KR101165484B1 - A method of delivering ink to a substrate surface, a method of writing conductive metal, an ink formulation for nanolithography or microlithography, a method for depositing metallic traces, a method and device for repair of a flat panel display substrate - Google Patents

A method of delivering ink to a substrate surface, a method of writing conductive metal, an ink formulation for nanolithography or microlithography, a method for depositing metallic traces, a method and device for repair of a flat panel display substrate Download PDF

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Abstract

미크론 및 서브 미크론 크기의 특징부를 가진 도전성 금속 트레이스를 직접 기입하기 위한 새로운 저온 방법이 개시되어 있다. 이 방법에서, 팁을 갖거나 갖지 않는 AFM 캔틸레버와 같은 편평 빔을 이용하여 기판 상에 금속 전구체 잉크의 트레이스를 드로잉한다. 금속 트레이스의 치수는 캔틸레버의 구조에 의해 직접 제어될 수 있으며, 따라서 마이크로 제조 캔틸레버를 이용하여 1 미크론 내지 100 미크론 폭의 트레이스를 제어 가능하게 침착할 수 있다. 예리한 팁을 가진 캔틸레버를 이용하여 최소 특징부의 크기를 서브 미크론 스케일로 더 줄일 수 있다. 특징부의 높이는 유사한 또는 상이한 재료의 층들을 형성함으로써 증가될 수 있다. 이러한 침착 방법을 이용하여 도전성이 크고 강건한 패턴을 얻기 위하여, 2가지 일반적인 잉크 제형 전략이 설계되었다. 양 잉크 시스템의 주요 성분은 100 nm 미만의 직경을 가진 나노입자들이다. 나노입자들은 일반적으로 벌크 재료보다 상당히 낮은 용융점을 가지므로, 매우 낮은 온도(약 300℃ 이하, 약 120℃ 정도)에서 개별 입자들의 집합을 연속적인 (다)결정 막으로 융해, 소결 또는 유착시킬 수 있다. 제1 전략에서, 탄화수소 캡핑된 나노입자들을 적절한 용매에 분산시키고 이들을 표면상에 패턴의 형태로 침착한 후, 열을 이용하여 막을 어닐링하여 연속적인 금속 패턴을 형성할 수 있다. 제2 전략에서, 환원 매트릭스의 존재하에 금속 화합물을 표면으로 전달한 후, 열에 의해 현장에서 나노입자들을 형성한 다음 유착시켜 연속적인 금속 패턴을 형성할 수 있다. 백금 및 금 잉크를 이용한 연구에서, 양 나노 입자 기반 방법들은 낮은 비저항(μΩ?cm) 및 우수한 접착성을 갖는 유리 및 산화 실리콘 상의 미크론 크기의 트레이스를 형성한다. A new low temperature method for directly writing conductive metal traces with micron and submicron sized features is disclosed. In this method, a flat beam, such as an AFM cantilever, with or without a tip is used to draw traces of metal precursor ink on a substrate. The dimensions of the metal traces can be controlled directly by the structure of the cantilever, and thus microcontrolled cantilevers can be used to controllably deposit traces from 1 micron to 100 microns wide. The cantilever with a sharp tip can be used to further reduce the minimum feature size to the submicron scale. The height of the feature can be increased by forming layers of similar or different materials. In order to obtain a highly conductive and robust pattern using this deposition method, two general ink formulation strategies have been designed. The main components of both ink systems are nanoparticles with a diameter of less than 100 nm. Nanoparticles generally have significantly lower melting points than bulk materials, so they can melt, sinter or coalesce a collection of individual particles into a continuous (poly) crystalline film at very low temperatures (below about 300 ° C, about 120 ° C). have. In a first strategy, hydrocarbon-capped nanoparticles can be dispersed in a suitable solvent and deposited on the surface in the form of a pattern, followed by annealing the film using heat to form a continuous metal pattern. In a second strategy, the metal compound can be delivered to the surface in the presence of a reducing matrix and then thermally formed nanoparticles in situ and then coalesced to form a continuous metal pattern. In studies with platinum and gold inks, both nanoparticle based methods form micron-sized traces on glass and silicon oxide with low resistivity (μΩcm) and good adhesion.

Description

기판 표면에 잉크를 전달하는 방법, 도전성 금속을 기입하는 방법, 나노리소그래피 또는 마이크로리소그래피용 잉크 제형, 금속 트레이스를 침착시키기 위한 방법, 평판 표시 장치 기판의 수리 방법 및 장치{A METHOD OF DELIVERING INK TO A SUBSTRATE SURFACE, A METHOD OF WRITING CONDUCTIVE METAL, AN INK FORMULATION FOR NANOLITHOGRAPHY OR MICROLITHOGRAPHY, A METHOD FOR DEPOSITING METALLIC TRACES, A METHOD AND DEVICE FOR REPAIR OF A FLAT PANEL DISPLAY SUBSTRATE}A method of delivering ink to a substrate surface, a method of writing a conductive metal, an ink formulation for nanolithography or microlithography, a method for depositing a metal trace, a method for repairing a flat panel display substrate, and an apparatus SUBSTRATE SURFACE, A METHOD OF WRITING CONDUCTIVE METAL, AN INK FORMULATION FOR NANOLITHOGRAPHY OR MICROLITHOGRAPHY, A METHOD FOR DEPOSITING METALLIC TRACES, A METHOD AND DEVICE FOR REPAIR OF A FLAT PANEL DISPLAY SUBSTRATE}

본 출원은 그 전체가 참고로 반영되는 2004년 2월 25일 출원된 미국 특허 가출원 제60/547,091호(대리인 번호 083847-0234)에 대한 우선권을 주장한다. 본 출원은 또한, 2002년 8월 26일 출원된 미국 가출원 제60/405,741호(대리인 번호 083847-0150)에 대한 우선권을 주장하는 2003년 8월 26일 출원된 미국 정식 출원 제10/647,430호(대리인 번호 083847-0200)의 일부 연속 출원이다.This application claims the benefit of US Provisional Application No. 60 / 547,091 filed on February 25, 2004, which is incorporated by reference in its entirety (Agent No. 083847-0234). This application also discloses U.S. Provisional Application No. 10 / 647,430, filed Aug. 26, 2003, which claims priority to U.S. Provisional Application No. 60 / 405,741, filed Aug. 26, 2002 (Agent No. 083847-0150). Some serial applications of agent number 083847-0200).

본 발명은 일반적으로 (i) 캔틸레버 마이크로 침착(microdeposition)이라고 할 수 있는, 잉크로 코팅된 마이크로 제조(무팁(tipless)) 캔틸레버를 이용하는 미크론 스케일의 직접 기입 패터닝 방법, 및 (ii) 이 방법의 평판 표시 장치의 수리, 특히 TFT LCD(박막 트랜지스터 액정 표시 장치)의 수리에의 이용에 관한 것이다.The present invention relates generally to (i) micron-scale direct write patterning methods using microfabricated (tipless) cantilevers, which may be referred to as cantilever microdeposition, and (ii) the flatness of this method. The present invention relates to repair of a display device, in particular for repair of a TFT LCD (thin film transistor liquid crystal display device).

많은 현재 및 최근의 기술 분야에서는 미크론 및 서브미크론 크기의 특징부(즉, 구조체)를 가진 패턴으로 재료, 특히 금속 및 반도체를 침착할 수 있는 직접 기입 기술에 대한 강력한 상업적 요구가 존재하고 있다. 대부분의 마이크로일렉트로닉스 소자가 포토리소그래피를 통해 제조되지만, 직접 기입 기술에 대한 요구는 첨가 결함 수리 및 회로 편집의 영역에서 특히 명백하다. 예를 들어, 손상되었거나 결함이 있는 포토마스크는 나노스케일 특징부 상의 유실 재료의 첨가 수리를 위한 적절한 도구의 부재로 인해 마이크로일렉트로닉스 산업에 많은 손해를 입히고 폐기된다. 미크론 길이 스케일에 있어서, 평판 표시 장치(FPD) 내의 박막 트랜지스터(TFT) 어레이의 금속 성분에 대한 손상은 미크론 크기의 도전성 트레이스를 침착하기 위한 고속 저가의 방법의 부재로 인해 수리하기가 어렵다. 소자를 제조하기 위해 포토리소그래피가 수행될 수 있지만, 이것은 낮은 볼륨의 고성능 컴포넌트 또는 프로토타이핑 적용을 위한 기술을 엄청나게 고비용화하는 복잡한 고가의 기구를 필요로 한다. 이 경우, 직접 기입 프로세스와 같은 다른 기술들이 상당한 이점 및 능력을 제공할 수 있다. 가장 일반적인 직접 기입 기술인 잉크젯 프린팅은 생물학적 분자에서 마이크로일렉트로닉스용 재료에 이르는 범위의 상이한 재료들을 프린팅하기 위한 편리하고 유연한 방법을 제공한다. 그러나, 이 기술의 해상도는 일반적으로 15-200 미크론 크기의 도트로 제한되는데, 이는 많은 응용에 충분하지 않다(예를 들어, 에드워즈(Edwards) 등의 미국 특허 출원 제2004/0261700호 참조). 레이저 지원 침착, 전자 또는 이온 빔 리소그래피와 같은 다른 직접 기입 도구들은 유사한 해상도 한계를 경험하거나, 많은 응용에 있어서 너무 비용이 많거나, 또는 액티브 및 패시브 마이크로일렉트로닉스 또는 광 전자 컴포넌트의 직접 제조 또는 수리에 대한 그들의 이용을 방해하는 재료 한계를 갖는다. 특히, 전자 빔 리소그래피, 이온 빔 마이크로머시닝, 레이저 또는 전자 빔 지원 화학 기상 증착은 매우 큰 평판(예를 들어, 와이드 TV 또는 컴퓨터 스크린)에 대해 엄청나게 비용이 많이 드는 (부분) 진공을 필요로 한다. In many current and recent technical fields, there is a strong commercial need for direct writing techniques that can deposit materials, particularly metals and semiconductors, in patterns with micron and submicron sized features (ie, structures). Although most microelectronic devices are fabricated through photolithography, the need for direct write technology is particularly evident in the area of additive defect repair and circuit editing. For example, damaged or defective photomasks inflict a great deal of damage and waste on the microelectronics industry due to the lack of suitable tools for the addition and repair of missing materials on nanoscale features. At the micron length scale, damage to the metal components of the array of thin film transistors (TFTs) in the flat panel display (FPD) is difficult to repair due to the lack of a high speed and low cost method for depositing micron sized conductive traces. Photolithography can be performed to fabricate the device, but this requires complex and expensive instruments that enormously cost the technology for low volume, high performance components or prototyping applications. In this case, other techniques, such as a direct write process, can provide significant advantages and capabilities. Inkjet printing, the most common direct writing technique, provides a convenient and flexible method for printing different materials ranging from biological molecules to materials for microelectronics. However, the resolution of this technique is generally limited to dots of size 15-200 microns, which is not sufficient for many applications (see, for example, US Patent Application 2004/0261700 to Edwards et al.). Other direct writing tools, such as laser assisted deposition, electron or ion beam lithography, experience similar resolution limitations, are too expensive for many applications, or can be used to directly manufacture or repair active and passive microelectronics or optoelectronic components. Has material limitations that hinder their use. In particular, electron beam lithography, ion beam micromachining, laser or electron beam assisted chemical vapor deposition require enormously expensive (partial) vacuums for very large plates (eg, wide TV or computer screens).

본 발명은 비제한적인 요약을 이용하여 더 설명된다. 100 미크론에서 서브미크론 치수의 제어 가능한 특징부 크기를 제공하는 도전성 금속 특징부를 기입하기 위한 새로운 접촉 방법이 개발되어 왔다. 이 방법에서, (마이크로 제조) 캔틸레버에는 예를 들어 분자 또는 나노 입자 잉크가 로딩될 수 있는데, 이 잉크는 표면에 접촉함으로써 예를 들어 라인 및 도트 패턴의 형태로 극소량 분배된다. 현재의 형태에서, 캔틸레버의 로딩 및 침착은 수동적으로 수행될 수 있다. 그러나, 추가 시스템은 마이크로 제조 캔틸레버의 복잡성을 증가시킴으로써 능동적 잉크 전달을 포함할 수 있다. 또한, 이 방법과 호환 가능한 다수의 금속 전구체 잉크 시스템이 개발되어 왔으며, 이에 따라 다수의 상이한 금속 및 금속 산화물 재료를 이용하여 패터닝이 수행될 수 있게 되었다. 중요하게도, 전구체 잉크들은 대기 환경 조건하에서 패터닝되고 비교적 낮은 온도에서 금속막으로 변환될 수 있으며, 따라서 이들은 예를 들어 고온 프로세스를 견딜 수 없는 플라스틱과 같은 기판에 도포될 수 있다. The invention is further illustrated using a non-limiting summary. New contact methods have been developed for writing conductive metal features that provide controllable feature sizes of submicron dimensions at 100 microns. In this method, the (microfabricated) cantilever can be loaded with, for example, molecular or nanoparticle inks, which are dispensed in very small amounts, for example in the form of line and dot patterns, by contacting the surface. In the present form, loading and deposition of cantilevers can be performed manually. However, additional systems can include active ink delivery by increasing the complexity of the microfabrication cantilever. In addition, a number of metal precursor ink systems have been developed that are compatible with this method, so that patterning can be performed using a number of different metal and metal oxide materials. Importantly, precursor inks can be patterned under atmospheric environmental conditions and converted to metal films at relatively low temperatures, so that they can be applied to substrates such as plastics, for example, that cannot withstand high temperature processes.

바람직한 실시 형태에서, 본 발명은 예를 들어 도전성 금속 또는 금속 전구체를 기입하기 위한 방법을 제공하는데, 이 방법은 무팁 캔틸레버일 수 있고 캔틸레버 단부를 구비한 캔틸레버를 제공하는 단계; 캔틸레버 단부에 배치되는 잉크를 제공하는 단계; 기판 표면을 제공하는 단계; 및 잉크가 캔틸레버에서 기판 표면으로 전달되도록 캔틸레버 단부를 이동시키거나 기판 표면을 이동시키는 단계를 포함한다. 기판 표면이 이동하고, 캔틸레버가 정지되거나, 기판 표면이 정지되고, 캔틸레버가 이동할 수 있다. 잉크 전달을 유발하는 이동은 일반적으로, 캔틸레버와 표면 사이의 잉크일 수 있는 캔틸레버와 기판 표면의 접촉을 유발한다. In a preferred embodiment, the present invention provides a method for writing a conductive metal or metal precursor, for example, which method can be a tipless cantilever and providing a cantilever having a cantilever end; Providing ink disposed at the cantilever end; Providing a substrate surface; And moving the cantilever end or moving the substrate surface such that ink is transferred from the cantilever to the substrate surface. The substrate surface may move, the cantilever may stop, or the substrate surface may stop, and the cantilever may move. The movement that causes ink delivery generally results in contact of the substrate surface with the cantilever, which may be ink between the cantilever and the surface.

다른 바람직한 실시 형태에서, 본 발명은 도전성 금속 또는 금속 전구체를 기입하기 위한 방법을 제공하는데, 이 방법은 캔틸레버 단부를 각각 구비한 둘 이상의 캔틸레버 - 이들 캔틸레버는 단부에 팁을 포함하거나 무팁 캔틸레버일 수 있으며, 그들 사이에 약 1 미크론 내지 약 20 미크론의 갭을 가짐 - 를 제공하는 단계; 갭 내에 배치되는 잉크를 제공하는 단계; 기판 표면을 제공하는 단계; 잉크가 갭에서 기판 표면으로 전달되도록 갭을 가진 둘 이상의 캔틸레버와 기판 표면을 접촉시키는 단계를 포함한다. In another preferred embodiment, the present invention provides a method for writing a conductive metal or metal precursor, which method comprises two or more cantilevers, each having a cantilever end, which can include a tip at the end or a tipless cantilever; Providing a gap between about 1 micron and about 20 microns between them; Providing an ink disposed within the gap; Providing a substrate surface; Contacting the substrate surface with two or more cantilevers having a gap such that ink is delivered from the gap to the substrate surface.

본 발명은 또한, 마이크로리소그래피 또는 나노리소그래피용의 잉크 제형(formulation)을 제공하는데, 이 조성물은 하나 이상의 금속 염 및 하나 이상의 용매를 포함하고, 금속 염의 농도는 약 1 mg/100 μL 내지 약 500 mg/100 μL이다. 금속 염의 양은 적절한 분산 및 적절한 질량 밀도 및 주어진 응용을 위한 두께를 제공하도록 충분히 크게 조절될 수 있다.The invention also provides an ink formulation for microlithography or nanolithography, the composition comprising at least one metal salt and at least one solvent, wherein the concentration of the metal salt is from about 1 mg / 100 μL to about 500 mg / 100 μL. The amount of metal salt can be adjusted sufficiently large to provide adequate dispersion and proper mass density and thickness for a given application.

본 발명은 또한, 도전성 금속을 직접 기입하기 위한 방법을 제공하는데, 이 방법은 캔틸레버 단부를 구비하는 무팁 캔틸레버일 수 있는 캔틸레버를 제공하는 단계; 캔틸레버 단부에 배치되는 금속 나노 입자를 포함하는 잉크를 제공하는 단계; 기판 표면을 제공하는 단계; 잉크가 캔틸레버에서 기판 표면으로 전달되도록 캔틸레버와 기판 표면을 접촉시키는 단계를 포함한다.The present invention also provides a method for directly writing a conductive metal, the method comprising providing a cantilever, which can be a tipless cantilever having a cantilever end; Providing an ink comprising metal nanoparticles disposed at the cantilever end; Providing a substrate surface; Contacting the cantilever with the substrate surface such that ink is transferred from the cantilever to the substrate surface.

본 발명의 중요한 이점은 예를 들어 우수한 제어와 함께 길이 및 폭과 같은 측면 치수에 대한 약 1 미크론 내지 약 15 미크론 범위 또는 약 1 미크론 내지 약 10 미크론 범위(예를 들어, 단일 숫자)를 포함하는 특정 시스템에 대한 다양한 상이한 크기 범위에서 동작할 수 있는 능력을 제공한다. 많은 실시 형태에서 노즐 또는 피펫이 막히는 문제를 피할 수 있다. 이것을 행하기 위한 기구는 비교적 간단하며, 예를 들어 높은 진공을 요구하지 않는다. 정합 및 다기능성도 우수하다. 대량 생산 및 일회 사용도 가능하다. Important advantages of the present invention include, for example, in the range of about 1 micron to about 15 microns or in the range of about 1 micron to about 10 microns (eg, a single number) for lateral dimensions such as length and width with good control. It provides the ability to operate in various different size ranges for a particular system. In many embodiments, the problem of clogging the nozzle or pipette can be avoided. The mechanism for doing this is relatively simple and does not require high vacuum, for example. Matching and multifunctionality are also excellent. Mass production and single use are also available.

또한, 일련 번호화된 실시 형태들도 제공된다:In addition, serialized embodiments are provided:

1. 기판 상에 원하는 패턴의 도전성 코팅을 침착하는 방법으로서, 전구체가 코팅된 팁을 이용한 나노리소그래피에 의해 기판 상에 원하는 패턴으로 전구체를 침착하는 단계; 상기 전구체를 리간드와 접촉시키는 단계; 상기 리간드에서 상기 전구체로 전자가 이동하도록 충분한 에너지를 인가하여, 상기 전구체를 분해함으로써 원하는 패턴의 도전성 침전물을 형성하고, 따라서 기판 상에 직접 도전성 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 방법.1. A method of depositing a conductive coating of a desired pattern on a substrate, comprising: depositing the precursor in a desired pattern on the substrate by nanolithography using a precursor coated tip; Contacting the precursor with a ligand; Applying sufficient energy to move electrons from the ligand to the precursor to decompose the precursor to form a conductive precipitate of a desired pattern, thus forming a conductive pattern directly on the substrate.

2. 1에 있어서, 상기 팁은 나노 팁인 방법.2. The method of 1 wherein the tip is a nano tip.

3. 1에 있어서, 상기 팁은 스캐닝 프로브 마이크로 팁인 방법.3. The method of 1, wherein the tip is a scanning probe micro tip.

4. 1에 있어서, 상기 팁은 원자력 마이크로 팁인 방법.4. The method of 1, wherein the tip is a nuclear micro tip.

5. 1에 있어서, 상기 코팅은 적어도 약 80%의 순도를 가진 금속을 포함하는 방법.5. The method of 1 wherein the coating comprises a metal having a purity of at least about 80%.

6. 1에 있어서, 상기 코팅은 약 10 옹스트롬 미만의 두께를 가진 금속을 포함하는 방법.6. The method of 1 wherein the coating comprises a metal having a thickness of less than about 10 angstroms.

7. 1에 있어서, 상기 코팅은 적어도 약 100 옹스트롬의 두께를 가진 금속을 포함하는 방법.7. The method of 1 wherein the coating comprises a metal having a thickness of at least about 100 Angstroms.

8. 1에 있어서, 상기 전구체는 카르복실레이트, 할로겐화물, 의사 할로겐화물 및 질산염으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 염을 포함하는 방법.8. The method of 1 wherein said precursor comprises a salt selected from the group consisting of carboxylates, halides, pseudo halides and nitrates.

9. 1에 있어서, 상기 전구체는 카르복실레이트를 포함하는 방법.9. The method of 1 wherein said precursor comprises a carboxylate.

10. 1에 있어서, 상기 패턴은 회로를 포함하는 방법.10. The method of 1, wherein the pattern comprises a circuit.

11. 1에 있어서, 상기 리간드는 아민, 아미드, 수소화인, 황화물 및 에스테르로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 방법.11. The method of 1 wherein said ligand comprises a material selected from the group consisting of amines, amides, phosphorus hydrides, sulfides and esters.

12. 1에 있어서, 상기 리간드는 질소 도너, 황 도너 및 인 도너로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.12. The method of 1, wherein the ligand is selected from the group consisting of nitrogen donors, sulfur donors and phosphorus donors.

13. 1에 있어서, 상기 침전물은 금속을 포함하는 방법.13. The method of 1, wherein the precipitate comprises a metal.

14. 1에 있어서, 상기 침전물은 구리, 아연, 팔라듐, 백금, 은, 금, 카드뮴, 티타늄, 코발트, 납, 주석, 실리콘 및 게르마늄으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.14. The process according to 1, wherein the precipitate is selected from the group consisting of copper, zinc, palladium, platinum, silver, gold, cadmium, titanium, cobalt, lead, tin, silicon and germanium.

15. 1에 있어서, 상기 침전물은 도전체를 포함하는 방법.15. The method of 1, wherein the precipitate comprises a conductor.

16. 1에 있어서, 상기 침전물은 반도체를 포함하는 방법.16. The method of 1, wherein the precipitate comprises a semiconductor.

17. 1에 있어서, 상기 기판은 부도체를 포함하는 방법.17. The method of 1 wherein the substrate comprises an insulator.

18. 1에 있어서, 상기 기판은 도전체 및 반도체 중 적어도 하나를 포함하는 방법.18. The method of 1 wherein the substrate comprises at least one of a conductor and a semiconductor.

19. 1에 있어서, 상기 에너지를 인가하는 단계는 열을 인가하는 단계를 포함하는 방법.19. The method of 1, wherein applying energy comprises applying heat.

20. 1에 있어서, 상기 에너지를 인가하는 단계는 적외선 광 또는 UV 광을 인가하는 단계를 포함하는 방법.20. The method of 1, wherein applying energy comprises applying infrared light or UV light.

21. 1에 있어서, 상기 에너지를 인가하는 단계는 진동 에너지를 인가하는 단계를 포함하는 방법.21. The method of 1, wherein applying the energy comprises applying vibrational energy.

22. 1에 있어서, 상기 전구체는 카르복실레이트, 할로겐화물, 의사 할로겐화물, 질산염으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 염을 포함하고, 상기 리간드는 아민, 아미드, 수소화인, 황화물 및 에스테르로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 방법.22. The material of 1, wherein the precursor comprises a salt selected from the group consisting of carboxylates, halides, pseudo halides, nitrates, and the ligand is a material selected from the group consisting of amines, amides, hydrides, sulfides and esters How to include.

23. 19에 있어서, 상기 침전물은 구리, 아연, 팔라듐, 백금, 은, 금, 카드뮴, 티타늄, 코발트, 납, 주석, 실리콘 및 게르마늄으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.23. The process according to 19, wherein the precipitate is selected from the group consisting of copper, zinc, palladium, platinum, silver, gold, cadmium, titanium, cobalt, lead, tin, silicon and germanium.

24. 19에 있어서, 상기 에너지를 인가하는 단계는 방사열을 인가하는 단계를 포함하는 방법.24. The method of 19, wherein applying energy comprises applying radiant heat.

25. 기판 상에 원하는 패턴으로 도전성 금속을 프린팅하는 방법으로서,25. A method of printing a conductive metal on a substrate in a desired pattern,

전구체로 코팅된 팁을 이용하는 나노리소그래피를 이용하여 원하는 패턴에 따라 상기 기판 상에 직접 금속 전구체 및 리간드를 드로잉하는 단계; 및Drawing metal precursors and ligands directly onto the substrate according to a desired pattern using nanolithography using a tip coated with a precursor; And

상기 기판으로부터 실질적인 양의 상기 전구체를 제거하지 않고, 그리고 상기 기판으로부터 실질적인 양의 상기 금속을 제거하지 않고, 에너지를 인가하여 상기 전구체를 분해함으로써 상기 원하는 패턴으로 도전성 금속을 형성하는 단계Forming a conductive metal in the desired pattern by applying energy to decompose the precursor without removing a substantial amount of the precursor from the substrate and without removing a substantial amount of the metal from the substrate.

를 포함하는 방법.≪ / RTI >

26. 25에 있어서, 상기 금속 패턴은 약 20 중량 % 미만의 불순물을 가진 실질적으로 순수한 금속을 포함하는 방법.26. The method of 25, wherein the metal pattern comprises a substantially pure metal having less than about 20 weight percent impurities.

27. 25에 있어서, 상기 분해 단계는 열 분해를 포함하는 방법.27. The method of 25, wherein said cracking step comprises thermal cracking.

28. 25에 있어서, 상기 분해 단계는 약 300℃ 미만의 온도에서의 열 분해를 포함하는 방법.28. The method of 25, wherein said cracking comprises thermal cracking at a temperature of less than about 300 ° C.

29. 25에 있어서, 상기 금속은 원소 금속, 합금, 금속/금속 합성물, 금속 세라믹 합성물 및 금속 폴리머 합성물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.29. The method of 25, wherein the metal is selected from the group consisting of elemental metals, alloys, metal / metal composites, metal ceramic composites and metal polymer composites.

30. 팁으로부터 기판 상에 금속 전구체를 침착하여 나노 구조를 형성한 후, 상기 전구체 나노 구조를 금속 침착물로 변환하는 단계를 포함하는 나노리소그래피 방법.30. A method of nanolithography comprising depositing a metal precursor on a substrate from a tip to form a nanostructure, and then converting the precursor nanostructure to a metal deposit.

31. 30에 있어서, 상기 침착 및 변환은 상기 팁과 상기 기판 사이의 전기적 바이어스를 이용하지 않고 수행되는 방법.31. The method of 30, wherein the deposition and conversion are performed without using an electrical bias between the tip and the substrate.

32. 30에 있어서, 상기 침착 및 변환은 기판이 아닌 화학 약품을 이용하여 수행되는 방법.32. The method of 30, wherein said deposition and conversion are performed using a chemical rather than a substrate.

33. 30에 있어서, 상기 팁은 나노급 팁인 방법.33. The method of 30, wherein the tip is a nanoclass tip.

34. 30에 있어서, 상기 팁은 스캐닝 프로브 마이크로 팁인 방법.34. The method of 30, wherein the tip is a scanning probe micro tip.

35. 30에 있어서, 상기 팁은 AFM 팁인 방법.35. The method of 30, wherein the tip is an AFM tip.

36. 35에 있어서, 상기 침착 및 변환은 상기 팁과 상기 기판 사이의 전기적 바이어스를 이용하지 않고 수행되는 방법.36. The method of 35, wherein the deposition and conversion is performed without using an electrical bias between the tip and the substrate.

37. 30에 있어서, 상기 방법은 다층을 형성하도록 반복되는 방법.37. The method of 30, wherein the method is repeated to form a multilayer.

38. 30에 있어서, 상기 팁은 상기 전구체와 반응하지 않기에 적합한 방법.38. The method of 30, wherein the tip is not suitable for reacting with the precursor.

39. 30에 있어서, 상기 방법은 적어도 하나의 나노 와이어를 다른 구조에 접속하는 데 이용되는 방법.39. The method of 30, wherein the method is used to connect at least one nanowire to another structure.

40. 30에 있어서, 상기 방법은 적어도 2개의 전극을 접속하는 데 이용되는 방법.40. The method of 30, wherein the method is used to connect at least two electrodes.

41. 30에 있어서, 상기 방법은 센서를 준비하는 데 이용되는 방법.41. The method of 30, wherein the method is used to prepare a sensor.

42. 30에 있어서, 상기 방법은 리소그래피 템플릿을 제조하는 데 이용되는 방법.42. The method of 30, wherein the method is used to produce a lithography template.

43. 30에 있어서, 상기 방법은 바이오센서를 준비하는 데 이용되는 방법.43. The method of 30, wherein the method is used to prepare a biosensor.

44. 나노급 팁으로부터 기판 상에 금속 전구체를 필수 구성요소로 하는 잉크 합성물을 침착하여 나노 구조를 형성한 후, 상기 나노 구조의 금속 전구체를 금속 형태로 변환하는 단계를 필수 구성 요소로 하는 나노리소그래피 방법.44. Nanolithography as a prerequisite for depositing an ink composite with a metal precursor as an essential component on a substrate from a nanoscale tip to form a nanostructure, and then converting the nanostructured metal precursor into a metal form Way.

45. 44에 있어서, 상기 변환은 화학 약품을 이용하지 않는 열 변환인 방법.45. The method of 44, wherein the transformation is a thermal transformation without the use of chemicals.

46. 44에 있어서, 상기 변환은 환원제를 이용하여 수행되는 화학적 변환인 방법.46. The method of 44, wherein said transformation is a chemical transformation carried out using a reducing agent.

47. 44에 있어서, 상기 환원제는 상기 변환을 수행하기 위하여 증기 상태로 이용되는 방법.47. The method of 44, wherein the reducing agent is used in the vapor state to effect the conversion.

48. 44에 있어서, 상기 팁은 AFM 팁인 방법48. The method of 44, wherein the tip is an AFM tip

49. 44에 있어서, 상기 팁은 상기 전구체와 반응하지 않는 표면을 포함하는 방법.49. The method of 44, wherein the tip comprises a surface that does not react with the precursor.

50. 44에 있어서, 상기 방법은 다층 구조를 형성하도록 복수회 반복되는 방법.50. The method of 44, wherein the method is repeated a plurality of times to form a multilayer structure.

51. 잉크와 기판 사이의 전기 화학적 바이어스 또는 반응을 이용하지 않고 프린팅하는 방법으로서, 팁으로부터 기판 상에 금속 전구체 잉크 합성물을 상기 기판 상의 마이크로 구조 또는 나노 구조의 형태로 침착하여 약 1 미크론 이하로 서로 분리된 이산 객체들을 가진 어레이를 형성하는 단계를 포함하는 방법.51. A method of printing without using an electrochemical bias or reaction between an ink and a substrate, wherein a metal precursor ink composite is deposited from the tip onto the substrate in the form of microstructures or nanostructures on the substrate to each other up to about 1 micron or less. Forming an array with separated discrete objects.

52. 51에 있어서, 상기 전구체로부터 금속을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.52. The method of 51, further comprising forming a metal from the precursor.

53. 51에 있어서, 상기 이산 객체들은 약 500 nm 이하로 서로 분리되는 방법.53. The method of 51, wherein the discrete objects are separated from each other by about 500 nm or less.

54. 51에 있어서, 상기 이산 객체들은 약 10 nm 이하로 서로 분리되는 방법.54. The method of 51, wherein the discrete objects are separated from each other by about 10 nm or less.

55. 도전성 금속을 기입하는 방법으로서,55. A method of writing a conductive metal,

캔틸레버 단부를 구비한 캔틸레버를 제공하는 단계 - 상기 캔틸레버는 상기 단부에 팁을 포함하거나 무팁 캔틸레버일 수 있음 - ;Providing a cantilever having a cantilever end, the cantilever may include a tip at the end or may be a tipless cantilever;

상기 캔틸레버 단부에 배치되는 잉크를 제공하는 단계;Providing ink disposed at the cantilever end;

기판 표면을 제공하는 단계;Providing a substrate surface;

상기 잉크가 상기 캔틸레버 단부에서 상기 기판 표면으로 전달되도록 상기 캔틸레버 단부와 상기 기판 표면을 접촉시키는 단계Contacting the cantilever end with the substrate surface such that the ink is transferred from the cantilever end to the substrate surface

를 포함하는 방법.≪ / RTI >

56. 55에 있어서, 상기 기판 표면은 이동하고, 상기 캔틸레버는 정지하는 방법.56. The method of 55, wherein the substrate surface is moved and the cantilever is stopped.

57. 55에 있어서, 상기 기판 표면은 정지하고 상기 캔틸레버는 이동하는 방법.57. The method of 55, wherein the substrate surface is stationary and the cantilever is moved.

58. 55에 있어서, 상기 캔틸레버는 무팁 캔틸레버인 방법.58. The method of 55, wherein the cantilever is a tipless cantilever.

59. 55에 있어서, 상기 캔틸레버는 상기 캔틸레버 단부에 팁을 포함하는 방법.59. The method of 55, wherein the cantilever includes a tip at the cantilever end.

60. 55에 있어서, 상기 잉크는 하나 이상의 금속을 포함하는 방법.60. The method of 55, wherein the ink comprises one or more metals.

61. 55에 있어서, 상기 잉크는 하나 이상의 금속 염을 포함하는 방법.61. The method of 55, wherein the ink comprises one or more metal salts.

62. 55에 있어서, 상기 잉크는 하나 이상의 금속 나노 입자를 포함하는 방법.62. The method of 55, wherein the ink comprises one or more metal nanoparticles.

63. 55에 있어서, 상기 잉크는 하나 이상의 소수성 나노 입자를 포함하는 방법.63. The method of 55, wherein the ink comprises one or more hydrophobic nanoparticles.

64. 55에 있어서, 상기 잉크는 하나 이상의 친수성 나노 입자를 포함하는 방법.64. The method of 55, wherein the ink comprises one or more hydrophilic nanoparticles.

65. 55에 있어서, 상기 잉크는 유기 쉘을 가진 하나 이상의 금속 나노 입자를 포함하는 방법.65. The method of 55, wherein the ink comprises one or more metal nanoparticles having an organic shell.

66. 55에 있어서, 상기 잉크는 절연 쉘을 가진 하나 이상의 금속 나노 입자를 포함하는 방법.66. The method of 55, wherein the ink comprises one or more metal nanoparticles having an insulating shell.

67. 55에 있어서, 상기 잉크는 소수성 잉크인 방법.67. The method of 55, wherein the ink is a hydrophobic ink.

68. 55에 있어서, 상기 잉크는 친수성 잉크인 방법.68. The method of 55, wherein the ink is a hydrophilic ink.

69. 55에 있어서, 상기 잉크는 소수성 잉크이고, 상기 기판 표면은 소수성 표면인 방법.69. The method of 55, wherein the ink is a hydrophobic ink and the substrate surface is a hydrophobic surface.

70. 55에 있어서, 상기 잉크는 친수성 잉크이고, 상기 기판 표면은 친수성 표면인 방법.70. The method of 55, wherein the ink is a hydrophilic ink and the substrate surface is a hydrophilic surface.

71. 55에 있어서, 상기 잉크는 소수성 약품 및 친수성 약품 양자를 포함하는 방법.71. The method of 55, wherein the ink comprises both hydrophobic and hydrophilic agents.

72. 55에 있어서, 상기 잉크는 약 100 nm 이하의 평균 직경을 가진 하나 이상의 금속 나노 입자를 포함하는 방법.72. The method of 55, wherein the ink comprises one or more metal nanoparticles having an average diameter of about 100 nm or less.

73. 55에 있어서, 상기 잉크는 하나 이상의 생물학적 분자를 포함하는 방법.73. The method of 55, wherein the ink comprises one or more biological molecules.

74. 55에 있어서, 상기 잉크는 하나 이상의 펩티드 또는 단백질을 포함하는 방법.74. The method of 55, wherein the ink comprises one or more peptides or proteins.

75. 55에 있어서, 상기 잉크는 하나 이상의 핵산을 포함하는 방법.75. The method of 55, wherein the ink comprises one or more nucleic acids.

76. 55에 있어서, 상기 잉크는 하나 이상의 졸-겔 재료를 포함하는 방법.76. The method of 55, wherein the ink comprises one or more sol-gel materials.

77. 55에 있어서, 상기 잉크는 하나 이상의 자기 재료 또는 그 전구체를 포함하는 방법.77. The method of 55, wherein the ink comprises one or more magnetic materials or precursors thereof.

78. 55에 있어서, 상기 잉크는 하나 이상의 반도체 재료 또는 그 전구체를 포함하는 방법.78. The method of 55, wherein the ink comprises one or more semiconductor materials or precursors thereof.

79. 55에 있어서, 상기 잉크는 하나 이상의 광학 재료 또는 그 전구체를 포함하는 방법.79. The method of 55, wherein the ink comprises one or more optical materials or precursors thereof.

80. 55에 있어서, 상기 잉크는 100℃ 초과의 끓는점을 가진 하나 이상의 용매를 포함하는 방법.80. The method of 55, wherein the ink comprises one or more solvents having a boiling point above 100 ° C.

81. 55에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면에 화학 흡착되거나 공유 결합되는 하나 이상의 화합물을 포함하는 방법.81. The method of 55, wherein the ink comprises one or more compounds that are chemisorbed or covalently bonded to the substrate surface.

82. 55에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 특징부를 형성하는 방법.82. The method of 55, wherein the ink forms a feature on the substrate surface.

83. 55에 있어서, 상기 잉크는 상기 표면 상에 금속 산화물을 형성하는 방법.83. The method of 55, wherein the ink forms a metal oxide on the surface.

84. 55에 있어서, 상기 잉크는 상기 표면 상에 금속 합금을 형성하는 방법.84. The method of 55, wherein the ink forms a metal alloy on the surface.

85. 55에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 상기 캔틸레버의 기하학적 형상에 의해 제어되는 치수를 갖는 특징부를 형성하는 방법.85. The method of 55, wherein the ink forms a feature on the substrate surface having dimensions controlled by the geometry of the cantilever.

86. 55에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 약 1 미크론 내지 약 100 미크론의 폭을 갖는 특징부를 형성하는 방법.86. The method of 55, wherein the ink forms a feature having a width of about 1 micron to about 100 microns on the substrate surface.

87. 55에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 특징부를 형성하고, 상기 특징부는 융해, 소결 또는 유착 조건에 노출되는 방법.87. The method of 55, wherein the ink forms a feature on the substrate surface and the feature is exposed to melting, sintering or coalescing conditions.

88. 55에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 특징부를 형성하고, 상기 특징부는 어닐링되는 방법.88. The method of 55, wherein the ink forms a feature on the substrate surface and the feature is annealed.

89. 55에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 특징부를 형성하고, 상기 특징부는 광에 노출되는 방법.89. The method of 55, wherein the ink forms a feature on the substrate surface and the feature is exposed to light.

90. 55에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 특징부를 형성하고, 상기 특징부는 레이저에 노출되는 방법.90. The method of 55, wherein the ink forms a feature on the substrate surface and the feature is exposed to a laser.

91. 55에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 특징부를 형성하고, 상기 특징부는 전류에 노출되는 방법.91. The method of 55, wherein the ink forms a feature on the substrate surface and the feature is exposed to a current.

92. 55에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상의 하나 이상의 전극에 접촉하는 특징부를 상기 기판 표면 상에 형성하는 방법.92. The method of 55, wherein the ink forms a feature on the substrate surface that contacts one or more electrodes on the substrate surface.

93. 55에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 특징부를 형성하고, 약 300℃ 이하의 온도에서 어닐링되는 방법.93. The method of 55, wherein the ink forms a feature on the substrate surface and is annealed at a temperature of about 300 ° C. or less.

94. 55에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 특징부를 형성하고, 약 100℃ 내지 약 300℃의 온도에서 어닐링되는 방법.94. The method of 55, wherein the ink forms a feature on the substrate surface and is annealed at a temperature of about 100 ° C to about 300 ° C.

95. 55에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에서 환원 반응에 노출되는 방법.95. The method of 55, wherein the ink is exposed to a reduction reaction on the substrate surface.

96. 55에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 접촉 후 연속하게 되는 특징부를 형성하는 방법.96. The method of 55, wherein the ink is continuous on contact with the substrate surface.

97. 55에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 약 10 μΩ?cm의 비저항을 갖는 금속 상태로 변환되는 특징부를 형성하는 방법.97. The method of claim 55, wherein the ink converts to a metallic state having a resistivity of about 10 μΩcm on the substrate surface.

98. 55에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 약 1 μΩ?cm 내지 약 10 μΩ?cm의 비저항을 갖는 금속 상태로 변환되는 특징부를 형성하는 방법.98. The method of claim 55, wherein the ink is converted to a metallic state having a resistivity of about 1 μΩcm to about 10 μΩcm on the substrate surface.

