KR100940846B1 - Process for fabricating the micro mushroom structure - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미세버섯구조 패턴의 형성방법에 관한 것으로, 그 목적은 미세버섯구조물의 상부 구조물과 하부 구조물을 높이 방향의 온도 차이에 의한 강도 구배 또는 이종 소재의 강도 차이를 이용하여 해당 패턴을 형성함으로써 저가 공정으로 대면적의 미세버섯구조 패턴을 형성할 수 있는 방법을 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 유리전이온도 Tg를 가지는 소재에 상부 구조물과 하부 구조물로 이루어지는 미세버섯구조 패턴을 형성함에 있어서, 상기 하부 구조물의 형상에 대응하는 패턴이 각인된 제1 스탬퍼(Stamper)를 소재의 유리전이온도 Tg 이상의 온도로 가열하는 단계(S1); 상기 S1 단계를 통해 가열된 제1 스탬퍼로써 소재를 가압하여 소재의 표면에 하부 구조물 형상의 패턴을 전사하는 단계(S2); 상기 S2 단계를 통해 하부 구조물이 형성된 후, 제2 스탬퍼를 소재의 유리전이온도 Tg 이상의 온도로 가열하는 단계(S3); 및 상기 S3 단계를 통해 가열된 제2 스탬퍼로써 소재에 형성된 하부 구조물의 상단부를 가압하여 상부 구조물을 형성하되, 제2 스탬퍼에 의한 가압시 상부 구조물의 두께에 해당하는 하부 구조물의 상단부 영역만이 제2 스팸퍼로부터 소재로 전도되는 열로 인해 유리전이 온도 Tg 이상으로 가열되도록 소재의 열전도율에 따라 결정되는 가압시간 동안 제2 스탬퍼로써 하부 구조물을 가압하여 상부 구조물을 형성하는 단계(S4)로 이루어진 미세버섯구조 패턴의 형성방법에 대한 것을 그 기술적 요지로 한다.The present invention relates to a method of forming a micro-mushroom structure pattern, the object of which is to form the pattern by using the strength difference of the strength structure or heterogeneous material by the temperature difference in the height direction of the upper structure and the lower structure of the micro-mushroom structure It is a low cost process to provide a method for forming a large area micro mushroom structure pattern. To this end, the present invention is to form a fine mushroom structure pattern consisting of the upper structure and the lower structure on the material having a glass transition temperature Tg, the first stamper (Stamper) is stamped pattern corresponding to the shape of the lower structure Heating to a temperature greater than or equal to the glass transition temperature Tg (S1); Pressing the material with the first stamper heated through the step S1 to transfer the pattern of the lower structure shape on the surface of the material (S2); After the lower structure is formed through the step S2, the step of heating the second stamper to a temperature above the glass transition temperature Tg of the material (S3); And forming an upper structure by pressing the upper end of the lower structure formed on the material with the second stamper heated through the step S3, but only the upper region of the lower structure corresponding to the thickness of the upper structure when pressing by the second stamper. The micro-mushroom comprising the step (S4) of forming the upper structure by pressing the lower structure with a second stamper during the pressing time determined according to the thermal conductivity of the material so as to be heated above the glass transition temperature Tg due to the heat conducted from the spammer to the material (S4). The technical gist of the method for forming the structural pattern is assumed.
미세버섯구조 패턴, 제1 스탬퍼, 제2 스탬퍼, 유리전이온도, 강도 구배 Fine mushroom structure pattern, first stamper, second stamper, glass transition temperature, intensity gradient
Description
본 발명은 언더컷을 포함하는 미세버섯구조 패턴을 형성하는 방법에 관한 것으로, 특히 소재의 높이 방향의 온도 차이에 의한 강도 구배를 이용하거나 이종 소재의 강도 차이를 이용하여 해당 패턴을 형성함으로써 저가 공정으로 대면적의 미세버섯구조패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a micro-mushroom structure pattern including an undercut, in particular by using a strength gradient by the temperature difference in the height direction of the material or by forming the pattern by using the strength difference of the different materials to a low-cost process The present invention relates to a method for forming a large mushroom structure pattern.
일반적으로 미세버섯구조 패턴이라 함은 상단부의 폭은 넓고 하단부의 폭은 좁은 단면형상을 가짐으로써 언더컷을 구비하는 패턴을 의미하며, 이러한 미세버섯구조 패턴은 각종 반도체 소자나 필터 그리고 소수성이나 소유성 표면을 구현하는 등 다양한 용도로 활용될 수 있다.In general, the micro-mushroom structure pattern means a pattern having an undercut by having a wide cross-section of a wide top portion and a narrow cross-section of the bottom portion, and the micro-mushroom structure pattern includes a variety of semiconductor devices, filters, and hydrophobic or oleophobic surfaces. It can be used for various purposes such as to implement.
