WO2014084447A1 - 광 리소그래피에 기초한 극저밀도 3차원 박막 구조체의 제조방법 - Google Patents

광 리소그래피에 기초한 극저밀도 3차원 박막 구조체의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2014084447A1
WO2014084447A1 PCT/KR2013/000873 KR2013000873W WO2014084447A1 WO 2014084447 A1 WO2014084447 A1 WO 2014084447A1 KR 2013000873 W KR2013000873 W KR 2013000873W WO 2014084447 A1 WO2014084447 A1 WO 2014084447A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
thin film
photosensitive resin
solid
bulk
low density
Prior art date
Application number
PCT/KR2013/000873
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
강기주
한승철
이민근
Original Assignee
전남대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 전남대학교산학협력단 filed Critical 전남대학교산학협력단
Priority to US14/647,849 priority Critical patent/US9878472B2/en
Publication of WO2014084447A1 publication Critical patent/WO2014084447A1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C41/00—Shaping by coating a mould, core or other substrate, i.e. by depositing material and stripping-off the shaped article; Apparatus therefor
    • B29C41/003—Shaping by coating a mould, core or other substrate, i.e. by depositing material and stripping-off the shaped article; Apparatus therefor characterised by the choice of material
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/2051—Exposure without an original mask, e.g. using a programmed deflection of a point source, by scanning, by drawing with a light beam, using an addressed light or corpuscular source
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/12—Treating moulds or cores, e.g. drying, hardening
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/22—Moulds for peculiarly-shaped castings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D25/00—Special casting characterised by the nature of the product
    • B22D25/02—Special casting characterised by the nature of the product by its peculiarity of shape; of works of art
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/30—Producing shaped prefabricated articles from the material by applying the material on to a core or other moulding surface to form a layer thereon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B11/00—Apparatus or processes for treating or working the shaped or preshaped articles
    • B28B11/12—Apparatus or processes for treating or working the shaped or preshaped articles for removing parts of the articles by cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/0266—Local curing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/08—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
    • B29C35/0805—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/08—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
    • B29C35/0888—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using transparant moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/08—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
    • B29C35/0888—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using transparant moulds
    • B29C35/0894—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using transparant moulds provided with masks or diaphragms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C41/00—Shaping by coating a mould, core or other substrate, i.e. by depositing material and stripping-off the shaped article; Apparatus therefor
    • B29C41/02—Shaping by coating a mould, core or other substrate, i.e. by depositing material and stripping-off the shaped article; Apparatus therefor for making articles of definite length, i.e. discrete articles
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/0035—Multiple processes, e.g. applying a further resist layer on an already in a previously step, processed pattern or textured surface
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/0037—Production of three-dimensional images
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/26—Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
    • H01L21/0273—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers characterised by the treatment of photoresist layers
    • H01L21/0274—Photolithographic processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/08—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
    • B29C35/0805—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
    • B29C2035/0827—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using UV radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/757—Moulds, cores, dies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/772—Articles characterised by their shape and not otherwise provided for

