JP5200669B2 - 光ナノインプリント方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ナノインプリントで微細な凹凸形状を形成する光ナノインプリント装置に関し、更に詳しくは、微細な凹凸形状をより大量にかつ連続して形成できるようにした光ナノインプリント装置に関するものである。

凹凸部の高さとピッチの比であるアスペクト比が０．３未満のホログラムのようなミクロン単位の微細な凹凸形状を連続して大量に形成する場合、フィルム基材に熱可塑性もしくは２液硬化型の熱硬化性樹脂からなる成形層を塗工して凹凸形状の形成層とし、この形成層に熱と圧力でエンボス成形する方法が従来から知られている（非特許文献１参照）。
上記の方法はアスペクト比が小さいため可能な方法である。これに対してアスペクト比が大きい場合は良好に微細な凹凸形状を成形できず、成形不良となってしまう問題がある。

一方、よりアスペクト比の大きい凹凸形状を連続的かつ大量に形成する場合、液体状の紫外線硬化型樹脂を基材上もしくは金型上に塗布し、基材と金型を該樹脂を介して圧接後、紫外線を照射し、樹脂の硬化後に金型から剥離し、フィルム基材上に、よりアスペクト比の大きい凹凸形状を作製する方法が知られている（特許文献１参照）。
上記のような液体状樹脂を成形層とした複製方法においては、円筒を旋盤で加工したような周方向につなぎ目のない、連続した形状のロール型では凹凸形状の形成されたフィルムを連続して作製し、巻き取ることが可能である。

上記ロール型方式に対し、製法の面からロール表面に凹凸部を加工するのが困難な、通常板状のナノインプリント型を有する光ナノインプリント装置として、図３に示す構成のものが知られている。
この光ナノインプリント装置は、図３に示すように、フィルム１上に紫外線硬化性を有する液状樹脂を滴下する液状樹脂滴下用ノズル７、フィルム１上に滴下された液体状樹脂を一定の厚さになるように掻きとって凹凸形成層２を形成するスキージー８、凹凸形成層２に凹凸形状を形成するロール型３、凹凸形成層２をロール型３に押し付ける加圧ロール６、凹凸形状が形成された後の凹凸形成層２を硬化させる紫外線ランプ５等を備える。
ロール型３は、図３に示すように、回転可能なシリンダ４を有し、このシリンダ４の外周面には、シリンダ４の円周方向に３分割され、かつシリンダ４の外周径に一致する円弧状を呈する凹凸パターン形成用の板状型３ｅ〜３ｆが装着されている。
Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ １９８６年４月号 Ｐ.５１−５６ 特開２００３−３０５７３６号公報

しかしながら、上述のような板状のナノインプリント型の場合、複数分割の板状型がシリンダの外周径と一致する曲率に湾曲され、これらをシリンダの外周面にテープで固定する方式のロール型では、板状型のつなぎ目に隙間もしくは段差が生じるほか、場合によってはテープの粘着層の部分に液体状の樹脂が入り込み、光硬化後、その部分が凸状の突起となってしまったり、あるいはアンカーとなって引っかかってしまい、フィルムが裂けてしまったりし、良好に凹凸形状を形成できないという問題がある。
また、図３に示すように、板状型３ｅ〜３ｆのつなぎ目に隙間９が生じている場合、この隙間９によって凹凸形状２ａよりかなり大きいサイズの突起２ｂが凹凸形成層２上に形成されてしまう。その結果、凸部２ｂが生じたままでフィルム１を連続的に巻き取った場合、突起２ｂの上に重なる微細な凹凸形状２ａがその部分で破損または変形されたりして、良好にフィルムを巻き取っていくことが困難になってしまう。このため、実際には少量しか凹凸形状を形成できないという問題があった。

また、凹凸形状を少量しか形成できない物についてもテープで凹凸形状の周囲を固定しているため、凹凸形状を連続柄としたい場合、固定のためのテープでその部分の凹凸形状が作製されず、非成形部となってしまうため、対応が困難になるという問題があった。
また、板状型の固定用テープが非成形部にならないようにするため、両面テープでの固定も検討されているが、温度ムラにより形成された形状の変化が発生してしまう。また、板状型のロール型軸方向と平行な２辺を固定しなかった場合、凹凸形状形成後のフィルム剥離時にシリンダから板状型が浮いてしまうことによりフィルムの剥離が良好にできず、形状の不良になってしまった。その上、特に液状の凹凸形状形成用樹脂を用いた場合、固定されてない辺から樹脂が裏周りしてしまい、それが回りこんで各所に付着することにより、良好な形成品が得られなかった。

