JP6364684B2 - ローラ式加圧装置、インプリント装置、ローラ式加圧方法 - Google Patents

Description

本発明は、対象物をローラによって加圧するためのローラ式加圧装置、インプリント装置、ローラ式加圧方法に関する。

従来、マイクロオーダ、ナノオーダの微細パターンを形成する方法として、ナノインプリント技術がある。これは、樹脂等の被成形物に微細パターンを有する型を加圧し、熱や光を利用して当該パターンを被成形物に転写するものである（例えば、特許文献１参照）。また、転写面積の拡大を図るために、可撓性のある型を流体圧で加圧するインプリント装置も考えられている（例えば、特許文献２参照）。

国際公開番号ＷＯ２００４／０６２８８６ 特開２００９−１５４３９３

ここで、基板上に光硬化性樹脂からなる被成形層を塗布した場合、被成形層の膜厚にむらが生じる。これを剛体である金型で押圧する場合には、成形時に被成形層をならすことができるが、転写面積の拡大を図ることは難しい。一方、上述したように、可撓性のある型を流体圧で加圧する場合には、総ての場所で圧力が均一であるため樹脂や、型と被成形層との間に存在する空気の逃げ場がなく、樹脂のむらをならすことや、空気を取り除くことができないという問題がある。

これを解決するために、ローラでならす方法が考えられるが、位置制御によってローラを型や被成形物に押し当てるものは、ローラの真円度等の影響によって加圧力を制御することが難しかった。

そこで本発明では、ローラの加圧力を制御して、型の微細パターンを被成形物に転写することができるインプリント装置及びインプリント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、本発明のローラ式加圧装置は、対象物をメインローラによって加圧するためのものであって、前記メインローラが配置された調圧プレートと、前記メインローラを前記対象物に対して相対的に移動するためのローラ移動手段と、前記調圧プレートの両面にかかる流体の差圧によって生じる力が前記メインローラに加わるように当該調圧プレートを保持する調圧部と、前記メインローラの圧力を、前記対象物を間に挟んで受ける受圧ステージと、前記調圧プレートの両面にかかる流体圧の差圧を調節する調圧手段と、前記メインローラが前記対象物に加える軸方向の圧力を均一にする均圧手段と、を具備することを特徴とする。

この場合、前記ローラ移動手段は、前記調圧プレートに配置することができる。また、前記均圧手段は、バックアップローラを用いることができる。また、前記バックアップローラは、前記メインローラの移動方向前後に配置される方が好ましい。また、前記均圧手段は、バックアップベルトを用いることもできる。

また、前記調圧部は、前記調圧プレートと共に第１調圧室を構成する第１調圧室構成部材を有するように構成すれば良い。また、前記調圧手段は、前記第１調圧室を減圧する減圧手段を用いることができる。また、前記調圧手段は、前記第１調圧室を加圧する加圧手段を具備するようにしても良い。この場合、前記加圧手段は、前記調圧プレートの両面にかかる流体圧が等しくなるまで前記第１調圧室に気体を供給可能な開閉流路を有していても良い。また、前記第１調圧室構成部材は、前記対象物又は前記受圧ステージと、前記調圧プレートと、で前記第１調圧室を構成する筒状の第１枠体を用いることができる。また、前記受圧ステージを内包可能な穴を有し、前記受圧ステージと相対的に移動することによって、前記対象物を前記第１枠体と共に挟持する第２枠体を設け、前記調圧手段は、前記対象物と、前記受圧ステージと、前記第２枠体とで構成される第２調圧室の圧力を調節可能に形成しても良い。また、前記メインローラと前記第１枠体との高さ方向の相対的な位置を調節するための位置調節手段を更に設けても良い。また、前記メインローラの移動方向後方に配置され、前記メインローラの移動と共に前記被成形物に光を照射する光源を設けても良い。また、前記被成形物の温度を調節する温調手段を設けても良い。

また、本発明のインプリント装置は、上述したローラ式加圧装置を備えるものである。

また、本発明のローラ式加圧方法は、対象物をメインローラによって加圧するためのものであって、前記対象物を受圧ステージ上に配置する配置工程と、前記メインローラを支持する調圧プレートの両面にかかる流体圧の差を利用し、前記メインローラが前記対象物に加える圧力を調節する圧力調節工程と、前記メインローラを前記対象物に対して相対的に移動し、前記対象物を当該メインローラで加圧する加圧工程と、を有し、前記加圧工程は、前記メインローラと前記調圧プレートの間に配置され、前記メインローラと前記調圧プレートの間に加わる荷重を分散する均圧手段を介して、前記調圧プレートが前記メインローラを加圧することを特徴とする。

この場合、前記対象物は型と当該型の成型パターンが転写される被成形物であって、前記配置工程の前に、前記型と前記被成形物の間の雰囲気を減圧する減圧工程を有するようにしても良い。また、前記減圧工程と前記加圧工程の間に、前記型と前記被成形物を流体圧によって均一に加圧して密着させる密着工程を有するようにしても良い。また、前記メインローラの移動方向後方に配置された光源を用いて、前記メインローラの移動と共に前記被成形物に光を照射する光照射工程を有するようにしても良い。

