KR20010045524A - An advanced liga process - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 LIGA 공정에 관한 것으로 특히, 대면적의 기판에 적용할 수 있는 LIGA 공정에 관한 것이다.The present invention relates to a LIGA process, and more particularly, to a LIGA process applicable to a large area substrate.
LIGA 공정(Lithographie, Galvanoformung, Abformung)이란 X선을 이용한 식각 공정, 전기도금 및 플라스틱 몰딩(plastic molding)의 세가지 단계를 포함하는 미세 가공 기술을 의미하는 것으로, 도 1a에서 도 1g는 종래의 LIGA 공정이 도시되어 있다.The LIGA process (Lithographie, Galvanoformung, Abformung) refers to a microfabrication technique including three steps of an X-ray etching process, electroplating and plastic molding. In FIG. 1A, FIG. 1G is a conventional LIGA process. Is shown.
도 1a에 도시한 바와 같이, 실리콘 또는 알루미나 등 부도체 재질을 기판(100)으로 사용하는 경우에 있어서, 이후 공정인 전기 도금시 기판 표면에 전기를 흘리기 위하여 스퍼터링(sputtering) 방법으로 도전층(110)을 형성한다. 다만 금속 재질을 기판으로 사용하는 경우에는 전처리만 한다.As shown in FIG. 1A, in the case of using a non-conductive material such as silicon or alumina as the substrate 100, the conductive layer 110 may be sputtered in order to flow electricity to the surface of the substrate during electroplating. To form. However, if metal is used as the substrate, only pretreatment is required.
도 1b에 도시한 바와 같이, 도전층(110)을 형성한 다음에는 X선 노광시 도전층(110)에서 발생하는 2차 전자로 인한 PMMA(polymethyl methacrylate)의 밀착력 약화를 방지하기 위해 도전층(110) 위에 2차 전자를 흡수할 수 있는 버퍼층(buffer layer)(120)을 형성한다.As shown in FIG. 1B, after the conductive layer 110 is formed, a conductive layer (PMA) may be used to prevent adhesion of the polymethyl methacrylate (PMMA) due to secondary electrons generated in the conductive layer 110 during X-ray exposure. A buffer layer 120 capable of absorbing secondary electrons is formed on the 110.
도 1c에서 도시한 바와 같이, 버퍼층(120)을 형성한 이후에는 PMMA를 버퍼층(120)위에 부착하기 위하여 PMMA 부착층(130)을 형성하고, 그 PMMA 부착층(130) 위에 PMMA(140)를 부착한다. 이후, PMMA(140)를 원하는 두께로 맞추기 위해 PMMA(140)에 대해 밀링(milling) 작업을 실시한다.As shown in FIG. 1C, after the buffer layer 120 is formed, the PMMA adhesion layer 130 is formed to attach the PMMA onto the buffer layer 120, and the PMMA 140 is formed on the PMMA adhesion layer 130. Attach. Thereafter, milling is performed on the PMMA 140 to fit the PMMA 140 to a desired thickness.
도 1d에 도시한 바와 같이, PMMA(140)의 밀링 작업이 끝나면 X선 마스크(mask)(150)를 이용하여 X선으로 PMMA(140)를 노광한다. 이러면 PMMA(140)는 선택적으로 X선에 노광되어 X선 마스크(150)에 형성된 패턴이 PMMA(140)에 전사된다.As shown in FIG. 1D, when the milling operation of the PMMA 140 is completed, the PMMA 140 is exposed to X-rays using an X-ray mask 150. The PMMA 140 is then selectively exposed to X-rays so that the pattern formed on the X-ray mask 150 is transferred to the PMMA 140.
도 1e에 도시한 바와 같이, PMMA(140)의 선택적인 노광 작업 이후에, 노광된 PMMA(140)를 현상액에 침지하면 X선에 노출된 부분만 현상액과 반응하여 식각되고 그 결과 PMMA 구조물(160)이 형성된다. 이 후, 버퍼층(130)을 제거한다.As shown in FIG. 1E, after the selective exposure operation of the PMMA 140, when the exposed PMMA 140 is immersed in the developer, only the portions exposed to the X-rays are etched and reacted with the developer, resulting in the PMMA structure 160. ) Is formed. Thereafter, the buffer layer 130 is removed.
