JP4455092B2 - 加工装置及び加工方法 - Google Patents
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Description
本発明はモールドと被加工物とを加圧して該モールドの形状を該ワークに転写する加圧加工装置及び加圧加工方法の分野に関するものである。
近年、モールド上の微細な構造を樹脂や金属等の被加工物（ワーク）に加圧転写する微細加工技術が開発され、注目を集めている。この技術は、ナノインプリントあるいはナノエンボッシングなどと呼ばれ、数ｎｍオーダーの分解能を持つため、次世代の半導体製造技術として、また、立体構造をウエハレベルで一括加工可能なため、フォトニッククリスタル等の光学素子やμ−ＴＡＳ等のバイオチップの製造技術として等々、幅広い分野への応用が期待されている。
特開２０００−２３２０９５では、半導体ウエハ上のレジストに対し、モールドを押し付けて圧痕パターンを形成し、イオンミリングにて半導体ウエハにパターンを形成する方法を提案している。
また、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ Ｖｏｌ．４１（２００２）ｐｐ．４１７３−４１７７ Ｐａｒｔ １，Ｎｏ．６Ｂ，Ｊｕｎｅ ２００２では、サファイアのブロックでブロックよりも小さいモールドを加圧し、ＵＶ光を照射してＵＶ硬化樹脂を硬化させ、パターンを形成する方法を提案している。
特開２０００−２３２０９５
Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ Ｖｏｌ．４１（２００２）ｐｐ．４１７３−４１７７ Ｐａｒｔ １，Ｎｏ．６Ｂ，Ｊｕｎｅ ２００２
ここで、前述の加工技術に関する課題について図を用いて説明する。
図５は従来技術の代表的な構成例である。モールド１０６としては、Ｓｉ又はＳｉＯ２等のウエハにＥＢリソグラフィー、ＦＩＢ、Ｘ線リソブラフィー等で微細加工を施したものやＮｉ電鋳等でそのレプリカを取ったものが主として用いられる。ワーク１０７としては、Ｓｉウエハ等の半導体ウエハに樹脂をコートしたものや樹脂板そのものが主として用いられる。これら、モールド１０６とワーク１０７をモールド加圧部１０４とワーク加圧部１０９とで挟み、加圧機構（不図示）で加圧して加工を行う。モールド１０６やワーク１０７等の保持には各加圧部に切られた溝や穴から排気１１０して保持するのが一般的である。
また、モールド１０６がモールド加圧部１０４、ワーク１０７、ワーク加圧部１０９よりも小さいため、その周辺部に加工力が集中し、中心部へ向けて減少してゆく。前述したウエハ類は一般的に厚さが１ｍｍ以下と薄いため、モールド１０６とワーク１０７の接触面に、この加工力の不均一性はほぼそのまま反映され、加工深さの不均一性を招く。また、同じ理由で排気１１０のためにあけられた溝や穴の付近では加工力が減少する。
このような形態では、モールド１０６のエッジ部分では応力集中が起こりやすい。前述したＳｉや、ＳｉＯ２といった材料は脆性材であり、この部分を起点に破壊が起こることが多い。また、この部分において加圧部の傷みが早く、保守コストの増大を招いていた。
そこで、本発明は検討の結果、以下の手段によって上述の課題を解決した。
本発明は、
被加工物をモールドにより加工するための加工装置であって、
前記モールドを支持し、加圧するための第１の支持部と、
前記第１の支持部と対向して配置された前記被加工物を前記第１の支持部との間に支持し、加圧するための第２の支持部と、
前記第１と第２の支持部とを近接させ、前記モールドの加工面と前記被加工物の被加工面とを接触させ、前記被加工物を加工するために、前記モールドと前記被加工物とを前記近接方向に押圧するための押圧手段とを備え、
前記第１の支持部の前記モールドとの接触面の外縁は、前記モールドの前記第１の支持部側の面内に配置され、前記第２の支持部の前記被加工物との接触面の外縁は、前記被加工物の前記第２の支持部側の面内に配置され、
前記第１の支持部の前記モールドとの接触面と前記第２の支持部の前記被加工物との接触面とが、同軸上に対向して配置され、面対称の関係にあることを特徴とする加工装置を提供するものである。
被加工物をモールドにより加工するための加工装置であって、
前記モールドを支持し、加圧するための第１の支持部と、
前記第１の支持部と対向して配置された前記被加工物を前記第１の支持部との間に支持し、加圧するための第２の支持部と、
前記第１と第２の支持部とを近接させ、前記モールドの加工面と前記被加工物の被加工面とを接触させ、前記被加工物を加工するために、前記モールドと前記被加工物とを前記近接方向に押圧するための押圧手段とを備え、
