KR20090035435A - 미세구조물 생성 및 처리 시스템, 및 미세구조물 제조 방법 - Google Patents

미세구조물 생성 및 처리 시스템, 및 미세구조물 제조 방법 Download PDF

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KR20090035435A
KR20090035435A KR1020080096532A KR20080096532A KR20090035435A KR 20090035435 A KR20090035435 A KR 20090035435A KR 1020080096532 A KR1020080096532 A KR 1020080096532A KR 20080096532 A KR20080096532 A KR 20080096532A KR 20090035435 A KR20090035435 A KR 20090035435A
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Abstract

본 발명은 에너지 경화성 물질을 이용한 미세구조물 생성 및 처리 시스템으로서, 보다 구체적으로 다양한 에너지 경화성 유체에 선택적으로 에너지를 공급하여 원하는 형상의 미세구조물을 생성한 후, 상기 미세구조물을 일정 패턴에 따라 이동, 배열 또는 결합하는 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 제1 측면은 광원; 상기 광원에서 조사된 광을 선택된 특성을 갖는 광으로 변형하는 변형 수단; 내부에 광경화성 유체가 흐르며, 상기 변형 수단에서 제공된 광에 따라 상기 광경화성 유체를 선택적으로 경화하여 미세구조물을 생성하는 유체관; 및 상기 유체관에 배치되어 상기 미세구조물을 일정 패턴에 따라 이동, 배열 또는 결합하는 처리수단 등으로 구성되는 것을 특징으로 하는 미세구조물 생성 및 처리 시스템을 제공하는 것이다.

Description

미세구조물 생성 및 처리 시스템, 및 미세구조물 제조 방법 {System for Fabricating and Handling Fine Structures, and Method for Fabricating Fine Structures}
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 광경화성 물질을 이용한 미세구조물 생성 및 처리 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2의 (a)는 도 1의 미세구조물 생성 및 처리 시스템에 채용될 수 있는 레일(36) 형태의 처리수단과 유체관(30)의 일례를 나타내는 도면이며, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)에 표현된 유체관(30) 내부에서 생성된 미세구조물(90)의 일례를 나타내는 도면이다. 도 2의 (a) 및 (b)는 특히 처리수단의 레일(36)이 홈 형태이고, 미세구조물(90)에 돌기 형태의 가이드(91)를 형성된 경우를 나타내는 도면이다.
도 3의 (a)는 도 1의 미세구조물 생성 및 처리 시스템에 채용될 수 있는 레일(36) 형태의 처리수단과 유체관(30)의 다른 일례를 나타내는 도면이며, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)에 표현된 유체관(30) 내부에서 생성된 미세구조물(90)의 일례를 나타내는 도면이다. 도 3의 (a) 및 (b)는 특히 처리수단의 레일(36)이 돌기 형태이고, 미세구조물(90)에 홈 형태의 가이드(91)를 형성한 경우를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2에 표현된 레일을 가지는 처리수단의 제작 공정을 나타내는 도면이다.
도 5는 레일(36)을 가지는 처리수단 및 유체관(30)을 이용한 미세구조물(90)의 제조 방법의 각 단계를 나타내는 도면이다.
도 6 내지 8은 도 1의 미세구조물 생성 및 처리 시스템에 채용될 수 있는 레일(36) 형태의 처리수단과 유체관(30)의 다른 일례 및 이를 이용한 미세구조물(90)의 제조 방법을 나타내는 도면으로서, 특히 미세구조물(90)이 처리수단의 홈 형태의 레일(36)을 따라 쉽게 이동하도록 레일(36)의 너비를 달리하는 예를 나타내는 도면이다.
도 9 내지 11은 도 1의 미세구조물 생성 및 처리 시스템 등에 채용될 수 있는 레일(36) 형태의 처리수단과 유체관(30)의 다른 일례 및 이를 이용한 미세구조물(90)의 제조 방법을 나타내는 도면으로서, 특히 미세구조물(90)이 돌기 형태의 레일(36)을 따라 쉽게 이동하도록 레일(36)의 너비를 달리하는 예를 나타내는 도면이다.
도 12 내지 17은 도 1의 미세구조물 생성 및 처리 시스템 등에 채용될 수 있는 레일(36) 형태의 처리수단과 유체관(30)의 다른 일례 및 이를 이용한 미세구조물(90)의 제조 방법을 나타내는 도면으로서, 특히 미세구조물(90)이 유체들 사이의 계면을 통과할 수 있는 예를 나타내는 도면이다.
도 18 내지 21은 도 1의 미세구조물 생성 및 처리 시스템 등에 채용될 수 있는 레일(36) 형태의 처리수단과 유체관(30)의 다른 일례 및 이를 이용한 미세구조물(90)의 제조 방법을 나타내는 도면으로서, 특히 미세구조물(90)이 유체들 사이의 계면을 통과할 수 있는 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 22 내지 25는 도 1의 미세구조물 생성 및 처리 시스템 등에 채용될 수 있는 레일(36) 형태의 처리수단과 유체관(30)의 다른 일례 및 이를 이용한 미세구조물(90)의 제조 방법을 나타내는 도면으로서, 특히 레일의 종단에서 미세구조물(90)의 어레이를 형성하는 예를 나타내는 도면이다.
도 26 내지 29는 도 1의 미세구조물 생성 및 처리 시스템 등에 채용될 수 있는 레일(36) 형태의 처리수단과 유체관(30)의 다른 일례 및 이를 이용한 미세구조물(90)의 제조 방법을 나타내는 도면으로서, 특히 미세구조물(90)의 2차원 어레이를 형성하는 일례를 나타내는 도면이다.
도 30 내지 37은 도 1의 미세구조물 생성 및 처리 시스템 등에 채용될 수 있는 레일(36) 형태의 처리수단과 유체관(30)의 다른 일례 및 이를 이용한 미세구조물(90)의 제조 방법을 나타내는 도면으로서, 특히 미세구조물(90)의 2차원 어레이를 형성하는 다른 예를 나타내는 도면이다.
본 발명은 미세구조물 생성 및 처리 시스템으로서, 보다 구체적으로 에너지 경화성 물질을 이용하여 미세구조물을 생성하고 다양한 형태의 처리수단을 이용하여 미세구조물을 일정 패턴에 따라 이동, 배열 또는 결합하는 미세구조물 생성 및 처리 시스템에 관한 발명이다.
마이크로미터 또는 나노미터 크기의 미세구조물들 (fine structures such as microstructures and nanostructures)은 광재료 (photonic materials), MEMS (micro-electromechanical systems), 생체재료 (biomaterials) 및 자기-조립 (self-assembly) 등 많은 응용분야를 가진다. 최근에, 이러한 미세구조물들을 생성하는 기술로서 연속공정 리소그래피 (continuous-flow lithography) 기술이 제안되었다 (D. Dendukuri, D. Pregibon, J. Collins, T. Hatton, P. Doyle. "Continuous-flow lithography for highthroughput microparticle synthesis." Nature materials, vol. 5, pp. 365-369, 2006; 미국 공개 번호 제2007/0105972호, Microstructure synthesis by flow lithography and polymerization). 연속공정 리소그래피 기술은 마이크로 유체관 (micorfluidic channel) 내부에 광경화성 액체 (photocurable liquid)를 흐르게 하고, 광경화성 액체에 소정 모양의 광을 노출하여 광경화성 액체를 선택적으로 경화시킴으로써, 여러 종류의 자유로이 움직이는 (free-floating) 마이크로구조물들을 연속적으로 생산하는 기술이다. 연속공정 리소그래피 기술을 사용하면 다양한 형태, 크기 및 화학 조성의 마이크로 구조물들이 보다 빠르고 쉽게 생성될 수 있다.
그러나, 상기 선행 문헌에 제안된 연속공정 리소그래피 기술은, 제작된 마이크로구조물의 위치를 제어하기 어렵다는 문제점이 있다. 보다 구체적으로, 상기 논문에 제안된 연속공정 리소그래피 기술에 있어서, 마이크로구조물의 마이크로유체관과 평행한 방향의 위치는 유체의 흐름에 의하여 제어될 수 있으나, 마이크로구조물의 마이크로유체관과 직각 방향의 위치는 제어될 수 없다. 따라서, 생성된 마 이크로구조물이 마이크로유체관의 직각 방향으로 분산되어 추가적인 작업의 정확도를 저해시킨다. 일례로, 생성된 마이크로구조물과 연관된 추가적인 리소그래피 작업을 수행할 때, 생성된 마이크로구조물과 추가적인 리소그래피 사이의 정렬(align)의 정확도를 저해시킨다. 또한 상기 선행 문헌은 단순히 마이크로구조물을 만들어 내는 것에 관한 것이며, 만들어진 구조물의 조립에 관한 사항은 포함하지 않는다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 에너지 경화성 물질을 이용하여 미세구조물을 생성한 후 이를 일정 패턴에 따라 이동, 배열 또는 결합하는 것이다.
보다 구체적으로 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 에너지 경화성 물질에 에너지를 가하여 미세구조물을 생성한 후 미세구조물의 위치를 보다 정확히 제어함은 물론 미세구조물의 이동을 제어함으로써 상기 미세구조물을 일정 패턴에 따라 결합할 수 있는 미세구조물 생성 및 처리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 에너지 경화성 물질을 이용하여 미세구조물을 생성한 후 이를 일정 패턴에 따라 이동, 배열 또는 결합하는 미세구조물 생성 및 처리 시스템에 관한 것이다. 따라서, 본 발명의 미세구조물 생성 및 처리 시스템은 (1) 광경화성 물질 에 선택적으로 광을 조사하여 미세구조물을 생성한 후 이를 다양한 처리수단을 이용하여 일정 패턴에 따라 이동, 배열, 또는 결합하는 "광경화성에 따른 미세구조물 생성 및 처리 시스템"; (2) 전자파경화성 물질에 선택적으로 전자파를 조사하여 미세구조물을 생성한 후 이를 다양한 처리수단을 이용하여 일정 패턴에 따라 이동, 배열, 또는 결합하는 "전자파경화성에 따른 미세구조물 생성 및 처리 시스템"; (3) 전기에너지경화성 물질에 선택적으로 전기에너지를 공급하여 미세구조물을 생성한 후 이를 다양한 처리수단을 이용하여 일정 패턴에 따라 이동, 배열, 또는 결합하는 "전기에너지경화성에 따른 미세구조물 생성 및 처리 시스템"; (4) 자기경화성 물질에 선택적으로 자기에너지를 공급하여 미세구조물을 생성한 후 이를 다양한 처리수단을 이용하여 일정 패턴에 따라 이동, 배열, 또는 결합하는 "자기경화성에 따른 미세구조물 생성 및 처리 시스템"; (5) 열경화성 물질에 선택적으로 열에너지를 공급하여 미세구조물을 생성한 후 이를 다양한 처리수단을 이용하여 일정 패턴에 따라 이동, 배열, 또는 결합하는 "열경화성에 따른 미세구조물 생성 및 처리 시스템"; (6) 입자에너지경화성 물질에 선택적으로 입자에너지를 공급하여 미세구조물을 생성한 후 이를 다양한 처리수단을 이용하여 일정 패턴에 따라 이동, 배열, 또는 결합하는 "입자에너지경화성에 따른 미세구조물 생성 및 처리 시스템" 등을 통칭한다.
