KR20210028829A - 고 종횡비 마이크로 패턴을 가지는 마이크로 제품 및 그 제작 방법 - Google Patents

고 종횡비 마이크로 패턴을 가지는 마이크로 제품 및 그 제작 방법 Download PDF

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KR20210028829A
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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 고 종횡비를 가지도록 제작 가능하게 측면 둘레에 테이퍼 경사를 가지는 마이크로 패턴 배열을 가지는 마이크로 제품에 관한 것으로서, 마이크로 제품 기판; 및 몰드로부터 용이하게 취출되도록 측면 둘레를 따라 일정 각도의 테이퍼 경사가 형성된 다각 단면을 가지는 마이크로 패턴;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 제품을 제공한다.

Description

고 종횡비 마이크로 패턴을 가지는 마이크로 제품 및 그 제작 방법 {MICRO PRODUCT WITH HIGH ASPECT RATIO MICRO PATTERN AND MANUFACTURING MEHTOD THEREOF}
본 발명은 고 종횡비 마이크로 패턴 배열을 가지는 마이크로 제품에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 마이크로 패턴의 측면 둘레에 테이퍼 경사를 형성하여 몰드 취출 시의 마이크로 패턴과 분말사출성형을 위한 몰드 사이의 마찰력을 감소시키는 것에 의해 형성된 고 종횡비의 마이크로 패턴을 가지는 가지는 마이크로 제품 및 그 제작방법에 관한 것이다.
현재, 미래형 자동차, 산업용 무인기, 지능형 로봇 또는 웨어러블 디바이스 등의 ICT 융복합 산업, 바이오 헬스, 첨단 신소재 또는 고급 소비재 산업, ESS, 태양광 발전, 스마트 그리드, 의료 등의 산업의 발전을 위해서는 폴리머, 금속, 세라믹 등의 다양한 소재를 이용한 다양한 마이크로 패턴을 배열을 가지는 마이크로 제품의 양산기술이 필요하게 되었다.
이러한 마이크로 패턴 배열을 가지는 마이크로 제품의 제조 공정으로는 마이크로 머시닝(Micro machining), 마이크로 몰드(micro mold), NIL(Nano Imprint Lithography), 다이싱 공정 등이 적용되어 왔다.
그러나 상술한 마이크로 머시닝의 경우 공구 형상에 지배적으로 적용되며 마이크로 패턴의 고 종횡비 구현이 불가능하고 제품을 하나하나 가공해야 하므로 제조 시간이 길고 가격이 높다는 단점을 가지고 있다.
또한, 단면이 사각형 또는 삼각형 형상의 마이크로 패턴을 가지는 마이크로 제품의 경우 상술한 다이싱 공정에 의해 마이크로 패턴의 형성이 가능하였으나, 다이싱 공정이 적용 불가능한 오각형, 육각형 등의 다각형 단면적을 가지는 기둥 형상의 마이크로 패턴의 경우에는 분말 사출 성형에 의존해야 하며, 이 경우, 마이크로 패턴의 길이가 길어질수록 분말사출성형에 의해 제작된 사출체를 몰드로부터 분리하는 때에 마이크로 패턴과 몰드 사이의 마찰에 의해 마이크로 패턴에 손상이 발생하여 원하는 고 종횡비의 마이크로 패턴을 가지는 마이크로 제품을 제작하는 것이 어렵거나 생산성이 저하되는 문제가 있었다.
즉, 상술한 마이크로 패턴 형성 공정들의 경우, 수십 마이크로 사이즈의 고 종횡비 마이크로 패턴들의 배열을 가지는 마이크로 제품의 제작에는 부적합한 문제점을 가진다.
대한민국 공개특허 제10-2009-0312263 호 대한민국 등록특허 제10-0323693호
따라서 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 몰드로부터 용이하게 취출되도록 측면 둘레를 따라 일정 각도의 테이퍼 경사가 형성되어 3 이상의 고 종횡비와 다각형 단면을 가지는 마이크로 패턴이 형성된 마이크로 제품 및 그 제작 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 이크로 제품 기판; 및 측면 둘레를 따라 일정 각도의 테이퍼 경사가 형성된 원형 또는 다각형 단면을 가지고 상기 마이크로 제품의 기판 표면에 형성된 마이크로 패턴;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 제품을 제공한다.
