KR20150103713A - 롤-투-롤 공정에서 미세접촉 인쇄를 위한 재-잉킹 롤러 - Google Patents

Abstract

지지체로부터 풀린 이동하는 웨브 물질; 롤러 상에 장착된 스탬프로서, 여기서 기저 표면, 및 사다리꼴 단면 형상을 갖고 그 기저 표면 위로 연장되는 패턴 요소의 연속적이고 규칙적인 어레이를 포함하고, 여기서 스탬핑 요소 각각이 실질적인 평평한 스탬핑 표면을 갖는 스탬프를 포함하는 시스템. 잉킹 표면을 갖는 잉킹 롤러는 스탬핑 요소의 스탬핑 표면과 적어도 주기적으로 접촉한다. 상기 잉킹 표면은, 웨브 물질의 주요 표면에 결합하도록 선택된 티올 작용기를 갖는 유기황 화합물을 포함하는 잉크 조성물로 함침되어, 스탬핑 표면 상에 패턴 요소의 어레이에 따라 그 위에 자기-조립 단층 (self-assembled monolayer, SAM)을 형성한다.

Description

롤-투-롤 공정에서 미세접촉 인쇄를 위한 재-잉킹 롤러{RE-INKING ROLLER FOR MICROCONTACT PRINTING IN A ROLL-TO-ROLL PROCESS}

관련 출원과의 상호 참조

본 출원은 2012년 12월 31일자로 출원된 미국 가출원 번호 제61/747,985호의 우선권을 주장하며, 이 출원의 개시 내용은 본원에서 그 전체가 참고로 포함된다.

미세접촉 인쇄(microcontact printing)는, 예를 들어 기재의 표면 상에 작용화(functionalizing) 분자의 패턴을 발생시키기 위해 사용될 수 있는 인쇄 기술이다. 작용화 분자는 화학 결합을 통해 기재 표면 또는 코팅된 기재 표면에 부착되어 자기-조립 단층(self-assembled monolayer, SAM)을 형성하는 작용기를 포함한다. SAM은 화학 결합에 의해 표면에 부착되고 그 표면에 대해 그리고 심지어 서로에 대해 선호하는 배향을 채택한 분자들의 단일 층이다.

SAM을 미세접촉 인쇄하기 위한 기본 방법은, 작용화 분자를 함유하는 잉크를 릴리이프-패턴화(relief-patterned) 엘라스토머 스탬프 (예를 들어, 폴리(다이메틸실록산) (PDMS) 스탬프)에 적용하는 단계, 및 이어서 잉킹된 스탬프를 기재 표면, 통상적으로 금속 또는 금속 산화물 표면과 접촉시켜, SAM이 스탬프와 기재 사이에 접촉 대역에서 형성되도록 하는 단계를 포함한다. 대안적으로, 엘라스토머 스탬프는 평면일 수 있고(릴리이프 패턴을 함유하지 않음) 기재 표면이 릴리이프 패턴화될 수 있다. 미세접촉 인쇄 방법을 사용하여 인쇄된 미세패턴화 유기 및 무기 물질은 잠재적으로 독특한 전기적, 광학적, 및/또는 생물학적 특성을, 금속화된 중합체 필름과 같은 기재에 제공할 수 있다.

제작 공정에서, 작용화 분자는 스탬프로부터 기재 표면으로 최소 개수의 결함과 함께 원하는 고-해상도 패턴화 SAM으로 복제가능하게 전사되어야 한다. 롤-투-롤(roll-to-roll) 제작 공정에서 미세접촉 인쇄 속력이 이동하는 웨브(web) 물질 상에서 증가함에 따라, 패턴 결함, 예컨대 라인 번짐(blurring) 및 공극이 최소화되어 정확한 SAM 패턴 해상도 및 복제가능성이 보장되어야 한다.

일반적으로, 본 발명은 미세-접촉 인쇄 스탬프를 이용하는 롤-투-롤 인쇄 장치 및 공정에 관한 것이다. 인쇄 스탬프는 스탬프의 스탬핑 표면을 재-잉킹 롤러(re-inking roller)와 접촉시킴으로써 주기적으로 또는 연속적으로 재-잉킹될 수 있으며, 이는 이전에 스탬프에 잉크 조성물을 충전하는데 들었던 공정 다운 시간(down time)을 감소시킨다.

한 가지 실시양태에서, 본 발명은 지지체로부터 풀린 이동하는 웨브 물질; 롤러 상에 장착된 스탬프로서, 상기 스탬프는 기저 표면, 및 사다리꼴 단면 형상을 갖고 상기 기저 표면 위로 연장되는 패턴 요소의 연속적이고 규칙적인 어레이를 포함하고, 상기 스탬핑 요소 각각이 실질적인 평면상의 스탬핑 표면을 갖는 스탬프; 및 상기 스탬핑 요소의 스탬핑 표면과 적어도 주기적으로 접촉하는 잉킹 표면(inking surface)을 갖는 잉킹 롤러를 포함하는 시스템에 관한 것이다. 상기 잉킹 표면은, 웨브 물질의 주요 표면에 결합하도록 선택된 티올 작용기를 갖는 유기황 화합물을 포함하는 잉크 조성물로 함침되어, 상기 스탬핑 표면 상의 패턴 요소의 어레이에 따라 상기 웨브 물질의 주요 표면 상에 자기-조립 단층 (SAM)을 형성한다.

또 다른 실시양태에서, 본 발명은 롤러로부터 풀린 이동하는 웨브 물질; 인쇄 롤러에 부착되고, 상기 웨브 물질의 주요 표면과 접촉하는 스탬핑 표면을 갖는 엘라스토머 스탬프; 및 상기 스탬핑 표면을 유기황 화합물 및 유기 용매를 포함하는 잉크 조성물로 잉킹하기 위한 잉킹 장치를 포함하는 시스템에 관한 것이다. 상기 잉킹 장치는 잉크 조성물로 함침된 잉킹 표면을 갖는 재-잉킹 롤러를 포함하고, 상기 잉킹 표면은 스탬프의 스탬핑 표면과 적어도 주기적으로 접촉한다.

또 다른 실시양태에서, 본 발명은 웨브 물질을 지지체로부터 푸는(unwinding) 단계; 상기 웨브 물질에 결합하도록 선택된 작용기를 포함하는 작용화 분자를 갖는 잉크 조성물로 함침된 엘라스토머 스탬프를 제공하는 단계; 상기 스탬프의 스탬핑 표면을, 작용기를 웨브 물질과 결합시키기에 충분한 인쇄 시간 동안, 웨브 물질의 주요 표면과 접촉시켜 상기 스탬핑 표면 상의 패턴 요소의 배열에 따라 상기 웨브 물질의 주요 표면 상에 작용화 물질의 자기-조립 단층(SAM)을 형성하는 단계; 및 상기 스탬프의 스탬핑 표면을, 잉크 조성물로 함침된 잉킹 표면을 포함하는 재-잉킹 롤러와 적어도 주기적으로 접촉시키는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 하나 이상의 실시양태들의 상세 사항이 첨부된 도면 및 이하의 설명에 기술되어 있다. 본 발명의 다른 특징부, 목적 및 이점이 설명 및 도면, 그리고 특허청구범위로부터 명백하게 될 것이다.

본 발명은 발명의 다양한 실시양태의 다음의 상세한 설명을 첨부된 도면과 함께 고려하여 더욱 완전히 이해될 것이고, 여기서 도면은 단지 특정 예시적인 실시양태를 예시한 것으로 본 발명의 더 넓은 측면을 제한하고자 하는 것이 아니라는 것을 당업자는 이해해야 한다.
도 1은 미세접촉 인쇄를 위한 고-종횡비 스탬프의 한 가지 실시양태의 개략적 단면도이다.
도 2는 미세접촉 인쇄를 위한 고-종횡비 스탬프의 또 다른 실시양태의 개략적 단면도이다.
도 3은 미세접촉 인쇄 공정에서 고-종횡비 스탬프를 사용하여 기재 상에 자기-조립 단층 (SAM)을 형성하기 위한 공정의 개략적 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 공정에 이용된 미세접촉 인쇄를 위한 스탬프의 개략적 단면도로서, 여기서 기재는 스탬프에 대해 상대적으로 움직인다.
도 5는 롤-투-롤 공정에서 미세접촉 인쇄에 사용하기 위한 이중 닙(nip) 롤러 및 연장된 공정 구역을 갖는 장치의 일부의 개략도이다.
도 6은 롤-투-롤 공정에서 미세접촉 인쇄에 사용하기 위한 이중 롤러를 갖는, 장력이 가해진 웨브 장치의 일부의 개략도이다.
도 7은 롤-투-롤 공정에서 미세접촉 인쇄에 사용하기 위한 단일 닙 롤러를 갖는 장치의 일부의 개략도이다.
도 8은 롤-투-롤 공정에서 미세접촉 인쇄에 사용하기 위한 단일 닙 롤러 및 연장된 공정 구역을 갖는 장치의 일부의 개략도이다.
도 9는 미세접촉 인쇄 장치에서 인쇄 롤러 및 스탬프를 위한 유체 커플링의 개략적 단면도이다.
도 10은 미세접촉 인쇄 장치와 함께 사용하기 위한 전방-측면 잉킹 아이들러 롤러(idler roller)의 개략도이다.
도 11은 실시예 2에서 이용된 미세접촉 인쇄 스탬프의 모형화된 표면의 개략도이다.
도 12는 스탬프의 폭 인치 당 힘 대 실시예 2의 모형화된 미세접촉 인쇄 스탬프의 기재 변위의 도식이다.
전술된 도면 - 일정한 축척으로 작성되지 않을 수 있음 - 이 본 발명의 다양한 실시양태를 개시하고 있지만, 상세한 설명에 언급된 바와 같이, 다른 실시양태가 또한 고려된다. 도면에서 유사한 부호는 유사한 요소이다.

달리 지시되지 않는 한, 명세서 및 특허청구범위에 사용되는 특징부 크기, 양 및 물리적 특성을 표현하는 모든 수치는 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 상기 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 설명된 수치 파라미터는 당업자가 본원에 개시된 교시 내용을 이용하여 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 변할 수 있는 근사치이다. 최소한, 그리고 청구된 실시양태의 범주에 대한 균등론의 적용을 제한하려고 시도함이 없이, 각각의 수치 파라미터는 적어도 보고된 유효 숫자의 수치의 관점에서 그리고 보통의 반올림 기법을 적용함으로써 해석되어야 한다. 게다가, 종점(endpoint)을 갖는 수치적 범위의 사용은 그 범위 안에 모든 수 (예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4, 및 5를 포함한다) 및 임의의 더 좁은 범위 또는 그 범위 안에 단일 값을 포함한다.

