KR20050032389A - Ultra-micro mold and mask manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 극소형 금형 및 마스크를 제작하는 방법으로서, 더욱 상세하게는 레이저장치를 이용한 새로운 공정으로 금형과 마스크를 신속 정확하고 저렴한 제작비용으로 생산할 수 있는 공정에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a very small mold and mask, and more particularly to a process that can produce a mold and mask quickly and accurately at a low manufacturing cost by a new process using a laser device.
최근 반도체, 정보통신, 바이오산업 등에서 나노/마이크로 관련 기술을 응용하여 기존의 공정을 대체할 수 있는 신 공정기술의 개발이 활발하게 진행되고 있으며, 이러한 신 공정기술의 개발에서 핵심기반기술로 저비용, 대량생산을 위한 나노, 마이크로 공정기술의 중요성이 더욱 대두되고 있다. Recently, the development of new process technology that can replace the existing process by applying nano / micro related technology in the semiconductor, information communication, bio industry, etc. has been actively progressed, and low cost, The importance of nano and micro process technology for mass production is increasing.
현재까지 초소형 구조물 제작에 관한 공정기술에 대한 대부분의 연구는 반도체 공정을 기반으로 하는 초정밀기계기술(MEMS: Micro Electro Mechanical Systems)에 중심을 두고 있으며, 이러한 기술은 자동차 에어백 센서, 유압센서 등 초소형 제품의 개발에 상당한 역할을 해왔다. 그러나 공정의 특성상 완전한 자유표면을 가지는 3차원 형상이나 세장비(aspect ratio)가 큰 제품을 저비용으로 제작하기에는 어려움이 있으며, 값비싼 장비의 사용과 클린룸(clean room)과 같은 특별한 환경에서만 제작이 가능한 여러 가지 단점을 가지고 있다. To date, most of the researches on the process technology for manufacturing microstructures have been focused on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) based on semiconductor processes, and these technologies are very small products such as automotive airbag sensors and hydraulic sensors. Has played a significant role in its development. However, due to the nature of the process, it is difficult to manufacture a three-dimensional shape with a completely free surface or a large aspect ratio at low cost, and can be manufactured only in a special environment such as using expensive equipment and a clean room. It has several disadvantages.
이러한 단점을 극복하기 위하여 LIGA(LIthographie Galvano-formung und Abformung), 초정밀 전기방전기계(Micro EDM: Electric Discharge Machine), 레이저 가공과 같은 마이크로 3차원 가공방법이 개발되었고, 특히 시작품 제작 산업에서 널리 활용되고 있는 3차원 쾌속조형기술을 응용하여 마이크로 스케일 형상을 제작하는 연구가 진행 중이다. To overcome these shortcomings, micro three-dimensional processing methods such as LIGA (Lithographie Galvano-formung und Abformung), Micro EDM (Electric Discharge Machine), and laser processing have been developed. Research is underway to produce microscale shapes by applying 3D rapid molding technology.
쾌속조형기술인 광경화 조형장치(Stereo-Lithography Apparatus, SLA)에 대해서는, 대한민국 특허등록번호 제332939호를 비롯하여 다양한 기술이 제안되어 왔다. 이 기술을 기반으로 한 A. Bertsch, H. Lorenz와 P. Renaud의 '정밀 광조형기술과 자외선 조형기술을 이용한 3차원 정밀제작(3D micro-fabrication by combining micro stereo-lithography and thick resist UV lithography, Sensor and Actuators, Vol. 73, pp. 14-23, 1999)'에서는 두꺼운 저항에 자외선을 투과하여 수 mm 크기의 3차원 형상을 제작할 수 있는 기술이 개시되어 있다. 그리고 D.W. Kim, H.C. Chae와 N.G. Kim의 '광조형기술을 이용한 쾌속조형시스템의 초정밀기계 연구(A study on micromachining using stereo-lithographic rapid prototyping system, J. of the KSPE, Vol. 14, No. 6, pp. 99-105, 1997)'에서는 수백 ㎛의 형상을 제작할 수 있는 초고압 수은램프를 이용한 광조형 장치가 개시되어 있으며, Lee 등의 논문 '정밀조형기술을 이용한 개발과 평가(Development and evaluation of application using micro-stereolithography technology, 한국정밀공학회 춘계학술대회, pp. 233-236, 2003)'에서는 마이크로 광조형기술이 소개되어 있으나, 이러한 기술로는 서브 마이크론(sub-micron) 크기의 형상제작을 할 수 없다. 한편, Shoji M., Osamu N., and Satoshi K.의 '양광자 흡수 광중합반응을 이용한 2차원 정밀조형(Three-dimensional micro-fabrication with two-photon-absorbed photo-polymerization, Optics Letter, Vol.22, No. 2, pp. 132-134, 1997)'에서는 광경화성 수지를 이용한 극소형 광경화 조형장치 및 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법은 반복적으로 극소형 형상을 제작할 수 없다는 단점이 있다. Various techniques have been proposed for the rapid curing technique, such as the Stereo-Lithography Apparatus (SLA), including Korean Patent Registration No. 332939. Based on this technology, 3D micro-fabrication by combining micro stereo-lithography and thick resist UV lithography, by A. Bertsch, H. Lorenz and P. Renaud, Sensor and Actuators, Vol. 73, pp. 14-23, 1999), discloses a technique capable of producing a three-dimensional shape of several mm size by transmitting ultraviolet rays through a thick resistance. And D.W. Kim, H. C. Chae and N.G. Kim's A study on micromachining using stereo-lithographic rapid prototyping system, J. of the KSPE, Vol. 14, No. 6, pp. 99-105, 1997 '' Is an optical molding apparatus using an ultra-high pressure mercury lamp that can produce a shape of several hundred ㎛, Lee, et al. 'Development and evaluation of application using micro-stereolithography technology, Korea Precision The Korean Society of Engineering Spring Conference, pp. 233-236, 2003), introduces micro-optic molding technology, but it is not possible to produce sub-micron sized shapes. Meanwhile, Shoji M., Osamu N., and Satoshi K.'Three-dimensional micro-fabrication with two-photon-absorbed photo-polymerization, Optics Letter, Vol. 22, No. 2, pp. 132-134, 1997) discloses an ultra-small photocurable molding apparatus and method using a photocurable resin. However, this method has a disadvantage in that it is not possible to repeatedly produce a very small shape.
