KR101456504B1 - 기판 표면의 젖음성 개질방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 기판 표면의 젖음성 개질방법은 기판 표면에 제1임프린트를 형성하기 위해 임프린트 형성 표면을 가지는 제1몰드를 기판에 부착하는 단계를 포함하며, 상기 임프린트 형성 표면은 기판 표면의 젖음성을 개질하기 위해 선택된다.
기판, 젖음성, 개질, 임프린트, 몰드

Description

기판 표면의 젖음성 개질방법{Modification of surface wetting properties of a substrate}
본 발명은 폴리머 기판과 같은 기판 표면의 젖음성 개질방법에 관한 것이다.
재료표면의 젖음성(wetting properties)은 재료표면의 화학조성 또는 기하학적 구조에 달려있다. 일반적으로, 재료의 표면 젖음성은 재료표면의 액상 액적(liquid droplet)의 접촉각(contact angle)을 측정하여 결정될 수 있다. 접촉각(예를 들면 90°이하)이 작으면 친수성(hydrophilic) 표면을 나타내고, 접촉각(예를 들면 90°이상)이 크면 소수성(hydrophobic) 표면을 나타낸다. 예를 들면, 유리와 같은 친수성 표면은 물과의 접촉각이 5°∼25°의 범위내를 나타내고, 반면에 폴리디메틸실록산(poly(dimethylsiloxane))은 물과의 접촉각이 109°를 나타내고 소수성이다.
상이한 방향에서 접촉각을 측정함으로써 표면 젖음의 등방성과 비등방성을 결정할 수 있다. 다른 방향에서 측정했을 때 접촉각이 동일하면 젖음성은 등방적이고, 접촉각이 다르면 젖음성은 비등방적이다.
과학자들과 엔지니어들은 다양한 방법을 개발하여 접촉각을 변경함으로써 재료표면의 젖음성을 맞추고 있다. 자연의 구조물을 모방하여 어떤 바람직한 젖음성 을 달성할 수 있다. 예를 들면, 연꽃잎(lotus leaf) 표면은 액적이 쉽게 굴러 떨어지고, 먼지와 오염물질을 제거하며, 자기세정 효과를 일으키는 마이크로/나노크기의 계층형 구조물의 존재로 인해 초소수성(superhydrophobic)이다. 이러한 자기세정 효과는 페인트, 지붕타일, 섬유 또는 자기세정이 필요한 기타 다른 표면에서 바람직하다.
일반적으로 표면 젖음성은 화학적 또는 물리적 수단에 의해 개질될 수 있는데, 표면을 거칠게 하면 표면의 소수성(hydrophobicity) 또는 친수성(hydrophilicity)을 크게 향상시킬 수 있다.
몇몇 화학적 표면 젖음 개질방법은 불소화, 기공의 형성, 무기기판(inorganic substrate)에 유기필름의 부착을 포함한다. 그러나 이러한 방법들은 재료의 기계적 무결성(mechanical integrity)과 같은 재료에 결정적인 변화를 초래할 수 있다.
다른 한편, 물리적 수단은 플라즈마화학기상증착(PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition), 이온빔 에칭(ion-beam etching), 마이크로접촉 인쇄(microcontact printing), 및 광식각(photolithography)을 포함한다. 그러나 종종 복잡한 장비들이 필요하고 견본 크기가 불필요하게 제한을 받게 된다.
표면을 거칠게 하여 비등방성 패턴 또는 거친 형상(roughness geometry)을 형성하면, 액상 액적은 그러한 표면 위에 접촉되었을 때 비구형 모양(non-spherical shape)을 나타낸다. 액적에 직각이며 평행한 방향에서 관찰된 액적의 겉보기 접촉각(apparent contact angles)은 다르고, 비등방적 젖음 또는 비젖음(de- wetting)을 나타낸다. 진공자외선 광식각에 의해 제조되어 번갈아 나타나는 친액적/소액적(liquidphilic/liquidphobic) 영역을 가진 화학적 패턴의 친액적 표면과 마이크로 패턴의 단층 표면에서 비등방적 젖음이 관찰되었다. 비등방적 젖음성은 또한 탄소나노튜브를 정렬성장시킴으로써 벼잎 구조의 복제를 이끌어 내는 벼잎 표면에서도 관찰되었다. 그러나 비등방적 젖음의 각도(degree)를 조절하려는 노력은 제한적으로만 성공하였다.
상술한 하나 이상의 단점을 극복하거나 적어도 개선하는 기판의 표면 젖음성을 변경하기 위한 방법을 제공할 필요가 있다.
(발명의 요지)
제1양태에 따르면, 본 발명은 기판 표면의 젖음성 개질방법을 제공하는데, 본 발명의 개질방법은
(A) 기판 표면에 제1임프린트를 형성하기 위해 임프린트 형성 표면을 가지는 제1몰드를 기판에 부착하는 단계를 포함하며, 상기 임프린트 형성 표면은 기판 표면의 젖음성을 개질하기 위해 선택된다.
유리하게는, 본 발명의 개질방법은 기판 표면의 화학적 처리를 선택적으로 배제하면서 기판 표면의 젖음성을 개질한다.
유리하게는, 본 발명의 개질방법은 기판의 열적,화학적,및 광학적 특성 중에서 적어도 하나에 영향을 미치지 않으면서 기판 표면의 젖음성을 개질할 수 있다.
제2양태에 따르면, 본 발명은 폴리머 기판 표면의 젖음성 개질방법을 제공하는데 있는데, 본 발명의 개질방법은
(A) 폴리머 기판 표면에 제1임프린트를 형성하기 위해 임프린트 형성 표면을 가지는 제1몰드를 폴리머 기판에 부착하는 단계와;
(B) 제1임프린트 상에 제2임프린트를 형성하기 위해 임프린트 형성 표면을 가지는 제2몰드를 제1임프린트에 부착하는 단계와;
(C) (B)단계 중에, 제1임프린트에 대하여 제2몰드의 방위를 조정하는 단계를 포함하고, 상기 방위와 제1,2임프린트의 치수는 폴리머 기판 표면의 젖음성을 개질하기 위해 선택된다.
제3양태에 따르면, 본 발명은 선택된 젖음성을 가진 표면을 구비하는 기판을 제공하는데, 본 발명의 기판은
(A) 기판 표면에 제1임프린트를 형성하기 위해 임프린트 형성 표면을 가지는 제1몰드를 기판에 부착하는 단계를 포함하는 방법으로 제조되며, 임프린트 형성 표면은 기판 표면의 젖음성을 개질하기 위해 선택된다.
하나의 실시예로서, 본 발명은 선택된 젖음성을 가진 표면을 구비하는 폴리머 기판을 제공하는데, 본 발명의 폴리머 기판은
(A) 폴리머 기판 표면에 제1임프린트를 형성하기 위해 임프린트 형성 표면을 가지는 제1몰드를 폴리머 기판에 부착하는 단계와;
(B) 제1임프린트 상에 제2임프린트를 형성하기 위해 임프린트 형성 표면을 가지는 제2몰드를 제1임프린트에 부착하는 단계와;
(C) (B)단계 중, 제1임프린트에 대하여 제2몰드의 방위를 조정하는 단계를 포함하는 방법으로 제조되며, 상기 방위와 제1,2임프린트의 치수는 폴리머 기판 표면의 선택된 젖음성을 얻기 위해 선택된다.
제4양태에 따르면, 본 발명은 제1양태에서 정의된 바와 같은 방법으로 제조된 3차원 폴리머 구조체를 제공하는데 있다.
(정의)
본 명세서에서 사용되는 후술하는 단어와 용어들의 의미는 다음과 같이 정의된다.
「젖음성(wetting property)」이란 용어는 표면에 적용시 시험용 액상 액적이 표면상에 퍼지거나 퍼지지 않도록 하는 표면의 임의의 특성을 포함하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 시험용 액상 액적의 퍼짐은 표면의 거칠기와 표면에너지에 달려있다. 표면의 젖음성은 액상 액적과 고상 표면 사이의 접촉각을 측정함으로써 결정될 수 있다. 접촉각의 값과 측정방향에 따라, 등방적 또는 비등방적 표면 젖음성은 친액적(liquidphilic) 또는 소액적(liquidphobic)으로 해석될 수 있다. 일반적으로, 액상 액적의 퍼짐에 따른 젖음 거동(wetting behaviour)은 웬젤 방정식(Wenzel equation)(“Resistance of Solid Surfaces to Wetting by Water” by R. N. Wenzel, Industrial and Engineering Chemistry, 1936, 28 (8), page 988 참조) 또는 카시에 방정식(Cassie equation)(“Contact Angle” by A. B. D. Cassie, Discussions of the Faraday Society, 1948, 3, page 11 참조)에 의해 설계될 수 있다. 그러나, 몇몇 경우에 젖음 거동은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려져 있는 상기 방정식의 변형식에 따라 설계될 수 있다.
「접촉각(contact angle)」이란 용어는 액상과 고상 계면 사이에서 측정된 임의의 각을 포함하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 접촉각은 특유한 계(system)이고 액상/고상 계면의 계면 표면장력에 달려있다. 접촉각에 대한 토의와 표면 젖음성과의 관계는 아스타(Asthana)와 솝작크(Sobczak)의「“Wettability, Spreading, and Interfacial Phenomena in High-Temperature Coatings”by R. Asthana and N. Sobczak, JOM-e, 2000, 52 (1).」에서 알 수 있다. 접촉각은 두 방향에서 측정될 수 있다. 본 명세서의 내용에서 세로 임프린트(longitudinal imprint)는 세로축(longitudinal axis)에 배치되므로 θx는 세로축에 직각인 X방향에서 측정된 접촉각을 나타내고, θy는 세로축에 평행 또는 세로축과 일직선에서 측정된 접촉각을 나타낸다. 접촉각의 값 θx와 θy는 표면의 소액성 또는 친액성을 나타낸다. Δθ(여기서 Δθ = θy ― θx)로 표현되는 이 두 접촉각의 차이는 젖음성의 등방성 또는 비등방성의 각도를 나타낸다.
「거칠기(roughness)」란 용어는 표면과 관련해서 표면의 불균질 정도를 나타내기 위해 불규칙하거나 평탄하지 않은 조직 또는 구조를 가지는 임의의 표면을 포함하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다.
