KR101696814B1 - 광 리소그래피를 이용한 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 및 그 제조 방법 - Google Patents
광 리소그래피를 이용한 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 및 그 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101696814B1 KR101696814B1 KR1020150170060A KR20150170060A KR101696814B1 KR 101696814 B1 KR101696814 B1 KR 101696814B1 KR 1020150170060 A KR1020150170060 A KR 1020150170060A KR 20150170060 A KR20150170060 A KR 20150170060A KR 101696814 B1 KR101696814 B1 KR 101696814B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- lattice structure
- plane
- solid
- lattice
- thin film
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
- G03F7/2051—Exposure without an original mask, e.g. using a programmed deflection of a point source, by scanning, by drawing with a light beam, using an addressed light or corpuscular source
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/0037—Production of three-dimensional images
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/26—Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
- H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
- H01L21/0273—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers characterised by the treatment of photoresist layers
- H01L21/0274—Photolithographic processes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
Abstract
본 발명은 광 리소그래피를 이용한 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다. 상기 구조체는, 면외 격자 요소 및 면내 격자 요소를 포함하고, 상기 면외 격자 요소 및 면내 격자 요소는 경질 박막으로 이루어진 중공격자형으로 형성되되 그 내부가 상호 연통되어 있는 것을 특징으로 하고, 경질 박막을 포함하는 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 제조방법으로서, (a) 제1 액상 감광성수지 벌크에 대해 면외 방향에서 점형 패턴에 따라 자외선을 조사하여 3차원 격자 형태의 면외 고상수지 격자 구조체를 형성하는 단계; (b) 면내 방향으로 배치된 제2 액상 감광성수지층에 대해 선형 패턴에 따라 자외선을 조사하는 과정을 반복하여, 상기 면외 고상수지 격자 구조체의 면내 방향에 수직한 방향으로 일정한 간격을 두고 형성되되 상기 면외 고상수지 격자 구조체와 일체를 이루는 2차원 격자 형태의 복수의 면내 고상수지 격자 구조체를 형성하는 단계; (c) 상기 면외 고상수지 격자 구조체 및 면내 고상수지 격자 구조체로 이루어진 고상수지 격자 구조체의 표면에 경질 박막을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 경질 박막의 일부를 제거하여 내부의 상기 고상수지 격자 구조체의 일부를 노출시킨 후 제거하는 단계;를 포함하고, 상기 극저밀도 3차원 격자 구조체는 상기 (a) 및 (b) 단계를 통해 형성된 고상수지 격자 구조체를 템플릿으로 하여 중공격자형의 면외 격자 요소 및 면내 격자 요소가 일체로 형성되는 방식으로 제조된다. 본 발명에 따른 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체는, 경질 박막으로 이루어진 중공격자형이고 면외 격자 요소에 면내 격자 요소가 추가되어 중량 대비 높은 강도 및 강성 가지며, 광리소그래피 기술을 채택함으로써 종래 다른 극저밀도 소재를 제조하는 방법과 비교하여 제품 크기의 대형화 및 대량 생산성에 있어 유리하다.
Description
본 발명은 극저밀도 3차원 박막 구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 광 리소그래피를 이용한 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래 스티로폼, 스펀지, 에어로젤, 발포 금속 등의 저밀도 물질은 내부에 존재하는 불규칙적인 셀이 결함으로 작용하여 기계적 강도(strength) 및 강성(stiffness)이 떨어지는 문제가 있다.
최근 극저밀도 소재 중 하나로 2011년 11월자 Science 지(紙) (T.A. Schaedler, et al., Science, Vol.334. pp.962-965 November 18, 2011)에는 3차원 격자 트러스 구조를 가지며 밀도가 물의 1/1000 수준의 새로운 개념의 극저밀도 금속 마이크로격자(micro-lattice)가 소개된 바 있다. 도 1은 이러한 금속 마이크로격자를 제조하는 방법을 나타낸다. 먼저 자외선에 노출되면 고체화되는 액상 감광성수지(photo monomer) 벌크에 미세한 구멍이 규칙적으로 천공된 패턴을 갖는 마스크(mask)를 상기 벌크의 특정면에 배치한 상태에서 그 위로 자외선을 조사한다. 마스크를 통과한 다수의 빔(beam) 형태의 자외선에 노출된 액상 감광성수지는 고체화된다. 고상수지는 액상 감광성수지보다 밀도가 높기 때문에, 자외선은 고상수지 내부로 전반사가 유도되어 분산되지 않고 직진하는, 소위 "self propagating" 현상이 발생한다. 자외선 조사 방향을 다르게 하여 이러한 과정을 복수의 방향으로 반복함으로써 액상 감광성수지 벌크 내부에 고상수지로 이루어진 격자를 형성하게 된다. 고상수지 마이크로격자로부터 액상 감광성수지를 제거한 후, 고상수지 마이크로격자의 표면에 니켈 합금인 NiP를 자기촉매 무전해(autocatalytic electoroless) 도금한 후, 고상수지를 화학적 에칭으로 제거함으로써 도 2와 같은 극저밀도이면서도 상대적으로 높은 강도와 강성을 갖는 마이크로격자(Microlattice)를 완성한다.
이러한 마이크로격자(Microlattice)는 반도체 제조 공정으로 잘 확립된 일종의 광 리소그래피(lithography) 기술에 기반을 두고 있으며 극저밀도와 상대적으로 높은 강도와 강성 등을 갖는 장점이 있다.
가장 최근의 또 다른 극저밀도 소재로서 2013년 Nature Materials 지(紙) (D. Jang, et al., Nat. Mater., Vol. 12, pp. 893-898, 2013)와 2014년 Science 지(紙) (L.R. Meza, et al., Science, Vol. 345, pp. 1322-1326, 2014)에는 나노 격자(Nanolattice)라고 명명된 새로운 극저밀도 구조체가 소개된 바 있고, 2014년 Science 지(紙) (X. Zheng, et al., Science, Vol. 344, pp. 1373, 2014)에는 기계적 메타재료(Mechanical Metamaterial)이라고 명명된 세번째 극저밀도 재료가 소개된 바 있다. 이러한 가장 최근의 나노 격자(nanolattice)와 'Mechanical Metamaterial'는 광 리소그래피로 고상수지로 구성된 3차원 격자 구조체를 만들고 표면에 고경도 물질을 코팅한 후 내부 고상수지를 식각하는 방법으로 제조된다는 점에서 상기한 마이크로격자(Microlattice)와 동일하지만, 나노 격자(nanolattice)와 'Mechanical Metamaterial'에 사용된 광 리소그래피 기술은 각각 2광자(Two Photon) 리소그래피와 프로젝션 마이크로스테레오(Projection microstereo) 리소그래피로서 일종의 3D 프린팅법이다. 따라서, 면내 격자 요소가 결여되지 않은 안정적인 팔면체(Octahedron) 또는 옥테트(Octet) 격자 구조를 가지므로 무게 대비 강도가 높다.
