(51) Int. Cl. (19) 대한민국특허청 (KR) (12) 등록특허공보 (B1) C08G 85/00 ( ) C08J 5/14 ( ) (21) 출원번호 (22) 출원일자 2008 년 10 월 16 일 심사청구일자

Size: px

Start display at page:

Download "(51) Int. Cl. (19) 대한민국특허청 (KR) (12) 등록특허공보 (B1) C08G 85/00 ( ) C08J 5/14 ( ) (21) 출원번호 (22) 출원일자 2008 년 10 월 16 일 심사청구일자"

하영 도
5 years ago
Views:

2 (51) Int. Cl. (19) 대한민국특허청 (KR) (12) 등록특허공보 (B1) C08G 85/00 ( ) C08J 5/14 ( ) (21) 출원번호 (22) 출원일자 2008 년 10 월 16 일 심사청구일자 2008 년 10 월 16 일 (65) 공개번호 (43) 공개일자 2010 년 04 월 26 일 (56) 선행기술조사문헌 Adv.Mater.2007* KR B1 KR B1 * 는심사관에의하여인용된문헌 (45) 공고일자 2011년04월11일 (11) 등록번호 (24) 등록일자 2011년03월29일 (73) 특허권자 한국과학기술연구원 서울성북구하월곡동 39-1 (72) 발명자 문명운 서울특별시성북구하월곡동 KIST 아파트 B 동 202 호 이광렬 서울특별시서초구잠원동동아아파트 ( 뒷면에계속 ) (74) 대리인 제일광장특허법인, 김원준 전체청구항수 : 총 20 항심사관 : 정태광 (54) 기울어진마이크로기둥배열이형성된고분자및이를위한제작방법 (57) 요약 본발명은기울어진마이크로기둥배열이형성된고분자및이를위한제작방법에관한것으로, 이온빔처리의입사각을조절하여기울어진마이크로기둥배열을제작함으로써, 드라이셀프클리닝 (dry self-cleaning) 을가진접합재료, 벽을기어오를수있는마이크로로봇제작, 반도체라인에서의웨이퍼정렬기 (wafer aligner) 등의제작등에응용가능하다. 또한, 본발명은에너지소모량을적게사용할수있는 PECVD 방식을이용한이온빔처리를통하여, 기울어진마이크로기둥배열을갖는고분자표면을형성할수있고, 이온빔처리의입사각, 조사시간, 가속전압의크기중적어도하나를조절하여마이크로기둥의기울어진각도를원하는각으로조절가능하다. 대표도 - 도 3b - 1 -

3 (72) 발명자 김호영 서울특별시관악구봉천 7 동교수아파트 E-403 차태곤 서울특별시강남구대치동 511 번지한보미도맨션 108 동 701 호 - 2 -

4 특허청구의범위청구항 1 마이크로기둥 (pillar) 배열이형성된고분자재료인 PDMS(PolyDiMethylSiloxane) 와, 상기마이크로기둥배열상면전영역 PECVD 방식으로아르곤가스, 산소, CF 4 중어느하나를이용한에이온빔처리의입사각조절과, 박막코팅과금속 / 비금속물질을스퍼터링하는방식중어느하나의방식을이용하여제작한기울어진마이크로기둥배열을포함하며, 상기기울어진마이크로기둥배열은, 불룩한형상을가진기둥, 고분자돗 (dot), 구멍 (hole), 고분자벽 (wall) 중어느하나의형상인것을특징으로하는기울어진마이크로기둥배열이형성된고분자. 청구항 2 삭제청구항 3 상기고분자재료는, 폴리카보네이트 (polycarbonate(pc)), 폴리이미드 (Polyimide(PI)), 폴리에틸렌 (Polyethylene(PE)), 폴리 (Poly) ( 메타크릴산메틸 (methyl methacrylate))(pmma), 폴리스틸렌 (Polystyrene(PS)), 폴리 (poly)(lactic-coglycolic acid)(plga), 히드로겔 (Hydrogel), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (Polyethylene terephthalate(pet)), 실리콘고무 (Silicone rubber) 중어느하나를추가로이용가능한것을특징으로하는기울어진마이크로기둥배열이형성된고분자. 청구항 4 상기입사각은, 이온빔처리의가속되는방향과상기고분자재료가이루는각인것을특징으로하는기울어진마이크로기둥배열이형성된고분자. 청구항 5 삭제청구항 6 상기금속 / 비금속물질을스퍼터링하는방식은, 비대칭코팅에의해상기마이크로기둥배열을특정방향으로기울어지게하는것을특징으로하는기울어진마이크로기둥배열이형성된고분자. 청구항 7 상기이온빔처리의가속방향을특정방향으로비스듬히조사하여상기마이크로기둥배열을특정방향으로기울어지게하는것을특징으로하는기울어진마이크로기둥배열이형성된고분자. 청구항 8 상기이온빔처리의입사각, 조사시간, 가속전압의크기중적어도하나를조절하여상기마이크로기둥배열 - 3 -

