KR20110033933A

KR20110033933A - 성형 금형 및 성형 금형의 제조 방법

Info

Publication number: KR20110033933A
Application number: KR1020117003455A
Authority: KR
Inventors: 고 다자키; 모토히로 후쿠다
Original assignee: 가부시키가이샤 구라레
Priority date: 2008-08-07
Filing date: 2009-08-03
Publication date: 2011-04-01
Also published as: KR101298517B1; TWI513566B; JPWO2010016465A1; CN102112280B; WO2010016465A1; CN102112280A; JP5579605B2; TW201012617A

Abstract

모형에 기초한 미세한 요철 구조가 전사된 성형면을 갖는 성형 금형으로, 성형면의 평면제가 확보된 내구성이 있는 성형 금형을 제공하는 것이며, 기판의 적어도 한쪽 표면에 통전부(12a)를 갖는 통전 기판(12)을 사용하여, 상기 통전부(12a)에 레지스트에 기초한 미세한 볼록형의 레지스트 구조체(11)의 높이에 상당하는 두께의 금속을 석출시켜 금속의 구조체(13)를 형성시키는 금속 구조 형성 공정과, 상기 레지스트 구조체(11)의 표면에 통전막(14)을 형성하는 통전막 형성 공정과, 상기 통전막(14) 위에 도금 처리에 의해 보강층(15)을 형성하는 보강층 형성 공정과, 상기 모형(10A)을 제거하여 상기 금속의 구조체(13)에 기초한 미세한 요철 모양을 표면에 갖는 금형을 형성하는 모형 제거 공정을 포함하는 미세 요철 구조를 성형면(10a)에 갖는 성형 금형(10, 20)의 제조방법이다.

Description

성형 금형 및 성형 금형의 제조 방법{Molding die, and molding die manufacturing method}

본 발명은 성형 금형 및 성형 금형의 제조 방법에 관한 것이다.

액정 등의 디스플레이 부재, DVD 등의 기록 매체, 휴대전화 부재, DNA칩 등의 바이오칩 등에는 마이크로미터 오더, 서브마이크로미터 오더를 중심으로 하는 미세 요철 구조가 형성되어 있는 성형품이 사용되고, 또한, 이들의 성형품을 형성하는 재료로서, 수지, 실리콘, 또는 유리가 사용되고 있다.

이러한 미세 요철 구조가 형성되어 있는 수지 성형품을 형성하는 방법으로서는 사출 성형, 나노임프린트 성형, 엠보스 성형, 롤 전사 성형 등이 예시된다. 또한, 미세한 요철 구조가 형성되어 있는 실리콘 성형품을 형성하는 방법으로서 실리콘의 드라이 에칭 및 웨트 에칭이 예시된다. 또 미세한 요철 구조가 형성되어 있는 유리 성형품을 형성하는 방법으로서, 유리의 드라이 에칭 및 웨트 에칭 등이 예시된다.

이들 중에서, 표면에 미세 요철 구조를 갖는 금형을 사용하는 수지 성형법은 저코스트를 실현할 수 있는 범용 부재의 제조 방법으로서 일반적으로 적합하다고 알려져 있다. 이 수지 성형법에 의하면, 제품의 미세 요철 구조에 대응하는 구조를 갖는 성형 금형이 사용된다. 이 성형 금형에 수지가 주입되고, 이것에 의해 표면에 미세 요철 구조를 갖는 수지 성형품을 얻을 수 있다. 이 성형 금형을 내구성이 있는 금속재료로 형성하면, 1개의 성형 금형으로부터 대량의 수지 성형품을 얻을 수 있어, 저코스트를 실현할 수 있다.

이러한 금속재료로 형성된 성형 금형을 제조하는 방법으로서는, (1) X선, 전자선, 레이저광, 자외선 등의 활성 에너지선에 반응하는 레지스트 재료를 사용하여 미세 요철 구조체(요철 패턴)를 형성시킨(이하, 리소그래피라고 하는 경우가 있음) 후, 도금에 의해 금속을 퇴적시켜 성형 금형을 얻는 방법, (2) 금속이나 유리를 직접 절삭해 미세 요철 구조체를 형성시킨 후, 도금에 의해 금속을 퇴적시켜 성형 금형을 얻는 방법, (3) 실리콘이나 유리를 에칭하여 미세 요철 구조체를 형성시킨 후, 도금에 의해 금속을 퇴적시켜 성형 금형을 얻는 방법, 및 (4) 금형용 금속을 직접 절삭하여 미세 요철 구조체를 형성시키는 방법 등이 있다.

미세 요철 구조체(요철 패턴)의 크기, 형상의 자유도, 면 내 균일성 및 가격을 고려하여, 리소그래피와 도금에 의해 성형 금형을 제조하는 방법이 적합하다. 이 리소그래피와 도금에 의해 성형 금형을 제조하는 방법으로 제조한 성형 금형을 사용하여, 수지 성형을 행하는 프로세스는 LIGA 프로세스라고 불리며, 널리 보급되어 있다.

LIGA 프로세스에 사용하는 성형 금형의 제조 공정의 일 예는, 도 2a 내지 도 2e에 도시하는 바와 같이, 모형(母型) 형성 공정(도 2a), 통전막 형성 공정(도 2b), 보강층 형성 공정(도 2c) 및 모형 제거 공정(도 2d)에 의해 실시되고, 경우에 따라서는, 평활화 공정(도 2e)이 부가되어 있다.

여기서, 제 1 스텝인 모형 형성 공정(도 2a)에서는 기판(32)에 레지스트에 기초한 요철 패턴(31; 레지스트 구조체)을 형성시킨다. 기판으로서는 유리나 실리콘 등의 평면 기판이 사용되고, 이 기판(32) 위에 레지스트막을 형성하고, 활성 에너지선, 예를 들면 UV광(365nm)을 조사하여, 레지스트막의 용해/비용해의 콘트라스트에 의해 모형이 되는 레지스트에 기초한 미세한 요철 패턴(31)을 형성한다.