마스크를 제조에 관한 발명으로 대한민국 공개특허공보 제2003-64315호가 있다. 이 발명에 따른 마스크 제조방법은 다음과 같다. 먼저, 마스크 기판 상에 차광용 크롬막을 증착하고 그 위에 전자선감응 포토레지스트 막을 도포한다. 이 전자선감응 포토레지스트 막에 전자선 표화장치를 이용하여 전자선을 조사하여 포토레지스트 패턴을 형성한다. 포토레지스트 패턴을 에칭 마스크로 하여 하층의 금속막을 에칭함으로써 금속막으로 이루어지는 차광패턴을 형성한다. 끝으로 전자선감응 포토레지스트 막을 제거하여 마스크를 완성한다. 그러나, 이 방법은 포토레지스트 패턴의 정밀도가 떨어져 별도의 검사단계를 거쳐야 하고 크롬이 에칭에 의해 깨끗이 제거되지 않는다. 때문에, 레이저 혹은 이온빔과 같은 수정장비를 이용하여 크롬제거 작업을 별도의 후처리 공정을 수행하여야 한다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-64315 as an invention for manufacturing a mask. The mask manufacturing method according to this invention is as follows. First, a light-shielding chromium film is deposited on a mask substrate and an electron beam sensitive photoresist film is applied thereon. The electron beam sensitive photoresist film is irradiated with an electron beam using an electron beam labeling device to form a photoresist pattern. A light shielding pattern made of a metal film is formed by etching the lower metal film using the photoresist pattern as an etching mask. Finally, the electron-sensitized photoresist film is removed to complete the mask. However, this method is poor in the precision of the photoresist pattern and requires a separate inspection step and chromium is not removed by etching. Therefore, a separate post-treatment process must be performed for the chromium removal operation using a modification device such as a laser or an ion beam.
본 발명은 극소형 금형 및 마스크를 제작하는 방법으로서, 더욱 상세하게는 레이저장치를 이용한 새로운 공정으로 금형과 마스크를 신속 정확하고 저렴한 제작비용으로 생산할 수 있는 극소형 금형 및 마스크 제작방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides a method of manufacturing a very small mold and mask, and more particularly, to provide a method of manufacturing a very small mold and mask that can produce molds and masks quickly and accurately and at a low cost by a new process using a laser device. There is a purpose.
본 발명의 한 양태에 따르면 레이저장치에 반응하는 광경화성 수지를 이용하여 미세기계의 가공에 사용되는 극소형 금형을 제작하는 방법으로서, 유리기판 상에 광경화성 수지를 소정두께로 배치하는 단계; 광경화성 수지를 레이저로 경화시켜 상기 유리기판 상에 수지패턴을 제작하는 가공단계; 상기 광경화성 수지에서 수지패턴을 제외한 경화되지 않은 부분을 제거하는 단계; 상기 수지패턴을 마스크로 하여 유리기판의 표면을 식각하여 기판의 표면 상에 상기 수지패턴의 형상에 대응하는 패턴을 만드는 에칭단계; 패턴이 형성된 유리기판으로부터 수지패턴을 분리시키는 애싱(ashing)단계; 및 유리기판의 강도를 높이기 위해서 패턴이 형성된 반대쪽 표면에 수정층을 형성시키는 본딩단계를 포함하는 극소형 금형 제작방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a micro mold using a photocurable resin reacting to a laser device, the micro mold being used for processing a micromachine, comprising: disposing a photocurable resin on a glass substrate at a predetermined thickness; Curing the photocurable resin with a laser to produce a resin pattern on the glass substrate; Removing the uncured portion of the photocurable resin except for the resin pattern; Etching the surface of the glass substrate using the resin pattern as a mask to form a pattern corresponding to the shape of the resin pattern on the surface of the substrate; An ashing step of separating the resin pattern from the patterned glass substrate; And a bonding step of forming a crystal layer on the opposite surface on which the pattern is formed to increase the strength of the glass substrate.
