바이오 계면으로서 나노패턴(nano pattern)을 가진 표면에 관한 분야는 나노바이오 재료 연구에 있어서 급성장하고 있는 영역이다. 나노다공성(Nanoporous)을 가지는 AAO(Anodized Aluminum Oxide)는 그 탁월한 재료특성으로 인하여, 특정한 세포의 거동을 제어하기 위하여 최적의 구조적인 크기를 갖고 있는 나노특성이 스캔(scan)될 수 있도록 하여주는, 나노패턴 형태의 세포계면 형성을 위한 주(Master)패턴으로서 점차 많은 관심을 받고 있다. 지금까지 활발했던 연구는 좁은 면적의 AAO패턴에 대하여 진행되어 왔지만, 연구가 진행됨에 따라 대면적 AAO제작도 요구 되었다.
그러나 대면적 AAO 제작에 있어서 주요 문제점중의 하나로 지적되고 있는 것은 넓은 면적에 걸쳐 형성되는 AAO의 나노패턴 균질성(uniformity)문제이다. 특별히, AAO층(Layer)이 보유하고 있는 완만한 곡면(gross ...
바이오 계면으로서 나노패턴(nano pattern)을 가진 표면에 관한 분야는 나노바이오 재료 연구에 있어서 급성장하고 있는 영역이다. 나노다공성(Nanoporous)을 가지는 AAO(Anodized Aluminum Oxide)는 그 탁월한 재료특성으로 인하여, 특정한 세포의 거동을 제어하기 위하여 최적의 구조적인 크기를 갖고 있는 나노특성이 스캔(scan)될 수 있도록 하여주는, 나노패턴 형태의 세포계면 형성을 위한 주(Master)패턴으로서 점차 많은 관심을 받고 있다. 지금까지 활발했던 연구는 좁은 면적의 AAO패턴에 대하여 진행되어 왔지만, 연구가 진행됨에 따라 대면적 AAO제작도 요구 되었다.
그러나 대면적 AAO 제작에 있어서 주요 문제점중의 하나로 지적되고 있는 것은 넓은 면적에 걸쳐 형성되는 AAO의 나노패턴 균질성(uniformity)문제이다. 특별히, AAO층(Layer)이 보유하고 있는 완만한 곡면(gross curvature) 특성 때문에 AAO 나노패턴을 웨이퍼의 감광재료(photoresist) 층(Layer)에 전사(transfer) 할 때에 임프린트 되는 영역에서 균질성이 매우 낮게 나타난다. AAO의 나노다공성 패턴은 너무 작아서 커다란 곡면을 극복할 수 없으므로 AAO가 웨이퍼 상의 PR층(Layer)에 균일하게 전사(transfer)될 수가 없다. 커다란 곡면이 생성되는 원인에는 여러 가지 요소가 있다. 이러한 곡면들은 알루미늄 은박을 처리하는 과정에서 생길 수도 있고, 알루미늄 은박을 취급하는 과정에서도 생기며, 양극산화(anodization)를 위하여 전해질(electrolyte)을 젓는(stirring)과정에서 그리고 양극산화 과정 자체에서도 생긴다. 웨이퍼 위에 알루미늄 층을 쌓을 경우 우리는 커다란 곡면들이 생성되는 것을 방지할 수가 있다. 그러나 그 쌓는 층의 두께는 통상적으로 2 마이크로미터 이하로 제한되며, 잘 알려진 2단계 양극산화(2step-anodization)방법을 이용하여 나노구멍(nanopores)의 규칙적인 배열을 만족스럽게 생성시킨 다는 것은 어려운 일이다.
