KR20210104020A - 조절할 수 있는 높은 치수 안정성을 갖는 가요성 스탬프 - Google Patents
조절할 수 있는 높은 치수 안정성을 갖는 가요성 스탬프 Download PDFInfo
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Abstract
가요성 스탬프로서, 적어도 3개의 층, 릴리프 영역(203B)을 갖는 텍스처링 층(203)으로서의 상부 층, 강화 층(202) 및 보호 층(201)을 포함하고, 상기 강화 층(202)이, 10ppm/℃ 이하의 열팽창 계수, 10 내지 200GPa 범위의 영 모듈러스, 300㎛ 미만의 층 두께, 및 상기 릴리프 영역(203B)을 적어도 커버하는 영역을 가짐을 특징으로 하는, 가요성 스탬프.
Description
본 발명은, 개별 기판 위에 임프린팅 라커(lacquer)를 치수 안정성 가요성 스탬프로 임프린팅한 다음, 상기 임프린팅된 라커를 경화시켜, 상기 개별 기판 상에 추가의 기능성 텍스처링된 층을 형성시킴에 의해, 개별 기판, 예를 들면, 디스플레이, 조명 또는 태양광 패널을 텍스처링(texturing)하기 위한 방법 및 재료에 관한 것이다. 이러한 추가의 층의 기능은, 무엇보다도, 광 관리 층으로부터 소수성 층, 장식 용도, 바이오 센서에서의 용도 또는 에칭 레지스트로서의 용도까지 다양할 수 있다.
기판 상의 기능성 텍스처링 층의 사용은 중요한 주제이다. 이러한 층의 현명한 사용은 성능을 향상시킬 수 있거나, 비용을 감소시킬 수 있거나, 또는 임프린팅된 기판을 포함하는 제품의 시각적 외관을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 확산 층이 디스플레이에 사용되어, 보다 더 얇은 LED 백라이트 컨셉을 사용할 수 있고, 측면으로부터 상기 디스플레이를 조명할 수 있게 한다. 다른 새로운 첨단 기술의 가능성은, 기능성 텍스처링된 층을 태양광 패널에 통합하여 효율성을 향상시키거나, 보다 더 많은 광을 추출하기 위한 유기 발광 다이오드(OLED) 조명 패널에 통합하는 것이다.
임프린트 리소그래피를 사용하여 기능성 텍스처링된 층을 만들 수 있다. 이 경우, 기판, 몰드(mold) 또는 이들 둘 다는 라커(수지 또는 레지스트)로 코팅된다. 라커를 기판들 사이에 두고 몰드를 압착(press)한 후, 텍스처링된 라커가 고체 상태로 경화된다. 경화 방법은 열 또는 UV 광 조사일 수 있다. 이러한 기술은 이미 1978년에 미국 특허 4,128,369에 언급되었다. 초우(Chou)는 1995년에 추가의 선구적인 작업을 수행했다. 그는 강성 스탬프를 사용하여 25nm 미만의 텍스처를 높은 처리량 생산으로 복제(replicated)할 수 있음을(미국 특허 5,772,905, 또는 스티븐 와이. 초우, 피터 알. 크라우스, 프레스톤 제이. 렌스트롬(Stephen Y. Chou, Peter R. Krauss, Preston J. Renstrom)의 문헌(Appl. Phys. Lett. 67 (1995) 3114-3116)에서 입증했다. 이후에 강성 몰드 또는 굽혀진 얇은 금속 시트에 압력을 가하는 롤러를 사용하여 텍스처를 복제하는 것이 입증되었다(문헌[Hua Tan, Andrew Gilbertson, Stephen Y. Chou, J. Vac. Sci. Technol., B 16 (1998) 3926-3928]).
많은 기관들 및 회사들이 이러한 작업을 계속하여 상이한 기술들을 개발했다.
반도체 산업에서, 플레이트-투-플레이트(plate-to-plate) 임프린팅이, 강성 스탬프를, 미국 특허 6,334,960, 미국 특허출원 2004/0065976 및 미국 특허 8,432,548에 기재된 전사 프로세스, 재료 및 정확한 위치와 결합하여 사용하여 적용된다.
롤-투-롤(roll-to-roll) 임프린팅 기술은, 텍스처링된 롤러를, 예를 들면 미국 특허 8,027,086에 기재된 연속 공정에서 포일 또는 필름을 텍스처링하기 위한 가요성 기판과 조합하여 사용된다.
첫 번째로 언급된 플레이트-투-플레이트 기술은, 균일한 편평 웨이퍼 상의 소형 텍스처(100nm 미만의 해상도)의 정밀한 웨이퍼-스케일 임프린팅을 높은 위치 정확도로 하기 위해 디자인되었다. 그러나, 중국 특허출원 CN 103235483에 기재된 바와 같이, 상기 기술은 보다 더 큰 면적으로 확장하기가 어렵다.
롤-투-롤 기술을 사용하여, 텍스처링된 포일을 높은 생산 속도로 지속적으로 제조할 수 있다. 이러한 포일은 가요성 응용 분야를 위한 기판으로 사용할 수 있거나, 또는 강성 기판에 적층할 수 있다. 그러나, 강성 기판으로의 적층은, 텍스처링된 포일을 강성 기판 또는 제품에 접착하기 위한 중간 접착 층의 추가의 비용이 발생된다. 따라서, 세 번째 새로운 기술인 직접 롤-투-플레이트 임프린팅이 개발되어 있다. 이에 의해 기능성 텍스처링된 층이, 수십 내지 수백 ㎛ 두께의 중간의 두꺼운 접착 층 없이 개별 기판에 직접 적용된다. 이러한 방법에서, 프랑스 특허 2,893,610에 예시된 텍스처링된 롤러 또는 미국 특허 7,824,516에 개시된 제거 가능한 가요성 스탬프가 사용된다.
