KR20140135734A - 액체 컨베이어 상에서 입자 필름을 구조화하는 단계를 포함하는, 기판 상으로의 입자들을 퇴적하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다음 단계들을 포함하는, 바람직하게는 주행하는 기판(38) 상으로 입자들을 퇴적하는 방법에 관한 것이다: (a) 상기 기판(38)을 마주보며 배열된 입자 출구(26)를 구비하는 전달 영역(14)에 제공된 캐리어 액체(16) 상에 부유하는 적어도 하나의 제1 컴팩트 입자 필름(4)을 생성하는 단계; (b) 상기 전달 영역(14)에서 상기 제1 필름(4) 상에 패턴의 윤곽을 따라서 물질(72)을 퇴적함으로써 적어도 하나의 패턴(70)을 생성하는 단계로서, 상기 물질은 상기 물질과 접촉하는 상기 필름(4)의 입자들과 함께 유지되는 단계; (c) 상기 윤곽에 대하여 내측에 또는 후자의 외측에 위치하는 상기 제1 필름(4)의 상기 입자들의 적어도 일부를 제거하는 단계; 및 (d) 상기 입자들의 출구(26)를 통하여 상기 기판(38) 상으로 패턴들(70)을 전달하는 단계.
Description
본 발명은 기판, 바람직하게는 주행하는 기판 상에 입자들을 퇴적하기 위한 방법들의 분야에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 본 발명은 정렬된 입자들의 필름의, 바람직하게는 단층 형태의 필름의 퇴적에 관한 것이며, 상기 입자들의 크기는 수 나노미터들 내지 수백 마이크로미터들 사이에 포함될 수 있다. 상기 입자들, 바람직하게는 구형 형상의 입자들은 예를 들어, 실리카 입자들일 수 있다.
본 발명은 본질적으로 상기 기판 상에 그것의 퇴적 전에 입자들의 필름을 구성하기 위한 단계에 관한 것이며, 이 구성은 그 내에 다른 입자들 및/또는 물체들을 예를 들어 통합시키기 위해 상기 필름을 형상화하는 것을 목적으로 한다. 다른 가능성은 정돈되어 유지되는 상기 필름에 의해 둘러싸인, 입자들의 리세스된(recessed) 영역들을 제공하는 단계로 구성된다.
상기 필름 속으로의 물체들의 통합의 경우, 특히 문제는 예를 들어 센서들과 같은, 혼성 성질을 갖는 소자들을 제조하는 것이다. 지적한 바와 같이, 정의에 의한 혼성 소자는 예를 들어, 전자적, 광학적, 전자-광학적, 압전기적, 열전기적, 기계적 기능들 등의 여러 가지 기능들을 갖는 동일한 기판, 물체들에 결부된다.
상기 입자들의 필름에 통합되는 물체는 예를 들어 다음들이다:
- 트랜지스터들, 마이크로프로세서들, 집적회로들 등과 같은 능동 전자 요소들
- 레지스터들, 커패시터들, 다이오드들, 포토다이오드들, 코일들, 전도성 트랙들, 용접된 예비적 형성품들(weld preforms) 등의 수동 요소들;
- 렌즈들, 마이크로렌즈들, 회절 격자들, 필터들 등과 같은 광학 요소들;
- 배터리 셀들, 마이크로-배터리 셀들, 마이크로-배터리들, 광 검출기들, 태양전지들, RFID 시스템들, 등등;
- 나노- 또는 마이크로-미터의 입자들 또는 집합물(aggregates), 예를 들어 능동 또는 수동의 형태 : 산화물들, 폴리머들, 금속들, 반도체들, 야누스(상이한 본성들 또는 성질들을 갖는 입자들), 나노튜브들, 등등;
좀더 구체적으로는, 본 발명은 치수들이 다음에 이르는 물체들의 통합에 관련된다:
- 컴포넌트들의 경우 : 마이크로적 스케일(microscopic scale)(수 십 마이크론)에서 매크로적 스케일(macroscopic scale)(약 십 센티미터 이상)까지; 및
- 입자들 및 집합물들의 경우 : 1 나노미터에서 수백 마이크론까지.
보다 일반적으로, 본 발명은 연료 전지들, 광학, 포토닉스의 분야, 폴리머 코팅, 칩들, MEMS들의 분야, 유기 전자제품들 및 광전지들을 위한 표면 구성들의 분야, 등등에서의 응용들을 갖는다.
정렬된 입자들의 필름들을 퇴적하기 위하여, 최근에 액체 컨베이어를 통해 기판 상에 정렬된 입자들의 필름을 전달하기 위한 기술이 개발되었다. 그럼에도 불구하고, 통상의 구조화 기술들은 액체 컨베이어를 통해 미리 조직화된 상기 필름을 기판 상으로 전달하는 것이 문제일 때 적용될 수 있는 지를 입증하고 있지 못하고 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 전술한 결점들을 적어도 부분적으로 해결하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다음 단계들을 포함하는, 기판, 바람직하게는 주행하는 기판 상으로 입자들을 퇴적하는 방법을 제공한다.
(a) 상기 기판을 마주보며 배열된 입자들의 출구를 구비하는 전달 영역에 제공된 캐리어 액체 상에 부유하는 적어도 하나의 입자들의 제1 컴팩트 필름을 생성하는 단계;
(b) 상기 전달 영역에서 상기 입자들의 제1 컴팩트 필름 상에 패턴의 윤곽을 따라서 물질을 퇴적함으로써 적어도 하나의 패턴을 생성하는 단계로서, 상기 물질은 상기 물질과 접촉하는 상기 필름의 입자들과 함께 유지되는, 상기 단계;
(c) 상기 윤곽에 대하여 상대적으로 내측에 또는 상대적으로 외측에 위치하는 상기 제1 필름의 상기 입자들의 적어도 일부를 제거하는 단계; 및
(d) 상기 입자들의 출구를 통하여 상기 기판 상으로 패턴들을 전달하는 단계.
따라서 본 발명은 기판 상에 그것을 퇴적하기 전에 정렬된 입자들의 필름을 구조화(structuration)해주는 간단하며 효과적인 해결책을 제공하며, 상기 구조화는 상이한 입자들 및/또는 물체들을 통합하기 위해 상기 필름을 형상화하고자 하며, 또는 아주 간단히 상기 패턴들의 내측에 입자들이 없도록 하고자 한다.
본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따라, 상기 단계 (c)는 각 윤곽에 대하여 상대적으로 내측에 위치한 상기 입자들을 제거하는 단계를 포함하며, 상기 단계는 단계 (d) 이전에, 각 윤곽에 의해 범위가 정해진 리세스된(recessed) 영역에서 상기 캐리어 액체 상으로 하나 또는 몇 개의 다른 성분들을 위치시키는 단계가 선택적으로 후행되며, 단계 (d)는 상기 입자들의 출구를 통하여 각 패턴 및 상기 제1 필름을 함께, 필요하다면 상기 하나 또는 몇 개의 다른 성분들을 함께, 옮김으로써 수행된다.
상기 리세스된 영역 내에 위치되기 위해 고려될 성분들 가운데, 거론되는 것은 실리콘 칩들, 마이크로-배터리들, 유기 전자제품들의 컴포넌트들, 금속 성분들, 광전 셀들, 배터리 셀들 및 마이크로-배터리 셀들이다. 이들 성분들은 예를 들어 센서들과 같은 하이브리드 성질을 갖는 소자들을 제조할 수 있는 가능성을 현저히 제공한다. 전술한 바와 같이, 상기 패턴들은 상기 제1 필름과 함께 상기 기판 상에 그들이 퇴적될 때까지 입자들이 없게 남아있을 수 있으며, 선택적으로 상기 퇴적 후에 나중에 충전될 수 있다.
대안적으로, 다른 입자들이 상기 리세스된 영역에 수용될 수도 있다.
본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따라, 상기 단계 (c)는 각 윤곽에 대하여 상대적으로 외측에 위치한 상기 입자들을 제거하는 단계를 포함하며, 상기 단계는 단계 (d) 이전에, 각 윤곽 주위에서 상기 전달 영역 내의 상기 캐리어 액체 상에서 부유하는 입자들의 제2 컴팩트 필름을 형성시키는 단계가 후행되며, 단계 (d)는 상기 입자들의 출구를 통하여 각 패턴 및 상기 제2 필름을 함께 이동시킴으로써 수행된다.
