JP4745177B2 - Method and apparatus for detecting print pressure in micro contact printing - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロコンタクトプリントにおいて、スタンプとワークの平行出しがなされ、スタンプに転写剤として薬液が補充されているスタンプと、ワークを相対的に接近させ、所要の接触圧力で接触させ薬液をワークに転写するために、接触圧力を管理するためのプリント圧力検出方法及び装置に関するものである。 The present invention relates to a microcontact print, in which a stamp and a workpiece are paralleled, and the stamp is replenished with a chemical solution as a transfer agent, and the workpiece is brought relatively close to each other at a required contact pressure to bring the chemical solution into contact with the workpiece. The present invention relates to a printing pressure detection method and apparatus for managing a contact pressure for transferring to a sheet.
レジストパターンなどの原版をPDMS(ポリジメチルシロキサン)に型取りし、そのPDMS型をモールド型として、チオールを含む有機高分子溶液を塗布し、基板上の金属膜にスタンプして自己組織化膜を形成する技術は、マイクロコンタクトプリント法として知られている。この方法は、比較的容易に超微細回路パターンを作成する技術として注目を浴びている。しかしながら、従来この方法を実施するのは、殆ど手作業によっており、工業的に実施する段階には至っていない。 A master plate such as a resist pattern is cast in PDMS (polydimethylsiloxane), the PDMS mold is used as a mold mold, an organic polymer solution containing thiol is applied, and a metal film on the substrate is stamped to form a self-assembled film. The forming technique is known as a microcontact printing method. This method is attracting attention as a technique for creating an ultrafine circuit pattern relatively easily. However, this method is conventionally carried out almost manually and has not yet reached an industrial stage.
マイクロコンタクトプリントを実施するためには、例えばインクホルダー台からスタンプへインクの補充をするとき、または、スタンプからワークへインクを転写するときに、夫々コンタクト(接触)の過程を経るが、この接触圧力(接触推力)を工業的に制御し、或いは管理する技術は確立されていない。したがって、従来の方法では、正確に一定の接触圧力を保って、精度が一定に保たれたマイクロコンタクトプリントを大量生産することが困難である。このことは、従来の方法では、インク等の材料の粘性による転写特性や、スタンプ及びワークの密着性による転写特性などを、最良の状態に維持できるとは限らないということを意味する。 In order to perform microcontact printing, for example, when ink is replenished from the ink holder base to the stamp, or when ink is transferred from the stamp to the workpiece, a contact (contact) process is performed. A technique for industrially controlling or managing pressure (contact thrust) has not been established. Therefore, with the conventional method, it is difficult to mass-produce micro contact prints that maintain a constant contact pressure accurately and maintain a constant accuracy. This means that the transfer method due to the viscosity of the material such as ink and the transfer property due to the adhesion between the stamp and the work cannot always be maintained in the best state by the conventional method.
マイクロコンタクトプリントにおいて、薬液をワークに転写するために、接触圧力を管理することが困難である理由は、そこで転写すべきパターンがナノメーターサイズであることによる。具体的には、1ミクロンのさらに千分の1という極微小サイズであるため、例えば一様な線を引くために、平行度や、移動量などについてもナノメーターレベルの精度が求められるが、これを実施することが容易ではない。ある装置においては、サーボモーターの電流値モニターにより負荷を検出し、加圧力を制御するという方法が取られた。しかしながら、ギアによる減速機構の摩擦や、直動ガイドの摺動抵抗の問題を取り除くことが困難であり、また、電流値によるモータートルク制御の分解能が不足するために、正確な圧力制御は著しく困難であった。 The reason why it is difficult to control the contact pressure in order to transfer a chemical solution to a workpiece in micro contact printing is that the pattern to be transferred there is a nanometer size. Specifically, since it is an extremely small size of 1/1000 of 1 micron, for example, in order to draw a uniform line, the accuracy of the nanometer level is required for the parallelism, the moving amount, etc. It is not easy to implement this. In some devices, the load was detected by the current value monitor of the servo motor, and the applied pressure was controlled. However, it is difficult to eliminate the friction of the gear reduction mechanism and the sliding resistance of the linear guide, and because the resolution of motor torque control by current value is insufficient, accurate pressure control is extremely difficult. Met.