계속해서, 제 2 스텝인 통전막 형성 공정(도 2b)에서는 제 1 스텝에서 얻은 기판(32)과 요철 패턴(31)의 전체면에 통전막(33)을 형성시킨다. 통전막 형성 공정(도 2b)은 모형의 표면의 전체를 금속증착이나 무전해 도금 등에 의해 표면에 통전성(도전성)을 부여시키는 공정이다. 이 통전막 형성 공정(도 2b)에서는 도금 전류에 대한 저항을 적당히 저감시키면 되기 때문에, 보통 0.1 내지 0.3㎛ 정도의 박막이다.

다음에, 제 3 스텝인 보강층 형성 공정에서는 제 2 스텝에서 얻은 기판(32)의 통전막(33)을 이용하여 통전막(33)에 도금층(34)을 형성시킨다.

이 보강층 형성 공정은 실질적으로 도금 공정이며, 레지스트에 기초한 미세한 요철 패턴(31)의 표면에 균일하게 금속이 퇴적되기 때문에, 예를 들면, 300㎛의 금속의 도금층(34; 후막)을 퇴적시킨 표면(34a; 금형으로서는 성형면과 반대측에서 이면이 되는 면)은 모형의 미세 요철 구조를 반영한 부호 34b로 도시하는 요철 구조가 형성되어 있다.

즉, 금형의 성형면에는 모형에 대응한 미세 요철 구조가 형성되고, 그 반대측의 이면(34a)에는 모형의 요철 패턴(31)을 반영한 미세 요철 구조(34b)가 형성되어 있다. 여기에서, 모형을 반영했다는 것은 모형과 같은 형상이지만, 엄밀하게는 동일 형상이 아니라는 의미다. 즉, 이면(34a)의 요철 구조(34b)는, 실제로는, 요철 패턴(31)과는 같은 높이가 아니고, 예를 들면, 조금 높이가 낮아지거나, 또는 폭이 작아지거나 커지는 등 전혀 동일하지 않은 것을 의미하고 있다.

계속해서, 제 4 스텝인 모형 제거 공정(도 2d)에서는 제 3 스텝에서 얻은 도금층(34)으로부터 기판(32)과 함께 레지스트 구조체(31)를 제거하여, 금형(40)이 제작된다. 이 금형(40)의 이면의 요철 구조(34b)를 연마 등에 의해 제거하는 평활화 공정(도 2e)이 부가됨으로써 이면(34a)이 평활화된 금형(50)으로 할 수도 있다.

이면에 모형의 미세 요철 구조체가 반영된 요철을 갖는 금형(상기한 금형(40))을 사용하여 형성한 경우, 이면의 요철에 의해 금형이 용이하게 변형되어 성형성이 현저하게 악화되는 문제나, 성형품의 표면측에 금형의 이면의 요철에 대응한 전사 흔적이 발생하는 문제가 생긴다. 이 문제를 해결하기 위해서, 이면을 연마하고, 평탄화하는 방법(특허문헌 1)이나, 이면의 요철에 에폭시 수지 등을 충전하여, 평탄화하는 방법이 검토되었다.

특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 제(소)62-232733

하지만, 이면 연마로 얻어지는 성형 금형(상기한 금형(50))에서는 이면(34a)의 요철 구조(34b)를 제거하기 위한 연마에 의해 금속이 열연되기 때문에 성형 금형의 성형면의 평면성이 현저하게 나빠지는 문제가 있다.

한편, 이면에 수지를 충전하여 얻어지는 성형 금형에서는 열 전도도의 저하에 의한 성형성 악화의 문제, 및 충전 수지의 열화·박리 등에 의한 내구성 악화의 문제가 있다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 모형에 기초한 미세한 요철 구조가 전사된 성형면을 갖는 성형 금형으로서, 성형면의 평면성이 확보된 내구성이 있는 성형 금형을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자 등은, 상기한 과제점을 해결하기 위해서 거듭 연구한 결과, 통전막을 갖는 기판 위에서 리소그래피에 의해 레지스트에 기초한 오목형의 구조체를 형성시키고, 기판과 레지스트 구조체로 모형이 되는 요철 구조체를 형성시킨다. 그 후, 전주(電鑄)에 의해 레지스트체가 형성되지 않은 기판 위에만 레지스트에 기초한 오목형의 구조체와 같은 높이만큼 금속을 퇴적시킨다. 그 후, 통전막을 개재하여 기판의 표면에 동일하게 전주를 행하고, 모형이 되는 통전 가능한 기판(이하, 통전 기판이라고 함) 및 레지스트에 기초한 오목형의 구조체를 제거함으로써 패턴(성형 금형)을 수득한다. 이러한 공정에 의해 제조한 스탬퍼의 이면은 평탄하고, 연마나 수지 충전은 불필요하다. 이 때문에, 평면성이 우수하고, 열 전도성이 균일한 성형 금형을 얻을 수 있는 것을 발견하였다.

즉, 본 발명은 이하의 공정을 포함하는 미세 요철 구조를 성형면에 갖는 성형 금형의 제조 방법이다.

(제 1 공정) 기판의 적어도 한쪽 표면에 통전부를 갖는 통전 기판을 사용하고, 상기 통전부에 레지스트에 기초한 미세한 오목형의 레지스트 구조체를 부여하여 모형을 형성하는 모형 형성 공정.

(제 2 공정) 상기 통전부에 상기 레지스트 구조체의 높이에 상당하는 두께의 금속을 석출시켜 금속의 구조체를 형성시키는 금속 구조 형성 공정.

(제 3 공정) 상기 레지스트 구조체의 표면에 통전막을 형성하는 통전막 형성 공정.

