KR100547279B1 - Ｕｖ경화성수지의 실시간 경화도 측정시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 UV 나노임프린트(nanoimprint) 공정에서 사용되는 UV경화성수지에 대한 실시간 경화도 측정시스템에 관한 것으로, 적외광을 방출하는 IR광원과, IR광원으로부터 방출된 적외광을 간섭시키는 간섭계와, 간섭후의 적외광이 투과되도록 설치된 UV경화성수지 시료와, 투과된 적외광을 검출하는 검출기와, 검출기의 검출결과를 연산처리하여 출력하는 디지털 프로세서로 구성되며, 상기 시료의 분자구조를 분석하는 FT-IR분광기; 자외광을 방출하는 UV광원과, UV광원으로부터 방출된 자외광을 FT-IR분광기내에 장착된 시료에 조사되도록 안내하는 광가이드로 구성되는 UV조사장치부;를 포함한다.

UV, 경화성, 수지, 경화도, FTIR, 나노임프린트, 리소그래피

Description

ＵＶ경화성수지의 실시간 경화도 측정시스템{SYSTEM FOR REAL-TIME MEASURING THE DEGREE OF CURE OF UV CURABLE POLYMER}

도 1은 본 발명에 따른 UV경화성수지의 실시간 경화도 측정시스템의 구성에 대한 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : IR광원 12 : 렌즈

14 : 마이켈슨 간섭계(Michelson interferometer)

16 : 검출기 18 : 데이터 프로세서

20 : 시료(UV경화성수지)

22 : 적외선투과창(IR transmitting window)

30 : UV광원 32 : 렌즈

34 : 콜드미러(cold mirror) 36 : 셔터(shutter)

38 : 광가이드(light guide) 40 : X-Y 변환 스테이지(X-Y stage)

42 : 집광렌즈

본 발명은 UV 나노임프린트(nanoimprint) 공정에서 사용되는 UV경화성수지의 실시간 경화도 측정시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 종래의 푸리에 변환 적외선 분광기(FT-IR ; Fourier Transform Infrared Spectroscopy)에 UV조사장치부를 부가하여, UV조사에 의해 UV경화성수지를 경화시키면서 실시간으로 그 경화도의 변화를 파악할 수 있도록 하는 UV경화성수지의 실시간 경화도 측정시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 나노기술(nano technology)은 현재 전세계적으로 주목받고 있으며, 이 기술에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.

그리고, 나노기술중의 하나인 나노임프린트 리소그래피(nanoimprint lithography)에 관한 연구도 활발한데, 나노임프린트 리소그래피 기술은 수~수십 나노급의 선폭을 가지는 스탬프(stamp)를 전자빔 리소그래피(electron beam lithography)를 이용하여 제작한 후, 스탬프에 형성된 패턴과 동일한 형상을 원하는 곳에 모사하는 기술로서, 그 장점은 기존의 반도체 노광공정에서 빛의 회절현상에 의해 필연적으로 발생되는 선폭의 한계를 해결할 수 있고, 경제적으로 나노구조물을 비교적 빠른 속도로 제작할 수 있다는 것이다.

이러한 나노임프린트 리소그래피 기술은 크게 열을 가하는 방식과 UV경화성수지를 이용하는 방식이 있는데, 열을 가하는 방식은 열경화성수지를 이용하여 고온조건에서 스탬프를 고압으로 눌러 원래의 형상을 모사하며, 한편 UV 나노임프린트 방식은 광경화반응을 이용하여 UV경화성수지를 경화시켜 모사한다. 이중 UV를 이용하는 방식은 상온, 저압에서 모사가 가능한 장점으로 인해 크게 부각되고 있는 실정이다.

UV 나노임프린트 공정의 핵심은 나노단위의 형상정밀도를 가지는 스템프를 정확하게 제작하는 것과 이러한 스탬프를 이용하여 패턴형상을 정확하게 모사하는 것으로, 모사된 패턴이 원래의 형상을 잘 반영하기 위해서는 UV조사에 의한 UV경화성수지의 경화특성을 파악하는 것이 필수적이다.