도 1f에 도시한 바와 같이, PMMA 구조물(160)을 형성한 후에 드러난 도전층(110) 위에 전기 도금으로 금속을 석출하여 PMMA 구조물(160)의 벽을 따라 PMMA 구조물(160)을 완전히 덮을 때까지 금속(170)을 성장시킨 후에, 금속(170)의 두께를 균일하게 맞추기 위해 밀링을 실시한다.As shown in FIG. 1F, after forming the PMMA structure 160, metal is deposited by electroplating on the exposed conductive layer 110 until the PMMA structure 160 is completely covered along the wall of the PMMA structure 160. After the metal 170 is grown, milling is performed to uniformly match the thickness of the metal 170.
도 1g에 도시한 바와 같이, 도금 금속(170)의 밀링이 끝나면, 도금 금속(170)을 기판으로부터 이형시키고, 도금 금속(170) 사이에 있는 버퍼층(120) 및 PMMA(140)를 제거하여 금속 구조물(170)을 완성한다.As shown in FIG. 1G, when the plating of the plating metal 170 is finished, the plating metal 170 is released from the substrate, and the buffer layer 120 and the PMMA 140 between the plating metal 170 are removed to remove the metal. Complete the structure 170.
이와 같은 종래의 LIGA 공정을 이용하여 정밀한 고 종횡비의 구조물을 제작할 수 있다.Such a conventional LIGA process can be used to fabricate highly accurate aspect ratio structures.
그러나 위와 같은 종래의 LIGA 공정을 대면적 기판에 적용할 경우 버퍼층 및 PMMA 부착층 형성시 부착 면적이 넓어질수록 층이 불균일하게 형성될 뿐만 아니라 PMMA 부착 면적 또한 증가하여 부착결함이 많이 발생한다. 그리고, 도금 금속을 기판에서 이형할 때 기판과 도금 금속과의 밀착력으로 인해 이형이 쉽지 않은 문제점이 발생한다.However, when the conventional LIGA process is applied to a large-area substrate, as the adhesion area increases when the buffer layer and the PMMA adhesion layer are formed, not only the layer is not uniformly formed but also the PMMA adhesion area increases, resulting in many adhesion defects. In addition, when the plated metal is released from the substrate, a problem arises in that the release is not easy due to the adhesion between the substrate and the plated metal.
이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 대면적의 기판에 LIGA 공정을 적용할 때 PMMA의 부착 결함 방지 및 밀착력 향상시킬 수 있는 개선된 LIGA 공정을 제공하기 위한 것이다.In order to achieve the above object, the present invention is to provide an improved LIGA process that can prevent adhesion defects and improve adhesion of PMMA when applying the LIGA process to a large-area substrate.
도 1a에서 도 1g는 종래의 LIGA 공정을 도시한 것이다.1A to 1G illustrate a conventional LIGA process.
도 2a에서 도 2g는 본 발명에 따른 LIGA 공정을 도시한 것이다.2A to 2G illustrate a LIGA process according to the present invention.
위와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 X선 조사로 인한 도전층의 2차 전자의 영향을 없애기 위한 버퍼층을 사용하지 않고 먼저 PMMA를 X선으로 노광시켜 PMMA 구조물을 형성하고, 이 PMMA 구조물을 이용하여 정밀한 금속 구조물을 형성한다.In order to achieve the above object, the present invention does not use a buffer layer to eliminate the influence of secondary electrons of the conductive layer due to X-ray irradiation, and first forms PMMA structures by exposing PMMA to X-rays, and using the PMMA structures. To form a precise metal structure.
본 발명의 특징에 따른 개선된 LIGA 공정은 감광층 노광 단계, 도전층 형성 단계, 부도체 형성 단계, 제1 금속층 형성 단계, 노광 반대면 밀링 및 감광층 현상 단계, 제2 금속층 형성 단계 및 감광층과 부도체 제거 단계를 포함한다.An improved LIGA process in accordance with aspects of the present invention comprises a photosensitive layer exposing step, a conductive layer forming step, an insulator forming step, a first metal layer forming step, an exposure opposite side milling and a photosensitive layer developing step, a second metal layer forming step and a photosensitive layer; Insulator removal step.
감광층 노광 단계에서, 일정 패턴의 마스크를 감광층에 대고 선택적으로 감광층 상에 X선을 원하는 깊이까지 조사한다.In the photosensitive layer exposure step, a mask of a certain pattern is applied to the photosensitive layer and optionally X-rays are irradiated onto the photosensitive layer to a desired depth.
