WO2012096076A1 - 離型装置、離型方法およびこれらを用いたインプリント装置 - Google Patents

離型装置、離型方法およびこれらを用いたインプリント装置 Download PDF

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molding
fluid
demolding
gap
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河口宏輔
田中覚
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Ｓｃｉｖａｘ株式会社
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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/44—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with means for, or specially constructed to facilitate, the removal of articles, e.g. of undercut articles
    • B29C33/46—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with means for, or specially constructed to facilitate, the removal of articles, e.g. of undercut articles using fluid pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C37/00—Component parts, details, accessories or auxiliary operations, not covered by group B29C33/00 or B29C35/00
    • B29C37/0003—Discharging moulded articles from the mould
    • B29C37/0014—Discharging moulded articles from the mould by flexibly or permanently deforming undercut portions of the articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C59/00—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
    • B29C59/02—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing
    • B29C59/022—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing characterised by the disposition or the configuration, e.g. dimensions, of the embossments or the shaping tools therefor
    • B29C2059/023—Microembossing

Definitions

  • the present invention relates to a mold release apparatus, a mold release method, and an imprint apparatus for releasing a mold in a bonded state and a molding object.
  • the nanoimprint technology includes a thermal imprint method using a thermoplastic resin as a molding object and a photoimprinting method using a photocurable resin. In either method, the mold and the molding object are formed after imprint molding. It will adhere.
  • Patent Document 2 a method of mechanically peeling after inserting a knife-like pin between the mold and the molding object is disclosed (for example, Patent Document 2).
  • Patent Document 2 International Publication Number WO2004 / 062886 JP 2007-118552 A
  • the conventional method has a problem in that the mold release speed and mold release force are not uniform on the pattern surface, leaving mold release marks, or deforming or damaging the formed pattern. There is also a problem that a large space is required to release the mold. Further, there is a problem that it takes time to release the mold.
  • an object of the present invention is to provide a mold release apparatus, a mold release method, and an imprint apparatus that can release a mold and an object to be molded in a small space easily and in a short time even when the molding area becomes large. To do.
  • a mold release device of the present invention is for releasing a mold in a bonded state and a molding object, and injects a fluid between the mold and the molding object. It comprises fluid ejecting means.
  • a separating means for forming a gap between the mold and the end of the molding is further provided, and the fluid ejecting means ejects a fluid into the gap between the mold formed by the spacing means and the molding. It is preferable to configure as described above.
  • the fluid ejecting means is arranged at a position facing the molding object.
  • an introducing means for guiding the fluid ejected by the fluid ejecting means between the mold and the workpiece may be provided.
  • the mold release method of the present invention is a mold release method for releasing a mold in a bonded state from a molding object, and is characterized by injecting a fluid between the mold and the molding object. To do.
  • the fluid is ejected from a position facing the molding object.
  • the imprint apparatus of the present invention is for transferring a molding pattern of a mold to a molding, and comprises a fluid ejecting means for ejecting a fluid between the mold and the molding.
  • a separating means for forming a gap between the mold and the end of the molding is further provided, and the fluid ejecting means ejects a fluid into the gap between the mold formed by the spacing means and the molding. It is preferable to configure as described above.
  • the fluid ejecting means is arranged at a position facing the molding object.
  • an introducing means for guiding the fluid ejected by the fluid ejecting means between the mold and the workpiece may be provided.
  • the force of the fluid is directly applied to the bonded portion between the mold and the molding, so that the mold can be released instantaneously without causing a mold release mark or the like. Can do. Further, the mold and the object to be molded can be released in a small space.
  • Imprint molding includes thermal imprint method and optical imprint method.
  • the thermal imprint method uses a thermoplastic resin as a molding object, heats the thermoplastic resin to a temperature higher than the glass transition temperature, presses the mold at a predetermined pressure, cools it below the glass transition temperature, and forms a molding pattern of the mold. Transfer to thermoplastic resin.
  • a photocurable resin is used as an object to be molded, a mold is pressed against the photocurable resin with a predetermined pressure, and light is applied to the photocurable resin in this state to mold the mold. The pattern is transferred to a photocurable resin.
  • the mold and the object to be molded are in an adhesive state.
  • the mold release method of the present invention is for releasing a mold 100 and an object 200 to be molded by imprint molding as described above. As shown, a gap 150 is formed at the ends of the mold 100 and the workpiece 200, and then fluid is injected into the gap 150.
  • the mold 100 is made of, for example, “metal such as nickel”, “ceramics”, “carbon material such as glassy carbon”, “silicon”, etc., and one end surface thereof (molding)
  • the surface) has a predetermined molding pattern.
  • This molding pattern can be formed by subjecting the molding surface to precision machining.
  • it is formed on a silicon substrate or the like by a semiconductor micromachining technique such as etching, or the surface of the silicon substrate or the like is subjected to metal plating by an electroforming method, for example, nickel plating, and the metal plating layer is peeled off. It can also be formed.
  • a resin mold produced using an imprint technique In this case, the mold may be formed in a film shape that is flexible with respect to the molding surface of the molding object.
  • the material and manufacturing method of the mold 100 are not particularly limited as long as the mold 100 can transfer the molding pattern.
  • the molding pattern formed on the mold 100 is not only a geometrical shape composed of irregularities, but also for transferring a predetermined surface state, such as a mirror-state transfer having a predetermined surface roughness. Including.
  • the molding pattern is formed in various sizes such as the minimum width of the convex portion and the concave portion in the plane direction is 100 ⁇ m or less, 10 ⁇ m or less, 2 ⁇ m or less, 1 ⁇ m or less, 100 nm or less, 10 nm or less.
