KR20200025234A - A Roll to Roll Imprint Flexible Mold with Enhanced Demolding and Method of Manufacturing Pptical Waveguide Using the Same - Google Patents

A Roll to Roll Imprint Flexible Mold with Enhanced Demolding and Method of Manufacturing Pptical Waveguide Using the Same Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a roll-to-roll imprint flexible mold with improved releasability and an optical waveguide manufacturing method using the same. The roll-to-roll imprint flexible mold is designed to improve releasability when the roll-to-roll imprint flexible mold is used as a mode for a roll-to-roll imprint lithography by increasing a relative degree of freedom through an oxygen plasma process on a polymer mold having fine patterns formed on a surface. To this end, the roll-to-roll imprint flexible mold comprises: a first wall surface in which a partial release treatment is conducted through oxygen plasma treatment while flat PDMS mold is inclined in a first direction in plasma equipment; and a second wall surface in which the partial release treatment is conducted through oxygen plasma treatment while being inclined in a second direction opposite to the first direction in the plasma equipment. The pattern of the flat PDMS mold including the first wall surface and the second wall surface is one having a low surface energy mold surface area and a high surface energy mold surface area.

Description

이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형 및 이를 이용한 광도파로 제조 방법{A Roll to Roll Imprint Flexible Mold with Enhanced Demolding and Method of Manufacturing Pptical Waveguide Using the Same}Roll to Roll Imprint Flexible Mold with Enhanced Demolding and Method of Manufacturing Pptical Waveguide Using the Same

본 발명은 롤투롤 임프린트 리소그래피 공정에 관한 것으로, 구체적으로 미세 패턴이 표면상에 형성된 고분자 몰드 위에 산소 플라즈마 공정을 통해 상대적 자유도를 높여 롤투롤 임프린트 리소그래피의 금형으로 이용될 때에 이형성을 높일 수 있도록 한 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형 및 이를 이용한 광도파로 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a roll-to-roll imprint lithography process, and specifically, a release property in which a fine pattern is increased on a polymer mold formed on a surface thereof to increase relative freedom when used as a mold for roll-to-roll imprint lithography through an oxygen plasma process. It relates to a roll-to-roll imprint flexible mold and an optical waveguide manufacturing method using the same.

일반적으로, MEMS, 바이오 및 광학 소자 등의 제조 기술은 광학 리소그래피를 통해 이루어지나, 이는 복잡한 공정 단계와 높은 초기 투자비용으로 인하여 많은 문제점을 지니고 있다.In general, fabrication techniques such as MEMS, bio and optical devices are accomplished through optical lithography, but there are many problems due to complicated process steps and high initial investment.

또한, 평면형 광회로 소자(Planar Lightwave Circuit;PLC)는 대용량 정보의 고속 처리를 위하여 활발한 연구가 이루어지고 있다. 이러한 연구는 저가격, 고효율의 관점에서 고분자를 이용한 소자 제작 기술이 각광받고 있다.In addition, Planar Lightwave Circuits (PLCs) have been actively studied for high-speed processing of large-capacity information. Such research has attracted much attention in the fabrication of devices using polymers from the viewpoint of low cost and high efficiency.

따라서, 최근에는 고분자의 변형을 통한 임프린트 패터닝 기술이 많은 각광을 받고 있다.Therefore, in recent years, the imprint patterning technology through the deformation of the polymer has received a lot of attention.

이는 동일한 성형물을 반복적으로 성형할 수 있다는 장점이 있으며, 또한, 고분자 광학 소자의 제작은 실리콘 기반의 광학 소자 제작에 비하여 공정이 단순하며, 공정시간이 짧고, 공정비용이 저렴하여 대량 생산이 가능하다는 점에서 다른 제작 공정에 비해 상당한 장점을 가지고 있다.This has the advantage that the same molding can be repeatedly formed, and the manufacturing of the polymer optical device is simpler than the silicon-based optical device manufacturing process, the process time is short, the process cost is low, and mass production is possible. In this respect, it has a significant advantage over other manufacturing processes.

이러한 고분자 광학 소자는 임프린트 공정에 의해 형성된 패턴에 정밀한 광회로 형성이 요구되는데, 특히 정밀한 치수정밀도 및 적층, 그리고 광학 소자의 우수한 특성을 위해서는 광회로의 미소 잔류층 제어가 중요하다.Such a polymer optical device is required to form a precise optical circuit in the pattern formed by the imprint process, in particular, the control of the micro residual layer of the optical circuit is important for precise dimensional accuracy and lamination, and excellent characteristics of the optical device.

한편, 임프린트 패터닝 기술은 미세 구조물을 가진 금형을 폴리머와 물리적으로 접촉시켜 미세 패턴을 직접 전사시키는 기법으로 단순한 공정, 짧은 공정시간 및 저렴한 공정비용으로 마이크로/나노(micro/nano) 패터닝 기술에서 차세대 공정기술로 부각되고 있다.Imprint patterning technology is a technique that directly transfers micro patterns by physically contacting a mold with microstructures with a polymer, and is a next-generation process in micro / nano patterning technology with a simple process, a short process time, and a low process cost. It is emerging as a technology.

