ultraviolet (UV) imprint method. First, a substrate 1 such as cleaned glass or wafer is prepared. Subsequently, UV-curable resin is coated on the substrate 1 as a photoresist, and then contacted and pressurized by a master 5 produced by E-Beam lithography or the like. To form a predetermined pattern.

다음에, 상기 마스터(5)위에 자외선광을 조사하여 소정의 패턴을 경화시킨 후, 상기 기판(1)위에서 상기 마스터(5)를 기계적으로 분리시키면, 상기 기판(1)위에는 소정의 패턴 형상을 가지는 자외선 경화수지(3)가 남겨진다. 이때, 형성되는 수지 패턴은 수백 nm 이하의 크기를 갖는 원형, 사각형 등의 다양한 패턴이 형성될 수 있다. 이러한 패턴을 형성한 후에 적절한 에칭(etching)공정을 통해서 필요한 금속 촉매를 수백 nm 이하의 크기로 제작한다. Next, the ultraviolet light is irradiated onto the master 5 to cure a predetermined pattern, and then the master 5 is mechanically separated from the substrate 1 to form a predetermined pattern shape on the substrate 1. The branches are left with the ultraviolet curable resin 3. In this case, the formed resin pattern may be formed in a variety of patterns, such as a circle, a square having a size of several hundred nm or less. After the pattern is formed, the required metal catalyst is manufactured to a size of several hundred nm or less through an appropriate etching process.

또한, 상술한 패턴 형성방법 이외에도 고온 상태에서 압착을 이용해 패턴을 기판 위에 전사하는 핫 엠보싱(Hot Embossing), 마스터 패턴을 통과해 증착하도록 해서 제작하는 나노 스텐실 혹은 캐필러리 포스(Capillary force)를 이용해 패턴 형성을 유도하는 캐필러리 포스 리소그래피와 같이 수백 nm 이하의 패턴 크기로 제작된 마스터를 스탬프(stamp)로 사용하여 소망의 패턴을 기판에 패턴을 전이시키는 방법 등도 패턴 형성에 이용할 수 있다. In addition to the pattern forming method described above, hot embossing for transferring a pattern onto a substrate by pressing in a high temperature state, and nano stencil or capillary force produced by depositing it through a master pattern are used. Like capillary force lithography that induces pattern formation, a method of transferring a desired pattern to a substrate using a master fabricated with a pattern size of several hundred nm or less as a stamp can also be used for pattern formation.

이와 같은 나노 임프린트 방법의 특징은, 패턴 사이즈를 수십 nm 이하까지도 제작할 수 있고, 또 기판이나 웨이퍼의 사이즈에 구애 받지 않고 더 큰 사이즈도 제작할 수 있어 대량 생산에 매우 적합하다. 또, 대개 마스터의 경우, 한번 제작하면 장기간에 걸쳐 반복해서 사용할 수 있으므로, 패턴 형성의 제조 원가를 절감하는 효과를 기대할 수 있다. Such a feature of the nanoimprint method is that the pattern size can be produced up to several tens of nm or less, and larger sizes can be produced regardless of the size of the substrate or the wafer, which is very suitable for mass production. In addition, in the case of a master, when it is produced once, it can be used repeatedly for a long time, and the effect of reducing the manufacturing cost of pattern formation can be expected.

도 2는 종래 나노 임프린트를 이용한 나노 물질(금속 촉매)의 패턴 형성을 나타내는 도면이다. 2 is a view showing the pattern formation of a nanomaterial (metal catalyst) using a conventional nanoimprint.

도 2의 (a)는 일반적인 반도체 제조공정을 이용하여, 우선 기판(1)위에 금속층(2)을 증착하고, 이어서 상기 금속층(2) 위에 포토레지스트로서 수지(3)를 도포한 후 포토리소그래피 기술을 이용하여 소정의 패턴에 따라 상기 수지(3)를 패터닝한다. FIG. 2A illustrates a method of depositing a metal layer 2 on a substrate 1 and then applying a resin 3 as a photoresist on the metal layer 2 using a general semiconductor manufacturing process. The resin 3 is patterned according to a predetermined pattern by using a.

다음에, 이렇게 형성된 수지 패턴 이외의 부분에 존재하는 금속층(2)이 모두 제거되도록, 화학적 에칭을 통해서 금속층(2)을 제거하고, 이어서, 상기 수지 패턴을 제거하여 상기 기판(1)위에는 소정의 수지 패턴에 따라 그 하부에 존재하는 금속층(2)만이 남겨진다.Next, the metal layer 2 is removed by chemical etching so that all of the metal layers 2 present in portions other than the resin pattern thus formed are removed, and then the resin pattern is removed to provide a predetermined amount on the substrate 1. According to the resin pattern, only the metal layer 2 existing below it is left.

