CN104937698A - 透光型压印用模具、大面积模具的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种压印方法，其具备：曝光工序，在向涂布于大面积基材上的光固化性树脂按压透光型压印用模具的状态下，以使照射到通过为使透明基材的凹凸图案再现而设置的遮光部件(5)而固化的遮光区域的光固化性树脂的光量少于照射到位于遮光区域以外的透光区域的光固化性树脂的光量的方式向光固化性树脂照射固化光，由此使位于所述遮光区域的光固化性树脂(9b)半固化；脱离工序，在曝光工序后使模具从光固化性树脂脱离；移动工序，接下来，模具的透光区域的端部以位于半固化而成的光固化性树脂(9b)上的方式使模具移动；反复工序，在移动后的位置进行曝光工序和脱离工序。

Description

透光型压印用模具、大面积模具的制造方法
技术领域
本发明涉及透光型压印用模具以及大面积模具的制造方法。
背景技术
压印技术是指将具有所希望的微细的凹凸图案的反转图案的模具按压到基板上的液状树脂等的转印材料上，由此再转印至转印模具的图案的材料的微细加工技术。作为微细的凹凸图案，存在从10nm等级的纳米级图案到100μm左右的图案，在半导体材料、光学材料、存储介质、微电机、生物、环境等各种领域中使用。
然而，在表面具有纳米级的微细的凹凸图案的模具，由于图案的形成耗费时间，因此价格非常高。因此，在表面具有纳米级的微细的凹凸图案的模具很难实现大型化(大面积化)。
因此，专利文献1中，以不使加工区域重叠的方式一边错开模具的位置一边反复进行利用小型模具的压印，由此能够进行大面积的压印(分步重复)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4262271号
发明内容
发明所要解决的问题
然而，专利文献1的方法中，为了连续形成凹凸图案，需要以极高的精度进行模具的校准，这样的高精度的压印装置存在价格非常昂贵的问题。另外，校准精度低的情况下，存在如下问题，即，将模具按压在已经形成的凹凸图案上破坏了凹凸图案，或者在已经形成的凹凸图案与要按压的位置之间存在空隙而无法连续形成凹凸图案。
本发明鉴于上述情况而完成，提供一种即使是低精度的校准也能够连续形成凹凸图案的透光型压印用模具以及使用该模具的压印方法。
解决问题的技术手段
根据本发明，提供一种透光型压印用模具，其包含具有形成有凹凸图案的图案区域的透明基材和设置在上述图案区域上的遮光部件，
上述遮光部件进行如下设置：在上述图案区域的端部的局部区域，使上述凹凸图案的凹部和凸部双方连续地覆盖上述凹凸图案且上述遮光部件的表面形状使上述凹凸图案再现。
专利文献1中在非图案部设置遮光部件，但本发明与该发明的基本构思不同，需要设置遮光部件以覆盖模具的凹凸图案且遮光部件的表面形状使再现上述凹凸图案。如果如上述那样设置遮光部件，则在设置遮光部件的区域(遮光区域)和其以外的区域(透光区域)设置光固化性树脂的曝光的程度的差。并且，通过调节曝光量，能够在遮光区域，以短时间保持凹凸图案的反转图案的形状的程度使液状的光固化性树脂半固化。
接下来，以使模具的透光区域位于半固化的光固化性树脂上的方式配置模具，按压模具的凹凸图案时，则在半固化而成的光固化性树脂上已经形成的图案容易变形，而成为根据按压的模具的凹凸图案而形成的新的反转图案形状。这样，半固化而成的光固化性树脂可能容易变形，所以不会破坏已经形成的图案而变形为新的反转图案。
若使用本发明的模具，则对于模具的校准，移动模具后的透光区域的端部位于半固化而成的光固化性树脂上的程度即可，所以不需要如专利文献1那样，进行精确的校准，因此，即使使用精度不太高的比较廉价的压印装置，也能够连续形成模具的凹凸图案的反转图案。
