KR101184161B1 - 소프트 리소그래피를 이용하여 패턴화된 금 표면의 표면 개질 방법 - Google Patents

소프트 리소그래피를 이용하여 패턴화된 금 표면의 표면 개질 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소프트 리소그래피를 이용하여 패턴화된 금 표면의 표면 개질 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 패턴화된 금 표면의 표면 개질 방법은, PDMS 스탬프를 이용하여 금 표면에 미세접촉인쇄하고, 이에 의해 패턴화된 금 표면상의 패턴에 표면 개시 중합을 이용하여 PEGMA를 선택적으로 중합함으로써, 그래프트된 고분자의 안정성을 향상시키고, 금 표면 위에 고분자의 밀도를 증가시킨다.

Description

소프트 리소그래피를 이용하여 패턴화된 금 표면의 표면 개질 방법 {Method for surface modification of patterned Au surface using soft-lithography}
본 발명은 소프트 리소그래피를 이용하여 패턴화된 금 표면의 표면 개질 방법에 관한 것으로, 상세하게는 PDMS 스탬프를 이용하여 금 표면에 미세접촉인쇄하고, 이에 의해 패턴화된 금 표면상의 패턴에 표면 개시 중합을 이용하여 PEGMA를 선택적으로 중합하는, 패턴화된 금 표면의 표면 개질 방법에 관한 것이다.
패터닝을 위한 전사법(lithography)은 반도체 제조의 핵심기술로 눈부신 발전을 해왔으며, 특히 최근 나노미터 크기의 패터닝에 대하여 많은 연구가 진행되고 있다. 반도체 공정에서의 소형화 또는 고집적화는 새로운 기능을 향상시키기 위해 절실히 요구되는 기술로서, 이에 대한 관심 또한 높아지고 있다.
현재 마이크로미터보다 작은 크기의 구조를 신속하고 경제적으로 구현할 수 있는 방법들이 개발되었거나 연구 중에 있으며, 이와 같은 기술적 발전과 진전이 있어왔지만 높은 집적도를 갖는 나노 패터닝 기술은 장치, 공정 등의 기술 비용이 크고 감광제로 이용되는 고분자 소재의 물리적 한계, 패터닝 속도 및 해상도, 곡면에의 적용 문제점이 있다.
이에 포토 리소그래피(photolithography)와 다른 새로운 개념의 패터닝기술인 소프트 리소그래피(soft-lithography) 기법에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 소프트 리소그래피는 빛이나 큰 에너지의 입자를 사용하지 않고, 유연한 고분자 스탬프에 유기물을 묻혀 반복적으로 패턴이나 구조물을 제조하는 기술이다. 이 기술에서 스탬프로 사용되는 PDMS(poly(dimethylsiloxane))는 소프트 리소그래피 기술에서 여러가지 장점을 가진다. 첫째, 기질의 상대적으로 넓은 영역 또는 평탄하지 않은 표면에 안정적으로 점착할 수 있다는 점과 둘째, PDMS는 계면자유에너지(interfacial free energy)가 낮아서 PDMS로 다른 고분자를 몰딩하는 경우 접착이 잘 일어나지 않는다는 점을 들 수 있다. 셋째, PDMS는 균질, 등방성이고, 광학적으로는 300㎚ 두께까지는 투명하여 광학장치를 만드는데 이용할 수 있다. 넷째, PDMS는 매우 내구성이 강한 엘라스토머로서 이는 실험에서 몰딩한 PDMS 스탬프로 수 백번, 몇 달 동안이나 사용해도 눈에 띄는 분해가 일어나지 않은 것으로 알 수 있다. 다섯째, PDMS의 표면특성은 자기조립박막(self-assembly monolayers; SAMs)의 형성에 의해 생기는 플라즈마의 조절에 의해서 쉽게 개질될 수 있고, 이는 물질 간 적절한 계면 상호작용에 의해서 계면 에너지값이 넓은 영역에 걸쳐 나타날 수 있다.
