KR101502933B1

KR101502933B1 - 고분자 구조체 위의 임프린트 형성 방법

Info

Publication number: KR101502933B1
Application number: KR1020117003331A
Authority: KR
Inventors: 엠.에스.엠 사이풀라; 리차드 텡 투안 쿠; 홍 이 로우
Original assignee: 에이전시 포 사이언스, 테크놀로지 앤드 리서치
Priority date: 2008-07-17
Filing date: 2008-07-17
Publication date: 2015-03-16
Also published as: JP2011526553A; WO2009154571A1; TWI545003B; JP5638523B2; KR20110040921A; WO2009154571A8; TW201016441A; US20110236639A1

Abstract

a) 제1면 위에 정의된 임프린트된 표면 패턴 및 상기 제1면의 반대편의 제2면 위에 정의된 임프린트된 표면 패턴을 갖는 임프린트된 기판 몰드를 제공하는 단계;
b) 상기 임프린트된 기판 몰드의 상기 제1면에 대하여 고분자 구조체를 가압하여 그 위에 임프린트를 형성하는 단계; 및
c) 상기 임프린트된 기판 몰드의 상기 제2면에 대하여 제2의 고분자 구조체를 가압하여 그 위에 임프린트를 형성하는 단계;를 포함하는 고분자 구조체 위에 임프린트를 형성하는 방법이 개시된다.

Description

고분자 구조체 위의 임프린트 형성 방법{A method of making an imprint on a polymer structure}

본 발명은 일반적으로 고분자 구조체를 제조하기 위한 임프린트 리소그래피 방법 및 고분자 임프린팅에 사용하기 위한 임프린트된 기판 몰드를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

X-선 및 전자빔 리소그래피와 같은 리소그래피 방법이 패터닝된 구조체를 제조하는 실용적인 기술로서 증명되어 왔음에도 불구하고, 고해상도의 전자빔 패턴의 연속적인 조사는 비용 및 시간 소모적이다. 고밀도 리소그래피 조사(照射) 패턴을 형성할 때 전자빔 조사 시스템의 높은 비용과 상대적으로 낮은 처리량은 특히 직접 묘화(描畵) 마이크로회로 제조 도구로서 제조 공정에서 전자빔 리소그래피의 사용을 방해해 왔다. 게다가 전자빔 리소그래피 방법은 전자빔-감응성 유기 및 무기 물질에 제한된다. 높은 처리량을 갖는 공정에 대하여 광학 리소그래피가 유력한 패터닝 기술이 되어 왔다. 그러나 더 작은 영상 구조를 분해할 수 있는 능력이 가시광선 파장의 광학 회절 한계에 의하여 결정되어서 매우 제한된 결과를 낳는다. 더욱이 그러한 방법은 150nm 미만의 패턴 구조를 생성하는데 비용면에서 효과적이지 않을 수 있으며, 또한 광감성 유기 고분자의 사용에 제한된다.

나노임프린트 리소그래피(NIL: nanoimprint lithography)는 나노미터-스케일 구조체의 제조를 포함하며, 선도하는 반도체 집적 회로의 제조 과정에 종종 사용된다. 알려진 나노임프린트 리소그래피(NIL) 공정에서 얇은 층의 임프린트 레지스트(열가소성 고분자)가 샘플 기판 위에 스핀 코팅된다. 미리 정의된 토폴로지 패턴을 갖는 단단한 몰드가 기판에 접촉되고, 상기 몰드 상의 패턴이 융해된 고분자 필름으로 눌러지도록 특정 압력과 고분자의 유리 전이 온도 이상의 온도에서 고분자 코팅으로 눌러진다. 냉각된 후에 상기 몰드는 샘플로부터 분리되고, 패턴 레지스트가 기판 위에 남는다. 기판으로부터 나머지를 제거함에 의하여 레지스트 내의 패턴을 그 아래의 기판으로 전사하는데 반응성 이온 식각(RIE: reactive ion etching)과 같은 패턴 전사 공정이 사용된다.

나노임프린트 리소그래피 기술에서 사용되는 압력 및 온도에 견디기 위하여 몰드는 기계적으로, 화학적으로 그리고 열적으로 안정할 필요가 있다. 그러나 통상적인 나노임프린트에서 단단한 몰드의 사용은 종종 그의 물리적인 특성에서 유래하는 몇 가지 문제를 가져오며, 그리하여 NIL 방법에서 그의 효율을 감소시킨다. 예를 들면, 고압이 균일하게 인가되지 않으면, 단단한 몰드의 강직성은 종종 몰드의 파손을 가져온다.

NIL 기술의 처리량을 향상시키기 위한 목적으로 몇 가지 방법들이 착수되었다. 이 기술들은 다중 분배 노즐의 사용, 몰드 분리(demolding) 온도의 최적화 및 고분자 레지스트의 분자량의 선택을 포함한다.

NIL 기술의 높은 처리량을 증가시키기 위한 다른 방법은 몰드 크기를 증가시킴에 의하여 패턴 영역을 수평으로 증가시키는 것을 포함한다. 그러나 이것은 크기의 한계에 다다를 때 종종 균일하지 않은 압력의 분배를 가져온다. 처리량을 증가시키고 더 큰 웨이퍼 기판을 커버하기 위하여 단계 반복 리소그래피(step and repeat lithography) 기술에서 작은 크기의 몰드가 사용된다. 그러나 처리량이 증가될 수 있으면 이것은 바람직할 것이다.

위에서 기술한 단점들의 하나 이상을 극복하거나 적어도 개선하는, 고분자 구조체 위에 임프린트를 형성하는 향상된 방법을 제공할 필요가 있다.

적어도 두 고분자를 동시에 임프린트할 수 있는 임프린트된 기판 몰드를 제조하는 방법을 제공할 필요가 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 다음의 단계들을 포함하는 고분자 구조체 위에 임프린트를 형성하는 방법이 제공된다:

a) 제1면 위에 정의된 임프린트된 표면 패턴 및 상기 제1면의 반대편의 제2면 위에 정의된 임프린트된 표면 패턴을 갖는 임프린트된 기판 몰드를 제공하는 단계;

b) 그 위에 임프린트를 형성하기 위하여 상기 임프린트된 기판 몰드의 상기 제1면에 대하여 고분자 구조체를 가압하는 단계; 및

c) 그 위에 임프린트를 형성하기 위하여 상기 임프린트된 기판 몰드의 상기 제2면에 대하여 제2의 고분자 구조체를 가압하는 단계.

유리하게, 이중-면 임프린트된 기판 몰드의 사용은 가압 단계가 가압 시간의 부분적인 기간 동안 동시에 일어날 때, 그리고 가압 단계가 동시에 일어날 때 2배로, 임프린트된 고분자의 생산을 증가시킬 수 있다. 따라서 적어도 2개의 형성된 고분자 임프린트는 동시에 생성될 수 있다.

유리하게, 처리량을 가능하게 100% 향상시키는데 오직 단일의 이중-면 임프린트된 기판 몰드가 요구되기 때문에, 본 명세서에서 기술된 방법들은 부가적인 장치 또는 공정들의 필요를 없앤다.

일 구현예에서, 다음의 단계를 포함하는 고분자 구조체 위에 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트를 형성하는 방법이 제공된다:

a) 제1면 위의 정의된 임프린트된 표면 패턴 및 상기 제1면의 반대편의 제2면 위의 정의된 임프린트된 표면 패턴을 갖는 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트된 기판 몰드를 제공하는 단계;

b) 그 위에 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트를 형성하기 위하여 상기 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트된 기판 몰드의 상기 제1면에 대하여 고분자 구조체를 가압하는 단계; 및

c) 그 위에 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트를 형성하기 위하여 상기 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트된 기판 몰드의 상기 제2면에 대하여 제2의 고분자 구조체를 가압하는 단계.

