JP4308190B2 - 離型装置と方法 - Google Patents

Description

本発明は一種の離型装置と方法に係り、特に構造が簡単で、わずかな力で型と基板を分離させられる離型装置と方法に関する。

製品の軽量化、薄型化、コンパクト化の発展傾向に対応し、多くの精密化、マイクロ化の製造技術が続々と開発され、全体の製造技術が進歩し、トップダウン（Ｔｏｐ−ｄｏｗｎ）及びボトムアップ（Ｂｏｔｔｏｍ−ｕｐ）の製造技術はナノサイズ（１００μｍ以下）に集中し、ナノ製造技術の種類は非常に多いが、大部分は加工速度が緩慢すぎ、且つ必要な設備コストが高く、量産には相当に不利である。

ナノインプリント技術（Ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔ）に関しては、機械力を利用して型上のナノ構造を同じ比率で成形材料上にインプリントし、それは加工解析度が高く、速度が速く、及びコストが安い等の特色を有しており、広くナノ電子、ナノ光学、超密度保存装置、バイオ検査チップ、ディスプレイキーパーツ等の各種のナノ部品に応用されている。しかし現在ナノインプリント技術は製品の大量生産が行えない。その主な原因は、型の圧印時のインプリント構造の深さ幅比、成形材料収縮、成形構造と型の間あの真空、摩擦、付着などの因子により離型が容易でなくなり、不当な離型方式によりすでにインプリントを終えたマイクロ構造が変形或いは破壊されたり、高分子が型に付着したりして、製品の歩留りが高くなくなるためである。

上述の型と成形材料のインプリント後の離型が容易でないことの原因から分かるように、マイクロ構造の間の摩擦力及び材料相互の間の親和力のほか、別の重要な因子として、型と高分子成形材料間に形成される真空効果があり、この真空の発生する吸着力は材料間の摩擦力及び界面親和力よりはるかに大きく、これから分かるように、順調に離型を完成するには、まず型と成形材料間の真空効果を克服しなければならない。

現在、上述の真空効果を克服するための多くの特許文献があり、例えば特許文献１に記載の離型装置と方法によると、外付けエアソースを型に通し、並びに型と成形材料の間に注入して真空破壊して離型を行っている。この方法は、まず型に貫通孔を設けて外から気体を注入しなければならず、且つ装置の気体注入の位置に合わせなければならず、このため型のマイクロ構造パターン設計が制限されると共に、製品の有効面積に影響が生じる。

さらに、特許文献２に記載の離型方法によると、成形工程中、型の辺縁外に延伸テープが置かれ、並びに成形材料と一体に加圧成形され、離型時に直接延伸テープと型を引き上げ、型と成形材料を分離させる。この方法は延伸テープを採用するため有効な成形面積が減る恐れがあり、さらには延伸テープ及びその周囲の成形品質に影響が生じうる。
また、特許文献３に記載の装置によると、気圧シリンダに組み合わされた複数の異なる機能のスプリングが成形基板の外側型部に支持され、離型時に軽いバネの力により成形後の型と成形材料を分離させる。この機構は比較的複雑であり且つナノインプリント工程の、型と基板が同じ幾何サイズの工程には適合しない。

さらに、特許文献４に記載の方法によると、形状記憶合金を型の辺縁部分に置き、成形後に温度変化を利用して形状記憶合金部品をもとの状態に回復させ並びに型と成形材料を一部分離させ、その後、さらにストッパブロックで基板を押さえて型を上昇させてそれを完全に離脱させる。この方法は特製の形状記憶合金部品を必要とし並びに温度変化の差異とストッパブロック設計を組み合わせる必要があり、過程が比較的複雑である。

上述の各特許文献の内容から分かるように、型と成形材料間に真空効果により発生する吸着力を破壊するための技術手段のほとんどは、型或いは成形基板の辺縁より着手しており、その使用する技術手段はいずれも煩雑な設計或いは特殊な材料を組み合わせなければ目的を達成できないか、或いは離型装置の設置によりインプリント面積或いは成形品質に影響が生じる。

米国特許第６４１６３１１ Ｂ１号明細書 米国特許第５３５８６７２号明細書 特許第２００４０６６６７１号明細書 特許第０６２７０１７０号明細書

周知の装置及び方法の欠点を鑑み、本発明の主要な目的は、一種の簡単な離型メカニズムを提供し、簡単な装置を利用し且つわずかな力で型と成形材料間の真空効果を破壊し、基板をインプリント成形後に順調に離型させるようにすることにある。

