JP2008006586A - Lamination type fine processing apparatus and lamination unit - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、精密なパターン転写を行う微細加工装置及びこれに用いる積層ユニットに関するものである。 The present invention relates to a fine processing apparatus that performs precise pattern transfer and a laminated unit used therefor.
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有する型を、基板やフィルム等の加工対象物上に加圧してパターンを転写するナノインプリンティングリソグラフィー技術が注目されている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, nanoimprint lithography technology that transfers a pattern by pressing a mold having an ultrafine pattern onto a workpiece such as a substrate or a film has attracted attention as a means for solving the above problems (for example, patents). Reference 1).
この方法によれば、高価な電子ビーム光源や光学系を必要とせず、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。 According to this method, an expensive electron beam light source or optical system is not required, and a simple structure based on a press apparatus can be used.
ここで、装置のスループットを向上するために、複数の型と加工対象物および圧力分散板を積層し、一回のプロセスで複数の加工対象物にパターンを転写する方法が開示されている(例えば、特許文献2参照)。この方法では、圧力30MPa以上、成型温度80℃以下という高圧、低温での成型を行っている。しかし、このような高圧、低温で成型を行うと、型の微細なパターンが破損する等、型の寿命の点で問題があった。 Here, in order to improve the throughput of the apparatus, a method of laminating a plurality of molds, a workpiece and a pressure dispersion plate, and transferring a pattern to the plurality of workpieces in one process is disclosed (for example, , See Patent Document 2). In this method, molding is performed at a high pressure and a low temperature of a pressure of 30 MPa or more and a molding temperature of 80 ° C. or less. However, when molding is performed at such a high pressure and low temperature, there is a problem in terms of mold life, such as breakage of a fine pattern of the mold.
これを解決するため、成型温度を加工対象物のガラス転移温度又は軟化温度以上の高温とし、低圧で転写を行う方法がある。 In order to solve this, there is a method in which the molding temperature is set to a high temperature equal to or higher than the glass transition temperature or softening temperature of the workpiece, and transfer is performed at a low pressure.
しかしながら、成型温度と離型温度の温度差が大きくなる程、型と圧力分散板の熱収縮の違いにより、加工対象物の型側と圧力分散板側で異なる力が掛かり、転写されたパターンに変形が生じたり、型に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、加工対象物の厚さが小さくなる程顕著になる。 However, as the temperature difference between the molding temperature and the mold release temperature increases, different forces are applied on the mold side of the workpiece and the pressure dispersion plate due to the difference in thermal shrinkage between the mold and the pressure dispersion plate, and the transferred pattern is applied to the transferred pattern. There was a problem that deformation occurred or resin residue was generated in the mold. This problem becomes more prominent as the thickness of the workpiece becomes smaller.
そこで本発明は、低圧、高温での成型によっても、パターンを正確に転写することができる微細加工装置及びこれに用いる積層ユニット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 fine processing apparatus capable of accurately transferring a pattern even by molding at a low pressure and a high temperature, and a laminated unit used therefor.
上記目的を達成するために、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をその押圧方向に直列状に複数連ねて押圧し、前記型のパターンを前記加工対象物の被成型面に転写する微細加工装置において、前記型の熱膨張係数をαとすると、熱膨張係数が0.9α以上1.1α以下に形成されると共に、前記加工対象物の被成型面とは逆側の面に配置されて、前記加工対象物に加わる圧力を分散させる圧力分散板を具備することを特徴とする。この場合、前記圧力分散板は、前記型と同一の材料により形成される方が好ましい。 In order to achieve the above object, the micromachining apparatus of the present invention presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece to be processed in series in the pressing direction, and the pattern of the mold is pressed on the workpiece. In a fine processing apparatus for transferring to a molding surface, if the thermal expansion coefficient of the mold is α, the thermal expansion coefficient is 0.9α or more and 1.1α or less, and the molding surface of the workpiece is A pressure dispersion plate is disposed on the opposite surface to disperse the pressure applied to the workpiece. In this case, the pressure dispersion plate is preferably formed of the same material as the mold.