「매끄러운(smooth) 또는 베어(bare)」란 용어는 표면과 관련해서 표면의 조직 또는 높이의 변경을 유발하도록 하기 위해서 화학적 또는 물리적 처리를 하지 않아 야기되는 실질적으로 균질한 임의의 표면을 포함하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다.
「소액적(liquidphobic) 또는 소액성(liquidphobicity)」이란 용어는 표면과 관련해서 액상 액적이 표면에서 실질적으로 퍼짐이 일어나지 않는 표면의 임의의 특성을 포함하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 일반적으로 액상 액적과 표면 사이의 접촉각이 90°보다 더 크면 표면은 소액적이고 또는 소수성을 나타낸다. 마찬가지로 소수적(hydrophobic) 또는 소수성(hydrophobicity)이란 물이 표면상에 놓여진 액체일 때 표면이 소액적이고 또는 소액성을 나타내는 것을 뜻한다. 액상 액적과 표면 사이의 접촉각이 150°보다 더 크면 표면은 초소수적(superhydrophobic)으로 정의된다.
「친액적(liquidphilic) 또는 친액성(liquidphilicity)」이란 용어는 표면과 관련해서 액상 액적이 표면에서 실질적으로 퍼짐이 일어나는 표면의 임의의 특성을 포함하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 일반적으로 액상 액적과 표면 사이의 접촉각이 90°보다 더 작으면 표면은 친액적이다. 마찬가지로 친수적(hydrophilic) 또는 친수성(hydrophilicity)이란 물이 표면상에 놓여진 액체일 때 표면이 친액적이고 또는 친액성을 나타내는 것을 뜻한다. 액상 액적과 표면 사이의 접촉각이 약 0°이면 표면은 초친수적(superhydrophilic)으로 정의된다.
「등방적(isotropic) 또는 등방성(isotropy)」이란 용어는 젖음성과 관련해서 액상 액적이 상이한 방향에서 측정되었을 때 겉보기 접촉각의 값이 유사한 것을 의미한다. 일반적으로, 접촉각은 두 방향에서 측정되고, 두 방향은 서로 직각(예를 들면, 상기한 세로 임프린트의 세로축에 대한 X방향과 Y방향)이다. 두 접촉각의 값의 차이가 작을수록 등방성의 각도(degree)는 더 커진다.
「비등방적(anisotropic) 또는 비등방성(anisotropy)」이란 용어는 젖음성과 관련해서 액상 액적이 방향을 달리하여 측정되었을 때 겉보기 접촉각의 값이 다른 것을 의미한다. 일반적으로, 접촉각은 두 방향(예를 들면, 상기한 세로 임프린트의 세로축에 대한 X방향과 Y방향)에서 측정되고, 두 방향은 서로 직각이다. 두 접촉각의 값의 차이가 클수록 등방성의 각도(degree)는 더 커진다.
「나노임프린팅 식각(nanoimprinting lithography)」이란 용어는 정의된 패턴이나 구조를 가진 몰드를 특정 온도와 압력에서 표면에 부착함으로써 기판 표면상에 패턴이나 구조를 마이크로/나노스케일로 인쇄(printing)하거나 생성(creating)하기 위한 임의의 방법을 포함하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 나노임프린팅 식각과 관련한 하나의 방법으로는 미국특허 5,772,905이 있다.
「마이크로스케일(microscale)」이란 용어는 약 1㎛에서 약 100㎛ 범위내에 있는 임의의 치수를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 마이크로구조(microstructures)란 마이크로스케일 형상(features)을 포함하는 구조를 말한다.
「나노스케일(nanoscale)」이란 용어는 약 1㎛ 미만의 임의의 치수를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 나노구조(nanostructures)란 나노스케일 또는 서브마이크론 형상(features)을 포함하는 구조이다.
「3차원(three dimensional)」이란 용어는 깊이 편차뿐만 아니라 양측 편차(두께)를 가지는 임의의 구조, 구조적 형상, 임프린트 또는 패턴을 포함하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다.
「계층형(hierarchical)」이란 용어는 연속방법으로 수행되는 임의의 연관단계를 포함하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 예를 들면, 계층형 나노임프린팅이란 폴리머 기판의 표면상에 나노크기 임프린트의 연속적인 적용을 말한다. 하나의 실시예로서, 계층형 나노임프린팅은 하나 다음에 다른 하나를 순차적으로 각각 기판 표면에 적용하는 두 개의 몰드를 이용하여 이루어진다. 다른 실시예로서, 복합 계층형 구조물을 생성하기 위해서 두 개 이상의 몰드가 사용될 수 있다. 일반적으로, 후행 임프린트는 계층형 구조물은 임프린트의 높이, 즉 Z축을 따라 크기가 변함을 나타내기 위해서 선행 임프린트와 비교했을 때 더 작은 치수를 가진다.
「유리전이온도(glass transition temperature)(Tg)」란 용어는 폴리머가 고무와 유리 같은 상태 사이에 놓여지는 폴리머의 임의의 온도를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 이것은 유리전이온도 이상에서는 폴리머가 고무같이 되고, 파괴되지는 않지만 탄성 또는 소성변형을 일으킬 수 있다는 것을 의미한다. 유리전이온도 이상에서 폴리머는 압력을 받아 유동하는 것에 기인될 수 있다. 폴리머의 온도가 유리전이온도 이하로 떨어지면 일반적으로 폴리머는 응력(stress)이 가해졌을 때 부서지도록 유연성이 없어져서 깨지기 쉽다. 유리전이온도는 가파르지 않고 점진적인 전이온도이며, 실험조건(예를 들면, 폴리머의 필름 두께, 입체규칙성(tacticity) 등)에 의존하는 몇몇 변화에 영향을 받기 쉽다는 것을 유념하여야 한다. 폴리머 박막의 실질 온도는 박막두께의 기능에 따라 달라질 것이다. 유리전이온도는 폴리머 기판의 벌크 유리전이온도(bulk glass-transition temperature)로 정의될 것이다. 벌크 유리전이온도는 논문에서 폭넓게 승인되는 명확한 값이다. 폴리머의 유리전이온도 값은 PPP 핸드북TM 소프트웨어(PPP HandbookTM software edited by Dr D. T. Wu, 2000)에서 얻을 수 있다.
「에너지 장벽(energy barrier)」이란 용어는 표면에 배치된 움직이지 않는 액상 액적이 특정 방향으로 이동하기 위해 필요한 에너지의 최소량으로 해석되어야 한다. 에너지 장벽에 대해서는 용블러드와 멕카시 저「RF 플라즈마를 이용한 폴리프로필렌 동시제거 및 폴리테트라플루오르에틸렌 스퍼터링으로 제조된 초소수성 폴리머 표면」(「Ultrahydrophobic Polymer Surfaces Prepared by Simultaneous Ablation of Polypropylene and Sputtering of Poly(tetrafluoroethylene) Using Radio Frequency Plasma」by J. P. Youngblood and T. J. McCarthy, Macromolecules, 32 (20), 1999, pages 6800 to 6806.)을 통해 더욱 철저하게 검토될 수 있다.
「플라즈마 처리(plasma treatment)」란 용어는 표면상의 유기 오염물질을 적어도 부분적으로 제거하기 위해서 플라즈마에 임의의 표면 노출을 포함하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 일반적으로 이러한 플라즈마는 산소(O2), 아르곤, 및 산소와 아르곤 혼합물과 같은 저압 산화 플라즈마로서, RF(radio frequency) 또는 마이크로웨이브 소스에서 발생된다.
달리 명기되지 않는 한,「포함하는(comprising) 및 포함(comprise)」이란 용어와 이들의 문법적인 변형은 열거된 구성요소뿐만 아니라 열거되지 않은 추가적인 구성요소도 포함하도록 하기 위해서 개방적 또는 포괄적인 언어로 나타내려는 것이다.
본 명세서에서 사용되는「약(about)」이란 용어는 구성성분의 농도와 관련하여, 통상적으로 기술된 값의 ±5%, 더욱 통상적으로 기술된 값의 ±4%, 더욱 통상적으로 기술된 값의 ±3%, 더욱 통상적으로 기술된 값의 ±2%, 더욱더 통상적으로 기술된 값의 ±1%, 그리고 더욱더 통상적으로 기술된 값의 ±0.5%을 의미한다.
본 명세서의 개시내용 전체를 통하여 특정 실시예는 범위 포맷(format)으로 나타낼 수 있는데, 이 범위 포맷의 기재는 단지 편리성과 간결성을 위한 것이지, 개시된 범위의 영역을 변경할 수 없는 제한으로 해석되어서는 안된다. 따라서 범위 포맷의 기재는 그 범위 내의 개개의 수치뿐만 아니라 모든 가능한 하부 범위도 구체적으로 개시한 것으로 간주되어야 한다. 예를 들자면, 1∼6 같은 범위의 기재는 1,2,3,4,5,6과 같은 그 범위 내의 개개의 수치, 예를 들면, 1, 2, 3, 4, 5 및 6뿐만 아니라 1∼3, 1∼4, 1∼5, 2∼4, 2∼6, 3∼6 등과 같은 하부 범위도 구체적으로 개시한 것으로 간주되어야 한다. 이는 범위의 폭과 관계없이 적용된다.
(선택 실시예의 개시)
기판 표면의 젖음성 개질방법에 관한 예시적이며 한정하지 않은 실시예를 개시한다. 본 발명의 개질방법은 기판 표면에 제1임프린트를 성형하기 위해 임프린트 형성 표면을 가지는 제1몰드를 기판에 부착하는 단계를 포함하되, 상기 임프린트 형성 표면은 기판 표면의 젖음성을 개질하기 위해 선택된다.
유리하게는, 본 발명의 개질방법은 기판 표면의 화학적 처리를 선택적으로 배제하면서 기판 표면의 젖음성을 개질한다.
하나의 실시예로서, 기판은 폴리머 기판이다. 하지만 기판은 몰드로 임프린트될 수 있는 어떤 재료도 사용될 수 있다. 예를 들면, 다른 실시예로서, 기판은 실리콘 또는 글라스(glass) 같은 실리콘 계 재료일 수 있다. 또 다른 실시예로서, 기판은 갈륨(Ⅲ) 아세나이드(arsenide)일 수 있다. 더욱 다른 실시예로서, 기판은 사파이어일 수 있다.
