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技術 微細パターン形成方法および微細パターン形成装置

出願人 パナソニック株式会社
発明者 上木原伸幸和田紀彦岩瀬鉄平
出願日 2013年12月19日 (6年11ヶ月経過) 出願番号 2013-262813
公開日 2015年6月25日 (5年5ヶ月経過) 公開番号 2015-119104
状態 特許登録済
技術分野 曲げ・直線化成形、管端部の成形、表面成形 半導体の露光(電子、イオン線露光を除く)
主要キーワード 加圧箇所 石英ベース 金属モールド 適用デバイス ナノインプリント工法 輪郭パターン テーパ形 UV照射器
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (9)

課題

ロールインプリント工法において、生産性に影響を及ぼす転写成形速度を大きくするとともに、転写精度が高い微細パターン形成方法を提供する。

解決手段

透明基板12の表面に載置されたUV硬化樹脂20に対して、微細パターン23bを形成するためのシート状モールド11の上に配置され、所定の押圧ロール移動方向に移動させられる押圧ロール13を利用して押圧する押圧工程と、UV光25を照射するUV照射器16を押圧ロール移動方向に移動させながら、押圧されているシート状モールド11の部分の下にあるUV硬化樹脂20の部分に対して、UV光25をUV硬化樹脂20が載置された透明基板12の表面と反対側から照射するUV光照射工程を備える。

概要

背景

近年、ディスプレイおよび照明などの商品に用いられる光学部品において、特殊光学特性を発揮するナノメートル(nm)オーダーからミクロン(μm)オーダーの微細パターンを形成することにより光の反射または回折を制御し、従来にはなかった新機能を発現したデバイスを実現することが望まれている。

このような微細パターンを有する光学部品の製造方法としては、ナノインプリント技術が用いられる。

ナノインプリント技術とは、設計された微細パターンが予め表面に加工された型を用いて、基材表面に対して塗布された樹脂に対して型を押し付けることで、樹脂表面に微細パターンを転写して成形する方法である。

微細パターンを転写する方法としては、基板表面に塗布する樹脂に熱硬化型樹脂を用いて加熱しながら転写する熱インプリント法と、UV(Ultraviolet)硬化樹脂を用いてUV光照射しながら転写するUVインプリント法と、がある。

熱インプリント法については、材料の選択性は広いが、材料の粘度が高いので、型に対する転写率があまり高くなく、昇温および降温に時間を要するので、スループットがあまり高くない。

UVインプリント法については、材料の選択性は広くないが、材料の粘度が一般に低いので、型に対する転写率が高い。そして、紫外線を照射することで硬化するので、スループットが高い。

熱インプリント法およびUVインプリント法のいずれを採用することが望ましいかは適用デバイスにより異なるが、材料起因の問題がない場合にはUVインプリント法が量産工法として適していると考えられる。

そこで、図7を参照しながら、従来のUVナノインプリント工法について説明する。

ここに、図7(a)〜(d)は、従来のUVナノインプリント工法の概略工程説明図(その一から四)である。

まず、図7(a)に示されているように、微細パターンが形成されたモールド61を予め作成する。

そして、図7(b)に示されているように、基板62上に塗布されたUV硬化樹脂63に対してモールド61を押圧し、モールド61表面の微細パターンにUV硬化樹脂63を充填させる。

つぎに、図7(c)に示されているように、モールド61を押圧した状態でUV光64を照射し,UV硬化樹脂63を硬化させる。

その後、図7(d)に示されているように、モールド61を基板62から離型し、基板62上に微細パターンを転写成形する。

このようなUVナノインプリント工法においては、UV硬化樹脂63に対してUV光64を照射する必要があるので、一般的には、モールド61を石英などのUV光64を透過する材質製作し、モールド61側からUV光64を照射する方法と、基板62にUV光64を透過する材質を用い、基板62側からUV光64を照射する方法と、のいずれかが用いられる。

転写成形工法としては、一般的には平板形状であるモールド61をUV硬化樹脂63が塗布された基板62に対して平行に押し当てた後にUV光64を照射し、モールド61を上方へ離型する方法がある。

このような方法においては、大面積の成形を行う場合には数十トンベルプレス圧力が必要になるのみならず、微小空気泡が押し付け時に内部に残存する可能性があるので、インプリント部全体をチャンバーで覆い減圧する真空成形をしなければならない。

このような空気の残存する可能性を低減することができ、真空成形が不要である転写成形工法としては、ロールインプリント工法がある(たとえば、特許文献1参照)。

そこで、図8を参照しながら、従来のロールインプリント工法について説明する。

ここに、図8は、従来のロールインプリント工法の概略工程説明図である。

微細パターンが形成されたモールド52、およびUV硬化樹脂が塗布された被転写膜53を円筒形状の表側ローラ51と基板54との間に設置し、これらをはさみつけながら転写成形する。または、円筒形状の表側ローラ51の表面にフレキシブルなモールド52を巻き付け、基板54上に設置した被転写膜53に押し付けながら転写成形する。

裏側ローラ56は表側ローラ51と基板54との接触圧力を表側ローラ51の長手方向で均等化するための手段であり、大面積の基板54を利用して微細パターンを形成する場合において表側ローラ51が長尺化するために発生しやすい接触圧力のばらつきを抑制することができる。

被転写膜53の硬化は、表側ローラ51の後方に設置されたUV照射器55により表側ローラ51と被転写膜53との接触箇所付近にUV光57を表側ローラ51の斜め後方から照射することで行われる。

モールド52は被転写膜53に対してロール送りによりロール幅方向の線上で順次に押し付けられていくので、空気がモールド52と被転写膜53との間の部分に閉じ込められることがほとんどないように成形することができ、モールド52と被転写膜53との接触領域が線状になるので、プレス圧力を小さくすることができる。