한편, 상기한 나노 격자(nanolattice)와 'Mechanical Metamaterial' 은 무게 대비 강도가 높은 것에 불구하고 그 제조에 사용되는 리소그래피 기술은 속도가 매우 느려 대량 생산에 적용되기에 극히 부적절하며 제품 크기 또한 수 내지 수백 마이크로미터 수준의 초소형이어서 공학적 응용에 큰 제약이 되고 있다.
반면에 마이크로격자(Microlattice)는 반도체 제조 공정으로 잘 확립된 마스크(mask) 기반으로 하고 "self propagating" 현상을 이용하기 때문에 상대적으로 대형의 제품 크기로 대량 생산이 가능하지만, 면외(out-of-plane) 방향으로만 조사되는 자외선에 의하여 격자 요소가 만들어지기 때문에 면내(in-plane) 방향으로의 격자 요소가 결여되어 구조적 안정성이 떨어지는 단점이 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 단위 셀에 점선으로 표시된 위치에 면내(in-plane) 격자 요소가 존재하지 않기 때문에 격자 요소의 수평 방향 변형을 억제할 수가 없어 쉽게 변형되는 현상이 발생한다.
- 2011년 11월자 Science 지(紙) (T.A. Schaedler, et al., Science, Vol.334. pp.962-965 November 18, 2011)
- 2013년 Nature Materials 지(紙) (D. Jang, et al., Nat. Mater., Vol. 12, pp. 893-898, 2013)
- 2014년 Science 지(紙) (L.R. Meza, et al., Science, Vol. 345, pp. 1322-1326, 2014)
- 2014년 Science 지(紙) (X. Zheng, et al., Science, Vol. 344, pp. 1373, 2014)
본 발명은, 광 리소그래피에 기초하여, 수백 나노미터 두께의 박막으로 이루어지고 또한 면내 격자 요소가 구비된, 무게 대비 강도 및 강성이 높은 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 종래 마이크로 격자의 기계적 강성을 증가시킴과 동시에 밀도 증가는 최소화하기 위해서는, 기존 면외 격자 요소에 더하여 면내 격자 요소를 추가로 형성할 필요성이 있음을 인지하였다. 한편, 본 발명자들은 마이크로격자에 면내 격자 요소를 추가하는 방안을 더욱 구체화하는 과정에서, 박막 구조체 형성을 위한 템플릿 제작시 면외 격자 요소를 미리 성형한 후 면외 격자 요소의 면내 방향에 수직한 방향으로 소정 간격을 두고 복수의 면내 격자 요소를 순차적으로 형성하는 것에 착안하고, 이를 광 리소그래피 기술에 접목함으로써 본 발명에 이르게 되었다. 이상의 해결과제에 대한 인식 및 이에 기초한 해결수단에 관한 본 발명의 요지는 아래와 같다.
(1) 경질 박막을 포함하는 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 제조방법으로서, (a) 제1 액상 감광성수지 벌크에 대해 면외 방향에서 점형 패턴에 따라 자외선을 조사하여 3차원 격자 형태의 면외 고상수지 격자 구조체를 형성하는 단계; (b) 면내 방향으로 배치된 제2 액상 감광성수지층에 대해 선형 패턴에 따라 자외선을 조사하는 과정을 반복하여, 상기 면외 고상수지 격자 구조체의 면내 방향에 수직한 방향으로 일정한 간격을 두고 형성되되 상기 면외 고상수지 격자 구조체와 일체를 이루는 2차원 격자 형태의 복수의 면내 고상수지 격자 구조체를 형성하는 단계; (c) 상기 면외 고상수지 격자 구조체 및 면내 고상수지 격자 구조체로 이루어진 고상수지 격자 구조체의 표면에 경질 박막을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 경질 박막의 일부를 제거하여 내부의 상기 고상수지 격자 구조체의 일부를 노출시킨 후 제거하는 단계;를 포함하고, 상기 극저밀도 3차원 격자 구조체는 상기 (a) 및 (b) 단계를 통해 형성된 고상수지 격자 구조체를 템플릿으로 하여 중공격자형의 면외 격자 요소 및 면내 격자 요소가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 제조방법.
(2) 상기 (b)에서, (b-1) 표면이 상기 면외 고상수지 격자 구조체의 면내 방향으로 상기 제2 감광성수지층를 제공하는 단계;와, (b-2) 상기 제2 액상 감광성수지층의 표면에 선형 패턴에 따라 자외선을 조사하는 단계;를 포함하고, 상기 (b-1) 및 (b-2)는 상기 면외 고상 수지 격자 구조체의 면내 방향에 수직한 방향으로 일정한 간격을 두고 반복적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 제조방법.
(3) 상기 (a)에서, 제1 액상 감광성수지 벌크의 대향되는 면 쌍에 자외선 투과성 판을 배치한 상태에서 자외선을 조사하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 제조방법.
(4) 상기 면외 고상 수지 격자 구조체의 면내 방향에 수직한 방향에 대한 상기 제2 액상 감광성수지층의 높이 조절은 불활성 유체를 이용하는 것을 특징으로 하는 상기 (2)의 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 제조방법.
(5) 상기 (d)에서, 상기 고상수지 격자 구조체의 측면이 노출되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 제조방법.
(6) 상기 (b)에서, 상기 고상수지 격자 구조체의 상하면 또는 측면에 고상수지 면재를 일체로 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 제조방법.
(7) 상기 (d)에서, 상기 경질 박막 일부의 제거는 기계적 연마, 전해 연마 또는 화학적 에칭 중 어느 하나의 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 제조방법.
(8) 상기 (d)에서, 상기 고상수지 격자 구조체의 제거는 화학적, 물리적, 열적 또는 광학적인 방법 중 어느 하나의 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 제조방법.
(9) 면외 격자 요소 및 면내 격자 요소를 포함하고, 상기 면외 격자 요소 및 면내 격자 요소는 경질 박막으로 이루어진 중공격자형으로 형성되되 그 내부가 상호 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체.
(10) 상기 경질 박막은 금속, 폴리머 또는 세라믹 중 어느 하나 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 상기 (9)의 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체.
(11) 상하면 또는 측면에 단일 시트의 면재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 (9)의 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체.
(12) 상기 3차원 박막 격자 구조체는 피라미드, 옥테트, 사면체, 8면체, 카고메 중 어느 하나의 단위셀로 이루어진 것을 특징으로 하는 상기 (9)의 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체.
본 발명에 따른 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체는, 경질 박막으로 이루어진 중공격자형이고 면외 격자 요소에 면내 격자 요소가 추가되어 중량 대비 높은 강도 및 강성을 갖기 때문에, 종래 단순히 면외 격자 요소만으로 이루어진 마이크로격자가 갖는 구조적 불안정성을 효과적으로 해결할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체는, 중량 대비 높은 강도와 강성이 요구되는 경량 구조재로 유리하게 활용될 수 있고, 상대적으로 큰 비표면적이 요구되는 열전달 매체 또는 촉매 지지체 등의 용도로도 유리하게 활용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 제조 방법은, 종래 마이크로격자 제조 방법을 개량 보완함으로써 종래 나노 격자 또는 'Mechanical Metamaterial'과 같은 다른 극저밀도 소재를 제조하는 방법과 비교하여 제품 크기의 대형화 및 대량 생산성에 있어 유리하다.