포토 리소그래피와 소프트 리소그래피를 비교해 보면, 포토 리소그래피는 공정을 계속하는 동안에 감광제로 작용하는 마스크가 강한 빛에 의해서 환원되고, 그 빛의 소스가 매우 비싸며, 초기 장치비가 많이 드는 반면, 소프트 리소그래피는 무균실(clean room)이 필요 없을 뿐만 아니라, 초기에 마스크만 포토 리소그래피로 금속을 이용하여 제작할 뿐, 여기에 몰딩하는 PDMS를 이용하여 직접 사용하거나 PDMS를 마스크로 PU(plutonium)와 같은 탄성 고분자 복제를 이용하여 패터닝할 수 있다.
상기한 바와 같이, 소프트 리소그래피 기법은 빛이나 큰 에너지의 입자를 사용하지 않고 유연한 고분자 스탬프에 유기물을 묻혀 반복적으로 패턴이나 구조물을 제조하는 기술로서, 최근 나노스케일의 패턴을 구현하는데 주목받고 있으며, 반도체 기기를 만드는 미세 가공방법 및 생체적합성 의료용 임플란트, 센서 분야에서 주요한 기술로 쓰이게 될 것으로 기대된다.
따라서, 종래의 소프트 리소그래피의 단점을 보완하여 새로운 개념의 나노 스케일의 패턴을 구현할 수 있는 소프트 리소그래피를 이용하여 패턴화된 표면의 표면 개질 방법에 관한 연구의 필요성이 요구되고 있다.
본 발명자들은 나노 스케일의 패턴을 구현할 수 있는 소프트 리소그래피를 이용하여 패턴화된 표면의 표면 개질 방법에 대해 연구하던 중, PDMS 스탬프를 이용하여 금 표면에 미세 접촉인쇄하고, 이에 의해 패턴화된 금 표면상의 패턴에 표면 개시 중합을 이용하여 PEGMA를 선택적으로 중합하였으며, 상기 금 표면상의 패턴이 PEGMA에 의해 우수하게 표면 개질됨을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 소프트 리소그래피를 이용하여 패턴화된 표면에 표면 개시 중합을 이용하여 PEGMA를 선택적으로 중합하는, 패턴화된 표면의 표면 개질 방법을 제공하고자 한다.
도 1은 (a)line 형태 및 (b)dot 형태의 PDMS 스탬프의 광학 현미경(OM) 영상을 나타낸 도이다.
도 2는 PDMS 스탬프에 스핀코터를 이용하여 11-머캅토-1-운데칸올 용액을 증착시키는 과정을 나타낸 도이다.
도 3은 PDMS 스탬프에 면봉을 이용하여 11-머캅토-1-운데칸올 용액을 증착시키는 과정을 나타낸 도이다.
도 4는 미세 접촉인쇄를 이용하여 패턴이 형성된 금 표면상 패턴(Au-OH)의 IR 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 5는 미세 접촉인쇄를 이용하여 패턴이 형성된 금 표면상 패턴(Au-OH)의 타원편광반사법(ellisometry) 측정결과를 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 PEGMA로 표면 개질된 금 표면상 패턴(Au-PEGMA)의 광학 현미경(OM) 영상을 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명의 PEGMA로 표면 개질된 금 표면상 패턴(Au-PEGMA)의 원자현미경(AFM) 영상을 나타낸 도이다.
도 8은 본 발명의 PEGMA로 표면 개질된 금 표면상 패턴(Au-PEGMA)의 (a)line형태 및 (b)dot 형태의 주사전자현미경(SEM) 영상을 나타낸 도이다.
도 9는 본 발명의 PEGMA로 표면 개질된 금 표면상 패턴(Au-PEGMA)의 IR 스펙트럼을 나타낸 도이다.
도 10은 본 발명의 PEGMA로 표면 개질된 금 표면상 패턴(Au-PEGMA)의 XPS 결과를 나타낸 도이다.
도 11은 본 발명의 PEGMA로 표면 개질된 금 표면상 패턴(Au-PEGMA)의 타원편광반사법 측정결과를 나타낸 도이다.