롤-투-플레이트 복제 방법에서 가요성 스탬프의 사용은 몇 가지 이점이 있다. 재료 및 제조방법이 비용 효율적이다. 또한, 가요성 스탬프를 쉽게 교환할 수 있다. 가요성 스탬프 사용의 단점도 있다. 가장 중요한 단점은 중합체 기반 가요성 스탬프는 측면 치수 안정성이 제한적이라는 것이다. 온도, 습도 또는 장력이 장비 내에서 또는 가공 동안 변경되면, 가요성 스탬프는 팽창되거나 수축된다. 대부분의 응용 분야에서 가요성 스탬프는 사용되는 기판과 상이한 팽창 계수를 갖는다. 기판은 대부분의 경우 개별적이며, 강성 금속, 중합체, 규소 또는 유리판이다. 따라서, 온도 또는 습도 수준의 변화는 임프린팅 과정 후 기판 상의 임프린팅된 텍스처의 측면 치수들이 상이하게 되도록 한다. 이 경우, 광학적 성질들이 이동(shift)되거나, 후가공 단계에서 적용되는 언더라잉 구조 또는 패턴에 대해 잘못된 위치에 텍스처가 배치된다. 많은 응용 분야에서는, 1m에 걸쳐 수 ㎛와 같이 매우 제한된 측면 치수 변화만이 허용된다.
측면 치수의 변화에 대한 영향이 온도 변화에 따라 두드러지기 때문에, 본 발명은 열팽창에 초점을 맞추고 있다. 습도 변화는 비슷한 영향을 미친다. 또한, 변형 또는 장력은 가요성 스탬프를 변형시킨다. 이러한 설명의 맥락에서, 열팽창이 언급되는 곳에서 습도 팽창 또는 장력에 의한 팽창도 해석될 수 있다. 팽창이 언급되는 경우, 수축은 네거티브(negative) 팽창의 한 형태로 해석될 수 있다.
특허출원 WO 2016/128494에, 가요성 스탬프의 디자인이 설명되어 있다. 이에 의해, 가요성 스탬프는 스탬프 베이스(base) 또는 베이스 층, 및 상부 상의 텍스처링된 층을 포함한다. 가요성 스탬프는 하나의 층 또는 여러 층들일 수 있으며, 베이스 층 및 텍스처링된 상부 층을 갖는다. 베이스 층의 경우, 플라스틱 포일 및 얇은 금속 시트를 포함하여 여러 재료가 언급되어 있다.
문헌 US 2005/0238967 A1은 소프트 리소그래피용 복합 패터닝 장치를 개시하며, 상기 복합 패터닝 장치는 복수의 중합체 층을 포함한다.
가요성 스탬프의 치수 안정성을 개선하기 위한 간단한 해결책은. 열팽창이 매우 낮은 재료를 베이스 층으로 사용하는 것이다. 베이스 층으로 가요성 강화 폴리카보네이트를 사용할 수 있다. 그러나 이러한 강화 소재의 열팽창 계수는 10ppm/℃ 초과로 크다.
특허출원 WO 2016/128494에서 금속 시트의 사용이 언급되었다. 특허출원 KR 2008/0044052에서, 플레이트-투-플레이트 응용 분야에서 유리 시트를 몰드로 사용하는 것이 논의되었다. 그러나, 두꺼운 유리 시트 및 금속 시트는 강성이어서 다음 두 가지 주요 단점을 갖는다. 첫째, 롤-투-롤 또는 롤-투-플레이트 임프린트 공정에 사용되는 가요성 스탬프에 필요한 롤러를 통해 상기 시트들을 가이딩(guided)할 수 없다. 둘째, 강성 스탬프의 박리에는 보다 더 높은 힘이 필요하다.
롤-투-플레이트 임프린팅의 경우, 스탬프가 롤러를 통해 운반되므로 상당한 가요도(degree of flexibility)를 필요로 한다. 얇은 금속은 충분히 가요성이지만 투명하지 않아, 금속 가요성 스탬프를 통한 UV 경화가 불가능하다.
두께가 300㎛ 초과인 유리는 충분히 가요성이지 않으며, 원하는 반경에서 굽힐 때 파손된다. 두께가 300㎛ 미만인 유리는 충분히 가요성일 수 있지만, 파손되기 쉽다. 특히, 유리의 에지(edge)에 매우 작은 힘이 가해져도 균열이 발생한다. 유리에 추가의 층을 적용하면, 유리 시트의 치수 안정성이 저하되므로 바람직하지 않다. 따라서, 상기 간단한 해결책은 롤-투-플레이트 임프린팅에서는 사용할 수 없다.
출원 WO 2016/12849에서, 강건성(robustness)을 향상시키기 위해 보다 더 많은 층이 추가될 수 있다고 언급된다. 이를 실시하는 방법은 개시되어 있지 않다.
EP-A-3028771에, 스탬프와 기판 사이의 정확한 오버레이 정렬을 얻기 위해서는, 스탬프가, 텍스처가 복제되는 기판과 동일한 팽창 계수를 가져야한다고 언급되어 있다. 예를 들면, 상기 특허출원은, 강(steel) 보호 층이 있는 가요성 플레이트-투-플레이트 스탬프를 사용하는, 강 기판에 대한 마이크로 텍스처 또는 나노 텍스처의 복제를 논의한다. 상기 스탬프는 텍스처링 층이 가요성이기 때문에 가요성 스탬프라고 한다. 목적은 플레이트-투-플레이트 복제 방법에 사용하기 위한 것이다. 강 스탬프는 롤러를 통해 운반될 수 없으므로, 제안된 해결책은 롤-투-플레이트 방법에서 사용할 수 없다. 상기 특허출원은 상이한 응용 분야들을 위해 상이한 팽창 계수를 가진 스탬프를 갖는 것의 중요성을 보여준다.
EP-A-3370250은, 제1 수지 층, 제1 유리 기판 층 및 제2 수지 층을 포함하는 3층 구조를 가질 수 있는 필름 몰드를 개시한다. 상기 제2 수지 층은 수지 또는 포일, 또는 접착 층을 사용하여 유리에 추가된 포일일 수 있다. 그러나, 실제로 유리 기판 층은 여러 번 사용 후 파손되거나 균열이 발생하는 경향이 있다.
