KR100760480B1 - 미세 패턴을 구비한 폴리머 시트를 제작하는 방법 - Google Patents

미세 패턴을 구비한 폴리머 시트를 제작하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미세 패턴을 구비한 폴리머 시트의 제작 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 회전 벨트에 부착되어 이동하는 소프트 몰드를 이용하여 미세 패턴을 구비한 폴리머 시트를 대량으로 제작하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 미세 패턴을 구비한 폴리머 시트의 제작 방법은 연속하여 회전하는 벨트에 다수의 소프트 몰드를 장착하고 장착된 소프트 몰드를 이용하여 미세 패턴을 구비한 폴리머 시트를 제작함으로써, 원하는 미세 패턴을 가지는 폴리머 시트를 대량으로 생산할 수 있다. 또한 원하는 미세 패턴을 가지는 다수의 소프트 몰드를 회전 벨트에 부착하여 폴리머 시트를 제작함으로써, 핸드폰의 키패드와 같이 미세 패턴이 그룹으로 이루어져 한 개의 개체를 형성하는 미세 구조물의 생산에 효율적이다.
MEMS, 폴리머 시트, 소프트 몰드, 사진 공정, 포토리소그래피

Description

미세 패턴을 구비한 폴리머 시트를 제작하는 방법{Method for fabricating polymer sheet with micro-patterns}
도 1은 원본 몰드를 제작하는 공정을 설명하는 도면이다.
도 2는 제작된 원본 몰드를 이용하여 금속 몰드를 복제하는 공정을 설명하는 도면이다.
도 3은 제작된 금속몰드를 이용하여 소트트 몰드를 제작하는 공정을 설명하는 도면이다.
도 4는 제작된 다수의 소프트 몰드를 이용하여 미세 패턴을 구비한 폴리머 시트를 제작하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴을 구비한 폴리머 시트의 제작 장치를 도시하고 있다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1: 기판 2: 감광성 수지(photo resist)
3: 자외선 4: 포토 마스크(photo mask)
5: 양성 포토레지스트를 이용한 패턴 6: 음성 포토레지스트를 이용한 패턴
11: 전도성 금속박막 12: 금속몰드
21: PDMS 21: 컨베이어벨트
22: 소프트 몰드 23: 자외선 경화성 수지 배출구
24: 폴리머 필름 25: 장력롤러
26, 27: 제1 압착롤러 28: 자외선 노광부
29: 열풍 노출부 30: 보호필름
31: 제2 압착롤러 32: 회전롤러
본 발명은 미세 패턴을 구비한 폴리머 시트의 제작 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 회전 벨트에 부착되어 이동하는 소프트 몰드를 이용하여 미세 패턴을 구비한 폴리머 시트를 대량으로 제작하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, MEMS란 기계 소자 및 전기 소자(총괄하여, 마이크로 전기기계 장치를 구성하는 마이크로 전기기계 소자)를 제공하여, 시스템 내의 환경 조건을 통제하거나 그 환경 조건에 대응할 수 있는 마이크로 기계를 생산하는 마이크로 전기기계 시스템이다. 이러한 MEMS의 기계 소자 및 전기 소자는 통상적으로 마이크론(1×10-6 미터) 단위의 크기로 형성된다.
MEMS 장치는 시스템의 환경 변화를 탐지하는 마이크로센서, 마이크로센서에 의해 탐지된 변화에 근거하여 결정을 내리는 지능 소자, 및 시스템이 그 환경을 변화시키는 데에 사용되는 마이크로액추에이터 등을 포함한다. 예시적으로 MEMS 장치 는 잉크젯-프린터 카트리지, 자동차의 에어백을 디플로이하는 가속도계, 및 관성유도 시스템 등을 포함한다.
통상적으로 MEMS 공정을 이용하여 미세 패턴을 구비한 폴리머 시트를 제작하기 위해 금속 몰드를 제작하고 제작된 금속 몰드에 자외선 경화성 수지를 도포한다. 도포된 자외선 경화성 수지 위에 폴리머 시트를 부착하고 압착기를 이용하여 금속 몰드와 폴리머 시트 사이의 자외선 경화성 수지를 골고루 분포시킨 후, 상기 자외선 경화성 수지에 자외선을 조사하여 미세패턴을 구비한 폴리머 시트를 제조한다.
