CN101097400A - 软模具及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及软模具及其制造方法。该软模具包括：可光固化材料；和光引发剂，其中，所述软模具满足公式，其中，γ^d _M是所述软模具的表面能的分散项，γ^p _M是所述软模具的表面能的极性项，而γ_L是去离子水的表面能。

Description

软模具及其制造方法

技术领域

本发明涉及用于形成图案的模具，更具体地说，涉及软模具及其制造方法。

背景技术

半导体器件和平板显示器件包括多个精细图案。为了在诸如晶片或玻璃的基板上形成这些精细图案，已经广泛使用了光刻方法。在光刻方法中，在基板上形成待构图的薄膜，然后向该薄膜施敷光刻胶。通过具有预定图案的光掩模将该光刻胶曝光，然后通过显影工艺选择性地去除光刻胶，由此形成光刻胶图案。通过使用该光刻胶图案作为刻蚀掩模来对薄膜进行刻蚀，然后去除该光刻胶图案。从而，在基板上形成了期望的图案。

然而，光刻方法包括诸如曝光和显影的复杂工艺，并且需要昂贵的光掩模或曝光设备。由于这些因素，降低了生产成品率并增加了制造成本。此外，图案的宽度越窄，问题就越严重。

为了解决光刻方法中的问题，已经提出了几种方法，如纳刻印蚀刻方法、软蚀刻方法、毛细力蚀刻方法以及软模制方法。在这些方法中，由高分子弹性材料制成的软模具已被广泛用于形成图案。

以下将参照附图对根据现有技术的软蚀刻方法进行描述。

图1A到1F是例示了根据现有技术使用软模具在基板上形成图案的方法的剖面图。

在图1A中，在基板10上形成待构图的薄膜11，并向薄膜11施敷抗蚀剂13。

在图1B中，按使与待形成的图案相对应的凹部17面对薄膜11的方式，将具有凹部17的模具15置于抗蚀剂13上。按压模具15，使得模具15的上表面接触薄膜11。对抗蚀剂13作用了几个力，举例来说，如模具15与抗蚀剂13之间的斥力F_R、把抗蚀剂13吸入模具15的凹部17中的毛细力F_C、作用于抗蚀剂13的重力F_G、以及基板10与抗蚀剂13之间的摩擦力或粘附力F_V。因此，可以由F_R+F_C-F_G-F_V表示将抗蚀剂13推入模具15的凹部17中的力F。

在软蚀刻方法中，可以由疏水性材料形成模具15，使得模具15具有相对低的表面能。可以由亲水性材料形成抗蚀剂13。因此，模具15和抗蚀剂13的表面性质造成了斥力F_R。

在图1C中，通过对模具15施加压力，把图1B中的抗蚀剂13移动到凹部17中，然后通过紫外光或热对凹部17中的抗蚀剂13进行固化，由此形成抗蚀剂图案13a。

在图1D中，在使抗蚀剂固化之后移除模具15，从而把抗蚀剂图案13a保留在薄膜11上。

在图1E中，通过使用抗蚀剂图案13a作为刻蚀掩模来对图1D的薄膜11进行刻蚀，由此形成图案11a。

在图1F中，通过剥起工艺去除图1E的抗蚀剂图案13a，从而把图案11a保留在基板10上。

一般来说，在使用模具来在基板上形成抗蚀剂图案的情况下，为了容易地将模具与抗蚀剂图案分离，模具的表面能低于抗蚀剂的表面能。表面能是在固相或液相材料与气相材料之间形成界面所需的每单位面积的能量。由于固相或液相材料具有较大的表面能，因此更难以与气相材料形成界面。

因此，在诸如面内压印(IPP)方法的软蚀刻方法中，为了充分形成预定抗蚀剂图案，模具、抗蚀剂以及基板的表面能(可以分别称为γ_MOLD、γ_ER以及γ_substrate)应当满足以下关系。

