KR20060021494A - 마이크로 렌즈를 이용한 미세구조물 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로 렌즈를 이용하여 미세구조물을 제조하는 방법을 개시한다. 본 발명의 미세구조물 제조방법은 마이크로 렌즈가 형성된 자외선 마스크를 제작하는 단계와, 자외선 마스크와 음성 감광성폴리머를 정렬시키는 단계와, 자외선 마스크상에 자외선을 노광하는 단계와, 음성 감광성폴리머를 현상하는 단계와, 현상된 음성 감광성폴리머에 양각금형 재료를 형성시켜 양각금형을 제작하는 단계와, 양각금형 위에 금속재료를 형성시켜 미세구조물 몰드용 음각금형을 제작하는 단계와, 미세구조물 몰드용 음각금형에 미세구조물 제작용 재료를 주입하는 단계로 구성된다. 그에 따라, 본 발명은 1회의 자외선 수직노광을 통하여 일정한 배열형태가 아닌 다양한 형상의 미세구조물을 제작할 수 있다.

MEMS, 자외선, 노광, 감광성 폴리머, 마스크, 마이크로 렌즈

Description

마이크로 렌즈를 이용한 미세구조물 제조방법{FABRICATION METHOD OF MICRO-STRUCTURE USING MICRO-LENS}

도 1은 종래의 자외선 경사노광을 통하여 대상물을 가공하는 방법을 나타내는 단면도이다.

도 2는 종래의 자외선 경사노광을 통하여 제작된 미세구조물을 나타내는 단면도이다.

도 3a는 자외선 투광기판상의 금속패턴을 나타내는 단면도이다.

도 3b는 감광성폴리머 받침대를 제작하는 공정을 나타내는 단면도이다.

도 3c는 감광성폴리머를 제작하는 공정을 나타내는 단면도이다.

도 3d는 감광성폴리머를 가열하는 공정을 나타내는 단면도이다.

도 4a는 본 발명의 제 1실시예에 따른 자외선 마스크를 통하여 자외선 노광하는 공정을 나타내는 도면이다.

도 4b는 본 발명의 제 1실시예에 따른 노광된 후의 폴리머 음각금형을 나타내는 도면이다.

도 4c는 본 발명의 제 1실시예에 따른 양각금형을 제작하는 공정을 나타내는 도면이다.

도 4d는 본 발명의 제 1실시예에 따른 미세구조물 몰드용 음각금형을 제작하 는 공정을 나타내는 도면이다.

도 4e는 본 발명의 제 1실시예에 따른 미세구조물 몰드용 음각금형을 나타내는 도면이다.

도 5a는 본 발명의 제 2실시예에 따라 자외선 마스크를 통하여 노광하는 공정을 나타내는 도면이다.

도 5b는 본 발명의 제 2실시예에 따라 노광된 후의 폴리머 양각금형을 나타내는 도면이다.

도 5c는 본 발명의 제 2실시예에 따라 미세구조물 몰드용 재료를 제작하는 공정을 나타내는 도면이다.

도 5d는 미세구조물 몰드용 음각금형을 나타내는 도면이다.

도 6a는 본 발명의 자외선 마스크 형상의 일실시예를 도시한 사시도이다.

도 6b는 본 발명의 자외선 마스크 형상의 다른 실시예를 도시한 사시도이다.

도 7a는 본 발명의 자외선 마스크의 제 3실시예를 도시한 단면도이다.

도 7b는 본 발명의 제 3실시예에 따라 간섭계렌즈를 구비한 자외선 마스크상에 자외선을 노광하는 공정을 도시한 단면도이다.

