ナノインプリント装置およびナノインプリント方法
【課題】 円筒（ローラー）を長くした場合にもそれを均一に基板上に押し付けることができ、もって微細パターンの正確な転写を可能とするナノインプリント装置および方法を提供する。
【解決手段】 モールドもしくは被転写膜またはそれらの双方を表面上に取り付け可能な平板２０のほか、上記表面の側にある表側ローラー１１とその反対側にある裏側ローラー１２・１３とによって当該平板２０をはさみ付け得るローラー組１０、および、上記平板２０とそれをはさみ付けたローラー組１０との間に相対移動をもたらす移動機構３０を組み合わせてナノインプリント装置１を構成する。そして裏側ローラー１２・１３は、表側ローラー１１の長さの方向に不連続な複数の支持ローラーであって、平板２０をはさみ付ける向きの力を個別に調整できるものにより構成している。
【解決手段】 モールドもしくは被転写膜またはそれらの双方を表面上に取り付け可能な平板２０のほか、上記表面の側にある表側ローラー１１とその反対側にある裏側ローラー１２・１３とによって当該平板２０をはさみ付け得るローラー組１０、および、上記平板２０とそれをはさみ付けたローラー組１０との間に相対移動をもたらす移動機構３０を組み合わせてナノインプリント装置１を構成する。そして裏側ローラー１２・１３は、表側ローラー１１の長さの方向に不連続な複数の支持ローラーであって、平板２０をはさみ付ける向きの力を個別に調整できるものにより構成している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
請求項に係る発明は、モールドに形成された微細パターンを被転写膜（たとえば樹脂でできた薄い皮膜）に転写するためのナノインプリント装置と、それを用いて行うナノインプリント方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ナノインプリント技術は、たとえば基板の表面に被転写膜である樹脂をスピン塗布したのち、微細な凹凸を有するモールド（ナノ金型）を押し付けることにより当該被転写膜の表面に微細パターンを形成する技術である。半導体素子や光素子などに必要なパターンを形成する手段として利用されている。現状では、プレス機構を用いて平板状のモールドをそれと平行な被転写膜に押し付ける方式のナノインプリントが一般に採用されている。
【０００３】
下記の特許文献１には、そうした一般的な平板状のモールドではなく、円筒面を有するように形成された回転型のモールド（型部材）によってナノインプリントを行う方法が記載されている。すなわち、当該モールドは円筒面の部分に凹凸パターンが形成されたもので、中心軸（回転軸）回りに一定角度範囲だけ回転するようになっている。そのモールドの円筒面を、平面（ＸＹテーブル）上に置いた基板上の被転写膜に押し付け、平面に沿って基板を移動させるとともにモールドを回転させることにより、被転写膜上にモールドの凹凸パターンを転写するのである。
【特許文献１】特開２００６−５０２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ナノインプリント技術を本格的に普及させるには、大面積への対応を高いスループットで実現することが重要だといわれている。平板状のモールドを使用する現状の技術は、基板（上の被転写膜）の全域に同時に一定の圧力でモールドを押し付ける必要があることから、大面積の基板にパターン形成をするうえできわめて不利である。たとえばＡ４の大きさの基板に平板状のモールドにてパターン形成を行う場合、数十トンレベルの圧力が必要となるほか、モールドを剥離させる際にも相当の力が必要になる。
【０００５】
その点、平板状ではなく円筒（ローラー）状のモールドを使用するいわゆるローラー型ナノインプリント技術は、モールドと基板との接触領域が線状になるため、押し付け圧力を大幅に低下させることができる。剥離の際にも、モールドの回転にともなって上記接触領域の隣接部分から順次剥離が進行するため、大きな力は必要ない。かかる点から、ローラー型ナノインプリントの方が大面積のパターン形成に適していると考えられる。
【０００６】
上記特許文献１に記載されている技術は、モールドが一部にのみ円筒面を有するものであって必ずしも十分な大面積に対応できるとは限らないが、モールドの押し付け圧力等を低減できるというローラー型ナノインプリントの利点は有しているといえる。
【０００７】
しかし、特許文献１をはじめ、従来のローラー型ナノインプリント技術では、大面積への対応をさらに進める場合のつぎのような課題にいかに対処すべきか、明らかでない。すなわち、大面積化を効率的に進めるために円筒状のモールドを中心軸に沿って長くした場合、モールドがたわみやすくなるという課題である。モールド表面の微細なパターンを正確に基板上に転写するためには、モールドの各部を均一に基板上に押し付けなければならないが、円筒形のモールドはその両端部でのみ支持されていることから、長くなるにつれてたわみやすくなり、中ほどの部分が十分には押し付けられなくなる。たわみが少ないように太くて高剛性のものを使用する場合には、装置のコストが高くなるほか、大型化・重量化して取り扱いが容易でなくなる。
【０００８】
請求項に係る発明は、円筒（ローラー）を長くした場合にもそれを均一に基板上に押し付けることができ、もって微細パターンの正確な転写を可能とするナノインプリント装置および方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明のナノインプリント装置は、モールドに形成された微細パターンを被転写膜に転写するための装置であって、
・ モールドもしくは被転写膜またはそれらの双方を表面上に取り付け可能な平板のほか、上記表面の側にある表側ローラーとその反対側にある裏側ローラーとによって当該平板をはさみ付け得るローラー組、および、上記平板とそれをはさみ付けたローラー組との間に相対移動（平板の表面と平行で各ローラーの中心線と直角な方向への相対移動。以下も同様）をもたらす移動機構を組み合わせ、
・ 上記ローラー組のうちに、表側ローラーの長さの方向に不連続な複数の支持ローラーであって、平板をはさみ付ける向きの力（押し付け力）を個別に調整できるものを含めることを特徴とする。
【００１０】
上記の支持ローラーとしては、たとえば図１（ｂ）のように平板の裏面に接する裏側ローラーを表側ローラーの長さ方向に不連続のものとして複数配置するとよい。しかしそのほか、表側ローラーおよび裏側ローラーとしてそれぞれ連続したものを配置したうえ、そうした表側ローラーか裏側ローラー（またはその両者それぞれ）の背面（平板に接する側とは反対の側）に接触させて不連続の複数のローラーを設ける（それを支持ローラーとする）のもよい。
なお、上記ローラー組の各ローラーは、回転駆動手段に接続されない回転自在なものであってよい。回転自在であれば、平板をはさみ付けた状態で上記移動機構により平板・ローラー組間を相対移動させるとき、各ローラーは当該相対速度と同じ周速で回転（連れ回り）するからである。
【００１１】
こうしたナノインプリント装置によれば、下記i)〜iii)のうち任意の態様で微細パターンの転写を行うことができる。すなわち、
i) 平板の表面上に微細パターンを表側に向けたモールドを取り付けるとともに、当該モールドの表側に被転写膜を置き、上記ローラー組によって当該平板をはさみ付け、はさみ付けたその状態で移動機構により平板・ローラー組間を相対移動させる（たとえば図５または図６のようにする。または被転写膜の全面をモールド上に重ねたうえローラー組ではさみ付ける）。ローラー組が平板をはさみ付けるとき、平板上に重ねて取り付けたモールドと被転写膜とをローラー組の作用により加圧できる。その状態で平板・ローラー組間を相対移動させると、被転写膜の全域を順次モールドに押し付けることができて被転写膜へのパターン転写を行える。モールドには、被転写膜のうち表側ローラーに沿った線状の部分のみを押し付けるのであるから、必要な押し付け力は小さいもので足りる。
【００１２】
ii) 上記と同様に微細パターンを表側に向けたモールドを平板の表面上に取り付けるとともに、被転写膜は、表側ローラーの側面（円筒面）上に巻き付ける。そうしたうえで上記ローラー組にて当該平板をはさみ付け、はさみ付けた状態で平板・ローラー組間を相対移動させる。こうすることによっても、被転写膜の全域にモールドを順次押し付けて微細パターンを転写することができる。
【００１３】
iii) 上記平板の表面上に被転写膜を取り付けるとともに、表側ローラーの側面上に、微細パターンを外側に向けたモールドを取り付ける（つまりたとえば図７のようにする）。そして上記と同じく、ローラー組によって当該平板をはさみ付け、はさみ付けたその状態で平板・ローラー組間を相対移動させる。ローラー組が平板をはさみ付けるとき、表側ローラーの側面上のモールドを平板上の被転写膜に押し付けることができ、さらに上記の相対移動によって、被転写膜の全域に順次モールドを押し付けることができる。モールドは、被転写膜のうち表側ローラーに沿った線状の部分のみに押し付けるのであるから、やはり押し付けに必要な力は小さく、剥離のための力も小さい。