マイクロコンタクトプリント技術においては、何件かの提案もなされており、例えば、特開2005−129791号は本出願人の出願に係るものであるが、大量生産を目的とした内容を有するものではない。特開2006−140493号はマイクロコンタクトプリントを含むソフトリソグラフィ用のスタンプ及びその製造方法に関するものであるが、具体的な大量生産方法を開示してはいない。 Some proposals have been made in the microcontact printing technology. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-129791 relates to the application of the present applicant, but does not have contents intended for mass production. . Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-140493 relates to a soft lithography stamp including microcontact printing and a method for manufacturing the stamp, but does not disclose a specific mass production method.
本発明は上記の点に着目して成されたもので、その課題は、マイクロコンタクトプリント法において、スタンプのワークに対する接触圧力を正確に管理することである。また、本発明の他の課題は、マイクロコンタクトプリント法において、スタンプからインク等の薬液を正確にワークに転写し、マイクロコンタクトプリント法を工業的に実施可能にすることである。 The present invention has been made paying attention to the above points, and the problem is to accurately manage the contact pressure of the stamp against the workpiece in the microcontact printing method. Another object of the present invention is to accurately transfer a chemical solution such as ink from a stamp onto a workpiece in the micro contact printing method, so that the micro contact printing method can be industrially implemented.
前記の課題を解決するため、本発明は、スタンプとワークの平行出しがなされており、スタンプに転写剤として薬液が補充されており、そのスタンプとワークを相対的に接近させ、所要の接触圧力で接触させて薬液をワークに転写するために、接触圧力を管理する方法でとして、スタンプを保持しているスタンプホルダーに初期圧力を加圧するための手段は、ワークの上昇量に対応して移動可能な重りによる加圧を含む加圧手段であり、上記スタンプホルダーの側に、予め所定の荷重を加えてその値を初期圧力として検出し、スタンプの下位に配置されているワークをスタンプに対して上昇させ、接触圧力を加えるとともに、その接触圧力を検出し、スタンプを保持している側に加えられている初期圧力と上記接触圧力との差をプリント圧力として検出するという方法的手段を講じたものである。
In order to solve the above-described problems, the present invention is such that the stamp and the workpiece are paralleled, and the stamp is filled with a chemical as a transfer agent, the stamp and the workpiece are relatively brought close to each other, and a required contact pressure is obtained. In order to transfer the chemical solution to the workpiece by contacting with, the means for pressurizing the initial pressure to the stamp holder holding the stamp moves as the workpiece rises as a method of controlling the contact pressure Pressurization means including pressurization with possible weights , a predetermined load is applied to the stamp holder side in advance to detect the value as an initial pressure, and the work placed below the stamp is applied to the stamp The contact pressure is applied, the contact pressure is detected, and the difference between the contact pressure and the initial pressure applied to the side holding the stamp is printed pressure. In which it took method means that detected.
本発明に係るプリント圧力検出方法では、スタンプを所要の接触圧力でワークに接触させて薬液を転写する工程を取り扱うので、スタンプとワークの平行出しは既になされており、かつ、スタンプに転写剤としての薬液が補充可能な段階にあるものである。従って、スタンプとワークを接触させれば、目的とするスタンプを実行できる段階にあるものとする。 In the print pressure detection method according to the present invention, the stamp is brought into contact with the workpiece at a required contact pressure and the process of transferring the chemical solution is handled. Therefore, the stamp and the workpiece are parallelized, and the stamp is used as a transfer agent. The chemical solution is in a stage where it can be replenished. Therefore, if the stamp and the work are brought into contact with each other, it is assumed that the target stamp can be executed.
本発明の目的とするプリント圧力検出方法では、まず、スタンプを保持している側に、予め所定の荷重を加えてその値を初期圧力として検出しておく。その後で、ワークをスタンプに対して接近させ、さらに接触圧力を加えるとともに、その接触圧力を検出し、初期圧力と接触圧力との差をプリント圧力として検出する。従って、初期圧力>接触圧力の条件が必要である。なお、ここで圧力を「検出」とは、必ずしも数値として圧力を検出することを意味しない。例えば、初期圧力など特定の圧力が加わっていることを把握でき、かつ、その後、接触圧力など別の圧力が加わったときにもそれを把握できることにより、初期圧力と接触圧力の差を把握できるならばそれで十分である。 In the print pressure detection method of the present invention, first, a predetermined load is applied in advance to the side holding the stamp, and the value is detected as the initial pressure. Thereafter, the workpiece is brought close to the stamp, and further a contact pressure is applied, the contact pressure is detected, and a difference between the initial pressure and the contact pressure is detected as a print pressure. Therefore, the condition of initial pressure> contact pressure is necessary. Here, “detecting” the pressure does not necessarily mean detecting the pressure as a numerical value. For example, if it is possible to grasp that a specific pressure such as initial pressure is applied, and then understand when another pressure such as contact pressure is applied, then the difference between the initial pressure and the contact pressure can be grasped. That's enough.
