CN109895493A

CN109895493A - 图案的形成方法及形成装置

Info

Publication number: CN109895493A
Application number: CN201811490729.6A
Authority: CN
Inventors: 黑宫未散; 石川明弘
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2019-06-18
Anticipated expiration: 2038-12-06
Also published as: KR102701495B1; CN109895493B; KR20190069310A; US20190176376A1; JP2019106412A; JP7015992B2

Abstract

本发明提供图案的形成方法及形成装置，能够通过使残存于转印材料内的微细气泡减少，并抑制在向模具的图案完全地填充转印材料的时机之前完成了按压的情况下残存于模具的图案内的气泡，由此提高转印精度。其特征在于，具有：向模具的图案填充转印材料的工序A；以及将填充于所述图案的所述转印材料转印到被转印体的工序B，在所述工序A中，向所述转印材料施加超声波振动。

Description

图案的形成方法及形成装置

技术领域

本发明涉及使用了压印技术的图案的形成方法及形成装置。

背景技术

近年来，在用于显示器、照明等商品的光学部件中，期望实现体现了对光的反射、衍射进行控制的以往没有的新功能的设备。另外，在系统LSI等半导体中，期望与高集成化相伴的布线的微细化。这些要求例如通过形成发挥特殊光学特性的纳米(nm)级至微米(μm)级的微细图案而实现。作为形成这种微细结构的方法，压印技术得到关注。压印技术是指，通过将预先在表面上加工有图案的型模按压于在基材表面上涂敷的树脂而形成图案的方法。

以下，使用图4、图5来说明通过作为压印方法的一种的UV压印法而形成图案的通常的工序流程。图4是通常的平板式压印工序的概要示意图。首先，在图4的(a)所示的工序中，在平坦的工作台41上载置形成有图案(凹凸)的模具42，利用分配器或喷墨等在模具42上涂敷转印材料43。或者，预先准备涂敷有转印材料43的模具42并载置到工作台41上。接着，在图4的(b)所示的工序中，从膜44的上表面进给圆筒状的辊45，由此以线状对膜44进行按压，向模具42的图案填充转印材料43。接着，在图4的(c)所示的工序中，从膜44的上方利用UV照射器49进行UV照射，使转印材料43固化。最后，在图4的(d)所示的工序中，使膜44相对于模具42向斜上方或垂直方向移动，由此，使转印材料43从模具42脱模。经过这些工序，在作为被转印体的膜44上形成使模具42的图案的凹凸反转后的图案。

图5的(b-1)是将上述的转印方法的图4的(b)所示的工序中的转印材料填充部放大后的示意图。图5的(b-2)是将上述的转印方法的图4的(c)所示的工序中的固化后的转印形状放大后的示意图。如图5的(b-1)所示，已经存在于转印材料53内的微细气泡52残存于填充后的转印材料53内。其结果是，如图5的(b-2)所示，由于微细气泡52的原因而在固化后的图案内部产生缺陷部。此外，如图5的(b-1)所示，气泡51残存于图案内。这样的现象是在图4的(b)所示的工序中，在向模具42的图案完全地填充转印材料43的时机之前使从膜44的上表面进行按压的圆筒状的辊45通过而完成了按压的情况等下引起的。其结果是，如图5的(b-2)所示，由于气泡51的原因而在固化后的图案形状中产生缺陷部。这些缺陷部损害转印精度。

作为解决上述课题的方法，已知有专利文献1中记载的、在具有冷凝性的气体中进行压印工序的方法。根据该方法，能够抑制因残存于图案内的气泡51的原因而在图案形状中产生缺陷部的情况。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-103817号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，现有例所示的方法无法抑制因残存于转印材料内的微细气泡的原因而在图案内部产生缺陷部的情况。此外，因转印材料吸收冷凝性气体而产生转印后的图案形状的走样。由于这些情况而损害转印精度。

对此，本发明的目的在于提供图案的形成方法及形成装置，能够通过使残存于转印材料内的微细气泡减少，并抑制在向模具的图案完全地填充转印材料的时机之前完成了膜的按压的情况下残存于图案内的气泡，由此提高转印精度。

