(57)【要約】【課題】成形タクトを短くすることができるナノインプリント装置を提供する。【解決手段】モールドホルダと、ゴムシートと、表面に微細パターンを有するモールドと、基板ホルダと、第１熱源金型と、第２熱源金型とを備え、前記モールドホルダと、前記ゴムシートと、前記モールドと、熱可塑性プラスチック基板と、前記基板ホルダとを、この順で、前記モールドの微細パターンが前記熱可塑性プラスチック基板と向かい合うように積層したものを、前記基板ホルダ側から前記第１熱源金型、前記モールドホルダ側から前記第２熱源金型によって挟み込んで加熱プレスすることによって、前記モールドの微細パターンを前記熱可塑性プラスチック基板に転写するナノインプリント装置であって、加熱プレス時に、前記第１熱源金型は前記熱可塑性プラスチック基板をそのガラス点移転温度より高温に加熱する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モールドホルダと、ゴムシートと、表面に微細パターンを有するモールドと、基板ホルダと、第１熱源金型と、第２熱源金型とを備え、
前記モールドホルダと、前記ゴムシートと、前記モールドと、熱可塑性プラスチック基板と、前記基板ホルダとを、この順で、前記モールドの微細パターンが前記熱可塑性プラスチック基板と向かい合うように積層したものを、前記基板ホルダ側から前記第１熱源金型、前記モールドホルダ側から前記第２熱源金型によって挟み込んで加熱プレスすることによって、前記モールドの微細パターンを前記熱可塑性プラスチック基板に転写するナノインプリント装置であって、
加熱プレス時に、前記第１熱源金型は前記熱可塑性プラスチック基板をそのガラス点移転温度より高温に加熱することを特徴とするナノインプリント装置。
【請求項２】
前記第２熱源金型は前記第１熱源金型より低い温度に発熱することを特徴とする請求項１記載のナノインプリント装置。
【請求項３】
加熱プレス時、前記第１熱源金型は前記熱可塑性プラスチック基板をそのガラス点移転温度より１０℃以上の温度に加熱することを特徴とする請求項１又は２記載のナノインプリント装置。
【請求項４】
モールドの微細パターンを熱可塑性プラスチック基板に転写するナノインプリント方法であって、
モールドホルダと、ゴムシートと、表面に微細パターンを有する前記モールドと、前記熱可塑性プラスチック基板と、基板ホルダとを、この順で、前記モールドの微細パターンが前記熱可塑性プラスチック基板と向かい合うように積層する工程と、
積層された前記モールドホルダと、前記ゴムシートと、前記モールドと、前記熱可塑性プラスチック基板と、前記基板ホルダとを、前記基板ホルダ側から第１熱源金型、前記モールドホルダ側から第２熱源金型によって挟み込み、前記第１熱源金型が前記熱可塑性プラスチック基板をそのガラス点移転温度以上に加熱して加熱プレスする工程と、
前記加熱プレス後、前記熱可塑性プラスチック基板を所定の温度まで冷却する工程と、
前記熱可塑性プラスチック基板が所定の温度まで冷却された後、前記熱可塑性プラスチック基板を前記モールドから剥離する工程とを含むことを特徴とするナノインプリント方法。
【請求項５】
前記加熱プレスする工程において、前記第２熱源金型が前記第１熱源金型より低温に発熱することを特徴とする請求項４記載のナノインプリント方法。
【請求項６】
前記加熱プレスする工程において、前記第１熱源金型は前記熱可塑性プラスチック基板のガラス点移転温度より１０℃以上の温度に加熱することを特徴とする請求項４又は５記載のナノインプリント方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノインプリント装置及びナノインプリント方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報量の増加に伴いハードディスク等の大容量高記録密度媒体の需要が増えている。又、大容量高記録密度媒体は、信頼性、低コスト化についても求められている。光ディスクは、これらの期待に答えることの出来る信頼性を持っており、且つ低コストなためその需要エリアは幅広い。
【０００３】