初期圧力の検出手段と、接触圧力の検出手段には、同じものを用いても良いし、また、別々の検出手段を用いても良い。初期圧力の検出手段と、接触圧力の検出手段として、同じセンサー手段を用いれば、機構的に合理化され、経済的にも有利となる。本発明のプリント圧力検出方法では、初期圧力を検出する段階では、初期圧力以外の要素から全く独立しているので、検出した圧力は正確である。同じセンサー手段を用いる場合、接触圧力は初期圧力を包含したものとして検出し、初期圧力から接触圧力を差し引くことにより目的のプリント圧力を得る。 The same detection means may be used as the initial pressure detection means and the contact pressure detection means, or separate detection means may be used. If the same sensor means is used as the initial pressure detecting means and the contact pressure detecting means, the mechanism is rationalized and it is economically advantageous. In the printing pressure detection method of the present invention, the detected pressure is accurate because it is completely independent from elements other than the initial pressure at the stage of detecting the initial pressure. When the same sensor means is used, the contact pressure is detected as including the initial pressure, and the target print pressure is obtained by subtracting the contact pressure from the initial pressure.
本発明に係るプリント圧力検出方法の開発過程において行なった試検では、スタンプに接触するワークの側に圧力の検出手段を設ける方法も考えられた。しかし、その場合にはワーク上昇に伴う問題が生じた。例えば、ワークを直動ガイドで上昇させる方法を取るときは、直動ガイドの摺動抵抗が検出手段への負荷となるし、ワークの下部に圧力検出手段を設ける方式を取ったときには、ワークを接触させる移動動作によって生じる加速度を検出手段が拾ってしまうという問題を生じることが分かったのである。しかし、本発明のように構成すれば、上記のような問題も引き起こすことなく、目的の値を正確に得ることができる。 In a test performed in the course of developing the print pressure detection method according to the present invention, a method of providing a pressure detection means on the side of the workpiece that contacts the stamp was also considered. However, in that case, there was a problem with the work rising. For example, when taking the method of raising the workpiece with a linear motion guide, the sliding resistance of the linear motion guide becomes a load on the detection means, and when the method of providing pressure detection means at the lower part of the workpiece is adopted, It has been found that there is a problem that the detection means picks up the acceleration generated by the moving operation to be brought into contact. However, if configured as in the present invention, the target value can be obtained accurately without causing the above problems.
このような本発明の方法を実施するための装置は、スタンプを下面に保持したスタンプホルダーと、スタンプホルダーを周辺部にて支持するスタンプホルダー支持台を具備するとともに、スタンプホルダーに接触して接触圧力を検出するセンサー手段を、複数個を1組としてスタンプホルダーとスタンプホルダー支持台との間に配置し、複数個のセンサー手段を配置したスタンプホルダー支持台に、スタンプホルダーをセンサー手段に対して予め加圧するために、ワークの上昇量に対応して移動可能な重りによる加圧を含む加圧手段から成る与圧機構を装備し、ワークをスタンプに対して上昇させる昇降機構をスタンプの下位に配置し、昇降機構の作動によってワークによりスタンプに対して接触圧力を加えるものとし、上記1組のセンサー手段により、スタンプを保持している側に加えられている初期圧力を検出するとともに、ワークによるスタンプに対する接触圧力を検出し、上記初期圧力と接触圧力との差をプリント圧力として検出するという構成を有するものとする。
An apparatus for carrying out the method of the present invention includes a stamp holder that holds a stamp on the lower surface, and a stamp holder support that supports the stamp holder at the periphery, and contacts and contacts the stamp holder. A plurality of sensor means for detecting pressure are arranged between the stamp holder and the stamp holder support base, and the stamp holder is attached to the sensor means on the stamp holder support base on which the plurality of sensor means are arranged. In order to pressurize in advance, a pressurizing mechanism consisting of pressurizing means including pressurization with a weight that can move according to the amount of workpiece lift is equipped, and an elevating mechanism that raises the workpiece relative to the stamp is placed below the stamp It is arranged and the contact pressure is applied to the stamp by the work by the operation of the lifting mechanism, and the set of sensors described above The configuration detects the initial pressure applied to the side holding the stamp by the step, detects the contact pressure against the stamp by the workpiece, and detects the difference between the initial pressure and the contact pressure as the print pressure. It shall have.
