CN106663603A - 分步重复式压印装置以及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可以抑制在压印时产生不良情况或模具破损的分步重复式压印装置。根据本发明，提供一种分步重复式压印装置，具备：载置工作台基材的工作台；构成为可以相对于所述工作台相对移动且以与所述工作台基材对置的方式保持挠性基材的定位机构；以及一边使所述挠性基材挠曲一边将所述挠性基材朝所述工作台基材按压的加压机构，所述工作台基材与所述挠性基材中的一方具有凹凸图案，所述工作台基材与所述挠性基材中的另一方具备转印所述凹凸图案的被转印树脂层，构成为通过所述加压机构一边使所述挠性基材挠曲一边朝所述工作台基材按压所述挠性基材，从而将所述凹凸图案转印到所述被转印树脂层。

Description

分步重复式压印装置以及方法
【技术领域】
本发明涉及重复式压印装置以及方法。
【背景技术】
压印技术是将具有微细图案的模具向基材上的液态树脂等树脂材料按压由此将模具的图案转印于树脂材料的微细加工技术。作为微细图案，存在从10nm数量级的纳米级别的图案到100μm左右的图案。可以在半导体材料、光学材料、存储介质、微型机械、生物、环境等各种领域中使用。
然而，在表面具有纳米级别的微细的凹凸图案的模具由于在形成图案时花费时间所以非常昂贵。因此，在表面具有纳米级别的微细的凹凸图案的模具的大型化(大面积化)较困难。
因此，在专利文献1中，一边以使加工区域不重叠的方式使模具的位置偏移一边重复进行使用小的模具的压印，从而可以进行大面积的压印(分步重复)。
【现有技术文献】
【专利文献】
专利文献1：日本专利第4262271号
【发明内容】
【发明要解决的課題】
在专利文献1的方法中，在将模具的凹凸图案沿垂直方向按压到转印材料之后的状态下将转印材料露光使之固化，从而形成具有反转了凹凸图案的反转图案的固化树脂层，然后，重复进行将模具沿垂直方向从固化树脂层取下这样的工序。
在专利文献1的方法中，在将模具按压于转印材料时，在两者之间夹着空气，而无法适当地转印凹凸图案，存在若为了进行脱气而进行高压冲裁则模具或基材破损的忧虑。另外，当在形成固化树脂层后取下模具时，存在形成于固化树脂层的反转图案损伤的情况。进而，载置涂敷转印材料的基材的工作台上下面的平面度以及平行度的影响对转印精度较大地产生影响。上述问题随着模具的大型化而更加深刻。
本发明是鉴于上述情况而完成的，提供一种可以抑制产生压印不良情况或模具破损的分步重复式压印装置。
【用于解决课题的技术手段】
根据本发明，提供一种分步重复式压印装置，具备：载置工作台基材的工作台；构成为可以相对于上述工作台相对移动且以与上述工作台基材对置的方式保持挠性基材的定位机构；以及一边使上述挠性基材挠曲一边将上述挠性基材朝上述工作台基材按压的加压机构，上述工作台基材与上述挠性基材中的一方具有凹凸图案，上述工作台基材与上述挠性基材中的另一方具备转印上述凹凸图案的被转印树脂层，该分步重复式压印装置构成为通过上述加压机构一边使上述挠性基材挠曲一边朝上述工作台基材按压上述挠性基材，从而将上述凹凸图案转印到上述被转印树脂层。
在本发明中，一边使保持于可以相对于工作台相对移动的定位机构的挠性基材挠曲，一边将挠性基材朝载置于工作台上的工作台基材按压，从而进行凹凸图案的转印。根据这种结构，容易进行挠性基材与工作台基材之间的脱气，且也容易在转印后使两者分离。并且，与专利文献1的方法相比，工作台的上下面的平面度以及平行度的影响较小。根据这种结构，模具的大型化较容易。
以下，例示出本发明的各种实施方式。以下所示的实施方式可以相互组合。
优选，上述加压机构构成为可以在上述挠性基材上移动。
优选，上述定位机构构成为可以在与上述加压机构的移动方向大致垂直的方向上移动。
