KR101645887B1 - 마스크를 이용하는 이방성 주름 패턴 형성 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

마스크를 이용하는 이방성 주름 패턴 형성 방법 및 시스템이 개시된다. 개시된 이방성 주름 패턴 형성 방법은 기 형성된 패턴을 포함하는 마스크를 고분자 기판 상에 위치시키는 단계; 및 상기 마스크로 이온빔을 조사하는 단계를 포함한다.

Description

마스크를 이용하는 이방성 주름 패턴 형성 방법 및 시스템{Method and System For Forming Anisotropic Wrinkle Pattern Using Mask}
본 발명은 이방성 주름 패턴 형성 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마스크를 이용하는 이방성 주름 패턴 형성 방법 및 시스템에 관한 것이다.
현대 기술사회가 발전할수록 정보저장, 디스플레이(광학), 마이크로 전기 기계적 시스템(MEMS,microelectromechanical system), 센서 등의 디바이스의 고기능화나 새로운 디바이스의 개발에 대한 수요가 크게 증가하고 있으며, 이에 따라 마이크로/나노 크기의 미세 패턴을 만드는 새로운 방법에 대한 연구도 활발하게 이루어지고 있다.
주름 패턴은 특히, 스마트 전자 소자와 같이 플렉서블 분야에서부터 바이오 분야까지 아우르는 광범위한 영역에 적용되기 때문에, 주름 패턴을 형성하는 방법 또는 주름 패턴 형성의 제어 공정에 대한 관심이 갈수록 관심이 높아지고 있다.
박막 표면에 발생하는 주름 모양의 패턴은 표면의 얇은 상층막과 하부 기판의 계면에서 발생하는 물리적 성질의 차이에 의해 발생하는 것으로, 용매(solvent)에 의한 팽윤 유도 주름화(swelling induced wrinkling), 표면에 이종박막을 도포하는 이중막 유도 주름화(bi-layer induced wrinkling), 그리고 이종박막의 도포 없이 플라즈마에 의한 표면개질을 이용한 플라즈마 유도 주름화(plasma induced wrinkling) 등의 방법이 있다.
하지만 전술된 방법은, 이방성 주름 패턴을 기판상에서 선택적으로 형성하기 어려우며, 균일한 주름 패턴을 형성하기 어려운 단점이 있다.
관련된 선행문헌으로 대한민국 공개특허 제2012-0058019호가 있다.
본 발명은 마스크를 이용하는 이방성 주름 패턴 형성 방법 및 시스템을 제공하기 위한 것이다.
특히, 본 발명은 마스크를 이용하여 이방성 주름 패턴의 방향성을 제어하고, 고분자 기판 상에서 선택적으로 이방성 주름 패턴을 형성하기 위한 방법 및 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 마스크를 이용한 이방성 주름 패턴 형성 방법에 있어서, 기 형성된 패턴을 포함하는 마스크를 고분자 기판 상에 위치시키는 단계; 및 상기 마스크로 이온빔을 조사하는 단계를 포함하는 이방성 주름 패턴 형성 방법을 제공한다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 고분자 기판; 기 형성된 패턴을 포함하며, 상기 고분자 기판 상에 위치하는 마스크; 및 상기 마스크로 이온빔을 조사하는 이온빔 처리부를 포함하는 이방성 주름 패턴 형성 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 마스크를 이용하여 이온빔을 고분자 기판에 선택적으로 조사함으로써 고분자 기판 상에서 선택적으로 이방성 주름 패턴을 형성할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 마스크의 패턴을 이용하여 이방성 주름 패턴의 방향성을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이방성 주름 패턴 형성 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 이방성 주름 패턴의 형성 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 마스크의 패턴을 도시하고 있는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이방성 주름 패턴을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이방성 주름 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이방성 주름 패턴 형성 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이방성 주름 패턴 형성 시스템은 고분자 기판(110), 마스크(120) 및 이온빔 처리부(130)를 포함한다. 또한 실시예에 따라서 마스크 제어부(140)를 더 포함할 수 있다.