도 2의 (b)는 일반적인 반도체 제조공정을 이용하여, 먼저 기판(1)위에 포토레지스트인 수지층(3)을 증착하고, 이어서 포토리소그래피 기술을 이용하여 소정의 패턴에 따라 상기 수지층(3)을 패터닝한다.In FIG. 2B, a resin layer 3, which is a photoresist, is first deposited on a substrate 1 using a general semiconductor manufacturing process, and then the resin layer 3 is formed according to a predetermined pattern using photolithography technology. Pattern).

다음에, 이렇게 형성된 수지 패턴의 사이에 금속층(2)을 매립하고, 이어서 상기 수지 패턴을 제거하여 상기 기판(1)위에는 소정의 패턴에 따른 금속층(2)이 남겨지게 된다.Next, the metal layer 2 is embedded between the resin patterns thus formed, and then the resin pattern is removed to leave the metal layer 2 according to a predetermined pattern on the substrate 1.

여기서 사용되는 수지로는 자외선 경화수지 이외에 일반적인 광감응성 고분자 수지를 이용해서 금속층을 패터닝하여도 된다.As the resin used herein, a metal layer may be patterned using a general photosensitive polymer resin in addition to the ultraviolet curable resin.

그러나, 이러한 방법들은 제조 단가가 매우 비싸거나 같은 굵기의 작은 직경을 형성하기가 극히 어려워 대량 생산에는 적합하지 않다는 문제점이 있었다.However, these methods have a problem that the manufacturing cost is very expensive or extremely difficult to form a small diameter of the same thickness is not suitable for mass production.

따라서, 본 발명의 목적은 기판 위에서 나노 임프린팅을 이용하여 수백 nm 이하의 나노 물질의 패턴을 형성하여 성장시키는 나노 임프린트를 이용한 나노 물질의 형성방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of forming a nanomaterial using nanoimprint to form and grow a pattern of nanomaterials of several hundred nm or less using nanoimprinting on a substrate.

또한, 본 발명의 다른 목적은 나노 물질을 가능한 적은 다발 혹은 하나씩 성장시키는 것에 의해 여러가지 응용장치에 활용할 때 그 효율을 높일 수 있는 나노 임프린트를 이용한 나노 물질의 형성방법을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a method for forming nanomaterials using nanoimprints that can increase the efficiency of the nanomaterials for use in various applications by growing as few bundles or one by one as possible.

본 발명의 상기 및 그 이외의 목적, 특징, 양상 및 이점은 첨부된 도면과 결합되는 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.The above and other objects, features, aspects, and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings.

본원에 있어서 개시되는 발명중, 대표적인 것의 개요를 간단히 설명하면, 이하와 같다.Among the inventions disclosed in the present application, an outline of typical ones will be briefly described as follows.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 나노 임프린트 공정에 의해 글래스 또는 웨이퍼의 기판 위에 적층된 금속층 위에 경화수지 패턴을 제작하는 패턴 제작공정과; 상기 패턴 제작공정에 의해 상기 기판의 표면위에 형성된 패턴 이외의 금속층을 제거한 후 남겨진 경화수지 패턴도 제거하는 것에 의해 패턴 형태의 금속층만 남기는 패턴 에칭공정 및 상기 에칭된 기판을 소정의 반응로내에 반입한 후, 소정의 반응 가스를 도입하여 상기 기판 위에 형성된 금속 패턴을 성장시키는 패턴 성장공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the present invention includes a pattern manufacturing process for producing a cured resin pattern on a metal layer laminated on a substrate of a glass or a wafer by a nanoimprint process; By removing the metal layer other than the pattern formed on the surface of the substrate by the pattern fabrication process and removing the remaining cured resin pattern, the pattern etching process leaving only the metal layer in the form of a pattern and bringing the etched substrate into a predetermined reactor After that, a pattern growth step of growing a metal pattern formed on the substrate by introducing a predetermined reaction gas.

이때, 상술한 나노 임프린트 공정은 글래스 또는 웨이퍼 등의 기판을 세정하 여 준비하는 준비공정 및 CVD 또는 스퍼터링에 의해, 상기 기판 위에 금속층을 적층하는 적층공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.In this case, the above-described nanoimprint process is characterized in that it comprises a preparatory process for cleaning and preparing a substrate such as glass or wafer, and a lamination process for laminating a metal layer on the substrate by CVD or sputtering.

