KR20000007689A - 압축 성형 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미세 형상이 도안되어 있는 주형(Mold)과 이러한 미세 형상이 인쇄될 고분자 물질사이 계면에서의 접착현상을 제거하고 보다 더 완벽한 미세한 형상을 얻을 수 있는 압축 성형 방법에 관한 것으로, 미세 형상이 도안되어 있는 주형 기판과 상기 미세 형상이 인쇄될 고분자 물질 시편을 이용한 압축 성형 방법에 있어서, 주형의 표면을 불소 종말화하거나 단원자 층을 흡착하는 단계와, 상기 주형 기판 또는 고분자 물질 시편 중 어느 한쪽을 가열하는 단계와, 상기 주형 기판 및 고분자 시편을 압축하여 성형하는 단계와, 일정시간 후 가열된 판을 냉각하고 고분자 물질 시편과 주형을 분리하는 단계를 포함하여 포함하여 구성된 것이다.
Description
본 발명은 압축 성형 방법에 관한 것으로, 특히 미세 형상이 도안되어 있는 몰드(Mold) 기판과 이러한 미세 형상이 인쇄될 고분자 물질사이 계면에서의 접착현상을 제거하고 보다 더 완벽한 미세한 형상을 얻을 수 있는 압축 성형 방법에 관한 것이다.
압축 성형 공정은 고분자 물질의 가공에 아주 오래 전부터 사용되어 온 가공 기술중의 하나이다. 이 방법은 먼저 원하는 형상의 주형(mold)을 금속 재질로 제작한 후, 그 주형 내부로 고분자 물질을 압축하여 성형하는 기술이다. 이 때 고분자 물질은 가해진 압력에 의해 주형 내부로 충진되어야 하므로 유동성을 가져아하며, 이러한 유동성의 확보를 위하여 주형 및 고분자 물질의 전달 경로 모두는 고분자 물질의 유리 전이 온도(glass transition temperature) 이상의 고온으로 유지되어 진다. 원하는 형상의 주형 내부로 고분자 물질의 충진이 완료되면 적절한 시간이 경과된 후 적절히 냉각하여 고분자의 유동성을 제거, 고형화 시킨 후 주형를 분해하면 주형의 형상을 갖는 고체상의 고분자 제품이 만들어 진다.
압축 성형 공정에서 유리 전이 온도 이상의 고온으로 고분자 물질이 가열된 상태에서 주형의 내부 벽면과 접촉되고, 주형 배부 벽 표면에 고분자 물질이 달라 붙어 공정이 끝난 후에도 쉽게 분리되지 않는다. 이를 방지하기 위하여 종래의 기술에서는 주형 내벽 표면에 이형재(mold release agent)를 도포하여 압축 성형 공정을 수행하였다. 유기 실리콘(organosilicone compounds) 계통의 화학 물질 들이 이형재로서 주로 사용되고 있다.
이와같은 압축 성형 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과같다.
도 1은 일반적인 압축 성형용 프레스(press)의 구성도이다.
압축성형용 프레스는 가장하부에 위치하는 프레스 받침대(1) 양측으로 프레스 플레이트 유도 축(2)이 설치되고, 상기 프레스 플레이트 유도 축(2)상에는 상부 프레스 플레이트(6) 및 하부 프레스 플레이트(5)가 서로 대향되도록 설치된다. 이 때, 상기 상부 프레스 플레이트(6)는 상기 유도 축(2)상에 고정되고 하부 프레스 플레이트(5)는 상기 유도 축(2)을 따라 승강 가능하도록 설치된다. 그리고 상하부 프레스 플레이트(5,6)은 온도 조절이 가능하도록 설치된다.
또한, 상기 상부 프레스 플레이트(6)의 저면에는 주형(Mold)이 고정되는 주형 받침대(8a)가 장착되고, 상기 하부 프레스 플레이트(5)에는 시편(10)을 떠받치는 시편 받침대(8b)가 장착된다.
