KR20090112195A - 미세 패턴을 갖는 비평면 금형 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 미세 패턴을 갖는 비평면 금형의 제조 방법은 미세 패턴을 비평면 금형에 용이하게 형성할 수 있도록, 평면 기판 상에 포토 레지스트층을 형성하는 단계와 상기 포토 레지스트층을 감광시키는 감광 단계와 상기 포토 레지스트층을 현상하여 미세 패턴을 형성하는 현상 단계와 상기 기판을 식각하여 상기 기판에 미세 패턴을 형성하는 식각 단계, 및 상기 기판을 비평면을 갖는 금형 몸체에 고정하는 부착 단계를 포함하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴을 갖는 비평면 금형은 비평면을 갖는 금형 몸체와 상기 금형 몸체의 비평면에 부착된 기판, 및 상기 기판 상에 형성되며, 마이크로 또는 나노 크기를 갖는 미세 패턴을 포함할 수 있다.
금형, 미세 패턴, 나노, 하이드로 포밍

Description

미세 패턴을 갖는 비평면 금형 및 이의 제조 방법{CURVED MOLD HAVING MINUTE PATTERN AND METHOD FOR FABLICATING THEREOF}
본 발명은 금형 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미세 패턴을 갖는 비평면 금형 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
나노기술(NT; Nano Technology)은 정보기술(IT; Information Technology) 및 생명공학기술(BT; Bio Technology)와 더불어 21세기 산업 발전을 주도할 새로운 패러다임의 기술로서 주목 받고 있다.
또한, 나노기술은 물리학, 화학, 생물학, 전자공학, 및 재료공학 등 여러 과학기술 분야가 융합되어, 기존 기술의 한계를 극복하고, 다양한 산업 분야에 기술혁신을 야기함으로써, 인류의 삶의 질을 획기적으로 향상시킬 것으로 기대되고 있다.
나노기술은 접근 방법에 따라 크게 위로부터 아래로의 접근 방식(Top-down) 방식과 아래로부터 위로의 접근 방식(Bottom-up)으로 나누어질 수 있다. 위로부터 아래로의 접근 방식은 지난 수십년 동안 발전되어온 반도체 집적 소자의 역사에서 볼 수 있듯이, 기존의 미세구조 제작 기술을 나노미터 스케일까지 더욱 발전시켜 정보 저장 용량 및 정보 처리 속도의 증대를 지속하고자 하는 기술이다. 이에 반해, 아래로부터 위로의 접근 방식은 물질을 원자 혹은 분자 단위 수준에서 제어하거나 자발적인 나노 구조 형성 현상을 이용하여 기존의 기술로는 불가능한 새로운 물리적, 화학적 성질을 유도하고 이를 이용하여 새로운 소재 및 소자를 제작하도록 하는 기술이다.
위로부터 아래로의 접근 방식의 대표적인 예로는 기존의 반도체 소자 제조 공정에 사용되고 있는 광학 리소그래피(Optical Lithography) 기술을 들 수 있다. 정보 기술 혁명으로 일컬어지는 20세기의 기술 발전은 반도체 소자의 소형화 및 집적화에 크게 의존해 왔으며 이러한 반도체 소자 제조 공정의 핵심 기술이 바로 광학 리소그래피 기술이다.
그러나 이러한 광학 리소그래피 기술 등을 이용하여 곡면을 갖는 비평면 구조물에 미세 패턴을 형성하는 것은 어려운 문제가 있다. 본 명세서에 있어서 '미세패턴'이라 함은 나노(nano) 또는 마이크로(micro) 크기를 갖는 패턴을 말한다.
광학 리소그래피 기술을 적용하여 미세 패턴의 형성 하려면 기판 상에 균일한 두께를 갖는 포토 레지스트층을 형성해야 한다. 포토 레지스트층은 통상 스핀 코팅의 방법으로 형성되는데, 비평면인 경우에는 굴곡으로 인하여 포토 레지스트가 균일하게 퍼져 나가지 못하여서 포토 레지스트층이 불균일하게 도포되는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 비평면 금형에 미세 패턴을 용이하게 형성할 수 있는 미세 패턴을 갖는 비평면 금형 및 이의 제조 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴을 갖는 비평면 금형의 제조방법은 평면 기판 상에 포토 레지스트층을 형성하는 단계와, 포토 레지스트층을 감광시키는 감광 단계와, 상기 포토 레지스트층을 현상하여 미세 패턴을 형성하는 현상 단계와, 상기 기판을 식각하여 상기 기판에 나도 또는 마이크로 크기의 미세 패턴을 형성하는 식각 단계, 및 상기 기판을 비평면을 갖는 금형 몸체에 부착하는 부착 단계를 포함할 수 있다.