또한, 상기 금속 패턴은 금속 촉매 및 금속 전극의 이중 구조로 형성되고, In addition, the metal pattern is formed of a dual structure of a metal catalyst and a metal electrode,

상기 금속 패턴은, 상기 반응로의 상부에 설치된 상부전극과 상기 금속 촉매 아래에 설치된 금속 전극에 소정의 전압이 인가되는 경우, 상기 반응로내의 상부전극을 향해서 성장하는 것을 특징으로 한다.The metal pattern is characterized in that when a predetermined voltage is applied to the upper electrode provided on the upper portion of the reactor and the metal electrode provided below the metal catalyst, it characterized in that it grows toward the upper electrode in the reactor.

게다가, 본 발명은 이것 이외에도 자외선(UV)을 조사하는 방법이 아닌 마스터(Master)를 고온으로 올려서 패턴이 전사되도록 하는 핫 엠보싱(Hot embossing)과 같은 나노 임프린트의 다른 방법들에 의해서도 나노 크기의 패턴을 형성할 수 있으며, 이를 본 발명에서 사용되는 패턴화된 기판을 제조하는 방법으로 활용할 수 있다.In addition, the present invention is in addition to the nano-scale pattern by other methods of nano-imprint, such as hot embossing to raise the Master to a high temperature, not the method of irradiating ultraviolet (UV) light, so that the pattern is transferred It can be formed, it can be utilized as a method for producing a patterned substrate used in the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

다음에, 도 3은 도 1 및 도 2에 의해 제작된 패턴을 가지는 기판(1)을 반응로(리액터)내에서 CVD(Chemical Vapor Deposition)에 의한 나노 물질의 패턴의 성장을 나타내는 도면이다.Next, FIG. 3 is a view showing the growth of the pattern of the nanomaterial by CVD (Chemical Vapor Deposition) in the reactor (reactor) of the substrate 1 having the pattern produced by FIGS. 1 and 2.

도 3에 도시된 바와 같이, 나노 임프린트 공정에 의해 글래스 또는 웨이퍼의 기판(1)위에 금속층을 적층하고, 상기 금속층(2) 위에 소정의 형태로 경화수지(3)패턴을 형성한다(패턴 제작공정).As shown in FIG. 3, a metal layer is laminated on a substrate 1 of glass or a wafer by a nanoimprint process, and a cured resin 3 pattern is formed on the metal layer 2 in a predetermined form (pattern fabrication process). ).

이어서, 상기 경화수지(3) 패턴 이외의 금속층(2)을 에칭에 의해 제거한 후, 상기 경화수지(3) 패턴도 제거하는 것에 의해, 상기 기판(1)위에는 상기 경화수지 패턴에 대응하는 금속 패턴만이 남겨진다(패턴 에칭공정).Subsequently, after the metal layer 2 other than the cured resin 3 pattern is removed by etching, the cured resin 3 pattern is also removed, thereby forming a metal pattern corresponding to the cured resin pattern on the substrate 1. Only remains (pattern etching process).

그리고, 상기 기판(1)을 소정의 반응로(리액터)내에 반입한 후, 소정의 반응가스를 도입하는 것에 의해, 상기 기판(1)위에 형성된 금속 패턴(2)이 결정성을 가지는 나노 물질로 성장하게 된다(패턴 성장공정).Then, the substrate 1 is introduced into a predetermined reactor (reactor), and then a predetermined reaction gas is introduced, whereby the metal pattern 2 formed on the substrate 1 is made of a nanomaterial having crystallinity. It grows (pattern growth process).

여기서 말하는 나노 물질이란, 탄소 나노튜브, 보론 나노튜브, 각종 금속 나노 와이어 등을 말하며, 상기 기판 위에 형성되는 금속(촉매) 패턴의 크기 및 반응로내의 반응 조건에 비례하여 나노 물질의 굵기와 길이를 조절할 수 있다.The nanomaterials herein refer to carbon nanotubes, boron nanotubes, various metal nanowires, etc., and the thickness and length of the nanomaterials are proportional to the size of the metal (catalyst) pattern formed on the substrate and the reaction conditions in the reactor. I can regulate it.