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing an ultra low density three-dimensional thin film structure based on optical lithography.
  • Styrofoam or sponges are known as typical low density materials. Each has a microstructure of closed and open cells and a low density of tens of water levels. Such styrofoam or sponge has been widely used in human daily life for more than half a century for various uses such as insulation and packaging materials.
  • Aerogels are porous materials consisting of very finely sized cells formed by removing liquid from a gelled material.
  • FIG. 1 is a photo showing silica airgel, which is sometimes referred to as “frozen smoke” because of its semi-transparency (T. M. Tillotson, L. W. Hrubesh, J. Non-Cryst. Solids 145, 44, 1992).
  • aerogels can be made of organic materials such as metal oxides and polymers as well as silica, and are already widely used as window insulation materials, building materials, tennis rackets, oil absorption sponges, etc. because of their ultra-light weight, high thermal insulation and specific surface area.
  • FIG. 2 is a tissue photograph of a new aerogel, MWCNT (Multi-Walled Carbon Nano Tube), introduced in early 2011. It is composed of carbon nanotubes (CNTs) known to have the highest strength and has a micrometer size cell and nanometer size. It is known that the multilayered wall of has a hierarchical structure and a very low density of 4 mg / cm 3 (J. Zou et al., ACS Nano 4, 7293, 2010). Filling the resin inside the MWCNT can be extended to thousands of times its original length, making it a highly elastic energy storage device, and having electrical conductivity, it is expected to be applied to various fields such as high performance sensors and displays.
  • MWCNT Multi-Walled Carbon Nano Tube
  • FIG. 3 shows an example of another low density material, metal foam, and is known to have a density of 8 mg / cm 3 for a foam metal composed of recently developed nanosized cells (BC Tappan et al., J. Am. Chem. Soc. 128, 6589, 2006).
  • the foamed metal is heavier than airgel, it is promising as an electrode material by using the conductivity and high surface area of the metal and can be made of various metals such as iron, cobalt, copper, and silver.
  • low-density materials such as styrofoam, sponge, airgel, foam metal, etc. have a problem in that irregular cells existing therein act as defects and inhibit mechanical strength and stiffness.
  • a recent Nov. 2011 issue of Science (TA Schaedler, et al., Science, Vol. 334. pp. 962-965 November 18, 2011.) has a three-dimensional lattice truss structure with a density of 1/1000 of water.
  • a new level of concept, the ultralow density metal micro-lattice was introduced. 4 shows a method of making a metal micro-lattice. First, a UV light is irradiated on a specific surface of the bulk in a state in which a mask having a pattern in which fine holes are regularly punctured in a liquid photosensitive resin bulk that solidifies when exposed to ultraviolet light. The liquid photosensitive resin exposed to ultraviolet rays in the form of a plurality of beams passing through the mask is solidified.
  • the solid state photosensitive resin is denser than the liquid state photosensitive resin, ultraviolet rays are totally internally induced into the solid state photosensitive resin, so that a so-called "self propagating" phenomenon occurs without going straight.
  • a lattice of solid state photosensitive resin is formed inside the liquid photosensitive resin bulk.
  • the surface of the solid-state photosensitive resin lattice is subjected to autocatalytic electroless plating of NiP, a nickel alloy, and then the solid-state photosensitive resin is removed by chemical etching. Complete the micro-lattice.
  • the overall appearance of the finished micro-lattice is tens of millimeters of cube, but consists of hundreds of micro-meter truss elements, each of which has a hollow tube shape with a wall thickness of 100 nanometers. .
  • the geometry of the micro-lattice is the same as the solid-state photosensitive resin structure used, and can be understood in an embossed manner in terms of mold molding.
  • Multi-scale hierarchical structures, such as micro-lattices are known to be lightweight and yet achieve high strength (T. Bhat, TG Wang, LJ Gibson. SAMPE J. Vol. 25 (1989) pp. 43, R. Lakes.Nature Vol. 361 (1993) pp. 511.).
  • This micro-lattice is based on a kind of optical lithography technology well-established in semiconductor manufacturing processes and has advantages such as ultra low density and relatively high strength and rigidity. Due to the penetration depth of the thin ultraviolet beam is only a few tens of mm maximum, it is difficult to produce a large size, and because the truss element is made by ultraviolet rays irradiated only in the out-of-plane direction, It lacks the truss element in the -plane direction and has the disadvantage of poor structural stability.
  • 6 is a diagram illustrating a phenomenon in which a collapse occurs when a compressive load is applied to a unit cell of a micro-lattice. Since the in-plane truss element does not exist at the position indicated by the dotted line in the unit cell, the horizontal deformation of the truss element cannot be suppressed, which causes easy bending.
  • a hexagonal column-shaped hole is machined in three to six directions out of a total of six directions, such as in-plane three directions and out-of-plane three directions having an azimuth angle of 60 degrees or 120 degrees.
  • Fig. 7 shows a step-by-step shape for processing a hexagonal column-shaped hole in one to four directions.
  • the shape of the final fabricated structure is a three-dimensional kagome truss (S.Hyun, AM Karlsson, S. Torquato, AGEvans, 2003. Int. J. of Solids and Structures, Vol. 40, pp. 6989-6998) Similar to Here, the hexagonal column-shaped hole processing methods include not only macro-machining techniques such as electric discharge machining, high-energy particle processing, and laser machining, but also ultra-fine machining methods such as HAR (High Aspect Ratio) MEMS, which can process micrometer-sized holes. Etc. Fig. 9 shows a schematic diagram of the hole used by the mask used in the high energy particle processing and the high energy beam incident in two directions.
  • an ultra-low density 3 having high strength and stiffness and a large surface area having a uniform three-dimensional polyhedron made of a thin film having a wall thickness of several hundred nanometers based on optical lithography, is arranged regularly in space. It is an object to provide a method of manufacturing a dimensional thin film structure.
  • the present inventors in the process of developing a three-dimensional thin film structure having a polyhedral unit cell lattice capable of minimizing density without compromising mechanical stiffness, while maintaining the volume of the unit cell lattice in terms of mechanical rigidity, In order to minimize the weight of the cell grating, it has been recognized that the unit cell grating needs to be implemented in a hollow form. On the other hand, the present inventors confirm that the empty space of the structure is observed as a penetrating part of a certain pattern in a specific direction in the process of manufacturing a model and observe the three-dimensional thin film structure having a regular cell lattice of the polyhedral form in advance.
  • a method of manufacturing a thin film structure by using an empty space as a mold was attempted, and by using a conventional microgrid manufacturing method using optical lithography, the penetrating part space of the thin film structure model was solidified by optical lithography to produce a mold shape. It has been found that the thin film structure having the hollow polyhedral unit cell can be formed when the molding is formed in an intaglio manner.
  • the present invention for achieving the above object, as a method of forming a very low density three-dimensional thin film structure consisting of a solid thin film, by irradiating ultraviolet rays of different patterns in a predetermined direction to the liquid photosensitive resin bulk, respectively, a part of the resin bulk Curing; Forming a solid photosensitive resin structure by removing uncured liquid photosensitive resin; Coating a thin film on the surface of the solid photosensitive resin structure; Removing the thin film formed on the outermost surface of the resin bulk to expose a solid photosensitive resin; And removing the solid-state photosensitive resin structure, wherein each of the different patterns has a structure in which a predetermined polygonal shape is alternately disposed adjacent to each other, and the solid-state photosensitive resin structure has a structure in which a plurality of footnotes cross each other.
  • the ultra-low density three-dimensional thin film structure composed of the solid thin film is a structure in which hollow polyhedral unit cells having planar elements on the surface are interconnected and repeatedly formed, and is formed in an intaglio manner with respect to the solid-state photosensitive resin structure.
  • a method of manufacturing a very low density three-dimensional thin film structure is provided.
  • the ultraviolet irradiation may be performed using one or more masks having different patterns.
  • the ultraviolet irradiation may use maskless lithography.
  • the ultraviolet irradiation is preferably performed in each predetermined direction according to each pattern, only on the specific surface of the liquid photosensitive resin bulk.
  • the ultraviolet irradiation may be carried out in two or more planes of the liquid photosensitive resin bulk in each forward marching direction according to a respective pattern.
  • the thin film may be made of metal, ceramic or polymer.
  • the step of coating a thin film on the surface of the solid-state photosensitive resin structure may be performed by repeating the same or different materials to form a thin film of the multilayer.
  • the thin film of the multilayer may further comprise a chemical, physical or thermal post-treatment process to relieve stress between the layers or to suppress the peeling.
  • either or both of the inner space occupied by the hollow polyhedral unit cell or its outer space may be filled with a foamable material.
  • the removal of the thin film formed on the outermost surface of the resin bulk may be performed by mechanical polishing, electrolytic polishing or chemical etching.
  • the removal of the solid-state photosensitive resin structure may be performed by any one of chemical, physical, thermal or optical methods.
  • the unit cell may be any one of Tetrahedron, Cube, Octahedron, Vector Equilibrium, Rhombic dodecahedron, and Kagome.
  • the ultra low density three-dimensional thin film structure is formed by coating a solid photosensitive resin structure having a structure in which a plurality of footnotes intersect in an intaglio manner, resulting in a hollow polyhedral unit having a planar element on the surface.
  • the cells may be interconnected and have a structure repeatedly formed.
  • the ultra-low density three-dimensional thin film structure can be utilized as a lightweight structural material because it has a high strength and rigidity compared to light weight, and can also be used as a heat transfer medium or a catalyst support because it has a relatively large specific surface area.
  • the manufacturing method according to the present invention has a relatively large aperture of the mask perforation part, and thus ultraviolet rays irradiated through the perforation part may penetrate deeply into the resin. Larger size is possible.
  • 1 is a product photograph of a conventional silica airgel.
  • Figure 2 is a microstructure of the conventional MWCNT (Multi-Walled Carbon Nano Tube).
  • Figure 3 is a microstructure picture of a porous metal (metal foam) consisting of conventional nanosize cells.
  • Figure 4 is a schematic diagram of a manufacturing process of a conventional micro-lattice (micro-lattice).
  • FIG. 5 is a structural diagram of a conventional micro-lattice.
  • Figure 6 is a schematic diagram showing the collapse of a conventional micro-lattice (micro-lattice) to which a compressive load is applied.
  • Figure 7 is a schematic view of the processing step of the lightweight structure disclosed in the Republic of Korea Patent 0794358.
  • FIG. 8 is a light weight structure of the three-dimensional kagome truss shape prepared according to FIG.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of a machining process using a high energy beam and a mask disclosed in the Republic of Korea Republic of Korea Patent 0794358.
  • FIG. 10 is a schematic view of a method of manufacturing a very low density three-dimensional thin film structure according to the present invention.
  • FIG. 11 is a structural diagram of a thin film structure having a negative kakome unit cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 to 24 are views of embodiments of a mask and an ultraviolet irradiation direction used to manufacture an extremely low density three-dimensional thin film structure according to an embodiment of the present invention.
  • 25 to 34 is a structural diagram of a very low density three-dimensional thin film structure according to an embodiment of the present invention prepared according to Figures 13 to 24.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of a method of manufacturing a very low density three-dimensional thin film structure according to the present invention.
  • At least one mask (not shown) having a different pattern on the liquid photosensitive resin bulk 100 is cured by irradiating ultraviolet rays in a predetermined direction, respectively.
  • the ultraviolet light is bulked into the solid state photosensitive resin, and the bulk of the liquid photosensitive resin is caused by a "self propagating" phenomenon.
  • a solid state photosensitive resin in the form of a footnote corresponding to the mask pattern is formed through the whole of (100).
  • the liquid photosensitive resin bulk 100 may be accommodated in a container (not shown) or the like and properly maintained in space.
  • the solid photosensitive resin structure 104 is formed by pouring and removing the liquid photosensitive resin 102 which is not hardened
  • the solid state photosensitive resin structure 104 is provided with an area lead empty space 200 from which the liquid photosensitive resin 102 is removed.
  • the structure of the structure 104 to be formed and the hollow polyhedral unit cells constituting the structure 104 are the shapes of the respective masks used as illustrated in FIGS. 13 to 24, and the arrangement of the masks to the photosensitive resin bulk. It may be determined depending on the shape and the direction of ultraviolet irradiation. Further, the arrangement of the mask includes on which side of the photosensitive resin bulk and in which direction the mask is disposed.
  • FIG. 13 there are two kinds of masks used in total, and a separate ultraviolet direction is selected for each mask of the thermosensitive resin.
  • the upper surface of the liquid photosensitive resin bulk 100 is XY plane
  • both types of masks are arranged in close contact with the upper surface of the liquid photosensitive resin bulk 100, but are ultraviolet rays.
  • the ultraviolet irradiation direction in space is determined by the vector sum of the irradiation direction vector on the x-y plane and the ultraviolet direction vector on the x-z plane.
  • FIG. 25 shows a structural diagram of the thin film structure according to FIG. 13.
  • the thin film structure of FIG. 26 having the same structure as that of FIG. 25 may be manufactured by the type, arrangement, and UV irradiation direction of the mask according to FIG. 14, which is another embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 there are three kinds of masks used, and the UV irradiation direction for each mask is determined separately as in Fig. 13.
  • the mask is arranged based on two surfaces of the x-y plane and the y-z plane instead of the first plane, unlike in FIG. 13.
  • a predetermined polygonal pattern is alternately drilled adjacent to each mask. Since the shape of the mask pattern has a polygonal shape, the elements of the solid-state photosensitive resin structure 104 have a prism shape. As will be described later, the solid photosensitive resin structure 104 functions as a mold for forming a thin film structure as a final result of the present invention, and the footnote shape of the solid photosensitive resin structure 104 is a unit cell 300 of the thin film structure. Let the surface have a planar element. The planar element of the unit cell 300 of the thin film structure increases the structural rigidity of the structure itself, while increasing the specific surface area so that the thin film structure can be advantageously used as a heat transfer medium or a catalyst support.
  • the fine hole-shaped pattern is formed at a large distance apart from the aperture of the hole itself, so the beam aperture of the ultraviolet light irradiated to the photosensitive resin is also small enough to penetrate. Cannot be secured. Accordingly, it is difficult to increase the size of the conventional micro lattice.
  • the aperture of the mask perforation portion is relatively large, a sufficient penetration distance into the photosensitive resin can be ensured, so that the structure can be enlarged.
  • a plurality of elongated ultraviolet beams are three-dimensional space by irradiating ultraviolet rays in a plurality of directions using a single type of mask having a fine hole-shaped pattern processed. While forming a solid truss-shaped solid-state photosensitive resin structure while crossing each other in the phase, in the present invention, by irradiating ultraviolet rays in a predetermined direction using one or more masks, the footnote-shaped ultraviolet beams cross each other in three-dimensional space. While there is a difference in forming a solid-state photosensitive resin structure of the polyhedral form is arranged regularly.
  • a thin film is formed on the entire surface of the solid state photosensitive resin structure 104 formed by removing the liquid photosensitive resin 102. Formation of the thin film may be performed by plating in the case of a metal thin film, for example, a general electrolytic or electroless plating method, and in the case of metal, ceramic, and polymer thin films, chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), atomic layer deposition ( ALD) may also be carried out.
  • CVD chemical vapor deposition
  • PVD physical vapor deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • self-catalyst plating can be easily applied as a kind of chemical reduction plating.
  • the solid state photosensitive resin structure 104 functions as a mold of the unit cell 300 constituting the thin film structure, and must be removed to form a final thin film structure composed of the unit cell 300.
  • the removal process of the solid-state photosensitive resin structure 104 may be performed by removing a thin film formed on an area corresponding to the outermost surface of the first resin bulk among the surfaces of the solid-state photosensitive resin structure 104 to remove the solid-state photosensitive resin structure 104. After exposing to the outside, the solid state photosensitive resin structure 104 may be finally removed through the exposed portion.
  • the removal of the thin film formed on the outermost surface of the resin bulk may be performed by mechanical polishing or chemical etching or electrolytic polishing, but mechanical polishing is advantageous in terms of selective control.
  • mechanical polishing is advantageous in terms of selective control.
  • the solid-state photosensitive resin structure 104 having a portion of the surface exposed is removed in a generally known chemical, physical, biological, thermal or optical manner, so that the final pole of the unit cell 300 as shown in FIG.
  • the low density three-dimensional thin film structure will be formed.
  • the unit cell 300 is a polyhedral structure having a thin film of several hundred nanometers as a wall element and a hollow part formed therein, and each unit cell 300 is repeatedly formed in a space. Structure.
  • the three-dimensional thin film structure composed of unit cells is formed in a 'negative' manner for the solid-state photosensitive resin structure that serves as a mold.
  • the final truss structure made of a thin film has the same geometric shape as the lattice made of a solid photosensitive resin, but in the present invention, the thin film structure has an opposite geometric shape of the solid photosensitive resin structure.
  • the thin film structure is formed in such a 'negative' manner, unlike the conventional micro lattice, there is an advantage that can be formed discontinuous structure.
  • the etching speed is increased when the solid photosensitive resin is removed in the same manner as etching.
  • lattice elements of the thin film structure can be formed also in the out-plane direction. That is, in the present invention, when the thin film structure is formed in a 'negative' manner as described above, the solid photosensitive resin structure has a block shape, for example, the mask is disposed only on the xy plane, and the mask is moved on the plane and in various directions. This means that the structure can be formed even in the z-axis direction by ultraviolet irradiation.
  • the method for manufacturing a thin film structure having a polyhedral cell of a predetermined form includes the required mask pattern and number, the arrangement state of the mask and the photosensitive resin bulk (that is, the number of irradiation surfaces of the photosensitive resin bulk). , And three elements of the ultraviolet irradiation direction for each mask.
  • the types of masks required to manufacture a thin film structure having a predetermined polyhedral unit cell, and the masks are illustrated in Table 1 below with respect to the number of irradiated surfaces and the direction of ultraviolet irradiation of the photosensitive resin bulk.
  • the "1 mask” column means that the number of masks used is one, and the “2 mask” column means that the number of masks used is two.
  • each number before and after the "+” sign represents the number of cases with respect to the ultraviolet irradiation direction for each of the masks used. For example, in the case of forming a structure having a hollow unit cell having a Tetrahedron shape shown in FIG. 25 by one-side irradiation, two types of masks shown in FIG. It is possible by
  • the mask pattern and the number, and the arrangement of the mask and the photosensitive resin bulk (that is, Although the number of irradiation surfaces for the photosensitive resin bulk) and the UV irradiation direction for each mask may be different, in practical terms, the penetration depth of ultraviolet rays is limited in the optical lithography technology, so that the resin may have a depth (z) in order to increase productivity. It is preferable to place the mask only on the widest bulk surface (xy plane) because the width and length (x, y axis directions) will be manufactured in a container having a larger size than the axial direction). Also preferably, the kind of mask to be used is also determined to a minimum.
  • the form of a polyhedron cell that can be implemented is not limited to that disclosed in the embodiments, and the type, arrangement, and UV irradiation direction of specific masks for implementing the polyhedron cells disclosed in the embodiments are also disclosed in the claims. It can also be implemented in a manner other than those disclosed in Figures 13 to 24 based on.
  • maskless lithography which directly exposes the photosensitive resin using ultraviolet rays, ultraviolet lasers, electron beams or ion beams, which are focused in a thin beam form, as a method of increasing precision or facilitating circuit changes in semiconductor integrated circuit processes.
  • maskless lithography technology is known (R. Menon et al., Materials Today, Feb. 2005, pp. 26-33), and may be usefully employed in forming a solid resin structure in the present invention. That is, in the embodiment of the present invention exemplified above, the mask is adopted to induce an ultraviolet beam having a polyhedral cross section in the liquid photosensitive resin, but using a maskless lithography technique, polygon repetition as in the mask pattern in the embodiment is used. A part of the liquid resin can be cured by projecting the Mooney-type ultraviolet light onto the liquid photosensitive resin.
  • the empty space inside the formed polyhedral structure is filled with a porous material to form a polyhedral structure and the interior thereof.
  • the empty space inside the polyhedron structure may include any one or both of an inner space occupied by the hollow polyhedral unit cell or an outer space thereof.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

