高精細インプリント用 PDMS モールドの作製山田千紘（7419）指導教員：清原修二准教授 1．はじめに室温インプリントにおいて，凸形状 GLC モールドによりインプリントを行うと最終的な形状は凹形状になる。これでは，フラットパネルディスプレイ用ナノエミッタなどの凸形状の加工に応用できない 1）。そこで，凹形状の PDMS モールドを提案した。そのため本実験では，室温インプリントにおいて用いる PDMS（Polydimethylsiloxane）モールドにおける重要なパラメータであるゴム硬度について検討した。ゴム硬度は，一次硬化や二次硬化の際に変化し，その加熱温度や加熱時間，硬化時間によるゴム硬度の変化について検討した。 2．実験方法および装置図 1 が PDMS モールド作製方法である。（a）～（c）において，主剤である KE-106（信越化学工業㈱）と硬化剤である CAT-RG （信越化学工業㈱）10:1 の重量比で 10 分間，混ぜあわせる。（d）において，5 µm 径ドットパターンの凸形状 GLC マスターモールドをモールド用の型に入れ，それに（c）の溶液を入れる。そして，（f）において，それを脱法装置に入れて一次硬化が完了する。次に， PDMS モールドをGLC マスターモールドから離し，電気炉で加熱すれば二次硬化が完了である。以上により，GLC マスターモールドと逆の凹形状 PDMS モールドが作製できる。 (a) Prepare main component [KE-106] and curing agent [CAT-RG] at the mass ratio of 10 to 1 (e) Mix main component and curing agent (f) Pour PDMS into mold holder :90℃ :120℃ :150℃ :170℃ :200℃ :250℃ :300℃ 図 2 二次硬化加熱時間におけるゴム硬度の変化図 2 より，150 ℃で 15 min 加熱したときにゴム硬度が目標値の 60 に最も近い 58 なり，それ以降ゴム硬度は一定値となった。したがって，75 ℃，15 min ときを PDMS モールド作製の適切な条件とした。 , Y X , GLC (b) 5µm 5µm Degas with vacuum degassing apparatus and room temperature cure , , GLC (c) Agitate PDMS with spatula (g) GLC Mold holder （a）GLC マスターモールド（b）PDMS モールド図 3 本研究で作製したモールドの SEM 像とその断面プロファイル GLC (d) Put Convex GLC master mold into mold holder Y X Release PDMS from mold holder (h) Heat PDMS with electric furnace 図 3 より，高精細な凹形状 PDMS モールドが作製できた。 [BMINI－1,NITTO KAGAKUCO,Ltd] (i) Concave PDMS mold 図 1 本研究で開発した PDMS モールドの作製方法以上により作製された PDMS モールドの一次硬化の時間とゴム硬度の関係や二次硬化の加熱温度，加熱時間とゴム硬度について検討した。 3．実験結果および考察図 1 の（a）～（e）の工程まで行い，（f）の工程を一次硬化という。その一次硬化の時間によりゴム硬度がどのように変化するかを検討した。12 h においては，全く硬化せず液体のままであった。24 h における PDMS モールドは少し粘性が残っており，離型性が悪かった。その後，徐々にゴム硬度が増加し，36 h 経過後ゴム硬度が 35 になりその後，時間が経過してもゴム硬度は変化せず 35 で一定値になった。次に，図 1 の（h）における二次硬化の加熱温度，加熱時間とゴム硬度の関係について図 2 に示した。二次硬化加熱温度を 90， 120，150，170，200，150，300 ℃と変化させ，また，それに対する加熱時間も 5，10，15，20，25，30 min と 5 min 刻みで変化させゴム硬度の変化について検討した。 4．おわりに室温インプリントに用いる PDMS モールドの重要なゴム硬度についての一次硬化や二次硬化の時の変化について検討した。一次硬化では，ゴム硬度が 35 で一定になった。150 ℃，15 min においてゴム硬度が目標値である 60 に最も近く，高精細な PDMS モールドが作製できたので，これを RTC-NIL に用いることにより，凸形状の DLC ドットパターンを形成する。 5．新規性・特許性新規性は高精細凹形状 PDMS モールドを室温ナノインプリントに用いることである。特許性は，高精細凹形状 PDMS モールドを用いて室温ナノインプリントにより凸形状機能性ナノデバイスを作製することである。参考文献１）清原修二，石川一平，松田将平：コンバーティック，Vol. 42 No. 3，pp.36-40（2014）謝辞本研究の一部は，日本学術振興会科学研究費基盤研究（A）および豊橋技術科学大学高専連携教育研究プロジェクトにより行われたことを付記する。