JP2016000459A - ロールの製造方法、およびパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】整った凹凸パターンを外周に有するロールを容易に製造する方法の提供。【解決手段】外周に凹凸パターンを有するロール１０の製造方法は、ロール１０よりも外周長の短いロール状の原盤２０と、ロール１０のロール本体１２との間に成形材料４を挟み、ロール状の原盤２０の凹凸パターンをロール本体１２上の成形材料４に転写する。【選択図】図１

Description

本発明は、ロールの製造方法、およびパターン形成方法に関する。

凹凸パターンを外周に有するロールの製造方法として、凹凸パターンを表面に有するシートを作製し、作製したシートをロール本体に巻き付ける方法、（２）板状の原盤と、ロール本体との間に成形材料を挟み、原盤の凹凸パターンをロール本体上の成形材料に転写する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−１４７２２９号公報

上記（１）の方法では、ロール本体に巻き付けた、円状に曲げた凹凸パターンを表面に有するシートの端部同士の間に線状の継ぎ目が生じ、ロールの凹凸パターンが乱れていた。

また、上記（２）の方法では、凹凸パターンがロールの外周全体に形成されるためには、板状の原盤の長さがロール本体の外周の長さと同程度以上となり、原盤が大型化し、原盤の作製が困難であり、ひいては、ロールの製造が困難であった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、整った凹凸パターンを外周に有するロールを容易に製造する方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、
外周に凹凸パターンを有するロールの製造方法であって、
前記ロールよりも外周長の短いロール状の原盤と、前記ロールのロール本体との間に成形材料を挟み、前記ロール状の原盤の凹凸パターンを前記ロール本体上の成形材料に転写する。

本発明によれば、整った凹凸パターンを外周に有するロールを容易に製造する方法が提供される。

本発明の一実施形態によるロールの製造方法を示す断面図 本発明の一実施形態によるロールの断面図 第１変形例によるロールの製造方法を示す断面図 第２変形例によるロールの製造方法を示す断面図 本発明の一実施形態によるロールを位相シフトマスクとして用いるパターン形成方法を示す断面図 本発明の一実施形態によるロールをインプリント用モールドとして用いるパターン形成方法を示す断面図 変形例によるロールをインプリント用モールドとして用いるパターン形成方法を示す断面図

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。各図面において、同一の又は対応する構成には、同一の又は対応する符号を付して、説明を省略する。また、各図面において、図面を見やすくするため、凹凸パターンを実際よりも拡大して示す。

図１は、本発明の一実施形態によるロールの製造方法を示す断面図である。図２は、本発明の一実施形態によるロールの断面図である。

ロール１０は、凹凸パターンを外周に有し、例えば図２に示すように、ロール本体１２と、ロール本体１２の外周に形成される凹凸層１４とを有する。凹凸層１４は、ロール本体１２の外周全周にわたって形成される。

ロール１０の製造方法は、図１に示すように、ロール１０よりも外周長の短いロール状の原盤２０と、ロール本体１２との間に成形材料４を挟み、原盤２０の凹凸パターンをロール本体１２上の成形材料４に転写する工程を有する。成形材料４は、原盤２０とロール本体１２との間に挟まれた後、ロール本体１２に密着したまま、原盤２０から剥離される。成形材料４は、原盤２０の凹凸パターンが転写した状態で固化して凹凸層１４になる。凹凸層１４の凸部は原盤２０の凹部に対応した形状となり、凹凸層１４の凹部は原盤２０の凸部に対応した形状となる。

本実施形態の製造方法によれば、成形材料４が成形時に流動性を有するので、凹凸層１４の始端と終端との間に継ぎ目がほとんどなく、整った凹凸パターンを表面に有するロール１０が得られる。また、原盤２０の外周長はロール１０の外周長よりも短く、原盤２０の凹凸パターンの作製が容易であるので、ロール１０の作製が容易である。

