KR101192470B1 - Method of manufacturing glassy carbon mold for glass molding press and method of forming a fine pattern on a glass substrate using the same - Google Patents

Method of manufacturing glassy carbon mold for glass molding press and method of forming a fine pattern on a glass substrate using the same Download PDF

Info

Publication number
KR101192470B1
KR101192470B1 KR1020100128786A KR20100128786A KR101192470B1 KR 101192470 B1 KR101192470 B1 KR 101192470B1 KR 1020100128786 A KR1020100128786 A KR 1020100128786A KR 20100128786 A KR20100128786 A KR 20100128786A KR 101192470 B1 KR101192470 B1 KR 101192470B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
glassy carbon
mold
carbon mold
curing
glass substrate
Prior art date
Application number
KR1020100128786A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20120067409A (en
Inventor
김석민
석종원
김태형
임세라
Original Assignee
중앙대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 중앙대학교 산학협력단 filed Critical 중앙대학교 산학협력단
Priority to KR1020100128786A priority Critical patent/KR101192470B1/en
Publication of KR20120067409A publication Critical patent/KR20120067409A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101192470B1 publication Critical patent/KR101192470B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B11/00Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/06Construction of plunger or mould
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B27/00Tempering or quenching glass products
    • C03B27/012Tempering or quenching glass products by heat treatment, e.g. for crystallisation; Heat treatment of glass products before tempering by cooling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B9/00Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor
    • B24B9/02Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of materials specific to articles to be ground
    • B24B9/06Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of materials specific to articles to be ground of non-metallic inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain
    • B24B9/08Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of materials specific to articles to be ground of non-metallic inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain of glass
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2215/00Press-moulding glass
    • C03B2215/02Press-mould materials
    • C03B2215/05Press-mould die materials
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y02P40/57Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

본 발명은 점도 조절용 용매의 도입, 경화 공정의 조건의 조절, 자기유변유체 연마 공정 도입 등으로 크랙이나 휘어짐이 적고 우수한 표면의 미세 패턴을 갖는 글래스 몰딩 프레스용 유리질 탄소 몰드를 제조하는 방법을 제공한다. 상기 방법에 의해 제조된 글래스 몰딩 프레스용 유리질 탄소 몰드를 이용하면 우수한 표면의 미세 패턴을 갖는 글래스 기판을 용이하게 형성할 수 있다.The present invention provides a method for producing a glassy carbon mold for glass molding presses having a fine pattern with less surface cracks and warpage and excellent surface due to introduction of a solvent for viscosity adjustment, adjustment of conditions of a curing process, introduction of a magnetorheological fluid polishing process, and the like. . By using the glassy carbon mold for glass molding press manufactured by the above method, it is possible to easily form a glass substrate having an excellent surface fine pattern.

Description

글래스 몰딩 프레스용 유리질 탄소 몰드를 제조하는 방법 및 이를 이용하는 유리 미세 패턴의 형성방법{METHOD OF MANUFACTURING GLASSY CARBON MOLD FOR GLASS MOLDING PRESS AND METHOD OF FORMING A FINE PATTERN ON A GLASS SUBSTRATE USING THE SAME} METHOD OF MANUFACTURING GLASSY CARBON MOLD FOR GLASS MOLDING PRESS AND METHOD OF FORMING A FINE PATTERN ON A GLASS SUBSTRATE USING THE SAME}

본 발명은 글래스 몰딩 프레스용 유리질 탄소 몰드를 제조하는 방법 및 이를 이용하는 유리 미세 패턴의 형성방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a glassy carbon mold for a glass molding press and a method for forming a glass fine pattern using the same.

디스플레이, 광통신, 정보저장, 진단 및 치료, 신약개발, 에너지 등의 분야에서 다양한 형태의 마이크로 및/또는 나노 패턴을 갖는 소제의 제작이 요구되고 있으며, 소자의 제작에 있어 양산공정에 적합한 저가 생산을 위해 플라스틱 복제 공정을 통한 플라스틱 마이크로 및/또는 나노 패턴의 사용이 주를 이루고 있다. 그러나 플라스틱 제품은 재료가 갖는 낮은 내열성 및 내화학성, 광학 소재의 종류 부족 등 다양한 이유로 일부 응용 분야에 적용이 용이하지 않은 실정이며, 플라스틱 소재가 적용되기 어려운 분야에서 유리 마이크로 및/또는 나노패턴의 적용이 요구되고 있다.In the fields of display, optical communication, information storage, diagnosis and treatment, drug development, energy, etc., it is required to manufacture various types of micro- and / or nano-patterns. The main focus is on the use of plastic micro and / or nano patterns through plastic replication processes. However, plastic products are not easy to be applied to some applications due to various materials such as low heat resistance, chemical resistance, and lack of kind of optical materials, and application of glass micro and / or nanopatterns in areas where plastic materials are difficult to apply. This is required.

유리 마이크로 및/또는 나노 패턴의 제작에 있어 다양한 가공 방법 중 글래스 몰딩 프레스 공정을 이용한 복제 공정이 양산공정에 가장 적합한 것으로 알려져 있다.In the manufacturing of glass micro and / or nano-patterns, it is known that a replication process using a glass molding press process is most suitable for a mass production process among various processing methods.

그런데, 일반적으로 폴리머 복제 공정에서 사용되는 몰드와 달리 글래스 몰딩 프레스 공정에 이용되는 글래스 몰딩 프레스용 몰드는 고온(600℃ 이상) 및 고압(2.5 내지 3.0MPa) 분위기 하에서 형상 안성성 및 경도, 내식성을 유지하는 것이 매우 중요하며, 이로 인해 텅스텐 카바이드(WC), 질화 알루미늄(AlN), 질화 타이타늄(TiN), 산화 알루미늄(Al2O3) 등이 몰드 재료로 이용되고 있다.However, in general, unlike the mold used in the polymer replication process, the glass molding press mold used in the glass molding press process has shape stability, hardness, and corrosion resistance under high temperature (600 ° C.) and high pressure (2.5 to 3.0 MPa) atmosphere. Maintaining is very important, and therefore, tungsten carbide (WC), aluminum nitride (AlN), titanium nitride (TiN), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and the like are used as mold materials.

상기 몰드 재료는 대표적인 난삭재로서 마이크로 및/또는 나노패턴의 음각형상을 갖는 몰드를 형성하기 위해서는 연마(grinding) 공정을 기반으로 한 기계가공이 일반적으로 사용되며, 상기 기계가공은 가공 팁의 최소 반경 (일반적으로 10㎛ ~ 100㎛) 이하의 형상 가공이 불가능한 단점을 갖는다. 또한, 기계가공의 특성상 가공량에 따라 가공비용이 기하급수적으로 증가하므로 어레이 형태의 마이크로 및/또는 나노 패턴의 형성에는 한계가 있다. 반도체 식각 공정을 기반으로 한 미세 패턴 가공기술 역시 난삭재의 마이크로 및/또는 나노 패턴 가공공정으로 사용될 수 있으나 낮은 식각률로 인해 가공비용이 증가하는 문제를 갖는다.The mold material is typically a difficult machining material, and a machining based on a grinding process is generally used to form a mold having a micro- and / or nano-pattern engraved shape, and the machining is performed using a minimum radius of a machining tip. (Generally, 10 μm to 100 μm) has a disadvantage that it is impossible to process the shape below. In addition, the processing cost increases exponentially according to the processing amount due to the nature of the machining, there is a limit to the formation of the array type micro and / or nano pattern. The micro pattern processing technology based on the semiconductor etching process may also be used as a micro and / or nano pattern processing process of a difficult material, but the processing cost increases due to the low etching rate.

따라서, 유리 마이크로 및/또는 나노패턴의 저가 양산 제작 기술을 제공하기 위해 고온 고압 환경 하에서 안정성을 갖는 재료의 마이크로 및/또는 나노 패턴의 신개념 저가 구현기술의 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a need to develop a new concept of low cost implementation technology of micro and / or nano patterns of materials having stability under a high temperature and high pressure environment in order to provide a low cost mass production technology of glass micro and / or nano patterns.

본 발명의 목적은 기존 플라스틱 마이크로 및/또는 나노패턴에 비해 높은 내 환경성 및 광학 특성 등을 갖는 유리 마이크로 및/또는 나노패턴의 저가 양산 제작 기술을 이용하여 크랙이나 휘어짐이 적고 우수한 표면의 미세 패턴을 갖는 글래스 몰딩 프레스용 유리질 탄소 몰드를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to use a low-cost mass production technology of glass micro and / or nanopatterns having high environmental resistance and optical properties, compared to the conventional plastic micro and / or nanopatterns, to reduce fine cracks and warpage, and to provide fine patterns of excellent surfaces. There is provided a glassy carbon mold for having a glass molding press.

본 발명의 다른 목적은 크랙이나 휘어짐이 적고 우수한 표면의 미세 패턴을 갖는 글래스 몰딩 프레스용 유리질 탄소 몰드를 이용하는 유리 미세패턴의 형성 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for forming a glass micropattern using a glassy carbon mold for a glass molding press which has less cracks or warpage and has an excellent surface fine pattern.

상기 목적을 달성하기 위하여, 마이크로 나노 가공 공정으로 형성한 몰드 상에 열경화성 수지, 경화제 및 점도 조절용 용매를 포함하는 혼합물을 도포하는 단계; 상기 도포된 혼합물층에 상온 및 진공 분위기 하에서 제1 경화 공정을 수행하는 단계; 상기 제1 경화 공정을 수행한 열경화성 수지 전구체층에 70℃ 내지 200℃ 온도 분위기 하에서 제2 경화 공정을 수행하는 단계; 상기 경화된 열경화성 수지 전구체층에 탄화 공정을 수행하는 단계를 포함하는 글래스 몰딩 프레스용 유리질 탄소 몰드를 제조하는 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the step of applying a mixture comprising a thermosetting resin, a curing agent and a solvent for viscosity adjustment on a mold formed by a micro nano-processing process; Performing a first curing process on the applied mixture layer under normal temperature and vacuum atmosphere; Performing a second curing process on a thermosetting resin precursor layer on which the first curing process is performed under a temperature atmosphere of 70 ° C. to 200 ° C .; It provides a method for manufacturing a glassy carbon mold for glass molding press comprising the step of performing a carbonization process on the cured thermosetting resin precursor layer.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 경화 공정과 탄화 공정 사이에 상기 경화된 열경화성 수지 전구체층에 자기유변유체(Magneto-Rheological) 연마 공정을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 자기유변유체 연마 공정을 수행함으로써 상기 경화된 열경화성 수지 전구체층의 표면품위가 더욱 향상될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the method may further include performing a magneto-Rheological polishing process on the cured thermosetting resin precursor layer between the second curing process and the carbonization process. By performing the magnetorheological fluid polishing process, the surface quality of the cured thermosetting resin precursor layer may be further improved.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자기유변유체 연마 공정은 자기유변유체로 탄화철(Carbonyl iron) 파우더 및 물의 혼합물을 이용하고, 자기장의 세기 20 내지 50mT, 공구 회전속도 200 내지 500rpm, 시편 왕복 속도 0.05 내지 1㎧의 조건에서 수행할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the magnetorheological fluid polishing process uses a mixture of carbonyl iron powder and water as a magnetorheological fluid, and has a magnetic field strength of 20 to 50 mT, a tool rotational speed of 200 to 500 rpm, and a specimen reciprocating speed. It can be carried out under the conditions of 0.05-1 Pa.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자기유변유체 연마 공정과 탄화 공정 사이에 탄산가스를 이용한 표면 세정공정을 더 포함할 수 있다. 상기 표면 세정 공정을 적용할 경우 자기유변유체 연마 공정으로 인해 발생한 잔유물을 효과적으로 제거할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the magnetorheological fluid may further include a surface cleaning process using carbon dioxide between the polishing process and the carbonization process. When the surface cleaning process is applied, residues generated by the magnetorheological fluid polishing process may be effectively removed.