본 발명의 다른 양태에 따르면 레이저에 반응하는 광경화성 수지를 이용하여 극소형 마스크를 제작하는 방법으로서, 유리기판 상에 광경화성 수지를 소정두께로 배치하는 단계; 광경화성 수지를 레이저로 경화시켜 수지패턴을 제작하는 가공단계; 상기 광경화성 수지에서 수지패턴을 제외한 경화되지 않은 부분을 제거하는 단계; 상기 수지패턴에 금속재료로 이루어진 층을 도포하는 증착단계; 금속이 증착된 수지패턴을 평평하게 가공하는 연마단계; 및 유리기판에서 수지패턴을 제거하는 단계를 포함하는 극소형 마스크 제작방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a micro mask using a photocurable resin that reacts to a laser, comprising: disposing a photocurable resin to a predetermined thickness on a glass substrate; Processing the photocurable resin with a laser to produce a resin pattern; Removing the uncured portion of the photocurable resin except for the resin pattern; A deposition step of applying a layer made of a metal material to the resin pattern; A polishing step of flatly processing the resin pattern on which the metal is deposited; And removing the resin pattern from the glass substrate.
이하, 본 발명의 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금형 제작단계를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마스크 제작단계를 나타낸 것이다.Figure 1 shows a mold manufacturing step according to an embodiment of the present invention, Figure 2 shows a mask manufacturing step according to another embodiment of the present invention.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 금형 제작단계를 설명하면 다음과 같다.First, a description will be made of a mold manufacturing step according to an embodiment of the present invention.
제1단계(S1)는 유리기판에 광경화성 수지를 도포하는 단계이다. 광경화성 수지를 레이저 가공이 용이하도록 빛 투과율이 좋은 유리에 일정한 두께로 도포한다.The first step S1 is a step of applying the photocurable resin to the glass substrate. The photocurable resin is applied to a glass having good light transmittance at a constant thickness to facilitate laser processing.
제2단계(S10)는 레이저장치를 이용하여 광경화성 수지를 가공하는 단계이다. 광경화성 수지는 레이저에 조사되면 단단히 경화되는 성질이 있다. 본 레이저가공장치는 수지의 이러한 특성을 이용하여 레이저의 조사방향을 변경하여 유리 위에 다양한 패턴을 만든다. 한편, 수지에 형성되는 패턴은 레이저 펄스의 폭을 짧게 하면 할수록 세밀해 진다.The second step S10 is a step of processing the photocurable resin using a laser device. The photocurable resin has a property of hardening when irradiated with a laser. This laser pretreatment uses these properties of the resin to change the direction of laser irradiation to produce various patterns on glass. On the other hand, the pattern formed in the resin becomes finer as the width of the laser pulse is shortened.
제3단계(S12)는 레이저에 의해 수지에서 경화된 부분을 제외한 부분, 즉 비경화된 부분을 제거하여 경화된 수지패턴만을 뽑아내는 단계이다. 가공된 수지에서 레이저에 의해 조사된 부분은 단단히 경화되었으나 그렇지 않은 부분은 무르므로, 에탄올과 같은 화학약품으로 경화되지 않은 부분을 용이하게 제거할 수 있다. 가공된 수지에서 경화되지 않은 부분을 제거하면 레이저에 의해 유리 위에 경화된 수지패턴만이 남게 된다.The third step S12 is a step of extracting only the cured resin pattern by removing portions other than the cured portion of the resin, that is, the uncured portion, by the laser. In the processed resin, the portion irradiated by the laser is hardened but the portion not processed is soft, so that the portion not cured with a chemical such as ethanol can be easily removed. Removing the uncured portion of the processed resin leaves only the resin pattern cured on the glass by the laser.
제4단계(S16)는 경화된 수지패턴을 마스크로 하여 유리를 에칭하는 단계이다. 유리에서 수지패턴에 의해 덮어진 부분은 에칭되지 않지만, 수지패턴으로 덮어지지 않은 부분은 에칭된다. 수지패턴으로 덮어지지 않고 에칭되는 부분에는 공동(cavity)이 형성된다. The fourth step S16 is to etch the glass using the cured resin pattern as a mask. The part covered by the resin pattern in the glass is not etched, but the part not covered by the resin pattern is etched. A cavity is formed in the portion to be etched without being covered with the resin pattern.