마스크(120)는 기 형성된 패턴(121)을 포함하며, 고분자 기판 상에 위치한다. 고분자 기판(110)은 고분자 물질로 구성된 기판이며, 일실시예로서 실리콘 고분자 물질인 폴리디메틸실록산(PDMS, Polydimethylsiloxane) 기판일 수 있다.
이온빔 처리부(130)는 마스크(120)로 이온빔을 조사하며, 조사된 이온빔의 일부가 기 형성된 패턴(121)을 통과하여, 고분자 기판(110)으로 주입된다. 기 형성된 패턴(121)을 통과하여 선택적으로 이온빔이 주입된 고분자 기판(110)의 특정 영역에 이방성 주름 패턴이 형성될 수 있다.
이방성 주름 패턴의 형성 원리를 설명하기 위한 도 2를 참조하면, 도 2(a)에 도시된 바와 같이 고분자 기판(110)으로 이온빔이 주입되면, 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 이온빔의 에너지에 의해 고분자 기판(110)의 표면이 부풀어 오른다. 이후 이온빔의 에너지가 방출되며 고분자 기판(110)의 표면이 수축하게 되는데, 이 때의 표면 압축 응력에 의해 도 2(c)와 같이 고분자 기판(110)에 이방성 주름 패턴이 형성될 수 있다.
이 때, 이방성 주름 패턴의 진폭(210) 및 간격(220)은 이온빔의 에너지에 따라 결정될 수 있다. 이온빔의 에너지가 클수록 고분자 기판(110)의 표면이 보다 많이 부풀어 오르기 때문에 표면 압축 응력이 세지며, 따라서 이방성 주름 패턴의 진폭(210) 및 간격(220)이 커지는 등 이방성 특징이 보다 잘 나타날 수 있다.
이온빔의 에너지는 이온빔 처리부(130)에 의해 제어될 수 있으며, 이온빔 처리부(130)는 이온빔을 가속시키거나 감속시킴으로써 이온빔의 에너지를 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 마스크의 패턴을 도시하고 있는 도 3을 참조하면, 마스크(120)의 패턴(121)은 가로 길이가 세로 길이보다 짧은 직사각형 패턴일 수 있다. 이 때, 이방성 주름 패턴은 보다 짧은 길이 방향으로 나타날 수 있으며, 따라서 패턴(212)의 가로 길이 방향, 즉 화살표 방향으로 형성될 수 있다. 그리고 마스크 패턴(121)의 폭이 좁을수록 즉, 가로 길이가 짧을수록 이방성 특징이 잘 나타날 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 마스크의 패턴에 의해 이온빔이 주입된 특정 영역에서 표면 압축 응력이 발생하고, 따라서 마스크가 위치하는 고분자 기판의 영역에 선택적으로 이방성 주름 패턴이 형성될 수 있다. 또한 본 발명에 따르면 마스크의 패턴의 가로 길이 방향으로 이방성 주름 패턴이 형성되기 때문에, 마스크의 위치를 제어함으로써, 이방성 주름 패턴의 방향성을 제어할 수 있다.
마스크 제어부(140)는, 사용자가 설계하고자하는 이방성 주름 패터의 방향을 나타내는 이방성 주름 패턴에 대한 방향성 정보에 따라, 마스크의 위치를 제어할 수 있다. 예를 들어, 세로 방향으로 이방성 주름 패턴을 형성하고자 할 경우, 마스크 제어부(140)는 방향성 정보에 따라 도 3에 도시된 마스크를 90도 회전시킬 수 있다. 이방성 주름 패턴에 대한 방향성 정보는 사용자에 의해 마스크 제어부(140)로 입력될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이방성 주름 패턴을 나타내는 도면이다.
보다 구체적으로, 도 4(a)는 도 3에 도시된 마스크를 이용하여 고분자 기판에 이온빔을 조사한 경우의 패턴을 나타내며, 도 4(b)는 마스크없이 고분자 기판에 이온빔을 조사한 경우의 패턴을 나타낸다.