탄산가스를 이용한 표면 세정 공정은 드라이아이스 입자를 노즐을 통해 고속으로 세정대상물의 표면에 분사하여 표면의 오염물을 제거하고 이들과 함께 승화함으로써 표면세정을 이룰 수 있는 청정 세정 기술이다. 이는 인체에 전혀 무해하고 환경친화적인 세정 공정으로 폐기물 배출이 없는 특징을 가지고 있다. 또한 표면에 손상을 주지 않으며 신속한 세정 효율을 갖는다.Surface cleaning process using carbon dioxide gas is a clean cleaning technology that can achieve the surface cleaning by spraying dry ice particles on the surface of the cleaning object at high speed through the nozzle to remove contaminants on the surface and sublimate with them. It is a harmless and environmentally friendly cleaning process that is completely harmless to humans. It also does not damage the surface and has a fast cleaning efficiency.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 마이크로 나노 몰드 공정으로 형성한 몰드 상에 열경화성 수지, 경화제 및 점도 조절용 용매를 포함하는 혼합물을 도포하는 단계; 상기 도포된 혼합물층을 상온 및 진공 분위기 하에서 제1 경화 공정을 수행하는 단계; 상기 제1 경화 공정을 수행한 열경화성 수지 전구체층을 70℃ 내지 200℃ 온도 분위기 하에서 제2 경화 공정을 수행하는 단계; 상기 경화된 열경화성 수지 전구체층에 탄화 공정을 수행하는 단계를 포함하는 글래스 몰딩 프레스용 유리질 탄소 몰드를 제조하는 방법으로 제조된 글래스 몰딩 프레스용 유리질 탄소 몰드 상부에 글래스 기판을 위치시키는 단계; 상기 유리질 탄소 몰드 및 글래스 기판을 글래스 기판의 유리전이온도 이상으로 열처리하는 단계; 상기 열처리된 유리질 탄소 몰드 및 글래스 기판에 가압하여 상기 유리질 탄소 몰드 상의 패턴을 상기 글래스 기판 상에 전사시키는 단계; 상기 유리질 탄소 몰드 상의 패턴이 전사된 글래스 기판을 냉각시키는 단계; 및 상기 유리질 탄소 몰드 상의 패턴이 전사된 글라스 기판을 상기 유리질 탄소 몰드로부터 분리시키는 단계를 포함하는 미세 패턴의 형성방법을 제공하는 데 있다.In order to achieve the above another object, applying a mixture comprising a thermosetting resin, a curing agent and a solvent for viscosity adjustment on the mold formed by the micro nano-mold process; Performing a first curing process on the applied mixture layer under normal temperature and vacuum atmosphere; Performing a second curing process on the thermosetting resin precursor layer on which the first curing process is performed under a temperature atmosphere of 70 ° C. to 200 ° C .; Placing a glass substrate on the glassy carbon mold for glass molding press manufactured by the method of manufacturing a glassy carbon mold for glass molding press including performing a carbonization process on the cured thermosetting resin precursor layer; Heat-treating the glassy carbon mold and the glass substrate above the glass transition temperature of the glass substrate; Pressing the heat-treated glassy carbon mold and the glass substrate to transfer the pattern on the glassy carbon mold onto the glass substrate; Cooling the glass substrate onto which the pattern on the glassy carbon mold has been transferred; And separating the glass substrate on which the pattern on the glassy carbon mold has been transferred from the glassy carbon mold.

본 발명에 따른 글래스 몰딩 프레스용 유리질 탄소 몰드를 제조하는 방법에 의하면, 크랙이나 휘어짐이 적고 우수한 표면의 미세 패턴을 갖는 글래스 몰딩 프레스용 유리질 탄소 몰드을 용이하게 제조할 수 있고, 상기 방법에 의해 제조된 글래스 몰딩 프레스용 유리질 탄소 몰드를 이용하면 우수한 표면의 미세 패턴을 갖는 글래스 기판의 저가 생산이 가능하다.According to the method for producing a glassy carbon mold for glass molding press according to the present invention, the glassy carbon mold for glass molding press can be easily produced, which has little cracks or warpage and has an excellent surface fine pattern. The use of glassy carbon molds for glass molding presses enables low cost production of glass substrates with fine patterns on the surface.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 글래스 몰딩 프레스용 유리질 탄소 몰드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 자기유변유체 피니셔(Magneto-Rheological finisher)의 개략도이다.
도 3은 자기유변유체를 이용한 3차원 형상의 표면연마공정 과정을 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 유리 미세 패턴의 형성방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 5는 본 발명의 실험예 1에 따른 PTSA 경화제 첨가량에 따른 단위 공정 질량 수축율을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실험예 2에 따른 PTSA 경화제의 첨가량에 따른 단위공정별 선 수축율을 나타내는 그래프이다.
도 7은 백색광 간섭계(white light interferometer)를 이용하여 측정된 폴리머(PDMS) 몰드, 열경화성 수지 전구체층(퓨란 수지 전구체), 유리질 탄소(VC) 몰드의 표면 프로파일의 비교 결과를 나타낸다.
도 8은 퓨란 수지 혼합물 100 중량부에 대하여 각각 PTSA 경화제 함량 0.3 중량부와 0.6 중량부에 따른 열경화성 수지층(퓨란 수지 전구체) 표면과 탄화 VC 몰드의 표면 내에 존재하는 선폭 150㎛, 주기 300㎛ 선 패턴의 현미경 사진을 보여준다.
도 9는 본 발명의 실험예 5의 예비 실험에 따라 퓨란 수지 혼합물 100 중량부와 0.6 중량부 PTSA 경화제 혼합물만으로 진공 분위기하에서 제1 경화 공정을 수행할 경우 PDMS 몰드 상에 경화된 퓨란 수지의 사진이다.
도 10은 제1 경화 공정을 대기 분위기하에서 퓨란 수지 100 중량부와 0.6 중량부 PTSA 경화제의 혼합물만으로 제조된 성형 전구체와 제1 경화 공정을 대기 분위기하에서 퓨란 수지 100 중량부, 0.6 중량부 PTSA 경화제 및 10 중량부 에탄올을 첨가한 혼합물로 제조된 성형 전구체 및 제1 경화 공정을 진공 분위기하에서 퓨란 수지 100 중량부, 0.6 중량부 PTSA 경화제 10 중량부 에탄올 혼합물로 제조된 성형 전구체 표면의 선폭 150㎛, 주기 300㎛ 선 패턴의 현미경 사진이다.
도 11은 미세 기포에 의한 표면 품위가 낮은 퓨란 수지 전구체 표면과 이를 자기유변유체 연마 공정을 통해 연마한 퓨란 수지 전구체 표면, 그리고 연마된 퓨란 수지 전구체를 탄화 시킨 VC 몰드 표면의 선폭 100㎛, 주기 200㎛ 선 패턴의 현미경 사진이다.
도 12는 실험예 7에 따라 제조된 퓨란 성형 전구체의 표면, 자기유변유체 연마 공정 후의 퓨란 성형 전구체 표면 및 유리질 탄소(VC) 몰드의 표면의 선폭 30㎛, 주기 60㎛ 선 패턴 현미경 사진이다.
1 is a cross-sectional view for explaining a method for manufacturing a glassy carbon mold for a glass molding press according to Example 1 of the present invention.
2 is a schematic of a magneto-Rheological finisher.
3 is a cross-sectional view showing a three-dimensional surface polishing process using a magnetorheological fluid.
4 is a process chart for explaining a method of forming a glass fine pattern according to Example 2 of the present invention.
5 is a graph showing the unit process mass shrinkage according to the amount of PTSA curing agent added according to Experimental Example 1 of the present invention.
6 is a graph showing the linear shrinkage rate for each unit process according to the amount of the PTSA curing agent according to Experimental Example 2 of the present invention.
FIG. 7 shows a comparison result of surface profiles of a polymer (PDMS) mold, a thermosetting resin precursor layer (furan resin precursor), and a glassy carbon (VC) mold measured using a white light interferometer.
FIG. 8 is a line width of 150 µm and a period of 300 µm that exist in the surface of the thermosetting resin layer (furan resin precursor) and the surface of the carbonized VC mold according to 0.3 part by weight and 0.6 part by weight of PTSA curing agent content, respectively, based on 100 parts by weight of the furan resin mixture. Show the micrograph of the pattern.
9 is a photograph of a furan resin cured on a PDMS mold when the first curing process is performed in a vacuum atmosphere with only 100 parts by weight of the furan resin mixture and 0.6 parts by weight of PTSA curing agent mixture according to the preliminary experiment of Experimental Example 5 of the present invention. .
10 is 100 parts by weight of a furan resin, 0.6 parts by weight of PTSA curing agent, and a molding precursor prepared only with a mixture of 100 parts by weight of furan resin and 0.6 parts by weight of PTSA curing agent under an atmospheric atmosphere, and a first curing process; Line width of 150 μm, cycle of molding precursor prepared from a mixture of 10 parts by weight of ethanol and the first curing process under vacuum atmosphere, 100 parts by weight of furan resin, 0.6 parts by weight of PTSA curing agent 10 parts by weight of ethanol mixture It is a micrograph of a 300 micrometer line pattern.
11 is a line width of 100 μm, period 200 of the surface of a furan resin precursor having a low surface quality due to fine bubbles, a surface of a furan resin precursor polished through a magnetorheological fluid polishing process, and a surface of a VC mold carbonized with a polished furan resin precursor. Micrograph of the micrometer line pattern.
12 is a line pattern photomicrograph of a line width of 30 µm and a period of 60 µm of the surface of the furan molded precursor prepared according to Experimental Example 7, the surface of the furan molded precursor after the magnetorheological fluid polishing process, and the surface of the glassy carbon (VC) mold.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples, but the following examples are merely illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited thereto.

