JP4775942B2 - Nanoimprint method and apparatus - Google Patents

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Description

この発明は、微細な構造を持つ金型(モールト゛)を、例えば高分子樹脂にプレスすることで、モールト゛の微細構造を基板上の樹脂に転写するナノインプリント方法およびその装置に関するものである。 The present invention relates to a nanoimprint method and apparatus for transferring a mold microstructure to a resin on a substrate by pressing a mold having a microstructure to a polymer resin, for example.

サブ波長光学素子や半導体素子などの微細構造体の作製に代表される超精密微細加工の研究が盛んに行われている構造寸法が10ミクロンより微細な加工には、フォト・リソグラフィと呼ばれる写真製版技術が利用されている。
しかしこの技法は、光の回折による技術のため、解像度に物理的な制限が生じ、50〜70nmが解像度の限界といわれている。
Research on ultra-precise microfabrication represented by the fabrication of microstructures such as sub-wavelength optical elements and semiconductor elements is being actively conducted. For processing with structural dimensions finer than 10 microns, photolithography called photolithography. Technology is being used.
However, since this technique is a technique based on light diffraction, a physical limit occurs in the resolution, and 50 to 70 nm is said to be a resolution limit.

フォト・リソグラフィより更に分解能が優れているリソグラフィの中のひとつに、電子線リソグラフィがある。この技術は数nmレベルのパターンを作製することができる。しかし電子線リソグラフィでは、電子線を操作して露光を行うためパターンの作製に時間がかかり、生産の効率化に大きな影響を及ぼす。また、これらのリソグラフィ技術に必要な設備にかかるコストも10億円以上という巨額なものであると言われ、経済性においても疑問がもたれている。 One type of lithography that has a higher resolution than photolithography is electron beam lithography. This technique can produce patterns of several nm level. However, in electron beam lithography, since exposure is performed by manipulating an electron beam, it takes time to produce a pattern, which greatly affects the efficiency of production. In addition, the cost required for the equipment required for these lithography techniques is said to be a huge amount of 1 billion yen or more, and there are doubts about the economy.

このような従来のリソグラフィの効率を改善する手法として、電子線露光などによって作製した微細パターンを施した金型(モールド)を、高分子樹脂薄膜または金属にプレスすることよってパターンを転写し、ナノ構造体を作製した微細パターンを施した金型(モールド)を、高分子樹脂薄膜または金属にプレスすることによってパターンを転写し、ナノ構造体を作成するインプリント・リソグラフィという技術が提案されている。 As a method for improving the efficiency of such conventional lithography, electron beam exposure mold subjected to fine pattern produced by such a (mold), to transfer the result pattern to be pressed on the polymer resin film or a metal, A technique called imprint lithography has been proposed in which a nanostructure is created by transferring a pattern by pressing a mold (mold) with a micropattern on a polymer resin thin film or metal. Yes.

この手法は、ガラス転移温度以上に加熱した高分子樹脂に、モールドをプレスし、冷却後にモールドを離型することで、微細構造を基板上の樹脂に転写するものであり、従来のリソグラフィに変わるナノ構造体の安価で高効率な生産技術として期待が持たれ盛んに研究されている。 This technique is to transfer the fine structure to the resin on the substrate by pressing the mold into a polymer resin heated above the glass transition temperature and releasing the mold after cooling. Expected as an inexpensive and highly efficient production technology for nanostructures, it has been actively researched.

この技術は、上述のように一般的に10ナノメートル以下の解像性が示され、高価な設備や付帯工程が不要で、集積された微細構造体の一括形成が可能なため、次々世代の半導体用超微細加工技術として注目されつつある。 As described above, this technique generally exhibits a resolution of 10 nanometers or less, does not require expensive equipment and ancillary processes, and enables integrated formation of integrated microstructures. It is attracting attention as an ultrafine processing technology for semiconductors.

