KR101345337B1 - 원자간력 현미경（ａｆｍ）을 이용한 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 또는 다중팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

원자간력 현미경（ａｆｍ）을 이용한 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 또는 다중팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치 및 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원자간력 현미경 이미징 수행방법인 딥-펜 나노리소그래피 기술에 관한 것으로, 더 상세하게는, 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 또는 다중팁을 이용한 잉크 시스템의 나노포지셔닝 기판 제조장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면, 원자간력 현미경 이미징 수행 방법에 있어서, 팁을 잉크로 코팅하는 제 1 잉크저장부 및 제 2 잉크저장부와, 잉크가 코팅된 팁을 세척하는 제 1 세척부 및 제 2 세척부와, 팁을 기판에 새기는 패턴 색인부와, 전압을 걸어주는 전극 연결부와, 코팅된 팁이 ㎛ 스케일의 면적에서 위치를 확인하거나 위치를 결정하는 위치 확인부를 포함하고, 상기 위치 확인부는, 전압-전류의 변화, 전압에 따른 AFM 팁의 휨정도, AFM 이미지를 통해 위치를 확인하도록 구성되어, 원자간력 현미경 팁의 위치 재현성을 이용하여 다중 바이오 물질을 기판에 집적함으로써, ㎛ 스케일의 면적에서 바이오 물질의 밀도를 높일 수 있는 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 또는 다중팁을 이용한 잉크 시스템의 나노포지셔닝 기판 제조장치 및 그 방법이 제공된다.

Description

원자간력 현미경（ＡＦＭ）을 이용한 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 또는 다중팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치 및 제조방법{Preparation apparatus and method of nanopositioning for one-tip multicomponent nano-inking system in the dip-pen nanolithography}
본 발명은 원자간력 현미경(AFM: Atomic Force Microscope)을 이용한 나노/마이크로 어레이의 제조 및 나노패터닝 이미지 획득방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 원자간력 현미경(AFM)을 이용한 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 또는 다중팁을 이용한 나노포지셔닝 기판의 제조장치와, 그러한 장치를 이용한 나노포지셔닝 기판 제조방법 및 이를 이용한 나노/마이크로 어레이의 제조 및 나노패터닝 이미지 획득방법에 관한 것이다.
종래, 딥-펜 나노리소그래피의 응용연구에서는, DNA, 단백질 및 항체를 기판표면에 고정하여 나노 어레이를 형성하며, 표면에 고정화된 생체고분자가 활성을 유지하는 것이 하나의 이슈가 되고 있다.
그러나 DNA, 단백질 등의 생체고분자 물질은, 잉크로서 사용될 때 쉽게 기판과 상호작용하지 않으며, 고정화 효율이 떨어지는 것으로 알려져 있다.
또한, 딥-펜 나노리소그래피에 의한 바이오칩의 제조는, 현재 시판되고 있는 바이오칩 시스템에 비해 수백만 배의 밀도 증가와 같은 이점이 제시되기는 하였으나, 각각의 원자간력 현미경 팁에 독립적인 컨텐츠를 로딩하기 위해서는 AFM팁과 비슷한 크기와 숫자의 잉크웰이 제조되어야 하고 각각의 나노웰에 독립적인 바이오 컨텐츠를 로딩해야 하는 문제로 인해, 실제 응용에서 비용이 급격히 상승하게 되는 단점이 있어, 결과적으로 한 가지의 단백질이나 DNA가 반복적으로 찍힌 실험은 많이 보고되었으나, 나노스케일에서 실용적인 바이오칩은 실제로 실현되지는 못하고 있다.
아울러, 다중 팁을 제조하는 방법에 있어서, 종래, 약 55,000개의 다중팁을 제조하는 방법과, 55,000개의 팁에 하나의 잉크용액만을 사용한 나노어레이를 제작한 예가 있으나, 이에 더하여 다양한 컨텐츠를 적층하는 것은 아직까지 시연되지 못하였다.
한편, 이와는 별도로, 약 백만개의 원자간력 현미경 팁이 집적된 캔틸레버 어레이(cantilever array)의 제조에 대한 연구가 진행되고 있으며, 이러한 대량의 단일 또는 다중 팁 모델은 딥-펜 나노리소그래피의 생산성을 확실히 증가시키는 장점이 있으나, 수 만장의 웨이퍼를 생산하는 조건에서는 여전히 광리소그래피의 생산성을 따라잡을 수 없다.
즉, 수백만 개의 다중 팁 시스템이 구현된다고 하여도, 개개의 원자간력 현미경 팁이 한 번 패턴형성을 한 후에 다시 그 위치를 찾아가는, 이른바 위치 재현성이 보장되지 않는다면, 초고밀도의 바이오칩의 구현은 거의 불가능에 가깝다고 할 수 있다.
그러나 현재의 기술은, 각각의 스팟 간격이 수 ㎛를 유지해야만 해당 잉크의 교차 오염을 방지할 수 있고, 예를 들면, 바이오 어레이의 경우, 패턴된 개별 스팟의 간격은 최소한 수 ㎛ 정도로 제한되는데, 이것 또한 위치 재현성과 밀접한 연관이 있다.
또한, 전자공학에 사용되는 최신의 광 리소그래피 나노 포지셔닝 기술에서는, 실리콘 또는 유리기판이 고정된 압전소자에 의해 수 나노미터의 위치재현성이 구현되는데, 이 경우, 기판과 포토마스크에 각각 표시된 정렬무늬(allignment marker)를 이용하거나, 더 세밀하게는, 격자(grating) 패턴의 간섭현상을 이용하여 수 나노미터의 위치 재현성을 구현하게 된다.
그러나 종래, 원자간력 현미경을 이용한 나노포지셔닝(nano-positioning)에서는, 수백 나노미터 이하의 위치재현성을 수 mm2의 운용면적에서 일관적인 프로세스로 실현한 예는 없었다.
즉, 실험실 수준에서는 AFM을 이용하여 미리 작은 마커 패턴(수십 나노미터 크기)을 표시해 둔 후에, 다른 잉크를 로딩한 다른 AFM 팁으로 교체한 후, 이전에 표시해둔 위치를 찾아가서(AFM 이미징을 통해) 원하는 나노패턴을 구현하는 예가 제시된 바 있었다.
그러나 이 과정에서는, 미리 패턴해 둔 마커를 찾는 과정에서 AFM 이미징을 반드시 수행해야만 하고, 또한, 그러한 과정 중에서 마커가 있는 표면이 AFM 팁에 묻어있는 잉크에 의해 오염되는 것을 피할 수 없다는 문제가 있었다.
따라서 현재의 기술수준에서는, 각기 다른 잉크분자들을 이용하여 딥-펜 나노리소그래피를 통해 수 개 내지 수백 개의 잉크를 이용한 나노어레이를 제작하는 데 있어서, 잉크가 바뀜에 따른 교차오염을 방지하기 위해서는, 각각의 나노어레이가 수백 나노미터에서 수 마이크로미터의 간격을 유지해야만 한다.
결과적으로, 현재의 기술수준에서는 AFM의 딥-펜 나노리소그래피를 이용한 초고밀도 나노어레이를 이용한 초고밀도 어레이 제작에 있어서의 효율성이 현저히 떨어지게 된다.
즉, 일반적으로, AFM을 위한 기판은 피에조모터에 의해 운용되는데(x축을 예로 들면, 최소 수백 nm에서 최대 수백 ㎛의 운동한계를 지님), AFM 팁을 바꾸는 과정에서 피에조모터의 운용면적을 초과하는 수백 ㎛에서 수 mm의 위치가 어긋나게 되므로, 이러한 위치 재현성에 대한 문제가 초고밀도 나노어레이를 제조하는데 있어서의 해결해야할 문제점으로 나타내게 된다.
또한, AFM팁의 교체 없이 피에조모터의 운용한계 이내에서 이용한다고 해도, 반복적인 운용 중에 피에조모터에 특징적인 히스테리시스가 발생하므로, 수십에서 수백 나노미터의 위치 어긋남을 피할 수 없게 된다.
결론적으로, 수 나노미터의 정밀도하에서 원자간력 현미경 팁을 반복적으로 정렬(align)하는 능력이 딥-펜 나노리소그래피를 이용한 바이오칩의 대량생산이나 초고밀도 바이오칩을 위한 병목(bottle neck) 기술이라 할 수 있다.
즉, 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여는, 딥-펜 나노리소그래피를 이용한 바이오칩의 대량 생산이나 초고밀도 바이오칩의 제조에 있어서 수 나노미터 정밀도하에서 원자간력 현미경 팁을 반복적으로 정렬(align)할 수 있는 장치나 방법을 제공하는 것이 요구되나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제공되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 딥-펜 나노리소그래피에 있어서 AFM 이미징(pre-scanning)을 수행하지 않고, 단일 또는 다중팁을 수 나노미터 이하의 정밀도를 가지고 정렬(align) 하기 위한 3차원 나노구조물과 잉크저장소를 포함하는 기판을 제작하여, 상용하는 원자간력 현미경(Atomic Force Microscope, AFM)을 이용하더라도 초고밀도 나노어레이의 제작을 가능하게 하는 원자간력 현미경(AFM)을 이용한 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 또는 다중팁을 이용한 나노포지셔닝 기판의 제조장치 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 원뿔과 같은 3차원 나노구조물 위에 금/은 전극을 코팅함으로써, 원자간력 현미경 팁과 금/은 전극에 전압을 인가하여 발생하는 전류특성 변화 또는 AFM 팁의 휨 정도에 따라 비접촉 방식으로 상기 나노구조물에 대한 AFM 팁의 정렬(alignment)이 가능한 원자간력 현미경(AFM)을 이용한 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 또는 다중팁을 이용한 나노포지셔닝 기판의 제조장치 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
아울러, 본 발명의 또 다른 목적은, 단일 또는 다중 AFM 팁의 잉크교체를 용이하게 하기 위해, 금 전극을 하이드로젤로 코팅함으로써, 딥-펜 나노리소그래피를 위해 배열된 외부 금 전극을 잉크 저장소로 사용하는 것이 가능한 원자간력 현미경(AFM)을 이용한 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 또는 다중팁을 이용한 나노포지셔닝 기판의 제조장치 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
더욱이, 본 발명의 또 다른 목적은, 하이드로젤을 이용하여 팁의 세척과정을 촉진시키는 과정을 포함함으로써, 원자간력 현미경 팁의 재사용이 가능한 원자간력 현미경(AFM)을 이용한 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 또는 다중팁을 이용한 나노포지셔닝 기판의 제조장치 및 그 방법을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 외부전극 패턴과 3차원 나노구조를 유리기판 위에 제조함으로써, 팁의 나노미터 수준의 나노 정렬(alignment)이 가능한 원자간력 현미경(AFM)을 이용한 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 또는 다중팁을 이용한 나노포지셔닝 기판의 제조장치 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 원자간력 현미경(Atomic Force Microscope ; AFM)을 이용한 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치에 있어서, 기판과, 상기 기판에 패턴을 새기기 위한 AFM 팁과, 상기 AFM 팁에 잉크를 적재하기 위한 제 1 잉크저장부와, 상기 잉크가 적재된 상기 AFM 팁의 위치를 확인하거나 이동할 위치를 결정하는 위치 확인부와, 상기 잉크가 적재된 상기 AFM 팁으로 상기 기판에 패턴을 새기는 부분인 패턴 색인부와, 상기 패턴 색인부에 패턴을 새기고난 후 상기 잉크가 적재된 상기 AFM 팁을 세척하는 제 1 세척부와, 상기 제 1 세척부에서 세척된 상기 AFM 팁에 잉크를 재적재하는 제 2 잉크저장부와, 상기 제 2 잉크저장부의 잉크로 재적재된 상기 AFM 팁을 이용하여 다시 상기 패턴 색인부에 패턴을 새긴 후에 상기 AFM 팁을 재세척하는 제 2 세척부와, 상기 AFM 팁 및 상기 위치 확인부에 전압을 인가하는 전극연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치가 제공된다.
