KR100357842B1 - 미세 구조체 제조 방법 및 미세 구조체 제조용 주형 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따라 미세 구조체를 제조하는데 이용되는 개선된 엘라스토머(elastomer)형 주형이 제공된다. 본 발명에 따른 주형은 제 1 표면 및 제 2 표면을 포함하는데, 제 1 표면은 적어도 하나의 리세스(recess)된 미세 채널을 구비하며, 제 2 표면은 주형을 통해 제 1 표면까지 연장되며 리세스되어 있는 미세 채널과 연결되는 액세스 개구(access opening) 내지 충진 부재를 구비한다. 주형은 리세스된 미세 채널이 기판을 향하도록 기판 상에 놓여져 사용된다. 주형의 액세스 개구는 고화 가능한 액상 재료로 충진된다. 액세스 개구는 미세 채널과 기판 사이에 규정된 공간 내에 액상 재료를 계속적으로 공급한다. 액상 재료가 고화된 후, 주형이 기판으로부터 제거되어 기판 상에 고화된 액상 재료로부터 형성된 미세 구조체를 남긴다.
Description
본 발명은 미세 구조체를 비리소그래피(non-lithographic) 기법으로 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 본 발명은 모세관 타입 미세조형(micromolding in capillaries: MIMIC)을 이용하여 하나 이상의 기판 상에 미세 구조체를 제조하기 위한 개선된 주형에 관한 것이다. 주형은 특히 플라스틱 미세 전자 디바이스를 제조하는데 유용하다.
미세 전자 디바이스를 값싸게 얻고자 하는 요구에 부응하여 전자 및 광전자 시스템에 잠재적으로 유용한 유기 재료가 개발되어 왔다. 이것은 큰 영역을 점유하며, 강성(rigid) 또는 가요성(flexible) 플라스틱 지지물 상에 쉽게 제조될 수 있는 미세 전자 디바이스를 값싸게 생산할 수 있도록 하는 미세 전자 디바이스의 진보를 초래하였다. 이 진보는 도전성 재료, 반도전성(semiconducting) 재료, 유전체 유기 재료의 개발을 포함한다.
불행하게도, 이들 유기 재료를 패터닝하기 위한 지금까지의 방법은 아직 적절한 수준에 미치지 못하고 있다. 이런 방법중의 하나로서 스크린 프린팅이 있다. 이에 대해서는 지. 바오(Z. Bao), 와이. 펭(Y. Feng), 에이. 도다발라푸(A. Dodabalapur), 브이. 알. 라주(V. R. Raju), 에이. 제이. 로빙거(A. J. Lovinger)의 'High-Performance Plastic Transistors Fabricated by Printing Techniques,' CHEM. MATER. 9(1997), 1299-1301을 참조할 수 있다. 그러나 스크린 프린팅법의 해상도(약 100 μm)가 비교적 나쁘기 때문에 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor: FET)와 같은 미세 전자 디바이스를 제조하는 데 있어서의 스크린 프린팅의 이용이 제한된다.
1 내지 수 백 마이크론의 형상 크기(feature size)를 갖는 다양한 재료 내에미세 구조체를 만들 수 있는 또 다른 방법은 MIMIC이다. MIMIC은 주형의 가장자리로부터 시작하는 리세스(recess)된 채널을 갖는 엘라스토머(elastomer)형 주형과 지지물 사이에서의 모세관 채널의 형성을 수반한다. 미세 구조체를 형성하는 재료를 포함하는 용액(MIMIC 용액)이 주형의 가장자리에서 채널에 공급된다. MIMIC 용액 내의 용매가 증발하면, 주형은 기판으로부터 제거되어 상기 재료로 구성된 미세 구조체가 남게 된다. 20 μm 정도로 작은 치수의 GaAs/AlGaAs 이종 구조(heterostructure) FET는 MIMIC 규정된 희생 폴리머 층을 이용하여 제조되어 왔다. MIMIC 규정된 폴리머 층은 FET의 게이트 및 전극을 형성하기 위한 '리프트-오프' 공정에 이용되었다.
그러나, 통상적인 MIMIC 기법은 두가지의 큰 단점을 지니고 있다. 첫째로, MIMIC 용액은 용액 내의 용매가 증발함에 따라 주형의 가장자리에서 리세스된 채널에 반복적으로 공급되어야만 한다. 둘째로, 주형이 제거될 때, 쓸모 없는 과잉 재료가 주형의 가장자리가 위치해 있던 기판 상에 잔류한다. 이 재료는 그것을 기판으로부터 잘라냄으로써 제거되어야만 한다. 세째로, MIMIC 용액은 가장자리 충진된 MIMIC 주형 내에서 매우 먼 거리를 이동해야 하는 경우가 있으며, 이에따라 매우 긴 충진 시간을 필요로 한다. 네째로, 통상적인 MIMIC 주형으로는 둘 이상의 유형의 재료로 패턴을 만드는 것이 가능하지 않다. 다섯째로, 잉크젯 프린팅이나 스크린 프린팅과 같은 통상적인 프린팅 방법과 MIMIC을 용이하게 함께 사용할 수 없다. 여섯째로, 가압 또는 진공에 의해 통상적인 MIMIC 주형 내로 MIMIC 용액을 강제로 주입하거나 흡입시킬 수 없다.
