KR20080077951A - 이음매 없는 엠보싱 표면 및 이음매 없는 엠보싱표면으로부터 다른 표면으로 데이터를 전사하는 방법 - Google Patents

이음매 없는 엠보싱 표면 및 이음매 없는 엠보싱표면으로부터 다른 표면으로 데이터를 전사하는 방법 Download PDF

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Abstract

엠보싱 표면과 이러한 표면을 제조하는 방법은, 광으로 패턴을 형성하는 특징(photodefinable characteristics)을 갖는 폴리이미드 재료에 의해 제공된다. 한 가지 장점은 엠보싱 표면이 광으로 패턴을 형성하는 표면으로부터 데이터를 전사함으로써 제조될 필요가 없다는 것이다. 폴리이미드 재료는 가열함으로써 엠보싱 처리하고자 하는 표면에 적합한 미리 계산된 경도로 경화된다.

Description

이음매 없는 엠보싱 표면 및 이음매 없는 엠보싱 표면으로부터 다른 표면으로 데이터를 전사하는 방법{SEAMLESS EMBOSSING SURFACE, AND METHOD OF TRANSFERRING DATA FROM A SEAMLESS EMBOSSING SURFACE TO OTHER SURFACES}
본 발명은 대체로 광에 의해 패턴이 형성된 데이터(photo-profiled data)를 엠보싱(embossing)하는 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 광에 의해 패턴을 형성하는 것(photo-profiling)과 엠보싱 사이의 단계를 제거하기 위한 재료와 해당 재료를 사용하는 방법에 관한 것이다.
엠보싱 기구는 한 매개 수단으로부터 다른 매개 수단으로 데이터를 전사하기 위한 다양한 에플리케이션(application)에 사용된다. 한 가지 예는 엠보싱 기구를 사용해서 신용 카드의 홀로그래픽 부분에 대한 홀로그램을 대량 생산하는 것이다. 홀로그램은 또한 정기간행물 광고, 포장지와 다른 장식물, 다양한 안전 장치, 포장 용기 및 예술품을 포함하는 다른 많은 제품을 위해 제조된다. 이러한 홀로그램의 대량 생산은 홀로그래픽 양각 패턴(holographic relief pattern)을 포함하는 엠보싱 다이(embossing die)로 필름을 누름으로써 실행된다.
엠보싱 다이나 기구는 이러한 공정의 중요 특징으로, 고품질의 홀로그램을 성공적으로 대량 생산하기 위해 제조시 높은 정밀도를 필요로 한다. 종래에 이러한 기구는 많은 단계를 이용해서 생산되었다. 제 1 단계는, "마스터(master)" 홀로그램을 형성하는데 사용되는 홀로그래픽 간섭 패턴(holographic interference pattern)에 노출되는 포토레지스트 판을 필요로 한다. 홀로그래픽 광 패턴에 노출된 후, 포토레지스트는 현상되어 홀로그래픽 간섭 패턴에 해당하는 포토레지스트에 표면 양각 패턴을 형성한다.
다음으로 니켈 박층이 간섭 패턴을 전사하기 위해 포토레지스트의 표면에 전기주조된다. 이어서 니켈 층이 포토레지스트로부터 벗겨진다. 이러한 니켈 층이 마스터가 되고, 제 2 니켈 층은 제 1 층의 카피(copy)로 제조된다. 제 2 니켈 층은 스탬퍼(stamper)로 작용하고, 실린더 주위에 감기거나 또는 다이를 형성하는 평판(flat plate)에 고정됨으로써 기판(substrate)에 쌓인다. 각각의 층은 심(shim)으로 알려져 있다. 일반적으로 두 가지 심이 사용되는데, 한 가지는 마스터로 따로 보관되는 반면, 다른 하나는 스탬퍼로 사용된다. 다음으로 금속 다이는 투명 필름을 찍거나 누르는데 사용되어, 필름에 홀로그래픽 간섭 패턴을 새겨서 제품 홀로그램을 제조한다. 이러한 공정은 레이저광을 이용해서 관찰되는 반투명 필름에 의해 구성된 회절 패턴(diffraction pattern)인 "2D 3D" 홀로그램과, 대량 생산에 적합한 사실상 이와 다른 홀로그래픽 패턴을 포함하는 매우 다양한 서로 다른 타입의 홀로그램에 사용된다.
공교롭게도, 종래의 이러한 기술에는 특정한 제한이 있다. 예를 들어, 니켈은 홀로그래픽 간섭 패턴을 전사하기 위한 엠보싱 기구를 제조하는데 바람직한 금 속이다. 따라서, 니켈보다 무른 금속만이 다이에 의해 각인될 수 있다. 예를 들어, 니켈은 폴리에스테르 필름, 무른 플라스틱 등에 각인하는데 사용될 수 있다. 그러나, 이런 무른 재료로는 계속적으로 사용한 후 니켈이 변형되어, 수천 미터의 엠보싱 후에 엠보싱 기구는 더 이상 카피로 적합하지 않은 정도로 질이 떨어진다.
