微細工具の加工
本開示は、続いて微細構造物品を作製するために使用してもよい工具の製造方法に関する。本明細書に詳細に記述する方法は、マスター工具を作製するために基板上に微細構造アレイを形成するためのパターンのある微細構造工具構造体の形成について記載している。本方法は、基板の第１の面を光重合性液体でコーティングした部分的に透明な基板を提供する工程を含む。作製したマスター工具は、続いて、複製用工具の作製、ひいては導光体を作製するのに使用できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、微細構造工具又は物品を加工するための光学的直接描出法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細構造トポグラフィを備えた物品として、少なくとも２次元で微視的な複数の構造体（突起、窪み、溝など）をその表面に有するものが挙げられる。この微細構造トポグラフィは、例えば、キャスティング、コーティング、又は圧縮等の任意の接触法により、その物品内又は物品上に作製できる。通常、微細構造トポグラフィは、（１）微細構造パターンを備える工具上にキャスティングすること、（２）剥離ライナー等の微細構造パターンを備える構造フィルムをコーティングすること、又は（３）物品をニップロールの間を通過させて、微細構造パターンを備える基板に対して物品を圧縮させること、のうちの少なくとも１つによって作製できる。
【０００３】
物品又はフィルム内に微細構造パターンを作製するために使用する工具のトポグラフィは、例えば、化学エッチング、機械的エッチング、レーザアブレーション、フォトリソグラフィ、ステレオリソグラフィ、マイクロマシニング、ローレット切り、切断、又はスコーリングなどの任意の周知の技術を使用して作製してよい。工作機械産業は、微細構造物品を作製するために必要な多種多様のパターンを作製することができ、ユークリッド幾何パターンは、大きさ、形状、及び深さ／高さの異なるパターンの突起によって形成することができる。工具は、平面プレスから円筒形ドラム及びその他曲線状形状まで様々であり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、金属製工具を機械加工して、顧客仕様の微細構造物品を作製することは、時間のかかる工程である。加えて、一旦金属製工具を機械加工したら、顧客の要求の変化に対応して微細構造パターンを変更することは困難かつ費用がかかる。この機械加工時間は、製造の遅れを生み、全体的なコストを増加させるため、微細構造物品の製造に好適な工具を作製するための所要時間を短くするための方法が必要となる。
【０００５】
電子産業ではよくあることであるが、迅速な試作品作製と短い製品寿命が要求される分野においては、時間がかからずコスト効果の高い、微細構造物品を作製するための工具の生産法が望まれる。従来の方法で現在利用できるものよりも大きな形式の工具を作製できる方法も有用であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、複製用工具の製造方法に関し、続いて微細構造物品を作製するために使用し得る複製用工具の製造方法に関する。本明細書に詳細に記述する方法は、マスター工具を作製するために基板上に微細構造アレイを形成するためのパターンのある微細構造工具構造体の形成について記載している。作製されたマスター工具は、その後、例えば導光体のような所望の物品を製造するのに使用できる複製用工具を作り出すのに使用できる。
【０００７】
複製用工具を作製する方法は、マスター工具の形成から始まる。マスター工具を、部分的に透明な基板上に形成する。この基板を、その基板の第１の面上に、光重合性の液体でコーティングする。光重合性液体を、第１の位置で基板を通して光重合性液体に導入される光線に露光できる。光線は、光重合性液体を硬化して第１の工具構造体を形成するように、十分な光線特性を有することができる。光線特性として、光線形状、光線強度プロファイル、総光線強度、及び露光時間を含む。基板の表面に接触している光重合性液体の一部を硬化して第１の工具構造体を形成してもよい。基板は光線と相対的に移動させられる。露光、硬化工程及び移動工程を複数回繰り返して、工具構造体のアレイを作製してもよい。工具構造体のアレイの形成後、未硬化の光重合性液体を除去する。
【０００８】
マスター工具の表面に成形性材料を載せて、複製用工具を形成する。マスター工具上の工具構造体のアレイのネガティブ輪郭を成形性材料に転写する。その後、この成形性材料をマスター工具から除去し、複製用工具を得る。
【０００９】
本発明の上記の概要は、本発明のそれぞれの図示の実施形態又は全ての実施を説明しようとするものではない。以下の図面、及び発明を実施するための形態は、これらの実施形態をより具体的に例示する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明は、添付図面を参照して更に詳しく記述される。
【図１Ａ】本発明による単一の工具構造体の形成を示す図。
【図１Ｂ】本発明による例示的な工具構造体の概略図。
【図２Ａ】本発明による工具構造体の描出のための例示的装置の概略を示す図。
【図２Ｂ】本発明によるマスター工具上に工具構造体を形成するための例示的方法を概略的に示す図。
【図２Ｃ】本発明による複製用工具形成の例示的方法を概略的に示す図。
【図３】本発明にしたがって形成した例示的な単一の工具構造体の顕微鏡写真。
【図４】本発明にしたがって形成した例示的な単一の工具構造体の顕微鏡写真。
【図５】本発明にしたがって形成した例示的な工具構造体のアレイの顕微鏡写真。
【図６】本発明にしたがって形成した、別の例示的な工具構造体のアレイの顕微鏡写真。
【図７】本発明にしたがって形成した更なる例示的な工具構造体の顕微鏡写真。
【図８】本発明にしたがって形成したマスター工具の部分の顕微鏡写真。
【図９】本発明にしたがって図８のマスター工具で形成した複製用工具の顕微鏡写真。
【図１０】本発明にしたがって図９の複製用工具で形成した第２世代複製物の顕微鏡写真。
【００１１】
本発明は種々の修正及び代替の形態に容易に応じるが、その細部は一例として図面に示されており、また詳しく説明することにする。しかしながら、その意図は、本発明を記載された特定の実施形態に限定することにない旨を理解するべきである。むしろ、付随する請求項によって定義される本発明の範囲内に入る修正、等価物、及び代替物すべてを網羅することを意図するものである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
好ましい実施形態の以下の詳細な説明において、本発明を実施できる具体的な実施形態を説明する添付図面を参照する。説明する実施形態は、本発明によるすべての実施形態を網羅することを意図したものではない。他の実施形態を使用してもよく、また本発明の範囲から逸脱することなく構造上又は論理上の変更を成してもよいことが理解されるべきである。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。
【００１３】
本開示は、マスター工具の製造方法に関し、続いて微細構造物品を作製するために使用し得るマスター工具の製造方法に関する。前述した様に、微細構造物品は、その表面上に、少なくとも２次元で微視的である構造体（突起、窪み、溝など）を備えたトポグラフィを有する。本明細書で使用するとき「微視的」という用語は、顕微鏡を使用しなければ人間の目によっては解明するのが困難である寸法を指す。いくつかの場合においては、微細構造体の寸法は、５００μｍ未満、又は２００μｍ未満、又は１００μｍ未満である。
【００１４】
本明細書に詳細に記載する方法は、マスター工具を作製するために、微細構造アレイ等の微細構造パターンを基板上に形成することについて記載している。微細構造パターンとして、例えば、突起構造体、連続及び不連続の溝、隆起、並びにこれらの組み合わせを挙げてもよい。
【００１５】
マスター工具の作製に使用する基板として、様々なものが使用できる。いくつかの場合において、基板材料は、微細構造アレイの正確な作製を可能にするのに十分な剛性、平坦性、及び安定性を有することができる。基板は、アレイの構造を作製するのに使用する光の波長に対し透過性を有するべきである。好適な基材材料として、ガラス、石英、又は剛直若しくは可撓性の高分子材料が挙げられるが、これらに限定されない。
【００１６】
微細構造体は、様々な形状を有することができる。例えば、底面を円状、楕円状、又は多角形とし、その結果生じる側壁を、概して球状、楕円状、放物線状、双曲線状、又はこれらの組み合わせである垂直断面（底面に対して垂直にとったもの）により特徴づけることができる。好ましくは、これらの側壁として、構造体の底面に対し垂直ではない（例えば、約１０度〜約８０度の角度）ものが使用できる。構造体は、底面の中心と上部の中心とを結ぶ主軸線を有する場合がある。
【００１７】
これらの微細構造体を複数組み合わせることで、より複雑な構造体及びアレイパターンを形成してもよい。このようなアレイは、規則的な配列（例えば、正方形又は六角形）又はランダムアレイ等の不規則な配列を含む、様々な充填配列を有することができる。アレイにおける構造体の大きさ及び形状は、アレイ毎に異なることもでき、又は同様の構造体が局所化した領域を形成してもよい。例えば、高さは、特定の構造体の特定の点又は線からの距離に応じて異なっていてもよい。
【００１８】
図１Ｂを参照し、例えば、本明細書に記載の方法を、高さｄｍａｘを約５μｍ〜約５００μｍ（好ましくは、約１０μｍ〜約３００μｍ）の範囲に、並びに／又は最大長さＬ及び／若しくは最大幅を約５μｍ〜約５００μｍ（好ましくは、約１０μｍ〜約３００μｍ、より好ましくは、約５０μｍ〜約２５０μｍ）の範囲に有する構造体を備えたアレイを加工するのに使用することができる。
【００１９】
マスター工具は、対応する数の構造体を複製用工具に製造することができる数千もの工具構造体を含むことができる。複製用工具は、成形性材料を、マスター工具上の工具構造体に対して適用することで形成することができる。成形性材料は、工具構造体をその表面に有するマスター工具上に硬化性材料をキャスティングするか、又は熱成形性材料でできたフィルムをニップロールに通して、工具構造体をその表面に有する熱成形性マスター工具に対して熱成形性材料を圧縮することにより適用され得る。
【００２０】
第２世代の複製物は、同様な方法で、第２の成形性材料をその型押しされた複製用工具の表面に適用することで形成できる。
【００２１】
例示的な方法では、微視的な３次元構造を有するマスター工具の形成方法を光抽出材料用の工具構造体を作製するのに使用できる。この方法は、図１Ａ及び図２Ｂを参照して説明できる。
【００２２】
図１Ａに示すように、光重合性材料又は液体１２０の第１の面１００ａを化学線１３０に、図示されていない光源から短時間露光することで工具構造体１１０を基板１００上に形成することができる。この光線１３０は、基板１００を通過する際、第２の面１００ｂ上に入射する。光源は、水銀灯等の広域スペクトル光源、又はレーザ若しくはレーザダイオード等の離散波長を有する光源であってもよい。この光線１３０をビーム整形光学部品１４０に通過させ、光重合性液体１２０の露光に使用する前に、光線を整形し集光する。このビーム整形光学部品１４０は、レンズ、フィルター、鏡、フォトマスク、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。基板１００は、光重合性液体１２０の重合を開始させるのに使用する光線１３０の波長に対し、部分的に透過性を有するべきである。例えば、基板は、光重合性液体の硬化に使用する光の波長で、１０％を超える（好ましくは、５０％を超える、より好ましくは９０％を超える）透過度を有するべきである。光線は基板に対して垂直ではない基板角で通過できるが、光線が基板にほぼ垂直になるようにして、光線は基板を透過する。
【００２３】
露光時には、光重合性液体の一部が、化学線の強度プロファイル、光線の総強度、露光時間、及び光重合性液体の応答特性等の光線特性によって決まる深度まで重合する。光線の強度プロファイル１３５がガウス分布に従い、光重合性材料が、重合深度が露光の対数関数であるように応答する場合、放物線部分と同形のマスター工具を、１回の露光で生成できる。
【００２４】
本発明の方法を実施する際、光重合性液体を、光重合性液体の重合又は架橋を引き起こすのに十分な総強度を有する光線に露光することができる。光線のその他の特性（すなわち、光線の形状、光線強度プロファイル、及び光重合性液体の光線への露光時間）は、本明細書に記載の方法により描出される工具構造体の最終形状を制御することになる。これらの光線特性を、使用者が予め選択することができる。
【００２５】
本発明の方法を実施するのに使用できる１つの例示的な加工システムを図２Ａに示す。加工システム２００は、光源２３２、光線の強度プロファイル及び形状を定めるための複数の鏡、開口部、マスク、及びレンズを含むことができるビーム整形光学部品２４０、並びに可動ステージシステム２５０を含む。ステージシステム２５０は、３次元で可動であり、協働して動き、コントローラ（図示せず）で正確に制御される、１つ、２つ、又は３つの独立したステージを含む。光重合性液体１２０がその上面に適用された基板１００を、取付け台２７０によりステージシステム２５０上に支持できる。
【００２６】
