專利名稱：軟模具及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于形成圖案的模具，更具體地說，涉及軟模具及其制造方法。

背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件和平板顯示器件包括多個精細(xì)圖案。為了在諸如晶片或玻璃的基板上形成這些精細(xì)圖案，已經(jīng)廣泛使用了光刻方法。在光刻方法中，在基板上形成待構(gòu)圖的薄膜，然后向該薄膜施敷光刻膠。通過具有預(yù)定圖案的光掩模將該光刻膠曝光，然后通過顯影工藝選擇性地去除光刻膠，由此形成光刻膠圖案。通過使用該光刻膠圖案作為刻蝕掩模來對薄膜進(jìn)行刻蝕，然后去除該光刻膠圖案。從而，在基板上形成了期望的圖案。
然而，光刻方法包括諸如曝光和顯影的復(fù)雜工藝，并且需要昂貴的光掩模或曝光設(shè)備。由于這些因素，降低了生產(chǎn)成品率并增加了制造成本。此外，圖案的寬度越窄，問題就越嚴(yán)重。
為了解決光刻方法中的問題，已經(jīng)提出了幾種方法，如納刻印蝕刻方法、軟蝕刻方法、毛細(xì)力蝕刻方法以及軟模制方法。在這些方法中，由高分子彈性材料制成的軟模具已被廣泛用于形成圖案。
以下將參照附圖對根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的軟蝕刻方法進(jìn)行描述。
圖1A到1F是例示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)使用軟模具在基板上形成圖案的方法的剖面圖。
在圖1A中，在基板10上形成待構(gòu)圖的薄膜11，并向薄膜11施敷抗蝕劑13。
在圖1B中，按使與待形成的圖案相對應(yīng)的凹部17面對薄膜11的方式，將具有凹部17的模具15置于抗蝕劑13上。按壓模具15，使得模具15的上表面接觸薄膜11。對抗蝕劑13作用了幾個力，舉例來說，如模具15與抗蝕劑13之間的斥力FR、把抗蝕劑13吸入模具15的凹部17中的毛細(xì)力FC、作用于抗蝕劑13的重力FG、以及基板10與抗蝕劑13之間的摩擦力或粘附力FV。因此，可以由FR+FC-FG-FV表示將抗蝕劑13推入模具15的凹部17中的力F。
在軟蝕刻方法中，可以由疏水性材料形成模具15，使得模具15具有相對低的表面能。可以由親水性材料形成抗蝕劑13。因此，模具15和抗蝕劑13的表面性質(zhì)造成了斥力FR。
在圖1C中，通過對模具15施加壓力，把圖1B中的抗蝕劑13移動到凹部17中，然后通過紫外光或熱對凹部17中的抗蝕劑13進(jìn)行固化，由此形成抗蝕劑圖案13a。
在圖1D中，在使抗蝕劑固化之后移除模具15，從而把抗蝕劑圖案13a保留在薄膜11上。
在圖1E中，通過使用抗蝕劑圖案13a作為刻蝕掩模來對圖1D的薄膜11進(jìn)行刻蝕，由此形成圖案11a。
在圖1F中，通過剝起工藝去除圖1E的抗蝕劑圖案13a，從而把圖案11a保留在基板10上。
一般來說，在使用模具來在基板上形成抗蝕劑圖案的情況下，為了容易地將模具與抗蝕劑圖案分離，模具的表面能低于抗蝕劑的表面能。表面能是在固相或液相材料與氣相材料之間形成界面所需的每單位面積的能量。由于固相或液相材料具有較大的表面能，因此更難以與氣相材料形成界面。
因此，在諸如面內(nèi)壓印(IPP)方法的軟蝕刻方法中，為了充分形成預(yù)定抗蝕劑圖案，模具、抗蝕劑以及基板的表面能(可以分別稱為γMOLD、γER以及γsubstrate)應(yīng)當(dāng)滿足以下關(guān)系。
γMOLD＜γER＜γsubstrate 如果抗蝕劑的表面能γER可以低于基板的表面能γsubstrate，則可以容易地對基板施敷抗蝕劑。如果抗蝕劑的表面能γER可以高于模具的表面能γMOLD，則會在模具與抗蝕劑圖案之間引起斥力，并且可以容易地將模具與抗蝕劑圖案分離。這樣，由于模具對抗蝕劑的斥力隨著模具的表面能γMOLD的減小而變大，因此模具的表面能γMOLD低對于形成圖案來說是有利的。
通常，已廣泛使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作為用作軟蝕刻方法的軟模具的材料。在PDMS模具中，未固化鏈從模具的表面長出來，因而PDMS模具保持疏水性質(zhì)。此外，由于PDMS模具具有彈性，因此PDMS模具可以一致地接觸待構(gòu)圖的基板的表面。PDMS模具具有相對低的表面能，因此可以容易地將PDMS模具與基板分離。
