KR101027012B1 - 기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자 및 이를위한 제작 방법 - Google Patents

기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자 및 이를위한 제작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자 및 이를 위한 제작 방법에 관한 것으로, 이온빔 처리의 입사각을 조절하여 기울어진 마이크로 기둥 배열을 제작함으로써, 드라이 셀프 클리닝(dry self-cleaning)을 가진 접합재료, 벽을 기어오를 수 있는 마이크로 로봇 제작, 반도체 라인에서의 웨이퍼 정렬기(wafer aligner) 등의 제작 등에 응용 가능하다. 또한, 본 발명은 에너지 소모량을 적게 사용할 수 있는 PECVD 방식을 이용한 이온빔 처리를 통하여, 기울어진 마이크로 기둥 배열을 갖는 고분자 표면을 형성할 수 있고, 이온빔 처리의 입사각, 조사 시간, 가속 전압의 크기 중 적어도 하나를 조절하여 마이크로 기둥의 기울어진 각도를 원하는 각으로 조절 가능하다.
마이크로 기둥, PDMS, 이온빔, 고분자, 기울어진 기둥 배열

Description

기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자 및 이를 위한 제작 방법{TILTED MICRO PILLAR ARRAY FORMATED POLYMER AND FABRICATION METHOD THEREFOR}
본 발명은 기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자 및 이를 위한 제작 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 설명하면 이온빔 처리의 입사각을 조절하여 기울어진 마이크로 기둥 배열을 제작할 수 있는 고분자 및 이를 위한 제작 방법에 관한 것이다.
주지된 바와 같이 자연계에 존재하는 많은 생물이나 자연현상을 이용하는 연구가 예전부터 이어져 왔으며, 최근에 연꽃잎, 도마뱀, 혹은 소금쟁이 등이 보이는 순수에 대한 발수 현상의 관찰이 진행되고 있으며, 이를 흉내내어 비슷한 구조물을 만들려는 시도가 활발히 연구되고 있다.
즉, 도마뱀이나 많은 곤충들같이 벽면을 오르내리거나 경사가 급한 곳을 오르내리고, 혹은 소금쟁이가 물 위를 걷는 모습을 통해서, 그러한 동물들의 발바닥의 생김새에 많은 관심을 가지게 되었다. 기존의 연구자들에 의하면 여러 계층구조를 가진 발바닥 섬모 구조가 있으며 이러한 구조가 소수성 성질을 가질 뿐만 아니라 벽 등에서 지지할 수 있는 충분한 접합력(adhesion)을 발생할 수 있는 성질을 가진 구조인 것이다.
또한, 벽이나 천장 위에서 떨어지지 않고 걸어서 움직일 수 있도록 접합력을 구조적으로 약화시킬 수 있는 구조가 중요한 부분으로 여겨지고 있다. 즉 이들 곤충이나 도마뱀 등의 발바닥의 섬모 구조들은 필요에 의해서 자의적으로 접합력을 강하게(robust) 유지하거나 혹은 약하게(weak) 하는 기능을 가지고 있다. 이중 도마뱀의 발바닥 섬모 구조를 따라하기 위해서 많은 연구가 진행되고 있는데, 기존의 연구들은 직선형 마이크로 기둥(micro-pillar) 구조물들을 배열하여 마이크로 구조물과 상대 표면과의 접합력에 대한 평가를 시도하고 있다.
