TWI490109B - Manufacturing method of microstructure - Google Patents

Description

微細構造體之製造方法

本發明係關於一種自熱可塑性熔融樹脂製造奈米尺度微細構造，經轉印成形之微細構造體的微細構造體之製造方法，可廣泛利用於諸如：射出成形法、射出壓縮成形法、中空成形法、或使用輥與熱可塑性熔融樹脂的薄膜薄片成形法等的微細構造體之製造方法。

具有微細構造的樹脂成形體係擴大利用於諸如電子裝置、光裝置、記錄媒體、醫學‧生醫元件等各種領域。此種具有微細構造的微細構造體之製造方法已有各種提案，就從經濟性及生產性較高的點，奈米印製法備受矚目。奈米印製法之中，有經塑模按押於經加熱軟化的樹脂基材並使塑性變形，而轉印成形出圖案的熱奈米印製法。熱奈米印製法係具有高生產性，且具有可進行各種熱可塑性樹脂之微細加工等優點。

但是，熱奈米印製法在高寬深比的微細構造之轉印成形時，會有樹脂流動性嫌不足、或需要高壓力的問題。又，熱奈米印製法係若加熱至熔融溫度，樹脂的流動性會過度增加，即便按押樹脂基材亦僅有朝面方向擴大的變形，而有在流動阻力較大的微細構造深溝部處無法填充樹脂等問題。針對此種問題，例如專利文獻1有提案包含有下述步驟的奈米構造及微構造之構造體之製造方法，該等步驟係：將粉末狀樹脂放置於母版表面的步驟；將母版及樹脂在樹脂之玻璃轉移溫度以上、熔融溫度以下加熱的步驟；將樹脂壓合於母版的步驟；以及在將樹脂冷卻至玻璃轉移溫度以下之後，卸除母版，而形成母版之奈米構造及微構造的印模結構之步驟。

另一方面，相對於上述熱奈米印製法，亦有一種在室溫下於基板上塗佈液狀光硬化性樹脂之後，再將透光性塑模壓抵於樹脂，透過該塑模對樹脂照射光而使樹脂硬化，俾在基板上轉印成形圖案的光奈米印製法。該光奈米印製法具有可在室溫施行加工，且可成形轉印壓力較低、高精度圖案的優點。

但是，光奈米印製法雖轉印壓力較低，但因為一般的光硬化性樹脂在硬化時的收縮量較小，具有酷似接著劑的性質，因而已轉印成形的樹脂較難從塑模剝離，且會有因轉印成形而導致塑模的微細構造部分遭受損傷之可能性。針對此項問題，專利文獻2中提案有：以塑模母版為基礎廉價製作成為鑄模的塑模，並將其使用於光奈米印製步驟的製造方法。即，提案有一種微細構造體之製造方法，其係具有1000nm以下之最小加工尺寸的樹脂製微細構造體之製造方法，並包括下述步驟：在具有1000nm以下之微細凹凸圖案進行聚合所形成的樹脂所構成之微細構造體的表面，形成被覆膜的步驟；將該微細構造體押抵於樹脂前驅物單體或樹脂前驅物單體的組成物，並將該單體或單體的組成物進行聚合之步驟；及從樹脂前驅物單體或樹脂前驅物單體組成物的聚合體剝離該微細構造體，並在該聚合體轉印該微細構造體表面之微細凹凸圖案的步驟。

再者，光奈米印製法因為係在塑模塗佈樹脂之後，再塗佈由光硬化性樹脂構成的接著劑，在其上壓抵透明塑模並照射紫外線，而使上述接著劑硬化之後，再將樹脂與上述透明塑模一起從上述塑模剝離，而成形加工為微細構造體的方法，因而會有步驟數偏多、製造成本龐大等問題。針對此問題，專利文獻3提案有一種微細構造轉印方法，係包括以下步驟：在具有微細構造的塑模之表面使用溶劑的步驟；使上述塑模上的上述溶劑與樹脂基材接觸的步驟；以及將上述塑模與上述樹脂基材予以剝離的步驟。

再者，專利文獻4提案有一種並非使樹脂基材加熱軟化進行轉印成形，而是使用熔融樹脂進行轉印成形的方法。即，所提案的成形體之製造方法，係在具有微細凹凸的成形模塗佈熱可塑性樹脂，再將其施行壓合後，經冷卻固化，而獲得經轉印成形微細凹凸之成形體的成形體之製造方法；其中，熱可塑性樹脂對成形模的微細凹凸面之供給，係一邊使樹脂吐出口移動，一邊依成為大致接近最終製品形狀與厚度的方式，且依微細凹凸部的內部附著熱可塑性樹脂的方式實施。若採行此種成形體之製造方法，可製造微細凹凸部形狀具有10nm~1mm寬度或直徑，且具有10nm~1mm深度或高度的成形體。

