KR101346606B1 - 3차원의 곡면 표면을 갖는 임플란트용 기재상의 패턴 형성방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 곡면 표면을 갖는 임플란트용 기재상의 패턴 형성방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 표면이 3차원의 곡면을 이루는 기재의 표면에 소수성을 부여하는 단계; 상기 소수성이 부여된 기재의 표면에 포토레지스트를 코팅하는 단계; 상기 포토레지스트가 코팅된 기재의 표면에 패턴화된 마스크를 부착하거나 이격하여 마스킹 하는 단계; 상기 기재의 길이방향을 관통하는 가상의 선을 축으로 하여 회전하면서 상기 기재를 노광하는 단계; 및 상기 노광되거나 노광되지 않은 포토레지스트를 제거하고 에칭하는 단계;를 포함하여 구성되는 3차원의 곡면 표면을 갖는 임플란트용 기재상의 패턴 형성방법 및 형성장치를 제공한다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 통상 2차원 평면상에 패턴을 형성하는 포토리소그래피 공정을 3차원의 곡면 표면을 갖는 기재상에서도 가능하도록 함으로써 임플란트와 같은 실린더 타입의 구조물에도 패턴을 직접 형성하는 것이 가능하며, 임플란트와 같은 실린더 타입의 구조물에도 패턴을 형성하는 것이 가능하도록 함으로써, 임플란트를 완제품으로 제조하고, 패턴을 형성할 수 있도록 하여, 패턴 형성 공정을 용이하고 간이하게 수행할 수 있다.

Description

3차원의 곡면 표면을 갖는 임플란트용 기재상의 패턴 형성방법 및 장치{Patterning device on the substrate for implant having three dimensional surface}

본 발명은 3차원 곡면 표면을 갖는 임플란트용 기재상의 패턴 형성방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 표면이 3차원의 곡면을 이루는 기재의 표면에 소수성을 부여하는 단계; 상기 소수성이 부여된 기재의 표면에 포토레지스트를 코팅하는 단계; 상기 포토레지스트가 코팅된 기재의 표면에 패턴화된 마스크를 부착하거나 이격하여 마스킹 하는 단계; 상기 기재의 길이방향을 관통하는 가상의 선을 축으로 하여 회전하면서 상기 기재를 노광하는 단계; 및 상기 노광되거나 노광되지 않은 포토레지스트를 제거하고 에칭하는 단계;를 포함하여 구성되는 3차원의 곡면 표면을 갖는 임플란트용 기재상의 패턴 형성방법 및 형성장치를 제공한다.

임플란트는 포괄적으로는 인체의 조직이 상실되었을 때 이를 회복시켜 주는 대치물을 의미하지만, 치의학 분야에서는 인공치아 이식을 말한다. 상실된 치아의 치근을 대신할 수 있도록, 인체에 거부반응이 없는 티타늄으로 만든 인공치근을 이가 빠져나간 치조골에 심어서 유착시킨 뒤 인공치아를 고정시켜 치아의 원래 기능을 회복하도록 하는 기구 및 시술방법을 의미한다.

임플란트는 치조골에 식립되는 인공치근과 인공치근 상부에 결합되어 인공치아를 지지하는 치관보철물(기둥), 그리고, 치관보철물에 연결되는 크라운(인공치아), 크라운과 치관보철물을 연결하기 위한 스크류 등으로 구성된다.

이 중 특히 인공치근은 치조골 및 치은내 조직과 연결되어 인공치아를 지지하는 핵심구성요소로서, 생체 적합성이 뛰어나고 결합력이 우수한 티타늄을 주요 재질로 채택 및 적용하고 있으며, 그 밖에도 세라믹, 금속합금, 코팅재 등이 사용되고 있다.

이제껏 인공치근의 구조적 개선을 기초로 치조골 및 치은과의 반응성 및 고정력 향상에 관하여 다수의 연구가 진행되어 왔는데, 기본적으로 인공치근의 표면에 거칠기를 부여하면, 골유착(osseointegration)을 위한 세포와의 반응면적이 넓어지므로 인공치근이 치은 내에서 보다 견고하게 고정되는 효과가 있다.

한편, 대한민국 공개특허공보 제2009-63313호에서는 "마이크로그루브를 구비한 임플란트 및 그 제조방법"을 개시하고 있다. 이와 같은 마이크로그루브는 이미 많은 연구가 이루어져 왔으며, 특히 마이크로그루브의 크기(dimension)에 따라서 치은 내 조직과의 반응성 및 세포활성 등이 달라지는 것으로 그 내용을 개시하고 있는 바, 이는 실제로 3차원의 형상을 이루고 있는 임플란트에 대하여 직접 패턴을 형성하는 방법을 개시하고 있는 것은 아니며, 반도체 제조공정에서와 같은 평면상의 패턴 형성방법을 임플란트 분야에 적용하되, 패턴의 디멘젼에 따라서 치은 내 조직과의 반응성 여부를 고찰한 것에 불과하다.

