(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板２００を供給する基板供給部１０、および、前記基板２００にインプリント工程を実行するインプリント部５０を含み、前記インプリント部５０は、前記基板２００にインパクトを加える印刷ヘッド３０を含み、
前記印刷ヘッド３０は、微細なパターンピン３４を多数備え、前記パターンピン３４を１つまたは２つ以上を上下移動させて基板２００にインパクトを加えるインパクトプリントタイプのホットエンボシング装置。
【請求項２】
基板２００を供給する基板供給部１０、および、前記基板２００にインプリント工程を実行するインプリント部５０を含み、前記インプリント部５０は、前記基板２００にインパクトを加える印刷ヘッド３０を含み、
前記印刷ヘッド３０は、前記基板２００の幅に相応する２つ以上のパターンライン３５を連結して回転可能にしたラインプリンタ３９を含み、前記パターンライン３５を上下に移動させて基板にインパクトを加えるインパクトプリントタイプのホットエンボシング装置。
【請求項３】
前記インプリント部５０は、前記基板２００の一面を支持して加熱する加熱支持部２１を含み、前記印刷ヘッド３０は、前記基板２００を間において前記加熱支持部２１の反対の側に備えられる請求項１または２に記載のインパクトプリントタイプのホットエンボシング装置。
【請求項４】
前記インプリント部５０は、前記基板供給部１０から供給される前記基板２００の移動角を変更する第１回転ロール７１と、前記加熱支持部２１および印刷ヘッド３０を経由した基板２００の移動角を変更する第２回転ロール７２と、をさらに備える請求項３に記載のインパクトプリントタイプのホットエンボシング装置。
【請求項５】
前記インプリント部５０は、前記基板供給部１０から供給される基板２００の移動角を変更して基板２００を加熱するロール型加熱装置２２を含む請求項１または２に記載のインパクトプリントタイプのホットエンボシング装置。
【請求項６】
前記印刷ヘッド３０は、前記基板２００に接するロール型加熱装置２２の曲面部に対向する位置に備えられる請求項５に記載のインパクトプリントタイプのホットエンボシング装置。
【請求項７】
前記インプリント部５０は、前記ロール型加熱装置２２を経由した基板２００の移動角を変更する第２回転ロール７２をさらに備える請求項５に記載のインパクトプリントタイプのホットエンボシング装置。
【請求項８】
前記インプリント部５０は、制御部をさらに備える、請求項１、２および５のうちのいずれか一項に記載のインパクトプリントタイプのホットエンボシング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はホットエンボシング装置に関し、より詳細には、既存のドットプリンタあるいはラインプリンタにおける印刷方式を採用した印刷ヘッドを利用して基板上にパターンを形成するインパクトプリントタイプのホットエンボシング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子およびディスプレイ産業で用いられる部品が小型化、高精細化、および薄板化するに伴い、より精密な微細パターン製作工程が求められている。さらに、部品製造装備においても、精密性、高い生産性、および低い原価は必須的な要素となっている。特に、フレキシブル基板（紙またはプラスチックなど）上にパターニング／プリンティング工程によって精密度が数〜数十μｍ級である低価の家電素子および印刷電子素子製品を生成して今後に形成されるであろう巨大な市場に対応できる連続生産システムを開発し、これに用いられるロールまたはシリンダなどの曲面基層に対する微細パターニング技術を開発することがより必要である。
【０００３】
次世代半導体、ディスプレイ素子、バイオ素子、光通信部品、および高エネルギー部品が要求する高機能化と高集積度を実現するためには、数百ｎｍ〜数十μｍ水準の極超微細形状加工が必須である。しかし、既存のＬＩＧＡ工程や微細機械加工方式は、経済的および技術的な限界を迎えている。従って、数十μｍ以下の極超微細形状の製作が可能な新たな技術と装備が求められている。
【０００４】
ホットエンボシングは、ポリマーをガラス転移温度以上に加熱し、柔らかくなった状態で金型（stamp）を利用して微細構造を押した後、冷却して硬化する技術である。この技術は、ミクロン以下単位の極超微細パターン加工が可能な新技術である。