그러나, 상기한 바와 같이 도마뱀 발바닥의 섬모와 같은 구조들은 모두 직선형이 아닌 특정방향으로 기울어진 형상을 가지고 있기 때문에, 비대칭 형상의 기울어진 구조를 가진 나노 구조를 만들어야 할 것이다. 최근의 시도들 중에 [S. Reddy et al, Advanced Materials 19(2007) 3833-3837]에 개시된 바와 같이 형상기억 고분자 재료를 이용하여 직선적인 기둥들을 기울이려는 시도를 하고 있으나, 고분자 자체가 형상기억 고분자로서 너무 단단하여 구부러진 정도가 상대적으로 매우 작은 양으로 인하여 비대칭 형상의 기울어진 구조를 가진 나노 구조를 만들 수 없게 되는 문제점이 있다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 나노-바이오 응용 분야 중 요즘 산업체에서 관심을 가지는 자연 모사 분야에서 많이 쓰이고 있는 고분자 재료인 PDMS(PolyDiMethylSiloxane, 이하 PDMS라 함) 표면에 직선형 마이크로 기둥 배열을 형성한 후 이 형성된 직선형 마이크로 기둥 배열 상부에 대하여 이온빔 처리의 입사각을 기울어진 각으로 조사함으로써, 기울어진 마이크로 기둥 배열을 형성할 수 있는 기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자 및 이를 위한 제작 방법을 제공한다.
본 발명의 일 관점에 따른 기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자는, 마이크로 기둥(pillar) 배열이 형성된 고분자 재료와, 마이크로 기둥 배열 상면 전 영역에 이온빔 처리의 입사각 조절과 박막 코팅과 금속/비금속 물질을 스퍼터링하는 방식 중 어느 하나의 방식을 이용하여 제작한 기울어진 마이크로 기둥 배열을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다른 관점에 따른 기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자를 위한 제작 방법은, 직선형 마이크로 기둥 배열을 갖는 PDMS 시편을 형성하는 단계와, PDMS 시편을 특정 경사각을 가진 챔버내의 지그(zig) 위에 고정하는 단계와, 직선형 마이크로 기둥 배열 상부에 대하여 이온빔 처리를 수행하는 단계와, 이온빔 처리에 따라 기울어진 마이크로 기둥 배열을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 이온빔 처리의 입사각을 조절하여 기울어진 마이크로 기둥 배열을 제작함으로써, 드라이 셀프 클리닝(dry self-cleaning)을 가진 접합재료, 벽을 기어오를 수 있는 마이크로 로봇 제작, 반도체 라인에서의 웨이퍼 정렬기(wafer aligner) 등의 제작 등에 응용 가능하다.
또한, 본 발명은 에너지 소모량을 적게 사용할 수 있는 플라즈마 화학 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, 이하, PECVD라 함) 방식에 의한 플라즈마에서 이온화율을 높인 이온빔 처리를 통하여, 기울어진 마이크로 기둥 배열을 갖는 고분자 표면을 형성할 수 있고, 이온빔 처리의 입사각, 조사 시간, 가속 전압의 크기 중 적어도 하나를 조절하여 마이크로 기둥의 기울어진 각도를 원하는 각으로 조절 가능하다.
또한, 본 발명은 간단한 전통적 리소그래피 방법을 이용하는 공정과, 낮은 진공 및 바이어스(bias) 전압 조건을 이용한 저 에너지 상태에서 기판의 손상을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직립하고 있는 마이크로 기둥 배열 위에 이온빔 처리를 수행하는 모식도이고, 도 1b는 본 발명에 따른 기울어진 마이크로 기둥 배열에 대한 표면을 촬영한 전자 주사 현미경(Scanning Electron Microscopy, 이하 SEM이라 함) 이미지이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 고 진공 조건 하에서 고분자 재료인 PDMS(101) 표면에 직선형 마이크로 기둥(pillar)(예컨대, 기둥 이외의 불룩한 형상을 가진 고분자 돗(dot), 구멍(hole), 고분자 벽(wall) 중 어느 하나의 형상) 배열을 형성한 후 형성된 마이크로 기둥 배열 상면 전 영역에 PECVD 방식을 이용한 이온빔 처리(103)의 입사각을 비스듬하게 조사하여 PDMS(101) 표면에 있는 직선형 마이크로 기둥 배열을 기울어진 마이크로 기둥 배열로 변화시킨다.
여기서, 입사각은 이온빔 처리의 가속되는 방향과 고분자 재료가 이루는 각이며, 이온빔의 종류는, 아르곤 가스, 산소, CF4 중 어느 하나를 플라즈마/이온화하여 사용하며, 또한 플라즈마 이온을 이용하는 방식 이외에 이온빔을 이용하는 방식, 박막을 코딩하는 방식, 금속 및 비금속 물질을 스퍼터링 방식 중 어느 하나를 이용하여 마이크로 기둥 배열을 기울일 수 있다.