유리하게는, 본 발명의 개질방법은 폴리머 기판으로 열가소성 폴리머를 선택하는 단계를 포함한다. 하나의 실시예로서, 본 발명의 개질방법은 아크릴레이트(acrylates), 프탈아미드(phthalamides), 아크릴로나이트릴(acrylonitriles), 셀룰로우스(cellulosics), 스티렌(styrenes), 알킬(alkyls), 알킬 메타크릴레이트(alkyls methacrylates), 알킨(alkenes), 할로겐화된 알킨(halogenated alkenes), 아미드(amides), 이미드(imides), 아릴에테르케톤(aryletherketones), 부타디엔(butadienes), 케톤(ketones), 에스테르(esters), 아세탈(acetals), 카보네이트(carbonates) 및 이들의 조합물(combinations)로 이루어진 군(group)으로부터 열가소성 폴리머를 형성하기 위해서 모노모(monomer)를 선택하는 단계를 포함한다. 하나의 실시예로서, 열가소성 폴리머는 폴리스티렌(polystyrene), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate) 및 폴리카보네이트(polycarbonate) 중에서 적어도 하나이다. 열가소성 폴리머를 형성하기 위한 예시적인 모노모는 메틸(methyls), 에틸렌(ethylenes), 프로필렌(propylenes), 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylates), 메틸펜텐(methylpentenes), 비닐리덴(vinylidene), 비닐리덴 클로라이드(vinylidene chloride), 에테르이미드(etherimides), 에틸렌클로리네이트(ethylenechlorinates), 우레탄(urethanes), 에틸렌 비닐 알코올(ethylene vinyl alcohols), 플루오로플라스틱(fluoroplastics), 카보네이트(carbonates), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(acrylonitrile-butadiene-styrenes), 에테르에테르케톤(etheretherketones), 이오노모(ionomers), 부틸렌(butylenes), 페닐린 옥사이드(phenylene oxides), 설폰(sulphones), 에테르설폰(ethersulphones), 페닐린 설파이드(phenylene sulphides), 엘라스토머(elastomers), 에틸렌 테레프탈레이트(ethylene terephthalate), 나프탈렌 테레프탈레이트(naphthalene terephthalate), 에틸렌 나프탈렌(ethylene naphthalene) 및 이의 조합물(combinations)로 이루어진 군(group)으로 부터 선택될 수 있다.
또 다른 실시예로서, 폴리머 기판은 포토레지스트 재료일 수 있다. 적절한 포토레지스트 재료는 미국 메사츄세츠 뉴튼에 소재하는 마이크로켐사의 SU-8™ 레지스트(SU-8™ resist available from MicroChem Corp. of Newton, Massachusetts, United States of America) 같은 에폭시계 네카티브 레지스트(epoxy based negative resists)를 포함한다.
폴리머 기판은 폴리머 복합체일 수 있는데, 이의 입자들은 폴리머에 첨가되거나 혼합될 수 있다. 이 입자들은 칼슘 카보네이트(calcium carbonate), 카본 필러(carbon filler), 글라스 필러(glass filler), 파이버(fibers), 글라스 파이버(glass fibers), 카본 파이버(carbon fibers), 카본 나노튜브(carbon nanotubes) 및 이들의 혼합물(mixtures)로 이루어진 군(group)으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 개질방법은 상기 제1임프린트 상에 제2임프린트를 형성하기 위해 임프린트 형성 표면을 가지는 제2몰드를 제1임프린트에 부착하는 단계와; 제2몰드를 부착하는 단계 중에, 제1임프린트에 상관해서 제2몰드의 방위를 조정하는 단계를 더 포함할 수 있고, 방위를 조정하는 단계와 제1,2임프린트의 치수는 기판 표면의 젖음성을 개질하기 위해 선택된다.
하나의 실시예로서, 방위조정단계는 기판 위에 부착되는 제1,2몰드를 가지지 않는 표면에 상관해서 기판 표면을 보다 소액적 또는 더욱 친액적이게 한다. 방위조정단계는 또한 기판 표면의 등방적 특성을 조절할 수 있다. 따라서 제2임프린트와 상관해서 제1임프린트의 방위에 따라, 등방적 특성이 조절될 수 있다. 예를 들어, 친수성 폴리머 표면, 예컨대 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate(PMMA)는 폴리머 표면에 두 개의 임프린트를 임프린트 한 후에 더욱 소수적이 되게 할 수 있고, 더욱 비등방적이 되게 할 수 있다. 친수성 폴리머 표면, 이를 테면 폴리스티렌(polystyrene(PS))은 폴리머 표면에 두 개의 임프린트를 임프린트 한 후에 심지어 더더욱 소수적이 되게 할 수 있고, 더욱 비등방적이 되게 할 수 있다.
제1,2몰드는 기판표면에 복수의 제1,2임프린트를 형성하기 위해서 정의된 표면을 가질 수 있다. 복수의 제1,2임프린트는 각 격자(grating) 사이에 배치된 일련의 교차 트렌치(trenches,도랑)로 이루어지는 기판 표면에 각각의 격자를 형성한다. 제1,2임프린트는 일반적으로 모양이 세로일 수 있고, 이 각각의 임프린트는 세로축에 대하여 연장된다.
방위조정단계 동안, 약 0°∼90°, 약 0°∼45°및 약 45°∼90°로 이루어진 군으로부터 선택된 범위내에서 성형된 제2임프린트의 세로축이 성형된 제1임프린트의 세로축에 대하여 하나의 각도로 배치되도록 제2몰드는 제1임프린트에 부착될 수 있다. 하나의 실시예로서, 제2몰드의 세로축은 일반적으로 제1임프린트의 세로축에 대하여 평행이다. 다른 실시예로서, 제2몰드의 세로축은 일반적으로 제1임프린트의 세로축에 대하여 직각이다. 또 다른 실시예로서, 제2몰드의 세로축은 제1임프린트의 세로축에 대하여 약 45°이다.
또 다른 실시예로서, 제1,2임프린트의 폭은 마이크로스케일이거나 또는 나노스케일이다. 제1,2임프린트의 폭은 200 nm ∼ 3000 nm, 250 nm ∼ 2500 nm 및 약 250 nm ∼ 2000 nm로 이루어지는 군으로부터 선택된 범위 이내일 수 있다. 제1,2임프린트는 서로 다른 상이한 폭 치수를 가질 수 있다.
두 개의 임프린팅 단계 간의 방위를 변경시키고 제2임프린트의 임프린팅 조건을 제어함으로써, 여러 가지 정교한 계층형 구조물을 얻을 수 있다. 제1몰드 상의 패턴의 치수는 제2몰드 상의 패턴의 치수보다 크거나 유사하거나 작을 수 있다. 제1몰드의 패턴은 제1몰드의 패턴과 유사하거나 다를 수 있다. 이들 패턴은 기판 표면상의 한 쌍의 격자 사이에 배치된 각각의 연속적인 트렌치를 형성하기 위해서 한 쌍의 트렌치 사이에 배치된 일련의 격자를 포함할 수 있다. 이들 격자와 트렌치는 서로 평행할 수도 있다.
제2임프린트를 위한 제2몰드의 치수를 제1임프린트에 상이한 방위에서 다르게 적용함으로써 기판 표면의 젖음성을 특화할 수 있도록 넓은 범위에 걸쳐서 접촉각과 젖음성에 대하여 원하는 변경의 결과를 가져올 수 있다.
제1,2몰드는 제1부착 단계와 제2부착 단계 중 적어도 하나를 실시하는 동안 3차원 구조를 생성하기 위해 정의된 표면을 가질 수 있다. 3차원 구조는 마이크로구조, 나노구조 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 제1몰드와 제2몰드는 실리콘, 금속, 세라믹 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 적어도 하나를 선택할 수 있다.
본 발명의 개질방법은 제1몰드 또는 제2몰드를 부착하는 단계에 앞서, 점착방지제(anti-stiction agent)로 제1몰드와 제2몰드 중 적어도 하나를 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 이 점착방지제는 실란계 점착방지제(silane-based anti-stiction agent)이다.
하나의 실시예로서, 제1임프린트를 부착하는 단계 동안에 본 발명의 개질방법은 폴리머 기판의 유리전이온도(Tg) 이상의 온도를 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 이 온도에서, 폴리머는 부드러워져서 임프린트가 폴리머의 표면에 생성되도록 제1몰드의 모양에 합치할 수 있다. 그 결과 임프린트 패턴은 폴리머가 냉각된 후 경화되었을 때, 제1몰드 상의 패턴과 상호 보완적으로 작용할 수 있다. 예를 들면, 제1몰드가 격자와 트렌치를 가지면 제1몰드가 폴리머 기판 표면위에 부착되었을 때, 제1몰드 상의 격자로 인해 폴리머 기판상에 상응하는 트렌치를 형성할 수 있고, 제1몰드 상의 트렌치로 인해 폴리머 기판상에 상응하는 격자를 형성할 수 있다. 게다가 몰드는 폴리머 기판의 표면상에 임프린트를 형성하기 위해서 특정 시간 동안 기결정된 압력에서 바람직하게 부착될 수 있다. 가해지는 온도와 압력은 사용되는 폴리머에 달려있다.
하나의 실시예로서, 제2임프린트를 부착하는 단계 중에 본 발명의 개질방법은 폴리머 기판의 유리전이온도(Tg) 이하의 온도를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
하나의 실시예로서, 제2임프린트를 부착한 후에 본 발명의 개질방법은 제2임프린트 상에 하나 이상의 추가 임프린트를 형성하는 단계를 포함하고, 하나 이상의 추가 임프린트는 적어도 제2임프린트와는 상이한 방위에 있다.
중요하게는, 본 발명의 개질방법은 원하는 방향으로 액체가 유동되도록 기판 표면의 비등방성 젖음성의 정도를 조정하기 위한 가능성을 고려할 수 있다. 임프린트가 격자와 트렌치(trench,도랑)인 실시예에서, 액체는 제1,2임프린트의 여러가지 방위와 차원에 의해 생성된 폴리머 표면상의 마이크로/나노스케일의 긴 홈을 따라 유동할 수 있다. 격자와 트렌치는 액상 액적의 모양을 길게 늘어나도록 변경한다. 액상 액적의 길게 늘어난 모양은 비등방적 젖음의 변경을 설명하는 것이다. 일반적으로 액상 액적은 트렌치의 세로축을 따라서는 젖음성이 좋고 트렌치의 세로축에 직각인 방향을 따라서는 젖음성이 좋지 않다.