본 발명은 광 리소그래피에 기초한 극저밀도 3차원 박막 구조체의 제조방법에 관한 것이다. 상기 제조방법은, 고체 박막으로 이루어진 극저밀도 3차원 박막 구조체를 형성하는 방법으로서, 액상의 감광성 수지 벌크에 각각 정해진 방향으로 서로 다른 패턴의 자외선을 조사하여 상기 수지 벌크의 일부를 경화시키는 단계; 경화되지 않은 액상의 감광성 수지를 제거함으로써 고상의 감광성 수지 구조체를 형성하는 단계; 상기 고상의 감광성 수지 구조체의 표면에 박막을 코팅시키는 단계; 상기 수지 벌크의 맨 바깥쪽 표면에 형성된 상기 박막을 제거하여 고상의 감광성 수지를 노출시키는 단계; 및 고상의 감광성 수지 구조체를 제거하는 단계를 포함하며, 상기 서로 다른 패턴 각각은 소정의 다각형 형상이 인접하여 교대로 배치되는 구조이고, 상기 고상의 감광성 수지 구조체는 복수의 각주가 교차하는 구조를 가지며, 상기 고체 박막으로 이루어진 극저밀도 3차원 박막 구조체는 표면에 평면 요소를 갖는 중공 다면체 단위 셀이 상호 연결되어 반복적으로 형성된 구조로서 상기 고상의 감광성 수지 구조체에 대해 음각 방식으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