다시 말하여, 이온빔 처리(103)의 가속 방향을 특정 방향으로 비스듬히 조사함으로써 마이크로 기둥 배열을 특정 방향으로 배향하여 기울어지게 배열할 수 있다.
또한, 이온빔 처리(103)의 입사각, 조사 시간, 가속 전압의 크기 중 적어도 하나를 조절하여 마이크로 기둥 배열의 기울어진 각도를 조절한다. 또한, 이온빔 처리(103)의 조사 시간을 조절하여 기울어진 마이크로 기둥 배열의 단면 형상의 비대칭성을 조절할 수 있다.
여기서, 고분자 재료로서 생체응용 분야의 주요 재료로서 사용되는 PDMS(101)를 사용하여 표면에 기울어진 마이크로 기둥 배열을 제작시키기 위한 조건은 이온빔 처리를 이용하는 챔버내 압력 범위는 1.0 × 10-7Pa 내지 2.75 × 10-3Pa 범위 이내이고, 이온빔 처리에서 집속 이온빔의 가속 전압의 크기는 100V 내지 100.0 kV 범위 이내이며, 이온빔 처리에서 이온빔의 입사각은 0° 이상 90° 미만인 것이 바람직하다.
그리고, 고분자 재료의 가지인 PDMS(101) 이외에, 마이크로 기둥 배열을 가질 수 있는 다양한 고분자 재료로서, 폴리카보네이트(polycarbonate(PC)), 폴리이미드(Polyimide(PI)), 폴리에틸렌(Polyethylene(PE)), 폴리(Poly)(메타크릴산 메틸(methyl methacrylate))(PMMA), 폴리스틸렌(Polystyrene(PS)), 폴리(poly)(lactic-co-glycolic acid)(PLGA), 히드로겔(Hydrogel), 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate(PET)), 실리콘 고무(Silicone rubber) 중 어느 하나를 추가로 이용 가능하다.
도 2a는 본 발명에 따른 마이크로 기둥 배열에 이온빔 처리를 수행하기 위한 하이브리드 이온 빔(Hybrid ion beam) 장비의 계략도이고, 도 2b는 본 발명에 따른 하이브리드 이온 빔 장비내에 배치하는 지그(zig)의 모양과 그 위에 특정한 각(α)을 이루도록 조작되어 위치하여 있는 마이크로 기둥 배열을 가진 고분자 재료인 PDMS(101) 표면을 도시한 도면이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면서, 기울어진 마이크로 기둥 배열을 갖는 고분자 재료인 PDMS(101) 시편을 제작하는 과정에 대하여 설명한다.
즉, PDMS와 PDMS 경화제를 질량비 10 : 1로 섞어 만든 PDMS 용액을 감광막(Photo Resist, 이하 PR이라 함)으로 패턴화된 실리콘 웨이퍼 위에 증착한다. 여기서, PR 패턴화된 실리콘 웨이퍼의 제작은 실리콘 웨이퍼 상에 음성(Negative) PR 물질인 SU-8을 증착하고 특정 두께(예컨대, 30㎛)를 가지도록 스핀 코팅(Spin Coating)한 다음에, PR이 증착된 실리콘 웨이퍼를 가열 교반기(Hot Plate) 위에 특정 범위(예컨대, 60℃ 내지 90℃ 이내)에서 2단계로 나누어 구운 후 구워진 시편 위에 사전 제작된 크롬(Cr) 마스크를 놓고 EVG 6200 마스크 정렬기(Mask Aligner)를 통해 마스크와 실리콘 웨이퍼를 정렬한 후 자외선을 노광시키고, 다시 특정 범위(예컨대, 60℃ 내지 90℃ 이내)에서 2단계로 시편을 구웠고, 구운 시편을 현상(Develop)하고 최종적으로 소프로필알콜(IPA)로 세척한 후 말려서 PR 패턴화된 실리콘 웨이퍼를 제작한다.