本発明のローラ式加圧装置、インプリント装置、ローラ式加圧方法は、ローラの加圧に流体圧を利用するので、型や被成形物等の対象物を一定の圧力で加圧することができる。また、均圧手段を用いることにより、メインローラが対象物に加える軸方向の圧力についても均一にすることができる。

本発明のインプリント装置を示す端面図である。 本発明のインプリント装置を示す端面図である。 本発明のインプリント装置を示す端面図である。 本発明のインプリント装置を示す端面図である。 本発明のインプリント装置を示す端面図である。 本発明のインプリント装置の筐体を示す平面図である。 本発明のインプリント装置を示す端面図である。 本発明のインプリント装置を示す一部断面図である。

本発明のローラ式加圧装置は、対象物をメインローラ38によって加圧するためのものであって、メインローラ38が配置された調圧プレート332と、メインローラ38を対象物に対して相対的に移動するためのローラ移動手段と、調圧プレート332の両面にかかる流体の差圧によって生じる力がメインローラ38に加わるように当該調圧プレート332を保持する調圧部と、メインローラ38の圧力を、対象物を間に挟んで受ける受圧ステージ322と、調圧プレート332の両面にかかる流体圧の差圧を調節する調圧手段と、メインローラ38が対象物に加える軸方向の圧力を均一にする均圧手段（バックアップローラ39）と、で主に構成される。

なお、本明細書中で、対象物とは、メインローラ38によって加圧されるものを指すが、単一のものである必要はなく、複数のものであっても構わない。例えば、本発明のローラ式加圧装置をインプリント装置に組み込む場合には、対象物は、型１と被成形物２の両方を指す。また、対象物を加圧する目的は、対象物の変形を目的とするものに限られるものではない。例えば、型１と被成形物２の間に存在する空気を抜くことを目的とするものでも良い。以下の説明及び図１〜８では、本発明のローラ式加圧装置をインプリント装置に組み込んだものとし、対象物をインプリントに用いる型および被成形物として説明する。

型１とは、例えば「ニッケル等の金属」、「セラミックス」、「ガラス状カーボン等の炭素素材」、「シリコン」などから形成されており、その一端面（成形面）に所定の成形パターンを有するものを指す。この成形パターンは、その成形面に精密機械加工を施すことで形成することができる。また、シリコン基板等にエッチング等の半導体微細加工技術によって形成したり、このシリコン基板等の表面に電気鋳造(エレクトロフォーミング)法、例えばニッケルメッキ法によって金属メッキを施し、この金属メッキ層を剥離して形成したりすることもできる。また、インプリント技術を用いて作製した樹脂製の型を用いることも可能である。この場合、型は、被成形物２の被成形面に対して可撓性のあるフィルム状に形成しても良い。もちろん型１は、成形パターンを転写できるものであれば材料やその製造方法が特に限定されるものではない。

また、型１に形成される成形パターンは、凹凸からなる幾何学的な形状のみならず、例えば所定の表面粗さを有する鏡面状態の転写のように所定の表面状態を転写するためのものも含む。また、成形パターンは、平面方向の凸部の幅や凹部の幅の最小寸法が１００μｍ以下、１０μｍ以下、２μｍ以下、１μｍ以下、１００ｎｍ以下、１０ｎｍ以下等種々の大きさに形成される。また、深さ方向の寸法も、１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以上、２００ｎｍ以上、５００ｎｍ以上、１μｍ以上、１０μｍ以上、１００μｍ以上等種々の大きさに形成される。

また、被成形物２とは、樹脂、無機化合物又は金属等からなる基板22又はフィルム上に流動性のある被成形層21を形成したものを意味するが、単に基板状のものや可撓性のあるフィルム状のものであっても構わない。また、型１の上に流動性のある被成形層21を形成しておき、基板と型１を加圧する際に基板側に被成形層を接合するものであっても良い。被成形物２の材質は、例えば、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、あるいは熱可塑性樹脂を指す。

光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂としては、エポキシド含有化合物類、（メタ）アクリル酸エステル化合物類、ビニルエーテル化合物類、ビスアリルナジイミド化合物類のようにビニル基・アリル基等の不飽和炭化水素基含有化合物類等を用いることができる。この場合、熱的に重合するために重合反応性基含有化合物類を単独で使用することも可能であるし、熱硬化性を向上させるために熱反応性の開始剤を添加して使用することも可能である。更に光反応性の開始剤を添加して光照射により重合反応を進行させて成型パターンを形成できるものでもよい。熱反応性のラジカル開始剤としては有機過酸化物、アゾ化合物が好適に使用でき、光反応性のラジカル開始剤としてはアセトフェノン誘導体、ベンゾフェノン誘導体、ベンゾインエーテル誘導体、キサントン誘導体等が好適に使用できる。また、反応性モノマーは無溶剤で使用しても良いし、溶媒に溶解して塗布後に脱溶媒して使用しても良い。

また、熱可塑性樹脂としては、環状オレフィン開環重合／水素添加体（ＣＯＰ）や環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）等の環状オレフィン系樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ビニルエーテル樹脂、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂、ポリスチレン、ポリイミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等を用いることができる。

また、図１においては、受圧ステージ322側に被成形物２、メインローラ38側に型１が配置されているが、受圧ステージ322側に型１、メインローラ38側に被成形物２を配置しても構わない。また、型１と被成形物２のうち、メインローラ38側に配置されるものは、可撓性のあるフィルム状に形成される方が好ましい。

