KR101174771B1 - 소프트 몰드 및 이의 제조방법 - Google Patents

소프트 몰드 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR101174771B1
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Abstract

본 발명은 소프트 몰드의 내구성을 향상시키고 몰드 변형을 막아서 대량 생산에 적용하기에 알맞은 소프트 몰드 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소프트 몰드의 제조방법은 기판 상에 임의의 패턴이 형성된 마스터 몰드를 형성하는 단계; 상기 마스터 몰드 전면에 상부면이 평탄한 제 1 액상 고분자 전구체를 형성하는 단계; 상기 제 1 액상 고분자 전구체를 일부 경화시키는 단계; 상기 제 1 액상 고분자 전구체의 가장자리를 노출시키도록, 상기 제 1 액상 고분자 전구체의 상부에 UV 투과율이 95%이상인 지지필름을 밀착시키는 단계; 상기 지지필름의 상부면 및 측면과 노출된 상기 제 1 액상 고분자 전구체의 가장자리에 커플링 에이전트(coupling agent) 처리를 하는 단계; 상기 지지필름의 상부면 및 측면과 노출된 상기 제 1 액상 고분자 전구체의 가장자리를 덮도록 제 2 액상 고분자 전구체를 형성하는 단계; 상기 제 2 액상 고분자 전구체와 상기 제 1 액상 고분자 전구체를 완전 경화시켜서 몰드를 형성시키는 단계; 및 상기 지지필름이 삽입된 상기 몰드를 상기 마스터 몰드로부터 떼어내어, 상기 지지필름이 삽입되어 있고, 일 표면에 소정의 형상이 양각(陽刻) 또는 음각(陰刻)된 소프트 몰드(soft mold)를 형성하는 단계를 포함한다.
소프트 몰드, 지지필름

Description

소프트 몰드 및 이의 제조방법{SOFT MOLD AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
도 1a 내지 도 1c는 종래에 따른 소프트 몰드(soft mold)의 제조방법을 공정순서에 따라 도시한 공정 단면도
도 2는 본 발명에 따른 소프트 몰드의 구조 단면도
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 실시예에 따른 소프트 몰드(soft mold)의 제조방법을 공정 순서에 따라 도시한 공정 단면도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
30 : 기판 31 : 패턴
32 : 제 1 액상 고분자 전구체 32a : 일부 경화된 고분자
33 : 지지필름 34 : 제 2 액상 고분자 전구체
35 : 몰드
본 발명은 미세패턴 형성용 소프트 몰드에 관한 것으로, 특히 지지필름을 삽입하여 내구성을 향상시킨 소프트 몰드(soft mold) 및 이의 제조방법에 관한 것이 다.
일반적으로, 소프트 몰드(soft mold)는 탄성을 가지는 고무(액상 고분자 전구체)를 임의의 틀에 부어 그 틀의 형상에 따라 임의의 패턴을 음각 또는 양각하여 제작하게 된다.
이러한 소프트 몰드(soft mold)는 마이크로 단위의 미세한 패턴(소프트 몰드의 음각 또는 양각에 따라 형성된 패턴)을 형성하는데 사용되는데 예를 들면, 액정표시장치에 포함되는 컬러필터 기판에 컬러필터를 형성하거나, 유기전계 발광소자에서 전극을 형성하는데 사용할 수 있다.
상기 소포트 몰드는(soft mold) 탄성 중합체를 경화하여 제작할 수 있으며, 이러한 탄성 중합체로는 대표적으로 PDMS(polydimethylsiloxane)가 널리 사용되고 있다.
상기 PDMS 이외에도 폴리우레탄(polyurethane), 폴리이미드(polyimides)등을 사용할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 종래에 따른 소프트 몰드의 제조공정을 설명한다.
도 1a 내지 도 1c는 소프트 몰드 제조공정을 종래의 공정 순서에 따라 도시한 공정 단면도이다.
도 1a에 도시한 바와 같이, 소프트 몰드의 표면에 소정의 형상을 음각 또는 양각하기 위한 원판(master)을 준비한다.
상기 원판(A)은 기판(ex. 실리콘 기판 또는 유리 기판, 10) 상에 질화 실리 콘(Si3N4) 또는 산화 실리콘(SiO2)과 같은 절연물질을 증착하여 선행층을 형성한 후, 포토리소그라피(photo-lithography)공정을 거쳐 상기 선행층을 원하는 형상으로 패턴(12)하는 공정을 진행한다.