用于解决课题的方案

为了实现上述目的，本发明的图案的形成方法的特征在于，具有：向模具的图案填充转印材料的工序A；以及将填充于所述图案的所述转印材料转印到被转印体的工序B，在所述工序A中，向所述转印材料施加超声波振动。

另外，本发明的图案的形成装置的特征在于，具备：加压工具，其向转印材料按压模具或被转印体；固化装置，其使由所述加压工具填充于所述模具的图案的所述转印材料固化；超声波产生装置；以及控制部，所述控制部控制为在由所述加压工具向所述图案填充所述转印材料时，利用所述超声波产生装置向所述转印材料施加超声波振动。

发明效果

如以上那样，根据本发明的图案的形成方法及形成装置，能够通过使残存于转印材料内的微细气泡减少，并抑制在向模具的图案完全地填充转印材料的时机之前完成了膜的按压的情况下残存于图案内的气泡，由此提高转印精度。

附图说明

图1是本发明的实施方式中的图案形成装置的概要示意剖视图。

图2是本发明的实施方式中的压印工序的概要示意剖视图。

图3是本发明的实施方式的另一例中的压印工序的概要示意剖视图。

图4是通常的甲板式压印工序的概要示意剖视图。

图5是通常的平板式压印工序的转印材料填充部及转印形状的放大剖视图。

附图标记说明

11、21、31、41工作台；12、22、32、42模具；13、23、33、43、53转印材料；14、24、34、44膜；15、25、35、45辊；16、26、36超声波换能器；17、27、37振动件；18、28、38流路；19、29、39、49UV照射器；20控制部；51气泡；52微细气泡。

具体实施方式

参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是本发明的实施方式中的图案的形成装置。图案的形成装置具备按压转印材料的加压工具、使转印材料固化的固化装置、超声波产生装置、以及控制部。本发明的实施方式中的图案的形成装置包括：工作台11；形成有图案(凹凸)的模具12；转印材料13；作为被转印体的膜14；作为加压工具的辊15；作为超声波产生装置的超声波换能器16和内置于超声波换能器16的振动件17；作为温度调整装置的流路18；作为固化装置的UV照射器19；以及控制它们的动作的控制部20。

以下，示出使用了图案的形成装置的图案的形成方法。图2是本发明的实施方式中的图案的形成方法的工序。首先，在图2的(a)所示的工序中，在平坦的工作台21上载置模具22，在模具22的至少一部分涂敷转印材料23。也可以预先准备涂敷有转印材料23的模具22并载置到工作台21上。在工作台21内，具备超声波产生装置和经由模具22对转印材料23进行冷却而能够将温度控制为恒定的温度调整装置。

关于模具22的材料，只要是具有型模所需的刚性和硬度等的材料即可，没有特别限定。例如能够使用金属材料、树脂材料等。金属材料期望为与转印材料23的脱模性高的材料，例如举出Ni。另外，关于树脂材料，例如能够采用在PET膜上使用压印法而形成有基于UV固化树脂的微细图案的树脂材料。

作为转印材料23，举出聚氨酯丙烯酸酯树脂、环氧丙烯酸酯树脂、聚酯丙烯酸酯树脂、丙烯酸丙烯酸酯树脂等各种UV固化树脂。转印材料23的种类可以根据膜24的形状、固化所需的UV光量等而适当选择。

另外，在模具22的整个面涂敷转印材料23的方法可以根据转印材料23的性质、膜24的形状而适当选择。例如举出分配涂敷、辊涂、凹版涂敷、丝网涂敷等各种方法。

此外，为了提高相对于转印材料23的脱模性，也可以在模具22的图案的表面以覆盖图案的方式形成脱模层。脱模层在图案的上表面与偶联剂结合地形成。通过使用偶联剂来形成脱模层，从而能够实现单分子膜这样的非常薄的膜，对转印形状造成的影响非常少。作为上述偶联剂，例如能够使用具有Ti、Li、Si、Na、K、Mg、Ca、St、Ba、Al、In、Ge、Bi、Fe、Cu、Y、Zr、Ta等的各种金属醇盐。在此之中尤其期望使用具有Si的金属醇盐、即硅烷偶联剂。