또한, 프린트 실린더나 롤러 주위로 다이가 감기게 되면, 이음매(seam)는 실린더 축과 대략 평행하게 된다. 정확성을 위해서, 홀로그래픽 패턴은 이음매 주위에는 위치할 수 없다. 특히 커다란 프린트 실린더의 경우에는, 일부 엠보싱 롤러에 대해 심을 충분히 크게 하는 것이 흔히 매우 어렵기 때문에 다중 심(multiple shim)이 사용된다. 이러한 경우의 주된 문제는, 롤러가 회전하기 때문에 이러한 심이 나타날 때마다 재료에 자국이 있다는 것이다. 따라서, 많은 롤러 표면이 실제 사용에 대해 손실되고, 프린트될 수 있는 홀로그램의 크기는 상당히 제한된다. 전기 도금과 같은 금속 증착 공정에 의해 고체 원통형 롤러를 제조하는 것이 매우 어렵기 때문에, 아마도 이러한 문제는 이음매가 없는 롤러를 제조하는데 적합하지 않은 종래의 기술을 이용해서는 해결될 수 없다.
보다 단단한 이와 다른 재료가 엠보싱 기구를 생산하기 위해 사용되어져 왔다. 예를 들어, 알루미늄은 홀로그래픽 전사용 엠보싱 다이에 사용되었다. 그러나, 알루미늄 다이를 제조하기 위한 공정은 화학 에칭 공정에 의해 상당히 제한되므로, 에칭 패턴의 정밀도는 에칭 깊이의 증가에 따라 급속히 나빠진다. 또한, 알루미늄은 엠보싱된 홀로그램을 제조하는데 사용되는 재료와 같이 상당한 고압에 특히 우수한 재료는 아니다.
보다 단단한 다른 재료들이 사용되어 왔다. 예를 들어, 기구 강철, 다이아몬드 또는 크롬과 같은 재료에 홀로그래픽 패턴을 생성하기 위해 이온 밀링(ion milling) 또는 에칭(etching)이 사용되어 왔다. 이러한 기술의 한 가지 예는 McGrew에게 허여된 미국 특허 번호 제 5,521,030호에서 발견할 수 있다. 이러한 특허는 포토레지스트로부터 엠보싱 기구로 사용하고자 하는 내구성 재료에 홀로그래픽 간섭 패턴을 전사하기 위해 이방성 반응 이온 에칭(anisotropic reactive ion etching)의 사용을 개시하고 있다.
공교롭게도, 내구성 재료에 홀로그래픽 간섭 패턴을 형성하는 이러한 기술은 상당히 비싸고 실행하기 복잡하다. 이러한 기술은 많은 수의 정확한 홀로그램을 엠보싱해야할 때만 정당화된다. 이와 달리, 이러한 기술의 비용은 정당화될 수 없다. 또한, 종래의 어떠한 기술도 이음매가 없는 엠보싱을 제공하거나, 이와 관련된 어떠한 이점도 제공할 수 없다. 이에 따라, 연장된 생산 작업 동안에도 최종 카피의 품질을 떨어뜨리지 않으면서 고압 상태에서 홀로그래픽 간섭 패턴을 전사하는데 사용될 수 있는 단단한 재료에 엠보싱 기구를 저렴하게 제조할 필요성이 여전히 존재한다.
이에 따라 본 발명의 제 1 목적은 종래의 데이터 엠보싱의 결점을 제거하는 것이다.
본 발명의 제 2 목적은 엠보싱 롤러에서 종래 이음매의 한도를 방지하는 엠보싱 기구를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 광에 의해 패턴을 형성할 수 있는 데이터를 전사할 때 엠보싱 공정을 능률적으로 실행하는 것이다.
본 발명의 추가 목적은 광에 의해 패턴을 형성할 수 있는 데이터 전사의 비용을 감소시키는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 종래의 광에 의해 패턴을 형성할 수 있는 데이터의 엠보싱 단계를 제거하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 광으로 패턴을 형성하는 데이터를 전사하기 위해 엠보싱 작업에서 사용되는 재료와 다른 재료의 수를 제한하는 것이다.
본 발명의 추가 목적은 엠보싱 표면이 서로 다른 다양한 경도로부터 선택될 수 있는 엠보싱 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 더욱 추가적인 목적은 엠보싱 롤러에 대한 종래의 이음매의 제한을 피하는 엠보싱 기구를 제공하는 것이다.
