KR20120026087A - 구조체를 제조하기 위한 방법 및 장치와, 성형 도구 - Google Patents

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Abstract

본원에는, 성형에 의해 경화성 재료로부터 구조체를 제조하는 방법이 기재되어 있다. 상기 구조체 제조 방법의 제1 단계에서는, 성형 도구와 표면 사이의 영역에서, 상기 경화성 재료가 상기 표면 및 이 표면에 면하는 성형 도구의 성형면을 접합하고, 추가적인 경화성 재료가 상기 영역에 계속 유입될 수 있도록, 성형 도구를 표면 위에 배치한다. 상기 구조체 제조 방법의 제2 단계에서는, 경화성 재료가 횡방향에서 일정하지 않게 서로 다른 속도로 경화되고, 경화성 재료의 경화 중에 일어나는 수축이 추가적인 경화성 재료에 의해 보상되도록, 상기 영역에서 경화성 재료를 국부적으로 변화를 주어 조사한다. 상기 구조체의 제조 방법의 제3 단계에서는, 추가적인 경화성 재료에 대해 일정한 압력을 인가한다. 또한, 본원에는, 성형에 의해 경화성 재료로부터 구조체를 제조하기 위한 제2 방법 및 장치뿐만 아니라 광학 부품용 성형 도구가 기재되어 있다.

Description

구조체를 제조하기 위한 방법 및 장치와, 성형 도구{METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING A STRUCTURE, MOLDING TOOL}
본 발명은 경화성 재료의 구조체, 예를 들어 UV 폴리머로 이루어진 광학 렌즈를 제조하기 위한 개념에 관한 것이다.
UV 복제 기술은 광학 및 기계 구조의 제조 및/또는 복제에 사용될 수 있다.
이러한 기술에서, UV-경화 플라스틱 혹은 폴리머, 예를 들어 Ormocere, Delo의 UV 접착제, Norland, Epoxy Technology, Panacol-Elosol 등은, 성형 도구를 이용하여 원하는 형상으로 성형되고, 예를 들어 자외선을 이용해 경화된다. 성형이 행해질 기판 상의 마크에 대하여 성형 도구를 정확하게 위치 설정할 수 있게 하는 마스크 얼라이너에서, 성형이 행해진다. 경화를 행하는 경우, 기판 상에 존재하는 폴리머의 전체 표면 영역은, 성형 도구 또는 기판을 통과하는 자외선으로 동시에 조사되어 경화된다.
모든 위치에서 동시에 경화가 행해지므로, 성형 도구를 제거하였을 때, 수축이 불가피하게 일어나 응력이 발생되고, 그 결과 성형된 구조체의 형상에 편차가 생기고 기판이 휘게 된다. 폴리머 구조체를 갖는 상기 기판이 다른 기판에 연결되는 경우에, 예를 들어 카메라 대물 렌즈를 웨이퍼 레벨로 통합하는 경우에, 공차 및 절차상의 문제가 발생된다.
예를 들어, 도 19의 좌측에는, UV 조사에 기인한 폴리머 수축과, 이에 따른 성형 도구와 성형된 구조체 간의 형상 편차가 도시되어 있는데, 이는 특히 광학 용례에서 용납될 수 없는 것이다. 또한, 도 19의 우측에서는, 폴리머 수축이, 상기한 형상 편차 이외에, 폴리머가 그 위에 성형된 기판의 인장 응력 및 휨도 초래함을 보여준다.
일본 응용물리학회 학술지 47권 2008년 8호 6719-6722 페이지에 임지석, 조민석, 김호관 및 강신일이 "Fabrication of Hybrid Microoptics Using UV Imprinting Process with Shrinkage Compensation Method"란 제목으로 발표한 발표물 1에는, 구면 유리 렌즈와 비구면 프로파일 형성용 추가 폴리머 필름의 조합으로 대표되는 하이브리드 렌즈의 제조에서 수축을 보상하는 조정 가능한 개구(개구부)가 개시되어 있다. 폴리머의 UV 조사는 렌즈 기판을 통하여 행해진다. 상기 문헌에서는 가변 조리개 렌즈가 개구층으로서 제안되어 있지만, 이러한 조리개 렌즈는 기계적으로 복잡하므로, 고가이고 설치 공간 요건이 늘어난다.
본 발명의 과제는, 경화성 재료로 이루어진 구조체의 제조에 있어서 광학 특성을 개선시킬 수 있는 개념을 제공하는 것이다.
청구항 1의 방법, 청구항 2의 방법, 청구항 8의 장치, 청구항 9의 장치, 청구항 10의 성형 도구 및 청구항 12의 성형 도구는 상기 과제를 해결한다.
본 발명의 제1 양태는, 경화성 재료가 횡방향에서 일정하지 않게 서로 다른 속도로 경화되고, 경화성 재료의 경화 중에 일어나는 수축이 추가적인 경화성 재료와, 이 추가적인 경화성 재료에 인가되는 일정한 압력에 의해 쉽게 보상될 수 있도록, 성형 도구의 소정 영역에서 경화성 재료를 국부적으로 변화를 주어 조사하는 경우에, 경화성 재료의 수축에 대한 보상이 개선될 수 있다는 것이다.
본 발명의 장점은, 경화성 재료 및/또는 추가적인 경화성 재료와 이들 재료 및 성형 도구 사이의 계면에서의 표면 장력으로 인해 발생하여 추가적인 경화성 재료에 영향을 미치는 힘 이외의 압력인 외압을 추가적인 경화성 재료에 인가함으로써, 추가적인 경화성 재료의 연속 흐름이 개선될 수 있으므로, 경화성 재료의 수축에 대한 보상이 개선될 수 있고, 성형품의 광학 특성이 개선된다는 것이다.
본 발명의 다른 양태는, 경화성 재료가 횡방향에서 일정하지 않게 서로 다른 속도로 경화되고, 경화성 재료의 경화 중에 일어나는 수축이 추가적인 경화성 재료에 의해 쉽게 보상될 수 있도록, 성형 도구의 소정 영역에서 성형 도구를 통과하여 경화성 재료를 국부적으로 변화를 주어 조사하는 경우에, 경화성 재료의 수축에 대한 보상이 개선될 수 있다는 것이다.
성형 도구를 통과하여 조사하므로, 경화성 재료에 있어서 성형 도구의 성형면에 인접한 부분이 먼저 경화되고, 그 결과 이 부분에서 성형품의 광학 특성이 흐트러지지 않게 된다. 또한, 연속적으로 유동하는 추가적인 경화성 재료가 이동해야 하는 거리가 줄어들므로, 성형품의 광학 특성이 더 개선된다.
본 발명에 따른 성형 도구의 실시형태는 간단하게 국부적으로 변화를 주어 조사를 행할 수 있으므로, 위에서부터 성형 도구를 통과하여 조사하는 것이 가능하다.
이하에서는 첨부 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 구조체 제조 방법, 제조 장치 및 성형 도구에 의하면, 경화성 재료로 이루어진 구조체의 제조에 있어서 광학 특성을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 방법과 종래의 공지된 제조 방법을 비교하여 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 이용하는 예시적인 개구 구조를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치의 개략도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시형태에 따른 성형 도구와 성형품을 보여주는 부분도 및 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치의 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치의 개략적인 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치의 개략적인 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치의 개략적인 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치의 개략적인 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치의 개략적인 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치의 개략적인 단면도이다.
도 14a는 본 발명의 일 실시형태에 이용하는 성형 도구를 구비한 장치의 개략적인 단면도이다.
도 14b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치의 개략적인 단면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치의 개략적인 단면도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치의 개략적인 단면도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치의 개략적인 단면도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치의 개략적인 단면도이다.
도 19는 경화성 재료로 이루어진 구조체의 공지의 제조 방법의 개략도이다.
도면을 참조로 하여 본 발명의 보다 상세히 설명하기에 앞서, 동일한 요소에는 동일하거나 유사한 도면부호를 부여하여, 그에 대한 중복 설명을 생략하였음을 유의하여 주십시오.
도 1 및 도 2를 이용해 후술하는 방법은, 예를 들어 이 방법에 대한 설명에 뒤이어 오는 도 3 내지 도 18을 이용해 설명되는 장치에 의해 행해질 수 있다. 특히, 이 방법의 설명에 사용된 도면부호는 뒤이어 기술되는 장치와 관련이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 방법(100)의 흐름도이다. 성형에 의해 경화성 재료로부터 구조체를 제조하는 방법(100)은, 성형 도구(310)와 유리 기판 등의 표면(330) 사이의 영역(340)에서, UV 폴리머 등의 경화성 재료(320)가 상기 표면(330) 및 이 표면(330)에 면하는 성형 도구(310)의 성형면(312)을 접합하고, 추가적인 경화성 재료(321)가 상기 영역(340)에 계속 유입될 수 있도록, 성형 도구(310)를 표면(330) 위에 배치하는 제1 단계(110)를 포함한다. 또한, 상기 방법(100)은, 경화성 재료(320)가 횡방향에서 일정하지 않게 서로 다른 속도로 경화되고, 경화성 재료(320)의 경화 중에 일어나는 수축이 추가적인 경화성 재료(321)에 의해 쉽게 보상될 수 있도록, 상기 영역(340)에서 경화성 재료(320)를 국부적으로 변화를 주어 조사하는 제2 단계(120)를 포함한다. 또한, 상기 방법(100)은, 추가적인 경화성 재료에 외압 또는 외부 압력을 인가하는 제3 단계(130)를 포함하고, 상기 제2 단계(120)와 제3 단계(130)를 동시에 행할 수 있다.