5 의기울어진각도를조절하는것을특징으로하는기울어진마이크로기둥배열이형성된고분자. 청구항 9 상기이온빔처리의조사시간을조절하여상기기울어진마이크로기둥배열의단면형상의비대칭성을조절하는것을특징으로하는기울어진마이크로기둥배열이형성된고분자. 청구항 10 상기이온빔처리가이루어지는챔버내압력범위는, Pa 내지 Pa 범위이내인것을특징으로하는기울어진마이크로기둥배열이형성된고분자. 청구항 11 상기이온빔처리에서가속전압의크기는, 100V 내지 kv 범위이내인것을특징으로하는기울어진마이크로기둥배열이형성된고분자. 청구항 12 상기이온빔처리에서이온빔의입사각은, 0 이상 90 미만인것을특징으로하는기울어진마이크로기둥배열이형성된고분자. 청구항 13 상기기울어진마이크로기둥배열은, 폭의크기가 1nm에서 10mm범위이고, 길이가 1nm에서 10mm의범위인것을특징으로하는기울어진마이크로기둥배열이형성된고분자. 청구항 14 직선형마이크로기둥배열을갖는 PDMS(PolyDiMethylSiloxane) 시편을형성하는단계와, 상기 PDMS 시편을특정경사각을가진챔버내의지그 (zig) 위에고정하는단계와, 상기직선형마이크로기둥배열상부에대하여 PECVD 방식으로아르곤가스, 산소, CF 4 중어느하나를이용한이온빔처리를수행하는단계와, 상기이온빔처리에따라기울어진마이크로기둥배열을형성하는단계를포함하며, 상기기울어진마이크로기둥배열은, 불룩한형상을가진기둥, 고분자돗 (dot), 구멍 (hole), 고분자벽 (wall) 중어느하나의형상인것을특징으로하는기울어진마이크로기둥배열이형성된고분자를위한제작방법. 청구항

6 제 14 항에있어서, 상기기울어진마이크로기둥배열은, 잔류응력이진행하는쪽의마이크로기둥면에서주름이발생하고상기마이크로기둥에의하여이온빔이미치지못하는면에서는주름이발생하지않게됨에따라상기잔류응력에의한기둥표면이응축하게되면서이온빔의방향쪽으로상기마이크로기둥이기울어지게되는것을특징으로하는기울어진마이크로기둥배열이형성된고분자를위한제작방법. 청구항 16 삭제청구항 17 삭제청구항 18 제 14 항에있어서, 상기이온빔처리의입사각, 조사시간, 가속전압의크기중적어도하나를조절하여상기마이크로기둥배열의기울어진각도를조절하는것을특징으로하는기울어진마이크로기둥배열이형성된고분자를위한제작방법. 청구항 19 제 14 항에있어서, 상기이온빔처리의조사시간을조절하여상기기울어진마이크로기둥배열의단면형상의비대칭성을조절하는것을특징으로하는기울어진마이크로기둥배열이형성된고분자를위한제작방법. 청구항 20 제 14 항에있어서, 상기이온빔처리가이루어지는챔버내압력범위는, Pa 내지 Pa 범위이내인것을특징으로하는기울어진마이크로기둥배열이형성된고분자를위한제작방법. 청구항 21 제 14 항에있어서, 상기이온빔처리에서가속전압의크기는, 100V 내지 kv 범위이내인것을특징으로하는기울어진마이크로기둥배열이형성된고분자를위한제작방법. 청구항 22 제 14 항에있어서, 상기이온빔처리에서이온빔의입사각은, 0 이상 90 미만인것을특징으로하는기울어진마이크로기둥배열이형성된고분자를위한제작방법

