KR20200119872A - 몰드의 제조 방법, 및 이것을 이용한 성형체의 제조 방법 - Google Patents

몰드의 제조 방법, 및 이것을 이용한 성형체의 제조 방법 Download PDF

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KR20200119872A
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신스케 이시카와
타케시 후지카와
유키 오니시
요시히코 히라이
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주식회사 다이셀
코우리츠 다이가꾸 호우진 오사카
고쿠리츠다이가쿠호진 토쿄고교 다이가꾸
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Abstract

광 임프린트에 의해, 자외선 경화성 조성물을 고정밀도로 성형할 수 있는 몰드의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 몰드의 제조 방법은, 자외선 경화성 조성물의 성형에 사용되는, 탄성체를 포함하는 몰드의 제조 방법이며, 자외선 경화성 조성물의 경화에 수반하는 변형을, 자외선 경화성 조성물의 경화 수축 [1]과 그것에 수반하는 몰드의 변형 [2]를 고려한 유한 요소 해석법에 의해 시뮬레이트하고, 이것을 바탕으로 몰드를 설계하는 것을 특징으로 한다.

Description

몰드의 제조 방법, 및 이것을 이용한 성형체의 제조 방법
본 발명은, 자외선 경화성 조성물의 성형에 사용되는, 탄성체를 포함하는 몰드의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 몰드를 사용한 성형체의 제조 방법에 관한 것이다. 본원은, 2018년 2월 19일에 일본에 출원한, 특허 출원 제2018-27432호 및 2018년 9월 18일에 일본에 출원한, 특허 출원 제2018-174162호의 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
임프린트는 매우 단순한 프로세스로 나노 사이즈의 패턴을 전사할 수 있는 미세 가공 기술이다. 임프린트를 이용하면 저비용으로 양산 가능하기 때문에, 반도체 디바이스, 광학 부재 등의 다방면에서 실용화되고 있다.
예를 들어, 마이크로미러 어레이는, 1변이 100 내지 1000㎛의 사각 기둥이나 사각뿔의 입체 형상이 격자상으로 다수 배열된 광학 부재이고, 상기 입체 형상의 4 측면 중 인접하는 2측면은 직교 미러로서 이용되기 때문에, 정확한 각도와 높은 평면성(즉, 높은 면 정밀도)이 요구된다.
임프린트에는 열가소성 조성물에 전사하는 열 임프린트와, 자외선 경화성 조성물에 전사하는 광 임프린트가 있다. 특히 마이크로미러 어레이와 같은 전사 정밀도가 요구되는 분야에 있어서는, 고화 혹은 경화 시의 형상의 변화(팽창 혹은 수축)가 작은 것이 요구된다.
열가소성 조성물은 형상의 변화가 매우 작기 때문에, 열가소성 조성물을 사용하는 열 임프린트는, 전사성의 점에서는 우수하지만, 고화에 장시간을 필요로 해 작업 효율이 나쁜 것이나, 금속제의 몰드를 이용하기 때문에, 비용이 늘어나는 것이 문제였다.
한편, 자외선 경화성 조성물은 몰드 등의 수지제 몰드를 이용할 수 있기 때문에 경제적이다. 또한, 속경화성을 갖기 때문에 작업 효율도 양호하다. 그러나, 경화 수축률이 크고, 고정밀도의 삼차원 전사 형상을 원하는 경우에는 문제가 있었다. 또한, 자외선 경화성 조성물의 경화 수축률을 억제하기 위해, 조성에 대하여 다양한 검토가 이루어져 왔으나, 그것도 한계였다.
특허문헌 1에는, 임프린트법에 의해 수지를 성형하여 배선 패턴을 형성하기 위해 사용되는 몰드에 대하여, 수지의 수축에 의한 선 폭의 감소를 특정한 함수에 의해 보정할 수 있는 것이 기재되어 있다.
일본 특허 공개 제2012-183692호 공보
그러나, 특허문헌 1에 있어서는, 배선의 측면이 만곡되는 것에 대해서는 검토가 이루어져 있지 않고, 상기 함수를 이용하여 보정된 몰드를 사용해도, 얻어지는 배선 패턴의 측면에는 만곡이 발생하여, 면 정밀도가 낮은 것을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 광 임프린트에 의해, 자외선 경화성 조성물을 고정밀도로 성형할 수 있는 몰드의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 형상 정밀도가 우수한(특히, 면 정밀도가 우수함) 성형체를 확실하게 제조할 수 있는 몰드를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 몰드를 사용하여, 자외선 경화성 조성물의 경화물을 포함하는, 고정밀도의(특히, 면 정밀도가 우수함) 성형체를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 자외선 경화성 조성물의 경화물을 포함하는, 고정밀도의(특히, 면 정밀도가 우수함) 성형체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 자외선 경화성 조성물의 경화 수축과, 그것에 수반하는 몰드의 변형을 정확하게 예측할 수 있는, 시뮬레이션 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 형상 정밀도가 우수한(특히, 면 정밀도가 우수함) 성형체를 확실하게 제조하기 위한 몰드의 제조 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 자외선 경화성 조성물의 경화물을 포함하는, 고정밀도의(특히, 면 정밀도가 우수함) 성형체를 제조할 수 있는, 성형체의 제조 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 몰드를 사용하여 광 임프린트 성형을 행하는 경우, 경화 시에 몰드와 자외선 경화성 조성물은 밀착되어 있는 것을 알 수 있었다. 그리고, 몰드에 충전된 자외선 경화성 조성물은 경화 반응의 진행에 수반하여 서서히 경도가 증가하고, 급기야 몰드보다 딱딱해지기 때문에, 탄성을 갖는 몰드는, 몰드의 벽면에 밀착한 경화물의 변형에 추종하여 변형되고, 또한 몰드의 변형이 경화물에 전사됨으로써, 얻어지는 성형체는 측면이 만곡되어 면 정밀도가 낮은 것으로 되는 것을 알 수 있었다.
그리고, 성형체의 면 정밀도를 향상시키기 위해서는, 자외선 경화성 조성물의 경화 수축과, 그것에 수반하는 몰드의 변형을 미리 고려하여, 상기 변형을 보상하도록 몰드를 설계하고, 그 설계에 따라 제조된 몰드를 사용하여, 자외선 경화성 조성물을 임프린트법으로 성형하면, 면 정밀도가 우수해, 원하는 형상의 성형체를 고정밀도로, 효율적이고, 또한 저렴하게 제조할 수 있는 것을 알아냈다. 본 발명은 이들 지견에 기초하여 완성시킨 것이다.