상기 정렬된 입자들을 포함하는 상기 패턴들은 상기 전달 영역 내에서 상기 입자들의 제2 필름을 형성하기 전에 서로에 대하여 상대적으로 이동될 수도 있다. 여기서, 상기 제2 필름은 상기 제1 필름과 상이한, 예를 들어 현저히 구별되는 조성 및/또는 크기를 갖는 입자들을 이용하여 생성될 수 있다. 이것은 현저하게 구배들(gradients)을 갖는 필름의 형성을 허용하며, 이것은 이어서 상기 기판 상에 퇴적된다.
본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따라, 단계 (a)는 상기 전달 영역의 상이한 분리 영역들에서 각기 복수의 입자들의 제1 컴팩트 필름들을 생성하는 단계를 포함하며, 단계 (b)는 각각의 제1 컴팩트 필름 상에 적어도 하나의 패턴을 생성하는 단계를 포함하며, 단계 (c)는 상기 전달 영역의 상기 부분들의 각각에서 각 윤곽에 대하여 상대적으로 외측에 위치한 상기 입자들을 제거하는 단계를 포함하며, 이어서 상기 패턴들은 상기 캐리어 액체 상에서 서로에 대하여 상대적으로 선택적으로 옮겨지며, 상기 캐리어 액체 상에서 부유하는 입자들의 제2 컴팩트 필름을 생성하는 단계는 단계 (d) 이전에 상기 패턴들 주위에서 상기 전달 영역 내에서 생성되며, 단계 (d)는 상기 입자들의 출구를 통하여 상기 패턴들 및 상기 제2 필름을 함께 전달하는 단계를 포함한다.
여기서 또한, 상기 제2 필름은 상기 제1 필름과 다른 입자들을 이용하여 형성되며, 재료 및/또는 크기에서 상이한 입자들로 생성된다.
바람직하게는, 상기 물질은 상기 입자들의 제1 컴팩트 필름 상에 퇴적된 후에 중합되는, 중합가능한 화합물을 포함한다.
이러한 중합가능한 물질의 사용은 액체 컨베이어를 통해 물체들을 전달하는 상황에 아주 잘 적용될 수 있다는 것을 입증한다. 특히, 그것의 적용 동안에, 어떠한 중합가능한 물질은 상기 제1 필름의 입자들 사이에서 수준들에 대한 가능성 있는 차이들에 대하여 적응할 수 있다. 따라서 사용된 재료는 생성된 기하학적 패턴의 윤곽에 적응한다. 이것은 또한 상기 막이 그 위로 전달되는 상기 기판의 표면 또는 가능한 곡률에 적응될 수 있다.
상기 물질은, 일단 중합되면, 전기적, 열적, 광학적 또는 기계적 커넥터들일 수 있는 하나 또는 몇 개의 고체 코드들을 형성하며, 예를 들어 이것은 둘 또는 몇 개의 물체들을 연결하도록 의도된다. 대안적으로, 상기 코드들은 범위가 정해진 리세스들과 다른 어떠한 기능이 없을 수도 있으며, 실질적으로 충전되거나 그렇지 않을 수도 있으며, 본 경우에서는 그들은 상기 기판 상으로 전달된 후에 제거될 수도 있다.
다른 형태의 물질들은 상기 입자들을 제거하기 위한 단계 (c) 후에 조차도 상기 물질과 접촉하는 입자들을 항상 보유하기 위해 유지될 수 있으며, 따라서 상기 윤곽을 보여줄 수 있다. 이것은 적용된 실시예에 따라서, 입자들의 제2 필름을 형성하기 전 또는 이미 비워진 상기 패턴을 충전하기 전에 상기 패턴의 형상을 유지할 가능성을 제공한다.
중합가능한 화합물을 포함하는 물질의 바람직한 경우에서, 상기 중합은 통상의 기술자에게 적합한 어떠한 기술, 바람직하게는 열적 또는 광학적 기술로 수행될 수 있다. 이것은 단계 (c) 전에 전부 또는 부분적으로 되거나, 또는 상기 단계 후에 시작될 수 있다. 모든 경우에서, 단계 (c) 동안에, 상기 물질은 상기 물질이 부분적으로 또는 전체적으로 중합되거나 심지어 아직 중합되지 않더라도 상기 패턴의 내측에서 또는 외측에서 상기 정렬된 입자들의 제거에도 불구하고 상기 패턴의 지형이 유지되도록 해주는 조건하에 있다.
바람직하게는, 상기 기판 상으로의 전달 동안에, 중합되거나 그렇지 않더라도 그것과 접촉하는 입자들에 부착하는 상기 물질은 상기 전달 영역으로부터 상기 기판으로 통과하는 때에 가능한 변형을 지원할 수 있도록 충분히 유연하게 유지된다.
당면하는 요구들에 따라서, 얻어지는 코드들의 직경은 수십 마이크론 내지 수 밀리미터 사이일 수 있다.
바람직하게는, 상기 물질은 액체 또는 슬러리로써 나타난다.
바람직하게는, 상기 물질은 소수성을 가지며, 또한 바람직하게는 상기 코드의 중합된 고체 상태에서 소수성을 가질 수 있다.
보다 일반적으로, 상기 캐리어 액체가 물이 아닌 경우를 고려하면, 상기 물질은 상기 캐리어 액체와 비-혼합성을 나타낸다는 것을 알 수 있다.
바람직하게는, 상기 물질은 실리콘 수지, 에폭시 수지, 및/또는 폴리우레탄 수지에 기반한다.
바람직하게는, 상기 패턴의 윤곽, 전기적 커넥터 및/또는 열적 커넥터를 제공하기 위해서, 상기 물질은 다음 물질들로부터 취한 적어도 어떠한 입자들을 포함한다:
- 탄소 블랙;
- 탄소 나노튜브들;
- 탄소, 강철, 알루미늄, 구리 섬유와 같은 섬유들;
- 금속 분말들; 및
- 금속 산화물들.
전술한 제1 실시예에 대하여, 상기 패턴의 상기 리세스된 영역내로 물체를 주입하는 특별한 경우에서, 상기 제1 컴팩트 필름에 의해 둘러싸인 윤곽은 상기 캐리어 액체 상의 자기 위치에 상기 물체들을 유지할 가능성을 제공하며, 이어서 상기 기판에까지 그것을 운반할 가능성을 제공한다. 실제로, 본 해결에서, 상기 윤곽은 상기 캐리어 액체와의 레벨의 붕괴를 제한한다. 이 레벨 붕괴는 상기 물체에서 단을 만들며, 따라서 그것을 자기 위치에 유지시키고 상기 기판까지 전송되도록 해준다. 따라서 상기 물체들의 전달은 간단히, 신뢰성 있게 그리고 반복적인 방식으로 상기 기판 상에서 정확하게 수행될 수 있다.
따라서, 입자들의 제1 컴팩트 필름은 동종적(homogeneous) 또는 이종적인(heterogeneous), 나노적(nanoscopic), 마이크로적(microscopic) 또는 매크로적(macroscopic) 물체들이 수용될 수 있는 플랫폼(platform)에 관련된다. 이러한 플랫폼 자체도 나노적 또는 마이크로적 입자들의 동종적 또는 이종적 조립체로 구성될 수 있고, 바람직하게는 전달될 물체들의 조성과 다른 조성으로 구성될 수 있다. 나아가, 전술한 바와 같이, 입자들의 상기 컴팩트 필름은 이종적 입자들로 형성될 수 있다. 이들 입자들은 입자들 사이에서 물리적 결합을 형성하기 위해 그들의 표면에서 기능화될 수 있으며, 예를 들어, 상기 컴팩트 필름의 결합력과 내하중(load-bearing) 능력을 강화하기 위해 폴리머 형태일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 컴팩트 필름의 입자들의 대형 치수(large dimension)와 전달될 물체들의 대형 치수 사이의 비율은 104 내지 108 사이에 있다. 예를 들어, 제1 컴팩트 필름의 입자들은 1 nm 내지 500 μm 범위의 대형 치수를 가질 수 있고, 반면에 상기 필름에 의해 운반되는 물체들은 말하자면, 약 30 cm 까지 이르는 대형 치수를 가질 수 있다.