以下，例示本发明的各种实施方式。以下所示的实施方式可以相互组合。
优选上述透明基材为透光性树脂。
优选上述遮光部件由金属膜构成。
另外，本发明根据其它观点，提供一种压印方法，其具备：
曝光工序，在向涂布于大面积基材上的光固化性树脂按压上述记载的透光型压印用模具的状态下，以使照射到位于设置有上述遮光部件的遮光区域的光固化性树脂的光量少于照射到位于不设置上述遮光部件的透光区域的光固化性树脂的光量的方式向光固化性树脂照射固化光，从而使位于上述遮光区域的光固化性树脂半固化，
脱离工序，在曝光工序后使上述模具从上述光固化性树脂脱离，
移动工序，接下来，上述模具的透光区域的端部以位于上述半固化而成的光固化性树脂上的方式使上述模具移动，
反复工序，在移动后的位置进行上述曝光工序和上述脱离工序。
优选在上述曝光工序中，上述固化光从上述模具侧和上述大面积基材侧双方，向上述光固化性树脂照射。
优选上述遮光部件部分透过上述固化光，上述固化光仅从模具侧照射。
附图说明
图1(a)是本发明的第1实施方式的模具的截面图，图1(b)是其变形例。
图2(a)和(b)分别是用于说明本发明的第1实施方式的压印方法的曝光工序和脱离工序的截面图。
图3(a)、(b)分别是用于说明本发明的第1实施方式的压印方法的移动工序和反复工序的截面图，图3(c)是表示在第二次的曝光工序和脱离工序后得到的结构的截面图。
图4是本发明的第2实施方式的模具的截面图。
图5是用于说明本发明的第2实施方式的压印方法的截面图。
具体实施方式
以下，边参照附图边具体说明本发明的优选的实施方式。
1.第1实施方式
1-1.透光型压印用模具
本发明的第1实施方式的透光型压印用模具，如图1(a)所示，是包括具有形成有凹凸图案3的图案区域的透明基材4、设置在上述图案区域上的遮光部件5的透光型压印用模具2，遮光部件5如下进行设置：在上述图案区域的端部的局部区域，以使凹凸图案3的凹部3a和凸部3b双方连续的方式覆盖凹凸图案3且使遮光部件5的表面形状再现凹凸图案3。
这样的压印用模具2可利用公知的压印技术来形成，一个例子中，在图1(a)所示透明基材4上具备具有所希望的微细的凹凸图案3的透明树脂层6。
(1)透明基材4
透明基材4由树脂基材、石英基材等透明材料形成。具有柔软性的树脂模具的形成中优选树脂基材，具体而言，例如为由选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酯、聚烯烃、聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、环状聚烯烃以及聚萘二甲酸乙二醇酯中的1种构成。
(2)透明树脂层6、凹凸图案3、图案区域
作为形成透明树脂层6的树脂，可以是热塑性树脂、热固化性树脂或者光固化性树脂中的任一种，但从生产率和作为模具的操作容易度的观点出发，优选光固化性树脂。具体而言，可举出丙烯酸树脂、苯乙烯树脂、烯烃树脂、聚碳酸酯树脂、聚酯树脂、环氧树脂、硅酮树脂等。另外，树脂可以含有氟化合物、长链烷基化合物、以及蜡等剥离成分。
上述透明树脂层6的厚度通常为50nm～1mm，优选为500nm～500μm。若形成这样的厚度，则易于进行压印加工。
