KR101437862B1 - Method for metal patterning - Google Patents

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Abstract

본 발명의 금속 패터닝 방법은, 나노 스케일의 금속 패턴을 형성하는 방법으로서, 기판 상에 금속 재료로 된 금속층이 형성되는 금속층 형성 단계; 다수의 고분자 콜로이달 입자의 도포 및 산소 플라즈마 처리를 이용하여, 상기 금속층 표면에 부분적인 산화층이 형성되는 산화층 형성 단계; 금속층 및 산화층의 식각률 차이를 이용하여, 산화층이 형성되지 않고 노출된 금속층 부분이 식각 용액에 의하여 식각 제거되는 식각 단계; 를 포함한다.A metal patterning method of the present invention is a method of forming a nanoscale metal pattern, comprising: a metal layer forming step of forming a metal layer of a metal material on a substrate; An oxide layer forming step of forming a partial oxide layer on the surface of the metal layer by applying a plurality of polymer colloidal particles and oxygen plasma treatment; An etching step in which an exposed metal layer portion is etched away by an etching solution using an etching rate difference between the metal layer and the oxide layer; .

Description

금속 패터닝 방법 {Method for metal patterning}[0001] METHOD FOR METAL PATTERNING [0002]

본 발명은 금속 패터닝 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a metal patterning method.

최근 반도체, 바이오, 에너지, 환경, 정보 등 광범위하고 다양한 분야에서 나노 기술의 중요성이 증대되고 있다. 이 중에서도 원하는 특성이나 성능을 얻을 수 있도록 나노 구조물을 패터닝하는 기술에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 나노 구조물 패터닝 기술은 집적 회로의 집적률 향상을 목적으로 반도체 분야에서 먼저 활발하게 이루어져 왔는데, 최근 바이오 분야 등에서도 나노 기술의 응용이 확대되고 있고, 또는 원하는 특성이나 성능을 얻기 위한 표면 개질 연구가 활발해지는 등의 여러 경향에 따라 나노 구조물 패터닝 기술 역시 매우 광범위하고 다양하게 발전되어 왔다.Recently, importance of nanotechnology has been increasing in various fields such as semiconductor, bio, energy, environment, and information. Among them, researches on a technique of patterning a nano structure in order to obtain desired characteristics and performance have been actively carried out. Nanostructure patterning technology has been active in the semiconductor field for the purpose of improving the integration rate of integrated circuits. Recently, nanotechnology has been applied in the field of biotechnology, etc., or surface modification research has been actively performed to obtain desired characteristics or performance The patterning of nanostructures has also been developed in a wide variety of ways.

일반적으로 나노 구조물을 패터닝하는 가장 기본적인 원리는 식각(etching)이다. 즉, 특정 물질로 된 층에 대하여 원하는 패턴의 마스크를 씌우고, 식각액과 반응을 시켜 마스크에 의해 가려진 부분 이외의 부분을 제거한 뒤 마스크를 제거함으로써, 상기 특정 물질로 된 층이 패턴을 형성하게 하는 방식이다. 고전적으로는 감광 물질을 마스크로 사용하는 방식이 있고, 그 외에도 고분자 콜로이달 입자를 마스크로 사용하는 콜로이달 리소그래피 등 다양한 방식이 있다. 하지만, 금속의 식각은 유독물질을 사용하여야 하고, 주로 돌기나 점, 디스크 형상의 구조물을 제작하는데 이용된다. In general, etching is the most basic principle for patterning nanostructures. That is, a mask of a desired pattern is placed on a layer made of a specific material, a portion other than the masked portion is removed by reacting with the etching solution, and then the mask is removed so that the layer made of the specific material forms a pattern to be. Classically, there is a method of using a photosensitive material as a mask. In addition, there are various methods such as colloidal lithography using a polymer colloidal particle as a mask. However, etching of metal requires the use of toxic substances and is mainly used to produce protrusions, dots, and disc-shaped structures.

또는 증착(deposition)의 원리를 이용하여 패터닝하는 방법이 있다. 이 방법은 감광물질이나 고분자 콜로이달 입자를 패터닝한 후 나머지 부분에 금속막을 전자빔증착(e-beam deposition), 열증착(thermal deposition), 스퍼터링(supttering), 또는 전기화학적 증착 등의 여러 가지 방법으로 증착 후 감광물질이나 고분자 콜로이달 입자를 제거하여 금속을 패터닝하는 것으로, 주로 구멍 배열(hole array) 형상의 구조물을 제작하는데 이용되는데, 모양 조절이 자유롭지 못하다는 단점이 있다.Or a method of patterning using the principle of deposition. In this method, a photosensitive material or a polymer colloidal particle is patterned and then a metal film is deposited on the remaining portion by various methods such as electron beam deposition, thermal deposition, sputtering, or electrochemical deposition After the deposition, the photosensitive material or the polymer colloidal particles are removed to pattern the metal, which is mainly used to fabricate a structure having a hole array shape, which is disadvantageous in that it can not be controlled in shape.

한편, 이러한 나노 스케일의 금속 패턴이 현재 활발히 활용되는 기술들에는 다음과 같은 것들이 있다.On the other hand, there are the following technologies that actively utilize such a nanoscale metal pattern.

표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance, SPR)이란 얇은 금속 필름에서 반사되어 나오는 광선을 이용하여 물질의 성분과 양을 측정하는 기술을 말하는 것이다. 한 예로서, 금속 필름에 독성 물질들이나 항독소 항체 분자들(antitoxin antibody molecules)이 부착될 경우, 부착된 분자들은 광선의 굴절 방법에 변화를 유발시키게 된다. 이와 같은 광선 강도의 변화를 광학적 검출기에 의해 감지함으로써 식품 시료에 함유된 독소 물질들의 양을 측정할 수 있게 된다. 즉 SPR은 단백질, DNA, 세포 등의 생체 물질 사이의 상호 작용을 표지자(labeling) 없이 실시간으로 측정하는 데 응용되어, 현재 단백질 칩을 분석하기 위해 가장 널리 이용되고 있는 기술이다.Surface plasmon resonance (SPR) is a technique for measuring the composition and amount of a substance using light rays reflected from a thin metal film. As an example, when toxic substances or antitoxin antibody molecules adhere to a metal film, the attached molecules cause a change in the way the light is refracted. By sensing such changes in light intensity by an optical detector, it is possible to measure the amount of toxin substances contained in a food sample. In other words, SPR is applied to measure the interaction between biomaterials such as proteins, DNA, and cells in real time without labeling, and is the most widely used technique for analyzing protein chips at present.