도 1은 종래 마이크로격자의 제조방법에 대한 공정 개념도.
도 2는 종래 마이크로격자의 구조도.
도 3은 압축 하중이 인가된 종래 마이크로 격자의 붕괴현상을 나타내는 모식도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 제조방법에 대한 공정 개념도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 제조방법에 대한 공정 개념도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 점형 패턴 마스크, 자외선 조사방법과 그에 따른 면외 고상수지 격자 구조체의 구조도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 선형 패턴 마스크, 자외선 조사방법과 그에 따른 고상수지 격자 구조체의 구조도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 점형 패턴 마스크, 자외선 조사방법과 그에 따른 면외 고상수지 격자 구조체의 구조도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 패턴 마스크, 자외선 조사방법과 그에 따른 고상수지 격자 구조체의 구조도.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 다종의 선형 패턴 마스크와, 그에 따른 고상수지 격자 구조체의 정면도 및 측면도.
도 11은 본 발명에 따른 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체에 대한 구조해석에 관한 결과 도면.
도 2는 종래 마이크로격자의 구조도.
도 3은 압축 하중이 인가된 종래 마이크로 격자의 붕괴현상을 나타내는 모식도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 제조방법에 대한 공정 개념도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 제조방법에 대한 공정 개념도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 점형 패턴 마스크, 자외선 조사방법과 그에 따른 면외 고상수지 격자 구조체의 구조도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 선형 패턴 마스크, 자외선 조사방법과 그에 따른 고상수지 격자 구조체의 구조도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 점형 패턴 마스크, 자외선 조사방법과 그에 따른 면외 고상수지 격자 구조체의 구조도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 패턴 마스크, 자외선 조사방법과 그에 따른 고상수지 격자 구조체의 구조도.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 다종의 선형 패턴 마스크와, 그에 따른 고상수지 격자 구조체의 정면도 및 측면도.
도 11은 본 발명에 따른 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체에 대한 구조해석에 관한 결과 도면.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예의 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 한편, 도면에서 동일 또는 균등물에 대해서는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하였으며, 또한 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
기본적으로, 본 발명에 따른 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체는 면외 격자 요소 및 면내 격자 요소를 포함하고, 상기 면외 격자 요소 및 면내 격자 요소는 경질 박막으로 이루어진 중공(hollow)격자형으로 형성되되 그 내부가 상호 연통되어 있는 것을 특징으로 한다. 이러한 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체는, 면내 격자 요소를 구비한 고상수지 격자 구조체를 템플릿으로 하여, 그 외면에 박막을 형성한 후 해당 템플릿을 제거하는 방식으로 제조된다. 이 경우, 고상수지 격자 구조체 템플릿은, 면외 고상수지 격자 구조체와 면내 고상수지 격자 구조체가 일체로 형성된 구조이며, 이러한 고상수지 격자 구조체 템플릿의 형성 방법에 대해 아래의 도 4의 제1 실시예 및 도 5의 제2 실시시예를 통해 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 제조방법에 대한 공정 개념도이다.
먼저, 소정의 용기(20)에 수용된 제1 액상 감광성수지(110) 벌크에 일정한 점형 패턴으로 각각 정해진 방향을 따라 자외선을 조사한다(S10). 제1 액상 감광성수지(110)의 종류는 자외선의 내부 침투가 용이하여 "self propagating" 현상을 유도하기에 유리한 것이 바람직하며, 예컨대 thiol-ene 계 수지 등이 사용될 수 있다.
이러한 점형 패턴 형태의 자외선 조사는 도 6 또는 도 8에 도시된 점형 패턴 마스크(40)를 이용하여 수행될 수 있으며, 또는 자외선을 직접 조사(maskless lithography)하거나 혹은 DLP라는 다수의 거울 소자로 구성된 반사판을 이용하여 수행될 수 있다.
한편, 제1 액상 감광성수지(110)와 마스크(40) 사이에는 자외선 투과성 판(32)을 설치함으로써, 마스크(40)가 제1 액상 감광성수지(110)와 직접 접촉하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이는 마스크(40)에 제1 액상 감광성수지(110)가 부착되어 재사용이 곤란해지는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 이러한 자외선 조사는 실시예에서와 같이 상기 제1 액상 감광성수지(110) 벌크의 어느 하나의 면에 대해 수행될 수 있다.
이에 따라, 종래 마이크로격자 형성 과정에서와 마찬가지로, 고상수지는 제1 액상 감광성수지(110)보다 밀도가 높기 때문에 자외선은 먼저 경화된 고상수지 내부로 전반사되어 직진하는 소위 "self propagating" 현상에 의해 제1 액상 감광성수지(110) 벌크 전체를 관통하여 마스크 패턴에 대응되는 3차원 격자 형태의 면외 고상수지 격자 구조체(122)가 형성된다.
다음으로, 잔류 미경화 제1 액상 감광성수지(110)를 부어 제거함으로써 면외 고상수지 격자 구조체(122)만을 남긴다(S20). 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 내부에는 제1 액상 감광성수지(110)가 제거된 영역에 대응하여 공극(116)이 형성된다.
이 경우, 상기 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 하부를 상기 자외선 투과성 판(32)과 평행하도록 평탄하게 연삭하는 것이 바람직하다. 자외선이 제1 액상 감광성수지(110)를 통과하면서 감쇄되기 때문에 "self propagating"에 따른 자외선 도달 깊이에는 한계가 있고 통상적으로 수용 용기(20)의 깊이를 크게 할 경우 내부에 형성되는 면외 고상수지 격자 구조체(122)는 제1 액상 감광성수지(110)에 부유된 상태로 제조되기 때문에, 이러한 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 하부에 대한 연삭 과정이 수반되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 상부와 하부 면은 평행을 이룬다.
다음으로, 면외 고상수지 격자 구조체(122)와 일체를 이루며, 상기 면외 고상 수지 격자 구조체(122)의 면내 방향(도면에서 수평방향)에 수직한 방향으로 일정한 간격을 두고 2차원 격자 형태의 복수의 면내 고상수지 격자 구조체(124; 124a, 124b)를 형성한다(S30A ~ S30D).
구체적으로, 면외 고상수지 격자 구조체(122)는 용기(22) 내부에 수용되고 제2 액상 감광성수지(112) 박층은 이보다 밀도가 큰 불활성 유체(114)에 의해 용기(22) 내에서 부유된 상태에서, 불활성 유체 공급수단(24)으로부터 불활성 유체(114)를 공급하여 제2 액상 감광성수지(112) 박층이 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 면내 방향에 수직한 방향으로(도면에서 수직방향) 높이가 조절되어 소정 위치, 즉 실시예에서와 같이 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 격자 교차점에 도달되도록 한다(S30A).