따라서, 통상적인 MIMIC 주형의 결점을 극복하는 MIMIC용의 개선된 주형이 필요하다.
본 발명에 따라, 미세 구조체를 제조하는 데 사용되는 개선된 주형은 제 1 표면 및 제 2 표면을 구비하는 엘라스토머형 재료의 몸체를 포함하는데, 제 1 표면은 적어도 하나의 리세스된 미세 채널을 구비하며, 제 2 표면은 주형을 통해 제 1 표면까지 연장되고 리세스된 미세 채널과 통하는 적어도 하나의 액세스 개구(access opening)를 구비한다. 주형은 리세스된 미세 채널이 기판을 향하도록 기판 상에 놓여져 사용된다. 주형의 주형 충진 부재는 미세 채널과 기판 사이에 규정된 공간 내에 액상 재료로서 충진된다. 액상 재료가 고화된 후, 주형은 기판으로부터 제거되어 기판 상에 고화된 액상 재료로부터 형성된 미세 구조체를 남긴다.
도 1은 모세관 타입 미세조형(micromolding in capillaries: MIMIC)에 사용될 수 있는 엘라스토머형 주형의 사시도.
도 2a 내지 도 2b는 도 1의 주형의 제조 공정도.
도 3은 미세 구조 지지 기판 상에 위치한 도 1의 주형을 도시하는 측단면도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 주형의 사시도.
도 5a 내지 도 5f는 주형의 모세관 채널과 미세 주형 공동이 에탄올 내의 탄소 MIMIC 용액으로부터의 탄소 입자로 충진되는 과정을 여러 시간에 따라 나타내는 투과 모드 광학 현미경 사진.
도 6은 모세관 채널 한 세트에 의해 형성된 세개의 배선으로부터 수집된 프로필로미터(profilometer)의 자취도.
도 7a 내지 도 7c는 플라스틱 전계 효과 트랜지스터의 제조 공정을 나타내는 측단면도.
도 7d 내지 도 7f는 도 7c의 플라스틱 전계 효과 트랜지스터에 대한 소스 및 드레인 전극을 제조하기 위한 MIMIC에서의 주형의 사용을 도시한 사시도.
도 8은 도 7f의 완성된 전계 효과 트랜지스터의 평면도.
도 9a 내지 도 9c는 MIMIC 에서 본 발명의 주형을 사용하여 제조된 플라스틱 FET의 전류-전압 곡선을 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 주형의 사시도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 주형 12 : 기판 접촉 표면
14 : 충진 표면 16 : 리세스된 구조체
18 : 미세 주형 공동 20 : 액세스 개구
22 : 마스터 26 : 돌출 패턴
32 : 모세관 채널 34 : 미세 주형 공동
40 : 기판 42 : 인듐 주석 산화물 층
44 : 폴리이미드 층 46 : 폴리 3 헥실티오펜층
48 : MIMIC 용액 50 : 패턴
52 : 전극 54 : 접촉 패드
도 1은 하나 이상의 기판 상에 복잡한 미세 구조체를 생성하기 위해 MIMIC에 사용될 수 있는 엘라스토머형 주형(10)을 도시한다. 주형(10)은 미세 구조체가 유기 재료의 묽은 용액(MIMIC 용액)으로부터 제조되도록 한다. 주형(10)은 100 μm이하의 치수를 갖는 MIMIC에서 미세 구조체를 만드는 데 특히 유용하다.
주형(10)은 기판 접촉 표면(12)과 주형 충진 표면(14)을 포함한다. 리세스된 미세 채널 (16) 및 미세 주형 공동 구조체(micromold cavity structure)(18)가 주형(10)의 접촉 표면(12) 내에 규정된다. 두개의 액세스 개구(20)는 주형(10)을 통해 충진 표면(14)으로부터 접촉 표면(12)으로 연장된다. 각 액세스 개구(20)는 해당 미세 채널 (16) 세트와 연결되어 있다. 주형(10)의 리세스된 구조체(16, 18)는 제조될 미세 구조체에 따라 단순한 형태 또는 복잡한 형태로 형성 될 수 있다.
도 2a와 도 2b는 도 1의 주형(10)의 제조 공정을 도시한다. 도 2a는 하나 이상의 주형(10)을 복제하는 데 사용할 수 있는 마스터(22)를 도시한다. 마스터(22)는 포토리소크래피 기법으로 생성된 포토 레지스트 패턴(26)을 구비하며 Si/SiO2, 유리 또는 금속으로 만들어진 평탄 기판(24)을 포함한다. 포토 레지스트 패턴(26)은 제조될 미세 구조체와 기하학적으로 그리고 치수면에서 실질적으로 동일하다.
돌출 패턴(26)은 광세기를 이용하여 포토 레지스트 재료로부터 기판(24) 상에 제조 될 수 있다. 이와 같은 포토리소그래피 방법에 의해 복잡한 구조를 갖는 마이크로 미터 내지 서브 마이크로 미터 크기의 포토 레지스트 패턴을 규정할 수 있다. 따라서, 포토 레지스트 패턴(26)은 100 μm보다 상당히 작은 형상 치수를 갖도록 용이하게 생성될 수 있다. 0.5 μm보다 작은 형상 치수를 갖는 돌출 패턴은 전자 빔 리소그래피를 이용해 레지스트를 패터닝하여 만들어질 수 있다.
