WO2013122109A1 - インプリント装置およびインプリント方法 - Google Patents

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molding
mold
cover
stage
fluid
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河口宏輔
田中覚
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Ｓｃｉｖａｘ株式会社
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    • B29C2791/004—Shaping under special conditions
    • B29C2791/006—Using vacuum

Definitions

  • the present invention relates to an imprint apparatus and imprint method for transferring a fine pattern of a mold to a molding.
  • a nanoimprint technique as a method for forming a micro-order or nano-order fine pattern.
  • a mold having a fine pattern is pressed on a molded object such as resin, and the pattern is transferred to the molded object using heat or light (for example, see Patent Document 1).
  • an imprint apparatus that pressurizes a flexible mold or a molded object with fluid pressure is also considered (for example, see Patent Document 2).
  • the conventional imprint apparatus uses a cylindrical bellows to form the decompression chamber, when a square stage is used, there is a problem that a large bellows is required and the apparatus becomes large.
  • an object of the present invention is to provide an imprint apparatus and an imprint method that can reduce the size of the apparatus and reduce the cost.
  • an imprint apparatus of the present invention is for transferring a molding pattern of a mold to a molding object, and includes a stage and a cover for pressurizing the mold and the molding object.
  • a frame that has a hole into which the stage can be inserted and surrounds the outer periphery of the stage, first moving means that can move the stage and the cover relatively in the contact and separation directions, and the cover and the frame Pressure reducing a decompression chamber composed of a second moving means capable of relatively moving in the contact / separation direction, the cover, the mold or the molding object, the stage, and the frame body, A first pressure reducing means for removing fluid between the mold and the molding; and a second pressure reducing means for removing fluid in a space formed between the cover and the mold or the molding. It is characterized by comprising.
  • the frame body includes a fluid ejecting unit that ejects a fluid between the mold and the molding target.
  • the first decompression unit and the second decompression unit may have a communication channel that communicates the space and the decompression chamber.
  • the frame body has the fluid ejecting means at a position facing the molding object.
  • the imprint method of the present invention is for pressurizing the mold and the molding object between a stage and a cover, and transferring the molding pattern of the mold to the molding object.
  • An arrangement step of arranging the mold and the molding on the cover, a frame having a hole into which the stage can be inserted and surrounding an outer periphery of the stage, and the cover, the mold or the molding A gripping step of gripping the one on the cover side, a spacing step of relatively separating the stage and the cover, and a fluid in a space formed between the cover and the mold or the molding object
  • the stage and the frame are relatively moved to form a gap between the mold and the workpiece, and fluid is ejected from the fluid ejecting means provided in the frame to the gap. It is preferable to have a mold release step.
  • the transfer step may be performed by heating the molding to a glass transition temperature or higher, and then applying a thermal imprint that pressurizes the molding, or pressurizing the mold and the molding, and then molding the molding.
  • An optical imprint that irradiates light can be used.
  • the imprint apparatus and the imprint method of the present invention use a frame body that has a hole into which a stage can be inserted and surrounds the outer periphery of the stage instead of the conventionally used bellows, and the frame body is attached to the stage and the cover. Therefore, the apparatus can be downsized. Also, by holding either the mold or the object to be molded by the cover and the frame, and moving the stage and the cover relatively, the stage, the frame and the cover also serve as a separation means, so the apparatus can be further downsized. Can lower the cost.
  • the imprint apparatus of the present invention is for transferring a molding pattern of a mold 1 to a molding object 2, and is a stage for pressurizing the mold 1 and the molding object 2 32 and the cover 33, a frame 43 having a hole into which the stage 32 can be inserted, and surrounding the stage 32, and a first moving means capable of relatively moving the stage 32 and the cover 33 in the contact / separation direction (see FIG.
  • second moving means 46 capable of relatively moving the cover 33 and the frame 43 in the contact / separation direction, either the cover 33, the mold 1 or the workpiece 2, the stage 32, and the frame 43 is formed between the cover 33 and the mold 1 or the molding object 2, and the first decompression means 45 for removing the fluid between the mold 1 and the molding object 2.
  • Second decompression means 35 for removing fluid in the space to be formed.
  • the mold 1 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 the manufacturing method thereof are not particularly limited.
  • the molding pattern formed on the mold 1 is not only a geometrical shape composed of irregularities, but also for transferring a predetermined surface state, such as a mirror surface 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 2 means a substrate or film made of a resin, an inorganic compound or a metal, or a molded layer 21 made of a resin, an inorganic compound or a metal on the substrate or film.