본 발명은
(가) PDMS 스탬프에 11-머캅토-1-운데칸올 용액을 증착시키는 단계;
(나) 상기 증착된 PDMS 스탬프를 금 표면에 접촉시키고 100~300ｇ/㎠의 압력을 가한 후, PDMS 스탬프와 금 표면을 분리하여 금 표면에 패턴을 형성하는 단계;
(다) 상기 분리된 금 표면을 1-도데칸티올 용액에 담구어 패턴되지 않은 면을 처리하는 단계;
(라) 상기 (다) 단계에서 패턴되지 않은 면을 처리한 금 표면을 유기용매 하에서 3-아미노프로필트리에톡시실란(APTES)과 반응시켜 1차 표면 개질하는 단계;
(마) 상기 1차 표면 개질된 금 표면을 유기용매 하에서 3-클로로프로판산, 1,3-디시클로헥실카보디이미드(DCC) 및 4-디메틸아미노피리딘(DMAP)과 반응시켜 2차 표면 개질하는 단계; 및
(바) 상기 2차 표면 개질된 금 표면을 폴리(에틸렌글리콜)메타크릴레이트(PEGMA), N,N-디메틸아미노피리딘, 2,2-비피리딘 및 염화구리(Ⅰ)와 반응시켜 금 표면의 패턴에 PEGMA를 중합하는 단계;를 포함하는 패턴화된 금 표면의 표면 개질 방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 패턴화된 표면의 표면 개질 방법에 대해 단계별로 상세히 설명한다.
상기 (가)단계는 PDMS 스탬프에 11-머캅토-1-운데칸올 용액을 증착시키는 단계이다. 먼저, 실리콘 엘라스토머 기제와 실리콘 엘라스토머 경화제를 10:0.1~5.0 부피비율, 바람직하게는 10:1의 부피비율로 혼합한 후, 기존에 제작되어진 line 형태 및 dot 형태의 음각 실리콘 웨이퍼 마스크 위에 균일하게 도포하고 경화시켜 PDMS 스탬프를 제작한다.
상기 제작된 PDMS 스탬프가 마스크 형태를 완벽히 유지하기 위해서는 3가지 중요한 요인이 필요하다. 첫째, PDMS의 혼합비율이다. 상기 PDMS 스탬프는 실리콘 엘라스토머 기제와 실리콘 엘라스토머 경화제를 10:0.1~5.0 부피비율, 바람직하게는 10:1의 부피비율로 혼합하여 두 용액이 충분히 섞이도록 골고루 혼합해 주어야 한다. 둘째, PDMS 혼합용액을 마스크에 떨어뜨린 후 데시케이터를 이용하여 충분히 공기를 빼주어야 한다. 본 발명에서는 약 1시간 동안 감압을 해주었는데, 충분히 공기를 빼지 않으면 마스크와 용액 사이에 공기층이 생겨 마스크의 패턴이 고르지 못하게 나타날 수 있다. 셋째, PDMS 혼합용액을 마스크에 떨어뜨린 후 오븐에서 가열하는 시간과 온도이다. 본 발명에서는 60~80℃에서 약 5~7시간 동안 방치하는 것이 바람직하다. 만일 가열 온도가 너무 높거나 시간이 상기 범위를 벗어날 경우, 용액이 겔 형태를 가지지 못하거나 용액의 형태로 남아 마스크와 분리가 되지 않는 현상이 생길 수 있다. 상기 제작된 PDMS 스탬프는 넓은 영역 또는 평탄하지 않은 기판에서도 안정적으로 점착될 수 있다.
상기 제작된 PDMS 스탬프에 스핀코터 또는 면봉을 직접 이용하여 11-머캅토-1-운데칸올 용액을 증착시킨다. 상기 방법들은 당해 기술분야에서 널리 알려진 방법으로, 스핀코터를 이용하는 경우 스핀코터의 초당 회전수와 스핀시간 조건을 적절히 맞추어 사용해야 한다. 본 발명에서는 초당 회전수가 100~150, 스핀시간이 1~2분의 조건으로 수행하는 것이 바람직하다. 이와 같은 조건을 형성할 때까지 많은 시행착오가 생기고, 용액을 떨어뜨리는 과정에서 스핀하고 있는 PDMS 스탬프에 떨어뜨리기 때문에 용액의 튐 현상으로 인하여 보다 많은 용액의 낭비가 생긴다. 또한, PDMS 스탬프에 용액이 떨어지는 위치로부터 뭉치는 현상 및 스핀속도가 맞지 않아 펠렛 위에 PDMS 스탬프가 떨어질 수 있는 단점이 있으나, PDMS 스탬프에 골고루 증착할 수 있다. 또한, 면봉을 이용하여 직접적으로 증착하는 경우, PDMS 스탬프에 골고루 증착하지 않을 수 있다는 단점이 있으나, 용액의 낭비가 없고, 손쉽게 이용할 수 있으며, 수율이 뛰어나다는 장점이 있다.