도전층 형성 단계에서, 도전층을 상기 감광층 상하좌우면에 형성한다.In the conductive layer forming step, the conductive layer is formed on the upper, lower, left, and right surfaces of the photosensitive layer.
부도체 형성 단계에서, 감광층의 노광된 면위에 형성된 도전층을 제외하고 나머지 도전층 위에 부도체를 형성한다.In the insulator forming step, the insulator is formed on the remaining conductive layer except for the conductive layer formed on the exposed surface of the photosensitive layer.
제1 금속층 형성 단계에서, 도전층에 전기를 흘려주어 부도체가 형성되지 않는 면에 제1 금속층을 형성한다.In the first metal layer forming step, electricity is supplied to the conductive layer to form the first metal layer on the surface where the non-conductor is not formed.
노광 반대면 밀링 및 감광층 현상 단계에서, 감광층의 노광 반대면 위에 형성된 도전층 및 부도체와 감광층의 노광 반대면을 노광이 이루어진 곳까지 밀링하고, 밀링된 감광층의 노광된 부분을 식각하여 감광층 구조물을 형성한다.In the exposure opposite surface milling and photosensitive layer developing step, the conductive layer formed on the exposure opposite surface of the photosensitive layer and the non-conductor and the opposite surface of the photosensitive layer are milled to the exposed portion, and the exposed portion of the milled photosensitive layer is etched. To form a photosensitive layer structure.
제2 금속층 형성 단계에서, 감광층 구조물이 형성되지 않은 도전층 위에 제2 금속층을 형성한다.In the second metal layer forming step, the second metal layer is formed on the conductive layer on which the photosensitive layer structure is not formed.
감광층과 부도체 제거 단계에서, 감광층 구조물과 부도체를 제거하여 금속 구조물을 형성한다.In the photosensitive layer and the insulator removal step, the photosensitive layer structure and the nonconductor are removed to form a metal structure.
이 때, 제1 금속층을 형성하는 단계에서, 수평을 맞추기 위해 제1 금속층을 밀링한다.At this time, in the step of forming the first metal layer, the first metal layer is milled to level.
또한, 제2 금속층을 형성하는 단계에서, 제2 금속층을 원하는 두께만큼 밀링하는 것을 특징으로 한다.In the forming of the second metal layer, the second metal layer is milled by a desired thickness.
그리고, 도전층을 감광층 주변에 형성하는 단계에 있어서, 도전층을 무전해 도금을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 한다.In the step of forming the conductive layer around the photosensitive layer, the conductive layer is formed using electroless plating.
마지막으로, 상기 감광층으로 PMMA를 이용하는 것을 특징으로 한다.Finally, PMMA is used as the photosensitive layer.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 2a에서 도 2g는 본 발명에 따른 LIGA 공정을 도시한 것이다.2A to 2G illustrate a LIGA process according to the present invention.
도 2a에서 도 2g에 도시한 바와 같이, 본 발명의 개선된 LIGA 공정은 감광층 노광 단계, 도전층 형성 단계, 부도체 형성 단계, 제1 금속층 형성 단계, 노광 반대면 밀링 및 감광층 현상 단계, 제2 금속층 형성 단계 및 감광층과 부도체 제거 단계를 포함한다.As shown in FIG. 2A to FIG. 2G, the improved LIGA process of the present invention comprises a photosensitive layer exposing step, a conductive layer forming step, an insulator forming step, a first metal layer forming step, an exposure opposite side milling and a photosensitive layer developing step, 2 metal layer forming step and photosensitive layer and the insulator removal step.