專利文獻5中提案有一種使用T型模頭，在具有微細圖案的被塗佈面，一邊使被塗佈面與吐出口進行相對移動，一邊將熱可塑性樹脂塗佈成既定厚度後，再將樹脂與加壓輥間之附著力維持在低於樹脂與模具間之附著力的狀態下，馬上利用加壓輥施行按押，而促進在被塗佈面上所塗佈的樹脂朝微細圖案的填充，俾使所塗佈樹脂的厚度呈平滑化、與朝頂面的鏡面轉印之方法。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專利特開2010-30045號公報

專利文獻2：日本專利特開2009-184275號公報

專利文獻3：日本專利特開2007-125799號公報

專利文獻4：日本專利特開2006-56107號公報

專利文獻5：日本專利特開2009-248431號公報

依如上述，除專利文獻3之外，專利文獻1~5所記載的習知微細構造體之製造方法，藉由將經加熱的樹脂基材或熔融樹脂按押於具微細構造的塑模，而施行轉印成形的方法。需要此種塑模加壓的方法，在具有奈米尺度微細構造的塑模中，當達專利文獻2所記載程度以上時會有塑模損傷趨於明顯的可能性。另一方面，最近在電子裝置、光裝置、記錄媒體、生醫元件等方面，有嘗試利用奈米尺度的微細構造體而更加提升機能性，期待可安定地製造使用各種材料的奈米尺度微細構造體之製造方法。

專利文獻3所記載的微細構造體之製造方法，係使塑模側的樹脂基材表層利用溶劑溶解，再將已溶解的樹脂填充於微細構造內，藉此施行塑模之微細構造轉印成形的方法，因為對塑模的負荷僅為樹脂基材的重量，因而具有塑模不會遭損傷的優點。但是，此種方法因為必需根據每一樹脂種類尋找可溶解樹脂基材表層的溶劑，因而可加工的樹脂種類有受限制，大多會有依情況會有必需開發出適合所使用樹脂種類的專用溶劑、或者需要為處理溶劑排出與抑制飛散用的處理設備、或者轉印成形的精度與均勻性出現問題等問題。

本發明係有鑑於此種習知問題與需求，目的在於提供：在未特別使用加壓裝置的情況下，可使用各種熱可塑性熔融樹脂施行微細構造的轉印成形，且可防止塑模遭受損傷，而獲得經濟性高，且以大面積具有均質特性奈米尺度微細構造體的微細構造體之製造方法。

本發明的微細構造體之製造方法，係在設有含有寬10nm~1μm凹凸部的微細構造且經溫度控制的塑模中，形成與保持既定溫度之上述微細構造接觸的熱可塑性熔融樹脂層，並保持既定時間，藉此在重力下，將上述微細構造轉印於上述熱可塑性熔融樹脂層，再將該所轉印成形的熱可塑性熔融樹脂層施行冷卻、固化後，從上述塑模剝離而成。此處所謂「重力下」係指在未利用加壓裝置等施行加壓的無加壓狀態，由熔融樹脂在重力下進行自發性填充。

再者，可設為在設有含有寬10nm~1μm凹凸部的微細構造且經溫度控制的塑模中，形成與保持既定溫度之上述微細構造接觸的熱可塑性熔融樹脂層，並保持既定時間，藉此在重力下，將上述微細構造轉印於上述熱可塑性熔融樹脂層，接著，再將已轉印成形的熱可塑性熔融樹脂層與上述塑模一起，藉由控制抵接於該熔融樹脂層背面的模具溫度而冷卻、固化後，再從上述塑模予以剝離的微細構造體之製造方法。該微細構造體之製造方法的情況，使模具抵接於熔融樹脂層背面時的加壓力，較佳係設為0.1~40MPa。

本發明的微細構造體之製造方法，尚可在設有凹凸部寬度具有奈米尺寸之微細構造部分與微米尺寸之微細構造部分的微細構造、且經溫度控制的塑模中，形成與保持既定溫度之上述微細構造接觸的熱可塑性熔融樹脂層，首先，藉由保持既定時間，在重力下，將上述奈米尺寸之微細構造部分轉印於上述熱可塑性熔融樹脂層，接著，藉由對上述熱可塑性熔融樹脂層加壓，而將上述微米尺寸之微細構造部分轉印於該熱可塑性熔融樹脂層，並完全轉印上述微細構造，接著，將經完全轉印成形的熱可塑性熔融樹脂層施行冷卻、固化後，再從上述塑模剝離而成。

再者，本發明的微細構造體之製造方法，係在設有凹凸部寬度具有奈米尺寸之微細構造部分與微米尺寸之微細構造部分的微細構造、且經溫度控制的塑模中，形成與保持既定溫度之上述微細構造接觸的熱可塑性熔融樹脂層，首先，藉由對上述熱可塑性熔融樹脂層加壓，而將上述微米尺寸之微細構造部分轉印於該熱可塑性熔融樹脂層，接著，藉由保持既定時間，而將上述奈米尺寸之微細構造部分轉印於上述熱可塑性熔融樹脂層，並完全轉印上述微細構造，接著，將經完全轉印成形的熱可塑性熔融樹脂層施行冷卻、固化後，再從上述塑模剝離而成。