이하에서는 상기 경화성 재료를 폴리머, UV 폴리머, 또는 UV-경화 플라스틱이라고도 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 방법(200)의 흐름도이다. 성형에 의해 경화성 재료로부터 구조체를 제조하는 방법(200)은, 성형 도구(310)와 유리 기판 등의 표면(330) 사이의 영역(340)에서, UV 폴리머 등의 경화성 재료(320)가 상기 표면(330) 및 이 표면(330)에 면하는 성형 도구(310)의 성형면(312)을 접합하고, 추가적인 경화성 재료(321)가 상기 영역(340)에 계속 유입될 수 있도록, 성형 도구(310)를 표면(330) 위에 배치하는 제1 단계(210)를 포함한다. 또한, 상기 방법(200)은, 경화성 재료(320)가 횡방향에서 일정하지 않게 서로 다른 속도로 경화되고, 경화성 재료(320)의 경화 중에 일어나는 수축이 추가적인 경화성 재료(321)에 의해 쉽게 보상될 수 있도록, 상기 영역에서 경화성 재료(320)를 국부적으로 변화를 주어 조사하는 제2 단계(120)를 포함하고, 상기 국부적으로 변화를 주어 조사하는 것은, 성형 도구(310)에 있어서 상기 표면(330)의 반대측을 향해 있는 측으로부터, 성형 도구를 통과하여 행해진다. 성형 도구(310)는 유리, 실리콘, 또는 투명 플라스틱 등의 투명한 재료로 제조될 수 있다.
도 3은 종래의 공지된 제조 방법과 본 발명의 일 실시형태에 따른 방법의 비교도로서, 우측에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치(300)가 개략적으로 도시되어 있고, 좌측에는 비교예로서 당업계에 이미 알려져 있는, 성형에 의해 경화성 재료로부터 구조체를 제조하는 장치가 도시되어 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치(300)는, 예를 들어 투명한 재료로 이루어진 성형 도구(310)와, 예를 들어 유리 기판으로 이루어진 표면(330), 그리고 소정 영역(340)에서 성형 도구(310)의 성형면(312)과 표면(330)의 사이에 배치되는 UV 폴리머 등의 경화성 재료(320)를 포함한다. 좌측에 도시된 공지의 장치와는 달리, 우측에 도시된 장치(300)는 성형 도구(310)에 있어서 표면(330)의 반대측을 향해 있는 표면에 배치된 개구 필드(350)를 더 포함한다.
도 3의 좌측에 도시된 공지의 장치에서, 경화성 재료의 전체 영역은 성형 도구를 통과한 자외선으로 동시에 조사된다. 이러한 조사 동안에 UV 경화 재료는 수축할 것이고, 그 결과 공지의 장치의 성형 도구와 성형된 구조체 사이에 형상 편차가 생길 것이다. 이와는 달리, 본 실시형태의 장치(300)는 조명 광학계의 투과 기능의 시간적 제어를 가능하게 하며, 즉 전체 웨이퍼 및/또는 전체 경화성 재료(320)에 걸친 투광 조명시에서와 같이(좌측에 도시된 예에서와 같이), 자외선에 대한 노출이 동시에 행해지는 것이 아니라, 직경의 변경이 가능한 개구부(예컨대, 조리개 또는 LCD 디스플레이) 또는 개구 필드(350)를 통해 행해진다. 따라서, 본 실시형태의 장치(300)는, 경화성 재료(320)가 국부적으로 변화를 주어 서로 다른 속도로 경화되고, 경화성 재료(320)의 경화 중에 일어나는 수축이 추가적인 경화성 재료(321)에 의해 쉽게 보상될 수 있도록, 영역(340)에서 경화성 재료(320)를 국부적으로 변화를 주어 조사한다.
다시 말하자면, 도 3의 우측에서는, 국부적으로 변화를 주어 조사하는 단계(120)를 예로서 도시하며, 이 경우에 경화성 재료(320)는 우선 중앙에 조사된 후에, 시간 오프셋 방식으로 성형 공구(310)의 전체 영역에 걸쳐 조사된다. 이러한 점에서, 개구부 또는 개구층(350)으로 가려져서 아직 액체 상태인 경화성 재료(320) 및/또는 폴리머는 계속 유동할 수 있고, 이미 경화된 경화성 재료(320) 및/또는 폴리머의 수축을 보상할 수 있기 때문에, 경화성 재료(320) 및/또는 폴리머를 자외선에 노출시키기 보다는 국부적으로만 경화한다.
따라서, 가변 개구부 및/또는 개구층(350)은, 시간적으로 가변적인 투과 기능에서의 진폭의 국부적인 제어를 보장한다.
도 4는 본 발명에 따른 일 실시형태에 이용하는 예시적인 개구층(350)을 개략적으로 보여주는 도면이다. 개개의 개구가 고정되어 있는 2개의 개구 필드(351 및 352)를 결합함으로써, 가변 필드형 개구 구조 및/또는 개구층(350)이 간단하게 배치된다. 개구 필드(351 및 352)를 서로에 대해 이동시킴으로써, 개개의 개구는 그 크기가 동시에 변경될 수 있다. 개개의 개구는 예를 들어 단순 직사각형 혹은 원형의 개구이다. 복수의 구조체 및/또는 구조체의 필드를 제조하는 경우에, 개구부 및/또는 개개의 개구의 간격은, 제조 대상인 구조체 및/또는 렌즈의 간격 혹은 이 간격의 배에 해당된다. 두 개구 필드(351 및 352)가 서로 반대방향으로 동일 행정 이동한 경우에, 그 자리에 남아있으면서 개개의 개구의 크기가 가변적인 개구 필드(350)의 효과가 생길 것이다. 도 4의 하부는 전술한 작동 모드를 개략적으로 보여준다. 조리개 또는 LCD 디스플레이 등의 다른 개구 구조와는 달리, 도시된 개구층(350)은 저비용으로 만들어질 수 있다. 가변 조리개의 필드는 기계적으로 복잡하므로, 고가이고 설치 공간 요건이 늘어난다. 이와 같이 제안된 개구 구조(350)는 또한 구조체를 저비용으로 필드 배치할 수 있게 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치(500)를 보여준다. 장치(300)와는 달리, 장치(500)는 직경의 조정이 가능한 개구부 및/또는 개구층(350) 이외에 가변 그레이 필터(510)를 포함한다. 그레이 필터(510)는 예를 들어, 개구층(350)에 있어서 성형 도구(310)의 반대측을 향해 있는 면에 배치될 수 있다.
게다가, 가변 그레이 필터(510)는 투과 기능에서의 진폭에 영향을 미칠 수 있고; 이로써 폴리머 및/또는 경화성 재료(320)의 경화 속도를 조정할 수 있게 된다. 원칙적으로는, 투과 기능에서의 진폭을 제어하기 위해, 그레이 필터(510) 대신에, 액정 장치가 사용될 수도 있고, 혹은 투과 기능에서의 진폭을 제어할 수 있게 하는 임의의 다른 장치가 사용될 수도 있다.
또한, 투과 기능에서의 진폭의 제어는 기본적으로 자외선 공급원의 광력(光力)을 조정하는 것을 통해 가능하지만; 마스크 얼라이너를 이용하게 된다면, 이러한 경우에 광력은 고정되므로, 상기 진폭의 제어 기능은 대부분 존재하지 않는다.
도 6a의 좌측에는, 본 발명의 실시형태에 따른 성형 도구(310a)의 저면도와, 상기 성형 도구(310a)의 단면도, 그리고 상기 성형 도구(310a)에 의해 성형된 성형품(322a)의 평면도와, 상기 성형품(322a)의 단면도가 도시되어 있다. 또한, 도 6a의 우측에는, 성형 도구(310b)의 저면도와, 상기 성형 도구(310b)의 단면도, 그리고 상기 성형 도구(310b)에 의해 성형된 성형품(322b)의 평면도와, 상기 성형품(322b)의 단면도가 도시되어 있다.
도 6a 내지 도 6c에 도시된 성형 도구와 성형품의 단면도는, 성형 도구 및/또는 성형품을 단면축(311)을 따라 취한 단면에서 얻어진 것이다.
