KR101064334B1 - 자외선 경화 수지를 이용한 미세버섯구조 패턴의 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자외선 경화 수지를 이용한 미세버섯구조 패턴의 형성방법에 관한 것으로, 그 목적은 미세버섯구조 패턴의 형성을 위한 주요 공정이 상온에서 진행되도록 하여 불균일한 열팽창에 의한 문제의 발생을 예방할 수 있는 자외선 경화 수지를 이용한 미세버섯구조 패턴의 형성방법을 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 미세버섯구조의 하부 구조물에 상응하는 다수개의 돌기가 표면에 형성된 프리폼을 형성하는 단계(S110); 상기 프리폼에 형성된 돌기의 상단부에 자외선 경화 수지를 코팅하는 단계(S120); 상기 돌기 상에 코팅된 자외선 경화 수지를 유리판으로 가압하여 자외선 경화 수지가 유리판에 점착된 채로 측면방향으로 퍼지게 하는 단계(S130); 및 상기 유리판에 의해 자외선 경화 수지가 가압된 상태에서 유리판을 통하여 자외선을 조사하여 자외선 경화 수지를 경화시킨 후, 유리판을 제거하는 단계(S140)로 이루어진 자외선 경화 수지를 이용한 미세버섯구조 패턴의 형성방법에 관한 것을 기술적 요지로 한다.
Description
본 발명은 미세버섯구조 패턴을 형성하는 방법에 관한 것으로, 특히 자외선 경화 수지가 자외선에 의해 경화되는 원리를 이용하여 상온에서 저압으로 미세버섯구조 패턴을 형성할 수 있도록 한 미세버섯구조 패턴의 형성방법에 관한 것이다.
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.
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 형성하는 공정도가 도시되어 있다.
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.
도면 중 미설명부호 40은 마스크이다.
또 도 2에는 식각공정을 이용하여 미세버섯구조 패턴을 형성하는 공정도가 도시되어 있다.
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.
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.
상기와 같은 문제점을 고려하여 본 출원인은 새로운 방식의 미세버섯구조 패턴의 형성방법을 개발한 바 있으며, 개발된 미세버섯구조 패턴의 형성방법은 한국 등록특허 제0940846호에 개시되어 있다.
상기 등록특허에 개시된 미세버섯구조 패턴의 형성방법은 높이 방향의 온도 차이에 의한 강도 구배를 이용하여 미세버섯구조 패턴을 형성하거나, 이종 소재의 강도 차이를 이용하여 미세버섯구조 패턴을 형성하도록 한 것으로, 이러한 방법은 미세버섯구조의 패턴을 형성함에 있어 공정을 단순화함으로써 생산성을 향상시킬 수 있고, 더욱이 저가 공정을 이용하여 대면적의 미세버섯구조 패턴을 형성할 수 있는 이점을 가지고 있다.
그러나 상기와 같은 방법은 미세버섯구조 패턴을 형성하는 메커니즘이 소재의 높이방향에 대한 온도차를 이용하는 것이어서 불균일한 열팽창이 유발될 수 있고, 이로 인하여 제품의 원치 않는 변형이 발생할 수 있다.
또한 가열과 냉각공정에 수반되어 싸이클 타임이 증가된다.
또한 버섯구조에서 언더컷을 크게 형성하기 위해서는 프리폼(preform)에 형성된 돌기를 높게 형성해야 하는데 돌기의 높이가 증가할수록 프리폼 성형이 용이하지 못하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 미세버섯구조 패턴의 형성을 위한 주요 공정이 상온에서 진행되도록 하여 불균일한 열팽창에 의한 문제의 발생을 예방할 수 있는 자외선 경화 수지를 이용한 미세버섯구조 패턴의 형성방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 가열과 냉각공정이 필요없어 공정시간을 대폭 단축할 수 있으며, 이로 인하여 생산성을 극대화할 수 있는 자외선 경화 수지를 이용한 미세버섯구조 패턴의 형성방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 프리폼에 형성된 돌기의 높이와 상관없이 버섯구조의 언더컷을 크게 형성할 수 있는 미세버섯구조 패턴의 형성방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 자외선 경화 수지를 이용한 미세버섯구조 패턴의 형성방법은 미세버섯구조의 하부 구조물에 상응하는 다수개의 돌기가 표면에 형성된 프리폼을 형성하는 단계(S110); 상기 프리폼에 형성된 돌기의 상단부에 자외선 경화 수지를 코팅하는 단계(S120); 상기 돌기 상에 코팅된 자외선 경화 수지를 유리판으로 가압하여 자외선 경화 수지가 유리판에 점착된 채로 측면방향으로 퍼지게 하는 단계(S130); 및 상기 유리판에 의해 자외선 경화 수지가 가압된 상태에서 유리판을 통하여 자외선을 조사하여 자외선 경화 수지를 경화시킨 후, 유리판을 제거하는 단계(S140)로 이루어진 것을 특징으로 한다.
