JP2010052168A - Method and apparatus for molding synthetic resin - Google Patents

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Yutaka Kinugasa
豊 衣笠
Hiroyuki Yagyu
博之 柳生
Tadahiro Yamaji
忠寛 山路
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus for molding a synthetic resin which can accurately mold molding parts on a substrate by suppressing positional dislocation. <P>SOLUTION: In the synthetic resin molding method, after a plurality of the molding parts 55 are molded simultaneously on the substrate 50 by pressing the synthetic resin 54 softened or liquefied by heating by using a stamper mold 60, a cooling process is implemented. In the cooling process, a gradient is formed in the in-plane temperature distribution of the stamper mold 60 and the substrate 50, and the temperature of the vicinity of the central part b is made to be lower than the temperature of the peripheral part. Cooling pipes 74 are installed in a stage 61 holding the stamper mold 60 and a stage 62 holding the substrate 50, respectively. The respective cooling pipes 74 are arranged so that a coolant may flow from the vicinity of the central part b toward the peripheral part while spreading. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

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 mount substrates 51 are formed at the same time as separated by a one-dot chain line. Finally, the silicon substrate 50 is cut at the position of the one-dot chain line, and the mount substrate 51 is singulated as shown in FIG.

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 mirror part 53 inclined at 45 degrees) is formed at the position of the mount substrate 51 of the silicon substrate 50. Then, as shown in FIG. 7B, the waveguide forming groove 52 is filled (or coated. The same applies hereinafter), and then, as shown in FIG. (Not shown) to press the lower clad material 54 to form the core groove 55. As shown in FIG. 7D, the core material 55 is filled into the core groove 55 to form the core 56. Finally, as shown in FIG. 7E, the upper clad material 57 is placed on the core 56. By applying and forming the clad 58, the waveguide 59 is formed by the core 56 and the clad 58.

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 waveguide forming grooves 52 of the silicon substrate 50 are filled with the lower clad material 54, which is a thermoplastic resin, and then the lower clad material 54 is pressed using the stamper mold 60, and the core groove 55. It is process drawing which forms.

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 stamper mold 60 is sucked and held on the fixed upper stage 61 and the silicon substrate 50 is sucked and held on the movable lower stage 62 in a normal temperature (about 23 ° C.) state.

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 waveguide forming groove 52 of the silicon substrate 50 is filled with a lower cladding material 54. In this state, the lower cladding material 54 is heated (about 90 ° C.) together with the stamper mold 60 and the silicon substrate 50. Soften or liquefy.

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 silicon substrate 50 and the stamper mold 60 are monitored by the corresponding cameras 63, respectively. Then, the midpoint coordinates of the left and right alignment marks [see symbol b in FIG. ] Match so that the silicon substrate 50 and the stamper mold 60 are moved in a horizontal plane against the adsorption holding force. Thereby, the center part (center of gravity position) of the stamper mold 60 and the silicon substrate 50 coincides.

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 silicon substrate 50 and the stamper mold 60 is completed in this way, the lower stage 62 is raised as shown in FIG. Press with mold 60. As a result, the core groove (molded portion) 55 is formed in the lower clad material 54. In FIG. 9A, which will be described later, the portion indicated by the black square mark is the waveguide forming groove 52. In this example, the 57 waveguide forming grooves 52 of the silicon substrate 50 have the core grooves ( The molding part) 55 is formed at the same time.

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 core grooves 55 formed at the same time, as shown in FIG. 8 (d), it is cooled and solidified to a mold release temperature (about 35 ° C.).

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 lower stage 62 is lowered and the stamper mold 60 is released from the lower clad material 54 of the silicon substrate 50, as shown in FIG. A core groove 55 is formed in the lower clad material 54.

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 stamper mold 60 and the silicon substrate 50 are sucked and held on the upper and lower stages 61 and 62, respectively. FIG. 9B to FIG. It is a principal part expanded sectional view of the XX part of 9 (a). As described above, in the example of FIG. 9A, the core grooves (molded portions) 55 are simultaneously formed in the 57 waveguide forming grooves 52 of the silicon substrate 50 at the positions of the black square marks.

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 stamper mold 60 and the silicon substrate 50 are sucked and held on the upper and lower stages 61 and 62, respectively. In this case, each core groove forming convex portion 60a of the stamper mold 60 is aligned with each waveguide forming groove 52 in combination with the alignment step of FIG. 8B.

