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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Übertragungseinrichtung, die ein feines konkav-konvexes Muster, das auf einer Oberfläche einer Form vorgesehen ist, auf eine Oberfläche eines Werkstücks unter Verwendung eines Lithographieverfahrens überträgt, und betrifft spezieller eine Übertragungseinrichtung, welche eine Positionsabweichung (Querabweichung) zwischen der Form und dem Werkstück verringern kann.
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In den letzten Jahren wurden Nanodruckverfahren untersucht und entwickelt. Bei den Nanodruckverfahren wird ein Quarzsubstrat mit einem äußerst feinen Muster durch ein Elektronenstrahlverfahren oder dergleichen versehen, um eine Form (Schablone, Stempel) auszubilden, und wird die Form gegen einen Resistfilm angedrückt, der auf einer Substratoberfläche als Werkstück vorhanden ist, mit einem vorbestimmten Druck, wodurch das Muster übertragen wird, das auf der Form vorhanden ist (vgl. das Dokument 1: Precision Engineering Journal of the International Societies for Precision Engineering and Nanotechnology).
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Wenn ein äußerst feines, konkav-konvexes Muster, das auf einer Form wie beispielsweise einer Schablone oder einem Stempel vorgesehen ist, unter Einsatz des Lithographieverfahrens gegen ein Werkstück angedrückt und auf dieses übertragen wird, ist es erforderlich, exakt und fein die Ausrichtung der Form in Bezug auf eine Oberfläche des Werkstücks auszurichten, so dass eine Übertragungsoberfläche der Form, auf welcher das Muster vorgesehen ist, und eine Oberfläche des Werkstücks, in enge Berührung miteinander gleichmäßig gelangen, und das feine, konkav-konvexe Muster, das auf dem Werkstück vorhanden ist, exakt auf das Werkstück übertragen wird.
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Zur Feineinstellung der Form beschreibt das Dokument 1 eine Konstruktion, bei welcher ein Halteteil zum Haltern der Form aus einem flexiblen Material besteht, und dann, wenn eine Übertragungsoberfläche der Form gegen die Oberfläche des Werkstücks angedrückt wird, es dem Halteteil der Form ermöglicht wird, der Oberfläche des Werkstücks entlang dessen Oberfläche zu folgen.
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Wenn die Ausrichtung der Form so fein eingestellt wird, dass sie der Oberfläche des Werkstücks folgt, ist es dann, wenn die Form gegen die Oberfläche des Werkstücks angedrückt wird, erforderlich, die Form mit einem Druck anzudrücken, der so klein wie möglich ist, so dass das Werkstück nicht beschädigt wird, so dass das Halteteil der Form auf Grundlage eines kleinen Drucks zum Steuern der Ausrichtung hergestellt wird.
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Um das Muster, das auf der Übertragungsoberfläche der Form vorgesehen ist, auf die Oberfläche des Werkstücks zu übertragen, nachdem eine Feineinstellung der Ausrichtung der Form in Bezug auf die Oberfläche des Werkstück erfolgte, ist es daher erforderlich, einen hohen Druck einzusetzen. Wenn das Halteteil der Form so ausgebildet ist, dass es mit einem geringen Druck zum Steuern der Ausrichtung fertig wird, tritt allerdings in der Hinsicht ein Problem auf, dass ein hoher Druck, der zur Übertragung des Musters benötigt wird, nicht eingesetzt werden kann. Es gibt verschiedene Materialien für Werkstücke in Abhängigkeit vom Einsatzzweck, und es ist erforderlich, auf verschiedene Arten und Weisen die Druckübertragung zu ändern, wenn das Muster, das auf der Form vorhanden ist, auf das Werkstück übertragen werden soll.
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Im Falle einer derartigen Übertragungseinrichtung ist es erforderlich, die Parallelität der gegenseitigen Kontaktoberflächen der Form des Werkstücks streng aufrecht zu erhalten, und die Positionsabweichung (Querabweichung) in Richtung senkrecht zur gegenseitigen Andruckrichtung der Form und des Werkstücks zu unterdrücken, wenn die Form mit Druck beaufschlagt und freigegeben wird.
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Zu diesem Zweck wurde eine Einrichtung vorgeschlagen, die in der
japanischen offen gelegten Patentanmeldung Nr. 2004-34300 (Patentdokument 1) vorgeschlagen wurde. Bei dieser Einrichtung ist ein unterer, horizontaler Abschnitt eines U-förmigen Gestells mit einer X-Y-Stufe versehen, ist ein Werkstückhalterungsteil auf der Stufe angebracht, und ist ein oberer Abschnitt eines vertikalen Abschnitts des Gestells mit einem Formhalterungsabschnitt über einen Vertikalbewegungsmechanismus versehen.
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Der Werkstückhalterungsabschnitt weist ein Halterungsteil (ein Werkstückhalterungsteil) und ein dort darauf vorgesehenes, magnetisches Material auf. Ein Werkstück wird auf das magnetische Material aufgesetzt. Der Halterungsabschnitt weist ein Halterungsteil auf, das in Vertikalrichtung durch einen Bewegungsmechanismus bewegt wird, und einen Magneten, der auf einer unteren Oberfläche des Halterungsteils über ein elastisches Teil angebracht ist. Eine Form wird auf eine untere Oberfläche des Magneten aufgesetzt.
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Bei der herkömmlichen Einrichtung wird eine Abweichung der Parallelität über das elastische Teil ausgeglichen, und wenn die Form und das Werkstück aneinander angedrückt werden, wirkt eine magnetische Anziehungskraft zwischen dem Halterungsteil, welches die Form haltert, und einem Halterungsteil ein, welches das Werkstück haltert, durch den Magneten und das magnetische Material, wodurch eine Relativbewegung in Richtung senkrecht zur Andruckrichtung verhindert wird, also die Positionsabweichung (Abweichung in Querrichtung).
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Bei der Einrichtung, die im Patentdokument 1 beschrieben wird, wird dann, wenn die Form gegen das Werkstück durch die magnetische Anziehungskraft angedrückt wird, die durch den Magneten und das magnetische Material hervorgerufen wird, ermöglicht, die Positionsabweichung (Abweichung in Querrichtung) zu unterdrücken, aber wenn die Form stark durch den Bewegungsmechanismus über die magnetische Anziehungskraft hinaus angedrückt wird, wird ein oberer Abschnitt des vertikalen Abschnitts des Gestells nach links durch die Reaktionskraft verbunden, und wird eine Positionsabweichung (Abweichung in Querrichtung) hervorgerufen. Wenn das Gestell durch eine Temperaturänderung verformt wird, tritt ebenfalls ein Problem in der Hinsicht auf, dass eine Positionsabweichung (Abweichung in Querrichtung) hervorgerufen wird.
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Wenn eine Form von einem Werkstück gelöst wird, und Ultraschallschwingungen eingesetzt werden, ist es einfach, die Form von dem Werkstück zu trennen. Wenn die Amplitude der Ultraschallschwingung größer ist als die feine, konkav-konvexe Form, wird es zwar einfach, die Form freizugeben, aber tritt in der Hinsicht ein Problem auf, dass das feine, konkav-konvexe Muster beschädigt werden kann, so dass es nicht immer vorzuziehen ist, Ultraschallschwingungen einzusetzen.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Übertragungseinrichtung und eines Übertragungsverfahrens, bei welchen die voranstehend geschilderten Probleme gelöst werden, ein Kardangelenkmechanismus anstelle eines flexiblen Materials zum Haltern einer Form zum Vereinfachen der Konstruktion eingesetzt wird, und die Positionsabweichung (Abweichung in Querrichtung), die durch eine Andruckkraft oder eine Temperaturänderung hervorgerufen wird, auf einen kleinen Pegel unterdrückt werden kann, wobei selbst dann, wenn das konkav-konvexe Muster fein ist, die Form einfach abgenommen werden kann, ohne die konkav-konvexe Form zu beschädigen.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des voranstehenden Problems entwickelt, und ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Übertragungseinrichtung zur Verfügung, die mit einem Kardangelenkmechanismus versehen ist, wobei vorgesehen sind: ein Tisch, auf welchem ein Ausformsubstrat angeordnet wird, und welchem ein Formmaterial zugeführt wird, ein Formhaltekörper, der eine Übertragungsform befestigt und haltert, die so angeordnet ist, dass sie der Tischoberfläche entgegengesetzt angeordnet ist, und sich auf deren unterer Oberfläche befindet; ein erstes Kardangelenkteil, welches den Formhaltekörper an einer Oberfläche des ersten Kardangelenkteils haltert, und welches einen konvexen, kugelförmigen Oberflächenabschnitt auf der anderen Oberfläche des ersten Kardangelenkteils ausbildet, ein zweites Kardangelenkteil, das mit einem konkaven, kugelförmigen Oberflächenabschnitt versehen ist, welcher entgegengesetzt zu einem konvexen, kugelförmigen Oberflächenabschnitt des ersten Kardangelenkteils angeordnet ist, und in Kontakt mit diesem steht, ein beweglicher Körper, der das zweite Kardangelenkteil haltert, und sich in Vertikalrichtung in Bezug auf die Tischoberfläche vorstellen und zurückziehen kann, eine Antriebseinheit für den beweglichen Körper, der einen Servomotor zum Vorstellen und Zurückziehen des beweglichen Körpers in Vertikalrichtung aufweist, und eine Ausrichtungseinstellungs/Halteeinheit, welche die Ausrichtung des ersten Kardangelenkteils einstellt und festhält.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei einem Übertragungsverfahren zur Durchführung eines Übertragungsvorgangs unter Verwendung der Übertragungseinrichtung die Ausrichtung eines ersten Kardangelenkteils des Kardangelenkmechanismus während einer Absenkbewegung des beweglichen Körpers und bis zu dem Zeitpunkt angehalten, bis eine Form auf eine vorbestimmte Absenkposition abgesenkt ist, unmittelbar bevor die Form in Kontakt mit einem Substrat gelangt, und wird dann, wenn der bewegliche Körper die vorbestimmte Absenkposition erreicht, die Ausrichtung des ersten Kardangelenkteils in einen freien Zustand versetzt, und wird die Geschwindigkeit des ersten Kardangelenkteils verringert, und wird ein Formgebungsvorgang in Bezug auf ein Formmaterial durchgeführt.
