JP2012227298A - シート状デバイスの製造装置、シート状デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】気体の残留やモールドと基材との未接触部（未密着部）の発生に起因する未転写やパターン形状不良を抑制できるシート状デバイスの製造装置を提供する。
【解決手段】本発明のシート状デバイスの製造装置は、パターンが形成されたパターン形成面を有するモールド４と、モールド４に対向配置された弾性体９とで基材８を挟み、その基材８上の樹脂にパターン形成面を押し当てて加圧した後、パターン形成面に接触している樹脂を硬化させるものであって、モールド４に対向する弾性体９の表面が、モールド４側へ凸状の曲面であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、モールド（型）に形成されているパターンを基材上の樹脂に転写して、例えば反射防止シートなどのシート状デバイスを製造する、シート状デバイスの製造装置およびシート状デバイスの製造方法に関する。

ミクロンレベルからナノレベルの微細な凹凸形状のパターンを有するシート状デバイスを得るための微細加工技術としてインプリントがある。インプリントには、主に熱方式と光方式の２種類があり、特に光方式のインプリントは、比較的安価に微細構造を作成できることから注目されており、多方面で実用化への取り組みが進められている。

熱方式のインプリントは、微細パターンが加工されたモールドを用いて、基材上の熱硬化性の樹脂に、モールド上の微細パターンを押し付け、その押し付けた状態で熱を与えて樹脂を硬化させることにより、微細パターンを樹脂に転写する技術である。光方式のインプリントも同様に、基材上の光硬化性の樹脂に、モールド上の微細パターンを押し付けた状態で、光を照射して樹脂を硬化させることにより、微細パターンを樹脂に転写する技術である。光方式のインプリントには、主にＵＶ（紫外線）硬化性の樹脂が用いられる。

このようなインプリントの技術によって基材上の樹脂にパターンを転写することで、パターンがインプリントされたシート状デバイスを作成することができる。

しかしながら、インプリントでは、モールドと基材上の樹脂とを密着させる際に、モールドと樹脂との間に気体が封入されやすい。モールドと樹脂との間に封入された気体が残留すると、樹脂に未転写部やパターン形状不良部が発生する。

このような気体封入による未転写やパターン形状不良を防ぐことを目的として、チャンバを用いたインプリントが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。図８は、特許文献１に記載された従来のインプリント装置を示す図である。

図８に示すインプリント装置によれば、減圧したインプリントチャンバ１０１内でインプリントを行うことにより、残留気泡の発生を防ぐことが可能となる上、金型１０６の上部（金型のパターンが形成されていない裏面側）に設けられた補助チャンバ１０８内の圧力を調整することにより、金型１０６の歪の制御が可能となる。以下、図８に示すインプリント装置を説明する。

図８に示すインプリント装置では、インプリントチャンバ１０１の上部に金型１０６が設けられており、その金型１０６の上部（金型のパターンが形成されていない裏面側）に補助チャンバ１０８が設けられている。また、インプリントチャンバ１０１と補助チャンバ１０８が配管１１１を通して真空ポンプ１１５に繋がっている。インプリントチャンバ１０１と真空ポンプ１１５との間にはバルブ１１３が具備されている。補助チャンバ１０８と真空ポンプ１１５の間にはバルブ１１４が具備されている。さらに、インプリントチャンバ１０１と補助チャンバ１０８も配管１１１を通して繋がっており、インプリントチャンバ１０１と補助チャンバ１０８との間にはバルブ１１２が具備されている。

このような構成において、光硬化性の被転写体１０５を塗布した基板１０４をインプリントチャンバ１０１内に導入し、バルブ１１２〜１１４を開いてインプリントチャンバ１０１と補助チャンバ１０８を排気した後、基板１０４を移動機構１０２によって金型１０６へ向けて上昇させて、被転写体１０５を金型１０６のパターンに接触させる。次に、バルブ１１２とバルブ１１３を閉じてから、真空ポンプ１１５を停止させて補助チャンバ１０８を大気圧に戻す。これにより、被転写体１０５を金型１０６のパターンに密着させる。次に、補助チャンバ１０８の上部に設けられた透光部１０９と透光性の金型１０６とを通じて光源１１０からの光を被転写体１０５に照射し、被転写体１０５を硬化させる。

このようにすることで、真空状態でインプリントを行うことができるので、気体の残留による未転写やパターン形状不良を防ぐことができると共に、インプリントチャンバ１０１内の圧力に合わせて補助チャンバ１０８内の圧力を任意に調整することにより、金型１０６の変形を避けることが可能となる。

特開２００７−１９４３０４号公報

以上説明したように、インプリントをチャンバ内で行うと共に、金型の上部（金型のパターンが形成されていない裏面側）に設けたチャンバにより、金型の歪制御を行うインプリント装置が提案されている。しかしながら、このインプリント装置のように、モールド（型）の上部と下部にチャンバをそれぞれ設け、下部のチャンバに挿入した基材に塗布されている樹脂をモールド上のパターンに密着させる構成では、デバイス（微細パターン転写面）の大面積化が要求された場合に、モールドを大きくする必要があり、装置の大型化を招く。また、モールドが大きくなると、その歪の制御が困難となるので、モールドと基材の平面性状の誤差による未接触部（未密着部）の発生に起因する未転写やパターン形状不良が現れやすい。この未転写やパターン形状不良の問題は、パターンが微細であるほど顕著に現れる。