この構成によって、スタンプを下面に保持したスタンプホルダーは相対的に上位に位置し、ワークとこれをスタンプに対して上昇させる昇降機構はスタンプの下位に位置することになる。スタンプホルダーに接触して接触圧力を検出するセンサー手段を、複数個を1組としてスタンプホルダーとスタンプホルダー支持台との間に配置することによって、スタンプを保持している側に加えられている荷重を初期圧力として検出する。 With this configuration, the stamp holder that holds the stamp on the lower surface is positioned relatively higher, and the workpiece and the lifting mechanism that raises the workpiece relative to the stamp are positioned lower than the stamp. A load applied to the side holding the stamp by arranging a plurality of sensor means for detecting the contact pressure by contacting the stamp holder between the stamp holder and the stamp holder support base. Is detected as the initial pressure.
本発明において、スタンプとワークの近接動作を、ワーク側の高さを固定とし、スタンプホルダー全体を降下させることでも実現させることも可能であるが、この場合には前記したように、スタンプホルダー全体を移動させる加速度を圧力検出手段が拾ってしまうという問題が生じる。つまり質量のある物体が圧力検出部に接触している場合、これを移動させると部材のイナーシャが無視できないことになる。 In the present invention, the proximity movement of the stamp and the workpiece can be realized by fixing the height of the workpiece and lowering the entire stamp holder. In this case, as described above, There arises a problem that the pressure detecting means picks up the acceleration for moving. That is, when an object with mass is in contact with the pressure detection unit, the inertia of the member cannot be ignored if it is moved.
この請求項2の構成は、スタンプとスタンプを下面に保持したスタンプホルダーがどのような状態に置かれているかということを限定していない。従って、スタンプとスタンプを下面に保持したスタンプホルダーが、スタンプホルダー支持台の上に、単に載っている場合を含む。この場合には、スタンプとスタンプを下面に保持したスタンプホルダーの荷重が初期荷重であり、かつ、接触圧力の上限ということになる。
The configuration of
そして本発明では、スタンプとスタンプを下面に保持したスタンプホルダーを、固定手段によって固定することにより、予め一定の荷重を加えておくものであり、このようにして、任意の初期荷重を得ることができる。予め一定の荷重を加えておく、具体的構成の例は、複数個のセンサー手段を配置したスタンプホルダー支持台に、スタンプホルダーをセンサー手段に対して予め加圧する与圧機構を装備することである。 In the present invention, a fixed load is applied in advance by fixing the stamp and the stamp holder holding the stamp on the lower surface by the fixing means. In this way, an arbitrary initial load can be obtained. it can. An example of a specific configuration in which a constant load is applied in advance is to equip a stamp holder support base on which a plurality of sensor means are arranged with a pressurizing mechanism for pre-pressing the stamp holder against the sensor means. .
与圧機構には、スタンプホルダー支持台に回転可能に設けられた固定爪を用い、各固定爪は、各センサー手段に1個ずつ設け、各固定爪の回転により、センサー手段の軸外の位置から軸上に配置されるように構成することができる(請求項3記載の発明)。予め一定の荷重を加えておく与圧機構としては、固定爪以外にも、例えば重り、クランプ機構、或いはプランジャーの類などがある。 The pressurizing mechanism uses a fixed claw that is rotatably provided on the stamp holder support. One fixed claw is provided for each sensor means, and the position of the sensor means off-axis is determined by the rotation of each fixed claw. It can comprise so that it may be arrange | positioned on an axis | shaft (invention of Claim 3). As a pressurizing mechanism for applying a constant load in advance, there are, for example, a weight, a clamp mechanism, a kind of plunger, and the like in addition to the fixed claw.
スタンプホルダーが、円形の平面形状を有しており、その同心円上に3個のロードセルを等角度間隔に配置したものであることは望ましい構成である(請求項4記載の発明)。即ち、スタンプホルダーが、円形の平面形状を有するものであれば、重量バランスに優れた装置となる。 It is desirable that the stamp holder has a circular planar shape and that three load cells are arranged at equiangular intervals on the concentric circles (the invention according to claim 4). That is, if the stamp holder has a circular plane shape, the apparatus has an excellent weight balance.
