TW201424998A - 輥之製造方法及圖案形成方法 - Google Patents

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Hiroshi Sakamoto
Kosuke Takayama
Yuriko Kaida
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Asahi Glass Co Ltd
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Abstract

一種輥之製造方法，係製造外周具有凹凸圖案的輥之方法，其係將成形材料夾在外周長短於前述輥的輥狀母模與前述輥之輥本體之間，而將前述輥狀母模之凹凸圖案轉印至前述輥本體上之成形材料上。

Description

輥之製造方法及圖案形成方法 發明領域
本發明係有關於一種輥之製造方法及圖案形成方法。
發明背景
作為製造外周具有凹凸圖案的輥之方法有：(1)製作表面具有凹凸圖案的薄片，並將製成之薄片纏繞於輥本體上之方法；(2)將成形材料夾在板狀的母模與輥本體之間，並將母模之凹凸圖案轉印至輥本體上之成形材料上(例如，參照專利文獻1)。
先行技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開2000-147229號公報
發明概要
以前述(1)之方法而言，纏繞於輥本體上且彎曲成圓形之表面具有凹凸圖案的薄片之端部彼此間會產生線狀的接頭，因而輥的凸圖案是紊亂的。
又，以(2)的方法而言，為了使凹凸圖案形成於輥的外周整周，則板狀之母模的長度會變為與輥本體之外周的長度同程度以上，因而母模會大型化，而難製作母模，甚至難製造輥。
本發明係有鑑於前述課題而完成者，目的在於提供一種容易製造外周具有整齊一致之凹凸圖案的輥之方法。
為解決前述課題，依據本發明之一態樣，提供一種輥之製造方法，係製造外周具有凹凸圖案的輥之方法，其特徵在於：將成形材料夾在外周長短於前述輥的輥狀母模與前述輥之輥本體之間，而將前述輥狀母模之凹凸圖案轉印至前述輥本體上之成形材料上。
於前述輥之製造方法中，可將成形材料夾於前述母模與前述輥本體之間，其中該母模係以前述輥狀母模之中心線為中心進行旋轉，且該輥本體係以前述輥本體之中心線為中心進行旋轉。
可提供一種圖案形成方法，係利用前述輥之製造方法而獲得輥，並使用該輥來形成圖案。
可將前述輥作為相位偏移光罩使用。
亦可將前述輥作為壓印用模具使用。
亦可將前述輥作為壓印用模具使用而製出外周具有凹凸圖案之其他輥。且製得其他輥，亦可更進一步使 用該其他輥來形成圖案。
依據本發明之一態樣，可提供一種容易製造外周具有整齊一致之凹凸圖案的輥之方法。
4‧‧‧成形材料
10‧‧‧輥
12‧‧‧輥本體
14‧‧‧凹凸層
20‧‧‧母模
30‧‧‧光源
40‧‧‧塗布器
110‧‧‧輥(相位偏移光罩)
112‧‧‧輥本體
114‧‧‧相位偏移層
115‧‧‧凸部
116‧‧‧凹部
150‧‧‧基板
151‧‧‧蝕刻層
152‧‧‧光阻膜
160‧‧‧光源
204‧‧‧成形材料
210‧‧‧輥(壓印用模具)
212‧‧‧輥本體
214‧‧‧凹凸層
215‧‧‧凸部
230‧‧‧光源
250‧‧‧薄片基材
310‧‧‧第1輥
312‧‧‧第1輥本體
314‧‧‧第1凹凸層
404‧‧‧成形材料
412‧‧‧第2輥本體
414‧‧‧第2凹凸層
430‧‧‧光源
440‧‧‧塗布器
圖1係顯示依據本發明之一實施形態的輥之製造方法的截面圖。
圖2係依據本發明之一實施形態的輥之截面圖。
