KR20100050867A

KR20100050867A - 액적 충돌을 이용한 마이크로액체 패터닝 방법

Info

Publication number: KR20100050867A
Application number: KR1020080109970A
Authority: KR
Inventors: 김호영
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2008-11-06
Filing date: 2008-11-06
Publication date: 2010-05-14
Also published as: KR101042106B1

Abstract

본 발명은 액적 충돌을 이용한 마이크로액체 패터닝 방법에 관한 것으로, 표면에 친수성 영역(21)과 소수성 영역(22)으로 구분되는 패턴이 형성된 패터닝대상물(10)에 소수성 또는 친수성의 액적을 분사, 충돌시키는 단계 및 패터닝대상물(10)의 표면에서 액적의 유동이 정지되면 액적이 친수성일 경우에는 친수성 영역(21)에만, 액적이 소수성일 경우에는 소수성 영역(22)에만 포획되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액적 충돌을 이용한 마이크로액체 패터닝 방법을 기술적 요지로 하여, 친수성 영역과 소수성 영역이 복합된 비균일 표면에 액적을 충돌시켜 원하는 형상의 패턴을 형성할 수 있는 액적 충돌을 이용한 마이크로액체 패터닝 방법에 관한 것이다.

친수성, 소수성, 패턴, 액적, 퍼짐, 되모임

Description

액적 충돌을 이용한 마이크로액체 패터닝 방법{microliquid patterning with drop impact}

본 발명은 액적 충돌을 이용한 마이크로액체 패터닝 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 친수성 영역과 소수성 영역이 함께 형성된 표면에 수용액을 충돌시켜 원하는 형상의 패턴을 형성시키는 액적 충돌을 이용한 마이크로액체 패터닝 방법에 관한 것이다.

일반적으로 고체 표면에 액체 방울을 떨어뜨리는 것은 페인팅, 코팅, 윤활, 잉크젯 프린팅을 포함한 다양한 분야에 광범위하게 적용되고 있으며, Spread and Rebound of Liquid Droplets upon Impact on Flat Surface(Mao, T., Kuhn, D. C. S. and Tran, H., 1997, AICHE J., Vol. 43, No. 9, pp. 2169~2179.)에 기재된 내용을 포함하여 액체 방울의 반동과 퍼짐에 관한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.

그러나, 종래의 액체 방울의 유동에 대한 연구는, Imaging the high-speed impact of microdrop on solid surface(Kim, H.-Y., Park, S.-Y. and Min, K. D., 2003, Rev. Sci. Instrum., Vol. 74, No. 11, pp. 4930~4937.)에 기재된 내용과 같 이 균일한 성질의 표면에 대해서만 편중되게 이루어지고 있으며, 비균일 특성을 가지는 표면에 대해서는, 균일한 표면에서는 구현불가능한 고유한 특성을 가지고 보다 광범위하게 적용가능한 가능성을 가지고 있음에도 불구하고 그 연구가 미미하게 이루어지고 있는 실정이다.

액적을 떨어뜨리는 예로써 잉크젯 프린팅을 들 수 있다. 잉크로 원하는 그림을 그리는 것은 고체 표면에 액체를 패턴화하는 것으로 볼 수 있다. 이 방법의 원리는 액체의 분사 위치, 크기, 속도를 조절하여 원하는 형상으로 액체를 고체 표면에 입히는 것이다. 즉 액체가 주 조절 대상이 된다.