しかし、ハードディスク等に比べ、光ディスク１枚の記録容量は少ない為、更なる高記録密度化が現在の課題とも言える。ＨＤＤＶＤ（登録商標）やＢｌｕｒａｙ  Ｄｉｓｋ（登録商標）の様に、記録再生に用いられるレーザーのスポット径を狭めた青色レーザーを使用する高密度な光メディアが登場している。これらは、ディスク形成においてディスクのパターン面におけるランドプリピット（溝形状）を現行のＤＶＤよりも更に微細化させることにより光ディスクの高密度化を図ることが出来るが、更なる高密度化は現状では大変厳しい。
【０００４】
そこで、従来の技術を活かし、更なる高記録密度化のため、ディスク基板その物を薄くしたフレキシブル光ディスクの開発が広く行われている。ディスクの厚みを薄くしても、従来の記録容量をそのまま再現させることが出来れば、多数枚数充填させてもサイズは同等にも拘らず大容量化を実現させることが出来る。
【０００５】
主に、ディスク基板の成型には射出成型が用いられているが、基板厚みが０．３ｍｍ以下である場合、基板の平坦性を保つことが出来ず、成型が大変困難である。そこで、厚さ０．３ｍｍ以下のポリカーボネード等の熱可塑性プラスチック基板を表面に微細パターンを有したＮｉモールドと基板保持プレートで挟みこみ、加熱してプレスすることで、Ｎｉモールドの微細パターンを基板に熱転写させるナノインプリント技術を使用することにより、厚さ０．３ｍｍ以下の基板成型が可能となった。このようなナノインプリント技術の一例が、特許文献１に記載されている。
【０００６】
さらに、直径１２０ｍｍの光ディスクなど、大面積を均一に転写させるためには前記Ｎｉモールドの裏側に荷重を均一に分散させるためのゴムシートを使用することが多い。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
薄型プラスチック基板に熱式ナノインプリント装置で微細パターンを熱転写する工程において、Ｎｉモールドの裏側に使用される荷重を均一に分散させるためのゴムシートは一般的に熱伝導率が低い為、モールド側から薄型プラスチック基板に熱が伝わるのに時間がかかり、成形タクトが長くなるといった問題がある。
【０００９】
上述したことを鑑み、本発明は、成形タクトを短くすることができるナノインプリント装置及び方法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】
【００１０】
本発明者等は、従来のように熱伝導率が低いゴムシートがあるモールド側からではなく、熱可塑性プラスチック基板側から加熱を行うことで、ナノインプリントに必要な加熱をより早く行うことができることに想到した。
【００１１】
本発明のナノインプリント装置は、モールドホルダと、ゴムシートと、表面に微細パターンを有するモールドと、基板ホルダと、第１熱源金型と、第２熱源金型とを備え、前記モールドホルダと、前記ゴムシートと、前記モールドと、熱可塑性プラスチック基板と、前記基板ホルダとを、この順で、前記モールドの微細パターンが前記熱可塑性プラスチック基板と向かい合うように積層したものを、前記基板ホルダ側から前記第１熱源金型、前記モールドホルダ側から前記第２熱源金型によって挟み込んで加熱プレスすることによって、前記モールドの微細パターンを前記熱可塑性プラスチック基板に転写するナノインプリント装置であって、加熱プレス時に、前記第１熱源金型は前記熱可塑性プラスチック基板をそのガラス点移転温度より高温に加熱することを特徴とする。加熱時間が短くなることで、成形タクトを短くすることが可能になる。
【００１２】
加熱プレス時、保温のために前記第２熱源金型が前記第１熱源金型より低い温度に発熱するようにしてもよい。
【００１３】
加熱プレス時、好適には、前記第１熱源金型は前記熱可塑性プラスチック基板をそのガラス点移転温度より１０℃以上の温度に加熱する。
【００１４】
