(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマ樹脂からなり、上部にモノリシックに形成された微細部を有する電子デバイス用の部品を製造する方法において、
（Ａ）基板上に形成された第1材料層に所定のパターンで凹みを有するモールドを以下の補助ステップで形成するステップと、
（Ａ１）光学的に平坦な基板に第１材料層を形成するステップと、
（Ａ２）前記第１材料層よりも早いエッチング速度を有する第２材料層を前記第１材料層の上に形成するステップと、
（Ａ３）前記第２材料層の上にフォトレジスト層を形成するステップと、
（Ａ４）前記フォトレジスト層をパターン化するステップと、
（Ａ５）前記第１材料層と前記第２材料層をエッチングするステップと、
（Ａ６）前記フォトレジスト層を除去するステップと、
（Ａ７）前記第２材料層を除去して、前記基板上の前記第１の材料層に、所定のパターンの１又はそれ以上の凹みを形成するステップと、
（Ｂ）流体状態のポリマ樹脂を前記モールドに接触させ、前記凹みに前記ポリマ樹脂を充填し、前記ポリマ樹脂の表面の一部を前記光学的に平坦な基板に接触させるステップと、
（Ｃ）前記ポリマ樹脂を硬化するステップと、
（Ｄ）前記硬化した樹脂をモールドから除去するステップ
を含むことを特徴とする前記基板の光学的に平坦な表面を写しとった部分を有する表面を持つ電子デバイス用の部品の製造方法。
【請求項２】
前記ステップ（Ｂ）は、１つまたは複数の溶剤を有するポリマの溶液と溶融状態の熱可塑性ポリマと未凝固状態の熱硬化性ポリマからなるグループから選択された流動状態のポリマ樹脂にモールドを接触するステップを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ステップ（Ａ１）においては、金属層を光学的に平坦な表面上に形成することによってその光学的に平坦な表面が再現された光学的に平坦な基板を形成するステップを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記金属層の金属は、ニッケルである
ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ステップ（Ａ１）において、金属層を基板に形成することにより、基板に第１の材料層を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ステップ（Ａ２）において、金属層を基板に形成することにより、基板に第２材料層を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記金属層の金属は、クロムと銅とアルミニウムとチタンとモリブデンからなるグループから選択される
ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記第２材料層は、チタンとアルミニウムとモリブデンとニッケルとからなるグループから選択される
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
請求項1乃至８のいずれかに規定する製造方法により製造されたモノリシックに形成された微細部を有するポリマ樹脂製の部品を含む電子デバイスであって、
前記微細部はモールドを流動状態のポリマ樹脂と接触させることにより得られることを特徴とする電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は精密微細部を有するモールドポリマ素子の製造に用いる光学質のモールド及びモールド挿入物、また、このモールド及びこのモールドを使用して造られたポリマ素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリマ材料、特に熱可塑性材料は、ガラスよりもフラットパネルディスプレイ用の基板のような電子デバイスの応用においては優れた特性を持っている。一般的に、プラスチックはガラスより軽質でかつ機械的に頑丈である。さらに、プラスチック加工は特に連続的なフィルムまたはシートを使用することができ、部品の製造コストが低減できる。
【０００３】
プラスチックはモールドまたは浮き出し成形により加工される。しかし、標準のモールド製造技術は精度の高いディスプレイ及び他の電子素子への応用は不向きである。例えば、ディスプレイパネルは光学的に平坦で、多くは数ミクロンの精度が要求される。そのため、精密な微細部を有するモールドポリマ素子の製造においては高精度微細部を有する光学用モールド挿入物を製造することが重要となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、ポリマフラットパネルディスプレイなどのような高精度な微細部を有するモールドポリマ素子を製造するためのモールド及びモールド挿入物を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、モールドの表面を形成するために、エッチング可能な層が光学的に平坦な基板上に形成される。このエッチング可能な層は周知のフォトリソグラフィ技術によりマスクされる。そして、このエッチング可能な層に所望の凹みパターンを形成するようエッチング処理を行い、マスク材料が除去される。モールド挿入物はモールドキャビティに配置され、溶融状態または未凝固状態のポリマ材料がモールドと接触するよう導入されて、所望の微細部を有するポリマ素子が形成される。
