JP2013534873A - 複製方法 - Google Patents

Abstract

構造化された固体層を有する物品を作るためのラミネーション又は複製の方法は、第１の部材上に硬化性液体を供給するステップと、第１の部材上の硬化性液体に湾曲面を有する相補的第２の部材を接触させて、第１及び第２の部材の間に配置された硬化性液体を有するアセンブリを形成するステップと、硬化性液体を硬化させて、物品を形成するステップと、を含む。構造は第１及び第２の部材の少なくとも１つによって付与されている。ディスプレイシステムは、本明細書で定義、開示されているように物品を組み込む。

Description

「関連出願の相互参照」
本願は、２０１０年５月２７日に提出された米国仮特許出願第６１／３４９０６６号のアメリカ合衆国特許法第１１９条下の及び２０１１年３月３０日に出願された特許出願第１３／０７５２８９号の同法第１２０条下の優先権の利益を主張するものであり、それらの内容を根拠として、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、一般的に、硬化性液体及び方法の物品を用いたマイクロ複製のための方法及び装置に関する。

本開示は、硬化性液体及び方法の物品を用いたマイクロ複製のための方法及び装置を提供する。

開示の実施形態では以下の図を含む。

図１は、被覆された柔軟なウェブと平坦工具との間の相対的な位置や動き及び堆積した硬化性液体との相互作用の結果を示す概略図である。 図２は、被覆された柔軟な工具と剛直で平坦な基板との間の相対的な位置や動き及び堆積した硬化性液体との相互作用の結果を示す概略図である。 図３は、柔軟なウェブが制御可能に硬化性液体の表面と平坦工具上に被覆され、連続的又は半連続処理に使用されるロールツーロール装置を示す概略図である。 図４Ａは、開示の方法に従って調製された４つの異なる回折格子に対して検出された共振ピークの特性を示すグラフである。 図４Ｂは、開示の方法に従って調製された４つの異なる回折格子に対して検出された共振ピークの特性を示すグラフである。 図４Ｃは、開示の方法に従って調製された４つの異なる回折格子に対して検出された共振ピークの特性を示すグラフである。 図４Ｄは、開示の方法に従って調製された４つの異なる回折格子に対して検出された共振ピークの特性を示すグラフである。 図５は、開示された方法の複製の忠実度を実証する原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）のトレースを示すグラフである。

「定義」
”硬化性液体”等の用語は、便利に供給することができ、その後、熱や放射線の処理を受けたとき、非液体状や、注入、供給などの不可能な状態などの固化物質になるように形質転換され得る任意の物質を言う。

”構造化”等の用語は、例えば、溝、バンプ、ビア、トラフ、柱等の２Ｄ又は３Ｄの表現等の表面の質感等の区別できる差異を有し、その構造が滑らか又は均一な表面コーティング以外のものを言う。

”複製”、”複製する”等の用語は、オリジナルのコピー又はマスターのコピーを再生又は作成することを言う。たとえば、コピーは、元のマスターもしくはテンプレートと同一であることができ、又は、例えば、凹もしくは凸の刻印（impression）や、オリジナルのマスターもしくはテンプレートのコピーとすることができる。

”湾曲面”、”曲率”等の用語は曲線形状を有する少なくとも１つの表面部分を有する対象物を言い、閉じ込められたガスポケットを実質的に含まない硬化性液体の進行する接触正面を維持するのに十分である曲線形状を有する。

”ＡＧＭ”等の用語や略語は、”アクリレート回折格子材料”を言い、これは硬化性液体の一例である。

”含む”、”含まれている” 等の用語は包括する意味であり、限定されるものではなく、包括的であり、排他的なではないことを意味する。

本明細書中で使用される不定冠詞”ａ”又は”ａｎ” とそれに対応する定冠詞”ｔｈｅ”は特記のない限り、少なくとも１つ、又は１つ以上を意味する。

よく当業者に知られている略語、例えば、時間の”ｈ”又は”ＨＲ”、グラムの”ｇ”又は”ＧＭ”、ミリリットルの”ＭＬ”、そして室温の”ＲＴ”、ナノメートルの”ｎｍ”などが本明細書中で使用され得る。

構成要素、成分、添加物、及び態様等並びにその範囲のために開示された特定の好ましい値は説明のためだけであり、それらは定義された範囲内の他の定義された値又は他の値を排除するものではない。組成物、装置及び開示の方法は、本明細書に記載された、特定値、より具体的な値、及び好ましい値など、任意の値又は値の任意の組み合わせを含めることができる。

複製は、一般的に接触がパターン化された工具と材料の間で行われ、パターンがパターン化された工具から素材へ転送される技術を言う。紫外線複製は、接触がパターン化された工具とＵＶ硬化型液体の材料との間で行われ、パターンがパターン化された工具から材料へ転送さる技法を更に言うことができる。該工具は、所望のレリーフパターンの凹的イメージを担持することができる。複製前に該液体が基板上に供給され該基板によって支持され得る。支持基板は、必要に応じて、積層操作において複製された完成した部分に組み込むことができ、支持基板は完成した部分に分離され得る。