  • resin used for the to-be-molded product 2 there exist photocurable resin, thermosetting resin, or thermoplastic resin, for example.
  • unsaturated hydrocarbons such as vinyl and allyl groups such as epoxide-containing compounds, (meth) acrylic acid ester compounds, vinyl ether compounds, and bisallyl nadiimide compounds Group-containing compounds
  • molding pattern may be used.
  • 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.
  • 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.
  • the molded object 2 may be a flexible film or a layer formed on a substrate made of an inorganic compound such as silicon or a metal.
  • the mold 1 is arranged on the stage 32 side and the molding 2 is arranged on the cover 33 side.
  • the molding 2 may be arranged on the stage 32 side and the mold 1 is arranged on the cover 33 side. Absent.
  • the cover 33 is for pressing the mold 1 and the molding 2 together with the stage 32.
  • the cover 33 is formed larger than the stage 32 so that the mold 1 or the molding object 2 can be held together with the frame body 43.
  • the material of the cover 33 may be any material as long as it has pressure resistance and heat resistance with respect to molding conditions during the imprint process. For example, a metal such as stainless steel can be used.
  • a metal such as stainless steel can be used.
  • the stage 32 is for pressurizing the mold 1 and the workpiece 2 together with the cover 32.
  • the pressure receiving surface 321 on the side in contact with the mold 1 or the workpiece 2 of the stage 32 is sufficiently wide and smoothly formed.
  • the pressure receiving surface 321 may be formed in a planar shape or a curved surface shape in accordance with the shape of the mold 1 or the workpiece 2 to be supported.
  • 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, a metal such as stainless steel can be used.
  • a metal or the like having high thermal conductivity.
  • the pressure receiving surface 321 is made of a material having high thermal conductivity.
  • a transparent material such as glass may be used.
  • the mold 1 and the stage 32 may be integrally formed in order to prevent unnecessary transfer marks from being generated on the workpiece 2. 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 frame body 43 is disposed so as to surround the outer periphery of the stage 32 and may be formed in a cylindrical shape having a hole into which the stage 32 can be inserted.
  • the decompression chamber 40 can be configured by moving the frame 43 relative to the stage 32.
  • the decompression chamber 40 is for decompressing the atmosphere around the mold 1 and the molding 2, particularly the atmosphere between the mold 1 and the molding 2.
  • the material of the frame body 43 may be any material as long as it has pressure resistance and heat resistance with respect to the molding conditions during the imprint process.
  • a metal such as stainless steel can be used.
  • a decompression chamber sealing means 44 for bringing the frame body 43 and the stage 32 into close contact with each other and between the frame body 43 and the mold 1 or the molding object 2 is further provided. It may be provided.
  • an O-ring is prepared as the decompression chamber sealing means 44, and a concave groove shallower than the diameter of the cross section of the O-ring is formed at the end of the frame 43 on the cover 33 side.
  • An O-ring may be disposed on the side.
  • a concave groove shallower than the diameter of the cross section of the O-ring may be formed on the outer periphery side (frame body 43 side) of the stage 32, and the O-ring may be disposed in this groove.
  • a concave groove shallower than the diameter of the cross section of the O-ring may be formed on the inner peripheral side (stage 32 side) of the frame body 43, and the O-ring may be disposed in this groove.
  • the first moving means may be anything as long as the cover 33 and the stage 32 are close to or away from each other.
  • the stage 32 is fixed, and the cover 33 is a hydraulic or pneumatic cylinder. It is possible to apply one that moves by means of, or one that moves by an electric motor and a ball screw.
  • the cover 33 may be fixed and the stage 32 may be moved by a similar mechanism.
  • the pressure for transferring the pattern of the mold 1 to the molding 2 may be applied to the cover 33 and the stage 32 by the first moving means, but a pressure means for pressing the cover 33 and the stage 32 is separately provided. It is also possible to provide it. In this case, what is pressurized by a hydraulic or pneumatic cylinder, what is pressurized by an electric motor and a ball screw, or the like may be used.
  • the second moving means 46 may be any means as long as the cover 33 and the frame body 43 are brought close to or away from each other.
  • the frame 43 can be moved by a hydraulic or pneumatic cylinder, The thing which moves with a motor and a ball screw, etc. are applicable.
  • the cover 33 may be moved by a similar mechanism.
  • the first depressurizing means 45 depressurizes the depressurization chamber 40 composed of any one of the cover 33, the mold 1 or the molding object 2, the stage 32, and the frame 43, and at least the mold 1 and the molding object 2.