따라서, 임플란트로 사용하고자 미리 제작된 실린더 형태와 같은 3차원 형태의 기재에 후속공정으로서 패턴을 부여하는 공정에 대해서는 이제껏 시도된 바가 없으며, 대량생산을 위하여 반드시 관련 공정개발이 시급한 실정이다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 통상 2차원 평면상에 패턴을 형성하는 포토리소그래피 공정을 3차원의 곡면상에서도 가능하도록 함으로써 임플란트와 같은 실린더 타입의 구조물에도 패턴을 직접 형성하는 것이 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 임플란트와 같은 실린더 타입의 구조물에도 패턴을 형성하는 것이 가능하도록 하여, 임플란트를 완제품으로 제조하고, 패턴을 형성함으로써 패턴 형성 공정을 용이하고 간이하게 수행하도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 3차원 형상가공이 용이하도록 하되, 그 구조를 최대한 단순화하여 사용이 편리한 포토리소그래피 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 표면이 3차원의 곡면을 이루는 기재의 표면에 소수성을 부여하는 단계; 상기 소수성이 부여된 기재의 표면에 포토레지스트를 코팅하는 단계; 상기 포토레지스트가 코팅된 기재의 표면에 패턴화된 마스크를 부착하거나 이격하여 마스킹 하는 단계; 상기 기재의 길이방향을 관통하는 가상의 선을 축으로 하여 회전하면서 상기 기재를 노광하는 단계; 상기 노광되거나 노광되지 않은 포토레지스트를 제거하고 에칭하는 단계;를 포함하여 구성되는 3차원의 곡면 표면을 갖는 임플란트용 기재상의 패턴 형성방법을 제공한다.

상기 기재는 회전체인 것이 바람직하다.

상기 회전체는 실린더 형상 또는 원뿔 형상 또는 사다리꼴 회전체인 것이 바람직하다.

상기 소수성을 부여하는 단계는, 실린더 형상 표면에 감광제의 접착을 개선하기 위함이며, 헥사메틸다이실라잔(HMDS,Hexamethyldisilazane),테트라메틸디실라잔(TMDS,Tetramethyldisilazane),비스디메틸아미노메틸실란(Bis(Dimethylamino)Methylvinylsilane),디메틸아미노펜타메틸디실란 (Dimethylaminopentamethyldisilane) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 상기 기재의 표면에 가하는 단계인 것이 바람직하다.

상기 기재의 표면에 포토레지스트를 코팅하는 단계는 딥코팅 방법에 의하되, 코팅시 상기 기재의 길이방향을 관통하는 가상의 선을 축으로 하여 회전하면서 동시에 딥코팅하는 단계;인 것이 바람직하다.

딥코팅시 상기 기재의 회전속도는 2500rpm ~ 10000rpm인 것이 바람직하다.

상기 노광시 UV영역대의 파장을 가지고 있는 램프를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 에칭시 에칭액은 불산용액이며, 0.5 ~ 2.0%의 농도범위의 것을 사용하고, 에칭액의 온도는 40 ~ 70℃의 범위로 하며, 에칭지속시간은 60 ~ 180초인 것이 바람직하다.

상기 포토레지스트에는 아세톤, PGMEA, 부틸 아코올(Butyl acetate), 에틸 락테트 (Ethyl latate) 중에서 선택되는 어느 하나를 희석액으로서 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 기재의 회전 속도는 감속기에 의하여 1 ~ 4㎛/sec의 범위에서 조절되는 것이 바람직하다.

상기 노광 후에는 현상액에 30초 ~ 2분의 범위에서 침액하여 감광제를 식각하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 3차원의 곡면 표면을 갖는 기재상의 패턴 형성장치에 있어서, 상기 기재에 광조사를 하기 위한 램프; 상기 기재가 고정되며, 기재의 길이방향을 관통하는 가상의 선을 축으로 하여 회전시키는 모터 및 상기 기재의 회전속도를 감속하는 감속기; 상기 램프를 통하여 상기 고정된 기재에 광조사를 하도록 하되, 마스크를 경유하도록 개구부가 형성된 지지체; 및 상기 램프, 모터의 회전속도를 제어하는 제어부;를 포함하여 구성되는 3차원의 곡면 표면을 갖는 기재상의 패턴 형성장치를 제공한다.