99. 55에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 약 5 nm 내지 약 1 미크론의 폭을 갖는 특징부를 형성하는 방법.99. The method of 55, wherein the ink forms a feature having a width of about 5 nm to about 1 micron on the substrate surface.

100. 55에 있어서, 상기 방법은 상기 기판 표면 상에 잉크의 층들을 형성하도록 반복되는 방법.100. The method of 55, wherein the method is repeated to form layers of ink on the substrate surface.

101. 55에 있어서, 상기 방법은 상기 기판 표면 상에 잉크의 층들을 형성하도록 반복되고, 상기 잉크들은 동일 재료인 방법.101. The method of 55, wherein the method is repeated to form layers of ink on the substrate surface, wherein the inks are the same material.

102. 55에 있어서, 상기 방법은 상기 기판 표면 상에 잉크의 층들을 형성하도록 반복되고, 상기 잉크들은 상이한 재료인 방법.102. The method of 55, wherein the method is repeated to form layers of ink on the substrate surface, wherein the inks are different materials.

103. 55에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 라인인 특징부를 형성하는 방법.103. The method of 55, wherein the ink is a line on the substrate surface.

104. 55에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 도트인 특징부를 형성하는 방법.104. The method of 55, wherein the ink is a dot on the substrate surface.

105. 55에 있어서, 상기 캔틸레버는 AFM 캔틸레버인 방법.105. The method of 55, wherein the cantilever is an AFM cantilever.

106. 55에 있어서, 상기 기판 표면은 유리인 방법.106. The method of 55, wherein the substrate surface is glass.

107. 55에 있어서, 상기 기판 표면은 박막 트랜지스터 어레이인 방법.107. The method of 55, wherein the substrate surface is a thin film transistor array.

108. 55에 있어서, 상기 방법은 평판 표시 장치를 수리하는 데 이용되는 방법.108. The method of 55, wherein the method is used to repair a flat panel display.

109. 55에 있어서, 상기 캔틸레버에는 잉크로 채워진 마이크로 제조 잉크병을 이용하여 잉크가 로딩되는 방법.109. The method of 55, wherein the cantilever is loaded with ink using a microfabricated ink bottle filled with ink.

110. 55에 있어서, 상기 캔틸레버는 약 10도 이하의 각도로 상기 기판 표면과 접촉하는 방법.110. The method of 55, wherein the cantilever contacts the substrate surface at an angle of about 10 degrees or less.

111. 55에 있어서, 상기 캔틸레버는 약 5도 이하의 각도로 상기 기판 표면과 접촉하는 방법.111. The method of 55, wherein the cantilever is in contact with the substrate surface at an angle of about 5 degrees or less.

112. 55에 있어서, 상기 캔틸레버는 광학 현미경에 의해 관찰할 때 접촉시 굽는 방법.112. The method of 55, wherein the cantilever is baked on contact when viewed by an optical microscope.

113. 55에 있어서, 상기 접촉은 힘 피드백을 이용하여 수행되는 방법.113. The method of 55, wherein the contacting is performed using force feedback.

114. 55에 있어서, 상기 접촉은 압전 스캐닝 기능을 이용하여 수행되는 방법.114. The method of 55, wherein the contacting is performed using a piezoelectric scanning function.

115. 55에 있어서, 상기 캔틸레버는 약 1 미크론 내지 약 100 미크론의 폭을 갖는 방법.115. The method of 55, wherein the cantilever has a width of about 1 micron to about 100 microns.

116. 55에 있어서, 상기 캔틸레버는 약 5 미크론 내지 약 25 미크론의 폭을 갖는 방법.116. The method of 55, wherein the cantilever has a width of about 5 microns to about 25 microns.

117. 55에 있어서, 상기 캔틸레버는 직선 빔 형상의 캔틸레버인 방법.117. The method of 55, wherein the cantilever is a straight beam shaped cantilever.

118. 55에 있어서, 상기 접촉은 힘 피드백을 이용하여 수행되는 방법.118. The method of 55, wherein the contacting is performed using force feedback.

119. 55에 있어서, 상기 캔틸레버는 약 0.001 N/m 내지 약 0.50 N/m의 스프링 상수를 갖는 방법.119. The method of 55, wherein the cantilever has a spring constant of about 0.001 N / m to about 0.50 N / m.

120. 55에 있어서, 상기 캔틸레버는 약 0.004 N/m 내지 약 0.20 N/m의 스프링 상수를 갖는 방법.120. The method of 55, wherein the cantilever has a spring constant of about 0.004 N / m to about 0.20 N / m.

121. 55에 있어서, 상기 캔틸레버는 약 100 미크론 내지 400 미크론의 길이를 갖는 방법.121. The method of 55, wherein the cantilever has a length of about 100 microns to 400 microns.

122. 55에 있어서, 상기 캔틸레버는 약 150 미크론 내지 약 300 미크론의 길이를 갖는 방법.122. The method of 55, wherein the cantilever has a length of about 150 microns to about 300 microns.

123. 55에 있어서, 상기 캔틸레버는 잉크를 병렬로 침착하는 복수의 캔틸레버 중 하나인 방법.123. The method of 55, wherein the cantilever is one of a plurality of cantilevers that deposit ink in parallel.

124. 55에 있어서, 상기 잉크는 폴리올 잉크인 방법.124. The method of 55, wherein the ink is a polyol ink.

125. 55에 있어서, 상기 잉크는 하나 이상의 알코올 또는 폴리올과 함께 금속 염을 포함하는 방법.125. The method of 55, wherein the ink comprises a metal salt with one or more alcohols or polyols.

126. 55에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 약 1 미크론 내지 약 15 미크론의 측면 치수를 갖는 특징부를 형성하는 방법.126. The method of 55, wherein the ink forms a feature having a lateral dimension on the substrate surface of about 1 micron to about 15 microns.

127. 55에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 약 1 미크론 내지 약 10 미크론의 측면 치수를 갖는 특징부를 형성하는 방법.127. The method of 55, wherein the ink forms a feature having a lateral dimension on the substrate surface of about 1 micron to about 10 microns.

128. 55에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 약 1 미크론 내지 약 15 미크론의 측면 치수를 갖는 특징부를 형성하는 방법.128. The method of 55, wherein the ink forms a feature having a lateral dimension on the substrate surface of about 1 micron to about 15 microns.

129. 기판 표면 및 제55항의 방법에 의해 준비되는 잉크를 포함하는 기판.129. A substrate comprising a substrate surface and an ink prepared by the method of clause 55.

130. 도전성 금속을 기입하는 방법으로서,130. A method of writing a conductive metal,

캔틸레버 단부를 각각 구비한 2 이상의 캔틸레버를 제공하는 단계 - 상기 캔틸레버들은 그 단부에 팁을 포함하거나 무팁 캔틸레버일 수 있으며, 상기 캔틸레버들은 그들 사이에 약 1 미크론 내지 약 20 미크론인 갭을 가짐 - ;Providing at least two cantilevers, each having a cantilever end, wherein the cantilevers may include a tip or a tipless cantilever at the end, the cantilevers having a gap between them of about 1 micron to about 20 microns;

상기 갭 내에 배치되는 잉크를 제공하는 단계;Providing ink disposed within the gap;

기판 표면을 제공하는 단계;Providing a substrate surface;

상기 잉크가 상기 갭에서 상기 기판 표면으로 전달되도록 상기 갭을 가진 2 이상의 캔틸레버와 상기 기판 표면을 접촉시키는 단계Contacting the substrate surface with at least two cantilevers having the gap such that the ink is transferred from the gap to the substrate surface.

를 포함하는 방법.≪ / RTI >

131. 130에 있어서, 상기 갭은 약 1 미크론 내지 약 5 미크론인 방법.131. The method of 130, wherein the gap is from about 1 micron to about 5 microns.

132. 130에 있어서, 상기 갭은 약 5 미크론 내지 약 10 미크론인 방법.132. The method of 130, wherein the gap is from about 5 microns to about 10 microns.

133. 130에 있어서, 상기 갭은 약 10 미크론 내지 약 20 미크론인 방법.133. The method of 130, wherein the gap is from about 10 microns to about 20 microns.

134. 나노리소그래피용 잉크 제형으로서, 하나 이상의 금속 염 및 하나 이상의 용매를 포함하고, 상기 금속 염의 농도는 약 1 mg/100 μL 내지 약 500 mg/100 μL인 잉크 제형.134. Ink formulation for nanolithography, comprising at least one metal salt and at least one solvent, wherein the concentration of the metal salt is from about 1 mg / 100 μL to about 500 mg / 100 μL.

135. 134에 있어서, 상기 금속 염의 농도는 약 1 mg/100 μL 내지 약 200 mg/100 μL인 잉크 제형.135. The ink formulation of 134, wherein the concentration of the metal salt is from about 1 mg / 100 μL to about 200 mg / 100 μL.

136. 134에 있어서, 상기 금속 염의 농도는 약 5 mg/100 μL 내지 약 30 mg/100 μL인 잉크 제형.136. The ink formulation of 134, wherein the concentration of the metal salt is from about 5 mg / 100 μL to about 30 mg / 100 μL.

137. 134에 있어서, 상기 조성물은 상이한 평균 분자량을 가진 2 이상의 올리고머 또는 폴리머를 더 포함하는 잉크 제형.137. The ink formulation of 134, wherein the composition further comprises two or more oligomers or polymers having different average molecular weights.

138. 134에 있어서, 상기 조성물은 적어도 하나의 올리고머 및 적어도 하나의 폴리머를 더 포함하는 잉크 제형.138. The ink formulation of 134, wherein the composition further comprises at least one oligomer and at least one polymer.

139. 134에 있어서, 상기 조성물은 둘 이상의 금속 염을 포함하는 잉크 제형.139. The ink formulation of 134, wherein the composition comprises two or more metal salts.

140. 134에 있어서, 상기 조성물은 에폭시를 포함하는 잉크 제형.140. The ink formulation of 134, wherein the composition comprises an epoxy.

141. 도전성 금속을 직접 기입하는 방법으로서,141. A method of directly writing a conductive metal,

캔틸레버 단부를 구비한 캔틸레버를 제공하는 단계 - 상기 캔틸레버는 그 단부에 팁을 포함하거나 무팁 캔틸레버일 수 있음 - ;Providing a cantilever having a cantilever end, the cantilever may include a tip at its end or may be a tipless cantilever;

상기 캔틸레버 단부에 배치되는 잉크를 제공하는 단계 - 상기 잉크는 금속 나노 입자를 포함함 - ;Providing an ink disposed at the cantilever end, the ink comprising metal nanoparticles;

기판 표면을 제공하는 단계;Providing a substrate surface;

상기 잉크가 상기 캔틸레버에서 상기 기판 표면으로 전달되도록 상기 캔틸레버 단부와 상기 기판 표면을 접촉시키는 단계Contacting the cantilever end with the substrate surface such that the ink is transferred from the cantilever to the substrate surface

를 포함하는 방법.≪ / RTI >

142. 141에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 특징부를 형성하고, 상기 특징부는 후처리되는 방법.142. The method of 141, wherein the ink forms a feature on the substrate surface and the feature is post-processed.

143. 141에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 특징부를 형성하고, 상기 특징부는 열 처리되는 방법.143. The method of 141, wherein the ink forms a feature on the substrate surface and the feature is heat treated.

144. 141에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 특징부를 형성하고, 상기 특징부는 광 처리되는 방법.144. The method of 141, wherein the ink forms a feature on the substrate surface and the feature is light treated.

145. 141에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 특징부를 형성하고, 상기 특징부는 약 300℃ 이하로 열처리되는 방법.145. The method of 141, wherein the ink forms a feature on the substrate surface and the feature is heat treated to about 300 ° C. or less.

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도1. 금 전극들 사이에 침착된 금 나노 입자들. (A) 및 (D)는 표면을 따라 잉크 캔틸레버를 드로잉함으로써 형성되는 약 60 및 45 μm의 두 라인의 광학 이미지이며, 캔틸레버 폭은 각각 60 및 45 μm이었다. (B) 및 (E)는 환원 후의 (A) 및 (D)에서와 동일한 패턴이다. 이들 패턴에 대한 갭을 가로질러 측정된 저항은 32 및 18 오옴이다. 이들은 (C) 및 (F)에 도시된 바와 같이 물 헹굼 및 스카치 테이프 시험을 견디었는데, 전극들은 벗겨졌지만 패턴들은 그렇지 않았다. Fig. Gold nanoparticles deposited between the gold electrodes. (A) and (D) are optical images of two lines of about 60 and 45 μm formed by drawing an ink cantilever along the surface, and the cantilever width was 60 and 45 μm, respectively. (B) and (E) are the same patterns as in (A) and (D) after reduction. The resistance measured across the gap for these patterns is 32 and 18 ohms. They survived the water rinse and Scotch tape tests as shown in (C) and (F), where the electrodes were peeled off but the patterns were not.

도2. 금 전극들 사이에 침착된 금 나노 입자들. (A) 및 (B)는 두 전극 사이에 15μm의 잉크 캔틸레버를 드로잉함으로써 형성된 라인의 경화 전후의 광학 이미지이다. 이 패턴에 대한 갭을 가로질러 측정된 저항은 18 오옴이다. 이 패턴은 (C)에 도시된 바와 같이 물 헹굼 및 스카치 테이프 시험을 견디었는데, 전극들은 벗겨졌지만 라인 패턴은 그렇지 않았다. (D)는 14.5 μm 폭 라인 및 90 nm 높이의 토포그래픽 AFM 이미지이다. (E)는 제조된 라인의 커서 프로파일에 대응한다.Figure 2. Gold nanoparticles deposited between the gold electrodes. (A) and (B) are optical images before and after curing of a line formed by drawing an ink cantilever of 15 mu m between two electrodes. The resistance measured across the gap for this pattern is 18 ohms. This pattern withstood the water rinse and Scotch tape test as shown in (C), where the electrodes were peeled off but the line pattern was not. (D) is a topographic AFM image of 14.5 μm wide lines and 90 nm high. (E) corresponds to the cursor profile of the manufactured line.

도3. 금 전극들 사이에 침착된 금 나노 입자들. (A) 및 (B)는 두 전극 사이에 15 μm의 잉크 캔틸레버를 드로잉함으로써 형성된 라인의 경화 전후의 광학 이미지이다. 이 패턴에 대한 갭을 가로질러 측정된 저항은 19 오옴이다. (C)는 (B)의 적색 박스 영역에서 15.8 μm 폭 라인 및 38 nm 높이의 토포그래픽 AFM 이미지이다. (D)는 제조된 라인의 커서 프로파일에 대응한다.Figure 3. Gold nanoparticles deposited between the gold electrodes. (A) and (B) are optical images before and after curing of a line formed by drawing an ink cantilever of 15 mu m between two electrodes. The resistance measured across the gap for this pattern is 19 ohms. (C) is a topographic AFM image of 15.8 μm wide lines and 38 nm high in the red box region of (B). (D) corresponds to the cursor profile of the manufactured line.

도4. 금 전극들 사이에 침착된 금 나노 입자들. (A) 및 (D)는 두 전극을 가로질러 10 μm의 잉크 캔틸레버(FIB를 이용하여 좁혀짐, 노란 박스에 도시된 캔틸레버)를 드로잉함으로써 형성된 라인의 경화 전후의 광학 이미지이다. 이 패턴에 대한 갭을 가로질러 측정된 저항은 9 오옴이다. (B) 및 (E)는 (D)의 적색 및 청색 박스에서 각각 15.5 μm 폭 라인 및 95 nm 높이 및 FIB 팁에 대한 11.5 μm의 토포그래픽 AFM 이미지이다. (C) 및 (F)는 제조된 라인의 커서 프로파일에 대응한다. Figure 4. Gold nanoparticles deposited between the gold electrodes. (A) and (D) are optical images before and after curing of a line formed by drawing a 10 μm ink cantilever (narrowed using a fib, cantilever shown in a yellow box) across two electrodes. The resistance measured across the gap for this pattern is 9 ohms. (B) and (E) are 11.5 μm topographic AFM images for 15.5 μm wide lines and 95 nm high and FIB tips in the red and blue boxes of (D), respectively. (C) and (F) correspond to the cursor profile of the manufactured line.

도5. 금 전극들 사이에 침착된 금 나노 입자들. (A) 및 (B)는 두 전극을 가로질러 10 μm 폭의 FIB 캔틸레버를 드로잉함으로써 형성된 라인의 경화 전후의 광학 이미지이다. 라인 패턴에 대한 갭을 가로질러 측정된 저항은 22 오옴이다. (C)는 (B)의 적색 박스 영역에서 11.5 μm 폭 라인 및 80 nm 높이의 토포그래픽 AFM 이미지이다. (D)는 제조된 라인의 커서 프로파일에 대응한다.Figure 5. Gold nanoparticles deposited between the gold electrodes. (A) and (B) are optical images before and after curing of the line formed by drawing a 10 μm wide FIB cantilever across two electrodes. The resistance measured across the gap for the line pattern is 22 ohms. (C) is a topographic AFM image of 11.5 μm wide lines and 80 nm high in the red box region of (B). (D) corresponds to the cursor profile of the manufactured line.

도6. 금 전극들 사이에 침착된 금 나노 입자들. (A) 및 (D)는 두 전극을 가로질러 형성된 금 라인의 광학 이미지이다. 라인 패턴에 대한 갭을 가로질러 측정된 저항은 190 오옴이다. (B) 및 (E)는 (A) 및 (D)의 적색 및 청색 박스에서 각각 5 및 4 μm 폭 라인 및 12 nm 높이의 토포그래픽 AFM 이미지이다. (C) 및 (F)는 제조된 라인의 커서 프로파일에 대응한다.Figure 6. Gold nanoparticles deposited between the gold electrodes. (A) and (D) are optical images of gold lines formed across two electrodes. The resistance measured across the gap for the line pattern is 190 ohms. (B) and (E) are topographic AFM images of 5 and 4 μm wide lines and 12 nm high in the red and blue boxes of (A) and (D), respectively. (C) and (F) correspond to the cursor profile of the manufactured line.

도7. 금 전극들 사이에 침착된 금 나노 입자들. (A) 및 (D)는 두 전극을 가로질러 형성된 금 라인의 광학 이미지이다. (B) 및 (E)는 (A) 및 (D)의 적색 및 청색 박스에서 각각 3 및 2 μm 폭 라인 및 8 nm 높이의 토포그래픽 AFM 이미지이다. (C) 및 (F)는 제조된 라인의 커서 프로파일에 대응한다.Figure 7. Gold nanoparticles deposited between the gold electrodes. (A) and (D) are optical images of gold lines formed across two electrodes. (B) and (E) are topographic AFM images of 3 and 2 μm wide lines and 8 nm high in the red and blue boxes of (A) and (D), respectively. (C) and (F) correspond to the cursor profile of the manufactured line.

도8. 캔틸레버를 이용하여 실리콘 산화물 상의 금 전극들 사이에 침착된 백금/금 합금 잉크. 각 라인은 캔틸레버를 잉크로 채워진 잉크병에 담근 후 캔틸레버가 잉크 밖으로 나올 때까지 라인을 드로잉함으로써 형성되었다. 라인 형상 및 길이의 유사성에 유의한다.Figure 8. A platinum / gold alloy ink deposited between gold electrodes on silicon oxide using a cantilever. Each line was formed by immersing the cantilever in an ink bottle filled with ink and drawing the line until the cantilever came out of the ink. Note the similarity of line shape and length.

도9. 인접한 캔틸레버들을 이용하여 실리콘 산화물 상의 금 전극들 사이에 침착된 백금/금 합금 잉크. 3개 라인 각각은 잉크가 로딩된 단일 캔틸레버 또는 인접 캔틸레버들을 이용하여 제조되었다. 왼쪽 라인은 31 미크론 폭의 단일 캔틸레버를 잉크 밖으로 나올 때까지 표면을 가로질러 드로잉함으로써 형성되었다. 가장 넓은 중간 라인은 4개의 인접한 31 미크론 폭의 캔틸레버를 이용하여 형성되었고, 오른쪽 라인은 2개의 인접한 31 미크론 폭의 캔틸레버를 이용하여 형성되었다. 라인들의 최대 길이는 기입 캔틸레버 수의 증가와 함께 증가한다는 점에 유의한다.Figure 9. A platinum / gold alloy ink deposited between gold electrodes on silicon oxide using adjacent cantilevers. Each of the three lines was made using a single cantilever or adjacent cantilevers loaded with ink. The left line was formed by drawing a 31 micron wide single cantilever across the surface until it came out of the ink. The widest middle line was formed using four adjacent 31 micron wide cantilevers, and the right line was formed using two adjacent 31 micron wide cantilevers. Note that the maximum length of the lines increases with increasing number of write cantilevers.

도10. 실리콘 산화물 상의 나노스케일 팔라듐 패턴의 AFM 높이 이미지. 80% 에틸렌 글리콜에 포화 용해된 팔라듐 아세테이트가 PDMS 코팅된 실리콘 질화물 AFM 팁을 이용하여 패터닝되었다. 경화된 패턴의 라인 스캔은 제1 및 제2 층들 사이에 2 nm 내지 10 nm의 높이 증가를 보인다. Figure 10. AFM height image of nanoscale palladium pattern on silicon oxide. Palladium acetate saturated in 80% ethylene glycol was patterned using PDMS coated silicon nitride AFM tips. The line scan of the cured pattern shows a height increase of 2 nm to 10 nm between the first and second layers.

도11. 석영 상의 나노스케일 금 패턴의 AFM 높이 이미지. 금 나노 입자 잉크는 잉크 코팅된 통상의 실리콘 질화물 AFM 캔틸레버/팁을 일정한 힘으로 10초 동안 표면에 접촉시켜 유지함으로써 패터닝되었다. 가장 오른쪽의 도트들(직경 50 nm, 높이 3.5 nm)의 행은 0.2 nN의 힘으로 형성되었고, 중간 도트 행은 1.5 nN의 힘으로 형성되었으며(직경 65 nm, 높이 6 nm), 가장 왼쪽의 도트 행은 4 nN의 힘으로 형성되었다(직경 85 nm, 높이 7.5 nm). 패턴들은 코팅된 팁으로 패터닝된 후 즉시 이미지화되었다. Figure 11. AFM height image of nanoscale gold pattern on quartz. Gold nanoparticle inks were patterned by keeping the ink coated conventional silicon nitride AFM cantilever / tip in contact with the surface for 10 seconds with a constant force. The row of the rightmost dots (50 nm in diameter, 3.5 nm in height) was formed with a force of 0.2 nN, the middle dot row was formed with a force of 1.5 nN (65 nm in diameter, 6 nm in height), and the leftmost dot Rows were formed with a force of 4 nN (85 nm in diameter, 7.5 nm in height). The patterns were imaged immediately after patterning with the coated tip.

도12. 석영 상의 나노스케일 금 패턴의 AFM 높이 이미지. 메시틸렌("잉크") 에 용해된 금 나노 입자들은 잉크 코팅된 통상의 실리콘 질화물 AFM 팁을 0.15 미크론/초의 속도로 표면을 가로질러 병진 이동시킴으로써 패터닝되었다. 라인 트레이스는 라인들의 높이 및 폭이 인가된 힘에 따라 증가한다는 것을 나타내고 있다.Figure 12. AFM height image of nanoscale gold pattern on quartz. Gold nanoparticles dissolved in mesitylene (“ink”) were patterned by translating the ink coated conventional silicon nitride AFM tip across the surface at a rate of 0.15 microns / sec. Line traces indicate that the height and width of the lines increase with applied force.

도13. 석영 상의 나노스케일 금 패턴의 AFM 높이 이미지. 메시틸렌("잉크")에 용해된 금 나노 입자들은 잉크 코팅된 통상의 실리콘 질화물 AFM 팁을 10초 동안 표면과 접촉시켜 유지함으로써 패터닝되었다. 결과 패턴은 열 총을 이용하여 250℃에서 10초 동안 경화된 후 이미지화되었다. 경화후, 입자 패턴들의 높이는 약 30 nm에서 약 15 nm로 감소한다.Figure 13. AFM height image of nanoscale gold pattern on quartz. Gold nanoparticles dissolved in mesitylene (“ink”) were patterned by keeping the ink coated conventional silicon nitride AFM tip in contact with the surface for 10 seconds. The resulting pattern was imaged after curing at 250 ° C. for 10 seconds using a heat gun. After curing, the height of the particle patterns decreases from about 30 nm to about 15 nm.

도14. 실리콘 산화물 웨이퍼 상의 금 전극들을 가로질러 실리콘 질화물 캔틸레버로 드로잉된 미크론 스케일 백금 라인의 광학 이미지. 백금 잉크는 80% 에틸렌 글리콜에 용해된 백금 염화물(15 마이크로 리터에 100 mg)을 포함했다. 전구체 잉크는 핫 플레이트 상에서 200℃로 20초 동안 가열함으로써 금속으로 변환되었다. 경화후 라인의 폭은 약 5 미크론이었다.Figure 14. Optical image of a micron scale platinum line drawn with a silicon nitride cantilever across gold electrodes on a silicon oxide wafer. The platinum ink contained platinum chloride (100 mg in 15 microliters) dissolved in 80% ethylene glycol. The precursor ink was converted to metal by heating to 200 ° C. for 20 seconds on a hot plate. The line width after curing was about 5 microns.

도15. 유리 웨이퍼 상의 크롬 전극들을 가로질러 실리콘 질화물 캔틸레버로 드로잉되어 경화된 미크론 스케일의 백금 라인의 광학 이미지. 백금 잉크는 300 및 10,000 분자량의 폴리에틸렌 글리콜 각각을 30 mg 함유하는 15 마이크로 리터 수용액에 용해된 백금 염화물 100 mg을 포함하였다. 전구체 잉크는 열선총(heat gun)으로 250℃에서 10초 동안 가열함으로써 금속 백금으로 변환되었다.Figure 15. Optical image of a micron-scale platinum line drawn and cured with a silicon nitride cantilever across chromium electrodes on a glass wafer. The platinum ink contained 100 mg of platinum chloride dissolved in a 15 microliter aqueous solution containing 30 mg of 300 and 10,000 molecular weight polyethylene glycol each. The precursor ink was converted to metallic platinum by heating at 250 ° C. for 10 seconds with a heat gun.

도16. 실리콘 산화물 상의 금 전극들 사이에 드로잉된 나노스케일 금 특징부의 AFM 높이 이미지. 금 전구체 잉크 용액은 80% 에틸렌 글리콜/20% 물에 용해된 금 사염화물 염 100 mg을 포함한다. 큰 입자들은 3개의 잉크 층의 결과이며, 각 층은 핫 플레이트 상에서 200℃로 10초 동안 가열하여 경화되었다. 이 트레이스는 도전성이 없었다.Figure 16. AFM height image of nanoscale gold features drawn between gold electrodes on silicon oxide. The gold precursor ink solution contains 100 mg of gold tetrachloride salt dissolved in 80% ethylene glycol / 20% water. Large particles were the result of three ink layers, each layer cured by heating to 200 ° C. for 10 seconds on a hot plate. This trace was not conductive.

도17. AFM 캔틸레버를 이용하여 형성된 백금-금 합금 패턴의 이미지. 합금 전구체 잉크는 300 및 10,000 분자량의 폴리에틸렌 글리콜 각각을 60 mg 함유하는 물 30 마이크로리터에 함께 용해된 백금 염 100 mg 및 금 염 50 mg을 포함하였다. 트레이스들은 열선총으로 250℃에서 10초 동안 가열하여 경화되었다. (A) 실리콘 산화물 웨이퍼 상의 금 전극들 사이의 30 미크론 갭을 가로질러 드로잉된 2층 패턴. 이 트레이스의 저항은 90 오옴이었다. (B) 유리 웨이퍼 상의 크롬 전극들 사이에 드로잉된 6층 패턴. 이 트레이스의 저항은 32 오옴이었다. 도17(B)는 PDMS DPN 스탬프 팁을 이용하여 수행되었다. (C) 백금-금 합금 막의 큰 입자 마이크로 구조를 보이는 AFM 이미지이며, 입자 크기는 ~150 nm이었다.Figure 17. Image of platinum-gold alloy pattern formed using AFM cantilever. The alloy precursor ink contained 100 mg of platinum salt and 50 mg of gold salt dissolved together in 30 microliters of water containing 60 mg of polyethylene glycol of 300 and 10,000 molecular weight, respectively. The traces were cured by heating at 250 ° C. for 10 seconds with a heat gun. (A) A two layer pattern drawn across a 30 micron gap between gold electrodes on a silicon oxide wafer. The resistance of this trace was 90 ohms. (B) Six layer pattern drawn between chromium electrodes on glass wafer. The resistance of this trace was 32 ohms. 17 (B) was performed using a PDMS DPN stamp tip. (C) AFM image showing a large particle microstructure of a platinum-gold alloy film, with a particle size of ˜150 nm.

도18. 슬라이드 상에 에폭시/금 전구체 잉크를 떨어뜨린 후 150℃에서 2 시간 동안 경화하여 준비된 유리 상의 큰 금 특징부의 광학 마이크로그래프. 금 전구체 잉크는 다이메틸포름아미드 50 마이크로리터에 수소 금 사염화물 85 mg을 용해한 후 이 염 용액 3 마이크로리터에 에틸렌 글리콜 1 마이크로리터 및 에폭시 혼합물 1 마이크로리터를 추가하여 준비되었다. 이 막의 저항은 0.3 오옴이었다.Figure 18. Optical micrograph of large gold features on glass prepared by dropping epoxy / gold precursor ink on slide and then curing at 150 ° C. for 2 hours. Gold precursor inks were prepared by dissolving 85 mg of hydrogen gold tetrachloride in 50 microliters of dimethylformamide and then adding 1 microliter of ethylene glycol and 1 microliter of epoxy mixture to 3 microliters of this salt solution. The resistance of this membrane was 0.3 ohms.

도19. PDMS 코팅된 실리콘 질화물 AFM 팁을 이용하여 석영 상에 금 전구체를 침착하여 형성된 금 패턴의 AFM 높이 이미지. 금 전구체 잉크는 다이메틸포름아미드 50 마이크로리터에 금 사염화물 85.5 mg을 용해하여 준비되었다. 이 용액에 에 틸렌 글리콜 1 마이크로리터 및 티오티산 0.1 mg이 추가된다. 4.5×4.5 제곱 미크론 패턴이 고온 공기총으로 250℃에서 10초 동안 가열하여 경화되었다. 1층 패턴은 경화후 15 nm 높이였다(라인 트레이스 참조).Figure 19. AFM height image of a gold pattern formed by depositing a gold precursor on quartz using a PDMS coated silicon nitride AFM tip. Gold precursor inks were prepared by dissolving 85.5 mg of gold tetrachloride in 50 microliters of dimethylformamide. To this solution is added 1 microliter of ethylene glycol and 0.1 mg of thiothiic acid. A 4.5 × 4.5 square micron pattern was cured by heating at 250 ° C. for 10 seconds with a hot air gun. The one layer pattern was 15 nm high after curing (see line trace).

도20. 상업용 은 나노입자 잉크를 이용한 실리콘 질화물 기판 상의 금 라인의 직접 기입. (A)는 직접 기입후 200 마이크로미터 길이의 은 잉크 라인의 광학 이미지이고, (B)는 저온 경화후의 결과적인 은 마이크로구조이며, (C)는 라인의 작은 부분 및 대응 평균 높이 프로파일의 토포그래픽 AFM 이미지인데, 이 라인은 117.9 nm의 두께를 갖는다.Figure 20. Direct entry of gold lines on silicon nitride substrates using commercial silver nanoparticle inks. (A) is an optical image of a 200 micrometer long silver ink line after direct writing, (B) is the resulting silver microstructure after low temperature curing, and (C) is a topographic of a small portion of the line and the corresponding average height profile An AFM image, this line has a thickness of 117.9 nm.

도21. 경화 전후의 유리 기판 상의 상업용 은 나노입자 잉크의 캔틸레버 마이크로 침착을 나타내는 광학 이미지.Figure 21. Optical image showing cantilever microdeposition of commercial silver nanoparticle inks on glass substrates before and after curing.

도22. 크롬 박막으로 코팅된 유리 기판 상의 상업용 은 나노입자 잉크의 침착 및 저온 경화. 크롬막에 갭을 형성하고 하부 유리 기판을 노출시키기 위하여(이미지 중심에) 레이저 제거를 이용하였다. 이어서, 무팁 캔틸레버를 이용하여 레이저 제거된 갭의 각 측에 그리고 갭을 가로질러 크롬막 상에 2개의 라인을 드로잉하였다. Figure 22. Deposition and Low Temperature Curing of Commercial Silver Nanoparticle Inks on Glass Substrates Coated with Chromium Thin Films. Laser ablation was used to form a gap in the chromium film and expose the lower glass substrate (in the center of the image). Two lines were then drawn on the chromium film on each side of and across the gap using a tipless cantilever.

도23. 반복 드로잉에 의한 다층 라인의 제조를 나타내는 광학 이미지.Figure 23. Optical image showing manufacture of multilayer lines by repeat drawing.

(1L) 6 마이크로미터 폭 및 30 nm 두께를 가진 1층 라인.(1L) 1 layer line with 6 micrometer width and 30 nm thickness.

(2L) 8.6 마이크로미터 폭 및 41 nm 두께를 가진 2층 라인.(2L) Two layer line with 8.6 micrometer width and 41 nm thickness.

(3L) 8 마이크로미터 폭 및 70 nm 두께를 가진 3층 라인.(3L) 3 layer line with 8 micrometer width and 70 nm thickness.

도24. 마이크로 제조 저장조에 담금으로써 잉크로 무팁 캔틸레버를 코팅. (A)는 밀리미터 폭의 원형 저장조(실리콘 웨이퍼의 깊은 반응성 이온 에칭에 의해 제조되며, 이미지의 아래 부분) 내의 잉크 풀 바로 위에 있는 캔틸레버의 평면도 광학 이미지이며, (B)는 잉크 풀에 담갔을 때의 광학 이미지이다. 이미지 B의 캔틸레버 주위의 메니스커스에 유의한다. Figure 24. Coating tipless cantilever with ink by immersion in a microfabricated reservoir. (A) is a plan view optical image of a cantilever directly above the ink pool in a millimeter-wide circular reservoir (made by deep reactive ion etching of a silicon wafer, the lower part of the image), and (B) when soaked in the ink pool Is an optical image. Note the meniscus around the cantilever of image B.

도25. 박막 트랜지스터(TFT) 평판 표시장치의 수리를 나타내는 광학 이미지.Figure 25. Optical image showing repair of a thin film transistor (TFT) flat panel display.

도26. 잉크 저장 슬릿을 구비한 무팁 캔틸레버의 개략도.Figure 26. Schematic of a tipless cantilever with ink storage slit.

도27. 무팁 슬릿 캔틸레버에 대한 4개의 대체 디자인을 나타내는 도면.Figure 27. Drawing showing four alternative designs for a tipless slit cantilever.

도28. 슬릿 캔틸레버를 이용한 유리 기판상의 상업용 은 잉크의 침착을 나타내는 광학 이미지.Figure 28. Optical image showing deposition of commercial silver ink on a glass substrate using a slit cantilever.

도29. 슬릿 캔틸레버를 이용할 때 유리 기판 상의 금 전극들 사이의 갭을 가로질러 은 나노 입자 잉크로 이루어진 라인의 침착 및 경화의 2가지 예.Figure 29. Two examples of deposition and curing of lines consisting of silver nanoparticle inks across the gap between gold electrodes on a glass substrate when using a slit cantilever.

도30. 금 나노 입자/ 1, 3, 5-TEB 잉크가 로딩된 슬릿 캔틸레버를 이용한 라인 기입.Figure 30. Line filling with slit cantilevers loaded with gold nanoparticles / 1, 3, 5-TEB ink.

도31. 평판 표시장치 및 유사 객체의 수리를 위한 기구를 나타내는 도면. 이 기구는 금속 전구체 잉크로 코팅된 캔틸레버 또는 캔틸레버 마이크로브러시를 이용하여 도전성 트레이스 내의 갭을 수리한다. XYZ 스테이지가 캔틸레버의 고해상도 이동을 제어한다. 잉크병 및 그 보호 커버를 포함하는 잉크 공급 메커니즘이 터치다운 동작 전에 캔틸레버에 재료를 공급한다. 거친 Z 이동 스테이지가 캔틸레버에 잉크를 공급하고 표면에 접촉시키기 위해 제공되며, 회전 스테이지가 캔틸레버를 Z 축에 대해 임의의 각도로 배치할 수 있다. 내장 카메라 시스템 및 적절한 이미지 처리 소프트웨어를 이용한 비디오 이미징을 통한 캔틸레버의 밝기(벤딩에 따라 변함)의 모니터링은 캔틸레버를 표면에 최초 접촉시킬 때 표면 상의 캔틸레버의 터치다운을 검출한다. 마이크로 침착된 재료를 (열) 경화시키기 위하여 레이저 시스템이 제공된다. Figure 31. A diagram showing a mechanism for repairing flat panel displays and similar objects. This instrument repairs gaps in conductive traces using cantilevers or cantilever microbrushes coated with metal precursor inks. The XYZ stage controls the high resolution movement of the cantilever. An ink supply mechanism including an ink bottle and its protective cover supplies material to the cantilever before the touchdown operation. A rough Z moving stage is provided to supply ink to the cantilever and to contact the surface, and a rotating stage can position the cantilever at any angle with respect to the Z axis. Monitoring of the cantilever's brightness (varies with bending) through video imaging using an embedded camera system and appropriate image processing software detects the touchdown of the cantilever on the surface when the cantilever is first brought into contact with the surface. A laser system is provided for (thermally) curing the micro deposited material.

도32. 평판 수리를 위한 제2 기구를 나타내는 개략도. 이 디자인에서, 레이저 반사 센서의 출력은 센서가 캔틸레버의 Z 위치를 측정하여 기판 표면 상의 캔틸레버의 터치다운을 검출할 때 모니터링된다. 이전 디자인에서와 같이, 수 나노미터 해상도의 XYZ 스테이지가 캔틸레버 이동을 제공하며, 레이저(도시되지 않음)가 침착 재료(잉크)를 경화시킨다. 터치다운 동작 이전에 잉크 공급 메커니즘이 캔틸레버에 재료(잉크)를 공급한다. 대이동 Z 스테이지가 잉크 공급을 위한 대규모 Z 이동을 제공하며, 회전 스테이지가 캔틸레버를 Z 축에 대해 임의의 각도로 배치할 수 있다.Figure 32. Schematic showing a second mechanism for plate repair. In this design, the output of the laser reflection sensor is monitored when the sensor measures the Z position of the cantilever to detect the touchdown of the cantilever on the substrate surface. As in the previous design, the XYZ stage at several nanometers resolution provides cantilever movement, and a laser (not shown) cures the deposition material (ink). The ink supply mechanism supplies the material (ink) to the cantilever before the touchdown operation. The massive Z stage provides massive Z movement for ink supply, and the rotating stage can position the cantilever at any angle with respect to the Z axis.

도33. FPD 수리 기구의 대체 디자인을 나타내는데, 이 디자인에서는 공동 초점 거리 측정 소자가 기판 표면상의 캔틸레버의 터치다운을 검출한다.Figure 33. An alternative design of the FPD repair mechanism is shown, in which the common focal length measurement element detects the touchdown of the cantilever on the substrate surface.

도34. 도전성 ITO(인듐 주석 산화물) 전극들 사이의 다양한 폭(10, 20, 40 마이크로미터)의 절연성 갭을 가로질러 금 나노입자 잉크가 로딩된 5 마이크로미터 무팁 캔틸레버로부터 침착된 도전성 금 트레이스의 침착을 나타내는 광학 이미지.Figure 34. Indicating the deposition of conductive gold traces deposited from 5 micron tipless cantilevers loaded with gold nanoparticle ink across insulating gaps of various widths (10, 20, 40 micrometers) between conductive ITO (indium tin oxide) electrodes. Optical image.

도35. 무팁 캔틸레버를 이용하여 라인을 드로잉할 때 토포그래피 단차 근처에 어떻게 갭이 형성될 수 있는지를 나타내는 도면.Figure 35. A diagram showing how gaps can be formed near topography steps when drawing lines using a tipless cantilever.

도36. 잉크로 코팅된 무팁 캔틸레버를 이용한 직접 기입에 이은 경화에 의한 미크론 스케일의 (도전성) 라인의 로딩 및 제조를 나타내는 도면. 금 나노입자 잉크와 같은 저온 경화 잉크에 적합한 실험적 경화 조건이 표시된다.Figure 36. A diagram showing the loading and fabrication of (conductive) lines of the micron scale by direct writing using a tip-free cantilever coated with ink followed by curing. Experimental curing conditions suitable for low temperature curing inks such as gold nanoparticle inks are indicated.

도37. 라인 폭이 어떻게 캔틸레버 폭에 의해 제어되는지(비례하는지)를 나타내는 도면.Figure 37. A diagram showing how line width is controlled (proportional) by cantilever width.

