JP2010052168A - Method and apparatus for molding synthetic resin - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、合成樹脂の成形方法および装置に関する。 The present invention relates to a synthetic resin molding method and apparatus.
従来、例えば特許文献1に記載されているような光電気変換装置は、電気信号を光信号に変換する発光素子が実装されたマウント基板と、光信号を電気信号に変換する受光素子が実装されたマウント基板とがそれぞれ回路基板を介して配線基板に実装されている。 Conventionally, for example, an opto-electric conversion device described in Patent Document 1 is mounted with a mount substrate on which a light emitting element that converts an electrical signal into an optical signal is mounted, and a light receiving element that converts the optical signal into an electrical signal. Each mounted substrate is mounted on a wiring substrate via a circuit substrate.
この光電気変換装置においては、発光素子または受光素子と光学的に結合する導波路がマウント基板にそれぞれ形成され、これらの導波路がマウント基板から張り出して延在していて、その先端同士が光コネクタにより相互に連結されている。 In this photoelectric conversion device, waveguides that are optically coupled to the light-emitting element or the light-receiving element are formed on the mount substrate, respectively, and these waveguides extend from the mount substrate and extend from each other at the tips. They are connected to each other by connectors.
前記のようなマウント基板の導波路は、一般に次のようにして形成される。図6(a)に示すような円形状のシリコン基板(シリコンウエハ)50を用いて、一点鎖線で区分けしたように、複数個(本例では15個)のマウント基板51を同時に形成する。そして、最終的には、シリコン基板50を一点鎖線位置で切断して、図6(b)のように、マウント基板51を個片化するのである。
The waveguide of the mount substrate as described above is generally formed as follows. Using a circular silicon substrate (silicon wafer) 50 as shown in FIG. 6A, a plurality (15 in this example) of
先ず、シリコン基板50のマウント基板51の位置に、図7(a)のように、導波路形成用溝52(45度傾斜のミラー部53を含む。)を形成する。そして、図7(b)のように、導波路形成用溝52に下クラッド材54を充填(若しくは塗布。以下同様。)し、次いで、図7(c)のように、スタンパ金型(図示せず)を用いて下クラッド材54を押圧してコア用溝55を形成する。このコア用溝55に、図7(d)のように、コア材を充填してコア56を形成し、最後に、図7(e)のように、コア56の上に上クラッド材57を塗布して、クラッド58を形成することで、コア56とクラッド58とで導波路59が形成されるようになる。
First, as shown in FIG. 7A, a waveguide forming groove 52 (including a
図8は、シリコン基板50の各導波路形成用溝52に、熱可塑性樹脂である下クラッド材54を充填した後、スタンパ金型60を用いて下クラッド材54を押圧してコア用溝55を形成する工程図である。
In FIG. 8, the
図8(a)のように、常温(約23℃)状態で、固定の上ステージ61にスタンパ金型60を吸着保持するとともに、可動の下ステージ62にシリコン基板50を吸着保持する。
As shown in FIG. 8A, the
このシリコン基板50の導波路形成用溝52には、下クラッド材54が充填されていて、この状態で、スタンパ金型60とシリコン基板50とともに下クラッド材54を加熱(約90℃)して軟化若しくは液状化させる。
The
その後、図8(b)のように、シリコン基板50とスタンパ金型60の左右両端のアライメントマーク(図9の符号a参照)を、対応するカメラ63でそれぞれ監視する。そして、左右のアライメントマークの中点座標〔図9(a)の符号b参照。〕が一致するように、シリコン基板50とスタンパ金型60とを、吸着保持力に抗して水平面内で移動させながら合わせ込む。これにより、スタンパ金型60とシリコン基板50の中心部(重心位置)が一致する。
Thereafter, as shown in FIG. 8B, the alignment marks (see reference symbol “a” in FIG. 9) on both the left and right sides of the