본 발명이 기초하는 과제는, 치수적으로 안정한 가요성 스탬프, 특히 20ppm/℃ 미만의 낮고 조절 가능한 열팽창 계수를 갖는, 개별 기판의 롤-투-플레이트 임프린팅을 가능하게 하는 가요성 스탬프로서, 유리 층이 균열 또는 파손을 제공하지 않고 수 회 사용할 수 있는 가요성 스탬프를 제공하는 것이다. 가요성 스탬프의 파손은 가요성 스탬프의 재사용을 제한한다. 따라서, 가요성 스탬프의 재사용을 가능하게 하고 제조 비용을 낮추기 위해, 낮고 조절 가능한 팽창 계수를 갖는 보다 강건한 가요성 스탬프의 디자인이 중요하다.
상기 과제는, 가요성 스탬프로서,
적어도 텍스처링 층(texturing layer)(203)으로서의 상부 층을 포함하고, 또한,
릴리프 영역(relief area)(203B), 강화 층(202) 및 보호 층(201)을 포함하고,
상기 강화 층(202)이, 10ppm/℃ 이하의 열팽창 계수, 10 내지 200GPa 범위의 영 모듈러스(Young's modulus), 300㎛ 미만의 층 두께, 및 상기 릴리프 영역(203B)을 적어도 커버하는 영역(area)을 가지며,
상기 강화 층(202)이, 상기 텍스처링 층(203), 상기 보호 층(201) 및 하나 이상의 추가의 층들로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 층에 의해 차폐(shielded)됨을 특징으로 하는, 가요성 스탬프에 의해 해결된다.
상기 적어도 3층의 또는 다층의 강화 가요성 스탬프는, 종종 열 및 습도 변화 및 장력 변화에 의해 야기되는 측면 치수의 변화를 최소로 하여 개별 기판들을 임프린팅할 수 있게 한다. 상기 다층 스탬프는 직경 300mm의 표준 웨이퍼 크기와 비교하여 보다 더 큰 면적을 갖도록 제조될 수 있다. 상기 다층 강화된 가요성 스탬프의 열팽창은 현재의 표준 가요성 스탬프의 팽창 계수보다 상당히 낮다. 표준 폴리카보네이트의 열팽창 계수는 65 내지 70ppm/℃이다. 예를 들면, 강화 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 강화된 가요성 포일은 20ppm/℃의 최소 열팽창을 갖는다. 열팽창 계수는 ASTM E228에 따라 계측할 수 있다.
또한, 가요성 스탬프의 강화 층은 ASTM E11에 따라 계측시 10 내지 200GPa 범위의 영 모듈러스를 갖는다.
본 발명에서 제공되는 다층 강화된 가요성 스탬프는 서로 결합된 3개 이상의 층을 포함한다. 따라서, 다층 강화된 가요성 스탬프는 릴리프 영역을 갖는 텍스처링 층, 상기 텍스처링 층만큼 낮은 열팽창 계수를 갖는 하나 이상의 강화 층, 및 상기 강화 층보다 더 높은 열팽창 계수를 갖는 하나 이상의 보호 층을 가질 수 있다. 이에 의해, 상기 강화 층은 상기 릴리프 영역을 적어도 커버하는 영역을 갖는다.
본 발명의 범위 내에서, 용어 "차폐"는 강화 층이, 예를 들면 상기 강화 층을 손상시킬 수 있는 물체 또는 힘으로부터 보호되는 것으로 이해해야 한다. 가요성 스탬프에서, 강화 층은 적어도 하나의 층에 의해 차폐되며, 상기 적어도 하나의 층은 상기 강화 층의 에지 및/또는 코너(corner) 부분 주위에서 적어도 부분적으로 연장된다. 텍스처링 층(203), 보호 층(201) 및 하나 이상의 추가의 층으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 층이, 상기 강화 층의 에지 부분 및/또는 코너 부분을 넘어서 또는 이들 부분 주위로 적어도 부분적으로 연장되는 경우, 상기 층 또는 상기 층(들)은 "차폐 층"이다.
강화 층은 3차원 층일 수 있으며, 상기 3차원 층은 제1 주 표면, 제2 주 표면, 및 상기 제1 주 표면과 상기 제2 주 표면에 대해 수직이고 상기 강화 층의 제1 주 표면 및 제2 주 표면의 연장을 제한하는 적어도 하나의 측면 표면을 포함한다. 이에 의해, 강화 층은 직사각형, 사다리꼴, 원형 또는 타원형과 같은 임의의 적절한 형태를 가질 수 있다. 바람직하게는, 강화 층은 상기 강화 층이 제1 주 표면, 제2 주 표면, 및 상기 제1 주 표면 및 상기 제2 주 표면에 대해 수직인 4개의 측면을 포함하도록 직사각형 형태를 갖는다.
제1 주 표면 및 제2 주 표면은 서로 평행하고 반대 방향을 마주할 수 있다. 바람직하게는, 제1 주 표면은 릴리프 영역을 마주하고, 제2 주 표면은 릴리프 영역을 마주하지 않는다.
바람직한 양태에서, 텍스처링 층, 보호 층 또는 하나 이상의 추가의 층으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 층에 의해 강화 층의 코너 부분 및/또는 에지 부분을 적어도 부분적으로 차폐하기 위해, 상기 적어도 하나의 층은 강화 층의 에지 부분 및/또는 코너 부분 주위에서 적어도 부분적으로 연장된다.
추가의 바람직한 양태에서, 적어도 하나의 층은 강화 층의 적어도 하나의 측면 표면 및 제1 주 표면 및/또는 제2 주 표면을 차폐한다. 바람직하게는, 적어도 하나의 층은 적어도 하나의 측면 표면 및 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 차폐한다.
바람직한 양태에서, 강화 층의 적어도 하나의 코너 부분, 바람직하게는 적어도 2개의 코너 부분, 보다 바람직하게는 적어도 3개의 코너 부분, 보다 더 바람직하게는 적어도 4개의 코너 부분, 가장 바람직하게는 모든 코너 부분은 적어도 하나의 층에 의해 적어도 부분적으로 차폐된다.
