阅读说明：本技术 图案的形成方法以及压印装置 (Pattern forming method and imprint apparatus ) 是由 黑宫未散 于 2020-01-22 设计创作，主要内容包括：本发明提供能够获得良好的转印精度的图案的形成方法以及压印装置。该图案的形成方法包括：填充工序,其将被转印体从上方按压于涂覆有转印材料的模具,在所述被转印体与所述模具之间填充转印材料；固化工序,其利用UV照射使被填充的所述转印材料在被转印体上固化；以及脱模工序,其使固化了所述转印材料的所述被转印体从所述模具脱模,在所述固化工序中,对所述模具的从图案尺寸较小的区域切换到平坦部的部位或者从所述图案尺寸较小的区域切换到图案尺寸较大的区域的部位中的所述图案尺寸较小的部位的终端部即切换部进行冷却,在所述脱模工序中,加热所述切换部。(The invention provides a pattern forming method and an imprint apparatus capable of obtaining good transfer precision. The method for forming the pattern comprises the following steps: a filling step of pressing a transfer object against a mold coated with a transfer material from above, and filling the transfer material between the transfer object and the mold; a curing step of curing the filled transfer material on the transfer object by UV irradiation; and a mold releasing step of releasing the transferred object in which the transfer material is solidified from the mold, wherein in the solidifying step, a switching portion that is an end portion of a portion of the mold that is smaller in pattern size, among a portion that is switched from a region with a smaller pattern size to a flat portion or a portion that is switched from the region with the smaller pattern size to a region with a larger pattern size, is cooled, and in the mold releasing step, the switching portion is heated.)

图案的形成方法以及压印装置

技术领域

本公开涉及使用了压印技术的图案的形成方法以及压印装置。

背景技术

(压印技术的背景、适用领域)

近年来，在用于显示、照明等的商品的光学部件中，期望实现如下器件：通过形成发挥特殊光学特性的纳米(nm)级至微米(μm)级的微细图案，从而体现了对光的反射、衍射进行了控制的以往没有的新功能。另外，在系统LSI等半导体中，也期望伴随着高集成化的布线的微细化。作为形成这种微细的构造的方法，除了光刻技术、电子束曝光技术以外，近年来压印技术受到关注。

压印技术是通过将预先在表面加工有微细形状的模具按压在涂覆于基材表面的树脂上而形成微细构造的方法。

作为压印方法，一般采用热压印法和UV压印法，该热压印法通过将涂覆于基板表面的热塑性树脂压抵已加热到玻璃化转变温度以上的模具来转印形状，该UV压印法通过在使用UV固化树脂压抵模具的状态下照射UV光来转印形状。热压印法具有材料的选择性较广这一特点，但需要在转印形状时将模具进行升温以及降温，因此存在生产率较低这一问题。另一方面，UV压印法限定于由紫外线固化的材料，因此与热压印相比选择性较窄，但由于能够在几秒～几十秒内完成固化，因此生产率非常高。采用热压印法以及UV压印法中的哪一种，根据所应用的器件不同而不同，但在没有因材料而引起的问题的情况下，认为UV压印法适合作为批量生产方法。

(UV压印法的压印方式)

接下来，作为通过UV压印法形成图案的压印方式，一般采用平板式压印方式。

另外，在作为对象的基材为PET等的薄膜的情况下，还存在如下辊对辊式压印方式：使用带有在表面形成有微细形状的模具的辊，在输送薄膜的同时在薄膜上转印微细构造，从而可预见生产率将进一步地提高。

(平板式压印方式)

以下，使用图2对通过平板式压印方式形成图案时的一般工序流程进行说明。

图2是一般平板式压印工序的概略示意图。

首先，如图2的工序(a)所示，在工作台201上准备被加工基材204，使用分配器、喷墨等来涂覆转印材料203。

接下来，如图2的工序(b)所示，使具有应转印的图案的模具202的凹凸图案与被加工基材204上的转印材料203接触并被辊205加压。进而，如图2的工序(c)所示，在按压模具202的状态下从UV照射器206照射UV，使光固化树脂固化，成为固化后的转印材料203。