즉, 본 발명은, 자외선 경화성 조성물의 성형에 사용되는, 탄성체를 포함하는 몰드의 제조 방법이며, 자외선 경화성 조성물의 경화에 수반하는 변형을, 자외선 경화성 조성물의 경화 수축 [1]과 그것에 수반하는 몰드의 변형 [2]를 고려한 유한 요소 해석법에 의해 시뮬레이트하고, 이것을 바탕으로 몰드를 설계하는 것을 특징으로 하는, 몰드의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 또한 자외선 경화성 조성물의 경화 수축 [1]을 열점 탄성체의 냉각에 수반하는 수축으로 치환하고, 열점 탄성체의 열팽창 계수와, 냉각에 수반하는 점성 완화 시간의 증가에 의해 모델화하는, 상기한 몰드의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 또한 몰드의 변형 [2]를 초탄성체에 의해 모델화하는, 상기한 몰드의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 또한 상기한 몰드의 제조 방법에 의해 얻어지는 몰드를 제공한다.
본 발명은, 또한 상기한 몰드의 제조 방법에 의해 몰드를 제조하고, 얻어진 몰드를 이용하여 자외선 경화성 조성물을 성형하는 공정을 거쳐서, 상기 자외선 경화성 조성물의 경화물을 포함하는 성형체를 얻는, 성형체의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 또한 성형체가 마이크로미러 어레이인, 상기한 성형체의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 또한 상기한 성형체 제조 방법으로 얻어지는 성형체를 제공한다.
본 발명은, 또한 자외선 경화성 조성물의 경화에 수반하는 변형을, 자외선 경화성 조성물의 경화 수축 [1]과 그것에 수반하는 몰드의 변형 [2]를 고려한 유한 요소 해석법에 의해 시뮬레이트하는 시뮬레이션 장치를 제공한다.
본 발명은, 또한 자외선 경화성 조성물의 성형에 사용되는 몰드의 제조 장치이며, 자외선 경화성 조성물의 경화에 수반하는 변형을, 자외선 경화성 조성물의 경화 수축 [1]과 그것에 수반하는 몰드의 변형 [2]를 고려한 유한 요소 해석법에 의해 시뮬레이트하고, 이것을 바탕으로 몰드를 설계, 제조하는 것을 특징으로 하는 몰드의 제조 장치를 제공한다.
본 발명은, 또한 자외선 경화성 조성물의 경화에 수반하는 변형을, 자외선 경화성 조성물의 경화 수축 [1]과 그것에 수반하는 몰드의 변형 [2]를 고려한 유한 요소 해석법에 의해 시뮬레이트하고, 이것을 바탕으로 설계, 제조된 몰드를 사용하여 상기 자외선 경화성 조성물을 성형하는 것을 특징으로 하는 성형체의 제조 장치를 제공한다.
본 발명의 몰드의 제조 방법에 의하면, 종래는 시작을 반복해서 행하여 방대한 시간이나 비용을 들여 행하고 있던 몰드의 설계를, 시뮬레이션에 의해 변형을 예측하고, 필요한 보정을 설계에 반영시킴으로써, 더 빠르고 확실하게 행할 수 있다. 상세하게는, 자외선 경화성 조성물을 열점 탄성체로 간주하여 해석을 행하고, 자외선 경화성 조성물의 경화와 수축(이후, 「경화 거동」이라고 칭하는 경우가 있음)을 각각 열점 탄성체를 냉각에 의한 수축과 고화(이후, 「고화 거동」이라고 칭하는 경우가 있음)로 치환하여 모델화함으로써, 자외선 경화성 조성물의 경화 거동에 수반하여 발생하는 몰드의 변형, 예를 들어 측면의 만곡을 정량적으로 재현할 수 있고, 만곡을 미리 고려하여 몰드 형상을 최적화할 수 있다.
또한, 본 발명의 몰드의 제조 방법으로 얻어지는 몰드는, 예측되는 변형을 상쇄하도록 보정된 형상을 갖기 때문에, 당해 몰드를 사용하면, 형상 정밀도가 우수한, 특히 면 정밀도가 우수한, 성형체가 효율적이고, 또한 저렴하게 얻어진다.
따라서, 본 발명의 몰드의 제조 방법으로 얻어지는 몰드는, 마이크로미러 어레이 등의 광학 부재, 반도체의 리소그래피, 폴리머 MEMS, 플랫 스크린, 홀로그램, 도파로, 정밀 기계 부품 등의 높은 면 정밀도가 요구되는 미세 구조물을 광 임프린트로 제조하는 용도에 적합하게 사용된다.
도 1은 일반화 Maxwell 모델에 의한 전단 방향의 점탄성을 도시한 모식도이다.
도 2는 해석 영역 메쉬 분할도(총 절점 수: 12434, 총 요소 수: 7574)이고, (2-a)는 자외선 경화성 조성물 부분, (2-b)는 자외선 경화성 조성물 부분과 몰드 부분이다.
도 3은 삼차원 유한 요소 해석 모델을 y축에 수직인 평면으로 절단한 이차원 단면도이다.
도 4는 몰드 형상의 최적화에 있어서의, 형상 변경의 방법을 도시하는 도면이다.
도 5는 마이크로미러 어레이의 단면 모식도이다.
도 6은 실험예 1에서 얻어진 성형체의 측면의 주사형 백색 간섭 현미경 관찰에 의한 3D 이미지이다. 측면이 만곡 변위되어 있는 것을 알 수 있다.
도 7은 유한 요소 해석에 의한 이형 후의 마이크로미러 측면의 만곡 변위를 도시하는 도면이다.
도 8은 실시예 1에서 얻어진 성형체의 Step 2의 시각 t＝50s에 있어서의, y축에 수직인 절단면에서의 x방향 변위를 도시하는 도면이다.
도 9는 실시예 1에서 얻어진 성형체의 Step 2의 시각 t＝100s에 있어서의, y축에 수직인 절단면에서의 x방향 변위를 도시하는 도면이다.
도 10은 실시예 2에서 얻어진 성형체의 Step 2의 시각 t＝100s에 있어서의, y축에 수직인 절단면에서의 x방향 변위를 도시하는 도면이다.
도 11은 실시예 3에서 얻어진 성형체의 Step 2의 시각 t＝100s에 있어서의, y축에 수직인 단면에서의 z축 방향 변위를 도시하는 도면(a), y축에 수직인 단면에서의 y축 방향 변위를 도시하는 도면(b), 측면의 y축 방향 변위를 도시하는 도면(c)이다.
도 12는 실시예 4에서 얻어진 성형체의 Step 2의 시각 t＝100s에 있어서의, y축에 수직인 단면에서의 z축 방향 변위를 도시하는 도면(a), y축에 수직인 단면에서의 y축 방향 변위를 도시하는 도면(b), 측면의 y축 방향 변위를 도시하는 도면(c)이다.