原盤２０の凹凸パターンは、例えば凸部または凹部の平均ピッチが１ｍｍ未満のマイクロパターンであり、好ましくは凸部または凹部の平均ピッチが１μｍ未満のナノパターンである。パターン寸法は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により撮影したＡＦＭ画像、及びその断面プロファイルから求められる。

原盤２０の凹凸パターンは、陽極酸化法、ＥＢ描画法、レーザ描画法、フォトリソグラフィ法、機械加工などで形成される。これらの形成方法の中から、凹凸パターンの形状や寸法などに適した形成方法が選択される。例えば、ロール状の原盤２０の外周に深さの均一な複数の凹部を形成する場合、陽極酸化法が好ましい。陽極酸化法は、下記の（１）〜（３）の工程を有してよい。（１）アルミニウム基材の表面を陽極酸化して第１の酸化被膜を形成する。（２）形成した第１の酸化被膜を除去する。（３）第１の酸化被膜を除去した面を陽極酸化して、複数の細孔を有する第２の酸化被膜を形成する。第１の酸化被膜を除去した面には複数の窪みが均一に存在するので、再度、酸化被膜を形成するとき、各窪みが細孔の発生起点となり、細孔の規則性が向上する。細孔は、円柱状に形成されてよい。また、陽極酸化法は、（３）の工程後に、下記の（４）の工程を有してよい。（４）細孔の孔径を拡大する。（３）の工程と、（４）の工程とを繰り返すことで、テーパ状の細孔の形成も可能である。

原盤２０は、原盤２０と成形材料４との離型性を高めるため、外周に離型処理が施されたものであってよい。離型処理としては、例えばフッ素コート処理、シリコーンコート処理などが挙げられる。

成形材料４は、光硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれでもよい。

光硬化性樹脂としては、光インプリント法に用いられる一般的なものが使用できる。光硬化性樹脂は、モノマー、光重合開始剤などで構成される。モノマーとしては、ラジカル重合タイプの場合、アクリルモノマー、ビニルモノマーなどがあり、イオン重合タイプの場合、エポキシモノマー、ビニルエーテルモノマーなどがある。光硬化性樹脂に光を照射すると、光硬化性樹脂が固化し、凹凸層１４が形成される。

光硬化性樹脂に照射する光としては、例えば紫外光、可視光、赤外光などが挙げられる。紫外光の光源としては、紫外線蛍光灯、紫外線ＬＥＤ、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、キセノン灯、炭素アーク灯などが挙げられる。可視光の光源としては、可視光蛍光灯、可視光白熱灯、可視光ＬＥＤなどが用いられる。光源から出射した光は、ロール本体１２または原盤２０のいずれかを透過して、ロール本体１２と原盤２０との間に挟まれた光硬化性樹脂に照射される。原盤２０が不透明な場合、図１に示すように、光源３０は円筒状のロール本体１２の内部に設置され、光源３０から出射した光は、石英やガラスなどの透光性材料で形成されるロール本体１２を透過して、ロール本体１２と原盤２０との間に挟まれた光硬化性樹脂に照射される。

光インプリント法では、室温での成型が可能であり、転写精度が高い。なお、硬化反応の促進のため、光硬化性樹脂は加熱されてもよい。

熱可塑性樹脂としては、熱インプリント法に用いられる一般的なものが使用でき、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、オレフィン系樹脂などが用いられる。熱インプリント法では、加熱した熱可塑性樹脂をロール本体１２と原盤２０との間に挟み、原盤２０の凹凸パターンを熱可塑性樹脂に転写した後、熱可塑性樹脂を冷却して、固化させる。加熱温度は、熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上である。

加熱源としては、加熱光を照射する光源（例えばハロゲンランプ、レーザ）、ヒータなどが用いられる。ロール本体１２と原盤２０との間に熱可塑性樹脂を挟む工程と、熱可塑性樹脂を加熱する工程との順序は、特に限定されず、同時でもよい。原盤２０またはロール本体１２を加熱することで、熱可塑性樹脂を加熱してもよい。熱可塑性樹脂を加熱した上で、熱可塑性樹脂を原盤２０またはロール本体１２に塗布してもよい。