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Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Übertragungseinrichtung zur Verfügung, bei welcher vorgesehen sind: ein Basisgestell, das an einem Ende eines Basisgestells vorgesehen ist, ein Halterungsgestell, das an dem anderen Ende des Basisgestells gegenüberliegend dem Basisgestell vorgesehen ist, mehrere Verbindungsstangen, die einstückig das Basisgestell und das Halterungsgestell verbinden, ein bewegbarer Körper, der zwischen Führungsgestellen angeordnet ist, die an der linken und der rechten Seite des Basisgestells vorgesehen sind, und der sich entlang den Verbindungsstangen zwischen dem Basisgestell und dem Halterungsgestell bewegen kann, eine Führungseinheit, die auf den Führungsgestellen an den entgegengesetzten Seiten vorgesehen ist, so dass die Führungseinheit eine Führung in Bewegungsrichtung entlang den Verbindungsstangen zu symmetrischen Positionen in Bezug auf das Zentrum des beweglichen Körpers durchführt, und eine Antriebseinheit, die auf dem Halterungsgestell angebracht ist, um den bewegbaren Körper entlang der Führungseinheit zu bewegen, wobei entweder das Basisgestell oder der bewegbare Körper über einen Kardangelenkmechanismus mit einem Formhalterungskörper versehen ist, der eine Übertragungsform oder eine Halterungsstufe haltert, die ein Werkstück haltert, das durch die Form übertragen wird, wobei das andere Teil, also entweder das Basisgestell oder der bewegbare Körper, eine Halterungsstufe aufweist, die dem Formhalterungskörper gegenüberliegend angeordnet ist, der auf dem Kardangelenkmechanismus angebracht ist, oder eine Halterungsstufe, die auf dem Kardangelenkmechanismus angebracht ist.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird der Kardangelenkmechanismus eingesetzt, welcher das erste Kardangelenkteil und das zweite Kardangelenkteil aufweist, und wird die Position in Bezug auf das erste Kardangelenkteil eingestellt. Durch diese Konstruktion wird ermöglicht, einfach die Ausrichtung der Form einzustellen und zu halten, die auf dem ersten Kardangelenkteil angebracht ist.
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Der bewegbare Körper wird durch die Führungseinheit an einem Substrat der zentralen Positionen beider Seitenoberflächen gehaltert. Selbst wenn das Gestell durch eine Temperaturänderung verformt wird, wird daher ermöglicht, noch weiter die Positionsabweichung (Abweichung in Querrichtung) des bewegbaren Körpers zu verringern. Daher kann die Positionsabweichung (Abweichung in Querrichtung) zwischen der Form und dem Werkstück, in Bezug auf die Andruckkraft und die Temperaturänderung, auf einen kleinen Pegel herabgesetzt werden.
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Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Übertragungseinrichtung zur Verfügung, die einen Kardangelenkmechanismus aufweist, und bei welcher vorgesehen sind: ein Tisch, auf welchen ein Formmaterial aufgesetzt wird, ein Formhaltekörper, der eine Übertragungsform festlegt und haltert, die so angeordnet ist, dass sie der Tischoberfläche gegenüberliegend angeordnet ist, ein erstes Kardangelenkteil, welches den Formhalterungskörper auf einer Oberfläche des ersten Kardangelenkteils haltert, und welches einen konvex-kugelförmigen Oberflächenabschnitt auf der anderen Oberfläche des ersten Kardangelenkteils ausbildet, ein zweites Kardangelenkteil, das mit einem konkav-kugelförmigen Oberflächenabschnitt versehen ist, der einem konkav-kugelförmigen Abschnitt des ersten Kardangelenkteils zugewandt ist, und in Berührung mit diesem steht, ein beweglicher Körper, der das zweite Kardangelenkteil haltert, und sich in Vertikalrichtung in Bezug auf die Tischoberfläche vorstellen und zurückziehen kann, eine Antriebseinheit für den bewegbaren Körper, die einen Servomotor zum Vorschieben und Zurückstellen des bewegbaren Körpers in Vertikalrichtung aufweist, und eine Ausrichtungseinstellungs/Halteeinheit, welche die Ausrichtung des ersten Kardangelenkteils einstellt und festhält, wobei die Ausrichtungseinstelleinheit zumindest drei piezoelektrische Hammer aufweist, die jeweils ein Piezoelement aufweisen, zwei Trägheitskörper, die ein unterschiedliches Trägheitsmoment aufweisen, und einen Fluiddruckzylinder, in Kombination, wobei die piezoelektrischen Hämmer auf einem Umfang zwischen dem ersten und dem zweiten Kardangelenkteil in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind.
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Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Übertragungsverfahren zur Durchführung eines feinen Übertragungsvorgangs unter Verwendung der Übertragungseinrichtung zur Verfügung, wobei die Ausrichtung eines ersten Kardangelenkteils des Kardangelenkmechanismus während einer Absenkbewegung des bewegbaren Körpers festgehalten wird, und bis zu dem Zeitpunkt, bis eine Form in eine vorbestimmte Absenkposition abgesenkt wird, unmittelbar bevor die Form in Kontakt mit einem Substrat gelangt, wobei dann, wenn der bewegbare Körper die vorbestimmte Absenkposition erreicht, die Ausrichtung des ersten Kardangelenkteils in einen freien Zustand versetzt wird, und die Geschwindigkeit des ersten Kardangelenkteils verringert wird, und ein Formgebungsvorgang in Bezug auf ein Formgebungsmaterial durchgeführt wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der bewegbare Körper durch die Führungseinheit an den zentralen Positionen des Substrats beider Seitenoberflächen gehaltert. Selbst wenn das Gestell durch eine Temperaturänderung verformt wird, wird daher ermöglicht, die Positionsabweichung (Abweichung in Querrichtung) des bewegbaren Körpers zu verringern. Daher kann die Positionsabweichung (Abweichung in Querrichtung) zwischen der Form und dem Werkstück in Bezug auf die Andruckkraft und die Temperaturänderung auf einen kleinen Pegel heruntergesetzt werden.
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Das erste Kardangelenkteil, auf welchem der Formhaltekörper angebracht ist, kann die Ausrichtung des ersten Kardangelenkteils durch den piezoelektrischen Hammer sehr exakt einstellen, und der Einstellbereich kann wesentlich durch den Fluiddruckzylinder vergrößert werden, verglichen mit einer Übertragungseinheit, die nur ein Piezoelement aufweist.
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Weiterhin wird ermöglicht, Schwingungen zur Verfügung zu stellen, die eine beträchtlich kleine Amplitude aufweisen, durch Schwingungen, die durch den piezoelektrischen Hammer während des Formlösevorgangs hervorgerufen werden. Daher wird ermöglicht, einfach ein Werkstück, das ein feines konkav-konvexes Muster aufweist, aus einer Form zu entnehmen, ohne die Form zu beschädigen.
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Ein sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Übertragungseinrichtung zur Verfügung, die einen Kardangelenkmechanismus aufweist, wobei vorgesehen sind: ein Tisch, auf welchem ein Formgebungsmaterial angeordnet wird, ein Formhaltekörper, der eine Übertragungsform festhält und haltert, die so angeordnet ist, dass sie der Tischoberfläche zugewandt ist, ein erstes Kardangelenkteil, welches den Formhaltekörper auf einer Oberfläche des ersten Kardangelenkteils haltert, und welches einen konvexen, kugelförmigen Oberflächenabschnitt auf der anderen Oberfläche des ersten Kardangelenkteils ausbildet, ein zweites Kardangelenkteil, das mit einem konkaven, kugelförmigen Oberflächenabschnitt versehen ist, welcher einem konvexen, kugelförmigen Oberflächenabschnitt des ersten Kardangelenks zugewandt ist, und in Kontakt mit diesem steht, ein beweglicher Körper, der das zweite Kardangelenkteil haltert, und sich in Vertikalrichtung in Bezug auf die Tischoberfläche vorstellen und zurückziehen kann, eine Antriebseinheit für den beweglichen Körper, die einen Servomotor zum Vorstellen und Zurückziehen des beweglichen Körpers in Vertikalrichtung aufweist, und eine Ausrichtungseinstell/Halteeinheit, welche die Ausrichtung des ersten Kardangelenks einstellt und festhält, wobei die Ausrichtungseinstell/Halteeinheit zumindest drei Piezo-Stellglieder aufweist, die durch Laminieren von Piezoelementen ausgebildet werden, und die Piezo-Stellglieder zwischen dem ersten Kardangelenkteil und dem zweiten Kardangelenkteil vorgesehen sind.