圖3係顯示依據第1變形例之輥之製造方法的截面圖。
圖4係顯示依據第2變形例之輥之製造方法的截面圖。
圖5係顯示將依據本發明之一實施形態的輥作為相位偏移光罩使用之圖案形成方法的截面圖。
圖6係顯示將依據本發明之一實施形態的輥作為壓印用模具使用之圖案形成方法的截面圖。
圖7係顯示將依據變形例的輥作為壓印用模具使用之圖案形成方法的截面圖。
用以實施發明之形態
以下，將參照圖式就用以實施本發明之形態進行說明。於各圖式中，對於相同或相對應之構造，係附加相同或相對應之符號並將說明予以省略。又，於各圖式中，為使圖式容易識讀而將凹凸圖案較實際更加擴大顯示。
圖1係顯示依據本發明之一實施形態的輥之製造方法的截面圖。圖2係依據本發明之一實施形態的輥的截面 圖。
輥10係於外周具有凹凸圖案，舉例來說如圖2所示，係具有輥本體12與形成於輥本體12之外周的凹凸層14。凹凸層14係涵蓋輥本體12之外周整周而形成。
輥10之製造方法係如圖1所示，具有下述步驟：將成形材料4夾在外周長短於輥10的輥狀母模20與輥本體12之間，而將母模20之凹凸圖案轉印至輥本體12上之成形材料4上。成形材料4係於夾入母模20與輥本體12之間之後，在緊貼於輥本體12之狀態下自母模20剝離。成形材料4係在母模20之凹凸圖案已轉印之狀態下進行固化而成為凹凸層14。凹凸層14之凸部會成為與母模20之凹部相對應之形狀，而凹凸層14之凹部則會成為與母模20之凸部相對應之形狀。
依據本實施形態之製造方法，因成形材料4於成形時具有流動性，故凹凸層14之始端與終端之間幾乎無接頭，而可獲得表面具有整齊一致之凹凸圖案的輥10。又，母模20之外周長係短於輥10之外周長，因而母模20之凹凸圖案的製作容易，故輥10之製作會容易。
母模20之凹凸圖案，舉例而言係凸部或凹部之平均間距小於1mm的微細圖案，且宜為凸部或凹部之平均間距小於1μm的奈米圖案。圖案尺寸可自利用原子力顯微鏡(AFM：Atomic Force Microscope)所攝之AFM影像及其截面剖面圖求得。
母模20之凹凸圖案係以陽極氧化法、EB蝕刻 法、雷射蝕刻法、光蝕刻法及機械加工等來形成。並自該等成形方法之中選擇適於凹凸圖案之形狀及尺寸等之形成方法。例如，於輥狀母模20之外周形成深度均等之多個凹部的情況時，則以陽極氧化法為宜。陽極氧化法宜具有下述(1)~(3)之步驟：(1)將鋁基材之表面進行陽極氧化來形成第1氧化被膜。(2)去除已形成之第1氧化被膜。(3)將去除了第1氧化被膜的面進行陽極氧化來形成具有多個細孔的第2氧化被膜。於去除了第1氧化被膜的面因均勻地存在有多個坑窪，故於再次形成氧化被膜時，各坑窪會成為細孔之發生起點，而細孔之規則性將會提升。細孔可形成為圓柱狀。又，陽極氧化法於步驟(3)之後可具有下述之步驟(4)：(4)擴大細孔之孔徑。且藉由重複步驟(3)與步驟(4)，亦可形成錐形之細孔。
為了提高母模20與成形材料4之脫模性，母模20可為外周業經施行脫模處理者。作為脫模處理可舉例如氟被覆處理及聚矽氧披覆處理等。
成形材料4可為光硬化性樹脂、熱可塑性樹脂及熱硬化性樹脂中之任一種樹脂。
作為光硬化性樹脂，可使用光學壓印法所用之一般的樹脂。光硬化性樹脂係由單體及光聚合起始劑等所構成。作為單體，為自由基聚合型時，有丙烯酸單體及乙烯型單體等；而為離子聚合型時則有環氧單體及乙烯醚單體等。作為光硬化性樹脂之一例可舉含有寡聚物與光起始劑之光硬化性聚矽氧組成物，且該寡聚物係以矽氧烷為主鏈 且於末端具有丙烯醯基或甲基丙烯醯基者。若對光硬化性樹脂照射光，則光硬化性樹脂會固化，而形成凹凸層14。