여기서, 상기 제 1 및 제 2 잉크저장부는, 상기 AFM 팁에 잉크와 같은 화합물을 적재하고, 상기 제 1 및 제 2 잉크저장부에 저장된 상기 화합물은, 동일하거나, 또는, 각각 다른 종류일 수 있으며, 상기 화합물은, 잉크, 또는, 저분자 화합물이나, DNA와 단백질과 같은 생체 고분자 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 잉크저장부는, 2개 이상의 잉크 저장소를 포함하여 구성됨으로써, 상기 AFM 팁에 화합물을 반복하여 확실하게 적재하거나, 상기 AFM 팁에 적재된 잉크의 양을 조절할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 위치 확인부는, 상기 AFM 팁이 기존에 패턴이 형성된 지점으로 이동하여 원하는 위치로 이동하는 상기 AFM 팁의 위치 재현성을 구현하기 위해 기판상에 위치 기준점을 형성하여 잉크를 적재한 상기 AFM 팁의 원점 역할을 수행하고, 상기 위치확인부는, 전압-전류의 변화, 전압에 따른 상기 AFM 팁의 휨 정도, AFM 이미지를 통해 위치를 확인하여, 정렬된 상기 AFM 팁을 이용하여 잉크를 교체할 때마다 원점을 확인함으로써, 수 ㎛에서 수십 ㎛ 크기의 패턴 색인부의 면적에서 조밀하게 색인 또는 패턴형성이 가능하며, 간격 없이 동일한 위치에서도 색인 또는 적층이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 위치확인부의 상기 위치 기준점은, 원뿔형, 사각뿔, 삼각뿔, 원형을 포함하는 형태의 3차원의 나노구조체로서 형성되고, 상기 나노구조체는, 금(Au), 은(Ag) 또는 구리(Cu) 전극으로 구성되며, 상기 제 1 잉크저장부 및 상기 제 2 잉크저장부에 형성된 금(Au), 은(Ag) 또는 구리(Cu) 전극 위에 하이드로젤을 형성함으로써, 전압-전류의 조정에 따른 상기 잉크의 이동을 통하여 상기 AFM 팁의 세척과 새로운 잉크의 적재과정이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 패턴 색인부와 상기 위치 확인부는, 외부전원과 연결하기 위해 상용하는 전자빔 증착기(E-beam evaporator)를 이용하여 금 전극을 형성할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제 1 및 제 2 세척부는, 적어도 2개 이상의 세척부를 포함하여 상기 AFM 팁을 반복 세척함으로써 다음 잉크의 적재를 용이하게 하도록 구성되고, 수용액 또는 유기용매를 이용하여 상기 AFM 팁의 세척과정을 수행하며, 전압을 인가함으로써 기존에 적재된 잉크를 제거하는 세척과정이 촉진되거나, 특정한 바이오 물질간의 반응을 통해 새로운 종의 화합물을 제조하거나, 또는, 잉크로 사용된 생체고분자 물질의 화학적, 물리적 변형이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 전극 연결부는, 상기 제 1 및 2 세척부와 상기 제 1 및 제 2 잉크저장부에 전압을 인가하기 위하여 외부전원에 연결하기 위해, 전도성 접착제 또는 납땜을 이용하여 상용하는 전선과 연결되는 부위로서 구성되는 것을 특징으로 한다.
덧붙여, 상기 기판은, 실리콘, 실리콘 고무, 실리콘 레진, 폴리다이메틸실록산 또는 유리기판을 포함하고, 상기 기판은, 볼록하거나 파인 홈 구조인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 기판과, AFM 팁과, 상기 AFM 팁에 잉크를 적재하기 위한 제 1 잉크저장부와, 상기 잉크가 적재된 상기 AFM 팁의 위치를 확인하거나 이동할 위치를 결정하는 위치 확인부와, 상기 잉크가 적재된 상기 AFM 팁으로 기판에 패턴을 새기는 부분인 패턴 색인부와, 상기 패턴 색인부에 패턴을 새기고난 후 상기 잉크가 적재된 상기 AFM 팁을 세척하는 제 1 세척부와, 상기 제 1 세척부에서 세척된 상기 AFM 팁에 잉크를 재적재하기 위한 제 2 잉크저장부와, 상기 제 2 잉크저장부의 잉크로 재적재된 상기 AFM 팁을 이용하여 다시 상기 패턴 색인부에 패턴을 새긴 후에 상기 AFM 팁을 재세척하는 제 2 세척부와, 상기 AFM 팁 및 상기 위치 확인부에 전압을 인가하는 전극연결부를 포함하여 구성되는 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치를 이용하여 나노 포지셔닝 기판을 제조하는 나노 포지셔닝 기판 제조방법에 있어서, 상기 AFM 팁을 상기 제 1 잉크저장부에 위치하여 상기 AFM 팁에 잉크를 적재하는 단계와, 잉크가 적재된 상기 AFM 팁을 나노스테이지를 이용하여 상기 위치 확인부로 이동시키고 원점을 확인하는 단계와, 상기 위치 확인부에서 확인된 원점을 기준으로 상기 AFM 팁을 이동하여 상기 패턴 색인부에서 상기 기판에 딥-펜 나노리소그래피의 원리를 이용하여 원하는 패턴을 새기는 단계와, 패턴을 새긴 상기 AFM 팁을 상기 제 1 세척부로 이동하여 상기 AFM 팁을 세척하는 단계와, 세척된 상기 AFM 팁을 상기 제 2 잉크저장부에 접촉하여 새로운 화합물이나 생체 고분자물질을 두 번째 잉크로서 상기 AFM 팁에 적재하는 단계와, 상기 제 2 잉크저장부에서 새로운 화합물을 적재한 상기 AFM 팁을 나노스테이지를 이용하여 상기 위치 확인부로 이동시켜 원점을 확인하는 단계와, 확인된 상기 원점을 기준으로 상기 AFM 팁을 상기 패턴 색인부로 이동하여 상기 기판에 새롭게 적재된 잉크를 이용하여 기존의 패턴에 인접한 위치나 동일한 위치에 원하는 패턴을 새기는 단계와, 패턴을 새기고 난 상기 AFM 팁을 상기 제 2 세척부로 이동하여 다시 세척하는 단계와, 원하는 패턴이 완성될 때까지 상기한 과정을 반복하는 단계를 포함하여 구성됨으로써, 한정된 상기 패턴 색인부의 면적에 다양한 잉크를 이용하여 밀집된 패턴을 형성할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 나노 포지셔닝 기판 제조방법이 제공된다.
여기서, 상기 제 1 및 제 2 잉크저장부는, 2개 이상의 잉크 저장소를 포함하여 구성됨으로써, 상기 AFM 팁에 화합물을 반복하여 확실하게 적재하거나, 상기 AFM 팁에 적재된 잉크의 양을 조절할 수 있도록 구성되고, 상기 제 1 및 제 2 잉크저장부에 저장된 상기 화합물은, 동일하거나, 또는, 각각 다른 종류일 수 있으며, 상기 화합물은, 잉크, 또는, 저분자 화합물이나, DNA와 단백질과 같은 생체 고분자 물질을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 잉크 저장부에서 상기 AFM 팁에 잉크를 적재하는 단계는, 상기 AFM 팁에 잉크를 적재한 후 재차 확실하게 적재하거나, 상기 AFM 팁에 적재된 잉크의 양을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 위치확인부는, 원뿔형, 사각뿔, 삼각뿔, 원형을 포함하는 형태의 3차원의 나노구조체로서 형성되는 위치 기준점을 포함하고, 상기 나노구조체는, 금(Au), 은(Ag) 또는 구리(Cu) 전극으로 구성되며, 상기 원점을 확인하는 단계는, 상기 AFM 팁과 상기 위치 확인부에 인가된 전압에 따른 전류특성 또는 상기 AFM 팁의 휨 정도에 따라 나노스테이지를 구동하여 상기 AFM 팁을 비접촉식의 방법으로 상기 위치 확인부의 원뿔형 나노구조체의 첨단에 위치시키거나, 또는, 상기 위치 확인부 근처에서 접촉식으로 AFM 이미지를 획득하여 상기 AFM 팁을 상기 원뿔형 나노구조체의 첨단에 위치시킴으로써 상기 원점을 확인하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 패턴 색인부와 상기 위치 확인부는, 외부전원과 연결하기 위해 상용하는 전자빔 증착기(E-beam evaporator)를 이용하여 금 전극을 형성하는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 AFM 팁의 세척과정은, 상기 제 1 및 제 2 세척부가 적어도 2개 이상의 세척부를 포함하여 상기 AFM 팁을 반복 세척함으로써 다음 잉크의 적재를 용이하게 하도록 구성되고, 유기용매 또는 수용액의 방울이 형성된 상기 제 1 및 제 2 세척부의 전극과의 접촉을 통해서 이루어지며, 상기 제 1 및 제 2 세척부와 상기 AFM 팁 사이에 전압을 인가하여 상기 세척과정을 촉진할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 및 2 세척부와 상기 제 1 및 제 2 잉크저장부에 전압을 인가하기 위하여 외부전원에 연결하기 위한 상기 전극 연결부는, 전도성 접착제 또는 납땜을 이용하여 상용하는 전선과 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 기판은, 실리콘, 실리콘 고무, 실리콘 레진, 폴리다이메틸실록산 또는 유리기판을 포함하고, 상기 기판은, 볼록하거나 파인 홈 구조인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 원자간력 현미경(AFM)을 이용한 딥-펜 나노리소그래피에서의 다중 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치에 있어서, 기판과, 상기 기판에 패턴을 새기기 위한 적어도 2 이상의 AFM 팁과, 각각의 상기 AFM 팁에 대응하여 상기 AFM 팁에 잉크를 적재하기 위한 적어도 2 이상의 제 1 잉크저장부와, 각각의 상기 AFM 팁에 대응하여 상기 잉크가 적재된 상기 AFM 팁의 위치를 확인하거나 이동할 위치를 결정하는 적어도 2 이상의 위치 확인부와, 상기 잉크가 적재된 상기 AFM 팁으로 기판에 패턴을 새기는 부분인 패턴 색인부와, 각각의 상기 AFM 팁에 대응하여 상기 패턴 색인부에 패턴을 새기고난 후의 상기 AFM 팁을 세척하는 적어도 2 이상의 제 1 세척부와, 각각의 상기 AFM 팁에 대응하여 상기 제 1 세척부에서 세척된 상기 AFM 팁에 잉크를 재적재하기 위한 적어도 2 이상의 제 2 잉크저장부와, 각각의 상기 AFM 팁에 대응하고, 각각의 상기 제 2 잉크저장부에서 잉크가 재적재된 각각의 상기 AFM 팁을 이용하여 다시 상기 패턴 색인부에 패턴을 새긴 후에, 각각의 상기 AFM 팁을 재세척하는 적어도 2 이상의 제 2 세척부와, 각각의 상기 AFM 팁에 대응하여 상기 AFM 팁 및 상기 위치 확인부에 각각 전압을 인가하는 적어도 2 이상의 전극연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 딥-펜 나노리소그래피에서의 다중 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치가 제공된다.