然而，PDMS是可熱固化的，因而通過熱來使PDMS模具固化。因此，當(dāng)制造PDMS模具時，模具圖案的尺寸會由于伸縮變形而頻繁地發(fā)生變化。此外，由于PDMS具有相對高的粘度，因此難以將PDMS模具的厚度減小幾微米。


發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明旨在提供一種軟模具及其制造方法，其基本上克服了由于現(xiàn)有技術(shù)的局限和缺點(diǎn)而導(dǎo)致的一個或更多個問題。
本發(fā)明的實(shí)施例的一個目的是提供一種厚度薄且重量輕的軟模具。
另一目的是提供一種在不改變尺寸的情況下制造軟模具的方法。
在下面的說明中將闡述本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，其部分地根據(jù)說明即可顯見，或者可以通過對本發(fā)明的實(shí)踐來獲知。通過下述文字說明及其權(quán)利要求以及附圖中具體指出的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)并獲得本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)這些和其它優(yōu)點(diǎn)并且根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的目的，如在此所具體實(shí)現(xiàn)和廣泛描述的，提供了一種軟模具，其包括可光固化材料和光引發(fā)劑，其中所述軟模具滿足公式其中γdM是所述軟模具的表面能的分散項(xiàng)，γpM是所述軟模具的表面能的極性項(xiàng)，并且γL是去離子水的表面能。
在另一方面中，提供了一種制造軟模具的方法，該方法包括以下步驟制備具有凹部或凸部的母板(master plate)；在所述母板上形成樹脂層；通過對所述樹脂層照射紫外光而使所述樹脂層固化；以及將固化后的樹脂層與所述母板分離，其中，所述軟模具滿足公式其中，γdM是所述軟模具的表面能的分散項(xiàng)，γpM是所述軟模具的表面能的極性項(xiàng)，而γL是去離子水的表面能。
應(yīng)當(dāng)明白，以上一般性描述和以下詳細(xì)描述都是示例性和說明性的，旨在提供對所要求保護(hù)的發(fā)明的進(jìn)一步說明。



附圖被包括進(jìn)來以提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并被并入且構(gòu)成本說明書的一部分，其例示了本發(fā)明實(shí)施例，并且與文字說明一起用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖中 圖1A到1F是例示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的使用軟模具在基板上形成圖案的方法的剖面圖；和 圖2A到2F是例示了根據(jù)本發(fā)明的制造可光固化軟模具的方法的剖面圖。

具體實(shí)施例方式 下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其示例示出在附圖中。
在本發(fā)明中，為了解決諸如PDMS模具的可熱固化軟模具的問題，提出了一種可光固化軟模具。
可以由從二甲基丙烯酸二甘醇酯(DGDMA)、二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)、乙二醇苯基醚丙烯酸酯(EGPEA)、丙烯酸2-乙氧基-(2-乙氧基)乙酯(EOEOEA)、二丙烯酸1，6-己二醇(EO)酯(HD(EO)DA)、聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸縮水甘油基酯以及甲基丙烯酸丁酯中選擇出的一種或更多種材料，來形成根據(jù)本發(fā)明的可光固化軟模具。這些材料具有相對低的粘度。
向所選擇的材料添加光引發(fā)劑。這里，光引發(fā)劑可以是Ciba特種化學(xué)公司的IRGACURE 369、IRGACURE 184以及IRGACURE 379中的一個。