상기 패턴 형성장치는 상기 지지체가 고정되는 제1받침부를 더 구비하며, 상기 제1받침부는, 그 하부에 바퀴 또는 궤도가 형성되거나, 바닥면상에 고정된 레일과 결합되어 바닥면상에서 위치변동 가능하며, 상하로 위치변동도 가능하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 지지체는 지그에 의해 고정되며, 상기 지지체와 지그가 함께 상기 제1받침부에 고정되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 패턴 형성장치는 모터 및 감속기가 고정되는 제2받침부를 더 구비하며, 상기 제2받침부는, 상하로 위치변동이 가능하도록 하는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 통상 2차원 평면상에 패턴을 형성하는 포토리소그래피 공정을 3차원의 곡면 표면을 갖는 기재상에서도 가능하도록 함으로써 임플란트와 같은 실린더 타입의 구조물에도 패턴을 직접 형성하는 것이 가능하다.

또한, 임플란트와 같은 실린더 타입의 구조물에도 패턴을 형성하는 것이 가능하도록 하여, 임플란트를 완제품으로 제조하고, 패턴을 형성함으로써 패턴 형성 공정을 용이하고 간이하게 수행하도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 3차원 곡면 표면을 갖는 기재에 대한 패턴 형성장치를 나타내는 모식도이다.
도 2는 도 1의 지지체에 마스크가 거치되는 상태를 나타내는 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의하여 3차원 곡면 표면을 갖는 기재의 표면을 소수성 처리함으로써 소수성이 부여되는 현상을 설명하기 위함으로서, HMDS를 일예로 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의하여 회전하면서 포토레지스트를 딥코팅한 기재와 회전하지 않고 딥코팅한 기재를 비교하여 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의하여 단일 조성의 포토레지스트를 이용하여 기재상에 패턴을 형성한 사진과, 부조성물을 일정 비율로 포토레지스트와 혼합하여 포토레지스트의 점도를 낮추고, 서로 다른 조성의 포토레지스트를 일정비율로 혼합하고, 이를 이용하여 기재상에 패턴을 형성한 사진을 비교하여 나타낸 것으로 200배율에서 관찰한 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의하여 램프에 의한 UV광의 조사시간을 특정하고, 램프의 가열시간 변화에 따른 패턴의 변화를 비교하여 나타낸 것으로 200 배율과 500 배율에서 관찰한 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의하여 램프의 가열시간을 고정하고, 램프에 의한 UV광의 조사시간 변화에 따른 패턴의 변화를 비교하여 나타낸 것으로 200 배율과 500 배율의 사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의하여 에칭시간 조건을 달리하여 에칭한 후 에칭된 기재의 표면의 사진을 각각 나타낸 것으로, 200 배율과 500 배율의 사진이다.

이하에서는 본 발명을 바람직한 실시예를 기초로 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 종래의 평면상의 기판에 국한되어 패턴을 형성하는 방법을 개선하여 3차원의 곡면 형상을 갖는 기재상에도 패턴의 형성이 가능하도록 한 것이며, 이를 위한 패턴화 방법 및 패턴화 장치를 개시하는 것이다.

본 발명에 의하여 표면에 패턴이 형성되는 3차원 곡면 표면을 갖는 기재는 예를 들어 실린더 형상이 될 수 있으며, 보다 넓게는 원뿔형상, 사다리꼴 회전체 등 좌우 대칭을 이루는 3차원 형상이 될 수 있다. 또한, 더 나아가서는 비대칭의 3차원 형상에 대해서도 적용될 수 있다. 다만, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위해서 실린더 형상의 기재를 예로 들었다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 곡면 표면의 패턴 형성 장치에 관한 것이며, 도 2는 도 1에서 지지체에 마스크를 거치하는 모습을 나타내는 분해 사시도이다. 여기서 마스크의 형태는 단지 예시일 뿐인 것으로 마스크의 형태가 도시된 바와 같이 한정되는 것으로 해석되어서는 아니될 것이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 3차원 곡면 표면을 갖는 기재에 대한 패턴형성장치(100)는, 상기 기재(101)의 표면에 대하여 리소그래피 공정의 수행을 위하여 광조사를 하기 위한 램프(102); 상기 기재(101)가 고정되며, 기재(101)의 길이방향을 관통하는 가상의 선을 축으로 하여 회전시키는 모터(103) 및 상기 기재의 회전속도를 감속하는 감속기(104); 상기 램프(102)를 통하여 상기 고정된 기재(101)에 광조사를 하도록 하되, 마스크(105)를 경유하도록 개구부가 형성된 지지체(106); 및 상기 램프(102), 모터(103)의 회전속도를 제어하는 제어부(107);를 포함하여 구성된다.

상기 램프(102)는 리소그래피 공정을 수행하기 위한 UV(ultra violet)광 조사용 램프가 될 수 있으며, 도 1에서 도시된 바와 같이, 램프(102)는 바닥면에 무게중심을 갖고 있는 지주(108) 등에 고정되어 사용될 수 있다.