本発明に係るマイクロコンタクトプリントにおけるプリント圧力検出装置に用いるハード的要素に言及すると、まず、上記のロードセルは、圧力検出のためのセンサー手段として好ましいものである。この場合のロードセルは、歪ゲージ式圧力センサーが代表的なものである。また、ワークをスタンプに対して上昇させる昇降機構には、速度制限機能付きトルク制御モーターをZ軸サーボモーターとして使用することが望ましく、このタイプのモーターは、回転速度、トルク、位置の制御を融合的に行なう機能を有する。 When referring to the hardware elements used in the print pressure detecting device in the microcontact printing according to the present invention, first, the load cell is preferable as a sensor means for pressure detection. The load cell in this case is typically a strain gauge pressure sensor. In addition, it is desirable to use a torque control motor with a speed limiting function as the Z-axis servo motor for the lifting mechanism that raises the workpiece relative to the stamp. This type of motor combines the control of rotational speed, torque, and position. It has a function to perform automatically.
本発明は上記のように構成され、かつ作用するものであるから、マイクロコンタクトプリント法において、スタンプのワークに対する接触圧力を正確に管理することができるという効果を奏する。また、本発明によれば、マイクロコンタクトプリント法において、スタンプを保持している側に加えられている初期圧力と上記接触圧力との差をプリント圧力として正確に検出することができるので、スタンプからインク等の薬液を正確にワークに転写することができ、マイクロコンタクトプリント法を工業的に実施することが可能になる。即ち、本発明によれば、スタンプとワークの接触時におけるスタンプの形状変化の影響の減少、ワークに転写するインク等の薬液の粘性による転写特性の改善、スタンプとワークの密着性が最良となることによる転写特性の向上、自動制御による転写時間短縮による転写特性の向上、などの効果を得ることができる。 Since the present invention is configured and operates as described above, in the microcontact printing method, there is an effect that the contact pressure of the stamp with respect to the workpiece can be accurately managed. Further, according to the present invention, in the micro contact printing method, the difference between the initial pressure applied to the side holding the stamp and the contact pressure can be accurately detected as the printing pressure. A chemical solution such as ink can be accurately transferred to the workpiece, and the microcontact printing method can be industrially implemented. That is, according to the present invention, the influence of the stamp shape change at the time of contact between the stamp and the workpiece is reduced, the transfer characteristic is improved by the viscosity of the chemical liquid such as ink transferred to the workpiece, and the adhesion between the stamp and the workpiece is the best. Thus, the transfer characteristics can be improved, and the transfer characteristics can be improved by shortening the transfer time by automatic control.
方法1
以下図示の実施形態を参照し、本発明に係るマイクロコンタクトプリントにおけるプリント圧力検出方法について、より詳細に説明する。図1は、本発明のプリント圧力検出方法1の例を示しており、モールドを有するスタンプ11と、スタンプ11を保持した円形の平面形状を有するスタンプホルダー12が、スタンプホルダー支持台13の上に、配置されている構成の例である。スタンプホルダー12は、中心に方形の窓12aを有している。そして、予め所定の荷重を加えるために、複数個の重り18をスタンプホルダー12の上部に配置している。この方法1の例では、重り18を、軸18aに交換可能に取り付けており、本発明において予め加える荷重を変更することができる。この例は、具体的な構造の例示というよりも、変更可能な荷重を付与するものとして把握すべきである。
Method 1