概要

ロールインプリント工法において、生産性に影響を及ぼす転写成形速度を大きくするとともに、転写精度が高い微細パターン形成方法を提供する。透明基板12の表面に載置されたUV硬化樹脂20に対して、微細パターン23bを形成するためのシート状モールド11の上に配置され、所定の押圧ロール移動方向に移動させられる押圧ロール13を利用して押圧する押圧工程と、UV光25を照射するUV照射器16を押圧ロール移動方向に移動させながら、押圧されているシート状モールド11の部分の下にあるUV硬化樹脂20の部分に対して、UV光25をUV硬化樹脂20が載置された透明基板12の表面と反対側から照射するUV光照射工程を備える。

目的

近年、ディスプレイおよび照明などの商品に用いられる光学部品において、特殊光学特性を発揮するナノメートル(nm)オーダーからミクロン(μm)オーダーの微細なパターンを形成することにより光の反射または回折を制御し、従来にはなかった新機能を発現したデバイスを実現することが望まれている

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

透明基板の表面に載置されたUV硬化樹脂に対して、その上に配置された、微細パターンを前記UV硬化樹脂に形成するためのシート長尺モールドを、その上に配置され、所定の押圧ロール移動方向に移動させられる押圧ロールを利用して、押圧する押圧工程と、UV光照射するUV光源を前記押圧ロール移動方向に移動させながら、前記押圧されているシート状長尺モールドの部分の下にある前記UV硬化樹脂の部分に対して、前記UV光を、前記UV硬化樹脂が載置された前記透明基板の表面と反対側から照射するUV光照射工程と、を備えることを特徴とする微細パターン形成方法

請求項2

モールド保持ロールを利用して前記シート状長尺モールドの両端部を保持し、前記押圧ロールを前記押圧ロール移動方向に移動させながら、前記モールド保持ロールを前記透明基板の表面に垂直な方向に移動させるモールド保持ロール移動工程を備え、前記押圧ロールが移動させられているにもかかわらず、前記透明基板の表面と前記シート状長尺モールドとの間の角度が変動しないように、前記モールド保持ロールを移動させることを特徴とする、請求項1に記載の微細パターン形成方法。

請求項3

前記UV光源を前記押圧ロール移動方向に移動させながら、前記UV光源を前記透明基板の表面に平行で前記押圧ロール移動方向に垂直な方向に揺動させるUV光源揺動工程を備えることを特徴とする、請求項1または2に記載の微細パターン形成方法。

請求項4

前記照射されたUV光の広がり角は、5度以下であることを特徴とする、請求項1から3の何れかに記載の微細パターン形成方法。

請求項5

前記シート状長尺モールドは、前記透明基板の表面に平行で前記押圧ロール移動方向に垂直な方向に複数個設けられており、前記押圧ロールは、前記複数個設けられているシート状長尺モールドのそれぞれに対応するように複数個設けられており、前記複数個設けられている押圧ロールの内、隣接する前記シート状長尺モールドに対応するように設けられている前記押圧ロール同士の間の間隔が所定間隔以上に維持されるように、前記押圧ロールを前記押圧ロール移動方向に移動させることを特徴とする、請求項1から4の何れかに記載の微細パターン形成方法。

請求項6

前記シート状長尺モールドは、前記透明基板の表面に平行で前記押圧ロール移動方向に垂直な方向に複数個設けられており、前記押圧ロールは、一個のみ設けられていることを特徴とする、請求項1に記載の微細パターン形成方法。

請求項7

前記押圧ロールの表面の硬度は、長手方向において中央部から端部へ向かって減少することを特徴とする、請求項6に記載の微細パターン形成方法。

請求項8

前記押圧ロールの芯軸の直径は、長手方向において中央部から端部へ向かって減少することを特徴とする、請求項6に記載の微細パターン形成方法。

請求項9

透明基板の表面に載置されたUV硬化樹脂の上に配置される、微細パターンを前記UV硬化樹脂に形成するためのシート状長尺モールドと、前記シート状長尺モールドの上に配置され、所定の押圧ロール移動方向に移動させられる押圧ロールと、前記押圧ロール移動方向に移動させられる、UV光を照射するUV光源と、を備え、前記押圧ロールは、前記所定の押圧ロール移動方向に移動させられながら、前記透明基板の表面に載置されたUV硬化樹脂に対して、その上に前記配置されたシート状長尺モールドを押圧し、前記UV光源は、前記押圧ロール移動方向に移動させられながら、前記押圧されているシート状長尺モールドの部分の下にある前記UV硬化樹脂の部分に対して、前記UV光を、前記UV硬化樹脂が載置された前記透明基板の表面と反対側から照射することを特徴とする微細パターン形成装置

技術分野

0001

本発明は、たとえば、UV硬化樹脂を用いたUV硬化ローラーナノインプリント技術を用いた、微細パターン形成方法および微細パターン形成装置に関する。

背景技術

0002

近年、ディスプレイおよび照明などの商品に用いられる光学部品において、特殊光学特性を発揮するナノメートル(nm)オーダーからミクロン(μm)オーダーの微細パターンを形成することにより光の反射または回折を制御し、従来にはなかった新機能を発現したデバイスを実現することが望まれている。

0003

このような微細パターンを有する光学部品の製造方法としては、ナノインプリント技術が用いられる。

0004

ナノインプリント技術とは、設計された微細パターンが予め表面に加工された型を用いて、基材表面に対して塗布された樹脂に対して型を押し付けることで、樹脂表面に微細パターンを転写して成形する方法である。