특히, 탄소 나노튜브를 성장시키기 위해서는 Fe, Co, Ni, Mn 등과 같은 금속을 사용할 수 있으며, 반응가스로는 메탄, 아세틸렌, 암모니아 가스 등을 사용하지만, 특별히 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 반응로의 종류에 따라 상온 및 고온에서 압력을 고려해 화학적 반응이 금속 촉매부분에서 발생하도록 해서 선택적으로 성장시킨다. 이때, 성장된 나노 물질은 수백 nm 이하의 형상을 유지하게 되며, 따라서 수백 nm 이하의 치수(dimension)를 갖는 가늘고 긴 구조의 나노 물질을 성장시킬수 있다. In particular, in order to grow carbon nanotubes, metals such as Fe, Co, Ni, Mn, and the like may be used, and methane, acetylene, ammonia gas, etc. may be used as the reaction gas, but the present invention is not limited thereto. In addition, depending on the type of reactor, the chemical reaction takes place in the metal catalyst part in consideration of the pressure at room temperature and high temperature to selectively grow. In this case, the grown nanomaterial maintains a shape of several hundred nm or less, and thus, it is possible to grow a nano material having an elongated structure having a dimension of several hundred nm or less.

다음에, 도 4는 이중 금속층을 가지는 FED(Field Emission Display)용 나노 물질의 패턴 형성을 나타내는 도면이다.Next, FIG. 4 is a view showing pattern formation of nanomaterials for a field emission display (FED) having a double metal layer.

도 4에 도시된 바와 같이, 가늘고 긴 막대 모양의 미세한 패턴을 형성하기 위해, 상술한 자외선 임프린트(UV-Imprint) 방법을 이용한다. 즉, 기판(1)위에서 순차적으로 금속 전극(2a) 및 금속 촉매(2b)를 증착시키고, 이어서 포토레지스트로서 수지(3)를 도포한 후, 포토리소그래피 기술을 이용하여 소정의 패턴에 따라 상 기 수지(3)를 제거한다.As shown in FIG. 4, the above-described UV-Imprint method is used to form the elongated rod-shaped fine pattern. That is, the metal electrode 2a and the metal catalyst 2b are sequentially deposited on the substrate 1, and then the resin 3 is applied as a photoresist, and then, according to a predetermined pattern using photolithography techniques. The resin 3 is removed.

다음에, 이렇게 형성된 수지 패턴을 이외의 부분에 존재하는 금속 촉매(2b)만을 화학적 에칭을 통해 제거하고, 이어서 상기 수지 패턴을 포토리소그래피 기술을 이용하여 제거하는 것에 의해, 상기 기판(1)위에는 소정의 패턴에 따른 금속 촉매(2b)가 남겨지게 된다.Next, only the metal catalyst 2b present in the other portions of the resin pattern thus formed is removed by chemical etching, and then the resin pattern is removed using photolithography technology, whereby a predetermined amount is formed on the substrate 1. The metal catalyst 2b according to the pattern of is left.

이렇게 금속 촉매(2b)가 형성된 기판을, 도 5에 도시된 바와 같이, 반응로내에 도입하여 반응로내에서 금속 촉매(2b)를 나노 물질로 성장시키게 된다. 이때, 금속 촉매(2b)를 지지하는 금속 전극(2a)은 반응로내에 도입되는 반응가스와 반응하지 않는 금속으로서 반응로의 조건, 즉, 온도, 압력 등을 견딜 수 있는 것으로 선정하여야 한다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 기판(1)위에 형성된 금속 촉매(2b)인 나노 물질을 성장시키는 경우, 반응로내의 상부에 전극판을 배치한 후, 기판(1)위에 형성된 금속 저늑(2a)과 상기 상부 전극판에 전압을 인가하면, 기판(1)위에 형성된 나노 물질(2B)이 상부에 배치된 전극판의 방향으로 수직으로 성장시킬수 있다. 이와 같은 방법을 통해서 수직한 막대모양의 나노 물질을 성장시킬 수 있다. As described above, the substrate on which the metal catalyst 2b is formed is introduced into the reactor to grow the metal catalyst 2b into the nanomaterial in the reactor. At this time, the metal electrode 2a supporting the metal catalyst 2b should be selected as a metal that does not react with the reaction gas introduced into the reactor, and can withstand the conditions of the reactor, that is, temperature and pressure. In addition, as shown in FIG. 5, in the case of growing a nanomaterial, which is the metal catalyst 2b formed on the substrate 1, after placing the electrode plate on the upper part of the reactor, the metal substrate formed on the substrate 1 ( When a voltage is applied to 2a) and the upper electrode plate, the nanomaterial 2B formed on the substrate 1 may grow vertically in the direction of the electrode plate disposed above. In this way, it is possible to grow vertical rod-shaped nanomaterials.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 다양한 변형이 가능하다.As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 나노 임프린트를 이용해 수백 nm 이하의 크기의 패턴을 기판 위에 형성하고, 이 패턴을 이용해서 금속 촉매로 이루어지 는 나노 물질을 패터닝 한 후, 기판을 반응로내에 반입하여 나노 물질을 패턴화된 형태로 성장시키므로, 패턴의 크기를 조절하는 것에 의해 성장되는 나노 물질의 크기를 조절할 수 있다는 효과가 있다. 또, 나노 임프린트(Nano Imprint)의 경우 스텝 앤드 리피트(step and repeat) 방식을 이용하여 300mm 보다 훨씬 큰 면적에서도 이러한 패턴 형성을 실현할 수 있다는 효과도 있다.As described above, according to the present invention, a pattern having a size of several hundred nm or less is formed on a substrate by using nanoimprint, and after patterning a nanomaterial made of a metal catalyst using the pattern, the substrate is loaded into a reactor. By growing the nanomaterial in a patterned form, by controlling the size of the pattern there is an effect that the size of the grown nanomaterial can be adjusted. In addition, in the case of Nano Imprint, this pattern formation can be realized even in an area larger than 300 mm by using a step and repeat method.

