(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遅延硬化性の未硬化の紫外線硬化樹脂からなり基板上に形成された樹脂層に、前記樹脂層の硬化完了に必要な量の紫外線を照射する照射装置と、
前記照射装置による紫外線照射完了後であって前記樹脂層の硬化開始前に平板状のモールドに設けられる凹凸部を前記樹脂層にプレスする動作を開始することで、前記樹脂層に凹凸パターンを形成するプレス装置と、
を備えたインプリント加工装置。
【請求項２】
遅延硬化性の未硬化の紫外線硬化樹脂からなりフィルム上に形成された樹脂層に、前記樹脂層の硬化完了に必要な量の紫外線を照射する照射装置と、
前記照射装置による紫外線照射完了後であって前記樹脂層の硬化開始前に前記樹脂層をプレスする動作を開始することで、前記樹脂層に凹凸パターンを形成する転写ローラと、
を備えたインプリント加工装置。
【請求項３】
遅延硬化性の未硬化の紫外線硬化樹脂からなり基板上に形成された樹脂層に、前記樹脂層の硬化完了に必要な量の紫外線を照射する工程と、
前記照射工程の完了後であって前記樹脂層の硬化開始前に、平板状のモールドに設けられる凹凸部を前記樹脂層に押し付ける動作を開始して、前記樹脂層に凹凸パターンを形成する工程と、
を備えたインプリント加工方法。
【請求項４】
遅延硬化性の未硬化の紫外線硬化樹脂からなりフィルム上に形成された樹脂層に、前記樹脂層の硬化完了に必要な量の紫外線を照射する工程と、
前記照射工程の完了後であって前記樹脂層の硬化開始前に、転写ローラの表面に形成される転写パターンを押し付ける動作を開始することで、前記樹脂層に凹凸パターンを形成する工程と、
を備えたインプリント加工方法。
【請求項５】
基体と、遅延硬化性の硬化済みの紫外線硬化樹脂からなり前記基体上に形成された樹脂層とを備え、
前記樹脂層は、硬化完了に必要な量の紫外線照射後であって前記樹脂層の硬化開始前に型を押し付けることで凹凸パターンが形成されているインプリント加工物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インプリント加工装置およびインプリント加工方法に関し、特に、紫外線硬化樹脂に対してインプリント加工を行うインプリント加工装置およびインプリント加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インプリント加工法は、モールドの凹凸パターンを被加工面に転写する技術である。インプリント加工法は、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用の光学フィルム（ワイヤーグリッド偏光板、マイクロレンズアレイなど）や、導波路、導光板、回折格子などの光学素子の製造に用いられる。インプリント加工法では、パターンの解像度がｎｍオーダーに至るナノインプリント技術も現在実用化が進んでいる。本明細書では、以後、「インプリント加工」という用語を、ナノインプリント技術も含めて使用する。
インプリント加工法は、熱インプリント法と光インプリント法とに分けられる。
熱インプリント法は、熱可塑性樹脂やガラスからなる被転写成形材料をガラス移転点以上に加熱し、モールドをプレスすることにより、被転写成形材料上に凹凸パターンを転写成形する方法である。
光インプリント法は、基板上に塗布した液状の光硬化性樹脂を加圧変形させ、石英ガラス等の透明モールドまたは透明基板を通じて紫外線（ＵＶ：主波長３００〜４００ｎｍ）を照射して樹脂を硬化することにより、樹脂上に凹凸のパターンを転写形成する方法である。
また、モールドの形で分類すると、平板状のモールドによるインプリント法と、表面に凹凸パターンを形成した転写ローラを用いたインプリント法（以後、ローラインプリント法と呼ぶ）とがある。熱によるローラインプリント法では、加熱装置が組み込まれたローラを基板やフィルムに押し付けて凹凸パターンを転写する。その結果、連続した基板やフィルムに凹凸パターンが連続転写される。
