KR20100024049A - Hierarchical structure and method for manufacturing the same - Google Patents

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KR20100024049A KR1020080082721A KR20080082721A KR20100024049A KR 20100024049 A KR20100024049 A KR 20100024049A KR 1020080082721 A KR1020080082721 A KR 1020080082721A KR 20080082721 A KR20080082721 A KR 20080082721A KR 20100024049 A KR20100024049 A KR 20100024049A
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Abstract

PURPOSE: A layered structure and a method for manufacturing the same are provided to minimize or remove after treatment by reducing the size of blocks in the minimum scale area. CONSTITUTION: A layered structure comprises one or more nano objects arranged in a specific pattern. The nano objects have a length of 1~100 nano-meters and are formed in the matrix of the layered structure. The nano object is one of quantum dot, nano sphere, nano particle, nano tube, nano wire, and line pattern.

Description

계층화 구조물 및 그 제조 방법{Hierarchical Structure and Method for Manufacturing the same}Hierarchical Structure and Method for Manufacturing the same

본 발명은 계층화 구조물 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 계층화 구조물의 형상, 그 형상에 따른 계층화 구조물의 공학적 효과, 그 공학적 효과의 증대 방법, 신규 소재 또는 부품에 대한 계층화 구조물의 응용 방법, 계층화 구조물의 대량 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a layered structure and a method of manufacturing the same, and more particularly, the shape of the layered structure, the engineering effect of the layered structure according to the shape, the method of increasing the engineering effect, the method of applying the layered structure to a new material or component And a mass production method of the layered structure.

1980년대에 주사 터널링 현미경(Scanning Tunneling Microscope)이 발명된 이래, 100nm 이하의 특성 길이를 가지는 나노 스케일 영역에서 발생하는 특이한 현상을 측정하는 나노 측정 기술이 급격한 발전을 거듭하고 있다. 현재 나노 측정 기술은 나노 스케일 영역에서 발생하는 특이한 기계적, 전자기적, 광학적, 화학적 또는 열적 물성들의 측정에 활발히 적용되고 있다.Since the invention of the Scanning Tunneling Microscope in the 1980s, nano-measurement techniques for measuring unusual phenomena occurring in the nanoscale region having characteristic lengths of 100 nm or less have been rapidly developed. Nano-measurement techniques are now being actively applied to the measurement of specific mechanical, electromagnetic, optical, chemical or thermal properties occurring in the nanoscale region.

나노 측정 기술의 발전을 통해, 나노 스케일 영역에서는 기존의 거시적인 스케일 영역에서와는 상이한 자연 현상이 발생한다는 사실이 밝혀졌고, 현재까지도 나노 스케일 영역에서의 신규한 자연 현상이 지속적으로 보고되고 있다.Advances in nano-measurement technology have revealed that natural phenomena occur in the nanoscale region unlike those in the macroscopic scale region, and new natural phenomena in the nanoscale region continue to be reported.

또한, 리지마(Lijima)의 1991년도 논문을 통해 탄소 나노 튜브가 본격적으로 주목받기 시작한 이래, 현재 각종 금속과 반도체로 구성된 다양한 나노 소재, 즉 나노 와이어(Nano Wire), 나노 막대(Nano Rod), 나노 띠 또는 양자 점(Quantum Dot) 등을 실생활에 응용하는 나노 소재 기술이 활발히 연구되고 있다.In addition, since carbon nanotubes began to receive attention in earnest through Lijima's 1991 paper, various nanomaterials composed of various metals and semiconductors, namely nano wires, nano rods, Nanomaterial technology that applies nanobands or quantum dots in real life is being actively researched.

한편, 대한민국은 세계적인 수준의 반도체 공정 기술을 보유하고 있는데, 반도체 공정의 특성 영역(Critical Dimension)은 일부 소자의 경우 이미 100nm 이하로 진입하였다. 이러한 반도체 공정 기술은 나노 스케일의 구조물을 더욱 자유롭고 저렴하게 제조할 수 있는 방법을 제공하며, 이를 통해 나노 기술의 결과물을 실생활에 적용할 수 있는 무한한 가능성이 도래하였다.Meanwhile, South Korea has world class semiconductor process technology, and the critical dimension of semiconductor process is already below 100nm for some devices. This semiconductor process technology provides a way to make nanoscale structures more freely and inexpensively, which opens the possibility of applying nanotechnology results to real life.

본 발명은 상술한 바와 같은 배경기술을 토대로 본 발명자들이 각고의 노력에 의해 지속적인 연구개발을 수행한 결과 완성된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 나노 스케일 영역에서 발생하는 우수한 특성을 거시적인 스케일 영역의 구조물에 구현할 수 있는 계층화 구조물 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.The present invention has been completed as a result of continuous research and development by the inventors on the basis of the background art as described above, the problem to be solved by the present invention is a macroscopic scale of excellent characteristics occurring in the nano-scale region It is to provide a layered structure that can be implemented in the structure of the region and a method of manufacturing the same.

본 발명은 계층화 구조물에 관한 것으로서, 내부의 기지(Matrix)에 나노(Nano) 스케일 영역의 특성 길이를 가지는 적어도 하나 이상의 나노 오브젝트(Object)가 일정한 패턴(Pattern)에 의해 배열된 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a layered structure, characterized in that at least one or more nano-objects having a characteristic length of a nano-scale region in an internal matrix are arranged by a predetermined pattern.

바람직하게, 상기 기지는 폴리머(Polymer) 또는 금속인 것을 특징으로 한다.Preferably, the matrix is characterized in that it is a polymer or a metal.

또한 바람직하게, 상기 특성 길이는 1 nm 내지 100 nm인 것을 특징으로 한다.Also preferably, the characteristic length is characterized in that 1 nm to 100 nm.

또한 바람직하게, 상기 나노 오브젝트는 양자 점(Quantum Dot), 나노 스피어(Nano Sphere), 나노 입자(Nano Particle), 나노 튜브(Nano Tube), 나노 와이어(Nano Wire) 및 나노 스케일 영역의 선 패턴(Line Pattern) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.Also preferably, the nano object may include a line pattern of a quantum dot, a nano sphere, a nano particle, a nano tube, a nano wire, and a nano scale region. Line Pattern).

그리고 바람직하게, 상기 패턴은 광학 리소그라피(Lithography), 소프트(Soft) 리소그라피, 홀로그라픽(Holographic) 리소그라피, 나노 임프린 트(Imprint), 쉐도우 마스크(Shadow Mask) 및 금속 트랜스퍼 프린팅(Transfer Printing) 방법 중 어느 하나의 방법에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.And preferably, the pattern is an optical lithography, soft lithography, holographic lithography, nanoimprint, shadow mask and metal transfer printing method. It is characterized in that formed by any one method.

한편, 본 발명은 계층화 구조물에 관한 것으로서, 제 2 블럭(Block) 내부의 제 2 기지(Matrix)에 적어도 하나 이상의 제 1 블럭이 일정한 제 2 패턴(Pattern)에 의해 배열되며, 상기 제 1 블럭 내부의 제 1 기지에 나노(Nano) 스케일 영역의 특성 길이를 가지는 적어도 하나 이상의 나노 오브젝트(Object)가 일정한 제 1 패턴에 의해 배열된 것을 특징으로 한다.Meanwhile, the present invention relates to a layered structure, in which at least one or more first blocks are arranged in a second pattern in a second matrix inside a second block, and inside the first block. At least one nano-object having a characteristic length of a nano-scale region at a first base of is characterized in that arranged by a constant first pattern.

바람직하게, 상기 제 1 기지 또는 제 2 기지는 폴리머(Polymer) 또는 금속인 것을 특징으로 한다.Preferably, the first base or the second base is a polymer or a metal.

또한 바람직하게, 상기 특성 길이는 1 nm 내지 100 nm인 것을 특징으로 한다.Also preferably, the characteristic length is characterized in that 1 nm to 100 nm.

또한 바람직하게, 상기 나노 오브젝트는 양자 점(Quantum Dot), 나노 스피어(Nano Sphere), 나노 입자(Nano Particle), 나노 튜브(Nano Tube), 나노 와이어(Nano Wire) 및 나노 스케일 영역의 선 패턴(Line Pattern) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.Also preferably, the nano object may include a line pattern of a quantum dot, a nano sphere, a nano particle, a nano tube, a nano wire, and a nano scale region. Line Pattern).

또한 바람직하게, 상기 제 1 패턴은 광학 리소그라피(Lithography), 소프트(Soft) 리소그라피, 홀로그라픽(Holographic) 리소그라피, 나노 임프린트(Imprint), 쉐도우 마스크(Shadow Mask) 및 금속 트랜스퍼 프린팅(Transfer Printing) 방법 중 어느 하나의 방법에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.Also preferably, the first pattern may include optical lithography, soft lithography, holographic lithography, nano imprint, shadow mask, and metal transfer printing. It is characterized in that formed by any one method.