【００１４】
この発明のナノインプリント装置では、表側ローラーの長さの方向に不連続な複数の支持ローラーであって平板をはさみ付ける向きの力を個別に調整できるものを使用することから、表側ローラーが長くてたわみやすい場合であっても、同ローラーと平板との間の接触圧力（したがって被転写膜へのモールドの押し付け圧力）を均一にすることができる。表側ローラーを長くした場合にもこうして接触圧力を均一化できる以上、大面積にわたる微細パターンを正確に被転写膜上に転写するうえできわめて有利である。また、平板として高剛性でない（たとえば薄い）ものを使用した場合にも接触圧力を均一化できるため、ローラー組や平板に要するコストを抑制できるという利点もある。
【００１５】
この発明のナノインプリント装置では、とくに、表側ローラーとして１本のローラー（長さの連続したもの）のみを配置し、裏側ローラーとして、上記のとおり表側ローラーの長さ方向に不連続であって力を個別に調整できる複数の支持ローラーのみを配置するとよい。つまり、たとえば図１（ｂ）のように、裏側ローラーとしては連続したものを配置せずに、平板の裏面に不連続の支持ローラーを直接押し当てるのである。
そのようにすれば、裏側ローラーの構成が簡単になりコスト上有利である。平板を特に高剛性にする必要もないので、その点でもコストを抑制できる。表側ローラーの背面に接触させて支持ローラーを設けることも可能だが、表側ローラーを一定以上の太さにするなど高剛性にすれば、上記のとおり表側ローラーとして１本のローラーのみを配置することで足り、装置構成を簡単化できる。
【００１６】
発明のナノインプリント装置については、さらに、裏側ローラーである上記の支持ローラーとして、上記相対移動の方向において表側ローラーの前および後ろ（すなわち、平板に関して表側ローラーと対称の位置をはさむ前後各位置）に配置するのが好ましい。
そのようにすると、平板をローラー組にてはさみ付けたとき両者間の姿勢が安定して変化しがたくなり、上記のとおり相対移動させるとき、ローラー組が平板に対して傾くこと等が防止される。それにより、正確なパターン転写が安定的に行えることとなる。
【００１７】
発明の装置についてはさらに、上記平板もしくは表側ローラーまたはそれらの双方にヒーターを内蔵するのがよい。
そうすると、熱可塑性樹脂の薄膜を被転写膜としてパターン転写を行う場合に、上記ヒーターを利用して当該被転写膜をガラス転移点以上の温度に加熱することができ、いわゆる熱式ナノインプリントを円滑に実施することができる。
【００１８】
上記平板と表側ローラーとの接触箇所付近（接触箇所またはその直後の部分）に向けて照射が可能なように紫外線照射器を配置すると、なお好ましい。
そうすれば、紫外線硬化性の樹脂を含む被転写膜に対するいわゆる光硬化式ナノインプリントを円滑に実施することができる。平板および表側ローラーの各表面を反射率の高い金属面とするなら、照射する紫外線がそれら表面で反射されることにより上記接触箇所付近に到達しやすいという利点がある。
【００１９】
発明のナノインプリント方法は、上記のいずれかに記載したナノインプリント装置を使用して、上記平板の表面上に、微細パターンを表側に向けたモールドを取り付けるとともに、当該モールドの表側に被転写膜を置き、上記ローラー組によって当該平板（モールドと被転写膜とが取り付けられたもの）をはさみ付け、はさみ付けたその状態で平板・ローラー組間を相対移動させることを特徴とする。つまり、前記したi)の態様で発明のナノインプリント装置を使用するものである。
【００２０】
この方法によれば、長尺の被転写膜を使用して、平板上に取り付けるモールドと等しい長さの範囲に、連続的かつほぼ同時に（上記相対移動の間に）パターン転写を行うことが可能である。
表側ローラーそのものをモールドとするのでなく、シート状のモールドを平板上に取り付けて使用するので、転写に要するコスト等が抑えられる。つまり、表側ローラーをモールドとする場合には円筒面上に微細パターンを形成する必要があり、モールド製作の困難さとかなりのコストとがともなうのに対し、この方法ではそれが解消されるわけである。
【００２１】
上記方法による場合、被転写膜として帯状のもの（すなわち上記相対移動の方向に長いもの）を、上記ローラー組がはさみ付ける部分のみでモールドに重なるようモールドの表側に掛け渡して使用するとよい。そのように被転写膜を掛け渡したうえで上記ローラー組にて上記平板をはさみ付け、上記の相対移動をさせる。つまりたとえば図５または図６のようにするのである。
そうすれば、掛け渡された被転写膜が、上記の相対移動につれて順次モールドから剥がれていくため、全域へのパターン転写が終了したのちモールドから被転写膜を剥離させる作業を行わう必要がない。また、ローラー組による平板のはさみ付けを解除したとき、被転写膜を移動してモールド上に位置する部分を変更することも容易になるので、さらに長尺の被転写膜にパターン転写をすることも難しくない。
【００２２】
発明のナノインプリント方法は、上記いずれかのナノインプリント装置を使用し、上記平板の表面上に、微細パターンを表側に向けたモールドを取り付けるとともに、表側ローラーの側面（円筒面）上に被転写膜を巻き付け、上記ローラー組によって当該平板（モールドと被転写膜とが取り付けられたもの）をはさみ付け、はさみ付けたその状態で平板・ローラー組間を相対移動させることとするのもよい。つまり、前記したii)のように発明の装置を使用するのである。
この方法によれば、平板上に取り付けるモールドと等しい長さか、または表側ローラーの外周の長さかのうち短い方の長さ範囲で、被転写膜上に、連続的かつほぼ同時にパターン転写を行うことが可能である。また、表側ローラーを円筒状モールドとするのでなく、シート状のモールドを平板上に取り付けて使用するので、モールド製作の難易度およびコストの面で有利である。
【００２３】
発明のナノインプリント方法は、上記いずれかのナノインプリント装置を使用し、上記平板の表面上に被転写膜を取り付けるとともに、表側ローラーの側面上に微細パターンを外側に向けてモールドを取り付け、上記ローラー組によって当該平板（モールドと被転写膜を含む）をはさみ付け、はさみ付けたその状態で平板・ローラー組間を相対移動させることとするのもよい。つまり、前記したiii)のとおりに発明の装置を使用するのである。表側ローラーへのモールドの取り付けは、たとえば、ニッケルフィルムや樹脂フィルムでできた薄いシート状のモールドを表側ローラーに巻き付けたり、または円筒状に形成したモールドを表側ローラーに軸端部よりかぶせたりするとよい。
この方法によれば、平板上に取り付けた被転写膜の全長にわたり、連続的かつほぼ同時にパターン転写を行うことが可能である。表側ローラーにかぶせるように円筒状にモールドを形成するにはそれなりのコストが必要だが、上記のモールドは表側ローラーそのものを構成するものではなく当該ローラーに対して取り替え可能に取り付けるものである点では、コスト上昇が抑制される。ニッケルフィルム等のシート状のモールドを表側ローラーに巻き付ける場合には、モールド製作コストはさらに低減される。なお、前記のように、表側ローラーを含めてローラー組の各ロールは回転駆動させる必要がないので、表側ローラーにモールドを取り付ける上で、はめ合いの精度や固定方法に関して特別の手段は必要なく、したがってコスト面でも有利である。
【００２４】
発明のナノインプリント方法では、さらに、被転写膜として紫外線硬化性の樹脂を含むものを使用し、ローラー組にて平板をはさみ付けたとき、平板と表側ローラーとの接触箇所付近に向けて紫外線照射を行うこととするのもよい。
そうすれば、紫外線硬化性の樹脂を含む被転写膜に対するいわゆる光硬化式ナノインプリントを円滑に実施することができる。
【発明の効果】
【００２５】
請求項に係る発明のナノインプリント装置およびナノインプリント方法には、つぎのような効果がある。
a) 一般的なローラー型ナノインプリント技術における効果と同様、被転写膜に対するモールドの押し付けに必要な力やその後の剥離のための力を小さくできる。
b) 平板をはさみ付ける向きの力を個別に調整できる複数の支持ローラーを使用することから、表側ローラーが長い場合であってもモールドと被転写膜との接触圧力を均一にすることができる。そしてその点から、大面積の微細パターンをも正確に被転写膜上に転写することが可能になる。
c) 平板や表側ローラー等の使い方によって、種々の態様で被転写膜へのパターン転写が行える。熱式ナノインプリントや紫外線硬化式ナノインプリント、あるいは、高粘性樹脂皮膜を用いる室温式ナノインプリントのいずれにも使用することができる。