接着，在图2的(b)所示的工序中，通过向内置于超声波换能器26的振动件27赋予交流电压而产生超声波振动，从模具22的下表面向转印材料23施加超声波振动。在该状态下，通过从膜24的上表面进给圆筒状的辊25而以线状对膜24进行按压，向模具22的图案填充转印材料23。

辊25为圆筒形状，但只要是能够以线状进行按压的形状即可，不局限于圆筒状，例如也能够通过进给多面体的端部或厚度较薄的面来实现线状的按压。在这样的形状的情况下，若使用预先被倒角了的形状，则能够抑制膜24的损伤。

在超声波换能器26中内置有磁致伸缩材料或压电材料来作为产生超声波的振动件27。作为磁致伸缩材料，例如举出铁、铁镓合金等。另外，作为压电材料，例如举出钛酸钡、钛酸铅等压电陶瓷、氧化锌、锆钛酸铅等压电薄膜、偏氟乙烯、三氟化乙烯共聚物等。当向超声波换能器26的振动件27即磁致伸缩材料或压电材料施加交流电压时，磁致伸缩材料或压电材料反复进行伸缩，能够通过该振动而产生超声波。

当向液体施加超声波振动时，向液体交替地施加由超声波的声压循环引起的正负的压力，液体中的气泡在正压时被压缩，在负压时被减压。在负压时，气泡发生膨胀而成为真空气泡，真空气泡在再次施加正压时压坏。将该现象称为气蚀现象，通过其作用，能够使液体中的气泡压坏、或者通过在真空气泡的压坏时产生的冲击而消灭液体中的气泡。另外，当向液体施加超声波振动时，通过声压而产生直进流。由于直进流而使液体引起对流，对液体中的气泡进行搅拌并使其分散，由此能够将液体中的气泡释放到大气中。因此，在向转印材料23施加了超声波振动的状态下使转印材料23填充于模具22的图案，由此，能够将残存于转印材料23内的微细气泡及在向图案完全地填充转印材料23的时机之前完成了膜24的按压的情况下残存于图案内的气泡通过气蚀现象而消灭，或者通过直进流的效果而释放到大气中。

在本发明的超声波产生装置中，即便在超声波、即超过20kHz的频率中，也使用1MHz以下的低频超声波。在该范围内，当频率超过500kHz时，诱发气蚀现象的阈值变高，也需要为了消灭气泡、微细气泡而施加长时间的超声波，因此，图案的形成效率减少。另外，为了产生直进流而期望施加100kHz以上的频率，从而赋予充分的振动能量。因此，为了有效地消灭或释放微细气泡、气泡，期望频率为100kHz以上且500kHz以下。

另外，超声波期望被控制为根据残存于图案内的气泡的尺寸来变更频率。当气泡的尺寸较大时，通过降低频率而增大波长，引起较大的气蚀现象，能够更加有效地消灭尺寸大的气泡。反之，当气泡的尺寸较小时，通过提高频率而增加振动次数，引起细微的气蚀现象，能够更加有效地消灭尺寸小的气泡。残存于图案内的气泡的尺寸依赖于图案的纵横比、转印材料23的润湿性这两个因素。

纵横比是指以槽宽对图案的槽的深度进行归一化后的值。在图2中作为示意图而图示出简易的图案形状，但原本在模具22的面内混合有各种纵横比的图案。通过纵横比变大而使气泡的尺寸变大，反之通过纵横比变小而使气泡的尺寸变小。因此，若纵横比变大，则优选提高频率。

为了更加有效地消灭气泡，期望预先存储图案的纵横比和与图案的纵横比相对应的频率的对应值，根据供转印材料23填充的图案的纵横比并基于对应值来控制频率。另外，也能够预先存储与纵横比相对应的频率的对应值，并具备对供转印材料23填充的图案的纵横比进行检测的检测机构，对照由该检测机构检测到的纵横比和所存储的纵横比，且基于对应值来控制频率。例如，存储与图案的纵横比A1相对应的频率a1，当向纵横比为A1的图案填充转印材料23时，将频率变更为a1。

