(57)【要約】【課題】低コストのプレス成形を経て微細パターンを得るための成形方法を提供する。【解決手段】下型１１５の上に、被転写体１０９を設置し、湾曲手段１１７により加圧して上型１１０の外周部を湾曲した状態にした後、上プレスヘッド１１２と下プレスヘッド１１６を加熱し、上型１１０の湾曲した状態を保ったまま、上プレスヘッド１１２によって上型１１０で被転写体１０９を押圧して、導波路パターン１１１を被転写体１０９に転写する。さらに、湾曲手段１１７の加圧力を除去することにより、被転写体１０９の外周部から徐々に離型を開始させ、最後に、上プレスヘッド１１２の加圧力を成形時とは逆向きに作用させて型開きを行い、成形品１２２を取り出す。【選択図】図１
2006212859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方が凹凸形状を含む成形面を有する一対の成形型を対向させて配置し、前記一対の成形型の間に被転写体を供給する第１の工程と、前記一対の成形型における少なくとも一方を押圧して前記被転写体を押圧し、前記成形面を前記被転写体に転写する第２の工程と、前記一対の成形型を型開きする第３の工程を行って成形品を作成する成形方法であって、
前記第３の工程は、前記被転写体の外周縁部の少なくとも一部の第１剥離部を離型させた後、前記被転写体の第１剥離部以外の第２剥離部を離型させることを特徴とする成形方法。
【請求項２】
前記第２の工程の前に前記成形型の少なくとも一方を湾曲した状態にする工程を含み、前記第２の工程と前記第３の工程の間に前記成形型の湾曲した状態を戻す工程を含むことを特徴とする請求項１記載の成形方法。
【請求項３】
前記成形型の周囲に固定部材で前記成形品の外周を固定することを特徴とする請求項２記載の成形方法。
【請求項４】
前記第２の工程と前記成形型の湾曲した状態を戻す工程との間に、前記成形型の温度を前記被転写体のガラス転移温度＋１０℃以下、ガラス転移温度−１５℃以上にする工程を含むことを特徴とする請求項２または３記載の成形方法。
【請求項５】
前記第２の工程と前記第３の工程の間に前記成形型の少なくとも一方を湾曲した状態にする工程を含むことを特徴とする請求項１記載の成形方法。
【請求項６】
前記成形型の周囲に固定部材で前記成形品の外周を固定することを特徴とする請求項５記載の成形方法。
【請求項７】
前記第２の工程と前記可動型を湾曲した状態にする工程との間に、前記成形型の温度を前記被転写体のガラス転移温度＋１０℃以下、ガラス転移温度−１５℃以上にする工程を含むことを特徴とする請求項５または６記載の成形方法。
【請求項８】
前記成形品の外周部分に前記成形型に接触しない面を形成することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の成形方法。
【請求項９】
前記一対の成形型の一方がパターンを持たない平面であって、前記平面の中心線平均粗さが０．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の成形方法。
【請求項１０】
前記成形型および前記被転写体の表面のみを加熱することを特徴とする請求項２，３，４または６記載の成形方法。
【請求項１１】
前記成形方法により成形する成形物はレンズ形状または平板形状であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の成形方法。
【請求項１２】
前記第１〜第３の工程を減圧環境下で行うことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項記載の成形方法。
【請求項１３】
少なくとも一方が凹凸形状を含む成形面を有する一対の成形型と、対向させて配置した前記一対の成形型の間に被転写体を供給する手段と、前記一対の成形型における少なくとも一方を押圧して前記被転写体を押圧する押圧手段とを有する成形装置であって、
前記成形面を有する成形型における前記成形面の外周部でかつ前記成形面以外の領域に弾性部を設け、この弾性部を支持しかつ前記押圧手段による押圧方向に沿って移動する湾曲手段を設け、前記湾曲手段を移動させて前記弾性部を前記被転写体側に湾曲させた状態を維持しながら前記押圧手段を駆動して前記被転写体を押圧し、前記成形面を前記被転写体に転写した後、前記湾曲手段を移動させて前記弾性部の湾曲させた状態を解除してから、前記押圧手段による押圧を解除して型開きすることを特徴とする成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形方法および成形装置に関するものであり、特にマイクロメートルからナノメートルオーダの微細形状、もしくは高アスペクト比を有する形状を転写させるナノインプリントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光学商品やバイオ関連商品の開発において微細な形状を転写させる技術が求められている。例えば光学商品分野では、ディスプレイ用パネル表面に数十ｎｍ〜数百ｎｍの微細凹凸を設けた反射防止パネル、数百ｎｍから数十μｍの回折形状を設けたホログラムやレンズ、導波路などの光学素子がある。またバイオ関連商品分野では、幅数十ｎｍ〜数百ｎｍで高アスペクト比を有するピラーで血球、ＤＮＡ、蛋白質を分離するバイオチップなどがある。