추가의 바람직한 양태에서, 강화 층의 적어도 하나의 에지 부분, 바람직하게는 적어도 2개의 에지 부분, 보다 바람직하게는 적어도 3개의 에지 부분, 보다 더 바람직하게는 적어도 4개의 에지 부분, 가장 바람직하게는 모든 에지 부분은 적어도 하나의 층에 의해 적어도 부분적으로 차폐된다.
차폐된 코너 부분의 수 및 에지 부분의 수가 동일하거나 상이할 수도 있다. 바람직하게는, 강화 층의 모든 코너 부분 및 에지 부분은 적어도 부분적으로 차폐된다.
강화 층의 코너 부분 및/또는 에지 부분을 적어도 부분적으로 차폐함으로써, 강화 층의 파손 경향이 제거되거나 적어도 감소되어 강화된 가요성 스탬프가 수 회 사용될 수 있는 것으로 생각된다.
바람직한 양태에서, 강화 층의 코너 부분 및/또는 에지 부분을 차폐하는 적어도 하나의 층은 제1 주 표면 및 제2 주 표면을 적어도 부분적으로 차폐한다. 바람직하게는, 제1 주 표면을 적어도 부분적으로 차폐하는 적어도 하나의 층, 및 제2 주 표면을 적어도 부분적으로 차폐하는 적어도 하나의 층은 별도의 층이다.
또 다른 바람직한 양태에서, 강화 층의 코너 부분 및/또는 에지 부분을 차폐하는 적어도 하나의 층은 강화 층의 코너 부분 및/또는 에지 부분을 둘러싼다(encompass).
바람직한 양태에서, 강화 층의 코너 부분 및/또는 에지 부분을 차폐하는 적어도 하나의 층은, 제1 주 표면 면적의 적어도 10%, 바람직하게는 적어도 30%, 보다 더 바람직하게는 적어도 50%, 보다 더 바람직하게는 적어도 75%, 가장 바람직하게는 적어도 95%에 걸쳐 연장된다.
또 다른 바람직한 양태에서, 강화 층의 코너 부분 및/또는 에지 부분을 적어도 부분적으로 차폐하는 적어도 하나의 층은, 제2 주 표면 면적의 영역의 적어도 10%, 바람직하게는 적어도 30%, 보다 더 바람직하게는 적어도 50%, 보다 더 바람직하게는 적어도 75%, 가장 바람직하게는 적어도 95%에 걸쳐 연장된다.
바람직하게는, 강화 층의 코너 부분 및/또는 에지 부분을 적어도 부분적으로 차폐하는 적어도 하나의 층은 강화 층을 둘러싼다.
적어도 하나의 층은 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있으며, 바람직하게는 하나 이상의 추가의 층은 글루(glue), 감압(pressure sensitive) 접착제, 경화된 유기 층으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 재료, 예를 들면 아크릴레이트 재료, 졸-겔 재료, 에폭시 또는 이들의 조합이지만 이로 제한되지 않는 재료를 포함하는 접착 층이다.
바람직하게는, 적어도 하나의 층은 텍스처링 층, 보호 층, 글루 층 또는 이들의 조합이다.
또 다른 바람직한 양태에서, 가요성 스탬프는 강화 층의 측면 상에 추가의 보호 층을 포함하며, 상기 강화 층의 측면은 각각 텍스처링 층 및 릴리프 영역을 마주하는 측면과는 반대 방향이고, 상기 추가의 보호 층의 팽창은 강화 층의 팽창보다 더 작다. 또한, 추가의 보호 층의 팽창은 텍스처링 층의 팽창보다 더 큰 것이 바람직하다.
이러한 추가의 보호 층은 치수 안정성 조절 층으로 작용할 수 있으며, 이는 릴리프 영역이 위치하는 영역의 치수 안정성을 조절할 수 있다.
추가의 양태에서, 가요성 스탬프는 하나 이상의 추가의 강화 층을 포함한다.
본 발명은 지금부터 다음 도면을 참조하여 보다 더 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 임프린팅 공정을 개략적으로 도시한다.
도 2는 강화 층 및 보호 층이 있는 다층 강화된 가요성 스탬프의 상이한 레이아웃(layout)들을 측면에서 개략적으로 도시한다.
도 3은 2개의 다층 강화된 가요성 스탬프 디자인을 포함하여 상이한 가요성 스탬프 레이아웃들에 대한 열팽창 계측 결과를 도시한다.
도 4는 강화 층의 4개의 외부 영역에 보호 층이 있는 다층 강화된 가요성 스탬프를 평면 및 측면에서 개략적으로 도시한다.
도 5는 강화 층의 2개의 외부 영역에 보호 층이 있는 다층 강화된 가요성 스탬프를 평면에서 개략적으로 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 임프린팅 공정을 개략적으로 도시한다.
도 2는 강화 층 및 보호 층이 있는 다층 강화된 가요성 스탬프의 상이한 레이아웃(layout)들을 측면에서 개략적으로 도시한다.
도 3은 2개의 다층 강화된 가요성 스탬프 디자인을 포함하여 상이한 가요성 스탬프 레이아웃들에 대한 열팽창 계측 결과를 도시한다.
도 4는 강화 층의 4개의 외부 영역에 보호 층이 있는 다층 강화된 가요성 스탬프를 평면 및 측면에서 개략적으로 도시한다.
도 5는 강화 층의 2개의 외부 영역에 보호 층이 있는 다층 강화된 가요성 스탬프를 평면에서 개략적으로 도시한다.
지금부터 도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 개략적 임프린트 장비 및 공정이 다층 강화된 가요성 스탬프를 사용하여 예시된다. 도 1은 예시적인 롤-투-플레이트 임프린트 공정에서의 다층 강화된 가요성 스탬프의 가능한 사용의 예이다. 다층 강화된 가요성 스탬프는 상이한 롤-투-플레이트 및 롤-투-롤 복제 공정 또는 심지어 플레이트-투-플레이트 복제 공정에서 사용할 수 있다.