본 발명의 "에너지 경화성 물질"이란 에너지를 공급받기 전에는 특정 형상을 갖지 않는 "유체" (즉 액체, 액상 용액, 콜로이드나 교화용액 등의 액상 혼합물, 초임계 상태의 유동체 등은 물론 입자 각각의 형상은 있으나 총체적으로 일정 형상 을 갖지 않는 가루, 분말, 미립자 등)로 존재하나, 일정량의 에너지를 공급하면 공급 특성에 따라 특정 형상을 갖는 "고체" (즉 고형물, 중합체, 교질, 교화체 등)로 변형되는 물질을 통칭한다. 본 발명의 "에너지"는 가시광선, 적외선 또는 자외선 등에 의한 광에너지는 물론 상기 광의 주파수를 벗어나는 다양한 주파수의 전자파에 의한 전자기에너지, 전류나 전압에 의한 전기에너지, 자력선이나 자기장에 의한 자기에너지, 양성자, 중성자, 전자빔(electron beam), 이온빔 등의 입자에너지 등을 통칭한다. 또한, 본 발명의 "미세구조물 (fine structures)"이란 마이크로미터 크기의 마이크로구조물 (microstructure) 및 나노미터 크기의 나노구조물 (nanostructures) 등을 총칭한다. 또한 본 발명의 "일정 패턴"은 1차원, 2차원 또는 3차원 경로를 의미하며, 이에 따라 "일정 패턴에 따른 이동, 배열 또는 결합"은 상기 미세구조물을 1차원, 2차원 또는 3차원 경로를 이용하여 이동, 배열 또는 결합하는 것을 의미한다.
본 발명의 제1 측면은 에너지원; 상기 에너지원에서 발생된 에너지를 선택된 특성을 갖는 에너지로 변형하는 변형 수단; 내부에 에너지경화성 유체가 흐르며, 상기 변형 수단에서 제공된 에너지에 따라 상기 에너지경화성 유체를 선택적으로 경화하여 미세구조물을 생성하는 유체관; 및 상기 유체관에 배치되어 상기 미세구조물을 일정 패턴에 따라 이동, 배열 또는 결합하는 처리수단으로 구성되는 미세구조물 생성 및 처리 시스템이다.
바람직하게 상기 에너지는 광에너지, 열에너지, 전자파에너지, 전기에너지, 자기에너지, 또는 입자에너지 등이다. 일 구현 예로서, 상기 처리수단이 상기 유 체관에 이동 경로를 조성하고 상기 미세구조물을 상기 경로를 따라 이동한다. 일 구현 예로서, 상기 유체의 경화 시 상기 미세구조물에 특정 형상의 부위를 조성하고, 상기 처리수단이 상기 유체관에 이동 경로를 조성하며 상기 부위의 최소한 일부를 상기 처리수단이 물리적으로 지지하며 상기 미세구조물을 상기 경로를 따라 이동시킨다. 일 구현 예로서, 상기 유체의 경화 시 상기 미세구조물에 특정 전기적, 자기적 또는 화학적 성질을 조성하고, 상기 처리수단이 상기 유체관에 이동 경로를 조성하며 상기 처리수단이 상기 성질에 대한 전기적, 자기적 또는 화학적 친화력 또는 반발력을 이용하여 상기 미세구조물을 상기 경로를 따라 이동시킨다.
본 발명의 제2 측면은 전자파 발생원; 상기 발생원에서 조사된 전자파를 선택된 특성을 갖는 전자파로 변형하는 변형 수단; 내부에 전자파경화성 유체가 흐르며, 상기 변형 수단에서 제공된 전자파에 따라 상기 유체를 선택적으로 경화하여 미세구조물을 생성하는 유체관; 및 상기 유체관에 배치되어 상기 미세구조물을 일정 패턴에 따라 이동, 배열 또는 결합하는 처리수단 등으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자파경화에 따른 미세구조물 생성 및 처리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 제3 측면은 전기에너지 발생원; 상기 발생원에서 생성된 전기에너지를 선택된 특성을 갖는 전기에너지로 변형하는 변형 수단; 내부에 전기경화성 유체가 흐르며, 상기 변형 수단에서 제공된 전기에너지에 따라 상기 유체를 선택적으로 경화하여 미세구조물을 생성하는 유체관; 및 상기 유체관에 배치되어 상기 미세구조물을 일정 패턴에 따라 이동, 배열 또는 결합하는 처리수단 등으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기경화에 따른 미세구조물 생성 및 처리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 제4 측면은 입자에너지 발생원; 상기 발생원에서 생성된 입자에너지를 선택된 특성을 갖는 입자에너지로 변형하는 변형 수단; 내부에 입자에너지경화성 유체가 흐르며, 상기 변형 수단에서 제공된 자기에너지에 따라 상기 유체를 선택적으로 경화하여 미세구조물을 생성하는 유체관; 및 상기 유체관에 배치되어 상기 미세구조물을 일정 패턴에 따라 이동, 배열 또는 결합하는 처리수단 등으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기경화에 따른 미세구조물 생성 및 처리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 제5 측면은 열에너지 발생원; 상기 발생원에서 생성된 열에너지를 선택된 특성을 갖는 열에너지로 변형하는 변형 수단; 내부에 열경화성 유체가 흐르며, 상기 변형 수단에서 제공된 열에너지에 따라 상기 유체를 선택적으로 경화하여 미세구조물을 생성하는 유체관; 및 상기 유체관에 배치되어 상기 미세구조물을 일정 패턴에 따라 이동, 배열 또는 결합하는 처리수단 등으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기경화에 따른 미세구조물 생성 및 처리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 제6 측면은 광원; 상기 광원에서 조사된 광을 선택된 특성을 갖는 광으로 변형하는 변형 수단; 내부에 광경화성 유체가 흐르며, 상기 변형 수단에서 제공된 광에 따라 상기 유체를 선택적으로 경화하여 미세구조물을 생성하는 유체관; 및, 상기 유체관에 배치되어 상기 미세구조물을 일정 패턴에 따라 이동, 배열 또는 결합하는 처리수단 등으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광경화에 따른 미세구조물 생성 및 처리 시스템을 제공하는 것이다.
상기 시스템의 처리수단은 미세구조물의 다양한 특징에 따라 미세구조물을 이동, 배열 또는 결합할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다. 일 구현 예로, 처리수단은 특정 경로를 형성하여 생성된 미세구조물이 상기 경로로 물리적으로 이동하도록 구성하며, 필요 시 미세구조물이 상기 경로에 근거하여 배열되도록 구성하거나 또는 상기 경로 또는 배열에 근거하여 결합되도록 구성할 수 있다. 일 구현 예로, 처리수단은 특정 경로를 형성하고, 미세구조물의 생성 시 특정 형상의 부위를 미세구조물에 형성하도록 하며 상기 부위를 이용하여 미세구조물을 상기 경로로 물리적으로 이동하도록 구성하며, 필요 시 상기 미세구조물이 상기 경로 또는 상기 부위의 형상에 근거하여 배열되도록 구성하거나 또는 상기 경로 또는 배열에 근거하여 결합되도록 구성할 수 있다. 일 구현 예로, 처리수단은 특정 경로를 형성하며, 생성된 미세구조물의 화학적, 전기적 또는 자기적 성질에 따라 화학적, 전기적 또는 자기적 친화력 (attracting or affinitive force) 또는 화학적, 전기적 또는 자기적 반발력 (repulsive force) 을 생성하고 상기 친화력 또는 반발력을 이용하여 미세구조물을 상기 경로로 이동하도록 구성하며, 필요 시 상기 미세구조물이 상기 경로 또는 상기 부위의 형상에 근거하여 배열되도록 구성하거나 또는 상기 경로 또는 배열에 근거하여 결합되도록 구성할 수 있다.
본 발명의 다양한 미세구조물 생성 및 처리 시스템에 대한 하술의 내용 및 실시예는 본 발명의 상기 제6측면에 근거한 "광경화성에 따른 미세구조물 생성 및 처리 시스템"을 중심으로 구성한다. 따라서, 하술의 다양한 실시예 및 구현예를 적용하되, 광원을 전자파 발생원으로 교체하고 광경화성 유체를 전자파 경화성 유 체로 교체한 후 이에 적합한 처리수단을 이용하면 "전파경화성에 따른 미세구조물 생성 및 처리 시스템"을 구성할 수 있다. 또한, 하술의 다양한 실시예 및 구현예를 적용하되, 광원을 전기에너지 발생원으로 교체하고 광경화성 유체를 전기경화성 유체로 교체한 후 이에 적합한 처리수단을 이용하면 "전기경화성에 따른 미세구조물 생성 및 처리 시스템"을 구성할 수 있다. 마찬가지로, 하술의 다양한 실시예 및 구현예를 적용하되, 광원을 자기에너지 발생원으로 교체하고 광경화성 유체를 자기경화성 유체로 교체한 후 이에 적합한 처리수단을 이용하면 "광경화성에 따른 미세구조물 생성 및 처리 시스템"을 구성할 수도 있다. 광원을 입자에너지발생원으로 교체하고 입자에너지 경화성 유체로 교체한 후 이에 적합한 처리수단을 이용하면 "입자에너지경화에 따른 미세구조물의 생성 및 처리 시스템"을 구성할 수도 있다.
상술한 바와 같이 하술의 다양한 실시예 및 구현예는 광경화성 유체를 이용하는 "미세구조물 생성 및 처리 시스템"을 중심으로 하되, 특정 경로를 형성하고 미세구조물의 생성 시 특정 형상의 부위를 미세구조물에 형성한 후 상기 부위를 이용하여 미세구조물을 상기 경로로 물리적으로 이동시키는 처리수단을 갖는 "미세구조물 생성 및 처리 시스템"을 중심으로 구성된다.