상기 (나) 단계는 금 표면에 패턴을 형성하는 단계로, 상기 증착된 PDMS 스탬프를 금 표면에 접촉시키고 100~300ｇ/㎠의 압력을 가한 후, PDMS 스탬프와 금 표면을 분리한다. 그러면 분리된 금 표면에 패턴이 형성된다.
상기 (다) 단계는 패턴이 형성되지 않은 금 표면 부분을 다른 치환기와 반응하지 않도록 처리하는 단계로, 상기 분리된 금 표면을 1-도데칸티올 용액에 담구어 패턴되지 않은 면을 처리한다.
상기 (가) 단계 내지 (다) 단계의 미세 접촉 인쇄를 이용하여 금 표면상에 패턴을 형성하는 과정은 하기와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010023951768-pat00001
상기 (라) 단계는 패턴화된 금 표면을 1차 개질하는 단계로, 패턴화된 금 표면을 유기용매 하에서 3-아미노프로필트리에톡시실란(APTES)과 상온에서 4~6시간 동안 반응시켜 1차 표면 개질한다.
상기 (마) 단계는 패턴화된 금 표면을 2차 개질하는 단계로, 상기 1차 표면 개질된 금 표면을 유기용매 하에서 3-클로로프로판산, 1,3-디시클로헥실카보디이미드(DCC) 및 4-디메틸아미노피리딘(DMAP)과 50~70℃에서 3~5시간 동안 반응시켜 2차 표면 개질한다.
상기 (라) 및 (마) 단계에서 사용된 유기용매는 톨루엔, 디클로로메탄, 디메틸설폭시드(DMSO), 디메틸포름아미드(DMF), 테트라히드로퓨란(THF), 아세톤, 디에틸에테르, 에틸아세테이트 및 헥산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.
상기 (바) 단계는 금 표면상 패턴에 표면 개시 중합을 이용하여 PEGMA를 중합하는 단계로, 상기 2차 표면 개질된 금 표면을 PEGMA, N,N-디메틸아미노피리딘, 2,2-비피리딘 및 염화구리(Ⅰ)와 반응시켜 금 표면의 패턴에 PEGMA를 선택적으로 중합시킨다.
상기 (라) 단계 내지 (바) 단계의 금 표면상 패턴에 표면 개시 중합을 이용하여 PEGMA를 중합하는 과정은 하기 반응식 1로 나타낸다.
[반응식 1]
Figure 112010023951768-pat00002
상기 방법에 따라 표면 개질된 금 표면은, 광학현미경(OM) 및 주사전자현미경(SEM) 관찰 결과, line 형태 및 dot 형태의 크기가 각각 두께 50㎛, 간격 50㎛ 및 100㎛이고, IR 스펙트럼은 3400㎝-1 부근에서 O-H 피크, 3000㎝-1 부근에서 C-H 피크, 1740㎝-1에서는 C=O 피크, 1200㎝-1 부근에서는 C-O 피크, 700㎝-1 부근에서는 C-Cl 피크가 나타난다. 또한, 표면 개질된 금 표면의 원소분석은 PEGMA의 분자구조와 대비하였을 때, S,Cl,C,O의 비율이 각각 0.98, 0.5, 64.83, 33.69로 분자구조비와 일치하고, 타원편광반사법을 이용하여 측정한 결과, 각 단계별로 금 표면의 두께가 점점 증가한다.
따라서, 본 발명의 방법에 따라 표면 개질된 금 표면은 표면 개시 중합을 이용하여 금 표면상 패턴에 PEGMA가 선택적으로 중합됨으로써, 그래프트된 고분자의 안정성을 향상시키고, 금 표면 위의 고분자의 밀도를 증가시키는 효과가 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 : 패턴화된 금 표면에 PEGMA 를 표면 개시 중합하여 표면 개질하는 방법
1. PDMS ( poly ( dimethylsiloxane )) 스탬프의 제작
Sylcgard 184. 실리콘 엘라스토머 기제(silicone elastomer base)와 Sylcgard 184. 실리콘 엘라스토머 경화제(silicone elastomer curing agent)를 10:1의 부피비로 혼합한 후, 기존에 제작되어진 line 및 dot 형태의 음각 실리콘웨이퍼 마스크 위에 균일하게 도포하고, 60℃에서 6시간 동안 경화하여 PDMS 스탬프를 제작하였다.