즉, 수십 나노급의 스탬프를 만든 후, UV경화성수지로 스탬프의 빈 공간을 채우고, UV의 광에너지로 UV경화성수지를 경화시키는 일련의 프로세스를 갖는 나노임프린트 공정에서 스탬프 내부에 충전된 UV경화성수지는 UV조사에 의한 경화가 진행됨에 따라 그 물성이 변하게 되므로, 경화에 필요한 최적의 UV 조사시간을 밝히는 것은 공정의 생산성 향상에 큰 영향을 미친다. 또한, 나노임프린트 공정에서는 UV경화성수지에 UV를 조사한 후 UV조사를 중지한다 하더라도 UV경화성수지 내부에서는 이와 관계없이 경화가 계속적으로 진행되므로, 만약 경화도를 실시간으로 측정하지 않는다면 UV조사가 멈춘 후에 진행된 경화가 추가적으로 더해져서 경화도의 최종값은 실제값보다 크게 관찰될 것이므로, 정확한 경화도의 측정을 위해서는 실시간으로 측정한 데이터가 필요하다.

그러나, 지금까지 경화도를 실시간으로 측정할 수 있는 기술은 제공된 바가 없다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로써, 종래의 푸리에 변환 적외선 분광기(FT-IR ; Fourier Transform Infrared Spectroscopy)에 UV조사장치부를 부가하여, UV조사에 의해 UV경화성수지를 경화시키면서 실시간으로 그 경화도의 변화를 파악할 수 있도록 하는 UV경화성수지의 실시간 경화도 측정시스템 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 점성이 낮은 UV경화성수지에 대하여 실시간 경화도 측정이 가능하도록 스핀코팅(spin coating)방식을 이용하여 시편을 제작하는 방법을 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 적외광을 방출하는 IR광원과, 상기 IR광원으로부터 방출된 상기 적외광을 간섭시키는 간섭계와, 간섭후의 적외광이 투과되도록 설치된 UV경화성수지 시료와, 투과된 적외광을 검출하는 검출기와, 상기 검출기의 검출결과를 연산처리하여 출력하는 디지털 프로세서로 구성되며, 상기 시료의 분자구조를 분석하는 FT-IR분광기; 자외광을 방출하는 UV광원과, 상기 UV광원으로부터 방출된 상기 자외광을 상기 FT-IR분광기내에 장착된 상기 시료에 조사되도록 안내하는 광가이드로 구성되는 UV조사장치부;를 포함하는 UV경화성수지의 실시간 경화도 측정시스템을 제공한다.

바람직하게, 상기 UV조사장치부는, 상기 UV광원에서 상기 자외광과 함께 방출되는 적외광을 제거시키기 위해 상기 UV광원의 전방 광로상에 구비되는 콜드미러와, 상기 광가이드의 끝단측에 구비되어 상기 광가이드에서 나오는 상기 자외광의 직진성을 강화시키는 집광렌즈와, 상기 UV광원에서 방출되는 상기 자외광을 선택적으로 진행 또는 차단시키기 위해 상기 콜드미러 다음의 광로상에 구비되는 셔터와, 상기 광가이드의 위치를 조절하여 상기 자외광이 상기 시료에 정확히 조사되도록 하는 X-Y 변환 스테이지를 더 구비할 수 있다.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 측정대상의 UV경화성수지 시료를 양측의 적외선투과창 사이에 도입한 시편을 준비하는 단계; 상기 시편의 UV경화성수지 시료에 자외광을 일정시간 조사하여 시간경과에 따라 상기 UV경화성수지 시료를 경화시키는 단계; 상기 자외광의 조사전부터 조사후까지의 일정시간 동안 상기 시편의 UV경화성수지 시료에 적외광을 조사하여 적외광 투과율의 변화를 측정하는 단계;를 포함하는 UV경화성수지의 실시간 경화도 측정방법을 제공한다.

나아가, 상술한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 적외광이 흡수되지 않는 재료를 틀에 넣고 압축하여 얇은 적외선투과창을 두장 준비하는 제 1 단계; 한장의 상기 적외선투과창상에 UV경화성수지 시료를 코팅하는 제 2 단계; 다른 한장의 상기 적외선투과창으로 코팅된 상기 UV경화성수지 시료를 덮는 제 3 단계;를 포함하는 실시간 경화도 측정을 위한 저점도 UV경화성수지 시편의 제작방법을 제공한다.

바람직하게, 상기 제 2 단계에서, 스핀코팅방식으로 코팅하며, 상기 적외선투과창의 재료는 브롬화칼륨(KBr)이고 원형판 형태일 수 있다.

본 발명의 상기 목적과 여러가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기 로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 UV경화성수지의 실시간 경화도 측정시스템에 대한 개략도이다.