도38. 라인 폭이 어떻게 캔틸레버 폭에 의해 제어되는지(비례하는지)를 나타내는 실험 결과. (A) 유사한 폭의 라인을 기입하는 10 미크론 폭의 캔틸레버가 도시된다. (B)약 2 미크론 라인을 기입하는 2 미크론 캔틸레버가 도시된다. 양 이미지는 라인의 폭의 보다 쉬운 비교를 위해 동일한 스케일을 갖는다.Figure 38. Experimental results showing how the line width is controlled (proportional) by the cantilever width. (A) A 10 micron wide cantilever is shown for writing lines of similar width. (B) A 2 micron cantilever is shown that writes about 2 micron lines. Both images have the same scale for easier comparison of the width of the lines.

도39. 크롬 전극들 사이의 200 마이크로미터 갭을 가로질러 침착된 도전성 금 트레이스의 광학 및 AFM 이미지(A 및 B 각각). 이 실험에서는 금 나노입자/메시틸렌/데칸올 혼합물(추가 실시예에서 설명됨)이 이용되었다. 잉크는 250-300℃에서 7분 동안 고온 경화를 수행한 후 120℃에서 60분 동안 저온 경화함으로써 저 비저항 금속 형태로 변환되었다.Figure 39. Optical and AFM images (A and B, respectively) of conductive gold traces deposited across a 200 micrometer gap between chromium electrodes. Gold nanoparticle / mesitylene / decanol mixtures (described in further examples) were used in this experiment. The ink was converted to a low resistivity metal form by performing high temperature curing at 250-300 ° C. for 7 minutes and then low temperature curing at 120 ° C. for 60 minutes.

도40. 접착 시험. 단층 금 라인들이 3개의 접착 시험 샘플 상의 유리 상에 침착되고, ~10초 동안 150℃에서 경화되었다. 테이프 박리 시험은 기판에 대한 접착 무손실을 보였고, 라인들은 화학적 세정을 견뎌내었다. Figure 40. Adhesion test. Monolayer gold lines were deposited on glass on three adhesion test samples and cured at 150 ° C. for ˜ 10 seconds. The tape peel test showed no loss of adhesion to the substrate and the lines survived chemical cleaning.

바람직한 실시 형태에서, 편의상 "캔틸레버 마이크로 침착"(CMD)으로 지칭될 수 있는 본 발명은 실시예에서 후술하는 것들을 포함하는 다양한 실시 형태에서 실시될 수 있다.In a preferred embodiment, the invention, which may be referred to as "cantilever microdeposition" (CMD) for convenience, may be practiced in various embodiments, including those described below in the Examples.

실시 형태 1: Embodiment 1: 캔틸레버Cantilever 마이크로  Micro 침착composure

제1 실시 형태에서, 본 발명은 캔틸레버 또는 마이크로브러시를 이용하여 마이크로미터 스케일 및 서브마이크로미터 스케일의 패턴을 제조하기 위한 방법을 제공하는데, 이 방법은 (1) 캔틸레버 또는 마이크로브러시를 제공하는 단계; (2) 캔틸레버 또는 마이크로브러시 상에 배치되는 화합물 또는 그 혼합물을 의미하는 잉크를 제공하는 단계; (3) 기판 표면을 제공하는 단계; 및 (4) 잉크가 캔틸레버에서 기판 표면으로 전달되도록 마이크로브러시와 기판 표면을 접촉시키는 단계를 포함한다. 도36은 이 방법이 원리를 나타낸다.In a first embodiment, the present invention provides a method for producing a pattern of micrometer scale and submicrometer scale using cantilever or microbrush, the method comprising: (1) providing a cantilever or microbrush; (2) providing an ink meaning a compound or mixture thereof disposed on the cantilever or microbrush; (3) providing a substrate surface; And (4) contacting the microbrush with the substrate surface such that ink is transferred from the cantilever to the substrate surface. 36 illustrates the principle of this method.

바람직하게는, 결과 패턴의 최소 측면 치수(기판 표면에 평행하게 측정됨. 예를 들어, 라인의 폭)는 0.5 미크론 내지 15 미크론의 범위이다. 그 최대 측면 치수(예를 들어, 라인의 길이)는 100 미크론을 초과하여, 바람직하게는 200 미크론이며, 그 높이(예를 들어, 상기 국부 평면에 실질적으로 직교하게 측정됨)는 1 나노미터 내지 2 미크론의 범위이다.Preferably, the minimum lateral dimension (measured parallel to the substrate surface, eg the width of the line) of the resulting pattern is in the range of 0.5 microns to 15 microns. Its maximum lateral dimension (e.g., the length of the line) is greater than 100 microns, preferably 200 microns, and its height (e.g., measured substantially perpendicular to the local plane) is from 1 nanometer to It is in the range of 2 microns.

바람직하게는, 캔틸레버 또는 마이크로브러시는 포토리소그래피, 전자빔 리소그래피, 박막 침착, 에칭, 리프트-오프 및 집속 이온 빔 마이크로머시닝을 포함하지만 이에 한하지 않는 표준 마이크로 제조 기술을 이용하여 제조되는 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS)을 의미하는 마이크로 제조 소자이다. 마이크로브러시는 자유 단부 및 매크로 또는 메소급 몸체에 결합된 단부를 가진 캔틸레버의 형상을 갖거나, 복수의 캔틸레버를 포함하는 소자일 수 있다. 캔틸레버(들)는 캔틸레버의 주 평면으로부터 돌출하는 팁(들)을 구비하거나 구비하지 않을 수 있다. 메소/매 크로급 몸체는 다이싱된 (실리콘 또는 유리) 웨이퍼일 수 있다. Preferably, the cantilever or microbrush is a microelectromechanical system manufactured using standard microfabrication techniques, including but not limited to photolithography, electron beam lithography, thin film deposition, etching, lift-off and focused ion beam micromachining. MEMS). The microbrush may be in the form of a cantilever having a free end and an end coupled to a macro or mesoscale body, or may be a device comprising a plurality of cantilevers. The cantilever (s) may or may not have tip (s) protruding from the main plane of the cantilever. The meso / macroscale body may be a diced (silicon or glass) wafer.

둘 이상의 이웃하는 캔틸레버 몸체는 잉크 저장 또는 분배에 이용될 수 있는 고정 또는 가변 폭의 갭 또는 슬릿을 형성할 수 있다. 마이크로 유체 회로가 이 회로가 부착되는 캔틸레버 몸체 및/또는 메소 또는 매크로급 몸체 상에/내에 형성될 수 있다. 마이크로 유체 회로는 저장조, 채널 및 잉크 전달용 비아를 포함할 수 있다. 채널 및 저장조는 실질적으로 평행한 2개의 표면(예를 들어, 전술한 슬릿들의 벽들)에 의해, 또는 3개 이상의 표면(예를 들어, 오픈 채널 또는 완전 밀봉 채널을 형성)에 의해 형성될 수 있다. 바람직한 실시 형태에서는, 실질적으로 편평한 무팁 캔틸레버가 사용된다. Two or more neighboring cantilever bodies may form fixed or variable width gaps or slits that can be used for ink storage or dispensing. Microfluidic circuitry may be formed on / in the cantilever body and / or the meso or macroscale body to which it is attached. The microfluidic circuit can include reservoirs, channels, and vias for ink delivery. The channel and reservoir may be formed by two substantially parallel surfaces (eg, the walls of the slits described above) or by three or more surfaces (eg, forming an open channel or a fully sealed channel). . In a preferred embodiment, a substantially flat tipless cantilever is used.

금속 염 및 착물, 졸-겔 전구체, 폴리머, 핵산(예를 들어, DNA), 펩티드 및 단백질과 같은 생체 분자, 나노 입자 및 용액 또는 그 혼합물을 포함하는 유기 및 무기 화합물을 포함하는 많은 잉크가 침착될 수 있다. 기판 세정, 표면 준비, 구멍 드릴링, 레이저 또는 이온 빔을 이용한 마이크로머시닝, 포토리소그래피 및 열 또는 광의 인가에 의한 경화를 포함하는 다수의 처리가 침착에 선행하거나 후속할 수 있다.Many inks include organic and inorganic compounds, including metal salts and complexes, sol-gel precursors, polymers, nucleic acids such as nucleic acids (eg DNA), peptides and proteins, nanoparticles and solutions or mixtures thereof Can be. Numerous treatments may precede or follow deposition, including substrate cleaning, surface preparation, hole drilling, micromachining with lasers or ion beams, photolithography and curing by application of heat or light.

본 발명의 실시에 유용한 문헌Literature useful in the practice of the present invention

캔틸레버, 팁, 잉크, 기판 표면 및 접촉 방법은 이 분야에 공지되어 있으며, 당업자는 후술하는 바람직한 실시 형태 및 실시예를 포함하는 많은 실시 형태에서의 본 발명의 실시에 있어서 아래의 기술 문헌을 참조할 수 있다. 또한, 참조 문헌 리스트가 후에 명세서에 제공되며, 본 명세서 내의 모든 참조 문헌은 그 전체가 참고로 반영되며, 일반적으로 본 발명을 실시하는 데 의존될 수 있다.Cantilevers, tips, inks, substrate surfaces and contacting methods are known in the art and those skilled in the art can refer to the following technical literature for the practice of the invention in many embodiments, including the preferred embodiments and examples described below. Can be. In addition, a list of references is provided later in this specification, and all references within this specification are incorporated by reference in their entirety and may generally be relied upon to practice the present invention.

캔틸레버 마이크로 침착은 나노잉크, 인크.(NanoInk, Inc.)(일리노이주, 시카고)에 의해 상업적으로 개발된 기술인 딥 펜 나노리소그래피(Dip Pen NanolithographyTM; DPNTM) 프린팅과 관련이 있지만 이와 다른데, 이 기술에서는 일반적으로 (1) 나노미터 스케일의 정점을 가진 예리한 팁이 잉크로 코팅되며, (2) 잉크는 접촉 접합부에서 자연적으로 응축되는 메니스커스를 통해 팁에서 기판 위로 흐른다. 본 발명은 DPN 프린팅과 달리 예리한 팁을 필요로 하지 않으며, 오히려 바람직하게 편평한 주걱 모양의 마이크로미터 크기의 캔틸레버 또는 캔틸레버들을 잉크 인가 수단으로 이용한다. 캔틸레버 마이크로 침착은 하이 서브마이크로미터 내지 10 미크론 범위의 임계 치수를 가진 패턴의 제조에 최상으로 이용되는 반면, DPN 프린팅은 매우 높은 해상도(예를 들어, 나노스케일)의 패터닝에 최상으로 이용된다.Cantilever microdeposition is associated with, but is different from, Dip Pen Nanolithography (DPN ) printing, a technology commercially developed by NanoInk, Inc. (Chicago, Illinois). In technology, (1) a sharp tip with nanometer scale vertices is usually coated with ink, and (2) the ink flows from the tip to the substrate through a meniscus that naturally condenses at the contact junction. The present invention does not require a sharp tip, unlike DPN printing, but rather preferably uses a flat spatula-shaped cantilever or cantilevers as ink application means. Cantilever microdeposition is best used for the manufacture of patterns with critical dimensions ranging from high submicrometers to 10 microns, while DPN printing is best used for patterning at very high resolutions (eg nanoscale).

캔틸레버 마이크로 침착은 그 해상도가 낮지만, 그 처리량(초당 제곱 미크론)은 DPN 프린팅보다 높은데, 이는 특히, (표면에 대한 캔틸레버 또는 마이크로브러시의) 보다 높은 속도가 이용될 수 있기 때문이다. 일반적으로, 본 발명에 이용되는 캔틸레버는 기판 표면에 직접 접촉하지 않는다. 오히려, 표면과 마이크로브러시 또는 캔틸레버 단부 사이에 잉크 층이 트랩된다. 이론에 얽매이지 않고, 캔틸레버와 표면 사이의 공간에서의 유체 역학 및 모세관 응력의 상호 작용이 잉크 침착을 제어하는 것으로 믿어진다. 예를 들어, 패턴 높이 및 전체 품질(연속성)은 캔틸레버에 인가되는 압력에 민감한 반면, DPN에서 이것은 일반적으로 그렇지 않다. 라인 폭은 캔틸레버 폭과 크게 상관되며(예를 들어, 도37 및 도38 참조), 대개는 패터닝 속도와 무관하지만, 이와 달리 DPN 프린팅에서 이것은 포인트 소스(팁-샘플 접점)로부터의 잉크의 확산 속도 및 패터닝 속도에 의해 제어된다.Cantilever microdeposition is low in resolution, but its throughput (square microns per second) is higher than DPN printing, especially since higher speeds (of cantilevers or microbrushes on the surface) can be used. In general, the cantilever used in the present invention does not directly contact the substrate surface. Rather, an ink layer is trapped between the surface and the microbrush or cantilever end. Without being bound by theory, it is believed that the interaction of fluid dynamics and capillary stress in the space between the cantilever and the surface controls ink deposition. For example, pattern height and overall quality (continuity) are sensitive to the pressure applied to the cantilever, while in DPN this is generally not the case. The line width is highly correlated with the cantilever width (see, for example, FIGS. 37 and 38), and is usually independent of the patterning speed, but in contrast with DPN printing this is the diffusion rate of ink from the point source (tip-sample contact). And the patterning speed.

그러나, 잉크, 잉크 전달 기술, 캔틸레버/브러시 제조 프로세스, 캔틸레버 위치 제어 기술 및 컴퓨터 제어 설계 및 제조 알고리즘을 포함하지만 이에 한하지 않는 딥 펜 나노리소그래피와 연관된 많은 기술 개발이 캔틸레버 마이크로 침착과 크게 관련된다.However, many technical developments related to deep pen nanolithography, including but not limited to inks, ink delivery techniques, cantilever / brush manufacturing processes, cantilever position control techniques, and computer controlled design and manufacturing algorithms, are largely associated with cantilever microdeposition.

침착 기구(예를 들어, NSCRIPTOR 플랫폼), 컴퓨터 소프트웨어, 환경 챔버, 펜, 기판, 키트, 잉크, 잉크병, 교정 소프트웨어, 정렬 소프트웨어, 액세서리 등을 포함하는 DPN 프린팅과 관련된 다양한 제품이 나노잉크로부터 입수될 수 있다. 단일 DPN 프린팅 프로브, 패시브 멀티 프로브 어레이, A 프레임 캔틸레버, 다이빙 보드 형상 캔틸레버는 물론 AC 모드 캔틸레버가 나노잉크로부터 입수될 수 있다. 또한, 예리한 팁 및 예리하지 않은 팁이 입수될 수 있다. 딥 펜 나노리소그래피TM 및 DPNTM은 나노잉크, 인크.(일리노이주, 시카고)의 상표이며, 본 명세서에서 적절히 사용된다.Various products related to DPN printing, including deposition tools (e.g., NSCRIPTOR platform), computer software, environmental chambers, pens, substrates, kits, inks, ink bottles, calibration software, alignment software, accessories, etc., are available from NanoInk Can be. Single DPN printing probes, passive multi-probe arrays, A frame cantilevers, diving board shaped cantilevers, as well as AC mode cantilevers can be obtained from the nanoink. In addition, sharp and unsharp tips can be obtained. Dip Pen Nanolithography and DPN are trademarks of NanoInk, Inc. (Chicago, Ill.) And are used appropriately herein.

DPN 프린팅 및 침착 방법은, 특히 침착을 행하기 위한 실험 파라미터와 관련하여 본 명세서에 참조로서 그 전체가 반영되고 본 발명에 대한 개시를 지원하는 아래의 특허 출원 및 특허 공개 공보에 광범위하게 설명되어 있다:DPN printing and deposition methods are described broadly in the following patent applications and patent publications, which are hereby incorporated by reference in their entirety and in support of the present disclosure, in particular with respect to experimental parameters for carrying out deposition. :

1. 1999년 1월 7일자 출원된 미국 가출원 제60/115,133호 ("딥 펜 나노리소그래피").1. US Provisional Application No. 60 / 115,133, filed January 7, 1999 ("Deep Pen Nanolithography").

2. 1999년 10월 4일자 출원된 미국 가출원 제60/157,633호 ("스캐닝 프로브 마이크로스코프 팁을 이용하는 방법 및 이를 위한 또는 이에 의해 제조된 제품").2. US Provisional Application No. 60 / 157,633, filed Oct. 4, 1999 ("Method and Product Made therein Using Scanning Probe Microscope Tips").

3. 2000년 1월 5일자 출원된 미국 정식 특허 출원 제09/477,997호 ("스캐닝 프로브 마이크로스코프 팁을 이용하는 방법 및 이를 위한 또는 이에 의해 제조된 제품"), 현재는 2003년 10월 21일자로 머킨(Mirkin) 등에게 허여된 미국 특허 제6,635,311호. 3. U.S. Patent Application Serial No. 09 / 477,997, filed Jan. 5, 2000 ("Method and Product Made for or Using Scanning Probe Microscope Tips"), now dated October 21, 2003 US Patent No. 6,635,311 to Mirkin et al.

4. 2000년 3월 26일자로 출원된 미국 가출원 제60/207,713호 ("스캐닝 프로브 마이크로스코프 팁을 이용하는 방법 및 이를 위한 또는 이에 의해 제조된 제품"). 이 출원은 예를 들어 그 전체가 참조로서 모두 반영된 습식 화학 에칭, 실시예, 참조 및 도면을 기술하고 있다.4. U.S. Provisional Application No. 60 / 207,713, filed March 26, 2000 ("Method and Product Made therein Using Scanning Probe Microscope Tips"). This application describes, for example, wet chemical etching, examples, references and drawings, all of which are incorporated by reference in their entirety.

5. 2000년 5월 26일자로 출원된 미국 가출원 제60/207,711호 ("스캐닝 프로브 마이크로스코프 팁을 이용하는 방법 및 이를 위한 또는 이에 의해 제조된 제품").5. US Provisional Application No. 60 / 207,711, filed May 26, 2000 ("Method and Product Made therein Using Scanning Probe Microscope Tips").

6. 2001년 5월 24일자로 출원된 미국 정식 출원 제09/866,533호 ("스캐닝 프로브 마이크로스코프 팁을 이용하는 방법 및 이를 위한 또는 이에 의해 제조된 제품"). 이 출원은 예를 들어 그 전체가 참조로서 모두 반영된 습식 화학 에칭, 실시예(예를 들어, 도5), 참조 및 도면을 기술하고 있다.6. U.S. Application No. 09 / 866,533, filed May 24, 2001 ("Method and Product Made therein Using Scanning Probe Microscope Tips"). This application describes, for example, a wet chemical etch, embodiment (eg, FIG. 5), references and drawings, all of which are incorporated by reference in their entirety.

7. 2002년 5월 30일자로 공개된 미국 특허 공개 제2002/0063212호 ("스캐닝 프로브 마이크로스코프 팁을 이용하는 방법 및 이를 위한 또는 이에 의해 제조된 제품").7. US Patent Publication No. 2002/0063212, published May 30, 2002 ("Method and Product Made therein Using Scanning Probe Microscope Tips").

8. 2002년 9월 5일자로 공개된 미국 특허 공개 제2002/0122873호 ("나노리소그래피 방법 및 이를 위한 또는 이에 의해 제조된 제품").8. United States Patent Publication No. 2002/0122873, published Sep. 5, 2002 ("Nanolithography Method and Products for or Produced thereby").

9. 2000년 1월 7일자 출원된 PCT 출원 PCT/US00/00319호에 근거한 2000년 7월 13일자로 공개된 PCT 공개 WO 00/41213호 ("스캐닝 프로브 마이크로스코프 팁을 이용하는 방법 및 이를 위한 또는 이에 의해 제조된 제품").9. PCT Publication No. WO 00/41213, published July 13, 2000, based on PCT Application PCT / US00 / 00319, filed January 7, 2000 (" method for using a scanning probe microscope tip and for or Products produced thereby ").

10. 2001년 5월 25일자 출원된 PCT 출원 PCT/US01/17067호에 근거한 2001년 12월 6일자로 공개된 PCT 공개 WO 01/91855호 ("스캐닝 프로브 마이크로스코프 팁을 이용하는 방법 및 이를 위한 또는 이에 의해 제조된 제품").10. PCT Publication No. WO 01/91855, published December 6, 2001, based on PCT application PCT / US01 / 17067, filed May 25, 2001 ("Methods and methods for using the scanning probe microscope tip or Products produced thereby ").

11. 머킨 등의 2001년 10월 2일자로 출원된 미국 가출원 제60/326,767호 ("딥 펜 나노리소그래피에 의해 생성된 나노급 특징부를 갖는 단백질 어레이"), 현재 2003년4월 10일자로 공개된 제2003/0068446호.11. US Provisional Application No. 60 / 326,767, filed October 2, 2001 to Merkin et al. (“Protein Array with Nanoscale Features Created by Deep Pen Nanolithography”), now published April 10, 2003. 2003/0068446.

12. 머킨 등의 2001년 11월 30일자로 출원된 미국 가출원 제60/337,598호 (딥 펜 나노리소그래피에 의한 핵산의 패터닝" 및 2002년 12월 2일자 출원된 미국 출원 제10/307,515호.12. US Provisional Application No. 60 / 337,598 (patterning of nucleic acids by deep pen nanolithography), filed November 30, 2001 to Merkin et al., And US Application No. 10 / 307,515, filed December 2, 2002.

13. 머킨 등의 2001년 12월 7일자 출원된 미국 가출원 제60/341,614호 (딥 펜 나노리소그래피에 의한 고체 상태 특징부의 패터닝"), 현재 2003년 8월 28일자로 공개된 제2003/0162004호. 이 출원은 금속, 금속 산화물 및 무기 고체 구조의 설명을 포함한다.13. US Provisional Application No. 60 / 341,614, filed December 7, 2001 to Merkin et al. (Patterning of solid state features by deep pen nanolithography), currently published on August 28, 2003, 2003/0162004. This application includes descriptions of metals, metal oxides and inorganic solid structures.

14. 에비(Eby) 등의 2002년 3월 27일자로 출원된 미국 가출원 제60/367,514호 ("기판 상에서 패턴을 정렬시키는 방법 및 장치") 및 2003년 10월 2일자로 공개된 공보 제2003/0185967호.14. US Provisional Application No. 60 / 367,514, filed March 27, 2002 (Eby et al., "Method and Apparatus for Aligning Patterns on a Substrate") and Publication 2003, published October 2, 2003. / 0185967.

15. 크러천-듀페이랏(Cruchon-Dupeyrat) 등의 2002년 5월 14일자로 출원된 미국 가출원 제60/379,755호 및 2003년 2월 28일자로 출원된 미국 정식 출원 제10/375,060호.15. US Provisional Application No. 60 / 379,755, filed May 14, 2002 to Cruchon-Dupeyrat et al. And US formal application No. 10 / 375,060, filed February 28, 2003.

16. 또한, 크로커(Crocker) 등이 2003년 8월 26일자로 출원한 미국 정식 출원 10/647,430(현재 제2004/0127025호로 공개)("패터닝 공구로서 나노리소그래피를 사용하여 전도성 패턴을 제조하는 공정")은 본 발명에 따라 패터닝될 수 있는 다양한 금속 잉크를 기술하며, 그 전체가 참고로 반영되어 있다(당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 텍스트의 많은 부분이 아래에 제공된다). 또한, 2004년 2월 12일자로 제2004/026681호("Protosubstrates")로 공개된 크러천-듀페이랏 등의 미국 정식 출원은 매크로 스케일로 시험될 수 있는 마이크로 및 나노 구조를 프린팅하기 위한 다양한 실시 형태를 기술하며, 그 전체가 참고로 반영하고 있다. 또한, 2004년 1월 15일자로 공개된 머킨 등의 미국 정식 출원의 공개 공보제2004/0008330호("정전기적 구동 나노리소그래피")은 도전성 폴리머의 패터닝을 기술하며, 그 전체가 참고로 반영되어 있다. 또한, 2003년 5월 21일자로 출원된 머킨 등의 미국 정식 출원 제10/442,189호("펩티드 및 단백질 나노어레이와 펩티드 및 단백질의 직접 기입 나노리소그래피 프린팅")는 그 전체가 참고로 반영되어 있으며, 본 발명에 따라 패터닝될 수 있는 다양한 펩티드 및 단백질을 기술하고 있다. 또한, 2003년 10월 21일자로 반 크로커(Van Crocker) 등이 출원한 미국 특허 출원 제10/689,547호("나노미터 스케일 엔지니어링 구조...")는 그 전체가 참고로 반영되어 있다. 또한, 2003년 11월 12일자로 크러천-듀페이랏 등이 출원한 미국 특허 출원 제10/705,776호("... 잉크 전달을 위한 방법 및 장치")은 그 전체가 참고로 반영되어 있다.16. Also, U.S. Patent Application No. 10 / 647,430 filed August 26, 2003 (currently published as 2004/0127025) (" Process for producing conductive patterns using nanolithography as patterning tool. ") Describes various metal inks that can be patterned in accordance with the present invention, which is incorporated by reference in its entirety (many portions of text are provided below for those skilled in the art to practice the present invention). In addition, U.S. formal application, such as Krutch-Dupeirat, published Feb. 2004, 2004/026681 ("Protosubstrates"), described a variety of methods for printing micro and nanostructures that can be tested at macro scale. Embodiment is described and the whole is reflected by reference. In addition, US Patent Application Publication No. 2004/0008330 ("Electrostatically Driven Nanolithography") of Merkin et al., Published January 15, 2004, describes the patterning of conductive polymers, the entirety of which is incorporated by reference. have. In addition, US Patent Application No. 10 / 442,189 ("Peptide and Protein Nanoarrays and Direct Writing Nanolithography Printing of Peptides and Proteins", filed May 21, 2003) is incorporated by reference in its entirety. , Various peptides and proteins that can be patterned according to the invention are described. In addition, US Patent Application No. 10 / 689,547 ("Nanometer Scale Engineering Structure ...", filed by Van Crocker et al. On October 21, 2003, is incorporated by reference in its entirety. In addition, US Patent Application No. 10 / 705,776 ("Method and Apparatus for Ink Delivery") filed on November 12, 2003 by Kruchten-Dupeirat et al. Is incorporated by reference in its entirety. .

일반적으로, 하드웨어, 소프트웨어 및 기구를 포함하는 최신 DPNTM 프린팅 및 침착 관련 제품도 나노잉크, 인크.(일리노이주, 시카고)로부터 입수할 수 있으며, 이들은 본 발명을 수행하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, NSCRIPTORTM 기구는 패터닝에 이용될 수 있다. DPN 프린팅은 예를 들어, 문헌[Ginger, Zhang and Mirkin, Angew. Chem. Int. Ed., 2004, 43(1), 30-45]에도 기술되어 있다.In general, the latest DPN printing and deposition related products, including hardware, software and instruments, are also available from NanoInk, Inc., Chicago, Ill., Which can be used to carry out the present invention. For example, the NSCRIPTOR instrument can be used for patterning. DPN printing is described, for example, in Ginger, Zhang and Mirkin, Angew. Chem. Int. Ed., 2004, 43 (1), 30-45.

DPN 프린팅 프로세스의 병행 방법들은 예를 들어 2003년 11월 4일자로 허여된 미국 특허 제6,642,129호에 설명된 바와 같이 수행될 수 있다.Parallel methods of the DPN printing process can be performed, for example, as described in US Pat. No. 6,642,129, issued Nov. 4, 2003.

또한, 아래의 논문들은 직접 기입 나노리소그래피와 함께 이용되는 습식 화학 에칭 절차를 기술하고 있으며, 도면, 참조 및 실시예를 포함하여 그 전체가 참고로서 반영되어 있다: 문헌[Zhang et al., "Dip-Pen Nanolithography-Based Methodology for Preparing Arrays of Nanostructures Functionalized withOligonucleotides"]; 문헌[Adv. Mat., 2002,14, No. 20, October 16, pages 1472-1474]; 문헌[Zhang et al., "Biofunctionalized Nanoarrays of Inorganic Structures Prepared by Dip-PenNanolithography"]; 문헌[Nanotechnology, 2003, 14,1113-1117]; 문헌[Zhang et al., "Fabrication of Sub-50 nm Solid-State Nanostrcutures on the Basis of Dip-Pen Nanolithography"]; 문헌[Nano Lett., 2003,3, 43-45]. 또한, 미국 특허 출원 "나노리소그래피 및 습식 화학 에칭에 기초한 서브-50nm 고체 상태 나노구조물을 포함한 고체 상태 나노구조물의 제조"(머킨 등에 의해 2003년 12월 3일자로 출원된 제10/725,939호)도 본 발명에서 이용될 수 있는 에칭 및 단층 레지스트를 기술하고 있으며, 그 전체가 참고로 반영되어 있다.In addition, the following articles describe wet chemical etching procedures used with direct write nanolithography, which are incorporated by reference in their entirety, including the drawings, references, and examples: Zhang et al., "Dip -Pen Nanolithography-Based Methodology for Preparing Arrays of Nanostructures Functionalized with Oligonucleotides "]; Adv. Mat., 2002, 14, No. 20, October 16, pages 1472-1474; Zhang et al., "Biofunctionalized Nanoarrays of Inorganic Structures Prepared by Dip-PenNanolithography"; Nanotechnology, 2003, 14, 1113-1117; Zhang et al., "Fabrication of Sub-50 nm Solid-State Nanostrcutures on the Basis of Dip-Pen Nanolithography"; Nano Lett., 2003, 3, 43-45. In addition, US patent application "Preparation of solid state nanostructures including sub-50nm solid state nanostructures based on nanolithography and wet chemical etching" (10 / 725,939, filed December 3, 2003 by Merkin et al.) Etching and monolayer resists that can be used in the present invention are described, the entirety of which is incorporated by reference.

교재[Fundamentals of Microfabrication, The Science of Minitaturization, 2nd Ed., Marc J. Madou]는 첨가 및 삭감 방법을 포함하는 마이크로 및 나노 기술, 예를 들어 리소그래피(제1장), 드라이 에칭 방법을 이용한 패턴 전사(제2장), 첨가 방법을 이용한 패턴 전사(제3장) 및 습식 벌크 마이크로머시닝(제4장)을 기술하고 있다. 또한, 교재[Direct-Write Technologies for Rapid Prototyping Applications: Sensors, Electronics, and Integrated Power Sources (Eds. A. Pique and D.B. Chrisey)]는 첨가 및 삭감 방법을 포함하는 마이크로 및 나노 기술을 기술하고 있다. 예를 들어, 벌크 마이크로머시닝 및 에칭은 617-619 페이지에 기술되어 있다. 서브 100 나노미터 길이 스케일 상의 DPN 프린팅은 제10장에 기술되어 있다.The textbook Fundamentals of Microfabrication, The Science of Minitaturization, 2nd Ed., Marc J. Madou discusses micro and nanotechnology, including addition and reduction methods, such as lithography (chapter 1) and pattern transfer using dry etching methods. (Chapter 2), Pattern Transfer Using the Addition Method (Chapter 3) and Wet Bulk Micromachining (Chapter 4) are described. In addition, the textbook Direct-Write Technologies for Rapid Prototyping Applications: Sensors, Electronics, and Integrated Power Sources (Eds. A. Pique and D. B. Chrisey) describes micro and nanotechnology, including methods of addition and reduction. For example, bulk micromachining and etching are described on pages 617-619. DPN printing on a sub 100 nanometer long scale is described in Chapter 10.

추가 실시 형태Additional embodiment

실시 형태 2: 도전성 금속 및 다른 패턴을 형성하기 위한 마이크로 Embodiment 2: Micro for Forming Conductive Metal and Other Patterns 침착composure 및 경화 And curing

예를 들어, 바람직한 실시 형태에서, 본 발명은 (1) 캔틸레버 단부를 구비하 는 캔틸레버를 제공하는 단계 - 이 캔틸레버는 단부에 팁을 포함하거나 무팁 캔틸레버일 수 있음 - ; (2) 캔틸레버 단부에 배치되는 잉크를 제공하는 단계; (3) 기판 표면을 제공하는 단계; 및 (4) 잉크가 캔틸레버에서 기판 표면으로 전달되도록 캔틸레버와 기판 표면을 접촉시키는 단계를 포함하는 도전성 금속 기입 방법을 제공한다. 바람직하게는, 예를 들어 중간 출력의 레이저 또는 적외선 총을 이용한 국부적인 열 경화 단계가 침착에 이어진다.For example, in a preferred embodiment, the present invention provides a method comprising the steps of: (1) providing a cantilever having a cantilever end, the cantilever may comprise a tip at the end or may be a tipless cantilever; (2) providing ink disposed at the cantilever end; (3) providing a substrate surface; And (4) contacting the cantilever and the substrate surface such that ink is transferred from the cantilever to the substrate surface. Preferably, a local thermal curing step is followed by deposition, for example using a medium power laser or infrared gun.

다른 바람직한 실시 형태에서, 후술하는 재료를 침착하기 위해 스탬프 팁들이 사용된다. 스탬프 팁들은 예를 들어 2004년 2월 13일자로 발명의 명칭이"스탬프 팁에 의한 직접-기입 나노리소그래피: 제조 및 응용"이라는 제목으로 출원된 에이치. 장(H. Zhang) 등의 미국 특허 가출원 제60/544,260호 및 2005년 2월 14일자로 출원된 미국 정식 출원 제11/056,391호에 기술되어 있으며, 이들은 그 전체가 본 명세서에 참고로 반영되어 있다.In another preferred embodiment, stamp tips are used to deposit the material described below. Stamp tips are filed, for example, on February 13, 2004, filed under the title “Direct-Write Nanolithography with Stamp Tips: Fabrication and Application”. U.S. Provisional Application No. 60 / 544,260 to H. Zhang et al. And U.S. Patent Application No. 11 / 056,391, filed February 14, 2005, which are hereby incorporated by reference in their entirety. have.

캔틸레버는 이 분야에 공지되어 있으며, 예를 들어 마이크로마쉬 유에스에이(MikroMasch USA)(오리건주, 포틀랜드)로부터 입수할 수 있다. 캔틸레버는 원하는 대로 코팅되고 기능화될 수 있다. 무팁 캔틸레버도 예를 들어 그린(Green) 등의 미국 특허 제5,958,701호, 아가월(Agarwal) 등의 미국 특허 제6,524,435호, 및 헨더슨(Henderson) 등의 미국 특허 제6,573,369호에 기술된 바와 같이 이 분야에 공지되어 있다.Cantilevers are known in the art and can be obtained, for example, from MicromarshMasch USA (Portland, Oregon). Cantilevers can be coated and functionalized as desired. Tipless cantilevers are also described in this field as described, for example, in US Pat. No. 5,958,701 to Green et al., US Pat. No. 6,524,435 to Agarwal et al. And US Pat. No. 6,573,369 to Henderson et al. Known in

본 발명의 중요한 특징은 캔틸레버의 기하학적 형상 및 형상이 잉크로부터 기판 표면 상에 형성되는 특징부들의 적어도 하나의 치수를 제어하는 데 이용될 수 있다는 점이다. An important feature of the present invention is that the geometry and shape of the cantilever can be used to control at least one dimension of the features formed from the ink on the substrate surface.

본 발명의 주요 실시 형태가 종종 금속 염을 이용하는 금속 전구체 잉크 및 금속 나노 미립자 잉크 양자를 포함하는 금속계 잉크이지만, 잉크는 특별히 제한되지 않는다. 유용한 실시 형태들은 전술하였고 후술할 16 특허 출원(도전성 패턴)에 더 설명되어 있다.Although the main embodiments of the present invention are often metal-based inks including both metal precursor inks and metal nanoparticle inks using metal salts, the ink is not particularly limited. Useful embodiments are described above and further in the 16 patent application (conductive pattern) described below.

일반적으로, 3가지 주요 잉크 성분은 (1) 예를 들어 하나 이상의 금속 또는 금속 염과 같은 침착될 주 재료, (2) 하나 이상의 용매, 및 (3) 원할 경우에 하나 이상의 첨가제를 포함한다. 캔틸레버, 존재할 경우에 팁, 및 기판과 함께 기능하도록 잉크의 성분을 조절할 수 있다.In general, the three main ink components comprise (1) the main material to be deposited, for example one or more metals or metal salts, (2) one or more solvents, and (3) one or more additives, if desired. The components of the ink can be adjusted to function with the cantilever, the tip, if present, and the substrate.

잉크는 원할 경우에 기판 표면으로 전달되기 전에 캔틸레버 또는 캔틸레버 팁 상에서 완전히 또는 부분적으로 건조될 수 있다. 잉크는 전달 후에 기판 표면 상에서 완전히 또는 부분적으로 건조될 수 있다.The ink can be completely or partially dried on the cantilever or cantilever tip, if desired, before being delivered to the substrate surface. The ink may be completely or partially dried on the substrate surface after delivery.

본 발명의 주요 실시 형태가 금속계 잉크이지만, 잉크의 나노 입자들은 특별히 제한되지 않는다. 무기 화합물이 나노 입자에 사용될 수 있다. 나노 입자들은 실질적으로 동질이거나 이질일 수 있다. 나노 입자들은 원할 경우에 코어-쉘 구조를 가질 수 있다. 나노 입자들은 원할 경우에 유기 표면 코팅 또는 쉘을 가질 수 있다. 나노 입자들은 사실상 자성을 가질 수 있다. 나노 입자들은 사실상 도핑되거나 도핑되지 않은 반도체일 수 있다. 나노 입자들은 전기적으로 절연성이거나 절연 쉘을 가질 수 있다. 나노 입자들은 친수성 또는 소수성일 수 있다. 나노 입자들은 또한 도전체, 강자성 재료를 포함하는 자기 재료, 반도체 및 광학 재료를 포함하는 기술적으로 유용한 다른 재료에 대한 전구체일 수 있다. 나노 입자들은 양자 제한 효과를 나타내고, 예를 들어 다양한 컬러의 전기 냉광 및 광 냉광과 같은 유용한 특성을 나타낼 수 있다. 나노 입자들은 표면에 화학 흡착되거나 공유 결합되도록 기능화될 수 있다.Although the main embodiment of the present invention is a metal-based ink, the nanoparticles of the ink are not particularly limited. Inorganic compounds may be used for the nanoparticles. Nanoparticles can be substantially homogeneous or heterogeneous. Nanoparticles can have a core-shell structure if desired. Nanoparticles can have an organic surface coating or shell if desired. Nanoparticles can be magnetic in nature. Nanoparticles can be virtually doped or undoped semiconductors. Nanoparticles can be electrically insulating or have an insulating shell. Nanoparticles can be hydrophilic or hydrophobic. Nanoparticles can also be precursors to conductors, magnetic materials including ferromagnetic materials, semiconductors and other technically useful materials including optical materials. Nanoparticles exhibit a quantum limiting effect and can exhibit useful properties such as, for example, electric luminescence and light luminescence of various colors. Nanoparticles can be functionalized to chemisorb or covalently bond to a surface.

용매 시스템은 특별히 제한되지 않는다. 높은 끓는점을 가진 용매 잉크가 일반적으로 선호된다. 예를 들어, 약 100℃, 특히 약 500℃ 초과의 끓는점을 가진 용매가 사용될 수 있다. 예를 들어 방향족 탄화수소는 높은 끓는점을 가진 용매의 일종이다.The solvent system is not particularly limited. Solvent inks with high boiling points are generally preferred. For example, a solvent having a boiling point above about 100 ° C., particularly above 500 ° C., may be used. Aromatic hydrocarbons, for example, are a type of solvent with high boiling points.

잉크는 기판 표면으로의 전달시 예를 들어 한 달 후 바람직하게 시간에 따라 안정되는 특징부를 형성하도록 원하는 대로 건조를 시작할 수 있다. 바람직하게, 특징부는 경화되어 활성 용매 및 에칭 시스템을 포함하는 용매를 이용한 헹굼에 대해 안정적으로 될 수 있다. 특징부는 어닐링, 광, 레이저, 전류 및 다른 자극에 노출될 수 있다.The ink may begin drying as desired to form features that are preferably stabilized over time, for example after one month upon delivery to the substrate surface. Preferably, the features can be cured to be stable to rinsing with a solvent including the active solvent and the etching system. Features can be exposed to annealing, light, lasers, currents and other stimuli.

종종, 예를 들어 높은 전기 전도도를 제공하는 연속적인 다수의 구조를 형성하는 것이 바람직하다. 종종, 특징부와 표면 또는 예를 들어 전극들과 같은 표면 상의 다른 특징부 사이의 고품질 접촉을 형성하는 것이 바람직하다.Often, for example, it is desirable to form a plurality of continuous structures that provide high electrical conductivity. Often, it is desirable to form a high quality contact between a feature and another feature on the surface or surface, for example electrodes.

특징부는 나노 구조 또는 마이크로 구조일 수 있다. 적층이 높이를 구축하도록 수행될 수 있으므로 특징부의 높이는 특별히 제한되지 않는다. 본 명세서에 기술되는 방법들은 나노스케일 및 마이크로 스케일의 치수를 준비하는 데 이용될 수 있으므로 길이 및 폭과 같은 측면 치수는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 도트 직경 또는 라인 폭은 예를 들어 약 5 nm 내지 1 미크론일 수 있다. 대안으로, 도트 직경 또는 라인 폭은 예를 들어 약 1 미크론 내지 100 미크론, 또는 약 5 미크론 내지 약 25 미크론일 수 있다.The features can be nanostructured or microstructured. The height of the features is not particularly limited since the lamination can be performed to build the height. The methods described herein can be used to prepare nanoscale and microscale dimensions so that side dimensions such as length and width are not particularly limited. For example, the dot diameter or line width can be, for example, about 5 nm to 1 micron. Alternatively, the dot diameter or line width can be, for example, about 1 micron to 100 microns, or about 5 microns to about 25 microns.