도 13은 실시예 5에서 얻어진 성형체의 Step 2의 시각 t＝100s에 있어서의, y축에 수직인 단면에서의 z축 방향 변위를 도시하는 도면(a), y축에 수직인 단면에서의 y축 방향 변위를 도시하는 도면(b), 측면의 y축 방향 변위를 도시하는 도면(c)이다.
도 14는 실시예 6에 있어서의 자외선 경화성 조성물의, 자외선 조사 후의 시간과 갭 변화율의 관계를 도시하는 도면이다.
도 15는 실시예 6에 있어서의 자외선 경화성 조성물의, 자외선 조사 후의 시간과 저장 횡탄성률의 관계를 도시하는 도면이다.
도 16은 실시예 6에 있어서의 자외선 경화성 조성물의, 자외선 조사 후의 시간과 손실 횡탄성률의 관계를 도시하는 도면이다.
도 17은 실시예 6에 있어서의 자외선 경화성 조성물의, 온도와 선팽창 계수의 관계를 도시하는 도면이다.
도 18은 실시예 6에 있어서의 자외선 경화성 조성물의, 기준 온도에 있어서의 저장 횡탄성률 마스터 커브를 도시하는 도면이다.
도 19는 실시예 6에 있어서의 자외선 경화성 조성물의, 기준 온도에 있어서의 손실 횡탄성률 마스터 커브를 도시하는 도면이다.
도 20은 실시예 6에 있어서의 자외선 경화성 조성물의, 시프트 팩터와 온도의 관계를 도시하는 도면이다.
도 21은 실시예 6에 있어서의 자외선 경화성 조성물의, 기준 온도에 있어서 동정된 Prony 급수로 표현된 저장 횡탄성률 마스터 커브를 도시하는 도면이다.
도 22는 실시예 6에 있어서의 자외선 경화성 조성물의, 기준 온도에 있어서 동정된 Prony 급수로 표현된 손실 횡탄성률 마스터 커브를 도시하는 도면이다.
도 23은 실시예 6에 있어서의 자외선 경화성 조성물의, 몰드 형상 최적화 전의 해석 결과에서의 미러면의 만곡 변위 분포를 도시하는 도면이다.
도 24는 회전 진동식 레오미터에 의한 자외선 경화성 조성물의 물성 측정 실험의 개략을 도시하는 도면이다.
[몰드의 제조 방법]
본 발명의 몰드의 제조 방법은, 자외선 경화성 조성물의 성형에 사용되는, 탄성체를 포함하는 몰드의 제조 방법이며, 자외선 경화성 조성물의 경화에 수반하는 변형을, 자외선 경화성 조성물의 경화 수축 [1]과 그것에 수반하는 몰드의 변형 [2]를 고려한 유한 요소 해석법에 의해 시뮬레이트하고, 이것을 바탕으로 몰드를 설계하는(예를 들어, 이것을 바탕으로 필요한 보정을 하여 몰드의 금형의 설계를 행하고, 이것을 이용하여 몰드를 제조함) 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서의 몰드는 탄성체를 포함하는 몰드이다. 즉, 탄성을 갖고, 외력에 의해 변형되는 성질을 갖는 몰드이다. 몰드의 재질로서는, 탄성을 갖는 것이라면 특별히 제한되는 일이 없고, 예를 들어 실리콘(예를 들어, 폴리디메틸실록산 등), 아크릴 폴리머, 시클로올레핀 폴리머, 불소계 폴리머 등을 들 수 있다.
상기 [1]의 자외선 경화성 조성물에 자외선을 조사하는 것에 의한 경화 거동은, 예를 들어 열점 탄성체(예를 들어, 열가소성 수지 등)의, 열팽창 계수의 온도 의존성과, 냉각에 수반하는 점성 완화 시간의 증가에 의해 모델화할 수 있다.
상기 [2]의 몰드의 변형은, 예를 들어 초탄성체(예를 들어, 네오·훅 탄성체)에 의해 모델화할 수 있다.
본 해석에 있어서는, 입체 패턴을 하나만 포함하는 직육면체 영역을 취출하여 검토하고, 그 측면에 주기 경계 조건을 설정한다.
자외선 경화성 조성물의 UV 조사에 의해 진행되는 경화 반응은, 열점 탄성체의 냉각(예를 들어, 100℃부터 0℃까지 냉각)에 의한 고화 반응으로 치환하여 모델화할 수 있다.
그리고, 자외선 경화성 조성물의 경화 반응의 진행은, 단위 체적당의 적산 UV 조사량의 증가를, 열점 탄성체의 온도 저하로 치환할 수 있다.
또한, 적산 UV 조사량에 의존하는 자외선 경화성 조성물의 수축률은, 온도에 의존하는 열점 탄성체의 열팽창 계수로 치환할 수 있다.
그리고, 적산 UV 조사량에 의존하는 자외선 경화성 조성물의 증점은, 온도에 의존하는 열점 탄성체의 점도 완화 시간의 증가로 치환할 수 있다.
또한, 상기 열점 탄성체의 시간 의존성은, 일반화 Maxwell 모델에 의해 표현할 수 있다(도 1 참조). 일반화 Maxwell 모델에 기초하는 열점 탄성체의 시간 의존성을 갖는 전단 탄성계수는, 하기 식으로 표현된다.
Figure pct00001
여기서, g∞는 장기 전단 탄성계수, gi 및 τi는 각각 도 1에 있어서의 i번째의 전단 탄성계수 및 완화 시간을 나타낸다.
여기서, 체적 탄성률 K에 대해서는 점성을 갖지 않는 상수로서 다음 식과 같이 취급한다. 단, K0은 즉시 체적 탄성률을, K∞는 장기 체적 탄성률을 나타낸다.
K＝K0＝K∞
또한, 열점 탄성체의 온도 의존성은, WLF칙에 의해 표현할 수 있다. WLF칙은 시간-온도 변환칙이고, 하기 식으로 표현되는 시프트 팩터 Aθ를 사용하여 표현된다. 또한, θ는 온도를 나타낸다. 또한, θ0, C1 및 C2는 WLF칙의 모델 파라미터이고, 특히 θ0은 기준 온도를 나타낸다.
Figure pct00002
재료의 유리 전이 온도가 θg인 경우, θ0은 θg≤θ0≤θg＋50(℃) 정도로 설정할 수 있다. 예를 들어, θ0＝θg＋50인 경우, C1, C2는 각각, C1＝8.86 정도, C2＝101.6 정도로 설정할 수 있다.
또한, 더 상세한 시뮬레이트를 필요로 하는 경우는, 성형체에서 사용하는 자외선 경화성 조성물에 자외선 조사를 하는 것에 의한 경화 거동을 측정하여, 물성값(온도 의존의 열팽창 계수, 온도 의존의 시프트 팩터, Prony 급수의 계수, 즉시 횡(또는 종)탄성률 및 즉시 푸아송비를 동정하여 사용할 수도 있다.