또한, 본 발명에 의하면, 종래의 패턴 형성방법에 비해 대량 생산이 가능하며, 동시에 매우 저렴하게 제조할 수 있다는 효과도 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to mass-produce compared with the conventional pattern forming method, and at the same time, there is an effect that it can be manufactured very cheaply.

Claims (4)

나노 임프린트 공정에 의해 글래스 또는 웨이퍼의 기판 위에 적층된 금속층 위에 경화수지 패턴을 제작하는 패턴 제작공정과; A pattern fabrication process of fabricating a cured resin pattern on a metal layer laminated on a substrate of glass or a wafer by a nanoimprint process; 상기 패턴 제작공정에 의해 상기 기판의 표면 위에 형성된 패턴 이외의 금속층을 제거한 후 남겨진 경화수지 패턴도 제거하는 것에 의해 패턴 형태의 금속층만 남기는 패턴 에칭공정 및 A pattern etching process that leaves only the metal layer in a pattern form by removing the remaining cured resin pattern after removing the metal layer other than the pattern formed on the surface of the substrate by the pattern fabrication process; 상기 에칭된 기판을 소정의 반응로내에 반입한 후, 소정의 반응 가스를 도입하여 상기 기판 위에 형성된 금속 패턴을 성장시키는 패턴 성장공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트를 이용한 나노 물질의 패턴 형성방법.And a pattern growth step of introducing the etched substrate into a predetermined reaction furnace and introducing a predetermined reaction gas to grow a metal pattern formed on the substrate. . 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 나노 임프린트 공정은,The nano imprint process, 글래스 또는 웨이퍼 등의 기판을 세정하여 준비하는 준비공정 및Preparatory process for cleaning and preparing a substrate such as glass or wafer, and CVD 또는 스퍼터링에 의해, 상기 기판 위에 금속층을 적층하는 적층공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트를 이용한 나노 물질의 패턴 형성방법.And a lamination step of laminating a metal layer on the substrate by CVD or sputtering. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 나노 임프린트 공정은, 자외선광(UV)를 이용한 임프린트, 핫 엠보싱, 나노 스텐실 및 캐필러리 리스그래피와 같은 마스터를 이용해서 패턴을 전사하는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트를 이용한 나노 물질의 패턴 형성방법.The nanoimprint process is a pattern forming method of a nanomaterial using nanoimprint, characterized in that the transfer pattern using a master, such as imprint, hot embossing, nano stencil and capillary lithography using ultraviolet light (UV). . 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 금속 패턴은 금속 촉매 및 금속 전극의 이중 구조로 형성되고, The metal pattern is formed of a dual structure of a metal catalyst and a metal electrode, 상기 금속 패턴은, 상기 반응로의 상부에 설치된 상부전극과 상기 금속 촉매 아래에 설치된 금속 전극에 소정의 전압이 인가되는 경우, 상기 반응로내의 상부전극을 향해서 성장하는 것을 특징으로 하는 나노 임프린트를 이용한 나노 물질의 패턴 형성방법.The metal pattern is nano-imprint, characterized in that when the predetermined voltage is applied to the upper electrode provided on the upper portion of the reactor and the metal electrode provided below the metal catalyst is grown toward the upper electrode in the reactor Pattern formation method of nano material.
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