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 stamper mold 60 and the silicon substrate 50 to be heated expand outward. In this case, the thermal expansion is small at the position of the midpoint coordinate b which is the center of the stamper mold 60 and the silicon substrate 50. However, at the peripheral position c, thermal expansion increases, and the position of the core groove forming convex portion 60a of the stamper mold 60 with respect to the waveguide forming groove 52 shifts outward, so that the core groove 55 is formed. A positional deviation d occurs.

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 stamper mold 60 and the silicon substrate 50 to be cooled are thermally contracted inward. FIG. 9D shows a state in which the core groove forming convex portion 60a of the stamper mold 60 is accurately thermally contracted by the positional deviation d of the core groove 55 due to thermal expansion.

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 core groove 55.

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。
特開2003−222746号公報
Here, in the case of molding (imprint) using a thermosetting resin that does not require heating / cooling steps or a photocurable resin that can perform all steps at room temperature, there is no thermal expansion or shrinkage as described above. Therefore, the position accuracy of the core groove (molding portion) 55 is determined by the alignment accuracy in the alignment process of FIG. 8B and the overlay accuracy of the molding apparatus, and is generally at a predetermined position on the silicon substrate 50. Molding is possible with high accuracy (± several um).
JP 2003-222746 A

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 stamper mold 60 and the silicon substrate 50 during the cooling process, due to the in-plane variation of friction between the adsorption interfaces between the upper and lower stages 61 and 62, There is a possibility that a positional deviation d may occur. In FIG. 10, the white square mark position represents the normal position, and the black square mark position represents the position where the positional deviation d has occurred. The positional deviation d indicates a center of gravity deviation e and a rotational deviation f, and no pitch deviation due to a change in the mold shape pitch dimension due to thermal contraction.

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 silicon substrate 50 with high accuracy (± several um).

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 stamper mold 60 and the silicon substrate 50 in the cooling process will be described.

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 upper stage 61, FIG. 11B is a cross-sectional view of the upper stage 61, the stamper mold 60, the silicon substrate 50, and the lower stage 62, and FIG. FIG. FIG. 11D is a plan view of the state in which the stamper mold 60 and the silicon substrate 50 are sucked and held by the upper and lower stages 61 and 62, respectively, from the top, similarly to FIG. 9A. Moreover, Fig.12 (a) is an enlarged view of FIG.11 (b) in a press process, FIG.12 (b) is an enlarged view of FIG.11 (b) in a cooling process.

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 upper stage 61 is provided with a U-shaped cooling pipe 70 that is lateral in FIG. 11A, and the lower stage 62 is provided with a U-shaped cooling pipe 71 that is downward in FIG. 11C. To do. As the refrigerant (water or oil) flowing through the cooling pipes 70 and 71 flows from IN (inlet) to OUT (outlet), the temperature of the refrigerant increases due to ambient heat. Therefore, as seen from FIG. 11 (d), a left-side A portion that is easily cooled and a right-side B portion that is hardly cooled are surrounded by an elliptical line.

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 clad material 54 on the right side B. It is first cooled and solidified (high viscosity). As a result, as shown in FIG. 12B, the stamper mold 60 and the silicon substrate 50 are thermally contracted in the direction of the left side A. Then, the position (center of gravity) of the midpoint coordinate b that becomes the center of the stamper mold 60 and the silicon substrate 50 moves to b ′, and a position shift d (particularly center of gravity shift e) occurs in the core groove 55. . Depending on the cooling condition, a rotational deviation f may also occur.

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 stamper mold 60 and the silicon substrate 50 in the cooling process.

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 stamper mold 60 and the silicon substrate 50, and is an enlarged view of FIG. 11B in the cooling process. is there.

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 stamper mold 60 and the silicon substrate 50 is shown together, and the central part b is made lower in temperature than the peripheral part.

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 silicon substrate 50 is, for example, a 4-inch silicon wafer, the stamper mold 60 is preferably an octagonal nickel electroforming stamper (thickness of about 300 μm to 500 μm) having an opposite side length of 100 mm.

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 stamper mold 60 and the vicinity of the central portion b of the silicon substrate 50 is lowered before the peripheral portion in the cooling step. Thereby, the lower clad material 54 in the vicinity of the central portion b is cooled and hardened before the lower clad material 54 in the peripheral portion, whereby the center of gravity (the central portion b) can be fixed first. Accordingly, since the positional deviation d between the stamper mold 60 and the silicon substrate 50 due to the shrinkage during cooling can be suppressed, the core groove (molded portion) 55 can be formed in the silicon substrate 50 with high accuracy.