또한 바람직하게, 상기 제 2 블럭의 크기는 상기 제 1 블럭의 크기보다 5배 내지 100배 큰 것을 특징으로 한다.Also preferably, the size of the second block is 5 to 100 times larger than the size of the first block.

한편, 본 발명은 계층화 구조물에 관한 것으로서, 적어도 하나 이상의 제 3 블럭(Block)들이 서로 결합된 제 1 구조물 외부에 나노(Nano) 스케일 영역의 특성 길이를 가지는 적어도 하나 이상의 제 4 블럭들이 결합된 것을 특징으로 한다.Meanwhile, the present invention relates to a layered structure, in which at least one fourth block having a characteristic length of a nano scale region is coupled to an exterior of the first structure in which at least one third block is coupled to each other. It features.

바람직하게, 상기 특성 길이는 1 nm 내지 100 nm인 것을 특징으로 한다.Preferably, the characteristic length is characterized in that 1 nm to 100 nm.

한편, 본 발명은 계층화 구조물의 제조 방법에 관한 것으로서, (a) 제 1 모재(Substrate) 상에 제 1 기지(Matrix)를 형성하는 단계; (b) 상기 제 1 기지 상에 나노(Nano) 스케일 영역의 특성 길이를 가지는 적어도 하나 이상의 나노 오브젝트(Object)를 일정한 제 1 패턴에 의해 배열하는 단계; (c) 상기 (b) 단계의 제 1 패턴 상에 제 2 기지를 형성하는 단계; 및 (d) 상기 제 1 모재를 분리하여 제 1 블럭을 형성하는 단계;를 포함한다.On the other hand, the present invention relates to a method for manufacturing a layered structure, (a) forming a first matrix (Matrix) on the first substrate (Substrate); (b) arranging at least one or more nano objects having a characteristic length of a nano scale region on the first matrix by a constant first pattern; (c) forming a second base on the first pattern of step (b); And (d) separating the first base material to form a first block.

바람직하게, 상기 제 1 기지 또는 제 2 기지는 폴리머(Polymer) 또는 금속인 것을 특징으로 한다.Preferably, the first base or the second base is a polymer or a metal.

또한 바람직하게, 상기 특성 길이는 1 nm 내지 100 nm인 것을 특징으로 한다.Also preferably, the characteristic length is characterized in that 1 nm to 100 nm.

또한 바람직하게, 상기 나노 오브젝트는 양자 점(Quantum Dot), 나노 스피어(Nano Sphere), 나노 입자(Nano Particle), 나노 튜브(Nano Tube), 나노 와이어(Nano Wire) 및 나노 스케일 영역의 선 패턴(Line Pattern) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.Also preferably, the nano object may include a line pattern of a quantum dot, a nano sphere, a nano particle, a nano tube, a nano wire, and a nano scale region. Line Pattern).

또한 바람직하게, 상기 패턴은 광학 리소그라피(Lithography), 소프트(Soft) 리소그라피, 홀로그라픽(Holographic) 리소그라피, 나노 임프린트(Imprint), 쉐도우 마스크(Shadow Mask) 및 금속 트랜스퍼 프린팅(Transfer Printing) 방법 중 어느 하나의 방법에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.Also preferably, the pattern may be any one of optical lithography, soft lithography, holographic lithography, nano imprint, shadow mask, and metal transfer printing methods. Characterized in that formed by the method.

또한 바람직하게, 상기 (a) 단계는, (a1) 상기 제 1 기지를 형성하기 전에 상기 제 1 모재 상에 희생층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the step (a) includes (a1) forming a sacrificial layer on the first base material before forming the first base.

또한 바람직하게, 상기 (d) 단계는, (d1) 상기 제 2 기지 상에 PR(Photo Resist) 패턴 또는 무기물 패턴을 형성한 후 에칭하는 단계; 및 (d2) 상기 PR 또는 무기물을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the step (d) may include: (d1) forming a PR (Photo Resist) pattern or an inorganic pattern on the second base and then etching; And (d2) removing the PR or the inorganic material.

또한 바람직하게, 상기 PR 패턴 또는 무기물 패턴은 광학 리소그라피 또는 임프린트 리소그라피 방법을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the PR pattern or the inorganic pattern is formed using an optical lithography or imprint lithography method.

또한 바람직하게, 상기 (d) 단계 이후에, (e) 제 2 모재 상에 적어도 하나 이상의 상기 제 1 블럭을 일정한 제 2 패턴에 의해 배열하는 단계; (f) 상기 (e) 단계의 제 2 패턴 상에 제 3 기지를 형성하는 단계; 및 (g) 상기 제 2 모재를 분리하여 제 2 블럭을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, after the step (d), (e) arranging at least one or more of the first blocks on the second base material by a constant second pattern; (f) forming a third base on the second pattern of step (e); And (g) separating the second base material to form a second block.

또한 바람직하게, 상기 (e) 단계는, (e1) 상기 제 1 블럭을 척(chuck)을 이용하여 상기 제 2 모재 상에 부착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the step (e) includes (e1) attaching the first block on the second base material using a chuck.

또한 바람직하게, 상기 (e) 단계는, (e2) 상기 제 1 블럭을 배열하기 전 상기 제 2 모재 상에 점착 강화층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the step (e) includes (e2) forming an adhesion reinforcing layer on the second base material before arranging the first block.

또한 바람직하게, 상기 점착 강화층은 자기 조립 단분자층(Self-Assembled Monolayer) 또는 폴리머 접착제층인 것을 특징으로 한다.In addition, the adhesion reinforcing layer is characterized in that the self-assembled monolayer (Self-Assembled Monolayer) or a polymer adhesive layer.

그리고 바람직하게, 상기 제 2 블럭의 크기는 상기 제 1 블럭의 크기보다 5배 내지 100배 큰 것을 특징으로 한다.And preferably, the size of the second block is characterized in that 5 to 100 times larger than the size of the first block.

한편, 본 발명은 계층화 구조물의 제조 방법에 관한 것으로서, (A) 나노 스케일 영역의 특성 길이를 가지는 적어도 하나 이상의 제 3 블럭(Block) 및 상기 제 3 블럭의 크기보다 큰 적어도 하나 이상의 제 4 블럭을 형성하는 단계; (B) 제 3 모재(Substrate) 상에 상기 제 4 블럭을 부착하며, 상기 제 4 블럭 상에 상기 제 3 블럭을 부착하는 단계; 및 (C) 상기 제 3 모재를 분리하는 단계;를 포함한다.Meanwhile, the present invention relates to a method for manufacturing a layered structure, comprising: (A) at least one third block having a characteristic length of a nanoscale region and at least one fourth block larger than the size of the third block; Forming; (B) attaching the fourth block on a third substrate, and attaching the third block on the fourth block; And (C) separating the third base material.

바람직하게, 상기 제 4 블럭의 크기는 상기 제 3 블럭의 크기보다 5배 내지 100배 큰 것을 특징으로 한다.Preferably, the size of the fourth block is 5 to 100 times larger than the size of the third block.

또한 바람직하게, 상기 (B) 단계는, (B1) 상기 제 4 블럭 또는 제 3블럭을 척(chuck)을 이용하여 상기 제 3 모재 또는 제 4 블럭 상에 부착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the step (B) may include (B1) attaching the fourth block or the third block onto the third base material or the fourth block using a chuck. do.

또한 바람직하게, 상기 (B) 단계는, (B2) 상기 제 4 블럭을 부착하기 전 상기 제 3 모재 상에 점착 강화층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Also preferably, the step (B) includes (B2) forming an adhesion reinforcing layer on the third base material before attaching the fourth block.

그리고 바람직하게, 상기 점착 강화층은 자기 조립 단분자층(Self-Assembled Monolayer) 또는 폴리머 접착제층인 것을 특징으로 한다.And preferably, the adhesion reinforcing layer is characterized in that the self-assembled monolayer (Self-Assembled Monolayer) or a polymer adhesive layer.

본 발명에 따른 효과는 크게 세 가지로 구분할 수 있다. Effects according to the present invention can be largely divided into three.

첫째, 나노 스케일 영역에서 발생하는 우수한 특성을 거시적인 스케일 영역 의 구조물에서도 활용할 수 있는 방법을 제공한다. 둘째, 크기 스케일이 서로 다른 구조물들을 상이한 크기 스케일에 무관하게 간편히 연계(Interconnect or Interface)할 수 있는 방법을 제공한다. 셋째, 종래 기술로는 제조하기 곤란한 3차원적인 형상을 포함하는 부품을 간편히 제조할 수 있는 방법을 제공한다. 이하, 각각의 효과에 대해 상세히 설명한다.First, it provides a method that can utilize the excellent characteristics occurring in the nanoscale region even in the structure of the macroscale region. Second, the present invention provides a method for easily interconnecting or interfacing structures having different size scales regardless of different size scales. Third, there is provided a method for easily manufacturing a part including a three-dimensional shape that is difficult to manufacture in the prior art. Hereinafter, each effect is explained in full detail.