라만 분광법(Raman spectroscopy)이란 레이저 광과 같은 강력한 단색의 여기광을 쬐었을 때 분자의 진동수만큼의 차이가 있는 산란광이 생기는 현상인 라만 효과(Raman effect)에서 분자의 진동수를 구하는 분광법을 말하는 것이다. 표면 증감 라만 산란(surface enhanced raman scattering, SERS)이란 금속 표면 근처에 분자가 있을 경우 라만 신호가 크게 증가하는 현상을 말하는데, SERS 현상은 이러한 라만 분광법을 고감도의 측정 기술로 사용 할 수 있는 응용 가능성을 열어 주었을 뿐만 아니라 최근에는 단일 분자 측정(single molecule detection)까지도 가능하다고 보고되고 있다.Raman spectroscopy is a spectroscopic method for obtaining the frequency of a molecule in the Raman effect, which is a phenomenon in which scattered light having a frequency as large as a frequency of a molecule is generated when a strong monochromatic excitation light such as a laser beam is irradiated. Surface enhanced raman scattering (SERS) is a phenomenon in which the Raman signal is greatly increased when molecules are present near the surface of the metal. The SERS phenomenon shows the possibility of using this Raman spectroscopy as a sensitive measurement technique. Not only has it been opened but recently it has been reported that even single molecule detection is possible.

대표적인 위의 예들 이외에도 금속 나노 패터닝은 높은 열전도계수를 이용하여 공기 중의 수분을 응축시켜 물을 모은다든지, 전자기특성을 이용하여 빛의 성질을 변조시켜 새로운 현상을 구현하는 데에도 사용이 가능하다.
In addition to the typical examples above, metal nanopatterning can also be used to generate new phenomena by modulating the properties of light by collecting water by condensing moisture in the air using a high thermal conductivity coefficient or by using electromagnetic characteristics.

상술한 바와 같은 SPR, SERS, 수분 응축 등에서 뿐만 아니라, 사용되는 금속 패턴이 보다 정확하고 정밀해야 한다는 것은 모든 나노 기술에서 공통적으로 요구되는 것이다. 특히 SPR, SERS 등과 관련하여, 한국특허공개 제2010-0006842호("금속―단백질 격자패턴 바이오칩 및 그 제조 방법", 2010.01.22), 한국특허공개 제2010-0084372호("전자선 조사와 열분해를 이용한 패턴화된 금 나노입자 필름 제조 방법, 이에 의해 제조된 금 나노입자 필름 및 상기 금 나노입자 필름을 포함하는 생화학 센서", 2010.07.26) 등과 같은 기술들이 개시되어 있다.It is a common requirement in all nanotechnologies that not only the above-mentioned SPR, SERS, moisture condensation, etc., but also metal patterns used should be more accurate and precise. In particular, in relation to SPR and SERS, Korean Patent Publication No. 2010-0006842 ("Metal-protein lattice pattern biochip and its manufacturing method ", 2010.01.22), Korean Patent Publication No. 2010-0084372 A method for producing a patterned gold nanoparticle film using the gold nanoparticle film produced thereby, and a biochemical sensor including the gold nanoparticle film ", Jul. 22, 2010).

그러나 앞서 언급한 것처럼, 금속 패터닝 기술은 다른 반도체나 유기물 물질에 비하여 식각이 어렵기 때문에 패터닝이 용이하지 않으며 정밀도 향상 뿐 만 아니라 경제성, 생산성, 친환경성 등의 조건들도 함께 고려하여야 된다. 즉, 금속 패터닝 기술에 있어서, 가능한 한 용이하고 비용이 적게 들면서도 또한 신속하게 생산이 가능할수록 제품으로서의 가치가 높아지므로, 경제성 및 생산성은 중요하게 고려되어야 할 요소이다. 친환경성 측면에서는, 금속의 식각액이나 식각가스로 사용되는 물질들은 매우 독성이 강한 경우가 많고, 이에 따라 공정 중 발생되는 폐용액이나 반응가스들에 의하여 환경오염 문제를 일으키거나 작업자의 인체에 해를 끼칠 수 있는 문제가 있다는 점이 많이 지적되어 온 바, 이러한 문제도 무시할 수 없다.However, as mentioned above, since the metal patterning technique is difficult to etch compared with other semiconductors or organic materials, the patterning is not easy and it is necessary to consider not only the improvement of the precision but also the economical efficiency, productivity and environment friendliness. In other words, economical efficiency and productivity are important factors in metal patterning technology because the value as a product becomes higher as the production is possible as quickly as possible while being as easy and cost-effective as possible. From the viewpoint of environment friendliness, metal etchant or etching gas is often highly toxic. As a result, it may cause environmental pollution problem due to waste solution or reaction gas generated during the process, It has been pointed out that there are problems that can be caused, and this problem can not be ignored.

뿐만 아니라, 원하는 형태의 패턴을 용이하게 변경할 수 있도록 하는 것 또한 중요하다. 종래의 금속 패터닝 기술들의 경우, 최종적으로 원하는 형상이 대부분 한정되어 있고, 그 형상을 만드는 데에는 효과적일 수 있으나 그 이외의 형상을 만드는 데 적용하기에는 어려운 경우가 많다.
In addition, it is also important to be able to easily change the pattern of the desired pattern. In the case of conventional metal patterning techniques, the final desired shape is mostly limited and may be effective in making the shape, but it is often difficult to apply to other shapes.

1. 한국특허공개 제2010-0006842호("금속―단백질 격자패턴 바이오칩 및 그 제조 방법", 2010.01.22)1. Korean Patent Publication No. 2010-0006842 ("Metal-protein lattice pattern biochip and its manufacturing method ", 2010.01.22) 2. 한국특허공개 제2010-0084372호("전자선 조사와 열분해를 이용한 패턴화된 금 나노입자 필름 제조 방법, 이에 의해 제조된 금 나노입자 필름 및 상기 금 나노입자 필름을 포함하는 생화학 센서", 2010.07.26)2. Korean Patent Publication No. 2010-0084372 ("Method for producing patterned gold nanoparticle film using electron beam irradiation and thermal decomposition, gold nanoparticle film produced thereby and biochemical sensor including gold nanoparticle film ", 2010.07 .26)

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 고분자 콜로이달 입자와 금속 자체 및 그 금속의 산화층의 식각률 차이를 이용하여 정밀도가 높고 패턴 변화가 자유로운 나노 스케일의 금속 패터닝을 할 수 있도록 하는 금속 패터닝 방법을 제공함에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a metal- And a metal patterning method capable of free metal patterning of nanoscale.

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상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 금속 패터닝 방법은, 나노 스케일의 금속 패턴을 형성하는 방법으로서, 기판 상에 금속 재료로 된 금속층이 형성되는 금속층 형성 단계; 고분자 콜로이달 입자의 도포 및 산소 플라즈마 처리를 이용하여, 상기 금속층 표면에 부분적인 산화층이 형성된 후, 고분자 콜로이달 입자가 제거되는 산화층 형성 단계; 금속층 및 산화층의 식각률 차이를 이용하여, 산화층이 형성되지 않고 노출된 금속층 부분이 식각 용액에 의하여 식각 제거되는 식각 단계; 를 포함하며, 상기 산화층 형성 단계는, 상기 금속층 표면에 고분자 콜로이달 입자가 단일층으로 균일하게 도포되는 단계; 산소 플라즈마 처리에 의하여, 상기 고분자 콜로이달 입자가 소립 직경화됨과 동시에 소립 직경화된 상기 고분자 콜로이달 입자에 의하여 노출된 상기 금속층 표면 일부에 부분적인 산화층이 형성되는 단계; 상기 고분자 콜로이달 입자가 제거되는 단계; 를 포함하고, 상기 고분자 콜로이달 입자는 폴리스티렌(PS, polystyrene)이나 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA, polymethylmethacrylate) 중 선택되는 적어도 하나이며, 상기 금속 재료는 Al, Cu, Ti, Ag, Ni, Cr 중 선택되는 적어도 하나일 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a metal patterning method comprising: forming a metal layer of a metal material on a substrate; Forming an oxide layer on the surface of the metal layer and removing the polymer colloid particles using the application of the polymer colloid particles and the oxygen plasma treatment; An etching step in which an exposed metal layer portion is etched away by an etching solution using an etching rate difference between the metal layer and the oxide layer; Wherein the oxide layer forming step comprises: uniformly coating the polymer colloid particles on the surface of the metal layer as a single layer; Forming a partial oxidation layer on the surface of the metal layer exposed by the polymer colloidal particles having a small diameter and being made small in diameter by the oxygen plasma treatment; Removing the polymeric colloidal particles; Wherein the polymer colloidal particles are at least one selected from polystyrene (PS), polymethylmethacrylate (PMMA), and the metal material is at least one selected from the group consisting of Al, Cu, Ti, Ag, And may be at least one selected.