이와 같은 나노임프린트 리소그래피(Nano Imprint Lithography)는 나노/마이크로 스케일의 구조를 갖는 금형을 제작하고 이를 고분자 박막에 각인하여, 금형의 미세 구조를 전사하고, 이를 반복 사용함으로서 전자빔 리소그래피의 생산선 문제를 극복하는 방법으로 개발된 것이다.Such nano-imprint lithography overcomes the production line problem of electron beam lithography by fabricating a mold having a nano / micro scale structure and imprinting it on a polymer thin film, transferring the fine structure of the mold, and using it repeatedly. It was developed in such a way.

그러나 이와 같은 나노임프린트 리소그래피(Nano Imprint Lithography) 기술의 장점에도 불구하고 평면형 광회로 소자를 고밀도, 고집적으로 균일하게 대량 생산할 수 있는 새로운 제조 방법에 대한 요구가 계속되고 있다.However, despite the advantages of the Nano Imprint Lithography technology, there is a continuing demand for a new manufacturing method capable of mass production of high density, high density and uniformity of planar optical circuit devices.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여 공정의 연속성을 가하여 나노 패턴의 생산성을 향상시키기 위해 롤투롤(roll to roll) 또는 롤투릴(roll to rell) 나노임프린트 리소그래피 기술이 개발되었다.To solve this problem, roll to roll or roll to rell nanoimprint lithography techniques have been developed to improve the productivity of nanopatterns by adding process continuity.

롤투롤 임프린트 리소그래피는 본래의 나노임프린트 리소그래피의 평판형의 금형을 원통형으로 제작하여, 공정의 연속성을 부여하기 위하여 개발되었다.Roll-to-roll imprint lithography was developed to fabricate the cylindrical die of the original nanoimprint lithography into a cylindrical shape and to provide continuity of the process.

롤투롤 나노임프린트 리소그래피 기술은 롤 몰드를 이용하여 롤에 감길 수 있는 기판 위에 나노임프린트 리소그래피 공정을 진행하는 것이고, 롤투릴 나노임프린트 리소그래피 기술은 롤 몰드로 평판 기판 위에 나노 패턴을 형성하는 기술이다. Roll-to-roll nanoimprint lithography technology uses a roll mold to carry out a nanoimprint lithography process on a roll-wound substrate, and roll-to-roll nanoimprint lithography technology uses a roll mold to form a nano pattern on a flat substrate.

롤투롤 나노임프린트 리소그래피 기술은 롤 몰드를 이용하여 롤에 감길 수 있는 기판 위에 나노임프린트 리소그래피 공정을 진행하는 것으로, 기존의 나노임프린트리소그래피 공정과 같이 패턴을 성형하는 방법에 따라 열(Thermal) 방식과 UV 방식으로 나뉜다.Roll-to-roll nanoimprint lithography technology uses a roll mold to carry out a nanoimprint lithography process on a roll-wound substrate.Then, thermal and UV depending on how the pattern is formed, as in the conventional nanoimprint lithography process. Divided into ways.

열 방식의 경우 열전도도가 높은 금속기반의 금형을 주로 이용하고, UV 방식의 롤투롤 임프린트 리소그래피 기술은 투명한 고분자 몰드를 복제하여 사용한다.In the case of the thermal method, a metal-based mold having high thermal conductivity is mainly used, and the UV roll-to-roll imprint lithography technique uses a transparent polymer mold by replicating it.

이러한, 롤투롤 임프린트 리소그래피 기술을 이용하여 고분자 광수동소자를 제작하는 경우에는 다음과 같은 문제가 있다.When manufacturing a polymer optical passive device using the roll-to-roll imprint lithography technique, there are the following problems.

고분자 광수동소자를 제작하기 위하여, 폴리머 기판 위에 클래드 구조물이 각인되어 있는 금형을 이용하여 클래드 층을 제작하고, 광 회로의 역할을 하는 코어용 수지를 충진하여 제작한다.In order to fabricate a polymer optical passive device, a cladding layer is manufactured by using a mold in which a clad structure is imprinted on a polymer substrate, and a core resin serving as an optical circuit is filled.

그러나 이와 같은 공정에서는 제작된 광수동소자의 광손실율을 줄이기 위해 클래드층 성형 공정시 높은 성형 정밀도가 요구되는데, 나노 구조물에 비해 마이크로 구조물을 롤투롤 임프린트 리소그래피 기술로 제작하고자 할 때 이형성이 급격히 떨어지는 문제가 있다.However, in this process, high molding precision is required in the cladding layer forming process in order to reduce the optical loss rate of the fabricated optical passive device. When the microstructure is manufactured by the roll-to-roll imprint lithography technology compared to the nanostructure, the releasability is sharply decreased. There is.

따라서, 롤투롤 임프린트 리소그래피 기술을 이용하여 고분자 광수동소자를 제작하는 과정에서 이형성의 저하 문제를 해결하기 위한 새로운 기술의 개발이 요구되고 있다.Accordingly, there is a demand for the development of a new technology for solving the problem of lowering the release property in the process of manufacturing a polymer optical passive device using a roll-to-roll imprint lithography technique.

