KR102370558B1 - Method for manufacturing master on which nano-sized or micro-sized stuructures are formed - Google Patents

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Abstract

본 발명은 나노 또는 마이크로 구조물이 형성된 마스터를 제작하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 나노 또는 마이크로 구조물이 형성된 마스터를 제작하는 방법은 복제 공정을 위한 마스터를 제작하는 방법에 있어서, 반복적인 성형 공정을 위한 내구성을 가지는 모재를 준비하는 단계 및 상기 모재 상에 증착 물질을 증착시켜 나노 또는 마이크로 크기의 구조물을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a method for manufacturing a master having a nano or micro structure formed therein, and the method for manufacturing a master having a nano or micro structure according to the present invention is a method for manufacturing a master for a replication process, a repetitive molding process It characterized in that it comprises the steps of preparing a base material having durability for the step and depositing a deposition material on the base material to form a nano- or micro-sized structure.

Description

나노 또는 마이크로 구조물이 형성된 마스터를 제작하는 방법{METHOD FOR MANUFACTURING MASTER ON WHICH NANO-SIZED OR MICRO-SIZED STURUCTURES ARE FORMED}Method of manufacturing a master with nano or micro structures formed

본 발명은 나노 또는 마이크로 구조물이 형성된 마스터를 제작하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나노 패턴, 마이크로 패턴, 또는 다양한 크기의 미세 패턴이 혼재되어 있는 패턴의 복제 공정을 위한 금형을 구성하는 나노 또는 마이크로 구조물이 형성된 마스터를 제작하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a master in which nano or micro structures are formed, and more particularly, nano or micro patterns constituting a mold for duplicating a pattern in which nano patterns, micro patterns, or micro patterns of various sizes are mixed. It relates to a method of manufacturing a master in which microstructures are formed.

최근 바이오 소자나 소수성 표면 제품, 미세 구조에 의한 색상 구현 제품 등 다양한 산업의 제품에서 마이크로 이하에서 수백 마이크로 미터 크기의 표면 구조가 혼재된 사례가 증가하고 있다.Recently, in products of various industries, such as bio devices, hydrophobic surface products, and color realization products using microstructures, the cases of mixed surface structures with sizes ranging from micro to several hundred micrometers are increasing.

예를 들어, 미세유로나 미세구조로 구성되는 바이오 소자의 경우, 미세한 반응이나 유량 제어를 위해서 수마이크로나 서브마이크로 크기의 유로 적용이 늘어나고 있으나, 이러한 경우에도 외부 시스템이나 사용자와의 호환을 위해서는 수백 마이크로 혹은 수밀리 크기의 유로 및 구조의 적용이 필요하다.For example, in the case of a microchannel or a bio device composed of a microstructure, the application of a microchannel or submicrometer size flow path is increasing for fine reaction or flow control, but even in this case, hundreds of It is necessary to apply micro or several millimeter-sized flow paths and structures.

또한, 제어하고자 하는 대상 물질의 크기나 시료 혹은 유동 특성에 따라 수십나노에서 수백마이크로 크기의 구조가 동시에 필요하기도 한다.In addition, depending on the size, sample, or flow characteristics of the target material to be controlled, a structure with a size of several tens of nanometers to several hundred micrometers is required at the same time.

이와 같이 표면에 미세한 양각 혹은 음각의 패턴이나 구조가 적용된 제품을 성형과 같은 복제 공정을 통해서 제작하기 위해서는, 표면에 반대 방향의 양각 또는 음각으로 패턴이나 구조가 가공되어 성형이나 복제 공정을 위하여 반복적으로 사용할 수 있는 마스터 혹은 템플레이트가 필요하다. In order to produce a product with a fine embossed or engraved pattern or structure applied to the surface as described above through a replication process such as molding, the pattern or structure is processed with embossed or engraved pattern or structure in the opposite direction to the surface and repeatedly for the molding or replication process. You need a master or template that you can use.

종래에 이러한 마스터 혹은 템플레이트의 가공은 기계적 절삭 가공, 레이저 가공, 화학적 식각 공정, 리소그래피 공정 및 전주 도금 공정 등 다양한 가공 공정이 패턴의 크기, 형상, 가공 면적 및 가공 모재 등을 고려하여 적용되어 왔다. 그러나 이러한 다양한 가공 방법에도 불구하고, 대량 제조를 위해 반복되는 복제 공정에 적용되기 위해서는 금속 모재를 기반으로 한 마스터 혹은 템플레이트의 제작이 필요하다.Conventionally, in the processing of such a master or template, various processing processes such as mechanical cutting processing, laser processing, chemical etching process, lithography process, and electroplating process have been applied in consideration of the size, shape, processing area and processing base material of the pattern. However, in spite of these various processing methods, it is necessary to manufacture a master or template based on a metal base material in order to be applied to the repeated replication process for mass production.

