(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被転写体が塗布された基板を載置するための載置領域を有するステージと、
薄板状であって、可撓性を有し、前記ステージの前記載置領域と向かい合う第一面に微細パターンを有し、所定の張力で保持されるモールドと、
前記モールドの前記第一面と反対の第二面を押圧可能な押圧ロールと、を備え、
前記ステージは、前記載置領域の周囲に前記モールドを吸着する複数の吸着孔を有し、
前記吸着孔は、前記押圧ロールの移動と同期して前記モールドの吸着を開始するように構成される
ことを特徴とするインプリント装置。
【請求項２】
前記ステージ上の前記載置領域を除く領域上に設けられ、複数の貫通孔を有するプレートをさらに備え、
前記吸着孔は、前記プレートの前記貫通孔とそれぞれ接続される
ことを特徴とする請求項１に記載のインプリント装置。
【請求項３】
前記モールドの前記第二面側に配置され、前記ステージの載置領域に向かってＵＶ光を照射可能なＵＶ照射器をさらに備え、
前記モールドは、ＵＶ透過性を有する材料である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のインプリント装置。
【請求項４】
前記吸着孔から気体を吹き出すことが可能である
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のインプリント装置。
【請求項５】
前記ステージの複数の吸着孔の各々は、吸着力を調整可能である
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のインプリント装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細パターンを形成するインプリント装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディスプレイ、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微細パターン（ナノメートル（ｎｍ）オーダーからミクロン（μｍ）オーダー）を形成することで、光の反射及び回折を制御する、従来にない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形成する方法としてはフォトリソグラフィー技術や電子線リソグラフィー技術に加えて、近年ではインプリント技術が注目されている。インプリント技術とは、表面に微細パターンが形成されたモールドを、被転写体に押し付けることで、モールドの微細パターンを転写する技術である。
【０００３】
具体的な方法としては、熱インプリント法と、ＵＶインプリント法とがある。熱インプリント法は、被転写体としての熱可塑性樹脂が基板上に塗布され、熱可塑性樹脂をガラス転移温度以上に加熱して軟化させる工程と、軟化した熱可塑性樹脂にモールドを押し当てて、モールドの微細パターンを転写する工程と、熱可塑性樹脂を冷却して硬化させる工程とを有する。
【０００４】
ＵＶインプリント法は、被転写体としてのＵＶ硬化樹脂が基板上に塗布され、未硬化のＵＶ硬化樹脂に押し当てて、モールドの微細パターンを転写する工程と、モールドを押し当てた状態で、ＵＶ硬化樹脂にＵＶ光を照射することにより、ＵＶ硬化樹脂を硬化させる工程とを有する。
【０００５】
熱インプリント法は、被転写体の材料の選択性が広いという長所があるが、熱硬化性樹脂の加熱工程及び冷却工程が必要であるため、スループットが低いという短所がある。一方、ＵＶインプリント法は、被転写体の材料がＵＶ硬化樹脂に限定されるため、熱インプリント法と比較すると材料の選択性が狭いものの、加熱工程及び冷却行程が必要ないため、数秒〜数十秒で転写を完了させることが可能であり、スループットが非常に高い。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かは、適用する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。
【０００６】
微細なパターンを形成する方式としては、図９に示すように、微細パターン３３が形成された平板状のモールド３０を、基板７１の表面に塗布された樹脂７０に対して垂直に圧力をかけることにより、モールド３０の微細パターン３３を樹脂７０に転写する平板式インプリントが一般的である。
【０００７】