따라서 상기 제6 측면에 있어서, 상기 광경화성 유체의 경화에 의하여 생성된 미세구조물은 상기 부위로서 가이드를 구비하는 것이 바람직하되, 상기 가이드는 처리수단의 레일의 홈에 대응하는 돌기를 가지거나, 처리수단의 레일의 상기 돌기에 대응하는 홈을 가진다. 일 구현 예로서, 상기 유체관에 상기 홈 형태의 상기 레일을 갖는 처리수단을 장치하되, 상기 미세구조물이 생성되는 영역의 상기 레일의 너비가 상기 미세구조물이 이동하는 영역의 상기 레일의 너비보다 좁도록 구성한다. 다른 구현 예로서, 상기 유체관에 상기 돌기 형태의 상기 레일을 갖는 처리수단을 장치하되, 상기 미세구조물이 생성되는 영역의 상기 레일의 너비가 상기 미세구조물이 이동하는 영역의 상기 레일의 너비보다 넓도록 구성한다. 일 구현 예로서, 상기 처리수단에 추가적인 레일을 구비하여 유체관에 장치하되, 상기 미세구조물은 상기 레일들 중 어느 한 레일에 형성되거나, 상기 레일들에 걸쳐서 형성되도록 구성한다.
일 구현 예로서, 상기 유체관에는 상기 광경화성 유체와 동일한 또는 상이한 방향으로 추가적인 유체가 흐르며, 상기 처리수단의 상기 레일은 상기 광경화성 유체와 상기 추가적인 유체 사이의 계면을 가로지르도록 형성된다. 일 구현 예로서, 상기 레일은 종단을 구비한다. 일 구현 예로서, 상기 처리수단의 추가적인 레일을 유체관에 장치하며, 상기 추가적인 레일은 상기 레일에 합쳐진다.
본 발명의 제7 측면은 유체관; 상기 유체관의 내부에 위치하며 상기 유체관의 외부로부터 제공된 광에 따라 선택적으로 경화되는 광경화성 유체; 홈 또는 돌기 형태의 레일을 구비하는 처리수단; 및 상기 유체관의 적어도 하나의 내측 면에 상기 처리수단이 장치되는 유체관 시스템이다.
상기 처리수단에 상기 미세구조물의 이동 경로로 이용되는 레일을 구비하여 상기 유체관 내부에 장치하며, 상기 미세구조물은 상기 경로를 따라 이동 시 상기 레일을 벗어나지 않도록 하는 가이드를 구비하도록 형성한다.
본 발명의 제9 측면은 유체관 및 유체관 내부에 위치한 미세구조물을 구비한 유체관 시스템에 있어서, 상기 유체관의 내부에는 유체가 흐르며, 상기 미세구조물이 따라 이동하는 레일을 구비하며 상기 유체관에 배치되는 처리수단; 및 상기 미세구조물은 상기 레일을 벗어나지 않도록 하는 형상을 갖는 가이드를 구비하는 유체관 시스템이다.
본 발명의 제10 측면은 (a) 유체관에 광경화성 유체를 흘리는 단계; (b) 선택된 특성을 가지는 광을 상기 광경화성 유체에 조사하여 상기 광경화성 유체를 경화시켜 특정 형상의 미세구조물을 생성하는 단계; 및 (c) 상기 미세구조물을 일정 경로에 따라 이동하는 단계를 구비하는 미세구조물 제조 방법이다.
본 발명의 제11 측면은 (a) 홈 형태 또는 돌기 형태의 레일을 구비한 처리수단을 구비하는 단계; (b) 유체관에 광경화성 액체를 제공하는 단계; 및 (c) 선택된 특성을 가지는 빛을 상기 광경화성 액체에 조사하여 상기 광경화성 액체를 경화시킴으로써 가이드-상기 가이드는 상기 레일의 상기 홈에 대응하는 돌기를 가지거나, 상기 레일의 상기 돌기에 대응하는 홈을 가짐-를 가지는 미세구조물을 생성하는 단계를 구비하는 미세구조물 제조 방법이다.
바람직하게, 상기 미세구조물 제조 방법은 (d) 상기 미세구조물을 상기 레일을 따라 이동시키는 단계를 더 구비한다. 일 구현 예로서, 상기 유체관은 상기 홈 형태의 상기 레일을 구비하며, 상기 미세구조물이 생성되는 영역의 상기 레일의 너비가 상기 미세구조물이 이동하는 영역의 상기 레일의 너비보다 좁다. 일 구현 예로서, 상기 유체관은 상기 돌기 형태의 상기 레일을 구비하며, 상기 미세구조물이 생성되는 영역의 상기 레일의 너비가 상기 미세구조물이 이동하는 영역의 상기 레일의 너비보다 넓다.
일 구현 예로서, 상기 유체관에는 상기 광경화성 액체와 같은 방향 또는 상이한 방향으로 추가적인 액체 또한 흐르며, 상기 미세구조물 제조 방법의 상기 (d) 단계는: (d1) 상기 미세구조물이 상기 광경화성 액체 내에서 상기 레일을 따라 이동하는 단계; (d2) 상기 미세구조물이 상기 레일을 따라 상기 광경화성 액체와 상기 추가적인 액체 사이의 계면을 통과하는 단계; 및 (d3) 상기 미세구조물이 상기 추가적인 액체 내에서 상기 레일을 따라 이동하는 단계를 구비한다. 또한 상기 (d) 단계는 (d4) 추가적인 빛을 상기 미세구조물의 주변에 제공하여 상기 추가적인 액체-상기 추가적인 액체는 상기 광경화성 액체와는 다른 종류의 광경화성 액체임-를 경화시킴으로써 상기 미세구조물에 상기 추가적인 액체의 경화에 의한 부분을 추가시키는 단계를 더 구비할 수 있다.
일 구현 예로서, 상기 미세구조물 제조 방법은 (e) 상기 레일과 합쳐지는 추가적인 레일을 구비한 추가적인 유체관에서 생성된 추가적인 미세구조물을 상기 레일로 이동시키는 단계를 더 구비한다.
일 구현 예로서, 상기 미세구조물 제조 방법은 (e) 상기 미세구조물이 상기 레일의 종단에서 멈추는 단계를 더 구비한다. 또한, 상기 미세구조물 제조 방법은 (f) 추가적인 미세구조물들을 상기 미세구조물의 뒤에 멈추도록 함으로써, 어레이를 형성하는 단계를 더 구비할 수 있다. 일 구현 예로서, 상기 유체관은 추가적인 레일들을 더 구비하며, 상기 (f) 단계에서, 상기 추가적인 레일들에도 추가적인 어 레이들을 형성함으로써, 2차원 어레이를 형성할 수도 있다.
일 구현 예로서, 상기 미세구조물 제조 방법은 (g) 상기 어레이를 상기 레일과 연결되어 있으며 상기 레일과 다른 방향으로 형성된 추가적인 레일을 따라 이동시켜, 상기 추가적인 레일의 종단에 멈추도록 하는 단계; (h) 상기 레일의 상기 종단에 추가적인 어레이를 형성하는 단계; 및 (i) 상기 추가적인 어레이를 상기 추가적인 레일을 따라 이동시켜, 상기 어레이의 옆에 멈추도록 함으로써, 2차원 어레이를 형성하는 단계를 더 구비할 수 있다.
일 구현 예로서, 상기 유체관은 추가적인 레일들을 더 구비하며, 상기 (f) 단계에서, 상기 추가적인 레일들에도 추가적인 어레이들을 형성함으로써, 2차원 어레이를 형성한다. 일 구현 예로서, (g) 추가적인 노출을 수행함으로써 상기 어레이를 고정하는 고정용 미세구조물을 형성하는 단계를 더 구비할 수도 있다.
본 발명의 제12 측면은 (a) 홈 형태 또는 돌기 형태의 레일을 구비한 유체관에 유체를 제공하는 단계; 및 (b) 가이드-상기 가이드는 상기 레일의 상기 홈에 대응하는 돌기를 가지거나, 상기 레일의 상기 돌기에 대응하는 홈을 가짐-를 가지는 미세구조물을 상기 레일을 따라 이동시키는 단계를 구비하는 미세구조물 운반 방법을 제공한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 단 본 발명의 다양한 미세구조물 생성 및 처리 시스템에 대한 하술의 실시예들은 본 발명의 상기 제1측면에 근거한 "광경화에 따른 미세구조물 생성 및 처리 시스템"을 중심으로 구성한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인하여 한정되는 식으로 해석되어서는 안된다. 즉, 하술의 다양한 실시예 및 구현예를 적용하되, 광원을 전자파 발생원으로 교체하고 광경화성 유체를 전자파 경화성 유체로 교체한 후 이에 적합한 처리수단을 이용하면 "전자파경화에 따른 미세구조물 생성 및 처리 시스템"을 구성할 수 있으며; 광원을 전기에너지 발생원으로 교체하고 광경화성 유체를 전기경화성 유체로 교체한 후 이에 적합한 처리수단을 이용하면 "전기경화에 따른 미세구조물 생성 및 처리 시스템"을 구성할 수 있고; 광원을 자기에너지 발생원으로 교체하고 광경화성 유체를 자기경화성 유체로 교체한 후 이에 적합한 처리수단을 이용하면 "자기경화에 따른 미세구조물 생성 및 처리 시스템"을 구성할 수도 있다. 상술한 바와 같이 하술의 다양한 실시예 및 구현예는 광경화성 유체를 이용하는 "미세구조물 생성 및 처리 시스템"을 중심으로 하되, 특정 경로를 형성하고 미세구조물의 생성 시 특정 형상의 부위를 미세구조물에 형성한 후 상기 부위를 이용하여 미세구조물을 상기 경로로 물리적으로 이동시키는 처리수단을 갖는 "미세구조물 생성 및 처리 시스템"을 중심으로 구성된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 미세구조물 생성 및 처리 시스템 (System for Fabricating and Handling Fine Structures of Energy-cured Materials) 을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 미세구조물 생성 및 처리 시스템은 광원(light source, 10), 변형 수단(20) 및 유체관 (railed fluidic channel, 30)을 구비한다. 또한, 상기 시스템은 축소 렌즈 (demagnification lens, 40) 빔 분리기 (beam splitter, 50), 카메라(60) 및 조명기 (illuminator, 70) 를 더 구비할 수 있다.
광원(10)은 유체관(30) 내에 흐르는 광경화성 유체(photocurable fluid, 31)를 경화(curing)시킬 수 있는 광을 변형 수단(20)에 제공하는 기능을 수행한다. 광원(10)은 자외선 광원 (ultraviolet light source) 또는 적외선 광원 (infrared light source) 등일 수 있으나, 이에 제한되지 아니하며, 일례로 가시광선 광원(visible light source) 등일 수도 있다.