하지만 액체를 조절하여 액체를 패턴화하는 것은, 액적의 크기, 분사속도, 분사 제어 능력등에 크게 영향을 받기 때문에, 원하는 패턴의 형상, 사이즈, 패턴화시키는데 소요되는 시간등을 조절하는데 한계가 있을 수 밖에 없다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 주 조절 대상을 액체가 아닌 고체 표면으로 함으로써, 표면을 원하는 형상으로 미리 패턴화시켜 놓은 뒤 액체를 분사하여 원하는 형상으로 액체를 패턴화시키는 것을 그 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 친수성 영역과 소수성 영역이 복합된 비균일 표면에 충돌된 액적의 거동을 보다 심화 연구하여, 친수성 영역과 소수성 영역이 복합된 비균일 표면을 이용하여 마이크로 사이즈의 패턴을 원하는 형상으로 안정되게 형성할 수 있는 액적 충돌을 이용한 마이크로액체 패터닝 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 표면에 친수성 영역(21)과 소수성 영역(22)으로 구분되는 패턴이 형성된 패터닝대상물(10)에 액적을 분사, 충돌시키는 단계; 및 상기 패터닝대상물(10)의 표면에서 상기 액적의 유동이 정지되면 상기 친수성 영역(21)과 소수성 영역(22) 중 상기 액적의 극성에 따라 상기 친수성 영역(21) 또는 상기 소수성 영역(22) 중 어느 한 영역에만 포획되는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 패터닝대상물(10)의 표면에 친수성 영역(21)과 소수성 영역(22)으로 구분형성된 패턴은, 친수성 물질로 구성된 상기 패 터닝대상물(10)의 표면에 소수성 물질을 패터닝하여 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 포토레지스트(11)를 친수성 표면을 가지는 패터닝대상물(10)에 코팅하고 가열건조하는 감광액코팅단계; 패턴 마스크를 상기 포토레지스트(11) 위에 올리고 광을 조사하여 포토레지스트(11)를 감광시키는 노광 단계; 디벨로퍼로 감광된 상기 포토레지스트(11)를 제거하여 상기 패턴 마스크에 해당되는 형상의 포토레지스트(11) 패턴을 잔존 형성하는 현상 단계; 소수성 물질을 상기 포토레지스트(11) 패턴이 형성된 상기 패터닝대상물(10) 표면에 증착, 코팅하는 소수기증착단계; 및 포토레지스트 제거제로 상기 패터닝대상물(10)에 잔존된 포토레지스트(11)를 상기 포토레지스트(11)의 상부에 코팅된 소수성 물질과 함께 제거하는 잔존부제거단계;를 거쳐, 친수성 물질로 구성된 상기 패터닝대상물(10)의 표면에 소수성 물질을 패터닝하여 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 패터닝대상물(10)은 친수성 세라믹소재로 구성되며, 상기 노광 단계에서 조사하는 광은 자외선이고, 상기 소수성 물질은 광유와 데실트리클로로실란을 7:5의 비율로 혼합하여 제작한 소수성의 광유혼합액(12)의 증기이며, 상기 포토레지스트 제거제는 아세톤일 수 있다.

본 발명의 일 실시예로서, 상기 감광액코팅단계 전에, 황산과 과산화수소를 3:1의 비율로 섞은 용액으로 상기 패터닝대상물(10)을 세척하는 대상물세척단계;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예로서, 상기 패터닝대상물(10)의 표면에 친수성 영역(21)과 소수성 영역(22)으로 구분형성된 패턴은, 소수성 물질로 구성된 상기 패터닝대 상물(10)의 표면에 친수성 물질로 패터닝하여 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예로서, 상기 패터닝대상물(10)에 액적을 분사, 충돌시에, 액적을 상기 패터닝대상물(10)의 표면에 수직방향으로 충돌시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예로서, 상기 패터닝대상물(10)에 액적을 분사, 충돌시에, 상기 패터닝대상물(10)을 기울여 상기 액적을 상기 패터닝대상물(10)의 표면에 경사지게 충돌시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예로서, 상기 패터닝대상물(10)에 액적을 분사, 충돌시에, 상기 패터닝대상물(10)의 사이즈가 하나의 액적으로 커버링할 수 없을 정도로 큰 경우에는 여러 개의 액적을 위치를 가변시키면서 순차적으로 떨어뜨릴 수 있다.

본 발명의 일 실시예로서, 상기 액적의 직경(Do) 3.0mm이상 내지 3.3mm이하인 경우, 상기 패터닝대상물(10) 표면에 충돌하는 상기 액적의 속도(V)는 2m/s이상 내지 4m/s이하로 할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 친수성 영역과 소수성 영역이 분리된 패터닝대상물의 제조 방법은 포토레지스트(11)를 친수성 표면을 가지는 패터닝대상물(10)에 코팅하고 가열건조하는 감광액코팅단계; 패턴 마스크를 상기 포토레지스트(11) 위에 올리고 광을 조사하여 포토레지스트(11)를 감광시키는 노광 단계; 디벨로퍼로 감광된 상기 포토레지스트(11)를 제거하여 상기 패턴 마스크에 해당되는 형상의 포토레지스트(11) 패턴을 잔존 형성하는 현상 단계; 소수성 물질을 상기 포토레지스트(11) 패턴이 형성된 상기 패터닝대상물(10) 표면에 증착, 코팅하는 소수기증착단계; 및 포토레지스트 제거제로 상기 패터닝대 상물(10)에 잔존된 포토레지스트(11)를 상기 포토레지스트(11)의 상부에 코팅된 소수성 물질과 함께 제거하는 잔존부제거단계; 를 거쳐, 친수성 물질로 구성된 상기 패터닝대상물(10)의 표면에 소수성 물질을 패터닝하여 형성될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 패터닝 대상물은 그 표면에 액적이 분사, 충돌될 경우, 상기 액적의 극성에 따라 친수성 영역(21) 또는 소수성 영역(22) 중 어느 한 영역에만 포획되도록 표면에 친수성 영역과 소수성 영역으로 구분되는 패턴이 형성될 수 있다.