メインローラ38は、例えば円柱状に形成され、受圧ステージ322と共に対象物である型１および被成形物２を挟持して加圧するためのものである。また、メインローラ38は回転可能に形成され、メインローラ38をローラ移動手段によって移動すると回転しながら型１と被成形物２を加圧することができる。メインローラ38の材質は成形条件に適合するものであればどのようなものでも良いが、例えば、インプリントプロセスに用いる場合には、成形条件に対し、耐圧性、耐熱性を有するものを用いるのが好ましい。また、確実に圧力を加えることができるように、適切な範囲で弾性変形が可能な材料38aを表面に用いることもでき、例えば、ウレタン樹脂等を用いることができる。この場合、厚みは適宜設定すれば良いが、ウレタン樹脂であれば５〜１０ｍｍ程度にすれば良い。

調圧プレート332は、メインローラ38等が配置され、その両面にかかる流体の差圧によって生じる力をメインローラ38に加えるものである。調圧プレート332の材質は、成形条件に適合するものであればどのようなものでも良いが、例えば、インプリントプロセスに用いる場合には、成形条件に対し、耐圧性、耐熱性を有するものを用いるのが好ましく、ステンレス鋼などの金属を用いることができる。

なお、通常、メインローラ38は、その両端の軸だけで支持される。そして、転写面積を大きくするには、メインローラ38を軸方向に長くする必要がある。しかしながら、メインローラ38が長くなると、支持されるメインローラ38の両端では圧力が大きいが、中心に行くほど圧力が小さくなる。そこで、本発明のインプリント装置では、メインローラ38の軸方向の圧力を均一にする均圧手段を更に有する。均圧手段としては、例えば、メインローラ38と調圧プレート332の間に配置され、メインローラ38の中心側を支持するバックアップローラ39を用いることができる。具体的には図１、図７に示すように、バックアップローラ39を、メインローラ38よりも軸方向の長さが短い円柱状に形成し、その軸の両端で調圧プレート332とメインローラ38の間に生じる力を支持できるように配置する。これにより、バックアップローラ39は、その両端を軸にメインローラ38の回転に併せて自らも回転しながらメインローラ38を支持することができる。また、バックアップローラ39は、図１に示すように、メインローラ38と調圧プレート332の間であって、メインローラの移動方向前後に２つ配置する方が好ましい。このように、バックアップローラ39を移動方向の前後に設ければ、メインローラ38の回転軸が移動方向の前後にぶれるのを防止することができ、当該回転軸を安定させることができる。もちろん、バックアップローラ39の数は２つに限定されるものではなく、１つでも、３つ以上でも良い。

なお、均圧手段は、メインローラ38の軸方向の圧力を均一にすることができればバックアップローラ39である必要はなく、図示しないが、例えば、メインローラ38と調圧プレート332の間に配置され、メインローラ38の中心側を支持するバックアップベルトを用いることもできる。バックアップベルトは、調圧プレート332によって支持されるローラ等に配置して支持すれば良い。

ローラ移動手段は、メインローラ38を対象物である型１又は被成形物２に対して相対的に移動し、型１の成型面全体を被成形物２に加圧するためのものである。ローラ移動手段としてはメインローラ38を移動できればどのようなものでも良いが、例えば、調圧プレート332に設けられたガイドレール381上を移動可能な移動プレート382と、調圧プレート332に配置され、回転運動を移動プレート382の直線運動に変換するねじ383と、当該ねじ383を回転させる電動モータ（図示せず）とで構成すれば良い。そして、上述したメインローラ38やバックアップローラ39を回転軸の両端で移動プレートに固定すれば良い。この場合、メインローラ38に加わる力は主にバックアップローラ39で支持する構成とする方が好ましい。したがって、メインローラ38の両端の軸には荷重がかからないようにするために、両端の軸がわずかに水平移動や垂直移動等することを許容するような構造にする方が良い。例えば、メインローラ38の軸をその軸の直径よりわずかに大きい穴で保持するようにすれば良い。また、バックアップローラ39に加わる力を適切に支持するために、ガイドレール381は、バックアップローラ39の両端に併せて配置する方が好ましい。なお、ローラ移動手段は、電動モータの代わりにねじ383をハンドルで回転させる手動式のものでも構わない。

