JP6104691B2 - ナノインプリント方法及びそのための装置 - Google Patents
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Description
しかしながら、かかる従来技術においても、以下の様な課題が存在する。
また、本発明は、ナノメートル単位の微細パターンを樹脂フィルムの表面に転写した後、微細パターン転写面の汚れを低減できるナノインプリント方法及びそのための装置を提供することを他の目的とする。
更に、本発明は、樹脂フィルムの表面に微細パターンを転写する時のスループットの優れたナノインプリント方法及びそのための装置を提供することを他の目的とする。
本発明は、凹凸パターンを有する板状のスタンパにシート状の被転写体を供給しながら前記凹凸パターンを転写する供給転写ステップと、転写された前記被転写体を前記スタンパから剥離しながら、剥離された前記被転写体を前記供給した側に引き込む剥離引込ステップと、前記引き込まれた前記被転写体を巻き取る巻取りステップと、を有し、前記巻取りステップの後に前記供給転写ステップからの各前記ステップを行うことを特徴とする。
さらに、前記供給した側への引き込みは、前記スタンパへ前記被転写体を供給する側に設けられたピンチローラで行い、引き込まれた前記被転写体は、前記ピンチローラに到達しないようにしてもよい。
さらに、前記スタンパから巻き取る側に搬送される前記被転写体の被転写面は、前記スタンパの転写面と略同一の高さであってもよい。
さらに、前記成形ローラは、前記被転写体の前記スタンパへの供給角度及びスタンパからの剥離角度をそれぞれ規定する剥離ローラを有してもよい。
また、本発明によれば、ナノメートル単位の微細パターンを樹脂フィルムの表面に転写した後、微細パターン転写面の汚れを低減できるナノインプリント方法及びそのための装置を提供できる。
さらに、本発明によれば、樹脂フィルム(ナノインプリント材料)の表面に微細パターンを転写のスループットの優れたナノインプリント方法及びそのための装置を提供できる。
(実施例1)
図1は、本発明の実施例1であるナノインプリント装置100の正面図(a)及びその側面図(b)を示す。ナノインプリント装置100は、パーソナルコンピュータの表示画面上に取り付けられる反射防止膜として、透光性のインプリントフィルムの表面に外光の反射防止を目的としたナノレベルの微細な凹凸加工を施すための連続式微細加工装置の例である。なお、この装置は、連続するシート状の基板(被転写体)、例えば樹脂フィルムの表面に、板状のスタンパ(金型)により、連続的に反射防止パターンを転写するものである。
なお、以後、樹脂フィルムFの成形面を表面、成形面でない面を裏面という。
接触型の位置検出器55での供給時開始位置は、図1で示すダンサローラ51が位置検出器55に接触している位置である。なお、位置検出器は、接触型に限らず、例えば光の遮光によって検出する光検出型でもよい。
なお、以後、樹脂フィルムの添え字sのない符号Fは、成形されていない場合、及び、一般的に述べる場合に用いる。
これら高さ関係によって、成形された樹脂フィルムFsは、ピンチローラ38から浮き上がることなく、即ち板状のスタンパ21(図2参照)の端部から浮き上がることなく、安定して、巻取りリール31から張力を受けることができる。
加工ユニット20は、スタンパ21(金型)の上部に設けられた上部成形部60と、スタンパ21の下部に設けられた下部成形部70とを有する。スタンパ21は、図1(b)に示すように装置100の構造部に固定され、下面に転写用の凹凸パターンを有する。樹脂フィルムFは、図2に示す樹脂フィルムFの搬送系によって、スタンパ21の下面と下部成形部70との間に、間欠的に搬送される。
加圧部71は、電磁誘導加熱部61によって所定の温度に加熱された搬送方向Cと直交する方向に細長い線状領域を加圧し、微細パターンを樹脂フィルムFに転写する。下部ステージ85は、ステージ駆動部(図示しない)のリニアレール86上を、図1に実線で示す原点位置とドットで示す転写終了位置の間を移動する。即ち、加圧部71と冷却部81とは一体になって移動する。冷却は、転写後少し遅れて行う、或いは後述するように、剥離工程で行うので、別々に設けてもよい。
成形ローラ72は、微細パターンの転写時は所定圧力で、剥離時は所定圧力より小さいフィルムを支える程度の圧力で加圧される。
まず、図2を主体に、転写工程に入る位置である原点位置における樹脂フィルムFの搬送及び成形加工を司る構成要素の状態を説明する。
図2、図3に示すように、原点位置においては、成形ローラ72は、シリンダ73により上昇し、所定圧力で前述したスタンパ21の線状領域に当接される。このとき、電磁誘導加熱部61は、線状領域を事前に所定温度に加熱するために、スタンパ21を挟んで成形ローラ72と対応する位置のやや前に配置され、成形ローラ72と同期して移動する。