본 발명의 개질방법은 나노임프린팅 식각의 사용을 포함할 수 있다. 본 발명의 개질방법에 의해 기판 표면의 조직 또는 3차원 구조를 변경할 수 있다.
본 발명의 개질방법에 의해 기판 표면을 거칠게 할 수 있다. 몰드는 화학적으로 불활성한 임의의 적절한 재료로 제조될 수 있고, 각각의 온도에서 사용되면 부드러운 기판보다 더 딱딱하게 할 수 있다. 몰드는 실리콘, 금속, 유리, 석영, 세라믹 또는 이들의 조합물로 제조될 수 있다.
몰드는 패턴화되어 일부 패턴은 몰드의 표면세서 돌출할 수 있다. 패턴은 구멍, 기둥, 격자 또는 트렌치를 포함할 수 있다. 패턴은 마이크로/나노스케일의 높이와 폭을 정의할 수 있다. 패턴은 서로 간격을 두고 떨어질 수 있다. 패턴은 격자와 트렌치를 포함할 수 있다. 이 격자와 트렌치는 서로에 대하여 평행하게 위치될 수 있다.
제1몰드를 폴리머 기판의 표면에 부착할 때 사용되는 온도는 약 120℃ ∼ 약 200℃, 약 140℃ ∼ 약 200℃, 약 160℃ ∼ 약 200℃, 약 180℃ ∼ 약 200℃, 약 120℃ ∼ 약 140℃, 약 120℃ ∼ 약 160℃, 및 약 120℃ ∼ 약 180℃로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
제1몰드를 폴리머 기판의 표면에 부착할 때 사용되는 압력은 약 40 바(bar) ∼ 약 50 바, 약 42 바 ∼ 약 50 바, 약 44 바 ∼ 약 50 바, 약 46 바 ∼ 약 50 바, 약 48 바 ∼ 약 50 바, 약 40 바 ∼ 약 42 바, 약 40 바 ∼ 약 44 바, 약 40 바 ∼ 약 46 바, 및 약 40 바 ∼ 약 48 바로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
제1몰드를 폴리머 기판의 표면에 부착할 때 사용되는 시간은 약 4분∼20분 범위 이내일 수 있다. 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS) 및 비교적 저분자량의 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)(즉, Mw≤약 15,000g/mol) 기판의 경우, 제1몰드를 기판 표면에 부착할 때 5-10분을 사용한다. 고분자량의 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)(즉, Mw≥약 350,000g/mol)의 경우, 제1몰드를 기판 표면에 부착할 때 10-20분을 사용한다.
제2몰드를 폴리머 기판의 표면에 부착할 때 사용되는 온도는 약 60℃ ∼ 약 120℃, 약 80℃ ∼ 약 120℃, 약 100℃ ∼ 약 120℃, 약 60℃ ∼ 약 80℃, 및 약 60℃ ∼ 약 100℃로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
제2몰드를 폴리머 기판의 표면에 부착할 때 사용되는 압력은 약 10 바(bar) ∼ 약 50 바, 약 15 바 ∼ 약 50 바, 약 20 바 ∼ 약 50 바, 약 25 바 ∼ 약 50 바, 약 30 바 ∼ 약 50 바, 약 35 바 ∼ 약 50 바, 약 40 바 ∼ 약 50 바, 약 45 바 ∼ 약 50 바, 약 10 바 ∼ 약 15 바, 약 10 바 ∼ 약 20 바, 약 10 바 ∼ 약 25 바, 약 10 바 ∼ 약 30 바, 약 10 바 ∼ 약 35 바, 약 10 바 ∼ 약 40 바, 및 약 10 바 ∼ 약 45 바로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
제2몰드를 폴리머 기판의 표면에 부착할 때 사용되는 시간은 임프린팅 단계에서 사용되는 온도와 요구되는 임프린트 깊이에 달려있다. 예를 들면, 보다 작은 임프린팅 깊이는 보다 짧은 시간을 필요로 하는 반면에 보다 낮은 온도는 보다 긴 시간을 필요로 한다. 예시적인 시간 범위는 약 30분 중에서 약 10분부터이다.
제1몰드와 후속몰드는 해당 영역에 대한 젖음성의 개질을 희망하는 국부 계층형 패턴을 형성시키기 위해서 기판 표면의 특정 영역 위에 부착될 수 있다.
제1몰드와 제2몰드의 상이한 다수의 패턴을 가진 상이한 여러 가지 치수가 국부 젖음성의 상이한 다수의 영역을 유도하는 다양한 계층형 구조의 조합을 가진 표면을 형성시키기 위해서 표면의 상이한 다수 영역에 적용될 수 있다. 이로 인해 표면 치수를 따라 젖음성의 변화가 연속적이거나 점진적일 수 있는 구배형(gradient) 젖음성을 가진 기판 표면을 형성시킬 수 있다.
본 발명의 개질방법은 다방향의 액체 퍼짐을 허용할 수 있거나 또는 제2임프린트가 기판 표면에 부착될지라도 제1임프린트가 계속 유지될 수 있기 때문에 미세유체 장치(microfluidic devices) 내로 흐를 수 있다.
첨부 도면은 개시된 실시예를 도해하고 개시된 실시예의 원리를 설명하는 역할을 한다. 그러나 도면은 본 발명을 한정하는 정의가 아니라 단지 설명 목적을 위해 도시된 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 폴리머 기판의 젖음성을 개질하기 위한 방법의 개략도이다.
도 2A는 2㎛ 격자 몰드의 횡단면도에 대한 17,000 배율의 주사전자현미경(SEM)의 이미지이다.
도 2B는 250㎚ 격자 몰드의 횡단면도에 대한 22,000 배율의 주사전자현미경(SEM)의 이미지이다.
도 3C∼3G는 제1임프린트에 다양한 방위의 제1,2임프린트를 가진 폴리머에 대한 수많은 배율의 광학 현미경 평면 이미지이다.
도 4C∼4G는 도 3C∼3G의 폴리머에 대한 여러 가지 배율의 주사전자현미경(SEM)의 평면 이미지이다.
도 5는 개시된 실시예에 따라 만들어진 폴리머 표면상의 탈 이온수 액적의 x방향과 y방향에서의 접촉각의 측정을 보여주는 개략도이다.
도 6은 실시예에서 기술된 바처럼 임프린트 된 다수의 폴리메틸 메타크릴레이트 필름에 대한 접촉각을 보여주는 그래프이다.
도 7은 아래 실시예에서 기술된 바처럼 폴리메틸 메타크릴레이트 필름 위에 위치하는 탈 이온수 액적에 대한 대표적인 사진을 보여준다.
도 8은 다수의 탈 이온수 액적에 대한 폭을 보여주는 그래프이다.
도 9는 아래 실시예에서 기술된 바처럼 다수의 임프린트 된 폴리스티렌 필름에 대한 접촉각을 보여주는 그래프이다.
도 10은 아래 실시예에서 기술된 바처럼 별도의 임프린트된 폴리스티렌 표면에 위치하는 탈 이온수 액적의 대표적인 사진을 보여준다.
(실시예의 상세한 개시)
한정되지 않는 실시예가 아래에 더욱더 기술되는 다음의 실시예를 참조하여 더욱 상세하게 기술될 것이다.
도 1은 폴리머 기판(2)의 표면의 젖음성을 개질하기 위한 개시된 실시예에 따른 방법(100)의 개략도이다. 이 방법은 제1몰드(4)를 폴리머 기판(2)의 표면에 부착하는 단계를 포함한다.
제1몰드(4)는 트렌치(10) 사이에 배치된 일련의 평행 격자(8)로 이루어지는 패턴화된 표면을 가진다. 제1몰드(4)는 제1몰드(4)의 격자(8)와 트렌치(10)로 이루어지는 3차원 제1임프린트(16)를 가진 폴리머 기판(2A)을 형성시키기 위해 선택된 압력에서 그리고 선택된 시간 동안에 폴리머의 유리전이온도 이상의 온도에서 폴리머 기판(2)의 표면상에 옵듀켓(Obducat)사의 나노임프린터를 이용하여 부착된다.
제2몰드(6)는 제2몰드(6)의 길이를 따라 서로 평행하게 배열된 격자(12)와 트렌치(14)로 이루어진 패턴을 가진다. 도 2B는 격자(12)와 트렌치(14)로 이루어진 제2몰드(6)의 횡단면도의 22,000 배율의 주사전자현미경(SEM)의 이미지이다.
제2몰드(6)는 격자(12)와 트렌치(14)의 세로축이 제1임프린트(16)의 세로축에 대하여 "방위각"을 향하도록 배열되어 있다. 방위각은 0°∼90°사이에서 변화할 수 있다. 제2몰드(6)는 옵듀켓(Obducat)사의 나노임프린터를 이용하여 제1임프린트(16)에 부착된다. 도 1에서, 방위각은 제1임프린트(16)에 상관해서 90°이다. 제2몰드(6)는 도 1에 도시된 바처럼 제1,2임프린트(16,18) 각각으로 이루어진 계층형 구조를 가진 폴리머 기판(2B)을 형성시키기 위해 유리전이온도(Tg) 이하의 온도에서 그리고 특정 압력과 시간에서 제1임프린트(16) 위에 임프린트 된다. 제2몰드(6)의 격자(12)와 트렌치(14)로 이루어지는 패턴과 상호 보완적으로 작용하는 3차원 제2임프린트는 폴리머 기판(2B)의 표면상에 형성된다.
아래에서 구체적인 예에 대하여 더욱 상세하게 나타내는 바처럼, 본 발명의 개질방법(100)은 원래의 폴리머 기판(2)의 젖음성을 개질하는 제1,2임프린트(16,18) 모두를 가지는 폴리머 기판(2B)을 형성시킨다.
폴리머 기판
도 1의 폴리머 기판(2)은 실리콘 기판상에 폴리머 용액을 스핀코팅함으로써 제조된다. 이어서 얻어진 폴리머 기판(2)은 임의의 잔류용매를 제거하기 위해 일정한 온도에서 구워(bake)진다. 실리콘 기판상의 합성 폴리머 기판(2)의 크기는 제1몰드(4)의 크기보다 더 커진다.
