KR101433292B1 - 마이크로구조 제조방법 - Google Patents

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윌리엄 피. 킹
앤드류 에이치. 캐넌
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더 보드 오브 트러스티즈 오브 더 유니버시티 오브 일리노이
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Abstract

마이크로구조화 객체(microstructured objects)를 제조하는데 유용한 주조(casting) 및 주형(molding) 방법이 개시된다. 객체의 표면에 복수의 마이크로구조를 포함함으로써, 증가된 소수성(increased hydrophobicity)과 같은 다른 특징이 객체에 부여될(imparted) 수 있다. 여기에 개시된 주조 및 주형방법의 일부는 또한, 예를 들면, 매크로구조(macro features) 또는 선택된 매크로구조 영역(selected macro feature region) 위 또는 내에(on or within) 마이크로구조(microfeatures) 및 매크로 구wh(macro features)를 모두 가지는 객체의 제조를 가능하게 한다.

Description

마이크로구조 제조방법{Methods for fabricating microstructures}
본 출원은 그 전체에 있어 참조로서 여기에 포함된, 2009년 2월 17일자로 출원된 미국 임시특허(U.S. Provisional Application) 61/153,028호에 대한 이득(benefit)을 주장하는 것이다.
본 발명은 주조(casting)/주형(molding) 분야에 관한 것이다. 본 발명은 일반적으로 주형 또는 주조된 마이크로구조화 객체(microstructured objects)를 제조하는 방법에 관한 것이다.
객체(object)를 생산 및 복제(producing and replicating)하기 위해 주조 및 주형 방법이 오랫동안 활용되어 왔다. 일반적으로, 주조 또는 주형 처리에서 객체의 네거티브(negative)가 생성된다; 즉, 볼록한 형태(raised feature)에 대하여 오목한 형태(recessed feature)가 복제되거나 그 반대도 마찬가지이다. 그러한 경우에 있어서, 주조 또는 주형을 통하여 물품 또는 형태의 복제를 위해 일반적으로 적어도 두 가지 단계가 요구된다. 첫째로, 마스터 객체(master object)상 또는 주위에(around or on), 마스터의 네거티브를 생성하는 객체(object)의 주형(mold) 또는 틀(form)이 생성된다. 주조 방법에 있어서, 주형 또는 틀은, 주형 또는 틀의 네거티브를 생성하는 최종 생산물로 채워지고, 일반적으로 마스터와 유사한(resemble) 최종 생산물(end product material)을 결과로서 나타낸다. 주형 방법에 있어서, 주형 또는 틀이 최종 생산물에 스탬프(stamp) 되고 마스터의 형태가 최종 생산물에 복제된다. 선택적으로, 원하는 최종 생산물의 네거티브는 직접적으로 제조될 수 있고 주조, 주형 또는 스탬핑 처리에 사용될 수 있다.
그러나 최근, 주조 및 주형 방법은 마이크로구조화 객체(microstructured objects)에 적용되고 있다. 제한된 수(llimited number)의 미국특허 및 미국특허출원은 주조 또는 주형된 마이크로구조화 객체를 개시하고 있다. 예를 들면, 미국특허출원 US 2006/0162896호는 단일 용도 왁스 주형(single use wax mold)을 통하여 마이크로구조화 금속 표면을 형성하는 방법을 개시하고 있다. 미국특허 5,735,985호는, 예를 들면, 마이크로 주형된 일체화된 세라믹 광반사체(micro molded integrated ceramic light reflector)와 같은, 세라믹 마이크로 스케일 물품(ceramic microscale articles)의 고압 압축 주형 방법(high pressure compression molding)을 개시하고 있다. 미국특허 제7,237,337호는 주입 주형 또는 프린팅(injection molding or printing)에 의해 형성된 마이크로구조화 모세관층(microstructured capillary layer)을 가지는 방열장치(heat dissipating apparatus)를 개시하고 있다. 미국특허 제7,410,606호는 원하는 마이크로 주형을 형성하기 위해 복수의 박막으로부터 제조된 주형을 활용하는 마이크로구조화 객체의 주조 방법을 개시하고 있다.
본 발명에 따르면 마이크로구조화 객체를 제조하기 위해 유용한 주조 및 주형 방법이 개시된다. 객체의 표면상에 복수의 마이크로형상(microfeatures)을 포함함으로써, 향상된 소수성(hydrophobicity)과 같은, 다른 특징들이 부가될(imparted) 수 있다. 본 발명에 개시된 주조 및 조형 방법의 일부는 또한, 예를 들면, 매크로형상(macrofeatures) 또는 선택된 매크로형상 영역(selected macro feature regions) 상 또는 내의(on or within) 마이크로형상과 같이, 마이크로형상과 매크로형상을 모두 가지는 객체의 제조를 가능하게 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 마이크로구조화 최종 생산물(microstructured end product)을 제조하는 방법은, 마이크로구조화 프로토타입(prototype)을 제조하는 단계; 상기 마이크로구조화 프로토타입으로부터 러버(rubber)를 주조함으로써(casting), 마이크로구조화 러버(microstructured rubber)를 제조하는 단계; 상기 마이크로구조화 러버로부터 세라믹을 주조함으로써, 마이크로구조화 세라믹(microstructured ceramic)을 제조하는 단계; 상기 마이크로구조화 세라믹으로부터 금속(metal)을 주조함으로써, 마이크로구조화 금속(microstructured metal)을 제조하는 단계; 및 상기 마이크로구조화 금속으로부터 최종 생산물(end product material)을 주조 또는 주형(casting or molding)함으로써, 마이크로구조화 최종 생산물을 제조하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 상기 마이크로구조화 프로토타입은 10nm 내지 100㎛의 범위에서 선택된 치수(dimensions)를 가지는 제 1 세트 형태(first set of features) 및 예를 들면, 100㎛ 내지 1m, 1mm 내지 1m, 1cm 내지 1m, 또는, 5cm 내지 1m의 범위에서 선택된, 100㎛ 이상의 치수를 가지는 제 2 세트 형태(second set of features)를 포함한다. 실시예에서, 마이크로형태(microfeatures)의 피치(pitch)는 10nm 내지 100㎛의 범위에서 선택된다.
일부 실시예에서, 마이크로구조화 프로토타입은, 예를 들면, 10nm 내지 100㎛의 범위에서 선택된 치수를 가지는 형태의 마이크로 형상(micro features)과, 예를 들면, 100㎛ 내지 1m의 범위에서 선택된, 100㎛ 이상의 치수를 가지는 형태의, 하나 이상의 매크로 형상(macro features)을 포함한다. 선택적으로, 적어도 일부의 마이크로형상은 마이크로구조화 프로토타입의 곡면(curved surface) 상에 위치된다. 구체적인 실시예에서, 적어도 일부의 마이크로형상은 매크로 스케일 형상의 위 및/또는 내(on and/or within)에 위치된다. 더 구체적인 실시예에서, 매크로 스케일 형상의 표면적(sruface area)의 80% 내지 100%가 미리 선택된 마이크로형상의 패턴으로 덮인다(covered).
실시예에서, 마이크로구조화 프로토타입의 형태는, 예를 들면, 50% 내지 100%의 범위에서 선택된 복제율(replication fidelity)의, 높은 복제율로 러버에 복제된다. 이러한 방법의 선택적인 단계는, 예를 들면, 납핀(napfin), 파라핀 왁스(paraffin wax), 폴리실록산(polysiloxanes), 합성 왁스(synthetic wax), 미네랄 오일(mineral oil), 테플론(Teflon), 플루오로폴리머(fluoroploymers), 시레인(silanes), 티올(thiols) 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 이형제(release agent)를, 주형 전에 상기 마이크로구조화 프로토타입의 표면에 공급하는 단계를 포함한다. 이들 및 종래기술로부터 당업자에게 자명한 다른 이형제는 주조 러버와 프로토타입이 서로 분리되는 것을 돕는다.
구체적인 실시예에서, 마이크로구조화 프로토타입은 미리 선택된 패턴을 가지는 마이크로형상을 포함한다. 일부 실시예에서, 마이크로형상의 미리 선택된 패턴은 주조 및 주형 처리에서 전사 및/또는 복제(transferred and/or replicated)된다. 구체적인 실시예에서, 상기 미리 선택된 패턴은, 예를 들면, 러버 주조 단계, 세라믹 주조 단계, 금속 주조 단계 및/또는 최종 생산물 주조 또는 주형 단계와 같이, 복수의 주조 및/또는 주형 처리의 모든 단계에서 전사 및/또는 복제된다.
예시적인 실시예에서, 상기 미리 선택된 패턴은 마이크로형상의 정규 배열(regular array) 이다. 다른 실시예에서, 상기 미리 선택된 패턴은 마이크로형상이 제 1 피치(pitch)를 가지는 영역과, 마이크로형상이, 예를 들면, 제 1 피치보다 큰, 제 2 피치를 가지는 영역을 포함한다. 본 발명에 사용된 피치라는 용어는, 인접하는 마이크로형상 사이의 간격(spacing)을 나타낸다.
일 실시예에서, 마이크로형상의 미리 선택된 패턴은 제 1 단면형태(cross sectional shape)를 가지는 마이크로형상의 영역과, 예를 들면, 제 1 단면형태와 다른, 제 2 단면형태를 가지는 마이크로형상의 영역을 포함한다. 일 실시예에서, 마이크로형상의 미리 선택된 패턴은 복수의 단면형태를 가지는 마이크로형상의 영역을 포함한다. 일 실시예에서, 마이크로형상의 미리 선택된 패턴은 2 이상의 단면형태의 2 이상의 마이크로형상의 배열을 나타낸다. 구체적인 실시예에서, 2 이상의 배열은 나란히(side by side) 위치될 수 있다; 즉, 2개의 배열은 중첩(overlap) 되지 않는다. 다른 구체적인 실시예에서, 2 이상의 배열은 중첩되도록 위치되고, 2 이상의 단면형태를 가지는 마이크로형상은 중첩된 배열 내에 산제된다(interspersed).
일 실시예에서, 마이크로형상의 미리 선택된 패턴은, 예를 들면, 이중 모드(bimodal) 또는 복수 모드(multimodal) 치수 배치(distribution of dimensions)의, 복수의 마이크로형상 치수를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 마이크로형상의 미리 선택된 패턴은 10nm 내지 1㎛의 범위에서 선택된 치수를 가지는 제 1 그룹의 마이크로형상과, 1㎛ 내지 100㎛의 범위에서 선택된 치수를 가지는 제 2 그룹의 마이크로형상을 포함한다. 구체적인 실시예에서, 마이크로형상의 사이즈(size), 형태(shape) 및 위치(positions)는 마이크로미터 단위(scale) 또는 나노미터 단위의 정확도(accuracy) 및/또는 정밀도(precision)로 미리 선택된다. 구체적인 실시예에서, 미리 선택된 패턴 내의 각각의 마이크로형상은 동일한 치수를 가진다. 다른 실시예에서, 미리 선택된 패턴 내의 마이크로형상의 적어도 일부는 다른 치수를 가진다. 실시예에서, 미리 선택된 패턴 내의 마이크로형상의 적어도 일부는 1:2 내지 7:1의 범위에서 선택된 높이(height)/깊이(depth):폭(width) 종횡비(aspect ratio)를 가진다.
일부 실시예에서, 마이크로형상의 미리 선택된 패턴은 객체에 특정한 물리적 특성을 부가하기 위해 가공된다(engineered). 예를 들면, 마이크로형상의 정렬된 배열(ordered array)은 객체의 표면에 초소수성(superhydrophobicity)을 부가할 수 있다. 마이크로형상의 미리 선택된 패턴에 의해 조정 및 부가될 수 있는 물리적 특성은 이하의 것들을 포함하나, 그것에 한정되는 것은 아니다:
소수성(hydrophobicity), 친수성(hydrophilicity), 자정능력(self-cleaning ability), 수력(hydro) 및/또는 공기역학적(aerodynamic) 항력계수(drag coefficient), 프리즘 효과(prismatic effect)와 같은 광학적 효과(optical effect), 특정 색 및 색 변화에 따른 지향성(directional dependent); 촉각 효과(tactile effect); 그립(grip); 및 표면 마찰 계수(surface friction coefficient).
일반적으로, 본 발명에 개시된 방법은 주형, 프로토타입, 주 객체(primary object), 마스터 객체(master object) 및 최종 생산물을 포함하는 마이크로구조화 객체의 제조에 활용될 수 있다. 마이크로구조화 객체를 제조하기 위한 방법은, 마이크로구조화 프로토타입을 제조하는 단계; 및 상기 마이크로구조화 프로토타입으로부터 러버를 주조함으로써 마이크로구조화 러버를 제조하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 마이크로구조화 프로토타입은 재사용 가능하고(reusable) 복수의 마이크로구조화 러버 객체를 주조하기 위해 사용된다. 예를 들면, 하나의 마이크로구조화 러버 객체가 주조되고 마이크로구조화 프로토타입으로부터 분리된 후, 마이크로구조화 프로토타입은 추가적인 마이크로구조화 러버 객체를 주조하기 위해 다시 사용된다.