내구성이 우수한 금속 모재에 기계적 가공을 통해 수십 마이크로 이상 크기의 표면 패턴이나 구조를 직접 가공하는 것이 가능하며, 이는 금속 모재를 기반으로 하기 때문에 높은 압력이나 온도가 적용되는 복제 공정 혹은 대량의 복제 공정에 대한 마스터 혹은 템플레이트로의 적용이 가능하나, 수마이크로미터 이하의 표면 패턴이나 구조에 기계적 가공법을 적용할 수는 없다. It is possible to directly process surface patterns or structures with a size of several tens of micrometers or more through mechanical processing on a metal base material with excellent durability. It can be applied as a master or template for the

이에, 기계적 가공이 어려운 수마이크로 이하의 표면 패턴이나 구조의 경우 실리콘 웨이퍼, 글래스 기판 등에 노광, 현상 및 식각 등의 리소그래피 공정에 의해 상기 패턴이나 구조를 가공하는 방법이 일반적으로 적용되고 있다.Accordingly, in the case of a surface pattern or structure of several micrometers or less, which is difficult to mechanically process, a method of processing the pattern or structure by a lithography process such as exposure, development, and etching on a silicon wafer or a glass substrate is generally applied.

하지만, 실리콘 웨이퍼, 글래스 기판에 미세 패턴이나 구조가 가공된 마스터 혹은 템플리트는 고압이나 고온이 적용되는 복제 공정이나 대량의 복제 공정에는 내구성의 문제로 적용이 어렵다.However, it is difficult to apply a master or template in which a fine pattern or structure is processed on a silicon wafer or a glass substrate to a replication process where high pressure or high temperature is applied or a large-scale replication process due to durability problems.

이를 해결하기 위하여 실리콘 웨이퍼, 글래스 기판에 패턴 또는 구조가 가공된 면에 대해서 니켈과 같은 금속 소재를 전해 혹은 무전해 도금 등을 통하여 패턴을 복제한 얇은 기판 형태의 스탬퍼를 제작하여 활용하기도 한다.In order to solve this problem, a stamper in the form of a thin substrate that replicates the pattern through electrolytic or electroless plating of a metal material such as nickel on the surface on which a pattern or structure is processed on a silicon wafer or glass substrate is also used.

그러나, 이와 같은 제작 공정에 의한 스탬퍼는 기계가공이 유리한 크기와 형상의 표면 패턴이나 구조와 수마이크로 미터 이하의 패턴이나 구조가 혼재하는 경우 가공 공정이 매우 복잡해지거나 가공이 불가능한 경우가 발생한다. However, in the case of a stamper by such a manufacturing process, when a surface pattern or structure of a size and shape advantageous for machining and a pattern or structure of several micrometers or less are mixed, the processing process becomes very complicated or processing is impossible.

또한 사출 성형과 같이 고온 고압의 조건에서 성형이 이루어지는 경우, 내구성이 우수한 금형강과 같은 금속 소재를 이용하여 블록 형태로 가공된 부품으로 금형이 구성되는데, 스탬퍼 형태의 경우 이러한 금형에 장착되어 사용되는 데에 제한이 있으며, 체결 구조나 가공 공정 문제 등에 의해 적용 제품의 형상, 예를 들면 곡면형태의 표면을 가지는 제품 등에 대해서 제한이 생긴다는 문제점이 있다.In addition, when molding is performed under conditions of high temperature and high pressure, such as injection molding, the mold is composed of parts processed in a block shape using a metal material such as mold steel with excellent durability. There is a problem in that there is a limitation in the shape of the applied product, for example, a product having a curved surface, etc. due to a problem in the fastening structure or processing process.

대한민국 등록특허 제10-0768329호Republic of Korea Patent Registration No. 10-0768329

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 반복적인 성형 공정에 대한 내구성을 가지는 금속 모재 상에 마이크로 또는 나노 크기의 미세 구조물을 직접 가공하는 방법으로 나노 또는 마이크로 구조물이 형성된 마스터를 제작하는 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve such a problem in the prior art, in which nano or microstructures are formed by directly processing micro or nano-sized microstructures on a metal base material having durability against repetitive molding processes. To provide a method for manufacturing a master.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 복제 공정을 위한 마스터를 제작하는 방법에 있어서, (a) 반복적인 성형 공정을 위한 내구성을 가지는 모재를 준비하는 단계; 및 (b) 상기 모재 상에 증착 물질을 증착시켜 나노 또는 마이크로 크기의 구조물을 형성하는 단계를 포함하는 나노 또는 마이크로 구조물이 형성된 마스터를 제작하는 방법에 의해 달성될 수가 있다. The above object is, according to the present invention, in a method of manufacturing a master for a replication process, comprising the steps of: (a) preparing a base material having durability for a repetitive molding process; and (b) depositing a deposition material on the base material to form a nano- or micro-sized structure.

여기서, 상기 (b) 단계는 상기 모재 위에 나노 또는 마이크로 크기의 패턴이 형성된 쉐도우 마스크(shadow mask)를 정렬시켜 상기 모재에 상기 증착 물질을 증착시키는 단계; 및 상기 쉐도우 마스크를 제거하는 단계를 포함할 수가 있다. Here, the step (b) may include depositing the deposition material on the base material by aligning a shadow mask in which a nano- or micro-sized pattern is formed on the base material; and removing the shadow mask.