여기서, 각각의 상기 제 1 및 제 2 잉크저장부는, 상기 AFM 팁에 잉크와 같은 화합물을 각각 적재하고, 각각의 상기 제 1 및 제 2 잉크저장부의 상기 화합물은, 각각 동일하거나, 또는, 각각 다른 종류일 수 있으며, 각각의 상기 제 1 및 제 2 잉크저장부의 상기 화합물은, 잉크, 또는, 저분자 화합물이나, DNA와 단백질과 같은 생체 고분자 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 각각의 상기 제 1 및 제 2 잉크저장부는, 2개 이상의 잉크 저장소를 포함하여 구성됨으로써, 상기 AFM 팁에 화합물을 반복하여 확실하게 적재하거나, 상기 AFM 팁에 적재된 잉크의 양을 조절할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
아울러, 각각의 상기 위치 확인부는, 각각의 상기 AFM 팁이 기존에 패턴이 형성된 지점으로 이동하여 원하는 위치로 이동하는 상기 AFM 팁의 위치 재현성을 구현하기 위해 기판상에 위치 기준점을 형성하여 잉크를 적재한 상기 AFM 팁의 원점 역할을 수행하고, 각각의 상기 위치확인부는, 전압-전류의 변화, 전압에 따른 상기 AFM 팁의 휨 정도, AFM 이미지를 통해 위치를 확인하여, 정렬된 상기 AFM 팁을 이용하여 잉크를 교체할 때마다 원점을 확인함으로써, 수 ㎛에서 수십 ㎛ 크기의 패턴 색인부의 면적에서 조밀하게 색인 또는 패턴형성이 가능하며, 간격 없이 동일한 위치에서도 색인 또는 적층이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
더욱이, 각각의 상기 위치확인부의 상기 위치 기준점은, 원뿔형, 사각뿔, 삼각뿔, 원형을 포함하는 형태의 3차원의 나노구조체로서 형성되고, 상기 나노구조체는, 금(Au), 은(Ag) 또는 구리(Cu) 전극으로 구성되며, 각각의 상기 제 1 잉크저장부 및 상기 제 2 잉크저장부에 형성된 금(Au), 은(Ag) 또는 구리(Cu) 전극 위에 하이드로젤을 형성함으로써, 전압-전류의 조정에 따른 상기 잉크의 이동을 통하여 상기 AFM 팁의 세척과 새로운 잉크의 적재과정이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 각각의 상기 패턴 색인부와 각각의 상기 위치 확인부는, 외부전원과 연결하기 위해 상용하는 전자빔 증착기(E-beam evaporator)를 이용하여 금 전극을 형성할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
아울러, 각각의 상기 제 1 및 제 2 세척부는, 적어도 2개 이상의 세척부를 포함하여 각각의 상기 AFM 팁을 반복 세척함으로써 다음 잉크의 적재를 용이하게 하도록 구성되고, 수용액 또는 유기용매를 이용하여 각각의 상기 AFM 팁의 세척과정을 수행하며, 전압을 인가함으로써 기존에 적재된 잉크를 제거하는 세척과정이 촉진되거나, 특정한 바이오 물질간의 반응을 통해 새로운 종의 화합물을 제조하거나, 또는, 잉크로 사용된 생체고분자 물질의 화학적, 물리적 변형이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
더욱이, 각각의 상기 전극 연결부는, 각각의 상기 제 1 및 2 세척부와 각각의 상기 제 1 및 제 2 잉크저장부에 전압을 인가하기 위하여 외부전원에 연결하기 위해, 전도성 접착제 또는 납땜을 이용하여 상용하는 전선과 연결되는 부위로서 구성되는 것을 특징으로 한다.
덧붙여, 상기 기판은, 실리콘, 실리콘 고무, 실리콘 레진, 폴리다이메틸실록산 또는 유리기판을 포함하고, 상기 기판은, 볼록하거나 파인 홈 구조인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 기판과, 상기 기판에 패턴을 새기기 위한 적어도 2 이상의 AFM 팁과, 각각의 상기 AFM 팁에 대응하여 상기 AFM 팁에 잉크를 적재하기 위한 적어도 2 이상의 제 1 잉크저장부와, 각각의 상기 AFM 팁에 대응하여 상기 잉크가 적재된 상기 AFM 팁의 위치를 확인하거나 이동할 위치를 결정하는 적어도 2 이상의 위치 확인부와, 상기 잉크가 적재된 상기 AFM 팁으로 기판에 패턴을 새기는 부분인 패턴 색인부와, 각각의 상기 AFM 팁에 대응하여 상기 패턴 색인부에 패턴을 새기고난 후의 상기 AFM 팁을 세척하는 적어도 2 이상의 제 1 세척부와, 각각의 상기 AFM 팁에 대응하여 상기 제 1 세척부에서 세척된 상기 AFM 팁에 잉크를 재적재하는 적어도 2 이상의 제 2 잉크저장부와, 각각의 상기 AFM 팁에 대응하고, 각각의 상기 제 2 잉크저장부에서 잉크가 재적재된 각각의 상기 AFM 팁을 이용하여 다시 상기 패턴 색인부에 패턴을 새긴 후에, 각각의 상기 AFM 팁을 재세척하는 적어도 2 이상의 제 2 세척부와, 각각의 상기 AFM 팁에 대응하여 상기 AFM 팁 및 상기 위치 확인부에 각각 전압을 인가하는 적어도 2 이상의 전극연결부를 포함하는 딥-펜 나노리소그래피에서의 다중 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치를 이용하여 나노포지셔닝 기판을 제조하는 나노포지셔닝 기판 제조방법에 있어서, 각각의 상기 AFM 팁을 각각의 상기 제 1 잉크저장부에 위치하여 상기 AFM 팁에 잉크를 각각 적재하는 단계와, 잉크가 적재된 각각의 상기 AFM 팁을 나노스테이지를 이용하여 각각의 상기 위치 확인부로 이동시키고 원점을 확인하는 단계와, 각각의 상기 위치 확인부에서 확인된 원점을 기준으로 각각의 상기 AFM 팁을 이동하여 상기 패턴 색인부에서 상기 기판에 딥-펜 나노리소그래피의 원리를 이용하여 원하는 패턴을 새기는 단계와, 패턴을 새긴 각각의 상기 AFM 팁을 각각의 상기 제 1 세척부로 이동하여 상기 AFM 팁을 각각 세척하는 단계와, 세척된 각각의 상기 AFM 팁을 각각의 상기 제 2 잉크저장부에 접촉하여 새로운 화합물이나 생체 고분자물질을 두 번째 잉크로서 상기 AFM 팁에 각각 적재하는 단계와, 각각의 상기 제 2 잉크저장부에서 새로운 화합물로 적재한 각각의 상기 AFM 팁을 나노스테이지를 이용하여 각각의 상기 위치 확인부로 이동시켜 원점을 확인하는 단계와, 확인된 상기 원점을 기준으로 각각의 상기 AFM 팁을 상기 패턴 색인부로 이동하여 새롭게 적재된 잉크를 이용하여 상기 기판에 기존의 패턴에 인접한 위치나 동일한 위치에 원하는 패턴을 새기는 단계와, 패턴을 새기고 난 각각의 상기 AFM 팁을 각각의 상기 제 2 세척부로 이동하여 다시 세척하는 단계와, 원하는 패턴이 완성될 때까지 상기한 과정을 반복하는 단계를 포함하여 구성됨으로써, 한정된 상기 패턴 색인부의 면적에 다양한 잉크를 이용하여 밀집된 패턴을 형성할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 나노 포지셔닝 기판 제조방법이 제공된다.