도 6a에 도시된 성형 도구(310a)는 광학 기능면 영역(312')을 갖는 성형면(312)을 포함한다. 성형 도구(310a)를 표면(330) 위에 놓았을 때, 혹은 표면(330) 위에 배치했을 때, 성형면(312)은 표면(330)에 면한다. 또한, 성형 도구(310a)는 성형면(312) 상에 원주형의 탄성 멤브레인(316)을 구비한다. 본 실시형태의 경우, 탄성 멤브레인(316)은 예를 들어 성형면(312)의 전체 범위에 걸쳐 형성되어 있지만, 일부 범위에만 형성될 수도 있으며, 광학 기능면 영역(312') 둘레에 횡방향으로 폐쇄된 경로를 형성하는 원주 영역에서, 상기 탄성 멤브레인(316)은 비접착성이지만, 원주 영역의 경계에서 성형면(312)에 연결되어 있다. 따라서, 공기 또는 오일 등의 유체를, 예를 들어 성형면(312)과 탄성 멤브레인(316)의 내면 사이에 유입시킬 수 있어, 상기 유체가 경화성 재료(32)와 접촉하게 되는 일이 없다. 따라서, 유체가 공급되며 성형면(312)과 탄성 멤브레인(316)의 내면 사이에 위치하는 영역은, 성형 도구(310a)를 표면(330) 상에 놓을 때, 혹은 표면(330)으로부터 소정 거리를 두고 정렬해 놓을 때, 표면(330)을 향해 팽출하여, 상기 영역에 위치하는 아직 경화되지 않은 경화성 재료를 이동시키고, 이에 따라 이동한 경화성 재료의 압력을 증가시키는 채널(318)을 형성한다. 또한, 성형 도구(310a)는 발산 조정을 국부적으로 제어할 수 있게 하는 구조(319)를 포함한다.
특히, 표면(330)은, 그 위에 성형 도구(310)가 놓이는, 혹은 소정 거리를 두고 정렬되는 기판의 표면일 수 있으므로; 이하에서는 표면(330)을 기판(330)이라 하기도 한다. 그러나, 다른 실시형태에 따르면, 표면(330)은 이미 성형된 구조체에서의 광학 관련 표면일 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 구체적으로, 몇몇 경화성 재료의 구조체를 적층 성형함으로써, 광학층 적층체를 제조하는 경우에 그러할 수 있다.
광학 기능면(312')은 기판(330) 또는 표면(330) 상에 성형된 성형품(322a)의 광학 관련 표면(323)을 형성하는 역할을 한다.
탄성 멤브레인(316)에 의해 형성되며 성형 및 경화 단계 동안에 가압되는 채널(318)은, 성형품(322a) 내에 원주형의 트렌치(238)를 남기지만; 상기 트렌치(328)에 특별히 주목할 필요는 없다.
탄성 멤브레인(316) 내에 압력을 인가하여 채널(318)을 형성함으로써, 성형 및 경화 단계 동안에, 성형품(322a)의 광학 관련 표면(323)의 영역에 추가적인 경화성 재료가 계속 유입되어, 경화 동안에 폴리머 체적의 수축이 보상된다. 발산 조정용 구조(319)는, 구체적으로 성형품(322a)의 광학 관련 표면(323)의 안과 아래의 영역에서의 줄무늬 형성을 방지하도록 조사를 비평행화하는 역할을 한다. 발산 조정용 구조(319)는 마이크로렌즈 필드, 회절 구조체, 산광기, 또는 가장 먼저 언급한 마이크로 구조와 동일한 효과가 얻어지지만, 많은 수고가 수반되는 마이크로 구조화될 필요 없이 간단히 인쇄되는 안료나 염료의 도포일 수 있다.
도 6a의 우측에 도시된 성형 도구(310b)는, 광학 기능면(312')을 둘러싸는 기계적 기능면(313)이 추가되어 있는 점이 좌측에 도시된 성형 도구(310a)와 다르다. 따라서, 성형품(322b)은 광학 관련 표면(323)을 둘러싸는 기계적 기능의 엣지(324)를 구비한다. 상기 기계적 기능의 엣지는(324), 예를 들어 성형품(322b)의 광학 기능의 수행에 기여할 수 없고, 이에 따라 발산 조정용 구조(319)에 의해 형성된 비평행 조사의 영역에 위치할 수 없다. 기계적 기능의 엣지(324)는, 예를 들어 몇몇 성형품을 서로의 위에 적층할 때 성형품(322b)을 조정 및/또는 고정하는 역할을 할 수 있다.
도 6b의 좌측에는, 본 발명의 실시형태에 따른 성형 도구(310c)의 저면도와, 상기 성형 도구(310c)의 단면도, 그리고 상기 성형 도구(310c)에 의해 성형된 성형품(322c)의 평면도와, 상기 성형품(322c)의 단면도가 도시되어 있다. 또한, 도 6b의 좌측에는, 본 발명의 실시형태에 따른 성형 도구(310d)의 저면도와, 상기 성형 도구(310d)의 단면도, 그리고 상기 성형 도구(310d)에 의해 성형된 성형품(322d)의 평면도와, 상기 성형품(322d)의 단면도가 도시되어 있다.
도 6b의 좌측에 도시된 성형 도구(310c)는, 광학 기능면(312') 부근에 비회전 대칭의 주변 구조(317, 317')을 구비하는 점이 도 6a의 좌측에 도시된 성형 도구(310a)와 다르다. 제1 비회전 대칭의 주변 구조(317)는 성형 도구(310c)의 성형면(312)에 함몰부를 형성한다. 제2 비회전 대칭의 주변 구조(317')는 성형 도구(310c)의 성형면(312)에 융기부를 형성한다. 성형품(322c)에서, 제1 비회전 대칭의 주변 구조(317)는, 광학 관련 표면(323) 부근의 비회전 대칭의 주변 융기부(327)로 된다. 성형품(322c)에서, 성형 도구(310c)의 제2 비회전 대칭의 주변 구조(317')는, 비회전 대칭의 주변 함몰부(327')가 된다.
구체적으로, 몇몇 성형품을 적층할 때, 상기 비회전 대칭의 주변 구조(317, 317')에 의해 형성된 융기부(327)나 함몰부(327')는 개개의 성형품을 로크하는 역할을 할 수 있다.
전술한 실시형태에서 구조(317, 317')는 비회전 대칭의 것이지만, 다른 실시형태에서 구조(317, 317')는 회전 대칭의 것일 수도 있고, 및/또는 부분 회전에 관하여 회전 불변인 것이거나 혹은 둘러싸고 있는 것일 수 있다. 또한, 성형 도구(310c)는 주변 구조를 하나만 구비하거나 복수개 구비할 수 있다. 상기 주변 구조는 그 형상을 달리할 수 있고, 구체적으로는 그 위에 성형 도구(310c)가 놓이거나 및/또는 소정 거리를 두고 정렬되는 표면(330)에 관하여 실장 방향을 달리할 수 있다.
도 6b의 우측에 도시된 성형 도구(310d)는, 광학 기능면(312')에 인접하며 비회전 대칭의 주변 구조(317, 317')가 반경방향 외측으로 연장되도록 인접해 있는, 포위형의 기계적 기능면(313)이 있는 점이 좌측에 도시된 성형 도구(310c)와 다르다.
성형품(322d)에서, 기계적 기능면(313)은 융기부(327) 및 함몰부(327')가 연장되어 나가는 원주형의 기계적 경계(324)로 된다.
도 6c의 좌측에는, 본 발명의 실시형태에 따른 성형 도구(310e)의 저면도와, 상기 성형 도구(310e)의 단면도, 그리고 상기 성형 도구(310e)에 의해 성형된 성형품(322e)의 평면도와, 상기 성형품(322e)의 단면도가 도시되어 있다. 또한, 도 6c의 우측에는, 본 발명의 실시형태에 따른 성형 도구(310f)의 저면도와, 상기 성형 도구(310f)의 단면도, 그리고 상기 성형 도구(310f)에 의해 성형된 성형품(322f)의 평면도와, 상기 성형품(322f)의 단면도가 도시되어 있다.
도 6c의 좌측에 도시된 성형 도구(310e)는, 제1 개구 구조(314) 및 제2 개구 구조(314')가 광학 기능면 영역(312')에 횡방향으로 인접 배치되어 있는 점이, 도 6b의 우측에 도시된 성형 도구(310d)와 다르다.
개구 구조(314, 314')는, 성형 도구(310e)를 통과해 조사하는 동안에 경화되지 않아야 하는 영역을 가리는 역할을 한다.