本発明は、気体の残留やモールドと基材との未接触部（未密着部）の発生に起因する未転写やパターン形状不良を抑制できるシート状デバイスの製造装置およびシート状デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のシート状デバイスの製造装置は、パターンが形成されたパターン形成面を有するモールドと、前記モールドに対向配置された弾性体と、前記モールドと前記弾性体とで挟んだ基材上の樹脂に前記パターン形成面を押し当てて加圧する加圧装置と、前記基材上の樹脂を硬化させる硬化装置と、を備え、前記モールドに対向する前記弾性体の表面が、前記モールド側へ凸状の曲面であることを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明のシート状デバイスの製造方法は、パターンが形成されているパターン形成面を有するモールドと曲率を持つ所定形状の弾性体とで、前記パターン形成面に対面する一方面上に樹脂が設けられた基材を挟み、前記パターン形成面を前記樹脂に押し当てて加圧し、前記基材上の樹脂を硬化させて、前記樹脂に前記パターンを転写するに際し、加圧時に前記パターン形成面と前記樹脂とが接触する範囲が、前記モールドと前記弾性体とを互いに接近する方向へ相対的に移動させるにつれて、前記パターン形成面の内側から外側に向かって広がることを特徴とする。

本発明によれば、気体の残留やモールドと基材との未接触部（未密着部）の発生に起因する未転写やパターン形状不良を抑制することができる。

本発明の実施の形態１におけるインプリント装置を示す側面図 本発明の実施の形態１におけるインプリント装置の要部を拡大して示す側断面図 （ａ）〜（ｄ）本発明の実施の形態１における加圧工程を説明するための図 本発明の実施の形態１における硬化工程を説明するための図 本発明の実施の形態１におけるインプリント装置の動作を説明するための斜視図 （ａ）〜（ｄ）本発明の実施の形態２における加圧工程を説明するための図 本発明の実施の形態２における硬化工程を説明するための図 従来のインプリント装置の構成を示す図

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。なお、同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する場合もある。また、図面は、理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示している。また図示された各構成要素の厚み、長さ等は図面作成の都合上から、実際とは異なる。

（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１におけるシート状デバイスの製造装置の一例としてのインプリント装置の全体を示す側面図である。但し、インプリント用のモールド４（以下、インプリント用のモールドを、単に、モールドと称す。）が底面に配置された筐体３については、その内部を図示している。また、製造されるシート状デバイスとしては、例えば、反射防止シートがある。

この実施の形態１におけるインプリント装置は、微細パターン５が形成されたパターン形成面を持つモールド（型）４を用いて、シート状のシームレスな基材８の一方面をコートしている図示しないＵＶ（紫外線）硬化性樹脂に微細パターン５を押し当てて加圧した後、モールド４を通してＵＶ照射装置６からのＵＶ光をＵＶ硬化性樹脂へ照射し、シート状の基材８上のＵＶ硬化性樹脂に微細パターンを転写する装置である。さらに、この装置は、加圧時に、シート状の基材８の下部に、基材８側へ凸状の曲面を持つ弾性体９を配置して、モールド４と弾性体９とでシート状の基材８を挟み込むものである。この装置によれば、加圧時に、モールド４のパターン形成面と基材８上のＵＶ硬化性樹脂とが接触する範囲を、弾性体９の形状と弾力によって、パターン形成面の内側から外側に向かって徐々に拡大させることができる。そして、このようにモールド４のパターン形成面と基材８上のＵＶ硬化性樹脂とを接触させることにより、気体の残留やモールド４とシート状の基材８との未接触部（未密着部）の発生に起因する未転写やパターン形状不良を抑制することができる。

以下、この実施の形態１におけるシート状デバイスの製造装置（インプリント装置）およびシート状デバイスの製造方法（インプリント方法）について詳細に説明する。

図１に示すように、この実施の形態１におけるインプリント装置は、Ｘ軸テーブル１とＹ軸テーブル２を備える。Ｘ軸テーブル１は、図１の紙面に垂直な方向に直線移動する前後直線移動軸であり、Ｙ軸テーブル２は、図１の紙面の上下方向に直線移動する上下直線移動軸である。Ｙ軸テーブル２は、Ｘ軸テーブル１に備え付けられている。

Ｙ軸テーブル２には、筐体３が備え付けられており、その筐体３の底面には、微細パターン５が形成されたパターン形成面を有するモールド４が下向きに配置されている。つまり、モールド４は、微細パターン５が下向きとなるように配置されている。また、モールド４は、微細パターン５がＸＺ平面と平行になるようにあおり（傾き）を調整した状態で配置されている。なお、この実施の形態１では、モールド４として、微細パターン５が配置されている領域の面方向の形状が平面形状でその平面のサイズ（微細パターン５が配置されている領域のサイズ）が２０ｍｍ角のモールドを用いた。この微細パターン５の凹凸の深さは、例えば、反射防止シートを製造する場合、２００〜３００ｎｍである。

筐体３の内部には、後述するＵＶ硬化性樹脂を硬化させるためのＵＶ照射装置６が配置されている。なお、この実施の形態１では、ＵＶ照射装置６をモールド４の上部に配置するため、モールド４の材質としては、ＵＶ光を透過できる材質を選定する。例えば、ＵＶ光を透過し、表面に微細パターンを加工できる素材として、石英ガラスを用いることができる。