(제 4 공정) 상기 통전막 위에 도금 처리에 의해 보강층을 형성하는 보강층 형성 공정.

(제 5 공정) 상기 모형을 제거하여 상기 금속의 구조체에 기초한 미세한 요철 모양을 표면에 갖는 금형을 형성하는 모형 제거 공정.

여기서, 제 1 공정 내지 제 5 공정을 포함한다는 것은 제 1 공정 내지 제 5 공정은 순차 실시되지만, 이들의 공정 사이에 다른 공정이 부가되어도 좋다는 것을 포함하는 의미다. 즉, 예를 들면, 제 3 공정의 통전막 형성 공정에서는, 통전막의 부여에 앞서, 통전막을 형성시키기 위한 주지의 전처리 공정이 포함되어도 좋다는 것을 명확히 하고 있다.

본 발명에 따르면, 리소그래피와 도금의 수법에 기초하여 모형에 기초한 미세한 요철 구조가 전사된 금속제의 성형면을 얻을 수 있고, 또한, 이 성형면에 대향하는 이면에는, 모형을 반영한 미세 요철 구조가 형성되지 않은, 즉, 실질적으로 평활한 이면을 가진다.

이것에 의해, 모형에 기초한 미세한 요철 구조가 전사된 성형면을 갖는 성형 금형으로서, 성형면이 금속으로 이루어져 내구성이 확보되고, 또한, 실질적으로 평활한 이면을 가지므로 성형면의 평면성이 확보된 성형 금형을 제공할 수 있다.

도 1a는 실시형태 및 실시예 1에 관계되는 성형 금형의 제조 방법을 단면에 의해 모식적으로 설명하는 도면.
도 1b는 실시형태 및 실시예 1에 관계되는 성형 금형의 제조 방법을 단면에 의해 모식적으로 설명하는 도면.
도 1c는 실시형태 및 실시예 1에 관계되는 성형 금형의 제조 방법을 단면에 의해 모식적으로 설명하는 도면.
도 1d는 실시형태 및 실시예 1에 관계되는 성형 금형의 제조 방법을 단면에 의해 모식적으로 설명하는 도면.
도 1e는 실시형태 및 실시예 1에 관계되는 성형 금형의 제조 방법을 단면에 의해 모식적으로 설명하는 도면.
도 2a는 종래예 내지는 비교예에 관계되는 성형 금형의 제조 방법을 단면에 의해 모식적으로 설명하는 도면.
도 2b는 종래예 내지는 비교예에 관계되는 성형 금형의 제조 방법을 단면에 의해 모식적으로 설명하는 도면.
도 2c는 종래예 내지는 비교예에 관계되는 성형 금형의 제조 방법을 단면에 의해 모식적으로 설명하는 도면.
도 2d는 종래예 내지는 비교예에 관계되는 성형 금형의 제조 방법을 단면에 의해 모식적으로 설명하는 도면.
도 2e는 종래예 내지는 비교예에 관계되는 성형 금형의 제조 방법을 단면에 의해 모식적으로 설명하는 도면.
도 3은 실시예 및 비교예에 관계되는 레지스트 구조체의 구성을 도시하는 평면도.
도 4는 실시예 및 비교예에 관계되는 레지스트 구조체의 구성을 도시하는 단면도.
도 5는 실시예 1에 관계되는 성형 금형의 미세 요철 구조체의 영역의 평면성을 도시하는 입체도.
도 6은 비교예 1에 관계되는 성형 금형의 미세 요철 구조체의 영역의 평면성을 도시하는 입체도.
도 7은 비교예 1에 관계되는 성형 금형의 미세 요철 구조체의 영역의 평면성을 도시하는 입체도.
도 8은 비교예 2에 관계되는 성형 금형의 미세 요철 구조체의 영역의 평면성을 도시하는 입체도.
도 9a는 변형예에 관계되는 성형 금형의 제조 방법을 단면에 의해 모식적으로 설명하는 도면.
도 9b는 변형예에 관계되는 성형 금형의 제조 방법을 단면에 의해 모식적으로 설명하는 도면.
도 9c는 변형예에 관계되는 성형 금형의 제조 방법을 단면에 의해 모식적으로 설명하는 도면.
도 9d는 변형예에 관계되는 성형 금형의 제조 방법을 단면에 의해 모식적으로 설명하는 도면.
도 9e는 변형예에 관계되는 성형 금형의 제조 방법을 단면에 의해 모식적으로 설명하는 도면.

본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태의 일 예에 대해서 도면을 참조하면서 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 실시형태에 관계되는 성형 금형의 제조에 있어서의 각 스텝의 구성을 단면도에 의해 모식적으로 설명하는 도면이다.

여기서, 도 1a는 제 1 공정인 모형 형성 공정에 의해 얻은 단면도이고, 레지스트에 기초한 미세한 오목형의 레지스트 구조체(11)가 통전 기판(12) 위에 형성된 모형(10A)이 도시되어 있다. 또한, 도 1b는 제 2 공정인 금속 구조 형성 공정에 의해 얻은 단면도이며, 모형 형성 공정에 의해 얻은 레지스트 구조체(11)의 높이에 상당하는 두께의 금속의 구조체(13)가, 레지스트 구조체(11)가 형성되지 않은 통전부(12a) 위에 부여되어 있다. 또한, 도 1c는 제 3 공정인 통전막 형성 공정에 의해 얻은 단면도이며, 상기한 제 1 및 제 2 공정에 의해 얻은 레지스트 구조체(11) 및 금속의 구조체(13)의 표면을 덮고 통전막(14)이 형성되어 있다. 또한, 도 1d는 제 4 공정인 보강층 형성 공정에 의해 얻은 단면도이며, 제 3 공정에 의해 얻은 통전막(14) 위에 도금 처리에 의해 보강층(15)이 형성되어 있다. 또 도 1e는 제 5 공정인 모형 제거 공정에 의해 얻은 본 발명에 관계되는 성형 금형(마스터)을 설명하는 단면도이며, 제 4 공정에 의해 보강층이 형성된 후, 모형이 되는 통전 기판(12) 및 레지스트 구조체(11)가 제거되어 금속의 구조체(13)에 기초한 미세한 요철 모양을 표면에 갖는 성형 금형을 얻을 수 있다.

