KR20040042070A - 감광성유리의 미세가공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 감광성유리를 이용하여 평판이 아닌 곡면형상이나 기타 임의의 형상을 지니는 기판 상에 마이크로머시닝이 되도록 한 방법에 관한 것으로, 특히 평판의 감광성유리 기판을 포토마스크를 통과한 자외선에 의해 노광시킨 다음 이것을 열처리하여 결정화시키는 과정에서 평판을 임의의 모양으로 변화시킨 후 냉각시키고 추후 식각공정에 의해 열처리에 의해 결정화된 부분만을 선택적으로 식각시켜 미세한 홀이나 채널 또는 특수 패턴을 곡면상이나 특수형상으로 변형된 기판 상에 형성하는 감광성유리의 가공 방법에 관한 것이다.

Description

감광성유리의 미세가공 방법{omitted}

본 발명은 감광성유리를 이용한 미세구조물을 제조하는 방식에 관한 것이다.

최근 미세전자기계시스템(MEMS)은 센서, 평판디스플레이, 엑츄에이터 등의 다양한 소자에 적용이 되고 있다. 이와 같은 미세전자기계시스템에도 다양한 형태의 몸체미세가공기술(bulk micromachining)이 이용되고 있다. 대표적인 것으로는실리콘의 이방성식각기술과 LIGA공정, 감광성유리 공정 등이 있다. 이 들 방식은 주로 평판상에 미세가공을 하는 방식으로 널리 알려져 있다. 이 중 감광성유리 공정은 1947년 발견되었으나 오늘 날 미세전자기계시스템이 비약적으로 발전됨에 따라 다시 각광받고 있는 공정으로 선진업체들을 중심으로 미세유체소자, 바이오맴스, 전자/정보통신용 정밀부품 등에 널리 이용이 되고 있다.

감광성유리의 가공방식은 [도 1] 에 나타내었다.

감광성유리(1-1)를 수은등 등에서 발생되는 자외선(1-2)을 포토마스크(1-3)를조사시킨 후 열처리를 하면 공정에 따라 노광된 부위(1-5)나 노광되지 않은 부위(1-7)를 선택적으로 결정화시키는 것이 가능하다.노광된 부위가 결정화되는 것은 미국 코닝의 Stookey가 발견을 하였으며, 노광되지 않은 부위가 결정화되는 것은 당 발명자가 발견하여 세계재료학회(MRS;material research society) 등에 발표한 바 있으며 빛을 받지 않는 부위가 결정화된다는 측면에서 negative process라 명명했으며, 이전의 빛을 받은 부위가 결정화되는 공정을 positive pocess라 하다. 결정화된 부위는 결정화되지 않은 부위(1-4, 1-6)에 비해 빠른 식각속도를 가지므로 이를 5-10%정도의 불산 수용액으로 식각시키면 결정화된 부위를 우선적으로 식각(1-8)시키는 것이 가능하여 유체소자, 센서용 부품, 평판디스플레이용 부품 등 다양한 미세전자기계시스템에 적용되어 오고 있다. 그러나 지금까지의 대부분의 가공방식은 평판으로 이루어지는 기판에 미세가공된 것이 titer plate, micro mixer, ink jet head 등의 부품으로 이용되었으며, 평판이 아닌 기판상의 미세가공의 예는 보이지 않았다.

따라서, 본 발명의 목적은 감광성유리 가공기술을 이용하여 평판상이 아닌 곡면이나 특정의 모양을 지닌 감광성유리 기판에 미세가공이 되도록 하여 유체소자, 센서 등의 새로운 디바이스 및 고기능 디바이스의 제작을 위한 기반을 제공하고자 하였다.

도 1 은 종래 기술에 따른 감광성유리의 가공방법

도 2 는 종래기술에 따른 감광성유리의 열처리 및 식각공정

도 3은 본 발명의 감광성유리의 가공방법

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1-1 : 감광성유리 1-2 : 자외선

1-4, 1-6 : 비정질부위 1-5, 1-7, 2-3 : 비정질부위

1-8, 2-4 : 식각 2-1, 3-1 : 열처리용 다이

3-3 : 기판이 특수형상으로 변화된 모습

3-4 : 식각 후 관통 홀이 형성된 모습

감광성유리를 결정화시킬 때 일반적으로 형상의 변형을 막기위해 평판상의 다이에 올려두고 열처리를 한다. 일반적으로 다이재질로는 알루미나가 이용되나 감광성유리와 반응이 없는 다양한 재질이 이용될 수 있다. [도 2]에는 다이상에 감광성유리를 올려두고 열처리 및 에칭하는 과정을 나타내었다.