상술한 바와 같은 구성에 의한 본 발명은, 친수성 영역과 소수성 영역이 특정한 형상으로 패터닝된 비균일 표면을 가진 패터닝대상물에 액적을 분사, 충돌시켜, 특정한 형상의 패턴을 안정적으로 형성할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 액적과 친수성 영역 또는 소수성 영역과의 반발력을 이용하여 균일 표면에서는 구현이 불가능한 패턴을 형성할 수 있으며, 친수성 영역과 소수성 영역의 형상에 따라 무한히 다양한 형상으로 마이크로 사이즈의 미세 패턴을 형성할 수 있는 효과가 있다.

이를 이용하면, 액체에 원하는 물질을 첨가하여 원하는 형상대로 패턴화한 뒤 액체를 증발시킴으로써 고체 표면에 원하는 물질을 패턴화할 수 있다.

또한 온도나 빛에 의해 경화되는 액체나 전도성을 띠는 액체를 패턴화하여 원하는 형상을 얻을 수 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 액적 충돌을 이용한 마이크로액체 패터닝 방법을 다음의 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 액적 충돌을 이용한 마이크로액체 패터닝 방법에서 친수성 영역과 소수성 영역으로 구분 형성된 패턴의 제1실시예를 도시한 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시된 바와 같은 형상의 친수성 패턴이 형성된 패터닝대상물에 충돌된 상태에서의 액적의 변화를 시간별로 관측한 사진이다.

도 3는 본 발명에 따른 액적 충돌을 이용한 마이크로액체 패터닝 방법에서 친수성 영역과 소수성 영역으로 구분 형성된 패턴의 제2실시예를 도시한 개략도이고, 도 4는 도 3에 도시된 바와 같은 형상의 소수성 패턴이 형성된 패터닝대상물에 충돌된 상태에서의 액적의 변화를 시간별로 관측한 사진이며, 도 5은 친수성 영역과 소수성 영역의 형상 차이에 따른 퍼짐특성을 시간별로 도시한 그래프이다.

도 6은 본 발명에 따른 액적 충돌을 이용한 마이크로액체 패터닝 방법에서 친수성 영역과 소수성 영역으로 구분 형성된 패턴의 다른 다양한 실시예를 도시한 개략도이고, 도 7은 도 6에 도시된 바와 같은 형상의 친수성 패턴이 형성된 패터닝대상물을 기울인 상태에서 액적을 분사시키며 형성한 패턴의 사진이며, 도 8은 친수성 물질로 구성된 패터닝대상물에 소수성 물질을 패터닝하는 방법의 일예를 설명하고자 도시한 개략도이다.

본 발명에 따른 액적 충돌을 이용한 마이크로액체 패터닝 방법은, 친수성 영역(21)과 소수성 영역(22)으로 구분되는 패턴이 형성된 패터닝대상물(10)에, 친수성 또는 소수성의 액적을 분사, 충돌시켜, 상기 패터닝대상물(10)의 표면에서 상기 액적의 유동이 정지되면 상기 액적이 친수성일 경우에는 상기 친수성 영역(21)에만, 상기 액적이 소수성일 경우에는 상기 소수성 영역(22)에만 포획되도록 하는 액적 충돌을 이용한 마이크로액체 패터닝 방법에 관한 것이다.

상기 패터닝대상물(10)의 표면에 친수성 영역(21)과 소수성 영역(22)으로 구분형성된 패턴은, 친수성 물질로 구성된 상기 패터닝대상물(10)의 표면에 소수성 물질로 패터닝하거나, 소수성 물질로 구성된 상기 패터닝대상물(10)의 표면에 친수성 물질로 패터닝함으로써, 도 1, 3, 6에 도시된 바와 같은 실시예를 포함한 다양한 형상으로 간단하게 형성할 수 있다.

