KR20150081531A - 마이크로 액체 패터닝 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 마이크로 액체 패터닝 방법 및 장치는 패턴이 형성된 기판에 친수성 액체의 액적을 분사하여 패터닝하는 것에 관한 것이다. 이에 따르면, 마이크로 액체의 패터닝을 정밀하고 용이하게 수행할 수 있으며, 액체 렌즈의 형성 및 붕괴 현상을 이용하여 밀폐된 루프 형상의 패턴도 신뢰성 높게 패터닝할 수 있다. 또한, 액체 렌즈의 붕괴가 신속하게 이루어지도록 할 수 있어, 마이크로 액체의 패터닝을 빠른 속도로 수행할 수 있다. 이로써, 대량 생산에 적용되어, 정밀도 높은 마이크로 액체 패터닝을 신속하게 처리할 수 있다.

Description

마이크로 액체 패터닝 방법 및 장치{PATTERNING METHOD AND APPARATUS OF MICRO-FLUID}
본 발명은 마이크로 액체의 패터닝 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체 집적 회로, 촬상 소자, 또는 액정 디스플레이 등의 각종 디바이스를 제조하는데 이용되는 리소그래피(lithography) 기술은 각종 미세 가공 공정의 핵심기술이다. 하지만, 이러한 리소그래피 기술은 공정이 복잡하고 많은 비용이 소요된다는 단점이 있다.
즉, 종래의 리소그래피 기술은, 복수의 층(layer)이 적층되어 이루어지는 하나의 디바이스를 제작하는데 있어서, 하나의 층을 형성하기 위해, 마스크를 제작하고, 재료에 포토레지스트(PR, Photo Resist)를 입힌 후, 마스크의 원형벽을 재료에 전사하는 노광 공정 등을 거쳐야 하는 등 그 공정이 복잡하고 번잡하다.
이러한 비효율성을 줄이기 위하여, 다양한 나노 제조 기술들이 연구되기 시작하였다. 나노 제조 기술은 마스크없이 특정 물질을 대상물에 직접 적층(direct deposition)할 수 있는 기술로서, STM(Scanning Tunneling Microscope) 또는 AFM(Atomic Force Microscope)를 활용한 기술이나 ALD(Atomic Layer Deposition) 기술 등이 있다.
또한, DPN(Dip Pen Nanolithography) 기술이나 잉크젯 프린팅(Inkjet Printing) 기술도 제안되고 있다. 하지만, DPN 기술은 매우 세밀한 해상도를 달성할 수 있는 장점이 있으나 속도가 매우 느린 단점이 있으며, 잉크젯 프린팅 기술은 속도가 빠른 장점을 가지고 있으나 해상도를 낮출 수 없는 단점을 가지고 있다. 따라서, 이러한 기술들은 점점 정밀화됨과 동시에 대형화되어 가고 있는 리소그래피 기술의 추세에 맞추어 적용되기에는 문제점이 있다.
따라서, 새롭게 제안되고 있는 방법 중의 하나로서, 패턴이 형성되어 있는 기판에 액적을 분사하여 액적이 패턴 상에 위치하도록 하여 패터닝 하는 방법이 있다. 하지만, 액적이 기판에 충돌한 후의 유동 예상이 어려울 뿐만 아니라, 밀폐된 루프 형상의 패턴에 패터닝 하기가 곤란하였다.
특허문헌 1: 한국 공개특허 제2010-050867호
개시된 내용은, 마이크로 액체의 패터닝을 정밀하고 용이하게 수행하기 위한 것이다. 또한, 액체 렌즈의 형성 및 붕괴 현상을 이용하여 밀폐된 루프 형상의 패턴도 신뢰성 높게 패터닝하기 위한 것이다.