본 발명을 실시하는 데 이용하기 위한 명세서의 나머지 전반에 추가 참조가 기술된다. 이들 참조들 중 임의의 것이 종래 기술이라는 것은 허용되지 않는다. 본 발명은 아래의 비제한적인 예에 의해 더 설명된다.Additional references are described throughout the remainder of the specification for use in practicing the present invention. It is not allowed that any of these references are prior art. The invention is further illustrated by the following non-limiting examples.

실시예Example

다음의 예에서, 유리와 같은 기판에 강하게 부착되는 낮은 비저항의 트레이스를 형성하기 위하여 이 새로운 방법에 의해 금 및 백금 트레이스가 기입되었다. 실시예는 (1) 실험 부분, 및 (2) 결과 및 설명으로 세분된다.In the following example, gold and platinum traces were written by this new method to form low resistivity traces that strongly adhered to a substrate such as glass. The examples are subdivided into (1) experimental parts, and (2) results and explanations.

실험Experiment

재료material

모든 금속 염은 알드리치(Aldrich)(위스콘신주, 밀워키)로부터 입수 가능한 최고의 순도로 구매되었다. 팁을 갖거나 갖지 않은 상이한 빔 폭의 실리콘 질화물 캔틸레버가 표준 마이크로 제조 방법을 통해 준비되었다. 캔틸레버 폭의 영향을 더 시험하기 위하여, 몇몇 캔틸레버는 집속 이온 빔(FIB) 기술을 이용하여 좁게 가공되었다.All metal salts were purchased with the highest purity available from Aldrich (Milwaukee, WI). Silicon nitride cantilevers of different beam widths with or without tips were prepared through standard micro fabrication methods. To further test the effect of cantilever width, some cantilevers were narrowly machined using focused ion beam (FIB) technology.

나노 입자 준비Nanoparticle Preparation

나노 입자는 문헌[M. J. Hostetler, et al., Langmuir 14, 17(1998)]에서 머레이(Murray) 및 그 동료들에 의해 기술되는 방법을 이용하여 준비되었다.Nanoparticles are described in M. J. Hostetler, et al., Langmuir 14, 17 (1998)], using the method described by Murray and his colleagues.

패터닝Patterning

미크론 크기의 패턴이 열 현미경 CP 연구 기구 또는 NSCRIPTOR(일리노이주, 시카고 소재의 나노잉크) 기구의 병진 이동 스테이지를 이용하여 형성되었다. z 스텝퍼 모터를 이용하여 캔틸레버를 잉크가 채워진 마이크로 제조 잉크병과 접촉시킴으로써 캔틸레버가 상이한 금속 전구체 잉크로 코팅되었다. 이어서, z 모터 및 x-y 병진 이동 스테이지가 코팅된 캔틸레버를 기판 상에 배치하고 캔틸레버를 표면과 접촉시키는 데 사용되었다. 캔틸레버는 캔틸레버의 단부만이 표면에 접촉하도록 근소한 각도(수도)로 접촉되었다. 광학 현미경에 의해 모니터된 플렉시블 캔틸레버의 근소한 벤딩이 접촉이 이루어졌음을 나타내었다. 미크론 스케일의 특징부를 패터닝하기 위하여, 기구의 힘 피드백 및 압전 스캐닝/포지셔닝 기능을 이용할 필요가 없었다는 점에 유의한다. 그러나, 나노스케일 패턴에 대해, 이들 미세 포지셔닝 기능은 서브미크론, 그리고 몇몇 경우에 서브 100 nm 스케일에서 특징부 크기 및 정렬의 제어를 제공하였다.Micron sized patterns were formed using a translational stage of thermal microscopy CP research instruments or NSCRIPTOR (Nano Ink, Chicago, Ill.) Instruments. The cantilever was coated with different metal precursor inks by using a z stepper motor to contact the cantilever with ink-filled microfabricated ink bottles. The z motor and x-y translational movement stage were then used to place the coated cantilever on the substrate and to contact the cantilever with the surface. The cantilever was contacted at a slight angle (capital) such that only the end of the cantilever contacted the surface. A slight bending of the flexible cantilever monitored by the optical microscope indicated that contact was made. Note that in order to pattern the features of the micron scale, it was not necessary to use the force feedback and piezoelectric scanning / positioning functions of the instrument. However, for nanoscale patterns, these fine positioning functions provided control of feature size and alignment at submicron and in some cases sub 100 nm scales.

결과 및 논의Results and discussion

잉크 ink 침착composure

수백 미크론 및 서브 미크론 정도의 치수를 가진 라인 및 도트 패턴을 가능하게 하는, 표면 상에 잉크를 직접 기입하기 위한 새로운 방법이 개발되었다. 잉크 전달 방법은 다음의 일반적인 단계를 포함하였다:New methods have been developed for writing ink directly on surfaces that enable line and dot patterns with dimensions on the order of hundreds of microns and sub-microns. The ink delivery method included the following general steps:

잉크 로딩. 플렉시블 캔틸레버에 잉크가 로딩되었다. 응용에 따라, 캔틸레버는 단부에 예리한 팁을 갖거나 무팁일 수 있으며, 수 미크론 내지 수백 미크론의 다양한 단부 형상 및 폭을 가질 수 있다. 잉크 로딩은 캔틸레버를 잉크 방울 또는 저장조에 접촉시킨 후 이를 제거함으로써 수동적으로 수행될 수 있다. 잉크는 캔틸레버의 하측을 적시며, 응집력을 통해 부착된다. 잉크의 수동적 로딩 및 전달은 실시예에서 증명되었다. 액체 잉크는 능동적으로 끌어 올리고 일렉트로웨팅 및 유전 영동을 통해 침착을 제어하기 위해 씨. 버가드(C. Bergaud) 및 동료에 의해 기술된 방법들도 이용될 수 있다.Ink loading. Ink was loaded into the flexible cantilever. Depending on the application, the cantilever may have a sharp tip at the end or may be tipless, and may have various end shapes and widths of several microns to several hundred microns. Ink loading can be performed manually by contacting the cantilever with ink droplets or reservoirs and then removing them. The ink wets the lower side of the cantilever and adheres through cohesive force. Passive loading and delivery of ink has been demonstrated in the examples. Liquid inks are actively attracted and seeded to control deposition through electrowetting and dielectrophoresis. Methods described by C. Bergaud and colleagues may also be used.

접근법. 캔틸레버는 패터닝을 위한 표면과 접촉될 수 있다. 대부분의 경우, 레이저 힘 피드백 메커니즘도 스캐닝/포지셔닝 메커니즘도 필요하지 않다. 기계적 "Z" 스텝퍼 모터를 이용하여 캔틸레버를 표면과 접촉시킬 수 있으며, 캔틸레버가 표면과 접촉할 때 광학 현미경을 이용하여 캔틸레버의 결함을 검출할 수 있다.approach. The cantilever can be in contact with the surface for patterning. In most cases, neither a laser force feedback mechanism nor a scanning / positioning mechanism is required. A mechanical "Z" stepper motor can be used to contact the cantilever with the surface, and an optical microscope can be used to detect defects of the cantilever when the cantilever is in contact with the surface.

특징부 제어. 표면을 따라 캔틸레버를 드로잉하여 라인 패턴을 형성할 수 있다. NSCRIPTOR 및 열 현미경 CP 연구 플랫폼에서, "X" 및 "Y" 스텝퍼 모터 또는 미세 수동 포지셔닝 스크류를 이용하여 원하는 패턴의 형태로 표면을 따라 레버를 병진 이동시킬 수 있다. 상업용 고해상도 압전 스테이지(위스콘신주, 메디슨 소재의 엔포인트(NPoint))는 어느 하나의 기구에서 개장될 수 있다. NSCRIPTOR 플랫폼과 함께 커스텀 패턴 디자인 소프트웨어를 이용하여 캔틸레버의 이동을 지시할 수 있다. 중요하게도, 캔틸레버가 캔틸레버의 장축 방향으로 표면을 따라 이동되는 경우, 라인의 폭은 도1에 도시된 바와 같이 캔틸레버의 단부의 폭과 직접 관련될 수 있다. 따라서, 캔틸레버의 기하학적 형상을 통해 라인의 형상, 예를 들어 라인 의 폭을 제어할 수 있다. 표준 마이크로 제조 기술을 이용하는 경우 약 1 미크론 내지 약 100 미크론 폭을 가진 캔틸레버를 제조할 수 있다. 따라서, 이 방법을 이용하여, 약 1 미크론 내지 약 100 미크론의 폭을 갖는 라인 패턴이 형성될 수 있다. 다양한 캔틸레버 구조를 이용하여 패터닝될 수 있는 라인 폭의 큰 범위가 도1 내지 도7에 도시되어 있다. 예를 들어, 도1은 60 및 45 미크론 폭 라인의 광학 이미지를 나타낸다. 도6은 5 및 4 미크론 폭 라인의 광학 및 AFM 높이 이미지를 나타내며, 도7은 3 및 2 미크론 폭 라인을 나타낸다. 가장 좁은 라인 폭에서도, 라인들은 4 μΩ?cm 정도의 낮은 비저항을 산출하도록 충분히 연속적이다.Feature Control. A cantilever can be drawn along the surface to form a line pattern. In NSCRIPTOR and thermal microscope CP research platforms, levers can be translated along the surface in the form of a desired pattern using "X" and "Y" stepper motors or fine manual positioning screws. Commercial high resolution piezoelectric stages (NPoint, Madison, WI) can be retrofitted in either instrument. Custom pattern design software can be used with the NSCRIPTOR platform to direct the movement of the cantilever. Importantly, when the cantilever is moved along the surface in the long axis direction of the cantilever, the width of the line can be directly related to the width of the end of the cantilever as shown in FIG. Therefore, the shape of the line, for example the width of the line, can be controlled through the cantilever geometry. Using standard microfabrication techniques, cantilevers having a width of about 1 micron to about 100 microns can be prepared. Thus, using this method, a line pattern having a width of about 1 micron to about 100 microns can be formed. A large range of line widths that can be patterned using various cantilever structures is shown in FIGS. For example, Figure 1 shows an optical image of 60 and 45 micron wide lines. 6 shows optical and AFM height images of 5 and 4 micron wide lines, and FIG. 7 shows 3 and 2 micron wide lines. Even at the narrowest line widths, the lines are sufficiently continuous to yield low resistivity as low as 4 μΩcm.

최상의 특징부 제어가 직선 빔 형상의 캔틸레버를 이용하여 달성되었으며, "V 형상" 또는 "A 형상" 캔틸레버는 제어된 폭의 라인을 형성하지 못했다. 또한, 다양한 캔틸레버 스프링 상수(즉, 0.004 N/m 내지 0.19 N/m의 경도) 및 길이(150 내지 300 미크론)를 이용하여 라인 형상에 대한 제어를 달성할 수 있다. 또한, 고정 폭의 캔틸레버의 최적 길이는 재료의 스프링 상수에 의존한다. 실제로, 0.032 N/m의 스프링 상수를 갖고 150 미크론의 길이를 갖는 15 미크론 폭의 캔틸레버를 이용하여 매우 양호한 라인 제어가 달성되었으나, 0.004 N/m의 스프링 상수를 갖고 300 미크론 길이를 갖는 15 미크론 폭의 캔틸레버를 이용해서는 적당한 라인 제어만이 달성되었다. 집속 이온 빔과 같은 진보된 리소그래피 방법을 이용하여 밀링에 의해 캔틸레버의 치수를 더 줄일 수 있다. 캔틸레버가 정지된 상태에서 표면이 이동할 때 프로세스는 동일하게 이루어진다는 점에 유의한다. 현재의 기구를 이용하여, 100 미크론 정도 폭의 라인을 제조할 수 있으며, 10 미크론/초의 기입 속도 로부터 보다 높은 도전성을 가진 트레이스가 얻어지지만, 20 미크론/초의 속도의 단일 캔틸레버 통과로 1 미크론 미만의 라인을 제조할 수 있다. Best feature control was achieved using straight beam shaped cantilevers, and the "V" or "A" cantilevers did not form a line of controlled width. In addition, various cantilever spring constants (ie, hardness from 0.004 N / m to 0.19 N / m) and lengths (150 to 300 microns) can be used to achieve control over the line shape. In addition, the optimum length of a fixed width cantilever depends on the spring constant of the material. In practice, very good line control was achieved using a 15 micron wide cantilever with a spring constant of 0.032 N / m and a length of 150 microns, but a 15 micron wide with a spring constant of 0.004 N / m and a 300 micron length By using the cantilever, only proper line control was achieved. Advanced lithographic methods such as focused ion beams can be used to further reduce the dimensions of the cantilever by milling. Note that the process is the same when the surface moves while the cantilever is stationary. Using current instruments, a line about 100 microns wide can be produced, and traces with higher conductivity are obtained from a writing speed of 10 microns / sec, but less than 1 micron in a single cantilever pass at a speed of 20 microns / sec. The line can be manufactured.

특징부 높이 제어. 여러 패터닝 변수를 제어함으로써 라인 트레이스의 높이를 변경할 수 있다. 일반적으로, 단일 통과에 의해 형성되는 라인 패턴의 두께는 경화후 1 nm 내지 수백 나노미터일 수 있다(다음 섹션 참조). 라인의 형상의 최적 제어를 보장하기 위하여, 캔틸레버는 표면에 평행한 것이 아니라 수 도보다 큰 각도로 표면과 접촉한다. 캔틸레버와 표면 사이의 거리, 캔틸레버의 힘 또는 벤딩, 및 팁 이동 속도를 제어함으로써 트레이스의 높이를 변경할 수 있다.Feature height control. By controlling several patterning variables, you can change the height of the line trace. In general, the thickness of the line pattern formed by a single pass may be between 1 nm and several hundred nanometers after curing (see next section). To ensure optimal control of the shape of the line, the cantilever contacts the surface at an angle greater than several degrees, not parallel to the surface. The height of the trace can be changed by controlling the distance between the cantilever and the surface, the force or bending of the cantilever, and the tip movement speed.

캔틸레버가 강한 힘으로 표면에 가압될 때, 패터닝된 트레이스의 높이는 감소한다. 금속 잉크에 대한 통과당 최적 높이를 달성하기 위하여, 접촉의 끊김 없이 가능한 만큼 많이 캔틸레버와 표면 간의 거리를 최대화할 수 있다. 따라서, 보다 큰 점도 및 높은 금속 농도를 가진 잉크의 이용은 이 방법을 이용한 보다 높은 패턴을 가능하게 한다. 예비 실험에서, 힘은 캔틸레버 편향을 모니터링하면서 캔틸레버와 표면 간의 분리를 변화시킴으로써 대략 제어되었다. 캔틸레버 내에 압전 재료를 삽입하여 표면으로의 접근 및 패터닝 동안 캔틸레버와 기판 간의 힘을 감지함으로써 높이/힘 제어를 더욱 개선할 수 있다. 정성적 관측은 패턴의 높이를 증가시키는 다른 방법이 패터닝 동안 캔틸레버의 이동 속도를 감소시킨다는 것을 의미하였다. 느린 팁 이동과 함께, 단일 통과로 100 nm 높이의 특징부(경화후)가 형성될 수 있다. 도트 패턴을 형성하기 위하여, 캔틸레버는 표면과 접촉하고, 일정 시간(통상 수초) 동안 접촉을 유지한 후 제거된다.When the cantilever is pressed against the surface with a strong force, the height of the patterned trace decreases. In order to achieve the optimum height per pass for the metal ink, the distance between the cantilever and the surface can be maximized as much as possible without breaking contact. Thus, the use of inks with greater viscosity and higher metal concentrations allows for higher patterns using this method. In preliminary experiments, the force was roughly controlled by changing the separation between the cantilever and the surface while monitoring the cantilever deflection. The piezoelectric material can be inserted into the cantilever to further improve height / force control by sensing the force between the cantilever and the substrate during access to and patterning of the surface. Qualitative observation meant that another method of increasing the height of the pattern decreased the speed of movement of the cantilever during patterning. With slow tip movement, features (after curing) of 100 nm height can be formed in a single pass. In order to form a dot pattern, the cantilever is contacted with the surface and removed after maintaining contact for a predetermined time (usually several seconds).

분할 및 다수의 캔틸레버. 캔틸레버의 기하학적 형상을 변경함으로써 최대 잉크 로딩, 따라서 최대 라인 길이를 증가시킬 수 있다. 50 미크론 내지 200 미크론 길이의 단일 캔틸레버와 함께, 2개의 상이한 팁 구조에 대해 도8에 도시된 바와 같이, 단일 로딩 단계로 수백 미크론 정도 길이의 라인을 재현 가능하게 얻을 수 있다. 사이에 매우 작은 갭(미크론)을 가진 인접 캔틸레버들을 이용한 기입에 의해 잉크의 총 공급(즉, 단일 담금으로부터 이용할 수 있는 체적)을 크게 개선할 수 있다. 증가된 잉크 공급은 보다 높은 패턴 또는 보다 긴 라인 패턴을 산출할 수 있다. 캔틸레버들 사이의 슬릿 또는 갭은 모세관 운동으로 인하여 잉크를 보유하는 저장조로서 기능할 수 있다. 캔틸레버들이 가까이 이격되어 있을 때(수 미크론 내지 10 미크론), 이러한 방법은 트레이스의 라인 폭을 증가시키기 위해 이용될 수도 있다. 대안으로, 다수의 캔틸레버가 더 이격되어 배치될 때, 이들은 동일 또는 상이한 잉크들의 도트 또는 라인 패턴들을 병렬로 형성하는 데 사용될 수 있다. 도9는 다수의 인접 캔틸레버를 이용하여 형성된 패터닝된 라인들의 광학 이미지이다. 얻어진 최대 라인 길이(따라서 잉크 로딩)가 '펜' 내의 캔틸레버 수(1, 4, 2 인접 캔틸레버) 증가에 따라 어떻게 증가하는지에 유의한다. 또한, 라인 폭의 증가는 펜 내의 캔틸레버의 수에 비례한다는 점에 유의한다. Split and multiple cantilevers. By changing the cantilever geometry, it is possible to increase the maximum ink loading and thus the maximum line length. With a single cantilever of 50 microns to 200 microns in length, as shown in FIG. 8 for two different tip structures, a single loading step yields reproducible lines of several hundred microns in length. Writing with adjacent cantilevers with very small gaps (microns) in between can greatly improve the total supply of ink (ie, the volume available from a single dip). Increased ink supply can yield higher patterns or longer line patterns. The slit or gap between the cantilevers can function as a reservoir for holding ink due to capillary motion. When the cantilevers are closely spaced (a few microns to 10 microns), this method may be used to increase the line width of the trace. Alternatively, when multiple cantilevers are further spaced apart, they can be used to form the dot or line patterns of the same or different inks in parallel. 9 is an optical image of patterned lines formed using multiple adjacent cantilevers. Note how the maximum line length obtained (and thus the ink loading) increases with increasing number of cantilevers (1, 4, 2 adjacent cantilevers) in the 'pen'. It is also noted that the increase in line width is proportional to the number of cantilevers in the pen.

적층. 다수의 층을 형성함으로써 라인 및 도트 패턴의 높이를 증가시킬 수 있다. 일반적으로, 금속 잉크에 대해, 동일 금속 전구체 잉크의 제2 층이 형성되기 전에 각 층이 먼저 가열에 의해 경화된다. 나노스케일 2층 팔라듐 패턴이 도10에 AFM 이미지 및 라인 스캔으로 도시되어 있다. 제1 층에 대한 2 nm에서 제2 층 에 대한 10 nm로의 높이 증가에 유의한다. 이 실험에 사용된 잉크는 80% 에틸렌 글리콜: 20% 물에 용해된 팔라듐 아세테이트의 포화 용액이었다. 다른 응용을 위해, 금속, 산화물 및 반도체와 같은 상이한 재료의 적층 특징부를 형성하는 것이 필요할 수 있다. 이 실험에서, 기판은 각 층을 경화하기 위하여 패터닝 기구로부터 제거되었으나, 개량된 기구는 잉크가 기판 상에 침착될 때 잉크를 어닐링하거나 소결할 수 있는 에너지 소스를 포함할 수 있다. 에너지 소스는 열 경화를 위한 가열 샘플 스테이지, 레이저 또는 다른 광원, 또는 최종 금속 또는 금속 산화물 형태로의 잉크의 변환을 유도하기 위해 기판에 전류를 인가하는 방법일 수 있다.Laminated. By forming a plurality of layers, the height of the line and dot patterns can be increased. In general, for metal inks, each layer is first cured by heating before a second layer of the same metal precursor ink is formed. Nanoscale two-layer palladium pattern is shown in FIG. 10 with AFM image and line scan. Note the height increase from 2 nm for the first layer to 10 nm for the second layer. The ink used in this experiment was a saturated solution of palladium acetate dissolved in 80% ethylene glycol: 20% water. For other applications, it may be necessary to form stacked features of different materials such as metals, oxides, and semiconductors. In this experiment, the substrate was removed from the patterning device to cure each layer, but the improved device can include an energy source that can anneal or sinter the ink as it is deposited on the substrate. The energy source may be a heated sample stage for thermal curing, a laser or other light source, or a method of applying a current to the substrate to induce conversion of the ink into the final metal or metal oxide form.

잉크. 도전성 특징부를 패터닝하는 일반적인 방법은 적절한 전구체 잉크 및 분산제를 선택하는 단계; 예를 들어, 이전 섹션에서 기술된 방법을 이용하여 잉크를 표면에 인가하는 단계; 및 최종적으로 예를 들어 열과 같은 에너지를 인가하여 패턴을 처리함으로써 전구체 재료를 최종의 원하는 재료로 변환하는 단계를 포함한다. 이 섹션에서, 이러한 패터닝 방법에 적합한 두가지 상이한 나노 입자 잉크 전략이 기술된다. 특정 응용을 위해, 상이한 잉크들의 변형 또는 조합을 이용하는 것도 유용할 수 있다.ink. General methods of patterning conductive features include selecting appropriate precursor inks and dispersants; Applying ink to a surface, for example using the method described in the previous section; And finally converting the precursor material to the final desired material by processing the pattern by applying energy such as, for example, heat. In this section, two different nanoparticle ink strategies suitable for this patterning method are described. For certain applications, it may also be useful to use variations or combinations of different inks.

1. 단층 보호 나노입자 잉크1. Monolayer Protective Nanoparticle Ink

무기 재료들의 높은 용융점으로 인하여, 이들을 기판 상에 직접 기입하는 것은 일반적으로 바람직하지 않다. 그러나, 많은 재료들의 나노입자들(100 nm 미만의 직경)은 벌크 재료에 비해 극도의 용융점 저하(1000℃ 정도)를 보인다. 따라서, 나노입자들은 저온에서 연속 막으로 변환될 수 있는 금속 및 금속 산화물의 직 접 기입 침착에 대한 잉크의 루트를 제공한다. 이 원리는 예를 들어 잉크 젯 기술과 조합하여 다른 것들에도 적용되었다. 자콥슨(Jacobson) 등(미국 특허 제6,294,401호)은 CdTe 및 CdSe와 같은 나노입자 잉크로부터 시작하여 II-VI 반도체 패턴을 형성하였다(문헌[Ridley et al. Science 1999 286 746-749] 참조). 직접 기입 잉크에 대한 최상의 나노입자는 담체 용매 또는 매트릭스에 쉽게 분산되며, 대기 조건에서 양호한 안정성을 갖고, 싸게 준비할 수 있으며, 저온에서 연속 막으로 깨끗하게 변환될 수 있다.Due to the high melting point of the inorganic materials, writing them directly onto the substrate is generally undesirable. However, nanoparticles (less than 100 nm in diameter) of many materials show extreme melting point drops (about 1000 ° C.) compared to bulk materials. Thus, nanoparticles provide a route of ink for direct write deposition of metals and metal oxides that can be converted to continuous films at low temperatures. This principle has also been applied to others, for example in combination with ink jet technology. Jacobson et al. (US Pat. No. 6,294,401) formed II-VI semiconductor patterns starting from nanoparticle inks such as CdTe and CdSe (see Ridley et al. Science 1999 286 746-749). The best nanoparticles for direct writing inks are readily dispersed in carrier solvents or matrices, have good stability at atmospheric conditions, can be prepared cheaply, and can be converted cleanly into continuous films at low temperatures.

잉크 준비. 호스테틀러(Hostetler), 머레이(Murray) 등에 의해 기술된 방법에 따라 다양한 알칸티올 캡핑된 금 나노입자들이 준비되었다. 이 방법은 또한 백금, 팔라듐 및 은과 같은 다른 금속 나노입자를 준비하는 데에 이용되었다. 또한, 이러한 응용에 동일하게 유용한 다른 금속의 안정된 나노입자를 준비하는 많은 유사한 방법이 존재한다. 이러한 방법들은 다양한 계면 활성제, 지질 및 폴리머를 이용하여 입자들이 뭉치는 것을 방지한다. 그러나, 호스테틀러, 머레이 방법이 선택되었는데, 이는 이 방법이 종합적 절차가 비교적 간단하고, 저온에서 금속 막으로 분해될 수 있는 안정된 입자를 생성하기 때문이다. 서브라마니안(Subramanian) 및 동료들은 나노입자들이 연속 막으로 변환되는 온도가 안정화 계면 활성제 내의 탄소 수 및 나노입자의 직경에 크게 연관되며, 보다 짧은 체인과 보다 긴 입자가 저온에서 분해된다고 보고하였다(문헌[Huang, J. Electrochem. Soc. 2003, 150, G412.]).Ink ready. Various alkanthiol capped gold nanoparticles were prepared according to the method described by Hostetler, Murray et al. This method has also been used to prepare other metal nanoparticles such as platinum, palladium and silver. In addition, many similar methods exist for preparing stable nanoparticles of other metals that are equally useful for such applications. These methods utilize a variety of surfactants, lipids, and polymers to prevent particles from clumping. However, the Hostelller, Murray method was chosen because this method is relatively straightforward and produces stable particles that can degrade into metal films at low temperatures. Subramanian and colleagues have reported that the temperature at which nanoparticles are converted into continuous membranes is largely related to the number of carbons in the stabilizing surfactant and the diameter of the nanoparticles, and shorter chains and longer particles decompose at lower temperatures ( Huang, J. Electrochem. Soc. 2003, 150, G412.).

헥산티올이 소수성 입자에 대해 선택되었으며, 치옥트 및 메르캅토숙신 산이 친수성 입자에 대해 선택되었다. 머레이 및 동료들에 의해 기술된 절차에 따라 입자들을 합성한 후, 잉크의 증발을 줄이기 위하여 메시틸렌, 크실렌 및 다이메틸포름아미드와 같은 높은 끓는점을 가진 용매에 입자들을 분산시켜 잉크를 준비하였다.Hexanethiol was chosen for the hydrophobic particles and chioct and mercaptosuccinic acid were chosen for the hydrophilic particles. After the particles were synthesized according to the procedure described by Murray and colleagues, the ink was prepared by dispersing the particles in a high boiling solvent such as mesitylene, xylene and dimethylformamide to reduce evaporation of the ink.

나노입자 잉크 침착 및 금속으로의 변환. 관련 기판에 적합한 잉크를 얻기 위하여, 일반적으로 잉크가 표면에 젖도록 할 수 있는 티올 캡핑 계면 활성제 및 용매를 선택하는 것이 유용하다. 예를 들어, 헥산티올을 계면 활성제로 이용하여 나노입자들이 준비될 때, 나노입자들은 소수성이며, 톨루엔, 메시틸렌, 및 크실렌과 같은 무극성 용매에 잘 분산된다. 이러한 잉크들은 소수성이거나 세정되지 않은 표면을 패터닝하는 데 매우 유용하였다. 반면, 티오티산 또는 메르캅토숙신산으로 준비된 나노입자들은 알코올과 같은 비교적 극성인 용매에 분산되며, 따라서 이들은 세정된 유리, 석영, 산화 실리콘, 실리콘, 및 실리콘 질화물을 포함하는 친수성 표면 상의 패터닝에 이용되었다. 잉크가 표면에 적합하지 않을 때, 잉크는 연속 라인을 형성하지 못하며, 표면에 젖지 못하고 방울을 형성한다. 메시틸렌과 같은 몇몇 무극성 용매는 친수성 및 소수성 유리 표면 양쪽에 유용하였다. 잉크를 적합한 기판 상에 침착한 후, 나노입자 패턴들은 수초 동안 250℃에서 고온 공기총으로 표면을 가열함으로써 연속적인 금속 형태로 변환되었다. 원칙적으로, 나노입자들은 온도가 절연 유기 쉘을 제거하기에 충분한 한은 레이저 또는 가열 스테이지를 포함하는 많은 상이한 에너지 소스를 이용하여 벌크 금속으로 변환될 수 있다. 도1 내지 도7에서, 광학 이미지는 경화 전후에 2개의 금 전극 사이에 기입된 금 트 레이스를 나타내며, 약 12 nm 내지 90 nm의 평균 높이를 보이는 AFM 라인 스캔은 단일 잉크 층을 이용하여 얻어질 수 있다.Nanoparticle Ink Deposition and Conversion to Metal. In order to obtain an ink suitable for the relevant substrate, it is generally useful to select a thiol capping surfactant and solvent that can cause the ink to wet the surface. For example, when nanoparticles are prepared using hexanethiol as a surfactant, the nanoparticles are hydrophobic and are well dispersed in nonpolar solvents such as toluene, mesitylene, and xylene. These inks have been very useful for patterning hydrophobic or unclean surfaces. On the other hand, nanoparticles prepared with thiotitic acid or mercaptosuccinic acid are dispersed in relatively polar solvents such as alcohols, thus they have been used for patterning on hydrophilic surfaces including cleaned glass, quartz, silicon oxide, silicon, and silicon nitride. . When the ink is not suitable for the surface, the ink does not form a continuous line and does not wet the surface and forms droplets. Some nonpolar solvents, such as mesitylene, have been useful for both hydrophilic and hydrophobic glass surfaces. After depositing the ink on a suitable substrate, the nanoparticle patterns were converted to continuous metal form by heating the surface with a hot air gun at 250 ° C. for several seconds. In principle, nanoparticles can be converted to bulk metal using many different energy sources, including lasers or heating stages, as long as the temperature is sufficient to remove the insulating organic shell. In Figures 1-7, the optical image shows gold traces written between two gold electrodes before and after curing, and an AFM line scan showing an average height of about 12 nm to 90 nm can be obtained using a single ink layer. Can be.

놀랍게도, 예를 들어 C-5 내지 C-50, 바람직하게는 C-10 내지 C-18과 같은 긴 사슬형 탄소 화합물의 추가는 향상된 결과를 제공한다. 바람직하게, 긴 사슬형 탄소는 200℃ 이상의 끓는점을 갖는다. 도1 및 도2에 도시된 예의 잉크 합성물과 유사하게, 높은 끓는점을 가진 긴 사슬형 탄소 화합물(바람직하게는 10 내지 18 탄소)을 잉크 제형에 추가하였다. 예를 들어, 215 및 270℃의 끓는점을 각각 가진 도데칸 또는 펜타데칸이 이용될 수 있다. 도3 내지 도7에 도시된 예에서는, (나노입자, 메시틸렌 및 티오티산)으로 구성된 나노입자 용액 4 마이크로리터에 펜타데칸 1-2 마이크로리터를 추가하였는데, 이 긴 사슬형 탄소들은 나노입자들 상의 탄소 사슬과 반응하여 서로 맞물려 3차원 구조를 형성함으로써 도3 내지 도7의 광학 이미지에 도시된 바와 같이 도1 및 도2의 광학 이미지에 비해 연속적이고 동질적인 막을 형성한다. 도2D의 AFM 이미지를 3C, 4A, 4B, 5C, 6B, 6E, 7B, 7E와 비교함으로써, 도3 내지 도7에서 소수의 크랙 또는 구멍이 관찰되었으며, 구멍 및 크랙이 존재하는 도2D와 비교할 때 경화후에 비교적 평탄한 표면이 형성된다. 긴 사슬형 탄소의 추가는 메시틸렌에 대해 수분에서 펜타데칸에 대해 두 시간까지 표면 상에서 또는 잉크병 내에서의 증발 속도를 감소시켰는데, 이는 도3 내지 도5의 광학 이미지에 도시된 동질 라인들의 형성을 도왔다.Surprisingly, the addition of long chain carbon compounds, for example C-5 to C-50, preferably C-10 to C-18, gives improved results. Preferably, the long chain carbon has a boiling point of at least 200 ° C. Similar to the ink compositions of the examples shown in Figures 1 and 2, high boiling long chain carbon compounds (preferably 10 to 18 carbons) were added to the ink formulation. For example, dodecane or pentadecane having boiling points of 215 and 270 ° C., respectively, can be used. In the example shown in Figs. 3-7, pentadecane 1-2 microliters was added to 4 microliters of nanoparticle solution consisting of (nanoparticles, mesitylene and thiothiic acid). Reaction with the carbon chains of the phase to form a three-dimensional structure by interlocking with each other to form a continuous and homogeneous film as compared to the optical image of FIGS. 1 and 2 as shown in the optical image of FIGS. By comparing the AFM images of FIG. 2D with 3C, 4A, 4B, 5C, 6B, 6E, 7B, and 7E, few cracks or holes were observed in FIGS. 3-7 and compared with FIG. 2D where holes and cracks are present. When cured, a relatively flat surface is formed after curing. The addition of long chained carbon reduced the evaporation rate on the surface or in the ink bottle by two hours for pentadecane in minutes for mesitylene, which is due to the homogeneous lines shown in the optical image of FIGS. Helped to form.

금 트레이스의 특성. 놀랍게도, 캡핑 그룹의 특성이 접착에 중요한 역할을 할 수 있지만, 나노입자 전구체로부터 준비된 금 막들은 세정 유리 표면에 매우 양 호하게 접착되었다(도40 참조). 예를 들어, 티오티산과 같은 산기 티올 캡핑 그룹을 이용하여 준비된 나노입자들은 스카치 테이프 시험을 견디는 유리 상의 막들을 형성하였는데, 이 시험에서는 테이프의 스트립이 패턴 상에 배치되고 러빙된 후 제거된다. 그러나, 이들 유리 상의 친수성 막은 물로 헹굼으로써 제거되었다. 한편, 소수성 금 나노입자들로 형성된 경화막(즉, 헥산티올과 같은 메틸기 알칸티올로 캡핑됨)은 스카치 테이프 시험에 의해 제거되었지만, 물 헹굼 처리는 견뎌냈다. 최상의 종합적인 접착 및 도전성은 친수성 및 소수성 약품과 금 나노입자를 조합함으로써 얻어졌다. 특히, 헥산티올로 준비된 나노입자를 메시틸렌에 용해한 후 티오티산 100 mg/ml를 추가함으로써 유기 가용성 잉크가 만들어졌다. 이 하이브리드 잉크의 단층 패턴은 스카치 테이프 접착 시험 후에 그대로 유지되었으며, 물 헹굼도 견뎠다. 실제로, 이 잉크는 우수한 기입 특성을 가졌으며, 기입 동안 유리 기판에 잘 젖었고, 250℃에서 깨끗하게 경화되었다. 스카치 테이프 및 헹굼 시험에 대한 우수한 저항의 증거가 도1 및 도2에 도시되어 있다. 결과적인 금 박막은 AFM에 의해 측정될 때 약 50-100 nm 두께의 황색 금속이며, 2 프로브 구성에 의해 측정될 때 우수한 도전성을 보인다. 예를 들어, 약 250 미크론 길이 및 15 미크론 폭을 가진 도2에 도시된 것과 같은 트레이스들은 약 18 오옴의 측정 저항을 갖는다. 따라서, 이 특정 트레이스에 대해 8 μΩ?cm의 비저항이 측정되었으며, 4 μΩ?cm 정도의 낮은 패턴 트레이스의 비저항이 측정되었다. 참고로, 금의 벌크 비저항은 2.44 μΩ?cm이다. 산기 티올 및 소수성 메틸-말단형 티올의 비율을 가진 나노입자들로부터 잉크를 준비함으로써 유사한 결과가 얻어질 수 있다. 상이한 티 올 캡핑 분자들의 상이한 비율을 가진 입자들이 현장에서 준비되거나, 호스테틀러 및 동료들(문헌[M. J. Hostetler, S. J. Green, J.J. Stokes, and R. W. Murray, J. Am. Chem. Soc. 1996, 118. 4212-4213])에 의해 기술된 바와 같은 장소 교환 반응을 이용하여 얻어질 수 있다. 이 예에서 금 입자 잉크가 입증되었지만, 본 패터닝 방법은 일반적으로 캡핑 리간드로 준비될 수 있는 임의의 나노입자 재료에 적용될 수 있다. Cu, Pd, Ag, Ru, Mo, CdSe, Ni, Co 등을 포함하는 재료로부터 1 마이크로미터 미만 내지 100 나노미터의 범위의 크기를 가진 입자를 만들기 위한 절차의 문헌에 다양한 보고가 있다. Characteristics of gold traces. Surprisingly, although the properties of the capping group can play an important role in adhesion, gold films prepared from nanoparticle precursors adhered very well to the cleaning glass surface (see FIG. 40). For example, nanoparticles prepared using an acidic thiol capping group, such as thiothiic acid, formed films on glass that survived the Scotch tape test, in which a strip of tape was placed on a pattern and rubbed off. However, the hydrophilic membranes on these glasses were removed by rinsing with water. On the other hand, the cured film formed of hydrophobic gold nanoparticles (i.e., capped with a methyl alkanthiol such as hexanethiol) was removed by the Scotch tape test, but the water rinse treatment withstood. The best comprehensive adhesion and conductivity was obtained by combining gold nanoparticles with hydrophilic and hydrophobic agents. In particular, organic soluble inks were made by dissolving nanoparticles prepared with hexanethiol in mesitylene and then adding 100 mg / ml of thiothiic acid. The monolayer pattern of this hybrid ink was kept intact after the Scotch tape adhesion test and resisted water rinsing. In practice, this ink had good writing properties, was well wetted to the glass substrate during writing, and was cured clean at 250 ° C. Evidence of good resistance to Scotch tape and rinse tests is shown in FIGS. 1 and 2. The resulting gold thin film is a yellow metal about 50-100 nm thick as measured by AFM and shows good conductivity when measured by a two probe configuration. For example, traces such as those shown in FIG. 2 with a length of about 250 microns and a width of 15 microns, have a measurement resistance of about 18 ohms. Thus, the resistivity of 8 μΩcm was measured for this particular trace, and the resistivity of pattern traces as low as 4 μΩcm was measured. For reference, the bulk resistivity of gold is 2.44 μΩcm. Similar results can be obtained by preparing the ink from nanoparticles having a ratio of acidic thiols and hydrophobic methyl-terminated thiols. Particles with different proportions of different thiol capping molecules are prepared in situ, or by Hostelller and colleagues (MJ Hostetler, SJ Green, JJ Stokes, and RW Murray, J. Am. Chem. Soc. 1996, 118). 4212-4213). Although gold particle inks have been demonstrated in this example, the present patterning method can generally be applied to any nanoparticle material that can be prepared with a capping ligand. Various reports have been made in the literature of procedures for making particles having a size in the range of less than 1 micrometer to 100 nanometers from materials including Cu, Pd, Ag, Ru, Mo, CdSe, Ni, Co and the like.

나노입자 잉크를 이용한 나노스케일 패턴. 나노입자 기반 잉크 제형은 서브 미크론 크기의 패턴을 형성하는 딥 펜 나노리소그래피 프린팅 방법을 이용하여 패터닝될 수 있다. 한 실험에서, 실리콘 질화물 캔틸레버/팁 어셈블리를 이용하여 석영 상에 헥산티올 캡핑된 금 나노입자들(메시틸렌의 포화 용액)이 패터닝되었다. 특히, 팁을 실리콘 잉크병 내의 나노입자 잉크의 방울과 수초 동안 접촉시킴으로써 팁이 나노입자 잉크로 코팅되었다. 이어서, 코팅된 팁을 이용하여 석영 표면 상에 라인 및 도트 특징부를 형성하였다. 예를 들어, 도11에 도시된 바와 같이, 팁을 10초 동안 표면과 접촉시켜 유지함으로써 도트 패턴이 형성되었다. 인가되는 힘을 0.2 nN 내지 4 nN으로 변화시킴으로써 도트들의 직경 및 높이는 50 nm 내지 85 nm 폭으로 그리고 2.5 nm 내지 7.5 nm 높이로 변하였다. 표면을 가로질러 팁을 고정 속도(~0.15 미크론/초)로 이동시킴으로써 라인들이 형성되었다. 라인들의 높이 및 폭도 도12에서와 같이 인가되는 힘을 변경함으로써 변할 수 있다. 열선총으로 열(250℃, 5초)을 인가함으로써 나노스케일 입자 패턴이 경화되었으며, 도13의 리이미징에 의해 검증되었다.Nanoscale pattern using nanoparticle ink. Nanoparticle based ink formulations can be patterned using a deep pen nanolithography printing method to form a submicron sized pattern. In one experiment, hexanethiol capped gold nanoparticles (saturated solution of mesitylene) were patterned on quartz using a silicon nitride cantilever / tip assembly. In particular, the tip was coated with nanoparticle ink by contacting the tip with a drop of nanoparticle ink in a silicone ink bottle for several seconds. The coated tip was then used to form line and dot features on the quartz surface. For example, as shown in Fig. 11, a dot pattern was formed by keeping the tip in contact with the surface for 10 seconds. By varying the applied force from 0.2 nN to 4 nN, the diameter and height of the dots were varied from 50 nm to 85 nm wide and from 2.5 nm to 7.5 nm high. Lines were formed by moving the tip across the surface at a fixed rate (˜0.15 microns / second). The height and width of the lines can also be varied by changing the applied force as in FIG. The nanoscale particle pattern was cured by applying heat (250 ° C., 5 seconds) with a heat gun and verified by reimaging in FIG. 13.