도 2b는 공지된 방법을 이용하여 마스터(22)의 돌출 패턴(26)에 대하여 주형(10)을 주조 및 경화하는 것을 도시한다. 이에 대해서는 본 명세서에서 참조로서 인용되는 디. 퀸(D. Qin), 와이. 지아(Y. Xia), 지. 엠. 화이트사이즈(G.M. Whitesides)의 'Rapid Prototyping of Complex Structures with Feature Sizes Larger than 20 μm,', ADVANCED MATERIALS 8, No. 11 (1996), 917-919를 참조할 수 있다. 주형(10)은 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane: PDMS)과 같은 엘라스토머로부터 제조될 수 있다. PDMS의 유순한 성질은 주형과 미세 구조체를 지지하는 기판 사이에 부합적 접촉이 이루어지도록 한다. PDMS의 낮은 반응도는 주형(10)이 미세 구조체로부터 쉽게 분리되도록 한다.
경화 후에, 주형(10)은 마스터(22)로부터 분리되며 액세스 개구(20)가 가공된다. 주조 중에 주형 내로 액세스 개구(20)를 조형할 수도 있다.
도 3은 리세스된 미세 채널(16) 및 미세 주형 공동 구조체(18)가 기판을 향하도록 미세 구조체 기판(28) 상에 위치한 주형(10)을 도시한다. 주형(10)의 가요성에 의해 기판(28)의 표면(30)에 부합적으로 밀착하게 되어 접촉 표면(12)이 두개의 봉함(sealing)된 미세주형 공동(34)까지 뻗은 다수의 봉함된 모세관 채널(32)을 생성한다. 액세스 개구(20) 또한 지지 기판(28)의 표면(30)과 주형(10)의 접촉 표면(12) 사이의 부합적 접촉에 의해 봉함(sealing)된다.
주형(10) 내의 봉함된 액세스 개구(20)는 MIMIC 용액을 모세관 채널(32)을 통해 미세 주형 공동(34) 내에 주입하는 개선된 수단을 제공한다. 용액 내의 용매가 증발함에 따라 모세관 채널(32)을 통해 미세주형 공동(34)에 MIMIC 용액이 계속공급되는 경우에만, 치밀하며 균일한 고상 미세 구조체가 MIMIC 용액으로부터 만들어질 수 있다. 이것은 각 액세스 개구(20)가 해당 미세 주형 공동(34)에 대해MIMIC 용액의 계속적 공급을 유지하는 저장부로 기능함으로써 주형(10)에 의해 이루어진다. 더욱이, 액세스 개구(20)는 주형(10)이 통상적인 자동화된 프린팅 장비를 사용하여 충진되도록 한다. 예를 들어, 액세스 개구(20)는 잉크젯 프린터 또는 스크린 프린터(도시 하지 않음)를 사용하여 자동적으로 충진될 수 있다.
또한 액세스 개구(20)에 의해 액세스 개구를 구비하지 않는 통상적인 주형이 사용될 때 미세 구조체 지지 기판 상에 전형적으로 잔류하는 과잉 재료(미세 구조체를 형성하는 재료)를 잘라낼 필요가 없어진다. 이것은 주형(10)의 제거에 의해 모세관 채널(32)과 미세 주형 공동(34) 내에 그리고 액세스 개구(20)의 바닥에 위치하지 않는 모든 재료가 제거되기 때문이다.
또한 주형(10)의 액세스 개구(20)에 의해 MIMIC 용액이 그 용액을 필요로 하는 위치에 인접하게 공급될 수 있으며, 주형(10)이 분리된 미세 구조체를 생성하는 분리된 미세 주형 공동(34)을 구비하도록 제조될 수 있다. 각각의 미세 주형 공동(18)이 그 각자의 액세스 개구(20) 및 미세 채널(16) 세트에 의해 공급되기 때문에, 각각의 미세 구조체는 원할 경우 (상이한 유기 재료 용액을 이용하여) 상이한 유기 재료로부터 제조될 수 있다.
또한 적절한 크기의 단일 액세스 개구가 하나 이상의 미세 공동을 공급하는 데 또한 이용될 수도 있다. 도 4는 두개의 미세 채널 공동(18')을 두개의 해당 미세 채널 세트(16')를 통해 공급하는 단일 액세스 개구(20')를 구비하는 주형(10')을 도시한다.
주형(10) 내로 MIMIC 용액을 강제 주입하거나 흡입되게 하여 주형(10) 내에서의 주형 충진 시간을 더욱 줄일 수 있다. 주형(10)의 액세스 개구(20)를 MIMIC 용액으로 충진한 후, 액세스 개구(20)에 압력을 가함으로써 MIMIC 용액을 주형 내에 강제 주입할 수 있다. 미세 주형 공동을 감압함으로써, MIMIC 용액이 주형(10) 내로 흡입될 수 있다. 도 10은 미세 주형 공동(34')을 감압시키기 위한, 진공 포트(60)를 구비하는 주형(10')을 도시한다. 이에 따라, 액세스 개구(20')로부터 MIMIC 용액이 주형(10) 내로 흡입된다.