  • dimensions in the depth direction are formed in various sizes such as 10 nm or more, 100 nm or more, 200 nm or more, 500 nm or more, 1 ⁇ m or more, 10 ⁇ m or more, 100 ⁇ m or more.
  • the shape of the surface (molded surface) on which the mold pattern is formed is not limited to a flat surface.
  • the molding surface may be formed into a three-dimensional shape such as a curved surface, such as a mold for transferring the moth-eye structure to the curved surface of the lens.
  • the molded object 200 refers to a resin produced by, for example, a polymerization reaction (thermosetting or photocuring) of a thermoplastic resin or a polymerizable reactive group-containing compound.
  • thermoplastic resin examples include cyclic olefin ring-opening polymerization / hydrogenated product (COP) and cyclic olefin-based resin such as cyclic olefin copolymer (COC), acrylic resin, polycarbonate, vinyl ether resin, perfluoroalkoxyalkane (PFA), and the like.
  • Fluorine resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polystyrene, polyimide resin, polyester resin, or the like can be used.
  • Resins produced by polymerization reaction (thermosetting or photocuring) of polymerizable reactive group-containing compounds include epoxide-containing compounds, (meth) acrylic acid ester compounds, vinyl ether compounds, bisallyl nadiimide compounds As described above, unsaturated hydrocarbon group-containing compounds such as vinyl groups and allyl groups can be used. In this case, it is possible to use the polymerization-reactive group-containing compounds alone for thermal polymerization, and to add a heat-reactive initiator to improve thermosetting. Is also possible. Furthermore, the thing which can add a photoreactive initiator and can advance a polymerization reaction by light irradiation and can form a shaping
  • Organic peroxides and azo compounds can be preferably used as the heat-reactive radical initiator, and acetophenone derivatives, benzophenone derivatives, benzoin ether derivatives, xanthone derivatives and the like can be preferably used as the photoreactive radical initiator.
  • the reactive monomer may be used without a solvent, or may be used after being dissolved in a solvent and desolvated after coating.
  • the molded object 200 may be a flexible film or a layer formed on a substrate made of an inorganic compound such as silicon or a metal.
  • a gas such as air, nitrogen, or argon can be used. It is also possible to use a liquid such as water.
  • the flow rate of the fluid to be injected may be adjusted as appropriate according to the adhesive force between the mold 100 and the molding 200, but may be adjusted to 50 to 300 m / s, for example.
  • the size and angle of the gap 150 formed at the ends of the mold 100 and the molding object 200 may be adjusted as appropriate according to the adhesive force between the mold 100 and the molding object 200, but the mold release force may be adjusted between the mold 100 and the molding object 200. In order to concentrate on the bonded portion of the molded product 200, it is preferable that the size is as small as possible.
  • the size of the gap 150 can be, for example, about 3 to 5 mm.
  • the fluid is ejected from a position opposed to the object to be molded 200.
  • the fluid ejected from the opposing position collides at the center between the mold 100 and the molding 200.
  • the fluid loses speed and changes from dynamic pressure to static pressure, and the static pressure at the collision portion becomes higher than the external pressure.
  • the mold 100 or the molding object 200 expands outward.
  • the pattern transferred to the molding 200 can be damaged by peeling off the fluid on the wall surface, and eliminating the eddy current and shearing force instantaneously. Can be prevented.
  • the mold release method of the present invention can be particularly preferably used when at least one of the mold 100 and the molding target 200 is a flexible film.
  • the mold release device of the present invention is for releasing the mold 100 and the molded article 200 in an adhesive state by imprint molding, and forms a gap 150 between the mold 100 and the end of the molded article 200.
  • the separating unit 1 and the fluid ejecting unit 2 that ejects fluid to the gap 150 between the mold 100 formed by the separating unit 1 and the molding 200 are mainly configured.
  • 1 to 3 are front views showing the mold release device of the present invention in which only the fluid ejecting means 2 is shown in cross section.
  • the separating means 1 is for forming a gap 150 for guiding the fluid ejected by the fluid ejecting means 2 described later between the mold 100 and the workpiece 200 (see FIG. 2).
  • the separation means 1 may be anything as long as it forms a gap 150 between the ends of the mold 100 and the molded article 200.
  • the clamping part 11 which clamps a part
  • the raising / lowering means 12 which moves the said clamping part in the direction which the edge part of the type
  • the holding part 11 can be, for example, a clip or the like that holds and holds an elastic force such as a spring.
  • the lifting / lowering means 12 it is possible to use one that is moved by a hydraulic or pneumatic cylinder, one that is moved by an electric motor and a ball screw, and the like.
  • a spacer that previously leaves a gap between the mold 100 and the molding object 200 may be used as the separating means 1.
  • introduction means 13 for guiding the fluid ejected by the fluid ejecting means 2 between the mold 100 and the molding target 200.
  • introduction means 13 for guiding the fluid ejected by the fluid ejecting means 2 between the mold 100 and the molding target 200.
  • an introduction plate that expands from the boundary between the mold 100 and the molding target 200 toward the ejection port 21 of the fluid ejecting means 2 is provided, and the fluid ejected by the fluid ejecting means 2 is transferred to the mold 100. What is necessary is just to guide between the to-be-molded products 200. In this case, the separation means 1 can be omitted.