용어

대부분은 잘 알려져 있지만 어떤 설명을 필요로 할지도 모르는 특정 용어들이 본 명세서 및 특허청구범위 전체에 걸쳐 사용되고 있다. 본원에서 사용된 바와 같은 용어들은 다음과 같이 이해되어야 한다:

수치적 값 또는 기하학적 형상과 관련하여 용어 "약", "근사한", 또는 "대략"은 그 정확한 수치적 또는 각의 값뿐만 아니라, 그 수치적 값 또는 통상적으로 인지된 변의 수를 갖는 기하학적 형상의 인접한 변들 사이의 내각의 값의 +/- 5 퍼센트를 의미하고, 특히 수치적 또는 각의 값의 +/- 5 퍼센트 이내의 임의의 더 좁은 범위를 확실히 포함한다. 예를 들어, "약" 100℃의 온도는 95℃ 내지 105℃의 온도를 말하지만, 또한 특히 온도의 임의의 더 좁은 범위 또는 그 범위 안에 심지어 하나의 단일 온도를 포함하고, 예를 들어 정확히 100℃의 온도를 포함한다. 마찬가지로, "대략 정사각형" 기하학적 형상은, 완벽한 정사각형 기하학적 형상에 해당하는 인접한 변 사이에 90도 내각으로부터 85 내지 95도의 인접한 변 사이의 내각을 나타내는 모든 4변형 기하학적 형상을 포함한다.

특성 또는 특징과 관련하여 용어 "실질적인"는, 특성 또는 특징이 그 특성 또는 특징의 정확한 값뿐만 아니라 그 특성 또는 특징의 98% 이내까지를 나타내지만, 또한 그 특성 또는 특징의 2 퍼센트 내에 임의의 좁은 범위도 포함한다. 예를 들어, "실질적인" 투명한 기재는 입사광의 98-100%를 투과하는 기재를 말한다.

용어 관사 ("a", "an", 및 "the")는 그 내용이 명백히 달리 나타내지 않는 한 복수의 지시대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "화합물"을 함유하는 물질에 대한 언급은 둘 이상의 화합물들의 혼합물을 포함한다.

용어 "또는"은 일반적으로 그 내용이 명백히 달리 나타내지 않는 한 "및/또는"을 포함하는 의미로 사용된다.

본 개시의 다양한 예시적 실시양태에 대해 이제부터 도면을 구체적으로 참조하여 기술할 것이다. 본 명세서의 예시적인 실시양태는 본 명세서의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양한 수정 및 변경을 가할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시양태가 이하 개시된 예시적인 실시양태로 한정되지 않고 특허청구범위 및 임의의 그 등가물에 설명된 제한에 의해 좌우되어야 한다는 것을 이해해야 한다.

도 1은 미세접촉 인쇄 스탬프 (10)의 개략적 예시를 나타내고, 이는 실질적인 평면의 기저 표면 (12)을 포함한다. 패턴 요소 (14)의 어레이는 기저 표면 (12)으로부터 멀리 연장된다. 일부 실시양태에서, 스탬프 (10)는 엘라스토머 물질의 통합된 블록이고, 다른 실시양태에서, 선택적 보강 백킹 층 (11)에 의해 지지식 엘라스토머 패턴 요소 (14)를 포함할 수 있다. 스탬프 (10)의 기저 표면 (12) 상에 패턴 요소 (14)의 어레이는 의도하는 미세접촉 인쇄 응용에 따라 광범위하게 다양할 수 있고, 예를 들어, 라인, 점 및 다각형과 같은 요소의 규칙적 또는 불규칙적 패턴을 포함할 수 있다.

기저 표면 (12) 상의 어레이에서 패턴 요소 (14)는 그 형상, 배향, 및 크기 차원에서 설명될 수 있다. 패턴 요소 (14)는 기저 표면 (12)에서 기저 폭 x을 갖고, 스탬핑 표면 (16)을 포함한다. 스탬핑 표면 (16)은 기저 표면 (12) 위로 높이 h에 있고, 기저 폭 x와 동일하거나 상이할 수 있는 측방향 치수 w를 갖는다. 패턴 요소 (14)는 약 1.5 이상인 종횡비 h/w를 갖는다. 다양한 실시양태에서, 패턴 요소 (14)의 폭 w에 대한 패턴 요소 (14)의 높이 h의 종횡비는 약 1.5 내지 약 5.0, 약 1.5 내지 약 3.0, 또는 약 1.5 내지 약 2.0이다.

본원에 개시된 방법 및 장치는 약 10 μm 미만, 또는 약 5 μm 미만, 또는 약 1 μm 미만의 최소 측방향 치수 w를 갖는 스탬핑 표면 (16)을 갖는 작은 패턴 요소 (14)의 경우 특히 유리하다. 도 1에 나타낸 실시양태에서, 스탬핑 표면 (16)은 실질적인 평면이고 기저 표면 (12)과 실질적인 평행이지만, 이러한 평행 배열이 요구되는 것은 아니다. 본원에 보고된 방법 및 장치는 또한 약 50 μm 이하, 또는 약 10 μm 이하, 또는 약 5 μm 이하, 또는 약 1 μm 이하, 또는 약 0.25 μm 이하의 높이 h를 갖는 패턴 요소 (14)로 미세접촉 인쇄하기에 특히 유리하다.

패턴 요소 (14)는 기저 표면 (12)의 전부 또는 일부만 차지할 수 있다 (기저 표면 (12)의 일부 영역은 패턴 요소를 함유하지 않을 수 있다). 예를 들어, 다양한 실시양태에서, 인접한 패턴 요소 사이의 간격 l은 약 50 μm 초과, 또는 약 100 μm 초과, 또는 약 200 μm 초과, 또는 약 300 μm 초과, 또는 약 400 μm 초과, 또는 심지어 약 500 μm 초과일 수 있다. 미세접촉 인쇄를 위한 패턴 요소 (14)의 상업적으로 유용한 어레이는 스탬프 (10)의 기저 표면 (12) 상에 예를 들어, 100 제곱 센티미터 초과, 200 ㎠ 초과, 또는 심지어 1000 ㎠ 초과의 영역을 차지한다.

일부 실시양태에서, 패턴 요소 (14)는 "미세패턴"을 형성할 수 있고, 이는 이러한 응용에서 1 mm 이하의 치수(예를 들어, 라인 폭)를 갖는 점, 라인, 채워진 형상, 또는 그의 조합의 배열을 말한다. 일부 실시양태에서, 점, 선, 채워진 형상 또는 그의 조합의 배열은 0.5 μm 이상, 전형적으로 20 μm 이하의 치수 (예컨대, 라인 폭)를 갖는다. 미세패턴 패턴 요소 (14)의 치수는 미세패턴 선택에 따라 다양할 수 있고, 일부 실시양태에서, 미세패턴 패턴 요소는 10, 9, 8, 7, 6, 또는 5 μm 미만인 치수 (예를 들어, 라인 폭)를 갖는다(예를 들어, 0.5-5 μm 또는 0.75-4 μm).

일부 실시양태에서, 패턴 요소는 직선 또는 곡선일 수 있는 트레이스(trace)이다. 일부 실시양태에서 패턴 요소는 2-차원 네트워크(즉, 메시(mesh))를 형성하는 트레이스이다. 메시는 개방 셀들의 경계를 이루는 트레이스를 포함한다. 메시는 예를 들어 정사각형 격자 무늬, 육각형 메시, 또는 의사 무작위(pseudorandom) 메시일 수 있다. 의사 무작위란 병진 운동의 대칭이 없지만 예를 들어 무작위 알고리즘(randomization algorithm)으로 패턴 기하학 구조의 발생을 포함하는 전산 설계 과정을 포함한 결정론적 제작 공정(deterministic fabrication process)(예를 들어 포토리소그래피 또는 인쇄)으로부터 유래될 수 있는 트레이스의 배열을 말한다. 일부 실시양태에서, 메시는 90 퍼센트 내지 99.75 퍼센트의 개방 영역 분율을 갖는다 (즉, 0.25 퍼센트 내지 10 퍼센트의 패턴 요소의 밀도). 일부 실시양태에서, 메시는 95 퍼센트 내지 99.5 퍼센트의 개방 영역 분율을 갖는다 (즉, 0.5 퍼센트 내지 5 퍼센트의 패턴 요소의 밀도). 패턴 요소는 상기 개시된 양상의 조합을 가질 수 있고, 예를 들어 이들은 곡선의 트레이스일 수 있고, 의사 무작위의 메시를 형성할 수 있고, 0.5 퍼센트 내지 5 퍼센트의 밀도를 가질 수 있고, 0.5 μm 내지 5 μm의 폭을 가질 수 있다.

도 2에 개략적으로 나타낸 스탬프 (10)의 한 가지 실시양태에서, 패턴 요소 (14)는 기저 폭 r, 기저 표면 (12) 위로 높이 h 및 수직 각 θ을 갖는 사다리꼴 단면 형상을 갖는다. 패턴 요소 (14)는 피치l 및 폭 w를 갖는 스탬핑 표면 (16)을 갖는다. 도 2에 나타낸 실시양태에서, 스탬핑 표면 (16)은 스탬프 (10)의 기저 표면 (12)을 가로질러 실질적인 평행한 라인으로 연장되어 정사각형 격자 무늬-유사 배열을 형성한다. 패턴 요소 (14)의 라인 사이에 대역은 이렇게 채널 (18)을 형성한다. 많은 상이한 구성이 가능하다. 예를 들어, 일부 실시양태에서 스탬핑 표면은 2-차원 메시-유사 네트워크를 닮은 육각형의 네트워크를 한정하는 라인의 형태의 패턴 요소에 의해 한정된 육각형이다 (예를 들어, 도 11 참조). 도 2에서 예시된 실시양태에 대한 패턴 요소의 종횡비는 h/w로 주어진다.

도 3에 있어서, 작용화 분자를 포함하는 잉크 (20)는 스탬프 (10)의 스탬핑 표면 (16) 상에 있다. 잉크 (20) 내에 작용화 분자는, 기재 (35)의 지지 층 (24) 상에 선택된 표면 물질 (22)에 결합하도록 선택된 작용기를 포함한다. 스탬프 (10)는 자리를 잡고 물질 (22)의 표면 (26)과 접촉하도록 움직이고, 스탬핑 표면 (16)은 물질 (22) 상의 표면 (26)의 제1 부분 (25)에 대고 유지된다. 잉크 (20) 내에 작용화 분자는 표면 (26)에 대고 유지되어 작용기가 여기에 결합하도록 한다 (도 3에 나타내지 않은 유지 단계). 이어서, 스탬핑 표면 (16)을 제거하고, 표면 (26) 상에 남아 있는 잉크는 표면에 화학적으로 결합하고 스탬핑 표면 (16)의 형상 및 치수에 따라 표면 (26)의 일부 (25) 상에 자기-조립 단층 (SAM) (30)을 형성한다. 제1 부분 (25)에 인접한 표면 (26)의 일부분 (27)은 SAM (30)이 없는 채로 남는다.