유리질 탄소(Vitreous Carbon; VC)는 셀룰로오즈, 퓨란 수지, 페놀 수지, 폴리카보디이미드 수지와 같은 열경화성 수지를 전구체로 하여 얻어지는 탄소로 흑연화가 되지 않는 (non-graphitizable) 탄소 재료이다. 즉 흑연의 원자 배열로 전이 할 충분한 에너지가 없어 초고온 (3000℃)에서 열처리 하여도 이방성을 나타내지 않고 전기적, 기계적, 광학적으로 등방성을 나타내며 내화학성이 매우 뛰어나고 기계적 특성이 우수하다. 유리질 탄소(VC)의 형성은 열경화성 수지를 중합하고 경화시킨 후 탄화 공정을 거쳐 제조된다. 상기 열경화성 수지는 상온에서 주로 액체 또는 고체로 존재하며, 초기에 온도가 상승함에 따라 수지의 점도가 감소하여 수지 흐름도 좋아졌다가, 온도가 계속 상승하면서 B-스테이지 수지를 거쳐 경화된다. 이때 경화된 수지는 3차원적으로 가교화된 망상 구조를 형성하며 불용의 특성을 갖게 된다.Vitreous Carbon (VC) is a non-graphitizable carbon material which is obtained by using a thermosetting resin such as cellulose, furan resin, phenol resin, polycarbodiimide resin as a precursor. In other words, there is not enough energy to transfer to the atomic arrangement of graphite, so it does not show anisotropy even if it is heat-treated at very high temperature (3000 ℃), it is electrically, mechanically and optically isotropic and has excellent chemical resistance and excellent mechanical properties. The formation of the glassy carbon (VC) is made through a carbonization process after polymerizing and curing the thermosetting resin. The thermosetting resin exists mainly as a liquid or a solid at room temperature, and as the temperature initially increases, the viscosity of the resin decreases, thereby improving the flow of the resin, and then curing through the B-stage resin while the temperature continues to rise. At this time, the cured resin forms a three-dimensional crosslinked network structure and has insoluble properties.

중합이 완료된 열경화성 수지는 탄화과정에서의 열분해 과정을 통해 유리질 탄소(VC)로 전환된다. 유리질 탄소(VC)는 고온 고압 하에서 높은 형상 안정성을 가지므로 글래스 몰딩 프레스용 몰드 재료로 적용될 수 있다. 열경화성 수지 상태에서 소정의 패턴을 형성하고 경화 및 탄화 공정을 수행할 경우, 마이크로 및/또는 나노 패턴을 갖는 글라스 몰딩 프레스용 몰드를 기존의 몰드 가공 방법에 비해 저렴하고 용이하게 형성할 수 있다.After the polymerization is completed, the thermosetting resin is converted into glassy carbon (VC) through pyrolysis in the carbonization process. Since vitreous carbon (VC) has high shape stability under high temperature and high pressure, it can be applied as a mold material for glass molding press. When a predetermined pattern is formed in the thermosetting resin state and a curing and carbonization process is performed, a mold for glass molding press having a micro and / or nano pattern may be formed at a lower cost and easier than a conventional mold processing method.

그런데, 고점도의 열경화성 수지의 배합 및 경화과정에서 발생하는 퓨란 수지 전구체 표면 및 내부 기포는 수지의 탄화 과정에서 VC 몰드의 형상 변형을 야기할 뿐 아니라, 표면 품위 저하 및 내부 균일성 저하 문제를 야기하므로 이를 개선시키기 위한 공정 및/또는 공정조건 등을 도입하여야 한다. 또한 유리질 탄소(VC)의 경우 경화 및 탄화 공정에서 CO, CO2 및 H2O 등의 가스 성분의 방출되어 열수축 등이 일어나며 급격한 반응으로 인해 과도한 가스성분이 동시에 배출 될 경우 유리질 탄소의 크랙 등을 야기하므로 이의 제어를 위한 탄화 공정 및/또는 공정조건 등을 도입하여야 한다.
However, the surface and internal bubbles of the furan resin precursor generated during the blending and curing of the high viscosity thermosetting resin not only cause deformation of the VC mold during carbonization of the resin, but also cause deterioration of surface quality and internal uniformity. Processes and / or process conditions should be introduced to improve this. In the case of glassy carbon (VC), gaseous components such as CO, CO 2 and H 2 O are released during the hardening and carbonization process, and heat shrinkage occurs. In this case, a carbonization process and / or process conditions for controlling the same should be introduced.

실시예 1Example 1

본 발명의 일 실시예에 따른 글래스 몰딩 프레스용 유리질 탄소 몰드의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예로 마스터 패턴을 형성하고 상기 마스터 패턴 상에 폴리머 몰드를 형성하는 경우로 설명하지만 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 이에 한정되지 않는다. 따라서, 마이크로 나노 몰드 공정으로 형성한 몰드라면, 폴리머 몰드 등에만 한정되지 않고 본 발명에 해당한다.A method of manufacturing a glassy carbon mold for a glass molding press according to an embodiment of the present invention. An embodiment of the present invention will be described as a case of forming a master pattern and forming a polymer mold on the master pattern. However, the present invention is merely illustrative and the present invention is not limited thereto. Therefore, if it is a mold formed by the micro nano mold process, it is not limited only to a polymer mold etc., It corresponds to this invention.

도 1을 참조하면, 마스터 패턴(100)을 형성한다. 상기 마스터용 기판을 준비한다. 도시하지 않았지만, 상기 마스터용 기판은 웨이퍼 기판, 글래스 기판, 쿼츠(quartz) 기판 등을 포함할 수 있다. 상기 마스터용 기판을 표면 처리하고, 상기 마스크용 기판 상에 포토레지스트를 스핀 코팅 등의 방법으로 도포하고, 포토 마스크를 이용하여 포토레지스트에 자외선을 조사하여 노광하고, 상기 노광된 포토레지스트를 현상액 처리하여 현상하여 소정의 패턴을 갖는 마스터 패턴(100)을 형성할 수 있다. 필요에 따라 소정의 패턴을 갖는 마스터 패턴 (100) 은 기계가공 혹은 전주도금공정으로 제작된 금속 패턴 일 수 있다.Referring to FIG. 1, a master pattern 100 is formed. The master substrate is prepared. Although not shown, the master substrate may include a wafer substrate, a glass substrate, a quartz substrate, and the like. The master substrate is surface treated, the photoresist is applied onto the mask substrate by spin coating, or the like, the photoresist is irradiated with ultraviolet light to expose the photoresist, and the exposed photoresist is treated with a developer. And developing to form a master pattern 100 having a predetermined pattern. If necessary, the master pattern 100 having a predetermined pattern may be a metal pattern manufactured by machining or electroplating.

상기 소정의 패턴은 다양한 선폭 다양한 선폭 및 주기의 선 격자(line grating)와 직사각형(rectangular) 및 육각형 점(hexagonal dot) 패턴, 체스(chess) 패턴, 음각의 렌즈패턴, 음각의 렌티큘러 렌즈 패턴 등일 수 있다.The predetermined pattern may be line gratings of various line widths and periods, and rectangular and hexagonal dot patterns, chess patterns, intaglio lens patterns, intaglio lenticular lens patterns, and the like. have.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 4인치 웨이퍼 기판 상에 트라이알콕시실란(Trialkoxy silane) 계의 접착력 향상제(adhesion promoter)나 HMDS(Hexamethyldisilazane) 등을 코팅하는 기판 표면 처리 공정을 수행한다. 상기 기판 표면 처리 공정을 수행한 후, AZ-4650과 같은 포토레지스트를 4,000 rpm에서 약 30초간 스핀 코팅하고 소프트 베이킹(soft baking)을 수행한다. 콘택 얼라이너(contact aligner)를 이용한 포토 리쏘그래피(photo lithography) 공정을 수행한다. 현상 공정 후, 포토레지스트 패턴에 하드 베이킹(hard baking)을 수행하여 포토레지스트 패턴에 변형이 발생하지 않도록 처리할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a substrate surface treatment process of coating an adhesion promoter or hexamethyldisilazane (HMDS) on a 4-inch wafer substrate is carried out with a trialkoxy silane-based adhesion promoter. After performing the substrate surface treatment process, a photoresist such as AZ-4650 is spin coated at 4,000 rpm for about 30 seconds and soft baking is performed. A photo lithography process using a contact aligner is performed. After the developing process, hard baking may be performed on the photoresist pattern to prevent deformation of the photoresist pattern.

상기 마스터 패턴(100) 상에 폴리머 몰드(110)를 형성한다.The polymer mold 110 is formed on the master pattern 100.

상기 폴리머 몰드(110)는 PDMS(polydimethylsiloxane)과 같은 고탄성 중합체 등을 포함할 수 있다. 상기 폴리머 몰드(110)는 스핀 코팅(spin coating) 방법으로 코팅되거나, 화학적 기상증착(CVD, Chemical Vapor Deposition) 방법으로 증착시킬 수 있다.The polymer mold 110 may include a high elastic polymer such as polydimethylsiloxane (PDMS). The polymer mold 110 may be coated by a spin coating method or deposited by a chemical vapor deposition (CVD) method.

예를 들어, PDMS(polydimethylsiloxane) 전구체, 예를 들어 상품명 Sylgard 184 (Dow Corning사에서 구입가능) 등의 물질과 DMAP(dimethoxy phenyl acetophenone)과 같은 물질을 경화제를 약 10:1의 비율로 혼합한 혼합물을 상기 마스터 패턴(100) 상에 증착시키고, 약 60℃에서 약 3시간 동안 경화시켜 상기 마스터 패턴 상에 폴리머(PDMS) 몰드(110)를 형성할 수 있다.For example, a mixture of a polydimethylsiloxane (PDMS) precursor, for example, a brand name Sylgard 184 (available from Dow Corning) and a material such as dimethoxy phenyl acetophenone (DMAP) in a ratio of about 10: 1 Is deposited on the master pattern 100 and cured at about 60 ° C. for about 3 hours to form a polymer (PDMS) mold 110 on the master pattern.

상기 폴리머 몰드(110)를 상기 마스터 패턴(100)으로부터 분리하는 것을 용이하게 하기 위하여 상기 마스터 패턴(100) 상에 클로로트리메틸실란(chlorotrimethylsilane)과 같은 유기분자막을 더 형성할 수도 있다.In order to facilitate separation of the polymer mold 110 from the master pattern 100, an organic molecular film such as chlorotrimethylsilane may be further formed on the master pattern 100.

상기 폴리머 몰드(110) 상에 열경화성 수지, 경화제 및 점도 조절용 용매의 혼합물(120)을 도포한다. 상기 열경화성 수지, 경화제 및 점도 조절용 용매을 혼합하는 공정은 예를 들어, 약 30분 동안 휘젓는 방식으로 이루어질 수 있다.A mixture 120 of a thermosetting resin, a curing agent, and a viscosity adjusting solvent is applied onto the polymer mold 110. The process of mixing the thermosetting resin, the curing agent and the solvent for viscosity adjustment may be, for example, by stirring for about 30 minutes.

상기 열경화성 수지는 셀룰로오즈, 퓨란 수지, 페놀 수지, 폴리카보디이미드 수지와 같이 중합, 경화, 탄화 공정으로 유리질 탄소를 형성할 수 있는 열경화성 수지를 포함한다. 상기 퓨란 수지로는, 예를 들어, 푸리푸릴 알코올(furfuryl alcohol)을 들 수 있다.The thermosetting resin includes a thermosetting resin capable of forming glassy carbon in a polymerization, curing, and carbonization process such as cellulose, furan resin, phenol resin, and polycarbodiimide resin. As said furan resin, furfuryl alcohol is mentioned, for example.