上述發明中，熔融樹脂層的形成係以2MPa以下的樹脂壓力，依根據樹脂吐出口與塑模間之距離而規定所塗佈樹脂的厚度，並使其成為幾乎接近所轉印成形之最終微細構造體之形狀與厚度的方式，將熱可塑性熔融樹脂塗佈於微細構造上面而實施。

本發明的微細構造體之製造方法，係不需要加壓，而可依經濟性且生產性高地製造含有寬10nm~1μm之凹凸部的微細構造體。又，根據本發明，特別係可製造大面積且富均勻性，不會有內部應變、雙折射及配向性的微細構造體，又，可製造具有寬10nm程度且高寬深比(圖案的高度/寬度或直徑)之微細構造的微細構造體。又，由於無加壓即可成形，且塑模的微細構造部分發生磨損、損傷等損害較少，便可延長塑模的壽命。

再者，本發明的製造方法係不管具有微細構造的塑模係屬於何種形態均無特別的限定，因而可使用於利用熱可塑性熔融樹脂與該熱可塑性熔融樹脂所接觸塑模的各種成形方法。本發明的製造方法係可使用於例如：射出成形法、射出壓縮成形法、中空成形法、利用輥與熱可塑性熔融樹脂的薄膜薄片成形法。

再者，本發明的製造方法，因為可使用市面上廣泛流通的一般顆粒形狀熱可塑性樹脂，因而材料的選擇自由度極廣，且屬低成本。所以，本發明的製造方法，可滿足使用樹脂基材的方法中所需要煩雜步驟，即，由於可滿足對微細構造體要求的各種性能，因而具有不需要樹脂種類與等級的選定、一次加工為薄片狀或薄膜狀等步驟的優點。

以下，針對為實施本發明的形態進行說明。本發明的微細構造體之製造方法，係依如圖1所示實施。即，本發明的微細構造體之製造方法，係如圖1(a)示意所示，在設有含寬10nm~1μm凹凸部的微細構造2、且經溫度控制的塑模1中，首先，形成與經保持既定溫度之微細構造2接觸的熱可塑性熔融樹脂層5。接著，藉由將此狀態保持既定時間，在重力下將微細構造2轉印於熱可塑性熔融樹脂層5，再將該所轉印成形的熱可塑性微細構造體施行冷卻、固化(圖1(c))。然後，將經冷卻、固化且已完全轉印成形微細構造2的微細構造體6從塑模1剝離。圖1(b)所示係熔融樹脂層5填充於微細構造2中且施行轉印途中的狀態。熔融樹脂層5填充於凹部中的樣子係如圖1(b)所示，觀察到熔融樹脂滲透入凹部中的狀態。

本發明中，含有寬10nm~1μm凹凸部的微細構造，係可全部均由寬10nm~1μm之凹或凸部構成的微細構造，又亦可由至少1個寬度10nm~1μm之凹或凸部、與其以上大小(數μm~數百μm、甚至mm)之凹或凸部構成的微細構造。

所謂「寬10nm~1μm之凹凸部」係指在塑模中所形成，由如圖1所示寬10nm~1μm之孔或溝構成的凹部，或者如圖2所示直徑或邊長10nm~1μm之凸部(微細突起)，形成所塗佈的熔融樹脂進入(滲透)的寬10nm~1μm之微細間隙或空間之凹凸部。圖2(a)所示係微細圓錐形狀突起林立的塑模例，圖2(b)所示係微細圓柱形狀突起林立的塑模例。如圖2所示，當微細突起林立的情況，在該微細突起的排列間形成寬10nm~1μm之凹溝狀空間，且由相鄰微細突起所包圍形成10nm~1μm之凹狀空間，在此種微細空間中填充所塗佈的熔融樹脂。

本發明係相關凹凸部的寬度尺寸規定為10nm~1μm。此10nm係相當於呈現高分子鏈空間性擴大的慣性半徑，依照樹脂種類會有較難保持經轉印後之微細構造體形狀的尺寸，會有無法良好進行寬未滿10nm之轉印成形的情況。因而，本發明中規定於經轉印後大多的樹脂可保持微細構造體形狀而為10nm以上的寬度尺寸。即，寬10nm係從轉印後的微細構造體形狀保持之觀點所判斷的指標，依照樹脂的種類，亦會有寬未滿10nm的更微細構造體，仍可利用本發明製造方法進行製造的情況。

本發明的塑模係可使用能直接或經由模具進行溫度控制者。又，塑模係可使用金屬製，例如鎳合金製，亦可使用其他材質(例如矽、石英等)物、或UV硬化樹脂製物等。

塑模的加熱手段係可使用例如：加熱器；油、熱水、矽、蒸氣等熱介質；或該等的組合。塑模的冷卻手段係可使用例如冷水。

保持塑模的既定溫度，係依照所使用樹脂的種類、微細構造的大小、形狀及配置等而選擇最佳條件。又，形成與微細構造接觸的熱可塑性樹脂熔融樹脂層之塑模，係保持於既定溫度且保持既定時間，而該所保持的既定時間係依照所使用樹脂的種類、微細構造的大小、形狀及配置等而選擇最佳條件。