본 발명의 보다 더 추가적인 목적은 용이하게 제조되고 연장된 생산 작업 동안 고압을 견딜 수 있는 엠보싱 표면을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 우수한 선택성을 갖는 광에 의해 패턴을 형성할 수 있는 재료를 이용하는 엠보싱 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 더욱 추가적인 목적은 에칭될 필요가 없는 광에 의해 패턴을 형성할 수 있는 재료를 구비한 엠보싱 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 추가 목적은 아주 우수하게 경화된 필름 특성을 갖는 광에 의해 패턴을 형성할 수 있는 재료를 구비한 엠보싱 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 더욱 추가적인 목적은 높은 분해능(resolution)과 높은 노출 선택성을 갖는 광으로 패턴을 형성하는 재료를 이용하는 엠보싱 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 추가 목적은 광에 의해 패턴을 형성할 수 있는 재료와 엠보싱 표면을 하나의 구성요소(entity)로 이용하는 엠보싱 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 이와 다른 목적은 양화 작용하는 광에 의해 패턴을 형성할 수 있 는 재료를 구비하는 엠보싱 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 양화 레지스트 현상제로 처리할 수 있고, 양화 톤(positive tone)을 제공하는 광에 의해 패턴을 형성할 수 있는 재료를 구비하는 엠보싱 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 엠보싱 표면 경도가 쉽게 변할 수 있는 엠보싱 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 주조 작업에 적합한 광으로 패턴을 형성하는 표면을 제공하는 것이다.
본 발명의 더욱 더 추가적인 목적인 광으로 패턴을 형성하는 장식 코팅 재료를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 레이저광으로 관찰되는 반투명 필름에 의해 구성된 회절 패턴인 "2D" "3D" 실체그림(stereogram), 진정한 "3D" 홀로그램이나 또는 전사가 허용되는 사실상 이와 다른 홀로그래픽 패턴을 포함하는 다양한 홀로그래픽 데이터를 전사할 수 있는 광에 의해 패턴을 형성할 수 있는 데이터 전사 재료를 제공하는 것이다.
본 발명의 더욱 다른 목적은 금속 성분이 제거될 수 있는 엠보싱 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 광으로 패턴을 형성하는 재료가 양화 작용뿐만 아니라 음화 작용도 할 수 있고, 수용성 용매뿐만 아니라 비수용성 용매에 의해서도 현상될 수 있는 엠보싱 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 추가적인 목적은 폴리이미드 주조 재료를 이용하는 데이터 전사 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 이러한 서로 다른 목표와 목적들은 데이터를 다른 표면에 전사하도록 구성된 엠보싱 표면에 의해 제공되고, 여기서 엠보싱 표면은 광으로 패턴이 형성된 폴리이미드 재료로 구성된다.
본 발명의 제 2 실시예는 엠보싱 표면으로부터 다른 표면으로 데이터를 엠보싱하는 방법에 의해 명시된다. 상기 방법은 데이터를 한정하는 EMF 방사선(radiation)에 광으로 패턴을 형성하는 재료를 노출시키는 단계로 구성된다. 이 후에, 광으로 패턴을 형성하는 재료는 선택된 경도의 엠보싱 표면을 얻기 위해 경화된다. 최종적으로, 엠보싱 표면은 다른 표면 위에 데이터를 엠보싱하는데 사용된다.
본 발명은 연장된 생산 작업 동안에도 최종 카피의 품질을 떨어뜨리지 않으면서 고압 상태에서 홀로그래픽 간섭 패턴을 전사하는데 사용될 수 있는 단단한 재료에 엠보싱 기구를 저렴하게 제조할 수 있고, 광에 의해 패턴을 형성할 수 있는 데이터를 전사할 때 엠보싱 공정을 능률적으로 실행할 수 있는 등의 효과를 갖는다.
본 발명은 광으로 패턴을 형성하거나 광으로 패턴을 형성할 수 있는 양화 작 용(양화 톤)의 폴리이미드를 엠보싱 표면으로 사용하는 것을 포함한다. 폴리이미드는 도 1a 내지 도 1d에 도시된 바와 같이 처리되고, 본 발명을 위해 아래에 설명되어 있는 바와 같이 처리된다. 폴리이미드 재료는 적절한 표면에 놓여지고, 열처리되며, EMF 방사선(간섭광과 같은)에 노출되며, 엠보싱 표면으로 경화된다. 다음으로 엠보싱 표면은 EMF 방사선으로 표시된 데이터를 다른 표면에 전사시키기 위해 사용된다. 폴리이미드 재료를 사용하기 위한 이러한 기술은 엠보싱 표면으로 사용하고자 하는 홀로그래픽 마스터를 제조하는데 특히 효과적이다.