대한민국 공개특허 제10-2010-0043778호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2010-0043778 대한민국 공개특허 제10-2011-0097411호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2011-0097411 대한민국 등록특허 제10-1671902호Republic of Korea Patent No. 10-1671902

본 발명은 종래 기술의 롤투롤 임프린트 리소그래피 공정의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 미세 패턴이 표면상에 형성된 고분자 몰드 위에 산소 플라즈마 공정을 통해 상대적 자유도를 높여 롤투롤 임프린트 리소그래피의 금형으로 이용될 때에 이형성을 높일 수 있도록 한 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형 및 이를 이용한 광도파로 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art roll-to-roll imprint lithography process, and when the micro pattern is used as a mold for roll-to-roll imprint lithography by increasing the relative degree of freedom through the oxygen plasma process on the polymer mold formed on the surface. It is an object of the present invention to provide a roll-to-roll imprint flexible mold having a higher release property to increase the optical waveguide manufacturing method using the same.

본 발명은 마이크로 구조물을 롤투롤임프린트리소그래피 기술로 제작하고자 할 때 이형성이 급격히 떨어지는 현상을 극복하여 클래드층 성형 공정시 높은 성형 정밀도를 제공할 수 있도록 한 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형 및 이를 이용한 광도파로 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides a roll-to-roll imprint flexible mold with improved mold release property that can provide high molding precision in a cladding layer forming process by overcoming a phenomenon in which releasability drops sharply when a microstructure is manufactured by a roll-to-roll imprint lithography technique. Its purpose is to provide a waveguide manufacturing method.

본 발명은 높은 성형 정밀도를 갖는 클래드층의 제작이 가능하도록 하여 제작된 광수동소자의 광손실율을 효율적으로 줄일 수 있도록 한 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형 및 이를 이용한 광도파로 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides a roll-to-roll imprint flexible mold and a method of manufacturing an optical waveguide using the same, which has a higher release property, which enables to manufacture a cladding layer having a high molding accuracy, thereby efficiently reducing the optical loss rate of the manufactured optical passive device. There is a purpose.

본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형은 플라즈마 장비내에서 평판 PDMS 금형을 제 1 방향으로 기울인 상태에서 산소 플라즈마 처리를 통한 부분 이형 처리가 이루어진 제 1 벽면;플라즈마 장비내에서 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 기울인 상태에서 산소 플라즈마 처리를 통한 부분 이형 처리가 이루어진 제 2 벽면;을 포함하고, 제 1 벽면과 제 2 벽면을 포함하는 평판 PDMS 금형의 패턴은 저표면에너지 금형 표면 영역과 고표면에너지 금형 표면 영역을 갖는 것을 특징으로 한다.The roll-to-roll imprint flexible mold according to the present invention for achieving the above object includes a first wall surface in which a partial release treatment is performed through an oxygen plasma treatment in a state in which the flat PDMS mold is inclined in a first direction in a plasma apparatus; A second wall surface on which a partial release treatment is performed through oxygen plasma treatment in a state inclined in a second direction opposite to the first direction in the plasma equipment; and including a first wall surface and a second wall surface. Is characterized by having a low surface energy mold surface region and a high surface energy mold surface region.

여기서, 제 1 벽면과 제 2 벽면을 포함하는 평판 PDMS 금형의 패턴에서 플라즈마 처리를 통한 부분 이형 처리가 이루어진 영역이 저표면에너지 금형 표면 영역인 것을 특징으로 한다.Here, in the pattern of the planar PDMS mold including the first wall surface and the second wall surface, the region where the partial release treatment through plasma treatment is performed is a low surface energy mold surface region.

다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형의 제조 방법은 광도파로 패턴 제작 단계;PDMS 광도파로 패턴 복제하여 평판 PDMS 금형을 제작하는 단계;PDMS 금형 표면 플라즈마 처리 단계; 및 금형용 금속원통에 PDMS 금형을 부착하는 단계를 포함하고, PDMS 금형 표면 플라즈마 처리 단계는, 플라즈마 장비내에 평판 PDMS 금형을 제 1 방향으로 기울인 상태에서 산소 플라즈마 조사 방향에 평판 PDMS 금형 패턴의 제 1 벽면이 노출되도록 하여 부분 이형 처리를 하여 저표면에너지 금형 표면 영역과 고표면에너지 금형 표면 영역을 갖는 1차 표면 처리 평판 PDMS 금형을 제작하는 단계;플라즈마 장비내에 1차 표면 처리 평판 PDMS 금형을 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 기울인 상태에서 산소 플라즈마 조사 방향에 1차 표면 처리 평판 PDMS 금형 패턴의 제 2 벽면이 노출되도록 하여 부분 이형 처리를 하여 저표면에너지 금형 표면 영역과 고표면에너지 금형 표면 영역을 갖는 2차 표면 처리 평판 PDMS 금형을 제작하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a roll-to-roll imprint flexible mold having improved mold release property; an optical waveguide pattern manufacturing step; replicating a PDMS optical waveguide to produce a flat plate PDMS mold; a PDMS mold surface plasma treatment step; And attaching the PDMS mold to the metal cylinder for the mold, wherein the PDMS mold surface plasma treatment step includes: a first wall surface of the flat plate PDMS mold pattern in an oxygen plasma irradiation direction in a state in which the flat PDMS mold is tilted in the plasma equipment in a first direction; Producing a first surface treatment flat panel PDMS mold having a low surface energy mold surface region and a high surface energy mold surface region by exposing the mold to a partial release treatment to expose the first surface treatment; The low surface energy mold surface region and the high surface energy mold surface region are formed by partial release treatment by exposing the second wall surface of the first surface-treated flat plate PDMS mold pattern to the oxygen plasma irradiation direction while being inclined in the second direction opposite to. Producing a secondary surface treatment flat plate PDMS mold having; and characterized in that it comprises a.

