JP2007276410A - Processing object holding device and microfabrication apparatus provided with the same, and processing object for microfabrication - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、離型性の良好な加工対象物保持具およびこれを具備する微細加工装置、微細加工用の加工対象物に関するものである。 The present invention relates to a processing object holder having good releasability, a micro processing apparatus including the processing object holder, and a processing object for micro processing.
LSI(大規模集積回路)に代表される微細回路パターンを半導体基板(以下、単に基板と称する)上に形成するには、フォトリソグラフィーと呼ばれる技術が一般に用いられている。しかしながら、この方法では、形成するパターンの微細化にともない、装置の大型化やコストの増大を招いていた。 In order to form a fine circuit pattern typified by an LSI (Large Scale Integrated Circuit) on a semiconductor substrate (hereinafter simply referred to as a substrate), a technique called photolithography is generally used. However, this method has led to an increase in the size and cost of the apparatus as the pattern to be formed is miniaturized.
また、微細な成型物を得るために、加熱されて溶融した樹脂を、この樹脂のガラス転移温度以下に加熱された金型に高速・高圧で流し込み、圧力をコントロールしながら凝固させて成型する射出成型も用いられている。しかしながら、この方法では、供給された樹脂が金型に熱を奪われながら凝固するため、金型の微細なパターンの中に樹脂が侵入し難く、微細な形状を形成することは困難であった。また、金型を加熱し、微細なパターン内に樹脂が侵入するのを待った後、金型を冷却し成型することも考えられる。しかしながら、射出成型では、金型に樹脂を高圧で流し込む必要があるため、高圧に耐えられる大きな金型が必要であり、金型の熱容量が大きくなる結果、加熱・冷却に時間がかかるという問題があった。 In addition, in order to obtain a fine molded product, a resin melted by heating is poured into a mold heated to a temperature lower than the glass transition temperature of the resin at high speed and high pressure, and solidified while controlling the pressure. Molding is also used. However, in this method, since the supplied resin is solidified while taking heat away from the mold, it is difficult for the resin to enter the fine pattern of the mold, and it is difficult to form a fine shape. . It is also conceivable to heat the mold and wait for the resin to enter the fine pattern, and then cool and mold the mold. However, in injection molding, it is necessary to pour the resin into the mold at a high pressure, so a large mold that can withstand the high pressure is required, and as a result, the heat capacity of the mold increases, and heating and cooling take time. there were.
近年、上記問題を解決するものとして、超微細なパターンを基板やフィルム等の加工対象物上に形成するナノインプリンティングプロセス技術が注目されている(例えば、特許文献1参照)。このプロセスは、例えば以下の手順で行われる。 In recent years, a nanoimprinting process technique for forming an ultrafine pattern on a workpiece such as a substrate or a film has been attracting attention as a means for solving the above problem (for example, see Patent Document 1). This process is performed in the following procedure, for example.
まず、形成したいパターンが表面に作りこまれた型を準備し、ガラス転移温度以下の温度に保持された樹脂に、ガラス転移温度以上に加熱された型を押圧する。すると、樹脂表面が溶融、流動し、型のパターンが樹脂に転写される。次に、型を冷却して樹脂を凝固させ、型を離型する。これにより、樹脂にパターンが形成される。 First, a mold in which a pattern to be formed is formed on the surface is prepared, and a mold heated to a temperature higher than the glass transition temperature is pressed against a resin held at a temperature lower than the glass transition temperature. Then, the resin surface melts and flows, and the pattern of the mold is transferred to the resin. Next, the mold is cooled to solidify the resin, and the mold is released. Thereby, a pattern is formed in the resin.
この方法では、高価な電子ビーム光源や光学系を必要とせず、加熱用ヒータとプレス装置を基本とした簡易な構造を用いることができる。 In this method, an expensive electron beam light source or optical system is not required, and a simple structure based on a heater and a press device can be used.
また、この方法では、樹脂が型に熱を奪われて凝固するという問題もなく、樹脂を型の微細なパターン内に侵入させることができる。また、射出成型のような高圧に耐える大型の金型は不要であるため、高速に昇降温が可能であり、スループットの問題は生じない。 Further, in this method, the resin can be penetrated into the fine pattern of the mold without the problem that the resin is deprived of heat and solidified. In addition, since a large mold that can withstand high pressure, such as injection molding, is unnecessary, the temperature can be raised and lowered at high speed, and the problem of throughput does not occur.
実際、ナノインプリンティングプロセス技術を用いることで、回折格子、フォトニック結晶、導波路、等の光デバイスや、マクロチャネル、リアクター等の流体デバイスのような、各種のマイクロチップ、マイクロデバイスの製作も可能な状況が実現しつつある。 In fact, by using nanoimprinting process technology, various microchips and microdevices such as optical devices such as diffraction gratings, photonic crystals, and waveguides, and fluid devices such as macrochannels and reactors can be manufactured. A possible situation is being realized.
しかしながら、型のパターンサイズが小さくなるにつれて、加工対象物は、離型時に伸びが生じたり型へ樹脂残りが生じたりするという問題があった。この問題は、型のパターン形成面の面積が大きくなる程顕著となる。これは、型と加工対象物保持具の熱収縮の違いにより、加工対象物の型側と加工対象物保持具側で異なる力が掛かるためであると考えられる。 However, as the pattern size of the mold becomes smaller, the object to be processed has a problem that elongation occurs at the time of mold release or resin residue is generated on the mold. This problem becomes more prominent as the area of the pattern forming surface of the mold increases. This is thought to be because different forces are applied on the mold side and the workpiece holder side of the workpiece due to the difference in thermal shrinkage between the mold and the workpiece holder.