광 리소그래피에 기초한 극저밀도 3차원 박막 구조체의 제조방법
본 발명은 광 리소그래피에 기초한 극저밀도 3차원 박막 구조체의 제조방법에 관한 것이다.
종래에 대표적인 저밀도 물질로는 스티로폼(Styrofoam)이나 스펀지(sponge) 등이 알려져 있다. 각각은 닫힌셀(closed cell)과 열린셀(open cell)의 미세구조를 가지며 물의 수십 분의 일 수준의 낮은 밀도를 가진다. 이러한 스티로폼이나 스펀지는 단열재, 포장재 등의 여러 용도로 반세기 이상 인류의 일상생활에 널리 사용되고 있다.
최근 보다 더 가벼운 물질, 예컨대 에어로젤(aerogel)과 같이 밀도가 물의 1/100 이하의 극저밀도 물질이 주목을 받고 있다. 에어로젤(aerogel)은 젤(gel) 상태의 물질에서 액체를 제거하여 형성되는 아주 미세한 크기의 셀(cell)로 구성된 다공질 재료이다. 도 1은 실리카 재질의 에어로젤를 나타낸 사진으로서 반(semi) 투명성을 갖기 때문에 “frozen smoke”라는 별칭으로 불리우기도 한다 (T. M. Tillotson, L. W. Hrubesh, J. Non-Cryst. Solids 145, 44, 1992). 한편, 에어로젤은 실리카뿐만 아니라 금속산화물와 폴리머 등 유기물질로도 제조될 수 있으며, 초경량, 높은 단열성 및 비표면적을 가지기 때문에 이미 창문단열재, 건축재, 테니스라켓, 기름흡착용 스폰지 등으로 널리 사용되고 있다.
도 2는 2011년 초에 소개된 새로운 에어로젤인 MWCNT (Multi-Walled Carbon Nano Tube)의 조직 사진으로서, 최고강도를 갖는 것으로 알려진 카본나노튜브(CNT)로 구성되고 마이크로미터 크기의 셀과 나노미터 크기의 다층 벽이 계층구조를 가지며, 밀도도 4 mg/cm3 로 매우 낮은 것으로 알려져 있다(J. Zou et al., ACS Nano 4, 7293, 2010). MWCNT 내부에 수지를 충진하면 본래 길이의 수천배로 늘어날 수 있어 고탄성 에너지 저장체가 될 수 있으며, 전기전도성를 가지기 때문에 고성능 센서, 디스플레이 등 다양한 분야에 응용이 기대되고 있다.
도 3은 또 다른 저밀도 물질인 발포금속(metal foam)의 예를 나타내며, 최근에 개발된 나노사이즈 셀로 구성된 발포금속의 경우 8 mg/cm3의 밀도를 갖는 것으로 알려져 있다 (B. C. Tappan et al., J. Am. Chem. Soc. 128, 6589, 2006). 이러한 발포금속은 비록 에어로젤보다는 무겁지만 금속의 전도성과 높은 표면적을 이용하여 전극재료로 유망하며 철, 코발트, 구리, 은 등 다양한 금속으 로 제조될 수 있다.
한편, 이상과 같은 스티로폼, 스펀지, 에어로젤, 발포 금속 등의 저밀도 물질은 내부에 존재하는 불규칙적인 셀이 결함으로 작용하여 기계적 강도(strength) 및 강성도(stiffness)을 저해하는 문제가 있다.
최근의2011년 11월자 Science 지(紙) (T.A. Schaedler, et al., Science, Vol.334. pp.962-965 November 18, 2011.)에는 3차원 격자 트러스 구조를 가지며 밀도가 물의 1/1000 수준의 새로운 개념의 극저밀도 금속 마이크로 격자(micro-lattice)가 소개되었다. 도 4는 금속 마이크로 격자(micro-lattice)의 제조 방법을 나타낸다. 먼저 자외선에 노출되면 고체화되는 액상의 감광성 수지(photo monomer) 벌크에 미세한 구멍이 규칙적으로 천공된 패턴을 갖는 마스크(mask)를 상기 벌크의 특정면에 배치한 상태에서 그 위로 자외선을 조사한다. 마스크를 통과한 다수의 빔(beam) 형태의 자외선에 노출된 액상의 감광성 수지는 고체화된다. 고상 감광성 수지는 액상 감광성 수지보다 밀도가 높기 때문에, 자외선은 고상 감광성 수지 내부로 전반사가 유도되어 분산되지 않고 직진하는 소위 "self propagating" 현상이 발생한다. 자외선 조사 방향을 다르게 하여 이러한 과정을 복수의 방향으로 반복함으로써 액상의 감광성 수지 벌크 내부에 고상 감광성 수지로 이루어진 격자를 형성하게 된다. 고상 감광성 수지 격자로부터 액상 감광성 수지를 제거한 후, 고상 감광성 수지 격자의 표면에 니켈 합금인 NiP를 자기촉매 무전해 (autocatalytic electroless) 도금한 후, 고상 감광성 수지를 화학적 에칭으로 제거함으로써 도 5와 같은 마이크로 격자(micro-lattice)를 완성한다. 완성된 마이크로 격자(micro-lattice)의 전체 외형은 수십mm 수준의 입방체지만 수백 micro-meter의 트러스 요소로 구성되며, 트러스 요소 각각은 100 nano-meter 수준의 벽 두께를 갖는 중공 튜브 형상을 갖게 된다. 이 경우, 마이크로 격자(micro-lattice)의 기하학적 구조는 사용되는 고상 감광성 수지 구조체와 동일하며, 몰드 성형 측면에 있어서는 양각방식으로 이해될 수 있다. 마이크로 격자(micro-lattice)와 같은 다중 스케일(multi-scale)의 계층구조(hierarchical structure)는 경량이면서도 높은 강도를 얻는 방법으로 알려져 있다(T. Bhat, T.G. Wang, L.J. Gibson. SAMPE J. Vol.25 (1989) pp.43, R. Lakes. Nature Vol.361 (1993) pp.511.).
이러한 마이크로 격자(micro-lattice)는 반도체 제조공정으로 잘 확립된 일종의 광 리소그래피(lithography) 기술에 기반을 두고 있으며 극저밀도와 상대적으로 높은 강도와 강성 등의 장점이 있으나, 미세한 마스크 패턴의 직경 사이즈로 인해 가느다란 직경의 자외선 빔의 침투깊이가 최대 수십 mm에 불과하여 대형으로 제작하기가 곤란하고, 면외(out-of-plane) 방향으로만 조사되는 자외선에 의하여 트러스 요소가 만들어지기 때문에 면내(in-plane) 방향으로의 트러스 요소가 결여되어 구조적 안정성이 떨어지는 단점이 있다. 도 6은 마이크로 격자(micro-lattice)의 단위셀에 압축 하중이 인가될 때 붕괴되는 현상을 나타낸 도면이다. 단위셀에 점선으로 표시된 위치에 면내(in-plane) 트러스 요소가 존재하지 않기 때문에 트러스 요소의 수평방향 변형을 억제할 수가 없어 쉽게 굽혀지는 현상이 발생한다.
리소그래피에 기반한 3차원 다공질 구조를 만드는 별도의 방법으로서 본 발명자 중 강기주를 포함한 4인은 대한민국 등록특허 제0794358호에서 고상 벌크에 평행한 다수의 육각기둥 형태의 구멍을 가공하는 방법을 제안하였다. 구체적으로, 서로 60도 또는 120도 방위각을 갖는 면내(in-plane) 3 방향과 면외(out-of-plane) 3방향 등 총 6방향 중 3 방향 내지 6방향으로 육각기둥 형태의 구멍을 가공하는 방식으로, 도 7은 1방향 내지 4방향으로 육각기둥 형태의 구멍을 가공하는 단계별 형상을 나타내고 있다. 최종 제조되는 구조체의 형상은 도 8의 3차원 카고메 트러스(S.Hyun, A.M.Karlsson, S.Torquato, A.G.Evans, 2003. Int. J. of Solids and Structures, Vol.40, pp.6989~6998)와 유사하다. 여기에서 육각기둥 형태의 구멍을 가공하는 방법으로는 방전가공, 고에너지 입자 가공, 레이저 가공 등의 거시적 가공기법 뿐만 아니라 마이크로 미터 크기의 구멍 가공이 가능한 HAR(High Aspect Ratio) MEMS와 같은 초미세 가공법 등이 있다. 도 9는 고에너지 입자 가공시에 사용되는 마스크와 두 방향의 고에너지 빔 입사에 의한 구멍 가공의 개략도를 나타내고 있다. 그러나 이러한 고에너지 입자 가공은 많은 비용이 소요되고 극히 제한적인 기술 분야에서만 적용될 수 있고, 기타의 방법도 미세 구경의 긴 육각기둥 형태의 구멍을 가공하는 것이 비용이나 실용적인 면에서 매우 불리하다. 또한 이러한 방법으로 제조된 3차원 다공질 구조체의 공극률(porosity)은 50% 내지 70% 수준에 불과하다.
본 발명은 광 리소그래피에 기초하여 수백 나노미터의 벽 두께를 갖는 박막으로 이루어진 균일한 3차원 다면체가 공간상에 다수 규칙적으로 배열된 형태를 갖는, 무게 대비 강도 및 강성이 높고 표면적이 큰 극저밀도 3차원 박막 구조체를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 기계적 강성을 저해하지 않으면서도 밀도를 최소화할 수 있는 다면체 형태의 단위셀 격자를 구비한 3차원 박막 구조체를 개발하는 과정에서, 기계적 강성 측면에서는 단위셀 격자의 볼륨을 일정하게 유지하면서도 단위셀 격자의 중량을 최소화하기 위해서는 해당 단위셀 격자를 중공 형태로 구현할 필요성이 있음을 인지하였다. 한편, 본 발명자들은 다면체 형태의 규칙적인 셀 격자를 구비한 3차원 박막 구조체를 미리 모형으로 제작하여 관찰하는 과정에서 구조체의 빈 공간이 특정 방향에 따라 일정한 패턴 형태의 관통부로 관찰됨을 확인하고, 이러한 빈 공간을 몰드로 하여 박막 구조체를 제조하는 방식을 시도하게 되었고, 종래 광 리소그래피를 이용한 마이크로 격자 제조방법을 응용하여 박막 구조체 모형의 관통부 공간을 광 리소그래피에 의해 고상화하여 몰드 형상을 제작한 후 음각 방식으로 몰딩 성형할 경우 중공 다면체 단위셀을 구비한 박막 구조체의 형성이 가능함을 발견하기에 이르렀다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고체 박막으로 이루어진 극저밀도 3차원 박막 구조체를 형성하는 방법으로서, 액상의 감광성 수지 벌크에 각각 정해진 방향으로 서로 다른 패턴의 자외선을 조사하여 상기 수지 벌크의 일부를 경화시키는 단계; 경화되지 않은 액상의 감광성 수지를 제거함으로써 고상의 감광성 수지 구조체를 형성하는 단계; 상기 고상의 감광성 수지 구조체의 표면에 박막을 코팅시키는 단계; 상기 수지 벌크의 맨 바깥쪽 표면에 형성된 상기 박막을 제거하여 고상의 감광성 수지를 노출시키는 단계; 및 고상의 감광성 수지 구조체를 제거하는 단계를 포함하며, 상기 서로 다른 패턴 각각은 소정의 다각형 형상이 인접하여 교대로 배치되는 구조이고, 상기 고상의 감광성 수지 구조체는 복수의 각주가 교차하는 구조를 가지며, 상기 고체 박막으로 이루어진 극저밀도 3차원 박막 구조체는 표면에 평면 요소를 갖는 중공 다면체 단위 셀이 상호 연결되어 반복적으로 형성된 구조로서 상기 고상의 감광성 수지 구조체에 대해 음각 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 극저밀도 3차원 박막 구조체의 제조방법을 제공한다.