d) 上記によって大面積のナノインプリント技術が実用化されることにより、表示デバイス、パターンドメディアをはじめとするＩＴ情報デバイス、ＤＮＡチップに代表されるバイオデバイス、燃料電池部材関連の環境デバイス等について、高性能化および量産化が促進される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１〜図７に発明の実施形態を紹介する。図１はナノインプリント装置１の要部を模式的に示す図であって、図１（ａ）は正面図、同（ｂ）は側面図である。図２〜図４は同装置１を実機に即して示すもので、図２は正面図、図３は側面図、図４は平面図である。また図５、図６および図７は、装置１の使用態様を模式的に示す図である。
【００２７】
図１等に示すナノインプリント装置１は、たとえば線幅がｎｍレベルの微細なパターンを、被転写膜である樹脂皮膜等の上に転写するための装置であり、以下のように構成したものである。
【００２８】
まず図１（ａ）・（ｂ）のように、装置１の主要構成として、表側ローラー１１と裏側ローラー１２・１３を含むローラー組１０に対して平板２０を組み合わせ、両者を、移動機構３０によって相対移動可能な関係に配置している。ローラー組１０の各ローラー１１・１２・１３は、いずれも回転自在な非駆動のものとし、互いに平行に設けている。平板２０は、その表面２０ａおよび裏面２０ｂを各ローラーと平行にし、表側ローラー１１と裏側ローラー１２・１３との間にはさまれるよう配置する。平板２０は各ローラーと直角な方向に長さをもつものとし、その幅は、表側ローラー１１の長さと同程度にしている。また移動機構３０は、ローラー組１０と平板２０とのうちどちらかを他方に対して相対的に移動させればよいが、図示の例では、ボールネジ３１（図２参照）等によりローラー組１０を図示左右に往復に移動させるものとしている。
【００２９】
裏側ローラー１２・１３は、それぞれにモーター１５およびネジ機構１５ａを含む昇降機構に連結し、もって表側ローラー１１との間隔を拡大・縮小できるようにしている。したがってローラー組１０は、表側ローラー１１と裏側ローラー１２・１３とによって平板２０をその厚さの方向にはさみ付けることができる。また、裏側ローラー１２・１３の各昇降機構にはロードセル１４を内蔵し、もって平板２０に対する押し付け力を検出できるようにしている。当該ロードセル１４の出力信号をフィードバックさせて各モータ１５の駆動力を制御する制御手段（図示委省略）を配置してもいるので、裏側ローラー１２・１３の押し付け力は個別に適切に調整することができる。
【００３０】
表側ローラー１１が長さ方向に連続した一本の太い円筒体（または円柱体）であるのに対し、裏側ローラー１２・１３は、図１（ｂ）に示すとおり長さ方向に分割された互いに不連続な円柱体である。これは、表側ローラー１１に対する平板２０の接触圧力を均一にするために構成したものである。すなわち、裏側ローラーとしてもし表側ローラー１１と同じ一本の連続したものを使用すれば、両端でのみ支持される各ローラーのたわみ、またはさらに平板２０のたわみのために上記接触圧力が不均一になることを考慮した。図示のように裏側ローラーをローラー１２・１３等に分割して適切な位置に複数配置し、そのうえで上記のとおり各ローラー１２・１３の押し付け力を調整可能にしていることから、表側ローラー１１に対する平板２０の接触圧力をローラーの長さ方向（平板２０の幅方向）に均一にすることができる。つまり裏側ローラー１２・１３のそれぞれを、表側ローラー１１と平板２０との接触圧力を均等化するための支持ローラーとして使用するのである。図示の例では裏側ローラー（支持ローラー）１２・１３は表側ローラー１１の長さ方向の２箇所にのみ配置しているが、表側ローラー１１がさらに長い場合等には３箇所以上に増やして配置する。
【００３１】
裏側ローラー１２・１３は、図１（ａ）に示すように、それぞれを平行な二つのローラー（共通のモータ１５に連結したもの）によって構成している。平板２０をはさむためには、通常なら、平板をはさんで表側ローラー１１と対称な位置のみに裏側ローラーを設けるが、装置１では、表側ローラー１１と対称の位置から上記相対移動の一方向に特定距離だけ離れた位置と、当該対称の位置から逆向きに同じ距離だけ離れた位置との２箇所に裏側ローラー１２・１３を設けている。このようにすると、ローラー組１０にて平板２０をはさみ付けたとき、ローラー組１０（の各ローラー）と平板２０とが図１（ａ）のとおり３箇所（二等辺三角形の頂点である３点）で接触し、姿勢が安定して相対移動の間にも傾くことが防止される。
【００３２】
表側ローラー１１に内部にはランプヒーター４１を配置し、平板２０には、電気式のカートリッジヒーター２３を内蔵している。熱可塑性樹脂等を被転写膜とする場合に、その加熱を円滑に行うためである。
【００３３】
また、ローラー組１０に近い箇所に、ローラー組１０とともに移動するように紫外線照射器４２を取り付け、その照射先を、図１（ａ）のとおり表側ローラー１１と平板２０の表面２０ａとの接触箇所に向けている。照射器４２を設けた位置は、ローラー組１０にてはさみ付けられた平板２０が上記の相対移動によって送られる先に相当するため、紫外線は、平板２０上のうち、表側ローラー１１と接触している箇所および接触した直後の箇所に照射される。
【００３４】
ナノインプリント装置１においては、上記のローラー組１０、平板２０および移動機構３０等を、図２〜図４のようにベースプレート２上に組み付けている。すなわち、まずローラー組１０については、表側ローラー１１と裏側ローラー１２・１３、およびモータ１５等をローラー用フレーム１６に組み込み、それを、図３のとおりベースプレート２上に固定したスライド案内部材１７上に設置することにより、平板２０の長さの方向への移動を自在にして組み付けた。
【００３５】
図２のように、前記移動機構３０として、ボールネジ３１を軸受３１ａで支えたうえベースプレート２上に掛け渡し、そのボールネジ３１に駆動用モータ３３を接続している。ボールネジ３１にはめ付けたボールナット３２を、上記のローラー用フレーム１６に取り付けているため、ボールネジ３１をモータ３３で回転させると、当該フレーム１６とともにローラー組１０を平板２０の長さの方向に移動させることができる。
【００３６】
平板２０については、図２のとおり両端部から長さ方向に延ばした状態に支持棒２１を取り付け、その支持棒２１の両端部を、ベースプレート２上に立てた支持枠２２によって支えている。上記の相対移動の際にも平板２０が長さ方向に移動する必要はないので、支持棒２１は、長さ方向にスライドすることのないように両端部を支持枠２２に掛け留めてある。ただし、裏側ローラー１２・１３を前記昇降機構にて昇降させるとき平板２０も昇降するので、その動きを妨げないよう、支持棒２１の両端部は上下に変位し得るよう支持枠２２に支持させている。なお、図３中の符号２４は、平板２０内に設けた前記カートリッジヒーター２３への配線配管である。
【００３７】
以上のように構成したナノインプリント装置１によると、たとえば図５〜図７に示す方法で樹脂皮膜上に微細パターンの転写を行うことができる。
【００３８】
まず、図５は、平板状のモールドＡ１を使用して、被転写膜である熱可塑性樹脂フィルムＸ１に熱式ナノインプリントを行う方法を示している。この方法はつぎのような手順によって実施できる。
1) 表面に微細な凹凸パターンを形成された、ニッケルやシリコン等でできた平板状のモールドＡ１を、表面（凹凸パターンを有する面）を上に向けて平板２０の表面２０ａに設置する。
2) 前記のヒーターによって平板２０を加熱し、モールドＡ１の温度を上記樹脂フィルムＸ１のガラス転移点温度以上にし、その温度に保持する。表側ローラー１１および裏側ローラー１２・１３は室温のままでよい。
3) 樹脂フィルムＸ１は、巻出しおよび巻取り用のリール５１とその内側に配置されるピンチロール５２とを使用して、図示のように一部のみが表側ローラー１１の下になるよう平板２０上に掛け渡す。
【００３９】
4) 裏側ローラー１２・１３を上昇させることにより表側ローラー１１を平板２０等に押し付け、その状態でローラー組１０を図示右方へ移動させる。このとき、表側ローラー１１はローラー組１０の移動につれて回転しながら、平板２０上のモールドＡ１と樹脂フィルムＸ１とを押し付けていく。それにより、モールドＡ１上にある樹脂フィルムＸ１の全域にモールドＡ１の微細パターンが転写される。
5) ローラー組１０が移動して表側ローラー１１がモールドＡ１の端部（図示右方の端部）に達したとき、裏側ローラー１２・１３を下げて平板２０を下降させたうえ、ローラー組１０を元の位置（図示左方）に戻す。そしてこの間に、リール５１によって樹脂フィルムＸ１を１ストローク分だけ送っておく。