도 4(a)에 도시된 바와 같이, 이방성 주름 패턴의 방향은 마스크 패턴의 가로 방향과 대응됨을 알 수 있다. 이온빔이 넓은 영역에 조사될 경우, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 랜덤한 방향성을 나타내는 주름 패턴이 형성됨을 알 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 마스크를 이용할 경우, 고분자 기판의 특정 영역에만 이온빔이 주입되기 때문에 표면 압축 응력의 방향이 비교적 일정한 방향성을 나타내고 따라서 주름 패턴의 방향성이 일정하게 나타날 수 있다. 하지만 이온빔이 고분자 기판의 넓은 영역에 주입될 경우, 표면 압축 응력의 방향이 랜텀한 방향성을 나타내고 따라서 주름 패턴의 방향성 역시 랜덤하게 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이방성 주름 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 단계 S510에서 기 형성된 패턴을 포함하는 마스크를 고분자 기판 상에 위치시키며, 단계 S520에서 마스크로 이온빔이 조사된다. 실시예에 따라서, 이방성 주름 패턴에 대한 방향성 정보에 따라, 마스크의 위치를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 고분자 기판은 고분자 물질로 구성된 기판으로서, 예를 들어 실리콘 고분자 물질인 폴리디메틸실록산 기판일 수 있다.
마스크의 패턴은 가로 길이가 세로 길이보다 짧은 직사각형 패턴일 수 있으며, 마스크의 패턴을 통과한 이온빔에 의해 고분자 기판에 형성되는 이방성 주름 패턴은 마스크 패턴의 가로 길이 방향으로 형성될 수 있다.
한편, 이방성 주름 패턴의 진폭 및 간격은 이온빔의 에너지에 따라 결정될 수 있으며, 마스크 패턴, 마스크의 위치 및 이온빔의 에너지에 따라 이방성 주름 패턴의 방향성을 제어하여 고분자 기판 상에 선택적으로 이방성 주름 패턴을 형성할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (8)

  1. 마스크를 이용한 이방성 주름 패턴 형성 방법에 있어서,
    가로 길이가 세로 길이보다 짧은 직사각형 패턴을 포함하는 마스크를 고분자 기판 상에 위치시키는 단계;
    상기 마스크로 이온빔을 조사하는 단계; 및
    이방성 주름 패턴에 대한 방향성을 제어하기 위해, 상기 이방성 주름 패턴에 대한 방향성 정보에 따라, 상기 마스크의 위치를 조절하는 단계를 포함하며,
    상기 이방성 주름 패턴은 상기 직사각형 패턴의 가로 길이 방향으로 상기 고분자 기판에 형성되는,
    이방성 주름 패턴 형성 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 이방성 주름 패턴의 진폭 및 간격은
    상기 이온빔의 에너지에 따라 결정되는
    이방성 주름 패턴 형성 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 고분자 기판은
    폴리디메틸실록산(PDMS) 기판인
    이방성 주름 패턴 형성 방법.
  5. 고분자 기판;
    가로 길이가 세로 길이보다 짧은 직사각형 패턴을 포함하며, 상기 고분자 기판 상에 위치하는 마스크;
    상기 마스크로 이온빔을 조사하는 이온빔 처리부; 및
    이방성 주름 패턴에 대한 방향성을 제어하기 위해, 상기 이방성 주름 패턴에 대한 방향성 정보에 따라, 상기 마스크의 위치를 제어하는 마스크 제어부를 포함하며,
    상기 이방성 주름 패턴은 상기 직사각형 패턴의 가로 길이 방향으로 상기 고분자 기판에 형성되는,
    이방성 주름 패턴 형성 시스템.
  6. 삭제
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 이방성 주름 패턴의 진폭 및 간격은
    상기 이온빔의 에너지에 따라 결정되는
    이방성 주름 패턴 형성 시스템.
  8. 삭제
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