도 1에 도시된 임프린트 셋-업에서, 기능성 임프린트 층(103B)이 기판(102)의 상부에 적용될 것이다. 기판(102)은 임의의 재료일 수 있으며, 바람직하게는 기판(102)은 유리, 금속 시트, 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET 또는 PETP), 이축 배향 폴리에틸렌 테레프탈레이트(BOPET) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 포함하거나 이로 제조된다. 기판(102)은, 예를 들면 접착 촉진 층 및/또는 투명 전도체 층(예를 들면, 인듐 주석 산화물, 알루미늄 도핑된 산화아연 또는 플로어(flour) 도핑된 산화주석) 및/또는 금속 층(예를 들면, 은, 금, 알루미늄)과 같이 표면 위에 코팅된 하나 이상의 추가의 층(들)을 수반할 수 있다. 도 1에서, 기판(102)은 성형 가능한 임프린트 라커(103A)로 코팅되고 가요성 스탬프(104)로 임프린팅되어, 경화 후 복제된 임프린트 텍스처(103B)가 기판(102) 위에 추가된다. 기판은 가이딩 및 지지를 위해 플랫폼(101) 상에 배치된다. 상기 플랫폼(101)은 하나 또는 다수의 롤러, 고정 테이블, 이동 테이블, 또는 충분한 지지를 제공하는 임의의 다른 플랫폼일 수 있다. 도 1에서, 몰드는 가요성 스탬프(104)이다. 가요성 스탬프(104)의 외부 표면 상의 텍스처(105B)를 기판(102) 상에 전사하기 위해, 기판(102) 상에 요구되는 고화된 임프린트 텍스처(103B)의 역 텍스처를 갖는 임프린트 텍스처(105B)가, 성형 가능한 임프린트 라커(103A)를 사이에 두는 개별 기판(102) 상에 압착된다. 성형 가능한 라커(103A)는 도 1에 도시된 바와 같이 개별 기판 상에 침착될 수 있거나, 또는 성형 가능한 임프린트 라커가 가요성 스탬프(104) 상에 침착될 수 있음에 유의한다. 또는, 성형 가능한 임프린트 라커(103A)는 가요성 스탬프(104) 상에 그리고 개별 기판(102) 상에 둘 다에 침착될 수 있다. 침착 방법은 다른 것들 중 분산, 잉크젯 프린팅, 슬롯-염료 코팅, 그라비아 프린팅 또는 스크린 프린팅일 수 있다. 가요성 스탬프(104)를 사용하여 성형 가능한 임프린트 라커(103A)를 임프린팅한 후, 성형 가능한 임프린트 라커(103A)는 열적으로 또는 UV 광을 사용하여 고화된다. 도 1에서, 성형 가능한 라커는 UV 광원(107A)으로부터의 UV 광(107B)을 사용하여 고화된다. UV 광원(107A)은 투명한 가요성 스탬프(104) 위에 배치될 수 있다. 또는, 개별 기판(102)이 투명한 경우, UV 광원(107A)은 투명한 개별 기판(102)의 아래에 플랫폼(101)에 통합되어 또는 투명한 플랫폼(101) 아래에 배치될 수 있다. 임프린트 텍스처(103B)를 고화시킨 후, 가요성 스탬프(104)는, 개별 기판(102) 상의 고화된 임프린트 텍스처(103B)로부터 분리되어, 그 위에 고화된 임프린트 텍스처(103B)를 갖는 개별 기판(102)이 가요성 스탬프(104) 형태의 템플릿으로부터 이격된다. 가요성 스탬프(104)는 전면 클램프(106A) 및 후면 클램프(106B)에 마운팅된다. 전면 클램프(106A)는 가요성 스탬프(104)의 시작부(onset)에 위치된다. 후면 클램프(106B)는 가요성 스탬프(104)의 말단부에 위치된다. 클램프(106A) 및/또는 클램프(106B)는 가능하게는 마운팅 개구(mounting opening)를 갖는 플라스틱 바 또는 금속 바일 수 있다. 그러나, 클램프(106A) 및/또는 클램프(106B)는 이의 배치에서 가요성 스탬프(104)를 유지하기 위한 테이프 또는 임의의 다른 수단일 수도 있다.
가요성 스탬프(104)는 지지 가요성 스탬프 베이스(105A), 및 "임프린트 텍스처" 또는 "임프린트 패턴"으로도 나타내는 패턴화된 외부 표면(105B)을 갖는다. 이러한 임프린트 텍스처는 당업자에게 릴리프 패턴으로 알려진 개구 및 융기에 의해 형성된 기능성 영역을 포함한다. 이러한 릴리프 패턴화된 외부 표면(105B)은 기판(102) 상의 임프린트 텍스처(103B)의 네거티브(또는 역방향(inverse)) 텍스처이다. 가요성 스탬프 베이스(105A) 및 패턴화된 외부 표면(105B)은 하나의 동일한 재료, 예를 들면, 밀링, 도금 또는 핫 엠보싱 공정으로 만든 얇은 금속 시트 또는 플라스틱 시트와 같은 재료이지만 이에 제한되지 않는 재료로 만들어 질 수 있다. 얇은 금속 시트는 불투명하고, 덜 가요성이며, 보다 더 값비싸다는 단점이 있다. 대형 면적 롤-투-플레이트 복제의 경우, 얇은 금속 시트가 대형이어야 하는데, 이는 실질적으로 그리고 비용면에서 까다롭다. 플라스틱 시트의 경우, 열팽창은 플라스틱 시트의 팽창 계수에 의해 측정된다. 플라스틱 기반 재료에 대해 논의한 바와 같이, 이는 정확한 복제 응용 분야에 있어서 너무 크다.
본 발명에 따른 다층 강화된 가요성 스탬프는 개구 및 융기를 포함하는 패턴화된 외부 표면(105B)을 포함하여 제공된다. 접힐 수 있게 하기 위해, 강화된 가요성 스탬프는 바람직하게는 0.1 내지 100GPa, 바람직하게는 5 내지 50GPa 범위의 영 모듈러스를 나타낸다. 바람직하게는, 본 발명의 다층 강화된 가요성 스탬프는 10 내지 2,000㎛ 범위, 보다 바람직하게는 50 내지 500㎛ 범위의 두께를 갖는다. 층 두께 및 영 모듈러스에 대한 사양은, 50cm 폭에 걸쳐, 바람직하게는 1,000N 미만의 가해지는 힘에서, 바람직하게는 30cm 미만, 보다 바람직하게는 15cm 미만의 굽힘 반경(bending radius)을 함께 생성한다. 이에 의해, 힘은, 도 1에 도시된 바와 같이 가요성 스탬프를 롤러의 대략 4분의 1로 당기기 위해 가요성 스탬프의 전면(106A)에 가해지는 힘으로 정의된다.
