KR101353326B1 - 미세 흡착구조를 갖는 흡착패드 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미세 흡착구조를 갖는 흡착패드 제조방법에 관한 것으로, 특히, 실리콘 기판위에 1차 광리소그래피 및 열리플로우 공정을 이용하여 1차 반구형태의 어레이 미세 패턴을 형성하는 단계; 상기 1차 반구형태의 어레이 미세 패턴이 형성된 실리콘 기판 상에 2차 광리소그래피 공정에 의해 2차 미세 패턴을 형성하여 미세 흡착구조의 역상이 구현된 몰드를 제작하는 단계; 상기 미세 흡착구조의 역상이 구현된 몰드 위에 점착방지막을 형성하는 단계; 상기 점착방지막이 형성된 몰드에 흡착패드 재료인 폴리머와 경화제의 혼합액을 몰딩하여 경화하는 단계; 및 상기 경화가 완료된 흡착패드를 몰드로부터 분리해내는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 미세 흡착구조를 갖는 흡착패드 제조방법에 관한 것으로, 특히, 디스플레이용 유리 기판 및 반도체 웨이퍼 등과 같은 판형의 전자재료 및 기타 산업재료를 흡착, 이송할 때 그 판형 제품의 표면에 밀착하여 표면과의 사이에 형성되는 밀폐공간내의 진공에 의해 판형 제품을 흡착하는 흡착패드에 관한 것이다.
종래 디스플레이 유리 기판 및 반도체 웨이퍼 등과 같은 판형의 전자재료 및 기타 산업재료를 흡착, 이송할 때, 흡착패드를 사용해오고 있다. 이러한 종래의 흡착패드는 통상 자연모사공학을 응용하여 표면에 미세 흡착구조를 형성한다.
이러한 흡착패드와 관련하여, 한국등록특허 10-0811399와 한국공개특허 10-2009-0037668에는 폴리우레탄 시트를 사용한 흡착패드가 개시되어 있다. 그러나 상기 종래의 선행특허들은 정형화된 특정 흡착구조를 형성하기보다는 폴리우레탄이 발포되는 과정에서 생기는 극소미세발포층을 흡착면으로 사용하고 있으므로 흡착에 필요한 미세 구조의 조절과 이에 따른 흡착력의 조절이 어려운 문제점이 있다.
또한, 한국등록실용 20-0434642에서는 실리콘을 내부 패드로 구성하여 흡착소재 및 흡착패드의 흡착효율을 개선시켰지만, 진공발생기와 진공 제어장치 등의 별도의 자동화기기가 필요하고 패드의 구조가 복잡하며, 제작공정이 상대적으로 어려운 문제점이 있다.
그리고, 한국등록특허 10-0891964에서는 흡착기구에 사용되는 흡착패드에 점착성 소프트 연결수지를 융착 및 경화시켜 진공 흡착력과 점착력의 강화를 유도하였지만, 이 기술에서도 정형화된 미세 흡착구조를 포함하고 있지 않으며, 특히 습식 상태의 표면에서는 흡착력이 현저히 감소되는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하여 건식 또는 습식 표면에 대하여 모두 높은 흡착력을 갖도록 표면에 균일한 미세흡착구조를 갖는 흡착패드의 제조방법을 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 미세 흡착구조를 갖는 흡착패드의 제조방법은, 실리콘 기판상에 감광제를 이용하여 미세 흡착구조의 역상을 갖는 몰드를 제작하는 단계와, 제작된 몰드 위에 패드의 재료가 되는 폴리머를 몰딩한 후 분리함으로써 흡착패드를 제작하는 단계를 포함하고,
상기 실리콘 기판상에 감광제를 이용하여 미세 흡착구조의 역상을 갖는 몰드를 제작하는 단계는, 실리콘 기판을 세정 하는 단계와, 열 리플로우(Thermal reflow) 현상이 재현가능한 감광제(Photoresist)를 도포하고 1차 광리소그래피 공정을 통하여 미세 패턴을 형성하는 단계와, 열 리플로우(thermal reflow) 공정을 통하여 미세 흡착구조에서 곡면을 구성하는 반구형 어레이를 형성하는 단계와, 2차 감광제 코팅 및 광리소그래피 공정을 통해 미세 흡착구조에서의 몸체를 구성하는 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제작된 몰드 위에 패드의 재료가 되는 폴리머를 몰딩한 후 분리함으로써 흡착패드를 제작하는 단계는, 폴리머 몰딩 후 잘 분리될 수 있도록 표면에너지를 낮추어 주는 점착방지막을 증착하는 단계와, 폴리머와 경화제 혼합액의 기포 제거 후 몰딩하는 단계와, 자외선 처리 또는 열처리 등을 거쳐 경화한 후 분리시키는 단계를 포함한다.
