CN106663600A - 分步重复用压印用模具及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供在取下模具时能够抑制形成于固化树脂层的凹凸图案的端部的变形的分步重复用压印用模具。根据本发明，可提供一种分步重复用压印用模具(2)，其具备：透明基材(4)；透明树脂层(6)，其形成于上述透明基材上且具有形成有凹凸图案(3)的图案区域(13)；以及遮光部件(5)，其以在上述透明基材与上述透明树脂层之间于上述图案区域的局部与上述图案区域重叠的方式设置。

Description

分步重复用压印用模具及其制造方法
技术领域
本发明涉及分步重复用压印用模具及其制造方法。
背景技术
所谓压印技术，是将具有凹凸图案的模具按压于基板上的液状树脂等转印材料，由此将模具的图案转印于转印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，应用于半导体材料、光学材料、存储介质、微型电机、生物、环境等各种领域。
然而，表面具有纳米级微细凹凸图案的模具由于图案的形成耗费时间，所以非常昂贵。因此，表面具有纳米级微细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：日本专利第4262271号
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1的方法中反复进行如下工序：在将模具的凹凸图案按压于转印材料的状态下将转印材料曝光使其固化，形成具有凹凸图案的固化树脂层，其后将模具从固化树脂层取下。本发明人对该方法进行了详细的研究，结果注意到将模具从转印材料取下时，有时形成于固化树脂层的凹凸图案的端部会发生变形。
本发明是鉴于上述情况而进行的，其提供一种在取下模具时可抑制形成于固化树脂层的凹凸图案的端部的变形的分步重复用压印用模具。
为解决课题的技术手段
根据本发明，提供一种分步重复用压印用模具，其具备：透明基材；透明树脂层，其形成于所述透明基材上且具有形成有凹凸图案的图案区域；以及遮光部件，其以在上述透明基材与上述透明树脂层之间于上述图案区域的局部与上述图案区域重叠的方式设置。
根据本发明人的分析，专利文献1的方法中，由于在转印材料上形成反转凹凸图案而成的反转图案的区域与转印材料固化的区域几乎相同，所以在固化树脂层的反转图案的端部，反转图案会受到多余的力而使反转图案容易变形。在本发明中，由于以在模具的形成有凹凸图案的图案区域的局部与图案区域重叠的方式设有遮光部件，所以与在转印材料上形成反转图案的区域相比，转印材料固化的区域更窄。因此，与固化树脂层的反转图案的端部邻接地存在未固化树脂层的反转图案，所以固化树脂层的反转图案的端部所受到的力减小而抑制固化树脂层的反转图案的变形。
以下，例示本发明的各种实施方式。以下示出的实施方式可以相互组合。
优选上述图案区域由透光区域和遮光区域构成，所述透光区域是对由光固化性树脂形成的被转印树脂层转印上述凹凸图案后通过照射活性能量线而使上述被转印树脂层固化的区域，所述遮光区域是在上述透光区域的周边部即使照射上述活性能量线上述被转印树脂层也不会被固化的区域。
优选上述透明基材具有挠性。
优选上述透明基材在形成有上述透明树脂层的一侧的面为平坦面。
根据本发明另一观点，提供一种分步重复用压印用模具的制造方法，其具备如下工序：在透明基材上的规定位置配置遮光部件，以覆盖上述遮光部件的方式在上述透明基材上形成透明树脂层，该透明树脂层具有形成有凹凸图案的图案区域，上述遮光部件以在上述图案区域的局部与上述图案区域重叠的方式设置。
附图说明
【图1】是表示本发明的第1实施方式的分步重复用压印用模具2的构成的截面图。
【图2】是表示图1的模具2的制造工序的截面图。
【图3】是表示使用了图1的模具2的压印方法的截面图。
【图4】是表示本发明的第2实施方式的分步重复用压印用模具2的构成的截面图。
【图5】是表示本发明的第3实施方式的分步重复用压印用模具2的构成的截面图。
【图6】是表示本发明的第3实施方式的分步重复用压印用模具2的使用方法的截面图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选的实施方式进行具体说明。
<第1实施方式>
如图1所示，本发明的第1实施方式的分步重复用压印用模具2具备：透明基材4；透明树脂层6，其形成于透明基材4上且具有形成有凹凸图案3的图案区域13；遮光部件5，其以在上述透明基材4与上述透明树脂层6之间于上述图案区域13的端部与上述凹凸图案3重叠的方式设置。
以下，对各构成要素进行详细说明。
1.压印用模具2的构成
(1)透明基材4
透明基材4是由树脂基材、石英基材、有机硅基材等透明材料形成的基材。对于具有柔软性的树脂模具的形成，优选树脂基材，具体而言，例如为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。
(2)透明树脂层6、凹凸图案3、图案区域13
