KR102497174B1 - A double patterning method and apparatus in two-photon stereolithography - Google Patents

A double patterning method and apparatus in two-photon stereolithography Download PDF

Info

Publication number
KR102497174B1
KR102497174B1 KR1020210094822A KR20210094822A KR102497174B1 KR 102497174 B1 KR102497174 B1 KR 102497174B1 KR 1020210094822 A KR1020210094822 A KR 1020210094822A KR 20210094822 A KR20210094822 A KR 20210094822A KR 102497174 B1 KR102497174 B1 KR 102497174B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
laser
photocurable resin
unit
reflector
irradiated
Prior art date
Application number
KR1020210094822A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20230014120A (en
Inventor
하철우
손용
이지선
한지수
최재원
Original Assignee
한국생산기술연구원
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 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020210094822A priority Critical patent/KR102497174B1/en
Publication of KR20230014120A publication Critical patent/KR20230014120A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102497174B1 publication Critical patent/KR102497174B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B29C64/129Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
    • B29C64/135Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask the energy source being concentrated, e.g. scanning lasers or focused light sources
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/227Driving means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/245Platforms or substrates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264Arrangements for irradiation
    • B29C64/268Arrangements for irradiation using laser beams; using electron beams [EB]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)

Abstract

본 발명은 (a) 유리기판부가 스테이지부의 상면에 준비되는 단계, (b) 유리기판부의 상면에 광경화성 수지가 떨어지는 단계, (c) 레이저조사부로부터 조사되는 제1 레이저가 광경화성 수지로 조사되는 단계, (d) 광경화성 수지가 제1 레이저에 의해 경화 및 가교되면서 1차 성장하는 단계, (e) 레이저조사부로부터 조사되는 제2 레이저가 1차 성장된 광경화성 수지로 조사되는 단계, (f) 1차 성장된 광경화성 수지가 제2 레이저에 의해 경화 및 가교되면서 2차 성장하는 단계 및 (g) 제1, 2 차 성장된 광경화성 수지인 3차원 구조물이 3D 프린팅되는 단계를 포함하고, 레이저조사부로부터 조사되는 제1, 2 레이저가 상기 광경화성 수지에 조사됨에 따라 3차원 구조물의 변형을 최소화시키는 것을 특징으로 하는 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 방법 및 장치를 제공한다.The present invention is (a) preparing the glass substrate part on the upper surface of the stage part, (b) dropping the photocurable resin on the upper surface of the glass substrate part, (c) irradiating the first laser irradiated from the laser irradiation part to the photocurable resin (d) firstly growing the photocurable resin while being cured and crosslinked by the first laser, (e) irradiating the firstly grown photocurable resin with a second laser irradiated from the laser irradiation unit, (f) ) Secondary growth while the firstly grown photocurable resin is cured and crosslinked by a second laser, and (g) 3D printing of the three-dimensional structure, which is the first and secondly grown photocurable resin, Provided is a double patterning method and apparatus for two-photon stereolithography characterized in that deformation of a three-dimensional structure is minimized as first and second lasers irradiated from a laser irradiation unit are irradiated onto the photocurable resin.

Description

이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 방법 및 장치{A double patterning method and apparatus in two-photon stereolithography}A double patterning method and apparatus in two-photon stereolithography

본 발명은 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제1 레이저로 광경화성 수지를 조사한 후 제2 레이저로 광경화성 수지의 동일한 위치에 동일한 패턴으로 조사하여 3차원 구조물을 3D 프린팅하는 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a double patterning method and apparatus for two-photon stereolithography, and more particularly, by irradiating a photocurable resin with a first laser and then irradiating the same location of the photocurable resin with a second laser in the same pattern to form a three-dimensional structure. It relates to a double patterning method and apparatus of two-photon stereolithography for 3D printing.

3D 프린팅 공정은 3차원 형상을 기존 공정에 비해 단순한 공정으로 제작할 수 있고 제작 시간이 짧은 장점이 있으며, 무엇보다 다양한 형태에 자유롭게 적용할 수 있는 장점으로 인하여 다양한 산업분야에서 활용되고 있다.The 3D printing process has the advantage of being able to produce a three-dimensional shape with a simpler process than the existing process, and the production time is short, and above all, it is used in various industrial fields due to the advantage that it can be freely applied to various shapes.

또한, 3D 프린팅 공정은 최근 4차산업혁명 시대에 다품종 소량생산 제품에 대한 요구가 늘어남에 따라 더욱 각광받고 있다.In addition, the 3D printing process is getting more attention as the demand for multi-products in small quantities increases in the era of the 4th industrial revolution.

일반적으로 3D 프린팅 기술은 적층(layer-by-layer) 방법으로 3차원 형상을 제작하는 기술로서, 3차원 CAD 데이터를 슬라이싱하여 여러 층(layer)으로 나누고 각각의 층을 하나씩 적층시켜 3D 프린팅한다.In general, 3D printing technology is a technology of manufacturing a 3D shape by a layer-by-layer method, and 3D printing is performed by slicing 3D CAD data, dividing it into several layers, and stacking each layer one by one.

상기한 3D 프린팅 기술은 제조 방식에 따라 SLS 방식, SLA 방식, LCD 방식, MSLA 방식, DLP 방식 등으로 분류된다.The 3D printing technology described above is classified into an SLS method, an SLA method, an LCD method, an MSLA method, a DLP method, and the like according to a manufacturing method.

SLA 방식의 경우, 광경화성 수지로 레이저를 조사하여 광경화성 수지를 경화시킴에 따라 3차원 구조물을 3D 프린팅한다.In the case of the SLA method, a three-dimensional structure is 3D printed by curing the photocurable resin by irradiating a laser with the photocurable resin.

이와 관련하여 레이저는 광경화성 수지의 폴리머를 경화(cross-linking) 하게 된다. 이때, 레이저의 출력(P: 파워)에 따라 경화 정도가 달라지게 된다.In this regard, the laser cross-links the polymer of the photocurable resin. At this time, the degree of curing varies according to the output (P: power) of the laser.

구체적으로 조사되는 레이저의 에너지가 높으면 가교(cross-linking)가 많아져 고분자사슬(polymer-chain) 간의 간격이 작아진다.Specifically, when the energy of the irradiated laser is high, cross-linking increases and the distance between polymer-chains decreases.

한편, 조사되는 레이저의 에너지가 낮으면 가교(cross-linking)가 적어 고분자사슬(polyer-chain) 간의 간격이 넓어진다.On the other hand, when the energy of the irradiated laser is low, the cross-linking is small and the gap between the polymer chains is widened.

이때, 현상(develop) 과정에서 제작된 3차원 형상이 주위의 용매를 흡수하게 되고, 고분자사슬(Polyer-chain)의 간격에 따라 흡수되는 용매의 양이 달라지게 된다.At this time, the three-dimensional shape produced in the process of developing absorbs the surrounding solvent, and the amount of the solvent absorbed varies according to the spacing of the polymer-chain.

낮은 레이저 파워에 의해 제작된 패턴의 고분자사슬(polyer-chain) 간격이 넓어지면, 주위 용매 분자들이 흡수될 수 있는 자유부피(free-volume)가 커져 용매가 잘 흡수되게 된다.When the polymer chain interval of the pattern produced by the low laser power is widened, the free-volume in which the surrounding solvent molecules can be absorbed increases, so that the solvent is well absorbed.

이에 따라 용매의 흡수에 의해 고분자 네트워크(polyer-network)에 변형이 일어나게 되며, 이러한 이유에 의해 형상의 변형이 발생하게 된다.Accordingly, deformation occurs in the polymer network (polyer-network) by absorption of the solvent, and for this reason, shape deformation occurs.

이에 따라 SLA 방식의 한 종류인 나노 스테레오리소그래피 공정에 의해 제작된 얇은 필름 구조에서도 박리 현상이 발생하는 문제점이 있었다.Accordingly, there is a problem in that a peeling phenomenon occurs even in a thin film structure manufactured by a nano-stereolithography process, which is a type of SLA method.

또한, 상기한 박리 현상을 해결하기 위해 레이저의 파워를 높일 경우, 고출력 레이저에 의해 광경화성 수지의 용매가 기화되어 표면에 버블이 생기거나, 고출력 레이저에 의해 광경화성 수지가 타는 버닝 현상을 발생하는 문제점이 있었다.In addition, when the power of the laser is increased to solve the above-described peeling phenomenon, the solvent of the photocurable resin is vaporized by the high-power laser to generate bubbles on the surface, or the photocurable resin is burned by the high-power laser. There was a problem.

(특허문헌 1) 공개특허공보 제10-2016-0058770호(2016.05.25.)(Patent Document 1) Patent Publication No. 10-2016-0058770 (May 25, 2016)

(특허문헌 2) 공개특허공보 제10-2019-0067403호(2019.06.17.)(Patent Document 2) Patent Publication No. 10-2019-0067403 (2019.06.17.)