상기 마이크로 패턴은, 주기적으로 배치되어 마이크로 패턴 배열로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 마이크로 패턴은, 2 내지 10의 종횡비를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 테이퍼 경사는, 상기 마이크로 패턴의 핀 형 또는 메쉬 홈 형에 따라, 상기 기판의 상부 면에서 상기 마이크로 패턴의 외측 면 또는 내측 면까지 각도가 63.4° 내지 89.7° 범위를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 테이퍼 경사는, 상기 마이크로 패턴의 상단부와 하단부의 측면을 연결하는 하나의 직선, 상단부와 하단부의 측면의 위치 별로 다른 각도를 갖는 경사진 다단의 직선 또는 상기 마이크로 패턴의 상단부와 하단부의 측면을 잇는 곡선 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 마이크로 패턴은, 단면이 원형 또는 다각형 중 어느 하나인 뿔대로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, 마이크로 패턴의 측면 테이퍼 경사에 대응하는 표면 거칠기를 가지는 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 감광층을 형성하는 단계: 리소그래피 공정을 수행하여 상기 기판 상에 외측 면 또는 내측 면에 상기 표면 거칠기에 따른 테이퍼 경사를 가지는 모 형상들로 이루어진 마이크로 패턴 형성부를 가지는 맨드렐 몰드를 제작하는 단계; 및 상기 맨드렐 몰드와 분말사출성형 소재를 이용하여 분말사출 성형에 의해 상기 마이크로 패턴 형성부에 대응하는 마이크로 패턴을 가지는 마이크로 제품을 제작하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 제품 제작 방법을 제공한다.
상기 기판의 표면 거칠기(Rms)는 5 nm 내지 20 ㎛이고, 상기 테이퍼 경사는, 상기 마이크로 패턴의 형상이 핀 형 또는 메쉬 홈 형에 따라, 상기 마이크로 패턴의 상부면 단면 면적이 저면 면적보다 감소하도록, 상기 기판의 상부 면에서 상기 마이크로 패턴의 외측 면 또는 내측 면까지 63.4° 내지 89.7° 범위의 경사를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 테이퍼 경사는, 상기 마이크로 패턴의 상단부와 하단부의 측면을 연결하는 하나의 직선, 위치 별로 다른 각도를 갖는 경사진 다단의 직선 또는 상기 마이크로 패턴의 상단부와 하단부의 측면을 잇는 곡선 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예들은 의료용 등으로 적용될 수 있는 2 이상의 고 종횡비를 가지는 마이크로 패턴 또는 마이크로 패턴들로 형성되는 마이크로 패턴 배열을 가지는 마이크로 제품을 제공하는 것에 의해 의료 분야를 포함한 다양한 마이크로 제품 적용이 필요한 산업 분야에서 적용 효과를 현저히 향상시키는 효과를 제공한다.
본 발명의 실시예들은 마이크로 패턴의 외측 면 또는 내측 면에 형성되는 테이퍼 경사(draft angle)에 의해 마이크로 제품 몰드로부터 몰딩한 제품을 파손 없이 쉽게 취출할 수 있도록 하여 마이크로 제품이 생산 효율성을 향상시키는 효과를 제공한다.
본 발명의 실시예들은 마이크로 제품 제작용 몰드에 형성되는 모형상의 외측 면 또는 내측 면에 테이퍼 경사를 부여함으로써 마이크로 제품 몰드와 몰딩된 마이크로 제품 사이의 마찰을 감소시킴으로써 이형성 증가시켜, 마찰력 감소를 위한 별도의 코팅을 필요로 하지 않으면서 고 종횡비의 마이크로 패턴들을 가지는 마이크로 제품을 용이하게 제작할 수 있도록 하고, 이에 의해 마이크로 제품의 생산성을 현저히 향상시키는 효과를 제공한다.
본 발명의 실시예들은 장비의 기울임(tilting) 없이 넓은 영역까지 테이퍼 경사를 구현하는 것이 가능하여 마이크로 크기의 원뿔대나 각 뿔대를 포함하는 뿔대 형상의 고 종횡비의 마이크로 패턴들이 배열된 마이크로 제품 표면 구현을 가능하게 하는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 고 종횡비 육각뿔대 형 마이크로 패턴을 가지는 마이크로 제품의 평면도.