여기서, 상기 (b) 단계는 상기 모재에 포토 레지스트(photo resist) 층을 형성하는 단계; 상기 모재 위에 나노 또는 마이크로 크기의 패턴 제작을 위한 마스크를 정렬시켜 노광 및 식각에 의해 상기 포토 레지스트 층에 나노 또는 마이크로 크기의 패턴을 형성하는 단계; 상기 나노 또는 마이크로 크기의 패턴이 형성된 포토 레지스트 층을 통해 상기 모재에 상기 증착 물질을 증착시키는 단계; 및 상기 포토 레지스트 층을 리프트 오프(lift-off)시키는 단계를 포함할 수가 있다. Here, the step (b) comprises: forming a photo resist layer on the base material; forming a nano- or micro-sized pattern on the photoresist layer by aligning a mask for producing a nano- or micro-sized pattern on the base material and performing exposure and etching; depositing the deposition material on the base material through the photoresist layer on which the nano- or micro-sized pattern is formed; and lifting the photoresist layer off.

여기서, 상기 (a) 단계는 상기 모재의 증착면 상에 상기 증착되는 구조물보다 더 큰 크기의 구조물을 가공하는 단계를 더 포함할 수가 있다. Here, the step (a) may further include processing a structure having a size larger than that of the deposited structure on the deposition surface of the base material.

여기서, 상기 (a) 단계 이후에 상기 모재의 증착면 상에 상기 모재와 상기 증착되는 구조물 사이의 계면 접착력을 향상시키는 접착층을 형성하는 단계를 더 포함할 수가 있다. Here, after step (a), the method may further include forming an adhesive layer on the deposition surface of the base material to improve interfacial adhesion between the base material and the structure to be deposited.

여기서, (b) 단계 이후에 상기 모재 및 증착 구조물을 가열시켜 열처리를 하는 단계를 더 포함할 수가 있다. Here, after step (b), the method may further include heating the base material and the deposition structure to perform heat treatment.

여기서, 스퍼터링 또는 전자빔증발법으로 상기 증착 물질을 증착시킬 수가 있다. Here, the deposition material may be deposited by sputtering or electron beam evaporation.

여기서, 상기 모재는 니켈(Ni), 써스(SUS), 황동, 동, 금형강, 지르코늄(Zr), 스틸, 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 중 어느 하나로 형성될 수가 있다. Here, the base material may be formed of any one of nickel (Ni), SUS (SUS), brass, copper, mold steel, zirconium (Zr), steel, titanium (Ti), and chromium (Cr).

여기서, 상기 증착 물질은 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 금(Au), 백금(Pt), 구리(Cu), 철(Fe), 아연(Zn), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 주석(Sn), 하프늄(Hf), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 로렌슘(Lr) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수가 있다. Here, the deposition material is nickel (Ni), titanium (Ti), chromium (Cr), aluminum (Al), gold (Au), platinum (Pt), copper (Cu), iron (Fe), zinc (Zn) , at least one of zirconium (Zr), molybdenum (Mo), ruthenium (Ru), palladium (Pd), tin (Sn), hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W), and Laurentium (Lr) may include

여기서, 상기 접착층은 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr), 로렌슘(Lr), 텅스텐(W), 탄탈럼(Ta), 니오븀(Nb), 이산화 타이타늄(TiO2), 산화 니켈(nickel oxide), 질화티타늄(TiN) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 물질로 형성될 수가 있다. Here, the adhesive layer is titanium (Ti), chromium (Cr), zirconium (Zr), Laurentium (Lr), tungsten (W), tantalum (Ta), niobium (Nb), titanium dioxide (TiO 2 ), nickel oxide (nickel oxide) and titanium nitride (TiN) may be formed of a material including at least one.

상기한 바와 같은 본 발명의 나노 또는 마이크로 구조물이 형성된 마스터를 제작하는 방법에 따르면, 나노 또는 마이크로 크기의 미세 패턴 또는 구조물을 복제 성형하기 위해 종래에 복잡하고 고비용의 리소그래피 공정 및 전주 도금 공정에 의해 제작되었던 스탬퍼를 제작하는 것과 비교하여, 금속 모재상에 증착 공정을 통해 미세 패턴이 형성된 마스터를 간단하고 빠르게 제작할 수 있다는 장점이 있다.According to the method of manufacturing the master on which the nano or micro structure of the present invention is formed as described above, it is conventionally manufactured by a complicated and expensive lithography process and an electroplating process for replica molding a nano or micro-sized micro-pattern or structure. Compared to manufacturing a stamper that has been used, there is an advantage in that it is possible to simply and quickly manufacture a master in which a fine pattern is formed through a deposition process on a metal base material.