本発明のナノインプリント方法は、モールドホルダと、ゴムシートと、表面に微細パターンを有する前記モールドと、前記熱可塑性プラスチック基板と、基板ホルダとを、この順で、前記モールドの微細パターンが前記熱可塑性プラスチック基板と向かい合うように積層する工程と、積層された前記モールドホルダと、前記ゴムシートと、前記モールドと、前記熱可塑性プラスチック基板と、前記基板ホルダとを、前記基板ホルダ側から第１熱源金型、前記モールドホルダ側から第２熱源金型によって挟み込み、前記第１熱源金型が前記熱可塑性プラスチック基板をそのガラス点移転温度以上に加熱して加熱プレスする工程と、前記加熱プレス後、前記熱可塑性プラスチック基板を所定の温度まで冷却する工程と、前記熱可塑性プラスチック基板が所定の温度まで冷却された後、前記熱可塑性プラスチック基板を前記モールドから剥離する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ナノインプリント技術において成形タクトを短くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明のナノインプリント装置の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明のナノインプリント装置の構成の一例を示す概略図である。先ず、図１（ａ）に示すように、センターピンを有するモールドホルダ１上に、円板状でセンターホールを有するゴムシート２を重ね、その上に、表面に微細パターンを有し、円板状でセンターホールを有するモールド３を、前記微細パターンが上になるように重ね、縁の部分をモールド押さえ４で押さえ、その上に、厚さ０．３ｍｍ以下の円板状でセンターホールを有する熱可塑性プラスチック基板５を重ね、その上に、円板状でセンターホールを有する基板ホルダ６を重ねる。
【００１７】
熱可塑性プラスチック基板５には、メタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等を用いる。光ディスクとして使用する場合は、その複屈折特性からＰＣを用いるのが望ましい。
【００１８】
ゴムシート２は、荷重を均一に分散させるためのものであり、一般的にはシリコーンゴムシート、もしくはフッ素ゴムシート等を用いる。厚みとしては１〜３ｍｍが望ましい。
モールド３は、好適には、Ｎｉ、ＮｉＰ等によって成る。
【００１９】
基板ホルダ６には熱伝導性の高い金属を用いる。平面度が要求される場合は通常、ＳＵＳ系金属、ニッケルリン、アルミ合金等を用いる。さらに熱伝導性を高める場合は、ベリリウム銅を用いることがある。好適には、熱伝導率を１５〜４００（Ｗ／ｍ・Ｋ）とする。熱可塑性プラスチック基板５に面する側は、表面粗さＲａ＝１０ｎｍ以下の鏡面加工がされていることが望ましい。
【００２０】
図１（ａ）に示すようにモールドホルダ１、ゴムシート２、モールド３、モールド押さえ４、熱可塑性プラスチック基板５及び基板ホルダ６を重ねた積層体を、図１（ｂ）に示すように、第１熱源金型７と第２熱源金型８とによって積層方向に挟み込む。第１熱源金型７及び第２熱源金型８は、それぞれヒータを内蔵しており、間に挟んだ積層体を加熱しながら加重印加することによってナノインプリントを行うようになっている。
【００２１】
ナノインプリントによってモールド３の微細パターンを熱可塑性プラスチック基板５に転写するためには、熱可塑性プラスチック基板５とモールド３が接する面を、熱可塑性プラスチック基板５のガラス転移温度Ｔｇ以上に加熱する必要があり、好適にはＴｇ＋１０℃程度に加熱する。本発明のナノインプリント装置では、熱可塑性プラスチック基板５及びモールド３を、主に熱可塑性プラスチック基板５側から加熱する、すなわち、第１熱源金型８によって加熱する。
【００２２】
熱伝導率の低いゴムシート２があるモールド３側からではなく、熱伝導率の高い基板ホルダ６がある熱可塑性プラスチック基板５側から加熱するため、熱可塑性プラスチック基板５及びモールド３を素早くＴｇ以上に加熱することができ、ナノインプリントのタクトを短縮させることが可能となる。
【００２３】
ナノインプリントにおいては、荷重印加中だけ熱を印加したいので、通常、加重印加前後は、熱可塑性プラスチック基板５及びモールド３がＴｇ以下、もしくはＴｇ＋１０℃以下になるように第１熱源金型７を発熱させる。加重印加中にのみ、熱可塑性プラスチック基板５及びモールド３がＴｇ＋１０℃程度となるように第１熱源金型７を発熱させる。
【００２４】
この際、第２熱源金型８を、第１熱源金型７と同じ、又はそれよりは低い温度で発熱させて保温するようにすれば、モールド３側から熱が逃げるのを防ぐことができ、熱可塑性プラスチック基板５及びモールド３をより速く加熱することが可能になる。しかしながら、モールド３側からも加熱すると、冷却に必要な時間が長くなるため、あまり高い温度にしないようにすることが望ましい。