다른 주조 방법은, 마이크로구조화 러버로부터 세라믹을 주조함으로써, 세라믹 마이크로형상을 포함하는 마이크로구조화 세라믹을 제조하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 마이크로구조화 러버는 재사용가능하고 마이크로구조화 세라믹 객체를 주조하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 하나의 마이크로구조화 세라믹이 주조되고 마이크로구조화 러버로부터 분리된 후, 마이크로구조화 러버는 추가적인 마이크로구조화 세라믹 객체를 주조하기 위해 다시 사용된다. 일 실시예에서, 마이크로구조화 러버는 복수의 마이크로형상 및/또는 하나 이상의 매크로형상을 포함한다. 선택적으로, 러버 마이크로형상의 적어도 일부는 마이크로구조화 러버의 곡면상에 위치된다. 구체적인 실시예에서, 마이크로형상의 작어도 일부는 매크로 스케일 형상의 위 또는 내에 위치된다. 실시예에서, 마이크로구조화 러버의 형상은, 예를 들면, 50% 내지 100%의 범위에서 선택된 복제율의, 높은 복제율로 세라믹 내에 복제된다. 선택적으로, 주조 전에, 예를 들면, 물(water), 비누(soap), 파라핀 왁스(paraffin wax), 폴리실록산(polysiloxanes), 합성 왁스(synthetic wax), 미네랄 오일(mineral oil), 테플론(Teflon), 플루오로폴리머(fluoroploymers), 시레인(silanes), 티올(thiols) 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 제거제(debonding agent)가, 마이크로구조화 러버의 표면에 공급된다. 이들 및 종래기술로부터 당업자에게 자명한 다른 분리제는 주조 세라믹과 러버가 서로 분리되는 것을 돕는다.
다른 주조 방법은 마이크로구조화 세라믹으로부터 금속을 주조함으로써, 금속 마이크로형상을 포함하는 마이크로구조화 금속을 제조하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 마이크로구조화 세라믹은 재사용가능하고 마이크로구조화 금속 객체를 주조하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 하나의 마이크로구조화 금속이 주조되고 마이크로구조화 세라믹으로부터 분리된 후, 마이크로구조화 세라믹은 추가적인 마이크로구조화 금속 객체를 주조하기 위해 다시 사용된다. 일 실시예에서, 마이크로구조화 세라믹은 복수의 마이크로형상 및/또는 하나 이상의 매크로형상을 포함한다. 선택적으로, 세라믹 마이크로형상의 적어도 일부는 마이크로구조화 세라믹의 곡면상에 위치된다. 구체적인 실시예에서, 마이크로형상의 작어도 일부는 매크로 스케일 형상의 위 또는 내에 위치된다. 실시예에서, 마이크로구조화 세라믹의 형상은, 예를 들면, 50% 내지 100%의 범위에서 선택된 복제율의, 높은 복제율로 금속 내에 복제된다.
또 다른 주조 방법은, 마이크로구조화 금속으로부터 최종 생산물을 주조 또는 주형함으로써, 최종 생산물 마이크로형상을 포함하는 마이크로구조화 최종 생산물을 제조하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 마이크로구조화 금속은 재사용가능하고 복수의 마이크로구조화 최종 생산물을 주조 또는 주형하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 하나의 마이크로구조화 최종 생산물이 주조 또는 주형되고 마이크로구조화 금속으로부터 분리된 후, 마이크로구조화 금속은 추가적인 마이크로구조화 최종 생산물을 주조하기 위해 다시 사용된다. 일 실시예에서, 마이크로구조화 금속은 복수의 마이크로형상 및/또는 하나 이상의 매크로형상을 포함한다. 선택적으로, 금속 마이크로형상의 적어도 일부는 마이크로구조화 금속의 곡면상에 위치된다. 구체적인 실시예에서, 마이크로형상의 적어도 일부는 매크로 스케일 형상의 위 또는 내에 위치된다. 실시예에서, 마이크로구조화 금속의 형상은, 예를 들면, 50% 내지 100%의 범위에서 선택된 복제율의, 높은 복제율로 금속 내에 복제된다. 일부 실시예에서, 최종 생산물은 복수의 마이크로형상 및/또는 하나 이상의 매크로형상을 포함한다. 선택적으로, 최종 생산물 마이크로형상의 적어도 일부는 마이크로구조화 최종 생산물의 곡면상에 위치된다.
일부 실시예에 있어서, 주조 마이크로구조화 객체의 형상은, 예를 들면, 주조 물질 자체에 고유한(inherent) 거칠기(roughness) 및/또는 주조될 형상보다 작은 사이즈의 형상을 포함하는, 추가적인 비평탄층(layer of roughness)을 포함한다. 일 실시예에서, 추가적인 비평탄층은 세라믹 주조 물질(ceramic casting material)을 구성하는 입자(particles)의 크기에 대응한다. 예시적인 실시예에서, 상기 주조 물질은 주조될 객체의 형상보다 작은 사이즈를 가지는 입자를 포함한다. 구체적인 실시예에서, 상기 주조 물질은, 1nm 내지 100㎛의 범위에서 선택된 직경(diameter)을 가지는 구형(spherical) 입자를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 주조 물질의 입자는 주조될 형상의 10분의 1보다 작은 사이즈를 가진다. 주조 객체가 추가적인 비평탄층을 포함하면, 실시예에서, 부가적인 비평탄층은 연속적인 주조 처리 동안 추가적인 주조 객체(additional cast objects)에 전사된다. 예를 들면, 마이크로구조화 세라믹이 추가적인 비평탄층을 포함하면, 마이크로구조화 세라믹으로부터 거칠기가 마이크로구조화 금속 주조에 복제된다. 다른 실시예에서, 추가적인 비평탄층을 가지는 마이크로구조화 금속은 주조될 또는 마이크로구조화 금속으로부터 주형될 최종 생산물에 비평탄층을 전사한다.
실시예에서, 유용한 마이크로구조화 객체는, 예를 들면, 다음의 형상을 포함하나, 그것에 한정되는 것이 아닌, 복수의 마이크로형상을 포함한다 : 홀(holes), 필러(pillars), 스텝(steps), 릿지(ridges), 곡면부(curver region), 볼록부(raised region), 오목부(recessed region), 기타 마이크로제조(microfabrication) 분야의 당업자에게 자명한 표준적인 기하학적 형태(standard geometric shape) 및 그들의 조합. 선택적으로, 마이크로형상의 적어도 일부는 마이크로구조화 객체의 곡면상에 위치된다. 구체적인 실시예에서, 복수의 마이크로형상은, 예를 들면, 높이, 폭 및/또는 길이와 같은, 10nm 내지 100㎛의 범위에서 선택된 치수를 가진다. 마이크로형상에 대하여 유용한 단면 형태는 다음을 포함하나, 그것에 한정되는 것은 아니다. : 원(circles), 타원(ellipses), 삼각형(triangles), 정사각형(squres), 직사각형(rectangles), 다각형(polygons), 별(stars), 6각형(hexagons), 문자(letters), 숫자(numbers), 수학기호(mathematical symbols), 기타 마이크로제조 분야의 당업자에게 자명한 표준적인 기하학적 형태 및 그들의 조합.
실시예에서, 유용한 마이크로구조화 객체는, 다음을 포함하나, 그것에 한정되는 것은 아닌, 하나 이상의 매크로 스케일 형상을 포함한다. : 채널(channels), 그루브(grooves), 범프(bumps), 릿지, 오목부, 볼록부, 곡면부 및 그들의 조합 또는 다른 유용한 매크로 스케일 형상들. 구체적인 실시예에서, 매크로 스케일 형상은, 예를 들면, 100㎛ 내지 1m, 1mm 내지 1m, 1cm 내지 1m, 5cm 내지 1m의 범위에서 선택된, 100㎛ 이상의 치수를 가진다.
또한, 본 발명은, 마이크로구조화 프로토타입의 제조방법이 제공된다. 구체적인 실시예에서, 마이크로구조화 프로토타입의 제조는, 프로토타입을 제공하는 단계; 및 마이크로구조화 폴리머(microstructured polymer)를 상기 프로토타입의 표면의 적어도 일부에 부착하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 마이크로구조화 폴리머는, 리소그래피 패턴된(lithographically patterned) 플렉시블 폴리머(flexible polymer) 및/또는 석판인쇄(photolithography), 광융해(photoablation), 레이저 융해(laser ablation), 레이저 패터닝(laser patterning), 레이저 기계가공(laser machining), X선 리소그래피(X-ray lithography), 전자빔 리소그래피(e-beam lithography), 나노 임프린트 리소그래피(nano-imprint lithography) 및 그들의 조합과 같은 마이크로패터닝 기술을 포함하는 방법을 이용하여 제조되나, 그것에 한정되는 것은 아닌 패턴을 포함할 수 있다.
구체적인 실시예에서, 부착하는 단계는, 마이크로구조화 폴리머의 적어도 일부를 구부리는(flexing) 단계와, 마이크로구조화 폴리머의 적어도 일부를 프로토타입의 매크로 스케일 형상 내에 및/또는 위에(into and/or onto) 삽입 및/또는 부착하는(inserting and/or attaching) 단계를 포함한다. 실시예에서, 플렉시블 폴리머는 플렉시블 탄성중합체(flexible elastomer) 이다.
이러한 형태의 구체적인 실시예에 있어서, 마이크로구조화 프로토타입의 제조는, 반도체 웨이퍼를 마련하는 단계; 상기 반도체 웨이퍼를 미리 선택된 마이크로형상의 패턴으로 패터닝하는 단계; 미경화된(uncured) 플렉시블 폴리머를 패턴된 반도체 웨이퍼로 주형하는 단계; 상기 폴리머를 경화함으로써(curing), 미리 선택된 마이크로형상의 패턴을 가지는 마이크로구조화 플렉시블 폴리머를 제조하는 단계; 마이크로구조화 플렉시블 폴리머를 패터닝된 반도체 웨이퍼로부터 제거하는 단계; 하나 이상의 매크로 스케일 형상을 가지는 프로토타입을 마련하는 단계; 및 마이크로구조화 플렉시블 폴리머가 상기 프로토타입의 하나 이상의 매크로 스케일 형상의 표면의 적어도 일부에 확립(confirm) 하도록 상기 마이크로구조화 플렉시블 폴리머의 적어도 일부를 변형하는(deforming) 단계를 포함한다. 구체적인 실시예에서, 프로토타입은 광역(large-area) 프로토타입이다. 일부 실시예에서, 광역 프로토타입의 하나 이상의 매크로 스케일 형상을 커버하기 위해 복수의 마이크로구조화 플렉시블 폴리머 섹션이 요구된다. 실시예에서, 플렉시블 폴리머는 플렉시블 탄성중합체이다.
이러한 형태의 다른 실시예에 있어서, 마이크로구조화 프로토타입의 제조는, 프로토타입을 마련하는 단계; 미경화된 폴리머를 상기 프로토타입의 표면의 적어도 일부에 배치하는(depositing) 단계; 마이크로구조화 폴리머를 매크로 주형(macro mold)의 표면의 적어도 일부에 부착하는 단계; 매크로 주형 및 마이크로구조화 폴리머를 상기 프로토타입 및 미경화된 폴리머와 접촉하도록 하는 단계; 미경화된 폴리머를 경화하기 위해 열 및 압력을 인가하는 단계; 상기 프로토타입 및 경화된 폴리머로부터 상기 매크로 주형 및 마이크로구조화 폴리머를 분리하는(releasing) 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 마이크로구조화 폴리머는 미리 선택된 마이크로형상의 패턴을 포함한다. 구체적인 실시예에서, 마이크로구조화 폴리머는 리소그래피로 패턴된 플렉시블 폴리머를 포함한다. 구체적인 실시예에서, 부착하는 단계는 마이크로구조화 폴리머의 적어도 일부를 구부리는 단계와, 마이크로구조화 폴리머의 적어도 일부를 프로토타입의 매크로 스케일 형상 내에 및/또는 위에 삽입 및/또는 부착하는 단계를 포함한다.