자외선 경화성 조성물의 경화 거동의 측정은, 예를 들어 회전 진동식 레오미터를 사용할 수 있다. 더 구체적으로는, 유리판과 실린더 로드 사이에 있는 수백 마이크로미터 정도의 갭에 자외선 경화성 조성물을 끼워 넣고, 유리판측으로부터 자외선을 조사함과 동시에 로드를 미소 회전 진동시킴으로써 횡점탄성 특성의 시각 이력을 측정한다(도 24 참조). 또한, 로드의 수직 위치를 자외선 경화성 조성물의 수축에 의한 갭의 변화에 추종시킴으로써, 자외선 경화성 조성물의 수축 특성의 시각 이력도 측정한다. 자외선 조사 조건은 성형체의 성형 조건과 거의 동등한 조건으로 되도록 조정하여 항상 일정하게 하는 것이 바람직하고, 회전 진동의 진동수를 다양하게 변화시키고, 각 회전 진동의 진동수에 따른 특성값을 측정함으로써 물성값을 동정할 수 있다.
유한 요소 해석은, 예를 들어 이하의 수순으로, 예를 들어 ABAQUOS/Standard의 사면체 2차 수정 하이브리드 요소(C3D10MH)를 사용하여 실시할 수 있다.
상기 해석에 사용한 사면체 요소의 메쉬 분할도를 도 2에, 이차원 단면도를 도 3에 도시한다.
상기 해석법에 의해 얻어진 결과를 바탕으로, 예를 들어 이하의 수단으로 몰드 형상의 최적화(예를 들어, 수평면 상의 일방향을 x축, 상기 수평면 상에 있어서 x축에 수직인 방향을 y축, x축과 y축에 수직인 방향을 z축이라고 하고, 사각뿔대 형상의 성형체를 수평면 상에 설치하고, x축과 z축을 포함하는 면에 의해 절단한 경우(도 3), 좌측변이 z축과 평행한 직선으로 되도록 몰드 형상의 최적화)를 행할 수 있다(도 4).
1. 해석 결과로부터, 이형 후의 성형체 좌측변의 각 절점 i의 x방향 좌표 x(i)를 취득한다.
2. 만곡의 기준점으로부터 y축에 평행인 보조선을 긋는다. 각 절점 i의 보조선에 대한 x 방향의 부호를 붙인 거리 d(i)(＝x(i)－x(0))을 산출한다.
3. 다음 식이 성립될 때, 최적화 루프를 종료한다. 단, ε은 최대 허용 만곡 깊이를 나타낸다.
d(i)<ε∀i.
4. 몰드 형상의 수정량 Δx(i)를 하기 식으로부터 산출한다.
Δx(i)＝－αd(i) (0<α<1)
5. 부해석(몰드의 형상 변경을 위한 정해석)을 행한다. 절점 i에 x방향의 강제 변위로서 Δx(i)를 부여한다. 이때, y방향으로는 변위를 부여하지 않는다.
6. 부해석의 결과로부터, 전체 절점의 좌표를 취득하고, 그것을 주해석의 초기 좌표로서 대입 갱신한다.
자외선 경화성 조성물의 경화 수축은 상전이를 포함하는 복잡한 현상이고, 해석이 곤란하지만, 본 발명의 몰드의 제조 방법에 의하면, 자외선 경화성 조성물의 경화 거동을 열점 탄성체의 고화 거동으로 치환하여 모델화하기 위해, 자외선 경화성 조성물의 변형을 유한 요소 해석법에 의해 시뮬레이트할 수 있고, 이것을 바탕으로 몰드를 제조하기 위한 금형을 설계하고, 상기 설계에 기초하여 얻어진 금형에, 액상의 몰드 형성 재료(예를 들어, 폴리디메틸실록산 등의 실리콘 수지 등)를 충전하고, 이것을 경화시키면, 종래에 비해 매우 단시간에, 원하는 형상의 성형체를 확실하게 형성할 수 있는 몰드를 제조할 수 있다.
[시뮬레이션 장치]
본 발명의 시뮬레이션 장치는, 자외선 경화성 조성물의 경화에 수반하는 변형을, 자외선 경화성 조성물의 경화 수축 [1]과 그것에 수반하는 몰드의 변형 [2]를 고려한 유한 요소 해석법에 의해 시뮬레이트하는(혹은, 시뮬레이트를 실현함) 장치이다.
본 발명의 장치는, 자외선 경화성 조성물의 경화 수축 [1]과 그것에 수반하는 몰드의 변형 [2]를 고려한 유한 요소 해석법에 의해 시뮬레이트하는 기능을 갖는 것이라면, 그 구성은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 하드 웨이퍼로서 컴퓨터식(예를 들어, CPU, 메모리 및 하드 디스크 등), 소프트웨어로서 오퍼레이팅 시스템 및 유한 요소 해석 소프트웨어(솔버, 프리 프로세서, 포스트 프로세서)를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 시뮬레이션 장치를 이용하면, 상전이를 포함하는 복잡한 현상인 곳의 자외선 경화성 조성물의 경화 수축과, 그것에 수반하는 몰드의 변형을 정확하게 예측할 수 있다. 본 발명의 시뮬레이션 장치를 이용하여 얻어진 변형의 정확한 예측은, 이것을 바탕으로 몰드를 제조하면, 원하는 형상의 성형체를 확실하게 제조할 수 있기 때문에 매우 유용하다.
[몰드]
본 발명의 몰드는 상술한 몰드의 제조 방법에 의해 얻어진다. 본 발명의 몰드는, 미리, 자외선 경화성 조성물의 경화 수축에 의한 변형이 시뮬레이션에 의해 예측되고, 이것이 설계에 반영되어 있다. 그 때문에, 본 발명의 몰드를 사용하면, 자외선 경화성 조성물의 경화물을 포함하는 성형체이며, 형상 정밀도가 우수한(특히, 면 정밀도가 우수함) 성형체를 확실하게 제조할 수 있다.