여기서, 1차 감광제 미세 패턴은, 10um ~ 1000um 영역의 지름 및 5um ~ 500um 영역의 높이를 갖는 반구형태의 어레이로 형성한다. 상기 2차 감광제 미세 패턴은, 1차 감광제 미세 패턴의 지름보다 2~5배 더 큰 지름을 가지고, 1차 감광제 미세 패턴의 높이보다 2~5배 더 높은 높이를 갖는 반구형태의 어레이를 갖는다. 상기 점착방지막은, 플라즈마 화학기상증착법 또는 자기조립단분자막증착법에 의해 증착한다. 상기 플라즈마화학기상증착법은, C4F8가스 5~30sccm, 압력 150~500mTorr, 플라즈마 전력 150~300W의 조건에서 5~30분 동안 수행한다.
상기 흡착패드 재료인 폴리머는, PDMS(Polydimethylsiloxane), PMMA:Polymethylmethacrylate, TPE(Thermoset polyester), PS(Polystyrene) 및 PU(Polyurethane)으로 구성된 그룹중 선택된 어느 하나의 재료를 사용할 수 있다.
본 발명은 포토마스크(photo-mask) 기판에 그려진 미세 패턴(pattern)을 웨이퍼 상에 전사(projection)하는 반도체 광리소그래피(photolithography) 공정을 이용하므로 매우 균일한 3차원 미세 흡착구조를 갖는 흡착패드의 몰드를 제작할 수 있다. 이렇게 제작된 몰드 위에 흡착 패드를 형성할 폴리머를 몰딩한 후 자외선처리 또는 열처리 등을 거쳐 경화시킨 후 분리시킴으로써, 최종적으로는 흡착 소재의 건식 또는 습식 분위기에 상관없이 진공 상태를 구현할 수 있는 미세 흡착구조를 갖는 흡착패드를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 미세 흡착구조를 갖는 흡착패드의 제조방법에 대한 공정흐름도이다.
도 2는 도 1의 제조방법에 따른 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 1차 감광층 패턴 및 열 리플로우 현상 후의 반구형 패턴에 대한 SEM(전자주사현미경) 이미지이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 1차와 2차 감광층 패턴이 결합된 균일한 배열의 미세 흡착구조 제조용 실리콘 몰드의 SEM 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 실리콘 몰드와 폴리머 몰딩 후 몰드로부터 분리된 흡착패드의 미세 흡착구조에 대한 SEM 이미지이다.
도 2는 도 1의 제조방법에 따른 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 1차 감광층 패턴 및 열 리플로우 현상 후의 반구형 패턴에 대한 SEM(전자주사현미경) 이미지이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 1차와 2차 감광층 패턴이 결합된 균일한 배열의 미세 흡착구조 제조용 실리콘 몰드의 SEM 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 실리콘 몰드와 폴리머 몰딩 후 몰드로부터 분리된 흡착패드의 미세 흡착구조에 대한 SEM 이미지이다.
이하, 본 발명에 따른 미세 흡착구조를 갖는 흡착패드의 제조방법의 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 미세 흡착구조를 갖는 흡착패드 제조방법에 대해 설명한다. 본 발명의 미세 흡착구조를 갖는 흡착패드 제조방법은 도 1의 단계 a 내지 단계 f로 이루어지는 데, 각 단계별 공정을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
기판 세정단계(도 1의 단계 a, 도 2의 (a) 단계):
먼저 실리콘 기판(10)을 세정하여 표면의 유기물 및 파티클을 제거한다. 이 때 SC-1 또는 Piranha 세정액을 이용한 반도체 세정 공정을 통하여 기판 세정작업을 한다.
상기 SC-1 세정은 암모니아수, 과산화수소, 초순수를 각각 1:1:5 의 부피비로 혼합한 SC-1 세정액을 섭씨 78~80도의 온도로 가열한 뒤 그 세정액에 실리콘 기판을 담구어 세정하는 것이 바람직하다.
