JP2009160858A - Apparatus for processing microstructure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学素子、電子デバイス、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスなどの微細構造体を加工する微細構造体加工装置に関する。 The present invention relates to a fine structure processing apparatus for processing a fine structure such as an optical element, an electronic device, and a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) device.
近年、MEMSに代表される微細構造体の製造方法として、従来の機械加工や光リソグラフィの限界に制限されない分解能を持つナノインプリントによる方法が一般に知られている。このナノインプリント法について、以下に説明する。 In recent years, as a method for manufacturing a fine structure typified by MEMS, a method using nanoimprint having a resolution not limited by the limitations of conventional machining or optical lithography is generally known. This nanoimprint method will be described below.
まず、一般的に熱インプリントと呼ばれているナノインプリント法について説明する(例えば、特許文献1参照)。図6−1〜図6−3は、従来技術である特許文献1の発明の概要を示す説明図である。図6−1に示すように、特許文献1の技術では、上部の表面にPMMA(Poly Methyl Methacrylate)等のレジスト膜からなる被加工体101が形成された基板102と、25nm程度以下の微細な凹凸状の転写パターン103が格子状に形成されたインプリント金型104とが対向して設けられている。
First, a nanoimprint method generally called thermal imprint will be described (see, for example, Patent Document 1). FIGS. 6-1 to 6-3 are explanatory diagrams showing an outline of the invention of Patent Document 1 which is a conventional technique. As shown in FIG. 6A, in the technique of Patent Document 1, a
被加工体にパターンを形成する場合、まず、図6−2に示すように、ガラス転移点以上にまで加熱することで軟化した被加工体101に、インプリント金型104を押し付ける。そして、図6−3に示すように、ガラス転移点以下になるまで冷却することにより硬化させた被加工体101から、インプリント金型104を引き離す。このようにして、インプリント金型104の転写パターン103の形状を転写して被加工体101に反転パターンを形成している。
When forming a pattern on the workpiece, first, as shown in FIG. 6B, the
また、一般的に光インプリントと呼ばれているナノインプリント法について説明する(例えば、特許文献2参照)。図7−1〜図7−3は、従来技術である特許文献2の発明の概要を示す説明図である。図7−1に示すように、特許文献2の技術では、上部の表面にUV(ultraviolet)硬化樹脂等のエネルギ線硬化性の物質からなる被加工体201が形成された基板202と、石英やパイレックス(登録商標)等の光透過性の材料からなり、微細な凹凸状の転写パターン形状203が格子状に形成されたインプリント金型204とが対向して設けられている。
Further, a nanoimprint method generally called optical imprint will be described (for example, see Patent Document 2). FIGS. 7-1 to 7-3 are explanatory diagrams showing an outline of the invention of Patent Document 2 which is a conventional technique. As shown in FIG. 7-1, in the technique of Patent Document 2, a
被加工体にパターンを形成する場合、まず、図7−2に示すように、被加工体201にインプリント金型204を押し付ける。その後、インプリント金型204を透して光Lを照射することで、図7−3に示すように硬化させた被加工体201からインプリント金型204を引き離す。このようにして、インプリント金型204の転写パターン203の形状を転写して被加工体201に反転パターンを形成している。
When forming a pattern on a workpiece, first, as shown in FIG. 7B, an
これらのナノインプリント法により転写パターンの形状が転写された被加工体は、基板のエッチング用マスクとして利用することができる。また、基板をドライエッチングやウェットエッチングにより除去することにより、分離された被加工体そのものを微細構造体として利用することもできる。 The workpiece to which the shape of the transfer pattern is transferred by these nanoimprint methods can be used as a mask for etching the substrate. Further, by removing the substrate by dry etching or wet etching, the separated workpiece itself can be used as a fine structure.
以上のように、ナノインプリント法では、所望の転写パターンが形成されたインプリント金型を用意することができれば、容易なプロセスで微細パターンを複製することができる。インプリント金型としては、数nm〜数十nmの解像度を持つ電子ビーム露光技術とエッチング技術とにより製造したシリコンや石英の型、またはこれらの型をマスタとした金属の型や数十nm〜数μmの解像度を持つリソグラフィ技術と金属めっき技術とにより製造した金属の型を利用することができる。 As described above, in the nanoimprint method, if an imprint mold on which a desired transfer pattern is formed can be prepared, a fine pattern can be replicated by an easy process. As imprint molds, silicon and quartz molds manufactured by electron beam exposure technology and etching technology having a resolution of several nanometers to several tens of nanometers, metal molds using these molds as masters, and several tens of nanometers to Metal molds manufactured by lithography technology and metal plating technology having a resolution of several μm can be used.
従来、このようなインプリント法の加工精度を向上させるために多くの技術が開示されている。例えば、軟化剤としてのジブチルフタレートを含むポリメチルメタクリレートよりなる有機膜を基盤の上に形成した後、二酸化炭素の超臨界流体中において、インプリント金型を有機膜に押し付けて、インプリント金型の形状を有機膜に転写する。そして、インプリント金型を有機膜に押し付けた状態で、インプリント金型及び基板を超臨界流体の外部に取り出した後、インプリント金型を有機膜から離脱させる方法が開示されている(特許文献3参照)。 Conventionally, many techniques have been disclosed in order to improve the processing accuracy of such an imprint method. For example, after forming an organic film made of polymethylmethacrylate containing dibutyl phthalate as a softening agent on the substrate, the imprint mold is pressed against the organic film in a supercritical fluid of carbon dioxide, The shape is transferred to an organic film. A method is disclosed in which the imprint mold and the substrate are taken out of the supercritical fluid in a state where the imprint mold is pressed against the organic film, and then the imprint mold is detached from the organic film (patent). Reference 3).