熔融樹脂層的形成係在可形成既定均勻厚度熔融樹脂層的方法前提下，其餘並無特別的限定，使用T型模頭即可適當地形成薄膜狀均勻厚度的熔融樹脂層。圖3所示係利用具有T型模頭的塗佈裝置8，在具有微細構造的塑模1上塗佈熔融樹脂，而形成熔融樹脂層5的樣子。

利用T型模頭施行塗佈時，藉由一邊使T型模頭中所設置的樹脂吐出口9、與設有微細構造的塑模1進行相對性移動，一邊利用樹脂吐出口9與塑模1間之距離規定所塗佈的樹脂厚度之方式進行塗佈，且最好依幾乎接近所轉印成形最終微細構造體之形狀與厚度的方式，施行熔融樹脂的塗佈。使用具有T型模頭的塗佈裝置8時，不僅可輕易地控制所塗佈熔融樹脂的厚度，亦可將熔融樹脂依密接於塑模1的方式進行塗佈，可進行大面積且均勻的塗佈，故可進行精度較高的轉印成形。

本發明中，熱可塑性樹脂的塗佈較佳係在對所塗佈熔融樹脂的上面，負荷錶壓2MPa以下的樹脂壓力實施。此種塗佈可藉由使用上述T型模頭而適當地實施。藉由對熔融樹脂施加樹脂壓力，不僅可排除所塗佈熔融樹脂與塑模間之界面的大半部分空氣，亦可防止空氣捲入熔融樹脂內，且可使所捲入空氣排出。樹脂壓力的大小係依照微細構造的大小、形狀及配置、或所處置樹脂的種類與所塗佈熔融樹脂的厚度，而選擇最佳的大小。例如，使用圖2(a)所示，設有底部直徑約100nm、高度325nm之圓錐形形狀、且圓錐間間距250nm之微細構造的塑模，成形聚碳酸酯樹脂之微細構造體的情況，樹脂壓力較佳係0.05MPa程度。

本發明中，如上述，形成與微細構造接觸的熔融樹脂層。此時，熔融樹脂層係呈附著於塑模的狀態，並與塑模間產生附著力。該附著力係較大於在熔融樹脂極小之楊氏模數下所產生熱應力(因熔融樹脂溫度降低至經加熱塑模溫度而產生的熱應力)，所以熔融樹脂層在此地方受到約束。結果，熔融樹脂層遍及於廣泛面積並均勻地密接於塑模，且可在所接觸的全面均勻地轉印出寬10nm~1μm之凹凸。特別係在利用T型模頭施行塗佈的方法中，從樹脂吐出口所吐出的熔融樹脂係立刻到達塑模，所以就從：(i)不會出現在到達前出現溫度降低、(ii)使熔融樹脂不會在塑模上流動俾不致生成因流動造成的應變等理由，而可極安定且遍及塗佈範圍全面使熔融樹脂與塑模接觸。

再者，本發明中，在重力下，將塑模上所設置的微細構造轉印於熱可塑性熔融樹脂層。所謂「重力下」係指沒有利用加壓裝置等施行加壓的無加壓，指熔融樹脂在重力下進行自發性填充。儘管熔融樹脂係無加壓，但仍填充於寬10nm~1μm凹凸部中的理由，可認為係由熔融樹脂所具有的流動性、濕潤性、低彈性模數等造成，且流動變形所需要的反抗力極低，因而熔融樹脂利用塑模的表面張力與滑順性之作用，輕易且充分地隨時間填充於寬10nm~1μm凹凸部。

依此在本發明中，因為熔融樹脂對寬10nm~1μm凹凸部的填充係在無加壓下實施，因而即便在塑模中所設置由直徑或邊長10nm~1μm的微細突起所構成微細構造，仍可防止遭受損傷與磨損。所以，不會有如習知轉印成形方法般會因加壓力而導致微細突起遭受損傷與磨損，因而根據本發明，即便具有直徑或邊長10nm~1μm微細突起、且寬深比為1至超過10之微細構造的塑模，仍可延長塑模的壽命。所以，根據本發明，可依高品質(不會有銳緣、高轉印率、脫模時不良等)、且經濟性地製造具有此種微細構造的微細構造體。

再者，本發明中，因為轉印成形係在無加壓下實施，因而可進行均勻的轉印成形。所以，根據本發明，不僅可防止在轉印成形時容易生成的微細構造體之內部應變與配向，且可形成不會有屬於光學應變之雙折射等情形的大面積微細構造體。故，本發明不會有利用按押熔融樹脂施行轉印成形之方法所會產生的以下問題。即，若在塑模表面有存在翹曲與彎曲，因為高度較高的部位會優先被加壓，因而加壓力會因位置而有所差異，導致發生無法均勻加壓的問題，或者若在熔融樹脂的按押中，高度較高的部位被優先加壓，則被加壓部位的熔融樹脂會朝高度較低的部位處流動而使高分子鏈配向，導致微細構造體內產生應變的問題。