【０００５】
一方、３００ｍｍのウエハ処理が可能な中低温エンボシングに比べ、高温エンボシングは作業面全体に均一な温度と圧力を付加するのに技術的な困難があり、作業面積が１００ｍｍのウエハ水準に留まっている。従って、大面積化技術の確保は、高温エンボシング装備の開発競争の核心的な話題である。
【０００６】
プレス方式の高温エンボシングは、小さい作業面積に均一な温度と圧力を付加するのは容易であるが、持続的な大面積化をなすには限界がある（図１参照）。
【０００７】
一方、大面積化のための新たな方案として検討されているのが、大面積プリント工程に活用されているロール方式工程である（図２参照）。例えば、表面に金型を装着したロールを利用すれば、極超微細形状を連続的に製造することができ、ロールの大きさに合わせて作業面積を拡大することができる。この方式は、生産性を画期的に改善することができる新技術である。さらに、この方式は、次世代ディスプレイ装置として浮上しているフレキシブルディスプレイにおいて、ロールに巻かれているポリマーフィルムに極超微細形状を直接刻印することができる製造方式である。
【０００８】
相対的に静的な工程特性を有するプレス方式に比べ、動的特性が強いロール方式のＴＨ−ＮＩＬ（Thermal Nanoimprint Lithography）は多様な変数を含んでおり、未だに工程が標準化されていない。国際的にも多様な方式のロール方式のＴＨ−ＮＩＬ用作業工程と装備概念が試みられている開発初期段階であるといえる。
【０００９】
ロール方式の高温エンボシング技術は、平板型基板にスタンプを刻印するプレス方式とは異なり、回転するロールを利用して柔軟性のあるポリマーフィルムに極超微細形状を直接転写させる技術である。極超微細形状部品を製作できるロール方式の高温エンボシング量産装備は未だに市場で市販されてはいないが、装備に対する概念的なアイディアは、繊維原料の熱処理工程やマイクロ規模の形状を刻印するエンボシング工程で得ることができる。
【００１０】
しかし、このようなロール方式の高温エンボシング技術は、基板に刻印されるパターンが異なれば、それに適合するように製作された金型ロールに交換しなければならい煩わしさがあり、交換による生産遅延が予想されると同時に、高価であるため原価上昇に作用するという問題点がある。
【００１１】
図２において説明されていない符号は、２００：基板、４００：印刷ロール、４０１：パターン、５００：加圧ロール
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、基板に刻印されるパターンが異なっても、即時に対処することができるプログラム制御方式の印刷ヘッドをロール方式の高温エンボシング技術に適用し、生産性を向上させて原価を節減するホットエンボシング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】
【００１３】
本発明の一実施形態は、基板２００を供給する基板供給部１０、および前記基板２００にインプリント工程を実行するインプリント部５０を含み、前記インプリント部５０は、前記基板２００にインパクトを加える印刷ヘッド３０を含むインパクトプリンタタイプのホットエンボシング装置を提供する。
【００１４】
前記インプリント部５０は、前記基板２００を加熱し、電磁気誘導加熱方式によって加熱してもよい。
【００１５】
前記印刷ヘッド３０は、ドット形態またはライン形態で基板２００にインパクトを加えてもよい。
【００１６】
前記印刷ヘッド３０は、上下に移動するピン３１を多数備え、前記ピン３１を１つまたは２つ以上を上下に移動させて基板２００にインパクトを加えてもよい。
【００１７】
前記印刷ヘッド３０は、微細なパターンピン３４を多数備え、前記パターンピン３４を１つまたは２つ以上を上下移動させて基板２００にインパクトを加えてもよい。
【００１８】
前記印刷ヘッド３０は、前記基板２００の幅に相応する２つ以上のパターンライン３５を連結して回転可能にしたラインプリンタ３９を含み、前記パターンライン３５を上下に移動させて基板にインパクトを加えてもよい。
【００１９】
前記インプリント部５０は、前記基板２００の一面を支持して加熱する加熱支持部２１を含み、前記印刷ヘッド３０は、前記基板２００を間において前記加熱支持部２１の反対側に備えられてもよい。
【００２０】