ミクロンもしくはサブミクロン機能の複製が知られている。例えば、硬化性液体を使用する複製は、回折格子、マイクロレンズアレイ、光導波路、光管理機器などを作るために実施されている。このような複製部品の光学性能は、硬化した液体の品質に依存し得る。複製された部分が光信号を伝送する連続フィルムを含む場合には、その厚さの均一性は、装置のパフォーマンスのためにかなり考慮される。例えば、エピック（登録商標）センサー（コーニング社；ｗｗｗ．ｃｏｒｎｉｎｇ．ｃｏｍ）などの光伝送に使用される回折格子は、正確なスペクトル情報を提供するために、パターン化されたフィルムを通る均一な光路に依存している。紫外線材料の特性とこれらのフィルムを複製するために使用される製造方法との間の相互作用は、光路の均一性、すなわち、最終的な厚さと屈折率の均一性を決定する。

表面を容易に濡らす液体は、注入成形（casting）と呼ばれる複製操作において平坦な剛直工具と基板表面の間にて使用することができる。紫外線照射を使用する場合、プロセスは、ＵＶキャストアンドキュア（ＵＶＣＣ）と呼ばれている。この場合、硬化性液体は、例えば、スピンコーティング又はドクターリングなどの堆積法などの公知のコーティング技術を用いて、基板表面全体（又は工具）上に供給され広く伸ばされる。あるいは、液体は印刷ステップを用いて、所定のパターンで供給され得る。工具（又は、供給が最初に工具上に達成された場合は代替基板）の表面は液体に向けられ、液体との接触が行われ、そして、硬化性液体は、コーティングされ又は複製される対象物のエッジ又は周囲に向け外側に広がる。工具が接したとき、硬化性液体の毛細管現象は、しばしば工具面と基板面との間の体積全体を埋めるように液体を動かするのに十分である。硬化性液体の拡散の速度を上げるに、圧力をシステムに付与することができる。例えば、米国特許第６４８２７４２号明細書は、工具と基板に圧力を加えるアイソスタティック方法を使って複製する技術を述べている。

しかし、液体、基板及び工具の材料選択は、それらの濡れ特性ではなく、多くの場合、それらの光学的、機械的及び化学的な性質に基づいている。これは、所望の特性を有する液体は、工具とよく濡れていない可能性がある基板との間にて硬化させなければならない状況となる可能性がある。これらの液体は、工具表面、基板表面、又はその両方にて非常に高い接触角を呈し得る。そのような液体がＵＶＣＣ操作で使用される場合、空気の混入は、共通な問題となり得る。これは、離散して基板上に供給する際に、離島状に形成される液体フィルムの性質に影響し得る。かかる島々は圧力下において互いに向かって強制され島々が空気を閉じ込めることとなる。この閉じ込め空気状態を避けるため、湾曲工具と平坦基板、平坦面工具と曲面基板又は両湾曲面の工具と基板を使用してパターニングがなされ得る。これらの場合では、曲面が非濡れ性液体を工具に接触させ、その後、所定の態様で進行させることを可能にする。第１に、接触の線が確立され、それにより、空気の混入の可能性を回避する。これは、非濡れ性液体の個々の島々が一緒に強制されたときに空気が自由に接触線の前にも後ろにも逃げることができるからである。第２に、曲面が回って前進するにつれて、接触線はまた前に進んで、接触線の前に空気を脱出させさせることを可能にする。米国特許第７３０６８２７号明細書（’８２７特許）は、工具と基板との間の紫外線液体の広がりを駆動するために加圧ロールが取り付けられたシャトルを使用して、ロールツーロールタイプ紫外線パターニングを実行するための方法及び装置に言及している。’８２７特許では、加圧ロールが液体を動かし十分に拡げると、閉じ込められた空気ポケットを追放する。しかし、加圧ロールの使用は、基材フィルムの接触を作る。この接触は、特に、自然のままの品質のフィルムが望まれている場合、方法の重要な制限となる。最高品質の光学フィルムを作るためには、例えば、ロールの表面の任意の欠陥がその領域での複製の失敗原因となることがあるので、どのような方法でも基板裏面の接触を避けることが望ましい。また、ロールと工具の間に閉じ込められた破片は、加圧ロールがその上を通過する工具を損傷する恐れがある。あるいは、破片がロールと基板との間に検出された場合、加えられた圧力が基板の裏面に損傷を与え得るので、潜在的に欠陥を導入することになる。

本開示の実施形態においては、少なくとも前述の欠点が克服される。

実施形態においては、本開示の実施形態は、２次元又は３次元（２Ｄ又は３Ｄ）固体（非液体）構造を有する物品を作る複製方法を提供し、該複製方法は、
第１の部材（例えば、パターン化された上に硬化性液体を供給する工具又は基板ウェブ）上に硬化性液体を供給するステップと、
前記第１の部材上の前記硬化性液体に湾曲面を有する相補的第２の部材を接触させて、前記第１及び第２の部材（すなわち、工具及びウェブ）の間に配置された前記硬化性液体を有するアセンブリを形成する接触ステップと、
前記硬化性液体を硬化させて、構造化された固体層を有する物品を形成するステップと、を含むことを特徴とする。

該方法は、例えば、前記第１及び第２の部材の１つ又は両方から前記構造化された固体層を分離するステップを更に含むことができる。

前記接触ステップは、例えば、基板ウェブを含む前記第２の部材を、前記硬化性液体の表面及び平坦工具を含む前記第１の部材上へ被覆するステップを含むことができる。あるいは、前記接触ステップは、例えば、柔軟な工具を含む前記第２の部材を、前記硬化性液体の表面及び平らな基板ウェブを含む第２の部材上へ被覆するステップを含むことができる。

