Recently, there have been many researches for fabrication of periodic nanostructures by various method, like self-assembly and lithography. Particularly, the lithography method has been noticed with less defects and wide range of lattices. Holographic lithography is the one of the method of lithography which uses the interference of light rather than the mask. For HL, single laser beam split into multi-beams and merge together to generated multi-dimensional interference pattern over the large area. Moreover, for simplicity of holographic lithography optical set up, single refracting prism holographic lithography was suggested. Because splitting and recombining of incoming laser beam were carried out by single refracting prism, other optical elements for controlling the angle of beams do not needed. However, with single refracting prism, it is only possible to generated one interference pattern at once. For high throughout, we suggest holographic lithography using micro prism arrays.
Micro prism arrays made of transparent elastomer are molded from anisotropically etched silicon master. By the laser exposure through the micro prism arrays, it is possible to generated two- and three- dimensional hierarchical patterns of periodic structures. Besides, by controlling the distance between micro prism arrays and substrate, various shape of interference patterns are generated.
Moreover, for facility of mass production, we combine micro prism arrays with micro fluidic system. A flowing stream of monomer is stopped and polymerized by holographic lithography using micro prism arrays. Then the generated structured particles are then flushed out before next polymerization is repeated. Because the structured particles have a large surface area, they have enhanced fluorescent property. With the high fluorescent signal intensity, structured particles are applicable for a variety of sensing and diagnostic fields.
본 논문은 마이크로 프리즘을 이용한 홀로그래피 식각법을 이용한 나노구조의 생성에 관한 것이다. 이에 사용된 마이크로 프리즘 어레이를 제작하기 위해서는 우선 주형으로 사용할 마스터를 생성하여야 한다. 마스터는 광 식각 공정과 화학적인 식각 공정에 의해 만들어지며 마이크로 프리즘의 모양은 최종 에칭 단계인 KOH 식각 공정 시 결정된다. 마스터가 생성되면 몰딩법을 이용하여 마이크로 프리즘 어레이를 생성한다. 만들어진 마이크로 프리즘 어레이를 이용하여 홀로그래피 식각법을 수행할 경우, 나노구조의 배열을 단 한번의 노광에 얻을 수 있다. 또한, sacrificial layer를 이용하여 이러한 나노구조체를 free-standing한 입자로 만들었다. 포토레지스트와 기판 사이에 sacrificial layer를 스핀코팅하고, 홀로그래피 식각 공정 후, 현상액에 담궈 녹여내면, 이 레이어 위에 있던 나노구조체들이 현상액에 분산되게 된다.
또한 더 많은 수의 free-standing한 나노구조체들을 연속적으로 생성시키기 위해, 홀로그래피 식각법과 미세 유체 시스템을 결합하였다. 이 두 시스템을 결합시키기 위해 미세 유체 채널의 바닥 cover glass 한 면에는 oxygen inhibition layer를 생성하기 위해 PDMS를 스핀 코팅하였으며 다른 면에는 마이크로 프리즘 어레이를 몰딩법을 통해 생성하였다. 또한 미세 유체 시스템 안에 흐르는 유체와 마이크로 프리즘 어레이의 거리를 조함으로써 다양한 모양의 나노구조체를 생성할 수 있다.
생성된 free-standing 나노구조체들의 특성을 분석하기 위해 이의 대조 군으로 미세 유체 채널 안에서 나노구조체들과 같은 크기의 네모 모양의 입자들을 생성하였다. 생성된 나노구조체와 네모 모양의 입자를 rhodamine B로 염색한 후 confocal microscopy로 분석해 본 결과, 나노구조체들의 형광 세기가 네모 모양의 입자들 보다 4.5배 정도 크게 나타난 것을 알 수 있었다. 이러한 형광 세기는 나노 구조체들의 2차원 또는 3차원의 구조를 가짐으로써 넓은 표면적을 가지고 있기 때문이다. 이러한 나노구조체들의 형성 신호 세기는 센서 분야에 널리 응용될 수 있을 것이다.