따라서, 성형품(322e)에서의 개구 구조(314, 314')는, 표면(330)에 수직하게 연장된 제1 채널(329)과, 표면(330)에 수직하게 연장되는 제2 채널(329')이 되는데, 이후의 세척 프로세스 및/또는 현상 프로세서에서 상기 두 채널의 안에는 경화된 재료가 없다. 예를 들어, 채널(329, 329')은 용해 가능한 경화성 재료를 용해하여 공극을 형성하기 위해 용제를 도입하는 데 사용될 수 있다.
도 6c의 우측에 도시된 성형 도구(310f)는, 개구 구조(314, 314')의 배치를 달리한 점이 좌측에 도시된 성형 도구(310e)와 다르다. 제1 개구 구조(314)는 성형 도구(310f)의 제1 비회전 대칭의 주변 구조(317)에 배치된다. 제2 개구 구조(314')는 성형 도구(310f)의 제2 비회전 대칭의 주변 구조(317')에 배치된다. 개구 구조(314, 314')는 매우 간단한 방식으로 구현될 수 있으며, 예를 들어 비회전 대칭의 주변 구조(317, 317')의 영역에 있어서 성형면(313) 또는 탄성 멤브레인(316)에 흑색 안료를 도포함으로써 구현될 수 있다.
성형 도구(310f)에 의해 성형된 성형품(322f)은 성형품(322f)과 다르지 않다.
도 6a 내지 도 6c를 참조로 설명한 성형 도구(310a 내지 310f)는 볼록한 광학 관련 표면(323)을 갖는 성형품(322a 내지 322f)을 만들어 내는 역할을 하지만, 다른 실시형태는 오목하거나, 볼록하거나, 평평하거나, 혹은 자유 형상 영역 형태인 광학 관련 표면을 갖는 성형품을 성형하도록 되어 있는 성형 도구를 포함할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c에 도시된 성형품(323a 내지 323f)은 예를 들어 광학 렌즈를 형성할 수 있다. 도시된 실시형태에서는 평면-볼록 렌즈 형상이 나타내어져 있지만, 다른 실시형태에서 성형품은 그 밖의 렌즈 형상을 가질 수 있다.
앞서 도시한 실시형태에서는 2개의 개구 구조(314, 314')가 배치되어 있지만, 성형 도구는 하나의 개구 구조를 갖거나 혹은 다수의 개구 구조를 갖거나 혹은 개구 구조를 갖지 않을 수 있다.
앞서 도시한 실시형태에서는, 예를 들어 표면(330)에 수직하게 연장되는 채널(329, 329')이 비회전 대칭의 주변 구조(327, 327')의 영역에서 좌우에 형성되도록, 개구 구조(314, 314')가 배치되어 있지만, 개구 구조(314, 314')는 표면(330)에 수직하게 연장되는 채널을 성형품(322e, 322f) 내의 다른 위치에 형성하도록 성형 도구(310e, 310f) 내의 다른 위치에, 예를 들어 광학 기능면 영역(312')의 외부에 배치될 수도 있다.
또한, 다른 실시형태에서 기판 또는 표면(330)은 평평한 것이 아니라, 예를 들어 성형 도구(310a 내지 310f)에 대한 대응부로서 임의의 형상을 취할 수 있다.
성형품(322a 내지 323f)은 성형 도구(310a 내지 310f)의 정반대의 이미지를 나타낸다.
따라서, 개구 구조(314, 314')는, 기판 또는 표면(330)에 수직하게 연장되는 캐비티 및/또는 채널(329, 329')을 성형품(322e 내지 322f) 내에 형성하도록, 자외광으로 조사하는 동안에 액상 폴리머 및/또는 추가적인 경화성 재료를 가리는 역할을 할 수 있다. 단계(120)를 이용하면서 UV 조사에 의해 경화한 이후에는, 기판 또는 표면(330)에 수직하게 연장되는 캐비티 및/또는 채널(329, 329')이, 조사되지 않아 액상인 폴리머 및/또는 경화성 재료를 제거하는 후속 세정 단계 이후에, 제작된 구조체 및/또는 성형품(322e 내지 322f) 내에 남는다.
또한, 추가적인 단계로는, 표면(330) 또는 기판(330)을 제거하는 단계나, 혹은 성형 완료된 성형품 상에 다른 요소를 성형하는 단계가 있을 수 있다.
다른 실시형태에 따르면, 폴리머를 경화하는 동안에 예를 들어 약 1% 내지 10%의 수축이 일어나기 때문에, 나중에 존재하게 될 경화된 재료에 비해 많은 양의 액상 폴리머 및/또는 경화성 재료가 있어야 하므로, 성형 도구는 경화되지 않은 폴리머 분량을 비축하기 위한 개구 구조를 더 포함할 수 있다.
따라서, 폴리머 분량을 비축하기 위한 개구 구조는, 자외선 조사되어 경화되지 않도록 마련된다. 따라서, 폴리머 분량 비축용 개구 구조의 아래에 존재하는 액상 폴리머 및/또는 추가적인 경화성 재료는, 예를 들어 수축 보상에 필요한 추가 분량의 액상 폴리머 및/또는 경화성 재료의 저장소의 역할을 한다.
폴리머 분량 비축용 개구 구조는, 예를 들어 상기 표면에 수직하게 연장되는 채널을 제공하는 개구 구조와 결합되어, 하나 또는 수개의 공통(공용) 개구 구조를 형성할 수 있다.
예를 들어, [성형 도구(310e, 310f)에 나타내어진 바와 같이] 성형 도구의 광학 기능면 영역 외측의 영역 모두가 액상 폴리머 비축을 위해 이용되고, (광학 기능면 영역에서 시작하여) 내측으로부터 외측을 향해 시간적으로 순차적인 조사가 행해져, 이 시간적으로 순차적인 조사로 인해, 광학 기능면 영역의 조사를 마치기까지 조사되지 않으므로, 광학 기능면 영역의 외측의 영역이 덮일 수 없다면, 폴리머 분량 비축용 개구 구조는 생략할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치(700)의 개략적인 단면도이다. 장치(700)는 예를 들어 유리 기판 재료로 제작된 표면(330)을 포함한다. 경화성 재료(320)가 소정 영역(340)에서 표면(330)과 이에 면하는 성형면(312)의 사이에 위치할 수 있도록, 성형 도구(310)가 표면(330) 상에 배치된다. 또한, 성형 도구(310)는 추가적인 경화성 재료(321)에 의해 둘러싸인다. 성형 도구(310)의 외측 가장자리에는, 원주형의 탄성 멤브레인(710)이 마련된다. 장치(700)는, 표면(330)에 면하지 않는 성형 도구(310)의 표면 상에 가변 개구층(350)을 포함한다. 가변 개구층(350)에는 가변 그레이 필터(510)가 인접해 있다. 또한, 예를 들어 탄성 재료로 이루어진 원주형 시일이, 장치(700)의 가장자리에 배치될 수 있다.
도 7에 도시된 장치(700)는 액상 폴리머 및/또는 추가적인 경화성 재료(321)에 정압(pa)을 인가할 수 있다. 즉, 탄성 멤브레인(710)에는 예를 들어 스탬프에 의해 외부 정압(pa)이 인가될 수 있고, 그 결과 탄성 멤브레인(710)과 원주형 시일에 의해 밀봉된 영역에 내부 정압(pi)이 발생한다. 내부 정압(pi)은, 가변 개구부 및/또는 개구층(350)에 의해 국부적으로 제한되고 있는, 폴리머의 경화가 일어나고 있는 위치로의, 액상 폴리머 및/또는 추가적인 경화성 재료(321)의 이동 및/또는 유동(Φp)을 향상시키고, 그 결과 수축 보상이 향상된다.
다시 말하자면, 성형 도구(310)는 개구를 구비하고, 이 개구를 통해, 예를 들어 스탬프에 의해, 외부로부터 액상 폴리머 및/또는 추가적인 경화성 재료(321)에 압력(pa)이 인가될 수 있다. 바람직하게는, 외부 정압(pa)은, 스탬프를 통하여 및/또는 유압식 혹은 공기압식 유사 수단을 이용하여, PDMS(폴리디메틸 실록산)로 이루어진 탄성 멤브레인(710)을 통해, 액상 폴리머 및/또는 추가적인 경화성 재료(321)에 전해질 수 있다. 이와 동시에, 탄성 멤브레인(710)에 의해 외부와의 접촉이 방지될 수 있다. 예를 들어 탄성 재료로 이루어지는, 장치(700) 및/또는 웨이퍼의 가장자리 상의 원주형 시일은 압력을 유지하는 역할을 한다. 상기 원주형 시일 내의 모든 위치에서 액상 폴리머의 이동 또는 유동(Φp)을 보장하기 위해, 웨이퍼 또는 장치(700)의 전체 표면에 액상 폴리머 또는 경화성 재료의 연속층을 마련하고, 이에 따라 이 연속층이 유체 역학적 관점에서, 대응 파이프를 형성하여, 동일한 내부 정압(pi)을 갖는다.