実施形態においては、前記湾曲面は、封入されたガスポケットを実質的に含まない硬化性液体の進行する接触正面を維持するのに十分であることとすることができる（図１（１０５）及び図２（２１０）の左から右への矢印を参照）。

実施形態においては、前記硬化性液体を硬化させることは、例えば、化学線、電子線、熱、又はそれらの組み合わせの照射によって達成され得る。

実施形態においては、前記硬化性液体を供給することは、例えば、スプレーコーティング法や、インクジェット、グラビアもしくはオフセットなどの印刷方法や、スロットコーティング、ロールコーティング、スピンコーティングなどの方法、又はそれらの組み合わせによって達成され得る。

実施形態においては、前記硬化性液体は、例えば、複製する光学部品での使用に適した化学線又は電子線の硬化性組成物を含むことができ、該硬化性組成物は、例えば、単一のモノマー又はモノマー混合物であり、前記単一のモノマー又はモノマー混合物は、下記式の第１のジアクリレートモノマー、

（式中、ｎは２であり、Ｘは水素又はメチル基であり、Ｒは少なくとも１つの脂環式構造である）と、ネオペンチルグリコールプロポキシル化ジアクリレートモノマーから成る第２のアクリレートモノマーとから成り、
該硬化性組成物は、単官能アクリレートを実質的に含まずに、０重量％より大きく５重量％以下のウレタン（メタ）アクリレート、ハロゲン化（メタ）アクリレート又は単官能（メタ）アクリレートを有することができる。該硬化性組成物は、更に、少なくとも１つの光開始剤を含むことができる。該硬化性液体組成物中のＲは、例えば、二環式化合物であることができる。第１のモノマーは、例えば、以下のグループから選択することができる：

１，４−シクロヘキサンジメタノールジ（メタ）アクリレート、
水素化ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、
トリシクロデカンジメタノールジ（メタ）アクリレート、
下式のトリシクロデカンジメタノールジアクリレート、

ハイドロキシルピバルアルデヒド変性トリメチロールプロパンのジ（メタ）アクリレート（di(meth)acrylate of hydroxyl pivalaldehyde modified trimethylolpropane）、
リモネンアルコールジ（メタ）アクリレート、又はそれらの混合物、及び、
上記のネオペンチルグリコールプロポキシル化ジアクリレートモノマーは下式

（式中、ｎは０ないし３の整数である）であり、又は混合物が挙げられる。

実施形態においては、硬化性液体は、例えば、非濡れ性液体であることができる。非濡れ性液体は約９０度より大きい接触角を有しかつ硬化側面を有する任意の液体であることができる。実施形態においては、硬化性液体は、例えば、濡れ性液体とすることができる。濡れ性液体は約９０度以上の接触角を有しかつ硬化側面を有する任意の液体であることができる。実施形態においては、硬化性液体は、例えば、約１０重量パーセントないし約９０重量パーセントから約９０重量パーセントないし約１０重量パーセントまでの重量の濡れ性液体及び非濡れ性液体の組み合わせとすることができる。

実施形態においては、前記物品は、例えば、任意のトポロジ的に強化された面とすることができ、例えば、導波路、回折格子、ミクロンもしくはサブミクロンの要素の配列、変成ガラスなどの形態、又はそれらの組み合わせであることができる。

実施形態においては、固体層又は透明固体層は、例えば、約１００ｎｍから約２５０マイクロメートルの厚さを有することができる。実施形態においては、固体又は透明な固体層は、例えば、約１ｎｍから約５００ｎｍの厚さを有することができる。

実施形態において、開示は、重合体光導波路を製造する方法であって、
テンプレート上に硬化性液体を塗布するステップと、
前記テンプレート上の硬化性液体と基材フィルムとを結合させて、前記テンプレートと前記基材フィルムの間に配置された硬化性液体を有するアセンブリを形成するステップと、
前記硬化性液体を固体（例えば、透明なピース部）に硬化させるステップと、
前記固体を有するアセンブリから前記テンプレートを分離するステップと、を含み、
必要に応じて、前記固体から前記基材フィルムを分離するステップを含み、前記テンプレート、前記基材フィルム、又はその両方が曲率を有することを特徴とする方法を提供する。

実施形態においては、本開示は、表面をラミネートする方法であって、
工具に近接して基板のウェブを固定するステップ（例えば、連続的な基板は調節挟持部材又は真空マニホールドや真空プレナム（図示せず）などの一時的保持手段などによって挟持され、該保持手段などは被覆接触が達成される場所の周りであってウェブや工具の周囲などの刻印（imprinted）されない領域を超えて配置される。）と、
固定された基板を第１の開位置（伸張位置）へ伸張するステップと、
硬化性液体を前記工具上に供給して、接触線を形成するステップ（該接触線は例えば、硬化性液体のビーズ、液滴、島、ワーム、ラインなどの配列、又はそれらの組み合わせとすることができる）と、
前記固定された基板を第２の閉位置（弛緩位置）へ脱伸張するステップと、を含むことを特徴とする方法を提供する。