接下来，如图2的工序(d)所示，使模具202相对于被加工基材204向斜上方或垂直方向移动，由此从固化后的转印材料203脱模。脱模后，在被加工基材204上形成有由转印材料203形成的转印图案。

(辊对辊压印方式)

接下来，以下，使用图3对通过辊对辊压印方式形成图案时的一般方法进行说明。

图3是一般辊对辊式压印方法的概略示意图。

首先，从模头(die)307向连续行进的薄膜304上挤出并涂覆转印材料303。接下来，薄膜304在设置有在表面具有微细形状的模具302的辊305与以规定的加压向辊305按压的加压辊309之间通过，从而转印材料303被填充于模具302的微细形状。接下来，通过从UV照射器306对模具302照射UV光，从而转印材料303在被填充到模具302的微细形状的状态下固化。最后，薄膜304通过脱模辊308与辊305之间，沿着脱模辊308行进，由此从模具302脱模，在薄膜304上形成微细形状。

上述的方式是在薄膜基材的单侧面形成微细形状的方式。在另一面也同样需要形成微细形状的情况下，例如，考虑有准备与上述相同构成的两个工序，在工序之间使薄膜反转来制造的方法。此时，对形成于薄膜基材的两面的微细形状彼此的相对位置精度有要求。

在上述那样的各压印方式中，如图2的(d)、图3所示，在使模具从固化后的转印材料脱模时，在从图案尺寸较小的区域切换到平坦部或图案尺寸较大的区域的部位的图案尺寸较小的区域的终端部，如图4的(a)以及(b)所示，产生转印图案的表面角部缺损的图案缺陷，引起转印精度恶化的现象。该图案缺陷在模具中特别是在使用以Ni等为代表的金属模具时频繁发生。

作为其主要原因之一，已知有如下原因：在从模具的图案尺寸较小的区域向平坦部或图案尺寸较大的区域脱模时，脱模速度在其边界附近急剧加快，对图案尺寸较小的区域的终端部急剧施加较大的脱模阻力，由此产生图案缺陷。

为了解决上述课题，例如，已知有专利文献1所记载的对每个图案调节UV光的曝光量的方法。在专利文献1中，针对图案尺寸较小且脱模阻力较高的区域，使其UV曝光量小于平坦部或图案尺寸较大且脱模阻力较小的区域的UV曝光量，以降低转印材料的固化度，由此使图案尺寸较小的区域变得容易脱模，能够抑制脱模速度在其边界附近急剧加快且对图案尺寸较小的区域的终端部急剧施加较大的脱模阻力的情况。其结果是，能够抑制在图案尺寸较小的区域的终端部产生图案缺陷，能够获得良好的转印精度。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-181548号

发明内容

发明要解决的课题

如以上说明的那样，作为以往的压印方法，提出一种通过对每个图案调节UV光的曝光量，从而抑制在从图案尺寸较小的区域切换到平坦部或图案尺寸较大的区域的部位的图案尺寸较小的区域的终端部产生图案缺陷的方法。该方法如平板式压印方式那样，在UV照射时模具被固定的情况下，能够对每个图案区域调节UV光的曝光量，因此能够适用。

然而，在现有例所示的方法中，在辊对辊压印方式的情况下，UV光源为条型，而且带模具的辊在以高速旋转的同时进行转印，因此难以针对每个图案区域使UV光的曝光量变化。

本公开是鉴于上述以往的问题点而完成的，其目的在于提供一种能够获得良好的转印精度的图案的形成方法以及压印装置。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，本公开的图案的形成方法包括：填充工序，其将被转印体从上方按压于涂覆有转印材料的模具，在所述被转印体与所述模具之间填充转印材料；固化工序，其利用UV照射使被填充的所述转印材料在被转印体上固化；以及脱模工序，其使固化了所述转印材料的所述被转印体从所述模具脱模，在所述固化工序中，对所述模具的从图案尺寸较小的区域切换到平坦部的部位或者从所述图案尺寸较小的区域切换到图案尺寸较大的区域的部位中的所述图案尺寸较小的部位的终端部即切换部进行冷却，在所述脱模工序中，加热所述切换部。