이러한 식으로, 장치(700)는, 추가적인 경화성 재료(321)에 일정한 압력을 인가하는 단계(130)가, 국부적으로 변화를 주어 조사하는 단계(120)와 동시에 행해질 수 있게 한다. 이로써, 경화성 재료의 경화 동안에 현상된 캐비티가 계속 유동하는 추가적인 경화성 재료(321)에 의해 보상되는 것과, 그 결과 수축 보상이 향상되는 것이 보장된다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치(800)의 개략적인 단면도이다. 장치(800)는, 성형 도구(310)에 있어서 표면(330)의 반대측을 향해 있는 측과, 개구층(350)에 있어서 성형 도구(310)에 면하는 표면의 사이에 툴 기판(810)이 배치된다는 점이 장치(700)와 다르다. 평판 형태인 툴 기판(810)은, 성형 도구(310)에 있어서 표면(330)의 반대측을 향해 있는 표면에 인접해 있다. 또한, 장치(800)는, 성형 도구(310)의 외측 가장자리에서 툴 기판(810)과 성형 도구(310)의 사이에, 압력 인가용의 유압액 및/또는 압축 공기를 위한 채널(820)을 구비한다.
장치(700)와는 달리, 여기에 기술된 장치(800)에서는, 스탬프가 아니라 채널(820) 내의 유압액 및/또는 압축 공기에 의해서, 외부 정압(pa)이 발생된다.
도 9는 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치(900)의 개략적인 단면도이다. 상기 장치(800)의 경우와 마찬가지로, 장치(900)도 추가적인 경화성 재료(321)에 외부 정압(pa)을 인가하기 위한 유압식 및/또는 공기압식 유사수단을 이용한다. 장치(900)는 툴 기판(810) 및 성형 도구(310)의 형상이 다른점이 장치(800)와 다르다. 장치(800)에서는 툴 기판(810)의 단면 형상이 직사각형인 반면에, 도 9에 도시된 장치(900)에서는 툴 기판(810)의 단면 형상이 T자 형상인데, 이 T자 형상은 압력 인가용의 유압액 및/또는 압축 공기를 위한 채널(820)을 형성한다. 장치(800)의 성형 도구(310)에 있어서 표면(330)의 반대편을 향해 있는 표면과는 달리, 장치(900)의 성형 도구(310)에 있어서 표면(330)의 반대편을 향해 있는 표면은 연속적으로 평탄한 형상이다. 장치(900)의 작동 모드는 장치(800)의 작동 모드와 유사하다.
도 7 내지 도 9에 도시된 장치는 구조체 및/또는 렌즈의 제작에 한정되는 것이며; 유용하게는, 도시된 장치는 수천 개가 필드에, 예를 들어 웨이퍼 상에 배치되어, 이 장치의 수에 대응하는 수천 개의 구조 및/또는 렌즈가 하나의 프로세스에서 제조된다. 따라서, 이하에서는 수개의 상기 장치의 배치 구성 방법을 보여준다. 이하에서는 도시의 명료화를 이유로, 필드 내에서 수개의 장치간의 거리가 크게 축소되어 도시되어 있음을 유의하여야 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치(1000)의 개략적인 단면도이다. 장치(1000)는 수개의 장치(700)를 포함한다. 도 10은, 경화된 폴리머로 이루어지며 밀폐 캐비티를 형성하는 원주형 벽(1010)에 의해 서로 이격되어 있는 두 장치(700)를 보여준다.
따라서, 장치(1000)는, 연속적인 폴리머층 혹은 경화성 재료(320)의 층 없이, 액상 폴리머 또는 경화성 재료(320)에 외부 정압(pa)을 인가하는 것이 가능하다. 다시 말하자면, 장치(1000)의 각 부분 장치(700) 내에 하나의 분리된 내부 정압(pi)이 발생된다.
광학적으로 활성인 영역들, 즉 조사되는 영역들 사이에 위치하는, 폴리머 재료 또는 경화성 재료를 세이브하기 위해, 2부 노출 프로세스가 행해질 수 있다. 이와 관련하여, 제1 단계는, 제조 대상인 구조체에서의 광학 구역 뿐만 아니라 정압(pa)을 인가하기 위한 채널의 영역을, 개구층(350)에 의해 가리는 것을 포함한다. 제1 조사의 결과, 경화된 폴리머 또는 경화된 경화성 재료로 이루어진 원주형 벽(1010)이, 각 광학 구역, 즉 제조 대상인 구조체가 나중에 성형될 영역의 둘레에 형성될 것이다. 따라서, 개개의 광학 구역은 다른 구역으로부터 분리되어 있으며; 다시 말하자면 장치(1000)는 수개의 부분 장치(700)로 세분되어 있다. 이제 제2 단계에서는, 이렇게 형성된 다른 챔버로부터 독립되어 있는 챔버 및/또는 부분 장치(700) 내에, 정압(pi)이 발생될 수 있고, 그 결과 제2 경화 프로세스 동안에, 직경의 변경이 가능한 개구부 또는 개구층(350)에 의해, 폴리머 또는 추가적인 경화성 재료(321)의 연속적인 유동(Φp)이 보장된다. 따라서, 제2 경화 프로세스, 또는 국부적으로 변화를 주어 조사하는 단계(120)가, 방법(100)과 관련하여 전술한 것과 동일한 패턴을 따라 행해진다.
도 11은 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치(1100)의 개략적인 단면도이다. 장치(1000)와 유사하게 도시된 장치(1100)는, 경화된 폴리머로 이루어지며 밀폐 캐비티를 형성하는 원주형 벽(1010)에 의해 분리된 수개의 장치(800)의 배치 구성을 보여준다. 원주형 벽(1010)은 장치(1000)와 관련하여 전술한 방식으로 만들어진다.
장치(1100)의 작동 모드는 장치(1000)의 작동 모드와 유사하다.
도 12는 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치(1200)의 개략적인 단면도이다. 장치(1000 및 1100)와 유사하게 도시된 장치(1200)는, 경화된 폴리머로 이루어지며 밀폐 캐비티를 형성하는 원주형 벽(1010)에 의해 분리된 수개의 장치(900)의 배치 구성을 보여준다. 원주형 벽(1010)은 장치(1000)와 관련하여 전술한 방식으로 만들어진다.
장치(1200)의 작동 모드는 장치(1000 및 1100)의 작동 모드와 유사하다.
도 13은 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치(1300)의 개략적인 단면도이다. 장치(1300)는, 경화된 폴리머로 이루어진 원주형 벽에 의해 서로 분리되어 있지 않은 수개의 장치(900)의 배치 구성을 갖는다. 또한, 국부적으로 변화를 주어 조사하는 것은, 가변 개구층(350)이 아니라 가변 그레이 필터(510)에 의해서만 제어된다. 개개의 장치(900)가 경화된 폴리머로 이루어진 원주형 벽에 의해 분리되어 있지 않으므로, 광학적으로 비활성인 구역을 경화하는 제1 단계가 생략될 수 있다.
도 14a는 본 발명의 일 실시형태에 이용하는 성형 도구(310)를 구비한 장치의 개략적인 단면도이다. 도 14a에 도시된 장치에 사용된 성형 도구(310)는, 지금까지 도시한 성형 도구와, 조명의 발산을 국부적으로 조정하는 마이크로 구조(1410)가 다르다. 또한, 도 14a에 도시된 성형 도구(310)는, 도 6c에 성형품(322e, 322f)을 이용해 도시되어 있는 바와 같이, 폴리머 분량 비축용 캐비티를 형성하거나 및/또는 기판 또는 표면(330)에 수직하게 연장되는 채널(329, 329')를 형성하는 개구 구조(314)를 포함한다.
따라서, 도 14a에 도시된 성형 도구(310)를 이용하면, 국부적으로 변화를 주어 조사하는 단계(120)에서, 발산의 공간적 제어가 가능해진다. 액상 폴리머 또는 추가적인 경화성 재료(321)의 분량을 비축하기 위해, 및/또는 기판 또는 표면(330)에 수직하게 연장되는 채널(329, 329')을 형성하기 위해, 또는 원주형 벽(1010)을 형성하기 위해 차단된 영역은, 가능한 급경사 구조의 가장자리로서 나타날 것이다. 급경사 구조의 가장자리는, 마스크 얼라이너에 의해 제공되는, 시준 자외선, 즉 자외선의 평행 조명에 의해 형성될 수 있다.
시준된, 즉 평행하여 방향성이 큰, 조명 혹은 조사는, 폴리머 또는 경화성 재료에서의 굴절률 구배의 형성을 초래할 수 있으며, 이는 줄무늬 형성으로 이어져, 경화된 폴리머 또는 비차단 영역의 재료의 광학 기능이 저하된다는 점이 불리하다.
따라서, 줄무늬 형성을 방지하기 위해, 확산 조명이 권장된다. 그 결과, 급경사 구조의 가장자리와 굴절률의 균일 분포의 동시 형성, 즉 간단한 도구를 이용하면서 공지의 투광 노출로 줄무늬를 형성하는 것은, 가능하지 않다.