优选，上述定位机构构成为可以在与上述加压机构的移动方向大致相同的方向上移动。
优选，上述定位机构使用设置于上述工作台上的固定标记与设置于上述定位机构的移动标记来定位。
优选，上述固定标记是设置于上述工作台上的多个方格。
根据本发明另一观点，提供一种分步重复式压印方法，具备：转印工序，在该工序中，在使载置于工作台上的工作台基材、与以可以相对于上述工作台相对移动的方式被保持的挠性基材对置的状态下，一边使上述挠性基材挠曲一边将上述挠性基材朝上述工作台基材按压，从而将在上述工作台基材与上述挠性基材中的一方设置的凹凸图案转印到在上述工作台基材与上述挠性基材中的另一方设置的被转印树脂层；以及反复工序，在该工序中，使上述挠性基材移动而进行上述转印工序。
优选，通过使加压机构在上述挠性基材上移动，而朝上述工作台基材按压上述挠性基材。
优选，上述反复工序包含使上述挠性基材在与上述加压机构的移动方向大致垂直的方向上移动而进行上述转印工序的工序。
优选，上述反复工序包含使上述挠性基材在与上述加压机构的移动方向大致相同的方向上移动而进行上述转印工序的工序。
【附图说明】
图1表示本发明的第1实施方式的分步重复式压印装置的结构，(a)为主视图，(b)为俯视图。
图2为利用图1的压印装置的分步重复式压印方法的说明图，(a)为主视图，(b)为俯视图。
图3为利用图1的压印装置的分步重复式压印方法的说明图，(a)为主视图，(b)为俯视图。
图4为利用图1的压印装置的分步重复式压印方法的说明图，(a)为主视图，(b)为俯视图。
图5为利用图1的压印装置的分步重复式压印方法的说明图，(a)为主视图，(b)为俯视图。
图6表示本发明的第2实施方式的分步重复式压印装置的结构，(a)为主视图，(b)为俯视图。
图7为利用图6的压印装置的分步重复式压印方法的说明图，(a)为主视图，(b)为俯视图。
图8为利用图6的压印装置的分步重复式压印方法的说明图，(a)为主视图，(b)为俯视图。
图9为利用图6的压印装置的分步重复式压印方法的说明图，(a)为主视图，(b)为俯视图。
图10表示本发明的第3实施方式的分步重复式压印装置的结构，(a)为主视图，(b)为俯视图。
图11为利用图10的压印装置的对位方法的说明图，(a)为主视图，(b)为俯视图。
图12表示在11的状态下摄像部37a、37b进行摄像而得的图像，(a)～(b)表示修正前的状态，(c)～(d)表示倾斜修正后的状态，(e)～(f)表示长边方向位置修正后的状态。
【具体实施方式】
以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行具体地说明。
1.第1实施方式
如图1所示，本发明的第1实施方式的分步重复式压印装置具备：载置工作台基材3的工作台1；构成为可以相对于工作台1相对移动且以与工作台基材3对置的方式保持挠性基材9的定位机构5；以及一边使挠性基材9挠曲一边将上述挠性基材朝工作台基材3按压的加压机构7。
在本实施方式中，在挠性基材9的一部分的区域设置有凹凸图案10，在工作台基材3形成有转印凹凸图案10的被转印树脂层11。并且，构成为加压机构7一边使挠性基材9挠曲一边朝工作台基材3按压挠性基材9从而将凹凸图案10转印到被转印树脂层11。因此，具有凹凸图案10的挠性基材9作为压印用模具而发挥功能。