【０００３】
その中において、導波路は非常に微細で正確なパターンを必要とする。従来の導波路の製造においては、石英系、樹脂とも、２０ミクロン以上の厚膜であるクラッドを複数回堆積し、ドライエッチングを用いてコアを凸状にパターニングすることが行われており、複雑で多くの設備が必要なプロセスを用いているため、コスト、生産性において課題を有している。このような事情から、導波路の製造については、様々な方法が提案されており、典型的なものの一つとして溝充填による光導波路の作製方法がある。
【０００４】
溝充填光導波路の従来技術としては、特許文献１〜３に記載されているものがある。
【０００５】
図１５は従来の溝充填光導波路の製造工程を示す図である。
【０００６】
まず、クラッドを兼ねたガラス、あるいは樹脂からなるクラッド基板１０１に光導波路パターンに対応した光導波路溝１０１ａを形成する（図１５（ａ））。次に、導波路溝１０１ａをコアとするために、導波路溝１０１ａをクラッドよりも高屈折率な材料１０２で埋め込む（図１５（ｂ））。この際、導波路溝１０１ａからあふれた余剰材料は除去する（図１５（ｃ））。最後にコアの上からクラッド１０３を形成することによって導波路が完成する（図１５（ｄ））。このような方法によれば厚膜クラッド形成、コアのドライエッチングにより作製する従来方法に比べ、低コスト化、高生産性が期待できる。
【０００７】
図１５（ａ）に示すクラッド基板１０１の形成方法としてはドライエッチング、型による成形などが挙げられ、生産性を考慮した場合、後者が望ましい。
【０００８】
図１６は導波路パターン作成方法にプレス成形法を用いた従来のプレス成形装置の一例を示す説明図である。
【０００９】
図１６に示す従来のプレス成形装置には上下１対のヒータブロック１０４，１０５が備えられている。上ヒータブロック１０４は上下方向に可動であり、下ヒータブロック１０５は固定である。上型１０６の平面状の転写面にはドライエッチングによって微細加工された凸状の導波路パターンが備えられており、導波路パターンの断面サイズは数μｍから数十μｍ角である。被転写体１０８は下ヒータブロック１０５上に固定された平面状の下型１０７の上に設置されている。
【００１０】
この状態で上下のヒータブロック１０４，１０５を加熱し、被転写体１０８を軟化温度まで加熱し、上型１０６が固定された上ヒータブロック１０４を下方に動かして押圧する。上型１０６の凸パターンが被転写体１０８に食い込んだ状態で上下のヒータ通電を制御してヒータ温度を下げ、これから上ヒータブロック１０４を引き上げて、上型１０６を被転写体１０８から強制的に引き離す。このとき、被転写体１０８は下型１０７に固定されており、歪みや変形をすることなく上型１０６から離れる。その後、被転写体であるクラッド基板１０１は室温付近まで冷却され、成形機から取り出される。
【００１１】
ところで、成形型のパターンは数１０ｎｍから数μｍのオーダーの微細なものであり、被転写体と成形型の成形面は微細なパターンでかみ合った状態になる。被転写体と成形型とを離すための従来技術として特許文献４に、成形型の成形面をあらかじめ凸または凹形状に湾曲させておき、被転写体の裏と表の熱収縮の差により、被転写体を型から離型させ、かつ所望の平坦な成形品を得る方法が開示されている。
【特許文献１】特開昭６３−１３９３０４号公報
【特許文献２】特開平８−３２０４２０号公報
【特許文献３】特開平１１−３０５０５５号公報
【特許文献４】特開２００２−３１１２１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、微細なパターン密度が高くなった場合や、アスペクト比が高い場合、またはパターンの段差が大きい（または深さが大きい）場合には、被転写体の熱収縮を利用した離型方法では、離型が始まる前から被転写体と成形型の成形面は微細なパターンでかみ合った状態が起こる。
【００１３】
図１７は被転写体が熱収縮するときの被転写体の挙動を示す説明図である。なお、図１７に示す部材において、図１６と同一の部材については同一の符号を付して、説明を省略する。図１７はプレス状態を示しており、凸形状の上成形型１３０と凹形状の下成形型１３１をヒータブロック１０４，１０５により被転写体１３２の変形可能な成形温度に加熱している。
【００１４】
図１７において、被転写体１３２の上成形型１３０に接触する面の長さＬ＝Ｌ１とする。次に、図示しない冷却手段により上成形型１３０と下成形型１３１とを冷却すると、被転写体１３２は収縮し、上成形型１３０に接触する面の長さＬ＝Ｌ２（Ｌ１＞Ｌ２）となる。成形温度と冷却温度の差をΔＴ（℃）、被転写体の半径をｒ（ｍｍ）、被転写体の熱膨張係数をαとすれば、Ｌ１−Ｌ２＝α×ΔＴ×２ｒであり、特許文献４によれば成形温度と冷却温度の差は１０℃以上なのでΔＴ＝１０℃、２ｒ＝３０ｍｍ、α＝１２．９×１０Ｅ−６であるからＬ１−Ｌ２＝３．８μｍとなり、数ミクロン幅の微細パターンの転写では、被転写体と成形型の噛み込みの量としては無視できない値となり、被転写体の強度が弱い場合には被転写体の転写パターンが欠けることがある。