상기 제작된 PDMS 스탬프의 광학 현미경(OM) 영상은 도 1에 나타내었다.
도 1에 나타난 바와 같이, line 형태의 PDMS 스탬프의 line 두께는 50㎛이고, 간격은 300㎛이며, dot 형태의 PDMS 스탬프의 dot 두께는 50㎛이고, 간격은 150㎛임을 확인하였다.
2. 미세접촉인쇄 ( Micro Contact Printing )를 이용하여 금 표면상에 패턴 형성
금으로 덮여진 실리콘 웨이퍼를 황산-과산화수소 용액(piranha solution)에 3~4시간 정도 담구어 금 표면을 세정하였다. 그 다음 에탄올과 증류수를 이용하여 깨끗하게 세정하고 질소가스를 이용하여 약 1분간 건조하였다. 상기 1에서 제작된 PDMS 스탬프를 위 방법과 동일하게 세정하였다.
상기 세정된 PDMS 스탬프에 스핀코터(spin coater)를 이용하여 11-머캅토-1-운데칸올(11-mercapto-1-undecanol) 용액(6 m㏖)을 증착시켰다. 이때, 스핀코터의 초당 회전수는 100~150, 스핀시간은 1~2분 조건으로 하였다. 또한, 상기 스핀코터 대신 면봉을 사용할 수도 있다. 상기 증착되어진 PDMS 스탬프의 패턴된 부분을 상기 세정된 금 표면에 접촉시키고, 약 200ｇ/㎠의 압력을 가한 다음 약 5~10분간 방치하고 PDMS 스탬프와 금 표면을 분리하였다. 분리된 금 표면을 에탄올과 증류수를 이용하여 세정하고, 질소가스를 이용하여 약 2분간 건조시켰다. 상기 패턴된 면을 제외한 나머지 금 표면을 다른 치환기와 반응시키지 않기 위해 1-도데칸티올(1-dodecanthiol) 용액에 12시간 동안 담궜다. 그 다음 금 표면을 꺼내어 에탄올과 증류수로 세정하였다.
PDMS 스탬프에 스핀코터 또는 면봉을 이용하여 11-머캅토-1-운데칸올 용액을 증착시키는 과정은 각각 도 2 및 도 3에 나타내었고, 상기 미세접촉인쇄를 이용하여 패턴이 형성된 금 표면상 패턴(Au-OH)의 IR 스펙트럼, 타원편광반사법(ellipsometry) 측정결과는 각각 도 4 및 도 5에 나타내었다.
도 4에 나타난 바와 같이, 금 표면상 패턴(Au-OH)의 IR 스펙트럼은 3400㎝-1에서 O-H 피크가 나타났고, 3000㎝-1 부근에서 알킬기의 C-H 피크가 나타났으며, 1300㎝-1에서 C-O 피크가 나타났다. 따라서, 11-머캅토-1-운데칸올이 금 표면상 패턴에 성공적으로 증착됨을 알 수 있었다.
또한, 도 5에 나타난 바와 같이, 타원편광반사법을 이용하여 총 5번의 두께를 측정한 결과, 금 표면(Au-OH)상 패턴의 평균두께 값이 23.99Å으로 나타났다. 따라서, 11개의 C-C 결합, 하나의 C-O 결합 및 하나의 O-H 결합을 가지는 구조로 예측해 보았을 때, 11-머캅토-1-운데칸올이 금 표면상 패턴에 성공적으로 증착됨을 알 수 있었다.
3. 금 표면상의 패턴에 표면 개시 중합을 이용하여 PEGMA의 중합
3-1. 금 표면에서 개시제의 제조
금 표면(2.5㎝×1.5㎝)에 맞게 제작되어진 30㎖ 반응기에 교반막대와 상기 2에서 제작한 패턴이 형성된 금 표면을 넣고 질소퍼지를 시켜주었다. 여기에, 톨루엔 10㎖를 넣고, 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane; APTES) 0.1㎖(19.5m㏖)를 주사기를 이용하여 천천히 가해준 후, 상온에서 5시간 동안 교반시켰다. 반응이 완료된 후, 금 표면이 상하지 않도록 주의하여 꺼낸 뒤, 에탄올과 디클로로메탄을 이용하여 세정하고, 질소가스를 이용하여 약 2분간 건조시켰다.