제5단계(S18)는 공동(cavity)이 형성된 유리에서 수지패턴을 제거하는 애싱단계이다. 애싱(ashing)작업은 이온주입 등에 의해 굳어진 감광액 제거작업으로서, 레이저에 의해 경화된 수지패턴을 제거하기에 적당하다.The fifth step S18 is an ashing step of removing the resin pattern from the glass in which the cavity is formed. An ashing operation is a photoresist removal process hardened by ion implantation or the like, and is suitable for removing a resin pattern cured by a laser.
제6단계(S20)는 수지패턴이 제거된 유리패턴에 수정을 부착하는 단계이다. 유리 금형은 공동(cavity)의 형상에 따라 취약한 부분이 존재하므로, 이를 보완하고 강하시키기 위해 강도가 뛰어나고 광선의 투과율이 좋은 수정을 부착시키는 것이다.The sixth step S20 is a step of attaching the crystal to the glass pattern from which the resin pattern has been removed. Glass molds have weak spots depending on the shape of the cavity, so to fix and lower them, a crystal having high strength and good light transmittance is attached.
본 발명의 다른 실시예는 수지패턴을 이용하여 금속패턴을 갖는 마스크를 제작하는 것이다, 본 실시예의 제1단계(S31)부터 제3단계(S42)까지는 일 실시예와 동일하므로 제4단계(S46)부터 설명한다.Another embodiment of the present invention is to produce a mask having a metal pattern using a resin pattern, since the first step (S31) to the third step (S42) of the present embodiment is the same as the embodiment, the fourth step (S46) ).
제4단계(S46)는 유리가 부착된 수지패턴에 금속을 증착시키는 단계이다. 금속의 증착은 수지패턴의 전체에 골고루 될 뿐만 아니라 수지패턴이 존재하지 않는 유리 위의 공간에도 도포된다. 여기서 유리 위에 증착된 금속은 나중에 마스크 역할을 하게 된다.The fourth step S46 is a step of depositing a metal on the resin pattern to which glass is attached. The deposition of the metal is applied not only to the entire resin pattern, but also to the space on the glass where the resin pattern does not exist. The metal deposited on the glass later acts as a mask.
제5단계(S48)는 수지패턴 위에 증착된 금속과 유리 위에 증착된 금속이 대응되도록 평평하게 연마하는 단계이다. 연마작업은 수지패턴 위에 증착된 금속이 완전히 연마되어 수지패턴과 이 수지패턴의 음각부분에 증착된 금속의 경계가 분명해질 때까지 한다. The fifth step (S48) is a step of flat polishing so that the metal deposited on the resin pattern and the metal deposited on the glass correspond. The polishing operation is performed until the metal deposited on the resin pattern is completely polished so that the boundary between the resin pattern and the metal deposited on the intaglio portion of the resin pattern becomes clear.
제6단계(S50)는 수지패턴만을 제거하는 단계이다. 수지패턴을 에탄올과 같은 화학약품으로 제거하여 유리에 금속만 남게 한다. 유리에 남겨진 금속은 수지패턴의 공간에 증착된 것이므로 수지패턴과 대응되는 패턴을 갖는다. 따라서, 이와 같은 단계를 거쳐 완성된 금속패턴은 수지패턴과 대응되는 극소형 마스크가 되는 것이다.The sixth step S50 is to remove only the resin pattern. The resin pattern is removed with a chemical such as ethanol, leaving only the metal on the glass. Since the metal left in the glass is deposited in the space of the resin pattern, the metal has a pattern corresponding to the resin pattern. Therefore, the metal pattern completed through such a step becomes a very small mask corresponding to the resin pattern.
도 3은 유리위에 수지패턴을 제작하는 수지가공장치의 일 실시예를 나타낸 것으로서, 수지가공장치(100)는 크게 레이저를 방출하는 레이저장치와 레이저의 방향을 컨트롤 하여 가공물을 가공하게 하는 컨트롤 장치, 가공물을 이동시켜 대면적 패턴제작을 가능하게 하는 이송장치, 그리고 이 레이저장치와 컨트롤 장치 그리고 이송장치의 주요부분을 제어하는 제어장치로 나뉜다.Figure 3 shows an embodiment of a resin processing apparatus for producing a resin pattern on the glass, the resin processing apparatus 100 is a control device for processing the workpiece by controlling the direction of the laser device and the laser to emit a large laser, It is divided into a transfer unit that moves the workpiece to make a large area pattern, and a control unit that controls the laser unit, the control unit and the main parts of the transfer unit.