또한, 종래에 가공이 어려웠던 수백마이크로 크기와 수십 나노 크기의 표면 구조가 혼재되어 있는 복합 패턴에 대해서도 고온 고압 공정인 사출 성형 공정에 적용이 가능한 수준의 높은 내구성을 가지는 금속 등의 소재에 직접 가공이 가능하여 관련 제품의 실용화 및 양상화에 기여할 수 있다는 장점도 있다. In addition, even for complex patterns in which surface structures of hundreds of micro and tens of nano sizes, which were previously difficult to process, are mixed, direct processing is possible on materials such as metals with high durability that can be applied to the injection molding process, which is a high-temperature and high-pressure process. There is also the advantage of being able to contribute to the commercialization and commercialization of related products.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 또는 마이크로 구조물이 형성된 마스터를 제작하는 방법의 제작 과정을 나타내는 도면이다.
도 2는 접착층을 적용한 도 1의 변형례이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 나노 또는 마이크로 구조물이 형성된 마스터를 제작하는 방법의 제작 과정을 나타내는 도면이다.
도 4는 접착층을 적용한 도 1의 변형례이다.
도 5는 모재의 증착면 상에 1차 패턴을 미리 가공하고 본 발명에 따라 모재에 미세 구조물을 증착하여 제작된 혼재된 패턴 구조물을 가지는 마스터를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따라 실제 제작된 마스터를 도시한다.1 is a diagram illustrating a manufacturing process of a method for manufacturing a master having a nano or micro structure formed therein according to an embodiment of the present invention.
2 is a modified example of FIG. 1 to which an adhesive layer is applied.
3 is a view showing a manufacturing process of a method of manufacturing a master in which a nano- or micro-structure is formed according to another embodiment of the present invention.
4 is a modified example of FIG. 1 to which an adhesive layer is applied.
5 is a view showing a master having a mixed pattern structure manufactured by pre-processing the primary pattern on the deposition surface of the base material and depositing the microstructure on the base material according to the present invention.
6 shows a master actually manufactured according to the present invention.

실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.The specific details of the embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다 Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 나노 또는 마이크로 구조물이 형성된 마스터를 제작하는 방법을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings for explaining a method of manufacturing a master in which nano or microstructures are formed according to embodiments of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 또는 마이크로 구조물이 형성된 마스터를 제작하는 방법의 제작 과정을 나타내는 도면이고, 도 2는 접착층을 적용한 도 1의 변형례이고, 도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 나노 또는 마이크로 구조물이 형성된 마스터를 제작하는 방법의 제작 과정을 나타내는 도면이고, 도 4는 접착층을 적용한 도 1의 변형례이고, 도 5는 모재의 증착면 상에 1차 패턴을 미리 가공하고 본 발명에 따라 모재에 미세 구조물을 증착하여 제작된 혼재된 패턴 구조물을 가지는 마스터를 도시하는 도면이고, 도 6은 본 발명에 따라 실제 제작된 마스터를 도시한다.1 is a view showing a manufacturing process of a method of manufacturing a master in which a nano or microstructure is formed according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a modification of FIG. 1 to which an adhesive layer is applied, and FIG. 3 is another embodiment of the present invention It is a view showing a manufacturing process of a method of manufacturing a master in which nano or microstructures are formed according to an embodiment, FIG. 4 is a modification of FIG. 1 to which an adhesive layer is applied, and FIG. 5 is a primary pattern on the deposition surface of the base material. It is a view showing a master having a mixed pattern structure fabricated by pre-processing and depositing a microstructure on a base material according to the present invention, and FIG. 6 shows a master actually fabricated according to the present invention.

본 발명에 따른 나노 또는 마이크로 구조물(120)이 형성된 마스터(100)를 제작하는 방법은, 사출 성형과 같은 복제 공정에 있어서 금형에 사용되는 마스터(100)의 제작과 관련되고, 특히 나노 또는 마이크로 크기의 미세 유로 또는 패턴을 형성하기 위한 나노 또는 마이크로 크기의 미세 구조물(120)이 형성된 마스터(100)의 제작 방법과 관련된다. The method of manufacturing the master 100 on which the nano or micro structure 120 is formed according to the present invention is related to the preparation of the master 100 used in a mold in a replication process such as injection molding, and particularly in nano or micro size. It relates to a method of manufacturing the master 100 in which nano- or micro-sized microstructures 120 for forming micro-channels or patterns of

먼저, 전술한 바와 같이 종래에 실리콘 웨이퍼 또는 유리 기판 상에 미세 패턴을 형성하고 도금 등의 방법으로 스탬퍼를 제작하는 것과 달리, 본 발명에서는 고온 고압의 성형 공정에서 적용이 가능한 수준의 높은 내구성을 가지며 일반적인 금형 구조에 안정적으로 적용이 가능한 금속 등의 재질로 형성되는 모재(110)에 마이크로 또는 나노 크기의 미세 구조물(120)을 직접 가공하도록 한다. First, as described above, in the present invention, unlike the conventional fabrication of a stamper by forming a fine pattern on a silicon wafer or a glass substrate and plating, it has a high level of durability that can be applied in a high-temperature and high-pressure molding process. The micro- or nano-sized microstructure 120 is directly processed on the base material 110 formed of a material such as metal that can be stably applied to a general mold structure.

이때, 모재(110)의 재질은 니켈(Ni), 써스(SUS), 황동, 동, 금형강, 지르코늄(Zr), 스틸, 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 중 어느 하나로 형성될 수가 있으나, 복재 성형시의 고온 및 고압의 가공 조건을 견딜 수 있을 정도의 고 내구성을 가진다면 이에 한정되는 것은 아니다. At this time, the material of the base material 110 may be formed of any one of nickel (Ni), SUS, brass, copper, mold steel, zirconium (Zr), steel, titanium (Ti), and chromium (Cr), If it has high durability enough to withstand the processing conditions of high temperature and high pressure during saphenous molding, the present invention is not limited thereto.