본 발명의 제2 측면에 의하면, 다음의 단계를 포함하는 이중-면 임프린트된 기판 몰드를 제조하는 방법이 제공된다:

a) 기판 위에 제1면 임프린트 몰드를 형성하기 위하여 상기 기판의 제1면에 대하여 정의된 임프린트된 표면 패턴을 갖는 몰드를 가압하는 단계; 및

b) 상기 기판 위에 제2면 임프린트 몰드를 형성하고 그에 의하여 이중-면 임프린트된 기판 몰드를 형성하기 위하여, 상기 기판의, 상기 제1면의 반대편의, 제2면에 대하여 정의된 임프린트된 표면 패턴을 갖는 제2의 몰드를 상기 기판의 제2면에 대하여 가압하는 단계.

일 구현예에서 다음의 단계들을 포함하는 이중-면의 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트된 기판 몰드를 형성하는 방법이 제공된다.

a) 기판 위에 제1면 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트 몰드를 형성하기 위하여 상기 기판의 제1면에 대하여 정의된 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트된 표면 패턴을 갖는 몰드를 가압하는 단계; 및

b) 상기 기판 위에 제2면 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트 몰드를 형성하고 그에 의하여 이중-면 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트된 기판 몰드를 형성하기 위하여, 상기 기판의, 상기 제1면의 반대편의, 제2면에 대하여 정의된 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트된 표면 패턴을 갖는 제2의 몰드를 상기 기판의 제2면에 대하여 가압하는 단계.

본 발명의 제3 측면에 의하면, 다음의 단계들을 포함하는 임프린트된 고분자 구조체를 형성하는 방법이 제공된다:

a) 기판 위에 제1면 임프린트 몰드를 형성하기 위하여 상기 기판의 제1면에 대하여 정의된 임프린트된 표면 패턴을 갖는 몰드를 가압하는 단계;

b) 상기 기판 위에 제2면 임프린트 몰드를 형성하고 그에 의하여 이중-면 임프린트된 기판 몰드를 형성기 위하여, 상기 기판의, 상기 제1면의 반대편의, 제2면에 대하여 정의된 임프린트된 표면 패턴을 갖는 제2의 몰드를 가압하는 단계;

c) 그 위에 임프린트를 형성하기 위하여 상기 이중-면 임프린트된 기판 몰드의 제1면에 대하여 고분자 구조체를 가압하는 단계; 및

d) 그 위에 임프린트를 형성하기 위하여 상기 이중-면 임프린트된 기판 몰드의 상기 제2면에 대하여 제2의 고분자 구조체를 가압하는 단계.

일 구현예에서, 다음의 단계들을 포함하는 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트된 고분자를 형성하는 방법이 제공된다:

a) 기판 위에 제1면 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트 몰드를 형성하기 위하여 상기 기판의 제1면에 대하여 정의된 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트된 표면 패턴을 갖는 몰드를 가압하는 단계;

b) 상기 기판 위에 제2면 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트 몰드를 형성하고 그에 의하여 이중-면 임프린트된 기판 몰드를 형성기 위하여, 상기 기판의, 상기 제1면의 반대편의, 제2면에 대하여 정의된 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트된 표면 패턴을 갖는 제2의 몰드를 가압하는 단계;

c) 그 위에 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트를 형성하기 위하여 상기 이중-면 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트된 기판 몰드의 제1면에 대하여 고분자 구조체를 가압하는 단계; 및

d) 그 위에 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트를 형성하기 위하여 상기 이중-면 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트된 기판 몰드의 상기 제2면에 대하여 제2의 고분자 구조체를 가압하는 단계.

본 발명의 제4 측면에 의하면, 다음의 단계들을 포함하는 방법에 의하여 형성되는 임프린트된 고분자 구조체가 제공된다:

a) 제1면 위에 정의된 임프린트된 표면 패턴 및 상기 제1면의 반대편의 제2면 위에 정의된 임프린트된 표면 패턴을 갖는 임프린트된 기판 몰드을 제공하는 단계;

b) 그 위에 임프린트를 형성하기 위하여 상기 임프린트된 기판 몰드의 상기 제1면에 대하여 고분자 구조체를 가압하는 단계;

일 구현예에서, 위에서 정의된 방법에 의하여 형성된 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트된 고분자 구조체가 제공된다:

본 발명의 제5 측면에 의하면, 다음의 단계들을 포함하는 방법에 의하여 형성되는 임프린트된 고분자 구조체가 제공된다:

b) 상기 기판 위에 제2면 임프린트 몰드를 형성하고 그에 의하여 상기 이중-면 임프린트된 기판 몰드를 형성하기 위하여 상기 기판의 상기 제1면의 반대편의 제2면에 대하여 정의된 임프린트된 표면 패턴을 갖는 제2몰드를 가압하는 단계;

d) 그 위에 임프린트를 형성하기 위하여 상기 이중-면 임프린트된 기판 몰드의 제2면에 대하여 제2의 고분자 구조체를 가압하는 단계.

본 발명의 제6 측면에 의하면, 다음의 단계들을 포함하는 방법에 의하여 형성되는 이중-면 임프린트된 기판 몰드가 제공된다:

b) 기판 위에 제2면 임프린트 몰드를 형성하고 그에 의하여 이중-면 임프린트된 기판 몰드를 형성하기 위하여, 상기 기판의, 상기 제1면의 반대편의, 제2면에 대하여 정의된 임프린트된 표면 패턴을 갖는 제2의 몰드를 가압하는 단계.

일 구현예에서, 위에서 정의된 방법에 의하여 형성된 나노-크기 또는 마이크로-크기의 이중-면 임프린트된 기판 몰드가 제공된다.

본 발명의 제7 측면에 의하면, 적어도 2개의 고분자 구조체를 임프린트하기 위한 이중-면 임프린트된 기판 몰드의 용도가 제공된다.

일 구현예에서, 적어도 2개의 나노-크기 또는 마이크로-크기의 고분자 구조체를 임프린트하기 위한 이중-면의 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트된 기판 몰드의 용도가 제공된다.

이중-면 임프린트된 기판 몰드의 사용에 의하여 부가적인 장치 또는 공정들의 필요없이 임프린트된 고분자의 생산을 증가시킬 수 있고, 적어도 2개의 형성된 고분자 임프린트를 동시에 생성될 수 있다.

첨부된 도면들은 기술된 구현예를 도해하며 기술된 구현예의 원리를 설명하는 역할을 한다. 그러나 상기 도면들은 도해만의 목적으로 디자인되었고, 본 발명을 제한하는 의도가 아닌 것이 이해되어야 한다.
도 1은 기술된 일 구현예에 따라서 두 개의 고분자 구조체를 동시에 임프린트하기 위하여 사용되는 이중-면 몰드를 형성하는 기술된 공정을 개략적으로 도시한다.
도 2는 상기 기술된 방법을 사용하여 제조된 이중-면 ETFE 몰드의 SEM 이미지를 보여준다. 도 2a는 상기 몰드의 양쪽 면 위에 정의된 표면 패턴을 갖는 이중-면 ETFE 몰드의 SEM 이미지를 600의 배율로 보여준다. 도 2b는 이중-면 ETFE 몰드의 일 면의 중간 부분의 SEM 을 3,500의 배율로 보여준다. 도 2c는 이중-면 ETFE 몰드의 다른 면의 SEM 이미지를 1,800의 배율로 보여준다.
도 3은 상기 기술된 방법을 사용하여 제조된 임프린트된 고분자 구조체 (PMMA)의 SEM 이미지를 보여준다. 도 3a는 이중-면 ETFE 몰드의 일 면으로부터 제조된 하나의 임프린트된 고분자 구조체의 상면 SEM 이미지를 2,000의 배율로 보여준다. 도 3b는 이중-면 ETFE 몰드의 제2면으로부터 제조된 다른 임프린트된 고분자 구조체의 상면 SEM 이미지를 2,200의 배율로 보여준다.
도 4는 상기 기술된 방법을 사용하여 제조된 임프린트된 고분자 구조체 (PMMA)의 SEM 이미지들을 보여준다. 도 4a는 이중-면 ETFE 몰드의 일 면으로부터 제조된 제1 임프린트된 고분자 구조체의 경사면 SEM 이미지를 2,500의 배율로 보여준다. 도 4b는 이중-면 ETFE 몰드의 다른 면으로부터 제조된 제2 임프린트된 고분자 구조체(PMMA)의 경사면 SEM 이미지를 2,500의 배율로 보여준다.
도 5는 상기 기술된 방법을 사용하여 제조된 이중-면 ETFE 몰드의 SEM 이미지들을 보여준다. 도 5a는 2개의 다른 표면을 보여주는 이중-면 ETFE 몰드의 SEM 이미지를 43의 배율로 보여준다. 도 5b는 상기 이중-면 ETFE 몰드의 일 면의 SEM 이미지를 5,000의 배율로 보여준다. 도 5c는 상기 이중-면 ETFE 몰드의 다른 면의 SEM 이미지를 5,000의 배율로 보여준다.
도 6은 상기 기술된 방법을 사용하여 제조된 임프린트된 고분자 구조체 (PMMA)의 SEM 이미지들을 보여준다. 도 6a는 이중-면 ETFE 몰드의 일 면으로부터 제조된 하나의 임프린트된 고분자 구조체의 상면 SEM 이미지를 5,000의 배율로 보여준다. 도 6b는 이중-면 ETFE 몰드의 제2면으로부터 제조된 다른 임프린트된 고분자 구조체의 상면 SEM 이미지를 5,000의 배율로 보여준다.