筐体３の天井部には、Ｙ軸テーブル２の底面に当接する圧力センサ７が配置されている。この圧力センサ７は成型圧力を計測するために設けられている。

モールド４の下部には、モールド４の微細パターン５に対向するシート状のシームレスな基材８が配置される。この実施の形態１では、基材８として、ＰＥＴフィルムを材質とするシームレス基材を用いた。

基材８の下部には、曲率を持つ所定形状の弾性体９が、基材８を挟んでモールド４に対向するように配置されている。この実施の形態１では、弾性体９は直径８００ｍｍの円筒形状をしており、Ｘ軸と平行に配置されている。

この弾性体９の素材には、少なくともモールド（型）よりも柔らかく、かつ、成型時にモールドのパターンを破壊しない硬度のものを用いる必要がある。この実施の形態１では、弾性体９の材質として、弾性率が３．５ＭＰａのシリコンゴムを選定した。

また、この弾性体９の表面には反射防止構造を設けている。これは、モールド４、ＵＶ硬化性樹脂、基材８を透過したＵＶ光が弾性体９で反射して、目的とする箇所以外にＵＶ光が照射されるのを防ぐためである。反射防止構造の一例としては、反射を防止できる色に弾性体９の表面を着色したものがある。

弾性体９の左右には、蛇行制御ローラ１０と回転制御ローラ１１が配置されている。この実施の形態１では、蛇行制御ローラ１０は直径６０ｍｍの円筒形状をしており、Ｘ軸と平行に配置されている。また、回転制御ローラ１１は、直径６０ｍｍの円筒形状をしており、Ｘ軸と平行に配置されている。つまり、蛇行制御ローラ１０と回転制御ローラ１１は共に円筒形状の弾性体９と平行に配置されている。また、基材８は、弾性体９、蛇行制御ローラ１０および回転制御ローラ１１に掛け渡して巻回されており、回転制御ローラ１１を駆動源として回動する。このように、この実施の形態１では、蛇行制御ローラ１０と回転制御ローラ１１によって、基材８を弾性体９上へ送り出すことができる。

このインプリント装置には、回転制御ローラ１１をＺ方向に移動させることが可能な張力調整機構１２が備え付けられている。この張力調整機構１２によって、基材８は、たわみが生じないようにセッティングされている。なお、この張力調整機構１２は、後述する加圧時に発生する可能性がある基材８の撓みを吸収するために、インプリント中は、常に回転制御ローラ１１にＺ方向の張力をかけ続けている。

この実施の形態１では、蛇行制御ローラ１０と弾性体９との間の基材８の角度と、回転制御ローラ１１と弾性体９との間の基材８の角度とが、ＸＺ平面から上方向に５度となるように、弾性体９を配置している。これは、弾性体９上の曲面に沿うように基材８が巻回されるために必要な角度であり、回転制御ローラ１１や蛇行制御ローラ１０、弾性体９の配置によっては５度以外の角度でもよい。

図２は、本発明の実施の形態１におけるインプリント装置の要部を拡大して示す側断面図である。図２に示すように、基材８の微細パターン５に対面する一方面には所定量のＵＶ硬化性樹脂１３が均一な厚みで塗布されている。この実施の形態１では、基材８の厚みは、５０〜５００μｍのものを想定している。また、モールド４のパターン形成面の外周部（微細パターン５が配置されている領域の外側の領域）には、遮光構造の一例として、ＵＶ光を遮光する遮光膜１４を有する斜面が設けられている。

続いて、この実施の形態１におけるインプリント装置の動作について説明する。

図３（ａ）〜（ｄ）および図４は、この実施の形態１におけるインプリント装置により基材８上の１箇所をインプリント成型する工程を示す図である。詳しくは、図３（ａ）〜（ｄ）は、モールド４と弾性体９とで基材８を挟み、モールド４のパターン形成面をＵＶ硬化性樹脂１３に押し付けて加圧する工程を、順番に時系列で示す図である。また、図４は、図３（ａ）〜（ｄ）に示す加圧工程の後、ＵＶ硬化性樹脂１３を硬化させる工程を示す図である。図３（ａ）〜（ｄ）のそれぞれにおいて、上図はモールド４のパターン形成面とＵＶ硬化性樹脂１３との接触範囲を示す図であり、下図は工程別側断面図である。また、図４において、上図はモールド４のパターン形成面とＵＶ硬化性樹脂１３との接触範囲およびＵＶ硬化性樹脂１３の硬化範囲を示す図であり、下図は工程別側断面図である。

まず、仮成型を行うことにより、モールド４と弾性体９との位置を合わせた後、本成型へ移行する。

本成型では、まず、Ｙ軸テーブル２を下降させることにより、モールド４のパターン形成面と円筒形状の弾性体９の表面（曲面）とで、パターン形成面に対面する一方面がＵＶ硬化性樹脂１３によってコートされた基材８を挟む。そして、モールド４のパターン形成面をＵＶ硬化性樹脂１３に押し付けて加圧する。

