KR20140108438A - 비접촉 프린팅을 이용한 미세 구조물의 패턴 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본원은, 비접촉 방법을 이용한 미세 구조물의 선택적 패턴 형성 방법에 관한 것으로써, 기재에 용매 및 전사 물질을 함유한 용액을 도포하는 단계; 및, 상기 기재를 패턴된 몰드와 접촉시켜, 상기 기재에 도포된 용액 중 용매만이 상기 몰드에 선택적으로 흡수되어 상기 기재 상에 상기 전사 물질을 잔류시키는 단계를 포함한다.

Description

비접촉 프린팅을 이용한 미세 구조물의 패턴 형성 방법 {FINE STRUCTURE PATTERNING METHOD USING NON-CONTACT PRINTING}
본원은, 비접촉 프린팅 방법을 이용한 미세 구조물의 선택적 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전기, 전자, 디스플레이, 광학 소자 등을 제조할 때 기재 상에 미세 패턴을 형성하는 공정을 수행하게 되는데, 이와 같이 기재 상에 미세 패턴을 형성하는 대표적인 기법으로는 빛을 이용하여 미세 패턴을 형성하는 포토리소그라피(photolithography) 방법이 있다.
상기한 포토리소그라피 방법에서는, 포토레지스트와 같은 빛에 대한 반응성을 갖는 고분자 물질을 패턴을 형성하고자 하는 물질이 증착된 기재 상에 도포하고, 목표로 하는 임의의 패턴으로 설계된 레티클을 통해 고분자 물질 상에 빛을 투과시켜 노광하며, 현상 공정을 통해 노광된 고분자 물질을 제거함으로써, 패턴을 형성하고자 하는 물질 위에 목표로 하는 패턴을 갖는 패턴 마스크를 형성한다. 이후, 패턴 마스크를 이용하는 식각 공정을 수행함으로써, 기재 상에 적층된 물질을 원하는 패턴으로 형성하는 방법이다. 그러나, 포토리소그라피 기술은 패턴 형성 공정 이외에도 식각, 세척, 증착 등과 같은 복잡한 공정이 필연적으로 수반되며, 회로의 미세화가 진행됨에 따라 노광 장비의 초기 투자 비용이 증가하는 등의 문제점이 발생되며, 사용되는 빛의 파장과 유사한 해상도를 갖는 마스크의 가격이 급등하는 등 문제가 발생되고 있다.
최근 들어서, 상기와 같이 복잡하고 고비용적인 포토리소그라피 기술을 대체하기 위한 다양한 종류의 기술들이 제시되고 있으며, 이러한 대체 기술로써 임프린팅 방법, 미세 접촉 프린팅 방법 등이 있다.
상기한 다양한 대체 기술 중, 임프린팅 방법은 고분자로 제작된 틀을 사용하여 유기 분자 또는 촉매 활성이 있는 유기 금속 화합물을 틀에 묻혀 기재 위에 접촉을 통해 패턴을 형성하는 방법으로, 대한민국 공개 특허 제 10-2012-0111288호는 나노 임프린트용 몰드와 포토 마스크를 동시에 이용한 미세 패턴 형성 방법에 관한 것이다. 그러나, 상기한 미세 접촉 인쇄 방법은 패턴 영역과 비패턴 영역에 상관 없이 기재에 전사 물질이 도포되므로, 재료 소모의 관점에서 다소 비효율적이고, 패턴 전사 후 비패턴 영역을 제거하는 공정을 추가해야 하는 문제가 있으며, 잔유물 제거를 위한 회화(ashing) 시, 패턴의 손상이 야기된다는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하고자 재료의 소모를 최소화하고, 공정을 단순화하며 패턴의 손상 발생을 방지하는 방법의 개발이 요구되고 있다.