정의

본 명세서에서 사용된 다음의 단어 및 용어들은 다음과 같은 뜻을 의미한다:

용어 "나노-크기" 는 두께의 치수(dimension)가 약 1nm 에서 약 1 마이크론 미만의 나노 크기의 범위를 가지는 구조를 의미한다.

용어 "마이크로 크기" 는 두께의 치수가 약 1 마이크론에서 약 10 마이크론의 마이크로 크기의 범위를 가지는 구조를 의미한다.

본 명세서에서 개시된 용어 "몰드" 는 일반적으로 특정한 물품이나 제품의 성형이나 제조에 사용되는 몰드 구조체(mold structure) 또는 마스터 몰드(master mold)를 의미한다. 예시적인 몰드는 실리콘, 금속, 세라믹, 고분자 및 이들의 조합을 포함하나 이들로 제한되는 것은 아니다.

본 명세서의 문맥에서 용어 "가압(pressing)" 은 압축력(compressive force)을 부과하도록 하나의 물체를 다른 물체에 대하여 누르거나, 또는 역으로 누르거나, 또는 동시에 두 물체를 서로에게 접근하도록 누르는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 용어 "B에 대하여 A를 가압하는 것" 은 물체 A를 물체 B에 대하여 누르는 것 뿐 아니라 물체 B를 물체 A에 대하여 누르는 것과 물체 A, B 모두를 서로에 대하여 누르는 것도 또한 포함할 수 있다.

본 명세서에서 사용한 용어 "고분자(polymer)" 는 동일한 단량체(monomer) 성분에서 유래된 둘 이상의 단위를 갖는 분자를 의미한다. 따라서 "고분자" 는 공중합체(copolymer), 3원 공중합체(terpolymer), 다성분계 고분자(multi-component polymers), 그라프트 공중합체(graft-co-polymers), 블록 공중합체(block-co-polymers) 등을 형성하기 위하여 다른 단량체 성분에서 유래된 분자들을 포함한다.

용어 "할로겐화된 고분자"는 고분자의 반복되는 단량체 단위 안에 불소 또는 염소와 같은 적어도 하나의 할로겐을 갖는 고분자를 지칭한다.

용어 "불소화된 고분자"는 할로겐으로서 불소를 갖는 할로겐화된 고분자를 지칭하지만, 다른 할로겐들을 포함할 수도 있다. 상기 용어는 불소 원자에 의하여 치환되거나 또는 단량체 당 불소 원자와 적어도 하나의 염소, 브롬 또는 요오드 원자의 조합에 의하여 치환된 올레핀 단량체로부터 적어도 부분적으로 유래된 호모 고분자 또는 공중합체를 커버한다.

본 명세서에서 사용된 용어 "기판"은 일반적으로 둘 이상의 고분자 임프린트를 형성하기 위한 템플릿으로서 사용되는 임의의 지지 구조체를 지칭한다. 예시적인 기판은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(ETFE), 퍼플루오로알킬(PFA), 헥사플루오로프로필렌, 클로로트리플루오로에틸렌, 브로모트리플루오로에틸렌 및 이들의 조합을 포함하지만 이들에 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에서 사용한 용어 "표면 패턴" 은 본 명세서에서 개시된 임의의 구조체의 바깥 주변 표면을 일반적으로 지칭한다.

본 명세서에서 사용한 용어 "스핀 코팅" 또는 그것의 문법상 변형체들은 고분자 용액이 표면(예를 들어, 몰드)에 분산되고, 그 표면이 빠르게 회전하여 원심력에 의해 용액이 퍼져 나가고, 그 과정에서 탈용매화된(de-solvated) 고분자의 얇은 층을 형성하는 공정을 지칭한다.

용어 "실질적으로(substantially)" 는 "완전히(completely)" 를 배제하지 않는다. 예를 들어, 가압 단계 (c) 및 (d) 가 "실질적으로 동시에" 형성될 때, 단일 단계에서 동일한 시간 동안 그에 의하여 양쪽 고분자 구조체를 생성하도록 상기 가압 단계들은 완전히 동시일 수도 있다. 필요한 경우, 용어 "실질적으로"는 본 발명의 정의로부터 생략될 수 있다.

달리 명시되지 않는다면, 용어 "포함하는(comprising)"과 "포함하다(comprise)", 그리고 이들의 문법상 변형체들은 기재된 요소들을 포함할 뿐 아니라, 부가적이고, 기재되지 않은 요소들의 포함도 허용하는 "개방된" 또는 "포괄적인" 언어를 나타내는 것으로 의도된다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 조성물(formulation)의 성분의 농도의 문맥에서 용어 "약" 은 전형적으로 제시된 값의 +/- 5%, 좀 더 전형적으로 제시된 값의 +/- 4%, 좀 더 전형적으로 제시된 값의 +/- 3%, 좀 더 전형적으로 제시된 값의 +/- 2%, 더욱더 전형적으로 제시된 값의 +/- 1%, 더욱더 전형적으로 제시된 값의 +/- 0.5% 를 의미한다.

본 명세서를 관통하여, 일부 구현예들은 범위 형태로 개시될 수도 있다. 범위 형태의 기재는 단지 편의와 간결함을 위한 것으로 이해되어야 하고 개시된 범위의 범주에서 고정된 제한으로 이해되어서는 안 된다. 따라서 범위의 기재는 그 범위 안의 개별적인 수치 뿐만 아니라 모든 가능한 세부 범위(sub-range)를 특정하여 기재한 것으로 간주되어야 한다. 예를 들어, 1 부터 6 까지와 같은 범위의 기재는 그 범위 안의 개별적인 수치 값인, 예를 들면, 1, 2, 3, 4, 5, 6 뿐 아니라 1 부터 3 까지, 1 부터 4 까지, 1 부터 5 까지, 2 부터 4 까지, 2 부터 6 까지, 3 부터 6 까지 등과 같은 세부 범위도 특정하여 기재하고 있다고 이해해야 한다. 이는 범위의 폭에는 관계없이 적용된다.

고분자 위에 임프린트를 형성하기 위한 방법의 예시적이고, 비-제한적인 구현예들이 기술될 것이다.

일 구현예에서, 다음의 단계들을 포함하는 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트된 고분자 구조체를 제조하기 위한 방법이 제공된다:

b) 상기 기판 위의 제2면 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트 몰드를 형성하고 그에 의하여 나노-크기 또는 마이크로-크기의 이중-면 임프린트된 기판 몰드를 형성하기 위하여 상기 기판의, 상기 제1면의 반대편의, 제2면에 대하여 정의된 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트된 표면 패턴을 갖는 제2의 몰드를 가압하는 단계;

d) 그 위에 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트를 형성하기 위하여 상기 이중-면 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트된 기판 몰드의 상기 제2면에 대하여 고분자 구조체를 가압하는 단계.

여기에서 그에 의하여 단일 단계에서 동일한 시간 동안 양쪽 고분자 구조체를 생성할 수 있도록 상기 가압 단계 (c) 및 (d)는 실질적으로 동시에 수행된다.