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 stamper mold 60 to simultaneously mold a plurality of molded parts, and then a thermoplastic resin is generally used as a synthetic resin with a cooling step. is there. Examples of the thermoplastic resin include those used for nanoimprint such as acrylic resin (PMMA), polycarbonate resin (PC), cyclic olefin copolymer (COC), and cycloolefin copolymer (COP).

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 upper stage 61, and FIG. 2B is an upper stage 61, a stamper mold 60, a silicon substrate 50, and a lower stage 62. A sectional view and FIG. 2C are plan views of the lower stage 62.

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 upper stage 61 and the lower stage 62, an inlet (IN) 74a of the cooling pipe 74 is formed in the vicinity of the central portion b. Each stage 61, 62 is provided with cooling pipes 74 at equal angular intervals (45 degrees in this example) radially from the vicinity of the central portion b toward the peripheral portion. The outlets (OUT) 74b of the radial cooling pipes 74 are formed on the side surfaces.

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 upper stage 61, and FIG. 3B is an upper stage 61, a stamper mold 60, a silicon substrate 50, and a lower stage 62. A sectional view and FIG. 3C are plan views of the lower stage 62.

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 upper stage 61 and the lower stage 62, an inlet (IN) 75a of the cooling pipe 75 is formed in the vicinity of the central portion b. Each stage 61, 62 is provided with a cooling pipe 75 spirally from the vicinity of the central portion b toward the periphery, and an outlet (OUT) of the spiral cooling pipe 75 is provided on one side surface of each stage 61, 62. 75b is formed.

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 inlet 74a of the cooling pipe 74 formed in the vicinity of the central portion b of the upper stage 61 and the lower stage 62 of the first embodiment. In addition, since the structure which supplies a refrigerant | coolant to the inlet_port | entrance 75a of the cooling pipe 75 of 2nd Embodiment is also the same, description is abbreviate | omitted.

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 lower stage 62, and FIG. 4B is a side sectional view of the lower stage 62. 4C is a plan view of the upper and lower stage auxiliary plates 76, and FIG. 4D is a side sectional view of the upper and lower stage auxiliary plates 76. FIG. 4E is a side sectional view of the upper and lower stages 61 and 62 to which the auxiliary plates 76 are respectively attached.

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 lower stage 62 is an adsorption holding surface of the silicon substrate 50, and the inlet (IN) 74a of the cooling pipe 74 is formed on the lower surface near the central portion b.

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 outlet 77b of the refrigerant supply pipe 77 is formed on the upper surface near the central portion b of the auxiliary plate 76, and an inlet 77a of the refrigerant supply pipe 77 is formed on one side of the auxiliary plate 76. ing. In addition, since the structure of the upper stage 61 and the auxiliary | assistant plate 76 is also the same, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

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 inlet 77a of the refrigerant supply pipe 77 of each auxiliary plate 76 of the upper and lower stages 61, 62, the refrigerant is supplied from the outlet 77b of the refrigerant supply pipe to the upper and lower stages 61, 62. 62 enters the cooling pipe 74 through the inlet 74a. Then, the radial (or spiral) cooling pipe 74 flows while expanding toward the outlet 74b, and is discharged from the outlet 74b.

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 pipes 74 and 75 will receive ambient heat, and will go up, so that it flows toward the periphery from the center part b vicinity. . Therefore, the lower clad material 54 in the vicinity of the central portion b is cooled and solidified earlier than the lower clad material 54 in the peripheral portion, so that the center of gravity (central portion b) can be fixed first. Accordingly, since the positional deviation d between the stamper mold 60 and the silicon substrate 50 due to the shrinkage during cooling can be suppressed, the core groove (molded portion) 55 can be formed in the silicon substrate 50 with high accuracy.

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 pipes 74 and 75 and the positions where the inlets and outlets 74a, 74b, 75a and 75b are formed are devised, the structure is simple and the apparatus cost is reduced.

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 lower stage 62, and FIG. 5B is a side sectional view of the lower stage 62. FIG. 4C is a side sectional view of the upper and lower stages 61 and 62 to which the auxiliary plate 76 is attached. In addition, since the cooling pipe 74 and the auxiliary | assistant plate 76 are the same as the structure of Fig.4 (a)-(e), the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

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 lower stages 61 and 62 is provided, and a ring-shaped heater 78 is used as the heating means. The ring heater 78 is disposed above the cooling pipe 74 in the upper and lower stages 61 and 62 (on the silicon substrate 50 side and the stamper mold 60 side), but may be located on the lower side. Further, it may be arranged in the auxiliary plate 76.