成形材料４は、原盤２０、ロール本体１２のいずれに塗布されてもよく、原盤２０と、ロール本体１２との間に挟まれた後、ロール本体１２に密着したまま、原盤２０から剥離される。ロール本体１２は、成形材料４との密着性を高めるため、外周に表面処理が施されたものであってよい。表面処理としては、プライマー処理、オゾン処理、プラズマエッチング処理などが挙げられる。プライマーとしては、アクリル系のシランカップリング剤などが用いられる。

成形材料４の塗布器４０としては、例えばダイコータが用いられる。なお、本実施形態の塗布器４０は、ダイコータであるが、ロールコータ、ディップコータなども使用可能であり、塗布器の種類は特に限定されない。

ロール１０の製造方法は、ロール状の原盤２０の中心線を中心に回転する原盤２０と、ロール本体１２の中心線を中心に回転するロール本体１２との間に成形材料４を挟んでよい。原盤２０の中心線と、ロール本体１２の中心線との位置関係が変わらないので、塗布器４０の移動が不要である。また、光インプリントの場合、光源３０の移動が不要であり、熱インプリントの場合、加熱源の移動が不要である。

図３は、第１変形例によるロールの製造方法を示す断面図である。原盤２０およびロール本体１２のいずれか一方は回転せず、他方が転動してもよい。例えば図３では、ロール本体１２は回転せず、原盤２０が原盤２０の中心線を中心に自転しながら、ロール本体１２の中心線を中心に公転する。図１に示す製造方法と同様に、凹凸層１４の始端と終端との間に継ぎ目がほとんどなくなる。

図４は、第２変形例によるロールの製造方法を示す断面図である。図４では、ロール本体１２の外周全周にわたって成形材料４を塗布した後、成形材料４に原盤２０を押し付ける。成形材料４の固化前に、ロール本体１２の外周全周にわたって成形材料４が塗布されるので、凹凸層１４の継ぎ目がさらに目立たなくなる。

図５は、本発明の一実施形態によるロールを位相シフトマスクとして用いるパターン形成方法を示す断面図である。図５のパターン形成方法は、ロール１１０をハーフトーン型の位相シフトマスクとして用いて、電子デバイスを製造する。電子デバイスとしては、例えば半導体、太陽電池などが挙げられる。

ロール１１０は、図２に示すロール１０と同様に製造され、ロール本体１１２と、ロール本体１１２上に形成される位相シフト層１１４とを有する。位相シフト層１１４の始端と終端との間に継ぎ目がほとんどないので、継ぎ目のほとんどないパターンが基板１５０上に形成される。

ロール本体１１２は、石英やガラスなどの透光性材料で円筒状に形成され、感光性のレジスト膜１５２に露光光を照射する光源１６０の設置スペースを内部に有する。

なお、本実施形態の光源１６０は、円筒状のロール本体１１２の内部に設置されるが、ロール本体１１２の外部に設置されてもよい。光源１６０からの露光光は、円筒状のロール本体１１２の内部に設置される光反射板でレジスト膜１５２に向けて反射されてよい。

露光光の波長は、特に限定されないが、例えば４３５ｎｍ（高圧水銀ランプのｇ線）、３６５ｎｍ（高圧水銀ランプのｉ線）、２４８ｎｍ（ＫｒＦエキシマレーザ）、１９３ｎｍ（ＡｒＦエキシマレーザ）などが挙げられる。

位相シフト層１１４は、図２の凹凸層１４と同様にインプリント法で形成され、凹凸パターンを有する。この凹凸パターンは、陽極酸化法で形成した凹凸パターンを有する原盤によって形成されることが好ましい。なお、本実施形態の位相シフト層１１４は、単層であるが、複数層でもよい。