여기서, 제 1 벽면과 제 2 벽면을 포함하는 평판 PDMS 금형의 패턴에서 플라즈마 처리를 통한 부분 이형 처리가 이루어진 영역이 저표면에너지 금형 표면 영역인 것을 특징으로 한다.Here, in the pattern of the planar PDMS mold including the first wall surface and the second wall surface, the region where the partial release treatment through plasma treatment is performed is a low surface energy mold surface region.

또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형을 이용한 광도파로 제조 방법은 저표면에너지 금형 표면 영역과 고표면에너지 금형 표면 영역을 갖는 평판 PDMS 금형을 롤투롤 시스템용 원통에 부착하는 단계;롤투롤 임프린트 리소그래피 공정을 통한 광도파로 하층 클래드를 제작하는 단계;광도파로 하층 클래드의 패턴내에 코어 레진을 충진하고, 충진된 코어 레진을 경화시키는 단계;상층 클래드(clad) 코팅을 하고, 클래드 상층부 경화 및 표면 다듬기, 패키징 단계를 수행하여 광도파로를 제작하는 단계;를 포함하고, 광도파로 하층 클래드를 제작하는 단계에서, 플라즈마 장비내에서 평판 PDMS 금형을 제 1 방향으로 기울인 상태에서 산소 플라즈마 처리를 통한 부분 이형 처리가 이루어진 제 1 벽면; 플라즈마 장비내에서 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 기울인 상태에서 산소 플라즈마 처리를 통한 부분 이형 처리가 이루어진 제 2 벽면;을 포함하고 롤투롤 시스템용 원통에 부착된 PDMS 금형에 의해 하층 클래드를 제작하기 위한 물질층이 제1,2 벽면 영역에서 공기층이 없이 충진되는 것을 특징으로 한다.The optical waveguide manufacturing method using the roll-to-roll imprint flexible mold with improved mold release property according to the present invention for achieving another object is a cylindrical PDMS mold having a low surface energy mold surface region and a high surface energy mold surface region is a cylinder for a roll-to-roll system A method of fabricating an optical waveguide lower layer clad through a roll-to-roll imprint lithography process; Filling the core resin into a pattern of the optical waveguide lower layer clad, and curing the filled core resin; Applying the upper clad coating And fabricating the optical waveguide by performing the cladding of the upper layer of the cladding and the surface trimming and the packaging step. In the manufacturing of the optical waveguide lower clad, the flat PDMS mold is tilted in the first direction in the plasma equipment. A first wall surface on which a partial release treatment is performed through an oxygen plasma treatment; The lower layer clad is manufactured by a PDMS mold attached to the cylinder for a roll-to-roll system; and a second wall surface which is partially released through oxygen plasma treatment in a state inclined in a second direction opposite to the first direction in the plasma equipment. The material layer is filled in the first and second wall regions without the air layer.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형 및 이를 이용한 광도파로 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the roll-to-roll imprint flexible mold and the optical waveguide manufacturing method using the same have high effects of the present invention.

첫째, 미세 패턴이 표면상에 형성된 고분자 몰드 위에 산소 플라즈마 공정을 통해 상대적 자유도를 높여 롤투롤 임프린트 리소그래피의 금형으로 이용될 때에 이형성을 높일 수 있도록 한다.First, the relative freedom of the fine pattern formed on the surface of the polymer mold through the oxygen plasma process to increase the release properties when used as a mold for roll-to-roll imprint lithography.

둘째, 마이크로 구조물을 롤투롤임프린트리소그래피 기술로 제작하고자 할 때 이형성이 급격히 떨어지는 현상을 극복하여 클래드층 성형 공정시 높은 성형 정밀도를 제공할 수 있도록 한다.Secondly, when the microstructure is to be manufactured by roll-to-roll imprint lithography technology, it is possible to provide a high molding precision during the cladding layer forming process by overcoming a phenomenon in which releasability drops sharply.

셋째, 높은 성형 정밀도를 갖는 클래드층의 제작이 가능하도록 하여 제작된 광수동소자의 광손실율을 효율적으로 줄일 수 있도록 한다.Third, it is possible to manufacture a cladding layer having a high molding accuracy to efficiently reduce the light loss rate of the fabricated optical passive device.