폴리이미드 재료의 특징 때문에, 이것은 또한 그라비어 프린트 표면(gravure printing surface)으로 사용하는데 적합하다. 이러한 표면은 광 검출 기술, 및 프린트 표면을 제공하기 위한 금속의 플래쉬 도포(flash application)를 이용해서 제조된다. 폴리이미드 재료의 양화 포토레지스트 특징은 에칭과 같은 종래의 그라비어 프린트 공정을 복잡하게 하지 않으면서 이러한 제 2 엠보싱 실시예가 가능하도록 한다.
폴리이미드 재료는 사실상 어떠한 표면에도 코팅되고, 패턴이 형성되고, 장식이나 디스플레이 표면으로 사용하기 위해 경화될 수 있다. 용이하게 형성되면서도 세척과 자외선을 견딜 수 있는 재료가 현재 존재하지 않기 때문에, 이러한 재료의 사용은 아티스트에 대한 이점을 제공한다. 따라서, 해당 폴리이미드 재료는 필요한 경화 온도를 견딜 수 있는 어떠한 표면에도 사용될 수 있다.
폴로이미드 재료는 또한 현존하는 홀로그램의 홈(groove)을 폴리이미드 재료에 전사하기 위한 주조 작업에 사용될 수 있다. 다음으로, 주조 폴리이미드의 패턴 은 다른 표면에 제공될 수 있다. 사실상 어떠한 종류의 주조 기술도 폴리이미드 재료와 사용될 수 있으며, 그 예는 아래에 설명되어 있다.
즉각적인 응용의 신규한 사용에 사용되는 폴리이미드는 원래 듀폰사에 의해 개발된 고온 엔지니어링 중합체이다. 대부분의 다른 유기 또는 중합성 재료와 비교해서, 폴리이미드는 내열성(> 500℃)과 기계적 강도와 화학적 내성의 예외적인 조합을 나타낸다. 또한, 이들은 우수한 유전 특성을 갖는다.
종래의 폴리이미드 필름은 "응력 완충제(stress buffer)"나 반도체용 보호 오버코팅(overcoat)으로 흔히 사용된다. 일반적으로 폴리이미드 응력 완충제는 두께가 4-6 마이크론으로, 칩 표면(chip surface)의 금속과 산화물의 섬세한 얇은 필름이 다루는 도중 손상되는 것을 방지하고, 플라스틱 몰딩 화합물에 캡슐화 한 후 유발된 응력으로부터 보호한다.
광으로 패턴을 형성하는 재료로 사용되면, 패턴화는 단순하고 쉽다. 낮은 결점 밀도와 폴리이미드 필름 고유의 강한 플라즈마 에칭 내성으로 인해서, "단일 마스크" 공정이 실행될 수 있다.
미세 전자 디바이스의 종래 제작에서, 광으로 패턴을 형성하는 폴리이미드는 일반적으로 기판에 액체로 도포되고, 다음으로 아래에서 추가적으로 설명되는 바와 같이 매끄럽고 단단하며 가공이 어려운 중합성 필름이나 구조 층(structural layer)으로 열 경화된다. 필름은 액체 포토레지스트와 함께 리쏘그래픽(lithographic)(포토그래픽) 공정을 이용해서 패턴화될 수 있다. "광으로 패턴을 형성하는" 폴리이미드는 빛에 민감하고 포토레지스트를 사용하지 않고도 쉽게 패턴 화되어, 제작 공정을 더욱 간단하게 한다.
본 발명의 효율을 증명하기 위해, 광으로 패턴을 형성하는 양화 작용하는 선택된 폴리이미드는 HD-8000으로, 히다찌 케미컬사와 듀폰 전자의 합작 기업인 HD 마이크로시스템즈(상표명)의 제품이다. HD-8000은 응력 완충제와 칩 결합 에플리케이션(chip bonding application)에 대한 양화 톤이고, 수용성 현상이며, 광으로 패턴을 형성하는 폴리이미드이다. HD-8000은 방향족 이무수물(dianhydride)을 방향족 디아민(diamine)과 반응시켜서 합성되는 폴리아민산의 백본(backbone) 선구물질을 포함한다. 공정 중 양화 톤의 리쏘그래픽 특성을 제공하기 위한 감광제(photosensitizer)가 또한 포함된다. 또한 용매가 포함된다. 이러한 재료는 초기 세대의 수용액 현상 제품을 상당히 앞서는 패턴 선명도(pattern definition)를 얻는다.