【００１５】
すなわち、成形品の収縮を利用した離型方法では、離型が始まる前から被転写体と成形型の成形面は微細なパターンでかみ合った状態が起こり、被転写体のパターンが壊れるため、成形不良になる。
【００１６】
また、湾曲する部分に微細なパターンを含まない場合でも、所望の平坦度に被転写体の形状を合わせ込むには、被転写体に与えられる温度を０．５℃以下の高精度に抑える必要があり現実的でない。現状の技術力では、０．５℃以下の高精度に温度を制御するのは、高価な成形装置になるために非常に困難であり、０．５℃より大きいと成形後の被転写体の形状精度に数ミクロンのばらつきが発生する。
【００１７】
仮に、冷却しないで被転写体がスプリングバックにより型開きする場合には、被転写体の凸面側では圧縮応力が発生し、凹面側では引っ張り応力が発生するため、成形面に歪が生じ、形成された微細なパターンが破壊される。
【００１８】
本発明は、このような問題点を解決し、被転写体に形成される微細なパターンを破壊することなく成形型を離すことを実現した成形方法および成形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】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明の成形方法は、少なくとも一方が凹凸形状を含む成形面を有する一対の成形型を対向させて配置し、前記一対の成形型の間に被転写体を供給する第１の工程と、前記一対の成形型における少なくとも一方を押圧して前記被転写体を押圧し、前記成形面を前記被転写体に転写する第２の工程と、前記一対の成形型を型開きする第３の工程を行って成形品を作成する成形方法であって、前記第３の工程は、前記被転写体の外周縁部の少なくとも一部の第１剥離部を離型させた後、前記被転写体の第１剥離部以外の第２剥離部を離型させることを特徴とする。
【００２０】
上記のように構成することで、型開きの際に成形品と成形型の成形面を徐々に引き離せるため、確実に離型できる。本発明は、被転写体のスプリングバックを使用せず、成形型のスプリングバックを利用するため、被転写体に圧縮または引っ張り応力が発生せず、その結果、形成される微細パターンは破壊されない。
【００２１】
また、本発明の成形方法は、前記第２の工程の前に前記成形型の少なくとも一方を湾曲した状態にする工程を含み、前記第２の工程と前記第３の工程の間に前記成形型の湾曲した状態を戻す工程を含むことを特徴とし、成形型のスプリングバックにより離型のきっかけができる。
【００２２】
また、本発明の成形方法は、前記成形型の周囲に固定部材で前記成形品の外周を固定することを特徴とし、型開きの際に、成形品の動きを規制できる。
【００２３】
また、本発明の成形方法は、前記第２の工程と前記成形型の湾曲した状態を戻す工程との間に、前記成形型の温度を前記被転写体のガラス転移温度＋１０℃以下、ガラス転移温度−１５℃以上にする工程を含むことを特徴とし、型開きの際に被転写体が変形することを防ぎ、ガラス転移温度以下の温度域まで冷却するときに、成形品の破壊を防ぐことができる。
【００２４】
また、本発明の成形方法は、前記第２の工程と前記第３の工程の間に前記成形型の少なくとも一方を湾曲した状態にする工程を含むことを特徴とし、大口径の成形型を用いる場合に、型開きの際に成形品と成形型の成形面を外周部から徐々に引き離せる。
【００２５】
また、本発明の成形方法は、前記成形型の周囲に固定部材で前記成形品の外周を固定することを特徴とし、離型の際に型に成形品が強固に吸着している場合でも、型開きの際に、成形品の動きを規制できる。
【００２６】
また、本発明の成形方法は、前記第２の工程と前記可動型を湾曲した状態にする工程との間に、前記成形型の温度を前記被転写体のガラス転移温度＋１０℃以下、ガラス転移温度−１５℃以上にする工程を含むことを特徴とし、離型の際に成形品が変形することを防ぎ、成形品の破壊を防ぐことができる。
【００２７】
また、本発明の成形方法は、前記成形品の外周部分に前記成形型に接触しない面を形成することを特徴とし成形型に接触しない面が、型開きの際に成形品と成形型の成形面を徐々に引き離すきっかけとなるため、型開きの荷重を小さくできる。
【００２８】
また、本発明の成形方法は、前記一対の成形型の一方がパターンを持たない平面であって、前記平面の中心線平均粗さが０．２μｍ以下であることを特徴とし、型開きの際の成形品を吸着により保持し、冷却斑による成形品の平坦度の劣化を防ぐことができる。
【００２９】
また本発明の成形方法は、前記成形型および前記被転写体の表面のみを加熱することを特徴とする。
【００３０】
また本発明の成形方法は、前記成形方法により成形する成形物はレンズ形状または平板形状であることを特徴とする。
【００３１】
また本発明の成形方法は、前記第１〜第３の工程を減圧環境下で行うことを特徴とする。