このようにして、シリコン基板50とスタンパ金型60の位置アライメントが完了した後、図8(c)のように、下ステージ62を上昇させることで、シリコン基板50の下クラッド材54をスタンパ金型60により押圧する。これにより、下クラッド材54にコア用溝(成形部)55が形成されるようになる。なお、後述する図9(a)では、黒四角マークで表示した部分が導波路形成用溝52であり、本例では、シリコン基板50の57個の導波路形成用溝52にコア用溝(成形部)55を同時に形成している。
After the positional alignment between the
そして、57個のコア用溝55を同時に成形した状態で、図8(d)のように、離型温度(約35℃)まで冷却して固化させる。
Then, with 57
その後、図8(e)のように、下ステージ62を下降させて、シリコン基板50の下クラッド材54からスタンパ金型60を離型することで、図7(c)に示したように、下クラッド材54にコア用溝55が形成されるのである。
Thereafter, as shown in FIG. 8C, the
図9(a)は、上下のステージ61,62にスタンパ金型60とシリコン基板50をそれぞれ吸着保持した状態を真上から透過した平面図、図9(b)〜(e)は、それぞれ図9(a)のX−X部分の要部拡大断面図である。前述したように、図9(a)の例では、シリコン基板50の57個の導波路形成用溝52にコア用溝(成形部)55を黒四角マーク位置に同時に形成している。
9A is a plan view in which the
図9(b)は、図8(a)の吸着保持工程であり、上下のステージ61,62にスタンパ金型60とシリコン基板50をそれぞれ吸着保持している。この場合には、スタンパ金型60の各コア用溝形成凸部60aは、図8(b)のアライメント工程と相俟って、各導波路形成用溝52に対して位置アライメントされている。
FIG. 9B shows the suction holding process of FIG. 8A, in which the
図9(c)は、図8(c)の押圧工程であり、加熱されるスタンパ金型60とシリコン基板50は外方向に膨張するようになる。この場合、スタンパ金型60とシリコン基板50の中心部になる中点座標bの位置では熱膨張は小さい。しかし、周辺部の位置cでは、熱膨張が大きくなり、導波路形成用溝52に対してスタンパ金型60のコア用溝形成凸部60aの位置が外方にずれて、コア用溝55に位置ずれdが生じる。
FIG. 9C is the pressing step of FIG. 8C, and the
図9(d)は、図8(d)の冷却工程であり、冷却されるスタンパ金型60とシリコン基板50は内方向に熱収縮するようになる。この図9(d)では、スタンパ金型60のコア用溝形成凸部60aは、熱膨張によるコア用溝55の位置ずれdの分だけ正確に熱収縮している状態を表している。
FIG. 9D is a cooling process of FIG. 8D, and the
図9(e)は、図8(e)の離型工程であり、コア用溝55に位置ずれdが無い状態を表している。
FIG. 9E shows the mold release step of FIG. 8E and shows a state in which there is no positional deviation d in the
ここで、加熱・冷却工程が不必要な熱硬化性樹脂や、全工程を室温で行える光硬化性樹脂を用いる成形(インプリント)の場合は、前述のような熱膨張や熱収縮が無い。そのために、コア用溝(成形部)55の位置精度は、図8(b)のアライメント工程によるアライメント時の精度と、成形装置の重ね合わせ精度とで決まり、一般に、シリコン基板50の所定位置に高精度(±数um)で成形が可能である。
しかしながら、加熱・冷却工程が必要な熱可塑性樹脂等を用いる成形(インプリント)の場合は、前述のような熱膨張や熱収縮が有る。そのために、図10に示すように、冷却工程中のスタンパ金型60とシリコン基板50の収縮で、上下のステージ61,62との吸着界面間の摩擦の面内ばらつきにより、コア用溝55に位置ずれdが生じるおそれがある。図10においては、白四角マーク位置が正規の位置、黒四角マーク位置が位置ずれdをした位置を表している。なお、位置ずれdとは、重心ずれeと回転ずれfを示し、熱収縮によって金型形状ピッチ寸法が変化することに起因したピッチずれは入らない。
However, in the case of molding (imprint) using a thermoplastic resin or the like that requires a heating / cooling process, there is thermal expansion or contraction as described above. Therefore, as shown in FIG. 10, due to the shrinkage of the
この結果、シリコン基板50の所定位置にコア用溝(成形部)55を高精度(±数um)で成形することが困難であるという問題があった。
As a result, there is a problem that it is difficult to mold the core groove (molded portion) 55 at a predetermined position of the
本発明は、前記問題を解消するためになされたもので、位置ずれを抑制して、基板に成形部を高精度で成形することができる合成樹脂の成形方法および装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a synthetic resin molding method and apparatus that can form a molded part on a substrate with high accuracy while suppressing displacement. To do.
