KR20230149306A - 레이저 직접 기록 리소그래피 장치로 제작된 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
레이저 직접 기록 리소그래피 장치로 제작된 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조의 제조 방법(100)은, 3차원 모델도를 제공하는 단계 110; 3차원 모델도를 높이 방향으로 분할하여 적어도 하나의 높이 구간을 획득하는 단계 120; 3차원 모델도를 평면 상에 투영하여 매핑 관계를 획득하고, 매핑 관계는 3차원 모델도 상의 각 포인트에 대응하는 평면 상의 좌표를 포함하고, 3차원 모델도 상의 각 포인트의 높이는 높이 구간 내의 높이 값에 대응하며, 상기 매핑 관계에 따라, 매핑 관계를 노광량에 대응시키고, 상기 노광량을 기반으로 리소그래피를 수행하여, 임의의 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조를 획득하는 단계 130을 포함한다. 레이저 직접 기록 리소그래피 장치로 제작한 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조를 더 개시한다.
Description
본 발명은 리소그래피 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 직접 기록 리소그래피 장치로 제작한 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
현재, 미세 가공의 주요 기술적 수단으로는 정밀 다이아몬드 선삭, 3D 프린팅, 리소그래피 등 기술이 있다. 다이아몬드 선삭은 수십 미크론 크기의 규칙적으로 배열된 3D 모폴로지 미세 구조를 제작하는 데 선호되는 방법이며, 전형적인 응용 분야는 마이크로프리즘 필름이다. 3D 프린팅 기술은 복잡한 3D 구조를 제작할 수 있지만, 종래의 검류계 스캐닝 3D 프린팅 기술의 해상도는 수십 미크론이고, DLP 투영식 3D 프린팅의 해상도는 10 내지 20μm이며, 2광자 3D 프린팅 기술은 해상도가 서브미크론에 도달할 수 있지만, 직렬 가공 방식에 속하므로 매우 비효율적이다.
마이크로리소그래피는 여전히 현대 마이크로 가공의 주류 기술 수단이며, 현재까지 달성할 수 있는 가장 정밀한 가공 수단이기도 하다. 2D 프로젝션 리소그래피는 마이크로 전자 분야에서 널리 사용되어 왔으나, 3D 모폴로지 리소그래피는 현재 초기 단계에 있으며, 성숙한 기술 솔루션을 형성하지 못하였고, 현재 진행 상황은 다음과 같다.
종래의 마스크 오버레이 방법은 다단계 구조를 만드는 데 사용되며, 구조의 깊이를 제어하기 위해 이온 에칭과 결합되어 공정 과정에서 여러 번의 정렬이 필요하고, 공정 요구 수준이 높아, 연속적인 3D 모폴로지를 가공하기 어렵다. 그레이스케일 마스크 노광법은 그 기술 솔루션이 하프톤(halftone) 마스크를 제작하여, 수은 램프 광원 조사 후 그레이스케일 분포의 투과광장을 생성하고, 포토레지스트에 감광하여 3차원 표면 구조를 형성하는 것이다. 그러나 이러한 마스크는 제작 난이도가 높고, 가격이 매우 비싸다. 무빙 마스크 노광법은 규칙적인 마이크로렌즈 어레이 등의 구조를 제작할 수 있다. 음향 광학 스캐닝 직접 기록법(예를 들어, 하이델베르그 기기 μPG101)은 단일 빔 직접 기록을 사용하며, 효율성이 비교적 낮아, 패턴 스티칭 문제가 여전히 존재한다. 전자빔 그레이스케일 직접 기록(일본 Joel JBX9300, 독일 Vistec, Leica VB6)은 대면적의 소자에 대한 제조 효율이 여전히 비교적 낮고, 전자빔의 에너지 제약이 있으며, 3D 모폴로지는 깊이 제어 능력이 부족하여, 소규모 3D 모폴로지 구조에 적합하다. 디지털 그레이스케일 리소그래피는 기술은 그레이스케일 마스크와 디지털 광 처리 기술을 결합하여 발전시킨 마이크로나노 가공 기술이며, DMD(Digital Micro-mirror Device) 공간 광 변조기는 디지털 마스크로 사용되어, 1회 노광을 통해 연속적인 3차원 표면 형상의 부조 미세 구조를 가공하며, 하나의 노광 필드보다 큰 패턴은 단계별 스플라이싱 방법을 사용한다. 본 과제팀도 이 방법을 사용하여 실험 연구를 수행하였는데, 주요 단점은 그레이스케일 변조 능력이 DMD 그레이스케일 레벨에 의해 제한되고, 단차형 및 필드가 스티칭되며, 광점 내부의 광 강도 균일성이 3D 모폴로지의 얼굴형 품질에 영향을 미친다는 것이다.
요약하면, 3D 모폴로지 리소그래피의 연구 현황과 첨단 수요 사이에 명백한 격차가 존재하므로, 임의의 3D 모폴로지를 구현할 수 있는 고품질 리소그래피 기술 연구는 관련 분야에서 마이크로 리소그래피 기술에 있어서 중요하며, 개선이 시급하다.
롤투롤 임프린팅 장비를 연성 인쇄 회로에 적용하는 데는 또 다른 극복하기 어려운 문제가 있다. 상기 연성 인쇄 회로의 유연성으로 인해, 상기 연성 인쇄 회로의 장력 또는 연신 정도를 정확하게 제어하기 어렵기 때문에 노광, 에칭 또는 정렬 접합 등과 같은 후속 처리에서 정렬시키기가 어렵다. 종래 기술에서, 통상적으로 장력 롤러는 연성 인쇄 회로의 장력 또는 연신 정도를 검출하는 데 사용되지만, 현재의 장력 롤러는 검출 정확도가 불충분한 문제 등이 있고, 상기 연성 인쇄 회로의 장력 또는 연신 정도에 대한 제어가 정상적인 공업 생산의 요구를 충족시킬 수 없다.
본 발명의 목적은 레이저 직접 기록 리소그래피 장치로 제작한 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조 및 이의 제조 방법을 제공하여, 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조를 고품질로 용이하게 제조할 수 있도록 하는 데에 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상에 있어서, 본 발명은 레이저 직접 기록 리소그래피 장치로 제작한 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조의 제조 방법을 제공한다. 여기에는, 3차원 모델도를 제공하는 단계; 상기 3차원 모델도를 높이 방향으로 분할하여, 적어도 하나의 높이 구간을 획득하는 단계; 3차원 모델도를 평면 상에 투영하여 매핑 관계를 획득하는 단계가 포함된다. 매핑 관계는 상기 3차원 모델도 상의 각 포인트에 대응하는 평면 상의 좌표를 포함하고, 3차원 모델도 상의 각 포인트의 높이는 높이 구간 내의 높이 값에 대응한다. 상기 매핑 관계에 따라, 매핑 관계를 노광량에 대응시키고, 상기 노광량을 기반으로 리소그래피를 수행한다.