이후, 고분자 재료인 PDMS(101) 시편을 도 2a에 도시된 진공 챔버(Chamber)(105) 안에 넣고 특정 시간(예컨대, 15분) 동안 진공 상태를 유지하여 PDMS에 남아있는 기포를 제거한다.
다음으로, 기포가 제거된 PDMS(101) 시편을 옵티컬 테이블(Optical Table) 상에 특정 시간(예컨대, 15분) 동안 놓아 PDMS를 수평하게 한다.
다음에, 수평화된 PDMS(101) 시편을 특정 온도(예컨대, 75℃)의 가열 교반기(Hot Plate) 상에 특정 시간(예컨대, 75분) 동안 구워서 PDMS 용액을 완전히 고형화한다.
다음으로, 고형화된 PDMS(101) 시편을 상온에서 특정 시간(예컨대, 5분) 동안 식힌 후, 실리콘 웨이퍼에서 제거하면, 도 1a에 도시된 바와 같은 직선형 마이크로 기둥(pillar) 배열을 갖는 고분자 재료인 PDMS(101) 시편을 제작할 수 있다. 여기서, 마이크로 기둥 배열은 가로와 세로 길이가 4㎜인 정사각형 모양으로 64개의 패턴 공간을 구성하고, 각각 다른 조건의 패턴을 16개씩 넣었으며, 폭의 크기는 1나노미터(㎚)에서 10㎜ 범위이고, 길이는 1나노미터에서 10㎜의 범위를 가지는 것으로, 일 예로, 첫 번째는 10㎛ 지름을 가진 원기둥을 10㎛ 간격으로 구성하고, 두 번째는 10㎛ 지름을 가진 원기둥을 20㎛ 간격으로 구성하며, 세 번째는 10㎛ 두께와 4㎜의 길이를 가진 벽을 20㎛ 간격으로 구성하며, 네 번째는 20㎛ 지름을 가진 원기둥을 20㎛ 간격으로 구성하며, 각 패턴의 높이는 30㎛로 동일한 형상을 갖도록 제작할 수 있다.
이때, 이온빔 처리(103)의 방향이 PDMS(101) 시편 표면에 특정각을 이루도록 배향하기 위하여 PDMS(101) 시편을 도 2b에 도시된 바와 같이 특정 경사각(α)을 가진 지그(zig) 위에 직선형 마이크로 기둥 배열을 갖는 고분자 재료인 PDMS(101) 시편을 고정한다. 즉, 직선형 마이크로 기둥 배열을 갖는 고분자 재료인 PDMS(101) 시편의 표면과 이온빔 입사각이 특정한 각을 갖도록 배치한다.
상술한 바와 같이 제작된 직선형 마이크로 기둥 배열을 갖는 고분자 재료인 PDMS(101) 시편에 대하여 PECVD를 이용한 아르곤(Ar+) 이온빔 처리를 수행한다.
즉, PECVD 방식을 이용한 이온빔 처리를 직선형 마이크로 기둥 배열을 갖는 고분자 재료인 PDMS(101) 시편 표면에 조사한다. 여기서, 전압의 조건은 400V에서 10 분간 처리하였으며, 진공 챔버(105)내의 진공도는 0.49Pa 이다.
상술한 바와 같이 직선형 마이크로 기둥 배열을 갖는 고분자 재료인 PDMS(101) 시편 표면에 PECVD 방식을 이용한 이온빔 처리(103)를 수행하면, 도 3a, 도 3c에서와 같이 직립하고 있는 직선형 마이크로 기둥 배열의 SEM 이미지가 도 3b, 도 3d에 도시된 바와 같이 한쪽 방향으로 기울어진 마이크로 기둥 배열의 SEM 이미지에서와 같이 압축 잔류응력에 의해 경사각(α) 만큼 변형되고 주름이 형성된다.