1차 광 리소그래피 공정( first photo lithography )(도 2의 (b)-(c); 도 1의 단계 b)
이후, 1차 광리소그래피 공정을 수행한다. 더욱 상세하게는 세정된 실리콘 기판(10)위에 1차 감광제(20)를 도포하고(포토레지스터(PR) coating)(도 2의 (b)), 자외선 노광장비(UV aligner)를 이용하여 특정 노광 에너지를 조사(Exposure)한 뒤 현상(Development)하여 포토마스크(photo-mask)상의 패턴과 동일한 1차 감광제 미세 패턴(21)을 형성한다(도 2의 (c)).
상기 1차 감광제는 열 리플로우(Thermal reflow) 현상이 가능한 감광제를 사용하고, 실리콘 기판(10)상에 균일하게 도포 후에는 10~100um 두께의 층을 가지는 것이 바람직하다.
상기 노광 에너지는 감광제의 종류와 두께에 따라 자외선 파장영역 및 에너지량을 조절하는 것이 바람직하다. 상기 포토마스크 상의 패턴은 포토마스크의 종류에 따라 1um에서 mm 단위까지 다양하게 설계할 수 있다.
열
리플로우
단계(도 1의 단계 C 및 도 2의 (d) 단계)
그리고나서, 표면에 감광제 미세 패턴(21)이 형성된 실리콘 기판(10)을 핫플레이트(hot plate)(30)에 얹거나 오븐(oven)에 넣고 일정시간 일정온도에서 열을 가함으로써 1차 감광제 미세 패턴(21)을 반구형의 미세 패턴으로 형성하는 열 리플로우 공정을 수행한다.
상기 핫플레이트(30) 또는 오븐의 온도는 섭씨 130~200도 영역에서 수행하는 것이 바람직하며, 시간은 1~5분 영역에서 수행하는 것이 바람직하다. 이와 같은 열 리플로우 단계를 통하여 1차 감광제 미세패턴은 반구형으로 변형된다.
2차 광리소그래피 공정(도 1의 단계 d, 도 2의 (e) 및 (f))
다음으로 2차 광리소그래피 공정을 수행한다. 더욱 상세하게는 2차 감광제 (40)을 도포하고 이미 형성된 1차 감광제 미세 패턴(21)과 정렬(Alignment)을 수행한 후, 자외선 노광장비를 이용하여 특정 노광 에너지를 조사한 뒤 현상하면 포토마스크 상의 패턴과 동일한 2차 감광제 패턴(41)이 형성된 실리콘 몰드를 제작한다.
상기 기 형성된 1차 감광제 미세 패턴(21)과 정렬은 자외선 노광장비 내의 광학렌즈를 통해 가능하며, 이 때 정렬 마크(Align mark)는 1차와 2차 패턴의 정확한 미세 정렬을 위해 포토마스크 상에 미리 설계하는 것이 바람직하다.
상기 2차 광리소그래피 공정을 통해 형성된 2차 감광제 패턴(41)은 차후 미세 흡착 구조에서 몸체를 구성하게 되는 부분이며, 따라서 2차 감광제의 두께는 1차 감광제의 두께보다 두껍게 제작하는 것이 바람직하다. 즉, 바람직하게는
폴리머
몰딩 공정(도 1의 단계 e, 도 2의 (g))
상기한 바와 같이 제작된 실리콘 몰드 위에 점착방지막을 증착하고, 흡착패드의 재료가 되는 폴리머 및 경화제가 일정 부피비 배합된 혼합액(50)을 부은 후 자외선 처리 또는 열처리 등을 통하여 일정시간 경화시킨다.
상기 점착방지막은 플라즈마화학기상증착법(PECVD : Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 또는 자기조립단분자막증착법(SAM : Self Assembled Monolayer)을 이용하여 증착할 수 있다.
상기 플라즈마화학기상증착법은, C4F8 가스 5~30sccm, 압력 150~500mTorr, 플라즈마 전력 150~300W의 조건에서 5~30분 동안 수행될 수 있다.
상기 폴리머의 종류는 흡착패드의 재료가 되는 폴리머로써, PDMS(Polydimethylsiloxane), PMMA(Polymethylmethacrylate), TPE(Thermoset polyester), PS(Polystyrene) 및 PU(Polyurethane) 중 어느 하나일 수 있다.