도 5a 내지 도 5f는 투명 지지부와 접하고 있는 주형(10)의 모세관 채널과 미세 주형 공동이 에탄올 내의 탄소 MIMIC 용액(약 2%고체)으로부터의 탄소 입자로 충진되는 과정을 여러 시간에 따라 나타내는 투과 모드 광학 현미경 사진이다. MIMIC 용액은 대응하는 액세스 구멍(도시하지 않음)으로부터 이어져 있는 세개의 약 100μm 길이의 모세관 채널(32) 두 세트를 통해 1 mm × 1 mm 크기의 해당 미세 주형 공동(34)으로 흘러간다. 이 흐름은 약 25 μm 분리부의 가장자리에서 멈춘다. 엘라스토머형 주형(10)을 통한 에탄올의 증발(PDMS는 에탄올 증기를 통과시킴)이 액세스 개구로부터 미세 주형 공동으로의 용액의 흐름을 유발한다. MIMIC 용액의 고체 함량을 증가시키면 제조 소요 시간이 표시된 바와 같이 약 4시간에서 약 30분으로 줄어들 수 있다.
도 6은 모세관 채널 한 세트에 의해 형성된 세개의 배선으로부터 수집된 프로필로미터(profilometer)의 자취도이다. 탄소 배선의 두께(약 5 μm)는 주형(10) 의 리세스된 미세 채널의 깊이(약 8 μm)보다 조금 작다.
유기 재료로부터 플라스틱 전계 효과 트랜지스터(FET)의 소스 및 드레인 전극을 제조하기 위하여 주형(10)을 MIMIC에 이용할 수 있다. FET는 우선 통상적인 스크린 프린팅 공정을 이용하여 형성된다. 도 7a에 도시한 바와 같이 FET의 제조는 인듐 주석 산화물(indium-tin-oxide: ITO) 층(42)으로 피복된 상업적으로 이용가능한 폴리 (에틸렌 테레프탈레이트)(poly (ethylene terephthalate): PET) 판(40)을 제공함으로써 시작된다. PET판은 FET에 대해 기계적으로 가요성 있는 지지 기판을 형성한다. PET 판(40)의 두께는 약 50 μm일 수 있다. ITO 층(42)은 FET에 대한 게이트 전극을 형성하며 그 두께는 약 0.1 μm일 수 있다. FET는 또한 약 3 mm 두께의 실리콘과 같은 기계적으로 강성인 기판 상에 지지될 수도 있다.
도 7b는 ITO 층(42) 상에 스크린 프린팅된 사전 이미드화된(pre-imidized) 폴리이미드(polymide: PI) 층(44)을 도시한다. PI 층(44)은 그 두께가 약 1μm보다 작은 얇은 유전체를 형성한다. 사전 이미드화된 PI는 Japan Synthetic Rubber CO.로부터 OPTIMER AL 3046이라는 상표명으로 상업적으로 입수할 수 있다. 유전 층(44)은 또한 약 0.1 μm 두께의 실리콘 산화물(SiO2) 층에 의해 형성될 수도 있다.
도 7c는 공지된 방법을 이용하여 PI 유전체 층(44) 상에 스크린 프린팅된 또는 주조된 레지오레귤러(regioregular) 폴리 (3-헥실티오펜)(poly (3-hexlythiophene): PHT) 층(46)을 도시한다. 이에 대해서는 본 명세서에서 참조로서 인용되는 지. 바오(Z. Bao), 와이. 펭(Y. Feng), 에이. 도다발라프(A. Dodabalapur), 브이. 알. 라주(V. R. Raju), 에이. 제이. 로빙거(A. J. Lovinger)의 'High-Performance Plastic Transistors Fabricated by Printing Techniques,' CHEM. MATER. 9 (1997), 1299-1301을 참조할 수 있다. PHT 층(46)은 FET의 소스, 드레인, 채널 영역을 형성하는 데 적합한 반도전성 특성을 갖는 것으로 알려져 있다. 이에 대해서는 본 명세서에서 참조로서 인용되는 지. 바오(Z. Bao), 에이. 도다발라푸(A. Dodabalapur), 에이. 제이. 로빙거(A. J. Lovinger)의 'Soluble and Processable Regioregular poly(3-hexylthiophene) for Thin Film Field-Effect Transistor Applications with High Mobility', Appl. Phys. Lett. 69 (1996), 4108-4110을 참조할 수 있다. PHT 층(46)의 두께는 약 30-100 nm 일 수 있다.
도 7d는 리세스된 미세 채널(16)과 미세 주형 공동(18)이 PHT 층(46)을 향하도록 기판(40)의 PHT 층(46) 상에 놓여진 도 1의 주형(10)을 도시한다. 주형(10)의 가요성 성질에 의해 주형은 기판(40)의 PHT 층(46)과 부합적으로 접촉하게 된다. 주형(10)이 기판 상에 배치되어, 미세 주형 공동(18)이 FET의 소스 및 드레인 영역을 형성하는 PHT 층(46)의 영역 위에 직접적으로 위치하게 된다.
