JP4729338B2 - 転写装置 - Google Patents

Description

この本発明は、リソグラフィ技術を用いて型の表面に形成された微細な凹凸パターンを被成形品の表面に転写する転写装置に係り、特に型と被成形品とを真空成形室内に配置してなる転写装置に関する。

この種の転写装置は、型と被成形品との間に、成形雰囲気である空気や不活性ガスが閉じ込められて成形不良を生じることがあるため、特開２００４−２８８７８４号公報に記載のように、型と被成形品を開閉可能な真空成形室内に配置することが行われている。
特開２００４−２８８７８４号公報

型と被成型品を真空成形室内に配置すると、型と被成型品とを接離すべく、型又は被成型品の一方を移動可能に支持する可動体とこれに対向当接する部材との真空成形室に対する断面積（可動体の移動方向に垂直な断面積）が異なるため、真空成形室内を減圧したとき、真空成形室内の圧力変化により可動体が受ける移動方向の荷重が変化し、可動体は真空成形室内へ向かう方向へ引き込まれる。

この力は、可動体の駆動部に作用し、型と被成型品との押し付け力の制御に影響を及ぼし、的確な成形を困難にしている。

この発明は、前述した課題を解決し、真空成形室内の圧力変化の影響を抑えて簡単かつ的確に成形を行うことのできる転写装置を提供することを目的としている。

前述のごとき問題に鑑みて、本発明は、転写用の型とこの型により転写される被成形品とを、開閉可能な真空成形室内に、互いに対向させて接離可能に配置してなる転写装置において、前記型と被成形品とを接離すべく一方を接離方向へ移動可能に支持する可動体と、この可動体の移動方向と平行に配置され、ピストンロッドを介して該可動体に連結され、作動、非作動の選択可能な複数のバランスシリンダと、を備え、前記真空成形室内の圧力状態の運転変更により前記バランスシリンダの作動本数を変更することを特徴とするものである。

また、転写用の型とこの型により転写される被成形品とを、開閉可能な真空成形室内に、互いに対向させて接離可能に配置してなる転写装置において、前記型と被成形品とを接離すべく一方を接離方向へ移動可能に支持する可動体と、この可動体の移動方向と平行に配置され、ピストンロッドを介して該可動体に連結され、作動、非作動の選択可能な複数のバランスシリンダと、前記真空成形室内の圧力を検出する圧力検出器と、この圧力検出器の出力に応じて前記バランスシリンダの作動本数を変更し、前記真空成形室内の圧力変化により前記可動体が受ける前記移動方向の荷重の変化を相殺又は軽減する圧力制御部と、を備えたことを特徴とするものである。

また、前記転写装置において、前記型と被成形品との押し付け力を検出するためのロードセルが、前記真空成形室内に配置されていることを特徴とするものである。

この発明によれば、真空成形室（減圧成形室）内を減圧し、また、大気圧に戻すとき、この真空成形室内の圧力変化により可動体が受ける移動方向の荷重の変化は、バランスシリンダにより相殺される。このため、真空成形室内の圧力変化の影響を抑えて簡単かつ的確に成形を行うことができる。

なお、前記型と被成形品との押し付け力を検出するためのロードセルは、前記真空成形室内に配置することが好ましく、このようにすれば、ロードセルが真空成形室内の圧力変化の影響を受けなくなり、より的確な成形を行うことができる。

図１，図２において、符号１は転写装置、３は本体フレームである。本体フレーム３は、図１に示すように、側面視した場合の形状は概ねＬ字型をしており、下部にベースフレームとしての四角形状の下部フレーム７が一体的に取り付けられている。下部フレーム７の４隅には、それぞれタイバ９が本体フレーム３の垂直部と平行に立設され、タイバ９の上端には、駆動手段を支持するための支持フレームとしての四角形状の上部フレーム５が取り付けられている。タイバ９には、前記上部フレーム５と下部フレーム７との間において、四角形状の可動体１９がタイバ９に沿う方向すなわち上下に移動自在に配置されている。

本体フレーム３の上部は、上部フレーム５及び可動体１９の左右両側面のそれぞれほぼ半分の位置に達するように前方（図１において右方）に突出し、それらの先端には上下に伸びるリニアガイド（案内手段）２１が取り付けられている。上部フレーム５と可動体１９の左右両側面には、リニアガイド２１に係合して、例えば零クリアランスの状態で上下に精密に案内移動されるスライダ２３，２４が取り付けられている。