본원은, 재료의 소모를 최소화 하고 단순한 공정을 이용하여 패턴의 손상이 방지되는 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원의 제 1 측면은, 기재에 용매 및 전사 물질을 함유한 용액을 도포하는 단계; 및, 상기 기재를 패턴된 몰드와 접촉시켜, 상기 기재에 도포된 용액 중 용매만이 상기 몰드에 선택적으로 흡수되어 상기 기재 상에 상기 전사 물질을 잔류시키는 단계를 포함하는, 선택적 패턴 형성 방법을 제공한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기재는 실리콘 웨이퍼, 유리, 세라믹, 유리-세라믹, 금속, 금속 산화물, 폴리머, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기재는 상기 전사 물질의 입자의 이동이 가능한 표면 거칠기를 가지며, 상기 용매의 흡수 정도가 상기 패턴된 몰드보다 낮은 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기재의 표면 처리를 통해 상기 용매의 흡수 정도 및 표면 거칠기를 조절하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 몰드는 고분자 또는 강성 기재의 표면에 플렉서블한 고분자 물질로 코팅된 몰드를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 고분자 몰드는 PDMS, 폴리우레탄, 폴리이미드, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 패턴된 몰드는 상기 용매의 흡수가 가능한 재질로 이루어진 몰드를 사용하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 패턴된 몰드 내부 기공의 밀도를 조절하여 상기 용매의 흡수 정도 및 속도를 조절하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용매 및 상기 전사 물질을 함유한 용액은 탈산화제를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용매는 알코올, 물, 유기 용매, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전사 물질은 금속, 세라믹, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 탈산화제는 N2H5, Na2SO3, 탄닌산, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전사 물질은 분말, 나노튜브, 나노파티클, 및 콜로이드 형태인 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전사 물질은 수 nm 내지 수백 ㎛의 크기를 가지는 입자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 전사 물질은 박막 형태를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용액의 도포는 스핀 코팅법, 롤투롤 코팅법, 딥핑 코팅법, 또는 플로우 코팅법에 의해 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 용액이 상기 몰드에 흡수되는 것은 모세관 현상을 이용하여 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 비접촉 인쇄 방식을 이용하여 패턴을 형성함으로써 기존의 패턴 형성 방법에서 사용되던 기재와 몰드의 접촉을 생략할 수 있게 되어 패턴의 손상을 최소화 할 수 있다. 또한, 표면 구조물을 모두 반응에 사용함으로써, 재료의 소모를 최소화 할 수 있으며, 기존의 패턴 형성 방법에서 필수적으로 수반되었던, 식각(etching) 혹은 회화(ashing) 공정을 수행하지 않게 되어 미세 패턴 형성 공정의 단순화가 실현될 수 있다.
도 1a 내지 도 1e는 본원의 일 구현예에 따른 비접촉 인쇄법을 이용한 미세 구조물의 패턴 형성 방법을 나타낸 공정도이다.
도 2a는 본원의 일 실시예에 따른 나노튜브가 기재 전체에 전사된 하부 기재의 표면을 나타내는 광학 현미경 사진이고, 도 2b는 본원의 일 실시예에 따른 패턴의 전사가 완료된 하부 기재의 표면을 나타내는 광학 현미경 사진이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서 "A 및/또는 B"의 기재는, "A 또는 B, 또는, A 및 B"를 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 비접촉 프린팅을 이용한 미세 구조물의 패턴 형성 방법을 보다 상세히 설명한다.
도 1a 내지 도 1e는 본원의 일 구현예에 따른 비접촉 인쇄법을 이용한 미세 구조물의 패턴 형성 방법을 도시한 도면이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 기재(110)를 준비한다.
상기 기재(110)는 실리콘 웨이퍼, 유리, 세라믹, 유리-세라믹, 금속, 금속 산화물, 폴리머, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
먼저, 통상적인 방법에 따라 기재(110)를 세척하여 준비한다. 이렇게 기재(110)를 세척하는 것은 기재(110) 상에 존재하는 유기물을 제거하기 위한 것이다. 상기 기재(110) 상에 유기물이 존재하는 경우, 후속하는 용매(121) 및 전사 물질(122)을 함유한 용액(120)의 도포 과정에서 상기 용액(120)을 균일하게 도포할 수 없는 문제가 생길 수 있다. 상기 기재(110)를 세제에 일정시간 동안 담그고 난 후, 상기 기재를 린싱하는 과정에 의해 유기물을 제거한다. 예를 들어, 이때 사용되는 세제는 황산(H2SO4)과 과산화수소(H2O2)를 4 : 1 비율로 혼합하여 제조된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 기재(110)를 린싱하는 단계에서는 기재의 재오염을 막기 위하여 탈이온수(Deionized Water)를 사용하여 세척할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 기재(110)의 표면은 상기 전사 물질(122)의 입자의 이동이 가능한 표면 거칠기를 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 기재(110)의 표면 거칠기 및 상기 용매(121)의 흡수 정도는 상기 기재(110)의 표면 처리를 통하여 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 기재의 표면에 이온 빔 에칭, 가스 클러스터 이온 빔 에칭, 플라즈마 에칭, 레이저광 조사에 의한 나노 마모와 같은 빔 조사 또는 레이저광 조사를 수반하는 방법을 이용하여 상기 기재의 표면 처리를 통해, 우수한 평탄도 및 표면 거칠기를 갖는 기재 표면을 형성할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 실시예에서는 상기 기재(110)를 친수성 표면으로 개질하여 상기 기재(110)의 표면 거칠기를 조절했다. 상기 기재(110)를 친수성으로 개질할 경우, 상기 용액(120)은 균일하게 도포될 수 있으며, 상기 기재(110)의 표면 거칠기가 감소되어 입자의 이동이 가능해진다. 상기 기재(110) 표면의 친수성 표면으로의 개질 방법은, 예를 들어, 깨끗이 세정된 상기 기재에 약 184 nm 또는 약 254 nm 파장의 자외선을 조사하는 과정을 수행하여, 상기 기재의 표면에 하이드록실기 (OH-)가 형성되어 친수성 표면을 형성하게 된다.