また、例えば、硬化収縮が2%以下である転写材料、好ましくはシアン酸エステルモノマーまたはオリゴマーを転写材料として使用することによって、さらには、これらにUV硬化型樹脂を混合したり、エポキシ樹脂、アクリル樹脂を混合したりしたものを転写材料として使用する方法が開示されている(特許文献4参照)。 Further, for example, by using a transfer material having a cure shrinkage of 2% or less, preferably a cyanate ester monomer or oligomer as the transfer material, a UV curable resin may be further mixed with the transfer material, an epoxy resin, an acrylic resin, or the like. A method of using a mixture of resins as a transfer material is disclosed (see Patent Document 4).
しかしながら、被加工体にパターンを形成する際に上述したいずれの方法を利用しても、特殊な装置、特殊な材料、特殊なプロセスが必要となるが、上記方法を利用するには加工費用が嵩むため導入を断念する場合があるため、インプリント法の応用範囲が狭まるという問題があった。 However, even if any of the above-described methods is used to form a pattern on a workpiece, special equipment, special materials, and special processes are required. Since the introduction of the imprint method may be abandoned due to the increase in volume, the application range of the imprint method is reduced.
また、このようなインプリント法では、被加工体への加工を高精度に行うこと、すなわち、被加工体への転写性の向上が重要な課題となっている。ここで、型部材を被加工体に押込む際の速度を遅くすると、インプリント法の加工精度、すなわち被加工体への転写性が向上することが一般的に知られており、本発明の発明者の研究からも、そのような結果が得られている。従って、インプリント装置の駆動機構や制御機構を高性能のものにすれば、型部材の押込み速度を遅くすることが可能であるが、その場合はインプリント装置の製造コストが増加してしまうという問題があった。 Moreover, in such an imprint method, it is an important issue to process the workpiece with high accuracy, that is, to improve transferability to the workpiece. Here, it is generally known that when the speed at which the mold member is pushed into the workpiece is decreased, the processing accuracy of the imprint method, that is, transferability to the workpiece is improved. Such results are also obtained from the inventors' research. Therefore, if the drive mechanism and control mechanism of the imprint apparatus are made to have high performance, it is possible to slow down the pressing speed of the mold member, but in this case, the manufacturing cost of the imprint apparatus increases. There was a problem.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、型部材が被加工体に押込まれる方向および該方向と逆方向に弾性力を有する弾性体を配置することで、簡易な構成で型部材の被加工体への押込み速度を遅くし、型部材から被加工体への転写性を向上させつつ作業効率を向上させ、加工費用や装置の製造コストを軽減できる微細構造体加工装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and by arranging an elastic body having an elastic force in a direction in which the mold member is pushed into the workpiece and in a direction opposite to the direction, the mold has a simple configuration. Providing a microstructure processing device that slows the pushing speed of members into the workpiece, improves work efficiency while improving transferability from the mold member to the workpiece, and reduces processing costs and device manufacturing costs The purpose is to do.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項1にかかる発明は、被加工体を保持する保持部材と、前記被加工体と対向して設けられ、第1面と前記第1面の裏面側の第2面とを有し、前記被加工体に転写する転写パターンが前記第1面に形成された型部材と、前記型部材の前記第2面を固着し、前記被加工体側の第1方向および前記第1方向と逆方向に移動可能な可動部材と、前記可動部材を前記第1方向に移動させることにより前記型部材を前記被加工体に押し込み、前記可動部材を前記第2方向に移動させることにより前記型部材を前記被加工体から引き離す駆動部と、前記可動部材と間隙をあけて設けられ、前記可動部材における前記型部材が固着された面の裏面側の面で前記可動部材と前記間隙を調整可能な状態で連結された固定部材と、前記可動部材と前記固定部材との間の前記間隙に配置され、前記第1方向および前記第2方向に作用する弾性力を有する弾性体と、を備えることを特徴とする微細構造体加工装置である。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the invention according to claim 1 is provided with a holding member that holds a workpiece, and is provided to face the workpiece, and the first surface and the first A mold member having a second surface on the back side of the surface, and a transfer pattern to be transferred to the workpiece, the mold member being fixed to the second surface of the mold member; A movable member movable in a first direction on the body side and in a direction opposite to the first direction; and moving the movable member in the first direction to push the mold member into the workpiece; A drive unit that moves the mold member away from the workpiece by moving in a second direction, and a surface on the back side of the surface of the movable member on which the mold member is fixed, provided with a gap from the movable member The movable member and the gap are connected in an adjustable state. A fixed member, and an elastic body disposed in the gap between the movable member and the fixed member and having an elastic force acting in the first direction and the second direction. It is a structure processing apparatus.
また、請求項2にかかる発明は、請求項1に記載の微細構造体加工装置において、前記弾性体は、少なくとも、前記型部材が前記被加工体に押込まれてから、前記被加工体に前記転写パターンを転写可能な所定の押込み圧力に達するまでの間に作用する弾性力を有することを特徴とする。 Further, the invention according to claim 2 is the fine structure processing apparatus according to claim 1, wherein the elastic body has at least the mold member pushed into the workpiece, and then the workpiece is inserted into the workpiece. It has an elastic force acting until reaching a predetermined pressing pressure capable of transferring the transfer pattern.
また、請求項3にかかる発明は、請求項1または2に記載の微細構造体加工装置において、前記可動部材は、前記型部材が前記被加工体に押込まれる際の前記弾性体が圧縮した距離以上を、前記第1方向および前記第2方向に移動可能であることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is the fine structure processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the movable member is compressed by the elastic body when the mold member is pushed into the workpiece. It is possible to move more than a distance in the first direction and the second direction.