상기 기판은 하이드로 포밍(hydro forming)에 의하여 상기 금형 몸체에 부착될 수 있으며, 상기 부착단계는 상기 금형 몸체와 상기 기판 사이에 접착제층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 부착단계는 상기 기판을 상기 금형 몸체에 부착한 상태에서 고정구로 상기 기판을 상기 금형 몸체에 고정하는 고정 단계를 포함할 수 있다.
상기 감광 단계는 포토 마스크를 설치한 상태에서 자외선을 조사하여 포토 레지스트층을 노광할 수 있으며, 레이저 간섭으로 포토 레지스트층을 노광할 수 있으며, LDI(laser direct imaging) 방식으로 포토 레지스트층을 노광할 수 도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴을 갖는 비평면 금형은 비평면을 갖는 금형 몸체와 상기 금형 몸체의 비평면에 부착된 기판, 및 상기 기판 상에 형성되 며, 마이크로 또는 나노 크기를 갖는 미세 패턴을 포함할 수 있다.
상기 기판은 하이드로 포밍에 의하여 상기 금형 몸체의 비평면과 대응되는 형상으로 성형될 수 있으며, 상기 금형 몸체와 상기 기판 사이에는 접착제층이 형성될 수 있다. 또한, 상기 기판 위에는 상기 기판을 관통하여 상기 금형 몸체에 삽입된 고정구가 설치될 수 있다.
본 발명에 따르면 비평면을 갖는 금형 몸체에 미세 패턴이 형성된 기판을 부착하여 비평면 금형에 미세패턴을 형성함으로써 미세 패턴을 갖는 비평면 금형을 보다 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 하이드로 포밍 방법으로 미세 패턴이 형성된 기판을 비평면 금형 몸체의 곡면에 부착함으로써 기판을 곡면과 대응되는 형상으로 용이하게 성형할 수 있다.
또한, 기판과 비평면 금형 몸체를 접착제 또는 고정구를 이용하여 부착함으로써, 기판과 비평면 금형 몸체를 안정적으로 고정할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구 성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴을 갖는 비평면 금형의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 미세 패턴을 갖는 비평면 금형의 제조 방법은 기판 상에 포토 레지스트층을 형성하는 단계(S101), 포토 레지스트층을 노광시키는 단계(S102), 포토 레지스트층을 현상하는 단계(S103), 기판을 식각하는 단계(S104), 잔류 포토 레지스트층을 제거하는 단계(S105), 및 미세 패턴이 형성된 기판을 비평면을 갖는 금형 몸체에 부착하는 단계(S106)을 포함한다.
먼저 도 2a에 도시된 바와 같이 기판(110)을 준비한다. 기판(110)은 얇은 두께를 갖는 박판구조로 표면이 평평한 평판으로 이루어진다. 기판(110)은 금형의 재료로 사용되는 일반적인 금속으로 이루어질 수 있다.
도 2b에 도시한 바와 같이 기판(110) 위에 포토 레지스트층(photoresist)(120)을 형성한다(S101). 포토 레지스트층(120)은 빛에 의하여 성질이 변하는 감광성 재료로 이루어지며, 회전하는 기판(110) 위에 약액을 떨어뜨려 코팅하는 스핀 코팅 방식으로 형성될 수 있다.
도 2c에 도시한 바와 같이 포토 레지스트층(120)이 형성된 기판(110) 위에 포토 마스크(210)를 설치하고, 포토 마스크(210)를 향하여 자외선을 조사하여 포토 레지스트층(120)을 노광시킨다(S102). 이때, 포토 마스크(210)에는 미세홀(212)이 형성되며, 미세홀(212)을 통해서 자외선이 포토 레지스트층(120)으로 조사된다.