  • the fluid ejecting means 2 includes an ejection port 21 that ejects fluid between the mold 100 and the molding 200, a flow rate adjusting means (not shown) that regulates the flow rate of the fluid ejected from the ejection port 21, and the ejection port 21. And a fluid supply source 22 for supplying fluid to the main body.
  • a slit formed along the end of the molding 200 can be used.
  • the width of the slit may be adjusted in accordance with the adhesive force between the mold 100 and the molded article 200, but for example, a slit having a width of 0.2 to 0.5 mm may be used. It is also possible to use a multi-nozzle provided with a plurality at appropriate intervals along the end portion of the molding 200.
  • the injection port 21 may be provided independently of the separating means 1, for example, it may be formed integrally with the lower portion of the above-described holding portion 11.
  • the injection port 21 is provided at a position facing the molding object 200.
  • the fluid ejected from the opposing position collides at the center between the mold 100 and the molding 200.
  • the fluid loses speed and changes from dynamic pressure to static pressure, and the static pressure at the collision portion becomes higher than the pressure on the upper surface of the molding object 200, so that the molding object 200 is lifted.
  • the energy of the ejected high-speed fluid is converted to static pressure, so that the pattern transferred to the molding 200 is damaged by instantaneously eliminating the peeling, eddy current, and shearing force generated on the wall surface. It can be prevented from receiving.
  • the injection port 21 can of course be provided at a position where the fluid is injected from three or four directions.
  • the flow rate adjusting means may be any device as long as it can adjust the flow rate of the fluid ejected from the ejection port 21.
  • a device that adjusts the flow rate with pressure and ejection time can be used.
  • the fluid pressurized to 0.2 to 0.5 MPa with an accumulator may be ejected with a pulse of 50 to 300 ms.
  • the flow velocity and pressure are not limited to these.
  • the fluid supply source 22 may be an air compressor that sends gas to the injection port 21 or a cylinder that stores compressed gas.
  • the mold release can be performed in a very narrow space. Therefore, when pressurizing with a fluid in imprint molding, a pressurizing chamber or a vacuum chamber is provided. There is also an effect that it can be reduced.
  • the imprint apparatus of the present invention is obtained by incorporating the above-described mold release apparatus of the present invention into a normal imprint apparatus.
  • the imprint apparatus any apparatus may be used as long as it can transfer a molding pattern of a mold to an object to be molded, and either a thermal imprint apparatus or an optical imprint apparatus may be used.
  • a pressurizing unit 5 having a pressurizing chamber 51 for pressurizing the mold 100 and the molding target 200 with a fluid, and a stage 32 that supports the mold 100 and the molding target 200 that have received the pressure of the pressurizing unit 5.
  • the temperature control means (not shown) which adjusts the temperature of a to-be-molded object by heating or cooling can be used.
  • a light source capable of emitting an electromagnetic wave having a predetermined wavelength can be further provided on the molding target 200.
  • symbol is attached
  • the pressurizing unit 5 includes a pressurizing chamber 51 for directly or indirectly pressurizing the mold 100 and the molding target 200 with a fluid.
  • the pressurizing chamber 51 includes the pressurizing chamber 51 together with the mold 100 or the molding target 200.
  • Sealing means 54 for sealing between the pressurizing chamber casing 52 and the mold 100 or the molding object 200, and opening and closing between the pressurizing chamber casing 52 and the mold 100 or the molding object 200. What is necessary is just to comprise with an opening-and-closing means (not shown).
  • the pressurizing chamber casing 52 is formed in a bottomed cylindrical shape having an opening, and constitutes the pressurizing chamber 51 which is a sealed space by closing the opening with the mold 100 or the molding object 200. It is.
  • the opening is formed to be larger than at least the pattern region transferred to the molding object 200.
  • the material may be anything as long as it has pressure resistance and heat resistance with respect to the molding conditions during the imprint process. For example, iron materials such as carbon steel and metals such as SUS can be used.
  • the sealing means 54 is for bringing the pressurizing chamber casing 52 into close contact with the mold 100 or the molding target 200 in order to seal the pressurizing chamber 51.
  • an O-ring is prepared as the sealing means 54, and a concave groove 55 shallower than the diameter of the cross-section of the O-ring is formed at the stage side end of the side wall 52A of the pressurizing chamber housing 52.
  • an O-ring may be disposed in this groove. Accordingly, the mold 100 or the molding object 200 can be held between the pressurizing chamber casing 52 and the stage 32, and the pressurizing chamber casing 52 and the molding object 200 can be brought into close contact with each other. 51 can be sealed. Even if there is an inclination between the pressurizing chamber casing 52 and the mold 100 or the molded article 200, the pressurizing chamber 51 is securely sealed if the parallelism is within the crushing margin of the O-ring. be able to.
  • the opening / closing means opens and closes the pressurizing chamber 51 by bringing the pressurizing chamber casing 52 and the mold 100 or the molding 200 close to or away from each other. It is possible to apply one that moves by a hydraulic or pneumatic cylinder, one that moves by an electric motor and a ball screw, or the like.
  • the mold 100 or the molding target 200 constituting the pressurizing chamber 51 is a flexible film. In this way, a uniform pressure by the fluid can be applied to the surface to be molded.
  • pressurizing unit 5 includes a flexible film disposed on the surface in contact with the mold 100 or the molding object 200, and a pressurizing chamber that forms a pressurizing chamber together with the film. You may comprise with the housing
  • an elastic body such as resin, thin metal, or rubber can be used.
  • a material that can transmit the light is selected for the film.
  • the thickness of the film is 10 mm or less, preferably 3 mm or less, more preferably 1 mm or less.