그리고 상기 프레스 받침대(1) 상부면 중앙에는 유압 인가시 플렌저(12)가 하부 프레스 플레이트(5)를 상부로 밀어올릴 수 있도록 하는 가압기(3)가 설치되고, 상기 가압기(3) 일측에는 상기 가압기(3)의 동작시 압력을 확인할 수 있는 압력계가 부착된다.
이와 같은 프레스를 이용하여 압축성형을 실시한다.
도 2a 내지 2c는 종래의 압축 성형 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
도 2a와 같이, 고분자 박막(11)이 증착된 시편(10)을 상기 시편 받침대(8b) 위에 위치시키고, 25nm 정도의 도트(dots) 또는 라인(lines) 패턴을 갖는 주형(9)을 주형 받침대(8a)위에 위치시킨다. 이 때, 고분자 박막(11)은 PMMA 폴리머(polymer)를 이용한다.
도 2b와 같이, 상기 주형(9)과 시편(10)을 압축하여 주형의 패턴이 시편의 고분자 박막(11)에 성형되도록 한다. 이 때 주형 및 레지스트를 유리 전이 온도 이상의 온도(약 200℃)로 히팅하여 압축하고, PMMA(Polymethylemthacrylate)의 유리 전이 온도 이하로 온도가 떨어질 때 주형을 시편으로부터 분리 시킨다.
도 2c와 같이, 이방성 식각 등으로 상기 고분자 박막을 소정 두께로 식각하여 패턴을 형성한다.
상기와 같은 종래의 압축 성형 방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
즉, 유기 실리콘 등의 이형재를 이용한 주형 표면과 고분자 물질 사이 계면 접착 현상의 제거는 형상의 크기가 큰 경우에만 사용 가능하며, 1 미크론 이하 크기의 미세 형상이 양각 또는 음각된 주형 표면에 통상적인 방법으로 이형재를 도포하면 이형재 물질의 두께가 형상의 크기보다 훨씬 더 크므로 주형 표면의 미세 형상들이 모두 이형재 물질에 의해 뒤덮이게 되고 따라서 원하는 미세 형상의 도안(pattern)들이 인쇄될 수 없다.
만약 고압으로 압축하여 성형하는 경우에는 주형 기판과 도안이 이송될 기판에 물리적 손상을 입히게되며, 설사 도안이 이송된다 하더라도 주형 표면에 존재하는 두께운 이형재 막에 의하여 원하는 위치에 원하는 크기로 정확히 인쇄되지 않는다.
또한 고분자 표면에 이송된 도안의 형상이 아주 미세하게(1 미크론 정도) 변형 또는 왜곡되었을 때 이를 정밀하게 보완해 줄 수 있는 방법이나, 압축 형성에 의해 이미 도안 이송이 끝난 상태에서 이 도안의 크기를 매우 미세한 수준에서 조절할 수 있는 기술이 존재하지 않는다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 주형 기판의 표면에 도안이 인쇄될 고분자 물질이 접착되어 뜯겨져 나오는 현상을 방지하여 반도체 및 전자 제품의 제조 공정에 적용 가능하도록 미세 형상의 패터닝할 수 있는 압축 성형 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 압축 성형 장치 구성도
도 2a 내지 2c는 종래의 압축 성형 공정 단면도
도 3은 본 발명 제 2 실시예의 압축 성형 방법을 설명하기 위한 주형의 단면도
도 4는 본 발명 제 3 실시예의 압축 성형 방법을 설명하기 위한 주형 단면도
도 5는 본 발명 제 5 실시예의 압축 성형 방법을 설명하기 위한 고분자 물질 단면도
도 6은 본 발명 제 6 실시예의 압축 성형 방법을 설명하기 위한 고분자 물질 단면도
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
9 : 주형 10 : 시편
11 : 고분자 물질
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 미세 형상 압축 성형 방법은 미세 형상이 도안되어 있는 주형 기판과 상기 미세 형상이 인쇄될 고분자 물질 시편을 이용한 압축 성형 방법에 있어서, 상기 주형 기판 또는 고분자 물질 시편 중 어느 한쪽을 가열하는 단계와, 상기 주형 기판 및 고분자 시편을 압축하여 성형하는 단계와, 일정시간 후 가열된 판을 냉각하고 고분자 물질 시편과 주형을 분리하는 단계를 포함하여 포함하여 구성됨에 그 특징이 있다.