しかしながら、この方式ではモールド３０と樹脂７０とが面同士で接触するため、モールド３０の微細パターン３３の内部に微小な気泡が残存し、転写欠陥を生じる可能性が高い。このような気泡による転写欠陥を抑制するためには、真空環境下でインプリントを行う必要があり、その場合は、真空装置のための装置コストがかかり、また所定の真空度に到達させるために一定時間を要するため、スループットが低下するという問題があった。
【０００８】
特許文献１では、上記問題点を解決するため、図１０に示すようなロール式ＵＶインプリント法を採用する。この方式では、微細パターン３３が形成された薄板状のモールド３０を、基板７１に塗布されたＵＶ硬化樹脂７０に対して押圧ロール１０で加圧しながら、送り方向Ｘに送ることにより、モールド３０の微細パターン３３をＵＶ硬化樹脂７０に順次転写するものである。ＵＶ硬化樹脂７０は、押圧ロール１０の後方に設置されたＵＶ照射器６０によりＵＶ光６１が照射されることで硬化する。
【０００９】
この方式によれば、モールド３０は基板７１に対して押圧ロール１０を送ることにより順次押し付けられていくため、空気が押圧ロール１０の送り方向Ｘに逃げやすく、モールド３０の微細パターン３３内部に空気が閉じ込められることなく形成することができる。さらに、モールド３０と基板７１との押圧領域は線形状になるため、転写のための圧力を小さくすることができる。加えて大気圧下での処理が可能であるため、大掛かりな真空装置を必要としない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１４−５４７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に記載のインプリント法においては、基板７１の端部に段差があると、押圧ロール１０が基板７１の端部を通過した後に、モールド３０が基板７１から浮いてしまい、基板７１の端部における微細パターンの転写が著しく悪化するという問題があった。例えば、図１１に示すように、基板７１が、基板７１の周囲に設けられたプレート４０よりも厚い場合は、押圧ロール１０による応力が基板７１の角部に集中することにより、モールド３０が屈曲して、基板７１から浮いてしまうおそれがある。一方、基板７１がプレート４０よりも薄い場合、押圧ロール１０がプレート４０の角部に乗り上げた際にモールド３０が浮いてしまうこととなる。
【００１２】
本発明は上記従来の課題を解決するために、基板の厚みによらず均一な転写を実現できるインプリント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】
本発明のインプリント装置は、被転写体が塗布された基板を載置するための載置領域を有するステージと、薄板状であって、可撓性を有し、前記ステージの前記載置領域と向かい合う第一面に微細パターンを有し、所定の張力で保持されるモールドと、前記モールドの前記第一面と反対の第二面を押圧可能な押圧ロールと、を備え、前記ステージは、前記載置領域の周囲に前記モールドを吸着する複数の吸着孔を有し、前記吸着孔は、前記押圧ロールの移動と同期して前記モールドの吸着を開始するように構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のインプリント装置によれば、押圧ロールが吸着孔を通過するとき、あるいは通過する直後にその吸着孔が吸着を開始して、モールドを吸着保持することが可能であるため、基板端部を押圧ロールが通過した後に、段差部分でモールドが浮いてしまうことを防止し、基板の厚みによらず均一な転写を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係るインプリント装置の側面図である。
【図２】同インプリント装置のモールドの平面図及び断面図である。
【図３】同インプリント装置のステージ及びプレートの平面図及び断面図である。
【図４】同インプリント装置のモールド吸着孔の動作を示す平面図である。
【図５】同インプリント装置のモールド吸着孔の動作を示す断面図である。
【図６】基板がプレートよりも厚い場合における、同インプリント装置の拡大断面図である。
【図７】基板がプレートよりも薄い場合における、同インプリント装置の拡大断面図である。
【図８】同インプリント装置のモールド吸着孔の動作を示す断面図である。
【図９】一般的なインプリント技術の模式図である。
【図１０】特許文献１に記載のインプリント装置の断面図である。
【図１１】基板がプレートよりも厚い場合における、特許文献１に記載のインプリント装置の拡大断面図である。