앞에서 언급된 폴리이미드 재료는 양화 톤이나 양화 작용으로, 수용성 용액을 이용해서 현상될 수 있다. 그러나, 이것은 본 발명에서 사용될 수 있는 폴리이미드 재료 타입의 단순히 한 가지 예이다. 예를 들어, 음화 톤이나 음화 작용 폴리이미드는 재료가 놓여질 데이터 전사의 정확한 실행에 따라 또한 사용될 수 있다. 또한, 비수용액을 이용해서 현상될 폴리이미드 재료는 본 발명을 위해 또한 사용될 수 있다.
도 1a에서, 폴리이미드 재료(1)는 도포구(applicator)(2)를 이용해서 코팅 롤러(3)와 같이 움직일 수 있는 표면 위에 배열된다. 폴리이미드 재료의 도포는 롤러 위에 코팅(4)을 형성한다. 롤러가 도 1a의 예에서 사용되는 반면, 다른 표면도 또한 광에 의한 패턴의 형성(forming pattern by photo)과 이후 엠보싱 작업(embossing operations)을 위한 폴리이미드 재료의 도포를 위해 또한 사용될 수 있다는 것을 주목해야만 한다.
대부분의 미세전기 에플리케이션에서 폴리이미드 코팅은 일반적으로 기판에 스핀(spin) 도포된다. 이러한 동일한 공정과 기본 기구 세트가 액체 포토레지스트를 도포하기 위해 또한 사용된다. 실리콘에 대한 최적의 접착을 위해서, 산화물과 대부분의 금속, 접착 강화제가 필요하다. 몇몇 폴리이미드는 접착 강화제를 구성하는 반면, 다른 폴리이미드는 폴리이미드를 도포하기 전 개별적인 접착 강화제나 결합제(coupler)의 도포를 필요로 한다. 접착 강화제는 또한 스핀 코팅에 의해 도포된다.
스핀 코팅은 최상의 균일성과 코팅 품질을 보장하는 반면, 폴리이미드를 도포하기 위해 사용되어 온 다른 도포 기술은 드로우(draw), 스프레이, 압출(extrusion), 롤러, 딥(dip)과 드롭(drop) 코팅을 포함한다.
회전 실린더(3)가 코팅(4)에 사용되는 반면, 다른 모양의 엠보싱 표면이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 평평한 표면은 두 방향으로 움직이는 압반(platen)이나, 한 방향으로 움직이는 압반을 이용해서 사용될 수 있는 반면, EMF 방사선의 소스(source)는 하나 이상의 방향으로 또한 움직인다.
본 발명에 의해 전사시키고자 하는 데이터는 서로 다른 다양한 형태로 표현될 수 있다는 것을 주목해야 한다. 예를 들어, 홀로그램은 특별히 중요하고, 홀로그램의 전사는 본 발명에 의해 쉽게 촉진된다. 이러한 홀로그램은 레이저광으로 관 찰되는 반투명 필름인 회절 패턴의 "2D" "3D" 실체그림을 포함할 수 있고, 진정한 "3D" 홀로그램뿐만 아니라 배열을 위해 사실상 이와 다른 임의의 홀로그래픽 포맷이 본 발명을 이용해서 전사될 수 있다. 본 발명은 홀로그래픽 재료의 전사에 한정되지 않음을 또한 주목해야 한다. 오히려, 엠보싱에 의해 전사될 수 있는 사실상 이와 다른 형태의 어떤 데이터도 본 발명의 시스템을 이용해서 빠르고 정확하게 전사될 수 있다.
도 1b에서, 폴리이미드 코팅(4)을 갖는 롤러(3)는 경화 오븐(5)에 넣어진다. 대안적으로, 코팅된 기판은 가열되거나 말랑말랑할 수 있는데, 약 130 - 260초 동안 120℃의 핫 플레이트에서 베이킹되기 때문이다. 이것은 10 마이크론의 고정된 두께의 목표물(target)에 대해 행해진다. 그러나, 서로 다른 목표물의 두께는 서로 다른 베이킹 시간을 필요로 할 것이다. 예비 경화 작업이 폴리이미드 재료(4)를 미리 계산된 두께와 밀도로 변화시킨 후, 폴리이미드 재료는 빛과 같은 전자기 EMF 방사선에 의해 변화 또는 광에 의해 패턴을 형성하기 쉽다.
코팅된 기판은 EMF에 노출시키기 전에 주변 온도로 냉각되어야 한다. 열 처리 후 냉각을 위해서는 차가운 플레이트가 추천된다. 향상된 조절을 위해, 노출 전 최소 20분 동안 웨이퍼(wafer)를 유지해야만 한다. 코팅된 기판은 노출과 현상 전 청정실 조건의 웨이퍼 카세트 상자에서 최대 72 시간 동안 저장될 수 있다.