나아가, 액체 렌즈의 붕괴가 신속하게 이루어지도록 하여 마이크로 액체의 패터닝이 빠른 속도로 수행되도록 하기 위한 것으로, 대량 생산에 적용되어, 정밀도 높은 마이크로 액체 패터닝을 신속하게 처리할 수 있도록 하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 마이크로 액체 패터닝 방법은, 패턴이 형성된 기판에 친수성 액체의 액적을 분사하여 패터닝하는 마이크로 액체 패터닝 방법으로서, 패턴은 원형 또는 다각 루프 형상의 친수성 영역을 포함하여, 루프 내부로 액적이 분사되는 단계; 분사된 액적이 기판과 충돌되는 단계; 액적의 친수성 액체가 친수성 영역 또는 친수성 영역의 외측까지 퍼지는 단계; 액적의 친수성 액체가 친수성 영역의 외측 경계를 둘레로 하는 액체 렌즈로 형성되는 단계; 액체 렌즈의 일부 또는 전부 영역의 부피가 감소되어 액체 렌즈가 붕괴되는 단계;를 포함한다.
또한, 액체 렌즈가 붕괴되는 단계 이후에, 패턴을 블로우 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 기판에서, 패턴 이외의 영역은 소수성 영역일 수 있다.
여기서, 액체 렌즈의 일부 또는 전부 영역의 부피가 감소되어 액체 렌즈가 붕괴되는 단계는, 액적의 친수성 액체가 증발됨으로써 액체 렌즈의 부피가 감소되어 액체 렌즈가 붕괴되는 단계일 수 있다.
또한, 액체 렌즈의 일부 또는 전부 영역의 부피가 감소되어 액체 렌즈가 붕괴되는 단계는, 액체 렌즈를 구성하는 친수성 액체가 블로우됨으로써, 액체 렌즈를 구성하는 외측 경계 내의 친수성 액체의 일부의 영역에서 친수성 액체의 부피가 감소되어, 액체 렌즈가 붕괴되는 단계일 수 있다.
또한, 액체 렌즈의 일부 또는 전부 영역의 부피가 감소되어 액체 렌즈가 붕괴되는 단계는, 기판이 기울여짐으로써, 액체 렌즈를 구성하는 외측 경계 내의 친수성 액체의 일부의 영역에서 친수성 액체의 부피가 감소되어, 액체 렌즈가 붕괴되는 단계일 수 있다.
또한, 액체 렌즈의 부피가 감소되어 액체 렌즈가 붕괴되는 단계는, 액체 렌즈에 탐침이 접촉 후 분리되어 액체 렌즈의 부피가 감소됨으로써, 액체 렌즈가 붕괴되는 단계일 수 있다.
한편, 액체 렌즈가 붕괴된 후, 액적의 친수성 액체는 친수성 영역에만 존재할 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로 액체 패터닝 장치는, 상술한 마이크로 액체 패터닝 방법에 사용되며, 원형 또는 다각 루프 형상의 친수성 영역을 포함하는 패턴이 형성된 기판이 놓여지는 스테이지와, 스테이지의 상측에 위치하며, 기판에 친수성 액체의 액적을 분사하는 니들을 포함할 수 있다.
개시된 내용은, 마이크로 액체의 패터닝을 정밀하고 용이하게 수행할 수 있으며, 액체 렌즈의 형성 및 붕괴 현상을 이용하여 밀폐된 루프 형상의 패턴도 신뢰성 높게 패터닝할 수 있다.
또한, 액체 렌즈의 붕괴가 신속하게 이루어지도록 할 수 있어, 마이크로 액체의 패터닝을 빠른 속도로 수행할 수 있다. 이로써, 대량 생산에 적용되어, 정밀도 높은 마이크로 액체 패터닝을 신속하게 처리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 액체 패터닝 방법의 흐름도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 형성의 과정도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 액체 패터닝 방법의 시간 흐름에 따른 변화도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액체 렌즈의 측면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액체 렌즈의 부피 감소를 설명하는 측면도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액체 렌즈의 부피 감소를 설명하는 측면도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액체 렌즈의 부피 감소를 설명하는 측면도,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액체 렌즈의 부피 감소를 설명하는 측면도,
도 9 및 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액체 렌즈의 부피 감소를 설명하는 측면도,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 액체 패터닝 장치의 구성도.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 대해서, 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
한편, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시형태는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
본 발명에 따른 마이크로 액체 패터닝 방법은, 친수성 영역인 패턴이 형성되어 있는 기판에 친수성 액체의 액적을 분사하여 패터닝 하는 방법이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 액체 패터닝 방법은, 원형 또는 다각 루프 형상의 친수성 영역 내부로 액적이 분사되는 단계(S1), 분사된 액적이 기판과 충돌되는 단계(S2)를 포함한다. 기판과 충돌한 친수성 액체는 친수성 영역 또는 친수성 영역의 외측까지 퍼지게 되어(S3), 친수성 영역의 외측 경계를 둘레로 하는 액체 렌즈로 형성되게 된다(S4). 이어서, 액체 렌즈의 일부 또는 전부 영역의 부피가 감소되어 액체 렌즈가 붕괴되어(S5), 마이크로 액체가 친수성 영역 상에 패터닝 된다.
