JP6421980B2 - インプリント装置 - Google Patents

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Description

本発明は、微細パターンを形成するインプリント装置に関する。
近年、ディスプレイ、照明などの商品に用いられる光学部品において、特殊光学特性を発揮する微細パターン(ナノメートル(nm)オーダーからミクロン(μm)オーダー)を形成することで、光の反射及び回折を制御する、従来にない新機能を発現したデバイスを実現することが望まれている。このような微細パターンを形成する方法としてはフォトリソグラフィー技術や電子線リソグラフィー技術に加えて、近年ではインプリント技術が注目されている。インプリント技術とは、表面に微細パターンが形成されたモールドを、被転写体に押し付けることで、モールドの微細パターンを転写する技術である。
具体的な方法としては、熱インプリント法と、UVインプリント法とがある。熱インプリント法は、被転写体としての熱可塑性樹脂が基板上に塗布され、熱可塑性樹脂をガラス転移温度以上に加熱して軟化させる工程と、軟化した熱可塑性樹脂にモールドを押し当てて、モールドの微細パターンを転写する工程と、熱可塑性樹脂を冷却して硬化させる工程とを有する。
UVインプリント法は、被転写体としてのUV硬化樹脂が基板上に塗布され、未硬化のUV硬化樹脂に押し当てて、モールドの微細パターンを転写する工程と、モールドを押し当てた状態で、UV硬化樹脂にUV光を照射することにより、UV硬化樹脂を硬化させる工程とを有する。
熱インプリント法は、被転写体の材料の選択性が広いという長所があるが、熱硬化性樹脂の加熱工程及び冷却工程が必要であるため、スループットが低いという短所がある。一方、UVインプリント法は、被転写体の材料がUV硬化樹脂に限定されるため、熱インプリント法と比較すると材料の選択性が狭いものの、加熱工程及び冷却行程が必要ないため、数秒〜数十秒で転写を完了させることが可能であり、スループットが非常に高い。熱インプリント法およびUVインプリント法のいずれを採用するかは、適用するデバイスにより異なるが、材料起因の問題がない場合には、UVインプリント法が量産工法として適していると考えられる。
微細なパターンを形成する方式としては、図9に示すように、微細パターン33が形成された平板状のモールド30を、基板71の表面に塗布された樹脂70に対して垂直に圧力をかけることにより、モールド30の微細パターン33を樹脂70に転写する平板式インプリントが一般的である。
しかしながら、この方式ではモールド30と樹脂70とが面同士で接触するため、モールド30の微細パターン33の内部に微小な気泡が残存し、転写欠陥を生じる可能性が高い。このような気泡による転写欠陥を抑制するためには、真空環境下でインプリントを行う必要があり、その場合は、真空装置のための装置コストがかかり、また所定の真空度に到達させるために一定時間を要するため、スループットが低下するという問題があった。
特許文献1では、上記問題点を解決するため、図10に示すようなロール式UVインプリント法を採用する。この方式では、微細パターン33が形成された薄板状のモールド30を、基板71に塗布されたUV硬化樹脂70に対して押圧ロール10で加圧しながら、送り方向Xに送ることにより、モールド30の微細パターン33をUV硬化樹脂70に順次転写するものである。UV硬化樹脂70は、押圧ロール10の後方に設置されたUV照射器60によりUV光61が照射されることで硬化する。
この方式によれば、モールド30は基板71に対して押圧ロール10を送ることにより順次押し付けられていくため、空気が押圧ロール10の送り方向Xに逃げやすく、モールド30の微細パターン33内部に空気が閉じ込められることなく形成することができる。さらに、モールド30と基板71との押圧領域は線形状になるため、転写のための圧力を小さくすることができる。加えて大気圧下での処理が可能であるため、大掛かりな真空装置を必要としない。
特開2014−54735号公報