상기와 같은 본 발명의 미세 형상 압축 성형 방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명 제 2 실시예의 압축 성형 방법을 설명하기 위한 주형의 단면도이고, 도 4는 본 발명 제 3 실시예의 압축 성형 방법을 설명하기 위한 주형 단면도이고, 도 5는 본 발명 제 5 실시예의 압축 성형 방법을 설명하기 위한 고분자 물질 단면도이고, 도 6은 본 발명 제 6 실시예의 압축 성형 방법을 설명하기 위한 고분자 물질 단면도이다.
제 1 실시예
본 발명 제 1 실시예의 압축 성형 방법은 비대칭 가열법(asymmetric heating method)을 이용한 것이다.
즉, 주형(9) 또는 고분자 박막이 증착된 시편(10) 중 어느 한쪽에만 고분자 물질의 유리 전이 온도 이상으로 가열하고 나머지 한쪽은 상온을 유지시켜 압축 성형한다. 그리고, 적절한 시간이 경과한 후 가열된 쪽을 냉각수 등을 이용하여 급속 냉각시키는 방법이다. 이 때, 냉각 시간은 대략 2-20분 정도이다.
이와 같은 방법을 이용하면 종래의 방법에서와 같이 주형과 시편 모두를 가열한 것보다 고분자 물질이 접착되어 뜯겨져 나오는 현상을 방지할 수 있다.
제 2 실시예
본 발명 제 2 실시예는 주형의 표면을 불소 종말화(Fluorine termination of the mold surface)한 것이다.
즉, 도 3과 같이, 주형(9) 기판을 불소 성분을 함유한 화학 약품(예를 들면, 불소 가스 자체)으로 적절히 처리하여 그 표면을 불소 종말화 시킨다. 불소 종말화 처리된 주형(9) 표면은 고분자 물질과의 접착성이 감소 또는 소멸되어 압축 성형 공정 후에도 주형 표면에 고분자 물질이 뜯겨져 나오는 현상을 방지할 수 있다.
제 3 실시예
본 발명의 제 3 실시예는 주형 표면에 단원자 층을 화학흡착하는 방법이다.
즉, 도 4와 같이, 주형(9) 표면의 성질을 친수성(hydrophilic) 또는 소수성(hydrophobic) 상태로 변화시킬 수 있는 화학 물질의 단원자 층을 주형(9)의 표면에 화학흡착하여 고분자 물질이 주형 표면에 접착되어 뜯겨져 나오는 현상을 방지한 것이다.
제 4 실시예
본 발명의 제 4 실시예는 주형 물질로 화학적 반응성이 적은 불소수지 계열의 고분자를 사용한 것이다.
즉, 유기 또는 무기 물질들과의 반응성이 매우 적은 불소수지 계열의 고분자 재질(예를 들면, PTFE; Polytertrafluorinated Ethylene)로 주형 기판을 제조하여 압축 성형 공정에 이용하면 미세 현상이 인쇄될 고분자 물질이 주형 표면에 접착되어 뜯겨져 나오는 현상을 방지할 수 있다.
제 5 실시예
본 발명의 제 5 실시예는 상기 본 발명 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 실시예와 같은 방법에 의해 압축 성형되어 도안이 인쇄된 고분자 물질 표면에 단원자 층을 화학흡착하여 불완전한 도안 형상을 보완하는 것이다.
즉, 도 5와 같이, 매우 작은 크기의 형상을 가진 도안을 압축 성형 방법으로 고분자 물질(11) 표면에 인쇄하였을 때, 이송된 도안 형상이 불완전할 경우가 있다(도 5에서 점선 부분). 이 때, 도안 형상이 불완전한 부분을 단원자 층 단위로 화학 흡착하는 화학 약품처리를 통해 완전한 형상으로 보완할 수 있다.
