KR20090035936A - The formative method of functional nano pattern - Google Patents

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Abstract

A method for forming functional nano pattern is provided to directly apply specific functions to 3D surface-modified nano pattern. A method for forming functional nano pattern is characterized by activating surface of nano structure having nano-sized protrusions in order to be covalently bonded with organic materials and contacting a stamp(100) coated with organic materials to the nano structure surface so as to immobilize the organic materials by the nano-sized protrusions. A substrate(102) having nano structure with nano-sized protrusions is transferred by a nano imprint method using intaglio structure of anodized aluminum oxide. The method for activating the surface of the substrate is processed through a plasma treatment. The plasma treatment represents oxygen plasma or ammonia plasma.

Description

기능성 나노패턴의 형성방법{The formative method of functional nano pattern}The formative method of functional nano pattern

본 발명은 기능성 나노패턴의 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양극산화 알루미늄을 나노미터 크기의 돌출형상을 갖는 나노구조 표면으로 형성한 후, 이를 플라스틱 기판에 나노임프린트 한 후, 암모니아 플라스마 방법등으로 표면을 활성화하고, 단백질 등과 같은 유기물 분자가 도포된 평면 스템프를 나노구조 표면 위에 누름으로써 나노구조의 돌출 부분에 선택적으로 유기물을 고정화하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of forming a functional nanopattern, and more particularly, after forming anodized aluminum into a nanostructured surface having a nanometer-sized protrusion, nanoimprinting it on a plastic substrate, and then ammonia plasma method. The method of the present invention relates to a method of selectively immobilizing organic materials on protruding portions of nanostructures by activating a surface and pressing planar stamps coated with organic molecules such as proteins onto the surface of the nanostructures.

스탬프를 직접 기판에 접촉하여 패턴을 전사하는 컨택 프린팅 (contact printing) 기술은 포토마스크(photomask)나 스태퍼(stepper) 등과 같은 고가의 장비나 독성화합물 등의 사용을 배제하면서도 간단한 방법으로 마이크로 미터 수준의 패턴을 효과적으로 제작할 수 있다는 장점이 있다. Contact printing technology, which transfers patterns by directly contacting the stamp to the substrate, eliminates the use of expensive equipment such as photomasks and steppers, or toxic compounds, but in a simple way at the micrometer level. There is an advantage that the pattern can be effectively produced.

스탬프는 주로 액상인 폴리디메틸실록세인(polydimethylsiloxane, PDMS)의 단량체 또는 초기 중합체를 경화제와 함께 섞어 역상으로 패턴화된 마스터 몰드에 부어 탄성체로 경화시켜 제작한다. PDMS 외에도 폴리 우레탄(polyurethane, PU), 노볼락(Novolac) 등의 탄성재료들이 있으나 PDMS는 좋은 탄성체일 뿐 아니라 화학적 안정성도 높은 편이고 그러면서도 플라즈마처리, 또는 플라즈마 처리 후 적절한 자기조립 유기물 박막의 형성 등과 같은 방법을 통한 표면 개질이 가능한 데다가, 특히 다공성 물질이므로 스태핑시 가해지는 압력에 의해 발생하는 공기가 후방 및 측방으로 적절하게 릴리즈될 수 있으며, 표면에 도포된 물질의 흡수 및 배출이 용이하여 종합적으로 효율적 기판전사에 매우 적합한 소재로 알려져 있다. 하지만 탄성체라는 물질 자체의 특성상 제작 가능한 스탬프의 해상도에는 일정한 한계가 존재하게 되며, 최근에는 hard PDMS 등을 이용하여 이러한 한계를 극복하기 위한 시도가 학술적 차원에서 이루어지고 있으나, 이는 탄성의 감소로 인하여 어느 정도 굴곡이 있는 표면 까지도 무리 없이 프린팅 해 낼 수 있었던 균일 접촉 특성이 반감하는 등 새로운 문제를 유발할 것으로 보인다. The stamp is produced by hardening an elastomer by mixing a monomer or an initial polymer of a polydimethylsiloxane (PDMS), which is mainly a liquid, with a curing agent and pouring it into a reversed patterned master mold. In addition to PDMS, there are elastic materials such as polyurethane (PU) and Novolac, but PDMS is not only a good elastomer, but also has high chemical stability, and is suitable for plasma treatment or formation of an appropriate self-assembled organic thin film after plasma treatment. It is possible to modify the surface through the method, and in particular, since it is a porous material, air generated by the pressure applied during stepping can be properly released to the rear and side, and the absorption and discharge of the material applied to the surface can be easily performed. It is known as a very suitable material for substrate transfer. However, due to the nature of the elastic material itself, there is a certain limit to the resolution of the stamp that can be manufactured. Recently, attempts to overcome this limitation by using hard PDMS have been made at the academic level. Even the surface with the degree of curvature may cause new problems such as the loss of the uniform contact characteristics that could be printed without difficulty.