前記課題を解決するために、本発明は、加熱で軟化若しくは液状化させた合成樹脂をスタンパ金型で押圧して、基板に複数個の成形部を同時に成形した後に、冷却工程を伴う合成樹脂の成形方法であって、前記冷却工程において、前記スタンパ金型と基板の面内温度分布に勾配をつけ、中央部付近を周辺部よりも低温化することを特徴とする合成樹脂の成形方法を提供するものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a synthetic resin that involves a cooling step after simultaneously molding a plurality of molded parts on a substrate by pressing a synthetic resin softened or liquefied by heating with a stamper mold. A method of molding a synthetic resin, characterized in that, in the cooling step, a gradient is applied to the in-plane temperature distribution of the stamper mold and the substrate, and the temperature near the center is lower than that of the periphery. It is to provide.
また、本発明は、加熱で軟化若しくは液状化させた合成樹脂をスタンパ金型で押圧して、基板に複数個の成形部を同時に成形した後に、冷却工程を伴う合成樹脂の成形装置であって、前記スタンパ金型を保持するステージと前記基板を保持するステージとに、冷却管がそれぞれ設けられ、各冷却管は、中央部付近から周辺部に向かって冷媒が拡がりながら流れるように配置されていることを特徴とする合成樹脂の成形装置を提供するものである。 Further, the present invention is a synthetic resin molding apparatus that includes a cooling step after simultaneously molding a plurality of molded parts on a substrate by pressing a synthetic resin softened or liquefied by heating with a stamper die. The stage holding the stamper mold and the stage holding the substrate are each provided with a cooling pipe, and each cooling pipe is arranged so that the refrigerant flows from the vicinity of the center toward the periphery. The present invention provides a molding apparatus for synthetic resin.
請求項3のように、請求項2において、前記各ステージの周辺部を加熱可能な加熱手段が設けられていることが好ましい。 As in claim 3, in claim 2, it is preferable that a heating means capable of heating the periphery of each stage is provided.
請求項4のように、請求項3において、前記加熱手段は、リング状ヒータであることが好ましい。 As in claim 4, in claim 3, the heating means is preferably a ring heater.
本発明の方法によれば、冷却工程で、スタンパ金型と基板の中央部付近を周辺部よりも先に低温化することにより、中央部付近の合成樹脂が周辺部の合成樹脂よりも先に冷却されて硬化することで重心を先に固定できる。したがって、冷却時の収縮に伴うスタンパ金型と基板との位置ずれを抑制できるので、基板に成形部を高精度で成形することができる。 According to the method of the present invention, in the cooling step, the temperature of the stamper mold and the vicinity of the central portion of the substrate is lowered before the peripheral portion, so that the synthetic resin near the central portion comes before the synthetic resin in the peripheral portion. The center of gravity can be fixed first by cooling and hardening. Therefore, since the positional deviation between the stamper mold and the substrate due to the shrinkage during cooling can be suppressed, the molding part can be molded on the substrate with high accuracy.
本発明の装置によれば、冷却工程で、冷却管の冷媒は、中央部付近から周辺部に向かって流れるほど、周囲の熱を受けて温度が上がって行くため、中央部付近の合成樹脂が周辺部の合成樹脂よりも先に冷却されて硬化することで重心を先に固定できる。したがって、冷却時の収縮に伴うスタンパ金型と基板との位置ずれを抑制できるので、基板に成形部を高精度で成形することができる。また、冷却管の形状と、その出入り口の形成位置を工夫するだけであるから、構造が簡単で装置コストが安価になる。 According to the apparatus of the present invention, in the cooling process, the refrigerant in the cooling pipe receives the ambient heat as it flows from the vicinity of the central part toward the peripheral part. The center of gravity can be fixed first by being cooled and hardened before the synthetic resin in the peripheral portion. Therefore, since the positional deviation between the stamper mold and the substrate due to the shrinkage during cooling can be suppressed, the molding part can be molded on the substrate with high accuracy. In addition, since only the shape of the cooling pipe and the position of the entrance / exit are devised, the structure is simple and the apparatus cost is low.