상기 경화제는 파라-톨루엔 설폰산 일수화물(p-toluenesulfonic acid monohydrate, CH3C6H4SO3H?H2O, PTSA), ZnCl2, 시트르산(citric acid) 등과 같은 산 촉매를 포함할 수 있다. 다른 실시예로서, 상기 경화제는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 암모니아, 아민류 등의 염기 촉매를 포함할 수 있다. 상기 경화제는 상기 열경화성 수지 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 0.6 중량부를 포함할 수 있다. 상기 열경화성 수지 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 미만인 경우, 경화 속도가 느려 경제적이지 않을 수 있으며, 0.6 중량부를 초과할 경우, 경화 속도를 조절하는 것이 용이하지 않을 수 있다.The curing agent may include an acid catalyst such as p-toluenesulfonic acid monohydrate, CH 3 C 6 H 4 SO 3 H? H 2 O, PTSA, ZnCl 2 , citric acid, and the like. have. In another embodiment, the curing agent may include a base catalyst such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia, amines, and the like. The curing agent may include 0.1 parts by weight to 0.6 parts by weight based on 100 parts by weight of the thermosetting resin. If it is less than 0.1 part by weight based on 100 parts by weight of the thermosetting resin, the curing rate may not be economical because it is slow, and when it exceeds 0.6 parts by weight, it may not be easy to control the curing rate.

상기 점도 조절용 용매는 메탄올, 에탄올 등과 같은 알코올류, 아세톤 등의 케톤류, 톨루엔 등의 방향족류 등의 용매를 포함할 수 있다. 상기 점도 조절용 용매를 넣지 않을 경우 초기 혼합물의 점도가 너무 높아져 경화 과정에서 내부 기포의 팽창 및 이탈이 완벽하게 이루어지지 않고 성형 전구체의 후면에 과도한 기포를 형성한 상태로 경화되는 문제가 발생할 수 있다. 상기 점도 조절용 용매는 1차 및 2차 경화 공정에서 발생되는 기포를 용이하게 제거하기 위해 투입될 수 있으며 특히 경화 공정에 진공 조건을 도입할 때, 점도 조절용 용매를 넣지 않을 경우 성형 전구체의 후면에 과도한 미세기포를 형성한 상태로 경화되는 문제가 발생할 수 있다 (도 9 참고).The viscosity adjusting solvent may include solvents such as alcohols such as methanol and ethanol, ketones such as acetone, and aromatics such as toluene. If the solvent for adjusting the viscosity is not added, the viscosity of the initial mixture may be too high, thereby causing a problem that the expansion and departure of the internal bubbles are not completely performed during the curing process, and the curing may be performed in a state in which excessive bubbles are formed on the rear surface of the molding precursor. The viscosity adjusting solvent may be added to easily remove bubbles generated in the first and second curing process, especially when vacuum conditions are introduced into the curing process, if the solvent for viscosity adjustment is not added to the rear surface of the molding precursor The problem of hardening in a state of forming microbubbles may occur (see FIG. 9).

본 발명의 일 실시예에 따르면, 퓨란 수지 100 중량부와 0.2 중량부 파라-톨루엔 설폰산 일수화물(p-toluenesulfonic acid monohydrate, CH3C6H4SO3H?H2O, PTSA) 경화제 및 10 중량부 에탄올 혼합물을 약 30분간 휘젓어 혼합한 후, 상기 몰드(110) 상에 퓨란 수지 100 중량부와 0.2 중량부 파라-톨루엔 설폰산 일수화물(p-toluenesulfonic acid monohydrate, CH3C6H4SO3H?H2O, PTSA) 경화제 및 10 중량부 에탄올 혼합물(120)을 도포한다.According to one embodiment of the present invention, 100 parts by weight of furan resin and 0.2 parts by weight of para-toluene sulfonic acid monohydrate (p-toluenesulfonic acid monohydrate, CH 3 C 6 H 4 SO 3 H H 2 O, PTSA) curing agent and After stirring 10 parts by weight of the ethanol mixture for about 30 minutes, 100 parts by weight of the furan resin and 0.2 parts by weight of para-toluene sulfonic acid monohydrate (p-toluenesulfonic acid monohydrate, CH 3 C 6 H) were mixed on the mold 110. 4 SO 3 H—H 2 O, PTSA) curing agent and 10 parts by weight ethanol mixture 120 are applied.

상기 도포된 열경화성 수지, 경화제 및 점도 조절용 용매를 포함하는 혼합물층(120)에 1차 경화 공정을 수행하여 열경화성 수지 전구체층(130)을 제작한다. 상기 1차 경화 공정을 상온, 진공 분위기 하에서 수행할 경우, 초기 경화 공정의 진행속도가 재료 내부의 기포 이탈 속도에 비하여 과도하게 커지는 것을 방지할 수 있으며, 생성된 기포의 팽창과 이탈을 용이하게 할 수 있다. The thermosetting resin precursor layer 130 is prepared by performing a first curing process on the mixture layer 120 including the applied thermosetting resin, a curing agent, and a viscosity adjusting solvent. When the primary curing process is performed at room temperature and in a vacuum atmosphere, it is possible to prevent the progress of the initial curing process from being excessively large compared to the bubble escape rate in the material and to facilitate the expansion and release of the generated bubbles. Can be.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 도포된 퓨란 수지 100 중량부와 0.2 중량부 파라-톨루엔 설폰산 일수화물(p-toluenesulfonic acid monohydrate, CH3C6H4SO3H?H2O, PTSA) 경화제 및 10 중량부 에탄올 혼합물(130)을 상온에서 약 5일 동안 진공 분위기 하에서 1차 경화 공정을 수행한다.According to one embodiment of the present invention, 100 parts by weight of the applied furan resin and 0.2 parts by weight of para-toluene sulfonic acid monohydrate (p-toluenesulfonic acid monohydrate, CH 3 C 6 H 4 SO 3 H H 2 O, PTSA The curing agent and 10 parts by weight of the ethanol mixture 130 is subjected to a primary curing process in a vacuum atmosphere for about 5 days at room temperature.

상기 1차 경화 공정 수행 후, 소정의 속도로 경화 온도를 약 70℃ 내지 200℃ 범위 까지 증가시키면서 1차 경화된 열경화성 수지 전구체층(130)에 2차 경화 공정으로 최종 열경화성 수지 전구체층(140)을 형성한다. 이때, 소정의 속도로 경화 온도를 증가시키는 것은 급속한 온도 증가에 따른 중합 속도 상승 및 이에 따른 내부 응력 증가 및 가스 배출 통로 차단을 최소화시키기 위해서이다. 예를 들어, 2차 경화 공정 시 약 0.1℃/분의 속도로 약 100℃까지 가열할 수 있으며, 이때 매 약 5℃ 상승마다 약 60분씩 온도를 유지하며 2차 경화 공정을 수행할 수 있다.After performing the primary curing process, the final thermosetting resin precursor layer 140 in the secondary curing process to the primary cured thermosetting resin precursor layer 130 while increasing the curing temperature to a range of about 70 ℃ to 200 ℃ at a predetermined rate To form. At this time, the curing temperature is increased at a predetermined rate in order to minimize the increase in the polymerization rate due to the rapid temperature increase, thereby increasing the internal stress and blocking the gas discharge passage. For example, the secondary curing process may be heated to about 100 ℃ at a rate of about 0.1 ℃ / min, wherein the secondary curing process may be performed while maintaining the temperature for about 60 minutes every about 5 ℃ rise.

상기 2차 경화 공정 수행 후, 2차 경화된 열경화성 수지 전구체층(140)에 자기유변유체 피니셔(Magneto-Rheological finisher, 도 2 참조)를 이용한 자기유변유체(Magneto-Rheological; MR) 연마 공정을 수행하여 연마 처리된 열경화성 수지 전구체층(150)을 형성한다.After performing the secondary curing process, the magneto-Rheological (MR) polishing process using the magneto-Rheological finisher (see FIG. 2) is performed on the secondary cured thermosetting resin precursor layer 140. To form the polished thermosetting resin precursor layer 150.

열경화성 수지 전구체층에 생성되는 기포는 배합 과정 및 도포과정에서 발생하며 경화 과정에서 열경화성 수지 내부에 위치한 기포의 경우 쉽게 배출되는 반면 몰드 표면에 부착된 기포는 마이크로 및/또는 나노 구조물의 높은 표면에너지로 인해 표면으로부터 이탈이 용이하지 않아 배출되지 않고 표면결함으로 남게 된다. 따라서 열경화성 수지 전구체층에 존재하는 기포는 대다수 표면층에 형성되어 있으며, 마이크로 및/또는 나노구조를 유지하면서 표면층의 박리를 통해 양질의 표면을 갖는 열경화성 수지 전구체층을 확보 할 수 있다.Bubbles generated in the thermosetting resin precursor layer are generated during the compounding and coating processes, and are easily discharged in the case of bubbles located inside the thermosetting resin during the curing process, whereas bubbles attached to the mold surface are generated by the high surface energy of the micro and / or nano structure. As a result, it is not easy to deviate from the surface so that it is not discharged and remains as a surface defect. Therefore, bubbles present in the thermosetting resin precursor layer are formed in most surface layers, and the thermosetting resin precursor layer having a good quality surface can be secured by peeling the surface layer while maintaining the micro and / or nanostructures.

상기 자기유변유체 연마 공정은 표면 품위가 낮은 표면부를 제거하고 표면 품위가 높은 새로운 면을 노출 시키는 공정을 의미한다.The magnetorheological fluid polishing process means a process of removing a surface portion having a low surface quality and exposing a new surface having a high surface quality.

상기 자기유변유체 연마 공정에 사용되는 자기유변유체는 탄화철(Carbonyl iron) 파우더 85 중량(wt)% 및 물 15 중량(wt)%의 혼합물이다. 하기 표 1은 자기유변유체 연마 공정 조건의 일례를 나타낸다.The magnetorheological fluid used in the magnetorheological fluid polishing process is a mixture of 85 weight% wt of carbonic iron powder and 15 weight% wt of water. Table 1 below shows an example of magnetorheological fluid polishing process conditions.