이 경우, 상기 제2 액상 감광성수지(112)의 종류는 상기 제1 액상 감광성수지(110)과는 달리 자외선의 내부 침투가 억제되어 "self propagating" 현상이 유도되지 않는 것이 바람직하며, 예컨대 ㈜ 한영화학공업의 M-10 레진 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 불활성 유체(114)는 제2 액상 감광성수지(112)와 반응하지 않으면서 밀도가 높은 유체로서, 예컨대 3M사의 Fluorinert FC-70 등이 사용될 수 있다.
이 상태에서, 상기 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 상부에 도7 또는 도 9에 도시된 선형 패턴 마스크(42)를 배치하고 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 면내 방향에 수직한 방향으로 자외선을 조사하여 제2 액상 감광성수지(112) 박층의 일부를 경화시킴으로써, 2차원 격자 형태의 면내 고상수지 격자 구조체(124a)가 상기 면외 고상 수지 격자 구조체(122)와 일체로 형성되고(S30B), 표면에 노출된 제2 액상 감광성수지(112) 중 선형 패턴으로 경화되지 않는 것은 액상으로 잔류된다. 이 경우, 제2 액상 감광성수지(112) 박층 위로 존재하는 면외 고상수지 구조체(122)에 의해 자외선 조사가 간섭될 수 있으나, 경화된 고상수지 구조체(122)는 투명하기 때문에 자외선 조사 강도를 상대적으로 세게 함으로써 이와 같은 문제를 완화할 수 있다.
계속하여, 상기 S30A에서와 마찬가지로, 불활성 유체 공급수단(24)으로부터 불활성 유체(114)를 추가 공급하여 경화되지 않고 잔류된 제2 액상 감광성수지(112) 박층을 상방향으로 이동시켜 소정 위치, 즉 실시예에서와 같이 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 또 다른 격자 교차점에 도달되도록 한다(S30C).
계속하여, 상기 S30B에서와 마찬가지로, 선형 패턴 마스크(42)를 이용하여 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 면내 방향에 수직한 방향으로 자외선을 조사하여 제2 액상 감광성수지(112) 박층을 경화시킴으로써, 2차원 격자 형태의 또 다른 면내 고상수지 격자 구조체(124b)가 상기 면외 고상수지 격자 구조체(122)에 일체로 형성된다(S30D).
이상의 S30A 및 S30B 또는 S30C 및 S30D 과정과 같이, 상기 면내 고상수지 격자 구조체 형성을 위한 제2 액상 감광성수지(112) 박층의 높이 조절 및 경화하는 과정은 수회 반복하여 수행될 수 있으며, 실시예에서는 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 격자 교차점에서 2개의 면내 고상수지 격자 구조체(124a, 124b)가 형성되는 것을 예시하였다.
다음으로, 면내 고상수지 격자 구조체(124a, 124b)의 형성이 완료된 후, 용기(22) 내 잔류하는 제2 액상 감광성 수지(112) 및 불활성 유체(114)를 제거함으로써, 면외 고상수지 격자 구조체(122) 및 복수의 면내 고상수지 격자 구조체(124; 124a, 124b)가 일체로 형성된 고상수지 격자 구조체(120)를 완성한다(S40). 이 과정은, 용기(22)로부터 고상수지 격자 구조체 구조체(120)를 꺼내는 방식으로 수행될 수 있음은 물론이다. 한편, 상기 자외선 투과성 판(32)은 실시예에서와 같이 이 단계에서 제거될 수 있지만, 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 상부에 부착된 상태로 유지되고 후속의 고상수지 격자 구조체(120)의 외면에 경질 박막(130)을 형성한 후 고상수지에 대한 식각 공정에 수반하여 자연스럽게 분리될 수도 있다. 형성된 고상수지 격자 구조체(120)는 본 발명에 따른 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체(10) 제조를 위한 템플릿으로 사용된다.
다음으로, 상기 고상수지 격자 구조체(120) 템플릿의 외면에 경질 박막(130)을 형성한다(S50).
이러한 경질 박막(130)의 형성 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예컨대 무전해 도금(eletroless plating)이나 원자층 증착(atomic layer deposition) 방식으로 박막의 경질 박막(130)을 형성할 수 있다. 또한 경질 박막(130)의 재질은 금속, 폴리머 또는 세라믹 중 어느 하나 또는 이들이 조합된 것일 수 있다. 또한 경질 박막(130)은 필요에 따라 동종 또는 이종 재질이 복층으로 형성될 수 있다. 예컨대, 산화가 일어날 가능성이 있는 경우 산화방지 박막, 주박막 및 산화방지막이 적층된 형태로, 또는 무반사 표면이 필요한 경우 구조적 강도를 유지하는 역할을 하는 주박막, 알루미늄 코팅 및 애노다이징 처리를 통하여 흑색 무반사 박막을 형성할 수 있다. 이 경우 층간 응력을 완화하거나 박리를 억제하기 위한 화학적, 물리적 또는 열적인 후처리 공정 중 적어도 어느 하나의 공정을 더 포함할 수 있다.
다음으로, 박막의 경질 박막(130)의 일부를 기계적 연마, 전해 연마 또는 화학적 에칭 등의 방식으로 제거하여 경질 박막(130) 내부의 고상수지의 일부를 외부로 노출시킨다(S60). 이 경우, 고상수지 격자 구조체(120) 중 노출되는 고상수지의 일부는 자외선 투과성 판(32)으로 커버된 상면 또는 S20에서 연삭된 하면이 아닌 측면 부위일 수 있다.
마지막으로, 경질 박막(130) 내부의 고상수지 전체를 화학적 또는 물리적인 방법으로 제거함으로써 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체(10)를 완성한다(S70). 경질 박막(130) 내부의 고상수지 전체를 제거하는 방법은, 예컨대 화학적, 물리적, 열적 또는 광학적 방법 중 어느 하나를 이용하여 고상수지를 녹이거나 소각시키는 방법일 수 있다.
결과적으로, 경질 박막(130)으로 이루어진 중공격자형의 면외 격자 요소 및 면내 격자 요소가 일체로 형성되고 그 내부가 상호 연통된 구조로서, 구조적으로 안정적이고 무게 대비 강도 및 강성이 우수한 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체(10)가 얻어지게 된다. 이러한 극저밀고 3차원 박막 격자 구조체(10)는 템플릿으로 사용되는 고상수지 격자 구조체(120)의 형태에 따라 결정되며, 예컨대, 피라미드, 옥테트, 사면체, 8면체, 카고메 중 어느 하나의 단위셀을 가질 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체의 제조 방법에 대한 공정 개념도이다.