作為對光硬化性樹脂照射的光，可舉例如紫外光、可見光及紅外光等。而作為紫外光之光源，可舉紫外線螢光燈、紫外線LED、低壓水銀燈、高壓水銀燈、超高壓水銀燈、氙燈及碳弧燈等。作為可見光之光源則可使用可見光螢光燈、可見光白熾燈及可見光LED等。自光源射出的光，會穿透輥本體12或母模20中之其中一者，而照射至夾在輥本體12與母模20之間的光硬化性樹脂上。當母模20為不透明的情況時，則如圖1所示，光源30會設置於圓筒狀的輥本體12之內部，而自光源30射出的光會穿透以石英或玻璃等之透光性材料所形成的輥本體12，照射至夾在輥本體12與母模20之間的光硬化性樹脂上。
以光壓印法而言，可於室溫下成型，且轉印精確度高。另外，為了促進硬化反應，光硬化性樹脂亦可加熱。
作為熱可塑性樹脂，可使用熱壓印法所用之一般的樹脂，例如可使用丙烯酸樹脂、聚碳酸酯系樹脂及烯烴系樹脂等。以熱壓印法而言，係將已加熱之熱可塑性樹脂夾於輥本體12與母模20之間，且於將母模20之凹凸圖案轉印至熱可塑性樹脂後，將熱可塑性樹脂予以冷卻並使其固化。加熱溫度係熱可塑性樹脂之玻璃轉移點溫度以上。
作為加熱源可使用照射加熱光之光源(例如鹵素燈及雷射)及加熱器等。將熱可塑性樹脂夾於輥本體12與母模20之間之步驟，與加熱熱可塑性樹脂之步驟的順序並無 特別限定，亦可同時進行。亦可藉加熱母模20或輥本體12，來加熱熱可塑性樹脂。亦可於加熱了熱可塑性樹脂後再將熱可塑性樹脂塗布於母模20或輥本體12上。
作為熱硬化性樹脂之單體，可使用丙烯酸單體及乙烯型單體、環氧單體及乙烯醚單體等之含有不飽和烴基化合物類等。此時，為了提升熱硬化性亦可添加熱反應性之起始劑來使用。作為熱反應性之自由基起始劑，可適於使用有機過氧化物及偶氮化合物等。又除此之外，亦可使用利用了矽醇縮合反應或矽氫化反應的熱硬化性聚矽氧樹脂前驅物。
成形材料4可被塗布於母模20或輥本體12中之任一者上，且於夾於母模20與輥本體12之間後，係於緊貼於輥本體12之狀態下自母模20剝離。為了提高與成形材料4之黏附性，輥本體12可為外周經施有表面處理者。作為表面處理，可舉底漆處理、臭氧處理及電漿蝕刻處理等。作為底漆可使用丙烯酸系之矽烷耦合劑等。
作為成形材料4之塗布器40，可使用例如模具式塗布器。另外，本實施形態之塗布器40雖為模具式塗布器，但亦可使用輥塗法及浸塗法等，塗布器的種類並無特別限定。
輥10之製造方法，可將成形材料4夾於母模20與輥本體12之間，其中該母模20係以輥狀母模20之中心線為中心進行旋轉，且該輥本體12係以輥本體12之中心線為中心進行旋轉。因母模20之中心線與輥本體12之中心線之位 置關係不變，故無需移動塗布器40。又，於光壓印時無需移動光源30，而於熱壓印時，無需移動加熱源。
圖3係顯示依據第1變形例之輥之製造方法的截面圖。母模20及輥本體12中之其中一者亦可不旋轉，而另一方進行旋轉。舉例來說於圖3中，輥本體12係不旋轉，而母模20則係以母模20之中心線為中心一邊進行自轉，一邊以輥本體12之中心線為中心進行公轉。與圖1所示之製造方法相同，凹凸層14之始端與終端之間接頭會幾乎消失。
圖4係顯示依據第2變形例之輥之製造方法的截面圖。於圖4中，於涵蓋輥本體12之外周整周均塗布了成形材料4之後，將母模20壓於成形材料4上。因成形材料4固化前，成形材料4會塗布於涵蓋輥本體12之外周整周，故凹凸層14之接頭會變得更不明顯。
圖5係顯示將依據本發明之一實施形態的輥作為相位偏移光罩使用之圖案形成方法的截面圖。圖5之圖案形成方法係將輥110作為半色調型之相位偏移光罩使用來製造電子裝置。作為電子裝置則可舉例如半導體及太陽電池等。
輥110係與圖2所示之輥10依同樣方式製造，且具有輥本體112與形成於輥本體112上之相位偏移層114。因相位偏移層114之始端與終端之間幾乎無接頭，故於基板150上會形成幾乎無接頭之圖案。