【０００６】
本発明の実施形態においては、第１と第２エッチング可能層は光学的に平坦な表面上に形成される。この第２エッチング可能層は第１エッチング可能層より速いエッチング速度を有する材料により形成される。周知のフォトリソグラフィ技術を用いて第２エッチング可能層にマスクを施す。異なるエッチング速度のエッチングにより、テーパー状の側壁を有する所望の凹みパターンが形成される。マスク材料を除去した後、モールド挿入物はモールド内に配置され、溶融状態または未凝固状態のポリマ材料はモールドと接触するよう導入されて、所望の微細部を有するポリマ素子が形成される。
【０００７】
本発明の他の実施形態においては、電子デバイス用の部品はポリマ樹脂により製造される。この部品は高精度な微細部とともに一回の成形プロセスにより形成される。好ましい実施形態においては、この部品はフラットパネルディスプレイである。このようにして、所望の微細部を有するモールドポリマ素子が本発明により製造される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１に示す本発明の製造方法によるモールドまたはモールド挿入物を用いて、微細部を有するポリマ素子が製造される。まず、光学的に平坦な基板１０を準備する。基板１０は、光学的に平坦な表面の上に適切な材料を成長させ、光学的に平坦な表面を再現させる。例えば、材料を、光学的に平坦な表面を有するガラス基板又は、例えば、ラップ、研磨または機械加工により形成された光学的に平坦な表面を有する他の材料（例えば、陽極化ニッケル）上に形成する。基板１０はこの光学的に平坦な表面を形成するのに適した任意の材料から作成される。金属は基板の形成にもっとも適した材料である。適切な金属としては、ニッケル、銅、クロム、アルミニウム、ブラス及び金等がある。基板材料は周知の技術により光学的に平坦な表面上に形成される。例えば、基板材料として金属を加える場合、金属は真空堆積される。基板材料は、光学的に平坦な表面から除去する際に基板の機械的完全性を保つのに必要な厚さを有する。ニッケルをガラス上で成長させるときには、約０．０５０８ｍｍまたはそれ以上の厚さが好ましく、約０．１２７ｍｍ〜約０．６３５ｍｍが望ましい。本発明により所望の微細部を有するモールドポリマ素子が製造される。ガラスから基板を除去するために、基板を形成する前に、解放層が光学平面に加えられる。基板が形成されると、この基板はガラスまたは他の光学的に平坦な表面から化学処理により剥がす。基板材料の成長表面がガラスの光学的に平坦な表面を再現するのに適する場合には、ガラスから基板を除去することは必ずしも必要ではない。
【０００９】
次に、エッチング可能層２０を基板１０上に成長させる。エッチング可能層２０は、基板に粘着でき、その厚さが精密に制御され、かつポリマモールド時の温度に耐え得るエッチング可能な材料により形成される。金属が特に適切であるそれには、銅、クロム、アルミニウム、チタンと、モリブデン等がある。エッチング可能層２０は、例えば、真空蒸着と、電気メッキと、無電界メッキなどの周知の技術により形成される。無電界メッキを用いる場合、例えば、すず塩化物またはパラジウム塩化物などのようなシード層がエッチング可能層２０の成長に用いられる。他の条件においては、クロムの薄い粘着層（０．５μｍ）が、例えばスパッタリング法などによりニッケル基板上に形成されて、銅層を基板上に成長させる。エッチング可能層２０の厚さはディスプレイに形成される微細物の大きさに基づいて決定される。一般的に、エッチング可能層２０は約０．１μｍから５０μｍ以上の厚さに形成される。好ましくは、エッチング可能層２０は約１μｍから１０μｍの厚さを有する。
【００１０】
その後、マスク層３０が周知のフォリソグラフィ技術によりエッチング可能層２０の上に形成される。マスク層３０は所定のパターンでエッチング可能層２０の適切な位置に１つまたは複数の露光部２２を形成する。この露光部２２にポリマ素子の微細部が形成される。エッチング可能層２０の各露光部２２は後述するようにエッチングされて、凹みを形成する。この凹みはモールド挿入物でもってポリマ素子の微細部を形成する。
【００１１】