調圧部は、調圧プレート332の両面にかかる流体の差圧によって生じる力がメインローラ38を介して対象物に加わるように調圧プレート332を保持するものである。当該調圧部は、調圧プレート332と共に第１調圧室30を構成する第１調圧室構成部材を有する。例えば、図１〜図５に示す通り、第１枠体331（第１調圧室構成部材）と調圧プレート332とで、開口部を有する有底筒状の筐体33を構成する。そして当該筐体33の開口部を型１、被成形物２又は受圧ステージ322によって閉じることにより、密閉された空間である第１調圧室30を構成する。この際、第１枠体331と調圧プレート332は、調圧プレート332の両面にかかる流体の差圧によって調圧プレート332が第１枠体331に対し自由に移動可能に形成される。例えば、図１に示すように、第１枠体331を、筐体33の開口部となる穴を有し、ステージ322に当接できる大きさの方形筒状に形成する。当該穴（開口部）は、少なくとも型１の成形面より大きく形成される。また、調圧プレート332を第１枠体331の穴に嵌合可能な調圧プレート本体部と、調圧プレート本体部から水平に延出し、第１枠体331の端部と当接するフランジ部とで構成される断面凸状に形成する。調圧部をこのように構成することにより、調圧プレート332は第１枠体331に対し自由に移動可能であるため、調圧プレート332の両面にかかる流体の差圧によって生じる力をメインローラ38に加えることができる。また、メインローラの真円度や装置の歪み等によってメインローラ38の位置が変化しても、それに応じて調圧プレート332が自由に移動できるので、一定の流体圧をメインローラ38に付与することができる。なお、第１枠体331の材質は、成形条件に適合するものであればどのようなものでも良いが、例えば、インプリントプロセスに用いる場合には、成形条件に対し、耐圧性、耐熱性を有するものを用いるのが好ましく、ステンレス鋼などの金属を用いることができる。また、図示しないが、第１枠体331と調圧プレート332の間に、調圧プレート332が型１や被成形物と平行となるように支持するためのガイドを更に設けても良い。これにより、メインローラ38が移動しても調圧プレート332を安定的に保持することができる。

また、第１調圧室30を確実に密閉するために、第１枠体331と調圧プレート332の間や、第１枠体331と型１又は被成形物２との間を密接させるための第１調圧室用密閉手段34を更に具備しても良い。例えば、図１に示すように、第１調圧室用密閉手段34としてＯリングを用意すると共に、第１枠体331の受圧ステージ側端部にＯリングの断面の直径より浅い凹状の溝を形成し、この溝にＯリングを配置すれば良い。また、調圧プレート332の第１枠体331と接する外周側にＯリングの断面の直径より浅い凹状の溝を形成し、この溝にＯリングを配置すれば良い。もちろん、第１枠体331の調圧プレート332と接する内周側にＯリングの断面の直径より浅い凹状の溝を形成し、この溝にＯリングを配置しても構わない。

また、図示しないが、筐体33と受圧ステージ322を近接又離間する第１移動手段を有する方が好ましい。例えば第１枠体331を油圧式又は空圧式のシリンダによって移動するものや、電気モータとボールねじによって移動するもの等を適用することができる。

なお、調圧部は、上述したものに限られるものではなく、例えば、調圧室30を型１および被成形物２の下方側であって、受圧ステージ322の側方に配置しても良い。この場合、調圧室30内を減圧して調圧プレート332の両面に差圧を生じさせれば、メインローラ38を型１および被成形物２に押圧することができる。この構成によれば、ローラ38やローラ移動手段381を調圧室30の外側に配置するので、調圧室30の体積を小さくすることができる。したがって、減圧時に排出する気体の量を減らすことができ、スループットを向上することができる。

また、図８に示すように、調圧プレート332の両面にそれぞれ調圧室30A，30Bを設けてもよい。この場合、調圧プレート332の両面に調圧手段45を用いて差圧を生じさせることで、ローラの加圧のみならず、ローラの昇降も行うことができる。ただし、調圧室30A，30B内を加圧するものは、加圧時に生じる反力を支持するための構成が比較的多く必要であり、加圧力が大きくなるほど装置が大型化しコストが増大する。したがって、この点においては、調圧プレート332の両面に差圧を生じさせる方法として、調圧室30内を減圧するものの方が好ましい。

受圧ステージ322は、メインローラ38の圧力を、対象物である型１及び被成形物２を間に挟んで受けるものである。受圧ステージ322において、型１又は被成形物２と接触する面である受圧面は、十分に広くて円滑に形成される。この受圧面は、支持する型１や被成形物２の形状に合わせて、平面状や曲面状に形成すれば良い。材質は、成形条件に適合するものであればどのようなものでも良いが、例えば、インプリントプロセスに用いる場合には、成形条件に対し、耐圧性、耐熱性を有するものを用いるのが好ましく、ステンレス鋼などの金属を用いることができる。また、型１又は被成形物２を受圧ステージ322側から加熱する場合には、金属等の熱伝導性の高いものを用いる方が好ましい。また、型１又は被成形物２を第１調圧室30側から加熱する場合には、受圧ステージ322側に熱が逃げるのを防止するため熱伝導性の低いものを用いても良いが、加熱むらを防止するため、受圧面は熱伝導性の高いもので構成する方が好ましい。また、光インプリントプロセスにおいて、光源を受圧ステージ322側に配置する場合には、ガラス等の透明な材料を用いれば良い。また、被成形物２に不要な転写跡が生じるのを防止するために、型１と受圧ステージ322を一体に形成しても良い。例えば従来は、パターンを電気鋳造によって形成した後、パターンの部分のみを切り出して用いているが、これを切り出さずにそのまま用いることができる。

また、受圧ステージ322と相対的に移動することができ、型１又は被成形物２を第１枠体331と共に挟持することができる第２枠体321を設けても良い。第２枠体321は、例えば、受圧ステージ322を内包でき、受圧ステージ322の外周を囲むように配置できる筒状に形成できる。このように形成することにより、図３に示すように、受圧ステージ322に対して第２枠体321を相対的に移動して第２調圧室40を構成することができる。ここで第２調圧室40とは、型１と被成形物２の間の雰囲気を減圧するためのものである。これにより、型１と被成形物２、あるいはこれらと受圧ステージ322の間に存在する気体を除去することができ、型１と被成形物２を均一に押圧することができる。第２枠体321の材質は、成形条件に適合するものであればどのようなものでも良いが、例えば、インプリントプロセスに用いる場合には、成形条件に対し、耐圧性、耐熱性を有するものを用いるのが好ましく、ステンレス鋼などの金属を用いることができる。

