(57)【要約】【課題】その表面に界面活性剤からなる自己組織化単分子膜が形成されることにより、金型の精度を阻害せずに、成形物の円滑な離型性能を有し、耐腐食性が向上した微細構造金型及びそのコーティング方法を提供する。【解決手段】微細構造金型のコーティング方法は、微細構造金型の表面を、界面活性剤と有機溶媒との混合溶液に浸す第１の段階と、前記界面活性剤が前記微細構造金型の表面と反応して、前記微細構造金型の表面に、前記界面活性剤からなる単層膜１３がコーティングされる第２の段階と、前記微細構造金型の表面と反応しない界面活性剤を、前記微細構造金型の表面から除去する第３の段階と、前記単層膜１３の形成された微細構造金型を乾燥させる第４の段階とを含んでなる。【選択図】図４
2005193668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形物との離型のために、表面に単層膜がコーティングされたことを特徴とする微細構造金型。
【請求項２】
前記単層膜は、前記微細構造金型の表面に界面活性剤が結合して形成されることを特徴とする請求項１に記載の微細構造金型。
【請求項３】
前記単層膜は、自己組織化(Self Assembly)方式により形成されることを特徴とする請求項２に記載の微細構造金型。
【請求項４】
前記微細構造金型の材質は、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、金(Au)及び銀(Ag)の何れか一つであることを特徴とする請求項２に記載の微細構造金型。
【請求項５】
前記界面活性剤は、チオール系の前駆体であることを特徴とする請求項４に記載の微細構造金型。
【請求項６】
前記微細構造金型の材質は、金(Au)であることを特徴とする請求項２に記載の微細構造金型。
【請求項７】
前記界面活性剤は、サルファイド、ジサルファイド、ＲＳＯ２Ｈ及びＲ３Ｐ前駆体の何れか一つであることを特徴とする請求項６に記載の微細構造金型。
【請求項８】
前記界面活性剤は、ファンデルワールス力及び共有結合により、前記微細構造金型の表面に結合されることを特徴とする請求項２に記載の微細構造金型。
【請求項９】
前記微細構造金型は、マイクロレンズアレイシートを成形するための金型であることを特徴とする請求項１に記載の微細構造金型。
【請求項１０】
微細構造金型の表面を、界面活性剤と有機溶媒との混合溶液に浸す第１の段階と、
前記界面活性剤が前記微細構造金型の表面と反応して、前記微細構造金型の表面に、前記界面活性剤からなる単層膜がコーティングされる第２の段階と、
前記微細構造金型の表面と反応しない界面活性剤を、前記微細構造金型の表面から除去する第３の段階と、
前記単層膜の形成された微細構造金型を乾燥させる第４の段階と、
を含んでなることを特徴とする微細構造金型のコーティング方法。
【請求項１１】
前記混合溶液のモル濃度は、１ｍＭ乃至１０ｍＭであることを特徴とする請求項１０に記載の微細構造金型のコーティング方法。
【請求項１２】
前記第１の段階は、前記微細構造金型を前記混合溶液に所定時間の間、浸漬することにより行われることを特徴とする請求項１０に記載の微細構造金型のコーティング方法。
【請求項１３】
前記第１の段階は、前記微細構造金型が置かれている流路に前記混合溶液を流すことにより行われることを特徴とする請求項１０に記載の微細構造金型のコーティング方法。
【請求項１４】
前記第１の段階の前に、前記微細構造金型を有機溶媒で洗浄する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の微細構造金型のコーティング方法。
【請求項１５】
前記有機溶媒は、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド(dimethylformamide；DMF)であることを特徴とする請求項１０に記載の微細構造金型のコーティング方法。
【請求項１６】
前記単層膜は、自己組織化方式により形成されることを特徴とする請求項１０に記載の微細構造金型のコーティング方法。
【請求項１７】
前記第３の段階で、前記単層膜の形成された微細構造金型の表面を有機溶媒で洗浄することにより、前記微細構造金型の表面に残る界面活性剤を含む混合溶液が除去されることを特徴とする請求項１０に記載の微細構造金型のコーティング方法。
【請求項１８】
前記第４の段階で、前記微細構造金型は、熱的安定化工程を通して、１００℃以下で所定時間の間、乾燥されることを特徴とする請求項１０に記載の微細構造金型のコーティング方法。
【請求項１９】