そこで本発明は、離型性の良好な加工対象物保持具およびこれを具備する微細加工装置、微細加工用の加工対象物を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a workpiece holder having good releasability, a fine machining apparatus having the same, and a workpiece for fine machining.
上記目的を達成するために、本発明の加工対象物保持具は、所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写する微細加工装置において、前記加工対象物を保持する加工対象物保持具であって、前記加工対象物を保持する側に、表面エネルギーがSiの表面エネルギーより低い材料からなる表面処理層を具備することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a processing object holder according to the present invention is a micromachining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and a processing object to transfer the pattern of the mold to the processing object. A processing object holder for holding the processing object, wherein a surface treatment layer made of a material having a surface energy lower than that of Si is provided on the side that holds the processing object. .
また、本発明の加工対象物保持具は、所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写する微細加工装置において、前記加工対象物を保持する加工対象物保持具であって、離型剤からなる表面処理層を具備することを特徴とする。 Further, the processing object holder of the present invention is a micromachining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and a processing object, and transfers the pattern of the mold to the processing object. A workpiece holding tool to be held, comprising a surface treatment layer made of a release agent.
また、本発明の加工対象物保持具は、所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写する微細加工装置において、前記加工対象物を保持する加工対象物保持具であって、少なくとも酸化膜処理又は窒化膜処理のいずれか一方により形成された表面処理層を具備することを特徴とする。 Further, the processing object holder of the present invention is a micromachining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and a processing object, and transfers the pattern of the mold to the processing object. A workpiece holding tool to be held, comprising a surface treatment layer formed by at least one of an oxide film treatment and a nitride film treatment.
また、本発明の加工対象物保持具は、所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写する微細加工装置において、前記加工対象物を保持する加工対象物保持具であって、表面エネルギーがSiの表面エネルギーより低い材料からなることを特徴とする。 Further, the processing object holder of the present invention is a micromachining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and a processing object, and transfers the pattern of the mold to the processing object. A workpiece holding tool to be held, characterized in that it is made of a material whose surface energy is lower than that of Si.
また、本発明の加工対象物保持具は、所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写する微細加工装置において、前記加工対象物を保持する加工対象物保持具であって、前記型の熱膨張係数をαとすると、0.9α以上1.1α以下の熱膨張係数を有することを特徴とする。 Further, the processing object holder of the present invention is a micromachining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and a processing object, and transfers the pattern of the mold to the processing object. A workpiece holding tool to be held, wherein the mold has a thermal expansion coefficient of 0.9α to 1.1α, where α is a thermal expansion coefficient of the mold.
また、本発明の加工対象物保持具は、所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写する微細加工装置において、前記加工対象物を保持する加工対象物保持具であって、前記型と同一の材料からなることを特徴とする。 Further, the processing object holder of the present invention is a micromachining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and a processing object, and transfers the pattern of the mold to the processing object. A workpiece holding tool to be held, which is made of the same material as the mold.
前記加工対象物保持具は、前記加工対象物を載置する側の面の平面度は1μm以下に形成する方が好ましい。 The processing object holder is preferably formed so that the flatness of the surface on which the processing object is placed is 1 μm or less.
本発明の微細加工装置は、所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写する微細加工装置であって、前記加工対象物を保持すると共に、前記加工対象物を保持する側に、表面エネルギーがSiの表面エネルギーより低い材料からなる表面処理層を有する加工対象物保持具を具備することを特徴とする。 The micromachining apparatus of the present invention is a micromachining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece to transfer the pattern of the mold to the workpiece, and holds the workpiece. In addition, a workpiece holding tool having a surface treatment layer made of a material whose surface energy is lower than the surface energy of Si is provided on the side holding the workpiece.
また、本発明の微細加工装置は、所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写する微細加工装置であって、前記加工対象物を保持すると共に、前記加工対象物を保持する側に、離型剤からなる表面処理層を有する加工対象物保持具を具備することを特徴とする。 The micromachining apparatus of the present invention is a micromachining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece, and transfers the pattern of the mold to the workpiece. While holding, the processing object holding tool which has the surface treatment layer which consists of a mold release agent in the side which hold | maintains the said processing object is characterized by the above-mentioned.
また、本発明の微細加工装置は、所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写する微細加工装置であって、前記加工対象物を保持すると共に、前記加工対象物を保持する側に、少なくとも酸化膜処理又は窒化膜処理のいずれか一方により形成された表面処理層を有する加工対象物保持具を具備することを特徴とする。 The micromachining apparatus of the present invention is a micromachining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece, and transfers the pattern of the mold to the workpiece. A workpiece holding tool having a surface treatment layer formed by at least one of an oxide film treatment and a nitride film treatment is provided on the side of holding the workpiece and holding the workpiece.
また、本発明の微細加工装置は、所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写する微細加工装置であって、表面エネルギーがSiの表面エネルギーより低い材料からなり、前記加工対象物を保持する加工対象物保持具を具備することを特徴とする。 The micromachining apparatus of the present invention is a micromachining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece to transfer the pattern of the mold to the workpiece, and has a surface energy of Si. It is made of a material lower than the surface energy, and comprises a processing object holder for holding the processing object.
