KR20110088512A - 엠보싱용 복합 스탬프 - Google Patents

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KR20110088512A
KR20110088512A KR1020117009607A KR20117009607A KR20110088512A KR 20110088512 A KR20110088512 A KR 20110088512A KR 1020117009607 A KR1020117009607 A KR 1020117009607A KR 20117009607 A KR20117009607 A KR 20117009607A KR 20110088512 A KR20110088512 A KR 20110088512A
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티모시 타포스
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Abstract

엠보싱을 위한 복합 스탬프를 제조하는 방법은; (a) 상부에서 전도성 면(16)과 유전체 형상(18)을 갖는 마스터 구조체(10)를 취하는 단계, (b) 불투명 마스크(20)를 형성하기 위해 전도성 면(10)의 노출된 영역들 상에 불투명 물질을 전착(electro-deposit)하는 단계, (c) 형상-유지(form-retaining) 물질로 변형될 수 있는 유체 물질(4)로 상기 유전체 형상(18)과 불투명 마스크(20)를 코팅하는 단계, (d) 상기 유체 물질(4)을 상기 불투명 마스크(20)에 접합되는 형상-유지 물질로 변형시키는 단계, 및 (e) 상기 복합 스탬프(24)를 제공하기 위해 상기 형상-유지 물질(4)과 접합된 불투명 마스크(20)를 상기 마스터 구조체(10)로부터 제거하는 단계를 포함한다. 본 발명의 다른 개념은 복합 스탬프(24)와 이 복합 스탬프를 제조하기 위한 복합 구조체(22)를 제공한다.

Description

엠보싱용 복합 스탬프{COMPOSITE STAMP FOR EMBOSSING}
본 발명은 엠보싱용 복합 스탬프에 관한 것이다.
최초 전도성 캐리어carrier)로부터 순차적인 전기 성형(electroforming) 및 변환에 의한 '회로(circuits)'의 형성(즉, 국제출원 공개 제 WO 2005/091061 호)을 위한, 특히 미세 복제(microreplication)에서, 엠보싱 스탬프상에서 '가장 낮은' 형상(feature) 아래에서 어떤 경화된 잔류 물질을 최소화 또는 완전히 회피하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 투명 '스탬프'가 제 위치에 있는 동안 폴리머의 UV 방사선 경화를 사용하는 시스템에서, 잔류 층의 두께는 도 1에 도시된 바와 같이 충분한 압력의 적용에 의해, 통상적으로 감소되나, 제거되지는 않는다. 도 1에 도시된 종래 기술의 엠보싱 공정에서, 기판(8)은 경화성 엠보싱 수지(6)의 층으로 코팅된다. 투명한 스탬프 기판(2)과 성형된(moulded) 스탬프 양각(relief) 층(4)을 포함하는 스탬프는 수지 층(6)에 적용되고, UV 방사선과 압력이 적용된다. 수지(6)는 성형된 스탬프 양각 층(4)에 대해 상보적인 형상을 갖도록 경화된다. 그러나, 통상적으로 수지의 불필요한 잔류 층(6a)은 적용된 압력에도 불구하고, 스탬프 양각 층(4)의 가장 멀리 돌출한 형상 아래에 유지된다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같은 종래 기술에 따라 형성된 유전체 수지의 프로파일의 그래프에서, 50-200㎚의 잔류 층이 잔류한다. 이 잔류 층(6a)은 부가적인 처리 단계에서 제거될 필요가 있다.
미국 특허 제 4,543,225 호는 두꺼운 영역들의 경화가 얇은 영역들보다 적합한(더 빠른) 시스템을 개시한다. 이는 스탬프 불투명 또는 반 불투명 상에 더 큰 형상을 형성함으로써 달성된다. 그 결과 잔류 층의 형상이 회피된다. 이 특허 공보는 상기 스탬프가 실제로 어떻게 만들어졌는지를 상세하게 설명하고 있지 않다.