形成透明树脂层6的树脂为热塑性树脂的情况下，以将透明树脂层6加热至玻璃化转变温度(Tg)以上的温度的状态下，将凹凸图案形成用的模具以0.5～50MPa的冲压厚保持10～600秒进行冲压后，将透明树脂层6冷却至Tg以下的温度，将模具从透明树脂层6剥离，从而能够在透明树脂层6形成凹凸图案3。另一方面，形成透明树脂层6的树脂是光固化性树脂的情况下，以将用于形成凹凸图案的模具按压到液状的透明树脂层6的状态对透明树脂层6照射固化光(UV光、可见光、电子束等能够固化树脂的能量线的通称)，由此固化透明树脂层6，其后，通过剥离模具，从而能够在透明树脂层6形成凹凸图案3。光可以从透明基材4侧照射，模具相对于光是透明的情况下，可以从模具侧照射。另外，形成透明树脂层6的树脂是热固化性树脂的情况下，以将用于形成凹凸图案的模具按压到液状的透明树脂层6的状态将透明树脂层6加热至固化温度，由此对透明树脂层6进行固化，其后，通过剥离模具，从而能够在透明树脂层6形成凹凸图案3。光可以从透明基材4侧照射，当模具相对于光具有透射性的情况下，可以从模具侧照射。
对透明树脂层6的凹凸图案3没有特别是限制，优选为周期10nm～2mm、深度10nm～500μm、转印面1.0～1.0×106mm2的图案，更优选为周期20nm～20μm、深度50nm～1μm、转印面1.0～0.25×106mm2的图案。若这样进行设定，则能够将凹凸图案3充分转印至转印体。作为表面形状，可举出蛾眼(MOTH-EYE)、线、圆柱、独石柱(モノリス)、圆锥、多角锥、微透镜。
形成凹凸图案3的图案区域，如图1(a)所示，可以遍及透明基材4的整面进行设置，如图1(b)所示，也可以设置在透明基材4的局部。
透明树脂层6的表面可以进行用于防止与转印材料的附着的剥离处理，剥离处理也可以通过形成剥离层(未图示)来进行。作为形成剥离层(未图示)的脱模剂，优选由选自氟类硅烷偶联剂、具有氨基或羧基的全氟化合物和具有氨基或羧基的全氟醚化合物的至少1种构成，更优选是由选自氟类硅烷偶联剂、一端全氟胺(全氟醚)化合物和一端全氟羧基(全氟醚)化合物的单体或者单体和复合体的混合物中的至少1种构成。作为脱模剂，若使用上述脱模剂，则与透明树脂层6的密合良好并且与进行压印的树脂的剥离性良好。剥离层(未图示)的厚度优选为0.5～20nm，更优选为0.5～10nm，最优选为0.5～5nm的范围内。应予说明，为了提高剥离层与透明树脂层6的密合性，可以在透明树脂层6中添加如WO2012/018045所公开的具有能够与脱模剂键合的基团的添加剂。
3.遮光部件5
如图1(a)所示，遮光部件5形成在形成有凹凸图案3的图案区域的端部的局部区域。遮光部件5的形成方法或材料，只要实现以遮盖固化光的目的，就没有特别限定。在一个例子中，通过溅射Cr等金属材料附着在凹凸图案3上而形成遮光部件5。遮光部件5可由丙烯酸系、聚氨酯系、聚碳酸酯系等有机材料，碳系等无机材料形成。这些材料中可以含有色素等其它材料。遮光部件可以沿图案区域的一边在直线上设置，也可以沿二边以L形状进行设置，也可以沿其以上的多个边进行设置，还可以沿图案区域的整周上设置。
设置遮光部件5的宽度没有特别限定，但遮光部件5优选例如设置在图案区域的宽度的2～20％的区域。遮光部件5的宽度若过窄，则无法得到设置遮光部件5而具有的优点，遮光部件5的宽度若过宽，则压印的效率降低。
遮光部件5不仅形成在凹部3a和凸部3b，也以使凹凸图案3的凹部3a和凸部3b双方连续的方式而形成。另外，遮光部件5以其表面再现凹凸图案3的方式而形成。该情况下，将遮光部件5按压在转印材料上，可将凹凸图案3转印至转印材料。
遮光部件5的厚度没有特别限定，若过薄，则不能发挥遮光性，若过厚，则凹凸图案3不能适当再现，所以，要适当选择确保所需的遮光性且使凹凸图案3适当再现到遮光部件5那样的厚度。遮光部件5的厚度，例如为凹凸图案的高度的0.01～0.99倍，优选为0.01～0.5倍或者1～100nm的范围。遮光部件5的厚度，具体而言，例如为凹凸图案的高度的0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、0.95、0.99倍，或者为1、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100nm，也可以是在这里例示的数值的任2个之间的范围内。