도 1c에서, 광은 단색으로 레이저(6)에 의해 제공된다. 도 1c에 도시된 바와 같은 한 가지 바람직한 실시예가 레이저 광원을 사용하는 반면, 다른 형태의 전자기선이 사용될 수 있음을 주목해야만 한다. 상기 예로는, 복수 진동수 성분을 구비 하는 광, x-선, 라디오 파, 자외선 광, 전자빔 및 적외선 광이 있다. 감광성 폴리이미드는 상대적으로 미세한 특징의 패턴화를 허용한다. 1:1의 영상비(aspect ratio)가 완전한 경화 필름에서 얻어질 수 있다.
데이터(미도시된 소스로부터)는 레이저(6)로부터의 광에 의해 표시되고, 롤러(3) 위에 폴리이미드 코팅(4)을 광에 의해 패턴을 형성하거나, 그렇지 않으면 한정 또는 변형시키기 위해 사용된다. 이러한 광 한정 기술의 예는 1998년 10월 13일 Davis에게 허여된 미국 특허 번호 제 5,822,092호에 개시되고 여기서 참조문헌으로 병합된 픽셀단위 방법(pixel-by-pixel method)이다.
폴리이미드 재료(4)의 광에 의해 패턴을 형성하는 부분은, 노출되거나 또는 이와 달리 간섭광과 같은 입사 전자기선에 의해 광에 의해 패턴이 형성되는 재료의 현상(development)이다. 도 1a 내지 도 1d에 도시된 바람직한 실시예에서, 노출된 폴리이미드 재료를 현상하기 위해 잘 알려진 타입의 수용액이 사용된다. 서로 다른 많은 기술을 이용해서 이것을 실행할 수 있다. 예를 들어, 전체 롤러(3)는 배쓰(bath)(미도시됨)에 잠길 수 있다. 대안적으로, 열 처리 챔버와 유사한 현상 챔버(미도시됨)가 현상액을 가하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 현상 수용액이나 현상 비수용액을 사용하는 현상용으로 사용되는 다른 임의의 기술도 본 발명에 적합하다. 임의의 폴리이미드에 효과적인 방사선 노출과 현상의 알려진 임의의 조합은 폴리이미드 재료를 광에 의해 패턴을 형성하는 도 1c의 작업에 적합하다.
레이저(6)에서 발생한 광에 의해 패턴이 형성되고 현상된 다음, 롤러(3)에 배열된 폴리이미드 코팅(4)은 예를 들어 다른 오븐(7)에서 열 경화된다. 상기 경화 는 부록 1로 첨부되어 있는 "광으로 패턴을 형성할 수 있는 이미지인 HD-8000 시리즈 양화 톤, 수용액 현상될 수 있는 폴리이미드"라는 제목의 HD 마이크로시스템즈(등록상표)의 예비 제품 보고서에 명시되어 있는 파라미터에 따라 일어난다.
폴리이미드 필름 경화는 층으로부터 용매 운반체나 다른 휘발성 물질을 제거하고, 가공하기 어려운 폴리이미드 필름이 되도록 중합체를 이미드화하거나 경화시키는 것을 필요로 한다. 이러한 경화 공정은 일반적으로 여러 단계로 실행된다. 핫 플레이트는 폴로이미드 도포 후 초기 열 처리 또는 베이킹(도 1b)을 위해 일반적으로 사용된다. 초기 도포는 하나 이상의 인-라인(in-line) 핫 플레이트에서 50℃ 내지 150℃의 범위일 수 있다. 최종 경화(도 1d)를 위해 화로(furnace)나 프로그램할 수 있는 오븐이 사용된다. 최종 경화는 일반적으로 에플리케이션에 따라 280℃-400℃에서 실행된다.
적절한 경화 스케줄의 목적은, 1) 잔류 용매를 제거하고, 2) 이미드화 공정을 완료하며, 3) 접착 공정을 완료하기 위한 것이다. 이러한 세 가지 모든 반응이 주어진 온도에서 동시에 일어나기 때문에, 경화 스케줄은 경화된 필름의 품질 및 이와 관련된 기계적 특성을 강화시킬 수 있는 매우 중요한 공정 단계이다.
다음의 변수, 즉 경화 기구, 기압, 적재 온도, 램프 속도(ramp rate), 담금(soak)(온도 유지), 최종 경화 온도, 및 램프 하강(ramp down)은 폴리이미드 필름을 경화시키는데 고려할 필요가 있다.
경화는 일반적으로 프로그램할 수 있는 오븐이나 화로를 이용하는 배치 공정(batch process)으로 실행된다. (일련의 핫 플레이트를 이용하는 단일 웨이퍼 경 화 기구는 인-라인 공정을 위해 또한 계발되었다. 이러한 기술은 광으로 패턴을 형성할 수 없는 폴리이미드와 흔히 사용되어왔다.)