【図１２】基板がプレートよりも薄い場合における、特許文献１に記載のインプリント装置の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態に係るインプリント装置の構成について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本発明の実施の形態に係るインプリント装置１は、押圧ロール１０と、保持ロール２０と、モールド３０と、ステージ４０と、プレート５０と、ＵＶ照射器６０と、制御部８０とを備える。本発明の実施の形態に係るインプリント装置１は、ロール式のＵＶインプリント法を採用する。
【００１７】
押圧ロール１０は、円筒状であって、その中心に軸１１を有しており、軸１１周りに回転自在である。また、押圧ロール１０は、軸１１の方向（軸方向Ｚ）に対して垂直な平面を移動可能である。換言すると、押圧ロール１０は、ステージ４０に向かう方向（押圧方向Ｙ）と、軸方向Ｚ及び押圧方向Ｙに垂直な方向（送り方向Ｘ）とを移動可能である。保持ロール２０も、円筒状であって、その中心に軸２１を有しており、軸２１周りに回転自在で、かつ、軸２１の方向は、押圧ロール１０の軸方向Ｚと平行である。保持ロール２０も、押圧ロール１０と同様に、軸方向Ｚに対して垂直な平面を移動可能である。保持ロール２０は、例えば、押圧ロール１０と共通のユニットに保持され、保持ロール２０の軸２１の中心と押圧ロール１０の軸１１の中心との間で一定間隔Ｌ１を保ちながら、押圧ロール１０の移動と同期して移動する。しかしながら、押圧ロール１０と保持ロール２０とが共通のユニットに保持される必要はなく、互いに同期して移動する態様であれば別々のユニットに保持されてもよい。
【００１８】
モールド３０は、図１及び２に示すように、薄板状であって、押圧ロール１０及び保持ロール２０と、ステージ４０との間に設けられる。モールド３０は、ステージ４０と向かい合う第一面３１と、第一面３１と反対側の第二面３２とを有し、第一面３１の少なくとも一部には微細パターン３３が形成されている。図１では、モールド３０の全面に微細パターン３３が形成される場合が描かれているが、図２に示すように、モールド３０の一部分に微細パターン３３が形成されてもよい。また、モールド３０は、一端が可動保持部３４に保持され、他端が固定保持部３５によって保持される。可動保持部３４を移動させることにより、モールド３０にかかる張力、及びステージ４０に対するモールド３０の角度を任意に調整することができる。また、モールド３０は、ＵＶ透過性及び可撓性を有する材料であって、例えば、ＰＥＴフィルムであるが、これに限定されない。
【００１９】
ステージ４０は、図１及び３に示すように、被転写体としてのＵＶ硬化樹脂７０が塗布された基板７１を載置するための載置領域４１を有しており、載置領域４１は、モールド３０の第一面３１と向かい合う。押圧ロール１０の軸１１の中心と保持ロール２０の軸２１の中心との間隔Ｌ１は、好ましくは、ステージ４０の載置領域４１の長さＬ２よりも大きく設定される。また、載置領域４１には、基板吸着孔４２が形成されている。さらに、載置領域４１の周囲には、複数のモールド吸着孔４３が形成されている。モールド吸着孔４３は、それぞれ独立しており、理由は後述するが、気体の噴き出しが可能であることが望ましい。また、吸着力や気体の流量を調整可能であることが望ましい。
【００２０】
プレート５０は、ステージ４０上の載置領域４１を除く領域上に設けられ、その高さは使用する基板７１の厚さと同程度である。換言すると、ステージ４０とプレート５０とで、基板７１と同程度の幅及び深さの凹部が形成され、その凹部に基板７１が嵌め込まれることとなる。また、プレート５０は、複数の貫通孔５１を有する。プレート５０の貫通孔５１は、ステージ４０のモールド吸着孔４３にそれぞれ接続される。
【００２１】
ＵＶ照射器６０は、ステージ４０に向かってコリメートされたＵＶ光６１を照射可能であって、モールド３０の第二面３２側に配置され、照射されたＵＶ光６１が保持ロール２０及び押圧ロール１０によって遮られない位置に設けられる。例えば、ＵＶ照射器６０は、押圧ロール１０の押圧方向ＹにＵＶ光６１を照射し、この場合、押圧方向Ｙから見て、ＵＶ照射器６０は押圧ロール１０及び保持ロール２０と重ならない位置に設けられる。ＵＶ照射器６１は、例えばＬＥＤであるが、これに限定されない。
【００２２】