이때, 상기 기판(10) 상부의 패턴(12)은 질화 실리콘(Si3N4) 또는 산화 실리콘(SiO2)외에 금속(metal) 또는 포토레지스트(photo-resist) 또는 왁스(wax)를 사용하여 형성할 수 있다.
전술한 바와 같은 공정을 통해 원판(master, A)을 형성한다.
도 1b에 도시한 바와 같이, 상기 원판(A)이 완성되면, 원판(A)의 상부에 프리 폴리머(prepolymer)상태의 탄성 중합체(탄성 고무)용액을 부어 프리-폴리머층(14)을 형성한다. 이러한 탄성 중합체로는 대표적으로 PDMS(Polydimethylsioxane)를 사용할 수 있다.
연속하여, 상기 프리-폴리머층(14)을 경화하는 공정을 진행한다.
다음으로, 도 1c에 도시한 바와 같이, 경화 공정이 완료된 상태의 폴리머층을 소프트 몰드(soft mold,16)라 하고, 상기 소프트 몰드(16)를 원판(도 1b의 'A')으로부터 떼어내는 공정을 진행하여 비로소, 표면에 소정의 형상이 양각(陽刻) 또는 음각(陰刻)된 소프트 몰드를 제작할 수 있다.
전술한 바와 같은 공정을 통해 종래 기술에 따른 소프트 몰드를 제작할 수 있다.
상기와 같이 제작된 소프트 몰드는 소프트 리소그래피(Soft lithography), 소프트 몰딩(soft molding), 캐필러리 폴스 리소그래피(capillary force lithography)와 인-플랜 프린팅(in-plane printing)용등 다양한 분야에 적용되고 있다.
이와 같이 다양한 분야에 적용되는 소프트 몰드를 이용하여 제품을 대량 생산하기 위해서는 사용되는 소프트 몰드의 내구성 및 여러 번 사용후에도 재료의 수축이나 팽창이 없이 정확하게 얼라인 될 필요가 있다.
그러나, 상기와 같이 단일 구조로 형성된 소프트 몰드는 여러 번 사용할 경우에 변형이 심해 재료가 수축되거나 팽창되어 정확하게 얼라인 시키기가 어렵다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 소프트 몰드의 내구성을 향상시키고 몰드 변형을 막아서 대량 생산에 적용하기에 알맞은 소프트 몰드 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소프트 몰드는 2방향의 시트(sheet)로 구성된 UV 투과율이 높은 지지필름과, 상기 지지필름을 전체적으로 감싸도록 일면에 요철이 형성된 몰드로 구성됨을 특징으로 한다.
상기 지지필름은 UV 투과도가 95%이상인 것을 특징으로 한다.
상기 지지필름은 상기 몰드 내부에 평행하게 배치되어 있고 그 두께가 균일한 것을 특징으로 한다.
상기 몰드는 완전히 경화된 탄성 중합체 또는 그와 동등한 특성을 갖는 고분 자로 구성됨을 특징으로 한다.
상기 몰드는 PDMS(polydimethylsiloxane) 또는 폴리우레탄(polyurethane) 또는 폴리이미드(polyimides)를 사용하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성을 갖는 본 발명의 소프트 몰드의 제조방법은 기판 상에 임의의 패턴이 형성된 마스터 몰드를 형성하는 단계; 상기 마스터 몰드의 상부에 제 1 액상 고분자 전구체를 형성하는 단계; 상기 제 1 액상 고분자 전구체를 일부 경화시키는 단계; 상기 일부 경화된 고분자의 상부에 UV 투과율이 높은 지지필름을 밀착시키는 단계; 상기 지지필름과 상기 일부 경화된 고분자에 커플링 에이전트(coupling agent) 처리를 하는 단계; 상기 지지필름을 포함한 상기 일부 경화된 고분자의 상부에 제 2 액상 고분자 전구체를 형성하는 단계; 상기 제 2 액상 고분자 전구체와 상기 일부 경화된 고분자를 완전 경화시켜서 몰드를 형성시키는 단계; 상기 지지필름이 삽입된 상기 몰드를 상기 마스터 몰드로부터 떼어내어, 상기 지지필름이 삽입되어 있고, 일 표면에 소정의 형상이 양각(陽刻) 또는 음각(陰刻)된 소프트 몰드(soft mold)를 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
상기 제 1 액상 고분자 전구체는 프리 폴리머(pre-polymer)상태의 탄성 중합체(탄성 고무)용액 또는 이와 동등한 특성을 갖는 고분자 물질을 부어서 형성함을 특징으로 한다.