도 1에 도시된 제1실시예와, 도 3에 도시된 제2실시예는, 상기 패터닝대상물(10)의 표면에 형성된 친수성 영역(21), 또는 소수성 영역(22)이 액적의 퍼짐에 의해 커버링 가능할 정도의 마이크로 사이즈로 형성된 실시예로, 도 2, 4는 도 1, 2에 도시된 바와 같은 형상의 패턴이 형성된 상기 패터닝대상물(10)의 표면에 액적을 수직방향으로 충돌시킨 결과를 도시한 것이며, 본 실시예에서는 액적을 구성하는 액체로서 친수성 액체인 물이 사용되었으나, 소수성 액체를 포함하는 다른 액체도 가능하며 본 발명의 기술적 사상을 만족시킴을 당업자라면 자명하게 알 수 있다.

도 1에 도시된 제1실시예는 흰색 바탕에 해당되는 소수성 영역(22)에 검정색 에 해당되는 친수성 영역(21)을 선폭(t)을 1.5mm이상 내지 0.1mm 이하, 상대각도(θ)를 7.5°이상 내지 180°이하인 방사형의 패턴을 이루도록 형성시킨 것으로, 도 2는 직경(Do)이 3.0mm이상 내지 3.3mm이하인 액적을, 2m/s이상 내지 4m/s이하의 속도(V)로, 상기 제1실시예의 패턴이 형성된 상기 패터닝대상물(10) 표면에 충돌시킨 순간을, 평면에 대해 45°각도에서 초당 5130프레임으로 촬영하여, 액적의 거동을 파악할 수 있는 주요 시점들(-0.9ms, 0.4ms, 1.6ms, 4.1ms, 8.7ms, 13.4ms, 17.3ms, final)을 순서대로 정리한 것이다.

도 3에 도시된 제2실시예는 검정색 바탕에 해당되는 친수성 영역(21)에 흰색에 해당되는 소수성 영역(22)을 선폭(t)을 1.5mm이상 내지 0.1mm 이하, 상대각도(θ)를 7.5°이상 내지 180°이하인 방사형의 패턴을 이루도록 형성시킨 것으로, 도 4는, 도 2의 경우와 마찬가지로, 직경(Do)이 3.0mm이상 내지 3.3mm이하인 액적을, 2m/s이상 내지 4m/s이하의 속도(V)로, 상기 제2실시예의 패턴이 형성된 상기 패터닝대상물(10) 표면에 충돌시킨 순간을, 평면에 대해 45°각도에서 초당 5130프레임으로 촬영하여, 액적의 거동을 파악할 수 있는 주요 시점들(-0.7ms, 0.4ms, 1.6ms, 3.1ms, 5.2ms, 10.9ms, 16.2ms, final)을 순서대로 정리한 것이다.

도 2 및 4를 참조하면, 친수성 영역(21)과 소수성 영역(22)이 구분된 표면에 대한 액적의 충돌현상은 액적의 퍼짐과 되모임 현상으로 나누어 볼 수 있다.

충돌 초기의 0∼1.6ms에 해당되는 시점에 상기 액적은 상기 패턴의 형상과 관계없이 원형으로 빠르게 퍼져나가면서 액체층을 형성하다가, 1.6ms 이후에는 퍼짐 속도가 줄어들면서 상기 패턴의 영향으로 상기 액체층에 마루와 골이 생기기 시 작한다. 본 실시예에서는 상기 액적으로 물이 사용되었기 때문에, 상기 액체층 중 마루는 친수성 표면에서 생기며 상기 액체층 중 골은 소수성 표면에서 생긴다.

도 2를 참조하면, 도 1에서 검은색으로 표현된 친수성 영역(21)의 폭이 얇기 때문에 상기 액체층의 마루는 친수성 영역(21)을 따라 좁게 퍼져서 나간다. 이와 반대로, 도 1에서 흰색으로 표현된 소수성 영역(22)의 면적이 넓기 때문에, 상기 액체층의 골은 소수성 영역(22)을 따라 넓게 형성된다.

도 4를 참조하면, 도 3에서 검은색으로 표현된 친수성 영역(21)이 넓기 때문에 상기 액체층의 마루는 친수성 영역(21)을 따라 넓게 퍼져나가 형성된다. 이와 반대로, 도 3에서 흰색으로 표현된 소수성 영역(22)이 좁기 때문에, 상기 액체층의 골은 소수성 영역(22)을 따라 좁게 형성된다.

