[논문]표면접촉 인쇄방식을 이용한 극미세 3차원 형상의 이식공정에 관한 연구

박상후; 정준호; 최대근; 김기돈; 알리알툰; 이응숙; 양동열; 공홍진; 이광섭

[국내논문] 표면접촉 인쇄방식을 이용한 극미세 3차원 형상의 이식공정에 관한 연구
Contact Print Lithography for Precise Transplantation of Three-dimensional Microstructures into a Microsystem 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.24 no.12 = no.201, 2007년, pp.136 - 142

박상후 (부산대학교 기계공학부) , 정준호 (한국기계연구원 나노공정장비센터) , 최대근 (한국기계연구원 나노공정장비센터) , 김기돈 (한국기계연구원 나노공정장비센터) , 알리알툰 (한국기계연구원 나노공정장비센터) , 이응숙 (한국기계연구원 나노공정장비센터) , 양동열 (한국과학기술원 기계공학과) , 공홍진 (한국과학기술원 물리학과) , 이광섭 (한남대학교 생명정보신소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Precise fabrication of three-dimensional (3D) self-standing microstructures on thin glass plates via two-photon induced polymerization (TPP) has been an important issue for innovative 3D nanodevices and microdevices. However, there are still issues remaining to be solved, such as building 3D microstructures on opaque materials via TPP and being able to implant them as functional parts onto practical systems. To settle these issues simply and effectively, we propose a contact print lithography (CPL) method using an ultraviolet (UV)-curable polymer layer. We report some of the possibilities and potential of CPL by presenting our results for transplanting 3D microstructures onto large-area substrates and also our examination of some of the effects of the process parameters on successful transplantation.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

그 중에서 제작된 3차원 형상을 시스템 내부의 원하는 위치에 옮겨 이식할 수 있는 기술개발이 필수적으로 요구된다. 본 연구에서는 임의의 표면에 제작된 형상을 옮겨 심을 수 있도록 하는 접촉인쇄 리소그래피 (contact print lithography; CPL) 공정을 제안하였다.
개발된 접촉인쇄 리소그래피 공정으로 극미세 3 차원 형상을 원하는 위치에 옮겨 심는 접촉 인쇄리소그래피 고정에 관련된 주요 공정조건을 검토해 보았다.

제안 방법

접착력에 대한 비교를 위하여 Fig. 4(a)와 같이 SAM 처리를한 시료와 처리하지 않은 시료 사이에 AMO NIL- MMS10 를 100 nm 두께로 도포하여 접합시킨 후 인장시험을 실시하였다. Fig.
그리고 안정된 접합을 위해서는 Fig. 2(b)에 표기한 것처럼 형상의 접합시 3차원 형상의 좌굴이나 변형이 발생하지 않도록 3차원 형상의 높이와 같은 간격필름 (thin gap film)을 이용하여 접합시 하중이 주어지더라도 변형이 발생하지 않도록 하였다.

대상 데이터

나노 스테 레오리소그래피 (nano-stereolithography) 공정은 80fs 의 펄스 폭, 작동주파수 80 MHz, 그리고 파장 780 nm 를 갖는 티타늄-사파이어 레이저를 광원으로 사용하며, 레이저 빔의 X, y 축 제어는 1.2 nm 분해능을 갖는 갈바노 (Gal.,ano) 스캐너를 이용하였다. z 축 방향에 대한 제어는 피에조(piezo-electric) 타입의 나노 스테이지를 이용하여 적층간격을 1 nm 수준으로 조절이 가능하다.
[Fig. 2(c) 참조] 접착제로는 100 nm 이하의 두께로 스핀코팅 (spin coating) 이 가능한 AMO NIL-MMS10 (AMO GmbH)를 사용하였다. 이러한 과정을 반복 수행하여 대면적에 다양한 기능을 가지는 3차원 구조물을 위치시켜 신 개념의 3 차원 소자 또는 시스템을 구성할 수 있다.
특히, 나노 스테레오리소그래피 공정으로 제작된 3차원 구조물이 운반체(carrier) 역할을 하는 박판유리에서 안정되게 분리시키기 위해서는 3차원 구조물과 박판유리 사이의 접착력을 저감시키는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 단분자막 (self-assembly monolayer, SAM) 층을 이용하여 접착력을 줄였으며 사용된 SAM 은 ((lH, lH, 2H, 2H-perfluorooctyl)trichlcrosilane; FOTS] 이다. Fig.

성능/효과

(2) 단분자막 처리를 통하여 3차원 구조물과 박판유리의 접착력을 저감시켜서 안정된 접촉인쇄 공정을 수행할 수 있음을 보였다.
(3) 이식되는 형상의 높이가 매우 작은 경우 이식할 표면에 있는 접착제가 모세관 현상으로 스며듬을 알 수 있으며, 안정된 이식을 위해서는 접착제의 점도가 높고 또한 형상 높이도 임계높이 이상이 되어야 함을 알 수 있었다.
(4) 간격필름의 두께와 제작된 3차원 형상의 높이가 동일할 때 이식이 가능함을 알 수 있었다.

후속연구

그러나 이러한 3차원 형상 이식공정이 실제 공정에서 이용되기 위해서는 본 연구에서 사용했던 간격필름을 사용하게 되면 인근에 존재하고 있는다른 3차원 구조물과 간섭이 일어나거나 밀집한 틈새에 3차원 형상을 이식하는 것이 불가능하게 됨으로 초정밀 제어를 통하여 정확한 이식 위치를 결정하여 스탬프를 고정한 다음 이식할 3차원 형상의 높이를 고려하여 수직으로 스탬프를 내린 뒤국부적으로만 UV 광을 조사하여 3차원 형상을 고정할 수 있는 정밀한 장치가 필수적으로 요구된다. 또한 스탬프로 사용되는 유리판이 이식하는 3 차원 형상에 비하여 너무 큰 경우 이러한 스탬프에 의하여 이미 이식된 구조물과 간섭이 일어날 수 있기 때문에 초미세 스탬프를 제작할 수 있는 연구가 향후 추가적으로 필요하다.
요구된다. 또한 스탬프로 사용되는 유리판이 이식하는 3 차원 형상에 비하여 너무 큰 경우 이러한 스탬프에 의하여 이미 이식된 구조물과 간섭이 일어날 수 있기 때문에 초미세 스탬프를 제작할 수 있는 연구가 향후 추가적으로 필요하다.
(1) 접촉인쇄 리소그래피 공정을 이용하여 원하는 위치에 극미세 3차원 형상을 이식시킬 수 있기 때문에 3 차원의 단일형상이 아닌 시스템형태로 다양한 응용사례가 도출될 것으로 사료된다.
(5) 접촉인쇄 공정을 통하여 향후 마이크로 시스템 구축에 대한 추가연구가 필요하다.

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Yang, D. Y., Park, S. H., Lim, T. W., Kong, H. J., Yi, S. W., Yang, H. K. and Lee, K. S., 'The smallest reproduction of three-dimensional artistic sculpture by multi-path scanning method with considering pattern collapse,' Appl. Phys. Lett., Vol. 90, No. 079903, 2007

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