자외선 광원(10)은 일례로 자외선 광원 시준기 (ultraviolet light source collimator, 11) 및 자외선 필터 (ultraviolet filter, 12) 를 구비할 수 있다. 자외선 광원 시준기(11)는 평행 자외선 광을 출력하는 기능을 수행한다. 자외선 광원 시준기(11)는 일례로 200W UV 램프(미도시)와 섬유기반의 도광 시스템 (fiber-based light guiding system, 미도시) 을 구비할 수 있다. 자외선 필터(12)는 자외선 광원 시준기(11)에서 제공되는 광 중에서 자외선만을 광 변형 수단(20)에 제공하는 기능을 수행한다. 적외선 및 가시광선 대역의 광원은 수은등과 같은 광대역 발광원을 필터링하거나, 발광소자 (light emitting devices)나 레이져 (laser)를 이용하여 구성할 수 있다.
변형 수단(20)은 광원(10)에서 제공된 광을 입력 받아 선택된 특성의 광을 제공하는 기능을 수행한다. 변형 수단(20)은 도면과 같이 공간 변조기 (spatial light modulator) 일 수도 있으나, 이에 제한되지 아니하며, 일례로 고정된 패턴의 마스크 (또는 포토마스크) 일 수도 있다.
공간 변조기(20)는 광원(10)에서 제공된 광을 변조한다. 도면에는 2차원 어레이 형태로 제작된 디지털 마이크로미러 어레이 (digital micromirror array) 가 도시되어 있다. 공간 광 변조기(20)는 도면과 달리 1차원 어레이 형태로 제작될 수도 있으며, 마이크로미러가 아닌 LCD (liquid crystal display) 등 다른 방식을 이용하여 구현될 수도 있다. 공간 광 변조기(20)에서 광 변조는 프로그램 가능하다. 즉, 공간 광 변조기(20)는 공간 광 변조기(20)에 포함된 화소들 중 원하는 화소에 입사된 광을 원하는 시간에 선택적으로 유체관(30)으로 전달할 수 있다. 공간 광 변조기(20)의 광 변조는 일례로 컴퓨터(미도시)에 의하여 제어될 수 있다. 즉, 컴퓨터에 의해 생성된 이미지들이 프로그램 가능한 (programmable) 공간 광 변조기(20)에 전달되며, 공간 광 변조기(20)는 유체관(30)에 노출되는 광의 모양을 제어한다.
공간 광 변조기(20)를 대신하여 고정된 패턴의 마스크(미도시)가 사용될 수도 있다. 그러나, 새로운 모양의 구조물을 형성할 때마다 마스크를 교체하여야 하는 마스크를 사용한 기존의 시스템과 비교하여, 공간 광 변조기(20)가 채용된 본 발명의 미세구조물 생성 및 처리 시스템은 마스크의 제작 및 마스크의 교체에 따른 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 공간 광 변조기(20)가 채용된 본 발명의 시스템은 많은 종류의 미세구조물들을 한 번의 공정을 통하여 생산할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 공간 광 변조기(20)가 채용된 본 발명의 시스템은 미세구조물의 생성을 시간적 및 공간적으로 제어할 수 있다는 장점도 있다.
유체관(30)의 내부에는 광경화성 유체(31)가 흐르며, 광경화성 유체(31)는 변형 수단(20)에서 제공되는 광에 따라 경화되어 출력된다. 보다 구체적으로, 광경화성 유체(31)가 연속적으로 흐르는 유체관(30) 내에서, 광경화성 유체(31)의 경화에 의하여 미세구조물 (fine structures, 90) 이 생성된다. 미세구조물 (fine structures) 의 모양은 변형 수단(20)에 의하여 제어될 수 있다.
처리수단은 다양한 형태로 구성되나, 도 1의 실시예의 경우 레일의 형태로 제작되어 유체관(30)의 내측의 4면들 중 적어도 1면에 배치되며, 레일은 홈 형태 또는 돌기 형태로 제작된다. 레일이 홈 형태이면 생성된 미세구조물에는 레일의 홈에 대응하는 돌기 형태의 가이드가 형성되며, 레일이 돌기 형태일 경우 생성된 미세구조물에는 레일의 돌기에 대응하는 홈 형태의 가이드가 형성된다. 따라서, 미세구조물은 유체의 흐름에 따라 유체관(30)의 레일이 형성하는 경로로 이동하게 된다. 레일을 가지는 처리수단(30) 및 이를 따라 이동하는 미세구조물(90)은 이후의 도면을 통하여 상세히 설명된다.
축소 렌즈(40)는 변형 수단(20)에서 제공되는 광을 축소하여 유체관(30)에 제공하는 기능을 수행한다. 일례로, 축소 렌즈(40)로서 공간 광 변조기(20)의 상을 최종 객체 평면(object plane)에 대략 5의 축소율(demagnification factor)로 투사하기 위하여 10x 현미경 대물 렌즈가 사용되며, 다른 축소율이 바람직할 경우 상이한 배율의 렌즈를 사용한다. 또한, 변형 수단(20)에서 제공되는 광을 확대할 경우, 축소 렌즈(40) 대신 원하는 배율의 확대 렌즈를 사용하는 것도 가능하다.
빔 분리기(50)는 변형 수단(20)에 의해 변조된 광은 축소 렌즈(40)로 제공하 고, 축소 렌즈(40)에 의해 축소된 이미지는 카메라(60)로 전달하는 기능을 수행한다. 빔 분리기(50)의 예는 도면과 같이 하프미러 (half mirror) 일 수 있다.
카메라(60)는 유체관(30)의 이미지에 대응하는 전기적인 이미지 신호를 출력한다. 카메라(60)는 일례로 CCD (charge-coupled device) 카메라일 수 있다. 카메라는 이미지 렌즈 (imaging lens, 61) 및 이미지 센서 (image sensor, 62) 를 구비할 수 있다. 이미지 렌즈(61)는 빔 분리기(50)로부터 광을 전달받아 이를 이미지 센서(62)에 전달하며, 이미지 센서(62)에 상이 맺히도록 하는 기능을 수행한다. 이미지 센서(62)는 입사되는 광에 대응하는 전기적인 영상신호를 제공하는 기능을 수행한다. 즉, 이미지 센서(62)는 유체관(30)의 이미지에 대응하는 전기적인 영상신호를 제공한다.
조명기 (illuminator, 70) 는 카메라(60)가 유체관(30)의 영상을 확보할 수 있도록 조명을 제공하는 기능을 수행한다. 경화 생성된 (cured) 미세구조물들 및 경화되지 않은 (uncured) 광경화성 유체는 굴절율에서 작은 차이만을 가지므로, 경화된 미세구조물들을 보이게 하기 위하여 비축 (offaxis) 조명 (illumination) 을 사용할 수 있다.
도 2의 (a)는 도 1의 미세구조물 생성 및 처리 시스템 등에 채용될 수 있는 레일(36)을 가지는 처리수단의 일례를 나타내는 도면이며, 도 2의 (b)는 도 2의 (a)에 표현된 유체관(30) 내부에서 생성된 미세구조물(90)의 일례를 나타내는 도면이다. 도 2의 (a) 및 (b)는 특히 처리수단의 레일(36)이 홈 형태이고, 미세구조물(90)의 가이드(91)가 돌기 형태인 경우를 나타내는 도면이다.
도 2의 (a) 및 (b)를 참조하면, 유체관(30)은 기판위에 PDMS (poly-dimethyl siloxane, 33, 34) 등의 물질로 형성된 물체를 장착한 후 상기 물체 내부에 다양한 길이와 단면을 갖도록 형성하며, 상기 기판으로는 유리 등을 사용한다. 특히 유체관(30)의 내측의 모든 면들에 산소불투과층 (oxygen inhibition layers, 미도시) 또는 기타 기체 불투과층을 형성하는 것이 바람직하다. 산소불투과층 및 기타 불투과층들은 미세구조물(90)이 유체관(30) 내에서 자유 유동 (free-flowing) 하는 것을 돕는 동시에 광경화성 유체(31)가 유체관(30) 내에서 산소 또는 기타 기체와 반응하는 것을 방지할 수 있다. 광경화성 유체(31)로는 일례로 폴리에틸렌 글리콜 (400) 디아크릴레이드(Polyethylene glycol (400) diacrylate, Polyscience 사의 PEG-DA) 와 공지의 광개시제 (photoinitiator) 등의 혼합물을 사용하며, 가시광선, 적외선 또는 자외선을 조사함으로써 경화되는 기타 공지의 물질 또는 혼합물을 사용한다. 유체관(30)에는 레일(36) 형태의 처리수단을 장치하며, 도 2는 홈 형태의 레일(36)을 예시한다.
유체관(30)의 내부에서 생성된 미세구조물(90)은 홈 형태의 레일(36)에 대응하는 돌기 형태의 가이드(91)를 형성한다. 따라서, 미세구조물(90)은 유체관(30) 내부에 흐르는 광경화성 유체와 같이 레일(36)을 따라서 이동한다. 도 2에 표현된 레일(36)은 지그재그 형태이므로, 미세구조물(90) 또한 동일 또는 유사한 형태로 이동한다. 미세구조물(90)의 유체관(30)의 평행한 방향 (y 방향, 즉 유체가 흐르는 방향) 의 위치는 유체의 흐름에 의하여 제어된다. 그러나, 미세구조물(90)의 유체관(30)의 직각 방향(x 방향, 즉 유체가 흐르는 방향에 직각인 방향) 의 위치는 대체로 유체의 흐름에 의하여 제어될 수 없다. 따라서, 유체관(30)에 레일(36) 등의 처리수단이 형성되지 않은 경우, 미세구조물(90)은 우측(+x 방향) 또는 좌측(-x 방향)으로 확산될 수 있다. 따라서 유체관(30) 내부에 레일(36) 등의 처리수단을 조성하여 미세구조물(90)이 유체관(30)의 직각 방향(x 방향)으로 확산되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 유체관(30)의 직각 방향(x 방향)에 대한 미세구조물(90)의 위치를 정확히 제어하는 것이 가능하다.
도면에는 레일(36)이 유체관(30)의 상면에 형성된 예가 표현되어 있으나, 유체관(30)의 다른 면 (일례로 하면) 에 형성되어도 무방하다. 또한, 도면에는 유체관(30)에 1개의 레일(36)이 형성된 예가 표현되어 있으나, 2개 이상의 레일이 특정 거리 및 방위로 형성되어도 무방하다.