2. 2. 폴리올Polyol 잉크 ink

나노입자를 준비하는 또 하나의 방법은 열과 함께 알코올 또는 폴리올의 존재하에 금속 염을 화학적으로 환원시키는 것이다. 이 방법은 분산 나노입자를 만드는 수단으로서 피글라즈(Figlarz) 등에 의해 보고되었다(미국 특허 제4,539,041호). 이 방법은 연속 막을 형성하는 유사한 방법을 보고한 초우(Chow) 등에 의해 개량되었다. 나노스케일 및 마이크로스케일 도전성 패턴용 잉크로서 사용하기 위한 나노입자를 형성하기 위한 이 폴리올 프로세스를 창조적으로, 유리하게 채택할 수 있다.Another method of preparing nanoparticles is to chemically reduce metal salts in the presence of alcohols or polyols with heat. This method has been reported by Figlarz et al. (US Pat. No. 4,539,041) as a means of making dispersed nanoparticles. This method was improved by Chow et al., Who reported a similar method of forming continuous films. This polyol process for forming nanoparticles for use as ink for nanoscale and microscale conductive patterns can be creatively and advantageously adopted.

잉크 준비. 금속 전구체 잉크의 일반식은 매트릭스 및 금속 염을 함유하는 알코올을 포함한다. 패터닝 후, 염은 나노입자로 인-시투로 변환되며, 이 나노입자는 열의 증가에 따라 금속 막으로 유착된다. 예비 실험에서, 많은 다른 금속 및 금속 합금(미국 특허 제5,759,230호 및 제4,539,041호에 요약됨)도 이 프로세스에 따르지만, 이 프로세스는 Au, Pt, Pd 및 Ag와 같은 금속들에 대해 입증되었다. Ink ready. The general formula of the metal precursor ink includes an alcohol containing a matrix and a metal salt. After patterning, the salts are converted in-situ into nanoparticles, which coalesce into the metal film with increasing heat. In preliminary experiments, many other metals and metal alloys (summarized in US Pat. Nos. 5,759,230 and 4,539,041) also follow this process, but this process has been demonstrated for metals such as Au, Pt, Pd and Ag.

폴리올Polyol 잉크를 이용한 나노미터 스케일 패턴 Nanometer Scale Patterns with Ink

실시예Example 1 One

20% 밀리포어 물과 80% 에틸렌 글리콜에 용해된 10 mg/μL 수소 헥사클로로플라티네이트(IV) 수산화물로 이루어진 전구체 잉크를 이용하여 백금의 나노스케일 특징부가 기입되었다. 이 잉크는 DPN 프린팅 기술을 이용하여 세정된 유리 또는 실리콘 산화물 기판 상에 기입될 수 있다. 미크론 크기의 패턴에 대해, 무팁 캔틸레버가 패턴 크기 및 두께에 대한 최적의 제어를 제공하는 반면, 나노스케일 패턴에 대해서는 플렉시블 캔틸레버의 단부 상에 극히 예리한 팁(예를 들어, 실리콘 질화물)을 가진 캔틸레버가 최적의 해상도를 제공한다. 침착 후, 전구체 패턴은 핫 플레이트 또는 고온 공기총으로 가열함으로써 금속 특징부로 변환된다. 이러한 경화 또는 변환 반응은 약 250℃의 온도에서 급격히(수초) 발생한다. 패턴의 두께는 경화 단계들 사이에 잉크 층들을 추가함으로써 증가될 수 있다. 도10은 이 잉크를 이용하여 실리콘 산화물 상에 형성된 적층 나노스케일 패턴을 나타낸다. 유사한 방법을 이용하여 금 전극들 사이의 실리콘 산화물 상에 미크론 크기의 백금 트레이스를 드로잉하였다. 도14는 잉크 코팅된 캔틸레버를 그 단축에 평행한 방향으로 이동시킴으로써 백금 염화물 잉크로 드로잉된 110 미크론 길이의 라인을 나타낸다. 경화 후, 잉크의 단일 층은 높은 저항을 가졌지만, 후속 층들이 패턴의 높이, 따라서 도전성을 증가시키도록 추가될 수 있었다. Nanoscale features of platinum were written using a precursor ink consisting of 10 mg / μL hydrogen hexachloroplatinate (IV) hydroxide dissolved in 20% Millipore water and 80% ethylene glycol. This ink can be written on glass or silicon oxide substrates cleaned using DPN printing techniques. For micron-sized patterns, tipless cantilevers provide optimal control over pattern size and thickness, while for nanoscale patterns, cantilevers with extremely sharp tips (e.g. silicon nitride) on the ends of the flexible cantilever Provide optimal resolution. After deposition, the precursor pattern is converted to metal features by heating with a hot plate or hot air gun. This curing or conversion reaction occurs rapidly (several seconds) at a temperature of about 250 ° C. The thickness of the pattern can be increased by adding ink layers between curing steps. Fig. 10 shows a laminated nanoscale pattern formed on silicon oxide using this ink. A similar method was used to draw micron sized platinum traces on silicon oxide between gold electrodes. Figure 14 shows a 110 micron long line drawn with platinum chloride ink by moving the ink coated cantilever in a direction parallel to its minor axis. After curing, a single layer of ink had a high resistance, but subsequent layers could be added to increase the height of the pattern and thus the conductivity.

실시예Example 2 2

다른 예에서, 백금 잉크를 이용하여 미크론 크기의 금 전극들 사이에 도트 특징부를 형성하였다. 도15의 광학 이미지에 도시된 바와 같이, 코팅된 팁/캔틸레버 어셈블리를 표면에 짧게(수초) 접촉시킨 후 팁이 방울을 남기도록 철수시킴으로써 도트들을 형성하였다. 방울의 크기는 표면에 대한 잉크의 습윤성, 팁의 로딩 및 몇몇 경우에 팁-기판 유지 시간에 의존한다.In another example, platinum features were used to form dot features between micron-sized gold electrodes. As shown in the optical image of FIG. 15, the dots were formed by briefly contacting the coated tip / cantilever assembly to a surface (several seconds) and then withdrawing the tip to leave a drop. The size of the droplets depends on the wettability of the ink on the surface, the loading of the tip and in some cases the tip-substrate holding time.

실시예Example 3 3

금속 염 전구체 잉크의 점도 및 습윤성을 변화시키기 위하여, 상이한 여러 폴리머가 첨가제로 이용되었다. 예를 들어, 환원제로서 에틸렌 글리콜을 폴리에틸렌 글리콜로 대체하여 잉크 특성을 개량하였다. 2가지 상이한 분자량의 폴리에틸렌 글리콜의 혼합물을 이용하여 특히 유용한 백금 잉크를 얻는다. 이 잉크를 준비하기 위하여, 수소 헥사클로로플라티네이트(IV) 수산화물 100 mg이 300 및 10,000 분자량의 폴리에틸렌 글리콜 각각 30 mg을 함유하는 15 마이크로리터 수용액에 용해되었다. 잉크는 유리 표면에 잘 젖으며, 열로 경화한 후 도전성 백금 막을 형성한다. 예를 들어, 도16은 크롬 전극들 사이에 드로잉된 단층 백금 트레이스의 일례를 나타낸다. 경화 후, 50 미크론 길이의 트레이스의 저항은 80 오옴이었고, 트레이스는 헹굼 및 스카치 테이프 박리 시험 동안 표면에 잘 접착되어 있었다.In order to change the viscosity and wettability of the metal salt precursor ink, several different polymers were used as additives. For example, ethylene glycol was replaced with polyethylene glycol as the reducing agent to improve ink properties. Mixtures of two different molecular weight polyethylene glycols are used to obtain particularly useful platinum inks. To prepare this ink, 100 mg of hydrogen hexachloroplatinate (IV) hydroxide was dissolved in 15 microliter aqueous solution containing 30 mg of 300 and 10,000 molecular weight polyethylene glycol each. The ink is well wetted to the glass surface and cures with heat to form a conductive platinum film. For example, Figure 16 shows an example of a single layer platinum trace drawn between chromium electrodes. After curing, the resistance of the 50 micron long traces was 80 ohms and the traces adhered well to the surface during the rinse and scotch tape peel test.

실시예Example 4 4

금은 백금보다 훨씬 낮은 벌크 비저항을 갖는다. 따라서, 박막 트랜지스터 내의 금속 트레이스의 수리와 같은 응용을 위해 금속 트레이스의 도전성을 향상시키기 위하여, 금 염인 수소 테트라클로로오레이트(III) 삼수산화물 계열의 유사한 금속 잉크 전구체가 시험되었다. 대표적인 조성물은 80% 에틸렌 글리콜/20% 물 내의 금 염 100 mg을 포함한다. 금 전구체 잉크는 기입 동안 실리콘 산화물 및 유리 표면에 잘 젖으며, 핫 플레이트 상에서 200℃에서 5-10초 내에 경화되었다. 결과 막은 광학 마이크로그래프에서 흑색으로 나타났으며, AFM 이미지에 따르면 작은 격리 입자들로 이루어졌다. 단층 트레이스들은 통상 부도체였으며, 세정된 실리콘 산화물 기판에 잘 접착되지 않았다. 후속 층들(5 정도)이 개별 입자들의 높이 및 직경을 수백 나노미터로 증가시켰지만, 큰 입자간 분리는 높은 저항(100 미크론 길이의 전극 갭 양단에서 수백 오옴)을 유발하였다. 도17의 AFM 스캔은 금 전극들 사이의 실리콘 산화물 상에 3층 금 염화물 잉크가 침착된 후에 형성한 큰 금 입자들을 나타낸다. Gold has a much lower bulk resistivity than platinum. Thus, similar metal ink precursors of the hydrogen tetrachloroorate (III) trihydroxide series of gold salts have been tested to improve the conductivity of metal traces for applications such as repairing metal traces in thin film transistors. Representative compositions include 100 mg of gold salt in 80% ethylene glycol / 20% water. The gold precursor ink was well wetted with silicon oxide and glass surface during writing and cured in 5-10 seconds at 200 ° C. on a hot plate. The resulting film appeared black on the optical micrograph and consisted of small segregation particles according to AFM images. Single layer traces were typically insulators and did not adhere well to the cleaned silicon oxide substrate. Subsequent layers (about 5) increased the height and diameter of the individual particles to several hundred nanometers, but large interparticle separation resulted in high resistance (hundreds of ohms across the 100 micron long electrode gap). The AFM scan of FIG. 17 shows large gold particles formed after the three layer gold chloride ink was deposited on the silicon oxide between the gold electrodes.

실시예Example 5 5

실리콘 산화물 상에 도전성 트레이스를 형성하기 위한 유용한 잉크는 금 및 백금 전구체 잉크의 특성들을 조합한다. 따라서, 금의 높은 도전성 및 백금의 우수한 침착 및 막 접착성을 얻기 위하여, 금 및 백금 계열의 합금 형성 잉크가 개발되었다. 예를 들어, 패터닝 방법에 매우 적합한 하나의 조성물은 300 및 10,000 MW 폴리에틸렌 글리콜 각각 60 mg을 함유하는 물 30 마이크로리터에 함께 용해된 백금 100 mg 및 금 50 mg을 포함하였다. 30 미크론 갭을 가로질러 실리콘 산화물 상에 드로잉된 도17A에 도시된 2층 패턴은 경화 후 90 오옴의 저항을 가졌다. 크롬 전극들 사이에 PDMS(폴리다이메틸실록산) 코팅된 AFM 팁으로 기입된 동일 합금 잉크의 6층은 경화 후 32 오옴의 저항을 제공하였으며, 80 nm의 높이에 달하였다(도17B). 도17C는 AFM에 의해 측정된 6층 패턴 내의 균일한 금-백금 입자를 나타낸다. 금속 트레이스의 도전성을 더 증가시키기 위하여, 기판을 은 강화 용액에 1 시간 동안 담가 두었다. 광학 및 AFM 이미지는 은 강화 용액이 이미 금을 함유한 영역 상에만 은 코팅을 형성한다는 것을 나타냈다. 이 실험은 패턴이 완전 환원 상태에서 금 금속을 함유한다는 추가적인 증거를 제공한다. 전류-전압 측정은 은 침착 후 저항이 24 오옴으로 감소했다는 것을 나타낸다.Useful inks for forming conductive traces on silicon oxide combine the properties of gold and platinum precursor inks. Therefore, in order to obtain high conductivity of gold and excellent deposition and film adhesion of platinum, gold and platinum-based alloy forming inks have been developed. For example, one composition well suited for patterning methods included 100 mg of platinum and 50 mg of gold dissolved together in 30 microliters of water containing 60 mg of 300 and 10,000 MW polyethylene glycol, respectively. The two layer pattern shown in FIG. 17A drawn on silicon oxide across the 30 micron gap had a resistance of 90 ohms after curing. Six layers of the same alloy ink written with PDMS (polydimethylsiloxane) coated AFM tips between the chromium electrodes provided 32 ohms of resistance after curing and reached a height of 80 nm (FIG. 17B). 17C shows uniform gold-platinum particles in a six layer pattern measured by AFM. In order to further increase the conductivity of the metal traces, the substrates were immersed in silver strengthening solution for 1 hour. Optical and AFM images showed that the silver reinforcement solution formed a silver coating only on the areas already containing gold. This experiment provides additional evidence that the pattern contains gold metal in the fully reduced state. Current-voltage measurements indicate that the resistance decreased to 24 ohms after silver deposition.

실시예Example 6 6

유리 표면(및 많은 다른 표면)에 대한 폴리올 잉크의 접착을 향상시키는 하나의 방법은 잉크 제형에 소량의 에폭시를 추가하는 것이다. 이러한 하나의 잉크에 대해, 수소 금 사염화물 85 mg이 다이메틸포름아미드 50 마이크로리터에 용해되었다. 이 염 용액 3 마이크로리터에 에틸렌 글리콜 1 마이크로리터 및 에폭시 혼합물 1 마이크로리터가 추가되었다. 금 염의 존재시 경화 시간이 증가하지만, 에포텍(Epotek)으로부터 구입한 2 파트 에폭시(377 에포텍)가 금속 염의 부재하에 120℃에서 1 시간 내에 경화되었고, 알드리치로부터 구입한 에폭시(비스페놀-F)가 150℃에서 1 분 내에 경화되었다. 결과적인 잉크 혼합물은 표준 침착 프로세스 동안 표면으로 쉽게 이동되었으나, 유리 표면에 매우 잘 젖지는 않았다. 패터닝 후, 열을 이용하여 금속 염을 나노입자들로 변환하고, 에폭시를 교차 결합시켰다. 결과적인 막은 유리 표면에 극히 잘 접착되었으며, 기계적 연마는 물론 모든 표준 세정 절차(물 헹굼 및 스카치 테이프 박리)를 견뎌냈다. 잉크의 금속량이 충분히 높은 한, 금 전극들 사이에 형성된 금속 트레이스는 적절히 낮은 저항을 가졌다. 도18은 150℃에서 2 시간의 경화와 함께 에폭시 강화 잉크를 이용하여 준비된 유리 상의 큰 금 특징부의 광학 마이크로그래프를 나타낸다. 막의 저항은 0.3 오옴이었다.One way to improve the adhesion of polyol inks to glass surfaces (and many other surfaces) is to add a small amount of epoxy to the ink formulation. For one such ink, 85 mg of hydrogen gold tetrachloride was dissolved in 50 microliters of dimethylformamide. To 3 microliters of this salt solution were added 1 microliter of ethylene glycol and 1 microliter of epoxy mixture. Curing time increases in the presence of gold salts, but the two part epoxy (377 epotec) purchased from Epotek was cured within 1 hour at 120 ° C. in the absence of metal salts and the epoxy (bisphenol-F) purchased from Aldrich Was cured at 150 ° C. in 1 minute. The resulting ink mixture easily migrated to the surface during the standard deposition process but was not very wet with the glass surface. After patterning, heat was used to convert the metal salts into nanoparticles and crosslink the epoxy. The resulting film adhered extremely well to the glass surface and withstood all standard cleaning procedures (water rinse and scotch tape peeling) as well as mechanical polishing. As long as the metal amount of the ink was high enough, the metal traces formed between the gold electrodes had a moderately low resistance. FIG. 18 shows optical micrographs of large gold features on glass prepared using epoxy reinforced ink with curing at 150 ° C. for 2 hours. The resistance of the membrane was 0.3 ohms.

실시예Example 7 7

전술한 예 모두에서는, 캔틸레버를 잉크의 소스 및 주 전달 도구로 이용하여 미크론 스케일의 패턴이 침착되었다. 그러나, 이러한 금속 전구체 잉크를 이용하 여 서브미크론 크기의 특징부를 형성하기 위하여, 캔틸레버 단부 상의 예리한 팁을 잉크 소스 및 잉크 전달 도구로서 이용하는 것이 유용하다. 미크론 및 서브미크론 스케일 패터닝에 특히 잘 맞는 하나의 금속 잉크는 전술한 금 잉크의 변형물이다. 잉크를 준비하기 위하여, 금 염화물(85.5 mg)이 다이메틸포름아미드 50 마이크로리터에 용해된다. 이 용액에 에틸렌 글리콜 1 마이크로리터 및 티오티산 0.1 mg이 추가된다. 이 잉크는 실리콘 질화물 팁을 이용하여 침착될 수 있지만, PDMS 코팅된 팁이 기입용으로 사용되는 경우, 패터닝의 신뢰성이 향상된다. 석영 기판 상에 이 잉크를 기입하는 것은 도19의 AFM 이미지에서 증명되듯이 15 nm 정도 높이의 특징부를 형성한다. 전구체 잉크 패턴은 오븐에서 120℃에서 5분 동안, 그 후 250℃에서 10초 동안 경화된다. 중요하게도, 패턴은 우수한 안정성을 나타내며, 120℃에서 각각 10분 동안 물 헹굼 및 두 번의 피라나 용액 세척(3:1 H2SO4/H2O2)에 견딘다.In all of the above examples, the micron scale pattern was deposited using the cantilever as the source of ink and the main delivery tool. However, to form submicron sized features using such metal precursor inks, it is useful to use sharp tips on the cantilever end as ink sources and ink delivery tools. One metal ink that is particularly well suited to micron and submicron scale patterning is a variant of the gold ink described above. To prepare the ink, gold chloride (85.5 mg) is dissolved in 50 microliters of dimethylformamide. To this solution is added 1 microliter of ethylene glycol and 0.1 mg of thiotic acid. This ink can be deposited using silicon nitride tips, but the reliability of patterning is improved when PDMS coated tips are used for writing. Writing this ink on a quartz substrate forms features as high as 15 nm, as evidenced by the AFM image of FIG. The precursor ink pattern is cured in an oven at 120 ° C. for 5 minutes and then at 250 ° C. for 10 seconds. Importantly, the pattern shows good stability and withstands water rinses and two piranha solution washes (3: 1 H 2 SO 4 / H 2 O 2 ) at 120 ° C. for 10 minutes each.

아래의 참조들 모두는 그 전체가 본 명세서에 참고로 반영된다.All of the references below are hereby incorporated by reference in their entirety.

잉크 및 Ink and 침착과Calm and 관련된 추가 참고 문헌 Related Additional References

기술Technology

Figure 112006068623005-pct00001
Figure 112006068623005-pct00001

특허Patent

버거, 지. 엘더스(Burger, G. Elders), 제이., 스피어링, 브이(J., Spiering, V.) <<액체의 계량 수집 및 분배용 장치, 이러한 장치를 제조하는 방법 및 액체를 수집 및 분배하는 방법>> PCT/NL01/00467 또는 WO 02/00348.Burger, G. Burger, G. Elders, J., Spiering, V. << Apparatus for metered collection and distribution of liquids, methods of making such devices and methods of collecting and dispensing liquids >> PCT / NL01 / 00467 or WO 02/00348.

씨. 버가드(C., Bergaud), 피. 벨로브르(P. Belaubre), 비. 벨리에르(B. Belier), 제이-비. 뿌르시엘(J-B. Pourciel). 적어도 하나의 생물학적 용액의 활 성 제어되는 국부적인 침착을 위한 장치(Systeme de depot de solutions biologiques avec ou sans contact pour la fabrication de biopuces). Seed. Bergard, p. P. Belaubre, B. B. Belier, J.-B. J. B. Pourciel. Devices for active controlled local deposition of at least one biological solution (Systeme de depot de solutions biologiques avec ou sans contact pour la fabrication de biopuces).

제PCT/FR03/01481호 또는 제WO 03/097238호 또는 제0206016호.PCT / FR03 / 01481 or WO 03/097238 or 0202016.

자콥슨 등의 제6,294,401호. 나노입자계 전기적, 화학적 및 기계적 구조 및 그 제조 방법.6,294,401 to Jacobson et al. Nanoparticle-based electrical, chemical and mechanical structures, and methods of manufacturing the same.

힐(Hill) 등의 제6,458,431호. 나노입자를 함유하는 재료의 리소그래픽 침착 방법. 분산된 나노입자들이 표면 상에 침착되어 금속 또는 금속 산화물 막으로 변환되며, 막이 패터닝된다. 확산 장벽, 전극 등과 같은 응용에 사용됨.No. 6,458,431 to Hill et al. Methods of lithographic deposition of materials containing nanoparticles. Scattered nanoparticles are deposited on the surface and converted to a metal or metal oxide film, and the film is patterned. Used in applications such as diffusion barriers, electrodes, etc.

침착은 딥핑, 스핀 코팅, 분사, 딥 코팅, 잉크을 이용하여 수행된다.Deposition is carried out using dipping, spin coating, spraying, dip coating, ink.

변환은 전자기적으로, 광화학적으로, 열적으로, 플라즈마로, 이온 빔으로, 전자 빔으로, 에너지 소스로서 광을 이용하지만 광이 광화학적 반응이 아니라 열 반응을 개시하는 하이브리드 방법으로 수행된다. The conversion is carried out electromagnetically, photochemically, thermally, in a plasma, in an ion beam, in an electron beam, as a source of energy, but in a hybrid method in which light initiates a thermal reaction rather than a photochemical reaction.

상이한 분위기에서 특성 변경.Changing properties in different atmospheres.

그리피쓰(Griffith) 등의 제6,348,295호. 박막 침착 및 이미징에 의해 전자 및 전자기계 소자를 제조하는 방법. 이 특허는 직접 기입 제조용 나노입자 콜로이드 서스펜션을 기술하고 있다. 나노입자들은 에너지(열)의 인가에 의해 제거될 수 있는 절연 쉘로 캡핑되어 녹을 수 있다. 이 특허는 전기적으로 능동적인 패턴 및 다층을 커버한다. 막들은 전자기 방사, 레이저, 열, 저온을 통해 환원될 수 있다. 6,348,295 to Griffith et al. A method of manufacturing an electromechanical device by thin film deposition and imaging. This patent describes nanoparticle colloidal suspensions for direct write preparation. Nanoparticles can be capped and melted with an insulating shell that can be removed by application of energy (heat). This patent covers electrically active patterns and multilayers. The membranes can be reduced through electromagnetic radiation, laser, heat, low temperature.

침착: 입자들은 스핀 코팅을 통해, 치환, 분사 기술(잉크 젯), 전사 기술(예를 들어, 마이크로콘택 프린팅) 또는 정전 패터닝에 의해 표면에 도포된다. 실시 형태의 설명에서, 변형 "풀-다운 바" 메커니즘을 이용하여 이들 박막을 침착할 수 있다. 이 기술에서, 편평 로드 또는 웨지가 표면을 덮도록 접근한 후 이동 방향의 측부에 배치된 나노입자 서스펜션의 풀을 구비한 표면 위를 통과한다. 그 결과, 바의 뒷측에 박막이 형성된다. Deposition: The particles are applied to the surface via spin coating, by substitution, spraying technique (ink jet), transfer technique (eg microcontact printing) or electrostatic patterning. In the description of the embodiments, these thin films can be deposited using a modified "pull-down bar" mechanism. In this technique, a flat rod or wedge approaches to cover the surface and then passes over a surface with a pool of nanoparticle suspension disposed on the side in the direction of travel. As a result, a thin film is formed on the back side of the bar.

헬쓰(Health) 등의 제6,103,868호. 금속의 유기적으로 관능화된 단분산 나노결정. 계면 활성제로 코팅된 금속 나노입자들을 만들기 위한 종합적인 방법을 기술하고 있다.6,103,868 to Health et al. Organically functionalized monodisperse nanocrystals of metals. A comprehensive method for making metal nanoparticles coated with a surfactant is described.

골드슈타인(Goldstein)의 제6,645,444호. 금속 나노결정 및 그 합성. 이 특허는 용매의 존재하에 금속-리간드 합성물의 환원을 수반하는 금속 나노입자들의 합성 방법을 기술하고 있다. Goldstein 6,645,444. Metal nanocrystals and their synthesis. This patent describes a method for the synthesis of metal nanoparticles involving the reduction of metal-ligand composites in the presence of a solvent.

두탈러(Duthaler) 등의 제6,413,790호. 전자 표시장치를 제어하는 데 사용되는 전지 회로 소자를 생산하는 바람직한 방법. 표시 장치를 제조하기 위한 재료의 잉크 젯 프린팅 및 다양한 다른 소프트 리소그래피 기술.No. 6,413,790 to Duthaler et al. Preferred method for producing battery circuit elements used to control electronic displays. Ink jet printing of materials for manufacturing display devices and various other soft lithography techniques.

피글라즈 등의 제4,539,041호. 폴리올에 의한 금속 화합물의 환원 공정, 및 이 공정에 의해 얻어진 금속 분말. 4,539,041 to Piglas et al. The reduction process of a metal compound with a polyol, and the metal powder obtained by this process.

초우 등의 제5,759,230호. 알콜성 용매 공정을 통한 나노구조의 금속 분말 및 필름. No. 5,759,230 to Chow et al. Nanostructured metal powders and films through alcoholic solvent processes.

참조 16("도전성 패턴")으로부터의 추가 설명Additional Description from Reference 16 ("Conductive Pattern")

그 전체가 참고로 반영된 전술한 참조 16은 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 하기 위해 아래에 제공된다(특허 출원 "패터닝 공구로서 나노리소그래피를 사용하여 전도성 패턴을 제조하는 공정").The above-mentioned reference 16, which is incorporated by reference in its entirety, is provided below to enable those skilled in the art to practice the invention (patent application "process for making conductive patterns using nanolithography as a patterning tool").

추가적인 배경을 위해, 생명 공학, 진단학, 마이크로일렉트로닉스 및 나노기술에서의 많은 중요한 응용은 물질의 기본 타입 중 하나인 금속의 나노 구조를 필요로 한다. 예를 들어, 보다 작고 빠른 컴퓨터 칩 및 회로 보드를 제공하기 위해 보다 나은 마이크로일렉트로닉스가 필요하며, 금속은 회로를 완성하는 데 필요한 도전성을 제공할 수 있다. 금속은 또한 촉매제로서 이용될 수 있다. 그러나, 금속의 가공은 어려울 수 있으며, 나노스케일에서의 작업은 문제를 훨씬 더 어렵게 만들 수 있다. 많은 방법은 미크론 레벨의 제조로 제한된다. 많은 방법은 전기 화학적 바이어스 또는 매우 높은 온도에 대한 필요에 의해 제한된다. 더욱이, 많은 방법은 잉크 점도와 같은 침착 프로세스의 물리적 요건에 의해 제한된다. 특히 정렬, 막 및 와이어를 적층하는 능력, 고 해상도 및 다기능을 제공하는 수단에 의해 금속 나노 구조를 제조하기 위한 보다 나은 방법이 필요하다. For additional background, many important applications in biotechnology, diagnostics, microelectronics, and nanotechnology require nanostructures of metals, one of the basic types of materials. For example, better microelectronics are needed to provide smaller and faster computer chips and circuit boards, and metals can provide the conductivity needed to complete the circuit. Metals can also be used as catalysts. However, machining of metals can be difficult, and working on nanoscale can make the problem even more difficult. Many methods are limited to the production of micron levels. Many methods are limited by the electrochemical bias or the need for very high temperatures. Moreover, many methods are limited by the physical requirements of the deposition process, such as ink viscosity. There is a need for a better method for fabricating metal nanostructures, in particular by means of providing alignment, film and wire lamination, high resolution and multifunction.

요컨대, 본 발명은 본 발명의 범위를 제한하지 않고 본 명세서에 요약되는 일련의 실시 형태를 포함한다. 예를 들어, 본 발명은 기판 상에 원하는 패턴으로 도전성 코팅을 침착하는 방법을 제공하는데, 이 방법은 (a) 전구체로 코팅된 팁을 이용한 나노리소그래피에 의해 원하는 패턴으로 기판 상에 전구체를 침착하는 단계; (b) 전구체를 리간드와 접촉시키는 단계; (c) 선택적으로, 확장된 방사 소스로부터 충분한 에너지를 인가하여 리간드에서 전구체로 전자를 전달함으로써 전구체를 분해하여 원하는 패턴으로 도전성 침전물을 형성하며, 따라서 기판 상에 직접 도전성 패턴을 형성하는 단계를 포함한다. In short, the present invention includes a series of embodiments summarized herein without limiting the scope of the invention. For example, the present invention provides a method of depositing a conductive coating on a substrate in a desired pattern, which method comprises (a) depositing a precursor on the substrate in a desired pattern by nanolithography using a tip coated with the precursor. step; (b) contacting the precursor with a ligand; (c) optionally, applying sufficient energy from the extended radiation source to transfer electrons from the ligand to the precursor to decompose the precursor to form a conductive precipitate in a desired pattern, thus forming a conductive pattern directly on the substrate. do.

본 발명은 또한 기판 상에 원하는 패턴으로 도전성 금속을 프린팅하는 방법을 제공하는데, 이 방법은 (a) 전구체로 코팅된 팁을 이용한 나노리소그래피를 이용하여 원하는 패턴에 따라 기판 상에 직접 금속 전구체 및 리간드를 드로잉하는 단계; 및 (b) 기판으로부터 실질적인 양의 전구체를 제거하지 않고, 그리고 기판으로부터 실질적인 양의 금속을 제거하지 않고, 선택적으로, 확장된 방사 소스로부터 에너지를 인가하여 전구체를 분해함으로써 원하는 패턴으로 도전성 금속을 형성하는 단계를 포함한다.The present invention also provides a method of printing a conductive metal on a substrate in a desired pattern, which method comprises: (a) using nanolithography with a tip coated with a precursor to direct the metal precursor and ligand onto the substrate according to the desired pattern. Drawing a drawing; And (b) forming a conductive metal in a desired pattern by decomposing the precursor by applying energy from an extended radiation source, optionally without removing a substantial amount of precursor from the substrate, and without removing a substantial amount of metal from the substrate. It includes a step.

본 발명은 또한 팁에서 기판 상으로 금속 전구체를 침착하여 나노구조를 형성한 후 전구체 나노구조를 금속 침착물로 변환하는 단계를 포함하는 나노리소그래피 방법을 제공한다. 침착은 팁과 기판 사이의 전기적인 바이어스 없이 수행될 수 있다. The invention also provides a nanolithography method comprising depositing a metal precursor onto a substrate at a tip to form a nanostructure and then converting the precursor nanostructure to a metal deposit. Deposition can be performed without electrical bias between the tip and the substrate.

본 발명은 또한, 나노급 팁에서 기판 상으로 금속 전구체를 필수 구성 요소로 하는 잉크 합성물을 침착하여 나노구조를 형성한 후 나노구조의 금속 전구체를 금속 형태로 변환하는 단계를 필수적으로 포함하는 나노리소그래피 방법을 제공한다. 본 발명의 기본적이고 신규한 양태들은 본 명세서 전반에 설명되지만, 이들 양태는 스탬프 및 레지스트가 필요하지 않고, 전기 화학적인 바이어스가 필요하지 않고, 일반적인 연구실 및 생산 시설을 위해 쉽게 입수할 수 없는 값 비싼 장비가 필요하지 않고, 기판과 잉크 간의 반응이 필요하지 않은 것을 포함한다. 따라서, 합성물 및 잉크는 이러한 제한 없이 조성되고 패터닝될 수 있다.The present invention also nanolithography essentially comprising depositing an ink composite comprising a metal precursor as an essential component on a substrate at a nanoscale tip to form a nanostructure, and then converting the nanostructured metal precursor into a metal form. Provide a method. While the basic and novel aspects of the present invention are described throughout this specification, these aspects do not require stamps and resists, do not require electrochemical bias, and are expensive that are not readily available for general laboratories and production facilities. No equipment is required, and no reaction between the substrate and the ink is required. Thus, composites and inks can be formulated and patterned without this limitation.

본 발명은 또한, 잉크와 기판 사이의 전기 화학적인 바이어스 또는 반응 없 이 프린팅하는 방법을 제공하는데, 이 방법은 팁에서 기판 상으로 금속 전구체 잉크 합성물을 기판 상의 마이크로 구조 또는 나노 구조의 형태로 침착하여 약 1 미크론 이하, 약 500 nm 이하 또는 약 100 nm 이하 만큼 서로 분리된 이산 객체들을 가진 어레이를 형성하는 단계를 포함한다.The present invention also provides a method for printing without electrochemical bias or reaction between the ink and the substrate, which deposits a metal precursor ink composite in the form of microstructures or nanostructures on the substrate at the tip onto the substrate. Forming an array with discrete objects separated from each other by about 1 micron or less, about 500 nm or less, or about 100 nm or less.

본 발명은 또한, 기판 및 본 발명에 따른 방법들에 의해 준비되는 기판 상의 이산 나노급 및/또는 마이크로급 금속 침착물을 포함하는 패터닝된 어레이를 제공한다. 금속 침착물은 예를 들어 직사각형, 정사각형, 도트 또는 라인일 수 있다.The present invention also provides a patterned array comprising discrete nano and / or micro class metal deposits on a substrate and a substrate prepared by the methods according to the invention. The metal deposit can be, for example, rectangular, square, dot or line.

본 발명은 또한, 예를 들어 센서, 바이오센서 및 리소그래피 템플릿은 물론 본 명세서에 설명되는 다른 응용을 준비하는 단계를 포함하는 방법을 이용하는 방법을 제공한다.The invention also provides a method using a method comprising, for example, preparing a sensor, a biosensor and a lithography template as well as other applications described herein.

참조 16의 도1은 실시예 1에서 본 발명에 따른 팔라듐 구조의 AFM 데이터를 나타낸다.1 of Reference 16 shows AFM data of a palladium structure according to the present invention in Example 1. FIG.

참조 16의 도2는 실시예 3에서 본 발명에 따른 팔라듐 구조의 AFM 데이터를 나타낸다.Figure 2 of Reference 16 shows AFM data of a palladium structure according to the present invention in Example 3.

참조 16의 도3은 실시예 4에서 본 발명에 따른 백금 구조의 AFM 데이터를 나타낸다.Figure 3 of Reference 16 shows AFM data of a platinum structure according to the present invention in Example 4.

참조 16의 도4는 실시예 5에서 본 발명에 따른 팔라듐 구조의 AFM 데이터를 나타낸다.Figure 4 of Reference 16 shows AFM data of a palladium structure according to the present invention in Example 5.

참조 16의 도5는 실시예 5에서 본 발명에 따른 팔라듐 구조의 AFM 데이터를 나타낸다.Figure 5 of Reference 16 shows AFM data of a palladium structure according to the present invention in Example 5.

참조 16("도전성 패턴")의 상세한 설명Detailed Description of Reference 16 ("Conductive Pattern")

참조 16은 그 전체가 본 명세서에 참고로 반영되는, 2002년 8월 26일자로 출원된 크로커 등의 가출원 제60/405,741호, 및 2002년 10월 21일자로 출원된 크로커 등의 제60.419,781호의 이익을 청구한다.Reference 16 is provisional application 60 / 405,741 to Crocker et al., Filed Aug. 26, 2002, the entirety of which is incorporated herein by reference, and 60.419,781 to Crocker et al., Filed Oct. 21, 2002. Claim the benefit of favor.

전술한 바와 같이, DPNTM 및 DIP PEN NANOLITHOGRAPHYTM는 나노잉크의 상표이며, 본 명세서에 적절히 사용된다(예를 들어, DPN 프린팅 또는 DIP PEN NANOLITHOGRAPHY 프린팅). 본 발명에 따른 나노리소그래피를 수행하는 데 사용될수 있는 NScriptorTM를 포함하는 DPN 방법 및 장비는 일반적으로 나노잉크, 인크.(일리노이주, 시카고)로부터 입수할 수 있다.As mentioned above, DPN and DIP PEN NANOLITHOGRAPHY are trademarks of nanoinks and are used as appropriate herein (eg, DPN printing or DIP PEN NANOLITHOGRAPHY printing). DPN methods and equipment including NScriptor that can be used to perform nanolithography according to the present invention are generally available from NanoInk, Inc. (Chicago, Ill.).

본 명세서는 당업자에게 본 발명을 실시하기 위한 기술 문헌에 대한 참조를 포함하는 안내를 제공하지만, 이러한 참조는 기술 문헌이 종래 기술이라는 인정을 구성하지 않는다.While this specification provides guidance to those skilled in the art including references to technical literature for practicing the invention, such references do not constitute an admission that the technical literature is prior art.

직접 기입 기술은 예를 들어, 문헌[Direct-Write Technologies for Rapid Prototyping Applications: Sensors, Electronics, and Integrated Power Sources, Ed. by A. Pique and D.B. Chrisey, Academic Press, 2002]에 기술된 방법에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 머킨, 데머스(Demers) 및 홍(Hong)의 제10장은 서브 100 나노미터 길이 스케일에서의 나노리소그래피 프린팅을 기술하고 있으며, 본 명세서에 참고로 반영되어 있다(페이지 303-312). 페이지 311-312는 본 발명의 실시에 있어서 당업자를 안내할 수 있는 나노급 팁으로부터 기판으로 전달된 패터닝 화 합물을 이용하는 스캐닝 프로브 리소그래피 및 직접 기입 방법에 대한 추가 참조를제공한다. 이 텍스트는 또한 도전성 패턴을 기술하고 있다.Direct write techniques are described, for example, in Direct-Write Technologies for Rapid Prototyping Applications: Sensors, Electronics, and Integrated Power Sources, Ed. by A. Pique and D.B. Chrisey, Academic Press, 2002]. For example, Chapter 10 of Merkin, Demers, and Hong describes nanolithography printing on a sub 100 nanometer long scale, which is incorporated herein by reference (pages 303-312). . Pages 311-312 provide further reference to scanning probe lithography and direct writing methods using patterning compounds transferred from nanoscale tips to a substrate that can guide those skilled in the practice of the present invention. This text also describes the conductive pattern.

나노리소그래피 및 나노 제조는 또한, 페이지 344-357의 금속 침착을 포함하는 문헌[Marc J. Madou's Fundamentals of Microfabrication, The Science of Miniaturization, 2nd Ed.]에 기술되어 있다.Nanolithography and nanofabrication are also described in Marc J. Madou's Fundamentals of Microfabrication, The Science of Miniaturization, 2nd Ed., Which includes metal depositions on pages 344-357.

본 출원에는 패터닝 도구로서 딥 펜 나노리소그래피(DPN) 프린팅을 이용하여 도전성 패턴을 제조하기 위한 다수의 실시 형태가 개시된다. 본 명세서의 모든 실시 형태에 대해, DPN 프린팅 방법을 개시하는 아래의 문헌들이 본 명세서에 참고로 반영되며 본 명세서의 일부를 형성한다:The present application discloses a number of embodiments for manufacturing conductive patterns using deep pen nanolithography (DPN) printing as a patterning tool. For all embodiments herein, the following documents describing the DPN printing method are incorporated herein by reference and form part of this specification:

(1) 문헌[Piner et al. Science, 29 January 1999, Vol. 283 pgs. 661-663]. (1) Piner et al. Science, 29 January 1999, Vol. 283 pgs. 661-663].

(2) 머킨 등의 1999년 1월 7일자 출원된 미국 가출원 제60/115,133호. (2) US Provisional Application No. 60 / 115,133, filed January 7, 1999 to Merkin et al.

(3) 머킨 등의 1999년 10월 4일자 출원된 미국 가출원 제60/207,713호. (3) US Provisional Application No. 60 / 207,713, filed October 4, 1999 by Merkin et al.

(4) 머킨 등의 2000년 1월 5일자 출원된 미국 정식 특허 출원 제09/477,997호. (4) United States Patent Application Serial No. 09 / 477,997, filed January 5, 2000 to Merkin et al.

(5) 머킨 등의 2000년 5월 26일자 출원된 미국 가출원 제60/207,713호. (5) US Provisional Application No. 60 / 207,713, filed May 26, 2000 to Merkin et al.