また、請求項4にかかる発明は、請求項1〜3のいずれか一つに記載の微細構造体加工装置において、前記弾性体は、前記固定部材と前記可動部材とのいずれにも固定されずに前記間隙に配置されていることを特徴とする。 The invention according to claim 4 is the fine structure processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the elastic body is not fixed to either the fixed member or the movable member. It is characterized by being arranged in the gap.
また、請求項5にかかる発明は、請求項1〜4のいずれか一つに記載の微細構造体加工装置において、前記可動部材は、前記型部材と一体形成されていることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the fine structure processing apparatus according to any one of the first to fourth aspects, the movable member is integrally formed with the mold member.
また、請求項6にかかる発明は、請求項1〜4のいずれか一つに記載の微細構造体加工装置において、前記可動部材は、前記型部材を加熱する加熱部を有することを特徴とする。 The invention according to claim 6 is the microstructure processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the movable member has a heating section that heats the mold member. .
また、請求項7にかかる発明は、被加工体を保持する保持部材と、前記被加工体と対向して設けられ、第1面と前記第1面の裏面側の第2面とを有し、前記被加工体に転写する転写パターンが前記第1面に形成された型部材と、前記型部材の前記第2面を固着し、前記型部材を固定する第1固定部材と、前記保持部材における前記被加工体が保持された面の裏面側の面で前記保持部材と固定され、前記被加工体側の第1方向および前記第1方向と逆方向に移動可能な可動部材と、前記可動部材を前記第1方向に移動させることにより前記型部材を前記被加工体に押し込み、前記可動部材を前記第2に移動させることにより前記型部材を前記被加工体から引き離す駆動部と、前記可動部材と間隙をあけて設けられ、前記可動部材における前記保持部材が固定された面の裏面側の面で前記可動部材と前記間隙を調整可能な状態で連結された第2固定部材と、前記可動部材と前記第2固定部材との間の前記間隙に配置され、前記第1方向および前記第2方向に作用する弾性力を有する弾性体と、を備えることを特徴とする微細構造体加工装置である。 According to a seventh aspect of the invention, there is provided a holding member for holding a workpiece, a first surface and a second surface on the back surface side of the first surface, which is provided to face the workpiece. A mold member on which the transfer pattern to be transferred to the workpiece is formed on the first surface, a first fixing member that fixes the second surface of the mold member and fixes the mold member, and the holding member A movable member that is fixed to the holding member on the back surface side of the surface on which the workpiece is held, and is movable in a first direction on the workpiece side and in a direction opposite to the first direction, and the movable member By moving the mold member in the first direction to push the mold member into the workpiece, and moving the movable member to the second position to move the mold member away from the workpiece, and the movable member And a gap between the movable member and the movable member. A second fixed member connected to the movable member in a state where the gap can be adjusted on the back surface of the surface to which the member is fixed; and the gap between the movable member and the second fixed member. And an elastic body having an elastic force acting in the first direction and the second direction.
また、請求項8にかかる発明は、請求項7に記載の微細構造体加工装置において、前記可動部材は、前記保持部材と一体形成されていることを特徴とする。 The invention according to claim 8 is the fine structure processing apparatus according to claim 7, wherein the movable member is formed integrally with the holding member.
また、請求項9にかかる発明は、請求項7に記載の微細構造体加工装置において、前記可動部材は、前記被加工体を加熱する加熱部を有することを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the fine structure processing apparatus according to the seventh aspect, the movable member includes a heating unit that heats the workpiece.
また、請求項10にかかる発明は、請求項1〜9のいずれか一つに記載の微細構造体加工装置において、前記弾性体は、ばねであることを特徴とする。
The invention according to
本発明によれば、型部材が被加工体に押込まれる方向および該方向と逆方向に弾性力を有する弾性体を配置することで、簡易な構成で型部材の被加工体への押込み速度を遅くし、型部材から被加工体への転写性を向上させつつ作業効率を向上させ、加工費用や装置の製造コストを軽減できるという効果を奏する。 According to the present invention, by arranging the elastic member having an elastic force in the direction in which the mold member is pushed into the workpiece and in the direction opposite to the direction, the pushing speed of the die member into the workpiece with a simple configuration. As a result, the working efficiency is improved while improving the transferability from the mold member to the workpiece, and the processing cost and the manufacturing cost of the apparatus can be reduced.
また、本発明によれば、型部材が被加工体に押込まれてから、被加工体に転写パターンを転写可能な所定の押込み圧力に達するまでの間、弾性体の弾性力が損なわれることがないので、型部材の被加工体への押込み速度を一定に保つことができ、転写性を安定させることができるという効果を奏する。 In addition, according to the present invention, the elastic force of the elastic body may be impaired after the mold member is pushed into the workpiece until the predetermined pressing pressure at which the transfer pattern can be transferred to the workpiece is reached. As a result, there is an effect that the pressing speed of the mold member into the workpiece can be kept constant, and the transferability can be stabilized.
また、本発明によれば、弾性体が固定部材と可動部材とのいずれにも固定されずに配置されているため、被加工体の品質に合わせて弾性体を簡易に交換することができるという効果を奏する。 Further, according to the present invention, since the elastic body is arranged without being fixed to either the fixed member or the movable member, the elastic body can be easily replaced according to the quality of the workpiece. There is an effect.