一方、特許文献１としての特表２００３−５２６８１７号公報では、光によるローラインプリント法が開示されている。この方法では、フィルムにＵＶ硬化樹脂を塗布した後、フィルムの転写ローラによる転写動作が行われている部分にＵＶ照射を行って樹脂を硬化させ、その後にフィルムをローラから離すことで、ロールｔｏロール連続プロセスによるインプリント加工を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００３−５２６８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
熱インプリント法を採用した場合、モールドまたは熱可塑性樹脂やガラス等の被転写成形材料をガラス移転点以上に加熱するので、熱歪みが生じるという問題がある。また、熱インプリント法では、光インプリント法に比べてモールドのプレス圧が高いので、被転写成形材料の変形歪が生じたり、プレス機構が大型になりコストがかさんだりする。
また、特許文献１に記載のロールｔｏロール連続フィルムの光インプリント法においては、ベースフィルムの裏側（ＵＶ硬化樹脂の塗布面とは反対側）からＵＶ照射する必要があり、ＵＶが透過するフィルムしか使えずに、フィルム材料の選択幅が限定されてしまう。つまり、ＵＶは透過しないが熱膨張係数の小さいフィルムの使用が不可能になり、後工程での貼り合わせ工程において、貼り合わせ位置精度について熱膨張係数に関わる不具合が発生する。
【０００５】
本発明の課題は、光インプリントにおいて紫外線照射に対する材料の制限が少ないインプリント加工装置およびインプリント加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
【０００７】
本発明の一見地に係るインプリント加工装置は、照射装置と、プレス装置とを備えている。照射装置は、遅延硬化性を有する未硬化の紫外線硬化樹脂からなり基板上に形成された樹脂層に紫外線を照射する。プレス装置は、紫外線照射後であって樹脂層の硬化開始前に平板状のモールドを樹脂層にプレスする動作を開始する。
この装置では、未硬化の樹脂層に紫外線が照射されるタイミングが樹脂層にモールドがプレスされる前なので、紫外線透過型のモールドまたは基板を用いる必要がない。したがって、熱インプリント方式の加工装置のモールドを用いることができる。その結果、モールドのコストが低減される。
なお、「遅延硬化性」とは、紫外線を照射してから直ちに樹脂層の硬化が始まるのではなく、所定時間経過後に硬化が開始され比較的短時間で硬化が完了する性質をいう。
【０００８】
本発明の他の見地に係るインプリント加工装置は、照射装置と、転写ローラとを備えている。照射装置は、遅延硬化性を有する未硬化の紫外線硬化樹脂からなりフィルム上に形成された樹脂層に紫外線を照射する。転写ローラは、紫外線照射後であって樹脂層の硬化開始前に樹脂をプレスする動作を開始することで、樹脂層に凹凸パターンを形成する。
この装置では、未硬化の樹脂層に紫外線が照射されるタイミングが樹脂層への転写ローラのプレス前なので、フィルムは、従来の光インプリント装置で用いられる紫外線透過型のフィルム以外を使用できる。したがって、フィルム材料の選択の幅が広がり、具体的には、紫外線を透過しないが熱膨張率の小さなフィルムが使えるようになる。その結果、インプリント形成後にフィルムを他の材料に貼り合わせるときの貼り合わせ位置精度が向上し、微細パターンの製品の製造が可能となる。
【０００９】
本発明のさらに他の見地に係るインプリント加工方法は、以下の工程を備えている。
◎遅延硬化性の未硬化の紫外線硬化樹脂からなり基板上に形成された樹脂層に紫外線を照射する工程
◎照射工程後であって樹脂層の硬化開始前に、平板状のモールドを樹脂層に押し付けることで凹凸パターンを形成する工程
この方法では、未硬化の樹脂層に紫外線を照射するタイミングが樹脂層に凹凸パターンを形成する工程の前なので、紫外線透過型のモールドを使う必要がない。したがって、熱インプリント方式の加工装置のモールドを用いることができる。その結果、モールドのコストが低減される。
【００１０】
本発明のさらに他の見地に係るインプリント加工方法は、以下の工程を備えている。
◎遅延硬化性の未硬化の紫外線硬化樹脂からなりフィルム上に形成された樹脂層に紫外線を照射する工程
◎照射工程後であって樹脂層の硬化開始前に、転写ローラを樹脂層に押し付けることで凹凸パターンを形成する工程。