再者，本發明係熔融樹脂層對含有寬10nm~1μm凹凸部之微細構造的填充、轉印成形，在無加壓下，利用塑模的溫度控制及其保持時間實施，因而可廣泛實施。例如本發明可使用諸如樹脂種類、樹脂等級、大小、形狀及配置不同的微細構造、或微細構造經加工之圖案區域的配置不同之塑模、材質不同的塑模等多種類來實施。又，本發明係不限定於各種成形方法，例如射出成形法、射出壓縮成形法、中空成形法、薄膜薄片成形法等均可實施。

本發明中，熔融樹脂層係如上述，依與保持既定溫度之塑模接觸的狀態下保持既定時間。所謂「既定溫度」係如以下實施例所示，會因樹脂的流動性、彈性模數等諸項特性、微細構造的大小、形狀或配置、塑模材質與表面特性等而有所差異。

所謂「既定時間」係指在形成與經保持於既定溫度之塑模接觸的熔融樹脂層後，熔融樹脂層與該塑模接觸的一定時間。既定時間係因樹脂的流動性、彈性模數等諸項特性、微細構造的大小、形狀或配置、塑模材質與表面特性等而有所差異。

上述本發明中，在塑模所塗佈的熔融樹脂係在屬於熱可塑性樹脂之前提下，就種類與等級並無限定，可使用例如：聚碳酸酯樹脂、丙烯酸樹脂、聚苯乙烯樹脂、聚對苯二甲酸乙二酯樹脂、聚萘二甲酸乙二酯樹脂、環烯烴樹脂、聚丙烯樹脂、聚乙烯樹脂、聚甘醇酸樹脂等各種樹脂。該等熔融樹脂的塗佈係使用具有T型模頭的塗佈裝置並可適當地形成熔融樹脂層。

[實施例]

以下，針對本發明的實施例進行說明。另外，本發明並不僅侷限於下述實施例。

使用熔融微細轉印裝置MTM II 130-30(日本製鋼所股份有限公司製)，施行微細構造的轉印成形試驗。本試驗中，如圖3所示，利用具有T型模頭的塗佈裝置，將熔融樹脂塗佈於塑模而形成熔融樹脂層。主要的實驗條件係如下述。使用樹脂係使用2種丙烯酸樹脂(低流動式與高流動式)、及1種聚碳酸酯樹脂，合計3種。

(i)樹脂的可塑化‧射出單元：日本製鋼所股份有限公司製之射出單元30H(擠筒徑Φ 20mm)

(ii)T型模頭：樹脂吐出口形狀為寬50mm×間隙0.5mm的T型模頭

(iii)驅動裝置：可使可塑化‧射出裝置、及在其前端所裝設的T型模頭，進行前進後退及上昇下降的驅動機構

(iv)使用樹脂

1)低流動式丙烯酸樹脂(PARAPETEH1000、KURARAY股份有限公司製)

2)高流動式丙烯酸樹脂(PARAPETGH1000S、KURARAY股份有限公司製)

3)聚碳酸酯樹脂(PANLITEAD5503、帝人化成股份有限公司製)

塑模係使用鎳合金製物。塑模形狀係外形尺寸為縱70mm×橫70mm×厚度0.5mm。塑模所加工的微細構造係如圖5(a)所示，直徑250nm×高度250nm的圓柱依最小間隙60nm的間隙呈交錯狀規則排列的圖案。利用該等圓柱所形成微細構造的凹部最大尺寸係250nm。

利用塗佈所形成熔融樹脂層的形狀係縱×橫×厚度分別為50mm×52.5mm×0.2mm。該熔融樹脂層的外形尺寸係依照T型模頭的寬度、所塗佈長度、及所塗佈熔融樹脂的厚度便可大略決定。

為防止樹脂吸濕，因而在成形前利用烤箱施行乾燥。丙烯酸樹脂係依80℃、而聚碳酸酯樹脂係依120℃施行5小時以上的乾燥。又，在成形時，使用具有加熱機能之材料供應裝置，將樹脂投入於可塑化‧射出裝置中，俾防止樹脂吸濕。又，在可塑化‧射出裝置的樹脂投入部中吹入氮，藉由將上述可塑化‧射出裝置內形成氮環境，俾防止樹脂分解。

可塑化‧射出裝置的擠筒前端部、及T型模頭的設定溫度，係PARAPETEH1000設為265℃、PARAPETGH1000S設為255℃、PANLITEAD5503設為265℃。投入可塑化‧射出單元中的樹脂顆粒係利用來自在上述擠筒外周所裝設加熱器的熱傳、及螺桿旋轉所生成的剪切發熱，而被可塑化，藉由使螺桿一邊旋轉一邊後退，在擠筒內的螺桿前端部剛好滯留熔融樹脂塗佈所必要的量。然後，使螺桿前進，而將在該螺桿前端所滯留的熔融樹脂，從T型模頭的樹脂吐出口擠出並塗佈於塑模。