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる微細構造体加工装置の最良な実施の形態を詳細に説明する。以下では、微細構造体加工装置を、被加工体にパターンを転写することで微細構造体を製造するインプリント加工装置に適用した例を示す。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の実施の形態におけるインプリント加工装置の断面図は模式的なものであるため、固定部材、金型、保持部材、被加工材料等の縮尺は現実のものとは異なっているものとする。 Exemplary embodiments of a fine structure processing apparatus according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. Below, the example which applied the fine structure processing apparatus to the imprint processing apparatus which manufactures a fine structure by transferring a pattern to a to-be-processed body is shown. Note that the present invention is not limited to these embodiments. In addition, since the cross-sectional view of the imprint processing apparatus in the following embodiment is schematic, the scale of the fixing member, mold, holding member, material to be processed, etc. is different from the actual one. To do.
本実施の形態のインプリント加工装置は、保持部材によって保持されている被加工体に金型を押し付けることで、金型に形成された転写パターンを被加工体に転写して微細構造体を製造するものである。 The imprint processing apparatus of the present embodiment manufactures a microstructure by transferring a transfer pattern formed on a mold onto the workpiece by pressing the mold against the workpiece held by the holding member. To do.
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1にかかるインプリント加工装置の構成を示す全体図である。図1に示すように、インプリント加工装置10は、サーボモータ等からなる駆動源11が備えられており、この駆動源11にはボールねじ等からなる駆動力伝達機構12が接続されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an overall view showing the configuration of the imprint processing apparatus according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the
また、駆動力伝達機構12には、連結治具を介してロードセル等の力学センサ13が連結されている。そして、力学センサ13には、連結治具13aを介して固定部材14aが連結されており、この力学センサ13は、固定部材14aからの押込み圧力を検知している。一方、固定部材14aと対向する位置には、固定部材14bが前記インプリント加工装置10に固定されている。
The driving
そして、インプリント加工装置10により被加工体にパターンを転写する場合には、駆動源11からの駆動力が、駆動力伝達機構12を介して固定部材14aに伝達されることで、固定部材14aが下方向に移動する。また、インプリント加工装置10により被加工体にパターンを転写し終えた場合には、駆動源11からの駆動力が、駆動力伝達機構12を介して固定部材14aに伝達されることで、固定部材14aが上方向に移動する。なお、上記上方向および下方向とは、図1における矢印方向である。
And when transferring a pattern to a to-be-processed object by the
図2は、実施の形態1にかかるインプリント加工装置における一部分の構成の一例を示す断面図である。なお、図2では、図1のインプリント加工装置における領域A内の一部分の構成、すなわち被加工体に対してパターンを転写する製造部分の構成を示しており、他の部分は省略している。 FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an example of a partial configuration of the imprint processing apparatus according to the first embodiment. 2 shows the configuration of a part of the area A in the imprint processing apparatus of FIG. 1, that is, the configuration of the manufacturing part that transfers the pattern to the workpiece, and the other parts are omitted. .
図2に示すように、インプリント加工装置における製造部分は、保持部材19と、金型16と、固定部材14aと、弾性部材17と、加熱盤18bと、固定部材14bとを備えて構成されている。なお、本実施の形態の金型16は、本発明における型部材と可動部材とが一体形成されているものとする。
As shown in FIG. 2, the manufacturing part in the imprint processing apparatus includes a holding
固定部材14aと固定部材14bとは互いに対向する位置に配置されており、固定部材14aの下面側(固定部材14b側)には、連結治具15を介して金型16が固定されている。そして、固定部材14aと金型16との間隙には、弾性部材17が配置されている。
The fixing
一方、固定部材14bの上面側(固定部材14a側)には順に加熱盤18b、保持部材19が固定されており、この保持部材19の上に被加工体20を配置して、パターンを転写することで微細構造体を製造する。
On the other hand, a
被加工体20は、金型16の転写パターン16aによりパターンが転写されて微細構造体として製造されるものであり、例えば、COP(シクロオレフィンポリマー)などが使用される。
The
保持部材19は、固定部材14bに固定された加熱盤18bの上面に固定されており、パターンの転写を行う際に被加工体20を保持するものである。
The holding
金型16は、被加工体20に押込むことで被加工体20にパターンを転写するものであり、被加工体20側の下面には、被加工体20に転写される複数の凹凸状の転写パターン16aが形成されている。また、金型16は、上述のように連結治具15を介して固定部材14aに連結されており、転写パターン16aが保持部材19に保持される被加工体20と対向するように設けられている。また、金型16と固定部材14aとの間には間隙が設けられている。本実施の形態では、金型16は、X線リソグラフィ技術と電鋳技術とにより作製されたニッケル製のものを利用しており、表面には、幅が5μmのラインとスペースが多数形成されている。
The
ここで、固定部材14aと金型16との連結について説明する。固定部材14aの下面は、連結治具15における部位15aと固着されているため、固定部材14aと連結治具15とは固定されている。一方、金型16の上面は、連結治具15における部位15aと移動可能に連結されている。すなわち、金型16にはその上面から下面に亘り貫通孔(不図示)設けられており、その貫通孔(不図示)に連結治具15が貫通し、金型16は、該貫通孔により連結治具15がガイドされるように連結されている。これにより、金型16は、連結治具15に対して移動可能となっている。また、金型16は、被加工体20に押込まれる方向および該方向と逆方向、すなわち図2における矢印方向に移動可能となっている。
Here, the connection between the fixing
また、金型16は、被加工体20に押込まれる際に、固定部材14aとの間隙に配置された弾性部材17が圧縮する距離以上を、被加工体20に押込まれる方向(図2における下方向)に移動可能となっている。このように、金型16は、転写パターン16aを形成された型部材と連結治具15に対して移動可能な可動部材とが一体形成された構成となっているので、インプリント加工装置10の部品点数を軽減して、簡易な構成とすることができる。
Further, when the
なお、ここでは、金型16は、転写パターン16aを形成された型部材と連結治具15に対して移動可能な可動部材とが一体形成された構成となっているが、それらを別個の部材として配置してもよい。その場合、可動部材の下面には、型部材が固定された構成となる。
Here, the
また、金型と可動部材とを別個にした場合に、可動部材が金型を加熱する加熱部を有する構成としてもよい。これにより、可動部材が金型を直接加熱することができるため、被加工体を所望の温度まで加熱する時間を短縮でき、より効率的に被加工体にパターンを転写するインプリント加工を行うことができる。 Further, when the mold and the movable member are separately provided, the movable member may have a heating unit that heats the mold. Thereby, since the movable member can directly heat the mold, the time for heating the workpiece to a desired temperature can be shortened, and imprint processing for transferring the pattern to the workpiece more efficiently is performed. Can do.