固定（挟持）された基板を第２の閉位置（弛緩位置）への脱伸張するステップは、例えば、工具、硬化性液体材料及び基材ウェブの間の進行する接触正面（例えば、ドクター又はプラウのパターン）又は接触ラインを維持するような、制御された態様で行うことができる。該脱伸張するステップは、結果として、ウェブや工具の間に挟まれた硬化性液体の中間層を有する工具部材上に基板ウェブを優しく被覆する。工具上で硬化性液体に基板ウェブを被覆することは、液体を進行する接触正面と同じ方向に進め、例えば、毛細管現象、容積式移動、又はその両方により進行する被覆を生ぜしめる。

実施形態においては、前記表面をラミネートする方法は、前記固定又は挟持された基板を前記第１の開位置又は伸張位置へ再伸張し、その後の固定された基板のウェブを解放するステップと、更に含むことができる。実施形態においては、表面をラミネートする方法は、例えば、ガラス、プラスチック、又は材料として平面基板上に可撓性フィルムを積層する際に、選択され得る。

実施形態において、本開示は、物品の複製方法であって、
パターン化された工具上に硬化性液体を供給するステップと、
前記パターン化された工具上の前記硬化性液体に基板ウェブを接触させて、前記工具及び前記基板ウェブの間に配置された前記硬化性液体を有する前記工具及び前記基板を含むアセンブリを形成する接触ステップと、
前記硬化性液体を硬化させて、固体層を形成するステップと、を含み、前記パターン化された工具、基材フィルム、又はその両方は、湾曲面を有することを特徴とする複製方法を提供する。

前記複製方法は、固体を有するアセンブリから前記パターン化された工具を分離するステップを更に含むことができる。

実施形態において、本開示は、物品の複製方法であって、少なくとも１回、例えば１０回程度の１回以上、上記プロセスのステップを繰り返して、２つ以上の硬化層を有する物品を提供する物品の複製方法を提供する。例えば、硬化層は、同一もしくは異なる硬化材料から成り得て、同一もしくは異なる回折格子や複製されたパターン（すなわち、工具又は基板の変化）等の同一もしくは異なる構造的側面や、又は、材料やプロセスのバラツキもしくはそれらの組み合わせのような例えば、様々な１Ｄ、２Ｄ、又は３Ｄ構造などの準備のため特徴部を有し得る。

実施形態において、本開示は、非濡れ性液体を用いて、ＵＶ複製を実行するための方法及び装置を提供する。該方法は、柔軟性の基板又は工具の裏面に接触することなく達成されることができる。該方法は、工具の損傷や基板の裏面上の欠陥を生成するリスクなしにパターンを複製するために平らな面（工具又は基板）に対して相対的に曲面（基材フィルム又は工具）の制御された動きを使用している。ロールツーロールの操作は、連続的又は半連続的に方法が達成され、工具パターンの高品質の複製を生成するために、必要に応じて使用される。

実施形態においては、本開示は、ＵＶ硬化性液体を使用するマイクロ複製のための方法及び装置を提供する。

実施形態において、本開示は、例えば、
基板へ及び工具への損傷の除去と、
硬化フィルムの厚さの改善された均一性と、
機械及び製造の低コストを達成するシンプルなデザインと、
回折格子や、反破砕性ガラス組成物や、保護ガラスコーティングなどの刻印（imprint）やコーティングの応用に適したロールツーロール装置及びプロセスと、を含めることができる、本明細書で定義されるような特に重要な態様を有する方法及び装置を提供する。

実施形態においては、硬化前の硬化性液体である初期フィルムの厚さは、例えば、約１マイクロメートルないし約１０マイクロメートルのバラツキを有し得る。実施形態においては、例えば、最終的な硬化フィルムの厚さのバラツキはプラスマイナス約１００ｎｍからないし約１マイクロメートルに低減することができる。

好適な硬化性液体は、例えば、モノマー、オリゴマー及びそれらの混合物などの重合体前駆体、又は硬化又は架橋され固体になることができる液体重合体を含む。該重合体の例は、例えば、アクリル酸の重合体又は共重合体（すなわち、２つ以上の異なるモノマーを有するもの）、すなわち、アクリル酸、メタクリル酸、又はそれらのエステルの１つなどのモノマーを有するものや、そのモノマー又はそれらの組み合わせや、それらの塩を含むことができる。例えば、ナトリウム、カルシウム、マグネシウム、亜鉛、アンモニウムなどのイオンと他のモノマーとの、アクリル酸及びその塩の他の重合体及び共重合体には、例えば、アンモニウムアクリレート共重合体、アンモニウム・ビニルアルコール（ｖａ）アクリレート共重合体、ナトリウムアクリレート共重合体、エチレンアクリル酸共重合体、エチレンアクリレート共重合体、エチレンアクリル酸−ｖａ共重合体、アクリレート・ビニルピリジン（ｖｐ）共重合体、アクリレート−ｖａ共重合体、ステアレス−１０アリルエーテルアクリレート共重合体、アクリレートステアレス−５０アクリレート共重合体、アクリレートステアレス−２０メタクリレート共重合体、アクリレートアンモニウムメタクリレート共重合体、スチレンアクリレート共重合体、スチレンアクリレートアンモニウムメタクリレート共重合体、アンモニウムスチレンアクリレート共重合体、ナトリウムスチレンアクリレート共重合体、アクリレートヒドロキシエステルアクリレート共重合体、メタクリロイルエチルベタインアクリレート共重合体、ラウリルアクリレート−ｖａ共重合体、ｖａ−ブチルマレエートイソボルニルアクリレート共重合体、エチレンメタクリレート共重合体、ビニルカプロラクタム−ｖｐジメチルアミノエチルメタクリレート共重合体、ナトリウムアクリレートアクロレイン共重合体、ｖｐ−ジメチルアミノエチルメタクリレート共重合体、などの共重合体及びそれらの混合物が挙げられる。