보다 상세하게 설명하면, 이온빔이나 플라즈마를 연성의 마이크로 기둥 배열을 갖는 고분자 재료인 PDMS(101) 시편 표면에 조사하게 될 경우, PDMS(101) 시편 표면이 100배정도 더 경질화되고 압축잔류응력을 받게 되어 주름 등이 발생한다. 다시 말하여 도 3c와 도 3d에서 보여지는 것처럼 이는 이온빔에 의해서 영향을 직접 받는 마이크로 기둥 면이 반대 면에 비해서 응력을 많이 받아서 압축응력이 생기고 주름이 생기면서 응축하여 길이가 짧아지려는 경향을 가지게 된다. 따라서 도 3d에서 보여지는 것처럼 잔류응력이 진행하는 쪽의 마이크로 기둥 면에서 주름이 발생하고 기둥에 의하여 플라즈마가 미치지 못하는(shadowing effect) 면에서는 주름이 발생하지 않게 됨에 따라 잔류응력에 의한 기둥 표면이 응축하게 되면서 이온빔의 방향 쪽으로 마이크로 기둥이 기울어지게 된다.
도 4a는 이온빔 처리를 수행하기 전 단계에서의 직선형 마이크로 기둥 배열에 대한 SEM 이미지이고, 도 4b는 본 발명에 따른 이온빔 처리의 입사각을 α=20°만큼 기울어진 상태에서 수행하여 제작한 기울어진 마이크로 기둥 배열에 대한 SEM 이미지이며, 도 4c는 본 발명에 따른 이온빔 처리의 입사각을 α=40°만큼 기울어진 상태에서 수행하여 제작한 기울어진 마이크로 기둥 배열에 대한 SEM 이미지이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 전압의 변화에 따라 마이크로 기둥 배열이 없는 부분에서 주름(wrinkle)이 관찰되는 SEM 이미지이고, 도 5c는 주름의 주기에 대한 그래프를 도시한 도면이다.
즉, 도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 주름의 폭과 높이는 이온빔 처리의 이온빔 에너지 상태에도 밀접한 연관을 가지게 되는데 특히 에너지의 세기인 바이어스 전압이 증가하게 되면 고분자 재료 주름의 폭도 증가하게 되고, 이렇게 마이크로 기둥 배열을 기울이는 요인은 표면 주름의 형성에 의하여 가능한 것이다.
보다 상세하게 설명하면 마이크로 기둥 배열 및 기둥 배열이 없는 표면에 플라즈마 처리의 이온빔에 의해서 발생하는 주름(wrinkle)이 형성되는 것은 이온빔 혹은 이온빔에 의해 PDMS와 같은 소프트 고분자의 표면이 경화되어 표피가 생기게 되며, 또한 이렇게 새로 생긴 표피와 기존의 고분자 재료사이의 탄성계수가 100배정도로 차이가 나기 때문에 주름이 형성된다. 이때 압축응력에 의한 탄성에너지가 추가됨으로써 나노 크기를 가지는 주름이 생성되게 된다.
만일 기존 소프트 고분자의 탄성계수를 Es라고 가정하고, 두께가 h인 새로 생성된 표피층의 탄성계수가 Ef라고 주어졌을 경우, 주름을 형성할 수 있는 임계 변형량은
Figure 112010061896016-pat00001
(여기서, εc는 임계 변형량이고, Es는 기존 소프트 고분자의 탄성계수이며, Ef는 새로 생성된 표피층의 탄성계수이다.)
과 같이 표현된다.
수학식 1에서 임계 변형량은 표피의 두께에 대해 무관하다. 이렇게 계산된 임계 변형량이 증가함에 따라서 사인파형상을 가진 주름 패턴이 주름의 진폭 (amplitude)이 증가하게 되는데, 이는
Figure 112010061896016-pat00002
(여기서, ε은 외부에 의해서 인가된 변형률이다.)
와 같이 표현된다.