본 발명의 다른 일 양상에 있어서, 본 발명은 레이저 직접 기록 리소그래피 장치로 제작한 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조를 제공한다. 여기에는 기판; 및 상기 기판 상에 형성된 적어도 하나의 3차원 마이크로나노 모폴로지 유닛이 포함된다. 여기에서 각각의 3차원 마이크로나노 모폴로지 유닛은 적어도 하나의 시각적 고점을 포함하고, 상기 각각의 3차원 마이크로나노 모폴로지 유닛은 시각적 고점에서 시작하여 슬로프 모폴로지의 경사율이 미리 설정된 규칙에 따라 변화하는 복수의 환형 띠를 포함한다.
종래 기술과 비교하여, 본 발명의 레이저 직접 기록 리소그래피 장치로 제작한 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조의 제조 방법은 3차원 모델도를 평면에 투영하여 매핑 관계를 획득하고, 상기 매핑 관계에 따라, 매핑 관계를 노광량에 대응하여 리소그래피를 수행함으로써, 임의 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조를 획득한다. 동시에, 본 발명의 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조는 평면에서 매우 사실적인 입체 시각을 만들 수 있어, 사람에게 매우 우수한 시각적 경험을 제공한다.
도 1은 제1 실시예에서 본 발명의 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조의 제조 방법의 구조도이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 도 1의 제조 방법의 제1 응용예의 개략도이다.
도 3은 도 1의 제조 방법의 제2 응용예의 개략도이다.
도 4는 제2 실시예에서 본 발명의 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조의 제조 방법의 구조도이다.
도 5는 도 4의 제조 방법의 제1 응용예이다.
도 6은 도 4의 제조 방법의 제2 응용예이다.
도 7은 본 발명의 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조의 제조 방법으로 제작된 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조의 예시이다.
도 8은 도 7의 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조의 현미경 개략도이다.
도 9는 본 발명의 3차원 모델도의 일 예시이다.
도 10은 본 발명의 3차원 모델도의 표면의 일 예시이다.
도 11은 붕괴된 프레넬 구조이다.
도 12는 본 발명에 따른 리소그래피 장치의 일 실시예이다.
도 13은 본 발명에 따른 나노 임프린팅 장치의 일 실시예이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 도 1의 제조 방법의 제1 응용예의 개략도이다.
도 3은 도 1의 제조 방법의 제2 응용예의 개략도이다.
도 4는 제2 실시예에서 본 발명의 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조의 제조 방법의 구조도이다.
도 5는 도 4의 제조 방법의 제1 응용예이다.
도 6은 도 4의 제조 방법의 제2 응용예이다.
도 7은 본 발명의 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조의 제조 방법으로 제작된 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조의 예시이다.
도 8은 도 7의 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조의 현미경 개략도이다.
도 9는 본 발명의 3차원 모델도의 일 예시이다.
도 10은 본 발명의 3차원 모델도의 표면의 일 예시이다.
도 11은 붕괴된 프레넬 구조이다.
도 12는 본 발명에 따른 리소그래피 장치의 일 실시예이다.
도 13은 본 발명에 따른 나노 임프린팅 장치의 일 실시예이다.
본 발명이 의도한 발명 목적을 달성하기 위해 채택한 기술적 수단 및 효능을 더욱 상세히 설명하기 위해, 이하에서는 첨부 도면 및 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명의 구체적인 실시방식, 구조, 특징 및 그 효능을 상세히 설명한다.
제1 실시예
도 1은 제1 실시예에서 본 발명의 레이저 직접 기록 리소그래피 장치로 제작한 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조의 제조 방법의 구조도이다. 상기 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조의 제조 방법(100)은 레이저 직접 기록 리소그래피 장치를 사용하며, 여기에는 하기 단계가 포함된다.
단계 110: 3차원 모델도를 제공한다.
일 실시예에 있어서, 3차원 모델도를 제공하는 단계는, 3차원 모델도에 적어도 하나의 3차원 모델 유닛이 포함되고, 상기 3차원 모델 유닛에 적어도 하나의 곡률 값을 설정하고, 상기 곡률 값을 기반으로, 3차원 모델도 중 포인트의 높이를 결정하는 단계를 포함한다.
다른 일 실시예에 있어서, 3차원 모델도를 제공하는 단계는, 3차원 모델도 표면이 복수의 공간 다각형에 의해 스플라이싱되어 접합되고, 각각의 상기 공간 다각형은 모두 볼록 다각형이고, 각각의 상기 공간 다각형은 서로 겹치지 않고, 각각의 상기 공간 다각형에는 모두 결정된 꼭지점과 변이 있고, 상기 공간 다각형의 꼭지점과 그것이 위치한 평면의 법선 벡터를 기반으로, 해당 다각형 위치 지점에서 3차원 모델도의 높이 범위를 결정하는 단계를 포함한다.
단계 120: 상기 3차원 모델도를 높이 방향으로 분할하여, 적어도 하나의 높이 구간을 획득한다.
단계 130: 3차원 모델도를 평면 상에 투영하여 매핑 관계를 획득하고, 매핑 관계는 3차원 모델도 상의 각 포인트에 대응하는 평면 상의 좌표를 포함하고, 3차원 모델도 상의 각 포인트의 높이는 높이 구간 내의 높이 값에 대응하며, 상기 매핑 관계에 따라, 매핑 관계를 노광량에 대응시키고, 상기 노광량을 기반으로 리소그래피를 수행한다.
일 실시예에 있어서, 3차원 모델도를 평면 상에서 투영하여 매핑 관계를 획득하는 단계는, 상기 3차원 모델 상의 각각의 높이 구간에 그레이스케일 값 범위를 대응시켜, 매핑 관계 중 각 포인트의 높이 값에 대응하는 그레이스케일 값을 획득하고, 매핑 관계 중 평면 좌표 및 높이 값을 기반으로, 그레이스케일 이미지를 획득하는 단계를 더 포함한다. 상기 그레이스케일 이미지를 노광량에 대응시켜, 상기 노광량을 기반으로 리소그래피를 수행할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 각 높이 구간의 높이 범위는 그레이스케일 값의 전체 범위에 대응한다. 예를 들어, 상기 그레이스케일 값 범위가 0 내지 255이면, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 각 높이 구간의 높이 범위에 대응하는 그레이스케일 값 범위가 모두 0 내지 255이고, 높이 구간 D1에 대응하는 그레이스케일 값 범위는 0 내지 255이고, 높이 구간 D2에 대응하는 그레이스케일 값 범위도 0 내지 255이고, 높이 구간 D3에 대응하는 그레이스케일 값 범위 역시 0 내지 255이다. 대안적 일 실시예에 있어서, 하나 이상의 높이 구간의 높이 범위는 그레이스케일 값 범위의 일부에 대응하고, 나머지 하나 이상의 높이 구간의 높이 범위는 그레이스케일 값 범위의 전체에 대응하며, 상기 그레이스케일 값 범위의 일부는 X1 내지 X2이다. 예를 들어, X1은 0일 수 있고, X2는 128일 수 있는데, 즉, 일부 높이 구간의 높이 범위에 대응하는 그레이스케일 값 범위는 0 내지 128이고, 일부 높이 구간의 높이 범위에 대응하는 그레이스케일 값 범위는 0 내지 255일 수 있다. 물론, X2는 64, 32 등일 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 일부 높이 구간의 높이 범위에 대응하는 그레이스케일 값 범위는 0 내지 255이고, 일부 높이 구간의 높이 범위에 대응하는 그레이스케일 값 범위는 0 내지 128이고, 일부 높이 구간의 높이 범위에 대응하는 그레이스케일 값 범위는 0 내지 64이고, 일부 높이 구간의 높이 범위에 대응하는 그레이스케일 값 범위는 0 내지 32이다.