첫째, 나노 스케일 영역에서 발생하는 우수한 특성을 거시적인 구조물에 구현할 수 있다는 가능성은 최근의 자연 구조물에 대한 연구를 통해서도 증명되었다.First, the feasibility of achieving excellent properties in macroscopic structures on macroscopic structures has been demonstrated in recent studies on natural structures.

도 1에 인간의 힘줄(tendon)에서 관찰되는 계층 구조의 예를 나타내었다.1 shows an example of the hierarchical structure observed in human tendons.

도 1의 계층 구조에 의해, 인간의 힘줄은 우수한 강도를 나타내면서도 외부로부터 인가되는 매우 큰 변형률을 지탱할 수 있다. 인간의 힘줄뿐만 아니라 동물의 뼈에서도 이와 유사한 계층 구조가 관찰되며, 이에 따라 동물의 뼈도 매우 우수한 파괴 인성을 나타낸다.By virtue of the hierarchical structure of FIG. 1, a human tendon can bear very high strain applied from the outside while showing excellent strength. Similar hierarchies are observed not only in human tendons but also in the bones of animals, so that the bones of animals exhibit very good fracture toughness.

이러한 우수한 파괴 인성은 인간의 힘줄 또는 동물의 뼈 내부에 존재할 수 있는 결함에 불구하고 계층 구조가 외부의 충격을 약화시키기 때문이라는 사실이 밝혀졌으며, 이러한 계층 구조는 도 1에 도시한 바와 같이 나노 스케일 영역의 기본 구조가 6 단계 또는 7 단계까지 연속적으로 적층된 구조이다.This superior fracture toughness has been found to be due to the fact that the hierarchical structure weakens external impacts in spite of defects that may be present inside human tendons or animal bones, and this hierarchical structure is nanoscale as shown in FIG. The basic structure of the region is a structure in which up to six or seven stages are stacked successively.

계층 구조에 의해 우수한 특성이 발현되는 다른 예로서, 게코(Gecko) 도마뱀의 발바닥에 형성된 계층 구조의 예를 도 2에 나타내었다.As another example in which excellent characteristics are expressed by the hierarchical structure, an example of the hierarchical structure formed on the sole of the Gecko lizard is shown in FIG. 2.

게코 도마뱀은 도 2에 도시된 바와 같은 계층 구조를 사용하여 나노 스케일 영역에서 발생하는 반데르발스 힘을 거시적인 스케일 영역까지 증폭시킨다. 이에 의해, 게코 도마뱀은 건물의 천정이나 유리창 등을 통해서도 자유롭게 왕래할 수 있는 점착력을 획득한다.Gecko lizards use a hierarchical structure as shown in FIG. 2 to amplify the van der Waals forces occurring in the nanoscale region to the macroscopic scale region. Thereby, the gecko lizard acquires the adhesive force which can freely travel even through the ceiling or the window of a building.

나노 스케일 영역에서의 반데르발스 힘을 통한 점착력의 크기는 매우 작으나, 계층 구조를 통해 거시적인 스케일 영역으로 확장됨으로써 점착력의 크기가 기하급수적으로 증가할 수 있다. 이를 통해, 몸무게가 수백 그램에 불과한 게코 도마뱀이 건물의 천정이나 유리창 등에 자신의 몸을 부착시키는 점착력이 발생한다. 종래 이러한 계층 구조를 인공적으로 제조하는 기술은 존재하지 않았으나, 본 발명에 따르면 우수한 특성, 즉 우수한 파괴 인성 또는 점착력을 구현하는 인공적인 계층 구조를 제조할 수 있다.Although the magnitude of adhesion through van der Waals forces in the nanoscale region is very small, the magnitude of adhesion can be increased exponentially by extending to the macroscopic scale region through the hierarchical structure. Through this, the gecko lizard, which weighs only a few hundred grams, creates adhesive force that attaches itself to the ceiling or windows of a building. Conventionally, there is no technique for artificially manufacturing such a hierarchical structure, but according to the present invention, an artificial hierarchical structure that implements excellent characteristics, that is, excellent fracture toughness or adhesive force, may be manufactured.

둘째, 본 발명은 크기 스케일이 서로 다른 구조물들을 상이한 크기 스케일에 무관하게 간편히 연계할 수 있는 방법을 제공한다.Second, the present invention provides a method for easily linking structures having different size scales regardless of different size scales.

나노 기술의 발전에 따라 나노 스케일 영역의 구조물, 즉 나노 튜브 또는 나노 와이어 등을 이용하여 나노 스케일 영역의 트랜지스터 또는 각종 NEMS(Nano-Electro-Mechanical-System) 등을 구현하는 기술들이 개발되고 있으나, 나노 스케일 영역의 구조물을 거시적인 스케일 영역의 구조물과 연계하는 기술은 전무한 실정이다.With the development of nanotechnology, technologies for implementing nanoscale transistors or various NEMS (Nano-Electro-Mechanical-System) systems using nanoscale structures, that is, nanotubes or nanowires, have been developed. There is no technique for linking the structure of the scale region with the structure of the macro scale region.

본 발명에 따르면, 이러한 나노 스케일 영역의 구조물들을 일상 생활에서 사용하는 제품들과 연계할 수 있다. According to the present invention, the structures of the nanoscale region can be associated with products used in daily life.

본 발명을 이용하여 이러한 나노 스케일 영역의 구조물들을 일상 생활에 활 용할 수 있는 제품과 연계하는 것이 가능하다. 예컨대, 본 발명에 따른 계층화 구조물을 이용해 도 3에 도시된 바와 같은 제품을 제조할 수 있다. 즉, 도 3에서, 수십 마이크론 이상의 스케일 영역에 해당하는 상단의 실리콘 MEMS(Microelectromechanical Systems)와, 수 마이크론 이하의 스케일 영역에 해당하는 중앙의 금속 도선(Interconnect Line)과, 매우 높은 측정 민감도를 나타내며 수십 나노미터 수준의 스케일 영역에 해당하는 하단의 나노 와이어 센서를 연계한 제품을 제조할 수 있다.Using the present invention, it is possible to link these nanoscale structures with products that can be utilized in everyday life. For example, the layered structure according to the invention can be used to produce a product as shown in FIG. 3. That is, in FIG. 3, the upper silicon MEMS (Microelectromechanical Systems) corresponding to the scale region of several tens of microns or more, the center metal interconnect line corresponding to the scale region of several microns or less, and very high measurement sensitivity are shown. Products can be manufactured incorporating nanowire sensors at the bottom, which correspond to nanometer scale regions.

도 3에서, 각 레벨 간의 전기적인 연결을 위해 점착력 증가층의 소재를 신중하게 선택하거나, 가능하다면 점착력 증가층을 사용하지 않는 것이 바람직하다. 점착력 증가층을 사용하지 않는다면, 플라스마(Plasma) 처리 기술 등의 표면 처리 기술을 적용하여 점착력을 증가시킬 수 있다. 이에 대해서는 추후 상세히 설명한다.In Fig. 3, it is preferable to carefully select the material of the adhesive strength increasing layer for the electrical connection between the levels, or to avoid using the adhesive strength increasing layer if possible. If the adhesive strength increasing layer is not used, the adhesive strength may be increased by applying a surface treatment technique such as a plasma treatment technique. This will be described later in detail.

셋째, 본 발명은 종래 기술로는 제조하기 곤란한 3차원적인 형상을 포함하는 부품을 간편히 제조할 수 있는 방법을 제공한다.Third, the present invention provides a method for easily manufacturing a part including a three-dimensional shape that is difficult to manufacture in the prior art.

3차원 부품을 제조하는 방식은 크게 Additive 방식과 Subtractive 방식으로 분류할 수 있다. Additive 방식은 기본 블럭들을 적층하거나 조립하여 3차원 부품을 제조하는 방식으로서, 스테레오 리소그라피(Stereo Lithography) 또는 레이저 소결(Sintering) 등을 예로 들 수 있다. 반면에, Subtractive 방식은 거대 구조물을 단계적으로 절삭하여 원하는 형상을 구현하는 방식으로서, 밀링 가공, 선반 가공, 방전 가공 또는 광학 리소그라피 등을 예로 들 수 있다.The manufacturing method of 3D parts can be largely classified into additive and subtractive methods. The additive method is a method of manufacturing a three-dimensional component by stacking or assembling basic blocks, for example, stereo lithography or laser sintering. On the other hand, the subtractive method is a method of realizing a desired shape by cutting a huge structure step by step, for example, milling, lathe, electric discharge or optical lithography.