바람직하게는, 제1 컴팩트 필름의 입자들은 직경이 약 1 μm인 실리카 구슬들(beads)이다. 그럼에도 불구하고, 상기 필름은 이종적일 수 있고, 즉 서로 다른 크기의 구슬들을 포함한다.
바람직하게는, 전달될 각 물체는 0.2 cm 보다 큰 대형 치수를 가지며, 바람직하게는 30 cm 보다 작다. 후자의 수치는 상기 전달 영역의 폭에 따라서 변경될 수 있다. 실제로, 각 물체의 상기 마지막 치수는 상술한 폭에 근접한 값에 도달할 수 있다. 마이크로미터급 또는 나노미터급 크기의 물체들도 또한 본 발명의 사상으로부터 벗어남이 없이, 퇴적/전달될 수도 있다.
바람직하게는, 전달될 각 물체는 적어도 하나의 소수성 부분을 가진다. 이것은 상기 부분을 상기 캐리어 액체와 접촉하도록 위치시킴으로써, 상기 물체의 부유를 보장하기 위해 제공된다. 상기 액체와 접촉하는 면은 전체가 소수성일 수도 있고 또는 최종적인 장치에 유용한, 소수성 및 친수성 영역들의 배열을 포함한다.
전달될 물체는, 이전에 언급된 어떠한 예시들은, 여하한 형태를 가질 수 있고, 반드시 평면상일 필요가 없으며, 선택적으로, 하나 또는 그 이상의 곡률 반경들, 예를 들어 5 cm 미만의 곡률 반경을 가질 수 있고, 또는 심지어 접속에 유용한 패드들을 통합할 수 있다. 또한 상기 제1 필름의 입자들에 대하여 상기 형상들을 다양할 수 있지만, 바람직하게는 동종적일 수 있다.
상기 제1 실시예를 이용하여, 목표는 또한 복잡한 장치들의 제조에 있으며, 예를 들어, 검출 성분들(예를 들어, 입자들)을 포함하는 센서들, 하나 또는 몇 개의 에너지 회수 시스템들(광전 셀, 압전 필름, 연료 전지), 에너지 저장 시스템(마이크로-배터리), 정보 관리 시스템(실리콘 칩), 통신 시스템(RFID 칩), 전기 연결 성분들(전도성 트랙들), 전자 부품들(저항들, 커패시터들), 용접 성분들(preforms))의 제조이다. 이러한 장치들을 얻기 위해 필요한 물체들이 액체 컨베이어 상에 결과적으로 배열되고, 필요에 따라서는 중첩된다.
입자들의 제1 컴팩트 필름은, 이에 관한 개념이 예를 들어 Sachin Kinge의 문헌 "Self-Assembling Nanoparticles at Surfaces and Interfaces"(ChemPhysChem 2008, 9, 20-42)에 개시되며, 통상의 기술자에게 알려진 어떠한 기술, 예를 들어, 압축(compression), 및/또는 다이폴-다이폴 상호작용(dipole-dipole interaction), 및/또는 자기장(magnetic field) 등에 의해, 상기 캐리어 액체의 표면에서 획득될 수 있다.
상기 다이폴-다이폴 상호작용 기술은 패싯들(facets)을 가지는 입자들, 예를 들어 4면체(tetrahedral), 정육면체(cubic) 또는 나아가 8면체(octahedral) 입자들에 적용된다. 이들 형상들과 함께, 다이폴-다이폴 상호작용은 입자들의 조직화에 중요한 역할을 한다. 상기 패싯들 사이에서의 극성의 차이 때문에, 다이폴 모멘트가 이들 입자들 내에 발생된다.
자기장 조직화 기술은 입자들 사이에 강한 상호작용을 일으키는 강한 자기장을 이용하여 정렬될 수 있는 자기 나노 입자들(magnetic nanoparticles)을 가지고 이용된다.
압축 기술은 Lucio Isa 등의 "Particle Lithography from Colloidal Self-Assembly at Liquid_Liquid Interfaces"(ACS Nano, Vol. 4 · No. 10 · 5665-5670 · 2010) 또는 Markus Retsch의 "Fabrication of Large-Area, Transferable Colloidal Monolayers Utilizing Self-Assembly at the Air/Water Interface"(Macromol. Chem. Phys. 2009, 210, 230-241), 또는 나아가 Maria Bardosova의 "The Langmuir-Blodgett Approach to Making Colloidal Photonic Crystals from Silica Spheres"(Adv. Mater. 2010, 22, 3104-3124)의 문헌으로부터 현저히 알려져 있다.
이러한 압축 기술은 또한 CA 2,695,449 문헌에 설명된 경사진 램프 해결책도 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 우선적으로, 입자들의 순환을 위해 전달 영역의 입구에 부착되며, 또한 캐리어 액체가 순환하는 것이 의도되는 경사진 램프를 이용한다.
정상적인 조건들 하에서 입자들의 정렬을 위해 필요한 에너지의 일부는 여기서는 상기 캐리어 액체 및 입자들을 전송하는 상기 경사진 램프를 통해 전달된다. 그럼에도 불구하고, 다른 해결책들, 예를 들어 펌프, 수평면 상의 일부 캐리어 액체, 입자들의 전달 영역을 형성하는 하류 부분을 이용하여 이동하게 설정하는 것이 가능하다. 또 다른 해결책은 입자들과 전달될 물체들이 부유되는 캐리어 액체의 표면에 기류(airflow)를 허용할 수 있는 팬으로 펌프를 대체하는 것으로 구성된다. 전술한 바와 같이, 소위 "Langmuir-Blodgett" 기술을 통한 입자 압축 동작과 같은, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 다늘 해결책들이 고려될 수 있다.
나아가, 비록 상이한 속성들이 되도록 일반적으로 입자들이 제공된다 하더라도, 제2 및 제3 실시예에서 발생하는 입자들의 제2 필름은 상기 제1 필름과 유사하다는 것을 알 수 있다. 이런 경우에 상관없이, 상기 제1 필름에 대한 전술한 모든 가능성들은 또한 상기 제2 필름에 대하여 적용할 수 있다.
마지막으로, 상기 기판 상으로의 전달 후에, 본 방법은 바람직하게는 이들 입자들, 패턴들 및 물체들을 기판 상에 퇴적과 접착을 촉진하기 위해 열적 어닐링 단계를 통합한다.
본 발명의 다른 장점들 및 특성들은 다음에 이어지는 상세하고 비제한적인 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명에 따르면, 주행하는 기판 상에 입자들을 양호하게 퇴적할 수 있다.
본 명세서의 설명은 여기에 첨부된 도면들을 참조하여 이루어질 것이다.
도 1은 도 2의 I-I 선을 따라 얻어지는 개략적 단면도에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 퇴적 설비를 보여준다.
도 2는 도 1에서 보여준 퇴적 설비의 개략적 상면도를 나타낸다.
도 3 내지 7은 제1 바람직한 실시예에 따라, 이전의 도면들에서 보여지는 설비를 이용하여 적용된 퇴적 방법의 여러 가지 단계들을 보여준다.
도 8a 내지 8d는 제2 바람직한 실시예에 따른 퇴적 방법을 개략화한 것이다.
도 9a 내지 9d는 제3 바람직한 실시예에 따른 퇴적 방법을 개략화한 것이다.
도 1은 도 2의 I-I 선을 따라 얻어지는 개략적 단면도에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 퇴적 설비를 보여준다.
도 2는 도 1에서 보여준 퇴적 설비의 개략적 상면도를 나타낸다.
도 3 내지 7은 제1 바람직한 실시예에 따라, 이전의 도면들에서 보여지는 설비를 이용하여 적용된 퇴적 방법의 여러 가지 단계들을 보여준다.
도 8a 내지 8d는 제2 바람직한 실시예에 따른 퇴적 방법을 개략화한 것이다.
도 9a 내지 9d는 제3 바람직한 실시예에 따른 퇴적 방법을 개략화한 것이다.