도 2는 도 1의 a 부분의 확대도.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 외측 면 또는 내측 면 둘레에 테이퍼 경사를 가지는 마이크로 패턴 배열이 형성된 마이크로 제품 제작용 몰드 제작 방법의 처리과정을 나타내는 순서도.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 마이크로 제품 제작 방법의 공정도
도 5는 본 발명의 다른 실시예의 내측 면에 테이퍼를 가지는 것에 의해 뿔대 형 홈들을 가지는 메쉬 홈 형 맨드렐 몰드(65)의 SEM 측면 사진.
도 6은 도 5의 메쉬 홈 형 맨드렐 몰드(65)의 평면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예의 제1종횡비를 가지며 외측 면에 테이퍼 경사를 가지는 핀 형 맨드렐 몰드(85)의 평면도.
도 8은 제2종횡비를 가지는 핀 형 맨드렐 몰드(85)의 측면도.
도 9는 제3종횡비를 가지는 핀 형 마이크로 패턴을 가지는 핀 형 맨드렐 몰드(85)의 SEM 측면 사진.
도 10은 기판(1)과 희생층 및 마이크로 패턴 형성부(34)가 적층된 맨드렐 적층체의 사진.
도 11은 도 10의 맨드렐 적층체에서 희생층과 기판(1)을 제거하여 마이크로 패턴 형성부(34)만으로 제작된 맨드렐 몰드의 사진
이하에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예의 설명에서 도면 부호 30의 맨드렐 몰드(30)는 메쉬 홈 형 맨드렐 몰드(65)와 핀 형 맨드렐 몰드(85)를 통칭하는 것으로 하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 고 종횡비 육각뿔대 형 마이크로 패턴을 가지는 마이크로 제품의 평면도이고, 도 2는 도 1의 a 부분의 확대도이다.
도 1 및 도 2와 같이, 본 발명의 일 실시예의 마이크로 제품(50)은 마이크로 제품 기판(51) 및 상기 마이크로 제품 기판(51)의 상부 면에 형성되는 마이크로 패턴(52)들로 구성되는 마이크로 패턴 배열(53)을 포함하여 구성된다.
상기 마이크로 부품(50)은 메쉬 홈 형 맨드렐 몰드(65, 도 6 참조) 또는 핀 형 멘드렐(85, 도 7 참조)를 이용한 분말사출성형으로 제작될 수 있으며, 이때, 분말사출성형을 위한 소재는 5 μm 이하의 STS, Fe, W, Mo, Ni, Cu, PZT, ZrO2, Al2O3 분말 및 그들의 합금(또는 혼합)분말 피드스톡들 일 수 있다.
상기 마이크로 패턴(52)은 도 2와 같이, 몰드로부터 용이하게 취출되도록 측면 둘레를 따라 일정 각도의 테이퍼 경사가 형성된 다각 단면을 가진다. 상술한 구성의 상기 마이크로 패턴(52)은 목적하는 종횡비에 따라 저 면이 상부 면보다 넓은 단면적을 가지는 핀 형상, 또는 저 면이 상부 면보다 좁은 단면적을 가지는 홈 형상을 가진다. 특히, 상기 마이크로 패턴(52)은 다이싱 공정이 불가능하거나 용이하지 않은 원형 또는 오각형 이상의 다각 단면적을 가지는 뿔대 형 핀 또는 뿔대 형 홈으로 형성된다. 도 2에서 마이크로 패턴(52)이 뿔대 형 핀인 경우 도면 부호 52a는 마이크로 패턴(52)의 저 면을 지시하고, 도면 부호 52b는 마이크로 패턴(52)의 상부 면을 지시한다. 이와 달리, 마이크로 패턴(52)이 뿔대 형 홈인 경우. 도면 부호 52a는 마이크로 패턴(52)의 상부 단면 영역을 지시하고, 도면 부호 52b는 마이크로 패턴(52)의 저 면을 지시한다.
또한, 상기 마이크로 패턴(52)의 측면 둘레에 형성되는 테이퍼 경사는, 상기 마이크로 패턴의 핀 형 또는 홈 형에 따라, 상기 기판(51)의 상부 면에서 상기 마이크로 패턴(52)의 외측 면 또는 내측 면까지 63.4° 내지 89.7° 범위의 경사를 가질 수 있다.