이때, 주름 패턴의 진폭이 증가함에 따라서 PDMS(101) 시편 표면 및 마이크로 기둥 배열 면에 인가된 변형률은 선형적으로 증가함을 알 수 있다. 즉 도 6a의 바이어스 전압이 -400V로 일정할 때, 조사 시간에 따른 주기(wavelength) 변화에 대한 그래프와, 도 6b의 조사 시간에 따른 진폭(amplitude) 변화에 대한 그래프에 도시된 바와 같이, 이온빔 처리의 이온빔을 고분자 표면에 조사하는 시간이 증가함에 따라서 주름 패턴의 진폭은 증가하게 되어, 결국 인가된 변형률이 증가하게 되기 때문에 발생되는 주름의 진폭을 측정함으로써 인가된 변형률을 정량적으로 측정할 수 있다. 따라서 마이크로 기둥 배열에서 변형률이 증가하게 되면 주름 패턴의 진폭이 증가하면서 마이크로 기둥 배열은 점점 더 플라즈마가 진행해 오는 방향을 향해서 기울어지게 된다.
이와 함께 주름의 주기(wavelength), λ는 두께에 대해서 비례하며, 탄성계수의 차이에 관련을 가지며 이는
Figure 112010061896016-pat00003
(여기서, 평면변형 조건에서 α=4.36을 만족한다.)
와 같이 표현된다.
상술한 바와 같이 수학식 1 내지 수학식 3을 적절히 이용함으로써, 이온빔 및 플라즈마에 의해서 생성된 새로운 표피(skin) 및 주름에 대한 해석이 가능하다.
도 7a는 본 발명에 따른 마이크로 기둥 배열과 이온빔이 이루는 각에 따른 마이크로 기둥의 굽혀진 각도에 대한 그래프이고, 도 7b는 본 발명에 따른 특정각이 α=40°만큼 기울어진 마이크로 기둥의 SEM 이미지이고, 도 7c는 본 발명에 따른 특정각이 α=80°만큼 기울어진 마이크로 기둥의 SEM 이미지이다.
즉, 도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 플라즈마 처리의 이온빔과 마이크로 기둥 배열이 이루는 각(incident angle of plasma ion)에 의하여 마이크로 기둥 배열에 대한 기울어지는 각 (tilted angle)의 관계를 살펴보면, 폭과 높이 그리고 간격이 각각 10um, 30um, 그리고 20um을 사용하고, 에너지 조건이 1500V(anode voltage)와 -600V(bias voltage) 조건 하에서 총 이온빔 처리 시간은 60분으로 고정한다.
그러면, 도 6a에 도시된 바와 같이 마이크로 기둥이 이루는 각이 α=0°이거나 α=90°이면 전체 마이크로 기둥 배열이 기울어지기가 쉽지 않지만 각이 α=40°근처일 때 가장 많이 기울어짐을 알 수 있으며, 이는 마이크로 기둥 배열의 위치, 이온빔 처리 시간 및 에너지 조건의 변화에 따라서 변화할 수 있다.
따라서, 본 발명은 이온빔 처리의 입사각을 조절하여 기울어진 마이크로 기둥 배열을 제작함으로써, 드라이 셀프 클리닝(dry self-cleaning)을 가진 접합재료, 벽을 기어오를 수 있는 마이크로 로봇 제작, 반도체 라인에서의 웨이퍼 정렬기(wafer aligner) 등의 제작 등에 응용 가능한 이점이 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직립하고 있는 마이크로 기둥 배열 위에 이온빔 처리를 수행하는 모식도,
도 1b는 본 발명에 따른 기울어진 마이크로 기둥 배열에 대한 표면을 촬영한 SEM 이미지,
도 2a는 본 발명에 따른 마이크로 기둥 배열에 이온빔 처리를 수행하기 위한 하이브리드 이온 빔 장비의 계략도,
도 2b는 본 발명에 따른 하이브리드 이온 빔 장비내에 배치하는 지그(zig)의 모양과 그 위에 특정한 각(α)을 이루도록 조작되어 위치하여 있는 마이크로 기둥 배열을 가진 고분자 재료인 PDMS 표면을 도시한 도면,
도 3a 및 도 3c는 직립하고 있는 직선형 마이크로 기둥 배열의 SEM 이미지,
도 3b 및 도 3d에 도시된 바와 같이 한쪽 방향으로 기울어진 마이크로 기둥 배열의 SEM 이미지,
도 4a는 이온빔 처리를 수행하기 전 단계에서의 직선형 마이크로 기둥 배열에 대한 SEM 이미지,
도 4b는 본 발명에 따른 이온빔 처리의 입사각을 α=20°만큼 기울어진 상태에서 수행하여 제작한 기울어진 마이크로 기둥 배열에 대한 SEM 이미지,
도 4c는 본 발명에 따른 이온빔 처리의 입사각을 α=40°만큼 기울어진 상태에서 수행하여 제작한 기울어진 마이크로 기둥 배열에 대한 SEM 이미지,
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 전압의 변화에 따라 마이크로 기둥 배열이 없는 부분에서 주름(wrinkle)이 관찰되는 SEM 이미지,
도 5c는 본 발명에 따른 주름의 주기에 대한 그래프를 도시한 도면,