0005

微細パターンを転写する方法としては、基板表面に塗布する樹脂に熱硬化型樹脂を用いて加熱しながら転写する熱インプリント法と、UV(Ultraviolet)硬化樹脂を用いてUV光照射しながら転写するUVインプリント法と、がある。

0006

熱インプリント法については、材料の選択性は広いが、材料の粘度が高いので、型に対する転写率があまり高くなく、昇温および降温に時間を要するので、スループットがあまり高くない。

0007

UVインプリント法については、材料の選択性は広くないが、材料の粘度が一般に低いので、型に対する転写率が高い。そして、紫外線を照射することで硬化するので、スループットが高い。

0008

熱インプリント法およびUVインプリント法のいずれを採用することが望ましいかは適用デバイスにより異なるが、材料起因の問題がない場合にはUVインプリント法が量産工法として適していると考えられる。

0009

そこで、図7を参照しながら、従来のUVナノインプリント工法について説明する。

0010

ここに、図7(a)〜(d)は、従来のUVナノインプリント工法の概略工程説明図(その一から四)である。

0011

まず、図7(a)に示されているように、微細パターンが形成されたモールド61を予め作成する。

0012

そして、図7(b)に示されているように、基板62上に塗布されたUV硬化樹脂63に対してモールド61を押圧し、モールド61表面の微細パターンにUV硬化樹脂63を充填させる。

0013

つぎに、図7(c)に示されているように、モールド61を押圧した状態でUV光64を照射し,UV硬化樹脂63を硬化させる。

0014

その後、図7(d)に示されているように、モールド61を基板62から離型し、基板62上に微細パターンを転写成形する。

0015

このようなUVナノインプリント工法においては、UV硬化樹脂63に対してUV光64を照射する必要があるので、一般的には、モールド61を石英などのUV光64を透過する材質製作し、モールド61側からUV光64を照射する方法と、基板62にUV光64を透過する材質を用い、基板62側からUV光64を照射する方法と、のいずれかが用いられる。

0016

転写成形工法としては、一般的には平板形状であるモールド61をUV硬化樹脂63が塗布された基板62に対して平行に押し当てた後にUV光64を照射し、モールド61を上方へ離型する方法がある。

0017

このような方法においては、大面積の成形を行う場合には数十トンベルプレス圧力が必要になるのみならず、微小空気泡が押し付け時に内部に残存する可能性があるので、インプリント部全体をチャンバーで覆い減圧する真空成形をしなければならない。

0018

このような空気の残存する可能性を低減することができ、真空成形が不要である転写成形工法としては、ロールインプリント工法がある(たとえば、特許文献1参照)。

0019

そこで、図8を参照しながら、従来のロールインプリント工法について説明する。

0020

ここに、図8は、従来のロールインプリント工法の概略工程説明図である。

0021

微細パターンが形成されたモールド52、およびUV硬化樹脂が塗布された被転写膜53を円筒形状の表側ローラ51と基板54との間に設置し、これらをはさみつけながら転写成形する。または、円筒形状の表側ローラ51の表面にフレキシブルなモールド52を巻き付け、基板54上に設置した被転写膜53に押し付けながら転写成形する。

0022

裏側ローラ56は表側ローラ51と基板54との接触圧力を表側ローラ51の長手方向で均等化するための手段であり、大面積の基板54を利用して微細パターンを形成する場合において表側ローラ51が長尺化するために発生しやすい接触圧力のばらつきを抑制することができる。

0023

被転写膜53の硬化は、表側ローラ51の後方に設置されたUV照射器55により表側ローラ51と被転写膜53との接触箇所付近にUV光57を表側ローラ51の斜め後方から照射することで行われる。

0024

モールド52は被転写膜53に対してロール送りによりロール幅方向の線上で順次に押し付けられていくので、空気がモールド52と被転写膜53との間の部分に閉じ込められることがほとんどないように成形することができ、モールド52と被転写膜53との接触領域が線状になるので、プレス圧力を小さくすることができる。

先行技術

0025

特開2007−281099号公報

発明が解決しようとする課題

0026

しかしながら、上述された従来のロールインプリント工法においては、表側ローラ51の斜め後方からUV光を照射する。

0027

このため、UV硬化樹脂の硬化が進行しやすいモールド52と被転写膜53との接触点にはUV光が照射されにくいので、生産性に影響を及ぼす転写成形速度を大きくすることが困難であるとともに、転写精度が必ずしも十分には高くない。

0028

本発明は、上述された従来の課題を考慮し、高い生産性および転写精度を実現することが可能な、微細パターン形成方法および微細パターン形成装置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

0029

第1の本発明は、透明基板の表面に載置されたUV硬化樹脂に対して、その上に配置された、微細パターンを前記UV硬化樹脂に形成するためのシート長尺モールドを、その上に配置され、所定の押圧ロール移動方向に移動させられる押圧ロールを利用して、押圧する押圧工程と、
UV光を照射するUV光源を前記押圧ロール移動方向に移動させながら、前記押圧されているシート状長尺モールドの部分の下にある前記UV硬化樹脂の部分に対して、前記UV光を、前記UV硬化樹脂が載置された前記透明基板の表面と反対側から照射するUV光照射工程と、
を備えることを特徴とする微細パターン形成方法である。

0030

第2の本発明は、モールド保持ロールを利用して前記シート状長尺モールドの両端部を保持し、前記押圧ロールを前記押圧ロール移動方向に移動させながら、前記モールド保持ロールを前記透明基板の表面に垂直な方向に移動させるモールド保持ロール移動工程を備え、
前記押圧ロールが移動させられているにもかかわらず、前記透明基板の表面と前記シート状長尺モールドとの間の角度が変動しないように、前記モールド保持ロールを移動させることを特徴とする、第1の本発明の微細パターン形成方法である。