輥本體112係使用石英或玻璃等之透光性材料且形成為圓筒狀，並且於內部具有光源160之設置空間，該光 源160係將曝光光照射於感光性之光阻膜152上者。
另外，本實施形態之光源160雖被設置於圓筒狀之輥本體112之內部，但亦可設置於輥本體112之外部。源自光源160之曝光光亦可用設置於圓筒狀輥本體112之內部的光反射板朝向光阻膜152進行反射。
曝光光之波長雖無特別限定，可舉例如435nm(高壓水銀燈之g線)、365nm(高壓水銀燈之i線)、248nm(KrF準分子雷射)、193nm(ArF準分子雷射)等。
相位偏移層114與圖2之凹凸層14同樣地係以壓印法形成，且具有凹凸圖案。該凹凸圖案宜利用具有經以陽極氧化法形成之凹凸圖案的母模來形成。另外，本實施形態之相位偏移層114雖為單層，但亦可為多層。
相位偏移層114對曝光光具有預定之光穿透率。以穿透了相位偏移層114之凸部115的曝光光與穿透了相位偏移層114之凹部116的曝光光來說，相位會反轉180°。且藉由穿透凸部115的曝光光與穿透凹部116的曝光光之干涉效果，可獲得高圖案解析度。凸部115或凹部116之平均間距係可短於曝光光之波長。
相位偏移層114之凹部116可為例如開口部，而為該情況時，係將壓印之殘膜去除而形成。作為殘膜之去除方法，則有蝕刻法及雷射剝蝕法等。
相位偏移光罩可援用日本特表2011-526069號公報(國際公開第2009/094009號)之內容。
將輥110作為相位偏移光罩使用之圖案形成方法 可具有下述步驟：使輥110之外周與光阻膜152接觸，並自輥110之內部對光阻膜152中與輥110之接觸部分照射曝光光。於該步驟中，只要一邊變更光阻膜152中與輥110之接觸位置，一邊使輥110以輥110之中心線為中心進行旋轉即可，例如如圖5所示，使輥110於光阻膜152上轉動即可。為使輥110對光阻膜152不會打滑，輥110之周速與前述接觸位置之移動速度係設定為相同。
另外，於本實施形態中，雖然係使輥110於光阻膜152上轉動，但亦可於使輥110以輥110之中心線為中心進行旋轉之同時，使光阻膜152對輥110進行移動。
基板150係以例如矽等之半導體、玻璃或樹脂等所形成。作為形成基板150之玻璃，則可使用例如鈉鈣玻璃、無鹼玻璃及石英玻璃等。而作為玻璃之成形方法，可使用例如浮製玻板法及熔注法等。又，作為形成基板150之樹脂則宜為例如：聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯與其他之烷基(甲基)丙烯酸、苯乙烯等之乙烯型單體的共聚物等之(甲基)丙烯酸系樹脂；聚碳酸酯、二乙二醇雙碳酸烯丙酯(CR-39)等之聚碳酸酯系樹脂；(溴化)雙酚A型之二(甲基)丙烯酸酯之同元聚合物或共聚物、及(溴化)雙酚A單(甲基)丙烯酸酯之胺甲酸乙酯改質單體的聚合物及共聚物等之熱硬化性(甲基)丙烯酸系樹脂；聚酯特別是聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二醇酯及不飽和聚酯、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚氯乙烯、聚胺甲酸酯、環氧樹脂、聚芳酯、聚醚碸、聚醚酮、環烯聚合物(商品名稱：Arton、Zeonor)等。 又，亦可使用考量到耐熱性之聚芳醯胺系樹脂。
光阻膜152係形成於基板150上，且於光阻膜152與基板150之間形成有導電層等之蝕刻層151。光阻膜152可為曝光部分以外的部分以顯影去除之負型、及曝光部分以顯影去除之正型中之任一型。將已顯影之光阻膜152作為光罩來蝕刻蝕刻層151，藉此蝕刻層151會被圖型加工。之後，光阻膜152會被去除。