이하, 이들의 공정도 1a 내지 도 1e에 따라서 순차 설명한다.

도 1a에 도시하는 바와 같이, 모형(10A)을 형성시키는 제 1 공정(모형 형성 공정)에서는 통전 기판(12) 위에 원하는 배열에 따라 미세한 오목형의 레지스트 구조체(11)를 형성시키고, 통전 기판(12)의 상방에는 레지스트 구조체(11)가 형성되지 않은 상부 공간(13')을 확보한다.

여기서, 통전 기판(12) 위의 레지스트 구조체(11)의 형성 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 통상적의 포토리소그래피에 기초한 수법이 채용된다. 이러한 포토리소그래피에 기초한 수법에서는, 예를 들면, 레지스트층의 부여 공정, 패터닝 공정 및 현상 공정을 포함한다. 레지스트의 부여 공정에서는 기판 위에 원하는 요철의 깊이에 상당하는 두께의 레지스트층을 부여시킨다. 또한, 이 패터닝 공정 및 현상 공정에서는 레지스트층을 포토마스크 등을 개재하여 또는 적당한 수법에 의해 원하는 배열에 따라서 레지스트층의 일부를 패턴을 따라서 제거하는 공정이다. 이것에 의해, 소정의 두께로 부여된 레지스트가 패턴을 따라서 제거됨으로써, 잔여의 레지스트 구조체(11)가 통전 기판(12) 위에 부여된 도 1a에 도시되는 모형(10A)이 형성된다.

사용되는 레지스트 재료로서는 (제 1 공정) 모형 형성 공정, (제 2 공정) 금속 구조 형성 공정, (제 3 공정) 통전막 형성 공정, (제 4 공정) 보강층 형성 공정 등의 각 공정에 있어서 변형 등이 없이 형태를 유지할 수 있을 정도의 특성을 구비하고, 최종적인 (제 5 공정) 모형 제거 공정에서 제거할 수 있는 특성을 가지면, 그 재료는 특별히 한정되지는 않고 널리 채용할 수 있다. 또한, 목적으로 하는 레지스트 구조체의 폭, 높이, 피치, 형상에 따라서, 편하게 선택하면 된다.

사용되는 레지스트 재료로서는, 예를 들면, X선, 전자선, 레이저광, 자외선 등의 활성 에너지선에 반응하는 레지스트 재료를 들 수 있다.

예를 들면, 근자외선을 사용하는 경우, 노볼락계 수지, 중크롬산계 수지, 폴리신남산 비닐계 수지, 아지드계 수지, 에폭시계 수지 등을 들 수 있다.

또한, 네거티브 레지스트나 포지티브 레지스트에 i선(365nm)의 근자외광선을 조사하여, 크롬 마스크의 2차원 패턴에 대응한 용제에 대한 용해/비용해의 콘트라스트가 형성되고, 용제 현상에 의해 3차원 구조체가 얻어지는 방법을 들 수 있다.

본 발명에 관계되는 통전 기판(12)이란 적어도 1표면에 통전성(도전성)의 부위[통전부(12a)]를 갖는 기판이며, 그 통전부(12a)는 레지스트 재료가 모형(10A)을 형성할 수 있을 정도의 표면 특성과 통전 기판으로부터 선택된다. 예를 들면, 니켈, 알루미늄, 구리, 크롬, 금, 백금 등의 금속, 스테인리스강 등의 합금, 니켈, 알루미늄, 구리, 크롬, 금, 백금 등을 증착, 스퍼터, 무전해 도금 등으로 표면에 퇴적시킨 유리, 실리콘, 수지를 들 수 있다. 그들은 레지스트 구조체(11)의 형성 방법에 의해 편하게 선택하면 된다.

여기서, 모형(10A)을 형성할 수 있을 정도의 표면 특성이란 레지스트 재료와의 상대적인 특성에 의해 결정되는 적당한 밀착성, 후술하는 모형 제거 공정에 있어서의 박리성, 및 각종 내성을 포함한다. 각종 내성으로서는, 예를 들면, 레지스트 구조체(11)를 형성할 때, 현상액으로서 알칼리 수용액을 사용하는 경우에는 알칼리 내성이 있는 니켈, 스테인리스강, 니켈 증착 유리 등을 선택하면 좋다.

또한, 박리성이란 금속 구조 형성 공정에 의해 석출한 금속 구조체(13)가 모형의 일부를 구성하는 기판(12)과 박리가 가능하다는 것을 포함한다. 즉, 후술하는 금속 구조 형성 공정에 있어서 바람직한 방법으로서 예시되는 도금 처리는 통상 고체 표면을 금속에 의해 피복하는 것이 목적이다. 그 때문에, 도금 처리에서는 금속과의 피복 대상으로서의 고체 표면과 석출 금속 사이에서의 밀착성이 양호한 것으로 되도록 전처리가 행하여지는 경우가 있다.

이것에 대하여, 본 발명에서는, 통전 기판 위에 석출되는 금속은 통전 기판(12)과는 떼어져 사용되기 때문에, 밀착성을 양호하게 하기 위한 전처리는 행하지 않거나, 또는 필요 최소한으로 한다. 또한, 통전 기판은 석출 금속과의 관계로 인해 박리성이 좋은 것으로 선택되는 것이 좋다.