본 발명은 종래의 Additive 방식과는 상이한 개념의 Additive 제조 방법으로서, 도 3에 도시한 바와 같이 레벨별로 구조물들을 적층하거나 조립하여 3차원 부품을 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 제조 방법을 사용하면 종래의 Additive 방식으로는 제조할 수 없었던 구조물, 예컨대 Conformal Cooling Mold와 같이 내부에 복잡한 유동 채널을 포함하는 구조물을 제조할 수 있으며, 다양한 스케일 영역의 블럭을 이용함으로써 종래의 Additive 방식보다 생산성을 향상시키면서 패턴 분해능 또한 향상시킬 수 있다.The present invention provides a method of manufacturing a three-dimensional component by stacking or assembling structures for each level as shown in FIG. 3 as an additive manufacturing method having a different concept from the conventional additive method. By using the manufacturing method according to the present invention, it is possible to manufacture a structure including a complex flow channel therein, such as a Conformal Cooling Mold, which cannot be manufactured by a conventional Additive method, and by using blocks of various scale regions. It is possible to improve the pattern resolution while improving productivity compared to the conventional Additive method.

종래의 Additive 방식은 일정한 크기의 기본 구조물을 적층하는 방식이며, 기본 구조물의 크기가 증가함에 따라 생산 속도는 기본 구조물의 부피, 즉 기본 구조물의 크기의 세제곱에 비례하여 증가한다. 반면에, 본 발명에 따라 계층화된 레벨별로 기본 블럭을 적층하는 경우, 미세한 패턴 변화가 없는 부분은 스케일이 큰 기본 블럭을 이용하여 구조물을 제조하고, 미세한 패턴 변화가 있는 부분은 스케일이 작은 기본 블럭을 이용함으로써 생산 속도를 크게 향상시킬 수 있다. The conventional Additive method is a method of stacking a base structure of a constant size, and as the size of the base structure increases, the production speed increases in proportion to the volume of the base structure, that is, the cube of the size of the base structure. On the other hand, in the case of stacking the basic blocks for each layered level in accordance with the present invention, a structure without a fine pattern change is manufactured using a basic block with a large scale, and a portion with a small pattern change is a basic block with a small scale By using, the production speed can be greatly improved.

또한, 종래의 Additive 방식의 대부분은 표면 분해능이 좋지 않아서 후처리(연마(polishing) 또는 마무리 기계 가공) 공정을 포함하나, 본 발명에 따르면 최소 스케일 영역의 기본 블럭의 크기를 감소시켜 구조물의 가공 분해능을 향상시킬 수 있으며 후처리 공정을 최소화하거나 생략할 수 있다.In addition, most of the conventional additive methods include post-treatment (polishing or finishing machining) processes due to poor surface resolution, but according to the present invention, the processing resolution of the structure is reduced by reducing the size of the basic block in the minimum scale region. The post-treatment process can be minimized or omitted.

본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하기에 앞서, 본 발명의 기술적 요지와 직접적 관련이 없는 구성에 대하여는 본 발명의 기술적 요지를 흩뜨리지 않는 범위 내에서 생략하였음을 유의하여야 할 것이다.Before describing the details for carrying out the present invention, it should be noted that configurations that are not directly related to the technical gist of the present invention are omitted within the scope of not distracting the technical gist of the present invention.

또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.In addition, the terms or words used in the present specification and claims are consistent with the technical spirit of the present invention on the basis of the principle that the inventor can appropriately define the concept of the term in order to explain the invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept.

이하, 본 발명에 따른 계층화 구조물 및 그 제조 방법에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a layered structure and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 일 양상은, 도 4에 도시한 바와 같은 단계적인 공정에 의해 제조되는 계층화 구조물을 제공한다.One aspect of the present invention provides a stratified structure fabricated by a stepwise process as shown in FIG. 4.

도 4에서, 레벨 1 공정에서는 모재(Substrate) 상에 기지(Matrix)와 함께 나노 스케일 영역의 특성 길이(예컨대, Wl)를 가지는 나노 오브젝트(Object)를 배열한다.In FIG. 4, in the level 1 process, a nano object having a characteristic length (eg, W 1 ) of a nano scale region is arranged along with a matrix on a substrate.

나노 오브젝트는 도 5에 도시한 바와 같이, 0차원, 1차원 또는 2차원의 나노 오브젝트일 수 있다. 나노 오브젝트가 주로 점, 선 또는 면 중 어떠한 관점에 의해 규정되는지에 따라 편의상 0차원, 1차원 또는 2차원 나노 오브젝트로 구분하기로 한다. 0차원 나노 오브젝트로는 양자 점(Quantum Dot), 나노 스피어(Nano Sphere) 또는 나노 입자(Nano Particle) 등이 있다. 1차원 나노 오브젝트로는 나노 튜 브(Nano Tube), 나노 와이어(Nano Wire) 또는 나노 스케일 영역의 선 패턴(Line Pattern) 등이 있다. 2차원 나노 오브젝트는 나노 스케일 영역에서 의미 있는 두께를 가지는 나노 오브젝트를 의미한다.As illustrated in FIG. 5, the nano object may be a nano object in 0, 1, or 2 dimensions. For convenience, the nano object is divided into 0-dimensional, 1-dimensional, or 2-dimensional nano-objects depending on whether the object is defined by a point, a line, or a plane. The 0-dimensional nano object may include a quantum dot, a nano sphere, or a nano particle. One-dimensional nano-objects include nano tubes, nano wires, or nanoscale line patterns. Two-dimensional nano-object refers to a nano-object having a meaningful thickness in the nano-scale region.

나노 오브젝트를 배열하는 방법은, 나노 오브젝트가 임의적인(randomly) 분포를 가지도록 기지 내에 분산시키는 방법과, 나노 오브젝트가 3차원 공간에서 주기적인 패턴을 가지게 하거나 미리 설정된 위치에 분포하도록 배열하는 방법으로 분류할 수 있다. 임의적인 분포를 가지도록 분산시키기 위해서는 종래의 통상적인 방법, 즉 나노 입자 기반의 복합재를 제조하는 방법 등을 사용할 수 있으며, 주기적인 패턴을 가지게 하거나 미리 설정된 위치에 분포하도록 배열하는 방법에 관해서는 추후 상세히 설명한다.The method of arranging nano objects is to disperse them within a matrix so that they are randomly distributed, and to arrange the nano objects to have a periodic pattern in a three-dimensional space or to be distributed at a predetermined position. Can be classified. In order to disperse to have an arbitrary distribution, a conventional conventional method, that is, a method of manufacturing a nanoparticle-based composite, or the like can be used. It explains in detail.

도 4에서, 레벨 2 공정에서는 일정한 형태와 크기를 가지도록 형성된 나노 스케일 영역의 레벨 1 블럭을 3차원 공간 내에 배열하여 레벨 2 블럭을 구현한다. 레벨 3 공정에서는 일정한 형태와 크기를 가지는 레벨 2 블럭을 3차원 공간 내에 배열하여 레벨 3 블럭을 구현한다. 필요한 경우, 마찬가지의 방법으로 레벨 4 블럭, 레벨 5 블럭 등을 단계적으로 구현할 수 있음은 물론이다.In FIG. 4, in the level 2 process, level 1 blocks of nanoscale regions formed to have a constant shape and size are arranged in a three-dimensional space to implement level 2 blocks. In the level 3 process, level 3 blocks are implemented by arranging level 2 blocks having a constant shape and size in a three-dimensional space. If necessary, level 4 blocks, level 5 blocks, and the like can be implemented step by step in the same manner.

레벨 2 블럭의 스케일 영역(Wlll)은 레벨 1 블럭의 스케일 영역(Wll)보다 매우 크며, 5배 내지 100배의 스케일 차이가 바람직하다. 이는 레벨 3 블럭과 레벨 2 블럭 간에 있어서도 마찬가지이며, 이에 따라 레벨이 증가함에 따라 레벨별 블럭의 크기는 점차 증가하여 종국적으로 거시적인 스케일 영역의 구조물을 구성하기에 용이하다.The scale region W lll of the level 2 block is much larger than the scale region W ll of the level 1 block, and a scale difference of 5 to 100 times is preferable. The same is true between the level 3 block and the level 2 block. Accordingly, as the level increases, the size of each level block gradually increases, so that it is easy to construct a structure of a finally macroscopic scale region.