이러한 형태의 구체적인 실시예에 있어서, 마이크로구조화 프로토타입의 제조는, 반도체 웨이퍼를 마련하는 단계; 상기 반도체 웨이퍼를 미리 선택된 마이크로형상의 패턴으로 패터닝하는 단계; 미경화된 제 1 폴리머를 패턴화된 반도체 웨이퍼로 주형하는 단계; 상기 제 1 폴리머를 경화함으로써, 미리 선택된 마이크로형상의 패턴을 가지는 마이크로구조화 플렉시블 폴리머를 제조하는 단계; 마이크로구조화 플렉시블 폴리머를 패터닝된 반도체 웨이퍼로부터 제거하는 단계; 하나 이상의 매크로 스케일 형상을 가지는 매크로 주형(macro mold)을 마련하는 단계; 마이크로구조화 플렉시블 폴리머가 상기 매크로 주형의 하나 이상의 매크로 스케일 형상의 표면의 적어도 일부에 확립하도록 상기 마이크로구조화 플렉시블 폴리머의 적어도 일부를 변형하는 단계; 하나 이상의 매크로 스케일 형상을 가지는 프로토타입을 마련하는 단계; 상기 프로토타입의 하나 이상의 매크로 스케일 형상의 표면의 적어도 일부에 미경화된 제 2 폴리머를 배치하는 단계; 상기 매크로 주형 및 마이크로구조화 플렉시블 폴리머가 상기 프로토타입 및 미경화된 제 2 폴리머와 접촉하도록 하는 단계; 미경화된 제 2 폴리머를 경화함으로써, 미리 선택된 마이크로형상의 패턴을 가지는 마이크로구조화 제 2 폴리머를 제조하는 단계; 및 상기 매크로 주형 및 마이크로구조화 플렉시블 폴리머를 상기 프로토타입 및 마이크로구조화 제 2 폴리머로부터 분리하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 마이크로구조화 프로토타입의 제조는, 프로토타입으르 마련하는 단계와 미리 선택된 마이크로형상의 패턴으로 프로토타입을 패터닝하는 단계를 포함한다. 미리 선택된 마이크로형상의 패턴으로 프로토타입을 패터닝하기 위한 유용한 방법은 이하의 것들을 포함하나, 그것들로 한정되는 것은 아니다. : 드릴링(drilling); 밀링(milling); 이온 밀링(ion milling); 기계적 가공(machining); 방전 기계적 가공(electro discharge machining); 전기도금(electroplating); 잉크젯 인쇄(ink jet printing); 전기수력학적 잉크젯 인쇄(electrohydrodynamic ink jet printing); 플라즈마 에칭(plasma etching); 화학적 에칭(chemical etching); 포토리소그래피(photolithography); X선 리소그래피(X-ray lithography); 전자빔 리소그래피(electron beam lithopgraphy); 소프트 리소그래피(soft lithography); 엠보싱(embossing); 스탬핑 주형(stamping molding); 단조(forging); 플라즈마, 가스 또는 용액으로 에칭(etching); 탐침 현미경(probe microscopy); 원자력 현미경(atomic force microscopy); 나노 현미경(nano-identation microscopy); 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition); 물리적 기상 증착(physical vapor deposition); 증발(evaporation); 전기회전(electrospinning); 및 표면 위 또는 내에 마이크로파이버 또는 끈(strand)의 직조(weaving). 이들 및 다른 패터닝 방법은 폴리머를 활용하는 상기한 방법들과 더 조합될 수 있으며; 예를 들면, 폴리머 및/또는 프로토타입은 상기한 방법들 중 어느 것을 사용하여 직접적으로 패터닝될 수 있다.
반도체 웨이퍼가 패턴화되는 실시예에서, 당업자에게 자명한 종래기술의 방법이 활용될 수 있다. 특정한 실시예에 대하여, 반도체 웨이퍼는 포토레지스트층(layer of photoresist)을 포함한다. 본 발명에 사용된 패턴화된 반도체 웨이퍼는 반도체물질에 직접 부가된 패턴을 가지는 반도체 웨이퍼, 패턴화되지 않은 반도체물질과 패턴화된 오버레이어(patterned overlayer)를 가지는 반도체 웨이퍼, 및/또는 패턴화된 반도체물질과 패턴화된 오버레이어를 가지는 반도체 웨이퍼,을 가지는 반도체 웨이퍼를 의미한다. 구체적인 패터닝 방법은, 석판인쇄(photolithography), 광융해(photoablation), 레이저 융해(laser ablation), 레이저 패터닝(laser patterning), 레이저 기계가공(laser machining), X선 리소그래피(X-ray lithography), 전자빔 리소그래피(e-beam lithography), 나노 임프린트 리소그래피(nano-imprint lithography)를 포함하나, 그것들로 한정되는 것은 아니다. 반도체 웨이퍼 패터닝 방법은 에칭 방법 및 예를 들면, 포토레지스트층과 같은 오버레이어를 패터닝하기 위해 유용한 방법을 또한 포함한다.
특정한 이론에 의해 한정되지 않고, 본 발명에 관련하여 기본적인 원칙(underlying principles)에 대한 믿음(belief) 또는 이해(understanding)에 대한 논의가 있을 수 있다. 기계적인 설명(mechanistic explanation) 또는 가정(hypothesis)에 대한 근본적인 수정(ultimate correctness)에 상관없이, 본 발명에 개시된 실시예는 그럼에도 불구하고 유효하며(operative) 유용할(useful) 수 있다.
본 발명에 따르면, 마이크로구조화 객체를 제조하기 위해 유용한 주조 및 주형 방법이 개시된다. 객체의 표면상에 복수의 마이크로형상(microfeatures)을 포함함으로써, 향상된 소수성(hydrophobicity)과 같은, 다른 특징들이 부가될(imparted) 수 있다. 본 발명에 개시된 주조 및 조형 방법의 일부는 또한, 예를 들면, 매크로형상(macrofeatures) 또는 선택된 매크로형상 영역(selected macro feature regions) 상 또는 내의(on or within) 마이크로형상과 같이, 마이크로형상과 매크로형상을 모두 가지는 객체의 제조를 가능하게 한다.
도 1은 마이크로구조화 객체를 제조하는 방법의 전체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 표면 마이크로형상의 확대도를 가지는 마이크로구조화 프로토타입의 구체도이다.
도 3은 마이크로구조화 프로토타입에 대한 러버 주형을 나타내는 도면이다.
도 4는 표면 마이크로형상의 확대도를 가지는 마이크로구조화 러버의 구체도이다.
도 5는 러버 마이크로형상의 확대된 이미지와 함께 마이크로구조화 러버의 이미지를 나타내는 도면이다.
도 6은 마이크로구조화 러버에 대한 세라믹 주형을 나타내는 도면이다.
도 7은 표면 마이크로형상의 확대도를 가지는 마이크로구조화 세라믹의 구체도이다.
도 8은 세라믹 마이크로형상의 확대된 이미지와 함께 마이크로구조화 세라믹의 이미지를 나타내는 도면이다.
도 9는 마이크로구조화 세라믹에 대한 금속 주형을 나타내는 도면이다.
도 10은 표면 마이크로형상의 확대도를 가지는 마이크로구조화 금속의 구체도이다.
도 11은 금속 마이크로형상의 확대된 이미지와 함께 마이크로구조화 금속의 이미지를 나타내는 도면이다.
도 12는 마이크로구조화 금속에 의해 주조 또는 주형된 치종 생산물을 나타내는 도면이다.
도 13은 표면 마이크로형상의 확대도를 가지는 마이크로구조화 최종 생산물의 구체도이다.
도 14는 최종 생산물의 확대된 이미지를 나타내는 도면이다.
도 15는 최종 생산물 마이크로형상의 다양한 형태의 확대된 이미지를 나타내는 도면이다.
도 16은 프로토타입에 부착을 위한 마이크로구조화 플렉시블 폴리머를 나타내는 도면이다.
도 17은 조립된 마이크로구조화 프로토타입을 나타내는 도면이다.
도 18은 플렉시블 폴리머 마이크로형상의 확대된 이미지와 함께 마이크로구조화 프로토타입의 이미지를 나타내는 도면이다.
도 19는 매크로 주형에 부착을 위한 마이크로구조화 플렉시블 폴리머를 나타내는 도면이다.
도 20은 프로토타입에 부착된 미경화된 폴리머를 나타내는 도면이다.
도 21은 부착된 마이크로구조화 플렉시블 폴리머로 프로토타입에 부착된 미경화된 폴리머를 주형하는 매크로 주형을 나타내는 도면이다.
도 22는 부착된 마이크로구조화 플렉시블 폴리머로 매크로 주형에 의해 주형된 경화된 마이크로구조화 폴리머를 가지는 프로토타입을 나타내는 도면이다.
도 23은 경화된 폴리머 마이크로형상의 확대된 이미지와 함께 직접 주형된 마이크로구조화 프로토타입의 이미지를 나타내는 도면이다.
도 24는 플렉시블 폴리머를 패터닝하는 방법의 전체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 25는 마이크로구조화 플렉시블 폴리머를 구조에 부착하는 상세를 나타내는 도면이다.
도 26은 마이크로구조화 알루미늄 객체의 이미지를 나타내는 도면이다.
일반적으로, 본 발명에 사용된 용어(terms) 및 표현(phrases)은, 표준 텍스트(standard text), 참고문헌(journal references) 및 당업자에게 자명한 종래기술의 내용을 참조하여 알 수 있는, 그들의 기술적 의미(art-recognized meaning)를 가진다. 이하의 정의는 본 발명의 상세한 설명 내에서 그들의 구체적인 사용을 명확히 하기 위해 제공되었다.
"마이크로구조화 객체(microstructured object)"는 복수의 마이크로형상(microfeatures)을 가지는 객체를 의미한다. 구체적인 마이크로구조화 객체는 마이크로구조화 프로토타입(microstructured prototypes), 마이크로구조화 러버(microstructured rubbers), 마이크로구조화 세라믹(microstructured ceramics), 마이크로구조화 금속(microstructured metals) 및 마이크로구조화 초ㅈ조ic종stru 생산물(microstructured end products)을 포함한다.
"미리 선택된 패턴(preselected pattern)"은 조직된(organized), 설계된 또는 가공된 방식(designed or engineered fashion)으로 객체의 배치(arrangement)를 의미한다. 예를 들면, 마이크로형상의 미리 선택된 패턴은 마이크로형상의 정렬된 배열(ordered array)일 수 있다. 실시예에서, 미리 선택된 패턴은 랜덤 및/또는 고정 패턴(random and/or static pattern)이 아니다.
"주조(casting)"는, 예를 들면, 주형 또는 주 객체의 형상(fearures)을 주조 물질(cast material)로 복제하기(replicating) 위해, 액체 물질(liquid material) 또는 슬러리(slurry)가 부어지거나(poured), 아니면, 주형(mold) 또는 다른 주 객체(other primary object)의 내부, 위 및/또는 주위로(into, onto and/or around) 공급되는 제조 과정(manufacturing process)을 의미한다. 주조 방법은 일반적으로, 주조 물질 및/또는 전구물질(precursor material)이 고체(solid) 또는 단단하게(rigid) 설정 및/또는 되도록(set and/or become) 하기 위해 냉각(cooling) 또는 경화하는(curing) 처리를 포함한다. 일부의 주조 물질은 또한 "미경화(green)" 또는 최종적으로 경화되지 않은 객체를 경화하기 위해 최종 소결(final sintering), 불때기(firing) 또는 굽기(baking) 단계를 포함한다. 일부의 주조 방법에 있어서, 주형 또는 주 객체의 형상은 그것이 설정대로 주조 물질에 통합된다(incorporated). 구체적인 실시예에서, 러버, 세라믹, 및/또는 금속과 같은 물질은, 용액 또는 슬러릴 물질과 호환가능한(compatible) 주형 또는 주 객체로부터 주조된다; 즉, 주형 또는 주 객체는 변형(deform), 용해(melt) 및/또는 용액이나 슬러리 물질과 접촉했을 때 손상되지(damaged) 않는다.
"주형(molding)" 또는 "스탬핑(stamping)"은 물질이 단단한 주형 또는 다른 주 객체를 이용하는 패턴을 가지도록 형태 지어지거나(shaped) 가세된(forced) 제조 과정을 의미한다. 주형 방법은 일반적으로 주형 또는 주 객체를 주형될 물질과 접촉하도록 위치하는 단계와 주형, 주 객체 및/또는 주형될 물질에 힘을 인가하는 단계를 포함한다. 일부의 주형 방법에 있어서, 주형 또는 주 객체의 형상은 주형 과정 동안 주형될 물질에 복제된다. 구체적인 실시예에서, 러버와 같은, 최종 생산물은, 패턴화된 금속 객체로부터 주형된다.