도 5의 실시예에서, 면내 요소 및 면외 요소가 구비된 고상수지 격자 구조체(120)를 템플릿으로 하여, 템플릿의 표면에 경질 박막(130)을 형성한 후 그 내부의 고상수지를 제거함으로써, 경질 박막(130)으로 이루어진 중공격자형의 면외 격자 요소 및 면내 격자 요소가 일체로 형성되고 그 내부가 상호 연통된 구조의 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체(10)를 제조한다라는 기본 개념에서는 도 4의 실시예에서와 마찬가지로 동일하며, 자외선 조사에 따른 면외 고상수지 격자 구조체(122) 및 면내 고상수지 격자 구조체(124)의 형성, 경질 박막(130)의 형성, 경질 박막(130) 형성 후 고상수지의 제거 등과 관련된 공정 개념도 동일하며, 세부 공정과 관련하여 별도로 언급하지 않은 한 도 4의 실시예에서 설명한 사항이 동일하게 적용될 수 있다.
먼저, 용기(20)에 소정의 간격으로 자외선 투과성 판(34, 36)을 평행하게 배치하고 상부 자외선 투과성 판(34) 위로 도 6 또는 도 8에 도시된 점형 패턴 마스크(40)를 설치한 상태에서 용기(20) 내부에 제1 액상 감광성수지(110)을 충진한 후(S100A), 상기 도 4의 실시예와 마찬가지로, 상기 마스크(40)의 점형 패턴에 따라 자외선을 제1 액상 감광성수지(110)에 조사하여 "self propagating" 현상을 이용하여 면외 고상수지 격자 구조체(122)를 형성한다(S100B). 이 경우, 면외 고상수지 격자 구조체(122)는 한쌍의 자외선 투과성 판(34, 36) 사이에 형성되며, 그 이격 간격은 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 두께에 대응한다.
다음으로, 잔류된 미경화 제1 액상 감광성수지(110)을 부어서 제거함으로써 면외 고상수지 격자 구조체(122)만을 남긴다(S200). 이에 따라 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 상부 및 하부 면은 한쌍의 자외선 투과성 판(34, 36)과 마찬가지로 평행을 이루며, 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 내부에는 액상 감광성수지(110)가 제거된 영역에 대응하여 공극(116)이 형성된다.
다음으로, 면외 고상수지 격자 구조체(122)와 일체를 이루며, 상기 면외 고상 수지 격자 구조체(122)의 면내 방향(도면에서 수평방향)에 수직한 방향으로 일정한 간격을 두고 2차원 격자 형태의 복수의 면내 고상수지 격자 구조체(124; 124a, 124b)를 형성한다(S300A ~ S300D).
구체적으로, 면외 고상수지 격자 구조체(122)는 용기(22) 내부에 수용되고 제2 액상 감광성수지(112) 박층은 밀도가 큰 불활성 유체(114)에 의해 용기(22) 내에서 부유된 상태에서, 불활성 유체 공급수단(24)으로부터 불활성 유체(114)를 공급하여 제2 액상 감광성수지(112) 박층이 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 면내 방향에 수직한 방향으로 높이가 조절되어 소정 위치, 즉 실시예에서와 같이 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 격자 교차점에 도달되도록 한다(S300A).
이 경우, 상기 도 4의 실시예에서와는 달리, 제2 액상 감광성수지(112) 박층이 위치하는 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 격자 교차점은 최고 높이인 것이 바람직하다. 이는 제2 액상 감광성수지(112) 박층 위로 존재하는 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 격자 요소를 최소화함으로써, 후속 공정(S300B)에서 면내 고상수지 격자 구조체(124) 형성을 위한 자외선 조사가 미리 형성된 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 격자 요소에 의해 방해되는 것을 최소화하기 위함이다.
이 상태에서, 상기 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 상부에 도7 또는 도 9에 도시된 선형 패턴 마스크(42)를 배치하고 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 면내 방향에 수직한 방향으로 자외선을 조사하여 제2 액상 감광성수지(112) 박층을 경화시킴으로써, 2차원 격자 형태의 면내 고상수지 격자 구조체(124a)가 상기 면외 고상 수지 격자 구조체(122)와 일체로 형성되고(S300B), 표면에 노출된 제2 액상 감광성수지(112) 중 선형 패턴으로 경화되지 않는 것은 액상으로 잔류된다.
다음으로, 일부의 면내 고상수지 격자 구조체(124a)가 일체로 형성된 면외 고상수지 격자 구조체(122)와, 그 상하에 부착된 자외선 투과성 판(34, 36) 일체를 용기(22)로부터 꺼내어 거꾸로 뒤집은 후(S300B'), 용기(22)에 재투입한다. 이 경우, 상부에 위치해 있던 자외선 투과성 판(34)의 크기가 용기(22) 크기에 맞지 않으면 별도의 용기를 사용할 수 있음은 물론이다. 또한, 상부에 부착되었던 자외선 투과성 판(34)은 도면 도시에 불구하고 용기(22)에 재투입 전에 제거될 수도 있으며, 용이하게 제거될 수 있도록 S300A 전단계에서 자외선 투과성 판의 표면에 제1 액상 감광성 수지 및 제2 액상 감광성 수지와 반응하지 않는 종류의 기름막을 형성할 수 있다.
계속하여, 상기 S300A에서와 마찬가지로, 불활성 유체 공급수단(24)으로부터 불활성 유체(114)를 추가 공급하여 경화되지 않고 잔류된 제2 액상 감광성수지(112) 박층을 상방향으로 이동시켜 소정 위치, 즉 실시예에서와 같이 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 또 다른 격자 교차점에 도달되도록 한다(S300C). 이 경우에도, 제2 액상 감광성수지(112) 박층은 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 최고 높이 격자 교차점에 위치하는 것이 바람직하다.
계속하여, 상기 S300B에서와 마찬가지로, 선형 패턴 마스크(42)를 이용하여 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 면내 방향에 수직한 방향으로 자외선을 조사하여 제2 액상 감광성수지(112) 박층을 경화시킴으로써, 2차원 격자 형태의 또 다른 면내 고상수지 격자 구조체(124b)가 상기 면외 고상수지 격자 구조체(122)에 일체로 형성된다(S300D).
이상의 S300A 및 S300B 또는 S300C 및 S300D 과정에 따라 상기 면내 고상수지 격자 구조체 형성을 위한 제2 액상 감광성수지(112) 박층의 높이 조절 및 경화하는 과정과 함께 그 중간에 S300B'하여 수회 반복하여 수행될 수 있으며, 실시예에서는 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 격자 교차점에서 2개의 면내 고상수지 격자 구조체(124a, 124b)가 형성되는 것을 예시하였다.