여기서, 각각의 상기 제 1 및 제 2 잉크저장부는, 2개 이상의 잉크 저장소를 포함하여 구성됨으로써, 각각의 상기 AFM 팁에 화합물을 반복하여 확실하게 적재하거나, 각각의 상기 AFM 팁에 적재된 잉크의 양을 조절할 수 있도록 구성되고, 각각의 상기 제 1 및 제 2 잉크저장부에 저장된 상기 화합물은, 동일하거나, 또는, 각각 다른 종류일 수 있으며, 상기 화합물은, 잉크, 또는, 저분자 화합물이나, DNA와 단백질과 같은 생체 고분자 물질을 포함하고, 각각의 상기 제 1 및 제 2 잉크 저장부에서 각각의 상기 AFM 팁에 잉크를 적재하는 단계는, 각각의 상기 AFM 팁에 잉크를 적재한 후 재차 확실하게 적재하거나, 상기 AFM 팁에 적재된 잉크의 양을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 각각의 상기 위치확인부는, 원뿔형, 사각뿔, 삼각뿔, 원형을 포함하는 형태의 3차원의 나노구조체로서 형성되는 위치 기준점을 각각 포함하고, 상기 나노구조체는, 금(Au), 은(Ag) 또는 구리(Cu) 전극으로 구성되며, 상기 원점을 확인하는 단계는, 각각의 상기 AFM 팁과 각각의 상기 위치 확인부에 인가된 전압에 따른 전류특성 또는 각각의 상기 AFM 팁의 휨 정도에 따라 나노스테이지를 구동하여 각각의 상기 AFM 팁을 비접촉식의 방법으로 각각의 상기 위치 확인부의 원뿔형 나노구조체의 첨단에 위치시키거나, 또는, 각각의 상기 위치 확인부 근처에서 접촉식으로 AFM 이미지를 획득하여 각각의 상기 AFM 팁을 상기 원뿔형 나노구조체의 첨단에 각각 위치시킴으로써 상기 원점을 확인하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 각각의 상기 패턴 색인부와 각각의 상기 위치 확인부는, 외부전원과 연결하기 위해 상용하는 전자빔 증착기(E-beam evaporator)를 이용하여 금 전극을 각각 형성하는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 각각의 상기 AFM 팁의 세척과정은, 각각의 상기 제 1 및 제 2 세척부가 적어도 2개 이상의 세척부를 포함하여 각각의 상기 AFM 팁을 반복 세척함으로써 다음 잉크의 적재를 용이하게 하도록 구성되고, 각각의 상기 AFM 팁의 세척과정은, 유기용매 또는 수용액의 방울이 형성된 각각의 상기 제 1 및 제 2 세척부의 전극과의 접촉을 통해서 이루어지며, 각각의 상기 제 1 및 제 2 세척부와 각각의 상기 AFM 팁 사이에 전압을 인가하여 상기 세척과정을 촉진할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 각각의 상기 제 1 및 2 세척부와 각각의 상기 제 1 및 제 2 잉크저장부에 전압을 인가하기 위하여 외부전원에 연결하기 위한 각각의 상기 전극 연결부는, 전도성 접착제 또는 납땜을 이용하여 상용하는 전선과 각각 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 기판은, 실리콘, 실리콘 고무, 실리콘 레진, 폴리다이메틸실록산 또는 유리기판을 포함하고, 상기 기판은, 볼록하거나 파인 홈 구조인 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 원자간력 현미경 팁의 위치 재현성을 이용하여 다중 바이오 물질을 유리기판에 집적함으로써, ㎛ 스케일의 면적에서 바이오 물질의 밀도를 높일 수 있는 원자간력 현미경(AFM)을 이용한 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 또는 다중팁을 이용한 나노포지셔닝 기판의 제조장치 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 금 전극이 패턴된 유리기판의 경우 원자간력 현미경과 연동되는 대면적인 20mm까지 나노 포지셔닝 시스템의 상용화가 가능한 원자간력 현미경(AFM)을 이용한 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 또는 다중팁을 이용한 나노포지셔닝 기판의 제조장치 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 실제로 응용이 가능한 초고밀도와 초고용량의 바이오칩 구현이 가능한 원자간력 현미경(AFM)을 이용한 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 또는 다중팁을 이용한 나노포지셔닝 기판의 제조장치 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따르면, 타겟이 되는 바이오분자들의 위치를 재배열하여 새로운 물성에 대한 연구가 가능한 원자간력 현미경(AFM)을 이용한 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 또는 다중팁을 이용한 나노포지셔닝 기판의 제조장치 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 유리기판 위에 고정된 다양한 바이오 분자간의 상호작용을 실시간으로 관찰할 수 있는 플랫폼(platform)을 제조함으로써, 생화학, 생물학, 신경과학 등에서 생체분자간의 상호작용이 가능하게 하는 원자간력 현미경(AFM)을 이용한 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 또는 다중팁을 이용한 나노포지셔닝 기판의 제조장치 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제 1 실시예로서, 딥-펜 나노리소그래피에서 단일 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2a ~ 도 2k는 도 1에 나타낸 본 발명의 제 1 실시예에 따른 딥-펜 나노리소그래피에서 단일 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치를 이용한 나노포지셔닝 기판 제조방법의 각 단계를 순차적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 나타낸 본 발명의 제 1 실시예에 따른 딥-펜 나노리소그래피에서 단일 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치를 이용한 나노포지셔닝 기판 제조방법에서, AFM 팁의 원점 정렬을 위한 나노구조체와 원자간력 현미경 팁 사이의 전압에 따른 위치측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1에 나타낸 본 발명의 제 1 실시예에 따른 딥-펜 나노리소그래피에서 단일 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치를 이용하여 제조된 나노포지셔닝 기판의 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 제 2 실시예로서, 딥-펜 나노리소그래피에서 다중 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6a ~ 도 6j는 도 5에 나타낸 본 발명의 제 2 실시예에 따른 딥-펜 나노리소그래피에서 다중 팁을 이용한 잉크 시스템을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조방법의 각 단계를 순차적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 원자간력 현미경(AFM)을 이용한 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 또는 다중팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치 및 그 제조방법의 상세한 내용에 대하여 설명한다.
즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 또는 다중팁을 이용한 나노포지셔닝 기판의 제조장치 및 그 제조방법과, 이를 기반으로 딥-펜 나노리소그래피를 이용한 나노어레이 또는 나노패턴을 제작하고 만들어진 패턴의 원자간력 현미경 이미지 획득 방법을 제공하고자 하는 것이다.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
또한, 이하의 설명에서 사용되는 용어들은 본 발명에 따른 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 의미는, 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있으며, 따라서 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 원자간력 현미경(AFM)을 이용한 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 또는 다중팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치 및 그 제조방법의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명의 제 1 실시예로서 딥-펜 나노리소그래피에서 단일 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 딥-펜 나노리소그래피에서 단일 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치(10)는, AFM 팁(18)을 잉크로 코팅하는 제 1 잉크저장부(11), 잉크로 코팅된 AFM 팁(18)의 위치를 확인하거나 이동할 위치를 결정하는 위치확인부(12), 잉크가 코팅된 AFM 팁(18)으로 기판에 패턴을 새기는 부분인 패턴 색인부(13), 패턴 색인부(13)에 패턴을 새기고난 후 잉크가 코팅된 AFM 팁(18)을 세척하는 제 1 세척부(14), 제 1 세척부에서 세척된 AFM 팁(18)을 잉크로 재코팅하는 제 2 잉크저장부(15), 제 2 잉크저장부의 잉크로 코팅된 AFM 팁(18)을 이용하여 패턴 색인부에 다시 패턴을 새긴 후에 AFM 팁(18)을 재세척하는 제 2 세척부(16), AFM 팁(18) 및 위치 확인부에 전압을 인가하는 전극 연결부(17)를 포함하여 구성된다.
더 상세하게는, 제 1 잉크저장부(11)는, AFM 팁(18)을 잉크 화합물로 코팅하기 위한 것으로, 여기서, 상기한 화합물은 동일하거나 다른 것으로, 잉크 또는 생체 고분자나 저분자 화합물을 사용한다.
또한, 위치확인부(12)는, 팁의 위치 재현성을 구현하기 위해 잉크를 로딩한 AFM 팁(18)의 원점 역할을 수행하는 것이다.
더 상세하게는, 위치확인부(12)는, AFM 팁(18)이 제 1 잉크저장부(11, 15)와 제 1, 2 세척부(14, 16) 사이에서 수 mm 거리를 반복적으로 이동한 후, 패턴 색인부(13)에서 딥-펜 나노리소그래피를 수행하기 전에, 기존에 패턴이 형성된 지점으로 이동하기 위한 원점 역할을 한다.
또한, 위치확인부(12)는, 전압-전류의 변화에 따라 위치를 결정하며, AFM 팁(18)과 원뿔형 또는 사각뿔형 나노구조물에 인가된 전압에 따른 전극에 흐르는 전류특성 또는 AFM 팁(18)의 휨정도에 따라 비접촉식으로 AFM 팁(18)의 위치를 결정한다.
즉, 도 1에 나타낸 바와 같이, 위치확인부(12)에는, 원뿔 또는 사각뿔형 나노구조체를 형성하며, 이러한 원뿔 또는 사각뿔형 나노구조체는, 금(Au)/은(Ag)/구리(Cu) 전극으로 코팅된 것일 수 있다.
여기서, 제 1 잉크저장부(11), 제 2 잉크저장부(15)에 형성된 금(Au)/은(Ag)/구리(Cu) 전극 위에 하이드로젤을 형성함으로써, 전압-전류의 조정에 따른 바이오물질(잉크)의 이동을 통하여 팁의 세척과 새로운 잉크(바이오물질 또는 저분자 화합물)의 로딩과정이 가능하게 된다.
또한, 패턴 색인부(13)는, 원점이 정렬되고 다양한 잉크가 로딩된 AFM 팁(18)을 이용하여, 원하는 나노어레이 또는 나노패턴을 딥-펜 나노리소그래피 방법을 이용하여 기판(19)에 새기는 부분으로, 실제 나노패턴이나 나노어레이가 형성되어, 바이오칩과 같이 실제로 응용되는 부분이다.
여기서, 패턴 색인부(13)와 위치 확인부(12)는, 외부전원과 연결하기 위해 상용하는 전자빔 증착기(E-beam evaporator)를 이용하여 금 전극을 형성할 수 있다.
상기한 바와 같이, 정렬된 AFM 팁(18)을 이용하여 잉크를 교체할 때마다 원점을 확인함으로써, 수 ㎛에서 수십 ㎛ 크기의 패턴 색인부(13)의 면적에서 조밀하게 색인 또는 패턴형성이 가능하며, 간격 없이 동일한 위치에서도 색인 또는 적층이 가능하게 된다.
계속해서, 제 1 세척부(14)는, 잉크가 코팅된 팁을 세척하는 것으로, 전압을 인가함으로써, 기존에 로딩된 잉크를 제거하는 세척과정이 촉진되거나, 특정한 바이오 물질간의 반응을 통해 새로운 종의 화합물을 제조하거나, 또는, 잉크로 사용된 생체고분자 물질의 화학적/물리적 변형이 가능하다.
또한, 제 2 잉크저장부(15)는, 미리 색인된 기판(19)의 동일한 위치나 매우 근접한 위치(수십 나노미터 이하의 거리)에 새로운 종류의 잉크를 이용한 나노어레이를 제작하거나, 나노패턴을 새기기 위해, AFM 팁(18)에 잉크분자들을 적재하기 위한 부분이며, 구조적으로 제 1 잉크저장부(11)와 유사하다.
아울러, 제 2 세척부(16)는, 기판(19)의 원하는 위치에 잉크를 새기고 팁을 세척하는데 이용되며, 제 1 세척부(14)와 병행되어 사용될 수 있다.
여기서, 제 1 및 제 2 세척부(14, 16)를 통한 AFM 팁(18)의 세척과정은, 수용액 또는 유기용매를 이용하여 수행될 수 있다.
또한, 전극 연결부(17)는, 제 1, 2 세척부(14, 16)와 제 1, 2 잉크저장부(11, 15)에 전압을 인가하기 위하여 외부전원에 연결하기 위한 부분으로, 전도성 접착제 또는 납땜을 이용하여 상용하는 전선과 연결되는 부위로서 구성될 수 있다.
아울러, 기판(19)은, 다수의 패턴을 형성하며, 실리콘, 실리콘 고무, 실리콘 레진, 폴리다이메틸실록산 또는 유리기판을 사용할 수 있다.
여기서, 기판(19)상에 형성되는 다수의 패턴 영역은, 볼록하거나 파인 홈 구조인 것이 가능하다.