また、本発明の微細加工装置は、所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写する微細加工装置であって、前記型の熱膨張係数をαとすると、0.9α以上1.1α以下の熱膨張係数を有する加工対象物保持具を具備することを特徴とする。 The micromachining apparatus of the present invention is a micromachining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece to transfer the pattern of the mold to the workpiece, and the thermal expansion of the mold When the coefficient is α, a workpiece holding tool having a thermal expansion coefficient of 0.9α to 1.1α is provided.
また、本発明の微細加工装置は、所定のパターンを有する型と加工対象物とを押圧して、前記型のパターンを前記加工対象物に転写する微細加工装置であって、前記型と同一の材料からなる加工対象物保持具を具備することを特徴とする。 The micromachining apparatus of the present invention is a micromachining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece to transfer the pattern of the mold to the workpiece, and is the same as the mold. A workpiece holding tool made of a material is provided.
前記加工対象物保持具は、前記加工対象物を保持する側の面の平面度を1μm以下に形成する方が好ましい。 It is preferable that the processing object holder has a flatness of a surface on the side holding the processing object to be 1 μm or less.
本発明の加工対象物は、所定のパターンを有する型に押圧されて、前記型のパターンが転写される加工対象物であって、前記加工対象物の少なくともいずれか一方の面に、表面エネルギーが前記加工対象物を構成する材料の表面エネルギーより低い材料からなる表面処理層が形成されていることを特徴とする。 The processing object of the present invention is a processing object on which a pattern of the mold is transferred by being pressed by a mold having a predetermined pattern, and surface energy is applied to at least one surface of the processing object. A surface treatment layer made of a material lower than the surface energy of the material constituting the workpiece is formed.
また、本発明の加工対象物は、所定のパターンを有する型に押圧されて、前記型のパターンが転写される加工対象物であって、前記加工対象物の少なくともパターンが転写される面とは異なる面に、離型剤からなる表面処理層を具備することを特徴とする。 The processing object of the present invention is a processing object on which a pattern of the mold is transferred by being pressed by a mold having a predetermined pattern, and is a surface on which at least the pattern of the processing object is transferred A different surface is provided with a surface treatment layer composed of a release agent.
また、所定のパターンを有する型に押圧されて、前記型のパターンが転写される加工対象物であって、表面エネルギーが30mN/m以下の材料からなることを特徴とする。 Further, it is a processing object to which the pattern of the mold is transferred by being pressed by a mold having a predetermined pattern, and is made of a material having a surface energy of 30 mN / m or less.
請求項1,4,8,11,15,17記載の発明によれば、加工対象物が加工対象物保持具に接着し難くなるため、加工対象物は、型の熱収縮に応じて熱収縮することができ、加工対象物に無理な力が掛かることがなく、離型むらを小さくすることができる。 According to the first, fourth, eighth, eleventh, fifteenth, and seventeenth aspects of the present invention, since the object to be processed is difficult to adhere to the object holder, the object to be processed is thermally contracted in accordance with the heat shrinkage of the mold Therefore, an excessive force is not applied to the object to be processed, and the mold release unevenness can be reduced.
請求項2,9,16記載の発明によれば、離型剤を用いて簡易に表面処理層を形成することができる。
According to invention of
請求項3,10記載の発明によれば、表面処理層を少なくとも酸化膜処理又は窒化膜処理のいずれか一方により形成するので、離型剤により表面処理層を形成する場合に比較して、長期間効果を持続することができる。
According to the inventions of
請求項5,6,12,13記載の発明によれば、型と加工対象物保持具の熱膨張係数を同一かそれに近い値にすることにより、加工対象物の型側と加工対象物保持具側との熱膨張の差を小さくすることができるので、加工対象物に無理な力が掛かることがなく、離型むらを小さくすることができる。
According to the invention described in
請求項7,14記載の発明によれば、加工対象物保持具の加工対象物を載置する側の面の平面度を1μm以下に形成するので、更に、加工対象物が加工対象物保持具に接着するのを防止し、離型性を向上することができる。 According to the invention of Claims 7 and 14, since the flatness of the surface on which the workpiece to be processed is placed is set to 1 μm or less, the workpiece to be processed is further a workpiece holding tool. Can be prevented from being adhered to each other, and the releasability can be improved.