예를 들면, 스테인리스강의 표면에는 항상 얇고 투명하며 밀착이 강한 피막이 있다. 게다가 그 피막은 일단 제거해도 공기 중의 다른 산화 상태하에 노출되면 즉시 재생된다. 이 피막의 존재는 일반적으로 「도금」의 밀착을 방해한다. 그 때문에, 통상적인 도금 처리에서는 이 피막을 제거하자마자 즉시 도금 처리가 실시되고, 도금 처리까지 피막이 재생되지 않도록 유의해야 한다. 본 발명의 통전 기판(12)에서는 이러한 밀착성 향상에 대한 배려는 불필요하다.

다음에, 레지스트 구조체(11)의 배열 및 크기는 목적으로 하는 수지 성형품에 따라서 적절하게 결정된다. 후술하는 본원 발명의 작용 효과를 실증하기 위한 실시예에 있어서 채용되는 모델 구성은 도 3 및 도 4에 도시된다. 여기에서, 도 3은 레지스트 구조체(11)의 배열을 도시하는 평면도이며, 도 4는 도 3의 iv-iv'의 단면을 도시하는 도면이다.

이들의 도면에 있어서, 도면부호 a는 레지스트 구조체의 높이, 도면부호 b는 레지스트 구조체의 폭, 도면부호 c는 레지스트 구조체의 길이, 도면부호 d는 레지스트 구조체의 피치를 각각 도시한다.

여기서, 본 발명에 있어서는 레지스트 구조체의 높이(a)가 높을 경우에 현저한 작용 효과를 갖는다. 즉, 레지스트 구조체의 높이(a)가 낮을 경우에는, 상술한 바와 같이, 이면의 요철에 의해 금형이 용이하게 변형되어 성형성을 악화시키는 문제점이 적다. 이것에 대하여, 레지스트 구조체의 높이(a)가 높아질수록, 이면의 요철에 의해 금형이 변형되어 성형성을 악화시키는 문제점이 현저해지지만, 이면의 요철이 실질적으로 없는 성형 금형을 제작할 수 있는 본 발명에 따른 성형 금형의 제조 방법에 따르면, 레지스트 구조체의 높이(a)가 높아져도, 이면에 요철이 발생하지 않으므로, 금형의 변형은 발생하지 않는다.

이러한 변형이 발생하는 레지스트 구조체의 높이(a)는 보통 10㎛ 이상이며, 현저하게는 20㎛ 이상이다. 한편, 본 발명에 있어서의 레지스트 구조체의 높이에 상한은 없지만, 통상은 1000㎛ 정도 이하다. 본 발명에 있어서는 성형 금형의 제조 공정에 리소그래피의 공정을 넣은 것이 특징이며, 리소그래피의 특징의 하나는 미세 가공이다. 그 때문에, 높이나 피치가 커지면 커질수록, 본원 발명의 특징은 작아진다. 리소그래피의 특징을 현저하게 살릴 수 있는 것은 300㎛ 이하이며, 200㎛ 이하가 바람직하다.

또한, 같은 이유에 의해 폭(b) 및 피치(d) 등에 특별의 제한은 없지만, 통상적으로는, 폭은 0.5㎛ 내지 500㎛ 정도의 범위 내로부터 선택되고, 또한, 피치는 1㎛ 내지 1000㎛ 정도의 범위 내로부터 선택된다.

다음에, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 제 2 공정(금속 구조 형성 공정)에서는 제 1 공정(모형 형성 공정)에서 얻은 상부 공간(13')에 미세한 오목형의 레지스트 구조체(11)의 높이에 상당하는 두께의 금속을 석출시켜, 금속 구조체(13)를 형성한다.

이 금속의 석출은 레지스트 구조체(11)에 대응한 금속 구조체를 형성할 수 있으면 좋고, 무전해 도금이어도 좋지만, 전기 도금법에 의해 금속을 퇴적시키는 것, 소위 전주법이 바람직하다.

이 금속 구조체(13)의 형성은 제 1 공정에서 얻은 모형(10A)의 표면측을 통상적의 전기 도금법(소위 전주법)에 의해 간단히 행할 수 있다. 제 1 공정에서 얻은 모형(10A)의 표면측에는 오목형의 레지스트 구조체(11)와 레지스트 구조체(11)가 부여되지 않은 통전부(12a)가 노출되어 있지만, 레지스트 구조체(11)의 노출 부분[천단면(11a) 및 측면(11b)]은 통전성(도전성)이 없기 때문에 전주에 의해 금속은 석출되지 않고, 통전부(12a)만 금속이 석출한다. 이것에 의해, 통상적의 전기 도금을 행할 수 있으면, 상부 공간(13')에만 선택적으로 금속을 석출시킬 수 있다. 또한, 통전량을 적절하게 선택시킴으로써, 미세한 오목형의 레지스트 구조체(11)의 높이에 상당하는 두께의 금속 구조체(13)를 형성시킬 수 있다. 통상적의 전기 도금에 따르면, 통전부(12a)의 상방에 개략 균일한 두께의 후막형으로 금속을 퇴적시키는 것이 가능하다. 이것에 의해, 그 퇴적막(또는 석출 막)의 표면은 통전부(12a)의 평면에 대하여 실질적 평행해지고, 미세한 오목형의 레지스트 구조체(11)의 높이에 상당하는 두께의 금속 구조체(13)를 형성시키는 것이 가능해진다.

이 금속 구조체(13)는 성형 금형의 패턴면이 되기 때문에, 금형 표면에 적합한 경도와 내구성이 있는 소재로부터 적당히 선택된다. 또한, 모형(10A)과의 박리성도 고려하여 선택되어야 한다는 것은 상기한 바와 같다. 또, 전기 도금욕 안정성, 전착 조건 등이 상법에 따라서 편하게 선택된다.