[몰드의 제조 장치]
본 발명의 몰드의 제조 장치는, 자외선 경화성 조성물의 성형에 사용되는 몰드의 제조 장치이며, 자외선 경화성 조성물의 경화에 수반하는 변형을, 자외선 경화성 조성물의 경화 수축 [1]과 그것에 수반하는 몰드의 변형 [2]를 고려한 유한 요소 해석법에 의해 시뮬레이트하고, 이것을 바탕으로 몰드를 설계, 제조하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 몰드의 제조 장치는, 자외선 경화성 조성물의 경화에 수반하는 변형을, 자외선 경화성 조성물의 경화 수축 [1]과 그것에 수반하는 몰드의 변형 [2]를 고려한 유한 요소 해석법에 의해 시뮬레이트하고, 이것을 바탕으로 몰드를 설계하여, 제조하는(예를 들어, 이것을 바탕으로 필요한 보정을 하여 몰드의 금형의 설계를 행하고, 얻어진 금형을 이용하여 몰드를 제조함) 기능을 갖는 것이라면, 그 구성은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 하드 웨이퍼로서 컴퓨터식(예를 들어, CPU, 메모리 및 하드 디스크 등), 소프트웨어로서 오퍼레이팅 시스템 및 유한 요소 해석 소프트웨어(솔버, 프리 프로세서, 포스트 프로세서)를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 몰드의 제조 장치를 이용하면, 상전이를 포함하는 복잡한 현상인 곳의 자외선 경화성 조성물의 경화 수축과, 그것에 수반하는 몰드의 변형을 정확하게 예측하고, 이것을 바탕으로 몰드를 제조하기 때문에, 변형의 보상이 이루어진 몰드를 제조할 수 있다. 이와 같이 하여 얻어진 몰드는, 이것을 사용하면, 원하는 형상의 성형체를 확실하게 제조할 수 있기 때문에 매우 유용하다.
[성형체의 제조 방법]
또한, 상기 몰드의 제조 방법에 의해 얻어진 몰드를 사용하여, 자외선 경화성 조성물을 성형하면, 원하는 형상의 성형체를 확실하게 얻을 수 있다.
성형체로서는, 예를 들어 마이크로미러 어레이를 들 수 있다. 마이크로미러 어레이는, 높이가 10 내지 1000㎛인 사각 기둥, 사각뿔대, 사각뿔 등의 입체 패턴이 격자상으로 다수 배열(예를 들어, 10 내지 1000㎛의 간격을 두고 격자상으로 배열)된 광학 부재이다(도 5 참조).
마이크로미러 어레이를 제조하는 경우의 몰드로서는, 사각 기둥이나 사각뿔의 반전 형상을 갖는 오목부가 격자상으로 다수 배열된 구성을 갖는 것이 바람직하다.
자외선 경화성 조성물을 성형하는 방법으로서는, 예를 들어, 하기 (1), (2)의 방법 등을 들 수 있다.
(1) 몰드에 자외선 경화성 조성물을 도포하고, 그 위로부터 기판을 압박하고, 자외선 경화성 조성물을 경화시킨 후, 몰드를 박리하는 방법
(2) 기판 상에 도포된 자외선 경화성 조성물에 몰드를 압박하여 성형하고, 자외선 경화성 조성물을 경화시킨 후, 몰드를 이형하는 방법
상기 기판으로서는, 400㎚의 파장의 광선 투과율이 90％ 이상인 기판을 사용하는 것이 바람직하고, 석영이나 유리를 포함하는 기판을 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 상기 파장의 광선 투과율은, 기판(두께: 1㎜)을 시험편으로서 사용하고, 당해 시험편에 조사한 상기 파장의 광선 투과율을 분광 광도계를 사용하여 측정함으로써 구해진다.
자외선 경화성 조성물의 도포 방법으로서는, 특별히 제한이 없이, 예를 들어, 디스펜서나 시린지 등을 사용하는 방법 등을 들 수 있다.
자외선 경화성 조성물의 경화는, 자외선을 조사함으로써 행할 수 있다. 자외선 조사를 행할 때의 광원으로서는, 고압 수은등, 초고압 수은등, 카본 아크등, 크세논등, 메탈 할라이드등 등이 사용된다. 조사 시간은, 광원의 종류, 광원과 도포면의 거리, 기타의 조건에 따라 다르지만, 길더라도 수십초이다. 조도는, 5 내지 200㎽ 정도이다. 자외선 조사 후에는 필요에 따라 가열(후경화)을 행하여 경화의 촉진을 도모해도 된다.
(자외선 경화성 조성물)
본 발명에 있어서의 자외선 경화성 조성물에는, 양이온 경화성 조성물 및 라디칼 경화성 조성물이 포함된다. 본 발명에 있어서는, 그 중에서도, 산소에 의한 경화 저해를 받지 않는 점에 있어서 양이온 경화성 조성물이 바람직하다.
양이온 경화성 조성물은, 양이온 경화성 화합물을 포함하는 조성물이고, 경화성이 우수하다. 특히, 양이온 경화성 화합물로서 에폭시 수지를 포함하는 조성물이 경화성이 우수하고, 광학 특성(특히, 투명성), 고경도 및 내열성을 겸비한 경화물이 얻어지는 점에서 바람직하다.
에폭시 수지로서는, 분자 내에 1 이상의 에폭시기(옥시란환)를 갖는 공지 내지 관용의 화합물을 사용할 수 있고, 예를 들어 지환식 에폭시 화합물, 방향족 에폭시 화합물, 지방족 에폭시 화합물 등을 들 수 있다. 본 발명에 있어서는, 그 중에서도, 내열성 및 투명성이 우수한 경화물을 형성할 수 있는 점에서, 분자 내에 지환 구조와, 관능기로서의 에폭시기를 갖는 지환식 에폭시 화합물이 바람직하고, 특히 다관능 지환식 에폭시 화합물이 바람직하다.
다관능 지환식 에폭시 화합물로서는, 구체적으로는,
(I) 지환을 구성하는 인접하는 2개의 탄소 원자와 산소 원자로 구성되는 에폭시기(즉, 지환 에폭시기)를 갖는 화합물
(II) 지환에 직접 단결합으로 결합한 에폭시기를 갖는 화합물
(III) 지환과 글리시딜기를 갖는 화합물
등을 들 수 있다.
다관능 지환식 에폭시 화합물로서는, 특히, 지환 에폭시기를 갖는 화합물 (I)이, 경화 수축률이 낮고, 형상 정밀도 및 광학 특성이 우수한 경화물이 얻어지는 점에서 바람직하다.
상술한 지환 에폭시기를 갖는 화합물 (I)로서는, 예를 들어 하기 식(1)로 표현되는 화합물을 들 수 있다.
Figure pct00003
상기 식(1)로 표현되는 화합물의 대표적인 예로서는, 3,4-에폭시시클로헥실메틸(3,4-에폭시)시클로헥산카르복실레이트, (3,4,3',4'-디에폭시)비시클로헥실, 비스(3,4-에폭시시클로헥실메틸)에테르, 1,2-에폭시-1,2-비스(3,4-에폭시시클로헥산-1-일)에탄, 2,2-비스(3,4-에폭시시클로헥산-1-일)프로판, 1,2-비스(3,4-에폭시시클로헥산-1-일)에탄 등을 들 수 있다.