アクリル酸及びその塩の重合体には、例えば、ポリアクリル酸、アンモニウムポリアクリレート、カリウムアルミニウムポリアクリレート、カリウムポリアクリレート、ナトリウムポリアクリレートなどの重合体、及びそれらの混合物や、これに共重合体もしくは前者の他のフィルムのものとの混合物を含むものが挙げられる。

硬化性液体は、硬化性液体の性能や動作を、又は得られる硬化固体中の性能や動作を改善することができる、着色剤、顔料、酸化防止剤、界面活性剤などの材料又はそれらの組み合わせなどの様々な機能の添加剤を含めることができる。

実施形態においては、物品は、不透明な、半透明な、透明な、透光性の、又はそれらの性質の組み合わせを有する、標準化されたマイクロプレート、カバープレート、培養容器向けのベース板、又は、例えば、電話、音楽プレーヤー、ビデオプレーヤー、又は機器等の携帯通信とエンターテイメント装置などの表示窓やタッチスクリーン向けや、情報系端末（ＩＴ）装置（例えば、ポータブルコンピュータ又はラップトップコンピュータ）向けの表示スクリーンのベース板として使用されるガラスもしくはプラスチックシートなどのような材料を含むことができる。ガラス物品又は基板は約３ミリメートル（ｍｍ）までの厚さを有することができる。実施形態においては、ガラス物品又は基材の厚さは約０．２３ｍｍ程度であることができる。実施形態においては、ガラス物品は未研磨の少なくとも１つの表面を有することができる。実施形態において、該物品を製造る方法は、物品や基板の表面を調節する任意のステップを使って、追加の準備のための前処理や後処理ステップを更に含めることができ、例えば、石鹸や洗剤での洗浄や、超音波洗浄や、界面活性剤を用いた処理などの当該分野で公知の方法を用いて意図された用途を妨害する可能性がある油や異物、その他の破片を除去するステップを更に含めることができる。

実施形態においては、開示は、表示システムを提供している。表示システムは、ガラス又はプラスチック製のパネルに隣接する少なくとも１つのガラス又はプラスチックパネル及び必要に応じて画素化画像表示パネルを含めることができる。画像表示パネルには、最小固有の画素ピッチ寸法を有することができる。画素化画像表示パネルは、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイのいずれか、又はディスプレイ装置を含むことができる。表示システムはまた、接触感応要素又は表面を含めることができる。ガラスはイオン交換されてもよく、複数の特徴を含む少なくとも１つの粗面を有することができる。

本開示は、基板の裏面に直接触することなく、ＵＶ複製を実行するための方法を提供する。平坦工具は、柔軟性フィルム基板と組み合わせて使用することができる。あるいは、柔軟な工具は、平坦で剛直基板と組み合わせて使用できる。実施形態においては、本方法は、湾曲工具、湾曲した基板ウェブ、又はそれらの組み合わせ、例えば、硬化性液体を接触させることによって達成することができる。実施形態において、硬化性液体を接触させることは、選択される接触構成に応じて、例えば、工具、基板ウェブ、又はそれらの組み合わせの重量からなど追加の外部圧力の印加や機器なしで、達成することができる。

実施例では、上述した開示の使用方法をより十分に説明するために、更なる開示の様々な態様を実施するために考えられる最良の形態を記載する。これらの実施例は、本開示の範囲を限定するものではなく、例示的な目的のために提示されることが理解される。適用できる実施例は、方法や方法開示の物品を作る方法を説明する。

例１：
例示的な構成例は、柔軟性フィルム被覆を用いた平坦石英マスク（６インチ（１５．２４ｃｍ）正方角、０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）厚）工具を含む。図を参照すると、工具（３３０）は、例えば、一方の主面に所定のパターンが含まれ、図３に示すように装置内にて上向きに設定されている。柔軟性フィルム被覆は、例えば、約５ミル厚さのポリスチレンが最終的な装置の基板として用いられた。ＵＶ硬化型液体が工具上に分注された。キャリアロールからフィルムを解放供給又は巻き戻ししながら、フィルムは工具の一端に正確に敷かれた。解放供給は、指定された半径の曲率を有するフィルムを形成することができる。これは、ローリング運動によって達成することができ、フィルムは、接触ラインが工具の一方の端から反対側の端へと進行する接触ラインに沿って、硬化性液体と接触する。フィルムと工具との間の相対角度を制御するには、フィルムロールが回転運動に加えて、水平方向、下方向、又は両方向に並進運動が与えられている。図１は、被覆された柔軟なウェブ（１１５）及び平坦工具（１０５）の間の相対的な位置と運動の関係と、柔軟なウェブ（１１５）との接触前（１２０）と接触後（１２５）における堆積した硬化性液体との結果の相互作用の構成の概略図を示している。図２は、同様の構成を示しているが、構成部品が逆にされている場合であって、すなわち、工具（２１５）に柔軟性があり、被覆として使われた場所が特定され、剛直基板（２１０）が平坦に保たれることを示している。例えば、柔軟なシリコーン工具（２１５）は、例えば、ＬＣＤガラス板などの剛直で平坦な基板と組み合わせて使用され得る。照射による硬化は、例えば、ＵＶ透過工具、ＵＶ透明基板又は両方を通して達成され得る。