7 청구항 23 제 14 항에있어서, 상기기울어진마이크로기둥배열은, 폭의크기가 1nm에서 10mm범위이고, 길이가 1nm에서 10mm의범위인것을특징으로하는기울어진마이크로기둥배열이형성된고분자를위한제작방법. 청구항 24 제 14 항에있어서, 상기기울어진마이크로기둥배열의가지는, 고분자재료인 PDMS 이외에, 마이크로기둥배열을가질수있는다양한고분자재료로서, 폴리카보네이트 (polycarbonate(pc)), 폴리이미드 (Polyimide(PI)), 폴리에틸렌 (Polyethylene(PE)), 폴리 (Poly)( 메타크릴산메틸 (methyl methacrylate))(pmma), 폴리스틸렌 (Polystyrene(PS)), 폴리 (poly)(lactic-co-glycolic acid)(plga), 히드로겔 (Hydrogel), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (Polyethylene terephthalate(pet)), 실리콘고무 (Silicone rubber) 중어느하나를추가로이용가능한것을특징으로하는기울어진마이크로기둥배열이형성된고분자를위한제작방법. 명세서발명의상세한설명기술분야본발명은기울어진마이크로기둥배열이형성된고분자및이를위한제작방법에관한것으로, 보다상세하게설명하면이온빔처리의입사각을조절하여기울어진마이크로기둥배열을제작할수있는고분자및이를위한제작방법에관한것이다. 배경기술주지된바와같이자연계에존재하는많은생물이나자연현상을이용하는연구가예전부터이어져왔으며, 최근에연꽃잎, 도마뱀, 혹은소금쟁이등이보이는순수에대한발수현상의관찰이진행되고있으며, 이를흉내내어비슷한구조물을만들려는시도가활발히연구되고있다. 즉, 도마뱀이나많은곤충들같이벽면을오르내리거나경사가급한곳을오르내리고, 혹은소금쟁이가물위를걷는모습을통해서, 그러한동물들의발바닥의생김새에많은관심을가지게되었다. 기존의연구자들에의하면여러계층구조를가진발바닥섬모구조가있으며이러한구조가소수성성질을가질뿐만아니라벽등에서지지할수있는충분한접합력 (adhesion) 을발생할수있는성질을가진구조인것이다. 또한, 벽이나천장위에서떨어지지않고걸어서움직일수있도록접합력을구조적으로약화시킬수있는구조가중요한부분으로여겨지고있다. 즉이들곤충이나도마뱀등의발바닥의섬모구조들은필요에의해서자의적으로접합력을강하게 (robust) 유지하거나혹은약하게 (weak) 하는기능을가지고있다. 이중도마뱀의발바닥섬모구조를따라하기위해서많은연구가진행되고있는데, 기존의연구들은직선형마이크로기둥 (micropillar) 구조물들을배열하여마이크로구조물과상대표면과의접합력에대한평가를시도하고있다. 발명의내용해결하고자하는과제그러나, 상기한바와같이도마뱀발바닥의섬모와같은구조들은모두직선형이아닌특정방향으로기울어진형상을가지고있기때문에, 비대칭형상의기울어진구조를가진나노구조를만들어야할것이다. 최근의시도들중에 [S. Reddy et al, Advanced Materials 19(2007) ] 에개시된바와같이형상기억고분자재료를이용하여직선적인기둥들을기울이려는시도를하고있으나, 고분자자체가형상기억고분자로서너무단단하여구부러진정도가상대적으로매우작은양으로인하여비대칭형상의기울어진구조를가진나노구조를만들수없게되는문제점이있다