上述の目的を達成するため、本発明は一種の離型装置と方法を提供し、それは少なくとも一つの突き出しピンモジュールを既にインプリント成形を終えた型と基板の間に挿入し、型と基板局部を分離させ並びにスリットを形成し、外界の空気をこのスリットより型と基板の間に流入させて真空効果を破壊させ、さらに突き出しピンモジュールにより型より基板を完全に離脱させる。

好ましくは、本発明の装置はサイズが１００μｍ以下のマイクロナノ構造を包含するものとする。

好ましくは、本発明の装置は基板を包含し、それは成形材料層とされるか、或いは該基板上にコーティングされた成形材料層とされて、型がインプリント成形を行うのに供するものとする。

好ましくは、本発明の装置は突き出しピンモジュールを包含し、それは少なくとも一つの突き出しピン及び少なくとも一つのアクチュエータを包含し、型の少なくとも一部分を離脱させ並びにスリットを形成させて、空気を進入させるのに用いるものとする。

好ましくは、本発明の装置は少なくとも一つのアクチュエータを包含し、それは該突き出しピンを駆動して任意自由度方向に運動させられるものとする。

好ましくは、該突き出しピンモジュールは少なくとも一つの突き出しピンと少なくとも一つの振動アクチュエータを包含し、振幅量を発生して、空気を通過しやすくし、型の少なくとも一部分或いは全部を離脱させるものとする。

好ましくは、該振動アクチュエータは非特定周波数の信号を出力可能で、該突き出しピンに振動を発生させて、異なる成形工程に適用可能であるものとする。

請求項１の発明は、離型装置において、
型と、
該型によりパターンが圧印される基板と、
該型と該基板の外側に設置されて少なくとも一組の突き出しピン及びアクチュエータを包含し、該アクチュエータが振動アクチュエータとされた少なくとも一つの突き出しピンモジュールと、
を包含し、該突き出しピンモジュールの少なくとも一部分が該型と該基板の間に挿入可能で、該型と該基板の少なくとも一部分を分離させられることを特徴とする、離型装置としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の離型装置において、前記型の表面に少なくとも一つのマイクロナノ構造が設けられたことを特徴とする、離型装置としている。
請求項３の発明は、請求項２記載の離型装置において、前記マイクロナノ構造の特徴サイズが１００μｍ以下であることを特徴とする、離型装置としている。
請求項４の発明は、請求項１記載の離型装置において、前記基板が成形材料層とされて、前記型によるインプリント成形に供されることを特徴とする、離型装置としている。
請求項５の発明は、請求項１記載の離型装置において、前記基板上に成形材料層がコーティングされて、前記型によるインプリント成形に供されることを特徴とする、離型装置としている。
請求項６の発明は、請求項１記載の離型装置において、前記アクチュエータが前記突き出しピンを駆動して任意自由度方向に運動させられることを特徴とする、離型装置としている。
請求項７の発明は、離型方法において、
型と基板がインプリントステップを完成した後に、突き出しピンモジュールの突き出しピンを該型と該基板の間に挿入するステップ、
振動アクチュエータを使用して該突き出しピンモジュールを駆動し、該型と該基板の少なくとも一部分を分離させるステップ、
を包含したことを特徴とする、離型方法としている。
請求項８の発明は、請求項７記載の離型方法において、前記型の一面に少なくとも一つのマイクロナノ構造が設けられ、その特徴サイズが１００μｍ以下であることを特徴とする、離型方法としている。
請求項９の発明は、請求項７記載の離型方法において、前記基板が成形材料層とされて、前記型によるインプリント成形に供されることを特徴とする、離型方法としている。
請求項１０の発明は、請求項７記載の離型方法において、前記基板上に成形材料層がコーティングされて、前記型によるインプリント成形に供されることを特徴とする、離型方法としている。
請求項１１の発明は、請求項７記載の離型方法において、前記突き出しピンモジュールはアクチュエータを利用して駆動して該型と該基板の中間に挿入することを特徴とする、離型方法としている。
請求項１２の発明は、請求項１１記載の離型方法において、前記アクチュエータが前記突き出しピンを駆動して任意自由度方向に運動させられることを特徴とする、離型方法としている。

総合すると、本発明の提供する離型装置と方法は、簡単な装置を利用し且つ軽い力で型と成形材料間の真空効果を破壊して、型と基板をインプリント成形後に順調に分離させることができ、確実に従来の技術の欠点を克服する。なお、以下の説明は本発明の好ましい実施例にすぎず、本発明の実施の範囲を限定するものではなく、本発明の特許請求の範囲の記載に基づきなしうる均等な変化と修飾はいずれも本発明のカバーする範囲内に属するものとする。