도 2a에 도시한 바와 같이, 감광층 노광 단계에서는 일정 패턴의 마스크(200)를 감광층(210)에 대고, 선택적으로 감광층(210) 상에 X선을 원하는 깊이까지 조사한다. 따라서, 아무것도 부착되지 않은 감광층(210) 상에 X선을 선택적으로 노광함으로써 도전층의 2차 전자를 막기 위한 버퍼층을 사용할 필요가 없다. 그러므로, 대면적의 기판에 버퍼층을 형성할 때 버퍼층이 불균일하게 형성되는 문제를 해결할 수 있다. 또한, 버퍼층이 없으므로 감광층 부착층이 필요없게 되어 대면적에 있어서 감광층 부착층이 불균일하게 형성되는 문제가 해결된다. 이 때, 본 실시예에 사용되는 감광층(210)은 PMMA이다.As shown in FIG. 2A, in the photosensitive layer exposure step, the mask 200 having a predetermined pattern is applied to the photosensitive layer 210, and X-rays are selectively irradiated onto the photosensitive layer 210 to a desired depth. Therefore, it is unnecessary to use a buffer layer for blocking secondary electrons of the conductive layer by selectively exposing X-rays on the photosensitive layer 210 to which nothing is attached. Therefore, when the buffer layer is formed on a large-area substrate, the problem that the buffer layer is formed unevenly can be solved. In addition, since there is no buffer layer, there is no need for the photosensitive layer adhesion layer, thereby solving the problem that the photosensitive layer adhesion layer is formed unevenly in a large area. At this time, the photosensitive layer 210 used in the present embodiment is PMMA.
도 2b에 도시한 바와 같이, 도전층을 형성하는 단계에서는 치환 반응을 이용하는 무전해 도금을 이용하여 이후 공정인 전기 도금시 전기를 흘리기 위한 도전층(220)을 감광층(210) 주변에 형성한다. 이 때, 도전층(220)으로 니켈을 사용한다.As shown in FIG. 2B, in the forming of the conductive layer, a conductive layer 220 for flowing electricity during the subsequent electroplating process is formed around the photosensitive layer 210 by using electroless plating using a substitution reaction. . At this time, nickel is used as the conductive layer 220.
도 2c에 도시한 바와 같이, 부도체 형성 단계에서는 이후 공정에서 시행될 전기 도금에서 선택된 부분만 전기 도금을 시행하기 위하여 도전층(220) 위에 전기가 통하지 않는 부도체(230)를 감광층(210)의 노광된 면을 제외한 나머지 면에 형성한다. 이 때, 부도체(230)의 형성은 아교 재질이나 실리콘 러버(silicon rubber)와 같은 부도체를 이용하여 핫 멜트 건(hot melt gun)으로 형성한다.As shown in FIG. 2C, in the non-conductor forming step, the non-conductive non-conductor 230 is formed on the conductive layer 220 of the photosensitive layer 210 so as to perform electroplating only selected portions of the electroplating to be performed in a subsequent process. It forms in the remaining surface except the exposed surface. At this time, the insulator 230 is formed by using a hot melt gun using a non-conductor such as a glue material or silicon rubber.
도 2d에 도시한 바와 같이, 제1 금속층 형성 단계에서는 금속 구조물을 형성하기 위하여 도전층(220)에 전기를 흘려주어 부도체(230)가 없는 면에 제1 금속층(240)을 성장시키고, 상기 제1 금속층(240)을 원하는 두께만큼 밀링한다. 이 때, 전기 도금에 의하여 석출되는 제1 금속층(240)은 니켈 혹은 니켈의 합금이다.As shown in FIG. 2D, in the forming of the first metal layer, electricity is supplied to the conductive layer 220 to form a metal structure, thereby growing the first metal layer 240 on a surface where the non-conductor 230 is not present. 1 The metal layer 240 is milled to a desired thickness. At this time, the first metal layer 240 deposited by electroplating is nickel or an alloy of nickel.
도 2e에 도시한 바와 같이, 노광 반대면 밀링 및 현상 단계에서는 노광된 감광층(210)을 현상하기 위하여 노광 반대면을 노광이 이루어진 곳까지 밀링하여 제거하고, 현상액에 침지하여 노광이 이루어진 부분을 식각함으로써 감광층 구조물(250)을 형성한다. 이 때, 사용되는 현상액은 일정 비율의 2-에탄올(2-ethanol), 몰포라인(molpholine), 2-아미노에탄올(2-aminoethanol) 및 증류수 등으로 구성된다.As shown in FIG. 2E, in the milling and developing of the opposite side of the exposure, in order to develop the exposed photosensitive layer 210, the exposed side of the exposure is milled and removed to a place where the exposure has been made, and the exposed portion is immersed in the developer. By etching, the photosensitive layer structure 250 is formed. At this time, the developer used is composed of a proportion of 2-ethanol, molpholine, 2-aminoethanol, distilled water and the like.