경화는 질소 환경(산소 농도 < 100ppm)에서 실행되어야만 한다. 프로그램할 수 있는 일부 오븐은 진공에서 경화시키도록 제작된다. 부분 진공은 질소 환경과 사용될 수 있다.
적재 온도, 램프 속도, 담금(중간 온도 유지), 최종 경화 온도 및 냉각 속도는 최적의 처리량과 경화 필름 특성을 위해 최적화될 수 있다. 일반적인 "단일 마스크(mask)" 응력 완충제 도포를 위해 다음의 기본적인 경화 스케줄이 제시되어 있다. 즉, 150℃ 미만의 오븐이나 화로에 적재하기, 적재 온도로부터 60분 이상 350℃로 온도 상승시키기, 30분간 350℃로 유지하기, 기판을 즉시 꺼내거나 냉각되도록 할 수 있다. 경화는 특별한 환경 없이 오븐에서 실행될 수 있다는 것을 주목해야 한다. 오븐 환경의 선택은, 경화시키고자 하는 폴리이미드 면적의 크기, 최종 폴리이미드 코팅의 두께, 및 다른 경화 인자와 같은 많은 인자에 의존한다.
한 가지 타입의 폴리이미드가 설명되고, 작용하는 것으로 밝혀져 왔지만, 이것은 본 발명의 엠보싱 시스템을 구성하기 위해 사용될 수 있는 여러 가지 광으로 패턴을 형성하는 폴리이미드 재료 중 단순히 한 가지 예일 뿐이다. 또한, 이러한 재료는 도트 매트릭스 홀로그램(dot matrix hologram)을 전사하는데 특히 적합하다.
앞서 언급된 명세서를 기초로, 폴리이미드는 미리 계산된 경도와 두께로 롤러(3) 위에 경화될 수 있다. 층(4)을 형성하는 폴리이미드 재료가 미리 계산된 경 도로 경화될 수 있기 때문에, 엠보싱 표면으로 폴리이미드 표면(4)을 사용하는 것이 가능하다. 결과적으로, 홀로그램을 전사하기 위한 종래의 금속 엠보싱 표면을 형성하는 것은 본 발명에 필요치 않다. 이러한 결과는 시간과 비용을 실질적으로 절약할 수 있도록 하는 것이다.
바람직한 실시예에서 사용되는 폴리이미드는 양화 노출 물질로 사용될 수 있기 때문에, 재료는 그라비어 프린트를 위해 또한 사용될 수 있고, 프린트된 재료는 패턴이 형성되지 않은 포토레지스트 재료 주위에 움푹한 곳(depression)으로 형성된다. 잉크는 문자나 영상을 구성하는 홈 내부에 위치하고, 종이나 다른 전사 표면이 패턴을 형성하는 표면에 가해져서, 움푹한 곳의 잉크가 전사 표면에 가해진다. 폴리이미드 재료는 그라비어 프린트 작업을 위해 다루어진 압력을 처리할 밀도(consistency)로 경화될 수 있다. 도면에 도시되어 있는 롤러(3)는 이러한 프린트 공정에 사용될 필요가 없다는 것을 주목해야 한다. 오히려, 평평한 압반이 대안적으로 사용될 수 있다. 그러나, 대부분의 프린트는 롤 프레스(roll press)에서 일어나서, 롤러(3)는 이러한 타입의 시스템에 대해 바람직한 표면이 될 것이라는 것을 주목해야 한다.
그라비어 프린트를 위해 폴리이미드를 사용하는 것은 폴리이미드 코팅 위에 위치시키고자 하는 니켈이나 크롬과 같은 금속의 플래쉬 코팅(flash coating)을 필요로 한다. 그러나, 그라비어 프린트에 앞서 보다 일반적인 광에 의한 패턴의 형성에 사용되는 산성 세척액(acid wash)이 필요하지 않다. 따라서, 이러한 세척액에 사용되는 산은 전사하고자 하는 데이터를 패터닝하는 금속의 품질을 떨어뜨리지 않 을 것이다. 따라서, 본 발명은 종래의 그라비어 프린트 시스템 고유의 크기 제한뿐만 아니라, 투명함이나 정확성의 손실도 피한다. 이에 따라 본 발명에 따른 폴리이미드를 사용하는 그라비어 프린트는 종래 시스템보다 더 쉽고 저렴하게 실행되고, 보다 우수한 제품이 생기도록 한다.