"이형제(release agent)"는 실질적으로, 주형 또는 주 객체로부터 주조 러버(cast rubber)의 제거를 향상(enhance) 및/또는 보조하기(assist) 위해 러버가 주조되는 주형 또는 주 객체의 표면에 공급된다. 구체적인 이형제는: 납핀(napfin), 파라핀 왁스(paraffin wax), 폴리실록산(polysiloxanes), 합성 왁스(synthetic wax), 미네랄 오일(mineral oil), 테플론(Teflon), 플루오로폴리머(fluoroploymers), 시레인(silanes), 티올(thiols), 당업자에게 자명한 종래기술의 다른 이형제 및 그들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 물질을 포함한다. 일부의 이형제는 또한 제거제(debonding agent)로서도 유용하다.
"제거제"는 실질적으로, 주형 또는 주 객체로부터 주조 세라믹(cast ceramic)의 제거를 향상 및/또는 보조하기 위해 세라믹이 주조되는 주형 또는 주 객체의 표면에 공급된다. 구체적인 제거제는: 물(water), 비누(soap), 파라핀 왁스(paraffin wax), 폴리실록산(polysiloxanes), 합성 왁스(synthetic wax), 미네랄 오일(mineral oil), 테플론(Teflon), 플루오로폴리머(fluoroploymers), 시레인(silanes), 티올(thiols), 당업자에게 자명한 종래기술의 다른 제거제 및 그들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 물질을 포함한다. 일부의 제거제는 또한 이형제로서도 유용하다.
"최종 생산물(end product)"은, 일련의 제조 단계의 종료시 형성된 객체를 의미한다. 일부의 최종 생산물은 연속적인 제조 과정에 사용하기에 적합하다. 다른 최종 생산물은, 그러나, 예를 들면, 페인팅(painting) 또는 다른 마무리 공정(finalizing procedures)과 같은, 추가적인 처리를 요구한다. 일부의 최종 생산물은 일련의 제조 단계의 종료시에 그들의 최종 형태에 도달하고 따라서 판매 또는 그들의 의도된 용도에 적합하다. 구체적인 최종 생산물은, 이하의 것들을 포함하나, 그것들로 한정되는 것은 아니다. : 주형가능 객체(moldable objects); 그립(grip), 야구배트(baseball bats), 골프 클럽(golf clubs), 축구공(footballs), 농구공(basketballs) 와 같은 스포츠 용품(sporting goods); 요리기구(cooking utensils); 주방용품(kitchenware); 변기(toilets), 싱크대(sink), 타일(tiles), 욕조(bath tubs), 샤워기(shower)와 같은 욕실용품(bathroom items); 커튼(curtains); 게임 또는 장치 조작을 위한 컨트롤러(handheld controllers); 병(bottles); 컴퓨터 키보드; 컴퓨터 마우스; 보석(jewelry); 신발; 벨트; 헬멧; 내면 및 외면(inner and outer surface)을 모두 포함하는 파이프; 양초(candles); 유리 그릇(glass jars) 및 뚜껑(jar lids); 캔디(candy); 터빈 블레이드(turbin blades); 펌프 로터(pump rotors); 방열판(heat sinks); 훈장(insignia); 창문(windows); 호스(hoses); 쿨러(coolers); 타이어(tires); 타이어 트레드(tire treads); 휠(wheels); 및 폴리머 시트(sheets of polymer).
"프로토타입(prototype)"은 연속적인 주형 또는 주조 공정에 대한 기초(basis)로서 기능하는 객체이다. 예시적인 실시예에서, 프로토타입은 최종 주조 또는 주형된 객체 또는 최종 생산물의 형상을 포함하거나 유사하도록 구성된다.
"플렉시블(flexible)"은 부러짐(fracturing), 파괴(breaking) 또는 비탄성 변형(inelastically deforming)의 손상 특성(damage characteristic)과 같이, 변형시 객체 또는 물질이 손상을 입지 않도록 가역식으로(reversible manner) 변형가능한 객체의 특성을 의미한다. 플렉시블 폴리머는 본 발명에 개시된 방법에 유용하다. 구체적인 플렉시블 폴리머는 이하의 것들을 포함하나, 그것들로 한정되는 것은 아니다. : 러버(천연 고무(natural rubber), 스티렌-부타디엔(styrene-butadiene), 폴리부타디엔(polybutadiene), 네오프렌(neoprene), 에틸렌-프로필렌(ethylene-propylene), 부틸(butyl), 니트릴(nitrile), 실리콘(silicon)을 포함하는), 아크릴(acrylic), 나일론(nylon), 폴리카카보네이트(polycarbonate), 폴리에스터(polyester), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리스틸렌(polystyrene), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride), 폴리올레핀(polyolefin), 탄성중합체(elastomers) 및 당업자에게 자명한 종래기술의 다른 플렉시블 폴리머. 특정 실시예에 있어서, 플렉시블 객체 또는 물질은, 기계적 오류(mechanical failure)(예를 들면, 파괴(breaking), 부러짐(fracturing) 또는 비탄성적 변형(inelastically deforming)) 없이 1% 내지 1300%, 10% 내지 1300%, 또는 100% 내지 1300%의 범위에서 선택된 변형률 레벨(strain level)이 부여될 수 있다. 일부 실시예에서, 플렉시블 객체 또는 물질은, 기계적 오류(mechanical failure)(예를 들면, 파괴(breaking), 부러짐(fracturing) 또는 비탄성적 변형(inelastically deforming)) 없이 100㎛ 내지 3m의 범위 내에서 선택된 곡률반경(radius of curvature)으로 변형될 수 있다.
"매크로 주형(macro mold)"은 주형(molding), 주조(casting) 또는 접촉 과정(contact process)에서 객체를 성형(shaping) 또는 주형하기 위한 객체 주형(object mold)을 나타낸다. 일부 실시예에서, 매크로 주형은, 예를 들면, 1mm 내지 1m, 1cm 내지 1m, 또는 5cm 내지 1m와 같이, 형상이 1mm 보다 크도록 매크로 스케일상에 객체의 성형하는 동시에 객체의 표면에 마이크로형상을 부가하기(impart) 위해 사용된다.
"주 객체(primary object)"는 주조 또는 주형된 객체가 그 형태(shape), 패턴(pattern) 및/또는 형상(features)을 가지는 주조 또는 주형 과정에 사용되는 객체를 나타낸다. 구체적인 실시예에서, 주 객체는 프로토타입 또는 마그터 객체를 나타낸다; 그러나 주 객체는, 주조 또는 주형 과정 동안 주조 또는 주형된 객체가 그 형태, 패턴 및/또는 형상을 가지는 어떠한 객체도 나타낼 수 있다.
"주조 객체(cast object)"는 주조 과정 동안 형성되고 경화(cured) 및/또는 냉각된 용액, 슬러리 및/또는 전구 물질로 이루어지는 객체를 나타낸다.
"마이크로형상(microfeatures)" 및 "마이크로구조(microstructure)"는, 객체의 표면 또는 주형 상에, 평균적인(average) 폭(width), 깊이(depth), 길이(length) 및/또는 100㎛ 이하 또는, 예를 들면, 10nm 내지 10㎛ 또는 10nm 내지 1㎛와 같이, 10nm 내지 100㎛의 범위에서 선택된 두께(thickness)를 가지는 형상을 나타낸다. 특정 실시예에서, 마이크로형상은 객체의 더 큰 스케일 형상(예를 들면, 매크로 스케일 형상)의 적어도 일부의 위 및/또는 내에(on and/or within) 위치되고, 더 큰 스케일의 형상의 표면적의 적어도 일부를 마이크로형상으로 덮는다. 일부 실시예에서, 마이크로형상은 볼록 형상(relief features)을 포함한다. 일부 실시예에서, 마이크로형상은 오목 형상(recessed features)을 포함한다.
"매크로 스케일 형상(macro scale features)"은, 객체의 표면 또는 주형 상에, 평균적인 폭, 깊이, 길이 및/또는 100㎛ 이상 또는, 예를 들면, 1mm 이상, 5mm 이상, 1cm 이상, 5cm 이상 또는 100㎛ 내지 1m, 1mm 내지 1m, 1cm 내지 1m 또는 5cm 내지 1m의 범위에서 선택된 두께를 가지는 형상을 나타낸다. 일부 실시예에서, 매크로 스케일 형상은 볼록 형상을 포함한다. 일부 실시예에서, 매크로 스케일 형상은 오목 형상을 포함한다.
"복제율(fidelity)"은 주조 또는 주형된 객체의 품질을 나타낸다; 복제율은 또한 주조 또는 주형 과정 동안 형상이 주조 또는 주형된 객체에 복제되는 능력(ability)을 나타낸다. "높은 복제율(high fidelity)"은 특히, 예를 들면, 형상의 50% 내지 100%, 형상의 75% 내지 100%, 형상의 90% 내지 100% 또는 형상의 100%와 같이, 주형 또는 주 객체의 대부분의 형상이 주조 또는 주형 과정에서 주조 또는 주형된 객체로 복제되는 상황을 나타낸다.
"복제(replication)" 및 "복제하다(replicate)"는 주조 및/또는 주형 과정 동안 형상이 전사(transferred) 및/또는 재생성되는(recreated) 상황을 나타낸다. 복제된 형상은, 복제된 형상이 원래의 형상(original features)의 네거티브(negative)를 나타낸다는 것을 제외하고 일반적으로 그것이 주조 또는 주형되는 원래의 형상과 유사하며(resemble); 즉, 원래의 형상이 볼록한 형상(raised features)이면 복제된 형상은 오목한 형상(recessed features)이며, 원래의 형상이 오목한 형상이면 복제된 형상은 볼록한 형상이다. 구체적인 실시예에서, 마스터 객체의 마이크로필러(micropillars)는 주조된 객체에서 마이크로홀(microholes)로서 복제되고 마스터 객체의 마이크로홀은 주조된 객체에서 마이크로필러로서 복제된다.
"폴리머(polymer)"는 공유결합(covalent chemical bonds)에 의해 연결된 구조 단위(structural units) 또는 하나 이상의 모노머(monomer)의 중합체(polymerization product)의 반복으로 이루어지는 고분자(macromolecule)를 나타내며, 높은 분자량(high molecular weight)으로 특징된다. 폴리머라는 용어는 단일고분자(homopolymer), 또는 본질적으로 단일 반복 모노머 서브유닛(single repeating monomer subunit)으로 구성되는 폴리머를 포함한다. "폴리머"라는 용어는 또한, 공중합체(copolymer), 또는, 랜덤(random), 블록(block), 교차(alternating), 부분(segmented), 접합(graft), 테이퍼(tapered) 및 다른 공중합체와 같은, 본질적으로 2 이상의 모노머 서브유닛으로 구성되는 폴리머를 포함한다. 본 발명에 사용가능한 폴리머는 유기 폴리머(organic polymer) 또는 무기 폴리머(inorganic polymer)일 수 있고, 비정질(amorphous), 부분 비정질(semi-amorphous), 결정질(crystalline) 또는 부분적 결정질 상태(partially crystalline state)일 수 있다. 링크된 모노머 체인을 가지는 가교상태(cross-linked) 폴리머는 특히 본 발명의 일부의 적용예에 대하여 유용하다. 본 발명의 방법, 장치 및 장치 구성요소에 사용가능한 폴리머는, 플라스틱(plastics), 탄성중합체(elastomers), 열가소성(thermoplastic) 탄성중합체, 탄성플라스틱(elastoplastics), 서모스탯(thermostats), 열경화성 플라스틱(thermoplastics) 및 아크릴산염(acrylates)을 포함하나, 이들로 한정되는 것은 아니다. 예시적인 폴리머는, 아세탈 폴리머(acetal polymers), 생분해성 폴리머(biodegradable polymers), 셀룰로오스 폴리머(cellulosic polymers), 불소폴리머(fluoropolymers), 나일론(nylons), 폴리아크로니트릴 폴리머(polyacrylonitrile polymers), 폴리아미드-이미드 폴리머(polyamide-imide polymers), 폴리이미드(polyimides), 폴리아릴레이트(polyarylates), 폴리벤즈이미다졸(polybenzimidazole), 폴리부틸렌(polybutylene), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에스터(polyesters), 폴리에스터이미드(polyetherimide), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리에틸렌 공중합체 및 수정된 폴리에틸렌(polyethylene copolymers and modified polyethylenes), 폴리케톤(polyketones), 폴리메타크릴산메틸(polymethyl methacrylate), 폴리메틸펜텐(polymethylpentene), 산화폴리페닐렌 및 황화폴리페닐렌(polyphenylene oxides and polyphenylene sulfides), 폴리프탈아미드(polyphthalamide), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리우레탄(polyurethanes), 스티렌레진(styrenic resins), 술폰기반레진(sulfone based resins), 비닐기반레진(vinyl-based resins), 고무(rubber)(천연고무(natural rubber), 스티렌-부타디엔(styrene-butadiene), 폴리부타디엔(polybutadiene), 네오프렌(neoprene), 에틸렌-프로필렌(ethylene-propylene), 부틸(butyl), 니트릴(nitrile), 실리콘(silicones)을 포함하는), 아크릴(acrylic), 나일론(nylon), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에스터(polyester), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride), 폴리올레핀(polyolefin) 또는 그들의 조합을 포함하나, 이들로 한정되는 것은 아니다. 예시적인 탄성중합체는, 폴리(디메틸 실록산)(즉, PDMS 및 h-PDMS), 폴리(메틸실록산), 부분적으로 알킬화된(partially alkylated) 폴리(메틸실록산), 폴리(알킬메틸실록산) 및 폴리(페닐메틸실록산), 실리콘 수정된 탄성중합체, 열가소성 탄성중합체(thermoplastic elastomers), 스티렌 물질(styrenic materials), 올레핀 물질(olefenic materials), 폴리올레핀(polyolefin), 폴리우레탄 열가소성 탄성중합체(polyurethane thermoplastic elastomers), 폴리아미드(polyamides), 합성고무(synthetic rubbers), 폴리이소부틸렌(polyisobutylene), 폴리(스티렌-부타디엔-스티렌), 폴리우레탄(polyurethanes), 폴리클로로프렌(polychloroprene) 및 실리콘(silicones)을 포함하는 폴리실록산과 같은 폴리머를 포함하는 실리콘을 포함하나, 이들로 한정되는 것은 아니다. 실시예에서, 플렉시블 폴리머는 플렉시블 탄성중합체이다.