また、本発明の別の微細加工装置は、所定のパターンを有する型と加工対象物をその押圧方向に直列状に複数連ねて押圧し、前記型のパターンを前記加工対象物の被成型面に転写する微細加工装置において、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表面処理層を有すると共に、前記加工対象物の被成型面とは逆側の面に配置されて、前記加工対象物に加わる圧力を分散させる圧力分散板を具備することを特徴とする。 Further, another micromachining apparatus of the present invention presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece to be processed in series in the pressing direction, and the pattern of the mold is applied to the molding surface of the workpiece. In the fine processing apparatus to be transferred, the processing target has a surface treatment layer made of a material whose surface energy is lower than the surface energy of Si, and is disposed on the surface opposite to the molding target surface of the processing target. A pressure dispersion plate that disperses the applied pressure is provided.
また、本発明の更に別の微細加工装置は、所定のパターンを有する型と加工対象物をその押圧方向に直列状に複数連ねて押圧し、前記型のパターンを前記加工対象物の被成型面に転写する微細加工装置において、離型剤からなる表面処理層を有すると共に、前記加工対象物の被成型面とは逆側の面に配置されて、前記加工対象物に加わる圧力を分散させる圧力分散板を具備することを特徴とする。 Further, another micromachining apparatus of the present invention presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece to be processed in series in a pressing direction, and the pattern of the mold is pressed on the molding target surface of the workpiece. In the microfabrication apparatus that transfers to the surface, the pressure having a surface treatment layer made of a release agent and disposed on the surface opposite to the surface to be molded of the workpiece to disperse the pressure applied to the workpiece A dispersion plate is provided.
また、本発明の更に別の微細加工装置は、所定のパターンを有する型と加工対象物をその押圧方向に直列状に複数連ねて押圧し、前記型のパターンを前記加工対象物の被成型面に転写する微細加工装置において、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てなる表面処理層を有すると共に、前記加工対象物の被成型面とは逆側の面に配置されて、前記加工対象物に加わる圧力を分散させる圧力分散板を具備することを特徴とする。 Further, another micromachining apparatus of the present invention presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece to be processed in series in a pressing direction, and the pattern of the mold is pressed on the molding target surface of the workpiece. In the microfabrication apparatus that transfers to the surface, the surface has a surface treatment layer formed by at least one of an oxide film treatment and a nitride film treatment, and is disposed on a surface opposite to the molding target surface of the workpiece. A pressure dispersion plate for dispersing the pressure applied to the workpiece is provided.
これらの場合、前記圧力分散板は、前記加工対象物側の面の平面度が1μm以下に形成される方が好ましい。また、前記圧力分散板は、厚みが0.5mm未満に形成される方が好ましい。また、これら微細加工装置は、少なくとも前記型および前記加工対象物のいずれか一方を加熱する加熱手段を具備する。 In these cases, the pressure dispersion plate is preferably formed so that the flatness of the surface on the workpiece side is 1 μm or less. The pressure dispersion plate is preferably formed to have a thickness of less than 0.5 mm. Further, these microfabrication apparatuses include a heating unit that heats at least one of the mold and the workpiece.
また、本発明の積層ユニットは、所定のパターンを有する型と加工対象物を押圧し、前記型のパターンを前記加工対象物の被成型面に転写する微細加工装置において、前記型と前記加工対象物とをその押圧方向に複数直列状に連ねて配置する積層ユニットであって、前記型の熱膨張係数をαとすると、熱膨張係数が0.9α以上1.1α以下に形成されると共に、前記加工対象物の被成型面とは逆側の面に配置されて、前記加工対象物に加わる圧力を分散させる圧力分散板を具備することを特徴とする。この場合、前記圧力分散板は、前記型と同一の材料により形成される方が好ましい。 Further, the laminated unit 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 a molding surface of the workpiece. A laminated unit in which a plurality of objects are arranged in series in the pressing direction, where the coefficient of thermal expansion of the mold is α, the coefficient of thermal expansion is 0.9α or more and 1.1α or less, The pressure distribution plate is disposed on a surface opposite to the surface to be molded of the workpiece and disperses pressure applied to the workpiece. In this case, the pressure dispersion plate is preferably formed of the same material as the mold.