이 기술이 갖는 장점으로는 두 가지 구체적인 적용이 있다. 첫째, 엠보스는 순차적인 전기 성형에 의한 회로의 형성을 위해 사용되는 경우이다. 물질이 엠보싱된 '트렌치(trenches)'의 하부에 잔류하지 않고, 통상적으로 산소 플라즈마, UV-오존(Ozone) 또는 엑시머 레이저 애시-백(Excimer laser ash-back) 단계가 요구된다. 이 단계는 제조에 있어서 비싸고, 채널 확대(channel widening), 전체 표면 양각시 종횡비(aspect ratio)의 손실, 및 표면 화학적 성질(chemistry)의 잠재적으로 불필요한 변경으로 유도될 수 있다. 둘째, 광학 또는 액정 정렬 적용에 사용되는 미세양각(microrelief)을 위해, 잔류 층의 두께는 각인 영역에 걸쳐서 변할 수 있는 불필요한 광학 및 전계 변경으로 유도된다.
종래 기술은 불투명 금속이 크롬 또는 티타늄일 수 있는 것을 제외한 스탬프, 또는 스퍼터 증착과 연속적인 표준 리소그래피(lithography) 패터닝에 의한 제조를 지시하는 변형된 글래스를 형성하기 위한 임의의 방법의 상세한 설명을 포함하지 않는다.
종래 기술에서는 연속적인 또는 단일 각인 모드들에서 UV 마이크로성형(micromoulding)으로 고려할 수 있다. 일반적으로 잔류 층의 제어는 문제점으로 보이고, 더 높은 '닙(nip)' 압력과 공정 속도에 의해 극복되는 것으로 보인다.
스탬프가 다른 컴플라이언스(compliances)를 갖는 부품들을 포함하는 복합 각인 스탬프들은 종래 기술(즉, 미국 특허 출원 공개 제 US 2005/0133954 호)에 공지되어 있다. 복합(광학 및 표면 양각) 스탬프들을 제조하기 위한 유사한 수단의 기준을 알 수가 없다.
본 발명의 개념은 독립 청구항에 특정되어 있다. 적합한 특징은 종속 청구항들에 구체화되어 있다.
본 발명의 장점은 그대로 유지되는 최초 마스터로부터 완전히 자기 정렬 및 반복가능한 방식으로 스탬프의 불투명 영역을 형성하기 위한 능력에 있다. 이것은 상술한 기술과 양립할 수 있는 공정을 사용하여 달성되고, 형성되는 다중 레벨과 복합 표면 양각 패턴들을 가능하게 한다. 본 발명은 복합 스탬프들을 마스터 구조체로부터 용이하게 제조되게 하고, 가장 높은 부분들은 UV 조명에 대해 크게 불투명한 금속 도포 또는 불투명 부분을 갖는다.
용어 '전기 성형(electroforming)'과 '전착(electro-deposit)' 및 관련된 용어들은 같은 뜻이고 본 명세서에서는 서로 대체가능하다. 용어 '스탬프(stamp)', '심(shim)' 및 '다이(die)'는 또한 같은 뜻이고 본 명세서에서는 서로 대체가능하다. 용어 '엠보싱(embossing)' 및 '각인(imprinting)'은 같은 뜻이고 본 명세서에서는 서로 대체가능하다.
본 발명은 하기 첨부된 도면을 참조로 하여 예시적으로 더 설명된다.
도 1은 종래 기술의 엠보싱 공정의 개략 단면도.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 엠보싱용 복합 스탬프의 제조 스테이지를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 스탬프를 제조하기 위한 공정 단계의 개략적인 다이아그램.
도 8 및 도 9는 종래 기술과 본 발명의 일 실시예 각각에 따라 만들어진 엠보싱 제품의 트렌치에 있는 유전체 수지의 프로파일들의 그래프.