光源２３２から発せられる光線２３０は、ビーム整形光学部品２４０を通過し、基板１００を通過して光重合性液体１２０に導入させることができる。重合を引き起こすのに露光が十分な、光重合性液体１２０の領域では、光重合性液体１２０は重合して、工具構造体を形成する。重合を引き起こすには露光が不十分な光重合性液体１２０の領域では、光重合性液体は反応せず、低粘度液体のままとなる。本発明の一態様において、光重合性液体の露光及び硬化に使用する光線は、光線の整形にフォトマスクを使用しない光学系を通過する。
【００２７】
その後の工具構造体を、ステージシステム２５０により基板１００を動かした後、光重合性液体中の第２の位置で形成してもよい。あるいは、例えば、ガルバノミラー、ピエゾミラー、又は音響光学偏向素子と望遠鏡を用いてレーザ光線を動かすこと、及びビーム整形光学システム２４０の１つ又はそれ以上の要素を動かすことで、光線を基板上の第２の位置に照射してもよい。このようにして、光線の焦点を、工具構造体のアレイを作製するように繰り返し露光することと連携して、基板全域で走査又は移動させることができる。いずれの態様においても、光線及び光重合性液体の露光部分は、互いに相対的に移動することができる。
【００２８】
描出用工具構造体の装置に関する別の態様において、光源が十分なエネルギーレベルである場合、少なくとも１つのビームスプリッタ又はその他の多重化光学部品（図示せず）を加えてもよい。少なくとも１つのビームスプリッタを追加することで、１つ以上の工具構造体又は１つ以上の工具構造体のアレイの描出が、装置のコストを大幅に増加させることなく、一度に可能となる。
【００２９】
マスター工具の例示的な製造法を図２Ｂに示す。基板１００を提供し、基板の第１の面１００ａ上を選択的な接着促進剤１０５でコーティングする。この接着促進剤を、例えば、浸漬コーティング、ナイフコーティング、及びスピンコーティング等の当業者に既知の多様なコーティング法のいずれかにより、基板の表面にコーティングすることができる。この接着促進剤層は、工具寿命を確実に長くするように、基板１００への工具構造体１１０の接着を改善することができる。
【００３０】
好適な接着促進剤として、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルメトキシシラン、クロロプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、及びこれらを組み合わせたものが挙げられるが、これらに限定されない。
【００３１】
次に、光重合性液体１２０を、例えば、ナイフコーティング及びフラッドコーティング等の当業者に既知の任意の様々なコーティング法のいずれかで、接着促進剤層をコーティングする。この基板は、構造体の描出時に基板上の光重合性液体を維持するために、その外周周りに形成した堤部１０２（図２Ａ）を有していてもよい。基板をコーティングする液体の深さは、製造する工具構造体の高さよりも大きいか等しいべきである。さらに、選択的なカバー１０３（図２Ａ）を堤部１０２の上部に置いて、描出工程中の光重合性液体の過剰な蒸発を防いでもよい。
【００３２】
この光重合性液体は、室温にて、約２００ｃＰ（約０．２Ｐａ．ｓ）未満（好ましくは約４０ｃＰ（約０．０４Ｐａ．ｓ）未満）の粘度を有する低粘度液体である。光重合性材料又は液体は、適切な光開始剤又は光増感剤を用いる場合、光重合できるモノマー及び／又はオリゴマーを含むことができる。光重合性液体は、吸収特性を低減して光重合性液体の応答を変える光吸収材料も含んでもよい。
【００３３】
上述の例示的方法で作製したマスター工具は、好ましくは、複数の複製用工具を製造するための複数の複製工程に耐える、適切な堅牢性を備える。好適な光重合性モノマー材料として、モノ−、ジ−、及びポリ−アクリレート類及びメタクリレート類（例えば、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸イソプロピル、アクリル酸ｎ−ヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸アリル、ジアクリル酸グリセロール、トリアクリル酸グリセロール、ジアクリル酸エチレングリコール、ジアクリル酸ジエチレングリコール、ジメタクル酸トリエチレングリコール、ジアクリル酸１，３−プロパンジオール、ジメタクリル酸１，３−プロパンジオール、ジアクリル酸１，６−ヘキサンジオール、ジメタクリル酸１，６−ヘキサンジオール、トリアクリル酸トリメチロールプロパン、トリメタクリル酸１，２，４−ブタントリオール、ジアクリル酸１，４−シクロヘキサンジオール、トリアクリル酸ペンタエリスリトール、テトラアクリル酸ペンタエリスリトール、テトラメタクリル酸ペンタエリスリトール、及びこれらを組み合わせたもの）等のアクリル酸モノマー；シリコーン系液体光重合体、及びエポキシ系液体光重合体が挙げられるが、これらに限定されない。
【００３４】
あるいは、光重合性材料は、適切な光開始剤を用いる場合に光重合又は架橋が可能な、アクリレートオリゴマー系又はポリジメチルシロキサンオリゴマー系のフィルムの形態であってもよい。
【００３５】
オリゴマー材料は、光重合性液体のレオロジー特性の制御に役立てることができ、好ましくは選択したモノマー材料に可溶であると共に、マスター工具の機械的特性を改善するものである。好適なオリゴマー材料として、エポキシ樹脂系液体光重合体、ウレタンアクリレートオリゴマー、シリコーンアクリレートオリゴマー、及びポリエステルアクリレートオリゴマーが挙げられるが、これらに限定されない。あるいは、非反応性の高分子結合剤を、例えば、光重合性液体の粘度を制御するために、所望の組成物中のオリゴマー材料の代わりに、又はオリゴマー材料に加えて含むことは、本発明の範囲内である。そのような高分子結合剤は一般に、モノマー材料と相溶性を有するように選定することができる。結合剤は、光重合性液体の所望の溶液レオロジーを達成するのに好適な分子量を有することができる。
【００３６】
光重合性液体はまた、光開始剤又は増感剤も含む。モノマー、オリゴマー（使用する場合）と相溶し、その活性化又は吸収ピークの波長が構造体描出に用いる光源、例えば光重合性液体の重合を開始させるのに使用する光源に適合する、任意の光開始剤を使用することができる。例示的な光開始材料として、Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｉｎｃ．（Ｂａｓｅｌ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）よりそれぞれ入手可能な、ＩＲＧＡＣＵＲＥ ６５１等のベンジルジメチルケタール類、ＤＡＲＯＣＵＲ ＴＰＯ等のモノアシルホスフィン類、ＩＲＧＡＣＵＲＥ ８１９等のビスアシルホスフィン類、及びＩＲＧＡＣＵＲ ７８４等のヨードニウム塩が挙げられるが、これらに限定されない。
【００３７】
好適な光吸収材料として、官能性ベンゾフェノン類、Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｉｎｃ．（Ｂａｓｅｌ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）より入手可能な、Ｔｉｎｕｖｉｎ ２３４、Ｔｉｎｕｖｉｎ ３２６等のベンゾトリアゾール類、及びヒドロキシフェニルトリアジン類が挙げられるが、これらに限定されない。
【００３８】
各種の補助剤を、工具構造体の所望の最終用途に応じて、光重合性液体に選択的に含有させることができる。好適な補助剤として、溶媒、希釈剤、樹脂、結合剤、可塑剤、顔料、染料、無機又は有機の補強又は増量フィラー、チキソトロピー剤、指示薬、阻害剤、安定剤などが挙げられる。補助剤の量及び種類並びにそれらを組成物に添加する方法は、当業者によく知られている。
【００３９】
光重合性液体の重合を開始させるのに、化学線照射を用いてもよく、平行化学線照射が好ましい。平行化学線１３０を、Ｉｎｎｏｖａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｅｌｌｉｃｏｔｔ Ｃｉｔｙ，ＭＤ）より入手可能な３５１ｎｍで作動するアルゴンイオンレーザ（Ｓａｂｒｅ ＦｒｅＤ）、又はＰｏｉｎｔ Ｓｏｕｒｃｅ Ｌｔｄ（Ｈａｍｂｌｅ，Ｕ．Ｋ．）より入手可能な４０５ｎｍで作動する固体レーザ（ｉＦｌｅｘ ２０００）等のレーザから提供できる。光線１３０を、焦点距離１００ｍｍの両凸レンズを用いて、基板１００を通過させて光重合性液体１２０中に集光できる。例示的な実施形態において、レーザ光線の断面プロファイルは、近似的にガウス分布に従うことができる。基板／光重合性液体界面での光線の大きさは、基板／光重合性液体界面をレンズの焦点に近づくように、又はレンズの焦点から離れるように位置決めすることで制御される。光線の形状及び強度プロファイルを、上述のようにビーム整形光学部品により制御する。レーザ強度及び露光時間を調整して、露光を制御する。
【００４０】
基板を、相対的なＸＹ位置及び化学線の焦点面に相対的なＺ位置を制御するため、コンピュータ制御されたＸ、Ｙ、Ｚステージ上に載せることができる。別の態様において、基板の表面を固定したままにすることができ、光線を、精密ステージに取り付けた鏡を用いて、３軸で移動できる。第１の工具構造体が形成又は描出されると、基板をｘ軸方向及び／又はｙ軸方向に移動させて、新しい位置に移動する。この新しい位置で、第２の露光を行うことができる。この第２の位置での露光条件、光線の強度プロファイル、光線の形状、及び光線の総強度は、前露光条件と同一でも異なっていてもよい。これらの光線条件のうち少なくとも１つを変更すると、前回描出された工具構造体とは異なる大きさ又は形状を有する第２の工具構造体が作製され得る。この工程を、所望の工具構造体が形成されるまで、段階的に繰り返すことができる。
【００４１】
複数の工具構造体１１０を形成した後、重合していない光重合性液体を、水、溶媒、又はエアーナイフを用いて除去する。いくつかの例においては、未反応の光重合性液体の除去を促進するため、工具構造体を少量のモノマー材料で選択的にすすいでもよい。
【００４２】
その後、工具構造体を、窒素パージしたチャンバ内でＵＶ光でブランケット露光することにより、後硬化することができる。
【００４３】
上述の方法で作製した工具構造体を非球面の円錐部分から得る。これらの工具構造体の例示的な一用途において、これらの構造体は光抽出器として有用であり得る。これらの工具構造体の形状を、次の等式で表すことができる。
【数１】
式中、ｄは半径ｒでの工具構造体の高さであり、ｄｍａｘは工具構造体１１０（図１Ｂ）の最大高さであり、ｃは曲率半径の逆数であり、ｋは円錐定数である。ｋ＝０のとき、この等式は球の部分を表す。ｋ＝−１のとき、この等式は、光抽出器として特に有用な形状である、放物面部分を表す。この放物面形状は、次のように表すことができる。
【数２】
【００４４】
立体リソグラフィ用途において、多くの場合、光重合性液体の応答を以下の式により表すことができると仮定される。
【数３】
式中、ｄは重合深さであり、Ｑは光強度と露光時間との関数である露光であり、Ｑｃは重合を開始するのに必要な臨界露光であり、Ｓは応答曲線の傾きである。Ｑｃ及びＳは、光重合性材料の特性であり、光重合性液体の配合を調整することで変更してもよい。
【００４５】
ガウス分布に従う強度プロファイルを有するレーザ光線からの断面露光は以下のようにして与えられる。
【数４】
式中、Ｑｍａｘは光線の中心での露光であり、Ｑは、光線の中心からの半径ｒでの露光であり、ｗは、光線の強度がｅで割った最大強度に等しい点でのビーム半径である。
【００４６】
光重合性材料の特性及び要求される形状の観点から、所望のレーザ特性に関するこれらの関係式を組み合わせて結果を約分すると、所望の工具構造体を作製するのに、以下の等式を用いることができる。
【数５】
【００４７】
工具構造体の形状は、光線の幅と材料の応答の傾きで決まる。光線の幅は、レンズの焦点を近づけたり離したりすることで、変えることができる。材料応答の傾きを、少量の光吸収剤、光開始剤、及び／又は選択的な補助剤を加えるか、又は除去することで制御する。臨界露光は、存在する光開始剤の量等の光重合性液体の組成、モノマー特性、光吸収剤の存在、及び放射線を吸収する又は散乱させる任意の添加剤に依存する。所与の光重合性液体組成物及び光線特性に関して、工具構造体の最大高さｄｍａｘを、レーザ露光により制御する。光線の総強度を、レーザの出力調整、総強度を低減するフィルターの追加、又は音響光学変調器の使用により制御する。露光時間を、音響光学変調器により、又は光源（例えば、レーザ）の直接変調により、制御することもできる。
【００４８】
本発明の別の態様において、光強度プロファイル及び／又は光線の形状は、少なくとも１つの非対称光学要素をビーム整形光学部品に導入することで歪んでいてもよい。歪んだ光強度プロファイルを、歪んだプロファイルを有する工具構造体を製造するのに使用することができる。更に、光線が基板を通過して光重合性液体に入るように光線の主軸を制御することにより、基板の面に対して傾いている抽出工具構造体の形成が可能になる。
【００４９】
本発明のまた別の態様において、露光工程中に、レーザから発した光を前後にディザリングすることで細長い工具構造体を製造してもよい。あるいは、個々の単一の工具構造体を重ね合わせてより大きな構造体を形成してもよい。ディザリングの方向及び位置を制御することで、隆起、十字、Ｔ字、屈曲などのより複雑な形状を形成してもよい。あるいは、細長い又は複雑な工具構造体を、基板に対して光線をゆっくりであるが連続して動かすことで、作製してもよい。
【００５０】