また、本発明の別の積層ユニットは、所定のパターンを有する型と加工対象物を押圧し、前記型のパターンを前記加工対象物の被成型面に転写する微細加工装置において、前記型と前記加工対象物とをその押圧方向に複数直列状に連ねて配置する積層ユニットであって、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表面処理層を有すると共に、前記加工対象物の被成型面とは逆側の面に配置されて、前記加工対象物に加わる圧力を分散させる圧力分散板を具備することを特徴とする。 Another lamination unit of the present invention is a micro-machining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece, and transfers the pattern of the mold to a molding surface of the workpiece. A multi-layer unit in which a plurality of workpieces are arranged in series in the pressing direction, and has a surface treatment layer made of a material whose surface energy is lower than the surface energy of Si, and a surface to be molded of the workpiece And a pressure dispersion plate that is disposed on the opposite surface to disperse the pressure applied to the workpiece.
また、本発明の更に別の積層ユニットは、所定のパターンを有する型と加工対象物を押圧し、前記型のパターンを前記加工対象物の被成型面に転写する微細加工装置において、前記型と前記加工対象物とをその押圧方向に複数直列状に連ねて配置する積層ユニットであって、離型剤からなる表面処理層を有すると共に、前記加工対象物の被成型面とは逆側の面に配置されて、前記加工対象物に加わる圧力を分散させる圧力分散板を具備することを特徴とする。 Still another lamination unit of the present invention is a micro-machining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and an object to be processed, and transfers the pattern of the mold onto a surface to be processed of the object to be processed. A multi-layer unit in which a plurality of the workpieces are arranged in series in the pressing direction, the laminate unit having a surface treatment layer made of a release agent, and a surface opposite to the molding surface of the workpiece. And a pressure dispersion plate that disperses the pressure applied to the workpiece.
また、本発明の更に別の積層ユニットは、所定のパターンを有する型と加工対象物を押圧し、前記型のパターンを前記加工対象物の被成型面に転写する微細加工装置において、前記型と前記加工対象物とをその押圧方向に複数直列状に連ねて配置する積層ユニットであって、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てなる表面処理層を有すると共に、前記加工対象物の被成型面とは逆側の面に配置されて、前記加工対象物に加わる圧力を分散させる圧力分散板を具備することを特徴とする積層ユニット。 Still another lamination unit of the present invention is a micro-machining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and an object to be processed, and transfers the pattern of the mold onto a surface to be processed of the object to be processed. A multi-layer unit in which a plurality of the workpieces are arranged in series in the pressing direction and has a surface treatment layer formed by at least one of an oxide film treatment and a nitride film treatment, and the processing A laminated unit comprising: a pressure dispersion plate that is disposed on a surface opposite to a surface to be molded of an object and disperses pressure applied to the object to be processed.
これらの場合、前記圧力分散板は、前記加工対象物側の面の平面度が1μm以下に形成される方が好ましい。また、前記圧力分散板は、厚みが0.5mm未満に形成される方が好ましい。 In these cases, the pressure dispersion plate is preferably formed so that the flatness of the surface on the workpiece side is 1 μm or less. The pressure dispersion plate is preferably formed to have a thickness of less than 0.5 mm.
請求項1,2,8,9,10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 invention of
請求項3,11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 third and eleventh aspects of the present invention, since the workpiece is difficult to adhere to the workpiece holder, the workpiece can be thermally contracted according to the thermal contraction of the mold, and the workpiece No unreasonable force is applied to the mold, and the mold release unevenness can be reduced.