실험조건Experimental conditions 자기유변유체 연마Magnetorheological Fluid Polishing 영구자석Permanent magnet NdFeNdFe 자기장 세기Magnetic field strength 20mT-50mT20mT-50mT 자화입자Magnetized particles 탄화철(평균직경 0.5~10㎛)Iron carbide (average diameter 0.5 ~ 10㎛) 공구회전속도Tool speed 200-500 rpm200-500 rpm 시편과 공구의 간극Specimen and Tool Clearance 10-20㎜10-20 mm 시편 왕복 속도Specimen Reciprocating Speed 0.05-1㎧0.05-1㎧ 공정 시간Process time 4-5분4-5 minutes

상기 자기유변유체에 외부 자기장 인가 시 자화된 탄화철 입자들 사이에 발생하는 전자기 에너지로 인하여 탄화철 파우더는 자속방향으로 정렬하여 사슬모양의 구조물을 형성하게 된다. 이 때 상기 구조물은 외부 자기장에 의해 조절이 가능한 항복응력을 갖게 되며 그 크기는 대략 외부 자기장의 강도에 따라 0~100kPa사이의 값을 갖는다. 자기유변유체를 이용한 연마 공정은 자기유변유체에 고경도의 비자화성 또는 자화성 연마제 (예를 들면, 다이아몬드, 실리콘 카바이드, 철-탄소나노튜브 복합체) 등을 혼합하여 이를 전자석 또는 영구자석과 시편 사이에 위치시키며, 이 유체에 시편과의 상대운동을 인가시켜 시편의 표면을 연마하는 가공방법(도 3 참조)이다. 이 때, 연마제는 시편의 표면을 특정 압력 및 속도로 상대운동을 하게 되며 이 결과 시편의 표면에 존재하는 미세돌기에 유체의 항복응력 이상의 응력이 집중되어 재료가 제거된다. 상기 자기유변유체 연마 공정은 유체형태의 연마툴을 이용하기 때문에 고체형태의 연마툴을 이용하는 기존 공정과는 달리 2차원 표면의 평탄화 뿐만 아니라 3차원 구조물의 형상 가공/연마가 가능한 장점이 있다.Due to the electromagnetic energy generated between the magnetized iron carbide particles when an external magnetic field is applied to the magnetorheological fluid, the iron carbide powder is aligned in the magnetic flux direction to form a chain-shaped structure. At this time, the structure has a yield stress that can be adjusted by an external magnetic field, the size of which is approximately 0 ~ 100kPa depending on the strength of the external magnetic field. In the polishing process using magnetorheological fluid, a high hardness non-magnetic or magnetizable abrasive (e.g. diamond, silicon carbide, iron-carbon nanotube composite), etc., is mixed with a magnetorheological fluid and is mixed between an electromagnet or a permanent magnet and a specimen. It is a machining method for polishing the surface of the specimen by applying a relative movement with the specimen to the fluid (see Fig. 3). At this time, the abrasive moves relative to the surface of the specimen at a certain pressure and speed. As a result, stresses above the yield stress of the fluid are concentrated on the micro-projections on the surface of the specimen, thereby removing material. The magnetorheological fluid polishing process uses a polishing tool in the form of a fluid, unlike the conventional process using a polishing tool in the form of a solid, as well as the planarization of the two-dimensional surface as well as the shape processing / polishing of the three-dimensional structure has the advantage.

즉, 일반적인 평탄화 공정의 경우, 표면 품질 저하 및 휘어짐 등을 보정하여 평탄한 표면(2차원 표면의 평탄화)을 가지는 제품을 만들기 위한 것과 달리, 상기 자기유변유체 연마 공정은 소정의 패턴의 형상은 유지한 상태에서 표면의 결함을 포함한 층만을 제거(3차원 구조물의 형상 가공/연마)하여, 소정의 패턴을 유지하면서 2차 경화 공정 등으로 인한 표면 결함을 선택적으로 제거할 수 있는 공정으로서의 역할을 할 수 있다.That is, in the case of the general planarization process, the magnetorheological fluid polishing process maintains the shape of a predetermined pattern, in contrast to making a product having a flat surface (planarization of a two-dimensional surface) by correcting surface degradation and warpage. In this state, only the layer containing the surface defects is removed (shape processing / polishing of the three-dimensional structure), and thus, it can serve as a process for selectively removing surface defects due to the secondary curing process while maintaining a predetermined pattern. have.

또한, 경화 공정 및 탄화 공정을 거쳐 형성된 가공이 어려운 유리질 탄소가 아닌 탄화 공정을 수행하기 전의 열경화성 수지 전구체층에 자기유변유체 연마 공정을 수행함으로써, 높은 표면 품위를 갖는 유리질 탄소 몰드를 형성할 수 있다.In addition, by performing a magnetorheological fluid polishing process on a thermosetting resin precursor layer before performing a carbonization process other than a hard glassy carbon process formed through a curing process and a carbonization process, a glassy carbon mold having a high surface quality can be formed. .

상기 자기유변유체 연마 처리된 열경화성 수지 전구체층(150)에 탄화 공정을 수행하여 유리질 탄소(VC) 몰드(160)를 형성한다. 상기 퓨란 수지의 열분해 메커니즘에서 살펴본 바와 같이, 탄화 공정에서 많은 양의 가스가 발생하므로, 상기 발생한 많은 양의 가스가 유리질 탄소(VC) 몰드(160)로부터 충분히 빠져나갈 수 있도록 충분한 탄화 온도까지는 승온 속도를 느리게 유지한다. 예를 들어, 퍼니스 내에서 상온에서 600℃까지는 약 1℃/분의 승온 속도로 매 약 60℃ 승온 시 마다 약 60분씩 유지하고, 약 1000℃까지 승온 후 60분을 유지할 수 있다. 상기 탄화 공정 수행 시에 유리질 탄소(VC) 몰드(160)의 산화를 방지하기 위해 상기 퍼니스 내에 500cc/분의 속도로 질소(N2)와 같은 비활성 기체를 흘려줌으로써 상기 탄화 공정을 불활성화 분위기에서 수행할 수 있다.
A carbonization process is performed on the magnetorheological fluid polishing-treated thermosetting resin precursor layer 150 to form a glassy carbon (VC) mold 160. As described in the pyrolysis mechanism of the furan resin, a large amount of gas is generated in the carbonization process, so that the temperature rises up to a sufficient carbonization temperature so that the generated large amount of gas can sufficiently escape from the glassy carbon (VC) mold 160. Keep it slow. For example, it is possible to maintain about 60 minutes at every temperature rise of about 60 ° C. at a temperature increase rate of about 1 ° C./minute from room temperature to 600 ° C. in the furnace, and maintain 60 minutes after the temperature is raised to about 1000 ° C. When the carbonization process is performed, an inert gas such as nitrogen (N 2 ) is flowed into the furnace at a rate of 500 cc / min to prevent oxidation of the glassy carbon (VC) mold 160. Can be done.

실시예Example 2.  2. 글래스Glass 엠보싱Embossing 공정 fair

도 4를 참조하면, 상기 실시예 1의 제조 방법에 의해 제조한 유리질 탄소(VC) 몰드(200) 상에 글래스 기판(210)을 위치시킨다.Referring to FIG. 4, the glass substrate 210 is positioned on the glassy carbon (VC) mold 200 manufactured by the manufacturing method of Example 1.

상기 유리질 탄소(VC) 몰드(200) 및 글래스 기판(210)을 열처리를 통해 유리재료의 유리전이 온도 이상으로 가열한다. 이때 유리 재료의 산화를 막기 위해 비활성 기체의 일 예인 질소(N2)를 300cc/분 내지 1000cc/분의 속도로 흘려줄 수 있다.The glassy carbon (VC) mold 200 and the glass substrate 210 are heated to a glass transition temperature or higher of the glass material through heat treatment. In this case, in order to prevent oxidation of the glass material, nitrogen (N 2 ), which is an example of an inert gas, may be flowed at a rate of 300 cc / min to 1000 cc / min.

상기 열처리된 유리질 탄소(VC) 몰드(200) 및 글래스 기판(210)을 접촉한 상태에서 약 300㎏f/m2 내지 600㎏f/m2의 압력을 가하여 상기 유리질 탄소(VC) 몰드(200) 상의 패턴을 상기 글래스 기판(210) 상에 전사시킨다. 약 300㎏f/m2 압력 미만일 경우, 상기 글래스 기판(210) 상에 패턴이 전사되기 어려울 수 있으며, 600㎏f/m2 압력 초과할 경우, 유리질 탄소(VC) 몰드(200)에 까지 과도한 압력을 받아 소정의 마이크로 및/또는 나노 패턴이 손상되어 글래스 기판(210) 상에 원하는 복제 마이크로 및/또는 나노 패턴을 얻기 힘들 수 있다.Wherein the heat-treated glassy carbon (VC) the mold 200 and the glass in a state of contact with the substrate 210 was added to about 300㎏f / m 2 to a pressure of 600㎏f / m 2 wherein the vitreous carbon (VC) mold (200 ) Is transferred onto the glass substrate 210. When about 300㎏f / m 2 less than the pressure, when on the glass substrate 210 may be difficult to pattern transfer, excess 600㎏f / m 2 pressure, excessive to a vitreous carbon (VC) mold 200 Under pressure, certain micro and / or nano patterns may be damaged, making it difficult to obtain the desired replica micro and / or nano patterns on the glass substrate 210.

이후 냉각 공정을 거친 후, 상기 유리질 탄소(VC) 몰드의 패턴이 전사된 글래스 기판(220)을 상기 유리질 탄소 몰드(200)로부터 분리시켜 상기 유리질 탄소(VC) 몰드의 패턴이 전사된 글래스 기판(220)을 수득한다. 즉, 글래스 기판 상에 마이크로 및/또는 나노 패턴 등의 미세 패턴을 용이하게 형성할 수 있다.
After the cooling process, the glass substrate 220 on which the pattern of the glassy carbon (VC) mold is transferred is separated from the glassy carbon mold 200 to transfer the glass substrate on which the pattern of the glassy carbon (VC) mold is transferred ( 220) is obtained. That is, fine patterns such as micro and / or nano patterns can be easily formed on the glass substrate.

실험예Experimental Example 1.  One. PTSAPTSA 경화제 첨가량에 따른 질량  Mass according to amount of hardener added 수축율Shrinkage 분석 analysis

PTSA 경화제의 농도에 따른 유리질 탄소(VC) 몰드 성형 특성 및 질량 수축율을 분석하였다. 동일한 양의 퓨란 수지(푸리푸릴 알코올) 100 중량부에 PTSA 경화제의 양을 각각 0.3 중량부, 0.4 중량부, 0.5 중량부, 0.6 중량부로 달리하며 상기 실시예 1의 방법에 따라 제조된 폴리머(PDMS) 몰드 상에 도포하고 1차 경화 공정, 2차 경화 공정 및 탄화 공정후의 각각의 중량 및 패턴 내의 선 수축율을 분석하였다.The glassy carbon (VC) mold molding properties and the mass shrinkage rate with the concentration of PTSA curing agent were analyzed. Polymers prepared according to the method of Example 1, varying the amount of PTSA curing agent by 0.3 part by weight, 0.4 part by weight, 0.5 part by weight, and 0.6 part by weight, respectively, in 100 parts by weight of the same amount of furan resin (furipryl alcohol). ) Was applied onto the mold and the respective line weight and linear shrinkage in the pattern after the primary curing process, secondary curing process and carbonization process were analyzed.

도 5는 본 발명의 실험예 1에 따른 PTSA 경화제 첨가량에 따른 단위 공정 질량 수축율을 보여준다. 도 5를 참조하면, VC 몰드의 제작에 있어 최대 질량 수축은 퓨란 수지의 열분해가 발생하는 탄화 공정에서 발생하며 경화제의 첨가량이 적은 경우 1차 경화 공정과 2차 경화 공정에서 상대적으로 많은 질량 수축이 발생하고 2차 경화 공정이 완료된 이후 진행되는 탄화 공정에서는 질량 수축율의 차이가 크지 않음을 알 수 있다. 이는 액상의 퓨란 수지의 휘발특성에 기인한 것으로 판단되며 경화제의 양이 적은 경우 경화 반응이 느리게 진행되어 퓨란 수지가 휘발특성을 갖는 액상으로 장기간 존재하기 때문인 것으로 판단된다. 약 100℃에서 진행되는 2차 경화 공정에서는 재료의 증발이 더욱 빠르게 진행되는데 경화제의 농도가 높은 경우 중합 과정이 조기에 완료되면서 1차 경화 공정에 비해 경화제의 농도에 따른 질량 변화가 상대적으로 큰 것으로 판단된다.
5 shows the unit process mass shrinkage according to the amount of PTSA curing agent added according to Experimental Example 1 of the present invention. Referring to FIG. 5, in the manufacture of a VC mold, the maximum mass shrinkage occurs in a carbonization process in which pyrolysis of the furan resin occurs, and when the addition amount of the curing agent is small, relatively large mass shrinkage occurs in the primary curing process and the secondary curing process. It can be seen that the difference in mass shrinkage rate is not large in the carbonization process that occurs after the secondary curing process is completed. This is believed to be due to the volatilization characteristics of the liquid furan resin, and when the amount of the curing agent is small, the curing reaction proceeds slowly, and it is determined that the furan resin exists as a liquid having volatilization characteristics for a long time. In the secondary curing process at about 100 ° C, evaporation of the material proceeds more rapidly.When the concentration of the curing agent is high, the polymerization process is completed early and the mass change according to the concentration of the curing agent is relatively large. Judging.