미세 패턴의 제작 기술은 전자소자 제작 시 이용되고 있는 광리소그래피(photolithography)의 막대한 경제적 파급효과에 힘 입어 이를 대체할 차세대 기술(next generation lithography, NGL)의 개발이 지난 십 수년간 경쟁적으로 이루어져 오면서 다양화 되었고, 그 결과 주사탐침현미경(scanning probe microscope, SPM)을 이용한 방법이라던가 나노임프린트 미세패턴기술(nanoimprinting lithography, NIL), 마이크로 컨택 프린팅(micro contact printing) 기술 등 비교적 간단한 장비와 공정만으로 만족할 만한 수준의 패턴을 제작할 수 있는 유용한 기술들이 확보되었고 최근에는 이들을 이용한 각종 응용연구들이 잇따르고 있다.The fine pattern fabrication technology has been diversified in the past decades with the development of next generation lithography (NGL) to replace it, thanks to the enormous economic ripple effect of photolithography used in electronic device manufacturing. As a result, using a scanning probe microscope (SPM) method, nanoimprinting lithography (NIL), micro contact printing (micro contact printing) technology, such as relatively simple equipment and processes are satisfactory Useful techniques for producing patterns have been secured, and recently, various researches using them have been continued.

이러한 주변환경의 변화는, 미세패턴의 해상도를 높이는데 경쟁적이었던 기 존의 상황에서, 적절한 해상도의 패턴을 얼마나 쉽게, 얼마나 큰 면적에, 얼마나 대량으로 제작하여 이를 이용한 응용연구나 기술개발에 이용할 수 있느냐의 여부로 기술개발 구도의 축을 옮기게 하였다.Such changes in the surrounding environment can be used for application research or technology development by using how easily, at a large area, and how large a pattern of a suitable resolution can be produced in a conventional situation in which the resolution of a fine pattern is competitive. Whether it exists or not, the axis of technology development is shifted.

특히 마이크로미터에서 더 나아가 나노미터 크기의 패턴제작이 가능하게 되면서, 나노미터 수준의 구조물을 제작하고 그 위에서 각종 생명공학적 실험들을 수행하는 이른바 나노 바이오 연구에 있어서 이와 같은 패턴 제작 기술은 가장 기본적으로 요구되는 핵심 요건이라 할 수 있다. 또한 제작한 패턴 위에 단백질 등 생명공학적으로 활성이 있는 각종 생체 분자들을 고정화하는 것은 바이오 센서를 근간으로 하는 진단 키트의 개발은 물론, 세포의 거동에 대한 연구 수행, 조직공학에의 응용 등 그 기대되는 파급 영역의 범위가 매우 넓다. 하지만 대개의 경우 생체분자의 고정화 기술은 아직도 유리나 몇 가지 플라스틱 평판 위에 세포의 고정화를 위하여 ECM (extra cellular matrix) 단백질이 포함된 칵테일을 도포한다거나, 면역학적으로 짝이 되는 물질을 피펫을 이용하여 거칠게 찍어가며 점착시키는 등 그 양적, 설계적 측면에 있어서 비선택적(nonselective)이며 비특이적(nonspecific)인 방법으로 이루어지고 있으며, 정밀화학을 도입한 분자 수준의 설계기술을 도입한 사례는 찾아보기 힘들다.In particular, as nanometer-sized patterns can be manufactured further from micrometers, such a pattern making technique is most fundamentally required in the so-called nano bio research, which manufactures nanometer-level structures and performs various biotechnological experiments thereon. This is a key requirement. In addition, immobilizing various biotechnologically active biomolecules such as proteins on the fabricated pattern is expected not only for the development of biosensor-based diagnostic kits, but also for the study of cell behavior and application to tissue engineering. The range of ramifications is very wide. In most cases, however, biomolecule immobilization techniques still apply a cocktail containing extra cellular matrix (ECM) proteins to glass or some plastic plates, or use a pipette to roughen an immunologically mated material. It is made of nonselective and nonspecific methods in terms of its quantitative and design aspects such as dipping and sticking, and there are hardly any examples of introducing molecular-level design technology using fine chemistry.