  • the gas in the decompression chamber 40 is exhausted via the gas supply / discharge passage 451 for the decompression chamber connected to the decompression chamber 40 and the gas supply / exhaust passage 451 for the decompression chamber. What is necessary is just to comprise with the pump 452 for 1st pressure reduction.
  • the decompression chamber gas supply / exhaust flow path 451 may be appropriately provided with an on-off valve.
  • the second decompression means 35 uses the pressure difference between the decompression chamber 40 and the space slightly formed between the cover 33 and the mold 1 or the molding object 2 to form the mold 1 or the molding object. This is to prevent the object 2 from being bent toward the decompression chamber 40 side.
  • the second decompression means 35 includes, for example, a space gas supply / discharge channel 351 connected to the space, and a second pressure reduction pump 352 that exhausts gas in the space via the space gas supply / discharge channel 351. What is necessary is just to comprise.
  • the space gas supply / discharge flow path 351 may be appropriately provided with an on-off valve. By doing so, the fluid in the space can be removed before the decompression chamber 40 is decompressed.
  • the first pressure reducing pump 452 the space gas supply / exhaust flow path 351, and the pressure reducing chamber gas supply / exhaust flow path 451 are connected by a three-way valve, and the first pressure reducing pump is commonly used. By using this, the second pressure reducing pump 352 can be omitted.
  • a communication flow path is provided to connect the space and the decompression chamber so that the fluid in the space and the decompression chamber can be removed at the same time. May be.
  • a space sealing means for bringing the cover 33 and the mold 1 or the molding object 2 into close contact with each other. 34 may be arranged.
  • an O-ring is prepared as a space sealing means 34, and a concave groove shallower than the diameter of the cross-section of the O-ring is formed in a portion of the cover 33 facing the frame 43.
  • An O-ring may be disposed on the side.
  • the imprint apparatus of the present invention may be provided with a fluid ejecting means 6 for ejecting a fluid such as a gas between the mold 1 and the workpiece 2 on the frame.
  • a fluid ejecting means 6 for ejecting a fluid such as a gas between the mold 1 and the workpiece 2 on the frame.
  • the fluid ejecting means 6 is provided, for example, on the inner peripheral side wall of the frame 43, and an ejection port 61 that ejects fluid between the mold 1 and the molding object 2, and a flow velocity of the fluid ejected from the ejection port 61.
  • a flow rate adjusting means (not shown) for adjusting, a release fluid supply source 62 for supplying fluid to the ejection port 61, and a release fluid for flowing the fluid of the release fluid supply source 62 to the ejection port 61 And a supply channel 63.
  • the injection port 61 can be formed in a slit shape formed along the inner peripheral side wall of the frame body 43.
  • the width of the slit may be adjusted according to the adhesion between the mold 1 and the molding object 2 and the like. 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 in which a plurality of holes are provided at appropriate intervals along the end of the molding 2.
  • the angle of the injection port 61 may be formed in the direction of the contact surface between the mold 1 and the workpiece 2 or parallel to the contact surface.
  • the injection ports 61 in at least two directions facing each other with the molding 2 interposed therebetween, preferably in four directions.
  • the fluid ejected from the facing position collides at the central portion between the mold 1 and the workpiece 2.
  • the fluid loses velocity 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 2, so that the molding object 2 is lifted.
  • the energy of the ejected high-speed fluid is converted into static pressure, so that the pattern transferred to the molding 2 can be damaged by instantaneously extinguishing the peeling, vortex, and shearing force generated on the wall surface. It can be prevented from receiving.
  • the flow rate adjusting means may be anything as long as it can adjust the flow rate of the fluid ejected from the ejection port 61.
  • 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 release fluid supply source 63 may be an air compressor that sends gas to the injection port 61, a cylinder that stores compressed gas, or the like.
  • the temperature control means which adjusts the temperature of the to-be-molded object 2 by heating or cooling the to-be-molded object 2 is further provided.
  • the temperature adjusting means a heating means for directly or indirectly heating the molding 2 or a cooling means for cooling can be used.
  • any heating means can be used as long as it can heat either one or both of the mold 1 and the molding 2 to a predetermined temperature, for example, the glass transition temperature or the melting temperature or higher of the molding 2. But it ’s okay.
  • the object to be molded 2 may be heated from the stage 32 side or heated from the cover 33 side.
  • a heater provided in the stage 32 or the cover 33 to heat the mold 1 or the workpiece 2 can be used. It is also possible to heat using a heated liquid or gas.
  • any cooling means may be used as long as it can cool either one or both of the mold 1 and the molding 2 to a predetermined temperature, for example, below the glass transition temperature or below the melting temperature of the molding 2. But it ’s okay.