도 6a는 본 발명에 따른 바이어스 전압이 -400V로 일정할 때, 조사 시간에 따른 주기(wavelength) 변화에 대한 그래프,
도 6b는 본 발명에 따른 조사 시간에 따른 진폭(amplitude) 변화에 대한 그래프,
도 7a는 본 발명에 따른 마이크로 기둥 배열과 이온빔 처리의 이온빔이 이루는 각에 따른 마이크로 기둥의 굽혀진 각도에 대한 그래프,
도 7b는 본 발명에 따른 특정각이 α=40°만큼 기울어진 마이크로 기둥의 SEM 이미지,
도 7c는 본 발명에 따른 특정각이 α=80°만큼 기울어진 마이크로 기둥의 SEM 이미지.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101 : PDMS 103 : 이온빔 처리
105 : 진공 챔버

Claims (24)

  1. 마이크로 기둥(pillar) 배열이 형성된 고분자 재료인 PDMS(PolyDiMethylSiloxane)와,
    상기 마이크로 기둥 배열 상면 전 영역 PECVD 방식으로 아르곤 가스, 산소, CF4 중 어느 하나를 이용한 에 이온빔 처리의 입사각 조절과, 박막 코팅과 금속/비금속 물질을 스퍼터링하는 방식 중 어느 하나의 방식을 이용하여 제작한 기울어진 마이크로 기둥 배열을 포함하며,
    상기 기울어진 마이크로 기둥 배열은, 불룩한 형상을 가진 기둥, 고분자 돗(dot), 구멍(hole), 고분자 벽(wall) 중 어느 하나의 형상인 것을 특징으로 하는 기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고분자 재료는,
    폴리카보네이트(polycarbonate(PC)), 폴리이미드(Polyimide(PI)), 폴리에틸렌(Polyethylene(PE)), 폴리(Poly)(메타크릴산 메틸(methyl methacrylate))(PMMA), 폴리스틸렌(Polystyrene(PS)), 폴리(poly)(lactic-co-glycolic acid)(PLGA), 히드로겔(Hydrogel), 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate(PET)), 실리콘 고무(Silicone rubber) 중 어느 하나를 추가로 이용 가능한 것을 특징으로 하는 기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 입사각은, 이온빔 처리의 가속되는 방향과 상기 고분자 재료가 이루는 각인 것을 특징으로 하는 기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속/비금속 물질을 스퍼터링하는 방식은, 비대칭 코팅에 의해 상기 마이크로 기둥 배열을 특정 방향으로 기울어지게 하는 것을 특징으로 하는 기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온빔 처리의 가속 방향을 특정 방향으로 비스듬히 조사하여 상기 마이크로 기둥 배열을 특정 방향으로 기울어지게 하는 것을 특징으로 하는 기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온빔 처리의 입사각, 조사 시간, 가속 전압의 크기 중 적어도 하나를 조절하여 상기 마이크로 기둥 배열의 기울어진 각도를 조절하는 것을 특징으로 하는 기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온빔 처리의 조사 시간을 조절하여 상기 기울어진 마이크로 기둥 배열의 단면 형상의 비대칭성을 조절하는 것을 특징으로 하는 기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온빔 처리가 이루어지는 챔버내 압력 범위는, 1.0 × 10-7Pa 내지 2.75 × 10-3Pa 범위 이내인 것을 특징으로 하는 기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온빔 처리에서 가속 전압의 크기는, 100V 내지 100.0 kV 범위 이내인 것을 특징으로 하는 기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온빔 처리에서 이온빔의 입사각은, 0° 이상 90° 미만인 것을 특징으로 하는 기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 기울어진 마이크로 기둥 배열은, 폭의 크기가 1㎚에서 10㎜ 범위이고, 길이가 1㎚에서 10㎜의 범위인 것을 특징으로 하는 기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자.