따라서 상기한 바와 같은 나노포지셔닝 기판 제조장치(10)를 이용하여, 잉크의 종류에 따라, 도 2 내지 도 3을 참조하여 이하에 후술하는 바와 같은 과정을 반복함으로써, 단일 AFM 팁을 이용하더라도 다양한 잉크를 이용하여 정밀한 나노패턴을 형성하거나 동일한 위치에 다양한 물질을 적층할 수 있다.
계속해서, 도 2 및 도 3을 참조하여, 상기한 바와 같이 구성된 나노포지셔닝 기판 제조장치(10)를 이용하여 기판상에 나노패턴을 형성하는 구체적인 동작에 대하여 설명한다.
즉, 도 2를 참조하면, 도 2a 내지 도 2k는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치(10)의 나노포지셔닝 동작을 각각 순차적으로 나타내는 도면이다.
더 상세하게는, 도 2에 나타낸 바와 같은 원자간력 현미경 이미징 수행방법에 있어서, 먼저, 도 2a에 나타낸 바와 같이, AFM 팁(18)을 제 1 잉크저장부(11)에 위치하여 AFM 팁(18)에 잉크를 코팅한다.
즉, 제 1 잉크저장부(11)는 화합물을 이용하여 AFM 팁(18)을 코팅하는 장소로서, 이때, 상기한 화합물은, 매 잉크 저장부별로 동일하거나 다른 종류의 잉크를 사용할 수 있으며, 상용하는 잉크 또는 생체 고분자 물질이나 저분자 화합물을 사용할 수 있다.
다음으로, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 제 1 잉크저장부(11)에서 AFM 팁(18)을 화합물에 코팅한 것을 기판에 새기기 위해 한 번 더 잉크를 확실하게 코팅하거나, AFM 팁(18)에 적재된 잉크의 양을 조절하거나, AFM 팁(18)의 상태를 확인하기 위해 전극에 접촉하는 과정 수행한다.
여기서, 도 2b에 나타낸 과정에서는, 도 2a에 나타낸 과정에서와 같은 잉크를 사용하는 것을 전제로 한다.
이어서, 도 2c에 나타낸 바와 같이, 코팅된 AFM 팁(18)을 나노스테이지를 이용하여 위치 확인부(12)로 이동시킨다.
이때, 나노스테이지는 AFM을 위해 내장된 것을 이용하며, 수동 또는 자동이 가능하고, 일반적으로 상용의 AFM 기기에 비치된 광학현미경을 이용하여 위치 확인부(12) 근처로 대략적으로 AFM 팁(18)을 위치시킨다.
여기서, 도 2에 있어서는, 네 곳에 여섯 개의 원뿔형 구조체가 각각 표시되어 있으나, 본 발명은 이러한 구성으로 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 하나 또는 하나 이상의 원뿔형 구조체를, 하나 이상의 위치에 제작할 수 있다.
이와 같이, 위치 확인부(12) 위에 대략적으로 위치된 AFM 팁(18)과 위치 확인부(12)에 인가된 전압에 따른 전류특성 또는 AFM 팁(18)의 휨 정도에 따라 나노스테이지를 구동하여 AFM 팁(18)을 비접촉식의 방법으로 원뿔형 나노구조체의 첨단에 위치시킨다.
또는, 위치 확인부(12) 근처에서 접촉식으로 AFM 이미지를 획득하여 AFM 팁(18)을 원뿔형 나노구조체의 첨단에 위치시킬 수도 있다.
다음으로, 도 2d에 나타낸 바와 같이, 도 2c에서 정한 원점을 기준으로 AFM 팁(18)을 이동하여, 패턴 색인부(13)에서 기판(19)에 딥-펜 나노리소그래피의 원리를 이용하여 원하는 패턴을 새긴다.
그 후, 도 2e에 나타낸 바와 같이, 패턴을 새긴 AFM 팁(18)을 AFM에 내장된 광학현미경을 보면서 제 1 세척부(14)로 이동하여 AFM 팁(18)을 세척한다.
이때, 이동거리는 수백 ㎛에서 수십 mm에 이를 수 있으며, 또는, AFM 이미징을 위한 피에조 구동을 이용한 나노스테이지를 이용하지 않고, 수동의 현미경 스테이지나 수십 mm의 이동거리를 가지는 또 다른 스테이지를 이용할 수 있다.
또한, AFM 팁(18)의 세척과정은, 단순히 유기용매 또는 수용액의 방울이 형성된 제 1 세척부(14)의 전극과의 접촉을 통해서 이루어지거나, 제 1 세척부(14)와 AFM 팁(18) 사이에 전압을 인가하여 상기한 세척과정을 촉진할 수 있다.
즉, 예를 들면, DNA와 같이, 음전하가 많이 존재하는 생체 고분자 물질의 경우는, 음(-) 전압을 걸어줌으로써 한쪽 방향으로의 이동이 촉진될 수 있다.
다음으로, 도 2f에 나타낸 바와 같이, AFM 팁(18)을 한 번 더 세척하여 다음 잉크의 적재를 용이하게 한다.
이어서, 도 2g에 나타낸 바와 같이, 세척된 AFM 팁(18)을 제 2 잉크저장부(15)에 접촉하여 새로운 화합물이나 생체 고분자물질을 두 번째 잉크로서 AFM 팁(18)에 적재한다.
그 후, 도 2h에 나타낸 바와 같이, 제 2 잉크저장부(15)에서 새로운 화합물에 코팅한 AFM 팁(18)을 기판(19)에 새기기 위해 한 번 더 잉크를 코팅하거나 닦아 주는 과정을 거치며, 이는 상술한 도 2b의 잉크 적재과정과 유사하다.
다음으로, 도 2i에 나타낸 바와 같이, 새롭게 코팅된 AFM 팁(18)을 나노스테이지를 이용하여 위치 확인부(12)로 대략적으로 이동시킨 후, 도 2c를 통하여 설명한 바와 같이, AFM 팁(18)과 위치 확인부(12)에 인가된 전압에 따른 전류특성 또는 AFM 팁(18)의 휨 정도에 따라 나노스테이지를 구동하여 AFM 팁(18)을 원뿔형 나노구조체의 첨단에 위치시킴으로써 원점을 찾아낸다.
계속해서, 도 2j에 나타낸 바와 같이, 코팅된 AFM 팁(18)을 나노스테이지를 이용하여 이동시키고, 패턴 색인부(13)에서 기판(19)에 접촉하여 새롭게 로딩된 잉크를 이용하여 기존의 패턴에 인접한 위치나 동일한 위치에 원하는 패턴을 새긴다.
이어서, 도 2k에 나타낸 바와 같이, 패턴을 새기고 난 AFM 팁(18)을 제 2 세척부(16)로 이동하여 세척한다.
따라서 상기한 바와 같이, 사용자의 필요에 따라 상기한 도 2a 내지 도 2k의 과정을 반복함으로써, 한정된 패턴 색인부(13)의 면적에 다양한 잉크를 이용하여 최대한 밀집된 패턴을 형성할 수 있다.
계속해서, 도 3을 참조하면, 도 3은 상기한 바와 같은 도 1 및 도 2에 도시된 나노포지셔닝 기판 제조장치(10)에서의 AFM 팁(18)의 원점 정렬을 위한 나노구조체와 AFM 팁(18) 사이의 전압에 따른 위치측정 방법을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
즉, 도 3에 나타낸 바와 같이, AFM 팁(31)의 원점 정렬 방법은, 나노구조체(32)와 AFM 팁(31) 사이에 인가된 전압에 의한 전류특성의 변화, 또는, AFM 팁(31)의 휨 정도에 따라 AFM 팁(31)이 나노구조체(32)의 첨단에 위치했는지의 여부를 판별함으로써 이루어진다.
더 상세하게는, 일반적으로, AFM 팁의 미세한 위치조정은 AFM 기기상에 포함된 나노스테이지를 이용하는데, 본 발명에 따른 방법은, 전류특성의 변화와 AFM 팁(31)의 휨 정도를 통하여 AFM 팁(31)과 나노구조체(32)의 접촉이 없이 원점을 찾는 방법이다.
또한, 다른 방법으로, 나노구조체(32) 위에 대략적으로 위치된 AFM 팁(31)을 이용하여 작은 면적의 AFM 이미지를 얻어 나노구조체(32)의 첨단 위로 AFM 팁(31)을 위치시킬 수 있는데, 이 경우, 접촉식의 방법으로 패턴 색인부(13)의 교차 오염을 최소화하면서 원점 정렬을 하는 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에서는, 상기한 바와 같은 위치 기준점을 위한 3차원 나노구조물을 제작하기 위하여, 여러 가지 실리콘 웨이퍼 중에서, 결정면이 (100)이고 저항률이 10 ~ 35인 p형 실리콘 기판을 사용하였다.
즉, 초기 세정 후 TMAH(Tetramethylammoniom hydroxide) 식각의 마스킹 물질로 질화막(Si3N4)을 저압 화학 기상 증착기(low pressure chemical vapor deposition, LPCVD)를 이용하여 1000타 증착하였다.
그 후, 이와 같이 질화막이 증착된 웨이퍼를 아세톤, 에탄올 및 3차 증류수 순으로 세척하고, 감광막의 접착력을 높이기 위해 O2 플라즈마(Oxygen plasma) 공정을 500W의 바이어스에서 40초 시행하였다.
다음으로, 포토레지스트(AZ5214 PR)를 이용하여 패턴 영역을 정의하였으며, O2 플라즈마 공정을 300W의 바이어스(bias)에서 20분간 시행하여 현상이 덜 된 부분의 감광막을 제거하였다.
이후, RIE(reactive ion etch)를 이용하여 질화막을 식각하였고, 이때, 25 sccm의 CF4 가스와 60W의 바이어스에서 4분간 에칭하였다.
예를 들면, 도 2a 내지 도 2k에 표시된 영역의 질화막이 남게 되고, 위치 확인부(12)와 패턴 색인부(13)가 2차원적으로 정의된다.
이어서, 4 wt%, 80 TMAH 수용액에 30%의 IPA(Isopropyl alcohol)를 첨가하여 30분간 반응시켜 위치 확인부(12)의 나노구조체(32)를 형성하고, 또한, 패턴 색인부(13) 영역은 편평하면서 볼록하게 솟은 테이블을 형성한다.
여기서, 다수의 나노구조체(32)는 원뿔형, 사각뿔형, 원기둥형 등 3차원 형상인 것을 포함하며, 실리콘, 실리콘 고무, 실리콘 레진, 폴리다이메틸실록산 또는 유리기판도 사용 가능하다.
즉, 다양한 재료의 기판 위에 나노구조체(32)를 형성하기 위하여, 상기 설명된 방법으로 제작된 실리콘 기판을 원판으로 이용하여, 유동성이 있는 폴리다이메틸실록산(PDMS) 탄성체를 위치 확인부(12)와 패턴 색인부(13)를 포함하는 전 영역에 고루 도포한 후 굳혀서 나노구조체(32)와 반대의 음영을 가진 틀을 만든다.