우선적으로, 도 1 및 도 2를 참조하면, 기판, 바람직하게는 주행중인 기판 상으로 입자들을 전달하기 위한 설비(1)가 보여진다. 퇴적(deposition)으로 이해될 수 있는 이러한 전달은 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, 이후에 당면하는 요구들에 의존하여 구조화되는, 입자들의 제1 컴팩트(compact) 필름을 형성함으로써 수행된다.
상기 설비(1)는 입자들(4)을 제공하기 위한 장치(2)를 포함하며, 이것의 크기는 수 나노미터와 수백 마이크로미터 사이에 포함될 수 있다. 바람직하게는 구 형상의 상기 입자들은 예를 들어, 실리카 입자들일 수 있다. 흥미있는 다른 입자들은 백금, TiO2와 같은 금속 또는 금속 산화물, 폴리스티렌 또는 PMMA와 같은 폴리머, 카본 등으로 이루어질 수 있다.
보다 구체적으로, 바람직한 실시예에서, 상기 입자들은 상기 제공 장치(2) 내의 용액 속에 저장된, 약 1 ㎛의 직경을 갖는 실리카 구들이다. 상기 매체의 비율은 용액, 여기서는 부탄올, 200 ml에 대하여 약 7g의 입자들이다. 당연히 명료성을 위해, 도면들에서 도해된 입자들을 그들의 실제 직경보다 큰 직경을 적용한다.
상기 제공 장치(2)는 약 500㎛의 직경을 갖는 제어가능한 주입 노즐(6)을 구비한다.
상기 설비는 또한 상기 입자들의 순환을 위한 경사진 램프(12) 및 실질적으로 수평의 전달 영역(14)을 통합하는, 또는 필요하다면 상기 장치의 비움을 증진시키기 위해 약간의 경사를 갖는, 액체 컨베이어(10)를 포함할 수 있다. 상기 경사진 램프의 상단(high end)은 상기 제공 장치(2)로부터 주입된 상기 입자들을 받기 위해 제공된다. 상기 램프는 일직선이며, 상기 입자들을 상기 전달 영역(14)으로 전달할 수 있도록, 5 내지 60°사이, 바람직하게는 10 내지 30°사이에 포함된 각도로 경사진다. 나아가, 캐리어 액체(16)는 상기 전달 영역(14)에 이르기까지 상기 램프(12)에서 순환한다. 상기 액체(16)는 하나 또는 두개의 펌프들(18)을 이용하여, 상기 전달 영역(14)과 상기 램프의 상기 상단 사이에서 더욱 재순환될 수 있다. 바람직하게는, 여기서 상기 액체는 상기 입자들이 그 위에서 부유할 수 있는 탈이온수(de-ionized water)이다. 그럼에도 불구하고, 개방 순환 회로를 통하여 새로운 액체에 대한 선호가 주어질 수도 있다. 이것은 또한 몇가지 비혼합성(non-miscible) 액체들과 연계될 수도 있다.
동일한 상기 램프의 하단(low end)은 상기 입자들의 전달 영역(14)의 입구에 연결된다. 상기 입구(22)는 상기 램프(12)의 경사진 면 상에 존재하는 상기 캐리어 액체의 표면과 상기 전달 영역(14)의 수평 부분 상에 존재하는 상기 캐리어 액체의 표면 사이에서 접합을 실현하는 만곡 라인(24)에 위치한다.
상기 입자들의 입구(22)는 상기 전달 영역(14)에서 상기 캐리어 액체(16)를 유지시키는 두개의 측면 에지들(28)을 이용하여 상기 입자들의 출구(26)로부터 이격된다. 서로로부터 일정한 거리에서 서로 마주보는 이들 에지들(28)은 상기 설비에서 상기 캐리어 액체들 및 상기 입자들의 주요 유동 방향에 평행하게 연장되며, 이 방향은 도 1 및 도 2에서 화살표(30)로 개략적으로 나타냈다. 따라서 상기 영역(14)은, 본 발명의 사상으로부터 벗어남이 없이 비록 다른 기하학적 구조가 적용될 지라도, 복도의 또는 그 입구와 그 출구에서 개방된 경로의 형상을 상정할 수 있다.
상기 전달 영역의 하류 부분의 바닥은 수평 방향에 대하여 상대적으로 상류하는 약간 경사진, 예를 들어 5 내지 10°차수의 값에 이르는, 플래토우(plateau, 27)를 가진다. 이것은 동일한 상기 플래토우(27)의 하류단이며, 또한 상기 입자들의 출구(26)를 부분적으로 정의하는 블레이드(blade)로 불린다.
상기 설비(1)에는 또한 상기 기판(38)을 주행 이동 속으로 설정하도록 의도된, 기판 컨베이어(36)가 제공된다. 상기 기판은 경직되거나 또는 유연할 수 있다. 후자의 경우에는 이것은 상기 영역(14)의 출구(26)에 그 축이 평행하며, 근처에 위치하는 롤러(40) 상에서 이동하도록 설정될 수 있다. 확실히, 상기 기판(38)은 상기 출구(26)에 아주 접근하여 주행하도록 의도되며, 그리하여 상기 출구에 도달하는 입자들은, 또한 메니스커스(meniscus)라고 불리며, 상기 기판을 상기 캐리어 액체(16)에 연결하는, 모세관 브릿지(capillary bridge, 42)를 통하여 상기 기판 상으로 용이하게 전달될 수 있다. 대안적으로, 상기 기판은 본 발명의 사상으로부터 벗어남이 없이, 상기 전달 영역과 직접 접촉될 수도 있다. 위에서 언급한 상기 모세관 브릿지는 그러면 더 이상 필요치 않다.
참조로, 상기 기판이 경직되고, 전달될 상기 물체들도 또한 경직되고, 상기 전달 동안에 각도 파열(angle rupture)에 적응할 수 없을 경우에는, 상기 기판을 상기 전달 영역의 상기 액체 내에 담그는 것이 유리할 수 있으며, 본 배열에서 도안 행위를 수행하는 것이 유리할 수 있다. 이것은 상기 전달 영역의 상기 액체의 수평 면과 상기 기판의 면 사이에 형성된 각도의 최대화를 허용한다.
도면들에서 도시된 예들에서, 상기 기판의 폭은 상기 영역(14)과 그 출구(26)의 폭에 대응한다. 이것은 또한 상기 기판 상에 퇴적될 수 있는 상기 입자들의 필름의 최대 폭에 대응하는 폭 L1이다. 상기 폭은 25 cm 내지 30 cm의 범위일 수 있다. 상기 입자들이 퇴적되어야 하는 상기 기판의 폭은 그러나 상기 폭 L1 보다 작을 수 있다.
상기 모세관 브릿지(42)는 상기 출구(26)에 위치한 상기 캐리어 액체(16)와 상기 안내/구동(guiding/driving) 롤러(40)를 맞추는 상기 기판(38)의 일부 사이에 제공된다.
바람직하게는, 수평 방향(46)과 상기 입자들의 필름과 상기 물체들이 퇴적되어야 할 상기 기판(38)의 일부 사이에 형성된 돌출 각도(A)는 160°보다 크며, 보다 바람직하게는 180°에 접근하는, 예를 들어 175°의 오더일 수 있다.
제1 실시예에 따라 입자들을 퇴적하기 위한 방법이 도 3 내지 도 7e를 참조하여 설명된다.
우선, 상기 램프(12)에 상기 입자들(4)의 제공을 시작하기 위하여 상기 주입 노즐(6)이 활성화된다. 상기 발상은 상기 전달 영역(14)에서 요구되는 수준이 되도록 상기 입자들(4)과 상기 캐리어 액체(16)로 상기 전달 영역(14)을 충전하기 위한 개시 단계에 적용하는 것이다.
이러한 개시 상태 동안에, 상기 제공 장치(2)에 의해 제공된 입자들이 상기 램프(12)를 포화시키며, 이어서 도 3 및 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이 입자들이 분산되는 상기 영역(14) 속으로 침투한다.