본 발명에 있어서의 자외선 경화성 조성물은, 경화성 화합물로서 에폭시 수지 이외에도 다른 경화성 화합물을 함유하고 있어도 되고, 예를 들어 옥세탄 화합물, 비닐에테르 화합물 등의 양이온 경화성 화합물을 1종 또는 2종 이상 함유할 수 있다.
본 발명에 있어서의 자외선 경화성 조성물은, 경화성 화합물로서 에폭시 수지를 함유하는 것이 바람직하고, 특히, 경화성 화합물 전량의 50중량％(특히 바람직하게는 60중량％ 이상, 가장 바람직하게는 70중량％ 이상)가 다관능 지환식 에폭시 화합물을 포함하는 에폭시 수지인 것이 바람직하다.
상기 자외선 경화성 조성물은, 상기 경화성 화합물과 함께 광중합 개시제를 1종 또는 2종 이상 함유하는 것이 바람직하다. 광중합 개시제의 함유량은, 자외선 경화성 조성물에 포함되는 경화성 화합물(특히, 양이온 경화성 화합물) 100중량부에 대하여, 예를 들어 0.1 내지 5.0중량부가 되는 범위이다. 중합 개시제의 함유량이 상기 범위를 하회하면, 경화 불량을 일으킬 우려가 있다. 한편, 중합 개시제의 함유량이 상기 범위를 상회하면, 경화물이 착색되기 쉬워지는 경향이 있다.
본 발명에 있어서의 자외선 경화성 조성물은, 상기 경화성 화합물과 광중합 개시제와, 필요에 따라 다른 성분(예를 들어, 용제, 산화 방지제, 표면 조정제, 광증감제, 소포제, 레벨링제, 커플링제, 계면 활성제, 난연제, 자외선 흡수제, 착색제 등)을 혼합함으로써 제조할 수 있다. 다른 성분의 배합량은, 자외선 경화성 조성물 전량의, 예를 들어 20중량％ 이하, 바람직하게는 10중량％ 이하, 특히 바람직하게는 5중량％ 이하이다.
[성형체의 제조 장치]
본 발명의 성형체의 제조 장치는, 자외선 경화성 조성물의 경화에 수반하는 변형을, 자외선 경화성 조성물의 경화 수축 [1]과 그것에 수반하는 몰드의 변형 [2]를 고려한 유한 요소 해석법에 의해 시뮬레이트하고, 이것을 바탕으로 설계, 제조된 몰드를 사용하여 상기 자외선 경화성 조성물을 성형하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 성형체의 제조 장치는, 자외선 경화성 조성물의 경화에 수반하는 변형을, 자외선 경화성 조성물의 경화 수축 [1]과 그것에 수반하는 몰드의 변형 [2]를 고려한 유한 요소 해석법에 의해 시뮬레이트하고, 이것을 바탕으로 설계, 제조된 몰드를 사용하여 상기 자외선 경화성 조성물을 성형하는 기능을 갖는 것이라면, 그 구성은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 하드 웨이퍼로서 컴퓨터식(예를 들어, CPU, 메모리 및 하드 디스크 등), 소프트웨어로서 오퍼레이팅 시스템 및 유한 요소 해석 소프트웨어(솔버, 프리 프로세서, 포스트 프로세서)를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 성형체의 제조 장치를 이용하면, 상전이를 포함하는 복잡한 현상인 곳의 자외선 경화성 조성물의 경화 수축과, 그것에 수반하는 몰드의 변형을 정확하게 예측하고, 이것을 바탕으로 제조된 몰드를 사용하여 자외선 경화성 조성물을 성형하기 위해, 원하는 형상의 성형체를 확실하게 제조할 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실험예 1
몰드 상에 자외선 경화성 조성물(상품명 「CELVENUS OUH106」, 양이온 경화성 화합물과 광 양이온 중합 개시제를 함유하고, 양이온 경화성 화합물 전량의 80중량％가 에폭시 수지(다관능 지환식 에폭시 화합물을 포함함)인, (주)다이셀제)을 도포하고, 위로부터 투명 기판에 의해 형 폐쇄를 행하였다. 그 후, UV 조사(80㎽×30초)를 행하고, 계속해서, 이형하여 성형체를 얻었다(도 6). 얻어진 성형체는 측면의 중앙부로부터 중앙 하부에 걸쳐서 만곡 변위되어 있었다.
실시예 1(성형체 측면의 중앙부로부터 중앙 하부에 걸친 만곡에 대하여 검토)
자외선 경화성 조성물에 자외선을 조사하는 것에 의한 경화 수축을, 열점 탄성체를 냉각하는 것에 의한 수축 고화로 치환하여 모델화했다.
<열점 탄성체의 물성>
열 선팽창 계수: 0.0001K-1
즉시 영률: 250㎫
즉시 푸아송비: 0.3
일반화 Maxwell 모델:
g1＝0.99999
τ1＝1.0sec.
시간-온도 변환칙(WLF칙):
θ0: 25℃
C1＝10
C2:100℃
또한, 몰드는, 네오·훅 탄성체에 의해 모델화했다.
<네오·훅 탄성체의 물성>
초기 영률: 5Mpa
초기 푸아송비: 0.49
하기 수순에 따라, ABAQUOS/Standard의 사면체 2차 수정 하이브리드 요소(C3D10MH)를 사용한 유한 요소 해석을 행하였다.
<Step 1: 정지(1초)>
정해석
미끄럼 없음 접촉 개시
<Step 2: 고화 수축(100초)>
준성적 해석
열점 탄성체의 온도를 100℃부터 0℃까지, 1℃/초로 강하시킨다
<Step 3: 이형(10초)>
준성적 해석
접촉 제거
몰드를 400㎛로 인상한다
수치 해석에 의해 재현된 성형체 단면도(도 7)로부터, 중앙부로부터 중앙 하부에 걸친 만곡이, 상기 실험예의 결과와 정량적으로 일치하고 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 도 8, 도 9로부터, 중앙부와 중앙 하부의 만곡은, 각각 독립된 요인에 의해 야기되고 있는 것을 정량적으로 설명할 수 있었다. 즉, Step 2의 시각 t＝50s에 있어서의 x방향 변위를 표시한 도 8로부터, Step 2의 전반은 수지가 거의 경화되어 있지 않고, 수축에 수반하여 내부 유동이 발생하지만, 점착 접촉을 위해 좌측 몰드 벽면이 중심 방향으로 인장되어 휘어 있는 것을 알 수 있었다. 이때, 우측 몰드 벽면도 마찬가지로 중심 방향으로 인장되기 때문에, 주기 경계 조건을 통해 좌우 몰드의 서로 끌어당김이 발생하지만, 몰드는 좌우 비대칭인 형상을 갖고 있고, 좌측 절반의 수지의 쪽이 체적이 크고, 그것에 수반하는 수축도 크기 때문에, 좌측 몰드의 인장력의 쪽이 커져 중앙부로 휜다. 이것이, 성형체 측면 중앙 하부의 만곡의 원인이다.