前記インプリント部５０は、前記基板供給部１０から供給される前記基板２００の移動角を変更する第１回転ロール７１と、前記加熱支持部２１および印刷ヘッド３０を経由した基板２００の移動角を変更する第２回転ロール７２と、をさらに備えてもよい。
【００２１】
前記インプリント部５０は、前記基板供給部１０から供給される基板２００の移動角を変更して基板２００を加熱するロール型加熱装置２２を含んでもよい。
【００２２】
前記印刷ヘッド３０は、前記基板２００に接するロール型加熱装置２２の曲面部に対向する位置に備えられてもよい。
【００２３】
前記インプリント部５０は、前記ロール型加熱装置２２を経由した基板２００の移動角を変更する第２回転ロール７２をさらに備えてもよい。
【００２４】
前記ピン３１は、円形、長方形、探針形、および正方形のうちの少なくともいずれか１つの形態に構成されてもよい。
【００２５】
前記ピン３１の前端は、大きさが１００ｎｍ〜９０μｍであってもよい。
【００２６】
前記インプリント部５０は、制御部をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の実施形態によれば、基板に刻印されるパターンの形態が異なっても、設定されたプログラムによって制御される印刷ヘッドを利用することにより、即時に異なったパターン形態に刻印することができる。従って、多様な形態のパターンが刻まれた金型ロールが必要なくなるため原価を節減することができ、交換に所要される時間を節約することができるため生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来のホットプレス方式の高温エンボシング工程を概略的に示す図である。
【図２】従来のホットロール方式の高温エンボシング工程を概略的に示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るインパクトプリントタイプのホットエンボシング装置の概念図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るインプリント部を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係るインプリント部を示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係るインプリント部を示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係るインプリント部を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る印刷ヘッドの構成および動作を示す図である。
【図９】本発明の実施形態に係る印刷ヘッドの構成および動作を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る印刷ヘッドの構成を概略的に示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る印刷ヘッドの構成および動作を概略的に示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に係るインパクトプリントタイプのホットエンボシング装置を用いてパターンが刻まれた基板を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように、本発明の実施形態を詳しく説明する。しかし、本発明は多様に相違した形態で実現することができ、後述する実施形態に限定されることはない。なお、本明細書および図面において、同一する符号は同一する構成要素を示す。
【００３０】
図３および図４を参照すれば、本発明の実施形態に係るインパクトプリントタイプのホットエンボシング装置は、連続的に供給される基板２００にインプリント工程を実行する装置である。
【００３１】
即ち、本発明の実施形態に係るインパクトプリントタイプのホットエンボシング装置は、既存のロールトゥーロール（Roll-to-Roll）方式とは異なり、微細な探針または微細形状が刻まれた印刷ヘッドを採択した。すなわち、本発明の実施形態に係るインパクトプリントタイプのホットエンボシング装置は、基板２００上に点形態のパターンが集まって所望するパターンを全体的に形成する方式、または基板２００の幅と相応する微細パターンライン３５でパターンを形成する方式である（図１１参照）。
【００３２】