更具体而言，定位机构5具备：保持挠性基材9的基端侧的基端保持部15；以及保持挠性基材9的前端侧的前端保持部25。基端保持部15具备：构成为可以沿工作台1的长边方向移动的长边方向驱动部15a；以及被长边方向驱动部15a支承且构成为可以沿工作台1的短边方向移动的短边方向驱动部15b。前端保持部25具备：构成为可以沿工作台1的长边方向移动的长边方向驱动部25a；被长边方向驱动部25a支承且构成为可以沿工作台1的短边方向移动的短边方向驱动部25b；以及被短边方向驱动部25b支承且构成为可以沿工作台1的高度方向移动的高度方向驱动部25c。挠性基材9的基端侧被短边方向驱动部15b支承从而可以在工作台1上进行二维移动。挠性基材9的前端侧被高度方向驱动部25c支承从而可以在工作台1上进行三维移动。此外，定位机构5的结构不限定于此处所示的结构，可以利用各种结构。例如，可以在基端保持部15也设置高度方向驱动部，使挠性基材9的基端侧支承于高度方向驱动部。在这种情况下，挠性基材9的基端侧也可以在工作台1上进行三维移动，所以挠性基材9与工作台基材3之间的间隔的调整更加容易。另外，在仅在短边方向需要分步重复的情况下，无需长边方向驱动部15a、25a。
加压机构7由可以以旋转轴7a为中心旋转的圆柱状的辊7b构成。旋转轴7a支承于可以沿工作台1的长边方向移动的支承机构(未图示)的轴承。通过这种结构，辊7b一边在挠性基材9上旋转一边在挠性基材9上移动，由此可以将挠性基材9安装于工作台基材3。此外，加压机构7只要是可以一边使挠性基材9挠曲一边朝工作台基材3按压挠性基材9的结构即可，所以辊7b不一定需要旋转，另外，可以代替辊7b而构成为使板状的叶片移动的结构。另外，加压机构7可以构成为不移动而一边使挠性基材9挠曲一边按压挠性基材9。进而，若加压机构7是可以通过空气等气体一边使挠性基材9挠曲一边朝工作台基材3按压挠性基材9的结构，则可以使加压机构7不与挠性基材9接触。
此处，使用本实施方式的压印装置对进行分步重复式的压印的方法进行说明。
首先，如图1所示，在工作台1上载置工作台基材3，在工作台基材3上形成被转印树脂层11。另外，将具有凹凸图案10的挠性基材9安装于定位机构5。
工作台基材3可以具有挠性也可以不具有挠性，可以透明也可以不透明。作为工作台基材3可以利用树脂基材、石英基材、硅酮基材、硅基材等各种基材。
被转印树脂层11可以通过将光固化性树脂组合物涂敷在工作台基材3上而形成。光固化性树脂组合物含有单体与光引发剂，具有通过活性能量射线的照射而固化的性质。“活性能量射线”是UV光、可见光、电子束等可以固化光固化性树脂组合物的能量射线的总称。被转印树脂层11通常为透明树脂层，其厚度通常为50nm～1mm，优选为500nm～500μm。若为这种厚度，则易于进行压印加工。在本实施方式中，每当进行压印时，接着在进行压印的区域形成被转印树脂层11。也就是说，压印与被转印树脂层11的形成交替进行，但不限定于此，可以在最初进行压印的整个区域形成被转印树脂层11，也可以在与多次量的压印相当的区域暂时形成被转印树脂层11，减少形成被转印树脂层11的工序的次数。
挠性基材9为具有挠性的基材。另外，活性能量射线27(在图2示出)向被转印树脂层11的照射通常通过挠性基材9进行，所以挠性基材9优选为透明。挠性基材9例如为树脂基材。作为可以利用的树脂，列举聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酯、聚烯烃、聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、环状聚烯烃以及聚萘二甲酸乙二醇酯等。
凹凸图案10可以形成于在挠性基材9上涂敷热可塑性树脂、热固化性树脂或光固化性树脂而形成的树脂层。作为所涂敷的树脂，优选光固化性树脂。具体而言，列举丙烯酸树脂、苯乙烯树脂、烯烃树脂、树脂聚碳酸酯、聚酯树脂、环氧树脂、硅酮树脂等。另外，树脂可以含有氟化合物、长链烷基化合物、以及蜡等剥离成分。凹凸图案10不作特别限定，优选周期10nm～2mm、深度10nm～500μm、转印面1.0～1.0×106mm2的图案，更优选周期20nm～20μm、深度50nm～1μm、转印面1.0～0.25×106mm2的图案。若这样设定，则可以将足够的凹凸图案10转印到转印体。作为表面形状，列举蛾眼、线、圆柱、单块、圆锥、棱锥、显微透镜。