이러한 금속 구조체(13)를 형성하는 재료로서는, 예를 들면, 구리, 철, 니켈, 니켈·인 합금, 니켈·망간 합금, 니켈·코발트 합금, 니켈·몰리브덴 합금, 니켈·텅스텐 합금, 코발트·몰리브덴 합금, 코발트·텅스텐 합금 등을 들 수 있다.

무전해 도금에 의해 금속 구조체(13)를 형성시키기 위해서는, 무전해 도금액에 대하여 환원성을 갖는 통전 기판(12)을 사용하면 좋다. 이러한 통전 기판(12)으로서는, 예를 들면, 철, 니켈, 백금 등의 제VIII족 금속을 들 수 있다. 이들의 통전 기판(12)은 레지스트 구조체(11)의 구조가 파괴 내지는 붕괴되지 않을 정도의 범위 내에서, 필요에 따라서, 활성화 처리 등이 실시되어도 좋다. 그들은, 예를 들면, 활성 에너지선, 플라즈마 등의 활성화 처리이며, 이것에 의해 무전해 도금을 원활하게 행할 수 있다.

다음에, 도 1c에 도시하는 바와 같이, 제 3 공정(통전막 형성 공정)에서는 제 1 공정에서 얻은 레지스트 구조체(13)의 표면[천단면(11a)]에 통전막(14)을 형성시킨다. 제 2 공정에서 얻은 금속 구조체(13)의 표면에 동시에 통전막(14)을 형성시키는 것이 용이하여 바람직하다. 이것에 의해, 천단면(11a)과 금속 구조체(13)의 표면(13a) 위에 보강층(15)으로서의 도금층을 부여시키는 것이 가능해진다.

본 발명에 관계되는 통전막(14)은 레지스트 재료에 밀착 가능하고 통전 가능한 막이면 특별히 제한은 없고, 예를 들면, 니켈, 알루미늄, 구리, 크롬, 금, 백금 등을 증착, 스퍼터, 무전해 도금 등으로 형성시킨 막을 들 수 있다. 목적에 따라서, 편하게 선택하면 좋지만, 금속 구조체(13)와 같은 조성이 바람직하다.

또한, 이들의 통전막(14)을 부여하는 공정에서는, 통상적으로는, 금속 구조체(13)에도 밀착이 가능하고, 전체적으로 평활한 통전막(14)을 부여시킬 수 있다.

여기서, 통전막(14)의 막 두께는, 특별히 제한은 없지만, 지나치게 얇으면 통전 이상이나 막 박리가 발생하기 쉽고, 지나치게 두꺼우면 제작에 장시간을 필요로 한다. 또한, 통전막 형성 공정에 있어서, 증착이나 스퍼터 처리를 행하면, 레지스트 표면의 온도가 상승한다. 그 때문에, 이들의 처리에 의해 후막을 형성시키면, 레지스트 표면에 대한 축열량이 많아지고, 레지스트와 통전막의 밀착성이 향상되어, 레지스트 재료의 박리가 곤란해지는 경우가 있다. 이상의 관점에서, 통상적으로는, 통전막(14)의 막 두께는 25nm 내지 500nm의 범위 내가 바람직하다.

다음에, 도 1d에 도시하는 바와 같이, 제 4 공정(보강층 형성 공정)에서는 통전막 위에 도금 처리에 의해 보강층(15)을 형성한다. 이것에 의해, 이면(15a)이 평탄한 도금층[보강층(15)]을 얻을 수 있다. 여기에서, 본 발명에 관계되는 이면(15a)이란 성형 금형(10)의 성형면(10a)과는 반대측의 면을 말하고, 도금층(15)의 공기 계면을 이면(15a)이라고 부르고 있다.

이 도금층(15)은 금속 구조체(13)를 부여하는 수법과 실질적으로 동일하여도 좋다. 즉, 성형 금형(10)의 내구성 및 보강성을 고려하여, 금속 구조체(13)보다도 경도가 큰 것이 바람직하고, 금속 구조체(13)의 부여와 동일하게, 목적에 따라서 편하게 선택하면 된다.

다음에, 도 1e에 도시하는 바와 같이, 제 5 공정(모형 제거 공정)에서는 모형(10A)이 적당한 수법에 의해 제거되어 금속 구조체(13)에 기초한 미세한 요철 모양의 부여된 성형면(10a)이 노출되어, 통전막(14), 보강층(15) 및 금속 구조체(13)로 이루어지는 이면(15a)이 평탄한 성형 금형(10)을 얻을 수 있다.

성형면(10a)에 노출되어 있는 통전막(14)이 성형 금형(10)의 표면재료로서 부적절한 경우에는, 통전막(14)의 표면 노출 부분이 제거된다. 통전막(14)을 제거하는 경우에는, 미리 통전막의 두께를 고려하여 레지스트 구조체(11)의 높이(a)가 결정되는 것이 바람직하다는 것은 말할 필요도 없다.

(변형예)

이하, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태의 변형예의 일 예에 대해서 도면을 참조하면서 설명하지만, 실시형태와 동일 내지는 균등한 부위 부재에 대해서는 동일번호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.

실시형태를 도시하는 도 1a에서는, 오목형의 레지스트 구조체(11)는 통전 기판(12)의 중앙부에 형성되어 있었지만, 이 레지스트 구조체(11)의 통전 기판(12)의 위치는 한정되지 않는다.

예를 들면, 이 변형예에 관계되는 모형(20A)에서는, 도 9a에 도시하는 바와 같이, 통전 기판(12)의 중앙부에 위치하는 레지스트 구조체(11)에 덧붙여 측벽(12b)을 따라 레지스트 구조체(11')가 형성되어 있다. 이러한 모형(20A)에서는, 레지스트 구조체(11')의 천단면(11a')은 중앙부에 위치하는 레지스트 구조체(11)의 천단면(11a)과 비교하여 면적이 넓게 되어 있다.