また、冷却ローラ82はスタンパ21に当接していない。
図2では、電磁誘導加熱部61を成形ローラ72と同期して移動させたが、電磁誘導加熱部61を線状領域に平行に複数設けて、転写工程においてそれらを切り替えて或いは全てONさせて線状領域を加熱してもよい。
図4は、転写工程の途中の状態を示す図で、樹脂フィルムFの搬送及び成形加工を司る構成要素の状態、動作を図示的に示した図である。
成形ローラ72と電磁誘導加熱部61は、図3、図4に示す矢印B方向に同期して移動し、スタンパ21の下面に形成された凹凸の微細パターンを樹脂フィルムFに転写していく。このとき、剥離ローラ75と原反リール11間にある樹脂フィルムFに余計な力が掛からない所定の張力になるように、樹脂フィルム7の特性を利用して、ドライブローラ16の送り速度は、成形ローラ72の移動速度と協調制御される。樹脂フィルムFの特性とは、原反リール11に巻回された時に押えられていた樹脂フィルムの縮む力が、原反リールから開放された時にその縮み力が開放されて、樹脂フィルム7は縮み、短くなることである。その短くなる長さは、時間が経つにつれて短くなる。
そこで、例えば原反リール11に貼られたラベルの日時をみて、成形ローラ72の移動速度に対するドライブローラ16の送り速度を変える。この協調制御により成形ローラ72の移動量に見合った長さの樹脂フィルムFが原反リール11から供給され、樹脂フィルムFに加わる張力は、破断力に対して十分小さくなり、且つ安定したものとなる。勿論、所定の時間が経てば、成形ローラ72の移動速度とドライブローラ16の送り速度とを同一にすることもできる。
また、ピンチローラ76の送り面は、スタンパ21の転写面と略同じ高さに設けられている。高いと、樹脂フィルムFsがスタンパ21の端面と干渉し、低いと、図4から解るように転写された樹脂フィルムFに剥離力が作用するからである。
さらに、成形ローラ72と剥離ローラ75とで形成される角度、即ちスタンパ21への樹脂フィルムFの供給角度θを小さくすることで、成形時のスタンパ21と樹脂フィルムFとの間の空気を容易に押出しながら成形でき、空気溜りによる成形不良を防ぐことができる。
この冷却は、再び図1、図2に示した原点位置に戻るまで行われる。また、このとき成形ローラ72は、樹脂フィルムFを支持する程度の弱い加圧力を有する。
剥離工程において、冷却ローラ82は成形ローラ72と一体となって、転写工程と反対方向である矢印Dの方向に、スタンパ21の転写面を冷却しがら移動する。一方、電磁誘導加熱部61は、剥離工程の各構成要素の動きに制約されることなく、図2に示す原点位置に移動する。
この時の引込力は、即ち、剥離され引き込まれた樹脂フィルムFsをダンサローラ部50で吸収する。但し、引き込まれた樹脂フィルムFsを駆動ローラ54が挟み込まないように、言い換えればダンサローラ部50に入らないように、駆動ローラ54とピンチローラの位置を設定する。このように設定することにより、剥離された樹脂フィルムFsの表面、即ち転写、剥離された形成面がピンチローラ53と接触しないので、成形面が汚れることがなく、成形面の品質を保つことができる。
即ち、従来の方法では、前記引張力の他に、剥離するために剥離力が加わる。しかし、本実施例では、成形ローラ72が樹脂フィルムFsを押えているので、剥離力は樹脂フィルムFsに作用しなく、駆動ローラ54による引張力だけが作用する。
また、本実施例では、剥離ローラ75を成形ローラ72に隣接して且つ角度θを持って設けることにより、剥離ローラ75による樹脂フィルムFsの剥離を確実に安定して行うことができる。
図6に示す剥離工程が終わると、駆動ローラ54は、上昇しピンチローラ53から離間する。巻取りリール31が矢印Eのように回転し、ダンサローラ部50で吸収された樹脂フィルムFsをG方向に移動させて巻き取る。ダウンローラ51は、原反リール11から供給される新たな樹脂フィルムがないので、徐々に上昇していく。従って、この時の巻取りリール31の負荷は、即ち樹脂フィルムFsに掛かる張力は、ダウサローラ51による負荷分だけである。
実施例1では、冷却ローラ82があるので、図7に示すように成形ローラ72はオバーランするが、他の方法で冷却し冷却ローラ82を無くすことができれば、巻き取る長さLをスタンパ21の転写する長さにすることができる。
また、図1で説明したように、ピンチローラ38の送り面は、ピンチローラ76の送り面より低く、且つ巻取りリール31の最外殻の高さ位置は、ピンチローラの送り面より低い位置に設けているので、樹脂フィルムFsの成形面でない裏面が必ずピンチローラ38に当接することができ、樹脂フィルムの成形面(表面)の汚れを防止できる。