레이저장치는 광원(110), 아이솔레이터(120), 차단기(130), 및 반사경(101)으로 구성되어있다. 본 실시예에서는 광원(110)으로 펨토초레이저(Femto-second LASER)를 사용하고 있는데, 펨토초레이저는 펄스폭이 80fs (100 fs = 100×10-15 s) 정도로 매우 짧은 광펄스를 만들어 냄으로 최소 100nm까지 정확하게 수지를 경화시킬 수 있다. 때문에, 펨토초레이저는 미세한 형상도 가공할 수 있는 장점이 있다. 광원(110)의 전방에는 아이솔레이터(120)가 마련되어 있다. 아이솔레이터(120)는 광원(110)에서 조사된 레이저가 역행되는 것을 방지한다. 아이솔레이터(120)의 전방에는 차단기(130)가 마련되어 있는데, 이 차단기(130)는 광원(110)에서 조사되는 레이저를 차단시킨다. 따라서, 차단기(130)의 차단시간 간격을 조절하면 레이저 일회 조사에 의한 가공영역크기를 조절할 수 있다. 차단기(130)를 통과한 레이저는 반사경(101)을 지나게 된다. 반사경(101)은 설정된 경로로 레이저가 조사되게 한다.The laser device includes a light source 110, an isolator 120, a breaker 130, and a reflector 101. In this embodiment, a femtosecond laser is used as the light source 110. The femtosecond laser generates an optical pulse having a pulse width of about 80 fs (100 fs = 100 x 10 -15 s), which is very short. The resin can be cured accurately to 100 nm. Therefore, femtosecond lasers have the advantage of being able to process fine shapes. An isolator 120 is provided in front of the light source 110. The isolator 120 prevents the laser irradiated from the light source 110 from going backward. A breaker 130 is provided at the front of the isolator 120, and the breaker 130 blocks the laser beam emitted from the light source 110. Therefore, by adjusting the interruption time interval of the breaker 130, it is possible to adjust the size of the processing area by the laser once irradiation. The laser passing through the breaker 130 passes through the reflector 101. The reflector 101 allows the laser to be irradiated along the set path.
컨트롤 장치는 스캐너(140), 빔가이드(145)로 구성되어 있다. 도 4는 스캐너(140)의 한 예인 갈바노미러(Galvano-mirror)를 도시하고 있다. 갈바노미러의 내부에는 2개의 반사경(141)이 설치되어 있다. 이 두 반사경(141)은 서로 마주보게끔 설치되어 있으며, 각각의 고정축을 중심으로 약 0.0003°의 정밀도로 회전된다. 따라서, 광원(110)으로부터 조사된 레이저의 위치를 2개의 반사경(141)으로 아주 미세하게 조절함으로써 레이저초점의 이동시켜 수지가공물을 가공한다.The control device consists of a scanner 140 and a beam guide 145. 4 illustrates a Galvano-mirror as an example of the scanner 140. Two reflecting mirrors 141 are provided inside the galvano mirror. The two reflectors 141 are provided to face each other, and are rotated with a precision of about 0.0003 ° about each fixed axis. Therefore, by adjusting the position of the laser irradiated from the light source 110 very finely with the two reflecting mirrors 141, the laser focus is shifted to process the resin workpiece.
빔가이드(145)는 스캐너(140)를 통해 조사된 레이저가 가공제한범위를 벗어나지 않도록 레이저의 조사범위를 한정시킨다. 이는 레이저가 기기의 고장이나 오차로 인하여 가공범위를 벗어난 곳에 조사되어 기계장비나 관리자를 해할 염려가 있음으로, 레이저의 조사범위를 사전에 한정시킴으로써 안정사고를 미연에 방지하고자 설치되는 것이다. 빔가이드(145)는 이송장치의 상단에 설치된다.The beam guide 145 limits the irradiation range of the laser so that the laser irradiated through the scanner 140 does not deviate from the processing limit range. This is because the laser is irradiated out of the processing range due to the failure or error of the equipment, which may damage the machine or the manager. Therefore, the laser is installed to prevent the safety accident by limiting the irradiation range in advance. The beam guide 145 is installed at the top of the transfer device.
이송장치는 초점렌즈(150), 틸팅장치(160), 받침대(170) 그리고 이송테이블(180)로 구성되어 있는데, 본 실시예에서는 이들 부재를 하나의 틀에 순서대로 설치하여 일체화하였다.The conveying apparatus is composed of a focusing lens 150, a tilting device 160, a pedestal 170 and a conveying table 180. In this embodiment, these members are integrated in one frame in order.
초점렌즈(150)는 볼록렌즈로 스캐너(140)로부터 조사된 레이저를 집광시킨다. 초점렌즈(150)의 아래에는 대물렌즈(165)가 장착된 틸팅장치(160)가 설치되어 있다. 대물렌즈(165)는 초점렌즈(150)에서 집광된 레이저를 초점화하여 가공물에 투사시킨다. 틸팅장치(160)는 이 대물렌즈(165)를 가공물과 평행하게 위치시키는 역할을 한다. The focus lens 150 focuses the laser beam emitted from the scanner 140 with the convex lens. Below the focus lens 150 is a tilting device 160 in which the objective lens 165 is mounted. The objective lens 165 focuses the laser focused by the focus lens 150 and projects the laser beam onto the workpiece. The tilting device 160 serves to position the objective lens 165 in parallel with the workpiece.