发明效果

如以上那样，根据本公开的图案的形成方法以及压印装置，能够获得良好的转印精度。

附图说明

图1的(a)至(c)是本实施方式中的压印工序的概略示意图。

图2的(a)至(d)是一般平板式压印工序的概略示意图。

图3是一般辊对辊压印工序的概略示意图。

图4的(a)是表示转印缺陷的上表面SEM图像的显微镜照片，(b)是表示转印缺陷的剖面SEM图像的显微镜照片。

附图标记说明：

101 第一涂敷辊

102 第一模具

103、203、303 转印材料

104、304 薄膜

105 第一辊

106 第一UV照射器

107 第一模头

108 第一脱模辊

109 第一加压辊

110 第一辊控制部

111 第一温度控制部

112 第二涂敷辊

113 第二模具

114 第二辊

115 第二脱模辊

116 第二加压辊

117 第二模头

118 第二UV照射器

119 第二辊控制部

120 第二温度控制部

201 工作台

202、302 模具

204 被加工基材

205、305 辊

206、306 UV照射器

307 模头

308 脱模辊

309 加压辊。

具体实施方式

(实施方式)

以下，参照附图对本实施方式进行说明。

图1是对本实施方式中的图案的形成方法进行说明的概略示意图。

首先，最初，使用图1的(a)，对本实施方式中的辊对辊两面压印的装置结构进行说明。

首先，为了在单面形成图案，在将转印材料103向薄膜104上供给的场所设置有第一涂敷辊101。另外，设置有：第一辊105，其安装有在表面形成图案的第一模具102；以及第一加压辊109和第一脱模辊108，它们与该第一辊105接触。

接下来，为了在单面形成图案之后也在背面形成图案，与单面相同地，在将转印材料103向薄膜104上供给的场所设置有第二涂敷辊112。另外，设置有：第二辊114，其安装有在表面形成图案的第二模具113；以及第二加压辊116和第二脱模辊115，它们与该第二辊114接触。

在本辊结构中，薄膜104经由第一涂敷辊101的图中上方，以从第一加压辊109的图中上方与第一加压辊109接触的方式卷绕，与第一模具102接触，在图中下方与第一脱模辊108接触。之后，薄膜104经由第二涂敷辊112的图中下方，以与第二加压辊116和第二模具113接触的方式卷绕，最后，以与第二脱模辊115接触的方式卷绕，通过各辊的旋转从图的左方向右方输送。

在第一涂敷辊101上配置有第一模头107，向薄膜104上涂覆转印材料103。在第二涂敷辊112上配置有第二模头117，向薄膜104上涂覆转印材料103。另外，在薄膜104通过第一加压辊109与第一模具102之间后，由配置于第一辊105下方的第一UV照射器106照射UV光，将转印材料103固化。之后，从配置于第二涂敷辊112的下方的第二模头117向薄膜104上涂覆转印材料103，在薄膜104通过第二加压辊116与第二模具113之间后，从配置于第二辊114的上方的第二UV照射器118照射UV光，在将转印材料103固化后，薄膜104从第二脱模辊115脱模。

第一模具102以及第二模具113分别具有图案区域及平坦部。图案区域是在模具表面具有凹凸形状的区域，凹凸的间隔越大则图案尺寸越大，凹凸的间隔越小则图案尺寸越小。平坦部是在模具表面不具有凹凸形状的区域。

在第一辊105的内部具备第一温度控制部111。在第二辊114的内部具备第二温度控制部120。第一温度控制部111以及第二温度控制部120分别例如是加热用的加热器以及控制该加热器的电力操作器、用于使冷却用的冷却水、冷却气体流动的冷却路径以及控制该冷却路径的流量操作器等。

优选的是，第一温度控制部111配置于第一模具102上的切换部的下部。另外，优选的是，第二温度控制部120配置于第二模具113上的切换部的下部。这里，切换部表示模具的图案中的、图案区域与平坦部的切换部位中的图案区域的终端部、或者图案尺寸较小的区域与较大的区域的切换部位中的图案尺寸较小的区域的终端部。