도 1은 본 발명에 따른 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형 및 이를 이용한 광도파로 제조 방법을 나타낸 공정 순서도
도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형 제조 공정을 나타낸 구성도
도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형의 플라즈마 처리 과정을 나타낸 구성도
도 4a와 도 4b는 PDMS 금형의 벽면 플라즈마 처리가 이루어지지 않은 경우에서의 하층 클래드의 성형 정밀도 저하 문제를 나타낸 구성도
도 5는 본 발명에 따른 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형을 이용한 하층 클래드 제작 과정을 나타낸 구성도
도 6a 내지 도 6e는 본 발명에 따른 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형을 이용한 광도파로 제작 과정을 나타낸 구성도1 is a process flow chart showing a roll-to-roll imprint flexible mold with improved mold release property and an optical waveguide manufacturing method using the same according to the present invention.
Figure 2a to 2f is a block diagram showing a roll-to-roll imprint flexible mold manufacturing process to increase the releasability according to the present invention
3a and 3b is a schematic view showing a plasma treatment process of the roll-to-roll imprint flexible mold with improved mold release property according to the present invention
Figures 4a and 4b is a configuration diagram showing a problem of lowering the molding accuracy of the lower cladding when the plasma treatment of the wall of the PDMS mold is not performed
Figure 5 is a block diagram showing a lower layer cladding manufacturing process using a roll-to-roll imprint flexible mold with improved release properties according to the present invention
6a to 6e is a block diagram showing an optical waveguide fabrication process using a roll-to-roll imprint flexible mold with improved release properties according to the present invention

이하, 본 발명에 따른 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형 및 이를 이용한 광도파로 제조 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of the roll-to-roll imprint flexible mold and the optical waveguide manufacturing method using the same with increased mold release property according to the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형 및 이를 이용한 광도파로 제조 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Features and advantages of the roll-to-roll imprint flexible mold and the optical waveguide manufacturing method using the same according to the present invention will be apparent from the following detailed description of each embodiment.

도 1은 본 발명에 따른 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형 및 이를 이용한 광도파로 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.1 is a process flow chart showing a roll-to-roll imprint flexible mold with improved mold release property and an optical waveguide manufacturing method using the same according to the present invention.

본 발명에 따른 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형 및 이를 이용한 광도파로 제조 방법은 미세 패턴이 표면상에 형성된 고분자 몰드 위에 산소 플라즈마 공정을 통해 상대적 자유도를 높여 롤투롤 임프린트 리소그래피의 금형으로 이용될 때에 이형성을 높일 수 있도록 한 것이다.The roll-to-roll imprint flexible mold with improved mold release property according to the present invention and the optical waveguide manufacturing method using the same are released when the micropattern is used as a mold for roll-to-roll imprint lithography by increasing a relative degree of freedom through an oxygen plasma process on a polymer mold formed on a surface thereof. It is to increase the.

이와 같은 본 발명은 마이크로 구조물을 롤투롤임프린트리소그래피 기술로 제작하고자 할 때 이형성이 급격히 떨어지는 현상을 극복하여 클래드층 성형 공정시 높은 성형 정밀도를 제공할 수 있어 최종적으로 광수동소자의 광손실율을 효율적으로 줄일 수 있도록 한다.The present invention can overcome the phenomenon that the releasability drops sharply when the microstructure is manufactured by the roll-to-roll imprint lithography technique, thereby providing high molding precision in the cladding layer forming process, and finally, the optical loss rate of the optical passive device is effectively increased. To reduce it.

본 발명에 따른 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형 및 이를 이용한 광도파로 제조 방법은 도 1에서와 같이, 광도파로 패턴 제작 단계(S101)와, PDMS 광도파로 패턴 복제 단계(S102)와, PDMS 금형 표면 플라즈마 처리 단계(S103), 금형용 금속원통에 PDMS 금형을 부착하는 단계(S104)를 포함하는 광도파로용 롤투롤 임프린트 유연금형 제작 단계를 포함한다.The roll-to-roll imprint flexible mold and the optical waveguide manufacturing method using the same with improved mold release properties according to the present invention include the optical waveguide pattern fabrication step (S101), the PDMS optical waveguide pattern replication step (S102), and the surface of the PDMS mold. It includes a plasma processing step (S103), the optical waveguide roll-to-roll imprint flexible mold manufacturing step comprising the step (S104) of attaching the PDMS mold to the metal cylinder for the mold.

그리고 광도파로용 롤투롤 임프린트 유연금형 제작이 이루어지면 롤투롤 임프린트 리소그래피 공정을 통한 광도파로 하층 클래드 제작 단계(S105)를 수행한다.When the roll-to-roll imprint flexible mold for the optical waveguide is made, the optical waveguide lower layer clad manufacturing step (S105) is performed through the roll-to-roll imprint lithography process.

이와 같이 높은 성형 정밀도를 갖는 광도파로 하층 클래드를 이용하여 클래드 패턴위 코어(Core) 수지 충진/경화 단계(S106)와, 상층 클래드(clad) 코팅 및 경화 단계(S107)와, 표면 다듬기 단계(S108)와, 패키징 단계(S109)를 포함하는 광도파로 제작 단계를 수행한다.The filling / curing step of the core resin on the clad pattern using the optical waveguide lower layer cladding having high molding accuracy (S106), the upper clad coating and curing step (S107), and the surface smoothing step (S108). And an optical waveguide manufacturing step including a packaging step (S109).

도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형 제조 공정을 나타낸 구성도이다.Figure 2a to 2f is a block diagram showing a roll-to-roll imprint flexible mold manufacturing process to increase the release property according to the present invention.

롤투롤 임프린트 유연금형 제작 단계는 도 2a에서와 같이, 포토리소그래피 공정으로 실리콘 기판(21)상에 광도파로 구조물(22)을 패터닝한다.The roll-to-roll imprint flexible mold fabrication step patterns the optical waveguide structure 22 on the silicon substrate 21 by a photolithography process, as in FIG. 2A.