첫 번째 연구에서는, 2인치 웨이퍼(wafer)상에서 웨이퍼 위에 견고하게 부착된 알루미늄 호일(Foil)을 이용하여 만들어진 AAO패턴 임프린팅을 통하여, 대규모 AAO패턴을 PMMA 감광재료(photoresist)층(Layer)에 전사(transfer) 시키는 방법을 성공적으로 개발하게 되었다. Exonera Electrelease 라는 균일하게 스핀-코팅된 접착제 층을 이용하여 웨이퍼 위에 두께가 조절되는 알루미늄 은박 층을 부착하는 방법으로, 앞에서 언급한 바와 같은 원인으로 인하여 나타나는 대형 곡면(구부러짐)이 생성되는 것을 막을 수 있었다. 웨이퍼 표면 위에 알루미늄 은박 층을 부착하기 전에, 알루미늄 은박 층이 최대한 평평하여지도록 하기 위하여, 샘플 웨이퍼에 알루미늄 은박을 부착하기 전에 그 것을 두 개 웨이퍼의 중간에 두고 압력을 가하였다. 웨이퍼 표면 위에 알루미늄 은박 층을 부착하는 원리에 대하여는, Exonera Electrelease 응용방법에 대한 보고서를 참조, 채택하였으며 매우 얇은 박막을 운반, 취급하는 방법 등을 우리 목적에 맞게 수정하였다. 두 번째 연구에서는, UTAM(ultrathin alumina membrane)을 제작하고 이를 마스크(Mask)로 이용하여 MACE(Metal-Assisted Chemical Etching)를 통해 나노패턴을 웨이퍼 위에 전사 시킬 수 있었다. 매우 얇게 산화층이 형성된 AAO를 이용하여 UTAM을 획득하기 위해 CuCl2와 HCl의 혼합용액을 이용하여 알루미늄을 녹여내고 산화물 층(Oxide layer)를 얻어내 인산(Phosphoric acid) 용액에 담구어 배이어 층(Barrier layer)을 제거한다. 그 결과 우리는 나노패턴을 가지며 양단이 열려있는 막(membrane)을 얻을 수 있었다 UTAM을 웨이퍼 위에 올린 뒤 이를 마스크로 사용하여 금(Au)이나 백금(Pt)을 코팅하면 UTAM 나노기공의 육방(hexagonal)구조에 따라 일정한 배열을 가지는 나노 점(dot)이 웨이퍼 위에 형성되게 된다. 이러한 금속 점들을 촉매로 이용하여 MACE를 진행하면 비등방성을 나타내며 점 모양 그대로 웨이퍼에 식각이 이루어져 평평하고 단단하며 휘어지지 않는 나노패턴을 가진 금형(mold)을 얻어 낼 수 있었다. 우리는 첫 번째 연구로 곡면이 없는 대면적 AAO를 제작하고 이를 두번째 연구를 통해 넓은 면적의 UTAM을 제작하여 다양한 실험에 응용할 수 있으며, 이를 대면적 마스크로 사용하여 웨이퍼에 MACE를 통해 패턴을 전사시켜 금형을 만들어 사용할 경우, 매우 규칙적인 대면적 나노패턴을 높은 수율로 제작하는 일에 적용될 수 있어 광범위한 영역에 응용이 가능하다고 생각한다
바이오 계면으로서 나노패턴(nano pattern)을 가진 표면에 관한 분야는 나노바이오 재료 연구에 있어서 급성장하고 있는 영역이다. 나노다공성(Nanoporous)을 가지는 AAO(Anodized Aluminum Oxide)는 그 탁월한 재료특성으로 인하여, 특정한 세포의 거동을 제어하기 위하여 최적의 구조적인 크기를 갖고 있는 나노특성이 스캔(scan)될 수 있도록 하여주는, 나노패턴 형태의 세포계면 형성을 위한 주(Master)패턴으로서 점차 많은 관심을 받고 있다. 지금까지 활발했던 연구는 좁은 면적의 AAO패턴에 대하여 진행되어 왔지만, 연구가 진행됨에 따라 대면적 AAO제작도 요구 되었다.
