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나노 공학실험 레포트
Capillary Force Lithography
바이오나노학부
1. Introduction
- 이번 실험의 목적은 고분자의 pattern을 만드는 것이다. 단순히 Mask를 놓고 찍어내는 방식이 아니라 고분자의 capillary force를 이용해서 넓은 범위의 pattern을 나타낼 것이다. Capillary force는 고분자 patterning에서 중요한 개념이 된다. 액체가 모세관을 적시면, 낮은 Gibbs free energy를 가지게 된다. 이 wetting이 Capillary를 일으킨다고 할 수 있다. 대표적인 방법이 micromolding in capillary 이다. 이 방법에는 약간의 단점이 존재하는데, 이 단점을 극복하기 위해 Solvent-assisted microcontact molding이 개발되었다. 이는 substrate에 두꺼운 polymer layer를 형성하여 elastomeric mold(탄성체 주형)에 용매를 wetting 하여표면에 thin layer만 패턴을 형성하는 방법이다.
이 CFL은 한마디로 열을 가해서 고분자의 유동성을 유발하는 nanoimprinting과 microcontact printing의 결합 형태이다. 그 결과 imprint의 뛰어난 패턴 형성과 압력을 가할 필요가 없는 microcontact의 장점을 동시에 갖는다…(생략)
2. 실험 이론
3. Materials and Method.
1)PDMS
① PDMS 60g과 경화제 6g을 종이컵에 따라 스푼으로 잘 저어준다. 이 때 주의해야할 점은 거품이 너무 많이 생기지 않도록 해야한다.
② 오븐에 넣고 10분 뒤 꺼내어 위로 떠오른 기포를 제거해준다. 기포가 다 없어질 때까지 이 과정을 반복한다.
③ 약 1시간이 지나면 꺼내어 경화를 판별한다. 완전히 굳을 때까지 기다린다. 경화제가 제대로 섞이지 않는다면 굳지 않을 수도 있으므로 주의한다.
2) PS
① PDMS가 오븐에 들어가 있는 동안 Spin coating을 한다. PS의 농도는 10%이다. 30초 3000rpm으로 spin coating 한다.
3) overall
① PDMS의 경화가 끝나면 master에서 떼어낸다.
② 원하는 master를 잘라낸다. 주의할 점은 칼로 잘 잘라지지 않으므로 작두를 내리듯이 떼어내야 한다.
③ master를 떼어내고 나면 이를 spin coating 한 PS wafer위에 기포가 중간에 들어가지 않도록 한쪽부터 눌러준다.
④ 140℃ oven에 올려놓는다. wafer가 녹을 수도 있으므로 바닥에 닿지 않도록 올려놓는다.
⑤ 20분 정도 기다린 후 wafer를 꺼낸다. 경우에 따라 시간이 걸릴 수도 있다. 본 실험은 약 1주일 정도가 지난 후 wafer를 꺼냈음을 미리 알린다.
⑥ wafer에서 PDMS를 벗겨 낸 후 패턴을 확인하고 SEM으로 다시 한번 패턴을 확인한다.
4. Result.
5. Sem Picture
6. Discussion
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후 패턴을 확인하고 SEM으로 다시 한번 패턴을 확인한다.
4. Result.
-결과부터 이야기를 하면 SEM 상에서는 패턴이 명확하게 드러나지는 않았다.
그러나 드러난 패턴의 길이는 우리가 처음에 목표했던 master의 두께만큼 나왔기 때문에 이론을 뒷받침 했다라고 볼 수 있다. 정확한 edge 구현이 되지 못한 것은 미세 패턴으로 갈수록 우수한 elastomeric mold를 만들기 어렵기 때문이다. 사진 상에서 보이겠지만 5μm의 패턴의 두께가 나타났음을 볼 수 있다. 패턴을 살펴 보았을 때 면적 내에서 결함없이 구조를 형성한 모습도 볼 수 있다. 실험 여건 상 oven 내에서 1주일 뒤에 꺼낸 것을 제외하면 빠른 시간 내에 고분자 패턴을 만들어내는 효과적인 방법임을 알 수 있었다.
5. Sem Picture
6. Discussion
- 실험은 대체적으로 성공적이었다. 처음에 경화제와 제대로 섞이지 않아서 PDMS가 굳는 시간이 조금 길어졌다. 또한 부분적으로 굳지 않은 부분이 있어서 제대로 패턴이 나타난 5μm master를 사용했다. 정확한 길이로는 약 5.665μm의 폭을 가진 패턴이 나타났다. 거의 오차가 나타나지 않았다. 이유는 mold의 분리를 하는 과정에서 변형의 문제점이 거의 없기 때문에 실용적인 방법이라 할 수 있다. 또한 imprinting처럼 강한 압력도 필요가 없고, wafer가 직접적으로 노출이 되기 때문에 surface 패턴 형성 공정에서 매우 효율적인 방법이다.
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