以下に図面を参照して本発明が目的達成のために使用する技術手段と作用効果を説明する。しかし以下の図面に列挙される実施例は説明補助用であって、本発明に対する理解を補助するためのものであり、本発明の技術手段は列挙された図面に限定されるものではない。

図１及び図２は本発明が提供する離型装置の第１実施例を示す。それは、型１、基板２、受板３、及び少なくとも一つの突き出しピンモジュール４を包含する。そのうち、型１の表面にインプリントパターン１１が設置され、ナノインプリント技術に応用される時、該インプリントパターン１１はマイクロナノ構造とされ、その特徴サイズは１００μｍ以下である。該基板２は型１のインプリントパターン１１をその表面に圧印してパターン２１が成形され、ナノインプリント技術に応用される時、該基板２の材質は熱可塑性高分子材料とされうる。該受板３はベッド５上に設置される。該突き出しピンモジュールは型１と基板２の外部に設置される。それは突き出しピン４１とアクチュエータ４２で構成され、該突き出しピン４１は尖部４１１を具え、該アクチュエータ４２は少なくとも一つの駆動器で構成されて、突き出しピン４１を駆動して任意自由度方向に運動させる。本発明の前述の装置を使用した離型の方法は、型１と基板２がインプリント成形を完成した後に、アクチュエータ４２で突き出しピン４１を駆動して移動させてその尖部４１１を型１と基板２の間に挿入し、型１と基板２の局部或いは少なくとも一部分を分離させ並びにスリットを形成させる。この時、外界の空気が迅速にこのスリットより型１と基板２の界面に通入し、真空効果を破壊する。その後、該アクチュエータ４２で該突き出しピン４１をさらに駆動して型１を徐々に持ち上げるか、或いはアクチュエータ４２で該突き出しピン４１を駆動して直接型１を引き起し、型１と基板２を完全に離脱させ、こうして離型を順調に完成する。特に強調して説明すべきことは、空気が型１と基板２の界面に通入して真空効果を破壊した後、突き出しピン４１はただ軽い力を加えるだけで簡単に型１を持ち上げることができることである。

図３及び図４を参照されたい。突き出しピン４１の尖部４１１を型１と基板２の間に挿入できるように、型１の辺縁に円角１２或いは楔角１３が設置され、型１と基板２の接合時に、型１と基板２の辺縁に広部Ｄが形成され、突き出しピン４１の尖部４１１が該広部Ｄに挿入されて型１を持ち上げ、型１或いは基板２の損壊を形成しないものとされ、また、該円角１２或いは楔角１３は型１の辺縁に設置され、これによりインプリントパターンの設計或いはインプリント成形パターンにいかなる影響も与えないものとされる。

図５及び図６に示されるのは二種類の異なる外形の突き出しピンであり、該突き出しピン４１ａ、４１ｂは、異なる造形の尖部４１１ａ、４１１ｂを具え、全体的には、該尖部４１１ａ、４１１ｂは略尖錐状を呈し、該尖錐状構造は型と基板の間に挿入するのに有利な構造であるが、本発明の突き出しピンの外形に対する限定ではない。

図７及び図８は本発明の突き出しピンモジュールの配設方式を示す。図示される型１、基板２及び受板３は円形を呈し、その外部に複数の突き出しピンモジュール４が設けられ、該突き出しピンモジュール４は等角に、該型１、基板２及び受板３の外周に環状に配設され、図７では三つの突き出しピンモジュール４が設けられ、図８では四つの突き出しピンモジュール４が設けられ、且つ各突き出しピンモジュール４の突き出しピン４１はいずれも型１、基板２、及び受板３の中心Ｃに向いており、異なる要求により、これら複数の突き出しピン４１が同時に或いは前後に順番に離型を行い、該突き出しピンモジュール４の数は図示されるものに限定されるわけではなく、必要により少なくとも一つが配設される。

図９及び図１０を参照されたい。この実施例は本発明の別の形態の基板２への応用を示す。図示されるように、該基板２の表面には一層の成形材料層６がコーティングされ、ナノインプリントに応用される時、該成形材料層６は熱可塑性高分子材料（ＰＭＭＡ）とされ得て、型１、基板２、受板３及び突き出しピンモジュール４などの部品は図１、２に示されるものと同じであり、ゆえに、その詳細な構造及び機能については重複した説明は行わない。同様に、型１で該成形材料層６上に成形パターン６１を圧印した後、アクチュエータ４２で突き出しピン４１を駆動して移動させその尖部４１１を型１と基板２の間に挿入し、型１と基板２の局部或いは少なくとも一部分を分離させてスリットを形成させる。このとき、外界の空気が迅速にこのスリットより型１と基板２の界面に通入し、真空効果を破壊する。その後、該アクチュエータ４２で該突き出しピン４１をさらに駆動して型１を徐々に持ち上げるか、或いはアクチュエータ４２で該突き出しピン４１を駆動して直接型１を引き起し、型１と基板２を完全に離脱させ、こうして離型を順調に完成する。