상기에서 설명한 통상의 미세 패턴을 구비한 폴리머 시트의 제작 방법은 다수의 폴리머 시트를 제작하기 위해 동일한 폴리머 시트의 제작 방법을 반복하여야 하며 따라서 다수의 폴리머 시트를 제작하는데 많은 시간과 비용이 소비된다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 목적은 회전 벨트에 부착되어 이동하는 소프트 몰드를 이용하여 미세 패턴을 구비한 폴리머 시트를 대량으로 제작할 수 있는 폴리머 시트의 제작 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 폴리머 시트의 제작 방법은 사진 공정(photolithography)을 이용하여 소정의 미세 패턴을 구비한 소프트 몰드를 제작하는 단계(a 단계), 제작된 소프트 몰드의 미세 패턴이 위를 향하도록 회전하는 벨트에 다수의 소프트 몰드를 소정 간격으로 부착하는 단계(b 단계), 소프트 몰드의 미세 패턴에 경화성 수지 가 충진되도록 도포하는 단계(c 단계), 경화성 수지를 도포한 소프트 몰드 위에 폴리머 시트(sheet)를 덮고 경화성 수지를 도포한 소프트 몰드와 폴리머 시트를 서로 가압 밀착하는 단계(d 단계) 및 가압 밀착된 경화성 수지를 경화시키는 단계(e 단계)를 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참고로 본 발명에 따른 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 원본 몰드(master mold)를 제작하는 공정을 설명하는 도면이다.
도 1a과 1b를 참고로, 기판(1) 위에 포토레지스트(photoresist, 2)를 도포한다. 기판(1)으로는 실리콘 웨이퍼 또는 유리가 바람직하다. 도 1c를 참고로, 포토레지스트(2)가 도포된 기판(1) 위에 포토마스크(4)를 정렬시킨 후, 자외선(3)를 조사한다. 자외선(3)이 조사된 기판(1)상의 포토레지스트(2)를 현상하면, 포토레지스트 종류에 따라 기판 위에 도포된 포토 레지스트는 양성 포토레지스트인 경우 도 1d와 같이 자외선을 조사한 영역이 없어지고, 음성 포토레지스트인 경우 도 1e와 같이 자외선을 조사한 영역에 패턴이 형성된다. 본 발명이 적용되는 분야에 따라 음성 포토레지스트 또는 양성 포토레지스트를 이용하여 미세 패턴을 가지는 원본 몰드를 제작한다.
도 2는 도 1의 원본 몰드를 이용하여 금속 몰드를 복제하는 공정을 설명하는 도면이다. 상기 제작된 원본 몰드의 미세 패턴을 곧바로 PDMS로 복제하는 경우 다수의 소프트 몰드를 복제하기 어렵기 때문에 금속 몰드를 제작하고 제작된 금속 몰드를 이용하여 소프트 몰드를 복제한다.
도 2a와 도 2b를 참고로, 제작된 원본 몰드에 전도성 금속을 박막(11)으로 코팅한다. 바람직하게, 박막 코팅된 금속은 Ti를 사용하며, 두께는 100Å ~ 1㎛로 코팅한다. 도 2c와 도 2d를 참고로, 코팅된 전도성 박막(11)에 금속을 전기 도금하여 금속 몰드(12)를 제작한다. 바람직하게, 전기 도금을 위한 금속은 Ni을 사용한다.
도 3은 제작된 금속몰드를 이용하여 소트트 몰드를 제작하는 공정을 설명하는 도면이다.