상기 탄성 중합체 용액은 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)과 폴리우레탄(polyurethane)과 폴리이미드(polyimides)중 선택된 하나로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 프리-폴리머(pre-polymer)상태의 탄성 중합체 용액은 프리-폴리머와 경화제(curing agent)를 10:1의 비율로 혼합한 혼합용액을 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 액상 고분자 전구체는 0.5mm ~ 3mm 범위의 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 액상 고분자 전구체를 일부 경화시키는 공정은 25℃의 온도에서 2시간 ~ 2일정도 진행하는 것을 특징으로 한다.
상기 지지필름은 UV 투과도가 95%이상인 것을 사용하고, 일반적으로 0.1 ~ 1mm 범위의 두께를 갖는 PET 필름외에 UV 투과도가 95% 이상인 다른 필름으로 구성할 수도 있는 것을 특징으로 한다.
0.1 ~ 1mm 범위의 두께를 갖는 PET 필름을 사용하여 형성함을 특징으로 한다.
상기 지지필름은 고무 롤러로 밀어서 밀착시킴을 특징으로 한다.
상기 커플링 에이전트(coupling agent) 처리는 상기 지지필름의 외곽부와 상기 일부 경화된 고분자의 가장자리 상부에 범용 프라이머(primer)를 사용하여 진행함을 특징으로 한다.
상기 제 2 액상 고분자 전구체는 1mm ~ 3mm 범위의 두께를 갖도록 형성함을 특징으로 한다.
상기 완전 경화 공정은 25℃에서 1 ~ 10일 혹은 80℃에서 1시간동안 진행하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소프트 몰드 및 이의 제조방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 소프트 몰드의 구성에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 소프트 몰드의 구조 단면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 두께가 균일한 2방향 시트(sheet)로 구성된 UV 투과율이 높은 지지필름(33)과, 상기 지지필름(33)을 전체적으로 감싸도록 일면에 요철이 형성된 면을 갖고 형성된 몰드(35)로 구성되어 있다.
상기 지지필름(33)은 UV 투과도가 95%이상인 것을 사용하며, 상기 몰드(35) 내부에 평행하게 배치되어 있다. 지지필름(33)을 UV 투과도가 95%이상인 것을 사용하는 이유는 차후에 완성된 소프트 몰드를 사용하여 미세패턴을 형성할 때, UV 경화하는 공정시에 UV를 원활하게 전달하기 위한 것이다.
그리고 상기 몰드(35)는 완전히 경화된 고분자로 구성되어 있다.
상기 몰드(35)는 탄성 중합체를 경화하여 제작할 수 있으며, 이러한 탄성 중합체로는 대표적으로 PDMS(polydimethylsiloxane)가 널리 사용되고 있다.
상기 PDMS 이외에도 폴리우레탄(polyurethane), 폴리이미드(polyimides)등을 사용할 수 있다.
그리고 상기 몰드(35)는 프리-폴리머와 경화제(curing agent)를 10:1의 비율로 혼합한 혼합용액인 프리-폴리머(pre-polymer)상태의 탄성 중합체 용액을 경화하여 형성된 것이다.
상기와 같이 지지필름(33)을 내부에 삽입시켜서 소프트 몰드를 형성하면 몰 드(35)가 수축되거나 팽창되는 것과 같은 몰드 변형을 막아줄 수 있다.
다음에, 상기 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 소프트 몰드의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 실시예에 따른 소프트 몰드(soft mold)의 제조방법을 공정 순서에 따라 도시한 공정 단면도이다.
먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이, 소프트 몰드의 표면에 소정의 형상을 음각 또는 양각하기 위한 마스터 몰드(master mold)(M)를 준비한다.
상기 마스터 몰드(M)는 기판(ex. 실리콘 기판 또는 유리기판, 30) 상에 질화 실리콘(Si3N4) 또는 산화 실리콘(SiO2)과 같은 절연물질을 증착하여 선행층을 형성한 후, 포토리소그라피(photo-lithography)공정을 거쳐 상기 선행층을 원하는 형상으로 패턴(31)하는 공정을 진행하여 형성한다.