일 실시예에 있어서, 각 높이 구간은 동일한 높이차를 갖는다. 예를 들어, 3차원 모델도의 총 높이가 3mm이고, 각 높이 구간의 높이차가 20μm인 경우, 총 3mm/20μm=150개 높이 구간으로 나눌 수 있다. 대안적 일 실시예에 있어서, 각각의 높이 구간은 상이한 높이차를 갖는다. 예를 들어 일부 높이 구간의 높이차는 10㎛이고, 일부 높이 구간의 높이차는 30㎛ 등이다.
일 실시예에 있어서, 각 높이 구간의 높이 범위 및 대응하는 일부 또는 전체 그레이스케일 값 범위의 대응 관계는 선형 대응 관계이다. 예를 들어, 높이 구간의 높이차가 20μm이면, 대응하는 그레이스케일 값은 0 내지 255이고, 상기 높이 구간의 최저 포인트에 대응하는 그레이스케일 값은 0이고, 상기 높이 구간의 최고 포인트에 대응하는 그레이스케일 값은 255이고, 상기 높이 구간의 10μm 중간 포인트에 대응하는 그레이스케일 값은 127이고, 상기 높이 구간의 다른 중간 포인트에 대응하는 그레이스케일 값은 그 자체의 높이 값에 비례한다. 대안적 일 실시예에 있어서, 각 높이 구간의 높이 범위 및 대응하는 일부 또는 전체 그레이스케일 값 범위의 대응 관계는 곡선 대응 관계이다.
일 실시예에 있어서, 그레이스케일 이미지를 복수의 유닛 이미지로 분할한 후 리소그래피를 수행하고, 타깃 캐리어 상에 슬로프 모폴로지를 형성할 수 있다. 구체적으로, 그레이스케일 이미지의 픽셀 포인트의 그레이스케일 값이 높을수록, 대응하는 리소그래피 시간이 길어지고 노광량이 커져서 더 깊게 리소그래피할 수 있으며, 그레이스케일 이미지의 픽셀 포인트의 그레이스케일 값이 낮을수록, 대응하는 리소그래피 시간이 짧아지고 노광량이 작아서 더 얕게 리소그래피할 수 있으므로, 다양한 형태의 슬로프 모폴로지를 리소그래피할 수 있다. 물론, 변경된 실시예에서는 그레이스케일 이미지의 픽셀 포인트의 그레이스케일 값이 낮을수록, 대응하는 리소그래피의 시간이 길어지고 노광량이 커져서 리소그래피가 더 깊어질 수 있다.
이하에서는 상기 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조의 제조 방법(100)의 응용예를 소개한다.
응용예 1: 3차원 모델의 높이가 3mm이고, 높이 구간의 높이차가 20μm이면, 총 3mm/20μm=150개 높이 구간으로 나뉘고, 투영 후 그레이스케일 이미지에는 150개의 루프 라인 세트가 있고, 그레이스케일 범위는 0 내지 255이고, 150개 루프 라인 세트 내의 2개의 루프 라인 사이의 그레이스케일 값은 0 내지 255에서 선형으로 변화한다. 획득한 그레이스케일 이미지는 DMD가 표시할 수 있는 크기로 절단하여, 리소그래피를 수행한다. 이때 높이가 등거리 분할되어, 두 루프 라인 사이의 주기가 변경되고, 슬로프 모폴로지의 경사각도 함께 변경된다. 두 루프 라인 사이의 그레이스케일 값이 모두 0 내지 255 사이에서 선형으로 변경되면, 그루브형의 깊이가 동일하며, 그루브형의 단면은 직각 삼각형이다. 도 2a는 3차원 모델을 도시한 것으로, 이는 3개의 높이 구간 D1, D2 및 D3으로 예시적으로 분할되었고, 도 2b는 리소그래피 후 획득한 3차원 마이크로나노 형태의 평면도이고, 도 2c는 도 2b의 단면도이다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 높이 구간 D1의 최저 포인트는 그레이스케일 값이 0, 즉 리소그래피되지 않은 것이고, 높이 구간 D1의 최고 포인트는 그레이스케일 값이 255이며, 높이 구간 D1의 최저 포인트의 그레이스케일 값은 255, 즉 리소그래피되지 않은 것이고, 높이 구간 D1의 최고 포인트의 그레이스케일 값은 0일 수도 있다. 이처럼 타깃 캐리어 상에 리소그래피를 수행하여 하나의 슬로프 모폴로지 d1을 형성하였으며, 직각 삼각형 그루브를 형성하였다.
응용예 2: 3차원 모델의 높이가 3mm이고, 높이 구간의 높이차가 20μm이면, 총 3mm/20μm=150개 높이 구간으로 나뉘고, 투영 후 그레이스케일 이미지에는 150개의 루프 라인 세트가 있고, 그레이스케일 범위는 0 내지 255, 0 내지 127, 0 내지 63, 0 내지 31이다. 내부에서 시작하는 첫 번째 30개 루프 라인 세트 내 두 루프 라인 사이의 대응하는 그레이스케일 값은 0 내지 31이고, 두 번째 30개 루프 라인 세트의 두 루프 라인 사이의 대응하는 그레이스케일 값은 0 내지 63이며, 세 번째 30개 루프 라인 세트의 두 루프 라인 사이의 대응하는 그레이스케일 값은 0 내지 127이고, 마지막 60개 루프 라인 세트의 두 루프 라인 사이의 대응하는 그레이스케일 값은 0 내지 255이며, 획득된 그레이스케일 이미지를 DMD로 표시할 수 있는 크기로 절단하여 리소그래피를 수행한다. 그레이스케일 값의 범위가 총 4개이므로, 그루브형의 깊이도 4가지의 상이한 깊이가 있다. 높이가 등거리 분할되므로, 두 루프 라인 사이의 주기 w가 변경되고, 슬로프 모폴로지의 경사각 θ도 함께 변경된다. 도 3에 도시된 바와 같이, e1 부분의 대응하는 그레이스케일 값 범위는 0 내지 255이며, 그 리소그래피의 깊이가 더 깊고 슬로프 모폴로지가 더 가파르다. e2 부분에 대응하는 그레이스케일 값 범위는 0 내지 127이고, 그 리소그래피의 깊이가 약간 얕고 슬로프 모폴로지가 더 평탄하다. e3 부분에 대응하는 그레이스케일 값 범위는 0 내지 63이고, e4 부분에 대응하는 그레이스케일 값 범위는 0 내지 31이다.