이 경우, 상기 자외선 조사는 서로 다른 패턴을 갖는 하나 이상의 마스크를 이용하여 수행될 수 있다.
선택적으로, 상기 자외선 조사는 마스크리스 리소크래피법(maskless lithography )을 이용할 수 있다.
또한, 상기 자외선 조사는 상기 액상의 감광성 수지 벌크의 특정면에서만, 각각의 패턴에 따라 각각의 정해진 방향에서 수행되는 것이 바람직하다.
선택적으로, 상기 자외선 조사는 상기 액상의 감광성 수지 벌크의 2 이상의 면에서, 각각의 패턴에 따라 각각의 정행진 방향에서 수행될 수 있다.
한편, 상기 박막은 금속, 세라믹 또는 폴리머로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 고상의 감광성 수지 구조체의 표면에 박막을 코팅시키는 단계는 동종 또는 이종의 재료를 반복하여 수행하여 복층의 박막을 형성할 수 있다.
이 경우, 상기 복층의 박막을 형성한 후, 층간의 응력을 완화하거나 박리를 억제하기 위한 화학적, 물리적 또는 열적인인 후처리 과정을 더 포함할 수 있다.
선택적으로, 상기 중공 다면체 단위 셀이 점유하는 내부 공간 또는 그 외부 공간 중 어느 하나 또는 양자 모두를 발포성 재료로 충진할 수 있다.
또한, 상기 수지 벌크 맨 바깥쪽 표면에 형성된 박막의 제거는 기계적 연마, 전해 연마 또는 화학적 에칭 방식으로 수행될 수 있다.
또한, 상기 고상 감광성 수지 구조체의 제거는 화학적, 물리적, 열적 또는 광학적인 방법 중 어느 하나의 방식으로 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 단위셀은 Tetrahedron, Cube, Octahedron, Vector Equilibrium, Rhombic dodecahedron 및Kagome 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 따른 제조방법에서는, 극저밀도 3차원 박막 구조체가 복수의 각주가 교차하는 구조를 갖는 고상 감광성 수지 구조체를 몰드로 하여 음각 방식으로 코팅하여 형성됨으로써 결과적으로 표면에 평면 요소를 갖는 중공 다면체 단위 셀이 상호 연결되어 반복적으로 형성된 구조를 가질 수 있다.
이러한 극저밀도 3차원 박막 구조체는, 경량 대비 높은 강도와 강성을 갖기 때문에 경량 구조재로 활용될 수 있으며, 상대적으로 큰 비표면적을 갖기 때문에 열전달 매체 또는 촉매지지체 등의 용도로도 활용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제조방법은 종래 마이크로 격자(micro-lattice) 제조방법과는 달리 마스크 천공부의 구경이 상대적으로 크기 때문에 천공부를 관통하여 조사되는 자외선이 수지 내로 깊게 침투될 수 있어 제품의 대형화가 가능하다.
도 1은 종래 실리카 에어로젤의 제품 사진.
도 2는 종래 MWCNT (Multi-Walled Carbon Nano Tube)의 미세구조 사진.
도 3은 종래 나노사이즈 셀로 구성된 다공질금속(metal foam)의 미세구조 사진.
도 4는 종래 마이크로 격자(micro-lattice)의 제조공정에 대한 개략도.
도 5는 종래 마이크로 격자(micro-lattice)의 구조도.
도 6은 압축 하중이 인가된 종래 마이크로 격자(micro-lattice)의 붕괴현상을 나타내는 모식도.
도 7은 종래 대한민국 등록특허 0794358가 개시하고 있는 경량 구조체의 가공 단계에 대한 모식도.
도 8은 도 7에 따라 제조된 3차원 카고메 트러스 형상의 경량 구조체.
도 9은 종래 대한민국 등록특허 0794358가 개시하고 있는 마스크와 고에너지 빔을 이용한 가공 모식도.
도 10은 본 발명에 따른 극저밀도 3차원 박막 구조체의 제조방법에 대한 개략도.
도 11은 본 발명의 실시예 따른 음각 카코메 단위셀을 구비한 박막 구조체의 구조도.
도 12는 표 1에 따른 단위 셀의 구조도.
도 13 내지 도 24은 본 발명의 실시예에 따른 극저밀도 3차원 박막 구조체를 제조하는 데 사용되는 마스크 및 자외선 조사방향의 실시예에 관한 도면.
도 25 내지 도 34는 도 13 내지 도 24에 따라 제조된 본 발명의 실시예에 따른 극저밀도 3차원 박막 구조체의 구조도.
이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명한다.
도 10은 본 발명에 따른 극저밀도 3차원 박막 구조체의 제조방법에 대한 개략도이다.
먼저, 액상의 감광성 수지 벌크(100)에 서로 다른 패턴을 갖는 하나 이상의 마스크(도면 미도시)를 각각 정해진 방향을 따라 자외선을 조사하여 경화한다. 이 경우, 종래 마이크로 격자 형성과정에서와 마찬가지로, 고상 감광성 수지는 액상 감광성 수지보다 밀도가 높기 때문에 자외선은 먼전 경화된 고상 감광성 수지 내부로 전반사되어 직진하는 "self propagating" 현상에 의해 액상의 감광성 수지 벌크(100) 전체를 관통하여 마스크 패턴에 대응되는 각주 형태의 고상 감광성 수지가 형성된다. 한편, 액상의 감광성 수지 벌크(100)는 용기(도면 미도시) 등에 수용되어 공간상에서 적절히 유지될 수 있다.
다음으로, 경화되지 않은 액상의 감광성 수지(102)를 부어서 제거함으로써 고상의 감광성 수지 구조체(104)를 형성한다. 상기 고상의 감광성 수지 구조체(104) 내부에는 액상의 감광성 수지(102)가 제거된 영역연 빈 공간(200)이 구비된다.
이 경우 형성되는 구조체(104)의 구조 및 해당 구조체(104)를 구성하는 중공 다면체 단위셀은 도 13 내지 도 24에 예시한 바와 같이 사용되는 각각의 마스크의 형태, 감광성 수지 벌크에 대한 마스크의 배치형태 및 자외선 조사방향에 따라 결정될 수 있다. 또한, 마스크의 배치형태는 해당 마스크가 감광성 수지 벌크의 어느 면에 배치되는 지와 어떤 방향으로 배치되는 지를 포함한다.
예컨대, 본 발명의 실시예에 따른 도 13을 참조할 때, 사용되는 마스크의 종류는 총 2종이며, 감강성 수지의 각각의 마스크에 대해서도 별도의 자외선 방향이 선택된다. 구체적으로, 액상의 감광성 수지 벌크(100)의 상면을 X-Y 평면으로 가정할 때, 마스크 배치에 있어서는 2종의 마스크 모두가 액상의 감광성 수지 벌크(100)의 상면에 평행하게 밀착되어 배치되지만, 자외선 조사에 있어서는 마스크에 따라 각각 정해진 방향에 따라 달리 수행된다. 공간상 자외선 조사 방향은 x-y 평면상에서의 조사방향 벡터와 x-z 평면상에서의 자외방향 벡터의 벡터 합으로 결정된다. 도 25는 도 13에 따른 박막 구조체의 구조도를 나타낸다.
한편, 도 25와 동일한 구조의 도 26에 따른 박막 구조체는 본 발명의 다른 실시예인 도 14에 따른 마스크의 종류, 배치 및 자외선 조사 방향에 의해서도 제조될 수 있다. 도 14에서, 사용되는 마스크의 종류는 총 3종이며, 각각의 마스크에 대한 자외선 조사방향은 도 13에서와 마찬가지로 별도로 정해진다. 다만, 도 14의 경우에는 마스크 배치에 있어서 도 13과 달리 1면이 아닌 x-y 면 및 y-z 면의 2면을 기준으로 하여 배치된다.
다시 본 발명의 실시예에 따른 도 10을 참조할 때, 본 발명에서는 상기 각각의 마스크에 소정의 다각형이 인접하여 교대로 천공된 패턴이 구비된 것을 특징으로 한다. 마스크 패턴의 형상이 다각형 형상을 갖기 때문에 상기 고상의 감광성 수지 구조체(104)의 요소는 각주(角柱; prism) 형상을 갖게 된다. 후술하는 바와 같이, 고상의 감광성 수지 구조체(104)는 본 발명의 최종 결과물인 박막 구조체 형성을 위한 몰드로서 기능을 하고, 고상의 감광성 수지 구조체(104)의 각주 형상은 박막 구조체의 단위셀(300) 표면이 평면 요소를 갖게 한다. 이러한 박막 구조체의 단위셀(300)이 갖는 평면 요소는 구조체 자체의 구조적인 강성을 증대시키는 한편, 비표면적을 증대시켜 박막 구조체가 열전달매체 또는 촉매지지체로서 유리하게 활용될 수 있도록 한다.
한편, 종래 마이크로 격자 제조시 사용되는 마스크는 미세한 홀 형태의 패턴은 홀 상호간의 이격거리가 홀 자체의 구경보다 넓은 간격을 두고 형성되어 있기 때문에 감광성 수지에 조사되는 자외선의 빔 구경도 작아 충분한 침투거리를 확보할 수 없다. 이에 따라, 종래 마이크로 격자의 대형화가 어렵다. 이에 대해 본 발명의 경우, 마스크 천공부의 구경이 상대적으로 크기 때문에 감광성 수지에 대한 충분한 침투거리를 확보할 수 있어 구조체의 대형화가 가능하다.
또한, 종래 광 리소그래피를 이용하여 제조되는 마이크로 격자의 경우, 미세한 홀 형태의 패턴이 가공된 단일 종류의 마스크를 이용하여 복수의 방향에서 자외선을 조사함으로써, 이러한 가늘고 긴 복수의 자외선 빔이 3차원 공간 상에서 상호 교차하면서 규칙적인 트러스 형태의 고상 감광성 수지 구조체를 형성하는 반면에, 본 발명의 경우 하나 이상의 마스크를 이용하여 각각 정해진 방향으로 자외선을 조사함으로써, 각주 형태의 자외선 빔이 3차원 공간 상에서 상호 교차하면서 다면체가 규칙적으로 배열된 형태의 고상 감광성 수지 구조체를 형성하는 차이가 있다.
계속하여, 도 10을 참조할 때, 액상 감광성 수지(102)을 제거하여 형성된 고상 감광성 수지 구조체(104)의 전체 표면에 박막을 형성한다. 상기 박막의 형성은 금속박막의 경우 도금, 예컨대 일반적인 전해 또는 무전해 도금 방식으로 수행될 수 있으며 금속과 세라믹, 폴리머 박막의 경우 화학 기상 증착(CVD), 물리기상 증착(PVD), 원자층증착 (ALD) 방식으로도 수행될 수 있다. 무전해 도금의 경우는 화학적 환원 도금의 방식의 일종으로 자기촉매형 도금이 용이하게 적용될 수 있다. 이 경우, 액상 감광성 수지(102)가 제거된 영역인 빈 공간(200)이 모두 채워지는 것은 아니며, 고상 감광성 수지 구조체(104)의 표면에만 고체 박막이 형성되고 상기 빈 공간(104)은 이러한 박막으로 이루어지 구조체의 단위셀(300)의 내부 공간을 형성하게 된다.