♣도면의 주요부분에 관한 부호의 설명 ♣

1, 2 : 자외선 4 : 자외선 마스크

5 : 감광성 폴리머 8 : 기판

10 : 자외선 마스크 12 : 자외선 투광기판

14 : 금속패턴 18 : 감광성폴리머

22 : 굴절율 조절매질 24 : 음성 감광성폴리머

27, 28 :비노광부 31 : 양각금형

32 : 미세구조물 몰드용 음각금형 42 : 유리기판

44 : 양성 감광성폴리머 47, 48 : 비노광부

52 : 미세구조물 몰드용 음각금형 60 : 자외선 마스크

62 : 간섭계렌즈 64 : 자외선 흡수부

66 : 자외선 투광기판

본 발명은 마이크로 렌즈를 이용한 미세구조물 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미세구조물의 형상에 대응하는 마이크로 렌즈가 구비된 자외선 마스크를 통하여 자외선을 노광함으로써 1회의 수직노광으로 다양한 형상의 미세구조물을 제작할 수 있는 마이크로 렌즈를 이용한 미세구조물 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, MEMS란 기계 소자 및 전기 소자(총괄하여, 마이크로 전기기계 장치를 구성하는 마이크로 전기기계 소자)를 제공하여, 시스템 내의 환경 조건을 통제하거나 그 환경 조건에 대응할 수 있는 마이크로 기계를 생산하는 마이크로 전기기계 시스템이다. 이러한 MEMS의 기계 소자 및 전기 소자는 통상적으로 마이크론(1×10^-6 미터) 단위의 크기로 형성된다.

MEMS 장치는 시스템의 환경 변화를 탐지하는 마이크로센서, 마이크로센서에 의해 탐지된 변화에 근거하여 결정을 내리는 지능 소자, 및 시스템이 그 환경을 변화시키는 데에 사용되는 마이크로액추에이터 등을 포함한다. 예시적으로 MEMS 장치는 잉크젯-프린터 카트리지, 자동차의 에어백을 디플로이하는 가속도계, 및 관성유도 시스템 등을 포함한다.

도 1은 종래의 자외선 경사노광을 통하여 대상물을 가공하는 방법을 나타내는 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 자외선 경사노광에 의한 가공방법은 서로 엇갈린 각도로 2회의 경사노광 공정을 거친다.

자외선 경사노광을 위하여, 감광성폴리머(5)는 기판(8)상에 배치된다. 감광성폴리머(5)는 자외선 노광시 자외선과 반응을 일으키는 고분자 물질로 구성된다. 감광성폴리머(5)는 노광 후 현상시 빛을 받지 않는 부분이 없어지는 음성 포토레지스트(Negative PhotoResist)로서 SU-8이 사용되거나, 빛을 받은 부분이 없어지는 양성 포토레지스트(Positive PhotoResist)로서 PMMA(Poly-Methyl-MetAcrylate), 아크릴, PC(Poly-Carbonate) 등이 사용된다. 기판(8)은 자외선과 반응을 일으키지 않는 물질로 구성된다. 감광성 폴리머(5)상에는 제작하고자 하는 형상에 따라 형성된 자외선 마스크(4)가 안치된다. 자외선 마스크(4)는 자외선을 흡수하는 물질로 구성된다.

자외선(1)은 자외선 마스크(4)의 상부에서 우하향하는 방향으로 1차 노광된다. 1차 노광된 자외선(1)은 1차 노광영역(6)으로 투과된다. 그 후, 자외선(2)은 자외선 마스크(4)의 상부에서 좌하향하는 방향으로 2차 노광된다. 2차 노광된 자외 선(2)은 2차 노광영역(7)으로 투과된다.

도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 감광성 폴리머(5)가 양성 감광성 폴리머로 구성될 경우, 가공대상물은 기판(8)상에 일정간격만큼 이격되어 형성된 복수의 삼각기둥형(9)으로 제작된다. 그 경우, 자외선은 소정의 폭을 갖는 노광영역(6, 7)으로 투과되기 때문에 삼각기둥형(9)이 인접하여 형성될 수 없다.

이와 같이 종래의 자외선 노광에 의한 가공방법을 통하여서 미세구조물을 가공하는 경우, 제작하고자 하는 미세구조물이 인접할 수 없는 단점을 갖는다. 또한, 각 자외선 노광의 방향과 감광성 폴리머에 투과되는 자외선의 방향의 변화가 없기 때문에 1회의 노광으로 하나의 특정경사각을 갖는 미세구조물밖에 제작할 수 없어 구조물이 배열형으로 배치되지 않은 다양한 형태의 미세구조물을 제작할 수 없는 단점을 갖는다. 나아가, 종래의 자외선 노광에 의한 가공방법은 제작되는 미세구조물의 경사각을 조절하기 위해서 자외선이 노광되는 각을 가공할 때마다 변경해야 한다는 불편함이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 1회의 자외선 수직노광을 통하여 다양한 형상의 미세구조물을 제작할 수 있는 마이크로 렌즈를 이용한 미세구조물 제조방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 일정한 배열형태로 구성되지 않은 미세구조물을 제작할 수 있는 마이크로 렌즈를 이용한 미세구조물 제조방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 미세구조물에 경사를 형성하기 위하여 경사각이 변화할 때마다 자외선 노광각도를 바꿀 필요가 없는 마이크로 렌즈를 이용한 미세구조물 제조방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 그밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징으로서, 본 발명에 따른 미세구조물 제조방법은 자외선 투광기판상에 금속패턴을 형성시키는 공정과, 금속패턴의 사이에 감광성폴리머를 도포하는 공정과, 감광성폴리머를 열처리하여 마이크로 렌즈를 제작하는 공정으로 구성되는 자외선 마스크를 제작하는 단계와, 자외선 마스크와 음성 감광성폴리머를 정렬시키는 단계와, 자외선 마스크상에 자외선을 노광하는 단계와, 음성 감광성폴리머를 현상하는 단계와, 현상된 음성 감광성폴리머에 양각금형 재료를 형성시켜 양각금형을 제작하는 단계와, 양각금형 위에 금속재료를 형성시켜 미세구조물 몰드용 음각금형을 제작하는 단계와, 미세구조물 몰드용 음각금형에 미세구조물 제작용 재료를 주입하는 단계로 구성된다.

