TWI615258B - 透光型壓印用模具及壓印方法 - Google Patents

Description

透光型壓印用模具及壓印方法

本發明涉及透光型壓印用模具以及大面積模具的製造方法。

壓印技術是指將具有所希望的微細的凹凸圖案的反轉圖案的模具按壓到基板上的液狀樹脂等的轉印材料上，由此將模具的圖案轉印至轉印材料的微細加工技術。作為微細的凹凸圖案，存在從10nm等級的納米級圖案到100um左右的圖案，在半導體材料、光學材料、存儲介質、微電機、生物、環境等各種領域中使用。

然而，在表面具有納米級的微細的凹凸圖案的模具，由於圖案的形成耗費時間，因此價格非常高。因此，在表面具有納米級的微細的凹凸圖案的模具很難實現大型化(大面積化)。

因此，專利文獻1中，以不使加工區域重疊的方式一邊錯開模具的位置一邊反復進行利用小型模具的壓印，由此能夠進行大面積的壓印(分步重複)。

【現有技術文獻】 【專利文獻】

專利文獻1：日本特許第4262271號

然而，專利文獻1的方法中，為了連續形成凹凸圖案，需要以極高的精度進行模具的校準，這樣的高精度的壓印裝置存在價格非常昂貴的問題。另外，校準精度低的情況下，存在如下問題，即，將模具按壓在已經形成的凹凸圖案上破壞了凹凸圖案，或者在已經形成的凹凸圖案與要按壓的位置之間存在空隙而無法連續形成凹凸圖案。

本發明鑒於上述情況而完成，提供一種即使是低精度的校準也能夠連續形成凹凸圖案的透光型壓印用模具以及使用該模具的壓印方法。

根據本發明，提供一種透光型壓印用模具，其包含具有形成有凹凸圖案的圖案區域的透明基材和設置在上述圖案區域上的遮光部件，上述遮光部件進行如下設置：在上述圖案區域的端部的局部區域，使上述凹凸圖案的凹部和凸部雙方連續地覆蓋上述凹凸圖案且上述遮光部件的表面形狀使上述凹凸圖案再現。

專利文獻1中在非圖案部設置遮光部件，但本發明與該發明的基本構思不同，需要設置遮光部件以覆蓋模具的凹凸圖案且遮光部件的表面形狀使再現上述凹凸圖案。如果如上述那樣設置遮光部件，則在設置遮光部件的區域(遮光區域)和其以外的區域(透光區域)設置光固化性樹脂的曝光的程度的差。並且，通過調節曝光量，能夠在遮光區域，以短時間保持凹凸圖案的反轉圖案的形狀的程度使液狀的光固化性樹脂半固化。

接下來，以使模具的透光區域位於半固化的光固化性樹脂上的方式配置模具，按壓模具的凹凸圖案時，則在半固化而成的光固化性樹脂上已經形成的圖案容易變形，而成為根據按壓的模具的凹凸圖案而形成的新的反轉圖案形狀。這樣，半固化而成的光固化性樹脂可能容易變形，所以不會破壞已經形成的圖案而變形為新的反轉圖案。

若使用本發明的模具，則對於模具的校準，移動模具後的透光區域的端部位於半固化而成的光固化性樹脂上的程度即可，所以不需要如專利文獻1那樣，進行精確的校準，因此，即使使用精度不太高的比較廉價的壓印裝置，也能夠連續形成模具的凹凸圖案的反轉圖案。

以下，例示本發明的各種實施方式。以下所示的實施方式可以相互組合。

優選上述透明基材為透光性樹脂。

優選上述遮光部件由金屬膜構成。

另外，本發明根據其他觀點，提供一種壓印方法，其具備：曝光製程，在向塗布於大面積基材上的光固化性樹脂按壓上述記載的透光型壓印用模具的狀態下，以使照射到位於設置有上述遮光部件的遮光區域的光固化性樹脂的光量少於照射到位於不設置上述遮光部件的透光區域的光固化性樹脂的光量的方式向光固化性樹脂照射固化光，從而使位於上述遮光區域的光固化性樹脂半固化，脫離製程，在曝光製程後使上述模具從上述光固化性樹脂脫離，移動製程，接下來，上述模具的透光區域的端部以位於上述半固化而成的光固化性樹脂上的方式使上述模具移動，反復製程，在移動後的位置進行上述曝光製程和上述脫離製程。

