TWI590939B - 壓印模具及其製造方法 - Google Patents

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Description

壓印模具及其製造方法
本發明是有關於一種壓印技術，且特別是有關於一種壓印模具及其製造方法。
目前，在玻璃等材料的壓印製程中，壓印模具通常採用氧化鋁(Al2O3)或碳化矽(SiC)等陶瓷燒結材料來製作。然而，這類陶瓷燒結材料所製成的壓印模具堅硬而難以加工，導致壓印模具昂貴，致使壓印製程的成本高。
另一方面，陶瓷燒結材料所製成之壓印模具的表面中有許多的孔洞，因此在壓印過程中，液態的玻璃會滲入並填充在壓印模具表面的孔洞中。如此一來，不僅玻璃易沾黏在壓印模具的表面，而不易脫模，而且脫模後之玻璃的表面平整度不佳，會增加玻璃壓印後拋光與修邊等後處理的難度。
因此，本發明之一目的就是在提供一種壓印模具及其製造方法，其壓印模具包含石墨基底。由於石墨易加 工，因此可製作出結構複雜、精度高的壓印模具。此外，石墨基底為優異的電熱導體，且熱膨脹係數低，並具高熱穩定性與熱充壓性，化學性質優異而與大多數材料不會反應，且在高溫下強度隨溫度升高而增大，並具優良潤滑與抗磨性。因此，石墨基底的選用有利於提升壓印製程的穩定性。
本發明之另一目的是在提供一種壓印模具及其製造方法，其壓印模具包含中間層，此中間層可為陶瓷層，且此中間層係以鍍覆方式設於石墨基底上，因此中間層可改善石墨基底之表面缺陷，並可對石墨基底提供硬且堅固的保護，而可預防石墨基底剝離。而且，由於中間層並非利用燒結方式形成，因此可大幅提升中間層表面的平滑度，而可提升玻璃等壓印層之表面的平整度，進而可有效降低壓印層之後處理的難度。
本發明之又一目的是在提供一種壓印模具及其製造方法，其壓印模具更包含具有抗沾黏功能的碳膜設於中間層上，因此碳膜可防止壓印層於脫模時黏附在壓印模具的表面，而可大大地減少壓印層表面的缺陷，達到有效提升壓印品質的效果。
根據本發明之上述目的，提出一種壓印模具。此壓印模具包含石墨基底、中間層、以及碳膜。石墨基底之熱膨脹係數大於約6x10-6(1/℃)。中間層沉積在石墨基底之表面上。碳膜覆蓋在中間層上。
依據本發明之一實施例，上述之中間層之厚度為約1μm至約500μm。
依據本發明之一實施例，上述之中間層之材料為鈦(Ti)、矽(Si)、鋁(Al)、其碳化物、或其氮化物，其中碳化物可為碳化鈦(TiC)或碳化矽(SiC)，氮化物可為氮化鈦(TiN)或氮化矽(Si3N4)。
依據本發明之一實施例，上述之碳膜之厚度為約1nm至約1μm。
依據本發明之一實施例，上述之碳膜之碳含量等於或大於約70at.%，且碳膜之硬度大於約10GPa。
依據本發明之一實施例，上述之碳膜之材料為鑽石或類鑽碳。
根據本發明之上述目的，另提出一種壓印模具之製造方法。在此方法中，製備石墨基底，其中石墨基底之熱膨脹係數大於約6x10-6(1/℃)。沉積中間層在石墨基底之表面上。形成碳膜覆蓋在中間層上。
依據本發明之一實施例，上述之中間層之厚度為約1μm至約500μm。
依據本發明之一實施例，上述之中間層之材料為鈦、矽、鋁、或其碳化物、或其氮化物。
依據本發明之一實施例，上述沉積中間層時包含利用電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)製程或熱化學氣相沉積(thermal CVD)製程。
依據本發明之一實施例，上述進行電漿輔助化學氣相沉積製程時包含使用工作氣體，且此工作氣體包含四 氯化鈦(TiCl4)、乙氰(CH3CN)、氮氣(N2)、氫氣(H2)與氬氣(Ar)，且中間層之材料為碳氮化鈦。
依據本發明之一實施例，上述進行熱化學氣相沉積製程時包含使用工作氣體，且此工作氣體包含四氯化矽(SiCl4)、甲烷(CH4)、氫氣與氬氣，且中間層之材料為碳化矽。
依據本發明之一實施例，上述碳膜之厚度為約1nm至約1μm。
依據本發明之一實施例，上述碳膜之碳含量等於或大於約70at.%，且此碳膜之硬度大於約10GPa。
依據本發明之一實施例，上述碳膜之材料為鑽石或類鑽碳。
依據本發明之一實施例，上述形成碳膜時包含利用熱絲化學氣相沉積(hot filament CVD，HFCVD)製程或電漿輔助化學氣相沉積製程。