또한, 상기 기재(110)의 상기 용매(121)의 흡수 정도는 상기 패턴된 몰드(130)의 용매의 흡수 정도보다 낮은 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 기재(110)의 용매의 흡수 정도가 상기 패턴된 몰드(130)의 용매의 흡수 정도보다 높을 경우, 상기 용매(121) 및 전사 물질(122)을 포함한 용액(120)이 상기 몰드(130)와 반응하지 않고, 상기 기재(110)에 흡수된다. 그렇게 되면, 상기 용액(120)의 상기 기재(110)의 표면으로부터 상기 몰드(130)의 접합부로의 이동은 일어나지 않고 원하는 패턴 또한 얻을 수 없게 된다.
이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 표면 처리된 기재(110)에 상기 용매(121) 및 전사 물질(122)을 함유한 용액(120)을 도포한다. 상기 용액(120)은 용매(121)에 전사 물질(122)의 입자가 분산되어 있는 용액일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 용매(121)와 상기 전사 물질(122)을 혼합하는 것은, 상기 용매(121)의 이동과 더불어 상기 전사 물질(122) 또한 이동될 수 있게 하기 위해서이다.
상기 용매(121)는 알코올, 물, 유기 용매, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 알코올은, 예를 들어, 메틸 알코올 또는 에틸 알코올을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 유기 용매는 방향족 유기 용매를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 방향족 유기 용매는, 예를 들어, 톨루엔, 자이렌, 벤젠, 또는 나프탈렌을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 전사 물질(122)은 금속, 세라믹, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 실시예에서는 상기 전사 물질(122)로 금속을 사용하였으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 금속은, 예를 들어, Ag, Au, Fe, Ni, Pd, Pt, 또는 Co를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 전사 물질(122)이 Ag 금속을 포함하는 경우, 전기 전도도가 우수하며, 다른 금속에 비해서 우수한 토출 안정성을 나타낸다.
상기 전사 물질(122)은 분말, 나노튜브, 나노파티클, 및 콜로이드 형태인 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 전사 물질(122)의 입자 크기는 특별히 제한되지 않는다. 상기 전사 물질(122)의 분말, 나노튜브, 나노파티클, 및 콜로이드는 예를 들어, 약 1 nm 내지 약 100 ㎛의 크기를 가지는 입자를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 본원에 따른 상기 전사 물질의 지름이 약 1 nm 내지 약 100 ㎛, 약 10 nm 내지 약 100 ㎛, 약 50 nm 내지 약 100 ㎛, 약 100 nm 내지 약 100 ㎛, 약 300 nm 내지 약 100 ㎛, 약 500 nm 내지 약 100 ㎛, 1,000 nm 내지 약 100 ㎛, 약 1 nm 내지 약 80 ㎛, 약 10 nm 내지 약 80 ㎛, 약 50 nm 내지 약 80 ㎛, 약 100 nm 내지 약 80 ㎛, 약 300 nm 내지 약 80 ㎛, 약 500 nm 내지 약 80 ㎛, 1,000 nm 내지 약 80 ㎛, 약 1 nm 내지 약 50 ㎛, 약 10 nm 내지 약 50 ㎛, 약 50 nm 내지 약 50 ㎛, 약 100 nm 내지 약 50 ㎛, 약 300 nm 내지 약 50 ㎛, 약 500 nm 내지 약 50 ㎛, 1,000 nm 내지 약 50 ㎛, 약 1 nm 내지 약 30 ㎛, 약 10 nm 내지 약 30 ㎛, 약 50 nm 내지 약 30 ㎛, 약 100 nm 내지 약 30 ㎛, 약 