優選在上述曝光製程中，上述固化光從上述模具側和上述大面積基材側雙方，向上述光固化性樹脂照射。

優選上述遮光部件部分透過上述固化光，上述固化光僅從模具側照射。

2‧‧‧透光型壓印用模具

3‧‧‧凹凸圖案

3a‧‧‧凹部

3b‧‧‧凸部

4‧‧‧透明基材

5‧‧‧遮光部件

6‧‧‧透明樹脂層

7‧‧‧大面積基材

9‧‧‧光固化性樹脂

圖1(a)是本發明的第1實施方式的模具的截面圖，圖1(b)是其變形例。

圖2(a)和(b)分別是用於說明本發明的第1實施方式的壓印方法的曝光製程和脫離製程的截面圖。

圖3(a)、(b)分別是用於說明本發明的第1實施方式的壓印方法的移動製程和反復製程的截面圖，圖3(c)是表示在第二次的曝光製程和脫離製程後得到的結構的截面圖。

圖4是本發明的第2實施方式的模具的截面圖。

圖5是用於說明本發明的第2實施方式的壓印方法的截面圖。

以下，邊參照附圖邊具體說明本發明的優選的實施方式。

1.第1實施方式 1-1.透光型壓印用模具

本發明的第1實施方式的透光型壓印用模具，如圖1(a)所示，是包括具有形成有凹凸圖案3的圖案區域的透明基材4、設置在上述圖案區域上的遮光部件5的透光型壓印用模具2，遮光部件5如下進行設置：在上述圖案區域的端部的局部區域，以使凹凸圖案3的凹部3a和凸部3b雙方連續的方式覆蓋凹凸圖案3且使遮光部件5的表面形狀再現凹凸圖案3。

這樣的壓印用模具2可利用公知的壓印技術來形成，一個例子中，在圖1(a)所示透明基材4上具備具有所希望的微細的凹凸圖案3的透明樹脂層6。

(1)透明基材4

透明基材4由樹脂基材、石英基材等透明材料形成。具有柔軟性的樹脂模具的形成中優選樹脂基材，具體而言，例如為由選自聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酯、聚烯烴、聚醯亞胺、聚碸、聚醚碸、環狀聚烯烴以及聚萘二甲酸乙二醇酯中的1種構成。

(2)透明樹脂層6、凹凸圖案3、圖案區域

作為形成透明樹脂層6的樹脂，可以是熱塑性樹脂、熱固化性樹脂或者光固化性樹脂中的任一種，但從生產率和作為模具的操作容易度的觀點出發，優選光固化性樹脂。具體而言，可舉出丙烯酸樹脂、苯乙烯樹脂、烯烴樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚酯樹脂、環氧樹脂、矽酮樹脂等。另外，樹脂可以含有氟化合物、長鏈烷基化合物、以及蠟等剝離成分。

上述透明樹脂層6的厚度通常為50nm~1mm，優選為500nm~500μm。若形成這樣的厚度，則易於進行壓印加工。

形成透明樹脂層6的樹脂為熱塑性樹脂的情況下，以將透明樹脂層6加熱至玻璃化轉變溫度(Tg)以上的溫度的狀態下，將凹凸圖案形成用的模具以0.5~50MPa的衝壓厚保持10~600秒進行衝壓後，將透明樹脂層6冷卻至Tg以下的溫度，將模具從透明樹脂層6剝離，從而能夠在透明樹脂層6形成凹凸圖案3。另一方面，形成透明樹脂層6的樹脂是光固化性樹脂的情況下，以將用於形成凹凸圖案的模具按壓到液狀的透明樹脂層6的狀態對透明樹脂層6照射固化光(UV光、可見光、電子束等能夠固化樹脂的能量線的通稱)，由此固化透明樹 脂層6，其後，通過剝離模具，從而能夠在透明樹脂層6形成凹凸圖案3。光可以從透明基材4側照射，模具相對於光是透明的情況下，可以從模具側照射。另外，形成透明樹脂層6的樹脂是熱固化性樹脂的情況下，以將用於形成凹凸圖案的模具按壓到液狀的透明樹脂層6的狀態將透明樹脂層6加熱至固化溫度，由此對透明樹脂層6進行固化，其後，通過剝離模具，從而能夠在透明樹脂層6形成凹凸圖案3。光可以從透明基材4側照射，當模具相對於光具有透射性的情況下，可以從模具側照射。