실험예Experimental Example 2.  2. PTSAPTSA 경화제 첨가량에 따른 선  Line according to amount of hardener added 수축율Shrinkage 변화 분석 Change analysis

상기 실시예 1 및 실험예 1에 따라 제작된 패턴의 선 수축율을 분석하였다. 즉, PTSA 경화제의 농도에 따른 유리질 탄소(VC) 몰드 성형 특성 및 선 수축율을 분석하였다. 퓨란 수지 100중량부에 PTSA 경화제의 양을 각각 0.3 중량부, 0.4 중량부, 0.5 중량부, 0.6 중량부로 달리하며 상기 실시예 1의 방법에 따라 제조된 폴리머(PDMS) 몰드 상에 도포하고 1차 경화 및 2차 경화, 탄화 공정후의 각각의 패턴내의 선 수축율을 분석하였다. 선 수축율의 분석을 위해 광학 현미경을 이용하여 폴리머(PDMS) 몰드, 1차 및 2차 경화 공정이 완료된 열경화성 수지 전구체층(퓨란 수지 전구체), 탄화 공정이 완료된 유리질 탄소(VC) 몰드표면에서 초기 설계 30㎛와 70㎛ 선폭 패턴을 측정하여 측정값의 평균을 비교하였다.The line shrinkage of the pattern produced according to Example 1 and Experimental Example 1 was analyzed. That is, the glass carbon (VC) mold molding characteristics and the line shrinkage rate according to the concentration of the PTSA curing agent were analyzed. The amount of the PTSA curing agent in 100 parts by weight of the furan resin was 0.3 parts by weight, 0.4 parts by weight, 0.5 parts by weight, and 0.6 parts by weight, respectively, and was applied on the polymer (PDMS) mold prepared according to the method of Example 1, followed by primary The line shrinkage in each pattern after curing, secondary curing, and carbonization processes was analyzed. Initial design of polymer (PDMS) mold, thermosetting resin precursor layer (furan resin precursor) complete with primary and secondary curing processes, and glassy carbon (VC) mold complete carbonization process using optical microscope for analysis of linear shrinkage The 30 μm and 70 μm linewidth patterns were measured and the averages of the measured values were compared.

도 6은 본 발명의 실험예 2에 따른 PTSA 경화제의 첨가량에 따른 단위공정별 선 수축율을 보여준다. 패턴의 주기와 관계없이 측정 및 반복 오차 범위 내에서 유사한 선 수축율을 단위 공정별로 가짐을 알 수 있었다. 특히, 1차 및 2차 경화 공정에서의 선 수축율은 약 2.3%이었으며, 탄화 공정에서의 선 수축율은 20.35%이었다. PTSA 경화제의 첨가량 변화에 따라 퓨란 수지 전구체의 질량 수축율이 큰 영향을 받는 것에 비해 선 수축율이 영향을 덜 받는 이유는 PTSA 경화제의 첨가량에 따라 영향을 받는 경화 공정 시의 휘발에 의한 질량 감소가 패턴의 선 수축율에 영향을 주는 것이 아니라 액상의 퓨란 수지의 증발에 영향을 주며 이는 시편(마이크로 패턴)의 전체 두께 방향의 수축에 영향을 주기 때문인 것으로 판단되었다.
FIG. 6 shows the linear shrinkage rate for each unit process according to the amount of the PTSA curing agent according to Experimental Example 2 of the present invention. Regardless of the period of the pattern, it can be seen that the unit shrinkage has similar linear shrinkage within the measurement and repeat error ranges. In particular, the linear shrinkage in the primary and secondary curing processes was about 2.3% and the linear shrinkage in the carbonization process was 20.35%. The linear shrinkage is less affected by the change in the amount of the PTSA curing agent than the mass shrinkage of the furan resin precursor because the mass loss due to volatilization during the curing process is affected by the amount of the PTSA curing agent. It did not affect the linear shrinkage, but the evaporation of the liquid furan resin, which was determined to affect the shrinkage of the entire thickness of the specimen (micro pattern).

실험예Experimental Example 3. 표면 프로파일 비교 3. Surface Profile Comparison

도 7은 백색광 간섭계(white light interferometer)를 이용하여 측정된 마스터 패턴(silicon master), 폴리머(PDMS) 몰드, 열경화성 수지 전구체층(퓨란 수지 전구체), 유리질 탄소(VC) 몰드의 표면 프로파일의 비교 결과를 나타낸다. 상기 실험예 1 및 2의 현미경을 이용하여 측정한 결과와 마찬가지로, 높이 방향 수축량 역시 유리질 몰드(VC) 몰드 제작과정에서 약 20% 발생함을 확인하였다.
FIG. 7 shows a comparison result of surface profiles of a master pattern, a polymer (PDMS) mold, a thermosetting resin precursor layer (furan resin precursor), and a glassy carbon (VC) mold measured using a white light interferometer. Indicates. Similar to the results measured using the microscopes of Experimental Examples 1 and 2, it was confirmed that the amount of shrinkage in the height direction was also generated about 20% during the glass mold (VC) mold manufacturing process.

상기 실험예 1 내지 실험예 3을 통하여, PTSA 경화제의 첨가량에 따른 탄화 공정 시 질량 수축율 및 선 수축율은 큰 영향이 없으며 경화 공정 시에만 재료의 휘발에 의한 질량 감소의 큰 차이가 있음을 확인하였다. 이는 PTSA 경화제의 첨가량에 의해 경화 속도의 변화가 있을 수 있으며 퓨란 수지 전구체의 형상에 영향을 미칠 수 있음을 의미한다. 그러나 PTSA 경화제의 첨가량 및 퓨란 수지 전구체의 제작공정은 경화가 완료된 이후에 진행되는 VC 몰드의 특성에는 큰 영향을 주지 않는다. 따라서, 퓨란 수지 전구체의 제작 조건은 경화가 완료된 이후 탄화 공정으로 제작되는 VC 몰드의 특성에 영향을 주지 않으므로 다양한 공정조건의 제어를 통해 양품의 퓨란 수지 전구체 제작공정이 탄화공정을 통한 VC 몰드 제작공정과 독립적으로 개발될 수 있음을 알 수 있다.
Through Experimental Examples 1 to 3, it was confirmed that the mass shrinkage rate and the linear shrinkage rate in the carbonization process according to the amount of the PTSA curing agent did not have a significant influence, and there was a large difference in mass reduction due to volatilization of the material only during the curing process. This means that there may be a change in the curing rate by the amount of PTSA curing agent added and may affect the shape of the furan resin precursor. However, the addition amount of the PTSA curing agent and the manufacturing process of the furan resin precursor do not significantly affect the properties of the VC mold that proceeds after the curing is completed. Therefore, since the production conditions of the furan resin precursor do not affect the characteristics of the VC mold manufactured by the carbonization process after curing is completed, the production process of the good furan resin precursor through the carbonization process is controlled by various process conditions. It can be seen that it can be developed independently.

실험예Experimental Example 4.  4. PTSAPTSA 경화제 첨가량에 따른 표면 기포 영향 분석 Surface bubble effect analysis according to the amount of hardener added

도 8은 퓨란 수지 100 중량부에 대하여 각각 0.3 중량부와 0.6 중량부의 PTSA 경화제의 함량에 따른 열경화성 수지층(퓨란 수지 전구체) 표면과 탄화 VC 몰드의 표면 내에 존재하는 선폭 150㎛, 주기 300㎛ 선 패턴의 현미경 사진을 보여준다. 0.3 중량부 PTSA 경화제 함량의 경우에도 표면에 기포에 의한 결함이 존재하나 0.6 중량부 PTSA 경화제 첨가의 경우 표면 미세 기포 결함이 더욱 심각하게 나타남을 알 수 있다. 이는 경화제 첨가량의 증가에 따른 경화 속도의 증가 영향으로 표면의 기포가 외부로 배출될 충분한 시간이 주어지지 않아 발생한 것으로 판단되었다. 이러한 표면 기포는 탄화 공정이후에도 유지됨을 확인할 수 있었다.FIG. 8 is a line width of 150 μm and a period of 300 μm in the surface of the thermosetting resin layer (furan resin precursor) and the surface of the carbonized VC mold according to the content of 0.3 parts by weight and 0.6 parts by weight of PTSA curing agent, respectively, based on 100 parts by weight of the furan resin. Show the micrograph of the pattern. In the case of 0.3 parts by weight of PTSA curing agent content, there are defects due to bubbles on the surface, but when the addition of 0.6 parts by weight of PTSA curing agent, the surface microbubble defects appear more seriously. This was judged to have occurred because there was not enough time for the bubble of the surface to be discharged to the outside due to the increase in the curing rate according to the increase in the amount of the curing agent added. This surface bubble was confirmed to be maintained even after the carbonization process.

상기의 실험예 4를 통해 퓨란 수지의 경화 공정에서 발생한 전구체의 결함이 탄화 공정이후에도 지속적으로 영향을 줄 수 있음을 확인하였다. 이를 통해, 퓨란 수지의 열중합 과정에서 미세기포의 제거가 매우 중요하며 이때 PTSA 경화제 함량을 낮추어 경화 속도를 최소화함과 동시에 진공 공정 등을 적용하여 미세기포를 충분히 제거하는 공정이 요구됨을 확인하였다.
Experimental Example 4 confirmed that the defect of the precursor generated in the curing process of the furan resin can continue to affect even after the carbonization process. Through this, it was confirmed that the removal of microbubbles in the thermal polymerization process of the furan resin is very important and at this time, it is required to minimize the curing rate by lowering the PTSA curing agent content and to remove the microbubbles sufficiently by applying a vacuum process or the like.