이렇게 만들어진 PDMS 음각 틀 위에 유동성을 지닌 실리콘 레진이나 다양한 고분자 물질을 음각된 틀 위에서 굳힌 후 전자빔 증착기(E-beam evaporator)를 이용하여 금 전극을 형성시켜 주면, 상기 설명한 나노구조체(32)와 동일한 3차원적 구조를 가지면서도 다양한 물성을 가지는 나노포지셔닝 기판을 제작할 수 있다.
상기한 바와 같이 원뿔형, 사각뿔형, 원형 등의 3차원의 나노구조체(32)를 금(Au) 전극으로 코팅하여, 상기 설명한 실리콘 나노포지셔닝 기판과 유사하게 AFM 팁(31)과 전압을 인가할 수 있는 전극(33)을 포함하는 기판(34)을 완성한다.
따라서 단일 또는 다중 팁을 이용하여 잉크를 팁에 코팅한 다음, AFM 팁의 위치정렬을 위한 나노구조체를 이용하여 기준점(원점) 위로 AFM 팁을 정렬한 후에, 미리 정해진 거리만큼 패턴 색인부로 이동하여 색인한다.
이에 따라, 다양한 잉크에 따른 반복사용이 가능하며, 여기서, 제 1 잉크저장소(11)와 제 2 잉크저장소(15) 또는 그 이상의 잉크저장소에서의 잉크의 색깔은, 예를 들면, 빨강, 주황, 노랑, 녹색, 파란, 남색, 보라색 순으로 배열할 수도 있으며, 동일한 색깔도 가능하다.
즉, 일단 한 가지 잉크를 이용하여 나노패턴을 형성한 후에, 단일 또는 다중 팁을 세척부로 대략적으로 이동하여, 도 2e를 참조하여 설명한 바와 같이 세척한 다음, 위치 기준점으로 이동하여 기준점 정렬을 반복한다.
따라서 도 3에 나타낸 바와 같이, 기판(34) 위에 금 전극(33)을 형성하여 단일 또는 다중 AFM 팁(31) 사이에 전압을 걸어 줌으로써, 나노구조체(32)와 AFM 팁(31) 사이의 전압에 따른 전류변화/AFM 팁(31)의 휨 변화/AFM 이미징을 통하여 나노구조체(32)에 대한 AFM 팁(31)의 위치측정이 가능하고, 내장된 나노스테이지를 이용하여 나노구조체(32)의 첨단을 찾음으로써 AFM 팁(31)의 원점 정렬이 가능하게 된다.
다음으로, 도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치(10)를 통하여 제조된 나노포지셔닝 기판(40)의 전자현미경 구조를 나타내는 사진이다.
즉, 도 4를 통하여, 상기한 바와 같은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 나노포지셔닝 기판 제조장치(10)를 이용하여 제조된 기판(40)상에 형성된 원뿔형의 나노구조체(41)와, 위치확인부(42), 패턴 색인부(43), 제 1 및 제 2 잉크저장부(44, 45)를 각각 확인할 수 있다.
다음으로, 도 5 내지 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 원자간력 현미경(AFM)을 이용한 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 또는 다중팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치 및 그 제조방법의 제 2 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
즉, 도 5를 참조하면, 도 5는 본 발명에 따른 제 2 실시예로서, 다중 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치(50)의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
여기서, 설명을 간략히 하기 위해, 상기한 제 1 실시예의 나노포지셔닝 기판 제조장치(10)와 동일한 부분에 대하여는, 그 상세한 설명을 생략하고, 다른 부분에 대하여만 설명한다.
즉, 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다중 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치(50)는, 제 1 잉크 저장부(51), 위치 확인부(52), 패턴 색인부(53), 제 1 세척부(54), 제 2 잉크 저장부(55), 제 2 세척부(56), 전극 연결부(57), AFM 팁(58) 및 기판(59)을 포함하여 구성되는 점은 상기한 제 1 실시예와 동일하나, 제 2 실시예에 따른 나노포지셔닝 기판 제조장치(50)는, AFM 팁(58)이 복수로 구비되고, 그에 따라 나머지 제 1 잉크 저장부(51), 위치 확인부(52), 제 1 세척부(54), 제 2 잉크 저장부(55), 제 2 세척부(56), 전극 연결부(57)도 각각 복수로 구비되어 있는 점이 다르다.
따라서 상기한 바와 같은 구성을 통하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다중 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치(50)를 이용하면, 후술하는 바와 같이 하여, 한번에 여러 가지의 잉크를 이용하여 복수의 더욱 패턴을 용이하게 형성할 수 있다.
즉, 도 6을 참조하면, 도 6a 내지도 6j는, 상기한 바와 같은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다중 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치(50)의 전체적인 동작을 순차적으로 나타내는 도면이다.
즉, 도 6에 나타낸 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다중 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치(50)의 전체적인 동작도, 기본적으로는 상기한 바와 같이 도 2a 내지 도 2k를 참조하여 설명한 제 1 실시예의 나노 포지셔닝 기판 제조장치(50)의 동작과 유사하게, AFM 팁에 잉크를 코팅한 뒤 패턴을 새기고, 그 후 팁을 세척한 후 다시 다른 잉크로 패턴을 새기는 과정을 포함하여 이루어진다.
더 상세하게는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 도 6a 내지 도 6b에 나타낸 바와 같이, 각각의 제 1 잉크저장부(51)를 통하여 대응하는 AFM(58) 팁에 잉크를 코팅한다.
그 후, 도 6c에 나타낸 바와 같이, 팁 포지셔닝을 위한 위치 기준점이 되는 각각의 위치확인부(52) 위로 상용된 AFM에 장치된 광학현미경을 통하여 각각의 AFM 팁(58)을 대략적으로 위치시킨 후, 각 AFM 팁(58)과 위치 확인부(52)의 나노구조체에 적절한 전압을 인가하여 AFM 팁(58)으로 흐르는 전류특성을 관찰하거나, AFM 팁(58)의 휨 정도를 이용하여 AFM 팁(58)의 위치를 파악한 후, 나노스테이지를 이용하여 AFM 팁(58)을 위치 확인부(52)의 나노구조체의 첨단에 위치시킨다.
여기서, 위치확인부(52)와 잉크를 코팅하는 부분 사이의 거리는 수백 ㎛에서 수백 mm까지 위치 확인이 가능하다.
다음으로, 도 6d에 나타낸 바와 같이, 상기한 바와 같이 하여 코팅된 AFM 팁(58)을 이동하여 패턴 색인부(53)에서 패턴을 새긴 후, 도 6e에 나타낸 바와 같이 제 1 세척부(54)를 통하여 각 AFM 팁(58)을 세척한다.
이어서, 도 6f 내지 도 6i에 나타낸 바와 같이, AFM 팁(58)을 제 2 잉크저장부(55)로 이동하여, 상기한 제 1 잉크저장부(51) 동일하게 잉크를 코팅한 후, 다시 위치 확인부(52)로 이동하여 팁을 정렬한 다음 다시 반복하여 패턴을 형성한다.
그 후, 제 2 세척부(56)에서 AFM 팁(58)을 다시 세척한 후, 도 6a에 나타낸 바와 같은 단계로 되돌아가 상기한 바와 같은 과정을 반복하여 원하는 패턴을 완성한다.
아울러, 이러한 과정은, 준비된 잉크의 종류에 따라서 상기한 과정을 반복하여 수행할 수 있다.
따라서 상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명에 따른 원자간력 현미경(AFM)을 이용한 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 또는 다중팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 원자간력 현미경(AFM)을 이용한 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 또는 다중팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치 및 그 제조방법의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.
10. 단일 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치
11. 제 1 잉크저장부 12. 위치확인부
13. 패턴 색인부 14. 제 1 세척부
15. 제 2 잉크저장부 16. 제 2 세척부
17. 전극 연결부 18. AFM 팁
19. 기판 31. AFM 팁
32. 나노구조체 33. 전극
34. 기판 40. 나노포지셔닝 기판
41. 나노구조체 42. 위치확인부
43. 패턴 색인부 44. 제 1 잉크저장부
45. 제 2 잉크저장부
50. 다중 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치
51. 제 1 잉크저장부 52. 위치확인부
53. 패턴 색인부 54. 제 1 세척부
55. 제 2 잉크저장부 56. 제 2 세척부
57. 전극 연결부 58. AFM 팁
59. 기판

Claims (32)

  1. 원자간력 현미경(Atomic Force Microscope ; AFM)을 이용한 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치에 있어서,
    기판과,
    상기 기판에 패턴을 새기기 위한 AFM 팁과,
    상기 AFM 팁에 잉크를 적재하기 위한 제 1 잉크저장부와,
    상기 잉크가 적재된 상기 AFM 팁의 위치를 확인하거나 이동할 위치를 결정하는 위치 확인부와,
    상기 잉크가 적재된 상기 AFM 팁으로 상기 기판에 패턴을 새기는 부분인 패턴 색인부와,
    상기 패턴 색인부에 패턴을 새기고난 후 상기 잉크가 적재된 상기 AFM 팁을 세척하는 제 1 세척부와,
    상기 제 1 세척부에서 세척된 상기 AFM 팁에 잉크를 재적재하는 제 2 잉크저장부와,
    상기 제 2 잉크저장부의 잉크로 재적재된 상기 AFM 팁을 이용하여 다시 상기 패턴 색인부에 패턴을 새긴 후에 상기 AFM 팁을 재세척하는 제 2 세척부와,
    상기 AFM 팁 및 상기 위치 확인부에 전압을 인가하는 전극연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 잉크저장부에 적재된 잉크 각각은 동일하거나 다른 종류의 화합물일 수 있으며,
    상기 화합물은 저분자 화합물 또는 DNA와 단백질을 포함한 생체 고분자 물질인 것을 특징으로 하는 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 잉크저장부는 각각 2개 이상의 잉크 저장소를 포함하여 구성됨으로써, 상기 AFM 팁에 상기 잉크를 반복하여 확실하게 적재하거나, 상기 AFM 팁에 적재된 잉크의 양을 조절할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 위치 확인부는, 상기 AFM 팁이 기존에 패턴이 형성된 지점으로 이동하여 원하는 위치로 이동하는 상기 AFM 팁의 위치 재현성을 구현하기 위해 기판상에 위치 기준점을 형성하여 잉크를 적재한 상기 AFM 팁의 원점 역할을 수행하고,
    상기 위치확인부는, 전압-전류의 변화, 전압에 따른 상기 AFM 팁의 휨 정도, AFM 이미지를 통해 위치를 확인하여, 정렬된 상기 AFM 팁을 이용하여 잉크를 교체할 때마다 원점을 확인함으로써, 수 ㎛에서 수십 ㎛ 크기의 패턴 색인부의 면적에서 조밀하게 색인 또는 패턴형성이 가능하며, 간격 없이 동일한 위치에서도 색인 또는 적층이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 위치확인부의 상기 위치 기준점은, 원뿔형, 사각뿔, 삼각뿔, 원형을 포함하는 형태의 3차원의 나노구조체로서 형성되고,
    상기 나노구조체는, 금(Au), 은(Ag) 또는 구리(Cu) 전극으로 구성되며,
    상기 제 1 잉크저장부 및 상기 제 2 잉크저장부에 형성된 금(Au), 은(Ag) 또는 구리(Cu) 전극 위에 하이드로젤을 형성함으로써, 전압-전류의 조정에 따른 상기 잉크의 이동을 통하여 상기 AFM 팁의 세척과 새로운 잉크의 적재과정이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 패턴 색인부와 상기 위치 확인부는, 외부전원과 연결하기 위해 상용하는 전자빔 증착기(E-beam evaporator)를 이용하여 금 전극을 형성할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 세척부는, 적어도 2개 이상의 세척부를 포함하여 상기 AFM 팁을 반복 세척함으로써 다음 잉크의 적재를 용이하게 하도록 구성되고,
    상기 제 1 및 제 2 세척부는, 수용액 또는 유기용매를 이용하여 상기 AFM 팁의 세척과정을 수행하며, 전압을 인가함으로써 기존에 적재된 잉크를 제거하는 세척과정이 촉진되거나, 특정한 바이오 물질간의 반응을 통해 새로운 종의 화합물을 제조하거나, 또는, 잉크로 사용된 생체고분자 물질의 화학적, 물리적 변형이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 전극 연결부는, 상기 제 1 및 2 세척부와 상기 제 1 및 제 2 잉크저장부에 전압을 인가하기 위하여 외부전원에 연결하기 위해, 전도성 접착제 또는 납땜을 이용하여 상용하는 전선과 연결되는 부위로서 구성되는 것을 특징으로 하는 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은, 실리콘, 실리콘 고무, 실리콘 레진, 폴리다이메틸실록산 또는 유리기판을 포함하고,
    상기 기판은, 볼록하거나 파인 홈 구조인 것을 특징으로 하는 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치.