다음으로, 도 4의 실시예에서와 마찬가지로, 용기(22) 내 잔류하는 제2 액상 감광성 수지(112) 및 불활성 유체(114)를 제거함으로써, 면외 고상수지 격자 구조체(122) 및 복수의 면내 고상수지 격자 구조체(124)가 일체로 형성된 고상수지 격자 구조체(120)를 완성한 후(S400), 상기 고상수지 격자 구조체(120)의 외면에 경질 박막(130)을 형성한 후(S500), 박막의 경질 박막(130)의 측면 일부를 연삭 등의 방식으로 제거하여 경질 박막(130) 내부의 고상수지의 일부를 외부로 노출시키고(S600), 경질 박막(130) 내부의 고상수지 전체를 화학적 또는 물리적인 방법으로 제거함으로써 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체(10)를 완성한다(S700). 상기 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체(10)는, 도 4의 실시예에서와 마찬가지로, 경질 박막(130)으로 이루어진 중공격자형의 면외 격자 요소 및 면내 격자 요소가 일체로 형성되고 그 내부가 상호 연통된 구조를 갖는다.
도 5의 실시예에서는, 도 4의 실시예와는 다르게, 한쌍의 자외선 투과성 판(34, 36)을 이용함으로써 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 두께 조절 및 상하면을 평행하게 하기 위해 고상수지 격자 구조체(122)의 하면에 대한 연삭 공정은 불필요한 점에서 상이하다. 면외 고상수지 격자 구조체(122)는 그 자체는 연질이고 연삭이 어렵기 때문에, 도 5에서 면외 고상수지 격자 구조체(122)에 대한 도 4의 S20에 수반되는 연삭 공정을 생략하는 것은 실제 공정 적용시 대단히 중요한 장점일 수 있다. 또한, 도 5의 실시예에서는, 제2 감광성 수지(112) 박층에 대한 자외선 조사시 면외 고상수지 격자 구조체(122)에 의한 간섭을 최소화할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 점형 패턴 마스크, 자외선 조사방법과 그에 따른 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 구조도를 나타낸다. 도 6(a)의 좌측에는 사각 배열의 점형 패턴을 갖는 마스크(40)의 평면도를 나타내며, 자외선이 면내 방향 평면인 xy 평면에 대해 4방향에서 경사지게 조사되는 것을 나타낸다. 도 6(b)는 도 6(a) 의 점형 패턴 마스크(40)와 자외선 조사방법으로 제1 액상 감광성 수지 벌크에 조사되어 경화된 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 사시도 및 평면도를 타나낸다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 선형 패턴 마스크, 자외선 조사방법과 그에 따른 고상수지 격자 구조체의 구조도를 나타낸다. 구체적으로, 도 6에 따른 면외 고상수지 구조체(122)에 면내 고상수지 구조체(124)가 일체로 형성된 고상수지 격자 구조체(120)를 나타낸다. 도 7(a)의 좌측에는 정사각형의 선형 패턴을 갖는 마스크(42)의 평면도를 나타내며, 자외선이 면내 방향에 수직하게 조사되는 것을 나타낸다. 도 7(b)는 도 7(a)의 선형 패턴 마스크(42)와 자외선 조사방법으로 순차적으로 복수외 높이가 조절된 제2 액상 감광성 수지 박층에 조사되어 경화된 복수의 면내 고상수지 격자 구조체(124)가 면외 고상수지 격자 구조체(122)와 일체로 형성된 고상수지 격자 구조체(120)의 사시도 및 평면도를 나타낸다. 도 7의 고상수지 격자 구조체(120)는 도 6의 면외 고상수지 격자 구조체(122)에 복수의 면내 고상 수지 격자 구조체(124)가 면내 방향으로 추가됨으로써 단위셀이 8면체 트러스를 이루어 구조적으로 보다 안정된다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 점형 패턴 마스크, 자외선 조사방법과 그에 따른 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 구조도를 나타낸다. 도 8(a)의 좌측에는 삼각 배열의 점형 패턴을 갖는 마스크(40)의 평면도를 나타내며, 자외선이 면내 방향 평면인 xy 평면에 대해 3방향에서 경사지게 조사되는 것을 나타낸다. 도 8(b)는 도 8(a) 의 점형 패턴 마스크(40)와 자외선 조사방법으로 제1 액상 감광성 수지 벌크에 조사되어 경화된 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 사시도 및 평면도를 타나낸다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선형 패턴 마스크, 자외선 조사방법과 그에 따른 고상수지 격자 구조체의 구조도를 나타낸다. 구체적으로, 도 8에 따른 면외 고상수지 구조체(122)에 면내 고상수지 구조체(124)가 일체로 형성된 고상수지 격자 구조체(120)를 나타낸다. 도 9(a)의 좌측에는 2차원 카고메(kagome) 의 선형 패턴을 갖는 마스크(42)의 평면도를 나타내며, 자외선이 면내 방향에 수직하게 조사되는 것을 나타낸다. 도 9(b)는 도 9(a)의 선형 패턴 마스크(42)와 자외선 조사방법으로 순차적으로 복수외 높이가 조절된 제2 액상 감광성 수지 박층에 조사되어 경화된 복수의 면내 고상수지 격자 구조체(124)가 면외 고상수지 격자 구조체(122)와 일체로 형성된 3차원 카고메(kagome) 고상수지 격자 구조체(120)의 사시도 및 평면도를 나타낸다. 도 9의 고상수지 격자 구조체(120)는 도 8의 면외 고상수지 격자 구조체(122)에 복수의 면내 고상 수지 격자 구조체(124)가 면내 방향으로 추가됨으로써 단위셀이 4면체 트러스를 이루어 구조적으로 보다 안정된다.
한편, 면내 방향에서 형성되는 면내 고상수지 격자 구조체의 형상은, 면외 고상수지 격자 구조체에서의 생성 위치에 따라 달라질 수 있다. 이 경우, 면내 고상수지 격자 구조체의 생성 위치에 따라 선형 패턴 마스크도 달라진다. 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 다종의 선형 패턴 마스크와, 그에 따른 고상수지 격자 구조체의 정면도 및 측면도를 나타낸다. 도 10의 (a)와 (b)는 도 6에 따른 면외 고상수지 격자 구조체(112)의 격자 교차점에서 복수의 면내 고상수지 구조체(124)가 형성된 예를 나타내고, 도 10의 (c)는 격자 교차점이 아닌 다른 위치에서 복수의 면내 고상수지 격자 구조체(124)가 형성된 예를 나타낸다. 도 10의 (d)는 도 8에 따른 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 격자 교차점에서 복수의 면내 고상수지 구조체(124)가 형성된 예를 나타내고, 도 10의 (e)는 격자 교차점이 아닌 다른 위치에서 복수의 면내 고상수지 격자 구조체(124)가 형성된 예를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 도 10의 (a), (b) 또는 (d)에 사용된 마스크의 선형 패턴 간격이 도 10의 (e)의 경우보다 넓다.