本発明のさらにまた別の態様において、切頭又は平頂工具構造体を、基板上をコーティングする光重合性溶液の深さを制御することで、作製してもよい。光線の活性部分の浸透深さが、基板をコーティングする光重合性溶液の深さよりも大きいと、切頭構造体を形成できる。
【００５１】
このような工程で作製したマスター工具を、微細レンズアレイ、ＬＣＤディスプレイ用利得拡散器、反射又は照明看板用構造体、自動車のダッシュボード及び浮動画像作成用バックライトを複製するのに使用できる。
【００５２】
図２Ｃは、上述のようにして作製したマスター工具を用いた、複製用工具の作製を示す。即ち、成形性材料１２１を、工具構造体のアレイを形成したマスター工具の表面に対して置くことができる。マスター工具上の工具構造体のアレイのネガティブ輪郭１２２を、成形性材料を成形、エンボス加工、又は硬化させる等の既知の複製方法により、成形性材料に転写する。成形性材料は、シリコーンエラストマー、エポキシ樹脂、又はその他のポリマー樹脂系等の熱可塑性ポリマー又は硬化性樹脂である。マスター工具のアレイ構造体のネガティブ輪郭又は像を有する複製用工具を作製するため、成形性材料をマスター工具（master）に対して置くことができる。その後、マスター工具と同じ特徴を有する追加のアレイを作製するのに続いて使用できる複製用工具を残して、このマスター工具を除去できる。あるいは、ニッケル等の金属又はその他の電解により沈着させた成形性材料を、マスター工具の電導的にコーティングした（例えば、無電解銀めっき）表面に電気めっき又は電鋳して、導電性複製用工具を形成してもよい。
【００５３】
第２世代及びその以後の世代の複製物を、好適な第２の成形材料を前回の複製工程で作製した工具の表面に適用することで、複製用工具と同様にして形成することができる。このようにして、単一のマスター工具を、数多くの最終微細構造物品を作製するのに使用できる。
【００５４】
これらの工具から作製した微細構造物品は、電子装置に使用する導光体又は光抽出器とすることができる。多くの電子装置は、装置の特徴を強調又は照明するのにバックライトの使用を必要とする。典型例は、携帯電話のキーパッドのバックライトである。これらのバックライトは、その用途により決まっている特定位置で導波管から光を向けるように設計された光抽出構造体を含む、エッジ照明式ポリマー導波管からなる。例として、携帯電話用途において、光抽出構造体は、キーを照明する光を提供するため、キーの真下にあってもよい。この光抽出構造体の大きさ、形状、及び位置は、所望の照明効果、導波管の大きさ及び厚さ、並びに（単一又は複数の）エッジ照明の種類及び位置により決まる。これらのバックライトは、本明細書中に記載の例示的工具の１つ（すなわち、マスター工具、複製用工具、第２世代複製物等）に対して透明ポリマーを形成することで製造できる。透明ポリマーをこれらの工具の１つの微細構造表面に接触させることで、抽出シート内の光抽出構造体を製造するのに使用できる。
【００５５】
マスター工具として、対応する数の複製用工具のネガティブ輪郭構造体の製造、ひいては第２世代複製物のポジティブ輪郭構造体を形成する等に使用できる数千の工具構造体が挙げられる。最終物品、例えば、抽出シートを、本明細書に記載の微細構造体をその表面に有する例示的な工具の１つに透明ポリマー材料をキャストして形成できる。あるいは、抽出シートを、工具構造体をその表面に有する例示的な工具に対して抽出シート材料を圧縮するため、抽出シート材料の透明フィルムをニップロールに通過させることで形成できる。
【００５６】
本発明の光抽出構造体アレイを用いる導光体は、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレートなどのポリアクリレート、及びガラスなどの光学的に好適な広範な種々の材料から製造可能であり、ポリアクリレート及びポリカーボネートなどの高屈折率材料が好ましい。導光体は、好ましくは、上記の複製ツールに注入形成可能な樹脂を金型形成、型押し、硬化、ないしは別の方法で成型することにより製造される。最も好ましくは、注入形成及び硬化技術を使用する。導光体を金型形成、型押し、又は硬化させる方法は、当業者には周知であろう。望ましい場合には、導光体の１以上の面の少なくとも一部（例えば、光抽出構造体の内面又は凹面）に既知の方法でコーティング（例えば、薄い金属の反射コーティング）を適用してもよい。
【００５７】
本発明の導光体は、バックライト照明のディスプレイ及びキーパッドに特に有用であり得る。バックライト照明ディスプレイとして、光源、ライトゲート装置（例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ））及び導光体が挙げられる。キーパッドとして、光源及び少なくとも一部が光を伝達する感圧スイッチのアレイを含んでもよい。導光体は、小型バッテリーから電力供給される発光ダイオード（ＬＥＤ）で照明される超小型若しくは小型のディスプレイ又はキーパッド装置用の、点から面（point to area）又は線から面（line to area）までの背面導光体として有用である。好適なディスプレイ装置には、例えば、携帯電話、ポケットベル、携帯情報端末、時計、腕時計、電卓、ラップトップコンピュータ、車両向けディスプレイ用のカラー又はモノクロＬＣＤ装置が挙げられる。その他のディスプレイ装置には、ラップトップコンピュータディスプレイ又はデスクトップフラットパネルディスプレイなどのフラットパネルディスプレイが挙げられる。好適なバックライト照明キーパッド装置には、例えば、携帯電話、ポケットベル、携帯情報端末、電卓、車両向けディスプレイ用のキーパッドが挙げられる。
【００５８】
ＬＥＤに加えて、ディスプレイ及びキーパッド用の他の好適な光源には、蛍光ランプ（例えば、冷陰極蛍光ランプ）、白熱灯、エレクトロルミネッセントライトなどが挙げられる。光源は、導光体の光遷移領域に機械加工、成型、ないしは別の方法で形成されたスロット、キャビティ、又は開口部に任意の好適な方法で機械的に固定可能である。しかしながら、好ましくは、光源と周辺の光遷移領域との間に空気間隙又は空気境界面を無くすため、光源は光遷移領域に埋設、埋め込み、又は固着され、それによって光の損失が減少し、導光体から放出される光出力が向上する。このような光源の実装は、例えば、十分な量の好適な埋設、埋め込み、又は固着材料を用いて光源を光遷移領域のスロット、キャビティ、又は開口部に固着することで達成可能である。スロット、キャビティ、又は開口部は、光遷移領域の上部、下部、側面、又は背面に存在してもよい。固着は、例えば、熱接着、熱かしめ加工、超音波溶接、プラスチック溶接など、追加の材料を組み込まない種々の方法によっても達成可能である。固着の別の方法には、光源周辺での挿入成形及び注型が挙げられる。
【実施例】
【００５９】
本発明の目的及び利点は、以下の実施例によって更に例示されるが、これらの実施例において列挙された特定の材料及びその量は、他の諸条件及び詳細と同様に、本発明を過度に制限するものと解釈されるべきではない。
【００６０】
実施例１
光重合性エポキシ樹脂、ＤＳＭ Ｓｏｍｏｓ（Ｎｅｗ Ｃａｓｔｌｅ，ＤＥ）より入手可能なＳｏｍｏｓ １１１２０の層で透明ガラス基板をコーティングして、多くの例示的工具構造体を作製した。この光重合性エポキシ樹脂の粘度は約１３０ｃＰ（約０．１３Ｐａ．ｓ）であった。３５１ｎｍで作動するアルゴンイオンレーザからの平行光を、ガラスを通して、レンズにより、第１の位置で光重合性液体に集光した。光線の断面プロファイルは近似的にガウス分布に従った。最大値の１／ｅでの光線幅は約１５０μｍであった。レーザ強度は約２μＷであり、それぞれの工具構造体は０．４秒間の露光で形成された。第１の位置での露光終了後、基板を第２の位置に移し、露光をまた行った。
【００６１】
露光により数個の工具構造体を形成した後、重合していない光重合性液体をメタノール洗浄及び乾燥により除去した。最終的に、窒素パージしたＥＬＣ−５００チャンバ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｉｔｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）内で１０分間ＵＶ光（３６５ｎｍでの最大強度）にブランケット露光して、工具構造体を後硬化した。
【００６２】
図３は、本明細書に記載のように製造した単一の工具構造体の顕微鏡写真を示す。工具構造体の最大高さは２３０μｍであり、底面での幅は１４０μｍであった。
【００６３】
実施例２
多くの例示的な工具構造体を、接着促進剤である、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（Ａｌｆａ Ａｅｓｅｒより入手可能）の薄層で透明ガラス基板をコーティングして作製した。次に、光重合性液体の層をガラス基板の表面に塗布した。光重合性液体は、ジアクリル酸１，６ヘキサンジオールであるＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）より入手可能なＳＲ−２３８と、２重量％のＣｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｉｎｃ．（Ｂａｓｅｌ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）より入手可能な光開始剤、ＩＲＧＡＣＵＲＥ ６５１とからなるものであった。このジアクリル酸１，６−ヘキサンジオール系光重合性液体の粘度は約６ｃＰ（約０．００６Ｐａ．ｓ）であった。
【００６４】
３５１ｎｍで作動するアルゴンイオンレーザからの平行光を、基板を通して、レンズにより、第１の位置で光重合性液体に集光した。光線の断面プロファイルは近似的にガウス分布に従った。最大光線強度の１／ｅでの光線幅は約１２０μｍであった。レーザ強度は約１０μＷであり、それぞれの工具構造体は０．４秒間の露光で形成された。第１の位置での露光終了後、試料を第２の位置に移し、露光をまた行った。
【００６５】
数個の工具構造体形成後、未反応の光重合性液体をエアーナイフで除去した。最終的に、窒素パージしたＥＬＣ−５００チャンバ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｉｔｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）内で１０分間ＵＶ光（３６５ｎｍでの最大強度）にブランケット露光して、工具構造体を後硬化した。
【００６６】
図４は、本明細書に記載のようにして製造した３つの工具構造体の顕微鏡写真を示す。工具構造体の最大高さは１５０μｍであり、底面での幅は９５μｍであった。
【００６７】
実施例３
例示的なパターン形成マスター工具を、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（Ａｌｆａ Ａｅｓｅｒより入手可能）等の接着促進剤の薄層で透明ガラス基板をコーティングすることで作製した。次に、光重合性液体の層をガラス基板の表面に塗布した。この光重合性液体は、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ（Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）より入手可能なウレタンアクリレートオリゴマー、ＣＮ９００８を２０重量％と、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙよりまた入手可能なジアクリル酸１，６−ヘキサンジオール、ＳＲ−２３８を８０重量％とのベース光重合体混合物からなるものであった。このベース光重合体混合物に、共にＣｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｉｎｃ．（Ｂａｓｅｌ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）より入手可能な、２重量％の光開始剤ＩＲＧＡＣＵＲＥ ６５１と、０．１重量％の光吸収剤Ｔｉｎｕｖｉｎ ２３４とを加えて、使用する光重合性液体を作製した。
【００６８】
３５１ｎｍで作動するアルゴンイオンレーザからの平行光を、基板を通して、レンズにより、第１の位置で光重合性液体に集光した。光線の断面プロファイルは近似的にガウス分布に従った。最大値の１／ｅでの光線幅は約１２０μｍであった。レーザ強度は約１０μＷであり、それぞれの工具構造体は０．８秒間の露光で形成された。
【００６９】
第１の位置での露光終了後、この基板を第２の位置に移した。４ｍｍ×７ｍｍの基板表面の長方形領域がパターン形成されるまで、この方法を繰り返した。これにより、中心間距離が１７０μｍの概して放物丘状の構造体のアレイを作製した。
【００７０】
その後、このレーザ強度を２μＷまで低減し、第２の４ｍｍ×８ｍｍ長方形領域の間隔の狭い小さな工具構造体を０．３５秒間の繰り返し露光により作製した。
【００７１】
全ての工具構造体の形成後、未反応の光重合性液体をエアーナイフで除去した。最終的に、窒素パージしたＥＬＣ−５００チャンバ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｉｔｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）内で１０分間ＵＶ光（３６５ｎｍでの最大強度）にブランケット露光して、工具構造体を後硬化した。
【００７２】
図５は、作製した工具構造体のアレイの顕微鏡写真を示す。工具構造体の最大高さは２２５μｍであり、底面での幅は１５０μｍであった。図６は、第２の領域でのより小さな工具構造体のアレイの顕微鏡写真を示す。これらの工具構造体の最大高さは５５μｍであり、底面での幅は７５μｍであった。これらの工具構造体は７５μｍで分離されていた。