상기 액체층의 최대 퍼짐 이후 상기 액체층은 충돌이 이루어진 중앙측으로 되모임되기 시작하는데, 되모임되는 동안에도 마루를 형성한 상기 액체층은 친수성 표면에 그대로 남아 있으며, 골을 형성한 부분의 상기 액체층만이 중앙측으로 모여들면서 마루에서 나타난 현상과 같이 친수성 영역(21)에는 상기 액체층이 그대로 남게 되고 소수성 영역(22)에는 상기 액체층이 남지 않게 되며, 상기 액체층이 중앙측으로 모여들면서 최종적으로 가운데 부분에 상기 액체층이 뭉쳐서 위로 오르고 아래로 퍼지는 약한 진동현상을 보이다 최종적으로는 반구 형태를 이루게 된다.

도 1에 도시된 바와 같은 패턴에서는 친수성 영역(21)에 남겨진 상기 액체층(물)의 양이 적어 큰 액적(물방울)이 가운데 남게 되나, 도 3에 도시된 바와 같은 패턴에서는 친수성 영역(21)에 남겨진 상기 액체층(물)의 양이 많아 가운데 남 겨진 액적(물방울)의 크기는 상대적으로 작다.

도 2의 final 사진을 참조하면, 도 1에 도시된 바와 같은 패턴에서는 가운데 액체방울(물방울)이 인접한 친수성 영역(21)의 액체층(물)과 연결되어 있으나, 도 4의 final 사진을 참조하면, 도 3에 도시된 바와 같은 패턴에서는 가운데 액적(물방울)이 인접한 친수성 영역(21)과 따로 떨어져 반구 형태를 이루고 있는데, 이는 소수성 표면이 물의 표면보다 더 낮은 에너지를 가지기 때문에 소수성 표면을 덮는 것보다 따로 떨어져 작은 반구 형태를 이루는 것이 더 안정적이기 때문이다.

도 1에 도시된 바와 같이 소수성 영역(22)의 배경에 마이크로 사이즈의 친수성 영역(21)을 방사형으로 형성한 경우, 액적은 최종적으로 도 2의 final 사진에 도시된 바와 같이 마이크로 사이즈의 친수성 영역(21)을 따라 방사형으로 연속하여 연장되는 바퀴살모양의 패턴을 형성하게 된다.

그리고, 도 3에 도시된 바와 같이 친수성 영역(21)의 배경에 소수성 영역(22)을 방사형으로 형성한 경우, 액적은 최종적으로 도 4의 final 사진에 도시된 바와 같이 소수성 영역(22)에 의해 방사형으로 분할되면서도 친수성 영역(21)에서는 소수성 영역(22)으로부터 이격될수록 큰 직경을 가지는 꽃잎형상의 패턴을 형성하게 된다.

도 5는, 친수성 영역만으로 구성된 표면에 액적이 충돌된 시점에서의 액적의퍼짐크기(☆), 소수성 영역만으로 구성된 표면에 액적이 충돌된 시점에서의 액적의 퍼짐크기(◇), 도 1에 도시된 바와 같이 소수성 영역(22)의 배경에 친수성 영역(21)이 미세하게 형성된 형상의 패턴에 액적이 충돌된 시점에서의 마루(○)와 골(▽)의 크기, 도 3에 도시된 바와 같이 친수성 영역(21)의 배경에 소수성 영역(22)이 미세하게 형성된 형상의 패턴에 액적이 충돌된 시점에서의 마루(□)와 골(△)의 크기(Dmax)를, 액적의 직경(Do)에 대한 무차원수로 표현하여, 친수성 영역과 소수성 영역의 형상 차이에 따른 퍼짐특성을 시간별로 도시한 그래프이다.

최대 마루의 크기는 도 3에 도시된 바와 같은 패턴에서, 최대 골의 크기는 도 1에 도시된 바와 같은 패턴에서 더 크게 나타나며, 균일한 표면에서의 액적(물방울)의 퍼짐과 비교하여 보면 도 3에 도시된 바와 같은 패턴에서는 균일한 친수성 표면보다 마루가 더 크게 나타나고, 도 1에 도시된 바와 같은 패턴에서는 약간 작게 나타나며, 골의 크기는 도 1에 도시된 바와 같은 패턴에서는 균일한 소수성 표면보다 크게 나타나고, 도 3에 도시된 바와 같은 패턴에서는 작게 나타난다.

시간적으로 보았을 때 최대 마루가 나타나는 시점은 최대 골이 나타나는 시점보다 더 늦게 나타나는 것을 확인할 수 있는데, 이는 소수성 영역에서 물이 멀리 퍼져가지 못해 먼저 최대 골을 이룬 후, 친수성 영역에서 물이 더 멀리 퍼져나가며 더 늦게 최대 마루를 이루게 되기 때문이다.