6) 上記4)・5)を繰り返すことにより、リール５１上の樹脂フィルムＸ１のほぼ全域に微細パターンの転写を行うことが可能である。
【００４０】
モールドＡ１としてニッケル製のものを使用し、上記の方法により厚さ０．５ｍｍのＰＭＭＡフィルム上にパターン転写をした例（フィルム表面の電子顕微鏡写真）を図８に示す。写真の線幅は約４００ｎｍである。なお、この例では、モールドＡ１の加熱温度は１１５℃、ローラー組１０の移動速度は１０ｍｍ／ｓｅｃである。
【００４１】
図５に示す方法は、下記のように一部を変更して実施することも可能である。たとえばリール５１に巻き掛けた長尺の樹脂フィルムＸ１ではなく、図６のように、特定長さの樹脂フィルムＸ１を被転写膜とし、その両端部をロボットアーム５３等によって保持させるのもよい。表側ローラー１１を押し付けた状態でローラー組１０を移動してモールドＡ１の範囲の転写が完了すると、裏側ローラー１２・１３を下降させた時点で、ロボットアーム５３に樹脂フィルムＸ１を交換させる。
また、樹脂フィルムＸ１は、図５・図６のようにモールドＡ１上に掛け渡すのでなく、表側ローラー１１の周面に巻き付けるか、またはモールドＡ１の上に全面的に重ね合わせることとしてもよい。前者の場合、表側ローラー１１上に巻き付けた端部は、粘着テープ等で留めればよい。後者の場合、転写後に樹脂フィルムＸ１をモールドＡ１から剥離させる際、全面を同時に剥離させようとすると大きな力が必要なので、一方の側から順に引きはがすようにするのがよい。
【００４２】
図７は、図１のナノインプリント装置１における表側ローラー１１にモールドＡ２（表面に微細な凹凸パターンを形成されたもの）を取り付けるとともに、被転写膜である樹脂フィルムＸ２（またはレジスト基板）を平板２０上に設置して熱式ナノインプリントを行う方法を示している。この方法は以下のようにして実施できる。
1) 平板２０の表面上に、熱可塑性樹脂フィルムＸ２（またはレジスト基板）を取り付ける。
2) 表側ローラー１１の外周面上に、つぎのいずれかの手段によってモールドＡ２を取り付ける。すなわち、a)厚さ０．１ｍｍ程度の薄いニッケルシートでできたモールドを巻き付けるか、b)円筒状に作製したモールドを表側ローラー１１に差し込む。ただし、モールドＡ２として樹脂製のものを使用する場合には、樹脂フィルムＸ２よりもガラス転移点温度が高いものを選択する。たとえば、被転写膜がＰＭＭＡ（ガラス転移点温度は１０５℃）の場合には、ポリカーボネイトやＰＥＴ（いずれもガラス転移点温度は１４０℃以上）にてなるモールドＡ２を使用するのがよい。なお、表側ローラー１１を回転駆動させることがないので、同ローラー１１に対して回転方向にモールドＡ２を固定しておく必要はとくにない。
3) 表側ローラー１１を前記ヒーターによって加熱し、モールドＡ２の温度を樹脂フィルムＸ２のガラス転移点温度以上にして保持する。裏側ローラー１２・１３および平板２０は室温のままでよい。
【００４３】
4) 裏側ローラー１２・１３を上昇させることにより表側ローラー１１を平板２０等の上に押し付け、その状態でローラー組１０を図示右方へ移動させる。これにより、平板２０上にある樹脂フィルムＸ２にモールドＡ２の微細パターンが連続的に転写される。
5) ローラー組１０が移動して表側ローラー１１が樹脂フィルムＸ２の端部に達したとき、裏側ローラー１２・１３を下げて平板２０を下降させ、ローラー組１０を元の位置に戻すとともに、樹脂フィルムＸ２を未転写のものに交換する。
6) 上記4)・5)を繰り返すことにより、多数の樹脂フィルムＸ２に対して次々と転写が行える。
【００４４】
図７の態様によってＵＶ式（光硬化式）のナノインプリントを行うことも可能である。それには、紫外線（ＵＶ）硬化性のドライフィルムまたはレジスト基板を平板２０の表面上に置いたうえ、上記の2)〜6)を行う。ただし、上記3)に述べた加熱は行わず、代わりに上記4)の間に、紫外線照射器４２によってモールドＡ２と樹脂フィルムＸ２等との接触箇所付近へ紫外線４２ａを照射する。
【００４５】
そのほか、図５・図６の方法を採用しながら、紫外線硬化性のドライフィルムを被転写膜とすることも可能である。それには、図５・図６による手順（前記）において、平板２０を加熱する代わりに、図１のように付設してある紫外線照射器４２を利用して当該フィルムに紫外線を照射すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】発明の実施形態としてのナノインプリント装置１について、要部を模式的に示す図である。図１（ａ）は装置１の正面図、同（ｂ）は側面図である。
【図２】図１のナノインプリント装置１を実機に即して示す正面図である。
【図３】図１のナノインプリント装置１を実機に即して示す側面図である。
【図４】図１のナノインプリント装置１を実機に即して示す平面図である。
【図５】ナノインプリント装置１の使用態様を模式的に示す図である。
【図６】ナノインプリント装置１の他の使用態様を模式的に示す図である。
【図７】ナノインプリント装置１のさらに他の使用態様を模式的に示す図である。
【図８】発明の方法により微細パターンが転写されたＰＭＭＡフィルム表面の電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００４７】
１ ナノインプリント装置
１０ ローラー組
１１ 表側ローラー
１２・１３ 裏側ローラー（支持ローラー）
２０ 平板
３０ 移動機構
Ａ１・Ａ２ モールド
Ｘ１・Ｘ２ 樹脂フィルム（被転写膜）
【技術分野】
【０００１】
請求項に係る発明は、モールドに形成された微細パターンを被転写膜（たとえば樹脂でできた薄い皮膜）に転写するためのナノインプリント装置と、それを用いて行うナノインプリント方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ナノインプリント技術は、たとえば基板の表面に被転写膜である樹脂をスピン塗布したのち、微細な凹凸を有するモールド（ナノ金型）を押し付けることにより当該被転写膜の表面に微細パターンを形成する技術である。半導体素子や光素子などに必要なパターンを形成する手段として利用されている。現状では、プレス機構を用いて平板状のモールドをそれと平行な被転写膜に押し付ける方式のナノインプリントが一般に採用されている。
【０００３】
下記の特許文献１には、そうした一般的な平板状のモールドではなく、円筒面を有するように形成された回転型のモールド（型部材）によってナノインプリントを行う方法が記載されている。すなわち、当該モールドは円筒面の部分に凹凸パターンが形成されたもので、中心軸（回転軸）回りに一定角度範囲だけ回転するようになっている。そのモールドの円筒面を、平面（ＸＹテーブル）上に置いた基板上の被転写膜に押し付け、平面に沿って基板を移動させるとともにモールドを回転させることにより、被転写膜上にモールドの凹凸パターンを転写するのである。
【特許文献１】特開２００６−５０２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ナノインプリント技術を本格的に普及させるには、大面積への対応を高いスループットで実現することが重要だといわれている。平板状のモールドを使用する現状の技術は、基板（上の被転写膜）の全域に同時に一定の圧力でモールドを押し付ける必要があることから、大面積の基板にパターン形成をするうえできわめて不利である。たとえばＡ４の大きさの基板に平板状のモールドにてパターン形成を行う場合、数十トンレベルの圧力が必要となるほか、モールドを剥離させる際にも相当の力が必要になる。
【０００５】
その点、平板状ではなく円筒（ローラー）状のモールドを使用するいわゆるローラー型ナノインプリント技術は、モールドと基板との接触領域が線状になるため、押し付け圧力を大幅に低下させることができる。剥離の際にも、モールドの回転にともなって上記接触領域の隣接部分から順次剥離が進行するため、大きな力は必要ない。かかる点から、ローラー型ナノインプリントの方が大面積のパターン形成に適していると考えられる。
【０００６】
上記特許文献１に記載されている技術は、モールドが一部にのみ円筒面を有するものであって必ずしも十分な大面積に対応できるとは限らないが、モールドの押し付け圧力等を低減できるというローラー型ナノインプリントの利点は有しているといえる。
【０００７】
しかし、特許文献１をはじめ、従来のローラー型ナノインプリント技術では、大面積への対応をさらに進める場合のつぎのような課題にいかに対処すべきか、明らかでない。すなわち、大面積化を効率的に進めるために円筒状のモールドを中心軸に沿って長くした場合、モールドがたわみやすくなるという課題である。モールド表面の微細なパターンを正確に基板上に転写するためには、モールドの各部を均一に基板上に押し付けなければならないが、円筒形のモールドはその両端部でのみ支持されていることから、長くなるにつれてたわみやすくなり、中ほどの部分が十分には押し付けられなくなる。たわみが少ないように太くて高剛性のものを使用する場合には、装置のコストが高くなるほか、大型化・重量化して取り扱いが容易でなくなる。