  • the product 2 may be cooled from the stage 32 side or may be cooled from the cover 33 side.
  • a cooling water channel provided in the stage 32 or the cover 33 to cool the mold 1 or the workpiece 2 can be used.
  • the light irradiation unit 7 including the light source 71 capable of emitting an electromagnetic wave having a predetermined wavelength may be disposed on the molding object 2.
  • the light irradiation unit 7 may be provided inside the cover 33 or may be provided on the stage 32 side. In this case, in order to adjust the temperature of the molding 2 to an appropriate temperature, the above-described temperature adjusting means may be further provided.
  • a conveying means for conveying the molding 2 to the imprint apparatus of the present invention may be further provided.
  • a feed roll for supplying a resin film (molded object) and a recovery roll for recovering the resin film to which the molding pattern is transferred are arranged with the stage 32 interposed therebetween. Thereby, a pattern can be transferred continuously.
  • the imprinting method of the present invention is to pressurize the mold 1 and the molding object 2 between the stage 32 and the cover 33 and transfer the molding pattern of the mold 1 to the molding object 2.
  • the separation process of relatively separating the stage 32 and the cover 33 A first removal step for removing fluid, a second removal step for removing fluid between the mold 1 and the molding object 2, an adhesion process for bringing the mold 1 and the molding object 2 into close contact, and a molding pattern of the mold 1 And a transfer step for transferring the material to the molding 2.
  • the mold 1 and the molding object 2 are arranged on the stage 32.
  • the stage 32 side is arranged so as not to overlap the frame body 43 on the stage 32, and what is arranged on the cover 33 side is held by the frame body 43 and the cover 33 and held on the stage It is arranged so that at least a part thereof overlaps with the frame body 43 so that it can be separated from 32.
  • the cover 33 and the frame body 43 are moved toward each other, and the cover 33 and the frame body 43 are located on the cover 33 side of the mold 1 and the molding 2 ( In FIG. 2, the object 2) is held.
  • the cover 33 and the stage 32 are relatively moved in the separation direction while holding the mold 1 or the workpiece 2 by the cover 33 and the frame body 43.
  • the decompression chamber 40 can be formed with a gap between the mold 1 and the molding 2.
  • the fluid in the space formed between the cover 33 and the mold 1 or the molded object 2 on the cover 33 side (molded object 2 in FIG. 3) is removed, and the mold 1 or The molding object 2 is adsorbed to the cover 33.
  • the decompression chamber 40 is depressurized, and the fluid existing between the mold 1 and the molding object 2 vacated in the separation step is removed.
  • the cover 33 and the stage 32 are moved relatively close to each other so that the mold 1 and the workpiece 2 are in close contact with each other.
  • the molding pattern of the mold 1 is transferred to the molding object 2 using thermal imprinting or optical imprinting.
  • thermal imprinting first, the molding 2 is heated to a glass transition temperature or higher by heating means, and then a force is applied to the cover 33 and the stage 32 by first moving means or pressurizing means. Then, the mold 1 and the molding object 2 are pressurized, and the molding pattern is transferred to the molding object 2. Next, the molding pattern is fixed to the molding 2 by lowering the temperature of the molding 2 below the glass transition temperature by the cooling means.
  • the object 2 is heated to a glass transition temperature or higher by a heating unit, and then a force is applied to the cover 33 and the stage 32 by a first moving unit or a pressing unit. Then, the mold 1 and the molding object 2 are pressurized, and the molding pattern is transferred to the molding object 2. Next, when the object 2 is irradiated with light having a predetermined wavelength by the light irradiation means, the molding pattern is fixed to the object 2.