상기와 같은 미세버섯구조 패턴을 열분해공정(리소그라피(lithography)+히팅(heating))을 이용하여 형성하는 방법이 논문자료(제10회 한국멤스학술회에서 발표된 "Double exposure와 pyrolysis를 이용한 3차원 탄소 미세구조물의 제작")에 개시되어 있으며, 도 1에는 상기 열분해공정을 이용하여 미세버섯구조 패턴을 형성 하는 공정도가 도시되어 있다.The method of forming the micro mushroom structure pattern using the pyrolysis process (lithography + heating) is described in the article (3D carbon using double exposure and pyrolysis presented at the 10th Korea Memes Conference). Fabrication of microstructures ”), and FIG. 1 shows a process diagram for forming a micro mushroom structure pattern using the pyrolysis process.
도 1에서와 같이 열분해공정을 이용하여 미세버섯구조 패턴을 형성하기 위해서는 먼저 하부 구조물(11)의 형성을 위하여 기판소재(20)의 표면에 감광제(SU8)을 도포하고 베이크하여 일정두께의 감광층(30)을 형성하고, 이처럼 형성된 감광층(30)을 노광 및 베이크하여 하부 구조물(11)을 형성한 다음, 상부 구조물(12)의 형성을 위하여 하부 구조물(11) 제작시 보다 낮은 도즈량으로 노광 및 베이크한 후 현상함으로써 언더컷을 갖는 미세버섯구조의 패턴(10)을 형성하였다.In order to form a micro mushroom structure pattern using a pyrolysis process as shown in FIG. 1, a photoresist (SU8) is applied to the surface of the
도면 중 미설명부호 40은 마스크이다.In the figure,
또 도 2에는 식각공정을 이용하여 미세버섯구조 패턴을 형성하는 공정도가 도시되어 있다.In addition, Figure 2 is a process chart for forming a fine mushroom structure pattern using an etching process.
도 2에서와 같이 식각공정을 이용하여 미세버섯구조 패턴(10)을 형성하기 위해서는 먼저 기판소재(20)의 표면에 포토레지스트(50)를 이용하여 패턴을 형성하고, 이후 패턴 외의 부분을 식각함으로써 미세버섯구조의 패턴을 형성하였다.In order to form the fine
그러나 상기와 같은 종래의 방법들은 하부 구조물(11)에 비하여 큰 크기를 갖는 상부 구조물(12)의 형성을 위하여 여러 공정을 거쳐야만 하므로, 작업이 매우 번거로우며, 특히 대면적의 미세버섯구조 패턴(10)을 형성하기 위해서 많은 비용이 소요되는 문제점이 있었다.However, since the conventional methods as described above have to go through various processes for forming the
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 미세버섯구조물의 상부 구조물과 하부 구조물을 높이 방향의 온도 차이에 의한 강도 구배 또는 이종 소재의 강도 차이를 이용하여 해당 패턴을 형성함으로써 저가 공정으로 대면적의 미세버섯구조 패턴을 형성할 수 있는 미세버섯구조 패턴의 형성방법을 제공함에 있다.The present invention has been made in consideration of the above problems, and an object of the present invention is to form a corresponding pattern using the strength gradient of the upper structure and the lower structure of the micro-mushroom structure by the temperature difference in the height direction or the strength of the different materials. The present invention provides a method of forming a micro-mushroom structure pattern that can form a large-area micro-mushroom pattern in a low cost process.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 미세버섯구조 패턴의 형성방법은 유리전이온도 Tg를 가지는 소재에 상부 구조물과 하부 구조물로 이루어지는 미세버섯구조 패턴을 형성함에 있어서, 상기 하부 구조물의 형상에 대응하는 패턴이 각인된 제1 스탬퍼(Stamper)를 소재의 유리전이온도 Tg 이상의 온도로 가열하는 단계(S1); 상기 S1 단계를 통해 가열된 제1 스탬퍼로써 소재를 가압하여 소재의 표면에 하부 구조물 형상의 패턴을 전사하는 단계(S2); 상기 S2 단계를 통해 하부 구조물이 형성된 후, 제2 스탬퍼를 소재의 유리전이온도 Tg 이상의 온도로 가열하는 단계(S3); 및 상기 S3 단계를 통해 가열된 제2 스탬퍼로써 소재에 형성된 하부 구조물의 상단부를 가압하여 상부 구조물을 형성하되, 제2 스탬퍼에 의한 가압시 상부 구조물의 두께에 해당하는 하부 구조물의 상단부 영역만이 제2 스팸퍼로부터 소재로 전도되는 열로 인해 유리 전이 온도 Tg 이상으로 가열되도록 소재의 열전도율에 따라 결정되는 가압시간 동안 제2 스탬퍼로써 하부 구조물을 가압하여 상부 구조물을 형성하는 단계(S4)로 이루어진 것을 특징으로 한다.The method of forming a micro-mushroom structure pattern of the present invention, which achieves the object as described above and removes the drawbacks of the related art, comprises a micro-mushroom pattern consisting of an upper structure and a lower structure on a material having a glass transition temperature Tg. In forming, heating the first stamper (Stamper) in which the pattern corresponding to the shape of the lower structure is imprinted to a temperature of at least the glass transition temperature Tg of the material (S1); Pressing the material with the first stamper heated through the step S1 to transfer the pattern of the lower structure shape on the surface of the material (S2); After the lower structure is formed through the step S2, the step of heating the second stamper to a temperature above the glass transition temperature Tg of the material (S3); And forming an upper structure by pressing the upper end of the lower structure formed on the material with the second stamper heated through the step S3, but only the upper region of the lower structure corresponding to the thickness of the upper structure when pressing by the second stamper. Pressing the lower structure with a second stamper during the pressing time determined according to the thermal conductivity of the material to be heated to the glass transition temperature Tg or more due to the heat conducted from the spammer to the material (S4) It is done.