도 7e는 유기 재료를 포함하는 MIMIC 용액(48)으로 충진된 주형(10)의 액세스 개구(20)를 도시한다. MIMIC 용액(48)은 바람직하게는 에탄올 용매와 약 2%의 고상 탄소로 이루어진 탄소 페인트를 포함한다. 그러나, 다른 도전성 콜로이드 입자의 콜로이드 어탁액 및 도전성 폴리머 용액이 전극을 만드는 데 사용될 수도 있다. 예를 들면, MIMIC 용액(48)은 m-크레졸 용매 및 도전성 폴리아닐린(polyaniline: PA)을 포함할 수도 있다. 전극용액으로 탄소의 콜로이드 현탁액을 이용하면 탄소 입자가 전극 패턴 사이로 스며들지 않는 경향을 보이는 장점이 있다. 전극 사이에서의 누출은 FET의 작동에 문제를 일으킬 수 있다.
액세스 개구(20) 내에 저장된 MIMIC 용액(48)은 PHT 층(46)과 주형(10)의 리세스된 구조체(16, 18) 사이에 규정된 모세관 채널(32)과 미세 주형 공동(34)으로 침투해 들어간다. 충진된 모세관 채널(32) 및 미세 주형 공동(34)으로부터의 주형(10)을 통한 용매의 증발로 인해 MIMIC 용액(48)은 액세스 개구(20)로부터 모세관 채널(32) 및 미세 주형 공동(34)으로 흘러들어 간다. 주형(10)의 충진된 액세스 개구(20)는 모세관 채널(32) 및 미세 주형 공동(34) 내에 MIMIC 용액(48)이 계속해서 공급되도록 유지한다.
도 7f는 기판(40)으로부터 주형이 제거된 도면이다. 주형은 PHT 층(46) 상에 고상 탄소의 패턴(50)을 남긴다. 패턴(50)은 소스 및 드레인 전극(52), 접촉 패드(54), 접촉 패드(54)를 전극(52)과 연결시키는 배선(56)을 포함한다.
도 8은 도 7f의 완성된 FET의 평면도를 도시한다. 소스 및 드레인 전극(52)은 서로 약 25 μm (약 25 μm의 채널 길이를 규정함)떨어진 가로 세로 1 mm의 사각형으로 이루어진다. 접촉 패드(54) 각각은 지름이 약 2 mm인 원형의 고상 탄소로 구성된다. 전극(52)을 접촉 패드(54)에 연결하는 배선(56)은 각각 그 길이가 약 100 μm이다. 패턴(50)의 전극(52) 및 배선(56) 구조는 (주형의 형상 깊이는 약 8μm 이다) 그 두께가 각각 약 5 μm이다.
도 9a 내지 도9c는 MIMIC에서 본 발명의 주형을 이용하여 제조된 플라스틱 FET로부터의 전류-전압 곡선이다. 네가티브 게이트 전압에 대한 네가티브 드레인-소스 전류의 눈금은 p-채널 트랜지스터를 나타낸다. 이들 트랜지스터의 전계 효과이동도는 약 0.01 내지 약 0.05 cm2/Vs이다. 이들 특성은 스크린 프린팅, 통상적인 포토리소그래피 방법, PHT 반도전성 재료를 이용하여 제조된 보다 큰 트랜지스터의 특성과 부합한다.
도 9a는 약 5 μm 두께의 도전성 탄소 전극, 약 50 nm 두께의 반도전성 PHT 층, 스크린 프린팅된 약 1 μm 두께의 PI 층, ITO 피복된 약 50 μm 두께의 PET 기판을 구비하는 FET의 전류-전압 곡선을 도시한다. FET는 약 2.5 mm의 채널 폭과 약 25 μm의 채널 길이를 구비한다.
도 9b는 약 5 μm 두께의 도전성 탄소 전극, 약 50 nm 두께의 반도전성 PHT 층, 약 0.1 μm 두께의 SiO2층, ITO 피복된 약 3 mm 두께의 Si 기판을 구비하는 FET의 전류-전압 곡선을 도시한다. FET는 약 2.5 mm의 채널 폭과 약 25 μm의 채널 길이를 구비한다.
도 9c는 약 5 μm 두께의 도핑된 PA 전극, 약 50 nm 두께의 반도전성 PHT 층, 약 0.1 μm 두께의 SiO2층, ITO 피복된 약 3 mm 두께의 Si 기판을 구비하는 FET의 전류-전압 곡선을 도시한다. FET는 약 1.0 mm의 채널 폭과 약 50 μm의 채널 길이를 구비한다.
본 발명의 주형은 MIMIC로 1 μm 정도의 작은 치수의 형상을 만들 수 있다. 본 발명의 주형으로는 넓은 범위의 재료가 사용될 수 있으며, MIMIC에 사용될 때 청정실 설비를 거의 혹은 전혀 필요로 하지 않는다.