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 광경화성 수지로 제1 레이저를 조사하여 최초 3차원 구조물을 3D 프린팅한 후 제2 레이저를 광경화 수지의 동일한 위치에 동일한 패턴으로 조사하여 3차원 구조물을 3D 프린팅함으로써 박리 현상, 버블 불량 및 버닝 현상을 최소화시키는 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 방법 및 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention to solve the above problem is to irradiate a first laser with a photocurable resin to 3D print an initial three-dimensional structure, and then irradiate a second laser with the same pattern at the same location of the photocurable resin to create a three-dimensional structure. An object of the present invention is to provide a double patterning method and apparatus for two-photon stereolithography that minimizes peeling, bubble defects, and burning by 3D printing a structure.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned technical problem, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 (a) 유리기판부가 스테이지부의 상면에 준비되는 단계; (b) 상기 유리기판부의 상면에 광경화성 수지가 떨어지는 단계; (c) 레이저조사부로부터 조사되는 제1 레이저가 상기 광경화성 수지로 조사되는 단계; (d) 상기 광경화성 수지가 상기 제1 레이저에 의해 경화 및 가교되면서 1차 성장하는 단계; (e) 상기 레이저조사부로부터 조사되는 제2 레이저가 상기 1차 성장된 광경화성 수지로 조사되는 단계; (f) 상기 1차 성장된 광경화성 수지가 상기 제2 레이저에 의해 경화 및 가교되면서 2차 성장하는 단계; 및 (g) 상기 제1, 2 차 성장된 광경화성 수지인 3차원 구조물이 3D 프린팅되는 단계;를 포함하고, 상기 레이저조사부로부터 조사되는 상기 제1, 2 레이저가 상기 광경화성 수지에 조사됨에 따라 상기 3차원 구조물의 변형을 최소화시키는 것을 특징으로 하는 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 방법을 제공한다.The configuration of the present invention for achieving the above object is (a) preparing a glass substrate portion on the upper surface of the stage portion; (b) dropping a photocurable resin on the upper surface of the glass substrate; (c) irradiating the photocurable resin with a first laser irradiated from a laser irradiation unit; (d) firstly growing the photocurable resin while being cured and crosslinked by the first laser; (e) irradiating the firstly grown photocurable resin with a second laser irradiated from the laser irradiation unit; (f) secondarily growing the firstly grown photocurable resin while being cured and crosslinked by the second laser; and (g) 3D-printing the three-dimensional structure, which is the first and secondly grown photocurable resin, as the first and second lasers emitted from the laser irradiation unit irradiate the photocurable resin. Provided is a double patterning method of two-photon stereolithography characterized in that the deformation of the three-dimensional structure is minimized.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계 및 상기 (e) 단계에서, 상기 레이저조사부는 100fs 이하의 초단펄스 지속시간을 갖는 티타늄 : 사파이어 레이저(Ti : Sapphire laser)인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, in steps (c) and (e), the laser irradiation unit may be a Ti: Sapphire laser having an ultra-short pulse duration of 100 fs or less. there is.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계는, (c1) 상기 제1 레이저가 상기 광경화성 수지 중 경화시키고자 하는 레이저 초점부를 조사하는 단계; (c2) 상기 제1 레이저가 상기 조사된 레이저 초점부에 집광되어 국부적으로 경화되는 영역인 복셀(Voxel: Volume of Pixel)이 형성되는 단계; (c3) 제어부가 기설정된 공정이 미완료된 경우, 상기 스테이지부를 x축 방향, y축 방향 및 z축 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 이동시키는 단계; 및 (c4) 상기 (c1) 단계로 복귀하는 단계;를 포함하고, 상기 (c3) 단계에서, 상기 기설정된 공정이 완료된 경우, 상기 (d) 단계가 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step (c) may include: (c1) irradiating, by the first laser, a laser focus portion to be cured in the photocurable resin; (c2) forming a voxel (Volume of Pixel), which is an area where the first laser is focused on the irradiated laser focusing part and is locally cured; (c3) moving the stage unit in at least one of the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction when a predetermined process is not completed by the control unit; and (c4) returning to step (c1), wherein in step (c3), when the preset process is completed, step (d) is performed.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (d) 단계는, (d1) 상기 제1 레이저에 의해 상기 복셀이 경화되는 단계; (d2) 상기 경화된 복셀이 가교되는 단계; 및 (d3) 상기 가교된 복셀이 중첩되어 1차 성장하면서 최초 3차원 구조물이 형성되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, step (d) may include (d1) curing the voxel by the first laser; (d2) cross-linking the cured voxel; and (d3) forming an initial 3D structure while the cross-linked voxels overlap and grow first.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 복셀은 상기 z축 방향으로 길게 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the voxel may be formed long in the z-axis direction.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (e) 단계는, (e1) 상기 제2 레이저가 상기 제1 레이저에 의해 조사된 레이저 초점부를 재조사하는 단계; (e2) 상기 제2 레이저가 상기 제1 레이저에 의해 조사된 레이저 초점부에 집광되어 상기 복셀(Voxel: Volume of Pixel)이 재형성되는 단계; (e3) 제어부가 상기 기설정된 공정이 미완료된 경우, 상기 스테이지부를 x축 방향, y축 방향 및 z축 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 이동시키는 단계; 및 (e4) 상기 (e1) 단계로 복귀하는 단계;를 포함하고, 상기 (e3) 단계에서, 상기 기설정된 공정이 완료된 경우, 상기 (f) 단계가 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step (e) may include: (e1) re-irradiating the laser focus portion irradiated by the first laser with the second laser; (e2) reshaping the voxel (Volume of Pixel) by concentrating the second laser on a laser focusing part irradiated by the first laser; (e3) moving the stage unit in at least one of the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction when the predetermined process is not completed by the control unit; and (e4) returning to step (e1), wherein in step (e3), when the preset process is completed, step (f) is performed.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (f) 단계는, (f1) 상기 제2 레이저에 의해 상기 복셀이 재경화되는 단계; (f2) 상기 경화된 복셀이 재가교되는 단계; 및 (f3) 상기 재가교된 복셀이 중첩되어 2차 성장하면서 3차원 구조물이 형성되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, step (f) may include: (f1) re-curing the voxel by the second laser; (f2) re-crosslinking the cured voxels; and (f3) forming a 3D structure by overlapping the recrosslinked voxels and performing secondary growth.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 광경화성 수지는 에폭시 계열의 고분자 수지인 Su-8인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the photocurable resin may be Su-8, which is an epoxy-based polymer resin.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 스테이지부; 상기 스테이지부의 상면에 위치하는 유리기판부; 상기 스테이지부와 동일직선상에 위치하여 제1 레이저 및 제2 레이저를 발생시키는 레이저조사부; 상기 스테이지부와 상기 레이저조사부 사이에 위치하여 상기 제1, 2 레이저를 상측방향으로 반사시키는 제1 반사부, 상기 제1 반사부의 상부에 위치하여 상기 제1 반사부에 의해 반사된 제1, 2 레이저를 일측방향으로 반사시키는 제2 반사부 및 상기 제2 반사부와 평행하도록 상기 유리기판부의 상부에 위치하고 상기 제2 반사부에 의해 반사된 제1, 2 레이저를 하측방향으로 반사시키는 제3 반사부를 포함하는 반사부; 상기 유리기판부와 상기 제3 반사부 사이에 위치하여 상기 제3 반사부에 의해 반사된 제1, 2 레이저를 상기 유리기판부의 상면에 위치한 광경화성 수지로 집광시키는 렌즈부; 상기 유리기판부를 향하도록 배치되어 상기 광경화성 수지를 실시간으로 촬영하는 영상촬영부; 및 상기 스테이지부의 동작, 상기 레이저조사부의 출력 및 상기 영상촬영부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 레이저조사부로부터 조사되는 상기 제1, 2 레이저가 상기 광경화성 수지에 조사됨에 따라 상기 3차원 구조물의 변형을 최소화시키는 것을 특징으로 하는 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 장치를 제공한다.In addition, the configuration of the present invention for achieving the above object is a stage unit; a glass substrate portion positioned on an upper surface of the stage portion; a laser irradiation unit positioned on the same straight line as the stage unit to generate a first laser and a second laser; a first reflector positioned between the stage part and the laser irradiation part to reflect the first and second lasers in an upward direction, and first and second reflectors positioned above the first reflector and reflected by the first reflector; A second reflector that reflects the laser in one direction and a third reflector that is located above the glass substrate portion parallel to the second reflector and reflects the first and second lasers reflected by the second reflector downward. a reflection unit including a unit; a lens unit disposed between the glass substrate unit and the third reflector and condensing the first and second lasers reflected by the third reflector onto a photocurable resin disposed on an upper surface of the glass substrate unit; an image photographing unit arranged to face the glass substrate and photographing the photocurable resin in real time; and a control unit for controlling the operation of the stage unit, the output of the laser irradiation unit, and the operation of the imaging unit, wherein the first and second lasers irradiated from the laser irradiation unit are irradiated onto the photocurable resin, thereby forming the three-dimensional image. Provided is a double patterning device for two-photon stereolithography characterized in that deformation of a structure is minimized.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 레이저조사부는 상기 제1 레이저를 발생시킨 후 상기 제1 레이저에 의해 상기 광경화성 수지가 경화 및 가교되면 상기 제2 레이저를 발생시키고, 상기 제2 레이저에 의해 상기 경화 및 가교된 광경화성 수지가 다시 경화 및 가교되어 3차원 구조물이 3D 프린팅되는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the laser irradiation unit generates the second laser when the photocurable resin is cured and crosslinked by the first laser after generating the first laser, and generates the second laser by the second laser. It may be characterized in that the cured and crosslinked photocurable resin is cured and crosslinked again to 3D print a three-dimensional structure.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 레이저조사부는 100fs 이하의 초단펄스 지속시간을 갖는 티타늄 : 사파이어 레이저(Ti : Sapphire laser)인 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the laser irradiation unit may be a Ti:Sapphire laser having an ultrashort pulse duration of 100 fs or less.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제어부는 기설정된 공정이 미완료된 경우, 상기 스테이지부를 x축 방향, y축 방향 및 z축 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the controller may move the stage in at least one of an x-axis direction, a y-axis direction, and a z-axis direction when a predetermined process is not completed.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 레이저조사부는 상기 제1 레이저를 상기 광경화성 수지로 조사하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the laser irradiation unit may irradiate the first laser to the photocurable resin.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 레이저조사부는 상기 제2 레이저를 상기 1차 성장된 광경화성 수지로 조사하는 것을 특징으로 하는 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 장치.In an embodiment of the present invention, the double patterning device for two-photon stereolithography, characterized in that the laser irradiation unit irradiates the second laser to the primarily grown photocurable resin.