한편, 상기 제1 스탬퍼 및 제2 스탬퍼는 인가되는 전기에 의해 열을 발산하는 히팅판 또는 유도가열수단 또는 레이저 가열수단 중 어느 하나의 가열수단에 의해 가열될 수 있다. 물론 상기 제시된 가열수단 외에 또 다른 가열수단이 사용될 수 있음은 물론이다.Meanwhile, the first stamper and the second stamper may be heated by any one of a heating plate, an induction heating means, or a laser heating means for dissipating heat by the applied electricity. Of course, other heating means may be used in addition to the heating means set forth above.
한편, 상기 S4 단계는 평판형으로 이루어지는 제2 스탬퍼를 수직하강시켜 하부 구조물의 상단부를 가압하여 상부 구조물을 형성하는 심플 프레싱방식으로 수행될 수 있다.Meanwhile, the step S4 may be performed by a simple pressing method of vertically lowering the second stamper having a flat plate to press the upper end of the lower structure to form the upper structure.
한편, 상기 S4 단계는 원통형으로 이루어지는 제2 스탬퍼를 회전시키며 소재를 연속적으로 이송시키며 하부 구조물의 상단부를 가압하는 롤 투 롤(roll to roll) 또는 롤 투 플랫(roll to flat)방식으로 수행될 수 있다.On the other hand, the step S4 may be performed in a roll to roll or roll to flat method of rotating the second stamper made of a cylindrical shape and continuously conveying the material and pressing the upper end of the lower structure. have.
또한, 본 발명의 미세버섯구조 패턴의 형성방법은 유리전이온도 Tg를 가지는 소재에 상부 구조물과 하부 구조물로 이루어지는 미세버섯구조 패턴을 형성함에 있어서, 상기 소재의 표면에 상기 Tg 보다 낮은 유리전이온도 Tg1을 갖는 이종 소재를 코팅하는 단계(S1`); 상기 하부 구조물의 형상에 대응하는 패턴이 각인된 제1 스탬퍼를 소재의 유리전이온도 Tg 이상의 온도로 가열하는 단계(S2`); 상기 S2` 단계를 통해 가열된 제1 스탬퍼로써 소재를 가압하여 소재의 표면에 하부 구조물 형상의 패턴을 전사하는 단계(S3`); 상기 S3` 단계를 통해 하부 구조물이 형성된 후, 제2 스탬퍼를 소재의 유리전이온도 Tg 보단 낮고 이종 소재의 유리전이온도 Tg1 보다 높은 온도로 가열하는 단계(S4`); 및 상기 S4` 단계를 통해 가열된 제2 스탬퍼로써 소재에 형성된 하부 구조물의 상단부에 코팅되어 있는 이종 소재를 가압하여 상부 구조물을 형성하는 단계(S5`)로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the method of forming a micro-mushroom structure pattern of the present invention in forming a fine mushroom structure pattern consisting of the upper structure and the lower structure on the material having a glass transition temperature Tg, the glass transition temperature Tg1 lower than the Tg on the surface of the material Coating a heterogeneous material having (S1 ′); Heating the first stamper having a pattern corresponding to the shape of the lower structure to a temperature greater than or equal to the glass transition temperature Tg of the material (S2 ′); Pressing the material with the first stamper heated through the step S2` to transfer the pattern of the lower structure shape on the surface of the material (S3`); After the lower structure is formed through the step S3`, heating the second stamper to a temperature lower than the glass transition temperature Tg of the material and higher than the glass transition temperature Tg1 of the different materials (S4`); And forming the upper structure by pressing the heterogeneous material coated on the upper end of the lower structure formed on the material as the second stamper heated through the S4` step (S5`).
한편, 상기 제1 스탬퍼 및 제2 스탬퍼는 인가되는 전기에 의해 열을 발산하는 히팅판 또는 유도가열수단 또는 레이저 가열수단 중 어느 하나의 가열수단에 의해 가열될 수 있다.Meanwhile, the first stamper and the second stamper may be heated by any one of a heating plate, an induction heating means, or a laser heating means for dissipating heat by the applied electricity.