請求項3によれば、各ステージの周辺部を加熱手段で加熱することで、周囲部の温度を中央部付近よりも高くした状態で冷却できるから、中央部付近の合成樹脂が周辺部の合成樹脂よりも確実に先に冷却されて硬化するようになる。 According to the third aspect, since the peripheral portion of each stage is heated by the heating means, it is possible to cool the peripheral portion at a temperature higher than that in the vicinity of the central portion. It is cooled before the resin and cured.
請求項4によれば、加熱手段としてリング状ヒータを用いることで、簡易かつ低コストで加熱することができる。 According to the fourth aspect, by using a ring heater as the heating means, heating can be performed easily and at low cost.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
最初に、冷却工程における前記スタンパ金型60と前記シリコン基板50の面内温度分布について説明する。
First, the in-plane temperature distribution of the
図11(a)は上ステージ61の平面図、図11(b)は上ステージ61、スタンパ金型60、シリコン基板50、下ステージ62の断面図、図11(c)は下ステージ62の平面図である。図11(d)は、図9(a)と同様に、上下のステージ61,62にスタンパ金型60とシリコン基板50をそれぞれ吸着保持した状態を真上から透過した平面図である。また、図12(a)は押圧工程における図11(b)の拡大図、図12(b)は冷却工程における図11(b)の拡大図である。
11A is a plan view of the
上ステージ61には、図11(a)において横向きのU字状冷却管70が設けられ、下ステージ62には、図11(c)において下向きのU字状冷却管71が設けられているとする。そして、各冷却管70,71を流れる冷媒(水またはオイル)は、IN(入口)からOUT(出口)に向かって流れるほど、周囲の熱を受けて温度が上がって行く。したがって、図11(d)から見て、楕円状線で囲んだ左側Aの冷却されやすい部分と右側Bの冷却されにくい部分とが生じるようになる。
The
このため、冷却工程において、図12(a)のように、左側Aは右側Bよりも先に低温化し、左側Aの下クラッド材(熱可塑性樹脂)54が右側Bの下クラッド材54よりも先に冷却されて、固化(高粘度化)するようになる。その結果、図12(b)のように、スタンパ金型60とシリコン基板50が左側Aの方向に熱収縮する。そして、スタンパ金型60とシリコン基板50の中心部になる中点座標bの位置(重心)がb´に移動してコア用溝55に位置ずれd(特に重心ずれe)が生じるようになる。なお、冷却状況によっては、回転ずれfも生じることがある。
For this reason, in the cooling process, as shown in FIG. 12A, the left side A has a lower temperature than the right side B, and the lower clad material (thermoplastic resin) 54 on the left side A is lower than the lower
そこで、本発においては、冷却工程におけるスタンパ金型60とシリコン基板50の面内温度分布に着目したものである。
Therefore, in the present invention, attention is paid to the in-plane temperature distribution of the
図1は、スタンパ金型60とシリコン基板50の面内温度分布に勾配(差)をつける第1実施形態(基本構成)の方法であって、冷却工程における図11(b)の拡大図である。
FIG. 1 is a method of the first embodiment (basic configuration) for providing a gradient (difference) in the in-plane temperature distribution of the
図1には、スタンパ金型60とシリコン基板50の中央部bと周辺部の面内温度分布の曲線Cを併記してあり、中央部bを周辺部よりも低温化させている。
In FIG. 1, the curve C of the in-plane temperature distribution of the central part b and the peripheral part of the
シリコン基板50は、例えば4インチのシリコンウエハを用いる場合を想定すると、スタンパ金型60は、対辺長100mmの八角形のニッケル電鋳スタンパ(厚さ300um〜500um程度)を用いることが好ましい。
Assuming that the
第1実施形態の構成であれば、冷却工程で、スタンパ金型60とシリコン基板50の中央部b付近を周辺部よりも先に低温化する。これにより、中央部b付近の下クラッド材54が周辺部の下クラッド材54よりも先に冷却されて硬化することで重心(中央部b)を先に固定できる。したがって、冷却時の収縮に伴うスタンパ金型60とシリコン基板50との位置ずれdを抑制できるので、シリコン基板50にコア用溝(成形部)55を高精度で成形することができる。