이하에서는 도 9 내지 11을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 3차원 모델은 평면 xoy 상에 위치한다(반구로 대체하여 도시함). 3차원 모델 표면을 제한된 3차원 공간 내의 다각형으로 메쉬화하고, 각 다각형이 위치한 평면은 모두 xoy 평면과 일정한 협각을 이루는데, 즉 해당 위치에서 3차원 모델 표면의 경사각으로 사용될 수 있다. 3차원 모델 표면에 위치한 다각형이 있는 평면과 평면 xoy가 형성하는 경사각은 평면 xoz에서의 제1 협각이 이고, 표면 xoy와 형성하는 경사각의 평면 yoz에서의 제2 협각은 이다. 삼각형의 경사면 파라미터(, )와 픽셀 위치(x, y)의 네 가지 변수를 통해 라이트 필드 정보를 완벽하게 나타내고, 출사광의 제어를 구현할 수 있다. 3차원 모델 표면의 최저 포인트 벡터 높이 h는 0이거나 0이 아닌 높이일 수 있다. 3차원 모델이 메쉬화된 다각형면의 최저 포인트 벡터 높이 h는 출사 광선의 출사 각도에 영향을 주지 않는다.
입사광의 파장 λ이 단일 픽셀 크기 P(예를 들어 상기 마이크로프리즘 블록의 에지 길이)보다 훨씬 작을 경우(P≥2λ), 그 출사 방향은 스넬의 법칙을 따른다.
여기에서, n1은 입사 매질의 굴절률이고; n2는 출사 매질의 굴절률이고, 및 는 각각 광선의 입사각 및 출사각이다.
따라서 과 를 변경하면, 3차원 모델 표면 임의의 위치에서 xoy 평면에 대한 z축을 따라 반구 범위 내의 임의의 각도를 구현할 수 있다. 즉, xoy 평면 법선 방향 n과 3차원 모델의 삼각형이 위치한 평면의 법선 방향 n'로 구성된 면은 xoy 평면 법선 방향 n을 중심으로 1회전할 수 있으며, 다시 스넬 법칙을 통해 출사각을 조절할 수 있다. 즉, 두 개의 각도 변수(θ, )의 독립적인 제어를 구현한 다음, 픽셀 위치(x, y)을 매칭시켜 조절한 후, 해당 위치에서 3차원 모델의 높이 h를 더하여, 5개 변수의 독립적인 제어를 구현하고, 출사광의 제어를 구현할 수 있다.
3D 광학 효과를 구현하기 위해서는 이 다섯 가지 변수를 제어하여 출사광의 제어를 구현해야 한다. 설계된 3차원 모델 표면을 메쉬화한 후 제한된 3차원 공간에 분포된 다각형을 형성하며, 각 다각형에는 모두 다각형이 위치한 평면의 법선 벡터 및 다각형의 꼭지점이라는 두 개의 요소 정보가 구비된다. 다각형의 꼭지점은 해당 위치에서 3차원 모델의 2차원 좌표 (x, y) 및 높이 h를 결정할 수 있으며, 다각형이 위치한 평면의 법선 벡터는 두 개의 각도 변수 (θ, )를 결정할 수 있으므로, 3차원 모델의 표면 모폴로지 설계를 통해 출사광의 제어를 구현하고, 상이한 3D 광학 효과를 형성할 수 있다.
일반 구면 렌즈의 표면 위상 분포는 복수의 2π가 중첩되어 있을 수 있으며, 위상에 따라 광선이 상이한 정도로 굴절될 수 있다. 3차원 모델 표면을 붕괴 계산하고, 3차원 모델 표면의 위상을 2π 단위로 분할한 다음, 붕괴하고, 2π 정수배의 위상을 제거하여 나머지를 남긴다. 나머지는 0 내지 2π 분포이고, 마지막으로 환형 띠를 형성한다. 도 1에서 형성된 프레넬 구조와 같이, 각 환형 띠 주기의 위상 지연은 2π이다. 3차원 모델 표면 경사면 경사율이 다르기 때문에, 붕괴 후 구조의 주기가 경사율이 증가함에 따라 감소할 수 있고, 주기가 일정 정도에 도달하면 가공 한계에 도달하게 된다.
단면에서 볼 때, 이의 표면은 일련의 톱니형 프리즘으로 구성되며, 톱니형 프리즘 높이는 중심 파장과 관련이 있고, 구체적인 높이는 이며, n은 굴절률이다.
붕괴된 단위 높이가 파장의 정수배일 때, 즉 톱니형 프리즘의 붕괴 단위가 P*2π일 때, 붕괴 후의 모든 환형 띠의 너비는 그에 상응하여 동시에 확장되고, 톱니형 프리즘 높이도 동시에 P배 확장된다.
그레이스케일 리소그래피는 시간이 많이 걸리고 비효율적이기 때문에, 본 발명은 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조의 제조 방법의 제2 실시예를 제공한다. 도 4는 제2 실시예에서 본 발명에 따른 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조의 제조 방법의 구조도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조의 제조 방법(400)은 다음 단계를 포함한다.
단계 410: 3차원 모델도를 제공한다. 구체적으로, 3차원 모델도를 제공하는 단계는, 3차원 모델도에 적어도 하나의 3차원 모델 유닛이 포함되고, 상기 3차원 모델 유닛에 적어도 하나의 곡률 값을 설정하고, 상기 곡률 값을 기반으로, 3차원 모델도 중 포인트의 높이를 결정하는 단계를 포함한다.
단계 420: 상기 3차원 모델도를 높이 방향으로 분할하여, 적어도 하나의 높이 구간을 획득한다.
단계 430: 3차원 모델도를 평면 상에 투영하여 매핑 관계를 획득하고, 매핑 관계는 3차원 모델도 상의 각 포인트에 대응하는 평면 상의 좌표를 포함하고, 3차원 모델도 상의 각 포인트의 높이는 높이 구간 내의 높이 값에 대응하며, 상기 매핑 관계에 따라, 매핑 관계를 노광량에 대응시킨다.
일 실시예에 있어서, 3차원 모델도를 평면 상에서 투영하여 매핑 관계를 획득하는 단계는, 상기 3차원 모델 상의 각각의 높이 구간에 그레이스케일 값 범위를 대응시켜, 매핑 관계 중 각 포인트의 높이 값에 대응하는 그레이스케일 값을 획득하고, 매핑 관계 중 평면 좌표 및 높이 값을 기반으로, 그레이스케일 이미지를 획득하는 단계를 더 포함한다. 상기 그레이스케일 이미지와 노광량을 대응시킨다.
상기 단계 430는 제1 실시예의 단계 130와 동일하므로, 여기에서 반복하여 설명하지 않는다.
단계 440: 상기 그레이스케일 이미지를 기반으로 복수 세트의 이진 이미지를 샘플링한다.
일 실시예에 있어서, 상기 그레이스케일 이미지를 기반으로 복수 세트의 이진 이미지를 샘플링하는 단계는 하기 단계를 포함한다.
단차 개수 M에 따라, M-1세트 이진 이미지를 샘플링한다.
범위 1 내에서 그레이스케일 값의 픽셀 포인트를 검은색 또는 흰색으로 할당하고, 다른 범위의 그레이스케일 값의 픽셀 포인트에 다른 것을 할당하여, 제1 세트 이진 이미지를 획득한다.
범위 2 내에서 그레이스케일 값의 픽셀 포인트를 검은색 또는 흰색으로 할당하고, 다른 범위의 그레이스케일 값의 픽셀 포인트에 흰색을 할당하여, 제2 세트 이진 이미지를 획득한다.