  10. 기판과, AFM 팁과, 상기 AFM 팁에 잉크를 적재하기 위한 제 1 잉크저장부와, 상기 잉크가 적재된 상기 AFM 팁의 위치를 확인하거나 이동할 위치를 결정하는 위치 확인부와, 상기 잉크가 적재된 상기 AFM 팁으로 기판에 패턴을 새기는 부분인 패턴 색인부와, 상기 패턴 색인부에 패턴을 새기고난 후 상기 잉크가 적재된 상기 AFM 팁을 세척하는 제 1 세척부와, 상기 제 1 세척부에서 세척된 상기 AFM 팁에 잉크를 재적재하기 위한 제 2 잉크저장부와, 상기 제 2 잉크저장부의 잉크로 재적재된 상기 AFM 팁을 이용하여 다시 상기 패턴 색인부에 패턴을 새긴 후에 상기 AFM 팁을 재세척하는 제 2 세척부와, 상기 AFM 팁 및 상기 위치 확인부에 전압을 인가하는 전극연결부를 포함하여 구성되는 딥-펜 나노리소그래피에서의 단일 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치를 이용하여 나노 포지셔닝 기판을 제조하는 나노 포지셔닝 기판 제조방법에 있어서,
    상기 AFM 팁을 상기 제 1 잉크저장부에 위치하여 상기 AFM 팁에 잉크를 적재하는 단계(단계 1)와,
    잉크가 적재된 상기 AFM 팁을 나노스테이지를 이용하여 상기 위치 확인부로 이동시키고 원점을 확인하는 단계(단계 2)와,
    상기 위치 확인부에서 확인된 원점을 기준으로 상기 AFM 팁을 이동하여 상기 패턴 색인부에서 상기 기판에 딥-펜 나노리소그래피의 원리를 이용하여 원하는 패턴을 새기는 단계(단계 3)와,
    패턴을 새긴 상기 AFM 팁을 상기 제 1 세척부로 이동하여 상기 AFM 팁을 세척하는 단계(단계 4)와,
    세척된 상기 AFM 팁을 상기 제 2 잉크저장부에 접촉하여 새로운 화합물이나 생체 고분자물질을 두 번째 잉크로서 상기 AFM 팁에 적재하는 단계(단계 5)와,
    상기 제 2 잉크저장부에서 새로운 화합물을 적재한 상기 AFM 팁을 나노스테이지를 이용하여 상기 위치 확인부로 이동시켜 원점을 확인하는 단계(단계 6)와,
    확인된 상기 원점을 기준으로 상기 AFM 팁을 상기 패턴 색인부로 이동하여 상기 기판에 새롭게 적재된 잉크를 이용하여 기존의 패턴에 인접한 위치나 동일한 위치에 원하는 패턴을 새기는 단계(단계 7)와,
    패턴을 새기고 난 상기 AFM 팁을 상기 제 2 세척부로 이동하여 다시 세척하는 단계(단계 8)와,
    원하는 패턴이 완성될 때까지 상기 단계 1 내지 단계 8을 반복하는 단계(단계 9)를 포함하여 구성됨으로써, 한정된 상기 패턴 색인부의 면적에 다양한 잉크를 이용하여 밀집된 패턴을 형성할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 나노 포지셔닝 기판 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 잉크저장부는 각각 2개 이상의 잉크 저장소를 포함하여 구성되고,
    상기 제 1 및 제 2 잉크저장부에 적재된 잉크 각각은 동일하거나 다른 종류의 화합물일 수 있으며, 상기 화합물은 저분자 화합물 또는 DNA와 단백질을 포함하는 생체 고분자 물질이고,
    상기 제 1 및 제 2 잉크 저장부에서 상기 AFM 팁에 잉크를 적재하는 단계(단계 1 및 단계 5)는, 상기 AFM 팁에 잉크를 적재한 후 재차 확실하게 적재하거나, 상기 AFM 팁에 적재된 잉크의 양을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노포지셔닝 기판 제조방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 위치확인부는, 원뿔형, 사각뿔, 삼각뿔, 원형을 포함하는 형태의 3차원의 나노구조체로서 형성되는 위치 기준점을 포함하고,
    상기 나노구조체는, 금(Au), 은(Ag) 또는 구리(Cu) 전극으로 구성되며,
    상기 원점을 확인하는 단계는, 상기 AFM 팁과 상기 위치 확인부에 인가된 전압에 따른 전류특성 또는 상기 AFM 팁의 휨 정도에 따라 나노스테이지를 구동하여 상기 AFM 팁을 비접촉식의 방법으로 상기 위치 확인부의 원뿔형 나노구조체의 첨단에 위치시키거나,
    또는, 상기 위치 확인부 근처에서 접촉식으로 AFM 이미지를 획득하여 상기 AFM 팁을 상기 원뿔형 나노구조체의 첨단에 위치시킴으로써 상기 원점을 확인하는 것을 특징으로 하는 나노포지셔닝 기판 제조방법.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 패턴 색인부와 상기 위치 확인부는, 외부전원과 연결하기 위해 상용하는 전자빔 증착기(E-beam evaporator)를 이용하여 금 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 나노포지셔닝 기판 제조방법.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 AFM 팁의 세척과정은, 상기 제 1 및 제 2 세척부가 적어도 2개 이상의 세척부를 포함하여 상기 AFM 팁을 반복 세척함으로써 다음 잉크의 적재를 용이하게 하도록 구성되고,
    상기 AFM 팁의 세척과정은, 유기용매 또는 수용액의 방울이 형성된 상기 제 1 및 제 2 세척부의 전극과의 접촉을 통해서 이루어지며,
    상기 제 1 및 제 2 세척부와 상기 AFM 팁 사이에 전압을 인가하여 상기 세척과정을 촉진할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 나노포지셔닝 기판 제조방법.
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1 및 2 세척부와 상기 제 1 및 제 2 잉크저장부에 전압을 인가하기 위하여 외부전원에 연결하기 위한 상기 전극 연결부는, 전도성 접착제 또는 납땜을 이용하여 상용하는 전선과 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 나노포지셔닝 기판 제조방법.
  16. 제 10항에 있어서,
    상기 기판은, 실리콘, 실리콘 고무, 실리콘 레진, 폴리다이메틸실록산 또는 유리기판을 포함하고,
    상기 기판은, 볼록하거나 파인 홈 구조인 것을 특징으로 하는 나노포지셔닝 기판 제조방법.
  17. 원자간력 현미경(AFM)을 이용한 딥-펜 나노리소그래피에서의 다중 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치에 있어서,
    기판과,
    상기 기판에 패턴을 새기기 위한 2개 이상의 AFM 팁과,
    각각의 상기 AFM 팁에 대응하여 상기 AFM 팁에 잉크를 적재하기 위한 2개 이상의 제 1 잉크저장부와,
    각각의 상기 AFM 팁에 대응하여 상기 잉크가 적재된 상기 AFM 팁의 위치를 확인하거나 이동할 위치를 결정하는 2개 이상의 위치 확인부와,
    상기 잉크가 적재된 상기 AFM 팁으로 기판에 패턴을 새기는 부분인 패턴 색인부와,
    각각의 상기 AFM 팁에 대응하여 상기 패턴 색인부에 패턴을 새기고난 후의 상기 AFM 팁을 세척하는 2개 이상의 제 1 세척부와,
    각각의 상기 AFM 팁에 대응하여 상기 제 1 세척부에서 세척된 상기 AFM 팁에 잉크를 재적재하기 위한 2개 이상의 제 2 잉크저장부와,
    각각의 상기 AFM 팁에 대응하고, 각각의 상기 제 2 잉크저장부에서 잉크가 재적재된 각각의 상기 AFM 팁을 이용하여 다시 상기 패턴 색인부에 패턴을 새긴 후에, 각각의 상기 AFM 팁을 재세척하는 2개 이상의 제 2 세척부와,
    각각의 상기 AFM 팁에 대응하여 상기 AFM 팁 및 상기 위치 확인부에 각각 전압을 인가하는 2개 이상의 전극연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 딥-펜 나노리소그래피에서의 다중 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 잉크저장부에 적재된 잉크 각각은 동일하거나 다른 종류의 화합물일 수 있으며,
    상기 화합물은 저분자 화합물 또는 DNA와 단백질을 포함하는 생체 고분자 물질인 것을 특징으로 하는 딥-펜 나노리소그래피에서의 다중 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 잉크저장부는 각각 2개 이상의 잉크 저장소를 포함하여 구성됨으로써, 상기 AFM 팁에 상기 잉크를 반복하여 확실하게 적재하거나, 상기 AFM 팁에 적재된 잉크의 양을 조절할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 딥-펜 나노리소그래피에서의 다중 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치.