前記微細構造金型の材質は、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、金(Au)及び銀(Ag)の何れか一つであることを特徴とする請求項１０に記載の微細構造金型のコーティング方法。
【請求項２０】
前記界面活性剤は、チオール系の前駆体であることを特徴とする請求項１９に記載の微細構造金型のコーティング方法。
【請求項２１】
前記微細構造金型の材質は、金(Au)であることを特徴とする請求項１０に記載の微細構造金型のコーティング方法。
【請求項２２】
前記界面活性剤は、サルファイド、ジサルファイド、ＲＳＯ２Ｈ及びＲ３Ｐ前駆体の何れか一つであることを特徴とする請求項２１に記載の微細構造金型のコーティング方法。
【請求項２３】
前記単層膜は、前記界面活性剤が、ファンデルワールス力及び共有結合により、前記微細構造金型の表面に結合されることにより形成されることを特徴とする請求項１０に記載の微細構造金型のコーティング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細構造金型及びそのコーティング方法に関し、詳しくは、金型を利用した微細構造物成形時に発生する金型表面の摩耗、汚染などの損傷を最小化するために、成形物を金型から容易に離型できるように構成された微細構造金型及びそのコーティング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プラスチックのような高分子物質を金型を利用して複製または成形する方法としては、射出成形、圧縮成形、押出成形などの技術が用いられている。このような金型を利用する成形方法は、同一成形物を反復的に迅速に成形できるという利点があるが、金型に成形物質を注入して硬化させた後に金型と成形物とを分離する過程で、金型に成形物の一部分が残存するようになる。このとき、洗浄過程を省略し再び成形物を製造すると、その形状が正しく成形されず、金型の寿命が短縮されるという問題点があった。このような問題点は、特に、微細構造を有する成形物を微細構造金型を利用して製作する場合にさらに深刻になる。
【０００３】
このような問題点を解決するために、金型を周期的に洗浄する工程、または物理的あるいは化学的方法で、金型に付着された残存物を周期的に除去する工程が用いられているが、これらの工程は、多くの時間を必要とし、生産性の低下及び生産費用の上昇などの問題を引き起こした。
【０００４】
また、微細構造を有する成形物を製作するための金型の表面に、成形物との離型を容易にする離型剤をコーティングする方法が用いられていた。このような離型剤を塗布する方法としては、金型と成形物との接触面に適切な濃度に希釈した離型剤を噴霧して塗布するスプレーコーティング法や、プラズマを利用した工程を通して、金型と成形物との接触面にポリマー薄膜をコーティングするプラズマコーティング法が用いられていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、スプレーコーティング法は、金型面の形状によって、離型剤の厚さが異なるようにコーティングされるため、金型面が複雑な形状を有する場合には適用が困難で、金型面の精度を阻害するという問題点があった。
また、プラズマコーティング法は、その工程が複雑で、生産費が大きく上昇するという問題点があった。
従って、より安価な費用で離型剤を金型の表面に均一な厚さに塗布する方法の開発が必要とされている。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、金型を利用した微細構造物成形時に発生する金型表面の摩耗、汚染などの損傷を最小化して、金型の耐久性及び耐腐食性を向上させ、成形物を金型から容易に離型できる微細構造金型及びそのコーティング方法を提供することを目的とする。 
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するために、本発明による微細構造金型は、成形物との離型のために、表面に単層膜がコーティングされていることを特徴とする。
そして、本発明による微細構造金型のコーティング方法は、微細構造金型の表面を、界面活性剤と有機溶媒との混合溶液に浸す第１の段階と、前記界面活性剤が前記微細構造金型の表面と反応して、前記微細構造金型の表面に、前記界面活性剤からなる単層膜がコーティングされる第２の段階と、前記微細構造金型の表面と反応しない界面活性剤を、前記微細構造金型の表面から除去する第３の段階と、前記単層膜の形成された微細構造金型を乾燥させる第４の段階とを含んでなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、金型の表面に、界面活性剤からなるコーティング物質を、数ナノメートル(ｎｍ)の厚さの単層膜としてコーティングすることにより、金型の精度を阻害しないながらも、円滑な離型性能を有する微細構造金型及びその単層膜コーティング方法を提供する。