본 발명은 나노 임프린트 기술을 이용하여 플라스틱 평판을 패턴화하고, 이렇게 만들어진 3차원적 나노 구조물의 표면에 생체분자인 단백질을 비롯한 각종 감지 물질을 선택적으로 고정화하는 기술을 제공한다.The present invention provides a technique for patterning plastic plates using nanoimprint technology and selectively immobilizing various sensing materials including proteins, which are biomolecules, on the surface of the three-dimensional nanostructures thus made.

이를 위한 본 발명은 나노미터 크기의 돌출형상을 갖는 나노구조 표면을 갖는 기판에 유기물 분자가 공유결합할 수 있도록 표면을 활성화하고, 상기 유기물 분자가 도포된 스템프를 나노구조 표면에 접촉시켜 나노구조의 돌출 부분에 의해 유기물을 고정함을 특징으로 하는 기능성 나노패턴의 형성방법이다. 나노미터 크기의 돌출형상을 갖는 나노구조 표면을 갖는 기판은 해당 구조의 음각구조의 양극산화 알루미늄을 나노임프린트 방법에 의해 전사되는 것이 바람직하며, 상기 기판상의 표면활성화 방법은 플라즈마 처리를 통하여 이루어질 수 있다. 상기 기판상의 표면활성화 방법은 기판에 아민기, 수산기, 카르복시기, 알데히드기 및 실란기로 이루어지는 군으로부터 선택하여 이를 도입하여 이루어질 수 있으며, 상기 기판은 폴리스티렌(polystyrene), 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 및 폴리카보네이트(polycarbonate)로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 이를 단계별로 정리하면, 알루미늄을 양극산화시켜 돌출된 형태의 나노구조 형상을 형성시키는 단계; 상기 양극산화 알루미늄을 몰드로 사용하여 플라스틱 기판을 나노임프린팅시키 는 단계; 상기 플라스틱 기판을 플라즈마 처리하여 표면에 기능성을 부여하는 단계; 스템프에 상기 플라스틱 기판 표면과 결합가능한 유기물을 잉킹하는 단계; 상기 스탬프를 플라스틱 기판에 접촉하여 유기물을 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 나노패턴의 형성방법이라 할 수 있다. The present invention for this purpose is to enable the surface of the organic structure to covalently bond the organic molecules to the substrate having a nanostructured surface having a nanometer-sized protrusion, and contact the nano-structured surface with the stamp coated with the organic molecules It is a method of forming a functional nano pattern characterized in that the organic material is fixed by the protruding portion. Substrate having a nanostructured surface having a nanometer-sized protrusion is preferably transferred to the anodized aluminum anodized structure of the structure by a nanoimprint method, the surface activation method on the substrate may be carried out by plasma treatment. . The surface activation method on the substrate may be made by selecting from the group consisting of an amine group, a hydroxyl group, a carboxyl group, an aldehyde group and a silane group on the substrate, the substrate is made of polystyrene, polymethylmethacrylate (polymethylmethacrylate, PMMA) It may be selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), and polycarbonate. To summarize this step by step, anodizing aluminum to form a protruding nanostructure shape; Nanoimprinting a plastic substrate using the anodized aluminum as a mold; Plasma treating the plastic substrate to impart functionality to the surface; Inking an organic compound that is bondable to the surface of the plastic substrate on a stamp; The method of forming a functional nanopattern may include fixing the organic material by contacting the stamp with a plastic substrate.

양극산화 알루미늄을 이용한 나노임프린트 방법과 함께 컨택 프린팅의 개념을 역으로 이용하여 평판 스탬프를 이용함으로써, 대면적의 유기물 나노패턴을 쉽고 싸게 대량생산할 수 있도록 하였다.In addition to the nanoimprint method using anodized aluminum, the concept of contact printing is used in reverse, and flat stamps are used to easily and cheaply mass-produce large-area organic nanopatterns.