상술한 바와 같이, 상기 고상 감광성 수지 구조체(104)는 박막 구조체를 구성하는 단위셀(300)의 몰드로서 기능하는 것이고, 단위셀(300)로 구성된 최종의 박막 구조체를 형성하기 위해서는 제거되어야 한다. 이러한 고상 감광성 수지 구조체(104)의 제거과정은, 고상 감광성 수지 구조체(104)의 표면 중 최초의 수지 벌크의 맨 바깥족 표면에 해당하는 영역에 형성된 박막을 제거하여 고상 감광성 수지 구조체(104)의 외부로 노출시킨 후, 노출된 부분을 통하여 고상 감광성 수지 구조체(104)을 최종적으로 제거하는 방식으로 수행될 수 있다.
먼저, 상기 수지 벌크 맨 바깥쪽 표면에 형성된 박막의 제거는 기계적 연마 또는 화학적 에칭 방식 또는 전해 연마 방식으로 수행될 수 있지만, 선택적 제어 측면에서는 기계적 연마 방식이 유리하다. 화학적 에칭 방식 또는 전해 연마로 수지 벌크 맨 바깥쪽 표면의 박막만을 선택적으로 제거하기 위해서는 에칭액이나 전해액이 구조체 내부로 스며들지 않도록 파라핀과 같은 물질을 이용하여 관통부를 봉쇄할 필요가 있다.
다음으로, 표면의 일부가 노출된 고상 감광성 수지 구조체(104)는 일반적으로 알려진 화학적, 물리적, 생물학적, 열적 또는 광학적인 방식으로 제거함으로써, 도 11에 도시된 바와 같이 단위셀(300) 최종의 극저밀도 3차원 박막 구조체를 형성하게 된다.
도 11을 참조할 때, 단위셀(300)은 수백 나노미터의 박막을 벽체 요소로 하고 내부에는 중공부가 형성된 다면체 구조로서, 공간상에서 각각의 단위셀(300)이 상호 연결되어 반복적으로 형성되어 있는 구조이다.
한편, 본 발명의 특징 중 하나는, 종래의 마이크로 격자와는 달리 단위셀로 구성된 3차원 박막 구조체가 몰드 역할을 하는 상기 고상의 감광성 수지 구조체에 대해 '음각' 방식으로 형성되는 점이다. 구체적으로, 종래 마이크로 격자의 경우 박막으로 이루어진 최종 트러스 구조물이 고상 감광성 수지로 이루어진 격자와 동일한 기하학적인 형상을 하고 있지만, 본 발명의 경우 박막 구조체는 고상의 감광성 수지 구조체의 반대의 기하학적 형상을 갖는다. 이러한 '음각' 방식으로 박막 구조체를 형성하는 경우, 종래 마이크로 격자와는 달리, 불연속적인 구조체 형성이 가능한 장점이 있다. 또한, 자외선 조사의 수가 적어지고, 음각 내부의 고체화된 기둥 형태의 수지의 단면적이 크기 때문에 에칭과 같은 방식으로 해당 고상의 감광성 수지를 제거할 때 에칭 속도가 빨라지는 장점이 있다
또한 본 발명의 또 다른 특징 중 하나는, 마스크 배치를 액상 감광성 수지 벌크(100)의 특정면 한면에 배치한 상태에서 자외선을 조사하여도, 면외 방향에 대해서도 박막 구조체의 격자 요소 형성이 가능하다. 즉, 본 발명에서는 앞서 설명한 바와 같이 '음각' 방식으로 박막 구조체를 형성하는 경우, 고상의 감광성 수지 구조체가 블록 형상을 갖게 되어 예컨대 x-y 면에만 마스크를 배치하고 그 면상에서 마스크의 이동과 여러방향 방향의 자외선 조사로도 z-축 방향으로도 구조체 형성이 가능함을 의미한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 소정 형태의 다면체 셀을 갖는 박막 구조체의 제조방법은, 필요한 마스크 패턴 및 개수, 마스크와 감광성 수지 벌크에 대한 배치 모습(즉, 감광성 수지 벌크에 대한 조사면 개수), 및 각각의 마스크에 대한 자외선 조사방향의 세가지 요소에 특정될 수 있다. 소정의 다면체 단위셀을 갖는 박막 구조체를 제조하는데 필요한 마스크의 종류와 이러한 마스크를 감광성 수지 벌크에 대한 조사면 개수 및 자외선 조사방향과 관련하여 아래의 표 1에 예시하였다.
표 1
다면체 형상 1면 조사 2면 조사
1 마스크 2 마스크 1 마스크 2 마스크
Tetrahedron 2+2 2+2
Cube 3 1+2 3 1+2
Octahedron 4 2+2
Vector Equilibrium 1+4 1+4
Rhombic dodecahedron 1+2 1+2
Kagome 4 1+3
상기 표 1에서, "1 마스크" 열은 사용되는 마스크의 개수 1개임을 의미하며, "2 마스크" 열은 사용되는 마스크의 개수가 2개임을 의미한다. "2 마스크" 열에서, "+" 기호 앞뒤 각각의 숫자는 사용되는 마스크 각각에 대한 자외선 조사 방향에 대한 경우의 수를 나타낸다. 예컨대, 도 25에 도시된 Tetrahedron 형상의 중공 단위셀을 갖는 구조체를 1면 조사로 형성하는 경우, 도 13에 도시된 2종의 마스크를 사용하여 각각의 마스크에 대한 자외선 조사방향을 2가지 경우로 함으로써 가능하다
도 13 내지 도24는 표 1의 각 칸에 대응하는 구체적인 마스크의 형태 및 종류, 각각의 마스크를 감광성 수지 벌크에 대해 배치하는 모습과, 각각의 마스크에 대한 자외선 조사방향을 나타내고, 도 25 내지 도 33은 각각 제조된 박막 구조체의 구조도를 나타낸다. 설명의 편의를 위해, 아래의 표 2의 각 칸에 표1에 대응하는 도면 번호를 요약하였다.
표 2
다면체 형상 1면 조사 2면 조사
1 마스크 2 마스크 1 마스크 2 마스크
Tetrahedron 도13 / 도25 도14 / 도26
Cube 도15 / 도27 도16 / 도28
Octahedron 도17 / 도29 도18 / 도30
Vector Equilibrium 도19 / 도31 도20 / 도31
Rhombic dodecahedron 도21 / 도32 도22 / 도32
Kagome 도23 / 도33 도24 / 도34
다만, 표1 및 표 2와 도 12 내지 도 34에서 개시된 실시예로부터 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 박막 구조체는 동일한 구조체일지라도 마스크 패턴 및 개수, 마스크와 감광성 수지 벌크에 대한 배치 모습(즉, 감광성 수지 벌크에 대한 조사면 개수), 및 각각의 마스크에 대한 자외선 조사방향을 달리하여 제조될 수 있지만, 실용적인 측면에서는 광 리소그래피 기술상 자외선의 침투 깊이에는 한정이 있으므로 생산성을 높이기 위해서는 수지를 깊이(z 축 방향)에 비하여 폭과 길이(x,y 축 방향)가 큰 용기에 넣고 제조하게 될 것이므로 마스크 배치는 가장 넓은 벌크 1면(x-y 평면)에만 하는 것이 바람직하다. 또한 바람직하게는 사용되는 마스크의 종류도 최소한으로 결정되는 것이 좋다.
이상의 설명은, 본 발명의 구체적인 실시예에 관한 것이다. 본 발명에 따른 상기 실시예는 설명의 목적으로 개시된 사항이나 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 이해되지는 않으며, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질을 벗어나지 아니하고 다양한 변경 및 수정이 가능한 것으로 이해되어야 한다.
예컨대, 구현가능한 다면체 셀의 형태는 실시예에 개시된 것에 한정되지 않으며, 실시예에 개시된 다면체 셀을 구현하기 위한 구체적인 마스크의 종류, 배치형태 및 자외선 조사방향도 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상에 기초하여 도 13 내지 도 24에 개시된 것 이외의 방식으로도 구현될 수 있다.
또한, 육면체 체적을 갖는 액상 감광성 수지에 대한 자외선 조사 면에 있어서도 실시예에서의 1면 또는 2면 조사 외에 3면 조사도 가능하다.
한편, 반도체 집적회로 공정에서 정밀도를 높이거나 회로변경을 용이하게 하는 방법으로서 가는 빔(thin beam) 형태로 포커싱된 자외선, 자외선 레이저, 전자빔 또는 이온빔 등를 이용하여 감광성 수지를 직접 노광하는 소위 마스크리스 리소그래피(maskless lithography) 기술이 알려져 있는데 (R. Menon et al.,, Materials Today, Feb. 2005, pp. 26-33), 본 발명에서 고상 수지 구조체를 형성하는 데 있어서도 유용하게 채택될 수 있다. 즉, 앞서 예시한 본 발명의 실시예에서 마스크는 액상 감광성 수지에 단면이 다면체 형상을 갖는 자외선 빔을 유도하기 위해 채택하고 있지만, 마스크리스 리소그래피 기술을 이용하여 실시예에서의 마스크 패턴과 같은 다각형 반복무니 형태의 자외선을 액상의 감광성 수지에 투사함으로써 액상 수지의 일부를 경화시킬 수 있다.
또한, 1차 코팅에 추가하여 동종 또는 다른 재료를 추가로 코팅 또는 도금하여 박막을 복층 구조로 함으로써 셀의 구조를 강화하거나 추가적인 기능을 갖게 하는 것도 가능하다. 이 경우 바람직하게는, 화학적, 물리적 또는 열적인 후처리 공정을 수행하여 코팅 또는 도금된 층간의 물질의 확산, 화학 반응, 합금 현상을 유도함으로써 박막 층간에 발생하는 응력을 완화하거나 층의 박리에 대한 저항을 높일 수 도 있다. 예컨대, 1차적으로 금속을 도금한 후 실리콘과 같은 세라믹 층을 코팅하면 온도 변화 시 두 재료의 열팽창율의 차이 때문에 응력이 발생하며 이것이 층간 분리를 일으키는 원인이 될 수 있으나, 열을 가하여 금속층과 세라믹층 사이에 확산이 일어나게 하면 소위 경사(gradient) 재료가 되어 층간 응력읠 집중을 완화할 수 있다.
또한, 상기 공정이 완료된 후에 또는 음각 수지 내부에 박막을 형성한 후 외부 고상 수지를 제거하기 전 또는 후에, 형성된 다면체 구조체 내부의 빈 공간을 발포성 재료(porous material)로 충진하여, 다면체 구조와 그 내부의 보다 작은 셀 구조로 이루어진 일종의 계층구조(hierarchical structure)를 형성함으로써 무게 증가를 최소화하면서 강도 향상을 도모할 수 있다. 이 경우, 상기 다면체 구조체 내부의 빈 공간은 상기 중공 다면체 단위 셀이 점유하는 내부 공간 또는 그 외부 공간 중 어느 하나 또는 양자 모두를 포함할 수 있다.
따라서, 이러한 모든 수정과 변경은 특허청구범위에 개시된 발명의 범위 또는 이들의 균등물에 해당하는 것으로 이해될 수 있다.