이와 같이, 고 내구성을 가지는 모재(110)를 준비한 다음, 모재(110) 상에 증착 물질을 건식 증착시켜 나노 또는 마이크로 크기의 미세 구조물(120)을 형성한다. In this way, after preparing the base material 110 having high durability, a deposition material is dry-deposited on the base material 110 to form the nano- or micro-sized microstructures 120 .

이때, 증착 물질로는 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 금(Au), 백금(Pt), 구리(Cu), 철(Fe), 아연(Zn), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 주석(Sn), 하프늄(Hf), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 로렌슘(Lr) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 물질일 수 있다.At this time, as the deposition material, nickel (Ni), titanium (Ti), chromium (Cr), aluminum (Al), gold (Au), platinum (Pt), copper (Cu), iron (Fe), zinc (Zn) , at least one of zirconium (Zr), molybdenum (Mo), ruthenium (Ru), palladium (Pd), tin (Sn), hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W), and Laurentium (Lr) It may be a material comprising

도 1을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 또는 마이크로 구조물이 형성된 마스터(100)를 제작하는 방법을 더욱 자세히 설명하면, 전술한 바와 같이 금속 등과 같이 고 내구성의 물질로 형성되고 소정의 두께를 가지는 마스터(100) 제작을 위한 모재(110)를 준비한다(S310). 이때, 모재의 두께는 2mm 이상, 바람직하게는 5mm 이상일 수가 있는데, 본 발명에 따라 제작된 마스터는 금형에 장착되어 사용되는데, 금형에 볼트 등으로 조립하기 위해서는 적어도 상기 두께 범위의 모재를 준비하는 것이 필요하다. Referring to FIG. 1 , a method of manufacturing the master 100 having a nano or micro structure according to an embodiment of the present invention will be described in more detail. Prepare the base material 110 for manufacturing the master 100 having (S310). At this time, the thickness of the base material may be 2 mm or more, preferably 5 mm or more, and the master manufactured according to the present invention is used by being mounted in a mold. need.

다음, 모재(110)의 증착면 상에 나노 또는 마이크로 크기의 패턴이 형성된 쉐도우 마스크(210)를 정렬시키고(S320), 증착 물질을 증착시켜 증착층(220)을 형성한다(S330). 따라서, 쉐도우 마스크에 형성된 미세 패턴을 통해 증착 물질이 통과하여 모재(110) 상에 증착될 수가 있다. Next, the shadow mask 210 having a nano- or micro-size pattern formed on the deposition surface of the base material 110 is aligned ( S320 ), and a deposition layer 220 is formed by depositing a deposition material ( S330 ). Accordingly, the deposition material may pass through the fine pattern formed on the shadow mask to be deposited on the base material 110 .

이때, 증착 물질을 증착시키는 방법으로 박막 형성을 위한 스퍼터링 또는 전자빔증발법을 사용할 수가 있다. In this case, as a method of depositing the deposition material, sputtering or electron beam evaporation for forming a thin film may be used.

다음, 쉐도우 마스크(210)를 제거하여 쉐도우 마스크의 미세 패턴을 통해 모재(110) 상에 증착된 구조물(120)만 남기고 나머지 쉐도우 마스크(210) 상에 증착된 증착 물질들은 제거될 수가 있다(S340). Next, the shadow mask 210 is removed to leave only the structure 120 deposited on the base material 110 through the fine pattern of the shadow mask, and the deposition materials deposited on the remaining shadow mask 210 may be removed (S340). ).

도 2는 도 1의 변형례를 도시하는데, 전술한 바와 같이 고 내구성의 모재를 준비하고(S410), 증착 물질을 모재(110) 상에 증착시키기 전에 모재(110)와 모재(110)의 증착면 상에 증착되는 미세 구조물(120) 사이의 계면 접착력을 향상시키기 위해 접착층(250)을 형성하는 공정을 더 포함할 수가 있다(S420). 다음, 도 1과 동일한 방법으로 쉐도우 마스크(210)를 정렬시키고(S430), 증착 물질을 모재(110) 상에 증착시켜 증착층(220)을 형성하게 된다(S440). 이때, 모재(110)에는 접착층(250)이 미리 형성되어 있기 때문에, 모재(110)와 증착 물질 사이에는 접착층(250)이 위치하게 되어 접착층(250)에 의해 모재(110)와 미세 구조물(120) 사이 계면의 접착 특성을 향상시킬 수가 있다. FIG. 2 shows a modification of FIG. 1 , as described above, preparing a high-durability base material (S410), and depositing a base material 110 and a base material 110 before depositing a deposition material on the base material 110 In order to improve the interfacial adhesion between the microstructures 120 deposited on the surfaces, a process of forming the adhesive layer 250 may be further included (S420). Next, the shadow mask 210 is aligned in the same manner as in FIG. 1 ( S430 ), and a deposition material is deposited on the base material 110 to form the deposition layer 220 ( S440 ). At this time, since the adhesive layer 250 is previously formed on the base material 110 , the adhesive layer 250 is positioned between the base material 110 and the deposition material, and the base material 110 and the microstructure 120 are formed by the adhesive layer 250 . ) can improve the adhesive properties of the interface.