본 발명의 다른 특징으로서, 본 발명에 따른 미세구조물 제조방법은 자외선 투광기판상에 금속패턴을 형성시키는 공정과, 금속패턴의 사이에 감광성폴리머를 도포하는 공정과, 감광성폴리머를 가열하여 렌즈를 제작하는 공정으로 구성되는 자외선 마스크를 제작하는 단계와, 자외선 마스크와 양성 감광성폴리머를 정렬시키는 단계와, 자외선 마스크상에 자외선을 노광하는 단계와, 양성 감광성폴리머를 현상하는 단계와, 현상된 양성 감광성폴리머에 미세구조물 몰드용 재료를 형성시켜 미세구조물 몰드용 음각금형을 제작하는 단계와, 미세구조물 몰드용 음각금형에 미세구조물 제작용 재료를 주입하는 단계로 구성된다.

본 발명의 또 다른 특징으로서, 본 발명에 따른 미세구조물 제조방법은 간섭계 렌즈를 미세구조물 패턴에 대응하게 배치하여 자외선 마스크를 제작하는 단계와, 자외선 마스크와 음성 감광성폴리머를 정렬시키는 단계와, 자외선 마스크상에 자외선을 노광하는 단계와, 음성 감광성폴리머를 현상하는 단계와, 현상된 음성 감광성폴리머에 양각금형 재료를 도포하여 양각금형을 형성시키는 단계와, 양각금형 위에 금속재료를 형성시켜 미세구조물 몰드용 음각금형을 제작하는 단계와, 미세구조물 몰드용 음각금형에 미세구조물 제작용 재료를 주입하는 단계로 구성된다.

본 발명의 또 다른 특징으로서, 본 발명에 따른 미세구조물 제조방법은 간섭계 렌즈를 미세구조물 패턴에 대응하게 배치하여 자외선 마스크를 제작하는 단계와, 자외선 마스크와 양성 감광성폴리머를 정렬시키는 단계와, 자외선 마스크상에 자외선을 노광하는 단계와, 양성 감광성폴리머를 현상하는 단계와, 현상된 양성 감광성폴리머에 미세구조물 몰드용 재료를 형성시켜 미세구조물 몰드용 음각금형을 제작하는 단계와, 미세구조물 몰드용 음각금형에 미세구조물 제작용 재료를 주입하는 단계로 구성된다.

이하에서는, 본 발명에 따른 마이크로 렌즈를 이용한 미세구조물 제조방법의 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

지금부터는, 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 렌즈가 형성된 자외선 마스크를 제작하는 방법을 설명하고자 한다. 도 3a는 자외선 투광기판상의 금속패턴을 나타내는 단면도이고, 도 3b는 감광성폴리머 받침대를 제작하는 공정을 나타내는 단면도이며, 도 3c는 감광성폴리머를 제작하는 공정을 나타내는 단면도이고, 도 3d는 감광성폴리머를 가열하는 공정을 나타내는 단면도이다.