【００７３】
実施例４
例示的なパターン形成マスター工具を、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（Ａｌｆａ Ａｅｓｅｒより入手可能）等の接着促進剤の薄層で透明ガラス基板をコーティングすることで作製した。次に、光重合性液体の層をガラス基板の表面に塗布する。この光重合性液体は、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ（Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）より入手可能なウレタンアクリレートオリゴマー、ＣＮ９００８を２０重量％と、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙよりまた入手可能なジアクリル酸１，６−ヘキサンジオール、ＳＲ−２３８を８０重量％とのベース光重合体混合物からなるものであった。このベース光重合体混合物に、Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｉｎｃ．（Ｂａｓｅｌ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）より入手可能な、５重量％の光開始剤Ｄａｒｏｃｕｒ ＴＰＯを加えて、使用する光重合性液体を作製した。
【００７４】
４０５ｎｍでのファイバ結合固体イオンレーザ（ｉＦｌｅｘ ２０００）からの平行光を、ガラスを通して、レンズにより、第１の位置で光重合性液体に集光した。光線の断面プロファイルは近似的にガウス分布に従った。最大値の１／ｅでの光線幅は約１００μｍであった。レーザ強度は約７．５μＷであり、それぞれの工具構造体は０．１７５秒間の露光で形成された。
【００７５】
図７は、作製した２つの工具構造体の顕微鏡写真を示す。工具構造体の最大高さは１２０μｍであり、構造体の底面での幅は１６０μｍであった。
【００７６】
実施例５
例示的な複製用工具を、実施例３に関して記載の方法にしたがって形成したマスター工具を用いて作製した。複製物の作製に使用したマスター工具の部分の顕微鏡写真を図８に示す。これらの工具構造体の最大高さは２２５μｍであり、底面での幅は１５０μｍであった。中心間の間隔は４５０μｍであった。
【００７７】
例示的な複製用工具を、成形性材料である、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ（Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）より入手可能な液体シリコーン注型用樹脂キットＳｙｌｇａｒｄ（商標）１８４シリコーンエラストマーキットを用いて作製した。このキットはベース材料と硬化剤とを含んでいた。この２成分を重量比１０：１（ベース：硬化剤）で混合した。この混合物を室温で１０分間激しく攪拌した。その後、真空チャンバ内に１０分間置いてガス抜きした。このシリコーン混合物をマスター工具上に流し込み、マスター工具の表面に厚さ５ｍｍのシリコーン層を形成した。マスター工具への完全な充填を確実にするために、シリコーンコーティングしたマスター工具を真空下に１０分間置いた。その後、シリコーンコーティングしたマスター工具をホットプレート上で９０℃で１時間加熱し、この間にシリコーン混合物を硬化させて屈曲性固体を形成した。この硬化したシリコーン複製用工具を、続いてマスター工具から分離した。シリコーン複製用工具を図９に示す。
【００７８】
このシリコーン複製用工具から第２世代の複製物を作製することを実証するのに、マスター工具の作製に使用したのと同じアクリレート混合物をシリコーン複製物上に流し込んだ。ウレタンアクリレートオリゴマー、ＣＮ９００８を２０重量％と、ジアクリル酸１，６−ヘキサンジオール、ＳＲ−２３８を８０重量％とを含むベース光重合体混合物；２重量％の光開始剤、ＩＲＧＡＣＵＲＥ ６５１；及び０．１重量％の光吸収剤、Ｔｉｎｕｖｉｎ２３４を含有するアクリレート混合物を、シリコーン複製用工具の表面に均一に塗布した。真空下で１０分間ガス抜きした後、接着促進剤、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランでコーティングしたガラス基板を、アクリレート混合物の表面に載せて、ガラスとシリコーン複製用工具との間にアクリレート混合物を挟みこんだ。その後、このアセンブリを、ＥＬＣ−５００ Ｌｉｇｈｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｓｙｓｔｅｍ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｉｔｅ Ｃｏｒｐ．）を用いて、広帯域ＵＶ線をフルパワーにて窒素雰囲気下で１０分間露光した。硬化後、このシリコーン複製物をガラス基板表面に接着した第２世代アクリレート複製物を有するガラス基板から分離した。第２世代複製物の顕微鏡写真を図１０に示す。
【００７９】
本明細書に記載の直接描出法は、従来のリソグラフィ法に比べていくつかの利点を有する。第一に、光重合性液体はその工程にわたって液体のままなので、どのような不必要な材料を除去するのにも追加的な化学的又はプラズマ現像工程を要しない。従来のリソグラフィ法では、フォトレジストが乾燥フィルムレジストか、又はフォトレジストを露光する前に乾燥する液体レジストかに関わらず、通常、溶媒、酸性又は塩基性の現像液を用いて不必要なフォトレジスト材料を除去する。従来の現像液を使用する別の欠点として、現像液はパターン形成工程中に作製した微細構造体を損傷、膨潤、又は分解し得ることである。微細構造表面を作製するためのいくつかの従来的なリソグラフィ法では、フォトレジストは微細構造体を作製するためのテンプレートとしてのみ使用される。微細構造体の形成に付加的なアプローチをとる場合、基板の追加的な沈着又はめっき工程を要するかもしれず、減法的なアプローチで基板の追加的なエッチングをしてもよい。
【００８０】
Ｍｉｃｒｏｃｈｅｍ（Ｎｅｗｔｏｎ，ＭＡ）より入手可能なＳＵ−８等の液体フォトレジストは、残存する溶媒を除去し固体フィルムを形成するのに、コーティング後に追加的なソフトベーキング工程を要する。液体フォトレジストを用いる場合の標準法は、基板上にレジスト材料をスピンコーティングする工程と、ソフトベーキングで溶媒を除去しレジストにフィルムを形成する工程と、露光してパターン作製する工程と、露光後ベーキングによりレジストをハードキュアし、現像してレジストの未硬化部分を除去する工程とを含む。別の現像法は、試料のＵＶ露光を減らして架橋を制限することを要し、これにより未硬化のレジストを除去するため高温（すなわち、未硬化レジスト材料のガラス転移点を超える）に加熱することでレジストの未露光部分を除去できる。この方法は、結果として得られる構造体の架橋を完了させるための補足的な露光工程を要するかもしれない。比較的低粘度の光重合性液体を本明細書に記載の直接法で用いるので、未硬化の光重合性液体の除去を室温で達成できる。
【００８１】
第２の利点は、本明細書に記載の直接描出法は、所望のパターンを作製するために個々の微細構造体要素を規定する複雑なフォトマスクの使用を要しないことである。その代わり、直接描出法では、所望の微細構造体を作製するよう光線寸法及び特性を利用する。
【００８２】
直接描出法の第３の利点は、異なる大きさ及び形状の微細構造体を、その後の露光のために光線特性及び／又は近接するものを単に変えるだけで、互いのすぐ近くに描出してもよいことである。さらにまた、光線は基板を通して導入されるので、微細構造体は、光源がフォトレジスト材料の上にある多くのトップダウン露光システムとは反対に、基板の表面に形成される。
【００８３】
この直接描出法を光抽出材料作製のためのマスター工具に関して記載してきたが、この方法により作製したマスター工具は、微細構造表面が必要な別の用途において使用することができる。例えば、この方法で作製したマスター工具は、マイクロレンズアレイ、ＬＣＤディスプレイ用の利得拡散器、反射又は照明看板用構造体、自動車のダッシュボード及び浮動画像作成用バックライトを複製するのに使用してもよい。
【００８４】
本発明が適用可能な方法、この方法により形成できる工具、及びその数多くの構造体自身の様々な明白な変更は、当業者には、本明細書を見直すことで容易に明らかとなるので、これらは本発明の範囲であると考えられる。
【技術分野】
【０００１】
本出願は、微細構造工具又は物品を加工するための光学的直接描出法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細構造トポグラフィを備えた物品として、少なくとも２次元で微視的な複数の構造体（突起、窪み、溝など）をその表面に有するものが挙げられる。この微細構造トポグラフィは、例えば、キャスティング、コーティング、又は圧縮等の任意の接触法により、その物品内又は物品上に作製できる。通常、微細構造トポグラフィは、（１）微細構造パターンを備える工具上にキャスティングすること、（２）剥離ライナー等の微細構造パターンを備える構造フィルムをコーティングすること、又は（３）物品をニップロールの間を通過させて、微細構造パターンを備える基板に対して物品を圧縮させること、のうちの少なくとも１つによって作製できる。
【０００３】
物品又はフィルム内に微細構造パターンを作製するために使用する工具のトポグラフィは、例えば、化学エッチング、機械的エッチング、レーザアブレーション、フォトリソグラフィ、ステレオリソグラフィ、マイクロマシニング、ローレット切り、切断、又はスコーリングなどの任意の周知の技術を使用して作製してよい。工作機械産業は、微細構造物品を作製するために必要な多種多様のパターンを作製することができ、ユークリッド幾何パターンは、大きさ、形状、及び深さ／高さの異なるパターンの突起によって形成することができる。工具は、平面プレスから円筒形ドラム及びその他曲線状形状まで様々であり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、金属製工具を機械加工して、顧客仕様の微細構造物品を作製することは、時間のかかる工程である。加えて、一旦金属製工具を機械加工したら、顧客の要求の変化に対応して微細構造パターンを変更することは困難かつ費用がかかる。この機械加工時間は、製造の遅れを生み、全体的なコストを増加させるため、微細構造物品の製造に好適な工具を作製するための所要時間を短くするための方法が必要となる。
【０００５】
電子産業ではよくあることであるが、迅速な試作品作製と短い製品寿命が要求される分野においては、時間がかからずコスト効果の高い、微細構造物品を作製するための工具の生産法が望まれる。従来の方法で現在利用できるものよりも大きな形式の工具を作製できる方法も有用であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、複製用工具の製造方法に関し、続いて微細構造物品を作製するために使用し得る複製用工具の製造方法に関する。本明細書に詳細に記述する方法は、マスター工具を作製するために基板上に微細構造アレイを形成するためのパターンのある微細構造工具構造体の形成について記載している。作製されたマスター工具は、その後、例えば導光体のような所望の物品を製造するのに使用できる複製用工具を作り出すのに使用できる。
【０００７】
複製用工具を作製する方法は、マスター工具の形成から始まる。マスター工具を、部分的に透明な基板上に形成する。この基板を、その基板の第１の面上に、光重合性の液体でコーティングする。光重合性液体を、第１の位置で基板を通して光重合性液体に導入される光線に露光できる。光線は、光重合性液体を硬化して第１の工具構造体を形成するように、十分な光線特性を有することができる。光線特性として、光線形状、光線強度プロファイル、総光線強度、及び露光時間を含む。基板の表面に接触している光重合性液体の一部を硬化して第１の工具構造体を形成してもよい。基板は光線と相対的に移動させられる。露光、硬化工程及び移動工程を複数回繰り返して、工具構造体のアレイを作製してもよい。工具構造体のアレイの形成後、未硬化の光重合性液体を除去する。
【０００８】
マスター工具の表面に成形性材料を載せて、複製用工具を形成する。マスター工具上の工具構造体のアレイのネガティブ輪郭を成形性材料に転写する。その後、この成形性材料をマスター工具から除去し、複製用工具を得る。
【０００９】
本発明の上記の概要は、本発明のそれぞれの図示の実施形態又は全ての実施を説明しようとするものではない。以下の図面、及び発明を実施するための形態は、これらの実施形態をより具体的に例示する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明は、添付図面を参照して更に詳しく記述される。
【図１Ａ】本発明による単一の工具構造体の形成を示す図。
【図１Ｂ】本発明による例示的な工具構造体の概略図。
【図２Ａ】本発明による工具構造体の描出のための例示的装置の概略を示す図。
【図２Ｂ】本発明によるマスター工具上に工具構造体を形成するための例示的方法を概略的に示す図。
【図２Ｃ】本発明による複製用工具形成の例示的方法を概略的に示す図。
【図３】本発明にしたがって形成した例示的な単一の工具構造体の顕微鏡写真。
【図４】本発明にしたがって形成した例示的な単一の工具構造体の顕微鏡写真。
【図５】本発明にしたがって形成した例示的な工具構造体のアレイの顕微鏡写真。