또는 본 발명의 금속 패터닝 방법은, 나노 스케일의 금속 패턴을 형성하는 방법으로서, 기판 상에 금속 재료로 된 금속층이 형성되는 금속층 형성 단계; 고분자 콜로이달 입자의 도포 및 산소 플라즈마 처리를 이용하여, 상기 금속층 표면에 부분적인 산화층이 형성된 후, 고분자 콜로이달 입자가 제거되는 산화층 형성 단계; 금속층 및 산화층의 식각률 차이를 이용하여, 산화층이 형성되지 않고 노출된 금속층 부분이 식각 용액에 의하여 식각 제거되는 식각 단계; 를 포함하며, 상기 산화층 형성 단계는, 상기 금속층 표면이 산화 처리되어 상기 금속층 표면 전체에 산화층이 형성되는 단계; 상기 산화층이 형성된 상기 금속층 표면에 고분자 콜로이달 입자가 단일층으로 균일하게 도포되는 단계; 산소 플라즈마 처리에 의하여 상기 고분자 콜로이달 입자가 소립 직경화되는 단계; 이온빔이 조사되어, 소립 직경화된 상기 고분자 콜로이달 입자에 의하여 노출된 상기 금속층 표면 일부의 부분적인 산화층이 제거되어 상기 금속층이 노출되는 단계; 상기 고분자 콜로이달 입자가 제거되는 단계; 를 포함하고, 상기 고분자 콜로이달 입자는 폴리스티렌(PS, polystyrene)이나 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA, polymethylmethacrylate) 중 선택되는 적어도 하나이며, 상기 금속 재료는 Al, Cu, Ti, Ag, Ni, Cr 중 선택되는 적어도 하나이며, 상기 이온빔은 비활성기체인 Ar, He, Xe 이온빔 중 선택되는 적어도 하나일 수 있다.Alternatively, the metal patterning method of the present invention is a method of forming a nanoscale metal pattern, comprising: a metal layer forming step of forming a metal layer of a metal material on a substrate; Forming an oxide layer on the surface of the metal layer and removing the polymer colloid particles using the application of the polymer colloid particles and the oxygen plasma treatment; An etching step in which an exposed metal layer portion is etched away by an etching solution using an etching rate difference between the metal layer and the oxide layer; Wherein the oxide layer forming step includes oxidizing the surface of the metal layer to form an oxide layer on the entire surface of the metal layer; Uniformly coating the polymer colloidal particles as a single layer on the surface of the metal layer on which the oxide layer is formed; A step of reducing the diameter of the polymer colloidal particles by oxygen plasma treatment; Irradiating an ion beam to expose the metal layer by removing a partial oxidation layer of a part of the surface of the metal layer exposed by the polymer colloidal particles having a small diameter; Removing the polymeric colloidal particles; Wherein the polymer colloidal particles are at least one selected from polystyrene (PS), polymethylmethacrylate (PMMA), and the metal material is at least one selected from the group consisting of Al, Cu, Ti, Ag, And the ion beam may be at least one selected from the inert gas Ar, He, and Xe ion beams.

또한, 상기 고분자 콜로이달 입자는 용매에 의해 용해되어 제거되는 화학적 제거 또는 접착테이프를 이용한 물리적 제거 중 선택되는 적어도 어느 하나의 방법에 의하여 제거될 수 있다.In addition, the polymer colloidal particles may be removed by at least one of chemical removal such as dissolution and removal by a solvent or physical removal using an adhesive tape.

또한, 상기 금속층 형성 단계는, 기판 상에 금속 재료가 전자빔증착(e-beam deposition), 열증착(thermal deposition), 스퍼터링(supttering), 또는 전기화학적 증착 중 선택되는 적어도 하나의 방법에 의해 코팅되도록 할 수 있다.The metal layer forming step may be such that the metal material is coated on the substrate by at least one method selected from e-beam deposition, thermal deposition, sputtering, or electrochemical deposition. can do.

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본 발명에 의하면, 고분자 콜로이달 입자와 금속 및 그 금속의 산화층의 식각률 차이를 이용하여 금속 패터닝이 이루어지도록 함으로써, 고가의 공정 단계들을 생략할 수 있으므로, 금속 패터닝에 필요한 비용, 시간, 인력 등의 자원을 절약하여 경제성 및 생산성을 크게 향상시키는 효과가 있다.According to the present invention, since metal patterning is performed using the difference in etching rate between the polymer colloidal particles and the metal and the oxide layer of the metal, expensive process steps can be omitted. Therefore, the cost, time, It has the effect of saving resources and greatly improving economy and productivity.

또한 본 발명은 산화층으로 된 패턴 형상을 형성할 때 고분자 콜로이달 입자를 사용하는데, 이러한 고분자 콜로이달 입자는 독성이 약한 용매를 이용한 화학적 제거, 접착테이프 등을 이용한 물리적 제거 등의 방법으로 제거가 가능하기 때문에, 종래에 마스크 형성 및 제거 시 사용되는 독성이 강한 물질들의 사용을 피할 수 있어, 종래의 기술들에 비해 훨씬 친환경적이고 경제적이라는 효과 또한 있다.In addition, the present invention uses polymer colloidal particles to form an oxide layer pattern. Such polymer colloidal particles can be removed by chemical removal using a weakly toxic solvent or physical removal using an adhesive tape or the like , It is possible to avoid the use of toxic substances conventionally used in mask formation and removal, which is also a more environmentally friendly and economical effect than the conventional techniques.

특히 본 발명에 의하면, 고분자 콜로이달 입자를 사용하여 식각을 하되, 산화층을 형성하여 금속 산화층과 금속의 식각률의 차이에 의하여 식각이 이루어지므로, 종래에 고분자 콜로이달 입자를 사용한 패터닝 방법에 비하여 훨씬 깨끗한 단면을 얻을 수 있어, 금속 패턴의 정밀도를 비약적으로 향상하는 큰 효과가 있다.Particularly, according to the present invention, etching is performed by using the polymer colloid particles to form an oxide layer, and etching is performed by the difference in etch rate between the metal oxide layer and the metal. Therefore, compared with the conventional patterning method using polymer colloidal particles, A cross section can be obtained, and there is a great effect that the precision of the metal pattern is remarkably improved.