자외선 마스크 제작을 위하여, 먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 미세구조물 제조방법은 자외선 투광기판(12)상에 금속패턴(14)을 형성하는 공정을 거친다. 자외선 투광기판(12)은 자외선 노광공정에서 자외선을 통과시키는 유리 등의 재료로 구성된다. 금속패턴(14)은 자외선 흡수도가 뛰어난 크롬 또는 알루미늄 박판 등으로 구성된다. 금속패턴(14)은 2000Å∼3000Å의 범위의 두께를 갖는 얇은 박판 형태로 구비되고, 증착 또는 전해전착을 통하여 유리 기판(12)상에 코팅된다. 금속패턴(14)은 다양한 형상의 광학구조물의 형태에 대응하도록 형성된다. 금속패턴(14)이 형성된 후, 금속패턴(14)의 사이에는 간극(15)이 형성된다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 유리 기판(12)상의 간극(15) 부분과 금속패턴(14)의 일부분에 감광성폴리머 받침대(16)가 배치된다. 감광성폴리머 받침대(16)는 자외선 경화된다. 자외선 경화는 200nm∼300nm의 파장범위를 갖고 600mW/㎠의 광도를 갖는 자외선 노광 시스템하에서 수행된다. 자외선 경화를 통하여 감광성폴리머 받침대(16)는 거친 표면과 각진 모서리를 구비한다. 자외선 경화 이후에는, 감광성폴리머 받침대(16)의 접착력 증가를 위하여 자외선 투광기판(12)이 하드베이크 (Hard Bake)된다. 자외선 경화 및 하드베이크가 완료되면, 감광성폴리머 받침대(16)는 1㎛내외의 두께로 형성된다.

감광성폴리머 받침대(16)를 배치시킨 이후에는, 도 3c에 도시된 바와 같이, 감광성폴리머 받침대(16)에 비하여 상대적으로 더 두꺼운 4㎛∼7㎛의 두께를 갖는 감광성폴리머(18)를 도포한다. 감광성폴리머(18)는 감광성폴리머 받침대(16)상에 도포되면서 소프트베이크(Soft Bake)된다. 소프트베이크된 감광성폴리머(18)는 대략 10분 내외정도 자외선 조사되어 녹는점이 낮추어진다.

감광성폴리머(18)가 도포된 이후, 도 3d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 미세구조물 제조방법은 감광성폴리머(18)에 대류열(H)을 가하여 감광성폴리머(18)를 열처리하는 공정을 거친다. 대류열(H)은 감광성폴리머(18)에 140℃ 내외의 온도로서 15분 내외의 시간동안 가해진다. 감광성폴리머(18)는 대류열(H)에 의하여 녹아서 중앙부가 볼록한 형태의 렌즈로 제작된다. 따라서, 자외선 투광기판(12)상에 렌즈형태의 감광성폴리머(18)가 형성된 자외선 마스크(10)가 제작된다.

지금부터는, 도 4a 내지 도 4e를 참조하여 본 발명의 제 1실시예에 따라 미세구조물 몰드용 음각금형을 제조하는 방법을 설명하고자 한다. 도 4a는 본 발명의 제 1실시예에 따른 자외선 마스크를 통하여 자외선 노광하는 공정을 나타내는 도면이고, 도 4b는 본 발명의 제 1실시예에 따른 노광된 후의 폴리머 음각금형을 나타내는 도면이며, 도 4c는 본 발명의 제 1실시예에 따른 양각금형을 제작하는 공정을 나타내는 도면이고, 도 4d는 본 발명의 제 1실시예에 따른 미세구조물 몰드용 음각금형을 제작하는 공정을 나타내는 도면이며, 도 4e는 본 발명의 제 1실시예에 따른 미세구조물 몰드용 음각금형을 나타내는 도면이다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 제작된 자외선 마스크(10)는 금속패턴(14)과 감광성폴리머(18)가 형성된 면이 하향하여 음성 감광성폴리머(24)에 정렬된다. 정렬된 음성 감광성폴리머(24)와 자외선 마스크(10)의 사이는 다른 물질의 개입이 없이 공기(21)에 노출될 수 있을 뿐만 아니라, 굴절율 조절매질(22)이 개재될 수 있다.

자외선(11)은 자외선 마스크(10)가 음성 감광성폴리머(24)에 정렬된 상태에서 자외선 마스크(10)를 향하여 수직하게 노광된다. 자외선(11)은 자외선 마스크(10)와 음성 감광성폴리머(24)의 사이에 공기(21)가 개재되어 있는 경우, 공기(21)에서 음성 감광성폴리머(24)로 투과될 때 상대적으로 큰 각도로 굴절(26)된다. 이는 공기의 굴절율을 1로 볼 때 음성 감광성폴리머(24)의 굴절율은 재질에 따라 다르지만 대략 1.6내외의 값을 갖기 때문이다.