上記説明より理解されるように、前記本体フレーム３は、前記下部フレーム（ベースフレーム）７を支持するフレーム支持部３Ａを一端側（下端側）に備えることにより、側面視したときに、図１に示すように概ねＬ字形を呈するものである。そして、前記本体フレーム３の他端側（上端側）の左右両側（図１において紙面に垂直な方向の両側）に、前記リニアガイド２１を備えたガイドフレーム３Ｂを前方に突出して備えることにより、上端側（他端側）に凹部を形成した構成である。

そして、前記上部フレーム５及び前記可動体１９は、図３に示すように、本体フレーム３における左右の前記ガイドフレーム３Ｂの間に配置してあり、前記上部フレーム５，可動体１９に備えた前記スライダ２３，２４は、上部フレーム５，可動体１９の前後方向（図１，図３において左右方向）及び左右方向（図１において紙面に垂直な方向、図３において上下方向）の中心を中心として対称的な位置において前記リニアガイド２１に係合している。なお、図１には、前記リニアガイド２１は、前記スライダ２３，２４に共通化してあるが、前記スライダ２３，２４にそれぞれ対応したリニアガイドを別個に設けることも可能である。しかし、加工の容易性、互いの平行度の加工精度を考慮すると、スライダ２３，２４に対してリニアガイド２１を共通に設けることが望ましいものである。

上記リニアガイド２１及びスライダ２３，２４は、上部フレーム５及び可動体１９自体の温度変化による位置ずれ（横ずれ）を防止するため、上部フレーム５及び可動体１９の前後左右の中心に対して対称の位置に配置することが好ましい。

下部フレーム７の上面中央には、上に向かって垂直に伸びる固定台１０が取り付けられている。固定台１０の上には、図２に示すように、Ｘ，Ｙテーブル等のＸ，Ｙ方向（前後左右方向）へ移動可能かつ微調整して位置決め可能な可動テーブル１１が設けられ、この可動テーブル１１の上には、被成形品１３を支持する支持台１５が設けられている。なお、可動テーブル１１は、リニアガイドとスライダにより案内され、サーボモータにより駆動されるもので、公知の構成であるため、詳述を避ける。

被成形品１３は、例えば、シリコン、ガラス、セラミック等の適宜な材料よりなる基板の上面に紫外線硬化樹脂等からなる被成形層（図示せず）を数１０ｎｍ〜数μｍの厚さに塗布した薄膜を備えた構成である。なお、この上記被成形層は、熱可塑性樹脂よりなるレジストを用いる場合もあるため、支持台１５には、上記被成形層を加熱軟化させて成形を容易にするためのヒータのような加熱手段（図示せず）を内蔵させてもよい。

図２に示すように、可動体１９の下面中央（前記ベースフレームに対向した対向面の中央）には、ロードセル４６を介して旋回台４７が可動体１９の下面中央を中心として旋回可能かつ所定の角度位置に固定可能に取り付けられている。この旋回台４７には、球面継ぎ手や十字継ぎ手を用いた水平化機構（平行化機構、詳細は省略）４５を介して型支持プレート４３が取り付けられ、この型支持プレート４３に型４１が着脱可能に装着される。

型４１は、型表面（図２において下面）にリソグラフィ技術を用いて微細な凹凸のパターンが形成されており、この実施形態においては紫外線を透過し易い透明の石英ガラスからなっている。

上記型支持プレート４３、水平化機構（平行化機構）４５、旋回台４７及びロードセル４６は、いずれも中央に貫通穴４３Ａ等を有し、可動体１９には、紫外線光源４２から光ファイバ４２Ａ及び反射ミラー４２Ｂを介して紫外線を上記貫通穴から型４１の背面へ導く貫通穴４２Ｃが設けられている。すなわち導光路が備えられている。

支持プレートとしての前記上部フレーム５には、前記可動体１９を移動するための駆動手段の一例としてのサーボモータ３３が装着支持されている。サーボモータ３３の出力軸３５は、軸受２９により上部フレーム５に回転のみ自在に取り付けられた中空軸３１に連結され、中空軸３１の下端には、ボールネジ機構２５を構成するボールネジナット２６が取り付けられている。このボールネジナット２６には、可動体１９の前後左右の中央部（中心）に垂直に取付固定されたボールネジ軸２７が係合し、可動体１９を所定の速度及びトルクで上下に移動させるようになっている。