일반적으로 감광성유리를 결정화시킬 때 기판의 변형을 막기 위해 평탄화가 잘 된 다이(2-1)상에 자외선에 노광된 감광성유리(2-2)를 올려두고 이를 열처리하여 결정화를 시킨다. 결정화가 되면 평판의 감광성유리 기판에 결정화된 패턴(2-3)이 나타나게 된다. 이를 식각시키면 임의의 패턴으로 식각(2-4)된 모양을 가진 미세가공된 감광성유리판이 얻어진다.

그런데 감광성유리를 결정화시키기 위해서는 실험 조건에 따라 다르지만 보통 550℃-620℃의 온도에서 1시간 정도 열처리를 하는 것이 일반적인 공정이다. 이 온도에서는 감광성유리는 외부의 힘에 의해서건, 자체 자중에 의해서건 변형이 될 수 있다. 즉 평판을 곡면이나 기타 형상으로 변형시키는 것이 가능하였다. 이와 같은 특성을 이용하여 평판으로 된 감광성유리를 결정화과정에서 결정화와 동시에 형상을 변화시켜 곡면이나 기타 원하는 형상으로 만든 다음 이것을 냉각시킨 후에 불산수용액에 넣어 결정화부위를 제거시켜 임의의 형상을 지닌 유리기판에 미세가공이 가능하게 하였다.

[도 3] 에는 이와 같은 방식에 의해 감광성유리를 가공하는 공정의 일례를 나타내었다. 결정화과정에서 감광성유리를 특수기기로 굽히거나 변형시키는 것도 가능하지만 여기서는 간단히 눌러주거나 자체 무게에 의해 유리 기판의 형상이 변화되도록 하였다.

단차를 지닌 다이(3-1) 상에 감광성유리(3-2)를 올려 두고 열처리를 한다. 열처리공정은 업체에 따라 다르지만 여기서는 하나의 예로 20℃에서 350℃로 분당 5도씩 승온시켰으며, 350℃에서 585℃까지 분당 3℃씩 승온시켰다. 585℃에서 1시간 유지를 한 다음 이것을 냉각시켰다. 이 열처리 과정에서 홈이 있는 부분의 감광성유리를 눌러 주면 감광성유리는 밑으로 흘러내려 평판에서 곡면형상으로 변화되며 결정화부위(3-3)는 임의의 각도로 재배치가 된다. 이와 같이 열처리 과정에서 변형된 기판을 불산수용액에 식각시키면 특수 형상을 지니는 유리에 미세가공(3-4)이 가능하게 된다. 여기서는 관통된 구멍을 형성하였으나 소자에 따라 식각깊이를 조절하여 패턴을 만드는 것이 가능하다.

유리기판을 눌러 주거나 유리자체의 무게에 의해 변형시킬 수도 있으며 앞에서 이야기한 것처럼 고온에서 다를 수 있는 기기로 유리기판을 평판 상에서 다른 형상으로 구부리거나 어떤 모양을 이루는 형틀에 눌러서 만드는 것도 당연히 가능하다. 또한 결정화시 파이프 모양으로 만들면 파이프의 외곽부에 미세 홀이나 채널을 형성하는 것도 가능하여 다양한 미세필터로 활용할 수도 있는 것과 같이 다양한 모양으로 제조하는 것이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명의 감광성유리의 가공방식은 미세구조물을 평판으로 이루어진 기판이 아닌 곡면이나 특정의 형상으로 모양을 이루는 유리기판에 형성하는 것이 가능하게 하여 유체소자나 노즐 등의 기존 제품뿐만이 아니라 새로온 형태의 미세전자기계시스템의 개발 등에 적용하는 것이 가능한 효과를 지니고 있다.

Claims (1)

1. 포토마스크를 통하여 자외선에 노광된 감광성유리판을 결정화시키는 과정과 이 과정에서 감광성유리의 형상을 외부의 물리력에 의해 곡면상이나 임의의 형상으로 변화시키는 과정 및 이를 냉각시킨 후 결정화부위를 선택적으로 식각시켜 미세구조물을 제조하는 과정을 지니는 감광성유리의 제조방법