【００３２】
また本発明の成形装置は、少なくとも一方が凹凸形状を含む成形面を有する一対の成形型と、対向させて配置した前記一対の成形型の間に被転写体を供給する手段と、前記一対の成形型における少なくとも一方を押圧して前記被転写体を押圧する押圧手段とを有する成形装置であって、前記成形面を有する成形型における前記成形面の外周部でかつ前記成形面以外の領域に弾性部を設け、この弾性部を支持しかつ前記押圧手段による押圧方向に沿って移動する湾曲手段を設け、前記湾曲手段を移動させて前記弾性部を前記被転写体側に湾曲させた状態を維持しながら前記押圧手段を駆動して前記被転写体を押圧し、前記成形面を前記被転写体に転写した後、前記湾曲手段を移動させて前記弾性部の湾曲させた状態を解除してから、前記押圧手段による押圧を解除して型開きすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
以上のように、本発明によれば、成形品の平坦度の悪化を防ぎながら、型開きの際に被転写体と成形型の成形面は微細なパターンが噛み込んだ状態を抑え、被転写体が破壊することなく離型でき、アスペクト比の高い形状でも、不良のない成形品をプレス成形を経て得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３５】
（実施の形態１）
成形不良を抑えるには、成形品の熱収縮が、成形品と成形面の微細なパターンの噛み込みに影響しない程度に、高い温度で型開きすることによって解決できる。そこで、成形温度付近での型開きを試みたが、成形温度付近の温度領域では、成形品が成形型と密着するという新たな課題が発生する。
【００３６】
図１は本発明の実施の形態１の成形方法を実施する成形機を示す断面図であり、１０９は被転写体である。この被転写体１０９は、転移点が５００℃、熱膨張係数が７．３×１０Ｅ−６のガラス材料である。１１０は石英基材の上型である。上型１１０は図３に示すように有効径内ａ部に成形すべき導波路パターン１１１を有しており、この導波路パターン１１１は最小幅３ミクロン、最大深さ６μｍの溝により構成されている。また上型１１０は、外周部を除いて上プレスヘッド１１２に固定されており、上プレスヘッド１１２は、ヒータ１１３と冷却水の通る流路１１４を有し、図示しない駆動手段に繋がり、被転写体１０９を押圧することができる。ここで、図３において、ｂ部は、上型１１０における上プレスヘッド１１２との固定領域を示し、上型１１０においてｂ部よりも外周側の領域が弾性を有している。ｃ部は上型１１０において被転写体１０９が接触する領域を示し、ｂ部よりも被転写体１０９外周側に被転写体１０９に端部が位置するように設定されている。
【００３７】
１１５は下型であり、ヒータ１１３と冷却水の通る流路１１４を有している下プレスヘッド１１６に固定されており、下型１１５の表面は導波路パターン１１１のようなパターンは何ら形成されていない平面として形成されており、実施の形態１においては、表面粗さを中心線平均粗さで０．０１μｍとした。
【００３８】
また、上型１１０の外周の一部は湾曲手段１１７に固定され、湾曲手段１１７は図示しないアクチュエータに機械的に繋がっており、上型１１０の外周部を移動させることが可能になっている。
【００３９】
実施の形態１において、被転写体１０９は３０ｍｍ角の正方形で厚さ１ｍｍ、固定手段１１８は厚さが０．６μｍであり、固定手段１１８と被転写体１０９の間には０．１から０．２ｍｍの隙間を空けている。また上型１１０は、厚さ２．０ｍｍ、直径７５ｍｍ、微細パターンを形成する面のパターン高さを除いた平坦度が０．８μｍの円板である。
【００４０】
被転写体１０９を固定するための固定手段１１８は、下型１１５に固定されており、被転写体１０９の端面を形成する面１１９に溝１２０が形成されている。溝１２０の深さは、被転写体１０９の一辺の長さｌが３０ｍｍ、ガラス転移温度が５００℃、熱膨張係数αが、７．３×１０Ｅ−６、ＲＴを８０℃とし、３０×（５００−８０）×７．３×１０Ｅ−６＝０．０９より、０．０８ｍｍの深さとした。
【００４１】
上型１１０、下型１１５、固定手段１１８の成形面には、ガラスとの融着を防止するために、Ｐｔ等貴金属のコーティング膜が形成されている。
【００４２】
次に、図１および図２（ａ）から（ｄ）を用いて、前述した成形機を用いた成形方法を説明する。最初に下型１１５の上に、被転写体１０９を図示しない材料供給手段により設置し、図１の状態にする。次に、図２（ａ）に示すように湾曲手段１１７により加圧し、上型１１０の外周部を無負荷状態より０．１μｍ湾曲した状態にし、図２（ａ）の状態にした後、上プレスヘッド１１２と下プレスヘッド１１６の温度を５８０℃に加熱し、上型１１０の湾曲した状態を保ったまま、上プレスヘッド１１２の加圧力を１０００Ｎとして、図２（ｂ）に示すように上型１１０で被転写体１０９を押圧する。
【００４３】
このとき被転写体１０９の端面には、上型１１０と固定手段１１８の間の隙間に流れ出した材料によって薄い外周部１２１が形成される。外周部１２１は、上型１１０のプレス量が上がるにしたがって薄くなるため、流れ出るためには大きな力を必要とする。そのため、被転写体１０９内の応力を高めることにより、導波路パターン１１１の細部にまで被転写体１０９が充填される。