また、以上説明した実施例によれば、ナノメートル単位の微細パターンを樹脂フィルムの表面に転写した後、微細パターン転写面の汚れを低減できるナノインプリント方法及びそのための装置を提供できる。
また、実施例1は、後述する実施例3に比べコンパクトにできる効果がある。
図8は、本発明の実施例2であるナノインプリント装置を示す図である。実施例2は、微細パターンの樹脂フィルムへの転写を上から行うことができるナノインプリント装置である。
図8(b)は、実施例1の図4に対応する転写工程の途中の状態を示す図で、樹脂フィルムFの搬送及び成形加工を司る構成要素の状態、動作を図示的に示す図である。
図8(c)は、実施例1の図6に対応する剥離工程の途中の状態を示す図で、樹脂フィルムFの搬送及び成形加工を司る構成要素の状態、動作を図示的に示す図である。
図8(d)は、実施例1の図7に対応する樹脂フィルムFsがスタンパ21から完全に剥離され、巻取り工程に入る状態を示す図で、樹脂フィルムFの搬送及び成形加工を司る構成要素の状態、動作を図示的に示す図である。
図9は、本発明の実施例3であるナノインプリント装置を示す図である。実施例1、2では、原反リール11及び巻取りリール31を加工ユニット20に対して同一側に対して設けた。実施例3では、原反リール11及び巻取りリール31を加工ユニット20に対して両側に別々に設けている。
図9(b)は、実施例1の図4に対応する転写工程の途中の状態、動作を図示的に示す図で、樹脂フィルムFの搬送及び成形加工を司る構成要素の状態を示す図である。
図9(c)は、実施例1の図6に対応する剥離工程の途中の状態、動作を図示的に示す図で、樹脂フィルムFの搬送及び成形加工を司る構成要素の状態を示す図である。
図9(d)は、実施例1の図7に対応する樹脂フィルムFsがスタンパ21から完全に剥離され、巻取り工程に入る状態を示す図で、樹脂フィルムFの搬送及び成形加工を司る構成要素の状態、動作を図示的に示す図である。
以上の実施の形態では、被転写膜の熱硬化を誘導加熱部で行ったが、光やヒータによる加熱等で行ってもよい。
また、以上の実施の形態では、スタンパとして平板状のものを用いたが、円柱又は円筒状のものであってもよい。
15:原反リール駆動機構 16:ドライブローラ
20:加工ユニット 21:スタンパ(金型)
30:巻取り部 31:巻取りリール
36:巻取り径測定器 37:巻取りリールの軸
38:巻取りローラ 40:供給巻取りユニット
50:ダンサローラ部 51:ダンサローラ
52、53:ピンチローラ 54:駆動ローラ
55:位置検出器 60:上部成形部
61:電磁誘導加熱部 64:IH電源
70:下部成形部 71:加圧部
72:成形ローラ 73:シリンダ
74:ガイド部 75:剥離ローラ
76:ピンチローラ 81:冷却部
82:冷却ローラ 83:シリンダ
85:下部ステージ 86:リニアレール
88:冷却装置 100:ナノインプリント装置
F、Fs:樹脂フィルム
Claims (19)
- 凹凸パターンを有する板状のスタンパにシート状の被転写体を巻回している原反リールから該被転写体を供給しながら、かつ、該被転写体を前記スタンパに加圧する成形ローラが移動しながら前記凹凸パターンを転写する供給転写ステップと、
前記成形ローラを転写のために移動する方向とは逆の方向に移動させて、転写された前記被転写体を前記スタンパから剥離しながら、剥離された前記被転写体を前記成形ローラよりも前記原反リール側に設けられたダンサローラ部に引き込む剥離引込ステップと、
前記引き込まれた前記被転写体を巻き取る巻取りステップと、を有し、
前記巻取りステップの後に前記供給転写ステップからの各前記ステップを行うことを特徴とするナノインプリント方法。 - 請求項1に記載したナノインプリント方法であって、
前記供給転写ステップは、前記被転写体を前記巻き取る方向と直交する方向の前記被転写体上の線状領域を加熱、加圧し、前記線状領域を前記巻き取る方向とは反対方向に移動させて前記転写を行うことを特徴とするナノインプリント方法。 - 請求項2に記載したナノインプリント方法であって、
前記スタンパへの前記被転写体の供給速度は、前記線状領域の移動速度と協調制御される ことを特徴とするナノインプリント方法。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載したナノインプリント方法であって、
前記ダンサローラ部への引き込みは、前記スタンパへ前記被転写体を供給する側に設けられたピンチローラで行い、該ピンチローラは、引き込まれた前記被転写体の転写部分が到達しない位置に設けられていることを特徴とするナノインプリント方法。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載したナノインプリント方法であって、