接下来，使定位机构5以及加压机构7向图1所示的位置移动。加压机构7配置于接近基端保持部15的位置，且前端保持部25的高度方向驱动部25c处于比较高的位置。在该状态下，挠性基材9成为挠曲的状态。加压机构7未位于被转印树脂层11的上方，凹凸图案10未被转印于被转印树脂层11。
接下来，从图1的状态，使加压机构7向图1的箭头X所示的方向移动并且使高度方向驱动部25c下降而成为图2所示的状态。此时，凹凸图案10的端部最初与被转印树脂层11接触，随着高度方向驱动部25c的下降以及加压机构7的移动，一边使凹凸图案10与被转印树脂层11的接触面积逐渐增大一边将凹凸图案10按压于被转印树脂层11，最后，凹凸图案10的整体转印于被转印树脂层11。通过这种转印方法，脱气良好，无需高压冲裁。另外，难以受到工作台1的上下面的平面度以及平行度的影响。
接下来，如图2所示，在将凹凸图案10按压到被转印树脂层11之后的状态下通过挠性基材9向被转印树脂层11照射活性能量射线27，从而使被转印树脂层11固化。由此，如图3(b)以及图4所示，形成具有反转了凹凸图案10的反转图案10r的固化树脂层29。此外，在加压机构7为透明的情况下，可以如图2所示那样在将加压机构7配置于被转印树脂层10上的状态下进行活性能量射线27的照射。另一方面，可以在使加压机构7如图1所示那样后退到接近基端保持部15的位置的状态下进行活性能量射线27的照射。
接下来，在加压机构7处于被转印树脂层11上的情况下，使加压机构7后退至接近基端保持部15的位置，之后使高度方向驱动部25c上升，从而将凹凸图案10从固化树脂层29剥离。此时，一边使挠性基材9挠曲，一边从凹凸图案10的端部逐渐进行剥离，所以剥离时所需的力比较小，可以降低凹凸图案10以及反转图案10r损伤的风险。
接下来，如图3所示，使短边方向驱动部15b、25b向工作台1的短边方向移动一步，通过相同的方法形成具有反转图案10r的固化树脂层29。
在向短边方向的分步重复结束后，如图4～图5所示，使长边方向驱动部15a、25a向工作台1的长边方向移动一步，通过相同的方法形成具有反转图案10r的固化树脂层29。此外，为了便于图示，在图4～图5中，未图示长边方向驱动部25a以及短边方向驱动部25b。
通过重复以上的工序，可以形成在工作台基材3上形成有所需面积的反转图案10r的微细构造体。该微细构造体可以用于压印用模具、微接触印刷用压模、光学片(防反射片、全息片、透镜片、偏振光分离片)、憎水片、亲水片、细胞培养片等。
进行分步重复的顺序不作特别限定，但例示出图5的A、B、C、D、E、F的顺序、A、B、C、F、E、D的顺序、A、C、B、D、F、E的顺序等。
2.第2实施方式
在第1实施方式中，在挠性基材9设置有凹凸图案10，在工作台基材3设置有被转印树脂层11，但在本实施方式中，如图6所示，在挠性基材9设置有被转印树脂层11，在工作台基材3设置有凹凸图案10，一边使挠性基材9移动一边进行分步重复式压印。因此，具有凹凸图案10的工作台基材3作为压印用模具而发挥功能。
本实施方式的压印装置的基本结构与第1实施方式相同，省略共同部分的说明。在本实施方式中，通过分步重复式压印在挠性基材9形成有大面积的微细图案，所以需要比第1实施方式大的挠性基材9。并且，与挠性基材9较大相配合，增大对挠性基材9进行保持的短边方向驱动部15b以及高度方向驱动部25c。另外，如图8所示，使高度方向驱动部25c的可动域比第1实施方式大，以便即使在挠性基材9上的被转印树脂层11的位置距高度方向驱动部25c较远的情况下，也可以使挠性基材9挠曲。
此处，使用本实施方式的压印装置，对进行分步重复式的压印的方法进行说明。
首先，如图6所示，在工作台1上载置具有凹凸图案10的工作台基材3。另外，将挠性基材9安装于定位机构5，在挠性基材9形成被转印树脂层11。