상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 광경화성 수지로 제1 레이저를 조사하여 최초 3차원 구조물을 3D 프린팅한 후 제2 레이저를 광경화 수지의 동일한 위치에 동일한 패턴으로 조사하여 3차원 구조물을 3D 프린팅함으로써 박리 현상, 버블 불량 및 버닝 현상을 최소화시킬 수 있다.The effect of the present invention according to the configuration as described above is to 3D print the first three-dimensional structure by irradiating the first laser with the photocurable resin, and then irradiate the second laser in the same pattern at the same location of the photocurable resin to create a three-dimensional structure. By 3D printing, it is possible to minimize peeling, bubble defects, and burning.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be inferred from the detailed description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.

도 1은 종래기술에 따라 3D 프린팅된 3차원 나노 구조물에서 발생된 박리 현상을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 장치를 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 장치를 이용한 이광자 스테레오리소그래피 공정을 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 장치를 통해 광경화성 수지 중 레이저 초점부에서의 에너지 분포 및 복셀의 모양을 나타낸 도면이다.
도 6의 (a), (b)는 본 발명의 일실시예에 따른 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 방법에서 레이저조사부의 출력에 따른 용매 흡수 및 형상 변형을 나타낸 개념도이다.
도 7의 (a), (b)는 종래기술과 본 발명의 일 실시예에 따른 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 방법을 통해 제조된 3차원 구조물의 표면 박리 현상을 비교한 도면이다.
도 8의 (a), (b)는 종래기술과 본 발명의 일 실시예에 따른 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 방법을 통해 제조된 3차원 구조물의 표면 버블 불량 및 버닝(burning) 현상을 비교한 도면이다.
1 is a view showing a peeling phenomenon generated in a 3D printed 3D nanostructure according to the prior art.
2 is a conceptual diagram illustrating a double patterning device for two-photon stereolithography according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a double patterning method of two-photon stereolithography according to an embodiment of the present invention.
4 is a conceptual diagram illustrating a two-photon stereolithography process using a double patterning device for two-photon stereolithography according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating energy distribution and voxel shapes in a laser focus part in a photocurable resin through a double patterning device for two-photon stereolithography according to an embodiment of the present invention.
6(a) and (b) are conceptual diagrams showing solvent absorption and shape deformation according to the output of a laser irradiation unit in the double patterning method of two-photon stereolithography according to an embodiment of the present invention.
7 (a) and (b) are diagrams comparing the surface peeling phenomenon of a three-dimensional structure manufactured through a double patterning method of two-photon stereolithography according to an embodiment of the present invention and the prior art.
8(a) and (b) are views comparing surface bubble defects and burning phenomena of a 3D structure manufactured through a double patterning method of two-photon stereolithography according to an embodiment of the present invention and the prior art. am.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in many different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this is not only "directly connected", but also "indirectly connected" with another member in between. "Including cases where In addition, when a part "includes" a certain component, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

1. 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 장치(100)1. Two-photon stereolithography double patterning device 100

이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 장치를 설명하도록 한다.Hereinafter, a double patterning apparatus for two-photon stereolithography according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2 .

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 장치를 나타낸 개념도이다.2 is a conceptual diagram illustrating a double patterning device for two-photon stereolithography according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 장치(100)는 3차원 CAD 파일에 포함된 형상정보를 슬라이싱하여 나뉜 각각의 층을 하나씩 적층하여 3차원 구조물을 3D 프린팅하는 3D프린터이다.The double patterning device 100 for two-photon stereolithography according to an embodiment of the present invention is a 3D printer that 3D prints a 3D structure by slicing shape information included in a 3D CAD file and stacking the divided layers one by one.

본 발명에서 3D 프린팅하는 방식은 SLA 방식으로 분류될 수 있으며, 이에 따른 본 발명은 나노급 정밀도로 3차원 구조물을 제조할 수 있다.In the present invention, the 3D printing method can be classified as an SLA method, and according to the present invention, a 3D structure can be manufactured with nano-level precision.

이를 위한 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 스테이지부(110), 유리기판부(120), 레이저조사부(130), 반사부(140), 렌즈부(150), 제어부(160) 및 영상촬영부(170)를 포함하며, 서로 다른 출력을 가지는 레이저조사부(130)로부터 조사되는 제1, 2 레이저가 광경화성 수지에 조사됨에 따라 3차원 구조물의 변형을 최소화시킨다.As shown in FIG. 2, the present invention for this purpose includes a stage unit 110, a glass substrate unit 120, a laser irradiation unit 130, a reflector 140, a lens unit 150, a control unit 160, and an image capturing unit. 170, and the first and second lasers irradiated from the laser irradiation unit 130 having different outputs minimize deformation of the 3D structure as the photocurable resin is irradiated.

스테이지부(110)는 평판 형상의 플레이트로서, 유리기판부(120)를 지지한다. 또한, 스테이지부(110)는 제어부(160)의 제어에 의해 x축, y축 및 z축 중 어느 한 축의 방향으로 이동함에 따라 유리기판부(120)를 이동시킨다.The stage unit 110 is a flat plate and supports the glass substrate unit 120 . In addition, the stage unit 110 moves the glass substrate unit 120 as it moves in the direction of any one of the x-axis, y-axis, and z-axis under the control of the control unit 160 .

이를 위한 스테이지부(110)는 광경화성 수지가 고정된 0.1nm 분해능을 갖는 xyz 피에조 스테이지(Piezo stage) 및 xyz 피에조 스테이지(Piezo stage)를 이동시키기 위한 모터 스테이지(Motor stage)를 포함할 수 있다.The stage unit 110 for this may include an xyz piezo stage having a resolution of 0.1 nm to which a photocurable resin is fixed and a motor stage for moving the xyz piezo stage.

유리기판부(120)는 투명한 유리로 이루어지고 소정의 두께를 가지며 스테이지부(110)의 상면에 위치한다.The glass substrate part 120 is made of transparent glass, has a predetermined thickness, and is positioned on the upper surface of the stage part 110 .

상기한 유리기판부(120)의 상면에는 광경화성 수지가 위치하게 된다. 여기서, 광경화성 수지는 에폭시 계열의 고분자 수지인 Su-8일 수 있다.A photocurable resin is positioned on the upper surface of the glass substrate unit 120 . Here, the photocurable resin may be Su-8, which is an epoxy-based polymer resin.

레이저조사부(130)는 스테이지부(110)와 동일직선상에 위치하여 서로 다른 출력으로 제1 레이저 및 제2 레이저를 발생시킨다.The laser irradiation unit 130 is located on the same straight line as the stage unit 110 and generates a first laser and a second laser with different outputs.

구체적으로 레이저조사부(130)는 100fs 이하의 초단펄스 지속시간을 갖는 티타늄 : 사파이어 레이저(Ti : Sapphire laser)일 수 있다.Specifically, the laser irradiator 130 may be a Ti:Sapphire laser having an ultrashort pulse duration of 100 fs or less.

또한, 레이저조사부(130)는 제어부(160)의 제어에 의해 45mW 및 55mW 중 어느 하나의 출력으로 제1 레이저를 발생시킨다.In addition, the laser emitter 130 generates the first laser with an output of any one of 45mW and 55mW under the control of the controller 160 .