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Ein siebter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Übertragungsverfahren zur Durchführung eines feinen Übertragungsvorgangs unter Verwendung der Übertragungseinrichtung zur Verfügung, wobei die Ausrichtung eines ersten Kardangelenkteils des Kardangelenkmechanismus während einer Absenkbewegung des beweglichen Körpers gehalten wird, und bis zu dem Zeitpunkt, bis eine Form auf eine vorbestimmte Absenkposition abgesenkt wurde, unmittelbar bevor die Form in Kontakt mit einem Substrat gelangt, wobei dann, wenn der bewegliche Körper die vorbestimmte Absenkposition erreicht hat, die Ausrichtung des ersten Kardangelenkteils in einen freien Zustand versetzt wird, und die Geschwindigkeit des ersten Kardangelenkteils verringert wird, und ein Formgebungsvorgang in Bezug auf ein Ausformmaterial durchgeführt wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der bewegliche Körper durch die Führungseinheit an den zentralen Positionen des Substrats beider Seitenoberflächen gehaltert. Selbst wenn das Gestell durch eine Temperaturänderung verformt wird, wird daher ermöglicht, die Positionsabweichung (Abweichung in Querrichtung) des beweglichen Körpers weiter zu verringern. Daher kann die Positionsabweichung (Abweichung in Querrichtung) zwischen der Form und dem Werkstück in Bezug auf die Andruckkraft und die Temperaturänderung auf einen kleinen Pegel herabgesetzt werden.
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Das erste Kardangelenkteil, auf welchem der Formhaltekörper angebracht ist, kann die Ausrichtung des ersten Kardangelenkteils durch das Piezo-Stellglied sehr exakt einstellen, und kann die Ausrichtung halten. Weiterhin kann das erste Kardangelenkteil einen Befehlswert in Bezug auf das Piezo-Stellglied lesen, und die Ausrichtung zu jedem Zeitpunkt reproduzieren.
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Weiterhin wird ermöglicht, eine Schwingung mit einer beträchtlich kleinen Amplitude zur Verfügung zu stellen, durch eine Schwingung, die durch den piezoelektrischen Hammer während des Formlösevorgangs hervorgerufen wird. Daher wird ermöglicht, einfach ein Werkstück freizugeben, das ein feines konkav-konvexes Muster aufweist, aus einer Form, ohne die Form zu beschädigen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
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1 eine Ansicht von der linken Seite einer Übertragungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 2-2 in 1;
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3 eine Aufsicht auf 1;
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4 eine Vertikalschnittansicht eines Kardangelenkmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung;
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5 eine Darstellung entlang eines Pfeils Z in 4;
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6 eine Darstellung entlang einer Linie 6-6 in 4;
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7 eine erläuternde Darstellung, bei welcher Piezo-Stellglieder auf dem Kardangelenkmechanismus angebracht sind; und
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8 eine erläuternde Darstellung der Ausrichtungssteuerung des Kardangelenkmechanismus.
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Die 1 bis 3 zeigen ein Beispiel für den gesamten Aufbau einer Übertragungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In den 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Übertragungseinrichtung, und bezeichnet das Bezugszeichen 3 ein Kastengestell. Das Kastengestell 3 ist L-förmig, gesehen von der Seite aus, wie in 1 dargestellt. Ein quadratisches, unteres Gestell 7 als ein Grundgestell ist vereinigt auf einem unteren Abschnitt des Kastengestells 3 angebracht. Verbindungsstangen 9 stehen an vier Ecken des unteren Gestells 7 parallel zu einem vertikalen Abschnitt des Kastengestells 3. Ein quadratisches, oberes Gestell 5 als ein Halterungsgestell zum Haltern einer Antriebseinheit ist auf oberen Enden der Verbindungsstangen 9 angebracht. Ein quadratischer, beweglicher Körper 19 ist bewegbar lose über die Verbindungsstange 9 zwischen dem oberen Gestell 5 und dem unteren Gestell 7 aufgepasst, so dass sich der bewegbare Körper 19 in Vertikalrichtung entlang den Verbindungsstangen 9 bewegen kann.
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Ein oberer Abschnitt des Kastengestells 3 steht nach vorn vor (nach rechts in 1), so dass er eine Position an der Hälfte in Längsrichtung (in der Mitte) auf beiden linken und rechten Seitenoberflächen des oberen Gestells 5 und des beweglichen Körpers 19 erreicht, und eine vertikal verlaufende Linearführung (eine Führungseinheit) 21 ist an einem Ende der Spitze des oberen Abschnitts des Kastenrahmens 3 angebracht. Gleitstücke 23 und 24 sind sowohl an der linken als auch rechten Seitenoberfläche des oberen Gestells 5 und des beweglichen Körpers 19 angebracht. Die Gleitstücke 23 und 24 stehen im Eingriff mit der Linearführung 21, und werden exakt geführt und in Vertikalrichtung bewegt, beispielsweise in einem Zustand ohne Spalt.
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Wie aus der voranstehenden Erläuterung hervorgeht, ist der Kastenrahmen 3 an seinem einen Ende (unteren Ende) mit einem Gestellhalterungsabschnitt 3A versehen, der das untere Gestell (Basisgestell) 7 haltert. Bei dieser Konstruktion ist das Kastengestell 3 L-förmig, gesehen von der Seite aus, wie in 1 gezeigt ist. Führungsgestelle 3B, welche die Linearführung 21 aufweisen, stehen nach vorn sowohl von der linken als auch rechten Seite vor (beiden Seiten in Richtung senkrecht zur Papierebene von 1), des anderen Endes (oberen Endes) des Kastengestells 3. Bei dieser Konstruktion wird eine Ausnehmung in dem oberen Ende (anderen Ende) des Kastengestells 3 ausgebildet.
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Wie in 3 gezeigt, sind das obere Gestell 5 und der bewegliche Körper 19 zwischen dem linken und dem rechten Führungsgestell 3B des Kastengestells 3 angeordnet. Die Gleitstücke 23 und 24, die auf dem oberen Gestell 5 und dem beweglichen Körper 19 vorgesehen sind, stehen beweglich im Eingriff mit der Linearführung 21 an symmetrischen Orten in Bezug auf die Zentren in Längsrichtung (der Querrichtung in den 1 und 3) und der Querrichtung (der Richtung senkrecht zur Papierebene von 1 und der Vertikalrichtung von 3). Obwohl die Linearführung 21 gemeinsam für die Gleitstücke 23 und 24 in 1 verwendet wird, ist es ebenfalls möglich, getrennte Linearführungen für die Gleitstücke 23 und 24 vorzusehen. In Bezug auf die Bearbeitungsgenauigkeit bezüglich der Parallelität der Gleitstücke ist es jedoch vorzuziehen, dass die Linearführung 21 gemeinsam von den Gleitstücken 23 und 24 genutzt wird.
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Das obere Gestell 5 ist an dem unteren Gestell 7 und dem Kastengestell 3 über die Verbindungsstangen 9 befestigt, aber wenn die Verbindungsstangen 9 sich verlängern oder zusammenziehen, infolge einer nachstehend erläuterten Andruckkraft der Form oder von Temperaturänderungen, sind zu dem Zweck, die Vertikalbewegung des oberen Gestells 5 zu ermöglichen, und die Positionsabweichung (Abweichung in Querrichtung) des oberen Gestells 5 auf einer Ebene senkrecht zu den Verbindungsstangen 9 zu verhindern, die durch eine Verbiegung oder das Aufweiten und Zusammenziehen der Verbindungsstange 9 hervorgerufen wird, die Linearführung 21 und das Gleitstück 23 vorgesehen. Diese verhindern die Positionsabweichung (Abweichung in Querrichtung) des oberen Gestells 5 verlässlicher. Das obere Gestell 5 kann von dem Kastengestell 3 getrennt sein, und kann mit dem unteren Gestell 7 über die Verbindungsstange 9 verbunden und daran befestigt sein.
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Der bewegliche Körper 19 ist lose über die Verbindungsstange 9 aufgepasst, und die Bewegung des beweglichen Körpers 19 wird exakt in Vertikalrichtung (der Richtung senkrecht zur Oberfläche eines Tisches 11) durch die Linearführung 21 und das Gleitstück 24 geführt.