또한, 상기 테이퍼 경사는, 상기 마이크로 패턴(53)의 상단부와 하단부의 측면을 연결하는 하나의 직선, 상단부와 하단부의 측면의 위치 별로 다른 각도를 갖는 경사진 다단의 직선 또는 상기 마이크로 패턴의 상단부와 하단부의 측면을 잇는 곡선 중 어느 하나로 형성될 수도 있다. 이때, 상기 곡선은 상기 마이크로 패턴의 측면의 각 점에서의 수직 방향의 접선이 상기 마이크로 패턴 기판 면으로부터 63.4° 내지 89.7° 범위인 곡선일 수 있다.
상술한 구성의 본 발명의 실시예의 마이크로 제품(50)은 하나의 마이크로 패턴을 가지도록 제작될 수도 있다. 그리고 상기 마이크로 제품은 마이크로 제품 제작을 위한 마이크로 부품일 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 외측 면 또는 내측 면 둘레에 테이퍼 경사를 가지는 마이크로 패턴 배열이 형성된 마이크로 제품 제작용 몰드 제작 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예의 마이크로 제품 제작 방법의 공정도이다.
도 3 및 도 4와 같이, 본 발명의 다른 실시예의 마이크로 제품 제작 단계는, 먼저, 표면에 일정 범위의 표면 거칠기를 가지는 기판(1)을 준비하는 단계(S1)를 수행한다. 이때의 기판 표면의 거칠기는 마이크로 제품에 형성되는 마이크로 패턴(52)들의 측면에 형성되는 마이크로 제품 기판(51) 면으로부터 측정한 경사인 테이퍼 경사를 결정하게 된다.
구체적으로, 상기 기판(1)의 표면 거칠기(Rms)는 5 nm 내지 20 ㎛일 수 있다. 기판의 거칠기(Rms)가 5nm 보다 작으면 모형상(33)에 테이퍼 경사가 안 만들어지고, 20 um보다 크면 포토레지스터(PR)와의 접촉이 용이하지 않고 빛의 산란이 많아져 모형상의 테이퍼 경사가 많이 누울 수 있다. 그리고 포토레지스트(PR)가 모든 부분에 잘 스며들지 않을 수 있고, 얇은 포토레지스트(PR)를 사용할 경우 포토레지스트(PR)를 골고루 도포하기가 힘들 수도 있다. 즉 공정윈도우가 작아질 수 있다.
상기 S1 단계에 의해 일정 범위의 표면 거칠기를 가지는 기판(1)이 준비된 후에는, 상기 기판(1) 상에 감광층(10)을 적층(라미네이팅)하는 단계(S2)를 수행한다.
이 후, 마이크로 제품에 형성될 마이크로 패턴(52)의 형성을 위한 마스크(20)를 이용하여 노광을 수행하고(도 4의 (a) 참조), 현상 공정을 수행하여(도 4의 (b) 참조) 측면 둘레에 테이퍼 경사를 가지는 뿔대 형 핀 또는 뿔대 형 홈 중 어느 하나의 마이크로 패턴 형성을 위한 모형상(33)들의 배열로 이루어진 마이크로 패턴 형성부(34)를 가지는 맨드렐 몰드(30)를 제작하는 단계(S3)를 수행하여 마이크로 제품 제작용 맨드렐 몰드(30)를 제작한다. 도 4의 경우, 제작된 맨드렐 몰드(30)가 테이퍼 경사를 가지는 핀 형의 마이크로 패턴 배열을 형성하기 위하여, 모형상(33)이 저 면이 좁은 뿔대 형 홈으로 형성된 것만을 도시하였으나, 상기 맨드렐 몰드(30)는 테이퍼 경사를 가지는 메쉬 홈 형 마이크로 패턴 배열을 형성하기 위해, 모형상이 상부 면이 좁은 뿔대 형 핀 배열을 가지도록 형성될 수도 있다.
상술한 바와 같이 제작된 맨드렐 몰드(30)는 금속 도금 공정을 수행하여 금속 몰드를 제작함이 없이 곧바로 몰드로 사용될 수도 있다. 그리고 상기 맨드렐 몰드(30)는 표면 조도를 낮추고 경도를 높이며, 내화학성을 높이기 위해 열처리가 수행될 수도 있다.