한편, 레이저조사부(130)는 제1 레이저가 조사된 후 광경화성 수지가 제1 레이저에 의해 경화 및 가교되면, 제어부(160)의 제어에 의해 15mW 및 30mW 중 어느 하나의 출력으로 제2 레이저를 발생시킨다.Meanwhile, when the photocurable resin is cured and crosslinked by the first laser after the first laser is irradiated, the laser irradiator 130 emits a second laser with an output of either 15mW or 30mW under the control of the controller 160. generate

즉, 레이저조사부(130)는 제1 레이저를 발생시킨 후 제1 레이저에 의해 광경화성 수지가 경화 및 가교되면 제2 레이저를 발생시킨다.That is, the laser irradiator 130 generates a first laser and then generates a second laser when the photocurable resin is cured and crosslinked by the first laser.

이후, 제2 레이저에 의해 경화 및 가교된 광경화성 수지가 다시 경화 및 가교되어 3차원 구조물이 3D 프린팅된다.Thereafter, the photocurable resin cured and crosslinked by the second laser is cured and crosslinked again, so that a three-dimensional structure is 3D printed.

여기서, 레이저조사부(130)가 제1 레이저만 발생시킬 경우, 종래기술과 같이 3D 프린팅된 3차원 구조물에서 표면 박리 현상, 표면 버블 불량 및 버닝 현상이 발생된다.Here, when the laser irradiation unit 130 generates only the first laser, surface peeling, defective surface bubbles, and burning occur in the 3D printed 3D structure as in the prior art.

이에 따라 본 발명에서는 레이저조사부(130)가 45mW 및 55mW 중 어느 하나의 출력으로 제1 레이저를 발생시키면 제1 레이저에 의해 3차원 구조물이 1차적으로 3D 프린팅된다.Accordingly, in the present invention, when the laser irradiator 130 generates the first laser with an output of either 45mW or 55mW, the 3D structure is primarily 3D printed by the first laser.

이후, 레이저조사부(130)가 15mW 및 30mW 중 어느 하나의 출력으로 제2 레이저를 발생시키면 제2 레이저에 의해 3차원 구조물이 2차적으로 3D 프린팅됨에 따라 단일 조사할 경우보다 표면 박리 현상, 표면 버블 불량 및 버닝 현상을 개선할 수 있다.Thereafter, when the laser irradiator 130 generates a second laser with an output of either 15mW or 30mW, the 3D structure is secondarily 3D printed by the second laser, resulting in surface peeling and surface bubbles compared to the case of single irradiation. Defects and burning can be improved.

또한, 본 발명에서는 레이저조사부(130)가 15mW 및 30mW 중 어느 하나의 출력으로 제1 레이저를 발생시키고, 45mW 및 55mW 중 어느 하나의 출력으로 제2 레이저를 발생시키는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 그외의 출력으로도 레이저를 발생시킬 수 있다.In addition, in the present invention, it has been described that the laser irradiation unit 130 generates a first laser with an output of any one of 15mW and 30mW, and generates a second laser with an output of any one of 45mW and 55mW, but is not limited thereto. No, and lasers can be generated with other outputs.

반사부(140)는 제1 반사부(141), 제2 반사부(142) 및 제3 반사부(143)를 포함한다.The reflector 140 includes a first reflector 141 , a second reflector 142 and a third reflector 143 .

제1 반사부(141)는 스테이지부(110)와 레이저조사부(130) 사이에 위치하여 제1, 2 레이저를 상측방향으로 반사시킨다.The first reflector 141 is positioned between the stage unit 110 and the laser irradiation unit 130 to reflect the first and second lasers upward.

구체적으로 제1 반사부(141)는 스테이지부(110) 및 레이저조사부(130)와 동일직선상에 위치한다.Specifically, the first reflection part 141 is located on the same straight line as the stage part 110 and the laser irradiation part 130 .

또한, 제1 반사부(141)는 레이저조사부(130)로부터 조사되는 제1, 2 레이저가 상측방향(x축에서 상측방향)으로 반사될 수 있도록 지면과 45°를 이루도록 배치된다.In addition, the first reflector 141 is disposed at an angle of 45° to the ground so that the first and second lasers irradiated from the laser irradiator 130 can be reflected in an upward direction (in an upward direction in the x-axis).

제2 반사부(142)는 제1 반사부(141)의 상부에 위치하여 제1 반사부(141)에 의해 반사된 제1, 2 레이저를 일측방향으로 반사시킨다.The second reflector 142 is positioned above the first reflector 141 to reflect the first and second lasers reflected by the first reflector 141 in one direction.

구체적으로 제2 반사부(142)는 제1 반사부(141)와 동일직선상에 위치한다.Specifically, the second reflector 142 is located on the same straight line as the first reflector 141 .

또한, 제2 반사부(142)는 제1, 2 레이저를 일측방향(y축에서 좌측방향)으로 반사될 수 있도록 지면과 45°를 이루도록 배치된다.In addition, the second reflector 142 is disposed at an angle of 45° to the ground so that the first and second lasers can be reflected in one direction (left direction in the y-axis).

제3 반사부(143)는 제2 반사부(142)와 평행하도록 유리기판부(120)의 상부에 위치하고 제2 반사부(142)에 의해 반사된 제1, 2 레이저를 하측방향으로 반사시킨다.The third reflector 143 is positioned above the glass substrate 120 parallel to the second reflector 142 and reflects the first and second lasers reflected by the second reflector 142 downward.

구체적으로 제3 반사부(143)는 제2 반사부(142)와 x축으로 평행하도록 배치되고 제1, 2 레이저가 하측방향(z축에서 하측방향)으로 반사될 수 있도록 지면과 45°를 이루도록 배치된다.Specifically, the third reflector 143 is disposed parallel to the second reflector 142 in the x-axis and has an angle of 45° to the ground so that the first and second lasers can be reflected in the lower direction (downward in the z-axis). arranged to achieve

렌즈부(150)는 유리기판부(110)와 제3 반사부(143) 사이에 위치하여 제3 반사부(143)에 의해 반사된 제1, 2 레이저를 유리기판부(110)의 상면에 위치한 광경화성 수지로 집광시킨다.The lens unit 150 is located between the glass substrate unit 110 and the third reflector 143, and transmits the first and second lasers reflected by the third reflector 143 to the upper surface of the glass substrate unit 110. condensed with chemical resin.

구체적으로 렌즈부(150)는 유리기판부(110) 및 제3 반사부(143)와 동일직선상에 위치한다.Specifically, the lens unit 150 is positioned on the same straight line as the glass substrate unit 110 and the third reflector 143 .

또한, 렌즈부(150)는 개구수 1.4인 오일 대물렌즈(oil-immersion objective lens, X 100)일 수 있으며, 이러한 렌즈부(150)는 제1, 2 레이저를 광경화성 수지에 집광하여 광경화성 수지를 경화시킨다.In addition, the lens unit 150 may be an oil-immersion objective lens (X 100) having a numerical aperture of 1.4, and the lens unit 150 condenses the first and second lasers into a photocurable resin to form a photocurable property. cures the resin.

제어부(160)는 스테이지부(110)의 동작, 레이저조사부(130)의 출력 및 영상촬영부(170)의 동작을 제어한다.The control unit 160 controls the operation of the stage unit 110, the output of the laser irradiation unit 130, and the operation of the image capture unit 170.

우선, 제어부(160)는 스테이지부(110)로 제어신호를 전송하여 스테이지부(110)를 제어함으로써 스테이지부(110)를 x축 방향, y축 방향 및 z축 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 이동시킨다.First, the control unit 160 transmits a control signal to the stage unit 110 and controls the stage unit 110 to move the stage unit 110 in at least one of the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction. let it

또한, 제어부(160)는 레이저조사부(130)의 출력을 제어하여 레이저조사부(130)가 45mW 및 55mW 중 어느 하나의 출력으로 제1 레이저를 발생시키거나 15mW 및 30mW 중 어느 하나의 출력으로 제2 레이저를 발생시키도록 한다.In addition, the control unit 160 controls the output of the laser irradiation unit 130 so that the laser irradiation unit 130 generates a first laser with any one of 45mW and 55mW or a second laser with any one of 15mW and 30mW. to generate a laser.

아울러, 제어부(160)는 영상촬영부(170)의 온오프를 제어할 수 있다.In addition, the controller 160 may control on/off of the image capture unit 170 .

영상촬영부(170)는 유리기판부(120)를 향하도록 배치되어 광경화성 수지를 실시간으로 촬영한다.The image capturing unit 170 is disposed to face the glass substrate unit 120 and photographs the photocurable resin in real time.

이를 위한 영상촬영부(170)는 고배율 렌즈가 부착된 CCD 카메라일 수 있다.The image capture unit 170 for this may be a CCD camera to which a high magnification lens is attached.

2. 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 방법2. Double patterning method of two-photon stereolithography

이하, 도 2 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 방법을 설명하도록 한다.Hereinafter, a double patterning method of two-photon stereolithography according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 8 .