この方法では、未硬化の樹脂層に紫外線を照射するタイミングが樹脂層に凹凸パターンを形成する工程の前なので、フィルムとして、紫外線透過型のフィルム以外を使用できる。したがって、フィルム材料の選択の幅が広がり、具体的には、紫外線を透過しないが熱膨張率の小さなフィルムが使えるようになる。その結果、インプリント形成後にフィルムを他の材料と貼り合わせるときの貼り合わせ位置精度が向上し、微細パターンの製品の製造が可能となる。
【００１１】
本発明のさらに他の見地に係るインプリント加工物は、基体と、遅延硬化性の硬化済みの紫外線硬化樹脂からなり基体上に形成された樹脂層とを備えている。樹脂層は、紫外線の照射後であって樹脂層の硬化開始前に型を押し付けることで凹凸パターンが形成されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るインプリント加工装置およびインプリント加工方法では、樹脂層への加工が開始される前に樹脂層に紫外線が照射されているので、紫外線透過型のモールドまたは紫外線透過型のフィルムを使う必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態における樹脂塗布工程を示す模式図。
【図２】本発明の第１実施形態における光照射工程を示す模式図。
【図３】本発明の第１実施形態におけるモールド転写工程を示す模式図。
【図４】本発明の第１実施形態における離型工程を示す模式図。
【図５】本発明の第１実施形態におけるリンス工程および加熱工程を示す模式図。
【図６】本発明の第１実施形態における酸素プラズマエッチング工程を示す模式図。
【図７】本発明の第２実施形態における光インプリント工程を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
１．第１実施形態
図１〜図６を用いて、本発明の第１実施形態に係る光インプリント加工装置および光インプリント加工方法を説明する。
（１）インプリント加工装置
インプリント加工装置４は、この実施形態では、主に、樹脂塗布装置３１（図１）と、光照射装置９（図２）と、転写装置１１（図３〜図４）とを備えている。
樹脂塗布装置３１は、基板本体３上に遅延硬化性の紫外線硬化樹脂を塗布することで樹脂層５を形成する装置である。樹脂塗布装置３１は、塗布ノズル３３、ポンプ３５、原料タンク３７を有している。原料タンク３７は、遅延硬化性を有する紫外線硬化性樹脂を貯留している。本実施形態では、紫外線硬化性樹脂は遅延硬化性を有するものであれば、特に限定されない。紫外線硬化性樹脂としては、例えば、光カチオン重合性組成物の反応制御することにより所定の遅延硬化性をもたせたものでもよい。
光照射装置９は、樹脂層５に紫外線を照射する装置である。光照射装置９は、例えば、低圧水銀灯、高圧水銀灯、キセノンランプまたはエキシマレーザなどのレーザ光源を有している。
転写装置１１は、複数の凹凸部１５が形成された平板状のモールド１３を有している。転写装置１１は、樹脂層５の硬化開始前に平板状のモールド１３を樹脂層５にプレスし、硬化後にモールド１３を離型することで、樹脂層５に凹凸パターン５ｃを形成する。
【００１５】
（２）インプリント加工方法
図１に、基板本体３を示す。基板本体３は、紫外線透過型の材料で形成されていなくてもよい。基板本体３は、保持ステージ２によって保持されている。保持ステージ２は、真空吸着などによって基板本体３を保持する保持面２ａを有している。
【００１６】
図１の状態から、樹脂塗布装置３１は、紫外線硬化樹脂を基板本体３の上面に塗布する。具体的には、塗布ノズル３３の吐出口を基板本体３の上面近傍に保持した状態で、塗布ノズル３３の吐出口から紫外線硬化樹脂を吐出させながら、塗布ノズル３３と基板本体３を相対移動させる。これにより、基板本体３の上面に樹脂層５（図２）が所定の厚みだけ形成される。
【００１７】
図２を用いて、光照射工程を説明する。基板１は、基板本体３と、前述の塗布工程によって形成された樹脂層５と、塗布工程後に形成されたマスク７とを有している。樹脂層５は、基板本体３の上面の全体に未硬化の状態で塗布されている。樹脂層５は、紫外線が照射されてから所定時間経過後に硬化を開始する性質を有している。マスク７は、樹脂層５の周囲部分を覆うように配置されている。
【００１８】
以上に説明した状態において、光照射装置９が、基板１の樹脂層５に対して紫外線を照射する。
【００１９】