받침대(170)는 틸팅장치(160)의 아래에 설치된다. 받침대(170)의 위에는 가공물인 광경화성 수지가 놓여진다. 광경화성 수지(300)는 도 5에 도시된 바와 같이 2장의 유리(400)와 한 쌍의 지지구(410)에 의해 고정된다. 받침대(170)의 아래에는 이송테이블(180)이 설치되어 있다. 이송테이블(180)은 가공물이 고정된 받침대(170)를 상하좌우로 이동시킨다. 이송테이블(180)은 받침대(170)를 스캐너(140)의 가공영역(10~20μm)보다 큰 영역으로 움직임으로써 작은 미세패턴을 반복적으로 생산할 수 있게 한다. 아울러, 이송테이블(180)은 수평방향 외에 수직방향으로도 이동됨으로 2차원 패턴이 아닌 3차원의 형상제작을 가능하게 한다. Pedestal 170 is installed below the tilting device (160). On the pedestal 170, a photocurable resin that is a workpiece is placed. As shown in FIG. 5, the photocurable resin 300 is fixed by two glasses 400 and a pair of supports 410. Under the pedestal 170, a transfer table 180 is installed. The transfer table 180 moves the pedestal 170 to which the workpiece is fixed up, down, left, and right. The transfer table 180 moves the pedestal 170 to an area larger than the processing area (10 to 20 μm) of the scanner 140, thereby repeatedly producing small fine patterns. In addition, the transfer table 180 is also moved in the vertical direction in addition to the horizontal direction to enable a three-dimensional shape, not a two-dimensional pattern.
도 6은 레이저에 의해 경화된 광경화성 수지(300)를 나타낸 것으로서, 도 6의 (a)는 1차 가공된 것이고 (b)는 2차 가공된 것이다. 광경화성 수지(300)는 레이저에 의해 경화된다. 따라서, 대물렌즈(165)로부터 조사되는 레이저의 초점위치를 변화시켜 광경화성 수지(300)를 원하는 형태로 경화시킬 수 있다. 광경화성 수지(300)를 경화시켜 입체형상을 완성하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.6 shows a photocurable resin 300 cured by a laser, in which (a) of FIG. 6 is primary processed and (b) is secondary processed. The photocurable resin 300 is cured by a laser. Therefore, the photocurable resin 300 can be cured to a desired shape by changing the focal position of the laser irradiated from the objective lens 165. Looking at the process of completing the three-dimensional shape by curing the photocurable resin 300 is as follows.
광경화성 수지(300)의 제일 윗면이 레이저의 초점에 위치되도록 받침대(170)의 높이를 조절한다. 레이저를 수지의 가공영역에 위치시킨 후 갈바노미러를 이용하여 레이저가 설정된 경로를 따라 조사되게 한다. 레이저의 차단은 앞에서 설명한 바와 같이 차단기(130)가 수행한다.The height of the pedestal 170 is adjusted so that the top surface of the photocurable resin 300 is positioned at the focal point of the laser. After placing the laser in the processing region of the resin, the laser is irradiated along the set path using a galvano mirror. The blocking of the laser is performed by the breaker 130 as described above.
한편, 광원(110)으로부터 조사된 레이저는 초점렌즈(150)와 대물렌즈(165)를 통해 집광되므로, 레이저에 의해 경화되는 수지(300)의 크기는 광원(110)으로부터 조사된 레이저의 초점크기보다 작다. 따라서, 본 실시예와 같이 펨토초레이저를 광원(110)으로 사용하면 경화형상을 아주 세밀하게 표현할 수 있다. On the other hand, since the laser irradiated from the light source 110 is focused through the focus lens 150 and the objective lens 165, the size of the resin 300 cured by the laser is the focal size of the laser irradiated from the light source 110 Is less than Therefore, when the femtosecond laser is used as the light source 110 as in the present embodiment, the hardened shape can be expressed in great detail.
윗면의 경화작업이 끝나면, 받침대(170)를 상승시켜 수지(300)의 새로운 부분이 레이저의 초점위치와 일치되게 한다. 역시 동일한 방법으로 스캐너(140)를 조절하여 수지(300)를 경화시킨다. 제조하고자 하는 입체형상이 스캐닝 영역보다 크거나 동일한 형태를 복수로 성형하고자 하는 경우에는 받침대(170)를 수평방향으로 이동시키고 다시 동일한 방식으로 갈바노미러를 이용하여 스캐닝한다. 이때, 받침대(170)를 상승시키면 1차로 경화된 부분의 아랫부분이 레이저에 의해 경화되므로 수지조형물에 두께를 주거나 수지조형물을 3차원 형상으로 제작할 수 있다.After the hardening of the upper surface is finished, the pedestal 170 is raised so that the new portion of the resin 300 coincides with the focus position of the laser. In the same manner, the scanner 140 is adjusted to cure the resin 300. When the three-dimensional shape to be manufactured is intended to be formed in a plurality of shapes larger than or equal to the scanning area, the pedestal 170 is moved horizontally and scanned using the galvano mirror in the same manner. At this time, when the pedestal 170 is raised, the lower portion of the first hardened portion is hardened by a laser, thereby giving a thickness to the resin molded article or manufacturing the resin molded article in a three-dimensional shape.