位相シフト層１１４は、露光光に対して所定の光透過率を有する。位相シフト層１１４の凸部１１５を透過した露光光と、位相シフト層１１４の凹部１１６を透過した露光光とでは、位相が１８０°反転する。凸部１１５を透過する露光光と、凹部１１６を透過する露光光との干渉効果によって、高いパターン解像度が得られる。凸部１１５または凹部１１６の平均ピッチは、露光光の波長よりも短くてよい。

位相シフト層１１４の凹部１１６は、例えば開口部であってよく、その場合、インプリントの残膜を除去して形成される。残膜の除去方法としては、エッチング法、レーザアブレーション法などがある。

位相シフトマスクは、特表２０１１−５２６０６９号公報（国際公開第２００９／０９４００９号）の内容を援用してよい。

ロール１１０を位相シフトマスクとして用いるパターン形成方法は、ロール１１０の外周をレジスト膜１５２と接触させ、レジスト膜１５２におけるロール１１０との接触部分にロール１１０の内部から露光光を照射する工程を有してよい。該工程では、レジスト膜１５２におけるロール１１０との接触位置を変えながら、ロール１１０の中心線を中心にロール１１０を回転させてよく、例えば図５に示すように、ロール１１０をレジスト膜１５２上で転動させてよい。ロール１１０がレジスト膜１５２に対して滑らないように、ロール１１０の周速度と、上記接触位置の移動速度とは、同一に設定される。

なお、本実施形態では、ロール１１０をレジスト膜１５２上で転動させるが、ロール１１０の中心線を中心にロール１１０を回転させると共に、ロール１１０に対してレジスト膜１５２を移動させてもよい。

基板１５０は、例えばシリコンなどの半導体、ガラス、又は樹脂などで形成される。基板１５０を形成するガラスとしては、例えばソーダライムガラス、無アルカリガラス、石英ガラスなどが用いられる。ガラスの成形方法としては、例えばフロート法、フュージョン法などが用いられる。また、基板１５０を形成する樹脂としては、例えばポリメチルメタアクリレート、メチルメタクリレートと他のアルキル（メタ）アクリレート、スチレンなどといったビニルモノマーとの共重合体などの（メタ）アクリル系樹脂；ポリカーボネート、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート（CR-39）などのポリカーボネート系樹脂；（臭素化）ビスフェノールＡ型のジ（メタ）アクリレートの単独重合体ないし共重合体、（臭素化）ビスフェノールＡモノ（メタ）アクリレートのウレタン変性モノマーの重合体及び共重合体などといった熱硬化性（メタ）アクリル系樹脂；ポリエステル特にポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートおよび不飽和ポリエステル、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリアリレート、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、シクロオレフィンポリマー（商品名：アートン、ゼオノア）などが好ましい。また、耐熱性を考慮したアラミド系樹脂の使用も可能である。

レジスト膜１５２は、基板１５０上に形成され、レジスト膜１５２と基板１５０との間には、導電層などのエッチング層１５１が形成されている。レジスト膜１５２は、露光部分以外の部分が現像で除去されるネガ型、露光部分が現像で除去されるポジ型のいずれでもよい。現像されたレジスト膜１５２をマスクにしてエッチング層１５１をエッチングすることにより、エッチング層１５１がパターン加工される。その後、レジスト膜１５２は除去される。

なお、本実施形態では、ロール１１０をレジスト膜１５２と接触させるが、ロール１１０とレジスト膜１５２との間に、水などの液体膜が形成されてもよい。さらに高いパターン解像度が得られる。

また、本実施形態では、レジスト膜１５２と基板１５０との間にエッチング層１５１が形成されているが、エッチング層１５１はなくてもよい。現像されたレジスト膜１５２をマスクにして基板１５０をエッチングすることにより、基板１５０がパターン加工されてもよい。

図６は、本発明の一実施形態によるロールをインプリント用モールドとして用いるパターン形成方法を示す断面図である。図６のパターン形成方法では、ロール２１０をインプリント用モールドとして用いて、反射防止シートを製造する。