상기 기재(101)의 길이방향을 축으로 하여 회전시킨다 함은 예를 들어 실린더 형상인 경우, 실린더 형상의 양 단부를 관통하는 가상의 축을 길이방향의 축으로 하고, 이 축을 중심으로 회전시킴을 의미하는 것이다.

한편, 상기 지지체(106)는 상기 램프(102)와 상기 기재(101) 사이에 위치하여 상기 램프(102)로부터 조사되는 광이 상기 기재(101)에 조사되도록 개구부가 형성되어 있으며, 다만, 상기 개구부 아래에는 상기 기재(101)에 형성하기 위한 패턴이 마련된 마스크(105, 네거티브 포토레지스트용 또는 포지티브 포토레지스트용)를 위치하여, 상기 램프(102)로부터 조사되는 UV광이 마스크(105)를 경유하여 상기 기재(101)에 조사될 수 있도록 한다.

상기 모터(103)는 상기 기재(101)가 표면의 전면에 걸쳐서 패턴이 형성되도록 하기 위하여 상기 기재(101)를 회전시키며, 감속기(104)는 상기 기재(101)의 회전속도를 조절하기 위하여 마련되되, 조사광이 상기 기재(101)의 표면에 도포된 포토레지스트에 충분히 반응하도록 모터(103)의 회전 속도를 제어하는 제어부(107)와 감속기(104)의 비율에 의해서 제어된다.

현재 시판 중인 전동모터의 최저 회전속도에서는 실린더 형상표면을 노광할 수가 없다. 따라서, 감속기(104)를 이용하여 최대한 회전속도를 늦추어야 한다. 그러므로, 본 발명에서는 모터(103)에 감속기(104)를 적용하였으며, 상기 감속기(104)에 의하여 1/200의 비율로 회전속도를 감속하여 공정을 진행하였다.

실린더형 기재의 경우, 직경은 실제 임플란트에 사용이 되는 직경에 가까운 것으로 채택하였으며, 바람직하게는 5mm이나, 3mm ~ 10mm 까지의 범위에서 선택될 수도 있다.

또한, 기재(101)의 회전 속도는 rotation speed로 표현하였는데, 즉 1.55㎛/sec이하로 조정하였다. 이와 같은 속도는 실린더형 기재(101)의 지름에 상관없이 적용될 수 있다. 즉, 상기 노광시의 기재(101)의 회전속도를 1.55㎛/sec이하의 범위로 하는 것이 바람직하며, 이를 위해 감속기를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 패턴 형성 장치에서 상기 지지체는 지그(109, 고정수단)에 의해 고정될 수 있다.

또한, 본 발명의 패턴 형성 장치(100)에서 상기 지지체(106) 및 지그(109)가 거치되어 고정되며, 상기 지지체(106)의 개구부가 상기 기재(101)의 크기 및 위치에 대응하여 정위치에 위치되도록 바닥면상에서 이동가능함은 물론 마스크로부터 상기 기재(101)의 표면에 반영되는 패턴의 크기를 조절할 수 있도록 상하 높이 조절이 가능하도록 하는 제1받침부(110)를 구비한다.

상기 제1받침부(110)가 바닥면상에서 이동가능하도록 하기 위해서는 예를 들어 상기 제1받침부(110)의 하부에 바퀴 또는 궤도를 설치하거나, 또는 바닥면상에 철도에서 사용되는 레일을 설치하고, 이러한 레일에 대응되는 결합수단을 탑지, 상지 제1받침부(110)에 마련하여 상기 레일과 결합하도록 할 수 있다.

한편, 상기 제1받침부(110)가 상하 높이 조절이 가능하도록 하기 위해서는 상기 제1받침부(110)의 상부 저면에서부터 바닥면에 이르기까지 위치변동이 가능하도록 기계식, 유압식 장치 등을 구비하도록 하여 가능하게 할 수 있다.

도 1에서는 상하 높이조절이 가능하도록 하는 수단의 예로써 상기 제1받침부(110)의 상부 저면에서부터 하부 상면에 이르기까지 형성된 접철수단을 구비하였다.

물론, 이와 같은 접철수단 이외의 수단에 의해서 상기 제1받침부(110)의 상하 위치조절이 가능하도록 할 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 모터(103) 및 감속기(104), 선택적으로는 제어부(107)가 거치되어 고정되며, 상기 제1받침부(110)와 마찬가지로, 상하 높이조절이 가능하도록 하되, 상기 기재의 안정적인 고정상태를 유지하도록 하기 위하여 바닥면상에서 이동가능하도록 고정되는 제2받침부(111)를 구비한다. 물론 상기 제2받침부(111)도 바닥면에서 이동가능하도록 할 수 있으나, 작업의 효율성을 생각한다면 바닥에 고정되는 것이 바람직하다.