상기 폴리머와 경화제의 혼합액은 종류에 따라 일정 부피비로 배합 후 진공 데시케이터에서 감압처리를 통해 기포를 제거하여 준비할 수 있다.
실리콘
몰드에서
흡착패드
분리(도 1의 단계 f, 도 2의 (h))
마지막으로 경화된 흡착패드를 실리콘 몰드로부터 분리해냄으로써 최종 본 발명에 따른 미세 흡착구조를 갖는 흡착패드(60)를 제조할 수 있다.
본 발명은 상기 제조방법에 따라 제조된 흡착패드를 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하도록 한다.
기판 세정을 위하여 황산과 과산화수소를 4:1의 부피비로 혼합한 Piranha 용액을 준비하고, 실리콘 기판을 상기 Piranha 용액에 10분간 넣어 기판상 유기물을 제거하였다.
다음으로 1차 광리소그래피를 위해 스핀코터를 사용하여 감광제를 도포하였다. 상기 감광제로는 양성(Positive) 감광제(Photoresist) 종류 중 하나이면서 패턴 형성 후 열리플로우 현상이 가능한 AZP4620® 감광제를 사용하였다. 세정된 실리콘 기판 위에 AZP4620® 감광제를 약 10~30ml 정도 붓고 800rpm의 속도로 30초간 회전시켜 도포하였다.
이어서, 감광제가 도포된 실리콘 기판을 110℃ 온도의 핫플레이트 상에서 1분간 베이킹(baking) 하였다.
다음으로 미리 설계된 1차 포토마스크와 자외선 노광장비를 이용하여 365~436nm (Broad-band) 파장 영역의 자외선을 약 3000~4000mJ/cm2의 에너지만큼 조사한 후, AZP4620® 감광제의 현상액인 AZ400K®를 사용하여 약 15~20분간 현상하면 1차 미세 패턴을 얻을 수 있다. 상기 실시예 1의 1차 광리소그래피 후 형성된 미세 패턴의 FE-SEM 이미지(a)를 도 3에 나타내었다.
이후, 실리콘 기판 위에 형성된 감광제 미세 패턴을 130℃ 온도의 핫플레이트 위에서 3분간 유지시켜 열리플로우 공정을 수행하였다. 상기 실시예 1의 열리플로우 현상 이후에 형성된 미세 패턴의 FE-SEM 이미지(b)를 도 3에 나타내었다.
다음으로 2차 광리소그래피를 위해 음성(Negative) 감광제 종류 중 하나이면서 50~300um 두께의 형성이 가능한 SU-8 감광제를 스핀코터를 사용하여 1500rpm의 속도에서 30초간 회전시켜 도포하였다.
이어서, 2차 감광제가 도포된 실리콘 기판을 65℃의 온도에서 20분간 베이킹 후, 다시 95℃ 온도에서 50분간 베이킹 하였다.
이후, 자외선 노광장비를 사용하여 2차 포토마스크와 1차 미세 패턴이 형성된 실리콘 기판을 정확히 정렬한 후, 365nm (I-line) 파장의 자외선을 750~1000mJ/cm2의 에너지로 2차 노광한 뒤, SU-8 현상액으로 약 15분간 현상하면 2차 미세 패턴을 얻을 수 있다. 2차 광리소그래피 공정을 수행하면, 미세 흡착구조의 역상을 갖는 미세 패턴을 지닌 감광제 몰드를 제작할 수 있다. 상기 미세 흡착구조의 역상을 갖는 미세 패턴을 지닌 감광제 몰드의 FE-SEM 이미지를 도 4에 나타내었다.
상기 감광제 몰드의 미세 패턴은 상기 실시예 1에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 미세 흡착구조의 형태는 도 4에서 예시하였으나, 경우에 따라 3차원 미세 패턴의 크기와 형태는 달리 정할 수 있다.
다음으로 미세 흡착구조를 갖는 흡착패드의 제조를 위해, 상기 제작된 감광제 몰드 위에 1~100nm 두께의 점착방지막을 증착하였다.
상기 점착방지막은 플라즈마화학기상증착법 또는 자기조립박막증착법을 이용하여 증착할 수 있으며, 본 실시예 1에서는 플라즈마화학기상증착법을 이용하여 증착하였다.