상기 입자들(4)이 상기 램프(12)에 점진적으로 주입되고 상기 전달 영역(14) 속으로 침투함에 따라, 입자들은 상기 기판(38)에 인접될 것이며, 이어서 이들 입자들의 상류 전면은 굴절선(24)의 방향으로 이동될려는 경향이 있다. 입자들의 주입은 상기 상류 전면이 상기 굴절선(24)을 넘어간 후에도 계속되며, 그리하여 이것은 상기 경사진 램프(12) 상으로 되돌아 올라간다.
실제로, 상기 입자들(54)의 상류 전면이 상기 램프(12) 상으로 다시 올라감에 따라 도 5에서 보여지듯이, 상기 굴절선(24)으로부터 정해진 수평상 거리 << d >>에 위치된다는 것이 보장된다. 상기 거리 << d >>는 30 mm의 오더일 수 있다.
이 순간, 상기 입자들(4)은 상기 전달 영역 내에 그리고 상기 램프(12) 상에 정렬되는데, 입자들은 상기 전면(54)에 대한 충돌에 따라 활용된 그들의 운동 에너지 및 모세관 힘을 통하여, 어떠한 지원도 없이 자동적으로 정렬된다. 그 결과 얻어진 제1 컴팩트 필름은 소위 <<컴팩트 헥사고날(compact hexagonal)>> 구조를 가지며, 여기서 각 입자(4)는 서로 접촉하는 6개의 다른 입자들(4)에 의해 둘러싸이고 접촉되는 식으로 정렬된다. 이것은 입자들의 컴팩트 필름 또는 정렬된 입자들의 필름으로서 동일하게 지칭된다.
일단 상기 제1 필름을 형성하는 상기 정렬된 입자들(4)은 상기 전달 영역(14) 내에 위치한 상기 캐리어 액체의 전체를 덮으면, 상기 필름(4) 상에 패턴들(70)을 형성하는 단계로 진행되며, 이것은 상기 패턴들의 윤곽을 따라 상기 입자들 상에 물질(72)을 퇴적함으로써 진행된다. 각 패턴에 대하여, 상기 물질(72)의 퇴적 이후에, 마지막은 관련 패턴의 윤곽의 폐쇄선을 따라 형성된다. 도 6a는 상기 퇴적된 물질(72)을 통해 만들어진 그들의 윤곽에 의해 정의되는 몇 가지 패턴들(70)의 예를 보여주며, 이 물질은 상기 물질(72)에 의해 젖어진 입자들이 서로에 대하여 상대적으로 유지되도록 해주며, 여기서 이 물질은 바람직하게는 중합가능한 화합물을 포함하는 형태이다. 코드 형태의 상기 윤곽들(72)에 대하여 상대적으로 내부 및 외부에 위치하는 입자들(4)은 정렬되어 유지된다.
상기 중합가능한 물질의 퇴적은 예를 들어, 제공 노즐(도시 안됨)을 통해 수행된다. 상기 입자들과 접촉하게 됨에 따라, 상기 물질(72)은 제1 정렬된 필름의 지형에 적응될 수 있으며, 덮고 있는 상기 입자들(4)에 부착된다.
상기 중합가능한 물질은 예를 들어, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 및/또는 폴리우레탄 수지이다. 상기 중합은 일반적인 방식, 예를 들어 열적 및/또는 광학적 경로를 통해 수행되며, 바람직하게는 상기 물질이 상기 기판 상에 아직 퇴적되지않고 여전히 상기 전달 영역에서 있을 때 적어도 부분적으로 일어난다.
상기 물질(72)은 중합 후에 얻어진 커넥터들을 기능화하게 하기 위해, 입자들이 그 제공 전에 부가될 수 있는 액체 또는 슬러리로서 생길 수 있다. 이들 커넥터들은 전기적, 열적, 광학적, 압전적 및/또는 기계적 기능들을 가질 수 있다. 전기적 및/또는 열적 커넥터들에 대한 예들로서, 상기 부가된 입자들은 탄소 블랙, 탄소 나노튜브들, 그래핀(graphene), 탄소, 강철, 알루미늄과 같은 섬유들, 구리 섬유들, 금속 분말들, 금속 산화물들일 수 있다.
더구나, 상기한 물질은 상기 전달 영역에서 상기 기판 상으로 이동하는 중에 변형(flexure)을 지원할 수 있도록, 기판 상에 전달되는 중에 코드(cord)의 어느 정도의 유연성을 허용하기 위해 유지된다는 것을 보여주며, 이것은 수평 방향에 대하여 상대적으로 상기 기판의 경사 A 때문이다. 따라서 이러한 유연성은, 기판 상에 전달되기 전에, 상기 전달 영역 내에서 상기 코드의 부분적인 또는 전체적인 중합화 후에도 존속되어야 한다.
바람직하게는, 상기 물질(72)은 액체 상태일 때에 소수성(hydrophobicity)을 가지며, 이에 따라 입자들(4)의 필름 상에 제공된 후에 비록 상기 물질이 캐리어 액체의 상기 동일한 표면에 도달하더라도, 후자는 캐리어 액체의 표면에 유지된다. 어떤 경우에서든지, 상기 물질이 상기 제1 필름 상에 퇴적된 후에 상기 물질(72)은 그것의 조성 때문에 후자에 접착된다. 또한, 상기 물질은 액체 상태에서 그리고 또한 중합화 후에는 고체 상태에서 상기 캐리어 액체에서 불용성이 유지되도록 선택된다.
따라서, 함께 접촉되어 있는 상기 입자들(4)을 유지하면서 그리고 또한 상기 패턴들의 초기 형상을 유지하면서, 바람직하게는 수천 마이크론 내지 수 밀리미터 사이에 포함되는 직경을 가지는 유연한 코드들을 얻기 위해, 상기 중합화는 바람직하게도 상기 기판 상으로 전달되기 전에 수행된다.
상기 필름을 구조화하기 위한 공정의 다음 단계는 상기 물질(72)에 의해 형성된 상기 윤곽들에 대하여 상대적으로 내측에서 상기 패턴(70) 내에 위치한 입자들(4)을 제거하는 것이다. 이 점에 있어서, 전술한 바와 같이, 이 제거 단계를 수행하는 동안에, 상기 물질이 부분적으로 또는 전체적으로 중합화되거나 또는 심지어 그때까지 중합화되지 않아도, 상기 물질은 상기 패턴들 내에 상기 정렬된 입자들의 제거에도 불구하고 상기 패턴의 지형이 유지되게 하는 상태로 위치한다.
상기 입자들의 제거, 예를 들어 단순한 흡입에 의한 제거 후에, 상기 패턴(70)의 내부는 도 6b에서 개략화된 바와 같이 입자들이 비워진다.
다음으로, 다양한 요소들이 상기 제거된 입자들을 대체하기 위해 상기 패턴들 내측에 위치할 수 있다. 이들 요소들은 예를 들어 도 6c에 개략화된 다른 입자들(4.1)일 수 있으며, 이것은 상기 입자들(4)과 유사하지만 다른 조성 및/또는 크기를 가지며, 상기 충전된 내부 영역들에서 차례로 정렬되도록 주입된다. 이들 주입들은 통상의 기술자에게 알려진 어떠한 형태로 수행될 수 있으며, 예를 들어 마이크로스프레이, 노즐, 잉크젯, 또는 나아가 컨베이어를 이용하여 수행될 수 있다.
끈 또는 연속되는 롤러들을 갖는 형태의 컨베이어 해결책이, 예를 들어 하이브리드 소자들을 형성하기 위해 상기 리세스된 영역들 속으로 물체들을 통합하는 경우에 우선적으로 유지된다. 이러한 물체들(50)은 도 7에 도시되어 있으며, 상기 제1 필름(4) 내에 통합되며, 각각 상기 패턴들(70)의 하나의 윤곽(72)에 의해 둘러싸인다. 이것들은 각 물체(50)의 주변을 둘러싸는 동일한 윤곽들이며, 따라서 상기 전달 영역의 고정된 구조에 대하여 뿐만 아니라 서로에 대하여 상대적 위치로 그들을 유지하게 해준다. 상기 물체(50)가 상기 패턴에 의해 형성된 것보다 작은 크기인 경우에는, 구조화된 폴리머의 부가가 상기 패턴 내에서 상기 물체를 차단하기 위해 고려될 수도 있다.