ロール２１０は、図２に示すロール１０と同様に製造され、ロール本体２１２と、ロール本体２１２上に形成される凹凸層２１４とを有する。凹凸層２１４の始端と終端との間に継ぎ目がほとんどないので、継ぎ目のほとんどないパターンが形成できる。

ロール２１０をインプリント用モールドとして用いるパターン形成方法は、ロール２１０と、シート基材２５０との間に成形材料２０４を挟み、ロール２１０の凹凸パターンをシート基材２５０上の成形材料２０４に転写する工程を有してよい。

成形材料２０４は、図１の成形材料４と同様のものが使用でき、光硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれでもよい。成形材料２０４が光硬化性樹脂の場合、光硬化性樹脂を固化させる光の光源２３０は、例えば図６に示すように円筒状のロール２１０の内部に設置される。光源２３０からの光は、ロール２１０を透過して、成形材料２０４に照射され、成形材料２０４を固化させる。なお、光源２３０は、シート基材２５０を挟んでロール２１０側とは反対側に設置されてもよく、光源２３０からの光はシート基材２５０を透過して、成形材料２０４に照射されてもよい。

成形材料２０４は、ロール２１０およびシート基材２５０のいずれに塗布されてもよく、ロール２１０とシート基材２５０との間に挟まれた後、シート基材２５０に密着したまま、ロール２１０から剥離される。成形材料２０４は、ロール２１０の凹凸パターンが転写された状態で固化し、シート基材２５０上に凹凸パターンを形成する。

シート基材２５０は、例えばガラス又は樹脂で形成され、シート基材２５０の材料は、例えば基板１５０の材料と同様の材料であってよい。

シート基材２５０上に形成される凹凸パターンは、例えば平坦な所定面から突き出る複数の凸部２１５で構成され、各凸部２１５は先細り状に形成される。凸部２１５は、例えば六方格子状、準六方格子状、四方格子状、又は準四方格子状に周期的に配列される。隣り合う凸部２１５は、接していても離れていてもよく、凸部２１５の裾部が重なるように配置されてもよい。凸部２１５の平均ピッチは可視光の波長以下（例えば４００ｎｍ以下）に設定される。広い波長範囲で光反射率が低減できる。

なお、図６ではロール２１０をインプリント用モールドとして用いて、反射防止シートを製造するが、ワイヤグリッド型の偏光シート、レンチキュラーレンズシートなどを製造してもよく、製品の種類は多種多様であってよい。凸部２１５の形状、凸部２１５（または凹部）の平均ピッチなどは製品の種類に応じて適宜設計される。

図７は、変形例による、外周に凹凸パターンを有するロールをインプリント用モールドとして用いるパターン形成方法を示す断面図である。図７のパターン形成方法では、第１ロール３１０をインプリント用モールドとして用いて、凹凸パターンを外周に有する第２ロールを製造する。第２ロールの外周長は原盤の外周長よりも長ければよく、第１ロール３１０の外周長よりも短くても長くてもよく、同一でもよい。

第１ロール３１０は、図２に示すロール１０と同様に製造され、第１ロール本体３１２と、第１ロール本体３１２上に形成される第１凹凸層３１４とを有する。第１凹凸層３１４の始端と終端との間に継ぎ目がほとんどないので、継ぎ目のほとんどないパターンが形成できる。

第１ロール３１０をインプリント用モールドとして用いるパターン形成方法は、第１ロール３１０と、第２ロール本体４１２との間に成形材料４０４を挟み、第１ロール３１０の凹凸パターンを第２ロール本体４１２上の成形材料４０４に転写する工程を有する。第１ロール３１０の中心線を中心に回転する第１ロール３１０と、第２ロール本体４１２の中心線を中心に回転する第２ロール本体４１２との間に成形材料４０４を挟んでよい。

尚、本実施形態では、第１ロール３１０および第２ロール本体４１２の両方が回転するが、いずれか一方が回転せずに、他方が転動してもよい。例えば、第２ロール本体４１２は回転せずに、第１ロール３１０が第１ロール３１０の中心線を中心に自転しながら、第２ロール本体４１２の中心線を中心に公転してもよい。