뿐만 아니라 본 발명은 고분자 콜로이달 입자의 배치 단계나 산화층 형성 단계의 순서를 적절히 조절 배치함으로써, 동일한 원리를 사용하면서도 서로 다른 다양한 패턴을 만들 수 있어, 즉 활용성이 극대화되는 효과가 있다. 본 발명은 이처럼 정밀도 및 활용성의 동시 향상 효과에 의하여, SPR, SERS, 수분 응축 등과 같은 바이오 분야, 표면 개질 분야 등 다양한 분야에 적용이 가능하다.
In addition, the present invention can arrange the arrangement of the polymer colloidal particles and the order of the oxide layer forming step appropriately, thereby making it possible to form various patterns with different uses while using the same principle, that is, maximizing usability. The present invention can be applied to various fields such as SPR, SERS, moisture condensation, bio-field, surface modification field by the simultaneous improvement effect of precision and usability.

도 1은 본 발명의 금속 패터닝 방법.
도 2는 본 발명의 산화층 형성 단계 제1실시예.
도 3은 제1실시예에 따른 금속 패터닝 방법 구현 실시예.
도 4은 제1실시예에 따라 패터닝된 Cr산화물 구멍 배열(hole array) 형상의 구조물 전자현미경 사진.
도 5는 본 발명의 산화층 형성 단계 제2실시예.
도 6는 제2실시예에 따른 금속 패터닝 방법 구현 실시예.
도 7은 제2실시예에 따라 패터닝된 Cr 나노디스크 구조물 전자현미경 사진.
도 8은 본 발명의 금속 패터닝 방법에 의한 여러 금속 패턴 형상.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig.
FIG. 2 is a first embodiment of the oxide layer forming step of the present invention. FIG.
3 is an embodiment of a metal patterning method according to the first embodiment.
FIG. 4 is a photomicrograph of a structure of a patterned Cr oxide hole array in accordance with the first embodiment; FIG.
5 is a second embodiment of the oxide layer forming step of the present invention.
6 is an embodiment of a metal patterning method according to the second embodiment.
7 is an electron micrograph of a patterned Cr nano disk structure according to the second embodiment.
8 is a view showing various metal pattern shapes according to the metal patterning method of the present invention.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 금속 패터닝 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, a metal patterning method according to the present invention having the above-described structure will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 금속 패터닝 방법의 흐름도이다. 도 2는 본 발명의 산화층 형성 단계 제1실시예이며, 도 3은 제1실시예에 따른 금속 패터닝 방법 구현 실시예이며, 도 4은 제1실시예에 따라 패터닝된 Cr산화물 구멍 배열(hole array) 형상의 구조물 전자현미경 사진이다. 도 5는 본 발명의 산화층 형성 단계 제2실시예이며, 도 6는 제2실시예에 따른 금속 패터닝 방법 구현 실시예이며, 도 7은 제2실시예에 따라 패터닝된 Cr 나노디스크 구조물 전자현미경 사진이다.1 is a flow chart of a metal patterning method of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of a metal patterning method according to a first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a Cr oxide hole array ) Shape electron micrograph. FIG. 5 shows a second embodiment of the oxide layer forming step according to the present invention, FIG. 6 shows an embodiment of the metal patterning method according to the second embodiment, FIG. 7 shows an electron microscope photograph of the patterned Cr nano disk structure according to the second embodiment to be.

본 발명의 금속 패터닝 방법은 나노 스케일의 금속 패턴을 형성하는 방법으로서, 고분자 콜로이달 입자를 이용한 리소그래피 기법을 금속 패터닝에 도입하되, 금속 자체를 산화시켜 만든 산화층을 이용한다. 구체적으로 설명하자면 다음과 같다.The metal patterning method of the present invention is a method of forming a nanoscale metal pattern using an oxide layer formed by oxidizing a metal by introducing a lithography technique using polymer colloid particles into metal patterning. Specifically, it is as follows.

도 1을 참조하면, 금속층 형성 단계(S1)에서는 먼저 기판(150) 상에 금속 재료로 된 금속층(110)이 형성되게 한다. 이 때 기판(150) 상에 금속 재료가 형성되도록 하기 위해서, 전자빔증착(e-beam deposition), 열증착(thermal deposition), 스퍼터링(supttering), 또는 전기화학적 증착 등과 같은 방법을 사용한다.Referring to FIG. 1, in a metal layer forming step (S1), a metal layer 110 made of a metal material is formed on a substrate 150 first. A method such as e-beam deposition, thermal deposition, sputtering, or electrochemical deposition is used to form a metal material on the substrate 150 at this time.

다음으로 산화층 형성 단계(S2)에서는, 고분자 콜로이달 입자(200)의 단일층 도포 및 산소 플라즈마(O2 plasma) 처리를 이용하여, 금속층(110) 표면에 부분적인 산화층(120)이 형성되게 한다. 고분자 콜로이달 입자(200)를 금속층(110) 표면에 도포하여 금속층(110)이 가려지게 한 상태에서 산소 플라즈마 처리를 하게 되면, 고분자 콜로이달 입자(200)가 산소 플라즈마에 의하여 작아지게 된다(size reduction, 이후 이를 '소립 직경화'라고 칭한다). 이처럼 소립 직경화된 고분자 콜로이달 입자(200) 사이로 틈새가 생기는데, 이를 이용하여 원하는 형태의 패턴을 형성하게 하는 것이다. (패턴 형태에 따라 세부 단계가 달라질 수 있는데, 이에 대해서는 이후 도 2 내지 도 7의 제1실시예 및 제2실시예를 통해 보다 구체적으로 설명한다.) 산화층 형성 단계(S2)에 사용되는 고분자 콜로이달 입자(200)는 산소 플라즈마에 의하여 소립 직경화가 일어날 수 있는 재료라면 어떤 것이라도 무방한데, 가장 대표적인 예를 들면 폴리스티렌(PS, polystyrene)이나 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA, polymethylmethacrylate) 등이 될 수 있다.Next, in the oxide layer forming step S2, a partial oxide layer 120 is formed on the surface of the metal layer 110 by using a single layer coating of the polymer colloid particles 200 and an O 2 plasma treatment . When the polymer colloid particles 200 are applied to the surface of the metal layer 110 and the metal layer 110 is covered with the oxygen plasma treatment, the polymer colloid particles 200 are reduced by the oxygen plasma reduction, hereinafter referred to as " small diameter reduction "). As a result, a gap is formed between the polymer colloidal particles 200 having a small diameter, which is used to form a desired pattern. (Details of the step may vary depending on the pattern type, which will be described later in more detail with reference to the first and second embodiments of FIGS. 2 to 7). The polymer colloid used in the oxide layer forming step (S2) The particle 200 may be any material that can be reduced in diameter by an oxygen plasma, and most typical examples thereof include polystyrene (PS), polymethylmethacrylate (PMMA), and the like. have.