依據本發明之一實施例，上述進行熱絲化學氣相沉積製程時包含使用工作氣體，且此工作氣體包含甲烷與氫氣，碳膜之材料為鑽石。
依據本發明之一實施例，上述進行電漿輔助化學氣相沉積製程時包含使用工作氣體，且此工作氣體包含甲烷與氬氣。
100‧‧‧壓印模具
110‧‧‧石墨基底
112‧‧‧表面
120‧‧‧中間層
130‧‧‧碳膜
200‧‧‧步驟
202‧‧‧步驟
204‧‧‧步驟
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：〔圖1〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種壓印模具的剖面示意圖；以及〔圖2〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種壓印模具之製造方法的流程圖。
請參照圖1，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種壓印模具的剖面示意圖。本實施方式之壓印模具100可適用以壓印玻璃等壓印材料。在一些實施例中，壓印模具100主要包含石墨基底110、中間層120、以及碳膜130。石墨基底110係由石墨所組成，且具有用以壓印塑形的表面112。在一些示範實施例中，石墨基底110之熱膨脹係數大於約6x10-6(1/℃)。
中間層120沉積在石墨基底110之表面112上。在本實施方式中，中間層120係以沉積方式而非以燒結方式形成在石墨基底110的表面上。在一些示範實施例中，中間層120為陶瓷層。舉例而言，中間層120之材料可為鈦、矽、鋁、或其碳化物、或其氮化物，其中碳化物可為碳化鈦或碳化矽，氮化物可為氮化鈦或氮化矽。在一些實施例中，中間層120之厚度可為約1μm至約500μm。
碳膜130覆蓋在中間層120上。在一些實施例中，碳膜130之碳含量可等於或大於約70at.%，且碳膜130 之硬度可大於約10GPa。舉例而言，碳膜130之材料可為鑽石或類鑽碳。在一些示範實施例中，碳膜130之厚度可為約1nm至約1μm。
由於石墨為優異的電熱導體、熱膨脹係數低、具高熱穩定性與熱充壓性、化學性質優異而與大多數材料不會反應、在高溫下強度隨溫度升高而增大、以及具優良潤滑與抗磨性，因此石墨基底110的選用有利於提升壓印製程的穩定性。而且，石墨易於加工，因此可製作出結構複雜、精度高的壓印模具100。
其次，鍍覆於石墨基底110之表面112上的中間層120不僅可改善石墨基底之表面缺陷，並可對石墨基底110提供硬且堅固的保護，而可防止石墨基底剝離110。此外，由於中間層120並非利用燒結方式形成，因此中間層120具有較平滑的表面，因而可提升逃壓印模具100所壓印之材料層之表面的平整度，進而可有效降低材料層經壓印後之後處理的難度。
再者，設於中間層120上之碳膜130具有抗沾黏效果，因此碳膜130可防止壓印材料層於脫模時黏附在壓印模具100的表面，而可大幅減少壓印材料層之表面的缺陷，進而可有效提升壓印品質的效果，減少壓印後處理的成本。
請同時參照圖1與圖2，其中圖2係繪示依照本發明之一實施方式的一種壓印模具之製造方法的流程圖。在一些實施例中，製作如圖1所示之壓印模具100時，可先進行步驟200，以根據待壓印材料所需結構加工石墨，而製備 出具有用以壓印塑形的表面112之石墨基底110。石墨基底110係由石墨所組成。
接下來，可進行步驟202，利用沉積方式形成中間層120於石墨基底110的表面112上。中間層120可例如為陶瓷層。中間層120之材料可例如為鈦、矽、鋁、或其碳化物、或其氮化物，其中碳化物可為碳化鈦或碳化矽，氮化物可為氮化鈦或氮化矽。此外，沉積中間層120時可例如使中間層120之厚度為約1μm至約500μm。舉例而言，沉積中間層120時包含利用電漿輔助化學氣相沉積製程或熱化學氣相沉積製程。然，本發明並不限於此，本發明亦可使用其它沉積技術來製作中間層120。