그리고 도 2b에서와 같이, 광도파로 구조물(22)이 패터닝된 실리콘 기판(21)에 PDMS 몰딩 공정을 진행한다.As shown in FIG. 2B, a PDMS molding process is performed on the silicon substrate 21 on which the optical waveguide structure 22 is patterned.

이어, 도 2c에서와 같이, 평판 PDMS 금형(23)을 제작하고, 도 2d에서와 같이 플라즈마 장비내에서 평판 PDMS 금형(23)을 일정 각도 예를 들어, 45°틸팅한 상태로 산소 플라즈마 처리를 하여 평판 PDMS 금형(23)의 벽면의 표면에너지를 감소시켜 이형성을 높이는 공정을 진행한다.Subsequently, as shown in FIG. 2C, the flat plate PDMS mold 23 is fabricated, and as shown in FIG. 2D, the oxygen plasma treatment is performed with the flat plate PDMS mold 23 tilted at a predetermined angle, for example, by 45 °. To reduce the surface energy of the wall surface of the flat plate PDMS mold 23 to increase the releasability.

그리고 도 2e에서와 같이, 벽면 표면 처리가 이루어진 PDMS 금형을 도 2f에서와 같이 롤투롤 시스템용 원통에 벽면 표면 처리가 이루어진 PDMS 금형을 부착한다.As shown in FIG. 2E, the PDMS mold having the wall surface treatment is attached to the PDMS mold having the wall surface treatment on the roll-to-roll system cylinder as shown in FIG. 2F.

여기서, 평판 PDMS 금형(23)의 벽면의 표면에너지를 변화시켜 이형성을 높이는 공정은 다음과 같이 진행된다.Here, the process of increasing the release property by changing the surface energy of the wall surface of the flat plate PDMS mold 23 proceeds as follows.

도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형의 플라즈마 처리 과정을 나타낸 구성도이다.Figure 3a and Figure 3b is a block diagram showing a plasma treatment process of the roll-to-roll imprint flexible mold with improved mold release property according to the present invention.

도 3a에서와 같이, 플라즈마 장비내에 평판 PDMS 금형(31)을 제 1 방향으로 기울인 상태에서 산소 플라즈마 조사 방향에 평판 PDMS 금형(31) 패턴의 제 1 벽면이 노출되도록 하여 부분 이형 처리를 하여 저표면에너지 금형 표면 영역과 고표면에너지 금형 표면 영역을 갖는 1차 표면 처리 평판 PDMS 금형(32)을 제작한다.As shown in FIG. 3A, the first wall surface of the flat plate PDMS mold 31 pattern is exposed to the oxygen plasma irradiation direction in a state in which the flat plate PDMS mold 31 is inclined in the first direction in the plasma apparatus so as to perform partial release treatment so as to expose the low surface. A primary surface treated flat plate PDMS mold 32 having an energy mold surface region and a high surface energy mold surface region is fabricated.

이어, 도 3b에서와 같이, 플라즈마 장비내에 1차 표면 처리 평판 PDMS 금형(32)을 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 기울인 상태에서 산소 플라즈마 조사 방향에 1차 표면 처리 평판 PDMS 금형(32) 패턴의 제 2 벽면이 노출되도록 하여 부분 이형 처리를 하여 저표면에너지 금형 표면 영역과 고표면에너지 금형 표면 영역을 갖는 2차 표면 처리 평판 PDMS 금형(33)을 제작한다.Next, as shown in FIG. 3B, the primary surface treated plate PDMS mold 32 is tilted in the direction of oxygen plasma irradiation in a state in which the primary surface treated plate PDMS mold 32 is inclined in the second direction opposite to the first direction. Partial release treatment is performed to expose the second wall surface of the pattern to produce a secondary surface treatment flat plate PDMS mold 33 having a low surface energy mold surface region and a high surface energy mold surface region.

도 4a와 도 4b는 PDMS 금형의 벽면 플라즈마 처리가 이루어지지 않은 경우에서의 하층 클래드의 성형 정밀도 저하 문제를 나타낸 구성도이다.4A and 4B are diagrams showing the problem of lowering the molding accuracy of the lower cladding when the plasma treatment of the wall of the PDMS mold is not performed.

도 4a는 PDMS 금형의 벽면 플라즈마 처리가 이루어지지 않은 경우에서의 하층 클래드 제작 과정을 나타낸 것으로, ①UV 레진 코팅, ②레진 충진 및 UV 경화, ③이형(디몰딩) 과정을 거치는데, 도 4b에서와 같이 패턴 벽면에서의 이형성 저하로 (가)(나) 부분에서 레진이 징밀하게 충진되지 않고 공기층을 갖게 되는 문제가 있다.Figure 4a shows the process of fabricating the lower layer cladding in the case where the plasma plasma treatment of the PDMS mold is not performed, ① UV resin coating, ② resin filling and UV curing, ③ demoulding (demolding) process, as shown in Figure 4b As described above, there is a problem in that the resin is not densely packed in the part (a) due to the deterioration of the releasability at the pattern wall surface and thus has an air layer.