본 실시예에서는 포토 마스크(210)를 이용하여 감광하는 방법을 예로서 설명 하였지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 포토 레지스트층(120)은 레이저 간섭(laser interference) 방식 또는 LDI(laser direct image) 방식으로 노광될 수 있다.
레이저 간섭 방식은 마스크 없이 포토 레지스트층을 노광하는데, 반사판을 이용하여 레이저의 진행 경로를 분리한 후, 분리된 레이저 간의 간섭을 이용하여 포토 레지스트층을 노광한다. 한편, LDI(laser direct image) 방식은 마스크 없이 직접 레이저를 포토 레지스트층으로 조사하여 노광하는 방식이다.
도 2d에 도시된 바와 같이 포토 레지스트층(120)이 노광되면 현상액이 채워진 수조(230)에 기판(110)을 담궈 포토 레지스트층(120)을 노광된 형상에 따라 현상한다(S103).
본 실시예에서는 포토 레지스트층(120)이 음성 감광제로 이루어져 노광된 부분만 경화되고 노광되지 않은 부분은 제거되어 미세 패턴(121)을 형성한다. 다만, 이는 본 발명의 일 예에 불과하며, 양성감광제를 사용하여 노광된 부분만을 제거할 수도 있다.
도 2e에 도시된 바와 같이, 포토 레지스트층(120)의 현상이 완료되면, 기판(110)을 식각한다(S104). 본 실시예에서는 플라즈마 등을 이용하여 건식 식각(dry etching) 방식으로 기판(110)을 식각한다. 기판을 식각하면 기판(110) 위에 미세 패턴(112)이 형성된다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 습식 식각 방식으로 기판(120)을 식각할 수도 있다.
도 2f에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 식각이 완료되면 기판(110) 상에 잔 류하는 포토 레지스트층(120)을 제거한다(S105).
포토 레지스트층(120)을 제거하여 기판 상에 미세 패턴(112)이 완성되면, 기판(110)을 비평면을 갖는 금형 몸체(150)에 부착한다(S106).
도 2g에 도시한 바와 같이, 용기(250)에 금형 몸체(150)을 삽입하고, 금형 몸체(150) 위에 기판(110)을 배치한 상태에서 기체 또는 액체로 이루어진 유체를 고압으로 분사하는 하이드로 포밍(hydro forming) 방법으로 기판(110)을 금형 몸체(150)에 부착한다.
하이드로 포밍은 가공 대상을 튜브 형태로 만들거나 용기에 넣은 후, 고압의 유체를 공급하여 가공 대상물을 성형하는 방법으로써, 금형 몸체(150)가 삽입된 용기(250)에 기판(110)을 설치한 후, 하이드로 포밍을 행하면, 기판(110)을 금형 몸체(150)의 비평면과 동일한 형태로 가공하여 금형 몸체(150)에 기판(110)을 부착시킬 수 있다.
도 3는 상기한 제1 실시예에 따라 제작된 미세 패턴을 갖는 비평면 금형의 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 미세 패턴을 갖는 비평면 금형은 비평면을 갖는 금형 몸체(150)과 금형 몸체(150)위에 부착되며 미세 패턴을 갖는 기판(110)을 포함한다.
하이드로 포밍 공정 후에 돌출된 기판의 테두리를 제거한 하면, 도 2에 도시된 바와 같이 금형 몸체(150) 위에 기판(110)이 부착되어 미세 패턴을 갖는 비평면 금형을 얻을 수 있다.
이와 같이, 기판(110)에 광 리소그라피 등을 이용하여 미세 패턴(112)을 형성한 후, 하이드로 포밍 등의 방법으로 비평면 금형 몸체(150)에 부착하면, 미세 패턴을 갖는 비평면 금형을 용이하게 제작할 수 있다.
제작된 미세 패턴을 갖는 비평면 금형을 이용하여 인젝션 몰딩 등의 방법으로 다양한 제품을 대량으로 생산할 수 있다. 특히, 상기한 금형을 이용하여 자동차의 미세 패턴이 형성된 헤드 라이트 덮개를 제작하면, 빛의 반사를 억제하여 투과율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 수증기 및 성애가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
도 4은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세 패턴을 갖는 비평면 금형을 나타낸 단면도이다.