In the case of the configuration of the first embodiment, the temperature of the
ここで、加熱で軟化若しくは液状化させた合成樹脂をスタンパ金型60で押圧して、複数個の成形部を同時に成形した後に、冷却工程を伴う合成樹脂としては、熱可塑性樹脂が一般的である。熱可塑性樹脂としては、アクリル樹脂(PMMA)、ポリカボネート樹脂(PC)、環状オレフィンコポリマー(COC)、シクロオレフィンコポリマー(COP)のようなナノインプリントに用いられるものがある。
Here, a synthetic resin softened or liquefied by heating is pressed with a
この熱可塑性樹脂以外に、常温で固体のエポキシ化合物と常温で液状のエポキシ化合物とを所定の比率で含有し、さらに光重合開始剤を含有し、且つ、加熱により溶融または軟化する、常温で固体の光硬化性樹脂(いわゆる固形未硬化樹脂)も用いることができる。 In addition to this thermoplastic resin, it contains an epoxy compound that is solid at room temperature and an epoxy compound that is liquid at room temperature in a predetermined ratio, further contains a photopolymerization initiator, and melts or softens by heating, and is solid at room temperature. A photocurable resin (so-called solid uncured resin) can also be used.
図2は、第2実施形態の装置であって、図2(a)は上ステージ61の平面図、図2(b)は上ステージ61、スタンパ金型60、シリコン基板50、下ステージ62の断面図、図2(c)は下ステージ62の平面図である。
2A and 2B show an apparatus according to the second embodiment, in which FIG. 2A is a plan view of the
上ステージ61と下ステージ62には、中央部b付近に冷却管74の入口(IN)74aを形成している。また、各ステージ61,62には、中央部b付近から周辺部に向かって放射状に、円周上等角度間隔(本例では45度)で冷却管74を設けて、各ステージ61,62の側面に放射状の冷却管74の出口(OUT)74bをそれぞれ形成している。
In the
図3は、第3実施形態の装置であって、図3(a)は上ステージ61の平面図、図3(b)は上ステージ61、スタンパ金型60、シリコン基板50、下ステージ62の断面図、図3(c)は下ステージ62の平面図である。
3A and 3B show an apparatus according to the third embodiment. FIG. 3A is a plan view of the
上ステージ61と下ステージ62には、中央部b付近に冷却管75の入口(IN)75aを形成している。また、各ステージ61,62には、中央部b付近から周辺部に向かって螺旋状に冷却管75を設けて、各ステージ61,62の一側面に螺旋状の冷却管75の出口(OUT)75bをそれぞれ形成している。
In the
図4は、第1実施形態の上ステージ61と下ステージ62の中央部b付近に形成した冷却管74の入口74aに冷媒を供給する構成である。なお、第2実施形態の冷却管75の入口75aに冷媒を供給する構成も同様であるため、説明は省略する。
FIG. 4 shows a configuration in which the refrigerant is supplied to the
図4(a)は下ステージ62の平面図、図4(b)は下ステージ62の側面断面図である。図4(c)は上下のステージ用補助プレート76の平面図、図4(d)は、上下のステージ用補助プレート76の側面断面図である。図4(e)は補助プレート76をそれぞれ取付けた上下ステージ61,62の側面断面図である。
4A is a plan view of the
図4(a)(b)において、下ステージ62は、上面がシリコン基板50の吸着保持面であり、中央部b付近の下面に冷却管74の入口(IN)74aを形成している。
4A and 4B, the upper surface of the
図4(c)(d)において、補助プレート76の中央部b付近の上面に、冷媒供給管77の出口77bを形成し、補助プレート76の一側面に冷媒供給管77の入口77aを形成している。なお、上ステージ61と補助プレート76の構成も同様であるため、同一符号を付して説明は省略する。
4C and 4D, an
図4(e)おいて、上下のステージ61,62の各補助プレート76の冷媒供給管77の入口77aから冷媒が供給されると、冷媒は、冷媒供給管の出口77bから上下のステージ61,62の冷却管74に入口74aから入る。そして、放射状(若しくは螺旋状)の冷却管74を出口74bに向かって拡がりながら流れて、出口74bから排出されるようになる。
In FIG. 4E, when the refrigerant is supplied from the
第2,第3実施形態の構成であれば、冷却工程で、冷却管74,75の冷媒は、中央部b付近から周辺部に向かって流れるほど、周囲の熱を受けて温度が上がって行く。そのため、中央部b付近の下クラッド材54が周辺部の下クラッド材54よりも先に冷却されて固化することで重心(中央部b)を先に固定できる。したがって、冷却時の収縮に伴うスタンパ金型60とシリコン基板50との位置ずれdを抑制できるので、シリコン基板50にコア用溝(成形部)55を高精度で成形することができる。