전술한 실시예들은 본 발명의 원리의 응용예를 나타낼 수 있는 많은 특정한가능한 실시예 중 몇가지를 예시적으로 설명한 것에 불과하다. 예를 들면, 주형 내의 각각의 액세스 개구는 해당 미세 주형 공동과 연결되어 있다. 미세 주형 공동 내에 직접 주입되는 MIMIC 용액으로 충진된 주입부(shringe)를 사용할 수도 있다. 당업자라면, 본 발명의 사상과 범주 내에서 다양한 변경 및 변형을 가할 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 복잡한 미세 구조체를 용이하게 제조할 수 있는 미세 구조체 제조 방법 및 미세 구조체 제조용 주형이 제공된다. 본 발명에 따른 주형은 제 1 표면 및 제 2 표면을 포함하는데, 제 1 표면은 적어도 하나의 리세스된 미세 채널을 구비하며, 제 2 표면은 주형을 통해 제 1 표면까지 연장되며 리세스되어 있는 미세 채널과 연결되는 액세스 개구 내지 충진 부재를 구비하는 데, 주형은 리세스된 미세 채널이 기판을 향하도록 기판 상에 놓여져 사용된다. 이러한 주형을 사용함으로써 액세스 개구가 미세 채널과 기판 사이에 규정된 공간 내에 액상 재료를 계속공급하여 액상 재료가 고화된 후, 주형이 기판으로부터 제거되어 기판 상에 고화된 액상 재료로부터 형성된 미세 구조체를 남긴다.
Claims (44)
- 미세 구조체(microstructure) 제조 방법에 있어서,① 상기 미세 구조체를 지지하는 기판을 제공하는 단계와,② 제 1 표면 및 제 2 표면을 포함하는 엘라스토머(elastomer)형 주형을 제공하되, 상기 제 1 표면은 적어도 하나의 리세스(recess)된 미세 채널을 포함하며 상기 제 2 표면은 상기 주형을 통해 상기 제 1 표면까지 연장되고 상기 리세스된 미세 채널과 연결되는 액세스 개구를 포함하는 주형 제공 단계와,③ 상기 리세스된 미세 채널이 상기 기판을 향하도록 상기 주형을 상기 기판 상에 위치시키는 단계와,④ 상기 주형의 액세스 개구를 휘발성 용매 및 재료를 포함하는 용액으로 충진하되, 상기 개구가 상기 용액의 상기 용매가 증발함에 따라 상기 미세 채널 내로 상기 용액을 계속 공급하는 개구 충진 단계와,⑤ 상기 용액이 증발한 후 상기 기판으로부터 상기 주형을 제거하여 상기 기판 상에 상기 재료로부터 형성된 미세 구조체를 남기되, 상기 미세 구조체가 상기 미세 채널에 의해 규정된 형태 및 치수를 갖는 주형 제거 단계를 포함하는 미세 구조체 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 단계 ①에서의 상기 기판이 다수의 미세 구조체를 포함하는 미세 구조체 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 다수의 미세 구조체가 미세 전자 디바이스 구성 요소인 미세 구조체 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 미세 구조체의 최소 치수가 약 100 μm보다 상당히 작은 미세 구조체 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 미세 구조체의 최소 치수가 약 0.05 μm 내지 0.5 μm인 미세 구조체 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 주형이 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)으로 제조되는 미세 구조체 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,주형 충진 부재가 상기 주형을 통해 상기 제 1 표면까지 연장되며 상기 리세스된 미세 채널과 연결되는 주입부(syringe)를 포함하는 미세 구조체 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,주형 충진 부재가 상기 주형을 통해 상기 제 1 표면까지 연장되며 상기 리세스된 미세 채널과 연결되는 액세스 개구를 포함하는 미세 구조체 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 주형의 상기 제 1 표면이 리세스되어 있는 미세 공동과 미세 채널을 포함하되, 상기 미세 채널은 충진 부재 및 상기 리세스되어 있는 미세 공동과 연결되어 있으며, 상기 미세 구조체는 상기 기판 상에 고화된 액상 재료로부터 형성되고, 상기 미세 채널과 상기 미세 공동에 의해 규정된 형태 및 치수를 갖는 미세 구조체 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 주형의 상기 제 1 표면이 충진 부재와 연결되어 있는 적어도 하나의 제 2 미세 채널을 포함하되, 상기 충진 부재는 상기 충진 단계 중에 액상 재료를 상기 제 2 미세 채널 내로 계속 공급하여, 상기 주형 제거 단계 후에 상기 제 2 미세 채널에 의해 규정된 형태 및 치수를 포함하며 상기 재료로부터 형성된 제 2 미세 구조체가 상기 기판 상에 남는 미세 구조체 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 주형의 상기 제 1 표면은 적어도 하나의 제 2 미세 채널을 포함하고, 상기 주형의 상기 제 2 표면은 상기 