도 3a와 도 3b를 참고로, 경화성 수지(21)를 상기 제작된 금속 몰드(12)의 미세 패턴에 도포한다. 경화성 수지(12)의 도포시 금속몰드(12) 위에 형성되는 기포로 인해 금속 몰드(12)의 미세 패턴 내로 경화성 수지(12)가 불완전하게 충진될 수 있으며 이를 방지하기 위해 진공챔버를 이용하여 경화성 수지를 충진시킨다. 경화성 수지(21)는 PDMS와 경화제를 혼합하여 만든다. 바람직하게, 상기 경화성 수지(21)는 다우코닝사의 Sylgard 184와 경화제를 10:1의 비율로 혼합하여 제조한다.
상기 미세 패턴에 도포되는 경화성 수지(21)는 열 경화성 수지, 광 경화성 수지, 자외선 경화성 수지가 사용될 수 있으며, 이하에는 자외선 경화성 수지를 그 예로 설명하도록 한다. 바람직하게 상기 미세 패턴에 도포되는 자외선 경화성 수지(21)는 상온에서 200 ~ 20,000 cps의 점도를 가지며 자외선 연질 세그먼트와 경질 세그먼트(soft or hard segment)의 올리고머, 결합제(binder), 가소제(plasticizer), 용매(solvent)를 혼합하여 제조된다.
도 3c를 참고로, 미세 패턴에 완전히 충진된 경화성 수지(12)는 경화과정을 거친 후 금속 몰드(12)와 분리하여 소프트 몰드(22)를 제작한다. 소프트 몰드(22)는 그 표면이 매끈하고 표면에너지가 금속보다 낮아서 몰드로 사용시 우수한 분리 특성을 가진다.
도 4는 제작된 다수의 소프트 몰드를 이용하여 미세 패턴을 구비한 폴리머 시트를 제작하는 과정을 설명하는 도면이다.
금속 몰드(12)로부터 복제된 다수의 소프트 몰드(22)를 미세 패턴이 위를 향하도록 회전롤러(32)에 의해 회전하는 컨베이어 벨트(21) 위에 부착한다. 상기 켄베이어 벨트(21) 위에 부착되는 다수의 소프트 몰드(22)는 서로 일정한 간격으로 부착된다.
한편, 소프트 몰드(22)는 미끄러짐이 없도록 컨베이어 벨트(21)에 부착되어야 하며, 소프트 몰드(22)의 파손시 새로운 소프트 몰드(22)로 교체되어야 한다. 따라서 소프트몰드(22)를 부착할 수 있는 지그(jig)가 필요하며 바람직하게 컨베이어 벨트(21)와 소프트 몰드(22) 사이에 진공을 부가하여 압착하는 방식의 지그가 사용될 수 있다.
자외선 경화성 수지 배출구(23)로부터 배출된 자외선 경화성 수지는 컨베이어 벨트(21) 위에 부착되어 이동하는 소프트 몰드(22)의 미세 패턴에 차례로 도포된다. 소프트 몰드(22)의 미세 패턴에 균일하게 도포된 자외선 경화성 수지는 소프트 몰드(22)의 미세 패턴 내부로 충진되며, 충진된 자외선 경화성 수지는 자외선 조사함으로써 경화된 미세패턴을 형성하게 된다.
폴리머 시트(24)가 제1 압착 롤러(26, 27)에 의해서 가압 밀착되기 전, 공기의 트랩을 방지하기 위해 장력 롤러(25)는 폴리머 시트(24)에 장력을 가한다. 제1 압착 롤러(26, 27)는 자외선 경화성 수지를 도포한 소프트 몰드(22)와 폴리머 시트(24)를 서로 가압하여 밀착시킨다. 자외선 경화성 수지는 제1 압착 롤러(26, 27)에 의해 미세 패턴의 형상으로 변화되며 폴리머 시트(24)는 미세 패턴의 지지체 역할을 하게 된다. 바람직하게, 상기 폴리머 시트(24)는 투명재질로 이루어지며, 투명한 폴리머 시트(24)의 재질은 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에테르술폰(polyethersufone), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리에스터(polyester) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다. 본 발명이 적용되는 분야에 따라 상온에서 열에 대한 변형이나 외부 힘에 의해 변형이 많지 않은 다른 재질의 폴리머 시트가 사용될 수 있으며 이는 본 발명의 범위에 속한다.