在更加简单地进行超声波产生装置的控制的情况下，期望控制为，取得图案的纵横比的平均值，设定与该平均值相对应的频率的基准值，对供转印材料23填充的图案的纵横比与平均值进行比较，根据该比较结果且基于基准值来变更频率。例如，在图案的纵横比大于平均值的情况下，如前述那样若纵横比变大，则优选提高频率，因此，将频率变更为高于基准值。

转印材料23的润湿性被分为相对于膜24的润湿性、相对于模具22的润湿性这两种。尤其是作为转印材料23相对于膜24的润湿性发生变化的主要原因，举出膜24的一部分材质不同或者在膜24上的一部分已经形成了其他转印材料等的膜24的表面状态发生变化的情况。转印材料23相对于膜24的润湿性变好，从而气泡的尺寸变大，反之转印材料23相对于膜24的润湿性变差，从而气泡的尺寸变小。因此，若膜24相对于转印材料23的接触角变大，则优选提高频率。

为了更加有效地消灭气泡，期望预先存储膜24相对于转印材料23的接触角和与该接触角相对应的频率的对应值，根据按压转印材料23的膜24的相对于转印材料23的接触角，且基于对应值来控制频率。另外，也能够预先存储与表面状态或接触角相对应的频率的对应值，且具备对按压转印材料23的膜24的表面状态或相对于转印材料23的接触角进行检测的检测机构，对照由该检测机构检测到的表面状态或接触角与所存储的表面状态或接触角，且基于对应值来控制频率。例如，存储与膜24相对于转印材料23的接触角B1相对应的频率b1，在利用接触角为B1的膜24按压转印材料23时，将频率变更为b1。

在更加简单地进行超声波产生装置的控制的情况下，期望控制为，取得膜24相对于转印材料23的接触角的平均值，设定与该平均值对应的频率的基准值，对按压转印材料23的膜24的相对于转印材料23的接触角与平均值进行比较，根据该比较结果且基于基准值来变更频率。例如，在膜24相对于转印材料23的接触角大于平均值的情况下，如前所述，若接触角变大，则优选提高频率，因此，将频率变更为高于基准值。

在如上述那样控制频率的情况下，为了有效地消灭气泡，更优选施加与所填充的图案或所按压的膜24的位置对应的超声波振动。因此，优选确定由辊25加压的图案或膜24的位置，基于确定出的图案或膜24的位置来控制超声波的频率。关于位置的确定方法，举出存储辊25的进给方向及进给速度、使用对压力、移动进行检测的传感器、利用具备摄像元件的摄影装置来拍摄模具22、膜24等。

在模具22的面内以不同的频率进行振动能够通过使用具有多个磁致伸缩材料或压电材料来作为振动件27的超声波换能器26而实现。

另一方面，残存于转印材料23内的微细气泡与残存于图案内的气泡不同，并不是在将转印材料23填充于图案的工序中被导入的。因此，也能够向按压前的转印材料23施加超声波振动，预先利用气蚀现象来消灭微细气泡，或者利用直进流使微细气泡释放到大气中。

此外，在施加超声波振动时，优选使冷却水或冷却气体在设置于工作台21内的流路28中流动，经由模具22而将转印材料23冷却。这是为了防止由于施加超声波振动而使模具22的温度及经由模具22的转印材料23的温度上升从而导致转印材料23的粘度发生变动的情况。

当转印材料23的温度变化相对于室温超过正2.5℃时，转印材料23的粘度下降，转印品的剩余膜厚变动，由此使精度变差。反之，当转印材料23的温度变化相对于室温低于负2.5℃时，转印材料23的粘度上升，容易被导入残存于图案内的气泡，或者对气泡的尺寸造成影响。因此，期望将温度变化控制为与室温相比处于正负2.5℃以内。此外，最好将温度变化抑制为与室温相比处于正负0.5℃以内。