遮光部件5可以是完全遮住固化光(遮光度100％)，也可以部分遮光(例如遮光度50％)。换句话说，本说明书中，“遮光”是指包含完全遮光和部分遮光二者的用语。完全遮光的情况下，在后述的压印方法中，若是从模具侧曝光，则具有遮光部件5的区域(遮光区域)的光固化性树脂无法完全曝光，所以为了使该区域的光固化性树脂半固化而需要从涂布转印材料的大面积基材侧的曝光。另一方面，部分遮光的情况下，遮光区域的光固化性树脂也一定程度曝光，所以即使不是来自大面积基材侧的曝光，也能够实施本发明的压印方法。部分遮光的程度根据光固化性树脂的物性等进行适当地变更，但例如为10、20、30、40、50，60、70、80、90％，也可以是这里例示的数值的任2个之间的范围内。
另外，针对遮光部件5，可以对透明树脂层6实施上述剥离处理。由此，能够防止转印材料附着于遮光部件5。
1-2.压印方法
接下来，对使用上述模具的压印方法的一个例子进行说明。这里所示的压印方法只是例示，上述模具也可利用其它的压印方法。
本发明的第1实施方式的压印方法，如图2～图3所示，具备：曝光工序，在向涂布在大面积基材7上的光固化性树脂9按压上述的透光型压印用模具2的状态下，以照射到位于设置有遮光部件5的遮光区域的光固化性树脂9的光量少于照射到位于没有设置遮光部件5的透光区域的光固化性树脂的光量的方式对光固化性树脂9照射固化光，由此使位于上述遮光区域的光固化性树脂9半固化；脱离工序，在曝光工序后使模具2从光固化性树脂9脱离；移动工序，接下来，以使模具2的透光区域的端部位于半固化而成的光固化性树脂9b上的方式使模具2移动，反复工序，在移动后的位置进行上述曝光工序和上述脱离工序。
(1)曝光工序
该曝光工序中，如图2(a)所示，在大面积基材7上涂布液状的光固化性树脂9，以将模具2的凹凸图案3按压到涂布的光固化性树脂9的状态，向光固化性树脂9照射固化光。在本实施方式中，从模具两侧、从大面积基材7照射均可。来自模具两侧的固化光，在透光区域直接通过模具2照射到光固化性树脂9，使光固化性树脂9完全固化。另一方面，遮光区域中，遮光部件5遮盖固化光，固化光无法照射到光固化性树脂9。在这种状态下，遮光区域的光固化性树脂9保持为液状，所以为了使遮光区域的光固化性树脂9半固化，所以也照射来自大面积基材7的固化光。遮光区域的光固化性树脂9的固化的程度通过改变来自大面积基材7的固化光的照射量进行调节。
大面积基材7的材质没有特别限定，但优选为树脂基材。通过使用树脂基材，能够利用本发明的压印方法得到所希望的尺寸的(也可能为大面积)树脂模具。作为构成树脂基材的树脂，例如由选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酯、聚烯烃、聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、环状聚烯烃以及聚萘二甲酸乙二醇酯中的1种构成。另外，大面积基材7优选具有适度的柔软性，使用树脂基材时，树脂基材的厚度优选为25～500μm的范围。
作为光固化性树脂9，可举出丙烯酸树脂、苯乙烯树脂、烯烃树脂、聚碳酸酯树脂、聚酯树脂、环氧树脂、硅酮树脂等。另外，树脂可以含有氟化合物、长链烷基化合物以及蜡等剥离成分。
(2)脱离工序