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Die Linearführung 21 und die Gleitstücke 23 und 24 verhindern eine Positionsabweichung (Abweichung in Querrichtung), die durch eine Temperaturänderung des oberen Gestells 5 und des beweglichen Körpers 19 hervorgerufen wird. Daher ist es vorzuziehen, dass die Linearführung 21 und die Gleitstücke 23 und 24 an symmetrischen Orten in Bezug auf das Zentrum in Längsrichtung und in Querrichtung des oberen Gestells 5 und des beweglichen Körpers 19 angeordnet sind.
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Eine ortsfeste Stufe 10, die sich vertikal nach oben erstreckt, ist an einem zentralen Abschnitt einer oberen Oberfläche des unteren Gestells 7 angebracht. Wie in 2 gezeigt, ist der bewegliche Tisch 11 auf der ortsfesten Stufe 10 so vorgesehen, dass sich der bewegliche Tisch 11 in Richtung X und Richtung Y (in Längsrichtung und in Querrichtung) bewegen kann, und der beweglich Tisch 11 kann fein eingestellt und positioniert werden. Eine Halterungsstufe 15, welche das Werkstück 13 haltert, ist auf dem beweglichen Tisch 11 vorgesehen. Der bewegliche Tisch 11 wird durch die Linearführung und das Gleitstück geführt, und wird von einem Servomotor angetrieben. Der bewegliche Tisch 11 weist eine bekannte Konstruktion auf, so dass insoweit auf die Schilderung seiner Einzelheiten verzichtet wird.
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Das Werkstück 13 weist ein Substrat auf, das aus einem geeigneten Material wie beispielsweise Silizium, Glas oder Keramik besteht, auf welchem ein Dünnfilm vorgesehen ist. Der Dünnfilm besteht aus einer Schicht (nicht dargestellt), die aus einem bei Ultraviolettbestrahlung aushärtenden Harz besteht, mit einer Dicke von einigen wenigen 10 nm bis zu einigen wenigen 10 μm. Ein Resist, das aus einem thermoplastischen Harz besteht, wird in einigen Fällen als die Schicht verwendet. Daher kann eine Heizeinheit (nicht gezeigt), beispielsweise eine Heizvorrichtung, in der Halterungsstufe 15 vorgesehen sein, um die Schicht zu erwärmen und zu erweichen, um den Formgebungsvorgang zu erleichtern.
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Wie in 2 gezeigt, ist ein Drehtisch 47 auf einem zentralen Abschnitt (einem zentralen Abschnitt einer Oberfläche gegenüberliegend dem Basisgestell) einer unteren Oberfläche des beweglichen Körpers 19 über eine Messdose 46 vorgesehen, so dass sich der Drehtisch 47 um einen zentralen Abschnitt der unteren Oberfläche des beweglichen Körpers 19 drehen kann, und in einer vorbestimmten Winkellage festgesetzt werden kann. Eine Formhalterungsplatte 43 als ein Formhaltekörper ist auf dem Drehtisch 47 über einen Kardangelenkmechanismus 45 angebracht. Eine Form 41 ist abnehmbar auf der Formhalteplatte 43 angebracht.
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Der Kardangelenkmechanismus 45 weist eine kugelförmige Oberfläche auf, die um eine Formoberfläche (untere Oberfläche in 2) der Form 41 herum vorgesehen ist. Obwohl dies in der Zeichnung nicht im Einzelnen dargestellt ist, wird die kugelförmige Oberfläche durch ein Luftlager gehaltert, kann die Form 41 um den zentralen Abschnitt der Formoberfläche herum verkippt werden, kann das Luftlager unter Unterdruck gesetzt werden, und kann die Form 41 hierdurch unbeweglich festgelegt werden.
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Die Form 41 ist mit einem feinen konkav-konvexen Muster auf der Formoberfläche (der unteren Oberfläche in 2) unter Einsatz eines Lithographieverfahrens versehen, und bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Formoberfläche ein transparentes Quarzglas, durch welches Ultraviolettstrahlung leicht hindurchgeht.
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Sowohl die Formhalteplatte 43 als auch der Kardangelenkmechanismus 45, der Drehtisch 47 und die Messdose 46 ist im Zentrum mit einem Durchgangsloch 43A versehen. Der bewegliche Körper 19 ist mit einem Durchgangsloch 42C versehen, durch welches Ultraviolettstrahlung einer rückwärtigen Oberfläche der Form 41 von einer Ultraviolettstrahlungsquelle 42 (UV-Generator) über eine Lichtleitfaser 42A und eine reflektierenden Spiegel 42B zugeführt wird. Auf diese Weise wird ein Lichteinfallsweg zur Verfügung gestellt. Der UV-Generator 42 wird durch den beweglichen Körper 19 an der Seite des beweglichen Körpers 19 gehaltert.
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Der Lichtzufuhrweg weist einen ersten Lichtzufuhrweg auf, durch welchen UV (Ultraviolettstrahlung), die von dem UV-Generator 42 geliefert wird, in Horizontalrichtung zugeführt wird, den reflektierenden Spiegel 42B, der UV ablenkt, die durch den ersten Lichtzufuhrweg hindurchgeht, in Richtung einer Zentrumsachse des Kardangelenkmechanismus 45, nämlich die Vertikalrichtung, sowie einen zweiten Lichtzufuhrweg, der das Durchgangsloch 43A enthält, das in dem ersten und dem zweiten Kardangelenkteil 201 bzw. 203 vorgesehen ist, um UV, die von dem reflektierenden Spiegel 42B reflektiert wird, zu einem Formhaltekörper 205 hin zu reflektieren. Ein Abschnitt des ersten Lichtzufuhrweges an der Seite des reflektierenden Spiegels 42B ist dem beweglichen Körper 19 vorgesehen, und ein Abschnitt des ersten Lichtzufuhrweges an der Seite des UV-Generators 42 weist die Lichtleitfaser 42A auf. Der reflektierende Spiegel 42B ist an der Seite des Endes des ersten Lichtzufuhrweges vorgesehen (an der entgegengesetzten Seite in Bezug auf den UF-Generator 42, an der Oberseite des zweiten Lichtzufuhrweges).
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Ein Servomotor 33 als ein Beispiel für eine Antriebseinheit, die den beweglichen Körper 19 bewegt, ist auf dem oberen Gestell 5 als Halterungsgestell angebracht und gehaltert. Eine Ausgangswelle 35 des Servomotors 33 ist mit einer hohlen Welle 31 verbunden, die drehbar auf dem oberen Gestell 5 über ein Lager 29 angebracht ist. Eine Kugelumlaufspindelmutter 26, welche zu einem Kugelumlaufspindelmechanismus 25 gehört, ist auf einem unteren Ende der hohlen Welle 31 angebracht. Eine Kugelumlaufspindelwelle 27 ist in Vertikalrichtung an einem zentralen Abschnitt (Zentrum) in Längsrichtung angebracht und dort befestigt, und die Querrichtung des beweglichen Körpers 19 steht im Eingriff mit der Kugelumlaufspindelmutter 26, so dass der bewegliche Körper 19 in Vertikalrichtung mit vorbestimmter Geschwindigkeit und vorbestimmtem Drehmoment bewegt wird. Das Bezugszeichen 33A bezeichnet einen Drehkodierer, welcher die Drehlage des Servomotors 33 erfasst.
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Wie in 3 gezeigt, ist das obere Gestell 5 mit mehreren Ausgleichszylindern oder Auswuchtzylindern 50 als ein Beispiel für eine Ausgleichseinheit an symmetrischen Positionen in Bezug auf das Zentrum des beweglichen Körpers 19 versehen. Kolbenstangen 52 der Ausgleichszylinder 50 sind mit den beweglichen Körpern 19 verbunden, um die Belastung in Abwärtsrichtung des beweglichen Körpers 19 auszugleichen.
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Eine ringartige, obere Abdeckung 54 ist auf einer unteren Oberfläche des beweglichen Körpers 19 so angebracht, dass sie die Formhalterungsplatte 43 usw. umgibt. Eine ringartige, untere Abdeckung 56 ist auf dem unteren Gestell 7 angebracht. Ein unteres Ende der unteren Abdeckung 56 steht bewegbar in Eingriff mit einer Umfangsoberfläche einer ortsfesten Stufe 10, und ein oberes Ende der unteren Abdeckung 56 ist auf einem unteren Ende der oberen Abdeckung 54 so vorgesehen, dass das obere Ende der unteren Abdeckung 56 gegen das untere Ende der oberen Abdeckung 54 anstoßen kann. Die untere Abdeckung 56 umgibt einen beweglichen Tisch 11 usw. Die untere Abdeckung 56 wird in Vertikalrichtung durch mehrere Zylinder 58 als ein Beispiel für ein Vertikalbewegungsstellglied bewegt, die auf dem unteren Gestell 7 angebracht sind. Die untere Abdeckung 56 und die obere Abdeckung 54 bilden eine Formgebungskammer (Dekompressions-Formgebungskammer) 60 um die Formhalterungsplatte 43 und den beweglichen Tisch 11 herum. Die Formgebungskammer 60 kann geöffnet und geschlossen werden.