次に、エッチング可能層２０のエッチングが行われ、図３に示すような凹み２５が形成される。エッチングは図２に示す構造物をエッチング溶液に軽く浸すことにより行われる。適切なエッチング溶液は材料に応じて周知の溶液を用いる。例えば、エッチング可能層２０は銅で、基板１０はニッケルである場合には、アルカリ性エッチング剤、例えば、２ＭのＣｕＣｌ２、または４．５ＭのＮＨ４Ｃｌ、または９ＭのＮＨ４ＯＨはエッチング可能層２０を基板１０まで、またはクロムバリア層が存在するならば、クロムバリア層までエッチングするのに使用される。エッチングが完了した後、マスク層３０は例えば、エッチングのような周知の技術でもって除去されて、図４に示すモールド挿入物を形成する。
【００１２】
図４に示したモールド挿入物はポリマ素子をモールドするのに使用される。モールド挿入物はモールド（図示せず）上に配置されて、流動状態（例えば、溶液状態または溶融状態または未凝固状態）のポリマ樹脂がモールド表面に導入される。流動状態の樹脂は凹み２５を充満する。これを硬化（例えば、溶剤の蒸発または冷却または固化）することにより、所望の微細部を有するポリマ素子が形成される。
【００１３】
ここで、凹みという言葉は例えばエッチングにより材料の一部を除去することにより材料の層に形成されるものを含む。凹みは、例えば、チャネル、または円筒状、または球面状、またはこれらの形状の組み合わせ、または他の形状のいずれでもよい。樹脂が凹みに流れ込み、モールド挿入物上の凹みがほぼ充満される。これを硬化することにより、凹みの内部形状に応じた形状を有するポリマ素子の微細部が形成される。凹みの深さはエッチング可能層２０の厚さにより精密に規定される。任意の所望の数の凹みが、前述のプロセスによりモールド挿入物に形成される。かくして、例えば、線チャンネル形状の凹みは、ポリマ素子の線状の突起部を形成する。他の実施例として、２つの隣接した凹みがモールド表面に１つの突起部を形成し、このモールドを用いて造ったポリマ素子上にチャンネルが形成される。
【００１４】
本発明による素子を形成するのに適するポリマは、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリカーボナイト、ポリウレタン、ポリアミド、ポリエステルのような熱可塑性樹脂と、共ポリマと、それらの混合物である。また、熱硬化性ポリマ、例えばエポキシも使用される。
【００１５】
図５に示す他の実施形態においては、マスク層３０の形成の前に２つのエッチング可能層２０と４０を基板１０上に成長させる。
基板１０とエッチング可能層２０は前述の方法により形成される。上部のエッチング可能層４０はエッチング可能層２０と同様に形成される。エッチング可能層４０の厚さは約０．１μｍから２０μｍまたはそれ以上が望ましい。。好ましくは、エッチング可能層４０の厚さはエッチング可能層２０の厚さの０．０１から１．０倍である。エッチングにより形成されたモールド表面の凹み形状は、エッチング可能層２０とエッチング可能層４０の厚さに関連する。エッチング可能層２０とエッチング可能層４０の全厚は好ましくは形成される微細部の寸法の１．０から１．５倍である。
【００１６】
次に、マスク層３０が周知のフォトリソグラフィ技術によりエッチング可能層４０に加えられる。マスク層３０は所定のパターンでエッチング可能層４０の適切な位置に、１つまたは複数の露光部４２形成する。この露光部４２にポリマ素子の微細部が形成される。エッチング可能層４０の各露光部４２は前述のようにエッチングされ、凹みが形成される。この凹みはモールド挿入物でもってポリマ素子の微細部を形成する。
【００１７】
エッチング可能層４０はエッチング可能層２０を形成する材料よりも速いエッチング速度を有する材料により形成される。従って、例えば、エッチング可能層２０が銅である場合、上部のエッチング可能層４０はチタンまたはアルミニウムまたはモリブデンまたはニッケルのいずれでもよい。エッチング可能層４０とエッチング可能層２０との間のエッチング速度の差により、図５に示す構造物がエッチングされるときに、テーパー状の側壁が形成される。
【００１８】
エッチングは前述した実施形態、例えば、エッチング剤の溶液に軽く浸すことにより行われる。エッチング剤の厳密な組成はエッチングされる層の組成に応じて決定される。エッチング可能層４０をエッチングする速度は、エッチング可能層２０のエッチング速度より速い速度が好ましい。例えば、銅とチタン層が図５に示す構造体に用いられる場合、１リットル溶液に８１．６ｇの４９％ＨＦ、９．８ｇの３７％ＨＣｌ、８５．２ｇのＣｕＣｌ２・２Ｈ２Ｏを含むエッチング剤に２分の浸漬が適当である。他の材料に適したエッチング剤は当業者にとって周知である。
【００１９】
