JP4192174B2 - ソフトモールドの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は微細パターン形成用のソフトモールドに係り、特に支持フィルムを挿入して耐久性を向上させたソフトモールドの製造方法に関する。
一般的に、ソフトモールドは弾性を有するゴムを任意の型に注いで、その型の形状によって任意のパターンを陰刻、または陽刻して製作する。
このようなソフトモールドは、マイクロ単位の微細なパターン(ソフトモールドの陰刻、または陽刻によって形成されたパターン)を形成するのに使用されるが、例えば、液晶表示装置に含まれるカラーフィルタ基板にカラーフィルタを形成するか、有機電界発光素子で電極を形成するのに使用できる。
前記ソフトモールドは、弾性重合体を硬化して製作でき、このような弾性重合体としては、代表的にポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ：ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）が広く使用されている。
以下、添付図面を参照してソフトモールドの製造工程を説明する。
図１Ａないし図１Ｃは、ソフトモールド製造工程を従来の工程手順によって示した一工程断面図である。
図１Ａに示したように、ソフトモールドの表面に所定の形状を陰刻、または陽刻するための原板(ｍaster)を準備する。
前記原板Ａは、絶縁基板(例えば、シリコン基板)１０の上に窒化シリコン(Ｓｉ３Ｎ４)、または酸化シリコン(ＳｉＯ２)のような絶縁物質を蒸着して先行層を形成した後、フォトリソグラフィ工程を経て、前記先行層を所望の形状にパターン１２にする工程を行う。
この時、前記絶縁基板１０の上部のパターン１２は、窒化シリコンまたは酸化シリコンの他に、金属またはフォトレジストまたはワックスを使用して形成できる。
前記のような工程を通じて原板Ａを形成する。
図１Ｂに示したしたように、前記原板Ａが完成すれば、原板Ａの上部にプレポリマー(ｐｒｅｐｏｌｙｍｅｒ)状態の弾性重合体(弾性ゴム)溶液を注いでプレポリマー層１４を形成する。このような弾性重合体としては、代表的にＰＤＭＳが使用できる。
次いで、前記プレポリマー層１４を硬化する工程を行う。
次に、図１Ｃに示したように、硬化工程が完了した状態のポリマー層をソフトモールド１６とし、前記ソフトモールド１６を原板(図１Ｂの'Ａ')から取り外す工程を行い、その結果、表面に所定の形状が陽刻、または陰刻されたソフトモールドが製作できる。
前記のような工程を通じて従来技術によるソフトモールドが製作できる。
前記のように製作されたソフトモールドは、ソフトリソグラフィ、ソフトモールディング、キャピラリー・フォース・リソグラフィとインプレーンプリンティング用など多様な分野に適用されている。
このように多様な分野に適用されるソフトモールドを利用して製品を大量生産するためには、使用されるソフトモールドを正確にアラインする必要がある。
しかし、前記のように単一構造で形成されたソフトモールドは、数回使用する場合に、変形が大きく、材料が収縮されるか、膨脹されて正確にアラインさせ難い問題がある。
本発明は前記のような問題を解決するために案出したものであって、本発明の目的は、ソフトモールドの耐久性を向上させ、モールドの変形を防ぎ、大量生産に適用しやすいソフトモールドの製造方法を提供することにある。
本発明に係るソフトモールドの製造方法は、基板上に任意のパターンが形成されたマスターモールドを形成する段階と、前記マスターモールドの上部に第１液状高分子前駆体を形成する段階と、前記第１液状高分子前駆体を一部硬化させる段階と、前記一部硬化された高分子の上部にＵＶ透過率の高い支持フィルムを密着させる段階と、前記支持フィルムと前記一部硬化された高分子にカップリングエージェント処理をする段階と、前記支持フィルムを含む前記一部硬化された高分子の上部に第２液状高分子前駆体を形成する段階と、前記第２液状高分子前駆体と前記一部硬化された高分子を完全硬化させてモールドを形成させる段階と、前記支持フィルムが挿入された前記モールドを前記マスターモールドから取り外して、前記支持フィルムが挿入されており、一表面に所定の形状が陽刻、または陰刻されたソフトモールドを形成する段階とを含むことを特徴とする。
本発明のソフトモールドの製造方法は、次のような効果がある。
モールド内に支持フィルムを挿入して構成することによって、モールドの耐久性を向上させ、モールドの変形を阻害して大量生産に適用可能である。
以下、添付の図面を参照して本発明の望ましい実施の形態によるソフトモールド及びその製造方法について説明すれば、次の通りである。