한편, 상기 S5` 단계는 평판형으로 이루어지는 제2 스탬퍼를 수직하강시켜 하부 구조물의 상단부를 가압하여 상부 구조물을 형성하는 심플 프레싱방식으로 수행될 수 있다.On the other hand, step S5` may be performed by a simple pressing method of vertically lowering the second stamper made of a flat plate to press the upper end of the lower structure to form the upper structure.
한편, 상기 S5` 단계는 원통형으로 이루어지는 제2 스탬퍼를 회전시키며 소재를 연속적으로 이송시키며 하부 구조물의 상단부를 가압하는 롤 투 롤(roll to roll) 또는 롤 투 플랫(roll to flat)방식으로 수행될 수 있다.On the other hand, the step S5` is to be carried out in a roll to roll (roll to roll) or roll to flat method to rotate the second stamper made of a cylindrical shape and continuously transport the material and press the upper end of the lower structure Can be.
한편, 상기 제2 스탬퍼의 저면에 나노패턴이 형성되어 제2 스탬퍼를 이용하여 상부 구조물의 형성시 상부 구조물의 표면에 나노패턴을 함께 전사할 수도 있다.On the other hand, the nano-pattern is formed on the bottom of the second stamper may be used to transfer the nano-pattern on the surface of the upper structure when the upper structure is formed using the second stamper.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 미세버섯구조의 패턴을 형성함에 있어 공정을 단순화함으로써 생산성을 향상시킬 수 있게 되었으며, 더욱이 저가 공정을 이용하여 대면적의 미세버섯구조 패턴을 형성할 수 있게 되었다.According to the present invention having the above characteristics, it is possible to improve the productivity by simplifying the process in forming the pattern of the micro mushroom structure, and furthermore, it is possible to form a large area micro mushroom structure pattern using a low-cost process It became.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 발명은 상대적으로 작은 폭 또는 직경을 갖는 하부 구조물과 상대적으로 큰 폭 또는 직경을 갖는 상부 구조물로 이루어지는 미세버섯구조 패턴을 소재의 표면에 형성함에 있어서, 소재의 높이 방향의 온도 차이에 의한 강도 구배를 이용하거나 또는 이종 소재 간의 강도 차이를 이용하여 언더컷을 포함하는 미세버섯구조 패턴을 보다 용이하게 형성할 수 있도록 한 것이다.In the present invention, when forming a fine mushroom structure pattern consisting of the lower structure having a relatively small width or diameter and the upper structure having a relatively large width or diameter on the surface of the material, the intensity gradient by the temperature difference in the height direction of the material By using or by using the strength difference between the different materials is to make it easier to form a micro mushroom structure pattern including the undercut.
한편 본 발명에 따른 미세버섯구조 패턴의 형성방법은 하부 구조물의 형상에 대응하는 패턴이 각인된 제1 스탬퍼와, 하부 구조물의 상단부를 가압하여 상부 구조물을 형성하는 제2 스탬퍼를 이용하여 미세버섯구조 패턴을 형성하게 되며, 이때 제1 스탬퍼와 제2 스탬퍼는 인가되는 전기에 의해 열을 발산하는 히팅판 또는 유도가열수단 또는 레이저 가열수단 중 어느 하나의 가열수단을 이용하여 가열될 수 있으며, 상기 히팅판이나 유도가열수단 및 레이저 가열수단은 미세임프린팅 장치 등 반도체의 패턴 전사를 위해 몰드나 소재를 가열하는데 이미 사용되고 있는 주지/관용의 기술로써 상세한 설명 및 도시는 생략하도록 한다. 물론 상기 제시된 가열수 단 외에 다른 가열수단이 사용될 수 있음은 물론이다.On the other hand, the method of forming a micro-mushroom structure pattern according to the present invention is a micro-mushroom structure using a first stamper in which a pattern corresponding to the shape of the lower structure is imprinted, and a second stamper for forming an upper structure by pressing an upper end of the lower structure. The first stamper and the second stamper may be heated using any one of a heating plate, an induction heating means, or a laser heating means for dissipating heat by electricity applied thereto. The plate, the induction heating means and the laser heating means are well-known / common techniques already used to heat a mold or a material for pattern transfer of a semiconductor such as a fine imprinting apparatus, and thus detailed descriptions and illustrations will be omitted. Of course, other heating means other than the above-described heating means can be used.
또 본 발명은 열가소성수지를 대상으로 하여 적용되는 것이 바람직하며, 본 발명에서 언급되는 소재의 재질은 열가소성수지로 이루어진 것으로 한다.In addition, the present invention is preferably applied to the thermoplastic resin, the material of the material referred to in the present invention is made of a thermoplastic resin.