범위 M-1 내에서 그레이스케일 값의 픽셀 포인트를 검은색 또는 흰색으로 할당하고, 다른 범위의 그레이스케일 값의 픽셀 포인트에 흰색을 할당하여, 제M-1 세트 이진 이미지를 획득한다.
여기에서 M은 2 이상의 정수이다.
여기에서 범위 2의 구간은 범위 1의 구간을 적어도 부분적으로 포함하며, 범위 M-1의 구간은 범위 M-2의 구간을 적어도 부분적으로 포함한다.
단계 450: 상기 복수 세트 이진 이미지를 기반으로 중첩 리소그래피를 수행하여, 타깃 캐리어 상에 복수의 단차형 슬로프 모폴로지를 형성한다.
복수 세트 이진 이미지에 중첩 리소그래피를 수행하는 방식을 채택하여, 그레이스케일 리소그래피 소요 시간을 크게 줄일 수 있다.
단계 440 및 단계 450은 함께 제1 실시예에서와 같이 상기 노광량을 기반으로 리소그래피를 수행하는 단계 130을 구성할 수 있다.
이하에서는 상기 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조의 제조 방법(400)의 응용예를 소개한다.
응용예 3: 3차원 모델의 높이가 3mm이고, 높이 구간의 높이차가 20μm이면, 총 3mm/20μm=150개 높이 구간으로 나뉘고, 투영 후 그레이스케일 이미지에는 150개의 루프 라인 세트가 있고, 그레이스케일 범위는 0 내지 255이고, 150개 루프 라인 세트 내의 2개의 루프 라인 사이의 그레이스케일 값은 0 내지 255에서 선형으로 변화한다. 그레이스케일 이미지를 4개 단차로 나눈다. 이는 3세트 이진 이미지를 샘플링해야 함을 의미한다. 그레이스케일 범위 0 내지 31을 샘플링하고, 해당 범위 내의 그레이스케일 이미지를 추출하고, 0 내지 31 범위 내의 그레이스케일 값을 0(또는 1)으로 할당하고, 다른 범위 내의 그레이스케일 값을 1(또는 0)으로 할당하여, 제1 세트 이진 이미지를 획득한다. 그레이스케일 범위 0 내지 63을 샘플링하여 제2 세트 이진 이미지를 획득하고, 그레이스케일 범위 0 내지 127을 샘플링하여 제3 세트 이진 이미지를 획득한다. 세 세트의 이진 이미지를 중첩 노광하여, 하나의 4단차의 슬로프 모폴로지를 획득하며, 이는 도 5에 도시된 T1, T2, T3 및 T4와 같다. 그 후 후속 공정을 통해 평활한 슬로프 모폴로지를 획득한다.
응용예 4: 3차원 모델의 높이가 3mm이고, 높이 구간의 높이차가 20μm이면, 총 3mm/20μm=150개 높이 구간으로 나뉘고, 투영 후 그레이스케일 이미지에는 150개의 루프 라인 세트가 있고, 그레이스케일 범위는 0 내지 255, 0 내지 127, 0 내지 63, 0 내지 31이다. 내부에서 시작하는 첫 번째 30개 루프 라인 세트 내 두 루프 라인 사이의 대응하는 그레이스케일 값은 0 내지 31이고, 두 번째 30개 루프 라인 세트의 두 루프 라인 사이의 대응하는 그레이스케일 값은 0 내지 63이며, 세 번째 30개 루프 라인 세트의 두 루프 라인 사이의 대응하는 그레이스케일 값은 0 내지 127이고, 마지막 60개 루프 라인 세트의 두 루프 라인 사이의 대응하는 그레이스케일 값은 0 내지 255이며, 그레이스케일 이미지를 4개 단차로 나눈다. 이는 3세트 이진 이미지를 샘플링해야 함을 의미한다. 그레이스케일 범위 0 내지 31을 샘플링하고, 해당 범위 내의 그레이스케일 이미지를 추출하고, 0 내지 31 범위 내의 그레이스케일 값을 0(또는 1)으로 할당하고, 다른 범위 내의 그레이스케일 값을 1(또는 0)으로 할당하여, 제1 세트 이진 이미지를 획득한다. 다시 그레이스케일 범위 0 내지 63을 샘플링하고, 다시 그레이스케일 범위 0 내지 127을 샘플링하여, 제2 세트 이진 이미지 및 제3 세트 이진 이미지를 획득한다. 세 세트 이진 이미지를 중첩 노광하여, 동시에 2단차(도 6에서 영역 f2), 3단차(도 6에서 영역 f3) 및 4단차(도 6에서 영역 f4) 슬로프 모폴로지가 있는 구조를 획득한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 영역 f1에 대응하는 그레이스케일 값은 0 내지 31의 루프 라인 세트 리소그래피 후의 모폴로지이고, 영역 f2에 대응하는 그레이스케일 값은 0 내지 63의 루프 라인 세트 리소그래피 후의 모폴로지이고, 영역 f3에 대응하는 그레이스케일 값은 0 내지 127의 루프 라인 세트 리소그래피 후의 모폴로지이고, 영역 f4에 대응하는 그레이스케일 값은 0 내지 255의 루프 라인 세트 리소그래피 후의 모폴로지이다. 후속 공정을 통해, 평활한 슬로프 모폴로지를 획득한다.
본 발명의 다른 일 양상에 있어서, 본 발명은 레이저 직접 기록 리소그래피 장치로 제작한 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조를 더 제공한다. 도 2c 및 도 3은 모두 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조의 부분 영역을 도시한 것이다. 상기 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조는 기판(210) 및 상기 기판(210) 상에 형성된 적어도 하나의 3차원 마이크로나노 모폴로지 유닛을 포함한다. 도 2c 및 도 3을 참조하면, 하나의 3차원 마이크로나노 모폴로지 유닛만 예시적으로 도시되었다. 도 7은 본 발명의 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조의 제조 방법으로 제작된 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조의 예시이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 입체적으로 보이는 아로와나는 입체적으로 보이지만, 실제로는 아로와나를 운반하는 캐리어가 모두 평면이며, 그 위에 본 발명에 따른 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조가 형성되어 있어, 실제와 같은 입체 효과를 주는 것이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 아로와나의 각 비늘은 일부 독립적인 3차원 마이크로나노 모폴로지 유닛이며, 에지 상의 물 무늬도 일부 독립적인 3차원 마이크로나노 모폴로지 유닛이다. 각각의 3차원 마이크로나노 모폴로지 유닛의 구조는 모두 도 2b 및 도 2c와 유사하다. 구체적으로, 각 3차원 마이크로나노 모폴로지 유닛은 적어도 하나의 시각적 고점을 포함하며, 상기 각 3차원 마이크로나노 모폴로지 유닛은 시각적 고점으로부터 시작하여 슬로프 모폴로지 경사율이 점진적으로 증가하는 복수의 띠를 포함한다. 상기 시각적 고점의 슬로프 모폴로지의 경사율이 가장 작다. 상기 3차원 모폴로지 유닛이 복수로 구성되는 경우, 복수의 3차원 모폴로지 유닛은 중첩 설치되거나 평평하게 설치된다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 시각적 고점은 0 포인트이고, 이는 3개의 띠 d1, d2 및 d3를 나타낸다. 실제로, 수백 개의 띠가 있을 수 있으며, 적어도 일부 띠 상에는 아래쪽으로 경사진 슬로프 모폴로지(221)가 형성되고, 각 띠의 슬로프 모폴로지는 연속적일 수 있으며, 각각의 3차원 마이크로나노 모폴로지 유닛은 시각적 고점에서 시작해 슬로프 모폴로지 경사율이 점차 증가하는 복수의 띠를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 3차원 마이크로나노 모폴로지 유닛 중 슬로프 모폴로지의 깊이는 동일하며, 슬로프 모폴로지의 주기는 시각적 고점에서 시작해 점차 감소한다. 이는 도 2c에 도시된 바와 같다. 다른 일 실시예에 있어서, 슬로프 모폴로지의 주기는 동일하고 슬로프 모폴로지의 깊이는 도 3과 같이 점차 증가한다. 다른 일 실시예에 있어서, 슬로프 모폴로지의 주기와 깊이는 모두 설정된 규칙에 따라 변하며 경사율을 점차 증가시킨다. 일 실시예에 있어서, 상기 슬로프 모폴로지의 주기는 1㎛ 내지 100㎛ 범위 내에 있고, 상기 슬로프 모폴로지의 깊이는 0.5㎛ 내지 30㎛ 범위 내에 있고, 상기 슬로프 모폴로지의 경사면과 지면이 이루는 각도 변화 범위는 0도 내지 45도이다. 이러한 설치를 통해, 상기 3차원 마이크로나노 모폴로지 유닛이 입체적인 시각 효과를 갖도록 할 수 있으며, 주기 폭이 작을수록 그 시각의 입체 효과가 높아진다.