일 구현예에서, 상기 방법은 상기 가압 단계 (d) 후에, 상기 임프린트된 기판 몰드로부터 상기 형성된 고분자 임프린트들을 동시에 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 구현예에서, 상기 가압 단계 (a) 및 상기 가압 단계 (b) 는 동시에 일어날 수 있다.

일 구현예에서, 상기 방법은 상기 가압 단계 (b) 후에, 상기 몰드들로부터 상기 이중-면 임프린트된 기판 몰드를 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 이중-면 임프린트된 기판 몰드는 연속적인 임프린팅을 위하여 사용될 수 있고, 고분자 구조체의 생산성을 향상시킬 수 있다. 일 구현예에서, 상기 이중-면 임프린트된 기판 몰드는 1회 이상의 연속적인 임프린팅을 위하여 사용될 수 있다.

일 구현예에서, 본 명세서에서 기술된 기판은 할로겐화된 고분자를 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 할로겐화된 고분자는 불소화된 고분자를 포함할 수 있다. 예시적인 불소화된 고분자는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(ETFE), 퍼플루오로알킬(PFA), 불소화 에틸렌-프로필렌 공중합체(FEP), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 헥사플루오로프로필렌, 클로로트리플루오로에틸렌 및 브로모트리플루오로에틸렌을 포함할 수 있다.

특정한 일 구현예에서, 상기 불소화된 고분자는 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(ETFE)을 포함할 수 있다.

유리하게, 상기 불소화된 고분자는 기계적으로 정합할 수 있고(conformable), 열적으로 안정하고 화학물질들에 대하여 고내성일 수 있다. 특히, ETFE 고분자는 낮은 압력(즉, 약 1MPa 내지 약 3 MPa)에서 전성(展性)을 가져서 상기 몰드의 형상에 정합된다. 낮은 압력에서 사용될 때 이것은 불소화된 고분자의 닮음(wear)과 찢어짐(tear)을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 그러므로 상기 기판은 임프린트를 매우 잘 할 수 있고, 다양한 임프린트 가능한 기판들이 매우 정교하고 용이하게 제조될 수 있도록 할 수 있다. 유리하게, 비교적 낮은 결정성을 갖는 불소화된 고분자가 용이하게 몰드되므로 선호된다. 예를 들면, ETFE 는 PTFE에 비하여 공정이 비교적 용이한데, 이것은 PTFE 의 더 높은 결정성에 기인한다.

유리하게, 고분자 임프린트들로부터 용이한 기판 분리를 위하여 그의 낮은 표면 에너지에 기인하여 기판 표면 위에 반-접착성 층을 코팅할 필요가 없다. 따라서, 낮은 압력에서 전성이 있는 능력과 인가되는 압력을 임프린트 영역에 걸쳐 분배할 수 있는 능력이 있고 그에 의하여 상기 몰드의 형상을 따를 수 있으므로, 이중-면 임프린트된 기판은 연속적인 고분자의 임프린팅을 위하여 적절할 수 있다.

일 구현예에서, 본 명세서에서 기술된 기판의 두께는 약 0.25 mm 내지 약 1 mm; 약 0.35 mm 내지 약 1 mm; 약 0.5 mm 내지 약 1 mm; 약 0.8 mm 내지 약 1 mm; 약 0.25 mm 내지 약 0.8 mm; 약 0.25 mm 내지 약 0.6 mm; 약 0.25 mm 내지 약 0.45 mm; 및 약 0.25 mm 내지 약 0.5 mm 으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 범위 내에 있을 수 있다. 그러므로, 특정 구현예에서, 상기 기판의 두께는 0.25 mm 내지 약 0.5 mm 의 범위 내에 있을 수 있다.

일 구현예에서, 상기 이중-면 기판의 임프린트는 복수의 채널 형성을 포함한다. 각각의 채널 형성물(channel formation)은 기판의 베이스로부터 신장하는 한 쌍의 돌출부 사이에 정의된다. 각각의 돌출부는 세로축을 따라 신장하는 길이 치수, 상기 세로축에 대하여 수직인 높이 치수 및 폭 치수를 갖는다. 복수의 돌출부의 폭 치수는 약 250nm 내지 약 3000nm 또는 약 400nm 내지 약 2000nm의 범위 내에 있을 수 있다. 특정한 일 구현예에서, 채널의 폭은 약 250nm 내지 약 2000nm 이다.

일 구현예에서, 본 명세서에서 기술된 상기 임프린트된 고분자 구조체의 폭은 약 250nm 내지 약 3000nm 또는 약 400nm 내지 약 2000nm의 범위 내에 있을 수 있다. 특정한 일 구현예에서, 채널의 폭은 약 250nm 내지 약 2000nm 이다.

일 구현예에서, 제1몰드의 정의된 임프린트된 표면 패턴은 제2몰드의 정의된 임프린트된 표면 패턴과 동일하거나 다를 수 있다. 그러므로 특정한 일 구현예에서, 제1몰드의 정의된 임프린트된 표면 패턴은 제2몰드의 정의된 임프린트된 표면 패턴과 다를 수 있다. 유리하게, 제2몰드와 다른 정의된 임프린트된 표면 패턴을 갖는 제1몰드의 사용은, 반대편의 정의된 임프린트된 표면 패턴과 다른 제1면 위에 정의된 임프린트된 표면 패턴을 갖는 이중-면 기판 몰드가 임프린트될 수 있도록 한다.

따라서, 본 명세서에서 기술된 이중-면 임프린트된 기판 몰드는 단일 임프린트 공정에서 적어도 2개의 다른 유형의 고분자 구조체가 임프린트될 수 있도록 할 수 있다.

일 구현예에서, 본 명세서에서 기술된 고분자는 열가소성 고분자를 포함할 수 있다. 예시적인 열가소성 고분자들은 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 아크릴릭, 셀룰로이드, 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌 비닐 알코올(EVAL), 불소화플라스틱, 액정 고분자(LCP), 폴리아세탈(POM 또는 아세탈), 폴리아크릴로니트릴(PAN 또는 아크릴로니트릴), 폴리아미드-이미드(PAI), 폴리아릴에테르케톤(PAEK 또는 케톤), 폴리부타디엔(PBD), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리사이클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트(PCT), 폴리히드록시알카노에이트(PHAs), 폴리케톤(PK), 폴리에스테르, 폴리에틸렌(PE), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에틸렌클로리네이트(PEC), 폴리락틱 애시드(PLA), 폴리메틸펩텐(PMP), 폴리페닐렌 옥사이드(PPO), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리프탈아미드(PPA), 폴리술폰(PSU), 폴리비닐리덴 클로라이드(PVDC), 스펙트라론(spectralon), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 이축 배향(biaxially oriented) 폴리 프로필렌(BOPP), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리(아미드), 폴리아크릴, 폴리(부틸렌), 폴리(펜타디엔), 폴리비닐 클로라이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리술폰, 폴리이미드, 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 에틸렌- 프로필렌 공중합체, 에틸렌-부텐-프로필렌 터폴리머, 폴리옥사졸린, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리비닐피롤리돈 및 이들의 조합; 폴리-디메틸실록산(PDMS), 폴리(이소프렌), 폴리(부타디엔) 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 탄성체(elastomer), 고분자 블렌드 및 공중합체로 이루어진 그룹으로부터 선택된 고분자들을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 특정한 일 구현예에서, 고분자는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)를 포함할 수 있다.

일 구현예에서, 본 명세서에서 기술된 몰드는 상기 고분자에 화학적으로 비활성이고 표면 처리가 가능한 임의의 적절한 물질을 포함할 수 있다. 예시적인 몰드들은 실리콘, 금속, 세라믹, 고분자 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 물질을 포함할 수 있다. 그러므로 특정한 일 구현예에서, 상기 몰드는 실리콘을 포함할 수 있다.

일 구현예에서, 상기 공정은 웨이퍼 위로 고분자를 스핀 코팅하는 단계를 포함한다. 다른 구현예에서, 상기 웨이퍼는 실리콘을 포함할 수 있다.