도 4을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 미세 패턴을 갖는 비평면 금형은 비평면을 갖는 금형 몸체(150)와 금형 몸체(150) 위에 설치되며 미세 패턴을 갖는 기판(110), 및 금형 몸체(150)와 기판(110) 사이에 설치된 접착제층(160)을 포함한다.
금형 몸체(150)의 상면 또는 기판(110)의 하면에 접착제층(160)을 형성한 상태에서 하이드로 포밍을 행하면, 기판(110)이 금형 몸체(150)의 비평면 형상에 맞도록 성형될 뿐만 아니라, 접착제층(160)이 기판(110)과 금형 몸체(150)를 안정적으로 고정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 방법으로 제작된 비평면 금형을 나타낸 단면도이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 미세 패턴을 갖는 비평면 금형은 비평면을 갖는 금형 몸체(150)와 금형 몸체(150) 위에 설치되며 미세 패턴을 갖는 기판(110), 및 기판(110) 상에 설치되며 기판(110)을 관통하여 금형 몸체(150)에 끼워진 고정구(180)를 포함한다.
비평면을 갖는 금형 몸체(150)에 미세 패턴이 형성된 기판(110)을 하이드로 포밍으로 부착한 후, 고정구(180)를 이용하여 기판(110)을 금형 몸체(150)에 부착하여 제작된다. 고정구(180)는 나사, 핀 등으로 이루어질 수 있으며, 기판(110)을 관통하여 금형 몸체(150)에 삽입되어 기판(110)을 금형 몸체(150)에 고정한다.
이와 같이 고정구(180)를 이용하여 기판(110)을 금형 몸체(150)에 부착하면 보다 안정적으로 기판(110)을 금형 몸체(150)에 고정할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 미세 패턴을 갖는 비평면 금형의 제조 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비평면 미세 패턴을 갖는 비평면 금형을 제조하는 과정을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 미세 패턴을 갖는 비평면 금형을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 미세 패턴을 갖는 비평면 금형을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 미세 패턴을 갖는 비평면 금형을 도시한 단면도이다.

Claims (11)

  1. 평면 기판 상에 포토 레지스트층을 형성하는 단계;
    상기 포토 레지스트층을 노광시키는 노광 단계;
    상기 포토 레지스트층을 현상하는 현상 단계;
    상기 기판을 식각하여 상기 기판에 나도 또는 마이크로 크기의 미세 패턴을 형성하는 식각 단계; 및
    상기 기판을 비평면을 갖는 금형 몸체에 부착하는 부착 단계;
    를 포함하는 미세 패턴을 갖는 비평면 금형의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 하이드로 포밍(hydro forming)에 의하여 상기 금형 몸체에 부착되는 미세 패턴을 갖는 비평면 금형의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 부착단계는 상기 금형 몸체와 상기 기판 사이에 접착제층을 형성하는 단계를 포함하는 미세 패턴을 갖는 비평면 금형의 제조 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판을 금형 몸체에 부착한 상태에서 고정구로 상기 기판을 비평면 금 형 몸체에 고정하는 고정 단계를 포함하는 미세 패턴을 갖는 비평면 금형의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 감광 단계는 포토 마스크를 상기 기판 위에 설치한 상태에서 자외선을 조사하여 상기 포토 레지스트층을 노광하는 미세 패턴을 갖는 비평면 금형의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 감광 단계는 레이저 간섭으로 포토 레지스트층을 노광하는 미세 패턴을 갖는 비평면 금형의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 감광 단계는 LDI(laser direct imaging)로 포토 레지스트층을 노광하는 미세 패턴을 갖는 비평면 금형의 제조 방법.
  8. 비평면을 갖는 금형 몸체;
    상기 금형 몸체의 비평면에 부착되는 기판; 및
    상기 기판 상에 형성되며, 마이크로 또는 나노 크기를 갖는 미세 패턴;
    을 포함하는 미세 패턴을 갖는 비평면 금형.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 기판은 하이드로 포밍에 의하여 상기 금형 몸체의 비평면과 대응되는 형상으로 성형된 미세 패턴을 갖는 비평면 금형.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 금형 몸체와 상기 기판 사이에는 접착제층이 형성된 미세 패턴을 갖는 비평면 금형.
  11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 기판 위에는 상기 기판을 관통하여 상기 금형 몸체에 삽입된 고정구가 설치된 미세 패턴을 갖는 비평면 금형.
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