另外，於本實施形態中係使輥110與光阻膜152進行接觸，但亦可於輥110與光阻膜152之間，形成水等之液體膜。而可獲得更高之圖案解析度。
又，於本實施形態中，雖於光阻膜152與基板150之間形成有蝕刻層151，但亦可無蝕刻層151。亦可藉由將已顯影之光阻膜152作為光罩來蝕刻基板150，來圖型加工基板150。
圖6係顯示依據本發明之一實施形態的輥作為壓印用模具使用之圖案形成方法的截面圖。於圖6之圖案形成方法中，係將輥210作為壓印用模具使用，來製造抗反射薄片。
輥210係與圖2所示之輥10依同樣方式製造，且具有輥本體212與形成於輥本體212上之凹凸層214。因凹凸層214之始端與終端之間幾乎無接頭，故可形成幾乎無接頭之圖案。
將輥210作為壓印用模具使用之圖案形成方法可具有下述步驟：將成形材料204夾於輥210與薄片基材250之 間，並將輥210之凹凸圖案轉印至薄片基材250上的成形材料204上。
成形材料204可使用與圖1之成形材料4同樣的材料，即可為光硬化性樹脂、熱可塑性樹脂及熱硬化性樹脂中之任一種樹脂。成形材料204為光硬化性樹脂時，使光硬化性樹脂固化之光的光源230係設置於例如如圖6所示之圓筒狀之輥210之內部。來自光源230的光會穿透輥210而照射於成形材料204，使成形材料204固化。另外，光源230可夾著薄片基材250而設置於與輥210側相反側上，且源自光源230的光，亦可穿透薄片基材250而照射至成形材料204上。
成形材料204可塗布於輥210及薄片基材250中之任一者，且係於被夾在輥210與薄片基材250之間後，於緊貼於薄片基材250之狀態下自輥210剝離。成形材料204係於輥210之凹凸圖案已被轉印之狀態下進行固化，並於薄片基材250上形成凹凸圖案。
薄片基材250係以例如玻璃或樹脂所形成，且薄片基材250之材料，舉例而言可為與基板150之材料相同的材料。
形成於薄片基材250上之凹凸圖案，例如係以自平坦的預定面突出之多個凸部215所構成，且各凸部215係形成為尖梢狀。凸部215係周期地排列成例如六方晶格狀、準六方晶格狀、四方晶格狀或準四方晶格狀。相鄰之凸部215可相接亦可分開，亦可配置成使凸部215之麓部重疊。凸部215之平均間距係設定成可見光之波長以下(例如 400nm以下)。在廣波長範圍下可減低光反射率。
另外，於圖6係將輥210作為壓印用模具使用，來製造抗反射薄片，但亦可製造線柵型之偏光薄片及雙凸透鏡薄片等，製品之種類可多種多樣。凸部215之形狀及凸部215(或凹部)之平均間距等可按照製品之種類來適當地設計。
圖7係顯示依據變形例之將外周具有凹凸圖案的輥作為壓印用模具使用的圖案形成方法之截面圖。於圖7之圖案形成方法中，係將第1輥310作為壓印用模具使用，來製造外周具有凹凸圖案的第2輥。第2輥之外周長只要長於母模之外周長的話，則可較第1輥310之外周長短亦可較長，且為同長度亦可。
第1輥310，係與圖2所示之輥10依同樣方式製造，且具有第1輥本體312與形成於第1輥本體312上之第1凹凸層314。因第1凹凸層314之始端與終端之間幾乎無接頭，故可形成幾乎無接頭之圖案。
將第1輥310作為壓印用模具使用之圖案形成方法具有下述步驟：將成形材料404夾於第1輥310與第2輥本體412之間，並將第1輥310之凹凸圖案轉印至第2輥本體412上的成形材料404上。亦可將成形材料404夾於第1輥310與第2輥本體412之間，其中該第1輥310係以第1輥310之中心線為中心進行旋轉，且該第2輥本體412係以第2輥本體412之中心線為中心進行旋轉。