이하, 실시형태와 같은 공정에 의해, 도 9e에 도시하는 금형(20)을 얻을 수 있다. 이 금형(20)에서는, 모형(20A)의 표면 구조를 반영하여, 성형면(10a)의 외주위에서는 금속 구조체(13)는 결락되고, 형성되지 않았다.

이상으로부터 얻은 본 발명에 관계되는 성형 금형(10, 20)의 이면(15a) 즉 레지스트 구조체(11)에 대응한 미세 요철 구조체를 갖는 성형면(10a)과 반대측의 면에 있어서의 표면 거칠기는 도금층(15)의 표면 거칠기에 상당하고, 예를 들면 전주로 행한 경우, 1㎛ 이하 정도의 요철을 가진다. 이 요철은 레지스트 구조체(11)의 미세 요철 구조체에 기인하는 것이 아니라, 전주방법에 기인하는 것이며, 이 정도의 요철은 성형 불량을 발생시키지 않지만, 편의상, 샌드 페이퍼 등으로 열연하지 않을 정도의 경도로 연마해도 좋고, 본 발명의 실시를 배제하는 것이 아니다.

이렇게 하여 얻은 금형은 정밀한 미세 가공 기술용 금형으로서 이용할 수 있다. 이러한 정밀 미세 가공 기술로서, 예를 들면, 나노임프린트(이하, 단순히 임프린트라고 하는 경우가 있음)를 들 수 있다. 여기에서, 임프린트는 몰드의 성형면에 형성된 상당히 미세한 요철을 기판에 도포된 수지에 누르고, 성형면의 형상을 수지에 전사하는 방법이다. 일반적으로는, 기판 위의 폴리메틸메타크릴레이트 등의 열가소성 수지의 고분자막에 감압 분위기하에서 성형 금형(몰드)을 기판에 누르고, 상기 기판을 열가소성 수지의 유리 전위 온도 이상으로 가열한다. 일정 시간이 경과한 후, 성형 금형(몰드) 및 기판을 실온까지 냉각하고, 성형 금형을 기판으로부터 박리한다. 이것에 의해, 고분자막에 정밀한 요철 패턴이 형성되는 공정을 거쳐 이루어지는 기술이다.

이 금형의 표면에는 필요에 따라서 이형성을 높이는 처리를 실시해도 좋다.

또, 이상으로부터 얻은 성형 금형은, 수지 성형 가공에 의해, 액정 등의 디스플레이 부재, DVD 등의 기록 매체, 휴대전화 부재, DNA칩 등의 바이오칩, 등의 마이크로미터 오더, 서브마이크로미터 오더를 중심으로 하는 미세 요철 구조가 필요하게 되는 각종의 수지 성형품으로서의 응용이 기대된다.

실시예

다음에, 본 발명의 실시형태를 구체적인 실시예로 설명한다. 실시예에 기초하여 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

또한, 이하에 개시하는 실시예는 이유가 없는 한 도 1a 내지 도 1e 및 도 3, 도 4에 기초하여 실시되고, 또한, 비교예는 도 2a 내지 도 2e 및 도 3, 도 4에 기초하여 실시되었다.

여기서, 실시예 및 비교예에 관계되는 레지스트 구조체의 높이(a), 폭(b), 길이(c) 및 피치(d)는 각각 a=20㎛, b=20㎛, c=80㎛, d=100㎛이다. 또한, 실시예 및 비교예에 관계되는 성형 금형에는 도 3 및 도 4에 대응하는 미세 요철 구조체가 직경 16mm인 원의 범위 내로 형성되어 있다.

이상의 실시예 및 비교예에 관계되는 성형 금형을 사용하여, 수지에 금형의 미세 요철 구조체를 형성시킬 때는 제노프틱사 제조 나노임프린트 장치를 사용하여 성형하였다. 두께 10mm의 SUS304의 스테인리스강을 기판(이하, SUS 기판이라고 함)으로서 사용하여, 성형 금형을 SUS 기판에 양면테이프로 붙여, 성형 금형을 붙인 SUS 기판을 성형장치에 장착하고, 아크릴(폴리메타크릴산메틸) 필름에 가온·가압하여, 수지제 미세 요철 구조체를 얻었다. 가온은 125℃, 가압은 5MPa에서 행하고, 최대 가압력의 유지 시간은 120sec으로 했다. 성형성의 지표로서 100쇼트의 성형성을 평가했다.

실시예 및 비교예에 관계되는 성형 금형의 평면성은 미타카코기 제조 NH-3SP로 측정했다.

[실시예 1]

1mm 두께의 평면 SUS 기판 위에 도 3 및 도 4에 도시하는 크기의 레지스트 구조체(11)를 근자외선을 사용한 포토리소그래피에 의해 제작하고, Ni 전주로 SUS 기판 위에만 Ni를 20㎛ 퇴적시켰다. 그 후, Ni의 진공증착을 행하고, 제 2 공정으로 형성시킨 기판 위에 통전막을 형성시키고, 또 Ni 전주를 행하여, Ni를 500㎛ 퇴적시켰다.

레지스트를 제거한 후, 성형 금형(10)을 얻었다. 성형 금형 표면에 산소 플라즈마 처리를 행하여 성형하였다.

[비교예 1]

도 2a 내지 도 2d에 도시된 제조 방법을 사용하여 이면에 미세 구조체의 요철이 출현한 상태의 성형 금형을 제조했다. 1mm 두께의 평면 유리 기판 위에 도 3 및 도 4에 도시하는 크기의 레지스트 구조체(31)를 근자외선을 사용한 포토리소그래피에 의해 제작했다. 그 후, Ni의 진공증착에 의해 통전막을 형성시키고, Ni 전주를 행하여, Ni를 500㎛ 퇴적시켰다. 레지스트를 제거한 후, 성형 금형(40)을 얻었다. 성형 금형 표면에 산소 플라즈마 처리를 행하여 성형하였다.