도 3의 (a)는 도 1의 미세구조물 생성 및 처리 시스템 등에 채용될 수 있는 레일(36) 등의 처리수단이 장착된 유체관(30)의 다른 일례를 나타내는 도면이며, 도 3의 (b)는 도 3의 (a)에 표현된 유체관(30) 내부에서 생성된 미세구조물(90)의 일례를 나타내는 도면이다. 도 3의 (a) 및 (b)는 특히 처리수단의 레일(36)이 돌기 형태이고, 미세구조물(90)에 홈 형태의 가이드(91)가 형성된 경우를 나타내는 도면이다.
도 3의 (a) 및 (b)를 참조하면, 유체관(30)에 돌기 형태의 레일(36)을 갖는 처리수단을 조성한다. 또한, 유체관(30)의 내부에서 생성된 미세구조물(90)은 돌기 형태의 레일(36)에 대응하는 홈 형태의 가이드(91)를 가진다. 따라서, 미세구조물(90)은 유체가 흐름에 따라 레일(36)을 따라서 유체관(30) 내부를 이동하게 된 다. 도 3에 있어서, 처리수단의 레일(36) 및 미세구조물(90)의 홈(91) 이외의 부분은 도 2와 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 편의상 생략한다.
도 4는 도 2에 표현된 레일의 처리수단을 가지는 유체관(30)의 제작 공정을 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 먼저 실리콘 기판(81)을 준비한다 (도 4의 (a)). 그 후, 실리콘 기판(81) 위에 포토레지스트 (photoresist, 82) 를 코팅한다 (도 4의 (b)). 포토레지스트(82)는 일례로 SU-8 포토레지스트일 수 있다. 그 후, 포토레지스트(82)를 패터닝 (patterning) 하여 주 채널 층 (main channel layer, 82) 을 형성한다 (도 4의 (c), (d)). 포토레지스트의 패터닝은 포토마스크(83)를 정렬하고 노출 (exposure) 을 수행하는 단계 (도 4의 (c)) 및 현상 (development) 하는 단계 (도 4의 (d)) 를 구비한다. 그 후, 실리콘 기판(81) 및 주 채널 층(82) 위에 추가적인 포토레지스트(82`)를 코팅한다 (도 4의 (e)). 그 후, 추가적인 포토레지스트(82`)를 패터닝하여 레일 층(82`)을 형성한다 (도 4의 (f), (g)). 추가적인 포토레지스트(82`)의 패터닝에는 추가적인 포토마스크(83`)가 사용된다. 그 후, 주 채널 층(82)과 레일 층(82`)이 형성된 실리콘 기판(81)을 알루미늄 용기(85)에 담고, 경화되지 아니한 열경화성 중합체 (일례로 경화되지 아니한 PDMS(84))를 실리콘 기판(81) 위에 붓는다 (도 4의 (h)). 그 후, 경화되지 아니한 PDMS(84)를 경화된 PDMS(34)로 변환시킨다 (도 4의 (i)). PDMS의 경화를 위하여 알루미늄 용기(85)를 150℃의 핫플레이트 (hot plate) 에 10분간 또는 적당한 시간 올려놓는다. 도 4의 (a) 내지 (i)에 표현된 2 층 (2 layers) 몰드 제작 공정에 의하여 경화된 PDMS(34)가 얻어진다.
상기 공정 (도 4의 (a) 내지 (i)에 표현된 공정) 과 별개로 PDMS(33)가 코팅된 유리 기판(32)을 준비한다 (도 4의 (j)). 그 후, 도 4의 (a) 내지 (i)에 표현된 공정으로 얻어진 경화된 PDMS(34)를 유기 기판(32)에 코팅된 PDMS(33)와 결합시켜, 유체관(30)을 형성한다(도 4의 (k)).
도 3에 표현된 레일의 처리수단을 가지는 유체관(30)의 제작 공정은 도 4에 표현된 제작 공정으로부터 쉽게 알 수 있으므로, 이에 대한 설명은 설명의 편의상 생략한다.
도 5는 레일(36)의 처리수단이 장착된 유체관(30)에 미세구조물(90)을 제조하는 방법의 각 단계를 나타내는 도면이다. 도 5의 (a)를 참조하면, 레일(36)을 가지는 유체관(30)를 통하여 광경화성 유체(31)가 흐르도록 한다. 그 후, 도 5의 (b)에 표현된 바와 같이, 선택된 특성을 갖도록 변환된 광 (일례로 특정 패턴을 가지는 (patterned) 빛) 을 유체(31)에 조사하여, 가이드(91)를 형성하는 미세구조물(90)을 형성한다. 유체관(30)에 처리수단의 레일(36)이 조성되어 있으므로 빛을 비추면 자동적으로 유체관(30)의 레일(36)에 대응하는 미세구조물(90)의 가이드(91)가 형성된다.
그 후, 도 5의 (c)에 표현된 바와 같이, 미세구조물(90)을 레일(36)을 따라 이동시킨다. 도면에는 이해의 도모를 위하여 광경화성 유체(31)의 흐름과 레일(36)의 방향이 일치하는 단순한 예가 표현되어 있으나, 상술 및 하술과 같이, 미세구조물(90)을 레일(36)을 따라 특정 경로로 이동시키며 미세구조물(90)의 위치를 다양하게 조정할 수 있다.
도 6 내지 8은 도 1의 미세구조물 생성 및 처리 시스템 등에 채용될 수 있는 레일(36)을 가지는 처리수단이 장착된 유체관(30)의 다른 일례 및 이를 이용한 미세구조물(90)의 제조 방법을 나타내는 도면으로서, 특히 미세구조물(90)이 홈 형태의 레일(36)을 따라 쉽게 이동하도록 레일(36)의 너비를 달리하는 예를 나타내는 도면이다.
상기 유체관(30)의 평면도와 단면도를 각각 나타내는 도 6의 (a) 및 (b)를 참조하면, 홈 형태의 레일(36)이 장착된 유체관(30)을 통하여 광경화성 유체(31)가 흐르도록 하되, 미세구조물(90)이 생성되는 영역의 레일(36)의 너비(W1)가 미세구조물(90)이 이동하는 영역의 레일(36)의 너비(W2)보다 좁도록 구성한다.
상기 유체관(30)의 평면도와 단면도를 각각 나타내는 도 7의 (a) 및 (b)를 참조하면, 유체(31)에 선택된 특성을 갖도록 변환된 광을 조사하여, 돌기 형태의 가이드(91)를 가지는 미세구조물(90)을 형성한다. 가이드(91)의 너비(W3)는 레일(36)의 너비(W1)에 대응하는 값을 가지되, 광경화성 유체의 물성을 조절하여 가이드(91)의 너비(W3)가 레일(36)의 너비(W1)보다 조금 작은 값을 가지도록 한다. 레일(36)의 수직면은 일반적으로 기판에 수직이 되도록 조성하지만, 상기 수직면을 90o가 아닌 예각 또는 둔각으로 하여, 생성된 미세구조물(90)의 가이드(91)가 레일(36) 내부에서 이탈하지 않도록 또는 레일(36)로부터 쉽게 이탈하도록 도모할 수도 있다.
상기 유체관(30)의 평면도와 단면도를 각각 나타내는 도 8의 (a) 및 (b)를 참조하면, 유체(31)의 흐름에 의해 미세구조물(90)이 레일(36)을 따라 상대적으로 큰 너비(W2)를 가지는 영역으로 이동하게 된다. 가이드(91)가 레일(36)에 꽉 끼지 않게 되면 미세구조물(90)의 이동이 가이드(91)와 레일(36)의 마찰에 의하여 방해 받지 아니한다. 특히, 가이드(91)의 길이가 길고 레일(36)이 굴곡을 가지는 경우에는 미세구조물(90)이 전혀 이동할 수 없는 경우가 발생할 수 있는데, 이동하는 영역의 레일(36)의 너비(W2)가 생성되는 영역의 레일(36)의 너비(W1)보다 큰 경우에는 이러한 현상이 방지될 수 있다.
모든 영역의 레일(36)의 너비(W2)가 미세구조물(90)이 생성되는 영역의 레일(36)의 너비(W1)보다 커야 하는 것은 아니며, 이동하는 영역 중 일부 영역의 레일(36)의 너비가 생성되는 영역의 레일(36)의 너비(W1)보다 넓으면 충분하다. 일례로, 이동하는 영역 중 굴곡을 가지는 영역의 레일(36)이 생성되는 영역의 레일(36)보다 넓을 수 있다.
도 9 내지 11은 도 1의 미세구조물 생성 및 처리 시스템 등에 채용될 수 있는 레일(36)의 처리수단이 장착된 유체관(30)의 다른 일례 및 이를 이용한 미세구조물(90)의 제조 방법을 나타내는 도면으로서, 특히 미세구조물(90)이 돌기 형태의 레일(36)을 따라 쉽게 이동하도록 레일(36)의 너비를 달리하는 예를 나타내는 도면이다.
상기 유체관(30)의 평면도와 단면도를 각각 나타내는 도 9의 (a) 및 (b)를 참조하면, 돌기 형태의 레일(36)이 장착된 유체관(30)을 통해 광경화성 유체(31)가 흐르도록 하되, 미세구조물(90)이 생성되는 영역의 레일(36)의 너비(W1)가 미세구 조물(90)이 이동하는 영역의 레일(36)의 너비(W2)보다 넓도록 구성한다.
상기 유체관(30)의 평면도와 단면도를 각각 나타내는 도 10의 (a) 및 (b)를 참조하면, 유체(31)에 선택된 특성을 갖도록 변환된 광을 조사하여, 홈 형태의 가이드(91)를 가지는 미세구조물(90)을 형성한다. 가이드(91)의 너비(W3)는 레일(36)의 너비(W1)에 대응하는 값을 가지되, 광경화성 유체의 물성을 조절하여 가이드(91)의 너비(W3)가 레일(36)의 너비(W1)보다 조금 큰 값을 가지도록 한다.
상기 유체관(30)의 평면도와 단면도를 각각 나타내는 도 11의 (a) 및 (b)를 참조하면, 유체(31)의 흐름에 의해 미세구조물(90)이 레일(36)을 따라 상대적으로 작은 너비(W2)를 가지는 영역으로 이동하게 된다. 가이드 (91)가 레일(36)에 꽉 끼지 않게 되면 미세구조물(90)의 이동이 가이드(91)와 레일(36)의 마찰에 의하여 방해 받지 않는다. 특히, 가이드(91)이 길이가 길고, 레일(36)이 굴곡을 가지는 경우에는 미세구조물(90)이 전혀 이동할 수 없는 경우가 발생할 수 있는데, 이동하는 영역의 레일(36)의 너비(W2)가 생성되는 영역의 레일(36)의 너비(W1)보다 작은 경우에는 이러한 현상이 방지될 수 있다.