이하 소재의 높이 방향의 온도 차이에 의한 강도 구배를 이용하여 미세버섯구조 패턴을 형성하는 방법을 제1 실시예를 통해 설명하고, 이종 소재 간의 강도 차이를 이용하여 미세버섯구조 패턴을 형성하는 방법을 제2 실시예를 통해 설명하도록 한다.Hereinafter, a method of forming a micro-mushroom structure pattern using the intensity gradient by the temperature difference in the height direction of the material will be described with reference to the first embodiment, and a method of forming the micro-mushroom structure pattern using the strength difference between different materials. It will be described through the second embodiment.
[제1 실시예][First Embodiment]
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세버섯구조 패턴을 형성하는 과정을 나타낸 공정도를 도시하고 있다.3 is a flowchart illustrating a process of forming a micro-mushroom structure pattern according to the first embodiment of the present invention.
본 발명의 제1 실시예에 따른 미세버섯구조 패턴(10)의 형성방법은 상기 하부 구조물(11)의 형상에 대응하는 패턴이 각인된 제1 스탬퍼(Stamper,110)를 소재(200)의 유리전이온도 Tg 이상의 온도로 가열하는 단계(S1); 상기 S1 단계를 통해 가열된 제1 스탬퍼(110)로써 소재(200)를 가압하여 소재(200)의 표면에 하부 구조물(11) 형상의 패턴을 전사하는 단계(S2); 상기 S2 단계를 통해 하부 구조물(11)이 형성된 후, 제2 스탬퍼(120)를 소재(200)의 유리전이온도 Tg 이상의 온도로 가열하는 단계(S3); 및 상기 S3 단계를 통해 가열된 제2 스탬퍼(120)로써 소재(200)에 형성된 하부 구조물(11)의 상단부를 가압하여 상부 구조물(12)을 형성하되, 제2 스탬퍼(120)에 의한 가압시 상부 구조물(12)의 두께(t)에 해당하는 하부 구조물(11)의 상단부 영역(A)만이 제2 스탬퍼(120)로부터 소재(200)로 전도되는 열로 인해 유리전이온도 Tg 이상으로 가열되도록 소재(200)의 열전도율에 따라 결정되는 가압시간 동안 제2 스탬퍼(120)로써 하부 구조물(11)을 가압하여 상부 구조물(12)을 형성하는 단계(S4)로 이루어진다.In the method of forming the
상기 S1 단계는 제1 스탬퍼(110)를 가공 대상 소재(200)의 유리전이온도 Tg 이상의 온도로 가열하는 단계이다. 이러한 S1 단계는 앞서 언급된 바와 같이 미도시된 히팅판을 이용하여 제1 스탬퍼(110)를 간접가열하거나 또는 유도가열수단이나 레이저 가열수단을 이용하여 직접가열하는 것으로 이루어질 수 있다.The step S1 is a step of heating the
상기 S2 단계는 Tg 온도 이상으로 가열된 제1 스탬퍼(110)로써 소재(200)를 가압하여 소재(200)의 표면에 하부 구조물(11) 형상의 패턴의 전사하는 단계이다. 이러한 S2 단계는 가열된 제1 스탬퍼(110)를 이용한 소재(200)의 가압시 제1 스탬퍼(110)의 열이 소재(200)로 충분히 전도되어 소재(200)의 표면에 전체적으로 균일하게 패턴이 전사될 수 있도록 소재(200)의 열전도율을 고려하여 가압시간을 충분하게 유지하게 된다.The step S2 is a step of transferring the pattern of the shape of the
상기 S3 단계는 제2 스탬퍼(120)를 Tg 온도 이상으로 가열하는 단계이다. 이러한 S3 단계는 S1 단계와 동일한 방식으로 수행될 수 있는 바, 구체적인 설명은 생략한다.The step S3 is a step of heating the
상기 S4 단계는 가열된 제2 스탬퍼(120)를 이용하여 하부 구조물(11)의 상단부를 가압함으로써, 하부 구조물(11)의 상단부에 상부 구조물(12)을 형성하는 단계이다. 이러한 S4 단계는 소재(200)의 높이 방향의 온도 차이에 의한 강도 구배에 의하여 소재(200), 즉 하부 구조물(11)의 상단부 일정 영역(A)만이 변형되어 상부 구조물(12)을 형성하고, 나머지 영역은 제2 스탬프의 가압에 의해 변형되지 않고 원상태를 유지하여 미세버섯구조의 패턴을 형성하도록 하는 것이다.The step S4 is a step of forming the
이를 위해 가열된 제2 스탬퍼(120)를 이용한 하부 구조물(11)의 가압시 상부 구조물(12)로 변형되는 하부 구조물(11)의 상단부 영역(A)만이 제2 스탬퍼(120)로부터 전도되는 열에 의해 유리전이온도 Tg 이상으로 가열되도록 소재(200)의 열전도율을 고려하여 제2 스탬퍼(120)를 이용한 가압시간을 결정하게 된다. 이러한 가압시간은 기판 소재의 재질에 따라 달라지게 되는 바, 본 발명에서는 특정하지 아니하며, 기판 소재 별 시뮬레이션이나 실험을 통해 얻어질 수 있다.To this end, only the upper region A of the
도 4a는 미세버섯구조 패턴의 상부 구조물을 롤 투 롤 방식에 의해 형성하는 상태를 나타낸 상태도를, 도 4b는 미세버섯구조 패턴의 상부 구조물을 롤 투 플랫 방식에 의해 형성하는 상태를 나타낸 상태도를 도시하고 있다.4A is a state diagram showing a state in which the upper structure of the micro-mushroom pattern is formed by the roll-to-roll method, and FIG. 4B is a state diagram showing a state in which the upper structure of the micro-mushroom structure pattern is formed by the roll-to-flat method. Doing.