固定部材14aは、金型16と間隙をあけて設けられており、連結治具15を介して金型16と連結されている。また、上述のように金型16が移動可能となっているため、固定部材14aは、金型16を移動させることで、金型16の上面と固定部材14aの下面との間隙を調整可能となっている。
The fixing
弾性部材17は、金型16と固定部材14aとのいずれにも固定されずに、金型16と固定部材14aとの間の間隙に挟み込まれて配置されており、金型16が被加工体20に押込まれる方向および該方向と逆方向に作用する弾性力を有している。また、弾性部材17は、被加工体20への転写作業の際に弾性力を損なわないようにするため、少なくとも、金型16が被加工体20に押込まれてから、被加工体20に転写パターン16aを転写可能な所定の押込み圧力に達するまでの間で作用する弾性力を有している。本実施の形態では、弾性部材17は、皿ばねを使用している。このように、金型16と固定部材14aとの間に配置された弾性部材17の弾性力により、金型16が被加工体20に押込まれる場合にその速度を遅くすることができる。
The
なお、弾性部材17は、ばねに限定されるものではなく、ばね以外であって弾性力を有する部材を使用することもできる。また、ばねは、ばね定数が明確であるため、安定した弾性力を得られるという点から、本実施の形態のように弾性部材17としてばねを使用するのが好ましい。また、弾性部材17は、固定部材14aと金型16との間の間隙に挟み込まれているだけであるから、被加工体20の品質に合わせて容易に交換することができる。
In addition, the
加熱盤18bは、その下面で固定部材14bに固定され、上面に保持部材19を固定しており、保持部材19に保持された被加工体20を加熱するものである。例えば、加熱盤18bは、カートリッジヒーターなどが組み込まれた接触式の加熱装置である。本実施の形態では、加熱盤18bと保持部材19とは、別個の部材として設けられているが、加熱盤18bと保持部材19とを一体形成して、加熱盤18bが被加工体20を保持しつつ加熱もできる構成としてもよい。
The
固定部材14bは、加熱盤18bを固定するものである。
The fixing
次に、図3−1〜図3−4を参照して、本実施の形態にかかる微細構造体加工装置による微細構造体の製造方法(製造工程)について説明する。図3−1〜図3−4は、実施の形態1にかかる微細構造体加工装置による微細構造体の製造方法の一例を示す断面図である。 Next, a microstructure manufacturing method (manufacturing process) by the microstructure processing apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3A to 3D are cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a fine structure by the fine structure processing apparatus according to the first embodiment.
まず、保持部材19の上面に、パターンを転写する被加工体20が配置される。そして、図3−1に示すように、高周波誘導加熱装置などの非接触の加熱装置(不図示)を用いて、金型16を被加工体20のガラス点移転以上になるまで加熱する。また、加熱盤18bに組み込まれたカートリッジヒーターなどの接触式の加熱装置(不図示)を用いて、被加工体20を、そのガラス点移転以上になるまで加熱をする(加熱工程)。例えば、本実施の形態では、被加工体20としてCOPを使用しているので、被加工体20のガラス転移点以上である150℃程度になるまで金型16と被加工体20を加熱する。
First, the
次に、図3−2に示すように、駆動源11を駆動させて、その駆動力を、駆動力伝達機構12を介して固定部材14aに伝達する。そして、伝達された駆動力により固定部材14aを下方向、すなわち被加工体20に向けて押込む方向に移動させることで、固定部材14aに連結された金型16を下方向に移動させ、被加工体20に金型16を一定の押込み圧力で一定時間押込む(押込み工程)。本実施の形態では、5MPaの押込み圧力で、120secの間押込んでいる。
Next, as illustrated in FIG. 3B, the
ここで、弾性部材17は、ばね定数5kN/mmの皿ばねを使用しており、この押込み工程の間、弾性力を有する状態となっている。つまり、この押込み工程において、弾性部材17は約1mm圧縮されるが、金型16は、押込み方向とは反対の方向に約2mm移動可能な状態で固定部材14aに連結されている。従って、弾性部材17は、押込み工程で圧縮される間に弾性力が損なわれることはない。
Here, the
また、弾性部材17の弾性力により、ロードセル等の力学センサ13が検知する圧力の時間変化を少なくすることができるので、金型16を押込む速度は、弾性部材17が配置されていない場合の速度の半分程度にまで遅くすることができ、その結果、被加工体20へのパターンの転写性を向上させることができる。
Moreover, since the time change of the pressure detected by the
次に、金型16の転写パターン16aを被加工体20に押込んだままの状態で、金型16と被加工体20とを、被加工体20のガラス点移転以下になるまで冷却する(冷却工程)。本実施の形態では、被加工体20と金型16とが120℃以下になるまで冷却している。
Next, in a state where the
次に、図3−3に示すように、固定部材14aを駆動させることで、固定部材14aに連結された金型16を上方に移動させることにより、金型16を被加工体20から引き離す(離型工程)。
Next, as shown in FIG. 3C, by driving the fixing
このような製造工程を経ることにより、図3−4に示すように、転写パターン16aが転写された微細構造体21が製造される。
Through such a manufacturing process, as shown in FIG. 3-4, the
このように、本実施の形態のインプリント加工装置では、金型16と固定部材14aとの間の間隙に、金型16が被加工体20に押込まれる方向および該方向と逆方向に弾性力を有する弾性部材17を配置することで、簡易な構成で金型16の被加工体20への押込み速度を遅くすることができ、被加工体20への加工精度を向上できる。これにより、被加工体20への加工を高精度にするための特別な装置や機構が他に必要なくなり、金型16から被加工体20へのパターンの転写性を向上させつつ作業効率を向上させ、加工費用や装置の製造コストを軽減できる。
As described above, in the imprint processing apparatus of the present embodiment, the gap between the
また、金型16が被加工体20に押込まれてから、被加工体20に転写パターンを転写可能な所定の押込み圧力に達するまでの間、弾性部材17の弾性力が損なわれることがない。従って、金型16の被加工体20への押込み速度を一定に保つことができ、転写性を安定させることができる。
Further, the elastic force of the
また、弾性部材17が固定部材14aと金型16とのいずれにも固定されずに、固定部材14aと金型16との間の間隙に配置されているため、被加工体20の品質に合わせて弾性部材17を容易に交換することができる。