このナノインプリント法には、被加工材料(物)としてプレート状のバルク材や基板上に樹脂を塗布したものを用いる。使用する樹脂については、ガラス転移温度以上では変形しやすくなり、再び常温に戻すと硬化する熱可塑性樹脂がよく用いられ、例えばアクリル樹脂、PET、ポリカーボネートなどの工業プラスチックがよく利用されている。 In this nanoimprint method, a plate-shaped bulk material or a substrate coated with a resin is used as a material to be processed (object). The resin used, tends to deform the glass transition temperature or higher, and is utilized again is often used a thermoplastic resin which is cured with return to normal temperature, such as acrylic resin, PET, industrial plastics, such as polycarbonate well.

高分子樹脂は、加熱することによってその機械的性質が変化し、ガラス転移温度以下では、弾性的な性質を示しているが、ガラス転移温度を越えると弾性率が減少し、粘性的な性質が現れ、エラストマと呼ばれるゴム状態になる。更に温度が上昇すると、粘性的な性質が顕著となり、粘性流体状態になることが知られている。 The polymer resin changes its mechanical properties when heated, and exhibits elastic properties below the glass transition temperature. However, when the glass transition temperature is exceeded, the elastic modulus decreases and the viscous properties are reduced. Appears in a rubbery state called elastomer. It is known that when the temperature further rises, the viscous property becomes remarkable and a viscous fluid state is obtained.

これらの性質は、モノマーの種類や分子量によって異なるが、例えばアクリル樹脂の場合概ね100℃前後でガラス転移温度となり200℃以上では溶融状態となる。一般にインプリントで使用される温度は、ガラス転移温度以上のゴ ム弾性領域から、溶融状態にかけての温度域である。 These properties vary depending on the type and molecular weight of the monomer. For example, in the case of an acrylic resin, the glass transition temperature is about 100 ° C., and the molten state is obtained at 200 ° C. or higher. In general, the temperature used for imprinting is a temperature range from a rubber elastic region higher than the glass transition temperature to a molten state.

一般に、低分子量の樹脂はガラス転移温度以上でより低い粘弾性特性を示すが、一方では常温で脆くなり、離型時に欠陥が発生しやすくなる。経験上、アスペクト比が3程度までは比較的容易に成型できるが、アスペクト比が6を超えると、離型時の不良が発生する。また、離型時に、モールドとの摩擦により、樹脂が伸張してモールドが破壊される虞もある In general, low molecular weight resins exhibit lower viscoelastic properties above the glass transition temperature, but on the other hand, they become brittle at room temperature and are prone to defects during mold release. Experience has shown that an aspect ratio of up to about 3 can be molded relatively easily, but if the aspect ratio exceeds 6, defects during mold release occur. Also, at the time of mold release, there is a possibility that the mold may be destroyed due to the resin stretching due to friction with the mold.

このため、樹脂の機械的特性を十分考慮に入れて樹脂を選択するとともに、プレス温度やプロセスシーケンスを最適化する必要があり、さらにプレス速度を調整することで、使用する樹脂の粘弾性を考慮したインプリントを行うことができる。 For this reason, it is necessary to select the resin with sufficient consideration of the mechanical properties of the resin, optimize the press temperature and process sequence, and further consider the viscoelasticity of the resin to be used by adjusting the press speed. Imprinting can be performed.

このインプリント工程は、一般的に第1図の(A)、(B)、(C)の順に示すように、(A)図のごとき配置から基板1上に載置され、且つ例えばガラス転移温度以上に加熱された高分子樹脂(被加工物)2に後述のピストンロッドに固定されたモールド(金型)3を下降させて(B)図のようにプレスし、冷却後(C)図のごとくモールト゛3を離型することで、モールト゛の微細構造が基板1上の樹脂2に転写される。 This imprint process is generally placed on the substrate 1 from the arrangement shown in FIG. (A), as shown in the order of (A), (B), and (C) in FIG. A mold (mold) 3 fixed to a piston rod, which will be described later, is lowered on a polymer resin (workpiece) 2 heated to a temperature or higher, and is pressed as shown in FIG. By releasing the mold 3 as described above, the fine structure of the mold is transferred to the resin 2 on the substrate 1.