  • the mold release process may be any process as long as the mold 1 can be separated from the molding 2, but, for example, as shown in FIG. 5, the stage 32 and the frame body 43 are relatively moved to be in close contact with each other. A gap is formed between the mold 1 and the molding 2. Next, fluid is ejected from the fluid ejecting means provided in the frame 43 into the gap. Thereby, the type

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Abstract

　型１の成型パターンを被成形物２に転写するためのインプリント装置であって、型１と被成形物２を加圧するためのステージ32及びカバー33と、ステージ32を挿入可能な穴を有し、ステージ32の周囲を囲む枠体43と、ステージ32とカバー33を接離方向に相対的に移動可能な第１移動手段と、カバー33と枠体43とを接離方向に相対的に移動可能な第２移動手段46と、カバー33、型１又は被成形物２のいずれかと、ステージ32と、枠体43と、で構成される減圧室40を減圧し、型１と被成形物２の間の流体を除去する第１減圧手段45と、カバー33と型１又は被成形物２との間に形成される空間の流体を除去する第２減圧手段35と、で構成する。これにより、インプリント装置を小型化できると共に、コストを下げることができる。

Description

インプリント装置およびインプリント方法
　本発明は、型の微細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およびインプリント方法に関する。
　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、可撓性のある型や被成形物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
　しかしながら、従来のインプリント装置においては、減圧室を形成するのに円筒形の蛇腹を用いていたため、四角いステージを用いる場合、大きい蛇腹が必要となり装置が大型化するという問題があった。
　また、従来の装置においては、型と被成形物の間の流体を確実に除去するために、型と被成形物を離間するための離間手段を別途設ける必要があったが、これにより更に装置が大型化すると共にコストが増大するという問題があった。
　そこで本発明では、装置を小型化できると共に、コストを下げることができるインプリント装置およ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を加圧するためのステージ及びカバーと、前記ステージを挿入可能な穴を有し、前記ステージの外周を囲む枠体と、前記ステージと前記カバーを接離方向に相対的に移動可能な第１移動手段と、前記カバーと前記枠体を接離方向に相対的に移動可能な第２移動手段と、前記カバー、前記型又は前記被成形物のいずれかと、前記ステージと、前記枠体と、で構成される減圧室を減圧し、前記型と前記被成形物の間の流体を除去する第１減圧手段と、前記カバーと前記型又は前記被成形物との間に形成される空間の流体を除去する第２減圧手段と、を具備することを特徴とする。
　この場合、前記枠体は、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方が好ましい。また、前記第１減圧手段と前記第２減圧手段は、前記空間と前記減圧室とを連通する連通流路を有するようにしても良い。また、前記空間を密閉するための空間用密閉手段や前記減圧室を密閉するための減圧室用密閉手段を具備する方が好ましい。また、前記枠体は、前記被成形物を挟んで対向する位置に前記流体噴射手段を有する方が好ましい。また、前記被成形物の温度を調節する温調手段を具備しても良い。また、前記被成形物に光を照射する光照射手段を具備しても良い。更に、前記被成形物を供給するための送りロールと、前記成型パターンの転写された被成形物を回収するための回収ロールと、を有する搬送手段を設けても良い。
　また、本発明のインプリント方法は、ステージとカバーの間で前記型と前記被成形物を加圧し、前記型の成型パターンを前記被成形物に転写するためのものであって、前記ステージ又は前記カバー上に前記型及び前記被成形物を配置する配置工程と、前記ステージを挿入可能な穴を有し前記ステージの外周を囲む枠体と、前記カバーとで、前記型又は前記被成形物のうちカバー側にあるものを挾持する挾持工程と、前記ステージと前記カバーを相対的に離間する離間工程と、前記カバーと前記型又は前記被成形物との間に形成される空間の流体を除去する第１除去工程と、前記型と前記被成形物との間の流体を除去する第２除去工程と、前記型と前記被成形物を密着させる密着工程と、前記型の成型パターンを前記被成形物に転写する転写工程と、を有することを特徴とする。
　この場合、前記ステージと前記枠体を相対的に移動して前記型と前記被成形物との間に隙間を形成し、前記枠体に設けられた流体噴射手段から前記隙間に流体を噴射する離型工程を有する方が好ましい。また、前記転写工程は、前記被成形物をガラス転移温度以上に加熱した後、前記被成形物を加圧する熱インプリントや、前記型と前記被成形物を加圧した後、前記被成形物に光を照射する光インプリントを用いることができる。
　本発明のインプリント装置及びインプリント方法は、従来用いられていた蛇腹の代わりに、ステージを挿入可能な穴を有すると共にステージの外周を囲む枠体を用い、当該枠体をステージ及びカバーに対して相対的に移動させて減圧室を構成するので、装置を小型化することができる。また、カバーと枠体によって型又は被成形物のいずれか一方を挾持し、ステージとカバーを相対的に移動することにより、ステージ、枠体およびカバーが離間手段を兼ねるので、更に装置を小型化し、コストを下げることができる。
本発明のインプリント装置を示す一部断面図である。 本発明のインプリント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。 図１のＩ－Ｉ線矢印方向を示す平面図である。 本発明のインプリント装置を示す一部断面図である。