Further, since the
なお、本実施の形態では、固定部材14aと可動部材および型部材を一体形成した金型16との間の間隙に弾性部材17を配置する例を示したが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、金型16は可動部材と一体形成されずに、保持部材19が可動部材と一体形成され、この保持部材19と固定部材14bとの間の間隙に弾性部材を配置する構成としてもよい。ただし、この場合は、加熱盤18bは使用しない。
In the present embodiment, the example in which the
また、例えば、保持部材19と固定部材14bとの間に可動部材を設け、該可動部材と固定部材14bの間の間隙に弾性部材を配置する構成としてもよい。そして、この場合には、加熱盤18bを使用せず、可動部材が被加工体20を加熱する加熱部を有する構成としてもよい。
Further, for example, a movable member may be provided between the holding
(実施の形態2)
実施の形態1のインプリント加工装置では、被加工体20側に加熱盤18aを有する構成となっていたが、本実施の形態では、金型側にも加熱盤を設けて構成されたものである。なお、インプリント加工装置の全体図は、実施の形態1と同様であるため説明を省略する(図1参照)。
(Embodiment 2)
In the imprint processing apparatus according to the first embodiment, the
図4は、実施の形態2にかかるインプリント加工装置における一部分の構成の一例を示す断面図である。なお、図4では、図1のインプリント加工装置における領域A内の一部分の構成、すなわち被加工体に対してパターンを転写する製造部分の構成を示しており、他の部分は省略している。 FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an example of a partial configuration of the imprint processing apparatus according to the second embodiment. 4 shows a configuration of a part of the area A in the imprint processing apparatus of FIG. 1, that is, a configuration of a manufacturing part that transfers a pattern to the workpiece, and other parts are omitted. .
図4に示すように、インプリント加工装置における製造部分は、保持部材19と、金型116と、加熱盤18aと、固定部材14aと、弾性部材17と、加熱盤18bと、固定部材14bとを備えて構成されている。
As shown in FIG. 4, the manufacturing part in the imprint processing apparatus includes a holding
固定部材14aと固定部材14bとは対向する位置に配置されており、固定部材14aの下面側(固定部材14b側)には、連結治具15を介して加熱盤18aが固定されている。さらに、加熱盤18aの下側には、金型16が固定されている。そして、固定部材14aと加熱盤18aとの間隙には、弾性部材17が配置されている。
The fixing
一方、固定部材14bの上面側(固定部材14a側)には順に加熱盤18b、保持部材19が固定されており、この保持部材19の上に被加工体20を配置して、パターンを転写することで微細構造体を製造する。
On the other hand, a
ここで、被加工体20と、保持部材19と、加熱盤18bと、固定部材14bについては、実施の形態1と同様であるため説明を省略する。
Here, the
金型116は、被加工体20に押込むことで被加工体20にパターンを転写するものであり、被加工体20側の下面には、被加工体20に転写される複数の凹凸状の転写パターン116aが形成されている。また、金型116は、上述のように上面に加熱盤18aが固定されており、転写パターン116aが保持部材19に保持される被加工体20と対向するように設けられている。本実施の形態では、金型116は、実施の形態1と同様、X線リソグラフィ技術と電鋳技術とにより作製されたニッケル製のものを利用しており、表面には、幅が5μmのラインとスペースが多数形成されている。
The
加熱盤18aは、その下面に金型116を固定し、金型116を加熱するものであり、例えば、カートリッジヒーターなどが組み込まれた接触式の加熱装置である。また、加熱盤18aは、上述のように連結治具15を介して固定部材14aに連結されており、この加熱盤18aと固定部材14aとの間には間隙が設けられている。
The
ここで、固定部材14aと加熱盤18aとの連結について説明する。固定部材14aの下面は、連結治具15における部位15aと固着されているため、固定部材14aと連結治具15とは固定されている。一方、加熱盤18aの上面は、連結治具15における部位15aと移動可能に連結されている。すなわち、加熱盤18aに設けられた貫通孔(不図示)に連結治具15が貫通し、加熱盤18aは、該貫通孔により連結治具15がガイドされるように連結されている。これにより、加熱盤18aは、連結治具15に対して移動可能となっている。また、加熱盤18aは、金型116が被加工体20に押込まれる方向および該方向と逆方向、すなわち図4における矢印方向に移動可能となっている。
Here, the connection between the fixing
また、加熱盤18aは、金型116が被加工体20に押込まれる際に、固定部材14aとの間隙に配置された弾性部材17が圧縮する距離以上を、金型116が被加工体20に押込まれる方向(図4における下方向)に移動可能となっている。
Further, when the
なお、ここでは、加熱盤18aは、連結治具15に対して移動可能な可動部材と一体形成された構成となっているため、可動部材である加熱盤18aによって、金型116を直接加熱することができるので、加熱工程の効率化を図ることができる。
Here, since the
また、加熱盤18aを可動部材と一定形成される構成だけでなく、それらを別個の部材として配置してもよい。その場合、可動部材の下面には、加熱盤が固定された構成となる。
Further, the
固定部材14aは、加熱盤18aと間隙をあけて設けられており、連結治具15を介して加熱盤18aと連結されている。また、上述のように金型116が固定された加熱盤18aが移動可能となっているため、固定部材14aは、加熱盤18aを移動させることで、加熱盤18aの上面と固定部材14aの下面との間隙を調整可能となっている。
The fixing
弾性部材17は、加熱盤18aと固定部材14aとのいずれにも固定されずに、加熱盤18aと固定部材14aとの間の間隙に挟み込まれて配置されており、金型116が被加工体20に押込まれる方向および該方向と逆方向に作用する弾性力を有している。また、弾性部材17は、被加工体20への転写作業の際に弾性力を損なわないようにするため、少なくとも、金型116が被加工体20に押込まれてから、被加工体20に転写パターン16aを転写可能な所定の押込み圧力に達するまでの間で作用する弾性力を有している。本実施の形態では、弾性部材17は、皿ばねを使用している。このように、加熱盤18aと固定部材14aとの間に配置された弾性部材17の弾性力により、金型16が被加工体20に押込まれる場合にその速度を遅くすることができる。