마지막으로 식각 단계(S3)에서는, 금속층(110) 및 산화층(120)의 식각률(etch rate) 차이를 이용하여, 산화층(120)이 형성되지 않고 노출된 금속층(110) 부분이 식각 용액(etchant)에 의하여 식각(etching) 제거되게 함으로써, 금속 패터닝이 완료된다. 앞서의 산화층 형성 단계(S2)에서 고분자 콜로이달 입자(200)에 의하여 가려진 부분과 드러난 부분이 구분되며, 여기에 적당한 처리를 함으로써 금속층(110) 표면에 부분적으로 산화층(120)이 형성된다. 이 때 본 발명의 특징적인 부분 중 하나가 바로 이 금속층(110) 및 산화층(120)의 식각률 차이를 이용한다는 것으로서, 즉 상술한 바와 같이 금속층(110) 표면에 부분적으로 형성된 산화층(120)이 식각 단계(S3)에서 마스크 역할을 하게 되어 금속 패터닝을 구현할 수 있는 것이다. 따라서 종래 금속 패터닝 공정에서 사용되는 고가의 공정을 이용하여 마스크를 형성하거나 (식각 후) 마스크를 제거하는 공정을 생략할 수 있으므로, 공정 수를 줄일 수 있을 뿐 아니라 이러한 공정들에 필요한 재료들을 사용하지 않을 수 있다. 그러므로 비용, 시간, 인력 등의 자원 절감 효과가 크게 향상되며, 경제성 및 생산성이 훨씬 증대된다.Lastly, in the etching step S3, the etched portion of the metal layer 110 is etched using the etch rate difference between the metal layer 110 and the oxide layer 120, So that the metal patterning is completed. The oxide layer 120 is partially formed on the surface of the metal layer 110 by appropriately treating the portion hidden by the polymer colloidal particle 200 and the exposed portion in the oxide layer forming step S2. One of the characteristic features of the present invention is that the etching rate difference between the metal layer 110 and the oxide layer 120 is utilized. That is, the oxide layer 120 partially formed on the surface of the metal layer 110 as described above is etched The metal patterning can be realized by acting as a mask in step S3. Therefore, it is possible to omit the process of forming the mask (removing the mask) or removing the mask by using the expensive process used in the conventional metal patterning process, so that not only the number of processes can be reduced, but also the materials necessary for these processes are not used . Therefore, the resource saving effects such as cost, time, and manpower are greatly improved, and economical efficiency and productivity are greatly increased.

이와 같이 금속층(110) 및 산화층(120)의 식각률 차이에 의한 식각 성능을 향상시키기 위해서는, 상기 금속 재료의 표준환원전위값이 낮아 산화가 잘되는 금속이면서도 또한 금속 재료의 식각률 및 상기 금속 재료의 산화물의 식각률의 비가 높아 선택적인 식각이 가능하도록 해야 한다. 구체적으로는, 금속층(110)을 이루는 금속 재료는 Al, Cu, Ti, Ag, Ni, Cr 등이 될 수 있다. In order to improve the etching performance due to the difference in etching rate between the metal layer 110 and the oxide layer 120 as described above, the etching rate of the metal material and the oxide of the metal material The etching rate should be high so that selective etching is possible. Specifically, the metal material forming the metal layer 110 may be Al, Cu, Ti, Ag, Ni, Cr, or the like.

이하에서 패턴 형태에 따른 고분자 콜로이달 입자 도포 및 산화층 형성 단계(S2)의 여러 실시예를 설명한다.
Hereinafter, various embodiments of the polymer colloid particle application and oxide layer formation step (S2) according to the pattern type will be described.

도 2는 본 발명의 산화층 형성 단계 제1실시예이며, 도 3은 제1실시예에 따른 금속 패터닝 방법 구현 실시예이고, 도 4는 제1실시예에 따라 패터닝된 Cr산화물 구멍 배열(hole array) 형상의 구조물 전자현미경 사진이다. 먼저 도 3(A)에 도시된 바와 같이 먼저 기판(150)이 배치되고, 도 3(B)에 도시된 바와 같이 금속층(110)이 형성된다(즉 도 3(A)~(B)가 금속층 형성 단계(S1)가 된다). 도 4의 예시의 경우 금속층(110)은 Cr층이 된다.FIG. 2 shows a first embodiment of the oxide layer forming step according to the present invention, FIG. 3 shows an embodiment of the metal patterning method according to the first embodiment, FIG. 4 shows a Cr oxide hole array ) Shape electron micrograph. First, as shown in FIG. 3A, a substrate 150 is first disposed and a metal layer 110 is formed as shown in FIG. 3B (that is, FIGS. 3A to 3B) Forming step S1). In the example of FIG. 4, the metal layer 110 becomes a Cr layer.

산화층 형성 단계 제1실시예(S2A)에서는, 먼저 도 3(C)에 도시된 바와 같이 금속층(110) 표면에 다수의 고분자 콜로이달 입자(200)가 도포된다(S21A). 도 4의 예시의 경우 고분자 콜로이달 입자(200)는 200nm 직경의 폴리스티렌이 된다.In the first embodiment (S2A), as shown in FIG. 3C, a plurality of polymer colloidal particles 200 are applied to the surface of the metal layer 110 (S21A). In the example of FIG. 4, the polymer colloidal particles 200 are polystyrene with a diameter of 200 nm.

다음으로 산소 플라즈마 처리에 의하여, 도 3(D)에 도시된 바와 같이 고분자 콜로이달 입자(200)가 소립 직경화됨과 동시에 소립 직경화된 고분자 콜로이달 입자(200)에 의하여 노출된 금속층(110) 표면 일부에 부분적인 산화층인 산화층(120)이 형성된다(S22A). 즉, 고분자 콜로이달 입자(200)가 산소 플라즈마 처리에 의해 그 크기가 작아지면서 고분자 콜로이달 입자(200)들 사이에 틈새가 형성되고, 이에 따라 노출되게 된 금속층(110) 표면은 산소 플라즈마의 영향을 받게 되어 산화가 일어나 산화층(120)이 형성되는 것이다. 도 4의 예시의 경우 산화층(120)은 Cr산화물층이 된다.3 (D), the polymer colloidal particles 200 are reduced in diameter to a small diameter, and at the same time, the metal layer 110 exposed by the polymer colloid particles 200 having a small diameter is formed by the oxygen plasma treatment, An oxide layer 120, which is a partial oxidation layer, is formed on a part of the surface (S22A). That is, as the size of the polymer colloidal particles 200 becomes smaller due to the oxygen plasma treatment, a gap is formed between the polymer colloid particles 200, and thus the surface of the metal layer 110 exposed by the oxygen plasma treatment is affected by the oxygen plasma And oxidation occurs to form the oxide layer 120. [ In the example of FIG. 4, the oxide layer 120 becomes a Cr oxide layer.