【図６】本発明にしたがって形成した、別の例示的な工具構造体のアレイの顕微鏡写真。
【図７】本発明にしたがって形成した更なる例示的な工具構造体の顕微鏡写真。
【図８】本発明にしたがって形成したマスター工具の部分の顕微鏡写真。
【図９】本発明にしたがって図８のマスター工具で形成した複製用工具の顕微鏡写真。
【図１０】本発明にしたがって図９の複製用工具で形成した第２世代複製物の顕微鏡写真。
【００１１】
本発明は種々の修正及び代替の形態に容易に応じるが、その細部は一例として図面に示されており、また詳しく説明することにする。しかしながら、その意図は、本発明を記載された特定の実施形態に限定することにない旨を理解するべきである。むしろ、付随する請求項によって定義される本発明の範囲内に入る修正、等価物、及び代替物すべてを網羅することを意図するものである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
好ましい実施形態の以下の詳細な説明において、本発明を実施できる具体的な実施形態を説明する添付図面を参照する。説明する実施形態は、本発明によるすべての実施形態を網羅することを意図したものではない。他の実施形態を使用してもよく、また本発明の範囲から逸脱することなく構造上又は論理上の変更を成してもよいことが理解されるべきである。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味で解釈されるべきではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。
【００１３】
本開示は、マスター工具の製造方法に関し、続いて微細構造物品を作製するために使用し得るマスター工具の製造方法に関する。前述した様に、微細構造物品は、その表面上に、少なくとも２次元で微視的である構造体（突起、窪み、溝など）を備えたトポグラフィを有する。本明細書で使用するとき「微視的」という用語は、顕微鏡を使用しなければ人間の目によっては解明するのが困難である寸法を指す。いくつかの場合においては、微細構造体の寸法は、５００μｍ未満、又は２００μｍ未満、又は１００μｍ未満である。
【００１４】
本明細書に詳細に記載する方法は、マスター工具を作製するために、微細構造アレイ等の微細構造パターンを基板上に形成することについて記載している。微細構造パターンとして、例えば、突起構造体、連続及び不連続の溝、隆起、並びにこれらの組み合わせを挙げてもよい。
【００１５】
マスター工具の作製に使用する基板として、様々なものが使用できる。いくつかの場合において、基板材料は、微細構造アレイの正確な作製を可能にするのに十分な剛性、平坦性、及び安定性を有することができる。基板は、アレイの構造を作製するのに使用する光の波長に対し透過性を有するべきである。好適な基材材料として、ガラス、石英、又は剛直若しくは可撓性の高分子材料が挙げられるが、これらに限定されない。
【００１６】
微細構造体は、様々な形状を有することができる。例えば、底面を円状、楕円状、又は多角形とし、その結果生じる側壁を、概して球状、楕円状、放物線状、双曲線状、又はこれらの組み合わせである垂直断面（底面に対して垂直にとったもの）により特徴づけることができる。好ましくは、これらの側壁として、構造体の底面に対し垂直ではない（例えば、約１０度〜約８０度の角度）ものが使用できる。構造体は、底面の中心と上部の中心とを結ぶ主軸線を有する場合がある。
【００１７】
これらの微細構造体を複数組み合わせることで、より複雑な構造体及びアレイパターンを形成してもよい。このようなアレイは、規則的な配列（例えば、正方形又は六角形）又はランダムアレイ等の不規則な配列を含む、様々な充填配列を有することができる。アレイにおける構造体の大きさ及び形状は、アレイ毎に異なることもでき、又は同様の構造体が局所化した領域を形成してもよい。例えば、高さは、特定の構造体の特定の点又は線からの距離に応じて異なっていてもよい。
【００１８】
図１Ｂを参照し、例えば、本明細書に記載の方法を、高さｄｍａｘを約５μｍ〜約５００μｍ（好ましくは、約１０μｍ〜約３００μｍ）の範囲に、並びに／又は最大長さＬ及び／若しくは最大幅を約５μｍ〜約５００μｍ（好ましくは、約１０μｍ〜約３００μｍ、より好ましくは、約５０μｍ〜約２５０μｍ）の範囲に有する構造体を備えたアレイを加工するのに使用することができる。
【００１９】
マスター工具は、対応する数の構造体を複製用工具に製造することができる数千もの工具構造体を含むことができる。複製用工具は、成形性材料を、マスター工具上の工具構造体に対して適用することで形成することができる。成形性材料は、工具構造体をその表面に有するマスター工具上に硬化性材料をキャスティングするか、又は熱成形性材料でできたフィルムをニップロールに通して、工具構造体をその表面に有する熱成形性マスター工具に対して熱成形性材料を圧縮することにより適用され得る。
【００２０】
第２世代の複製物は、同様な方法で、第２の成形性材料をその型押しされた複製用工具の表面に適用することで形成できる。
【００２１】
例示的な方法では、微視的な３次元構造を有するマスター工具の形成方法を光抽出材料用の工具構造体を作製するのに使用できる。この方法は、図１Ａ及び図２Ｂを参照して説明できる。
【００２２】
図１Ａに示すように、光重合性材料又は液体１２０の第１の面１００ａを化学線１３０に、図示されていない光源から短時間露光することで工具構造体１１０を基板１００上に形成することができる。この光線１３０は、基板１００を通過する際、第２の面１００ｂ上に入射する。光源は、水銀灯等の広域スペクトル光源、又はレーザ若しくはレーザダイオード等の離散波長を有する光源であってもよい。この光線１３０をビーム整形光学部品１４０に通過させ、光重合性液体１２０の露光に使用する前に、光線を整形し集光する。このビーム整形光学部品１４０は、レンズ、フィルター、鏡、フォトマスク、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。基板１００は、光重合性液体１２０の重合を開始させるのに使用する光線１３０の波長に対し、部分的に透過性を有するべきである。例えば、基板は、光重合性液体の硬化に使用する光の波長で、１０％を超える（好ましくは、５０％を超える、より好ましくは９０％を超える）透過度を有するべきである。光線は基板に対して垂直ではない基板角で通過できるが、光線が基板にほぼ垂直になるようにして、光線は基板を透過する。
【００２３】
露光時には、光重合性液体の一部が、化学線の強度プロファイル、光線の総強度、露光時間、及び光重合性液体の応答特性等の光線特性によって決まる深度まで重合する。光線の強度プロファイル１３５がガウス分布に従い、光重合性材料が、重合深度が露光の対数関数であるように応答する場合、放物線部分と同形のマスター工具を、１回の露光で生成できる。
【００２４】
本発明の方法を実施する際、光重合性液体を、光重合性液体の重合又は架橋を引き起こすのに十分な総強度を有する光線に露光することができる。光線のその他の特性（すなわち、光線の形状、光線強度プロファイル、及び光重合性液体の光線への露光時間）は、本明細書に記載の方法により描出される工具構造体の最終形状を制御することになる。これらの光線特性を、使用者が予め選択することができる。
【００２５】
本発明の方法を実施するのに使用できる１つの例示的な加工システムを図２Ａに示す。加工システム２００は、光源２３２、光線の強度プロファイル及び形状を定めるための複数の鏡、開口部、マスク、及びレンズを含むことができるビーム整形光学部品２４０、並びに可動ステージシステム２５０を含む。ステージシステム２５０は、３次元で可動であり、協働して動き、コントローラ（図示せず）で正確に制御される、１つ、２つ、又は３つの独立したステージを含む。光重合性液体１２０がその上面に適用された基板１００を、取付け台２７０によりステージシステム２５０上に支持できる。
【００２６】
光源２３２から発せられる光線２３０は、ビーム整形光学部品２４０を通過し、基板１００を通過して光重合性液体１２０に導入させることができる。重合を引き起こすのに露光が十分な、光重合性液体１２０の領域では、光重合性液体１２０は重合して、工具構造体を形成する。重合を引き起こすには露光が不十分な光重合性液体１２０の領域では、光重合性液体は反応せず、低粘度液体のままとなる。本発明の一態様において、光重合性液体の露光及び硬化に使用する光線は、光線の整形にフォトマスクを使用しない光学系を通過する。
【００２７】
その後の工具構造体を、ステージシステム２５０により基板１００を動かした後、光重合性液体中の第２の位置で形成してもよい。あるいは、例えば、ガルバノミラー、ピエゾミラー、又は音響光学偏向素子と望遠鏡を用いてレーザ光線を動かすこと、及びビーム整形光学システム２４０の１つ又はそれ以上の要素を動かすことで、光線を基板上の第２の位置に照射してもよい。このようにして、光線の焦点を、工具構造体のアレイを作製するように繰り返し露光することと連携して、基板全域で走査又は移動させることができる。いずれの態様においても、光線及び光重合性液体の露光部分は、互いに相対的に移動することができる。
【００２８】
描出用工具構造体の装置に関する別の態様において、光源が十分なエネルギーレベルである場合、少なくとも１つのビームスプリッタ又はその他の多重化光学部品（図示せず）を加えてもよい。少なくとも１つのビームスプリッタを追加することで、１つ以上の工具構造体又は１つ以上の工具構造体のアレイの描出が、装置のコストを大幅に増加させることなく、一度に可能となる。
【００２９】
マスター工具の例示的な製造法を図２Ｂに示す。基板１００を提供し、基板の第１の面１００ａ上を選択的な接着促進剤１０５でコーティングする。この接着促進剤を、例えば、浸漬コーティング、ナイフコーティング、及びスピンコーティング等の当業者に既知の多様なコーティング法のいずれかにより、基板の表面にコーティングすることができる。この接着促進剤層は、工具寿命を確実に長くするように、基板１００への工具構造体１１０の接着を改善することができる。
【００３０】
好適な接着促進剤として、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルメトキシシラン、クロロプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、及びこれらを組み合わせたものが挙げられるが、これらに限定されない。
【００３１】
次に、光重合性液体１２０を、例えば、ナイフコーティング及びフラッドコーティング等の当業者に既知の任意の様々なコーティング法のいずれかで、接着促進剤層をコーティングする。この基板は、構造体の描出時に基板上の光重合性液体を維持するために、その外周周りに形成した堤部１０２（図２Ａ）を有していてもよい。基板をコーティングする液体の深さは、製造する工具構造体の高さよりも大きいか等しいべきである。さらに、選択的なカバー１０３（図２Ａ）を堤部１０２の上部に置いて、描出工程中の光重合性液体の過剰な蒸発を防いでもよい。
【００３２】
この光重合性液体は、室温にて、約２００ｃＰ（約０．２Ｐａ．ｓ）未満（好ましくは約４０ｃＰ（約０．０４Ｐａ．ｓ）未満）の粘度を有する低粘度液体である。光重合性材料又は液体は、適切な光開始剤又は光増感剤を用いる場合、光重合できるモノマー及び／又はオリゴマーを含むことができる。光重合性液体は、吸収特性を低減して光重合性液体の応答を変える光吸収材料も含んでもよい。
【００３３】
上述の例示的方法で作製したマスター工具は、好ましくは、複数の複製用工具を製造するための複数の複製工程に耐える、適切な堅牢性を備える。好適な光重合性モノマー材料として、モノ−、ジ−、及びポリ−アクリレート類及びメタクリレート類（例えば、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸イソプロピル、アクリル酸ｎ−ヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸アリル、ジアクリル酸グリセロール、トリアクリル酸グリセロール、ジアクリル酸エチレングリコール、ジアクリル酸ジエチレングリコール、ジメタクル酸トリエチレングリコール、ジアクリル酸１，３−プロパンジオール、ジメタクリル酸１，３−プロパンジオール、ジアクリル酸１，６−ヘキサンジオール、ジメタクリル酸１，６−ヘキサンジオール、トリアクリル酸トリメチロールプロパン、トリメタクリル酸１，２，４−ブタントリオール、ジアクリル酸１，４−シクロヘキサンジオール、トリアクリル酸ペンタエリスリトール、テトラアクリル酸ペンタエリスリトール、テトラメタクリル酸ペンタエリスリトール、及びこれらを組み合わせたもの）等のアクリル酸モノマー；シリコーン系液体光重合体、及びエポキシ系液体光重合体が挙げられるが、これらに限定されない。
【００３４】
あるいは、光重合性材料は、適切な光開始剤を用いる場合に光重合又は架橋が可能な、アクリレートオリゴマー系又はポリジメチルシロキサンオリゴマー系のフィルムの形態であってもよい。
【００３５】
オリゴマー材料は、光重合性液体のレオロジー特性の制御に役立てることができ、好ましくは選択したモノマー材料に可溶であると共に、マスター工具の機械的特性を改善するものである。好適なオリゴマー材料として、エポキシ樹脂系液体光重合体、ウレタンアクリレートオリゴマー、シリコーンアクリレートオリゴマー、及びポリエステルアクリレートオリゴマーが挙げられるが、これらに限定されない。あるいは、非反応性の高分子結合剤を、例えば、光重合性液体の粘度を制御するために、所望の組成物中のオリゴマー材料の代わりに、又はオリゴマー材料に加えて含むことは、本発明の範囲内である。そのような高分子結合剤は一般に、モノマー材料と相溶性を有するように選定することができる。結合剤は、光重合性液体の所望の溶液レオロジーを達成するのに好適な分子量を有することができる。