폴리머의 구비조건은 요구되는 두께에 달려있다는 것을 알 수 있다.
몰드의 처리
사용전에, 도 1에 도시된 패턴화된 실리콘 몰드(4,6)는 이소프로판올(isopropanol) 내에서 초음파 처리되고, 아세톤으로 세정되고, 2분 동안 80W, 250 mTorr에서 산소 플라즈마로 처리된다. 상기 몰드는 20분 동안 헵탄용액(heptane solution) 속에서 5mM perfluorodecyltrichlorosilane(FDTS)로 연속처리된다. 상대습도가 낮게 유지(즉, 약 15% ∼ 약 18%)되는 니트로젠/불활성 가스 글로브 박스 안에서 표면처리가 수행된다. 이어서, 상기 몰드는 물리흡착된 FDTS를 제거하기 위해서 5분동안 헵탄용액 속에서 초음파 처리되고, 아세톤으로 세정되며, 바람으로 건조된다.
임프린팅하기 전에, FDTS 처리된 모든 몰드(4,6)는 모형(dummy) 임프린트를 형성하기 위해서 5분동안 120℃, 40 바에서 상기 구비된 폴리머 기판(2) 위에 부착된다. 이것은 몰드(4,6)에서 폴리머 기판(2)으로 전해지는 실란효과(silane effects)를 제거하거나 최소화하기 위해서 초음파처리를 피한 물리흡착된 임의의 실란 분자를 제거하는데 도움을 준다.
아래의 실시예에서, 제2임프린팅에서 사용되는 제2몰드(6) 모두는 제2몰드(6)가 실란층에 노출되는 점에서 서로 비교되도록 각각의 임프린팅 단계에 앞서 동일하게 처리된다. 이것은 계층적으로 임프린트된 폴리머의 표면 젖음성의 어떤 차이가 실란의 화학적 효과 대신에 구조적 효과에 크게 기인한다는 것을 보장하는 데 도움을 준다.
몰드(4,6)는 제1임프린트(16)에 대한 제2임프린트(18)의 상이한 방위를 고려하기 위해서 적절한 크기로 잘려진다. 방위각이 0°또는 90°이면, 제1몰드(4)와 제2몰드(6)는 동일크기가 될 수 있다. 예를 들면, 제1몰드(4)와 제2몰드(6)의 크기는 2cm × 2cm일 수 있다. 그러나, 제2임프린트(18)가 제1임프린트에 대하여 45°의 방위각이 되면, 제2몰드(6)는 적용범위를 확보하기 위해 제1몰드(4)보다 더욱 작아져야만 한다. 예를 들면, 제1몰드(4)의 2cm × 2cm와 제2몰드(6)의 1.3cm × 1.3cm의 조합은 잘 작용할 것이다. 잘려진 후에 몰드의 패턴화된 영역과 몰드 영역은 정확하게 동일하다.
임프린트 표면의 타입( type )
일련의 몰드 표면은 도 1에 도시된 방법(100)에 따라 상이한 방위각에서 제조된다. 그것의 결과물은 도 3과 도 4에 나타나 있다. 도 3C∼3G는 상기 방법으로 형성된 폴리머 상의 계층형 구조의 5가지 유형의 광학 현미경의 평면 이미지를 보여준다. 이들 구조는 매우 뛰어난 패턴 수율(거의 100%)과 표면 균일성을 나타냄을 알 수 있다.
도 3C는 제1임프린트(16)를 형성하기 위해 2㎛ 폭의 격자와 2㎛ 폭의 트렌치를 가진 제1몰드(4)와 제1임프린트(16)에 대하여 90°의 방위각에서 제2임프린트(18)를 형성하기 위해 250㎚ 폭의 격자와 250㎚ 폭의 트렌치를 가진 제2몰드(6)를 이용하여 만들어진 폴리머의 150 배율의 광학 현미경의 평면 이미지이다. 여기 서 이것은 2㎛ + 250㎚를 나타낸다.
도 3D는 제1임프린트(16)를 형성하기 위해 2㎛ 폭의 격자와 2㎛ 폭의 트렌치를 가진 제1몰드(4)와 제1임프린트(16)에 대하여 45°의 방위각에서 제2임프린트(18)를 형성하기 위해 250㎚ 폭의 격자와 250㎚ 폭의 트렌치를 가진 제2몰드(6)를 이용하여 만들어진 폴리머의 150 배율의 광학 현미경의 평면 이미지이다. 여기서 이것은 2㎛ × 250㎚를 나타낸다.
도 3E는 제1임프린트(16)를 형성하기 위해 2㎛ 폭의 격자와 2㎛ 폭의 트렌치를 가진 제1몰드(4)와 제1임프린트(16)에 대하여 0°의 방위각에서 제2임프린트(18)를 형성하기 위해 250㎚ 폭의 격자와 250㎚ 폭의 트렌치를 가진 제2몰드(6)를 이용하여 만들어진 폴리머의 150 배율의 광학 현미경의 평면 이미지이다. 여기서 이것은 2㎛ = 250㎚를 나타낸다.
도 3F는 제1임프린트(16)를 형성하기 위해 2㎛ 폭의 격자와 2㎛ 폭의 트렌치를 가진 제1몰드(4)와 제1임프린트에 대하여 90°의 방위각에서 제2임프린트(18)를 형성하기 위해 2㎛ 폭의 격자와 2㎛ 폭의 트렌치를 가진 제2몰드(6)를 이용하여 만들어진 폴리머의 150 배율의 광학 현미경의 평면 이미지이다. 여기서 이것은 2㎛ + 2㎛를 나타낸다.
도 3G는 제1임프린트(16)를 형성하기 위해 2㎛ 폭의 격자와 2㎛ 폭의 트렌치를 가진 제1몰드(4)와 제1임프린트에 대하여 45°의 방위각에서 제2임프린트(18)를 형성하기 위해 2㎛ 폭의 격자와 2㎛ 폭의 트렌치를 가진 제2몰드(6)를 이용하여 만들어진 폴리머의 150 배율의 광학 현미경의 평면 이미지이다. 여기서 이것은 2㎛ × 2㎛를 나타낸다.
도 4는 도 3의 폴리머에 상응하는 다양한 배율의 주사전자현미경(SEM)의 평면 이미지를 나타낸다.
도 4C는 도 3C의 폴리머에 대한 5,000 배율의 주사전자현미경(SEM)의 평면 이미지이다.
도 4D는 도 3D의 폴리머에 대한 5,000 배율의 주사전자현미경(SEM)의 평면 이미지이다. 삽입 이미지는 폴리머의 평면도와 횡단면도 둘 다 도시되도록 하기 위해서 비스듬히 기울어진 폴리머에 대한 10,000 배율의 주사전자현미경(SEM)의 평면 이미지이다.
도 4E는 도 3E의 폴리머에 대한 5,000 배율의 주사전자현미경(SEM)의 평면 이미지이다. 삽입 이미지는 폴리머의 횡단면도에 대한 10,000 배율의 주사전자현미경(SEM)의 이미지를 나타낸다.
도 4F는 도 3F의 폴리머에 대한 4,000 배율의 주사전자현미경(SEM)의 평면 이미지이다.
도 4G는 도 3G의 폴리머에 대한 4,000 배율의 주사전자현미경(SEM)의 평면 이미지이다.
접촉각의 측정
도 5는 폴리머 표면상의 탈 이온수 액적의 X방향과 Y방향에서 접촉각을 측정하기 위한 개략도이다. 임프린트된 폴리머 막(film)의 표면 젖음성을 연구하기 위 해서 미국 뉴저지주 마운틴 레이크에 소재하는 레임-하트(rame-hart)사의 레임-하트 디지털 고니오미터(rame-hart digital goniometer)가 사용되었다. 먼저, 작은 탈 이온수 액적은 자동 피펫(pipette)으로 샘플 표면상에 부드럽게 위치되고, 이어서 폴리머 표면상에 놓여져 있는 탈 이온수 액적의 사진을 찍고 분석했다. 각 샘플에 대하여, 3∼6개의 포인트(point)가 조사되었다. 고니오미터가 샘플 이미지에 대한 이따금씩의 결함으로 인해 불합리한 결과를 제공했을 때, 때때로 탈 이온수 액적의 출력사진에 대하여 수작업으로 탄젠트(tangent)를 도시함으로써 접촉각을 측정하는 것이 필요할 수 있다.
실리콘 웨이퍼
아래의 실시예의 모두에서, 실리콘 웨이퍼는 상업적으로 이용할 수 있고, 다음의 특성을 가진다. 웨이퍼의 직경은 150 ±0.5㎜; 도펀트(dopont)의 타입(type)은 p형 붕소(boron); 방위 100; 저항률(resistivity)은 1∼50 ohm.cm이고, 두께는 약 675 ±25μm이다. 웨이퍼는 하나의 단면(single side)이 폴리싱되고 반도체 국제규격(semi-standard)의 노치(notches)를 가진다.
(실시예 1)
도 1의 방법(100)은 폴리머 기판(2)으로서 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)를 이용한 실험에서 사용된다.
PMMA는 약 68°의 수접촉각(water contac angle)을 가진 친수성 재료이다.
임프린팅하기 전에, 톨루엔(toluene)에 용해된 미국 미조리주 세인트 루이스에 소재하는 알드리히(Aldrich) 사의 15%(중량) PMMA 용액(MW 15,000, 유리전이온도(Tg) 105℃)은 30초 동안 분당 회전수 2000 rpm에서 충분히 세정된 실리콘 웨이퍼 위에서 스핀 코팅되고, 임의의 잔류용매를 제거하기 위해서 5분 동안 150℃에서 구워(bake)진다. 그 결과로 얻어지는 PMMA 박막(thin films)은 프로파일메트리 스캔(profilometry scans)에 근거한 두께가 약 1.3㎛이었다.
임프린팅하는 동안, 높이와 폭이 2㎛(1:1 듀티사이클(duty cycle))인 격자(8)와 폭이 2㎛인 트렌치(10)로 이루어진 제1몰드(4)는 기판 표면 위에 제1임프린트(16)를 형성하기 위해서 130℃, 40 바에서 10분 동안 PMMA(2) 표면상에 부착된다. 이어서, 격자(12)와 트렌치(14)를 가진 제2몰드(6)가 제2임프린트를 형성하기 위해서 상이한 방위각에서 90℃, 40 바에서 15분 동안 부착된다. 여기서, 2㎛와 250㎚의 서로 다른 격자(12) 폭 치수를 가진 두 가지 타입의 제2몰드(6)가 각각 사용된다. 이들 몰드는 0°(평행), 45°및 90°(직각)의 방위각에 위치된다.