이후 고분자 콜로이달 입자(200)가 제거되면(S23A), 고분자 콜로이달 입자(200)에 의하여 가려져 있던 부분은 산소 플라즈마의 영향을 받지 않아 금속층(110)이 노출되어 있게 되고, 고분자 콜로이달 입자(200)의 소립 직경화에 의해 산소 플라즈마의 영향을 받은 부분은 산화층(120)이 형성되어 있게 된다. 즉 도 3(E)에 도시된 바와 같이 금속층(110) 표면에 패턴화된 산화층(120)이 형성되는 것이다.When the polymer colloidal particles 200 are removed (S23A), the portions hidden by the polymer colloidal particles 200 are not exposed to the oxygen plasma, and the metal layer 110 is exposed. The polymer colloidal particles 200 The oxide layer 120 is formed at a portion affected by the oxygen plasma due to the small diameter of the oxide layer. That is, as shown in FIG. 3 (E), the patterned oxide layer 120 is formed on the surface of the metal layer 110.

고분자 콜로이달 입자(200)의 제거는, 용매(아세톤 등)에 의해 용해되어 제거되는 화학적 제거일 수도 있고, 접착테이프를 이용하여 떼어내는 식의 물리적 제거일 수도 있다. 종래의 금속 패터닝 방법들과 비교하였을 때, 고분자 콜로이달 입자(200)도 일종의 마스크 역할을 한다고 볼 수 있다. 그런데 종래의 금속 패터닝 방법에서는 대개 마스크를 제거하기 위해서 매우 독성이 강한 물질을 사용하는 것이 일반적이었다. 반면 고분자 콜로이달 입자(200)는 독성이 매우 약한 아세톤 등과 같은 용매로도 쉽게 녹여 제거할 수 있다. 또는 테이프와 같은 접착성이 있는 재질을 사용하여 고분자 콜로이달 입자(200)를 붙여서 제거하는 식으로, 전혀 화학적인 작용 없이 제거할 수도 있다. 이처럼 본 발명의 금속 패터닝 방법은 종래에 마스크 제거를 위해 사용하는 독성 물질을 사용하지 않아도 되기 때문에 환경이나 인체에 해를 주지 않는 친환경적인 장점을 갖는다.The removal of the polymer colloidal particles 200 may be chemical removal such as dissolution by a solvent (such as acetone), or physical removal such as peeling off with an adhesive tape. When compared with the conventional metal patterning methods, the polymer colloid particles 200 also act as a kind of mask. However, in the conventional metal patterning method, it has been common to use a highly toxic substance in order to remove the mask. On the other hand, the polymer colloid particles 200 can easily be dissolved and removed by a solvent such as acetone having a very low toxicity. Alternatively, the polymeric colloid particles 200 may be removed by using an adhesive material such as a tape to remove them without any chemical action. As described above, since the metal patterning method of the present invention does not need to use a toxic substance used for mask removal in the past, it has an environment-friendly advantage that does not harm the environment or human body.

앞서 설명한 바와 같이, 이 산화층(120)은 금속층(110)에 비해 식각률이 작다. 따라서 이처럼 패턴화된 산화층(120)이 금속층(110) 위에 형성되어 있는 상태에서 식각을 하면, 금속층(110) 부분만 식각에 의해 제거되어 도 3(F)에 도시된 바와 같은 형태의 금속 패턴을 얻을 수 있게 된다. 도 4의 예시의 경우, 구체적으로는 Cr로 된 금속층(110)과 Cr산화물로 된 산화층(120)에 대하여, 질산(6wt.%)과 ceric ammonium nitrate((NH4)2[Ce(NO3)6])의 혼합용액을 사용하여 30초간 식각하여, 도 4의 전자현미경 사진에 보이는 바와 같은 Cr산화물 구멍 배열(hole array) 형상의 구조물을 얻을 수 있다.
As described above, the oxide layer 120 has a smaller etching rate than the metal layer 110. Therefore, when the patterned oxide layer 120 is formed on the metal layer 110, only the metal layer 110 is removed by etching to form a metal pattern as shown in FIG. 3 (F) . 4, nitric acid (6 wt.%) And ceric ammonium nitrate ((NH 4) 2 [Ce (NO 3) 6) are added to the metal layer 110 made of Cr and the oxide layer 120 made of Cr oxide ]) For 30 seconds to obtain a structure having a Cr oxide hole array shape as shown in the electron micrograph of FIG.

도 5는 본 발명의 산화층 형성 단계 제2실시예이며, 도 6는 제2실시예에 따른 금속 패터닝 방법 구현 실시예이고, 도 7은 제2실시예에 따라 패터닝된 Cr 나노디스크 구조물 전자현미경 사진이다. 먼저 제1실시예에서와 유사하게, 도 6(A)에 도시된 바와 같이 먼저 기판(150)이 배치되고, 도 6(B)에 도시된 바와 같이 금속층(110)이 형성된다(즉 도 6(A)~(B)가 금속층 형성 단계(S1)가 된다). 도 7의 예시의 경우 금속층(110)은 Cr층이 된다.FIG. 5 shows a second embodiment of the oxide layer forming step according to the present invention, FIG. 6 shows an embodiment of a metal patterning method according to the second embodiment, FIG. 7 shows an electron microscope photograph of a patterned Cr nano disk structure according to the second embodiment to be. 6A, a substrate 150 is first disposed, and a metal layer 110 is formed as shown in FIG. 6B (i.e., as shown in FIG. 6A) (A) to (B) are metal layer forming steps (S1)). In the example of FIG. 7, the metal layer 110 becomes a Cr layer.

다음으로 도 6(C)에 도시된 바와 같이, (제1실시예에서와 달리) 제2실시예에서는 먼저 금속층(110) 표면이 산화 처리되어 금속층(110) 표면 전체에 산화층(120)이 형성된다(S21B). 도 7의 예시의 경우 산화층(120)은 Cr산화물층이 된다.6C, the surface of the metal layer 110 is first oxidized to form an oxide layer 120 on the entire surface of the metal layer 110 (unlike in the first embodiment) (S21B). In the example of FIG. 7, the oxide layer 120 becomes a Cr oxide layer.

고분자 콜로이달 입자(200)는 금속층(110) 표면 전체에 산화층(120)이 형성된 이후에 도포된다. 즉 도 6(D)에 도시된 바와 같이, 산화층(120)이 형성된 금속층(110) 표면에 다수의 고분자 콜로이달 입자(200)가 도포된다(S22B). 도 7의 예시의 경우 고분자 콜로이달 입자(200)는 1um 직경의 폴리스티렌이 된다.The polymer colloid particles 200 are applied after the oxide layer 120 is formed on the entire surface of the metal layer 110. 6D, a plurality of polymer colloidal particles 200 are applied to the surface of the metal layer 110 on which the oxide layer 120 is formed (S22B). In the example of FIG. 7, the polymer colloidal particles 200 become 1-.mu.m diameter polystyrene.

다음으로, 도 6(E)에 도시된 바와 같이 산소 플라즈마 처리에 의하여 고분자 콜로이달 입자(200)가 소립 직경화된다(S23B). 제1실시예에서는 고분자 콜로이달 입자(200)가 소립 직경화됨에 따라 발생된 틈새로 금속층(110)이 노출되었으며, 따라서 이 노출된 부분이 산화되어 산화층(120)을 이루게 되었다. 그러나 제2실시예에서는 이미 산화층(120)이 금속층(110) 표면 전체에 형성되어 있으므로 더 산화가 일어나지 않는다(물론 약간 산화가 더 진행될 수는 있겠으나 고려하지 않아도 될 수준이다).Next, as shown in Fig. 6 (E), the polymer colloid particles 200 are made small-diameter by oxygen plasma treatment (S23B). In the first embodiment, the metal layer 110 is exposed in a gap generated as the polymer colloid particles 200 are reduced in diameter, and the exposed portions are oxidized to form the oxide layer 120. However, in the second embodiment, since the oxide layer 120 is already formed on the entire surface of the metal layer 110, no further oxidation occurs (although the oxidation may proceed somewhat, but it is not necessary to consider it).