【００２５】
例えば、熱可塑性プラスチック基板５の材料をポリカーボネートとした場合、Ｔｇは約１５０℃であるため、１６０℃程度以上に加熱する必要がある。このため、第１熱源金型７を２００℃に、第２熱源金型を１５０℃に設定すれば、熱可塑性プラスチック基板５及びモールド３をＴｇ（１５０℃）＋１０℃以上に加熱することができる。
【００２６】
第１熱源金型７及び第２熱源金型８によって前記積層体を加熱プレスした後、熱源金型７及び第２熱源金型８を取り外し、図１（ｃ）に示すように、熱可塑性プラスチック基板５をモールド３から剥離すれば、モールド３の微細パターンが転写された熱可塑性プラスチック基板５が得られる。
【００２７】
このように加熱プレス後に熱可塑性プラスチック基板５を取り出す際、第１熱源金型７及び第２熱源金型８を取り外し、積層体を冷却させる必要があるが、冷却時も、熱伝導性が低いゴムシート２があるため、モールド３側の放熱が熱可塑性プラスチック基板５側よりも悪くなる。したがって、モールド３側からの加熱温度が熱可塑性プラスチック基板５側の加熱温度より低い本発明のナノインプリント装置は、モールド３側から加熱する従来のナノインプリント装置より冷却時の時間も短くすることができるといった効果を奏する。
【００２８】
＜実施例＞
上記で説明したような本発明のナノインプリント装置を使用し、実際に熱可塑性プラスチック基板にモールドの微細パターンを熱転写する際の加熱時及び冷却時の時間を測定した。ナノインプリント装置の構成は図１に示したものと同様のものを使用した。熱可塑性プラスチック基板としては、厚さ０．１ｍｍのポリカーボネートシート基板を使用した。ゴムシートとしては、シリコンゴムシートを使用した。基板ホルダとしては、ステンレス鋼製の鏡面板を使用した。
【００２９】
本発明の実施例として、熱可塑性プラスチック基板側の第１熱源金型の加熱プレス時の温度を２００℃に設定し、モールド側の第２熱源金型の加熱プレス時の温度を１５０℃に設定した。
【００３０】
比較例として、モールド側の第２熱源金型の加熱時の温度を２００℃に設定し、従来のようにモールド側からのみ加熱した。
【００３１】
実施例、比較例共に、加熱プレス後、冷却を行い、１００℃に達した時点で熱可塑性プラスチック基板をモールドから剥離した。
【００３２】
図２（ａ）は、実施例及び比較例の加熱プレス時における熱可塑性プラスチックシートの温度変化を示すグラフであり、図２（ｂ）は冷却時の温度変化を示すグラフである。縦軸は熱可塑性プラスチック基板の温度［℃］を表し、横軸は時間［ｍｉｎ］を表す。実施例を実線で示し、比較例を点線で示す。
【００３３】
これらのグラフからわかるように、加熱時、冷却時共に、比較例より実施例の方が早く所定の温度に達し、実施例の方が比較例より２分程度早くナノインプリント処理を終えることができた。この測定結果から、本発明のナノインプリント装置は、従来のナノインプリント装置より短い成形タクトを実現できることが実証された。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、ナノインプリント装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は本発明のナノインプリント装置の構成の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施例及び比較例における熱可塑性プラスチックシートの加熱実験の結果を示すグラフであり、（ａ）は加熱時の結果を示し、（ｂ）は冷却時の結果を示す。
【符号の説明】
【００３６】
１  モールドホルダ
２  ゴムシート
３  モールド
４  モールド押さえ
５  熱可塑性プラスチック基板
６  基板ホルダ
７  第１熱源金型
８  第２熱源金型
【図１】
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【図２】
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