前記第１の支持部の前記モールドとの接触面の外縁は、前記モールドの前記第１の支持部側の面内に配置され、前記第２の支持部の前記被加工物との接触面の外縁は、前記被加工物の前記第２の支持部側の面内に配置され、
前記第１の支持部の前記モールドとの接触面と前記第２の支持部の前記被加工物との接触面とが、同軸上に対向して配置され、面対称の関係にあることを特徴とする加工装置を提供するものである。
本発明により、外周よりも内側を加圧することで、モールドあるいはワーク（被加工物）の外周部での応力集中を防ぎ、これらの破損と加圧部の劣化を抑える事が出来る。
本発明の実施の形態においては、上記構成を適用して、第１又は第２の支持部の少なくとも一方の加圧面がモールドとワークの両方の面より小さいものを用いて、これらの外周よりも内側を加圧することにより、モールドあるいはワークの外周部での応力集中を防ぎ、これらの破損と加圧部の傷みを抑える事が出来る。
さらに両加圧面の外形を一致させ、同軸に配置して、モールドとワークの接触面に対し対称な加圧面とすることにより、モールドとワークの変形を防いでこれらの破損をさらに防ぐ事が出来る。さらに加圧部を柱状形状とすることで、加工力の均一性を高め、均一な深さで加工出来る。
また、加工面の外側に低ヤング率の支持部を設け、加圧部との間に減圧して保持することにより、モールドあるいはワークを加工力の分布にほとんど寄与せず、保持し、加工力の均一性を高め、均一な深さで加工できる。さらに、低ヤング率の支持部を設け加圧部との間を減圧して保持することで前記加工力の均一性を保持したままモールド及びワークを保持出来る。
以下、図面を用いて、本発明の第１の実施例について以下に詳細な説明を行う。
図１に示すように、モールド１０６とＳｉウエハ上に樹脂をコートしたワーク（被加工物）１０７が対向して配置される。モールド加圧部（第１の支持部）１０４とワーク加圧部（第２の支持部）１０９はそれぞれフッ素樹脂で出来たモールド保持部１０５とワーク保持部１０８に隙間を空けて囲まれ、この隙間を排気１１０することで、モールド１０６とワーク１０７が保持される。両加圧部は加圧部支持部１０３、加圧機構１０２とその反力を受ける筐体１０１を介して接続される。加圧機構１０２は空圧シリンダでモールド１０６とワーク１０７との間を加圧し、モールド１０６の表面形状をワーク１０７上の樹脂に転写する。なお、各部の材質は特に記載していないものについては鉄又はステンレスである。加圧機構については、図面ではモールド側が動く記載になっているが、ワーク側が動いても、両方が動いても構わない。
本実施例においてはモールド１０６がワーク１０７より小さい円形であったため、モールド加圧部１０５をモールド１０６より小さな直径の円柱とした。ワーク加圧部１０９はワーク１０７より小さく、モールド加圧部１０４より大きな直径の円柱である。両加圧部が加圧軸上に対向して配置されたとき、両加圧部の面又は両加圧部の加圧軸に垂直な断面が面対称であるものが特に好ましい。これらを用いて加圧加工を行った様子を図２に示す。モールド１０６及びワーク１０７のエッジ部での応力集中が避けられ、この部分を起点とした破壊を抑えることが出来る。また、排気１１０のための穴や溝を設けたことによる加工力の不均一性も抑えることが出来る。なお、モールド保持部１０５とワーク保持部１０８は材質上、十分にヤング率が低いため、加工力の分布にはほとんど寄与しない。
本実施例では、円柱形状の加圧部を用いたが、モールド１０６やワーク１０７の形状、加工エリアの形状等にあわせて、例えば、四角柱や円管等、他の形状を適宜選択することも可能である。また、モールド保持部１０５とワーク保持部１０８の材質に樹脂を用いたが、例えば金属製のリングをばねで押し付ける等、加工力の分布に影響の小さい他の構成も可能である。
以下、図面を用いて、本発明の第２の実施例について以下に詳細な説明を行う。
図３に示すように、モールド１０６とＳｉウエハ上に樹脂をコートしたワーク１０７が対向して配置される。モールド加圧部１０４とワーク加圧部１０９はそれぞれフッ素樹脂で出来たモールド保持部１０５とワーク保持部１０８にすきまをあけて囲まれ、このすきまを排気１１０することで、モールド１０６とワーク１０７が保持される。両加圧部は加圧部支持部１０３、加圧機構１０２とその反力を受ける筐体１０１を介して接続される。加圧機構１０２は空圧シリンダでモールド１０６とワーク１０７との間を加圧し、モールド１０６の表面形状をワーク１０７上の樹脂に転写する。なお、各部の材質は特に記載していないものについては鉄又はステンレスである。