실험예Experimental Example 5. 진공 공정을 통한 성형 전구체 내 미세기포 제거 공정 평가 5. Evaluation of Microbubble Removal Process in Molding Precursor by Vacuum Process

1) 예비 실험1) Preliminary Experiment

1차 상온 중합공정을 진공 챔버 내에서 진행함으로써, 재료의 기포 제거를 시도하였다. 그러나, 도 9를 참조하면, 진공 공정 하에서 온도가 낮아진 퓨란 수지와 PTSA 경화제의 혼합물의 높은 점도로 인해 진공 공정시 내부 기포의 팽창 및 이탈이 완벽하게 이루어지지 않고 성형 전구체의 후면에 과도한 미세기포를 형성한 상태로 경화되는 문제가 발생하였다. 따라서, 상기 예비 실험을 통해 퓨란 수지와 PTSA 경화제만으로 성형 전구체를 형성할 경우, 미세기포 형성이라는 측면에서 불리할 수 있으므로, 미세기포의 생성량을 줄이거나, 생성된 미세기포를 제거할 수 있는 공정이 필요함을 확인할 수 있었다.
The bubble removal of the material was attempted by carrying out the primary room temperature polymerization process in a vacuum chamber. However, referring to Figure 9, due to the high viscosity of the mixture of the lower temperature Furan resin and the PTSA curing agent under the vacuum process, the expansion and departure of the internal bubbles during the vacuum process is not achieved completely and excessive microbubble on the back of the molding precursor The problem which hardened in the formed state generate | occur | produced. Therefore, when forming a molding precursor using only the furan resin and the PTSA curing agent through the preliminary experiment, it may be disadvantageous in terms of the formation of micro-bubbles, a process that can reduce the amount of micro-bubbles, or remove the generated micro-bubbles I could confirm the need.

2) 진공 공정을 통한 전구체 내 미세기포 제거 공정 평가2) Evaluation of microbubble removal process in precursor through vacuum process

미세기포가 과다하게 형성되는 문제점을 해결하기 위하여, 열경화성 수지(예를 들어, 퓨란 수지) 및 경화제(예를 들어, PTSA 경화제)의 혼합물의 혼합 과정에서 점도 조절용 용매를 혼합하였다. 상기 점도 조절용 용매는 메탄올, 에탄올 등과 같은 알코올류, 아세톤 등의 케톤류, 톨루엔 등의 방향족류 등의 용매를 포함할 수 있다. 본 발명의 실험예에서는 점도 조절용 용매로서, 에탄올 용매의 첨가 여부 및/또는 진공 분위기 여부에 따른 퓨란 전구체의 표면을 비교하였다.In order to solve the problem of excessively forming microbubbles, a solvent for adjusting viscosity was mixed in the process of mixing a mixture of a thermosetting resin (eg, furan resin) and a curing agent (eg, PTSA curing agent). The viscosity adjusting solvent may include solvents such as alcohols such as methanol and ethanol, ketones such as acetone, and aromatics such as toluene. In the experimental example of the present invention, as the solvent for viscosity adjustment, the surface of the furan precursor according to the addition of ethanol solvent and / or vacuum atmosphere was compared.

퓨란 수지와 0.6 중량부의 PTSA 경화제의 혼합물에 대해 상압 조건(대기 분위기)에서의 1차 경화 공정 및 2차 경화 공화 공정 및 탄화 공정을 수행하였으며, 퓨란 수지 100 중량부와 0.6 중량부의 PTSA 경화제의 혼합과정에 에탄올을 약 10 중량부 첨가하여 초기 퓨란 수지와 0.6 중량부의 PTSA 경화제의 혼합물의 점도를 낮추고 대기 분위기 또는 진공 분위기하에서 1차 경화 공정 및 2차 경화 공화 공정 및 탄화 공정을 수행하였다.A mixture of the furan resin and 0.6 parts by weight of the PTSA curing agent was subjected to a primary curing process, a secondary curing refining process and a carbonization process under atmospheric pressure (atmosphere), and 100 parts by weight of the furan resin and 0.6 parts by weight of the PTSA curing agent were mixed. About 10 parts by weight of ethanol was added to the process to lower the viscosity of the mixture of the initial furan resin and 0.6 parts by weight of the PTSA curing agent, and the first curing process, the second curing refining process, and the carbonization process were performed in an air atmosphere or a vacuum atmosphere.

약 10 중량부의 에탄올을 첨가한 퓨란 수지 100 중량부와 0.6 중량부의 PTSA 경화제 혼합물의 질량 변화율은 에탄올의 증발에 의해 1차 경화 공정 시 퓨란 수지 100 중량부와 0.6 중량부의 PTSA 경화제 혼합물(대기 분위기)에 비해 큰 질량 수축이 발생하였으며, 이후 2차 경화 공정과 탄화 공정에서의 질량 수축율 및 선형 수축율은 에탄올 추가에 따라 큰 차이가 없음을 확인하였다.The mass change rate of 100 parts by weight of the furan resin and 0.6 parts by weight of the PTSA curing agent mixture added with about 10 parts by weight of ethanol was 100 parts by weight of the furan resin and 0.6 parts by weight of the PTSA curing agent mixture (atmosphere) during the primary curing process by evaporation of ethanol. Compared to the mass shrinkage, the mass shrinkage rate and the linear shrinkage rate in the secondary curing process and the carbonization process were not significantly different according to the addition of ethanol.

도 10은 제1 경화 공정을 대기 분위기하에서 퓨란 수지 100 중량부와 0.6 중량부 PTSA 경화제의 혼합물만으로 제조된 성형 전구체와 제1 경화 공정을 대기 분위기하에서 퓨란 수지 100 중량부, 0.6 중량부 PTSA 경화제 및 10 중량부 에탄올을 첨가한 혼합물로 제조된 성형 전구체 및 제1 경화 공정을 진공 분위기하에서 퓨란 수지 100 중량부, 0.6 중량부 PTSA 경화제 10 중량부 에탄올 혼합물로 제조된 성형 전구체 표면의 선폭 150㎛ 주기 300㎛ 선 패턴 현미경 사진이다.10 is 100 parts by weight of a furan resin, 0.6 parts by weight of PTSA curing agent, and a molding precursor prepared only with a mixture of 100 parts by weight of furan resin and 0.6 parts by weight of PTSA curing agent under an atmospheric atmosphere, and a first curing process; Line width 150 μm of the surface of the molded precursor prepared from a mixture of 10 parts by weight of ethanol and a molded precursor prepared from a mixture of 10 parts by weight of ethanol under vacuum atmosphere and 100 parts by weight of furan resin, 0.6 parts by weight of a PTSA curing agent 10 parts by weight of an ethanol mixture. Μm line pattern micrograph.

상기 실험예 5를 통해 점도 조절용 용매인 에탄올의 첨가와 진공 분위기 경화 공정을 통해 표면 기포를 상당량 제거 할 수 있음을 확인하였다.
Through Experimental Example 5, it was confirmed that a considerable amount of surface bubbles can be removed through the addition of ethanol, which is a viscosity adjusting solvent, and a vacuum atmosphere curing process.

실험예Experimental Example 6.  6. 자기유변유체Magnetorheological fluid (( MagnetoMagneto -- RheologicalRheological ; ; MRMR ) 연마 공정을 통한 전구체 표면 및 ) Precursor surface through polishing process and VCVC 몰드Mold 표면 특성 향상 Improved surface properties

실시예 1의 방법에 따라 형성한 퓨란 수지 성형 전구체에 형성된 기포는 중합 공정에서 PDMS와의 계면에서 주로 잔류하며 계면을 제외한 내부 기포는 중합과정에서 상당부분 제거되는 현상을 보였다. 이에 본 실험예에서는 도 3과 같이 자기유변유체 피니셔(Magneto-Rheological finisher)를 이용한 자기유변유체(Magneto-Rheological; MR) 연마 공정을 수행하여 표면 품위가 낮은 표면부를 제거하고 표면 품위가 높은 새로운 면을 노출 시키는 공정을 수행하였다.Bubbles formed in the furan resin molding precursor formed according to the method of Example 1 remained mainly at the interface with the PDMS in the polymerization process, and the internal bubbles except the interface were substantially removed in the polymerization process. In this experimental example, as shown in FIG. 3, a magneto-Rheological (MR) polishing process using a magneto-Rheological finisher is performed to remove a surface portion having a low surface quality and a new surface having a high surface quality. The process of exposing was performed.

상기 자기유변유체 연마 공정에 사용되는 자기유변유체는 탄화철(Carbonyl iron) 파우더 85 중량(wt)%, 물 15 중량(wt)%의 혼합물이다. 상기 표 1은 본 실험예의 자기유변유체 연마 공정 조건을 나타낸다.The magnetorheological fluid used in the magnetorheological fluid polishing process is a mixture of 85 weight% wt of carbonic iron powder and 15 weight% wt of water. Table 1 shows the magnetorheological fluid polishing process conditions of the present experimental example.

도 11은 미세 기포에 의한 표면 품위가 낮은 퓨란 수지 전구체 표면을 자기유변유체 연마 공정을 통해 연마한 뒤 탄화시킨 VC 몰드 표면의 패턴폭 100㎛ 주기 200㎛의 선 패턴 및 격자 패턴 현미경 사진이다.FIG. 11 is a line pattern and a lattice pattern micrograph of a pattern width of 100 μm cycle 200 μm of a surface of a VC mold obtained by grinding a furan resin precursor surface having a low surface quality by microbubbles through a magnetorheological fluid polishing process.

상기 실험예 6을 통하여, 자기유변유체 연마 공정을 수행함으로써, 우수한 표면 품위를 갖는 퓨란 수지 전구체를 형성할 수 있으며, 상기 열경화성 수지층에 탄화 공정을 수행함으로써, 우수한 표면 품위를 갖는 유리질 탄소(VC) 몰드를 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다.Through Experimental Example 6, by performing a magnetorheological fluid polishing process, it is possible to form a furan resin precursor having excellent surface quality, and by performing a carbonization process on the thermosetting resin layer, glassy carbon having excellent surface quality (VC). It was confirmed that the mold can be prepared.

한편 자기유변유체 연마 공정에서 표면에 부착되는 자기유변 유체 입자 및 퓨란수지 전구체에서 떨어져나간 입자 등은 탄산가스를 이용한 표면 세정 공정을 통해 개선될 수 있다. 탄산가스를 이용한 표면 세정 공정은 드라이아이스 입자를 노즐을 통해 고속으로 세정대상물의 표면에 분사하여 표면의 오염물을 제거하고 이들과 함께 승화함으로써 표면세정을 이룰 수 있다
In the magnetorheological fluid polishing process, the magnetorheological fluid particles attached to the surface and the particles separated from the furan resin precursor may be improved through a surface cleaning process using carbon dioxide gas. Surface cleaning process using carbon dioxide gas can achieve the surface cleaning by spraying dry ice particles to the surface of the cleaning object through a nozzle at high speed to remove contaminants on the surface and sublimate with them.