본 발명에 따른 계층과 구조물은 도 6에 도시한 바와 같이 가장 크기 스케일이 큰 레벨(도 6에서는 레벨 4)의 블럭을 먼저 조립하고, 점차 크기 스케일이 작은 레벨의 블럭을 조립하는 방식으로 제조될 수도 있다. 도 6에서, 레벨 4는 1개의 레벨 4 블럭으로 구성되며, 레벨 3은 4개의 레벨 3 블럭으로 구성되고, 레벨 2는 12개의 레벨 2 블럭으로 구성되며, 레벨 1은 48개의 레벨 1 블럭으로 구성됨을 확인할 수 있다. 물론, 본 발명이 이러한 개수에 한정되는 것은 아니다.The hierarchical structure according to the present invention can be manufactured by assembling the blocks of the largest size scale level (level 4 in FIG. 6) first, and then gradually assembling the blocks of the smaller size scale as shown in FIG. It may be. In FIG. 6, level 4 consists of one level 4 block, level 3 consists of four level 3 blocks, level 2 consists of 12 level 2 blocks, and level 1 consists of 48 level 1 blocks. can confirm. Of course, the present invention is not limited to this number.

도 6의 레벨 1에서는, 도 4에서와 마찬가지로, 도 5에 도시한 바와 같은 다양한 나노 오브젝트를 각각의 레벨 1 블럭의 기지 내에 배열할 수 있다. 도 6에 도시한 바와 같은 계층화 구조물을 제조하는 상세한 공정에 관해서는 추후 설명한다.At level 1 of FIG. 6, as in FIG. 4, various nano-objects as shown in FIG. 5 can be arranged within the matrix of each level 1 block. The detailed process of manufacturing a layered structure as shown in FIG. 6 is demonstrated later.

이하, 도 4에 도시한 바와 같은 계층화 구조물을 제조하는 방법에 관하여 설명한다. 편의상, 나노 오브젝트는 금속 나노 패턴이며 기지는 폴리머(Polymer)인 것으로 설정하여 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로서, 기지로는 폴리머뿐만 아니라 금속을 사용할 수 있으며, 도 11 내지 도 13에는 기지와 나노 오브젝트의 소재로서 서로 상이한 종류의 이종 금속을 이용한 계층화 구조물의 제조 공정을 나타내었다.Hereinafter, a method of manufacturing the layered structure as shown in FIG. 4 will be described. For convenience, the nano-object is described as a metal nano-pattern and the base is a polymer (Polymer), but the present invention is not limited thereto. As an example, not only a polymer but also a metal may be used as the matrix, and FIGS. 11 to 13 illustrate a process of manufacturing a layered structure using different types of dissimilar metals as materials of the matrix and the nano-object.

도 7에 도 4에 도시한 바와 같은 계층화 구조물의 레벨 1 공정에 관하여 나 타내었다.7 illustrates a level 1 process of the layered structure as shown in FIG. 4.

도 7에서, 공정 1의 희생층의 기능은 완성된 레벨 1 블럭이 추후 에칭(etching)에 의해 모재로부터 원활하게 분리되도록 하는 것이다. 희생층의 소재는 에칭 감도(selectivity)가 기지인 폴리머보다 큰 소재인 것이 바람직하다.In FIG. 7, the function of the sacrificial layer of process 1 is to allow the completed level 1 block to be smoothly separated from the base material by later etching. The material of the sacrificial layer is preferably a material larger than the polymer whose etching sensitivity is known.

공정 2의 폴리머의 종류는 스핀 코팅이 가능한 것이면 무방하며, 통상적으로 스핀 코팅 조건에 따라 두께를 정교하게 제어할 수 있다.The type of polymer in Step 2 may be spin coated, and the thickness can be precisely controlled depending on the spin coating conditions.

공정 3에서, 금속 나노 패턴은 통상적인 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 예컨대, 광학 리소그라피를 이용하는 방법, 나노 임프린트(Imprint) 또는 소프트 리소그라피(Soft Lithography)를 이용하는 방법, 쉐도우 마스크(Shadow Mask) 방법 또는 금속 트랜스퍼 프린팅(Transfer Printing) 방법 등을 사용할 수 있다.In step 3, the metal nanopattern can be formed using conventional methods. For example, a method using optical lithography, a method using nanoimprint or soft lithography, a shadow mask method or a metal transfer printing method can be used.

그 외에, 홀로그라픽 리소그라피(Holographic Lithography) 방법을 이용하면 금속 나노 패턴의 적층 공정 없이도 레벨 1 공정을 용이하게 수행할 수 있으며, 다양한 형상의 나노 오브젝트들을 3차원적으로 또한 주기적으로 배열할 수 있다. 그러나, 이 경우 최소 구조물, 즉 레벨 1 블럭의 크기는 100 nm 이상이어야 하며, 사용할 수 있는 소재의 제약이 매우 크다는 단점이 있다.In addition, using a holographic lithography method, it is possible to easily perform a level 1 process without the deposition process of metal nanopatterns, and to arrange nano objects of various shapes in three dimensions and periodically. However, in this case, the minimum structure, that is, the size of the level 1 block should be 100 nm or more, and there is a disadvantage in that the limitation of the material that can be used is very large.

도 11에 레벨 1 블럭의 기지로서 폴리머 대신 이종 금속을 사용하는 경우, 도 4에 도시한 바와 같은 계층화 구조물의 레벨 1 공정에 관하여 나타내었다. 기지가 나노 오브젝트와는 이종의 금속이라는 점 외에는 도 7에 나타낸 공정과 전체적으로 유사하다.In the case of using a dissimilar metal instead of a polymer as the base of the level 1 block in FIG. 11, the level 1 process of the layered structure as shown in FIG. 4 is shown. The process is generally similar to the process shown in FIG.

도 8에 레벨 1 공정 후 레벨 1 블럭을 제조하는 공정에 관해 나타내었다.8 shows a process for producing a level 1 block after the level 1 process.

도 8에서, 공정 3 전에 공정 2의 PR(Photo Resist) 코팅을 수행하는 것이 바람직하며, 공정 3의 리소그라피는 통상적인 광학 리소그라피 또는 임프린트 리소그라피 등일 수 있다.In FIG. 8, it is preferable to perform the PR (Photo Resist) coating of Process 2 before Process 3, and the lithography of Process 3 may be conventional optical lithography or imprint lithography.

공정 3에 의해 형성된 PR 패턴을 이용하여 폴리머 기지를 에칭하며, 폴리머 기지의 종류에 따라 PR 패턴 대신 무기물 패턴을 에치 마스크(Etch Mask)로 형성하여 에칭할 수 있다. PR 패턴 대신 무기물 패턴을 에치 마스크로 사용하는 경우에는 공정 2의 PR 스핀 코팅 대신, 금속(W 또는 Ti 등) 또는 산화물(SiO2 등) 등의 무기물층 증착 공정이 요청될 것이며, 공정 3의 리소그라피에 의해 무기물층에 패턴을 형성한다.The polymer matrix may be etched using the PR pattern formed in step 3, and an inorganic pattern may be formed and etched instead of the PR pattern according to the type of the polymer matrix. In the case of using an inorganic pattern as an etch mask instead of the PR pattern, instead of the PR spin coating of Step 2, a metal (such as W or Ti) or an oxide (SiO 2) An inorganic layer deposition process may be required, and a pattern is formed on the inorganic layer by lithography of Step 3.

추가적으로, 공정 3은 레이어(layer) 증착, 패터닝 또는 식각 등의 공정을 포함할 수 있다. 이러한 추가적인 공정은 반도체 제조와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 파악할 수 있을 것이므로 상세한 설명은 생략한다.Additionally, process 3 may include a process such as layer deposition, patterning or etching. This additional process will be easily understood by those of ordinary skill in the art related to semiconductor manufacturing, and thus a detailed description thereof will be omitted.

최종적으로 공정 5 및 6에 의해 PR 패턴 또는 무기물 패턴과 희생층을 제거함으로써 레벨 1 블럭을 제조한다.Finally, a level 1 block is prepared by removing the PR pattern or the inorganic pattern and the sacrificial layer by the steps 5 and 6.

레벨 1 블럭과 모재 사이의 희생층 소재는 공정 2의 PR 또는 무기물층과 동일할 수도 있고, 서로 다를 수도 있다. 동일한 소재인 경우에는 하나의 공정으로 PR과 희생층을 제거할 수 있으므로, 서로 다른 소재인 경우보다 에칭 공정이 단순 하다.The sacrificial layer material between the level 1 block and the base material may be the same as the PR or inorganic layer of process 2, or may be different from each other. In the case of the same material, since the PR and the sacrificial layer can be removed in one process, the etching process is simpler than in the case of different materials.

도 12에 레벨 1 블럭의 기지로서 폴리머 대신 이종 금속을 사용하는 경우, 도 4에 도시한 바와 같은 계층화 구조물의 레벨 1 공정 후 레벨 1 블럭을 제조하는 공정에 관하여 나타내었다. 기지가 나노 오브젝트와는 이종 금속이라는 점 외에는 도 8에 나타낸 공정과 전체적으로 유사하다.In the case of using a dissimilar metal instead of a polymer as a base of the level 1 block in FIG. 12, a process of manufacturing a level 1 block after the level 1 process of the layered structure as shown in FIG. 4 is illustrated. It is generally similar to the process shown in FIG. 8, except that the matrix is a dissimilar metal from the nano-object.