在一些實施例中，以電漿輔助化學氣相沉積製程沉積中間層120時，可包含利用一工作氣體，此工作氣體可包含四氯化鈦、乙氰、氮氣、氫氣與氬氣，且所形成之中間層120的材料為碳氮化鈦。在一些示範實施例中，以電漿輔助化學氣相沉積製程沉積中間層120時，除了採用四氯化鈦、乙氰、氮氣、氫氣與氬氣作為工作氣體外，更可將製程壓力控制在約1torr，將石墨基底110之溫度控制在約600℃，以及使用頻率約1.5KW的中頻電源供應器。
舉例而言，進行此電漿輔助化學氣相沉積製程時，可先將石墨基底110置入丙酮中，並以超音波方式清洗約10分鐘。接下來，將石墨基底110自丙酮中拿出，再放入約60℃的烘箱烘烤約15分鐘。然後，將石墨基底110放入電漿輔助化學氣相沉積系統的腔室中，並對腔室抽真空至約 10mtorr以下。再加熱至約600℃並持溫約10分鐘後，先通入氬氣，再將頻率約1.5KW的中頻電源供應器打開，接著通入四氯化鈦、乙氰、氮氣、氫氣與氬氣，使製程壓力保持約1torr約5小時。如此可得到一層堅固且緻密的碳氮化鈦陶瓷層。
在一些實施例中，以熱化學氣相沉積製程沉積中間層120時，可包含利用一工作氣體，此工作氣體可包含四氯化矽、甲烷、氫氣與氬氣，且所形成之中間層120的材料為碳化矽。在一些示範實施例中，以熱化學氣相沉積製程沉積中間層120時，除了採用四氯化矽、甲烷、氫氣與氬氣作為工作氣體外，更可將製程壓力控制在約160torr，以及將石墨基底110之溫度控制在約1350℃。
舉例而言，進行此熱化學氣相沉積製程時，可先將石墨基底110置入丙酮中，並以超音波方式清洗約10分鐘。接下來，將石墨基底110自丙酮中拿出，再放入約60℃的烘箱烘烤約15分鐘。然後，將石墨基底110放入熱化學氣相沉積系統的腔室中，並對腔室抽真空至約10mtorr以下。而後通入大量氫氣，再加熱至約1350℃並持溫約10分鐘後，通入四氯化矽、甲烷、氫氣與氬氣，並使製程壓力保持約160torr。經約3小時的鍍膜後，可得到一層堅固且緻密的碳化矽陶瓷層。
接著，可進行步驟204，利用例如沉積方式形成碳膜130覆蓋在中間層120上，而完成壓印模具100的製作。在一些實施例中，碳膜130之碳含量可等於或大於約 70at.%，且碳膜130之硬度可大於約10GPa。舉例而言，碳膜130之材料可為鑽石或類鑽碳。在一些示範實施例中，碳膜130之厚度可為約1nm至約1μm。沉積碳膜130時包含利用例如熱絲化學氣相沉積製程或電漿輔助化學氣相沉積製程。然，本發明並不限於此，本發明亦可使用其它沉積技術來製作碳膜130。
在一些實施例中，以熱絲化學氣相沉積製程沉積碳膜130時，可包含利用一工作氣體，此工作氣體可包含甲烷與氫氣，且所形成之碳膜130的材料為鑽石。在一些示範實施例中，以熱絲化學氣相沉積製程沉積碳膜130時，除了採用甲烷與氫氣作為工作氣體外，更可將製程壓力控制在約5torr，以及將石墨基底110之溫度控制在約800℃。
舉例而言，進行此熱絲化學氣相沉積製程時，可先將鍍完中間層120的石墨基底110置入丙酮中，並以超音波方式清洗約10分鐘。接下來，將鍍完中間層120的石墨基底110自丙酮中拿出，再放入約60℃的烘箱烘烤約15分鐘。然後，將鍍完中間層120的石墨基底110放入熱絲化學氣相沉積系統的腔室中，並對腔室抽真空至約10mtorr以下。接著，通入氫氣，並加熱至石墨基底110的溫度達約800℃時持溫約10分鐘後，再通入甲烷，並使製程壓力保持約5torr。經約6小時的鍍膜後，可得到一層堅固且緻密的鑽石膜。
在一些實施例中，以電漿輔助化學氣相沉積製程沉積碳膜130時，可包含利用一工作氣體，此工作氣體可 包含甲烷與氬氣。在一些示範實施例中，以電漿輔助化學氣相沉積製程沉積碳膜130時，除了採用甲烷與氬氣作為工作氣體外，更可將製程壓力控制在約20mtorr，將石墨基底110之溫度控制在約300℃，以及使用頻率約150W的射頻(RF)電源供應器。
舉例而言，進行此電漿輔助化學氣相沉積製程時，可先將鍍完中間層120的石墨基底110置入丙酮中，並以超音波方式清洗約10分鐘。接下來，將鍍完中間層120的石墨基底110自丙酮中拿出，再放入約60℃的烘箱烘烤約15分鐘。然後，將鍍完中間層120的石墨基底110放入電漿輔助化學氣相沉積系統的腔室中，並對腔室抽真空至約10mtorr以下。接著，加熱至約600℃時持溫約10分鐘後，先通入氬氣，再將頻率約150W的射頻電源供應器打開，接著通入甲烷與氬氣，並使製程壓力保持約20mtorr約3小時。如此可得到一層緻密碳膜。