일 구현예에서, 상기 이중-면 임프린트된 기판 위에 정의된 표면 패턴의 영역은 약 1cm×1cm 내지 약 1.5cm×1.5cm 으로부터 선택된 범위 내에 있다. 특정한 일 구현예에서, 상기 이중-면 임프린트된 기판 위에 정의된 표면 패턴의 영역은 약 1cm×1cm 이다. 유리하게, 균일한 임프린트가 상기 이중-면 임프린트된 기판의 표면 위에 얻어진다.

일 구현예에서, 상기 가압 단계 (c) 및 (d) 동안 온도 조건이 고분자 구조체의 유리 전이 온도(Tg) 위에 있는, 고분자 구조체 위에 임프린트를 형성하는 방법이 제공된다. 일 구현예에서, 상기 가압 단계 (c) 및 (d) 동안 온도 조건이 약 50℃ 내지 약 200℃; 약 100℃ 내지 약 200℃; 약 50℃ 내지 약 200℃; 약 50℃ 내지 약 150℃; 및 50℃ 내지 약 100℃ 로 구성된 그룹으로부터 선택되는 범위 내에 있을 수 있는, 고분자 구조체 위에 임프린트를 형성하는 방법이 제공된다. 그러므로 특정한 일 구현예에서, 상기 가압 단계 (c) 및 (d) 동안 온도 조건은 약 120℃ 내지 약 180℃ 이다. 또 다른 구현예에서, 상기 가압 단계 (c) 및 (d) 동안 온도 조건은 약 140℃ 내지 약 150℃ 이다. 일 구현예에서, 상기 가압 단계 (c) 및 (d) 동안 압력 조건이 약 0.25 MPa 내지 약 3 MPa; 약 0.5 MPa 내지 약 3 MPa; 약 0.5 MPa 내지 약 3 MPa; 약 0.25 MPa 내지 약 2.5 MPa; 0.25 MPa 내지 약 2 MPa; 및 약 0.25 MPa 내지 약 1.5 MPa 으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 범위 내에 있을 수 있는, 고분자 구조체 위에 임프린트를 형성하는 방법이 제공된다. 특정한 일 구현예에서, 상기 가압 단계 (c) 및 (d) 동안 압력 조건은 약 1 MPa 내지 약 3 MPa 이다. 유리하게, 상기 이중-면 임프린트된 기판 몰드는, 그것이 낮은 압력에서 매우 정합적(conformable)이므로 낮은 압력에서 고분자 구조체를 임프린트데 사용될 수 있다.

일 구현예에서, 상기 가압 단계 (c) 및 (d) 동안 시간 조건이 1 분 내지 약 20 분; 약 1 분 내지 약 15 분; 약 1 분 내지 약 10 분; 약 2 분 내지 약 10 분; 및 약 2 분 내지 약 5 분으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 범위 내에 있을 수 있는, 고분자 구조체 위에 임프린트를 형성하는 방법이 제공된다. 특정한 일 구현예에서, 상기 가압 단계 (c) 및 (d) 동안 시간 조건은 약 2 분 내지 약 6 분이다.

가압 단계 (c) 및 (d) 에서 사용되는 상기 이중-면 임프린트된 기판 몰드는 연속적인 고분자 구조체의 임프린팅에 사용될 수 있다. 일 구현예에서, 상기 이중-면 임프린트된 기판 몰드는 연속적인 임프린팅에 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 이중-면 임프린트된 기판 몰드의 재사용성을 증가시키기 위하여, 상기 가압 단계 (c) 및 (d) 는 약 170℃ 와 약 1MPa 이하의 낮은 온도와 압력에서 작동될 수 있다. 나아가, 가압 단계 (c) 및 (d) 동안 이중-면 임프린트된 기판 몰드의 본래의 형태(integrety)를 유지하게 위하여 작동 온도가 100℃ 위로 증가하는 경우 압력은 1MPa 이하로 감소될 수 있다.

일 구현예에서, 가압 단계 (a) 및 (b) 동안 온도 조건이 150℃ 내지 약 300℃; 약 200℃ 내지 약 300℃; 및 약 150℃ 내지 약 250℃으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 범위 내에 있을 수 있는 이중-면 임프린트된 기판을 형성하는 방법이 제공된다. 특정한 일 구현예에서, 가압 단계 (a) 및 (b) 동안 온도 조건이 약 200℃ 내지 약 220℃ 이다.

일 구현예에서, 가압 단계 (a) 및 (b) 동안 압력 조건이 약 1 MPa 내지 약 10 MPa; 및 약 1 MPa 내지 약 5 MPa 으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 범위 내에 있을 수 있는 이중-면 임프린트된 기판을 형성하는 방법이 제공된다. 특정한 일 구현예에서, 가압 단계 (a) 및 (b) 동안 압력 조건이 약 3 MPa 내지 약 6 MPa 이다.

일 구현예에서, 가압 단계 (a) 및 (b) 동안 시간 조건이 약 10 분 내지 약 30 분; 약 10 분 내지 약 25 분; 약 10 분 내지 약 20 분; 및 약 10 분 내지 약 15 분 으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 범위 내에 있을 수 있는 이중-면 임프린트된 기판을 형성하는 방법이 제공된다. 특정한 일 구현예에서, 가압 단계 (a) 및 (b) 동안 압력 조건이 약 10 분 내지 약 15 분 이다.

일 구현예에서, 고분자 구조체 위에 임프린트를 형성하는 방법은, 형성된 고분자 임프린트를 임프린트된 기판으로부터 분리하는 단계 전에, 형성된 두 개 이상의 고분자 임프린트를 임프린트된 기판 분리 온도 범위로 냉각하는 것을 허용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 임프린트된 기판 분리 온도는 약 25℃ 내지 약 80℃; 약 25℃ 내지 약 75℃; 약 25℃ 내지 약 60℃; 약 25℃ 내지 약 45℃; 약 30℃ 내지 약 80℃; 약 45℃ 내지 약 80℃; 약 65℃ 내지 약 80℃; 및 약 70℃ 내지 약 80℃ 으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 범위 내에 있을 수 있다. 특정한 일 구현예에서, 기판 분리 온도는 약 80℃ 일 수 있다. 유리하게, 더 낮은 분리 온도는 상기 임프린트된 기판으로부터 상기 임프린트된 고분자 구조체를 쉽게 분리할 수 있도록 한다.

일 구현예에서, 이중-면 임프린트된 기판을 형성하는 방법은, 몰드로부터 임프린트된 기판을 분리하는 단계 전에, 임프린트된 기판을 몰드 분리 온도 범위로 냉각하는 것을 허용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 몰드 분리 온도는 약 25℃ 내지 약 70℃; 약 25℃ 내지 약 65℃; 약 25℃ 내지 약 55℃; 약 25℃ 내지 약 40℃; 약 30℃ 내지 약 70℃; 약 45℃ 내지 약 70℃; 약 55℃ 내지 약 70℃; 및 약 60℃ 으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 범위 내에 있을 수 있다. 특정한 일 구현예에서, 몰드 분리 온도는 약 25℃ 일 수 있다. 또 다른 구현예에서, 몰드 분리 온도는 약 70℃ 일 수 있다.

구현예

도 1을 참조하면, 2개의 고분자 구조체를 동시에 임프린트하기 위한 개시된 공정 10의 개략적인 도해가 개시되어 있다. 단계 (A)에서, Si 몰드 A의 길이를 따라 신장하는 돌출부(12A, 12B, 12C)를 포함하는 임프린트된 표면 패턴을 갖는 제1 Si 몰드 A가 ETFE 시트의 제1면의 바로 위에 정렬된다. Si 몰드 A'의 길이를 따라 신장하는 돌출부(12A', 12B',12C')를 포함하는 임프린트된 표면 패턴을 갖는 제2 Si 몰드 A'가 상기 제1면의 반대편인 상기 기판의 제2면의 바로 아래에 정렬된다.