상기 제2받침부(111)가 상하로 높이조절, 즉 위치변동이 가능하도록 하는 수단은 상기 제1받침부(110)에 대한 설명으로 갈음하기로 한다.

이와 같은 3차원의 곡면 표면을 구비하는 기재(101)상에 최적의 패턴을 구현하도록 하기 위하여 복수의 시험을 통하여 최적의 조건을 도출하였으며, 이를 표 1에 나타내었다.

	1 : 40			1 : 120			1 : 200
#	1회전 시간	회전속도	RPH	1회전 시간	회전속도	RPH	1회전 시간	회전속도	RPH
0.8							8100초	1.55㎛/초	0.5
1	300초	52㎛/초	12	1217초	12.9㎛/초	2.96	2700초	6㎛/초	1
1.5							1053초	15㎛/초	3
2	67초	234㎛/초	54	192초	81.8㎛/초	19	300초	50㎛/초	12
3	33초	476㎛/초	109	100초	157㎛/초	36	150초	104㎛/초	24
4	20초	785㎛/초	180	64초	245㎛/초	56	96초	164㎛/초	38
5				43초	365㎛/초	84	68초	230㎛/초	53
6	11초	1430㎛/초	327	32초	490㎛/초	113	53초	296㎛/초	68
7
8	7초	2240㎛/초	514	22초	713㎛/초	164
10				19초	826㎛/초	189	30초	520㎛/초	120

여기서, 1 : 40, 1 : 120, 1 : 200은 감속기 비율이며, 3차원 곡면 표면을 구비하는 기재(101)는 실린더 타입이고, 직경은 5mm이다.

여기서, #는 모터(103)에서 속도를 조절하는 지표이며, 0 ~ 10까지 조절할 수 있습는데, 0에 가까울수록 속도는 늦어진다.

위 표와 관련하여 현재 사용되는 모터(103)에서 원하는 회전속도까지 감속을 할 수 있는 감속기(104)의 비율이 1:200일 때 1cycle 회전하는데 시간이 8100초이고 이때 rotation speed는 계산적으로 1.55㎛/sec가 된다. 이는 이 조건들로 노광을 하고 난 뒤에 패턴 형성을 하기 위함이기 때문이다. 이보다 높은 rotation speed에서는 패턴이 나타나지 않는다.

바람직하게는 감속기(104)의 비율은 1/150 ~ 1/250으로 하고, rotation speed, 즉, 기재(101)의 회전속도는 1 ~ 4㎛/sec가 좋다. 상기 하한을 벗어나게 되면 빛이 너무 많이 조사되어 PR 패턴의 크기가 감소하게 되며, 상한을 벗어나게 되면 광 조사시간이 너무 짧기 때문에 패턴 형상이 나타나지 않는다.

본 발명에 의한 3차원 곡면 표면을 갖는 기재에 패턴을 형성하는 방법은 다음과 같다.

여기서, 3차원 곡면 표면을 갖는다 함은, 기재가 2차원의 평면의 표면을 갖는 시트와 같은 형상이 아닌, 굴곡된 표면을 가져 3차원으로 표현되는 표면을 의미한다.

상기 3차원 곡면 표면을 갖는 기재는 회전체인 것이 바람직한데, 회전체는 특정 형상을 단면으로 하고, 상기 단면을 관통하는 임의의 축을 중심으로 회전시켜서 완성되는 3차원의 기재를 의미한다. 통상적으로는 실린더(기둥) 형상, 원뿔형상 등이 될 수도 있으며, 그 밖에도 다양하게 구현될 수 있다.

먼저, 표면이 3차원의 곡면을 이루는 기재의 표면에 소수성을 부여하는 단계;가 필요한데, 이와 관련하여 도 3에서는 본 발명의 일 실시예에 의하여 3차원 곡면 표면을 갖는 기재의 표면을 소수성 처리함으로써 소수성이 부여되는 현상을 설명하기 위한 모식도를 나타내었다.

상기 표면을 소수성 처리하는 이유는 실린더 형상의 기재에 대한 리소그래피 공정을 수행함에 있어서 통상 실린더 형상의 기재를 세척하게 되는데, 이와 같은 세척과정을 수행한 이후에는 그 표면이 친수성을 띠게 된다.

이 때, 도 3에서 도시된 바와 같이, 친수성 표면 존재하는 가교된 물분자들로 인하여 포토레지스트의 코팅시 일부 코팅되지 않는 부분이 발생될 수 있으며, 따라서 이러한 포토레지스트의 코팅이 원활하지 않는 문제점을 해결하려면 기재의 표면에 소수성을 부여하여야 한다.

소수성이 부여된 표면은 물분자가 완전히 제거됨과 동시에 소수성 조성물이 표면상에 도포되어 있으므로, 포토레지스트의 코팅이 용이해지는 것이다.