실험예Experimental Example 7. 유리질 탄소 ( 7. Glassy Carbon ( VCVC ) ) 몰드의Of mold 표면 특성 Surface properties

실시예 1에 따른 제조 공정 및 일련의 실험예를 통한 공정 분석 및 공정 변수 영향 분석을 따라, 퓨란 수지 100 중량부, 0.1 중량부 PTSA 경화제, 10 중량부 에탄올의 혼합물을 진공 분위기 하에서 1차 경화 공정을 수행하고, 2차 경화 공정을 수행한 뒤 자기유변유체 연마 공정을 수행하여 표면 연마를 진행하고 탄화 공정을 수행하여 유리질 탄소(VC) 몰드를 제조하였다. PTSA 경화제의 첨가량을 적게 유지하고, 진공 조건에서 경화 공정을 수행함으로써, 표면에서 발생하는 기포를 현저하게 줄일 수 있었으며, 자기유변유체 연마 공정 후 표면 품위를 더욱 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다. 도 12는 실험예 7에 따라 제조된 퓨란 성형 전구체의 표면, 자기유변유체 연마 공정 후의 퓨란 성형 전구체 표면 및 유리질 탄소(VC) 몰드의 표면 현미경 사진이다.According to the process analysis and the process variable influence analysis through the manufacturing process according to Example 1 and a series of experimental examples, the first curing process of a mixture of 100 parts by weight of furan resin, 0.1 parts by weight PTSA curing agent, 10 parts by weight ethanol under vacuum atmosphere After performing the secondary curing process, the magnetorheological fluid polishing process was performed to perform a surface polishing and a carbonization process to prepare a glassy carbon (VC) mold. By maintaining a small amount of the PTSA curing agent and performing a curing process under vacuum conditions, it was possible to significantly reduce bubbles generated on the surface and to further improve the surface quality after the magnetorheological fluid polishing process. 12 is a surface micrograph of the surface of the furan molded precursor prepared according to Experimental Example 7, the surface of the furan formed precursor after the magnetorheological fluid polishing process and the glassy carbon (VC) mold.

본 발명의 실시예에 따르면, 점도 조절용 용매를 적용하고 PTSA 경화제의 첨가량을 적게 유지하고 진공 조건에서 1차 경화 공정을 수행함으로써, 표면에서 발생하는 기포를 현저하게 줄일 수 있었으며, 자기유변유체 연마 공정을 적용함으로써 글래스 몰딩 프레스용 유리질 탄소 몰드의 표면 품위를 더욱 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 표면 품위가 향상된 글래스 몰딩 프레스용 유리질 탄소(VC) 몰드를 이용할 경우, 글래스 몰딩 프레스용 유리질 탄소(VC)의 내구성으로 인해 미세패턴 형성 공정에 지속적으로 이용 가능할 뿐만 아니라, 정밀도가 높은 미세패턴을 용이하게 형성할 수 있다. 또한 자기유변유체 연마 공정 후 자기유변유체 내 입자 및 연마되어 이탈된 퓨란수지 전구체 입자가 표면에 부착되어 탄화과정이후 VC 몰드의 결함으로 나타나는 경우가 있는데 이는 탄산가스 세척 공정으로 개선될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by applying a solvent for viscosity adjustment, keeping the amount of PTSA hardener added and performing the primary curing process under vacuum conditions, bubbles generated on the surface can be significantly reduced, magnetorheological fluid polishing process It was confirmed that by applying the surface quality of the glassy carbon mold for glass molding press can be further improved. In addition, when using the glassy carbon (VC) mold for glass molding press with improved surface quality, the durability of the glassy carbon (VC) for glass molding press is not only continuously available for the micropattern forming process but also with high precision micropattern. Can be easily formed. In addition, after the magnetorheological fluid polishing process, the particles in the magnetorheological fluid and the polished furan resin precursor particles are adhered to the surface and appear as defects of the VC mold after the carbonization process, which can be improved by a carbon dioxide gas washing process.

Claims (5)

마이크로 나노 가공 공정으로 형성한 몰드 상에 열경화성 수지, 경화제 및 점도 조절용 용매를 포함하는 혼합물을 도포하는 단계;
상기 도포된 혼합물층에 상온 및 진공 분위기 하에서 제1 경화 공정을 수행하는 단계;
상기 제1 경화 공정을 수행한 열경화성 수지 전구체층에 70℃ 내지 200℃ 온도 분위기 하에서 제2 경화 공정을 수행하는 단계;
상기 경화된 열경화성 수지 전구체층에 탄화 공정을 수행하는 단계를 포함하는 글래스 몰딩 프레스용 유리질 탄소 몰드를 제조하는 방법.
Applying a mixture including a thermosetting resin, a curing agent and a solvent for viscosity adjustment on the mold formed by the micro nano-processing process;
Performing a first curing process on the applied mixture layer under normal temperature and vacuum atmosphere;
Performing a second curing process on a thermosetting resin precursor layer on which the first curing process is performed under a temperature atmosphere of 70 ° C. to 200 ° C .;
A method of manufacturing a glassy carbon mold for glass molding press comprising the step of performing a carbonization process on the cured thermosetting resin precursor layer.
제 1항에 있어서, 상기 제2 경화 공정과 탄화 공정 사이에 상기 경화된 열경화성 수지 전구체층에 자기유변유체(Magneto-Rheological) 연마 공정을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리질 탄소 몰드를 제조하는 방법.The glassy carbon mold of claim 1, further comprising performing a magneto-rhetic polishing process on the cured thermosetting resin precursor layer between the second curing process and the carbonization process. How to make. 제 2항에 있어서, 상기 자기유변유체 연마 공정은 자기유변유체로 탄화철(Carbonyl iron) 파우더 및 물의 혼합물을 이용하고, 자기장의 세기 20 내지 50mT, 공구 회전속도 200 내지 500rpm, 시편 왕복 속도 0.05 내지 1㎧의 조건에서 수행하는 것을 특징으로 하는 글래스 몰딩 프레스용 유리질 탄소 몰드를 제조하는 방법.According to claim 2, The magnetorheological fluid polishing process using a mixture of carbonic iron powder and water as a magnetorheological fluid, magnetic field strength of 20 to 50mT, tool rotational speed of 200 to 500rpm, specimen reciprocating speed of 0.05 to 1 Process for producing a glassy carbon mold for glass molding press, characterized in that carried out under the conditions of. 제 2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기유변유체 연마 공정과 탄화 공정 사이에 탄산가스를 이용한 표면 세정공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유리질 탄소 몰드를 제조하는 방법.The method of manufacturing a glassy carbon mold according to any one of claims 2 to 3, further comprising a surface cleaning step using carbon dioxide between the magnetorheological fluid polishing step and the carbonization step. 청구항 1항의 방법에 의해 제조된 글래스 몰딩 프레스용 유리질 탄소 몰드를 글래스 기판 상에 위치시키는 단계;
상기 유리질 탄소 몰드 및 글래스 기판을 글래스 기판의 유리전이온도 이상으로 열처리하는 단계;
상기 열처리된 유리질 탄소 몰드 및 글래스 기판에 가압하여 상기 유리질 탄소 몰드 상의 패턴을 상기 글래스 기판 상에 전사시키는 단계;
상기 유리질 탄소 몰드 상의 패턴이 전사된 글래스 기판을 냉각시키는 단계; 및
상기 유리질 탄소 몰드 상의 패턴이 전사된 글라스 기판을 상기 유리질 탄소 몰드로부터 분리시키는 단계를 포함하는 유리 미세 패턴의 형성방법.
Placing a glassy carbon mold for the glass molding press produced by the method of claim 1 on a glass substrate;
Heat-treating the glassy carbon mold and the glass substrate above the glass transition temperature of the glass substrate;
Pressing the heat-treated glassy carbon mold and the glass substrate to transfer the pattern on the glassy carbon mold onto the glass substrate;
Cooling the glass substrate onto which the pattern on the glassy carbon mold has been transferred; And
Separating the glass substrate on which the pattern on the glassy carbon mold has been transferred from the glassy carbon mold.
KR1020100128786A 2010-12-16 2010-12-16 Method of manufacturing glassy carbon mold for glass molding press and method of forming a fine pattern on a glass substrate using the same KR101192470B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100128786A KR101192470B1 (en) 2010-12-16 2010-12-16 Method of manufacturing glassy carbon mold for glass molding press and method of forming a fine pattern on a glass substrate using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100128786A KR101192470B1 (en) 2010-12-16 2010-12-16 Method of manufacturing glassy carbon mold for glass molding press and method of forming a fine pattern on a glass substrate using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120067409A KR20120067409A (en) 2012-06-26
KR101192470B1 true KR101192470B1 (en) 2012-10-17

Family

ID=46686415

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100128786A KR101192470B1 (en) 2010-12-16 2010-12-16 Method of manufacturing glassy carbon mold for glass molding press and method of forming a fine pattern on a glass substrate using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101192470B1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101470818B1 (en) * 2013-04-30 2014-12-10 중앙대학교 산학협력단 Glassy carbon mold for micropattern formation using rapid heating method, manufacturing method thereof and method for forming micropattern using glassy carbon mold
WO2016068364A1 (en) * 2014-10-31 2016-05-06 주식회사 애니캐스팅 Method for preparing vitreous carbon mold for glass patterning
KR101991318B1 (en) * 2017-12-15 2019-06-21 주식회사 이톰 Method of fabricating glassy carbon mold
KR102179535B1 (en) * 2018-08-09 2020-11-16 연세대학교 산학협력단 Method of forming alignment layer and fabrication method of liquid crystal display using the same

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100928184B1 (en) 2008-09-18 2009-11-25 오사카 유니버시티 High durable replica mold for nanoimprint lithography and method for manufacturing the same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100928184B1 (en) 2008-09-18 2009-11-25 오사카 유니버시티 High durable replica mold for nanoimprint lithography and method for manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120067409A (en) 2012-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101432133B1 (en) Method of fabricating glassy carbon mold
KR100905134B1 (en) Contact planarization materials that generate no volatile byproducts or residue during curing
KR101342900B1 (en) Method of forming replication mold for nanoimprint and replication mold for nanoimprint
EP2602081A1 (en) Resin mold, production method thereof, and use thereof
JP2007266384A (en) Mold for imprinting and manufacturing method thereof
KR101192470B1 (en) Method of manufacturing glassy carbon mold for glass molding press and method of forming a fine pattern on a glass substrate using the same
Lan Soft UV nanoimprint lithography and its applications
JP4853706B2 (en) Imprint mold and manufacturing method thereof
KR100815372B1 (en) Mold-release treating method of imprint mold for printed circuit board
TW201530613A (en) Die with a die structure as well as method for its production
JP5332220B2 (en) Fine resin structure and manufacturing method thereof
JP2020097521A (en) Method for manufacturing optical glass element
KR101715177B1 (en) Method for Fabricating Nickel Stamps with Micropattern
TW201246365A (en) Method for producing molds
KR101575879B1 (en) Patterning method using reversal imprint process
US20120048184A1 (en) Organic- inorganic hybrid material and stamp for nanoimprint manufactured from the same
Tanaka et al. Subtractive offset printing for fabrication of sub micrometer scale electrodes with gold nanoparticles
WO2007029810A1 (en) Process for producing 3-dimensional mold, process for producing microfabrication product, process for producing micropattern molding, 3-dimensional mold, microfabrication product, micropattern molding and optical device
KR20160047023A (en) Method for manufacturing glassy carbon mold using press carbonizing process and glassy carbon mold using the method thereof
JP4899638B2 (en) Mold manufacturing method
KR20190059275A (en) Monolithic high refractive index photonic devices
KR20090117947A (en) Film forming composition for nanoimprinting, process for production of structures, and structures
WO2009096420A1 (en) Method for concave and convex pattern formation and process for producing magnetic recording medium utilizing the method
KR20110101312A (en) Polishing pad for cmp using imprint lithography processing and method for preparing the same
WO2011122605A1 (en) Mold having release layer for imprinting, method for producing mold having release layer for imprinting, and method for producing copy mold

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151028

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171011

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190110

Year of fee payment: 7