本発明は上記のような問題を解決するためになされたもので、ナノインプリント用、特にアスペクト比が０．３以上の凹凸形状を有する板状型を用いてロール型とし、微細な凹凸形状を形成する場合の量産性を改善し、併せて微細な凹凸形状を連続柄とする時の非成形部を極小化することができる光ナノインプリント装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために請求項１の発明は、熱による軟化性と紫外光による硬化性を持つ樹脂からなる凹凸形成層を有するフィルムを巻き出す巻き出し機構と、前記巻き出し機構から捲き出される前記フィルムの前記凹凸形成層に微細凹凸形状を形成するためのロール型と、前記フィルムの前記凹凸形成層を前記ロール型に押し付けて前記凹凸形成層に微細凹凸形状を生成する加圧ローラと、前記ロール型を一定の温度に加熱する加熱機構と、前記凹凸形成層が前記加圧ローラで前記ロール型に押し付けられる前に前記フィルムを予備的に加熱して前記凹凸形成層を軟化する予備加熱機構と、前記フィルムの予備加熱後に前記加圧ローラで前記ロール型に前記凹凸形成層を押し付けた状態で紫外光を照射し当該紫外光の照射領域の凹凸形成層を硬化する紫外線ランプとを備え、前記ロール型は、回転可能なシリンダと、前記シリンダの外周面に周方向に沿い配列された微細凹凸パターン形成用の複数の板状型を有し、前記複数の板状型は、前記シリンダの周方向に延在し前記シリンダの外周径と一致する円弧に湾曲された一定の幅と、前記シリンダの軸と平行する方向に延在する長さを有し、前記複数の板状型の幅方向の一端に前記シリンダの半径方向へ突出する型固定用の係合部が前記板状型の長手方向に延在して設けられ、前記シリンダに前記各板状型の前記係合部が別々に係合される複数の係合溝が前記シリンダに設けられ、前記各板状型の係合部を対応する前記係合溝にそれぞれ係合した後、前記各板状型の前記長さ方向の両端を耐熱性の粘着テープにより前記シリンダに固定するように構成されていることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の光ナノインプリント装置において、前記シリンダの周方向に互いに隣接する２つの前記板状型のうち、一方の板状型の前記係合部を有する前記幅方向の一端と他方の板状型の前記係合部を有しない前記幅方向の他端とが互いに接していることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１記載の光ナノインプリント装置前記凹凸形状の高さ／ピッチ比（アスペクト比）が０．３以上であることを特徴とする。

本発明の光ナノインプリント装置によれば、ナノインプリント用、特にアスペクト比が０．３以上の凹凸形状を有する板状型を用いてロール型を構成でき、微細な凹凸形状を形成する場合の量産性を改善でき、併せて微細な凹凸形状を連続柄とする時の非成形部を極小化することができる。
さらに、予備加熱機構でフィルムを成形前に加温することによる成形スピードのアップも量産性の改善につながるという効果がある。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について、図１及び図２を参照して説明する。
図１は本発明にかかる光ナノインプリント装置の一実施の形態を示す概略構成図、図２は本実施の形態におけるロール型の一形態を示す分解図である。
光ナノインプリント装置１０は、図１に示すように、熱による軟化性と紫外光による硬化性を持つ樹脂からなる凹凸形成層１２を有するフィルム１１の凹凸形成層１２を押し付けて凹凸形状１２ａを形成するためのロール型１３と、ロール型１３に凹凸形成層１２を押し付ける加圧ロール１６とを押し付けた状態で紫外光を照射し当該紫外光の照射領域の凹凸形成層１２を硬化する紫外線ランプ１５を備える。