이 실험에서, 총 6개의 PMMA 필름이 하기의 접촉각 측정을 위해 사용된다. 아래 표 1에서 이들 특성이 나타나있다.
PMMA 필름의 특성
필름 제1임프린트
(16)		 격자 폭 치수
(8)		 제2임프린트
(18)		 격자 폭 치수
(12)		 방위각
A No NA No NA NA
B Yes 2㎛ No NA NA
C Yes 2㎛ Yes 250㎚ 90°
D Yes 2㎛ Yes 250㎚ 45°
E Yes 2㎛ Yes 250㎚ 0°
F Yes 2㎛ Yes 2㎛ 90°
한 방울의 0.5㎕ 탈 이온수 액적이 자동 피펫(pipette)으로 폴리머 표면 위에 천천히 놓여 지고, 폴리머 표면 위에 놓여있는 탈 이온수 액적의 사진을 찍고 분석하였다.
각 필름에 대한 X방향과 Y방향에서 찍힌 접촉각의 값은 아래의 표 2와 도 6에 나타나 있다. 도 6에서, 검은 사각형 심벌 "■"은 접촉각이 X방향에서 측정된 것을 나타내고, 검은 원형 심벌 "●"은 접촉각이 Y방향에서 측정된 것을 나타낸다.
상이한 PMMA 필름에 대한 평균 수접촉각(water contact angles)의 목록
필름 θx(°) θy(°) Δθ = θy -θx(°)
A 68 69 1
B 61±2 112±3 51
C 67±2 121±2 54
D 61±3 103±1 42
E 62±1 109±2 47
F 113±1 119±2 6
상이한 PMMA 필름 위에 놓여있는 탈 이온수 액적의 대표적인 사진은 도 7에 나타나 있다. 윗줄의 사진은 X방향에서 얻어지고, 아랫줄의 사진은 Y방향에서 얻어진다. 이들 사진은 디지털 고니오미터(digital goniometer)를 장착한 카메라를 이용하여 찍은 것이다.
PMMA 필름의 각 타입에 대한 탈 이온수 액적의 폭은 X방향에서 관찰된 도 8에 나타나 있다. 플러스(Plus) 심벌 "+"는 90°의 방위각을 나타내고, 크로스(Cross) 심벌 "×"은 45°의 방위각을 나타내며, 이퀄(Equal) 심벌 "="은 0°의 방위각을 나타낸다.
PMMA(필름 A)의 표면에 대한 어떠한 개질 없이, 필름 A는 X방향과 Y방향에서 측정되었을 때 서로 매우 근접하는 접촉각 크기를 가진 등방적 친수성을 나타냄을 알 수 있다. 여기서, 고유(intrinsic) 접촉각 θx와 θy는 각각 68°와 69°이다.
필름 B는 제1임프린트(16)를 형성하기 위해 기판 표면 위에 부착된 폭 2㎛의 격자를 가진 제1몰드(4)를 이용하여 형성된다. 이것은 필름의 명백한 비등방적 젖음 거동을 가진 표면을 형성하는 결과를 가져온다. 이 때문에 θx = 61°, θy = 112° 및 Δθ = 51°이다. 이렇게 높은 비등방성은 X방향에서 2㎛ 폭 격자 임프린트에 의해 생성된 에너지 장벽 때문이다. 에너지 장벽을 가진 탈 이온수 액적은 도 8에 도시된 것처럼, 넓어진 폭을 가진 타원형을 얻기 위해서 제1임프린트 격자(16)의 도랑(groove)을 따라 퍼지거나 또는 흐르려는 경향이 있다.
필름 C는 폭 250㎚의 격자를 가진 제2몰드(6)를 90°의 방위각에서 제1임프린트(16)에 부착함으로써 형성된다. 여기서, θx와 θy는 둘다 젖음 비등방성(Δθ)의 각도(degree)가 54°로 상승하면서 동시에 상당히 증가했다. 필름 C는 비등방성에서 상당한 증가와 함께 접촉각이 가장 크게 변화함을 나타내었다.
필름 D는 폭 250㎚의 격자를 가진 제2몰드(6)를 45°의 방위각에서 제1임프린트(16)에 부착함으로써 형성된다. 반면에, 필름 E가 폭 250㎚의 격자를 가진 제2몰드(6)를 0°의 방위각에서 제1임프린트(16)에 부착함으로써 형성된다. 양 필름에서, 제2임프린트의 존재로 인해 필름 C와 비교되었을 때, 각각 42°와 47°의 비등방성(Δθ)의 조금 더 낮은 각도로 θx에서는 약간의 감소 그리고 θy에서는 증가의 결과를 가져오게 된다.
상기한 모든 것과 달리, 폭 2㎛의 격자를 가진 제2몰드(6)가 필름 F를 형성하기 위해서 90°의 방위각에서 제1임프린트에 부착되면, 필름 A와 비교했을 때 θx와 θy 양쪽 모두 증가하는 결과를 가져온다. 그러나 Δθ값은 등방성의 높은 각도(degree)를 나타내면서 약 6°로 낮아진다.
필름 F를 필름 C 내지 E와 비교해 보면, 얻어지는 비등방적 젖음성은 제2몰드(6)의 계층형 구조와 치수의 결과이다. 설명된 바처럼, 친수성 PMMA(필름 A)는 필름 B 내지 F에서 보여지는 바처럼, 소수성 필름으로 설계되어 제작된다. 그러나 비등방적 젖음성은 필름 B 내지 F에서만 보여진다.
그러므로, 상이한 방위각에서 부착된 제2몰드의 상이한 치수로 인해서 접촉각의 크기(magnitudes)와 젖음 비등방성의 각도가 상이한 결과를 가져온다. 이들의 차이점은 도 8에 도시된 바처럼, 탈 이온수 액적의 모양과 밀접하게 관련되어 있다. 탈 이온수 액적의 폭은 PMMA 표면구조를 여러 가지로 상이하게 변경시켰다.
(실시예 2)
도 1의 방법(100)은 폴리머 기판(2)으로서 폴리스티렌(PS)을 이용하는 실험에서 사용된다.
임프린팅하기 전에, 톨루엔(toluene)에 용해된 미국 미조리주 세인트 루이스에 소재하는 알드리히(Aldrich) 사의 13%(중량) PS 용액(MW 280,000, 유리전이온도(Tg) 100℃)은 40초 동안 분당 회전수 3000 rpm에서 충분히 세정된 실리콘 웨이퍼 위에 스핀 코팅되고, 임의의 잔류용매를 제거하기 위해서 10분 동안 85℃에서 구워(bake)진다. 그 결과로 얻어지는 PS 박막(thin films)은 프로파일메트리 스캔(profilometry scans)에 근거한 두께가 약 1.7㎛이었다.
임프린팅하는 동안, 높이와 폭이 2㎛(1:1 듀티사이클(duty cycle))인 격자(8)와 폭이 2㎛인 트렌치(10)로 이루어진 제1몰드(4)는 기판 표면 위에 제1임프린트(16)를 형성하기 위해서 130℃, 40 바에서 10분 동안 PS(2) 표면상에 부착된다. 이어서, 격자(12)와 트렌치(14)를 가진 제2몰드(6)가 제2임프린트를 형성하기 위해서 상이한 방위각에서 90℃, 40 바에서 15분 동안 부착된다.
여기서, 2㎛와 250㎚의 서로 다른 격자(12) 폭 치수를 가진 두 가지 타입의 제2몰드(6)가 각각 사용된다. 이들 몰드는 0°(평행), 45°및 90°(직각)의 방위각에 위치된다.
이 실험에서, 총 7개의 PS 필름이 하기의 접촉각 측정을 위해 사용된다. 아래 표 3에 이들 특성이 나타나 있다.
PS 필름의 특성
필름 제1임프린트
(16)		 격자 폭 치수
(8)		 제2임프린트
(18)		 격자 폭 치수
(12)		 방위각
A No NA No NA NA
B Yes 2㎛ No NA NA
C Yes 2㎛ Yes 250㎚ 90°
D Yes 2㎛ Yes 250㎚ 45°
E Yes 2㎛ Yes 250㎚ 0°
F Yes 2㎛ Yes 2㎛ 90°
G Yes 2㎛ Yes 2㎛ 45°
PS 필름 C 내지 G의 광학 현미경 이미지와 주사전자현미경 사진은 동일 참조 알파벳으로 도 3과 도 4에 도시되어 있다. 이들 구조는 폴리머 기판의 다른 타입으로 재생될 수 있다.
한 방울의 1㎕ 탈 이온수 액적이 자동 피펫(pipette)으로 폴리머 표면 위에 천천히 놓여 지고, 폴리머 표면 위에 놓여있는 탈 이온수 액적의 사진을 찍고 분석하였다.
각 필름에 대하여 X방향과 Y방향에서 찍힌 접촉각의 값은 아래의 표 4와 도 9에 나타나 있다. 도 9에서, 검은 사각형 심벌 "■"은 접촉각이 X방향에서 측정된 것을 나타내고, 검은 원형 심벌 "●"은 접촉각이 Y방향에서 측정된 것을 나타낸다.
상이한 PS 필름에 대한 평균 수접촉각(water contact angles)의 목록
필름 θx(°) θy(°) Δθ=θy - θx(°)
A 91 91 0
B 77±4 115±5 38
C 108±5 135±2 27
D 101±4 133±4 32
E 100±2 127±1 27
F 109±8 117±3 8
G 90±1 125±1 35
상이한 PS 필름 위에 놓여있는 탈 이온수 액적의 대표적인 사진은 도 10에 나타나 있다. 윗줄의 사진은 X방향에서 얻어지고, 아랫줄의 사진은 Y방향에서 얻어진다. 이들 사진은 디지털 고니오미터(digital goniometer)를 장착한 카메라를 이용하여 찍은 것이다.