종래의 푸리에 변환 적외선 분광기(FT-IR ; Fourier Transform Infrared Spectroscopy, 이하 "FT-IR분광기"라 함.)는 통상적으로 특정시료의 분자구조를 파악하는데 사용되는 장치로, 그 작동을 살펴보면, 내부의 적외광 광로상에 시료(20)를 장착한 후 작동시키면, IR광원(10)에서 적외광이 방출되어 렌즈(12)를 거쳐 마이켈슨 간섭계(Michelson interferometer)(14)로 대표되는 간섭계에서 간섭된 후, 시료(20)를 투과하게 되며, 투과된 적외광이 검출기(detector)(16)에 검출된 후, 퍼스널컴퓨터와 같은 데이터 프로세서(data processor)(18)에서 검출기(16)의 출력신호에 따라 연산처리를 행하고 그 분석결과를 도표 등으로 표시함으로써, 사용자로 하여금 분석결과를 용이하게 파악하도록 한다.

이러한 FT-IR분광기의 기본원리를 살펴보면, 분자내의 원자는 항상 기본진동을 하고 있고, 원자의 기본진동수는 적외선영역에 걸쳐 있으므로, 분자에 그 기본진동수와 같은 진동수(즉, 주파수)를 가진 적외광을 조사하면, 이 분자는 적외광에너지를 흡수하여 기본진동의 진폭이 증가하게 되므로, 시료(20)를 통과한 적외광 투과율의 변화로부터 시료(20)의 분자구조를 파악가능하게 한다.

본 발명에 따르면, 이러한 FT-IR분광기에 UV조사장치부를 부가하여 UV조사에 의해 UV경화성수지를 경화시키면서 실시간으로 그 경화도의 변화를 파악하도록 하는 측정시스템이 제공된다.

즉, FT-IR분광기 내부에 장착된 UV경화성수지 시료(20)에 UV조사장치부로 자외광을 계속적으로 조사하면, UV경화성수지(20)는 경화반응을 일으키게 되고, 이는 UV경화성수지(20) 내부의 분자구조의 변화를 야기시켜, 그 변화량을 실시간으로 FT-IR분광기로 측정함으로써 그 경화정도를 파악할 수 있다.

상기한 UV조사장치부를 살펴보면, UV광원(30)에서 방출되는 자외광은 전송손실이 적은 광가이드(light guide)(38)를 통해 안내되어 FT-IR분광기 내부에 장착된 UV경화성수지 시료(20)에 조사되게 되는데, 광가이드(38) 끝단측에는 집광렌즈(42)가 부설되어 광가이드(38)에서 나오는 자외광의 직진성을 강화시켜 조사강도가 저하되는 것을 방지한다. 그리고, 측정시간동안 자외광을 정확한 위치에 조사하도록 광가이드(38)의 위치를 조절하는 X-Y 변환 스테이지(X-Y stage)(40)가 구비되며, X-Y 변환 스테이지(40)에는 마이크로미터가 부착되어 정밀제어를 가능하게 한다.

상기 UV광원(30)으로는 반도체공정에서 사용하는 UV램프가 사용될 수 있는데, UV램프에서는 자외광뿐만 아니라 적외광도 방출되므로, 이 적외광이 FT-IR분광기에서 조사되는 적외광과 합해져 FT-IR분광기의 분석결과에 오류를 발생시킬 수 있으므로, UV광원(30)의 전방 광로상에는 자외광과 함께 방출되는 적외광을 차단시키기 위한 콜드미러(cold mirror)(34)가 구비된다.

나아가, 콜드미러(34)의 전방 광로상에는 그 개폐를 통해 UV광원(30)으로부터 방출되는 자외광을 선택적으로 진행 또는 차단시키는 셔터(shutter)(36)가 구비될 수 있다.

덧붙여, 미설명 도면부호 32는 통상적인 렌즈를 나타낸다.

한편, 종래에는 UV 나노임프린트를 위해서 UV경화성수지의 경우 괘속조형(rapid prototyping)을 위한 수지가 사용되었으나 높은 점성 때문에 스탬프의 형상을 빠른 시간내에 모사하는데 한계가 있어, 최근에는 UV 파장영역에서 빠른 경화속도를 갖는 저점도의 UV경화성수지가 활발히 개발되고 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 저점도의 UV경화성수지를 분석할 수 있도록 하는 시편 제작법이 제공된다.