【０００８】
請求項に係る発明は、円筒（ローラー）を長くした場合にもそれを均一に基板上に押し付けることができ、もって微細パターンの正確な転写を可能とするナノインプリント装置および方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明のナノインプリント装置は、モールドに形成された微細パターンを被転写膜に転写するための装置であって、
・ モールドもしくは被転写膜またはそれらの双方を表面上に取り付け可能な平板のほか、上記表面の側にある表側ローラーとその反対側にある裏側ローラーとによって当該平板をはさみ付け得るローラー組、および、上記平板とそれをはさみ付けたローラー組との間に相対移動（平板の表面と平行で各ローラーの中心線と直角な方向への相対移動。以下も同様）をもたらす移動機構を組み合わせ、
・ 上記ローラー組のうちに、表側ローラーの長さの方向に不連続な複数の支持ローラーであって、平板をはさみ付ける向きの力（押し付け力）を個別に調整できるものを含めることを特徴とする。
【００１０】
上記の支持ローラーとしては、たとえば図１（ｂ）のように平板の裏面に接する裏側ローラーを表側ローラーの長さ方向に不連続のものとして複数配置するとよい。しかしそのほか、表側ローラーおよび裏側ローラーとしてそれぞれ連続したものを配置したうえ、そうした表側ローラーか裏側ローラー（またはその両者それぞれ）の背面（平板に接する側とは反対の側）に接触させて不連続の複数のローラーを設ける（それを支持ローラーとする）のもよい。
なお、上記ローラー組の各ローラーは、回転駆動手段に接続されない回転自在なものであってよい。回転自在であれば、平板をはさみ付けた状態で上記移動機構により平板・ローラー組間を相対移動させるとき、各ローラーは当該相対速度と同じ周速で回転（連れ回り）するからである。
【００１１】
こうしたナノインプリント装置によれば、下記i)〜iii)のうち任意の態様で微細パターンの転写を行うことができる。すなわち、
i) 平板の表面上に微細パターンを表側に向けたモールドを取り付けるとともに、当該モールドの表側に被転写膜を置き、上記ローラー組によって当該平板をはさみ付け、はさみ付けたその状態で移動機構により平板・ローラー組間を相対移動させる（たとえば図５または図６のようにする。または被転写膜の全面をモールド上に重ねたうえローラー組ではさみ付ける）。ローラー組が平板をはさみ付けるとき、平板上に重ねて取り付けたモールドと被転写膜とをローラー組の作用により加圧できる。その状態で平板・ローラー組間を相対移動させると、被転写膜の全域を順次モールドに押し付けることができて被転写膜へのパターン転写を行える。モールドには、被転写膜のうち表側ローラーに沿った線状の部分のみを押し付けるのであるから、必要な押し付け力は小さいもので足りる。
【００１２】
ii) 上記と同様に微細パターンを表側に向けたモールドを平板の表面上に取り付けるとともに、被転写膜は、表側ローラーの側面（円筒面）上に巻き付ける。そうしたうえで上記ローラー組にて当該平板をはさみ付け、はさみ付けた状態で平板・ローラー組間を相対移動させる。こうすることによっても、被転写膜の全域にモールドを順次押し付けて微細パターンを転写することができる。
【００１３】
iii) 上記平板の表面上に被転写膜を取り付けるとともに、表側ローラーの側面上に、微細パターンを外側に向けたモールドを取り付ける（つまりたとえば図７のようにする）。そして上記と同じく、ローラー組によって当該平板をはさみ付け、はさみ付けたその状態で平板・ローラー組間を相対移動させる。ローラー組が平板をはさみ付けるとき、表側ローラーの側面上のモールドを平板上の被転写膜に押し付けることができ、さらに上記の相対移動によって、被転写膜の全域に順次モールドを押し付けることができる。モールドは、被転写膜のうち表側ローラーに沿った線状の部分のみに押し付けるのであるから、やはり押し付けに必要な力は小さく、剥離のための力も小さい。
【００１４】
この発明のナノインプリント装置では、表側ローラーの長さの方向に不連続な複数の支持ローラーであって平板をはさみ付ける向きの力を個別に調整できるものを使用することから、表側ローラーが長くてたわみやすい場合であっても、同ローラーと平板との間の接触圧力（したがって被転写膜へのモールドの押し付け圧力）を均一にすることができる。表側ローラーを長くした場合にもこうして接触圧力を均一化できる以上、大面積にわたる微細パターンを正確に被転写膜上に転写するうえできわめて有利である。また、平板として高剛性でない（たとえば薄い）ものを使用した場合にも接触圧力を均一化できるため、ローラー組や平板に要するコストを抑制できるという利点もある。
【００１５】
この発明のナノインプリント装置では、とくに、表側ローラーとして１本のローラー（長さの連続したもの）のみを配置し、裏側ローラーとして、上記のとおり表側ローラーの長さ方向に不連続であって力を個別に調整できる複数の支持ローラーのみを配置するとよい。つまり、たとえば図１（ｂ）のように、裏側ローラーとしては連続したものを配置せずに、平板の裏面に不連続の支持ローラーを直接押し当てるのである。
そのようにすれば、裏側ローラーの構成が簡単になりコスト上有利である。平板を特に高剛性にする必要もないので、その点でもコストを抑制できる。表側ローラーの背面に接触させて支持ローラーを設けることも可能だが、表側ローラーを一定以上の太さにするなど高剛性にすれば、上記のとおり表側ローラーとして１本のローラーのみを配置することで足り、装置構成を簡単化できる。
【００１６】
発明のナノインプリント装置については、さらに、裏側ローラーである上記の支持ローラーとして、上記相対移動の方向において表側ローラーの前および後ろ（すなわち、平板に関して表側ローラーと対称の位置をはさむ前後各位置）に配置するのが好ましい。
そのようにすると、平板をローラー組にてはさみ付けたとき両者間の姿勢が安定して変化しがたくなり、上記のとおり相対移動させるとき、ローラー組が平板に対して傾くこと等が防止される。それにより、正確なパターン転写が安定的に行えることとなる。
【００１７】
発明の装置についてはさらに、上記平板もしくは表側ローラーまたはそれらの双方にヒーターを内蔵するのがよい。
そうすると、熱可塑性樹脂の薄膜を被転写膜としてパターン転写を行う場合に、上記ヒーターを利用して当該被転写膜をガラス転移点以上の温度に加熱することができ、いわゆる熱式ナノインプリントを円滑に実施することができる。
【００１８】
上記平板と表側ローラーとの接触箇所付近（接触箇所またはその直後の部分）に向けて照射が可能なように紫外線照射器を配置すると、なお好ましい。
そうすれば、紫外線硬化性の樹脂を含む被転写膜に対するいわゆる光硬化式ナノインプリントを円滑に実施することができる。平板および表側ローラーの各表面を反射率の高い金属面とするなら、照射する紫外線がそれら表面で反射されることにより上記接触箇所付近に到達しやすいという利点がある。
【００１９】
発明のナノインプリント方法は、上記のいずれかに記載したナノインプリント装置を使用して、上記平板の表面上に、微細パターンを表側に向けたモールドを取り付けるとともに、当該モールドの表側に被転写膜を置き、上記ローラー組によって当該平板（モールドと被転写膜とが取り付けられたもの）をはさみ付け、はさみ付けたその状態で平板・ローラー組間を相対移動させることを特徴とする。つまり、前記したi)の態様で発明のナノインプリント装置を使用するものである。
【００２０】
この方法によれば、長尺の被転写膜を使用して、平板上に取り付けるモールドと等しい長さの範囲に、連続的かつほぼ同時に（上記相対移動の間に）パターン転写を行うことが可能である。
表側ローラーそのものをモールドとするのでなく、シート状のモールドを平板上に取り付けて使用するので、転写に要するコスト等が抑えられる。つまり、表側ローラーをモールドとする場合には円筒面上に微細パターンを形成する必要があり、モールド製作の困難さとかなりのコストとがともなうのに対し、この方法ではそれが解消されるわけである。
【００２１】
上記方法による場合、被転写膜として帯状のもの（すなわち上記相対移動の方向に長いもの）を、上記ローラー組がはさみ付ける部分のみでモールドに重なるようモールドの表側に掛け渡して使用するとよい。そのように被転写膜を掛け渡したうえで上記ローラー組にて上記平板をはさみ付け、上記の相対移動をさせる。つまりたとえば図５または図６のようにするのである。