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
本発明の微細加工装置1は、図1に示すように、所定のパターンを有する型100と加工対象物200とを押圧して、型100のパターンを加工対象物200に転写する微細加工装置であって、加工対象物200を保持する加工対象物保持具12と、型100を保持する型保持具2と、加工対象物200に対する型100の相対的な位置およびその位置を変化させる変位速度を調節可能な変位手段5と、加工対象物200に対する型100の相対的な位置を検出する位置検出手段7と、型100と加工対象物200との間の圧力を検出する圧力検出手段8と、型100を加熱する型加熱手段3と、型100を冷却する型冷却手段4と、型100の温度を検出する型温度検出手段31と、加工対象物200を加熱する加工対象物加熱手段13と、加工対象物200を冷却する加工対象物冷却手段14と、加工対象物200の温度を検出する加工対象物温度検出手段131と、位置検出手段7、圧力検出手段8、型温度検出手段31および加工対象物温度検出手段131の検出情報に基づいて、変位手段5、型加熱手段3、型冷却手段4、加工対象物加熱手段13および加工対象物冷却手段14の作動を制御する制御手段300と、で主に構成される。
As shown in FIG. 1, the
本発明の加工対象物保持具12は、型100と加工対象物保持具12の熱膨張の差によって生じる加工対象物200の平面方向の力の不均衡を極力小さくするものである。
The
具体的には、本発明の加工対象物保持具12は、図2に示すように、加工対象物200を保持(又は載置)するものであって、加工対象物200を保持する側に、加工対象物200と加工対象物保持具12とを接着し難くする表面処理層122を形成したものである。
Specifically, as shown in FIG. 2, the
このように形成すると、加工対象物保持具12と加工対象物200とは接着し難くなる。したがって、加工対象物保持具12に対して、加工対象物200が滑り、型100と加工対象物200が一体となって熱収縮することができるため、加工対象物200に無理な力が掛かることがなく、離型むらを小さくすることができる。
When formed in this way, the
この場合、少なくともSiの表面エネルギーより低い材料からなる表面処理層122を形成する方が好ましい。
In this case, it is preferable to form the
この表面処理層122としては、例えば、型100と加工対象物200との間に塗布される離型剤を、加工対象物保持基体121の表面に塗布して形成すれば良い。この場合、離型剤としては、どのようなものでも良く、例えばフッ素系の離型剤を用いることができる。また、表面処理層122を、酸化膜処理又は窒化膜処理のいずれか一方又は両方により形成しても良い。もちろん、加工対象物200と加工対象物保持具12を接着し難くするものであれば、その他のどのような方法により表面処理層122を形成しても良い。
The
加工対象物保持基体121は、微細加工装置1による加工プロセスに対し耐熱性がある硬い材料で、表面処理層122を形成することができるものであればどの様なものでも良く、例えば、ニッケル、銅、鋼、タングステン、白金、チタン等の金属、セラミック(シリコンやアルミナ等)等の無機物、フッ素系樹脂等の有機物を用いることができる。
The
また、加工対象物保持具12は、Siの表面エネルギーより低い材料自体で形成しても良い。この場合、例えば、フッ素系樹脂や環状オレフィン系樹脂等を用いることができる。
Moreover, you may form the
また、本発明の別の加工対象物保持具12は、型100の熱膨張係数をαとすると、0.9α以上1.1α以下の熱膨張係数を有するように形成することを特徴とするものである。この場合、好ましくは0.95α以上1.05α以下の熱膨張係数を有するように形成する方が良く、更に好ましくは型100と同一の熱膨張係数を有するように形成する方が良い。例えば、型100と加工対象物保持具12を同一の材料によって形成すれば良い。
Further, another
これにより、加工対象物200の型100側と加工対象物保持具12側との熱膨張の差を小さくすることができるので、加工対象物200に無理な力が掛かることがなく、離型むらを小さくすることができる。
Thereby, since the difference in thermal expansion between the
なお、この加工対象物保持具12に上述した表面処理層122を更に形成するようにしても良い。
Note that the
また、加工対象物保持具12は、加工対象物200を載置する側の面の平面度をできる限り高く形成する方が良く、例えば1μm以下、好ましくは100nm以下、更に好ましくは10nm以下、更に好ましくは1nm以下に形成する方が良い。
Moreover, it is better to form the
また、加工対象物保持具12は、加工対象物200を簡易に取り外しできるように、加工対象物200を真空吸着する真空チャック又は静電吸着する静電チャック等を具備するように形成しても良い。例えば真空チャックを用いる場合、加工対象物保持具12には、真空吸着用の溝と、加工対象物保持基体121に形成された吸引路に接続される吸引口とが形成される(図示せず)。また、加工対象物保持基体121の吸引路は、真空ポンプ等の気体吸引手段に接続される。これにより、成型時は真空チャックの吸着をOFFにして、加熱又は冷却する際に、加工対象物200の熱収縮を可能とし、離型時に真空チャックの吸着をONにして、型100から加工対象物200を離型することができる。なお、別途離型のための手段、例えば、加工対象物200を把持して離型するロボット等を用いることも可能である。
Further, the
加工対象物200としては、種々のものを用いることができ、例えばポリカーボネート、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、パラフィン、環状オレフィン系熱可塑性樹脂等の樹脂の他、アルミニウム等の金属、ガラス、石英ガラス、シリコン、ガリウム砒素、サファイア、酸化マグネシウム等の材料などがシート又はフィルムの形状をなしているものを用いることができる。この場合、その厚さが、1mm以下、500μm以下、100μm以下、50μm以下、40μm以下と薄くなるにつれて本発明の効果が顕著なものとなる。また、加工対象物200は、基板形状であっても良い。この場合、加工対象物200の表面エネルギーは、加工対象物保持具12と接着しないよう低い方が良く、例えば、表面エネルギーが、30mN/m以下、好ましくは25mN/m以下、更に好ましくは20mN/mが良い。
Various objects can be used as the
また、加工対象物200の少なくともいずれか一方の面(少なくともパターンが形成される面200aとは逆の面)に、表面エネルギーが少なくとも加工対象物200を構成する材料の表面エネルギーより低い材料からなる表面処理層を形成するようにしても良い。例えば、表面エネルギーが、30mN/m以下、好ましくは25mN/m以下、更に好ましくは20mN/mの材料を用いるのが良い。具体的には、型100と加工対象物200との間に塗布される離型剤を、加工対象物200の少なくとも加工対象物保持具12側の面に塗布して形成することができる。また、離型剤としては、どのようなものでも良く、例えばフッ素系の離型剤を用いることができる。