先ず、本発明の実施の形態によるソフトモールドの構成について説明する。
図２は、本発明によるソフトモールドの構造断面図である。
図２に示したように、厚さが均一なＵＶ透過率の高い支持フィルム３３と、前記支持フィルム３３を全体的に取り囲み、一面に凹凸が形成された面を有して形成されたモールド３５とで構成されている。
前記支持フィルム３３は、ＵＶ透過度が９５％以上であるものを使用し、前記モールド３５の内部に平行に配置されている。支持フィルム３３をＵＶ透過度が９５％以上であるものを使う理由は、追って完成されたソフトモールドを使用して微細パターンを形成する時、ＵＶ硬化する工程時にＵＶを円滑に伝えるためである。
そして、前記モールド３５は、完全に硬化された高分子で構成されている。
前記モールド３５は、弾性重合体を硬化して製作でき、このような弾性重合体としては、代表的にＰＤＭＳが広く使われている。
前記ＰＤＭＳの他にも、ポリウレタン、ポリイミドなどが使用できる。
そして、前記モールド３５は、プレポリマーと硬化剤を１０：１の比率で混合した混合溶液であるプレポリマー状態の弾性重合体溶液を硬化して形成されたものである。
前記のように、支持フィルム３３を内部に挿入させてソフトモールドを形成すれば、モールド３５が収縮されるか、膨脹されるようなモールドの変形を防ぐことができる。
次に、前記構成を有する本発明の実施の形態によるソフトモールドの製造方法について説明する。
図３Ａないし図３Ｆは、本発明の実施の形態によるソフトモールドの製造方法を工程順に示した断面図である。
まず、図３Ａに示したように、ソフトモールドの表面に所定の形状を陰刻または陽刻するためのマスターモールド(ｍａｓｔｅｒ ｍｏｌｄ)Ｍを準備する。
前記マスターモールドＭは、基板(例えば、シリコン基板またはガラス基板)３０の上に窒化シリコン(Ｓｉ３Ｎ４)または酸化シリコン(ＳｉＯ２)のような絶縁物質を蒸着して先行層を形成した後、フォトリソグラフィ工程を経て、前記先行層を所望の形状にパターン３１化する工程により形成する。
この時、前記基板３０の上部のパターン３１は、窒化シリコンまたは酸化シリコンの他に、金属またはフォトレジストまたはワックスを使用して形成できる。
図３Ｂに示したように、前記マスターモールドＭが完成されれば、マスターモールドＭの上部にプレポリマー状態の弾性重合体(例えば、弾性ゴム)溶液、またはそれと同等な特性を有する高分子物質を注いで第１液状高分子前駆体３２を形成する。
前記弾性重合体は、ＰＤＭＳとポリウレタンとポリイミドのうち選択された１つで形成できる。
この時、プレポリマー状態の弾性重合体溶液は、プレポリマーと硬化剤を１０：１の比率で混合した混合溶液を使用するが、その他の材料によって１：１、あるいは様々な配合比が可能である。
前記第１液状高分子前駆体３２は、１ｍｍの厚さに形成するのが望ましいが、好ましくは０．５ｍｍ〜３ｍｍ範囲の厚さに形成できる。
次いで、前記第１液状高分子前駆体３２を一部硬化させる工程を行う。一部硬化させる場合、２５℃の温度で１日間硬化させることが望ましいが、２５℃の温度で２時間〜２日程度硬化させうる。
次に、図３Ｃに示したように、一部硬化された高分子３２ａの上部に挿入しようとする支持フィルム３３を気泡なしに良く密着させる。
この時、支持フィルム３３は、ＵＶ透過度が９５％以上であるものを使用し、１８８μｍ厚さのＰＥＴフィルムを使用して形成したが、０．１〜１ｍｍ範囲の厚さを有するＰＥＴフィルムの他にＵＶ透過度が９５％以上である他のフィルムで構成することもできる。
そして、支持フィルム３３を固定させる時、ゴムローラで押して密着性を向上させ、支持フィルム３３と一部硬化された高分子３２ａとの間の気泡を除去する。
次いで、支持フィルム３３の外郭部と一部硬化された高分子３２ａの縁の上部に('Ｃ'領域と定義された領域)カップリングエージェント処理をする。
前記カップリングエージェント処理は、一部硬化された高分子３２ａと第２液状高分子前駆体３４との間の接着力の向上及び支持フィルム３３の固定のために行うものであって、汎用プライマーを使用して行い得る。
次に、図３Ｄに示したように、支持フィルム３３を含む一部硬化された高分子３２ａの上部に第２液状高分子前駆体３４を注ぐ。
前記第２液状高分子前駆体３４は、２ｍｍの厚さに形成するのが望ましいが、１〜３ｍｍ範囲の厚さを有するように形成できる。
以後、図３Ｅに示したように、硬化工程を進めて第２液状高分子前駆体３４と一部硬化された高分子３２ａを完全硬化させて、モールド３５を形成する。
前記完全硬化工程は、２５℃で７日間行うことが望ましいが、２５℃で１〜１０日、あるいは８０℃で１時間行い得る。しかし、８０℃で硬化させる場合は、常温硬化に比べてモールドが変形する恐れがある。