在本發(fā)明中，由上述材料制成的可光固化軟模具滿足由以下公式(1)示出的條件，以使得該可光固化軟模具具有與由PDMS制成的可熱固化軟模具的表面能相似的值。
----------公式(1) 其中，γM是軟模具的表面能，γL是去離子水的表面能。以下，可以將公式(1)的左邊稱為系數(shù)A。
通過以下過程推導(dǎo)出公式(1)。
γML＝γM-γLcosθ----------公式(2) γML＝γM-γL-Wα----------公式(3) 公式(2)是楊氏公式，公式(3)是Good-Girifalco理論，其中Wa是粘附功。由公式(2)和(3)推導(dǎo)出公式(4)。
γL(1+cosθ)＝Wα----------公式(4) 通常，當(dāng)水滴在表面上的接觸角大于90度時將該表面稱為疏水性表面。因此，應(yīng)當(dāng)滿足公式(5)，使得軟模具的表面具有疏水性質(zhì)。
----------公式(5) 這里，如果將Owens和Wendt假設(shè)的公式(6)代入公式(5)，則推導(dǎo)出公式(1)。
----------公式(6) 因此，在公式(1)中，由表面能的分散項(xiàng)γd和極性項(xiàng)γp來確定系數(shù)A。
以下將參照附圖對使用滿足上述條件的材料來制造可光固化軟模具的方法進(jìn)行描述。
圖2A到2F是例示了根據(jù)本發(fā)明的制造可光固化軟模具的方法的剖面圖。
在圖2A中，制備母板20。母板20在其表面上具有預(yù)定凸部22。母板20可以具有凹部。通過在絕緣基板上淀積諸如氮化硅或二氧化硅的絕緣層，然后例如通過光刻工藝對該絕緣層進(jìn)行構(gòu)圖，可以形成母板20。作為另一種選擇，可以通過對母板20的表面選擇性地進(jìn)行構(gòu)圖來形成母板20。
在圖2B中，在母板20上形成樹脂層30。樹脂層30可以包括從二甲基丙烯酸二甘醇酯(DGDMA)、二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)、乙二醇苯基醚丙烯酸酯(EGPEA)、丙烯酸2-乙氧基-(2-乙氧基)乙酯(EOEOEA)、二丙烯酸1，6-己二醇(EO)酯(HD(EO)DA)、聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸縮水甘油基酯以及甲基丙烯酸丁酯中選擇出的一種或更多種材料。這里，樹脂層30應(yīng)當(dāng)滿足公式(1)。此外，由于通過紫外光使樹脂層30固化，因此樹脂層30包括光引發(fā)劑。
在圖2C中，在樹脂層30的上表面上貼合背板50。此時，可以對背板50的表面施敷粘合材料40，該粘合材料40接觸樹脂層30的上表面。在某些情況下，可以略去貼合背板50的步驟。
在圖2D中，對樹脂層30照射紫外光，從而使樹脂層30固化。這里，通過由于光引發(fā)劑而激活直鏈聚合物的物理交聯(lián)反應(yīng)，來使樹脂層30固化。
在圖2E中，將固化后的樹脂層30連同背板50與母板20分離，這樣，在圖2F中，完成了軟模具100。軟模具100具有與圖2E中的母板20的凸部或凹部相對應(yīng)的凹部或凸部。然后，為了增強(qiáng)軟模具100的疏水性質(zhì)，可以利用紫外光來執(zhí)行后處理工藝。在該后處理工藝中，紫外光的強(qiáng)度可以在2到15mW/cm2的范圍內(nèi)，并且照射時間可以在10秒到20分鐘的范圍內(nèi)。
例如，當(dāng)對軟模具照射強(qiáng)度約為11mW/cm2的紫外光達(dá)約5分鐘時，該軟模具具有20.8的表面能分散項(xiàng)和2.6的表面能極性項(xiàng)。因此，該軟模具的系數(shù)A為0.45。該軟模具的系數(shù)A類似于可熱固化軟模具(其由PDMS制成，并具有18.8的表面能分散項(xiàng)和1.6的表面能極性項(xiàng)以及0.45的系數(shù)A)的系數(shù)A。另一方面，由聚氨基甲酸酯制成的另一可光固化軟模具具有0.6的系數(shù)A，并且不具有疏水性質(zhì)。
在本發(fā)明中，由于軟模具是可光固化的，因此模具圖案的尺寸不會變化。此外，該軟模具由具有與PDMS模具類似的疏水性質(zhì)的一種或更多種材料形成，從而可以容易地將該軟模具與基板分離以形成期望的圖案。