일 실시예에 있어서, 적어도 일부 띠의 슬로프 모폴로지의 깊이와 다른 띠의 슬로프 모폴로지의 깊이가 상이하다. 도 3에 도시된 바와 같이, e1 영역 내의 띠의 슬로프 모폴로지의 깊이는, e2 영역 내의 띠의 슬로프 모폴로지의 깊이와 현저하게 상이하다.
일 실시예에 있어서, 상기 띠는 환형의 띠이다. 상기 띠 사이에는 갭이 있거나, 없을 수 있다. 상기 슬로프 모폴로지는 단차형, 선형 슬로프, 곡선형 슬로프 중 하나 이상의 조합일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 그레이스케일 이미지 또는 샘플링된 이진 이미지를 복수의 유닛 이미지로 분할하고, 리소그래피 장치 상에서 리소그래피를 수행한다. 도 12는 본 발명에 따른 리소그래피 장치의 일 실시예를 도시한 것이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 리소그래피 장치(10)는 광원(11), 빔 성형기(12), 광 필드 변조기(13), 반사경(14), 컴퓨터(16), 재물대(17), 광전 검출기(18) 및 제어기(19)를 포함한다.
광원(11)은 리소그래피에 필요한 레이저 광을 제공하는 데 사용된다. 본 실시예에 있어서, 리소그래피 장치(10)의 광원(11)은 레이저이지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
빔 성형기(12)는 광원(11)에서 방출되는 광선을 성형하는 데 사용된다. 본 실시예에 있어서, 빔 성형기(12)는 광선을 평평한 플랫탑 빔으로 성형할 수 있다.
광 필드 변조기(13)는 성형된 광선으로 그래픽광을 생성하는 데 사용된다. 본 실시예에 있어서, 광 필드 변조기(13)는 리소그래피 이미지를 나타낼 수 있으며, 성형된 광선이 광 필드 변조기(13)를 지날 때 그래픽광을 생성하도록 한다. 본 발명의 광 필드 변조기(13)는 예를 들어 공간 광 변조기 또는 위상 광 변조기이나, 이에 제한되지 않는다.
반사경(14)은 노광될 리소그래피 피스(101) 표면에 그래픽광을 반사시켜 직접 기록 리소그래피를 구현하는 데 사용된다.
컴퓨터(16)는 리소그래피 이미지 및 변위 데이터를 제공하는 데 사용된다.
재물대(17)는 리소그래피 피스(101)를 운반하는 데 사용된다. 재물대(17)는 수평면에서 서로 수직인 두 방향으로 이동하여, 리소그래피 광점과 리소그래피 피스(101)의 상대적 이동을 구현하고, 일정한 폭의 패턴을 묘사할 수 있다.
광전 검출기(18)는 리소그래피 피스(101) 표면 반사의 광선을 수집하고, 모폴로지를 나타내는 데이터를 생성하는 데 사용된다.
제어기(19)는 리소그래피 장치(10) 각각의 부재가 데이터의 도입, 모션 동기화 제어, 초점 제어 등과 같은 조정 동작을 조화롭게 수행하도록 제어하는 데 사용된다. 구체적으로, 제어기(19)는 컴퓨터(16)에 의해 전송된 리소그래피 이미지를 수신한다. 제어기(19)는 리소그래피 이미지를 광 필드 변조기(13)에 업로드할 수 있다. 이때 광 필드 변조기(13)는 리소그래피 이미지를 표시하여, 성형된 광선이 광 필드 변조기(13)를 지날 때 그래픽광을 생성하도록 할 수 있다. 제어기(19)는 재물대(17) 이동을 제어하는 데에도 사용된다. 특히 컴퓨터(16)에 의해 전송된 변위 데이터에 따라, 수평면에서 재물대(17)의 이동을 제어하여, 리소그래피 광점과 리소그래피 피스(101)의 상대적 운동을 구현하고, 일정 폭의 패턴을 묘사할 수 있다. 제어기(19)는 광전 검출기(18)에 의해 생성된 모폴로지 데이터를 수신하고, 모폴로지 데이터에 따라 위상 소자와 리소그래피 피스(101) 사이의 초점 거리를 조정하는 데 더 사용된다. 제어기(19)는 노광 이미지의 주기에 따라 광원(11)의 오프 또는 온 제어할 수 있음에 유의해야 한다. 여기에서 리소그래피 이미지는 상기 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조의 제조 방법에서 언급한 그레이스케일 이미지일 수 있다.
리소그래피가 완료된 후, 획득한 리소그래피 피스(101)를 금속 성장시켜, 스텐실을 획득한다. 스텐실은 나노 임프린팅을 위해 프린팅 롤러에 감겨져, 임프린팅할 재료 상에 상기 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조를 획득할 수 있으며, 이는 도 7에 도시된 아로와나와 같다. 도 13은 본 발명에 따른 나노 임프린팅 장치의 일 실시예를 도시한 것이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 나노 임프린트 장치는 이송 장치, 코팅 장치, 조기 경화 장치, 임프린팅 장치, 강경화 장치 및 냉각 장치를 포함한다.
여기에서 상기 이송 장치는 재료 공급 롤러(1) 및 재료 수용 롤러(135)를 포함하며, 이들은 임프린팅 장치 전체 세트의 양단에 위치한다. 원통형으로 권취된 임프린팅할 재료를 상기 재료 공급 롤러(1) 상에 거치하고, 그 개방단을 재료 수용 롤러(135)에 감는다. 임프린팅 개시 후, 재료 공급 롤러(1)와 재료 수용 롤러(135)는 동일한 선속도로 상기 재료가 감기는 반대 방향으로 회전하므로, 임프린팅할 재료를 규정된 노선에 따라 이송한다. 상기 이송 장치는 보조 롤러(2, 8, 132)를 포함하며, 이는 각각 전체 이송 경로에 걸쳐 위치한다. 이러한 보조 롤러는 재료가 다양한 공정을 통과할 때, 지속적으로 장력을 받을 수 있도록 한다.