한편 상기 S110 단계는, 투명 기판에 자외선 경화 수지를 코팅하여 자외선 경화 수지층을 형성하는 단계(S110-1); 미세버섯구조의 하부 구조물에 상응하는 프리폼 패턴이 형성된 스템퍼를 이용하여 상기 자외선 경화 수지층을 가압한 후, 투명 기판의 하부에서 자외선을 조사하여 자외선 경화 수지층을 경화시킴으로써 투명 기판 상에 다수개의 돌기를 형성하는 단계(S110-2); 및 자외선 경화 수지층이 경화된 후 스템퍼를 제거하는 단계(S110-3)로 구성될 수 있다.
이때 상기 스템퍼와 유리판의 표면에는 자외선 경화 수지의 점착방지를 위한 점착방지막이 코팅되는 것이 바람직하다.
한편 상기 S120 단계는, 별도의 기판에 자외선 경화 수지를 코팅하여 자외선 경화 수지층을 형성한 뒤, 상기 프리폼 상에 기판을 위치시켜 돌기의 상단부에 자외선 경화 수지를 코팅하는 것으로 이루어질 수 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 미세버섯구조 패턴을 형성하는 주요 공정이 상온에서 진행되므로 불균일한 열팽창에 의한 패턴의 성형불량을 방지할 수 있게 되었다.
또한, 가열과 냉각공정이 필요없어 공정시간과 사용되는 에너지를 대폭 절감할 수 있게 되었다.
또한, 프리폼에 형성된 돌기의 높이와 상관없이 버섯구조의 언더컷을 크게 형성할 수 있게 되어 종래에 비하여 프리폼의 성형작업이 용이하게 되었다.
도 1 은 종래 열분해공정을 이용하여 미세버섯구조 패턴을 형성하는 공정도,
도 2 는 종래 식각공정을 이용하여 미세버섯구조 패턴을 형성하는 공정도,
도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세버섯구조 패턴을 형성하는 과정을 나타낸 공정도.
도 2 는 종래 식각공정을 이용하여 미세버섯구조 패턴을 형성하는 공정도,
도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세버섯구조 패턴을 형성하는 과정을 나타낸 공정도.
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.
본 발명은 상대적으로 작은 폭 또는 직경을 갖는 하부 구조물과 상대적으로 큰 폭 또는 직경을 갖는 상부 구조물로 이루어지는 미세버섯구조 패턴을 기판(Substrate)의 표면에 형성함에 있어서, 자외선 경화 수지가 자외선에 의해 경화되는 특성을 이용하여 상온에서 미세버섯구조 패턴의 형성을 위한 공정이 진행될 수 있도록 한 것이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세버섯구조 패턴을 형성하는 과정을 나타낸 공정도를 도시하고 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자외선 경화 수지를 이용한 미세버섯구조 패턴의 형성방법은 미세버섯구조의 하부 구조물(11)에 상응하는 다수개의 돌기(111a)가 표면에 형성된 프리폼(111)을 형성하는 단계(S110); 상기 프리폼(111)에 형성된 돌기(111a)의 상단부에 자외선 경화 수지를 코팅하는 단계(S120); 상기 돌기(111a) 상에 코팅된 자외선 경화 수지를 유리판(230)으로 가압하여 자외선 경화 수지가 유리판(230)에 점착된 채로 측면방향으로 퍼지게 하는 단계(S130); 및 상기 유리판(230)에 의해 자외선 경화 수지가 가압된 상태에서 유리판(230)을 통하여 자외선을 조사하여 자외선 경화 수지를 경화시킨 후, 유리판(230)을 제거하는 단계(S140)로 이루어져 있다.