도 11은 본 발명에 따른 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체에 대한 구조해석 결과를 나타낸다. 도 11의 (a)은 종래 마이크로격자와 본 발명에 따른 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 각각에 대한 유한요소모델 및 구체적인 형상 수치(dimensions)를 나타낸다. 도 11의 (b)는 유한요소해석 소프트웨어인 'ABAQUS'를 이용하여 상기 모델들의 상면에 압축하중을 인가할 때 발생하는 변위를 모사(simulation)한 것으로서, 탄성구간의 하중-변위 곡선의 기울기에 해당하는 강성도와 최대 강도에 있어 본 발명에 따른 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체가 종래 마이크로격자보다 월등히 높은 것을 확인할 수 있다. 하중-변위선도와 함께, 최대하중에서 각 모델의 변형 형태와 응력분포를 나타내고 있다. 종래 마이크로격자의 경우 격자 요소의 연결부에서 변형이 집중되어 구조체가 전반적으로 붕과되는 형태로 변형되는 반면에, 본 발명에 따른 3차원 박막 구조체의 경우 변형이 아주 적으며 직접 하중이 전달되는 상부 첨단부에서만 응력이 집중되어 변형되는 것을 알 수 있다. 도 11의 (c)는 상기 모델들에 대한 유한요소해석을 통해 얻어진 각각의 구조체의 무게, 최대 강도 및 강성도와 함께, 무게 대비 강도와 무게 대비 강성도에 대한 구체적인 수치값을 나타낸 표이다. 본 발명에 따른 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체는 면외 방향 격자 요소가 추가됨으로써 무게가 종래 마이크로 격자의 약 1.4배 정도까지 증가하지만 강도와 강성도가 휠씬 더 높아 무게대비 강도는 1.6배, 무게대비 강성도는 무려 25배 정도까지 증가함을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체는, 경질 박막으로 이루어진 중공격자형이고 면외 격자 요소에 면내 격자 요소가 추가되어 중량 대비 높은 강도 및 강성 가지며, 경량 구조재로 유리하게 활용될 수 있고, 상대적으로 큰 비표면적이 요구되는 열전달 매체 또는 촉매 지지체 등의 용도로도 유리하게 활용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 제조 방법은, 광리소그래피 기술을 채택함으로써 종래 다른 극저밀도 소재를 제조하는 방법과 비교하여 제품 크기의 대형화 및 대량 생산성에 있어 유리하다.
이상의 설명은, 본 발명의 구체적인 실시예에 관한 것이다. 본 발명에 따른 상기 실시예들은 설명의 목적으로 개시된 사항이나 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 이해되지는 않으며, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질을 벗어나지 아니하고 다양한 변경 및 수정이 가능한 것으로 이해되어야 한다.
예컨대, 상기 면내 고상수지 구조체는 2차원 격자 형태이기 때문에, 면내 고상수지 구조체 형성과정에서 면내 방향으로 배치된 제2 액상 감광성수지층에 대한 자외선 조사방향은 실시예에서와 같이 상기 면외 고상 수지 격자 구조체의 면내 방향에 수직한 방향으로 제한되지는 않으며, 선형 패턴의 형태 및 정렬 위치에 따라 임의의 면외 방향 즉, 면내 방향에 수직한 방향에 대해 경사진 각도에서 조사하는 것도 가능하다.
또한, 실시예에서 2차원의 면내 고상수지 격자 구조체(124; 124a, 124b)가 형성되는 위치가 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 격자 교차점을 예시하였으나 이에 한정되지 않으며, 면외 고상수지 격자 구조체(122)의 면내 방향이면 격자 교차점 사이의 임의의 위치에 형성하는 것도 가능하다. 또한, 복수의 면내 고상수지 격자 구조체(124; 124a, 124b)가 면내 방향에 수직한 방향으로 이격되는 간격은 서로 다를 수도 있다.
또한, 실시예에서와 같이 2차원의 면내 고상 수지 구조체(124)가 전체 고상 수지 격자 구조체(120)의 내부에서 면내 방향으로 형성되는 것에 더불어, 고상수지 격자 구조체(120)의 상하면 또는 측면에 고상수지 면재(도면 미도시)를 일체로 형성하여 템플릿으로 활용할 수 도 있다. 이 경우, 제조된 3차원 극저밀도 박막 격자 구조체도 상하면 또는 측면에 이에 대응하는 단일 시트 형태의 박막이 형성됨으로써 구조체의 외면을 보호하거나 강도 및 강성을 보완할 수 있다.
따라서, 이러한 모든 수정과 변경은 특허청구범위에 개시된 발명의 범위 또는 이들의 균등물에 해당하는 것으로 이해될 수 있다.
110: 제1 액상 감광성수지
112: 제2 액상 감광성수지
114: 불활성 유체
116: 공극
120: 고상수지 격자 구조체 템플릿
122: 면외 고상수지 격자 구조체
124, 124a, 124b 면내 고상수지 격자 구조체
130: 경질 박막
10: 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체
20, 22: 용기
24: 불활성 유체 공급수단
32, 34, 36: 자외선 투과성 판
40: 점형 패턴 마스크
42: 선형 패턴 마스크
112: 제2 액상 감광성수지
114: 불활성 유체
116: 공극
120: 고상수지 격자 구조체 템플릿
122: 면외 고상수지 격자 구조체
124, 124a, 124b 면내 고상수지 격자 구조체
130: 경질 박막
10: 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체
20, 22: 용기
24: 불활성 유체 공급수단
32, 34, 36: 자외선 투과성 판
40: 점형 패턴 마스크
42: 선형 패턴 마스크
Claims (12)
- 경질 박막을 포함하는 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 제조방법으로서, (a) 제1 액상 감광성수지 벌크에 대해 면외 방향에서 점형 패턴에 따라 자외선을 조사하여 3차원 격자 형태의 면외 고상수지 격자 구조체를 형성하는 단계; (b) 면내 방향으로 배치된 제2 액상 감광성수지층에 대해 선형 패턴에 따라 자외선을 조사하는 과정을 반복하여, 상기 면외 고상수지 격자 구조체의 면내 방향에 수직한 방향으로 일정한 간격을 두고 형성되되 상기 면외 고상수지 격자 구조체와 일체를 이루는 2차원 격자 형태의 복수의 면내 고상수지 격자 구조체를 형성하는 단계; (c) 상기 면외 고상수지 격자 구조체 및 면내 고상수지 격자 구조체로 이루어진 고상수지 격자 구조체의 표면에 경질 박막을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 경질 박막의 일부를 제거하여 내부의 상기 고상수지 격자 구조체의 일부를 노출시킨 후 제거하는 단계;를 포함하고, 상기 극저밀도 3차원 격자 구조체는 상기 (a) 및 (b) 단계를 통해 형성된 고상수지 격자 구조체를 템플릿으로 하여 중공격자형의 면외 격자 요소 및 면내 격자 요소가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (b)에서,
(b-1) 표면이 상기 면외 고상수지 격자 구조체의 면내 방향으로 상기 제2 액상 감광성수지층를 제공하는 단계;와
(b-2) 상기 제2 액상 감광성수지층의 표면에 선형 패턴에 따라 자외선을 조사하는 단계;를 포함하고,
상기 (b-1) 및 (b-2)는 상기 면외 고상 수지 격자 구조체의 면내 방향에 수직한 방향으로 일정한 간격을 두고 반복적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (a)에서, 제1 액상 감광성수지 벌크의 대향되는 면 쌍에 자외선 투과성 판을 배치한 상태에서 자외선을 조사하는 것을 특징으로 하는 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 제조방법.