接下来，使定位机构5以及加压机构7向图6所示的位置移动。加压机构7配置于比被转印树脂层11的正上方更靠近基端保持部15的位置，且前端保持部25的高度方向驱动部25c处于比较高的位置。在该状态下，挠性基材9成为挠曲的状态。加压机构7不位于被转印树脂层11的上方，凹凸图案10不转印于被转印树脂层11。
接下来，从图6的状态，使加压机构7向图6的箭头X所示的方向移动并且使高度方向驱动部25c下降而成为图7所示的状态。此时，凹凸图案10的端部最初与被转印树脂层11接触，随着高度方向驱动部25c的下降以及加压机构7的移动，一边使凹凸图案10与被转印树脂层11的接触面积逐渐增大一边将凹凸图案10按压于被转印树脂层11，最后，凹凸图案10的整体转印于被转印树脂层11。根据这种转印方法，脱气良好，无需高压冲裁。另外，难以受到工作台1的上下面的平面度以及平行度的影响。
接下来，如图7所示，在凹凸图案10按压到被转印树脂层11之后的状态下通过挠性基材9向被转印树脂层11照射活性能量射线27，从而使被转印树脂层11固化。由此，如图8(b)以及图9所示，形成具有反转了凹凸图案10的反转图案10r的固化树脂层29。
接下来，在加压机构7处于被转印树脂层11上的情况下，使加压机构7后退至接近基端保持部15的位置，之后使高度方向驱动部25c上升，从而使凹凸图案10从固化树脂层29剥离。此时，一边使挠性基材9挠曲，一边从凹凸图案10的端部逐渐进行剥离，所以剥离时所需的力比较小，可以降低凹凸图案10以及反转图案10r损伤的风险。
接下来，如图8所示，使短边方向驱动部15b、25b向工作台1的短边方向移动一步，通过相同的方法形成具有反转图案10r的固化树脂层29。
在结束了向短边方向的分步重复之后，如图9所示，使长边方向驱动部15a、25a向工作台1的长边方向移动一步，通过相同的方法形成具有反转图案10r的固化树脂层29。通过反复以上的工序，可以形成在挠性基材9上形成有所需的面积的反转图案10r的微细构造体。
3.第3实施方式
在第1以及第2实施方式中，使基端保持部15以及前端保持部25的各驱动部移动时的位置精度依赖于丝杠等驱动机构的精度，但存在高精度的驱动机构非常昂贵这样的问题。因此，在本实施方式中，特征在于可以比较低价地进行高精度的定位。此外，本实施方式可以应用于第1以及第2实施方式，对共同部分不重复说明。进而，在图10～图11中，仅图示出说明本实施方式所需的部分。
在本实施方式中，在工作台1上载置有精密标尺41。在精密标尺41，以高的尺寸精度描绘多个方格43。第1以及第2实施方式中的工作台基材3载置于精密标尺41上。作为工作台基材3使用透明基材，可以通过工作台基材3观察方格43。方格43在定位机构5定位时不动，作为权利要求书中的“固定标记”而发挥功能。
在前端保持部15的长边方向驱动部15a的大致两端设置有具有标记33a、33b的透明板31a、31b。标记33a、33b是在定位机构5定位时移动的标记，作为权利要求书中的“移动标记”而发挥功能。
另外，在工作台1设置有摄像机构35。摄像机构35具有长边方向驱动部35a。在长边方向驱动部35a具备被支承部39a、39b支承的摄像部37a、37b。摄像部37a、37b由显微镜等构成。
接下来，对使用方格43以及标记33a、33b进行高精度的定位的方法进行说明。此处，对长边方向驱动部15a的定位进行详述，但同样的方法也可以应用于其他驱动部。
首先，使长边方向驱动部15a沿着工作台1的长边方向移动到所期望位置。移动后的状态的一个例子在图10示出。
接下来，使长边方向驱动部35a移动，以使摄像部37a、37b位于标记33a、33b的正上方，从标记33a、33b的正上方对标记33a、33b与方格43进行摄像。所得的画像的一个例子在图12(a)～(b)示出。在该例中，标记33a位于比标记33b靠左侧的位置，长边方向驱动部15a向左侧稍微倾斜。