성형 도구(310) 상에 있어서, 국부적으로, 또는 도면부호 319로 나타내어진 바와 같이 서로 다른 위치에, 마이크로 구조(1410), 예를 들어 마이크로렌즈 필드, 회절 구조체, 또는 산광기 등을 이용하면, 경화에 필요하며 마스크 얼라이너에 의해 시준되어 조사되는 자외선을 국부적으로 조정하는 것이 가능해진다. 이로써, 한편으로는 줄무늬 형성을 방지하지만, 다른 한편으로는 구조체의 프로파일에 있어서 급경사의 가장자리의 출현을 허용하지 않는, 발산 증대 영역(1420)이 형성된다. 또한, 급경사 구조의 가장자리 곡선을 가질 뿐만 아니라 줄무늬 형성도 증대된 영역(1430)이 형성된다. 영역(1420)은 광학적으로 활성인 영역, 예를 들어 제조 대상인 구조체에서의 렌즈 표면을 형성할 수 있다. 급경사 구조의 곡선을 가지며 광학적으로 무의미한 영역(1430)은, 예를 들어 제조 대상인 구조체에서의 가장자리 영역 혹은 가장자리를 형성할 수 있다.
전술한 실시형태에서는, 발산 증대 영역(1420)을 형성하는 데 마이크로 구조(1410)가 이용되었지만, 다른 실시형태에서는 성형 도구(310) 상의 안료 또는 염료 구조에 의해 발산 증대 영역(1420)을 형성할 수도 있다. 상기 안료 또는 염료 구조는 간단하게 인쇄될 수 있으므로, 많은 수고를 요하는 마이크로 구조에 비해 간단하게 형성되며, 추가적으로 다음 성형 도구의 층이 적층될 수 있다. 마이크로 렌즈의 용례에서 요구되는 공극이, 발산 증대 영역(1420)을 형성하기 위한 안료 또는 염료 구조의 용례에서는 생략될 수 있다.
도 14b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치(1400)의 개략적인 단면도이다. 장치(1400)는 표면(330) 또는 기판(330)을 포함한다. 경화성 재료(320)는 성형 도구(310)의 성형면(312)과 표면(330)의 사이에 배치된다. 성형 도구(310)는 조명 또는 조사의 발산을 국부적으로 조정하기 위한 마이크로 구조(410)를 포함한다. 또한, 성형 도구(310)는, 폴리머 분량 비축용 캐비티를 형성하거나 및/또는 기판 또는 표면(330)에 수직하게 연장되는 채널(329, 329')를 형성하는 개구 구조(314)를 포함한다. 가변 개구층(350)은, 성형 도구(310)에 있어서 표면(330)에 면해 있지 않은 표면에 인접해 있다. 가변 그레이 필터(510)는, 가변 개구층(350)에 있어서 성형 도구(310)에 면해 있지 않은 표면에 인접해 있다.
가변 그레이 필터(510)는 가변 개구층(350)과 함께, 경화성 재료(320)를 국부적으로 변화를 주어 조사할 수 있게 하므로, 추가적인 경화성 재료(321)는 경화성 재료(320)의 재료 수축을 보상하도록 계속 유동할 수 있다. 조명의 발산을 국부적으로 조정하기 위한 마이크로 구조(1410)는 경화성 재료(320)의 경화 동안에 줄무늬 형성을 방지하므로, 제조되는 구조체에 있어서 발산 증대 영역(1420)의 광학 특성이 향상된다. 시준되어 주사되는 영역(1430)은, 제조되는 구조체에 있어서 급경사 구조의 가장자리를 이룬다. 또한, 도시된 장치(1400)는 이전 실시형태에서 이미 설명한 바와 같이 정압을 인가하는 장치에 의해 확대될 수 있다.
국부적으로 변화를 주어 조사하는 것은, 제조 대상인 구조체의 광학 특성을 향상시키도록, 내측, 즉 발산 증대 영역(1420)의 중앙으로부터, 외측, 즉 발산 증대 영역(1420)의 가장자리를 향하여 행해지는 것이 바람직할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치(1500)의 개략적인 단면도이다. 장치(1500)는 하나의 필드 내에 도시된 모든 장치가 조합되어 있는 것을 보여준다. 장치(1500)는 표면(330)을 포함한다. 표면(330)은 성형 도구(310)의 필드에 인접해 있다. 성형 도구(310)의 성형면(312)과 표면(330)의 사이의 영역(340)에 경화성 재료(320)가 있다. 성형 도구(310)는, 조명 발산을 국부적으로 조정하기 위한 마이크로 구조(1410)와, 폴리머 분량 비축용 캐비티를 형성하거나 및/또는 기판에 수직하게 연장되는 채널(329, 329')를 형성하는 개구 구조(314)를 포함한다. 또한, 성형 도구(310)는 탄성 멤브레인(710)을 포함한다. 탄성 멤브레인(710)은 외부 정압(pa)을 인가하는 스탬프(1510)에 인접해 있다. 가변 개구층(350)은, 스탬프(1510)에 있어서 성형 도구(310)에 면해 있지 않은 표면에 인접 배치된다. 가변 개구층(350)은 제1 개구 필드(351)와 제2 개구 필드(352)를 포함한다. 가변 그레이 필터(510)는, 가변 개구층(350)에 있어서 성형 도구(310)에 면해 있지 않은 표면에 인접 배치된다.
가변 그레이 필터(510)와 가변 개구층(350)을 함께 이용함으로써, 성형 도구(310)를 통하여 경화성 재료(320)를 국부적으로 변화를 주어 조사할 수 있게 된다. 국부적으로 변화를 조사하는 단계(120) 동안에, 스탬프(1510)에 의해 외부 정압(pa)이 추가적인 경화성 재료(321)에 가해진다. 외부 정압(pa)이 내부 정압(pi)으로 되어, 추가적인 경화성 재료(321)를 조사가 행해지는 영역(340)에 연속적으로 유입(Φp)시키게 되므로, 수축 보상의 개선이 가능해진다. 조명 발산을 국부적으로 조정하기 위한 마이크로 구조(1410)를 이용하면, 마스크 얼라이너에 의해 시준 조사되는 자외선을 확산시킬 수 있게 되므로, 제조 대상인 구조체에 있어서 광학적으로 활성인 영역(1420)에 줄무늬가 형성되는 것이 방지된다.
요약하여 말하면, 장치(1500)는, 예를 들어 자외선 경화성 폴리머에 기반을 둔 복제 프로세스를 이용하여 매우 정밀한 광학 및 기계 요소를 저비용으로 생산하는 배치 구성을 보여준다고 할 수 있다. 이러한 점에서, 성형에 필요한 성형 도구(310)에는, 마이크로 구조(1410) 등의 고정 광학 요소, 개구층(350) 혹은 그레이 필터(510) 등의 가변 광학 요소가 마련되는데, 상기 가변 광학 요소는 성형 도구(310)의 투과 기능을 진폭 및 위상에 관하여 시간을 변수로 하여 국부적으로 조정할 수 있게 하는 것이다. 이와 같이 투과 기능을 진폭 및 위상에 관하여 시간을 변수로 하여 국부적으로 조정하면, 폴리머 또는 경화성 재료의 UV 경화 동안에 발생하는 수축이 보상되고, 이에 따라 기판 및/또는 표면에 작용하는 기계적 응력의 발생이 줄어들게 되며, 경화되는 재료에 있어서 급경사의 가장자리 곡선 혹은 저굴절률 구배를 갖는 구조가 위치에 따라 형성되게 된다.
다시 말하자면, 조명 광학계의 투과 기능을 시간적으로 제어하고, 경화되지 않은 폴리머 분량을 비축하며, 액상 폴리머에 정압을 인가하고, 발산을 공간적으로 분산시킴으로써, 전술한 장점이 얻어진다. 장치(1500)에서는 하나의 필드 내에 전술한 모든 기능이 조합되어 있다.
추가적인 폴리머 분량, 즉 추가적인 경화성 재료(321)는, 예를 들어 성형 도구(310) 내의 추가적인 개구 구조에 의해 조사로부터 보호받을 수도 있지만, 제조 대상인 구조체에 있어서, 발산 증대 영역(1420)과 같이 광학적으로 활용되는 유효 영역의 주위에 있는 가장자리 영역으로부터 추가적인 경화성 재료(321)를 계속 유동시키는 것도 가능함은, 여기서 재차 거론될 만큼 중요하다. 구체적으로, 이는 광학적으로 활용되는 유효 영역, 즉 제조 대상인 구조체에서의 광학 관련 표면에서 시작하여, 외측, 즉 제조 대상인 구조체에서의 가장자리 영역을 향해, 시간적으로 순차적인 조사가 행해진다면 가능하다. 순차적인 조사 동안에 가장자리 영역의 추가적인 경화성 재료(321)에 압력을 인가하기 때문에, 추가적인 경화성 재료(321)는, 제조 대상인 구조체에 있어서 가장자리 영역으로부터 광학적으로 활용되는 유효 영역으로 계속 유입된다. 제조 대상인 구조체에서의 가장자리 영역에 위치하며 체적 수축을 보상하는 데 이용되지 않은 추가적인 경화성 재료(310)는, 실제 렌즈, 즉 제조 대상인 구조체에 있어서 광학적으로 활용되는 유효 영역이 경화되는 시기인, 시간적으로 말하면 조사의 말기에, 경화될 수 있다.