도 9에 제조된 레벨 1 블럭을 이용한 레벨 2 공정에 관해 나타내었다.A level 2 process using a level 1 block made in FIG. 9 is shown.

도 9의 공정 2는 더미(dummy) 모재 상에서 제조된 레벨 1 블럭을 척(chuck)을 이용하여 일괄적으로 떼어내는 공정이다. 척으로는 반도체 관련 공정에서 통상적으로 사용하는 정전 척(electrostatic chuck) 또는 폴리머 척 등을 사용할 수 있다.Step 2 of FIG. 9 is a step of collectively removing a level 1 block manufactured on a dummy base material by using a chuck. As the chuck, an electrostatic chuck or a polymer chuck commonly used in semiconductor-related processes may be used.

레벨 1 블럭과 더미 모재 사이의 산화물층이 이미 에칭된 상태이므로, 레벨 1 블럭과 더미 모재 사이의 점착력은 매우 낮다. 그러므로 척을 이용하여 레벨 1 블럭을 비교적 용이하게 떼어낼 수 있다.Since the oxide layer between the level 1 block and the dummy base material is already etched, the adhesion between the level 1 block and the dummy base material is very low. Therefore, the chuck can be used to remove the level 1 block relatively easily.

도 9의 공정 3은 떼어낸 레벨 1블럭을 목표 모재(target substrate) 상으로 이송하는 공정이다.Step 3 of FIG. 9 is a step of transferring the removed level 1 block onto a target substrate.

이때 척과 레벨 1 블럭 간의 점착력은 능동적으로 제어하는 것이 바람직하다. 즉, 레벨 1 블럭을 더미 모재로부터 떼어낼 때에는 척과 레벨 1 블럭 간의 점착력이 증가하여야 하며, 레벨 1 블럭을 목표 모재 상으로 이송할 때에는 척과 레벨 1 블럭 사이의 점착력이 감소하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable to actively control the adhesive force between the chuck and the level 1 block. That is, the adhesion between the chuck and the level 1 block must be increased when the level 1 block is removed from the dummy base material, and the adhesion between the chuck and the level 1 block is reduced when the level 1 block is transferred onto the target base material.

정전 척을 사용하는 경우에는 척에 가해지는 전압을 제어함으로써 점착력을 제어할 수 있으며, 폴리머 척을 사용하는 경우에는 척의 변형 속도를 제어함으로써 점착력을 제어할 수 있다.In the case of using the electrostatic chuck, the adhesive force can be controlled by controlling the voltage applied to the chuck, and in the case of the polymer chuck, the adhesive force can be controlled by controlling the deformation rate of the chuck.

척의 점착력을 제어하는 것만으로 레벨 1 블럭을 목표 모재 상에 부착하는 것이 곤란하면 점착 강화층을 공정 3 전에 목표 모재 상에 형성할 수 있다. 점착 강화층으로는 Gycidoxypropyl Trimethory Silane(GPT), Acryloxypropyl Methyl Cichloro Silane(APDMS) 또는 Aminopropyl Triethoxy Silane(APTS) 등의 자기 조립 단분자층(Self-Assembled Monolayer), 그리고 나노 스케일 영역의 두께를 가지는 폴리머 접착제층 등을 사용할 수 있다.If it is difficult to attach the level 1 block onto the target base material only by controlling the adhesive force of the chuck, the adhesion reinforcing layer can be formed on the target base material before step 3. Self-assembled monolayers such as Gycidoxypropyl Trimethory Silane (GPT), Acryloxypropyl Methyl Cichloro Silane (APDMS) or Aminopropyl Triethoxy Silane (APTS), and polymer adhesive layers having nano-scale thicknesses Can be used.

도 9의 공정 4는 폴리머 층을 스핀 코팅하는 공정이며, 공정 5는 공정 3과 마찬가지로 레벨 1 블럭을 부착하는 공정이다. 필요에 따라 공정 4와 공정 5를 일정 횟수 반복함으로써, 레벨 2 공정을 완료한다.Step 4 of FIG. 9 is a step of spin coating the polymer layer, and step 5 is a step of attaching a level 1 block like step 3. The level 2 process is completed by repeating the process 4 and the process 5 as many times as needed.

레벨 2 공정 후 레벨 2 블럭을 제조하는 공정은 도 8에 도시한 레벨 1 블럭 제조 공정과 유사하다. 다만, 레벨 1 블럭에 비하여 레벨 2 블럭은 그 크기가 매우 크다는 점이 상이하다. 제조된 레벨 2 블럭을 이용한 레벨 3 공정은 도 9에 도시한 레벨 2 공정과 유사하다.The process of manufacturing a level 2 block after the level 2 process is similar to the level 1 block manufacturing process shown in FIG. However, the level 2 block is very large compared to the level 1 block. The level 3 process using the manufactured level 2 block is similar to the level 2 process shown in FIG.

도 13에 레벨 1 블럭의 기지로서 폴리머 대신 이종 금속을 사용하는 경우, 도 12에 도시한 바와 같이 제조된 레벨 1 블럭을 이용한 레벨 2 공정에 관하여 나타내었다. 기지가 이종 금속이라는 점 외에는 도 9에 나타낸 공정과 전체적으로 유사하다.In FIG. 13, when a dissimilar metal is used instead of a polymer as a base of the level 1 block, a level 2 process using a level 1 block prepared as shown in FIG. 12 is illustrated. It is generally similar to the process shown in FIG. 9 except that the matrix is a dissimilar metal.

이하, 도 6에 도시한 본 발명의 다른 일 양상에 따른 계층화 구조물을 제조하는 방법에 관하여 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a layered structure according to another aspect of the present invention illustrated in FIG. 6 will be described.

상술한 본 발명의 일 양상에 따른 계층화 구조물을 제조하는 공정에서는 스케일이 작은 블럭부터 그보다 스케일이 큰 블럭으로 순차적으로 제조하는 반면, 이하의 제조 방법은 스케일이 큰 블럭부터 먼저 목표 모재 상에 형성하고, 순차적으로 그보다 작은 블럭을 큰 블럭 상에 형성한다는 점에서 상이하다. 또한, 상술한 제조 방법은 스케일이 작은 블럭을 제조한 후 점차 그보다 큰 블럭을 순서대로 제조해야 하는 반면에, 이하의 제조 방법은 계층별 기본 블럭들 사이의 제조 순서에는 제약이 없다.In the process of manufacturing a layered structure according to an aspect of the present invention described above, while manufacturing a block from a smaller scale to a larger block sequentially, the following manufacturing method is first formed on the target base material from the larger scale block. The difference is that the smaller blocks are sequentially formed on the larger blocks. In addition, while the above-described manufacturing method has to manufacture a block having a smaller scale and gradually larger blocks in order, the following manufacturing method is not limited in the manufacturing order between the basic blocks for each layer.

도 6에 도시한 계층화 구조물의 제조 공정은 도 10에 도시한 바와 같다.The manufacturing process of the layered structure shown in FIG. 6 is as shown in FIG.

도 6에 도시한 계층화 구조물도 도 4에 도시한 계층화 구조물과 마찬가지로 계층별 기본 블럭을 더미 모재 상에 대량으로 제조할 필요가 있다. 이때, 계층별 기본 블럭은 생산 공정에 대해 의존성이 없으므로, 개별적으로 각각의 계층별 기본 블럭을 제조할 수 있다. 도 4에 도시한 계층화 구조물의 제조 공정에서는 계층별 기본 블럭은 그 이전 공정의 기본 블럭을 이용해서 제조되므로, 계층별로 각각의 기본 블럭을 제조하기 위해서는 순차적으로 공정을 진행해야 한다.Similarly to the layered structure shown in FIG. 4, the layered structure shown in FIG. 6 needs to be manufactured in large quantities on the dummy base material. In this case, since the basic blocks for each layer have no dependency on the production process, the basic blocks for each layer may be manufactured separately. In the manufacturing process of the layered structure illustrated in FIG. 4, since the basic blocks for each layer are manufactured using the basic blocks of the previous process, the processes must be sequentially performed to manufacture each basic block for each layer.

계층별 기본 블럭의 제조에는 상술한 광학 또는 임프린트 리소그라피 기술을 이용할 수 있으며, 쉐도우 마스크 방법 금속 트랜스퍼 프린팅 방법을 적용할 수도 있다.The optical or imprint lithography technique described above may be used to manufacture the basic block for each layer, and the shadow mask method and the metal transfer printing method may be applied.

도 10의 공정 2는 계층별로 제조된 기본 블럭들 중에서 가장 크기가 큰 블럭(도 10에서는 레벨 3 블럭)을 더미 모재로부터 떼어내는 공정이다. Step 2 of FIG. 10 is a step of separating the largest block (level 3 block in FIG. 10) from the basic blocks manufactured by layers from the dummy base material.