한편 상기 S4 단계는 평판형상으로 이루어지는 제2 스탬퍼(120)를 수직으로 하강시켜 하부 구조물(11)의 상단부를 가압하는 심플 프레싱방식으로 수행될 수도 있으며, 또는 연속적인 패턴의 형성을 위하여 원통형으로 이루어진 제2 스탬퍼를 회전시키는 것과 함께 소재를 연속적으로 이송시키며 하부 구조물(11)의 상단부를 가압하는 롤 투 롤(roll to roll) 또는 롤 투 플랫(roll to flat) 방식에 의해 수행될 수 있다. 여기서 상기 롤 투 롤방식의 도 4a에 도시된 바와 같이 원통형의 제2 스탬퍼(120`)의 하부에 가이드 롤러(131)가 배치되어 제2 스탬퍼(120`)와 가이드 롤러(131)의 사이로 소재(200)가 이동함으로써 소재(200)가 가압되는 방식이고, 상기 롤 투 플랫은 원통형의 제2 스탬퍼(120`)의 하부에 베이스 판(132)이 배치되어 제2 스탬퍼(120`)와 베이스 판(132)의 사이로 소재(200)가 이동함으로써 소재(200)가 가압되는 방식이다.Meanwhile, the step S4 may be performed by a simple pressing method of vertically lowering the
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따라 열가소성수지에 미세버섯구조 패턴을 형성하는 과정을 시뮬레이션한 결과를 단계별로 나타낸 이미지를, 도 6a 내지 도 6d는 제2 스탬퍼의 온도와 가압시간을 바꿔가며 미세버섯구조 패턴을 형성한 결과를 나타낸 이미지를, 도 7은 제2 스탬퍼의 온도에 따른 하부 구조물의 온도분포를 나타낸 그래프이며, 하부 구조물이 변형을 시작하는 시점의 온도분포를 도시하고 있다.5 is a step-by-step image showing the results of simulating the process of forming a fine mushroom structure pattern on the thermoplastic resin according to the first embodiment of the present invention, Figures 6a to 6d is the temperature and pressurization time of the second stamper is changed 7 is a graph showing the temperature distribution of the lower structure according to the temperature of the second stamper, and shows the temperature distribution at the time when the lower structure starts to deform.
상기 시뮬레이션은 MSC.Marc 프로그램을 이용한 것으로서, 제1 스탬퍼(110)에 의해서 패턴이 형성된 후의 결과물인 하부 구조물(11)을 초기모델로 설정하였다. 이때 하부 구조물(11)은 높이 10um, 지름 10um의 크기를 갖도록 축대칭 모델로 가정하였고, 대상 소재(200)는 PMMA 으로, 유리전이온도는 105도이고 열전도율은 0.2 W/mk 이다(대류열전달은 없는 것으로 가정).The simulation uses the MSC.Marc program, and the
한편 제2 스탬퍼의 가압력과 온도 및 가압시간 그리고 스트로크는 아래의 표와 같다.On the other hand, the pressing force, temperature, pressurization time and stroke of the second stamper are shown in the table below.
한편 NO.1과 NO.2의 조건으로 시뮬레이션을 수행한 결과, 불완전한 버섯모양의 패턴이 형성된 것이 확인되었으며, 이는 NO.1과 NO.2의 경우 하부 구조물의 상단부로 충분한 열이 전도되지 못하였기 때문이다. 한편 더 높은 온도로 가열된 제2 스탬퍼를 이용한 NO.3 및 NO.4의 경우, 완전한 버섯모양의 패턴이 형성된 것을 확인할 수 있다.On the other hand, as a result of the simulation under the condition of NO.1 and NO.2, it was confirmed that an incomplete mushroom pattern was formed, which was not enough heat conduction to the upper part of the lower structure in the case of NO. Because. On the other hand, in the case of NO.3 and NO.4 using the second stamper heated to a higher temperature, it can be seen that a complete mushroom pattern was formed.
상기 결과 및 도 7로부터, 하부 구조물의 하부 온도가 Tg 이하가 되는 해석조건(NO.3 & NO.4)에서 버섯구조 형상이 형성된 것을 알 수 있다.From the results and FIG. 7, it can be seen that the mushroom structure shape was formed under the analysis conditions (NO. 3 & NO. 4) at which the lower temperature of the lower structure became Tg or less.