즉, 점성이 낮아 잘 흘러내리는 UV경화성수지 시료(20)에 대해서도 경화도 변화의 측정이 가능하도록 적외광이 흡수되지 않는 재료인 브롬화칼륨(KBr)을 이용하여 시편을 제작하게 된다. 그 제작과정은 먼저 KBr 분말을 압축기로 압축하여 얇은 원형판 형태로 두장의 적외선투과창(IR transmitting window)(22)을 만든 후, 한장의 적외선투과창(22)상에 반도체공정용 스핀코팅(spin coating)장비를 이용하여 측정대상인 액상의 UV경화성수지 시료(20)를 코팅한 후, 다른 적외선투광창(22)을 코팅된 시료(20)위에 덮어 양측의 적외선투과창(22)을 압축함으로써 시편을 제작하게 된다. 만약, 한장의 적외선투과창(22)을 이용하여 그 위에 시료를 묻힐 경우, 시편이 수직으로 장착되어야 하는 FT-IR분광기 내부의 구조상, 저점도 시료의 경우 흘러내려 잘못된 측정결과를 도출시킬 것이다.

이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 UV경화성수지의 실시간 경화도 측정시스템의 작동에 대해 이하 간략히 설명한다.

먼저, 측정대상의 UV경화성수지 시료(20)를 양측의 적외선투과창(22)사이에 도입한 시편을 FT-IR분광기내에 장착시킨 후, UV조사장치부의 X-Y 변환 스테이지(40)를 조작하여 광가이드(38)를 약 45° 각도로 고정시켜 시편에 자외광이 정확하게 조사되도록 설치하고, 최종적으로 FT-IR분광기와 UV광원(30)을 동시에 작동시킨다.

이에 따라, UV조사장치부를 통해 자외광이 일정시간 동안 시편에 조사되어 UV경화성수지(20)는 시간경과에 따라 경화되게 되며, 이와 동시에 FT-IR분광기는 계속적으로 시편에 적외광을 조사하여 UV조사 전부터 후까지 시간에 따른 UV경화성수지(20)에 대한 적외광 투과율의 변화를 측정하고, 데이터 프로세서(18)를 통해 도표 등으로 표시함으로써, 사용자로 하여금 해당 UV경화성수지(20)에 대한 경화특성 즉, UV 나노임프린트를 위한 최적의 조사시간을 확인할 수 있도록 한다.

참고로, 얻어지는 적외광 투과율 데이터로부터 경화도를 판단하기 위한 변환식은 다음과 같다.

경화도=(A_t-A₀)/(A_max-A₀)

여기서, A₀는 UV조사를 시작하기 전의 적외광 투과율, A_t는 조사시간 t에서의 적외광 투과율, A_max는 경화가 완료된 후의 적외광 투과율이다.

이와 같은 변환식을 이용하면, 예컨대 경화도가 95% 되었을 때 소요된 UV조사 시간을 알 수 있다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정과 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.

본 발명에 따르면, 특정 UV경화성수지에 대한 최적의 UV조사시간을 정확하게 측정할 수 있어, 종국적으로 UV 나노임프린트 공정의 생산성을 향상시키는 효과가 달성될 수 있다.

Claims (9)

1. 삭제
2. 적외광을 방출하는 IR광원과, 상기 IR광원으로부터 방출된 상기 적외광을 간섭시키는 간섭계와, 간섭후의 적외광이 투과되도록 설치된 UV경화성수지 시료와 투과된 적외광을 검출하는 검출기와, 상기 검출기의 검출결과를 연산처리하여 출력하는 디지털 프로세서로 구성되며, 상기 시료의 분자구조를 분석하는 FT-IR분광기;

   자외광을 방출하는 UV광원과, 상기 UV광원으로부터 방출된 상기 자외광을 상기 FT-IR분광기내에 장착된 상기 시료에 조사되도록 안내하는 광가이드로 구성되는 UV조사장치부;를 포함하되,

   상기 UV조사장치부는

   상기 UV광원에서 상기 자외광과 함께 방출되는 적외광을 제거시키기 위해 상기 UV광원의 전방 광로상에 구비되는 콜드미러와,

   상기 광가이드의 끝단측에 구비되어 상기 광가이드에서 나오는 상기 자외광의 직진성을 강화시키는 집광렌즈를 더 구비하는

   UV경화성수지의 실시간 경화도 측정시스템.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 UV광원에서 방출되는 상기 자외광을 선택적으로 진행 또는 차단시키기 위해 상기 콜드미러 다음의 광로상에 구비되는 셔터와,

   상기 광가이드의 위치를 조절하여 상기 자외광이 상기 시료에 정확히 조사되도록 하는 X-Y 변환 스테이지를 더 구비하는 UV경화성수지의 실시간 경화도 측정시스템.
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