對透明樹脂層6的凹凸圖案3沒有特別是限制，優選為週期10nm~2mm、深度10nm~500μm、轉印面1.0~1.0×10⁶mm²的圖案，更優選為週期20nm~20μm、深度50nm~1μm、轉印面1.0~0.25×10⁶mm²的圖案。若這樣進行設定，則能夠將凹凸圖案3充分轉印至轉印體。作為表面形狀，可舉出蛾眼(MOTH-EYE)、線、圓柱、獨石柱(

)、圓錐、多角錐、微透鏡。

形成凹凸圖案3的圖案區域，如圖1(a)所示，可以遍及透明基材4的整面進行設置，如圖1(b)所示，也可以設置在透明基材4的局部。

透明樹脂層6的表面可以進行用於防止與轉印材料的附著的剝離處理，剝離處理也可以通過形成剝離層(未圖示)來進行。作為形成剝離層(未圖示)的脫模劑，優選由選自氟類矽烷偶聯劑、具有氨基或羧基的全氟化合物和具有氨基或羧基的全氟醚化合物的至少1種構成，更優選是由選自氟類矽烷偶聯劑、一端全氟胺(全氟醚)化合物和一端全氟羧基(全氟醚)化合物的單體或者單 體和複合體的混合物中的至少1種構成。作為脫模劑，若使用上述脫模劑，則與透明樹脂層6的密合良好並且與進行壓印的樹脂的剝離性良好。剝離層(未圖示)的厚度優選為0.5~20nm，更優選為0.5~10nm，最優選為0.5~5nm的範圍內。應予說明，為了提高剝離層與透明樹脂層6的密合性，可以在透明樹脂層6中添加如WO2012/018045所公開的具有能夠與脫模劑鍵合的基團的添加劑。

3.遮光部件5

如圖1(a)所示，遮光部件5形成在形成有凹凸圖案3的圖案區域的端部的局部區域。遮光部件5的形成方法或材料，只要實現以遮蓋固化光的目的，就沒有特別限定。在一個例子中，通過濺鍍Cr等金屬材料附著在凹凸圖案3上而形成遮光部件5。遮光部件5可由丙烯酸系、聚氨酯系、聚碳酸酯系等有機材料，碳系等無機材料形成。這些材料中可以含有色素等其他材料。遮光部件可以沿圖案區域的一邊在直線上設置，也可以沿二邊以L形狀進行設置，也可以沿其以上的多個邊進行設置，還可以沿圖案區域的整周上設置。

設置遮光部件5的寬度沒有特別限定，但遮光部件5優選例如設置在圖案區域的寬度的2~20%的區域。遮光部件5的寬度若過窄，則無法得到設置遮光部件5而具有的優點，遮光部件5的寬度若過寬，則壓印的效率降低。

遮光部件5不僅形成在凹部3a和凸部3b，也以使凹凸圖案3的凹部3a和凸部3h雙方連續的方式而形成。另外，遮光部件5以其表面再現凹凸圖案3的方 式而形成。該情況下，將遮光部件5按壓在轉印材料上，可將凹凸圖案3轉印至轉印材料。

遮光部件5的厚度沒有特別限定，若過薄，則不能發揮遮光性，若過厚，則凹凸圖案3不能適當再現，所以，要適當選擇確保所需的遮光性且使凹凸圖案3適當再現到遮光部件5那樣的厚度。遮光部件5的厚度，例如為凹凸圖案的高度的0.01~0.99倍，優選為0.01~0.5倍或者1~100nm的範圍。遮光部件5的厚度，具體而言，例如為凹凸圖案的高度的0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、0.95、0.99倍，或者為1、5、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100nm，也可以是在這裏例示的數值的任2個之間的範圍內。