請求項4,12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5,13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6,14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 described in
請求項7,15記載の発明によれば、前記圧力分散板は、厚みが0.5mm未満に形成されるので、型100又は加工対象物200のうねりや凹凸に合わせて変形することができ、型のパターンを加工対象物に確実に転写することができる。
According to the inventions of claims 7 and 15, since the thickness of the pressure dispersion plate is less than 0.5 mm, the pressure dispersion plate can be deformed in accordance with the undulation or unevenness of the
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、図2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をその押圧方向に直列状に複数連ねて押圧し、型100のパターンを加工対象物200の被成型面200aに転写する微細加工装置であって、型100と加工対象物200とをその押圧方向に複数直列状に連ねて配置する積層ユニット2と、型100と加工対象物200を押圧する押圧手段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と、少なくとも型100および加工対象物200のいずれか一方を加熱する加熱手段と、少なくとも型100および加工対象物200のいずれか一方を冷却する冷却手段と、積層ユニット2の型100や加工対象物200の温度を検出する温度検出手段と、位置検出手段、圧力検出手段、温度検出手段の検出情報に基づいて、押圧手段5、加熱手段、冷却手段の作動を制御する制御手段と、で主に構成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
本発明の積層ユニット2は、図2に示すように、加工対象物200を型100と圧力分散板12とで挟み積層するもので、押圧手段5のプレス天板58とプレス底板59との間に複数配置され、加工対象物200の被成型面200aに所定のパターンを転写する型100と、各加工対象物200の被成型面200aとは逆側の面に配置されて、加工対象物200に加わる圧力を分散させる圧力分散板12と、で主に構成される。
As shown in FIG. 2, the
また、積層ユニット2は、加工対象物200と型100を位置決めする位置決機構や、圧力分散板12を並行方向に配置するアライメント機構を更に設けても良い。
The laminated
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(成型面100a)に所定のパターンが形成されている。このパターンは、その成型面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(成型面100a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(成型面100aと直交する方向の寸法)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のうねりや凹凸に合わせて変形できる厚さ、例えば1μmないし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
圧力分散板12は、型100と圧力分散板12の熱膨張の差によって加工対象物200に対し生じる平面方向の力の不均衡を極力小さくするものである。具体的には、圧力分散板12は、型100の熱膨張係数をαとすると、熱膨張係数が0.9α以上1.1α以下に形成されることを特徴とするものである。この場合、好ましくは熱膨張係数が0.95α以上1.05α以下に形成される方が良く、更に好ましくは熱膨張係数が型100と同一となるように形成する方が良い。例えば、型100がニッケルによって形成されているときには、圧力分散板12をニッケルによって形成する等、型100と圧力分散板12を同一の材料によって形成する。
The pressure dispersion plate 12 minimizes the force imbalance in the planar direction generated on the
これにより、加工対象物200の型100側と圧力分散板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。
As a result, the difference in thermal expansion between the
また、型100と圧力分散板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小さくする別の方法として、図4に示すように、圧力分散板12に表面処理層122を形成するようにしても良い。具体的には、圧力分散板12の加工対象物200を保持する側に、加工対象物200と圧力分散板12との接着を防止する表面処理層122を形成する。これにより、圧力分散板12と加工対象物200とは接着し難くなるため、圧力分散板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。したがって、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。
In addition, as another method of reducing the force imbalance in the planar direction of 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。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、圧力分散板12の表面に塗布して形成すれば良い。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や有機物系の離型剤を用いることができる。フッ素系の離型剤としては、ゾニールTCコート(デュポン社製)、オプツールDSX(ダイキン社製)、デュラサーフHD−2101Z(ダイキン社製)、サイトップCTL−107M(旭硝子社製)、ノベックEGC−1720(3M社製)を用いることができる。また、有機物系の離型剤としては、アルカン系樹脂、例えば、アルキル系単分子膜を形成するSAMLAY(日本曹達社製)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と圧力分散板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。また、圧力分散板12自体をSiの表面エネルギーより低い材料で形成しても良い。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。
In this case, it is preferable to form the surface treatment layer 122 made of a material lower than the surface energy of Si. The surface treatment layer 122 may be formed by, for example, applying a release agent applied between the
また、圧力分散板12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のうねりや凹凸に合わせて変形できる厚さ、例えば500μm未満、好ましくは300μm以下に形成する方が良い。これにより、均一なパターンを形成することができる。また、この圧力分散板12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。
Further, the pressure dispersion plate 12 has a thickness that can be deformed in accordance with the undulation or unevenness of the
更に、圧力分散板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。
Furthermore, it is better to form the pressure dispersion plate 12 as high as possible in the flatness of the surface on which the
なお、圧力分散板12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材料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 pressure dispersion plate 12 may be any material as long as it is heat resistant to the processing process by the
また、圧力分散板は、型100と圧力分散板の熱膨張の差によって加工対象物200に対し生じる平面方向の力の不均衡を極力小さくするための熱膨張差緩和板と、加工対象物200に加わる圧力を分散させる圧力分散基板とに分けて用いることも可能である。この場合、熱膨張差緩和板は、上述した圧力分散板12と同様に、型100の熱膨張係数をαとすると、熱膨張係数が0.9α以上1.1α以下、好ましくは0.95α以上1.05α以下、更に好ましくは、熱膨張係数が型100と同一となるように形成する方が良い。例えば、型100がニッケルによって形成されているときには、熱膨張差緩和板をニッケルによって形成する等、型100と熱膨張差緩和板を同一の材料によって形成する。