8 이에, 본발명의기술적과제는상술한바와같은문제점을해결하기위해안출한것으로, 나노-바이오응용분야중요즘산업체에서관심을가지는자연모사분야에서많이쓰이고있는고분자재료인 PDMS(PolyDiMethylSiloxane, 이하 PDMS라함 ) 표면에직선형마이크로기둥배열을형성한후이형성된직선형마이크로기둥배열상부에대하여이온빔처리의입사각을기울어진각으로조사함으로써, 기울어진마이크로기둥배열을형성할수있는기울어진마이크로기둥배열이형성된고분자및이를위한제작방법을제공한다. 과제해결수단본발명의일관점에따른기울어진마이크로기둥배열이형성된고분자는, 마이크로기둥 (pillar) 배열이형성된고분자재료와, 마이크로기둥배열상면전영역에이온빔처리의입사각조절과박막코팅과금속 / 비금속물질을스퍼터링하는방식중어느하나의방식을이용하여제작한기울어진마이크로기둥배열을포함하는것을특징으로한다. 본발명은다른관점에따른기울어진마이크로기둥배열이형성된고분자를위한제작방법은, 직선형마이크로기둥배열을갖는 PDMS 시편을형성하는단계와, PDMS 시편을특정경사각을가진챔버내의지그 (zig) 위에고정하는단계와, 직선형마이크로기둥배열상부에대하여이온빔처리를수행하는단계와, 이온빔처리에따라기울어진마이크로기둥배열을형성하는단계를포함하는것을특징으로한다. 효과본발명은이온빔처리의입사각을조절하여기울어진마이크로기둥배열을제작함으로써, 드라이셀프클리닝 (dry self-cleaning) 을가진접합재료, 벽을기어오를수있는마이크로로봇제작, 반도체라인에서의웨이퍼정렬기 (wafer aligner) 등의제작등에응용가능하다. 또한, 본발명은에너지소모량을적게사용할수있는플라즈마화학증착 (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, 이하, PECVD라함 ) 방식에의한플라즈마에서이온화율을높인이온빔처리를통하여, 기울어진마이크로기둥배열을갖는고분자표면을형성할수있고, 이온빔처리의입사각, 조사시간, 가속전압의크기중적어도하나를조절하여마이크로기둥의기울어진각도를원하는각으로조절가능하다. 또한, 본발명은간단한전통적리소그래피방법을이용하는공정과, 낮은진공및바이어스 (bias) 전압조건을이용한저에너지상태에서기판의손상을최소화할수있는효과가있다. 발명의실시를위한구체적인내용이하첨부된도면을참조하여본발명의동작원리를상세히설명한다. 하기에서본발명을설명함에있어서공지기능또는구성에대한구체적인설명이본발명의요지를불필요하게흐릴수있다고판단되는경우에는그상세한설명을생략할것이다. 그리고후술되는용어들은본발명에서의기능을고려하여정의된용어들로서이는사용자, 운용자의의도또는관례등에따라달라질수있다. 그러므로그정의는본명세서전반에걸친내용을토대로내려져야할것이다. 실시예도 1a는본발명의바람직한실시예에따른직립하고있는마이크로기둥배열위에이온빔처리를수행하는모식도이고, 도 1b는본발명에따른기울어진마이크로기둥배열에대한표면을촬영한전자주사현미경 (Scanning Electron Microscopy, 이하 SEM이라함 ) 이미지이다. 도 1a 및도 1b를참조하면, 고진공조건하에서고분자재료인 PDMS(101) 표면에직선형마이크로기둥 (pillar)( 예컨대, 기둥이외의불룩한형상을가진고분자돗 (dot), 구멍 (hole), 고분자벽 (wall) 중어느하나의형상 ) 배열을형성한후형성된마이크로기둥배열상면전영역에 PECVD 방식을이용한이온빔처리 (103) 의입사각을비스듬하게조사하여 PDMS(101) 표면에있는직선형마이크로기둥배열을기울어진마이크로기둥배열로변화시킨다. 여기서, 입사각은이온빔처리의가속되는방향과고분자재료가이루는각이며, 이온빔의종류는, 아르곤가스, 산소, CF 4 중어느하나를플라즈마 / 이온화하여사용하며, 또한플라즈마이온을이용하는방식이외에이온빔을이용하는방식, 박막을코딩하는방식, 금속및비금속물질을스퍼터링방식중어느하나를이용하여 - 7 -