도 1의 단계 (B)에서, ETFE 몰드를 형성하기 위하여 Si 몰드 A 및 Si 몰드 A'가 각각 ETFE 시트의 제1면 및 제2면을 향하여 210℃의 온도와 3 Mpa에서 20분 동안 가압된다. ETFE 몰드는 상기 제1면 위의 돌출부 (14A, 14B, 14C, 14D)를 포함하는 표면 패턴 및 상기 제1면의 반대편의 상기 제2면 위의 돌출부 (14A', 14B',14C',14D')를 포함하는 표면 패턴을 정의한다.

도 1의 단계 (C)에서, Si 몰드 A 및 Si 몰드 A'로부터 ETFE 몰드를 떼어내기 전에 상기 ETFE 몰드가 70℃의 온도로 냉각된다.

도 1의 단계 (D)를 참고하면, 고분자 A 및 고분자 A'가 각각 Si 웨이퍼 B 및 Si 웨이퍼 B' 위로 스핀 코팅된다. 상기 ETFE 몰드는 고분자 A 및 고분자 A'의 사이에 배치된다. 고분자 A는 돌출부 (14A, 14B, 14C, 14D)를 포함하는 표면 패턴을 갖는 ETFE 몰드의 제1면 바로 위에 정렬된다. 고분자 A'는 제1면의 반대편에 있고 돌출부 (14A', 14B',14C',14D')를 포함하는 표면 패턴을 갖는 ETFE 몰드의 제2면 바로 아래에 정렬된다.

도 1의 단계 (E)에서, 돌출부 (16A, 16B, 16C, 16D, 16E)를 포함하는 표면 패턴을 갖는 고분자 A 위의 임프린트 및 돌출부 ((16A', 16B', 16C', 16D', 16E')를 포함하는 표면 패턴을 갖는 고분자 A' 위의 임프린트를 형성하기 위하여, 150℃의 온도와 3 MPa에서 5분 동안 고분자 A 및 고분자 A'는 각각 ETFE 몰드의 제1면 및 제2면을 향하여 가압된다.

도 1의 단계 (F)를 참고하면, 상기 ETFE 몰드로부터 고분자 A 및 고분자 A' 를 떼어내기 전에 고분자 A 및 고분자 A'는 70℃의 온도로 냉각된다.

실시예

본 발명의 비제한적인 예들이 특정 실시예들을 참조하여 더욱 상세하게 개시될 것이다. 상기 특정 실시예들은 본 발명의 범위를 어떠한 방법으로든 제한하는 것으로 해석되어서는 안될 것이다.

실시예 1

이중-면 ETFE 몰드 복제

다음의 실험들의 공정은 위에서 기술된 바와 같이 도 1과 관련된 동일한 공정 10 이다. 이중-면 에틸렌(테트라플루오로에틸렌)(ETFE) 몰드가 아래에 기대된 공정에 따라서 복제된다.

몰드 복제 공정을 위하여 사용되는 마스터는 실리콘으로 만들어진다. 복제된 몰드를 위한 물질은 상업적으로 입수 가능한 ETFE 시트(영국 런던의 Vector Foiltec 으로부터 얻은 Texlon)이다. ETFE 시트의 두께는 0.25 mm 이다. 몰드 복제 공정은 나노임프린터 기계(Obducat Sweden)로 수행하였다. ETFE 시트를 실리콘 몰드의 크기 보다 약간 큰 직사각형의 조각으로 절단하였고, 초음파 배쓰 안에 담긴 아세톤에서 세정하였고, 이소-프로판올으로 린스하였고 질소로 건조하였다. ETFE 시트를 두 실리콘 막 사이에 샌드위치시켰다. 몰드 복제 임프린팅 공정을 210℃의 온도와 30 bar(3 MPa)의 압력에서 20분 동안 수행하였다. 그 후에, 압력을 경감하기 전에 70℃의 온도로 냉각하였다. 그 후 복제본을 실리콘 몰드로부터 신중하게 떼어내었다. ETFE 몰드의 양쪽 면의 패터닝된 영역은 1cm×1cm 였다.

도 2를 참조하면, 각각이 기판의 베이스로부터 신장하는 한 쌍의 돌출부 사이에 정의된 복수의 채널 형성을 포함하는, ETFE 몰드의 양쪽 면 위에 정의된 표면 패턴을 갖는 이중-면 ETFE 몰드가 도시되어 있다. 각각의 돌출부는 세로축을 따라 신장하는 길이 치수(dimension), 상기 세로축에 대하여 수직인 높이 치수 및 폭 치수를 갖는다.

ETFE 몰드의 양쪽 면 위의 상기 돌출부의 채널들은 2 ㎛ 의 폭을 갖는다. 도 2(c)는 또한 임프린트된 표면 패턴이 ETFE 몰드의 에지를 따라서 잘 정의되어 있는 것을 보여준다.

도 5(a)를 참조하면, 2개의 구별되는 표면을 갖는 ETFE 시트를 보여준다. 도 5(b) 및 (c)는 상기 ETFE 몰드의 양쪽 면 위에 정의된 임프린트된 표면 패턴을 보여준다. 상기 ETFE 몰드의 양쪽 면 위의 채널들의 폭은 250 nm 이다.

다른 패턴 크기의 ETFE 몰드가 본 명세서에서 기술된 방법을 사용하여 임프린트될 수 있으므로, 따라서 도 2 및 도 5 모두 ETFE 시트가 기계적으로 정합적이고 열적으로 안정한 것을 보여준다.

그러므로 ETFE 시트의 사용은 다른 유형들의 고분자 구조체가 임프린트될 수 있도록 한다.

실시예 2

PMMA 임프린팅

베어 실리콘 웨이퍼를 아세톤 및 그 후 이소-프로판올(IPA)으로 초음파 처리하였고, 표면의 친수성을 향상시키기 위하여 그 후 산소 플라즈마로 더욱 깨끗하게 하였다. 플라즈마 세정을 위하여 사용된 조건은 10분 동안 250 mTorr 압력, RF 파워 100, 산소 유속 10 sccm 이었다. 마이크로 레지스트 테크놀로지로부터의 PMMA (Mw=35k) 수지를 베어 실리콘 기판 위에 스핀 코팅하였다. 스핀-코팅 공정의 완료 후 상기 기판을 핫플레이트 위에서 140℃에서 20분 동안 베이크하였다. 그 후 ETFE 소프트 몰드를 2개의 PMMA 코팅된 기판 사이에 샌드위치시켰다. 임프린팅 공정을 30 bar(3MPa)의 압력으로 150℃에서 5분 동안 수행하였다. 샘플을 70℃의 온도에서 몰드 분리(demold) 하였다. 도 3, 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같은 2개의 PMMA 임프린트된 구조체를 형성하기 위하여, 실시예 1로부터 얻은 이중-면으로 임프린트된 ETFE 몰드를 2개의 PMMA 코팅된 기판 사이에 샌드위치시켰다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 2개의 PMMA 임프린트된 구조체를 2 ㎛ 채널 폭의 이중-면 ETFE 몰드의 다른 면들로부터 생성하였다.

PMMA 임프린트된 구조체의 임프린트된 표면 패턴은 가압 단계의 결과로서 상기 이중-면 임프린트된 ETFE 몰드의 임프린트 패턴에 대응된다. 그러므로 PMMA 임프린트된 구조체는 2 ㎛의 채널 폭을 가졌다. 도 3 및 도 4의 PMMA 임프린트된 구조체들은 높은 정밀도를 갖고 용이하게 제조되는 잘-정의된 구조체를 보여준다.

도 6을 참조하면, 실시예 1로부터 얻은 250 nm 이중-면 ETFE 몰드의 다른 면으로부터 형성한 PMMA 임프린트된 구조체를 보여준다. 그러므로, PMMA 임프린트된 구조체의 임프린트된 표면 패턴의 채널 폭은 250nm 이다.

그러므로 도 3 및 도 6은 적어도 2개의 PMMA 임프린트된 구조체가 이중-면 임프린트된 ETFE 몰드를 사용하여 동시에 생성될 수 있음을 보여준다.

응용

개시된 공정들은 고분자 구조체 위에 임프린트를 형성하는 방법 및 고분자를 임프린팅하는데 사용될 수 있는 이중-면 임프린트된 기판 몰드를 형성하는 방법을 제공한다.