제 6 실시예
본 발명의 제 6 실시예는 압축 성형 공정 후 도안이 이송된 고분자 물질 표면에 단원자 층 화학 흡착 물질 처리를 통한 이송된 도안의 크기를 조절하는 것이다. 여기서, 화학 흡착(bonding)의 한 예로는 아크릴 산(acrylic acid) 또는 아미드(amide)를 접목(grafting)하는 기법이 있다.
즉, 도 6과 같이, 매우 작은 크기의 형상을 가진 도안을 압축 성형 방법으로 고분자 물질(11) 표면에 인쇄하였을 때(도 6에서 점선으로 나타낸 부분), 이송된 도안 형상의 크기를 단원자 층 단위로 화학흡착 하는 화학 약품 처리를 통해서 수-수십 Å수준에서 매우 정밀하게 조절할 수 있다.
이와 같은 실시예들을 복합적으로 활용하면 보다 더 우수한 압축 성형을 실시할 수 있다.
즉, 본 발명 제 2 실시예와 같이 주형 표면의 불소 종말화를 하고 본 발명 제 1 실시예와 같이 비 대칭적 가열 법을 이용하면 주형 표면에 고분자 물질이 접착되어 뜯겨져 나오는 현상을 보더 더 확실하게 방지할 수 있다.
그리고 본 발명 제 3 실시예와 같이 주형 표면을 처리하고 제 1 실시예와 같이 할 수도 있다.
이와 같이 고분자 물질 표면에 도안을 인쇄한 후 본 발명 제 5, 제 6 실시예를 병행하여 진행할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 압축 성형 방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 상기 각 실시예와 같이 주형과 시편을 비 대칭적으로 가열하거나 주형의 표면을 처리하거나 불소수지로 주형을 만들어서 압축 성형하므로 주형 표면에 고분자 물질이 접착되어 뜯겨져 나오는 현상을 완전히 방지할 수 있다. 따라서, 종래의 이형재를 이용한 압축 성형 공정으로는 불가능한 반도체 제조 공정 등에도 적용 가눙한 초 미세 형상의 도안 이송도 원하는 위치에, 원하는 크기의 형상을 완벽하게 인쇄할 수 있다.
둘째, 이미 도안 이송이 완료된 고분자 물질 표면을 단원자 층 화학흡착 물질로 표면처리를하여 불완전한 형상의 보완 및 이미 왼쇄된 형상 크기의 미세한 조절이 가능하다.
Claims (16)
- 미세 형상이 도안되어 있는 주형 기판과 상기 미세 형상이 인쇄될 고분자 물질 시편을 이용한 압축 성형 방법에 있어서,상기 주형 기판 또는 고분자 물질 시편 중 어느 한쪽을 가열하는 단계와,상기 주형 기판 및 고분자 시편을 압축하여 성형하는 단계와,일정시간 후 가열된 판을 냉각하고 고분자 물질 시편과 주형을 분리하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 압축 성형 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 압축 성형되어 도안이 인쇄된 고분자 물질 표면에 단원자 층을 화학흡착하여 불완전한 도안 형상을 보완하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 압축 성형 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 압축 성형 공정 후 도안이 이송된 고분자 물질 표면에 단원자 층 화학흡착 물질 처리를 통하여 이송된 도안의 크기를 조절하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 압축 성형 방법.
- 미세 형상이 도안되어 있는 주형 기판과 상기 미세 형상이 인쇄될 고분자 물질 시편을 이용한 압축 성형 방법에 있어서,상기 주형의 표면을 불소 종말화하는 단계와,상기 주형 기판 및 상기 고분자 물질 시편을 압축하여 성형하는 단계와,상기 고분자 물질 시편과 상기 주형을 분리하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 압축 성형 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 압축 성형되어 도안이 인쇄된 고분자 물질 표면에 단원자 층을 화학흡착하여 불완전한 도안 형상을 보완하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 압축 성형 방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 압축 성형 공정 후 도안이 이송된 고분자 물질 표면에 단원자 층 화학흡착 물질 처리를 통하여 이송된 도안의 크기를 조절하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 압축 성형 방법.