  • the casing for the pressurizing chamber is formed in a bottomed cylindrical shape having an opening as in the previous example. Further, the pressurizing chamber casing and the membrane are fixed by an adhesive or the like, and the pressurizing chamber is sealed.
  • the pressurizing chamber casing and the membrane may be provided independently, and may be sealed by a sealing means in the same manner as described above.
  • the stage 32 is for supporting the mold 100 and the workpiece 200 that have received the pressure of the pressurizing unit 5.
  • the surface (pressure receiving surface) on the side in contact with the mold 100 or the workpiece 200 of the stage 32 is sufficiently wide and smoothly formed.
  • the pressure receiving surface may be formed in a flat shape or a curved shape in accordance with the shape of the mold 100 to be supported or the shape of the molding 200.
  • the material may be anything as long as it has pressure resistance and heat resistance with respect to the molding conditions during the imprint process. For example, iron materials such as carbon steel and metals such as SUS can be used.
  • a metal or the like having high thermal conductivity.
  • the mold 100 or the molding object 200 from the pressurizing chamber 51 side when heating the mold 100 or the molding object 200 from the pressurizing chamber 51 side, low heat conductivity may be used to prevent heat from escaping to the stage 32 side. In order to prevent this, it is preferable to configure the stage surface with a material having high thermal conductivity. In the optical imprint process, when the light source is disposed on the stage 32 side, a transparent material such as glass may be used. Further, the mold 100 and the stage 32 may be integrally formed in order to prevent unnecessary transfer marks from being generated on the molding target 200. For example, conventionally, after a pattern is formed by electroforming, only the portion of the pattern is cut out and used, but this can be used as it is without being cut out.
  • the pressurizing means 6 may be anything as long as the pressure of the fluid in the pressurizing chamber 51 can be adjusted to a pressure at which the pattern of the mold 100 can be transferred to the molding target 200.
  • the pressurizing chamber gas supply / discharge channel 62 is connected to the pressurizing chamber 52, and air or an inert gas or the like is supplied or exhausted to the pressurizing chamber 51 via the pressurizing chamber gas supply / exhaust channel 62. Just do it.
  • a gas supply source 61 such as a cylinder or a compressor having a compressed gas can be used.
  • the gas may be exhausted by opening and closing a deaeration valve. In addition, you may provide a safety valve etc. suitably.
  • the decompression unit 9 has a decompression chamber 91 for decompressing the atmosphere around the mold 100 and the molding object 200, particularly the atmosphere between the mold 100 and the molding object 200.
  • the gas existing between the object 200 and the stage 32 can be removed, and the mold 100 and the object 200 can be pressed uniformly.
  • Examples of the decompression unit 9 include a decompression chamber 91 containing either one or both of the mold 100 and the molding 200, a decompression chamber gas supply / discharge channel 95 connected to the decompression chamber, and a decompression chamber gas. What is necessary is just to comprise with the pump 96 for pressure reduction which exhausts the gas in the pressure reduction chamber 91 through the supply / discharge flow path 95.
  • FIG. 1 A decompression chamber 91 containing either one or both of the mold 100 and the molding 200, a decompression chamber gas supply / discharge channel 95 connected to the decompression chamber, and a decompression chamber gas.
  • the decompression chamber 91 covers the pressurizing chamber casing 52, the flange portion 52 ⁇ / b> B extending horizontally from the upper portion of the pressurizing chamber casing 52, and the pressurizing chamber casing 52.
  • the bellows 93 hanging from the flange portion 52B, the seal member 94 for sealing between the bellows 93 and the stage 32, and the stage 32 are formed. Therefore, the pressurizing chamber 51 is also a part of the decompression chamber.
  • the seal member 94 is disposed in a concave groove 97 formed on the stage 32 side of the bellows 93.
  • the decompression pump 96 may be any pump that can decompress the decompression chamber 91 to the extent that no transfer failure occurs when the molding 200 is pressurized to the mold 100. Needless to say, the bellows 93 and the seal member 94 are strong enough to withstand external force when decompressed.
  • the gas supply / discharge flow path 62 for the pressurizing chamber and the gas supply / discharge flow path 95 for the decompression chamber common.
  • the gas in the decompression chamber 91 and the pressurization chamber 51 is removed in a state where the pressurization chamber 51 is released to remove the gas in the decompression chamber 91, and then the pressurization chamber 51 is closed, What is necessary is just to supply the gas to the pressurizing chamber 51 and press the molding object 200 against the mold 100.
  • the pressurizing unit 5 is composed of a pressurizing chamber casing and a flexible membrane, and the pressurizing chamber casing and the membrane are fixed to each other with an adhesive or the like, it is applied at the time of decompression.
  • Pressure reducing pressure adjusting means (not shown) for making the pressure in the pressure chamber 51 and the pressure reducing chamber 91 the same may be provided.
  • the pressure adjusting means for pressure reduction for example, a communication path that connects the pressurizing chamber 51 and the pressure reducing chamber 91 via an opening / closing means may be provided. Thereby, the pressurizing chamber 51 and the decompression chamber 91 can be set to the same pressure by opening the opening / closing means during decompression.
  • the temperature adjusting means is for adjusting the temperature of the molding by heating or cooling the molding.
  • a heating means or a cooling means for directly or indirectly heating or cooling the molding can be used.
  • any heating means can be used as long as one or both of the mold 100 and the molding 200 can be heated to a predetermined temperature, for example, the glass transition temperature or the melting temperature of the molding 200 or higher. But it ’s okay.