前記可動体１９の下面には、型支持プレート４３等を囲むリング状の上カバー５４が気密を保つように取り付けられている。他方、下部フレーム７側には、下端を固定台１０の周面に気密を保って上下に移動可能に係合され、上端を上記上カバー５４の下端に気密を保つように当接可能に形成されて可動テーブル１１等を囲む同じくリング状の下カバー５６が取り付けられている。この下カバー５６は、下部フレーム７に取り付けられた上下動用アクチュエータの一例としての複数のシリンダ５８により上下に移動され、上カバー５４とにより、型支持プレート４３及び可動テーブル１１の周囲に開閉可能な成形室６０を形成するようになっている。

この成形室６０は、可動体１９に設けた流路６１及びこの流路６１に接続された配管６２を介して負圧発生手段の一例としての真空ポンプ６３に接続され、減圧可能になっている。以下、この成形室６０を真空成形室（減圧成形室）６０と言う。真空成形室内の圧力は圧力検出器６４によって検出され、この圧力検出器６４の出力は真空ポンプ６３のポンプ駆動制御部６５に取り込まれ、真空成形室６０内の圧力を所定の値に減圧するように構成されている。なお、配管６２の途中には、真空成形室６０内を大気圧に戻すためのリークバルブ６６が設けられている。

上部フレーム５には、バランス取り手段の一例としての複数のバランスシリンダ５０が、図３に示すように、可動体１９の中心に対して対称な位置に複数立設され、これらのバランスシリンダ５０のピストンロッド５２は、それぞれ可動体１９に連結されている。これらのバランスシリンダ５０には、空圧源又は油圧源等の流体圧力源６７から圧力制御部６８を介して作動流体が供給される。

これらのバランスシリンダ５０は、上記圧力検出器６４の出力を圧力制御部６８に取り込んで作動流体の圧力を所定の値に制御し、重量による可動体１９の下向きの荷重を相殺すると共に、真空成形室６０内の圧力変化により可動体１９が受ける上下方向すなわち可動体１９の移動方向の荷重の変化を相殺するようになっている。

次いでこの転写装置の作用について説明する。シリンダ５８により下カバー５６を下降させて真空成形室６０を開き、型４１を型支持プレート４３に取り付け、型４１の中央を中心とする回転方向の取付角度を旋回台４７により調整する。なお、この型４１の取付角度調整は、型取付時のみでなく、マークを用いた公知の位置合わせ手段により、支持台１５上にセットされた被成形品１３に合わせて各成形サイクル毎に自動的に調整するようにしてもよい。

上記のように型４１をセットした後、上面に紫外線硬化樹脂からなる被成形層を塗布した被成形品１３を支持台１５上にセットする。

次いでシリンダ５８により下カバー５６を上昇させて真空成形室６０を閉じ、ポンプ駆動制御部６５により真空ポンプ６３を作動させて真空成形室６０内を減圧する。この真空成形室６０内の圧力は、圧力検出器６４によって検出され、この圧力検出器６４の出力をポンプ駆動制御部６５に取り込み、真空成形室６０内の圧力を所定の値まで減圧する。

真空成形室６０内の圧力が大気圧のときには、可動体１９に作用する力は、重量による下向きの荷重のみであり、圧力検出器６４の出力は零である。このとき、圧力制御部６８は、流体圧力源６７からバランスシリンダ５０へ供給する作動流体の圧力を、上記可動体１９の重量による下向きの荷重のみを相殺するように制御している。

ところで、上記のように真空成形室６０内が減圧されると、可動体１９は、図２において下方へ引き込み力を受ける。他方、可動体１９に対向する下カバー５６と固定台１０は、上記引き込み力と同じ大きさの上方への引き込み力を受ける。この上方への引き込み力のうち下カバー５６が受ける力は、上カバー５４を介して可動体１９に伝達されるため、可動体１９が受ける下方への引き込み力のうち、上記下カバー５６が受ける力の分は、互いに相殺されるが、固定台１０が受ける上方への引き込み力は相殺されないため、この固定台１０が受ける上方への引き込み力に相当する下方への引き込み力が可動体１９に作用し、この力により可動体１９は下向きの荷重を受ける。

そこで、圧力制御部６８は、圧力検出器６４の出力を取り込み、バランスシリンダ５０へ供給する作動流体の圧力を、真空成形室６０内の圧力に応じて変化させ、固定台１０が受ける上方への引き込み力に相当する力の分を増加させて可動体１９が受ける上下方向すなわち可動体１９の移動方向の荷重の変化を相殺する。

次いでサーボモータ３３のトルクを所定の値に設定して可動体１９を下降させ、型４１を被成形品１３の上面に押し付ける。

このとき、可動体１９は、その側方に配置されたリニアガイド２１及びスライダ２４により位置ずれ（横ずれ）をより小さく抑えられて下降し、被成形品１３の所定位置に向けて押し付けられる。また、このとき、可動体１９は、上記のようにバランスシリンダ５０により重力による下向きの荷重及び真空成形室６０内を減圧したことによる荷重の増加が相殺されているため、サーボモータ３３は所定のトルク及び速度に正確に制御されて下降する。