- 미세 형상이 도안되어 있는 주형 기판과 상기 미세 형상이 인쇄될 고분자 물질 시편을 이용한 압축 성형 방법에 있어서,상기 주형의 표면에 단원자 층을 화학흡착하는 단계와,상기 주형 기판 및 고분자 물질 시편을 압축하여 성형하는 단계와,상기 고분자 물질 시편과 상기 주형을 분리하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 압축 성형 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 주형 표면의 성질을 친수성 또는 소수성 상태로 변화시킬 수 있는 화학 물질의 단원자 층을 주형의 표면에 화학흡착함을 특징으로 하는 압축 성형 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 압축 성형되어 도안이 인쇄된 고분자 물질 표면에 단원자 층을 화학흡착하여 불완전한 도안 형상을 보완하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 압축 성형 방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 압축 성형 공정 후 도안이 이송된 고분자 물질 표면에 단원자 층 화학흡착 물질 처리를 통하여 이송된 도안의 크기를 조절하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 압축 성형 방법.
- 미세 형상이 도안되어 있는 주형 기판과 상기 미세 형상이 인쇄될 고분자 물질 시편을 이용한 압축 성형 방법에 있어서,불소수지 계열의 고분자로 된 주형을 준비하는 단계와,상기 주형 기판 및 고분자 물질 시편을 압축하여 성형하는 단계와,상기 고분자 물질 시편과 상기 주형을 분리하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 압축 성형 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 압축 성형되어 도안이 인쇄된 고분자 물질 표면에 단원자 층을 화학흡착하여 불완전한 도안 형상을 보완하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 압축 성형 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 압축 성형 공정 후 도안이 이송된 고분자 물질 표면에 단원자 층 화학흡착 물질 처리를 통하여 이송된 도안의 크기를 조절하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 압축 성형 방법.
- 미세 형상이 도안되어 있는 주형 기판과 상기 미세 형상이 인쇄될 고분자 물질 시편을 이용한 압축 성형 방법에 있어서,상기 주형의 표면을 불소 종말화하는 단계와,상기 주형 기판 또는 고분자 물질 시편 중 어느 한쪽을 가열하는 단계와,상기 주형 기판 및 고분자 시편을 압축하여 성형하는 단계와,일정시간 후 가열된 판을 냉각하고 고분자 물질 시편과 주형을 분리하는 단계와,상기 압축 성형되어 도안이 인쇄된 고분자 물질 표면에 단원자 층을 화학흡착하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 압축 성형 방법.
- 미세 형상이 도안되어 있는 주형 기판과 상기 미세 형상이 인쇄될 고분자 물질 시편을 이용한 압축 성형 방법에 있어서,상기 주형의 표면에 단원자 층을 화학흡착하는 단계와,상기 주형 기판 또는 고분자 물질 시편 중 어느 한쪽을 가열하는 단계와,상기 주형 기판 및 고분자 물질 시편을 압축하여 성형하는 단계와,상기 고분자 물질 시편과 상기 주형을 분리하는 단계와,상기 압축 성형되어 도안이 인쇄된 고분자 물질 표면에 단원자 층을 화학흡착하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 압축 성형 방법.
- 미세 형상이 도안되어 있는 주형과 상기 미세 형상이 인쇄될 고분자 물질 시편을 이용한 압축 성형 방법에 있어서,불소수지 계열의 고분자로 된 주형을 준비하는 단계와,상기 주형 기판 또는 고분자 물질 시편 중 어느 한쪽을 가열하는 단계와,상기 주형 및 고분자 물질 시편을 압축하여 성형하는 단계와,상기 고분자 물질 시편과 상기 주형을 분리하는 단계와,상기 압축 성형되어 도안이 인쇄된 고분자 물질 표면에 단원자 층을 화학흡착하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 압축 성형 방법.
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