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 lower stages 61 and 62 can be cooled by the ring-shaped heater 78, and the temperature of the surrounding part can be cooled in the state made higher than the center part b vicinity. Therefore, the lower clad material 54 near the central portion b is surely cooled and hardened before the lower clad material 54 in the peripheral portion. Moreover, by using the ring-shaped heater 78 as a heating means, it can be heated easily and at low cost.

本発明の第1実施形態であり、面内温度分布に勾配をつける状態を示した、冷却工程におけるスタンパ金型とシリコン基板の側面断面図である。It is 1st Embodiment of this invention, and is the side surface sectional drawing of the stamper metal mold | die and silicon substrate in a cooling process which showed the state which gives a gradient to in-plane temperature distribution. 本発明の第2施形態であり、(a)は上ステージの平面図、(b)は上ステージ、スタンパ金型、シリコン基板、下ステージの断面図、(c)は下ステージの平面図である。It is 2nd Embodiment of this invention, (a) is a top view of an upper stage, (b) is sectional drawing of an upper stage, a stamper metal mold | die, a silicon substrate, and a lower stage, (c) is a top view of a lower stage is there. 本発明の第3施形態であり、(a)は上ステージの平面図、(b)は上ステージ、スタンパ金型、シリコン基板、下ステージの断面図、(c)は下ステージの平面図である。It is a third embodiment of the present invention, (a) is a plan view of the upper stage, (b) is a sectional view of the upper stage, stamper mold, silicon substrate, lower stage, (c) is a plan view of the lower stage is there. 上下のステージの中央部の入口に冷媒を供給する構成であり、(a)は下ステージの平面図、(b)は下ステージの側面断面図、(c)は補助プレートの平面図、(d)は補助プレートの側面断面図、(e)は補助プレートを取付けた上下ステージの側面断面図である。It is the structure which supplies a refrigerant | coolant to the inlet_port | entrance of the center part of an upper and lower stage, (a) is a top view of a lower stage, (b) is side surface sectional drawing of a lower stage, (c) is a top view of an auxiliary plate, (d ) Is a side sectional view of the auxiliary plate, and (e) is a side sectional view of the upper and lower stages to which the auxiliary plate is attached. 本発明の第4施形態であり、(a)は下ステージの平面図、(b)は下ステージの側面断面図、(c)は補助プレートを取付けた上下ステージの側面断面図である。FIG. 4A is a plan view of a lower stage, FIG. 5B is a side sectional view of the lower stage, and FIG. 5C is a side sectional view of an upper and lower stage with an auxiliary plate attached thereto. (a)はシリコン基板の斜視図、(b)はマウント基板の斜視図である。(A) is a perspective view of a silicon substrate, (b) is a perspective view of a mount substrate. (a)〜(e)は、シリコン基板のマウント基板の位置に、導波路を形成する工程図である。(A)-(e) is process drawing which forms a waveguide in the position of the mount substrate of a silicon substrate. (a)〜(e)は、コア用溝を形成する工程図である。(A)-(e) is process drawing which forms the groove | channel for cores. (a)〜(e)は、図8の工程における説明図である。(A)-(e) is explanatory drawing in the process of FIG. コア用溝の位置ずれを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the position shift of the groove | channel for cores. (a)〜(d)は、冷却工程における面内温度分布を説明する図である。(A)-(d) is a figure explaining the in-plane temperature distribution in a cooling process. (a)は押圧工程における図11(b)の拡大図、(b)は冷却工程における図11(b)の拡大図である。(A) is an enlarged view of FIG.11 (b) in a press process, (b) is an enlarged view of FIG.11 (b) in a cooling process.

符号の説明Explanation of symbols

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 Silicon substrate 51 Mount substrate 52 Waveguide forming groove 54 Lower clad material (thermoplastic resin)
55 Core groove 58 Clad 59 Waveguide 60 Stamper mold 60a Core groove forming convex part 61 Upper stage 62 Lower stage 74 Radial cooling pipe 75 Helical cooling pipe 76 Auxiliary plate 77 Refrigerant supply pipe 78 Ring heater d Position Shift e Center of gravity shift f Rotation shift

Claims (4)

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。
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.
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。
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.
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を特徴とする請求項2に記載の合成樹脂の成形装置。   The synthetic resin molding apparatus according to claim 2, wherein heating means capable of heating a peripheral portion of each stage is provided. 前記加熱手段は、リング状ヒータであることを特徴とする請求項3に記載の合成樹脂の成形装置。   The synthetic resin molding apparatus according to claim 3, wherein the heating means is a ring heater.
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