여기서, 친수성 영역인 패턴 이외의 기판의 영역은 소수성 영역일 수 있다.
이러한 적심성(wetability) 패턴을 갖는 기판은 실리콘 웨이퍼(p 타입)의 표면에 광식각 공정, 플라즈마 처리 공정, 및 수처리 공정 등을 수행함으로써 만들어질 수 있다.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판, 즉, 웨이퍼 표면(1)에 PACVD(Plasma-Assisted Chemical Vapor Deposition) 장치를 이용하여 6 mTorr의 압력 및 -400 V의 바이어스 전압 조건에서 약 5분 동안 아르곤(Ar) 플라즈마 처리를 통해 웨이퍼 표면의 산화막을 제거하고, 30 mTorr의 압력 및 600 V의 바이어스 전압 조건에서 90분 동안 CF4 플라즈마 처리를 통하여 나노 숲을 가진 웨이퍼 표면을 제작한 후, 이 고체 표면 위에 정제수(DI water, DeIonized water)를 2분 동안 안착시킨 뒤 건조할 수 있다. 여기서, 정제수에 의한 수처리 공정의 역할은 후에 다른 플라즈마 처리를 통해 얻게 될 표면의 적심성 및 접촉각 히스테리시스(C.A.H., Contact Angle Hysteresis)를 낮추는 것이다. 이와 같은 처리 후, 10 mTorr의 압력 및 -400 V의 바이어스 전압 조건에서 20초 동안 HMDSO(hexamethyldisiloxane) 플라즈마 처리를 통해 소수성의 웨이퍼 표면을 제작한다.
다음으로, 선택적으로 고체 표면을 대기에 노출하기 위해 광식각 공정을 수행한다. 먼저, 스핀 코터를 이용하여 포토레지스트를 40초 동안 3000 RPM으로 웨이퍼 표면에 스핀 코팅 해준 후, 50초 동안 95℃에서 소프트 베이킹 처리를 하여 액상의 포토레지스트 막(3)을 경화시킨다. 그 후, 링 형상으로 패턴된 마스크를 포토레지스트 막(3) 상측에 올려 놓은 후, 4초 동안 20 mw/cm2의 강도로 자외선을 조사하고, 자외선에 노출된 포토레지스트 부분을 제거한다. 이어서, 웨이퍼 표면에 에어 플라즈마 처리를 하여, 웨이퍼 표면 중 대기에 노출된 부분을 친수하게 만들어준 후, 웨이퍼 표면에 남아있는 포토레지스트 막(3)을 제거한다.
이와 같이 제작된 웨이퍼 표면(5)은 친수성 영역(5a, 포토레지스트 막이 없던 부분)과 소수성 영역(5b, 포토레지스트 막이 있던 부분)을 갖게 된다. 여기서, 친수성 영역(5a)의 접촉각은 0°이고, 소수성 영역(5b)의 접촉각은 160°, 접촉각 히스테리시스는 5°미만이다.
이와 같이 방법을 통해, 소수성 영역(5b)의 기판에 친수성 영역(5a)의 패턴을 형성할 수 있다. 이러한 친수성 영역(5a)의 패턴은 띠 형상의 밀폐된 모양, 즉 루프 형상을 포함한다. 본 발명에 따른 마이크로 액체 패터닝 방법은, 이러한 밀폐된 형상을 갖는 패턴에 친수성의 마이크로 액체를 패터닝 하는 방법에 관한 것이다. 상기 루프 형상은 원형 또는 비원형 형상일 수 있으며, 비원형 형상은 다각 형상일 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로 액체 패터닝 방법은, 이러한 루프 내부에 친수성 액적을 분사하여 기판과 충돌시키게 되는데, 구형의 친수성 액체의 액적은 기판 표면에서 납작한 형상으로 고체 표면을 적시면서 퍼져나가게 된다. 이와 같이 퍼져나가던 친수성 액체는 최대로 퍼질 수 있는 거리(이하, 최대 퍼짐 거리; Rmax)에 도달하게 된다.