Claims (12)

  1. 고체 박막으로 이루어진 극저밀도 3차원 박막 구조체를 형성하는 방법으로서,
    액상의 감광성 수지 벌크에 각각 정해진 방향으로 서로 다른 패턴의 자외선을 조사하여 상기 수지 벌크의 일부를 경화시키는 단계; 경화되지 않은 액상의 감광성 수지를 제거함으로써 고상의 감광성 수지 구조체를 형성하는 단계; 상기 고상의 감광성 수지 구조체의 표면에 박막을 코팅시키는 단계; 상기 수지 벌크의 맨 바깥쪽 표면에 형성된 상기 박막을 제거하여 고상의 감광성 수지를 노출시키는 단계; 및 고상의 감광성 수지 구조체를 제거하는 단계를 포함하며,
    상기 서로 다른 패턴 각각은 소정의 다각형 형상이 인접하여 교대로 배치되는 구조이고, 상기 고상의 감광성 수지 구조체는 복수의 각주가 교차하는 구조를 가지며, 상기 고체 박막으로 이루어진 극저밀도 3차원 박막 구조체는 표면에 평면 요소를 갖는 중공 다면체 단위 셀이 상호 연결되어 반복적으로 형성된 구조로서 상기 고상의 감광성 수지 구조체에 대해 음각 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 극저밀도 3차원 박막 구조체의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자외선 조사는 서로 다른 패턴을 갖는 하나 이상의 마스크를 이용하는 것을 특징으로 하는, 극저밀도 3차원 박막 구조체의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 자외선 조사는 마스크리스 리소크래피법을 이용하는 것을 특징으로 하는, 극저밀도 3차원 박막 구조체의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 자외선 조사는 상기 액상의 감광성 수지 벌크의 특정면에서만, 각각의 패턴에 따라 각각의 정해진 방향에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 극저밀도 3차원 박막 구조체의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 자외선 조사는 상기 액상의 감광성 수지 벌크의 2 이상의 면에서, 각각의 패턴에 따라 각각의 정행진 방향에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 극저밀도 3차원 박막 구조체의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 박막은 금속, 세라믹 또는 폴리머인 것을 특징으로 하는, 극저밀도 3차원 박막 구조체의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 고상의 감광성 수지 구조체의 표면에 박막을 코팅시키는 단계는 동종 또는 이종의 재료를 반복하여 수행하여 복층의 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는, 극저밀도 3차원 박막 구조체의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 복층의 박막을 형성한 후, 층간의 응력을 완화하거나 박리를 억제하기 위한 화학적, 물리적 또는 열적인인 후처리 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 극저밀도 3차원 박막 구조체의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 중공 다면체 단위 셀이 점유하는 내부 공간 또는 그 외부 공간 중 어느 하나 또는 양자 모두를 발포성 재료로 충진하는 것을 특징으로 하는, 극저밀도 3차원 박막 구조체의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 수지 벌크 맨 바깥쪽 표면에 형성된 박막의 제거는 기계적 연마, 전해 연마 또는 화학적 에칭 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 극저밀도 3차원 박막 구조체의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 고상 감광성 수지 구조체의 제거는 화학적, 물리적, 열적 또는 광학적인 방법 중 어느 하나의 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 극저밀도 3차원 박막 구조체의 제조방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 단위셀은 Tetrahedron, Cube, Octahedron, Vector Equilibrium, Rhombic dodecahedron 및Kagome 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 극저밀도 3차원 금속 구조체의 제조방법.
PCT/KR2013/000873 2012-11-29 2013-02-04 광 리소그래피에 기초한 극저밀도 3차원 박막 구조체의 제조방법 WO2014084447A1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/647,849 US9878472B2 (en) 2012-11-29 2013-02-04 Method for fabricating ultra-low density three-dimensional thin film structure based on photo-lithography