300 nm 내지 약 30 ㎛, 약 500 nm 내지 약 30 ㎛, 1,000 nm 내지 약 30 ㎛, 약 1 nm 내지 약 10 ㎛, 약 10 nm 내지 약 10 ㎛, 약 50 nm 내지 약 10 ㎛, 약 100 nm 내지 약 10 ㎛, 약 300 nm 내지 약 10 ㎛, 약 500 nm 내지 약 10 ㎛, 또는 1,000 nm 내지 약 10 ㎛ 일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 전사 물질(122)은 박막 형태를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 박막 형태는 예를 들어, 다공성 구조를 가진 박막, 또는 플렉서블한 박막 물질이 적층된 구조일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
또한, 상기 용매(121) 및 상기 전사 물질(122)을 함유한 용액(120)은 탈산화제를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 탈산화제는 금속의 저항을 높여, 금속과 상기 용매(121)가 반응하여 산화되는 것을 억제하는 역할을 한다. 상기 탈산화제는, 예를 들어, N2H5, Na2SO3, 탄닌산, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 용액(120)의 도포 방법은 스핀 코팅법, 롤투롤 코팅법, 딥핑 코팅법, 또는 플로우 코팅법에 의해 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 스핀 코팅법으로 용액을 도포할 경우, 딥핑 코팅법에 비해 기재 상에 용액을 더욱 균일하게 도포할 수 있다.
이어서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 패턴된 몰드(130)를 준비해서 상기 기재(110)에 도포된 상기 용액(120)과 접촉시킨다. 이때, 상기 기재(110)와 상기 몰드(130)는 직접 접촉하지 않으며, 상기 기재(110) 상에 도포된 상기 용액(120) 만이 상기 패턴된 몰드(130)와 접촉된다. 따라서, 본원의 일 구현예에 의하면 패턴을 형성하는 다른 프로세스에 비하여, 기재의 파손이 최소화될 수 있으므로, 본원의 일 구현예에 따른 비-접촉식 프린팅 프로세스는 강성 기재 및/또는 플렉서블 기재를 포함하는 다양한 기재에 대하여 사용할 수 있다. 또한, 본원의 일 구현예에 따른 선택적 패턴 형성 방법인, 비-접촉식 프린팅 프로세스는 부가적인 프로세스이며, 표면 구조물을 모두 반응에 사용함으로써 프린팅 프로세스 후에, 기존의 미세 패턴 형성 공정에서 요구되는 것과 같은 비패턴 영역 물질의 제거 단계를 필요로 하지 않는다.
상기 몰드(130)는 고분자 또는 강성 기재의 표면에 플렉서블한 고분자 물질로 코팅된 몰드를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 몰드(130)의 형성 방법은 예를 들어, 기재에 포토레지스트 막을 도포한 후, 포토 리소그라피 방법으로 패턴을 형성한다. 이어서, 상기 패턴된 기재에 고분자 혼합물을 도포한 후, 경화하여 제작할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 실시예에 따른 상기 고분자 혼합물은 실가드와 경화제를 약 10 : 1의 비율로 교반하여 80℃ 오븐에서 약 1 시간 동안 경화하여서 제작할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 고분자 몰드(130)는 PDMS, 폴리우레탄, 폴리이미드, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 실시예에 따라 PDMS 몰드를 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 PDMS는 기재상의 넓은 영역에 안정적으로 점착할 수 있어, 평탄하지 않은 표면에 대해서도 균일하게 도포될 수 있고, 내구성이 강하기 때문에 몰드로 제작할 시, 오래 사용할 수 있으며 표면장력이 낮아 PDMS로 다른 폴리머를 몰딩할 때, 접착이 잘 일어나지 않음으로 인해 성형 가공성이 우수함 등의 장점이 있다.