또한, 기존의 컨택 프린팅 기술이 평면 기판 위에 선택적 개질 기술을 제공하고, 주로 기판의 식각 등을 통한 해당 기판의 패턴화를 목적으로 하는데 반하여, 본 발명은 3차원적으로 이미 구조화된 나노 패턴을 선택적으로 표면 개질하여 직접적으로 특정 기능성을 부여하는 것을 가능하게 하였다는 차별화된 방법론과 목적성을 가진다.In addition, while the existing contact printing technology provides a selective modification technique on a planar substrate, and mainly for the purpose of patterning the substrate through the etching of the substrate, etc., the present invention selects a nano-pattern structured three-dimensional already It has a differentiated methodology and purpose that it is possible to directly impart specific functionality by surface modification.

이하 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail, and in describing the present invention, detailed descriptions of related well-known technologies or configurations are omitted in order not to obscure the subject matter of the present invention.

본 발명은 양극산화 알루미늄(anodized aluminum oxide, AAO)으로 만들어진 몰드를 이용하여 나노임프린트 기법으로 폴리스티렌(polystyrene, PS) 등의 평판위에 패턴을 전사하고, 패턴 표면을 암모니아 플라즈마 처리하여 패턴 표면에 아민 기능기를 도입, 여기에 세포외기질 단백질의 하나인 Fibronectin을 도포한 평판 PDMS를 접촉하여 선택적 고정화를 유도하는 실시예를 그 하나로 하여 실시하였다. The present invention transfers a pattern onto a flat plate such as polystyrene (PS) using a nanoimprint technique using a mold made of anodized aluminum oxide (AAO), and ammonia plasma treatment of the pattern surface to form an amine function. The group was introduced, and an example of inducing selective immobilization by contacting plated PDMS coated with Fibronectin, which is one of the extracellular matrix proteins, was performed.

AAO는 간단한 전기화학반응에 의하여 알루미늄 표면상에 단단하고 투명한 산화 피막을 일정한 형태로 제조할 수 있는 표면처리 기술이며, 광범위한 용도의 장식용, 건축용 피막처리, 가전 제품, 스포츠용품, 방산 제품, 기계부품 등에 산업적으로 이미 널리 이용되고 있는데, 특히 형성되는 피막이 제작 조건에 따라 나노미터 수준에서 제어 가능한 일정한 구조를 가지고 있다. AAO is a surface treatment technology that can produce a solid and transparent oxide film on a surface of aluminum by simple electrochemical reaction. It is used for a wide range of decorative, architectural coatings, home appliances, sporting goods, defense products, and mechanical parts. It is already widely used industrially, etc. In particular, the film to be formed has a certain structure that can be controlled at the nanometer level according to the manufacturing conditions.

한편 나노임프린트는 단단한 패턴이 형성된 몰드를 이용하여 이를 대상 기판에 강한 압력으로 균일하게 눌러서 음각의 패턴을 전사시키는 기술로, 간단한 방법으로 여러 개의 전사 패턴을 제작할 수 있다는 장점이 있다. 또한, PS를 비롯하여 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl- methacrylate, PMMA), 폴리 카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 등의 플라스틱 평판은 그 유리전이 온도가 상온을 넘어서는 고분자 평판들로서, AAO와 NIL을 접목하여 이들 기판 위에 제작한 나노 패턴들은 잘 제어된 크기와 형태의 패턴 및 패턴 간격을 이루고 있어 본 발명의 결과를 효과적으로 보여주기에 매우 적합한 나노 구조물이라 할 수 있다. On the other hand, nanoimprint is a technology that transfers the intaglio pattern by uniformly pressing it with a strong pressure on the target substrate by using a mold having a rigid pattern, which has the advantage of making a plurality of transfer patterns by a simple method. In addition, plastic plates such as PS, polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), and polyethylene terephthalate (PET) have polymer plates whose glass transition temperature exceeds room temperature. For example, the nano-patterns fabricated on these substrates by combining AAO and NIL form well-controlled patterns and patterns with a well-controlled size and shape, and thus are very suitable nanostructures to effectively show the results of the present invention.