　本発明のインプリント装置は、図１～３に示すように、型１の成型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を加圧するためのステージ32及びカバー33と、ステージ32を挿入可能な穴を有し、ステージ32の周囲を囲む枠体43と、ステージ32とカバー33を接離方向に相対的に移動可能な第１移動手段（図示せず）と、カバー33と枠体43とを接離方向に相対的に移動可能な第２移動手段46と、カバー33、型１又は被成形物２のいずれかと、ステージ32と、枠体43と、で構成される減圧室40を減圧し、型１と被成形物２の間の流体を除去する第１減圧手段45と、カバー33と型１又は被成形物２との間に形成される空間の流体を除去する第２減圧手段35と、で主に構成される。
　なお、本明細書中で、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１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１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２とは、樹脂、無機化合物又は金属からなる基板やフィルム、あるいは、基板やフィルム上に樹脂、無機化合物又は金属等からなる被成形層21を形成したものを意味する。被成形物２に用いる樹脂としては、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がある。
　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。
　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。
　なお、被成形物２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、図１においては、ステージ32側に型１、カバー33側に被成形物２が配置されているが、ステージ32側に被成形物２、カバー33側に型１を配置しても構わない。
　カバー33は、ステージ32と共に型１と被成形物２を加圧するためのものである。また、カバー33は、枠体43と共に型１又は被成形物２を挾持することができるように、ステージ32よりも大きく形成される。なお、カバー33の材質は、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、ステンレス鋼などの金属を用いることができる。また、カバー33に光照射部７を設ける場合には、図１に示すように、カバー33の一部にガラス等の透明部材31を配置しても良い。
　ステージ32は、カバー32と共に型１及び被成形物２を加圧するためのものである。ステージ32の型１又は被成形物２と接触する側の受圧面321は、十分に広くて円滑に形成される。この受圧面321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、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、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１又は被成形物２をカバー33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、受圧面321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２に不要な転写跡が生じるのを防止するために、型１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。
　枠体43は、ステージ32の外周を囲むように配置されるもので、ステージ32を挿入可能な穴を有する筒状に形成すれば良い。このように形成することにより、図３に示すように、ステージ32に対して枠体43を相対的に移動して減圧室40を構成することができる。ここで減圧室40とは、型１と被成形物２の周りの雰囲気、特に型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、あるいはこれらとステージ32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。枠体43の材質は、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、ステンレス鋼などの金属を用いることができる。
　また、減圧室40を確実に密閉するために、枠体43とステージ32の間や、枠体43と型１又は被成形物２との間を密接させるための減圧室用密閉手段44を更に具備しても良い。例えば、図１に示すように、減圧室用密閉手段44としてＯリングを用意すると共に、枠体43のカバー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、ステージ32の外周側（枠体43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、枠体43の内周側（ステージ32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。
　第１移動手段は、図示しないが、カバー33とステージ32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、例えばステージ32を固定しておき、カバー33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。もちろん、カバー33を固定しておき、同様の機構によって、ステージ32を移動するようにしても良い。
　また、型１のパターンを被成形物２に転写するための圧力を第１移動手段によってカバー33とステージ32に加えても良いが、カバー33とステージ32を加圧するための加圧手段を別途設けるようにすることも可能である。この場合、油圧式又は空圧式のシリンダによって加圧するものや、電気モータとボールねじによって加圧するもの等を用いれば良い。
　また、第２移動手段46も、カバー33と枠体43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、例えば枠体43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。もちろん、同様の機構によって、カバー33を移動するようにしても良い。
　第１減圧手段45は、カバー33、型１又は被成形物２のいずれかと、ステージ32と、枠体43と、で構成される減圧室40を減圧し、少なくとも型１と被成形物２の間の流体を除去するもので、例えば、減圧室40に接続される減圧室用気体給排流路451と、減圧室用気体給排流路451を介して減圧室40内の気体を排気する第１減圧用ポンプ452とで構成すれば良い。また、減圧室用気体給排流路451には、適宜開閉弁を設けても良い。