【０００９】
また、本発明による微細構造金型にコーティングされる単層膜は、自己組織化単分子膜(Self Assembled Monolayer；SAM)の形成原理を利用して、界面活性剤が含まれた混合溶液に浸漬などのような浸し方法（wetting method）により形成することにより、プラズマ蒸着などのように複雑な装備を使用せずに、均一な厚さを維持することができる。これにより、コーティングに必要な設備投資費用を最小化するなど、工程費用を画期的に節減することができ、半導体一貫工程を利用した大量生産が可能となる。
【００１０】
また、本発明による微細構造金型の単層膜は、ファンデルワールス力(van der Waal's force)及び共有結合(covalent bonding)により金型の表面に形成されることによって、既存のコーティング方法に比べて相対的に高い結合エネルギーを有して金型の表面に結合される。従って、金型及びその成形物の信頼性が向上すると共に、金型表面の耐腐食性が向上する。
【００１１】
従って、本発明による微細構造金型及びそのコーティング方法は、微細加工技術(micromachining)及びＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical System)技術により製作されたマイクロレンズアレイシートなどを含む微細構造金型に広く活用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付の図面を参照して、本発明による微細構造金型及びそのコーティング方法の好ましい実施形態を説明する。
図１は、本発明による微細構造金型及びこれにより成形される成形物の斜視図であり、図２は、図１の微細構造金型の平面図であり、図３は、図２のＸ−Ｘ線断面図であり、図４は、図３の要部Ａを示す拡大図であり、そして、図５は、図４の要部Ｂを示す拡大図ある。
【００１３】
図に示すように、本発明による微細構造金型１０は、一面に成形物２０に転写される微細構造パターン１２を有する金型基板１１と、前記成形物２０との離型を容易にするために、前記金型基板１１の表面にコーティングされた単層膜とを含む。
【００１４】
ここで、前記金型１０は、所定の微細構造パターンが規定されたマスター上に、電解メッキや無電解メッキなどを含むＭＥＭＳ技術を利用して製造することが一般的であり、前記金型１０に形成された微細構造パターン１２は、機械加工により製作することができる。
【００１５】
図示の実施形態は、数ミクロン乃至１ミリメートル範囲の外径を有するマイクロレンズアレイを製作するための微細構造金型を示す。
前記単層膜１３を形成する離型剤としては、前記金型１０の表面に結合する界面活性剤が使用される。即ち、特定の官能基を有する前駆体及び疏水性の鎖構造を含む界面活性剤が、前記単層膜１３を形成する。
【００１６】
また、図５に示すように、前記界面活性剤は、基板と反応できる官能基を有しているため、前記金型１０の表面に化学吸着により結合されやすいと共に、自ら整列されやすい。即ち、前記界面活性剤は、前記金型１０の表面に、自己集合方式(Self Assembly Method)により、単層膜１３、いわゆる自己組織化単分子膜(Self Assembled Monolayer；SAM)を形成する。
【００１７】
このような界面活性剤は、前記金型１０の表面に、ファンデルワールス力及び共有結合により結合されるため、前記金型１０の表面に非常に強く結合される。
一方、前記単層膜１３をなす界面活性剤は、前記金型１０の材質によって適宜に選択される。
即ち、前記金型１０の材質が、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、金(Au)及び銀(Ag)の何れか一つの場合、前記界面活性剤としては、チオール(thiol)系の前駆体を使用することが好ましい。
特に、前記金型１０の材質が金(Au)の場合は、前記界面活性剤として、サルファイド(sulfide)、ジサルファイド(disulfide)、ＲＳＯ２Ｈ及びＲ３Ｐ前駆体の何れか一つを選択して使用することがより好ましい。
もちろん、前述したように、前記金型１０の材質によって、前記界面活性剤の種類を適宜、選択して使用することが可能である。
【００１８】
以下、本発明による微細構造金型に離型剤から構成される単層膜をコーティングする方法について詳細に説明する。