이때, 접착층(250)을 형성하는 접착 물질로는 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr), 로렌슘(Lr), 텅스텐(W), 탄탈럼(Ta), 니오븀(Nb), 이산화 타이타늄(TiO2), 산화 니켈(nickel oxide), 질화티타늄(TiN) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 물질을 사용할 수가 있고, 접착층(250)은 증착의 방법으로 모재(110)에 형성될 수가 있는데 이에 한정되는 것은 아니다. In this case, as an adhesive material forming the adhesive layer 250 , titanium (Ti), chromium (Cr), zirconium (Zr), Laurentium (Lr), tungsten (W), tantalum (Ta), niobium (Nb), and dioxide A material containing at least one of titanium (TiO 2 ), nickel oxide, and titanium nitride (TiN) may be used, and the adhesive layer 250 may be formed on the base material 110 by a deposition method. It is not limited.

상기와 같은 방법으로 모재(110) 상에 미세 구조물(120)을 형성한 이후에 가열에 의한 열처리 공정을 더 포함할 수가 있다. 이때, 모재(110), 증착 물질, 접착층(250)을 구성하는 물질의 종류에 따라서 열처리 온도와 열처리 시간은 달라질 수가 있는데, 상기 열처리 과정에 의해 증착 물질에 의해 형성된 미세 구조물(120)의 강도를 더욱 향상시킬 수가 있고, 접착층(250)에 의한 계면 접착력을 더욱 향상시킬 수가 있다. After the microstructure 120 is formed on the base material 110 in the same way as described above, a heat treatment process by heating may be further included. At this time, the heat treatment temperature and heat treatment time may vary depending on the type of material constituting the base material 110, the deposition material, and the adhesive layer 250. The strength of the microstructure 120 formed by the deposition material by the heat treatment process It is possible to further improve, and the interfacial adhesion by the adhesive layer 250 can be further improved.

이하, 도 3을 참조로 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 나노 또는 마이크로 구조물(120)이 형성된 마스터(100)를 제작하는 방법에 대하여 설명하기로 한다. Hereinafter, a method of manufacturing the master 100 on which the nano- or micro-structure 120 is formed according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3 .

본 실시예에서도 금속 등의 내구성이 높은 물질로 형성되고 소정의 두께를 가지는 마스터(100) 제작을 위한 모재(110)를 준비하고(S510), 모재(110)에 증착 물질이 증착되는 증착면 상에 포토 레지스트 층(230)을 형성한다. 포토 레지스트 층(230)을 형성하는 방법은 스핀 코터 등과 같이 일반적으로 리소그래피 공정에서 사용되는 방법과 동일한 방법을 사용할 수가 있다.Also in this embodiment, the base material 110 for manufacturing the master 100 formed of a highly durable material such as metal and having a predetermined thickness is prepared (S510), and on the deposition surface on which the deposition material is deposited on the base material 110. A photoresist layer 230 is formed thereon. A method of forming the photoresist layer 230 may use the same method as a method generally used in a lithography process, such as a spin coater.

다음, 포토 레지스트 층(230) 상에 나노 또는 마이크로의 미세 패턴 제작을 위한 마스크(240)를 정렬시키고(S530), 노광, 식각 공정에 의해 포토 레지스트 층(230)에 미세 패턴을 형성하게 된다(S540). Next, a mask 240 for manufacturing a nano or micro pattern is aligned on the photoresist layer 230 ( S530 ), and a micro pattern is formed on the photoresist layer 230 by exposure and etching processes ( S530 ). S540).

다음, 미세 패턴이 형성된 포토 레지스트 층(230)을 통해 모재(110)에 증착 물질을 증착시켜 증착층(220)을 형성한다(S550). 이때, 증착 물질은 포토 레지스트 층(230)에 형성된 미세 패턴을 통해 관통하여 모재(110) 상에 증착될 수가 있다. Next, a deposition layer 220 is formed by depositing a deposition material on the base material 110 through the photoresist layer 230 on which the fine pattern is formed ( S550 ). In this case, the deposition material may be deposited on the base material 110 by penetrating through the fine pattern formed on the photoresist layer 230 .

다음, 포토 레지스트 층(230)을 리프트 오프(lift-off)시켜 모재(110)로부터 분리하여 제거함으로써, 포토 레지스트 층(230)을 통해 모재(110) 상에 증착된 미세 구조물(120)만 남기고 나머지 증착 물질들을 포토 레지스트 층(230)과 함께 제거되어 최종적으로 마스터(100)를 제작하게 된다(S560). Next, the photoresist layer 230 is lifted off and removed from the base material 110 , leaving only the microstructure 120 deposited on the base material 110 through the photoresist layer 230 . The remaining deposition materials are removed together with the photoresist layer 230 to finally manufacture the master 100 ( S560 ).