본원에 개시된 상기 방법, 장치 및 인쇄 스탬프는 롤-투-롤 공정에서 가요성 기재 상에 인쇄시 사용하기 위해 특히 유리하다. 가요성 기재는 전형적으로 그의 폭보다 훨씬 큰 길이를 갖는 가늘고 긴 웨브 물질이다. 일부 실시양태에서, 가요성 기재는 뒤틀리거나 부서지지 않으면서 약 50 센티미터 (cm) 미만의 직경의 원통의 원주 둘레로 포장할 수 있다. 선택된 기재는 더욱 바람직하게는 기재를 뒤틀리게 하거나 부서뜨리지 않으면서 약 25 cm 미만의 직경의 원통의 원주 둘레로 포장할 수 있다. 일부 실시양태에서, 선택된 기재는 가장 바람직하게는 약 10 cm 미만의 직경, 또는 심지어 약 5 cm 미만의 직경의 원통의 원주 둘레를, 기재를 뒤틀리게 하거나 부서뜨리지 않으면서 포장할 수 있다. 본 발명의 가요성 기재를 특별한 원통 둘레로 포장하기 위해 사용된 힘은, 전형적으로 예컨대 맨손에 의해, 즉 레버, 기계, 유압식 기계, 등의 도움 없이 낮다. 선호되는 가요성 기재는 스스로 감길 수 있다.

일부 실시양태에서, 가요성 기재 물질은 롤-투-롤 방식으로 가공되기에 충분히 가요성이고 강한 평면인 시트 또는 웨브 형태의 중합체 "필름", 즉 중합체 물질이다. 일부 실시양태에서, 중합체 필름 웨브는 스탬프로부터 잉크가 적용될 표면 상에 비교적 얇은 금속 코팅을 포함한다. 금속 코팅은 의도하는 응용에 따라 광범위하게 다양할 수 있지만, 웨브가 상기 정의된 바와 같이 그 가요성을 유지하도록 충분히 얇아야 한다.

이들 물질 두께는, 일부 평면인/평면이거나 강성의 기재에 비해 규모의 경제성 및 제작의 경제성을 제공하는 롤-투-롤 가공(일부 실시양태에서 연속적일 수 있음)을 가능하게 한다. 이러한 응용에서, 롤-투-롤은 물질이 지지체 상으로 감기거나 또는 그로부터 풀리는 공정을 말하고, 선택적으로 어떻게 해서든 추가로 가공될 수 있다. 추가 가공의 예는 코팅, 슬릿팅(slitting), 블랭킹(blanking) 및 방사선 노광 등을 포함한다.

롤-투-롤 가공에 적당한 중합체 필름은 다양한 두께로 제작될 수 있고, 일반적으로 약 5 μm 내지 약 1000 μm의 범위이다. 많은 실시양태에서, 중합체 필름 두께는 약 25 μm 내지 약 500 μm, 또는 약 50 μm 내지 약 250 μm, 또는 약 75 μm 내지 약 200 μm 범위이다.

기재 (35)가 스탬프 (10)에 대해 상대적으로 움직이면, 예컨대 예를 들어 기재 (35)가 롤-투-롤 제작 공정에서 이동하는 웨브 물질이면, 잉크 (20)의 스미어링(smearing)이 표면 (26) 상에서 발생할 수 있다. 예를 들어, 이러한 스미어링은 인쇄 표면 (16)의 치수(도 3)보다 더 길고/길거나 더 넓은 라인 폭을 갖는 SAM (30)을 생성할 수 있고, 이는 패턴 요소 (14)의 어레이에 의해 표현된 패턴과 표면 (26) 상에 생성된 인쇄된 SAM (30) 사이에 열등한 충실도를 만들어 낸다. 스탬프 (10)와 기재 (35) 사이에 이러한 상대적 움직임은 표면 (26)과 스탬프의 인쇄 표면 (16) 사이에 접선(마찰) 응력이 소정의 값을 초과할 때 시작된다. 표면 (26)과 스탬프 (10) 사이에 어느 정도의 부조화가, 이동하는 기재 (35)의 속도에서의 변동에 기인하여 항상 존재한다. 스탬핑 표면 (16)으로부터 표면 (26)의 이형은 다음 중 하나 이상에 의해 영향을 받을 수 있다: (1) 패턴 요소 (14) 및/또는 선택적 스탬프 지지체 (11)의 엘라스토머 특성, 및 (2) 패턴 요소 (14)의 종횡비. 이들 파라미터들을 조심스럽게 조절하면 기재 표면 (26)과 스탬핑 표면 (16) 사이에 계면에서 응력을 감소시킬 수 있다.

도 4a에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 기재 표면 (26)과 스탬핑 표면 (16) 사이에 부조화가 발생할 때, 스탬핑 요소 (14)가 변형되면, 잉크 (20)의 패턴은 스탬핑 표면 (16)으로부터 기재의 표면 (26)까지, 생성된 SAM (30)에서 라인의 확대 없이 정확하게 전사될 수 있다 (달리 말하면, 스탬프 (10) 상의 스탬핑 표면 (16)의 라인 폭은 실질적인 SAM (30)에서의 라인 폭과 동일하다). 그러나, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 기재/스탬프 속력 부조화가 발생할 때 스탬핑 요소 (14)가 변형되지 않으면, 기재/스탬프 계면에서 미끄러짐이 발생하고 잉크 (21)의 결과적인 스미어링된 패턴은 스탬프 (10) 상의 스탬핑 표면 (16)의 폭 w에 대해 거리 δ만큼 넓어지고, 스탬프 (10)로부터 기재 표면 (26)까지의 잉크 (20)의 전사의 충실도를 감소시킨다.

선택된 스탬프 물질에 있어서, 본 발명의 청구된 방법은, 적어도 부분적으로, 약 1.5보다 큰 종횡비를 갖는 패턴 요소가, 속도 차이 및 상대적 변위가 기재/스탬프 계면에 존재할 때, 더욱 효과적으로 변형되는(휘는) 경향이 있다는 것을 발견한 것을 기본으로 한다. 이러한 변형은 기재/스탬프 계면에서 응력을 감소시키고, 따라서 스탬핑 표면 (16)이 기재 (26) 상에서 미끄러지고 잉크 (20) 및 생성된 SAM (30)을 확대하거나 그렇지 않으면 스미어링하려는 경향을 감소시킨다. 빔(beam)의 강성이 그의 길이의 세제곱을 따라 크기가 정해지기 때문에, 패턴 요소 (14)의 종횡비의 효과는 상당하다. 예를 들어, 동일한 상대적 변위에 대해, 길이가 두 배인 패턴 요소 (14)는 스탬핑 표면 (16)에서 거의 10배 적은 마찰력을 가질 것이다.

기재 표면 (26)이 스탬프 (10)에 대해 신속하게 이동하는 롤-투-롤 공정에서, 인쇄의 속력이 증가함에 따라, 더욱 많은 공기가 스탬프 (10)와 기재 (35)의 표면 (26) 사이에 갇힌다. 이러한 갇힌 공기의 두께가 패턴 요소 (14)의 근사적 높이 h(도 1)보다 크게 될 때, 스탬핑 표면 (16)과 기재 표면 (26) 사이에 어떠한 접촉도 이루어지지 않고 표면 (26)의 큰, 다소 불규칙적인 영역에 인쇄가 안되게 된다. 패턴 요소 (14)의 종횡비 및 높이 h를 증가시키면, 더 높은 속력으로 미세접촉 인쇄가 가능해지고, 스탬프 (10)가 인쇄 결함을 만들어내지 않으면서 더 두꺼운 비말동반된(entrained) 공기 층과 작동할 수 있다.

또한, 먼지 입자가 기재 표면 (26)과 스탬프 (10) 사이에 갇히면, 스탬핑 표면 (16)은 표면 (26)과 접촉하지 못하고 인쇄가 형성되지 않는 기재 (26) 상의 영역을 생성할 수 있다. 더욱 높은 종횡비 패턴 요소 (14)는 더 큰 높이h를 갖고, 이는 기재 표면 (26) 상의 비인쇄된 영역을 발생시키지 않으면서 더 큰 먼지 입자의 포획을 허용한다.

상기 언급한 바와 같이, 스탬핑 표면 (16)이 물질 (22)의 표면 (26)에서 극미한 불규칙성에 매우 꼼꼼히 부합할 수 있고 잉크 (20)를 여기로 완전히 전사할 수 있도록, 스탬프 (10)는 탄성이어야 한다. 이러한 탄성은 스탬프 (10)가 잉크 (20) 내에 작용화 분자를 평면이지 않은 표면에 정확하게 전사하도록 해준다. 그러나, 패턴 요소 (14)는, 스탬핑 표면 (16)이 표면 (26)에 대해 약하게 가압될 때, 패턴 요소 (14)가 기재 표면 (26) 상에 잉크 (20)의 번짐을 만드는 정도까지 변형될 만큼 탄성이어서는 안 된다.

스탬프 (10)는 또한, 표면 (26) 위에 SAM (30)을 형성하기 위해 표면 (26)에 전사될 잉크 (20)를 흡수하도록 선택된 흡수성 물질을 스탬핑 표면 (16)이 포함하도록 형성되어야 한다. 스탬핑 표면 (16)은 바람직하게는 잉크 (20)를 흡수하도록 팽윤되고, 잉크 (20)는 작용화 분자를 단독으로 또는 유기 용매와 같은 담체 안에 부유된 채로 포함할 수 있다. 이러한 팽윤 및 흡수 특징은 기재 표면 (26) 상에 단리된 SAM (30)의 양호한 선명도(definition)를 제공한다. 예를 들어, 스탬핑 표면 (16)의 차원적 특징부가 특별한 형상을 갖는다면, 표면 (16)은 잉크 (20)를 번짐이나 스머징(smudging) 없이 물질 (22)의 표면 (26)으로 전사하여 스탬핑 표면 (16)의 특징부를 반영하는 SAM (30)을 형성해야 한다. 잉크는 스탬핑 표면 (16) 안으로 흡수되고, 스탬핑 표면 (16)이 물질 표면 (26)과 접촉할 때, 잉크 (20)는 분산되지 않고, 다만 작용화 분자 상의 작용기가 표면 (26)에 화학적으로 결합하고, 표면 (26)으로부터 스탬핑 표면 (16)을 제거하면 윤곽이 뚜렷한 특징부를 갖는 SAM (30)을 생성한다.

스탬프 (10)를 형성하기 위한 유용한 엘라스토머는, 예를 들어, 실리콘, 폴리우레탄, 에틸렌 프로필렌 다이엔 M-계열 (EPDM) 고무와 같은 중합체 및 상업적으로 입수가능한 플렉소 인쇄(flexographic printing) 플레이트 물질(예를 들어, 미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 이. 아이. 듀퐁 드 네무르 앤드 컴퍼니(E. I. du Pont de Nemours and Company)로부터 상표명 사이렐(Cyrel) 하에 상업적으로 입수가능한 것)을 포함한다. 스탬프는 예를 들어, 직조 또는 부직 섬유상 보강재 (11)와 결합된 스탬핑 표면 (16) 상에 엘라스토머 물질을 포함하는 복합 물질로부터 제조될 수 있다(도 1).