【００３６】
光重合性液体はまた、光開始剤又は増感剤も含む。モノマー、オリゴマー（使用する場合）と相溶し、その活性化又は吸収ピークの波長が構造体描出に用いる光源、例えば光重合性液体の重合を開始させるのに使用する光源に適合する、任意の光開始剤を使用することができる。例示的な光開始材料として、Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｉｎｃ．（Ｂａｓｅｌ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）よりそれぞれ入手可能な、ＩＲＧＡＣＵＲＥ ６５１等のベンジルジメチルケタール類、ＤＡＲＯＣＵＲ ＴＰＯ等のモノアシルホスフィン類、ＩＲＧＡＣＵＲＥ ８１９等のビスアシルホスフィン類、及びＩＲＧＡＣＵＲ ７８４等のヨードニウム塩が挙げられるが、これらに限定されない。
【００３７】
好適な光吸収材料として、官能性ベンゾフェノン類、Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｉｎｃ．（Ｂａｓｅｌ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）より入手可能な、Ｔｉｎｕｖｉｎ ２３４、Ｔｉｎｕｖｉｎ ３２６等のベンゾトリアゾール類、及びヒドロキシフェニルトリアジン類が挙げられるが、これらに限定されない。
【００３８】
各種の補助剤を、工具構造体の所望の最終用途に応じて、光重合性液体に選択的に含有させることができる。好適な補助剤として、溶媒、希釈剤、樹脂、結合剤、可塑剤、顔料、染料、無機又は有機の補強又は増量フィラー、チキソトロピー剤、指示薬、阻害剤、安定剤などが挙げられる。補助剤の量及び種類並びにそれらを組成物に添加する方法は、当業者によく知られている。
【００３９】
光重合性液体の重合を開始させるのに、化学線照射を用いてもよく、平行化学線照射が好ましい。平行化学線１３０を、Ｉｎｎｏｖａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｅｌｌｉｃｏｔｔ Ｃｉｔｙ，ＭＤ）より入手可能な３５１ｎｍで作動するアルゴンイオンレーザ（Ｓａｂｒｅ ＦｒｅＤ）、又はＰｏｉｎｔ Ｓｏｕｒｃｅ Ｌｔｄ（Ｈａｍｂｌｅ，Ｕ．Ｋ．）より入手可能な４０５ｎｍで作動する固体レーザ（ｉＦｌｅｘ ２０００）等のレーザから提供できる。光線１３０を、焦点距離１００ｍｍの両凸レンズを用いて、基板１００を通過させて光重合性液体１２０中に集光できる。例示的な実施形態において、レーザ光線の断面プロファイルは、近似的にガウス分布に従うことができる。基板／光重合性液体界面での光線の大きさは、基板／光重合性液体界面をレンズの焦点に近づくように、又はレンズの焦点から離れるように位置決めすることで制御される。光線の形状及び強度プロファイルを、上述のようにビーム整形光学部品により制御する。レーザ強度及び露光時間を調整して、露光を制御する。
【００４０】
基板を、相対的なＸＹ位置及び化学線の焦点面に相対的なＺ位置を制御するため、コンピュータ制御されたＸ、Ｙ、Ｚステージ上に載せることができる。別の態様において、基板の表面を固定したままにすることができ、光線を、精密ステージに取り付けた鏡を用いて、３軸で移動できる。第１の工具構造体が形成又は描出されると、基板をｘ軸方向及び／又はｙ軸方向に移動させて、新しい位置に移動する。この新しい位置で、第２の露光を行うことができる。この第２の位置での露光条件、光線の強度プロファイル、光線の形状、及び光線の総強度は、前露光条件と同一でも異なっていてもよい。これらの光線条件のうち少なくとも１つを変更すると、前回描出された工具構造体とは異なる大きさ又は形状を有する第２の工具構造体が作製され得る。この工程を、所望の工具構造体が形成されるまで、段階的に繰り返すことができる。
【００４１】
複数の工具構造体１１０を形成した後、重合していない光重合性液体を、水、溶媒、又はエアーナイフを用いて除去する。いくつかの例においては、未反応の光重合性液体の除去を促進するため、工具構造体を少量のモノマー材料で選択的にすすいでもよい。
【００４２】
その後、工具構造体を、窒素パージしたチャンバ内でＵＶ光でブランケット露光することにより、後硬化することができる。
【００４３】
上述の方法で作製した工具構造体を非球面の円錐部分から得る。これらの工具構造体の例示的な一用途において、これらの構造体は光抽出器として有用であり得る。これらの工具構造体の形状を、次の等式で表すことができる。
【数１】
式中、ｄは半径ｒでの工具構造体の高さであり、ｄｍａｘは工具構造体１１０（図１Ｂ）の最大高さであり、ｃは曲率半径の逆数であり、ｋは円錐定数である。ｋ＝０のとき、この等式は球の部分を表す。ｋ＝−１のとき、この等式は、光抽出器として特に有用な形状である、放物面部分を表す。この放物面形状は、次のように表すことができる。
【数２】
【００４４】
立体リソグラフィ用途において、多くの場合、光重合性液体の応答を以下の式により表すことができると仮定される。
【数３】
式中、ｄは重合深さであり、Ｑは光強度と露光時間との関数である露光であり、Ｑｃは重合を開始するのに必要な臨界露光であり、Ｓは応答曲線の傾きである。Ｑｃ及びＳは、光重合性材料の特性であり、光重合性液体の配合を調整することで変更してもよい。
【００４５】
ガウス分布に従う強度プロファイルを有するレーザ光線からの断面露光は以下のようにして与えられる。
【数４】
式中、Ｑｍａｘは光線の中心での露光であり、Ｑは、光線の中心からの半径ｒでの露光であり、ｗは、光線の強度がｅで割った最大強度に等しい点でのビーム半径である。
【００４６】
光重合性材料の特性及び要求される形状の観点から、所望のレーザ特性に関するこれらの関係式を組み合わせて結果を約分すると、所望の工具構造体を作製するのに、以下の等式を用いることができる。
【数５】
【００４７】
工具構造体の形状は、光線の幅と材料の応答の傾きで決まる。光線の幅は、レンズの焦点を近づけたり離したりすることで、変えることができる。材料応答の傾きを、少量の光吸収剤、光開始剤、及び／又は選択的な補助剤を加えるか、又は除去することで制御する。臨界露光は、存在する光開始剤の量等の光重合性液体の組成、モノマー特性、光吸収剤の存在、及び放射線を吸収する又は散乱させる任意の添加剤に依存する。所与の光重合性液体組成物及び光線特性に関して、工具構造体の最大高さｄｍａｘを、レーザ露光により制御する。光線の総強度を、レーザの出力調整、総強度を低減するフィルターの追加、又は音響光学変調器の使用により制御する。露光時間を、音響光学変調器により、又は光源（例えば、レーザ）の直接変調により、制御することもできる。
【００４８】
本発明の別の態様において、光強度プロファイル及び／又は光線の形状は、少なくとも１つの非対称光学要素をビーム整形光学部品に導入することで歪んでいてもよい。歪んだ光強度プロファイルを、歪んだプロファイルを有する工具構造体を製造するのに使用することができる。更に、光線が基板を通過して光重合性液体に入るように光線の主軸を制御することにより、基板の面に対して傾いている抽出工具構造体の形成が可能になる。
【００４９】
本発明のまた別の態様において、露光工程中に、レーザから発した光を前後にディザリングすることで細長い工具構造体を製造してもよい。あるいは、個々の単一の工具構造体を重ね合わせてより大きな構造体を形成してもよい。ディザリングの方向及び位置を制御することで、隆起、十字、Ｔ字、屈曲などのより複雑な形状を形成してもよい。あるいは、細長い又は複雑な工具構造体を、基板に対して光線をゆっくりであるが連続して動かすことで、作製してもよい。
【００５０】
本発明のさらにまた別の態様において、切頭又は平頂工具構造体を、基板上をコーティングする光重合性溶液の深さを制御することで、作製してもよい。光線の活性部分の浸透深さが、基板をコーティングする光重合性溶液の深さよりも大きいと、切頭構造体を形成できる。
【００５１】
このような工程で作製したマスター工具を、微細レンズアレイ、ＬＣＤディスプレイ用利得拡散器、反射又は照明看板用構造体、自動車のダッシュボード及び浮動画像作成用バックライトを複製するのに使用できる。
【００５２】
図２Ｃは、上述のようにして作製したマスター工具を用いた、複製用工具の作製を示す。即ち、成形性材料１２１を、工具構造体のアレイを形成したマスター工具の表面に対して置くことができる。マスター工具上の工具構造体のアレイのネガティブ輪郭１２２を、成形性材料を成形、エンボス加工、又は硬化させる等の既知の複製方法により、成形性材料に転写する。成形性材料は、シリコーンエラストマー、エポキシ樹脂、又はその他のポリマー樹脂系等の熱可塑性ポリマー又は硬化性樹脂である。マスター工具のアレイ構造体のネガティブ輪郭又は像を有する複製用工具を作製するため、成形性材料をマスター工具（master）に対して置くことができる。その後、マスター工具と同じ特徴を有する追加のアレイを作製するのに続いて使用できる複製用工具を残して、このマスター工具を除去できる。あるいは、ニッケル等の金属又はその他の電解により沈着させた成形性材料を、マスター工具の電導的にコーティングした（例えば、無電解銀めっき）表面に電気めっき又は電鋳して、導電性複製用工具を形成してもよい。
【００５３】
第２世代及びその以後の世代の複製物を、好適な第２の成形材料を前回の複製工程で作製した工具の表面に適用することで、複製用工具と同様にして形成することができる。このようにして、単一のマスター工具を、数多くの最終微細構造物品を作製するのに使用できる。
【００５４】
これらの工具から作製した微細構造物品は、電子装置に使用する導光体又は光抽出器とすることができる。多くの電子装置は、装置の特徴を強調又は照明するのにバックライトの使用を必要とする。典型例は、携帯電話のキーパッドのバックライトである。これらのバックライトは、その用途により決まっている特定位置で導波管から光を向けるように設計された光抽出構造体を含む、エッジ照明式ポリマー導波管からなる。例として、携帯電話用途において、光抽出構造体は、キーを照明する光を提供するため、キーの真下にあってもよい。この光抽出構造体の大きさ、形状、及び位置は、所望の照明効果、導波管の大きさ及び厚さ、並びに（単一又は複数の）エッジ照明の種類及び位置により決まる。これらのバックライトは、本明細書中に記載の例示的工具の１つ（すなわち、マスター工具、複製用工具、第２世代複製物等）に対して透明ポリマーを形成することで製造できる。透明ポリマーをこれらの工具の１つの微細構造表面に接触させることで、抽出シート内の光抽出構造体を製造するのに使用できる。
【００５５】
マスター工具として、対応する数の複製用工具のネガティブ輪郭構造体の製造、ひいては第２世代複製物のポジティブ輪郭構造体を形成する等に使用できる数千の工具構造体が挙げられる。最終物品、例えば、抽出シートを、本明細書に記載の微細構造体をその表面に有する例示的な工具の１つに透明ポリマー材料をキャストして形成できる。あるいは、抽出シートを、工具構造体をその表面に有する例示的な工具に対して抽出シート材料を圧縮するため、抽出シート材料の透明フィルムをニップロールに通過させることで形成できる。
【００５６】
本発明の光抽出構造体アレイを用いる導光体は、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレートなどのポリアクリレート、及びガラスなどの光学的に好適な広範な種々の材料から製造可能であり、ポリアクリレート及びポリカーボネートなどの高屈折率材料が好ましい。導光体は、好ましくは、上記の複製ツールに注入形成可能な樹脂を金型形成、型押し、硬化、ないしは別の方法で成型することにより製造される。最も好ましくは、注入形成及び硬化技術を使用する。導光体を金型形成、型押し、又は硬化させる方法は、当業者には周知であろう。望ましい場合には、導光体の１以上の面の少なくとも一部（例えば、光抽出構造体の内面又は凹面）に既知の方法でコーティング（例えば、薄い金属の反射コーティング）を適用してもよい。
【００５７】
本発明の導光体は、バックライト照明のディスプレイ及びキーパッドに特に有用であり得る。バックライト照明ディスプレイとして、光源、ライトゲート装置（例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ））及び導光体が挙げられる。キーパッドとして、光源及び少なくとも一部が光を伝達する感圧スイッチのアレイを含んでもよい。導光体は、小型バッテリーから電力供給される発光ダイオード（ＬＥＤ）で照明される超小型若しくは小型のディスプレイ又はキーパッド装置用の、点から面（point to area）又は線から面（line to area）までの背面導光体として有用である。好適なディスプレイ装置には、例えば、携帯電話、ポケットベル、携帯情報端末、時計、腕時計、電卓、ラップトップコンピュータ、車両向けディスプレイ用のカラー又はモノクロＬＣＤ装置が挙げられる。その他のディスプレイ装置には、ラップトップコンピュータディスプレイ又はデスクトップフラットパネルディスプレイなどのフラットパネルディスプレイが挙げられる。好適なバックライト照明キーパッド装置には、例えば、携帯電話、ポケットベル、携帯情報端末、電卓、車両向けディスプレイ用のキーパッドが挙げられる。