앞의 과정에서 사용되었던 반응기에 3-아미노프로필트리에톡시실란(APTES)로 1차 표면 개질된 금 표면을 넣고 질소퍼지를 시켜주었다. 여기에, 디클로로메탄 10㎖를 넣고, 3-클로로프로판산 0.6㎖, 1,3-디시클로헥실카보디이미드(1,3-dicyclohexylcarbodiimide) 0.06ｇ 및 4-디메틸아미노피리딘 0.0039ｇ을 넣고 60℃에서 4시간 동안 교반시켰다. 반응이 완료된 후, 금 표면이 상하지 않도록 주의하여 꺼낸 뒤 메탄올 및 증류수를 이용하여 세정하고, 질소가스를 이용하여 약 2분간 건조시켰다.
3-2. 표면 개시 중합
앞의 과정에서 사용되었던 반응기에 교반막대와 2차 표면 개질된 금 표면을 넣고 질소퍼지를 시켜주었다. 여기에, N,N-디메틸아미노피리딘(DMAP) 8㎖를 넣고, 폴리(에틸렌글리콜)모노메타크릴레이트 마크로모노머[poly(ethlene glycol) monomethacrylate macromonomer; PEGMA] 1㎖(30m㏖)와 촉매로 2,2-비피리딘(2,2-bipyridine) 0.009ｇ, 염화구리(Ⅰ)[copper(Ⅰ) chloride] 0.003ｇ을 가해준 후, 70℃에서 4시간 동안 교반시켰다. 반응이 완료된 후, 금 표면이 상하지 않도록 주의하여 꺼낸 뒤 증류수를 이용하여 세정하고, 질소가스를 이용하여 약 2분간 건조하였다.
상기 패턴화된 금 표면상 패턴에 PEGMA로 표면 개시 중합된 금 표면상 패턴(Au-PEGMA)의 광학 현미경(OM) 영상, 원자현미경(AFM) 영상, 주사전자현미경(SEM) 영상, IR 스펙트럼 분석, XPS 분석 및 타원편광반사법 분석은 각각 도 6 내지 도 11에 나타내었다.
도 6에 나타난 바와 같이, 패턴되지 않은 금 표면상에 PEGMA를 이용하여 표면 개시 중합한 금 표면과 아무런 처리를 하지 않은 표준상태의 금 표면을 비교해 보았을 때, PEGMA로 개질 후 금 표면이 확연히 달라짐을 확인하였다. 또한, 패턴화된 금 표면상 패턴(Au-PEGMA)의 line 형태 및 dot 형태의 광학현미경 영상을 확인한 결과, 금 표면상의 패턴에 PEGMA가 표면 개시 중합된 것을 확인하였다.
또한, 도 7에 나타난 바와 같이, 본 발명의 PEGMA로 표면 개질된 금 표면상 패턴(Au-PEGMA)의 원자현미경 영상을 관찰한 결과, PEGMA로 금 표면이 개질됨을 알 수 있었다.
또한, 도 8에 나타난 바와 같이, 본 발명의 PEGMA로 표면 개질된 금 표면상 패턴(Au-PEGMA)의 주사전자현미경 영상은 광학현미경 영상과 동일한 패턴임을 확인하였으며, Line 형태 및 dot 형태의 크기는 각각 두께 50㎛, 간격 50㎛ 및 100㎛ 정도임을 확인하였다.
도 9에 나타난 바와 같이, 본 발명의 PEGMA로 표면 개질된 금 표면상 패턴(Au-PEGMA)의 IR 스펙트럼은 3400㎝-1 부근에서 O-H 피크, 3000㎝-1 부근에서 C-H 피크, 1740㎝-1에서는 C=O 피크, 1200㎝-1 부근에서는 C-O 피크, 700㎝-1 부근에서는 C-Cl 피크가 나타났다. 따라서, 금 표면상의 패턴에 PEGMA가 중합됨을 알 수 있다.