このような構成により、工具及びフィルムを一緒になるように強制する加圧ローラを使用する場合フィルムの裏面を直接接触させることにより導入される欠点をもたらすことなく、複製が可能となる。本発明の構成の実施形態において、フィルムはＵＶ硬化型液体上に慎重に敷設されており、接触線はロールの動きによって進められる。空気は進行する接触正面ラインの前方に絶えず移行している故に、いかなる空気の混入も避けることができる。もし破片が工具と基板との間に閉じ込められる場合でも、破片を工具中に押圧する負荷（フィルムの非常に低い重量以外）がない故に、工具の損傷の危険性はない。もし破片がフィルムの裏面に存在する場合、加圧ロールが該構成で使用されていない故に、破片をフィルム内に押圧する負荷はない。加圧ロールの不使用はまた、欠陥の取り込みや、加圧ロールのバリ又は突出面の他のタイプの損傷があっても工具の損傷の可能性を排除する。最後に、加圧ロールが使用された場合に存在し得る無負荷勾配は存在しない。

硬化後、柔軟性のフィルム又は工具は敷設積層ステップと同様の動きで除去され得るので、制御された動きで柔軟性のフィルム、工具又は両方を効果的に剥がすことができる。

例２：剛直平坦工具と柔軟性フィルムを使用した複製：
柔軟性フィルム基板を曲げながら、剛直平坦工具が用いられた。この方法では、工具に細工する解法が大幅に簡素化され、例えばリソグラフィ方法によってパターニングされたガラスやシリコンウエハを使用できるようになる。そのような工具は堅牢であり、理論的には紫外線への無制限暴露に耐え得る。この方法では、工具が上向きに回折格子（すなわち、複製されるべきパターン）側を上にして敷設され、シリコーン工具を使用しているときと同様に、フィルムは、後端にて接触線を生成することにより、工具を接触させるようにする。フィルムの先端は、ゆっくりと平坦に下げられ、そうして、その方向に接触線を進める。ＵＶ硬化は、透明基板を介して実行された。

例３：剛直工具を使用する複製：
剛直工具上に基板を被覆または曲げることよって、そして、挟持部材での挟持又は真空アシストでの着座による相対原点と位置を固定することによって、接触線は形成された。ＵＶ活性液体は、例えば、工具上又は可撓性のフィルム表面に、供給された。この方法で、回折格子ベース共鳴センサーは、工具と基板材料の両方で高い接触角を示したＵＶ硬化型製剤を使用して、作製された。３８４回折格子パターンが複製され、４つのセンサーがランダムにスキャンされた。その後、センサーは、広域波長レーザ光源を用いて検査（interrogated）された。図４に示すように共振信号は、約８００ｎｍで検出された。図４は、開示に従って調製された４つの異なる回折格子に対して検出された共振ピークの特性（振幅対時間（秒））を示す（図４Ａ：Ｌ１３；図４Ｂ：Ｂ１０；図４Ｃ：Ｈ５；図４Ｄ：Ｄ１３、ここで、文字と数字の指定は、行ＡないしＰ及び列１ないし２４用の標準ＳＢＳ３８４ウェルアドレス方式（the standard SBS 384-well address scheme for Rows A to P, and columns 1 to 24）に対応している）。

開示された複製方法は低コストの回折格子の製造に使用することができ、例えば、コーニング社、エピックバイオセンサーの生産などの様々な形状のロールツーロールマイクロパターンを量産するための他の多くのアプリケーション間で使用することができる。

開示された複製方法の別の用途には、刻印に加え、ガラスやプラスチック平面基板上に柔軟なフィルムを積層する応用がある。積層した後、ガラス又はプラスチックの平面基板は単に硬化層を担持することができ、又はそれは硬化層と柔軟性基材フィルムの両方を担持することができる。刻印工具は被覆されるガラスに置き換えることが可能であり、プロセスは、ＵＶ被覆が硬化後にガラスにしっかりと付着するような寸法を有することを除いて、上記の刻印ステップと同じ方法で実行できる。ガラスが硬化材料でのみ被覆される場合、基材フィルムがノンスティックタイプ（例えば、フッ素系材料）となるように選択されることができ、そして、敷設かつＵＶ硬化後、基材フィルムがきれいに剥がされ、硬化した材料を塗布したガラスが残る。ガラスが硬化層及び基材フィルムの両方で積層されている場合は、後者が硬化した材料に付着されるように選択され、硬化後の場所に残される。例えば、ＡＧＭに回折格子を刻印することに似た実験において、ロールツーロールユニットは、接着層としてＡＧＭを使用して、ＰＥＴフィルム及びガラス片を被覆するために使用された。あるいは、フッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）のフィルムは、ＵＶ硬化性製剤を介して使用された。この最後の場合では、ＦＥＰフィルムは、プロセス終了時にＵＶ硬化材から剥がされた。これらの実験は、プロセスの終了時における存在又は非存在の被覆フィルムでも、ガラス上にＵＶ硬化材料の層を積層させ、平坦化するために使用される開示された方法及び装置の可能性を例証し、実証している。