상술한 구성 중 상기 모형상(33)의 측면(홈의 경우 내측 면, 핀의 경우 외측 면) 둘레에 형성되는 상기 테이퍼 경사(α, 도 5 (d) 참조)는 상기 기판(1)의 표면 거칠기(Rms) 5 nm 내지 20 ㎛에 따라 가변되어 63.4° 내지 89.7° 범위를 가질 수 있다. 상기 테이퍼 경사(α)는 모형상(33)의 내부 기판 표면에서 모형상(33)의 측면까지의 경사가 된다. 즉 상기 테이퍼 경사는 마이크로 패턴 형성을 위한 모형상(33)의 측면 경계와 기판 표면이 이루는 각도 중 내각이 된다. 이때, 상기 테이퍼 경사가 63.4° 보다 작으면 모형상(33) 자체의 피치에 제한이 생기며, 89.7° 보다 크면 추후 사출체 취출에 어려움이 발생한다. 상기 테이퍼 경사의 범위는 73.3°~89.7° 인 것이 바람직하다. 또한 상기 테이퍼 경사는 상기 모형상(33)의 상단부와 하단부의 측면을 연결하는 하나의 직선일 수도 있고, 상기 모형상(33)의 상단부와 하단부의 측면을 연결하는 위치 별로 다른 각도를 갖는 경사진 다단의 직선일 수도 있으며, 상단부와 하단부의 측면을 잇는 직선의 경사가 63.4° 내지 89.7° 범위인 곡선으로 형성될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예의 마이크로 제품 제작 방법은 전주법(electroforming)에 의한 전주도금을 수행함이 없이 현상된 감광물질로 제작된 기판(1)과 마이크로 패턴 형성부(34)를 가지는 맨드렐 몰드(30)를 곧바로 마이크로 제품 제작용 몰드로 사용할 수 있도록 한다. 이에 따라, 맨드렐 제작 - 전주도금 몰드 제작 -성형을 포함하는 마이크로 부품 제조 공정에서 고비용이며 장 시간을 필요로 하는 전주도금 공정을 생략할 수 있으며, 성형 온도가 약 300도 이하인 성형 공정에서 마이크로 제품의 생산 효율을 증가시킬 수 있게 된다. 따라서 플라스틱 소재의 마이크로 제품의 생산에 유용하다.
상술한 S1 내지 S3 단계에 의해 맨드렐 몰드(30)를 직접 경화시켜 제작된 마이크로 제품 제작용 맨드렐 몰드(30)는 모형상(33)이 뿔대 형 핀인 경우 홈 형 마이크로 패턴 배열을 가지는 마이크로 제품 제작을 위한 몰드가 되며, 모형상(33)이 뿔대 형 홈인 경우에는 핀 형 마이크로 패턴을 가지는 마이크로 제품 제작을 위한 몰드가 된다.
다음으로, 상술한 바와 같이 제작된 마이크로 제품 제작용 맨드렐 몰드(30)의 모형상(33)들에 마이크로 제품 소재를 주입하고, 마이크로 제품 제작용 맨드렐 몰드(30)로부터 마이크로 제품을 분리하는 분말사출성형 공정을 적용하여 측면 둘레에 테이퍼 경사를 가지는 마이크로 패턴들이 형성된 마이크로 제품을 제작하는 단계(S4)에 의해 도 1 및 도 2의 마이크로 제품(50)이 제작된다.
다음으로, 본원 발명의 일 실시예의 마이크로 제품 제작을 위한 테이퍼 경사를 가지는 모형상(33)들을 가지는 맨드렐 몰드(30)에 대하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예의 내측 면에 테이퍼를 가지는 것에 의해 뿔대 형 홈들을 가지는 메쉬 홈 형 맨드렐 몰드(65)의 SEM 측면 사진 이고, 도 6은 도 5의 메쉬 홈 형 맨드렐 몰드(65)를 상부 면에서 촬영한 광학현미경사진(OM)사진이다.
도 5 및 도 6의 마이크로 제품 제작용 메쉬 홈 형 맨드렐 몰드(65)는 [표 1]의 조건을 적용하여 제작되었다.