また、第２枠体321と受圧ステージ322を相対的に移動するには、第２移動手段を用いれば良い。第２移動手段は、第１枠体331と第２枠体321を近接又離間するものであればどのようなものでも良く、例えば第２枠体321を油圧式又は空圧式のシリンダによって移動するものや、電気モータとボールねじによって移動するもの等を適用することができる。

なお、第２枠体321を設けない場合には、受圧ステージ322は、第１枠体331と当接し、第１調圧室を構成可能な大きさに形成される。

また、第２調圧室40を確実に密閉するために、第２枠体321と受圧ステージ322の間や、第２枠体321と型１又は被成形物２との間を密接させるための第２調圧室用密閉手段44を更に具備しても良い。例えば、図１に示すように、第２調圧室用密閉手段44としてＯリングを用意すると共に、第２枠体321の筐体33側端部にＯリングの断面の直径より浅い凹状の溝を形成し、この溝にＯリングを配置すれば良い。また、受圧ステージ322の外周側（第２枠体321側）にＯリングの断面の直径より浅い凹状の溝を形成し、この溝にＯリングを配置すれば良い。もちろん、第２枠体321の内周側（受圧ステージ322側）にＯリングの断面の直径より浅い凹状の溝を形成し、この溝にＯリングを配置しても構わない。

また、メインローラ38と第１枠体331との高さ方向の相対的な位置を調節するための位置調節手段333を更に具備する方が好ましい。これにより、第２調圧室40を形成する際には、メインローラ38の下端部の位置を、第１枠体331と第２枠体とで挟持している型１又は被成形物２に過度な力が加わらない位置、好ましくは接触しない位置にする。例えば、図３に示すようにメインローラ38の下端部の位置を、第１枠体331の下端部の位置より高くすれば良い。一方、型１と被成形物２を重ねてメインローラ38で加圧する際には、図５に示すように、メインローラ38の下端部が型１と接触し、型１と被成形物２に所定の圧力が加わるように調節すれば良い。

位置調節手段333としては、例えば図１に示すように、調圧プレート332と第１枠体331との間に配置されるスペーサーを用いることができる。当該スペーサーは調圧プレート332と第１枠体331の間に自動で抜き差しできるようにしても良い。また別の位置調節手段としては、図示しないが、調圧プレート332と第１枠体331との間に配置されるばね等の弾性体を用いることができる。これにより、調圧プレート332の両面に差圧がないときは、ばねの力によってローラ38の下端部を、第１枠体331と第２枠体とで挟持している型１又は被成形物２に過度な力が加わらない位置、好ましくは接触しない位置にできる。一方、調圧プレート332の両面に差圧が生じ、当該弾性体の弾性力以上の対向する力が調圧プレート332に加わると、型１と被成形物２に所定の圧力が加えることができる。

調圧手段45は、調圧プレート332の両面にかかる流体の差圧を調節するものである。調圧手段45としては、調圧プレート332の一方の面の流体圧を減圧する減圧手段、あるいは加圧する加圧手段を用いれば良い。

調圧手段45として減圧手段を用いる場合には、図１に示すように、ローラ38によって型１と被成形物２を加圧するために、調圧プレート332の両面にかかる流体圧のうち、第１調圧室30側の圧力が相対的に小さくなるように調節すれば良い。これにより、調圧プレート332が受けた差圧によって生じる力をメインローラ38に加えることができ、メインローラ38の加圧力を所定の圧力に調節することができる。

また、調圧手段45として加圧手段を用いる場合には、図８に示すように、メインローラ38によって型１と被成形物２を加圧するために、調圧プレート332の両面にかかる流体圧のうち、調圧室30A側の圧力が調圧室30B側の圧力より相対的に大きくなるように調節すれば良い。また、後述するが、調圧手段として加圧手段を用いる場合には、インプリント方法における密着工程や流体加圧工程を行うのに利用することもできる。

このように、調圧手段45としては、減圧手段を用いる方法と、加圧手段を用いる方法とがあるが、すでに述べたように、加圧手段を設ける場合には、当該加圧力に対する反力を支えるための構造が必要で、装置が大型化し、コストも掛かる。したがって、減圧手段を設ける場合には装置の構成を簡単にでき、コストも下げることができるという利点がある。

減圧手段は、例えば、図１に示すように、第１調圧室30に接続される第１調圧室用気体給排流路451と、第１調圧室用気体給排流路451を介して第１調圧室30内の気体を排気する減圧用ポンプ452とで構成すれば良い。また、第１調圧室30を大気圧に戻すために開閉弁454を介して開閉流路455が設けられる。