具体的に、本発明の実施形態に係るインパクトプリントタイプのホットエンボシング装置は、基板供給部１０と、インプリント部５０と、基板収去部（substrate collection unit）６０とを含む。
【００３３】
ここで、基板供給部１０は、インプリント部５０に基板２００を連続的に供給する。すなわち、ロール形態に巻かれた基板２００が基板供給部１０を経てインプリント部５０に供給される。基板収去部６０は、インプリント部５０によってパターンが刻まれた基板２００をロール形態に収去する。ただし、基板供給部１０と基板収去部６０は、当業者によって多様な形態で製作可能な構成であるため、これに関するより詳細な説明は省略する。
【００３４】
インプリント部５０は、基板２００を加熱し、加熱された基板２００にドット形態またはライン形態でインパクトを加えてインプリント工程を実行する。基板２００を加熱する方式は、電磁気誘導加熱方式であってもよい。一方、インプリント部５０は、基板２００の加熱動作および基板２００にドット形態またはライン形態でインパクトを加える動作を制御する制御部をさらに備えてもよく、図４〜図７に示された実施形態のように構成されてもよい。
【００３５】
以下、インプリント部５０の実施形態１〜実施形態４に関して説明する。
【実施例】
【００３６】
＜インプリント部５０の実施形態１＞
図４に示されたインプリント部５０は、基板供給部１０から供給される基板２００の下部面を支持して加熱する加熱支持部２１と、加熱された基板２００にドット形態またはライン形態でインパクトを加えてインプリント工程を実行する印刷ヘッド３０とを含む。
【００３７】
加熱支持部２１は、基板２００の下部面を平らに支持すると同時に加熱する。すなわち、加熱支持部２１は、基板供給部１０と基板収去部６０の間を経由する基板２００の下部面を支持すると同時に、基板２００をガラス転移温度以上に加熱する。
【００３８】
印刷ヘッド３０は、加熱支持部２１によってガラス転移温度以上に加熱された基板２００の上部面にドット形態またはライン形態でインパクトを加えてインプリント工程を実行する。
【００３９】
＜インプリント部５０の実施形態２＞
図５に示されたインプリント部５０は、前記実施形態１と同じ構成に、第１回転ロール７１と第２回転ロール７２をさらに備える。
【００４０】
第１回転ロール７１は、基板供給部１０から加熱支持部２１に供給される基板２００の移動角を変更する。第２回転ロール７２は、加熱支持部２１および印刷ヘッド３０を経由した基板２００の移動角を変更する構成である。
【００４１】
第１回転ロール７１と第２回転ロール７２は、第１回転ロール７１と第２回転ロール７２の間で基板２００に引張力を加える。
【００４２】
＜インプリント部５０の実施形態３＞
図６に示されたインプリント部５０は、ロール型加熱装置２２と印刷ヘッド３０を含む。
【００４３】
ロール型加熱装置２２は、基板供給部１０から供給される基板２００の移動角を変更して基板２００を加熱する。
【００４４】
印刷ヘッド３０は、基板２００に接するロール型加熱装置２２の曲面部に対向する位置に備えられる。
【００４５】
印刷ヘッド３０は、ロール型加熱装置２２によって加熱された基板２００にドット形態またはライン形態でインパクトを加えてインプリント工程を実行する。
【００４６】
＜インプリント部５０の実施形態４＞
図７に示されたインプリント部５０は、前記実施形態３と同じ構成に、第２回転ロール７２をさらに備える。第２回転ロール７２は、ロール型加熱装置２２を経由した基板２００の移動角を変更する。
【００４７】
即ち、本実施形態では、第２回転ロール７２を追加することにより、基板２００に加えられる引張力が前記実施形態３に比べて向上する。
【００４８】
以下、印刷ヘッド３０の実施形態１〜実施形態３に関して説明する。
【００４９】
＜印刷ヘッド３０の実施形態１＞
図８および図９に示された印刷ヘッド３０は、上下に移動するピン３１を多数備え、ピン３１を１つまたは２つ以上を上下に移動させて基板２００に衝撃を加えることによってインプリント工程を実行する。
【００５０】
ピン３１の形態は、円形、長方形、探針形、正方形のうちのいずれか１つまたは２つ以上の形態で構成されてもよい。
【００５１】
ピン３１の前端（前方終端）は、基板２００に数百ｎｍ〜数十μｍ水準の極超微細形状を加工するために、大きさが１００ｎｍ〜９０μｍ範囲内で形成されることが好ましい。
【００５２】