If it is the structure of 2nd, 3rd embodiment, in a cooling process, the refrigerant | coolant of the cooling
また、冷却管74,75の形状と、その出入り口74a,74b,75a,75bの形成位置を工夫するだけであるから、構造が簡単で装置コストが安価になる。
Further, since the shape of the cooling
図5は、第4実施形態の装置であって、図5(a)は下ステージ62の平面図、図5(b)は下ステージ62の側面断面図である。図4(c)は補助プレート76を取付けた上下ステージ61,62の側面断面図である。なお、冷却管74や補助プレート76は、図4(a)〜(e)の構成と同じであるから、同一符号を付して説明は省略する。
5A and 5B show an apparatus according to the fourth embodiment. FIG. 5A is a plan view of the
第4実施形態は、上下のステージ61,62の周辺部を加熱可能な加熱手段を設けたものであり、この加熱手段としては、リング状ヒータ78を用いている。なお、リング状ヒータ78は、上下のステージ61,62内の冷却管74の上側(シリコン基板50側、スタンパ金型60側)位置に配置しているが、下側位置であっても良い。また、補助プレート76内に配置しても良い。
In the fourth embodiment, a heating means capable of heating the peripheral portions of the upper and
第4実施形態の構成であれば、上下のステージ61,62の周辺部をリング状ヒータ78で加熱することで、周囲部の温度を中央部b付近よりも高くした状態で冷却できる。したがって、中央部b付近の下クラッド材54が周辺部の下クラッド材54よりも確実に先に冷却されて硬化するようになる。また、加熱手段としてリング状ヒータ78を用いることで、簡易かつ低コストで加熱することができる。
If it is the structure of 4th Embodiment, the surrounding part of the upper and
50 シリコン基板
51 マウント基板
52 導波路形成用溝
54 下クラッド材(熱可塑性樹脂)
55 コア用溝
58 クラッド
59 導波路
60 スタンパ金型
60a コア用溝形成凸部
61 上ステージ
62 下ステージ
74 放射状の冷却管
75 螺旋状の冷却管
76 補助プレート
77 冷媒供給管
78 リング状ヒータ
d 位置ずれ
e 重心ずれ
f 回転ずれ
50
55
Claims (4)
前記冷却工程において、前記スタンパ金型と基板の面内温度分布に勾配をつけ、中央部付近を周辺部よりも低温化することを特徴とする合成樹脂の成形方法。 A synthetic resin molding method involving a cooling step after simultaneously pressing a synthetic resin softened or liquefied by heating with a stamper mold and simultaneously molding a plurality of molding parts on a substrate,
In the cooling step, a synthetic resin molding method is characterized in that an in-plane temperature distribution of the stamper mold and the substrate is given a gradient so that the temperature in the vicinity of the central portion is lower than that in the peripheral portion.
前記スタンパ金型を保持するステージと前記基板を保持するステージとに、冷却管がそれぞれ設けられ、各冷却管は、中央部付近から周辺部に向かって冷媒が拡がりながら流れるように配置されていることを特徴とする合成樹脂の成形装置。 A synthetic resin molding apparatus with a cooling step after simultaneously molding a plurality of molding parts on a substrate by pressing a synthetic resin softened or liquefied by heating with a stamper mold,
A cooling pipe is provided on each of the stage holding the stamper mold and the stage holding the substrate, and each cooling pipe is arranged so that the refrigerant flows while spreading from the vicinity of the central portion toward the peripheral portion. A synthetic resin molding apparatus.
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