코팅 장치는 상기 재료 공급 롤러(1) 뒤에 설치된다. 여기에는 스크레이퍼(3), 아닐록스 롤러(4), 라이닝 롤러(5) 및 디스펜서 기계(136)가 포함된다. 상기 디스펜서 기계(136) 내에는 아닐록스 롤러(4)의 축 방향을 따라 이동하여 아닐록스 롤러(4)의 표면에 UV 접착제를 균일하게 코팅할 수 있는 액상 UV 접착제가 장착된다. 상기 아닐록스 롤러(4)의 표면은 요철이 있는 아닐록스 패턴을 가지며, 이러한 아닐록스에 UV 접착제가 흡착되고, 이러한 아닐록스의 메쉬수를 조절하여 UV 접착제의 접착량을 조절한다. 상기 스크레이퍼(3)는 아닐록스 롤러(4)에 작용하여 아닐록스 롤러(4)에 도포된 여분의 접착제를 긁어낸다. 상기 라이닝 롤러(5)는 아닐록스 롤러(4)의 반대쪽에 구비되어 아닐록스 롤러(4)와 협력하여 재료의 표면에 UV 접착제를 도포한다. 상기 코팅 장치는, 아닐록스 롤러(4) 상의 아닐록스 메쉬수, 스크레이퍼(3)와 아닐록스 롤러(4)의 거리 및 아닐록스 롤러(4)에 대한 라이닝 롤러(5)의 압출력을 제어함으로써, 나노 수준의 패턴에 대한 임프린팅 수요를 충족하도록, UV 접착제의 코팅 두께를 2 내지 50μm 범위로 제어할 수 있다.
코팅 장치 이후에는 사전 경화 장치도 설치된다. 상기 사전 경화 장치는 레벨링 및 건조 터널(6) 및 자외선 사전 경화 장치(7)를 포함한다. UV 접착층은 코팅될 때 표면에 고르지 않은 분포가 나타나는 반면 나노 임프린팅은 평탄도가 상당히 요구된다. 이러한 표면의 요철을 없애기 위해, UV 접착제를 바른 원료를 상기 레벨링 및 건조 터널(6)을 통과시키고, 액체 자체의 중력을 통해 레벨링을 수행하며, 적외선 가열 장치 또는 저항 가열 장치를 사용해 UV 접착제를 가열하여, 그 내부에 아직 남은 수분 또는 알코올 등 성분을 휘발시켜, 레벨링 후의 표면 평탄도를 유지한다. 그런 다음 자외선 사전 경화 장치(7)를 이용해 UV 접착제는 사전 경화한다. 상기 자외선 사전 경화 장치(7)는 임프린팅이 용이하도록 원래 액체 상태의 UV 접착제를 반고체 상태로 만들 수 있는 저전력 UV 램프와 같은 것이다.
임프린팅 장치는 상기 사전 경화 장치 뒤에 설치되며, 상기 임프린팅 장치는 적어도 가압 롤러(9) 및 인쇄 롤러(131)를 포함한다. 상기 인쇄 롤러(131)의 표면에는 나노 구조의 패턴이 설치되며, 상기 스텐실은 상기 인쇄 롤러(131)의 표면에 장착된다. 인쇄 롤러(131)는 가압 롤러(9)와 매칭되어 상술한 반고체형 UV 접착제와 밀착된 후, 자외선 램프(136) 조사를 통해 인쇄 롤러(131)와 분리되기 전에 UV 접착제 상에 패턴을 성형한다. 상기 가압 롤러(9)의 압력 제어 시스템은 유압 제어 또는 공압 제어를 사용할 수 있다. 상기 인쇄 롤러(131)는 그 표면에 필요한 패턴이 설치된 스텐실을 도포하여 제작할 수 있으며, 인쇄 롤러의 표면에 필요한 나노 패턴을 직접 제작할 수도 있고, 스텐실 또는 인쇄 롤러의 재질은 니켈, 알루미늄 등 재료일 수 있음에 유의한다.
마지막으로 강경화 장치(133)와 냉각 장치(134)를 통해 나노 패턴이 인쇄된 UV 접착제에 대해 경화 정형 및 냉각을 수행하고, 재료 수용 롤러(135)를 통해 성형된 제품을 수용한다. 상기 강경화 장치(133)는 적어도 한 세트의 고출력 UV 램프를 포함하고, 상기 냉각 장치(134)는 공냉식 장치 또는 수냉식 장치일 수 있다.
상기 나노 임프린팅 장치의 구체적인 임프린팅 과정은 다음과 같다.
먼저 원통형으로 권취된 임프린팅할 재료를 상기 재료 공급 롤러 상에 설치한다. 상기 재료의 개방단은 상기 재료 수용 롤러 상에 감겨, 동일한 속도로 상기 재료 공급 롤러와 재료 수용 롤러를 회전시켜, 상기 임프린팅할 재료가 소정 노선을 따라 이송되도록 한다.
재료가 배출된 후, 상기 코팅 장치를 사용하여 임프린팅할 재료에 UV 접착제를 균일하게 코팅한다.
이어서 상기 사전 경화 장치를 사용하여 코팅이 완료된 UV 접착제에 대해 레벨링 가열 자외선 사전 경화를 수행하여, 상기 UV 접착제를 평평하게 하여 반고체 상태가 되도록 한다.
이어서 상기 임프린팅 장치를 이용하여 UV 접착제가 코팅된 재료를 임프린팅하고, 상기 인쇄 롤러 상의 나노 구조의 패턴을 상기 UV 접착제 상에 임프린팅한다.
마지막으로 상기 강경화 장치를 사용하여 UV 접착제에 대해 성형 경화를 수행하고, 성형된 제품을 재료 수용 롤러(135) 상에 수용한다.
전체 임프린팅 과정에서, 편차 보정 시스템과 장력 제어 시스템을 통해 실시간으로 재료의 위치 및 장력을 조정하여 임프린팅 품질을 보장할 수도 있다.
본 발명에서 상기 임프린팅할 재료는 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리염화비닐(PolyvinylChloride, PVC), 폴리에스터(Polyester, PET), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA) 또는 이축 배향 폴리프로필렌(BiaxiaI 0rlented Plypropylen, BOPP) 등의 롤형 재료일 수 있다.
본원에 사용된 용어 "포괄", "포함" 또는 이의 임의 기타 변형은 비배타적인 포함을 포함하도록 의도된다. 나열된 이러한 요소 외에도 명시적으로 나열되지 않은 다른 요소도 포함될 수 있다.
본원에 언급된 "전", "후", "상", "하" 등의 방향 용어는 첨부 도면에서 부품의 위치 및 부품과 부품 사이의 위치로 정의된 것이며, 이는 기술적 솔루션을 명확하고 용이하게 하기만 하면 된다. 상기 방향 용어의 사용이 본 출원의 청구범위를 제한하지 않음에 유의한다.