상기에서 살펴본 바에 따르면, 친수성 영역(21)과 소수성 영역(22)으로 구분되는 패턴이 형성된 패터닝대상물(10)에, 상기 친수성 영역(21)과 소수성 영역(22)을 함께 커버링하도록 액적을 분사, 충돌시켜 최종적으로 획득된 패턴은, 도 2, 4의 final에 도시된 바와 같이 원하는 형상의 패턴을 자연적으로 형성하게 된다.

한편, 도4의 final의 중심부분은 소수성 영역(22) 임에도 불구하고 남은 액체(물)가 모여 있는 것을 볼 수 있는데, 이를 방지하기 위하여 상기 패터닝대상 물(10)을 기울인 상태에서 액적을 상기 패터닝대상물(10)의 표면에 경사지게 충돌시켜, 충돌 후에도 액적이 흘러내리면서 패터닝될 수 있도록 할 수도 있다.

패턴의 사이즈가 작은 경우에는 하나의 액적으로도 원하는 형상으로 패터닝을 할 수 있으나, 패턴의 사이즈가 하나의 액적으로 커버링할 수 없을 정도로 큰 경우에는 여러 개의 액적을 위치를 가변시키면서 순차적으로 떨어뜨려 모든 표면을 덮어나감으로써 원하는 형상으로 패터닝을 할 수 있다.

도 1, 3, 6에 도시된 바와 같이 친수성 영역(21)과 소수성 영역(22)을 패터닝시킴에 있어서는, 친수성 물질로 구성된 상기 패터닝대상물(10)의 표면에 소수성 물질을 패터닝함으로써, 도 1, 3, 6에 도시된 바와 같은 실시예를 포함한 다양한 형상으로 간단하게 형성할 수 있다.

즉, 도 6의 해당 번호 (a) 내지 (e)은 친수성 영역과 소수성 영역이 구분되도록 고체 표면을 패터닝한 것이며, 도 7의 해당 번호 (a) 내지 (e)는 도 6의 해당 번호 (a) 내지 (e)의 형상대로 패터닝된 액체의 패터닝 결과를 보여준다.

친수성 물질로 구성된 상기 패터닝대상물(10)의 표면에 소수성 물질을 패터닝하는 방법은, 도 8에 도시된 바와 같이, 크게 대상물세척단계, 감광액코팅단계, 노광단계, 현상단계, 소수기증착단계, 잔존부제거단계를 거쳐, 상기 패터닝대상물(10)에 친수성 영역(21)과 소수성 영역(22)이 구분되도록 패터닝할 수 있다.

상기 대상물세척단계에서는 황산과 과산화수소를 3:1의 비율로 섞은 용액(Piranha)으로 상기 패터닝대상물(10)을 세척한다.

상기 감광액코팅단계에서는 포토레지스트(11)를 상기 패터닝대상물(10)의 표 면에 코팅하고, 가열건조한다. 일 실시예로서, 상기 감광액코팅단계는 포토레지스트(AZ1512 Photoresist)(11)를 스핀코팅기를 이용하여 친수성 세라믹소재로 구성된 패터닝대상물(10)에 500rpm에서 5초간, 3500rpm에서 35초간 코팅하고, 100℃에서 5분간 열처리 및 가열건조하여 이루어질 수 있다.

상기 노광단계에서는 패턴 마스크를 포토레지스트(11) 위에 올리고 광을 조사하여 포토레지스트(11)를 감광시킨다. 일 실시예로서, 상기 광의 조사는 265W/m² 강도의 자외선 빛을 11초 동안 조사하여 이루어질 수 있다.

상기 현상단계에서는 디벨로퍼로 감광된 포토레지스트(11)를 제거하여 패턴 마스크에 해당되는 형상의 포토레지스트(11) 패턴을 잔존 형성한다. 일 실시예로서, 상기 디벨로퍼는 AZ300 developer가 사용될 수 있다.

상기 소수기증착단계에서는 소수성 물질을 포토레지스트(11) 패턴이 형성된 상기 패터닝대상물(10) 표면에 증착시켜 상기 패터닝대상물(10)을 소수성 표면으로 코팅한다. 일 실시예로서, 상기 소수성 물질의 증착은 광유(mineral oil)와 데실트리클로로실란(decyltrichlorosilane)을 7:5의 비율로 혼합하여 제작한 소수성의 광유혼합액(12)의 증기를 3분 동안 증착시켜 이루어질 수 있다.