実施形態においては、硬化層又は硬化した透明フィルムは、約１ｎｍないし約５００ｎｍの、約１ｎｍないし約２５０ｎｍの、約１０ｎｍないし約２５０ｎｍの、約１０ｎｍないし約１００ｎｍの、約２０ｎｍないし約１００ｎｍの厚さの範囲を有することができ、該厚さの範囲内の中間値及び中間範囲を有することができ、さらに、ガラス上に刻印され又はコーティングされてもよい。上記例における硬化性液体でガラスを被覆するとき、結果の硬化層の厚さは必要に応じて、例えば、約２０マイクロメートルないし約１００マイクロメートルから選択することができる。所望の厚さを有し所定エリアを被覆するために必要な硬化性液体の体積は、硬化性液体を供給する前に計算され得る。モノマー又は重合体の硬化性液体を用いた刻印回折格子のための開示されたシステムを使用する場合、例えば、硬化層は約１マイクロメートル未満の厚さだった。より厚い硬化層のためには、例えば、アクリレート系ＵＶ形成方式（詳細については、米国特許出願公開第２００８０２６９４４８号（Shustack, P. J., et al., entitled “Photo or Electron Beam Curable Compositions,” filed Nov. 30, 2005）を参照）を用いて、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム上へ回折格子を注入成形こともできる。熱、光、又は電子線硬化性組成物は低粘度（例えば、約５００ｃｐｓ以下）を有し、高いガラス転移温度（例えば、７０℃以上）を有する光学的透明材料へと硬化し、硬化時の低収縮性、低ガス抜け性、及び低溶出性を有する。硬化層の厚さは約２０マイクロメートル平均であった。

図３は、例えば、柔軟性ウェブが平坦工具上硬化性液体の液面に被覆される連続的又は半連続処理のために使用され得る例示的なロールツーロール装置の概略を示す。

ロールツーロールシステム（３００）は、ウェブ又はフィルムを供給する繰出ロール（３１０）と、フィルムが進んでいるときに緊張に対抗するオプションの制動機構（図示せず）と、オプションのウェブ高さ調節ローラー（３２０）工具と、高さ調節可能なピンチ棒（３２５）とを含む。高さ調節可能なピンチ棒（３２５）は、工具（３３０）及び硬化性液体（１２０）（図示せず）上に（被覆）ウェブを敷設したときにフィルムを固定し保持する。工具（３３０）は、例えばウェハやマスク基板等であってもよい。巻き取りロール（３４０）は、フィルムの張力で進ませる時や複製時に巻き取りロールを駆動するオプションの電動機構（図示せず）を含めることができる。工具（３３０）は、例えば、ウェハや、マスク基板や、硬化性液体及び硬化した硬化性液体に所望の構造を付与することができる対象物とすることができる。第１の構成では、ウェブ（３３５）は、下げられたピンチ棒（３２５）と巻き取りロール（３４０）との間の緊張によって、”開いた”位置になっている。ウェブが開いた位置にある期間に硬化性液体が、任意の適切な供給方法を使用して、工具上に供給される。あるいは、工具を装置から取り外すことができ、硬化性液体が工具上に供給されて、工具をまた装置（３００）の元の位置に挿入することができる。次に、巻き取りロール（３４０）は、ウェブ（３４５）から緊張を除去するために優しく反転（反時計回り）させることができ、そして、”閉”又は”下”の位置（３５０）にして上のウェブを被覆して、最終的に硬化性液体及び工具を結合させる。ウェブが下げられた（”閉”又は”下”）位置（３５０）のままで、結合している工具と硬化性液体とウェブは、透明ウェブ又は透明工具を通して直接に照射するなどの処理によって、適当なソース（図示せず）から放射線処理される。例えば約数秒から数分までの短い滞留時間の後、巻き取りロールは再伸張され、ウェブと関連付けられている硬化性液体とを、すなわち、ウェブに付着している透明な固体層（ウェブ固体層）を、工具から分離する。ピンチ棒（３２５）を上昇させて個別に又は同時に解放すると、巻き取りロール（３４０）に向かってウェブ固体層を進めることができる。上記の操作やシーケンス又はその変形は、必要に応じて、繰出ロールが消費又は補充されるまで、手動又は自動で（ロボット的に）無限に繰り返すことができる。

本システムは、容易に入手可能であり、安価な部品から組み立てることができる。実施形態においては、システムは次のように操作できる。基材フィルムのロールが繰出ロール（３１０）の端に置かれており、先端はピンチ棒（３２５）下でかつ工具（３３０）上に供給され、その後、巻き取りロール（３４０）に取り付けられる。ＵＶ硬化材料は、例えば、精密噴射によって、工具上に供給することができる。ピンチ棒が下げられ、フィルムが工具又は基板に固定され、すなわち、後端が固定又は静止状態に保たれる。巻取りロールが一時、反時計回りに回転させられて、フィルムを後端から先端部に向かって工具上にゆっくり降下させる。接触線が形成され、上記のように、このような形で進行させられる。フィルムが工具の全領域を被覆していたときに、回転が停止され、例えば、ＵＶランプ等の硬化エネルギー源（図示せず）が硬化を達成するために活性化される。エネルギーは、ＵＶ透過工具又は両方を通して、紫外線透明基板を介して供給されることができる。硬化後、巻き取りロールは時計回りに回され始め、フィルムを再伸張して、フィルムを工具から解放する。多くの異なるバージョン又はこのシステムの変形例が想定することができる。それぞれは、平坦工具表面に対して柔軟性フィルムの制御された被覆積層、又はその逆、すなわち、平坦フィルムに対して柔軟性工具の制御された被覆積層と同じ原理に基づいている。