"세라믹(ceramic)"은 가열(heating) 및/또는 건조(drying) 과정에서 경화되는 무기(inorganic), 비금속(nonmetallic) 물질을 나타낸다. 본 발명에 사용된, 세라믹이라는 용어는 미경화(green) 및 최종적으로 경화된 세라믹 물질을 포함한다. 실시예에서, 일부의 세라믹 및 세라믹 전구체는, 추가적인 처리나 사용되기 전에 최종 경화단계(예를 들면, 소결(sintering), 불때기(firing) 또는 굽기(baking))가 적용된다. 특정한 세라믹은, 도자기(porcelain); 결정질 세라믹(crystalline ceramics); 유리 세라믹(glass ceramics); 제오라이트(zeolites); 토기(earthenware); 플라스터(plaster); 알루미나(alumina) 및 지르코니아(zirconia)와 같은 산화물(oxides); 탄화물(carbides), 보론화물(borides), 질화물(nitrides) 및 규화물(silicides)과 같은 비산화물(non-oxides); 미립자 강화 세라믹(particulate reinforced ceramics) 및 산화물과 비산화물의 조합과 같은 복합 세라믹(composite ceramics)을 포함하나, 이들로 한정되는 것은 아니다. 구체적인 세라믹 전구체는, 점토(clays), 물 및 다른 세라믹 전구체 또는 세라믹 분말(powder)을 포함하는 슬러리와 같은, 세라믹 분말 및 슬러리를 포함한다. 일부 실시예에서, 세라믹 전구체는, (예를 들면, 연소(combution)에 의해) 반응되거나(reacted away) 그렇지 않으면 경화 과정 동안 통합 또는 제거되는 유기 구성요소(organic components)를 포함한다. 구체적인 실시예에서, 특정 세라믹 물질이 용융된 금속(molten metal)과 관련된 조건(예를 들면, 온도)을 견뎌낼(withstanding) 수 있는 바와 같이, 금속을 주조하는데 유용하며; 즉, 특정 세라믹은 용융된 또는 액체 금속물질과 접촉했을 때 손상, 파괴, 또는 변형이 일어나지 않는다. 실시예에서, 세라믹은 손상 없이 고온(예를 들면, 500℃ 이상)에서 견딜 수 있다.
마이크로구조화 객체의 생산을 위한 방법이 이하에 개시된다. 구체적인 방법은, 예를 들면, 일련의 마이크로구조화 객체의 제조를 위해 연속으로 수행될 수 있는 바와 같이, 서로 유용하다. 본 발명에 개시된 방법에 의해 제조된 마이크로구조화 객체는 객체에 다양한 유용성(useful properties)을 부여하는 마이크로형상의 영역을 포함한다. 예를 들면, 마이크로형상은 객체에 향상된 소수성(hydrophobicity)을 부가 및/또는 객체에 자정능력(self-cleaning ability)을 부여할 수 있다. 마이크로형상은 또한 객체에, 예를 들면, 프리즘 효과(prismatic effect), 특정 색, 또는 색 변화나 색 플롭(color flop)에 따른 방향성(directional dependent)(예를 들면, 일정 각도에서 보았을 때 특정한 색을 나타내는 객체가 다른 방향에서 보았을 때는 다른 색을 나타내는)을 부여하는 것과 같이, 객체에 광학적 효과(optical effects)를 부여할 수 있다.
마이크로형상은 또한 객체에 표면 마찰(surface friction) 또는 그립(grip)의 증가 및/또는 접촉(touched)시 곱슬한(fuzzy), 거친(rough) 또는 질퍽한(squishy) 느낌과 같은 특정한 촉감(tactile sensation)을 부여할 수 있다. 마이크로형상은 또한 객체의 특정 영역 또는 표면적 전체에 걸쳐 위치될 수 있다. 예를 들면, 이러한 실시예는 유체(fluid)를 통해 움직이는 객체의 난류(turbulence)에 의해 야기되는 드래그를 감소하는데 유용할 수 있다(예를 들면, 골프공의 딤플(dimpling)과 유사하게).
구체적인 실시예에서, 마이크로형상은, 예를 들면, 객체의 표면적을 변경, 표면이 유체와 상호작용(interact) 하는 방식을 변경, 또는 핵형성 위치(nucleation sites)의 활동(behavior)을 변경함으로써, 객체의 열전달 특성(heat transfer charaacteristics)을 수정할 수 있다. 구체적인 실시예에서, 마이크로형상은, 예를 들면, 마이크로형상이 높은 종횡비를 가지면 마이크로형상의 상단(top)만이 다른 객체와 열전달을 위해 접촉되는 반면 표면 형상 사이의 공간(voids)은 열을 잘 전달하지 못하는 것과 같이, 전도(conduction)에 의한 열전달을 결과적으로 감소할 수 있다.
마이크로형상은 또한, 예를 들면, 금속 마이크로구조 또는 전기전도성(electrically conductive) 폴리머를 포함하는 마이크로구조와 같은, 전기전도성일 수 있다. 이러한 타입의 전기전도성 마이크로구조는, 예를 들면, 전자장치의 전극(electrical leads)의 배열(array)로서 유용하다. 전기전도성 마이크로구조는, 예를 들면, 객체의 표면상에 직접 엠보스될(embossed) 수 있다.
일 측면에서, 마이크로구조화 타이어는 특히 유용한 최종 생산물이다. 마이크로구조화 타이어는 다른 타이어에 비해 특정한 패턴 상에 향상된 소수성을 가진다. 마이크로구조화 타이어는 타이어 표면의 적어도 일부에 복수의 마이크로형상을 가지는 타이어를 나타낸다. 구체적인 실시예에서, 마이크로구조화 타이어는 자동차 타이어의 트레드(tread) 부분에 마이크로구조를 가지는 타이어를 나타낸다. 타이어의 다른 영역의 마이크로구조화는 또한, 예를 들면, 마이크로구조화 측벽(sidewalls) 또는 타이어의 다른 영역이 감소된 드래그, 증가된 전체 성능을 가질 수 있는 것과 같이, 유용하다.
도 1은 마이크로구조화 객체를 제조하는 예시적인 방법의 전체를 나타낸다. 먼저, 마이크로구조화 프로토타입(101)의 곡면상에 마이크로형상(102)의 영역을 가지는 마이크로구조화 프로토타입(101)이 제공된다. 다음으로, 러버가 마이크로구조화 프로토타입(101)에 주조되고, 마이크로구조화 러버(103)를 제조한다. 프로토타입 마이크로형상(102)은 마이크로구조화 러버(103)의 곡면상에 러버 마이크로형상(104)으로서 주조 과정에서 복제된다. 다음으로, 세라믹이 마이크로구조화 러버(103)에 주조되고, 마이크로구조화 세라믹(105)을 제조한다. 러버 마이크로형상(104)은 마이크로구조화 세라믹(105)의 곡면상에 세라믹 마이크로형상(106)으로서 주조 과정에서 복제된다. 다음으로, 금속이 마이크로구조화 세라믹(105)에 주조되고, 마이크로구조화 금속(107)을 제조한다. 세라믹 마이크로형상(106)은 마이크로구조화 금속(107)의 곡면상에 금속 마이크로형상(108)으로서 주조 과정에서 복제된다. 마지막으로, 최종 생산물이 마이크로구조화 금속(107)로부터 주조 또는 주형되고, 마이크로구조화 최종 생산물(109)을 제조한다. 금속 마이크로형상(108)은 마이크로구조화 최종 생산물(109)의 곡면상에 최종 생산물 마이크로형상(110)으로서 주조 또는 주형 과정에서 복제된다.
도 2는 마이크로형상(202)의 확대도를 나타내는 마이크로구조화 프로토타입(201)의 더욱 상세한 실시예를 나타내고 있다. 이 실시예에서, 마이크로형상(202)은 마이크로필러(micropillars) 이며; 즉, 이들은 프로토타입의 표면으로부터 연장하는(extending) 원통형 구조(cylindrically shaped structures) 이다. 그러나 일부 실시예에서, 마이크로형상은, 홀(holes), 필러(pillars), 스텝(steps), 릿지(ridges), 곡면부(curved region), 오목부(recessed region), 볼록부(raised region)와, 원(circles), 타원(ellipses), 삼각형(triangles), 정사각형(squres), 직사각형(rectangles), 다각형(polygons), 별(stars), 6각형(hexagons), 문자(letters), 숫자(numbers), 수학기호(mathematical symbols) 및 그들의 조합을 포함하는 임의의 단면 형태를 가지는 것들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
도 3은 마이크로구조화 프로토타입(301)으로 주조되는 러버(303)를 나타낸다. 마이크로구조화 프로토타입(301)은 높은 주조 복제율(casting fidelity)로 러버를 주조하기 위해 복수 회 사용될 수 있다. 도 4는 마이크로형상(404)의 확대도를 나타내는 마이크로구조화 러버(403)의 보다 상세한 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서, 마이크로형상(404)은 도 2에 나타낸 바와 같은 마이크로필러의 네거티브를 나타내는 홀이다. 도 5는 주조 과정 동안 높은 복제율로 복제된 러버 마이크로형상(504)의 확대된 이미지를 가지는, 마이크로구조화 프로토타입으로부터 주조된 마이크로구조화 러버(503)의 이미지를 나타낸다. 확대된 이미지에서 바(bar)는 50㎛의 거리를 나타낸다.
도 6은 마이크로구조화 러버(603)로 주조되는 세라믹을 나타낸다. 마이크로구조화 러버(603)는 높은 주조 복제율로 세라믹을 주조하기 위해 복수 회 사용될 수 있다. 도 7은 마이크로형상(706)의 확대도를 나타내는 마이크로구조화 세라믹(705)의 보다 상세한 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서, 마이크로형상(706)은 도 4에 나타낸 바와 같은 홀의 네거티브를 나타내는, 도 2에 나타낸 바와 유사한 필러이다. 도 8은 주조 과정 동안 높은 복제율로 복제된 세라믹 마이크로형상(806)의 확대된 이미지를 가지는, 마이크로구조화 러버로부터 주조된 마이크로구조화 세라믹(805)의 이미지를 나타낸다. 확대된 이미지에서 바(bar)는 300㎛의 거리를 나타낸다.
도 9는 마이크로구조화 세라믹(905)으로 주조되는 금속을 나타낸다. 도 10은 마이크로형상(1008)의 확대도를 나타내는 마이크로구조화 금속(1007)의 보다 상세한 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서, 마이크로형상(1008)은 도 2 및 도 7에 나타낸 바와 같은 필러의 네거티브를 나타내는, 도 4에 나타낸 바와 유사한 홀이다. 도 11은 주조 과정 동안 높은 복제율로 복제된 금속 마이크로형상(1108)의 확대된 이미지를 가지는, 마이크로구조화 세라믹으로부터 주조된 마이크로구조화 금속(1107)의 이미지를 나타낸다. 확대된 이미지에서 바(bar)는 200㎛의 거리를 나타낸다.