PS(필름 A)의 표면에 대한 어떠한 개질 없이, 필름 A는 X방향과 Y방향에서 측정되었을 때 서로 매우 근접하는 접촉각 크기를 가진 등방적 소수성을 나타냄을 알 수 있다. 여기서, 고유(intrinsic) 접촉각 θx와 θy 둘다 91°이다.
필름 B는 제1임프린트(16)를 형성하기 위해 기판 표면 위에 부착된 폭 2㎛의 격자를 가진 제1몰드(4)를 이용하여 형성된다. 이것은 필름의 명백한 비등방적 젖음 거동을 가진 표면을 형성하는 결과를 가져온다. 이 때문에 θx = 77°, θy = 115° 및 Δθ = 38°이다. 이것은 넓어진 액적에 대응한다.
필름 C 내지 E는 상이한 방위각에서 부착된 폭 250㎚의 격자를 가진 제2몰드(6)를 이용하여 형성된다. 필름 C 내지 E는 필름 A와 비교했을 때 비등방성이 증가함과 동시에 θx 와 θy에서 모두 증가로 나타나는 것처럼, 향상된 소수성을 나타낸다.
필름 F는 90°의 방위각에서 부착된 폭 2㎛의 격자를 가진 제2몰드(6)를 이용하여 형성된다. 여기서, 필름 A와 비교했을 때 θx 와 θy 모두 증가하였다. 그러나, Δθ값은 등방성을 나타내면서 약 8°로 낮아진다.
다른 한편, 폭 2㎛의 격자를 가진 제2몰드(6)가 필름 G를 형성하기 위해서 45°의 방위각에서 부착되었을 때, θy만 증가하였다. 그러므로, 필름 A와 비교했을 때 비등방성이 더 높은 각도(degree)를 나타내면서 Δθ값(약 35°)이 증가하였다.
이론에 얽매이고 싶지 않지만, 향상된 소수성은 계층형 구조에 의해 생성된 거칠기가 보다 높아진 결과일 수 있고 웬젤 모델(Wenzel model)의 도움으로 이해될 수 있다. 필름 F에서 알 수 있는 바처럼 비등방성의 각도의 감소는 거칠기 효과와 격자 형태의 구조에 의해 야기된 에너지 장벽 형성 사이의 조합에 의해 시험적으로 설명될 수 있다. 도 10에 알 수 있는 바와 같이, 탈 이온수 액적의 치수 및/또는 모양이 상이한 필름에 부착되었을 때 상이한 크기로 변경된다.
따라서, 상이한 3차원 계층형 구조가 폴리머 기판에 임프린트됨으로써 탈 이온수 액적의 치수 및/또는 모양을 효과적으로 조작할 수 있고, 필름의 젖음 거동을 효과적으로 제어할 수 있다.
개질된 표면 젖음성을 가진 기판은 라인 구조화 폴리머 필름(line structured polymer films)의 코팅 및 페인팅, 액상 액적 기반 장치(liquid droplet-based devices), 마이크로전자기계시스템(MEMS), 나노전자기계시스템(NEMS), 센서, 윈도우, 글라스, 페인트 등을 포함하는 다양한 용도에 사용될 수 있다.
유리하게는, 기판의 비등방성 젖음성의 각도를 조정하기 위한 가능성이 액체 유동의 방향을 제어하는 것이 바람직한 다양한 장치에 적용될 수 있다. 이러한 장치는 미세유체 장치, 랩온어칩 장치(lab-on-a chip devices) 등을 포함할 수 있다.
유리하게는, 본 발명의 개질방법은 비용면에서 효과적일 수 있고 복잡한 장비에 대한 필요성을 없앨 수 있다.
유리하게는, 본 발명의 개질방법은 마이크로/나노스케일의 샘플에 사용될 수 있다.
유리하게는, 본 발명의 개질방법은 기판 표면의 화학적 처리에 대한 필요성을 없앨 수 있다. 따라서 본 발명의 개질방법은 기판의 기계적 무결성에 결정적인 변화를 초래하지 않을 수 있거나 또는 기판의 열적, 광학적 또는 화학적 특성에 영향을 미치지 않을 수 있다. 더욱이, 기판 표면의 젖음성을 변경하기 위해서 다른 물리적 수단, 가령 플라즈마 에칭을 사용할 필요가 없다.
유리하게는, 본 발명의 개질방법에 의해 기판 젖음성을 변경하기 위한 다른 방법과 비교했을 때 기판 표면의 변화가 더욱 장기간 지속될 수 있는 기판을 구비할 수 있게 된다.
이상과 같은 개시 내용을 숙독한 후에는 통상의 기술자에게 있어서, 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 여러 가지 다른 변형 및 개조가 명백할 것이며, 모든 그러한 변형 및 개조는 첨부하는 청구의 범위에 포함되어야 한다.

Claims (35)

  1. (A) 폴리머기판 표면에 제1임프린트를 형성하기 위해 임프린트 형성 표면을 가지는 제1몰드를 폴리머기판에 부착하는 단계와;
    (B) 상기 제1임프린트 상에 제2임프린트를 형성하기 위해 임프린트 형성 표면을 가지는 제2몰드를 제1임프린트에 부착하는 단계와;
    (C) 상기 (B)단계 중에, 상기 제1임프린트에 대하여 상기 제2몰드의 방위(위치방향)를 조정하는 단계를 더 포함하고, 상기 방위(위치방향)와 상기 제1,2임프린트의 치수는 폴리머 기판 표면의 젖음성을 개질하기 위해 선택되는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 젖음성 개질방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    방위조정단계는 기판 위에 부착되는 제1,2몰드를 가지지 않는 표면에 대하여 기판 표면을 보다 소액적(liquidpobic)이게 하는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 젖음성 개질방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    방위조정단계는 기판 위에 부착되는 제1,2몰드를 가지지 않는 표면에 대하여 기판 표면을 보다 친액적이게 하는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 젖음성 개질방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    방위조정단계는 기판 표면의 등방적 특성을 조절하는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 젖음성 개질방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    제1,2임프린트는 모양이 세로이고, 이 각각의 임프린트는 세로축에 대하여 연장되는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 젖음성 개질방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    방위조정단계 동안, 0°∼90°, 0°∼45°및 45°∼90°로 이루어진 군으로부터 선택된 범위내에서 성형된 제2임프린트의 세로축이 성형된 제1임프린트의 세로축에 상관해서 하나의 각도로 배치되도록 제2몰드는 제1임프린트에 부착되는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 젖음성 개질방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    제2몰드의 세로축은 제1임프린트의 세로축에 대하여 평행인 것을 특징으로 하는 기판 표면의 젖음성 개질방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    제2몰드의 세로축은 제1임프린트의 세로축에 대하여 직각인 것을 특징으로 하는 기판 표면의 젖음성 개질방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    제2몰드의 세로축은 제1임프린트의 세로축에 대하여 45°인 것을 특징으로 하는 기판 표면의 젖음성 개질방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    제1,2임프린트의 폭은 마이크로스케일이거나 또는 나노스케일인 것을 특징으로 하는 기판 표면의 젖음성 개질방법.
  12. 삭제
  13. 청구항 1에 있어서,
    제1,2임프린트는 서로 다른 상이한 폭 치수를 가지는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 젖음성 개질방법.
  14. 삭제
  15. 청구항 1에 있어서,
    폴리머 기판은 열가소성 폴리머인 것을 특징으로 하는 기판 표면의 젖음성 개질방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    열가소성 폴리머는 아크릴레이트(acrylates), 프탈아미드(phthalamides), 아크릴로나이트릴(acrylonitriles), 셀룰로우스(cellulosics), 스티렌(styrenes), 알킬(alkyls), 알킬 메타크릴레이트(alkyls methacrylates), 알킨(alkenes), 할로겐화된 알킨(halogenated alkenes), 아미드(amides), 이미드(imides), 아릴에테르케톤(aryletherketones), 부타디엔(butadienes), 케톤(ketones), 에스테르(esters), 아세탈(acetals), 카보네이트(carbonates) 및 이들의 조합물(combinations)로 이루어진 군(group)으로부터 선택된 모노모(monomer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 젖음성 개질방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    열가소성 폴리머는 폴리스티렌(polystyrene), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate) 및 폴리카보네이트(polycarbonate) 중에서 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 기판 표면의 젖음성 개질방법.
  18. 청구항 1에 있어서,
    폴리머 기판은 에폭시계 네카티브 레지스트(epoxy based negative resists)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 젖음성 개질방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    에폭시계 네카티브 레지스트는 SU-8™ 레지스트인 것을 특징으로 하는 기판 표면의 젖음성 개질방법.
  20. 청구항 1에 있어서,
    폴리머 기판은 폴리머 복합체인 것을 특징으로 하는 기판 표면의 젖음성 개질방법.
  21. 청구항 1에 있어서,
    제1,2몰드의 임프린트 형성표면은 제1부착 단계와 제2부착 단계 중 적어도 하나를 실시하는 동안 3차원 구조를 생성하는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 젖음성 개질방법.
  22. 청구항 21에 있어서,
    3차원 구조는 마이크로구조, 나노구조 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 젖음성 개질방법.
  23. 청구항 1에 있어서,
    제1몰드와 제2몰드는 실리콘, 금속, 세라믹 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 적어도 하나이상을 선택하는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 젖음성 개질방법.
  24. 청구항 1에 있어서,
    (A) 단계와 (B) 단계 중 적어도 하나에 앞서, 점착방지제(anti-stiction agent)로 제1몰드와 제2몰드 중 적어도 하나를 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 젖음성 개질방법.
  25. 청구항 24에 있어서,
    점착방지제는 실란계 점착방지제(silane-based anti-stiction agent)인 것을 특징으로 하는 기판 표면의 젖음성 개질방법.
  26. 청구항 1에 있어서,
    제1,2임프린트는 기판 표면에 유체 유동(flow)을 촉진하는 정의된 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 젖음성 개질방법.
  27. 청구항 1에 있어서,
    제1,2임프린트는 기판 표면에 유체 유동을 억제하는 정의된 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 젖음성 개질방법.
  28. 청구항 1에 있어서,
    (A) 단계 중, 폴리머 기판의 유리전이온도(Tg) 이상의 온도를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 젖음성 개질방법.
  29. 청구항 1에 있어서,
    (B) 단계 중, 폴리머 기판의 유리전이온도(Tg) 이하의 온도를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 젖음성 개질방법.
