TWI662591B - 使用分步重複用壓印用模具的分步重複壓印方法、及分步重複用壓印用模具之製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供在取下模具時能夠抑制形成於固化樹脂層之凹凸圖案之端部之變形之分步重複用壓印用模具。根據本發明，可提供一種分步重複用壓印用模具，其具備：透明基材；透明樹脂層，其形成於上述透明基材上且具有形成有凹凸圖案之圖案區域；以及遮光部件，其以在上述透明基材與上述透明樹脂層之間於上述圖案區域之局部與上述圖案區域重疊之方式設置。

Description

使用分步重複用壓印用模具的分步重複壓印方 法、及分步重複用壓印用模具之製造方法
本發明涉及使用分步重複(Step-and-repeat)用壓印用模具的分步重複壓印方法及分步重複用壓印用模具之製造方法。
所謂壓印技術，是將具有凹凸圖案之模具按壓於基板上之液狀樹脂等轉印材料，由此將模具之圖案轉印於轉印材料之微細加工技術。作為微細之凹凸圖案，存在從10nm等級之奈米級圖案到100μm左右之圖案，應用於半導體材料、光學材料、存儲介質、微型電機、生物、環境等各種領域。
然而，表面具有奈米級微細凹凸圖案之模具由於圖案之形成耗費時間，所以非常昂貴。因此，表面具有奈米級微細凹凸圖案之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之方式一邊錯開模具之位置一邊反復進行利用小型模具之壓印，由此能夠進行大面積之壓印(分步重複)。
【現有技術文獻】
專利文獻
專利文獻1：日本專利第4262271
專利文獻1之方法中反復進行如下步驟：在將模具之凹凸圖案按壓於轉印材料之狀態下將轉印材料曝光使其固化，形成具有凹凸圖案之固化樹脂層，其後將模具從固化樹脂層取下。本發明人對該方法進行了詳細之研究，結果注意到將模具從轉印材料取下時，有時形成於固化樹脂層之凹凸圖案之端部會發生變形。
本發明是鑒於上述情況而進行之，其提供一種在取下模具時可抑制形成於固化樹脂層之凹凸圖案之端部之變形之分步重複用壓印用模具。
根據本發明，提供一種分步重複用壓印用模具，其具備：透明基材；透明樹脂層，其形成於所述透明基材上且具有形成有凹凸圖案之圖案區域；以及遮光部件，其以在上述透明基材與上述透明樹脂層之間於上述圖案區域之局部與上述圖案區域重疊之方式設置。
根據本發明人之分析，專利文獻1之方法中，由於在轉印材料上形成反轉凹凸圖案而成之反轉圖案之區域與轉印材料固化之區域幾乎相同，所 以在固化樹脂層之反轉圖案之端部，反轉圖案會受到多餘之力而使反轉圖案容易變形。在本發明中，由於以在模具之形成有凹凸圖案之圖案區域之局部與圖案區域重疊之方式設有遮光部件，所以與在轉印材料上形成反轉圖案之區域相比，轉印材料固化之區域更窄。因此，與固化樹脂層之反轉圖案之端部鄰接地存在未固化樹脂層之反轉圖案，所以固化樹脂層之反轉圖案之端部所受到之力減小而抑制固化樹脂層之反轉圖案之變形。
以下，例示本發明之各種實施方式。以下示出之實施方式可以相互組合。
優選上述圖案區域由透光區域和遮光區域構成，所述透光區域是將上述凹凸圖案轉印到光可固化性樹脂形成之被轉印樹脂層後藉由照射活性能量線而使上述被轉印樹脂層固化之區域，所述遮光區域是在上述透光區域之周邊部即使照射上述活性能量線上述被轉印樹脂層也不會被固化之區域。
優選上述透明基材具有撓性。
優選上述透明基材在形成有上述透明樹脂層之一側之面為平坦面。
根據本發明另一觀點，提供一種分步重複用壓印用模具之製造方法，其具備如下步驟：在透明基材上之規定位置配置遮光部件，以覆蓋上述遮光部件之方式在上述透明基材上形成透明樹脂層，該透明樹脂層具有形成有凹凸圖案之圖案區域，上述遮光部件以在上述圖案區域之局部與上述圖案區域重疊之方式設置。
2‧‧‧壓印用模具
3‧‧‧凹凸圖案
4‧‧‧透明基材
4a‧‧‧背面
5‧‧‧遮光部件
6‧‧‧透明樹脂層
7‧‧‧大面積基材
9‧‧‧被轉印樹脂層
13‧‧‧圖案區域
21‧‧‧保持部
【圖1】是表示本發明之第1實施方式之分步重複用壓印用模具2之構成之截面圖。
【圖2】是表示圖1之模具2之製造步驟之截面圖。