도 5는 본 발명에 따른 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형을 이용한 하층 클래드 제작 과정을 나타낸 구성도이다.Figure 5 is a block diagram showing a lower layer clad manufacturing process using a roll-to-roll imprint flexible mold with improved release properties according to the present invention.

본 발명에 따른 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형을 이용한 하층 클래드 제작 과정에서는 동일하게 ①UV 레진 코팅, ②레진 충진 및 UV 경화, ③이형(디몰딩) 과정을 거치는데, 평판 PDMS 금형 패턴의 제 1,2 벽면에 부분 이형 처리를 하여 저표면에너지 금형 표면 영역과 고표면에너지 금형 표면 영역을 갖는 것에 의해 레진 충진시에 공기층이 발생하지 않는다.In the lower layer cladding manufacturing process using the roll-to-roll imprint flexible mold with improved mold release property according to the present invention, the process of ① UV resin coating, ② resin filling and UV curing, and ③ release (demolding) process is performed. 2, the wall surface is partially released to have a low surface energy mold surface region and a high surface energy mold surface region so that no air layer is generated during resin filling.

도 6a 내지 도 6e는 본 발명에 따른 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형을 이용한 광도파로 제작 과정을 나타낸 구성도이다.6a to 6e is a block diagram showing an optical waveguide manufacturing process using a roll-to-roll imprint flexible mold with improved mold release properties according to the present invention.

그리고 광도파로용 롤투롤 임프린트 유연금형을 이용하여 롤투롤 임프린트 리소그래피 공정을 통한 광도파로 하층 클래드 제작이 이루어지면, 도 6a에서와 같이, 광도파로 하층 클래드의 패턴내에 코어 레진을 충진하고, 도 6b에서와 같이 충진된 코어 레진을 경화시킨다.When the optical waveguide lower layer cladding is manufactured by using the roll-to-roll imprint flexible mold for the optical waveguide, the core resin is filled in the pattern of the optical waveguide lower layer clad, as shown in FIG. 6A, and in FIG. 6B. Harden the filled core resin as follows.

이어, 도 6c에서와 같이, 상층 클래드(clad) 코팅을 하고, 도 6d에서와 같이 클래드 상층부 경화 및 표면 다듬기, 패키징 단계를 수행하여 도 6e에서와 같이 광도파로를 제작한다.Then, as shown in Figure 6c, the upper cladding (clad) coating, and as shown in Figure 6d to perform the upper layer hardening and surface smoothing, packaging step to produce an optical waveguide as in Figure 6e.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형 및 이를 이용한 광도파로 제조 방법은 미세 패턴이 표면상에 형성된 고분자 몰드 위에 산소 플라즈마 공정을 통해 상대적 자유도를 높여 롤투롤 임프린트 리소그래피의 금형으로 이용될 때에 이형성을 높일 수 있도록 한 것이다.The roll-to-roll imprint flexible mold according to the present invention described above and the optical waveguide manufacturing method using the same are used as a mold for roll-to-roll imprint lithography by increasing a relative degree of freedom through an oxygen plasma process on a polymer mold having a fine pattern formed on its surface. When it is possible to increase dysplasia.

이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be understood that the present invention is implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention as described above.

그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the described embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation, and the scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope are included in the present invention. It should be interpreted.

31. 평판 PDMS 금형
32. 1차 표면 처리 평판 PDMS 금형
33. 2차 표면 처리 평판 PDMS 금형31. Flatbed PDMS Mold
32. Primary Surface Treatment Flatbed PDMS Molds
33. Secondary Surface Treatment Flatbed PDMS Molds

Claims (5)