また、第２枠体321を設けて第２調圧室40を形成する場合、調圧手段45は、当該第２調圧室40の圧力も調節可能に形成できる。具体的には、第１調圧室30と第２調圧室40を減圧し、型１と被成形物２の間にある気体を除去する。これにより、メインローラ38による加圧時に、型１と被成形物２との間に気体が残り転写不良が生じるのを防止することができる。なお、第１調圧室30は第２調圧室40と同圧となるように調節する。これにより、第１調圧室30と第２調圧室40の間の型１又は被成形物２が圧力差によって撓むことがなく、型１と被成形物２の間の気体を確実に除去することができる。例えば、第１調圧室30と第２調圧室40とを接続する連通流路471を設ければ、簡易に第１調圧室30と第２調圧室40を同圧にすることができる。連通流路471は受圧ステージ322又は第２枠体321のいずれに設けても良い。また、図１に示すように、三方弁453を用いることにより、第１調圧室用気体給排流路451を、連通流路471の一部として共通に利用しても良い。別の構成としては、第１調圧室30と第２調圧室40の圧力をそれぞれ検出する圧力センサーに基づいて第１調圧室30と第２調圧室40の圧力差を調節するものでも良い。

また、型１と被成形物２の間の気体を除去した後、型１と被成形物２を重ね、開閉弁454により開閉流路455を開放して第１調圧室30を大気圧に戻す。これにより、型１と被成形物２を密着させることもできる。

一方、加圧手段を設ける場合には、図８に示すように、調圧室30A，30Bに圧縮空気等の流体を供給する加圧ボンベ456等を用いれば良い。

また、本発明のインプリント装置は、図示しないが、型１と被成形物２の間に気体等の流体を噴射する流体噴射手段を第２枠体321に設けても良い。これにより、型１（又は被成形物２）を第１枠体331と第２枠体321で挾持しながら筐体33を受圧ステージ322と離間させて、パターン転写後の密着している型１と被成形物２の端部に隙間を形成し、当該隙間に流体を噴射することで離型を行うことができる。

流体噴射手段は、例えば、第２枠体321の内周側の側壁に設けられ、型１と被成形物２の間に流体を噴射する噴射口と、当該噴射口から噴射する流体の流速を調節する流速調節手段と、噴射口に流体を供給する離型用流体供給源と、離型用流体供給源の流体を噴射口に流すための離型用流体供給流路と、で主に構成される。

噴射口は、第２枠体321の内周側の側壁に沿って形成されたスリット状に形成することができる。スリットの幅は型１と被成形物２の密着力等に応じて調節すれば良いが、例えば、0.2〜0.5mm幅のものを用いれば良い。また、被成形物２の端部に沿って適当な間隔で複数の孔が設けられたマルチノズルを用いることも可能である。噴射口の角度は、型１と被成形物２の密着面方向かあるいは、当該密着面に対して平行に形成すれば良い。

また、噴射口は、少なくとも被成形物２を挟んで対向する２方向、好ましくは４方向に設ける方が好ましい。これにより、対向する位置から噴射された流体が型１と被成形物２の間の中央部で衝突する。すると、流体は速度を失って動圧から静圧に変わり、衝突部の静圧が被成形物２の上面の圧力よりも高くなるので、被成形物２を持ち上げる。こうして、噴出された高速流体のエネルギーは静圧に変換されるので、流体が壁面で生じる剥がれ、渦流、せん断力を瞬時に消滅させることで、被成形物２に転写されたパターンが損傷等を受けるのを防止することができる。

流速調節手段は、噴射口から噴射する流体の流速を調節できればどのようなものでも良いが、例えば、流速を圧力と噴出時間で調節するものを用いることができる。具体的には、アキュムレーターで0.2〜0.5MPaに畜圧された流体を50〜300msのパルスで噴出するように構成すれば良い。

離型用流体供給源は、気体を噴射口に送る空気圧縮機や圧縮された気体を貯留するボンベ等を用いることができる。

また、図示しないが、被成形層21を加熱又は冷却することにより被成形層21の温度を調節する温調手段を更に具備しても良い。これにより、被成形層21の流動性等を調節することができる。また、本発明のインプリント装置を熱インプリントに用いる場合には、被成形物２をガラス転移温度以上に加熱し、メインローラ38を転がしてならしながら加圧することができる。温調手段としては、被成形層21を直接的又は間接的に加熱する加熱手段や冷却する冷却手段を用いることができる。

加熱手段は、被成形層21を所定温度、例えば被成形層21のガラス転移温度以上又は溶融温度以上に加熱することができるものであればどのようなものでも良い。また、被成形層21を受圧ステージ322側から加熱するものでも、第１調圧室30側から加熱するものでも良い。例えば、メインローラ38や受圧ステージ322内にヒータを設けて受圧ステージ322側から被成形層21を加熱するものを用いることができる。また、第１調圧室30にセラミックヒータやハロゲンヒータのような電磁波の放射によって加熱する放射熱源を設け、被成形層21を加熱するものを用いることもできる。また、加熱した液体や気体を用いて加熱することも可能である。

冷却手段も、被成形層21を所定温度に冷却することができるものであればどのようなものでも良い。また、被成形層21を受圧ステージ322側から冷却するものでも、第１調圧室30側から冷却するものでも良い。例えば、受圧ステージ322内に冷却用の水路を設けて受圧ステージ322側から被成形層21を冷却するものを用いることができる。