(6) 머킨 등의 2000년 5월 26일자 출원된 미국 가출원 제60/207,711호. (6) US Provisional Application No. 60 / 207,711, filed May 26, 2000 to Merkin et al.

(7) 머킨 등의 2001년 5월 24일자 출원된 미국 정식 출원 제09/866,533호. (7) United States Application No. 09 / 866,533, filed May 24, 2001, to Merkin et al.

(8) 머킨 등의 2002년 5월 30일자 공개된 미국 특허 공개 공보 제2002/0063212호. (8) US Patent Publication No. 2002/0063212, published May 30, 2002 by Merkin et al.

본 발명은 하나의 팁만을 이용하여 프린팅하는 것으로 제한되는 것이 아니 라, 오히려 다수의 팁이 사용될 수 있는데, 예를 들어 2003년 1월 30일자로 공개된 리우(Liu) 등의 미국 특허 공보 제2003/0022470호("나노리소그래피를 위한 평행한 개별 접근가능한 프로브")를 참조한다.The present invention is not limited to printing using only one tip; rather, a number of tips may be used, for example, US Patent Publication No. 2003 to Liu et al., Published January 30, 2003. / 0022470 ("Parallel Individually Accessible Probes for Nanolithography").

특히, 2001년 5월 24일자로 출원된 이전의 출원 제09/866,533호(상기한 참조 7 및 8, 2002년 5월 30일자로 공개된 제2002/0063212호)에는, 예를 들어 배경(페이지 1-13), 요약(페이지 3-4), 도면의 간단한 설명(페이지 4-10), 스캐닝 프로브 마이크로스코프 팁의 이용(페이지 10-12), 기판(페이지 12-13), 패터닝 화합물(페이지 13-17), 예를 들어 팁 코팅을 포함하는 실시 방법(페이지 18-20), 나노 플로터를 포함하는 기구(페이지 20-24), 다층의 이용 및 관련 프린팅 및 리소그래피 방법(페이지 24-26), 해상도(페이지 26-27), 어레이 및 조합 어레이(페이지 27-30), 소프트웨어 및 교정(페이지 30-35, 68-70), 소수성 화합물로 코팅된 팁을 포함하는 키트 및 다른 물품(페이지 35-37), 실시예(페이지 38-67), 대응 청구범위 및 요약서(페이지 71-82) 및 도면 1-28을 포함하는 다양한 실시 형태를 커버하는 직접 기입 나노리소그래피 프린팅 배경 및 절차가 상세히 기술되어 있다. 이 개시는 여기에 반복되지 않고, 반복될 필요가 없지만, 그 전체가 참고로 반영된다.In particular, previous applications 09 / 866,533 filed May 24, 2001 (references 7 and 8 above, 2002/0063212 published May 30, 2002) include, for example, a background (page 1-13), Summary (page 3-4), Brief Description of Drawings (page 4-10), Use of Scanning Probe Microscope Tips (page 10-12), Substrate (page 12-13), Patterning Compound (page 13-17), for example, methods of implementation involving tip coating (pages 18-20), instruments involving nanoplotters (pages 20-24), use of multiple layers and related printing and lithography methods (pages 24-26) , Resolutions (page 26-27), arrays and combination arrays (page 27-30), software and calibration (pages 30-35, 68-70), kits and other items including tips coated with hydrophobic compounds (page 35) -37), examples that cover various embodiments including examples (pages 38-67), corresponding claims and abstracts (pages 71-82), and Figures 1-28. The contact nanolithography printing background and procedure are described in detail. This disclosure is not repeated herein and need not be repeated, but is incorporated by reference in its entirety.

또한, 2002년 9월 5일자로 공개된 머킨 등의 미국 특허 공개 공보 제2002 0122873호는 여기에 반복되지 않고, 반복될 필요가 없지만, 그 전체가 참고로 반영된다. 이 공개 출원은 예를 들어 외부 개구 및 내부 공동을 가진 팁의 이용, 및 잉크(침착 화합물)를 기판으로 이동시키기 위한 전기, 기계 및 화학적 구동력의 이용을 포함한다. 하나의 방법은 어퍼쳐 펜 나노리소그래피를 포함하는데, 어퍼쳐를 통한 침착 화합물의 이동의 속도 및 범위는 구동력에 의해 제어된다. 이 공개 출원은 또한 코팅된 팁, 패턴, 기판, 잉크, 패터닝 화합물, 침착 화합물, 다수 팁 나노리소그래피, 다수 침착 화합물 및 어레이를 기술한다.In addition, US Patent Publication No. 2002 0122873 to Merkin et al., Published September 5, 2002, is not repeated herein and need not be repeated, but is incorporated by reference in its entirety. This publication includes, for example, the use of tips having external openings and internal cavities, and the use of electrical, mechanical and chemical driving forces to transfer ink (deposition compounds) to a substrate. One method includes aperture pen nanolithography, in which the speed and range of movement of the deposition compound through the aperture is controlled by the driving force. This publication also describes coated tips, patterns, substrates, inks, patterning compounds, deposition compounds, multiple tip nanolithography, multiple deposition compounds, and arrays.

나노리소그래피는 다음 참조에도 기술되어 있다:Nanolithography is also described in the following references:

(a) 문헌[B.W. Maynor et al. Langmuir, 17, 2575-2578 ("Au 'ink' for AFM 'Dip-Pen' Nanolithography")]은 금속 이온의 표면 유도 환원에 의한 금 나노구조의 형성을 기술하고 있다. 그러나, 이 방법은 적당한 금 전구체, 및 금과 반응하는 기판 표면의 주의 깊은 선택을 수반하는데, 이는 프로세스를 제한하며 본 발명에서는 필요하지 않다.(a) B.W. Maynor et al. Langmuir, 17, 2575-2578 ("Au 'ink' for AFM 'Dip-Pen' Nanolithography") describes the formation of gold nanostructures by surface induced reduction of metal ions. However, this method involves careful selection of a suitable gold precursor and a substrate surface that reacts with gold, which limits the process and is not necessary in the present invention.

(b) 문헌[Y. Li et al., J. Am. Chem. Soc., 2001, 123, 2105-2106 ("Electrochemical AFM 'Dip-Pen' Nanolithography")]은 백금 금속의 침착을 기술하고 있다. 그러나, 이 방법은 팁과 기판 사이의 외부 전기 화학적 바이어스의 이용을 수반하는데, 이는 프로세스를 제한하며, 본 발명에서는 필요하지 않다.(b) [Y. Li et al., J. Am. Chem. Soc., 2001, 123, 2105-2106 ("Electrochemical AFM 'Dip-Pen' Nanolithography") describe the deposition of platinum metals. However, this method involves the use of an external electrochemical bias between the tip and the substrate, which limits the process and is not necessary in the present invention.

DPN 프린팅 프로세스에서는 잉크가 기판으로 전사된다. 기판은 편평하거나 거칠거나 곡면이거나 표면 특징부를 가질 수 있다. 기판은 사전에 패터닝될 수 있다. 기판 상의 잉크의 고정은 화학적 흡착 및/또는 공유 결합에 의해 가능하다. 전사된 잉크는 원할 경우 제조 디자인의 일부로서 직접 이용되거나, 추가 제조를 위한 템플릿으로서 간접적으로 이용될 수 있다. 예를 들어, DPN 프린팅에 의해 기판 상에 직접 단백질이 패터닝되거나, 단백질을 결합하는 데 이용되는 템플릿 화합물이 패터닝될 수 있다. DPN 프린팅의 이점 및 응용은 다양하며 위의 참조들에 기 술되어 있다. 예를 들어, 고 해상도 및 우수한 레지스트레이션을 가진 복합 구조가 달성될 수 있다. 1 미크론 미만, 특히 100 nm 미만, 특히 50 nm 미만의 라인 폭, 단면 및 원주를 가진 구조가 달성될 수 있다. 요컨대, DPN 프린팅은 뛰어난 제어 및 다기능성으로 나노미터 레벨의 제조 및 리소그래피를 실시할 수 있게 하는 가능성 있는 나노 제조/나노리소그래피 기술이다. 이러한 타입의 나노 제조 및 나노리소그래피는 미크론 스케일 작업에 보다 적합한 많은 기술로 달성하기 어려울 수 있다. DPN 프린팅은 또한 원할 경우 마이크로 스케일 구조를 준비하는 데 이용될 수 있지만, 나노 구조가 선호된다.In the DPN printing process, the ink is transferred to the substrate. The substrate may be flat, rough, curved or have surface features. The substrate may be patterned in advance. Fixation of the ink on the substrate is possible by chemical adsorption and / or covalent bonding. The transferred ink can be used directly as part of the manufacturing design, if desired, or indirectly as a template for further manufacturing. For example, proteins may be patterned directly on a substrate by DPN printing, or template compounds used to bind proteins may be patterned. The benefits and applications of DPN printing vary and are described in the references above. For example, a composite structure with high resolution and good registration can be achieved. Structures with a line width, cross section and circumference of less than 1 micron, in particular less than 100 nm, in particular less than 50 nm can be achieved. In short, DPN printing is a potential nanofabrication / nanolithography technology that enables nanometer-level fabrication and lithography with superior control and versatility. Nanofabrication and nanolithography of this type can be difficult to achieve with many techniques that are more suitable for micron scale operations. DPN printing can also be used to prepare microscale structures if desired, but nanostructures are preferred.

팁은 나노급 팁일 수 있다. 팁은 AFM 팁을 포함하는 스캐닝 프로브 마이크로스코프 팁일 수 있다. 팁은 공동을 갖거나 갖지 않을 수 있다. 잉크는 공동 팁의 중앙을 통과하여 팁의 단부를 코팅한다. 팁은 전구체 잉크의 프린팅을 용이하게 하도록 개조될 수 있다. 일반적으로, 팁은 잉크와 반응하지 않고, 오랜 기간 동안 사용될 수 있는 것이 바람직하다.The tip may be a nanoclass tip. The tip may be a scanning probe microscope tip that includes an AFM tip. The tip may or may not have a cavity. The ink passes through the center of the cavity tip to coat the end of the tip. The tip can be adapted to facilitate printing of the precursor ink. In general, it is desirable that the tip does not react with the ink and can be used for a long time.

나노리소그래피에 의하여 침착되는 패턴들은 패턴의 형상에 의해 특별히 제한되지는 않는다. 공통 패턴은 도트 및 라인 및 그 어레이를 포함한다. 패턴의 높이는 예를 들어 약 10 nm 이하, 특히 약 5 nm 이하일 수 있다. 라인이 패터닝될 때, 라인은 예를 들어 약 1 미크론 이하의 폭, 특히 약 500 nm 이하의 폭, 특히 약 100 nm 이하의 폭일 수 있다. 도트가 패터닝될 때, 도트는 예를 들어 약 1 미크론 이하의 직경, 특히 약 500 nm 이하의 직경, 특히 약 100 nm 이하의 직경일 수 있다. Patterns deposited by nanolithography are not particularly limited by the shape of the pattern. Common patterns include dots and lines and arrays thereof. The height of the pattern can be for example about 10 nm or less, in particular about 5 nm or less. When the line is patterned, the line can be, for example, about 1 micron or less wide, especially about 500 nm or less wide, in particular about 100 nm or less wide. When the dot is patterned, the dot can be, for example, a diameter of about 1 micron or less, in particular a diameter of about 500 nm or less, in particular a diameter of about 100 nm or less.

나노구조를 형성하기 위하여 나노리소그래피가 바람직하게 수행되지만, 미크론 스케일의 구조도 흥미로울 수 있다. 예를 들어, 직사각형, 정사각형, 도트 또는 라인과 같은 1-10 제곱 미크론 면적의 구조를 패터닝하는 데 이용된 실험은 보다 작은 나노구조에 대한 실험을 설계하는 데에도 이용될 수 있다.Nanolithography is preferably performed to form nanostructures, but micron scale structures may also be of interest. For example, the experiments used to pattern structures of 1-10 square microns, such as rectangles, squares, dots, or lines, can also be used to design experiments for smaller nanostructures.

다른 실시 형태에서, 나노급 패턴을 포함하는 도전성 패턴은 DPN 프린팅을 이용하여 다음의 단계들을 이용하여 형성된다:In another embodiment, a conductive pattern comprising a nanoscale pattern is formed using DPN printing using the following steps:

1) 예를 들어, 코팅된 팁을 이용하여 금속 염과 같은 전구체를 원하는 패턴으로 기판 상에 침착하는 단계.1) depositing a precursor, such as a metal salt, onto the substrate in a desired pattern using, for example, a coated tip.

2) 적절한 리간드를 기판 상에 인가하는 단계, 예를 들어 리간드는 질소, 인 또는 황과 같은 도너 원자를 포함한다. 2) applying an appropriate ligand onto the substrate, for example the ligand comprises a donor atom such as nitrogen, phosphorus or sulfur.

3) 예를 들어 방사 열에 의해 리간드에서 전구체로 전자를 이동시키기 위한 충분한 에너지를 인가하여, 전구체를 분해함으로써 예를 들어 금속과 같은 침전물을 형성하는 단계.3) applying sufficient energy to transfer electrons from the ligand to the precursor, for example by radiant heat, to decompose the precursor to form a precipitate, for example a metal.

금속 패터닝 프로세스 및 화학은 (1) 본 명세서에 참고로 반영된 샤마(Sharma) 등의 미국 특허 제5,980,998호(1999년 11월 9일 허여됨), 및 (2) 본 명세서에 참고로 반영된 나랑(Narang) 등의 미국 특허 제6,146,716호(2000년 11월 14일 허여됨)에 개시되어 있다. 그러나, 이들 참조는 침착을 위한 딥 펜 나노리소그래피 프린팅 또는 다른 나노리소그래피의 이용을 개시도 시사도 하고 있지 않으며, DPN 프린팅으로부터 발생하는 이점을 개시도 시사도 하고 있지 않다. 오히려, 이들은 저장조 및 애플리케이터를 포함하는 디스펜서를 이용하는 통상의 프린팅 방법 의 이용을 개시하고 있다. 여기에는, 샤마의 제5,980,998호 특허에 개시된 화학 및 패터닝이 일반적으로 패터닝 방법으로서 DPN 프린팅을 포함하도록 예상치 못한 결과를 낳는 예상치 못한 방식으로 수정되고 DPN 프린팅 프로세스가 샤마의 제5,980,998호 특허에 개시된 화학을 포함하도록 예상치 못한 결과를 낳은 예상치 못한 방식으로 변경되는 실시 형태들이 개시되어 있다. Metal patterning processes and chemistries include (1) US Pat. No. 5,980,998 to Sharma et al., Issued November 9, 1999, and (2) Narang, incorporated herein by reference. US Pat. No. 6,146,716, issued Nov. 14, 2000. However, these references neither disclose nor suggest the use of deep pen nanolithography printing or other nanolithography for deposition, nor do they disclose or suggest the benefits arising from DPN printing. Rather, they disclose the use of conventional printing methods using dispensers including reservoirs and applicators. The chemistry and patterning disclosed in Shama's 5,980,998 patent is modified in an unexpected manner, which generally yields unexpected results to include DPN printing as a patterning method and the DPN printing process uses the chemistry disclosed in Shama's 5,980,998 patent. Embodiments are disclosed that are modified in an unexpected manner with unexpected results to include.

여기서 잉크 용액은 일반적으로 용매 및 용질을 포함하도록 의도된다. 용매는 용질을 용매화할 수 있는 임의의 재료일 수 있지만, 일반적으로 싸고, 쉽게 입수할 수 있고, 비교적 독성이 없는 물, 다양한 알코올 등과 같은 재료를 포함하도록 의도된다. 용질은 일반적으로, 금속 또는 다른 물질이 용액으로부터 침전되도록 에너지 소스의 영향하에 서로 화학적으로 반응하는 적어도 2개의 성분을 포함하도록 의도된다. 바람직한 실시 형태에서, 용질의 하나의 성분은 염을 포함하고, 용질의 다른 성분은 적절한 리간드를 포함한다. 본 명세서에 사용되는 "염"이라는 용어는 산(A) 과 염기(B)의 임의의 조합을 의미한다. 그 예는 구리 포름산염, 아세테이트, 아크릴레이트, 티오시안산염, 및 요오드화물과 같은 금속 염이다. 다른 예는 암모늄 포름산염 및 암모늄 아크릴레이트와 같은 비금속 염이다. Ink solutions herein are generally intended to include solvents and solutes. The solvent may be any material capable of solvating the solute, but is generally intended to include materials such as water, various alcohols, etc., which are inexpensive, readily available, and relatively non-toxic. Solutes are generally intended to include at least two components that chemically react with each other under the influence of an energy source such that a metal or other substance precipitates out of solution. In a preferred embodiment, one component of the solute comprises a salt and the other component of the solute comprises a suitable ligand. The term "salt" as used herein refers to any combination of acid (A) and base (B). Examples are metal salts such as copper formate, acetate, acrylate, thiocyanate, and iodide. Other examples are nonmetal salts such as ammonium formate and ammonium acrylate.

용액의 다양한 성분은 기판 상에 동시에, 순차적으로 또는 이 둘의 조합으로 침착될 수 있다. 따라서, 염은 리간드와 동시에 침착되거나 리간드와 별개로 침착될 수 있는 것으로 의도된다. 또한, 용매는 자체가 염 또는 리간드의 하나 이상의 양태를 포함하거나 양태에 기여할 수 있는 것으로 의도된다. The various components of the solution can be deposited on the substrate simultaneously, sequentially or in a combination of the two. Thus, salts are intended to be deposited simultaneously with the ligand or deposited separately from the ligand. It is also intended that the solvent itself can include or contribute to one or more embodiments of salts or ligands.

본 명세서에 사용되는 "리간드"(L)라는 용어는 AB+L <-> AL+B 또는 AB+L <-> A+BL이 되도록 산화 환원 반응에서 염의 하나 이상의 양태를 치환하도록 열적으로 활성화될 수 있는 임의의 물질을 지칭한다. 여기에 의도된 프로세스에서, 바람직한 리간드는 비결정이며, 비금속 잔기를 남기지 않으며, 정상 대기 조건하에서 안정적이다. 보다 바람직한 리간드는, 일반적으로 약 300℃ 미만으로 간주되는 적당한 온도에서 사용되는 특정 염과의 산화 환원 반응에 참여할 수도 있다.As used herein, the term "ligand" (L) may be thermally activated to substitute one or more embodiments of the salt in a redox reaction such that AB + L <-> AL + B or AB + L <-> A + BL. It refers to any substance that can be. In the process intended herein, preferred ligands are amorphous, leave no nonmetallic residues, and are stable under normal atmospheric conditions. More preferred ligands may participate in redox reactions with certain salts used at suitable temperatures, generally considered to be less than about 300 ° C.

바람직한 리간드 군은 예를 들어 사이클로헥실아민을 포함하는 질소 도너들이다. 그러나, 다수의 다른 질소 도너 및 이들의 혼합물도 사용될 수 있다. 그 예는 3-피콜린, 루티딘, 퀴놀린 및 아이소퀴놀린, 사이클로펜틸아민, 사이클로헥실아민, 사이클로헵틸아민, 사이클로옥틸아민 등이다. 그러나, 이들은 단지 소수의 예이며, 많은 다른 지방족 제1, 제2 및 제3 아민 및/또는 방향족 질소 도너도 사용될 수 있다. Preferred ligand groups are nitrogen donors, for example comprising cyclohexylamine. However, many other nitrogen donors and mixtures thereof may also be used. Examples are 3-picoline, lutidine, quinoline and isoquinoline, cyclopentylamine, cyclohexylamine, cycloheptylamine, cyclooctylamine and the like. However, these are only a few examples and many other aliphatic first, second and third amines and / or aromatic nitrogen donors may also be used.

의도된 용액은 염 및 리간드 외에 다른 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 물과 알코올을 포함하거나 포함하지 않는 질소 도너 용매 내의 구리 (II) 포름산염의 혼합물이 팁에서 기판으로의 이동을 용이하게 하는 데 이용될 수 있다. 소량의 용매 기반 폴리머 또는 계면 활성제도 팁에서 기판으로의 이동을 용이하게 하고 보다 양호한 막 형성 특성을 부여하도록 전구체 용액의 유동성을 조정하기 위한 유용한 첨가제일 수 있다. 한편, 트라이에틸포스페이트, 트라이톤 X100, 글리세롤 등과 같은 높은 끓는점을 가진 대량의 용매 및/또는 첨가제는 캡톤(KaptonTM). 또는 종이와 같이 온도에 민감한 기판 상의 불완전한 열분해로 인해 생성되는 막을 오염 시키는 경향을 가지므로 피하는 것이 바람직하다. 더욱이, 결합제로 기판을 처리하여 결합제의 기판 표면의 소수성 또는 친수성을 수정하는 기능으로서 침착 재료의 기판에 대한 접착을 향상시키는 것은 가치가 있다. The intended solution may include other compounds in addition to salts and ligands. For example, a mixture of copper (II) formate in a nitrogen donor solvent, with or without water and alcohol, can be used to facilitate migration from the tip to the substrate. Small amounts of solvent-based polymers or surfactants may also be useful additives for adjusting the flowability of the precursor solution to facilitate migration from the tip to the substrate and to impart better film formation properties. On the other hand, high boiling point solvents and / or additives such as triethylphosphate, Triton X100, glycerol and the like are known as Kapton . Or it is desirable to avoid, as it tends to contaminate the film resulting from incomplete pyrolysis on a temperature sensitive substrate such as paper. Moreover, it is valuable to improve adhesion of the deposition material to the substrate as a function of treating the substrate with the binder to modify the hydrophobicity or hydrophilicity of the substrate surface of the binder.

염이 금속을 포함하는 경우, 모든 금속이 의도된다. 바람직한 금속은 구리, 은 및 금과 같은 도전성 원소를 포함하지만, 실리콘 및 게르마늄과 같은 반도체도 포함한다. 몇가지 목적을 위해, 특히 촉매의 생성을 위해, 카드뮴, 크롬, 코발트, 철, 납, 망간, 니켈, 백금, 팔라듐, 로듐, 은, 주석, 티타늄, 아연 등과 같은 금속들이 이용될 수 있는 것으로 의도된다. 본 명세서에 사용되는 "금속"이라는 용어는 합금, 금속/금속 합성물, 금속 세라믹 합성물, 금속 폴리머 합성물은 물론 다른 금속 합성물도 포함한다.If the salt comprises a metal, all metals are intended. Preferred metals include conductive elements such as copper, silver and gold, but also semiconductors such as silicon and germanium. For some purposes, especially for the production of catalysts, it is intended that metals such as cadmium, chromium, cobalt, iron, lead, manganese, nickel, platinum, palladium, rhodium, silver, tin, titanium, zinc and the like can be used. . The term "metal" as used herein includes alloys, metal / metal composites, metal ceramic composites, metal polymer composites as well as other metal composites.

기판은 실질적으로, 그 위에 화합물이 침착될 수 있는 임의의 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 의도된 기판은 금속 및 비금속, 도체 및 부도체, 신축 및 비신축 재료, 흡수 및 비흡수 재료, 편평 및 곡선 재료, 직물 및 비직물 재료, 고형 및 공동 재료, 및 대형 및 소형 객체를 포함한다. 특히 바람직한 기판은 회로 보드, 종이, 유리 및 금속 객체이다. 다른 시각에서 볼 때, 넓은 범위의 의도된 기판들은 본 발명의 가르침이 이롭게 적용될 수 있는 의도된 목적의 범위의 소정의 표시를 제공한다. 따라서, 본 명세서에 교시되는 방법 및 장치는 멀티칩 모듈, PCMCIA 카드, 인쇄 회로 보드, 실리콘 웨이퍼, 보안 프린팅, 장식 프린팅, 촉매, 정전 차폐, 수소 통과막, 경사 기능 재료, 나노 재료 생산, 배터리 전극, 연료 전지 전극, 액추에이터, 전기 접점, 커패시터 등을 포함하는 다양한 응용에 이용될 수 있다. 이 방법 및 장치는 센서 및 바이오센서로서 이용될 수 있다. 이 방법 및 장치는 임프린트 나노리소그래피와 같은 추가 리소그래피를 위한 템플릿을 준비하는 데 이용될 수 있다. 이 방법을 이용하여 나노 와이어 및 나노 튜브를 연결하는 것은 특히 흥미롭다.The substrate may comprise substantially any material from which a compound may be deposited thereon. For example, intended substrates include metals and nonmetals, conductors and insulators, stretched and non-stretched materials, absorbing and non-absorbing materials, flat and curved materials, textile and nonwoven materials, solid and hollow materials, and large and small objects. Include. Particularly preferred substrates are circuit boards, paper, glass and metal objects. From another perspective, a wide range of intended substrates provide some indication of the range of intended purposes to which the teachings of the present invention may be advantageously applied. Thus, the methods and apparatus taught herein include multichip modules, PCMCIA cards, printed circuit boards, silicon wafers, secure printing, decorative printing, catalysts, electrostatic shielding, hydrogen pass-through membranes, gradient functional materials, nanomaterial production, battery electrodes And fuel cell electrodes, actuators, electrical contacts, capacitors, and the like. This method and apparatus can be used as sensors and biosensors. This method and apparatus can be used to prepare a template for further lithography, such as imprint nanolithography. It is particularly interesting to connect nanowires and nanotubes using this method.

따라서, 기판은 특히 컴퓨터, 디스크 드라이브 또는 다른 데이터 처리 또는 저장 장치와 같은 전자 장치, 전화 또는 다른 통신 장치, 및 배터리, 커패시터, 충전기, 제어기 또는 다른 에너지 저장 관련 장치에 설치되거나 설치되지 않거나 또는 그 일부를 구성할 수 있는 회로 보드를 포함하는 임의의 적절한 기판을 나타내도록 의도된다.Thus, the substrate may or may not be installed or partly installed, in particular, in electronic devices, such as computers, disk drives or other data processing or storage devices, telephones or other communication devices, and batteries, capacitors, chargers, controllers or other energy storage related devices. It is intended to represent any suitable substrate, including circuit boards, which may constitute.

본 명세서에 의도되는 적절한 에너지 소스는 기판 또는 코팅에 과다한 손상을 유발하지 않고 원하는 화학 반응을 일으킬 수 있는 임의의 소스를 포함한다. 따라서, 특히 바람직한 에너지 소스는 특히 적외선 램프 및 고온 송풍기를 포함하는 방사 및 대류 열 소스이다. 다른 적절한 에너지 소스는 전자 빔, 및 x 레이, 감마 레이 및 자외선을 포함하는 비 적외선 파장의 방사 소자를 포함한다. 또 다른 적절한 에너지 소스는 마이크로웨이브 송신기와 같은 진동 소스를 포함한다. 다양한 에너지 소스가 다양한 방식으로 인가될 수 있음도 이해해야 한다. 바람직한 실시 형태에서, 에너지 소스는 기판 상에 침착된 전구체/리간드를 향한다. 그러나, 예를 들어 다른 실시 형태에서는 가열된 리간드가 차가운 전구체에 인가되거나, 가열된 전구체가 차가운 리간드에 인가될 수 있다. Suitable energy sources intended herein include any source capable of causing the desired chemical reaction without causing excessive damage to the substrate or coating. Thus, particularly preferred energy sources are radiation and convective heat sources, in particular including infrared lamps and hot blowers. Other suitable energy sources include electron beams and radiating elements of non-infrared wavelengths including x-rays, gamma rays and ultraviolet rays. Another suitable energy source includes a vibration source such as a microwave transmitter. It should also be understood that various energy sources may be applied in various ways. In a preferred embodiment, the energy source is directed to the precursor / ligand deposited on the substrate. However, in other embodiments, for example, a heated ligand may be applied to a cold precursor or a heated precursor may be applied to a cold ligand.

예를 들어 평탄한 표면, 양호한 코팅 접착 및 코팅 두께의 제어를 포함하는 많은 이점이 본 발명으로부터 인식될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시 형태의 또 다른 이점은 코팅이 적어도 80 중량%의 순도로 침착될 수 있다는 것이다. 보다 바람직한 실시 형태에서, 코팅에 포함되도록 의도되는 금속 또는 다른 재료의 순도는 적어도 90%이고, 훨씬 더 바람직한 실시 형태에서 순도는 적어도 95%이며, 가장 바람직한 실시 형태에서 순도는 적어도 97%이다.Many advantages can be recognized from the present invention, including, for example, flat surfaces, good coating adhesion and control of coating thickness. Another advantage of the various embodiments of the present invention is that the coating can be deposited with at least 80% by weight purity. In a more preferred embodiment, the purity of the metal or other material intended to be included in the coating is at least 90%, in even more preferred embodiments the purity is at least 95% and in most preferred embodiments the purity is at least 97%.

본 발명의 다양한 실시 형태의 또 다른 이점은 코팅이 매우 적은 폐기물을 남기면서 침착될 수 있다는 것이다. 바람직한 실시 형태에서, 기판 상에 침착되는 재료의 적어도 80 중량%가 원하는 패턴을 형성하는 데 쓰인다. 예를 들어, 구리 (II) 포름산염이 구리 회로를 생성하는 데 사용되는 경우, 기판 상에 침착되는 구리의 적어도 80%가 원하는 패턴을 형성하는 데 쓰일 수 있고, 구리의 20% 미만이 "폐기물"로서 제거된다. 더 바람직한 실시 형태에서, 폐기물은 10% 미만이고, 훨씬 더 바람직한 실시 형태에서 폐기물은 5% 미만이며, 가장 바람직한 실시 형태에서 폐기물은 3% 미만이다. Another advantage of the various embodiments of the present invention is that the coating can be deposited leaving very little waste. In a preferred embodiment, at least 80% by weight of the material deposited on the substrate is used to form the desired pattern. For example, when copper (II) formate is used to create a copper circuit, at least 80% of the copper deposited on the substrate can be used to form the desired pattern, and less than 20% of the copper is "waste". Is removed as. In a more preferred embodiment, the waste is less than 10%, in even more preferred embodiments the waste is less than 5% and in the most preferred embodiment the waste is less than 3%.

본 발명의 다양한 실시 형태의 또 다른 이점은 저온 작업이다. 예를 들어, 금속은 약 150℃ 미만, 바람직하게는 약 100℃ 미만, 더 바람직하게는 약 75℃ 미만의 온도에서, 가장 바람직하게는 실온(25-30℃)의 통상의 실온에서 원하는 패턴으로 침착될 수 있다. 산화 환원 또는 "경화" 단계는 또한 약 100℃ 이하, 보다 바람직하게는 약 75℃ 이하, 심지어는 약 50℃ 정도의 비교적 낮은 온도에서 수행될 수 있다. 약 50℃ 이하에서의 산화 환원 반응은 대부분의 응용에 있어서 너무 느린 경향이 있지만 훨씬 더 낮은 온도도 가능하다. 이들 범위는 전구체 용액이 실온에서 준비되고, 침착이 실온에서 수행되고, 분해가 실온 환경에서 예를 들어 열선총으로부터의 비교적 낮은 열을 이용하여 달성되는 것을 허용한다. Another advantage of various embodiments of the present invention is low temperature operation. For example, the metal may be in a desired pattern at a temperature below about 150 ° C., preferably below about 100 ° C., more preferably below about 75 ° C., most preferably at room temperature (25-30 ° C.). Can be deposited. The redox or “cure” step may also be carried out at relatively low temperatures of about 100 ° C. or less, more preferably about 75 ° C. or less, even about 50 ° C. or so. Redox reactions below about 50 ° C. tend to be too slow for most applications, but much lower temperatures are possible. These ranges allow the precursor solution to be prepared at room temperature, the deposition being performed at room temperature, and the decomposition being achieved using relatively low heat, for example from a heat gun, in a room temperature environment.

종래 기술은 본 발명을 실시하는 데 이용될 수 있는 추가적인 방법 및 합성물을 기술하고 있다. 예를 들어, 샤마 등의 미국 특허 제5,894,038호(1999년 4월 13일)는 그 전체가 본 명세서에 참고로 반영되며, (1) 팔라듐 전구체의 용액을 준비하는 단계, (2) 팔라듐 전구체를 기판의 표면에 도포하는 단계, 및 (3) 팔라듐 전구체에 열을 가하여 팔라듐 전구체를 분해하는 단계를 포함하는, 기판 상에 팔라듐 층을 형성하는 프로세스를 포함하는 팔라듐의 직접 침착을 개시하고 있다. 이 방법은 본 발명에 따른 나노리소그래피를 수행하는 데에도 적합할 수 있다. The prior art describes additional methods and composites that can be used to practice the present invention. For example, US Pat. No. 5,894,038 (April 13, 1999) to Shama et al., Incorporated herein by reference in its entirety, (1) preparing a solution of palladium precursor, (2) preparing a palladium precursor Disclosing a direct deposition of palladium comprising the process of forming a palladium layer on a substrate, the method comprising applying to the surface of the substrate and (3) heating the palladium precursor to decompose the palladium precursor. This method may also be suitable for performing nanolithography according to the present invention.

또한, 샤마 등의 미국 특허 제5,846,615호(1998년 12월 8일)는 그 전체가 본 명세서에 참고로 반영되며, 기판 상에 금 층을 형성하기 위한 금 전구체의 분해를 개시하고 있다. 이 방법도 본 발명에 따른 나노리소그래피를 수행하는 데 적합할 수 있다. In addition, US Pat. No. 5,846,615 (December 8, 1998) to Shama et al., Incorporated herein by reference in its entirety, discloses the decomposition of gold precursors for forming gold layers on substrates. This method may also be suitable for performing nanolithography according to the present invention.

더욱이, 미국 특허 제4,933,204호는 그 전체가 본 명세서에 참고로 반영되며, 금 특징부를 형성하기 위한 금 전구체의 분해를 개시하고 있다. 이 방법도 본 발명에 따른 나노리소그래피를 수행하는 데 적합할 수 있다.Moreover, US Pat. No. 4,933,204, incorporated herein by reference in its entirety, discloses the decomposition of gold precursors to form gold features. This method may also be suitable for performing nanolithography according to the present invention.

더욱이, 샤마 등의 미국 특허 제6,548,122호(2003년 4월 15일)는 그 전체가 본 명세서에 참고로 반영되며, 금 및 은 전구체는 물론 구리 (II) 포름산염 전구체의 이용을 개시하고 있다.Moreover, US Pat. No. 6,548,122 (April 15, 2003) to Shama et al., Incorporated herein by reference in its entirety, discloses the use of gold and silver precursors as well as copper (II) formate precursors.

본 발명은 범위가 넓은 것으로 믿어지지만, 다음의 잉크 또는 패터닝 화합 물, 즉 구리 포름산염 또는 구리 아세테이트; 은 황산염; 은 질산염; 은 테트라플루로보레이트; 팔라듐 염화물, 아세테이트, 및 아세틸아세토네이트; 헥사클로로플라티닉(IV) 산; 암모늄 철 구연산염; 카르복실레이트, (의사) 할로겐화물, 황산염, 및 아연, 니켈, 카드뮴, 티타늄, 코발트, 납, 철 및 주석의 질산염; 크롬 헥사카르보닐을 포함하는 메탈카르보닐 합성물; 사이클로헥실아민, 3-피콜린, (아이소)퀴놀린, 사이클로펜틸아민, 다이메틸설폭사이드, 다이메틸포름아미드, 포름아미드, 에틸렌 다이아민을 포함하는 아민 염기; 폴리(에틸렌옥사이드), 폴리(메틸메타크릴레이트), 폴리(비닐카르보졸) 및 폴리(아크릴아미드)를 포함하는 폴리머는 본 발명에 특히 흥미롭다. Although the present invention is believed to be broad in scope, the following inks or patterning compounds, namely copper formate or copper acetate; Silver sulfate; Silver nitrate; Silver tetrafluoroborate; Palladium chloride, acetate, and acetylacetonate; Hexachloroplatinic (IV) acid; Ammonium iron citrate; Carboxylates, (pseudo) halides, sulfates, and nitrates of zinc, nickel, cadmium, titanium, cobalt, lead, iron, and tin; Metalcarbonyl composites including chromium hexacarbonyl; Amine bases including cyclohexylamine, 3-picolin, (iso) quinoline, cyclopentylamine, dimethylsulfoxide, dimethylformamide, formamide, ethylene diamine; Polymers comprising poly (ethylene oxide), poly (methylmethacrylate), poly (vinylcarbazole) and poly (acrylamide) are of particular interest in the present invention.

예를 들어, 바람직한 실시 형태에서, 침착은 수용액을 잉크로 이용하여 수행될 수 있는데, 용액은 물, 금속 염 및 약 50,000 이하의 분자량을 가진 폴리알킬렌 산화물 폴리머와 같은 수용성 폴리머를 포함한다. 수용액은 환원제용 담체로서도 유용할 수 있다. 예를 들어, 아미노 실란화된 유리 상의 DPN 프린팅, 및 예를 들어 다이메틸아민:보란 복합물(DMAB)의 0.03 M 수용액과 같은 환원제를 이용한 팔라듐 금속에 대한 후속 환원을 통한 10% 폴리에틸렌 산화물(MW 10,000)을 가진 물 속의 다이소듐 팔라듐 염화물의 침착이 수행될 수 있다(쇼트 글래스 컴퍼니(Schott Glass)). 환원제의 농도는 환원의 최상 조건을 결정하도록 변할 수 있다. 패턴의 원자력 마이크로그래프가 환원 전후에 얻어질 수 있다. AFM 이미징은 구조를 침착하는 데 이용된 팁 또는 다른 팁을 이용하여 수행될 수 있다. 다른 팁이 이용되는 경우, 특히 침착이 아니라 이미징을 위해 팁이 선택되거나 적합한 경우, 이미지가 더 좋을 수 있다. 일반적으로, 프린팅 잉크에 상업적으로 이용되는 폴리머는 본 발명에 이용될 수 있다.For example, in a preferred embodiment, the deposition can be performed using an aqueous solution as an ink, the solution comprising water, a metal salt and a water soluble polymer such as a polyalkylene oxide polymer having a molecular weight of about 50,000 or less. The aqueous solution may also be useful as a carrier for the reducing agent. For example, 10% polyethylene oxide (MW 10,000) via DPN printing on amino silanized glass and subsequent reduction to palladium metal using a reducing agent such as, for example, a 0.03 M aqueous solution of dimethylamine: borane complex (DMAB). Deposition of disodium palladium chloride in water with) may be carried out (Schott Glass). The concentration of the reducing agent can be varied to determine the best condition of the reduction. Nuclear micrographs of the pattern can be obtained before and after reduction. AFM imaging can be performed using the tip or other tip used to deposit the structure. If another tip is used, the image may be better, especially if the tip is selected or suitable for imaging rather than deposition. In general, polymers commercially used in printing inks can be used in the present invention.

다른 바람직한 실시 형태에서, 산화된 실리콘 기판 상의 DPN 프린팅, 및 패터닝된 표면에 대한 (1) 포름아미드와 같은 액체 환원제 및 (2) 열의 인가에 의한 후속 환원을 통한 팔라듐 아세틸아세토네이트(Pd(acac))의 나노리소그래피 침착이 수행될 수 있다. 또 하나의 시스템은 DMF 용매 내의 팔라듐 아세테이트이다. 패터닝 및 환원 전에, Pd(acac)는 고형 팁을 코팅하거나 공동 팁을 통과하는 데 사용하기 위한 잉크를 형성하기 위하여 클로로포름과 같은 할로겐화된 용매를 포함하는 유기 용매에 용해될 수 있다. 예를 들어 약 100℃ 내지 약 300℃ 또는 약 150℃의 온도를 포함하는 열 처리가 환원을 수행하는 데 충분할 수 있다. 가열 시간, 온도 및 분위기 조건은 원하는 패턴을 달성하도록 조정될 수 있다. 일반적으로 150℃에서 1 내지 5분의 가열 시간은 원하는 결과를 달성할 수 있다. 침착된 패턴의 안정성은 용매 헹굼에 의해 검사될 수 있으며, 실험 조건은 안정성을 향상시키도록 변경될 수 있다. 기판 및 잉크 합성물을 포함하는 나노리소그래피 침착 실험 변수들도 보다 양호한 해상도를 제공하도록 변경될 수 있다. 패턴의 높이 스캔 분석의 이용을 포함하는 AFM 마이크로그래프가 환원 전에 그리고 열의 인가 후에 얻어질 수 있다. 이미지 해상도를 향상시키기 위하여 이미징 파라미터가 변경될 수 있다.In another preferred embodiment, palladium acetylacetonate (Pd (acac)) via DPN printing on an oxidized silicon substrate and subsequent reduction by (1) liquid reducing agent such as formamide and (2) application of heat to the patterned surface Nanolithography deposition may be performed. Another system is palladium acetate in DMF solvent. Prior to patterning and reduction, Pd (acac) may be dissolved in an organic solvent including a halogenated solvent such as chloroform to form an ink for use in coating a solid tip or through a hollow tip. For example, a heat treatment comprising a temperature of about 100 ° C. to about 300 ° C. or about 150 ° C. may be sufficient to effect the reduction. Heating time, temperature and ambient conditions can be adjusted to achieve the desired pattern. Generally a heating time of 1-5 minutes at 150 ° C. can achieve the desired result. The stability of the deposited pattern can be checked by solvent rinsing and the experimental conditions can be altered to improve the stability. Nanolithographic deposition experimental parameters, including the substrate and ink composite, can also be modified to provide better resolution. AFM micrographs, including the use of height scan analysis of patterns, can be obtained before reduction and after application of heat. Imaging parameters can be changed to improve image resolution.