여기서, Rmax에 도달한 친수성 액체의 움직임은 기판 표면의 성질에 따라 이 후 과정이 다르다. Rmax에 도달한 친수성 액체는, 친수한 표면에서 접촉선의 후퇴 없이 고체 표면에 잔존하게 되고, 소수한 표면에서 계면 에너지를 감소하기 위해 기판 표면에 대해 후퇴하면서 작은 액적으로 모이거나 경우에 따라 기판 표면에서 점프하기도 한다.
이 때, 충돌하는 액적의 Rmax는 기판 표면 및 액체의 성질과 액체의 충돌하는 상태에 관계된 양으로, 고체 표면의 적심성이 높을수록, 액체의 점성 계수가 작을수록 그리고 충돌하는 액적의 We수(We = ρU2a/γ, ρ는 마이크로 유체의 밀도, U는 액적의 충돌 속도, a는 액적 반경, γ는 마이크로 액체의 표면 장력)가 클수록 커진다. 이러한 변수들의 조절을 통하여 패터닝된 고체표면에서 Rmax을 조절하는 것이 가능하다.
여기서, 친수성 영역(5a)의 외반경을 Ro라고 할 때, Rmax가 Ro보다 크도록, 즉, 충돌하는 액적이 친수성 영역(5a)의 외반경 Ro를 초과하여 퍼지도록 Rmax를 조절하여 친수성 영역에 친수성 액체가 위치되도록 함으로써 마이크로 액체 패터닝을 달성할 수 있다. Rmax가 친수성 영역(5a)의 내반경 Ri 미만으로 퍼지게 되면, 친수성 영역(5a)에 마이크로 액체가 닿지 못하여 마이크로 액체 패터닝이 되지 않을 수 있다. 또한, Rmax가 Ri 이상 Ro 미만으로 퍼지게 되면, 친수성 영역(5a)에 마이크로 액체가 충분히 적심되지 못하여 마이크로 액체가 친수성 영역(5a)에 불완전하게 패터닝될 수도 있다.
한편, 친수성 영역(5a)의 형상이 다양한 형상일 수 있으나, 이하에서는, 친수성 영역(5a)이 원형 루프의 형상인 경우에 대하여 주로 설명한다. 상기의 “다양한 형상”이란, 삼각, 사각 등 다각형 형상을 포함하는 임의의 형상일 수 있으며, 이 때, Rmax는 분사되는 친수성 액체의 액적이 기판 표면에 부딪히는 위치로부터 친수성 영역의 최외각까지의 거리와 같거나 그 보다 크도록 조절된다.
상술한 바와 같이, Ro 이상의 Rmax에 도달한 친수성 액체는, 기판(1) 상에서 퍼져나가고자 하는 친수성 액체의 운동에너지가 액체의 응집력에 의하여 소멸되면서 다시 모이게 된다. 이는 Rmax까지 퍼졌던 친수성 액체의 최외각 부분이 Rmax, 즉 친수성 액체의 최대 퍼짐 거리 내측으로 후퇴하게 된다.
이 때, 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 후퇴, 즉 다시 모이던 친수성 액체는 친수성 영역(5a)에 이르러 친수성 액체가 친수성 영역(5a)에 적심되게 되면서 후퇴를 멈추게 된다. 이로써, 친수성 액체는 친수성 영역(5a)를 경계로 하는 액체 렌즈(10)를 형성하게 된다.