Further, at least one surface of the workpiece 200 (at least the surface opposite to the surface 200a on which the pattern is formed) is made of a material whose surface energy is at least lower than the surface energy of the material constituting the
また、加工対象物保持具12の下部には、加工対象物200を加熱するための加工対象物加熱手段13、例えば非常に応答性の良いカーボンヒータを備えている。カーボンヒータは、制御手段300によって図示しない電源からの電流供給を制御されており、保持ステージ上の加工対象物200を所定の一定温度に維持することができる。なお、ヒータとしては、例えば、伝熱ヒータやセラミックヒータ、ハロゲンヒータ、IHヒータ等を用いることも可能である。
Further, a processing object heating means 13 for heating the
また、保持ステージの下部には、加工対象物200を冷却する加工対象物冷却手段14を設けることも可能である。加工対象物冷却手段14としては、例えばアルミニウムや銅等の熱伝導性の高い金属で形成された加工対象物保持具12の内部に水や油等の冷却液、空気や不活性ガス等の冷却気体を流すことで、加工対象物200を冷却することができる冷却流路を用いることができる。
Further, a workpiece cooling means 14 for cooling the
また、加工対象物200の近傍、例えば加工対象物保持具12に、加工対象物200の温度を検出する加工対象物温度検出手段131、例えば熱伝対を設けることもできる。この場合、加工対象物温度検出手段131は、制御手段300に電気的に接続され、検出した加工対象物200の温度に関する情報を制御手段300に伝達するように形成される。
Further, a processing object temperature detecting means 131 for detecting the temperature of the
型保持具2は、図示しないが、型保持面2aに型100を保持するもので、型100を保持することができるものであればどのようなものでも良い。例えば、剛体からなる型保持基体と、この型保持基体と型100との間に配置される弾性部材とで構成される。
Although not shown in the drawings, the
型保持基体は、剛性の高い材料、例えばニッケルやステンレス鋼等の金属によって形成される。また、型保持基体は、型100を保持する側の面が平坦に形成される。この面の平面度はできる限り高く形成される方が好ましく、例えば1μm以下、好ましくは100nm以下、更に好ましくは10nm以下、更に好ましくは1nm以下に形成される方が良い。なお、型保持基体は、型100を保持する側の面を曲面状に形成したり、ロール状に形成したりすることも勿論可能である。
The mold holding base is formed of a highly rigid material, for example, a metal such as nickel or stainless steel. Further, the mold holding base has a flat surface on the side for holding the
弾性部材は、型保持基体と型100との間に配置される平坦なシート状のもので、型100と加工対象物200とが押圧された際に、型100や加工対象物200の微細なうねりや凹凸を吸収するためのものである。したがって、弾性部材は、型100又は加工対象物200の微細なうねりや凹凸を吸収し、均一な応力分布を実現する厚さで形成する方が好ましい。
The elastic member is a flat sheet disposed between the mold holding base and the
また、昇降温速度(スループット)を向上させるためには、弾性部材の熱伝導率をできる限り高く形成する方が好ましい。具体的には、熱伝導率が0.17(W/m・K)以上に形成される方が良く、好ましくは0.2(W/m・K)以上が良く、更に好ましくは0.3(W/m・K)以上が良く、更に好ましくは、1(W/m・K)以上が良く、更に好ましくは2(W/m・K)以上が良く、更に好ましくは4(W/m・K)以上が良い。 Further, in order to improve the temperature raising / lowering speed (throughput), it is preferable to form the thermal conductivity of the elastic member as high as possible. Specifically, it is better that the thermal conductivity is 0.17 (W / m · K) or more, preferably 0.2 (W / m · K) or more, more preferably 0.3. (W / m · K) or higher, more preferably 1 (W / m · K) or higher, more preferably 2 (W / m · K) or higher, and further preferably 4 (W / m · K).・ K) or better.
また、弾性部材は、型加熱手段3と当該型加熱手段3によって加熱される型100との間に配置されるため、少なくともインプリントプロセスにおける処理温度以上の耐熱性を有する必要がある。例えば、型100を加工対象物200のガラス転移温度以上に加熱する場合には、弾性部材の耐熱温度を少なくともガラス転移温度(Tg)以上に形成する必要があり、好ましくはガラス転移温度+20℃(Tg+20℃)以上に形成するのが良く、更に好ましくはガラス転移温度+40℃(Tg+40℃)以上に形成するのが良く、更に好ましくはガラス転移温度+60℃(Tg+60℃)以上に形成するのが良い。具体的には、加工対象物200が環状オレフィン系共重合体:COC(Cyclo Olefin Copolymer)(ガラス転移温度138℃)からなる場合には、弾性部材の耐熱温度を138℃以上に形成するのが良く、好ましくは158℃以上に形成するのが良く、更に好ましくは178℃以上に形成するのが良く、更に好ましくは198℃以上に形成するのが良い。
In addition, since the elastic member is disposed between the
また、型保持具2は、型100を簡易に取り外しできるように、型100を吸着可能な真空チャックを具備するように形成しても良い。この場合、弾性部材には、真空吸着用の溝と、型保持基体に形成された吸引路に接続される吸引口とが形成される。また、型保持基体の吸引路は、真空ポンプ等の気体吸引手段に接続される。この場合、溝は、型のパターンが形成されている面(パターン面100a)の外側であって、型に形成されたパターンが占める領域の外側の部分を吸着する大きさに形成される。これにより、弾性部材がシールの役割も果たし、型100を確実に吸着保持することができる。