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2012-0136917 2012-11-29
KR20120136917A KR101341216B1 (ko) 2012-11-29 2012-11-29 광 리소그래피에 기초한 극저밀도 3차원 박막 구조체의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014084447A1 true WO2014084447A1 (ko) 2014-06-05

Family

ID=50144068

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2013/000873 WO2014084447A1 (ko) 2012-11-29 2013-02-04 광 리소그래피에 기초한 극저밀도 3차원 박막 구조체의 제조방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9878472B2 (ko)
KR (1) KR101341216B1 (ko)
WO (1) WO2014084447A1 (ko)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101576942B1 (ko) * 2014-03-19 2015-12-22 전남대학교산학협력단 극저밀도 3차원 박막 구조체 제조용 리소그래피 장치
KR101612500B1 (ko) 2014-07-21 2016-04-15 전남대학교산학협력단 구슬을 이용한 극저밀도 3차원 박막 구조체의 제조방법
DE102014215061A1 (de) * 2014-07-31 2016-02-04 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mikromechanische Komponente und Verfahren zu ihrer Herstellung
KR101707138B1 (ko) 2015-10-26 2017-02-16 전남대학교산학협력단 광 리소그래피를 이용한 3차원 박막 샌드위치 구조체 및 그 제조 방법
KR101699943B1 (ko) 2015-11-11 2017-01-25 전남대학교산학협력단 와이어 직조에 기반한 3차원 박막 다공질 구조체 제조방법
KR101696814B1 (ko) 2015-12-01 2017-01-24 전남대학교산학협력단 광 리소그래피를 이용한 극저밀도 3차원 박막 격자 구조체 및 그 제조 방법
KR101988567B1 (ko) 2017-06-01 2019-06-12 전남대학교산학협력단 3차원 막전극조립체, 이를 구비한 연료전지 및 그 제조방법
KR102264043B1 (ko) 2018-04-09 2021-06-10 전남대학교산학협력단 3차원 쉘 구조체, 이를 구비한 압력용기 및 그 제조방법
KR102289462B1 (ko) 2019-03-11 2021-08-11 전남대학교산학협력단 폴리머 구슬 배열에 기초한 3주기 최소 곡면을 갖는 3차원 구조체 제조방법 및 이를 템플릿으로 이용한 3차원 박막 다공질 구조체 제조방법
KR102408857B1 (ko) 2020-07-21 2022-06-13 전남대학교산학협력단 템플릿 없이 3주기 최소 곡면 형태의 박막으로 구성된 3차원 구조체를 제조하는 방법
KR102506382B1 (ko) 2020-08-25 2023-03-03 전남대학교산학협력단 3차원 최소곡면 형태의 분리층 및 이를 구비한 축전지 및 그 제조방법
KR20220040137A (ko) 2020-09-23 2022-03-30 전남대학교산학협력단 최소곡면 형태의 3차원 박형 쉘 구조체를 이용한 열 교환기
KR20210048479A (ko) 2021-04-26 2021-05-03 전남대학교산학협력단 3차원 쉘 구조체, 이를 구비한 압력용기 및 그 제조방법
KR20230052584A (ko) 2021-10-13 2023-04-20 전남대학교산학협력단 최소 곡면 형태의 샌드위치 박막으로 이루어진 3차원 쉘 구조체
CN114433789B (zh) * 2022-01-27 2023-08-25 清华大学 一种易脱芯陶瓷型芯及其制备方法
KR102460784B1 (ko) * 2022-02-15 2022-10-31 경북대학교 산학협력단 다층의 적층 구조에서 uv평행광을 이용하여 입체적 형상의 충격흡수층을 형성하는 방법 및 그 방법에 의하여 형성된 충격흡수층
KR20240030075A (ko) 2022-08-29 2024-03-07 전남대학교산학협력단 Dlc 적층에 의한 금속 박막의 강화방법
KR102669429B1 (ko) 2022-09-19 2024-05-28 서울과학기술대학교 산학협력단 국부적 필터링을 적용한 마이크로셀룰러 구조 열교환기
KR20240056243A (ko) * 2022-10-21 2024-04-30 경북대학교 산학협력단 다층의 적층 구조에서 uv평행광을 이용하여 3차원 구조물을 형성하는 방법 및 그 방법에 의하여 형성된 3차원 구조물

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010050467A (ko) * 1999-09-16 2001-06-15 니시무로 타이죠 3차원 구조 및 그 제조 방법
KR20040086901A (ko) * 2003-03-22 2004-10-13 포스트마이크로 주식회사 자외선 마스크를 이용한 3차원 미세 구조물 제조 방법
JP2004351608A (ja) * 2003-05-07 2004-12-16 Institute Of Physical & Chemical Research ナノ材料の製造方法およびナノ材料
KR20110087163A (ko) * 2010-01-25 2011-08-02 서강대학교산학협력단 광간섭 리소그래피를 이용한 다공성 탄소 구조체의 제조 방법 및 이에 의한 다공성 탄소 구조체
KR20120021647A (ko) * 2010-08-11 2012-03-09 서강대학교산학협력단 3차원 다공성 구조체 및 이의 제조 방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100794358B1 (ko) 2006-12-07 2008-01-15 전남대학교산학협력단 덩어리 고체로 구성된 카고메 트러스와 유사한 형상의 셀을갖는 다층 3차원 다공질 구조체 및 그 제조방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010050467A (ko) * 1999-09-16 2001-06-15 니시무로 타이죠 3차원 구조 및 그 제조 방법
KR20040086901A (ko) * 2003-03-22 2004-10-13 포스트마이크로 주식회사 자외선 마스크를 이용한 3차원 미세 구조물 제조 방법
JP2004351608A (ja) * 2003-05-07 2004-12-16 Institute Of Physical & Chemical Research ナノ材料の製造方法およびナノ材料
KR20110087163A (ko) * 2010-01-25 2011-08-02 서강대학교산학협력단 광간섭 리소그래피를 이용한 다공성 탄소 구조체의 제조 방법 및 이에 의한 다공성 탄소 구조체
KR20120021647A (ko) * 2010-08-11 2012-03-09 서강대학교산학협력단 3차원 다공성 구조체 및 이의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US9878472B2 (en) 2018-01-30
KR101341216B1 (ko) 2014-01-07
US20150306794A1 (en) 2015-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014084447A1 (ko) 광 리소그래피에 기초한 극저밀도 3차원 박막 구조체의 제조방법
Zhang et al. A mechanically driven form of Kirigami as a route to 3D mesostructures in micro/nanomembranes
Zheng et al. A mathematically defined 3D auxetic metamaterial with tunable mechanical and conduction properties
US12006404B2 (en) Self-assembly of shell-based architected materials
Surjadi et al. Mechanical metamaterials and their engineering applications
US11658305B2 (en) Use and fabrication of microscaffolds and nanoscaffolds
Seo et al. Nanopatterning by laser interference lithography: applications to optical devices
US11141888B1 (en) Hollow polymer micro-truss structures containing pressurized fluids
Han et al. A microscopic shell structure with Schwarz’s D-surface
CN107107528B (zh) 具有桁架芯体的弯曲高温合金夹层板和制造方法
KR101699943B1 (ko) 와이어 직조에 기반한 3차원 박막 다공질 구조체 제조방법
US10189226B1 (en) Three-dimensional micro-truss structure
EP2704990A1 (en) Hierarchical carbon nano and micro structures
US20090121182A1 (en) Carbon nanotube foam and method of making and using thereof
Montemayor et al. Materials by design: Using architecture in material design to reach new property spaces
KR20180029454A (ko) 구슬로 배열된 3차원 구조체의 제조방법 및 이를 이용한 3차원 박막 다공질 구조체의 제조방법
KR20170141646A (ko) 리소그라피 및 기타 용도에서 극자외방사선과 함께 사용하기 위한 재료, 구성요소 및 방법
Luan et al. Design and fabrication of heterogeneous, deformable substrates for the mechanically guided 3D assembly
US9862608B1 (en) Patterned structures of graphene and graphitic carbon and methods for their manufacture
WO2013119083A1 (ko) 관통홀을 가지는 프리스탠딩한 고분자 멤브레인 및 그 제조방법
CN105529469A (zh) 一种石墨烯锂电池及其制备方法
JP2013505848A (ja) 三次元のマイクロ構造体、少なくとも２つの三次元のマイクロ構造体を備えたアッセンブリ、マイクロ構造体を製作するための方法およびマイクロ構造体の使用
Eggeler et al. A review on 3D architected pyrolytic carbon produced by additive micro/nanomanufacturing
US5891595A (en) Method of fabricating composite piezo-electric members and a mask used for the fabrication of the same
US20160056474A1 (en) Design, use and fabrication of microscaffolds and nanoscaffolds

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13857878

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14647849

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13857878

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1