몇몇 경우에, 금 코팅된 팁과 같은 팁이 캔틸레버 상에서 직접 금속 염의 환원을 촉진시킬 수 있다. 팁 합성물은 이를 방지하도록 변경될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 코팅된 프로브가 이러한 팁 상에서의 환원을 방지하는 데 유용할 수 있다. 일반적으로, 팁은 장기간 사용을 위해 선택되고 그에 적합하며, 잉크와의 촉매 반응을 피하는 것이 바람직하다.In some cases, a tip, such as a gold coated tip, may promote the reduction of metal salts directly on the cantilever. The tip composite can be modified to prevent this. For example, aluminum coated probes may be useful to prevent reduction on such tips. In general, the tip is selected and suitable for long term use, and it is desirable to avoid catalysis with the ink.

나노리소그래피 패터닝된 금속 염의 환원은 액상 환원이 아니라 기상 환원에 의해서도 수행될 수 있는데, 이때 환원제는 증기 형태로 변하여 패터닝된 표면 위를 통과한다. 필요에 따라 이 분야에 공지된 히터를 이용하여 환원제를 증기 상태로 가열할 수 있다. 몇몇 경우, 이러한 타입의 처리는 환원 동안 최초 패턴의 보존을 향상시킬 수 있다. Reduction of the nanolithographic patterned metal salt can also be carried out by gas phase reduction, not by liquid phase reduction, in which the reducing agent turns into vapor form and passes over the patterned surface. If necessary, the reducing agent can be heated to a vapor state using a heater known in the art. In some cases, this type of treatment can improve the preservation of the original pattern during reduction.

바람직한 실시 형태에서, DPN 프린팅에 이은 UV 램프하의 광 환원에 의한 현상을 통해 아미노 실란화된 유리 기판 상에 제2철 암모늄 염화물, 타르타르산, 은 질산염 및 물로 구성된 은 염 에멀젼에 대한 침착이 수행될 수 있다. 패턴을 보이기 위한 AFM 이미징이 수행될 수 있다.In a preferred embodiment, deposition on a silver salt emulsion consisting of ferric ammonium chloride, tartaric acid, silver nitrate and water can be carried out on the amino silanated glass substrate through development by DPN printing followed by light reduction under UV lamp. have. AFM imaging can be performed to show the pattern.

다른 바람직한 실시 형태에서, 환원 단계는 환원제를 이용하지 않고 금속 염을 환원시키기 위하여 충분한 열과 충분한 시간을 이용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 약 400℃ 이하의 온도 또는 약 200℃ 이하의 온도가 이용될 수 있다. 당업자는 주어진 잉크 시스템 및 패턴에 기초하여 온도를 선택하고 적절히 실험할 수 있다.In another preferred embodiment, the reducing step can be performed using sufficient heat and sufficient time to reduce the metal salt without using a reducing agent. For example, a temperature of about 400 ° C. or less or a temperature of about 200 ° C. or less may be used. One skilled in the art can select and experiment appropriately based on the given ink system and pattern.

본 발명에 따른 침착 방법은 또한, 하나 이상의 사전 침착 단계, 잉크 코팅을 개선하기 위한 하나 이상의 프로브 세정 또는 화학적 변형 단계; 및 딥 펜 나노리소그래피 프린팅 기술을 이용할 수 있는 하나 이상의 침착 단계; 세정 단계 및 검사 단계를 포함하는 하나 이상의 침착 후 단계를 포함할 수 있다.Deposition methods according to the invention also include one or more predeposition steps, one or more probe cleaning or chemical modification steps to improve ink coating; And one or more deposition steps that may utilize deep pen nanolithography printing techniques; It may comprise one or more post deposition steps including a cleaning step and an inspection step.

사전 침착 기판 표면 처리 단계는 다음을 포함하지만 이에 한하지 않는다(특정 순서 없음):Pre-deposition substrate surface treatment steps include but are not limited to (no specific order):

(1) 플라즈마, UV 또는 오존 세정, 세척, 건조, 송풍 건조(1) Plasma, UV or ozone cleaning, washing, drying, blowing drying

(2) 예를 들어 피라나 세정, 기본 에칭(예를 들어 과산화수소 및 수산화암모늄)과 같은 화학적 세정(2) chemical cleaning such as, for example, pyranha cleaning, basic etching (eg hydrogen peroxide and ammonium hydroxide)

(3) 잉크 이동 또는 접착을 증진시키기 위한 기판의 화학적 또는 물리적 변경, 또는 공유 변경(예를 들어, 실리콘 산화물 상에 하전 표면을 제공하기 위한 염기 처리, 아미노 또는 메르캅토 실란화제를 이용한 실란화, 화학 반응성 관능기를 가진 폴리머)(3) chemical or physical alteration of the substrate to enhance ink transfer or adhesion, or covalent alteration (e.g., base treatment to provide a charged surface on silicon oxide, silanization with amino or mercapto silaning agents, Polymers with chemically reactive functional groups)

(4) 후속 프로세스 단계(레지스트 또는 박막의 코팅)의 부작용에 대한 보호(4) protection against side effects of subsequent process steps (coating of resist or thin film)

(5) 광학 현미경(예를 들어, AIMS), 전자 현미경(예를 들어, SEM) 또는 이미징(예를 들어, EDS, AES, XPS), 이온 이미징(예를 들어, TOF SSIMS) 또는 스캐닝 프로브 이미징(예를 들어, AFM, AC AFM, NSOM, EFM...), 침착 후 단락에서 후술하는 단계들 중 임의 단계, 및 이들의 조합으로부터 도출되는 기술을 이용한 기판의 검사.(5) optical microscope (eg AIMS), electron microscope (eg SEM) or imaging (eg EDS, AES, XPS), ion imaging (eg TOF SSIMS) or scanning probe imaging (Eg, AFM, AC AFM, NSOM, EFM ...), inspection of the substrate using techniques derived from any of the steps described below in the paragraphs after deposition, and combinations thereof.

프로브 세정 또는 변경 단계는 다음을 포함하지만 이에 한하지 않는다(특정 순서 없음):Probe cleaning or modification steps include, but are not limited to, no specific order:

(a) 플라즈마 세정, 세척, 건조, 송풍 건조(a) Plasma cleaning, washing, drying, blowing drying

(b) 피라나 세정, 기본 에칭(예를 들어, 과산화수소 및 수산화암모늄)과 같은 화학적 세정(b) chemical cleaning such as piranha cleaning, basic etching (eg hydrogen peroxide and ammonium hydroxide);

(c) 잉크 코팅, 접착 또는 이동을 증진시키기 위한 화학적 또는 물리적 변경(예를 들어, 실리콘 질화물 팁의 하전 표면을 제공하기 위한 염기 처리, 아미노 또는 메르캅토 실란화제를 이용한 실란화, 작은 분자 또는 폴리(에틸렌글리콜)과 같은 폴리머성 제제를 이용한 비공유 변경). 이러한 변경은 잉크 전달에 이용할 수 있는 다공성의 증가 또는 표면적 증가에 의해 팁 상의 잉크의 로딩을 증가시키는 것들을 포함한다.(c) chemical or physical alterations to enhance ink coating, adhesion or transfer (e.g., base treatment to provide a charged surface of silicon nitride tips, silanization with amino or mercapto silanizing agents, small molecules or poly Non-covalent modifications with polymeric agents such as (ethylene glycol). Such modifications include those that increase the loading of ink on the tip by increasing the porosity or increasing the surface area available for ink delivery.

침착 단계:Deposition Steps:

침착 단계는 예를 들어 하나 이상의 프로브를 이용한 DPN 프린팅 또는 침착에 의한 하나 이상의 잉크의 침착을 포함하지만 이에 한하지 않는다. 가능한 잉크는 전구체, 최종 패턴의 벌크를 형성하는 화합물, 촉매, 용매, 작은 분자 또는 폴리머 담체, 호스트 매트릭스 재료, 또는 희생 환원제, 및 이 재료들의 혼합물을 포함하지만 이에 한하지 않는다. 이들은 층마다 화학적 구성의 변화를 갖거나 갖지 않고 박막으로서 또는 두꺼운 다층(다수의 침착 단계에 의해 형성됨)으로서 침착될 수 있다.Deposition steps include, but are not limited to, deposition of one or more inks, for example by DPN printing or deposition using one or more probes. Possible inks include, but are not limited to, precursors, compounds that form the bulk of the final pattern, catalysts, solvents, small molecule or polymer carriers, host matrix materials, or sacrificial reducing agents, and mixtures of these materials. They can be deposited as thin films or as thick multilayers (formed by multiple deposition steps) with or without a change in chemical composition from layer to layer.

침착 후 단계는 다음을 포함하지만 이에 한하지 않는다(특정 순서 없음):Post-deposition steps include, but are not limited to (no specific order):

(1) 예를 들어 가열 램프, 고온 송풍기, 또는 핫 플레이트를 이용한 기판의 가열(1) For example, heating a substrate using a heating lamp, a high temperature blower, or a hot plate

(2) 전자기 방사(예를 들어, IR, 가시광선 및 UV 광) 또는 하전 입자(예를 들어, 전자, 총 또는 플라즈마 소스로부터 방출된 이온)를 이용한 기판의 조사. 이 프로세스는 공기, 진공 또는 용액 속에서 감광제가 있거나 없는 상태에서 수행 될 수 있다.(2) Irradiation of the substrate using electromagnetic radiation (eg IR, visible and UV light) or charged particles (eg ions emitted from electrons, guns or plasma sources). This process can be carried out with or without photosensitizers in air, vacuum or in solution.

(3) 패터닝된 기판의 하나 이상의 용액 속에 담그기(3) soaking in one or more solutions of the patterned substrate

(4) 전기 화학적 환원(4) electrochemical reduction

(5) 화학적 환원(5) chemical reduction

(6) 패터닝된 기판의 증기 또는 가스에 대한 노출(6) exposure of the patterned substrate to vapor or gas;

(7) 전술한 단계들의 모든 나노 스케일의 국부적 등가물은 물론, 패터닝된 기판의 초음파 분해. 이용 가능한 경우, 에너지의 소스 및/또는 물질의 구성이 DPN 프로브와 동일하거나 동일하지 않을 수 있는 하나 이상의 프로브에 의해 제공된다. 이는 다음을 포함하지만 이에 한하지 않는다:(7) Ultrasonic decomposition of the patterned substrate, as well as all nanoscale local equivalents of the foregoing steps. Where available, the source of energy and / or the composition of matter is provided by one or more probes, which may or may not be the same as the DPN probe. This includes, but is not limited to:

(a) 침착된 물질 또는 주변 기판의 국부적 가열(a) local heating of the deposited material or surrounding substrate

(b) 침착된 물질 또는 주변 기판 및 이들의 모든 조합의 국부적 조사.(b) Local investigation of the deposited material or surrounding substrate and all combinations thereof.

모든 또는 일부 단계의 연속이 여러 번 반복될 수 있다. All or some of the steps may be repeated several times.

금속 나노구조는 나노 와이어를 포함할 수 있는 도전성 나노급 그리드의 형태일 수 있다. 예를 들어, 크로스바 구조가 형성될 수 있다. 금속층들이 서로의 상부에 형성될 수 있다. 구조들은 마이크로 및 매크로 시험 방법으로 나노급 도전성 패턴을 집적하도록 포함될 수 있다. 저항기, 커패시터, 전극 및 인덕터가 회로를 형성하기 위해 필요에 따라 이용될 수 있다. 반도체 및 트랜지스터가 필요에 따라 이용될 수 있다. 다층의 형성은 구조의 높이를 증가시키도록 수행될 수 있다. 상이한 금속들이 다층의 상이한 층들을 이룰 수 있다. 본 발명의 방법은 전극들을 전기적으로 접속하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 센서 응용에 있어서, 금속 침착물은 분석물이 구조에 결합될 때 변하는 비저항을 가질 수 있다. 예를 들어, 바이오센서 응용에 있어서, 항체-항원, DNA 하이브리드화, 단백질 흡착 및 다른 분자 인식 이벤트를 이용하여 비저항의 변경을 트리거할 수 있다. 본 발명의 방법은 바코드 응용에도 이용될 수 있다.The metal nanostructures may be in the form of conductive nanoscale grids that may include nanowires. For example, a crossbar structure can be formed. Metal layers may be formed on top of each other. The structures can be included to integrate nanoscale conductive patterns with micro and macro test methods. Resistors, capacitors, electrodes and inductors can be used as needed to form a circuit. Semiconductors and transistors can be used as needed. Formation of the multilayer can be performed to increase the height of the structure. Different metals may form different layers of the multilayer. The method of the invention can be used to electrically connect the electrodes. For example, in sensor applications, metal deposits can have a resistivity that changes when the analyte is bound to the structure. For example, in biosensor applications, antibody-antigens, DNA hybridization, protein adsorption and other molecular recognition events can be used to trigger a change in resistivity. The method of the present invention can also be used for barcode applications.

예를 들어 첸(Chen)의 미국 특허 제6,579,742호는 나노 컴퓨팅 및 마이크로일렉트로닉스 응용을 위한 임프린팅에 의해 형성되는 나노리소그래피 구조를 기술하고 있다. 그러나, 임프린팅은 몰드 점착 효과를 일으킬 수 있다. 미국 특허 제6,579,742호의 나노 컴퓨팅 응용 및 구조는 본 명세서에 기술되는 나노리소그래피 방법을 이용하여 수행될 수 있으며, 이 특허는 그 전체가 참고로 반영된다.For example, US Pat. No. 6,579,742 to Chen describes nanolithography structures formed by imprinting for nanocomputing and microelectronics applications. However, imprinting can cause a mold sticking effect. Nanocomputing applications and structures of US Pat. No. 6,579,742 can be performed using the nanolithography methods described herein, which are incorporated by reference in their entirety.

기판은 예를 들어 크로천-듀페이랏 등의 미국 정식 출원 제10/444,061호("Protosubstates")에 기술된 바와 같이 프로토 기판일 수 있다. 이것은 프린트된 기판의 도전성이 현미경 방법에 의해 검사될 수 있게 한다.Substrates may be, for example, prototype substrates, as described in US Pat. This allows the conductivity of the printed substrate to be inspected by the microscopic method.

참조 16의 비제한적인 실시예들이 아래 기술된다.Non-limiting embodiments of Reference 16 are described below.

참조 16의 Of reference 16 실시예들Examples

일반 접근법:General approach:

이 방법은 금속 나노 패턴의 직접 침착을 제공한다. 산화 및 환원 화합물들이 함께 혼합되고, 팁에 도포되고, DPN 프린팅 또는 침착에 의해 기판 상에 선택된 위치에 침착될 수 있다. 이어서, 잉크 혼합물은 가열될 수 있다(전체 기판의 가열 또는 국부적 프로브 유도 가열에 의해). 특히, 금속 염 및 유기 리간드 칵테일이 이용될 수 있다. 대표적인 잉크 제형은 적절한 유기 루이스 염기 또는 리간드(아 민, 포스핀)와 함께 금속 염(예를 들어, 카르복실레이트, 질산염 또는 할로겐화물)을 포함할 수 있다. 잉크의 용해도, 반응성 또는 유동성을 변화시키는 첨가제(에틸렌글리콜과 같은 작은 분자, 폴리에틸렌옥사이드, PMMA, 폴리비닐카르바졸과 같은 폴리머 등)도 이용될 수 있다. 잉크 혼합물의 침착 후, 대기 또는 불활성 환경에서 알맞은 가열(예를 들어, 40-200℃)이 염의 불균일화를 도와 금속 침전물 및 휘발성 유기물을 형성한다. 이러한 접근법은 매우 적은 유기 오염을 가진 온화한 조건하에서 예를 들어 구리를 포함하는 다양한 금속 또는 금속 산화물의 침착을 가능하게 한다(예를 들어, 그 완전한 개시가 특히 침착 재료에 대해 본 명세서에 참고로 반영된 샤마 등의 미국 특허 제5,980,998호 참조). 반응이 일어나기 전에 패터닝된 기판으로부터 리간드가 증발하는 경우에는 잠재적인 위험이 발생할 수 있다. 이 경우, 염 패터닝된 기판은 가열 전의 제2 단계에서 리간드에 노출될 수 있다. This method provides for direct deposition of metal nanopatterns. Oxidative and reducing compounds can be mixed together, applied to the tip, and deposited at selected locations on the substrate by DPN printing or deposition. The ink mixture can then be heated (by heating the entire substrate or by local probe induction heating). In particular, metal salts and organic ligand cocktails can be used. Representative ink formulations may include metal salts (eg carboxylates, nitrates or halides) with appropriate organic Lewis bases or ligands (amines, phosphines). Additives that change the solubility, reactivity or flowability of the ink (small molecules such as ethylene glycol, polyethylene oxide, PMMA, polymers such as polyvinylcarbazole, etc.) may also be used. After deposition of the ink mixture, appropriate heating (eg, 40-200 ° C.) in an atmospheric or inert environment assists in the disproportionation of salts to form metal precipitates and volatile organics. This approach enables the deposition of various metals or metal oxides, including, for example, copper, under mild conditions with very little organic contamination (e.g., the complete disclosure of which is specifically incorporated herein by reference for deposition materials). US Pat. No. 5,980,998 to Shama et al.). Potential risks may arise if the ligand evaporates from the patterned substrate before the reaction occurs. In this case, the salt patterned substrate may be exposed to the ligand in the second step before heating.

침착 실험 및 AFM 이미징은 CP 연구 AFM(캘리포니아, 산타 바바라 소재의 비코 인스트루먼츠(Veeco Instruments)) 또는 NSCRIPTOR(나노잉크)를 이용하여 수행될 수 있다. 침착 및 이미징 양자를 위해, 토포그래피 또는 측면력 모드를 포함하는 접촉 모드가 이용될 수 있다.Deposition experiments and AFM imaging can be performed using CP study AFM (Veeco Instruments, Santa Barbara, Calif.) Or NSCRIPTOR (nanoink). For both deposition and imaging, contact modes can be used, including topography or lateral force modes.

참조 16의 예 1Example 1 of Reference 16

이 방법의 이용의 하나의 특정 예는 산화 실리콘, 유리 또는 아미노 실란화된 유리 상에 클로로포름에 용해된 팔라듐 아세틸아세토네이트(1 mg/마이크로리터; 일반적으로, 거의 포화된 잉크 용액이 바람직하다)를 패터닝하기 위해 DPN 프린팅 또는 침착을 이용하였다. 도트의 패터닝 후, 포름아미드 한 방울(1 마이크로리터)이 수평 기판 상에 놓여졌으며 150℃로 2분 동안 가열되었다. 결과적인 금속 패턴은 용매 헹굼(물, 알코올 및 다른 무극성 유기물 포함)에 대해 안정적인 반면, 환원 전의 염 패턴은 용매 헹굼에 의해 제거되었다. 도1은 포름아미드 및 열을 이용한 처리 전(도1a) 및 후(도1b 및 도1c)의 패턴들의 AFM 이미지 및 높이 스캔을 나타낸다.One particular example of the use of this method includes palladium acetylacetonate (1 mg / microliter; generally a nearly saturated ink solution is preferred) dissolved in chloroform on silicon oxide, glass or amino silanated glass. DPN printing or deposition was used for patterning. After patterning the dots, a drop of formamide (1 microliter) was placed on a horizontal substrate and heated to 150 ° C. for 2 minutes. The resulting metal pattern was stable to solvent rinsing (including water, alcohol and other nonpolar organics), while the salt pattern before reduction was removed by solvent rinsing. 1 shows AFM images and height scans of patterns before (FIG. 1A) and after (FIG. 1B and FIG. 1C) treatment with formamide and heat.

참조 16의 예 2Example 2 in Reference 16

팔라듐 나노 패턴들이 DPN 프린팅에 의해 침착되었으며 기상 환원에 의해 금속화되었다. 다이메틸포름아미드 내의 팔라듐 아세테이트로 이루어진 DPN 잉크가 DPN 기술을 이용하여 실리콘 산화물 상에 패터닝되었다. 사용된 DPN 펜은 금 코팅된 실리콘 질화물 프로브였다. 이 프로세스는 또한 알루미늄 코팅된 DPN 프로브에 대해서도 잘 수행되는데, 이는 Al 코팅이 금 코팅 프로브에서와 같이 캔틸레버 상에서 직접 금속 염의 환원을 촉진시키지 않기 때문이다. 패터닝에 앞서, 실리콘/실리콘 산화물 웨이퍼는 밀리포어 워터에서 5분 동안 초음파 분해에 의해 세정되었다. 패터닝된 기판은 원추형 폴리에틸렌 튜브 내에 수직으로 배치되었으며, 10 마이크로리터의 포름아미드 액이 튜브의 바닥에 배치되었다. 튜브는 가열 블록 상에 배치되어 80℃에서 30분 동안 가열됨으로써 증기가 금속 전구체의 환원을 유발하였다. 이 방법은 기판 상의 금속 패턴을 보호하므로 유용하다. 결과적인 금속 구조는 용매 헹굼 및 다른 일반적인 세정 방법을 견딘다.Palladium nano patterns were deposited by DPN printing and metallized by vapor reduction. DPN inks made of palladium acetate in dimethylformamide were patterned on silicon oxide using DPN technology. The DPN pen used was a gold coated silicon nitride probe. This process also works well for aluminum coated DPN probes because Al coating does not promote the reduction of metal salts directly on the cantilever as in gold coated probes. Prior to patterning, the silicon / silicon oxide wafers were cleaned by sonication for 5 minutes in millipore water. The patterned substrate was placed vertically in a conical polyethylene tube and 10 microliters of formamide liquid was placed at the bottom of the tube. The tube was placed on a heating block and heated at 80 ° C. for 30 minutes, causing vapor to reduce the metal precursor. This method is useful because it protects the metal pattern on the substrate. The resulting metal structure withstands solvent rinsing and other common cleaning methods.

참조 16의 예 3Example 3 in Reference 16

DPN에 의해 침착된 팔라듐 나노 패턴이 화학적 환원에 의해 금속화되었다. 10% 폴리에틸렌옥사이드(MW 10,000)를 가진 물 속의 다이소듐 팔라듐 염화물로 이루어진 DPN 잉크가 DPN 기술을 이용하여 아미노 실란화된 유리(쇼트 글래스 컴퍼니) 상에 패터닝되었다. 패터닝된 기판은 금속 전구체의 도전성 금속으로의 환원을 유발하도록 다이메틸아민:보란 착물(DMAB)의 0.03M 수용액의 용액에 노출되었다. 결과적인 금속 구조는 용매 헹굼을 견딘다. 도2는 DMAB 처리 전(2a) 및 후(2b, 2c)의 패턴들의 AFM 이미지 및 높이 스캔을 나타낸다.Palladium nanopatterns deposited by DPN were metallized by chemical reduction. DPN inks made of disodium palladium chloride in water with 10% polyethylene oxide (MW 10,000) were patterned onto amino silanized glass (short glass company) using DPN technology. The patterned substrate was exposed to a solution of 0.03 M aqueous solution of dimethylamine: borane complex (DMAB) to cause reduction of the metal precursor to the conductive metal. The resulting metal structure withstands solvent rinsing. 2 shows AFM images and height scans of patterns before (2a) and after (2b, 2c) DMAB processing.

참조 16의 예 4Example 4 in Reference 16

DPN에 의해 침착된 백금 나노 패턴이 화학적 환원에 의해 금속화되었다. 물 속의 백금 사염화물로 이루어진 DPN 잉크가 DPN 기술을 이용하여 아미노 실란화된 유리(쇼트 글래스 컴퍼니) 상에 패터닝되었다. 패터닝된 기판은 금속 전구체의 도전성 금속으로의 환원을 유발하도록 다이메틸아민:보란 착물(DMAB)의 0.03M 수용액의 용액에 노출되었다. 환원 반응은 담근 후 수초 내에 발생한다. 결과적인 금속 구조는 용매 헹굼을 견딘다. 도3은 DPN에 의해 침착되고 DMAB에 의해 환원된 백금 나노 구조의 AFM 높이 스캔을 나타낸다. Platinum nanopatterns deposited by DPN were metallized by chemical reduction. DPN inks made of platinum tetrachloride in water were patterned onto amino silanated glass (short glass company) using DPN technology. The patterned substrate was exposed to a solution of 0.03 M aqueous solution of dimethylamine: borane complex (DMAB) to cause reduction of the metal precursor to the conductive metal. Reduction occurs within a few seconds after soaking. The resulting metal structure withstands solvent rinsing. 3 shows an AFM height scan of platinum nanostructures deposited by DPN and reduced by DMAB.

참조 16의 예 5Example 5 in Reference 16

팔라듐 패턴이 DPN에 의해 침착되었다. 다이메틸포름아미드 내의 팔라듐 아세테이트로 이루어진 DPN 잉크가 DPN 기술을 이용하여 실리콘 산화물 상에 패터닝되었다. 패터닝 전에, 기판은 15분 동안 80℃에서 피라나 용액으로 세정되었다. 패터닝 후, 기판은 적어도 1분 동안 공기 중에서 핫 플레이트 이용하여 가열되었 다. 가열 후 패턴은 AFM에 의해 이미지화되었다. 결과적인 금속 구조는 하이 토포그래피를 나타내며, 용매 헹굼 및 다른 일반적인 세정 방법에 견딘다. 도4 및 도5는 원하는 구조 디자인(좌측 도면), 환원 전의 실제 패턴(중심 도면) 및 열 환원 후의 실제 패턴(우측 도면)을 나타낸다. 이들 패턴, 특히 이미 환원된 패턴들의 이미징은 예를 들어 침착에 이용되지 않은 깨끗한 팁을 이용함으로써 개선될 수 있다. Palladium pattern was deposited by DPN. DPN inks made of palladium acetate in dimethylformamide were patterned on silicon oxide using DPN technology. Prior to patterning, the substrate was washed with piranha solution at 80 ° C. for 15 minutes. After patterning, the substrate was heated using a hot plate in air for at least 1 minute. After heating the pattern was imaged by AFM. The resulting metal structure exhibits high topography and withstands solvent rinsing and other common cleaning methods. 4 and 5 show the desired structural design (left drawing), the actual pattern before reduction (center drawing) and the actual pattern after heat reduction (right drawing). Imaging of these patterns, in particular already reduced patterns, can be improved, for example, by using clean tips that are not used for deposition.

요컨대, 참조 16에서, 마이크로일렉트로닉스, 촉매 및 진단학에서의 이용을 위해 코팅된 팁을 이용하여 금속 나노 구조의 나노리소그래피 침착이 제공된다. AFM 팁은 금속 전구체로 코팅될 수 있으며, 전구체는 기판 상에 패터닝될 수 있다. 패터닝된 전구체는 열의 인가에 의해 금속 상태로 변환될 수 있다. 이것은 "참조 16("도전성 패턴")으로부터의 추가 설명"에 대한 섹션을 결론짓는다.In sum, in reference 16, nanolithographic deposition of metal nanostructures is provided using coated tips for use in microelectronics, catalysts, and diagnostics. The AFM tip can be coated with a metal precursor and the precursor can be patterned on the substrate. The patterned precursor can be converted to a metal state by the application of heat. This concludes the section on "Additional description from Reference 16 (" Conductive Pattern ").

추가적인 실시예들Additional embodiments

다음은 특히 패터닝될 수 있는 대체 잉크 제형, 대체 기판과 관련하여 본 발명을 더 예시하고 가능하게 하는 추가적인 실시예를 기술한다. 다층 패터닝, 마이크로 유동 저장조를 이용한 캔틸레버로의 잉크의 전달, 및 실제 TFT 기판의 수리도 증명되었다. The following describes additional examples that further illustrate and enable the present invention, particularly with respect to alternative ink formulations, alternative substrates that may be patterned. Multilayer patterning, delivery of ink to cantilevers using microfluidic reservoirs, and repair of actual TFT substrates have also been demonstrated.

실시예Example 8: 잉크 제형 8: ink formulation

다양한 잉크 합성물이 캔틸레버와 접촉함으로써 직접 기입될 수 있다. 전술한 폴리올 및 금 나노 입자/메시틸렌 잉크 외에, 다음의 잉크 제형들이 CMD를 이용하여 성공적으로 침착되었다:Various ink compositions can be written directly by contacting the cantilever. In addition to the polyol and gold nanoparticle / mesitylene inks described above, the following ink formulations have been successfully deposited using CMD:

잉크 합성물 #1: Ink Composite # 1: 메시틸렌Mesitylene /Of 데칸올Decanol 혼합물 내의 금 나노 입자 Gold nanoparticles in mixture

위의 실시예에서 기술된 금 나노 입자 잉크는 예를 들어 데칸올 CH3(CH2)9OH와 같은 알코올의 첨가에 의해 개선되었다. 데칸올의 첨가는 친수성 기판의 습윤성을 개선하며, 특히 친수성 기판 상에서 불연속(비 도전성) 라인을 형성하는 침착 잉크의 방울화를 방지한다. 이러한 잉크 합성물은 일반적으로 메시틸렌(1 mg/mL) 및 0.3 마이크로리터의 데칸올에 용해된 1.5 마이크로리터의 티오티산에 1 mg의 헥산에티올 캡핑된 금 나노 입자를 용해함으로써 준비되었다. 잉크는 250-300℃에서 7분 동안의 고온 경화에 이은 120℃에서 60분 동안의 저온 경화에 의해 저 비저항 금속 형태로 변환되었다. The gold nanoparticle inks described in the above examples were improved by the addition of alcohols, for example decanol CH 3 (CH 2 ) 9 OH. The addition of decanol improves the wettability of the hydrophilic substrate and, in particular, prevents the dropping of deposited inks that form discrete (non-conductive) lines on the hydrophilic substrate. This ink composite was prepared by dissolving 1 mg of hexaneetholol capped gold nanoparticles in 1.5 microliters of thiotic acid dissolved in mesitylene (1 mg / mL) and 0.3 microliters of decanol in general. The ink was converted to a low resistivity metal form by high temperature curing at 250-300 ° C. for 7 minutes followed by low temperature curing at 120 ° C. for 60 minutes.

잉크 합성물 #2: 1,3,5-Ink Composite # 2: 1,3,5- 트라이에틸벤젠Triethylbenzene 내의 금 나노 입자 Gold nanoparticles within

전술한 금 나노 입자 잉크는 메시틸렌 및 데칸올을, 메시틸렌보다 높은 끓는점을 가진 용매인 1,3,5-트라이에틸벤젠(1,3,5-TEB)으로 대체함으로써 더욱 개선되었다. 용매 대체는 전술한 데칸올계 잉크와 같은 잉크의 수명을 증가시키며(보다 적은 건조로 인하여), 결국에는 나노 입자 침전 및 유용한 금속 내용물의 손실을 유발하는 데칸올-리치 상태와 메시틸렌-리치 상태 간의 상태 분리를 방지한다.The gold nanoparticle inks described above were further improved by replacing mesitylene and decanol with 1,3,5-triethylbenzene (1,3,5-TEB), a solvent with a higher boiling point than mesitylene. Solvent replacement increases the lifespan of inks, such as the decanol-based inks described above (due to less drying), and eventually between the decanol-rich state and the mesitylene-rich state, which leads to nanoparticle precipitation and loss of useful metal content. Prevent state separation.

잉크 합성물 #3: 상업용 은 나노 입자 잉크Ink Composite # 3: Commercial Silver Nanoparticle Inks

상업용 은 페이스트(일본 하리마 케미컬즈(Harima Chemicals)로부터 입수되는 나노페이스트 NPS-J, http://www.harima.co.jp)가 평판 표시장치 수리를 위한 잉크로서 이용되었다. 은 페이스트는 가스 증발에 의해 생성되고 분산제에 의해 보호되는 모노 분산 나노 입자를 포함한다. 평균 나노 입자 직경은 약 7 nm이다. 각각의 나노 입자가 분산제로 커버될 때, 이 잉크는 높은 금속 내용물에서도 거의 액체처럼 작용한다. 따라서, 최적 점도에 도달하도록 이 잉크를 (공기 중에서의 용매 증발에 의해) 미리 농축하는 것이 필요할 수 있다. 이 잉크의 프린팅, 분산 및 주입을 통한 회로 형성은 이 분야에 공지되어 있다. 그 소결 온도는 200℃ 미만이다. 은, 금(하리마 NPG-J) 또는 다른 타입의 나노 입자를 포함하는 유사한 상업용 잉크들도 이용될 수 있다.Commercial silver paste (Nanopaste NPS-J, http://www.harima.co.jp, available from Harima Chemicals, Japan) was used as ink for flat panel display repair. The silver paste contains mono dispersed nano particles produced by gas evaporation and protected by a dispersant. The average nanoparticle diameter is about 7 nm. When each nanoparticle is covered with a dispersant, the ink behaves almost like a liquid even at high metal contents. Therefore, it may be necessary to concentrate this ink in advance (by evaporation of the solvent in the air) to reach the optimum viscosity. Circuit formation through printing, dispersing and injection of this ink is known in the art. The sintering temperature is less than 200 degreeC. Similar commercial inks including silver, gold (Harima NPG-J) or other types of nanoparticles can also be used.

실시예Example 9: 다양한 기판상의 다양한 잉크의  9: of different inks on different substrates 침착composure

도20, 도21, 도22 및 도39는 실시예 8에서 기술된 잉크의 다양한 기판 상의 성공적인 침착을 나타낸다. 예를 들어, 도20은 하리마 은 나노 입자 잉크(합성물 #3)를 이용한 실리콘 질화물 기판 상의 은 라인의 직접 기입을 나타낸다. 관찰된 라인 폭 및 품질의 변화는 시간에 따른 잉크의 점도의 증가(농도 증가)의 결과이다. 시간이 흐름에 따라, 잉크는 너무 점도가 크게 되어 연속 라인을 형성할 수 없다. 모든 라인은 기판에 대해 동일한 캔틸레버 속도로 드로잉되었다. 관측된 줄무늬는 이 실험에 사용된 고정밀 스테이지의 정지 및 진행 운동의 산물이다. 도21은 유리 기판 상의 동일 잉크의 침착을 나타낸다. 도22는 크롬 박막으로 코팅된 유리 기판 상의 상업용 은 나노 입자 잉크의 침착 및 저온 경화를 나타낸다. 레이저 제거를 이용하여 크롬 막 내에 홈을 형성하여 하부 유리 기판을 노출시켰다(이미지의 중심). 이어서, 무팁 캔틸레버를 이용하여 크롬 막 상에 레이저 제거된 갭의 각 측에 그리고 갭을 가로질러 2개의 라인을 드로잉하였다. 크롬 막 자체 상의 침착은 성공적이었으나, 갭을 가로질러서는 그렇지 않았는데, 이 경우에는 레이저 제거 후에 남은 유리 기판이 특히 거칠기 때문이었다(>1 미크론. 침착되는 막보다 높다). 도39는 크롬 및 유리 상의 잉크 합성물 #1의 침착을 나타내며, 도30(후술함)은 금 나노 입자/1,3,5-TEB 잉크의 침착을 나타낸다.20, 21, 22 and 39 show successful deposition on various substrates of the ink described in Example 8. For example, FIG. 20 shows direct writing of silver lines on silicon nitride substrates using Harima silver nanoparticle inks (composite # 3). Changes in line width and quality observed are the result of an increase in viscosity (increase in concentration) of the ink over time. Over time, the ink becomes too viscous to form continuous lines. All lines were drawn at the same cantilever speed for the substrate. The streaks observed are the product of the stationary and progressive motion of the high precision stage used in this experiment. Figure 21 shows the deposition of the same ink on a glass substrate. Figure 22 shows deposition and low temperature cure of commercial silver nanoparticle inks on glass substrates coated with a chromium thin film. Laser ablation was used to form grooves in the chromium film to expose the lower glass substrate (center of the image). Two lines were then drawn on each side and across the gap of the laser removed gap on the chromium film using a tipless cantilever. Deposition on the chromium film itself was successful, but not across the gap, because in this case the glass substrate remaining after laser removal was particularly rough (> 1 micron. Higher than the deposited film). Figure 39 shows the deposition of Ink Composite # 1 on chromium and glass, and Figure 30 (described below) shows the deposition of gold nanoparticles / 1,3,5-TEB ink.

실시예Example 10: 다층 패턴의 제조 10: Preparation of Multilayer Pattern

도23은 전술한 금 나노 입자/메시틸렌 잉크로 코팅된 무팁 캔틸레버를 이용한 다층 라인(최대 3층)의 제조를 나타낸다. 제1 층이 기판 상에 침착되었다. 잉크를 재로딩한 후, 캔틸레버는 제1 층 라인의 선두에 재배치되어 제1 층의 상부에 직접 제2 층을 드로잉하는 데 사용되었다. 침착된 양이 적기 때문에 제1 층 내의 용매는 중간 열 경화 단계가 필요 없이 제2 층 드로잉을 허용할 만큼 충분히 빠르게 건조된다는 점에 유의한다. 동일한 프로세스를 반복하여 제3 층을 침착함으로써 제3 층 라인을 형성하였다. 이 프로세스는 보다 큰 도전성을 가진 두꺼운 라인의 제조를 가능하게 하며, 라인 연속성을 개선한다. 라인 확대도 관측되었다. 그러나, 라인 확대의 일부는 현존하는 XY 스테이지의 한계의 결과인 것으로 믿어진다. 보다 반복 가능한 스테이지로의 대체는 보다 좁은 라인을 형성한다.Figure 23 shows the preparation of a multilayer line (up to three layers) using a tipless cantilever coated with gold nanoparticles / mesitylene ink described above. The first layer was deposited on the substrate. After reloading the ink, the cantilever was relocated to the beginning of the first layer line and used to draw the second layer directly on top of the first layer. Note that because the amount deposited is small, the solvent in the first layer dries fast enough to allow drawing of the second layer without the need for an intermediate thermal curing step. The same process was repeated to form a third layer line by depositing a third layer. This process enables the production of thicker lines with greater conductivity and improves line continuity. Line enlargement was also observed. However, it is believed that part of the line magnification is the result of the limitations of the existing XY stage. Substitution with more repeatable stages results in narrower lines.

실시예Example 11:  11: 캔틸레버로의Cantilever 잉크 전달 Ink delivery

도24는 마이크로 제조 저장조 내로의 담금에 의한 무팁 캔틸레버(슬릿을 갖거나 갖지 않을 수 있다)의 잉크 코팅을 나타낸다. 이 실험에서, 마이크로 제조 캔틸레버는 NSCRIPTOR 기구(일리노이, 시카고의 나노잉크, 인크.)의 스캐닝 헤드 상에 장착되어, 기구에 통합된 평면 비디오 현미경 및 XY 모터 스테이지의 도움으 로 실리콘 마이크로 제조된 잉크병 칩 위에 배치되었다. 일반적으로 잉크를 딥-펜 나노리소그래피 프린팅용 팁으로 전달하는 데 이용되는 이러한 잉크병 칩의 제조는 크러천-듀페이랏 등의 미국 출원 제10/705,776호 및 관련 기술에 기술되어 있다. 잉크병은 피펫을 이용하여 잉크를 담을 수 있는 마이크로 유동 밀리미터 스케일 저장조를 포함한다. 캔틸레버는 전술한 저장조들 중 하나 내의 잉크 풀에 담겨졌다(이미지의 바닥부). 이미지 B에서 캔틸레버 주위의 메니스커스에 유의한다. 프로세스는 적절한 (Z 축) 배치 장치 및 소프트웨어를 이용하여 쉽게 자동화된다.Figure 24 shows an ink coating of a tipless cantilever (with or without slits) by soaking into a microfabrication reservoir. In this experiment, a microfabricated cantilever was mounted on a scanning head of an NSCRIPTOR instrument (Nano Ink, Inc., Illinois, Chicago), an ink bottle made of silicon microfabricated with the aid of a XY motor stage and a planar video microscope integrated into the instrument. Placed on the chip. The manufacture of such ink bottle chips, which is generally used to deliver ink to tips for dip-pen nanolithography printing, is described in US Pat. No. 10 / 705,776, et al. The ink bottle contains a micro flow millimeter scale reservoir capable of containing ink using a pipette. The cantilever was contained in the ink pool in one of the reservoirs described above (bottom of the image). Note the meniscus around the cantilever in image B. The process is easily automated using the appropriate (Z axis) placement device and software.

실시예Example 12: 실제  12: actual TFTTFT LCDLCD 샘플의 수리 Repair of samples

도25는 박막 트랜지스터(TFT) 평판 표시장치의 수리를 나타낸다. 레이저 제거를 이용하여 평판 표시장치 상의 전자 회로를 형성하는 도전성 트레이스 내의 결함의 각 측을 보호하는 절연층(실리콘 질화물) 내에 구멍들을 형성하였다. 금 나노 입자 잉크를 이용하여 이 구멍들 사이에 라인을 드로잉한 후, 경화하여 트레이스의 좌측 부분과 우측 부분 사이에 전기 브리지를 형성하여 결합을 수리하였다. 25 shows repair of a thin film transistor (TFT) flat panel display. Holes were formed in the insulating layer (silicon nitride) to protect each side of the defect in the conductive traces forming the electronic circuit on the flat panel display using laser ablation. Lines were drawn between these holes using gold nanoparticle ink and then cured to form an electrical bridge between the left and right portions of the trace to repair the bond.