在第一辊105以及第二辊114的内部具备第一辊控制部110以及第二辊控制部119，该第一辊控制部110以及第二辊控制部119对辊的转速进行检测，并根据该信息计算UV照射以及脱模的时机，由此向第一温度控制部111以及第二温度控制部120输出辊的温度控制的指示。

第一辊控制部110以及第二辊控制部119例如是具有CPU等运算功能的结构，根据预先设定的辊的转速，来检测辊的转速。另外，例如，第一辊控制部110以及第二辊控制部119也可以包括检测辊的旋转的传感器，且基于由传感器检测出的辊的旋转，输出辊的转速。另外，例如，第一辊控制部110以及第二辊控制部119也可以具备检测预先设置在辊上的标识的传感器，基于标识的检测时间，输出辊的转速。

第一辊控制部110以及第二辊控制部119将辊的温度控制的时机作为指示向第一温度控制部111以及第二温度控制部120输出。另外，第一辊控制部110以及第二辊控制部119也可以将辊的温度控制的温度作为指示输出。

第一辊控制部110以及第二辊控制部119在所述第一模具102以及第二模具113上的切换部到达了UV照射范围内的时机，向配置于所述第一模具102以及第二模具113上的切换部的下部的第一温度控制部111以及第二温度控制部120输出温度控制的指示。转印材料使用第一温度控制部111以及第二温度控制部120而被控制温度。因此，能够基于辊转速，控制UV照射时的转印材料的温度。这样一来，进行后述的转印材料的冷却。

进一步地，第一辊控制部110以及第二辊控制部119在所述第一模具102以及第二模具113旋转且所述第一模具102以及第二模具113上的切换部通过了UV照射范围的时机，向配置于所述第一模具102以及第二模具113上的切换部的下部的第一温度控制部111以及第二温度控制部120输出温度控制的指示。转印材料使用第一温度控制部111以及第二温度控制部120而被控制温度。因此，能够基于辊转速，控制脱模时的转印材料的温度。这样一来，进行后述的转印材料的加热。

这里，在所述第一模具102以及第二模具113上的切换部处，在UV照射时进行温度控制的范围期望是从图案尺寸较小的区域的终端部起近前50μm～1000μm的区域。

当进行温度控制的范围为50μm以下时，即使降低转印材料的固化率，且降低弹性率，由于与模具的图案尺寸较小的区域的接触面积较小，因此在不能充分地降低脱模阻力的状态下开始对平坦部施加应力，并开始脱模。其结果是，脱模速度在图案的边界附近急剧地加快，产生图案缺陷。

另外，当进行温度控制的范围为1000μm以上时，难以将在脱模时被加热了的模具在下一UV照射之前预先降低至环境温度。其结果是，导致转印材料的涂覆膜厚的不均、模具上图案的热收缩，从而转印精度恶化。

接下来，使用图1，对本实施方式中的图案的形成方法进行说明。

首先，如图1的工序(a)所示，在与第一UV照射器106的UV照射部对置的第一模具102上的区域不是切换部的情况下，或在与第二UV照射器118的UV照射部对置的第二模具113上的区域不是切换部的情况下，不进行第一辊105以及第二辊114的表面温度的控制，而进行压印。

作为转印材料103，举出氨基甲酸酯丙烯酸酯树脂、环氧丙烯酸酯树脂、聚酯丙烯酸酯树脂、丙烯酸丙烯酸酯树脂(アクリルアクリレ一ト樹脂)等、各种UV固化树脂，但也可以根据被转印体的形状、固化所需的UV光量等适当选择。

另外，第一模具102以及第二模具113的材料只要是具有作为模具所需的刚性、硬度等的材料即可，未特别地限定，但特别是在金属材料的情况下，能够使本公开的效果明显。金属材料期望为与转印材料脱模的脱模性较高的材料，例如为Ni。