본 발명에서는 이러한 소수성 부여 매체로서 헥사메틸다이실라잔(HMDS, Hexamethyldisilazane)를 사용하였다.

그 밖에도, 테트라메틸디실라잔(TMDS,Tetramethyldisilazane),비스디메틸아미노메틸실란(Bis(Dimethylamino)Methylvinylsilane),디메틸아미노펜타메틸디실란 (Dimethylaminopentamethyldisilane) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 대체하여 사용할 수도 있다.

상기 HMDS는 다음의 화학식 (1)과 같이 표현된다.

Si(CH3)3-NH-Si(CH3)3 (1)

상기 HMDS는 물분자(H2O)와 반응하여 NH3+를 생성하는 한편, 해리된 Si(CH3)3가 상기 기재의 표면에서 산소(O) 원자를 매개로 하여 결합되어 있으며, 이와 같이 산소와 결합된 Si(CH3)3가 소수성을 띄게 되는 것이다. 이와 같은 Si(CH3)3는 포토레지스트가 상기 기재의 표면에 용이하게 코팅되도록 매개한다.

이후, 상기 소수성이 부여된 기재의 표면에 포토레지스트를 코팅하는 단계;를 수행하는데, 상기 기재의 표면에 포토레지스트를 코팅하는 단계는 딥코팅 방법에 의하되, 코팅시 상기 기재의 길이방향을 관통하는 가상의 선을 축으로 하여 회전하면서 동시에 딥코팅함으로써 이루어진다.

이와 같이 회전하면서 포토레지스트를 딥코팅한 기재와 회전하지 않고 딥코팅한 기재를 비교하여 도 4에서와 같이 나타내었다.

딥코팅만하게 되면 담그고 빼낼시 중력방향으로 PR흐름 자국이 잔존할 수 있다. 또한 PR 두께가 두껍게 나타난다. 그러나 일정 속도 이상으로 회전을 주면서 빼내게 되면 이런 자국의 발생이 감소하며, PR 두께도 감소될 수 있어서 바람직하다.

상기 딥코팅시 상기 기재의 회전속도는 2500rpm ~ 10000rpm인 것이 바람직한데, 이와 같은 회전속도의 하한을 벗어나게 되면 PR의 두께가 두껍게 나타나고, 표면에 PR의 흐름 자국이 표면에 남게 되며, 상한을 벗어나게 되면 회전 속도가 너무 빠름으로 인해 PR 코팅이 안 되는 부분이 발생을 하게 되므로, 상기 딥코팅시 회전속도는 상기 범위에서 그 임계적 의의가 있다.

다음에 포토레지스트가 코팅된 기재의 표면에 패턴을 형성하기 위한 마스크를 직접 부착한 상태에서 노광을 실시한다.

본 발명은 3차원의 곡면 표면을 갖는 기재의 원하는 곳 어디든지 패턴을 형성하기 위한 것으로서, 상기 기재의 표면이 골고루 노광되도록 노광 공정 중 상기 기재를 회전시키는데 그 특징이 있는 것이다.

이 때, 상기 3차원의 곡면 표면을 갖는 기재가 실린더 형상인 경우, 상기 실린더 형상의 길이방향, 즉 상면과 하면을 관통하는 가상의 선을 축으로 하여 회전시키게 되는데, 회전속도의 조절을 통하여 패턴 형성의 최적의 조건을 도출할 수 있으며, 이에 대해서는 전술한 표 1을 통해서 설명한 바와 같다.

이후, 상기 노광되거나 노광되지 않은 포토레지스트를 제거하고 에칭함으로써 기재상에 요철을 동반하는 패턴을 구현한다.

노광의 조건은 본 실시예에 의한 최적의 패턴을 도출하기 위하여 설정된 값으로서, 300W ~ 1kW의 범위로 하였다.

다만, 위 범위는 본 실시예에 적용되는 것일 뿐, 상기 노광시 광량은 UV영역대의 파장을 가지고 있는 램프 또는 그에 상응하는 장치를 사용하되 광량은 사용되는 장치의 광량 사용 범위로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 노광 후에는 현상액에 30초 ~ 2분의 범위에서 침액하여 감광제를 제거하였다. 이는 바람직한 패턴의 형성을 위해서 감광제를 제거하여야 하기 때문이다. 상기 30초의 범위 미만으로 식각되는 경우에는 감광제가 제대로 식각되지 않으며, 2분 이상의 조건에서는 필요이상의 감광제 제거가 되기 때문에 상기 식각시간 조건은 위 범위에서 그 임계적 의의를 갖는다.

패턴의 스펙은 릿지(ridge)의 넓이가 60㎛이고 깊이가 10㎛인 패턴을 기준으로 하였으며, 이를 가장 바람직한 결과로 설정하고 이로부터 각 공정조건을 도출하였다.