도 2f에 도시한 바와 ??이, 제2 금속층 형성 단계에서는 감광층 구조물(250)을 이용하여 금속 구조물을 형성하기 위한 것으로 도전층(220)에 전류를 흘려 주면 감광층 구조물(250) 외의 공간에 전기 도금에 의하여 제2 금속층(260)이 석출된다. 그런 후에 이 제2 금속층(260)의 도금 편차를 없애기 위하여 도금면을 밀링한다. 이 때, 제2 금속층(260)은 니켈 혹은 니켈의 합금이다.As shown in FIG. 2F, the second metal layer forming step is to form a metal structure using the photosensitive layer structure 250. When a current flows through the conductive layer 220, the space outside the photosensitive layer structure 250 is shown. The second metal layer 260 is deposited by electroplating. Thereafter, the plating surface is milled to eliminate the plating deviation of the second metal layer 260. At this time, the second metal layer 260 is nickel or an alloy of nickel.
도 2g에 도시한 바와 같이, 감광층 및 부도체 제거 단계에서는 감광층 구조물(250)을 이용하여 금속 구조물(270)을 형성하기 위하여 감광층 구조물(250)과 부도체(230)를 에칭액에 침지하여 제거하면 금속 구조물(270)이 형성된다.As shown in FIG. 2G, in the photosensitive layer and the non-conductor removing step, the photosensitive layer structure 250 and the non-conductor 230 are immersed and removed in order to form the metal structure 270 using the photosensitive layer structure 250. A metal structure 270 is formed below.
이 후, 전기도금에 의한 금속 구조물 형성 공정 중 니켈 도금으로 금속 구조물을 제작한 경우 금속 구조물의 수명 향상을 위해 Ti, W, Ni-P, Ni-W 등으로 표면 경화 처리 단계를 첨가하여 하여 금속 구조물의 표면 경도를 향상시킬 수도 있다.Subsequently, when the metal structure is manufactured by nickel plating during the metal structure forming process by electroplating, the surface hardening step is added to Ti, W, Ni-P, Ni-W, etc. to improve the life of the metal structure. It is also possible to improve the surface hardness of the structure.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 개선된 LIGA 공정은 도금 금속을 기판에서 이형하는 공정이 없으므로 종래 공정의 기판과 도금 금속과의 밀착력으로 인해 이형이 쉽지 않은 문제점의 발생을 해결할 수 있다.As described above, since the improved LIGA process according to the present invention does not have a process of releasing the plated metal from the substrate, it is possible to solve the problem that the release is not easy due to the adhesion between the substrate and the plated metal of the conventional process.
위에 기술된 본 발명의 실시예는 하나의 실시예일 뿐 본 발명이 상기한 실시예에 한정되는 아니며, 또한 상기 실시예 외에 많은 변경이나 변형이 가능한 것은 물론이다.The embodiment of the present invention described above is only one embodiment, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and of course, many modifications and variations are possible in addition to the above embodiment.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 개선된 LIGA 공정에 의하여 종래의 LIGA 공정을 대면적 기판에 적용할 때 발생하는 버퍼층 및 PMMA 부착층의 불균일과 PMMA의 부착결함 및 도금 금속을 기판에서 이형할 때 이형이 쉽지 않은 문제점을 해결함으로써 대면적의 기판에 구조물을 형성함에 있어서 보다 정밀하고 경제적으로 우수한 구조물을 형성할 수 있다.As described above, when the conventional LIGA process is applied to a large area substrate by the improved LIGA process of the present invention, the unevenness of the buffer layer and the PMMA adhesion layer and the adhesion defects of the PMMA and the plating metal are released from the substrate. By solving the problem that the release is not easy, it is possible to form a more precise and economically superior structure in forming a structure on a large-area substrate.
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|---|---|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100438889B1 (en) * | 2001-10-23 | 2004-07-02 | 학교법인 포항공과대학교 | Manufacturing method of RIBLET using modified LIGA process |
-
1999
- 1999-11-05 KR KR1019990048844A patent/KR100314117B1/en not_active IP Right Cessation
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|---|---|---|---|---|
| KR100438889B1 (en) * | 2001-10-23 | 2004-07-02 | 학교법인 포항공과대학교 | Manufacturing method of RIBLET using modified LIGA process |
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| Publication number | Publication date |
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