본 발명에서는 광원(110)으로 펄스폭이 매우 짧은 펨토초레이저를 사용하므로 아주 미세한 형태의 패턴을 제작할 수 있으며, 받침대를 이용하여 가공물을 대영역으로 이동시켜 동일한 패턴을 반복하여 제작할 수 있다.In the present invention, since a femtosecond laser having a very short pulse width is used as the light source 110, a very fine pattern can be manufactured, and the same pattern can be repeatedly produced by moving a workpiece to a large area using a pedestal.
위와 같은 수지가공장치에 의해 수지패턴이 완성되면 이를 바탕으로 금형 및 마스크를 제작한다. 도 7은 도 3의 레이저장치에 의해 가공된 수지패턴을 이용하여 금형을 제작하는 실시예를 나타낸 것이고, 도 8은 도 3의 레이저장치에 의해 가공된 수지패턴을 이용하여 마스크를 제작하는 실시예를 나타낸 것이며, 도 9는 도 8의 실시예에 따른 증착방법의 한 예를 나타낸 것이다. When the resin pattern is completed by the above-mentioned resin processing apparatus, a mold and a mask are manufactured based on this. FIG. 7 illustrates an embodiment of manufacturing a mold using the resin pattern processed by the laser device of FIG. 3, and FIG. 8 illustrates an embodiment of manufacturing a mask using the resin pattern processed by the laser device of FIG. 3. 9 shows an example of a deposition method according to the embodiment of FIG. 8.
본 발명의 일 실시예에서는 유리와 유리에 부착된 수지패턴을 이용하여 극소형 금형을 제작한다. In an embodiment of the present invention, a micro mold is manufactured using glass and a resin pattern attached to the glass.
먼저 수지가공장치에 의해 제작된 수지패턴(500)을 마스크로 하여 유리(600)를 에칭한다. 그러면 수지에 의해 가려지지 않은 유리가 에칭되어, 유리(600)에 도 7에서와 같은 금형의 공동(cavity)이 형성된다. 이때, 공동의 크기는 에칭시간과 온도 및 에칭액의 농도를 조절하여 변경할 수 있다. 에칭작업이 끝나면 패턴이 형성된 유리(600)에서 수지패턴(500)을 제거하고 이 유리(600)에 경도가 높은 수정(650)을 부착한다. 수정(650)을 부착하는 이유는 공동(cavity)이 형성된 부분의 두께가 다른 부위보다 얇아 파단이 잘 일어나기 때문이다. 유리(600)에 수정(650)부착이 끝나면 하나의 금형이 완성된다. 이와 같은 방법은 레이저로 가공된 정밀한 수지패턴을 마스크로 이용하여 비교적 에칭이 잘 이루어지는 유리를 금형재질로 사용하므로 높은 가공 정밀도를 가지며 생산비용이 저렴하다.First, the glass 600 is etched using the resin pattern 500 produced by the resin processing apparatus as a mask. The glass that is not covered by the resin is then etched to form a cavity of the mold as in FIG. 7 in the glass 600. At this time, the size of the cavity can be changed by adjusting the etching time and temperature and the concentration of the etching solution. After the etching operation, the resin pattern 500 is removed from the glass 600 on which the pattern is formed, and a high hardness 650 is attached to the glass 600. The reason for attaching the crystal 650 is because the thickness of the portion in which the cavity is formed is thinner than other portions, so that the fracture occurs well. When the crystal 650 is attached to the glass 600, one mold is completed. Such a method uses glass, which is relatively well etched, as a mold material using a precise resin pattern processed by laser as a mask, and thus has high processing precision and low production cost.
본 발명의 다른 실시예로 금속재질의 마스크를 제작방법을 설명한다.In another embodiment of the present invention will be described a method of manufacturing a metal mask.
먼저, 수지가공장치에 의해 제작된 수지패턴(500)에 금속(700)을 증착시킨다. 본 실시예에서는 금속(700) 증착방법으로 스퍼터링(sputtering)을 사용하고 있다. 스퍼터링은 방전을 이용하여 대상부재에 금속을 부착시켜서 박막을 만드는 방법으로, 본 방법은 도 9에 도시된 바와 같이 방전장치의 양극에 유리(600)에 부착된 수지패턴(500)을 고정시키고 음극에 금속(700)을 고정시켜 음극에 고정된 금속(700)에서 금속이온이 방출되게 하여 양극에 고정된 수지패턴(500)에 금속이온을 증착시키는 것이다.First, the metal 700 is deposited on the resin pattern 500 produced by the resin processing apparatus. In this embodiment, sputtering is used as a method of depositing the metal 700. Sputtering is a method of forming a thin film by attaching a metal to the target member using the discharge, the method is fixed to the resin pattern 500 attached to the glass 600 to the anode of the discharge device as shown in FIG. By fixing the metal 700 to the metal ions are released from the metal 700 fixed to the cathode to deposit the metal ions on the resin pattern 500 fixed to the anode.