9 마이크로기둥배열을기울일수있다. 다시말하여, 이온빔처리 (103) 의가속방향을특정방향으로비스듬히조사함으로써마이크로기둥배열을특정방향으로배향하여기울어지게배열할수있다. 또한, 이온빔처리 (103) 의입사각, 조사시간, 가속전압의크기중적어도하나를조절하여마이크로기둥배열의기울어진각도를조절한다. 또한, 이온빔처리 (103) 의조사시간을조절하여기울어진마이크로기둥배열의단면형상의비대칭성을조절할수있다. 여기서, 고분자재료로서생체응용분야의주요재료로서사용되는 PDMS(101) 를사용하여표면에기울어진마이크로기둥배열을제작시키기위한조건은이온빔처리를이용하는챔버내압력범위는 Pa 내지 Pa 범위이내이고, 이온빔처리에서집속이온빔의가속전압의크기는 100V 내지 kv 범위이내이며, 이온빔처리에서이온빔의입사각은 0 이상 90 미만인것이바람직하다. 그리고, 고분자재료의가지인 PDMS(101) 이외에, 마이크로기둥배열을가질수있는다양한고분자재료로서, 폴리카보네이트 (polycarbonate(pc)), 폴리이미드 (Polyimide(PI)), 폴리에틸렌 (Polyethylene(PE)), 폴리 (Poly) ( 메타크릴산메틸 (methyl methacrylate))(pmma), 폴리스틸렌 (Polystyrene(PS)), 폴리 (poly)(lactic-coglycolic acid)(plga), 히드로겔 (Hydrogel), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (Polyethylene terephthalate(pet)), 실리콘고무 (Silicone rubber) 중어느하나를추가로이용가능하다. 도 2a는본발명에따른마이크로기둥배열에이온빔처리를수행하기위한하이브리드이온빔 (Hybrid ion beam) 장비의계략도이고, 도 2b는본발명에따른하이브리드이온빔장비내에배치하는지그 (zig) 의모양과그위에특정한각 (α) 을이루도록조작되어위치하여있는마이크로기둥배열을가진고분자재료인 PDMS(101) 표면을도시한도면이다. 도 2a 및도 2b를참조하면서, 기울어진마이크로기둥배열을갖는고분자재료인 PDMS(101) 시편을제작하는과정에대하여설명한다. 즉, PDMS와 PDMS 경화제를질량비 10 : 1로섞어만든 PDMS 용액을감광막 (Photo Resist, 이하 PR이라함 ) 으로패턴화된실리콘웨이퍼위에증착한다. 여기서, PR 패턴화된실리콘웨이퍼의제작은실리콘웨이퍼상에음성 (Negative) PR 물질인 SU-8을증착하고특정두께 ( 예컨대, 30μm ) 를가지도록스핀코팅 (Spin Coating) 한다음에, PR이증착된실리콘웨이퍼를가열교반기 (Hot Plate) 위에특정범위 ( 예컨대, 60 내지 90 이내 ) 에서 2 단계로나누어구운후구워진시편위에사전제작된크롬 (Cr) 마스크를놓고 EVG 6200 마스크정렬기 (Mask Aligner) 를통해마스크와실리콘웨이퍼를정렬한후자외선을노광시키고, 다시특정범위 ( 예컨대, 60 내지 90 이내 ) 에서 2단계로시편을구웠고, 구운시편을현상 (Develop) 하고최종적으로소프로필알콜 (IPA) 로세척한후말려서 PR 패턴화된실리콘웨이퍼를제작한다. 이후, 고분자재료인 PDMS(101) 시편을도 2a에도시된진공챔버 (Chamber)(105) 안에넣고특정시간 ( 예컨대, 15분 ) 동안진공상태를유지하여 PDMS에남아있는기포를제거한다. 다음으로, 기포가제거된 PDMS(101) 시편을옵티컬테이블 (Optical Table) 상에특정시간 ( 예컨대, 15분 ) 동안놓아 PDMS를수평하게한다. 다음에, 수평화된 PDMS(101) 시편을특정온도 ( 예컨대, 75 ) 의가열교반기 (Hot Plate) 상에특정시간 ( 예컨대, 75분 ) 동안구워서 PDMS 용액을완전히고형화한다. 다음으로, 고형화된 PDMS(101) 시편을상온에서특정시간 ( 예컨대, 5분 ) 동안식힌후, 실리콘웨이퍼에서제거하면, 도 1a에도시된바와같은직선형마이크로기둥 (pillar) 배열을갖는고분자재료인 PDMS(101) 시편을제작할수있다. 여기서, 마이크로기둥배열은가로와세로길이가 4mm인정사각형모양으로 64개의패턴공간을구성하고, 각각다른조건의패턴을 16개씩넣었으며, 폭의크기는 1나노미터 ( nm ) 에서 10mm범위이고, 길이는 1나노미터에서 10mm의범위를가지는것으로, 일예로, 첫번째는 10μm지름을가진원기둥을 10μm간격으로구성하고, 두번째는 10μm지름을가진원기둥을 20μm간격으로구성하며, 세번째는 10μm두께와 4mm의길이를가진벽을 20μm간격으로구성하며, 네번째는 20μm지름을가진원기둥을 20μm간격으로구성하며, 각패턴의높이는 30μm로동일한형상을갖도록제작할수있다. 이때, 이온빔처리 (103) 의방향이 PDMS(101) 시편표면에특정각을이루도록배향하기위하여 PDMS(101) 시편을도 2b에도시된바와같이특정경사각 (α) 을가진지그 (zig) 위에직선형마이크로기둥배열을갖는고분자 - 8 -