이때, 상기 기판(30) 상부의 패턴(31)은 질화 실리콘(Si3N4) 또는 산화 실리콘(SiO2)외에 금속(metal) 또는 포토레지스트(photo-resist) 또는 왁스(wax)를 사용하여 형성할 수 있다.
도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 마스터 몰드(M)가 완성되면, 마스터 몰드(M)의 상부에 프리 폴리머(pre-polymer)상태의 탄성 중합체(탄성 고무)용액 또는 이와 동등한 특성을 갖는 고분자 물질을 부어 제 1 액상 고분자 전구체(32)를 형성한다.
상기 탄성 중합체는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)과 폴리우레탄(polyurethane)과 폴리이미드(polyimides)중 선택된 하나로 형성할 수 있다.
이때, 프리-폴리머(pre-polymer)상태의 탄성 중합체 용액은 프리-폴리머와 경화제(curing agent)를 10:1의 비율로 혼합한 혼합용액을 사용하는데 그외 재료에 따라 1:1 혹은 여러 가지 배합비가 가능하다.
상기에서 제 1 액상 고분자 전구체(32)는 1mm의 두께로 형성하는 것이 바람직하나, 일반적으로 0.5mm ~ 3mm 범위의 두께로 형성할 수 있다.
연속하여, 상기 제 1 액상 고분자 전구체(32)를 일부 경화시키는 공정을 진행한다. 상기 일부 경화시킬 경우, 25℃의 온도에서 1일간 경화시키는 것이 바람직하나, 일반적으로 25℃의 온도로 2시간 ~ 2일정도 경화시킬 수 있다.
다음으로, 도 3c에 도시한 바와 같이, 일부 경화된 고분자(32a)의 상부에 삽입하고자 하는 지지필름(33)을 기포 없이 잘 밀착시킨다.
이때 지지필름(33)은 UV 투과도가 95%이상인 것을 사용하고, 188㎛ 두께의 PET 필름을 사용하여 형성하였으나, 일반적으로 0.1 ~ 1mm 범위의 두께를 갖는 PET 필름외에 UV 투과도가 95% 이상인 다른 필름으로 구성할 수도 있다.
그리고 지지필름(33)을 고정시킬 때 고무 롤러로 밀어서 밀착성을 향상시키고 지지필름(33)과 일부 경화된 고분자(32a) 사이의 기포를 제거한다.
이어서 지지필름(33)의 외곽부와 일부 경화된 고분자(32a)의 가장자리 상부에('C'영역으로 정의된 영역) 커플링 에이전트(coupling agent) 처리를 한다.
상기 커플링 에이전트 처리는 일부 경화된 고분자(32a)와 제 2 액상 고분자 전구체(34)간의 접착력을 향상 및 지지필름(33)의 고정을 위해 진행하는 것으로, 범용 프라이머(primer)를 사용하여 진행할 수 있다.
다음에 도 3d에 도시한 바와 같이 지지필름(33)을 포함한 일부 경화된 고분자(32a)의 상부에 제 2 액상 고분자 전구체(34)를 붇는다.
상기 제 2 액상 고분자 전구체(34)는 2mm의 두께로 형성하는 것이 바람직하나, 1 ~ 3mm 범위의 두께를 갖도록 형성할 수 있다.
이후에, 도 3e에 도시한 바와 같이, 경화 공정을 진행해서 제 2 액상 고분자 전구체(34)와 일부 경화된 고분자(32a)를 완전 경화시켜서 몰드(35)를 형성한다.
상기에서 완전 경화 공정은 25℃에서 7일동안 진행하는 것이 바람직하나, 일반적으로 25℃에서 1 ~ 10일 혹은 80℃에서 1시간동안 진행할 수 있다. 그러나, 80℃에서 경화시킬 경우는 상온 경화에 비해서 몰드가 변형될 우려가 있다.
다음에 상기 지지필름(33)이 삽입된 상기 몰드(35)를 마스터 몰드(M)로부터 떼어내는 공정을 진행한다.
이에 의해서 도 3f에 도시한 바와 같이 지지필름(33)이 삽입되어 있으며, 일 표면에 소정의 형상이 양각(陽刻) 또는 음각(陰刻)된 소프트 몰드(soft mold)를 제작할 수 있다.