이제 여기에 이온빔이 조사되어, 도 6(F)에 도시된 바와 같이 소립 직경화된 고분자 콜로이달 입자(200)에 의하여 노출된 금속층(110) 표면 일부의 부분적인 산화층(120)이 제거되어 금속층(110)이 노출된다(S24B). 도 7의 예시에서 상기 이온빔은 Ar 이온빔일 수 있으며, 이외에도 이온빔으로서 비활성기체인 Ar, He, Xe 이온빔 등이 사용될 수 있다. 상술한 바와 같이 앞서의 S21B, S22B 단계들을 거치면서 이미 금속층(110) 표면 전체에 산화층(120)이 형성되어 있었으므로, 앞서의 S23B 단계에서 산소 플라즈마는 단지 고분자 콜로이달 입자(200)의 크기가 작아지게 하는 역할만을 하였다. 이처럼 소립 직경화된 고분자 콜로이달 입자(200)들 사이에 틈새가 형성되면, 고분자 콜로이달 입자(200)들 사이의 틈새로 산화층(120)이 노출되어 보이게 된다. 여기에 이온빔을 조사하게 되면, 이온 충돌로 인해 산화층(120)이 물리적으로 떨어져 나가 제거되며, 따라서 산화층(120)이 벗겨져 나간 자리에 금속층(110)이 노출되게 되는 것이다. 6 (F), the partial oxidation layer 120 of a part of the surface of the metal layer 110 exposed by the polymer colloidal particles 200 having a small diameter is removed, (S24B). In the example of Fig. 7, the ion beam may be an Ar ion beam, and in addition, an inert gas such as Ar, He, or Xe ion beam may be used as the ion beam. Since the oxide layer 120 is already formed on the entire surface of the metal layer 110 through the steps S21B and S22B as described above, the oxygen plasma in the step S23B is merely the size of the polymer colloidal particles 200 Only to make it smaller. When a gap is formed between the polymer colloid particles 200 having a small diameter, the oxide layer 120 is exposed as a gap between the polymer colloidal particles 200. When the ion beam is irradiated thereto, the oxide layer 120 is physically removed and removed due to the ion collision, so that the metal layer 110 is exposed to the site where the oxide layer 120 is peeled off.

이후 고분자 콜로이달 입자(200)가 제거되면(S25B), 고분자 콜로이달 입자(200)에 의하여 가려져 있던 부분은 이온빔의 영향을 받지 않아 산화층(120)이 남아 있게 되고, 고분자 콜로이달 입자(200)의 소립 직경화에 의해 이온빔의 영향을 받은 부분은 금속층(110)이 노출되어 있게 된다. 즉 도 6(G)에 도시된 바와 같이 금속층(110) 표면에 패턴화된 산화층(120)이 형성되는 것이다.When the polymer colloidal particles 200 are removed (S25B), the portions hidden by the polymer colloid particles 200 are not affected by the ion beam, so that the oxide layer 120 remains, The metal layer 110 is exposed to the portion affected by the ion beam. That is, the patterned oxide layer 120 is formed on the surface of the metal layer 110 as shown in FIG. 6 (G).

제1실시예에서와 마찬가지로, 이 산화층(120)은 금속층(110)에 비해 식각률이 작다. 따라서 이처럼 패턴화된 산화층(120)이 금속층(110) 위에 형성되어 있는 상태에서 식각을 하면, 금속층(110) 부분만 식각에 의해 제거되어 도 6(H)에 도시된 바와 같은 형태의 금속 패턴을 얻을 수 있게 된다. 도 7의 예시의 경우, 구체적으로는 Cr로 된 금속층(110)과 Cr산화물로 된 산화층(120)에 대하여, 질산(6wt.%)과 ceric ammonium nitrate((NH4)2[Ce(NO3)6])의 혼합용액을 사용하여 식각하여, 도 7의 전자현미경 사진에 보이는 바와 같은 Cr 나노디스크 구조물을 얻을 수 있다.
As in the first embodiment, the oxide layer 120 has a smaller etching rate than the metal layer 110. Accordingly, when the patterned oxide layer 120 is formed on the metal layer 110, only the metal layer 110 is removed by etching to form a metal pattern as shown in FIG. 6 (H) . 7, nitric acid (6 wt.%) And ceric ammonium nitrate ((NH 4) 2 [Ce (NO 3) 6) are added to the metal layer 110 made of Cr and the oxide layer 120 made of Cr oxide ]) To obtain a Cr nano disk structure as shown in the electron micrograph of Fig. 7.

제1실시예 및 제2실시예에 의한 결과물(도 3(F) 및 도 6(H))에서 보이는 바와 같이, 본 발명의 금속 패터닝 방법에 의하면 동일한 원리를 사용하면서도 다양한 형태의 금속 패턴을 쉽게 형성할 수 있다. 고분자 콜로이달 입자의 크기, 산소 플라즈마 처리를 하는 시간 등을 조절함으로써 패턴의 형상 역시 용이하게 조절이 가능하다. 또한, 식각률이 다른 여러 금속 재료로 된 금속층을 다층 형성하고, 본 발명의 금속 패터닝 방법을 반복적으로 수행함으로써 좀더 복잡한 형상의 금속 패턴을 만들 수도 있다. 도 8은 이러한 금속 패터닝 방법에 의한 여러 금속 패턴 형상의 예를 도시한 것으로, 다층의 금속층에 대하여 상술한 바와 같은 방법을 여러 번 반복 수행하여 만들어지는 복잡한 형상의 금속 패턴의 예시들을 도시하고 있다.As shown in the results of the first and second embodiments (FIGS. 3 (F) and 6 (H)), the metal patterning method of the present invention makes it possible to easily form various types of metal patterns . The shape of the pattern can be easily controlled by controlling the size of the polymer colloidal particles and the time of the oxygen plasma treatment. It is also possible to form a metal pattern of a more complex shape by forming a metal layer of various metal materials having different etch rates in multiple layers and repeating the metal patterning method of the present invention. FIG. 8 shows examples of various metal pattern shapes by such a metal patterning method, and shows examples of metal patterns of complicated shapes which are formed by repeating the above-described method for a multilayer metal layer several times.