図３を用いて、モールド転写工程を説明する。図３では、図２の状態からマスク７が除去されている。樹脂層５の硬化が開始され前に、転写装置１１は、モールド１３の凹凸部１５を樹脂層５の上面に押し付ける。このようにモールド１３が樹脂層５に押し付けられるときに樹脂層５は硬化が始まっていないので、プレス圧を大きくする必要がない。なお、樹脂層５の硬化開始までの時間は、材料の変更によって調整可能である。
なお、光照射工程はモールド転写工程の前に行われているので、モールド１３は紫外線透過型のものでなくてよい。
【００２０】
樹脂層５の硬化がある程度進むと、図４に示すように、転写装置１１はモールド１３の凹凸部１５を樹脂層５の上面から引き離す。樹脂層５がモールド１３から離れるときに、樹脂層５の硬化は完了していないので、樹脂層５は精度が良い状態でモールド１３から離れることができる。つまり、樹脂層５の離型性がよい。
図４において、樹脂層５のうち中心部分５ａは凹凸パターン５ｃが形成された状態で硬化しており、周囲部分５ｂは未硬化である。
【００２１】
図５を用いて、リンス工程を説明する。リンス工程を行うと、樹脂層５のうち周囲部分５ｂが除去され、中心部分５ａのみが残される。
【００２２】
図５の状態から、基板１を加熱して、樹脂層５の硬化を完了させる。なお、加熱工程は行わなくてもよい。
【００２３】
酸素プラズマエッチングを行うと、図６に示すように、基板本体３の表面に付着した樹脂が除去される。
【００２４】
（３）特徴
上述のインプリント加工装置およびインプリント加工方法では、樹脂層５に紫外線が照射されるタイミングが樹脂層５にモールド１３がプレスされる前なので、紫外線透過型のモールドを使う必要がない。したがって、熱インプリント方式の加工装置のモールドを用いることができる。その結果、モールドのコストが低減される。
【００２５】
２．第２実施形態
図７を用いて、本発明の第２実施形態としてのローラインプリント加工法について説明する。図７は、本発明の第２実施形態における光インプリント工程を示す模式図である。この光インプリント工程は、例えば、電子ペーパー用のマイクロカップ用アレイを製作するのに利用される。
【００２６】
（１）インプリント加工装置
ローラインプリント加工装置４１は、連続したフィルム２１上の樹脂層２３にインプリントするための装置である。ローラインプリント加工装置４１は、この実施形態では、主に、樹脂塗布装置４３と、光照射装置４５と、転写装置４７と、加熱装置４９とを有している。ローラインプリント加工装置４１は、さらに、第１ローラ５１および第２ローラ５９を有している。
【００２７】
樹脂塗布装置４３は、フィルム２１の上面に遅延硬化性の樹脂層２３を塗布する。
第１ローラ５１は、樹脂層２３が塗布されたフィルム２１を反転させるための部材である。第１ローラ５１によって、フィルム２１および樹脂層２３は、樹脂層２３が上側を向いた水平方向搬送から樹脂層２３が下側を向いた水平方向搬送に変更させられる。
光照射装置４５は、第１ローラ５１より搬送方向下流側に配置され、樹脂層２３に対して下側から紫外線を照射する。
【００２８】
転写装置４７は、樹脂層２３に対して凹凸パターン２５を形成するための装置であり、転写ローラ５３と、加圧ローラ５５と、剥離ローラ５７とを有している。転写ローラ５３は、凹凸の転写パターン５４を表面に有するローラである。加圧ローラ５５は、転写ローラ５３の搬送方向上流側で斜め上方に配置され、フィルム２１を転写ローラ５３に対して押し付ける機能を有している。フィルム２１および樹脂層２３は、加圧ローラ５５と剥離ローラ５７の間を通って、樹脂層２３が転写ローラ５３の上側部分に押し付けられた状態で移動する。剥離ローラ５７は、転写ローラ５３の搬送方向下流側で斜め上方に配置され、フィルム２１を転写ローラ５３から引き離す機能を有している。フィルム２１および樹脂層２３は、剥離ローラ５７と転写ローラ５３との間を通って、転写ローラ５３から離れて水平方向に搬送される。
【００２９】
加熱装置４９は、転写装置４７より搬送方向下流側に配置されており、凹凸パターン２５が形成された樹脂層２３を加熱するための装置である。加熱装置４９は、フィルム２１側と樹脂層２３側とにそれぞれ配置されている。
第２ローラ５９は、加熱装置４９より搬送方向下流側に配置され、フィルム２１および樹脂層２３の搬送方向を水平方向か鉛直方向上側に変更するためのローラである。
【００３０】
（２）インプリント加工方法