도 4는 도 3의 변형례를 도시하는데, 모재(110)에 포토 레지스트 층을 형성(S630)하기 전에 도 2를 참조로 전술한 바와 같이 모재(110)와 증착 구조물(120) 사이의 계면의 접착력을 향상시키기 위해 접착층(250)을 형성하는 공정을 더 포함할 수가 있다(S620). 이후의 공정은 도 3을 참조로 설명한 것과 동일할 수가 있는데, 접착층(250) 상에 포토 레지스트 층(230)을 형성하고(S630), 노광, 식각 공정에 의해 포토 레지스트 층(230)에 미세 패턴을 형성하고(S650), 포토 레지스트 층(230)을 통해 모재(110)에 증착 물질을 증착시키고(S660), 최종적으로 포토 레지스트 층(230)을 리프트 오프시켜 모재(110)로부터 분리하여 제거함으로써 마스터(100)를 제작하게 된다(S670). 4 shows a modified example of FIG. 3 , before forming a photoresist layer on the base material 110 ( S630 ), as described above with reference to FIG. 2 , the interface between the base material 110 and the deposition structure 120 . The process of forming the adhesive layer 250 may be further included in order to improve the adhesive force (S620). The subsequent process may be the same as that described with reference to FIG. 3 , a photoresist layer 230 is formed on the adhesive layer 250 ( S630 ), and a fine pattern is formed on the photoresist layer 230 by exposure and etching processes. forming (S650), depositing a deposition material on the base material 110 through the photoresist layer 230 (S660), and finally lifting off the photoresist layer 230 to separate it from the base material 110 and remove it The master 100 is manufactured (S670).

본 실시예에서 사용되는 접착층(250)의 재질, 기능 등은 도 2를 참조로 설명한 것과 동일한 바 이에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다. The material, function, etc. of the adhesive layer 250 used in this embodiment are the same as those described with reference to FIG. 2 , and a detailed description thereof will be omitted.

한편, 도 5의 왼쪽에 도시되어 있는 것과 같이 증착 공정에 의해 마스터(100)를 구성하는 모재(110) 상에 미세 구조물을 형성하기 전에 미세 구조물과 비교하여 더 큰 범주의 구조물(122) 또는 패턴을 미리 기계 가공 등으로 형성할 수가 있다. On the other hand, as shown on the left side of FIG. 5, before forming the microstructure on the base material 110 constituting the master 100 by the deposition process, a structure 122 or pattern of a larger category than the microstructure. can be formed in advance by machining or the like.

상대적으로 큰 크기의 구조물(122) 또는 패턴을 미리 가공한 금속 모재(110)에 대하여, 도 1 내지 도 4를 참조로 설명한 방법에 따라 증착에 의해 나노 또는 마이크로 크기의 더 작은 크기의 미세 구조물(120)을 형성함으로써, 서로 다른 크기의 구조물(120, 122)이 혼재하는 구조의 마스터(100)를 용이하게 제작할 수가 있다. With respect to the relatively large-sized structure 122 or the metal base material 110 on which the pattern has been processed in advance, the nano- or micro-sized smaller-sized microstructures ( By forming 120 , the master 100 having a structure in which structures 120 and 122 of different sizes are mixed can be easily manufactured.

도 6은 본 발명에 따라서 SUS 재질의 모재(110) 상에 니켈을 전자빔증발법으로 증착시켜 500nm 높이의 채널이 형성된 마스터(100)의 실 가공 모습을 보여준다. 이때, SUS 재질의 모재(110)와 Ni 재질의 미세 구조물(120) 사이의 접착력 향상을 위해 25nm 두께의 Ti 접착층(250)을 적용하였다. FIG. 6 shows a thread processing state of the master 100 in which a channel having a height of 500 nm is formed by depositing nickel on the base material 110 made of SUS material by electron beam evaporation according to the present invention. At this time, in order to improve the adhesion between the base material 110 made of SUS material and the microstructure 120 made of Ni material, a Ti adhesive layer 250 having a thickness of 25 nm was applied.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be implemented in various types of embodiments within the scope of the appended claims. Without departing from the gist of the present invention claimed in the claims, it is considered to be within the scope of the claims of the present invention to various extents that can be modified by any person skilled in the art to which the invention pertains.

100: 마스터
110: 모재
120: (미세) 구조물
210: 쉐도우 마스크
220: 증착층
230: 포토 레지스트 층
240: 마스크
250: 접착층100: master
110: base material
120: (fine) structure
210: shadow mask
220: deposition layer
230: photoresist layer
240: mask
250: adhesive layer

Claims (10)