次に、本実施の形態に係るインプリント装置１を用いたインプリント方法を説明する。押圧ロール１０及びモールド吸着孔４３は、それぞれ制御部８０に接続されており、制御部８０は、押圧ロール１０及びモールド吸着孔４３の動作を制御する。また、図１に示すように、制御部８０は、保持ロール２０やＵＶ照射器６０とも接続されて、保持ロール２０及びＵＶ照射器６０をも制御するように構成してもよい。
【００２３】
まず、未硬化のＵＶ硬化樹脂７０が塗布された基板７１を、ＵＶ硬化樹脂７０とモールド３０とが向かい合うように、ステージ４０の載置領域４１に載置する。これにより、ステージ４０とプレート５０とで形成される凹部に、基板７１が嵌め込まれることとなる。このとき、基板７１は所定の位置にアライメントされ、基板吸着孔４２によってステージ４０の載置領域４１上に吸着保持される。そして、モールド３０を所定の張力及び角度で保持しつつ、押圧ロール１０を押圧方向Ｙに移動させる。これにより、押圧ロール１０はモールド３０の第二面３２と接触して押圧し、可撓性を有するモールド３０は、押圧ロール１０の移動に沿って変形する。押圧ロール１０が押圧方向Ｙに移動することにより、ステージ４０上に載置された基板７１に対して垂直に圧力が加えられる。このとき、圧力の大きさは、ロードセル（図示しない）によって計測されており、計測された圧力が所定の圧力に到達すると、押圧ロール１０を送り方向Ｘに移動させる。押圧ロール１０が送り方向Ｘに移動することにより、押圧ロール１０は、モールド３０の第二面３２との摩擦力の影響を受けて回転する。そして、モールド３０の第一面３１は、基板７１上のＵＶ硬化樹脂７０と順次接触していき、第一面３１に形成された微細パターン３３がＵＶ硬化樹脂７０に順次転写される。また、図１に示す保持ロール２０は、押圧ロール１０と一定間隔Ｌ１を保ちながら、押圧ロール１０の移動と同期して移動する。
【００２４】
このとき、図４及び５に示すように、モールド吸着孔４３は押圧ロール１０の移動と同期して吸着を開始するように構成される。モールド吸着孔４３は、それぞれプレート５０の貫通孔５１に接続されるため、モールド吸着孔４３が吸着を開始すると、モールド３０は貫通孔５１を介してプレート５０上に吸着保持される。具体的には、押圧ロール１０の軸１１がモールド吸着孔４３を通過するとき、若しくは通過した直後に、そのモールド吸着孔４３を順次オンすることが望ましい。図４において、複数のモールド吸着孔４３のうち、白く塗りつぶされたものは吸着オフの状態を示し、黒く塗りつぶされたものは吸着オンの状態を示す。
【００２５】
仮に、押圧ロール１０の軸１１がモールド吸着孔４３を通過する前に、そのモールド吸着孔４３をオンすると、モールド３０がＵＶ硬化樹脂７０に押圧ロール１１で加圧される前に接触してしまい、気泡が混入して転写欠陥が生じる恐れがある。また、押圧ロール１０の軸１１がモールド吸着孔４３を完全に通過した後に、そのモールド吸着孔４３をオンすると、モールド３０が基板７１とプレート５０との段差部分で変形し、基板７１端部において微細パターン３３が転写されないおそれがある。なお、図４〜８においては、図１に示される保持ロール２０の構成は省略されている。
【００２６】
本実施の形態に係るインプリント装置１によれば、基板７１の厚みによらず均一な転写を実現することができる。例えば、図６に示すように、基板７１がプレート５０よりも厚い場合、その段差部分を押圧ロール１０が通過する際又は直後に、モールド３０はモールド吸着孔４３によって順次吸着保持されるため、押圧ロール１０が通過した後の段差部分において、薄板状モールド３０が屈曲することが抑制され、モールド３０がＵＶ硬化樹脂７０から浮くことを防止できる。さらに、図７に示すように、基板７１がプレート５０よりも薄い場合、その段差部分を押圧ロール１０が通過する際又は直後にモールド３０はモールド吸着孔４３によって順次吸着保持されるため、モールド３０は段差部分に追従することとなり、押圧ロール１０が通過した後のモールド３０の端部がＵＶ硬化樹脂７０から浮くことを防止できる。したがって、基板７１の端部まで微細パターンを転写することが可能となり、基板７１の厚みによらず均一な転写を実現することができる。なお、押圧ロール１０の表面は一定の弾性を有しており、そのため、基板７１がプレート４０よりも薄い場合であっても、図７に示すように、押圧ロール１０の表面は基板７１の表面に沿って移動することができる。
【００２７】
次に、図１に示すＵＶ照射器６０により、ＵＶ硬化樹脂７０にＵＶ光６１を照射して、ＵＶ硬化樹脂７０を硬化させる。モールド３０はＵＶ透過性を有する材料であるため、モールド３０の第二面３２側からステージ４０に向かってＵＶ光６１を照射することにより、モールド３０を介してＵＶ硬化樹脂７０にＵＶ光６１を当てることが可能である。