しかしながら、特許文献1に記載のインプリント法においては、基板71の端部に段差があると、押圧ロール10が基板71の端部を通過した後に、モールド30が基板71から浮いてしまい、基板71の端部における微細パターンの転写が著しく悪化するという問題があった。例えば、図11に示すように、基板71が、基板71の周囲に設けられたプレート40よりも厚い場合は、押圧ロール10による応力が基板71の角部に集中することにより、モールド30が屈曲して、基板71から浮いてしまうおそれがある。一方、基板71がプレート40よりも薄い場合、押圧ロール10がプレート40の角部に乗り上げた際にモールド30が浮いてしまうこととなる。
本発明は上記従来の課題を解決するために、基板の厚みによらず均一な転写を実現できるインプリント装置を提供することを目的とする。
本発明のインプリント装置は、被転写体が塗布された基板を載置するための載置領域を有するステージと、薄板状であって、可撓性を有し、前記ステージの前記載置領域と向かい合う第一面に微細パターンを有し、所定の張力で保持されるモールドと、前記モールドの前記第一面と反対の第二面を押圧可能な押圧ロールと、を備え、前記ステージは、前記載置領域の周囲に前記モールドを吸着する複数の吸着孔を有し、前記吸着孔は、前記押圧ロールの移動と同期して前記モールドの吸着を開始するように構成されることを特徴とする。
本発明のインプリント装置によれば、押圧ロールが吸着孔を通過するとき、あるいは通過する直後にその吸着孔が吸着を開始して、モールドを吸着保持することが可能であるため、基板端部を押圧ロールが通過した後に、段差部分でモールドが浮いてしまうことを防止し、基板の厚みによらず均一な転写を実現することができる。
本発明の実施の形態に係るインプリント装置の側面図である。 同インプリント装置のモールドの平面図及び断面図である。 同インプリント装置のステージ及びプレートの平面図及び断面図である。 同インプリント装置のモールド吸着孔の動作を示す平面図である。 同インプリント装置のモールド吸着孔の動作を示す断面図である。 基板がプレートよりも厚い場合における、同インプリント装置の拡大断面図である。 基板がプレートよりも薄い場合における、同インプリント装置の拡大断面図である。 同インプリント装置のモールド吸着孔の動作を示す断面図である。 一般的なインプリント技術の模式図である。 特許文献1に記載のインプリント装置の断面図である。 基板がプレートよりも厚い場合における、特許文献1に記載のインプリント装置の拡大断面図である。 基板がプレートよりも薄い場合における、特許文献1に記載のインプリント装置の拡大断面図である。
以下、本発明の実施の形態に係るインプリント装置の構成について、図面を参照しながら説明する。図1に示すように、本発明の実施の形態に係るインプリント装置1は、押圧ロール10と、保持ロール20と、モールド30と、ステージ40と、プレート50と、UV照射器60と、制御部80とを備える。本発明の実施の形態に係るインプリント装置1は、ロール式のUVインプリント法を採用する。
押圧ロール10は、円筒状であって、その中心に軸11を有しており、軸11周りに回転自在である。また、押圧ロール10は、軸11の方向(軸方向Z)に対して垂直な平面を移動可能である。換言すると、押圧ロール10は、ステージ40に向かう方向(押圧方向Y)と、軸方向Z及び押圧方向Yに垂直な方向(送り方向X)とを移動可能である。保持ロール20も、円筒状であって、その中心に軸21を有しており、軸21周りに回転自在で、かつ、軸21の方向は、押圧ロール10の軸方向Zと平行である。保持ロール20も、押圧ロール10と同様に、軸方向Zに対して垂直な平面を移動可能である。保持ロール20は、例えば、押圧ロール10と共通のユニットに保持され、保持ロール20の軸21の中心と押圧ロール10の軸11の中心との間で一定間隔L1を保ちながら、押圧ロール10の移動と同期して移動する。しかしながら、押圧ロール10と保持ロール20とが共通のユニットに保持される必要はなく、互いに同期して移動する態様であれば別々のユニットに保持されてもよい。
