[논문]플라즈마를 이용하여 소수성 처리 된 표면의 EHD 제트를 통한 패터닝 특성 비교 연구

오종식; 최재용; 이석한; 염근영

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오종식 (성균관대학교, 전자전기공학과) , 최재용 (성균관대학교, 전자전기공학과) , 이석한 (성균관대학교, 전자전기공학과) , 염근영 (성균관대학교, 신소재공학과)

EHD(Electrohydrodynamics, 전기수력학)를 기반으로 한 정전기장 유도 잉크젯(또는 EHD jet) 헤드는 적층, 식각 작업 등의 일련의 과정을 생략하게 해줌으로써 마이크로 단위의 패 터닝 작업을 용이하게 해주고, 대기압 플라즈마 발생장치를 이용한 표면의 개질은 친수성 특성을 갖는 표면을 소수성 특성을 갖도록 변형시켜 주어 접촉각을 높임으로써 패턴의 크기를 줄여주는 효과가 있다. 본 연구에서, 대기압 플라즈마 발생 장치를 이용하여 유리의 표면을 소수성 특성을 갖도록 개질하여 정전기장 유도 잉크젯 헤드 장치를 이용한 패터닝 작업시, 패턴의 크기를 대폭 감소시키는 효과를 얻을 수 있었다.

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문제 정의

특히, 친수성 성격을 갖는 물질들의 표면을 소수성 성격을 갖도록 그 특성을 변화시켜 접촉각을 크게 만듦으로써 표면 위에 토출된 액적이 차지하게 되는 면적을 줄어들게 하여 패턴의 크기를 감소시킬 수 있다. 본 연구에서는 친수성 표면 특성을 나타내는 유리 표면에 Photoresist를 도포한 후 대기압 플라즈마를 이용하여 소수성 특성을 갖도록 개질하여 정전기장 유도 잉크젯 헤드를 통해 토출된 패턴의 크기를 줄이는데 그 목적이 있다.

제안 방법

본 연구에서는 두 가지 장비 시스템을 이용하였다. 먼저, 그림1-1.
정전기장 유도 잉크젯 헤드를 이용하여 점 패턴과 줄 패턴을 각각 친수성과 소수성 특성을 갖는 표면에 토출시켜 그에 따른 패턴 크기를 비교해 보기 위하여 대기압 플라즈마 발생장치를 사용하여 일반적으로 친수성 특성을 갖는 유리 표면을 소수성 특성을 갖도록 개질하였다. 본 연구를 통해 높은 인가전압을 통해 작은 액적을 소수성 표면에 토출 시킨 경우 최대 78.
친수성 특성을 갖는 유리의 표면 특성을 소수성 특성을 갖도록 변형시키기 위해서 Photoresist를 도포한 후 대기압 플라즈마 장치를 이용하여 표면을 개질시킨다. 가스 주입구에 60 slm의 N₂ 가스와 500 sccm의 CF₄ 가스를 주입한 뒤 알루미늄 전극에 6 kV 정도의 높은 직류 전압을 가하게 되면 주입한 두 가스가 방전이 되면서 플라즈마를 형성하게 된다.
패턴크기의 변화를 자세하게 관찰하고자 인가전압을 200 V씩 높여가며 각 표면 상태에 따라 패턴크기를 조사하여 그래프1.에 나타내었다. 친수성 표면의 인가전압에 따른 패턴의 크기는 0.

성능/효과

5 kV에서 얻은 각 패턴의 친수성과 소수성 표면에서의 SEM(Scanning Electron Microscope) 관찰 사진을 보여준다. SEM 사진을 통해 패턴 모양을 관찰한 결과 비교적 낮은 인가전압인0 .9 kV를 가했을 경우 약 4 mm 정도의 패턴 크기를 얻을 수 있었고, 인가전압을 증가시켜 1.5 kV에서 액적을 토출 시킨 경우 약 2.8 mm 크기의 패턴을 얻을 수 있었다. 같은 조건에서 소수성 표면에 액적이 토출되었을 경우, 0.
정전기장 유도 잉크젯 헤드를 이용하여 점 패턴과 줄 패턴을 각각 친수성과 소수성 특성을 갖는 표면에 토출시켜 그에 따른 패턴 크기를 비교해 보기 위하여 대기압 플라즈마 발생장치를 사용하여 일반적으로 친수성 특성을 갖는 유리 표면을 소수성 특성을 갖도록 개질하였다. 본 연구를 통해 높은 인가전압을 통해 작은 액적을 소수성 표면에 토출 시킨 경우 최대 78.6%의 패턴 사이즈 감소 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있었다.
6 mm로 나타났다. 즉, 표면이 소수성으로 변함에 따라 패턴의 크기가 줄어든다는 것을 관찰할 수 있었다.
6 mm 로 나타나 친수성 표면과 비교하여 크게 패턴의 크기가 감소하는 것을 볼 수 있었다. 특히, 각 인가 전압에 따른 패턴크기 감소 효과는 50.0, 54.1, 60.6, 78.6% 로 나타나 인가전압이 증가하여 토출되는 액적의 크기가 줄어들수록 소수성 표면에서 얻을 수 있는 패턴 감소 효과가 증가한다는 것을 알 수 있었다.

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