接下来，如图12(c)～(d)所示，使长边方向驱动部15a顺时针旋转直到标记33a、33b的左右方向的位置一致为止。
接下来，如图12(e)～(f)所示，使长边方向驱动部15a平行移动，以使标记33a、33b位于方格43的纵线43a上，而结束长边方向驱动部15a的定位。根据这种方法，即使在长边方向驱动部15a的驱动机构的精度较低的情况下，通过使用高精度的精密标尺41，也可以进行长边方向驱动部15a的高精度的定位。此外，在本实施方式中，通过使用两个标记33a、33b也进行了长边方向驱动部15a的倾斜的修正，但在省略倾斜的修正的情况下，可以使用一个标记来进行长边方向驱动部15a的定位。另外，在短边方向驱动部15b也设置同样的标记，从而可以进行短边方向驱动部15b的高精度的定位。固定标记以及移动标记若分别可以进行定位机构5的定位，则对其形状不作限定。
【附图标记说明】
1…工作台；3…工作台基材；5…定位机构；7…加压机构；9…挠性基材；10…凹凸图案；10r…反转图案；11…被转印树脂层；15…基端保持部；25…前端保持部；29…固化树脂层；35…摄像机构。

Claims (10)

1.一种分步重复式压印装置，其特征在于，
具备：载置工作台基材的工作台；构成为可以相对于所述工作台相对移动且以与所述工作台基材对置的方式保持挠性基材的定位机构；以及一边使所述挠性基材挠曲一边将所述挠性基材朝所述工作台基材按压的加压机构，
所述工作台基材与所述挠性基材中的一方具有凹凸图案，所述工作台基材与所述挠性基材中的另一方具备转印所述凹凸图案的被转印树脂层，
所述分步重复式压印装置构成为：通过所述加压机构一边使所述挠性基材挠曲一边朝所述工作台基材按压所述挠性基材，从而将所述凹凸图案转印到所述被转印树脂层。
2.根据权利要求1所述的分步重复式压印装置，其特征在于，
所述加压机构构成为可以在所述挠性基材上移动。
3.根据权利要求2所述的分步重复式压印装置，其特征在于，
所述定位机构构成为可以在与所述加压机构的移动方向大致垂直的方向上移动。
4.根据权利要求2或3所述的分步重复式压印装置，其特征在于，
所述定位机构构成为可以在与所述加压机构的移动方向大致相同的方向上移动。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的分步重复式压印装置，其特征在于，
所述定位机构使用设置于所述工作台上的固定标记与设置于所述定位机构的移动标记来定位。
6.根据权利要求5所述的分步重复式压印装置，其特征在于，
所述固定标记是设置于所述工作台上的多个方格。
7.一种分步重复式压印方法，其特征在于，具备如下工序：
转印工序，在使载置于工作台上的工作台基材与以可以相对于所述工作台相对移动的方式被保持的挠性基材对置的状态下，一边使所述挠性基材挠曲一边将所述挠性基材朝所述工作台基材按压，从而将在所述工作台基材与所述挠性基材中的一方设置的凹凸图案转印到在所述工作台基材与所述挠性基材中的另一方设置的被转印树脂层；以及
反复工序，使所述挠性基材移动而进行所述转印工序。
8.根据权利要求7所述的分步重复式压印方法，其特征在于，
通过使加压机构在所述挠性基材上移动，而朝所述工作台基材按压所述挠性基材。
9.根据权利要求8所述的分步重复式压印方法，其特征在于，
所述反复工序包括使所述挠性基材在与所述加压机构的移动方向大致垂直的方向上移动而进行所述转印工序的工序。
10.根据权利要求8或9所述的分步重复式压印方法，其特征在于，
所述反复工序包括使所述挠性基材在与所述加压机构的移动方向大致相同的方向上移动而进行所述转印工序的工序。
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