そうすれば、掛け渡された被転写膜が、上記の相対移動につれて順次モールドから剥がれていくため、全域へのパターン転写が終了したのちモールドから被転写膜を剥離させる作業を行わう必要がない。また、ローラー組による平板のはさみ付けを解除したとき、被転写膜を移動してモールド上に位置する部分を変更することも容易になるので、さらに長尺の被転写膜にパターン転写をすることも難しくない。
【００２２】
発明のナノインプリント方法は、上記いずれかのナノインプリント装置を使用し、上記平板の表面上に、微細パターンを表側に向けたモールドを取り付けるとともに、表側ローラーの側面（円筒面）上に被転写膜を巻き付け、上記ローラー組によって当該平板（モールドと被転写膜とが取り付けられたもの）をはさみ付け、はさみ付けたその状態で平板・ローラー組間を相対移動させることとするのもよい。つまり、前記したii)のように発明の装置を使用するのである。
この方法によれば、平板上に取り付けるモールドと等しい長さか、または表側ローラーの外周の長さかのうち短い方の長さ範囲で、被転写膜上に、連続的かつほぼ同時にパターン転写を行うことが可能である。また、表側ローラーを円筒状モールドとするのでなく、シート状のモールドを平板上に取り付けて使用するので、モールド製作の難易度およびコストの面で有利である。
【００２３】
発明のナノインプリント方法は、上記いずれかのナノインプリント装置を使用し、上記平板の表面上に被転写膜を取り付けるとともに、表側ローラーの側面上に微細パターンを外側に向けてモールドを取り付け、上記ローラー組によって当該平板（モールドと被転写膜を含む）をはさみ付け、はさみ付けたその状態で平板・ローラー組間を相対移動させることとするのもよい。つまり、前記したiii)のとおりに発明の装置を使用するのである。表側ローラーへのモールドの取り付けは、たとえば、ニッケルフィルムや樹脂フィルムでできた薄いシート状のモールドを表側ローラーに巻き付けたり、または円筒状に形成したモールドを表側ローラーに軸端部よりかぶせたりするとよい。
この方法によれば、平板上に取り付けた被転写膜の全長にわたり、連続的かつほぼ同時にパターン転写を行うことが可能である。表側ローラーにかぶせるように円筒状にモールドを形成するにはそれなりのコストが必要だが、上記のモールドは表側ローラーそのものを構成するものではなく当該ローラーに対して取り替え可能に取り付けるものである点では、コスト上昇が抑制される。ニッケルフィルム等のシート状のモールドを表側ローラーに巻き付ける場合には、モールド製作コストはさらに低減される。なお、前記のように、表側ローラーを含めてローラー組の各ロールは回転駆動させる必要がないので、表側ローラーにモールドを取り付ける上で、はめ合いの精度や固定方法に関して特別の手段は必要なく、したがってコスト面でも有利である。
【００２４】
発明のナノインプリント方法では、さらに、被転写膜として紫外線硬化性の樹脂を含むものを使用し、ローラー組にて平板をはさみ付けたとき、平板と表側ローラーとの接触箇所付近に向けて紫外線照射を行うこととするのもよい。
そうすれば、紫外線硬化性の樹脂を含む被転写膜に対するいわゆる光硬化式ナノインプリントを円滑に実施することができる。
【発明の効果】
【００２５】
請求項に係る発明のナノインプリント装置およびナノインプリント方法には、つぎのような効果がある。
a) 一般的なローラー型ナノインプリント技術における効果と同様、被転写膜に対するモールドの押し付けに必要な力やその後の剥離のための力を小さくできる。
b) 平板をはさみ付ける向きの力を個別に調整できる複数の支持ローラーを使用することから、表側ローラーが長い場合であってもモールドと被転写膜との接触圧力を均一にすることができる。そしてその点から、大面積の微細パターンをも正確に被転写膜上に転写することが可能になる。
c) 平板や表側ローラー等の使い方によって、種々の態様で被転写膜へのパターン転写が行える。熱式ナノインプリントや紫外線硬化式ナノインプリント、あるいは、高粘性樹脂皮膜を用いる室温式ナノインプリントのいずれにも使用することができる。
d) 上記によって大面積のナノインプリント技術が実用化されることにより、表示デバイス、パターンドメディアをはじめとするＩＴ情報デバイス、ＤＮＡチップに代表されるバイオデバイス、燃料電池部材関連の環境デバイス等について、高性能化および量産化が促進される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１〜図７に発明の実施形態を紹介する。図１はナノインプリント装置１の要部を模式的に示す図であって、図１（ａ）は正面図、同（ｂ）は側面図である。図２〜図４は同装置１を実機に即して示すもので、図２は正面図、図３は側面図、図４は平面図である。また図５、図６および図７は、装置１の使用態様を模式的に示す図である。
【００２７】
図１等に示すナノインプリント装置１は、たとえば線幅がｎｍレベルの微細なパターンを、被転写膜である樹脂皮膜等の上に転写するための装置であり、以下のように構成したものである。
【００２８】
まず図１（ａ）・（ｂ）のように、装置１の主要構成として、表側ローラー１１と裏側ローラー１２・１３を含むローラー組１０に対して平板２０を組み合わせ、両者を、移動機構３０によって相対移動可能な関係に配置している。ローラー組１０の各ローラー１１・１２・１３は、いずれも回転自在な非駆動のものとし、互いに平行に設けている。平板２０は、その表面２０ａおよび裏面２０ｂを各ローラーと平行にし、表側ローラー１１と裏側ローラー１２・１３との間にはさまれるよう配置する。平板２０は各ローラーと直角な方向に長さをもつものとし、その幅は、表側ローラー１１の長さと同程度にしている。また移動機構３０は、ローラー組１０と平板２０とのうちどちらかを他方に対して相対的に移動させればよいが、図示の例では、ボールネジ３１（図２参照）等によりローラー組１０を図示左右に往復に移動させるものとしている。
【００２９】
裏側ローラー１２・１３は、それぞれにモーター１５およびネジ機構１５ａを含む昇降機構に連結し、もって表側ローラー１１との間隔を拡大・縮小できるようにしている。したがってローラー組１０は、表側ローラー１１と裏側ローラー１２・１３とによって平板２０をその厚さの方向にはさみ付けることができる。また、裏側ローラー１２・１３の各昇降機構にはロードセル１４を内蔵し、もって平板２０に対する押し付け力を検出できるようにしている。当該ロードセル１４の出力信号をフィードバックさせて各モータ１５の駆動力を制御する制御手段（図示委省略）を配置してもいるので、裏側ローラー１２・１３の押し付け力は個別に適切に調整することができる。
【００３０】
表側ローラー１１が長さ方向に連続した一本の太い円筒体（または円柱体）であるのに対し、裏側ローラー１２・１３は、図１（ｂ）に示すとおり長さ方向に分割された互いに不連続な円柱体である。これは、表側ローラー１１に対する平板２０の接触圧力を均一にするために構成したものである。すなわち、裏側ローラーとしてもし表側ローラー１１と同じ一本の連続したものを使用すれば、両端でのみ支持される各ローラーのたわみ、またはさらに平板２０のたわみのために上記接触圧力が不均一になることを考慮した。図示のように裏側ローラーをローラー１２・１３等に分割して適切な位置に複数配置し、そのうえで上記のとおり各ローラー１２・１３の押し付け力を調整可能にしていることから、表側ローラー１１に対する平板２０の接触圧力をローラーの長さ方向（平板２０の幅方向）に均一にすることができる。つまり裏側ローラー１２・１３のそれぞれを、表側ローラー１１と平板２０との接触圧力を均等化するための支持ローラーとして使用するのである。図示の例では裏側ローラー（支持ローラー）１２・１３は表側ローラー１１の長さ方向の２箇所にのみ配置しているが、表側ローラー１１がさらに長い場合等には３箇所以上に増やして配置する。
【００３１】
裏側ローラー１２・１３は、図１（ａ）に示すように、それぞれを平行な二つのローラー（共通のモータ１５に連結したもの）によって構成している。平板２０をはさむためには、通常なら、平板をはさんで表側ローラー１１と対称な位置のみに裏側ローラーを設けるが、装置１では、表側ローラー１１と対称の位置から上記相対移動の一方向に特定距離だけ離れた位置と、当該対称の位置から逆向きに同じ距離だけ離れた位置との２箇所に裏側ローラー１２・１３を設けている。このようにすると、ローラー組１０にて平板２０をはさみ付けたとき、ローラー組１０（の各ローラー）と平板２０とが図１（ａ）のとおり３箇所（二等辺三角形の頂点である３点）で接触し、姿勢が安定して相対移動の間にも傾くことが防止される。
【００３２】
表側ローラー１１に内部にはランプヒーター４１を配置し、平板２０には、電気式のカートリッジヒーター２３を内蔵している。熱可塑性樹脂等を被転写膜とする場合に、その加熱を円滑に行うためである。