γ_MOLD＜γ_ER＜γ_substrate

如果抗蚀剂的表面能γ_ER可以低于基板的表面能γ_substrate，则可以容易地对基板施敷抗蚀剂。如果抗蚀剂的表面能γ_ER可以高于模具的表面能γ_MOLD，则会在模具与抗蚀剂图案之间引起斥力，并且可以容易地将模具与抗蚀剂图案分离。这样，由于模具对抗蚀剂的斥力随着模具的表面能γ_MOLD的减小而变大，因此模具的表面能γ_MOLD低对于形成图案来说是有利的。

通常，已广泛使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为用作软蚀刻方法的软模具的材料。在PDMS模具中，未固化链从模具的表面长出来，因而PDMS模具保持疏水性质。此外，由于PDMS模具具有弹性，因此PDMS模具可以一致地接触待构图的基板的表面。PDMS模具具有相对低的表面能，因此可以容易地将PDMS模具与基板分离。

然而，PDMS是可热固化的，因而通过热来使PDMS模具固化。因此，当制造PDMS模具时，模具图案的尺寸会由于伸缩变形而频繁地发生变化。此外，由于PDMS具有相对高的粘度，因此难以将PDMS模具的厚度减小几微米。

发明内容

因此，本发明旨在提供一种软模具及其制造方法，其基本上克服了由于现有技术的局限和缺点而导致的一个或更多个问题。

本发明的实施例的一个目的是提供一种厚度薄且重量轻的软模具。

另一目的是提供一种在不改变尺寸的情况下制造软模具的方法。

在下面的说明中将阐述本发明的其它特征和优点，其部分地根据说明即可显见，或者可以通过对本发明的实践来获知。通过下述文字说明及其权利要求以及附图中具体指出的结构，可以实现并获得本发明的这些目的和其它优点。

为实现这些和其它优点并且根据本发明实施例的目的，如在此所具体实现和广泛描述的，提供了一种软模具，其包括可光固化材料和光引发剂，其中所述软模具满足公式 ${(0.3\×\frac{{\mathrm{\γ}}_M^d}{{\mathrm{\γ}}_L})}^{1/2}+{(0.7\×\frac{{\mathrm{\γ}}_M^p}{{\mathrm{\γ}}_L})}^{1/2}\≤0.5,$ 其中γ^d _M是所述软模具的表面能的分散项，γ^p _M是所述软模具的表面能的极性项，并且γ_L是去离子水的表面能。

在另一方面中，提供了一种制造软模具的方法，该方法包括以下步骤：制备具有凹部或凸部的母板(master plate)；在所述母板上形成树脂层；通过对所述树脂层照射紫外光而使所述树脂层固化；以及将固化后的树脂层与所述母板分离，其中，所述软模具满足公式 ${(0.3\×\frac{{\mathrm{\γ}}_M^d}{{\mathrm{\γ}}_L})}^{1/2}+{(0.7\×\frac{{\mathrm{\γ}}_M^p}{{\mathrm{\γ}}_L})}^{1/2}\≤0.5,$ 其中，γ^d _M是所述软模具的表面能的分散项，γ^p _M是所述软模具的表面能的极性项，而γ_L是去离子水的表面能。

应当明白，以上一般性描述和以下详细描述都是示例性和说明性的，旨在提供对所要求保护的发明的进一步说明。

附图说明

附图被包括进来以提供对本发明的进一步理解，并被并入且构成本说明书的一部分，其例示了本发明实施例，并且与文字说明一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1A到1F是例示了根据现有技术的使用软模具在基板上形成图案的方法的剖面图；和

图2A到2F是例示了根据本发明的制造可光固化软模具的方法的剖面图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的优选实施例，其示例示出在附图中。

在本发明中，为了解决诸如PDMS模具的可热固化软模具的问题，提出了一种可光固化软模具。

可以由从二甲基丙烯酸二甘醇酯(DGDMA)、二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)、乙二醇苯基醚丙烯酸酯(EGPEA)、丙烯酸2-乙氧基-(2-乙氧基)乙酯(EOEOEA)、二丙烯酸1，6-己二醇(EO)酯(HD(EO)DA)、聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸缩水甘油基酯以及甲基丙烯酸丁酯中选择出的一种或更多种材料，来形成根据本发明的可光固化软模具。这些材料具有相对低的粘度。