遮光部件5可以是完全遮住固化光(遮光度100%)，也可以部分遮光(例如遮光度50%)。換句話說，本說明書中，“遮光”是指包含完全遮光和部分遮光二者的用語。完全遮光的情況下，在後述的壓印方法中，若是從模具側曝光，則具有遮光部件5的區域(遮光區域)的光固化性樹脂無法完全曝光，所以為了使該區域的光固化性樹脂半固化而需要從塗布轉印材料的大面積基材側的曝光。另一方面，部分遮光的情況下，遮光區域的光固化性樹脂也一定程度曝光，所以即使不是來自大面積基材側的曝光，也能夠實施本發明的壓印方法。部分遮光的程度根據光固化性樹脂的物性等進行適當地變更，但例如為10、20、30、40、50，60、70、80、90%，也可以是這裏例示的數值的任2個之間的範圍內。

另外，針對遮光部件5，可以對透明樹脂層6實施上述剝離處理。由此，能夠防止轉印材料附著於遮光部件5。

1-2.壓印方法

接下來，對使用上述模具的壓印方法的一個例子進行說明。這裏所示的壓印方法只是例示，上述模具也可利用其他的壓印方法。

本發明的第1實施方式的壓印方法，如圖2~圖3所示，具備：曝光製程，在向塗布在大面積基材7上的光固化性樹脂9按壓上述的透光型壓印用模具2的狀態下，以照射到位於設置有遮光部件5的遮光區域的光固化性樹脂9的光量少於照射到位於沒有設置遮光部件5的透光區域的光固化性樹脂的光量的方式對光固化性樹脂9照射固化光，由此使位於上述遮光區域的光固化性樹脂9半固化；脫離製程，在曝光製程後使模具2從光固化性樹脂9脫離；移動製程，接下來，以使模具2的透光區域的端部位於半固化而成的光固化性樹脂9b上的方式使模具2移動，反復製程，在移動後的位置進行上述曝光製程和上述脫離製程。

(1)曝光製程

該曝光製程中，如圖2(a)所示，在大面積基材7上塗布液狀的光固化性樹脂9，以將模具2的凹凸圖案3按壓到塗布的光固化性樹脂9的狀態，向光固化性樹脂9照射固化光。在本實施方式中，從模具兩側、從大面積基材7照射均可。來自模具兩側的固化光，在透光區域直接通過模具2照射到光固化性樹脂9， 使光固化性樹脂9完全固化。另一方面，遮光區域中，遮光部件5遮蓋固化光，固化光無法照射到光固化性樹脂9。在這種狀態下，遮光區域的光固化性樹脂9保持為液狀，所以為了使遮光區域的光固化性樹脂9半固化，所以也照射來自大面積基材7的固化光。遮光區域的光固化性樹脂9的固化的程度通過改變來自大面積基材7的固化光的照射量進行調節。

大面積基材7的材質沒有特別限定，但優選為樹脂基材。通過使用樹脂基材，能夠利用本發明的壓印方法得到所希望的尺寸的(也可能為大面積)樹脂模具。作為構成樹脂基材的樹脂，例如由選自聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酯、聚烯烴、聚醯亞胺、聚碸、聚醚碸、環狀聚烯烴以及聚萘二甲酸乙二醇酯中的1種構成。另外，大面積基材7優選具有適度的柔軟性，使用樹脂基材時，樹脂基材的厚度優選為25~500μm的範圍。

作為光固化性樹脂9，可舉出丙烯酸樹脂、苯乙烯樹脂、烯烴樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚酯樹脂、環氧樹脂、矽酮樹脂等。另外，樹脂可以含有氟化合物、長鏈烷基化合物以及蠟等剝離成分。