Further, the
また、型保持具2は、強磁性体からなる金型(型100)を吸着保持し得る磁力を有するように形成することも可能である。この場合、磁石の材料としては、インプリントプロセスにおける処理温度以上のキュリー点を有するものを用いる必要がある。なお、磁石としては、永久磁石として形成しても電磁石として形成しても良く、また、弾性部材又は型保持基体の全部又は一部を磁石として形成すれば良い。
The
型100は、例えば「ニッケル等の金属」、「セラミックス」、「ガラス状カーボン等の炭素素材」、「シリコン」などから形成されており、その一端面(パターン面100a)に所定のパターンが形成されている。このパターンは、そのパターン面100aに精密機械加工を施すことで形成することができる。また、型100の原盤となるシリコン基板等にエッチング等の半導体微細加工技術によって所定のパターンを形成した後、このシリコン基板等の表面に電気鋳造(エレクトロフォーミング)法、例えばニッケルメッキ法によって金属メッキを施し、この金属メッキ層を剥離してパターンを形成することもできる。もちろん型100は、微細パターンが形成できるものであれば材料やその製造方法が特に限定されるものではない。このパターンの幅(加工対象物200の平面方向の寸法)は、用いられる加工対象物200の種類にもよるが、100μm以下、10μm以下、2μm以下、1μm以下、100nm以下、10nm以下等種々の大きさに形成される。更に、このパターンの深さ(加工対象物200の垂直方向の寸法)は、10nm以上、100nm以上、200nm以上、500nm以上、1μm以上、10μm以上、100μm以上等種々の大きさに形成される。また、このパターンのアスペクト比としては、0.2以上、0.5以上、1以上、2以上等種々のものがある。
The
また、型100は、型100と加工対象物200とを押圧した際に、型100又は加工対象物200のうねりや凹凸を弾性部材側へ変形できる厚さ、例えば0.001〜2mmに形成される。また、この型100は、インプリントプロセス中に加熱・冷却されるため、できる限り薄型化し、その熱容量を小さくする方が好ましい。
In addition, the
型加熱手段3は、図1に示すように、型保持具2に対して型100と対向する側に設けられるもので、例えば非常に応答性の良いカーボンヒータが用いられる。また、カーボンヒータ(型加熱手段3)は、制御手段300によって図示しない電源からの電流供給を制御されており、型100を所定の一定温度に維持することができる。なお、ヒータとしては、例えば、伝熱ヒータやセラミックヒータ、ハロゲンヒータ、IHヒータ等を用いることも可能である。
As shown in FIG. 1, the mold heating means 3 is provided on the side facing the
型冷却手段4は、図1に示すように、型保持具2に対して型100と対向する側に設けられる物で、例えばアルミニウムや銅等の熱伝導性の高い金属で形成された容器の内部に水や油等の冷却液、空気や不活性ガス等の冷却気体を流すことで、型100を冷却することができる冷却流路を用いることができる。
As shown in FIG. 1, the mold cooling means 4 is provided on the side facing the
また、型100の近傍、例えば型保持具2には、型100の温度を検出する型温度検出手段31、例えば熱伝対が設けられている。また、型温度検出手段31は、制御手段300に電気的に接続されており、検出した型100の温度に関する情報を制御手段300に伝達するように形成されている。
Further, in the vicinity of the
変位手段5は、図1に示すように、例えば、垂直方向に配置されたボールネジ51と、このボールネジ51を回転駆動させる電気モータ52とから構成されている。また、ボールネジ51の下端部と型保持具2の上面は、押圧部53、ベアリング機構54を介して連結されている。そして、ボールネジ51を電気モータ52で回転駆動することで、基台50と上部ベース55との間に設けられた複数例えば4本の支柱56に対し、押圧部53を型100と加工対象物200の接離方向(以下、Z方向と称する)に変位させることができる。なお、電気モータ52としては、直流モータ、交流モータ、ステッピングモータ、サーボモータ等、種々のものを用いることができる。ここで、変位手段5は、加工対象物200に対する型100の位置を、型100のパターンの深さ以下の変位量で調節できる方が好ましい。具体的には、変位量を100μm以下で調節することができるものが良く、好ましくは10μm以下、更に好ましくは1μm以下、更に好ましくは100nm以下、更に好ましくは10nm以下、更に好ましくは1nm以下で調節できるものが好ましい。
As shown in FIG. 1, the displacing means 5 includes, for example, a ball screw 51 arranged in the vertical direction and an
また、変位手段5は、加工対象物200に対する型100の変位速度を調節できるものが好ましい。具体的には、100μm/秒以下で調節できるものが良く、好ましくは10μm/秒以下、更に好ましくは1μm/秒以下、更に好ましくは100nm/秒以下、更に好ましくは10nm/秒以下、更に好ましくは1nm/秒以下で調節できるものが良い。なぜなら、制御手段300は、圧力検出手段8が検出した情報に基づいて変位手段5の作動を制御し、型100と加工対象物200との間の圧力を調節しているが、圧力検出手段8が検出した情報を変位手段5にフィードバックするには、多少の時間が掛かる。したがって、変位速度が大き過ぎると圧力検出手段8が検出した情報を変位手段5にフィードバックするのが遅れ、型100と加工対象物200との間の実際の圧力を正確に制御することができなくなるからである。
Further, the displacement means 5 is preferably one that can adjust the displacement speed of the
なお、ここでは、変位手段5を型保持具2側に設ける場合について説明したが、加工対象物保持具12側に設けることも勿論可能である。また、変位手段5としては、型100と加工対象物200との相対的な変位量や変位速度を調節できるものであれば、ボールねじと電気モータにより構成されるものに限られず、例えば、電圧を調節して大きさ(寸法)を変化させることができる圧電素子や磁界を調節して大きさ(寸法)を変化させることができる磁歪素子を用いることもできる。また、ボールねじおよび電気モータと圧電素子又は磁歪素子の両方を用いることも勿論可能である。この場合には、型100と加工対象物200を大きく変位させる際に、ボールねじおよび電気モータを適用し、型100と加工対象物200を微小量変位させる際に、圧電素子又は磁歪素子を用いることができる。更に、油圧式のものや空圧式のもの等を用いることも勿論可能である。
Here, the case where the displacement means 5 is provided on the