熔融樹脂對塑模的塗佈係利用驅動裝置使T型模頭的樹脂吐出口移動至塑模上的開始塗佈位置處，並使T型模頭的樹脂吐出口、與塑模間之距離接近目標之塗佈厚度後，利用上述驅動裝置使T型模頭移動，同時使上述可塑化‧射出裝置的螺桿前進，並從T型模頭的樹脂吐出口執行樹脂吐出。此處，上述可塑化‧射出裝置的螺桿前進速度，係依T型模頭之樹脂吐出口寬度(m)×T型模頭之移動速度(m/s)×塗佈厚度(m)(≒T型模頭的樹脂吐出口與塑模的鉛直方向距離)所計算出流量m³ /s、與從T型模頭之樹脂吐出口所吐出熔融樹脂流量，成為相等方式設定。

將上述塑模固定於具有加熱‧冷卻機構的基座塑模，藉由將基座塑模的溫度加熱及冷卻至所需溫度而控制塑模的溫度。基座塑模的加熱係利用基座塑模所內建的電加熱器、及在基座塑模內所加工之介質流路中流通的加熱水而實施。冷卻係利用在上述介質流路中流通冷水而實施。本實施例中，在熔融樹脂塗佈前已完成塑模的加熱。塑模的溫度係當PARAPETEH1000的情況則在160℃至180℃範圍內、當PARAPETGH1000S的情況則在155℃至175℃範圍內、當PANLITEAD5503的情況則在160℃至180℃範圍內變更設定並實施試驗。

將熔融狀態的各樹脂塗佈於經加熱至上述各溫度的塑模上之後，保持既定時間。保持時間係設為從熔融樹脂的塗佈完成起之經過時間，在經過所設定時間之時點起進行塑模冷卻。本實施例中，保持時間的設定係在0s至360s間進行變更。

圖4所示係使用PANLITEAD5503施行轉印成形時的各步驟中，塑模溫度與塗佈時的樹脂壓力時間性履歷之示意圖。塑模、與所轉印成形微細構造體間的剝離，係如圖4所示，在塑模被冷卻至50℃之後實施。

圖5(b)所示係在具有圖5(a)所示微細構造的塑模上，塗佈經加熱至175℃的PANLITEAD5503，經保持15s後再施行冷卻而獲得的成形品所轉印微細構造的SEM影像。由圖5(b)中明確得知，根據本發明的製造方法，在間隙60nm×深度250nm的柱之間充分地填充著樹脂，可以精度較佳地轉印塑模的微細構造。

圖6至圖8所示係依各條件施行轉印成形的成形體之微細構造，利用掃描探針顯微鏡測定屬於高度的滲透長度，並整理各塑模溫度的保持時間與滲透長度間之關係結果。圖6所示係PANLITEAD5503的結果，圖7所示係PARAPETEH1000的結果，圖8所示係PARAPETGH1000s的結果。根據圖6，當塑模的溫度為175℃時，推測保持時間為15s前後、滲透長度為250nm，當保持時間超過20s時，滲透長度幾乎呈一定。根據該滲透長度曲線與圖5(b)的結果得知，保持時間係只要確保熔融樹脂能到達微細構造之凹部的時間即可。又，根據圖6~圖8，滲透長度曲線大致呈直線形狀，滲透長度係與保持時間成比例。而，若滲透長度大致成為250nm時，則呈一定值。表示滲透長度曲線的斜率係對塑模的溫度呈高度依存性，塑模的溫度越高，則滲透長度曲線的斜率越大。

圖9所示係圖6~圖8中各滲透長度曲線的直線部分之斜率a、與塑模溫度T間之關係圖。圖9中，橫軸係表示塑模的溫度T，縱軸係表示斜率a的自然對數(Ln(a))。根據圖9，各Ln(a)曲線係斜率呈緩和，但呈朝下的凸形狀，顯示Ln(a)曲線亦是與滲透長度曲線同樣的呈現較高的溫度依存性。又，材質為丙烯酸樹脂(EH1000、GH1000s)的2個Ln(a)曲線係呈近似的形狀，呈現有如平行移動的形狀。

另一方面，材質為聚碳酸酯樹脂(AD5503)的Ln(a)曲線，呈現明顯與丙烯酸樹脂(EH1000、GH1000s)的Ln(a)曲線不同的形狀，其斜率係較大於丙烯酸樹脂的Ln(a)曲線之斜率。即，滲透長度的塑模溫度依存性係關聯於熔融樹脂的種類，得知為可有效率地製造微細構造體，必需依每種所使用樹脂的種類掌握滲透長度的塑模溫度依存性。

以上，根據上述結果，得知若延長保持時間即可拉長滲透長度，又若提高塑模溫度，則可依較短的保持時間拉長滲透長度。即，得知藉由控制塑模溫度與保持時間，可有效率地執行塑模之微細構造體對熔融樹脂層的轉印。又，得知在此轉印步驟中，塑模的溫度管理係屬重要。