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Als nächstes werden die Auswirkungen der Übertragungseinrichtung erläutert. Die untere Abdeckung 56 wird durch den Zylinder 58 als das Vertikalbewegungsstellglied abgesenkt, um die Formgebungskammer 60 zu öffnen. Die Form 41 wird auf der Formhalterungsplatte 43 angebracht. Der Montagewinkel (die Richtung der Form) in Horizontaldrehrichtung um das Zentrum der Form 41 herum wird fein durch den Drehtisch 47 eingestellt. Der Montagewinkel der Form 41 kann automatisch fein eingestellt werden, nicht nur, wenn die Form angebracht wird, sondern auch zu jedem Zeitpunkt, in Abhängigkeit von einem Werkstück 13, das auf die Halterungsstufe 15 aufgesetzt ist, durch eine bekannte Positionierungsvorrichtung unter Verwendung einer Markierung.
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Nachdem die Form 41 wie voranstehend geschildert eingestellt wurde, wird das Werkstück 13, das eine obere Oberfläche aufweist, die mit einer Formgebungsschicht versehen ist, die aus einem bei Ultraviolettbestrahlung aushärtenden Harz besteht, auf die Halterungsstufe 15 aufgesetzt.
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Dann wird die untere Abdeckung 56 durch die Zylinder 58 nach oben versetzt, um die Formgebungskammer 60 zu schließen, und wird das Drehmoment des Servomotors 33 auf einen relativ kleinen Wert eingestellt. In diesem Zustand wird der bewegliche Körper 19 abgesenkt, um die Form 41 nahe an das Werkstück 13 heranzubringen, und wird die Form 41 gegen die obere Oberfläche des Werkstücks 13 mit einer relativ geringen Andruckkraft angedrückt.
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Zu diesem Zeitpunkt wird der bewegliche Körper 19 durch die Linearführung 21 und das Gleitstück 24 abgesenkt, die sowohl an der linken als auch rechten Seite des beweglichen Körpers 19 angeordnet sind, so dass eine Positionsabweichung (Abweichung in Querrichtung) in Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung auf einen kleinen Pegel herabgesetzt wird, und wird der bewegliche Körper 19 zu einer vorbestimmten Position auf dem Werkstück 13 angedrückt. Zu diesem Zeitpunkt wird die nach unten einwirkende Belastung des beweglichen Körpers 19, die durch die Schwerkraft hervorgerufen wird, durch den Ausgleichszylinder 50 ausgeglichen. Daher kann der Servomotor 33 mit einem kleineren Drehmoment arbeiten, und wird der bewegliche Körper 19 abgesenkt, während das Drehmoment und die Geschwindigkeit exakter gesteuert werden.
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Wenn die Form 41 gegen das Werkstück 13 angedrückt wird, wird dann, wenn die Parallelität zwischen Anlageoberflächen (Kontaktoberflächen) dieser Teile eine Abweichung aufweist, infolge der Tatsache, dass die Form 41 verkippbar durch den Kardangelenkmechanismus 45 gehaltert wird, die gesamte Oberfläche der Form 41 mit gleichem Oberflächendruck entlang der oberen Oberfläche des Werkstücks 13 angedrückt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Kardangelenkmechanismus 45 um das Zentrum der Formoberfläche durch die kugelförmige Oberfläche um das Zentrum der Formoberfläche der Form 41 (die untere Oberfläche in 2) herum verkippt. Daher wird keine Positionsabweichung in Querrichtung (der Horizontalrichtung) hervorgerufen.
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Die Andruckkraft wird von der Messdose 46 erfasst, auf den Servomotor 33 zurückgeführt, und die Kraft wird auf einem vorbestimmten Wert gehalten. Auch zu diesem Zeitpunkt wird das Drehmoment exakter gesteuert, da die Belastung des beweglichen Körpers 19 durch den Ausgleichszylinder 50 abgefangen wird, und das Drehmoment des Servomotors 33 einen kleineren Wert aufweist.
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Wenn der Andruckvorgang mit der relativ niedrigen Andruckkraft fertig gestellt ist, wird der Druck des Luftlagers des Kardangelenkmechanismus 45 in einen Unterdruck umgewandelt, wird die Ausrichtung der Form 41 festgesetzt, und dann wird das Drehmoment des Servomotors 33 erhöht. Die Form 41 wird stark gegen die Formgebungsschicht gedrückt, die aus dem bei Ultraviolettbestrahlung aushärtenden Harz besteht, und auf die obere Oberfläche des Werkstücks 13 aufgebracht ist, und das feine konkav-konvexe Muster, das auf der Oberfläche der Form 41 vorhanden ist, wird auf die Formgebungsschicht des Werkstücks 13 übertragen.
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Jede der Verbindungsstangen 9 wird sehr geringfügig durch die starke Andruckkraft der Form 41 verlängert, so dass das obere Gestell 5 nach oben verschoben wird. Die Verschiebung des oberen Gestells 5 wird durch die Linearführung 21 und das Gleitstück 23 abgefangen, und es tritt nicht der Nachteil auf, dass der obere Abschnitt des Kastengestells 3 in Querrichtung in 1 verwunden wird. Daher wird eine Positionsabweichung (Abweichung in Querrichtung) in Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung der Form 41, die hervorgerufen werden könnte, wenn die Form 41 angedrückt wird, unterdrückt.
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Das obere Gestell 5 ist durch die Linearführung 21 und das Gleitstück 23 gehaltert. Auch wenn ein Unterschied in Bezug auf das Ausmaß der Verlängerung in mehreren Verbindungsstangen 9 auftritt, wird daher die Positionsabweichung (Abweichung in Querrichtung) des oberen Gestells 5 auf einen kleinen Wert heruntergedrückt, und wird eine Positionsabweichung (Abweichung in Querrichtung) der Form 41 auf einen kleinen Wert heruntergedrückt.
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Das unterschiedliche Ausmaß der Verlängerung der Verbindungsstangen 9 ist sehr gering, wenn die Andruckkraft der Form 41 relativ gering ist. Daher kann die Führungseinheit des oberen Gestells 5 mit der Linearführung 21 und dem Gleitstück 23 weggelassen werden.
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Nachdem das Muster übertragen wurde, wird die rückwärtige Oberfläche der Form 41 mit Ultraviolettstrahlung von dem UV-Generator 42 durch den Lichtzufuhrweg bestrahlt, der die Lichtleitfaser 42A und den reflektierenden Spiegel 42B aufweist, über einen vorbestimmten Zeitraum. Da die Form 41 aus transparentem Quarzglas besteht, wird die Formgebungsschicht, die aus dem bei Ultraviolettbestrahlung aushärtenden Harz besteht, und auf die obere Oberfläche des Werkstücks 13 aufgebracht ist, mit der Ultraviolettstrahlung bestrahlt, die auf die rückwärtige Oberfläche der Form 41 ausgesandt wird, und wird diese Formgebungsschicht ausgehärtet.
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Nachdem auf diese Art und Weise die Formgebungsschicht ausgehärtet wurde, wird die Ausrichtung der Form 41 festgesetzt, und wird in diesem Zustand der bewegliche Körper 19 nach oben durch den Servomotor 33 bewegt, um die Form 41 von dem Werkstück 13 zu trennen. Die untere Abdeckung 56 wird dann durch die Zylinder 58 abgesenkt, um die Formgebungskammer 60 zu öffnen, das Werkstück 13 wird entnommen, und damit ist die Abfolge eines Übertragungsvorgangs fertig gestellt.
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Die 4 bis 6 zeigen Einzelheiten eines Abschnitts des Kardangelenkmechanismus 45.
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4 ist eine Vertikalschnittansicht des Kardangelenkmechanismus 45 in Vertikalrichtung. 5 ist eine Darstellung entlang des Pfeils Z in 4. 6 ist eine Darstellung entlang einer Linie 6-6 in 4.
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In 4 sind ein unteres Kardangelenkteil 201 und ein oberes Kardangelenkteil 203 so angeordnet, dass sie einander gegenüberliegen. Das untere Kardangelenkteil 201 und das obere Kardangelenkteil 203 sind in ihren Zentren mit Durchgangslöchern versehen. Das untere Kardangelenkteil 201 weist einen konvexen Kugeloberflächenabschnitt auf, und bildet den Kardangelenkmechanismus 45. Das obere Kardangelenkteil 203 weist einen konkaven Kugeloberflächenabschnitt auf, und bildet ebenfalls den Kardangelenkmechanismus 45. Ein Formhaltekörper 205 ist an einer unteren Oberfläche des unteren Kardangelenkteils 201 über eine Wärmeisolierung 207 befestigt. Die Form 41 ist auf der unteren Oberfläche des Formhaltekörpers 205 angebracht. Eine Heizvorrichtung 209 ist in den Formhaltekörper 205 eingebaut. Auch eine Kühleinrichtung (nicht gezeigt) kann in den Formhaltekörper 205 eingebaut sein, zusätzlich zur Heizvorrichtung 209.