상기 잔존부제거단계에서는 상기 패터닝대상물(10)에 잔존된 포토레지스트(11)를 포토레지스트 제거제로 세척하여 제거함으로써, 최종적으로 상기 패턴 마스크에 대응되는 형상으로 소수성 코팅이 형성된 표면을 얻을 수 있다. 일 실시예로서, 상기 포토레지스트 제거제는 아세톤일 수 있으며, 상기 세척은 30초 동안 이 루어질 수 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 액적 충돌을 이용한 마이크로액체 패터닝 방법에 의하면, 친수성 영역(21)과 소수성 영역(22)이 특정한 형상으로 패터닝된 비균일 표면을 가진 패터닝대상물(10)에 액적을 분사, 충돌시켜, 액적을 상기 비균일 표면에 형성된 패턴의 형상대로 안정적으로 패터닝 할 수 있다.

또한, 소수성 영역(22)과의 반발력을 이용하여, 비균일 표면을 가진 상기 패터닝대상물에 액적을 분사시켜 친수성 영역(21)과 소수성 영역(22)의 형상에 따라 무한히 다양한 형상으로 마이크로 사이즈의 미세 패턴을 형성할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 상기 실시예들을 기존의 공지기술과 단순히 조합적용한 실시예와 함께 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 변형하여 이용할 수 있는 기술은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.

도 1 - 본 발명에 따른 액적 충돌을 이용한 마이크로액체 패터닝 방법에서 친수성 영역과 소수성 영역으로 구분 형성된 패턴의 제1실시예를 도시한 개략도

도 2 - 도 1에 도시된 바와 같은 형상의 친수성 패턴이 형성된 패터닝대상물에 충돌된 상태에서의 액적의 변화를 시간별로 관측한 사진

도 3 - 본 발명에 따른 액적 충돌을 이용한 마이크로액체 패터닝 방법에서 친수성 영역과 소수성 영역으로 구분 형성된 패턴의 제2실시예를 도시한 개략도

도 4 - 도 3에 도시된 바와 같은 형상의 소수성 패턴이 형성된 패터닝대상물에 충돌된 상태에서의 액적의 변화를 시간별로 관측한 사진

도 5 - 친수성 영역과 소수성 영역의 형상 차이에 따른 퍼짐특성을 시간별로 도시한 그래프

도 6 - 본 발명에 따른 액적 충돌을 이용한 마이크로액체 패터닝 방법에서 친수성 영역과 소수성 영역으로 구분 형성된 패턴의 다른 다양한 실시예를 도시한 개략도

도 7 - 도 6에 도시된 바와 같은 형상의 친수성 패턴이 형성된 패터닝대상물을 기울인 상태에서 액적을 분사시키며 형성한 패턴의 사진

도 8 - 친수성 물질로 구성된 패터닝대상물에 소수성 물질을 패터닝하는 방법의 일예를 설명하고자 도시한 개략도

<도면에 사용된 주요 부호에 대한 설명>

10 : 패터닝대상물 11 : 포토레지스트

12 : 광유혼합액 21 : 친수성 영역

22 : 소수성 영역

Claims

표면에 친수성 영역(21)과 소수성 영역(22)으로 구분되는 패턴이 형성된 패터닝대상물(10)에 소수성 또는 친수성의 액적을 분사, 충돌시키는 단계; 및

상기 패터닝대상물(10)의 표면에서 상기 액적의 유동이 정지되면 상기 액적이 친수성일 경우에는 상기 친수성 영역(21)에만, 상기 액적이 소수성일 경우에는 상기 소수성 영역(22)에만 포획되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액적 충돌을 이용한 마이크로액체 패터닝 방법.
제1항에 있어서, 상기 패터닝대상물(10)의 표면에 친수성 영역(21)과 소수성 영역(22)으로 구분형성된 패턴은,

친수성 물질로 구성된 상기 패터닝대상물(10)의 표면에 소수성 물질을 패터닝하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액적 충돌을 이용한 마이크로액체 패터닝 방법.
제2항에 있어서,

포토레지스트(11)를 친수성 표면을 가지는 패터닝대상물(10)에 코팅하고 가열건조하는 감광액코팅단계;

패턴 마스크를 상기 포토레지스트(11) 위에 올리고 광을 조사하여 포토레지스트(11)를 감광시키는 노광 단계;

디벨로퍼로 감광된 상기 포토레지스트(11)를 제거하여 상기 패턴 마스크에 해당되는 형상의 포토레지스트(11) 패턴을 잔존 형성하는 현상 단계;