이와 같이 제작된 소프트 몰드로 소프트 리소그래피 작업을 진행하여 지지필름 유무에 따른 몰드 변형도를 측정한 결과를 아래 [표1]에 나타내었다.
몰드 종류 몰드 변형 정도
지지필름 미삽입 10,000 ± 1,000 ppm
지지필름 삽입 212 ± 8 ppm
[표1]에 나타낸 바와 같이, 몰드내에 지지필름이 삽입되어 있을 경우가 지지필름이 미삽입되어 있을 경우보다 몰드의 수축이나 팽창이 적음을 알 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술 범위는 상기 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라, 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.
상기와 같은 본 발명의 소프트 몰드 및 그의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
몰드 내에 지지필름을 삽입하여 구성함으로써, 몰드의 내구성을 향상시킬 수 있고, 몰드의 변형을 막아서 대량 생산에 적용하는 것이 가능하다.

Claims (16)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 기판 상에 임의의 패턴이 형성된 마스터 몰드를 형성하는 단계;
    상기 마스터 몰드 전면에 상부면이 평탄한 제 1 액상 고분자 전구체를 형성하는 단계;
    상기 제 1 액상 고분자 전구체를 일부 경화시키는 단계;
    상기 제 1 액상 고분자 전구체의 가장자리를 노출시키도록, 상기 제 1 액상 고분자 전구체의 상부에 UV 투과율이 95%이상인 지지필름을 밀착시키는 단계;
    상기 지지필름의 상부면 및 측면과 노출된 상기 제 1 액상 고분자 전구체의 가장자리에 커플링 에이전트(coupling agent) 처리를 하는 단계;
    상기 지지필름의 상부면 및 측면과 노출된 상기 제 1 액상 고분자 전구체의 가장자리를 덮도록 제 2 액상 고분자 전구체를 형성하는 단계;
    상기 제 2 액상 고분자 전구체와 상기 제 1 액상 고분자 전구체를 완전 경화시켜서 몰드를 형성시키는 단계; 및
    상기 지지필름이 삽입된 상기 몰드를 상기 마스터 몰드로부터 떼어내어, 상기 지지필름이 삽입되어 있고, 일 표면에 소정의 형상이 양각(陽刻) 또는 음각(陰刻)된 소프트 몰드(soft mold)를 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 소프트 몰드의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 액상 고분자 전구체는 프리 폴리머(pre-polymer)상태의 탄성 중합체(탄성 고무)용액 또는 이와 동등한 특성을 갖는 고분자 물질을 부어서 형성함을 특징으로 하는 소프트 몰드의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 탄성 중합체 용액은 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS)과 폴리우레탄(polyurethane)과 폴리이미드(polyimides)중 선택된 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 소프트 몰드의 제조방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 프리-폴리머(pre-polymer)상태의 탄성 중합체 용액은 프리-폴리머와 경화제(curing agent)를 10:1의 비율로 혼합한 혼합용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 소프트 몰드의 제조방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 액상 고분자 전구체는 0.5mm ~ 3mm 범위의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 소프트 몰드의 제조방법.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 액상 고분자 전구체를 일부 경화시키는 공정은 25℃의 온도에서 2시간 ~ 2일 동안 진행하는 것을 특징으로 하는 소프트 몰드의 제조방법.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 지지필름은 0.1mm ~ 1mm 범위의 두께를 갖는 PET 필름을 사용하여 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는 소프트 몰드의 제조방법.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 지지필름은 고무 롤러로 밀어서 밀착시킴을 특징으로 하는 소프트 몰드의 제조방법.
  14. 제 6 항에 있어서,
    상기 커플링 에이전트(coupling agent) 처리는 범용 프라이머(primer)를 사용하여 진행함을 특징으로 하는 소프트 몰드의 제조방법.
  15. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 액상 고분자 전구체는 1mm ~ 3mm 범위의 두께를 갖도록 형성함을 특징으로 하는 소프트 몰드의 제조방법.
  16. 제 6 항에 있어서,
    상기 완전 경화 공정은 25℃의 온도에서 1일 ~ 10일 동안 혹은 80℃의 온도에서 1시간 동안 진행하는 것을 특징으로 하는 소프트 몰드의 제조방법.
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