Further, the pressure dispersion plate includes a thermal expansion difference relaxation plate for minimizing an imbalance of force in the planar direction generated on the
また、熱膨張差緩和板は、熱膨張差緩和板の加工対象物200を保持する側に、加工対象物200と熱膨張差緩和板との接着を防止する表面処理層を形成しても良い。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を形成する方が好ましい。この表面処理層としては、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、熱膨張差緩和板の表面に塗布して形成すれば良い。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や有機物系の離型剤を用いることができる。フッ素系の離型剤としては、ゾニールTCコート(デュポン社製)、オプツールDSX(ダイキン社製)、デュラサーフHD−2101Z(ダイキン社製)、サイトップCTL−107M(旭硝子社製)、ノベックEGC−1720(3M社製)を用いることができる。また、有機物系の離型剤としては、アルカン系樹脂、例えば、アルキル系単分子膜を形成するSAMLAY(日本曹達社製)を用いることができる。また、表面処理層を、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と熱膨張差緩和板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を形成しても良い。また、熱膨張差緩和板自体をSiの表面エネルギーより低い材料で形成しても良い。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。
The thermal expansion difference mitigating plate may be formed with a surface treatment layer for preventing adhesion between the
圧力分散基板は、加工対象物200に加わる圧力を分散させるものであればどのようなものでも良いが、例えば、グラファイトシートやシリコンゴム等の弾性体を用いることができる。
The pressure dispersion substrate may be any material as long as it disperses the pressure applied to 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。この場合、加工対象物200の表面エネルギーは、圧力分散板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の少なくとも被成型面200aとは逆側の面に、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の少なくとも圧力分散板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, a surface treatment layer made of a material whose surface energy is at least lower than the surface energy of the material constituting the
加熱手段は、図示しないが、少なくとも型100および加工対象物200のいずれか一方を加熱するものであればどのようなものでも良く、例えば、非常に応答性の良いカーボンヒータを用いることができる。また、カーボンヒータは、制御手段によって電源からの電流供給を制御されており、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。なお、加熱手段は、図3に示すように、型100、加工対象物200、圧力分散板12の各セットごとにこれらを保持する平行板13を設け、この平行板13に配置し、型100又は加工対象物200を加熱するようにしても良いし、押圧手段5と積層ユニット2を内包する加熱炉を設けてその内部を加熱するようにしても良い。
Although not shown, any heating means may be used as long as it heats at least one of the
冷却手段は、少なくとも型100および加工対象物200のいずれか一方を冷却するものであればどのようなものでも良いが、例えば、加工対象物200の温度より低い空気や不活性ガス等の気体を積層ユニット2に対し送風するファン等を用いることができる。また、図3に示す平行板13に冷却手段を設けるようにしても良い。この場合、平行板13を、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し、その内部に水や油等の冷却液又は空気や不活性ガス等の冷却気体を流す冷却流路を設けて、型100又は加工対象物200を冷却するようにすれば良い。
The cooling means may be anything as long as it cools at least one of the
温度検出手段は、加工対象物200の温度を検出するもので、例えば熱伝対により形成される。また、温度検出手段は、制御手段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に伝達するように形成されている。この場合、温度検出手段は、適宜複数設けても良い。
The temperature detecting means detects the temperature of the
押圧手段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の下端部とプレス天板58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、押圧手段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良い。
As shown in FIG. 1, the
また、押圧手段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、制御手段は、圧力検出手段が検出した情報に基づいて押圧手段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、圧力検出手段が検出した情報を押圧手段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が検出した情報を押圧手段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。
The pressing means 5 is preferably one that can adjust the displacement speed of the
なお、ここでは、押圧手段5を積層ユニット2の上方側に設ける場合について説明したが、積層ユニット2の下方側に設けることも勿論可能である。また、押圧手段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。
Although the case where the
押圧手段5をこのように構成することによって、積層ユニット2に保持される複数対の型100と加工対象物200を押圧し、型100のパターンを加工対象物200に転写することができる。
By configuring the
位置検出手段は、例えば、プレス天板58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、プレス天板58とプレス底板59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、位置検出手段は、制御手段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、プレス天板58側に設けられたレーザー測長機を用いて、プレス底板59の位置を測定するか、プレス底板59側に設けられたレーザー測長機を用いて、プレス天板58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、押圧手段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、押圧手段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 is formed by, for example, a linear scale disposed on the
位置検出手段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の成型面100aの位置を精密に調節することができるので、パターンの転写性を向上することができる。
By configuring the position detection means in this way, the position of the molding surface 100a of the
圧力検出手段は、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、プレス天板58とプレス底板59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の成型面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、圧力検出手段は、制御手段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 pressure detection means detects the pressure between the
制御手段は、位置検出手段、圧力検出手段、温度検出手段の検出情報に基づいて、加熱手段、冷却手段、押圧手段5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。
The control means controls the operation of the heating means, the cooling means, and 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.