자외선 마스크(10)와 음성 감광성폴리머(24)의 사이에는 공기 이외의 굴절율 조절매질(22)이 개재될 수 있다. 굴절율 조절매질(22)은 다양한 굴절율을 갖는 물질로 구성된다. 다만, 음성 감광성폴리머(24)의 굴절율과 거의 비슷한 굴절율을 갖는 물질로 구성되는 것이 바람직하다.

음성 감광성폴리머(24)로서는 SU-8을 사용한다. SU-8은 온도에 따라 그 굴절율값이 달라지지만 대략 1.6내외의 굴절율값을 갖는다. 따라서, 본 발명의 제 1실시예에서는 SU-8의 굴절율과 비슷한 굴절율을 갖는 매질로서 글리세롤을 굴절율 조절매질(22)로 사용한다. 자외선(11)은 굴절율 조절매질(22)로서 글리세롤을 사용할 경우, 음성 감광성폴리머(24)와 글리세롤의 굴절율값이 비슷하기 때문에 거의 굴절 되지 않은 상태로 입사(25)된다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 음성 감광성폴리머(24)는 자외선(11)에 노광된 이후 소정의 형상으로 패인 음각금형 형태로 현상된다. 음성 감광성폴리머(24)는 자외선에 노광되지 않은 부분이 연화되는 반면 자외선에 노광된 부분이 경화된다. 따라서, 자외선에 노광되지 않은 비노광부(27, 28)는 현상시에 제거된다.

굴절율 조절매질(22)을 통과하지 않은 자외선에 의하여 형성된 비노광부(27)는 큰 굴절각을 갖는 자외선에 노광되기 때문에 상대적으로 예리한 각도를 갖는 구조물로 형성된다. 반면, 굴절율 조절매질(22)을 통과하는 자외선에 의하여 형성된 비노광부(28)는 거의 굴절되지 않은 자외선에 노광되기 때문에 상대적으로 둔한 각도를 갖는 구조물로 형성된다. 따라서, 제작하고자 하는 구조물의 형상에 맞추어서 굴절율 조절매질(22)을 개재할지가 결정된다.

도 4c에 도시된 바와 같이, 음각금형의 음성 감광성폴리머(24)에는 양각금형(31)을 제작하기 위한 재료가 주입된다. 양각금형(31)은 폴리디메틸실록산(PDMS; PolyDiMethylSiloxane)과 같이 음성 감광성폴리머(24)와 쉽게 분리되는 재료를 주입함에 의하여 제작된다. 또한, 양각금형(31)은 음성 감광성폴리머(24)상에 전해물질을 박막으로 코팅한 이후 구리를 전해전착시킴에 의하여 제작될 수 있다.

도 4d 및 도 4e에 도시된 바와 같이, 미세구조물 몰드용 음각금형(32)은 상술한 양각금형(31)상의 소정의 부피를 갖는 틀에 금속재를 인젝션 몰딩하여 제작된다. 그 경우, 양각금형(31)상에는 금속물질의 분리가 용이하게 하는 재료가 코팅된다. 코팅된 재료상으로 몰딩되는 음각금형(32)은 니켈 등의 금속재료로 제작된다.

지금부터는, 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 본 발명의 제 2실시예에 따라 미세구조물 몰드용 음각금형을 제조하는 방법을 설명하고자 한다. 도 5a는 본 발명의 제 2실시예에 따라 자외선 마스크를 통하여 노광하는 공정을 나타내는 도면이고, 도 5b는 본 발명의 제 2실시예에 따라 노광된 후의 폴리머 양각금형을 나타내는 도면이며, 도 5c는 본 발명의 제 2실시예에 따라 미세구조물 몰드용 재료를 제작하는 공정을 나타내는 도면이며, 도 5d는 미세구조물 몰드용 음각금형을 나타내는 도면이다.

자외선(11)은 자외선 마스크(10)상으로 노광된다. 양성 감광성폴리머(44)의 자외선(11)이 노광되는 면 위에는 음성 감광성폴리머(24)의 제작과는 달리, 자외선을 통과시키는 유리기판(42)이 부착된다. 자외선 마스크(10)는 금속패턴(14)과 감광성폴리머(18)가 형성된 면이 하향하여 양성 감광성폴리머(44)에 정렬된다. 정렬된 양성 감광성폴리머(44)와 자외선 마스크(10)의 사이는 다른 물질의 개입이 없이 공기(21)에 노출될 수 있을 뿐만 아니라, 굴절율 조절매질(22)이 개재될 수 있다.