컨베이어 해결책에 부가하여, 이러한 물체들을 어떤 장소에 설정하는 것은 조작 처리 또는 필라들과 유사한 상기 물체들의 본성, 형상 및 크기에 적용된 일반적인 움켜쥐는 연장들을 이용하여 달성될 수 있다. 상기 패턴들 내의 상기 제1 필름(4)에 통합된 상기 물체들(50)은 상기 액체의 표면 장력에 의해 상기 액체의 표면에 고정된다.
상기 물체들(50)을 어떤 위치로 설정하는 것은, 비록 본 발명의 사상으로부터 벗어남이 없이 다른 것일 수 있지만, 우선적으로 상기 램프(12)로부터 입자들의 유동을 정지시킴으로써 수행된다.
도 7은 상기 기판(38)의 이동을 작동시킨 후의 상기 설비의 조건을 보여주며, 이 이동은 상기 전면(54)이 전술한 구조화 공정 후에 도 5에 도시된 요구되는 수준에 도달하면 바로 시작된다. 내부에 수용되어 있는 상기 입자들(4)의 제1 필름, 상기 패턴(70) 및 상기 물체들(50) 또는 다른 입자들(4.1)은, 문헌 CA 2,695,449에서 기술된 바와 같이, 상기 출구(26)를 통한 동시 이동에 의하여, 그리고 상기 모세관 브릿지를 통과함으로써 상기 기판(38) 상으로 함께 퇴적된다. 환언하면, 본 발명의 사상으로부터 벗어남이 없이, 비록 상기 구조화 공정은 상기 기판 상으로 퇴적할 때 상기 패턴들을 비우게 하려는 의도이지만, 상기 제1 필름(4)의 이동은 상기 패턴들의 윤곽들뿐만 아니라 상기 패턴들의 내측에 있는 상기 요소들의 운반 가능성을 준다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 사상으로부터 벗어남이 없이, 비록 보다 작은 폭이 적용될 수 있을지라도, 퇴적 이후에 상기 물체들(50)을 통합시키는 상기 구조화 필름(4')의 폭은 상기 출구(26)의 폭(L1)에 상응한다.
보다 바람직하게는, 상기 기판은 상기 입자들의 상기 출구와 직접 접촉된다.
상기 패턴(70)에 대하여 외부에 위치하는 정렬된 입자들(4)은 상기 전달 영역에 존재하는 상기 캐리어 액체(16)의 전체 잔류 표면 영역을 덮는다. 따라서 상기와 같은 정렬은 상기 영역(14)의 출구(26)에서 퇴적을 위한 순간까지 유지된다. 이러한 정렬의 유지는, 상기 구조화 필름(4')이 상기 기판상으로 퇴적될 때까지 상기 고정된 측면 에지들(28)에 대하여 상대적으로 특정한 위치뿐만 아니라 상기 물체들(50) 사이에서의 상대적인 특정 위치를 유지하게 해준다.
바람직하게는 폴리머로 만들어진 기판(38)상으로 상기 입자들(4), 상기 패턴들(70) 및 상기 물체들(50) 또는 다른 입자들(4.1)의 퇴적 및 부착을 용이하게 하기 위하여, 상기 전달 이후에 열적 어닐링이 제공된다. 이러한 열적 어닐링은 예를 들어 80℃에서, 125㎛의 두께를 갖는, PERFEX-MATTTM라는 이름으로 상용되는, 폴리에스테르 기반의 저온 롤링 매트 필름(rolling mat film)을 이용하여 수행된다.
이러한 기판으로서 필름의 장점은 약 80 ℃ 정도의 온도에서 표면들 중 한쪽이 접착성으로 된다는 점이며, 이것은 후자 상에 입자들(4, 4.1)과 물체들(50)의 접착을 촉진할 가능성을 제공한다. 이러한 온도가, 본 발명에서 목표로 하는, 실리콘 칩들 또는 광전 셀들과 같은 물체들의 가공 온도에 비해 상대적으로 낮기 때문에, 이러한 물체들을 부착하는 것은 어떠한 성능 저하 없이 수행될 수 있다.
보다 구체적으로, 이러한 온도에서, 상기 입자들(4)은 연화된 필름(38) 내부로 침강하고, 따라서 그들의 접착을 유도하는, 상기 물체들과 상기 필름과의 직접적인 접촉을 하게 한다.
대안적으로, 상기 기판(38)은 실리콘, 유리 또는 압전 필름 타입일 수도 있다.
상기 패턴들(70)이 충전되거나 또는 아니거나 상기 전달 후에는 상기 중합된 코드들(72)은 상기 기판 상에 유지될 수 있거나, 또는 바람직하게는 이들 코드들과 접촉해 있는 상기 입자들(4)을 그것들과 함께 운반해감으로써 제거될 수도 있다는 것을 알 수 있다.
상기 전달 동안에, 상기 입자들의 주입와 상기 기판의 주행 속도는 입자들의 상기 전면이 실질적으로 동일한 위치에 유지되도록 조절된다. 이를 이루기 위해, 입자들의 유동 속도는 0.1 ml/min 내지 수 ml/min의 오더일 수 있으며, 반면에 상기 기판(38)의 선형 속도(linear speed)는, 또는 인출 속도(drawing speed)로도 지명되는, 수 mm/min 내지 수백 mm/min의 오더일 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 입자들(4)의 공급은 상기 패턴(70)을 만들 때 및/또는 이들 패턴들 내에 상기 물체들(50) 또는 다른 입자들(4.1)을 통합시키는 동안에 일시적으로 정지될 수 있다.
이점에 있어서, 전달되어질 상기 물체들은 원하는 응용 분야에 따라서 다른 종류들일 수 있다는 것을 알 수 있다. 우선적으로, 각 물체(50)는 0.2 cm 보다 크며, 그리고 L1 이하, 즉 30 cm에 접근하는 치수를 갖는다. 두께는 약 십 마이크로미터 내지 수십 밀리미터 사이에 포함된다.
솔라 셀들, 마이크로 배터리 셀들 및 유기 컴포넌트들과 같은 어떤 형태들의 물체들은 작은 두께와 0.1 내지 100 cm2 오더의 표면적을 갖는 정사각형, 직사각형, 나아가 디스크와 같은 단순한 형상을 가진다.
이들 컴포넌트들은 그들의 연결을 진행하기 위해 액체와 접촉하는 면 상에 패드들 또는 테이퍼진 플러그들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 성분들의 검출, 에너지 발생 또는 나아가 정보의 전송을 의도하는 다른 형태의 물체는 예를 들어, 곡선 또는 나선형 부분들과 같은 복잡한 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 입자들(4)의 대형 치수(large dimension)와 전달될 물체들(50)의 최대 치수 사이의 비율은 바람직하게는 104 내지 108 사이일 수 있다. 실제로, 상기 입자들의 대형 치수는 예를 들어, 1 nm 내지 500 μm의 오더이며, 반면에 운반되는 물체들(50)은 약 30 cm에 이르는 대형 치수를 가질 수 있다.
바람직하게는, 캐리어 액체와 접촉하는 각 물체(50)의 면은 소수성을 가지지만, 또한 이 면에 친수성 및 소수성 부분들의 배열을 제공하는 것도 가능하다. 전술한 바와 같이, 캐리어 액체의 표면 장력은 또한 이들 물체들의 부유(floating)에 중요한 역할을 한다.
아래 표 1은 이러한 물체들(50)에 대한 몇몇 바람직한 예시들을 나열한 것이다.
| 유 형 | 치수들 | 응용 분야 |
| 표면에 구조화된 골드 층을 가지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) | PET: 3×4cm2; 두께 250 μm; PET: 1.5×0.9cm2; 두께 250 μm, Au: 두께 30 nm |
유기 전자 공학 |
| 표면에 광전지 셀을 구비하는 유리 | 25×25mm2; 두께 1.08 mm | 광전지 셀 |
| 실리콘 칩 | 3×3cm2; 두께 500 μm 1×1cm2; 두께 500 μm |
전자 공학 |
| 실리콘 상의 마이크로 배터리 | 1×1cm2; 두께 500 μm | 에너지 저장 |
| 바이메탈 블레이드 금속 물질(Bi-metal blade metal material) (예: 아연/구리) | 3.5×2cm2; 두께 140 μm 5×1.6cm2; 두께 200 μm 7×1.6cm2; 두께 200 μm |
열 센서들 |
이제 도 8a 내지 도 8d를 참조하여, 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 퇴적 방법이 설명될 것이다.