このように構成された印刷ヘッド３０は、基板２００の上部面に微細な点形態を数回に渡って転写し、このような点形態が集まって全体的なパターン形状を形成する。
【００５３】
一方、ピン３１は、長方形態の印刷ヘッド３０に多数が配列されてもよい。
【００５４】
一方、本実施形態に制御部が備えられる場合、制御部はどの位置のピン３１を上下に移動させるのか、またはどの位置のピン３１を２つ以上上下に移動させるのか、設定されたプログラムに応じてピン３１を制御する。
【００５５】
図９の未説明符号２０７は、ピン３１によって形成された点である。このような点２０７が集まれば、図１２のＡのようなパターンが形成される。
【００５６】
＜印刷ヘッド３０の実施形態２＞
図１０に示された印刷ヘッド３０は、微細なパターンピン３４を多数備え、微細なパターンピン３４を１つまたは２つ以上を上下に移動させて基板２００に衝撃を加えることによってインプリント工程を実行する。パターンピン３４は、図１０に示すように多様な形態（タイプ１、タイプ２、・・・、タイプｎ）で形成されてもよく、これらを組み合わせて構成されてもよい。
【００５７】
実施形態１の場合、幾何学的に最も簡単な形態（点、円）の印刷ヘッド前端形状を有しており、これを利用してさらに複雑な形状（例えば、Ｌ字またはコ字形態など）を組み合わせて押すものである。
【００５８】
これに反し、本実施形態の場合は、所望の複雑な形態を予め印刷ヘッドに刻んでおくことにより、複雑な形状をより迅速に形成することができる。
【００５９】
結局、本実施形態に係る印刷ヘッド３０を用いれば、実施形態１に係る印刷ヘッド３０に比べて作業速度が向上する。
【００６０】
一方、本実施形態に制御部が備えられる場合、制御部はどの位置のパターンピン３４を上下に移動させるのか、またはどの位置のパターンピン３４を２つ以上上下に移動させるのか、設定されたプログラムに応じてパターンピン３４を制御する。
【００６１】
＜印刷ヘッド３０の実施形態３＞
図１１に示された印刷ヘッド３０は、基板２００の幅に相応する２つ以上の微細パターンライン３５を連続的に連結して回転可能にしたラインプリンタ３９を含み、微細パターンライン３５を上下に移動させて基板に衝撃を加えることによってインプリント工程を実行する。これによれば、微細パターンを基板２００の一定幅に一度に転写することができる。
【００６２】
このような印刷ヘッド３０のラインプリンタ３９は、基板２００にパターンを形成するとき、必要に応じて多数が備えられる。
【００６３】
この場合、実施形態２に係る印刷ヘッド３０に比べて作業速度が飛躍的に向上する。
【００６４】
パターンライン３５の長さ（Ｌ１）は、基板２００の幅（Ｌ２）と同じであってもよく、それより短くてもよい。
【００６５】
一方、本実施形態に制御部が備えられる場合、制御部はどのパターンライン３５を上下に移動させるのか、設定されたプログラムに応じてラインプリンタ３９を制御する。
【００６６】
上述した各実施形態に制御部が備えられる場合、制御部は、加熱支持部２１またはロール型加熱装置２２の加熱温度を制御する。
【００６７】
以上、本発明を好ましい実施形態と関連して説明したが、本発明の技術分野に属する者は、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲内で多様な変更および修正を容易に実施できるはずである。したがって、開示された実施形態は、限定的な観点ではなく説明的な観点で考慮されなければならず、本発明の真の範囲は、上述した説明ではなく特許請求の範囲に示されており、それと同等な範囲内にあるすべての差異点は本発明に含まれたものとして解釈されなければならない。
【図１】
0005604633.tif 000002
【図２】
0005604633.tif 000003
【図３】
0005604633.tif 000004
【図４】
0005604633.tif 000005
【図５】
0005604633.tif 000006
【図６】
0005604633.tif 000007
【図７】
0005604633.tif 000008
【図８】
0005604633.tif 000009
【図９】
0005604633.tif 000010
【図１０】
0005604633.tif 000011
【図１１】
0005604633.tif 000012
【図１２】
0005604633.tif 000013