0031

第3の本発明は、前記UV光源を前記押圧ロール移動方向に移動させながら、前記UV光源を前記透明基板の表面に平行で前記押圧ロール移動方向に垂直な方向に揺動させるUV光源揺動工程を備えることを特徴とする、第1または第2の本発明の微細パターン形成方法である。

0032

第4の本発明は、前記照射されたUV光の広がり角は、5度以下であることを特徴とする、第1から第3の何れかの本発明の微細パターン形成方法である。

0033

第5の本発明は、前記シート状長尺モールドは、前記透明基板の表面に平行で前記押圧ロール移動方向に垂直な方向に複数個設けられており、
前記押圧ロールは、前記複数個設けられているシート状長尺モールドのそれぞれに対応するように複数個設けられており、
前記複数個設けられている押圧ロールの内、隣接する前記シート状長尺モールドに対応するように設けられている前記押圧ロール同士の間の間隔が所定間隔以上に維持されるように、前記押圧ロールを前記押圧ロール移動方向に移動させることを特徴とする、第1から第4の何れかの本発明の微細パターン形成方法である。

0034

第6の本発明は、前記シート状長尺モールドは、前記透明基板の表面に平行で前記押圧ロール移動方向に垂直な方向に複数個設けられており、
前記押圧ロールは、一個のみ設けられていることを特徴とする、第1の本発明の微細パターン形成方法である。

0035

第7の本発明は、前記押圧ロールの表面の硬度は、長手方向において中央部から端部へ向かって減少することを特徴とする、第6の本発明の微細パターン形成方法である。

0036

第8の本発明は、前記押圧ロールの芯軸の直径は、長手方向において中央部から端部へ向かって減少することを特徴とする、第6の本発明の微細パターン形成方法である。

0037

第9の本発明は、透明基板の表面に載置されたUV硬化樹脂の上に配置される、微細パターンを前記UV硬化樹脂に形成するためのシート状長尺モールドと、
前記シート状長尺モールドの上に配置され、所定の押圧ロール移動方向に移動させられる押圧ロールと、
前記押圧ロール移動方向に移動させられる、UV光を照射するUV光源と、
を備え、
前記押圧ロールは、前記所定の押圧ロール移動方向に移動させられながら、前記透明基板の表面に載置されたUV硬化樹脂に対して、その上に前記配置されたシート状長尺モールドを押圧し、
前記UV光源は、前記押圧ロール移動方向に移動させられながら、前記押圧されているシート状長尺モールドの部分の下にある前記UV硬化樹脂の部分に対して、前記UV光を、前記UV硬化樹脂が載置された前記透明基板の表面と反対側から照射することを特徴とする微細パターン形成装置である。

発明の効果

0038

本発明によって、高い生産性および転写精度を実現することが可能な、微細パターン形成方法および微細パターン形成装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0039

本発明における実施の形態1の微細パターン形成装置の概略斜視図
本発明における実施の形態1の微細パターン形成装置の概略断面図
(a)本発明における実施の形態1の微細パターン形成装置の概略断面図(その一)、(b)本発明における実施の形態1の微細パターン形成装置の概略断面図(その二)、(c)本発明における実施の形態1の微細パターン形成装置の概略断面図(その三)
本発明における実施の形態2の微細パターン形成装置の概略斜視図
本発明における実施の形態3の微細パターン形成装置の概略斜視図
(a)本発明における実施の形態3の微細パターン形成装置の押圧ロールの概略断面図(その一)、(b)本発明における実施の形態3の微細パターン形成装置の押圧ロールの概略断面図(その二)
(a)従来のUVナノインプリント工法の概略工程説明図(その一)、(b)従来のUVナノインプリント工法の概略工程説明図(その二)、(c)従来のUVナノインプリント工法の概略工程説明図(その三)、(d)従来のUVナノインプリント工法の概略工程説明図(その四)
従来のロールインプリント工法の概略工程説明図

実施例

0040

以下、図面を参照しながら、本発明における実施の形態について詳細に説明する。

0041

(実施の形態1)
はじめに、図1および2を参照しながら、本実施の形態の微細パターン形成装置の構成について説明する。

0042

ここに、図1は本発明における実施の形態1の微細パターン形成装置の概略斜視図であり、図2は本発明における実施の形態1の微細パターン形成装置の概略断面図である。

0043

本実施の形態の微細パターン形成装置は、シート状モールド11と、押圧ロール13と、基板挿入側保持ロール15および基板排出側保持ロール14と、UV照射器16と、塗布ユニット17と、を備える。

0044

シート状モールド11は、複数個の微細パターン23a(図2参照)が等間隔で1列に形成されたフレキシブルなモールドである。

0045

押圧ロール13は、シート状モールド11の微細パターン23a(図2参照)を透明基板12に押しつけながら、透明基板12の上を基板挿入側に移動するロールである。

0046

基板挿入側保持ロール15および基板排出側保持ロール14は、シート状モールド11の両端を所定の張力を保ったまま固定できるロールである。

0047

UV照射器16は、押圧ロール13と同じ向きに同じ速さで移動しながらシート状モールド11と透明基板12の接点にUV光25を照射する照射器である。

0048

塗布ユニット17は、透明基板12にUV硬化樹脂20を塗布するユニットである。なお、塗布ユニット17は、図1などでは各シート状モールド11に対して1個しか図示されていないが、シート状モールド11の幅が広い場合などには複数個設けられていてももちろんよい。

0049

保持ロール制御ユニット18(図2参照)は、後に詳述されるように、押圧ロール13の位置に応じて基板挿入側保持ロール15および基板排出側保持ロール14を上下方向に移動させるユニットである。もちろん、保持ロール制御ユニット18による押圧ロール13の位置の認識は、(1)押圧ロール13の位置を検出するためのセンサーなどを利用して直接的に行われてもよいし、(2)押圧ロール13の送り速度と時間との予め与えられた関係に基づく演算によって間接的に行われてもよい。