另外，於本實施形態中，第1輥310及第2輥本體 412之雙方係均進行旋轉，但亦可其中之任一方不進行旋轉而另一方進行旋轉。例如，亦可第2輥本體412不進行旋轉，而第1輥310一邊以第1輥310之中心線為中心進行自轉，一邊以第2輥本體412之中心線進行公轉。
成形材料404可使用與圖1之成形材料4同樣的材料，即可為光硬化性樹脂、熱可塑性樹脂及熱硬化性樹脂中之任一種樹脂。成形材料404為光硬化性樹脂時，使光硬化性樹脂固化之光的光源430係被設置於例如如圖7所示之圓筒狀的第2輥本體412之內部。來自光源430的光會穿透第2輥本體412而照射至成形材料404上，使成形材料404固化。另外，光源430亦可設置於圓筒狀之第1輥310之內部，而源自光源430的光亦可穿透第1輥310而照射至成形材料404上。
成形材料404可利用塗布器440來塗布於第1輥310及第2輥本體412中之任一者，且係於被夾在第1輥310及第2輥本體412之間後，於緊貼於第2輥本體412之狀態下自第1輥310剝離。成形材料404係於第1輥310之凹凸圖案已轉印之狀態下進行固化，而成為第2凹凸層414。
第2凹凸層414之凸部會成為與第1凹凸層314之凹部相對應之形狀，而成為與母模之凸部相同之形狀。又，第2凹凸層414之凹部會成為與第1凹凸層314之凸部相對應之形狀，而成為與母模之凹部相同之形狀。因此，形成於第2輥之外周的凹凸圖案會變為延長了與母模相同之圖案者，而可獲得如母模所設計之凹凸圖案。
圖案形成方法亦可更具有下述步驟：將第2輥作為相位偏移光罩或壓印用模具使用來形成圖案。
以上，雖然說明了輥之製造方法及使用了利用該製造方法所得的輥之圖案形成方法的實施形態等，但本發明並不受前述實施形態等之限制，於申請專利範圍內所記載之要旨之範圍內可作各種變形及變更。
例如，圖1所示之輥本體12，雖然為了確保光源30之設置空間而形成為圓筒狀，但於無需光源30之設置空間時，則可形成為圓筒狀及圓柱狀中之任一種形狀。又，於圓筒狀之輥本體12之內部亦可設置將來自光源的光反射至預定方向之反射板來取代光源，且光源亦可設置於輥本體12之外部。
本申請案係主張根據已於2012年10月11日向日本專利局提出申請之日本特願2012-226335號之優先權者，且將日本特願2012-226335號之全部內容引用至本申請案中。
4‧‧‧成形材料
12‧‧‧輥本體
14‧‧‧凹凸層
20‧‧‧母模
30‧‧‧光源
40‧‧‧塗布器

Claims (7)

  1. 一種輥之製造方法，係製造外周具有凹凸圖案的輥之方法，其特徵在於：將成形材料夾在外周長短於前述輥的輥狀母模與前述輥之輥本體之間，而將前述輥狀母模之凹凸圖案轉印至前述輥本體上之成形材料上。
  2. 如請求項1之輥之製造方法，其係將成形材料夾於前述母模與前述輥本體之間，其中該母模係以前述輥狀母模之中心線為中心進行旋轉，且該輥本體係以前述輥本體之中心線為中心進行旋轉。
  3. 一種圖案形成方法，係利用如請求項1或2項之輥之製造方法而獲得輥，並使用該輥來形成圖案。
  4. 如請求項3之圖案形成方法，其係將前述輥作為相位偏移光罩使用。
  5. 如請求項3之圖案形成方法，其係將前述輥作為壓印用模具使用。
  6. 如請求項5之圖案形成方法，其係將前述輥作為壓印用模具使用而製出外周具有凹凸圖案之其他輥。
  7. 一種圖案形成方法，係利用如請求項6之圖案形成方法而獲得其他輥，並更進一步使用該其他輥來形成圖案。
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