  20. 제 17항에 있어서,
    각각의 상기 위치 확인부는, 각각의 상기 AFM 팁이 기존에 패턴이 형성된 지점으로 이동하여 원하는 위치로 이동하는 상기 AFM 팁의 위치 재현성을 구현하기 위해 기판상에 위치 기준점을 형성하여 잉크를 적재한 상기 AFM 팁의 원점 역할을 수행하고,
    각각의 상기 위치확인부는, 전압-전류의 변화, 전압에 따른 상기 AFM 팁의 휨 정도, AFM 이미지를 통해 위치를 확인하여, 정렬된 상기 AFM 팁을 이용하여 잉크를 교체할 때마다 원점을 확인함으로써, 수 ㎛에서 수십 ㎛ 크기의 패턴 색인부의 면적에서 조밀하게 색인 또는 패턴형성이 가능하며, 간격 없이 동일한 위치에서도 색인 또는 적층이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 딥-펜 나노리소그래피에서의 다중 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치.
  21. 제 20항에 있어서,
    각각의 상기 위치확인부의 상기 위치 기준점은, 원뿔형, 사각뿔, 삼각뿔, 원형을 포함하는 형태의 3차원의 나노구조체로서 형성되고,
    상기 나노구조체는, 금(Au), 은(Ag) 또는 구리(Cu) 전극으로 구성되며,
    각각의 상기 제 1 잉크저장부 및 상기 제 2 잉크저장부에 형성된 금(Au), 은(Ag) 또는 구리(Cu) 전극 위에 하이드로젤을 형성함으로써, 전압-전류의 조정에 따른 상기 잉크의 이동을 통하여 상기 AFM 팁의 세척과 새로운 잉크의 적재과정이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 딥-펜 나노리소그래피에서의 다중 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치.
  22. 제 17항에 있어서,
    각각의 상기 패턴 색인부와 각각의 상기 위치 확인부는, 외부전원과 연결하기 위해 상용하는 전자빔 증착기(E-beam evaporator)를 이용하여 금 전극을 형성할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 딥-펜 나노리소그래피에서의 다중 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치.
  23. 제 17항에 있어서,
    각각의 상기 제 1 및 제 2 세척부는, 2개 이상의 세척부를 포함하여 각각의 상기 AFM 팁을 반복 세척함으로써 다음 잉크의 적재를 용이하게 하도록 구성되고,
    각각의 상기 제 1 및 제 2 세척부는, 수용액 또는 유기용매를 이용하여 각각의 상기 AFM 팁의 세척과정을 수행하며, 전압을 인가함으로써 기존에 적재된 잉크를 제거하는 세척과정이 촉진되거나, 특정한 바이오 물질간의 반응을 통해 새로운 종의 화합물을 제조하거나, 또는, 잉크로 사용된 생체고분자 물질의 화학적, 물리적 변형이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 딥-펜 나노리소그래피에서의 다중 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치.
  24. 제 17항에 있어서,
    각각의 상기 전극 연결부는, 각각의 상기 제 1 및 2 세척부와 각각의 상기 제 1 및 제 2 잉크저장부에 전압을 인가하기 위하여 외부전원에 연결하기 위해, 전도성 접착제 또는 납땜을 이용하여 상용하는 전선과 연결되는 부위로서 구성되는 것을 특징으로 하는 딥-펜 나노리소그래피에서의 다중 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치.
  25. 제 17항에 있어서,
    상기 기판은, 실리콘, 실리콘 고무, 실리콘 레진, 폴리다이메틸실록산 또는 유리기판을 포함하고,
    상기 기판은, 볼록하거나 파인 홈 구조인 것을 특징으로 하는 딥-펜 나노리소그래피에서의 다중 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치.
  26. 기판과, 상기 기판에 패턴을 새기기 위한 2개 이상의 AFM 팁과, 각각의 상기 AFM 팁에 대응하여 상기 AFM 팁에 잉크를 적재하기 위한 2개 이상의 제 1 잉크저장부와, 각각의 상기 AFM 팁에 대응하여 상기 잉크가 적재된 상기 AFM 팁의 위치를 확인하거나 이동할 위치를 결정하는 2개 이상의 위치 확인부와, 상기 잉크가 적재된 상기 AFM 팁으로 기판에 패턴을 새기는 부분인 패턴 색인부와, 각각의 상기 AFM 팁에 대응하여 상기 패턴 색인부에 패턴을 새기고난 후의 상기 AFM 팁을 세척하는 적어도 2 이상의 제 1 세척부와, 각각의 상기 AFM 팁에 대응하여 상기 제 1 세척부에서 세척된 상기 AFM 팁에 잉크를 재적재하는 2개 이상의 제 2 잉크저장부와, 각각의 상기 AFM 팁에 대응하고, 각각의 상기 제 2 잉크저장부에서 잉크가 재적재된 각각의 상기 AFM 팁을 이용하여 다시 상기 패턴 색인부에 패턴을 새긴 후에, 각각의 상기 AFM 팁을 재세척하는 적어도 2 이상의 제 2 세척부와, 각각의 상기 AFM 팁에 대응하여 상기 AFM 팁 및 상기 위치 확인부에 각각 전압을 인가하는 2개 이상의 전극연결부를 포함하는 딥-펜 나노리소그래피에서의 다중 팁을 이용한 나노포지셔닝 기판 제조장치를 이용하여 나노포지셔닝 기판을 제조하는 나노포지셔닝 기판 제조방법에 있어서,
    각각의 상기 AFM 팁을 각각의 상기 제 1 잉크저장부에 위치하여 상기 AFM 팁에 잉크를 각각 적재하는 단계(단계 1)와,
    잉크가 적재된 각각의 상기 AFM 팁을 나노스테이지를 이용하여 각각의 상기 위치 확인부로 이동시키고 원점을 확인하는 단계(단계 2)와,
    각각의 상기 위치 확인부에서 확인된 원점을 기준으로 각각의 상기 AFM 팁을 이동하여 상기 패턴 색인부에서 상기 기판에 딥-펜 나노리소그래피의 원리를 이용하여 원하는 패턴을 새기는 단계(단계 3)와,
    패턴을 새긴 각각의 상기 AFM 팁을 각각의 상기 제 1 세척부로 이동하여 상기 AFM 팁을 각각 세척하는 단계(단계 4)와,
    세척된 각각의 상기 AFM 팁을 각각의 상기 제 2 잉크저장부에 접촉하여 새로운 화합물이나 생체 고분자물질을 두 번째 잉크로서 상기 AFM 팁에 각각 적재하는 단계(단계 5)와,
    각각의 상기 제 2 잉크저장부에서 새로운 화합물로 적재한 각각의 상기 AFM 팁을 나노스테이지를 이용하여 각각의 상기 위치 확인부로 이동시켜 원점을 확인하는 단계(단계 6)와,
    확인된 상기 원점을 기준으로 각각의 상기 AFM 팁을 상기 패턴 색인부로 이동하여 새롭게 적재된 잉크를 이용하여 상기 기판에 기존의 패턴에 인접한 위치나 동일한 위치에 원하는 패턴을 새기는 단계(단계 7)와,
    패턴을 새기고 난 각각의 상기 AFM 팁을 각각의 상기 제 2 세척부로 이동하여 다시 세척하는 단계(단계 8)와,
    원하는 패턴이 완성될 때까지 상기 단계 1 내지 단계 8을 반복하는 단계(단계 9)를 포함하여 구성됨으로써, 한정된 상기 패턴 색인부의 면적에 다양한 잉크를 이용하여 밀집된 패턴을 형성할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 나노 포지셔닝 기판 제조방법.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 잉크저장부는 각각 2개 이상의 잉크 저장소를 포함하여 구성되고,
    상기 제 1 및 제 2 잉크저장부에 적재된 잉크 각각은 동일하거나 다른 종류의 화합물일 수 있으며,
    상기 화합물은 저분자 화합물 또는 DNA와 단백질을 포함한 생체 고분자 물질이고,
    상기 제 1 및 제 2 잉크 저장부에서 각각의 상기 AFM 팁에 잉크를 적재하는 단계(단계 1 및 단계 5)는, 상기 AFM 팁에 잉크를 적재한 후 재차 확실하게 적재하거나, 상기 AFM 팁에 적재된 잉크의 양을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노포지셔닝 기판 제조방법.
  28. 제 26항에 있어서,
    각각의 상기 위치확인부는, 원뿔형, 사각뿔, 삼각뿔, 원형을 포함하는 형태의 3차원의 나노구조체로서 형성되는 위치 기준점을 각각 포함하고,
    상기 나노구조체는, 금(Au), 은(Ag) 또는 구리(Cu) 전극으로 구성되며,
    상기 원점을 확인하는 단계는, 각각의 상기 AFM 팁과 각각의 상기 위치 확인부에 인가된 전압에 따른 전류특성 또는 각각의 상기 AFM 팁의 휨 정도에 따라 나노스테이지를 구동하여 각각의 상기 AFM 팁을 비접촉식의 방법으로 각각의 상기 위치 확인부의 원뿔형 나노구조체의 첨단에 위치시키거나,
    또는, 각각의 상기 위치 확인부 근처에서 접촉식으로 AFM 이미지를 획득하여 각각의 상기 AFM 팁을 상기 원뿔형 나노구조체의 첨단에 각각 위치시킴으로써 상기 원점을 확인하는 것을 특징으로 하는 나노포지셔닝 기판 제조방법.
  29. 제 26항에 있어서,
    각각의 상기 패턴 색인부와 각각의 상기 위치 확인부는, 외부전원과 연결하기 위해 상용하는 전자빔 증착기(E-beam evaporator)를 이용하여 금 전극을 각각 형성하는 것을 특징으로 하는 나노포지셔닝 기판 제조방법.
  30. 제 26항에 있어서,
    각각의 상기 AFM 팁의 세척과정은, 각각의 상기 제 1 및 제 2 세척부가 2개 이상의 세척부를 포함하여 각각의 상기 AFM 팁을 반복 세척함으로써 다음 잉크의 적재를 용이하게 하도록 구성되고,
    각각의 상기 AFM 팁의 세척과정은, 유기용매 또는 수용액의 방울이 형성된 각각의 상기 제 1 및 제 2 세척부의 전극과의 접촉을 통해서 이루어지며,
    각각의 상기 제 1 및 제 2 세척부와 각각의 상기 AFM 팁 사이에 전압을 인가하여 상기 세척과정을 촉진할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 나노포지셔닝 기판 제조방법.
  31. 제 26항에 있어서,
    각각의 상기 제 1 및 2 세척부와 각각의 상기 제 1 및 제 2 잉크저장부에 전압을 인가하기 위하여 외부전원에 연결하기 위한 각각의 상기 전극 연결부는, 전도성 접착제 또는 납땜을 이용하여 상용하는 전선과 각각 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 나노포지셔닝 기판 제조방법.
  32. 제 26항에 있어서,
    상기 기판은, 실리콘, 실리콘 고무, 실리콘 레진, 폴리다이메틸실록산 또는 유리기판을 포함하고,
    상기 기판은, 볼록하거나 파인 홈 구조인 것을 특징으로 하는 나노포지셔닝 기판 제조방법.
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