PS 등의 플라스틱 기판은 탄소를 기본 골격으로 하는 고분자 물질로써, 이에 산소나 암모니아 등의 플라즈마 처리를 하게 되면 수산기(hydroxyl group, -OH)나 아민기(amine group, -NHx)등의 화학 기능기를 표면에 도입할 수 있다. 이렇게 표면에 도입된 화학 기능 기들은 카르복시기(carboxylic acid, -COOH), 알데히드(aldehyde, -COH), 에폭시 (epoxy), 실레인(silane)등의 화학 기능 기를 포함하는 유기물분자들을 화학적 공유결합을 통하여 강력하게 표면 고정화할 수 있어 매우 유용하다. 또는 이들을 직접 도입할 수도 있다. 플라즈마의 높은 반응성을 이용하여 반응성이 없는 고분자 물질의 표면을 편리하게 기능성화 할 수 있다. 이 메카니즘은 비중합 가스 플라즈마를 수반하여 플라즈마 반응 중에 반응성 물질 표면에 공유 결합을 하는 반응성 분자 조각들을 생성한다. 화학 결합을 끊기 위해 외부에서 따로 열을 가해 줄 필요가 없기 때문에 낮은 온도에서도 공정이 가능하다. 고분자의 표면을 필요로 하는 기능성 기를 갖도록 하기 위해 필요한 기에 따라 각각의 플라즈마 형태를 사용한다. 예컨대 아민기를 도입하기 위하여 N2H4 RF 플라즈마를 사용할 수 있으며, Oxygen RF 플라즈마를 사용하여 수산기 등을 도입할 수 있다. Plastic substrates such as PS are carbon-based high molecular substances. When plasma treatment with oxygen or ammonia is applied, chemical functional groups such as hydroxyl group (-OH) and amine group (-NHx) are used. Can be introduced to the surface. The chemical functional groups introduced on the surface are chemically covalently bonded to organic material molecules including chemical functional groups such as carboxylic acid (-COOH), aldehyde (aldehyde, -COH), epoxy, silane, etc. The surface can be strongly immobilized, which is very useful. Alternatively, these may be introduced directly. By utilizing the high reactivity of the plasma it is possible to conveniently functionalize the surface of the non-reactive polymer material. This mechanism involves a non-polymerized gas plasma to generate reactive molecular fragments that covalently bond to the surface of the reactive material during the plasma reaction. The process can be performed at low temperatures because there is no need to heat it externally to break the chemical bond. Each plasma form is used depending on the group needed to have the functional groups that require the surface of the polymer. For example, an N 2 H 4 RF plasma may be used to introduce an amine group, and a hydroxyl group or the like may be introduced using an Oxygen RF plasma.

도 1은 패턴화된 표면 위에 유기물질을 선택적으로 고정화하는 본 발명의 개략 공정을 나타낸 모식도이다. 패턴이 형성된 플라스틱 기판(102)에 화학적 기능기가 도입되며, 스템프(100)에 상기 화학적 기능기와 결합할 수 있는 잉킹물질(101)을 도포하여 이를 접촉시켜 고정화를 유도하는 것이다.  1 is a schematic diagram illustrating a schematic process of the present invention for selectively immobilizing an organic material on a patterned surface. A chemical functional group is introduced to the patterned plastic substrate 102, and an inking material 101 capable of bonding to the chemical functional group is coated on the stamp 100 to contact the inductive material to induce immobilization.

도 5는 본 발명의 기술적 핵심 사항을 이용하여 또 다른 방법으로 선택적 개 질을 유도한 사례를 보여주고 있다. 도 5의 공정은 패턴화된 표면을 갖는 기판(102)을 다른 물질로 미리 개질한 표면(702)으로 대체하였을 뿐, 본 발명의 기술적 핵심 사항인 리버스 컨택 프린팅의 개념을 그대로 따르고 있다. 잉킹물질(701a)이 선택적으로 결합된 상태를 보이고 있다(701b).5 shows an example of inducing selective modification by another method using the technical core of the present invention. The process of FIG. 5 replaces the substrate 102 with the patterned surface with a surface 702 previously modified with another material, but still follows the concept of reverse contact printing, which is a technical core of the present invention. The inking material 701a is shown to be selectively coupled (701b).

이하, 본 발명의 실시 예를 통하여 본 발명을 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the present invention.