【圖3】是表示使用了圖1之模具2之壓印方法之截面圖。
【圖4】是表示本發明之第2實施方式之分步重複用壓印用模具2之構成之截面圖。
【圖5】是表示本發明之第3實施方式之分步重複用壓印用模具2之構成之截面圖。
【圖6】是表示本發明之第3實施方式之分步重複用壓印用模具2之使用方法之截面圖。
以下，參照附圖對本發明之優選之實施方式進行具體說明。
<第1實施方式>
如圖1所示，本發明之第1實施方式之分步重複用壓印用模具2具備：透明基材4；透明樹脂層6，其形成於透明基材4上且具有形成有凹凸圖案3之圖案區域13；遮光部件5，其以在上述透明基材4與上述透明樹脂層6之間於上述圖案區域13之端部與上述凹凸圖案3重疊之方式設置。 以下，對各構成要素進行詳細說明。
1．壓印用模具2之構成 (1)透明基材4
透明基材4是由樹脂基材、石英基材、有機矽基材等透明材料形成之基材。對於具有柔軟性之樹脂模具之形成，優選樹脂基材，具體而言，例如為選自聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate)、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(Polyethylene naphthalate)中之1種。
(2)透明樹脂層6、凹凸圖案3、圖案區域13
作為形成透明樹脂層6之樹脂，可以使熱塑性樹脂、熱固化性樹脂或光可固化性樹脂中之任一種，但從生產率和作為模具之使用容易性之觀點出發，優選光可固化性樹脂。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、有機矽樹脂等。另外，樹脂也可以含有氟化合物、長鏈烷基化合物和蠟等剝離成分。
上述透明樹脂層6之厚度通常為50nm~1mm，優選為500nm~500μm。如果形成這樣之厚度，則壓印加工容易進行。
透明樹脂層6之凹凸圖案3沒有特別限制，優選週期10nm~2mm、深度10nm~500μm、轉印面1．0~1．0×106mm2之凹凸圖案，更優選週期20nm ~20μm、深度50nm~1μm、轉印面1．0~0．25×106mm2之凹凸圖案。如果這樣設定，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、線、圓柱、獨石柱、圓錐、多邊錐、微透鏡。
形成凹凸圖案3之圖案區域13可以設置於透明基材4之整面，也可以僅設置於透明基材4之局部。
可以對透明樹脂層6之表面實施用於防止與轉印材料之附著之剝離處理，剝離處理可以是形成剝離層(未圖示)之處理。作為剝離層(未圖示)之脫模劑，優選由選自氟系矽烷偶聯劑、具有氨基或羧基之全氟化合物和具有氨基或羧基之全氟醚化合物中之至少1種構成，更優選由選自氟系矽烷偶聯劑、一端全氟胺(全氟醚)化合物以及一端全氟羧基(全氟醚)化合物之單體或單體與複合物之混合物中之至少1種構成。如果使用上述物質作為脫模劑，則與透明樹脂層6之密合良好，並且與進行壓印之樹脂之剝離性良好。剝離層(未圖示)之厚度優選為0．5~20nm，更優選為0．5~10nm，最優選為0．5~5nm之範圍內。應予說明，為了提高剝離層與透明樹脂層6之密合性，可以在透明樹脂層6中添加如WO2012/018045所公開之具有能與脫模劑鍵合之基團之添加劑。
(3)遮光部件5
如圖1所示，遮光部件5可以以在透明基材4與透明樹脂層6之間於圖案區域13之端部以與圖案區域13重疊之方式設置。
若將遮光部件5形成在透明樹脂層6之凹凸圖案3上，則有時因凹凸圖案3之影響而難以確保被遮光部件5遮光之遮光區域S之端部之直線性，但根據本實施方式之構成，由於能夠使平遮光部件5附著於平坦之透明基材4上，因此能夠提高遮光區域S之端部之直線性，其結果能夠提高未被遮光部件5遮光之透光區域T之位置精度。另外，如果將遮光部件5形成在透明基材4之背面4a上，則由於遮光部件5與凹凸圖案3之間的距離長，所以在進行基於分步重複之壓印時所照射之活性能量線19(圖3(a)和(d)中圖示)容易在遮光部件5與凹凸圖案3之間發生折射．衍射．反射，其結果，存在到達遮光區域S之活性能量線19之光量増大之問題。但是，根據本實施方式之構成，由於遮光部件5與凹凸圖案3之距離非常短，所以能夠使到達遮光區域S之活性能量線19之光量為最小限度。