圧力分散板12としては、厚さが0.3mmで、下記の材料からなるものを用いた。
(1)シリコン(Si)からなるもの、
(2)金型と同一の材料であるニッケル(Ni)からなるもの、
(3)シリコン基板の表面に、表面処理層122として離型剤(NOVEC:登録商標)を用いたもの、
なお、(3)の表面処理層122は、シリコン基板を離型剤に浸漬し、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 the pressure dispersion plate 12, a plate having a thickness of 0.3 mm and made of the following materials was used.
(1) silicon (Si),
(2) The one made of nickel (Ni), which is the same material as the mold,
(3) Using a release agent (NOVEC: registered trademark) as the surface treatment layer 122 on the surface of the silicon substrate,
The surface treatment layer 122 of (3) was formed by immersing a silicon substrate in a release agent and rinsing, followed by heat treatment at 90 ° C. in a furnace.
これらの圧力分散板に、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5ないし図7に示す。
The above film was placed on these pressure dispersion plates, and after pressing the
(1)の圧力分散板を用いた場合、フィルム表面、特に転写されたパターンの端部に剥離等が生じた(図5参照)。これに対し、(2)、(3)の圧力分散板を用いた場合には、フィルム表面に剥離等が生じず、きれいに離型できた(図6、図7参照)。 When the pressure dispersion plate of (1) was used, peeling or the like occurred on the film surface, particularly on the end of the transferred pattern (see FIG. 5). On the other hand, when the pressure dispersion plates (2) and (3) were used, the film surface did not peel off and could be released cleanly (see FIGS. 6 and 7).
また、(1)ないし(3)の圧力分散板をレーザーマイクロスコープ(レーザーテック社製:HD100)を用いて観察したところ(2)、(3)の圧力分散板を用いた場合には、使用した金型のパターンに樹脂残りは見られなかったが、(1)の圧力分散板を用いた場合には、図8に示すように、使用した金型に樹脂残りが生じていた。 Further, when the pressure dispersion plates (1) to (3) were observed with a laser microscope (Lasertec Corporation: HD100), the pressure dispersion plates (2) and (3) were used. Resin residue was not seen in the mold pattern, but when the pressure dispersion plate of (1) was used, as shown in FIG. 8, there was resin residue in the used mold.
以上の結果より、本発明によれば、型と加工対象物の熱膨張差の影響を受けずに、パターンを正確に転写することができる。 From the above results, according to the present invention, the pattern can be accurately transferred without being affected by the difference in thermal expansion between the mold and the workpiece.
1 微細加工装置
2 積層ユニット
12 圧力分散板
122 表面処理層
100 型
200 加工対象物
200a 被成型面
212 表面処理層
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記型の熱膨張係数をαとすると、熱膨張係数が0.9α以上1.1α以下に形成されると共に、前記加工対象物の被成型面とは逆側の面に配置されて、前記加工対象物に加わる圧力を分散させる圧力分散板を具備することを特徴とする微細加工装置。 In a micromachining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece to be processed in series in the pressing direction, and transfers the pattern of the mold to the molding surface of the workpiece.
When the coefficient of thermal expansion of the mold is α, the coefficient of thermal expansion is 0.9α or more and 1.1α or less, and the processing object is disposed on the surface opposite to the molding surface, A fine processing apparatus comprising a pressure dispersion plate for dispersing pressure applied to an object.
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と共に、前記加工対象物の被成型面とは逆側の面に配置されて、前記加工対象物に加わる圧力を分散させる圧力分散板を具備することを特徴とする微細加工装置。 In a micromachining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece to be processed in series in the pressing direction, and transfers the pattern of the mold to the molding surface of the workpiece.