유리하게, 이중-면 임프린트된 기판 몰드는 가압 단계를 동시에 수행하는 경우 고분자 구조체의 생산을 2배 증가시킬 수 있다. 이것은 본 명세서에서 기술된 방법들을 사용하여 고분자 구조체들을 임프린팅할 때 발생되는 비용을 상당히 절감시킨다.

생산성을 향상시키기 위하여 단지 하나의 이중-면 임프린된 기판 몰드가 요구되므로, 유리하게도 본 명세서에 기술된 방법들은 추가적인 장치 또는 공정들에 대한 필요를 없앤다.

몰드의 일 면 위에 정의된 임프린트된 표면 패턴은 제2몰드의 것과 다를 수 있다. 이것은 반대면 위에 정의된 임프린트된 표면 패턴과 다른 제1면 위에 정의된 임프린트된 표면 패턴을 갖는 이중-면 기판 몰드를 임프린트하는 것을 가능하게 한다.

유리하게, 본 명세서에서 기술된 이중-면 임프린트된 기판 몰드는 단일 임프린트 공정에서 적어도 2개의 다른 유형의 고분자 구조체를 임프린트하는 것을 가능하게 한다.

유리하게, 본 명세서에서 기술된 임프린트된 기판 몰드는 유사하거나 다른 고분자 구조체의 연속적인 임프린트를 위하여 사용될 수 있다. 임프린트된 기판 몰드는 전성(展性)과 인가된 압력을 임프린트 영역으로 분배할 수 있는 능력 때문에 단단한 몰드의 사용에 대하여 더 유리하다. 게다가 본 명세서에서 기술된 임프린트된 기판 몰드는 기계적으로 정합적이고, 열적으로 안정하고 임프린팅 공정 중의 압력 및 온도에 견딜 수 있다.

유리하게도, 형성된 임프린트된 고분자 구조체로부터 기판을 떼어내기 쉬운 낮은 표면 에너지에 기인하여 반-적찹층과 같은 추가적인 표면 처리가 필요하지 않다.

기술 분야의 숙련된 이가 앞의 기술을 읽은 후에 본 발명의 정신 및 범위로부터 이탈하지 않고 본 발명의 다양한 다른 변형과 응용을 할 수 있음이 명백하며, 모든 그러한 변형과 응용은 첨부된 청구항들의 범위 내에 포함된다.