자외선(11)은 자외선 마스크(10)가 양성 감광성폴리머(44)에 정렬된 상태에서 자외선 마스크(10)를 향하여 수직하게 노광된다. 노광된 자외선(11)은 감광성폴리머(18)로 구성된 렌즈로 투과되어 공기(21) 또는 굴절율 조절매질(22)을 통과한 이후, 유리기판(42)을 통과한다.

자외선(11)은 자외선 마스크(10)와 양성 감광성폴리머(44)상에 부착된 유리기판(42)의 사이에 공기(21)가 개재되어 있는 경우, 공기(21)에서 유리기판(42)으로 투과될 때 상대적으로 큰 각도로 굴절(46)된다. 이는 공기의 굴절율을 1로 볼 때 유리기판(42)의 굴절율은 유리의 재질구성에 따라 다르지만 대략 1.5내외의 값을 갖기 때문이다.

본 발명의 제 2실시예는 양성 감광성폴리머(44)로서 PMMA(Poly-Methyl-MetAcrylate), 아크릴, PC(Poly-Carbonate) 등을 사용한다. 이러한 재료들은 온도 및 재료의 종류에 따라서 굴절율이 달라지지만, 1.4∼1.7 범위내의 굴절율값을 갖는다. 따라서, 본 발명의 제 2실시예에서는 PMMA(Poly-Methyl-MetAcrylate), 아크릴, PC(Poly-Carbonate) 등과 비슷한 굴절율을 갖는 매질로서 글리세롤 등을 굴절율 조절매질(22)로 사용한다. 자외선(11)은 굴절율 조절매질(22)로서 글리세롤을 사용할 경우, 유리기판(42), 양성 감광성폴리머(44) 및 글리세롤의 굴절율값이 비슷하기 때문에 거의 굴절되지 않은 상태로 입사(45)된다.

양성 감광성폴리머(44)는 노광된 부분이 연화되고 노광되지 않은 부분은 경화된다. 따라서, 자외선 노광이후에 현상공정을 거치면, 도 5b에 도시된 바와 같이, 양성 감광성폴리머(44)의 비노광부(47, 48)가 잔류하게 된다. 비노광부(47)는 굴절율이 폴리머나 유리 등에 비하여 상대적으로 낮은 공기(21)를 통과한 자외선에 의하여 가공되어 상대적으로 뾰족한 형상을 갖는다. 이에 반하여, 비노광부(48)는 굴절율이 공기(21)에 비하여 상대적으로 높은 굴절율 조절매질(22)을 통과한 자외선에 의하여 가공되어 상대적으로 둔한 형상을 갖는다.

도 5c 및 도 5d를 함께 참조하면, 현상 후 양각형상의 비노광부(47, 48)가 형성된 유리기판(42)상에는 금속재료가 주입되어 미세구조물 몰드용 음각금형(52)이 제작된다. 미세구조물 몰드용 음각금형(52)은 인위적인 주입이외에도 전해전착 의 방식으로 제작될 수 있다. 이를 위하여, 양각금형형상의 유리기판(42)상에는 전해물질이 코팅된다. 코팅된 전해물질상에 니켈 등의 금속재료가 전해전착되어, 도 5d에 도시된 바와 같이, 미세구조물 몰드용 음각금형(52)이 제작된다.

도 6a는 본 발명의 자외선 마스크 형상의 일실시예를 도시한 사시도이고, 도 6b는 본 발명의 자외선 마스크 형상의 다른 실시예를 도시한 사시도이다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 자외선 마스크(10)는 자외선 투광기판(12)상에 제작하고자 하는 미세구조물의 형상에 대응하게 형성된 금속패턴(14)과 금속패턴(14)의 사이에 배치된 감광성폴리머(18)의 렌즈로 구성된다.

도 6a에 도시된 자외선 마스크(10)에는 방사형으로 퍼진 형상으로 금속패턴(14)이 배치되고 그 금속패턴(14)의 사이에 및면이 반원인 실린더형 감광성폴리머(18)의 렌즈가 형성되어 있다. 이와 같은 형상의 자외선 마스크(10)는 본 발명의 제 1실시예에 따른 음성 감광성폴리머(24) 또는 본 발명의 제 2실시예에 따른 양성 감광성폴리머(44)에 정렬되어 상술한 미세구조물 몰드용 음각금형(32; 52)의 제작에 사용된다.