また、本発明のインプリント装置を光インプリントプロセスに用いる場合には、被成形層21に所定波長の電磁波を放射できる光源を第１調圧室30内又は受圧ステージ322内に配置すれば良い。また、図示しないが、被成形物側に開口を有する筐体をメインローラ38の進行方向後部側に移動可能に配置し、当該筐体内に光源を配置するようにしても良い。
このように構成すれば、光源の数や出力を小さくすることができる。

また、図示しないが、型１や被成形物２を搬送する搬送手段を更に設けても良い。例えば、樹脂フィルム（被成形物２）を供給するための送りロールと、成形パターンを転写された樹脂フィルムを回収するための回収ロールとを受圧ステージ322を挟んで配置する。これにより、連続的にパターンを転写することができる。

なお、本発明のローラ式加圧装置を、型１の成型パターンを被成形物２に転写するインプリント装置に利用した場合について説明したが、本発明のローラ式加圧装置は、これに限られるものではない。例えば、型の全面を流体圧で加圧する流体加圧式のインプリント装置において、予め型１と被成形物２の間に存在する気泡をローラ38で押し出して取り除くためだけに本発明のローラ式加圧装置を利用することもできる。

次に、本発明のローラ式加圧方法を説明する。本発明のローラ式加圧方法は、対象物をメインローラ38によって加圧するためのものであって、対象物を受圧ステージ322上に配置する配置工程と、メインローラ38を支持する調圧プレート332の両面にかかる流体圧の差を利用し、メインローラ38が対象物に加える圧力を調節する圧力調節工程と、メインローラ38を対象物に対して相対的に移動し、対象物を当該メインローラ38で加圧する加圧工程と、で主に構成される。そして、この加圧工程は、メインローラ38と調圧プレート332の間に配置され、メインローラ38と調圧プレート332の間に加わる荷重を分散する均圧手段を介して、調圧プレート332がメインローラ38を加圧することを特徴とする。

以下に、本発明のローラ式加圧方法をインプリント方法に適用した場合について、本発明のインプリント装置の動作と併せて説明する。当該インプリント方法は、型１の成形パターンを被成形物２に転写するためのものであって、型１と被成形物２を重ねて配置する配置工程と、メインローラ38を支持する調圧プレート332の両面にかかる流体圧の差を利用し、メインローラ38が型１及び被成形物２に加える圧力を調節する圧力調節工程と、メインローラ38を型１又は被成形物２に対して相対的に移動し、型１及び被成形物２を当該メインローラ38で加圧する加圧工程と、で主に構成される。そして、この加圧工程は、メインローラ38と調圧プレート332の間に配置され、メインローラ38と調圧プレート332の間に加わる荷重を分散する均圧手段を介して、調圧プレート332がメインローラ38を加圧することを特徴とする。

なお、配置工程の前に、型１と被成形物２の間の雰囲気を減圧する減圧工程を有する方が好ましい。また、減圧工程と加圧工程の間に、型１と被成形物２を流体圧によって均一に加圧して密着させる密着工程を有する方が好ましい。

減圧工程では、まず、図２に示すように、型１を第１枠体331と第２枠体321とで挟持し、図３に示すように、型１と被成形物２の間に隙間を空け第２調圧室40を形成するように、受圧ステージ322と第２枠体321を相対的に移動する。次に、減圧手段によって第２調圧室40を減圧し、型１と被成形物２との間に存在する気体を除去する。この際、調圧手段45を用いて第１調圧室30側も同圧にすることにより、第１枠体331と第２枠体321で挟持されている型１が撓むのを防止することができる。

配置工程では、受圧ステージ322と第２枠体321を相対的に移動し、図２に示すように、受圧ステージ322上に型１及び被成形物２を重ねて配置する。

密着工程では、図４に示すように、開放弁454によって開閉流路455を開放し、第１調圧室30を大気圧に戻す。これにより、型１と被成形物２に圧力を加えて密着させる。なお、加圧手段を有する場合には、大気圧以上に加圧して型１と被成形物２を密着させても良い。

圧力調節工程では、図５に示すように、まずスペーサーを外し、メインローラ38が型１と被成形物２を加圧できる位置にする。次に、減圧手段によって第１調圧室30を減圧する。すると、大気圧によって調圧プレート332が受圧ステージ322側に押され、差圧によって生じる力がメインローラ38に加わる。これにより、型１と被成形物２をメインローラ38によって一定の力で加圧することができる。

加圧工程では、メインローラ38をローラ移動手段によって移動し、型１と被成形物２を全面に亘って一定の圧力で加圧する。この際、メインローラ38と調圧プレート332の間に配置され、メインローラ38と調圧プレート332の間に加わる荷重を分散する均圧手段（例えば、バックアップローラ39）を介して、調圧プレート332がメインローラ38を加圧する。なお、加圧手段を有する場合には、ローラ38による加圧工程の後に、型１と被成形物２を流体によって加圧する流体加圧工程を更に有していても良い。これにより、更に確実に成型パターンの転写を行うことができる。

なお、光インプリントを行う場合には、メインローラ38をガイドレール381上で移動する際に、メインローラ38の進行方向後方に設けられた光源を用いて所定波長の光を被成形層21に照射することによって、被成形層21を硬化し、成形パターンを被成形層21に転写する。熱インプリントを行う場合には、被成形層21をガラス転移温度以上に加熱し、次にメインローラ38で加圧し、メインローラ38が移動した後に冷却する。例えばガラス転移温度以上に加熱したローラを転がして加熱しながら加圧し、その後適宜冷却すれば良い。