모든 이동하는 영역의 레일(36)의 너비(W2)가 미세구조물(90)이 생성되는 영역의 레일(36)의 너비(W1)보다 작아야 하는 것은 아니며, 이동하는 영역 중 일부 영역의 레일(36)의 너비가 생성되는 영역의 레일(36)의 너비(W1)보다 작으면 충분하다. 일례로, 이동하는 영역 중 굴곡을 가지는 영역의 레일(36)이 생성되는 영역의 레일(36)보다 좁을 수 있다.
도 12 내지 17은 도 1의 미세구조물 생성 및 처리 시스템 등에 채용될 수 있 는 레일(36)의 처리수단이 장착된 유체관(30)의 다른 일례 및 이를 이용한 미세구조물(90)의 제조 방법을 나타내는 도면으로서, 특히 미세구조물(90)이 유체들 사이의 계면을 통과할 수 있는 예를 나타내는 도면이다.
상기 유체관(30)의 평면도와 단면도를 각각 나타내는 도 12의 (a) 및 (b)를 참조하면, 유체관(30)을 따라 서로 다른 2종류의 유체들(31A, 31B)이 흐르며, 사이에 계면(37)을 형성한다. 본 예에서는 유체들(31A, 31B) 모두가 광경화성 유체이나, 경우에 따라서 어느 하나의 유체만이 광경화성 유체이어도 무방하다. 유체들(31A, 31B)은 2개의 유체관(30A, 30B)로부터 하나의 유체관(30)으로 유입될 수 있으며, 특히 처리수단의 레일(36)이 계면(37)을 가로지르도록 형성되어 있다.
상기 유체관(30)의 평면도와 단면도를 각각 나타내는 도 13의 (a) 및 (b)를 참조하면, 유체(31)에 선택된 특성의 변환된 광을 조사하여 가이드(91)를 가지는 미세구조물(90)을 형성한다. 상기 미세구조물(90)이 제1 광경화성 유체(31A)에서 형성되었으므로, 제1 광경화성 유체(31A)의 경화로 인하여 형성된 폴리머(90A)를 구비한다.
상기 유체관(30)의 평면도와 단면도를 각각 나타내는 도 14의 (a) 및 (b)를 참조하면, 미세구조물(90)이 레일(36)을 따라 이동함으로써, 제1 광경화성 유체(31A)로부터 계면(37)을 통과하여 제2 광경화성 유체(31B)로 이동한다. 만일 레일(36)이 없다면, 생성된 미세구조물은 당연히 제1 광경화성 유체(31A)를 따라 이동할 것이다. 본 발명에서는 계면(37)을 가로지르도록 형성된 레일(36)과 가이드(91)가 있으므로, 미세구조물(90)이 제1 광경화성 유체(31A)로부터 유체간의 계 면(37)을 통과하여 제2 광경화성 유체(31B)로 이동할 수 있다.
상기 유체관(30)의 평면도와 단면도를 각각 나타내는 도 15의 (a) 및 (b)를 참조하면, 선택된 특성을 갖는 변환된 광을 조사하여, 제1 광경화성 유체(31A)의 경화로 인하여 형성된 폴리머(90A) 및 제2 광경화성 유체(31B)의 경화로 인하여 형성된 폴리머(90B)를 구비한 미세구조물(90)을 형성한다.
상기 유체관(30)의 평면도와 단면도를 각각 나타내는 도 16의 (a) 및 (b)를 참조하면, 미세구조물(90)이 레일(36)을 따라 이동함으로써, 제2 광경화성 유체(31B)로부터 계면(37)을 통과하여 제1 광경화성 유체(31A)로 이동한다.
상기 유체관(30)의 평면도와 단면도를 각각 나타내는 도 17의 (a) 및 (b)를 참조하면, 선택된 특성을 갖는 변환된 광을 조사하여, 제1 광경화성 유체(31A)의 경화로 인하여 형성된 폴리머(90A), 제2 광경화성 유체(31B)의 경화로 인하여 형성된 폴리머(90B) 및 제1 광경화성 유체(31A)의 경화로 인하여 형성된 폴리머(90C)를 구비한 미세구조물(90)을 형성한다.
도면에 표현된 바와 같이, 레일(36)을 구비한 유체관(30)을 이용하면, 미세구조물(90)이 유체들(31A, 31B) 사이의 계면(37)을 통과하도록 제어할 수도 있으며, 이종의 물질(90A, 90B)로 이루어진 미세구조물(90)을 형성할 수도 있다.
도 18 내지 21은 도 1의 미세구조물 생성 및 처리 시스템 등에 채용될 수 있는 레일(36)의 처리수단이 장착된 유체관(30)의 다른 일례 및 이를 이용한 미세구조물(90)의 제조 방법을 나타내는 도면으로서, 특히 미세구조물(90)이 유체들 사이의 계면을 통과할 수 있는 다른 예를 나타내는 도면이다.
상기 유체관들(30A, 30B, 30C)의 평면도를 나타내는 도 18을 참조하면, 제1 유체관(30A)을 따라서 제1 유체(31A)가 흐르고, 제2 유체관(30B)을 따라서 제2 유체(31B)가 흐르고, 제3 유체관(30C)을 따라서 제3 유체(31C)가 흐른다. 제1 유체(31A)와 제2 유체(31B) 사이에는 제1 계면(37A)이 형성되어 있고, 제2 유체(31B)와 제3 유체(31C) 사이에는 제2 계면(37B)이 형성되어 있다. 본 예에서는 유체들(31A, 31B, 31C) 모두가 광경화성 유체이나, 경우에 따라서 어느 하나의 유체만이 광경화성 유체일 수도 있다. 제1 레일(36A)이 제1 계면(37A)을 가로질러 제2 레일(36B)에 합쳐지고, 제3 레일(36C)이 제2 계면(37B)을 가로질러 제2 레일(36B)에 합쳐진다.
상기 유체관들(30A, 30B, 30C)의 평면도를 나타내는 도 19를 참조하면, 선택된 특성을 갖는 변환된 광을 조사하여, 가이드를 형성하는 미세구조물들 (90A, 90B, 90C)을 형성하되, 제1 미세구조물(90A)은 제1 광경화성 유체(31A)의 경화로 인하여 형성되며, 제2 미세구조물(90B)은 제2 광경화성 유체(31B)의 경화로 인하여 형성되며, 제3 미세구조물(90C)은 제3 광경화성 유체(31C)의 경화로 인하여 형성된다. 미세구조물들(30A, 30B, 30C)은 동시에 또는 특정 순서에 따라 순차적으로 형성될 수 있다.
상기 유체관들(30A, 30B, 30C)의 평면도를 나타내는 도 20을 참조하면, 제1 미세구조물(90A)이 제1 레일(36A)을 따라 이동하여 제1 광경화성 유체(31A)로부터 제1 계면(37A)을 통과하여 제2 광경화성 유체(31B)로 이동하고, 제3 미세구조물(90C)이 제3 레일(36C)을 따라 이동함으로써 제3 광경화성 유체(31C)로부터 제2 계면(37B)을 통과하여 제2 광경화성 유체(31B)로 이동하고, 제2 미세구조물(90B)은 제2 레일(36B)을 따라 제2 광경화성 유체(31B) 내에서 이동한다. 본 발명에서는 계면들(37A, 37B)을 가로지르도록 형성된 레일들(36A, 36C)과 가이드들이 있으므로, 미세구조물들(90A, 90C)이 제1 및 제2 광경화성 유체들(31A, 31B)로부터 계면들(37A, 37B)을 통과하여 제2 광경화성 유체(31B)로 이동할 수 있다.
상기 유체관들(30A, 30B, 30C)의 평면도를 나타내는 도 21을 참조하면, 제1 및 제3 레일들(36A, 36C)이 제2 레일(36B)로 합쳐지므로, 제1 및 제3 미세구조물들(90A, 90C)가 제2 레일(36B)로 이동하여 제2 레일(36B)을 따라 이동한다. 제2 미세구조물(90B) 역시 제2 레일(36B)을 따라 이동한다.
도면에 표현된 바와 같이, 레일들(36A, 36B, 36C)을 구비한 유체관(30A, 30B, 30C)을 이용하면, 미세구조물들(90A, 90C)이 유체들(31A, 31B, 31C) 사이의 계면(37A, 37B)을 통과하도록 제어할 수도 있으며, 여러 레일에서 만들어진 미세구조물들(90A, 90B, 90C)이 하나의 레일(36B)로 이동하여 하나의 레일(36B)을 따라 이동하도록 제어할 수 있다.
도 22 내지 25는 도 1의 미세구조물 생성 및 처리 시스템 등에 채용될 수 있는 레일(36)의 처리수단이 장착된 유체관(30)의 다른 일례 및 이를 이용한 미세구조물(90)의 제조 방법을 나타내는 도면으로서, 특히 레일의 종단에서 미세구조물(90)의 어레이를 형성하는 예를 나타내는 도면이다.
상기 유체관(30)의 평면도, K-K' 사이의 단면도 및 L-L' 사이의 단면도를 각각 나타내는 도 22의 (a), (b) 및 (c)를 참조하면, 레일(36)을 가지는 처리수단이 장치된 유체관(30)을 통하여 광경화성 유체(31)가 흐른다. 레일(36)은 종단(38)을 가진다.
상기 유체관(30)의 평면도를 나타내는 도 23을 참조하면, 선택된 특성을 갖는 변환된 광을 조사하여, 가이드(91)를 가지는 미세구조물들(90)을 형성한다. 도면에는 미세구조물들(90)이 동시에 생성되도록 예시되어 있으나, 순차적으로도 형성 가능하다. 또한, 미세구조물들(90)은 서로 다른 광경화성 유체로부터 형성될 수 있다. 일례로, 제1 미세구조물은 제1 광경화성 유체를 흘리는 상태에서 형성하고, 제2 미세구조물은 제2 광경화성 유체를 흘리는 상태에서 형성하고, 제3 미세구조물은 제3 광경화성 유체를 흘리는 상태에서 형성할 수 있다. 다른 예로, 제1 미세구조물은 제1 광경화성 유체가 흐르는 제1 유체관에서 형성되고, 제2 미세구조물은 제2 광경화성 유체가 흐르는 제2 유체관에서 형성되고, 제3 미세구조물은 제3 광경화성 유체가 흐르는 제3 유체관에서 형성된 후에, 3개의 미세구조물들이 하나의 레일로 모일 수 있다(도 19 내지 도 21 참조).