为了更加可靠地控制温度，优选设置温度检测机构，基于由温度检测机构检测到的检测信息来控制温度。作为温度检测机构，能够使用利用红外线或亮度等来测定温度的非接触型传感器、以及利用磁阻或电阻的变化的接触型传感器等。

需要说明的是，流路28通过使冷却水或冷却气体流动而经由模具22将转印材料23冷却，但只要能够如上述那样抑制转印材料23的温度变化即可，不局限于该方式。例如，也可以采用使用冷却风扇的温度调整装置、使用制冷剂的其他温度调整装置。

接着，在图2的(c)所示的工序中，在未施加超声波振动的状态下，从膜24的上方利用UV照射器29进行UV照射而使转印材料23固化。

这里，膜24是具有使UV透过的透光性的材料，例如举出PET膜，但不局限于此。另外，UV照射器29例如举出LED，但不局限于此，只要是使转印材料23固化的固化装置即可。

需要说明的是，在本发明中公开了UV压印法中的图案的形成，但也能够在热压印法或光压印法的同样的工序中实施。在该情况下，只要能够通过照射热或照射光而使转印材料23固化即可。

最后，在图2的(d)所示的工序中，通过使膜24相对于模具22向斜上方或垂直方向移动而使转印材料23从模具22脱模。此时，将膜24从模具22脱模的速度设为低速，并且减小膜24从模具22脱模的角度，由此，能够降低脱模阻力，得到更加良好的转印形状。

在以上所示的图案的形成方法的工序中，图案的形成装置如图1那样由通过有线或无线与装置连接的控制部20来控制。在本发明中，假定了利用一个控制部20对图案的形成装置统一进行控制的方式，但也可以存在多个控制部。

另外，在本发明中也可以颠倒图2中的模具22与膜24的配置。即，如图3所示，也可以将膜34载置于具备超声波产生装置和温度调整装置的工作台31上，在膜34的至少一部分涂敷转印材料33，利用模具32进行按压。在该情况下，通过向内置于超声波换能器36的振动件37赋予交流电压而产生超声波振动，从膜34的下表面向转印材料33施加超声波振动。另外，使冷却水或冷却气体在流路38中流动，经由膜34而将转印材料33冷却。

这里，模具32的材料具有型模所需的刚性和硬度等，并且能够使由UV照射器39从上表面照射的UV光透过，此外，需要追随于圆筒状的辊35而弯曲。对此，例如能够使用在PET膜上利用压印法而形成了基于UV固化树脂的微细图案的材料。

根据以上结构，能够通过使残存于转印材料内的微细气泡减少，并抑制在向模具的图案完全地填充转印材料的时机之前完成了膜的按压的情况下残存于图案内的气泡，由此提高转印精度。