상기 제2 실시예는 물질(72)로 상기 패턴(70)을 형성하기까지가 전술한 제1 실시예에서와 같은 방식으로 시작하기 때문에, 도 8a는 도 6a와 동일하다. 따라서 상기 방법의 이 부분은 더 설명하지 않는다.
다른 한편, 도 8b를 참조하면, 이 방법은 폐쇄된 윤곽들(72) 주위에 배치된 상기 제1 필름(4)의 입자들의 제거, 바람직하게는 흡입(suction)에 의해 계속된다. 단지 상기 패턴(70) 내에 위치한 정렬된 입자들(4)만이 유지된다.
다음으로, 도 8c에 도시된 바와 같이, 상기 패턴들(70)은 서로에 대하여 보다 접근되도록, 상기 캐리어 액체(16) 상에서 상기 전달 영역(14) 내에서 서로에 대하여 상대적으로 선택적으로 이동된다. 상기 구조화 공정을 따라서 그들의 초기 형상을 유지하는 상기 패턴들(70)은 상기 형상을 둘러싸는 적합한 스파이크들(spikes)과 함께 이동될 수 있거나, 또는 도 8에서 보여지는 다음 단계까지 이러한 스파이크들에 의해 그들의 초기 위치들에서 유지될 수도 있다. 스파이크들로서, 수백 마이크론 오더에 이르는 직경을 갖는 바늘들이 사용된다. 취급될 상기 물체의 형상들에 따라서, 상기 물체를 안정시키고, 위치시키고, 또는 지향시키기 위해 일반적으로 3개 또는 4개의 바늘들이 요구된다. 이들 바늘들은 상기 물체의 내측 또는 외측에 위치될 수 있다. 이들 바늘들은 예를 들어, 마이크로메트릭(micrometric) 이동들을 갖는 조작 아암에 의해 스스로 이동된다. 일단 상기 물체가 위치되고, 그리고 일단 입자들의 새로운 필름이 상기 물체 주위로 형성되면, 상기 바늘들은 어떠한 결함을 발생시키지 않고 제거될 수 있다.
이 단계는 상기 패턴(70) 주위로 상기 전달 영역(14) 내에서 정렬된 입자들(4.2)의 제2 필름을 생성하는 것으로 구성된다. 상기 캐리어 액체 상에 제2 필름(4.2)을 형성하는 것은 제1 필름(4)을 형성하는 것과 동일하거나 유사하며, 따라서 더 설명하지 않는다.
다음으로, 이것은 입자들(4)과 제2 필름(4.2)으로 충전된 상기 패턴(70)에 의해 형성된 조립체이며, 이것은 입자들의 출구를 빠져나가면서 본 목적을 위한 전용의 상기 기판 상으로 전달된다.
여기서 바람직하게는 상기 입자들(4.2)은 크기 및/또는 재료에서 제1 필름의 입자들(4)과 다르다. 또한 바람직한 제1 실시예에서와 아주 유사하게, 상기 패턴들의 지형은 당면하는 요구들에 따라 적응하여 다양할 수 있으며, 선택적으로 하나 또는 몇개의 입자 구배들을 갖는 구조화된 필름의 퇴적을 얻기 위해 제공된다.
마지막으로, 이어지는 실시예에 대하여 유사하게, 중합된 물질의 코드들이 상기 기판 상에 유지되거나 또는 제거될 수 있다.
이제 도 9a 내지 9d를 참조하여, 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 퇴적 방법이 설명될 것이며, 이것은 바로 보여진 제2 실시예로부터 유래된다.
상기 제3 실시예를 적용하기 위해, 상기 전달 영역이 출구 부분(14b)뿐만 아니라 분리된 입구 부분들(14a)을 갖도록 분할되기 때문에 상기 설비는 약간 수정된다. 각 부분(14a)은 입자 공급 램프와 관련된 입자들의 입구(22a)를 가지며, 또는 대안적으로 상기 부분들(14)의 각각의 입구들(22a)과 연속적으로 공동 작동을 허용하는 단일 램프가 제공된다. 나아가, 설사 상기 후자에 대한 접근이 요구에 따라 선택적으로 차단/허가될지라도 각 부분(14a)은 출구 부분(14b) 속으로 개방된다. 마지막으로, 이것은 상기 기판을 마주보도록 의도된 입자들의 출구(26)를 한정하는 상기 부분(14b)이다.
우선, 상기 방법은 막혀있는 상기 출구 부분(14b)으로의 접근과 함께, 상기 전달 영역(14)의 상기 입구 부분들(14a)의 각각에 입자들의 제1 필름(4)을 형성함으로써 수행된다. 이러한 배열은 상기 전달 영역의 전부에 대하여, 상기 제1 실시예에 대하여 적용된 것과 동일하거나 유사한 방식으로, 그것들을 전체적으로 충전하기 위해 그들의 각 부분들(14a)에서 정렬된 제1 필름들(4)과 함께 도 9a에 도시되어 있다. 여기서 독특한 것들 중의 하나는 사용된 입자들(4)이 상기 부분들(14a)에 따라서 다르다는 사실에 있다.
다음으로, 하나 또는 몇개의 패턴들(70)이 이전의 실시예에 대하여 사용된 것과 동일한 방식으로, 상기 입구 부분들(14a)의 각각에서 상기 물질(72)을 이용하여 만들어진다. 이러한 패턴들이 도 9b에 도시된다.
도 9에서 보여질 수 있는 바와 같이, 상기 제2 실시예에서와 유사하게 상기 패턴(70)에 대하여 상대적으로 외부에 위치한 상기 입자들(4)을 제거하여 폐쇄된 윤곽(72)을 갖도록 함으로써 상기 구조화 공정은 계속된다. 이어서 상기 패턴들은 예를 들어 스파이크들을 이용하여 옮겨지고, 이 부분에 대한 접근을 허가한 후에 상기 전달 영역의 상기 출구 부분(14b)에서 재배열된다.
상기 제2 실시예와 유사한 방식으로, 정렬된 입자들의 제2 필름(4.2)이 상기 재배열된 패턴들 주위의 상기 전달 영역에서, 바람직하게는 도 9d에서 도시된 바와 같이 상기 부분들(14a) 및 상기 부분(14b) 중의 단지 하나에서 만들어진다.
정렬된 입자들의 제2 필름(4.2)을 형성한 후, 상기 기판 상으로의 전달이 이전 실시예에 대해 이미 설명된 것과 유사한 방식으로 수행된다.
상기 고안된 실시예에 상관없이, 상기 방법은 이들 입자들이 상기 전달 영역에서 상기 캐리어 액체 상에서 발견될 때, 상기 물질(72)을 이용하여 상기 필름(4) 또는 상기 필름(4.2), 또는 심지어 상기 입자들(4.1) 상에 하나 또는 몇 개의 코드들 또는 스파이크들을 만드는 단계를 포함한다. 선택적으로 다른 성분들로 충전될 수 있는 보이드들(voids)을 남김으로써 이들 코드들이, 바람직하게는 비-폐쇄된(non-closed) 선을 따라, 제거되는 것은 단지 상기 기판 상에 퇴적을 한 이후이다. 중합된 물질의 상기 코드들/스파이크들의 제거시, 바람직하게는 후자는 이들 성분들 사이에서의 부착 때문에 이들 코드들과 접촉하고 있는 입자들(4)과 함께 운반되어 버린다.
바로 설명된 상기 방법들에 대한 가능한 응용 분야는 전술하였다. 현실적인 예들이 또한 아래에 설명된다.