[비교예 2]

도 2a 내지 도 2e에 도시된 제조 방법을 사용하여 이면이 연마에 의해 평활화된 성형 금형을 제조했다. 1mm 두께의 평면 유리 기판 위에 도 3 및 도 4에 도시하는 크기의 레지스트 구조체(31)를 근자외선을 사용한 포토리소그래피에 의해 제작했다. 그 후, Ni의 진공증착에 의해 통전막을 형성시켜, Ni 전주를 행하여, Ni를 500㎛ 퇴적시켰다. 레지스트를 제거한 후, 성형 금형 표면을 보호 필름으로 덮고, 이면의 요철을 #80 및 #400 샌드페이퍼로 연마하여, 평탄화시킨 성형 금형(50)을 얻었다. 보호 필름을 박리하고, 용제 세정한 후, 산소 플라즈마 처리를 행하여 성형하였다.

실시예 1 및 비교예 2에 의해 제조한 성형 금형에서는 금형의 이면의 요철에 대응한 전사 흔적은 인식되지 않았지만, 비교예 2에 의해 제조한 성형 금형에서는 이면의 요철에 대응한 전사 흔적이 관찰되었다.

실시예 1의 방법으로 제조한 성형 금형의 미세 요철 구조체가 형성된 영역의 평면성을 도 5에 도시한다. 최저부와 최고부의 고저차(이하, ΔH)는 ΔH=4㎛로 평면성이 좋고, 이 금형을 사용하여 임프린트 성형하였다. 아크릴 수지의 의 충전성이 면 내 균일하며, 100쇼트의 안정 성형이 가능했다.

비교예 1의 방법으로 제조한 성형 금형의 미세 요철 구조체가 형성된 영역의 평면성을 도 6에 도시한다. ΔH=7㎛이며, 이 금형을 사용하여 임프린트 성형하였다. 미세 요철 구조체의 형성 영역의 최외주부에 대한 충전성은 얻어지지만, 그 영역 중심을 향해서 충전 부족이 되고, 미세 요철 구조체의 전사율이 중심부에서 저하되었다. 5쇼트 후의 성형 금형의 평면성을 도 7에 도시한다. 5쇼트 후, ΔH=23㎛가 되고, 5쇼트에 의해 크게 성형 금형이 변형되어, 이후의 성형을 포기했다.

또한, 비교예 2의 방법으로 제조한 성형 금형의 미세 요철 구조체가 형성된 영역의 평면성을 도 8에 도시한다. ΔH=47㎛로 평면성이 나쁘고, 이 금형을 사용하여 임프린트 성형하였다. 미세 요철 구조체의 형성 영역의 최외주부는 구조체 상면이 일부 형성되었지만, 상면 전체가 형성되지 않아 충전 부족이며, 미세 요철 구조체의 형성 영역의 중심을 향해서 더욱 전사율은 저하되고, 중심부의 높이는 약12㎛이었다.

가압력을 75MPa로 변경한 결과, 미세 요철 구조체의 형성 영역의 중심부의 전사율은 향상되고, 상면의 일부가 형성되었지만, 최외주부 부근에서, 이형시에 아크릴 수지가 변형되어, 균일한 성형을 행할 수 없었다.

또한, 본 발명은 상기에 개시하는 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위에 있어서, 상기 실시형태의 각 요소를 당업자라면 용이하게 생각할 수 있는 내용으로 변경, 추가, 변환하는 것이 가능하다.

이 출원은 일본의 특원2008-204372에 개시된 발명에 기초해 우선권을 주장하는 것이다.

Claims

(제 1 공정) 기판의 적어도 한쪽 표면에 통전부를 갖는 통전 기판을 사용하고, 상기 통전부에 레지스트에 기초한 미세한 오목형의 레지스트 구조체를 부여하여 모형을 형성하는 모형 형성 공정과,
(제 2 공정) 상기 통전부에 상기 레지스트 구조체의 높이에 상당하는 두께의 금속을 석출시켜 금속의 구조체를 형성시키는 금속 구조 형성 공정과,
(제 3 공정) 상기 레지스트 구조체의 표면에 통전막을 형성하는 통전막 형성 공정과,
(제 4 공정) 상기 통전막 위에 도금 처리에 의해 보강층을 형성하는 보강층 형성 공정과,
(제 5 공정) 상기 모형을 제거하여 상기 금속의 구조체에 기초한 미세한 요철 모양을 표면에 갖는 금형을 형성하는 모형 제거 공정을 포함하는, 미세 요철 구조를 성형면에 갖는 성형 금형의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 레지스트 구조체의 높이가 10㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 성형 금형의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 보강층 형성 공정의 도금 처리는 전주(電鑄)인 성형 금형의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 통전막 형성 공정은 증착, 스퍼터, 무전해 도금으로부터 선택된 수법에 의해 통전막이 형성되는 것을 특징으로 하는 성형 금형의 제조 방법.
미세한 요철 구조가 성형면에 배치되어 있는 성형 금형으로서,
상기 미세 요철 구조의 표면측으로부터 상기 요철 구조의 볼록부를 구성하는 금속 구조체와 통전막과 보강층이 그 순서로 배치되어 있는 성형 금형.
제 5 항에 있어서, 상기 미세한 요철 구조의 높이가 10㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 성형 금형.
제 6 항에 있어서, 상기 금속 구조체를 형성하는 재료는 구리, 철, 니켈, 니켈·인 합금, 니켈·망간 합금, 니켈·코발트 합금, 니켈·몰리브덴 합금, 니켈·텅스텐 합금, 코발트·몰리브덴 합금, 코발트·텅스텐 합금으로부터 선택된 재료인 것을 특징으로 하는 성형 금형.
제 7 항에 있어서, 상기 통전막은 니켈, 알루미늄, 구리, 크롬, 금, 백금으로부터 선택된 재료인 것을 특징으로 하는 성형 금형