충돌이 없는 한, 본원에 따른 실시예 및 실시예 중의 특징은 서로 결합될 수 있다.
상기 내용은 본 발명의 비교적 바람직한 실시예일 뿐이며, 본 발명을 한정하지 않는다. 본 발명의 사상과 원칙 내에서 이루어진 모든 수정, 등가의 대체, 개선 등은 모두 본 발명의 보호 범위에 속한다.
Claims (14)
- 레이저 직접 기록 리소그래피 장치로 제작한 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조의 제조 방법에 있어서,
3차원 모델도를 제공하는 단계;
상기 3차원 모델도를 높이 방향으로 분할하여, 적어도 하나의 높이 구간을 획득하는 단계;
3차원 모델도를 평면 상에 투영하여 매핑 관계를 획득하는 단계;가 포함되고, 매핑 관계는 상기 3차원 모델도 상의 각 포인트에 대응하는 평면 상의 좌표를 포함하고, 3차원 모델도 상의 각 포인트의 높이는 높이 구간 내의 높이 값에 대응한다. 상기 매핑 관계에 따라, 매핑 관계를 노광량에 대응시키고, 상기 노광량을 기반으로 리소그래피를 수행하는 것을 특징으로 하는 레이저 직접 기록 리소그래피 장치로 제작한 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
3차원 모델도를 제공하는 단계는,
3차원 모델도에 적어도 하나의 3차원 모델 유닛이 포함되고, 상기 3차원 모델 유닛에 적어도 하나의 곡률 값을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법. - 제1항에 있어서,
3차원 모델도를 제공하는 단계는,
3차원 모델도 표면이 복수의 공간 다각형에 의해 스플라이싱되어 접합되고, 각각의 상기 공간 다각형은 모두 볼록 다각형이고, 각각의 상기 공간 다각형은 서로 겹치지 않고, 각각의 상기 공간 다각형에는 모두 결정된 꼭지점과 변이 있고, 상기 공간 다각형의 꼭지점과 그것이 위치한 평면의 법선 벡터를 기반으로, 해당 다각형 위치 지점에서 3차원 모델도의 높이 범위를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법. - 제1항에 있어서,
각 높이 구간은 동일한 높이차를 갖거나, 각 높이 구간은 상이한 높이차를 갖는 것을 특징으로 하는 제조 방법. - 제1항에 있어서,
3차원 모델도를 평면 상에서 투영하여 매핑 관계를 획득하는 단계는, 상기 3차원 모델 상의 각각의 높이 구간에 그레이스케일 값 범위를 대응시켜, 매핑 관계 중 각 포인트의 높이 값에 대응하는 그레이스케일 값을 획득하고, 매핑 관계 중 평면 좌표 및 높이 값을 기반으로, 그레이스케일 이미지를 획득하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법. - 제5항에 있어서,
각 높이 구간의 높이 범위는 하나의 그레이스케일 값 범위에 선형 또는 곡선 대응하는 것을 특징으로 하는 제조 방법. - 제5항에 있어서,
상기 노광량을 기반으로 리소그래피를 수행하는 단계는,
상기 그레이스케일 이미지를 기반으로 복수 세트 이진 이미지를 샘플링하는 단계; 및
상기 복수 세트 이진 이미지를 기반으로 중첩 리소그래피를 수행하여, 타깃 캐리어 상에 복수의 단차형 슬로프 모폴로지를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법. - 제7항에 있어서,
상기 그레이스케일 이미지를 기반으로 복수 세트 이진 이미지를 샘플링하는 상기 단계는,
단차 개수 M에 따라, M-1세트 이진 이미지를 샘플링하는 단계;
범위 1 내에서 그레이스케일 값의 픽셀 포인트를 검은색 또는 흰색으로 할당하고, 다른 범위의 그레이스케일 값의 픽셀 포인트에 다른 것을 할당하여, 제1세트 이진 이미지를 획득하는 단계;
범위 2 내에서 그레이스케일 값의 픽셀 포인트를 검은색 또는 흰색으로 할당하고, 다른 범위의 그레이스케일 값의 픽셀 포인트에 흰색을 할당하여, 제2세트 이진 이미지를 획득하는 단계; 및
범위 M-1 내에서 그레이스케일 값의 픽셀 포인트를 검은색 또는 흰색으로 할당하고, 다른 범위의 그레이스케일 값의 픽셀 포인트에 흰색을 할당하여, 제M-1세트 이진 이미지를 획득하는 단계를 포함하고,
여기에서 M은 2 이상의 정수이고,
여기에서 범위 2의 구간은 범위 1의 구간을 적어도 부분적으로 포함하며, 범위 M-1의 구간은 범위 M-2의 구간을 적어도 부분적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법. - 제5항에 있어서,
상기 노광량을 기반으로 리소그래피를 수행하는 상기 단계는, 그레이스케일 이미지를 복수의 유닛 이미지로 분할한 후 리소그래피를 수행하고, 타깃 캐리어 상에 미리 설정된 매끄러운 슬로프 모폴로지를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법. - 레이저 직접 기록 리소그래피 장치로 제작한 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조에 있어서,
기판; 및
상기 기판 상에 형성된 적어도 하나의 3차원 마이크로나노 모폴로지 유닛을 포함하고, 여기에서 각각의 3차원 마이크로나노 모폴로지 유닛은 적어도 하나의 시각적 고점을 포함하고, 상기 각각의 3차원 마이크로나노 모폴로지 유닛은 시각적 고점에서 시작하여 슬로프 모폴로지의 경사율이 미리 설정된 규칙에 따라 변화하는 복수의 환형 띠를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차차원 마이크로나노 모폴로지 구조. - 제10항에 있어서,
상기 3차원 마이크로나노 모폴로지 유닛 중 슬로프 모폴로지의 깊이는 동일하며, 슬로프 모폴로지의 주기는 시각적 고점에서 시작해 점차 감소하거나, 슬로프 모폴로지의 주기는 동일하고 슬로프 모폴로지의 깊이는 시각적 고점에서 시작해 점차 증가하거나, 슬로프 모폴로지의 주기와 깊이가 모두 미리 설정된 규칙에 따라 변하며 경사율이 시각적 고점에서 시작해 점차 증가하는 것을 특징으로 하는 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조. - 제11항에 있어서,
상기 슬로프 모폴로지의 주기는 1㎛ 내지 100㎛ 범위 내에 있고, 상기 슬로프 모폴로지의 깊이는 0.5㎛ 내지 30㎛ 범위 내에 있고, 상기 슬로프 모폴로지의 경사면과 평면이 이루는 각도 변화 범위는 0도 내지 45도인 것을 특징으로 하는 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조. - 제10항에 있어서,
상기 시각적 고점의 슬로프 모폴로지의 경사율이 가장 작고, 복수 개 3차원 모폴로지 유닛이 중첩 설치되거나 평평하게 설치되는 것을 특징으로 하는 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조. - 제10항에 있어서,
상기 슬로프 모폴로지는 단차형, 선형 슬로프, 곡선형 슬로프 중 하나 이상의 조합인 것을 특징으로 하는 3차원 마이크로나노 모폴로지 구조.
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