　第２減圧手段35は、減圧室40を減圧する際に、カバー33と型１又は被成形物２との間にわずかに形成される空間と減圧室40との圧力差によって型１又は被成形物２が減圧室40側に撓むのを防止するためのものである。第２減圧手段35は、例えば、当該空間に接続される空間用気体給排流路351と、空間用気体給排流路351を介して空間内の気体を排気する第２減圧用ポンプ352とで構成すれば良い。また、空間用気体給排流路351には、適宜開閉弁を設けても良い。このようにすることにより、減圧室40を減圧する前に当該空間の流体を除去することができる。なお、図示しないが、第１減圧用ポンプ452と、空間用気体給排流路351と、減圧室用気体給排流路451と、を三方弁で接続し、第１減圧用ポンプを共通に利用することで、第２減圧用ポンプ352を省略することも可能である。
　なお、減圧室40を減圧する前に上記空間の流体を除去する方が好ましいが、当該空間と減圧室とを連通する連通流路を設けて、空間と減圧室の流体を同時に除去するようにしても良い。
　また、カバー33と型１又は被成形物２との間に形成される空間を確実に密閉するために、カバー33と型１又は被成形物２との間を密接させるための空間用密閉手段34を配置しても良い。例えば、図３に示すように、空間用密閉手段34としてＯリングを用意すると共に、カバー33の枠体43と対向する部分に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。これにより、被成形物２をカバー33と枠体43とによって挟持し、カバー33と被成形物２とを密接させることができるので、空間を密閉することができる。
　また、本発明のインプリント装置は、図５に示すように、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６を枠体に設けても良い。これにより、被成形物２（又は型１）をカバー33と枠体43で挾持しながらカバー33をステージ32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６は、例えば、枠体43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61と、噴射口61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61に流体を供給する離型用流体供給源62と、離型用流体供給源62の流体を噴射口61に流すための離型用流体供給流路63と、で主に構成される。
　噴射口61は、枠体43の内周側の側壁に沿って形成せ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61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61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方向に設ける方が良い。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61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63は、気体を噴射口61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、本発明のインプリント装置を熱インプリントプロセスに用いる場合には、図示しないが、被成形物２を加熱又は冷却することにより被成形物２の温度を調節する温調手段を更に具備する。温調手段は、被成形物２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、型１と被成形物２のいずれか一方又は両方を、所定温度、例えば被成形物２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２をステージ32側から加熱するものでも、カバー33側から加熱するものでも良い。例えば、ステージ32内やカバー33内にヒータを設けて型１や被成形物２を加熱するものを用いることができる。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１と被成形物２のいずれか一方又は両方を、所定温度、例えば被成形物２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２をステージ32側から冷却するものでも、カバー33側から冷却するものでも良い。例えば、ステージ32内やカバー33内に冷却用の水路を設けて型１や被成形物２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、被成形物２に所定波長の電磁波を放射できる光源71を含む光照射部７を配置すれば良い。光照射部７は、図１に示すように、カバー33の内部に設けても良いし、ステージ32側に設けても良い。この場合、被成形物２の温度を適切な温度に調節するために、上述した温調手段を更に具備しても良い。
　また、図示しないが、被成形物２を本発明のインプリント装置に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）を供給するための送りロールと、成型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ステージ32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。
　次に、本発明のインプリント方法を、本発明のインプリント装置の動作と併せて説明する。本発明のインプリント方法は、ステージ32とカバー33の間で型１と被成形物２を加圧し、型１の成型パターンを被成形物２に転写するためのものであって、ステージ32又はカバー33上に型１及び被成形物２を配置する配置工程と、ステージ32を挿入可能な穴を有しステージ32の外周を囲む枠体43と、カバー33とで、型１又は被成形物２のうちカバー33側にあるものを挾持する挾持工程と、ステージ32とカバー33を相対的に離間する離間工程と、カバー33と型１又は被成形物２との間に形成される空間の流体を除去する第１除去工程と、型１と被成形物２との間の流体を除去する第２除去工程と、型１と被成形物２を密着させる密着工程と、型１の成型パターンを被成形物２に転写する転写工程と、で主に構成される。
　配置工程では、図１に示すように、ステージ32上に型１及び被成形物２を配置する。この際、ステージ32側に配置されるものは、ステージ32上で枠体43と重ならないように配置され、カバー33側に配置されるものは、枠体43とカバー33とで挾持してステージ32から離間できるように、少なくとも一部が枠体43と重なるように配置される。