ロール型１３は、図１及び図２に示すように、回転可能に支持された所定の径を有する円柱状のシリンダ１４と、このシリンダ１４の外周面に該外周面の全周に亘り配列された微細凹凸パターン形成用の複数、例えばシリンダ１４の周方向に１２０度の角度に３分割された３つの板状型１３ａ，１３ｂ，１３ｃを有している。
これら板状型１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、シリンダ１４の周方向に延在しシリンダ１４の外周径と一致する円弧に湾曲された一定の幅、すなわちシリンダ１４の周方向に１２０度の角度範囲に延在する幅を有し、さらに、シリンダ１４の軸と平行する方向に延在する所定の長さを有している。この場合の板状型１３ａ，１３ｂ，１３ｃの長さは、シリンダ１４の軸方向の長さより短く設定されている。
また、板状型１３ａ，１３ｂ，１３ｃの幅方向の一端には、シリンダ１４の半径方向へ突出する型固定用の係合部１３ｇ，１３ｈ，１３ｉが板状型１３ａ，１３ｂ，１３ｃの長手方向に延在して設けられている。さらに、シリンダ１４には、各板状型１３ａ，１３ｂ，１３ｃの係合部１３ｇ，１３ｈ，１３ｉが別々に係合される複数の係合溝１４ａ，１４ｂ，１４ｃがシリンダ１４に、その回転軸線と平行する方向に延在して設けられている。

したがって、板状型１３ａ，１３ｂ，１３ｃの係合部１３ｇ，１３ｈ，１３ｉをシリンダ１４の係合溝１４ａ，１４ｂ，１４ｃにそれぞれ係合して、板状型１３ａ，１３ｂ，１３ｃをシリンダ１４の外周面に押し当てれば、板状型１３ａ，１３ｂ，１３ｃをシリンダ１４に装着することができる。
この場合、板状型１３ａ，１３ｂ，１３ｃのうち、シリンダ１４の周方向に互いに隣接する２つの板状型１３ａ，１３ｃのうちの板状型１３ａの係合部１３ｇを有する幅方向の一端と、板状型１３ｃの係合部１３ｈを有しない幅方向の他端とが隙間のない状態に互いに接している。また、シリンダ１４の周方向に互いに隣接する２つの板状型１３ａ，１３ｂのうちの板状型１３ａの係合部１３ｇを有しない幅方向の他端と、板状型１３ｂの係合部１３ｈを有する幅方向の一端とが隙間のない状態に互いに接している。さらに、シリンダ１４の周方向に互いに隣接する２つの板状型１３ｂ，１３ｃのうちの板状型１３ｂの係合部１３ｈを有しない幅方向の他端と、板状型１３ｃの係合部１３ｉを有する幅方向の一端とが隙間のない状態に互いに接している。

本実施の形態における光ナノインプリント装置に適用される凹凸形状形成用のフィルムについて説明する。
まず、ロール型１３により微細凹凸形状（ここで、高さ/ピッチ比（アスペクト比）が０．３以上の凹凸形状をいう）が形成される前に、熱可塑性を有する紫外線硬化性樹脂を基材に塗布し、凹凸形成層１２を有するフィルム１１を作製する。
この場合、凹凸形成層１２を有するフィルム１１は、ロール型１３による光ナノインプリントと同じラインで作製しても別ラインで作製しても良いが、通常、凹凸形成層作製の速度と微細凹凸形成の速度は異なるため、別ラインで作製した方が好ましい。
また、微細凹凸形成層１２は目的とする凹凸形状１２ａの高さの１から１０倍程度の厚みが良いが、塗工機で塗工することを考えると０．５〜５μｍ程度が好ましい。
基材としてはＰＥＴフィルムが一般的だが、それに限られるものでは無い。その厚みも形成後の用途次第であるが、１０〜１００μｍ程度が好ましい。

微細凹凸形状１２ａを作製する方法としては公知のレジストにＥＢ（electron beam）で描画する方法、シリコンをエッチングする方法等が知られている。
また、微細凹凸形状１２ａを板状の平型とする方法としては、上記のレジストやシリコンからニッケル、鉄等金属を電鋳して型としたり、樹脂による型を作製したりする方法が知られている。
本発明のように熱と圧力と紫外線が照射される様な場合には金属製の型を用いることが一般的である。