폴리다이메틸실록산 (PDMS)은 스탬프 물질로서 특히 유용한데, 이것이 엘라스토머이고 낮은 표면 에너지(이는 대부분의 기재로부터 스탬프를 제거하기에 용이하게 만든다)를 갖기 때문이다. 유용한 상업적으로 입수가능한 배합물은 미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 코닝(Dow Corning)으로부터 상표명 실가드(Sylgard) 184 PDMS 하에 입수가능하다. PDMS 스탬프는 예를 들어, 비-가교결합된 PDMS 중합체를 패턴화 몰드 안으로 또는 가까이에 분배한 후, 경화시킴으로써 형성될 수 있다. 엘라스토머 스탬프를 몰딩하기 위한 마스터 툴은 당업계에 공지된 포토리소그래피 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 엘라스토머 스탬프는, 비경화된 PDMS를 마스터 툴에 적용하고 이어서 경화시킴으로써, 마스터 툴에 대고 몰딩될 수 있다.

물질 (22) 및 잉크 (20)는 그 안의 작용화 분자가 물질 (22)의 표면 (26)에 결합하는 작용기를 포함하도록 선택된다. 작용기는 작용화 분자의 물리적 말단, 및 분자 종이 SAM (30)을 형성할 수 있는 방식으로 표면 (26)과 결합을 형성하기 위해 이용가능한 분자의 임의의 부분, 또는 분자가 SAM 형성에 관련될 때 노출된 채 남는 분자의 임의의 부분에 있을 수 있다. 일부 실시양태에서, 잉크 (20) 내에 작용화 분자는 스페이서(spacer) 부분에 의해 분리된 제1 및 제2 말단 단부를 갖는 것으로서 생각될 수 있고, 제1 말단 단부는 표면 (26)에 결합하도록 선택된 작용기를 포함하고, 제2 말단 기는 선택적으로 바람직한 노출된 작용기를 갖는 물질 표면 (26) 상에 SAM (30)을 제공하도록 선택된 작용기를 포함한다. 분자의 스페이서 부분은 SAM 형성을 촉진시킬 뿐 아니라, 생성된 SAM (30)의 특정 두께를 제공하도록 선택될 수 있다. 비록 본 발명의 SAM이 두께 면에서 다양할 수 있지만, 약 50 Å 미만의 두께를 갖는 SAM이 일반적으로 선호되고, 더욱 바람직하게는 약 30 Å 미만의 두께를 갖는 것, 더욱 바람직하게는 약 15 Å 미만의 두께를 갖는 것이 선호된다. 이들 치수는 일반적으로 분자 종 (20)의 선택 및 특히 그의 스페이서 부분에 의해 좌우된다.

부가적으로, 표면 (26) 상에 형성된 SAM (30)은 이러한 형성 후에 다양한 목적을 위해 변형될 수 있다. 예를 들어, 잉크 (20) 내에 작용화 분자는 표면 (26) 상에 SAM으로 침착될 수 있고, 상기 작용화 분자는 SAM (30)의 추가의 변형을 달성하기 위해 제거될 수 있는 보호기를 포함하는 노출된 작용기를 갖는다. 대안적으로, 반응성 기가 잉크 (20)에서 작용화 분자의 노출된 부분(이는 전자 빔 리소그래피, x-선 리소그래피, 또는 임의의 다른 방사선에 의해 활성화되거나 비활성화될 수 있다) 상에 제공될 수 있다. 이러한 보호 및 탈보호는 기존의 표면-결합된 SAM (30)의 화학적 또는 물리적 변형에서 보조할 수 있다.

물질 (22)로 만들어진 기재 표면 (26)은 SAM (30)이 형성되는 표면이다. 기재 (35)란 용어는 또한 선택적으로 표면 물질 (22) 아래에 물리적 지지 층 (24)을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 기재 표면 (26)은 실질적인 평면이다. 유용한 기재 물질(22)은 무기 물질 (예를 들어, 다결정성 물질을 포함하는 금속성 또는 금속 산화물 물질) 코팅을 중합체 필름 (24) 상에 또는 유리 또는 규소 웨이퍼 (24) 상에 포함할 수 있다. 무기 물질 코팅 (22)은 예를 들어, 원소성 금속, 금속 합금, 금속간(intermetallic) 화합물, 금속 산화물, 금속 황화물, 금속 탄화물, 금속 질화물, 및 그의 조합을 포함할 수 있다. SAM을 지지하기 위한 예시적인 금속 표면 (22)은 금, 은, 팔라듐, 백금, 로듐, 구리, 니켈, 철, 인듐, 주석, 탄탈륨, 알루미늄, 및 이들 원소의 혼합물, 합금, 및 화합물을 포함한다. 금이 선호되는 금속 표면 (22)이다.

중합체 필름 또는 유리 또는 규소 웨이퍼 기재 (24) 상에 금속 코팅 (22)은 예를 들어, 약 10 나노미터 (nm) 내지 약 1000 nm의 임의의 두께일 수 있다. 무기 물질 코팅은 임의의 편리한 방법, 예를 들어, 스퍼터링, 증발, 화학적 기상 증착, 또는 화학적 용액 침착 (무전해 도금 포함)을 사용하여 침착될 수 있다.

물질 (22)과, 잉크 (20)에서 작용화 분자를 위한 작용기의 바람직한 조합은 비제한적으로 다음을 포함한다: (1) 금속, 예컨대 금, 은, 구리, 카드뮴, 아연, 팔라듐, 백금, 수은, 납, 철, 크롬, 망간, 텅스텐, 및 상기 금속의 임의의 합금과 황-함유 작용기, 예컨대 티올, 설파이드, 다이설파이드 등; (2) 도핑되거나 비도핑된 규소와 실란 및 클로로실란; (3) 금속 산화물, 예컨대 실리카, 알루미나, 석영, 유리 등과 카복실산; (4) 백금 및 팔라듐과 니트릴 및 아이소니트릴; 및 (4) 구리와 하이드록삼산. 잉크 (20)에서 작용화 분자 상에 부가적인 적당한 작용기는 산 염화물, 무수물, 설포닐 기, 포스포릴 기, 하이드록실 기 및 아미노 산 기를 포함한다. 부가적인 표면 물질 (22)은 게르마늄, 갈륨, 비소, 및 갈륨 비소를 포함한다. 부가적으로, 에폭시 화합물, 폴리설폰 화합물, 플라스틱 및 다른 중합체가 물질 (22)로서 용도를 찾을 수 있다. 본 발명에 사용하기에 적당한 부가적 물질 및 작용기를 미국 특허 번호 제5,079,600호 및 제5,512,131호에서 찾을 수 있다.

일부 실시양태에서, 본 발명에 개시된 공정에서 SAM을 형성하기 위해 이용된 작용화 분자는 미국 특허 출원 공개 번호 제2010/0258968호에 개시된 바와 같이 하나 이상의 유기황 화합물을 포함하는 잉크 용액 (20)으로서 스탬프 (10)에 전달된다. 각각의 유기황 화합물은 바람직하게는 물질 (22)의 선택된 표면 (26) 상에 SAM (30)을 형성할 수 있는 티올 화합물이다. 티올은 --SH 작용기를 포함하고, 메르캅탄으로도 불릴 수 있다. 티올 기는 잉크 (20) 내에 작용화 화합물의 분자들과 금속의 표면 (22) 사이에 화학적 결합을 생성하기 위해 유용하다. 유용한 티올은 비제한적으로 알킬 티올 및 아릴 티올을 포함한다. 다른 유용한 유기황 화합물은 다이알킬 다이설파이드, 다이알킬 설파이드, 알킬 크산테이트, 다이티오포스페이트, 및 다이알킬티오카바메이트를 포함한다.

바람직하게는 잉크 용액 (20)은 예를 들어, 다음과 같은 선형 알킬 티올과 같은 알킬 티올을 포함한다: HS(CH₂)_nX (여기서, n은 메틸렌 단위의 개수이고, X는 알킬 사슬의 말단 기이다(예를 들어, X = --CH₃, --OH, --COOH, --NH₂, 등)). 바람직하게는, X = --CH₃이다. 다른 유용한 작용기는 예를 들어 다음 문헌에 개시된 것을 포함한다: (1) 문헌[울만(Ulman), "자기-조립 단층의 형성 및 구조(Formation and Structure of Self-Assembled Monolayers)", Chemical Reviews Vol. 96, pp. 1533-1554 (1996)]; 및 (2) 문헌[러브(Love) 등, "나노기술의 형태로서 금속 상의 티올레이트의 자기-조립 단층(Self-Assembled Monolayers of Thiolates on Metals as a Form of Nanotechnology)", Chemical Reviews Vol. 105, pp. 1103-1169 (2005)].

유용한 알킬 티올은 선형 알킬 티올 (즉, 직쇄 알킬 티올) 또는 분지형일 수 있고, 치환되거나 비치환될 수 있다. 선택적 치환체는 바람직하게는 SAM의 형성을 간섭하지 않는다. 유용한 분지형 알킬 티올의 예는 선형 알킬 사슬 주쇄의 매 세 번째 또는 네 번째 탄소 원자에 메틸 기가 부착된 알킬 티올을 포함한다 (예를 들어, 피타닐티올). 유용한 알킬 티올 안의 중간-사슬 치환체의 예는 에테르 기 및 방향족 고리를 포함한다. 유용한 티올은 또한 3차원 사이클릭 화합물을 포함할 수 있다 (예를 들어, 1-아다만탄티올).

바람직한 선형 알킬 티올은 10 내지 20개의 탄소 원자(더욱 바람직하게는, 12 내지 20개의 탄소 원자; 가장 바람직하게는 16개의 탄소 원자, 18개의 탄소 원자, 또는 20개의 탄소 원자)를 갖는다.

적당한 알킬 티올은 상업적으로 입수가능한 알킬 티올을 포함한다 (미국 위스콘신주 밀워키 소재의 알드리치 케미컬 컴퍼니(Aldrich Chemical Company)). 바람직하게는, 잉크 용액 (20)은 잉크 용액의 약 5중량% 미만; 더욱 바람직하게는 약 1% 미만; 훨씬 더욱 바람직하게는 약 0.1% 미만을 차지하는 불순물과 함께, 용매 및 유기황 화합물로 주로 이루어진다. 유용한 잉크 (20)는 예를 들어, 알킬 티올과 다이알킬 다이설파이드의 혼합물과 같은, 일반 용매 안에 용해된 상이한 유기황 화합물의 혼합물을 함유할 수 있다.