この加圧工程において、Ｙ軸テーブル２は、微細パターン５とＵＶ硬化性樹脂１３とが接触する直前から、微細パターン５とＵＶ硬化性樹脂１３との間に気体がかみこまないように十分に遅い等速度で下降して、モールド４のパターン形成面をＵＶ硬化性樹脂１３に押し付けて加圧する。この実施の形態では、Ｙ軸テーブル２を、１０ｍｍ／ｍｉｎで等速度下降させた。

まず、弾性体９上における基材８の面方向の形状が、円筒形状の弾性体９の外周面（円筒面）の一部に沿った形状であることから、パターン形成面（微細パターン５）とＵＶ硬化性樹脂１３とは線で接触し始める（図３（ａ）参照）。その後、Ｙ軸テーブル２が下降するにつれて、Ｙ軸テーブル２からの荷重によって、基材８を下支えしている円筒形状の弾性体９が徐々に押し潰される。そのため、図３（ａ）〜図３（ｄ）に示すように、モールド４のパターン形成面とＵＶ硬化性樹脂１３との接触範囲が、モールド４と弾性体９とを互いに接近する方向へ相対的に移動させるにつれて、つまりＹ軸テーブル２を下降させるにつれて、パターン形成面の内側から外側へ向かって徐々に広がる。つまり、接触範囲（接触箇所）は、Ｙ軸テーブル２を下降させるにつれて、線分から外側へ向かって徐々に拡大する。

以上の動作により、パターン形成面（微細パターン５）とＵＶ硬化性樹脂１３との間に気体が封入されることなく、微細パターン５とＵＶ硬化性樹脂１３とを確実に接触（密着）させることができるので、未転写やパターン形状不良を抑制できる。

なお、Ｙ軸テーブル２からモールド４へ付与される荷重は圧力センサ７によって測定されている。したがって、例えば、圧力センサ７の測定値が所定値以上になるとＹ軸テーブル２の下降動作を停止させることで、圧力センサ７の測定値に基いたＹ軸テーブル２の下降動作の制御を実現できる。このように圧力センサ７の測定値に基づいて制御することで、未転写やパターン形状不良をさらに抑制することができる。

また、図３（ｄ）に示すように、ＵＶ硬化性樹脂１３に所望のパターンが付与される深さまで微細パターン５がＵＶ硬化性樹脂１３に埋まったとき（密着したとき）には、弾性体９の変形により、基材８はＸＺ平面に水平ないしは略水平となる。また、このとき、図３（ｄ）に示すように、微細パターン５が配置されている範囲を超えて、モールド４のパターン形成面がＵＶ硬化性樹脂１３に接触（密着）する。

その後、図４に示すように、微細パターン５がＵＶ硬化性樹脂１３に密着した状態で、モールド４を通じて、ＵＶ照射装置６からのＵＶ光をＵＶ硬化性樹脂１３へ照射することにより、ＵＶ硬化性樹脂１３を硬化させる。これにより、ＵＶ硬化性樹脂１３に微細パターンが転写される。

この実施の形態１では、モールド４のパターン形成面の外周部（微細パターン５が配置されている領域の外側）に設けられた遮光構造により、モールド４のパターン形成面とＵＶ硬化性樹脂１３とが接触する範囲のうちの所定範囲を硬化させることができる。つまり、この実施の形態１のインプリント装置では、モールド４のパターン形成面の外周部に、ＵＶ光を遮光する遮光膜１４が設けられていることから、微細パターン５の外側には光が届き難く、その結果、ＵＶ硬化性樹脂１３の硬化範囲と非硬化範囲を分けることができる。さらに、この実施の形態１のインプリント装置では、モールド４のパターン形成面の外周部に斜面が形成されていることから、微細パターン５の外周付近では、ＵＶ硬化性樹脂１３の酸素阻害特性が作用する。その結果、硬化範囲と非硬化範囲との境界を、図４に示すように、直線ではなく不規則な曲線にすることができる。

ＵＶ硬化性樹脂１３の硬化後は、Ｙ軸テーブル２を上昇させることにより、モールド４とＵＶ硬化性樹脂１３を剥離する。

以上の動作により、基材８上の１箇所をインプリント成型することができる。なお、以上説明した動作は、インプリント装置全体の動作を制御する制御装置を設けて自動的に制御することができる。

続いて、この実施の形態１におけるインプリント装置により、大面積のシームレスな基材８に対して上記したインプリント成型を繰り返して、基材８上の異なる場所に微細パターン５を転写する工程を説明する。

図５は、大面積のシームレスな基材８に対してインプリント成型を繰り返す際におけるインプリント装置の動作を説明するための斜視図である。

この実施の形態１のインプリント装置は、モールド４のパターン形成面によってＵＶ硬化性樹脂１３を加圧し、モールド４を通じてＵＶ光を照射することによってＵＶ硬化性樹脂１３を硬化させる。このＵＶ硬化性樹脂１３に微細パターンを転写する工程を繰り返すことで、基材８上の異なる場所に微細パターン５を転写する。この際、既に成型されているパターンに隣接させてパターン成型を行う。この動作により、パターンがつなぎ合わされた大面積のシート状デバイスを得ることができる。以下、この工程を具体的に説明する。

図５に示すように、Ｘ軸テーブル１を操作してモールド４をＸ軸方向へずらしながら、円筒形状の弾性体９上の基材８に対して、上述のインプリント成型工程を複数回繰り返す。これにより、Ｘ軸方向の一列分のインプリント成型が完了する。一列のインプリント成型の完了後、基材８を回転制御ローラ１１によって一列分送り、次の一列のインプリント成型を行う。この動作を繰り返すことにより、１つの微細パターンをつなぎ合わせた大面積の微細パターン転写面を得ることができる。