<AAO로 만들어진 몰드의 제작><Production of mold made of AAO>

알루미늄 양극 산화 기술을 이용하여 반복적이며 그 크기가 나노 미터 수준으로 제어된 미세 구조물을 제작한다. 우선, 알루미늄 기판을 25% 과염소산 에탄올 용액에 넣고 약 5분간 20V의 전위를 가해 주며, 온도는 7°C로 유지한다. 이후 0.1M 인산용액에서 10시간 동안 0°C, 193V의 조건으로 양극산화 시키고, 크롬산 용액(크로믹옥사이드 9g + 인산 20.3ml + 증류수 = 500ml)에 65°C를 유지하며 12시간 동안 담궈 둔다. 다시 0.1M 인산용액에서 5시간 동안 0°C, 193V의 조건으로 양극산화 시킨다. 이 후에는 인산용액(인산 5.765g + 증류수=500ml)에 30°C를 유지하며 2시간 반 또는 네 시간 동안 담궈 몰드 형태를 완성시킨다. Aluminum anodization techniques are used to fabricate microstructures that are iterative and size controlled at the nanometer level. First, the aluminum substrate is placed in a 25% perchloric acid ethanol solution, and a potential of 20 V is applied for about 5 minutes, and the temperature is maintained at 7 ° C. After anodizing at 0.1 ° C solution for 10 hours at 0 ° C, 193V, and immersed for 12 hours while maintaining 65 ° C in chromic acid solution (chromic oxide 9g + 20.3ml phosphoric acid + distilled water = 500ml). Again anodize at 0 ° C and 193V for 5 hours in 0.1M phosphate solution. After this, maintain the 30 ° C in phosphoric acid solution (phosphate 5.765g + distilled water = 500ml) and immerse for 2 and a half hours or four hours to complete the mold form.

도 2에 이와 같은 공정으로 제작한 AAO 몰드의 주사 전자 현미경 사진을 나타내었다.The scanning electron micrograph of the AAO mold produced by such a process is shown in FIG.

<패턴의 플라스틱 기판으로의 전사><Transfer of Pattern to Plastic Substrate>

위에서 제작한 미세 구조물을 몰드로 이용하여 해당 패턴의 음각패턴을 플라스틱 기판에 나노임프린트 방법을 이용하여 전사한다. 플라스틱 기판은 폴리스티렌(PS)를 사용하였다. 이 방법은 고분자 필름이 금형상에 스핀코팅될 때, 고분자층이 금형 표면의 패턴에서 스핀코팅 방법으로 간단하게 플라스틱 평판(고분자 필름)에 전사할 수 있음을 의미한다. 그것은 고분자 필름이 코팅된 금형을 단순히 기판상에 올리고 유리 전이 온도 정도로 가열하여 패턴을 플라스틱에 전사하는 방식이다. 이 방법의 주요 관건은 금형이 기판보다 낮은 표면에너지를 가져야 하고, 고분자 필름이 기판과 높은 밀착력을 가져야 하고, 몰드에서 필름이 결함을 가지지 않고 분리되어야 한다. Using the above-described microstructure as a mold, the intaglio pattern of the pattern is transferred to the plastic substrate using a nanoimprint method. The plastic substrate used polystyrene (PS). This method means that when the polymer film is spin coated onto the mold, the polymer layer can be simply transferred to the plastic plate (polymer film) by the spin coating method in the pattern of the mold surface. It is simply a method in which a polymer film-coated mold is simply placed on a substrate and heated to a glass transition temperature to transfer the pattern to the plastic. The main key to this method is that the mold must have a lower surface energy than the substrate, the polymer film must have high adhesion to the substrate, and the film must be separated from the mold without defects.

<플라스틱 기판의 플라즈마 처리>Plasma treatment of plastic substrates

위에서 제작한 PS 패턴에 암모니아 플라즈마(N2H4 RF 플라즈마)를 처리하여 패턴 표면에 아민 화학 기능기를 도입한다. 플라즈마의 높은 반응성을 이용하여 반응성이 없는 고분자 물질의 표면을 편리하게 기능성화 할 수 있다. Ammonia plasma (N 2 H 4 RF plasma) is treated to the PS pattern prepared above to introduce amine chemical functional groups to the pattern surface. By utilizing the high reactivity of the plasma it is possible to conveniently functionalize the surface of the non-reactive polymer material.

도 3a는 이렇게 제작한 패턴의 표면에 대한 질소 원소에 대한 XPS 분석 결과이다. 대부분 1차 아민의 형태를 띠며 일부가 이온 형태로 존재한다는 것을 알 수 있다. 도 3b는 제작된 패턴의 표면에 대한 주사 현미경 사진이다.3A is an XPS analysis result of nitrogen element on the surface of the pattern thus produced. It can be seen that most of them are in the form of primary amines and some exist in ionic form. 3B is a scanning micrograph of the surface of the fabricated pattern.