0050

なお、透明基板12は本発明の透明基板の一例であり、シート状モールド11は本発明のシート状長尺モールドの一例であり、押圧ロール13は本発明の押圧ロールの一例であり、UV照射器16は本発明のUV光源の一例である。

0051

また、基板挿入側保持ロール15および基板排出側保持ロール14は、本発明のモールド保持ロールの一例である。

0052

つぎに、図2を主として参照しながら、本実施の形態の微細パターン形成装置の動作について説明する。

0053

なお、本実施の形態の微細パターン形成装置の動作について説明しながら、微細パターン形成方法の一実施例についても説明する(これは、他の実施の形態に関しても同様である)。

0054

UV硬化樹脂20が表面に塗布された透明基板12は、UV光25を透過する支持台である石英ベース21上の所定の位置に固定される。その固定された透明基板12の前後には、透明基板12と同じ厚みの助走板22が設置されている。

0055

押圧ロール13は、その両端が基板排出側保持ロール14および基板挿入側保持ロール15によって固定されたシート状モールド11の上から、石英ベース21の基板排出側に設置された助走板22の位置に降下し、所定の圧力を印加する。

0056

押圧ロール13は、微細パターン23aが形成されたシート状モールド11に所定の圧力を印加しつつ、透明基板12の上を移動する。

0057

このとき、シート状モールド11と透明基板12との接点のほぼ直下にあるUV照射器16は、遮光マスク24を介してUV光25を照射しながら、押圧ロール13と同期して移動する。

0058

基板排出側保持ロール14および基板挿入側保持ロール15は、押圧ロール13の動き連動して上下動を繰り返す(図2参照)。

0059

より具体的には、基板排出側保持ロール14および基板挿入側保持ロール15は、後に詳述されるように、シート状モールド11と透明基板12との間の角度が圧力印加中においてそれぞれ所定の角度であるように上下方向に移動させられる。

0060

微細パターン23aの表面の凹みに充填された、透明基板12上のUV硬化樹脂20は、硬化した後にシート状モールド11から離型されてゆく。

0061

基板挿入側の助走板22まで到達した押圧ロール13は、圧力を開放した後に上昇してシート状モールド11から離脱し、基板排出側の位置に戻って待機する。

0062

複数個の微細パターン23bが、このような動作の繰り返しにより大面積の透明基板12上に転写成形される。

0063

透明基板12の大面積化または微細パターン23bの多数個取り化には、一対のシート状モールド11および押圧ロール13を透明基板12の幅方向並列複数列配置し、シート状モールド11を長尺化することで容易に対応することができる。

0064

大面積のインプリント用モールドは、一般的に、高価な小片原版から小片の反転形状モールドを転写成形し、これらを接合してから再び大面積の転写成形を行う転写成形プロセスによって作成される。

0065

このため、多大のコストおよび時間が必要となることが多いのみならず、わずかなひずみ、反りまたは段差があると、しわおよび空隙が押圧ロールによる基板への押圧時に発生しやすく、転写欠陥が増加する恐れがあり、そのような恐れは押圧ロールが長尺化するとさらに増大する。

0066

本実施の形態においては、大面積のインプリント用モールドを透明基板12の幅方向に分割した形状のシート状モールド11が用いられる。

0067

したがって、上述された転写成形プロセスに相当するプロセスの工程数は小さいので、シート状モールド11のコストは低く抑えられ、押圧ロール13の加圧力ばらつきはその短尺化のために少ないので、押圧ロール転写欠陥の少ない大面積インプリントが可能である。

0068

もちろん、二つで一対のシート状モールド11が必ずしも利用されなければならないわけではなく、それで十分であれば、ただ一つのシート状モールド11のみが利用されてもよい。

0069

なお、上述された従来のロールインプリント工法(図8参照)においては、大面積の微細パターンまたは複数個の微細パターンが配置された被転写膜53を基板54上に一括して形成するためには、大面積のモールド52が必要であり、コストアップが発生しやすい。

0070

もちろん、モールド52の大面積化に伴った表側ローラ51の長尺化による接触圧力のばらつきを基板54の裏面側に設けた複数の裏側ローラ56で補正することも不可能ではないが、平坦な基板54およびモールド52を表裏両面から円筒状のローラ加圧すると、基板54およびモールド52にはローラ径または接点の位置が異なるために歪が発生しやすく、光学デバイスにとって障害となる微小な干渉縞が被転写膜53に残る恐れがある。

0071

そして、基板54上の特定部のみに微細パターンを形成することが必要なデバイスに対しても、UV光57は被転写膜53が形成された基板54全面に照射される構成が採用されているので、同特定部のみに微細パターンを形成することが困難であった。

0072

ここで、本実施の形態におけるUV光25の照射について詳細に説明する。

0073

押圧ロール13がシート状モールド11を加圧している線状の部分にのみUV光25を照射することが理想的ではあるが、UV光25は一定の幅を有しており、現実的にはシート状モールド11が加圧されている線状の部分の前方および後方にもUV光25が照射されてしまう可能性がある。

0074

UV光25が加圧箇所の前方に照射されると、転写前のUV硬化樹脂20が硬化し始めてしまうので、転写性が著しく悪化する可能性が高い。

0075

他方、UV光25が加圧箇所の後方に照射されても、加圧力がもはや印加されておらず、シート状モールド11は透明基板12から速やかに離れていくので、転写性の良化への寄与はあまり期待できない。