モールド30は、図1及び2に示すように、薄板状であって、押圧ロール10及び保持ロール20と、ステージ40との間に設けられる。モールド30は、ステージ40と向かい合う第一面31と、第一面31と反対側の第二面32とを有し、第一面31の少なくとも一部には微細パターン33が形成されている。図1では、モールド30の全面に微細パターン33が形成される場合が描かれているが、図2に示すように、モールド30の一部分に微細パターン33が形成されてもよい。また、モールド30は、一端が可動保持部34に保持され、他端が固定保持部35によって保持される。可動保持部34を移動させることにより、モールド30にかかる張力、及びステージ40に対するモールド30の角度を任意に調整することができる。また、モールド30は、UV透過性及び可撓性を有する材料であって、例えば、PETフィルムであるが、これに限定されない。
ステージ40は、図1及び3に示すように、被転写体としてのUV硬化樹脂70が塗布された基板71を載置するための載置領域41を有しており、載置領域41は、モールド30の第一面31と向かい合う。押圧ロール10の軸11の中心と保持ロール20の軸21の中心との間隔L1は、好ましくは、ステージ40の載置領域41の長さL2よりも大きく設定される。また、載置領域41には、基板吸着孔42が形成されている。さらに、載置領域41の周囲には、複数のモールド吸着孔43が形成されている。モールド吸着孔43は、それぞれ独立しており、理由は後述するが、気体の噴き出しが可能であることが望ましい。また、吸着力や気体の流量を調整可能であることが望ましい。
プレート50は、ステージ40上の載置領域41を除く領域上に設けられ、その高さは使用する基板71の厚さと同程度である。換言すると、ステージ40とプレート50とで、基板71と同程度の幅及び深さの凹部が形成され、その凹部に基板71が嵌め込まれることとなる。また、プレート50は、複数の貫通孔51を有する。プレート50の貫通孔51は、ステージ40のモールド吸着孔43にそれぞれ接続される。
UV照射器60は、ステージ40に向かってコリメートされたUV光61を照射可能であって、モールド30の第二面32側に配置され、照射されたUV光61が保持ロール20及び押圧ロール10によって遮られない位置に設けられる。例えば、UV照射器60は、押圧ロール10の押圧方向YにUV光61を照射し、この場合、押圧方向Yから見て、UV照射器60は押圧ロール10及び保持ロール20と重ならない位置に設けられる。UV照射器61は、例えばLEDであるが、これに限定されない。
次に、本実施の形態に係るインプリント装置1を用いたインプリント方法を説明する。押圧ロール10及びモールド吸着孔43は、それぞれ制御部80に接続されており、制御部80は、押圧ロール10及びモールド吸着孔43の動作を制御する。また、図1に示すように、制御部80は、保持ロール20やUV照射器60とも接続されて、保持ロール20及びUV照射器60をも制御するように構成してもよい。
まず、未硬化のUV硬化樹脂70が塗布された基板71を、UV硬化樹脂70とモールド30とが向かい合うように、ステージ40の載置領域41に載置する。これにより、ステージ40とプレート50とで形成される凹部に、基板71が嵌め込まれることとなる。このとき、基板71は所定の位置にアライメントされ、基板吸着孔42によってステージ40の載置領域41上に吸着保持される。そして、モールド30を所定の張力及び角度で保持しつつ、押圧ロール10を押圧方向Yに移動させる。これにより、押圧ロール10はモールド30の第二面32と接触して押圧し、可撓性を有するモールド30は、押圧ロール10の移動に沿って変形する。押圧ロール10が押圧方向Yに移動することにより、ステージ40上に載置された基板71に対して垂直に圧力が加えられる。このとき、圧力の大きさは、ロードセル(図示しない)によって計測されており、計測された圧力が所定の圧力に到達すると、押圧ロール10を送り方向Xに移動させる。押圧ロール10が送り方向Xに移動することにより、押圧ロール10は、モールド30の第二面32との摩擦力の影響を受けて回転する。そして、モールド30の第一面31は、基板71上のUV硬化樹脂70と順次接触していき、第一面31に形成された微細パターン33がUV硬化樹脂70に順次転写される。また、図1に示す保持ロール20は、押圧ロール10と一定間隔L1を保ちながら、押圧ロール10の移動と同期して移動する。