電鋳後の金属板を必要な形状に加工するが、ロール固定時にフィルムの流し方向で先に当たる部分には余白をとり、折り曲げて係合部を形成することで板状型の固定に使用できるようにする。
また、使用する光ナノインプリント装置の微細凹凸を形成するためのシリンダの係合溝に金型の折り曲げ部分である係合部を差込み仮固定し、その後、フィルムの流し方向に対して平行な２辺をテープ等で固定する。この場合、必要に応じ板状型を３枚乃至それ以上の枚数の板状型を用いても良い。
その際、使用するテープにはアルミ基材やガラスクロスにフッ素系樹脂を含侵させた基材の耐熱テープを用いることができるが、段差や突起が無い方が好ましいので、より基材が薄く、取扱いしやすい物を選ぶべきである。

板状型をシリンダに固定し、微細凹凸形状を有するロール型とした後、凹凸形成層を有するフィルムを巻き出し機構に取り付け、ロール型を加熱後、それに予備加熱部を経たフィルムを押し付け、そのまま紫外線を照射、硬化後にロール型から剥離され、巻き取り機構に巻き取られるようにする。

本実施の形態に示す固定法と、凹凸形成層と基材から成るフィルムを組み合わせた光ナノインプリント装置により、板状型をロール型とした場合のつなぎ目や段差がなくなり、これに伴い、従来のようなつなぎ目や段差による突起やそれに起因するフィルムの裂けをなくすことができ、より長く微細凹凸が成形されたフィルムを巻き取ることができ、量産性が著しく改善することができる。
また、連続柄としたい場合の非成形部もテープでの固定を行なわないため、従来テープ幅の例えば５ｍｍであったのが、１ｍｍ弱まで改善することができる。
さらに、巻き取れる長さが延びたことによる量産性の改善の他に、ＩＲヒーターや温風機によりフィルムを成形前に加温することによる成形スピードのアップも量産性の改善につながる。

また、アスペクト比が１．７程度の微細凹凸の場合、従来の液状の光硬化型樹脂を用いて板状型をロール型とした光ナノインプリントを行なうと数十ｍの凹凸形状の形成が限界であったのに対し、本実施の形態では、上記の課題を解決するための手段を用いた場合では少なくとも数百ｍの形成を実現した。
また、形成された微小凹凸形状についても従来の液状樹脂による形成品と比べ、遜色の無い物が得られた。
さらに、凹凸形状を連続柄の様に成形した場合も、折り曲げて溝に差し込んだ部分に板状型の最後部が突き当たる様に板状型の長さを調節することにより、それでも残った型同士の隙間だけとなり、１ｍｍ以下を達成した。
また、連続柄だけでなく、ロールの一部分に板状型を固定し、断続的な凹凸形状の形成を行なった場合においても、上記のように量産性の改善が確認されている。

本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
微細凹凸形成層として反応性ポリマー（新中村化学工業製バナレジン２２０７）、ウレタンアクリレート（ダイセルサイテック製ＥＢＥＣＲＹＬ２８４）、開始剤（チバスペシャリティケミカルズ製イルガキュア６５１）を８０：２０：１重量部としたものを、ＭＥＫ：トルエン＝５０：５０の溶剤で希釈し、グラビアロールコーターで２５μｍ厚のＰＥＴフィルム(東レ製ルミラー)に乾燥後約２μｍの厚みになるように塗工し、微小凹凸形成用フィルムとした。
また、微細凹凸としては１５０ｍｍ角のガラス上に塗布したレジスト版にＥＢで描画を行い作製したピッチ３００ｎｍ、深さ５００ｎｍのパターンを用い、それをニッケル電鋳で複製し、同じ形状の型を３枚作製することにより微小凹凸を有する板状型を３枚得た。

上記の金型を１４０×１４５ｍｍ角にカットし、１４５ｍｍの辺を５ｍｍ折り曲げて版固定用の溝に差し込む部分とした。
次に、約１３０φのシリンダの円周方向に対して３等分された位置にそれぞれ形成された係合溝に、３枚の板状型に設けた係合部をそれぞれ差込み、その後、フィルムの流し方向に対して平行な板状型の２辺をアルミ耐熱テープで固定した。
この時、ロール型の回転方向を考慮し、各板状型の係合部側の端をフィルムが接触する向きにする。

その後、装置の巻き出し機構に作製した微小凹凸形状形成用フィルムをセットし、ロール型を９５度まで昇温させてから上記フィルムの凹凸形成層を押し付け、微細凹凸形状を形成した後、紫外線を約５００ｍＪ照射して硬化させてから剥離した。
剥離後巻取り機構にて巻き取られたが、大きな突起などが無いため約１０００ｍまでそのまま異常無く巻き取られ、成形された物も欠陥等の異常の無い物であった。