주형을 통해 상기 제 1 표면까지 연장되며 상기 제 2 미세 채널과 연결되는 적어도 하나의 제 2 주형 충진 부재를 포함하고, 상기 충진 단계는 상기 제 2 주형 충진 부재를 액상 재료로 충진하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 주형 충진 부재가 상기 액상 재료를 상기 제 2 미세 채널 내로 계속공급하여, 상기 주형 제거 단계 후에 상기 제 2 미세 채널에 의해 규정된 형태 및 치수를 포함하며 고화된 액상 재료로부터 형성된 제 2 미세 구조체가 상기 기판 상에 남는 미세 구조체 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 주형의 상기 제 1 표면은 적어도 하나의 제 2 미세 채널을 포함하고, 상기 주형의 상기 제 2 표면은 상기 주형을 통해 상기 제 1 표면까지 연장되며 상기 제 2 미세 채널과 연결되는 적어도 하나의 제 2 주형 충진 부재를 포함하되, 상기 충진 단계가 상기 제 2 주형 충진 부재를 고화가능한 제 2 액상 재료로 충진하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 주형 충진 부재가 상기 제 2 액상 재료를 상기 제 2 미세 채널 내로 계속 공급하여, 상기 주형 제거 단계 후에 상기 제 2 미세 채널에 의해 규정된 형태 및 치수를 포함하며 고화된 액상 재료로부터 형성된 제 2 미세 구조체가 상기 기판 상에 남는 미세 구조체 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,적어도 하나의 제 2 기판을 제공하고 상기 제 ② 단계에서 제공된 상기 주형을 이용하여 상기 제 ③ 내지 제 ⑤ 단계를 상기 제 2 기판 상에 수행하여 상기 제 2 기판 상에 미세 구조체를 형성하는 단계를 더 포함하는 미세 구조체 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 충진 단계가 주형 충진 부재 내에 포함된 상기 용액에 압력을 가하는단계를 포함하는 미세 구조체 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 충진 단계가 상기 리세스된 미세 채널을 진공화하여 주형 충진 부재로부터 상기 미세 채널 내로 상기 용액을 흡입시키는 단계를 포함하는 미세 구조체 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 충진 단계가 자동 충진 디바이스로 수행되는 미세 구조체 제조 방법.
- 제 16 항에 있어서,상기 자동 충진 디바이스가 스크린 프린터와 잉크젯 프린터 중의 하나를 포함하는 미세 구조체 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,액상 재료 내의 재료가 전기 도전성 입자의 콜로이드 현탁액을 포함하는 미세 구조체 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,액상 재료 내의 재료는 도전성 폴리머를 포함하는 미세 구조체 제조 방법.
- 미세 구조체(microstructure) 제조용 주형에 있어서,상기 주형이 제 1 표면과 제 2 표면을 포함하는 엘라스토머형 몸체를 포함하되,상기 제 1 표면은 적어도 하나의 리세스(recess)되어 있는 미세 채널을 포함하고,상기 제 2 표면은 상기 주형을 통해 상기 제 1 표면까지 연장되며 상기 미세 채널과 연결되는 주형 충진 부재를 포함하며,상기 주형 충진 부재는 고화 가능한 액상 재료가 상기 미세 채널 내로 계속 공급되도록 하여, 상기 미세 채널에 의해 규정된 형태 및 치수를 갖는 고화된 액상 재료로 구성된 미세 구조체를 형성하고, 상기 미세 채널은 실질적으로 100㎛ 미만의 최소 치수를 갖는 미세 구조체를 생성하는 미세 구조체 제조용 주형.
- 제 20 항에 있어서,상기 주형의 상기 제 1 표면이 리세스되어 있는 미세 공동을 포함하며, 상기 미세 채널은 상기 주형 충진 부재와 상기 리세스되어 있는 미세 공동 사이에 연장되며, 상기 고화된 액상 재료로부터 형성된 상기 미세 구조체가 상기 미세 채널과 상기 미세 공동의 형태 및 치수에 의해 규정된 형태 및 치수를 갖는 미세 구조체 제조용 주형.
- 제 20 항에 있어서,상기 주형의 상기 제 1 표면이 상기 주형 충진 부재와 연결되는 적어도 하나의 제 2 미세 채널을 포함하는 미세 구조체 제조용 주형.
- 제 20 항에 있어서,상기 주형의 상기 제 1 표면은 적어도 하나의 제 2 미세 채널을 포함하며, 상기 주형의 상기 제 2 표면은 상기 주형을 통해 상기 제 1 표면까지 연장되며 상기 제 2 미세 채널과 연결되어 있는 적어도 하나의 제 2 주형 충진 부재를 포함하는 미세 구조체 제조용 주형.
- 삭제
- 제 20 항에 있어서,상기 미세 채널이 약 0.05 μm 내지 0.5 μm의 최소 치수를 갖는 미세 구조체를 형성하는 미세 구조체 제조용 주형.
- 제 20 항에 있어서,상기 주형이 폴리디메틸실록산으로 제조되는 미세 구조체 제조용 주형.
- 제 20 항에 있어서,상기 주형 충진 부재가 상기 주형을 통해 상기 제 1 표면까지 연장되며 상기 리세스된 미세 채널과 연결되어 있는 액세스 개구를 포함하는 미세 구조체 제조용 주형.