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Das obere Kardangelenkteil 203 ist mit einer Saugleitung 211 versehen, die an der gegenüberliegenden Oberfläche offen ist, und ist an eine Vakuumerzeugungseinrichtung (eine Unterdruckerzeugungseinheit) 215 angeschlossen, über eine Einstelleinrichtung für die Stärke des Vakuums (eine Unterdruckeinstelleinheit) 217. 6 zeigt Einzelheiten der Saugleitung 211. Das obere Kardangelenkteil 203 ist mit einer schwimmenden Leitung 213 versehen. Druckluft wird zur Schrägfläche 219 (schwimmenden Oberfläche) eines Vorsprungs hin zugeführt, der in der Nähe des konvexen Kugeloberflächenabschnitts des unteren Kardangelenkteils 201 vorgesehen ist, von einer Druckluftzufuhrquelle, über eine Leitung L1.
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Im Einzelnen ist, wie in 4 gezeigt, die Schrägfläche 219 als eine Schrägfläche ausgebildet, bei welcher deren Oberseite in Bezug auf eine Achse des unteren Kardangelenkteils 201 so schräg verläuft, dass sie sich davon trennt, oder als eine sich verjüngende Oberfläche, bei welcher der obere Abschnitt der Schrägfläche 219 einen vergrößerten Durchmesser aufweist. Ein Lufteinlassloch der schwimmenden Leitung 213 öffnet sich von der Schrägfläche oder der sich verjüngenden Oberfläche aus, die auf dem oberen Kardangelenkteil 203 vorgesehen ist, so dass sie der Schrägfläche 219 gegenüberliegt.
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Das Bezugszeichen 218 bezeichnet eine Lineareinstellung zur Einstellung der Entfernung zwischen gegenüberliegenden Oberflächen der Schrägfläche 219 und des unteren Kardangelenkteils 201.
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Das Bezugszeichen 221 bezeichnet einen piezoelektrischen Hammer. Drei Gestelle 221F des piezoelektrischen Hammers 221 sind um die untere Schrägfläche S des oberen Kardangelenkteils 203 herum in gleichen Abständen voneinander angeordnet. Wie in der Zeichnung dargestellt, ist der piezoelektrische Hammer 221 zwischen dem unteren Kardangelenkteil 201 und dem oberen Kardangelenkteil 203 vorgesehen. Der piezoelektrische Hammer 221 weist einen großen Trägheitskörper 227 auf einer Stange des Luftzylinders 223 auf, und einen kleinen Trägheitskörper 225, der ein Ende an der Spitze aufweist, auf welchem ein Hammer 231 angebracht ist. Ein Piezoelement 229 ist zwischen den beiden Trägheitskörpern angeordnet und mit diesen verbunden. Wenn eine vorbestimmte, impulsartige Spannung an das Piezoelement 229 angelegt wird, prallt daher der Hammer 231 auf einen Vertiefungsblock 233 auf, der auf der Schrägfläche des unteren Kardangelenkteils 201 angeordnet ist, und aus einem harten Material besteht, auf Grundlage der unterschiedlichen Trägheit der beiden Trägheitskörper. Bei dieser Konstruktion werden, wenn die Schrägfläche 219 des unteren Kardangelenkteils 201 in Axialrichtung durch den Hammer 231 verschoben wird, das Piezoelement 229 und beide Trägheitskörper entsprechend durch den Luftzylinder 223 verschoben. Bei dieser Konstruktion kann, selbst wenn der piezoelektrische Hammer 221 eine relativ geringe Anzahl zusammenlaminierter Piezoelemente aufweist, sich der piezoelektrische Hammer 221 mit einem großen Hub bewegen.
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Ein Drehteil 235 ist an einer oberen Oberfläche des oberen Kardangelenkteils 203 befestigt. Ein inneres, ortsfestes Teil 239 ist an einer Innenumfangsseite des Drehteils 235 über ein Drehlager 237 angeordnet. Eine Platte 241 ist an einer oberen Oberfläche des inneren, ortsfesten Teils 239 angebracht und dort befestigt. Die Platte 241 und das innere, ortsfeste Teil 239 sind mit einer Leitung 243 versehen, durch welche Druckluft über eine Leitung L2 zugeführt wird. Die Druckluft bringt das Drehteil 235 durch Einwirkung eines statischen Drucks zum Schweben, wie in der Zeichnung dargestellt ist.
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Wie in 5 gezeigt, kann das Drehteil 235 in Uhrzeigerrichtung und in Gegenuhrzeigerrichtung durch ein Paar piezoelektrischer Hämmer 221A und 221B gedreht werden. Gestelle der piezoelektrischen Hämmer 221A und 221B sind an der Platte 241 befestigt. Das Bezugszeichen 222 bezeichnet einen Montagebolzen.
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Es ist ebenfalls möglich, ein Piezo-Stellglied einzusetzen, welches laminierte Piezoelemente aufweist, anstatt der piezoelektrischen Hämmer 221, 221A oder 221B. In einem derartigen Fall kann, anders bei dem piezoelektrischen Hammer, die Position des Endes der Spitze des Piezo-Stellgliedes elektrisch beibehalten werden, und kann die Ausrichtung des Kardangelenkmechanismus reproduziert werden. Wenn ein Piezo-Stellglied (nicht gezeigt) an diesem Ort anstelle des piezoelektrischen Hammers 221 angeordnet ist, wird daher ermöglicht, die Ausrichtung des unteren Kardangelenkteils 201 durch die drei Piezo-Stellglieder selbst festzusetzen und zu halten, durch Steuern eines elektrischen Befehlssignals für jedes Piezo-Stellglied. Wenn der Wert für das elektrische Befehlssignal für jedes Piezo-Stellglied, nachdem es einmal festgesetzt und gehalten wurde, in einem Speicher gespeichert wird, wird ermöglicht, die Ausrichtung des unteren Kardangelenkteils 201 zu jedem Zeitpunkt durch Lesen des gespeicherten Wertes zu reproduzieren.
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In Falle des Piezo-Stellgliedes wird ermöglicht, das untere Kardangelenkteil 201 auf eine vorbestimmte Ausrichtung festzusetzen, und diese zu halten, zu jedem Zeitpunkt während eines Formgebungsvorgangs (einschließlich eines Formlösevorgangs), und wird ermöglicht, das erste Kardangelenkteil 201 in seinen freien Zustand an einer vorbestimmten Position zu versetzen, an welcher sich das erste Kardangelenkteil 201 an den Tisch annähert, wie ein später erläuterter piezoelektrischer Hammer.
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In 4 ist eine obere Oberfläche der Platte 241 mit der Messdose 46 versehen. Das Bezugszeichen 46A bezeichnet eine Signalherausführungsklemme. Wie unter Bezugnahme auf 2 erläutert, wird eine Gruppe von Lichtleitfasern 42A in das Linsensystem (das Linsensystem, das auf dem beweglichen Körper 19 vorgesehen ist) 253 von dem Ultraviolettstrahlungsgenerator (UV-Generator) 42 über eine Einstelleinrichtung für die Intensität der Ultraviolettstrahlung (UV-Intensitätseinstelleinrichtung) und eine Einstelleinrichtung für die Bestrahlungszeit mit Ultraviolettstrahlung (UV-Bestrahlungszeiteinstelleinrichtung) 255 eingeführt, und wird die Ultraviolettstrahlung so ausgebildet, dass eine gleichmäßige Ultraviolettstrahlungsverteilung vorhanden ist, und wird der reflektierende Spiegel 42B mit der Ultraviolettstrahlung bestrahlt. Die Ultraviolettstrahlen, die von dem Spiegel 42B reflektiert werden, werden nach unten durch ein abdichtendes Glasmaterial 251 und das Durchgangsloch 43A geschickt, das konzentrisch zur Zentrumsachse des Kardangelenkmechanismus 45 ausgebildet ist. Wenn ein bei Ultraviolettbestrahlung aushärtendes Harz als das Formmaterial (das Werkstück) verwendet wird, bestehen selbstverständlich der Formhaltekörper 205 und die Form 41 aus einem Material wie beispielsweise Quarz, durch welches Ultraviolettstrahlung hindurchgehen kann. In einem derartigen Fall ist die Heizvorrichtung 209 nicht erforderlich.
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Das Bezugszeichen 261 bezeichnet einen Schraubenabschnitt (einen Schraubenabschnitt, der ein Beispiel für eine Einheit zur Unterdrückung der Reflexion von UV-Strahlung ist), der auf einer Innenumfangsoberfläche des Durchgangslochs des unteren Kardangelenkteils 201 vorgesehen ist. Die Ultraviolettstrahlen von oberhalb des Durchgangslochs 43A weiten sich in gewissem Ausmaß auf, da die Ultraviolettstrahlen nicht vollständig parallel sind. Wenn die nach unten gerichteten Ultraviolettstrahlen durch die Form 41 hindurchgehen, während sie auf der Innenumfangsoberfläche des Durchgangslochs des unteren Kardangelenkteils 201 reflektiert werden, wird daher die Verteilung der Ultraviolettstrahlen ungleichmäßig. Um einen derartigen Fall zu vermeiden, wird eine Reflexion nach unten durch eine Schraubenoberfläche des Schraubenabschnitts 261 verhindert. In diesem Fall ist es vorzuziehen, dass die Schraubenoberfläche mit einem Material mit niedrigem Reflexionskoeffizienten beschichtet ist. Als Einheit zur Unterdrückung der Reflexion kann ein Material, welches UV-Absorptionseigenschaften aufweist, auf eine Innenumfangsoberfläche des Durchgangslochs 43A aufgebracht werden, oder es kann die Innenumfangsoberfläche mit dem Material beschichtet sein.