作为形成透明树脂层6的树脂，可以使用热塑性树脂、热固化性树脂或光固化性树脂中的任一种，但从生产率和作为模具的使用容易性的观点出发，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、有机硅树脂等。另外，树脂也可以含有氟化合物、长链烷基化合物和蜡等剥离成分。
上述透明树脂层6的厚度通常为50nm～1mm，优选为500nm～500μm。如果形成这样的厚度，则压印加工容易进行。
透明树脂层6的凹凸图案3没有特别限制，优选周期10nm～2mm、深度10nm～500μm、转印面1.0～1.0×106mm2的凹凸图案，更优选周期20nm～20μm、深度50nm～1μm、转印面1.0～0.25×106mm2的凹凸图案。如果这样设定，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、线、圆柱、独石柱、圆锥、多边锥、微透镜。
形成凹凸图案3的图案区域13可以设置于透明基材4的整面，也可以仅设置于透明基材4的局部。
可以对透明树脂层6的表面实施用于防止与转印材料的附着的剥离处理，剥离处理可以是形成剥离层(未图示)的处理。作为剥离层(未图示)的脱模剂，优选由选自氟系硅烷偶联剂、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中的至少1种构成，更优选由选自氟系硅烷偶联剂、一端全氟胺(全氟醚)化合物以及一端全氟羧基(全氟醚)化合物的单体或单体与复合物的混合物中的至少1种构成。如果使用上述物质作为脱模剂，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所公开的具有能与脱模剂键合的基团的添加剂。
(3)遮光部件5
如图1所示，遮光部件5可以以在透明基材4与透明树脂层6之间于图案区域13的端部以与图案区域13重叠的方式设置。
若将遮光部件5形成在透明树脂层6的凹凸图案3上，则有时因凹凸图案3的影响而难以确保被遮光部件5遮光的遮光区域S的端部的直线性，但根据本实施方式的构成，由于能够使平遮光部件5附着于平坦的透明基材4上，因此能够提高遮光区域S的端部的直线性，其结果能够提高未被遮光部件5遮光的透光区域T的位置精度。另外，如果将遮光部件5形成在透明基材4的背面4a上，则由于遮光部件5与凹凸图案3之间的距离长，所以在进行基于分步重复的压印时所照射的活性能量线19(图3(a)和(d)中图示)容易在遮光部件5与凹凸图案3之间发生折射·衍射·反射，其结果，存在到达遮光区域S的活性能量线19的光量増大的问题。但是，根据本实施方式的构成，由于遮光部件5与凹凸图案3的距离非常短，所以能够使到达遮光区域S的活性能量线19的光量为最小限度。
遮光部件5的形成方法、材料只要能够实现遮蔽活性能量线的目的就没有特别限定。作为一个例子，遮光部件5可通过采用溅射使Cr等金属材料附着在凹凸图案3上来形成。遮光部件5也可以用丙烯酸系、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。遮光部件可以沿着图案区域13的一边设置成直线状，也可以沿着两边设置成L字状，也可以沿着两边以上的数边进行设置，可设置成线状、点状、网格状，也可以沿着图案区域13的整周设置。
设置遮光部件5的宽度没有特别限定，但遮光部件5例如优选设置于图案区域13的宽度的2～20％的区域。这是由于若遮光部件5的宽度过窄，则得不到通过设置遮光部件5而带来的优点，若遮光部件5的宽度过宽，则压印的效率降低。
遮光部件5的厚度没有特别限定，只要是能够充分抑制遮光区域S中的转印材料固化的厚度即可。
2.压印用模具2的制造方法
接着，对压印用模具2的制造方法进行说明。
首先，如图2(a)所示，使用光刻法等在透明基材4上的透光区域T形成剥离用的树脂层15，接着在透明基材4上形成金属材料层5a。
接着，如图2(b)所示，通过除去树脂层15及位于其上的金属材料层5a，得到透明基材4上设有遮光部件5的构成。应予说明，遮光部件5也可通过采用光刻法、喷墨印刷、丝网印刷等方法代替剥离法在规定位置形成树脂层而形成。
接着，如图2(c)所示，以覆盖遮光部件5的形式在透明基材4上涂布用于形成透明树脂层6的树脂，形成被转印树脂层16。
接着，如图2(d)所示，使用具有反转凹凸图案3而成的反转图案3r的模具17在被转印树脂层16上形成凹凸图案3。用于形成透明树脂层6的树脂为热塑性树脂时，在将被转印树脂层16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17以0.5～50MPa的冲压厚保持10～600秒进行冲压后，将被转印树脂层16冷却至Tg以下的温度，将模具17从被转印树脂层16剥离，从而能够形成具有凹凸图案3的透明树脂层6。另一方面，用于形成透明树脂层6的树脂为光固化性树脂时，在对液状的被转印树脂层16按压凹凸图案形成用的模具17的状态下，对被转印树脂层16照射活性能量线(UV光、可见光、电子束等能使树脂固化的能量线的总称)18，使被转印树脂层16固化，其后，将模具17剥离，从而能够形成具有凹凸图案3的透明树脂层6。此时，用透明材料形成模具17，可通过模具17对被转印树脂层16照射活性能量线18。另外，当用于形成透明树脂层6的树脂为热固化性树脂时，在对液状的被转印树脂层16按压凹凸图案形成用的模具17的状态下，将被转印树脂层16加热至固化温度，使被转印树脂层16固化，其后，将模具17剥离，从而能够形成具有凹凸图案3的透明树脂层6。