【００４４】
被転写体１０９の厚さが０．８ミクロンになったときに上プレスヘッド１１２と下プレスヘッド１１６の温度を５６０℃にし、図２（ｃ）に示すように、湾曲手段１１７の加圧力を除去することにより、外周部１２１の上型１１０に接触しない自由表面がきっかけとなり、被転写体１０９の外周部、すなわち図３におけるｃ部からｂ部にかけての領域が第１の剥離部となり、徐々に離型が開始する。
【００４５】
このように、被転写体１０９の大きさがパターン１１１の有効径以上でありかつ上型１１０が湾曲する領域に接触することから、上型１１０の湾曲を戻す際に離型促進効果が得られる。また、被転写体１０９の外形の上限が、上型１１０の外形以下で、パターン１１１の形成されている面に連続した領域より小であるという条件を満たすことにより、パターン１１１の形成されている面に非接触な外周部１２１を形成でき、離型のきっかけを確保している。
【００４６】
最後に、図２（ｄ）に示すように、上プレスヘッド１１２の加圧力を成形時とは逆向きに作用させて型開きを行う。この時、図３におけるｂ部、すなわち第１に剥離した領域以外が第２の剥離部となり、型開き後、下プレスヘッド１１６の温度が８０℃になってから、成形品１２２を取り出す。
【００４７】
このように実施の形態１によれば、型開きの際に成形品と上型１１０の導波路パターン１１１の成形面とを徐々に引き離せるため、確実に離型できる。また、被転写体１０９のスプリングバックを使用せず、上型１１０のスプリングバックを利用するため、被転写体１０９に圧縮または引っ張り応力が発生せず、その結果、形成される微細パターンは破壊されない。
【００４８】
さらに、下型１１５の中心線平均粗さを０．０１μｍとしたことにより、型開きの際の成形品を吸着により保持し、冷却斑による成形品の平坦度の劣化を防ぐことが可能となる。ここで、平面の中心線平均粗さが０．２μｍ以下であれば、前記した効果が期待できる。
【００４９】
なお、実施の形態１では、上型１１０の基材に石英を採用しているが、上型１１０の基材はセラミック、サーメット、超硬合金他、成形型の耐熱性と耐久性を満たすものであれば良い。さらにコーティング膜は貴金属を選定しているが、ＳｉＣ等の炭化物、ＴｉＮ等の窒化物またはカーボン膜等、型基材とガラス被転写体９の融着を防止できるものも採用できる。また、実施の形態１において使用する成形機は、上型１１０、下型１１５をそれぞれ上プレスヘッド１１２、下プレスヘッド１１６に固定した型固定方式の成形機であるが、型移動方式の成形機であっても良い。
【００５０】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２の成形方法を実施する成形機を示す断面図である。なお、図４に示す実施の形態２において、図１，２に示す実施の形態１における部材と同一部材については同一符号を付して、詳細な説明を省略する。１２３は被転写体であり、転移点が１６３℃、熱膨張係数が６．０×１０Ｅ−５の樹脂材料である。１２４は上型であり、基材が石英であり成形面にはフッ素系の離型剤膜を形成している。上型１２４には図３に示す有効径内ａ部に成形すべき導波路パターン１１１が形成されており、導波路パターン１１１は最小幅３ミクロン、最大深さ２０μｍの溝により構成されている。また上型１２４は外周部を除いて上プレスヘッド１１２に固定されている。
【００５１】
被転写体１２３の寸法は７０ｍｍ角、厚さ１ｍｍ、固定手段１２６は厚さが０．６ｍｍ、被転写体１２３との間は０．１から０．２ｍｍとなるよう公差を設けた。また上型１２４は、導波路パターン１１１の深さを除いた平坦が０．６μｍ、厚さ２．５ｍｍ、直径１００ｍｍの円板である。
【００５２】
１２５は下型であり、下プレスヘッド１１６に固定されている。１２６は被転写体１２３の固定手段であり、下型１２５に固定されており、一辺の長さｌが７０ｍｍ、ガラス転移温度が１６３℃、熱膨張係数αが、６．０×１０Ｅ−５、ＲＴを８０℃とし、７×（１６３−８０）×６×１０Ｅ−５＝０．３５より、被転写体の端面を形成する面１２７を上型１２４に近い方が中心に向かって０．３４ｍｍ倒れこむ逆テーパに形成した。
【００５３】
次に、図４（ａ）から（ｄ）を用いて、前述した成形機を用いた成形方法を説明する。最初に下型１２５の上に、被転写体１２３を図示しない材料供給手段により設置し、図４（ａ）の状態にする。次に、ヒータ１１３によって上プレスヘッド１１２と下プレスヘッド１１６の温度が１８０℃になるように加熱し、上プレスヘッド１１２の加圧力を８００Ｎとして、図４（ｂ）に示すように上型１２４で被転写体１２３を押圧する。
【００５４】
このとき被転写体１２３の端面には、上型１２４と固定手段１２６の間の隙間に流れ出した材料により薄い外周部１２８が形成され、上型１２４のプレス量が上がるにしたがって被転写体１２３内の応力が高まり、導波路パターン１１１の細部にまで被転写体１２３が充填される。
【００５５】