この場合、一般的に基板(被加工物)とモールト゛との平行性、換言すれば基板上における各部分での加重の均一性を保つ必要がある。このため、従来は、モールト゛を弾性変形部で押圧しながら高分子樹脂(例えばレジスト層)をプレスする構成とし、このプレス時、弾性変形部を徐々に変形(膨張)・拡大しながらモールトド上の押圧面積を大きくし、結果的にモールト゛の全域を押圧して高分子樹脂をプレスする方式が考えられている(特許文献1参照)。 In this case, it is generally necessary to maintain the parallelism between the substrate (workpiece) and the mold, in other words, the uniformity of weighting at each portion on the substrate. For this reason, in the past, a polymer resin (for example, a resist layer) was pressed while pressing the mold with an elastic deformation portion. During this pressing, the elastic deformation portion was gradually deformed (expanded) and expanded on the mold. A method has been considered in which the pressing area is increased, and as a result, the entire area of the mold is pressed to press the polymer resin (see Patent Document 1).

この従来の方式にあっては、弾性変形部を設け、その拡大程度を調整して高分子樹脂を押圧するなど、複雑な構成とともに高度なテクニックを要し、また操作に熟練が必要で、この種装置の利用拡大には障害になっていた。 This conventional method requires an advanced technique with a complicated structure such as providing an elastically deforming part, adjusting the degree of expansion and pressing the polymer resin, and requires skill in operation. It was an obstacle to expanding the use of seed devices.

特開2004−330680号公報JP 2004-330680 A

この発明は従来のナノプリント方法、および装置が有していた操作性の難易度を軽減し、基板とモールト゛との平行性、加重の均一性を簡単な構成と操作で保持しようとするとともに、更にモールト゛と被加工物との最初の接触を低速でのソフトタッチとし、以後冷却の進行に伴って,荷重増減をふくめて連続に制御が可能なナノプリント方法および装置を提供するものである。 The present invention reduces the difficulty of operability of the conventional nanoprinting method and apparatus, and maintains the parallelism and weight uniformity between the substrate and the mold with a simple configuration and operation. Furthermore, the present invention provides a nanoprinting method and apparatus capable of continuously controlling the mold and the work piece by making the first contact with the soft touch at a low speed and subsequently increasing and decreasing the load as the cooling progresses. .

上記する課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、モールド(3)上のパターンを被加工物(2)上に転写するために、被加工物(2)をモールド(3)で押圧する工程において、空気シリンダー(5)と油圧シリンダー(6)とに連通された、モールドあるいは被加工物が固定されるピストンロッド($)を、空気シリンダー(5)により加圧移動させる工程と、この加工移動の途中でリミッター(7)が油圧シリンダー(7)内の油圧ピストン(61)に当接することにより油圧シリンダー(6)と空気シリンダー(5)とを起動してピストンロッド(4)に油圧制御作用を重畳させる工程とを有し、モールドと被加工物とをソフトタッチさせるようにしたナノプリント方法であることを特徴としている。 In order to solve the above-described problem, the invention according to claim 1 is directed to transferring the pattern on the mold (3) onto the work piece (2), and transferring the work piece (2) to the mold (3). In the step of pressing in step 1, the piston rod ($) connected to the air cylinder (5) and the hydraulic cylinder (6) to which the mold or workpiece is fixed is pressurized and moved by the air cylinder (5). Then, the limiter (7) comes into contact with the hydraulic piston (61) in the hydraulic cylinder (7) in the middle of the machining movement, thereby starting the hydraulic cylinder (6) and the air cylinder (5) to move the piston rod (4 And a step of superimposing a hydraulic control action on the mold), and a nano-print method in which the mold and the workpiece are soft-touched.