<스템프의 제작><Stamp Making>

PDMS를 석영 웨이퍼 위에 부어 평판 모양의 스탬프를 제작한다. 상기 제작된 PDMS is poured onto a quartz wafer to produce a flat stamp. Produced above

PDMS에 위에서 제작한 아민화된 표면을 가지는 플라스틱 패턴의 표면과 화학적 공유결합을 이룰 수 있는 물질을 잉킹한다. 본 발명에서는 50 μg/mL의 fibronectin 용액을 제조하고 제작한 PDMS 스탬프의 평평한 쪽 하단을 잠기도록 담그어 잉킹하였다. 또한 일반적인 방법의 비 선택된 표면 개질된 스템프에 fibronectin을 잉킹한 것도 실시하였다. Inking the PDMS material capable of chemically covalent bonding with the surface of the plastic pattern having the aminated surface prepared above. In the present invention, 50 μg / mL of the fibronectin solution was prepared and inked soaked to the bottom of the flat side of the prepared PDMS stamp. In addition, fibronectin inking was performed on non-selected surface-modified stamps of the general method.

<고정화><Fixation>

위에서 제작한 잉킹된 PDMS를 상기 PS 기판의 표면에 접촉하여 화학적 공유결합을 통한 고정화를 유도하였다. The inked PDMS fabricated above was in contact with the surface of the PS substrate to induce immobilization through chemical covalent bonds.

도 4a에 이와 같은 공정으로 패턴의 꼭대기 부분에만 선택적으로 유기물인 fibronectin이 고정화된 미세 패턴의 주사 현미경 사진이 보여지며, 도 4b는 fibronectin을 용액의 형태로 패턴 표면에 접촉시킨 결과에 대한 주사 현미경 사진이다. 도 4a와 대조적으로 패턴의 전면적에 걸쳐 비선택적으로 고르게 고정화가 진행된 것을 확인할 수 있다. Figure 4a shows a scanning micrograph of a micropattern in which the organic material fibronectin is selectively immobilized only at the top of the pattern by this process, Figure 4b is a scanning micrograph of the result of contacting the fibronectin in the form of a solution on the pattern surface to be. In contrast to FIG. 4A, it can be seen that immobilization proceeded non-selectively evenly over the entire surface of the pattern.

이상 상술한 바와 같이 본 발명의 기술적 구성은 본 발명의 기술적 핵심사항이나 필수적으로 수반되는 조건, 즉 나노임프린트 방법과 리버스 컨택 프린팅의 동시 사용이라는 개념을 유지한 채 다른 구체적인 형태로 실시 될 수도 있기 때문에, 본 발명에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것으로 해석되어야 하고, 한정적인 것으로 이해되어서는 안 된다는 것을 이해할 수 있을 것이다. As described above, the technical configuration of the present invention may be embodied in other specific forms while maintaining the concept of the technical core of the present invention or essential accompanying conditions, that is, simultaneous use of the nanoimprint method and reverse contact printing. It will be appreciated that the embodiments described herein are to be construed as illustrative in all respects and should not be construed as limiting.

따라서 본 발명의 구체적 범위는 상기 기술한 실시 예 보다는 전술하고 있는 특허청구범위에 의하여 한정 지어지며, 특허청구 범위의 의미와 범위 및 그 등가적 개념으로 도출되는 모든 변경 및 변형된 형태를 본 발명의 범위로 포함하여 해석하여야 한다.Therefore, the specific scope of the present invention is defined by the above-described claims rather than the embodiments described above, and all changes and modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts thereof may be used. It should be interpreted as including the scope.

도 1은 리버스 컨택 프린팅의 개념을 설명하는 공정 단면도.1 is a cross-sectional view illustrating the concept of reverse contact printing.

도 2는 알루미늄 양극산화 기법에 의해 형성된 미세 패턴의 SEM 결과 사진.Figure 2 is a SEM result photograph of the fine pattern formed by the aluminum anodization technique.

도 3a는 PS기판 위에 전사 된 미세 패턴을 암모니아 플라즈마 처리한 뒤 얻은 표면의 XPS 결과.Figure 3a is an XPS result of the surface obtained after ammonia plasma treatment of the fine pattern transferred on the PS substrate.