遮光部件5之形成方法、材料只要能夠實現遮蔽活性能量線之目的就沒有特別限定。作為一個例子，遮光部件5可藉由採用濺射使Cr等金屬材料附著在凹凸圖案3上來形成。遮光部件5也可以用丙烯酸系、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。遮光部件可以沿著圖案區域13之一邊設置成直線狀，也可以沿著兩邊設置成L字狀，也可以沿著兩邊以上之數邊進行設置，可設置成線狀、點狀、網格狀，也可以沿著圖案區域13之整周設置。
設置遮光部件5之寬度沒有特別限定，但遮光部件5例如優選設置於圖案區域13之寬度之2~20%之區域。這是由於若遮光部件5之寬度過窄，則得不到藉由設置遮光部件5而帶來之優點，若遮光部件5之寬度過寬，則壓印之效率降低。
遮光部件5之厚度沒有特別限定，只要是能夠充分抑制遮光區域S中之轉印材料固化之厚度即可。
2．壓印用模具2之製造方法
接著，對壓印用模具2之製造方法進行說明。
首先，如圖2(a)所示，使用光刻法等在透明基材4上之透光區域T形成剝離用之樹脂層15，接著在透明基材4上形成金屬材料層5a。
接著，如圖2(b)所示，藉由除去樹脂層15及位於其上之金屬材料層5a，得到透明基材4上設有遮光部件5之構成。應予說明，遮光部件5也可藉由採用光刻法、噴墨印刷、絲網印刷等方法代替剝離法在規定位置形成樹脂層而形成。
接著，如圖2(c)所示，以覆蓋遮光部件5之形式在透明基材4上塗布用於形成透明樹脂層6之樹脂，形成被轉印樹脂層16。
接著，如圖2(d)所示，使用具有反轉凹凸圖案3而成之反轉圖案3r之模具17在被轉印樹脂層16上形成凹凸圖案3。用於形成透明樹脂層6之樹脂為熱塑性樹脂時，在將被轉印樹脂層16加熱至玻璃化轉變溫度(Tg)以上之溫度之狀態下，將凹凸圖案形成用之模具17以0．5~50MPa之衝壓 厚保持10~600秒進行衝壓後，將被轉印樹脂層16冷卻至Tg以下之溫度，將模具17從被轉印樹脂層16剝離，從而能夠形成具有凹凸圖案3之透明樹脂層6。另一方面，用於形成透明樹脂層6之樹脂為光可固化性樹脂時，在對液狀之被轉印樹脂層16按壓凹凸圖案形成用之模具17之狀態下，對被轉印樹脂層16照射活性能量線(UV光、可見光、電子束等能使樹脂固化之能量線之總稱)18，使被轉印樹脂層16固化，其後，將模具17剝離，從而能夠形成具有凹凸圖案3之透明樹脂層6。此時，用透明材料形成模具17，可通過模具17對被轉印樹脂層16照射活性能量線18。另外，用於形成透明樹脂層6之樹脂為熱固化性樹脂時，在對液狀之被轉印樹脂層16按壓凹凸圖案形成用之模具17之狀態下，將被轉印樹脂層16加熱至固化溫度，使被轉印樹脂層16固化，其後，將模具17剝離，從而能夠形成具有凹凸圖案3之透明樹脂層6。
3．壓印方法
接著，使用上述模具2對基於分步重複法之壓印方法進行說明。
首先，如圖3(a)所示，在大面積基材7上塗布液狀之光可固化性樹脂，形成被轉印樹脂層9，在對被轉印樹脂層9按壓模具2之凹凸圖案3之狀態下，通過透明基材4照射活性能量線19。藉由僅在活性能量線19之照射區域中之透光區域T照射活性能量線19而使被轉印樹脂層9固化，得到形成有反轉圖案3r之固化樹脂層19。另外，在遮光區域S中，在被轉印樹脂層9形成反轉圖案3r，但被轉印樹脂層9未被固化。因此，在圖3(b) 之狀態下，形成於固化樹脂層19之反轉圖案3r和形成於被轉印樹脂層9之反轉圖案3r被連續之形成。
接著，從圖3(b)之狀態取下模具2。此時，在形成於固化樹脂層19之反轉圖案3r之端部，反轉圖案3r會受到多餘之力而使反轉圖案3r容易變形。但是，在本實施方式中，由於在與固化樹脂層19鄰接之未固化之被轉印樹脂層9上也形成有反轉圖案3r，所以固化樹脂層19之反轉圖案3r所受到之力減小，從而抑制固化樹脂層19之反轉圖案3r之變形。
接著，如圖3(c)所示，使模具2移動至下一加工區域。如圖3(c)所示，優選使模具2移動至遮光區域S與透光區域T之邊界位置和固化樹脂層19與被轉印樹脂層9之邊界位置大致一致之位置。然後，如圖3(d)所示，在移動後之位置將凹凸圖案3轉印於被轉印樹脂層9，對位於透光區域T之被轉印樹脂層9照射活性能量線19，得到形成有反轉圖案3r之固化樹脂層19。