- 제2항에 있어서, 상기 면외 고상 수지 격자 구조체의 면내 방향에 수직한 방향에 대한 상기 제2 액상 감광성수지층의 높이 조절은 불활성 유체를 이용하는 것을 특징으로 하는 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (d)에서, 상기 고상수지 격자 구조체의 측면이 노출되는 것을 특징으로 하는 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (b)에서, 상기 고상수지 격자 구조체의 상하면 또는 측면에 고상수지 면재를 일체로 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (d)에서, 상기 경질 박막 일부의 제거는 기계적 연마, 전해 연마 또는 화학적 에칭 중 어느 하나의 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (d)에서, 상기 고상수지 격자 구조체의 제거는 화학적, 물리적, 열적 또는 광학적인 방법 중 어느 하나의 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150170060A KR101696814B1 (ko) | 2015-12-01 | 2015-12-01 | 광 리소그래피를 이용한 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 및 그 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150170060A KR101696814B1 (ko) | 2015-12-01 | 2015-12-01 | 광 리소그래피를 이용한 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 및 그 제조 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101696814B1 true KR101696814B1 (ko) | 2017-01-24 |
Family
ID=57993305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150170060A KR101696814B1 (ko) | 2015-12-01 | 2015-12-01 | 광 리소그래피를 이용한 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 및 그 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101696814B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023158199A1 (ko) * | 2022-02-15 | 2023-08-24 | 경북대학교 산학협력단 | 다층의 적층 구조에서 uv평행광을 이용하여 입체적 형상의 충격흡수층을 형성하는 방법 및 그 방법에 의하여 형성된 충격흡수층 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050064343A1 (en) * | 2003-09-23 | 2005-03-24 | Infm Istituto Nazionale Per La Fisica Della Materia | Method for fabricating complex three-dimensional structures on the submicrometric scale by combined lithography of two resists |
| KR101341216B1 (ko) | 2012-11-29 | 2014-01-07 | 전남대학교산학협력단 | 광 리소그래피에 기초한 극저밀도 3차원 박막 구조체의 제조방법 |
| KR20140002983A (ko) * | 2012-06-28 | 2014-01-09 | 전남대학교산학협력단 | 나노미터 두께의 박막으로 구성된 3차원 격자 트러스 구조체의 제조방법 |
-
2015
- 2015-12-01 KR KR1020150170060A patent/KR101696814B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050064343A1 (en) * | 2003-09-23 | 2005-03-24 | Infm Istituto Nazionale Per La Fisica Della Materia | Method for fabricating complex three-dimensional structures on the submicrometric scale by combined lithography of two resists |
| KR20140002983A (ko) * | 2012-06-28 | 2014-01-09 | 전남대학교산학협력단 | 나노미터 두께의 박막으로 구성된 3차원 격자 트러스 구조체의 제조방법 |
| KR101341216B1 (ko) | 2012-11-29 | 2014-01-07 | 전남대학교산학협력단 | 광 리소그래피에 기초한 극저밀도 3차원 박막 구조체의 제조방법 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| - 2011년 11월자 Science 지(紙) (T.A. Schaedler, et al., Science, Vol.334. pp.962-965 November 18, 2011) |
| - 2013년 Nature Materials 지(紙) (D. Jang, et al., Nat. Mater., Vol. 12, pp. 893-898, 2013) |
| - 2014년 Science 지(紙) (L.R. Meza, et al., Science, Vol. 345, pp. 1322-1326, 2014) |
| - 2014년 Science 지(紙) (X. Zheng, et al., Science, Vol. 344, pp. 1373, 2014) |
| "Design and Fabrication of Hollow Rigid Nanolattices via Two Photo Lithography". Advanced Engineering Materials. Vol. 16, No 2, pp.184~189* * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023158199A1 (ko) * | 2022-02-15 | 2023-08-24 | 경북대학교 산학협력단 | 다층의 적층 구조에서 uv평행광을 이용하여 입체적 형상의 충격흡수층을 형성하는 방법 및 그 방법에 의하여 형성된 충격흡수층 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11855348B2 (en) | Metasurface-assisted 3D beam shaping using array of scatterers | |
| US8315499B1 (en) | Functionally-graded three-dimensional ordered open-cellular microstructure and method of making same | |
| KR101341216B1 (ko) | 광 리소그래피에 기초한 극저밀도 3차원 박막 구조체의 제조방법 | |
| US10189226B1 (en) | Three-dimensional micro-truss structure | |
| US8197930B1 (en) | Three-dimensional ordered open-cellular structures | |
| CN101910873B (zh) | 具有凹面或凸面的制品及其制造方法 | |
| US20060259546A1 (en) | Manufacturing a replication tool, sub-master or replica | |
| US9201297B2 (en) | Template and pattern forming method | |
| JP2006171753A (ja) | 微細加工技術を用いたマイクロレンズアレイシート及びその製造方法 | |
| KR20180029454A (ko) | 구슬로 배열된 3차원 구조체의 제조방법 및 이를 이용한 3차원 박막 다공질 구조체의 제조방법 | |
| JP6603218B2 (ja) | 微細構造体の製造方法 | |
| KR101114469B1 (ko) | ２차원 고분자 광도파로의 제조 방법 | |
| KR101707138B1 (ko) | 광 리소그래피를 이용한 3차원 박막 샌드위치 구조체 및 그 제조 방법 | |
| KR101696814B1 (ko) | 광 리소그래피를 이용한 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 및 그 제조 방법 | |
| JP2008070556A (ja) | 光学部材の製造方法および光学部材成形用型の製造方法 | |
| JP2010169720A (ja) | 濃度分布マスクとその設計装置及び微小立体形状配列の製造方法 | |
| JP6361238B2 (ja) | インプリント用モールドおよびインプリント方法 | |
| KR102096608B1 (ko) | 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형 및 이를 이용한 광도파로 제조 방법 | |
| Tormen et al. | Three-dimensional micro-and nanostructuring by combination of nanoimprint and x-ray lithography | |
| KR101020187B1 (ko) | Ｘ-선 노광을 이용한 미세 구조물 제조 방법 | |
| KR101965261B1 (ko) | 이광자 스테레오리소그라피에 의한 3차원 메쉬형 미세구조체 제조방법 | |
| McCormick et al. | Fabrication and characterization of large-area 3D photonic crystals | |
| Ng et al. | Three-dimensional columnar optical nanostructures fabricated by using lithography-free templating approach | |
| JP6057156B2 (ja) | 濡れ性制御素子及びその製造方法 | |
| KR101429524B1 (ko) | 디퓨저 리소그래피를 이용한 3차원 미세구조 형성방법 및 이에 적용하기 위한 디퓨저 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20191226 Year of fee payment: 4 |