而且，为了提高相对于转印材料的脱模性，也可以在第一模具102以及第二模具113的微细图案的表面以覆盖所述微细图案的方式形成脱模层。脱模层通过在所述微细图案的上表面结合偶联剂而形成。通过使用偶联剂来形成脱模层，能够形成单分子膜那样极薄的膜，对转印形状的影响变得极少。

作为上述偶联剂，例如，能够使用具有Ti、Li、Si、Na、K、Mg、Ca、St、Ba、Al、In、Ge、Bi、Fe、Cu、Y、Zr、Ta等的各种金属醇盐，但其中特别期望使用具有Si的金属醇盐、即硅烷偶联剂。

最后，作为将转印材料103涂覆于第一模具102以及第二模具113的整个面的方法，能够举出例如分配涂覆、辊涂覆、凹版涂覆、丝网涂覆等各种方法，但根据转印材料的性质、被转印体的形状适当选择较佳。

接下来，如工序(b)所示，在第一模具102上的切换部旋转至与第一UV照射器106的UV照射部对置的区域的时机、也就是根据第一辊105的转速信息计算出的UV照射的时机，将第一辊105的表面冷却至20度以上且25度以下，由此将第一模具102的从图案尺寸较小的区域切换到平坦部或图案尺寸较大的区域的部位的图案尺寸较小的区域的终端部冷却至20度以上且25度以下。

而且，同样地，在第二模具113上的切换部旋转至与第二UV照射器118的UV照射部对置的区域的时机、也就是根据第二辊114的转速信息计算出的UV照射的时机，将第二辊114的表面冷却至20度以上且25度以下，由此将第二模具113上的切换部冷却至20度以上且25度以下。

如上述那样，在UV固化时冷却切换部，从而能够抑制由因UV照射导致的加热而引起的粘度降低。也就是说，由于转印材料103的聚合过程难以进行，因此双键反应率、也就是固化率逐渐降低。

其结果是，由于切换部的固化率下降，且弹性率变低，因此脱模阻力下降，能够抑制在从图案尺寸较小的区域切换到平坦部或图案尺寸较大的区域的部位处脱模速度在其边界附近急剧加快，能够抑制对图案尺寸较小的区域的终端部急剧施加较大的脱模阻力，并能够抑制图案缺陷的产生。

这里，在UV照射的时机，当第一模具102上以及第二模具113上的切换部的冷却温度变得比20度低时，固化率变得过小，在之后工序以及产品中不能获得所需的硬度。另外，当变得比25度高时，不能充分地降低固化率，而产生图案缺陷。

接下来，如工序(c)所示，在第一模具102上的切换部旋转至第一脱模辊108的脱模部的时机、也就是根据第一辊105的转速信息计算出的脱模的时机，将第一模具102上的切换部加热至35度以上且45度以下。

而且，同样地，在第二模具113上的切换部旋转至第二脱模辊115的脱模部的时机、也就是根据第二辊114的转速信息计算出的脱模的时机，将第一模具102上的切换部加热至35度以上且45度以下。

这里，在UV照射的时机中，当第一模具102上以及第二模具113上的切换部的加热温度比35度低时，不能充分地降低转印材料的弹性率，而产生图案缺陷。另外，当比45度高时，容易因转印材料的热膨胀而引起图案的变形。

如上述那样，在脱模时加热切换部，从而固化后的转印材料103的弹性率降低，从图案尺寸较小的区域切换到平坦部或图案尺寸较大的区域的部位中的脱模阻力的增加量变小，能够抑制图案缺陷的产生。

而且，期望的是使辊旋转并在经过工序(a)且到达工序(b)之前，预先将在工序(c)中被加热的加热到35度以上且45度以下的第一辊105上的第一模具102以及第二辊114上的第二模具113降低至20度以上且25度以下。由此，能够抑制转印材料的涂覆膜厚、辊型上的图案的膨胀，因此能够确保转印精度。

通过重复以上的工序，能够进行没有毛刺不良、没有缺陷的转印精度较高的压印。

工业上的可利用性

本公开对于能够以高精度形成图案并且将图案转印到被转印体上的压印方法以及压印装置等是有用的。