また、上記したように、ＵＶ硬化性樹脂１３に転写されたパターンの境界（硬化範囲の境界）は、図４に示すように直線ではなく規則性のない曲線である。規則性のない曲線は目視しづらいため、パターンのつなぎ目を目立たなくすることができる。なお、パターンの境界の曲線幅（図４に示す幅ｈ）は、モールド４のパターン形成面の外周部に設けた斜面の形状（高さや幅）と遮光膜１４の範囲によりコントロールすることができる。この実施の形態１では、幅ｈは、５０μｍ程度であった。

加えて、上記したように、ＵＶ硬化性樹脂１３の硬化範囲と非硬化範囲を分けることができる。そのため、パターンをつなぎ合わせるために、既に成型されているパターンに隣接させてパターン成型を行っても、樹脂が硬化されていない非硬化範囲でパターン成型を行うことができる。よって、パターンのつなぎ目の段差を０．５μｍ以下にすることが可能となる。

したがって、この実施の形態１によれば、パターンのつなぎ目が不規則な曲線のつながりであり、そのつなぎ目に０．５μｍ以下の段差を有するシート状デバイスを得ることができる。

なお、この実施の形態１では、直線移動軸のＸ軸テーブル１と回転移動軸の回転制御ローラ１１によって、基材８上の場所をずらしてのインプリント成型を実現しているが、モールド４と基材８とを相対的に移動させる構成は特に限定されるものではない。例えば、モールド４と基材８とを相対的に移動させる直線または回転の移動軸が１軸以上装備されている等、基材８上の異なる場所でのインプリント成型が可能となる構成であればよい。

また、この実施の形態１では、微細パターン５が配置されている領域の面方向の形状が平面形状でその平面のサイズが２０ｍｍ角のモールド４を用いると共に、弾性率が３．５ＭＰａのシリコンゴムからなる円筒形状の弾性体９を用いた。この微細パターン５が配置されている領域の面方向の形状およびサイズと、円筒形状の弾性体９の弾性率から、有限要素解析シミュレーションにより、弾性体の円筒の直径は８００ｍｍ以上が望ましいことがわかり、この実施の形態１では８００ｍｍに設定した。

また、この実施の形態１では、蛇行制御ローラ１０および回転制御ローラ１１と弾性体９との間の基材８の角度が、それぞれＸＺ平面から上方向に５度となるように弾性体９を配置した。だが、微細パターン５が平面に配置されている場合には、蛇行制御ローラ１０と弾性体９との間の基材８の角度と、回転制御ローラ１１と弾性体９との間の基材８の角度がマイナスでなれければ、モールド４のパターン形成面と基材８上のＵＶ硬化性樹脂１３とを線で接触させることができる。但し、蛇行制御ローラ１０と弾性体９との間の基材８の角度と、回転制御ローラ１１と弾性体９との間の基材８の角度に応じて、加圧速度などの成型条件を適宜調整する必要がある。

また、この実施の形態１では、遮光構造として、遮光膜１４を有する斜面を用いたが、段差形状の表面に遮光膜１４を設けた構造としてもよい。斜面でなく段差形状とした場合は、遮光範囲をより細かく制御することができる。

また、この実施の形態１では円筒形状の弾性体９を用いたが、モールド４のパターン形成面に対向する範囲の表面（曲面）が円筒面の一部を成す形状の弾性体を用いてもよい。

（実施の形態２）
続いて、本発明の実施の形態２について説明する。この実施の形態２は、弾性体が球状である点で、前述した実施の形態１と異なる。以下、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。

図６（ａ）〜（ｄ）および図７は、この実施の形態２におけるインプリント装置により基材８上の１箇所をインプリント成型する工程を示す図である。詳しくは、図６（ａ）〜（ｄ）は、モールド４と弾性体１５とで基材８を挟み、モールド４のパターン形成面をＵＶ硬化性樹脂１３に押し付けて加圧する工程を、順番に時系列で示す図である。また、図７は、図６（ａ）〜（ｄ）に示す加圧工程の後、ＵＶ硬化性樹脂１３を硬化させる工程を示す図である。図６（ａ）〜（ｄ）のそれぞれにおいて、上図はモールド４のパターン形成面とＵＶ硬化性樹脂１３との接触範囲を示す図であり、下図は工程別側断面図である。また、図７において、上図はモールド４のパターン形成面とＵＶ硬化性樹脂１３との接触範囲およびＵＶ硬化性樹脂１３の硬化範囲を示す図であり、下図は工程別側断面図である。

まず、仮成型を行うことにより、モールド４と弾性体１５との位置を合わせた後、本成型へ移行する。

本成型では、まず、Ｙ軸テーブル２を下降させることにより、モールド４のパターン形成面と球状の弾性体１５の表面（曲面）とで、パターン形成面に対面する一方面がＵＶ硬化性樹脂１３によってコートされた基材８を挟む。そして、モールド４のパターン形成面をＵＶ硬化性樹脂１３に押し付けて加圧する。