마이크로 또는 나노 패턴의 복제 공정을 위한 마스터를 제작하는 방법에 있어서,
반복적인 성형 공정을 위한 내구성을 가지는 금속 소재의 모재를 준비하는 단계;
상기 모재의 일면에 상기 모재와 증착되는 구조물 사이의 계면 접착력을 향상시키는 접착층을 형성하는 단계; 및
상기 접착층이 형성된 모재 위에 패턴이 형성된 쉐도우 마스크(shadow mask)를 정렬시키고 증착 물질을 증착시켜 상기 모재에 구조물을 형성하는 단계를 포함하는 나노 또는 마이크로 구조물이 형성된 마스터를 제작하는 방법. In the method of manufacturing a master for the replication process of micro or nano patterns,
Preparing a base material of a metal material having durability for the repetitive forming process;
forming an adhesive layer on one surface of the base material to improve interfacial adhesion between the base material and the structure to be deposited; and
and aligning a patterned shadow mask on the base material on which the adhesive layer is formed and depositing a deposition material to form a structure on the base material. 삭제delete 마이크로 또는 나노 패턴의 복제 공정을 위한 마스터를 제작하는 방법에 있어서,
반복적인 성형 공정을 위한 내구성을 가지는 금속 소재의 모재를 준비하는 단계;
상기 모재의 일면에 상기 모재와 증착되는 구조물 사이의 계면 접착력을 향상시키는 접착층을 형성하는 단계;
상기 접착층이 형성된 모재에 포토 레지스트(photo resist) 층을 형성하는 단계;
상기 포토 레지스트 층 위에 패턴 제작을 위한 마스크를 정렬시켜 노광 및 식각에 의해 상기 포토 레지스트 층에 패턴을 형성하는 단계;
상기 패턴이 형성된 포토 레지스트 층을 통해 증착 물질을 증착시키는 단계; 및
상기 포토 레지스트 층을 리프트 오프(lift-off)시켜 상기 모재에 구조물을 형성하는 단계를 포함하는 나노 또는 마이크로 구조물이 형성된 마스터를 제작하는 방법.In the method of manufacturing a master for the replication process of micro or nano patterns,
Preparing a base material of a metal material having durability for the repetitive forming process;
forming an adhesive layer on one surface of the base material to improve interfacial adhesion between the base material and the structure to be deposited;
forming a photo resist layer on the base material on which the adhesive layer is formed;
forming a pattern on the photoresist layer by exposure and etching by aligning a mask for pattern production on the photoresist layer;
depositing a deposition material through the patterned photoresist layer; and
Method of manufacturing a master in which nano- or micro-structures are formed, comprising the step of forming a structure on the base material by lifting the photoresist layer off (lift-off). 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 모재를 준비하는 단계는
상기 모재의 증착면 상에 상기 증착되는 구조물보다 더 큰 크기의 구조물을 가공하는 단계를 더 포함하는 나노 또는 마이크로 구조물이 형성된 마스터를 제작하는 방법.4. The method of claim 1 or 3,
The step of preparing the base material is
Method of manufacturing a master in which nano or microstructures are formed further comprising processing a structure having a size larger than that of the deposited structure on the deposition surface of the base material. 삭제delete 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 모재에 구조물을 형성하는 단계 이후에
상기 모재 및 증착 구조물을 가열시켜 열처리를 하는 단계를 더 포함하는 나노 또는 마이크로 구조물이 형성된 마스터를 제작하는 방법.4. The method of claim 1 or 3,
After the step of forming a structure on the base material
Method of manufacturing a master in which nano- or micro-structures are formed further comprising the step of heating the base material and the deposition structure to perform heat treatment. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
스퍼터링 또는 전자빔증발법으로 상기 증착 물질을 증착시키는 나노 또는 마이크로 구조물이 형성된 마스터를 제작하는 방법.4. The method of claim 1 or 3,
A method of manufacturing a master in which nano or microstructures for depositing the deposition material are formed by sputtering or electron beam evaporation. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 모재는 니켈(Ni), 써스(SUS), 황동, 동, 금형강, 지르코늄(Zr), 스틸, 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 중 어느 하나로 형성되는 나노 또는 마이크로 구조물이 형성된 마스터를 제작하는 방법. 4. The method of claim 1 or 3,
The base material is nickel (Ni), stainless steel (SUS), brass, copper, mold steel, zirconium (Zr), steel, titanium (Ti), chromium (Cr) is formed of any one of the nano- or micro-structured master is formed. How to. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 증착 물질은 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 금(Au), 백금(Pt), 구리(Cu), 철(Fe), 아연(Zn), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 주석(Sn), 하프늄(Hf), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 로렌슘(Lr) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 나노 또는 마이크로 구조물이 형성된 마스터를 제작하는 방법.4. The method of claim 1 or 3,
The deposition material is nickel (Ni), titanium (Ti), chromium (Cr), aluminum (Al), gold (Au), platinum (Pt), copper (Cu), iron (Fe), zinc (Zn), zirconium Contains at least one of (Zr), molybdenum (Mo), ruthenium (Ru), palladium (Pd), tin (Sn), hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W), and Laurentium (Lr) A method of manufacturing a master in which nano or microstructures are formed. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 접착층은 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 지르코늄(Zr), 로렌슘(Lr), 텅스텐(W), 탄탈럼(Ta), 니오븀(Nb), 이산화 타이타늄(TiO2), 산화 니켈(nickel oxide), 질화티타늄(TiN) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 물질로 형성되는 나노 또는 마이크로 구조물이 형성된 마스터를 제작하는 방법.4. The method of claim 1 or 3,
The adhesive layer is titanium (Ti), chromium (Cr), zirconium (Zr), Laurentium (Lr), tungsten (W), tantalum (Ta), niobium (Nb), titanium dioxide (TiO 2 ), nickel oxide (nickel) oxide), a method of manufacturing a master having a nano- or micro-structure formed of a material containing at least one of titanium nitride (TiN).
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