圖10所示係使用低流動式丙烯酸樹脂(PARAPETEH1000)，並使用微細構造圖案不同的塑模施行轉印成形時之試驗結果。微細圖案的形態係使用直徑250nm×高度250nm的圓柱具有最小間隙60nm之間隙者，以及直徑250nm×高度380nm的圓柱具有最小間隙45nm之間隙者。圖10中，橫軸係表示保持時間，縱軸係表示所轉印成形微細圖案的高度之滲透長度。通例係表示微細構造的最小間隙、與依照本發明方法施行轉印成形時的塑模溫度。根據圖10得知，依照圖案的形狀與配置之不同，即便相同的塑模溫度與相同的保持時間，但滲透長度仍會有差異。所以，得知必需依照圖案的大小與形狀、及配置，而控制完全轉印所必要的塑模溫度及保持時間。

上述實施例中，熔融樹脂層的形成係藉由利用2MPa以下的樹脂壓力，將熱可塑性熔融樹脂塗佈於微細構造上面而實施，在射出壓縮法係封閉模具，在薄膜薄片成形法時係例如藉由押抵補強輥，而可使熱可塑性熔融樹脂層接觸到微細構造。又，在中空成形法中藉由調整所吹入的空氣壓力，而可使熱可塑性熔融樹脂層接觸到微細構造。

圖11所示係成形直徑9μm、高度30μm、間距25μm的圓柱呈林立之微米尺度(微米構造)、且由PANLITE® AD5503構成之微細構造體的情況，調查塑模溫度與滲透長度間之關係，圖示在微細構造體所轉印的圓柱狀微米構造的截面形狀。塑模係使用鎳合金製者。圖11中，橫軸係表示微米構造的截面形狀水平距離，縱軸係表示滲透長度。各截面形狀的通例係表示塑模溫度與保持時間，顯示在塑模溫度為170℃與180℃時，分別依保持時間設為60秒與120秒的結果。

如圖11所示，熔融樹脂係有鄰接塑模的部分(外周部)較高於中央部分的傾向。又，滲透長度係在塑模溫度為170℃時，在塗佈後經60秒時為約0.7μm，在塑模溫度為180℃時，在塗佈後經60秒時為約1.4μm，若塑模溫度從170℃變成180℃，則滲透長度變成約2倍。又，滲透速度係當塑模溫度為170℃時為0.1μm/min，當180℃時為0.3μm/min。根據此滲透速度，即便塑模溫度保持180℃的情況，為可完全轉印成形微細構造需要約30分鐘左右的時間，生產性明顯降低。此種情況，較佳係講究促進微米構造部分之轉印的手段。

即，當凹凸部的寬度係包括有奈米尺寸微細構造部分、與微米尺寸微細構造部分二者的微細構造之情況，應採用各自適合的加工方法。例如，在重力下轉印奈米尺寸的微細構造部分，微米尺寸的微細構造部分之轉印成形，最好設定成加壓熔融樹脂層俾提高轉印速度。此處，所謂「奈米尺寸的微細構造部分」係指大約含有寬10nm~1μm凹凸部的微細構造部分。所謂「微米尺寸的微細構造部分」係指含有寬超過1μm之凹凸部的微細構造部分。然而，依如上述，因為可轉印成形的尺寸之微細構造，係依照樹脂的種類、微細構造的配置等而有所差異，因此即便係次微米尺寸的微細構造部分，亦可會有利用加壓俾促進轉印較為恰當的情況。

微細構造係含有奈米尺寸之微細構造部分、與微米尺寸之微細構造部分等二者的情況，會有奈米尺寸之微細構造部分、與微米尺寸之微細構造部分混雜的微細構造情況，以及在微米尺寸的構造部分之端部，更進一步延伸存在奈米尺寸之構造部分，所謂微米及奈米微細構造的情況等。此種微細構造的情況，大致上，最好先在重力下轉印奈米尺寸的微細構造部分，接著，加壓熔融樹脂層而執行微米尺寸的微細構造部分之轉印。然而，依照微細構造的形態、所使用樹脂的種類等，亦有最好先加壓熔融樹脂層而施行微米尺寸的微細構造部分之轉印，接著，藉由保持既定時間而施行奈米尺寸微細構造部分的轉印之情況。此情況，保持加壓係較為恰當。

當執行奈米尺寸之微細構造部分、及微米尺寸之微細構造部分的轉印時，如圖6至10所示，最好利用熔融樹脂的滲透長度對塑模溫度具有高依存性的特性。即，分別採用塑模的恰當溫度，即可防止塑模遭損傷，亦可執行有效率地轉印。

當在上述發明中執行加壓時，其大小係可設為0.1MPa以上且40MPa以下。然而，具體的加壓大小係依照微細構造的大小、形狀及配置、所使用樹脂的種類等而有所差異。又，加壓係在壓合式熔融微細轉印製程中，藉由封閉上模並壓合熔融樹脂層而實施。在射出壓縮法時係封閉模具，在薄膜薄片成形法時係例如押抵補強輥則可施行加壓。又，在中空成形法時，藉由調整所吹入空氣的壓力即可施行加壓。