유체관(30)의 평면도를 나타내는 도 24를 참조하면, 미세구조물들(90)이 광경화성 유체(31)를 따라 이동하다가 레일(36)의 종단(38)에서 멈춘다. 보다 구체적으로, 미세구조물들(90) 중 제1 미세구조물이 레일(36)의 종단에 멈추고, 제2 미세구조물이 제1 미세구조물의 뒤에서 멈추고, 제3 미세구조물이 제2 미세구조물의 뒤에서 멈춘다. 도면에 예시된 바와 같이, 레일(36)과 종단(38)을 구비한 유체관(30)을 이용하면, 미세구조물들(90)의 1차원 어레이를 쉽게 형성할 수 있다.
상기 유체관(30)의 평면도를 나타내는 도 25를 참조하면, 선택된 특성을 갖 는 변환된 광을 조사하여, 1차원 어레이를 고정시키는 미세구조물(90')을 형성할 수 있다. 고정용 미세구조물(90')의 형성에 사용된 광경화성 유체는 1차원 어레이 미세구조물들(90)의 형성에 사용된 광경화성 유체와 동일할 수도 있으며, 서로 다를 수도 있다. 일례로, 1차원 어레이 미세구조물들(90)은 제1 광경화성 유체를 흘리는 상태에서 형성하고, 고정용 미세구조물(90')은 제2 광경화성 유체를 흘리는 상태에서 형성할 수 있다. 다른 예로, 1차원 어레이 미세구조물들(90) 중 제1 미세구조물은 제1 광경화성 유체가 흐르는 제1 유체관에서, 제2 미세구조물은 제2 광경화성 유체가 흐르는 제2 유체관에서, 제3 미세구조물은 제3 광경화성 유체가 흐르는 제3 유체관에서 형성된 후에, 3개의 미세구조물들(90)이 레일들을 따라 제4 광경화성 유체가 흐르는 제4 유체관으로 모인 후, 제4 광경화성 유체의 경화에 의하여 형성된 고정용 미세구조물(90')에 의하여 고정될 수도 있다.
도 26 내지 29은 도 1의 미세구조물 생성 및 처리 시스템 등에 채용될 수 있는 레일(36)의 처리수단이 장착된 유체관(30)의 다른 일례 및 이를 이용한 미세구조물(90)의 제조 방법을 나타내는 도면으로서, 특히 미세구조물(90)의 2차원 어레이를 형성하는 일례를 나타내는 도면이다.
상기 유체관(30)의 평면도, M-M' 사이의 단면도 및 N-N' 사이의 단면도를 각각 나타내는 도 26의 (a), (b) 및 (c)를 참조하면, 레일들(36)을 가지는 유체관(30)을 통하여 광경화성 유체(31)가 흐른다. 레일들(36)은 종단들(38)을 가진다.
상기 유체관(30)의 평면도를 나타내는 도 27을 참조하면, 선택된 특성을 갖는 변환된 광을 조사하여, 가이드(91)를 가지는 미세구조물들(90)을 형성한다. 상 기 도면에는 미세구조물들(90)이 동시에 생성되도록 예시되어 있으나, 미세구조물들(90)은 순차적으로도 형성 가능하다. 또한, 미세구조물들(90)은 서로 다른 광경화성 유체로부터 형성될 수 있다. 일례로, 광경화성 유체(31)은 서로 동일한 또는 상이한 방향으로 흐르는 제1 내지 제3 광경화성 유체로 나뉘고, 제1 레일을 따라 이동하는 미세구조물들은 제1 광경화성 유체로부터, 제2 레일을 따라 이동하는 미세구조물들은 제2 광경화성 유체로부터,제3 레일을 따라 이동하는 미세구조물들은 제3 광경화성 유체로부터 형성될 수 있다. 미세구조물들(90) 중 일부 또는 전부는 여러 레일들(36)에 걸쳐서 형성될 수도 있다.
유체관(30)의 평면도를 나타내는 도 28을 참조하면, 미세구조물들(90)이 광경화성 유체(31)를 따라 이동하다가 레일들(36)의 종단들(38)에 멈춘다. 도면에 표현된 바와 같이, 레일들(36)과 종단들(38)을 구비한 유체관(30)을 이용하면, 미세구조물들(90)의 2차원 어레이를 쉽게 형성할 수 있다.
상기 유체관(30)의 평면도를 나타내는 도 29를 참조하면, 선택된 특성을 갖는 변환된 광을 조사하여, 2차원 어레이를 고정시키는 미세구조물(90')을 형성할 수 있다. 고정용 미세구조물(90')의 형성에 사용된 광경화성 유체는 2차원 어레이 미세구조물들(90)의 형성에 사용된 광경화성 유체와 동일할 수도 있으며, 서로 다를 수도 있다. 일례로, 2차원 어레이 미세구조물들(90)은 제1 광경화성 유체를 흘리는 상태에서 형성하고, 고정용 미세구조물(90')은 제2 광경화성 유체를 흘리는 상태에서 형성할 수 있다. 다른 예로, 2차원 어레이 미세구조물들(90)이 서로 다른 광경화성 유체들로부터 형성되고, 고정용 미세구조물(90')이 상기 광경화성 유 체들과는 다른 광경화성 유체로부터 형성될 수도 있다. 이러한 2차원 어레이 형성 방법은 디스플레이의 제조 등에 응용될 수 있을 것이다.
도 30 내지 37은 도 1의 미세구조물 생성 및 처리 시스템 등에 채용될 수 있는 레일(36)의 처리수단이 장착된 유체관(30)의 다른 일례 및 이를 이용한 미세구조물(90)의 제조 방법을 나타내는 도면으로서, 특히 미세구조물(90)의 2차원 어레이를 형성하는 다른 예를 나타내는 도면이다.
상기 유체관의 평면도, O-O' 사이의 단면도 및 P-P' 사이의 단면도를 각각 나타내는 도 30의 (a), (b) 및 (c)를 참조하면, 레일(36A, 36B)을 가지는 처리수단이 장치된 유체관(30A, 30B, 30C)을 통하여 광경화성 유체(31)가 흐른다. 유체관은 제1 내지 제3 유체관들(30A, 30B, 30C)로 나뉜다. 제1 유체관(30A)은 생성된 미세구조물이 입력되는 입력 유체관이며, 제2 유체관(30B)은 생성된 미세구조물을 우측으로 이동시킬 때 사용되는 제1 출력 유체관이며, 제2 유체관(30B)은 생성된 미세구조물의 1차원 어레이를 아래쪽으로 이동시킬 때 사용되는 제2 출력 유체관이다. 레일은 제1 및 제2 레일들(36A, 36B)로 나뉜다. 제1 레일(36A)은 미세구조물을 우측으로 이동시킬 때 사용되는 레일이며, 제1 종단(38A)을 가진다. 제2 레일(36B)은 미세구조물을 아래쪽으로 이동시킬 때 사용되는 레일이며, 제2 종단(38B)를 가진다. 제2 레일(36B)은 다시 여러 개 (일례로 1차원 어레이에 포함된 미세구조물의 개수에 대응하는 개수)의 레일로 나뉜다.
상기 유체관의 평면도를 나타내는 도 31을 참조하면, 선택된 특성을 갖는 변환된 광을 조사하여, 가이드(91)를 가지는 미세구조물들(90)을 형성한다.
상기 유체관의 평면도를 나타내는 도 32를 참조하면, 미세구조물들(90)이 제1 레일(36A)을 따라 우측으로 이동하다가 제1 레일(36A)의 종단(38A)에 멈추어, 1차원 어레이를 형성한다. 이 기간에, 광경화성 유체(31)는 제2 유체관(30B)를 통하여 배출되어야 하며, 제3 유체관(30C)를 통하여 배출되어서는 안된다.
상기 유체관의 평면도를 나타내는 도 33을 참조하면, 미세구조물들(90)의 어레이가 제2 레일(36B)를 따라 아래쪽으로 이동하다가 제2 레일(36B)의 종단(38B)에 멈춘다. 이 기간에, 광경화성 유체(31)는 제3 유체관(30C)를 통하여 배출되어야 하며, 제2 유체관(30B)를 통하여 배출되어서는 아니된다.
상기 유체관의 평면도를 나타내는 도 34 내지 36을 참조하면, 추가적인 미세구조물들(90')을 형성하고, 이들을 우측으로 이동시켜 1차원 어레이를 형성한 후, 상기 어레이를 아래쪽으로 이동시켜, 이전에 형성된 미세구조물들(90)의 옆에 멈추도록 한다. 도면에서와 같이, 레일들(36A, 36B)과 종단들(38A, 38B)을 구비한 유체관을 이용하면, 미세구조물들(90)의 2차원 어레이를 형성할 수 있다.
상기 유체관의 평면도를 나타내는 도 37을 참조하면, 선택된 특성을 갖는 변환된 광을 조사하여, 2차원 어레이를 고정시키는 미세구조물(90')을 형성할 수 있다. 고정용 미세구조물(90')의 형성에 사용된 광경화성 유체는 2차원 어레이 미세구조물들(90, 90')의 형성에 사용된 광경화성 유체와 동일할 수도 있으며, 서로 다를 수도 있다. 이러한 2차원 어레이 형성 방법은 다양한 입자의 조종 및 유체의 교환이 이루어지는 바이오 분석, 유체에 의한 셀프 어셈블리, 디스플레이의 제조 등에 응용될 수 있을 것이다.
상술의 미세구조물 생성 및 처리 시스템의 다양한 광원, 유체관 및 처리수단 등은 하술과 같이 변경, 변형 또는 개조하여 사용할 수도 있다.
상기 시스템에는 단일 또는 복수의 광원을 장착, 사용할 수 있으며, 이 때 광원은 유체관에 대하여 고정되도록 장착한다. 이와는 달리 광원을 유체관 주위를 선형으로 이동할 수 있도록 장착하거나, 2차원 또는 3차원의 경로를 따라 이동할 수 있도록 도모할 수 있다. 다수의 광원을 이용할 경우 단일의 유체관의 상이한 부위에서 또는 다수의 유체관에서 미세구조물을 동시에 생성할 수 있다는 장점이 있다. 상기 이동식 광원을 이용할 경우에는 유체관 내부의 임의의 부위에 임의의 형상을 갖는 미세구조물을 생성할 수 있다는 장점이 있다. 또한 이동식 광원을 이용하면 고정식 광원으로는 생성할 수 없는 복잡한 3차원 형상을 갖는 미세구조물 역시 생성할 수 있다는 장점도 있다.