상기 플라즈마화학기상증착법은 약 50nm 두께의 점착방지막을 증착하기 위하여 C4F8 가스 30sccm, 압력 150mTorr, 플라즈마 전력 300W의 조건에서 5분 동안 수행하였다.
이어서, 흡착패드의 재료로서 폴리머 재료 중 하나인 PDMS(Polydimethylsiloxane)와 경화제를 10:1의 부피비로 혼합한 뒤 진공데시케이터에서 감압처리를 통해 기포를 제거하였고, 점착방지막이 증착된 감광제 몰드에 부은 후 65℃ 온도의 오븐에서 약 3시간 30분 정도 유지시켜 열경화하였다.
마지막으로 열경화가 완료된 흡착패드를 몰드로부터 분리해냄으로써 최종 본 발명을 통한 미세 흡착구조를 갖는 흡착패드를 제조할 수 있다.
상기 몰드로부터 분리해낸 PDMS 흡착패드의 FE-SEM 이미지(b)를 도 5에 나타내었다.
10: 부호의 설명 20: 1차 감광제
21: 1차 감광제 미세 패턴 30: 핫플레이트
40: 2차 감광제 41: 2차 감광제 미세 패턴
50: 폴리머와 경화제의 혼합액 60: 흡착패드
21: 1차 감광제 미세 패턴 30: 핫플레이트
40: 2차 감광제 41: 2차 감광제 미세 패턴
50: 폴리머와 경화제의 혼합액 60: 흡착패드
Claims (6)
- 표면에 미세 흡착구조를 갖는 흡착패드 제조방법에 있어서,
상기 흡착패드 제조방법은,
실리콘 기판위에 1차 광리소그래피 및 열리플로우 공정을 이용하여 10um ~ 1000um의 지름 및 5um ~ 500um의 높이를 갖는 반구형태 어레이(array)로 형성된, 1차 감광제 미세 패턴을 형성하는 단계;
상기 반구형 1차 감광제 미세 패턴이 형성된 실리콘 기판 상에, 2차 광리소그래피 공정에 의해 1차 감광제 미세 패턴의 지름보다 2~5배 더 큰 지름과, 1차 감광제 미세 패턴의 높이보다 2~5배 더 높은 높이를 갖는 2차 감광제 미세 패턴을 형성하여 미세 흡착구조의 역상이 구현된 몰드를 제작하는 단계;
상기 미세 흡착구조의 역상이 구현된 몰드 위에 플라즈마 화학기상증착법 또는 자기 조립 단분자막 증착법에 의해 점착방지막을 형성하는 단계;
상기 점착방지막이 형성된 몰드에 흡착패드 재료인 폴리머와 경화제의 혼합액을 몰딩하여 경화하는 단계; 및
상기 경화가 완료된 흡착패드를 몰드로부터 분리해내는 단계를 포함하는 미세 흡착구조를 갖는 흡착패드 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 플라즈마화학기상증착법은, C4F8 가스 5~30sccm, 압력 150~500mTorr, 플라즈마 전력 150~300W의 조건에서 5~30분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 미세 흡착구조를 갖는 흡착패드 및 그 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 흡착패드 재료인 폴리머는,
PDMS(Polydimethylsiloxane), PMMA:Polymethylmethacrylate, TPE(Thermoset polyester), PS(Polystyrene) 및 PU(Polyurethane)으로 구성된 그룹중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 미세 흡착구조를 갖는 흡착패드 제조방법.
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| KR1020110139159A KR101353326B1 (ko) | 2011-12-21 | 2011-12-21 | 미세 흡착구조를 갖는 흡착패드 제조방법 |
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| KR20130071756A KR20130071756A (ko) | 2013-07-01 |
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| KR20070111922A (ko) * | 2006-05-19 | 2007-11-22 | 충남대학교산학협력단 | 무기고분자 및 친수성 고분자를 이용한 미세·나노유체 소자및 ｍｅｍｓ 미세구조물 제조 방법 |
| KR100891964B1 (ko) * | 2008-06-30 | 2009-04-08 | 송순영 | 점착성 수지가 부착된 흡착패드의 제조 방법 |
| KR20110077962A (ko) * | 2009-12-30 | 2011-07-07 | 주식회사 하이닉스반도체 | 노광 과정으로 웨이퍼 상에 패턴을 형성하는 방법 |
-
2011
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