또한, 도 16은 본 발명의 실시형태에 따른 장치(1600)의 개략적인 단면도로서, 도 7 내지 도 15에 도시된 장치와는 달리, 도 6a 내지 도 6c에 도시되어 있는 간단한 구조의 성형 도구(310)가 장치(1600)에 구현되어 있는 것을 보여준다. 다시 말하자면, 도 16에 도시된 성형 도구(310)는 기본적으로 도 6a 내지 도 6c에 도시된 성형 도구(310a 내지 310f)에 대응한다. 장치(1600)에 사용된 성형 도구(310)를 이용해 도 16에 도시되어 있는 바와 같이, 표면(330)에 면하는 표면과 같은 표면, 즉 성형 도구(310)의 성형면(312)에, 탄성 멤브레인(710)[(도 6a 내지 도 6c에 따른 탄성 멤브레인(316) 참조]이 부착되는 영역과, 탄성 멤브레인(710)이 부착되지 않는 그 밖의 영역이 존재하도록 구성될 때, 개구 또는 채널을 필요로 하지 않는 간단한 구조의 성형 도구(310)가 얻어진다. 도 6a에 도시된 성형 도구(310)와는 달리, 성형 도구(310)는 개구 구조(314)를 구비하지 않는다. 접착부가 없는 영역(1610)에서는, 유압식 또는 공기압식 유사 수단을 이용해 외부 정압(pa)을 인가함으로써, 탄성 멤브레인(710)이 팽출될 수 있다. 접착부가 없는 영역(1610)은 도 16에 파선으로 도시되어 있다. 탄성 멤브레인(710)의 팽출은, 예를 들어 유압액 또는 압축 공기를 이용한 압력 인가에 의해 이루어진다. 이렇게 탄성 멤브레인(710)이 팽출되어, 성형 도구(310)의 둘레로 연장되는 채널(820)[도 6a 내지 도 6c의 채널(318) 참조]이 형성된다. 탄성 멤브레인(710)이 성형 도구(310)에 접착되어 있지 않은 영역(1610)에, 채널(820)이 형성된다. 유압액 또는 압축 공기로 인해 채널(820) 내에 존재하게 되고, 접착부가 없는 영역(1610)에서 탄성 멤브레인(710)의 팽출을 야기하는 외부 정압(pa)은, 아직 액체 상태인 추가적인 경화성 재료(321)에서 내부 정압(pi)으로 되고, 이 내부 정압(pi)으로 인해, 국부적인 조사가 행해지는 영역(340)에서의 수축을 보상하는 추가적인 경화성 재료(321)가 계속 유동하게 된다. 이러한 점에서, 성형 도구(310)의 표면 상에 접착 영역/비접착 영역을 구성함으로써, 웨이퍼 또는 장치(1600)의 가장자리 둘레로 연장되는 시일이 이루어질 수 있다.
따라서, 간단한 구조의 성형 도구(310)와 관련된, 도 16에 도시된 장치(1600)는, 도 8과 도9에 도시된 간단한 형태의 장치(800 및 900)를 나타낸다. 따라서, 간단한 구조의 성형 도구(310)는 성형 도구(310)의 생산 비용의 저감을 가능하게 한다.
도 17은 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치(1700)의 개략적인 단면도이다. 장치(1700)는, 경화된 폴리머로 이루어진 원주형 벽에 의해 서로 분리되어 있지 않은 수개의 장치(1600)의 배치 구성을 갖는다. 개개의 장치(1600)에 있어서 정압을 인가하는 채널(820)은 유체 공학적으로 상호 연결되어 있다. 채널(820)에서의 외부 정압(pa)은 공기 등의 공기압 매체나 오일 등의 유압 매체에 의해 발생될 수 있다. 이를 위해, 장치(1700) 및/또는 웨이퍼의 적어도 한 위치에 구멍, 예컨대 표면(330) 또는 기판(330)을 관통하는 구멍을 형성하여, 압축 공기 또는 유압액을 공급한다. 유압액에 의한 압력(pa)의 발생은, 공기압에 의한 압력의 발생과는 달리, 장치(1700) 또는 웨이퍼의 전체에 걸쳐서 보다 균일한 압력(pa) 분포를 갖는다는 장점이 있다. 또한, 국부적으로 변화를 주어 조사하는 것은, 가변 그레이 필터(510)에 의해 제어된다. 물론 장치(1700)는 가변 개구층(350)을 더 포함할 수 있다. 개개의 장치(1600)가 경화된 폴리머로 이루어진 원주형 벽에 의해 분리되어 있지 않으므로, 광학적으로 비활성인 구역을 경화하는 제1 단계가 생략될 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치(1800)의 개략적인 단면도이다. 장치(1700)와 유사하게, 장치(1800)는 수개의 장치(1600)의 배치 구성을 보여준다. 장치(1700)와는 달리, 개개의 장치(1600)는, 경화성 폴리머로 이루어지며 밀폐 캐비티를 형성하는 원주형 벽(1010)에 의해 서로 이격되어 있다. 또한, 장치(1700) 내에서 국부적으로 변화를 주어 조사하는 것은, 가변 그레이 필터(510)에 의해 제어된다. 물론 장치(1800)는 가변 개구층(350)을 더 포함할 수 있다. 원주형 벽(1010)은 장치(1000)와 관련하여 전술한 방식으로 만들어진다. 이 경우에도, 개개의 채널(820)은, 채널(820) 내에 존재하게 되며 압축기에 의해, 예를 들어 장치(1800) 전체에 걸쳐 발생되는 외부 정압(pa)의 균일한 분포를 보장하도록 상호 접속되어 있다.
기술하는 모든 장치에서, 표면(330) 또는 기판(330)은, 예를 들어 유리, 세라믹, 유리 세라믹, 실리콘, 게르마늄 및 UV 경화 가능하거나 혹은 용해 가능한 폴리머 등과 같은 연속적으로 균일한 재료로 형성될 수 있거나, 또는 구조화된 재료, 즉 예컨대 연속적인 캐비티를 구비한 기판으로 구성될 수 있다.
성형 도구(310)는, 예를 들어 UV 경화 폴리머로 형성될 수 있고, 예를 들어 유리로 제조될 수 있는 툴 기판(810) 상에 성형되어 있다. 물론, 다른 실시형태에서 성형 도구는 다른 재료로 제조될 수 있다.
도 3 내지 도 18에 기재된 실시형태는 구면 렌즈 또는 구면 렌즈의 필드를 제조하는 역할을 하지만, 다른 실시형태는 비구면 렌즈, 자유 형상 영역, 또는 UV 경화성 재료로 이루어진 다른 구조체를 제조하는 역할을 할 수도 있다.
또한, 구조체의 필드의 제조에 있어서, 개개의 구조체는 그 특성이 서로 다를 수 있다.
경화 동안에 폴리머의 체적 수축을 보상하기 때문에, 구체적으로 대부분의 구조체 높이가 수백 마이크로미터인 경우에, 광학, 기계 요소의 보다 정밀한 금형이 얻어질 수 있다. 특히, 촬상 시스템을 웨이퍼 레벨로 제조하는 것에서 요구되는 바와 마찬가지로, 마이크로 광학 및 마이크로 기계 부품의 제조를 위한 전제 조건이 있다. 또한, 예를 들어 상기 수축에 기인한 기판 상에서의 기계적 응력도 감소될 수 있다. 그 결과, 웨이퍼, 즉 기판의 휨이 감소될 수 있고, 특히 카메라 모듈을 웨이퍼 레벨로 제조하는 것에서 요구되는 바와 마찬가지로, 이러한 웨이퍼는 보다 복잡한 적층체로 가공될 수 있다.
본 발명의 실시형태는 복제 프로세스에 의한 MOEMS(micro-optical-electromechanical systems)의 제조에, 예를 들어 카메라의 대물 렌즈와 광학 센서의 웨이퍼 레벨 제조에 적용될 수 있다.
장치와 관련된 몇몇 양태를 설명하였지만, 상기 양태는 대응하는 방법의 설명도 나타냄은 물론이며, 따라서 장치의 블록 또는 디바이스도 대응 방법의 단계 또는 방법 단계의 특징부로서 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 방법 단계와 관련하여 혹은 방법 단계로서 기술한 양태도, 대응 장치의 대응 블록 또는 세부 사항 또는 특징부의 설명을 나타낸다.