产业上的可利用性

本发明在能够高精度地形成图案且向被转印体转印图案的压印方法及压印装置等中是有用的。

Claims

1.一种图案的形成方法，其特征在于，具有：

向模具的图案填充转印材料的工序A；以及

将填充于所述图案的所述转印材料转印到被转印体的工序B，

在所述工序A中，向所述转印材料施加超声波振动。

2.根据权利要求1所述的图案的形成方法，其特征在于，

在所述工序B中，通过UV照射而使所述转印材料固化。

3.根据权利要求1所述的图案的形成方法，其特征在于，

所述工序A通过向涂敷于所述模具的表面的所述转印材料按压所述被转印体而进行，

从隔着所述模具而与所述转印材料对置的位置施加所述超声波振动。

4.根据权利要求1所述的图案的形成方法，其特征在于，

所述工序A通过向涂敷于所述被转印体的表面的所述转印材料按压所述模具而进行，

从隔着所述被转印体而与所述转印材料对置的位置施加所述超声波振动。

5.根据权利要求1所述的图案的形成方法，其特征在于，

所述超声波振动的频率为100kHz以上且500kHz以下。

6.根据权利要求1所述的图案的形成方法，其特征在于，

所述超声波振动在频率为100kHz以上且500kHz以下的范围内被设定与所述图案的纵横比相对应的对应值，

所述超声波振动被控制为，根据供所述转印材料填充的所述图案的纵横比且基于所述对应值来变更频率。

7.根据权利要求1所述的图案的形成方法，其特征在于，

所述超声波振动在频率为100kHz以上且500kHz以下的范围内被设定与所述图案的纵横比的平均值相对应的基准值，

所述超声波振动被控制为，根据供所述转印材料填充的所述图案的纵横比且基于所述基准值来变更频率。

8.根据权利要求7所述的图案的形成方法，其特征在于，

所述超声波振动被控制为在供所述转印材料填充的所述图案的纵横比大于所述平均值的情况下，将频率变更为高于所述基准值。

9.根据权利要求1所述的图案的形成方法，其特征在于，

所述超声波振动在频率为100kHz以上且500kHz以下的范围内被设定与所述被转印体的相对于所述转印材料的接触角相对应的对应值，

所述超声波振动被控制为，根据在填充所述转印材料时进行按压或者被按压的所述被转印体的相对于所述转印材料的接触角且基于所述对应值来变更频率。

10.根据权利要求1所述的图案的形成方法，其特征在于，

所述超声波振动在频率为100kHz以上且500kHz以下的范围内被设定与所述被转印体的相对于所述转印材料的接触角的平均值相对应的基准值，

所述超声波振动被控制为，根据在填充所述转印材料时进行按压或者被按压的所述被转印体的相对于所述转印材料的接触角且基于所述基准值来变更频率。

11.根据权利要求10所述的图案的形成方法，其特征在于，

所述超声波振动被控制为在填充所述转印材料时进行按压或者被按压的所述被转印体的相对于所述转印材料的接触角大于所述平均值的情况下，将频率变更为高于所述基准值。

12.根据权利要求1所述的图案的形成方法，其特征在于，

在向所述转印材料施加所述超声波振动的期间，所述转印材料的至少一部分的温度被控制为与施加所述超声波振动之前相比处于正负2.5℃以内。

13.一种图案的形成装置，其特征在于，具备：

加压工具，其向转印材料按压模具或被转印体；

固化装置，其使由所述加压工具填充于所述模具的图案的所述转印材料固化；

超声波产生装置；以及

控制部，

所述控制部控制为在由所述加压工具向所述图案填充所述转印材料时，利用所述超声波产生装置向所述转印材料施加超声波振动。

14.根据权利要求13所述的图案的形成装置，其特征在于，

所述固化装置通过UV照射使所述转印材料固化。

15.根据权利要求13所述的图案的形成装置，其特征在于，

所述超声波产生装置设置在隔着所述转印材料而与所述加压工具对置的位置。

16.根据权利要求13所述的图案的形成装置，其特征在于，

所述控制部将所述超声波振动的频率控制在100kHz以上且500kHz以下的范围内。

17.根据权利要求13所述的图案的形成装置，其特征在于，

所述超声波振动在频率为100kHz以上且500kHz以下的范围内分别被设定与所述图案的纵横比相对应的对应值，

所述控制部控制为，根据供所述转印材料填充的所述图案的纵横比且基于所述对应值来变更所述超声波振动的频率。

18.根据权利要求13所述的图案的形成装置，其特征在于，

所述超声波振动在频率为100kHz以上且500kHz以下的范围内分别被设定与表示所述被转印体的润湿性的接触角相对应的对应值，

所述控制部控制为，根据表示在填充所述转印材料时进行按压或者被按压的所述被转印体的润湿性的接触角且基于所述对应值来变更所述超声波振动的频率。

19.根据权利要求13所述的图案的形成装置，其特征在于，

所述图案的形成装置具备温度检测机构和温度调整装置，

所述控制部通过所述温度调整装置控制为，在向所述转印材料施加所述超声波振动的期间，由所述温度检测机构检测的所述转印材料的至少一部分的温度与施加所述超声波振动之前相比处于正负2.5℃以内。

20.根据权利要求19所述的图案的形成装置，其特征在于，

所述温度调整装置设置在隔着所述转印材料而与所述加压工具对置的位置。