変位手段5をこのように構成することによって、型100を保持する型保持具2を上下し、加工対象物保持具12に保持される加工対象物200に対し、型100のパターン面100aを精密に近接・押圧及び離間することができる。
By configuring the displacing means 5 in this way, the
位置検出手段7は、例えば、型保持具2に配置されたリニアスケールにより形成される。このリニアスケールを用いて、加工対象物200と型保持具2との距離を測定し、その値から加工対象物200に対する型100の相対的な位置や変位速度を計算して検出することができる。また、位置検出手段7は、制御手段300に電気的に接続されており、検出した型100の位置や変位速度に関する情報を伝達するように形成されている。なお、位置検出手段7としては、リニアスケールに限らず種々のものを用いることができ、例えば、型保持具2側に設けられたレーザー測長機を用いて、加工対象物200の位置を測定するか、加工対象物保持具12側に設けられたレーザー測長機を用いて、型100の位置を測定すればよい。また、電気モータに設けられたエンコーダを用いて、変位手段5の変位量から計算により測定するものでもよい。なお、位置検出手段7の分解能は、少なくとも型100のパターンの深さ方向(Z方向)の大きさ以下、あるいは、変位手段5が調節できる変位量以下の値で検出できるものが好ましい。具体的には、100μm以下で検出することができるものが良く、好ましくは10μm以下、更に好ましくは1μm以下、更に好ましくは100nm以下、更に好ましくは10nm以下、更に好ましくは1nm以下で検出することができるものが好ましい。
The position detecting means 7 is formed by, for example, a linear scale arranged on the
位置検出手段7をこのように構成することによって、パターンの大きさや型100と加工対象物200との間の圧力に応じて、加工対象物200に対する型100のパターン面100aの位置を精密に調節することができるので、パターンの転写性および離型性を向上することができる。
By configuring the position detecting means 7 in this way, the position of the pattern surface 100a of the
圧力検出手段8は、型100と加工対象物200との間の圧力を検出するもので、例えば、型100と加工対象物200との間の荷重を測定するロードセルを用いることができる。これにより、荷重を測定し、型100のパターン面100aの面積で割れば型100と加工対象物200との間の圧力を検出することができる。また、圧力検出手段8は、制御手段300に電気的に接続されており、検出した圧力に関する情報を伝達するように形成されている。
The
制御手段300は、位置検出手段7、圧力検出手段8、型温度検出手段31および加工対象物温度検出手段131の検出情報に基づいて、変位手段5、押圧手段6、型加熱手段3、型冷却手段4、加工対象物加熱手段13および加工対象物冷却手段14の作動を制御するもので、例えばコンピュータを用いることができる。
Based on the detection information of the position detecting means 7, the
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited to an Example.
加工対象物としては、シクロオレフィンポリマー(COP)からなるフィルムを用い、このフィルムへのパターン形成は、SCIVAX社のインプリント装置(VX-2000N-US)を用いた。また型としては、30mm×30mmのニッケル(Ni)金型を使用した。パターンの形状は、一辺が2μm(線幅も含めた辺の長さは2.5μm)の矩形が連続したもので、線幅が250nm、この線の高さが380nm(アスペクト比が約1.5)のものを用いた。 A film made of cycloolefin polymer (COP) was used as the object to be processed, and an imprint apparatus (VX-2000N-US) manufactured by SCIVAX was used for pattern formation on the film. As the mold, a 30 mm × 30 mm nickel (Ni) mold was used. The shape of the pattern is a continuous rectangle with a side of 2 μm (the length of the side including the line width is 2.5 μm), the line width is 250 nm, and the height of the line is 380 nm (with an aspect ratio of about 1.). 5) was used.
加工対象物保持具としては、
(1)シリコン(Si)からなるもの、
(2)加工対象物保持基体121としてシリコン基板を用い、表面処理層122として離型剤(NOVEC:登録商標)を用いたもの、
(3)金型と同一の材料であるニッケル(Ni)からなるもの、
の3種類を用いた。(2)の表面処理層122は、シリコン基板(加工対象物保持基体121)を離型剤に浸漬し、リンス処理した後、炉の中で90℃に加熱処理することにより形成した。
As processing object holder,
(1) silicon (Si),
(2) Using a silicon substrate as the
(3) A material made of nickel (Ni), which is the same material as the mold,
The following three types were used. The
これらの加工対象物保持具に、上記フィルムを載置し、このフィルムのガラス転移温度以上に加熱した型100を押圧した後、ガラス転移温度以下に冷却して離型することにより実験を行った。パターンを形成したフィルムの写真を図3ないし図5に示す。
The above film was placed on these workpiece holders, and after pressing the
(1)の加工対象物保持具の場合、フィルム表面に剥離等が生じた(図3参照)。これに対し、(2)、(3)の加工対象物保持具の場合には、フィルム表面に剥離等が生じず、きれいに離型できた(図4、図5参照)。 In the case of the workpiece holder (1), peeling or the like occurred on the film surface (see FIG. 3). On the other hand, in the case of the workpiece holders of (2) and (3), the film surface was not peeled off and could be released cleanly (see FIGS. 4 and 5).