  • the object 200 may be heated from the stage 32 side or heated from the pressurizing chamber 51 side.
  • a heater provided in the stage 32 to heat the mold 100 and the molding object 200 from the stage 32 side can be used.
  • a radiant heat source for heating by electromagnetic radiation such as a ceramic heater or a halogen heater may be provided in the pressurizing chamber 51 so as to heat the mold 100 or the molded article 200. It is also possible to heat using a heated liquid or gas.
  • any cooling means may be used as long as one or both of the mold 100 and the molding 200 can be cooled to a predetermined temperature, for example, below the glass transition temperature or the melting temperature of the molding 200. But it ’s okay.
  • the object to be molded 200 may be cooled from the stage 32 side or may be cooled from the pressurizing chamber 51 side.
  • a light source capable of emitting an electromagnetic wave having a predetermined wavelength may be disposed in the pressurizing chamber 51.

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Abstract

　成型面積が大きくなっても小さなスペースで簡単かつ短時間で型と被成形物を離型することができる離型装置、離型方法およびこれらを用いたインプリント装置を提供する。接着状態にある型100と被成形物200を離型するための離型装置であって、型100と被成形物200の端部に隙間150を形成する離間手段１と、離間手段１によって形成された型100と被成形物200の隙間150に流体を噴射する流体噴射手段２と、を具備し、流体による離型力を接着部に直接作用させる。

Description

離型装置、離型方法およびこれらを用いたインプリント装置
　本発明は、接着状態にある型と被成形物を離型するための離型装置、離型方法及びインプリント装置に関するものである。
　近年、樹脂等の被成型物に型を押し、マイクロメートルまたはナノメートルオーダーの微細な成型パターンを転写するナノインプリント技術が注目されている（例えば、特許文献１）。
　ナノインプリント技術には、被成形物として熱可塑性樹脂を用いる熱インプリント法や、光硬化性樹脂を用いる光インプリント法などがあるが、いずれの方法においてもインプリント成型後に型と被成形物が接着してしまう。
　これを離型するために、例えば、型と被成形物との間にナイフ状のピンを入れた後、機械的に剥離する方法等が開示されている（例えば、特許文献２）
国際公開番号ＷＯ２００４／０６２８８６ 特開２００７－１１８５５２号公報
　しかしながら、従来の方法では、離型速度や離型力がパターン面上で均一ではなく、離型痕が残ったり、形成されたパターンが変形又は破損するという問題があった。また、離型するために大きな空間が必要であるという問題もあった。更に、離型に時間が掛かるという問題もあった。
　そこで本発明は、成型面積が大きくなっても小さなスペースで簡単かつ短時間で型と被成形物を離型することができる離型装置、離型方法及びインプリント装置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、本発明の離型装置は、接着状態にある型と被成形物を離型するためのものであって、前記型と前記被成形物の間に流体を噴射する流体噴射手段を具備することを特徴とする。
　この場合、前記型と前記被成形物の端部に隙間を形成する離間手段を更に設け、前記流体噴射手段は、前記離間手段によって形成された前記型と前記被成形物の隙間に流体を噴射するように構成する方が好ましい。
　また、前記流体噴射手段は、被成形物を挟んで対向する位置に配置される方が好ましい。
　また、前記流体噴射手段が噴射した流体を前記型と前記被成形物の間に導く導入手段を設けても良い。
　また、本発明の離型方法は、接着状態にある型と被成形物を離型するための離型方法であって、前記型と前記被成形物の間に流体を噴射することを特徴とする。
　この場合、前記型と前記被成形物の端部に隙間を形成し、当該隙間に流体を噴射する方が好ましい。
　また、前記流体は、被成形物を挟んで対向する位置から噴射する方が好ましい。
　更に本発明のインプリント装置は、型の成型パターンを被成形物に転写するためのものであって、前記型と前記被成形物の間に流体を噴射する流体噴射手段を具備することを特徴とする。
　この場合、前記型と前記被成形物の端部に隙間を形成する離間手段を更に設け、前記流体噴射手段は、前記離間手段によって形成された前記型と前記被成形物の隙間に流体を噴射するように構成する方が好ましい。
　また、前記流体噴射手段は、被成形物を挟んで対向する位置に配置される方が好ましい。
　また、前記流体噴射手段が噴射した流体を前記型と前記被成形物の間に導く導入手段を設けても良い。
　本発明の離型方法、離型装置およびインプリント装置は、流体の力を型と被成形物の接着部分に直接作用させるので、離型痕等を生じずに、瞬間的に離型することができる。また、型と被成形物を小さなスペースで離型することができる。
本発明の離型装置を示す一部断面図である。 本発明の離型装置を示す一部断面図である。 本発明の離型装置を示す一部断面図である。 本発明の別の離型装置を示す一部断面図である。 本発明のインプリント装置を示す一部断面図である。
　インプリント成型には、熱インプリント法や光インプリント法などがある。熱インプリント法は、被成型物として熱可塑性樹脂を用い、当該熱可塑性樹脂をガラス転移温度以上に加熱して所定圧力で型を押圧し、ガラス転移温度未満に冷却して型の成型パターンを熱可塑性樹脂に転写する。また、光インプリント法は、被成形物として光硬化性樹脂を用い、当該光硬化性樹脂に所定圧力で型を押圧し、この状態で光硬化性樹脂に光を照射して、型の成型パターンを光硬化性樹脂に転写する。いずれの場合においても、インプリント成型直後は、型と被成形物が接着状態にある。