そして、被転写体１２３の厚さが０．８ｍｍになったときに上プレスヘッド１１２と下プレスヘッド１１６の温度を１５５℃にし、図４（ｃ）に示すように、湾曲手段１１７により上型１２４を湾曲した状態にすると、外周部１２８の上型１２４に接触しない自由表面がきっかけとなり、被転写体１２３の外周部１２８から徐々に離型が開始する。
【００５６】
最後に図４（ｄ）に示すように、上プレスヘッド１１２の加圧力を成形時と逆向きにして、被転写体１２３から上型１２４を完全に離型させ、下プレスヘッド１１６の温度が８０℃のときに成形品１２９を取り出す。
【００５７】
このように実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、成形品と上型１１０とを徐々に引き離せるため、確実に離型できる。また、上型１２４のスプリングバックを利用するため、被転写体１２３に形成される微細パターンは破壊されない。
【００５８】
なお、実施の形態２と同様の構成で、上型１２４を湾曲した状態にする温度を１４０℃、１４８℃、１７３℃、１７８℃とした成形品を作製した。１４０℃の成形品では、上型の微細パターンが欠けてしまい、１７８℃の成形品では、成形品の表面に２５μ以上のうねりが発生し成形不良となった。したがって、１４８℃以上１７３℃以下の範囲、すなわちガラス転移温度（１６３℃）−１５℃以上、１０℃以下の範囲であれば、微細パターンを破壊せずに離型できる。
【００５９】
（実施の形態３）
バイオチップなどの微細かつ高アスペクト比の形状を有する微細パターンを形成するには、面内で厚みにばらつきがある板材などを被転写体として用いると、被転写体の厚みが厚い部分から金型に接触する。そのため、そこに対応する金型形状が摩耗および変形するという金型寿命の問題や、一番薄い箇所が最後に接触するため応力が集中する歪み発生の問題、空気のかみこみによる転写不足などの問題が予想される。
【００６０】
次に記載する実施の形態３は上記問題点に対して鑑みなされたものである。実施の形態３の概略は、金型もしくは被転写体の少なくとも一方の中央部を撓ませて接触させることで中央部から外周部へ成形型と成形品を接触させ、均一に加圧して微細パターンを転写させ、外周部から中央部へ徐々に剥離することで被転写体へ微細パターンを転写するという転写方法であり、以下、具体的に説明する。
【００６１】
図５は本発明の実施の形態３における成型方法に使用する成形機の概略図である。図５に示す成形機はナノインプリント装置等に適用されるものであり、上型２１０と下型２１１とを有し、上型２１０と下型２１１の間に樹脂もしくはガラス製の被転写体２０４と微細パターンを表面に有した金型２０５を対向させた構成である。
【００６２】
また、上型２１０は、プレート２０１と弾性パッド２０３とによって構成されており、弾性パッド２０３とプレート２０１の間に形成された空間に液体もしくは気体等の流体２０２を循環させている。なお、液体／気体の入出配管は図示していない。
【００６３】
弾性パッド２０３の材質としてはＳＵＳなどの金属膜もしくは耐熱性の樹脂膜などを用い、厚みは３０μｍ〜３００μｍ程度とする。この弾性パッド２０３の選定には、耐熱温度や耐摩耗性を考慮することが重要であり、必要に応じてＳｉＮやＤＬＣなどの耐摩耗性薄膜を表面処理することも有効である。
【００６４】
２０７は温調プレートであり、この温調プレート２０７には水や油などの媒体を循環および温度調節する装置（図示せず）が接続されており、温調プレート２０７自体を所定の温度に維持する仕組みになっている。
【００６５】
２１２は自由な可動機構を有した加熱装置である。この加熱装置２１２は被転写体２０４および金型２０５の表面を加熱するために使用するものである。ここで加熱装置２１２としては、抵抗ヒータ、ハロゲンランプなどを用い、輻射熱を利用した表面加熱方法が適用可能である。しかしこの加熱方法は一例であり、金型２０５や被転写体２０４を加熱する方法としては、輻射熱を利用した加熱方法の他に抵抗ヒータや誘導加熱により発生させた熱を伝熱させる加熱方法、もしくはマイクロ波などを用いて金型および被転写体を直接熱する加熱方法も可能である。
【００６６】
下型２１１は金型固定プレート２０６と温調プレート２０７から構成されており、金型固定プレート２０６には金型２０５を機械的に固定する機構（図示せず）が備えられている。
【００６７】
図６は金型固定プレート２０６の拡大断面図である。金型固定プレート２０６上における金型２０５の周囲には被転写体２０４を保持しかつ金型２０５と所定の空間を設ける保持機構２２０が設置されている。この保持機構２２０は摺動することによって前記空間の大きさを変えることが可能である。また、金型固定プレート２０６には金型２０５を吸引固定するための吸気路２２１が設置されている。さらに、吸気路２２１とは別に金型２０５表面から空気を噴射する噴気路２２２が設置されており、微細パターンを転写させた被転写体２０４を剥離する際に空気を噴射することも可能である。なお、この噴気路２２２の有無は問わない。
【００６８】