前記引き込まれた前記被転写体の巻き取る量は、前記原反リールから供給される前記被転写体の長さとすることを特徴とするナノインプリント方法。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載したナノインプリント方法であって、
前記スタンパから巻き取る側に搬送される前記被転写体の被転写面は、前記スタンパの転写面と同一の高さであることを特徴とするナノインプリント方法。 - 請求項1乃至6のいずれか1項に記載したナノインプリント方法であって、
前記巻取りステップを実施中は、前記スタンパに新たな前記被転写体を供給しないことを特徴とするナノインプリント方法。 - 請求項1乃至7のいずれか1項に記載したナノインプリント方法であって、
前記剥離引込ステップは、前記スタンパの前記凹凸パターンを有する転写面を冷却する、
ことを特徴とするナノインプリント方法。 - シート状の被転写体を巻回している原反リールを有し、凹凸パターンを有する板状のスタンパに向けて前記被転写体を供給する供給手段と、
移動しながら前記被転写体を前記スタンパに加圧し前記凹凸パターンを転写する成形ローラと、
前記成形ローラを転写のために移動する方向とは逆の方向に移動させて転写された前記被転写体を前記スタンパから剥離しながら、剥離された前記被転写体の所定長さを引き込む、前記成形ローラよりも前記原反リール側に設けられたダンサローラ部と、
前記引き込まれた前記被転写体を巻き取る巻取りリールを有する巻取り手段と、
を有することを特徴とするナノインプリント装置。 - 請求項9に記載したナノインプリント装置であって、
前記被転写体を巻き取る方向と直交する方向の前記被転写体上の線状領域を加熱する加熱手段を有し、
前記成形ローラは、前記線状領域を加圧し、前記成形ローラを前記巻き取る方向とは反対方向に移動させ、前記成形ローラが前記供給手段から供給された前記被転写体を前記スタンパの一面上に供給しながら前記転写を行う、
ことを特徴とするナノインプリント装置。 - 請求項10に記載したナノインプリント装置であって、
前記加熱手段は、前記線状領域と平行な加熱面を有する電磁誘導加熱部を有し、前記電磁誘導加熱部は前記成形ローラと同期して前記反対方向に移動することを特徴とするナノインプリント装置。 - 請求項10又は11に記載したナノインプリント装置であって、
前記供給手段は、前記スタンパへの前記被転写体の供給速度を前記線状領域の移動速度と協調制御して行うことを特徴とするナノインプリント装置。 - 請求項10乃至12のいずれか1項に記載したナノインプリント装置であって、
前記ダンサローラ部への引き込みを前記被転写体の前記供給手段側に設けられたピンチローラで行い、前記ピンチローラは、引き込まれた前記被転写体の転写部分が到達しない位置に設けられ、前記ダンサローラ部が、前記ピンチローラによって引き込まれた前記被転写体の長さ分を吸収することを特徴とするナノインプリント装置。 - 請求項13に記載したナノインプリント装置であって、
前記ダンサローラ部は、供給側に引き込まれた前記被転写体の長さを検出する検出手段を有し、
前記巻取り手段は、前記検出手段の結果に基づいて前記長さを巻き取ることを特徴とするナノインプリント装置。 - 請求項10乃至14のいずれか1項に記載したナノインプリント装置であって、
前記スタンパから前記巻き取る側に搬送される前記被転写体の被転写面が前記スタンパの転写面と同一の高さになるように前記被転写面と反対側の前記被転写体の面を支持するピンチローラを設けたことを特徴とするナノインプリント装置。 - 請求項10又は12のいずれか1項に記載したナノインプリント装置であって、
前記成形ローラは、前記被転写体の前記スタンパへの供給角度及びスタンパからの剥離角度をそれぞれ規定する剥離ローラを有することを特徴とするナノインプリント装置。 - 請求項16に記載したナノインプリント装置であって、
前記剥離ローラは、前記成形ローラに対して前記原反リールの反対側に設けられ、
前記巻取りリールは、前記スタンパに対して前記原反リールと同一側に設けられていることを特徴とするナノインプリント装置。 - 請求項15に記載したナノインプリント装置であって、
前記スタンパの前記転写面を冷却する冷却手段を有することを特徴とするナノインプリント装置。 - 請求項18に記載したナノインプリント装置であって、
前記冷却手段は、前記成形ローラの前記巻取りリール側に隣接して設けられた冷却ローラと、前記冷却ローラを前記転写面に当接可能とする昇降手段とを有し、前記冷却ローラは、前記成形ローラと一体になって移動し、前記転写面を冷却することを特徴とするナノインプリント装置。
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