【００２８】
最後に、モールド３０をＵＶ硬化樹脂７０から離型する。具体的には、図８に示すように、押圧ロール１０を、送り方向Ｘと反対の方向に移動させることにより、モールド３０に係る張力を利用して、モールド３０をＵＶ硬化樹脂７０から剥離することが可能である。このとき、モールド吸着孔４３の吸着を停止しておく必要がある。さらに、モールド吸着孔４３が、気体の吹き出し可能である場合は、押圧ロール１０の移動に同期して、順次気体を吹き出すことにより、モールド３０の剥離をアシストすることが可能である。具体的には、押圧ロール１０が通過する際又は直前のモールド吸着孔４３から気体を順次吹き出すことが望ましい。また、気体の流量調整が可能である場合は、各箇所に応じて離型のアシスト力を制御することが可能である。
【００２９】
なお、本実施の形態に係るインプリント装置１は、図１に示すように、押圧ロール１０の軸１１の中心と、保持ロール２０の軸２１の中心との間隔Ｌ１は、ステージ４０の載置領域４１の長さＬ２よりも大きく設定することが好ましい。保持ロール２０は、押圧ロール１０が通過した後のモールド３０の部分がＵＶ硬化樹脂７０から離れないように保持するために備えられるが、押圧ロール１０の軸１１の中心と、保持ロール２０の軸２１の中心との間隔Ｌ１が、ステージ４０の載置領域４１の長さＬ２よりも大きい場合、押圧方向Ｙから見て押圧ロール１０と保持ロール２０との間に基板７１がある状態でＵＶ光６１を照射することにより、ＵＶ光６１の照射を一括して行うことができる。
【００３０】
なお、本実施の形態に係るインプリント装置１は、円筒状の保持ロール２０を備えることを述べたが、これに限られず、押圧ロール１０が通過した後のモールド３０の部分がＵＶ硬化樹脂７０から離れないように保持できれば、保持ロール２０の代わりに、円筒状でない保持部材を用いてもよい。
【００３１】
また、インプリント装置１は、プレート５０とステージ４０とで凹部を形成することを述べたが、これに限られない。例えば、ステージ４０が凹部を有する場合、プレートが無くとも、ステージ４０の凹部に基板を嵌め込むことが可能である。ただし、プレート４０を使用する場合は、基板７１の形状及び厚みと同程度のプレートを適宜選択することにより、任意の形状及び厚みの基板７１に対して適切な凹部を形成することが可能である。
【００３２】
また、本実施の形態では、ＵＶインプリント法について説明したが、これに限られず、熱インプリント法を採用してもよい。熱インプリント法の場合、モールド３０はＵＶ透過性を有する材料に限定されない。また、被転写体の材料は、ＵＶ硬化樹脂の代わりに、ガラス転移温度以上に加熱することによって軟化する熱硬化性樹脂が使用される。さらに、ＵＶ照射器６０の代わりに、熱硬化性樹脂を加熱及び冷却する機構を備える必要がある。例えば、ステージ４０にヒータが設けられて、ヒータが基板７１を介して熱硬化樹脂を加熱し、押圧ロール１０に冷却流路が設けられて、冷却流路に冷却水や冷却ガスを流すことにより、押圧ロール１０の表面及びモールド３０を介して熱硬化性樹脂を冷却することができる。
【００３３】
また、基板吸着孔４２が設けられることを述べたが、これに限られず、例えば、接着によって基板７１を保持してもよい。基板吸着孔４２によって基板７１を保持する場合、保持の解除が容易であるため好ましい。
【００３４】
なお、図面では、押圧ロール１０の押圧方向Ｙから見て円形状の基板７１を使用し、ステージ４０の載置領域４１も円形状である場合が描かれているが、これに限られず、例えば、多角形状であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、基板の厚みによらず均一な転写を実現できるインプリント装置に有用である。
【符号の説明】
【００３６】
１          インプリント装置
１０        押圧ロール
２０        保持ロール
３０        モールド
４０        ステージ
４１        載置領域
４２        基板吸着孔
４３        モールド吸着孔
５０        プレート
６０        ＵＶ照射器
７０        ＵＶ硬化樹脂
７１        基板
【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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