이러한 액체 렌즈(10)에 대하여 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 도 4에 도시된 바와 같이, 액체 렌즈(10)는 그 상부 표면(10s)에서 외부, 예를 들어 공기와 접촉할 수 있다. 또한, 액체 렌즈(10)는 소수성 영역(5b)의 나노 단위 요철의 돌출상부(5bt)에 의해 지지됨과 동시에 친수성 영역(5a)과 접촉되어 있을 수 있다. 이 때, 액체 렌즈(10)와 웨이퍼 표면(5)의 접촉은 캐시-백스터 상태(Cassie-Baxter state)로 설명될 수 있다. 즉, 친수성 액체는 소수성 영역(5b) 상의 요철 상부에 놓여져있는 상태로 설명될 수 있다. 도 4에서 친수성 영역(5a)과 소수성 영역(5b)의 요철은 나노 단위의 요철(거칠기)로서 이해의 편의를 위하여 확대되어 도시된 것이며, 친수성 영역(5a)의 내반경(Ri)와 외반경(Ro)의 차이도 확대되어 도시된 것이다.
다음으로, 본 발명의 실시예에서는 이러한 액체 렌즈(10), 즉 친수성 영역(5a)의 외측 경계 내의 액체 렌즈(10)의 일부 또는 전부 영역의 부피를 감소시켜 액체 렌즈(10)를 붕괴시키게 된다. 마이크로 액체 패터닝은 이러한 액체 렌즈(10)의 붕괴에 의해 친수성 액체가 친수성 영역(5a)에만 남게 됨으로써 달성되며, 이에 대하여 도 3를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 도 3는 액체 렌즈(10)가 형성된 상태(도 3(a), 0 ms)로부터 친수성 영역(5a)에 마이크로 액체가 패터닝 된 상태(도 3(j), 21.9 ms)까지 순차적으로 촬영된 도면이다.
도 3(b)에 도시된 바와 같이, 액체 렌즈(10)의 부피가 감소하게 되면, 액체 렌즈(10)에 홀(H)이 형성되며 액체 렌즈(10)의 붕괴가 개시되게 된다. 액체 렌즈(10)의 붕괴는 액체 렌즈(10)의 자유 에너지(Eh)가 붕괴 전 액체 렌즈(10)의 자유 에너지(Eu)보다 감소하게 될 때(즉, Eh < Eu일 때) 발생하게 된다. 이 때, 액체 렌즈(10)의 부피가 감소하게 되면, 액체 렌즈(10)의 자유 에너지(Eh)가 감소하게 되므로 액체 렌즈(10)의 붕괴가 개시될 수 있다. 액체 렌즈(10)의 부피를 감소시키는 방법은, 액체 렌즈(10)의 전부 영역에서 감소시키는 방법이 있을 수 있고, 액체 렌즈(10)의 일부 영역에서 감소시키는 방법이 있을 수 있으며, 이에 대해서는 후술하도록 한다.
이러한 현상은, 친수성 액체에 대한 적심성이 약한 소수성 영역(5b)에서 발생할 수 있다. 홀(H)은 친수성 영역(5a)과 소수성 영역(5b)의 경계에서 발생될 수 있다. 일단 홀(H)이 형성되게 되면, 홀(H)은 급속히 성장하게 된다. 즉, 도 3(c) 및 (d)에 도시된 바와 같이, 친수성 액체 분자 간의 응집력 및 표면장력에 의해 소수성 영역(5b) 상에 위치하던 액체 렌즈(10)의 부분이 홀(H)이 형성되지 않은 부분으로 응집되면서 홀(H)이 급속히 성장하게 된다. 이 때, 친수성 영역(5a) 상에는 친수성 영역(5a)의 적심성으로 인하여 친수성 액체가 남아있게 된다.
한편, 액체 렌즈(10)에서 홀(H)이 성장하는 과정에서, 소수성 영역(5b) 상의 친수성 액체가 홀이 형성되지 않은 부분으로 이동되면서, 이동되는 친수성 액체에 운동에너지가 부여될 수 있다. 즉, 도 3(e) 내지 (i)에 도시된 바와 같이, 친수성 액체가 점차적으로 남동쪽 방향으로 이동되면서, 이동되는 친수성 액체는 운동에너지를 갖게 되어 남동쪽 방향으로 속도 성분을 가질 수 있다. 이러한 운동에너지의 부여는 응집되는 친수성 액체가 친수성 영역(5a)의 외측으로 이탈되는 원동력이 될 수 있다. 여기서, 남동쪽 방향은, 홀(H)이 형성된 부분의 반대쪽 방향일 수 있으며, 도 3에서는 홀(H)이 친수성 영역(5a)과 소수성 영역(5b)의 경계에서 북서쪽 방향에서 형성되어 친수성 유체가 남동쪽 방향으로 응집되어 결국 같은 방향으로 이탈되는 모습이 도시되어 있다.