　挾持工程では、図２に示すように、カバー33と枠体43を近接する方向に移動し、カバー33と枠体43とで、型１と被成形物２のうちカバー33側にあるもの（図２では被成形物２）を挾持する。
　離間工程では、図３に示すように、カバー33と枠体43によって型１又は被成形物２を挾持したまま、カバー33とステージ32を相対的に離間方向に移動する。これにより、型１と被成形物２の間に隙間を空け減圧室40を形成することができる。
　第１除去工程では、カバー33と型１又は被成形物２のうちカバー33側にあるもの（図３では被成形物２）との間に形成される空間の流体を除去し、型１又は被成形物２をカバー33に吸着させる。
　第２除去工程では、減圧室40を減圧し、離間工程で空けた型１と被成形物２との間に存在する流体を除去する。
　密着工程では、図２に示すように、カバー33とステージ32を相対的に近接方向に移動し、型１と被成形物２を密着させる。
　転写工程では、熱インプリント又は光インプリントを用いて、型１の成型パターンを被成形物２に転写する。熱インプリントにおいては、まず、加熱手段によって被成形物２をガラス転移温度以上に加熱した後、第１移動手段又は加圧手段によってカバー33とステージ32に力を加える。すると、型１と被成形物２が加圧され、成型パターンが被成形物２に転写される。次に、冷却手段によって被成形物２の温度をガラス転移温度未満に下げることにより、成型パターンが被成形物２に定着する。一方、光インプリントにおいては、必要に応じて、加熱手段によって被成形物２をガラス転移温度以上に加熱した後、第１移動手段又は加圧手段によってカバー33とステージ32に力を加える。すると、型１と被成形物２が加圧され、成型パターンが被成形物２に転写される。次に、光照射手段によって所定波長の光を被成形物２に照射すると、成型パターンが被成形物２に定着する。
　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、図５に示すように、ステージ32と枠体43を相対的に移動させて密着している型１と被成形物２との間に隙間を形成する。次に、枠体43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
　６　流体噴射手段
　７　光照射手段
　32　ステージ
　33　カバー
　34　空間用密閉手段
　35　第２減圧手段
　40　減圧室
　43　枠体
　44　減圧室用密閉手段
　45　第１減圧手段
　46　第２移動手段

Claims (13)

  1. 　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を加圧するためのステージ及びカバーと、
    　前記ステージを挿入可能な穴を有し、前記ステージの外周を囲む枠体と、
    　前記ステージと前記カバーを接離方向に相対的に移動可能な第１移動手段と、
    　前記カバーと前記枠体を接離方向に相対的に移動可能な第２移動手段と、
    　前記カバー、前記型又は前記被成形物のいずれかと、前記ステージと、前記枠体と、で構成される減圧室を減圧し、前記型と前記被成形物の間の流体を除去する第１減圧手段と、
    　前記カバーと前記型又は前記被成形物との間に形成される空間の流体を除去する第２減圧手段と、
    を具備することを特徴とするインプリント装置。
  2. 　前記枠体は、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請求項１記載のインプリント装置。
  3. 　前記第１減圧手段と前記第２減圧手段は、前記空間と前記減圧室とを連通する連通流路を有することを特徴とする請求項１又は２記載のインプリント装置。
  4. 　前記空間を密閉するための空間用密閉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インプリント装置。
  5. 　前記減圧室を密閉するための減圧室用密閉手段を具備することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のインプリント装置。
  6. 　前記枠体は、前記被成形物を挟んで対向する位置に前記流体噴射手段を有することを特徴とする請求項３記載のインプリント装置。
  7. 　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６のいずれかに記載のインプリント装置。
  8. 　前記被成形物に光を照射する光照射手段を具備することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のインプリント装置。
  9. 　前記被成形物を供給するための送りロールと、前記成型パターンの転写された被成形物を回収するための回収ロールと、を有する搬送手段を具備す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インプリント装置。
  10. 　ステージとカバーの間で前記型と前記被成形物を加圧し、前記型の成型パターンを前記被成形物に転写するためのインプリント方法であって、
    　前記ステージ又は前記カバー上に前記型及び前記被成形物を配置する配置工程と、
    　前記ステージを挿入可能な穴を有し前記ステージの外周を囲む枠体と、前記カバーとで、前記型又は前記被成形物のうちカバー側にあるものを挾持する挾持工程と、
    　前記ステージと前記カバーを相対的に離間する離間工程と、
    　前記カバーと前記型又は前記被成形物との間に形成される空間の流体を除去する第１除去工程と、
    　前記型と前記被成形物との間の流体を除去する第２除去工程と、
    　前記型と前記被成形物を密着させる密着工程と、
    　前記型の成型パターンを前記被成形物に転写する転写工程と、
    を有することを特徴とするインプリント方法。
  11. 　前記ステージと前記枠体を相対的に移動して前記型と前記被成形物との間に隙間を形成し、前記枠体に設けられた流体噴射手段から前記隙間に流体を噴射する離型工程を有することを特徴とする請求項１０記載のインプリント方法。
  12. 　前記転写工程は、前記被成形物をガラス転移温度以上に加熱した後、前記被成形物を加圧することを特徴とする請求項１１又は１２記載のインプリント方法。
  13. 　前記転写工程は、前記型と前記被成形物を加圧した後、前記被成形物に光を照射することを特徴とする請求項１１又は１２記載のインプリント方法。
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