폴리이미드 재료는 홀로그램의 간섭 패턴, 또는 양각 패턴(relief pattern)인 임의의 다른 데이터를 복사하기 위한 다른 실시예에서 사용될 수 있다. 이것은 홀로그래픽 마스터 위로 폴리이미드 재료의 주조를 형성함으로써 실행된다. 결과적으로, 회절 격자 패턴의 인각은 주조 재료 위에 만들어진다. 다음으로 주조는 홀로그래픽 마스터로부터 다른 표면으로 데이터를 전사하기 위해 사용된다. 이렇게 할 때, 폴리이미드 재료에 대해 앞서 설명되었던 이득은 폴리이미드 주조로부터 제조된 카피에 대해 얻어진다.
많은 실시예들이 예들에 의해 설명되어 왔지만, 본 발명은 이에 의해 제한되지 않는다. 오히려, 본 발명은 본 발명을 한 번 숙지하였던 당업자에게 일어날 임의의 모든 변화, 보정, 교환, 개작, 및 실시예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 그러므로, 본 발명은 다음 청구항에 의해서만 제한될 것이다.
도 1a는 폴리이미드 재료가 엠보싱 롤러에 전사되는 것을 도시하는 투시도.
도 1b는 폴리이미드 재료의 예비 경화 상태를 도시하는 투시도.
도 1c는 롤러 위의 폴리이미드 재료를 광으로 패턴을 형성하는 것을 도시하는 투시도.
도 1d는 엠보싱 전의 경화 상태를 도시하는 투시도.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 폴리이미드 재료 2: 도포구(applicator)
3: 롤러 4: 코팅
5: 경화 오븐 6: 레이저
7: 경화 오븐 이외의 오븐

Claims (12)

  1. 다른 표면에 데이터를 전사하기 위해 구성된 이음매 없는 엠보싱 표면(seamless embossing surface)으로서,
    상기 이음매 없는 엠보싱 표면은 레이저 빔들이 간섭하여 홀로그래픽 패턴 데이터를 형성하는 폴리이미드 재료(polyimide material)로 구성되고, 상기 폴리이미드 재료를 포토 마스크를 사용하지 않고 노광한 후 상기 이음매 없는 엠보싱 표면에서 경화하여 형성되는 상기 데이터를 포함하는, 이음매 없는 엠보싱 표면.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 이음매 없는 엠보싱 표면은 곡면(curved surface)을 갖는 기재상에 형성되는, 이음매 없는 엠보싱 표면.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 곡면을 갖는 기재는 롤러인, 이음매 없는 엠보싱 표면.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리이미드는 수용액에 의한 현상이 가능한(aqueous developeable), 이음매 없는 엠보싱 표면.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리이미드는 베이킹(baking)에 의해 경화되는, 이음매 없는 엠보싱 표면.
  6. 제 1 항 내지 3 항에 있어서, 상기 폴리이미드 위에 플래쉬 코팅된 금속 필름(flash-coated metal film)을 더 포함하는, 이음매 없는 엠보싱 표면.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 이음매 없는 엠보싱 표면은 그라비어 프린트(gravure printing)에 적합한, 이음매 없는 엠보싱 표면.
  8. 이음매 없는 엠보싱 표면으로부터 다른 표면으로 데이터를 전사하는 방법으로서,
    (a) 홀로그래픽 데이터를 형성하는 재료를 포토 마스크를 사용하지 않고 노광하는 단계로서, 상기 홀로그래픽 데이터를 형성하는 것은 상기 이음매 없는 엠보싱 표면에서 레이저 빔들이 간섭하는 것을 포함하며,
    (b) 상기 노광된 재료를 현상하여 상기 홀로그래픽 데이터를 포함하는 이음매 없는 엠보싱 표면을 형성하는 단계와,
    (c) 상기 이음매 없는 엠보싱 표면을 열 경화(heat curing)하는 단계와,
    (d) 상기 이음매 없는 엠보싱 표면을 사용하여 상기 홀로그래픽 데이터를 다른 표면에 전사하는 단계를 포함하는, 이음매 없는 엠보싱 표면으로부터 다른 표면으로 데이터를 전사하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 (a) 단계 이전에 상기 재료를 롤러에 도포하는 단계 를 더 포함하는, 이음매 없는 엠보싱 표면으로부터 다른 표면으로 데이터를 전사하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 재료를 상기 롤러에 도포하는 단계는 상기 롤러에 상기 재료를 스핀 코팅(spin-coating)하는 단계를 포함하는, 이음매 없는 엠보싱 표면으로부터 다른 표면으로 데이터를 전사하는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 (a) 단계에서 상기 롤러는 회전하고 레이저 광원이 직선으로 이동하는, 이음매 없는 엠보싱 표면으로부터 다른 표면으로 데이터를 전사하는 방법.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (a) 단계 이후에 가열에 의하여 상기 재료를 미리 경화시키는 단계를 더 포함하는, 이음매 없는 엠보싱 표면으로부터 다른 표면으로 데이터를 전사하는 방법.
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