このとき、図4及び5に示すように、モールド吸着孔43は押圧ロール10の移動と同期して吸着を開始するように構成される。モールド吸着孔43は、それぞれプレート50の貫通孔51に接続されるため、モールド吸着孔43が吸着を開始すると、モールド30は貫通孔51を介してプレート50上に吸着保持される。具体的には、押圧ロール10の軸11がモールド吸着孔43を通過するとき、若しくは通過した直後に、そのモールド吸着孔43を順次オンすることが望ましい。図4において、複数のモールド吸着孔43のうち、白く塗りつぶされたものは吸着オフの状態を示し、黒く塗りつぶされたものは吸着オンの状態を示す。
仮に、押圧ロール10の軸11がモールド吸着孔43を通過する前に、そのモールド吸着孔43をオンすると、モールド30がUV硬化樹脂70に押圧ロール11で加圧される前に接触してしまい、気泡が混入して転写欠陥が生じる恐れがある。また、押圧ロール10の軸11がモールド吸着孔43を完全に通過した後に、そのモールド吸着孔43をオンすると、モールド30が基板71とプレート50との段差部分で変形し、基板71端部において微細パターン33が転写されないおそれがある。なお、図4〜8においては、図1に示される保持ロール20の構成は省略されている。
本実施の形態に係るインプリント装置1によれば、基板71の厚みによらず均一な転写を実現することができる。例えば、図6に示すように、基板71がプレート50よりも厚い場合、その段差部分を押圧ロール10が通過する際又は直後に、モールド30はモールド吸着孔43によって順次吸着保持されるため、押圧ロール10が通過した後の段差部分において、薄板状モールド30が屈曲することが抑制され、モールド30がUV硬化樹脂70から浮くことを防止できる。さらに、図7に示すように、基板71がプレート50よりも薄い場合、その段差部分を押圧ロール10が通過する際又は直後にモールド30はモールド吸着孔43によって順次吸着保持されるため、モールド30は段差部分に追従することとなり、押圧ロール10が通過した後のモールド30の端部がUV硬化樹脂70から浮くことを防止できる。したがって、基板71の端部まで微細パターンを転写することが可能となり、基板71の厚みによらず均一な転写を実現することができる。なお、押圧ロール10の表面は一定の弾性を有しており、そのため、基板71がプレート40よりも薄い場合であっても、図7に示すように、押圧ロール10の表面は基板71の表面に沿って移動することができる。
次に、図1に示すUV照射器60により、UV硬化樹脂70にUV光61を照射して、UV硬化樹脂70を硬化させる。モールド30はUV透過性を有する材料であるため、モールド30の第二面32側からステージ40に向かってUV光61を照射することにより、モールド30を介してUV硬化樹脂70にUV光61を当てることが可能である。
最後に、モールド30をUV硬化樹脂70から離型する。具体的には、図8に示すように、押圧ロール10を、送り方向Xと反対の方向に移動させることにより、モールド30に係る張力を利用して、モールド30をUV硬化樹脂70から剥離することが可能である。このとき、モールド吸着孔43の吸着を停止しておく必要がある。さらに、モールド吸着孔43が、気体の吹き出し可能である場合は、押圧ロール10の移動に同期して、順次気体を吹き出すことにより、モールド30の剥離をアシストすることが可能である。具体的には、押圧ロール10が通過する際又は直前のモールド吸着孔43から気体を順次吹き出すことが望ましい。また、気体の流量調整が可能である場合は、各箇所に応じて離型のアシスト力を制御することが可能である。
なお、本実施の形態に係るインプリント装置1は、図1に示すように、押圧ロール10の軸11の中心と、保持ロール20の軸21の中心との間隔L1は、ステージ40の載置領域41の長さL2よりも大きく設定することが好ましい。保持ロール20は、押圧ロール10が通過した後のモールド30の部分がUV硬化樹脂70から離れないように保持するために備えられるが、押圧ロール10の軸11の中心と、保持ロール20の軸21の中心との間隔L1が、ステージ40の載置領域41の長さL2よりも大きい場合、押圧方向Yから見て押圧ロール10と保持ロール20との間に基板71がある状態でUV光61を照射することにより、UV光61の照射を一括して行うことができる。