次に比較例について説明する。
（比較例）
実施例１で用いたのと同様に作製した版を、１４０ｍｍ角に断裁し、同じ装置の微細凹凸を形成するために使用するロールを溝の無い物に取り替えて３枚の板状型でシリンダの円周方向に１周するように配置し、アルミテープで固定した。
次に、２５μｍ厚のＰＥＴフィルム(東レ製ルミラー)を巻き出し機構にセットし、巻き取り機構まで通した後、液状の紫外線硬化型樹脂（東洋合成工業製ＰＡＫ−０１）をロール型と２５μｍ厚のＰＥＴフィルム(東レ製ルミラー)の間に滴下、塗布し、紫外線にて硬化後、離型して巻き取った。
その結果、テープの段差が転写されたりテープの粘着層に紫外線硬化型樹脂が染み込み硬化することによりロール型に固定した型が剥がれてしまったりし、実際には１０ｍ分ほどしか良好な形成品は得られなかった。

産業上の利用の可能性

本発明によるロール光ナノインプリント方法、装置によりアスペクト比の高い微細凹凸形状の形成がより効率的にできるようになる。
それにより得られる微細凹凸形成済みフィルムは光学部材やＭＥＭＳ等従来ナノインプリントで作製されていた微細凹凸パターンの用途全般にわたって利用できるものとなる。

本発明にかかる光ナインプリント装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態におけるロール型の一形態を分解図である。 従来における光ナインプリント装置の概略構成図である。

符号の説明

１０……光ナインプリント装置、１１……フィルム（基材）、１２……凹凸形成層、１２ａ……凹凸形状、１３……ロール型、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ……板状型、１３ｇ，１３ｈ，１３ｉ……係合部、１４……シリンダ、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ……係合溝、１５……紫外線ランプ、１６……加圧ロール。

Claims (3)

1. 熱による軟化性と紫外光による硬化性を持つ樹脂からなる凹凸形成層を有するフィルムを巻き出す巻き出し機構と、
   前記巻き出し機構から捲き出される前記フィルムの前記凹凸形成層に微細凹凸形状を形成するためのロール型と、
   前記フィルムの前記凹凸形成層を前記ロール型に押し付けて前記凹凸形成層に微細凹凸形状を生成する加圧ローラと、
   前記ロール型を一定の温度に加熱する加熱機構と、
   前記凹凸形成層が前記加圧ローラで前記ロール型に押し付けられる前に前記フィルムを予備的に加熱して前記凹凸形成層を軟化する予備加熱機構と、
   前記フィルムの予備加熱後に前記加圧ローラで前記ロール型に前記凹凸形成層を押し付けた状態で紫外光を照射し当該紫外光の照射領域の凹凸形成層を硬化する紫外線ランプとを備え、
   前記ロール型は、回転可能なシリンダと、前記シリンダの外周面に周方向に沿い配列された微細凹凸パターン形成用の複数の板状型を有し、
   前記複数の板状型は、前記シリンダの周方向に延在し前記シリンダの外周径と一致する円弧に湾曲された一定の幅と、前記シリンダの軸と平行する方向に延在する長さを有し、
   前記複数の板状型の幅方向の一端に前記シリンダの半径方向へ突出する型固定用の係合部が前記板状型の長手方向に延在して設けられ、
   前記シリンダに前記各板状型の前記係合部が別々に係合される複数の係合溝が前記シリンダに設けられ、
   前記各板状型の係合部を対応する前記係合溝にそれぞれ係合した後、前記各板状型の前記長さ方向の両端を耐熱性の粘着テープにより前記シリンダに固定するように構成されている、
   ことを特徴とする光ナノインプリント装置。
2. 前記シリンダの周方向に互いに隣接する２つの前記板状型のうち、一方の板状型の前記係合部を有する前記幅方向の一端と他方の板状型の前記係合部を有しない前記幅方向の他端とが互いに接していることを特徴とする請求項１記載の光ナノインプリント装置。
3. 前記凹凸形状の高さ／ピッチ比（アスペクト比）が０．３以上であることを特徴とする請求項１記載の光ナノインプリント装置。

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