실시예 13: 집적 Example 13: Integration 슬릿Slit 또는 마이크로 유동 채널을 구비한  Or with micro flow channels 캔틸레버를Cantilever 이용한  Used 침착composure

도26은 잉크 저장 슬릿 또는 채널을 구비한 무팁 캔틸레버의 개략도이다. 이 캔틸레버는 각각의 담금으로 보다 많은 잉크량을 저장할 수 있으며, 이는 라인의 길이를 통한 보다 양호한 균일성, 증가된 라인 높이, 보다 양호한 도전성 및 보다 양호한 높은 단차를 통한 기입 능력을 산출한다. 도27은 무팁 슬릿 캔틸레버의 4가지 추가적인 디자인을 나타내는데, 이는 삼각형 또는 사각형일 수 있으며, 유체 저장을 위한 저장조로서 기능하는 확대부를 포함할 수 있다. 제조 기술은 이 분야에 공지된 AFM 캔틸레버의 제조를 위한 방법으로부터 적응될 수 있다. 요컨대, 실리콘 질화물 막이 CVD를 통해 희생 실리콘 기판 상에 침착된다. 이어서, 실리콘 질화물의 일부가 패터닝된 후 에칭되어 캔틸레버 및 슬릿이 형성된다. 하부 실리콘이 부분적으로 이방성 에칭되어 캔틸레버를 자유롭게 할 수 있다. 대안으로, 실리콘 질화물 층은 파이렉스 유리 웨이퍼에 접착될 수 있으며, 실리콘 기판은 전체적으로 에칭된다. 이어서, 웨이퍼를 다이싱하여 무팁 슬릿 캔틸레버가 끝에 달린 칩을 제공한다. 캔틸레버는 선택적으로, 얇은 반사 금속층으로 코팅될 수 있다. 금속 코팅은 잉크와 반응하지 않거나 잉크에 영향을 미치지 않도록 주의 깊게 선택되어야 한다. 도28 및 도29는 유리 기판 상에 그리고 상기 유리 기판 상에 패터닝된 금 전극들 사이의 갭을 가로질러 잉크 합성물 #3(은 나노 입자)을 슬릿 실리콘 질화물 캔틸레버(도26의 청사진에 의해 제조됨)를 이용하여 실제 침착한 것을 나타낸다. 이미지 B에서 2개의 금 전극 사이의 저항은 열 경화 후 약 100 오옴이었다. 금 전극들의 상부에 직접 침착된 잉크는 열선총 경화 후 보이지 않게 되는데, 이는 경화 동안 합금화 또는 비습윤(dewetting)의 가능한 결과라는 점에 유의한다. 도30은 동일 타입의 캔틸레버를 이용한 금 나노 입자/1,3,5-TEB 잉크 합성물 #2의 침착을 증명한다.Figure 26 is a schematic diagram of a tipless cantilever with ink storage slits or channels. This cantilever can store more ink volume with each dip, which yields better uniformity through the length of the line, increased line height, better conductivity and better writing capability through higher steps. Figure 27 shows four additional designs of a tipless slit cantilever, which may be triangular or square, and may include enlargements that function as reservoirs for fluid storage. The manufacturing technique can be adapted from the methods for the production of AFM cantilevers known in the art. In short, a silicon nitride film is deposited on the sacrificial silicon substrate via CVD. A portion of the silicon nitride is then patterned and then etched to form cantilevers and slits. The bottom silicon can be partially anisotropically etched to free the cantilever. Alternatively, the silicon nitride layer can be bonded to a Pyrex glass wafer and the silicon substrate is etched entirely. The wafer is then diced to provide a chip with a tipless slit cantilever at the end. The cantilever can optionally be coated with a thin layer of reflective metal. The metal coating should be carefully chosen so that it does not react with or affect the ink. Figures 28 and 29 show ink composite # 3 (silver nanoparticles) on a glass substrate and across the gap between the patterned gold electrodes on the glass substrate, prepared by a slit silicon nitride cantilever (blueprint of Figure 26). ) To indicate actual deposition. The resistance between the two gold electrodes in image B was about 100 ohms after thermal curing. Note that the ink deposited directly on top of the gold electrodes becomes invisible after hot ray curing, which is a possible result of alloying or dewetting during curing. 30 demonstrates the deposition of gold nanoparticles / 1,3,5-TEB ink composite # 2 using the same type of cantilever.

추가 실시 형태들Further embodiments

다음은 특히 평판 표시장치 수리를 위한 기구 및 방법과 관련된 추가 실시 형태를 기술한다. The following describes additional embodiments, particularly related to instruments and methods for repairing flat panel displays.

실시 형태 3: Embodiment 3: 캔틸레버Cantilever 마이크로  Micro 침착composure 및 레이저 경화를 이용하는 평판 표시장치 수리를 위한 기구 및 방법 And methods for repairing flat panel displays using laser and laser curing

본 발명은 평판 표시장치 기판 및 유사한 장치 상의 오픈 트레이스 내의 갭의 수리를 위한 기구를 더 제공하는데, 이 기구는 (1) 잉크를 수납하는 데 적합한 캔틸레버(또는 마이크로브러시); (2) 수리용 패치의 형상으로 상기 기판 상에 상기 잉크를 패터닝하기 위하여 상기 평판 표시장치 기판의 표면 상에 상기 캔틸레버를 접촉시키고 이동시키는 데 적합한 캔틸레버 유지 및 배치 수단; (3) 상기 잉크를 상기 캔틸레버에 공급하는 잉크 공급 메커니즘; (4) 선택적으로, 침착된 재료를 전기 전도에 적합한 저 비저항 형태로 변환하는 데 적합한 경화 시스템을 포함한다. 경화 시스템은 레이저 및 그 집광 광학계를 포함할 수 있다. 캔틸레버 배치 수단은 (1) X, Y, Z 축을 따라 상기 마이크로브러시의 이동을 제어하는 나노미터 해상도 스테이지; (2) 상기 마이크로브러시를 상기 기판에 접촉시키는 데 적합한 거친 장거리 Z 스테이지; (3) Z 축에 대해 임의의 각도로 상기 마이크로브러시를 배치할 수 있는 회전 스테이지; (4) 선택적으로, 캔틸레버 접촉 검출 수단을 포함할 수 있다. The present invention further provides a mechanism for repairing gaps in open traces on flat panel display substrates and similar devices, comprising: (1) a cantilever (or microbrush) suitable for containing ink; (2) cantilever holding and placing means adapted to contact and move the cantilever on the surface of the flat panel display substrate to pattern the ink on the substrate in the form of a repair patch; (3) an ink supply mechanism for supplying the ink to the cantilever; (4) Optionally, a curing system suitable for converting the deposited material into a low resistivity form suitable for electrical conduction. The curing system may include a laser and its focusing optics. The cantilever placement means includes: (1) a nanometer resolution stage for controlling the movement of the microbrush along the X, Y, and Z axes; (2) a coarse long range Z stage suitable for contacting the microbrush to the substrate; (3) a rotating stage capable of placing the microbrush at any angle with respect to a Z axis; (4) Optionally, cantilever contact detection means may be included.

캔틸레버 또는 캔틸레버 소자가 적어도 부분적 반사 코팅을 가질 때, 접촉 검출 및 캔틸레버 편향 측정 수단은 (1) 비디오 카메라, 그 관련 광학계, 광원 및 상기 캔틸레버의 적어도 일부에 의해 반사된 광의 밝기를 측정하는 데 적합한 컴퓨팅 수단; (2) 레이저 반사 센서; 및 (3) 공초점 거리 측정 시스템으로 이루어진 그룹 중에서 선택될 수 있다. When the cantilever or cantilever element has at least a partially reflective coating, the contact detection and cantilever deflection measuring means are (1) computing suitable for measuring the brightness of the video camera, its associated optics, the light source and the light reflected by at least a portion of the cantilever. Way; (2) laser reflection sensors; And (3) a confocal distance measurement system.

바람직한 실시 형태에서, 본 발명은 평판 표시장치 및 인쇄 회로 기판과 같은 실질적으로 편평한 다른 회로의 수리에 적합한 기구를 제공한다. 이 기구는 다음 중 일부 또는 모두를 포함할 수 있다:In a preferred embodiment, the present invention provides a mechanism suitable for repairing other substantially flat circuits such as flat panel displays and printed circuit boards. This organization may include some or all of the following:

(1) (서브)마이크로미터 폭의 캔틸레버(1) (sub) micrometer wide cantilever

(2) 캔틸레버의 미세 이동을 제공하는 마이크로/나노미터 스케일 XYZ 스테이지(2) Micro / nanometer scale XYZ stages providing fine movement of the cantilever

(3) 침착된 재료(잉크)를 경화하기 위한 레이저(3) laser to cure the deposited material (ink)

(4) 터치다운 동작 이전에 재료(잉크)를 마이크로 캔틸레버에 공급하는 잉크 공급 메커니즘(4) Ink supply mechanism for supplying the material (ink) to the micro cantilever before the touchdown operation

(5) 잉크 공급을 위한 거친 Z 이동을 제공할 수 있는 대이동 Z 스테이지 이동기(5) Large travel Z stage mover that can provide coarse Z travel for ink supply

(6) Z 축에 대해 임의의 각도로 캔틸레버를 배치할 수 있는 회전 스테이지.(6) a rotating stage capable of positioning the cantilever at any angle with respect to the Z axis.

도31은 표면에 대한 캔틸레버의 터치다운을 검출하기 위하여 비디오 이미징을 통해 캔틸레버의 밝기를 모니터링하는 이 기구의 제1 디자인을 나타낸다. 이 실시 형태에서, 마이크로브러시 또는 캔틸레버가 기판과 접촉하는 정확한 높이를 검출하는 작업은 나노미터 스케일 XYZ 스테이지가 캔틸레버를 하향 이동시킬 때 밝기의 변화에 대한 캔틸레버에 대응하는 비디오 이미지 영역의 컴퓨터 모니터링에 의해 달성된다. 접촉시 적절한 조명하에 접촉의 검출을 가능하게 할 만큼 충분한 감도로 커다란 밝기의 변경이 발생한다(캔틸레버의 벤딩으로 인함). 접촉후, 나노미터 스케일 XYZ 스테이지는 캔틸레버를 XYZ 방향으로 이동시켜 잉크를 2D 표면 및 3D 표면 구조 상에 침착할 수 있다. 360도 모터 구동되는 회전 스테이지는 캔틸레버가 밀리는 것이 아니라 항상 당겨질 수 있게 한다(즉, 그의 길이에 평행한 방향으로, 그의 자유 단부에서 그의 결합 단부로; 아래의 실시예 참조). 이것은 열악한 패터닝 결과를 낳는 캔틸레버 버클링 및 다른 문제를 방지한다. Figure 31 shows a first design of this instrument for monitoring the brightness of the cantilever through video imaging to detect the touchdown of the cantilever to the surface. In this embodiment, the task of detecting the exact height that the microbrush or cantilever contacts the substrate is by computer monitoring of the video image area corresponding to the cantilever for a change in brightness as the nanometer scale XYZ stage moves the cantilever downward. Is achieved. At the time of contact, a large change in brightness occurs with a sensitivity sufficient to enable detection of the contact under appropriate illumination (due to the bending of the cantilever). After contacting, the nanometer scale XYZ stage can move the cantilever in the XYZ direction to deposit ink on the 2D surface and the 3D surface structure. The 360 degree motor driven rotating stage allows the cantilever to be always pulled rather than pushed (ie, in a direction parallel to its length, from its free end to its mating end; see example below). This prevents cantilever buckling and other problems that result in poor patterning results.

잉크를 캔틸레버에 인가하기 위하여, 캔틸레버는 잉크병 회전 스테이지의 레벨 위에 있을 때까지 거친 모터 구동 Z 스테이지에 의해 상향 이동된다. 이어서, 잉크병 회전 스테이지는 잉크병을 캔틸레버 바로 아래의 위치로 회전시킨다. 이어서, 캔틸레버는 잉크병 안으로 하강하며 잉크가 캔틸레버에 코팅된다. 이어서, 캔틸레버는 다시 위로 이동하며, 잉크병은 캔틸레버 영역 밖으로 회전한다. 이어서, 캔틸레버는 잉크를 기판 상에 침착할 준비를 한다.To apply ink to the cantilever, the cantilever is moved up by the coarse motor driven Z stage until it is above the level of the ink bottle rotation stage. The ink bottle rotation stage then rotates the ink bottle to the position just below the cantilever. The cantilever is then lowered into the ink bottle and the ink is coated on the cantilever. The cantilever then moves back up, and the ink bottle rotates out of the cantilever area. The cantilever is then ready to deposit ink on the substrate.

주어진 영역에 잉크 침착이 완료된 후, 경화 레이저가 구동된다. 거울 및 빔 스플리터(또는 레이저에서 기판을 향해 광을 선택적으로 반사하는 다른 장치)를 통해, 레이저 광이 잉크가 침착된 영역 상으로 향한다. 빔 스플리터를 통해 카메라 및 현미경 어셈블리로 경화가 발생할 때 경화가 관측될 수 있다. 전체 어셈블리는 원거리를 이동하여 어셈블리는 수리가 필요한 기판의 영역 상에 배치될 수 있다. 필요한 평판 표시장치 지지 프레임 및 원거리 배치 시스템은 도시되지 않지만 이 분야에 공지되어 있다. 대안으로, 레이저 광이 거울 없이, 캔틸레버 또는 경화 레이저를 수리 영역 상에 배치하기 위하여 전체 어셈블리를 대거리(미터) 이동시킬 수 있는 갠트리(gantry)를 이용하여 아래로 또는 소정의 각도로 향할 수 있다. 직접적인 레이저 광의 이용은 경화 프로세스의 마이크로스코프 관측을 배제할 수 있 다는 점에 유의한다.After the ink deposition in the given area is completed, the curing laser is driven. Through the mirror and beam splitter (or other device that selectively reflects light from the laser toward the substrate), the laser light is directed onto the area where the ink is deposited. Hardening can be observed when hardening occurs with the camera and microscope assembly through the beam splitter. The entire assembly can be moved remotely so that the assembly can be placed on the area of the substrate that needs repair. The required flat panel display support frame and remote placement system are not shown but are known in the art. Alternatively, the laser light can be directed down or at an angle using a gantry that can move the entire assembly over a distance (meters) to place the cantilever or curing laser on the repair area without a mirror. Note that the use of direct laser light can preclude microscopic observation of the curing process.

다른 실시 형태에서(도32), 마이크로브러시 또는 캔틸레버가 기판과 접촉하는 정확한 높이를 검출하는 작업은 캔틸레버 상에 집속되는 Z 축 레이저 반사 센서의 출력의 컴퓨터 모니터링에 의해 달성된다. 접촉시, 접촉의 검출을 허용하는 감도로 센서 출력의 커다란 변화가 발생한다. 접촉후, 나노미터 스케일 XYZ 스테이지는 캔틸레버를 XYZ 방향으로 이동시켜 잉크를 2D 표면 및 3D 표면 구조 상에 침착할 수 있다. 또 다른 실시 형태에서(도33), 캔틸레버가 기판과 접촉하는 정확한 높이를 검출하는 작업은 캔틸레버를 목표로 하는 공초점 거리 센서(키언스 코포레이션(Keyence Corp.)으로부터 입수 가능)의 출력의 컴퓨터 모니터링에 의해 달성된다. 공초점 센서가 내장 CCD 어레이를 포함할 수 있으므로, 레이저 경화가 발생할 때 이를 관측할 수 있다. In another embodiment (FIG. 32), the task of detecting the exact height at which the microbrush or cantilever contacts the substrate is accomplished by computer monitoring of the output of the Z axis laser reflection sensor focused on the cantilever. On contact, a large change in sensor output occurs with sensitivity that allows detection of contact. After contacting, the nanometer scale XYZ stage can move the cantilever in the XYZ direction to deposit ink on the 2D surface and the 3D surface structure. In another embodiment (FIG. 33), the task of detecting the exact height at which the cantilever is in contact with the substrate is computer monitoring of the output of a confocal distance sensor (available from Keyence Corp.) targeting the cantilever. Is achieved by. The confocal sensor can include a built-in CCD array, which can be observed when laser curing occurs.

본 발명은 또한 전구체 잉크의 국부적 침착에 이은 상기 잉크의 도전체 형태로의 경화에 의한 평판 표시장치 기판 상의 오픈 트레이스 내의 갭의 첨가 수리 방법을 제공하는데, 이 방법은 The present invention also provides a method for repairing the addition of a gap in an open trace on a flat panel display substrate by local deposition of precursor ink followed by curing of the ink to conductor form.

캔틸레버(또는 마이크로브러시)를 제공하는 단계와;Providing a cantilever (or microbrush);

전구체 잉크를 제공하는 단계와;Providing a precursor ink;

상기 캔틸레버 상에 상기 잉크를 침착하는 단계와;Depositing the ink on the cantilever;

기판 표면을 제공하는 단계와;Providing a substrate surface;

잉크가 캔틸레버에서 기판 표면으로 전달되도록 상기 캔틸레버와 상기 기판 표면을 접촉시키는 단계와;Contacting the cantilever and the substrate surface such that ink is transferred from the cantilever to the substrate surface;

침착된 잉크를 경화시키는 단계를 포함한다.Curing the deposited ink.

실시예Example 14: 양방향  14: bidirectional 기입entry  And 캔틸레버Cantilever 회전 rotation

도34에서, 도전성 ITO(인듐 주석 산화물) 전극들 사이의 절연 갭을 가로질러 금 나노입자 잉크가 로딩된 5 마이크로미터 무팁 캔틸레버로부터 금 트레이스들이 침착되었다. 이 실험을 여러 번 반복할 때, 이러한 금 트레이스들은 종종 불연속적이며, ITO 단차들 중 하나에만 근접하여 작은 갭을 갖는 것으로 나타났다. 도35는 무팁 캔틸레버를 이용하여 라인을 드로잉할 때 토포그래피 단차 근처에 어떻게 갭이 형성될 수 있는지를 설명한다. 이 도면에서, 캔틸레버는 홈으로 분리된 절연성 유리 기판 상의 2개의 ITO 섬들의 상부에 우에서 좌로 잉크로 라인을 드로잉한다(도34 참조). 캔틸레버 단부는 우측 에지 상에 잉크를 충실히 침착하지만, 캔틸레버 몸체가 좌측 에지에 부딪힐 때 홈의 바닥으로부터 상승할 수 있다. 이것은 잉크의 경화후 절연성 라인을 형성할 수 있다. 이 문제에 대한 간단한 해결책은 (i) 예를 들어 잉크의 제1 층을 우에서 좌로 기입하고, (ii) 제2 층을 제1 층 위에 좌에서 우로 기입하는 것으로 이루어진다(일명 "양방향 기입" 방법). 바람직하게는, 캔틸레버를 그 길에 평행하게 그리고 그 자유 단부에서 그 결합 단부 를 향해 이동시킬 때 최상의 패터닝 결과(가장 좁은 라인)가 얻어지므로, 캔틸레버는 제2 층을 기입하기 전에 180도 회전된다. 그렇지 않은 경우, 캔틸레버는 굽거나 휘어져 원하지 않은 영역에 잉크를 릴리스할 수 있다. 이것은 패터닝 기구에 캔틸레버 회전 스테이지를 포함시킴으로써 최상으로 달성된다.In Figure 34, gold traces were deposited from a 5 micron tipless cantilever loaded with gold nanoparticle ink across the insulating gap between conductive ITO (indium tin oxide) electrodes. When this experiment is repeated several times, these gold traces are often discontinuous and appear to have a small gap close to only one of the ITO steps. 35 illustrates how a gap can be formed near the topography step when drawing a line using a tipless cantilever. In this figure, the cantilever draws a line with ink from right to left on top of two ITO islands on an insulating glass substrate separated by grooves (see Fig. 34). The cantilever end faithfully deposits ink on the right edge, but can rise from the bottom of the groove when the cantilever body strikes the left edge. This may form insulating lines after curing of the ink. A simple solution to this problem consists of (i) writing the first layer of ink from right to left, for example, and (ii) writing the second layer from left to right over the first layer (aka "bidirectional writing" method). ). Preferably, the cantilever is rotated 180 degrees before writing the second layer because the best patterning result (narrowest line) is obtained when moving the cantilever parallel to its path and from its free end towards its mating end. Otherwise, the cantilever can bend or bend to release the ink in unwanted areas. This is best achieved by including a cantilever rotation stage in the patterning instrument.

당업자는 본 발명의 다양한 대체 실시 형태 및 응용이 존재한다는 것을 인식 할 것이다. 이러한 대안은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 특히, 이것은 (i) 평판 표시장치 상의 도전성 트레이스들의 네트워크의 제조; (ii) 반도체(폴리실리콘) 층, 투명 도전성 산화물 층(예를 들어 ITO)를 포함하지만 이에 한하지 않는 금속 도전성 트레이스들과 다른 평판 표시장치의 소자들의 수리 또는 제조; (iii) 특히, 평판 표시장치 내의 컬러 필터의 수리; (iv) 다른 타입의 평판 또는 플렉시블 표시장치의 수리 또는 제조; (v) 유기 발광 다이오드(OLED) 표시장치의 수리; (vi) UV 포토리소그래피에 사용되는 포토마스크를 포함하는 반도체 칩 제조에 사용되는 마스크의 제조 또는 수리; (vii) 박막 저항 또는 다른 후막 또는 박막 패시브 컴포넌트의 제조 또는 수리; 및 (viii) 다른 미크론 스케일 정밀도 침착 응용을 위한 상기 캔틸레버의 이용을 포함한다. CMD에 이용되는 캔틸레버는 보다 양호한 잉크 보유 또는 침착 능력을 위해 개량될 수 있다. 예를 들어, 전체 캔틸레버는 PDMS(폴리다이메틸실록산)와 같은 폴리머의 층으로 코팅될 수 있다. 집적 액추에이터, 예를 들어 집적 히터 및 열 구동 바이모프(bimorph)를 구비한 캔틸레버를 이용하여 보다 양호하게 패터닝을 제어할 수 있다. CMD에 적합한 캔틸레버, 예를 들어 고해상도 이미징을 위한 집적 칩을 구비한 AFM 캔틸레버 또는 침착 후 잉크 경화를 위한 가열된 칩을 구비한 캔틸레버는 다른 소자들과 함께 동일 칩에 결합될 수 있다.Those skilled in the art will recognize that there are various alternative embodiments and applications of the present invention. Such alternatives are considered to be within the scope of the present invention. In particular, this may include (i) fabrication of a network of conductive traces on a flat panel display; (ii) repair or manufacture of metal conductive traces and other flat panel display elements, including but not limited to a semiconductor (polysilicon) layer, a transparent conductive oxide layer (eg ITO); (iii) repair of color filters, particularly in flat panel displays; (iv) repair or manufacture of other types of flat panel or flexible displays; (v) repair of organic light emitting diode (OLED) displays; (vi) the manufacture or repair of masks used in the manufacture of semiconductor chips, including photomasks used in UV photolithography; (vii) manufacturing or repairing thin film resistors or other thick or thin film passive components; And (viii) the use of the cantilever for other micron scale precision deposition applications. The cantilever used for CMD can be improved for better ink retention or deposition capability. For example, the entire cantilever can be coated with a layer of polymer such as PDMS (polydimethylsiloxane). The patterning can be better controlled using an integrated actuator such as a cantilever with an integrated heater and a heat driven bimorph. A cantilever suitable for CMD, for example an AFM cantilever with an integrated chip for high resolution imaging or a cantilever with a heated chip for ink curing after deposition, can be coupled to the same chip along with other devices.

다음은 오픈 라인 수리를 위한 예시적인 사양이다.The following is an exemplary specification for open line repair.

특징부Features 사양Specifications 허용오차Tolerance 코멘트comment 라인 폭Line width 5 및 10 미크론5 and 10 micron +/- 20%+/- 20% 라인 폭?Line width? 높이Height 0.1 미크론0.1 micron +/- 30%+/- 30% 높이는 저항과 관련된다(아래 참조).Height is related to resistance (see below). 비저항Resistivity ~10(μΩ?cm)~ 10 (μΩ? Cm) 라인 또는 수리를 위한 최대 비저항(μΩ?cm)은?What is the maximum resistivity (μΩ? Cm) for line or repair? 라인 길이Line length 최대 라인 길이=200 미크론Line length = 200 microns 지정 길이로부터 +/- 10 미크론+/- 10 microns from specified length 단일 통과로 기입할 최장 라인은?What is the longest line to fill in a single pass? 수리당 기입/경화 시간Fill / cure time per repair 100 미크론 라인 침착 + 1회 경화. 60초 이하100 micron line deposition + 1 cure. 60 seconds or less 허용 가능한 수리 최대 시간은? 이것은 기입 속도 및 경화 시간의 결정을 돕는다.What is the maximum allowable repair time? This helps to determine the writing speed and curing time. 경화 조건Curing conditions 약 200℃(사용되는 잉크에 의존)200 ° C (depending on the ink used) 170℃의 핫 플레이트를 이용하거나 경화를 위해 레이저 시스템을 선택할 수 있는가?Can I use a 170 ° C hot plate or choose a laser system for curing? 접착adhesion 스카치 테이프 시험Scotch tape test 잉크는 스카치 테이프 시험 및 물 헹굼을 견딘다.The ink withstands Scotch tape testing and water rinsing.

Claims (50)

기판 표면에 잉크를 전달하는 방법이며,Is a method of delivering ink to the substrate surface, 캔틸레버 단부를 구비한 무팁 캔틸레버를 제공하는 단계와;Providing a tipless cantilever having a cantilever end; 상기 캔틸레버 단부에 배치되는 잉크를 제공하는 단계와;Providing ink disposed at the cantilever end; 기판 표면을 제공하는 단계와;Providing a substrate surface; 상기 캔틸레버 단부를 이동시키거나 상기 기판 표면을 이동시켜 상기 잉크가 상기 캔틸레버 단부에서 상기 기판 표면으로 전달되는 단계를 포함하는 기판 표면에 잉크를 전달하는 방법.Moving the cantilever end or moving the substrate surface to transfer the ink from the cantilever end to the substrate surface. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 기판은 평판 표시 장치의 기판인 기판 표면에 잉크를 전달하는 방법.The method of claim 1, wherein the substrate is a substrate of a flat panel display. 제1항에 있어서, 상기 잉크는 하나 이상의 금속, 금속 염 또는 금속 나노 입자를 포함하는 기판 표면에 잉크를 전달하는 방법.The method of claim 1, wherein the ink comprises one or more metals, metal salts, or metal nanoparticles. 제1항에 있어서, 상기 잉크는 100℃ 초과의 끓는점을 가진 하나 이상의 용매를 포함하는 기판 표면에 잉크를 전달하는 방법.The method of claim 1, wherein the ink comprises one or more solvents having a boiling point above 100 ° C. 3. 제1항에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 상기 캔틸레버의 기하학적 형상에 의해 제어되는 치수를 갖는 구조체를 형성하는 기판 표면에 잉크를 전달하는 방법.The method of claim 1, wherein the ink forms on the substrate surface a substrate surface that forms a structure having dimensions controlled by the geometry of the cantilever. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 구조체를 형성하고, 상기 구조체는 융해, 소결 또는 유착 조건에 노출되는 기판 표면에 잉크를 전달하는 방법.The method of claim 1, wherein the ink forms a structure on the substrate surface and the structure delivers ink to the substrate surface that is exposed to melting, sintering or coalescing conditions. 제1항에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 구조체를 형성하고, 상기 구조체는 어닐링되는 기판 표면에 잉크를 전달하는 방법.The method of claim 1, wherein the ink forms a structure on the substrate surface and the structure delivers ink to the substrate surface to be annealed. 제1항에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 구조체를 형성하고, 상기 구조체는 광에 노출되는 기판 표면에 잉크를 전달하는 방법.The method of claim 1, wherein the ink forms a structure on the substrate surface and the structure delivers ink to the substrate surface that is exposed to light. 제1항에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 구조체를 형성하고, 상기 구조체는 레이저 경화되는 기판 표면에 잉크를 전달하는 방법.The method of claim 1, wherein the ink forms a structure on the substrate surface and the structure delivers ink to a substrate surface that is laser cured. 제1항에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 접촉 후에 연속하게 되는 구조체를 형성하는 기판 표면에 잉크를 전달하는 방법.The method of claim 1, wherein the ink forms a structure that is continuous after contact on the substrate surface. 제1항에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면 상에 1μΩ?cm 내지 10μΩ?cm의 비저항을 갖는 금속 상태로 변환되는 구조체를 형성하는 기판 표면에 잉크를 전달하는 방법.The method of claim 1, wherein the ink forms a structure on the substrate surface that is converted into a metal state having a resistivity of 1 μΩ · cm to 10 μΩ · cm. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 방법은 상기 기판 표면 상에 잉크의 층들을 형성하도록 반복되는 기판 표면에 잉크를 전달하는 방법.The method of claim 1, wherein the method is repeated to form layers of ink on the substrate surface. 제1항에 있어서, 상기 캔틸레버는 잉크 저장 슬릿 또는 채널을 포함하는 기판 표면에 잉크를 전달하는 방법.The method of claim 1, wherein the cantilever includes ink storage slits or channels. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 방법은 박막 트랜지스터 수리에 이용되는 기판 표면에 잉크를 전달하는 방법.The method of claim 1, wherein the method delivers ink to a substrate surface for use in thin film transistor repair. 제1항에 있어서, 상기 캔틸레버는 병렬로 잉크를 침착하는 복수의 캔틸레버 중 하나인 기판 표면에 잉크를 전달하는 방법.The method of claim 1, wherein the cantilever is one of a plurality of cantilevers that deposit ink in parallel. 제1항에 있어서, 상기 잉크는 폴리올 잉크인 기판 표면에 잉크를 전달하는 방법.The method of claim 1, wherein the ink is a polyol ink. 제1항에 있어서, 상기 잉크는 하나 이상의 알코올 또는 폴리올과 함께 금속 염을 포함하는 기판 표면에 잉크를 전달하는 방법.The method of claim 1, wherein the ink comprises a metal salt with one or more alcohols or polyols. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 도전성 금속을 기입하는 방법이며,Is a method of writing a conductive metal, 캔틸레버 단부를 각각 구비한 둘 이상의 캔틸레버를 제공하는 단계로서, 상기 캔틸레버는 상기 단부에 팁을 포함하거나 무팁 캔틸레버일 수 있으며, 상기 캔틸레버들은 상기 캔틸레버들 사이에 1 미크론 내지 20 미크론의 갭을 가지는, 둘 이상의 캔틸레버를 제공하는 단계와; Providing two or more cantilevers, each having a cantilever end, wherein the cantilever can include a tip at the end or can be a tipless cantilever, the cantilevers having a gap of between 1 micron and 20 microns between the cantilevers; Providing more than one cantilever; 상기 갭 내에 배치되는 잉크를 제공하는 단계와;Providing ink disposed within the gap; 기판 표면을 제공하는 단계와;Providing a substrate surface; 상기 갭 내에 잉크가 배치된 상기 둘 이상의 캔틸레버를 상기 기판 표면과 접촉시켜 상기 잉크를 상기 갭에서 상기 기판 표면으로 전달하는 단계를 포함하는, 도전성 금속을 기입하는 방법.Contacting the at least two cantilevers with ink disposed in the gap with the substrate surface to transfer the ink from the gap to the substrate surface. 제28항에 있어서, 상기 갭은 1 미크론 내지 5 미크론인, 도전성 금속을 기입하는 방법.29. The method of claim 28, wherein the gap is between 1 micron and 5 microns. 제28항에 있어서, 상기 갭은 5 미크론 내지 10 미크론인, 도전성 금속을 기입하는 방법.29. The method of claim 28, wherein the gap is between 5 microns and 10 microns. 제28항에 있어서, 상기 갭은 10 미크론 내지 20 미크론인, 도전성 금속을 기입하는 방법.29. The method of claim 28, wherein the gap is between 10 microns and 20 microns. 나노리소그래피 또는 마이크로리소그래피용 잉크 제형이며,Ink formulations for nanolithography or microlithography, 하나 이상의 금속 염 및 하나 이상의 용매를 포함하고,At least one metal salt and at least one solvent, 상기 금속 염의 농도는 1 mg/100 μL 내지 500 mg/100 μL인 잉크 제형.Ink formulations have a concentration of 1 mg / 100 μL to 500 mg / 100 μL. 제32항에 있어서, 상기 금속 염의 농도는 1 mg/100 μL 내지 200 mg/100μL인 잉크 제형.33. The ink formulation of claim 32, wherein the concentration of the metal salt is between 1 mg / 100 μL and 200 mg / 100 μL. 제32항에 있어서, 상기 금속 염의 농도는 5 mg/100 μL 내지 30 mg/100μL인 잉크 제형.33. The ink formulation of claim 32, wherein the concentration of the metal salt is between 5 mg / 100 μL and 30 mg / 100 μL. 제32항에 있어서, 상기 제형은 상이한 평균 분자량을 가진 둘 이상의 올리고머 또는 폴리머 첨가제를 더 포함하는 잉크 제형.33. The ink formulation of claim 32, wherein the formulation further comprises two or more oligomeric or polymeric additives having different average molecular weights. 제32항에 있어서, 상기 제형은 하나 이상의 올리고머 및 하나 이상의 폴리머를 더 포함하는 잉크 제형.33. The ink formulation of claim 32, wherein the formulation further comprises one or more oligomers and one or more polymers. 제32항에 있어서, 상기 제형은 둘 이상의 금속 염을 포함하는 잉크 제형.33. The ink formulation of claim 32, wherein the formulation comprises two or more metal salts. 제32항에 있어서, 상기 제형은 에폭시를 더 포함하는 잉크 제형.33. The ink formulation of claim 32, wherein said formulation further comprises an epoxy. 도전성 금속 또는 금속 전구체의 직접 기입을 위한 방법이며,A method for direct writing of a conductive metal or metal precursor, 캔틸레버 단부를 구비한 무팁 캔틸레버를 제공하는 단계와;Providing a tipless cantilever having a cantilever end; 상기 캔틸레버 단부에 배치되는 잉크를 제공하는 단계와;Providing ink disposed at the cantilever end; 기판 표면을 제공하는 단계와;Providing a substrate surface; 상기 캔틸레버 단부와 상기 기판 표면을 접촉시켜 상기 잉크가 상기 캔틸레버 단부에서 상기 기판 표면으로 전달되는 단계를 포함하고,Contacting the cantilever end with the substrate surface to transfer the ink from the cantilever end to the substrate surface; 상기 잉크는 하나 이상의 금속, 하나 이상의 금속 나노 입자 또는 하나 이상의 금속 염을 포함하는, 도전성 금속 또는 금속 전구체의 직접 기입을 위한 방법.And the ink comprises one or more metals, one or more metal nanoparticles, or one or more metal salts. 제39항에 있어서, 상기 캔틸레버는 밀리는 것이 아니라 당겨지는, 도전성 금속 또는 금속 전구체의 직접 기입을 위한 방법.40. The method of claim 39, wherein the cantilever is pulled instead of pushed. 제39항에 있어서, 상기 무팁 캔틸레버는 캔틸레버들의 어레이의 일부분인, 도전성 금속 또는 금속 전구체의 직접 기입을 위한 방법.40. The method of claim 39, wherein the tipless cantilever is part of an array of cantilevers. 제39항에 있어서, 상기 잉크는 금속 나노 입자를 포함하는, 도전성 금속 또는 금속 전구체의 직접 기입을 위한 방법.40. The method of claim 39, wherein the ink comprises metal nanoparticles. 제39항에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면으로 전달된 후에 경화되는, 도전성 금속 또는 금속 전구체의 직접 기입을 위한 방법.40. The method of claim 39, wherein the ink is cured after being delivered to the substrate surface. 제39항에 있어서, 상기 잉크는 상기 기판 표면으로 전달된 후에 50℃ 내지 300℃의 온도에서 경화되는, 도전성 금속 또는 금속 전구체의 직접 기입을 위한 방법.The method of claim 39, wherein the ink is cured at a temperature of 50 ° C. to 300 ° C. after it is delivered to the substrate surface. 금속 트레이스를 침착시키기 위한 방법이며,To deposit metal traces, 도전성 재료들 사이의 절연 갭을 가로질러 나노 입자 잉크가 로딩된 무팁 캔틸레버로부터 금속 트레이스를 침착하는 단계를 포함하는, 금속 트레이스를 침착시키기 위한 방법.Depositing a metal trace from a tipless cantilever loaded with nanoparticle ink across an insulating gap between conductive materials. 전구체 잉크의 국부적 침착에 이어서 상기 잉크를 도전체 형태로 경화함에 의한 평판 표시 장치 기판 상의 오픈 트레이스 내의 갭의 첨가제 수리를 위한 방법이며, A method for additive repair of a gap in an open trace on a flat panel display substrate by local deposition of precursor ink followed by curing of the ink in conductor form, 캔틸레버를 제공하는 단계와;Providing a cantilever; 전구체 잉크를 제공하는 단계와;Providing a precursor ink; 상기 캔틸레버 상에 상기 전구체 잉크를 침착하는 단계와;Depositing the precursor ink on the cantilever; 기판 표면을 제공하는 단계와;Providing a substrate surface; 상기 캔틸레버와 상기 기판 표면을 접촉시켜 상기 전구체 잉크가 상기 캔틸레버에서 상기 기판 표면으로 전달되는 단계와;Contacting the cantilever with the substrate surface to transfer the precursor ink from the cantilever to the substrate surface; 상기 침착된 전구체 잉크를 도전체 형태로 경화하는 단계를 포함하는 방법.Curing the deposited precursor ink in the form of a conductor. 평판 표시 장치 및 실질적으로 편평한 다른 회로의 수리를 위한 기구이며,For repairing flat panel displays and other substantially flat circuits, (1) 기판 상에 잉크를 침착하기 위한 마이크로미터 폭의 캔틸레버와;(1) a micrometer wide cantilever for depositing ink on a substrate; (2) 상기 캔틸레버의 미세 이동을 제공하는 마이크로/나노미터 스케일의 XYZ 스테이지와;(2) an XYZ stage on a micro / nanometer scale that provides fine movement of the cantilever; (3) 상기 기판 상에 침착되는 잉크를 경화하기 위한 레이저와;(3) a laser for curing the ink deposited on the substrate; (4) 상기 침착 이전에 상기 잉크를 상기 캔틸레버에 공급하는 잉크 공급 메커니즘 또는 장치와;(4) an ink supply mechanism or device for supplying the ink to the cantilever before the deposition; (5) 잉크 공급을 위한 거친 Z 이동을 제공하기 위한 대이동 Z 스테이지 이동기와;(5) a large moving Z stage mover for providing coarse Z moving for ink supply; (6) Z 축에 대해 임의의 각도로 상기 캔틸레버를 배치할 수 있는 회전 스테이지를 포함하는 기구.(6) a mechanism comprising a rotating stage capable of positioning the cantilever at any angle with respect to a Z axis. 제47항에 있어서, 상기 기구는 상기 잉크의 침착시 캔틸레버 벤딩을 검출하기 위한 장치를 더 포함하는 기구.48. The instrument of claim 47 wherein the instrument further comprises an apparatus for detecting cantilever bending upon deposition of the ink. 평판 표시 장치 기판 및 유사한 장치 상의 오픈 트레이스 내의 갭을 수리하기 위한 기구이며,A mechanism for repairing gaps in open traces on flat panel display substrates and similar devices, (1) 잉크를 수납하도록 된 캔틸레버와;(1) a cantilever adapted to receive ink; (2) 수리용 패치의 형상으로 상기 기판 상의 잉크를 패터닝하기 위하여 상기 평판 표시 장치 기판의 표면 상에 상기 캔틸레버를 접촉시키고 병진 이동시키기 위한 캔틸레버 유지 및 배치 장치와;(2) a cantilever holding and placing device for contacting and translating said cantilever on a surface of said flat panel display substrate for patterning ink on said substrate in the shape of a repair patch; (3) 상기 잉크를 상기 캔틸레버에 공급하는 잉크 공급 장치와;(3) an ink supply device for supplying the ink to the cantilever; (4) 선택적으로, 침착된 재료를 전기 전도를 위한 저 비저항 형태로 변환하기 위한 경화 시스템을 포함하는 기구.(4) Optionally, an apparatus comprising a curing system for converting the deposited material into a low resistivity form for electrical conduction. 제49항에 있어서, 상기 경화 시스템이 존재하고, 상기 경화 시스템은 레이저 및 그 집광 광학계를 포함하며,50. The system of claim 49, wherein the curing system is present, the curing system comprises a laser and its focusing optics, 상기 캔틸레버 배치 장치는,The cantilever arrangement device, (1) X, Y, Z 축을 따른 상기 캔틸레버의 이동을 제어하는 나노미터 해상도의 스테이지와;(1) a nanometer resolution stage for controlling the movement of the cantilever along the X, Y, and Z axes; (2) 상기 캔틸레버를 상기 기판에 접촉시키기에 적합한 거친 장거리 Z 스테이지와;(2) a coarse long-range Z stage suitable for contacting the cantilever to the substrate; (3) Z 축에 대해 임의의 각도로 상기 캔틸레버를 배치할 수 있는 회전 스테이지와;(3) a rotating stage capable of positioning the cantilever at any angle with respect to a Z axis; (4) 선택적으로, 캔틸레버 접촉 검출 장치를 포함하는 기구.(4) Optionally, a mechanism including a cantilever contact detection device.
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