　本発明の離型方法は、図１に示すように、インプリント成型によって上述のような接着状態にある型100と被成形物200を離型するためのものであって、まず、図２に示すように型100と被成形物200の端部に隙間150を形成し、次に、当該隙間150に流体を噴射するものである。
　流体を隙間150に噴射すると、ベルヌーイの定理より、流速に応じた負圧が生じ、型100と被成形物200の隙間150にまわりの空気が引き寄せられ、型100と被成形物200の接着部分に離型力を直接作用させることができる。しかも、型100と被成形物200は、負圧によって引き寄せられるため、型100と被成形物200の間に生じる隙間150の大きさや角度は小さいまま保たれる。したがって、型100と被成形物200の接着部分に離型力を集中させることができる。これにより、型100と被成形物200を離型することができる（図３参照）。
　なお、本明細書中で、型100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（成型面）に所定の成型パターンを有するものを指す。この成型パターンは、その成型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100は、成型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100に形成される成型パターンは、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、成型パターンは、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、型の成型パターンが形成されている面（成形面）の形状は平面に限定されるものではない。例えば、レンズの曲面にモスアイ構造を転写するための型のように、成形面が曲面等の立体形状に形成されるものであっても良い。
　また、被成形物200とは、例えば、熱可塑性樹脂や重合反応性基含有化合物類の重合反応（熱硬化、または光硬化）によって製造される樹脂を指す。
　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。
　重合反応性基含有化合物類の重合反応（熱硬化、または光硬化）によって製造される樹脂としては、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。
　なお、被成形物200は、可撓性のあるフィルム状に形成したものや、シリコン等の無機化合物又は金属からなる基板上に層状に形成したものを用いても良い。
　また、噴射する流体としては、例えば空気、窒素、アルゴン等の気体を用いることができる。また、水等の液体を用いることも可能である。
　噴射する流体の流速は、型100と被成形物200の接着力等に応じて適宜調節すれば良いが、例えば、50～300ｍ/sになるように調節すれば良い。
　型100と被成形物200の端部に形成する隙間150の大きさや角度は、型100と被成形物200の接着力等に応じて適宜調節すれば良いが、離型力が型100と被成形物200の接着部に集中するようにするためには、なるべく小さい方が好ましい。隙間150の大きさとしては、例えば、３～５ｍｍ程度にできる。
　なお、流体は、被成形物200を挟んで対向する位置から噴射する方が好ましい。これにより、対向する位置から噴射された流体が型100と被成形物200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、衝突部の静圧が外圧よりも高くなる。これにより、型100又は被成形物200は外側に膨む。また、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200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。なお、流体圧が型100と被成形物200の間で相殺される位置であれば、流体を３方向や４方向から噴射することも勿論可能である。特に、方形状の型と被成形物を離型する場合には、４方向から噴射することで、より効果的に離型することができる。
　なお、本発明の離型方法は、少なくとも型100又は被成形物200のいずれか一方が可撓性のあるフィルム状である場合に特に好適に用いることができる。
　次に、上述した離型方法を具現化する離型装置について図１ないし図３に基づいて説明する。本発明の離型装置は、インプリント成型によって接着状態にある型100と被成形物200を離型するためのものであって、型100と被成形物200の端部に隙間150を形成する離間手段１と、離間手段１によって形成された型100と被成形物200の隙間150に流体を噴射する流体噴射手段２と、で主に構成される。なお、図１ないし図３は、流体噴射手段２のみ断面を示した本発明の離型装置を示す正面図である。
　離間手段１は、後述する流体噴射手段２が噴射した流体を型100と被成形物200との間に導くための隙間150を形成するためのものである（図２参照）。離間手段１は、型100と被成形物200の端部に隙間150を形成するものであればどのようなものでも良いが、例えば図１に示すように、型100又は被成形物200の端部を挟持する挾持部11と、当該挟持部を型100と被成形物200の端部が離間する方向に移動させる昇降手段12とで構成すれば良い。
　挾持部11は、例えば、ばね等の弾性力を付勢して挾持するクリップ等を用いることができる。
　昇降手段12としては、油圧式又は空圧式のシリンダによって移動させるものや、電動モータとボールねじによって移動させるもの等を用いることができる。
　また、型100と被成形物200とを押圧する際に弊害とならなければ、離間手段１として、予め型100と被成形物200の間に隙間を空けておくスペーサを用いても良い。
　また、流体噴射手段２が噴射した流体を型100と被成形物200の間に導く導入手段13を設けることもできる。例えば、図４に示すように、型100と被成形物200の境界から流体噴射手段２の噴射口21に向かって拡開する導入板を設け、流体噴射手段２が噴射した流体を型100と被成形物200の間に導くようにすれば良い。この場合、離間手段１を省略することも可能である。
　流体噴射手段２は、型100と被成形物200の間に流体を噴射する噴射口21と、噴射口21から噴射する流体の流速を調節する流速調節手段（図示せず）と、噴射口21に流体を供給する流体供給源22とで主に構成される。
　噴射口21は、例えば被成形物200の端部に沿って形成せれたスリットを用いることができる。スリットの幅は型100と被成形物200の接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200の端部に沿って適当な間隔で複数設けられるマルチノズルを用いることも可能である。なお、噴射口21は離間手段１とは独立して設けても良いが、例えば、上述した挾持部11の下部に一体に形成しても良い。