한편, Step 2의 시각 t＝100s에 있어서의, y축에 수직인 단면도(도 9)는, 도 8에 비해 몰드 중앙부에서 팽창이 진행되고 있는 것을 알 수 있다. 수지의 경화에 의해 유동이 멈춘 후에도 수축은 일정 속도로 계속되기 때문에, 몰드가 배럴링함으로써 수축분의 공간을 매립하게 되고, 이 배럴링에 의해 몰드 중앙부가 팽창되고, 성형체 측면 중앙부가 만곡된다.
실시예 2
몰드의 초기 영률을 1000Gpa로 변경한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 유한 요소 해석을 행하였다. 그 결과, Step 2의 시각 t＝100s에 있어서의, y축에 수직인 단면도(도 10)에서는, 성형체 측면 중앙부의 만곡은 보이지 않았다.
이것으로부터, 성형체 측면 중앙부의 만곡의 발현에는, 몰드의 유연함에 기인하는 배럴링이 관여되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 1, 2 및 실험예 1의 결과로부터, 성형체 측면의 중앙부로부터 중앙 하부에 걸친 만곡의 발현에는, 수지의 경화 수축과, 그것에 수반하는 몰드의 변형이 관여되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 유한 요소 해석법에 의해, 수지의 경화 수축과, 그것에 수반하는 몰드의 변형을 고려한 연산을 행하면, 성형체의 변형을 정확하게 시뮬레이트할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 3(잔막층 두께에 대하여 검토)
잔막층의 두께를 100㎛로 한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 유한 요소 해석을 행하였다. 그 결과, Step 2의 시각 t＝100s에 있어서의, y축에 수직인 단면도(도 11)로부터, 잔막층의 대략 전역이 유동에 관여하고, 저면의 고정 경계의 간섭에 의해 유동이 다소 제한되어 있는 모습이 보였다. 또한, 잔막층의 두께가 얇으므로, 양측으로부터 중앙부로 인입하려고 하는 유동이 컸다.
실시예 4(잔막층 두께에 대하여 검토)
잔막층의 두께를 200㎛로 한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 유한 요소 해석을 행하였다. 그 결과, Step 2의 시각 t＝100s에 있어서의, y축에 수직인 단면도(도 12)로부터, 만곡은 잔막층의 두께가 100㎛인 경우와 거의 변화가 없었다. 잔막층의 상부(100㎛ 두께 부분)가 주로 유동에 관여하고, 하부(100㎛ 두께 부분)의 유동량은 한정적이었다.
실시예 5(잔막층 두께에 대하여 검토)
잔막층의 두께를 300㎛로 한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 유한 요소 해석을 행하였다. 그 결과, Step 2의 시각 t＝100s에 있어서의, y축에 수직인 단면도(도 13)로부터, 만곡은 잔막층의 두께가 100㎛인 경우와 거의 변화가 없었다. 잔막층의 상부(100㎛ 두께 부분)가 주로 유동에 관여하고, 중부(100㎛ 두께 부분)의 유동량은 한정적이고, 하부(100㎛ 두께 부분)는 거의 유동되어 있지 않았다.
실시예 3 내지 5의 결과로부터, 잔막층의 두께는, 전사 정밀도에 대한 영향은 거의 없는 것을 확인할 수 있었다. 더 상세하게는, 잔막층의 두께를 100㎛보다 얇게 하면, 유동 저항이 커져, 만곡에 영향이 발생하는 경우가 있지만, 잔막층의 두께가 100㎛ 이상이면 되고, 가령 잔막층의 두께를 200㎛ 이상으로 두껍게 해도, 전사 정밀도를 향상시키는 효과는 얻지 못하는 것을 알 수 있었다. 따라서, 잔막층 두께의 요소를 유한 요소 해석법에 의한 시뮬레이트에 더할 필요가 없는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 6(경화 거동의 측정에 의한 물성값 동정 방법을 사용한 검토)
안톤파르사제 레오미터(MCR-301)를 사용하여, 실험예 1에서 사용한 자외선 경화성 조성물(상품명 「CELVENUS OUH106」, (주)다이셀제)의 경화 거동(갭 변화율, 저장 횡탄성률(G') 및 손실 횡탄성률(G"))을 각 회전 진동의 진동수마다(0.1 내지 10㎐) 측정했다.
측정에서의 UV 조사 조건은 실험예 1과 동등해지도록 조정했다(80㎽×30초). UV 조사 조건은 항상 일정하게 하고 있고 갭 변화율은 진동수에 따르지 않는다. 갭 변화율의 대표적인 결과를 도 14에 도시한다. 한편, 횡탄성률은 진동수마다 결과가 다르기 때문에, 대표적인 3조건(10㎐, 1㎐ 및 0.1㎐)의 결과를 도 15, 16에 도시한다. 금회의 측정에 사용한 자외선 경화성 조성물은, 30초간의 UV 조사 후에도 수축과 경화가 계속해서 진행되고 있는 점에서, 암 경화가 진행되는 것이 판독된다.
자외선 경화성 조성물에 UV 조사함으로써 진행되는 경화 반응은, 열점 탄성체의 냉각(예를 들어, 100℃부터 0℃까지 냉각)에 의한 고화 반응으로 치환하여 모델화하기 위해, 물성값의 동정에 앞서, 반응 진행의 척도로서 온도를 설정할 필요가 있다. 여기서는 온도의 시각 이력을 θ(t)＝－t로 설정했다. 또한, 여기서 설정하는 「온도」는 실제의 온도와는 무관계인 어디까지나 가상적인 값이다.
측정에서 얻어진 갭 변화율의 시각 이력으로부터 온도 의존의 열팽창 계수를 동정했다. 체적 팽창 계수 β는 선팽창 계수α의 3배인 것에 주의하고, 초기 상태를 기준으로 하여 온도에 의존하는 선팽창 계수 α(θ)를 도 14의 결과로부터 구하면 도 17의 그래프가 테이블 데이터로서 얻어졌다.
측정에서 얻어진 횡탄성률의 시각 이력을 사용하여, 시간-온도 환산칙의 시프트 팩터를 동정했다. 온도에 의존하는 시프트 팩터 A(θ)는, 기준 온도 θref를 정한 후에 G'(ω) 및 G"(ω)의 마스터 커브(ω: 각진동수)가 매끄러운 함수가 되도록 다양한 샘플 온도에서의 시프트 팩터를 정함으로써 구해진다.