소수성 물질을 상기 포토레지스트(11) 패턴이 형성된 상기 패터닝대상물(10) 표면에 증착, 코팅하는 소수기증착단계; 및

포토레지스트 제거제로 상기 패터닝대상물(10)에 잔존된 포토레지스트(11)를 상기 포토레지스트(11)의 상부에 코팅된 소수성 물질과 함께 제거하는 잔존부제거단계;

를 거쳐, 친수성 물질로 구성된 상기 패터닝대상물(10)의 표면에 소수성 물질을 패터닝하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액적 충돌을 이용한 마이크로액체 패터닝 방법.
제3항에 있어서,

상기 패터닝대상물(1)은 친수성 세라믹소재로 구성되며,

상기 노광 단계에서 조사하는 광은 자외선이고,

상기 소수성 물질은 광유와 데실트리클로로실란을 7:5의 비율로 혼합하여 제작한 소수성의 광유혼합액(12)의 증기이며,

상기 포토레지스트 제거제는 아세톤인 것을 특징으로 하는 액적 충돌을 이용 한 마이크로액체 패터닝 방법.
제4항에 있어서,

상기 감광액코팅단계 전에, 황산과 과산화수소를 3:1의 비율로 섞은 용액으로 상기 패터닝대상물(10)을 세척하는 대상물세척단계;

를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액적 충돌을 이용한 마이크로액체 패터닝 방법.
제1항에 있어서, 상기 패터닝대상물(10)의 표면에 친수성 영역(21)과 소수성 영역(22)으로 구분형성된 패턴은,

소수성 물질로 구성된 상기 패터닝대상물(10)의 표면에 친수성 물질을 패터닝하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액적 충돌을 이용한 마이크로액체 패터닝 방법.
제1항에 있어서,

상기 패터닝대상물(10)에 액적을 분사, 충돌시에, 액적을 상기 패터닝대상물(10)의 표면에 수직방향으로 충돌시키는 것을 특징으로 하는 액적 충돌을 이용한 마이크로액체 패터닝 방법.
제1항에 있어서,

상기 패터닝대상물(10)에 액적을 분사, 충돌시에, 상기 패터닝대상물(10)을 기울여 상기 액적을 상기 패터닝대상물(10)의 표면에 경사지게 충돌시키는 것을 특징으로 하는 액적 충돌을 이용한 마이크로액체 패터닝 방법.
제1항에 있어서,

상기 패터닝대상물(10)에 액적을 분사, 충돌시에, 상기 패터닝대상물(10)의 사이즈가 하나의 액적으로 커버링할 수 없을 정도로 큰 경우에는 여러 개의 액적을 위치를 가변시키면서 순차적으로 떨어뜨리는 것을 특징으로 하는 액적 충돌을 이용한 마이크로액체 패터닝 방법.
제1항 내지 제9항에 있어서,

상기 액적의 직경(Do) 3.0mm이상 내지 3.3mm이하인 경우, 상기 패터닝대상물(10) 표면에 충돌하는 상기 액적의 속도(V)는 2m/s이상 내지 4m/s이하로 하는 것을 특징으로 하는 액적 충돌을 이용한 마이크로액체 패터닝 방법.
포토레지스트(11)를 친수성 표면을 가지는 패터닝대상물(10)에 코팅하고 가열건조하는 감광액코팅단계;

패턴 마스크를 상기 포토레지스트(11) 위에 올리고 광을 조사하여 포토레지스트(11)를 감광시키는 노광 단계;

디벨로퍼로 감광된 상기 포토레지스트(11)를 제거하여 상기 패턴 마스크에 해당되는 형상의 포토레지스트(11) 패턴을 잔존 형성하는 현상 단계;

소수성 물질을 상기 포토레지스트(11) 패턴이 형성된 상기 패터닝대상물(10) 표면에 증착, 코팅하는 소수기증착단계; 및

포토레지스트 제거제로 상기 패터닝대상물(10)에 잔존된 포토레지스트(11)를 상기 포토레지스트(11)의 상부에 코팅된 소수성 물질과 함께 제거하는 잔존부제거단계;

를 거쳐, 친수성 물질로 구성된 상기 패터닝대상물(10)의 표면에 소수성 물질의 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 친수성 영역과 소수성 영역이 분리된 패터닝대상물의 제조 방법.
표면에 소수성 또는 친수성의 액적이 분사, 충돌될 경우, 상기 액적이 친수성인 경우에는 친수성 영역(21)에만, 상기 액적이 소수성인 경우에는 소수성 영 역(22)에만 포획되도록 표면에 친수성 영역과 소수성 영역으로 구분되는 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 패터닝대상물.