공정 2에서 사용하는 척은 도 9의 경우와 동일하다. The chuck used in Step 2 is the same as that in FIG. 9.

더미 모재로부터 떼어낸 블럭을 목표 모재 상에 부착하기 위해서, 공정 3에서와 같이 점착 강화층을 증착할 수 있다. 마찬가지로, 도 9의 공정 3 전에 증착하는 점착 강화층들을 사용할 수 있다.In order to adhere the block removed from the dummy base material onto the target base material, an adhesion enhancing layer can be deposited as in Step 3. Similarly, adhesion enhancement layers deposited before step 3 of FIG. 9 may be used.

이후, 공정 4에서 척에 부착된 블럭을 점착 강화층이 증착된 목표 모재와 접촉시켜 목표 모재 상에 부착시킨다.Thereafter, the block attached to the chuck in Step 4 is brought into contact with the target base material on which the adhesion reinforcing layer is deposited to attach on the target base material.

공정 5 및 공정 6은 공정 2 내지 공정 4와 유사하게 그보다 작은 크기의 블럭을 목표 모재 상으로 이송하여 부착시키는 공정이다. 필요에 따라 동일한 레벨의 블럭을 적층하는 공정을 여러 번 반복적으로 진행할 수 있다.Steps 5 and 6 are processes in which blocks smaller in size are transferred onto the target base material and attached, similarly to steps 2 to 4. If necessary, the process of stacking blocks of the same level may be repeated several times.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주하여야 할 것이다.As described above and described with reference to a preferred embodiment for illustrating the technical idea of the present invention, the present invention is not limited to the configuration and operation as shown and described as described above, it is a deviation from the scope of the technical idea It will be understood by those skilled in the art that many modifications and variations can be made to the invention without departing from the scope of the invention. Accordingly, all such suitable changes, modifications, and equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.

도 1은 인간의 힘줄에서 발견되는 계층 구조의 예시도.1 is an illustration of the hierarchy found in human tendons.

도 2는 게코(Gecko) 도마뱀의 발바닥에 형성된 계층 구조의 예시도.2 is an illustration of a hierarchical structure formed on the sole of a Gecko lizard.

도 3은 본 발명에 따라 제조될 수 있는 제품에 관한 예시도.3 is an illustration of a product that can be prepared according to the present invention.

도 4는 본 발명의 일 양상에 따른 계층화 구조물의 제조 공정에 관한 전체 흐름도.4 is an overall flow diagram of a manufacturing process of a layered structure in accordance with an aspect of the present invention.

도 5는 레벨 1 공정에서 기지(Matrix) 내에 배열되는 나노 오브젝트(Object)에 관한 예시도.FIG. 5 is an illustration of a nano object arranged in a matrix in a level 1 process. FIG.

도 6은 본 발명의 다른 일 양상에 따른 계층화 구조물에 관한 개략도.6 is a schematic diagram of a layered structure according to another aspect of the present invention.

도 7은 본 발명의 일 양상에 따른 계층화 구조물의 제조 공정 중 레벨 1 공정에 관한 상세 흐름도.7 is a detailed flow diagram of a level 1 process in the manufacturing process of a layered structure in accordance with an aspect of the present invention.

도 8은 본 발명의 일 양상에 따른 계층화 구조물의 제조 공정 중 레벨 1 공정 후 레벨 1 블럭을 제조하는 공정에 관한 상세 흐름도.8 is a detailed flowchart of a process of manufacturing a level 1 block after a level 1 process in a process of manufacturing a layered structure according to an aspect of the present invention.

도 9는 본 발명의 일 양상에 따른 계층화 구조물의 제조 공정 중 제조된 레벨 1 블럭을 이용한 레벨 2 공정에 관한 상세 흐름도.9 is a detailed flowchart of a level 2 process using a level 1 block produced during the manufacturing process of a layered structure in accordance with an aspect of the present invention.

도 10은 본 발명의 다른 일 양상에 따른 계층화 구조물의 제조 공정에 관한 전체 흐름도.10 is an overall flow diagram of a manufacturing process of a layered structure according to another aspect of the present invention.

도 11은 레벨 1 블럭의 기지가 이종 금속인 경우 본 발명의 일 양상에 따른 계층화 구조물의 제조 공정 중 레벨 1 공정에 관한 상세 흐름도.FIG. 11 is a detailed flowchart of a level 1 process in the manufacturing process of a layered structure in accordance with an aspect of the present invention when the base of the level 1 block is a dissimilar metal; FIG.

도 12는 레벨 1 블럭의 기지가 이종 금속인 경우 본 발명의 일 양상에 따른 계층화 구조물의 제조 공정 중 레벨 1 공정 후 레벨 1 블럭을 제조하는 공정에 관한 상세 흐름도.12 is a detailed flowchart of a process of manufacturing a level 1 block after a level 1 process during the manufacturing process of a layered structure according to an aspect of the present invention when the base of the level 1 block is a dissimilar metal;

도 13은 레벨 1 블럭의 기지가 이종 금속인 경우 본 발명의 일 양상에 따른 계층화 구조물의 제조 공정 중 레벨 2 공정에 관한 상세 흐름도.FIG. 13 is a detailed flowchart of a level 2 process of manufacturing a layered structure according to an aspect of the present invention when the matrix of the level 1 block is a dissimilar metal; FIG.

Claims (31)