次に、図５，図６に示す成形機を用いた場合を例として、実施の形態３における微細パターンを転写させる方法について図７を用いて説明する。
【００６９】
まず、吸気路２２１（図６参照）を介して減圧吸着させることによって金型固定プレート２０６の表面に金型２０５を固定する。次に、被転写体２０４を金型２０５と弾性パッド２０３の間に供給する。この時、金型２０５と被転写体２０４の間に加熱装置２１２を投入して被転写体２０４と金型２０５の表面を加熱する。その後加熱装置２１２を除去すると同時に下型２１１を上型２１０に近づく方向へ移動させ、被転写体２０４の表面２１６が金型２０５と所定のギャップを形成するように保持機構２２０に被転写体２０４を保持する。
【００７０】
次に、弾性パッド２０３を被転写体２０４の裏面２１７へ当接させた状態で、保持機構２２０が摺動しながら下型２１１をさらに移動させることで金型２０５と被転写体２０４を接触させる。このとき被転写体２０４の内周部を撓ませて接触させることで内周部から外周部へ接触させることが可能である。さらに下型２１１を移動させることによって被転写体２０４の裏面２１７へ均一な圧力をかけることが可能であり、金型２０５の微細パターンを被転写体２０４の表面２１６へ転写させる。なお、上述した金型２０５の微細パターンを被転写体２０４に転写させる工程を、以下、転写工程と称することにする。
【００７１】
ここで、図７においては被転写体２０４の下方に金型２０５が設置されているが、被転写体２０４と金型２０５の設置位置が逆の場合であっても良く、また、下型２１１のみを移動させるのではなく、上型２１０のみを移動させる方法、もしくは上型２１０および下型２１１を同期させて移動させる方法も可能である。
【００７２】
最後に、微細パターンを転写した被転写体２０４を金型２０５から剥離する。この工程を、以下、離型工程と称することにする。離型工程は、上述した手順の逆を実施することで、外周部から内周部への剥離および内周部の剥離が可能となる。
【００７３】
図８は保持機構２２０を設置することによる効果を説明するための図であり、保持機構２２０がない場合には、被転写体の端部２２３に図中矢印への力が発生するため、端部における転写不足、転写形状の崩れなどが発生する。しかし、保持機構２２０を設置することで、被転写体の端部２２３へかかる前記圧力が低減でき、均一な転写を確保することが可能になる。
【００７４】
また、保持機構２２０と弾性パッド２０３が接触して破損もしくは摩耗するのを防ぐため、保持機構２２０と弾性パッド２０３が接触する危険がある箇所に、ＳｉＮやＤＬＣなどの耐摩耗性薄膜で表面処理を施すことも有効である。
【００７５】
（実施の形態４）
ところで、転写させる微細パターンがさらに複雑になると、実施の形態３の技術だけでは微細パターンに気泡が噛み込み、転写不良が発生するおそれがある。次に記載する実施の形態４はこのような問題点に対して鑑みなされたものである。
【００７６】
実施の形態４は、実施の形態３で示した被転写体２０４と金型２０５の接触工程で、周囲雰囲気を減圧状態にすることにより、空気のかみこみを低減し、高アスペクト比を有する複雑な形状の転写を可能にしたものである。
【００７７】
図９は実施の形態４による成型方法において使用する減圧装置の一例を示す概略図である。
【００７８】
図９に示す減圧装置は、減圧用チャンバー２１５内に実施の形態３で説明した装置を設置するものである。そして、減圧状態で実施の形態３に示す装置動作を実施する。その際、減圧チャンバー２１５内の圧力をＰ１とし、金型２０５を吸着している吸引圧力をＰ２とすると、Ｐ１＞Ｐ２に制御することが望ましい。もし、Ｐ１≦Ｐ２であれば、転写工程において金型２０５の位置が移動する、もしくは撓む可能性があり、転写形状の悪化が予想される。
【００７９】
また減圧状態にすることで、金型２０５や被転写体２０４の端部から外気空気への熱の逃げが低減されるため、金型２０５および被転写体２０４の温度分布精度が向上し、端部まで均一な転写を実現することができる。さらに図１０に示すように、減圧により弾性パッド２０３の被転写体に接していない部分が、減圧なしの場合（図中点線）より減圧ありの場合（図中実線）の方がより転写面へ追従する形状をとるため、被転写体の端部２２３まで均一に加圧することができ、均一な転写を実現できる。
【００８０】
なお、実施の形態４を実現する装置としては、図１１に示すように、減圧チャンバー２１５の内壁を掘り込んだ空間を設置し、その上に弾性パッド２０３を形成することも可能である。
【００８１】
（実施の形態５）
被転写体を所定の温度まで加熱し、所定の温度まで冷却するプロセスは、非常に時間を要するため、成形サイクルという観点から問題がある。次に記載する実施の形態５は上記問題点に対して鑑みなされたものである。実施の形態５では、成形サイクルを短縮する目的のため、実施の形態３に示す微細パターンの転写工程において、金型および被転写体の加熱方法を以下に示す内容で実施したものである。
【００８２】