向所选择的材料添加光引发剂。这里，光引发剂可以是Ciba特种化学公司的IRGACURE 369、IRGACURE 184以及IRGACURE 379中的一个。

在本发明中，由上述材料制成的可光固化软模具满足由以下公式(1)示出的条件，以使得该可光固化软模具具有与由PDMS制成的可热固化软模具的表面能相似的值。

${(0.3\×\frac{{\mathrm{\γ}}_M^d}{{\mathrm{\γ}}_L})}^{1/2}+{(0.7\×\frac{{\mathrm{\γ}}_M^p}{{\mathrm{\γ}}_L})}^{1/2}\≤0.5$ ----------公式(1)

其中，γ_M是软模具的表面能，γ_L是去离子水的表面能。以下，可以将公式(1)的左边称为系数A。

通过以下过程推导出公式(1)。

γ_ML＝γ_M-γ_Lcosθ    ----------公式(2)

γ_ML＝γ_M-γ_L-W_α    ----------公式(3)

公式(2)是杨氏公式，公式(3)是Good-Girifalco理论，其中Wa是粘附功。由公式(2)和(3)推导出公式(4)。

γ_L(1+cosθ)＝W_α    ----------公式(4)

通常，当水滴在表面上的接触角大于90度时将该表面称为疏水性表面。因此，应当满足公式(5)，使得软模具的表面具有疏水性质。

$(1+\cos \mathrm{\θ})=\frac{W_{\mathrm{\α}}}{{\mathrm{\γ}}_L}\≤1$ ----------公式(5)

这里，如果将Owens和Wendt假设的公式(6)代入公式(5)，则推导出公式(1)。

$W_{\mathrm{\α}}=2{\left({\mathrm{\γ}}_L^d{\mathrm{\γ}}_M^d\right)}^{1/2}+2{\left({\mathrm{\γ}}_L^p{\mathrm{\γ}}_M^p\right)}^{1/2}$ ----------公式(6)

因此，在公式(1)中，由表面能的分散项γ^d和极性项γ^p来确定系数A。

以下将参照附图对使用满足上述条件的材料来制造可光固化软模具的方法进行描述。

图2A到2F是例示了根据本发明的制造可光固化软模具的方法的剖面图。

在图2A中，制备母板20。母板20在其表面上具有预定凸部22。母板20可以具有凹部。通过在绝缘基板上淀积诸如氮化硅或二氧化硅的绝缘层，然后例如通过光刻工艺对该绝缘层进行构图，可以形成母板20。作为另一种选择，可以通过对母板20的表面选择性地进行构图来形成母板20。

在图2B中，在母板20上形成树脂层30。树脂层30可以包括从二甲基丙烯酸二甘醇酯(DGDMA)、二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)、乙二醇苯基醚丙烯酸酯(EGPEA)、丙烯酸2-乙氧基-(2-乙氧基)乙酯(EOEOEA)、二丙烯酸1，6-己二醇(EO)酯(HD(EO)DA)、聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸缩水甘油基酯以及甲基丙烯酸丁酯中选择出的一种或更多种材料。这里，树脂层30应当满足公式(1)。此外，由于通过紫外光使树脂层30固化，因此树脂层30包括光引发剂。

在图2C中，在树脂层30的上表面上贴合背板50。此时，可以对背板50的表面施敷粘合材料40，该粘合材料40接触树脂层30的上表面。在某些情况下，可以略去贴合背板50的步骤。

在图2D中，对树脂层30照射紫外光，从而使树脂层30固化。这里，通过由于光引发剂而激活直链聚合物的物理交联反应，来使树脂层30固化。

在图2E中，将固化后的树脂层30连同背板50与母板20分离，这样，在图2F中，完成了软模具100。软模具100具有与图2E中的母板20的凸部或凹部相对应的凹部或凸部。然后，为了增强软模具100的疏水性质，可以利用紫外光来执行后处理工艺。在该后处理工艺中，紫外光的强度可以在2到15mW/cm²的范围内，并且照射时间可以在10秒到20分钟的范围内。