한편, 액체 렌즈(10)의 부피가 감소되도록 하는 방법으로, 액체 렌즈(10)의 전부 영역에서 액체 렌즈(10)를 구성하는 친수성 액체의 부피가 감소되도록 하는 방법과, 액체 렌즈(10)의 일부 영역에서 액체 렌즈(10)를 구성하는 친수성 액체의 부피가 감소되도록 하는 방법이 있다.
먼저, 액체 렌즈(10)의 전부 영역에서 친수성 액체의 부피가 감소되도록 하는 방법으로, 친수성 액체가 증발되도록 하는 증발법을 사용할 수 있다. 이러한 증발법은 자연증발법 및 인공증발법이 있을 수 있다.
먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 자연증발법은 액체 렌즈(10)가 형성된 후, 소정시간을 기다림으로써, 액체 렌즈(10)를 구성하는 친수성 액체의 상부 표면(10s)에서 액체 렌즈(10)의 외부로 친수성 액체가 증발(E)되도록 하여 액체 렌즈(10)의 부피가 감소되도록 할 수 있다. 여기서, 소정시간이란 친수성 액체가 증발되어 액체 렌즈(10)에 홀(H)이 형성되기에 적당한 시간을 의미하며, 당업자의 입장에서 선택하여 결정할 수 있다. 또한, 소정시간을 미리 결정해두지 않고, 액체 렌즈(10)가 형성되는 때로부터 액체 렌즈(10)에 홀(H)이 형성되는 때까지를 소정시간으로 볼 수 있음은 물론이다. 여기서, 소정시간은 액체 렌즈(10)를 구성하는 친수성 액체의 양이 많을수록 증가될 수 있다. 소정시간을 보다 짧게 하기 위해서는, Ro 및 (Ro-Ri)의 값(Ri 및 Ro와 관련하여, 도 4 참조)과 마이크로 액체의 점성(viscosity)를 고려하여 Rmax가 Ro 보다 커질 수 있도록 하는 마이크로 액체의 양을 계산하여, 이에 근접하는 적정량이 친수성 영역(5a)의 루프 내부로 액적의 형태로 분사되도록 할 수 있다.
또한, 이러한 자연증발법의 경우, 액체 렌즈(10)의 외부 조건(건조도 등)에 의하여 상기 소정시간이 달라질 수 있으므로, 안정적이고 반복적인 마이크로 액체 패터닝이 가능하도록 하기 위하여 패터닝이 이루어지는 환경을 일정한 건조 상태로 유지할 수 있다.
다음으로, 인공증발법은, 인공적인 수단을 이용하여 친수성 액체의 증발을 가속화 시키는 방법이다. 이러한 인공증발법은 다양한 방법이 사용될 수 있는데, 예를 들어, 별도의 가열수단(미도시)을 마련하여, 액체 렌즈(10)의 외부에서 열을 공급함으로써 친수성 액체의 증발을 가속화시킬 수 있다. 이 뿐만 아니라, 별도의 제습수단(미도시)을 마련하여, 액체 렌즈(10) 부근의 습도를 낮춤으로써 친수성 액체의 증발을 가속화시킬 수 있다.
나아가, 도 6에 도시된 바와 같이, 액체 렌즈(10) 외부로 유체의 흐름(F), 예를 들어 공기의 흐름을 발생시켜 액체 렌즈(10)를 구성하는 친수성 액체의 증발(E)을 가속화시키는 방법일 수 있다. 이 경우, 액체 렌즈(10)의 외부 또는 마이크로 액체의 패터닝이 이루어지는 챔버(미도시)에 별도의 팬(20) 및 공기 유입 덕트(미도시)를 설치하여 이들의 작용으로 액체 렌즈(10)의 외부로 공기의 흐름을 발생시킬 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 액체 렌즈(10)의 전부 영역에서 액체 렌즈(10)를 구성하는 친수성 액체의 부피가 감소되도록 하는 방법 외에, 액체 렌즈(10)에 비대칭성을 부여하여 액체 렌즈(10)의 일부 영역에서 액체 렌즈(10)를 구성하는 친수성 액체의 부피가 감소되도록 하는 방법을 사용하여 액체 렌즈(10)의 붕괴를 유도할 수 있다.