방향족 고리에 부착된 티올 기를 포함하는 아릴 티올이 또한 잉크 (20)에서 유용하다. 유용한 아릴 티올의 예는 바이페닐 티올 및 터페닐 티올을 포함한다. 바이페닐 및 터페닐 티올은 다양한 위치 중 임의의 위치에서 하나 이상의 작용기로 치환될 수 있다. 유용한 아릴 티올 중 다른 예는 작용기로 치환되거나 치환되지 않을 수 있는 아센 티올을 포함한다.

유용한 티올은 선형 공액 탄소-탄소 결합, 예를 들어 이중 결합 또는 삼중 결합을 포함할 수 있고, 부분적으로 또는 완전히 불소화될 수 있다.

잉크 용액 (20)은 2개 이상의 화학적으로 구별되는 유기황 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 잉크는 2개의 선형 알킬 티올 화합물을 포함할 수 있고, 각각은 상이한 사슬 길이를 갖는다. 또 다른 예로서, 잉크 (20)는 상이한 꼬리 기(tail group)를 갖는 2개의 선형 알킬 티올 화합물을 포함할 수 있다.

비록 미세접촉 인쇄가 스탬프에 잉킹을 하기 위해 순(neat) 유기황 화합물을 사용하여 수행되었지만, 만약 용매-계 잉크로부터 전달된다면, 유기황 화합물의 스탬프로의 전달이 더욱 균일하게 그리고 선형 알킬 티올 및 PDMS 스탬프의 경우 더 적은 스탬프 팽윤으로 달성될 수 있다. 일부 실시양태에서 잉크는 하나 이상의 용매를 포함하지만, 가장 유용한 배합물은 단지 단일 용매만을 포함할 필요가 있다. 하나만의 용매와 배합된 잉크는 소량의 불순물 또는 첨가제, 예를 들어 안정화제 또는 건조제를 함유할 수 있다.

유용한 용매는 바람직하게는 미세접촉 인쇄를 위해 가장 통상적으로 사용된 스탬프 물질인 PDMS와 양립가능하다 (즉, PDMS를 과하게 팽윤시키지 않는다). 미세접촉 인쇄에서, PDMS 스탬프의 팽윤은 패턴화된 특징부의 뒤틀림과 열등한 패턴 충실도를 유도할 수 있다. 잉킹 접근법에 따라, 과도한 팽윤은 또한 스탬프에 기계적 지지를 제공할 때 상당한 어려움을 나타낼 수 있다.

케톤은 잉크 용액을 위해 적당한 용매일 수 있다. 일부 실시양태에서, 적당한 용매는 예를 들어, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 에틸 아세테이트, 등, 및 그의 조합을 포함한다. 아세톤이 특히 바람직한 용매이다. 하나 이상의 유기황 화합물 (예를 들어, 티올 화합물)은 용매 내에 약 3 밀리몰 (mM) 이상의 총 농도로 존재한다. 본원에서 사용된 바와 같이, "총 농도"란 응집체로서 취해진 모든 용해된 유기황 화합물의 몰 농도를 말한다. 하나 이상의 유기황 화합물 (예를 들어, 티올 화합물)은, 잉크 용액이 본질적으로 단일 상으로 구성된다면 어떠한 총 농도로도 존재할 수 있다. 하나 이상의 유기황 화합물 (예를 들어, 티올 화합물)은 약 5 mM 이상, 약 10 mM 이상, 약 20 mM 이상, 50 mM 이상, 및 심지어 약 100 mM 이상의 총 농도로 존재할 수 있다.

스탬프 (10)는 당업계에 공지된 방법을 사용하여 본 발명의 잉크 용액 (20)으로 "잉킹"될 수 있다 (예를 들어, 문헌[Libioulle 등 "Contact-Inking Stamps for Microcontact Printing of Alkanethiols on Gold", Langmuir Vol. 15, pp. 300-304 (1999)]에 개시된 바와 같이). 한 가지 접근법에서, 잉크 용액 (20)으로 함침된 도포기 (예를 들어, 면봉 또는 포움(foam) 도포기)로 스탬프 (10)의 스탬핑 표면 (16)을 가로질러 문지른 후, 용매를 스탬핑 표면 (16)으로부터 건조시킬 수 있다. 또 다른 접근법에서, 스탬핑 표면 (16)은 잉크 용액으로 함침된 "잉크 패드"에 대해 가압될 수 있고, 잉크 패드는 선택적으로 PDMS 슬래브(slab)이다. 또 다른 접근법에서, 스탬프는 인쇄 표면에 대해 그의 뒷면으로부터 잉크 용액으로 충전될 수 있다. 후자의 접근법에서, 유기황 화합물은 스탬프를 통해 확산하여 인쇄를 위한 릴리이프-패턴화 면에 이른다 (상기 면은 평면인 표면 (12) 및 패턴 요소 (14)를 스탬핑 표면 (16)과 함께 포함한다). 또 다른 실시양태에서, 스탬프의 릴리이프-패턴화 인쇄 면을 잉크 용액 안에 담그고, 이어서 빼내고 건조시킬 수 있다("담금형 잉킹(immersive inking)").

또 다른 실시양태에서, 스탬프 (10)는 인쇄 롤러 상에 장착할 수 있고 스탬핑 표면 (16)은 이동하는 웨브에 대해 적용되어 그 위에 SAM을 형성할 수 있다. 인쇄 롤러는 바람직하게는 원통형이다. 원통형 롤러는 이상적인 것에서 어느 정도 편차, 예를 들어 이심률, 런 아웃(run out) 또는 점점 가늘어짐이 있을 수 있다는 것을 당업자들은 이해하고 있다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 원통형 인쇄 롤러는 2 cm 내지 50 cm, 더욱 바람직하게는 5 cm 내지 25 cm, 가장 바람직하게는 7.5 cm 내지 20 cm의 반경을 갖는다. 총합이 상기 인쇄 롤러 반경에 비해 작은 치수인, 예를 들어 총 1 cm 미만인 두께 및 장착 수단을 갖는 스탬프에 대해, 인쇄 롤러 상에 장착된 스탬프는 바람직하게는 2 cm 내지 50 cm, 더욱 바람직하게는 5 cm 내지 25 cm, 가장 바람직하게는 7.5 cm 내지 20 cm의 곡률반경을 갖는다.

일부 실시양태에서, 인쇄 롤러는 회전하고 웨브는 동시발생적으로 움직인다. 이러한 유형의 선택된 실시양태의 예가 이하에 더욱 상세히 설명된다. 동시발생적인 이러한 회전 및 이러한 움직임이 의미하는 것은 이동하는 웨브의 경우, 스탬핑 표면이 미끄러짐과 관련된 패턴 뒤틀림을 피하면서 이동하는 웨브와 일제히 병진하는 동시에 접촉하는 것을 의미한다. 달리 언급하자면, 인쇄 롤러가 회전하고 웨브가 동시발생적으로 움직일 때, 웨브 표면과 스탬핑 표면의 속도 및 궤도는 거의 동일하다 (즉, 그들이 접촉할 때).

도 5는 롤-투-롤 공정에서 A 방향으로 이동하는 웨브 물질 (102) 상에 SAM을 형성하는데 매우 적합한 미세접촉 인쇄 공정 라인 (100)의 일부의 실시양태를 개략적으로 예시한다. 웨브 물질 (102)은 제1 지지체 (104), 이 예에서는 닙 롤러 둘레로 그리고 PDMS와 같은 물질로 만들어진 하나 이상의 엘라스토머 스탬프 (106)를 가로질러 움직인다. 웨브 물질을 위한 지지체가 일반적으로 본원에서 롤러로서 언급될 것이지만, 본 명세서에 나타낸 장치에 이용된 지지체는 비제한적으로 강체 롤(solid roll), 볼 베어링을 갖는 롤, 공기 베어링을 갖는 롤, 공기 또는 기체에 의해 지지식 슬리브(sleeve), 비-접촉 지지체, 예컨대 에어 턴(air turn) 및 에어 바아(air bar), 에어 나이프(air knife), 및 그의 조합을 포함할 수 있다.

일부 실시양태에서, 스탬프 (106)는 상기 개시된 고 종횡비 스탬핑 패턴 요소를 포함하지만(도 1), 어떠한 스탬핑 패턴도 사용될 수 있다. 도 5의 실시양태에서, 2개의 스탬프 (106)가 인쇄 롤러 (108) 상에 장착되어 연속적인 또는 단계적 연속적인 인쇄 작동을 가능하게 한다. 스탬프 (106)는 비제한적으로 양면 접착제 테이프, 포움 쿠션-마운트 테이프(foam cushion-mount tape), 진공-계 부착, 자기적 부착, 및 기계적 부착을 포함한 임의의 적당한 기술을 사용하여 인쇄 롤러 (108)에 부착될 수 있다. 인쇄 롤러는 거의 둥근 외면의 단단한 표면을 가질 수 있고, 비제한적으로, 정지축(stationary shaft)을 갖는 아이들러 롤, 이동하는 축을 갖는 아이들러 롤, 낮은 마찰 베어링을 갖는 아이들러 롤, 얇은 공기 층 상에 부유된 얇은 금속 외피로 만들어진 에어 슬리브(air sleeve), 공기 층 상에 부유된 단단한 금속 외피로 만들어진 에어 슬리브, 모터에 의해 구동된 롤, 자기성 물질로 만들어진 롤, 롤과 스탬프 사이에 공기압 "진공"을 낮추게 하는 물질로 만들어진 롤, 스탬프의 기계적 부착을 가능하게 하는 롤 및 슬리브로부터 선택될 수 있다.

일부 실시양태에서, 선택적 엘라스토머 층 (111)이 인쇄 롤러 (108)의 표면과 스탬프 (106) 사이에 포함될 수 있다. 웨브 물질 (102)이 스탬프 (106)와 접촉한 후, 웨브 물질 (102)은 제2 닙 롤러 (110) 둘레로 움직이고 이어서 선택적으로 공정 라인 (100) 상에서 추가로 가공될 수 있다.

도 6은 롤-투-롤 공정에서 웨브 물질 (202) 상에 SAM을 형성하는데 적당한 미세접촉 인쇄 공정 라인 (200)의 일부의 또 다른 실시양태를 개략적으로 예시한다. 웨브 물질 (202)은 장력을 가한 제1 롤러 (204) 둘레로 PDMS와 같은 물질로 만들어진 엘라스토머 스탬프 (206)의 배열을 가로질러 움직인다. 일부 실시양태에서, 스탬프 (206)는 상기 개시된 고 종횡비 스탬핑 패턴 요소를 포함하지만(도 1), 어떠한 스탬핑 패턴도 사용될 수 있다. 스탬프 (206)는 인쇄 롤러 (208) 상에 장착된다. 일부 실시양태에서, 선택적 엘라스토머 층 (211)이 인쇄 롤러 (208)의 표면과 스탬프 (206) 사이에 포함될 수 있다. 웨브 물질 (202)이 스탬프 (206)와 접촉한 후, 웨브 물질 (202)은 장력을 가한 제2 롤러 (210) 둘레로 움직일 수 있고 선택적으로 공정 라인 (200) 상에서 추가로 가공될 수 있다. 이러한 실시양태에서, 웨브 물질 (202)이 본원에서 롤러 (204)와 (210) 사이에서 장력을 받는 것으로 개시되고, 스탬프는 본원에서 롤러 (204)와 (210) 사이에 웨브 물질을 접촉하는 것으로 개시된다.