본 특허출원에서 제안되는 바와 같이, 강화 층을 사용함으로써 습도 또는 장력의 증가로 인한 가요성 스탬프의 팽창 및 열팽창을 감소시킬 수 있다. 이러한 감소는 청구항 제1항의 특징적인 구성에 의해 달성된다. 도 2에서, 다층 강화된 가요성 스탬프의 상이한 레이아웃들이 도시된다.
도 2는 강화 층(202)을 텍스처링 층(203) 및 보호 층(201)과 조합하여 사용하는 다층 강화된 가요성 스탬프의 상이한 레이아웃들을 도시한다. 대형 면적 가요성 보호 층(201)이 가요성 특성을 제공하여 용이한 취급을 갖기 위해 사용된다. 또한, 가요성 스탬프 구성에 따라, 보호 층(201)은 강화 층의 주 표면 및/또는 제2 표면 및/또는 측면을 보호할 수 있다. 이러한 보호 층(201)은 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET 또는 PETP) 포일, 폴리카보네이트(PC) 포일, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 포일, 이축 배향 폴리에틸렌 테레프탈레이트(BOPET) 또는 또 다른 중합체로 제조된 포일일 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 보호 층(201)은 경화된 아크릴레이트 재료 또는 경화된 에폭시 재료일 수도 있다. 보호 층(201)에 대해 제안된 재료는 0.1 내지 10GPa의 영 모듈러스와 500㎛ 미만, 바람직하게는 300㎛ 미만의 층 두께를 조합하여 갖는다. 강화 층(202)은 보호 층(201) 상에 침착된다. 이는 0.5 내지 100㎛ 두께의 층, 예를 들면 SiOx 층 또는 그래핀 층일 수 있지만 이로 제한되지 않는 층일 수 있다. 강화된 층(202)의 침착 기술은 무엇보다도 스퍼터링, 스핀-코팅 또는 PE-CVD일 수 있다. 강화 층(202)으로서 얇은 금속 시트, 얇은 웨이퍼 또는 얇은 유리 시트가 사용될 수도 있다. 이러한 강화 층(202)은 가요성이어야 하며, 10 내지 200GPa의 일반적인 영 모듈러스와 300㎛ 미만, 바람직하게는 200㎛ 미만의 층 두께를 조합하여 가져야 한다. 중간 정도의 얇은 가요성 시트의 경우, 상기 얇은 시트는 보호 층(201)에 접착되어야 한다. 이는 접착 층(204)을 사용하여 부착될 수 있으며, 접착 층(204)은 임의의 마운팅 재료, 예를 들면, 보호 층(201)과 강화 층(202) 두 층의 전이부의 상부 위에 또는 이들 두 층 사이에 배치된 테이프일 수 있거나, 또는 글루, 감압 접착제 또는 경화된 유기층일 수 있는 중간 접착 층, 예를 들면, 아크릴레이트 재료, 졸-겔 재료, 에폭시일 수 있지만 이에 제한되지 않는 재료일 수 있다. 이에 의해, 접착 층(204)이 강화 층(202)의 코너 부분 및/또는 에지 부분 주위에서 적어도 부분적으로 연장됨에 따라, 접착 층(204)은 강화 층(202)의 코너 부분 및/또는 에지 부분을 차폐할 수 있다. 텍스처링 층(203)은, 기판 상에 요구되는 역 텍스처를 갖는 릴리프 영역(203B)을 갖는다. 역 텍스처(203)의 재료는 유기 층, 예를 들면, 아크릴레이트 재료, 졸-겔 재료 또는 에폭시와 같은 재료이지만 이로 제한되지는 않는다. 구성에 따라, 텍스처링 층(203)은 강화 층(202)의 제1 주 표면 및/또는 제2 주 표면 및/또는 적어도 하나의 측면 표면을 보호한다.
도 2A에서, 강화 층(202)은, 강화 층(202)의 코너 부분 및/또는 에지 부분이 적어도 부분적으로 차폐되도록 텍스처링 층(203)에 매립된다. 강화 층(202)의 코너 부분 및/또는 에지 부분을 차폐하기 위해, 강화 층(202)은 도 2B에 도시된 바와 같이 보호 층(201)에 매립될 수도 있다. 강화 층(202)은 보호 층(201)과, 기판 상에 요구되는 역 텍스처를 갖는 릴리프 영역(203B)을 갖는 텍스처링 층(203) 사이에 위치될 수 있다. 그러나, 강화 층(202)은, 도 2D에 도시된 바와 같이 보호 층(201)의 다른 측면에 있을 수도 있다. 도 2C에 도시된 접착 층(204)은 텍스처링 층(203)과 상이한 재료일 수 있다. 도 2C 및 도 2D의 경우, 접착 층(204)은 강화 층(202)의 코너 부분 및/또는 에지 부분을 차폐함으로써 강화 층(202)을 보호한다. 접착 층(204)은, 도 2E에 도시된 바와 같이 텍스처링 층(203)과 동일한 재료일 수도 있다. 도 2E에 도시된 특정한 경우에서, 텍스처링 층(203)의 단량체성 재료 또는 중합체성 재료는 강화 층(202)을 위한 보호 층으로서도 작용하며, 특히 강화 층(202)의 코너 부분 및/또는 에지 부분은, 텍스처링 층(203)이 강화 층(202)을 둘러쌈에 따라 텍스처링 층(203)에 의해 차폐된다. 도 2F는 강화 층이 2개의 보호 층(201 및 205) 사이에서 보호되는 또 다른 가요성 스탬프 디자인을 도시한다. 보호 층 둘 다(201 및 205)의 재료 및/또는 재료 두께는 동일할 수 있거나 상이할 수 있다. 또한, 보호 층 둘 다(201 및 205)의 면적은 동일할 수 있거나 상이할 수 있으며, 가장 짧은 보호 층은, 강화 층(202)을 커버하고 보호하기 위해 최소한 강화 층(202)과 동일한 면적을 가져야 한다. 또한, 상이한 강화 층(202)들 사이에 조합이 이루어질 수도 있다. 예를 들면, 보호 층(201)의 한 측면의 얇은 침착된 강화 층(202), 및 보호 층(201)의 다른 측면에 부착된 두 번째로 두꺼운 강화 층이다. 부착하기 위해, 접착 층(204)이 사용되며, 이는 코너 부분 및/또는 에지 부분이 차폐되도록 강화 층(202)을 포함한다.