0076

本実施の形態においては、UV照射器16が常に押圧ロール13のほぼ直下に配置される(図2参照)ので、押圧ロール13がシート状モールド11に接触する加圧箇所にUV光25を確実に照射することができる。

0077

そして、UV光25が加圧箇所から離れた箇所に照射されることを防止する遮光マスク24がUV照射器16に設置されており、押圧ロール13およびUV照射器16が送り方向に等速で移動させられるので、UV光25が加圧箇所のみに順次に照射されていき、安定した転写成形を実現することができる。

0078

なお、シート状モールド11は、樹脂モールドであっても金属モールドであってもよいが、張力が印加された状態で保持されるので、張力によるモールドの弾性変形および塑性変形を考慮すると、シート状モールド11はNi等の金属モールドであることが好ましい。

0079

もちろん、シート状モールド11が金属モールドである場合には、ガラスなどの透明基板12上に塗布されたUV硬化樹脂20を硬化させるためのUV光25がシート状モールド11側からではなくUV光25が透過可能な透明基板12の裏面側から照射される構成が、必須となる。

0080

このような場合においても、遮光マスク24がUV照射器16と透明な支持台である石英ベース21との間に設置されているので、UV光25はUV硬化樹脂20の所定の箇所のみに照射され、ナノインプリント工法でのパターニングが可能となる。

0081

なお、UV光25が照射されない未硬化なUV硬化樹脂20は、モールド離型後に所定の洗浄液で除去されてもよい。

0082

ここで、UV照射器16の揺動について説明する。

0083

近年は、省エネルギー化への取り組みの観点から、多数のLED(Light Emitting Diode)が配置されたUV式LED光源がUV照射器16の光源としてしばしば用いられる。

0084

しかしながら、このようなLED光源は点光源が重ね合わされた線状の面光源として使用されるので、輝度むらおよび照度むらが光源の幅方向、つまりここでは押圧ロール13の長手方向について生じることがある。

0085

一方、このような輝度むらおよび照度むらが生じていると、UV硬化樹脂20の硬化不足および硬化むらが発生しやすい。

0086

そこで、押圧ロール13の送り方向と垂直な方向、つまりここでは透明基板12の基板幅方向に、押圧ロール13の送り速度に対して十分に速い速度でUV照射器16を揺動させながら、UV光25を照射することが、望ましい。

0087

UV照射器16がこのように揺動されると、押圧ロール13の長手方向についての輝度むらおよび照度むらがほぼ解消され、UV硬化樹脂20の硬化不足および硬化むらがほとんどない転写成形を実現することができる。

0088

ところで、遮光マスク24を通して照射されるUV光25が平行光ではなく一定の広がり角を有する光である場合には、遮光マスク24を通過したUV光25が、遮光マスク24と透明基板12との間の距離、透明基板12の厚み、およびUV硬化樹脂20の厚みに応じて広がるので、微細パターン23bに応じて遮光マスク24に形成されたパターニング精度が悪化した場合と同様な現象が結果的に生じることがある。

0089

もちろん、UV光25が平行光であれば、このような現象は回避されるが、LED光源からの光を平行光にするためには、光源表面にレンズを設置することが一般的に必要であり、UV光25をほぼ完全な平行光にするためには、LEDの実装密度が低下したり必要な露光量に応じた照射強度が得られなくなったりする恐れがある比較的に大きなレンズを設置することが必要である。

0090

しかしながら、一般的なナノインプリント材料においては、最低限のパターニング精度および露光量はほぼ一定であってそれほど大きくなくてもよく、透明基板12の厚みが通常は0.7mmから1.0mmであることを考慮すれば、UV光25が平行光である必要はなく、その広がり角がある一定値以下であれば十分である。

0091

そこで、UV光25の広がり角が5度以下であるようにコリメートが行われる光源をUV照射器16に用いることが、望ましい。

0092

すると、実用上は十分な露光量が得られ、高精度なパターニングの転写成形を実現することができる。

0093

ここで、図3を主として参照しながら、基板排出側保持ロール14および基板挿入側保持ロール15の上下方向における移動について詳細に説明する。

0094

ここに、図3(a)〜(c)は、本発明における実施の形態1の微細パターン形成装置の概略断面図(その一から三)である。

0095

もしも基板挿入側保持ロール15および基板排出側保持ロール14が固定されていると、所定の張力が保たれたまま両端が基板挿入側保持ロール15および基板排出側保持ロール14によって固定されるシート状モールド11と、透明基板12と、の間の角度は押圧ロール13の位置により変化する。

0096

本実施の形態においては、基板排出側保持ロール14側の、シート状モールド11と透明基板12との間の角度θ1も、基板挿入側保持ロール15側の、シート状モールド11と透明基板12との間の角度θ2も、ほぼ所定の大きさに保たれる。

0097

これは、保持ロール制御ユニット18(図2参照)が、押圧ロール13の位置に応じて基板挿入側保持ロール15および基板排出側保持ロール14を上下方向に移動させるからである。

0098

より具体的に説明すると、つぎの通りである。

0099

図3(a)には、押圧ロール13が基板排出側の助走板22の位置に下降した状態が示されている。

0100

押圧ロール13が一旦は助走板22の上に下降させられるので、押圧ロール13の変形による加圧力のばらつきが緩和されてから、シート状モールド11の表面に形成された微細パターン23aへのUV硬化樹脂20の充填が開始され、透明基板12の端部に転写成形される微細パターン23bの品質が著しく良化する。

0101

変形している押圧ロール13が透明基板12に接触しないように、押圧ロール13の送り方向についての助走板22の幅は、変形している押圧ロール13によって押圧されるシート状モールド11の部分の、押圧ロール13の送り方向についての幅より広いことが望ましい。