이처럼 본 발명의 금속 패터닝 방법은, 고정밀도의 다양한 형상의 금속 패턴을 얻을 수 있는 바, 특히 SPR, SERS 등과 같은 분야에서 요구되는 금속 패턴을 제조하는 데 활용되기에 매우 적합하다. 또한, 도 8의 예시와 같이 다층 구조로 되는 등과 같은 복잡한 금속 패턴을 형성할 수 있으므로, 기판 표면에 친수성, 소수성 등과 같이 나노 구조물의 형태에 의해 발생되는 특정한 성질을 부여할 수 있는 등, 표면 개질 분야에 활용될 수도 있다.
As described above, the metal patterning method of the present invention can obtain metal patterns of various shapes with high precision, and is particularly suitable to be used for manufacturing metal patterns required in fields such as SPR, SERS, and the like. In addition, it is possible to form a complicated metal pattern, such as a multilayer structure, as shown in the example of Fig. 8, so that it is possible to impart a specific property generated by the morphology of the nanostructure, such as hydrophilicity and hydrophobicity, It can also be used in the field.

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.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.

110: 금속층 120: 산화층
150: 기판 200: 고분자 콜로이달 입자110: metal layer 120: oxide layer
150: substrate 200: polymer colloidal particles

Claims (8)

삭제delete 나노 스케일의 금속 패턴을 형성하는 방법으로서,
기판 상에 금속 재료로 된 금속층이 형성되는 금속층 형성 단계;
고분자 콜로이달 입자의 도포 및 산소 플라즈마 처리를 이용하여, 상기 금속층 표면에 부분적인 산화층이 형성된 후, 고분자 콜로이달 입자가 제거되는 산화층 형성 단계;
금속층 및 산화층의 식각률 차이를 이용하여, 산화층이 형성되지 않고 노출된 금속층 부분이 식각 용액에 의하여 식각 제거되는 식각 단계;
를 포함하며,
상기 산화층 형성 단계는
상기 금속층 표면에 고분자 콜로이달 입자가 단일층으로 균일하게 도포되는 단계;
산소 플라즈마 처리에 의하여, 상기 고분자 콜로이달 입자가 소립 직경화됨과 동시에 소립 직경화된 상기 고분자 콜로이달 입자에 의하여 노출된 상기 금속층 표면 일부에 부분적인 산화층이 형성되는 단계;
상기 고분자 콜로이달 입자가 제거되는 단계;
를 포함하고,
상기 고분자 콜로이달 입자는 폴리스티렌(PS, polystyrene)이나 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA, polymethylmethacrylate) 중 선택되는 적어도 하나이며, 상기 금속 재료는 Al, Cu, Ti, Ag, Ni, Cr 중 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 금속 패터닝 방법.
A method of forming a nanoscale metal pattern,
A metal layer forming step of forming a metal layer made of a metal material on a substrate;
Forming an oxide layer on the surface of the metal layer and removing the polymer colloid particles using the application of the polymer colloid particles and the oxygen plasma treatment;
An etching step in which an exposed metal layer portion is etched away by an etching solution using an etching rate difference between the metal layer and the oxide layer;
/ RTI >
The oxide layer forming step
Uniformly coating the polymer colloid particles on the surface of the metal layer as a single layer;
Forming a partial oxidation layer on the surface of the metal layer exposed by the polymer colloidal particles having a small diameter and being made small in diameter by the oxygen plasma treatment;
Removing the polymeric colloidal particles;
Lt; / RTI >
Wherein the polymeric colloidal particles are at least one selected from polystyrene (PS), polymethylmethacrylate (PMMA), and the metal material is at least one selected from Al, Cu, Ti, Ag, Wherein the metal patterning step comprises:
나노 스케일의 금속 패턴을 형성하는 방법으로서,
기판 상에 금속 재료로 된 금속층이 형성되는 금속층 형성 단계;
고분자 콜로이달 입자의 도포 및 산소 플라즈마 처리를 이용하여, 상기 금속층 표면에 부분적인 산화층이 형성된 후, 고분자 콜로이달 입자가 제거되는 산화층 형성 단계;
금속층 및 산화층의 식각률 차이를 이용하여, 산화층이 형성되지 않고 노출된 금속층 부분이 식각 용액에 의하여 식각 제거되는 식각 단계;
를 포함하며,
상기 산화층 형성 단계는
상기 금속층 표면이 산화 처리되어 상기 금속층 표면 전체에 산화층이 형성되는 단계;
상기 산화층이 형성된 상기 금속층 표면에 고분자 콜로이달 입자가 단일층으로 균일하게 도포되는 단계;
산소 플라즈마 처리에 의하여 상기 고분자 콜로이달 입자가 소립 직경화되는 단계;
이온빔이 조사되어, 소립 직경화된 상기 고분자 콜로이달 입자에 의하여 노출된 상기 금속층 표면 일부의 부분적인 산화층이 제거되어 상기 금속층이 노출되는 단계;
상기 고분자 콜로이달 입자가 제거되는 단계;
를 포함하고,
상기 고분자 콜로이달 입자는 폴리스티렌(PS, polystyrene)이나 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA, polymethylmethacrylate) 중 선택되는 적어도 하나이며, 상기 금속 재료는 Al, Cu, Ti, Ag, Ni, Cr 중 선택되는 적어도 하나이며, 상기 이온빔은 비활성기체인 Ar, He, Xe 이온빔 중 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 금속 패터닝 방법.
A method of forming a nanoscale metal pattern,
A metal layer forming step of forming a metal layer made of a metal material on a substrate;
Forming an oxide layer on the surface of the metal layer and removing the polymer colloid particles using the application of the polymer colloid particles and the oxygen plasma treatment;
An etching step in which an exposed metal layer portion is etched away by an etching solution using an etching rate difference between the metal layer and the oxide layer;
/ RTI >
The oxide layer forming step
Oxidizing the surface of the metal layer to form an oxide layer on the entire surface of the metal layer;
Uniformly coating the polymer colloidal particles as a single layer on the surface of the metal layer on which the oxide layer is formed;
A step of reducing the diameter of the polymer colloidal particles by oxygen plasma treatment;
Irradiating an ion beam to expose the metal layer by removing a partial oxidation layer of a part of the surface of the metal layer exposed by the polymer colloidal particles having a small diameter;
Removing the polymeric colloidal particles;
Lt; / RTI >
Wherein the polymeric colloidal particles are at least one selected from polystyrene (PS), polymethylmethacrylate (PMMA), and the metal material is at least one selected from Al, Cu, Ti, Ag, Wherein the ion beam is at least one selected from the group consisting of Ar, He, and Xe ion beams, which are inert gases.
삭제delete 제 2항 또는 제3항에 있어서, 상기 고분자 콜로이달 입자는
용매에 의해 용해되어 제거되는 화학적 제거 또는 접착테이프를 이용한 물리적 제거 중 선택되는 적어도 어느 하나의 방법에 의하여 제거되는 금속 패터닝 방법.
The method according to claim 2 or 3, wherein the polymer colloidal particles
A chemical removal by dissolution by a solvent, and a physical removal by an adhesive tape.
제 2항 또는 제3항에 있어서, 상기 금속층 형성 단계는
기판 상에 금속 재료가 전자빔증착(e-beam deposition), 열증착(thermal deposition), 스퍼터링(supttering), 또는 전기화학적 증착 중 선택되는 적어도 하나의 방법에 의해 코팅되는 금속 패터닝 방법.
The method according to claim 2 or 3, wherein the metal layer forming step
A metal patterning method wherein a metal material is coated on a substrate by at least one method selected from e-beam deposition, thermal deposition, sputtering, or electrochemical deposition.
삭제delete 삭제delete
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