本実施例においてはモールド１０６がワーク１０７より小さい円形であったため、モールド加圧部１０５とワーク加圧部１０９を共にモールド１０６より小さな同じ直径の円柱とし同軸に配置した。具体的にはモールドの直径２５ｍｍに対して、両加圧部共に直径２０ｍｍ高さ３０ｍｍの円柱とした。これらを用いて加圧加工を行った様子を図４に示す。モールド１０６及びワーク１０７のエッジ部での応力集中が避けられ、この部分を起点とした破壊を抑えることが出来る。また、排気１１０のための穴や溝を設けたことによる加工力の不均一性も抑えることが出来る。なお、モールド保持部１０５とワーク保持部１０８は材質上、十分にヤング率が低いため、加工力の分布にはほとんど寄与しない。
さらに、本構成における加工力の分布は、円柱を軸方向に圧縮した際の、軸方向に垂直な断面の軸方向の応力分布にほぼ近いため、加圧部のヤング率が高い場合においても非常に均一な加工力の分布が得られる。例えば、厚さ１ｍｍのＳｉウエハをモールドとワークとし、鉄の加圧部で加圧したとすると加工力の分布を５％程度に抑えることができる。このため、高精度を要求する加工に特に好適である。
本実施例では、円柱形状の加圧部を用いたが、モールド１０６やワーク１０７の形状、加工エリアの形状等にあわせて、例えば、記録媒体の四角柱、円筒、加工のために中心に穴のあいた円筒等、他の形状を適宜選択することも可能である。また、モールド保持部１０５とワーク保持部１０８の材質に樹脂を用いたが、例えば金属製のリングをばねで押し付ける等、加工力の分布に影響の小さい他の構成も可能である。
１０１ 筐体
１０２ 加圧機構
１０３ 加圧部支持部
１０４ モールド加圧部（第１の支持部）
１０５ モールド保持部
１０６ モールド
１０７ ワーク
１０８ ワーク保持部
１０９ ワーク加圧部（第２の支持部）
１１０ 排気
１０２ 加圧機構
１０３ 加圧部支持部
１０４ モールド加圧部（第１の支持部）
１０５ モールド保持部
１０６ モールド
１０７ ワーク
１０８ ワーク保持部
１０９ ワーク加圧部（第２の支持部）
１１０ 排気
Claims (6)
- 被加工物をモールドにより加工するための加工装置であって、
前記モールドを支持し、加圧するための第１の支持部と、
前記第１の支持部と対向して配置された前記被加工物を前記第１の支持部との間に支持し、加圧するための第２の支持部と、
前記第１と第２の支持部とを近接させ、前記モールドの加工面と前記被加工物の被加工面とを接触させ、前記被加工物を加工するために、前記モールドと前記被加工物とを前記近接方向に押圧するための押圧手段とを備え、
前記第１の支持部の前記モールドとの接触面の外縁は、前記モールドの前記第１の支持部側の面内に配置され、前記第２の支持部の前記被加工物との接触面の外縁は、前記被加工物の前記第２の支持部側の面内に配置され、
前記第１の支持部の前記モールドとの接触面と前記第２の支持部の前記被加工物との接触面とが、同軸上に対向して配置され、面対称の関係にあることを特徴とする加工装置。 - 前記第１の支持部の前記モールドとの接触面の外縁、及び、前記第２の支持部の前記被加工物との接触面の外縁のいずれもが、前記モールドの前記第１の支持部側の面と前記被加工物の前記第２の支持部側の面のいずれの面よりも内側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の加圧装置。
- 少なくとも前記第１の支持部又は前記第２の支持部の少なくとも一方が、柱状の形である請求項１又は２に記載の加工装置。
- 前記柱状の第１又は第２の支持部の外側に保持部を備える請求項３に記載の加工装置。
- 被加工物をモールドにより加工するための加工方法であって、
前記モールドを支持し、加圧する第１の支持部に前記モールドを設置し、前記被加工物を支持し、加圧する第２の支持部に前記被加工物を設置する工程と
前記第１と第２の支持部とを近接させ、前記モールドの加工面と前記被加工物の被加工面とを接触させ、前記モールドと前記被加工物とを前記近接方向に押圧し、前記被加工物を加工する工程を備え
前記第１の支持部の前記モールドとの接触面の外縁は、前記モールドの前記第１の支持部側の面内に配置され、前記第２の支持部の前記被加工物との接触面の外縁は、前記被加工物の前記第２の支持部側の面内に配置され、
前記第１の支持部の前記モールドとの接触面と前記第２の支持部の前記被加工物との接触面とが、同軸上に対向して配置され、面対称の関係にあることを特徴とする加工方法。 - 前記第１の支持部の前記モールドとの接触面の外縁、及び、前記第２の支持部の前記被加工物との接触面の外縁のいずれもが、前記モールドの前記第１の支持部側の面と前記被加工物の前記第２の支持部側の面のいずれの面よりも内側に配置されることを特徴とする請求項５に記載の加圧方法。
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