なお、本実施の形態に係るインプリント装置1は、円筒状の保持ロール20を備えることを述べたが、これに限られず、押圧ロール10が通過した後のモールド30の部分がUV硬化樹脂70から離れないように保持できれば、保持ロール20の代わりに、円筒状でない保持部材を用いてもよい。
また、インプリント装置1は、プレート50とステージ40とで凹部を形成することを述べたが、これに限られない。例えば、ステージ40が凹部を有する場合、プレートが無くとも、ステージ40の凹部に基板を嵌め込むことが可能である。ただし、プレート40を使用する場合は、基板71の形状及び厚みと同程度のプレートを適宜選択することにより、任意の形状及び厚みの基板71に対して適切な凹部を形成することが可能である。
また、本実施の形態では、UVインプリント法について説明したが、これに限られず、熱インプリント法を採用してもよい。熱インプリント法の場合、モールド30はUV透過性を有する材料に限定されない。また、被転写体の材料は、UV硬化樹脂の代わりに、ガラス転移温度以上に加熱することによって軟化する熱硬化性樹脂が使用される。さらに、UV照射器60の代わりに、熱硬化性樹脂を加熱及び冷却する機構を備える必要がある。例えば、ステージ40にヒータが設けられて、ヒータが基板71を介して熱硬化樹脂を加熱し、押圧ロール10に冷却流路が設けられて、冷却流路に冷却水や冷却ガスを流すことにより、押圧ロール10の表面及びモールド30を介して熱硬化性樹脂を冷却することができる。
また、基板吸着孔42が設けられることを述べたが、これに限られず、例えば、接着によって基板71を保持してもよい。基板吸着孔42によって基板71を保持する場合、保持の解除が容易であるため好ましい。
なお、図面では、押圧ロール10の押圧方向Yから見て円形状の基板71を使用し、ステージ40の載置領域41も円形状である場合が描かれているが、これに限られず、例えば、多角形状であってもよい。
本発明は、基板の厚みによらず均一な転写を実現できるインプリント装置に有用である。
1 インプリント装置
10 押圧ロール
20 保持ロール
30 モールド
40 ステージ
41 載置領域
42 基板吸着孔
43 モールド吸着孔
50 プレート
60 UV照射器
70 UV硬化樹脂
71 基板

Claims (5)

  1. 被転写体が塗布された基板を載置するための載置領域を有するステージと、
    薄板状であって、可撓性を有し、前記ステージの前記載置領域と向かい合う第一面に微細パターンを有し、所定の張力で保持されるモールドと、
    前記モールドの前記第一面と反対の第二面を押圧可能な押圧ロールと、を備え、
    前記ステージは、前記載置領域の周囲に前記モールドを吸着する複数の吸着孔を有し、
    前記吸着孔は、前記押圧ロールの移動と同期して前記モールドの吸着を開始するように構成される
    ことを特徴とするインプリント装置。
  2. 前記ステージ上の前記載置領域を除く領域上に設けられ、複数の貫通孔を有するプレートをさらに備え、
    前記吸着孔は、前記プレートの前記貫通孔とそれぞれ接続される
    ことを特徴とする請求項1に記載のインプリント装置。
  3. 前記モールドの前記第二面側に配置され、前記ステージの載置領域に向かってUV光を照射可能なUV照射器をさらに備え、
    前記モールドは、UV透過性を有する材料である
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載のインプリント装置。
  4. 前記吸着孔から気体を吹き出すことが可能である
    ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のインプリント装置。
  5. 前記ステージの複数の吸着孔の各々は、吸着力を調整可能である
    ことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のインプリント装置。
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