도 10에 나타난 바와 같이, 본 발명의 PEGMA로 표면 개질된 금 표면상 패턴(Au-PEGMA)의 원소분석은 PEGMA의 분자구조와 대비하였을 때, S,Cl,C,O의 비율이 각각 0.98, 0.5, 64.83, 33.69로 분자구조비와 일치하였다. 따라서, 금 표면상의 패턴에 PEGMA가 중합됨을 알 수 있다.
도 11에 나타난 바와 같이, 본 발명의 표면 개시 중합은 총 3 단계로 이루어지며, 처음 금 표면에서 11-머캅토-1-운데칸올을 이용하여 자기조립한 (Au-OH)의 평균 두께값은 13.40Å이고, 첫 번째 단계 후 (Au-NH2)의 평균 두께값은 65.67Å이며, 두 번째 단계 후 (Au-Cl)의 평균 두께값은 110.39Å이고, 세 번째 단계 후 (Au-PEGMA)의 평균 두께값은 442.87Å으로 반응이 진행됨에 따라 두께가 점점 증가함을 알 수 있었다. 또한, 타원편광반사법을 이용하여 PEGMA로 개질된 금 표면의 두께를 측정한 결과, 중합된 표면의 최대값이 830Å 이상이고, 최소값이 340Å 이상으로 고분자의 수직 길이상으로 분자량이 최소 2500에서 8500이상임을 예측할 수 있었다. 따라서, 금 표면상의 패턴에 PEGMA가 중합됨을 알 수 있다.
본 발명의 패턴화된 금 표면의 표면 개질 방법은, PDMS 스탬프를 이용하여 금 표면에 미세접촉인쇄하고, 이에 의해 패턴화된 금 표면상의 패턴에 표면 개시 중합을 이용하여 PEGMA를 선택적으로 중합함으로써, 그래프트된 고분자의 안정성을 향상시키고, 금 표면 위의 고분자의 밀도를 증가시키는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. (가) PDMS 스탬프에 11-머캅토-1-운데칸올 용액을 증착시키는 단계;
    (나) 상기 증착된 PDMS 스탬프를 금 표면에 접촉시키고 100~300ｇ/㎠의 압력을 가한 후, PDMS 스탬프와 금 표면을 분리하여 금 표면에 패턴을 형성하는 단계;
    (다) 상기 분리된 금 표면을 1-도데칸티올 용액에 담구어 패턴되지 않은 면을 처리하는 단계;
    (라) 상기 (다) 단계를 통해 처리된 금 표면을 유기용매 하에서 3-아미노프로필트리에톡시실란(APTES)과 반응시켜 1차 표면 개질하는 단계;
    (마) 상기 1차 표면 개질된 금 표면을 유기용매 하에서 3-클로로프로판산, 1,3-디시클로헥실카보디이미드(DCC) 및 4-디메틸아미노피리딘(DMAP)과 반응시켜 2차 표면 개질하는 단계; 및
    (바) 상기 2차 표면 개질된 금 표면을 폴리(에틸렌글리콜)메타크릴레이트(PEGMA), N,N-디메틸아미노피리딘, 2,2-비피리딘 및 염화구리(Ⅰ)와 반응시켜 금 표면의 패턴에 PEGMA를 중합하는 단계;를 포함하는 패턴화된 금 표면의 표면 개질 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 PDMS 스탬프는 실리콘 엘라스토머 기제와 실리콘 엘라스토머 경화제를 10:0.1~5.0 부피비율로 혼합한 후, 이를 실리콘 웨이퍼 마스크 위에 도포하고 경화시켜 제작되는 것을 특징으로 하는, 패턴화된 금 표면의 표면 개질 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 (가)단계에서 증착과정은 스핀코터 또는 면봉을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는, 패턴화된 금 표면의 표면 개질 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 증착과정이 스핀코터를 이용하는 경우, 스핀코터의 초당 회전수는 100~150, 스핀시간은 1~2분 조건으로 수행하는 것을 특징으로 하는,패턴화된 금 표면의 표면 개질 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 (라)단계 및 (마)단계에서 유기용매는 톨루엔, 디클로로메탄, 디메틸설폭시드(DMSO), 디메틸포름아미드(DMF), 테트라히드로퓨란(THF), 아세톤, 디에틸에테르, 에틸아세테이트 및 헥산으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 패턴화된 금 표면의 표면 개질 방법.
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