상기 패턴된 몰드(130)는 상기 용매(121)의 흡수가 가능한 재질로 이루어진 몰드를 사용하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 몰드(130)와 상기 용액(120)을 비-접촉 인쇄 방식을 통해 접촉시키면, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 용액(120) 중 상기 용매(121)만이 선택적으로 상기 몰드(130)에 흡수된다. 이렇게 상기 용매(121)가 상기 몰드(130)로 선택적으로 흡수될 수 있는 것은 상기 몰드(130)가 흡수성 고분자 물질을 포함하기 때문이다. 상기 흡수성 고분자는, 예를 들어, 폴리아크릴산, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌옥시드 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 흡수성 고분자는 분자 내부에 친수성이 강한 카르복시기를 갖고 있어, 상기 흡수성 고분자 물질 내부로 용매를 흡수할 수 있다. 또한, 상기 몰드(130) 내에 존재하는 기공(pore)에 의하여, 상기 기공 내부로 상기 용매(121)가 흡수될 수 있다. 이러한 기공은 여러 가지 방법을 통해 조절할 수 있다. 예를 들어, PDMS 몰드 제작 시, 고분자 혼합물의 비율, 교반 시간, 경화 온도 및/또는 경화 시간 등의 조절에 의해 몰드 내부의 기공을 조절할 수 있다. 또한, 상기 흡수성 고분자는 삼투압이 높아 흡수성 고분자 내로 용매가 흡수될 수 있다. 삼투압이란, 농도가 다른 두 액체를 반투막(용매는 통과시키나 용질을 통과시키지 않음)으로 막았을 때, 용질의 농도가 낮은 쪽에서 농도가 높은 쪽으로 용매가 옮겨가는 현상에 의해 나타나는 압력으로, 이로 인해 흡수성 고분자 내로 용매가 들어오게 된다. 마지막으로 상기 흡수성 고분자의 구조는 망상 구조이기 때문에 망상 구조와 물과의 부착력에 의한 모세관 현상에 의해 용매를 흡수할 수 있다. 모세관 현상이란, 액체 속에 모세관을 세우면 관 내의 액체 표면이 관 외부의 표면보다 높아지거나 낮아지는 현상을 뜻하는 것으로, 액체가 모세관을 적실 때, 낮은 자유 에너지를 갖게 되며, 그 젖음 현상으로 인해 액체의 모세관 오름 현상이 일어난다. 즉, 상기 몰드 제작 시, 상기 흡수성 고분자 물질을 사용함으로써 모세관 현상이 일어나고, 모세관 현상으로 인해 접합 부분에서 액면이 높아진 용매는 상기 몰드(130) 상에 존재하는 기공 사이로 침투하게 되는 것이다.
본원의 일 실시예에서는, 모세관 역할을 상기 몰드(130)의 양각 부분이 수행하며, 상기 기재(110)에 도포되어 있는 상기 용액(120)은 시간의 경과에 따라 상기 몰드(130)의 양각 부분으로 모이게 된다.
일정 시간이 지나고 상기 몰드(130)를 탈착하면, 도 1e에 도시된 바와 같이, 상기 용액(120) 중, 상기 용매(121)만이 선택적으로 상기 몰드(130)에 전부 흡수되고, 상기 전사 물질(122)은 상기 용액(120)의 모세관 현상에 의한 이동에 따라 함께 이동해 상기 패턴된 몰드(130)의 양각 부분에 모이게 되며, 패턴이 형성된다.
도 2a는 본원의 일 실시예에 따른 나노튜브가 기재 전체에 전사된 하부 기재의 표면을 나타내는 광학 현미경 사진이고, 도 2b는 본원의 일 실시예에 따른 패턴의 전사가 완료된 하부 기재의 표면을 나타내는 광학 현미경 사진이다.
도 2a에서와 같이, 전술한 본원의 일 실시예에 따라 기재를 준비한 후, 나노튜브를 기재 전체에 전사를 한다.
이어서, 전술한 본원의 일 구현예에 따른 과정을 통해 도 2b 와 같은 실험 결과를 얻을 수 있다.
이와 같이, 비접촉 인쇄 방식을 이용하여 패턴을 형성함으로써 기존의 패턴 형성 방법에서 사용되던 기재와 몰드의 접촉을 생략할 수 있게 되어 패턴의 손상을 최소화 할 수 있다. 또한, 표면 구조물을 모두 반응에 사용함으로써, 재료의 소모를 최소화 할 수 있으며, 기존의 패턴 형성 방법에서 필수적으로 수반되었던, 식각(etching) 혹은 회화(ashing) 공정을 수행하지 않음으로 인해 미세 패턴 형성 공정의 단순화가 실현될 수 있다.
이하, 본원의 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 그러나 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.
< 실시예 >
사용한 패턴은 라인 폭이 5 ㎛이며, 라인과 다른 라인의 간격이 15 ㎛인 몰드 패턴을 이용하였다. 상기 몰드 패턴에 실가드(sylgard)와 경화제를 10 : 1로 혼합한 PDMS 혼합액을 부어준 뒤, 80℃ 오븐에서 1 시간 동안 경화하여 몰드를 제작하였다.