도 6b에 도시된 자외선 마스크(10)에는 서로 엇갈려 금속패턴(14)이 배치되고 그 금속패턴(14)의 사이에 및면이 반원인 실린더형 감광성폴리머(18)의 렌즈가 형성되어 있다. 이러한 형상의 자외선 마스크(10)는 상술한 본 발명의 제 1실시예 및 제 2실시예에 따라 미세구조물 몰드용 음각금형(32; 52)을 제작하는데 사용된다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 자외선 마스크(10)상에 배치된 금속패턴(14)은 복수로 형성되고 각 패턴이 모두 평행하게 구성되지는 않는다.

도 7a는 본 발명의 자외선 마스크의 제 3실시예를 도시한 단면도이다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 자외선 마스크(60)는 자외선 투광기판(66)상에 복수의 슬릿으로 구성된 간섭계렌즈(62)를 구비한다. 간섭계렌즈(62)는 제작하고자 하는 구조물의 부분에 배치되고 그 이외의 부분에는 자외선 흡수부(64)가 구비된다. 자외선 투광기판(66)은 자외선을 투과시키는 물질인 금속재를 거의 포함하지 않는 유리로 구성된다.

도 7b는 본 발명의 제 3실시예에 따라 간섭계렌즈를 구비한 자외선 마스크상에 자외선을 노광하는 공정을 도시한 단면도이다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 자외선(11)은 간섭계렌즈(62)를 투과하여 감광성폴리머(24; 44)에 노광된다. 간섭계렌즈(62)는 복수의 슬릿이 배치된 형태로 구성된다. 자외선은 슬릿 사이를 통과하면서 슬릿 부분에서 광도가 최대가 되고 그 주변의 광도가 점차 줄어드는 가우시안 분포를 나타낸다.

그에 따라, 간섭계렌즈(62)의 중앙부분에서 자외선의 간섭이 가장 크게 일어나 간섭계렌즈(62)를 통과한 전체 자외선의 광도가 가우시안 분포를 나타내게 된다. 따라서, 간섭계렌즈(62)의 중앙부는 상대적으로 자외선 노광광도가 높은 반면, 주변부는 상대적으로 자외선 노광광도가 낮기 때문에, 뾰족한 형상의 구조물이 제작된다.

이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변 형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 1회의 자외선 수직노광을 통하여 다양한 형상의 미세구조물을 제작할 수 있을 뿐만 아니라, 일정한 배열형태로 구성되지 않은 복수의 미세구조물을 제작할 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 미세구조물에 경사를 형성하기 위하여 경사각이 변화할 때마다 자외선 노광각도를 바꿀 필요가 없는 현저한 효과가 있다.

Claims (15)

1. 자외선 투광기판상에 금속패턴을 형성시키는 공정과, 상기 금속패턴의 사이에 감광성폴리머를 도포하는 공정과, 상기 감광성폴리머를 열처리하여 마이크로 렌즈를 제작하는 공정으로 구성되는 자외선 마스크를 제작하는 단계와;

   상기 자외선 마스크와 음성 감광성폴리머를 정렬시키는 단계와;

   상기 자외선 마스크상에 자외선을 노광하는 단계와;

   상기 음성 감광성폴리머를 현상하는 단계와;

   상기 현상된 음성 감광성폴리머에 양각금형 재료를 형성시켜 양각금형을 제작하는 단계와;

   상기 양각금형 위에 금속재료를 형성시켜 미세구조물 몰드용 음각금형을 제작하는 단계와;

   상기 미세구조물 몰드용 음각금형에 미세구조물 제작용 재료를 주입하는 단계로 구성되는 마이크로 렌즈를 이용한 미세구조물 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 금속패턴을 형성시키는 공정은 서로 평행하지 않게 배치된 금속패턴을 복수로 형성시키는 마이크로 렌즈를 이용한 미세구조물 제조방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 자외선 마스크와 음성 감광성폴리머를 정렬시키는 단계는 상기 자외선 마스크와 상기 음성 감광성폴리머의 사이에 굴절율 조절매질을 개재시키는 마이크로 렌즈를 이용한 미세구조물 제조방법.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 자외선 마스크상에 자외선을 노광하는 단계는 상기 자외선을 상기 자외선 마스크에 수직하게 노광하는 마이크로 렌즈를 이용한 미세구조물 제조방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 양각금형을 형성시키는 단계는 상기 음성 감광성폴리머의 표면에 금속재료를 코팅하고 구리를 전해전착시키는 마이크로 렌즈를 이용한 미세구조물 제조방법.
6. 제 1항에 있어서, 상기 미세구조물 몰드용 음각금형을 제작하는 단계는 니켈을 인젝션 몰딩하여 음각금형을 제작하는 마이크로 렌즈를 이용한 미세구조물 제조방법.
7. 자외선 투광기판상에 금속패턴을 형성시키는 공정과, 상기 금속패턴의 사이에 감광성폴리머를 도포하는 공정과, 상기 감광성폴리머를 가열하여 렌즈를 제작하는 공정으로 구성되는 자외선 마스크를 제작하는 단계와;

