[发明专利]一种纳米粒子组装三维结构的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过使用具有穿孔图案（pattern of perforations）的掩模聚焦刻图（focused patterning）三维结构的方法，该方法不会产生噪声图案，具有高精度和高效率。

背景技术

在所需位置上，通过可选择地控制带电粒子制造微米或纳米尺寸的三维结构的刻图技术在研发具有新的物理和化学特征的材料上起着重要作用。

特别地，认为通过提高聚焦效应制造三维纳米结构将在制造未来的光学设备、电学设备或磁学设备方面有用武之地。

为了采用带电粒子刻图，在初期，刻图即带电粒子的位置控制和附着是通过在导电或绝缘支撑物上形成介电薄膜，并通过如电子束、离子束聚焦（SEM或FIB）、原子力显微镜（AFM）或微接触印刷等处理过程在介电薄膜上传递电荷来实现的。

自2003年以来公布的研究结果，公开了一种用于在所需图案位置上对带电粒子的电聚焦沉积的方法，其包括以下步骤：在支撑物上形成光敏电阻器；刻图形成的光敏电阻器；以及通过使用电场形成和离子电荷植入在光敏电阻器表面植入带电粒子且控制光敏电阻器表面的电荷。

然而，在上述支撑物上形成光敏电阻的例子中，存在以下不便之处：光敏电阻器不能重复使用；光敏电阻器刻图需要执行多次才能形成三维结构系统。进一步地，由于很难控制表面离子电荷，所以不适合作为纳米尺寸或原子水平刻图的未来技术。

另一方面，在真空沉积的情况下，可以利用具有穿孔图案的金属掩模。在这种情况下，存在以下几个问题：制造纳米尺寸的图案存在困难；当长宽比较大时，由掩模沾污导致的材料耗损较大。进一步地，电子束光刻（electron beam photolithography,EPL）虽然可以制造纳米尺寸的图案，但由于掩模会吸附（沾污）材料，因此图案尺寸可能不规则的减小。

因此，在登记号为10-0907787的韩国专利中，本发明人提出了一种用于带电粒子的聚焦刻图的方法，该方法包括以下步骤：将具有穿孔图案的掩模设置在衬底上，然后引导带电粒子经过穿孔到达衬底，再将带电粒子聚焦沉积到衬底上（如图1所示）。参照图1，通过在接地反应器（金属室）（30）中的两个电极层（5、6）之间施加电压，可以形成等势线（9）和电场线（10）。通过电场力的作用，带电粒子（1）沿着电场线（10）移动，然后迁移到衬底（3）上。通过电动透镜将正通过绝缘板或绝缘薄膜（2）的带电粒子（1）聚焦，以形成衬底（3）上的图案结构（4）。然而，通过这种方法仅能形成二维图案。

这样，本发明人进一步研究出更为有效的方法以制造具有三维形状的纳米粒子组装结构。

[现有技术文件]

[专利文件]

（专利文件1）韩国专利登记号10-0907787

发明内容

相应地，本发明提供了一种聚焦刻图纳米粒子组装三维结构的方法，该方法不会产生噪声图，且具有高精度和高效率。

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种纳米粒子组装三维结构的制造方法，包括以下步骤：

（i）在接地反应器中，将具有穿孔图案的掩模设置在将要刻图的衬底之上的一定距离处，该穿孔图案与预定图案对应；然后在衬底上施加电压，以形成电动聚焦透镜；

（ii）将带电纳米粒子引入反应器中，并且引导带电纳米粒子通过穿孔图案到达衬底，使得带电纳米粒子以三维形状选择地吸附到衬底上。

根据本发明的一个优选实施例，所述方法还包括通过引入带电气体离子在步骤（ii）中的掩模表面集聚离子层的步骤；所述带电气体离子通过与带电纳米粒子相同的极性充电。

根据本发明的另一个优选实施例，在集聚离子的步骤中，将具有与带电纳米粒子相反极性的，范围为0.01-10kV的电压施加到衬底上；在步骤（ii）的沉积带电纳米粒子的步骤中，将具有与带电纳米粒子相反极性的，范围为0.01-10kV的电压施加到衬底上。

在本发明的方法中，掩模的穿孔宽度（w）、与掩模和衬底之间的距离（d）之比优选在1:0.01～10的范围内。

在本发明的方法中，在步骤（ii）中，通过使用电压和电流供应设备、电池或蓄电池控制电荷或电压改变带电纳米粒子的聚焦水平的方式来改变三维结构的形状。

根据本发明的另一个优选实施例，步骤（ii）可包括在第一电压下的第一沉积和在第二电压下的第二沉积；其中第一电压和第二电压可处于0.01～10kV的范围内，且第一电压和第二电压具有与带电纳米粒子相反的极性；第一电压和第二电压的电压强度互不相等。