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 방법을 나타낸 순서도이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 장치를 이용한 이광자 스테레오리소그래피 공정을 나타낸 개념도이다.3 is a flowchart illustrating a double patterning method of two-photon stereolithography according to an embodiment of the present invention. 4 is a conceptual diagram illustrating a two-photon stereolithography process using a double patterning device for two-photon stereolithography according to an embodiment of the present invention.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 방법은 (a) 유리기판부(120)가 스테이지부(110)의 상면에 준비되는 단계(S100), (b) 유리기판부(120)의 상면에 광경화성 수지가 떨어지는 단계(S200), (c) 레이저조사부(130)로부터 조사되는 제1 레이저가 광경화성 수지로 조사되는 단계(S300), (d) 광경화성 수지가 제1 레이저에 의해 경화 및 가교되면서 1차 성장하는 단계(S400), (e) 레이저조사부(130)로부터 조사되는 제2 레이저가 1차 성장된 광경화성 수지로 조사되는 단계(S500), (f) 1차 성장된 광경화성 수지가 제2 레이저에 의해 경화 및 가교되면서 2차 성장하는 단계(S600) 및 (g) 제1, 2 차 성장된 광경화성 수지인 3차원 구조물이 3D 프린팅되는 단계(S700)를 포함하고, 서로 다른 출력을 가지는 레이저조사부(130)로부터 조사되는 제1, 2 레이저가 광경화성 수지에 조사됨에 따라 3차원 구조물의 변형을 최소화시키는 것을 특징으로 한다.Referring to FIGS. 3 and 4 , the double patterning method of two-photon stereolithography according to an embodiment of the present invention includes (a) preparing the glass substrate 120 on the upper surface of the stage 110 (S100), ( b) a step in which the photocurable resin falls on the upper surface of the glass substrate 120 (S200), (c) a step in which the first laser irradiated from the laser irradiation unit 130 is irradiated with the photocurable resin (S300), (d) The step of primary growth while curing and crosslinking the chemical resin by the first laser (S400), (e) the step of irradiating the primary grown photocurable resin with the second laser irradiated from the laser irradiation unit 130 (S500) , (f) secondarily growing the firstly grown photocurable resin while being cured and crosslinked by a second laser (S600), and (g) 3D printing the three-dimensional structure of the first and secondly grown photocurable resins. It includes a step (S700), and it is characterized in that the deformation of the three-dimensional structure is minimized as the first and second lasers irradiated from the laser irradiation unit 130 having different outputs are irradiated to the photocurable resin.

여기서, 광경화성 수지는 에폭시 계열의 고분자 수지인 Su-8일 수 있다.Here, the photocurable resin may be Su-8, which is an epoxy-based polymer resin.

최초, 도 2에 도시된 바와 같은 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 장치(100)가 준비되고, 상기 (a) 단계(도 4에 도시된 유리기판(Glass substrate))에서와 같이 유리기판부(120)가 스테이지부(110)의 상면에 준비된다.First, the double patterning device 100 for two-photon stereolithography as shown in FIG. 2 is prepared, and as in step (a) (glass substrate shown in FIG. 4), the glass substrate unit 120 is It is prepared on the upper surface of the stage unit 110.

다음, 도 3을 참조하면, 상기 (b) 단계에서는 유리기판부(120)의 상면에 광경화성 수지가 떨어진다(도 4에 도시된 수지 드로핑(resin dropping)).Next, referring to FIG. 3 , in step (b), the photocurable resin is dropped on the upper surface of the glass substrate part 120 (resin dropping shown in FIG. 4 ).

다음, 상기 (c) 단계에서는 제1 레이저가 광경화성 수지를 스캐닝한다(도 3의 레이저 스캐닝(laser scanning)).Next, in step (c), the first laser scans the photocurable resin (laser scanning in FIG. 3).

이때, 상기 (c) 단계 및 상기 (e) 단계에서, 레이저조사부(130)는 100fs 이하의 초단펄스 지속시간을 갖는 티타늄 : 사파이어 레이저(Ti : Sapphire laser)일 수 있다.In this case, in steps (c) and (e), the laser irradiation unit 130 may be a Ti:Sapphire laser having an ultrashort pulse duration of 100 fs or less.

또한, 상기 (c) 단계에서, 레이저조사부(130)는 45mW 및 55mW 중 어느 하나의 출력으로 제1 레이저를 발생시킨다. 이때, 제1 레이저는 제2 레이저보다 상대적으로 고출력으로 출력된 레이저이다.Also, in step (c), the laser irradiation unit 130 generates the first laser with an output of any one of 45mW and 55mW. At this time, the first laser is a laser output with a relatively higher output than the second laser.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 장치를 통해 광경화성 수지 중 레이저 초점부에서의 에너지 분포 및 복셀의 모양을 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating energy distribution and voxel shapes in a laser focus part in a photocurable resin through a double patterning device for two-photon stereolithography according to an embodiment of the present invention.

다음, 상기 (c) 단계는, (c1) 제1 레이저가 광경화성 수지 중 경화시키고자 하는 레이저 초점부를 조사하는 단계, (c2) 제1 레이저가 조사된 레이저 초점부에서 국부적으로 경화되는 영역인 복셀(Voxel: Volume of Pixel)에 집광되는 단계, (c3) 제어부(160)가 기설정된 공정이 미완료된 경우, 스테이지부(110)를 x축 방향, y축 방향 및 z축 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 이동시키는 단계 및 (c4) 상기 (c1) 단계로 복귀하는 단계를 포함한다.Next, the step (c) includes: (c1) irradiating the laser focus portion of the photocurable resin to be cured with the first laser, (c2) a region that is locally cured in the laser focus portion irradiated with the first laser Condensing light into a Voxel (Volume of Pixel), (c3) if the control unit 160 does not complete a predetermined process, the stage unit 110 is moved in at least one of the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction and (c4) returning to the step (c1).

여기서, 상기 (c1) 단계 이전에, 레이저조사부(130)가 제1 레이저를 발생시키는 단계, 제1 반사부(141)가 레이저조사부(130)로부터 조사되는 제1 레이저를 제2 반사부(142)로 반사시키는 단계, 제2 반사부(142)가 제1 반사부(141)에 의해 반사된 제1 레이저를 제3 반사부(143)로 반사시키는 단계 및 제3 반사부(143)가 제2 반사부(142)에 의해 반사된 제1 레이저를 렌즈부(150)로 반사시키는 단계를 포함한다.Here, before the step (c1), the laser irradiation unit 130 generates the first laser, and the first reflector 141 transmits the first laser emitted from the laser irradiation unit 130 to the second reflector 142. ), the second reflector 142 reflects the first laser reflected by the first reflector 141 to the third reflector 143, and the third reflector 143 reflects the first laser beam reflected by the first reflector 141. 2 including reflecting the first laser reflected by the reflector 142 to the lens unit 150 .

여기서, 레이저 초점부는 광경화성 수지 중 경화시키고자 하는 일부 영역을 의미하는 것으로서, 도 5의 좌측에 도시된 바와 같은 에너지분포를 가진다.Here, the laser focus part means a part of the photocurable resin to be cured, and has an energy distribution as shown on the left side of FIG. 5 .

도 5에 도시된 레이저의 에너지분포도에 대한 수식은 다음과 같다.The equation for the energy distribution of the laser shown in FIG. 5 is as follows.

Figure 112021083600194-pat00001
Figure 112021083600194-pat00001

도 5의 좌측에 도시된 에너지분포도 및 [수학식 1]과 같이 레이저 에너지 분포가 길쭉한 형태를 나타냄에 따라 복셀(Voxel)의 모양도 제작되는 z축 방향으로 길게 형성된다.As shown in the energy distribution diagram shown on the left side of FIG. 5 and [Equation 1], as the laser energy distribution shows an elongated shape, the shape of the voxel is also formed elongated in the z-axis direction in which it is manufactured.

다음, 상기 (c2) 단계에서는 렌즈부(150)가 제3 반사부(143)에 의해 반사된 제1 레이저를 레이저 초점부에 집광시켜 국부적으로 경화되는 영역인 복셀(Voxel: Volume of Pixel)이 형성되며, 이와 관련된 수식은 다음과 같다.Next, in the step (c2), the lens unit 150 condenses the first laser reflected by the third reflector 143 into the laser focusing unit so that a voxel (Volume of Pixel), which is a region that is locally cured, is formed. is formed, and the related formula is as follows.

Figure 112021083600194-pat00002
Figure 112021083600194-pat00002

(레이저의 파워(P), 레이저 속도(1/t))(laser power (P), laser speed (1/t))

이때, 복셀의 모양은 상기 [수학식 2]에서 반영된 레이저의 파워(P) 및 레이저 속도(1/t)에 의해 결정되며, 그외의 공정 변수는 공정 중 일정한 값을 가지는 상수 값이다.At this time, the shape of the voxel is determined by the laser power (P) and laser speed (1/t) reflected in [Equation 2], and other process variables are constant values having constant values during the process.