그러나 대면적 AAO 제작에 있어서 주요 문제점중의 하나로 지적되고 있는 것은 넓은 면적에 걸쳐 형성되는 AAO의 나노패턴 균질성(uniformity)문제이다. 특별히, AAO층(Layer)이 보유하고 있는 완만한 곡면(gross curvature) 특성 때문에 AAO 나노패턴을 웨이퍼의 감광재료(photoresist) 층(Layer)에 전사(transfer) 할 때에 임프린트 되는 영역에서 균질성이 매우 낮게 나타난다. AAO의 나노다공성 패턴은 너무 작아서 커다란 곡면을 극복할 수 없으므로 AAO가 웨이퍼 상의 PR층(Layer)에 균일하게 전사(transfer)될 수가 없다. 커다란 곡면이 생성되는 원인에는 여러 가지 요소가 있다. 이러한 곡면들은 알루미늄 은박을 처리하는 과정에서 생길 수도 있고, 알루미늄 은박을 취급하는 과정에서도 생기며, 양극산화(anodization)를 위하여 전해질(electrolyte)을 젓는(stirring)과정에서 그리고 양극산화 과정 자체에서도 생긴다. 웨이퍼 위에 알루미늄 층을 쌓을 경우 우리는 커다란 곡면들이 생성되는 것을 방지할 수가 있다. 그러나 그 쌓는 층의 두께는 통상적으로 2 마이크로미터 이하로 제한되며, 잘 알려진 2단계 양극산화(2step-anodization)방법을 이용하여 나노구멍(nanopores)의 규칙적인 배열을 만족스럽게 생성시킨 다는 것은 어려운 일이다.
첫 번째 연구에서는, 2인치 웨이퍼(wafer)상에서 웨이퍼 위에 견고하게 부착된 알루미늄 호일(Foil)을 이용하여 만들어진 AAO패턴 임프린팅을 통하여, 대규모 AAO패턴을 PMMA 감광재료(photoresist)층(Layer)에 전사(transfer) 시키는 방법을 성공적으로 개발하게 되었다. Exonera Electrelease 라는 균일하게 스핀-코팅된 접착제 층을 이용하여 웨이퍼 위에 두께가 조절되는 알루미늄 은박 층을 부착하는 방법으로, 앞에서 언급한 바와 같은 원인으로 인하여 나타나는 대형 곡면(구부러짐)이 생성되는 것을 막을 수 있었다. 웨이퍼 표면 위에 알루미늄 은박 층을 부착하기 전에, 알루미늄 은박 층이 최대한 평평하여지도록 하기 위하여, 샘플 웨이퍼에 알루미늄 은박을 부착하기 전에 그 것을 두 개 웨이퍼의 중간에 두고 압력을 가하였다. 웨이퍼 표면 위에 알루미늄 은박 층을 부착하는 원리에 대하여는, Exonera Electrelease 응용방법에 대한 보고서를 참조, 채택하였으며 매우 얇은 박막을 운반, 취급하는 방법 등을 우리 목적에 맞게 수정하였다. 두 번째 연구에서는, UTAM(ultrathin alumina membrane)을 제작하고 이를 마스크(Mask)로 이용하여 MACE(Metal-Assisted Chemical Etching)를 통해 나노패턴을 웨이퍼 위에 전사 시킬 수 있었다. 매우 얇게 산화층이 형성된 AAO를 이용하여 UTAM을 획득하기 위해 CuCl2와 HCl의 혼합용액을 이용하여 알루미늄을 녹여내고 산화물 층(Oxide layer)를 얻어내 인산(Phosphoric acid) 용액에 담구어 배이어 층(Barrier layer)을 제거한다. 그 결과 우리는 나노패턴을 가지며 양단이 열려있는 막(membrane)을 얻을 수 있었다 UTAM을 웨이퍼 위에 올린 뒤 이를 마스크로 사용하여 금(Au)이나 백금(Pt)을 코팅하면 UTAM 나노기공의 육방(hexagonal)구조에 따라 일정한 배열을 가지는 나노 점(dot)이 웨이퍼 위에 형성되게 된다. 이러한 금속 점들을 촉매로 이용하여 MACE를 진행하면 비등방성을 나타내며 점 모양 그대로 웨이퍼에 식각이 이루어져 평평하고 단단하며 휘어지지 않는 나노패턴을 가진 금형(mold)을 얻어 낼 수 있었다. 우리는 첫 번째 연구로 곡면이 없는 대면적 AAO를 제작하고 이를 두번째 연구를 통해 넓은 면적의 UTAM을 제작하여 다양한 실험에 응용할 수 있으며, 이를 대면적 마스크로 사용하여 웨이퍼에 MACE를 통해 패턴을 전사시켜 금형을 만들어 사용할 경우, 매우 규칙적인 대면적 나노패턴을 높은 수율로 제작하는 일에 적용될 수 있어 광범위한 영역에 응용이 가능하다고 생각한다
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