  30. 청구항 1에 있어서,
    (C) 단계 후에, 제2임프린트 상에 하나 이상의 추가 임프린트를 형성하는 단계를 포함하고, 하나 이상의 추가 임프린트는 적어도 제2임프린트와는 상이한 방위에 있는 것을 특징으로 하는 기판 표면의 젖음성 개질방법.
  31. (A) 폴리머기판 표면에 제1임프린트를 형성하기 위해 임프린트 형성 표면을 가지는 제1몰드를 기판에 부착하는 단계와;
    (B) 제1임프린트 상에 제2임프린트를 형성하기 위해 임프린트 형성 표면을 가지는 제2몰드를 제1임프린트에 부착하는 단계와;
    (C) (B)단계 중, 제1임프린트에 대하여 제2몰드의 방위(위치방향)를 조정하는 단계를 더 포함하는 방법으로 제조되며, 상기 방위와 제1,2임프린트의 치수는 기판 표면의 선택된 젖음성을 얻기 위해 선택되는 것을 특징으로 하는 선택된 젖음성을 가진 표면을 구비하는 기판.
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 청구항 31에 있어서,
    폴리머 기판의 폴리머는 비폴리머 기판 위에 스핀 코팅되는 것을 특징으로 하는 선택된 젖음성을 가진 표면을 구비하는 기판.
  35. 삭제
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Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2086745A4 (en) * 2006-10-25 2013-04-03 Agency Science Tech & Res MODIFYING PROPERTIES OF ANCHORING THE SURFACE OF A SUBSTRATE
US9279435B2 (en) 2008-02-25 2016-03-08 University of Washington through its Center for Communication Vibration-driven droplet transport devices
EP2187263A1 (en) * 2008-11-13 2010-05-19 Nederlandse Organisatie voor toegepast-natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO A method for forming a multi-level surface on a substrate with areas of different wettability and a semiconductor device having the same.
CN101733839B (zh) * 2009-12-08 2012-02-01 西安交通大学 光固化快速成型陶瓷浆料磁力搅拌和液位调节装置
JP5693925B2 (ja) * 2010-02-04 2015-04-01 丸善石油化学株式会社 樹脂型、成形体、及び成形体の製造方法
FR2955858B1 (fr) * 2010-02-04 2012-10-26 Lafarge Sa Element en beton a surface superhydrophobe
WO2012097348A2 (en) * 2011-01-14 2012-07-19 California Institute Of Technology Nanotextured surfaces and related methods, systems, and uses
KR20120113532A (ko) * 2011-04-05 2012-10-15 삼성전자주식회사 초소수성 구조물
KR101866501B1 (ko) 2011-09-28 2018-06-12 삼성전자주식회사 초소수성 전자기장 차폐재 및 그 제조방법
DE112013003245T5 (de) 2012-06-25 2015-04-02 Fisher & Paykel Healthcare Limited Medizinische Komponenten mit Mikrostrukturen für die Befeuchtung und das Kondensatmanagement
EP3909633B1 (en) 2013-03-14 2023-11-22 Fisher & Paykel Healthcare Limited Humidification chamber with a mixing element comprising microstructures
US20140318657A1 (en) * 2013-04-30 2014-10-30 The Ohio State University Fluid conveying apparatus with low drag, anti-fouling flow surface and methods of making same
JP6379641B2 (ja) * 2014-05-02 2018-08-29 大日本印刷株式会社 親水性部材、及びその製造方法
TWI652155B (zh) 2015-08-31 2019-03-01 正達國際光電股份有限公司 基材及其表面加工方法、製得的殼體
US10687642B2 (en) 2016-02-05 2020-06-23 Havi Global Solutions, Llc Microstructured packaging surfaces for enhanced grip
RU2688736C1 (ru) 2016-02-05 2019-05-22 Хави Глобал Солюшенз, Ллк Поверхность с микроструктурами, обладающая улучшенными изоляционными свойствами и сопротивлением конденсации
US11207478B2 (en) * 2016-03-25 2021-12-28 Rai Strategic Holdings, Inc. Aerosol production assembly including surface with micro-pattern
EP3439611B1 (en) 2016-04-07 2021-05-26 Havi Global Solutions, LLC Fluid pouch with inner microstructure
US9955584B2 (en) * 2016-04-25 2018-04-24 Winbond Electronics Corp. Stamp for printed circuit process and method of fabricating the same and printed circuit process
CN106733555B (zh) * 2017-01-06 2020-11-24 南京航空航天大学 一种可控制撞击液滴反弹方向的超疏水表面及其构建方法
DE102017207698B4 (de) * 2017-05-08 2019-06-27 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Neuronal induktive Kultivierungsmatrix
US11297876B2 (en) * 2017-05-17 2022-04-12 Rai Strategic Holdings, Inc. Aerosol delivery device
CN108490736B (zh) * 2018-03-27 2021-05-07 浙江工业大学 一种基于形状梯度的实现液滴自驱动的功能层及其制备方法
US11994653B2 (en) 2018-04-20 2024-05-28 Konica Minolta, Inc. Transparent member and transparent-member manufacturing method
WO2020159703A1 (en) * 2019-01-31 2020-08-06 Illumina, Inc. Thermoformed, injection molded, and/or overmolded microfluidic structures and techniques for making the same
CN112107722A (zh) * 2020-09-04 2020-12-22 杭州俊为科技有限责任公司 一种薄膜及其制备技术
CN115739574B (zh) * 2022-12-03 2023-06-30 西北工业大学 一种制备润湿梯度表面的方法、装置及磁性疏水性颗粒

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000067791A (ko) * 1999-04-21 2000-11-25 이홍희 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법
WO2006057843A2 (en) 2004-11-24 2006-06-01 Molecular Imprints, Inc. Method and composition providing desirable characteristics between a mold and a polymerizable composition

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3354022A (en) * 1964-03-31 1967-11-21 Du Pont Water-repellant surface
JPS6475539A (en) * 1987-09-18 1989-03-22 Hitachi Ltd Treatment for improving wettability
JPH10507695A (ja) 1994-07-29 1998-07-28 ヴィルヘルム バルスロット 物体の自己浄化性表面とその形成方法
US5772905A (en) * 1995-11-15 1998-06-30 Regents Of The University Of Minnesota Nanoimprint lithography
DE19914007A1 (de) * 1999-03-29 2000-10-05 Creavis Tech & Innovation Gmbh Strukturierte flüssigkeitsabweisende Oberflächen mit ortsdefinierten flüssigkeitsbenetzenden Teilbereichen
DE19943299A1 (de) * 1999-09-10 2001-03-22 Binder Gottlieb Gmbh & Co Oberfläche für einen Gegenstand einschliesslich Verfahren zu ihrer Herstellung sowie ihre Verwendung
GB0024294D0 (en) * 2000-10-04 2000-11-15 Univ Cambridge Tech Solid state embossing of polymer devices
DE10062203A1 (de) 2000-12-13 2002-06-20 Creavis Tech & Innovation Gmbh Verfahren zur Abformung von hydrophoben Polymeren zur Erzeugung von Oberflächen mit beständig wasser- und ölabweisenden Eigenschaften
EP1404508A1 (de) 2001-06-21 2004-04-07 Bernd Späth Körper mit verbesserten oberflächen-eigenschaften
US20030071016A1 (en) 2001-10-11 2003-04-17 Wu-Sheng Shih Patterned structure reproduction using nonsticking mold
DE10297731T5 (de) * 2002-05-08 2005-07-07 Agency For Science, Technology And Research Umkehrprägetechnik
WO2004048064A1 (ja) * 2002-11-27 2004-06-10 Japan Science And Technology Agency 微細突起構造体及びその製造方法
GB2406543B (en) * 2003-10-04 2006-06-07 Agilent Technologies Inc A method for fabricating masters for imprint lithography and related imprint process
KR20050075580A (ko) 2004-01-16 2005-07-21 엘지전자 주식회사 나노 임프린트 리쏘그라피를 이용한 대면적 스탬프 제작방법
JP4923415B2 (ja) * 2004-03-17 2012-04-25 東レ株式会社 易表面賦形性シート、易表面賦形性シート積層体、それを用いた表面賦形方法及び成形品
US8025831B2 (en) * 2004-05-24 2011-09-27 Agency For Science, Technology And Research Imprinting of supported and free-standing 3-D micro- or nano-structures
ATE509298T1 (de) * 2004-09-15 2011-05-15 Agency Science Tech & Res Bedruckter polymer-träger
US7041604B2 (en) 2004-09-21 2006-05-09 Molecular Imprints, Inc. Method of patterning surfaces while providing greater control of recess anisotropy
US7399422B2 (en) * 2005-11-29 2008-07-15 Asml Holding N.V. System and method for forming nanodisks used in imprint lithography and nanodisk and memory disk formed thereby
JP4327108B2 (ja) * 2005-02-03 2009-09-09 株式会社リコー 光情報記録媒体の製造方法及び金型の製造方法
TWI249777B (en) * 2005-02-23 2006-02-21 Univ Nat Cheng Kung Gel imprinting process
JP2006257249A (ja) * 2005-03-17 2006-09-28 Nissan Motor Co Ltd 液滴ガイド構造
US8603381B2 (en) * 2005-10-03 2013-12-10 Massachusetts Insitute Of Technology Nanotemplate arbitrary-imprint lithography
US8636937B2 (en) * 2005-10-20 2014-01-28 Agency For Science, Technology And Research Hierarchical nanopatterns by nanoimprint lithography
GB2437328A (en) * 2006-04-10 2007-10-24 Cambridge Display Tech Ltd Electric devices and methods of manufacture
JP5002207B2 (ja) 2006-07-26 2012-08-15 キヤノン株式会社 パターンを有する構造体の製造方法
EP2086745A4 (en) * 2006-10-25 2013-04-03 Agency Science Tech & Res MODIFYING PROPERTIES OF ANCHORING THE SURFACE OF A SUBSTRATE
US20090274579A1 (en) * 2007-03-26 2009-11-05 Owe Orwar Methods and devices for controlled monolayer formation

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000067791A (ko) * 1999-04-21 2000-11-25 이홍희 압축 성형 기법을 이용한 미세 패턴 형성 방법
WO2006057843A2 (en) 2004-11-24 2006-06-01 Molecular Imprints, Inc. Method and composition providing desirable characteristics between a mold and a polymerizable composition

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