この際、シリンダ５８は、下カバー５６を上カバー５４に密着するように押圧することなく、フリーな状態にあって、可動体１９と下カバー５６とが一体的に上下動するとき、下カバー５６の上下動に追従して円滑に上下動するものである。

また、型４１は水平化機構４５により被成形品１３の上面と平行になるように構成されているため、型４１は被成形品１３の表面に全面がより均一な面圧で押し付けられる。

上記押し付け力は、ロードセル４６により検出され、サーボモータ３３にフィードバックされて所定の値に保たれる。このとき、ロードセル４６は真空成形室６０内に配置されているため、ロードセル４６は真空成形室６０内の圧力変化の影響を全く受けない。そこで、上記押し付け力は、簡単かつ正確に制御される。

こうして型４１は、被成形品１３の上面に塗布された紫外線硬化樹脂からなる被成形層に所定の押し付け力で押し付けられ、型４１の表面に形成された微細な凹凸のパターンを被成形品１３の被成形層に転写する。このとき、真空成形室６０内は減圧されているため、型４１と被成形品１３の被成形層との間に、成形雰囲気である空気（真空成形室６０内を不活性ガス雰囲気にした場合は不活性ガス）が閉じ込められて成形不良を生じることはない。

この型４１の押し付け力により、タイバ９は極くわずかではあるが伸び、上部フレーム５を上方へ変位させる。この上部フレーム５の変位はリニアガイド２１とスライダ２３により吸収され、フレーム３の上部を図１において左方へ反らせるような不具合は生じない。そこで、型４１の押し付けに伴う型４１の押圧方向に対して直交する方向の位置ずれ（横ずれ）が抑えられる。

また、上部フレーム５は、上記リニアガイド２１とスライダ２３により支持されているため、複数のタイバ９の伸びに差が生じるような場合にも、上部フレーム５の位置ずれ（横ずれ）は小さく抑えられ、型４１の位置ずれ（横ずれ）を小さく抑える。

なお、このタイバ９の伸びの差は、型４１の押し付け力が比較的小さい場合には、極めてわずかであるため、上記リニアガイド２１とスライダ２３による上部フレーム５の案内手段は省略してもよい。

上記転写の後、紫外線光源４２から光ファイバ４２Ａ及び反射ミラー４２Ｂを通して紫外線を型４１の背面へ所定時間照射する。型４１の背面へ照射された紫外線は、型４１が透明の石英ガラスからなっているため、これを透過して被成形品１３の上面に塗布された紫外線硬化樹脂からなる被成形層に当り、この被成形層を硬化させる。

こうして被成形層を硬化させた後、サーボモータ３３により可動体１９を上昇させて型４１を被成形品１３から離す。次いでリークバルブ６６を開いて真空成形室６０を大気圧に戻し、シリンダ５８により下カバー５６を下降させて真空成形室６０を開き、被成形品１３を取り出して一連の転写動作を終了する。

ところで、前記説明においては、複数（例えば４本）のバランスシリンダ５０を全て使用して可動体１９の上下動を行う旨説明したが、常に全てのバランスシリンダ５０を作用する必要はないものである。すなわち、真空成形室６０内が大気圧の場合には、例えば対角位置の２本（例えば４本以上の偶数本のバランスシリンダ５０を用いた場合には一本飛び毎の複数本）のバランスシリンダ５０を作動状態として可動体１９等の重量を相殺するように支持する。そして、前記真空成形室６０内が減圧された状態のときには、全てのバランスシリンダ５０を作動状態とする。

すなわち、可動体１９等の重量を支持する複数のバランスシリンダ５０と、真空成形室６０内を減圧したときに、可動体１９を下降しようとする力と均衡するように作用する複数のバランスシリンダ５０とにグループ分けして使用することも可能である。この場合、型４１等を含めての可動体１９等の重量がほぼ一定であり、また、真空成形室６０内の減圧（真空度）が常にほぼ一定である場合には、各グループ毎のバランスシリンダ５０へ供給する作動流体の圧力制御が容易なものである。

上記構成によれば、バランスシリンダ５０のグループ毎にバランスする対象が異なるので、バランシリンダ５０へ供給する作動流体の圧力制御が容易であって、前記真空成形室６０の減圧（真空度）に対応しての制御が容易なものである。