상기 S110 단계는 미세버섯구조의 하부 구조물(11)에 상응하는 다수개의 돌기(111a)가 표면에 형성된 프리폼(Preform,111)을 형성하는 단계이다. 이러한 S110 단계는 상기 돌기에 상응하는 프리폼 패턴이 형성된 스템퍼를 소재인 기판의 유리전이온도 이상으로 가열한 후, 가열된 스템퍼로 기판을 가압하여 기판의 표면에 다수개의 돌기를 형성함으로써 프리폼을 형성할 수도 있으나, 이 경우, 기판의 가열과 냉각으로 인해 공정시간이 증가되는 것은 물론이고 불균일한 열팽창에 의해 패턴의 정밀도가 떨어지므로, 아래와 같은 공정을 통해 프리폼을 형성하는 것이 바람직하다.
보다 상세히, 상기 S110 단계는 투명 기판(110)에 자외선 경화 수지를 코팅하여 자외선 경화 수지층(111`)을 형성하는 단계(S110-1); 미세버섯구조의 하부 구조물(11)에 상응하는 프리폼 패턴(211)이 형성된 스템퍼(210)를 이용하여 상기 자외선 경화 수지층(111`)을 가압한 후, 투명 기판(110)의 하부에서 자외선을 조사하여 자외선 경화 수지층(111`)을 경화시킴으로써 투명 기판(110) 상에 다수개의 돌기(111a)를 갖는 프리폼(111)을 형성하는 단계(S110-2); 및 자외선 경화 수지층이 경화된 후 스템퍼(210)를 제거하는 단계(S110-3)로 구성된다.
한편, 상기 S110-1 단계는 주지,관용된 스핀 코팅(Spin coating)법을 이용하여 투명 기판(110) 상에 자외선 경화 수지를 일정 두께로 코팅하여 투명 기판(110) 상에 자외선 경화 수지층(111`)을 형성하는 단계이다.
상기 S110-2 단계는 미세버섯구조의 하부 구조물(11)에 상응하는 다수개의 돌기(111a)를 갖는 프리폼(111)을 형성하는 단계로써, 상기 돌기(111a)에 상응하는 프리폼 패턴(211)이 저면에 형성된 스템퍼(210)로써 자외선 경화 수지층(111`)을 가압하여 돌기(111a)에 상응하는 형상을 자외선 경화 수지층(111`)에 각인시킨 후, 투명 기판(110)의 하부를 통해 자외선을 조사하게 되면, 자외선 경화 수지층(111`)이 경화되면서 투명 기판(110) 상에 다수개의 돌기(111a)가 형성된 프리폼(111)이 형성된다.
한편 상기 스템퍼(210)로써 자외선 경화 수지층(111`)을 가압하기 전, 스템퍼(210)의 표면에 점착방지막을 코팅하여 자외선 경화 수지가 스템퍼(210)에 점착되는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 이러한 점착방지막으로는 무정형 불화고분자(amorphous fluoropolymer)의 일종인 Teflon AF(Dupont)이나 불소를 포함하는 fluorinated alkylchlorosilane(Trichloro-(1H,1H,2H,2Hperfluorooctyl)silane)등이 사용될 수 있다.
상기 S110-3 단계는 자외선 경화 수지층이 경화된 후, 스템퍼(210)를 제거하는 단계이다.
한편 상기와 같은 S110-1 단계 내지 S110-3 단계를 통하여 프리폼(111)을 형성하게 되면, 가열이나 냉각 공정이 요구되지 않아 신속한 공정의 진행이 가능하고, 또 소재의 열적변형을 방지할 수 있는 이점을 갖게 된다.
상기 S120 단계는 프리폼(111)에 구비된 각 돌기(111a)의 상단부에 자외선 경화 수지를 코팅하는 단계로써, 별도의 기판(220)에 자외선 경화 수지를 스핀 코팅법을 이용하여 코팅하여 자외선 경화 수지층(221)을 형성한 뒤, 상기 자외선 경화 수지층(221)이 돌기(111a)의 상단부에 접촉하도록 기판(220)을 프리폼(111) 상에 위치시킴으로써, 돌기(111a)의 상단부에 자외선 경화 수지를 일괄적으로 코팅하게 된다.
상기 S130 단계는 돌기(111a)에 코팅된 자외선 경화 수지가 완전히 경화되기 전에 유리판(230)으로써 돌기(111a) 상에 코팅된 자외선 경화 수지를 가압하여 미세버섯구조의 상부 구조물(12)에 상응하는 형상을 돌기(111a)의 상단부에 형성하는 단계이다. 즉 유리판(230)을 이용하여 돌기(111a) 상의 자외선 경화 수지를 가압하게 되면, 돌기(111a) 상의 자외선 경화 수지는 점성에 의해 유리판(230)에 점착된 상태로 유리판(230)을 따라 측면방향으로 확산되어짐으로써 미세버섯구조의 상부 구조물(12)에 상응하는 형상을 형성하게 된다.