(2)脫離製程

接下來，在固化光的照射後脫離模具2。由此，如圖2(b)所示，能夠得到在完全固化後的光固化性樹脂9a和半固化而成的光固化性樹脂9b形成有凹凸圖案3的反轉圖案的結構。半固化而成的光固化性樹脂9b只要短時間就能夠固 化至能夠保持凹凸圖案3的反轉圖案的程度，所以脫離模具2後也能夠維持反轉圖案的形狀。其中，由於無法完全固化，施加一定程度的力時容易變形。

(3)移動製程

接下來，如圖3(a)所示，使模具2移動至下一個加工區域。此時，無需進行模具2的精確的校準，模具的透光區域的端部以位於半固化而成的光固化性樹脂9b上的方式進行配置即可。因此，模具2的遮光區域的寬度越寬，所需的校準的精度越低。

(4)反復製程

接下來，如圖3(b)所示，向大面積基材7的光固化性樹脂9按壓模具2向光固化性樹脂9照射固化光。此時，已經形成在半固化而成的光固化性樹脂的凹凸圖案3的反轉圖案容易變形，成為根據按壓的模具的凹凸圖案3而形成的新的形狀。這樣半固化而成的光固化性樹脂9b可能容易變形，所以不破壞已經形成的圖案，變成為新的反轉圖案。

該製程中，固化光也照射到在之前的步驟中形成的半固化而成的光固化性樹脂9b，該半固化而成的光固化性樹脂9b成為完全固化的光固化性樹脂9a。另外，該步驟中，在遮光區域新形成半固化而成的光固化性樹脂9b。

以下，通過將脫離製程、移動製程、曝光製程僅反復需要的次數，從而能夠形成所希望的尺寸的大面積模具。

2.第2實施方式

圖4表示本發明的第2實施方式的透光型壓印用模具2。該模具2的構成與第1實施方式類似，但遮光部件5遮住部分固化光。

使用這樣的模具的情況下，如圖5所示，固化光可以僅從模具兩側照射。透光區域中固化光直接通過模具2照射到光固化性樹脂9b。遮光區域中，固化光雖因遮光部件5而衰減，但其一部分照射到光固化性樹脂9b。因此，通過適當調節固化光的強度和遮光部件5的透射度，能夠使光固化性樹脂9b半固化。以後的製程與第1實施方式同樣地進行。

2‧‧‧透光型壓印用模具

3‧‧‧凹凸圖案

3a‧‧‧凹部

3b‧‧‧凸部

4‧‧‧透明基材

5‧‧‧遮光部件

6‧‧‧透明樹脂層

Claims (6)

1. 一種透光型壓印用模具，其包含具有形成有凹凸圖案的圖案區域的透明基材和設置在所述圖案區域上的遮光部件，所述遮光部件進行如下設置：在所述圖案區域的端部的局部區域，使所述凹凸圖案的凹部和凸部雙方連續地覆蓋所述凹凸圖案且所述遮光部件的表面形狀使所述凹凸圖案再現。
2. 根據請求項1所述的透光型壓印用模具，其中，所述透明基材為透光性樹脂。
3. 根據請求項1或2所述的透光型壓印用模具，其中，所述遮光部件由金屬膜構成。
4. 一種壓印方法，其具備：曝光製程，在向塗布於大面積基材上的光固化性樹脂按壓請求項1或2所述的透光型壓印用模具的狀態下，以使照射到位於設置有所述遮光部件的遮光區域的固化性樹脂的光量少於照射到位於不設置所述遮光部件的透光區域的光固化性樹脂的光量的方式向光固化性樹脂照射固化光，由此使位於所述遮光區域的光固化性樹脂半固化，脫離製程，在所述曝光製程後使所述模具從所述光固化性樹脂脫離，移動製程，在所述脫離製程後，所述模具的透光區域的端部以位於所述半固化而成的光固化性樹脂上的方式使所述模具移動，反復製程，在移動後的位置進行所述曝光製程和所述脫離製程。
5. 根據請求項4所述的方法，其中，所述曝光製程中，所述固化光從所述模具側和所述大面積基材側雙方向所述光固化性樹脂照射。
6. 根據請求項4所述的方法，其中，所述遮光部件使所述固化光局部透過，所述固化光僅從模具側照射。