도 12는 마이크로구조화 금속(1207)으로 주조 또는 그로부터 주형되는 최종 생산물을 나타낸다. 도 13은 마이크로형상(1310)의 확대도를 나타내는 마이크로구조화 최종 생산물(1309)의 보다 상세한 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서, 마이크로형상(1310)은 도 4 및 도 10에 나타낸 바와 같은 홀의 네거티브를 나타내는, 도 2 및 도 7에 나타낸 바와 유사한 필러이다. 도 14는 주조 또는 주형 과정 동안 높은 복제율로 복제된 마이크로형상의 이미지를 나타낸다. 도면에서 바(bar)는 60㎛의 거리를 나타낸다. 도 15는 원, 타원, 삼각형 및 사각형의 단면 형태를 가지는 추가적인 마이크로형상 실시예의 이미지를 나타낸다. 타원 및 삼각형 실시예는 단면 형태의 다양한 지향(orientation)이 있을 수 있음을 나타낸다.
상기한 바와 같이, 복수의 실시예가 마이크로구조화 프로토타입을 제공하기 위해 고려되었다(contemplated). 구체적인 실시예에서, 마이크로구조화 플렉시블 폴리머가 프로토타입의 표면에 부착된다. 마이크로구조화 플렉시블 폴리머는, 드릴링(drilling); 밀링(milling); 이온 밀링(ion milling); 기계적 가공(machining); 방전 기계적 가공(electro discharge machining); 전기도금(electroplating); 잉크젯 인쇄(ink jet printing); 전기수력학적 잉크젯 인쇄(electrohydrodynamic ink jet printing); 플라즈마 에칭(plasma etching); 화학적 에칭(chemical etching); 포토리소그래피(photolithography), X선 리소그래피(X-ray lithography), 전자빔 리소그래피(electron beam lithopgraphy), 소프트 리소그래피(soft lithography)와 같은 리소그래피 패터닝 기술; 엠보싱(embossing); 스탬핑(stamping); 주형(molding); 단조(forging); 플라즈마, 가스 또는 용액으로 에칭(etching); 탐침 현미경(probe microscopy); 원자력 현미경(atomic force microscopy); 나노 현미경(nano-identation microscopy); 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition); 물리적 기상 증착(physical vapor deposition); 증발(evaporation); 전기회전(electrospinning); 또는 표면 위 또는 내에 마이크로파이버 또는 끈(strand)의 직조(weaving)를 포함하나, 그것들에 한정되지 않는 방법을 이용하여 패턴화될 수 있다. 도 16은 복수의 마이크로필러를 가지는 마이크로구조화 폴리머(1602)가 프로토타입(1601)의 그루브에 삽입된 실시예를 나타낸다. 도 17은 결과로서의 마이크로구조화 프로토타입(1701)을 나타낸다. 도 18은 그루브에 삽입된 마이크로구조화 플렉시블 폴리머를 가지는 프로토타입 실시예의 이미지를 나타낸다. 도 18은 또한 마이크로필러 타입 마이크로형상(1802)을 나타내는 마이크로구조화 플렉시블 폴리머의 확대도를 나타낸다. 확대된 이미지에서 바는 100㎛의 거리를 나타낸다.
다른 실시예에서, 마이크로구조는 프로토타입 상에 직접 주형된다. 이를 달성하는 한 가지 방법은 도 19에 나타낸 바와 같이 마이크로구조화 플렉시블 폴리머(1911)를 준비하고 매크로 주형(1912)의 표면에 부착하는 단계를 포함한다. 다음으로, 미경화된 폴리머(2013)가, 도 10에 나타낸 바와 같이, 프로토타입(2001) 상의 마이크로구조에 대하여 원하는 위치에 위치된다. 도 21에 나타낸 바와 같이, 매크로 주형(2112) 및 마이크로구조화 폴리머(2111)는 미경화된 폴리머를 경화하기 위해 열 및 압력이 인가되는 프로토타입(2101) 및 미경화된 폴리머(2113)와 접촉된다. 도 22는 결과로서의 마이크로형상(2202)을 가지는 마이크로구조화 프로토타입(2201)을 나타낸다. 도 23은 프로토타입(2301) 상에 직접 주형된 마이크로형상을 가지는 마이크로구조화 프로토타입의 이미지를 나타낸다. 도 23은 또한, 주형 과정 동안 높은 복제율로 복제된 마이크로형상(2302)을 나타내는 마이크로구조화 프로토타입의 확대도를 나타낸다. 확대된 이미지에서 바는 150㎛의 거리를 나타낸다.
본 발명은 이하의 제한 없는 예에 의해 더욱 이해될 것이다.
예 1 : 마이크로주조 처리 체인 및 상세 과정(Microcasting process chain and process details)
본 예에서는 3가지 다른 물질: 러버, 세라믹 및 금속의 곡면에 마이크로구조를 주조하는 방법이 개시된다. 도 1은 마이크로주형 주조 처리 체인(micromolding casting process chain)을 나타낸다. 마이크로주조 처리 체인은 그 곡면에 포함된 마이크로구조를 가지는 프로토타입으로 시작한다. 러버는 마이크로구조화 프로토타입의 곡면으로 주조되고, 세라믹은 마이크로구조화 러버의 곡면으로 주조되며, 금속은 마이크로구조화 세라믹의 곡면으로 주조되고, 마이크로구조화 금속은 최종 생산물의 곡면을 주형 또는 주조한다. 마이크로구조는 상기한 처리 체인의 모든 단계를 통하여 복제된다. 본 예에서는 마이크로필러를 가지는 마이크로구조화 프로토타입을 개시하고 있으나, 이러한 처리는 마이크로필러에 한정되지 않는다. 마이크로구조화 프로토타입은 마이크로홀 또는 상기한 처리 체인에서 모든 단계를 통하여 복제되는 다른 기하학적 형태를 가진다.
프로토타입을 마이크로구조화하기 위해 본 예에서는, 마이크로구조화 폴리머의 삽입(insertion) 및 마이크로구조의 직접 주형(direct molding)의 두 가지 방법이 제공된다. 도 16 및 도 17은 삽입 루트를 나타낸다. 삽입 루트는 마이크로구조화 폴리머(1611) 및 cm-스케일 그루브를 가지는 프로토타입(1601)으로 시작한다. 플렉시블 마이크로구조화 폴리머가 삽입되고 프로토타입의 cm-스케일 그르부에 부착되어, 결과적으로 마이크로구조화 프로토타입(1701)이 된다. 도 18은 삽입되고 cm-스케일 그르부 내측에 부착된 마이크로구조(1802)를 가지는 마이크로구조화 프로토타입(1801)의 도시를 나타낸다. 도 19, 20, 21은 직접 주형 루트를 나타낸다. 마이크로홀을 가지는 플렉시블 폴리머(1911)가 마이크로구조화 주형을 생성하기 위해 매크로 주형(1912)에 부착된다. 미경화된 폴리머가 프로토타입(2001)의 cm-스케일 그루브에 배치되고, 마이크로구조화 주형(2112)은 프로토타입(2101) 및 미경화된 폴리머(2113)를 가압 및 가열하여, 배치된 폴리머를 경화한다. 마이크로구조화 주형은 프로토타입을 분리하여 마이크로구조화 프로토타입(2201)을 제조한다. 도 23은 프로토타입의 cm-스케일 그르부 내측에 직접 주형된 마이크로구조(2302)를 가지는 마이크로구조화 프로토타입(2301)의 도시를 나타낸다. 마이크로구조화 프로토타입의 곡면은 삽입 및 직접 주형 루트 모두에서 마이크로구조의 등각 커버링(conformal covering)을 가진다.
도 2, 3 및 4는 마이크로구조화 프로토타입에서 러버까지 주조 단계를 나타낸다. 원한다면, 마이크로구조화 프로토타입으로부터 러버의 디몰딩(demolding)을 용이하게 하기 위해 마이크로구조화 프로토타입 주형(201) 상에 이형제가 도포된다. 사용된 이형제의 하나는 Ciba Specialty Chemicals에 의해 제공되고, 납핀(napfin), 파라핀 왁스(paraffin wax), 폴리실록산(polysiloxanes), 합성 왁스(synthetic wax) 및 미네랄 오일(mineral oil)로 구성된다. 러버(303)가 마이크로구조화 프로토타입(201/301)으로부터 주조될 때 마이크로구조화 프로토타입(201/301)으로부터의 마이크로구조(202)는 마이크로구조화 러버로 복제된다. Hg에서 22의 진공(vacuum)이 마이크로구조화 프로토타입(201/301)으로 러버(303)의 주조에 지원된다. 이 예에서, 마이크로홀(404)은 마이크로구조화 프로토타입(201/301)의 마이크로필러(202)로부터 마이크로구조화 러버(403)로 주조된다. 도 5는 러버에 복제된 마이크로구조(504)의 도시를 나타낸다. 마이크로구조화 러버의 마이크로홀과 마이크로구조화 프로토타입의 마이크로필러의 비교는 마이크로구조화 러버가 높은 복제율로 마이크로구조화 프로토타입으로부터 주조되어/tdma을 나타낸다.
도 4, 6 및 7은 마이크로구조화 러버에서 세라믹까지의 주조단계를 나타낸다. 사용된 하나의 세라믹은 물 기반 플라스터(water based plaster)인 Ransom 및 Randolph사의 Rantyre Investment이다. 덴탈 플라스터(dental plaster)와 유사한 임의의 플라스터 또한 적합하다. 원한다면, 마이크로구조화 러버 주형으로부터 세라믹의 디몰딩(demolding)을 돕기 위해 마이크로구조화 러버 주형(201) 상에 제거제가 도포된다. 사용된 제거제의 하나는 단순히 물에 비누이다. 마이크로구조화 러버(403/603)로부터 세라믹(605)이 주조될 때 마이크로구조화 러버 표면은 세라믹(605)으로 복제된다. 세라믹은 경화되기(hardened) 전에 세라믹으로부터 가스 방울을 제거하기 위해 대략 30초간 대기압(atmospheric pressure)에서 진동된다(vibrated). 이 예에서, 마이크로필러(706)는 마이크로구조화 러버(403/603)로부터 마이크로홀(404)에 의해 마이크로구조화 세라믹(705)으로 주조된다. 도 8은 세라믹에 복제된 마이크로구조(806)의 도시를 나타낸다. 마이크로구조화 세라믹의 마이크로필러와 마이크로구조화 러버의 마이크로홀의 비교는 마이크로구조화 세라믹이 높은 복제율로 마이크로구조화 러버로 주조되었음을 나타낸다. 마이크로구조화 세라믹은 그 후, 예를 들면, 150℃에서 12시간 동안, 금속을 주조하기 전에, 경화된다.
도 7, 9 및 10은 마이크로구조화 세라믹에서 금속까지의 주조단계를 나타낸다. 금속(907)이 마이크로구조화 세라믹(905)으로 주조될 때, 마이크로구조화 세라믹 표면은 금속으로 복제된다. 이 예에서, 금속 마이크로홀(1008)은 마이크로구조화 세라믹(705/905)의 마이크로필러(706)로부터 주조된다. 도 11은 금속에 복제된 마이크로구조(1108)의 도시를 나타낸다. 마이크로구조화 금속의 마이크로홀과 마이크로구조화 세라믹의 마이크로필러의 비교는 마이크로구조화 금속이 높은 복제율로 마이크로구조화 세라믹에 주조되었음을 나타낸다.
도 12 및 13은 마이크로구조화 금속에서 최종 생산물까지의 주조 또는 주형단계를 나타낸다. 마이크로구조화 금속(1207)이 최종 생산물(1209)로 주조 또는 주형될 때, 마이크로구조화 금속 표면은 최종 생산물로 복제된다. 이 예에서, 마이크로구조화 금속(1007/1207)으로부터의 마이크로홀(1008)은 마이크로구조화 최종 생산물(1309)로 마이크로필러(1310)를 주형한다. 도 14는 실행이 감소된, 마이크로구조화 최종 생산물의 도시를 나타낸다. 이러한 특정 최종 생산물을 생성하는 주형하는 동안, 주조 방법 또한 사용될 수 있다.
도 15는 최종 생산물로 마이크로 주형된 다양한 형태를 나타낸다. 10㎛ 내지 50㎛ 폭의 원, 타원, 삼각형 및 사각형이 35 내지 70㎛ 범위의 높이로 최종 생산물로 마이크로 주형된다. 7:1의 종횡비(높이:폭)를 가지는 마이크로구조가 최종 생산물로 주형된다. 원 및 타원은 이러한 처리가 최종 생산물에서 둥근(round) 마이크로구조를 생산하기 위해 사용될 수 있음을 나타낸다. 삼각형 및 사각형은 이러한 처리가 최종 생산물에서 뾰족뿔 직선에지(sharp-corned straight-edged)의 마이크로구조를 생산하기 위해 사용될 수 있음을 나타낸다.