도 7은 롤-투-롤 공정에서 웨브 물질 (302) 상에 SAM을 인쇄하기 위한 미세접촉 인쇄 공정 라인 (300)의 일부의 또 다른 실시양태를 개략적으로 예시한다. 웨브 물질 (302)은 단일 닙 롤러 (304) 둘레로 PDMS와 같은 물질로 만들어진 2개의 엘라스토머 스탬프 (306)를 가로질러 움직인다. 일부 실시양태에서, 스탬프 (306)는 상기 개시된 고 종횡비 스탬핑 패턴 요소를 포함하지만(도 1), 어떠한 스탬핑 패턴도 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 선택적 엘라스토머 층 (311)이 인쇄 롤러 (308)의 표면과 스탬프 (306) 사이에 포함될 수 있다. 웨브 물질 (302)이 스탬프 (306)와 접촉한 후, 웨브 물질 (302)은 공정 라인 (300) 상에서 추가의 가공을 위해 준비된다.

도 8은 롤-투-롤 공정에서 웨브 물질 (402) 상에 SAM을 제조하기 위한 미세접촉 인쇄 공정 라인 (400)의 일부의 또 다른 실시양태를 개략적으로 예시한다. 웨브 물질 (402)은 닙 롤러 (404) 둘레로 그리고 PDMS와 같은 물질로 만들어진 엘라스토머 스탬프 (406)를 가로질러 움직인다. 일부 실시양태에서, 스탬프 (406)는 상기 개시된 고 종횡비 스탬핑 패턴 요소를 포함하지만(도 1), 어떠한 스탬핑 패턴도 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 선택적 엘라스토머 층 (411)이 인쇄 롤러 (408)의 표면과 스탬프 (406) 사이에 포함될 수 있다. 웨브 물질 (402)이 스탬프 (406)와 접촉한 후, 웨브 물질 (402)은 장력을 가한 롤러 (410) 둘레로 움직이고, 선택적으로 공정 라인 (400) 상에서 추가로 가공될 수 있다.

상기 도 5 내지 도 8의 실시양태에서, 인쇄 결함을 감소시키기 위해, 스탬프와 접촉하는 웨브 물질의 일부의 장력은 선형 인치 당 약 10 파운드(pli) 미만에서 유지되어야 한다. 일부 실시양태에서, 웨브 물질 상의 장력은 약 0.1 내지 약 5 pli, 또는 약 0.1 내지 약 2 pli, 또는 약 0.1 내지 약 1 pli에서 유지되어야 한다.

도 5 내지 도 8의 일부 실시양태에서, 웨브 물질 (102)은 분 당 약 0.1 내지 약 50 피트 (fpm)의 속력으로 움직인다.

도 5 내지 도 8의 장치에서, 스탬핑 표면의 잉킹은 광범위한 다양한 기술에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 그 위에 스탬프가 장착된 인쇄 롤러를 잉크 탱크 안에 두고 하나 이상의 작용화 분자를 포함하는 잉크 조성물로 충전할 수 있다. 이러한 과정에서, 잉크 조성물은 "전방 측면"(패턴 요소, 및 웨브 물질의 표면과 접촉하는 스탬핑 표면을 포함하는 스탬프의 측면을 말함)으로부터 스탬프 안으로 스며든다. 잉킹된 슬리브는 후속적으로 잉크 탱크로부터 제거되고 잉크-충전된 인쇄 롤러는 공정 라인 상으로 적재된다. 소정의 길이의 웨브 물질을 인쇄한 후, 고갈된 인쇄 롤러 (이 시점에서 웨브 물질 상에 적당한 패턴을 형성하기에 불충분한 잉크를 포함한다)를 제거하고 나중의 재-사용을 위해 잉크 탱크 안에서 다시 잉킹한다.

바람직하게는, 잉킹 시간 (스탬프가 잉크-충전 과정 동안 잉크와 접촉하는 시간)은, 여전히 적절한 인쇄 성능을 잉킹된 스탬프에 생성하면서도 가능한 한 짧아야 한다. 잉크 충전 후 건조 시간이 가능한 한 짧은 것이 또한 바람직하다. 이러한 나중 두 가지 인자 때문에 높은 농도에서 안정하고 스탬프 표면 상에서 신속하게 건조될 수 있는 잉크 조성물이 바람직하다. 스탬프 표면으로부터 잉크 용매의 신속한 증발은, 최소의 시간 및 강제된 공기의 적용으로 스탬프 상에 또는 그 안에 티올 분자의 균일한 분포를 달성하는데 도움이 된다. 담금형 잉킹의 경우, 잉킹 시간이 약 60 초 미만, 더욱 바람직하게는 약 45 초 미만, 더욱 바람직하게는 약 30 초 미만, 훨씬 더욱 바람직하게는 약 15 초 미만인 것이 현재 바람직하다. 빼내고 건조시킨 후, 스탬프의 릴리이프-패턴화 표면의 융기된 대역과 접촉이 이루어지도록 잉킹된 스탬프를 기재와 접촉하게 배치할 수 있다. 유기황 화합물은 스탬프로부터 기재의 표면 상으로 확산되고, 여기서 SAM을 형성할 수 있다.

예로서 도 5를 다시 언급하자면, 상기 개시된 잉킹의 모든 방법은 스탬프 (106)의 패턴화 표면 (107)이 잉킹되도록 만들어서, "잉킹된 표면"을 생성한다.

일단 잉킹되면, 스탬프 (106)는 기재 (102)의 표면 (120)으로 유기황 화합물과 같은 작용화 분자를 포함하는 잉크의 패턴을 전사하기에 유용하다. 스탬프 (106)의 잉킹된 표면 (107)이 스탬핑 패턴 요소의 어레이를 포함할 때, 잉킹된 표면은 본질적으로 평면의 웨브 표면 (120)과 접촉되어 잉크 패턴을 표면 (120)으로 전사할 수 있다. 표면 (120)으로 전사된 잉크의 패턴은 스탬프 (106)의 잉킹된 표면 (107)의 스탬핑 패턴에서 융기된 특징부의 패턴과 본질적으로 동일하다. 이러한 공정에서, 잉크의 패턴은 스탬프 (106)의 잉킹된 표면 (107)의 스탬핑 패턴에 따라 전사된다고 한다. 스탬프 (106)의 잉킹된 표면 (107)이 본질적으로 평평하면, 잉킹된 표면 (107)은 릴리이프 패턴을 포함하는 표면 (120)과 접촉되어 잉크 패턴을 표면 (120)으로 전사할 수 있고, 여기서 잉크 패턴은 기재의 표면 (120)의 스탬핑 패턴에서 융기된 특징부의 패턴과 본질적으로 동일하다. 이러한 공정에서, 잉크 패턴은 웨브 물질 (102)의 표면 (120)의 릴리이프 패턴에 따라 전사된다고 한다.

스탬프 (106)의 잉킹된 표면 (107)이 제1 릴리이프 패턴을 포함하면, 잉킹된 표면은 제2 릴리이프 패턴을 포함하는 웨브 물질 (102)의 표면 (120)과 접촉되어 제1 릴리이프 패턴의 융기된 특징부와 제2 릴리이프 패턴의 융기된 특징부 사이에 접촉 대역(즉, 릴리이프 패턴의 교차점)에 의해 한정된 잉크의 패턴을 전사할 수 있다. 이러한 공정에서, 잉크 패턴은 모든 릴리이프 패턴에 따라 전사된다고 한다.

요구되는 인쇄 시간 (즉, 스탬프 (106)와 웨브 물질 (102)의 표면 (120) 사이의 접촉 기간)은 예를 들어, 농도 또는 잉크 용액 및 스탬프에 적용된 압력을 포함한 다양한 인자에 의존할 것이다. 일부 실시양태에서, 인쇄 시간은 1 분 미만 (바람직하게는, 약 30 초 미만; 더욱 바람직하게는, 약 10 초 미만; 가장 바람직하게는, 약 5 초 미만)이다.

도 9에 있어서, 상기 도 5 내지 도 8 중 임의의 실시양태에서, 스탬프를 재-잉킹하는데 필요한 공정 및 생산 라인 다운-시간(down-time)을 줄이기 위해, 인쇄 롤러 (508)는 스탬프 (506)의 뒷면을 통해 잉크를 연속적으로 확산시키거나 다르게는 수송하기 위해 유체 커플링 (509)을 포함할 수 있다. 이러한 실시양태에서, 유체 커플링 (509)은 작용화 분자를 포함한 잉크 조성물로 주기적으로 또는 연속적으로 공급되는 중공 내부 대역 (509A)을 포함할 수 있다. 잉크 조성물은 인쇄 롤러 (508)를 통해 확산되고, 이는 이러한 실시양태에서 투과성 또는 고도로 다공성인 물질로 만들어진 드럼이다. 롤러 (508) 상에 선택적 엘라스토머 층 (511)은 또한 스탬프 (506)의 "후방-측면" 안으로 확산되는 잉크 조성물에 투과성일 수 있다.

도 10에서 장치 (600)를 참고하면, 상기 도 5 내지 도 9에 나타낸 임의의 실시양태는 선택적으로 연속적 전방-측면 재-잉킹 아이들러 롤러 (612)를 포함할 수 있다. 아이들러 롤러 (612)는 작용화 분자를 포함하는 잉크 조성물로 함침된 잉킹 표면 (614)을 포함한다. 잉킹 표면 (614)은 인쇄 롤러 (608)의 각각의 회전 동안 스탬프 (606)의 스탬핑 표면 (607)과 접촉한다. 일부 실시양태에서, 아이들러 롤러 (612)의 잉킹 표면 (614)은 PDMS와 같은 엘라스토머 물질로 만들어질 수 있고, 작용화 분자를 함유하는 잉크로 주기적으로 또는 연속적으로 "충전될" 수 있다. 선택적 엘라스토머 층 (611)이 아이들러 롤러 (612)와 잉킹 표면 (114) 사이에 배치될 수 있다.

잉킹 표면 (614)은 주기적으로 잉킹 탱크 안에 배치되고 상기 개시한 바와 같이 전방-측면 잉킹될 수 있거나, 또는 아이들러 롤러 (612) 안에 유체 커플링 (616)을 사용하여 연속적으로 후방-측면 잉킹될 수 있다.