다음, 상기 (c3) 단계에서, 기설정된 공정이 완료된 경우, 상기 (d) 단계가 수행된다.Next, in the step (c3), when the predetermined process is completed, the step (d) is performed.

여기서, 기설정된 공정은 3D CAD 파일에 포함된 형상정보에 따라 최초 3차원 구조물을 3D 프린팅하기까지의 공정을 의미한다.Here, the predetermined process means a process up to 3D printing of the first 3D structure according to the shape information included in the 3D CAD file.

이를 위한 제어부(160)는 3차원 구조물이 완전히 3D 프린팅될 때까지 형상정보에 따라 스테이지부(110)의 이동경로, 이동거리, 이동방향 등을 제어한다.For this purpose, the controller 160 controls the movement path, movement distance, movement direction, etc. of the stage unit 110 according to the shape information until the 3D structure is completely 3D printed.

도 6의 (a), (b)는 본 발명의 일실시예에 따른 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 방법에서 레이저조사부의 출력에 따른 용매 흡수 및 형상 변형을 나타낸 개념도이다.6(a) and (b) are conceptual diagrams showing solvent absorption and shape deformation according to the output of a laser irradiation unit in the double patterning method of two-photon stereolithography according to an embodiment of the present invention.

다음, 상기 (d) 단계는, (d1) 제1 레이저에 의해 복셀이 경화되는 단계, (d2) 경화된 복셀이 가교되는 단계 및 (d3) 가교된 복셀이 중첩되어 1차 성장하면서 최초 3차원 구조물이 형성(도 4에 도시된 3차원 구조물(3D structure by TPP))되는 단계를 포함한다.Next, the step (d) includes (d1) curing the voxel by the first laser, (d2) crosslinking the cured voxel, and (d3) overlapping the crosslinked voxel for primary growth while forming an initial 3D voxel. A step of forming a structure (3D structure by TPP shown in FIG. 4) is included.

이와 관련하여 레이저는 광경화성 수지의 폴리머를 경화(cross-linking) 하게 된다. 이때, 레이저의 출력(P: 파워)에 따라 경화 정도가 달라지게 된다.In this regard, the laser cross-links the polymer of the photocurable resin. At this time, the degree of curing varies according to the output (P: power) of the laser.

구체적으로 조사되는 레이저의 에너지가 높으면 가교(cross-linking)가 많아져 고분자사슬(polymer-chain) 간의 간격이 작아진다.Specifically, when the energy of the irradiated laser is high, cross-linking increases and the distance between polymer-chains decreases.

한편, 조사되는 레이저의 에너지가 낮으면 가교(cross-linking)가 적어 고분자사슬(polyer-chain) 간의 간격이 넓어진다.On the other hand, when the energy of the irradiated laser is low, the cross-linking is small and the gap between the polymer chains is widened.

이때, 도 4에 도시된 성장(develop) 과정에서 제작된 3차원 구조물(1, 2 차 구조물)이 주위의 용매를 흡수하게 되고, 고분자사슬(Polyer-chain)의 간격에 따라 흡수되는 용매의 양이 달라지게 된다.At this time, the three-dimensional structures (primary and secondary structures) fabricated in the process of developing shown in FIG. 4 absorb the surrounding solvent, and the amount of solvent absorbed according to the spacing of the polymer chains. this will be different

낮은 레이저 파워에 의해 제작된 패턴의 고분자사슬(polyer-chain) 간격이 넓어지면, 주위 용매 분자들이 흡수될 수 있는 자유부피(free-volume)가 커져 용매가 잘 흡수되게 된다. 용매의 흡수에 의해 고분자 네트워크(polyer-network)에 변형이 일어나게 되며, 이러한 이유에 의해 형상의 변형이 발생하게 된다.When the polymer-chain interval of the pattern produced by the low laser power is widened, the free-volume in which the surrounding solvent molecules can be absorbed increases and the solvent is well absorbed. Absorption of the solvent causes deformation of the polymer network, and for this reason, shape deformation occurs.

이에 따라 본 발명은 상기 (c) 단계 및 상기 (d) 단계 이후, 레이저조사부(130)에서 45mW 또는 55mW의 출력으로 조사되는 제1 레이저에 의해 1차 성장된 최초 3차원 구조물에 45mW 또는 55mW의 출력으로 조사되는 제2 레이저를 공급하여 최종적인 3차원 구조물의 형상의 변형을 최소화시킨다.Accordingly, in the present invention, after the steps (c) and (d), the first 3D structure grown by the first laser irradiated with an output of 45mW or 55mW from the laser irradiation unit 130 is 45mW or 55mW. By supplying the second laser irradiated as an output, deformation of the shape of the final 3D structure is minimized.

이를 위한 방법은 아래의 상기 (e) 단계 및 상기 (f) 단계의 세부단계를 통하여 구현된다.The method for this is implemented through the detailed steps of step (e) and step (f) below.

상기 (e) 단계에서, 레이저조사부(130)는 15mW 및 30mw 중 어느 하나의 출력으로 제2 레이저를 발생시킨다.In step (e), the laser irradiation unit 130 generates a second laser with an output of either 15mW or 30mw.

상기 (e) 단계는 도 4에 도시된 레이저 스캐닝(Laser scanning) 공정이 다시 수행된다.In step (e), the laser scanning process shown in FIG. 4 is performed again.

구체적으로 상기 (e) 단계는, (e1) 제2 레이저가 제1 레이저에 의해 조사된 레이저 초점부를 재조사하는 단계, (e2) 제2 레이저가 제1 레이저에 의해 조사된 레이저 초점부에 집광되어 복셀(Voxel: Volume of Pixel)이 재형성되는 단계, (e3) 제어부(160)가 기설정된 공정이 미완료된 경우, 스테이지부를 x축 방향, y축 방향 및 z축 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 이동시키는 단계 및 (e4) 상기 (e1) 단계로 복귀하는 단계를 포함한다.Specifically, the step (e) includes: (e1) re-irradiating the laser focus unit irradiated by the first laser with the second laser; (e2) focusing the second laser on the laser focus unit irradiated by the first laser Reforming a Voxel (Volume of Pixel), (e3) moving the stage in at least one of the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction when the controller 160 does not complete a preset process and (e4) returning to the step (e1).

상기 (e1) 내지 (e4) 단계는 상기 (c1) 내지 (c4) 단계와 동일하게 수행된다. 다만, 상기 (e1) 내지 (e4) 단계는 상기 (c) 내지 (d) 단계에 의해 1차적으로 제조된 최초 3차원 구조물의 동일한 위치에 동일한 패턴으로 제2 레이저를 다시 조사함으로써 3D 프린팅된 3차원 구조물의 변형(표면 박리 현상, 표면 버블 불량, 버닝 현상)을 최소화시킨다.Steps (e1) to (e4) are performed in the same manner as steps (c1) to (c4). However, the steps (e1) to (e4) are 3D printed by irradiating the second laser again in the same pattern on the same position of the first 3D structure primarily manufactured by the steps (c) to (d). Minimize deformation of dimensional structures (surface peeling, surface bubble defect, burning phenomenon).

한편, 상기 (e3) 단계에서, 기설정된 공정이 완료된 경우, 상기 (f) 단계가 수행된다.Meanwhile, in the step (e3), when the predetermined process is completed, the step (f) is performed.

다음, 상기 (f) 단계는 도 4에 도시된 성장(Developing) 공정이 다시 수행된다.Next, in step (f), the developing process shown in FIG. 4 is performed again.

다음, 상기 (f) 단계는, (f1) 제2 레이저에 의해 복셀이 재경화되는 단계, (f2) 경화된 복셀이 재가교되는 단계 및 (f3) 재가교된 복셀이 중첩되어 2차 성장하면서 3차원 구조물이 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 방법.Next, the step (f) includes (f1) re-curing the voxel by the second laser, (f2) re-crosslinking the cured voxel, and (f3) overlapping the re-crosslinking voxel for secondary growth. A double patterning method of two-photon stereolithography comprising the step of forming a three-dimensional structure.

이후, 상기 (g) 단계에서는 제1, 2 차 성장된 광경화성 수지인 3차원 구조물이 3D 프린팅된다.Thereafter, in step (g), the first and secondly grown three-dimensional structures of the photocurable resin are 3D printed.

도 7의 (a), (b)는 종래기술과 본 발명의 일 실시예에 따른 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 방법을 통해 제조된 3차원 구조물의 표면 박리 현상을 비교한 도면이다. 도 8의 (a), (b)는 종래기술과 본 발명의 일 실시예에 따른 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 방법을 통해 제조된 3차원 구조물의 표면 버블 불량 및 버닝(burning) 현상을 비교한 도면이다.7 (a) and (b) are diagrams comparing the surface peeling phenomenon of a three-dimensional structure manufactured through a double patterning method of two-photon stereolithography according to an embodiment of the present invention and the prior art. 8(a) and (b) are views comparing surface bubble defects and burning phenomena of a 3D structure manufactured through a double patterning method of two-photon stereolithography according to an embodiment of the present invention and the prior art. am.