웨이퍼 라미네이팅 리소그래피 현상(development)
거칠기 필름 램프파워
[W]		 파워
[mJ/cm2]		 시간
(s)		 조건 시간
[min]
0.7㎛ SUEX film (D650) 960 5200 333 2 bath 180
[표 1]과 같이, 표면 거칠기가 0.7㎛인 웨이퍼의 표면에 감광층을 라미네이팅에 의해 형성하고, 현상 공정을 수행하는 리소그래피 공정을 수행하는 것에 의해 홈 형 모형상(63)을 가지는 마이크로 제품 제작용 메쉬 홈 형 맨드렐 몰드(65)를 제작하였다.
이때, 상기 리소그래피 공정은 네가티브(negative) type의 PR을 활용한 리소그래피 공정일 수 있다. 종래기술의 경우 마이크로 패턴 형상을 위해 네가티브(negative) PR을 이용하여 리소그래피 공정을 수행하는 경우, 수직 단면이 역 사다리꼴 형상으로 되어 몰드로 제작된 마이크로 제품의 취출이 어려운 문제점이 있었다. 그러나 본 발명의 기판 표면 거칠기를 조절하는 기술을 적용하는 경우, 네가티브 리소그래피를 수행하는 때에도 마이크로 패턴의 수직 단면이 사다리꼴 형상을 가지게 되어, 고 종횡비를 가지는 마이크로 패턴으로 이루어지는 마이크로 패턴 배열을 가지는 마이크로 부품 등의 마이크로 제품을 용이하게 제작할 수 있게 된다.
마이크로 패턴 상부(㎛) 중앙부(㎛) 하부(㎛)
패턴 폭 108 110 117
간격 120 117 117
표 2는 마이크로 제품 제작용 메쉬 홈 형 맨드렐 몰드(65)의 마이크로 패턴 형성을 위한 홈 형 모형상(63)의 상하부 폭과 홈 형 모형상(63)들 사이의 간격을 나타내는 표이다.
표 2의 테이퍼 경사를 가지는 홈 형 모형상(63)들을 가지는 메쉬 홈 형 맨드렐 몰드(65)는 핀 형 마이크로 패턴들을 가지는 마이크로 제품 제작용 몰드로 사용된다. 이 경우 사출체의 취출을 용이하게 하기 위해 열처리를 수행하여 표면 경도 및 내화학성을 향상시킬 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예의 제1종횡비를 가지며 외측 면에 테이퍼 경사를 가지는 핀 형 맨드렐 몰드(85)의 평면도이고, 도 8은 제2종횡비를 가지는 핀 형 맨드렐 몰드(85)의 측면도이며, 도 9는 제3종횡비를 가지는 핀 형 마이크로 패턴을 가지는 핀 형 맨드렐 몰드(85)의 SEM 측면 사진이다.
도 7 내지 도 9와 같이, 상기 핀 형 맨드렐 몰드(85)는 도 4의 공정 중 서로 다른 표면 거칠기를 가지는 기판(1)에 감광층(10)을 형성한 후 마이크로 패턴에 대응하는 마스크(20)를 이용하여 현상하는 것에 의해 서로 다른 폭을 가지며 수직 단면이 정 사다리꼴 또는 사다리꼴 형상인 뿔대 형상의 다수의 핀 형 모형상(83)들을 가지도록 제작된다.
도 7의 경우, 상부 면의 패턴 폭이 140.8㎛ 내지 146.21㎛이고, 상부 면의 패턴 간격은 140.7㎛ 내지 141.78㎛로 제작되었으며, 도 8의 경우, 높이 613.40 ㎛ 내지 614.49 ㎛, 상하-중부-하부의 패턴 폭은 144,85㎛ 내지 150.30 ㎛-148.93 ㎛ 내지 152.68 ㎛- 153.69 ㎛ 내지 154.73 ㎛이고, 상하-중부-하부의 패턴 간격은 133.66 ㎛ 내지 133.96 ㎛ -128.52 ㎛ 내지 130.53 ㎛- 127.12 ㎛ 내지 129.20 ㎛로 제작 되었고, 도 9의 경우, 높이 608 ㎛, 상하-중부-하부의 패턴 폭은 150㎛-153 ㎛- 157 ㎛이고, 상하-중부-하부의 패턴 간격은 129 ㎛ -159 ㎛- 122 ㎛로 제작 되었다.