0102

そして、押圧ロール13は加圧力が安定した状態で透明基板12へ移動させられるように、助走板22と透明基板12との間の、押圧ロール13の送り方向についての隙間および段差は、少ないことが望ましい。

0103

さらに、押圧ロール13が弾性体であるシート状モールド11を押圧するときに発生する、シート状モールド11の張力変動によるしわが転写欠陥を惹起することを抑制するために、保持ロール制御ユニット18(図2参照)は、基板挿入側保持ロール15および基板排出側保持ロール14の上下方向の位置のみならず、シート状モールド11の張力をも制御することが望ましい。

0104

図3(b)には、押圧ロール13がシート状モールド11に対する加圧および離型を順次に行いながら押圧ロール13の送り方向に移動させられている状態が示されている。

0105

このような状態においては、シート状モールド11がUV硬化樹脂20と接触する接触領域は、押圧ロール13の直径ならびに角度θ1およびθ2などに依存して決まる。

0106

このような接触領域の形状を一定に保つことによって、UV硬化樹脂20が変形し硬化していく挙動を安定化させることが、可能になる。

0107

そして、接触領域ではUV硬化樹脂20の未硬化部分と硬化部分とが混在しているが、シート状モールド11の表面に形成された微細パターン23aへ充填された未硬化のUV硬化樹脂20をゆっくりと硬化させることが転写率向上に寄与し、かくして硬化したUV硬化樹脂20をすばやく離脱させることが離型時の挙動安定化に寄与する。

0108

したがって、シート状モールド11が透明基板12に接触していく角度θ1は大きく、シート状モールド11が透明基板12から離脱していく角度θ2は小さいことが望ましいので、たとえば、θ1>θ2であるような寸法設計が考えられる。

0109

図3(c)には、押圧ロール13が基板挿入側の助走板22の位置に到達し、加圧力を開放して上昇しはじめる状態が示されている。

0110

押圧ロール13が加圧力を開放し、シート状モールド11がUV硬化樹脂20から離脱するとき、基板挿入側保持ロール15および基板排出側保持ロール14によってシート状モールド11に印加されている張力が転写成形されたUV硬化樹脂20を剥離させてしまう恐れがある。

0111

そこで、押圧ロール13は、たとえば、基板挿入側の助走板22の位置に対応する、転写成形されたUV硬化樹脂20がない領域で加圧力を開放することが、望ましい。

0112

以上の説明により、つぎのことが明らかになった。

0113

基板排出側保持ロール14が押圧ロール13の送りと同期して上下方向に移動させられるので、シート状モールド11が透明基板12に接触していく角度θ1を一定に保つことができる。

0114

このため、シート状モールド11はUV硬化樹脂20が塗布された透明基板12の表面に一定の角度θ1が保たれたまま順次に接触していき、シート状モールド11の表面に形成された微細パターン23aへのUV硬化樹脂20の安定した充填挙動が実現される。

0115

したがって、チャンバーによる減圧を必要とする真空成形を行わずに、大面積のインプリントを、微小な空気泡が残ってしまう欠陥大気圧中でもほとんど発生しない高品質な転写成形によって実現することができる。

0116

基板挿入側保持ロール15が押圧ロール13の送りと同期して上下方向に移動させられるので、シート状モールド11が透明基板12から離脱していく角度θ2を一定に保つことができる。

0117

このため、シート状モールド11は透明基板12の表面から一定の角度θ2が保たれたまま順次に離脱していき、UV硬化樹脂20が透明基板12から剥離する原因となる、シート状モールド11と透明基板12との間の離型力の変動が抑制され、少ない脱着力による安定した離型動作が実現される。

0118

したがって、大面積のインプリントを、微細パターン23bの転写欠陥および剥離がほとんど発生しない高品質な転写成形によって実現することができる。

0119

(実施の形態2)
つぎに、図4を主として参照しながら、本実施の形態2の微細パターン形成装置の構成および動作について説明する。

0120

ここに、図4は、本発明における実施の形態2の微細パターン形成装置の概略斜視図である。

0121

本実施の形態の微細パターン形成装置の構成および動作は、上述された実施の形態1の微細パターン形成装置の構成および動作と類似している。

0122

しかしながら、本実施の形態においては、押圧ロール13は三個設けられているシート状モールド11のそれぞれに対応するように三個設けられており、三個設けられている押圧ロール13の内、隣接するシート状モールド11に対応するように設けられている押圧ロール13同士の間の間隔が所定間隔以上に維持されるように、押圧ロール13を移動させる。

0123

シート状モールド11および押圧ロール13は透明基板12の幅方向に3列以上配置されていてもよく、押圧ロール13の千鳥配置状態、つまり、隣接する押圧ロール13の軸心が転写時の押圧ロール13の送り方向に対して所定間隔だけずらして配置された状態が維持される。

0124

もちろん、三個設けられている塗布ユニット17の配置を並列的な横並びの配置とし、塗布を同じタイミングで行うようにすれば、最終的に形成される微細パターンの領域の配置も千鳥配置ではなく横並びの配置とすることができる。

0125

上述された実施の形態1の微細パターン形成方法が利用されれば、転写性および生産性の両立が複数列のシート状モールド11および押圧ロール13を配置することによって大面積の透明基板12についても可能である。

0126

しかしながら、そもそも、両端が支持された押圧ロール13に荷重を印加し、押圧ロール13を自在に回転する機構として、たとえば、少なくとも100kgf程度の荷重に耐えられる軸受を有する門型支持体が、必要である。

0127

したがって、複数列の押圧ロール13を並列に配置するためには、そのような支持体同士の干渉が回避されなければならないが、支持体同士の間隔は支持体のサイズに応じてある程度は大きくなければならないので、透明基板12に転写成形される、隣接列間における微細パターンの個々の領域同士の間隔を狭くしにくいことがあった。