상기 다중 층 및 강화된 가요성 스탬프는 실제에 대해 축소되었다. 상이한 구성들을 갖는 가요성 스탬프들이 만들어졌다. 도 3은 계측 데이터를 도시한다.
도 3에서 볼 수 있듯이, 폴리카보네이트 포일 상부 상에 릴리프 영역(203B)이 있는 표준 가요성 스탬프의 열팽창은 너무 크다. 70ppm/℃의 값은 최대 20ppm/℃의 바람직한 팽창보다 훨씬 높다. 계측된 값은 이론적인 값과 잘 일치한다. 250㎛의 보호 폴리카보네이트 층 상에 릴리프 영역이 있는 다층 강화된 가요성 스탬프 1(MSFS 1), 및 도 2F에 도시된 바와 같은 디자인의 상기 언급한 250㎛의 보호 폴리카보네이트 층과 제2 250㎛ 폴리카보네이트 보호 층 사이에 둘러싸인(enclosed) 강화 층으로서 100㎛의 얇은 유리 시트의 경우, 팽창이 15ppm/℃로 감소된다. 이러한 팽창은 100㎛의 얇은 유리 시트가 2개의 125㎛ 폴리카보네이트 층들 사이에 둘러싸인 경우 추가로 감소될 수 있다. 이 경우, 팽창은 8ppm/℃로 감소된다. 도 3은 다층 강화된 가요성 스탬프의 팽창이 5 내지 20ppm/℃ 범위로 조절될 수 있음을 도시한다. 이에 의해, 강화된 가요성 스탬프의 팽창은 상이한 기판 재료들에 맞게 조절될 수 있다. 최소 굽힘 반경이 도 3에 도시된 다층 강화된 가요성 스탬프 2(MSFS 2)에 대해 측정되었다. 최소 굽힘 반경은 15mm이었다. 이는 유리 제조업체가 명시한 90mm의 굽힘 반경보다 낮았다. 자체 시험에서 100㎛ 베어(bare) 유리는 35mm 굽힘 반경에 도달했다. 이는 다층 적층의 사용이 가요성 스탬프 안정성을 보호하고 개선한다는 것을 확인시켜준다.
유사한 재료들을 사용하여 상이한 스탬프 레이아웃이 적용 가능하다. 얇은 유리 시트를 사용하면 외부 에지 및 코너가 가장 취약하다. 가요성 스탬프의 취급, 운송 또는 사용 동안 에지에 대한 탭(tap)은 유리에 균열을 만들 수 있다. 따라서, 가요성 스탬프는 더 이상 사용할 수 없다. 가요성 스탬프의 재사용성을 추가로 향상시키기 위해, 안정적인 내부 복제 영역과 외부 보호 영역을 조합한 가요성 스탬프 디자인이 제안된다.
도 4a에는, 외부 보호 영역(301)을 갖는 열 안정성 복제 영역의 예가 도시된다. 이 경우, 내부 개구 영역(303)을 갖는, 보호 층 영역(301)을 갖는 보호 층(201)이 사용된다. 이러한 내부 개구 영역(303)은 직사각형일 가능성이 높지만, 원형 또는 임의의 다른 형상일 수도 있다. 강화 층 영역(302)은 내부 개구 영역(303)보다 큰 크기를 갖는다. 이에 의해, 강화 층 영역(302)을 갖는 강화 층(202)이 외부 보호 영역(301)의 상부에 마운팅되는 마운팅 중첩 영역(304)이 발생된다. 외부 보호 영역(301)의 상부 상에 강화 층 영역(302)을 마운팅하기 위해, 임의의 안정한 접착 층 재료(204), 예를 들면 테이프 또는 중간 접착 층, 예를 들면, 글루, UV-아크릴레이트 또는 감압 접착 층이 사용될 수 있다. 이러한 접착 층(204)은 강화 층(202)의 측면 부분 및/또는 코너 부분을 차폐함으로써 강화 층(202)을 보호한다. 강화 층(202)의 상부 상에, 릴리프 영역(203B)을 갖는 텍스처링 층(203)이 추가된다. 바람직하게는, 릴리프 영역(203B)은 완전히 내부 개구 영역(303) 내에 배치된다. 도 4b는 도 4a에서 논의된 바와 같이 외부 보호 영역을 갖는 강화된 가요성 스탬프의 텍스처링된 영역을 통한 개략적인 단면을 도시한다. 가장 안전한 취급을 위해, 외부 보호 영역(301)은 보호 층(201) 및 보호 층(205)의 2개의 층을 포함하며, 이들은 도 4c에 도시된 바와 같이 강화 층(202)의 하부 및 상부에 배치된다. 보호 층(201 및 205)의 재료 및/또는 재료 두께는 동일할 수 있거나 상이할 수 있다. 또한, 접착 층(204A 및 204B)은 동일한 재료 또는 상이한 마운팅 재료일 수 있다. 이에 의해, 접착 층(204A 및 204B)은 별개의 층이지만, 접착 층(204A 및 204B)이 강화 층(202)(도시되지 않음)의 코너 부분 및/또는 에지 부분을 둘러싸는 하나의 층일 수도 있다. 상이한 보호 층(201) 두께 및 상이한 보호 층(201) 재료를 선택함으로써, 다층 강화된 가요성 스탬프의 열팽창이 기판의 열팽창과 일치하도록 조절될 수 있다. 도 4d는 보호 층(205)만이 내부 개구 영역(303)을 갖는 다층 강화된 가요성 스탬프 레이아웃을 도시한다. 보호 층(201)은 내부 개구 영역(303)을 갖지 않으며 강화 층을 커버한다. 접착 층(204A 및 204B)은 별도의 층이지만, 접착 층(204A 및 204B)은 강화 층(202)(도시되지 않음)의 코너 부분 및/또는 에지 부분을 둘러싸는 하나의 층일 수도 있다.