예 2 : 맞춤형 마이크로미터 스케일 및 나노미터 스케일 구조의 제조방법(Farbrication method for tailored micrometer-scale and nanometer-scalestructures)
도 24는 LDAMN(Lithographically Defined Arrays of Micro/Nanostructures)을 제조하는 기술을 나타낸다. 이 기술은 광(light) 또는 입자(particles)에 민감한 감광성(photosensitive) 폴리머 또는 레지스트(2415)로 토핑된(topped) 기판으로 개시된다. 레지스트 상의 스텐실 마스크(stencil mask)(2417)를 통하여 광(2416)을 비춤으로써, 마이크로미터 스케일 또는 나노미터 스케일 구조가 레지스트에 형성될 수 있다. 다른 종류의 전자기파(electromagnetic waves), 에너지빔(energy beams), 또는 입자가 또한 이러한 마이크로구조 또는 나노구조를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 상기한 구조는 패턴으로 배열될 수 있고 아닐 수도 있으나, 그 주요한 특징은 제조 과정이 그들의 사이즈, 형태, 및 위치를 마이크로미터 스케일 또는 나노미터 스케일의 정확도와 정밀도로 제어한다는 것이다.
맞춤형 마이크로구조 또는 나노구조를 가지는 레지스트는 이 단계에서 주형으로서 사용될 수 있다. 기판은 또한 마이크로구조를 수정하기 위해 처리될(예를 들면, 화학적 에칭으로) 수 있다. 더욱이, 표면은 연속적인 주형 단계를 용이하게 또는 개선하기 위한 제제(agent)로 코팅될 수 있다.
미경화된 폴리머가 마이크로구조로 주형되고 열, UV광 또는 다른 경화 방법을 이용하여 경화될 수 있다. 경화된 폴리머(2518)가 기판-레지스트 주형으로부터 제거될 때, 주형으로부터의 구조는 폴리머에 전사되고, 또한 기계적으로 플렉시블하다.
도 25는 맞춤형 마이크로구조 또는 나노구조를 가지는 폴리머를 밀리미터 스케일 또는 센티미터 스케일 그루브로 통합하는 처리를 나타낸다. 상기한 처리는 마이크로구조를 가지는 플렉시블 폴리머 시트(2518) 및 플렉시블 폴리머 시트를 수신하기(receiving) 적합한 구조(2519)로 개시된다. 접착제(adhesive)가 수신 구조의 cm-스케일 그루브에 적용되고, 플렉시블 폴리머 시트는 cm-스케일 그루브에 삽입된다. 접착제가 굳으면, 플렉시블 폴리머 시트는 구조에 단단하게 고정된다. 결합된 구조는 이제 연속적인 주형 및/또는 주조 단계에 적합하다.
예 3 : 마이크로구조화 객체의 재사용성 및 마이크로형상의 이질성(Reusability of microstructured objects and heterogenenry of microfeatures)
마이크로형상의 미리 선택된 패턴을 가지는 마이크로구조화 프로토타입이 제조된다. 미리 선택된 패턴은 2개의 다른 마이크로형상 형태(microfeature shapes)의 영역을 포함한다. 제 1 영역은 100㎛ 높이(tall)와 100㎛ 폭(wide)의 삼각형 단면형태(triangular cross-sectional shapes)를 가지는 마이크로필러를 포함한다. 제 2 영역은 100㎛ 높이와 100㎛ 폭의 원형 단면형태(circular cross-sectional shapes)를 가지는 마이크로필러를 포함한다.
러버는 제 1 마이크로구조화 러버 객체를 생성하기 위해 마이크로구조화 프로토타입으로 주조되었다. 마이크로구조화 러버 객체는 따라서 마이크로구조화 프로토타입의 주조로부터 형성된 2개의 다른 마이크로형상 형태의 영역을 포함하여 생성된다. 제 1 영역은 마이크로구조화 러버에 100㎛ 깊이(deep)와 100㎛ 폭의 삼각형 단면형태를 가지는 마이크로홀을 형성하였다. 제 2 영역은 마이크로구조화 러버에 100㎛ 깊이와 100㎛ 폭의 원형 단면형태를 가지는 마이크로홀을 형성하였다.
제 1 마이크로구조화 러버가 마이크로구조화 프로토타입으로부터 제거되면, 러버는 제 1 마이크로구조화 러버 객체와 매치되는 마이크로형상을 가지는 제 2 마이크로구조화 러버 객체를 생성하기 위해 다시 마이크로구조화 프로토타입으로 주조된다.
세라믹은 제 1 마이크로구조화 세라믹 객체를 생성하기 위해 제 2 마이크로구조화 러버로 주조되었다. 마이크로구조화 세라믹 객체는 따라서 마이크로구조화 러버의 주조로부터 형성된 2개의 다른 마이크로형상 형태의 영역을 포함하여 생성된다. 제 1 영역은 마이크로구조화 세라믹에 100㎛ 높이와 100㎛ 폭의 삼각형 단면형태를 가지는 마이크로필러를 형성하였다. 제 2 영역은 마이크로구조화 세라믹에 100㎛ 높이와 100㎛ 폭의 원형 단면형태를 가지는 마이크로필러를 형성하였다.
제 1 마이크로구조화 세라믹이 제 2 마이크로구조화 러버 객체로부터 제거되면, 세라믹은 제 1 마이크로구조화 세라믹 객체와 매치되는 마이크로형상을 가지는 제 2 마이크로구조화 세라믹 객체를 생성하기 위해 다시 마이크로구조화 러버로 주조된다.
최종적으로, 알루미늄이 마이크로구조화 알루미늄 객체(2600)를 생성하기 위해 제 2 마이크로구조화 세라믹으로 주조되었다. 마이크로구조화 알루미늄 객체는 따라서 제 2 마이크로구조화 세라믹 객체의 주조로부터 형성된 2개의 다른 마이크로형상 형태의 영역을 포함하여 생성된다. 마이크로구조화 알루미늄 객체(2600)의 사진은 도 26에 나타나 있다. 제 1 영역(2601)은 마이크로구조화 러버에 100㎛ 깊이와 100㎛ 폭의 삼각형 단면형태를 가지는 마이크로홀(2602)을 형성하였다. 제 2 영역은 마이크로구조화 러버에 100㎛ 깊이와 100㎛ 폭의 원형 단면형태를 가지는 마이크로홀(2604)을 형성하였다.
마이크로구조화 프로토타입은 마이크로구조화 알루미늄으로의 복수의 주조 단계 동안 전사되는 곡면 영역(curved region)을 포함한다. 도 26에 있어서, 이러한 굴곡(curvature)은 사진의 하단부(2605) 근처에서 관측될 수 있고, 이는 카메라의 얕은 심도(shallow depth of field)로 인하여 포커스 아웃된 사진이다.
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2009년 2월 17일에 출원되고 발명자로서 William P. King과 Andrew H. Cannon을 가지는 출원번호 61/152,028호의 미국 임시특허(US provisional patent application) "마이크로구조를 제조하는 방법(Methods for fabricating microstructures)"은, 본 발명과 불일치하지 않는 범위 내에서 그 전체가 참조로서 여기에 포함된다.
본 명세서에서 언급된 모든 특허 및 간행물은 본 발명이 속하는 기술분야에서 당업자에게 자명한 것이다. 여기에 인용된 참조문헌은 기술의 상태, 경우에 따라 그들의 출원일을 나타내기 위해 그 전체가 참조로서 포함되며, 이러한 정보는, 필요하면, 종래기술의 특정한 실시예를 배제(exclude)(예를 들면, 포기(disclaim))하기 위해 여기에 적용될 수 있다. 예를 들면, 합성물(compound)이 청구되었을 때, 여기에 개시된 참조문헌에(특히 인용된 특허문헌에) 기재된 특정한 합성물을 포함하는, 종래기술에서 알려진 합성물은 청구의 범위에 포함되지 않도록 해야 한다.
대체군(substituents)의 그룹이 여기에 개시되면, 그러한 그룹의 모든 개별 구성원 및 대체군을 이용하여 형성될 수 있는 모든 하위그룹(subgroups)과 클래스는 개별적으로 개시되어야 한다. 마퀴시 그룹(Markush group) 또는 다른 그룹화(grouping)가 여기에 사용되면, 그 그룹의 모든 구성원 및 그룹의 가능한 모든 결합(combinations)과 부분결합(subcombnations)은 개별적으로 설명에 포함되어야 한다.
모든 공식화(formulation) 또는 개시되거나 예시된 구성요소의 결합은, 그러지 않다는 언급이 없다면, 본 발명의 실시를 위해 사용될 수 있다. 물질의 구체적인 이름은 예시적인 것이며, 당업자가 동일한 물질에 다른 이름을 붙일 수 있다. 당업자는, 방법, 장치 소자, 시작물질 및 구체적으로 예시된 것 이외의 합성방법이 과도한 실험에 의지하지 않고 본 발명의 실행에 적용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그러한 방법, 장치 소자, 시작물질 및 합성방법의 모든 공지기술의 기능적인 등가는, 본 발명에 포함된다. 본 명세서에서, 예를 들면, 온도 범위, 시간 범위 또는 합성 범위와 같은, 범위가 주어질 때마다, 모든 중간 범위(intermediate ranges) 및 하위 범위(subranges) 뿐만 아니라 주어진 범위에 포함되는 모든 개별적인 값도 설명에 포함되는 것이다.
여기에 사용된 바와 같이, "포함하다(comprising)"는 "포함한다(including)", 함유한다"containing)" 또는 "특징으로 한다(characterized by)"와 동의어이고, 포괄적(inclusive)이거나 제한이 없는(open-ended) 것이며 추가적인, 재인용되지 않은(unrecited) 소자나 방법 단계를 제외하지 않는다. 여기에 사용된 바와 같이, "구성되는(consisting of)"은 임의의 소자, 단계 또는 청구의 범위에서 특정되지 않은 성분(ingredient)을 제외한다. 여기에 사용된 바와 같이, "필수적으로 구성되는(consisting essentially of)"은 청구의 범위의 기본적이며 신규한 특징에 물질적으로 영향을 미치지 않는 물질이나 단계를 제외하지 않는다. "포함하다(comprising)"는 용어의 상술(recitation)은, 특히 조성의 성분에 대한 설명이나 장치의 부품에 대한 설명에서, 필수적으로 구성되고 상술된 성분이나 부품으로 구성되는 그러한 조성 및 방법을 완전히 포함하는(encompass) 것이다. 여기에 예시적으로(illustratively) 적합하게 개시된 본 발명은 여기에 구체적으로 개시되지 않은 임의의 구성요소 또는 한정 없이 실행될 수 있다.
본 발명에 적용된 용어 및 표현은 설명을 위한 것이며 한정을 위한 것이 아니고, 그러한 용어 및 표현의 사용에 있어 나타낸 특징 및 기재 또는 그 일부의 어떠한 등가도 제외하고자 하는 것이 아니며, 다양한 수정이 본 발명의 청구의 범위 내에서 가능한 것임에 유념해야 한다. 따라서 본 발명이 바람직한 실시예에 의해 구체적으로 설명되었더라도, 선택적인 특징, 여기에 개시된 개념의 수정 및 변경이 당업자에 의해 복구될 수 있고, 그러한 수정 및 변경은 첨부된 청구의 범위에 의해 정의되는 본 발명의 범위 내에서 고려되어야 한다.

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  86. 마이크로구조화 객체(microstructured object)를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    미리 선택된 패턴(preselected pattern) 및 10nm 내지 100㎛의 범위에서 선택된 치수(dimensions)를 가지는 하나 이상의 마이크로형상(microfeatures) 및 100㎛ 내지 1m의 범위에서 선택된 치수를 가지는 하나 이상의 매크로형상(macrofeatures)을 포함하는 마이크로구조화 프로토타입(microstructured prototype)을 제조하는(fabricating) 단계와;
    상기 마이크로구조화 프로토타입으로부터 러버(rubber)를 주조함으로써(casting), 상기 미리 선택된 패턴을 가지는 러버 마이크로형상(rubber microfeatures)을 포함하는 마이크로구조화 러버(microstructured rubber)를 만드는(making) 단계를 포함하고,
    상기 마이크로구조화 프로토타입을 제조하는 단계는,
    제1 프로토타입을 마련하는 단계,
    상기 미리 선택된 패턴을 가지는 하나 이상의 마이크로 형상을 포함하는 마이크로구조화 플렉시블 폴리머의 적어도 일부분을 변형하는 단계, 여기서 상기 변형하는 단계는 변형된 마이크로구조화 플렉시블 폴리머를 상기 제1 프로토타입의 하나 이상의 매크로 스케일 형상 표면의 적어도 일부에 일치(conform)시키기 위한 것임,
    상기 변형된 마이크로구조화 플렉시블 폴리머를 상기 제1 프로토타입의 하나 이상의 매크로 스케일 형상에 접합하는 단계를 포함하는 방법.
  87. 제 86항에 있어서,
    상기 마이크로구조화 러버로부터 세라믹(ceramic)을 주조함으로써, 상기 미리 선택된 패턴을 가지는 세라믹 마이크로형상을 포함하는 마이크로구조화 세라믹을 만드는 단계를 더 포함하는 방법.