すなわち、本実施形態によれば、真空成形室６０内の減圧が変化するような場合であっても、上記減圧による影響を少なくして、型４１と被成形品１３との接触圧（転写圧）を、被成形層の材質に対応して正確に制御することができるものであり、精度のよい転写を行うことができるものである。

ところで、本発明は、前述した実施形態のみに限るものではなく、適宜の変更を行うことにより、その他の形態においても実施可能である。すなわち、下側に備えた固定台１０に対して上側に配置した可動体１９を上下動可能に設けた場合について説明したが、可動体１９を上下動するか固定台１０を上下動するかは、型４１を上下動するか被成形品１３を上下動するかというものであって、相対的なものである。したがって、固定台１０を上下動可能に構成して可動体１９を固定した構成とすることも可能である。また、型４１を可動体１９側に取り付け、被成形品１３を下部フレーム７側に取り付けた場合について例示したが、逆にしてもよいものである。さらには、図１，図２に示した構成を上下逆にすることや、横にすることも可能である。すなわち、前記説明においては縦型の構成の場合について例示したが、縦型であって上下逆の構成や横型の構成とすることも可能である。さらにまた、サーボモータ３３を下部フレーム７側に取り付け、上部フレーム５と可動体１９との間に型４１と被成形品１３を設けるようにしてもよい等、種々の構成を採用することができる。

また、被成形層としては、紫外線硬化樹脂、熱可塑性樹脂のほか、いずれのものでもよく、被成形層の材料に応じてその軟化及び／又は硬化手段を選定することができる。さらに、型４１を下部フレーム７にセットし、被成形品１３を可動体１９側に取り付けるようにしてもよい。このとき、被成形層の軟化及び／又は硬化手段も合わせて変更する。

この発明による転写装置の一実施形態例を示す左側面図。 図１のＡ−Ａ線による断面図。 図１の平面図。

符号の説明

１ 転写装置
３ 本体フレーム
５ 上部フレーム
７ 下部フレーム
９ タイバ
１０ 固定台
１１ 可動テーブル
１３ 被成形品
１５ 支持台
１９ 可動体
２１ リニアガイド（案内手段）
２３，２４ スライダ（案内手段）
２５ ボールネジ機構
２６ ボールネジナット
２７ ボールネジ軸
２９ 軸受
３１ 中空軸
３３ サーボモータ
３５ 出力軸
４１ 型
４２ 紫外線光源
４２Ａ 光ファイバ
４２Ｂ 反射ミラー
４２Ｃ，４３Ａ 貫通穴
４３ 型支持プレート
４５ 水平化機構
４６ ロードセル
４７ 旋回台
５０ バランスシリンダ
５２ ピストンロッド
５４ 上カバー
５６ 下カバー
５８ シリンダ
６０ 真空成形室（減圧成形室）
６１ 流路
６２ 配管
６３ 真空ポンプ
６４ 圧力検出器
６５ ポンプ駆動制御部
６６ リークバルブ
６７ 流体圧力源
６８ 圧力制御部

Claims (3)

1. 転写用の型とこの型により転写される被成形品とを、開閉可能な真空成形室内に、互いに対向させて接離可能に配置してなる転写装置において、
   前記型と前記被成形品とを接離すべく一方を接離方向へ移動可能に支持する可動体と、
   この可動体の移動方向と平行に配置され、ピストンロッドを介して前記可動体に連結され、作動、非作動の選択可能な複数のバランスシリンダと、
   を備え、
   前記真空成形室内の圧力状態の運転変更により前記バランスシリンダの作動本数を変更することを特徴とする転写装置。
2. 転写用の型とこの型により転写される被成形品とを、開閉可能な真空成形室内に、互いに対向させて接離可能に配置してなる転写装置において、
   前記型と前記被成形品とを接離すべく一方を接離方向へ移動可能に支持する可動体と、
   この可動体の移動方向と平行に配置され、ピストンロッドを介して前記可動体に連結され、作動、非作動の選択可能な複数のバランスシリンダと、
   前記真空成形室内の圧力を検出する圧力検出器と、
   この圧力検出器の出力に応じて前記バランスシリンダの作動本数を変更し、前記真空成形室内の圧力変化により前記可動体が受ける前記移動方向の荷重の変化を相殺又は軽減する圧力制御部と、
   を備えたことを特徴とする転写装置。
3. 請求項１又は２に記載の転写装置において、
   前記型と前記被成形品との押し付け力を検出するためのロードセルが、前記真空成形室内に配置されていることを特徴とする転写装置。

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