상기 시스템은 광원에서 조사되는 광의 세기 또는 파장을 조절하여 다양한 물리적, 전기적 또는 화학적 성질을 갖는 미세구조물을 생성할 수 있다. 또한 유체관에 상이한 광경화성 유체가 혼합물의 형태로 또는 계면을 형성하며 흐르는 경우, 상기 시스템은 광원에서 조사되는 광의 파장을 시간적으로 또는 공간적으로 조절함으로써 유체관 내에서 상이한 광경화 반응이 순차적으로 진행되도록 하고 부위마다 상이한 물성을 갖는 미세구조물을 형성할 수도 있다. 따라서, 일부 부위는 바이오 분석용 소자 또는 디스플레이 소자의 특징을 가지나 다른 부위는 전기 도체의 성질을 가지는 미세구조물도 생성할 수 있다.
상기 처리수단은 광경화성 물질 및 이로부터 생성되는 미세구조물의 다양한 특징에 따라 미세구조물을 이동, 배열 또는 결합할 수 있도록 구성한다. 일예로, 처리수단은 특정 경로를 형성하여 생성된 미세구조물이 상기 경로로 물리적으로 이동하도록 구성하며, 필요 시 미세구조물이 상기 경로에 근거하여 배열되도록 구성하거나 또는 상기 경로 또는 배열에 근거하여 결합되도록 구성할 수 있다. 이러한 처리수단은 미세구조물에 특별한 부위를 형성하지 않고도 미세구조물을 이동, 배열 또는 결합할 수 있다는 장점이 있다. 이와는 반대로, 처리수단은 특정 경로를 형성하고, 미세구조물의 생성 시 특정 형상의 부위를 미세구조물에 형성하도록 하며 상기 부위를 이용하여 미세구조물을 상기 경로로 물리적으로 이동하도록 구성하며, 필요 시 상기 미세구조물이 상기 경로 또는 상기 부위의 형상에 근거하여 배열되도록 구성하거나 또는 상기 경로 또는 배열에 근거하여 결합되도록 구성할 수 있다. 또한, 처리수단은 특정 경로를 형성하며, 생성된 미세구조물의 화학적, 전기적 또는 자기적 성질에 따라 화학적, 전기적 또는 자기적 친화력 또는 화학적, 전기적 또는 자기적 반발력을 생성하고 상기 친화력 또는 반발력을 이용하여 미세구조물을 상기 경로로 이동하도록 구성하며, 필요 시 상기 미세구조물이 상기 경로 또는 상기 부위의 형상에 근거하여 배열되도록 구성하거나 또는 상기 경로 또는 배열에 근거하여 결합되도록 구성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 "광경화성에 따른 미세구조물 생성 및 처리 시스템"의 다양한 실시예 및 구현예는, 광원을 전자파 발생원으로 교체하고 광경화성 유체를 전자파 경화성 유체로 교체한 후 이에 적합한 처리수단을 이용하면 "전자파경화에 따른 미세구조물 생성 및 처리 시스템"을 구성할 수 있다. 일예로 아크 릴(acryl), 엠엠에이(MMA), 스타릴론(Stylen), 피이쥐(PEG) 등이 있다. 또한, 상술의 다양한 실시예 및 구현예를 적용하되, 광원을 전기에너지 발생원으로 교체하고 광경화성 유체를 전기경화성 유체로 교체한 후 이에 적합한 처리수단을 이용하면 "전기경화에 따른 미세구조물 생성 및 처리 시스템"을 구성할 수 있다. 일예로 전극에서의 산화환원 등의 전기화학 반응에 의해 중합하는 엠엠에이(MMA) 나 스타릴론(stylen) 등이 있다. 또한 상술의 다양한 실시예 및 구현예를 적용하되, 광원을 열에너지원으로 교체하고 광경화성 유체를 열경화성 유체로 교체한 후 이에 적합한 처리수단을 이용하면 "열경화에 따른 미세구조물 생성 및 처리 시스템"을 구성할 수도 있다. 일예로 아크릴(acryl), 엠엠에이(MMA), 스타릴론(Stylen), 피이쥐(PEG) 등의 열경화성 유체가 있다. 마찬가지로, 상술의 다양한 실시예 및 구현예를 적용하되, 광원을 자기에너지 발생원으로 교체하고 광경화성 유체를 자기경화성 유체로 교체한 후 이에 적합한 처리수단을 이용하면 "자기경화에 따른 미세구조물 생성 및 처리 시스템"을 구성할 수도 있다. 일예로 위의 열경화성 물질에 자력을 지닌 입자를 섞어서 자기장에 반응을 시키면 입자가 유도기전력에 의해 가열되어 주변의 열경화성 물질을 중합시키므로, 자기경화성 유체로 쓰일수 있다. 또한, 상술의 다양한 실시예 및 구현예를 적용하되, 광원을 입자에너지 발생원으로 교체하고 광경화성 유체를 입자에너지경화성 유체로 교체한 후 이에 적합한 처리수단을 이용하면 "입자에너지경화에 따른 미세구조물 생성 및 처리 시스템"을 구성할 수 있다. 일예로 아크릴(acryl), 엠엠에이(MMA), 스타릴론(Stylen), 피이쥐(PEG) 등이 있다.
본 발명에 의한 미세구조물 생성 및 처리 시스템은 다양한 형태의 처리수단을 따라 이동하는 미세구조물을 제작할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의한 미세구조물 생성 및 처리 시스템은 제작된 미세구조물의 위치를 보다 정확히 제어할 수 있다는 장점 및 이에 따라 미세구조물을 1차원, 2차원 또는 3차원에서 배열 및 결합할 수 있다는 장점도 있다.
또한, 본 발명에 의한 미세구조물 생성 및 처리 시스템은 다양한 입자의 조종 및 유체의 교환이 이루어지는 바이오 분석, 유체에 의한 셀프 어셈블리, 디스플레이의 제조 등 다양한 분야에 응용될 수 있다는 장점이 있다.

Claims (15)

  1. 에너지원;
    상기 에너지원에서 발생된 에너지를 선택된 특성을 갖는 에너지로 변형하는 변형 수단;
    내부에 에너지경화성 유체가 흐르며, 상기 변형 수단에서 제공된 에너지에 따라 상기 에너지경화성 유체를 선택적으로 경화하여 미세구조물을 생성하는 유체관; 및
    상기 유체관에 배치되어 상기 미세구조물을 일정 패턴에 따라 이동, 배열 또는 결합하는 처리수단으로 구성되는 미세구조물 생성 및 처리 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 에너지가 열에너지, 전자파에너지, 전기에너지, 또는 자기에너지인 미세구조물 생성 및 처리 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 에너지가 광에너지인 미세구조물 생성 및 처리 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 처리수단이 상기 유체관에 이동 경로를 조성하고 상기 미세구조물을 상 기 경로를 따라 이동시키는 미세구조물 생성 및 처리 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 유체의 경화 시 상기 미세구조물에 특정 형상의 부위를 조성하고, 상기 처리수단이 상기 유체관에 이동 경로를 조성하며 상기 부위의 최소한 일부를 상기 처리수단이 물리적으로 지지하며 상기 미세구조물을 상기 경로를 따라 이동시키는 미세구조물 생성 및 처리 시스템.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 유체의 경화 시 상기 미세구조물에 특정 전기적, 자기적 또는 화학적 성질을 조성하고, 상기 처리수단이 상기 유체관에 이동 경로를 조성하며 상기 처리수단이 상기 성질에 대한 전기적, 자기적 또는 화학적 친화력 또는 반발력을 이용하여 상기 미세구조물을 상기 경로를 따라 이동시키는 미세구조물 생성 및 처리 시스템.
  7. 광원;
    상기 광원에서 조사된 광을 선택된 특성을 갖는 광으로 변형하는 변형 수단;
    내부에 광경화성 유체가 흐르며, 상기 변형 수단에서 제공된 광에 따라 상기 광경화성 유체를 선택적으로 경화하여 미세구조물을 생성하는 유체관; 및
    상기 유체관에 배치되어 상기 미세구조물을 일정 패턴에 따라 이동, 배열 또는 결합하는 처리수단으로 구성되는 미세구조물 생성 및 처리 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 광경화성 유체의 경화에 의하여 생성된 미세구조물은 가이드를 구비하며, 상기 가이드는 상기 처리수단의 형상에 대응하는 형상을 갖는 미세구조물 생성 및 처리 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 처리수단은 상기 유체관에 홈 형태의 레일을 구비하며,
    상기 미세구조물이 생성되는 영역의 상기 레일의 너비가 상기 미세구조물이 이동하는 영역의 상기 레일의 너비보다 좁은 미세구조물 생성 및 처리 시스템.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 처리수단은 상기 유체관에 돌기 형태의 레일을 구비하며,
    상기 미세구조물이 생성되는 영역의 상기 레일의 너비가 상기 미세구조물이 이동하는 영역의 상기 레일의 너비보다 넓은 미세구조물 생성 및 처리 시스템.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 처리수단은 상기 유체관에 추가적인 레일을 구비하며,
    상기 미세구조물은 상기 레일들 중 어느 한 레일에 형성되거나, 상기 레일들에 걸쳐서 형성되는 미세구조물 생성 및 처리 시스템.
  12. 제7 항에 있어서,
    상기 유체관에는 상기 광경화성 유체와 동일한 또는 상이한 방향으로 추가적인 유체가 흐르며,
    상기 처리수단의 상기 레일은 상기 광경화성 유체와 상기 추가적인 유체 사이의 계면을 가로지르는 미세구조물 생성 및 처리 시스템.
  13. 제7 항에 있어서,
    상기 레일은 종단을 구비하는 미세구조물 생성 및 처리 시스템.
  14. 제7 항에 있어서,
    상기 처리수단의 추가적인 레일을 유체관에 구비하며,
    상기 추가적인 레일은 상기 레일에 합쳐지는 미세구조물 생성 및 처리 시스템.
  15. (a) 유체관에 광경화성 유체를 흘리는 단계;
    (b) 선택된 특성을 가지는 광을 상기 광경화성 유체에 조사하여 상기 광경화 성 유체를 경화시켜 특정 형상의 미세구조물을 생성하는 단계; 및
    (c) 상기 미세구조물을 일정 경로에 따라 이동시키는 단계를 구비하는 미세구조물 제조 방법.
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