Hereinafter, a print pressure detection method in microcontact printing according to the present invention will be described in more detail with reference to the illustrated embodiment. FIG. 1 shows an example of a printing pressure detection method 1 of the present invention. A
図1において、14はロードセル即ち圧力検出のための接触子14aを有するセンサー手段であり、3個を1組としてスタンプホルダー支持台13の上に配置され、スタンプホルダー11をその下面に接して支持している。15はインク等の薬液であり、ワーク21に転写される。なお、符号17は顕微鏡観察のために透明板材で形成されているフォトマスクであり、スタンプ11はこの下面に従来と同様に落下止めを用いて固定されている。ワーク21はワーク台22の上面に固定され、ワーク台22は、平行調整機構23を介してXYZΘアライメント機構24の基台25の最上位に配置されている。なお、XYZΘアライメント機構24のZ軸アライメント機構が昇降機構である。このZ軸アライメント機構の昇降機構には、速度制限機能付きトルク制御モーターと称されるタイプのサーボモーターを使用することが望ましい。このタイプのモーターは、回転速度、トルク、位置の制御を融合して行なうことができるもので、上記のセンサー手段14によって検出される接触圧力のデータに基づいて、制御部から発せられる信号により回転を継続し、設定された接触圧力に達すると停止し、精密な圧力管理を可能にする。
In FIG. 1,
このように構成された本発明のプリント圧力検出方法の例1では、平行調整機構23によってスタンプ11とワーク21の平行出しがなされており、スタンプ11に転写剤として薬液15が補充された状態において、センサー手段14により、スタンプ11と、スタンプ11を下面に保持したスタンプホルダー12、フォトマスク17及び重り18の荷重の合計を、初期圧力としてまず検出する。次いで、XYZΘアライメント機構24のZ軸アライメント機構を作動させ、ワーク21をスタンプ11に接触させる。ワーク21のスタンプ11に対する接触圧力がセンサー手段14に検出されるので、初期圧力と接触圧力の差を計算することにより、目的のプリント圧力を得ることができる。
In Example 1 of the print pressure detection method of the present invention configured as described above, the
方法2
図2は、本発明のプリント圧力検出方法2の例を示しており、スタンプ11と、スタンプ11を下面に保持したスタンプホルダー12が、スタンプホルダー支持台13の上に、単に載っている例1の構成に加えて、スタンプホルダー12をセンサー手段14に対して予め加圧する与圧機構を装備した例である。与圧機構には、スタンプホルダー支持台13に回転可能に設けられた固定爪16を用い、各固定爪16は、各センサー手段14に1個ずつ設け、各固定爪16の回転により、センサー手段14の接触子14aの軸上に軸外の位置から配置されるように構成されている。
FIG. 2 shows an example of the print
方法2における他の構成は、方法1の場合と共通しているので、符号を援用し、具体的な説明は省略する。方法2の場合にも、平行調整機構23によってスタンプ11とワーク21の平行出しがなされている。そして、スタンプ11に転写剤として薬液15が補充されたものに対して、与圧機構により、スタンプホルダー12をセンサー手段14に対して予め加圧状態としておき、予め加圧状態とされたスタンプ11とスタンプ11を下面に保持したスタンプホルダー12に加えられている荷重等の合計をセンサー手段14により、初期圧力として検出する。
Since the other structure in the
方法2の場合にも、与圧機構において付与する所定の荷重は、自由に設定することが可能であり、その値を管理することは方法1の場合と同様容易に行なえる。この初期圧力を検出した後、XYZΘアライメント機構24のZ軸アライメント機構を作動させ、速度制限機能付きトルク制御モーターによって、ワーク21をスタンプ11に接触させる。ワーク21のスタンプ11に対する接触圧力がセンサー手段14に検出されるので、初期圧力と接触圧力の差を計算することにより、目的のプリント圧力を得ることができる。故に、方法2の例では、初期圧力を方法1の例による場合よりもはるかに大きな値に設定することができ、プリント圧力として設定し得る範囲も著しく広いものとなる。
Also in the case of the
さらに、本発明に係るマイクロコンタクトプリントにおけるプリント圧力検出装置について、より詳細に説明する。図3は、本発明の上記プリント圧力検出装置を適用したマイクロコンタクトプリント装置30の一例を示す平面図であり、図4はその正面図、図6は
当該装置30の模式的説明図である。なお、既に方法1及び2の装置的構成における説明で使用した符号はこの装置の説明においても援用する。つまり同じ符号は、全ての図において共通の構成を指すものとする。
Further, the print pressure detecting device in the micro contact printing according to the present invention will be described in more detail. 3 is a plan view showing an example of a
各図に示されているように、当該装置30は、プリントステーション31とインク補充ステーション32を本体正面の左右に具備している。本体は上部基板33と下部基板34を、支柱を用いて上下に配置した構成を有している。上部基板33には前後に所定の間隔で設置されたガイドレール35、36が設けてあり、そのガイドレール35、36に前述のスタンプホルダー支持台13が、左右へ移動可能に取り付けられている。従って、スタンプホルダー支持台13は、プリントステーション31とインク補充ステーション32との間を往復して、インク補充とプリントを繰り返しながら、マイクロコンタクトプリントを実行する。