なお、この実施の形態２では、弾性率３．５ＭＰａのシリコンゴムからなる直径８００ｍｍの球状の弾性体１５を用いた。また、微細パターン５が配置されている領域の面方向の形状が平面形状でその平面のサイズ（微細パターン５が配置されている領域のサイズ）が２０ｍｍ角のモールド４を用いた。

この加圧工程において、Ｙ軸テーブル２は、微細パターン５とＵＶ硬化性樹脂１３とが接触する直前から、微細パターン５とＵＶ硬化性樹脂１３との間に気体がかみこまないように十分に遅い等速度で下降して、モールド４のパターン形成面をＵＶ硬化性樹脂１３に押し付けて加圧する。

まず、弾性体１５上における基材８の面方向の形状が、球状の弾性体１５の外周面（球面）の一部に沿った形状であることから、パターン形成面（微細パターン５）とＵＶ硬化性樹脂１３とは点で接触し始める（図６（ａ）参照）。その後、Ｙ軸テーブル２が下降するにつれて、Ｙ軸テーブル２からの荷重によって、基材８を下支えしている球状の弾性体１５が徐々に押し潰される。そのため、図６（ａ）〜図６（ｄ）に示すように、モールド４のパターン形成面とＵＶ硬化性樹脂１３との接触範囲が、モールド４と弾性体１５とを互いに接近する方向へ相対的に移動させるにつれて、つまりＹ軸テーブル２を下降させるにつれて、パターン形成面の内側から外側へ向かって徐々に広がる。つまり、接触範囲は、Ｙ軸テーブル２を下降させるにつれて、点から外側へ向かって徐々に拡大する。この実施の形態２のインプリント装置は、点から拡大する構成であるので、線から拡大する前述の実施の形態１のインプリント装置と比べて、より気体が封入される可能性を低減することができる。

以上の動作により、パターン形成面（微細パターン５）とＵＶ硬化性樹脂１３との間に気体が封入されることなく、微細パターン５とＵＶ硬化性樹脂１３とを確実に接触（密着）させることができるので、未転写やパターン形状不良を抑制できる。

また、図６（ｄ）に示すように、ＵＶ硬化性樹脂１３に所望のパターンが付与される深さまで微細パターン５がＵＶ硬化性樹脂１３に埋まったとき（密着したとき）には、弾性体１５の変形により、基材８はＸＺ平面に水平ないしは略水平となる。また、このとき、図６（ｄ）に示すように、微細パターン５が配置されている範囲を超えて、モールド４のパターン形成面がＵＶ硬化性樹脂１３に接触（密着）する。

その後、図７に示すように、微細パターン５がＵＶ硬化性樹脂１３に密着した状態で、モールド４を通じて、ＵＶ照射装置６からのＵＶ光をＵＶ硬化性樹脂１３へ照射することにより、ＵＶ硬化性樹脂１３を硬化させる。これにより、ＵＶ硬化性樹脂１３に微細パターンが転写される。

なお、この実施の形態２においても、前述した実施の形態１と同様に、モールド４のパターン形成面の外周部に設けられた遮光構造（斜面と遮光膜１４）により、ＵＶ硬化性樹脂１３の硬化範囲と非硬化範囲を分けることができ、さらに、硬化範囲と非硬化範囲の境界を、直線ではなく不規則な曲線にすることができる。

ＵＶ硬化性樹脂１３の硬化後は、Ｙ軸テーブル２を上昇させることにより、モールド４とＵＶ硬化性樹脂１３を剥離する。

以上の動作により、基材８上の１箇所をインプリント成型することができる。

続いて、この実施の形態２におけるインプリント装置により、大面積の基材８に対して上記したインプリント成型を繰り返して、基材８上の異なる場所に微細パターン５を転写する工程を説明する。

この実施の形態２においても、前述した実施の形態１と同様に、モールド４のパターン形成面によってＵＶ硬化性樹脂１３を加圧し、モールド４を通じてＵＶ光を照射することによってＵＶ硬化性樹脂１３を硬化させて、ＵＶ硬化性樹脂１３に微細パターンを転写する工程を繰り返し、基材８上の異なる場所に微細パターン５を転写することで、パターンがつなぎ合わされた大面積のシート状デバイスを得ることができる。但し、球状の弾性体１５を用いるため、この実施の形態２のインプリント装置には、Ｘ軸方向の一列分のインプリント成型を実施する際に、モールド４と弾性体１５とを対にしてＸ軸方向へずらすための機構が備え付けられている。

また、この実施の形態２においても、ＵＶ硬化性樹脂１３に転写されたパターンの境界（硬化範囲の境界）は、直線ではなく規則性のない曲線であるため、パターンのつなぎ目を目立たなくすることができるし、ＵＶ硬化性樹脂１３の硬化範囲と非硬化範囲を分けることができるので、パターンのつなぎ目の段差を０．５μｍ以下にすることが可能となる。

したがって、この実施の形態２においても、パターンのつなぎ目が不規則な曲線のつながりであり、そのつなぎ目に０．５μｍ以下の段差を有するシート状デバイスを得ることができる。

なお、この実施の形態２では、微細パターン５が配置されている領域の面方向の形状が平面形状でその平面のサイズが２０ｍｍ角のモールド４を用いると共に、弾性率が３．５ＭＰａのシリコンゴムからなる球状の弾性体１５を用いた。この微細パターン５が配置されている領域の面方向の形状およびサイズと、球状の弾性体１５の弾性率から、有限要素解析シミュレーションにより、弾性体の球の直径は８００ｍｍ以上が望ましいことがわかり、この実施の形態２では８００ｍｍに設定した。