　また、図１に示すように、噴射口21は、被成形物200を挟んで対向する位置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100と被成形物200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200の上面の圧力よりも高くなるので、被成形物200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200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。なお、流体圧が型100と被成形物200の間で相殺されるのであれば、噴射口21は、流体を３方向や４方向から噴射する位置に設けることも勿論可能である。
　流速調節手段は、噴射口21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。もちろん、流速や圧力はこれらに限定されるものではない。
　流体供給源22は、気体を噴射口21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。
　本発明の離型方法及び離型装置によれば、離型を非常に狭いスペースで行うことができるので、インプリント成型において流体による加圧を行う場合などには、加圧室や真空室を小さくすることができるという効果もある。
　また、本発明のインプリント装置は、図５に示すように、通常のインプリント装置に上述した本発明の離型装置を組み込んだものである。インプリント装置としては、型の成型パターンを被成形物に転写するためのものであればどのようなものでも良く、熱インプリント用装置や光インプリント用装置のいずれでも良い。例えば、型100と被成形物200を流体によって加圧するための加圧室51を有する加圧部５と、加圧部５の圧力を受けた型100および被成形物200を支持するステージ32と、加圧室51内の流体の圧力を調節する加圧手段６と、型100と被成形物200の周りの雰囲気を減圧するための減圧室91を有する減圧部９と、被成形物200を加熱又は冷却することにより被成形物の温度を調節する温調手段（図示せず）と、で主に構成されるものを用いることができる。また、光インプリント装置の場合、更に、被成形物200に所定波長の電磁波を放射できる光源を設けることもできる。なお、離型装置については、上述した本発明の離型装置と同様であるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
　加圧部５は、型100と被成形物200を流体によって直接的又は間接的に加圧するための加圧室51を有するもので、例えば、型100又は被成形物200と共に加圧室51を構成する加圧室用筐体52と、型100又は被成形物200との間を密閉する密閉手段54と、加圧室用筐体52と型100又は被成形物200との間を開閉する開閉手段（図示せず）とで構成すれば良い。
　加圧室用筐体52は、開口部を有する有底筒状に形成され、開口部を型100又は被成形物200によって閉じることにより、密閉された空間である加圧室51を構成するものである。この開口部は、少なくとも被成形物200に転写されるパターン領域より大きく形成される。材質は、インプリントプロセス中の成形条件に対し、耐圧性、耐熱性を有するものであればどのようなものでも良く、例えば、炭素鋼等の鉄材やＳＵＳなどの金属を用いることができる。
　密閉手段54は、加圧室51を密閉にするために、加圧室用筐体52と型100又は被成形物200との間を密接させるものである。例えば、図１に示すように、密閉手段54としてＯリングを用意すると共に、加圧室用筐体52の側壁52Ａのステージ側端部にＯリングの断面の直径より浅い凹状の溝55を形成し、この溝にＯリングを配置すれば良い。これにより、型100又は被成形物200を加圧室用筐体52とステージ32とによって挟持し、加圧室用筐体52と被成形物200とを密接させることができるので、加圧室51を密閉することができる。また、加圧室用筐体52と型100又は被成形物200との間に傾きがあっても、その平行度がＯリングのつぶし代以内であれば、加圧室51を確実に密閉することができる。
　開閉手段は、図示しないが、加圧室用筐体52と型100又は被成形物200とを近接又離間することにより、加圧室51を開閉するもので、例えば加圧室用筐体52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、加圧部５をこのように構成する場合には、加圧室51を構成する型100又は被成形物200は、可撓性のあるフィルム状のものである方が好ましい。このようにすれば、被成形面に流体による均一な圧力を加えることができる。
　また、図示しないが、加圧部５の別の例としては、型100又は被成形物200と接触する面に配置された可撓性のある膜と、当該膜と共に加圧室を構成する加圧室用筐体と、で構成しても良い。
　可撓性のある膜の材料としては、例えば、樹脂や薄い金属、ゴム等の弾性体などを用いることができる。また、加圧室側に被成形物200に対して所定波長の光を放射する光源を設ける場合には、当該膜は当該光を透過可能な材料が選択される。膜の厚さは、10mm以下、好ましくは３mm以下、更に好ましくは１mm以下に形成される。
　加圧室用筐体は、先の例と同様に、開口部を有する有底筒状に形成される。また、当該加圧室用筐体と膜は接着剤等により固着され、加圧室内が密閉される。なお、当該加圧室用筐体と膜は独立して設け、上述したのと同様に、密閉手段によって密閉しても良い。
　ステージ32は、加圧部５の圧力を受けた型100及び被成形物200を支持するためのものである。ステージ32の型100又は被成形物200と接触する側の面（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100や被成形物200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、インプリントプロセス中の成形条件に対し、耐圧性、耐熱性を有するものであればどのようなものでも良く、例えば、炭素鋼等の鉄材やＳＵＳなどの金属を用いることができる。また、型100又は被成形物200をステージ32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100又は被成形物200を加圧室51側から加熱する場合には、ステージ32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、ステージ表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、光源をステージ32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200に不要な転写跡が生じるのを防止するために、型100とステージ32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。