離型工程は、被成形物２から型１を離すことができればどのようなものでも良いが、例えば、筐体33と受圧ステージ322を相対的に離間して型１と被成形物２との間に隙間を形成し、第２枠体321に設けられた流体噴射手段から当該隙間に流体を噴射する。これにより、速やかに型１と被成形物２を離型することができる。

１ 型
２ 被成形物
30 第１調圧室
33 筐体
34 第１調圧室用密閉手段
38 メインローラ
39 バックアップローラ（均圧手段）
40 第２調圧室
45 調圧手段
46 第２移動手段
321 第２枠体
322 受圧ステージ
331 第１枠体
332 調圧プレート
333 位置調節手段
455 開閉流路
471 連通流路

Claims (18)

1. 対象物をメインローラによって加圧するためのローラ式加圧装置であって、
   前記メインローラが配置された調圧プレートと、
   前記メインローラを前記対象物に対して相対的に移動するためのローラ移動手段と、
   前記調圧プレートと共に第１調圧室を構成する第１調圧室構成部材を有し、前記調圧プレートの両面にかかる流体の差圧によって生じる力が前記メインローラに加わるように当該調圧プレートを保持する調圧部と、
   前記メインローラの圧力を、前記対象物を間に挟んで受ける受圧ステージと、
   前記調圧プレートの両面にかかる流体圧の差圧を調節する調圧手段と、
   前記メインローラが前記対象物に加える軸方向の圧力を均一にする均圧手段と、
   を具備することを特徴とするローラ式加圧装置。
2. 前記ローラ移動手段は、前記調圧プレートに配置されることを特徴とする請求項１記載のローラ式加圧装置。
3. 前記均圧手段は、バックアップローラであることを特徴とする請求項１又は２記載のローラ式加圧装置。
4. 前記バックアップローラは、前記メインローラの移動方向前後に配置されることを特徴とする請求項３記載のローラ式加圧装置。
5. 前記均圧手段は、バックアップベルトであることを特徴とする請求項１又は２記載のローラ式加圧装置。
6. 前記調圧手段は、前記第１調圧室を減圧する減圧手段を具備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ローラ式加圧装置。
7. 前記調圧手段は、前記第１調圧室を加圧する加圧手段を具備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ローラ式加圧装置。
8. 前記加圧手段は、前記調圧プレートの両面にかかる流体圧が等しくなるまで前記第１調圧室に気体を供給可能な開閉流路を有することを特徴とする請求項７記載のローラ式加圧装置。
9. 前記第１調圧室構成部材は、前記対象物又は前記受圧ステージと、前記調圧プレートと、で前記第１調圧室を構成する筒状の第１枠体である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ローラ式加圧装置。
10. 前記受圧ステージを内包可能な穴を有し、前記受圧ステージと相対的に移動することによって、前記対象物を前記第１枠体と共に挟持する第２枠体を具備し、
    前記調圧手段は、前記対象物と、前記受圧ステージと、前記第２枠体とで構成される第２調圧室の圧力を調節可能に形成されることを特徴とする請求項９記載のローラ式加圧装置。
11. 前記メインローラと前記第１枠体との高さ方向の相対的な位置を調節するための位置調節手段を具備することを特徴とする請求項９又は１０記載のローラ式加圧装置。
12. 前記メインローラの移動方向後方に配置され、前記メインローラの移動と共に前記対象物に光を照射する光源を具備することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載のローラ式加圧装置。
13. 前記被成形物の温度を調節する温調手段を具備することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載のローラ式加圧装置。
14. 請求項１ないし１３のいずれかに記載のローラ式加圧装置を備えることを特徴とするインプリント装置。
15. 対象物をメインローラによって加圧するためのローラ式加圧方法であって、
    前記対象物を受圧ステージ上に配置する配置工程と、
    前記メインローラを支持する調圧プレートと第１調圧室構成部材とで第１調圧室を構成し、前記調圧プレートの両面にかかる流体圧の差を利用し、前記メインローラが前記対象物に加える圧力を調節する圧力調節工程と、
    前記メインローラを前記対象物に対して相対的に移動し、前記対象物を当該メインローラで加圧する加圧工程と、を有し、
    前記加圧工程は、前記メインローラと前記調圧プレートの間に配置され、前記メインローラと前記調圧プレートの間に加わる荷重を分散する均圧手段を介して、前記調圧プレートが前記メインローラを加圧することを特徴とするローラ式加圧方法。
16. 前記対象物は型と当該型の成型パターンが転写される被成形物であって、
    前記配置工程の前に、前記型と前記被成形物の間の雰囲気を減圧する減圧工程を有することを特徴とする請求項１５記載のローラ式加圧方法。
17. 前記減圧工程と前記加圧工程の間に、前記型と前記被成形物を流体圧によって均一に加圧して密着させる密着工程を有することを特徴とする請求項１６記載のローラ式加圧方法。
18. 前記メインローラの移動方向後方に配置された光源を用いて、前記メインローラの移動と共に前記被成形物に光を照射する光照射工程を有することを特徴とする請求項１６又は１７記載のローラ式加圧方法。

Images