例如，当对软模具照射强度约为11mW/cm²的紫外光达约5分钟时，该软模具具有20.8的表面能分散项和2.6的表面能极性项。因此，该软模具的系数A为0.45。该软模具的系数A类似于可热固化软模具(其由PDMS制成，并具有18.8的表面能分散项和1.6的表面能极性项以及0.45的系数A)的系数A。另一方面，由聚氨基甲酸酯制成的另一可光固化软模具具有0.6的系数A，并且不具有疏水性质。

在本发明中，由于软模具是可光固化的，因此模具图案的尺寸不会变化。此外，该软模具由具有与PDMS模具类似的疏水性质的一种或更多种材料形成，从而可以容易地将该软模具与基板分离以形成期望的图案。

此外，由于用于软模具的材料具有相对低的粘度，因此该软模具可以具有几微米的薄厚度，从而可以是轻质的。

对于本领域的技术人员，很明显，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下对用于面内压印工艺(其为制造本发明的软模具的方法)的软模具进行各种修改和变化。由此，本发明旨在覆盖落在所附权利要求及其等同物的范围内的对本发明的变型和修改。

本申请要求2006年6月27日在韩国提交的韩国专利申请第2006-0057986号的优先权，通过引用将其并入于此。

Claims (8)

1、一种软模具，该软模具包括：

可光固化材料；和

光引发剂，

其中，所述软模具满足公式：

${(0.3\×\frac{{\mathrm{\γ}}_M^d}{{\mathrm{\γ}}_L})}^{1/2}+{(0.7\×\frac{{\mathrm{\γ}}_M^p}{{\mathrm{\γ}}_L})}^{1/2}\≤0.5,$

其中，γ^d _M是所述软模具的表面能的分散项，γ^p _M是所述软模具的表面能的极性项，而γ_L是去离子水的表面能。

2、根据权利要求1所述的软模具，其中，所述可光固化材料是从二甲基丙烯酸二甘醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、乙二醇苯基醚丙烯酸酯、丙烯酸2-乙氧基-(2-乙氧基)乙酯、二丙烯酸1，6-己二醇(EO)酯、聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸缩水甘油基酯以及甲基丙烯酸丁酯中选择出的一种或更多种材料。

3、一种制造软模具的方法，该方法包括以下步骤：

制备具有凹部或凸部的母板；

在所述母板上形成树脂层；

通过对所述树脂层照射紫外光而使所述树脂层固化；以及

将固化后的树脂层与所述母板分离，

其中，所述软模具满足公式：

${(0.3\×\frac{{\mathrm{\γ}}_M^d}{{\mathrm{\γ}}_L})}^{1/2}+{(0.7\×\frac{{\mathrm{\γ}}_M^p}{{\mathrm{\γ}}_L})}^{1/2}\≤0.5,$

其中，γ^d _M是所述软模具的表面能的分散项，γ^p _M是所述软模具的表面能的极性项，而γ_L是去离子水的表面能。

4、根据权利要求3所述的方法，其中，所述树脂层包括可光固化材料和光引发剂，其中，所述可光固化材料是从二甲基丙烯酸二甘醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、乙二醇苯基醚丙烯酸酯、丙烯酸2-乙氧基-(2-乙氧基)乙酯、二丙烯酸1，6-己二醇(EO)酯、聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸缩水甘油基酯以及甲基丙烯酸丁酯中选择出的一种或更多种材料。

5、根据权利要求3所述的方法，该方法还包括以下后处理工艺：在将所述固化后的树脂层与所述母板分离之后对所述软模具照射紫外光。

6、根据权利要求5所述的方法，其中，所述后处理工艺中的所述紫外光具有2到15mW/cm²的强度。

7、根据权利要求5所述的方法，其中，在所述后处理工艺中对所述软模具照射所述紫外光达10秒到20分钟。

8、根据权利要求3所述的方法，该方法还包括以下步骤：在将所述树脂层施敷在所述母板上之后，将在其表面上带有粘合材料的背板贴合到所述树脂层，而使得所述粘合材料接触所述树脂层。

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