10 재료인 PDMS(101) 시편을고정한다. 즉, 직선형마이크로기둥배열을갖는고분자재료인 PDMS(101) 시편의표면과이온빔입사각이특정한각을갖도록배치한다. 상술한바와같이제작된직선형마이크로기둥배열을갖는고분자재료인 PDMS(101) 시편에대하여 PECVD를이용한아르곤 (Ar+) 이온빔처리를수행한다. 즉, PECVD 방식을이용한이온빔처리를직선형마이크로기둥배열을갖는고분자재료인 PDMS(101) 시편표면에조사한다. 여기서, 전압의조건은 400V에서 10 분간처리하였으며, 진공챔버 (105) 내의진공도는 0.49Pa 이다. 상술한바와같이직선형마이크로기둥배열을갖는고분자재료인 PDMS(101) 시편표면에 PECVD 방식을이용한이온빔처리 (103) 를수행하면, 도 3a, 도 3c에서와같이직립하고있는직선형마이크로기둥배열의 SEM 이미지가도 3b, 도 3d에도시된바와같이한쪽방향으로기울어진마이크로기둥배열의 SEM 이미지에서와같이압축잔류응력에의해경사각 (α) 만큼변형되고주름이형성된다. 보다상세하게설명하면, 이온빔이나플라즈마를연성의마이크로기둥배열을갖는고분자재료인 PDMS(101) 시편표면에조사하게될경우, PDMS(101) 시편표면이 100배정도더경질화되고압축잔류응력을받게되어주름등이발생한다. 다시말하여도 3c와도 3d에서보여지는것처럼이는이온빔에의해서영향을직접받는마이크로기둥면이반대면에비해서응력을많이받아서압축응력이생기고주름이생기면서응축하여길이가짧아지려는경향을가지게된다. 따라서도 3d에서보여지는것처럼잔류응력이진행하는쪽의마이크로기둥면에서주름이발생하고기둥에의하여플라즈마가미치지못하는 (shadowing effect) 면에서는주름이발생하지않게됨에따라잔류응력에의한기둥표면이응축하게되면서이온빔의방향쪽으로마이크로기둥이기울어지게된다. 도 4a는이온빔처리를수행하기전단계에서의직선형마이크로기둥배열에대한 SEM 이미지이고, 도 4b는본발명에따른이온빔처리의입사각을 α=20 만큼기울어진상태에서수행하여제작한기울어진마이크로기둥배열에대한 SEM 이미지이며, 도 4c는본발명에따른이온빔처리의입사각을 α=40 만큼기울어진상태에서수행하여제작한기울어진마이크로기둥배열에대한 SEM 이미지이다. 도 5a 및도 5b는본발명에따른전압의변화에따라마이크로기둥배열이없는부분에서주름 (wrinkle) 이관찰되는 SEM 이미지이고, 도 5c는주름의주기에대한그래프를도시한도면이다. 즉, 도 5a 내지도 5c를참조하면, 주름의폭과높이는이온빔처리의이온빔에너지상태에도밀접한연관을가지게되는데특히에너지의세기인바이어스전압이증가하게되면고분자재료주름의폭도증가하게되고, 이렇게마이크로기둥배열을기울이는요인은표면주름의형성에의하여가능한것이다. 보다상세하게설명하면마이크로기둥배열및기둥배열이없는표면에플라즈마처리의이온빔에의해서발생하는주름 (wrinkle) 이형성되는것은이온빔혹은이온빔에의해 PDMS와같은소프트고분자의표면이경화되어표피가생기게되며, 또한이렇게새로생긴표피와기존의고분자재료사이의탄성계수가 100배정도로차이가나기때문에주름이형성된다. 이때압축응력에의한탄성에너지가추가됨으로써나노크기를가지는주름이생성되게된다. 만일기존소프트고분자의탄성계수를 E s 라고가정하고, 두께가 h인새로생성된표피층의탄성계수가 E f 라고주어졌을경우, 주름을형성할수있는임계변형량은 수학식 1 ( 여기서, ε c 는임계변형량이고, E s 는기존소프트고분자의탄성계수이며, E f 는새로생성된표피층의탄성계수이다.) 과같이표현된다. 수학식 1에서임계변형량은표피의두께에대해무관하다. 이렇게계산된임계변형량이증가함에따라서사인파형상을가진주름패턴이주름의진폭 (amplitude) 이증가하게되는데, 이는 - 9 -