また、この実施の形態２では表面が球面形状の弾性体を用いたが、表面が非球面形状の弾性体や、モールド４のパターン形成面に対向する範囲の表面（曲面）が球面または非球面の一部を成す形状の弾性体を用いてもよい。

以上説明した実施の形態１および２では、シリコンゴムからなる弾性体９、１５を用いたが、弾性率が所定の条件を満たしていれば、弾性体の素材は特に限定されるものではない。例えば、シリコンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、クロロプレンゴム、二トリルゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム等の合成ゴムや天然ゴムのうちの少なくとも１種を使用することができる。また、弾性変形可能な金属を用いてもよい。

また、上記した実施の形態１および２では、ＰＥＴフィルムからなるシームレスな基材８を用いたが、ロールベルトとして使える鏡面の薄い他の樹脂または金属を用いてもよい。

また、上記した実施の形態１および２では、モールド４と弾性体９、１５とで基材８を挟ませ、その基材８上のＵＶ硬化性樹脂１３にモールド４のパターン形成面を押し当てて加圧する加圧装置として、Ｙ軸テーブル２を用いたが、Ｙ軸テーブルは一例であって、加圧装置の構成は特に限定されるものではない。

また、上記した実施の形態１および２では、基材８上に設ける樹脂にＵＶ硬化性樹脂１３を用いたが、気体の残留やモールド４と基材８との未接触部（未密着部）の発生に起因する未転写やパターン形状不良を抑制できるものであればよい。例えば、気体の残留やモールド４と基材８との未接触部（未密着部）の発生に起因する未転写やパターン形状不良を抑制できるものであれば、ＵＶ光以外の光によって硬化する樹脂や、電子線によって硬化する樹脂や、熱によって硬化する樹脂等を用いてもよい。また、デバイス（微細パターン転写面）の大面積化に対して、パターンのつなぎ目が目立たず、かつ、つなぎ目に段差が発生しないインプリントを実現するには、１箇所のインプリント成型において硬化範囲と非硬化範囲を分けることが可能で、かつ、硬化範囲の境界を直線ではなく規則性のない曲線にできる樹脂を用いる必要がある。そのような樹脂の一例として、上記した実施の形態１および２ではＵＶ硬化性樹脂１３を用いたが、デバイス（微細パターン転写面）の大面積化に対して、パターンのつなぎ目が目立たず、かつ、つなぎ目に段差が発生しないインプリントを実現できるものであればよい。例えば、デバイス（微細パターン転写面）の大面積化に対して、パターンのつなぎ目が目立たず、かつ、つなぎ目に段差が発生しないインプリントを実現できるものであれば、ＵＶ光以外の光によって硬化する樹脂や、電子線によって硬化する樹脂や、熱によって硬化する樹脂等を用いてもよい。

また、上記した実施の形態１および２ではＵＶ硬化性樹脂１３を用いたので、モールド４のパターン形成面に接触している樹脂を硬化させる硬化装置としてＵＶ照射装置６を用いたが、樹脂を硬化させる装置はＵＶ照射装置に限定されるものではなく、樹脂の種類に応じて選定すればよい。

また、上記した実施の形態１および２では、モールド４を通してＵＶ光をＵＶ硬化性樹脂１３へ照射する構成としたので、モールド４の材質として、ＵＶ光を透過できる材質を選定した。だが、モールド４の材質はＵＶ光を透過できる材質に限定されるものではなく、樹脂の種類や硬化装置の設置位置等に応じて選定することができる。

また、上記した実施の形態１および２では、蛇行制御ローラ１０と回転制御ローラ１１によって基材を弾性体上へ送り出したが、基材を弾性体上へ送り出す機構の構成は特に限定されるものではない。

また、上記した実施の形態１および２では、円筒形状の弾性体９または球状の弾性体１５を用いたが、モールド４に対向する弾性体の表面が、その面の内側から外側へ向かって、モールド４のパターン形成面から離れていく形状の曲面であればよい。つまりは、モールド４に対向する弾性体の表面がモールド側へ凸状の曲面であればよい。このような弾性体の表面形状により、加圧時に、モールド４のパターン形成面とＵＶ硬化性樹脂１３との接触範囲を、パターン形成面の内側から外側に向かって拡大させることができる。

また、上記した実施の形態１および２では、微細パターン５が配置されている領域の面方向の形状が平面形状でその平面のサイズ（微細パターン５が配置されている領域のサイズ）が２０ｍｍ角のモールド４を用いた。だが、微細パターン５が配置されている領域の面方向の形状やサイズは特に限定されるものではない。但し、微細パターン５が配置されている領域の面方向の形状に応じて、モールド４に対向する弾性体の曲面の曲率を調整するのが好適である。詳しくは、微細パターン５が、平面または、弾性体側へ凸状の曲面上に配置されている場合には、モールド４に対向する弾性体の曲面の曲率を、微細パターン５が配置されている領域の曲率よりも小さく設定するのが好ましい。また、微細パターン５が、弾性体側とは反対側へ凸状の曲面（凹状の曲面）上に配置されている場合には、モールド４に対向する弾性体の曲面の曲率を、微細パターン５が配置されている領域の曲率よりも大きくするのが好ましい。このようにすれば、モールド４のパターン形成面と基材８上のＵＶ硬化性樹脂との接触範囲を、パターン形成面の内側から外側に向かって徐々に拡大させることができる。