이것은 LED/PLED/OLED 형태의 광전 셀들 및 컴포넌트들의 제조일 수 있다. 최근 연구들은 광전 컴포넌트들, LED들, PLED들, OLED들의 분야에서 인터페이스들(interfaces)의 구조화는 수율 또는 발광에서 상당한 이득을 제공하는 것을 보여준다. 이러한 범위 내에서, 입자들의 컴팩트 필름들은 예를 들어 인터페이스들의 구조화를 위한 단계들 동안에 마스킹 성분들(masking elements)로써 사용된다. 이들 구조화는 일반적으로 물질들의 퇴적 또는 플라즈마 식각에 의해 상기 입자들 사이에 존재하는 간극들을 통하여 만들어진다. 그럼에도 불구하고 상기 기판의 어떤 영역들은, 단순히 그들이 어떤 특별한 기능을 하지 못하기 때문에, 예를 들어, 전기적 접촉의 영역들을 깨끗이 남게 하기 위해 리세스 되어진다(recessed). 전술한 제1 실시예에 따른 방법과 함께, 상기 기판 상으로의 상기 컴팩트 필름의 전달 전에, 상기 물질로 상기 액체 상에 입자들이 없어야할 영역들을 한정하고, 이어서 흡입에 의해 제거하는 것이 가능하다.
다른 예는 열 교환기들에 관한 것이다. 상기 교환기들의 벽체들의 구조는 열 교환을 조절하기 위한 수단이다. 이 구조들은 입자들의 마스크를 가지고 리소그라피에 의해 만들어질 수 있다. 전술한 방법들과 함께, 상이한 치수들을 갖는 입자들과 관련된 이종 퇴적의 응용은, 통상적으로 리소그라피에 의해 만들어진 지형들, 현저하게는 입자 크기 구배들을 갖는 지형들을 얻는 것을 가능하게 해준다.
또 다른 예는 화학적 센서들에 관한 것이다. 전술한 방법들은 상이한 속성들의 입자들을 갖는 이종 컴팩트 필름들을 결부시킬 가능성, 그리고 따라서 가스, 화학 종들, 등의 상이한 속성들의 검출을 허용할 가능성을 제공한다.
마지막으로, 마찰공학에 있어서, 4개의 기계적 응용들이 있으며, 컴팩트 필름은 문질러질 물체들의 표면에 윤활유의 유지를 허용하는 마이크로/나노탱크들(micro/nanotanks)을 생성하기 위한 리소그라피 마스크로서 사용될 수 있다. 이들 유지되는 마이크로/나노탱크들의 치수들을 조정하는 것은 마찰계수를 조정하기 위한 페리미터이다. 이들 마이크로/나노탱크들의 치수들을 변경하기 위한 단순한 수단은 에칭 마스크로서 본 발명의 특정한 방법들에 의해 용이하게 얻을 수 있는, 상이한 크기의 입자들로 구성된 이종 컴팩트 필름을 사용하는 것이다.
물론, 단지 비-제한적인 예들에 의해 설명된, 본 발명에 대하여 통상의 기술자들에 의해 다양한 변형들이 만들어질 수 있을 것이다.
Claims (14)
- 기판들(38), 바람직하게는 주행하는 기판 상으로 입자들을 퇴적하는 방법으로서,
(a) 상기 기판(38)을 마주보며 배열된 입자들의 출구(26)를 구비하는 전달 영역(14)에 제공된 캐리어 액체(16) 상에 부유하는 적어도 하나의 입자들의 제1 컴팩트 필름(4)을 생성하는 단계;
(b) 상기 전달 영역(14)에서 상기 입자들의 제1 컴팩트 필름(4) 상에 패턴의 윤곽을 따라서 물질(72)을 퇴적함으로써 적어도 하나의 패턴을 생성하는 단계로서, 상기 물질은 상기 물질과 접촉하는 상기 필름(4)의 입자들과 함께 유지되는, 상기 패턴을 생성하는 단계;
(c) 상기 윤곽에 대하여 상대적으로 내측에 또는 상대적으로 외측에 위치하는 상기 제1 필름(4)의 상기 입자들의 적어도 일부를 제거하는 단계; 및
(d) 상기 입자들의 출구(26)를 통하여 상기 기판(38) 상으로 패턴들(70)을 전달하는 단계를 포함하는 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 단계 (c)는 각 윤곽(72)에 대하여 상대적으로 내측에 위치한 상기 입자들(4)을 제거하는 단계를 포함하며, 상기 단계는 단계 (d) 이전에, 각 윤곽에 의해 범위가 정해진 리세스된(recessed) 영역에서 상기 캐리어 액체(16) 상으로 하나 또는 몇 개의 다른 성분들(4.1, 50)을 위치시키는 단계가 선택적으로 후행되며, 단계 (d)는 상기 입자들의 출구를 통하여 각 패턴(70) 및 상기 제1 필름(4)을 함께, 필요하다면 상기 하나 또는 몇 개의 다른 성분들(4.1, 50)을 함께, 옮김으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 2에 있어서,
실리콘 칩들, 마이크로-배터리들, 유기 전자제품들의 컴포넌트들, 금속 성분들, 광전 셀들, 배터리 셀들 및 마이크로-배터리 셀들, 또는 다른 입자들로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 성분(50)은 각 리세스된 영역 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 단계 (c)는 각 윤곽(72)에 대하여 상대적으로 외측에 위치한 상기 입자들을 제거하는 단계를 포함하며, 상기 단계는 단계 (d) 이전에, 각 윤곽(72) 주위에서 상기 전달 영역(14) 내의 상기 캐리어 액체(16) 상에서 부유하는 입자들의 제2 컴팩트 필름(4.2)을 형성시키는 단계가 후행되며, 단계 (d)는 상기 입자들의 출구(26)를 통하여 각 패턴(70) 및 상기 제2 필름(4.2)을 함께 이동시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 4에 있어서,
상기 제2 필름(4.2)은 상기 제1 필름(4)과 다른 입자들을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 1에 있어서,
단계 (a)는 상기 전달 영역(14)의 상이한 분리 영역들(14a)에서 각기 복수의 입자들의 제1 컴팩트 필름들(4)을 생성하는 단계를 포함하며,
단계 (b)는 각각의 제1 컴팩트 필름(4) 상에 적어도 하나의 패턴(70)을 생성하는 단계를 포함하며,
단계 (c)는 상기 전달 영역의 상기 부분들(14a)의 각각에서 각 윤곽(72)에 대하여 상대적으로 외측에 위치한 상기 입자들(4)을 제거하는 단계를 포함하며, 이어서 상기 패턴들(70)은 상기 캐리어 액체(16) 상에서 서로에 대하여 상대적으로 선택적으로 옮겨지며, 상기 캐리어 액체(16) 상에서 부유하는 입자들의 제2 컴팩트 필름(4.2)을 생성하는 단계는 단계 (d) 이전에 상기 패턴들(70) 주위에서 상기 전달 영역(14) 내에서 생성되며,
단계 (d)는 상기 입자들의 출구(26)를 통하여 상기 패턴들(70) 및 상기 제2 필름(4.2)을 함께 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 6에 있어서,
상기 제2 필름(4.2)은 상기 제1 필름(4)과 다른 입자들을 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 1 내지 청구항 7 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 물질(72)은 상기 입자들의 제1 컴팩트 필름(4) 상에 퇴적된 후에 중합되는, 중합가능한 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 1 내지 청구항 8 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 물질(72)은 액체 또는 슬러리로써 나타나는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 1 내지 청구항 9 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 물질(72)은 소수성(hydrophobicity)을 갖는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 1 내지 청구항 10 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 물질(72)은 실리콘 수지, 에폭시 수지, 및/또는 폴리우레탄 수지에 기반하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 1 내지 청구항 11 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 물질(72)은, 다음 물질들:
- 탄소 블랙;
- 탄소 나노튜브들;
- 탄소, 강철, 알루미늄, 구리 섬유와 같은 섬유들;
- 금속 분말들; 및
- 금속 산화물들
로부터 취한 적어도 어떠한 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 1 내지 청구항 12 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 상기 전달 영역의 입구에 부착되며, 상기 입자들의 순환을 위한 경사진 램프(12)를 적용하며, 또한 상기 캐리어 액체(16)가 거기에서 순환되도록 의도되는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 1 내지 청구항 13 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 상기 입자들 상에 퇴적된 물질(72)을 이용하여 적어도 하나의 코드/스파이크(cord/spike)를 생성하는 단계를 포함하며, 상기 코드는 상기 기판 상에 퇴적한 후에 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
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