한 변의 길이가 70μm이고 두께가 5μm인 오각형 구조의 필름을 45mW의 레이저 파워로 단일 조사 시 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 박리 현상이 발견된다.When a pentagonal film having a side length of 70 μm and a thickness of 5 μm is irradiated with a laser power of 45 mW, a peeling phenomenon is found as shown in FIG. 7(a).

한편, 박리현상을 개선하기 위해 레이저 파워를 55mW로 높여 같은 형태의 구조를 제작할 경우, 고출력 레이저에 의해 광경화성 수지의 용매가 기화되어 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 표면에 버블이 생기고, 고출력 레이저에 의해 광경화성 수지가 타는 현상이 나타난다.On the other hand, when the same type of structure is manufactured by increasing the laser power to 55 mW to improve the peeling phenomenon, the solvent of the photocurable resin is vaporized by the high-power laser, and bubbles are formed on the surface as shown in FIG. , a phenomenon in which the photocurable resin is burned by the high-power laser.

즉, 종래기술과 같이 광경화성 수지에 레이저를 1회만 조사하는 단일 조사하여 3D 프린팅된 구조물은 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 표면 박리 현상이 두드러지게 나타나고, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 표면 버블 불량 및 버닝 현상도 두드러지게 나타난다.That is, as in the prior art, a structure 3D printed by irradiating a photocurable resin with a laser only once has a prominent surface peeling phenomenon as shown in FIG. 7 (a), and in FIG. 8 (a) As shown, surface bubble defects and burning phenomena also appear conspicuously.

그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 방법에 의해 3D 프린팅된 3차원 구조물은 종래기술과 비교하였을 때, 도 7의 (b) 및 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 표면 박리 현상, 표면 버블 불량 및 버닝 현상이 나타나지 않는다.However, compared to the prior art, the three-dimensional structure 3D printed by the double patterning method of two-photon stereolithography according to an embodiment of the present invention is as shown in FIGS. 7(b) and 8(b). Likewise, surface peeling, surface bubble defects, and burning do not appear.

상기한 바에 따른 본 발명은 고출력 레이저 조사로 인한 수지의 손상과 구조의 박리 현상을 최소화하기 위한 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝에 관한 것으로서, 단일조사 후, 동일한 위치에 단일조사 시 조사해준 레이저의 출력(45mW, 55mW)보다 약한 출력인 15, 30mW로 각각 같은 패턴을 재조사하여, 구조 내 가교(cross-linking)를 증가시키고 고분자사슬(polymer-chain) 간의 간격을 줄임으로써 박리 및 수축 등의 불량을 개선할 수 있다.As described above, the present invention relates to double patterning of two-photon stereolithography for minimizing damage to a resin and peeling of a structure due to high-power laser irradiation, and after single irradiation, the output of the laser irradiated at the same location when single irradiation ( The same pattern is re-irradiated with 15 and 30 mW, which are weaker than 45 mW and 55 mW, respectively, to improve defects such as peeling and shrinkage by increasing cross-linking in the structure and reducing the gap between polymer-chains. can do.

또한, 본 발명은 레이저 출력을 분할하여 다중패터닝함으로써 고출력의 레이저 조사로 인한 구조 내 버블 현상과 타는 현상을 개선하고 구조 내 가교(cross-linking)는 증가시키면서도 고출력으로 인한 광경화성 수지의 손상을 줄일 수 있다.In addition, the present invention improves the bubble phenomenon and burning phenomenon in the structure due to high-power laser irradiation by dividing the laser power and multi-patterning, and reduces damage to the photocurable resin due to high power while increasing cross-linking in the structure. can

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustrative purposes, and those skilled in the art can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

100: 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 장치
110: 스테이지부
120: 유리기판부
130: 레이저조사부
140: 반사부
141: 제1 반사부
142: 제2 반사부
143: 제3 반사부
150: 렌즈부
160: 제어부
170: 영상촬영부
100: double patterning device of two-photon stereolithography
110: stage unit
120: glass substrate part
130: laser irradiation unit
140: reflector
141: first reflector
142: second reflector
143: third reflector
150: lens unit
160: control unit
170: imaging unit

Claims (13)