本発明にかかるシート状デバイスの製造装置およびシート状デバイスの製造方法によれば、未転写部が無く、パターンのつなぎ目に段差が無い大面積の微細パターンが転写されたシート状デバイスを簡易で安価な設備によって得ることができる。

１ Ｘ軸テーブル
２ Ｙ軸テーブル
３ 筐体
４ モールド
５ 微細パターン
６ ＵＶ照射装置
７ 圧力センサ
８ 基材
９ 弾性体
１０ 蛇行制御ローラ
１１ 回転制御ローラ
１２ 張力調整機構
１３ ＵＶ硬化性樹脂
１４ 遮光膜
１５ 弾性体

Claims (15)

1. パターンが形成されたパターン形成面を有するモールドと、
   前記モールドに対向配置された弾性体と、
   前記モールドと前記弾性体とで挟んだ基材上の樹脂に前記パターン形成面を押し当てて加圧する加圧装置と、
   前記基材上の樹脂を硬化させる硬化装置と、を備え、
   前記モールドに対向する前記弾性体の表面が、前記モールド側へ凸状の曲面であること
   を特徴とするシート状デバイスの製造装置。
2. 前記モールドに対向する前記弾性体の曲面が円筒面の一部を成すこと
   を特徴とする請求項１記載のシート状デバイスの製造装置。
3. 前記モールドに対向する前記弾性体の曲面が球面または非球面の一部を成すこと
   を特徴とする請求項１記載のシート状デバイスの製造装置。
4. 前記パターンが、平面または、前記弾性体側へ凸状の曲面上に配置されており、前記モールドに対向する前記弾性体の曲面が、前記パターンが配置されている領域の曲率よりも小さい曲率を持つこと
   を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のシート状デバイスの製造装置。
5. 前記パターンが、前記弾性体側の反対側へ凸状の曲面上に配置されており、前記モールドに対向する前記弾性体の曲面が、前記パターンが配置されている領域の曲率よりも大きい曲率を持つこと
   を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のシート状デバイスの製造装置。
6. 前記モールドに対向する前記弾性体の曲面が反射防止構造を有すること
   を特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のシート状デバイスの製造装置。
7. 前記弾性体として、合成ゴム、天然ゴムのうちの少なくとも１種を使用すること
   を特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のシート状デバイスの製造装置。
8. 前記モールドと前記基材とを相対的に移動させる直線または回転の移動軸が１軸以上装備されており、前記基材上の場所をずらしてのインプリント成型が可能であること
   を特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のシート状デバイスの製造装置。
9. 前記モールドのパターン形成面の外周部に、前記パターン形成面と前記基材上の樹脂とが接触する範囲のうちの所定範囲を硬化させるための遮光構造が設けられたこと
   を特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のシート状デバイスの製造装置。
10. 前記基材の張力を調整する張力調整機構を備えたこと
    を特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のシート状デバイスの製造装置。
11. パターンが形成されているパターン形成面を有するモールドと曲率を持つ所定形状の弾性体とで、前記パターン形成面に対面する一方面上に樹脂が設けられた基材を挟み、前記パターン形成面を前記樹脂に押し当てて加圧し、
    前記基材上の樹脂を硬化させて、前記樹脂に前記パターンを転写するに際し、
    加圧時に前記パターン形成面と前記樹脂とが接触する範囲が、前記モールドと前記弾性体とを互いに接近する方向へ相対的に移動させるにつれて、前記パターン形成面の内側から外側に向かって広がること
    を特徴とするシート状デバイスの製造方法。
12. 前記モールドに対向する前記弾性体の表面が、その面の内側から外側へ向かって前記パターン形成面から離れていく形状の曲面であり、
    加圧時に前記パターン形成面と前記樹脂とが接触する範囲が、前記モールドと前記弾性体とを互いに接近する方向へ相対的に移動させるにつれて、前記パターン形成面の内側から外側に向かって広がること
    を特徴とする請求項１１記載のシート状デバイスの製造方法。
13. 前記モールドに対向する前記弾性体の表面が円筒面の一部を成し、
    加圧時に前記パターン形成面と前記樹脂とが接触する範囲が、前記モールドと前記弾性体とを互いに接近する方向へ相対的に移動させるにつれて、線分から外側へ向かって広がること
    を特徴とする請求項１１もしくは１２に記載のシート状デバイスの製造方法。
14. 前記モールドに対向する前記弾性体の表面が球面または非球面の一部を成し、
    加圧時に前記パターン形成面と前記樹脂とが接触する範囲が、前記モールドと前記弾性体とを互いに接近する方向へ相対的に移動させるにつれて、点から外側へ向かって広がる
    こと
    を特徴とする請求項１１もしくは１２に記載のシート状デバイスの製造方法。
15. 前記パターン形成面によって前記樹脂を加圧し、前記樹脂を硬化させて、前記樹脂に前記パターンを転写する工程を繰り返し、前記基材上の異なる場所に前記パターンを転写すること
    を特徴とする請求項１１ないし１４のいずれかに記載のシート状デバイスの製造方法。

Images