The
なお、弾性部材17は、ばねに限定されるものではなく、ばね以外であって弾性力を有する部材を使用することもできる。また、ばねは、ばね定数が明確であるため、安定した弾性力を得られるという点から、本実施の形態のように弾性部材17としてばねを使用するのが好ましい。また、弾性部材17は、固定部材14aと加熱盤18aとの間の間隙に挟み込まれているだけであるから、被加工体20の品質に合わせて容易に交換することができる。
In addition, the
次に、図5−1〜図5−4を参照して、本実施の形態にかかる微細構造体加工装置による微細構造体の製造方法(製造工程)について説明する。図5−1〜図5−4は、実施の形態2にかかる微細構造体加工装置による微細構造体の製造方法の一例を示す断面図である。 Next, a microstructure manufacturing method (manufacturing process) by the microstructure processing apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5A to 5D are cross-sectional views illustrating an example of a manufacturing method of a fine structure by the fine structure processing apparatus according to the second embodiment.
まず、保持部材19の上面に、パターンを転写する被加工体20が配置される。そして、図5−1に示すように、加熱盤18aおよび加熱盤18bに組み込まれたカートリッジヒーターなどの接触式の加熱装置(不図示)を用いて、金型16と被加工体20を、被加工体20のガラス点移転以上になるまで加熱する(加熱工程)。例えば、本実施の形態では、被加工体20としてCOPを使用しているので、被加工体20のガラス転移点以上である150℃程度になるまで金型16と被加工体20を加熱する。
First, the
次に、図5−2に示すように、駆動源11を駆動させて、その駆動力を、駆動力伝達機構12を介して固定部材14aに伝達する。そして、伝達された駆動力により固定部材14aを下方向、すなわち金型116が被加工体20に向けて押込む方向に移動させることで、固定部材14aに連結された加熱盤18aに固定された金型116を下方向に移動させ、被加工体20に金型116を一定の押込み圧力で一定時間押込む(押込み工程)。本実施の形態では、5MPaの押込み圧力で、120secの間押込んでいる。
Next, as shown in FIG. 5B, the driving
ここで、弾性部材17は、実施の形態1と同様に、ばね定数5kN/mmの皿ばねを使用しており、この押込み工程の間、弾性力を有する状態となっている。つまり、この押込み工程において、弾性部材17は約1mm圧縮されるが、金型16は、押込み方向とは反対の方向に約2mm移動可能な状態で加熱盤18aに固定されて固定部材14aに連結されている。従って、弾性部材17は、押込み工程で圧縮される間に弾性力が損なわれることはない。
Here, the
また、弾性部材17の弾性力により、ロードセル等の力学センサ13が検知する圧力の時間変化を少なくすることができるので、金型16を押込む速度は、弾性部材17が配置されていない場合の速度の半分程度にまで遅くすることができ、その結果、被加工体20へのパターンの転写性を向上させることができる。
Moreover, since the time change of the pressure detected by the
次に、金型116の転写パターン116aを被加工体20に押込んだままの状態で、金型116と被加工体20とを、被加工体20のガラス点移転以下になるまで冷却する(冷却工程)。本実施の形態では、被加工体20と金型116とが120℃以下になるまで冷却している。
Next, in a state where the
次に、図5−3に示すように、固定部材14aを駆動させることで、固定部材14aに連結された加熱盤18aに固定された金型116を上方に移動させることにより、金型116を被加工体20から引き離す(離型工程)。
Next, as shown in FIG. 5C, by driving the fixing
このような製造工程を経ることにより、図5−4に示すように、転写パターン116aが転写された微細構造体21が製造される。
Through such a manufacturing process, as shown in FIG. 5-4, the
このように、本実施の形態のインプリント加工装置では、加熱盤18aと固定部材14aとの間の間隙に、金型116が被加工体20に押込まれる方向および該方向と逆方向に弾性力を有する弾性部材17を配置することで、簡易な構成で金型116の被加工体20への押込み速度を遅くすることができ、被加工体20への加工精度を向上できる。これにより、被加工体20への加工を高精度にするための特別な装置や機構が他に必要なくなり、金型116から被加工体20へのパターンの転写性を向上させつつ作業効率を向上させ、加工費用や装置の製造コストを軽減できる。
As described above, in the imprint processing apparatus according to the present embodiment, the gap between the
また、金型116が被加工体20に押込まれてから、被加工体20に転写パターンを転写可能な所定の押込み圧力に達するまでの間、弾性部材17の弾性力が損なわれることがない。従って、金型116の被加工体20への押込み速度を一定に保つことができ、転写性を安定させることができる。
In addition, the elastic force of the
また、弾性部材17が固定部材14aと加熱盤18aとのいずれにも固定されずに、固定部材14aと加熱盤18aとの間の間隙に配置されているため、被加工体20の品質に合わせて弾性部材17を容易に交換することができる。
Further, since the
また、加熱盤18aは、転写パターン16aを形成された型部材と連結治具15に対して移動可能な可動部材とが一体形成された構成となっているため、可動部材である加熱盤18aによって、金型116を直接加熱することができるので、加熱工程の効率化を図ることができる。
Further, since the
なお、本実施の形態では、固定部材14aと、可動部材と一体形成された加熱盤18aとの間の間隙に弾性部材17を配置する例を示したが、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、加熱盤18aは可動部材と一体形成されずに、加熱盤18bが可動部材と一体形成され、この加熱盤18bと固定部材14bとの間の間隙に弾性部材を配置する構成としてもよい。
In the present embodiment, the example in which the
10 前記インプリント加工装置
11 駆動源
12 駆動力伝達機構
13 力学センサ
13a 連結治具
14a,14b 固定部材
15 連結治具
15a,15b 部位
16,116 金型
16a,116a 転写パターン
17 弾性部材
18a,18b 加熱盤
19 保持部材
20 被加工体
21 微細構造体