이와 같이 패턴을 구현하게 되면, 배경기술을 통해서 설명한 바와 같이, 상기 패턴이 구현된 기재를 임플란트로 사용하였을 때, 골아 세포와의 반응성을 향상시키고, 보다 단단하게 유착됨으로써 임플란트의 안정성을 도모할 수 있다.

도 5에서는 본 발명의 일 실시예에 의하여 단일 조성의 포토레지스트를 이용하여 기재상에 패턴을 형성한 사진과, 부조성물을 일정 비율로 포토레지스트와 혼합하여 포토레지스트의 점도를 낮추고, 이를 이용하여 기재상에 패턴을 형성한 사진을 비교하여 나타내었다.

여기서, 사용되는 희석용액은 아세톤, PGMEA, 부틸 아코올(Butyl acetate), 에틸 락테트 (Ethyl latate) 중 하나의 성분을 포함하는 희석용액으로, 2차원 평면상에서 photoresist를 그대로 사용여도 무방하나, 실린더 형상의 경우에는 2차원 평면상보다는 너무 두껍게 코팅이 되어 노광을 진행을 하는 데 많은 어려움이 있으므로, 이와 같이 photoresist에 상기 희색용액 중 하나를 혼합하여 사용하였다.

도시된 바와 같이, 단일 조성의 포토레지스트를 이용하여 기재상에 패턴을 형성한 경우보다 서로 다른 조성의 포토레지스트가 혼합된 경우에 있어서 보다 양호한 결과를 나타내었다.

즉, 도 5는 Plate에서의 PR 100%로 코팅을 하고 노광을 했을시의 PR 패턴 형상과 희석을 하였을시의 PR 패턴 형상을 비교한 것인데, 패턴이 뚜렷하고, 패턴의 크기가 적절할수록 좋은 결과를 나타내는 것이다. 표시는 P:D(diluents)의 비율이 1 : 0.2 범위에서 바람직한 패턴이 도출되었다.

여기서, P:D의 범위는 1 : 1 ~ 0.15이 바람직한데, 희석 용액의 1 이상에서는 도면과 같은 PR 패턴 크기가 바람직하지 아니하며, 0.15 이하에서는 추후 딥코팅과정에서 코팅의 두께가 지나치게 두꺼워지므로 바람직하지 않다.

도 6에서는 본 발명의 일 실시예에 의하여 램프에 의한 UV광의 조사시간을 특정하고, 램프의 가열시간 변화에 따른 패턴의 변화를 비교하여 나타내었다.

도시된 바와 같이, 광의 조사시간을 10초로 특정하고, 램프의 가열시간을 2분, 5분, 10분으로 각기 달리하여 패턴을 형성한 결과, 램프의 가열시간에 따른 패턴의 크기에 별 차이가 발생되지 않음을 알 수 있었으며, 따라서, 대량생산 시스템에 적합하도록 램프의 가열시간은 가급적 최소의 시간으로 유지하는 것이 바람직함을 알 수 있었다.

다만, 적어도 램프의 가열시간은 5분인 것이 바람직하다. 5분 이하가 되면 램프에 충분이 가열이 되지 않아 원하는 파장의 빛이 100% 발현이 되지 않기 때문이다.

도 7에서는 본 발명의 일 실시예에 의하여 램프의 가열시간을 고정하고, 램프에 의한 UV광의 조사시간 변화에 따른 패턴의 변화를 비교하여 나타내었다.

도시된 바와 같이, 램프의 가열시간을 도 6의 최적의 조건과 같은 2분으로 특정하고, 광의 조사시간을 3초, 5초, 10초로 변화시킨 결과, 광의 조사시간에 따라서 광이 조사되어 포토레지스트가 제거되거나 제거되지 않은 부분(포토레지스트의 포지티브형과 네거티브형에 의한 구분임)의 크기가 변화되는 것을 알 수 있었으며, 광의 조사시간이 길수록 이러한 부분의 크기가 점차 커지는 것을 알 수 있었다. 본 발명에서는 포지티브형 포토레지스트를 사용하였으므로, 포토레지스트가 제거된 부분을 패턴의 폭으로 규정할 수 있다.

본 발명에서는 패턴이 형성된 부분의 두께(나비, 폭)를 약 30㎛로 하였을 때를 가장 바람직한 두께로 보고 있으며, 따라서, 광의 조사시간이 5초 이내인 경우에 있어서 최적의 패턴 형성 조건으로 규정됨을 알 수 있었다. 10초간 광을 조사한 경우는 약 50㎛의 두께를 나타내었으며, 이는 본 발명에서 도출하고자 하는 패턴의 두께에 상응하지 아니하므로 바람직하지 아니하였다.