도 3b는 암모니아 플라즈마 처리한 미세 패턴의 SEM 결과 사진.Figure 3b is a SEM photograph of the fine pattern treated with ammonia plasma.

도 4a는 본 발명의 실시 예를 이용하여 선택적으로 표면 개질 된 미세 패턴의 SEM 결과 사진.4A is a SEM result photograph of a fine pattern selectively surface modified using an embodiment of the present invention.

도 4b는 본 발명의 실시 예와 대비되는 비 선택적으로 표면 개질 된 미세 패턴의 SEM 결과 사진.Figure 4b is a SEM result photograph of the non-selectively surface modified fine pattern in contrast with the embodiment of the present invention.

도 5a는 본 발명의 기술적 핵심 사항을 이용한 다양한 선택적 개질 방법을 보여주는 공정 단면도.5A is a process cross-sectional view illustrating various selective modification methods utilizing the technical core of the present invention.

도 5b는 도 5a의 공정으로 제작한 선택적 개질 된 패턴의 단면도.FIG. 5B is a cross-sectional view of the selectively modified pattern produced by the process of FIG. 5A. FIG.

Claims (8)

나노미터 크기의 돌출형상을 갖는 나노구조 표면을 갖는 기판에 유기물 분자가 공유결합할 수 있도록 표면을 활성화하고, 상기 유기물 분자가 도포된 스템프를 나노구조 표면에 접촉시켜 나노구조의 돌출 부분에 의해 유기물을 고정함을 특징으로 하는 기능성 나노패턴의 형성방법.The organic material is activated by covalent bonding of organic molecules to a substrate having a nanostructured surface having a nanometer-sized protrusion, and the stamp coated with the organic molecules is brought into contact with the surface of the nanostructure to form an organic material by the protruding portion of the nanostructure. Method for forming a functional nanopattern, characterized in that for fixing. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 나노미터 크기의 돌출형상을 갖는 나노구조 표면을 갖는 기판은 해당 구조의 음각구조의 양극산화 알루미늄을 나노임프린트 방법에 의해 전사된 것을 특징으로 하는 방법. And a substrate having a nanostructured surface having a nanometer-sized protrusion, wherein the anodized aluminum anodized structure of the structure is transferred by a nanoimprint method. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 기판상의 표면활성화 방법은 플라즈마 처리를 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.And the surface activation method on the substrate is carried out through a plasma treatment. 제 3항에 있어서, 상기 플라즈마 처리는 산소플라즈마 또는 암모니아 플라즈마인 것을 특징으로 하는 방법.4. The method of claim 3, wherein the plasma treatment is oxygen plasma or ammonia plasma. 제 1항 내지 제 4항의 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 기판상의 표면활성화 방법은 기판에 아민기, 수산기, 카르복시기, 알데히드기 및 실란기로 이루어지는 군으로부터 선택하여 이를 도입하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.The method for surface activation on the substrate is characterized in that it is selected from the group consisting of amine groups, hydroxyl groups, carboxyl groups, aldehyde groups and silane groups and introduced into the substrate. 제 1항 내지 제 4항의 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 기판은 폴리스티렌(polystyrene), 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 및 폴리카보네이트(polycarbonate)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.The substrate is selected from the group consisting of polystyrene, polymethylmethacrylate (PMMA), polyethylene terephthalate (PET), and polycarbonate. 제 1항 내지 제 4항의 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 스템프는 PDMS 또는 이와 유사한 탄성 재료를 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.And said stamp uses PDMS or similar elastic material. 알루미늄을 양극산화시켜 돌출된 형태의 나노구조 형상을 형성시키는 단계;Anodizing aluminum to form a nanostructure shape of a protruding shape; 상기 양극산화 알루미늄을 몰드로 사용하여 플라스틱 기판을 나노임프린팅시키는 단계;Nanoimprinting a plastic substrate using the anodized aluminum as a mold; 상기 플라스틱 기판을 플라즈마 처리하여 표면에 기능성을 부여하는 단계;Plasma treating the plastic substrate to impart functionality to the surface; 스템프에 상기 플라스틱 기판 표면과 결합가능한 유기물을 잉킹하는 단계;Inking an organic compound that is bondable to the surface of the plastic substrate on a stamp; 상기 스탬프를 플라스틱 기판에 접촉하여 유기물을 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 나노패턴의 형성방법.And contacting the stamp with a plastic substrate to fix the organic material.
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