【００５８】
ＬＥＤに加えて、ディスプレイ及びキーパッド用の他の好適な光源には、蛍光ランプ（例えば、冷陰極蛍光ランプ）、白熱灯、エレクトロルミネッセントライトなどが挙げられる。光源は、導光体の光遷移領域に機械加工、成型、ないしは別の方法で形成されたスロット、キャビティ、又は開口部に任意の好適な方法で機械的に固定可能である。しかしながら、好ましくは、光源と周辺の光遷移領域との間に空気間隙又は空気境界面を無くすため、光源は光遷移領域に埋設、埋め込み、又は固着され、それによって光の損失が減少し、導光体から放出される光出力が向上する。このような光源の実装は、例えば、十分な量の好適な埋設、埋め込み、又は固着材料を用いて光源を光遷移領域のスロット、キャビティ、又は開口部に固着することで達成可能である。スロット、キャビティ、又は開口部は、光遷移領域の上部、下部、側面、又は背面に存在してもよい。固着は、例えば、熱接着、熱かしめ加工、超音波溶接、プラスチック溶接など、追加の材料を組み込まない種々の方法によっても達成可能である。固着の別の方法には、光源周辺での挿入成形及び注型が挙げられる。
【実施例】
【００５９】
本発明の目的及び利点は、以下の実施例によって更に例示されるが、これらの実施例において列挙された特定の材料及びその量は、他の諸条件及び詳細と同様に、本発明を過度に制限するものと解釈されるべきではない。
【００６０】
実施例１
光重合性エポキシ樹脂、ＤＳＭ Ｓｏｍｏｓ（Ｎｅｗ Ｃａｓｔｌｅ，ＤＥ）より入手可能なＳｏｍｏｓ １１１２０の層で透明ガラス基板をコーティングして、多くの例示的工具構造体を作製した。この光重合性エポキシ樹脂の粘度は約１３０ｃＰ（約０．１３Ｐａ．ｓ）であった。３５１ｎｍで作動するアルゴンイオンレーザからの平行光を、ガラスを通して、レンズにより、第１の位置で光重合性液体に集光した。光線の断面プロファイルは近似的にガウス分布に従った。最大値の１／ｅでの光線幅は約１５０μｍであった。レーザ強度は約２μＷであり、それぞれの工具構造体は０．４秒間の露光で形成された。第１の位置での露光終了後、基板を第２の位置に移し、露光をまた行った。
【００６１】
露光により数個の工具構造体を形成した後、重合していない光重合性液体をメタノール洗浄及び乾燥により除去した。最終的に、窒素パージしたＥＬＣ−５００チャンバ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｉｔｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）内で１０分間ＵＶ光（３６５ｎｍでの最大強度）にブランケット露光して、工具構造体を後硬化した。
【００６２】
図３は、本明細書に記載のように製造した単一の工具構造体の顕微鏡写真を示す。工具構造体の最大高さは２３０μｍであり、底面での幅は１４０μｍであった。
【００６３】
実施例２
多くの例示的な工具構造体を、接着促進剤である、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（Ａｌｆａ Ａｅｓｅｒより入手可能）の薄層で透明ガラス基板をコーティングして作製した。次に、光重合性液体の層をガラス基板の表面に塗布した。光重合性液体は、ジアクリル酸１，６ヘキサンジオールであるＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）より入手可能なＳＲ−２３８と、２重量％のＣｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｉｎｃ．（Ｂａｓｅｌ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）より入手可能な光開始剤、ＩＲＧＡＣＵＲＥ ６５１とからなるものであった。このジアクリル酸１，６−ヘキサンジオール系光重合性液体の粘度は約６ｃＰ（約０．００６Ｐａ．ｓ）であった。
【００６４】
３５１ｎｍで作動するアルゴンイオンレーザからの平行光を、基板を通して、レンズにより、第１の位置で光重合性液体に集光した。光線の断面プロファイルは近似的にガウス分布に従った。最大光線強度の１／ｅでの光線幅は約１２０μｍであった。レーザ強度は約１０μＷであり、それぞれの工具構造体は０．４秒間の露光で形成された。第１の位置での露光終了後、試料を第２の位置に移し、露光をまた行った。
【００６５】
数個の工具構造体形成後、未反応の光重合性液体をエアーナイフで除去した。最終的に、窒素パージしたＥＬＣ−５００チャンバ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｉｔｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）内で１０分間ＵＶ光（３６５ｎｍでの最大強度）にブランケット露光して、工具構造体を後硬化した。
【００６６】
図４は、本明細書に記載のようにして製造した３つの工具構造体の顕微鏡写真を示す。工具構造体の最大高さは１５０μｍであり、底面での幅は９５μｍであった。
【００６７】
実施例３
例示的なパターン形成マスター工具を、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（Ａｌｆａ Ａｅｓｅｒより入手可能）等の接着促進剤の薄層で透明ガラス基板をコーティングすることで作製した。次に、光重合性液体の層をガラス基板の表面に塗布した。この光重合性液体は、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ（Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）より入手可能なウレタンアクリレートオリゴマー、ＣＮ９００８を２０重量％と、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙよりまた入手可能なジアクリル酸１，６−ヘキサンジオール、ＳＲ−２３８を８０重量％とのベース光重合体混合物からなるものであった。このベース光重合体混合物に、共にＣｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｉｎｃ．（Ｂａｓｅｌ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）より入手可能な、２重量％の光開始剤ＩＲＧＡＣＵＲＥ ６５１と、０．１重量％の光吸収剤Ｔｉｎｕｖｉｎ ２３４とを加えて、使用する光重合性液体を作製した。
【００６８】
３５１ｎｍで作動するアルゴンイオンレーザからの平行光を、基板を通して、レンズにより、第１の位置で光重合性液体に集光した。光線の断面プロファイルは近似的にガウス分布に従った。最大値の１／ｅでの光線幅は約１２０μｍであった。レーザ強度は約１０μＷであり、それぞれの工具構造体は０．８秒間の露光で形成された。
【００６９】
第１の位置での露光終了後、この基板を第２の位置に移した。４ｍｍ×７ｍｍの基板表面の長方形領域がパターン形成されるまで、この方法を繰り返した。これにより、中心間距離が１７０μｍの概して放物丘状の構造体のアレイを作製した。
【００７０】
その後、このレーザ強度を２μＷまで低減し、第２の４ｍｍ×８ｍｍ長方形領域の間隔の狭い小さな工具構造体を０．３５秒間の繰り返し露光により作製した。
【００７１】
全ての工具構造体の形成後、未反応の光重合性液体をエアーナイフで除去した。最終的に、窒素パージしたＥＬＣ−５００チャンバ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｉｔｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）内で１０分間ＵＶ光（３６５ｎｍでの最大強度）にブランケット露光して、工具構造体を後硬化した。
【００７２】
図５は、作製した工具構造体のアレイの顕微鏡写真を示す。工具構造体の最大高さは２２５μｍであり、底面での幅は１５０μｍであった。図６は、第２の領域でのより小さな工具構造体のアレイの顕微鏡写真を示す。これらの工具構造体の最大高さは５５μｍであり、底面での幅は７５μｍであった。これらの工具構造体は７５μｍで分離されていた。
【００７３】
実施例４
例示的なパターン形成マスター工具を、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（Ａｌｆａ Ａｅｓｅｒより入手可能）等の接着促進剤の薄層で透明ガラス基板をコーティングすることで作製した。次に、光重合性液体の層をガラス基板の表面に塗布する。この光重合性液体は、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ（Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）より入手可能なウレタンアクリレートオリゴマー、ＣＮ９００８を２０重量％と、Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙよりまた入手可能なジアクリル酸１，６−ヘキサンジオール、ＳＲ−２３８を８０重量％とのベース光重合体混合物からなるものであった。このベース光重合体混合物に、Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｉｎｃ．（Ｂａｓｅｌ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）より入手可能な、５重量％の光開始剤Ｄａｒｏｃｕｒ ＴＰＯを加えて、使用する光重合性液体を作製した。
【００７４】
４０５ｎｍでのファイバ結合固体イオンレーザ（ｉＦｌｅｘ ２０００）からの平行光を、ガラスを通して、レンズにより、第１の位置で光重合性液体に集光した。光線の断面プロファイルは近似的にガウス分布に従った。最大値の１／ｅでの光線幅は約１００μｍであった。レーザ強度は約７．５μＷであり、それぞれの工具構造体は０．１７５秒間の露光で形成された。
【００７５】
図７は、作製した２つの工具構造体の顕微鏡写真を示す。工具構造体の最大高さは１２０μｍであり、構造体の底面での幅は１６０μｍであった。
【００７６】
実施例５
例示的な複製用工具を、実施例３に関して記載の方法にしたがって形成したマスター工具を用いて作製した。複製物の作製に使用したマスター工具の部分の顕微鏡写真を図８に示す。これらの工具構造体の最大高さは２２５μｍであり、底面での幅は１５０μｍであった。中心間の間隔は４５０μｍであった。
【００７７】
例示的な複製用工具を、成形性材料である、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ（Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）より入手可能な液体シリコーン注型用樹脂キットＳｙｌｇａｒｄ（商標）１８４シリコーンエラストマーキットを用いて作製した。このキットはベース材料と硬化剤とを含んでいた。この２成分を重量比１０：１（ベース：硬化剤）で混合した。この混合物を室温で１０分間激しく攪拌した。その後、真空チャンバ内に１０分間置いてガス抜きした。このシリコーン混合物をマスター工具上に流し込み、マスター工具の表面に厚さ５ｍｍのシリコーン層を形成した。マスター工具への完全な充填を確実にするために、シリコーンコーティングしたマスター工具を真空下に１０分間置いた。その後、シリコーンコーティングしたマスター工具をホットプレート上で９０℃で１時間加熱し、この間にシリコーン混合物を硬化させて屈曲性固体を形成した。この硬化したシリコーン複製用工具を、続いてマスター工具から分離した。シリコーン複製用工具を図９に示す。
【００７８】
このシリコーン複製用工具から第２世代の複製物を作製することを実証するのに、マスター工具の作製に使用したのと同じアクリレート混合物をシリコーン複製物上に流し込んだ。ウレタンアクリレートオリゴマー、ＣＮ９００８を２０重量％と、ジアクリル酸１，６−ヘキサンジオール、ＳＲ−２３８を８０重量％とを含むベース光重合体混合物；２重量％の光開始剤、ＩＲＧＡＣＵＲＥ ６５１；及び０．１重量％の光吸収剤、Ｔｉｎｕｖｉｎ２３４を含有するアクリレート混合物を、シリコーン複製用工具の表面に均一に塗布した。真空下で１０分間ガス抜きした後、接着促進剤、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランでコーティングしたガラス基板を、アクリレート混合物の表面に載せて、ガラスとシリコーン複製用工具との間にアクリレート混合物を挟みこんだ。その後、このアセンブリを、ＥＬＣ−５００ Ｌｉｇｈｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｓｙｓｔｅｍ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｉｔｅ Ｃｏｒｐ．）を用いて、広帯域ＵＶ線をフルパワーにて窒素雰囲気下で１０分間露光した。硬化後、このシリコーン複製物をガラス基板表面に接着した第２世代アクリレート複製物を有するガラス基板から分離した。第２世代複製物の顕微鏡写真を図１０に示す。
【００７９】