僅將以上步驟重複必要之次數就能夠形成所希望之尺寸之微細結構體。該微細結構體可利用於壓印用模具、微接觸印刷用壓模、光學片(防反射片、全息片、透鏡片、偏振分離片)、防水片、親水片細胞培養片等。
<第2實施方式>
使用圖4對本發明之第2實施方式之分步重複用壓印用模具2進行說明。
在第1實施方式中，遮光部件5被設置成僅在圖案區域13之端部與圖案區域13重疊，但在本實施方式中，如圖4所示，遮光部件5還被設置在圖案區域13之端部以外之部位。根據這樣之構成，如圖4所示，被設置於圖案區域13之端部之遮光部件5覆蓋之區域成為端部遮光區域S1，被設置於圖案區域13之端部以外之遮光部件5覆蓋之區域成為非端部遮光區域S2，其餘區域成為透光區域T。這樣之構成也能夠抑制固化樹脂層19之反轉圖案3r之變形。
<第3實施方式>
使用圖5~圖6對本發明之第3實施方式之分步重複用壓印用模具2進行說明。
在本實施方式中，如圖5所示，遮光部件5不設置在圖案區域13之端部而僅設置於圖案區域13之端部以外之部位。例如如圖6所示，這種構成之模具2能夠在以不對遮光部件5之外側區域照射活性能量線19之方式用壓印裝置之保持部21保持之狀態下使用。根據這樣之使用方法，被最靠近圖案區域13之端部之遮光部件5覆蓋之區域成為端部遮光區域S1，其以外之被遮光部件5覆蓋之區域成為非端部遮光區域S2，其餘之區域成為透光區域T。因此，與第2實施方式同樣地，能夠抑制固化樹脂層19之反轉圖案3r之變形。
另外，遮光部件5像本實施方式這樣設置成在圖案區域13局部與圖案區域重疊即可，設置遮光部件5之位置可以不是圖案區域13之端部。

Claims (5)

  1. 一種使用分步重複用壓印用模具的分步重複壓印方法，所述分步重複用壓印用模具，其具備：透明基材；透明樹脂層，其形成於所述透明基材上且具有形成有凹凸圖案之圖案區域；以及遮光部件，其以在所述透明基材與所述透明樹脂層之間於所述圖案區域之局部與所述圖案區域重疊之方式設置，其中所述分步重複壓印方法包含：按壓步驟，對被轉印樹脂層，按壓所述分步重複用壓印用模具之所述凹凸圖案；照射步驟，在按壓狀態下，通過所述透明基材照射活性能量線；反轉圖案形成步驟，在所述活性能量線之照射區域中之沒有被所述遮光部件遮光的區域中，所述被轉印樹脂層被固化，形成被形成有反轉圖案的固化樹脂層，在被所述遮光部件遮光的區域中，所述被轉印樹脂層未被固化，藉以形成被形成有所述反轉圖案的未固化樹脂層；移動步驟，卸下所述分步重複用壓印用模具，以所述遮光部件與鄰接的所述圖案區域之邊界位置和所述固化樹脂層與所述未固化樹脂層之邊界位置一致之方式，將所述分步重複用壓印用模具移動至下一加工區域；重複步驟，重複所述按壓步驟、所述照射步驟、所述反轉圖案形成步驟及所述移動步驟。
  2. 根據申請專利範圍1所述之分步重複壓印方法，其中，所述圖案區域由透光區域和遮光區域構成，所述透光區域是將所述凹凸圖案轉印到光可固化性樹脂形成之被轉印樹脂層後藉由照射活性能量線而使所述被轉印樹脂層固化之區域，所述遮光區域是在所述透光區域之周邊部即使照射所述活性能量線所述被轉印樹脂層也不會被固化之區域。
  3. 根據申請專利範圍1或2所述之分步重複壓印方法，其中，所述透明基材具有撓性。
  4. 根據申請專利範圍1或2所述之分步重複壓印方法，其中，所述透明基材在形成有所述透明樹脂層之一側之面為平坦面。
  5. 一種分步重複用壓印用模具之製造方法，其具備如下步驟：在透明基材上之透光區域形成樹脂層，接著在所述透明基材及所述樹脂層上形成遮光部件，接著除去所述樹脂層及所述樹脂層上的所述遮光部件，以在所述透明基材上之規定位置配置所述遮光部件，以覆蓋所述遮光部件之方式在所述透明基材上形成透明樹脂層，該透明樹脂層具有形成有凹凸圖案之圖案區域，所述遮光部件以在所述圖案區域之局部與所述圖案區域重疊之方式設置。
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