11 수학식 2 ( 여기서, ε은외부에의해서인가된변형률이다.) 와같이표현된다. 이때, 주름패턴의진폭이증가함에따라서 PDMS(101) 시편표면및마이크로기둥배열면에인가된변형률은선형적으로증가함을알수있다. 즉도 6a의바이어스전압이 -400V로일정할때, 조사시간에따른주기 (wavelength) 변화에대한그래프와, 도 6b의조사시간에따른진폭 (amplitude) 변화에대한그래프에도시된바와같이, 이온빔처리의이온빔을고분자표면에조사하는시간이증가함에따라서주름패턴의진폭은증가하게되어, 결국인가된변형률이증가하게되기때문에발생되는주름의진폭을측정함으로써인가된변형률을정량적으로측정할수있다. 따라서마이크로기둥배열에서변형률이증가하게되면주름패턴의진폭이증가하면서마이크로기둥배열은점점더플라즈마가진행해오는방향을향해서기울어지게된다. 이와함께주름의주기 (wavelength), λ는두께에대해서비례하며, 탄성계수의차이에관련을가지며이는 수학식 3 ( 여기서, 평면변형조건에서 α=4.36을만족한다.) 와같이표현된다. 상술한바와같이수학식 1 내지수학식 3을적절히이용함으로써, 이온빔및플라즈마에의해서생성된새로운표피 (skin) 및주름에대한해석이가능하다. 도 7a는본발명에따른마이크로기둥배열과이온빔이이루는각에따른마이크로기둥의굽혀진각도에대한그래프이고, 도 7b는본발명에따른특정각이 α=40 만큼기울어진마이크로기둥의 SEM 이미지이고, 도 7c는본발명에따른특정각이 α=80 만큼기울어진마이크로기둥의 SEM 이미지이다. 즉, 도 7a 내지도 7c를참조하면, 플라즈마처리의이온빔과마이크로기둥배열이이루는각 (incident angle of plasma ion) 에의하여마이크로기둥배열에대한기울어지는각 (tilted angle) 의관계를살펴보면, 폭과높이그리고간격이각각 10um, 30um, 그리고 20um을사용하고, 에너지조건이 1500V(anode voltage) 와 -600V(bias voltage) 조건하에서총이온빔처리시간은 60분으로고정한다. 그러면, 도 6a에도시된바와같이마이크로기둥이이루는각이 α=0 이거나 α=90 이면전체마이크로기둥배열이기울어지기가쉽지않지만각이 α=40 근처일때가장많이기울어짐을알수있으며, 이는마이크로기둥배열의위치, 이온빔처리시간및에너지조건의변화에따라서변화할수있다. 따라서, 본발명은이온빔처리의입사각을조절하여기울어진마이크로기둥배열을제작함으로써, 드라이셀프클리닝 (dry self-cleaning) 을가진접합재료, 벽을기어오를수있는마이크로로봇제작, 반도체라인에서의웨이퍼정렬기 (wafer aligner) 등의제작등에응용가능한이점이있다. 한편본발명의상세한설명에서는구체적인실시예에관해설명하였으나, 본발명의범위에서벗어나지않는한도내에서여러가지변형이가능함은물론이다. 그러므로본발명의범위는설명된실시예에국한되지않으며, 후술되는특허청구의범위뿐만아니라이특허청구의범위와균등한것들에의해정해져야한다. 도면의간단한설명도 1a는본발명의바람직한실시예에따른직립하고있는마이크로기둥배열위에이온빔처리를수행하는모식도, 도 1b는본발명에따른기울어진마이크로기둥배열에대한표면을촬영한 SEM 이미지,