此外，由于用于軟模具的材料具有相對低的粘度，因此該軟模具可以具有幾微米的薄厚度，從而可以是輕質(zhì)的。
對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，很明顯，可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下對用于面內(nèi)壓印工藝(其為制造本發(fā)明的軟模具的方法)的軟模具進(jìn)行各種修改和變化。由此，本發(fā)明旨在覆蓋落在所附權(quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)的對本發(fā)明的變型和修改。
本申請要求2006年6月27日在韓國提交的韓國專利申請第2006-0057986號的優(yōu)先權(quán)，通過引用將其并入于此。
權(quán)利要求
1、一種軟模具，該軟模具包括
可光固化材料；和
光引發(fā)劑，
其中，所述軟模具滿足公式
其中，γdM是所述軟模具的表面能的分散項(xiàng)，γpM是所述軟模具的表面能的極性項(xiàng)，而γL是去離子水的表面能。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟模具，其中，所述可光固化材料是從二甲基丙烯酸二甘醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、乙二醇苯基醚丙烯酸酯、丙烯酸2-乙氧基-(2-乙氧基)乙酯、二丙烯酸1，6-己二醇(EO)酯、聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸縮水甘油基酯以及甲基丙烯酸丁酯中選擇出的一種或更多種材料。
3、一種制造軟模具的方法，該方法包括以下步驟
制備具有凹部或凸部的母板；
在所述母板上形成樹脂層；
通過對所述樹脂層照射紫外光而使所述樹脂層固化；以及
將固化后的樹脂層與所述母板分離，
其中，所述軟模具滿足公式
其中，γdM是所述軟模具的表面能的分散項(xiàng)，γpM是所述軟模具的表面能的極性項(xiàng)，而γL是去離子水的表面能。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述樹脂層包括可光固化材料和光引發(fā)劑，其中，所述可光固化材料是從二甲基丙烯酸二甘醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、乙二醇苯基醚丙烯酸酯、丙烯酸2-乙氧基-(2-乙氧基)乙酯、二丙烯酸1，6-己二醇(EO)酯、聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸縮水甘油基酯以及甲基丙烯酸丁酯中選擇出的一種或更多種材料。
5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，該方法還包括以下后處理工藝在將所述固化后的樹脂層與所述母板分離之后對所述軟模具照射紫外光。
6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述后處理工藝中的所述紫外光具有2到15mW/cm2的強(qiáng)度。
7、根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，在所述后處理工藝中對所述軟模具照射所述紫外光達(dá)10秒到20分鐘。
8、根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，該方法還包括以下步驟在將所述樹脂層施敷在所述母板上之后，將在其表面上帶有粘合材料的背板貼合到所述樹脂層，而使得所述粘合材料接觸所述樹脂層。
全文摘要
本發(fā)明涉及軟模具及其制造方法。該軟模具包括可光固化材料；和光引發(fā)劑，其中，所述軟模具滿足公式，其中，γdM是所述軟模具的表面能的分散項(xiàng)，γpM是所述軟模具的表面能的極性項(xiàng)，而γL是去離子水的表面能。
文檔編號H01L21/027GK101097400SQ200710104859
公開日2008年1月2日 申請日期2007年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月27日
發(fā)明者南妍熙, 金珍郁 申請人:Lg.菲利浦Lcd株式會社