상술한 구성의 핀 형 맨드렐 몰드(85)는 곧바로 메쉬 홈 형 패턴 마이크로 부품 제작용 몰드로 사용할 수 있게 된다. 이때, 내화학성 및 경도를 향상시키고, 표면 조도를 낮추기 위해 열처리를 수행한 후 몰드로 사용될 수도 있다. 또한, 상기 핀 형 맨드렐 몰드(85)에 금속층을 형성한 후 상기 마이크로 패턴 형성부(34)를 제거하면 금속재의 핀 형 패턴 마이크로 부품 제작용 몰드를 제작할 수도 있다.
상술한 본 발명의 실시예에 의해 제작되는 마이크로 제품 제작용 몰드는, 상기 기판(1)과 상기 기판(1) 위에 형성된 마이크로 패턴 형성부(34)를 포함하는 맨드렐 몰드(30)로 제작되거나, 상기 맨드렐 몰드(30) 에서 상기 기판(1)을 분리하여 마이크로 패턴 형성부(34)만으로 제작되거나, 상기 기판(1)과 마이크로 패턴 형성부(34)를 포함하는 맨드렐 몰드(30) 또는 상기 마이크로 패턴 형성부(34)만으로 이루어진 맨드렐 몰드에 금속층을 형성한 후 마이크로 패턴 형성부(34)를 제거한 금속층으로 이루어진 금속 재질의 마이크로 제품 제작용 몰드(31)로 제작될 수 있다.
구체적으로, 마이크로 패턴 형성부(34)만으로 구성된 마이크로 제품 제작용 맨드렐 몰드의 제작 방법은, 일정 범위의 표면 거칠기를 가지는 기판을 준비하는 단계; 상기 기판의 상부에 감광층을 형성하는 단계: 및 리소그래피 공정을 수행하여 상기 기판의 상부에 외측 면 또는 내측 면에 상기 표면 거칠기에 따른 테이퍼 경사가 형성된 모 형상들로 이루어진 마이크로 패턴 형성부를 가지는 맨드렐을 제작한 후 상기 마이크로 패턴 형성부를 분리하여 마이크로 패턴 형성부만으로 구성된 맨드렐 몰드를 제작하는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 감광층을 형성하는 단계는, 상기 기판을 준비하는 단계 이후, 상기 기판의 상부에 희생층을 형성한 후, 상기 희생층의 상부에 감광층을 형성하고, 상기 맨드렐 몰드를 제작하는 단계는 상기 맨드렐 몰드에서 상기 희생층을 제거하여 상기 기판이 제거된 모형상으로 구성된 맨드렐 몰드를 제작하는 단계일 수 있다.
도 10은 마이크로 제품 제작을 위한 기판(1)과 희생층(2) 및 마이크로 패턴 형성부(34)가 적층된 맨드렐 몰드(30)의 사진(a: 평면 사진, b: 측면사진)이고, 도 11은 도 10의 맨드렐 몰드에서 희생층(2)과 기판(1)을 제거하여 마이크로 패턴 형성부(34)만으로 제작된 맨드렐 몰드의 사진(a: 평면 사진, b: 측면사진)이다.
마이크로 패턴 형성부(34)로만 구성된 맨드렐 몰드 제작을 위해 도 10의 경우, 기판(1)과 감광층으로 형성된 마이크로 패턴 형성부(34)의 사이에 희생층(2)이 일체로 형성된 구조의 적층체가 제작된다.
이 후, 도 10의 희생층(2)을 제거하는 것에 의해 기판(1)으로부터 마이크로 패턴 형성부(34)를 분리하면, 감광층 소재의 마이크로 패턴 형성부(34)로만 구성된 맨드렐 몰드(30)가 제작된다.
상기 도 10 내지 도 11의 맨드렐 몰드들은 모두 핀 형 마이크로 패턴을 형성할 수 있도록 홈들로 구성된 메쉬 형 패턴 형성부를 가지는 것으로 도시하였으나, 메쉬 홈 형 마이크로 패턴을 형성할 수 있는 배열 구조로 배열된 핀들로 구성되는 핀 형 패턴 형성부를 가지도록 구성될 수도 있다.