図５は、開示された方法の複製の忠実度を実証する原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）のトレースを示している。ＡＦＭのトレースは、例として、ＰＥＴフィルム基板上のアクリル回折格子材料（ＡＧＭ）に複製（すなわち、刻印）されたピッチ（５１０）が約５００ｎｍで深さ（５２０）が約１２０ｎｍである回折格子の部分の分析の結果を示す。

結果は、開示されたシステムがサブミクロンからの中間値と範囲を含む数十マイクロメートルの厚さを有する物品を複製するために使用することができることを実証している。具体的には、１００ｎｍから最大２５０マイクロメートルのコーティングが容易に達成することができる。

Claims (20)

1. 物品を作る複製方法であって、
   第１の部材上に硬化性液体を供給するステップと、
   前記第１の部材上の前記硬化性液体に湾曲面を有する第２の部材を接触させて、前記第１及び第２の部材の間に配置された前記硬化性液体を有するアセンブリを形成する接触ステップと、
   前記硬化性液体を硬化させて、構造化された固体層を有する物品を形成するステップと、を含むことを特徴とする方法。
2. 前記第１及び第２の部材の１つ又は両方から前記構造化された固体層を分離するステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記接触ステップは、基板ウェブを含む前記第２の部材を、前記硬化性液体の表面及び平坦工具を含む前記第１の部材上へ被覆するステップを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 前記接触ステップは、柔軟な工具を含む前記第２の部材を、前記硬化性液体の表面及び平らな基板ウェブを含む第２の部材上へ被覆するステップを含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記湾曲面は、封入されたガスポケットを実質的に含まない硬化性液体の進行する接触正面を維持するのに十分であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記硬化性液体を硬化させることは、化学線、電子線、熱、又はそれらの組み合わせによって達成されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記硬化性液体を供給することは、印刷、スプレーコーティング、スロットコーティング、ロールコーティング、又はそれらの組み合わせによって達成されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記硬化性液体は単一のモノマー又はモノマー混合物を含み、前記単一のモノマー又はモノマー混合物は、下記式の第１のジアクリレートモノマー
   

   

   （式中、ｎは２であり、Ｘは水素又はメチル基であり、Ｒは少なくとも１つの脂環式構造である）と、必要に応じて、単官能アクリレートを実質的に含まないネオペンチルグリコールプロポキシル化ジアクリレートモノマーから成る第２のアクリレートモノマーとから成ることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記硬化性液体は、非濡れ性液体、濡れ性液体、又はそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記物品は、導波路、回折格子、ミクロンもしくはサブミクロンの要素の配列、変成ガラス、又はこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記固体層は約１００ｎｍから約２５０マイクロメートルの厚さを有することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記固体層は約１ｎｍないし約５００ｎｍの厚さを有することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 重合体光導波路を製造する方法であって、
    テンプレート上に硬化性液体を塗布するステップと、
    前記テンプレート上の硬化性液体と基材フィルムとを結合させて、前記テンプレートと前記基材フィルムの間に配置された硬化性液体を有するアセンブリを形成するステップと、
    前記硬化性液体を固体に硬化させるステップと、
    前記固体を有するアセンブリから前記テンプレートを分離するステップと、を含み、
    必要に応じて、前記固体から前記基材フィルムを分離するステップを含み、前記テンプレート、前記基材フィルム、又はその両方が曲率を有することを特徴とする方法。
14. 表面をラミネートする方法であって、
    工具に近接して基板のウェブを固定するステップと、
    固定された基板を第１の開位置へ伸張するステップと、
    硬化性液体を前記工具上に供給して、接触線を形成するステップと、
    前記固定された基板を第２の閉位置へ脱伸張するステップと、を含むことを特徴とする方法。
15. 前記固定された基板を前記第１の開位置へ再伸張し、その後の固定された基板のウェブを解放するステップと、更に含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 物品の複製方法であって、
    パターン化された工具上に硬化性液体を供給するステップと、
    前記パターン化された工具上の前記硬化性液体に基板ウェブを接触させて、前記工具及び前記基板ウェブの間に配置された前記硬化性液体を有する前記工具及び前記基板を含むアセンブリを形成する接触ステップと、
    前記硬化性液体を硬化させて、固体層を形成するステップと、を含み、前記パターン化された工具、基材フィルム、又はその両方は、湾曲面を有することを特徴とする方法。
17. 固体を有するアセンブリから前記パターン化された工具を分離するステップを更に含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 供給、接触及び硬化の一連のステップを少なくとも１回、繰り返すことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
19. 前記構造化された固体は透明であることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の方法。
20. 前記構造化された固体は、少なくとも２つの構造化された層を有することを特徴とする請求項１８に記載の方法。

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