도 2a는본발명에따른마이크로기둥배열에이온빔처리를수행하기위한하이브리드이온빔장비의계략도, 도 2b는본발명에따른하이브리드이온빔장비내에배치하는지그 (zig) 의모양과그위에특정한각 (α) 을이루도록조작되어위치하여있는마이크로기둥배열을가진고분자재료인 PDMS 표면을도시한도면, 도 3a 및도 3c는직립하고있는직선형마이크로기둥배열의 SEM 이미지, 도 3b 및도

12 도 2a는본발명에따른마이크로기둥배열에이온빔처리를수행하기위한하이브리드이온빔장비의계략도, 도 2b는본발명에따른하이브리드이온빔장비내에배치하는지그 (zig) 의모양과그위에특정한각 (α) 을이루도록조작되어위치하여있는마이크로기둥배열을가진고분자재료인 PDMS 표면을도시한도면, 도 3a 및도 3c는직립하고있는직선형마이크로기둥배열의 SEM 이미지, 도 3b 및도 3d에도시된바와같이한쪽방향으로기울어진마이크로기둥배열의 SEM 이미지, 도 4a는이온빔처리를수행하기전단계에서의직선형마이크로기둥배열에대한 SEM 이미지, 도 4b는본발명에따른이온빔처리의입사각을 α=20 만큼기울어진상태에서수행하여제작한기울어진마이크로기둥배열에대한 SEM 이미지, 도 4c는본발명에따른이온빔처리의입사각을 α=40 만큼기울어진상태에서수행하여제작한기울어진마이크로기둥배열에대한 SEM 이미지, 도 5a 및도 5b는본발명에따른전압의변화에따라마이크로기둥배열이없는부분에서주름 (wrinkle) 이관찰되는 SEM 이미지, 도 5c는본발명에따른주름의주기에대한그래프를도시한도면, 도 6a는본발명에따른바이어스전압이 -400V로일정할때, 조사시간에따른주기 (wavelength) 변화에대한그래프, 도 6b는본발명에따른조사시간에따른진폭 (amplitude) 변화에대한그래프, 도 7a는본발명에따른마이크로기둥배열과이온빔처리의이온빔이이루는각에따른마이크로기둥의굽혀진각도에대한그래프, 도 7b는본발명에따른특정각이 α=40 만큼기울어진마이크로기둥의 SEM 이미지, 도 7c는본발명에따른특정각이 α=80 만큼기울어진마이크로기둥의 SEM 이미지. < 도면의주요부분에대한부호의설명 > 101 : PDMS 103 : 이온빔처리 105 : 진공챔버 도면 도면 1a

13 도면 1b 도면 2a 도면 2b

14 도면 3a 도면 3b 도면 3c

15 도면 3d 도면 4a 도면 4b 도면 4c

16 도면 5a 도면 5b 도면 5c

17 도면 6a 도면 6b 도면 7a

18 도면 7b 도면 7c

공개특허 (19) 대한민국특허청 (KR) (12) 공개특허공보 (A) (11) 공개번호 (43) 공개일자 2013년09월25일 (51) 국제특허분류 (Int. Cl.) B65D 25/14 ( ) C23

공개특허 (19) 대한민국특허청 (KR) (12) 공개특허공보 (A) (11) 공개번호 (43) 공개일자 2013년09월25일 (51) 국제특허분류 (Int. Cl.) B65D 25/14 ( ) C23 (19) 대한민국특허청 (KR) (12) 공개특허공보 (A) (11) 공개번호 10-2013-0104189 (43) 공개일자 2013년09월25일 (51) 국제특허분류 (Int. Cl.) B65D 25/14 (2006.01) C23C 16/26 (2006.01) C08J 7/00 (2006.01) (21) 출원번호 10-2012-0025472 (22) 출원일자