次に、前記支持フィルム３３が挿入された前記モールド３５をマスターモールドＭから取り外す工程を進める。
これによって、図３Ｆに示したように、支持フィルム３３が挿入されており、一表面に所定の形状が陽刻または陰刻されたソフトモールドが製作できる。
このように製作されたソフトモールドでソフトリソグラフィ作業を進めて支持フィルムの有無によるモールドの変形度を測定した結果を下記の表１に示した。
Figure 0004192174
表１に示されたように、モールド内に支持フィルムが挿入されている場合は支持フィルムが挿入されていない場合よりモールドの収縮や膨脹が少ないことが分かる。
以上、前記の内容を通じて当業者であれば、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で多様な変更及び修正が可能であることが分かる。
したがって、本発明の技術範囲は前記実施の形態に記載した内容に限定されるのではなく、特許請求の範囲によって定められねばならない。
従来によるソフトモールドの製造方法を工程順に示す工程断面図である。 図１Ａに続く工程断面図である。 図１Ｂに続く工程断面図である。 本発明によるソフトモールドの構造断面図である。 本発明の実施の形態によるソフトモールドの製造方法を工程順に示す工程断面図である。 図３Ａに続く工程断面図である。 図３Ｂに続く工程断面図である。 図３Ｃに続く工程断面図である。 図３Ｄに続く工程断面図である。 図３Ｅに続く工程断面図である。
符号の説明
３０ 基板
３１ パターン
３２ 第１液状高分子前駆体
３２ａ 一部硬化された高分子
３３ 支持フィルム
３４ 第２液状高分子前駆体
３５ モールド

Claims (11)

  1. 基板上に任意のパターンが形成されたマスターモールドを形成する段階と、
    前記マスターモールドの上部に第１液状高分子前駆体を形成する段階と、
    前記第１液状高分子前駆体を一部硬化させる段階と、
    前記の一部硬化された高分子の上部にＵＶ透過率の高い支持フィルムを密着させる段階と、
    前記支持フィルムと前記の一部硬化された高分子にカップリングエージェント処理をする段階と、
    前記支持フィルムを含む前記の一部硬化された高分子の上部に第２液状高分子前駆体を形成する段階と、
    前記第２液状高分子前駆体と前記の一部硬化された高分子を完全硬化させて、モールドを形成させる段階と、
    前記支持フィルムが挿入された前記モールドを前記マスターモールドから取り外して、前記支持フィルムが挿入されており、一表面に所定の形状が陽刻または陰刻されたソフトモールドを形成する段階と
    を含むソフトモールドの製造方法。
  2. 第１液状高分子前駆体は、プレポリマー状態の弾性重合体溶液、またはそれと同等な特性を有する高分子物質を注いで形成されることを特徴とする請求項１に記載のソフトモールドの製造方法。
  3. 前記弾性重合体溶液は、ポリジメチルシロキサンとポリウレタンとポリイミドのうち選択された１つで形成されることを特徴とする請求項２に記載のソフトモールドの製造方法。
  4. 前記プレポリマー状態の弾性重合体溶液は、プレポリマーと硬化剤を１０：１の比率で混合した混合溶液を使用することを特徴とする請求項２に記載のソフトモールドの製造方法。
  5. 前記第１液状高分子前駆体は、０．５ｍｍ〜３ｍｍ範囲の厚さに形成することを特徴とする請求項１に記載のソフトモールドの製造方法。
  6. 前記第１液状高分子前駆体を一部硬化させる工程は２５℃の温度で２時間〜２日行うことを特徴とする請求項１に記載のソフトモールドの製造方法。
  7. 前記支持フィルムは、ＵＶ透過度が９５％以上であり、０．１ｍｍ〜１ｍｍ範囲の厚さを有するＰＥＴフィルムを使用して形成することを特徴とする請求項１に記載のソフトモールドの製造方法。
  8. 前記支持フィルムは、ゴムローラで押して密着させることを特徴とする請求項１に記載のソフトモールドの製造方法。
  9. 前記カップリングエージェント処理は、前記支持フィルムの外郭部と前記の一部硬化された高分子の縁の上部に汎用プライマーを使用して行うことを特徴とする請求項１に記載のソフトモールドの製造方法。
  10. 前記第２液状高分子前駆体は、１ｍｍ〜３ｍｍ範囲の厚さを有するように形成することを特徴とする請求項１に記載のソフトモールドの製造方法。
  11. 前記完全硬化工程は、２５℃から１〜１０日、あるいは８０℃で１時間行うことを特徴とする請求項１に記載のソフトモールドの製造方法。
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