도 2에 도시된 전도성 캐리어(carrier)는 전도성 코팅(14)을 갖는 지지 층(12)을 포함한다. 이 실시예에서, 코팅(14)의 전도성 면(16)은 실질적으로 평면이다. 도 3을 참조하면, 유전체 형상들(dielectric features)(18)은 표준 포토리소그래피(photolithography) 또는 다른 수단을 사용하여 전도성 면(16)에 형성되므로, 최종 각인(imprint)의 최하부는 노출된 전도성 영역들(16)에 대응한다. 유전체 형상들(18)을 갖는 전도성 캐리어는 일련의 복합 스탬프들을 제조하기 위해 사용될 수 있는 마스터 구조체(10)를 제공한다.
제 1 실행 예시에서, 지지 층(12)은 1.1㎜ 두께의 글래스 기판이고, 전도성 코팅(14)은 30㎚의 Cr이고 이어서 250㎚의 코팅된 스테인레스 스틸 스퍼터(Stainless Steel sputter)이다. 유전체 형상(18)은 SU8-2000(MicroChem Corp.)으로 형성된다. UV(i-line) 리소그래피(lithography)는 패턴을 한정하기 위해 사용되고, 최종 구조체는 30분 동안 140℃에서 베이킹(baking)에 의해 완전히 경화된다.
전도성 면(16)은 형성되거나 또는 처리되어, 순차적으로 전기 성형된 금속은 캐리어 금속으로부터 방출될 것이다.
제 1 실행에서, 처리는 본 기술 분야에 잘 알려진 방식으로 5분 동안 0.1N 중크롬산칼륨(potassium dichromate) 용액에 침지되고 이어서 탈이온수(deionized water) 세정 및 건조되는 것으로 구성된다.
마스터 구조체(10)는 [도 7에서 처리 단계 26]을 취하고, 불투명 물질의 얇은(~ 500㎚) 층은 전도성 면(16)의 노출된 영역들에 전착(electro-deposit)된다(도 4). 이 실시예에서, 불투명 물질은 금속이다. 그러나, 다른 불투명 물질들은 이들이 전착될 수 있는 것을 제공하는 단계를 사용할 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 편의상, 본 발명은 금속일 수 있는 불투명 물질을 참조하여 설명될 것이다. 적합한 금속들의 실예는 니켈, 구리, 금 및 크롬을 제한 없이 포함한다. 전착 금속은 불투명 마스크(20), 본 실시예에서는 금속 마스크를 형성한다[처리 단계 28]. 노출된 금속 표면은 이상적으로는 거칠고, 필요하다면 접착 촉진제(adhesion promoter)로 처리될 수 있다.
제 1 실행에서, 얇은 층의 니켈은 캐소드(cathode)를 형성하는 전도성 면(16)에 표준 니켈 설파메이트 도금 욕(niclel sulphamate plating bath)으로부터 전착된다.
이제 도 5를 참조하면, 형상-유지(form-retaining) 물질로 변형될 수 있는 유체 물질(4)의 비교적 두꺼운 층은 유전체 형상(18)과 금속 마스크(20)를 코팅하도록 적용된다[처리 단계 30]. 이 실예에서, 유체 물질(4)은 방사선 경화성 수지로서, 예를 들면 UV-경화성 수지이다. 본 발명은 편의상, 방사선 경화성 수지의 사용을 참조하여 설명될 것이다. 그러나, 대안적인 유체 물질들로는 형상-유지 물질들, 예를 들어 열 경화성 수지, 열가소성 물질, 및 통상적으로 에폭시 수지와 같은 하나 이상의 모노머(monomer) 또는 올리고머(oligomer) 종들(species)을 함유하는 반응성 혼합물로 변형될 수 있는 물질을 사용할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 용어 '형상-유지 물질'은 엠보싱 스탬프의 일부로서 작용하기에 충분히 강성인 물질을 나타내도록 사용되는 것을 이해해야 한다. 본 실예에서 형상-유지 물질은 경화 구조체나, 대안적으로 열가소성 물질 또는 교차 결합(cross-linked) 물질 또는 유체 반응성 혼합물로 형성된 다른 고체 물질일 수 있다.