図６に示すように、エッチング可能層４０は、エッチング可能層２０より大きくエッチングされる。そのため、テーパー状凹み４５がモールド挿入物の表面に形成される。図７に示すように、マスク層３０が除去されて、ポリマ素子をモールドするのに適したモールド挿入物が形成される。さらに、モールド挿入物を使用する前に、エッチング可能層４０は除去されて（例えば、さらに選択エッチングにより）、より浅いテーパー状凹み４５ａが形成される。エッチング可能層４０がチタン、エッチング可能層２０が銅により形成された場合、例えば、エッチングは０．５％のＨＦで３０秒、または発泡が停止するまで行われて、チタン層が完全に除去されて、銅表面が残される。
【００２０】
精密な微細部を有するポリマ素子を製造するためには、図４、図７または図８に示すモールド挿入物を圧板（図示せず）または他のモールドに配置し、固定する。そして、流体状のポリマ樹脂をモールド挿入物に接触させる。例えば、ポリマ溶液または溶融状態の熱可塑性樹脂または未凝固状態の熱硬化性樹脂はモールド挿入物の表面に注入することができる。図９に示すように、樹脂５０ですべての隙間を満たし、モールド挿入物の表面に適合させる。硬化（例えば、溶剤の蒸発、冷却および固化の何れか）の後、樹脂５０は図１０に示すようにモールドから取り出される。樹脂５０の突起部５５はテーパー状凹み４５ａを充填して、ポリマ素子の微細部を形成する。テーパー状凹み４５ａのテーパー状の側壁は、モールドおよびモールド挿入物から、モールドされたポリマ素子の除去を容易にする。
【００２１】
テーパー状の凹みの側壁４６と基板１０の表面との交角はエッチング可能層２０と４０のエッチング速度に影響するエッチング剤の配合を調整することにより調整される。エッチング可能層４０のエッチング速度がエッチング可能層２０のエッチング速度より速いほど、側壁の傾斜は緩くなり、エッチング可能層４０のエッチング速度が低下すると、側壁の勾配が急峻となる。好ましい実施形態においては、側壁４６と基板１０の表面との角度（図８のαに示される）は１２０度より大きく、好ましくは１３０度〜１６０度である。かくして、例えば図５の構造物に使用されるエッチング剤においては、側壁と基板の表面との角度は、ＨＦの濃度が増加するほど及びＣｕＣｌ２の濃度が減少するほど、緩くなる。また、この角度は、ＣｕＣｌ２の濃度増加及びＨＦの濃度の減少により急峻となる。
【００２２】
本発明においては、すべてのポリマ素子は精密な微細部を有するが、本発明の方法は、特に、精密な微細部を有するポリマ製のフラットパネルディスプレイの製造に有効である。前述の製造方法により形成されたポリマ素子上の微細部とは、光散乱または拡散要素のような光学要素及びスペーサボンプやリッジのような機械的要素、液晶充填ダム、整列固定部、組立体フレーム等である。本発明の方法により製造される他の特徴物は当業者にとって公知である。
【００２３】
本発明は、他の金属及びエッチングシステム、例えば米国特許第５００７９８４号に開示されたシステムにも適用され得る。他の例として、様々な層は他の周知の技術、例えばスパッタリングまたはメッキにより形成される。また、エッチング処理はエッチング剤に軽く浸すかわりにシャワーで素子をエッチングするようにしてもよい。また、適切な厚さの基板を使用することにより、モールド挿入物だけでなく、モールドも本発明の方法により形成される。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明では、高精度の微細部を有するポリマ素子をモールドにより一回のプロセスで製造でき、製造コストの低い微細部を有するポリマ素子の製造が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるモールド挿入物の製造工程を表すブロック図。
【図２】本発明によるモールド挿入物の製造工程にある構造物を表す部分断面図。
【図３】本発明によるモールド挿入物の製造工程にある構造物を表す部分断面図。
【図４】本発明によるモールド挿入物の製造工程にある構造物を表す部分断面図。
【図５】本発明の他の実施形態によるモールド挿入物の製造工程にある構造物を表す部分断面図。
【図６】本発明の他の実施形態によるモールド挿入物の製造工程にある構造物を表す部分断面図。
【図７】本発明の他の実施形態によるモールド挿入物の製造工程にある構造物を表す部分断面図。
【図８】本発明の他の実施形態によるモールド挿入物の製造工程にある構造物を表す部分断面図。
【図９】図８のモールド挿入物を用いたモールド工程を表す部分断面図。
【図１０】図８のモールド挿入物を用いたモールド工程を表す部分断面図。
【符号の説明】
１０  基板
２０、４０  エッチング可能層
２２、４２  露光部
２５  凹み
３０  マスク層
４５，４５ａ  テーパー状凹み
４６  側壁
５０  樹脂
５５  突起部
【図１】
0003634038.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003634038.tif 000008
【図８】
0003634038.tif 000009
【図９】
0003634038.tif 000010
【図１０】
0003634038.tif 000011