한편, 피라냐 클리닝 용액(H2SO4:H2O2=4:1)을 이용하여 세척된 기재 위에 화학적 기상 증착법 (chemical vapor deposition, CVD) 을 이용하여 성장시킨 Ag 나노와이어 형태의 전사 물질을 흡착하였다. 상기 전사 물질은 성장시 20 nm 수준의 지름을 가지며, 2 ㎛ 수준의 길이를 갖는 형태의 나노와이어로 제작하였다.
나노와이어 형태의 전사 물질을 상기 기재의 상부에서 이동 및 정렬을 위하여 용매와 혼합된 형태로 제작하였다. 상기 용매로는 알코올을 사용하였으며, 상기 전사 물질과 상기 용매를 혼합하여 전사 용액을 제작하였다.
상기 용액을 실리콘 기재 상부에 드롭법을 이용하여 분사시켰다.
상기 패턴된 몰드와 상기 전사 용액의 표면을 접촉하면, 모세관 현상이 상기 몰드의 접촉 부분에서 일어나게 되며, 상기 용액 중, 용매는 선택적으로 흡수되게 되며, 시간의 경과에 따라 잔류된 전사 물질은 도 2b와 같이 몰드의 양각 부분에 패턴 형상으로써 기재에 잔류하게 되었다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 기재
120 : 용매(121) 및 전사물질(122)을 함유한 용액
121 : 용매
122 : 전사 물질
130 : 몰드

Claims (17)

  1. 기재에 용매 및 전사 물질을 함유한 용액을 도포하는 단계; 및,
    상기 기재를 패턴된 몰드와 접촉시켜, 상기 기재에 도포된 용액 중 용매만이 상기 몰드에 선택적으로 흡수되어 상기 기재 상에 상기 전사 물질을 잔류시키는 단계;
    를 포함하는,
    선택적 패턴 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재는 실리콘 웨이퍼, 유리, 세라믹, 유리-세라믹, 금속, 금속 산화물, 폴리머, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것인, 선택적 패턴 형성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재는 상기 전사 물질의 입자 이동이 가능한 표면 거칠기를 가지며, 상기 용매의 흡수 정도가 상기 패턴된 몰드보다 낮은 것을 포함하는 것인, 선택적 패턴 형성 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 기재의 표면 처리를 통해 상기 용매의 흡수 정도 및 표면 거칠기를 조절하는 것을 포함하는 것인, 선택적 패턴 형성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰드는 고분자 또는 강성 기재의 표면에 플렉서블한 고분자 물질로 코팅된 몰드를 포함하는 것인, 선택적 패턴 형성 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 고분자 몰드는 PDMS, 폴리우레탄, 폴리이미드, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것인, 선택적 패턴 형성 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 패턴된 몰드는 상기 용매의 흡수가 가능한 재질로 이루어진 몰드를 사용하는 것인, 선택적 패턴 형성 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 패턴된 몰드 내부 기공의 밀도를 조절하여 상기 용매의 흡수 정도 및 속도를 조절하는 것을 포함하는 것인, 선택적 패턴 형성 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 용매 및 상기 전사 물질을 함유한 용액은 탈산화제를 추가 포함하는 것인, 선택적 패턴 형성 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 용매는 알코올, 물, 유기 용매, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것인, 선택적 패턴 형성 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 전사 물질은 금속, 세라믹, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것인, 선택적 패턴 형성 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 탈산화제는 N2H5, Na2SO3, 탄닌산, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것인, 선택적 패턴 형성 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 전사 물질은 분말, 나노튜브, 나노파티클, 및 콜로이드 형태를 포함하는 것인, 선택적 패턴 형성 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전사물질은 수 nm 내지 수백 ㎛의 크기를 가지는 입자를 포함하는 것인, 선택적 패턴 형성 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 전사 물질은 박막 형태를 추가 포함하는 것인, 선택적 패턴 형성 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 용액의 도포는 스핀 코팅법, 롤투롤 코팅법, 딥핑 코팅법, 또는 플로우 코팅법에 의해 수행되는 것인, 선택적 패턴 형성 방법.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 용액이 상기 몰드에 흡수되는 것은 모세관 현상을 이용하여 수행되는 것인, 선택적 패턴 형성 방법.

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