또한, 본 실시예에서는 시간-온도 환산에 WLF칙 등을 사용하지 않고, 더 범용적으로 적용 가능한 테이블 데이터에 의한 환산을 행하고 있다. 기준 온도 θref＝－1800으로 하고, 도 15, 16을 바탕으로 시프트를 행하여 얻어진 G'(ω) 및 G"(ω)의 마스터 커브를 도 18, 19에 도시한다. 그래프의 보기 쉬움을 위해 6개의 샘플 온도에 있어서의 데이터만을 도시하고 있다. 정한 시프트 팩터를 온도의 함수 A(θ)로 하여 플롯하면 도 20이 얻어졌다.
또한, 얻어진 마스터 커브를 사용하여 Prony 급수의 계수를 동정했다. 많은 열점 탄성체의 경우와 마찬가지로, 체적 탄성률에는 점성이 없고 횡탄성률에만 점성이 있는 것이라고 생각한다. 자외선 경화성 조성물은 유체로부터 고체로 상변화를 일으키기 때문에, 그 변형 거동을 정확하게 재현하기 위해서는 광범위한 시상수에 걸쳐서 Prony 급수의 계수를 동정할 필요가 있다. 즉시 횡탄성률 및 즉시 푸아송비 등은 완전 경화된 후의 벌크 시험편에 대하여 재료 시험을 실시함으로써 구해진다. 한편, 장기 횡탄성률은 실험적으로 구하는 것이 곤란한 물성값이다. 따라서, 레오미터에 의한 측정 범위에 비추어 충분히 작다고 간주할 수 있는 값(예를 들어, 즉시 횡탄성률×10-6 정도의 값)을 장기 횡탄성률로 정함으로써 끝없이 유체에 가까운 거동을 재현했다.
도 18, 19에 대하여 Prony 급수의 계수를 동정하여 얻어진, 기준 온도 θref＝－1800에 있어서의 G'(ω) 및 G"(ω)의 마스터 커브를 도 21, 22에 도시한다. Prony 급수의 시상수 τ에는 10-3, 10-2, …1016(s)의 20항을 사용했다.
이렇게 하여 얻어진 물성값(온도 의존의 열팽창 계수, 온도 의존의 시프트 팩터, Prony 급수의 계수, 즉시 횡(또는 종)탄성률 및 즉시 푸아송비)을 자외선 경화성 조성물의 재료 물성으로 하고, 또한 영역 조건으로서 온도의 시간 변화(θ(t)＝－t)를 부여함으로써 수치 해석이 실시 가능하게 되었다. 또한, 몰드의 물성값 데이터는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 유한 요소 해석을 행하였다. 수치 해석에 의해 재현된 성형체 단면도(도 23)로부터, 중앙부로부터 중앙 하부에 걸친 만곡이, 상기 실험예의 결과와 정량적으로 일치하고 있는 것을 알 수 있었다.
이상의 결과로부터, 본 발명의 방법에 의해, 자외선 경화성 조성물의 경화 수축과, 그것에 수반하는 몰드의 변형을 시뮬레이션에 의해 예측할 수 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법을 사용하면, 필요한 보정을 연산에 의해 구할 수 있고, 연산에 의해 구해진 보정을 설계에 반영시킴으로써, 더 빠르고, 확실하고, 저렴하게, 고정밀도의 성형체를 제조할 수 있는 몰드가 얻어진다. 또한, 이 몰드를 사용하면, 고정밀도의 성형체가 효율적으로 얻어진다.
본 발명의 몰드의 제조 방법에 의하면, 종래는 시작을 반복해서 행하고 방대한 시간이나 비용을 들여서 행한 몰드의 설계를, 시뮬레이션에 의해 변형을 예측하고, 필요한 보정을 설계에 반영시킴으로써, 더 빠르고, 확실하게 행할 수 있다.
또한, 상기 방법으로 얻어지는 몰드는, 예측되는 변형을 상쇄하도록 보정된 형상을 갖기 때문에, 당해 몰드를 사용하면, 형상 정밀도가 우수한 성형체가 효율적이고, 또한 저렴하게 얻어진다. 그 때문에, 마이크로미러 어레이 등의 높은 면 정밀도가 요구되는 미세 구조물을 광 임프린트로 제조하는 용도에 적합하게 사용된다.
1: 마이크로미러 어레이
2: 입체 패턴
3: 잔막층

Claims (10)

  1. 자외선 경화성 조성물의 성형에 사용되는, 탄성체를 포함하는 몰드의 제조 방법이며, 자외선 경화성 조성물의 경화에 수반하는 변형을, 자외선 경화성 조성물의 경화 수축 [1]과 그것에 수반하는 몰드의 변형 [2]를 고려한 유한 요소 해석법에 의해 시뮬레이트하고, 이것을 바탕으로 몰드를 설계하는 것을 특징으로 하는 몰드의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 자외선 경화성 조성물의 경화 수축 [1]을 열점 탄성체의 냉각에 수반하는 수축으로 치환하고, 열점 탄성체의 열팽창 계수와, 냉각에 수반하는 점성 완화 시간의 증가에 의해 모델화하는 몰드의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 몰드의 변형 [2]를 초탄성체에 의해 모델화하는 몰드의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 몰드의 제조 방법에 의해 얻어지는 몰드.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 몰드의 제조 방법에 의해 몰드를 제조하고, 얻어진 몰드를 이용하여 자외선 경화성 조성물을 성형하는 공정을 거쳐서, 상기 자외선 경화성 조성물의 경화물을 포함하는 성형체를 얻는 성형체의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 성형체가 마이크로미러 어레이인 성형체의 제조 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 기재된 성형체의 제조 방법으로 얻어지는 성형체.
  8. 자외선 경화성 조성물의 경화에 수반하는 변형을, 자외선 경화성 조성물의 경화 수축 [1]과 그것에 수반하는 몰드의 변형 [2]를 고려한 유한 요소 해석법에 의해 시뮬레이트하는 시뮬레이션 장치.
  9. 자외선 경화성 조성물의 성형에 사용되는 몰드의 제조 장치이며, 자외선 경화성 조성물의 경화에 수반하는 변형을, 자외선 경화성 조성물의 경화 수축 [1]과 그것에 수반하는 몰드의 변형 [2]를 고려한 유한 요소 해석법에 의해 시뮬레이트하고, 이것을 바탕으로 몰드를 설계, 제조하는 것을 특징으로 하는 몰드의 제조 장치.
  10. 자외선 경화성 조성물의 경화에 수반하는 변형을, 자외선 경화성 조성물의 경화 수축 [1]과 그것에 수반하는 몰드의 변형 [2]를 고려한 유한 요소 해석법에 의해 시뮬레이트하고, 이것을 바탕으로 설계, 제조된 몰드를 사용하여 상기 자외선 경화성 조성물을 성형하는 것을 특징으로 하는 성형체의 제조 장치.
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