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記被加工体と対向して設けられ、第1面と前記第1面の裏面側の第2面とを有し、前記被加工体に転写する転写パターンが前記第1面に形成された型部材と、
前記型部材の前記第2面を固着し、前記被加工体側の第1方向および前記第1方向と逆方向に移動可能な可動部材と、
前記可動部材を前記第1方向に移動させることにより前記型部材を前記被加工体に押し込み、前記可動部材を前記第2方向に移動させることにより前記型部材を前記被加工体から引き離す駆動部と、
前記可動部材と間隙をあけて設けられ、前記可動部材における前記型部材が固着された面の裏面側の面で前記可動部材と前記間隙を調整可能な状態で連結された固定部材と、
前記可動部材と前記固定部材との間の前記間隙に配置され、前記第1方向および前記第2方向に作用する弾性力を有する弾性体と、
を備えることを特徴とする微細構造体加工装置。 A holding member for holding a workpiece;
A mold that is provided to face the workpiece, has a first surface and a second surface on the back side of the first surface, and a transfer pattern to be transferred to the workpiece is formed on the first surface. Members,
A movable member that fixes the second surface of the mold member and is movable in a first direction on the workpiece side and in a direction opposite to the first direction;
A driving unit that pushes the mold member into the workpiece by moving the movable member in the first direction, and pulls the mold member away from the workpiece by moving the movable member in the second direction; ,
A fixed member that is provided with a gap from the movable member, and is connected to the movable member in a state in which the gap can be adjusted on the back surface of the surface of the movable member to which the mold member is fixed;
An elastic body disposed in the gap between the movable member and the fixed member and having an elastic force acting in the first direction and the second direction;
A fine structure processing apparatus comprising:
前記被加工体と対向して設けられ、第1面と前記第1面の裏面側の第2面とを有し、前記被加工体に転写する転写パターンが前記第1面に形成された型部材と、
前記型部材の前記第2面を固着し、前記型部材を固定する第1固定部材と、
前記保持部材における前記被加工体が保持された面の裏面側の面で前記保持部材と固定され、前記被加工体側の第1方向および前記第1方向と逆方向に移動可能な可動部材と、
前記可動部材を前記第1方向に移動させることにより前記型部材を前記被加工体に押し込み、前記可動部材を前記第2に移動させることにより前記型部材を前記被加工体から引き離す駆動部と、
前記可動部材と間隙をあけて設けられ、前記可動部材における前記保持部材が固定された面の裏面側の面で前記可動部材と前記間隙を調整可能な状態で連結された第2固定部材と、
前記可動部材と前記第2固定部材との間の前記間隙に配置され、前記第1方向および前記第2方向に作用する弾性力を有する弾性体と、
を備えることを特徴とする微細構造体加工装置。 A holding member for holding a workpiece;
A mold that is provided to face the workpiece, has a first surface and a second surface on the back side of the first surface, and a transfer pattern to be transferred to the workpiece is formed on the first surface. Members,
A first fixing member for fixing the second surface of the mold member and fixing the mold member;
A movable member that is fixed to the holding member on the back surface side of the surface of the holding member on which the workpiece is held, and is movable in a direction opposite to the first direction and the first direction on the workpiece side;
A drive unit that pushes the mold member into the workpiece by moving the movable member in the first direction, and pulls the mold member away from the workpiece by moving the movable member to the second;
A second fixed member that is provided with a gap from the movable member, and is connected to the movable member in a state in which the gap can be adjusted on a surface on the back side of the surface of the movable member to which the holding member is fixed;
An elastic body disposed in the gap between the movable member and the second fixed member and having an elastic force acting in the first direction and the second direction;
A fine structure processing apparatus comprising:
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