図１１は本発明の別の実施例を示す。本実施例の特徴は、該突き出しピンモジュール４が振動アクチュエータ４３を包含することであり、その他の部品は上述の実施例と同じであるため、その詳細な構造及び機能の説明は省略する。該振動アクチュエータ４３の作用は、型１で成形材料層６上の成形パターン６１をインプリント後、突き出しピン４１を移動させてその尖部４１１を型１と基板２の間に挿入し、該振動アクチュエータ４３が非特定周波数の信号４３０を出力して突き出しピン４１に微量振動△ｔ（通常は型の厚さより小さいが、これに限定されるわけではない）を発生し、この振動△ｔの振幅量を外界の空気が該型１と基板２の間に通入できるようにし並びに真空効果を破壊できるようにし、該型１と該基板２の少なくとも一部分或いは全部を分離させ、こうして順調に離型を完成する。

本発明の離型装置の第１実施例図である。 本発明の離型装置の第１実施例図である。 本発明の型の辺縁構造の表示図である。 本発明の型の辺縁構造の表示図である。 本発明の異なる外形の突き出しピンの表示図である。 本発明の異なる外形の突き出しピンの表示図である。 本発明の突き出しピンモジュールの配設表示図である。 本発明の突き出しピンモジュールの配設表示図である。 本発明の離型装置の第２実施例図である。 本発明の離型装置の第２実施例図である。 本発明の離型装置の第３実施例図である。

符号の説明

１ 型
１１ インプリントパターン
１２ 円角
１３ 楔角
２ 基板
２１ 成形パターン
３ 受板
４ 突き出しピンモジュール
４１、４１ａ、４１ｂ 突き出しピン
４１１、４１１ａ、４１１ｂ 尖部
４２ アクチュエータ
４３ 振動アクチュエータ
５ ベッド
６ 成形材料層
６１ 成形パターン
Ｄ 広部
△ｔ 振動

Claims (12)

1. 離型装置において、
   型と、
   該型によりパターンが圧印される基板と、
   該型と該基板の外側に設置されて少なくとも一組の突き出しピン及びアクチュエータを包含し、該アクチュエータが振動アクチュエータとされた少なくとも一つの突き出しピンモジュールと、
   を包含し、該突き出しピンモジュールの少なくとも一部分が該型と該基板の間に挿入可能で、該型と該基板の少なくとも一部分を分離させられることを特徴とする、離型装置。
2. 請求項１記載の離型装置において、前記型の表面に少なくとも一つのマイクロナノ構造が設けられたことを特徴とする、離型装置。
3. 請求項２記載の離型装置において、前記マイクロナノ構造の特徴サイズが１００μｍ以下であることを特徴とする、離型装置。
4. 請求項１記載の離型装置において、前記基板が成形材料層とされて、前記型によるインプリント成形に供されることを特徴とする、離型装置。
5. 請求項１記載の離型装置において、前記基板上に成形材料層がコーティングされて、前記型によるインプリント成形に供されることを特徴とする、離型装置。
6. 請求項１記載の離型装置において、前記アクチュエータが前記突き出しピンを駆動して任意自由度方向に運動させられることを特徴とする、離型装置。
7. 離型方法において、
   型と基板がインプリントステップを完成した後に、突き出しピンモジュールの突き出しピンを該型と該基板の間に挿入するステップ、
   振動アクチュエータを使用して該突き出しピンモジュールを駆動し、該型と該基板の少なくとも一部分を分離させるステップ、
   を包含したことを特徴とする、離型方法。
8. 請求項７記載の離型方法において、前記型の一面に少なくとも一つのマイクロナノ構造が設けられ、その特徴サイズが１００μｍ以下であることを特徴とする、離型方法。
9. 請求項７記載の離型方法において、前記基板が成形材料層とされて、前記型によるインプリント成形に供されることを特徴とする、離型方法。
10. 請求項７記載の離型方法において、前記基板上に成形材料層がコーティングされて、前記型によるインプリント成形に供されることを特徴とする、離型方法。
11. 請求項７記載の離型方法において、前記突き出しピンモジュールはアクチュエータを利用して駆動して該型と該基板の中間に挿入することを特徴とする、離型方法。
12. 請求項１１記載の離型方法において、前記アクチュエータが前記突き出しピンを駆動して任意自由度方向に運動させられることを特徴とする、離型方法。

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