以上に説明したローラインプリント加工装置４１によって、ローラインプリント加工法が実行される。
ローラインプリント加工法は、この実施形態では、主に、樹脂塗布工程、光照射工程、転写工程、および乾燥工程を含んでいる。
樹脂塗布工程は、樹脂塗布装置４３がフィルム２１の上面に樹脂層２３を滴下して、樹脂層２３を形成する工程である。
光照射工程は、光照射装置４５が樹脂層２３に対して紫外線を照射する工程である。
【００３１】
転写工程は、転写装置４７が転写ローラ５３の転写パターン５４を樹脂層２３に押し付け付ける工程である。
この実施形態では、樹脂層２３の硬化の開始タイミングは、転写ローラ５３が樹脂層２３に押し付けられた後である。このタイミングの設定は、樹脂層２３が光照射装置４５から転写装置４７に到達するまでの時間が樹脂層２３の硬化開始時間より短くなるように調整することで、行われる。このように転写ローラ５３が樹脂層２３に押し付けられるときに樹脂層２３は硬化が始まっていないので、プレス圧を大きくする必要がない。
また、樹脂層２３が転写ローラ５３から離れるときに、樹脂層２３の硬化は完了していない。したがって、樹脂層２３は精度が良い状態で転写ローラ５３から離れることができる。
以上に述べた各工程が、樹脂層２３の各部分に連続して実行され、その結果連続した凹凸パターン２５が樹脂層２３に形成される。
以上に述べたように光照射工程が転写工程より前に行われるので、フィルム２１および転写ローラ５３を紫外線透過型の材料で構成する必要がない。したがって、各部材の選択自由度が向上する。その結果、安価な材料を選択できたり、望ましい性能を有する材料を選択できたりする。
【００３２】
加熱工程は、加熱装置４９が樹脂層２３を加熱することで行われる。これにより、樹脂層２３の硬化が完了する。
【００３３】
（３）特徴
以上に述べた光インプリント加工装置および光インプリント加工方法では、樹脂層２３に紫外線が照射されるタイミングが樹脂層２３に転写ローラ５３がプレスされる前である。したがって、フィルム２１は、紫外線透過型のフィルム以外を使用できる。以上より、フィルム材料の選択の幅が広がり、具体的には、熱膨張率の小さなフィルムが使えるようになる。その結果、インプリント形成後にフィルムを他の材料に貼り合わせるときの貼り合わせ位置精度が向上し、微細パターンの製品の製造が可能となる。
３．他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態および変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
前記実施形態では、インプリント加工装置の構成として複数の装置を説明し、インプリント加工法として複数の工程を説明したが、本発明の実施形態として全ての装置又は全ての工程を必要しないことは言うまではない。つまり、一部の装置または工程を省略してもよい。
前記第２実施形態では転写工程の後にローラの後に加熱工程を行っているが、加熱工程の有無及びタイミングは適宜変更可能である。加熱工程を省略してもよいし、転写工程と同時に加熱を行ってもよい。後者の場合は、例えば、加圧ローラに熱源を設けてもよい。
前記実施形態では平板状のモールドと転写ローラを型の例として説明したが、他の形状の型を用いて樹脂層に凹凸パターンを形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、紫外線硬化樹脂を用いるインプリント加工装置およびインプリント加工方法に広く適用できる。
【符号の説明】
【００３５】
１        基板
３        基板本体
４        インプリント加工装置
５        樹脂層
９        光照射装置
１１      転写装置
１３      モールド
２１      フィルム
２３      樹脂層
３１      樹脂塗布装置
４１      ローラインプリント加工装置
４３      樹脂塗布装置
４５      光照射装置
４７      転写装置
４９      乾燥装置
５３      転写ローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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