3.压印方法
接着，使用上述模具2对基于分步重复法的压印方法进行说明。
首先，如图3(a)所示，在大面积基材7上涂布液状的光固化性树脂，形成被转印树脂层9，在对被转印树脂层9按压模具2的凹凸图案3的状态下，通过透明基材4照射活性能量线19。通过仅在活性能量线19的照射区域中的透光区域T照射活性能量线19而使被转印树脂层9固化，得到形成有反转图案3r的固化树脂层19。另外，在遮光区域S中，在被转印树脂层9形成反转图案3r，但被转印树脂层9未被固化。因此，在图3(b)的状态下，形成于固化树脂层19的反转图案3r和形成于被转印树脂层9的反转图案3r被连续地形成。
接着，从图3(b)的状态取下模具2。此时，在形成于固化树脂层19的反转图案3r的端部，反转图案3r会受到多余的力而使反转图案3r容易变形。但是，在本实施方式中，由于在与固化树脂层19邻接的未固化的被转印树脂层9上也形成有反转图案3r，所以固化树脂层19的反转图案3r所受到的力减小，从而抑制固化树脂层19的反转图案3r的变形。
接着，如图3(c)所示，使模具2移动至下一加工区域。如图3(c)所示，优选使模具2移动至遮光区域S与透光区域T的边界位置和固化树脂层19与被转印树脂层9的边界位置大致一致的位置。然后，如图3(d)所示，在移动后的位置将凹凸图案3转印于被转印树脂层9，对位于透光区域T的被转印树脂层9照射活性能量线19，得到形成有反转图案3r的固化树脂层19。
仅将以上工序重复必要的次数就能够形成所希望的尺寸的微细结构体。该微细结构体可利用于压印用模具、微接触印刷用压模、光学片(防反射片、全息片、透镜片、偏振分离片)、防水片、亲水片细胞培养片等。
<第2实施方式>
使用图4对本发明的第2实施方式的分步重复用压印用模具2进行说明。
在第1实施方式中，遮光部件5被设置成仅在图案区域13的端部与图案区域13重叠，但在本实施方式中，如图4所示，遮光部件5还被设置在图案区域13的端部以外的部位。根据这样的构成，如图4所示，被设置于图案区域13的端部的遮光部件5覆盖的区域成为端部遮光区域S1，被设置于图案区域13的端部以外的遮光部件5覆盖的区域成为非端部遮光区域S2，其余区域成为透光区域T。这样的构成也能够抑制固化树脂层19的反转图案3r的变形。
<第3实施方式>
使用图5～图6对本发明的第3实施方式的分步重复用压印用模具2进行说明。
在本实施方式中，如图5所示，遮光部件5不设置在图案区域13的端部而仅设置于图案区域13的端部以外的部位。例如如图6所示，这种构成的模具2能够在以不对遮光部件5的外侧区域照射活性能量线19的方式用压印装置的保持部21保持的状态下使用。根据这样的使用方法，被最靠近图案区域13的端部的遮光部件5覆盖的区域成为端部遮光区域S1，其以外的被遮光部件5覆盖的区域成为非端部遮光区域S2，其余的区域成为透光区域T。因此，与第2实施方式同样地，能够抑制固化树脂层19的反转图案3r的变形。
另外，遮光部件5像本实施方式这样设置成在图案区域13局部与图案区域重叠即可，设置遮光部件5的位置可以不是图案区域13的端部。
符号说明
2：压印用模具、3：凹凸图案、4：透明基材、5：遮光部件、6：透明树脂层、7：大面积基材、9：被转印树脂层、21：保持部。

Claims (5)

1.一种分步重复用压印用模具，其特征在于，具备：
透明基材；
透明树脂层，其形成于所述透明基材上且具有形成有凹凸图案的图案区域；以及
遮光部件，其以在所述透明基材与所述透明树脂层之间于所述图案区域的局部与所述图案区域重叠的方式设置。
2.根据权利要求1所述的分步重复用压印用模具，其特征在于，所述图案区域由透光区域和遮光区域构成，所述透光区域是对由光固化性树脂形成的被转印树脂层转印所述凹凸图案后通过照射活性能量线而使所述被转印树脂层固化的区域，所述遮光区域是在所述透光区域的周边部即使照射所述活性能量线所述被转印树脂层也不会被固化的区域。
3.根据权利要求1或2所述的分步重复用压印用模具，其特征在于，所述透明基材具有挠性。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的分步重复用压印用模具，其特征在于，所述透明基材在形成有所述透明树脂层的一侧的面为平坦面。
5.一种分步重复用压印用模具的制造方法，其特征在于，具备如下工序：
在透明基材上的规定位置配置遮光部件，
以覆盖所述遮光部件的方式在所述透明基材上形成透明树脂层，所述透明树脂层具有形成有凹凸图案的图案区域，
所述遮光部件以在所述图案区域的局部与所述图案区域重叠的方式设置。
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