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Das Durchgangsloch 43A, das Linsensystem 253, der UV-Generator 42 usw. werden verwendet, wenn das Harz, welches das Formmaterial darstellt, von jener Art ist, dass es bei Ultraviolettbestrahlung aushärtet, aber wenn kein bei Ultraviolettstrahlung aushärtendes Harz verwendet wird, können das Durchgangsloch 43A, das Linsensystem 253, der UV-Generator 42 und dergleichen weggelassen werden.
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Der piezoelektrische Hammer 221 und die piezoelektrischen Hämmer 221A und 221B können wahlweise vorgesehen sein. Wenn es unnötig ist, den Kardangelenkmechanismus 45 zu drehen, können das Drehteil 235, das innere, ortsfeste Teil 239 und die piezoelektrischen Hämmer 221A und 221B weggelassen werden. Wenn die Ausrichtung des unteren Kardangelenkteils 201 nicht durch die drei piezoelektrischen Hämmer 221 eingestellt wird, können die piezoelektrischen Hämmer 221 weggelassen werden.
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Ein Betriebsablauf, bei welchem der piezoelektrische Hammer 221, das Drehteil 235, das innere, ortsfeste Teil 239, und die piezoelektrischen Hämmer 221A und 221B nicht vorhanden sind, wird nachstehend erläutert.
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In einem derartigen Fall ist ein Werkstück typischerweise mit einem feinen konkav-konvexen Muster auf einem Umfang versehen, beispielsweise bei CDs und DVDs, und wird es vorgezogen, dass die Werkstücke nicht durch eine Drehrichtungsposition beeinflusst werden, wenn nur ihre Zentrumspunkte übereinstimmen. Der bewegliche Tisch 11 wird in Richtung X und Y so angeordnet, dass ein Zentrum eines Substrats, das auf dem beweglichen Tisch 11 angeordnet ist, mit der Zentrumsachse ax des Kardangelenkmechanismus 45 übereinstimmt. Wenn der bewegliche Körper 19 abgesenkt wird, wird die Saugwirkung des Kardangelenkmechanismus maximiert, und wird das untere Kardangelenkteil 201 von dem oberen Kardangelenkteil 203 aufgenommen.
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In diesem Zustand wird, wenn die Form 41 auf eine vorbestimmte Position abgesenkt wird, unmittelbar vor dem Zeitpunkt, an welchem die Form 41 in Kontakt mit Harz auf dem Substrat gelangt, die Absenkgeschwindigkeit verringert, die Vakuumsaugwirkung verringert, das untere Kardangelenkteil 201 in einen freien Zustand versetzt, und wird langsam ein Formgebungsdruck angelegt. Der Formhaltekörper 201 und die Form 41, die auf dem unteren Kardangelenkteil 201 angebracht und befestigt sind, drücken daher das Harz auf dem Substrat nach unten, das auf der oberen Oberfläche des Tisches angeordnet ist, zusammen mit dem unteren Kardangelenkteil 201, und werden schließlich mit einer Ausrichtung ausgerichtet, die parallel zum Substrat verläuft. In diesem Fall stimmt das Zentrum der konkaven und der konvexen Kugeloberfläche des Kardangelenkmechanismus 45 mit der unteren Endoberfläche der Form auf der Zentrumsachse ax des Kardangelenkmechanismus überein, und daher wird keine Abweichung in Horizontalrichtung bei dem Pressformvorgang hervorgerufen.
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Wenn die Vakuumsaugwirkung verringert wird, und das untere Kardangelenkteil 201 in den freien Zustand versetzt wird, ist es vorzuziehen, dass eine geringe Luftmenge von einem Lufteinspritzauslass (nicht gezeigt) eingespritzt wird, der an dem konkaven Kugeloberflächenabschnitt des oberen Kardangelenkteils 203 zum unteren Kardangelenkteil 201 hin offen ist. Bei dieser Konstruktion wird der Reibungswiderstand zwischen dem oberen Kardangelenkteil 203 und dem unteren Kardangelenkteil 201 verringert, kann das untere Kardangelenkteil 201 leichter bewegt werden, und glatt, wird es einfach, die Übertragungsoberfläche der Form 41 parallel zum Substrat anzuordnen, und wird ermöglicht, das Harz auf dem Substrat exakter zu pressen.
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Die mehreren Saugleitungen 211, die in 6 gezeigt sind, sind einzeln vorgesehen, oder auf mehrere Gruppen aufgeteilt, wie dies geeignet ist, so dass eine Saugkraft selektiv auf eine entsprechende Anzahl ringförmiger Nuten einwirkt, die in dem konkaven Kugeloberflächenabschnitt des oberen Kardangelenkteils 203 vorgesehen sind. Wenn eine niedrige Saugkraft erzeugt wird, wirkt die Saugkraft auf ungeradzahlige ringförmige Nuten oder eine kleine Anzahl ringförmiger Nuten ein, und wenn eine stärkere Saugkraft erzeugt wird, wirkt die Saugkraft auf eine große Anzahl der ringförmigen Nuten, oder auf alle.
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Wenn die Anzahl ringförmiger Nuten, auf welche die Saugkraft einwirkt, ausgewählt wird (die Saugleitungen 211 einzeln oder in Gruppen vorgesehen sind, und die Saugleitungen 211 mit der Vakuumerzeugungseinrichtung über Ventile in Verbindung gebracht bzw. von dieser getrennt werden), kann hierdurch die Saugkraft durch die Vakuumerzeugung eingestellt werden. Wenn die Nuten auf eine größere Anzahl an Gruppen unterteilt sind, wird ermöglicht, das Ausmaß des Vakuums feiner einzustellen.
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Die Form 41 verwendet ein Signal des Drehkodierers 33A, der mit dem Servomotor 33 verbunden ist, um eine vorbestimmte Position zu erfassen, unmittelbar bevor sie in Kontakt mit dem Harz auf dem Substrat gelangt, jedoch ist es ebenfalls möglich, ein Teil, welches elektrisch leitend oder nicht leitend ist, auf dem Tisch 11 oder dem Formhaltekörper 205 vorzusehen, um die vorbestimmte Position zu erfassen.
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Wenn der piezoelektrische Hammer 221 wahlweise vorgesehen ist, arbeitet der piezoelektrische Hammer 221 auf folgende Art und Weise. Bevor Harz auf das Substrat aufgebracht wird, wird der Kardangelenkmechanismus 45 in dem Ansaugzustand wie voranstehend geschildert abgesenkt, und die Form 41 wird gegen das Substrat gedrückt, und in Kontakt mit dem Substrat versetzt. Wenn der Kontaktzustand zu diesem Zeitpunkt nicht vollständig parallel ist, sondern ungleichmäßig, so wird zur Korrektur des ungleichmäßigen Zustands in einem Zustand, in welchem die Saugkraft abgeschwächt ist, ein geeigneter Spannungsimpuls an die drei piezoelektrischen Hämmer 221 angelegt, und wird der ungleichmäßige Zustand korrigiert. Wenn ein gleichmäßiger Zustand durch vorherige Feineinstellung erreicht wurde, wird der Kardangelenkmechanismus zurück in den Saugzustand versetzt, und wird mit dem Formgebungsvorgang begonnen. Wenn eine Form von dem Harz gelöst wird, nachdem ein Werkstück ausgeformt wurde, kann dann, wenn der piezoelektrische Hammer 221 so nach oben gezogen wird, dass der piezoelektrische Hammer 221 mit hoher Frequenz schwingt, die Form glatt von dem Harz gelöst werden. In diesem Fall wird infolge der Tatsache, dass die Amplitude der Schwingungen deutlich kleiner ist als bei Ultraschall, Harz nicht während des Formlösevorgangs beschädigt.
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In diesem Fall beträgt die Anzahl an Hammerbetätigungen eins oder mehr, und erfolgt über eine kurze Zeit, kann also mit hoher Frequenz erfolgen.
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Wenn die Einrichtung das Paar der piezoelektrischen Hämmer 221A und 221B zum Drehen des Kardangelenkmechanismus 45 aufweist, arbeitet der piezoelektrische Hammer auf folgende Art und Weise. Wenn ein Substrat nicht an den Tisch in den Richtungen X und Y angepasst ist, und Drehkomponenten aufweist, ist das Werkstück selbst dann, wenn die Zentrumspunkte zusammenfallen, ein Werkstück dem Einfluss der Drehrichtungsposition ausgesetzt. In diesem Fall werden, wenn die Drehrichtungsposition, also der Winkel, vorher gemessen wird, Spannungsimpulse entsprechend diesem Wert an die piezoelektrischen Hämmer 221A und 221B angelegt, und wird der Kardangelenkmechanismus 45 entsprechend gedreht, und erfolgt in diesem Zustand das Ansaugen.