도 5에는, 외부 보호 영역(301)을 갖는 강화된 가요성 스탬프의 또 다른 레이아웃이 도시되어 있다. 상기 도 5는 내부 개구 영역(303)이 보호 층(202)의 전체 폭에 걸쳐 배치되는 도 4에 도시된 레이아웃의 개선이다. 이 경우, 보호 층(201)은 강화 층(202)의 에지 및 가장 취약한 두 측면만을 보호한다. 바람직하게는, 보호 층에 의해 보호되는 강화 층(202)의 두 측면은 임프린트 방향을 기준으로 하여 시작 영역(302A) 및 말단 영역(302B)에 있다. 시작 영역(302A)은 임프린트 공정 내에서 기판과 첫 번째 접촉을 가져 가장 취약하다. 내부 개방 영역(303)은 보호 층(201)을 갖지 않는다. 바람직하게는, 릴리프 영역(203B)이 내부 개방 영역(303) 내에 완전히 배치된다. 이는 릴리프 영역(203)의 높은 치수 안정성을 가져온다. 릴리프 영역의 치수 안정성은, 도 6a 및 6b에 도시된 바와 같이 각각 텍스처링 층 및 릴리프 영역을 향하는 측면과 반대편인 강화 층(202)의 측면에 추가의 보호 층(601)을 추가하여 조절할 수 있다. 이러한 경우, 추가의 보호 층(601)은 릴리프 영역(203)과 유사한 중심 위치를 가질 수 있으며, 릴리프 영역(203)과 비교하여 크기가 더 크다. 가요성 스탬프 적층 내에 상이한 치수 안정성을 갖는 추가의 층을 사용함으로써, 전체 가요성 스탬프 적층의 치수 안정성이 조절될 수 있다. 외부 보호 영역(301A 및 301B)의 폭은 강화 층 영역의 폭과 동일한 최소 폭을 갖는다. 이로써 강화 층의 모든 코너가 보호된다. 도 4c 및 4d에 도시된 바와 같이, 동일한 레이아웃을 갖거나 강화 층(202)을 완전히 커버하는 제2 보호 층과의 조합이 이루어질 수 있다.
Claims (15)
- 가요성 스탬프로서,
적어도 텍스처링 층(texturing layer)(203)으로서의 상부 층을 포함하고, 또한,
릴리프 영역(relief area)(203B), 강화 층(202) 및 보호 층(201)을 포함하고,
상기 강화 층(202)이, 10ppm/℃ 이하의 열팽창 계수, 10 내지 200GPa 범위의 영 모듈러스(Young's modulus), 300㎛ 미만의 층 두께, 및 상기 릴리프 영역(203B)을 적어도 커버하는 영역(area)을 가지며,
상기 강화 층(202)이, 상기 텍스처링 층(203), 상기 보호 층(201) 및 하나 이상의 추가의 층들로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 층에 의해 차폐(shielded)됨을 특징으로 하는, 가요성 스탬프. - 제1항에 있어서, 상기 가요성 스탬프가 20ppm/℃ 이하의 열팽창 계수를 가짐을 특징으로 하는, 가요성 스탬프.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가요성 스탬프가 30cm 미만의 굽힘 반경(bending radius)을 가짐을 특징으로 하는, 가요성 스탬프.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강화 층(202)이 0.5 내지 300㎛, 바람직하게는 40 내지 250㎛, 보다 바람직하게는 60 내지 200㎛, 가장 바람직하게는 80 내지 150㎛ 범위의 두께를 가짐을 특징으로 하는, 가요성 스탬프.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호 층(201)이 10 내지 500㎛, 바람직하게는 40 내지 400㎛, 보다 바람직하게는 60 내지 300㎛, 가장 바람직하게는 80 내지 200㎛ 범위의 두께를 가짐을 특징으로 하는, 가요성 스탬프.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호 층(201)이 0.1 내지 20GPa 범위, 바람직하게는 10GPa 미만의 영 모듈러스를 가짐을 특징으로 하는, 가요성 스탬프.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강화 층(202)이 유리 층을 포함함을 특징으로 하는, 가요성 스탬프.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호 층(201)이 상기 텍스처링 층(203)과 상기 강화 층(202) 사이에 위치함을 특징으로 하는, 가요성 스탬프.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 추가의 층들 중 하나가, 상기 강화 층(202) 아래에 위치하는 제2 보호 층(205)임을 특징으로 하는, 가요성 스탬프.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호 층(201)이, 상기 강화 층(202)을 적어도 커버하는 영역을 가짐을 특징으로 하는, 가요성 스탬프.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호 층(201)이 개구 영역(opening area)(303)을 제외하고 상기 강화 층을 커버함을 특징으로 하는, 가요성 스탬프.
- 제1항 내지 제7항, 제10항 및 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강화 층(202)이 상기 텍스처링 층(203)과 상기 보호 층(201) 사이에 위치함을 특징으로 하는, 가요성 스탬프.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가요성 스탬프가 하나 이상의 추가의 강화 층(202)을 포함함을 특징으로 하는, 가요성 스탬프.
- 제9항에 있어서, 상기 강화 층이 상기 보호 층(201)과 상기 제2 보호 층(205) 사이에 부착됨을 특징으로 하는, 가요성 스탬프.
- 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호 층의 재료가, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 이축(biaxial) 배향 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 경화된 아크릴레이트 재료 또는 경화된 에폭시 재료를 포함하는 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는, 가요성 스탬프.
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