이 때, 바람직한 광 조사 시간은 3 ~ 5초인 것이 좋다. 상기 값에서 하한을 벗어나면 PR 패턴이 형성되지 않고, 상한을 벗어나면 패턴의 크기가 변화된다. 전술한 바와 같이, 본 실시예에 의하여 형성되는 PR 패턴의 스펙은 릿지(ridge)의 넓이가 60㎛이고 깊이가 10㎛인 패턴이므로 에칭 전, 노광 후의 포토레지스가 제거 되는 부분의 크기가 30㎛ 정도 되어야 에칭시 일정 깊이와 일정 크기의 릿지(ridge)를 형성할 수 있다.

이후, 포토레지스트가 선별적으로 제거된 표면을 갖는 기재를 에칭함으로써 포토레지스트가 제거된 부분이 식각되도록 하였다.

도 8에서는 본 발명의 일 실시예에 의하여 에칭시간 조건을 달리하여 에칭한 후 에칭된 기재의 표면의 사진을 각각 나타내었다.

에칭시 사용되는 에칭액은 HF와 증류수의 혼합액이며, 에칭시의 온도는 40 ~ 70℃이고, 에칭액의 농도는 증류수에 대하여 0.5 ~ 2% HF인 것을 사용하였다. 바람직한 에칭의 지속시간은 60 ~ 180초인데, 본 실시예에서는 60초, 80초, 100초의 에칭시간을 조건으로 각각 에칭하였다.

도시된 바와 같이, 100초간 에칭한 경우에 있어서 최적의 조건을 나타냄을 알 수 있었다. 이는 본 실시예에서 기준으로 하는 패턴의 형상은 전술한 바와 같이 60㎛/10㎛이며, 따라서, 100초 정도 에칭을 한 경우에 이와 같은 패턴에 가장 근접하였기 때문이다. 따라서, 더욱 바람직하게는 90 ~ 110초의 범위에서 에칭할 수 있다.

100 : 패턴 형성 장치 101 : 기재
102 : 램프 103 : 모터
104 : 감속기 105 : 마스크
106 : 지지체 107 : 제어부
108 : 지주 109 : 지그
110 : 제1받침부 111 : 제2받침부

Claims (15)

1. 표면이 3차원의 곡면을 이루는 기재의 표면에 소수성을 부여하는 단계;
   상기 소수성이 부여된 기재의 표면에 포토레지스트를 코팅하는 단계;
   상기 포토레지스트가 코팅된 기재의 표면에 패턴화된 마스크를 부착하거나 이격하여 마스킹 하는 단계;
   상기 기재의 길이방향을 관통하는 가상의 선을 축으로 하여 회전하면서 상기 기재를 노광하는 단계; 및
   상기 노광되거나 노광되지 않은 포토레지스트를 제거하고 에칭하는 단계;
   를 포함하여 구성되며,
   상기 포토레지스트는 포토레지스트와 희석액의 비율이 1 : 1 ~ 0.15의 범위이며, 상기 기재의 회전 속도는 감속기에 의하여 1 ~ 4㎛/sec의 범위에서 조절되며, 상기 에칭시 에칭액은 불산용액이며, 0.5 ~ 2.0%의 농도범위의 것을 사용하고, 에칭액의 온도는 40 ~ 70℃의 범위로 하며, 에칭지속시간은 60 ~ 180초인 것을 특징으로 하는 3차원의 곡면 표면을 갖는 임플란트용 기재상의 패턴 형성방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 기재는 회전체인 것을 특징으로 하는 3차원의 곡면 표면을 갖는 임플란트용 기재상의 패턴 형성방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 소수성을 부여하는 단계는, 헥사메틸다이실라잔(HMDS,Hexamethyldisilazane),테트라메틸디실라잔(TMDS,Tetramethyldisilazane),비스디메틸아미노메틸실란(Bis(Dimethylamino)Methylvinylsilane),디메틸아미노펜타메틸디실란 (Dimethylaminopentamethyldisilane) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 상기 기재의 표면에 가하는 단계인 것을 특징으로 하는 3차원의 곡면 표면을 갖는 임플란트용 기재상의 패턴 형성방법.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 포토레지스트에는 아세톤, PGMEA, 부틸 아코올(Butyl acetate), 에틸 락테트 (Ethyl latate) 중에서 선택되는 어느 하나를 성분으로 포함하는 희석액이 첨가되는 것을 특징으로 하는 3차원의 곡면 표면을 갖는 임플란트용 기재상의 패턴 형성방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 노광 후에는 현상액에 30초 ~ 2분의 범위에서 침액하여 감광제를 식각하는 것을 특징으로 하는 3차원의 곡면 표면을 갖는 임플란트용 기재상의 패턴 형성방법.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제

Images