상기와 같이 제2 스탬퍼의 온도가 중요한 요인으로 작용하는 것을 알 수 있으며, 제2 스탬퍼의 온도에 반비례하여 가압시간은 단축되는 것을 확인할 수 있다.As described above, it can be seen that the temperature of the second stamper acts as an important factor, and the pressurization time is shortened in inverse proportion to the temperature of the second stamper.
[제2 실시예]Second Embodiment
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따라 미세버섯구조 패턴을 형성하는 과정을 나타낸 공정도를 도시하고 있다.8 is a flowchart illustrating a process of forming a micro mushroom structure pattern according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 제2 실시예에 따른 미세버섯구조 패턴(10)의 형성방법은 유리전이온도 Tg를 갖는 소재(200)의 표면에 Tg 보다 낮은 유리전이온도 Tg1을 갖는 이종 소재(210)를 코팅하는 단계(S1`); 상기 하부 구조물(11)의 형상에 대응하는 패턴이 각인된 제1 스탬퍼(110)를 소재(200)의 유리전이온도 Tg 이상의 온도로 가열하는 단계(S2`); 상기 S2` 단계를 통해 가열된 제1 스탬퍼(110)로써 소재(200)를 가압하여 소재(200)의 표면에 하부 구조물(11) 형상의 패턴을 전사하는 단계(S3`); 상기 S3` 단계를 통해 하부 구조물(11)이 형성된 후, 제2 스탬퍼(120)를 소재(200)의 유리전이온도 Tg 보단 낮고 이종 소재(210)의 유리전이온도 Tg1 보다 높은 온도로 가열하는 단계(S4`); 및 상기 S4` 단계를 통해 가열된 제2 스탬퍼(120)로써 소재(200)에 형성된 하부 구조물(11)의 상단부에 코팅되어 있는 이종 소재(210)를 가압하여 상부 구조물(12)을 형성하는 단계(S5`)로 이루어진다.The method of forming the
상기 S1` 단계는 유리전이온도 Tg를 갖는 소재(200)의 표면에 상기 Tg 보다 낮은 유리전이온도 Tg1을 갖는 이종 소재(210)를 코팅하는 단계이다. 한편 이종 소재(210) 또한 열가소성수지로 이루어질 수 있으며, 코팅방법으로는 주지의 스핀코팅(Spin coating) 또는 롤프린팅기법에 의하여 소재(200)의 표면에 이종 소재(210)를 코팅할 수 있다. 상기 이종 소재로써 제시된 열가소성수지나 코팅방법으로 제시된 스핀코팅 및 롤프린팅은 본 발명을 명확히 하기 위하여 제시된 것으로, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.The step S1` is a step of coating a
상기 S2` 단계는 제1 스탬퍼(110)를 소재(200)의 유리전이온도 Tg 이상의 온도를 가열하는 단계이다. 이러한 S2` 단계는 앞서 제1 실시예를 통해 설명된 바와 같이, 히팅판 또는 유도가열수단 또는 레이저 가열수단에 의해 이루어질 수 있다.The step S2` is a step of heating the temperature of the
상기 S3` 단계는 가열된 제1 스탬퍼(110)로써 소재(200)를 가압하여 하부 구조물(11) 형상의 패턴을 전사하는 단계이다. 이러한 S3` 단계는 가열된 제1 스탬퍼(110)를 이용한 소재(200)의 가압시 제1 스탬퍼(110)의 열의 소재(200)로 충분히 전도되어 소재(200)의 표면에 전체적으로 균일하게 패턴이 전사될 수 있도록 소재(200)의 열전도율을 고려하여 가압시간을 결정하게 되며, 이종 소재(210)가 코팅된 소재(200)를 가압함으로써 형성되는 하부 구조물(11)의 상단부에는 일정한 두께로서 이종 소재(210)가 코팅된 상태를 유지하게 된다.The step S3` is a step of transferring the pattern of the
상기 S4` 단계는 상부 구조물(12)을 형성하기 위한 제2 스탬퍼(120)를 소재(200)의 유리전이온도 Tg 보단 낮고 이종 소재(210)의 유리전이온도 Tg1 보단 높은 온도로 가열하는 단계이다. 이러한 S4` 단계는 히팅판 또는 유도가열수단 또는 레이저 가열수단에 의해 이루어질 수 있다.The step S4` is a step of heating the
상기 S5` 단계는 가열된 제2 스탬퍼(120)로써 하부 구조물(11)의 상단부를 가압하여 이종 소재(210)를 변형시킴으로써 상부 구조물(12)을 형성하는 단계이다. Tg 보단 낮고 Tg1 보다 큰 온도 범위로 가열된 제2 스탬퍼(120)를 이용하여 하부 구조물(11)의 상단부를 가압하게 되면, 하부 구조물(11)의 상단부에 코팅된 이종 소재(210)만이 변형되어 상부 구조물(12)을 형성하게 되며, 이때 하부 구조물(11)은 유리전이온도 Tg 이상으로 가열되지 못하므로 변형되지 않고 원상태를 유지하게 된다.The step S5` is a step of forming the
한편 상기 S5` 단계는 앞서 설명된 제1 실시예의 S4 단계와 마찬가지로 평판형상으로 이루어지는 제2 스탬퍼(120)를 수직으로 하강시켜 하부 구조물(11)의 상단부를 가압하는 심플 프레싱방식으로 수행될 수도 있으며, 또는 연속적인 패턴의 형성을 위하여 원통형으로 이루어진 제2 스탬퍼(120`)를 회전시키는 것과 함께 소재(200)를 연속적으로 이송시키며 하부 구조물(11)의 상단부를 가압하는 롤 투 롤(roll to roll) 또는 롤 투 플랫(roll to flat) 방식에 의해 수행될 수 있다.On the other hand, the step S5` may be performed by a simple pressing method of pressing down the upper end of the
상기와 같은 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 제1 실시예에 비하여 공정수는 증가되나, 보다 정확한 형상으로 미세버섯구조 패턴을 형성할 수 있는 이점이 있다.According to the second embodiment of the present invention as described above, the number of processes is increased compared to the first embodiment, but there is an advantage in that the fine mushroom structure pattern can be formed in a more accurate shape.