由上述之實施方式可知，本發明之一優點就是因為本發明之壓印模具包含石墨基底，由於石墨易加工，因此可製作出結構複雜、精度高的壓印模具。此外，石墨基底為優異的電熱導體，且熱膨脹係數低，並具高熱穩定性與熱充壓性，化學性質優異而與大多數材料不會反應，且在高溫下強度隨溫度升高而增大，並具優良潤滑與抗磨性。因此，石墨基底的選用有利於提升壓印製程的穩定性。
由上述之實施方式可知，本發明之另一優點就是因為本發明之壓印模具之製造方法包含鍍覆中間層於石 墨基底上，此中間層可改善石墨基底之表面缺陷，並可對石墨基底提供硬且堅固的保護，而可預防石墨基底剝離。而且，由於中間層並非利用燒結方式形成，因此可大幅提升中間層表面的平滑度，而可提升玻璃等壓印層之表面的平整度，進而可有效降低壓印層之後處理的難度。
由上述之實施方式可知，本發明之又一優點就是因為本發明之壓印模具更包含具有抗沾黏功能的碳膜設於中間層上，因此碳膜可防止壓印層於脫模時黏附在壓印模具的表面，而可大大地減少壓印層表面的缺陷，達到有效提升壓印品質的效果。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧壓印模具
110‧‧‧石墨基底
112‧‧‧表面
120‧‧‧中間層
130‧‧‧碳膜

Claims (18)

  1. 一種壓印模具，包含：一石墨基底，其中該石墨基底之熱膨脹係數大於6x10-6(1/℃)；一中間層，沉積在該石墨基底之一表面上；以及一碳膜，覆蓋在該中間層上。
  2. 如申請專利範圍第1項之壓印模具，其中該中間層之厚度為1μm至500μm。
  3. 如申請專利範圍第1項之壓印模具，其中該中間層之材料為鈦(Ti)、矽(Si)、鋁(Al)、或其碳化物、或其氮化物。
  4. 如申請專利範圍第1項之壓印模具，其中該碳膜之厚度為1nm至1μm。
  5. 如申請專利範圍第1項之壓印模具，其中該碳膜之碳含量等於或大於70at.%，且該碳膜之硬度大於10GPa。
  6. 如申請專利範圍第1項之壓印模具，其中該碳膜之材料為鑽石或類鑽碳。
  7. 一種壓印模具之製造方法，包含： 製備一石墨基底，其中該石墨基底之熱膨脹係數大於6x10-6(1/℃)；沉積一中間層在該石墨基底之一表面上；以及形成一碳膜覆蓋在該中間層上。
  8. 如申請專利範圍第7項之壓印模具之製造方法，其中該中間層之厚度為1μm至500μm。
  9. 如申請專利範圍第7項之壓印模具之製造方法，其中該中間層之材料為鈦、矽、鋁、或其碳化物、或其氮化物。
  10. 如申請專利範圍第7項之壓印模具之製造方法，其中沉積該中間層時包含利用一電漿輔助化學氣相沉積製程或一熱化學氣相沉積製程。
  11. 如申請專利範圍第10項之壓印模具之製造方法，其中進行該電漿輔助化學氣相沉積製程時包含使用一工作氣體，且該工作氣體包含四氯化鈦(TiCl4)、乙氰(CH3CN)、氮氣(N2)、氫氣(H2)與氬氣(Ar)，且該中間層之材料為碳氮化鈦。
  12. 如申請專利範圍第10項之壓印模具之製造方法，其中進行該熱化學氣相沉積製程時包含使用一工 作氣體，且該工作氣體包含四氯化矽(SiCl4)、甲烷(CH4)、氫氣與氬氣，且該中間層之材料為碳化矽。
  13. 如申請專利範圍第7項之壓印模具之製造方法，其中該碳膜之厚度為1nm至1μm。
  14. 如申請專利範圍第7項之壓印模具之製造方法，其中該碳膜之碳含量等於或大於70at.%，且該碳膜之硬度大於10GPa。
  15. 如申請專利範圍第7項之壓印模具之製造方法，其中該碳膜之材料為鑽石或類鑽碳。
  16. 如申請專利範圍第7項之壓印模具之製造方法，其中形成該碳膜時包含利用一熱絲化學氣相沉積製程或一電漿輔助化學氣相沉積製程。
  17. 如申請專利範圍第16項之壓印模具之製造方法，其中進行該熱絲化學氣相沉積製程時包含使用一工作氣體，且該工作氣體包含甲烷與氫氣，該碳膜之材料為鑽石。
  18. 如申請專利範圍第16項之壓印模具之製造方法，其中進行該電漿輔助化學氣相沉積製程時包含使用一工作氣體，且該工作氣體包含甲烷與氬氣。
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