자외선 노광부(28)는 가압 밀착된 폴리머 시트(24)의 상부에 자외선을 조사하며, 투명한 폴리머 시트(24)를 통과한 자외선은 미세 패턴의 자외선 경화성 수지를 경화시킨다.
열풍 노출부(29)는 상기 경화된 미세패턴의 자외선 경화성 수지에 열풍을 노출시키며, 상기 경화된 미세패턴의 자외선 경화성 수지는 열풍에 의해 더욱 견고하게 경화된다. 폴리머 시트(24)에 견고하게 가압 밀착된 자외선 경화성 수지는 소프트 몰드(22)와 분리되며, 제2 압착 롤러(31)는 분리된 자외선 경화성 수지에 구비된 미세 패턴을 보호하기 위해 보호필름(30)을 미세 패턴 위에 도포한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 패턴을 구비한 폴리머 시트의 제작 장치를 도시하고 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명에 따른 미세 패턴을 구비한 폴리머 시트의 제작 방법은 연속하여 회전하는 벨트에 다수의 소프트 몰드를 장착하고 장착된 소프트 몰드를 이용하여 미세 패턴을 구비한 폴리머 시트를 제작함으로써, 원하는 미세 패턴을 가지는 폴리머 시트를 대량으로 생산할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 미세 패턴을 구비한 폴리머 시트의 제작 방법은 원하는 미세 패턴을 가지는 다수의 소프트 몰드를 이용하여 폴리머 시트를 제작함으로써, 핸드폰의 키패드와 같이 미세패턴이 그룹으로 이루어져 한 개의 개체를 형성하는 미세 구조물의 생산에 효율적이다.

Claims (7)

  1. (a) 사진 공정(photolithography)을 이용하여 소정의 미세 패턴을 구비한 소프트 몰드를 제작하는 단계;
    (b) 상기 제작된 소프트 몰드의 미세 패턴이 위를 향하도록 회전하는 벨트에 다수의 소프트 몰드를 소정 간격으로 부착하는 단계;
    (c) 상기 소프트 몰드의 미세 패턴에 경화성 수지가 충진되도록 도포하는 단계;
    (d) 상기 경화성 수지를 도포한 소프트 몰드 위에 폴리머 시트(sheet)를 덮고 상기 경화성 수지를 도포한 소프트 몰드와 폴리머 시트를 서로 가압 밀착하는 단계; 및
    (e) 상기 가압 밀착된 경화성 수지를 경화시키는 단계를 포함하는 폴리머 시트의 제작 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 경화성 수지는
    자외선 경화성 수지이며,
    상기 도포된 자외선 경화성 수지는 조사되는 자외선에 의해 경화되는 폴리머 시트의 제작 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 (a) 단계는
    사진 공정을 이용하여 소정의 미세 패턴을 가지는 원본 몰드(master mold)를 제작하는 단계;
    상기 제작된 원본 몰드의 미세 패턴를 전기 도금한 후, 소정의 금속을 전기 도금된 미세 패턴에 주입하여 금속 몰드를 제작하는 단계; 및
    상기 제작된 금속 몰드에 PDMS(polydimethylsiloxane)를 주입하여 소프트 몰드를 복제하는 단계를 포함하는 폴리머 시트의 제작 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리머 시트의 제작 방법은
    상기 경화된 경화성 수지에 열풍을 가하는 단계를 더 포함하는 폴리머 시트의 제작 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 폴리머 시트의 제작 방법은
    상기 경화된 경화성 수지를 소프트 몰드로부터 분리하고 미세 패턴이 형성된 폴리머 시트에 상기 미세 패턴을 보호하기 위한 보호 필름을 부착하는 단계를 더 포함하는 폴리머 시트의 제작 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 소프트 몰드는
    지그(jig)에 의해 상기 벨트에 고정 부착되는 폴리머 시트의 제작 방법.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 경화성 수지를 도포한 소프트 몰드와 폴리머 시트는
    두 개의 압착 롤러에 의해 가압 밀착되는 폴리머 시트의 제작 방법.
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