本発明による微細構造金型のコーティング方法は、微細構造金型１０の表面を、界面活性剤と有機溶媒との混合溶液に浸す第１の段階と、前記界面活性剤が前記微細構造金型１０の表面と反応して、前記微細構造金型１０の表面に、前記界面活性剤からなる単層膜１３がコーティングされる第２の段階と、前記微細構造金型１０の表面と反応しない界面活性剤を、前記微細構造金型１０の表面から除去する第３の段階と、前記単層膜１３の形成された微細構造金型１０を乾燥させる第４の段階とを含んでなる。
【００１９】
前記混合溶液のモル濃度は、良質のコーティング単層膜１３が得られるように適切な範囲で決定され、１ｍＭ乃至１０ｍＭの範囲で決定されることが最も好ましい。
また、前記界面活性剤と混合される有機溶媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド(dimethylformamide；DMF)が主に使用され、界面活性剤の種類によって、他の有機溶媒を使用することができる。
【００２０】
前記第１の段階において、前記金型１０を前記混合溶液に浸す方法は多様である。
その一つとして、浸漬法(dipping method)がある。即ち、前記金型１０を前記混合溶液に所定時間の間浸漬しておくと、前記混合溶液中の界面活性剤が、ファンデルワールス力及び共有結合により、前記金型１０の表面に結合されて、前記単層膜１３が形成される。
【００２１】
他の一つの方法として、前記混合溶液が流れることができるように流路を製作し、該流路内に前記金型１０を置くと、前記流路を流れる混合溶媒中の界面活性剤と前記金型１０の表面とが所定時間の間反応し、前記単層膜１３が形成される。このようにすると、前記単層膜１３の薄膜特性が向上して工程時間が減少するという利点がある。
もちろん、前述の方法以外に他の方法を利用して、前記金型１０と界面活性剤とを反応させることもできる。
【００２２】
このように形成された前記単層膜１３は、前述したように、自己集合方式により形成される自己組織化単分子膜(SAM)である。
一方、前記第１の段階の前に、前記金型１０を有機溶媒で洗浄することが好ましい。このような洗浄過程を経ると、前記界面活性剤と金型１０の表面との結合がより容易になる。
【００２３】
前記第２の段階を経ながら、前記金型１０の表面には前記単層膜１３が形成されるが、前記金型１０の表面には、結合していない界面活性剤を含む混合溶液も残る。従って、このような残る混合溶液を、前記金型１０の表面から完全に除去する必要がある。このために、前記第３の段階では、前記単層膜１３の形成された金型１０の表面を、アセトン及びイソプロピルアルコールのような有機溶媒で洗浄することにより、前記金型１０の表面に残る界面活性剤を含む混合溶液を除去する。
【００２４】
次いで、前記第４の段階では、熱的安定化工程を通して、前記金型１０を１００℃以下で所定時間の間乾燥させて、前記金型１０の表面に残っていた有機溶媒を全て蒸発させると共に、前記単層膜１３が前記金型１０の表面にさらに堅固にコーティングされるようにする。
【００２５】
ここで、前記自己組織化単分子膜１３は、その厚さが数ナノメートル(ｎｍ)程度であるため、前記金型１０に形成された微細構造パターン１２の精度を阻害せずに、円滑な離型性能を有するので、前記金型１０から成形物２０を容易に分離することができる。
【００２６】
前述したように、前記単層膜１３がコーティングされる金型１０の材質が、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、金(Au)及び銀(Ag)の何れか一つの場合、前記界面活性剤としては、チオール系の前駆体を選択することが好ましく、特に、金型の材質が金(Au)の場合は、前記界面活性剤として、サルファィド、ジサルファィド、ＲＳＯ２Ｈ及びＲ３Ｐ前駆体の何れか一つを選択することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による微細構造金型及びこれにより成形される成形物の斜視図である。
【図２】図１の微細構造金型の平面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ線断面図である。
【図４】図３の要部Ａを示す拡大図である。
【図５】図４の要部Ｂを示す拡大図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  微細構造金型
１１  金型基板
１２  微細構造パターン
１３  単層膜
２０  成形物
【図１】
2005193668.tif 000003
【図２】
2005193668.tif 000004
【図３】
2005193668.tif 000005
【図４】
2005193668.tif 000006
【図５】
2005193668.tif 000007