　加圧手段６は、型100のパターンを被成形物200に転写可能な圧力まで、加圧室51内の流体の圧力を調節可能であればどのようなものでも良いが、例えば、加圧室用筐体52に加圧室用気体給排流路62を接続し、加圧室用気体給排流路62を介して加圧室51へ空気や不活性ガス等の気体を給気又は排気すれば良い。当該気体の供給には、圧縮された気体を有するボンベやコンプレッサー等の気体供給源61を用いることができる。また、気体の排気には、図示しないが、脱気弁の開閉によって気体を排気するようにすれば良い。なお、適宜安全弁等を設けても良い。
　減圧部９は、型100と被成形物200の周りの雰囲気、特に型100と被成形物200の間の雰囲気を減圧するための減圧室91を有するもので、これにより、型100、被成形物200、ステージ32の間に存在する気体を除去し、型100と被成形物200を均一に押圧することができる。
　減圧部９としては、例えば、型100及び被成形物200のいずれか一方又は両方を内包する減圧室91と、減圧室に接続される減圧室用気体給排流路95と、減圧室用気体給排流路95を介して減圧室91内の気体を排気する減圧用ポンプ96とで構成すれば良い。
　減圧室91は、例えば図５に示すように、加圧室用筐体52と、加圧室用筐体52の上部から水平に延伸するフランジ部52Ｂと、加圧室用筐体52を覆うようにフランジ部52Ｂから垂下する蛇腹93と、当該蛇腹93とステージ32の間を密閉するシール部材94と、ステージ32とで形成される。したがって、加圧室51も減圧室の一部となる。なお、シール部材94は、蛇腹93のステージ32側に形成された凹状の溝97に配置される。また、減圧用ポンプ96は、型100に被成形物200を加圧した際に転写不良が生じない範囲まで減圧室91を減圧できるものであれば良い。なお、蛇腹93、シール部材94は、減圧した際の外力に耐えられる強度を有するものであることは言うまでもない。
　また、上述した加圧室用気体給排流路62と減圧室用気体給排流路95を共通にすることも可能である。この場合、まず、加圧室51を解放した状態で減圧室91及び加圧室51の気体を排出して減圧室91内の気体を除去し、次に、加圧室51を閉鎖した後、加圧室51に気体を供給して型100に対し被成形物200を押圧すれば良い。
　なお、加圧部５を加圧室用筐体と可撓性のある膜とで構成し、当該加圧室用筐体と膜の間を接着剤等により固着する場合には、減圧時に加圧室51内と減圧室91内の圧力を同圧にするための減圧用圧力調節手段（図示せず）を設けても良い。減圧用圧力調節手段としては、例えば、加圧室51と減圧室91を開閉手段を介して接続する連通路を設ければ良い。これにより減圧時に開閉手段を開放することで、加圧室51と減圧室91を同圧にすることができる。
　温調手段は、図示しないが、被成形物を加熱又は冷却することにより被成形物の温度を調節するものである。温調手段は、被成形物を直接的又は間接的に加熱又は冷却する加熱手段や冷却手段を用いることができる。
　加熱手段は、型100と被成形物200のいずれか一方又は両方を、所定温度、例えば被成形物200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、被成形物200をステージ32側から加熱するものでも、加圧室51側から加熱するものでも良い。例えば、ステージ32内にヒータを設けてステージ32側から型100や被成形物200を加熱するものを用いることができる。また、加圧室51にセラミックヒータやハロゲンヒータのような電磁波による放射によって加熱する放射熱源を設け、型100や被成形物200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。
　冷却手段は、型100と被成形物200のいずれか一方又は両方を、所定温度、例えば被成形物200のガラス転移温度未満又は溶融温度未満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、被成形物200をステージ32側から冷却するものでも、加圧室51側から冷却するものでも良い。例えば、ステージ32内に冷却用の水路を設けてステージ32側から型100や被成形物200を冷却するものを用いることができる。
　また、光インプリントプロセスに用いる場合には、被成形物200に所定波長の電磁波を放射できる光源を加圧室51内に配置すれば良い。
１　離間手段
２　流体噴射手段
13　導入手段
21　噴射口
100　型
150　隙間
200　被成形物

Claims (11)

  1. 　接着状態にある型と被成形物を離型するための離型装置であって、
    　前記型と前記被成形物の間に流体を噴射する流体噴射手段を具備することを特徴とする離型装置。
  2. 　前記型と前記被成形物の端部に隙間を形成する離間手段を具備し、
    　前記流体噴射手段は、前記離間手段によって形成された前記型と前記被成形物の隙間に流体を噴射するように構成されることを特徴とする請求項１記載の離型装置。
  3. 　前記流体噴射手段は、被成形物を挟んで対向する位置に配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の離型装置。
  4. 　前記流体噴射手段が噴射した流体を前記型と前記被成形物の間に導く導入手段を具備することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の離型装置。
  5. 　接着状態にある型と被成形物を離型するための離型方法であって、
    　前記型と前記被成形物の間に流体を噴射することを特徴とする離型方法。
  6. 　前記型と前記被成形物の端部に隙間を形成し、当該隙間に流体を噴射することを特徴とする請求項５記載の離型方法。
  7. 　前記流体は、被成形物を挟んで対向する位置から噴射することを特徴とする請求項５又は６記載の離型方法。
  8. 　型の成型パターンを被成形物に転写するためのインプリント装置であって、
    　前記型と前記被成形物の間に流体を噴射する流体噴射手段を具備することを特徴とするインプリント装置。
  9. 　前記型と前記被成形物の端部に隙間を形成する離間手段を具備し、
    　前記流体噴射手段は、前記離間手段によって形成された前記型と前記被成形物の隙間に流体を噴射するように構成されることを特徴とする請求項８記載のインプリント装置。
  10. 　前記流体噴射手段は、被成形物を挟んで対向する位置に配置されることを特徴とする請求項８又は９記載のインプリント装置。
  11. 　前記流体噴射手段が噴射した流体を前記型と前記被成形物の間に導く導入手段を具備することを特徴とする請求項８ないし１０のいずれかに記載のインプリント装置。
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