以上，根據本發明，可轉印成形多種形態的微細構造體，會有需要非常厚微細構造體的情況。此種情況，最好在重力下將微細構造轉印於熱可塑性熔融樹脂層之後，再使經轉印成形的熱可塑性熔融樹脂層與塑模，一起藉由控制著抵接於該熔融樹脂層背面的模具之溫度，而冷卻、固化呈盡可能均勻冷卻，且迅速地冷卻。此情況，抵接於熔融樹脂層背面的模具最好對熔融樹脂層負荷0.1~40MPa加壓力，且最好使模具追蹤熔融樹脂層之收縮的狀態。另外，所謂「熔融樹脂層的背面」係指熔融樹脂層轉印微細構造之一面(表面)的背後面(背面)。

1．．．塑模

2．．．微細構造

5．．．熔融樹脂層

6．．．微細構造體

8．．．塗佈裝置

9．．．樹脂吐出口

圖1係本發明微細構造體之製造方法的說明示意圖。(a)係形成與微細構造接觸之熔融樹脂層的狀態，(b)係在凹狀微細構造部分中填充有熔融樹脂的狀態放大圖。(c)係已完全施行轉印的狀態。

圖2係含有寬10nm~1μm凹凸部的微細構造例之圖式。(a)係微細圓錐形狀突起林立的塑模例，(b)係微細圓柱形狀突起林立的塑模例。

圖3係利用具有T型模頭的塗佈裝置，形成熔融樹脂層的狀態示意圖。

圖4係本發明的塑模溫度控制及施加壓力的履歷概略圖。

圖5係實施例所使用塑模的微細構造部分(a)及所轉印成形微細構造體(b)的SEM影像。

圖6係使PANLITEAD5503(聚碳酸酯樹脂)塗佈並接觸於塑模時，樹脂塗佈後的經過時間與滲透長度間之關係，依數個塑模溫度進行試驗的結果圖。

圖7係使PARAPETEH1000(丙烯酸樹脂)塗佈並接觸於塑模時，樹脂塗佈後的經過時間與滲透長度間之關係，依數個塑模溫度進行試驗的結果圖。

圖8係使PARAPETGH1000S(丙烯酸樹脂)塗佈並接觸於塑模時，樹脂塗佈後的經過時間與滲透長度間之關係，依數個塑模溫度進行試驗的結果圖。

圖9係圖6~圖8所示滲透長度曲線的斜率與塑模溫度間之關係圖。

圖10係使PARAPETEH1000塗佈並接觸於微細構造形狀與配置不同的2種塑模時，樹脂塗佈後的經過時間與滲透長度間之關係，依數個塑模溫度進行試驗的結果圖。

圖11係藉由將PANLITEAD5503塗佈於具有微米構造之塑模並使其接觸，而顯示所轉印微米構造的截面形狀圖。

1．．．塑模

2．．．微細構造

5．．．熔融樹脂層

6．．．微細構造體

Claims (5)

1. 一種微細構造體之製造方法，係在設有含有寬10nm~1μm凹凸部的微細構造且經溫度控制的塑模中，形成與保持既定溫度之上述微細構造接觸的熱可塑性熔融樹脂層，並保持超過0秒且360秒以下，藉此在重力下，將上述微細構造不需加壓地轉印於上述熱可塑性熔融樹脂層，再將該所轉印成形的熱可塑性熔融樹脂層施行冷卻、固化後，從上述塑模剝離而成。
2. 一種微細構造體之製造方法，係在設有含有寬10nm~1μm凹凸部的微細構造且經溫度控制的塑模中，形成與保持既定溫度之上述微細構造接觸的熱可塑性熔融樹脂層，並保持超過0秒且360秒以下，藉此在重力下，將上述微細構造不需加壓地轉印於上述熱可塑性熔融樹脂層，接著，將已轉印成形的熱可塑性熔融樹脂層與上述塑模一起，藉由控制抵接於該熔融樹脂層背面的模具溫度而冷卻、固化後，再從上述塑模予以剝離而成。
3. 如申請專利範圍第2項之微細構造體之製造方法，其中，使模具抵接於熔融樹脂層背面時的加壓力係0.1~40MPa。
4. 一種微細構造體之製造方法，係在設有凹凸部寬度具有奈米尺寸之微細構造部分與微米尺寸之微細構造部分的微細構造、且經溫度控制的塑模中，形成與保持既定溫度之上 述微細構造接觸的熱可塑性熔融樹脂層，首先，藉由保持超過0秒且360秒以下，在重力下，將上述奈米尺寸之微細構造部分不需加壓地轉印於上述熱可塑性熔融樹脂層，接著，藉由對上述熱可塑性熔融樹脂層加壓，將上述微米尺寸之微細構造部分轉印於該熱可塑性熔融樹脂層，而完全轉印上述微細構造，接著，將經完全轉印成形的熱可塑性熔融樹脂層施行冷卻、固化後，再從上述塑模剝離而成。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之微細構造體之製造方法，其中，熔融樹脂層的形成係以2MPa以下的樹脂壓力，依根據樹脂吐出口與塑模間之距離而規定所塗佈樹脂的厚度，並使其成為幾乎接近所轉印成形之最終微細構造體之形狀與厚度的方式，將熱可塑性熔融樹脂塗佈於微細構造上面而實施。