미세접촉 인쇄가 본원에 개시된 스탬프 구성을 사용하여 패턴화 SAM을 만드는 바람직한 방법이지만, 다른 패턴화 방법이 또한 사용될 수 있다. SAM을 패턴화하기 위해 다른 공지된 방법은, 예를 들어, 잉크 제트 인쇄, 작용기의 구배 형성의 사용, 및 지형적으로 지향된 어셈블리(topographically directed assembly)를 포함한다.

본원에 개시된 스탬프 구성으로부터 형성된 패턴화 SAM은 예를 들어, 후속적인 패턴화 단계 동안 기재 표면 아래에 있는 대역을 보호하는 레지스트로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 패턴화 SAM은 에칭 마스크(etch mask)를 제공할 수 있다. 에칭 마스크로서, SAM으로 덮인 기재 표면의 대역들 (예를 들어, 중합체 필름 기재 상에 금속 코팅의 표면)은 에칭제(etchant)의 화학적 작용에 대해 보호되는 한편, SAM으로 덮이지 않은 기재 표면의 대역이 보호되지 않아서, 비보호된 대역에서 물질의 선택적 제거(예를 들어, 중합체 필름 기재로부터 금속)를 가능하게 한다. 대안적으로, 패턴화 SAM은 도금 마스크를 제공할 수 있다. 도금 마스크로서, SAM으로 덮인 기재 표면의 대역 (예를 들어, 중합체 필름 기재 상에 촉매적 금속 코팅의 표면)은 무전해 도금 욕조로부터 금속의 침착에 대해 비-촉매적이 되는 한편, SAM으로 덮이지 않은 기재 표면의 대역은 노출된 채로 남고 따라서 그의 촉매 활성을 유지하여, 비보호된 대역에서 무전해 침착된 금속의 선택적 배치를 가능하게 한다. 다른 물질의 패턴화에 마스크로서 패턴화 SAM을 적용하기 위한 방법론이 당업계에 공지되어 있다 (예를 들어, 미국 특허 번호 제5,512,131호에).

본 발명의 다양한 실시양태의 실행을 다음 상세한 실시예와 관련하여 추가로 설명할 것이다.

실시예

하기 실시예는 단지 예시 목적만을 위한 것이며, 첨부된 특허청구범위의 범주를 지나치게 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 발명의 넓은 범주를 기재하는 수치 범위 및 파라미터가 근사치임에도 불구하고, 구체적인 실시예에 기재된 수치값은 가능한 한 정확하게 보고된다. 그러나, 어떠한 수치값도 본질적으로 소정의 오류를 포함하는데, 이러한 오류는 그들의 각각의 시험 측정치에서 발견되는 표준 편차로부터 필연적으로 기인된 것이다. 최소한, 그리고 특허청구범위의 범주에 대한 균등론의 적용을 제한하려고 시도함이 없이, 각각의 수치 파라미터는 적어도 보고된 유효 숫자의 숫자의 관점에서 그리고 보통의 반올림 기법을 적용함으로써 해석되어야 한다.

달리 언급되지 않으면, 실시예 및 나머지 명세서에서 모든 부, 백분율, 비 등은 중량을 기준으로 제공된다. 사용된 용매 및 다른 시약은 달리 언급되지 않는다면 시그마-알드리치 케미컬 컴퍼니(Sigma-Aldrich Chemical Company) (미국 위스콘신주 밀워키 소재)로부터 입수할 수 있다.

실시예 1

고 종횡비 스탬프 마스터는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 인피니트 그래픽스 인크.(Infinite Graphics Inc. (IGI))로부터 입수되었다. IGI는 포토레지스트의 5 미크론 층을 유리 상에 스핀-코팅하고 그레이 리소그래피(gray lithography)를 사용하여 사다리꼴 단면을 갖는 패턴 요소를 영상화함으로써 마스터를 제조하였다. 스탬프 마스터의 에폭시 복제품(서브마스터)은, 스탬프 마스터의 폴리(다이메틸실록산) (PDMS) 네가티브를 제조하는 단계, 및 그 네가티브에 대해 에폭시를 주조하는 단계를 포함한 표준 공정에 의해 제조되었다. PDMS 스탬프는 에폭시 서브마스터 상에 비경화된 PDMS를 주조하고 경화함으로써 제조되었다.

PDMS 스탬프 상의 패턴 요소는 5.6 내지 7.8 μm 기저 폭, 20-30°의 벽면 각(wall angle), 5 μm 높이 h, 및 2 μm의 스탬핑 표면의 폭 w를 갖는 사다리꼴 단면 형상을 가졌고, 약 2.5의 종횡비를 생성하였다(예를 들어, 도 2를 참조한다). 이러한 스탬프는 고 종횡비 스탬프로서 이하 언급된다.

2 μm의 스탬핑 표면의 폭 w 및 2 μm의 높이 h를 갖는 유사한 PDMS 스탬프가 제조되었고, 이는 약 0.8의 종횡비를 생성하였다. 이러한 스탬프는 저 종횡비 스탬프로서 이하 언급될 것이다.

저 및 고 종횡비 PDMS 스탬프는 작용화 분자를 포함하는 잉크 조성물에 의해 포화되었고 이어서 9 인치(약 23 cm)의 반경을 갖는 백-업(back-up) 인쇄 롤러로 옮겨졌다. 이하 표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 스탬프 중 일부는 표준 강체 아이들러 롤러 상에 장착되었고 일부는 공기의 층 상에 부유하는 얇은 금속 외피인 에어 슬리브 상에 장착되었다. 이하 표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 일부 실행시, 스탬프를 백-업 롤러 상에 직접 장착하였고, 다른 실행의 경우, 포움 층을 롤러와 스탬프 사이에 배치하였다. 포움은 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 3M으로부터 상표명 3M 쿠션-마운트 플러스 플레이트 마운팅 테이프, 1120 탠(3M Cushion-Mount Plus Plate Mounting Tape, 1120 Tan) 하에 입수가능한 엘라스토머 물질이었다.

잉크 조성물을 PDMS 스탬프로 대략 100 nm 은-코팅된 PET (미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 이. 아이. 듀퐁 드 네무르로부터 상표명 ST504 하에 입수가능함)에 적용하였다. 이하 표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 웨브 기재는 스탬프에 대해 분 당 15 피트(fpm) 및 25 fpm의 속력으로 움직였고, 선형 인치 당 1 또는 2 파운드(pli)의 변화하는 웨브 장력을 적용하여 기재의 표면 상에 SAM을 형성하였다. 각각의 스탬프 찍은 패턴을 라인 확대가 관찰되었는지(Y), 어떠한 라인 확대도 관찰되지 않았는지(N), 또는 결과가 결론에 이를 수 없는지(X)를 결정하기 위해 평가하였다.

[표 1]

[표 2]

각각의 PDMS 스탬프에 의해 생성된 결과적인 SAM은 육각형의 패턴을 가졌다. 표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 고 종횡비 스탬프로 인쇄된 패턴은 인쇄된 라인의 확대가 상당히 감소되었고, 갇힌 입자들과 관련된 결함 수가 더 적다는 것과, 인쇄가 안된 영역을 발생시키지 않으면서 더욱 높은 속력으로 인쇄할 수 있다는 것이 관찰되었다.

저 종횡비 스탬프에 비해, 고 종횡비 스탬프는 또한 공기 포획과 관련된 결함없이 더 높은 인쇄 속력을 가능하게 하였다. 전형적으로, 임계 인쇄 속력 이상에서는, 스탬프가 더 이상 기재와 접촉하지 않기 때문에 인쇄된 패턴의 부분이 사라진다.

이하 표 3은 저 종횡비 PDMS 스탬프 (2 μm 높이 h)와 고 종횡비 PDMS 스탬프 (5 μm 높이 h) 사이에 공기 비말동반-관련된 결함의 수에서 비교를 보여준다. 15 fpm 인쇄 속력에서, 저 종횡비 스탬프는 14개의 결함을 나타내는 한편, 고 종횡비 스탬프는 4개 또는 0개의 결함을 가졌다.

고 종횡비 스탬프는 또한 먼지 및 오염물 입자의 존재와 관련된 결함을 감소시켰다. 이하 표 3은, 고 종횡비 스탬프가 사용될 때, 미립자에 기인했을 수 있는 반복되는 결함의 수가 3으로부터 1 또는 2로 감소했음을 나타낸다.

[표 3]

실시예 2

롤-투-롤 미세-접촉 인쇄 공정 동안 엘라스토머 스탬프를 갖는 롤은 제2 롤 상에서 기재와 접촉하게 된다. 스탬프 및 기재는, 2개의 롤이 상이한 속력으로 움직이고 결과적으로 기재가 스탬프에 대해 상대적으로 움직이기 때문에(이는 스탬프 표면과 그의 스탬핑 요소 상에 항력(drag force)을 생성한다), 반드시 정상 접촉(normal contact)이지는 않다. 문턱 마찰값이 초과하면, 스탬프는 미끄러질 수 있고, 이로 인해 인쇄 해상도 결함을 유도한다. 인쇄 공정을 시뮬레이팅하고 스탬프 상에 항력의 크기를 계산하기 위해, 유한 요소 모델(Finite Element model)이 개발되었다. 상기 모형화된 결과는 상기 실시예 1에서의 결과를 보충하고, 결함 형성에 미치는 미끄러짐 영향을 감소시키는데 있어서 더 높은 릴리이프 스탬프의 장점을 입증하였다.

2D 스탬프 단면의 모델은 안시스(ANSYS) 12.1 상업용 소프트웨어 (미국 펜실베이니아주 캐논스버그 소재의 안시스 인크(ANSYS Inc.)로부터 입수가능함)를 사용하여 생성되었다. 상기 모델 구성은 인쇄 롤에 장착된 포움 접착제 500 미크론과 스탬핑 요소 사이에 300 미크론 피치를 갖는 스탬프 1" 폭의 5 mm를 포함하였다. 스탬핑 요소는 13.5°의 수직 각 θ을 갖는 점점 가늘어지는 사다리꼴 단면 형상을 가졌다 (도 2). 기저에서 폭은 1.3 μm이었다. 본 발명자들은 2.5, 5, 및 15 μm의 세 개의 상이한 높이 h를 사용하여 종횡비를 변화시켰다. 스탬핑 표면의 개략도를 도 11에 나타낸다.

또 다른 실시예에서, 특징부는 점점 가늘어진 사다리꼴 형상보다는 직사각형의 단면 형상을 갖는 기둥상이었다. 인쇄된 기재를 적재물이 적용된 강성 표면으로서 모형화하였다. 두 가지 유형의 적재가 모형화되었다: 첫 번째는 0.25 pli의 닙 압력 (N.P.)을 가졌고 두 번째는 N.P. 및 기재 움직임 방향에 평행한 2 μm 상대적 변위 모두를 포함하였다. 상기 모델은 스탬핑 요소가 적재 동안 웨브로부터 떨어지지 않았다고 추정하였다 (접촉 요소를 위한 "표준 접촉(standard contact)" 거동).