Claims (13)

  1. 성형에 의해 경화성 재료로부터 구조체를 제조하는 방법으로서,
    성형 도구(310; 310a-310f)와 표면(330) 사이의 영역(340)에서, 상기 경화성 재료(320)가 상기 표면(330) 및 이 표면(330)에 면하는 성형 도구(310; 310a-310f)의 성형면(312)을 접합하고, 추가적인 경화성 재료(321)가 상기 영역(340)에 계속 유입될 수 있도록, 성형 도구(310; 310a-310f)를 표면(330) 위에 배치하는 성형 도구의 배치 단계(110);
    경화성 재료(320)가 횡방향에서 일정하지 않게 서로 다른 속도로 경화되고, 경화성 재료(320)의 경화 중에 일어나는 수축이 추가적인 경화성 재료(321)에 의해 보상되도록, 상기 영역(340)에서 경화성 재료(320)를 국부적으로 변화를 주어 조사(照射)하는 조사 단계(320); 및
    조사 중에 상기 추가적인 경화성 재료(321)에 외압을 인가하는 외압 인가 단계(130)
    를 포함하는 구조체 제조 방법.
  2. 성형에 의해 경화성 재료로부터 구조체를 제조하는 방법으로서,
    성형 도구(310; 310a-310f)와 표면(330) 사이의 영역(340)에서, 상기 경화성 재료(320)가 상기 표면(330) 및 이 표면(330)에 면하는 성형 도구(310; 310a-310f)의 성형면(312)을 접합하고, 추가적인 경화성 재료(321)가 상기 영역(340)에 계속 유입될 수 있도록, 성형 도구(310; 310a-310f)를 표면(330) 위에 배치하는 성형 도구의 배치 단계(210); 및
    경화성 재료(320)가 횡방향에서 일정하지 않게 서로 다른 속도로 경화되고, 경화성 재료(320)의 경화 중에 일어나는 수축이 추가적인 경화성 재료(321)에 의해 보상되도록, 상기 영역(340)에서 경화성 재료(320)를 국부적으로 변화를 주어 조사하는 조사 단계(220)
    를 포함하고, 상기 국부적으로 변화를 주어 조사하는 조사 단계(220)는, 성형 도구(310; 310a-310f)에 있어서 상기 성형면(312)의 반대측을 향해 있는 측으로부터, 성형 도구(310; 310a-310f)를 통과하여 행해지는 것인 구조체 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 국부적으로 변화를 주어 조사하는 조사 단계(120)는, 성형 도구(310; 310a-310f)에 있어서 상기 성형면(312)의 반대측을 향해 있는 측으로부터, 성형 도구(310; 310a-310f)를 통과하여 행해지는 것인 구조체 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 국부적으로 일정하지 않은 투명도를 갖는 2개의 개구부(350, 351, 352)의 이동에 의해, 및/또는 전기적 및/또는 기계적으로 조절가능한 가변 투명도를 갖는 그레이 필터(510)에 의해, 상기 조사에 있어서의 국부적인 변화가 행해지는 것인 구조체 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 국부적으로 변화를 주어 조사하는 조사 단계는, 적어도 부분적으로 빔 확산용 구조(310; 1410)를 통해 행해지는 것인 구조체 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 국부적으로 변화를 주어 조사하는 조사 단계는, 상기 성형 도구(310; 310a-310f)의 보상 영역으로부터 상기 조사를 행하는 방사선이 도달하지 않는 영역(340)으로 추가적인 경화성 재료(321)가 계속 유입되도록 행해지는 것인 구조체 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형 도구(310; 310a-310f)의 배치 단계(110; 210)와 상기 국부적으로 변화를 주어 조사하는 조사 단계(120; 220)의 사이에, 상기 영역(340)을 횡방향에서 폐쇄식으로 둘러싸는 경화성 재료(320)의 가장자리 영역(1010)을 경화하는 단계를 더 포함하는 구조체 제조 방법.
  8. 성형에 의해 경화성 재료로부터 구조체를 제조하는 장치로서,
    성형 도구(310; 310a-310f);
    조사기;
    상기 경화성 재료(320)가 표면(330) 및 이 표면(330)에 면하는 성형 도구(310; 310a-310f)의 성형면(312) 사이의 영역(340)을 접합하고, 추가적인 경화성 재료(321)가 상기 영역(340)에 계속 유입될 수 있도록, 성형 도구(310; 310a-310f)를 표면(330) 위에 배치하는 성형 도구의 배치 수단; 및
    상기 추가적인 경화성 재료(321)에 외압을 인가하는 외압 인가 수단
    을 포함하며, 상기 조사기는, 경화성 재료(320)가 횡방향에서 일정하지 않게 서로 다른 속도로 경화되고, 경화성 재료(320)의 경화 중에 일어나는 수축이 추가적인 경화성 재료(321)에 의해 보상되도록, 상기 영역(340)에서 경화성 재료(320)를 국부적으로 변화를 주어 조사하도록 되어 있는 것인 구조체 제조 장치.
  9. 성형에 의해 경화성 재료로부터 구조체를 제조하는 장치로서,
    성형 도구(310; 310a-310f);
    조사기; 및
    상기 경화성 재료(320)가 표면(330) 및 이 표면(330)에 면하는 성형 도구(310; 310a-310f)의 성형면(312) 사이의 영역(340)을 접합하고, 추가적인 경화성 재료(321)가 상기 영역(340)에 계속 유입될 수 있도록, 성형 도구(310; 310a-310f)를 표면(330) 위에 배치하는 성형 도구의 배치 수단
    을 포함하며, 경화성 재료(320)가 횡방향에서 일정하지 않게 서로 다른 속도로 경화되고, 경화성 재료(320)의 경화 중에 일어나는 수축이 추가적인 경화성 재료(321)에 의해 보상되도록, 상기 조사기는, 성형 도구(310; 310a-310f)에 있어서 성형면(312)의 반대측을 향해 있는 측으로부터, 성형 도구(310; 310a-310f)를 통과하여, 상기 영역(340)에서 경화성 재료(320)를 국부적으로 변화를 주어 조사하도록 되어 있는 것인 구조체 제조 장치.
  10. 광학 부품용 성형 도구로서,
    광학 부품(322a-322f)의 광학 관련 표면(323)을 형성하는 표면 영역(312')을 구비하는 성형면(312); 및
    성형면(312) 상에 배치되며 조사에 대해 투광성을 갖는 멤브레인 층(316; 710)
    을 포함하며, 성형 도구(310; 310a-310f)는 상기 성형면(312)의 반대측을 향해 있는 측으로부터의 조사에 대해 투광성을 갖고, 상기 멤브레인 층(316; 710)은, 상기 표면 영역(312')에 대해 횡방향으로 인접해 있는 성형면(312)의 채널 영역(1610)에서는 성형면(312)에 헐겁게 맞대어져 있으며, 확장성 채널(318; 820)을 형성하도록 채널 영역(1610)의 둘레에서는 성형면(312)에 유체 밀봉식으로 연결되어 있는 것인 광학 부품용 성형 도구.
  11. 광학 부품용 성형 도구로서,
    광학 부품(322a-322f)의 광학 관련 표면(323)을 형성하는 표면 영역(312')을 구비하는 성형면(312)
    을 포함하고, 성형 도구(310; 310a-310f)는, 상기 성형면(312)의 반대측을 향해 있는 측으로부터의 조사에 대해 투광성을 갖지만, 상기 표면 영역(312')에 대해 횡방향으로 인접하게 배치된 개구 구조(314, 314')를 구비하여, 방사선에 의해 경화될 수 있는 재료가 빔 방향으로 개구 구조(314, 314')의 하류측에서 경화되지 않도록, 상기 성형면(312)의 반대측을 향해 있는 측으로부터의 방사선을 차단하는 것인 광학 부품용 성형 도구.
  12. 제11항에 있어서, 상기 성형면(312) 상에 배치되며 조사에 대해 투광성을 갖는 멤브레인 층(316; 710)을 더 포함하고, 상기 멤브레인 층(316; 710)은, 상기 표면 영역(312')에 대해 횡방향으로 인접해 있는 성형면(312)의 채널 영역(1610)에서는 성형면(312)에 헐겁게 맞대어져 있으며, 확장성 채널(318; 820)을 형성하도록 채널 영역(1610)의 둘레에서는 성형면(312)에 유체 밀봉식으로 연결되어 있는 것인 광학 부품용 성형 도구.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표면 영역(312')을 통과한, 상기 성형면(312)의 반대측을 향해 있는 측으로부터의 방사선이 가로지르도록 배치되어 있는 빔 확산용 구조(319; 1410)를 더 포함하는 것인 광학 부품용 성형 도구.
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