유체 물질은 특정 금속 접착 촉진제들과, 전착 금속에 접착성을 부가하기 위한 표면 이형(slip) 성분을 함유할 수 있고, 마스터링 표면으로부터 이형된다. 본 실시예에서 스탬프 기판(2)은 박판이거나 또는 수지(4)에 접합된다. 수지는 마스크(20)에 접합된 형상-유지 물질을 형성하기 위해[처리 단계 32], 스탬프 기판(2)을 통한 UV 노출 및/또는 열처리 공정에 의해 경화된다. 대안적으로, 열가소성 물질은 금속 형상에 접착하기 위해 상승된 온도에서 박판으로 되고, 표면 양각 토포그래피(topography)를 취한다. 노출된 형상의 하부에서 금속 물질(20)을 포함하는 전체 구조체(4)는 복합 스탬프(24)를 제공하기 위해 마스터 구조체(10)로부터 멀어지게 스탬프 기판(2)을 필링(peeling)함으로써 제거된다[도 6, 처리 단계 34]. 마스터 구조체(10)는 그대로 유지되고, 동일한 스탬프 구조체(24)를 형성하기 위해 많은 시간을 다시 사용할 수 있다.
제 1 실행에서, 마스터의 유전체 면은 이형 처리(release coating)를 실행하기 위해 0.1% OTMS(octyltrimethoxysilane; 옥틸트리에톡시실란) 또는 OTS(octadecyltrichlorosilane; 옥타데실트리클로로실란)의 코팅에 의해 처리된다. 경화성 수지(4)는 UV 경화성 접착제 NOA81(Norland Products)이고, 스탬프 기판은 PET(Dupont Teijien Films로부터의 ST506)이다. 수지는 UV 노출에 의해 경화되고, 1시간 동안 85℃에서 베이킹된다.
본 실시예에서 복합 스탬프(24)는 그 표면상에서 경화 수지(4)를 갖는 스탬프 기판(2)을 포함하고, 이 수지(4)는 임의의 다른 영역들(4b, 4c) 보다 스탬프 기판으로부터 더 멀리 연장하는 돌출 영역(4a)을 포함하고, 각 돌출 영역(4a)은 금속 층(20)으로 덮여진다. 이 실시예에서, 경화된 수지(4)는 가장 가까운 영역(4b)과 가장 먼 영역(4a)을 중재하는 계단식 구조체(4c)이다. 그러나, 제조 방법 때문에, 가장 멀리 연장하는 돌출 영역(4a)만이 금속 캡(20)을 갖는다.
이렇게 제조된 스탬프(24)는 미국 특허 제 4,543,225 호에 개시된 기술에 따른 엠보싱 구조체를 제조하기 위해 사용될 수 있고, 그 자체로 많은 회수(many times)를 사용할 수 있다.
비경화된 물질을 제거하기 위해 용매를 세정한 후, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 스탬프(24)로 각인된 유전체 수지의 프로파일이 도 9에 도시되어 있다. 비경화 수지 물질을 제거하기 위해 세정한 후에 도 8에 도시된 종래 기술의 공정에 따른 프로파일과는 반대로, 실질적으로 트렌치(trench)에 잔류 금속이 존재하지 않는다.