계층화 구조물에 있어서,In the layered structure, 내부의 기지(Matrix)에 나노(Nano) 스케일 영역의 특성 길이를 가지는 적어도 하나 이상의 나노 오브젝트(Object)가 일정한 패턴(Pattern)에 의해 배열된 것을 특징으로 하는 계층화 구조물.A layered structure, characterized in that at least one or more nano-objects having a characteristic length of a nano-scale region are arranged in a predetermined pattern on an internal matrix. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기지는 폴리머(Polymer) 또는 금속인 것을 특징으로 하는 계층화 구조물.The matrix is a layered structure, characterized in that the polymer (Polymer) or metal. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 특성 길이는 1 nm 내지 100 nm인 것을 특징으로 하는 계층화 구조물.The characteristic length is a layered structure, characterized in that 1 nm to 100 nm. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 나노 오브젝트는 양자 점(Quantum Dot), 나노 스피어(Nano Sphere), 나노 입자(Nano Particle), 나노 튜브(Nano Tube), 나노 와이어(Nano Wire) 및 나노 스케일 영역의 선 패턴(Line Pattern) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 계층화 구조물.The nano object may be formed of a line pattern of a quantum dot, a nano sphere, a nano particle, a nano tube, a nano wire, and a nano scale region. Layered structure, characterized in that any one. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 패턴은 광학 리소그라피(Lithography), 소프트(Soft) 리소그라피, 홀로그라픽(Holographic) 리소그라피, 나노 임프린트(Imprint), 쉐도우 마스크(Shadow Mask) 및 금속 트랜스퍼 프린팅(Transfer Printing) 방법 중 어느 하나의 방법에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 계층화 구조물.The pattern is any one of optical lithography, soft lithography, holographic lithography, nano imprint, shadow mask and metal transfer printing methods. Layered structure, characterized in that formed. 계층화 구조물에 있어서,In the layered structure, 제 2 블럭(Block) 내부의 제 2 기지(Matrix)에 적어도 하나 이상의 제 1 블럭이 일정한 제 2 패턴(Pattern)에 의해 배열되며, 상기 제 1 블럭 내부의 제 1 기지에 나노(Nano) 스케일 영역의 특성 길이를 가지는 적어도 하나 이상의 나노 오브젝트(Object)가 일정한 제 1 패턴에 의해 배열된 것을 특징으로 하는 계층화 구조물.At least one or more first blocks are arranged in a second pattern inside a second block in a second pattern, and a nano scale region is formed in the first base in the first block. At least one nano-object having a characteristic length of is a layered structure, characterized in that arranged by a constant first pattern. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제 1 기지 또는 제 2 기지는 폴리머(Polymer) 또는 금속인 것을 특징으로 하는 계층화 구조물.And wherein said first base or said second base is a polymer or a metal. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 특성 길이는 1 nm 내지 100 nm인 것을 특징으로 하는 계층화 구조물.The characteristic length is a layered structure, characterized in that 1 nm to 100 nm. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 나노 오브젝트는 양자 점(Quantum Dot), 나노 스피어(Nano Sphere), 나노 입자(Nano Particle), 나노 튜브(Nano Tube), 나노 와이어(Nano Wire) 및 나노 스케일 영역의 선 패턴(Line Pattern) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 계층화 구조물.The nano object may be formed of a line pattern of a quantum dot, a nano sphere, a nano particle, a nano tube, a nano wire, and a nano scale region. Layered structure, characterized in that any one. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제 1 패턴은 광학 리소그라피(Lithography), 소프트(Soft) 리소그라피, 홀로그라픽(Holographic) 리소그라피, 나노 임프린트(Imprint), 쉐도우 마스크(Shadow Mask) 및 금속 트랜스퍼 프린팅(Transfer Printing) 방법 중 어느 하나의 방법에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 계층화 구조물.The first pattern may be any one of an optical lithography, soft lithography, holographic lithography, nano imprint, shadow mask, and metal transfer printing method. Layered structure, characterized in that formed by. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제 2 블럭의 크기는 상기 제 1 블럭의 크기보다 5배 내지 100배 큰 것을 특징으로 하는 계층화 구조물.The size of the second block is a layered structure, characterized in that 5 to 100 times larger than the size of the first block. 계층화 구조물에 있어서,In the layered structure, 적어도 하나 이상의 제 3 블럭(Block)들이 서로 결합된 제 1 구조물 외부에 나노(Nano) 스케일 영역의 특성 길이를 가지는 적어도 하나 이상의 제 4 블럭들이 결합된 것을 특징으로 하는 계층화 구조물.A layered structure, characterized in that at least one or more fourth blocks having a characteristic length of a nano scale region are combined outside the first structure where at least one or more third blocks are coupled to each other. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 특성 길이는 1 nm 내지 100 nm인 것을 특징으로 하는 계층화 구조물.The characteristic length is a layered structure, characterized in that 1 nm to 100 nm. 계층화 구조물의 제조 방법에 있어서,In the manufacturing method of the layered structure, (a) 제 1 모재(Substrate) 상에 제 1 기지(Matrix)를 형성하는 단계;(a) forming a first matrix on the first substrate; (b) 상기 제 1 기지 상에 나노(Nano) 스케일 영역의 특성 길이를 가지는 적 어도 하나 이상의 나노 오브젝트(Object)를 일정한 제 1 패턴에 의해 배열하는 단계;(b) arranging at least one or more nano-objects having characteristic lengths of nano-scale regions on the first matrix by a constant first pattern; (c) 상기 (b) 단계의 제 1 패턴 상에 제 2 기지를 형성하는 단계; 및(c) forming a second base on the first pattern of step (b); And (d) 상기 제 1 모재를 분리하여 제 1 블럭을 형성하는 단계;를 포함하는 계층화 구조물의 제조 방법.(d) separating the first base material to form a first block. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 제 1 기지 또는 제 2 기지는 폴리머(Polymer) 또는 금속인 것을 특징으로 하는 계층화 구조물의 제조 방법.The first base or the second base is a method of producing a layered structure, characterized in that the polymer (Polymer) or metal. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 특성 길이는 1 nm 내지 100 nm인 것을 특징으로 하는 계층화 구조물의 제조 방법.The characteristic length is 1 nm to 100 nm manufacturing method of the layered structure, characterized in that. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 나노 오브젝트는 양자 점(Quantum Dot), 나노 스피어(Nano Sphere), 나노 입자(Nano Particle), 나노 튜브(Nano Tube), 나노 와이어(Nano Wire) 및 나노 스케일 영역의 선 패턴(Line Pattern) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 계층화 구조물의 제조 방법.The nano object may be formed of a line pattern of a quantum dot, a nano sphere, a nano particle, a nano tube, a nano wire, and a nano scale region. Method for producing a layered structure, characterized in that any one. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 패턴은 광학 리소그라피(Lithography), 소프트(Soft) 리소그라피, 홀로그라픽(Holographic) 리소그라피, 나노 임프린트(Imprint), 쉐도우 마스크(Shadow Mask) 및 금속 트랜스퍼 프린팅(Transfer Printing) 방법 중 어느 하나의 방법에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 계층화 구조물의 제조 방법.The pattern is any one of optical lithography, soft lithography, holographic lithography, nano imprint, shadow mask and metal transfer printing methods. Method for producing a layered structure, characterized in that formed. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 (a) 단계는,In step (a), (a1) 상기 제 1 기지를 형성하기 전에 상기 제 1 모재 상에 희생층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계층화 구조물의 제조 방법.(a1) forming a sacrificial layer on the first base material before forming the first base. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 (d) 단계는,In step (d), (d1) 상기 제 2 기지 상에 PR(Photo Resist) 패턴 또는 무기물 패턴을 형성 한 후 에칭하는 단계; 및(d1) forming a PR (Photo Resist) pattern or an inorganic pattern on the second base and then etching; And (d2) 상기 PR 또는 무기물을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계층화 구조물의 제조 방법.(d2) removing the PR or the inorganic material; manufacturing method of a layered structure comprising a. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 PR 패턴 또는 무기물 패턴은 광학 리소그라피 또는 임프린트 리소그라피 방법을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 계층화 구조물의 제조 방법.The PR pattern or the inorganic pattern is formed by using an optical lithography or imprint lithography method. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 (d) 단계 이후에,After step (d), (e) 제 2 모재 상에 적어도 하나 이상의 상기 제 1 블럭을 일정한 제 2 패턴에 의해 배열하는 단계;(e) arranging at least one or more said first blocks on a second base material by a constant second pattern; (f) 상기 (e) 단계의 제 2 패턴 상에 제 3 기지를 형성하는 단계; 및(f) forming a third base on the second pattern of step (e); And (g) 상기 제 2 모재를 분리하여 제 2 블럭을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 계층화 구조물의 제조 방법.(g) separating the second base material to form a second block. 제 22 항에 있어서,The method of claim 22, 상기 (e) 단계는,In step (e), (e1) 상기 제 1 블럭을 척(chuck)을 이용하여 상기 제 2 모재 상에 부착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계층화 구조물의 제조 방법.(e1) attaching the first block onto the second base material using a chuck. 제 22 항에 있어서,The method of claim 22, 상기 (e) 단계는,In step (e), (e2) 상기 제 1 블럭을 배열하기 전 상기 제 2 모재 상에 점착 강화층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계층화 구조물의 제조 방법.(e2) forming an adhesion reinforcing layer on the second base material before arranging the first block. 제 24 항에 있어서,The method of claim 24, 상기 점착 강화층은 자기 조립 단분자층(Self-Assembled Monolayer) 또는 폴리머 접착제층인 것을 특징으로 하는 계층화 구조물의 제조 방법.The adhesion reinforcing layer is a method of manufacturing a layered structure, characterized in that the self-assembled monolayer (Self-Assembled Monolayer) or a polymer adhesive layer. 제 22 항에 있어서,The method of claim 22, 상기 제 2 블럭의 크기는 상기 제 1 블럭의 크기보다 5배 내지 100배 큰 것을 특징으로 하는 계층화 구조물의 제조 방법.And the size of the second block is 5 to 100 times larger than the size of the first block. 계층화 구조물의 제조 방법에 있어서,In the manufacturing method of the layered structure, (A) 나노 스케일 영역의 특성 길이를 가지는 적어도 하나 이상의 제 3 블럭(Block) 및 상기 제 3 블럭의 크기보다 큰 적어도 하나 이상의 제 4 블럭을 형성하는 단계;(A) forming at least one third block having a characteristic length of the nanoscale region and at least one fourth block larger than the size of the third block; (B) 제 3 모재(Substrate) 상에 상기 제 4 블럭을 부착하며, 상기 제 4 블럭 상에 상기 제 3 블럭을 부착하는 단계; 및(B) attaching the fourth block on a third substrate, and attaching the third block on the fourth block; And (C) 상기 제 3 모재를 분리하는 단계;를 포함하는 계층화 구조물의 제조 방법.(C) separating the third base material; manufacturing method of a layered structure comprising a. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 제 4 블럭의 크기는 상기 제 3 블럭의 크기보다 5배 내지 100배 큰 것을 특징으로 하는 계층화 구조물의 제조 방법.The size of the fourth block is a manufacturing method of the layered structure, characterized in that 5 to 100 times larger than the size of the third block. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 (B) 단계는,Step (B) is, (B1) 상기 제 4 블럭 또는 제 3블럭을 척(chuck)을 이용하여 상기 제 3 모재 또는 제 4 블럭 상에 부착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계층화 구조 물의 제조 방법.(B1) attaching the fourth block or the third block onto the third base material or the fourth block using a chuck. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 (B) 단계는,Step (B) is, (B2) 상기 제 4 블럭을 부착하기 전 상기 제 3 모재 상에 점착 강화층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 계층화 구조물의 제조 방법.(B2) forming an adhesion reinforcing layer on the third base material before attaching the fourth block. 제 30 항에 있어서,The method of claim 30, 상기 점착 강화층은 자기 조립 단분자층(Self-Assembled Monolayer) 또는 폴리머 접착제층인 것을 특징으로 하는 계층화 구조물의 제조 방법.The adhesion reinforcing layer is a method of manufacturing a layered structure, characterized in that the self-assembled monolayer (Self-Assembled Monolayer) or a polymer adhesive layer.
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