Pressure dispersion that has a surface treatment layer made of a material whose surface energy is lower than the surface energy of Si, and is disposed on a surface opposite to the surface to be molded of the workpiece to disperse the pressure applied to the workpiece. A microfabrication apparatus comprising a plate.
離型剤からなる表面処理層を有すると共に、前記加工対象物の被成型面とは逆側の面に配置されて、前記加工対象物に加わる圧力を分散させる圧力分散板を具備することを特徴とする微細加工装置。 In a micromachining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece to be processed in series in the pressing direction, and transfers the pattern of the mold to the molding surface of the workpiece.
It has a surface treatment layer made of a mold release agent, and is provided on a surface opposite to the molding target surface of the workpiece, and includes a pressure dispersion plate that disperses the pressure applied to the workpiece. A fine processing device.
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てなる表面処理層を有すると共に、前記加工対象物の被成型面とは逆側の面に配置されて、前記加工対象物に加わる圧力を分散させる圧力分散板を具備することを特徴とする微細加工装置。 In a micromachining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece to be processed in series in the pressing direction, and transfers the pattern of the mold to the molding surface of the workpiece.
A pressure applied to the object to be processed that has a surface treatment layer formed by at least one of an oxide film process and a nitride film process and is disposed on a surface opposite to the surface to be processed of the object to be processed A fine processing apparatus comprising a pressure dispersion plate for dispersing the particles.
前記型の熱膨張係数をαとすると、熱膨張係数が0.9α以上1.1α以下に形成されると共に、前記加工対象物の被成型面とは逆側の面に配置されて、前記加工対象物に加わる圧力を分散させる圧力分散板を具備することを特徴とする積層ユニット。 In a micromachining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece, and transfers the pattern of the mold to a molding surface of the workpiece, a plurality of the mold and the workpiece are serially arranged in the pressing direction. A laminated unit arranged in a line,
When the coefficient of thermal expansion of the mold is α, the coefficient of thermal expansion is 0.9α or more and 1.1α or less, and the processing object is disposed on the surface opposite to the molding surface, A laminated unit comprising a pressure dispersion plate for dispersing pressure applied to an object.
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と共に、前記加工対象物の被成型面とは逆側の面に配置されて、前記加工対象物に加わる圧力を分散させる圧力分散板を具備することを特徴とする積層ユニット。 In a micromachining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece, and transfers the pattern of the mold to a molding surface of the workpiece, a plurality of the mold and the workpiece are serially arranged in the pressing direction. A laminated unit arranged in a line,
Pressure dispersion that has a surface treatment layer made of a material whose surface energy is lower than the surface energy of Si, and is disposed on a surface opposite to the surface to be molded of the workpiece to disperse the pressure applied to the workpiece. A laminated unit comprising a plate.
離型剤からなる表面処理層を有すると共に、前記加工対象物の被成型面とは逆側の面に配置されて、前記加工対象物に加わる圧力を分散させる圧力分散板を具備することを特徴とする積層ユニット。 In a micromachining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece, and transfers the pattern of the mold to a molding surface of the workpiece, a plurality of the mold and the workpiece are serially arranged in the pressing direction. A laminated unit arranged in a line,
It has a surface treatment layer made of a mold release agent, and is provided on a surface opposite to the molding target surface of the workpiece, and includes a pressure dispersion plate that disperses the pressure applied to the workpiece. A laminated unit.
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てなる表面処理層を有すると共に、前記加工対象物の被成型面とは逆側の面に配置されて、前記加工対象物に加わる圧力を分散させる圧力分散板を具備することを特徴とする積層ユニット。 In a micromachining apparatus that presses a mold having a predetermined pattern and a workpiece, and transfers the pattern of the mold to a molding surface of the workpiece, a plurality of the mold and the workpiece are serially arranged in the pressing direction. A laminated unit arranged in a line,
A pressure applied to the object to be processed that has a surface treatment layer formed by at least one of an oxide film process and a nitride film process and is disposed on a surface opposite to the surface to be processed of the object to be processed A laminated unit comprising a pressure dispersion plate for dispersing the particles.
The laminated unit according to any one of claims 9 to 14, wherein the pressure dispersion plate has a thickness of less than 0.5 mm.
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