상기 마이크로 패턴 형성부(34)만으로 구성되는 상기 맨드렐 몰드의 제작 방법은, 희생층(2)을 형성함이 없이, 상기 기판(1)이 제거된 마이크로 패턴 형성부(34)만으로 구성된 맨드렐 몰드를 제작하는 단계의 수행 중 상기 마이크로 패턴 형성부(34) 형성을 위한 열처리의 수행 시 상기 기판(1)과 상기 마이크로 패턴 형성부(34)의 열팽창 계수의 차이에 따른 팽창변형 차이를 발생시켜 상기 기판(1)으로부터 상기 마이크로 패턴 형성부(34)를 분리하는 것에 의해 상기 기판(1)이 제거된 마이크로 패턴 형성부(34)만으로 구성된 맨드렐 몰드를 제작할 수도 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1: 기판
2: 희생층
10: 감광층
20: 마스크
30: 맨드렐 몰드
33: 모형상
34: 마이크로 패턴 형성부
40: 분말사출성형 소재
50: 마이크로 제품
51: 마이크로제품기판
52: 마이크로 패턴
53: 마이크로 패턴 배열
63: 메쉬 홈 형 모형상
64: 핀형 패턴 형성부
65: 메쉬 홈 형 맨드렐 몰드
83: 핀형 모형상
84: 메쉬 형 패턴 형성부
85: 핀형 맨드렐 몰드

Claims (9)

  1. 마이크로 제품 기판; 및
    측면 둘레를 따라 테이퍼 경사가 형성된 원형 또는 다각형 단면을 가지고 상기 마이크로 제품의 기판 표면에 형성된 마이크로 패턴;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 제품.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 패턴은,
    주기적으로 배치되어 마이크로 패턴 배열로 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 제품.
  3. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 패턴은,
    2 내지 10의 종횡비를 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로 제품.
  4. 제1항에 있어서, 상기 테이퍼 경사는,
    상기 마이크로 패턴의 핀 형 또는 메쉬 홈 형에 따라, 상기 기판의 상부 면에서 상기 마이크로 패턴의 외측 면 또는 내측 면까지 63.4° 내지 89.7° 범위의 경사를 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로 제품.
  5. 제1항에 있어서, 상기 테이퍼 경사는,
    상기 마이크로 패턴의 상단부와 하단부의 측면을 연결하는 하나의 직선, 상단부와 하단부의 측면의 위치 별로 다른 각도를 갖는 경사진 다단의 직선 또는 상기 마이크로 패턴의 상단부와 하단부의 측면을 잇는 곡선 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 제품.
  6. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 패턴은,
    단면이 원형 또는 다각형 중 어느 하나인 뿔대로 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 제품.
  7. 마이크로 패턴의 측면 테이퍼 경사에 대응하는 표면 거칠기를 가지는 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판 상에 감광층을 형성하는 단계:
    리소그래피 공정을 수행하여 상기 기판 상에 외측 면 또는 내 측면에 상기 표면 거칠기에 따른 테이퍼 경사를 가지는 모 형상들로 이루어진 마이크로 패턴 형성부를 가지는 맨드렐 몰드를 제작하는 단계; 및
    상기 맨드렐 몰드와 분말사출성형 소재를 이용하여 분말사출 성형에 의해 상기 마이크로 패턴 형성부에 대응하는 마이크로 패턴을 가지는 마이크로 제품을 제작하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 제품 제작 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기판의 표면 거칠기(Rms)는 5 nm 내지 20 ㎛이고,
    상기 테이퍼 경사는, 상기 마이크로 패턴의 형상이 핀 형 또는 메쉬 홈 형에 따라, 상기 마이크로 패턴의 상부면 단면 면적이 저면 면적보다 감소하도록, 상기 기판의 상부 면에서 상기 마이크로 패턴의 외측 면 또는 내측 면까지 63.4° 내지 89.7° 범위의 경사를 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로 제품 제작 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 테이퍼 경사는,
    상기 마이크로 패턴의 상단부와 하단부의 측면을 연결하는 하나의 직선, 위치 별로 다른 각도를 갖는 경사진 다단의 직선 또는 상기 마이크로 패턴의 상단부와 하단부의 측면을 잇는 곡선 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 제품 제작 방법.
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