- 전계 효과 트랜지스터 제조 방법에 있어서,① 상기 전계 효과 트랜지스터를 지지하는 기판을 제공하되, 상기 기판이 그 위에 위치한 도전층을 포함하는 기판 제공 단계와,② 상기 도전층 상에 유전층을 형성하는 단계와,③ 상기 유전층 상에 반도전성 층을 형성하는 단계와,④ 제 1 표면 및 제 2 표면을 포함하는 엘라스토머형 주형을 제공하되, 상기 제 1 표면은 적어도 하나의 리세스(recess)되어 있는 미세 채널 및 상기 미세 채널과 연결된 적어도 하나의 리세스되어 있는 미세 공동을 포함하고, 상기 제 2 표면은 상기 주형을 통해 상기 제 1 표면까지 연장되며 상기 리세스되어 있는 미세 채널과 연결된 주형 제공 단계와,⑤ 상기 리세스되어 있는 미세 채널과 상기 리세스되어 있는 미세 공동이 상기 기판을 향하도록 상기 기판의 상기 반도전성층 상에 상기 주형을 위치시키는 단계와,⑥ 상기 주형의 상기 주형 충진 부재를 고화 가능한 액체 도전성 재료로 충진하되, 상기 주형 충진 부재가 상기 미세 채널 및 상기 미세 공동 내로 상기 액체를 계속 공급하는 상기 충진 단계와,⑦ 상기 액체가 고화된 후 상기 기판으로부터 상기 주형을 제거하여, 상기 기판 상에 고화된 도전성 재료로부터 형성된 전극 패턴을 남기되, 상기 전극 패턴이 상기 미세 공동에 의해 규정된 형태 및 치수를 갖는 주형 제거 단계를 포함하는 전계 효과 트랜지스터 제조 방법.
- 제 28 항에 있어서,상기 전극 패턴의 최소 치수가 약 100 μm보다 상당히 작은 전계 효과 트랜지스터 제조 방법.
- 제 28 항에 있어서,상기 전극 패턴의 최소 치수가 약 0.05 μm 내지 0.5 μm인 전계 효과 트랜지스터 제조 방법.
- 제 28 항에 있어서,상기 주형의 상기 제 1 표면은 적어도 하나의 제 2 미세 채널과 상기 제 2 미세 채널과 연결된 제 2 미세 공동을 포함하며, 상기 주형의 상기 제 2 표면은 상기 주형을 통해 상기 제 1 표면까지 연장되고 상기 제 2 미세 채널과 연결된 적어도 하나의 제 2 주형 충진 부재를 포함하며, 상기 충진 단계는 상기 제 2 주형 충진 부재를 상기 액상 재료로 충진하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 주형 충진 부재는 상기 제 2 미세 채널 내로 상기 액상 재료를 계속 공급하여 상기 전극 패턴이 상기 두 미세 공동에 의해 규정된 형태 및 치수를 갖는 전계 효과 트랜지스터 제조 방법.
- 제 28 항에 있어서,상기 반도전성층이 유기 재료로부터 형성되는 전계 효과 트랜지스터 제조 방법.
- 제 32 항에 있어서,상기 유기 재료가 폴리머 재료를 포함하는 전계 효과 트랜지스터 제조 방법.
- 제 28 항에 있어서,상기 유전층이 유기 재료로부터 형성되는 전계 효과 트랜지스터 제조 방법.
- 제 34 항에 있어서,상기 유기 재료가 폴리머 재료를 포함하는 전계 효과 트랜지스터 제조 방법.
- 제 28 항에 있어서,상기 유전층 및 상기 반도전성층이 스크린 프린팅에 의해 형성되는 전계 효과 트랜지스터 제조 방법.
- 제 28 항에 있어서,상기 주형 충진 부재가 상기 주형을 통해 상기 제 1 표면까지 연장되며 상기 리세스된 미세 채널과 연결된 주입부를 포함하는 전계 효과 트랜지스터 제조 방법.
- 제 28 항에 있어서,상기 주형 충진 부재가 상기 주형을 통해 상기 제 1 표면까지 연장되며 상기 리세스된 미세 채널과 연결된 액세스 개구를 포함하는 전계 효과 트랜지스터 제조 방법.
- 제 28 항에 있어서,상기 충진 단계가 상기 주형 충진 부재 내에 포함된 상기 용액에 압력을 가하는 단계를 포함하는 전계 효과 트랜지스터 제조 방법.
- 제 28 항에 있어서,상기 충진 단계가 상기 리세스되어 있는 미세 채널을 진공화하여 상기 주형 충진 부재로부터 상기 미세 채널 내로 상기 용액을 흡입시키는 단계를 포함하는 전계 효과 트랜지스터 제조 방법.
- 제 28 항에 있어서,상기 충진 단계가 자동 충진 디바이스로 수행되는 전계 효과 트랜지스터 제조 방법.
- 제 41 항에 있어서,상기 자동 충진 디바이스가 스크린 프린터와 잉크젯 프린터 중의 하나를 포함하는 전계 효과 트랜지스터 제조 방법.
- 제 28 항에 있어서,상기 액상 재료가 전기 도전성 입자의 콜로이드 현탁액을 포함하는 전계 효과 트랜지스터 제조 방법.
- 제 28 항에 있어서,상기 액상 재료가 도전성 폴리머를 포함하는 전계 효과 트랜지스터 제조 방법.
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