  88. 제 87항에 있어서,
    상기 마이크로구조화 세라믹으로부터 금속(metal)을 주조함으로써, 상기 미리 선택된 패턴을 가지는 금속 마이크로형상을 포함하는 마이크로구조화 금속을 만드는 단계를 더 포함하는 방법.
  89. 제 88항에 있어서,
    상기 마이크로구조화 금속으로부터 최종 생산물(end product material)을 주조 또는 주형함으로써(casting or molding), 상기 미리 선택된 패턴을 가지는 최종 생산물 마이크로형상을 포함하는 마이크로구조화 최종 생산물을 만드는 단계를 더 포함하는 방법.
  90. 제 86항에 있어서,
    상기 마이크로구조화 프로토타입을 제조하는 단계는,
    반도체 웨이퍼를 마련하는(providing) 단계;
    미리 선택된 마이크로형상의 패턴으로 상기 반도체 웨이퍼를 패터닝하는(patterning) 단계;
    미경화된(uncured) 플렉시블 폴리머(flexible polymer)를 패턴화된 상기 반도체 웨이퍼로 주형하는(molding) 단계;
    상기 폴리머를 경화함으로써(curing), 상기 마이크로구조화 플렉시블 폴리머를 형성하는(forming) 단계; 및
    상기 마이크로구조화 플렉시블 폴리머를 패턴화된 상기 반도체 웨이퍼로부터 제거하는 단계를 포함하는 방법.
  91. 제 90항에 있어서,
    상기 변형하는 단계는, 상기 마이크로구조화 플렉시블 폴리머의 적어도 일부가 100㎛ 내지 3m의 범위에서 선택된 곡률반경(radius of curvature)으로 변형되거나,
    상기 마이크로구조화 폴리머의 적어도 일부가 1% 내지 1300%의 범위에서 선택된 스트레인 레벨(strain level)로 변형되거나, 또는,
    상기 마이크로구조화 폴리머의 적어도 일부가 100㎛ 내지 3m의 범위에서 선택된 곡률반경 및 1% 내지 1300%의 범위에서 선택된 스트레인 레벨(strain level)로 변형되는 방법.
  92. 제 87항에 있어서,
    상기 마이크로구조화 세라믹은 상기 미리 선택된 패턴을 가지는 상기 세라믹 마이크로형상보다 작은 사이즈의 형상을 포함하는 추가적인 비평탄층(layer of roughness)을 포함하고,
    상기 추가적인 비평탄층은 추가적인 주조 또는 주형 단계에서 복제되는 방법.
  93. 제 86항에 있어서,
    상기 마이크로형상의 피치는 10nm 내지 100㎛의 범위에서 선택되고,
    상기 마이크로형상의 적어도 일부는 상기 마이크로구조화 프로토타입의 마이크로 스케일 형상 위 및/또는 내에(on and/or within) 위치되며,
    상기 마이크로구조화 프로토타입의 마이크로 스케일 형상의 표면적의 80% 내지 100%가 상기 미리 선택된 패턴의 마이크로형상으로 덮이는(covered) 방법.
  94. 마이크로구조화 최종 생산물(microstructured end product)을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    미리 선택된 패턴을 가지는 마이크로형상을 포함하는 마이크로구조화 프로토타입을 제조하는 단계;
    상기 마이크로구조화 프로토타입으로부터 러버를 주조함으로써, 상기 미리 선택된 패턴을 가지는 러버 마이크로형상을 포함하는 마이크로구조화 러버를 만드는 단계;
    상기 마이크로구조화 러버로부터 세라믹을 주조함으로써, 상기 미리 선택된 패턴을 가지는 세라믹 마이크로형상을 포함하는 마이크로구조화 세라믹을 만드는 단계;
    상기 마이크로구조화 세라믹으로부터 금속을 주조함으로써, 상기 미리 선택된 패턴을 가지는 금속 마이크로형상을 포함하는 마이크로구조화 금속을 만드는 단계; 및
    상기 마이크로구조화 금속으로부터 최종 생산물을 주조 또는 주형함으로써, 상기 미리 선택된 패턴을 가지는 최종 생산물 마이크로형상을 포함하는 마이크로구조화 최종 생산물을 만드는 단계를 포함하고,
    상기 마이크로구조화 프로토타입을 제조하는 단계는,
    제1 프로토타입을 마련하는 단계,
    상기 미리 선택된 패턴을 가지는 하나 이상의 마이크로 형상을 포함하는 마이크로구조화 플렉시블 폴리머의 적어도 일부분을 변형하는 단계, 여기서 상기 변형하는 단계는 변형된 마이크로구조화 플렉시블 폴리머를 상기 제1 프로토타입의 하나 이상의 매크로 스케일 형상 표면의 적어도 일부에 일치(conform)시키기 위한 것임,
    상기 변형된 마이크로구조화 플렉시블 폴리머를 상기 제1 프로토타입의 하나 이상의 매크로 스케일 형상에 접합하는 단계를 포함하는 방법.
  95. 제 94항에 있어서,
    상기 마이크로형상은 10nm 내지 100㎛의 범위에서 선택된 치수를 가지고,
    상기 마이크로형상의 피치는 10nm 내지 100㎛의 범위에서 선택되며,
    상기 마이크로구조화 프로토타입은 100㎛ 내지 1m의 범위에서 선택된 치수를 가지는 형상의 제 2 집합(second set of features)을 더 포함하고,
    상기 마이크로형상의 적어도 일부는 상기 형상의 제 2 집합의 위 및/또는 내에(on and/or within) 위치되며,
    상기 형상의 제 2 집합의 표면적(sruface area)의 80% 내지 100%가 상기 미리 선택된 마이크로형상의 패턴으로 덮이는(covered) 방법.
  96. 제 94항에 있어서,
    상기 마이크로형상의 적어도 일부는 상기 마이크로구조화 프로토타입의 곡면(curved surface) 상에 위치되고,
    상기 러버 마이크로형상의 적어도 일부는 상기 마이크로구조화 러버의 곡면상에 위치되며,
    상기 세라믹 마이크로형상의 적어도 일부는 상기 마이크로구조화 세라믹의 곡면상에 위치되고,
    상기 금속 마이크로형상의 적어도 일부는 상기 마이크로구조화 금속의 곡면상에 위치되며,
    상기 최종 생산물 마이크로형상의 적어도 일부는 상기 마이크로구조화 최종 생산물의 곡면상에 위치되는 방법.
  97. 제 94항에 있어서,
    상기 최종 생산물은 타이어 고무(tire rubber)이며,
    그것에 의해, 마이크로구조화 타이어를 제조하는 방법.
  98. 제 97항에 있어서,
    상기 마이크로구조화 타이어는, 자동차 타이어의 트레드 부분(tread portion), 자동차 타이어의 측벽 부분(sidewall portion) 또는 자동차 타이어의 트레드 부분 및 측벽 부분 양쪽에 복수의 마이크로형상을 포함하는 방법.
  99. 제 94항에 있어서,
    상기 미리 선택된 마이크로형상의 패턴은, 각각의 주조 및/또는 주형 단계에서 50% 내지 100%의 범위에서 선택된 복제율로 복제되는 방법.
  100. 제 94항에 있어서,
    상기 마이크로구조화 프로토타입을 제조하는 단계는,
    반도체 웨이퍼를 마련하는 단계;
    상기 반도체 웨이퍼를 미리 선택된 마이크로형상의 패턴으로 패터닝하는 단계;
    미경화된 플렉시블 폴리머를 패턴화된 상기 반도체 웨이퍼로 주형하는 단계;
    상기 폴리머를 경화함으로써, 상기 마이크로구조화 플렉시블 폴리머를 형성하는 단계; 및
    상기 마이크로구조화 플렉시블 폴리머를 패터닝된 상기 반도체 웨이퍼로부터 제거하는 단계를 포함하는 방법.
  101. 제 100항에 있어서,
    상기 변형하는 단계는, 상기 마이크로구조화 폴리머의 적어도 일부가 100㎛ 내지 3m의 범위에서 선택된 곡률반경으로 변형되거나,
    상기 마이크로구조화 폴리머의 적어도 일부가 1% 내지 1300%의 범위에서 선택된 스트레인 레벨로 변형되거나, 또는,
    상기 마이크로구조화 폴리머의 적어도 일부가 100㎛ 내지 3m의 범위에서 선택된 곡률반경 및 1% 내지 1300%의 범위에서 선택된 스트레인 레벨로 변형되는 방법.
  102. 제 94항에 있어서,
    상기 마이크로구조화 세라믹은 상기 미리 선택된 패턴을 가지는 상기 세라믹 마이크로형상보다 작은 사이즈의 형상을 포함하는 추가적인 비평탄층을 포함하고,
    상기 추가적인 비평탄층은 추가적인 주조 또는 주형 단계에서 복제되는 방법.
  103. 마이크로구조화 러버 객체를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    반도체 웨이퍼를 마련하는 단계;
    미리 선택된 마이크로형상의 패턴으로 상기 반도체 웨이퍼를 패터닝하는 단계;
    미경화된 플렉시블 폴리머를 패턴화된 상기 반도체 웨이퍼로 주형하는 단계;
    상기 주형된 플렉시블 폴리머를 경화함으로써, 상기 미리 선택된 마이크로형상의 패턴을 가지는 마이크로구조화 플렉시블 폴리머를 형성하는 단계;
    상기 형성된 마이크로구조화 플렉시블 폴리머를 패턴화된 상기 반도체 웨이퍼로부터 제거하는 단계;
    하나 이상의 매크로 스케일 형상을 가지는 광역(large-aresa) 프로토타입을 마련하는 단계;
    변형된 상기 마이크로구조화 플렉시블 폴리머가 상기 광역 프로토타입의 상기 하나 이상의 매크로 스케일 형상의 표면의 적어도 일부와 일치하도록 상기 마이크로구조화 플렉시블 폴리머의 적어도 일부를 변형하는 단계;
    상기 변형된 마이크로구조화 플렉시블 폴리머를 상기 광역 프로토타입에 주형하는 단계; 및
    상기 광역 프로토타입 및 상기 마이크로구조화 폴리머로부터 러버를 주조함으로써, 상기 미리 선택된 패턴의 마이크로형상을 주조 러버 객체의 적어도 일부에 복제하는 단계를 포함하는 방법.
  104. 마이크로구조화 러버 객체를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    반도체 웨이퍼를 마련하는 단계;
    상기 반도체 웨이퍼를 미리 선택된 마이크로형상의 패턴으로 패터닝하는 단계;
    미경화된 제 1 폴리머를 패턴화된 상기 반도체 웨이퍼로 주형하는 단계;
    상기 주형된 제 1 폴리머를 경화함으로써, 상기 미리 선택된 마이크로형상의 패턴을 가지는 마이크로구조화 제1 플렉시블 폴리머를 형성하는 단계;
    상기 형성된 마이크로구조화 제1 플렉시블 폴리머를 패터닝된 상기 반도체 웨이퍼로부터 제거하는 단계;
    하나 이상의 매크로 스케일 형상을 가지는 매크로 주형을 마련하는 단계;
    상기 마이크로구조화 제1 플렉시블 폴리머가 상기 매크로 주형의 하나 이상의 매크로 스케일 형상의 표면의 적어도 일부와 일치하도록 상기 마이크로구조화 제1 플렉시블 폴리머의 적어도 일부를 변형하는 단계;
    상기 변형된 마이크로구조화 제1 플렉시블 폴리머를 상기 매크로 주형에 주형하는 단계;
    하나 이상의 매크로 스케일 형상을 가지는 광역 프로토타입을 마련하는 단계;
    상기 광역 프로토타입의 하나 이상의 매크로 스케일 형상의 표면의 적어도 일부에 미경화된 제 2 폴리머를 배치하는 단계;
    상기 매크로 주형 및 마이크로구조화 제1 플렉시블 폴리머가 상기 광역 프로토타입 및 상기 미경화된 제 2 폴리머와 접촉하도록 하는 단계;
    상기 미경화된 제 2 폴리머를 경화함으로써, 상기 미리 선택된 마이크로형상의 패턴을 가지는 마이크로구조화 제 2 폴리머를 만드는 단계;
    상기 매크로 주형 및 상기 마이크로구조화 제1 플렉시블 폴리머를 상기 광역 프로토타입 및 상기 마이크로구조화 제 2 폴리머로부터 분리하는 단계; 및
    상기 광역 프로토타입 및 상기 마이크로구조화 제2 폴리머로부터 러버를 주조함으로써, 상기 미리 선택된 패턴의 마이크로형상을 주조 러버 객체의 적어도 일부에 복제하는 단계를 포함하는 방법.
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