플라즈마 장비내에서 평판 PDMS 금형을 제 1 방향으로 기울인 상태에서 산소 플라즈마 처리를 통한 부분 이형 처리가 이루어진 제 1 벽면;
플라즈마 장비내에서 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 기울인 상태에서 산소 플라즈마 처리를 통한 부분 이형 처리가 이루어진 제 2 벽면;을 포함하고,
제 1 벽면과 제 2 벽면을 포함하는 평판 PDMS 금형의 패턴은 저표면에너지 금형 표면 영역과 고표면에너지 금형 표면 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형.A first wall surface in which a partial release treatment is performed through an oxygen plasma treatment in a state in which the plate PDMS mold is inclined in the first direction in the plasma equipment;
And a second wall surface in which the partial release treatment through the oxygen plasma treatment is performed in a state inclined in a second direction opposite to the first direction in the plasma equipment.
The pattern of the planar PDMS mold including the first wall surface and the second wall surface has a low surface energy mold surface region and a high surface energy mold surface region, wherein the roll-to-roll imprint flexible mold having high releasability is enhanced. 제 1 항에 있어서, 제 1 벽면과 제 2 벽면을 포함하는 평판 PDMS 금형의 패턴에서 플라즈마 처리를 통한 부분 이형 처리가 이루어진 영역이 저표면에너지 금형 표면 영역인 것을 특징으로 하는 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형.The roll-to-roll imprint having high releasability according to claim 1, wherein the region where the partial release treatment through plasma treatment is performed in the pattern of the planar PDMS mold including the first wall surface and the second wall surface is a low surface energy mold surface region. Flexible mold. 광도파로 패턴 제작 단계;
PDMS 광도파로 패턴 복제하여 평판 PDMS 금형을 제작하는 단계;
PDMS 금형 표면 플라즈마 처리 단계; 및 금형용 금속원통에 PDMS 금형을 부착하는 단계를 포함하고,
PDMS 금형 표면 플라즈마 처리 단계는,
플라즈마 장비내에 평판 PDMS 금형을 제 1 방향으로 기울인 상태에서 산소 플라즈마 조사 방향에 평판 PDMS 금형 패턴의 제 1 벽면이 노출되도록 하여 부분 이형 처리를 하여 저표면에너지 금형 표면 영역과 고표면에너지 금형 표면 영역을 갖는 1차 표면 처리 평판 PDMS 금형을 제작하는 단계;
플라즈마 장비내에 1차 표면 처리 평판 PDMS 금형을 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 기울인 상태에서 산소 플라즈마 조사 방향에 1차 표면 처리 평판 PDMS 금형 패턴의 제 2 벽면이 노출되도록 하여 부분 이형 처리를 하여 저표면에너지 금형 표면 영역과 고표면에너지 금형 표면 영역을 갖는 2차 표면 처리 평판 PDMS 금형을 제작하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형의 제조 방법.An optical waveguide pattern manufacturing step;
Pattern replicating the PDMS optical waveguide to produce a flat plate PDMS mold;
PDMS mold surface plasma treatment step; And attaching the PDMS mold to the metal cylinder for the mold,
PDMS mold surface plasma treatment step,
With the planar PDMS mold inclined in the first direction in the plasma equipment, the first wall surface of the planar PDMS mold pattern is exposed in the oxygen plasma irradiation direction to perform partial release treatment to obtain a low surface energy mold surface region and a high surface energy mold surface region. Fabricating a primary surface treated plate PDMS mold having;
Partial release treatment was performed by exposing the second wall surface of the primary surface treated plate PDMS mold pattern to the oxygen plasma irradiation direction while tilting the primary surface treated plate PDMS mold in the plasma apparatus in a second direction opposite to the first direction. A method of manufacturing a roll-to-roll imprint flexible mold with improved mold release, comprising the steps of: fabricating a secondary surface treated flat panel PDMS mold having a low surface energy mold surface region and a high surface energy mold surface region. 제 3 항에 있어서, 제 1 벽면과 제 2 벽면을 포함하는 평판 PDMS 금형의 패턴에서 플라즈마 처리를 통한 부분 이형 처리가 이루어진 영역이 저표면에너지 금형 표면 영역인 것을 특징으로 하는 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형의 제조 방법.4. The roll-to-roll imprint having high releasability according to claim 3, wherein in the pattern of the planar PDMS mold including the first wall surface and the second wall surface, a partial release treatment through plasma treatment is a low surface energy mold surface region. Method of manufacturing the flexible mold. 저표면에너지 금형 표면 영역과 고표면에너지 금형 표면 영역을 갖는 평판 PDMS 금형을 롤투롤 시스템용 원통에 부착하는 단계;
롤투롤 임프린트 리소그래피 공정을 통한 광도파로 하층 클래드를 제작하는 단계;
광도파로 하층 클래드의 패턴내에 코어 레진을 충진하고, 충진된 코어 레진을 경화시키는 단계;
상층 클래드(clad) 코팅을 하고, 클래드 상층부 경화 및 표면 다듬기, 패키징 단계를 수행하여 광도파로를 제작하는 단계;를 포함하고,
광도파로 하층 클래드를 제작하는 단계에서,
플라즈마 장비내에서 평판 PDMS 금형을 제 1 방향으로 기울인 상태에서 산소 플라즈마 처리를 통한 부분 이형 처리가 이루어진 제 1 벽면; 플라즈마 장비내에서 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 기울인 상태에서 산소 플라즈마 처리를 통한 부분 이형 처리가 이루어진 제 2 벽면;을 포함하고 롤투롤 시스템용 원통에 부착된 PDMS 금형에 의해 하층 클래드를 제작하기 위한 물질층이 제1,2 벽면 영역에서 공기층이 없이 충진되는 것을 특징으로 하는 이형성을 높인 롤투롤 임프린트 유연 금형을 이용한 광도파로 제조 방법.Attaching a flat plate PDMS mold having a low surface energy mold surface region and a high surface energy mold surface region to a cylinder for a roll-to-roll system;
Fabricating an optical waveguide lower layer clad through a roll-to-roll imprint lithography process;
Filling the core resin into the pattern of the optical waveguide lower layer clad, and curing the filled core resin;
It includes an upper clad (clad) coating, and the step of manufacturing the optical waveguide by performing a clad upper layer hardening and surface smoothing, packaging step;
In the step of manufacturing the lower cladding with the optical waveguide,
A first wall surface in which a partial release treatment is performed through an oxygen plasma treatment in a state in which the plate PDMS mold is inclined in the first direction in the plasma equipment; The lower layer clad is manufactured by a PDMS mold attached to a cylinder for a roll-to-roll system, including a second wall surface which is partially released through oxygen plasma treatment in a state inclined in a second direction opposite to the first direction in the plasma equipment. A method of manufacturing an optical waveguide using a roll-to-roll imprint flexible mold having improved mold release characteristics, characterized in that the material layer is filled in the first and second wall regions without an air layer.
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