As shown in the drawings, the
スタンプホルダー支持台13は、その上面にスタンプホルダー12を配置しており、その同心円上に3個のロードセル(ティアック社製品)が、前記のセンサー手段14として等角度間隔に配置されている。これら3個のロードセルの中間位置には、回転ブレ止めのために、3個の位置決めピン37が等角度間隔に設けられている。なお、スタンプホルダー12は、図1A、図2Aに示したものと同様に円形の平面形状を有し、かつ、中心に窓12aを有している。
The
センサー手段14としての3個のロードセルの位置に設けられている与圧機構の例は、図5に詳細に示されている。図5の例における与圧機構は、スタンプホルダー支持台13の所定位置に植設した支軸38を用いて、固定爪16を有するレバー39を、回転可能に設けている。各固定爪16は、センサー手段14の軸外の位置から、支軸38周りの回転により軸上に配置され、かつ、その位置にて係止部41がストッパー42に当たり、位置決めされた状態となり、停止するように構成されている。図示のレバー39は、止めナット43との間に樹脂片又はばねより成る弾性部材44を介在させて取り付けており、初期圧力となる与圧を与えている。
An example of a pressurizing mechanism provided at the position of three load cells as the sensor means 14 is shown in detail in FIG. In the pressurizing mechanism in the example of FIG. 5, a
これに対して、ワーク21を固定するワーク台22と、ワーク台22を平行出しする平行調整機構23と、XYZΘアライメント機構24は、下部基板34に配置されている。図4に示す例では、平行調整機構23は球面軸受け方式によるものとして示されており、また、ワーク21を固定する手段45、45′は真空吸引方式によるものとして示されている。XYZΘアライメント機構24は、最下部にX軸、その上にY軸、その上にZ軸、最上位にΘ軸の各アライメント機構を配置しているが、プリントステーション31とインク補充ステーション32に2組が必要であるので、インク補充ステーション側についてはダッシュ′を付けて区別している。Z軸アライメント機構には、速度制限機能付きトルク制御モーター(株式会社三明製品)を使用している。なお、46、47はスタンプホルダー運搬のための保持部、48は受け部を示しており、固定爪16と点接触する。図3、図4には記載していないが、これらに図示した装置にも、図6のものと同様にファインダー用の顕微鏡が備わっている。
On the other hand, a
このように構成されている本発明に係るマイクロコンタクトプリントにおけるプリント圧力検出装置30の作用について説明する。スタンプ11を下面に固定したスタンプホルダー12を保持した状態において、スタンプホルダー支持台13について、プリントステーション31とインク補充ステーション32の夫々において平行出しを行い、インク補充ステーション32において、有機分子液その他の薬液を有するインクホルダー48にスタンプ11を接触させることにより、インクを補充するとともに、スタンプホルダー支持台13を、インク補充ステーション32からプリントステーション31に移動させる。
The operation of the print
プリントステーション31に帰動したスタンプホルダー支持台13に対しては、ワーク21をZ軸アライメント機構により上昇させるが、ロードセルには与圧機構による圧力が加えられているので、これを検出している圧力管理部において、荷重の0リセット操作を行なう。このリセット操作は、スタンプ11を保持している側における所定の荷重即ち初期荷重を検出したことに相当する。Z軸アライメント機構によりワーク21を上昇させると、ワーク21はスタンプ11に接触し、接触圧力がセンサー手段14により検出され、指定されている圧力に達した時点でZ軸移動が停止する。接触圧力値は、スタンプ(モールド)11、フォトマスク17の荷重を含むものである。
For the
本発明は、ワークとスタンプのような2物体の接触圧力を高精度に制御する必要がある用途に応用可能である。例えば微少な凹凸の施されたモールド(型)を塑性変形可能物質(例えば光硬化樹脂)に押しつける光ナノインプリント技術などに応用できる。また、本発明では、接触圧力を非常に高速(リアルタイム)に測定可能であるため、剛体のみならず弾性体や塑性変形材料といった、接触時間によって反力が変化する物質の接触圧力の測定及び制御に利用することが可能である。 The present invention can be applied to an application that needs to control the contact pressure between two objects such as a workpiece and a stamp with high accuracy. For example, the present invention can be applied to an optical nanoimprint technique in which a mold having a minute unevenness is pressed against a plastically deformable substance (for example, a photocuring resin). In the present invention, since the contact pressure can be measured at a very high speed (real time), the measurement and control of the contact pressure of a substance whose reaction force changes depending on the contact time, such as an elastic body and a plastic deformation material as well as a rigid body. It is possible to use it.