1 微細加工装置
12 加工対象物保持具
122 表面処理層
100 型
200 加工対象物
DESCRIPTION OF
Claims (17)
前記加工対象物を保持する側に、表面エネルギーがSiの表面エネルギーより低い材料からなる表面処理層を具備することを特徴とする加工対象物保持具。 In a micromachining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece and transfers the pattern of the mold to the workpiece, a workpiece holding tool that holds the workpiece.
A processing object holder, comprising a surface treatment layer made of a material having a surface energy lower than that of Si on a side for holding the processing object.
離型剤からなる表面処理層を具備することを特徴とする加工対象物保持具。 In a micromachining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece and transfers the pattern of the mold to the workpiece, a workpiece holding tool that holds the workpiece.
A workpiece holder comprising a surface treatment layer made of a release agent.
少なくとも酸化膜処理又は窒化膜処理のいずれか一方により形成された表面処理層を具備することを特徴とする加工対象物保持具。 In a micromachining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece and transfers the pattern of the mold to the workpiece, a workpiece holding tool that holds the workpiece.
A workpiece holder comprising a surface treatment layer formed by at least one of an oxide film treatment and a nitride film treatment.
表面エネルギーがSiの表面エネルギーより低い材料からなることを特徴とする加工対象物保持具。 In a micromachining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece and transfers the pattern of the mold to the workpiece, a workpiece holding tool that holds the workpiece.
A workpiece holder, characterized by comprising a material having a surface energy lower than that of Si.
前記型の熱膨張係数をαとすると、0.9α以上1.1α以下の熱膨張係数を有することを特徴とする加工対象物保持具。 In a micromachining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece and transfers the pattern of the mold to the workpiece, a workpiece holding tool that holds the workpiece.
A workpiece holder having a thermal expansion coefficient of 0.9α to 1.1α, where α is the thermal expansion coefficient of the mold.
前記型と同一の材料からなることを特徴とする加工対象物保持具。 In a micromachining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece and transfers the pattern of the mold to the workpiece, a workpiece holding tool that holds the workpiece.
A workpiece holder made of the same material as the mold.
前記加工対象物を保持すると共に、前記加工対象物を保持する側に、表面エネルギーがSiの表面エネルギーより低い材料からなる表面処理層を有する加工対象物保持具を具備することを特徴とする微細加工装置。 A micromachining device that presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece, and transfers the pattern of the mold to the workpiece,
A fine object comprising: a workpiece holding tool having a surface treatment layer made of a material having a surface energy lower than that of Si on the side holding the workpiece and holding the workpiece. Processing equipment.
前記加工対象物を保持すると共に、前記加工対象物を保持する側に、離型剤からなる表面処理層を有する加工対象物保持具を具備することを特徴とする微細加工装置。 A micromachining device that presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece, and transfers the pattern of the mold to the workpiece,
A fine processing apparatus comprising a processing object holder having a surface treatment layer made of a release agent on the side of holding the processing object and holding the processing object.
前記加工対象物を保持すると共に、前記加工対象物を保持する側に、少なくとも酸化膜処理又は窒化膜処理のいずれか一方により形成された表面処理層を有する加工対象物保持具を具備することを特徴とする微細加工装置。 A micromachining device that presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece, and transfers the pattern of the mold to the workpiece,
A workpiece holding tool having a surface treatment layer formed by at least one of an oxide film treatment and a nitride film treatment on the side holding the workpiece and holding the workpiece. A featured microfabrication device.
表面エネルギーがSiの表面エネルギーより低い材料からなり、前記加工対象物を保持する加工対象物保持具を具備することを特徴とする微細加工装置。 A micromachining device that presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece, and transfers the pattern of the mold to the workpiece,
A fine processing apparatus comprising a processing object holder made of a material having a surface energy lower than that of Si, and holding the processing object.
前記型の熱膨張係数をαとすると、0.9α以上1.1α以下の熱膨張係数を有する加工対象物保持具を具備することを特徴とする微細加工装置。 A micromachining device that presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece, and transfers the pattern of the mold to the workpiece,
A fine processing apparatus comprising a workpiece holder having a thermal expansion coefficient of 0.9α to 1.1α, where α is a thermal expansion coefficient of the mold.
前記型と同一の材料からなる加工対象物保持具を具備することを特徴とする微細加工装置。 A micromachining device that presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece, and transfers the pattern of the mold to the workpiece,
A fine processing apparatus comprising a processing object holder made of the same material as the mold.
前記加工対象物の少なくともいずれか一方の面に、表面エネルギーが前記加工対象物を構成する材料の表面エネルギーより低い材料からなる表面処理層が形成されていることを特徴とする加工対象物。 A workpiece to be processed, which is pressed by a mold having a predetermined pattern and the pattern of the mold is transferred to the workpiece.
A processing object, wherein a surface treatment layer made of a material having a surface energy lower than that of a material constituting the processing object is formed on at least one surface of the processing object.
前記加工対象物の少なくともパターンが転写される面とは異なる面に、離型剤からなる表面処理層を具備することを特徴とする加工対象物。 A workpiece to be processed, which is pressed by a mold having a predetermined pattern and the pattern of the mold is transferred to the workpiece.
A processing object comprising a surface treatment layer made of a release agent on at least a surface of the processing object which is different from a surface onto which a pattern is transferred.
表面エネルギーが30mN/m以下の材料からなることを特徴とする加工対象物。
A workpiece to be processed, which is pressed by a mold having a predetermined pattern and the pattern of the mold is transferred to the workpiece.
A processing object comprising a material having a surface energy of 30 mN / m or less.
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