먼저, 도 7에 도시된 바와 같이, 팬(30)을 별도로 마련하여 팬이 액체 렌즈(10)를 직접 블로우할 수 있도록 함으로써, 액체 렌즈(10)가 팬(30)의 반대 방향으로 편향되어 비대칭 형상으로 되도록 할 수 있다. 이러한 액체 렌즈(10)의 비대칭성으로 인하여, 높이가 낮아진 친수성 영역(5a)과 소수성 영역(5b) 경계 부근의 소수성 영역(5b) 상에서 액체 렌즈(10)의 자유 에너지가 감소함으로써 홀(H)이 형성되게 되며, 이러한 홀(H)로 인하여 액체 렌즈(10)는 붕괴될 수 있다.
이 뿐만 아니라, 도 8에 도시된 바와 같이, 액체 렌즈(10)가 형성되어 있는 기판(1)을 기울임으로써, 액체 렌즈(10)의 자중에 의해 액체 렌즈(10)가 일측으로 편향되어 비대칭 형상으로 되도록 할 수 있다. 이러한 액체 렌즈(10)의 비대칭성으로 인하여, 높이가 낮아진 친수성 영역(5a)과 소수성 영역(5b) 경계 부근의 소수성 영역(5b) 상의 친수성 액체에는 홀(H)이 형성되게 되며, 이러한 홀(H)로 인하여 액체 렌즈(10)는 붕괴될 수 있다.
한편, 도 7 및 8에 도시된 바와 같이, 액체 렌즈(10)가 팬(30)에 의하여 직접 블로우되거나 기판(1)이 기울여지는 경우, 붕괴된 액체 렌즈(10)에서 잔여 친수성 액체가 친수성 영역(5a)의 외부로 이탈되는 것을 가속화시킬 수 있다. 즉, 액체 렌즈(10)의 붕괴에 따라 친수성 액체에 부여되는 운동 에너지에만 의존하지 않고, 팬(30)(구체적으로, 팬(30)이 블로우 하는 힘)이나 기판(1) 기울임(구체적으로, 기판(1)을 기울임에 의한 중력)으로 이러한 이탈을 가속화시킬 수 있다.
나아가, 도 9 및 10에 도시된 바와 같이, 친수성 영역(5a)의 외측 경계 내의 액체 렌즈(10)의 부피가 감소되도록 하는 방법으로, 액체 렌즈(10)에 탐침(40)을 접촉 및 분리시키는 방법도 사용될 수 있다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 액체 렌즈(10)의 표면(10s)에 탐침(40)이 접촉되면, 형성된 액체 렌즈(10)의 표면(10s)에서 표면 장력으로 인하여 친수성 액체가 탐침(40)으로 유도된다. 이 과정에서 액체 렌즈(10)의 내부에 캐비티(c)가 형성될 수도 있다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 이후 탐침(40)이 액체 렌즈(10)에서 분리되면 탐침(40)에 친수성 액체의 일부가 떨어져 나옴으로 인하여 액체 렌즈(10)의 부피가 감소되게 되고, 이로써 홀(H)이 형성되어 액체 렌즈(10)의 붕괴가 진행될 수 있다. 이 경우, 탐침(40)은 친수성 표면으로 형성될 수 있으며, 이로써, 탐침(40)의 표면에 친수성 액체가 부착되는 것이 용이하게 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따른 실시예로서, 상술한 마이크로 액체 패터닝 방법을 구현하기 위한 마이크로 액체 패터닝 장치를 설명하도록 한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 마이크로 액체 패터닝 장치는, 원형 또는 다각 루프 형상의 친수성 영역(10a)을 포함하는 패턴이 형성된 기판(10)이 놓여지는 스테이지(100)와, 스테이지(100)의 상측에 위치하며, 기판(10)에 친수성 액체의 액적(D)을 분사하는 니들(110)을 포함할 수 있다.