2 : 스탬프 기판 10 : 마스터 구조체
12 : 지지 층 14 : 전도성 코팅
16 : 전도성 면 18 : 유전체 형상
20 : 불투명 마스크 22 : 복합 구조체
24 : 복합 스탬프

Claims (15)

  1. 엠보싱을 위한 복합 스탬프를 제조하는 방법으로서,
    (a) 상부에서 전도성 면과 유전체 형상을 갖는 마스터 구조체를 취하는 단계,
    (b) 불투명 마스크를 형성하기 위해 전도성 면의 노출된 영역들 상에 불투명 물질을 전착(electro-deposit)하는 단계,
    (c) 형상-유지(form-retaining) 물질로 변형될 수 있는 유체 물질로 상기 유전체 형상과 불투명 마스크를 코팅하는 단계,
    (d) 상기 유체 물질을 상기 불투명 마스크에 접합되는 형상-유지 물질로 변형시키는 단계, 및
    (e) 상기 복합 스탬프를 제공하기 위해 상기 형상-유지 물질과 접합된 불투명 마스크를 상기 마스터 구조체로부터 제거하는 단계를 포함하는
    엠보싱용 복합 스탬프 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 물질은 방사선 경화성 수지, 열 경화성 수지, 경화성 수지, 용융된 열가소성 물질, 또는 반응성 혼합물인
    엠보싱용 복합 스탬프 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    단계 (d) 전에 상기 유체 물질에 스탬프 기판을 접합하는 단계를 추가로 포함하는
    엠보싱용 복합 스탬프 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체 물질은 방사선 경화성 수지이고,
    상기 방법은 단계 (d) 전에 상기 유체 물질에 스탬프 기판을 접합하는 단계를 부가로 포함하고,
    상기 수지의 경화는 상기 스탬프 기판을 통해 적합한 방사선으로 상기 수지를 장식함(illuminating)으로써 실행되는
    엠보싱용 복합 스탬프 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마스터 구조체의 상기 전도성 면은 상기 연속 증착 불투명 물질의 이형을 촉진하기 위해 이형제(release agent)로 처리되는 엠보싱용 복합 스탬프 제조 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 증착된 불투명 물질의 노출된 표면들을 상기 형상-유지 물질로 접착을 촉진하기 위한 접착 촉진제(adhesion promoter)로 처리하는 단계를 부가로 포함하는
    엠보싱용 복합 스탬프 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불투명 물질은 금속, 적합하게는 니켈, 구리, 금, 크롬으로부터 선택된 금속인
    엠보싱용 복합 스탬프 제조 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불투명 마스크는 50-700㎚ 두께인
    엠보싱용 복합 스탬프 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 불투명 마스크는 약 500㎚ 두께인
    엠보싱용 복합 스탬프 제조 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마스터 구조체는 전도성 코팅을 갖는 지지 층을 주요 표면에서 취하고, 포토리소그래피(photolithography), 레이저 처리, 직접 기계가공 또는 마이크로성형(micromoulding)에 의해 유전체 형상을 형성함으로써 제조되는
    엠보싱용 복합 스탬프 제조 방법.
  11. 엠보싱용 복합 스탬프로서,
    상기 스탬프는 경화된 수지 또는 열가소성 물질을 표면상에서 갖는 스탬프 기판을 포함하고, 상기 경화된 수지 또는 열가소성 물질은 임의의 다른 영역들보다 상기 스탬프 기판으로부터 더 멀리 연장하는 돌출 영역들을 포함하며, 각 돌출 영역은 불투명 층에 의해 덮여지는
    엠보싱용 복합 스탬프.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 불투명 층은 50-700㎚ 두께인
    엠보싱용 복합 스탬프.
  13. 엠보싱을 위한 복합 스탬프를 제조하는 복합 구조체로서,
    (a) 상부에서 전도성 면과 유전체 형상을 갖는 지지 층을 포함하는 마스터 구조체,
    (b) 상기 유전체 형상에 인접한 상기 전도성 면 상의 불투명 마스크,
    (c) 상기 불투명 마스크와 유전체 형상 상에 있는 경화된 수지 또는 열가소성 물질의 형상-유지 층, 및
    (d) 상기 형상-유지 층에 접합되는 스탬프 기판을 포함하고,
    (e) 상기 불투명 마스크는 상기 전도성 면인 상기 형상-유지 층에 상당히 강하게 접합되고,
    (f) 상기 유전체 층은 상기 형상-유지 층보다는 상기 전도성 면에 상당히 강하게 접합되는
    엠보싱용 복합 스탬프 제조 복합 구조체.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 불투명 마스크는 50-700㎚ 두께인
    엠보싱용 복합 스탬프 제조 복합 구조체.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 불투명 마스크는 500㎚ 두께인
    엠보싱용 복합 스탬프 제조 복합 구조체.
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