11 スタンプ
12 スタンプホルダー
13 スタンプホルダー支持台
14 センサー手段
15 薬液
16 固定爪
17 フォトマスク
18 重り
21 ワーク
22 ワーク台
23、23′ 平行調整機構
24、24′ XYZΘアライメント機構
25 基台
30 マイクロコンタクトプリント装置
31 プリントステーション
32 インク補充ステーション
33 上部基板
34 下部基板
35、36 ガイドレール
38 支軸
39 レバー
41 係止部
42 ストッパー
43 ナット
44 弾性部材
45 ワークを固定する手段
46、47 スタンプホルダー運搬のための保持部
48 受け部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
スタンプを保持しているスタンプホルダーに初期圧力を加圧するための手段は、ワークの上昇量に対応して移動可能な重りによる加圧を含む加圧手段であり、上記スタンプホルダーの側に、予め所定の荷重を加えてその値を初期圧力として検出し、スタンプの下位に配置されているワークをスタンプに対して上昇させ、接触圧力を加えるとともに、その接触圧力を検出し、スタンプを保持している側に加えられている初期圧力と上記接触圧力との差をプリント圧力として検出することを特徴とする
マイクロコンタクトプリントにおけるプリント圧力検出方法。 The stamp and workpiece are paralleled, and the stamp is replenished with a chemical as a transfer agent. In order to transfer the chemical to the workpiece by bringing the stamp and the workpiece relatively close to each other and contacting them with the required contact pressure. A method for managing the contact pressure,
The means for pressurizing the initial pressure to the stamp holder holding the stamp is a pressurizing means including pressurization by a weight that can be moved in accordance with the rising amount of the workpiece. Applying a predetermined load, the value is detected as the initial pressure, the work placed below the stamp is raised with respect to the stamp, the contact pressure is applied, the contact pressure is detected, and the stamp is held. A method for detecting a print pressure in microcontact printing, wherein a difference between an initial pressure applied to a side to be touched and the contact pressure is detected as a print pressure.
スタンプを下面に保持したスタンプホルダーと、スタンプホルダーを周辺部にて支持するスタンプホルダー支持台を具備するとともに、スタンプホルダーに接触して接触圧力を検出するセンサー手段を、複数個を1組としてスタンプホルダーとスタンプホルダー支持台との間に配置し、複数個のセンサー手段を配置したスタンプホルダー支持台に、スタンプホルダーをセンサー手段に対して予め加圧するために、ワークの上昇量に対応して移動可能な重りによる加圧を含む加圧手段から成る与圧機構を装備し、
ワークをスタンプに対して上昇させる昇降機構をスタンプの下位に配置し、昇降機構の作動によってワークによりスタンプに対して接触圧力を加えるものとし、
上記1組のセンサー手段により、スタンプを保持している側に加えられている初期圧力を検出するとともに、ワークによるスタンプに対する接触圧力を検出し、上記初期圧力と接触圧力との差をプリント圧力として検出することを特徴とする
マイクロコンタクトプリントにおけるプリント圧力検出装置。 The stamp and the workpiece are paralleled, and the stamp is replenished with a chemical as a transfer agent. In order to transfer the chemical to the workpiece by bringing the stamp and the workpiece relatively close to each other and contacting them with the required contact pressure. An apparatus for implementing a method for managing contact pressure,
A stamp holder that holds the stamp on the bottom surface and a stamp holder support that supports the stamp holder at the periphery, and a plurality of sensor means that contact the stamp holder and detect contact pressure as a set. The stamp holder is placed between the holder and the stamp holder support base, and a plurality of sensor means are placed on it. Equipped with a pressurizing mechanism consisting of pressurizing means including pressurization with possible weights ,
An elevating mechanism that raises the workpiece relative to the stamp is arranged below the stamp, and contact pressure is applied to the stamp by the workpiece by the operation of the elevating mechanism.
The set of sensor means detects the initial pressure applied to the side holding the stamp, detects the contact pressure of the workpiece against the stamp, and uses the difference between the initial pressure and the contact pressure as the print pressure. A print pressure detecting device for micro contact printing, characterized by detecting.
、各センサー手段に1個ずつ設けられ、回転によりセンサー手段の軸外の位置から軸上に
配置されるように構成されている請求項2記載のマイクロコンタクトプリントにおけるプ
リント圧力検出装置。 The pressurizing mechanism is a fixed claw provided rotatably on the stamp holder support base, and each fixed claw is provided for each sensor means, and is arranged on the axis from the position off the axis of the sensor means by rotation. The print pressure detecting device for micro contact printing according to claim 2, wherein the print pressure detecting device is configured so as to be configured as described above.
角度間隔に配置した構成を有する請求項2記載のマイクロコンタクトプリントにおけるプ
リント圧力検出装置。 3. The print pressure detecting device for micro contact printing according to claim 2, wherein the stamp holder has a circular plane shape and has three load cells arranged at equiangular intervals on a concentric circle.
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