마이크로 컨택트 프린팅 방법 및 장치 document_id A220623030897

마이크로 컨택트 프린팅은 양각패턴을 갖는 엘라스토머 스탬프를 사용하여 표면상에 구조물을 패터닝하는 기술이다. 이 스탬프는 패터닝되어 표면과 접촉하게 될 재료로 도포되고, 그 도포 잉크는 표면과 접촉하게 되는 양각 부위에만 전사된다. 현재의 마이크로 컨택트 프린팅 방법은 몇 가지 과제를 제시한다. 한가지 중요한 문제는 스탬프 표면의 패턴요소와 기판 사이에 확실한 접촉을 얻을 필요가 있다는 것이다. 전사되는 "잉크"는 기본적으로 분자로 된 단층이므로 스탬프(일반적으로 폴리디메틸실록산(PDMS) 등의 폴리머로 제조)가 기판과 긴밀하게 접촉하는 것이 필수적이다. 이는 많은 방법으로 달성할 수 있다. 이 스탬프 표면은 기판을 약간 지난 공칭위치에서 취할 수 있으므로 스탬프 표면 및 기판의 위치의 불가피한 부정확성에도 불구하고 긴밀한 접촉을 얻을 수 있다. 그러나, 이 방법은 매우 정확한 위치제어나 스탬프 압착의 이점을 가지므로 융기된 형상 사이의 스탬프 영역과 기판 사이의 접촉을 확립할 수 있는 가능성을 포함한 과도한 크기의 패턴변형을 일으킨다. 형상 크기가 5×10-6m의 크기일 때 수반되는 어려움을 알 수 있다. 이 문제에 대한 보다 복잡한 해결방법은 스탬프가 기판과 접촉할 때 접촉력을 제어하거나, 또는 측정하여 제어한다. 이런 제어를 성취하기 위해서는 많은 방법을 이용할 수 있다. 충분히 넓은 범위의 선형 변위에 걸쳐 균일한 접촉력을 확립하기 위해 동작제어기구에 스프링이나 유사 장치를 삽입할 수 있다. 다른 방법으로서, 동일한 목적으로 공기압 또는 유압 커플링을 사용하거나 또는 원동장치를 제어하기 위한 피이드백으로서 직접 힘 측정치를 이용할 수 있다. 이들 방법은 동작제어의 소망 정밀도를 저하시킨다는 점에서 접촉 문제를 완화시킨다. 그러나, 여기에는 몇 가지 결점이 있다. 스프링을 장착하는 간단한 계획안으로 마찰에 의해 접촉력이 변화하거나 기계적 구성요소가 변화하게 된다. 적절한 힘을 결정하는 것도 마찬가지로 오래된 방법일 수 있어서 스프링에서의 프리텐션(pretension)을 주의 깊게 조정해야 하거나 스프링 요소를 교체하여야 한다. 공기압 또는 유압 커플링을 사용하면 필요로 하는 조정이 쉬어지지만 마찰 및 제어의 문제가 존재한다. 동작제어장치에 힘을 피이드백하면 신속하고 제어 가능한 조정이 가능해져 기계적 변화를 본질적으로 보상할 수 있지만 패터닝 시스템의 비용에 상당히 추가된다. 가장 중요하게는 이런 해결방법들은 스탬프의 평면에 수직한 축선 방향 위치의 오류를 보상할 것이지만 이들 중 어느 것도 각도 변위를 마련하지 않는다. 스탬프가 초기에 평행하지 않은 방식으로 기판과 접촉하는 경우, 접촉력이 계속 인가되면 제 1 접촉영역에서 국부적으로 큰 스탬프 압착이 일어날 것이다. 전체 패턴영역의 긴밀한 접촉을 보장하기 위해 충분한 힘이 인가되는 경우는 초기의 접촉영역에서의 스탬프요소의 과도한 압착과 이후의 패턴 변형이 일어날 것이다. 동작제어장치, 스탬프 및 기판을 주의 깊게 감독, 설계 및 제조하고 고정밀도의 구성요소를 선택하면 상술한 문제점 중의 많은 문제점을 피하거나 경감할 수 있다. 그러나, 이 정도의 정밀도를 얻는 것은 비용이 많이 들고 매우 높은 유지관리비를 필요로 하는 시스템이 될 수 있다. 많은 응용에 대하여 이들 조건은 적합하지만 큰 체적의 생산 환경에 대해서 또는 다점 제조가 필요한 경우에는 보다 저렴하고 보다 튼튼한 방법이 바람직하다.