0128

本実施の形態においては、押圧ロール13の千鳥配置状態が維持されるので、支持体同士の干渉が緩和される。

0129

したがって、十分なスペースが押圧ロール13の両端に生じるので、剛性のある強固な支持体を設置することができ、押圧ロール13のたわみが大幅に低減され、高精度な微細パターンの安定した転写成形を実現することができる。

0130

そして、透明基板12上に複数個の微細パターンの領域を隣接列間において狭ピッチで形成することができ、透明基板12内の無駄な領域が低減され、生産性が向上する。

0131

なお、隣接列間においては、シート状モールド11と押圧ロール13との接触領域が押圧ロール13の送り方向に対して所定間隔だけずれるので、遮光マスク24(図2参照)の輪郭パターンも押圧ロール13の送り方向に対して所定間隔だけずらされていることが望ましい。

0132

また、隣接列間においては、押圧ロール13同士の、押圧ロール13の送り方向の間隔は、微細パターンの個々の領域の、押圧ロール13の送り方向の間隔と同じであることが望ましい。

0133

(実施の形態3)
つぎに、図5を主として参照しながら、本実施の形態3の微細パターン形成装置の構成および動作について説明する。

0134

ここに、図5は、本発明における実施の形態3の微細パターン形成装置の概略斜視図である。

0135

本実施の形態の微細パターン形成装置の構成および動作は、上述された実施の形態2の微細パターン形成装置の構成および動作と類似している。

0136

しかしながら、本実施の形態においては、押圧ロール13は一個のみ設けられている。

0137

透明基板12の大面積化に伴う押圧ロール13の長尺化に起因したたわみなどによる、その長手方向の加圧力ばらつきを抑制するためには、たとえば、上述された実施の形態2の微細パターン形成方法におけるように、押圧ロール13を分割することが有効である。

0138

しかしながら、装置構成がそのような押圧ロール13の分割によって複雑になってしまう恐れは、全くないわけではない。

0139

つまり、本実施の形態の微細パターン形成方法におけるように、押圧ロール13を分割しないで単一の押圧ロール13を利用することも、有効である。

0140

そして、そのような単一の押圧ロール13を利用する場合においては、押圧ロール13の表面の硬度は長手方向において中央部から端部へ向かって減少する、または押圧ロール13の芯軸の直径は長手方向において中央部から端部へ向かって減少する、構成が望ましい。

0141

そこで、図6を主として参照しながら、そのような押圧ロール13の構成について説明する。

0142

ここに、図6(a)および(b)は、本発明における実施の形態3の微細パターン形成装置の押圧ロール13の概略断面図(その一および二)である。

0143

図6(a)の構成においては、押圧ロール13の表面の硬度は長手方向において中央部から端部へ向かって減少する。

0144

より具体的に説明すると、つぎの通りである。

0145

すなわち、図6(a)の構成における押圧ロール13は、芯軸81と、芯軸81を被覆する弾性体82と、を有する。

0146

弾性体82の材質はウレタンゴムであって、分割された各部位の硬度は中央部から端部へ向かって80、70および60である。

0147

押圧ロール13に印加される荷重は芯軸81の端部に集中するので、中央部のゴム硬度を大きくし、芯軸81に印加される荷重を中央部に移動させる。

0148

かくして、端部に印加される荷重を分散させて、押圧ロール13の長手方向の加圧力を均等化することができる。

0149

なお、分割された各部位の境界は隙間がないように接合されていることが、望ましい。

0150

図6(b)の構成においては、押圧ロール13の芯軸の直径は長手方向において中央部から端部へ向かって減少する。

0151

より具体的に説明すると、つぎの通りである。

0152

すなわち、図6(b)の構成における押圧ロール13は、段付き芯軸83と、段付き芯軸83を被覆する偏肉弾性体84と、を有する。

0153

段付き芯軸83の径は、中央部において最も大きく、端部に向かって小さくなっている。

0154

段付き芯軸83の径が大きい部分はたわみにくいので、荷重は押圧ロールの加圧力が印加されにくい中央部にも分配される。

0155

そして、中央部においては、段付き芯軸83を被覆する偏肉弾性体84の厚みが薄いので、偏肉弾性体84の弾力はあまり大きくない。

0156

かくして、端部に印加される荷重を分散させて、押圧ロール13の長手方向の加圧力を均等化することができる。

0157

なお、段付き芯軸83の直径は、中央部から端部へ向かって階段状に変更されている必要はなく、テーパ形状が形成されるように滑らかに変更されていてもよい。

0158

以上の説明から明らかであるように、実施の形態1〜3において説明された微細パターン形成方法を用いることによって、大面積の透明基板12についても高い生産性および転写精度を実現し、高品質な光学デバイスを低コストで提供することができる。

0159

本発明における微細パターン形成方法および微細パターン形成装置は、高い生産性および転写精度を実現することが可能であり、UV硬化樹脂を用いたUV硬化式ローラーナノインプリント技術を用いた、微細パターン形成方法および微細パターン形成装置に利用するために有用である。

0160

11シート状モールド
12 透明基板
13押圧ロール
14 基板排出側保持ロール
15基板挿入側保持ロール
16UV照射器
17塗布ユニット
18 保持ロール制御ユニット
20UV硬化樹脂
21石英ベース
22助走板
23a微細パターン
23b 微細パターン
24遮光マスク
25UV光
51表側ローラ
52モールド
53被転写膜
54 基板
55 UV照射器
56裏側ローラ
61 モールド
62 基板
63 UV硬化樹脂
64 UV光
81芯軸
82弾性体
83段付き芯軸
84偏肉弾性体

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