本明細書に記載の直接描出法は、従来のリソグラフィ法に比べていくつかの利点を有する。第一に、光重合性液体はその工程にわたって液体のままなので、どのような不必要な材料を除去するのにも追加的な化学的又はプラズマ現像工程を要しない。従来のリソグラフィ法では、フォトレジストが乾燥フィルムレジストか、又はフォトレジストを露光する前に乾燥する液体レジストかに関わらず、通常、溶媒、酸性又は塩基性の現像液を用いて不必要なフォトレジスト材料を除去する。従来の現像液を使用する別の欠点として、現像液はパターン形成工程中に作製した微細構造体を損傷、膨潤、又は分解し得ることである。微細構造表面を作製するためのいくつかの従来的なリソグラフィ法では、フォトレジストは微細構造体を作製するためのテンプレートとしてのみ使用される。微細構造体の形成に付加的なアプローチをとる場合、基板の追加的な沈着又はめっき工程を要するかもしれず、減法的なアプローチで基板の追加的なエッチングをしてもよい。
【００８０】
Ｍｉｃｒｏｃｈｅｍ（Ｎｅｗｔｏｎ，ＭＡ）より入手可能なＳＵ−８等の液体フォトレジストは、残存する溶媒を除去し固体フィルムを形成するのに、コーティング後に追加的なソフトベーキング工程を要する。液体フォトレジストを用いる場合の標準法は、基板上にレジスト材料をスピンコーティングする工程と、ソフトベーキングで溶媒を除去しレジストにフィルムを形成する工程と、露光してパターン作製する工程と、露光後ベーキングによりレジストをハードキュアし、現像してレジストの未硬化部分を除去する工程とを含む。別の現像法は、試料のＵＶ露光を減らして架橋を制限することを要し、これにより未硬化のレジストを除去するため高温（すなわち、未硬化レジスト材料のガラス転移点を超える）に加熱することでレジストの未露光部分を除去できる。この方法は、結果として得られる構造体の架橋を完了させるための補足的な露光工程を要するかもしれない。比較的低粘度の光重合性液体を本明細書に記載の直接法で用いるので、未硬化の光重合性液体の除去を室温で達成できる。
【００８１】
第２の利点は、本明細書に記載の直接描出法は、所望のパターンを作製するために個々の微細構造体要素を規定する複雑なフォトマスクの使用を要しないことである。その代わり、直接描出法では、所望の微細構造体を作製するよう光線寸法及び特性を利用する。
【００８２】
直接描出法の第３の利点は、異なる大きさ及び形状の微細構造体を、その後の露光のために光線特性及び／又は近接するものを単に変えるだけで、互いのすぐ近くに描出してもよいことである。さらにまた、光線は基板を通して導入されるので、微細構造体は、光源がフォトレジスト材料の上にある多くのトップダウン露光システムとは反対に、基板の表面に形成される。
【００８３】
この直接描出法を光抽出材料作製のためのマスター工具に関して記載してきたが、この方法により作製したマスター工具は、微細構造表面が必要な別の用途において使用することができる。例えば、この方法で作製したマスター工具は、マイクロレンズアレイ、ＬＣＤディスプレイ用の利得拡散器、反射又は照明看板用構造体、自動車のダッシュボード及び浮動画像作成用バックライトを複製するのに使用してもよい。
【００８４】
本発明が適用可能な方法、この方法により形成できる工具、及びその数多くの構造体自身の様々な明白な変更は、当業者には、本明細書を見直すことで容易に明らかとなるので、これらは本発明の範囲であると考えられる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複製用工具の作製方法であって、
マスター工具を形成する工程であって、
基板の第１の面を光重合性液体でコーティングした部分的に透明な基板を提供する工程と、
前記光重合性液体を第１の位置で前記基板を通して、前記光重合性液体を硬化して第１の工具構造体を形成するのに十分な光線特性を有する光線に露光し、前記光線特性は、光線形状、光線強度プロファイル、総光線強度、及び露光時間を含む、工程と、
前記光重合性液体の一部を硬化して前記第１の工具構造体を形成する工程と、
前記光線と相対的に前記基板を移動させる工程と、
露光、硬化工程、及び移動工程を複数回繰り返して、工具構造体のアレイを作製する工程と、
未硬化の光重合性液体を全て除去して、前記基板の表面に沈着した前記工具構造体のアレイを残す工程と、を含む工程と、
成形性材料を前記マスター工具に対して置く工程と、
前記マスター工具上の前記工具構造体のアレイのネガティブ輪郭を前記成形性材料に転写する工程と、
前記成形性材料を前記マスター工具から分離する工程と、を含む、方法。
【請求項２】
前記基板上の前記工具構造体を後硬化することを更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項３】
前記アレイ中の少なくとも１つの前記工具構造体の形状を変化させる前記光線特性の少なくとも１つを調節することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記基板の表面に接着層を提供することを更に含み、該接着層が前記基板と前記光重合性液体との間に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の工具構造体が、非球面形状の突起のほぼ円錐部分である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記光線プロファイルが対称である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記光線プロファイルが非対称である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記アレイ中の少なくとも１つの前記工具構造体が、前記基板に対してほぼ垂直である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記アレイ中の少なくとも１つの前記工具構造体が、前記基板から非垂直角で突出している、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記複製用工具を導光体の形成に使用する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記工具構造体が光抽出工具構造体である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記光重合性液体が、低粘度液体で、モノマーと、光開始剤と、オリゴマーと、を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記光重合性液体の粘度が、約２００ｃＰ未満である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記光重合性液体の粘度が、約４０ｃＰ未満である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記光重合性液体が、光吸収材料を更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記マスター工具の表面を導電性材料でコーティングすることを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記成形性材料が、電解により、導電的にコーティングされた前記マスター工具の前記表面にめっきされる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記成形性材料が、熱可塑性ポリマー又は硬化性樹脂の１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記光重合性液体を露光及び硬化させるのに使用する前記光線は、マスクなしの光学系を通過する、請求項１に記載の方法。
【請求項１】
複製用工具の作製方法であって、
マスター工具を形成する工程であって、
基板の第１の面を光重合性液体でコーティングした部分的に透明な基板を提供する工程と、
前記光重合性液体を第１の位置で前記基板を通して、前記光重合性液体を硬化して第１の工具構造体を形成するのに十分な光線特性を有する光線に露光し、前記光線特性は、光線形状、光線強度プロファイル、総光線強度、及び露光時間を含む、工程と、
前記光重合性液体の一部を硬化して前記第１の工具構造体を形成する工程と、
前記光線と相対的に前記基板を移動させる工程と、
露光、硬化工程、及び移動工程を複数回繰り返して、工具構造体のアレイを作製する工程と、
未硬化の光重合性液体を全て除去して、前記基板の表面に沈着した前記工具構造体のアレイを残す工程と、を含む工程と、
成形性材料を前記マスター工具に対して置く工程と、
前記マスター工具上の前記工具構造体のアレイのネガティブ輪郭を前記成形性材料に転写する工程と、
前記成形性材料を前記マスター工具から分離する工程と、を含む、方法。
【請求項２】
前記基板上の前記工具構造体を後硬化することを更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項３】
前記アレイ中の少なくとも１つの前記工具構造体の形状を変化させる前記光線特性の少なくとも１つを調節することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記基板の表面に接着層を提供することを更に含み、該接着層が前記基板と前記光重合性液体との間に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の工具構造体が、非球面形状の突起のほぼ円錐部分である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記光線プロファイルが対称である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記光線プロファイルが非対称である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記アレイ中の少なくとも１つの前記工具構造体が、前記基板に対してほぼ垂直である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記アレイ中の少なくとも１つの前記工具構造体が、前記基板から非垂直角で突出している、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記複製用工具を導光体の形成に使用する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記工具構造体が光抽出工具構造体である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記光重合性液体が、低粘度液体で、モノマーと、光開始剤と、オリゴマーと、を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記光重合性液体の粘度が、約２００ｃＰ未満である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記光重合性液体の粘度が、約４０ｃＰ未満である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記光重合性液体が、光吸収材料を更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記マスター工具の表面を導電性材料でコーティングすることを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記成形性材料が、電解により、導電的にコーティングされた前記マスター工具の前記表面にめっきされる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記成形性材料が、熱可塑性ポリマー又は硬化性樹脂の１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記光重合性液体を露光及び硬化させるのに使用する前記光線は、マスクなしの光学系を通過する、請求項１に記載の方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２０１１−５２３５９７（Ｐ２０１１−５２３５９７Ａ）
【公表日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１０５５８（Ｐ２０１１−５１０５５８）
【出願日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４３１２４
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１５１８３６
【国際公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（５０５００５０４９）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (2,080)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４３１２４
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１５１８３６
【国際公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【出願人】（５０５００５０４９）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (2,080)
【Ｆターム（参考）】
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