成形材料４０４は、図１の成形材料４と同様のものが使用でき、光硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれでもよい。成形材料４０４が光硬化性樹脂の場合、光硬化性樹脂を固化させる光の光源４３０は、例えば図７に示すように円筒状の第２ロール本体４１２の内部に設置される。光源４３０からの光は、第２ロール本体４１２を透過して、成形材料４０４に照射され、成形材料４０４を固化させる。なお、光源４３０は、円筒状の第１ロール３１０の内部に設置されてもよく、光源４３０からの光は第１ロール３１０を透過して、成形材料４０４に照射されてもよい。

成形材料４０４は、塗布器４４０によって第１ロール３１０および第２ロール本体４１２のいずれに塗布されてもよく、第１ロール３１０と第２ロール本体４１２との間に挟まれた後、第２ロール本体４１２に密着したまま、第１ロール３１０から剥離される。成形材料４０４は、第１ロール３１０の凹凸パターンが転写した状態で固化して、第２凹凸層４１４になる。

第２凹凸層４１４の凸部は、第１凹凸層３１４の凹部に対応した形状となり、原盤の凸部と同じ形状になる。また、第２凹凸層４１４の凹部は、第１凹凸層３１４の凸部に対応した形状となり、原盤の凹部と同じ形状になる。従って、第２ロールの外周に形成される凹凸パターンは、原盤と同じパターンを延長したものとなり、原盤の設計通りの凹凸パターンが得られる。

パターン形成方法は、第２ロールを、位相シフトマスクやインプリント用モールドとして用いて、パターンを形成する工程をさらに有してよい。

以上、ロールの製造方法および該製造方法により得られるロールを用いたパターン形成方法の実施形態などを説明したが、本発明は上記実施形態などに制限されず、特許請求の範囲に記載された要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

例えば、図１に示すロール本体１２は、光源３０の設置スペースを確保するため、円筒状に形成されるが、光源３０の設置スペースが不要な場合、円筒状、円柱状のいずれの形状に形成されてもよい。また、光源の代わりに、光源からの光を所定方向に反射する反射板が円筒状のロール本体１２の内部に設置されてもよく、光源はロール本体１２の外部に設置されてもよい。

４ 成形材料
１０ ロール
１２ ロール本体
１４ 凹凸層
１１０ ロール（位相シフトマスク）
１１２ ロール本体
１１４ 位相シフト層
１１５ 凸部
１１６ 凹部
２０４ 成形材料
２１０ ロール（インプリント用モールド）
２１２ ロール本体
２１４ 凹凸層
３１０ 第１ロール
３１２ 第１ロール本体
３１４ 第１凹凸層
４０４ 成形材料
４１２ 第２ロール本体
４１４ 第２凹凸層

Claims (7)

1. 外周に凹凸パターンを有するロールの製造方法であって、
   前記ロールよりも外周長の短いロール状の原盤と、前記ロールのロール本体との間に成形材料を挟み、前記ロール状の原盤の凹凸パターンを前記ロール本体上の成形材料に転写する、ロールの製造方法。
2. 前記ロール状の原盤の中心線を中心に回転する前記原盤と、前記ロール本体の中心線を中心に回転する前記ロール本体との間に成形材料を挟む、請求項１に記載のロールの製造方法。
3. 請求項１または２に記載のロールの製造方法により得られたロールを用いてパターンを形成する、パターン形成方法。
4. 前記ロールを位相シフトマスクとして用いる、請求項３に記載のパターン形成方法。
5. 前記ロールをインプリント用モールドとして用いる、請求項３に記載のパターン形成方法。
6. 前記ロールをインプリント用モールドとして用いて、外周に凹凸パターンを有する別のロールを製造する、請求項５に記載のパターン形成方法。
7. 製造された前記別のロールを用いて、パターンをさらに形成する、請求項６に記載のパターン形成方法。

Images