【００３３】
また、ローラー組１０に近い箇所に、ローラー組１０とともに移動するように紫外線照射器４２を取り付け、その照射先を、図１（ａ）のとおり表側ローラー１１と平板２０の表面２０ａとの接触箇所に向けている。照射器４２を設けた位置は、ローラー組１０にてはさみ付けられた平板２０が上記の相対移動によって送られる先に相当するため、紫外線は、平板２０上のうち、表側ローラー１１と接触している箇所および接触した直後の箇所に照射される。
【００３４】
ナノインプリント装置１においては、上記のローラー組１０、平板２０および移動機構３０等を、図２〜図４のようにベースプレート２上に組み付けている。すなわち、まずローラー組１０については、表側ローラー１１と裏側ローラー１２・１３、およびモータ１５等をローラー用フレーム１６に組み込み、それを、図３のとおりベースプレート２上に固定したスライド案内部材１７上に設置することにより、平板２０の長さの方向への移動を自在にして組み付けた。
【００３５】
図２のように、前記移動機構３０として、ボールネジ３１を軸受３１ａで支えたうえベースプレート２上に掛け渡し、そのボールネジ３１に駆動用モータ３３を接続している。ボールネジ３１にはめ付けたボールナット３２を、上記のローラー用フレーム１６に取り付けているため、ボールネジ３１をモータ３３で回転させると、当該フレーム１６とともにローラー組１０を平板２０の長さの方向に移動させることができる。
【００３６】
平板２０については、図２のとおり両端部から長さ方向に延ばした状態に支持棒２１を取り付け、その支持棒２１の両端部を、ベースプレート２上に立てた支持枠２２によって支えている。上記の相対移動の際にも平板２０が長さ方向に移動する必要はないので、支持棒２１は、長さ方向にスライドすることのないように両端部を支持枠２２に掛け留めてある。ただし、裏側ローラー１２・１３を前記昇降機構にて昇降させるとき平板２０も昇降するので、その動きを妨げないよう、支持棒２１の両端部は上下に変位し得るよう支持枠２２に支持させている。なお、図３中の符号２４は、平板２０内に設けた前記カートリッジヒーター２３への配線配管である。
【００３７】
以上のように構成したナノインプリント装置１によると、たとえば図５〜図７に示す方法で樹脂皮膜上に微細パターンの転写を行うことができる。
【００３８】
まず、図５は、平板状のモールドＡ１を使用して、被転写膜である熱可塑性樹脂フィルムＸ１に熱式ナノインプリントを行う方法を示している。この方法はつぎのような手順によって実施できる。
1) 表面に微細な凹凸パターンを形成された、ニッケルやシリコン等でできた平板状のモールドＡ１を、表面（凹凸パターンを有する面）を上に向けて平板２０の表面２０ａに設置する。
2) 前記のヒーターによって平板２０を加熱し、モールドＡ１の温度を上記樹脂フィルムＸ１のガラス転移点温度以上にし、その温度に保持する。表側ローラー１１および裏側ローラー１２・１３は室温のままでよい。
3) 樹脂フィルムＸ１は、巻出しおよび巻取り用のリール５１とその内側に配置されるピンチロール５２とを使用して、図示のように一部のみが表側ローラー１１の下になるよう平板２０上に掛け渡す。
【００３９】
4) 裏側ローラー１２・１３を上昇させることにより表側ローラー１１を平板２０等に押し付け、その状態でローラー組１０を図示右方へ移動させる。このとき、表側ローラー１１はローラー組１０の移動につれて回転しながら、平板２０上のモールドＡ１と樹脂フィルムＸ１とを押し付けていく。それにより、モールドＡ１上にある樹脂フィルムＸ１の全域にモールドＡ１の微細パターンが転写される。
5) ローラー組１０が移動して表側ローラー１１がモールドＡ１の端部（図示右方の端部）に達したとき、裏側ローラー１２・１３を下げて平板２０を下降させたうえ、ローラー組１０を元の位置（図示左方）に戻す。そしてこの間に、リール５１によって樹脂フィルムＸ１を１ストローク分だけ送っておく。
6) 上記4)・5)を繰り返すことにより、リール５１上の樹脂フィルムＸ１のほぼ全域に微細パターンの転写を行うことが可能である。
【００４０】
モールドＡ１としてニッケル製のものを使用し、上記の方法により厚さ０．５ｍｍのＰＭＭＡフィルム上にパターン転写をした例（フィルム表面の電子顕微鏡写真）を図８に示す。写真の線幅は約４００ｎｍである。なお、この例では、モールドＡ１の加熱温度は１１５℃、ローラー組１０の移動速度は１０ｍｍ／ｓｅｃである。
【００４１】
図５に示す方法は、下記のように一部を変更して実施することも可能である。たとえばリール５１に巻き掛けた長尺の樹脂フィルムＸ１ではなく、図６のように、特定長さの樹脂フィルムＸ１を被転写膜とし、その両端部をロボットアーム５３等によって保持させるのもよい。表側ローラー１１を押し付けた状態でローラー組１０を移動してモールドＡ１の範囲の転写が完了すると、裏側ローラー１２・１３を下降させた時点で、ロボットアーム５３に樹脂フィルムＸ１を交換させる。
また、樹脂フィルムＸ１は、図５・図６のようにモールドＡ１上に掛け渡すのでなく、表側ローラー１１の周面に巻き付けるか、またはモールドＡ１の上に全面的に重ね合わせることとしてもよい。前者の場合、表側ローラー１１上に巻き付けた端部は、粘着テープ等で留めればよい。後者の場合、転写後に樹脂フィルムＸ１をモールドＡ１から剥離させる際、全面を同時に剥離させようとすると大きな力が必要なので、一方の側から順に引きはがすようにするのがよい。
【００４２】
図７は、図１のナノインプリント装置１における表側ローラー１１にモールドＡ２（表面に微細な凹凸パターンを形成されたもの）を取り付けるとともに、被転写膜である樹脂フィルムＸ２（またはレジスト基板）を平板２０上に設置して熱式ナノインプリントを行う方法を示している。この方法は以下のようにして実施できる。
1) 平板２０の表面上に、熱可塑性樹脂フィルムＸ２（またはレジスト基板）を取り付ける。
2) 表側ローラー１１の外周面上に、つぎのいずれかの手段によってモールドＡ２を取り付ける。すなわち、a)厚さ０．１ｍｍ程度の薄いニッケルシートでできたモールドを巻き付けるか、b)円筒状に作製したモールドを表側ローラー１１に差し込む。ただし、モールドＡ２として樹脂製のものを使用する場合には、樹脂フィルムＸ２よりもガラス転移点温度が高いものを選択する。たとえば、被転写膜がＰＭＭＡ（ガラス転移点温度は１０５℃）の場合には、ポリカーボネイトやＰＥＴ（いずれもガラス転移点温度は１４０℃以上）にてなるモールドＡ２を使用するのがよい。なお、表側ローラー１１を回転駆動させることがないので、同ローラー１１に対して回転方向にモールドＡ２を固定しておく必要はとくにない。
3) 表側ローラー１１を前記ヒーターによって加熱し、モールドＡ２の温度を樹脂フィルムＸ２のガラス転移点温度以上にして保持する。裏側ローラー１２・１３および平板２０は室温のままでよい。
【００４３】
4) 裏側ローラー１２・１３を上昇させることにより表側ローラー１１を平板２０等の上に押し付け、その状態でローラー組１０を図示右方へ移動させる。これにより、平板２０上にある樹脂フィルムＸ２にモールドＡ２の微細パターンが連続的に転写される。
5) ローラー組１０が移動して表側ローラー１１が樹脂フィルムＸ２の端部に達したとき、裏側ローラー１２・１３を下げて平板２０を下降させ、ローラー組１０を元の位置に戻すとともに、樹脂フィルムＸ２を未転写のものに交換する。
6) 上記4)・5)を繰り返すことにより、多数の樹脂フィルムＸ２に対して次々と転写が行える。
【００４４】
図７の態様によってＵＶ式（光硬化式）のナノインプリントを行うことも可能である。それには、紫外線（ＵＶ）硬化性のドライフィルムまたはレジスト基板を平板２０の表面上に置いたうえ、上記の2)〜6)を行う。ただし、上記3)に述べた加熱は行わず、代わりに上記4)の間に、紫外線照射器４２によってモールドＡ２と樹脂フィルムＸ２等との接触箇所付近へ紫外線４２ａを照射する。
【００４５】
そのほか、図５・図６の方法を採用しながら、紫外線硬化性のドライフィルムを被転写膜とすることも可能である。それには、図５・図６による手順（前記）において、平板２０を加熱する代わりに、図１のように付設してある紫外線照射器４２を利用して当該フィルムに紫外線を照射すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】発明の実施形態としてのナノインプリント装置１について、要部を模式的に示す図である。図１（ａ）は装置１の正面図、同（ｂ）は側面図である。
【図２】図１のナノインプリント装置１を実機に即して示す正面図である。
【図３】図１のナノインプリント装置１を実機に即して示す側面図である。
【図４】図１のナノインプリント装置１を実機に即して示す平面図である。