모든 포움 마운트와 스탬프는, 스탬프에 대해 순간 전단 모듈러스 G = 896 ㎪를 갖는 네오후킨(NeoHookean) 물질 모델, 및 G = 876 ㎪을 갖는 블라츠-코(Blatz-Ko) 압축성 포움 모델을 사용하면서, 초탄성 물질로서 모형화되었다.

본 발명자들은, h의 값이 작을수록, 생성된 적재물은 덜 휘고 전체적으로 스탬핑 요소가 더 많이 측방향으로 움직인다는 것을 발견하였다.

도 12는 폭 인치 당 생성된 항력 대 기재 변위의 도식이다. 이러한 도식은 항력이 특징부와 기재 사이에 최대 건조 마찰력을 초과한다면, 특징부가 그 원 위치로 되돌아갈 수 있고, 결과적으로 더 넓은 인쇄된 라인을 생성할 것이라는 것을 나타낸다. 이러한 가능성은 더욱 높은 종횡비 스탬핑 요소를 사용함으로써 감소된다.

모형화의 결과는, 미세접촉 인쇄 스탬프 상의 스탬핑 요소가 압축과 휨 모두를 경험한다는 것을 보여준다. 고 종횡비 요소는 더 낮은 변형력을 경험하였고, 이는 결과적으로 열악한 인쇄 해상도를 유도하는 기재 상의 그의 미끄러짐의 가능성을 감소시켰다. 기둥형상의 스템(stem)은 구조적으로 매우 불안정하고 기재와의 접촉을 잃기 쉽고, 따라서 인쇄된 SAM 패턴에서 건너뛴 라인을 초래할 수 있다.

본 명세서에 걸쳐 "한 가지 실시양태", "특정 실시양태", "하나 이상의 실시양태", 또는 "실시양태"라고 하는 것은, "실시양태"라는 용어 앞에 "예시적인"이라는 용어를 포함하든 그렇지 않든 간에, 그 실시양태와 관련하여 개시된 특정의 특징부, 구조, 물질 또는 특성이 그 개시된 본 발명의 적어도 하나의 실시양태에 포함되어 있다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 곳에서의 "하나 이상의 실시양태에서", "특정 실시양태에서", "한 가지 실시양태에서" 또는 "실시양태에서"와 같은 어구의 출현은 반드시 그 개시된 본 발명의 동일한 실시양태를 언급하지는 않는다. 또한, 특정 특징부, 구조, 재료, 또는 특성은 하나 이상의 실시양태에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.

본 명세서가 특정 예시적인 실시양태를 상세히 기술하였지만, 당업자는 전술한 내용에 대해 이해할 때, 이들 실시양태에 대한 변경, 그의 변형, 및 그의 등가물을 용이하게 인식할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명이 앞서 설명한 예시적인 실시양태로 부당하게 제한되어서는 안된다는 것을 잘 알 것이다. 더욱이, 본 발명에서 언급된 모든 간행물, 공개된 특허 출원 및 허여된 특허는 마치 각각의 개별 간행물 또는 특허가 참고로 포함되도록 구체적으로 및 개별적으로 지시된 것처럼 그와 동일한 정도로 전체적으로 참고로 포함된다.

다양한 예시적인 실시양태가 기술되어 있다. 이들 및 다른 실시양태는 하기의 특허청구범위의 범주 내에 있게 된다.

Claims (34)

1. 지지체로부터 풀린 이동하는 웨브(web) 물질;
   롤러 상에 장착된 스탬프로서, 상기 스탬프는 기저 표면, 및 사다리꼴 단면 형상을 갖고 상기 기저 표면 위로 연장되는 패턴 요소의 연속적이고 규칙적인 어레이를 포함하고, 상기 스탬핑 요소 각각이 실질적인 평면의 스탬핑 표면을 포함하는, 스탬프; 및
   상기 스탬핑 요소의 스탬핑 표면과 적어도 주기적으로 접촉하는 잉킹 표면(inking surface)을 포함하는 잉킹 롤러로서, 상기 잉킹 표면은, 웨브 물질의 주요 표면에 결합하도록 선택된 티올 작용기를 갖는 유기황 화합물을 포함하는 잉크 조성물로 함침되어, 상기 스탬핑 표면 상의 패턴 요소의 어레이에 따라 상기 웨브 물질의 주요 표면 상에 자기-조립 단층(self-assembled monolayer, SAM)을 형성하는, 잉킹 롤러를 포함하는, 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 스탬프 상의 패턴 요소는 약 0.25 미크론 내지 약 5 미크론의 측방향 치수 및 기저 표면에 대한 높이를 갖는 실질적인 평면의 스탬핑 표면을 포함하고, 상기 패턴 요소의 측방향 치수에 대한 패턴 요소의 높이의 종횡비가 약 1.5 내지 약 5.0인, 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 인쇄 롤러와 스탬프 사이에 접착제 층을 추가로 포함하는, 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 접착제 층과 스탬프 사이에 엘라스토머 물질의 층을 추가로 포함하는, 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 스탬프가 공기 지지식 슬리브(sleeve) 상에 장착된, 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 잉킹 표면이 엘라스토머 중합체를 포함하는, 시스템.
7. 제6항에 있어서, 상기 엘라스토머 중합체가 폴리(다이메틸실록산)을 포함하는, 시스템.
8. 제1항에 있어서, 상기 인쇄 롤러에는 잉크 조성물이 연속적으로 공급되는, 시스템.
9. 제1항에 있어서, 상기 재-잉킹 롤러에는, 상기 재-잉킹 롤러 내의 유체 커플링으로부터 잉크 조성물이 연속적으로 공급되는, 시스템.
10. 롤러로부터 풀린 이동하는 웨브 물질;
    인쇄 롤러에 부착되고, 상기 웨브 물질의 주요 표면과 접촉하는 스탬핑 표면을 포함하는 엘라스토머 스탬프; 및
    상기 스탬핑 표면을 유기황 화합물 및 유기 용매를 포함하는 잉크 조성물로 잉킹하기 위한 잉킹 장치로서, 상기 잉킹 장치는 잉크 조성물로 함침된 잉킹 표면을 갖는 재-잉킹 롤러를 포함하고, 상기 잉킹 표면이 상기 스탬프의 스탬핑 표면과 적어도 주기적으로 접촉하는, 잉킹 장치를 포함하는, 시스템.
11. 제10항에 있어서, 상기 재-잉킹 롤러의 잉킹 표면이 엘라스토머 중합체를 포함하는, 시스템.
12. 제11항에 있어서, 상기 엘라스토머 중합체가 폴리(다이메틸실록산)을 포함하는, 시스템.
13. 제10항에 있어서, 상기 재-잉킹 롤러에는 잉크 조성물이 연속적으로 공급되는, 시스템.
14. 제13항에 있어서, 상기 재-잉킹 롤러에는, 상기 재-잉킹 롤러 내의 유체 커플링으로부터 잉크가 연속적으로 공급되는, 시스템.
15. 제10항에 있어서, 상기 웨브 물질이 제1 롤러와 제2 롤러 사이에서 장력을 받는, 시스템.
16. 웨브 물질을 지지체로부터 푸는 단계;
    상기 웨브 물질에 결합하도록 선택된 작용기를 포함하는 작용화 분자를 포함하는 잉크 조성물로 함침된 엘라스토머 스탬프를 제공하는 단계;
    상기 스탬프의 스탬핑 표면을, 작용기를 웨브 물질과 결합시키기에 충분한 인쇄 시간 동안, 웨브 물질의 주요 표면과 접촉시켜 상기 스탬핑 표면 상의 패턴 요소의 배열에 따라 상기 웨브 물질의 주요 표면 상에 작용화 물질의 자기-조립 단층(SAM)을 형성하는 단계; 및
    상기 스탬프의 스탬핑 표면을, 잉크 조성물로 함침된 잉킹 표면을 포함하는 재-잉킹 롤러와 적어도 주기적으로 접촉시키는 단계를 포함하는, 방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 웨브 물질의 주요 표면으로부터 스탬핑 표면을 제거하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
18. 제16항에 있어서, 상기 스탬프는 기저 표면, 및 상기 기저 표면으로부터 멀리 연장되는 패턴 요소의 배열을 포함하고, 상기 패턴 요소는 약 5 미크론 미만의 측방향 치수 및 기저 표면에 대한 높이를 갖는 스탬핑 표면을 포함하고, 상기 패턴 요소의 측방향 치수에 대한 패턴 요소의 높이의 종횡비가 1.5 이상인, 방법.
19. 제16항에 있어서, 상기 웨브 물질이 분 당 약 10 피트 이상의 속력으로 이동하는, 방법.
20. 제16항에 있어서, 상기 스탬핑 표면이 약 1 미크론 내지 약 5 미크론의 측방향 치수를 갖는 패턴 요소를 포함하는, 방법.
21. 제16항에 있어서, 상기 패턴 요소가 사다리꼴 단면 형상을 갖는, 방법.
22. 제16항에 있어서, 상기 인쇄 시간이 약 10 초 미만인, 방법.
23. 제16항에 있어서, 상기 웨브 물질의 표면 상의 SAM의 두께가 약 50 Å 미만인, 방법.
24. 제16항에 있어서, 상기 스탬핑 표면이 폴리(다이메틸실록산)을 포함하는, 방법.
25. 제16항에 있어서, 상기 작용화 분자가 유기황 화합물인, 방법.
26. 제25항에 있어서, 상기 유기황 화합물이 알킬 티올 및 아릴 티올 중 적어도 하나로부터 선택되는, 방법.
27. 제16항에 있어서, 상기 웨브 물질의 주요 표면이 금속인, 방법.
28. 제27항에 있어서, 상기 금속이 은인, 방법.
29. 제16항에 있어서, 상기 패턴 요소가 스탬프의 기저 표면 상에 규칙적이고 연속적인 어레이를 형성하는, 방법.
30. 제16항에 있어서, 상기 스탬핑 표면이 실질적으로 평평하고, 홈에 의해 분리된 패턴 요소의 규칙적인 어레이를 포함하며, 상기 패턴 요소가 사다리꼴 단면 형상을 갖는, 방법.
31. 제16항에 있어서, 상기 웨브 물질은 제1 지지체와 제2 지지체 사이에서 장력을 받고, 상기 제1 지지체와 제2 지지체 사이에서의 웨브 물질의 장력이 선형 인치 당 10 파운드 이상인, 방법.
32. 제17항에 있어서, 상기 웨브 물질의 표면이 무-SAM 영역을 포함하고, 상기 방법은 상기 무-SAM 영역을 에칭하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
33. 제16항에 있어서, 상기 스탬프가 인쇄 롤러 상에 장착되는, 방법.
34. 제33항에 있어서, 상기 인쇄 롤러와 스탬프 사이에 포움(foam) 물질의 층을 추가로 포함하는, 방법.

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