니들(110)은 친수성 액체를 공급하는 친수성 액체 공급부(120)와 연결되어 있을 수 있으며, 친수성 액체 공급부(120)의 압력 조절에 의하여 니들(110)의 끝단에 액적(D)이 맺히게 할 수 있다. 니들(100) 끝단의 친수성 액체의 양이 증가하면 액적(D)의 크기가 커지게 되고, 액적(D)의 무게에 의하여 액적(D)은 기판(10) 상에 분사되게 된다. 여기서, 액적(D)의 크기를 조절하기 위해서, 액적(D)의 점성, 니들 내에 형성되어 친수성 액체가 통과하는 홀(미도시)의 직경 등이 조절될 수 있음은 물론이다.
이상 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
1: 기판
5a: 친수성 영역
5b: 소수성 영역
10: 액체 렌즈
10s: 액체 렌즈 표면
20, 30: 팬
40: 탐침
H: 홀

Claims (9)

  1. 패턴이 형성된 기판에 친수성 액체의 액적을 분사하여 패터닝하는 마이크로 액체 패터닝 방법으로서,
    상기 패턴은 원형 또는 다각 루프 형상의 친수성 영역을 포함하여, 상기 루프 내부로 상기 액적이 분사되는 단계;
    분사된 상기 액적이 상기 기판과 충돌되는 단계;
    상기 액적의 상기 친수성 액체가 상기 친수성 영역 또는 상기 친수성 영역의 외측까지 퍼지는 단계;
    상기 액적의 상기 친수성 액체가 상기 친수성 영역의 외측 경계를 둘레로 하는 액체 렌즈로 형성되는 단계;
    상기 액체 렌즈의 일부 또는 전부 영역의 부피가 감소되어 상기 액체 렌즈가 붕괴되는 단계;를 포함하는 마이크로 액체 패터닝 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 액체 렌즈가 붕괴되는 단계 이후에, 상기 패턴을 블로우 하는 단계를 더 포함하는 마이크로 액체 패터닝 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판에서, 상기 패턴 이외의 영역은 소수성 영역인 마이크로 액체 패터닝 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 액체 렌즈의 일부 또는 전부 영역의 부피가 감소되어 액체 렌즈가 붕괴되는 단계는, 상기 액적의 상기 친수성 액체가 증발됨으로써 상기 액체 렌즈의 부피가 감소되어 상기 액체 렌즈가 붕괴되는 단계인 마이크로 액체 패터닝 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 액체 렌즈의 일부 또는 전부 영역의 부피가 감소되어 액체 렌즈가 붕괴되는 단계는,
    상기 액체 렌즈를 구성하는 상기 친수성 액체가 블로우됨으로써, 상기 액체 렌즈를 구성하는 상기 외측 경계 내의 상기 친수성 액체의 일부의 영역에서 상기 친수성 액체의 부피가 감소되어, 상기 액체 렌즈가 붕괴되는 단계인 마이크로 액체 패터닝 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 액체 렌즈의 일부 또는 전부 영역의 부피가 감소되어 액체 렌즈가 붕괴되는 단계는,
    상기 기판이 기울여짐으로써, 상기 액체 렌즈를 구성하는 상기 외측 경계 내의 상기 친수성 액체의 일부의 영역에서 상기 친수성 액체의 부피가 감소되어, 상기 액체 렌즈가 붕괴되는 단계인 마이크로 액체 패터닝 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 액체 렌즈의 부피가 감소되어 액체 렌즈가 붕괴되는 단계는,
    상기 액체 렌즈에 탐침이 접촉 후 분리되어 상기 액체 렌즈의 부피가 감소됨으로써, 상기 액체 렌즈가 붕괴되는 단계인 마이크로 액체 패터닝 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 액체 렌즈가 붕괴된 후, 상기 액적의 상기 친수성 액체는 상기 친수성 영역에만 존재하는, 마이크로 액체 패터닝 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 따른 마이크로 액체 패터닝 방법에 사용되며,
    원형 또는 다각 루프 형상의 친수성 영역을 포함하는 패턴이 형성된 기판이 놓여지는 스테이지와,
    상기 스테이지의 상측에 위치하며, 상기 기판에 친수성 액체의 액적을 분사하는 니들을 포함하는
    마이크로 액체 패터닝 장치.

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