接下来，在固化光的照射后脱离模具2。由此，如图2(b)所示，能够得到在完全固化后的光固化性树脂9a和半固化而成的光固化性树脂9b形成有凹凸图案3的反转图案的结构。半固化而成的光固化性树脂9b只要短时间就能够固化至能够保持凹凸图案3的反转图案的程度，所以脱离模具2后也能够维持反转图案的形状。其中，由于无法完全固化，施加一定程度的力时容易变形。
(3)移动工序
接下来，如图3(a)所示，使模具2移动至下一个加工区域。此时，无需进行模具2的精确的校准，模具的透光区域的端部以位于半固化而成的光固化性树脂9b上的方式进行配置即可。因此，模具2的遮光区域的宽度越宽，所需的校准的精度越低。
(4)反复工序
接下来，如图3(b)所示，向大面积基材7的光固化性树脂9按压模具2向光固化性树脂9照射固化光。此时，已经形成在半固化而成的光固化性树脂的凹凸图案3的反转图案容易变形，成为根据按压的模具的凹凸图案3而形成的新的形状。这样半固化而成的光固化性树脂9b可能容易变形，所以不破坏已经形成的图案，变成为新的反转图案。
该工序中，固化光也照射到在之前的步骤中形成的半固化而成的光固化性树脂9b，该半固化而成的光固化性树脂9b成为完全固化的光固化性树脂9a。另外，该步骤中，在遮光区域新形成半固化而成的光固化性树脂9b。
以下，通过将脱离工序、移动工序、曝光工序仅反复需要的次数，从而能够形成所希望的尺寸的大面积模具。
2.第2实施方式
图4表示本发明的第2实施方式的透光型压印用模具2。该模具2的构成与第1实施方式类似，但遮光部件5遮住部分固化光。
使用这样的模具的情况下，如图5所示，固化光可以仅从模具两侧照射。透光区域中固化光直接通过模具2照射到光固化性树脂9b。遮光区域中，固化光虽因遮光部件5而衰减，但其一部分照射到光固化性树脂9b。因此，通过适当调节固化光的强度和遮光部件5的透射度，能够使光固化性树脂9b半固化。以后的工序与第1实施方式同样地进行。
符号说明
2：透光型压印用模具，3：凹凸图案，4：透明基材，6：透明树脂层，7：大面积基材，9：光固化性树脂。

Claims (6)

1.一种透光型压印用模具，其包含具有形成有凹凸图案的图案区域的透明基材和设置在所述图案区域上的遮光部件，
所述遮光部件进行如下设置：在所述图案区域的端部的局部区域，使所述凹凸图案的凹部和凸部双方连续地覆盖所述凹凸图案且所述遮光部件的表面形状使所述凹凸图案再现。
2.根据权利要求1所述的透光型压印用模具，其中，所述透明基材为透光性树脂。
3.根据权利要求1或2所述的透光型压印用模具，其中，所述遮光部件由金属膜构成。
4.一种压印方法，其具备：
曝光工序，在向涂布于大面积基材上的光固化性树脂按压权利要求1或2所述的透光型压印用模具的状态下，以使照射到位于设置有所述遮光部件的遮光区域的固化性树脂的光量少于照射到位于不设置所述遮光部件的透光区域的光固化性树脂的光量的方式向光固化性树脂照射固化光，由此使位于所述遮光区域的光固化性树脂半固化，
脱离工序，在曝光工序后使所述模具从所述光固化性树脂脱离，
移动工序，接下来，所述模具的透光区域的端部以位于所述半固化而成的光固化性树脂上的方式使所述模具移动，
反复工序，在移动后的位置进行所述曝光工序和所述脱离工序。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述曝光工序中，从所述模具侧和所述大面积基材侧双方向所述光固化性树脂照射所述固化光。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述遮光部件使所述固化光局部透过，仅从模具侧照射所述固化光。
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