(a) 유리기판부가 스테이지부의 상면에 준비되는 단계;
(b) 상기 유리기판부의 상면에 광경화성 수지가 떨어지는 단계;
(c) 레이저조사부로부터 조사되는 제1 레이저가 상기 광경화성 수지로 조사되는 단계;
(d) 상기 광경화성 수지가 상기 제1 레이저에 의해 경화 및 가교되면서 1차 성장하는 단계;
(e) 상기 레이저조사부로부터 조사되는 제2 레이저가 상기 1차 성장된 광경화성 수지로 조사되는 단계;
(f) 상기 1차 성장된 광경화성 수지가 상기 제2 레이저에 의해 경화 및 가교되면서 2차 성장하는 단계; 및
(g) 상기 제1, 2 차 성장된 광경화성 수지인 3차원 구조물이 3D 프린팅되는 단계;를 포함하고,
상기 레이저조사부로부터 조사되는 상기 제1, 2 레이저가 상기 광경화성 수지에 조사됨에 따라 상기 3차원 구조물의 변형을 최소화시키는 것을 특징으로 하는 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 방법.
(a) preparing a glass substrate part on the upper surface of the stage part;
(b) dropping a photocurable resin on the upper surface of the glass substrate;
(c) irradiating the photocurable resin with a first laser irradiated from a laser irradiation unit;
(d) firstly growing the photocurable resin while being cured and crosslinked by the first laser;
(e) irradiating the firstly grown photocurable resin with a second laser irradiated from the laser irradiation unit;
(f) secondarily growing the firstly grown photocurable resin while being cured and crosslinked by the second laser; and
(g) 3D printing the three-dimensional structure of the first and secondly grown photocurable resin;
The double patterning method of two-photon stereolithography, characterized in that the deformation of the three-dimensional structure is minimized as the first and second lasers irradiated from the laser irradiation unit are irradiated to the photocurable resin.
제1 항에 있어서,
상기 (c) 단계 및 상기 (e) 단계에서,
상기 레이저조사부는 100fs 이하의 초단펄스 지속시간을 갖는 티타늄 : 사파이어 레이저(Ti : Sapphire laser)인 것을 특징으로 하는 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 방법.
According to claim 1,
In step (c) and step (e),
The double patterning method of two-photon stereolithography, characterized in that the laser irradiation unit is a titanium: sapphire laser having an ultra-short pulse duration of 100 fs or less.
제1 항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
(c1) 상기 제1 레이저가 상기 광경화성 수지 중 경화시키고자 하는 레이저 초점부를 조사하는 단계;
(c2) 상기 제1 레이저가 상기 조사된 레이저 초점부에 집광되어 국부적으로 경화되는 영역인 복셀(Voxel: Volume of Pixel)이 형성되는 단계;
(c3) 제어부가 기설정된 공정이 미완료된 경우, 상기 스테이지부를 x축 방향, y축 방향 및 z축 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 이동시키는 단계; 및
(c4) 상기 (c1) 단계로 복귀하는 단계;를 포함하고,
상기 (c3) 단계에서, 상기 기설정된 공정이 완료된 경우, 상기 (d) 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 방법.
According to claim 1,
In step (c),
(c1) irradiating, with the first laser, a laser focus portion to be cured in the photocurable resin;
(c2) forming a voxel (Volume of Pixel), which is an area where the first laser is focused on the irradiated laser focusing part and is locally cured;
(c3) moving the stage unit in at least one of the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction when a predetermined process is not completed by the control unit; and
(c4) returning to step (c1);
In the step (c3), when the predetermined process is completed, the step (d) is performed.
제3 항에 있어서,
상기 (d) 단계는,
(d1) 상기 제1 레이저에 의해 상기 복셀이 경화되는 단계;
(d2) 상기 경화된 복셀이 가교되는 단계; 및
(d3) 상기 가교된 복셀이 중첩되어 1차 성장하면서 최초 3차원 구조물이 형성되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 방법.
According to claim 3,
In step (d),
(d1) hardening the voxel by the first laser;
(d2) cross-linking the cured voxel; and
(d3) forming an initial 3D structure by first growing the cross-linked voxels by overlapping them;
제3 항에 있어서,
상기 복셀은 상기 z축 방향으로 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 방법.
According to claim 3,
The double patterning method of two-photon stereolithography, characterized in that the voxel is formed long in the z-axis direction.
제4 항에 있어서,
상기 (e) 단계는,
(e1) 상기 제2 레이저가 상기 제1 레이저에 의해 조사된 레이저 초점부를 재조사하는 단계;
(e2) 상기 제2 레이저가 상기 제1 레이저에 의해 조사된 레이저 초점부에 집광되어 상기 복셀(Voxel: Volume of Pixel)이 재형성되는 단계;
(e3) 제어부가 상기 기설정된 공정이 미완료된 경우, 상기 스테이지부를 x축 방향, y축 방향 및 z축 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 이동시키는 단계; 및
(e4) 상기 (e1) 단계로 복귀하는 단계;를 포함하고,
상기 (e3) 단계에서, 상기 기설정된 공정이 완료된 경우, 상기 (f) 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 방법.
According to claim 4,
In step (e),
(e1) re-irradiating, with the second laser, a laser focus portion irradiated by the first laser;
(e2) reshaping the voxel (Volume of Pixel) by concentrating the second laser on a laser focusing part irradiated by the first laser;
(e3) moving the stage unit in at least one of the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction when the predetermined process is not completed by the control unit; and
(e4) returning to step (e1);
In the step (e3), when the predetermined process is completed, the step (f) is performed.
제6 항에 있어서,
상기 (f) 단계는,
(f1) 상기 제2 레이저에 의해 상기 복셀이 재경화되는 단계;
(f2) 상기 경화된 복셀이 재가교되는 단계; 및
(f3) 상기 재가교된 복셀이 중첩되어 2차 성장하면서 3차원 구조물이 형성되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 방법.
According to claim 6,
In step (f),
(f1) re-hardening the voxel by the second laser;
(f2) re-crosslinking the cured voxels; and
(f3) forming a 3D structure by overlapping the recrosslinked voxels and performing secondary growth.
스테이지부;
상기 스테이지부의 상면에 위치하는 유리기판부;
상기 스테이지부와 동일직선상에 위치하여 제1 레이저 및 제2 레이저를 발생시키는 레이저조사부;
상기 스테이지부와 상기 레이저조사부 사이에 위치하여 상기 제1, 2 레이저를 상측방향으로 반사시키는 제1 반사부, 상기 제1 반사부의 상부에 위치하여 상기 제1 반사부에 의해 반사된 제1, 2 레이저를 일측방향으로 반사시키는 제2 반사부 및 상기 제2 반사부와 평행하도록 상기 유리기판부의 상부에 위치하고 상기 제2 반사부에 의해 반사된 제1, 2 레이저를 하측방향으로 반사시키는 제3 반사부를 포함하는 반사부;
상기 유리기판부와 상기 제3 반사부 사이에 위치하여 상기 제3 반사부에 의해 반사된 제1, 2 레이저를 상기 유리기판부의 상면에 위치한 광경화성 수지로 집광시키는 렌즈부;
상기 유리기판부를 향하도록 배치되어 상기 광경화성 수지를 실시간으로 촬영하는 영상촬영부; 및
상기 스테이지부의 동작, 상기 레이저조사부의 출력 및 상기 영상촬영부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 레이저조사부로부터 조사되는 상기 제1, 2 레이저가 상기 광경화성 수지에 조사됨에 따라 3차원 구조물의 변형을 최소화시키며,
상기 레이저조사부는 상기 제1 레이저를 발생시킨 후 상기 제1 레이저에 의해 상기 광경화성 수지가 경화 및 가교되면 상기 제2 레이저를 발생시키고,
상기 제2 레이저에 의해 상기 경화 및 가교된 광경화성 수지가 다시 경화 및 가교되어 3차원 구조물이 3D 프린팅되는 것을 특징으로 하는 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 장치.
stage unit;
a glass substrate portion positioned on an upper surface of the stage portion;
a laser irradiation unit positioned on the same straight line as the stage unit to generate a first laser and a second laser;
a first reflector positioned between the stage part and the laser irradiation part to reflect the first and second lasers in an upward direction, and first and second reflectors positioned above the first reflector and reflected by the first reflector; A second reflector that reflects the laser in one direction and a third reflector that is located above the glass substrate portion parallel to the second reflector and reflects the first and second lasers reflected by the second reflector downward. a reflection unit including a unit;
a lens unit disposed between the glass substrate unit and the third reflector and condensing the first and second lasers reflected by the third reflector onto a photocurable resin disposed on an upper surface of the glass substrate unit;
an image photographing unit arranged to face the glass substrate and photographing the photocurable resin in real time; and
A control unit for controlling the operation of the stage unit, the output of the laser irradiation unit, and the operation of the image capture unit;
As the first and second lasers irradiated from the laser irradiation unit are irradiated to the photocurable resin, deformation of the three-dimensional structure is minimized,
The laser irradiator generates the second laser when the photocurable resin is cured and crosslinked by the first laser after generating the first laser,
The double patterning device of two-photon stereolithography, characterized in that the three-dimensional structure is 3D printed by curing and crosslinking the cured and crosslinked photocurable resin again by the second laser.
삭제delete 제8 항에 있어서,
상기 레이저조사부는 100fs 이하의 초단펄스 지속시간을 갖는 티타늄 : 사파이어 레이저(Ti : Sapphire laser)인 것을 특징으로 하는 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 장치.
According to claim 8,
The double patterning device of two-photon stereolithography, characterized in that the laser irradiation unit is a titanium: sapphire laser having an ultra-short pulse duration of 100 fs or less.
제8 항에 있어서,
상기 제어부는 기설정된 공정이 미완료된 경우, 상기 스테이지부를 x축 방향, y축 방향 및 z축 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 장치.
According to claim 8,
Wherein the control unit moves the stage unit in at least one of an x-axis direction, a y-axis direction, and a z-axis direction when a predetermined process is not completed.
제8 항에 있어서,
상기 레이저조사부는 상기 제1 레이저를 상기 광경화성 수지로 조사하는 것을 특징으로 하는 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 장치.
According to claim 8,
The double patterning device of two-photon stereolithography, characterized in that the laser irradiation unit irradiates the first laser to the photocurable resin.
제8 항에 있어서,
상기 레이저조사부는 상기 제2 레이저를 상기 제1 레이저에 의해 경화 및 가교되면서 1차 성장된 광경화성 수지로 조사하는 것을 특징으로 하는 이광자 스테레오리소그래피의 이중패터닝 장치.
According to claim 8,
The double patterning device of two-photon stereolithography, characterized in that the laser irradiation unit irradiates the second laser to the photocurable resin that is primarily grown while being cured and crosslinked by the first laser.
KR1020210094822A 2021-07-20 2021-07-20 A double patterning method and apparatus in two-photon stereolithography KR102497174B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210094822A KR102497174B1 (en) 2021-07-20 2021-07-20 A double patterning method and apparatus in two-photon stereolithography

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210094822A KR102497174B1 (en) 2021-07-20 2021-07-20 A double patterning method and apparatus in two-photon stereolithography

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230014120A KR20230014120A (en) 2023-01-30
KR102497174B1 true KR102497174B1 (en) 2023-02-09

Family

ID=85106039

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210094822A KR102497174B1 (en) 2021-07-20 2021-07-20 A double patterning method and apparatus in two-photon stereolithography

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102497174B1 (en)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101340386B1 (en) * 2012-04-25 2013-12-11 한국과학기술원 Autofocusing method using fluorescence of pre-two-photon absorption region for two-photon photopolymerization nanofabrication system
EP3208075B1 (en) * 2016-02-17 2018-06-13 Hochschule für angewandte Wissenschaften Aschaffenburg Optical method and apparatus for fabricating a structured object

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230014120A (en) 2023-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5018076B2 (en) Stereolithography apparatus and stereolithography method
JP4957242B2 (en) Stereolithography equipment
JP5023975B2 (en) Stereolithography apparatus and stereolithography method
US20170225393A1 (en) Apparatus and method for forming three-dimensional objects using two-photon absorption linear solidification
DE102016214606B3 (en) Method and device for the lithographic production of a target structure at a non-planar starting structure
JP5024001B2 (en) Stereolithography apparatus and stereolithography method
WO2016015389A1 (en) Femtosecond laser two-photon polymerization micro/nanoscale machining system and method
US20100294954A1 (en) Method for making structures with improved edge definition
CN110573291B (en) Method for manufacturing 3D structures by laser lithography and corresponding computer program product
US20190255773A1 (en) Method for lithography-based generative production of three-dimensional components
US6841340B2 (en) Optical fabricating method and apparatus
JP2009113294A (en) Optical modeling apparatus and optical modeling method
KR102497174B1 (en) A double patterning method and apparatus in two-photon stereolithography
JP2008162189A (en) Optical shaping apparatus
Gandhi et al. 3D microfabrication using bulk lithography
JP6764905B2 (en) 3D printing equipment
Gandhi et al. Fabrication of Textured 3D Microstructures Using ‘Bulk Lithography’
JP6833431B2 (en) Stereolithography equipment, stereolithography method and stereolithography program
EP0681906B1 (en) Stereolithographic construction techniques
JP2004314406A (en) Layer thickness variable optical micro-shaping method and layer thickness variable optical micro-shaping apparatus
Jiang Development of a novel two‐laser beam stereolithography system
Jiang Accelerating fabrication speed in two-laser beam stereolithography system using adaptive crosshatch technique
CN115379941A (en) Method and device for lithography-based generative manufacturing of three-dimensional components
WO2022269979A1 (en) Three-dimensional shaping device and three-dimensional shaping method
JPH03281329A (en) Optical three-dimensional shaping

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right