금속(700)이 충분히 수지패턴(500)에 증착되면 수지패턴(500)의 표면을 충분히 평평하게 연마한다. 본 실시예에서는 연마방법으로 기계적, 화학적 반응을 이용한 CMP(Chemical Mechanical Polishing)를 사용하고 있다. 연마공정을 통해 수지패턴(500)과 금속(700)이 명확하게 구분되면 애싱공정을 통해 수지패턴(500)을 제거한다. 수지패턴(500)의 제거방법은 위 금형제작방법과 마찬가지로 에탄올과 같은 화학약품을 이용한다. 위 과정이 마무리되면 수지패턴(500)이 음각된 금속패턴, 즉 극소형 마스크가 완성된다. 이와 같은 방법은 정밀 가공된 수지패턴에 금속을 증착시키고 평면 연마공정을 통해 불필요한 부분을 제거한 후 수지패턴을 제거해 냄으로, 종래 마스크 제작방법에 비하여 저가의 정밀한 마스크를 제작할 수 있으며 별도의 후 가공이 필요 없는 장점이 있다.When the metal 700 is sufficiently deposited on the resin pattern 500, the surface of the resin pattern 500 is sufficiently flattened. In this embodiment, CMP (Chemical Mechanical Polishing) using mechanical and chemical reactions is used as the polishing method. When the resin pattern 500 and the metal 700 are clearly distinguished through the polishing process, the resin pattern 500 is removed through the ashing process. The method of removing the resin pattern 500 uses a chemical such as ethanol as in the mold manufacturing method. When the above process is completed, a metal pattern in which the resin pattern 500 is engraved, that is, a micro mask is completed. In this method, by depositing a metal on a precisely processed resin pattern and removing unnecessary parts through a planar polishing process, the resin pattern is removed, so that a low-cost precision mask can be manufactured compared to the conventional mask manufacturing method. There is an advantage that is not necessary.
실시예를 통해 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 아주 미세한 패턴을 갖는 금형과 마스크를 용이하게 제작할 수 있다.According to the present invention as described through the embodiment, it is possible to easily manufacture a mold and a mask having a very fine pattern.
이상에서 극소형 금형 및 마스크 제작방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.In the above description, the technical idea of the micro mold and the mask manufacturing method has been described together with the accompanying drawings, but this is only illustrative of the preferred embodiment of the present invention and is not intended to limit the present invention. In addition, it is obvious that any person skilled in the art can make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극소형 금형 제작단계를 나타낸 것이고,Figure 1 shows the micro mold manufacturing step according to an embodiment of the present invention,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마스크 제작단계를 나타낸 것이며,Figure 2 shows a mask manufacturing step according to another embodiment of the present invention,
도 3은 본 발명의 수지가공단계를 수행하는 수지가공장치의 일 실시예를 나타낸 것이고,Figure 3 shows an embodiment of a resin processing apparatus for performing the resin processing step of the present invention,
도 4는 도 3에 도시된 수지가공장치의 스캐너를 나타내 것이며,Figure 4 will show a scanner of the resin processing apparatus shown in Figure 3,
도 5는 도 3에 도시된 가공장치의 수지가공 부분을 확대하여 나타낸 것이고,5 is an enlarged view of a resin processing part of the processing apparatus shown in FIG.
도 6은 도 3에 도시된 레이저에 조사되어 경화되는 수지를 나타낸 것이며,FIG. 6 shows a resin that is cured by being irradiated to the laser shown in FIG.
도 7은 도 3의 레이저장치에 의해 가공된 수지패턴을 이용하여 극소형 금형을 제작하는 일 실시예를 나타낸 것이고,FIG. 7 illustrates an embodiment of manufacturing a micro mold using a resin pattern processed by the laser apparatus of FIG. 3.
도 8은 도 3의 레이저장치에 의해 가공된 수지패턴을 이용하여 마스크를 제작하는 다른 실시예를 나타낸 것이며,FIG. 8 illustrates another embodiment of manufacturing a mask using the resin pattern processed by the laser device of FIG. 3.
도 9는 도 8의 실시예에 따른 증착방법의 한 예를 나타낸 것이다.9 shows an example of a deposition method according to the embodiment of FIG. 8.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>
100 : 수지가공장치 110 : 광원100: resin processing device 110: light source
120 : 아이솔레이터 130 : 차단기120: isolator 130: breaker
140 : 스캐너 150 : 초점렌즈140: Scanner 150: Focus Lens
160 : 틸팅장치 165 : 대물렌즈160: tilting device 165: objective lens
170 : 받침 180 : 이송테이블170: support 180: transfer table
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