ここで加熱方法として次の２つの方法がある。１つ目は図１２に示すように、ヒータブロック２１８を抵抗ヒータで加熱させて金型２０５を伝熱加熱し、弾性パッド２０３内に循環させる流体２０２として高温に制御した水を用い、弾性パッド２０３を介してその水の熱を被転写体として用いたポリカーボネイト２２４に伝熱させる伝熱加熱方法である。２つ目は図１３に示すようにハロゲンヒータなどの輻射加熱装置２１２を用いて被転写体２０４および金型２０５の表面のみを加熱する表面加熱方法である。
【００８３】
金型２０５の微細パターンをポリカーボネイト２２４へ転写するには、ポリカーボネイト２２４の表面を軟化温度である約１４０〜１６０℃まで加熱する必要がある。ここで、伝熱加熱方法ではポリカーボネイト全体を１４０℃以上に加熱するのに対し、表面加熱方法はポリカーボネイトの転写面のみを加熱するだけで良い。その違いが冷却時間の短縮に効果があり、成形サイクル短縮が可能である。
【００８４】
また被転写体２０４および金型２０５表面の温度は、転写工程の直前には、ガラス転移温度＋１０℃以下、離型工程の直前にはガラス転移温度−１５℃に設定するのが望ましい。この温度範囲を越えると、加熱／冷却に要する時間が長くなり、また被転写体の熱収縮量が増加して離型しにくくなる可能性があるためである。
【００８５】
具体的に、金型２０５は０．３ｍｍｔのＮｉ板、被転写体２０４として１ｍｍｔのポリカーボネイト板材を使用した場合、伝熱加熱方法と表面加熱方法で加熱したポリカーボネイトの表面温度について冷却プロファイルの解析結果を図１４に示す。ここで、転写開始温度を１４０℃、剥離温度を１１５℃とした場合、冷却に必要な時間が表面加熱方法の方が伝熱加熱方法に比べて約半分で可能である。この冷却時間短縮の効果は、ポリカーボネイトの板厚が厚いほどまた転写開始温度が高いほど明確に現れる。
【００８６】
このように、表面加熱方法を採用することによって成形サイクル短縮が可能になる。
【００８７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述したものに限るものではない。例えば、上述した実施の形態においては、上型、下型の平坦面の間に被転写体を供給しているため、平板形状の成形品が作成されるが、それに限らず、レンズ形状に成形するものであっても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明の成形方法は、微細なパターンを成形により得ることができるため、レンズアレイ、データディスク基板や、配線等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の実施の形態１の成形方法を実施する成形機を示す断面図
【図２】実施の形態１の成形工程を示す断面図
【図３】上型の表面に形成した導波路パターンを示す説明図
【図４】本発明の実施の形態２の成形方法を実施する成形機を示す断面図
【図５】本発明の実施の形態３における成型方法に使用する成形機の概略図
【図６】金型固定プレートの拡大断面図
【図７】図５，図６に示す成形機を用いた微細パターンの転写工程を示す説明図
【図８】保持機構を設置することによる効果を説明するための図
【図９】実施の形態４による成型方法において使用する減圧装置の一例を示す概略図
【図１０】減圧なしの場合（図中点線）と減圧ありの場合（図中実線）との比較結果を示す説明図
【図１１】実施の形態４による成型方法において使用する減圧装置の他例を示す概略図
【図１２】金型を伝熱加熱して被転写体に伝熱させる伝熱加熱方法を説明するための図
【図１３】被転写体および金型の表面のみを加熱する表面加熱方法を説明するための図
【図１４】表面加熱と電熱加熱との特性を示す図
【図１５】従来の溝充填光導波路の製造工程を示す図
【図１６】は導波路パターン作成方法にプレス成形法を用いた従来のプレス成形装置の一例を示す説明図
【図１７】被転写体が熱収縮するときの被転写体の挙動を示す説明図
【符号の説明】
【００９０】
１０９，１２３，２０４  被転写体
１１０，１２４，２１０  上型
１１１  導波路パターン
１１２  上プレスヘッド
１１３  ヒータ
１１５，１２５，２１１  下型
１１６  下プレスヘッド
１１７  湾曲手段
１１８，１２６  固定手段
１２０  溝
１２１，１２８  外周部
１２２，１２９  成形品
１２７  面
２０１  プレート
２０２  流体
２０３  弾性パッド
２０５  金型
２０６  金型固定プレート
２０７  温調プレート
２１２  加熱装置
２１５  減圧チャンバー
２１６  表面
２１７  裏面
２１８  ヒータブロック
２２０  保持機構
２２１  吸気路
２２２  噴気路
２２３  端部
２２４  ポリカーボネイト
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2006212859.tif 000015
【図１４】
2006212859.tif 000016
【図１５】
2006212859.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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