【図５】ナノインプリント装置１の使用態様を模式的に示す図である。
【図６】ナノインプリント装置１の他の使用態様を模式的に示す図である。
【図７】ナノインプリント装置１のさらに他の使用態様を模式的に示す図である。
【図８】発明の方法により微細パターンが転写されたＰＭＭＡフィルム表面の電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００４７】
１ ナノインプリント装置
１０ ローラー組
１１ 表側ローラー
１２・１３ 裏側ローラー（支持ローラー）
２０ 平板
３０ 移動機構
Ａ１・Ａ２ モールド
Ｘ１・Ｘ２ 樹脂フィルム（被転写膜）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モールドに形成された微細パターンを被転写膜に転写するためのナノインプリント装置であって、
モールドもしくは被転写膜またはそれらの双方を表面上に取り付け可能な平板のほか、上記表面の側にある表側ローラーとその反対側にある裏側ローラーとによって当該平板をはさみ付け得るローラー組、および、上記平板とそれをはさみ付けたローラー組との間に相対移動をもたらす移動機構を有し、
上記ローラー組のうちに、表側ローラーの長さの方向に不連続な複数の支持ローラーであって平板をはさみ付ける向きの力を個別に調整できるものを含むことを特徴とするナノインプリント装置。
【請求項２】
表側ローラーとして１本のローラーのみが配置され、裏側ローラーとして、上記のとおり表側ローラーの長さ方向に不連続に配置されて力を個別に調整できる複数の支持ローラーのみが配置されていることを特徴とする請求項１に記載のナノインプリント装置。
【請求項３】
裏側ローラーである上記の支持ローラーが、上記相対移動の方向において表側ローラーの前および後ろの位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のナノインプリント装置。
【請求項４】
上記平板もしくは表側ローラーまたはそれらの双方にヒーターが内蔵されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のナノインプリント装置。
【請求項５】
上記平板と表側ローラーとの接触箇所付近に向けて照射が可能な紫外線照射器を有することを特徴とする請求項１〜４に記載のナノインプリント装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のナノインプリント装置を使用し、
上記平板の表面上に、微細パターンを表側に向けたモールドを取り付けるとともに、当該モールドの表側に被転写膜を置き、上記ローラー組によって当該平板をはさみ付け、はさみ付けたその状態で平板・ローラー組間を相対移動させることを特徴とするナノインプリント方法。
【請求項７】
上記の被転写膜として、帯状のものを、上記ローラー組がはさみ付ける部分のみでモールドに重なるようモールドの表側に掛け渡した状態に置くことを特徴とする請求項６に記載のナノインプリント方法。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれかに記載のナノインプリント装置を使用し、
上記平板の表面上に、微細パターンを表側に向けたモールドを取り付けるとともに、表側ローラーの側面上に被転写膜を巻き付け、上記ローラー組によって当該平板をはさみ付け、はさみ付けたその状態で平板・ローラー組間を相対移動させることを特徴とするナノインプリント方法。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれかに記載のナノインプリント装置を使用し、
上記平板の表面上に被転写膜を取り付けるとともに、表側ローラーの側面上に微細パターンを外側に向けてモールドを取り付け、上記ローラー組によって当該平板をはさみ付け、はさみ付けたその状態で平板・ローラー組間を相対移動させることを特徴とするナノインプリント方法。
【請求項１０】
被転写膜として紫外線硬化性の樹脂を含むものを使用し、ローラー組にて平板をはさみ付けたとき、平板と表側ローラーとの接触箇所付近に向けて紫外線照射を行うことを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載のナノインプリント方法。
【請求項１】
モールドに形成された微細パターンを被転写膜に転写するためのナノインプリント装置であって、
モールドもしくは被転写膜またはそれらの双方を表面上に取り付け可能な平板のほか、上記表面の側にある表側ローラーとその反対側にある裏側ローラーとによって当該平板をはさみ付け得るローラー組、および、上記平板とそれをはさみ付けたローラー組との間に相対移動をもたらす移動機構を有し、
上記ローラー組のうちに、表側ローラーの長さの方向に不連続な複数の支持ローラーであって平板をはさみ付ける向きの力を個別に調整できるものを含むことを特徴とするナノインプリント装置。
【請求項２】
表側ローラーとして１本のローラーのみが配置され、裏側ローラーとして、上記のとおり表側ローラーの長さ方向に不連続に配置されて力を個別に調整できる複数の支持ローラーのみが配置されていることを特徴とする請求項１に記載のナノインプリント装置。
【請求項３】
裏側ローラーである上記の支持ローラーが、上記相対移動の方向において表側ローラーの前および後ろの位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のナノインプリント装置。
【請求項４】
上記平板もしくは表側ローラーまたはそれらの双方にヒーターが内蔵されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のナノインプリント装置。
【請求項５】
上記平板と表側ローラーとの接触箇所付近に向けて照射が可能な紫外線照射器を有することを特徴とする請求項１〜４に記載のナノインプリント装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のナノインプリント装置を使用し、
上記平板の表面上に、微細パターンを表側に向けたモールドを取り付けるとともに、当該モールドの表側に被転写膜を置き、上記ローラー組によって当該平板をはさみ付け、はさみ付けたその状態で平板・ローラー組間を相対移動させることを特徴とするナノインプリント方法。
【請求項７】
上記の被転写膜として、帯状のものを、上記ローラー組がはさみ付ける部分のみでモールドに重なるようモールドの表側に掛け渡した状態に置くことを特徴とする請求項６に記載のナノインプリント方法。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれかに記載のナノインプリント装置を使用し、
上記平板の表面上に、微細パターンを表側に向けたモールドを取り付けるとともに、表側ローラーの側面上に被転写膜を巻き付け、上記ローラー組によって当該平板をはさみ付け、はさみ付けたその状態で平板・ローラー組間を相対移動させることを特徴とするナノインプリント方法。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれかに記載のナノインプリント装置を使用し、
上記平板の表面上に被転写膜を取り付けるとともに、表側ローラーの側面上に微細パターンを外側に向けてモールドを取り付け、上記ローラー組によって当該平板をはさみ付け、はさみ付けたその状態で平板・ローラー組間を相対移動させることを特徴とするナノインプリント方法。
【請求項１０】
被転写膜として紫外線硬化性の樹脂を含むものを使用し、ローラー組にて平板をはさみ付けたとき、平板と表側ローラーとの接触箇所付近に向けて紫外線照射を行うことを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載のナノインプリント方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２８１０９９（Ｐ２００７−２８１０９９Ａ）
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０３６６０（Ｐ２００６−１０３６６０）
【出願日】平成１８年４月４日（２００６．４．４）
【出願人】（５９７１３８５０８）明昌機工株式会社 (11)
【出願人】（５０３２７８７８４）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月４日（２００６．４．４）
【出願人】（５９７１３８５０８）明昌機工株式会社 (11)
【出願人】（５０３２７８７８４）
【Ｆターム（参考）】
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