Claims

a) 제1면 위의 나노-크기 또는 마이크로-크기 범위의 정의된 임프린트된 표면 패턴 및 상기 제1면의 반대편의 제2면 위의 나노-크기 또는 마이크로-크기 범위의 정의된 임프린트된 표면 패턴을 갖는 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드를 제공하는 단계;
b) 상기 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드의 상기 제1면에 대하여 고분자 구조체를 가압하여 그 위에 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트를 형성하는 단계; 및
c) 상기 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드의 상기 제2면에 대하여 다른 고분자 구조체를 가압하여 그 위에 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트를 형성하는 단계;를 포함하고,
가압 단계 (b) 및 (c) 중 하나 이상이 1 MPa 내지 3 MPa 범위의 압력에서 수행되는 고분자 구조체 위의 임프린트 형성 방법.
제1 항에 있어서, 상기 가압 단계 (b) 및 상기 가압 단계 (c)는 동시에 일어나는 고분자 구조체 위의 임프린트 형성 방법.
제1 항에 있어서, 상기 할로겐화된 고분자는 불소화된 고분자인 고분자 구조체 위의 임프린트 형성 방법.
제3 항에 있어서, 상기 불소화된 고분자는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(ETFE), 퍼플루오로알킬(PFA), 불소화 에틸렌-프로필렌 공중합체(FEP), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 헥사플루오로프로필렌, 클로로트리플루오로에틸렌, 브로모트리플루오로에틸렌 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 고분자 구조체 위의 임프린트 형성 방법.
제4 항에 있어서, 상기 불소화된 고분자는 에틸렌 테트라플루오로에틸렌 (ETFE)인 고분자 구조체 위의 임프린트 형성 방법.
제1 항에 있어서, 상기 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드의 상기 제1면 위의 상기 정의된 임프린트된 표면 패턴은, 상기 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드의 상기 제1면의 반대편의 상기 제2면 위의 상기 정의된 임프린트된 표면 패턴과 동일한 고분자 구조체 위의 임프린트 형성 방법.
제1 항에 있어서, 상기 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드의 상기 제1면 위의 상기 정의된 임프린트된 표면 패턴은, 상기 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드의 상기 제1면의 반대편의 상기 제2면 위의 상기 정의된 임프린트된 표면 패턴과 다른 고분자 구조체 위의 임프린트 형성 방법.
제1 항에 있어서, 상기 고분자 구조체는 열가소성(thermoplastic) 고분자로 이루어진 고분자 구조체 위의 임프린트 형성 방법.
제8 항에 있어서, 상기 열가소성 고분자는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 이축 배향(biaxially oriented) 폴리 프로필렌(BOPP), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌, 폴리에틸렌(PE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리(아미드), 폴리아크릴, 폴리(부틸렌), 폴리(펜타디엔), 폴리비닐 클로라이드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리술폰, 폴리이미드, 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-부텐-프로필렌 터폴리머, 폴리옥사졸린, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리비닐피롤리돈 및 이들의 조합; 폴리-디메틸실록산(PDMS), 폴리(이소프렌), 폴리(부타디엔) 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 탄성체(elastomer), 고분자 블렌드 및 공중합체로부터 구성된 그룹으로부터 선택되는 고분자 구조체 위의 임프린트 형성 방법.
제9 항에 있어서, 상기 열가소성 고분자는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)를 포함하는 고분자 구조체 위의 임프린트 형성 방법.
제1 항에 있어서, 상기 가압 단계 (b) 및 (c)는 120℃ 내지 180℃ 의 범위의 온도에서; 1 MPa 내지 3 MPa 의 범위의 압력에서; 및 2분 내지 10분의 범위의 시간 동안 수행되는 고분자 구조체 위의 임프린트 형성 방법.
a) 나노-크기 또는 마이크로-크기 범위의 정의된 임프린트된 표면 패턴을 갖는 제1몰드를 할로겐화된 고분자 기판의 제1면에 대하여 가압하여 상기 할로겐화된 고분자 기판 위에 제1면의 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트를 형성하는 단계; 및
b) 상기 할로겐화된 고분자 기판의, 상기 제1면의 반대편의, 제2면에 대하여 나노-크기 또는 마이크로-크기의 범위의 정의된 임프린트된 표면 패턴을 갖는 제2몰드를 가압하여 상기 할로겐화된 고분자 기판 위에 제2면의 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트를 형성하고 그에 의하여 이중-면 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드를 형성하는 단계;를 포함하는 이중-면 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드의 제조 방법.
제12 항에 있어서, 상기 가압 단계 (a)와 상기 가압 단계 (b)는 동시에 일어나는 이중-면 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드의 제조 방법.
제12 항에 있어서, 상기 할로겐화된 고분자는 불소화된 고분자인 이중-면 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드의 제조 방법.
제14 항에 있어서, 상기 불소화된 고분자는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(ETFE), 퍼플루오로알킬(PFA), 불소화 에틸렌-프로필렌 공중합체(FEP), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 헥사플루오로프로필렌, 클로로트리플루오로에틸렌, 브로모트리플루오로에틸렌 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 이중-면 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드의 제조 방법.
제15 항에 있어서, 상기 불소화된 고분자는 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(ETFE)인 이중-면 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드의 제조 방법.
제12 항에 있어서, 상기 제1몰드의 상기 정의된 임프린트된 표면 패턴은 상기 제2몰드의 상기 정의된 임프린트된 표면 패턴과 동일한 이중-면 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드의 제조 방법.
제12 항에 있어서, 상기 제1몰드의 상기 정의된 임프린트된 표면 패턴은 상기 제2몰드의 상기 정의된 임프린트된 표면 패턴과 다른 이중-면 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드의 제조 방법.
제12 항에 있어서, 상기 제1몰드 및 상기 제2몰드는 실리콘, 금속, 세라믹, 고분자 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 이중-면 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드의 제조 방법.
제19 항에 있어서, 상기 제1몰드 및 상기 제2몰드는 실리콘을 포함하는 이중-면 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드의 제조 방법.
제12 항에 있어서, 상기 가압 단계 (a) 및 (b)는 200℃ 내지 220℃ 의 범위의 온도에서; 3 MPa 내지 6 MPa 의 범위의 압력에서; 및 10분 내지 30분의 범위의 시간 동안 수행되는 이중-면 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드의 제조 방법.
a) 할로겐화된 고분자 기판의 제1면에 대하여 나노-크기 또는 마이크로-크기의 범위의 정의된 임프린트된 표면 패턴을 갖는 제1몰드를 가압하여 상기 할로겐화된 고분자 기판 위에 제1면의 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트를 형성하는 단계;
b) 상기 할로겐화된 고분자 기판의, 상기 제1면의 반대편의, 제2면에 대하여 나노-크기 또는 마이크로-크기의 범위의 정의된 임프린트된 표면 패턴을 갖는 제2몰드를 가압하여 상기 할로겐화된 고분자 기판 위에 제2면의 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트를 형성하고 그에 의하여 이중-면 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드를 형성하는 단계;
c) 상기 이중-면 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드의 제1면에 대하여 고분자 구조체를 가압하여 그 위에 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트를 형성하는 단계; 및
d) 상기 이중-면 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드의 상기 제2면에 대하여 다른 고분자 구조체를 가압하여 그 위에 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트를 형성하는 단계; 를 포함하는 임프린트된 고분자 구조체의 제조 방법.
제22 항에 있어서, 상기 가압 단계 (a)와 상기 가압 단계 (b)는 동시에 일어나는 임프린트된 고분자 구조체의 제조 방법.
제22 항에 있어서, 상기 가압 단계 (c)와 상기 가압 단계 (d)는 동시에 일어나는 임프린트된 고분자 구조체의 제조 방법.
제22 항에 있어서, 상기 할로겐화된 고분자는 불소화된 고분자인 임프린트된 고분자 구조체의 제조 방법.
제25 항에 있어서, 상기 불소화된 고분자는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(ETFE), 퍼플루오로알킬(PFA), 불소화 에틸렌-프로필렌 공중합체(FEP), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 헥사플루오로프로필렌, 클로로트리플루오로에틸렌, 브로모트리플루오로에틸렌 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 임프린트된 고분자 구조체의 제조 방법.
제26 항에 있어서, 상기 불소화된 고분자는 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(ETFE)인 임프린트된 고분자 구조체의 제조 방법.
제22 항에 있어서, 상기 제1몰드의 상기 정의된 임프린트된 표면 패턴은 상기 제2몰드의 상기 정의된 임프린트된 표면 패턴과 동일한 임프린트된 고분자 구조체의 제조 방법.
제22 항에 있어서, 상기 제1몰드의 상기 정의된 임프린트된 표면 패턴은 상기 제2몰드의 상기 정의된 임프린트된 표면 패턴과 다른 임프린트된 고분자 구조체의 제조 방법.
제22 항에 있어서, 상기 이중-면 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드의 상기 제1면 위의 상기 정의된 임프린트된 표면 패턴은, 상기 이중-면 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드의 상기 제1면의 반대편의 상기 제2면 위의 상기 정의된 임프린트된 표면 패턴과 동일한 임프린트된 고분자 구조체의 제조 방법.
제22 항에 있어서, 상기 이중-면 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드의 상기 제1면 위의 상기 정의된 임프린트된 표면 패턴은, 상기 이중-면 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드의 상기 제1면의 반대편의 상기 제2면 위의 상기 정의된 임프린트된 표면 패턴과 다른 임프린트된 고분자 구조체의 제조 방법.
제22 항에 있어서, 상기 고분자 구조체는 열가소성 고분자로 이루어진 임프린트된 고분자 구조체의 제조 방법.
제32 항에 있어서, 상기 열가소성 고분자는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 이축 배향 폴리 프로필렌(BOPP), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌, 폴리에틸렌(PE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리(아미드), 폴리아크릴, 폴리(부틸렌), 폴리(펜타디엔), 폴리비닐 클로라이드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리술폰, 폴리이미드, 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-부텐-프로필렌 터폴리머, 폴리옥사졸린, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리비닐피롤리돈 및 이들의 조합; 폴리-디메틸실록산(PDMS), 폴리(이소프렌), 폴리(부타디엔) 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 탄성체(elastomer), 고분자 블렌드 및 공중합체로부터 구성된 그룹으로부터 선택되는 임프린트된 고분자 구조체의 제조 방법.
제33 항에 있어서, 상기 열가소성 고분자는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)를 포함하는 임프린트된 고분자 구조체의 제조 방법.
제22 항에 있어서, 상기 제1몰드 및 상기 제2몰드는 실리콘, 금속, 세라믹, 고분자 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 임프린트된 고분자 구조체의 제조 방법.
제35 항에 있어서, 상기 제1몰드 및 상기 제2몰드는 실리콘을 포함하는 임프린트된 고분자 구조체의 제조 방법.
제22 항에 있어서, 상기 가압 단계 (a) 및 (b)는 200℃ 내지 220℃ 의 범위의 온도에서; 3 MPa 내지 6 MPa 의 범위의 압력에서; 및 10분 내지 30분의 범위의 시간 동안 수행되는 임프린트된 고분자 구조체의 제조 방법.
제22 항에 있어서, 상기 가압 단계 (c) 및 (d)는 120℃ 내지 180℃ 의 범위의 온도에서; 1 MPa 내지 3 MPa 의 범위의 압력에서; 및 2분 내지 10분의 범위의 시간 동안 수행되는 임프린트된 고분자 구조체의 제조 방법.
나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트를 그 위에 갖는 임프린트된 고분자 구조체로서, 상기 임프린트된 고분자 구조체는 다음의 단계를 포함하는 방법에 의하여 제조된 임프린트된 고분자 구조체:
a) 제1면 위의 나노-크기 또는 마이크로-크기의 범위의 정의된 임프린트된 표면 패턴 및 상기 제1면의 반대편의 제2면 위의 나노-크기 또는 마이크로-크기의범위의 정의된 임프린트된 표면 패턴을 갖는 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드를 제공하는 단계;
b) 상기 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드의 상기 제1면에 대하여 고분자 구조체를 가압하여 그 위에 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트를 형성하는 단계; 및
c) 상기 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드의 상기 제2면에 대하여 다른 고분자 구조체를 가압하여 그 위에 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트를 형성하는 단계;
여기서, 가압 단계 (b) 및 (c) 중 하나 이상이 1 MPa 내지 3 MPa 범위의 압력에서 수행된다.
제1 항의 방법으로 제조된 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트를 그 위에 갖는 임프린트된 고분자 구조체.
제22 항의 방법으로 제조된 임프린트된 고분자 구조체.
나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트를 그 위에 갖는 이중-면 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드로서, 상기 이중-면 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드는 다음의 단계를 포함하는 방법에 의하여 제조된 이중-면 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드:
a) 할로겐화된 고분자 기판의 제1면에 대하여 나노-크기 또는 마이크로-크기의 범위의 정의된 임프린트된 표면 패턴을 갖는 몰드를 가압하여 상기 할로겐화된 고분자 기판 위에 제1면의 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트를 형성하는 단계; 및
b) 상기 할로겐화된 고분자 기판의, 상기 제1면의 반대편의, 제2면에 대하여 나노-크기 또는 마이크로-크기의 범위의 정의된 임프린트된 표면 패턴을 갖는 다른 몰드를 가압하여 상기 할로겐화된 고분자 기판 위에 제2면의 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트를 형성하고 그에 의하여 그 위에 나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트를 갖는 상기 이중-면 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드를 형성하는 단계.
나노-크기 또는 마이크로-크기의 임프린트를 그 위에 갖는 이중-면 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드로서, 상기 이중-면 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드는 적어도 2개의 고분자 구조체를 임프린팅하기 위한 것이고, 상기 임프린팅이 1 MPa 내지 3 MPa 범위의 압력에서 수행되는 이중-면 임프린트된 할로겐화된 고분자 기판 몰드.
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