상기와 같이 유리판(230)을 이용하여 자외선 경화 수지를 가압하기 전, 유리판(230)의 표면에 점착방지막을 코팅하여 자외선 경화 수지가 유리판(230)에 점착되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
상기 S140 단계는 유리판(230)을 이용하여 자외선 경화 수지의 가압하고 있는 상태를 유지하면서 유리판(230)을 통하여 자외선을 조사하여 자외선 경화 수지를 경화시킴으로써, 미세버섯구조의 상부 구조물(12)을 완성하는 단계이다.
한편 자외선 경화 수지의 경화로 인하여 미세버섯구조가 완전하게 형성되면, 유리판(230)을 제거함으로서 작업을 완료하게 된다.
상기와 같이 본 발명의 미세버섯구조 패턴의 형성방법은 공정의 진행과정에서 가열 및 냉각이 요구되지 않고, 상온 및 저압의 조건에서 공정의 진행이 가능한 이점을 갖게 된다.
한편 본 발명의 바람직한 실시예는 광 경화 수지의 대표적인 자외선 경화 수지를 이용한 방법에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 광의 조사에 의해 경화가 이루어지는 광 경화 수지가 사용될 수 있다.
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.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(110) : 투명 기판 (111) : 프리폼
(111a) : 돌기 (210) : 스템퍼
(211) : 프리폼 패턴 (220) : 기판
(230) : 유리판
(110) : 투명 기판 (111) : 프리폼
(111a) : 돌기 (210) : 스템퍼
(211) : 프리폼 패턴 (220) : 기판
(230) : 유리판
Claims (4)
- 미세버섯구조의 하부 구조물에 상응하는 다수개의 돌기(111a)가 표면에 형성된 프리폼(111)을 형성하는 단계(S110);
상기 프리폼(111)에 형성된 돌기(111a)의 상단부에 자외선 경화 수지를 코팅하는 단계(S120);
상기 돌기(111a) 상에 코팅된 자외선 경화 수지를 유리판(230)으로 가압하여 자외선 경화 수지가 유리판에 점착된 채로 측면방향으로 퍼지게 하는 단계(S130); 및
상기 유리판(230)에 의해 자외선 경화 수지가 가압된 상태에서 유리판(230)을 통하여 자외선을 조사하여 자외선 경화 수지를 경화시킨 후, 유리판을 제거하는 단계(S140)로 이루어진 것을 특징으로 하는 자외선 경화 수지를 이용한 미세버섯구조 패턴의 형성방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 S110 단계는,
투명 기판(110)에 자외선 경화 수지를 코팅하여 자외선 경화 수지층(111`)을 형성하는 단계(S110-1);
미세버섯구조의 하부 구조물에 상응하는 프리폼 패턴(211)이 형성된 스템퍼(210)를 이용하여 상기 자외선 경화 수지층(111`)을 가압한 후, 투명 기판(110)의 하부에서 자외선을 조사하여 자외선 경화 수지층을 경화시킴으로써 투명 기판 상에 다수개의 돌기(111a)가 구비된 프리폼(111)을 형성하는 단계(S110-2); 및
자외선 경화 수지층(111`)이 경화된 후 스템퍼(210)를 제거하는 단계(S110-3)로 구성된 것을 특징으로 하는 자외선 경화 수지를 이용한 미세버섯구조 패턴의 형성방법.
- 제 2 항에 있어서,
상기 스템퍼(210)와 유리판(230)의 표면에는 자외선 경화 수지의 점착방지를 위한 점착방지막이 코팅된 것을 특징으로 하는 자외선 경화 수지를 이용한 미세버섯구조 패턴의 형성방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 S120 단계는,
별도의 기판(220)에 자외선 경화 수지를 코팅하여 자외선 경화 수지층(221)을 형성한 뒤, 상기 프리폼(111) 상에 기판(220)을 위치시켜 돌기의 상단부에 자외선 경화 수지를 코팅하는 것을 특징으로 하는 자외선 경화 수지를 이용한 미세버섯구조 패턴의 형성방법.
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|---|---|---|---|---|
| KR20090126461A (ko) * | 2008-06-04 | 2009-12-09 | 한국생산기술연구원 | 미세버섯구조 패턴의 형성방법 |
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2010
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| KR20090126461A (ko) * | 2008-06-04 | 2009-12-09 | 한국생산기술연구원 | 미세버섯구조 패턴의 형성방법 |
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