도 9는 나노패턴이 형성된 제2 스탬퍼를 이용하여 상부 구조물을 형성하는 상태도를 도시하고 있다.9 illustrates a state diagram of forming an upper structure by using a second stamper having a nanopattern formed thereon.
한편 상기와 같은 제1 실시예와 제2 실시예에 있어서, 제2 스탬퍼(120)의 저면에 나노패턴을 형성하여 제2 스탬퍼(120)를 이용하여 상부 구조물(12)을 형성할 때, 상부 구조물(12)의 표면에 나노패턴을 함께 전사하도록 할 수도 있다.Meanwhile, in the first and second embodiments as described above, when the
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various modifications can be made by any person having ordinary skill in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, such changes will fall within the scope of the claims.
도 1 은 종래 열분해공정을 이용하여 미세버섯구조 패턴을 형성하는 공정도,1 is a process chart for forming a fine mushroom structure pattern using a conventional pyrolysis process,
도 2 는 종래 식각공정을 이용하여 미세버섯구조 패턴을 형성하는 공정도,2 is a process chart for forming a fine mushroom structure pattern using a conventional etching process,
도 3 은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세버섯구조 패턴을 형성하는 과정을 나타낸 공정도,3 is a process chart showing a process of forming a micro mushroom structure pattern according to a first embodiment of the present invention;
도 4a 는 미세버섯구조 패턴의 상부 구조물을 롤 투 롤 방식에 의해 형성하는 상태를 나타낸 상태도,Figure 4a is a state diagram showing a state of forming the upper structure of the micro mushroom structure pattern by a roll-to-roll method,
도 4b 는 미세버섯구조 패턴의 상부 구조물을 롤 투 플랫 방식에 의해 형성하는 상태를 나타낸 상태도,Figure 4b is a state diagram showing a state of forming the upper structure of the micro mushroom structure pattern by a roll to flat method,
도 5 는 본 발명의 제1 실시예에 따라 열가소성수지에 미세버섯구조의 패턴을 형성하는 과정을 시뮬레이션한 결과 이미지,5 is an image resulting from the simulation of the process of forming the pattern of the fine mushroom structure in the thermoplastic resin according to the first embodiment of the present invention,
도 6a 내지 도 6d 는 제2 스탬퍼의 온도와 가압시간을 바꿔가며 미세버섯구조 패턴을 형성한 결과를 나타낸 이미지,6a to 6d is an image showing the result of forming a fine mushroom structure pattern while changing the temperature and pressurization time of the second stamper,
도 7 은 제2 스탬퍼의 온도에 따른 하부 구조물의 온도분포를 나타낸 그래프,7 is a graph showing the temperature distribution of the lower structure according to the temperature of the second stamper,
도 8 은 본 발명의 제2 실시예에 따라 미세버섯구조 패턴을 형성하는 과정을 나타낸 공정도,8 is a process chart showing a process of forming a micro mushroom structure pattern according to a second embodiment of the present invention;
도 9 는 본 발명에 따라 나노패턴이 형성된 제2 스탬퍼를 이용하여 상부 구조물을 형성하는 상태도.9 is a state diagram forming an upper structure using a second stamper formed with a nanopattern according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
(10) : 미세버섯구조 패턴 (11) : 하부 구조물(10): fine mushroom structure pattern (11): substructure
(12) : 상부 구조물 (110) : 제1 스탬퍼12: superstructure 110: first stamper
(120) : 제2 스탬퍼 (200) : 소재120: second stamper 200: material
(210) : 이종 소재(210): heterogeneous material
Claims (9)
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