  14. 직선형 마이크로 기둥 배열을 갖는 PDMS(PolyDiMethylSiloxane) 시편을 형성하는 단계와,
    상기 PDMS 시편을 특정 경사각을 가진 챔버내의 지그(zig) 위에 고정하는 단계와,
    상기 직선형 마이크로 기둥 배열 상부에 대하여 PECVD 방식으로 아르곤 가스, 산소, CF4 중 어느 하나를 이용한 이온빔 처리를 수행하는 단계와,
    상기 이온빔 처리에 따라 기울어진 마이크로 기둥 배열을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 기울어진 마이크로 기둥 배열은, 불룩한 형상을 가진 기둥, 고분자 돗(dot), 구멍(hole), 고분자 벽(wall) 중 어느 하나의 형상인 것을 특징으로 하는 기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자를 위한 제작 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 기울어진 마이크로 기둥 배열은, 잔류응력이 진행하는 쪽의 마이크로 기둥 면에서 주름이 발생하고 상기 마이크로 기둥에 의하여 이온빔이 미치지 못하는 면에서는 주름이 발생하지 않게 됨에 따라 상기 잔류응력에 의한 기둥 표면이 응축하게 되면서 이온빔의 방향 쪽으로 상기 마이크로 기둥이 기울어지게 되는 것을 특징으로 하는 기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자를 위한 제작 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 이온빔 처리의 입사각, 조사 시간, 가속 전압의 크기 중 적어도 하나를 조절하여 상기 마이크로 기둥 배열의 기울어진 각도를 조절하는 것을 특징으로 하는 기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자를 위한 제작 방법.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 이온빔 처리의 조사 시간을 조절하여 상기 기울어진 마이크로 기둥 배열의 단면 형상의 비대칭성을 조절하는 것을 특징으로 하는 기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자를 위한 제작 방법.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 이온빔 처리가 이루어지는 챔버내 압력 범위는, 1.0 × 10-7Pa 내지 2.75 × 10-3Pa 범위 이내인 것을 특징으로 하는 기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자를 위한 제작 방법.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 이온빔 처리에서 가속 전압의 크기는, 100V 내지 100.0 kV 범위 이내인 것을 특징으로 하는 기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자를 위한 제작 방법.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 이온빔 처리에서 이온빔의 입사각은, 0° 이상 90° 미만인 것을 특징으로 하는 기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자를 위한 제작 방법.
  23. 제 14 항에 있어서,
    상기 기울어진 마이크로 기둥 배열은, 폭의 크기가 1㎚에서 10㎜ 범위이고, 길이가 1㎚에서 10㎜의 범위인 것을 특징으로 하는 기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자를 위한 제작 방법.
  24. 제 14 항에 있어서,
    상기 기울어진 마이크로 기둥 배열의 가지는, 고분자 재료인 PDMS 이외에, 마이크로 기둥 배열을 가질 수 있는 다양한 고분자 재료로서, 폴리카보네이트(polycarbonate(PC)), 폴리이미드(Polyimide(PI)), 폴리에틸렌(Polyethylene(PE)), 폴리(Poly)(메타크릴산 메틸(methyl methacrylate))(PMMA), 폴리스틸렌(Polystyrene(PS)), 폴리(poly)(lactic-co-glycolic acid)(PLGA), 히드로겔(Hydrogel), 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate(PET)), 실리콘 고무(Silicone rubber) 중 어느 하나를 추가로 이용 가능한 것을 특징으로 하는 기울어진 마이크로 기둥 배열이 형성된 고분자를 위한 제작 방법.
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