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Zur Messung des Winkels und der Parallelität ist es möglich, eine obere Oberfläche eines beweglichen Tisches, eines Substrats oder eine untere Oberfläche eines Formhaltekörpers mit Markierungen zu versehen, wobei die Markierungen physikalisch (beispielsweise optisch oder elektromagnetisch) erfasst werden, um die Drehrichtungsposition oder die Ungleichförmigkeit der Parallelität zu berechnen.
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Wenn ein Piezo-Stellglied verwendet wird, kann in einem Anfangszustand zum Lösen der Form 41 von einem Formmaterial nach Beendigung des Übertragungsvorgangs der Kardangelenkmechanismus 41 durch das Piezo-Stellglied dazu veranlasst werden, zumindest einmal oder häufiger zu schwingen.
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Obwohl der bewegliche Körper 19 durch die Linearführung 21 geführt und in Vertikalrichtung bewegt wird, kann dann, wenn die Beziehung zwischen der oberen Oberfläche des Werkstücks 13, das auf dem beweglichen Tisch 11 aufgesetzt ist, und der unteren Oberfläche der Form 41 relativ geringfügig verkippt ist, die Form 41 leicht entlang der oberen Oberfläche des Werkstücks 13 über den Kardangelenkmechanismus 45 verkippt werden, und die untere Oberfläche (Übertragungsoberfläche) der Form 41 und die obere Oberfläche (Oberfläche, auf welche ein Muster übertragen werden soll) des Werkstücks werden parallel zueinander, und dann wird der Übertragungsvorgang durchgeführt.
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Wenn die Ausrichtung des Kardangelenkmechanismus unter Verwendung des Piezo-Stellgliedes gesteuert wird, wird folgendes Verfahren eingesetzt.
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7 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die Piezo-Stellglieder auf dem Kardangelenkmechanismus angebracht sind.
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Drei Piezo-Stellglieder sind in gleichen Entfernungen voneinander mit voneinander um 120° verschiedenen Phasen angeordnet, und die Stellglieder sind so angebracht, dass die Richtung der Verstellung der Stellglieder und eine Seitenoberfläche des Kardangelenkmechanismus senkrecht zueinander verlaufen. Die Montagepositionen der drei Stellglieder werden mit P1, P2 bzw. P3 bezeichnet. Wenn die Verstellbeträge der Piezo-Stellglieder gleich Null und sie sich in ihrem ausgeglichenen Zustand befinden, befindet sich die Formplatte im horizontalen Zustand.
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Wie in 7 gezeigt, ergeben sich bei Verwendung eines X-Y-Z-Koordinatensystems, das einen Ursprung im Drehzentrum 0 (dem Zentrumspunkt CP einer unteren Oberfläche einer Formplatte 41 in 4) des Kardangelenkmechanismus aufweist, Koordinatenwerte von Taktpunkten zwischen den Piezo-Stellgliedern und dem Kardangelenkmechanismus bei P1, P2 und P3 im ausgeglichenen Zustand folgendermaßen.
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Bei diesen Beziehungen bezeichnet r einen Teilkreisradius eines Kreises, der P1, P2 und P3 verbindet, und bezeichnet h die Höhe von der unteren Oberfläche der Formplatte zur horizontalen Oberfläche, die durch P1, P2 und P3 gebildet wird.
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Um eine Feineinstellung der Schrägstellung der unteren Oberfläche der Formplatte durch Änderung der Ausrichtung des Kardangelenks durchzuführen, ist es erforderlich, Spannungen an die Piezo-Stellglieder anzulegen, um diese zu verstellen.
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Da es geometrische Randbedingungen in der Beziehung in Bezug auf den Kardangelenkmechanismus gibt, ist es erforderlich, voneinander abhängige Verstellbefehle an die Stellglieder abzugeben.
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Wie in 8 gezeigt, ist ein Schrägstellwinkel eines Normal-Einheitsvektors einer unteren Oberfläche einer Formplatte in Bezug auf die Vertikalachse (Z-Achse) definiert als ϕ, ist die Projektion der Normalen auf die X-A-Ebene definiert als ρ, und ist der Winkel der Abweichung in der X-Y-Ebene von dieser Projektion definiert als ζ, ρ = sinusϕ. Wenn die Formplatte auf eine gewünschte Ausrichtung gesteuert wird, und ρ und ζ so festgelegt sind, dass sie die Schrägstellung vorgeben, und wenn eine Verstellung, bei welcher die Phasen um 120° abweichen, den Piezo-Stellgliedern vorgegeben wird, wird die gewünschte Ausrichtung erhalten. Δ1, Δ2 und Δ3 repräsentieren die Ausmale der Verstellungen gegenüber ausgeglichenen Zuständen der Piezo-Stellglieder.
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Wenn Spannungen V1, V2 und V3, die proportional zu diesen Werten sind, an die piezoelektrischen Hämmer 221-A, 221-B und 221-C als Feineinstell-Stellglieder angelegt werden, kann die erforderliche geringfügige Drehung (kleine Schwingungen) an die Form angelegt werden. Die Berechnung wird von einer Steuereinrichtung durchgeführt.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht nur auf die voranstehend geschilderte Ausführungsform beschränkt, und die Erfindung kann auch auf viele andere Arten und Weisen mit geeigneten Modifikationen ausgeführt werden. Zum Beispiel:
- (A) Die Formgebungsschicht kann aus jedem Harz bestehen, zusätzlich zu bei Ultraviolettbestrahlung aushärtendem Harz und einem thermoplastischen Harz. Entweder eine Erweichungseinheit oder eine Härtungseinheit, oder beide, können in Abhängigkeit von dem Material der Formschicht ausgewählt werden;
- (B) die Form 41 kann an der Seite des unteren Gestells 7 angeordnet sein, und das Werkstück 13 kann an der Seite des beweglichen Körpers 19 angebracht sein. Hierbei wird entweder eine Erweichungseinheit oder eine Härtungseinheit (oder beide) der Formschicht ebenfalls entsprechend geändert;
- (C) wenn das Werkstück 13 nicht in die Richtung X und die Richtung Y bewegt wird, kann der Kardangelenkmechanismus 45 an einer Seite angeordnet sein, an welcher das Werkstück 13 aufgesetzt ist. In diesem Fall, und auch dann, wenn die Form 41 an die Seite des unteren Gestells 7 versetzt wird, kann der Kardangelenkmechanismus 45 an der Seite des unteren Gestells 7 angebracht werden;
- (D) es ist ebenfalls möglich, in Vertikalrichtung oder Querrichtung die in den 1 und 2 gezeigte Konstruktion umzukehren. Obwohl eine Konstruktion mit vertikaler Form voranstehend geschildert wurde, ist es ebenfalls möglich, in Vertikalrichtung die vertikale Form umzukehren, oder eine Querform einzusetzen, und es können verschiedene Konstruktionen eingesetzt werden;
- (E) bei der Ausführungsform ist der Tisch an einem unteren Abschnitt angeordnet, und sind der Kardangelenkmechanismus und der bewegliche Körper an einem oberen Abschnitt angeordnet, sie können jedoch auch in umgekehrter Beziehung angeordnet sein. Wenn sie in Vertikalrichtung umgekehrt angeordnet sind, so kann, da eine nach unten wirkende Kraft infolge der Schwerkraft ständig auf das erste Kardangelenkteil einwirkt, die Saugkraft in Bezug auf das zweite Kardangelenkteil, das sich unterhalb des ersten Kardangelenkteils befindet, verringert werden, verglichen mit der in 4 gezeigten Konstruktion, oder wird ermöglicht, das Erfordernis auszuschalten, getrennt die Saugkraft zu erzeugen, unter Nutzung der Schwerkraft selbst. Hierbei ist es erforderlich, die Schwebekraft zu steuern, die auf das erste Kardangelenkteil einwirkt, und durch Druckluft hervorgerufen wird; und
- (F) bei der Ausführungsform wird zum Ansaugen des unteren Kardangelenkteils 201 (entsprechend dem ersten Kardangelenkteil bei der Erfindung) zum oberen Kardangelenkteil 203 (entsprechend dem zweiten Kardangelenkteil der Erfindung) Vakuum, also Unterdruck eingesetzt. In diesem Fall ist, wenn die Formgebungskammer 60, die an dem unteren Abschnitt angeordnet ist, unter Vakuum gesetzt wird, der Unterdruck versetzt, so dass ein Saugeffekt nicht erwartet werden kann. Zur Lösung dieses Problems ist es ebenfalls möglich, eine Saugkraft zu erzeugen, die größer ist als jene, die durch den Unterdruck in der Formgebungskammer 60 erzeugt wird, zwischen den beiden Kardangelenkteilen 201 und 203, unter Verwendung beispielsweise eines Elektromagneten oder Permanentmagneten.