   상기 자외선 마스크와 양성 감광성폴리머를 정렬시키는 단계와;

   상기 자외선 마스크상에 자외선을 노광하는 단계와;

   상기 양성 감광성폴리머를 현상하는 단계와;

   상기 현상된 양성 감광성폴리머에 미세구조물 몰드용 재료를 형성시켜 미세구조물 몰드용 음각금형을 제작하는 단계와;

   상기 미세구조물 몰드용 음각금형에 미세구조물 제작용 재료를 주입하는 단계로 구성되는 마이크로 렌즈를 이용한 미세구조물 제조방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 금속패턴을 형성시키는 공정은 서로 평행하지 않게 배치된 금속패턴을 복수로 형성시키는 마이크로 렌즈를 이용한 미세구조물 제조방법.
9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 자외선 마스크와 양성 감광성폴리머를 정렬시키는 단계는 상기 자외선 마스크와 상기 양성 감광성폴리머의 사이에 굴절율 조절매질을 개재시키는 마이크로 렌즈를 이용한 미세구조물 제조방법.
10. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 자외선 마스크상에 자외선을 노광하는 단계는 상기 자외선을 상기 자외선 마스크에 수직하게 노광하는 마이크로 렌즈를 이용한 미세구조물 제조방법.
11. 제 7항에 있어서, 상기 미세구조물 몰드용 음각금형을 제작하는 단계는 니켈을 인젝션 몰딩하여 음각금형을 제작하는 마이크로 렌즈를 이용한 미세구조물 제조 방법.
12. 간섭계 렌즈를 미세구조물 패턴에 대응하게 배치하여 자외선 마스크를 제작하는 단계와;

    상기 자외선 마스크와 음성 감광성폴리머를 정렬시키는 단계와;

    상기 자외선 마스크상에 자외선을 노광하는 단계와;

    상기 음성 감광성폴리머를 현상하는 단계와;

    상기 현상된 음성 감광성폴리머에 양각금형 재료를 도포하여 양각금형을 형성시키는 단계와;

    상기 양각금형 위에 금속재료를 형성시켜 미세구조물 몰드용 음각금형을 제작하는 단계와;

    상기 미세구조물 몰드용 음각금형에 미세구조물 제작용 재료를 주입하는 단계로 구성되는 마이크로 렌즈를 이용한 미세구조물 제조방법.
13. 제 12항에 있어서, 상기 자외선 마스크와 음성 감광성폴리머를 정렬시키는 단계는 상기 자외선 마스크와 상기 음성 감광성폴리머의 사이에 굴절율 조절매질을 개재시키는 마이크로 렌즈를 이용한 미세구조물 제조방법.
14. 간섭계 렌즈를 미세구조물 패턴에 대응하게 배치하여 자외선 마스크를 제작하는 단계와;

    상기 자외선 마스크와 양성 감광성폴리머를 정렬시키는 단계와;

    상기 자외선 마스크상에 자외선을 노광하는 단계와;

    상기 양성 감광성폴리머를 현상하는 단계와;

    상기 현상된 양성 감광성폴리머에 미세구조물 몰드용 재료를 형성시켜 미세구조물 몰드용 음각금형을 제작하는 단계와;

    상기 미세구조물 몰드용 음각금형에 미세구조물 제작용 재료를 주입하는 단계로 구성되는 마이크로 렌즈를 이용한 미세구조물 제조방법.
15. 제 14항에 있어서, 상기 자외선 마스크와 양성 감광성폴리머를 정렬시키는 단계는 상기 자외선 마스크와 상기 양성 감광성폴리머의 사이에 굴절율 조절매질을 개재시키는 마이크로 렌즈를 이용한 미세구조물 제조방법.

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