更に、請求項2に記載の発明は、被加工物をモールドで押圧することにより、モールド上のパターンを被加工物上に転写する装置において、モールドと被過去物との温度制御部と、モールドあるいは被加工物が固定されるピストンロッドと、このピストンロッドが連通し制御部から電磁弁を介して制御される空気シリンダーと油圧シリンダーと各シリンダー内でピストンロッドに固定されたエアーピストンと油圧ピストンと、ピストンロッドの特定下降位置で油圧ピストンを起動させるリミッターとを有し、温度制御信号に対応し空気式シリンダーがピストンロッドを加圧移動させる途上で油圧シリンダー内のピストンによる油圧ダンパー作用を重畳し、モールドと被加工物をソフトタッチさせるように構成したことを特徴とするナノプリント装置であることを特徴としている。 Furthermore, the invention described in claim 2 is an apparatus for transferring a pattern on a mold onto the workpiece by pressing the workpiece with a mold, a temperature control unit between the mold and the past, a mold Alternatively a piston rod workpiece is fixed, the air cylinder piston rod is controlled through the electromagnetic valve from communicating with the control unit and the hydraulic cylinder and an air piston and a hydraulic piston which is fixed to the piston rod within each cylinder And a limiter that activates the hydraulic piston at a specific lowering position of the piston rod, and in response to the temperature control signal, the pneumatic cylinder pressurizes and moves the piston rod to superimpose the hydraulic damper action by the piston in the hydraulic cylinder The nano-pudding is characterized by soft touch between the mold and the workpiece It is characterized by an apparatus.

上記のように、この発明においては、空気圧動作のピストンは、空気シリンダーの動きに油圧のダンパー作用を重畳して、つまりプレス前のピストンロッドの移動速度を空気式のみでは得られない遅い速度で移動するようにしたので、モールト゛が被加工物に接する時は、ソフトタッチとなり、以後は空気シリンダーによるプレス力でじっくりと押圧され、モールト゛は被加工物を確に押圧することになる。 As described above, in the present invention, the pneumatically operated piston superimposes the hydraulic damper action on the movement of the air cylinder, that is, the moving speed of the piston rod before pressing is a slow speed that cannot be obtained only by the pneumatic type. since so moving, when in contact with Moruto゛Ga workpiece becomes a soft touch, thereafter pressed carefully by pressing force by the air cylinder, thereby pressing the Moruto゛Ha workpiece accurately.

この結果、モールドと被加工物が良くなじむこととなり、モールト゛と被加工物間には空気が閉じ込められることはなく、また両者間でダンピングもなく、またピストンロッドが、空気シリンダー、油圧シリンダーに連通しているので、換言すれば、ピストンロッドの先端のモールドが被加工物に接触した時、ピストンロッドがエアー、およびオイルで保持されている状況であるので、そのフレキシビリテイの結果、モールド面と被加工物は平行に接触することとなり、より正確な転写、すなわちモールド形状に正確に合致して形成された被加工物が得られる。 As a result, the mold and work piece are well-matched, air is not trapped between the mold and the work piece, there is no damping between them, and the piston rod communicates with the air cylinder and hydraulic cylinder. In other words, when the mold at the tip of the piston rod comes into contact with the workpiece, the piston rod is held by air and oil. And the workpiece are in parallel contact with each other, so that a more accurate transfer, that is, a workpiece formed in conformity with the mold shape can be obtained.

第2図は、本発明の実施形態である。
図において、1は基板で、これには被加工物2が載置されている。3はピストンロッド4の先端に固定されているモールドで、このモールド(ピストンロッド)3の下降に従い、被加工物2がモールド(ピストンロッド)で押圧(プレス)され、モールド3に形成されている形状が被加工物2に移し取られる。5はこのピストンロッド4を内蔵する空気シリンダー、6は同じくピストンロッドを内臓する油圧シリンダーであり、後述するようにこの実施例ではピストンロッドは油圧・空気シリンダーを連通して、その先端にはリミッター7が設けられ、このリミッターは、ピストンロッドのストローク位置を検出し、油圧
シリンダーのダンパー作用をスタートさせる位置を決定する。
FIG. 2 is an embodiment of the present invention.
In the figure, reference numeral 1 denotes a substrate on which a workpiece 2 is placed. 3 is a mold fixed to the tip of the piston rod 4, and the workpiece 2 is pressed (pressed) by the mold (piston rod) as the mold (piston rod) 3 descends, and is formed on the mold 3. The shape is transferred to the workpiece 2. 5 is an air cylinder incorporating the piston rod 4, and 6 is a hydraulic cylinder that also incorporates the piston rod. As will be described later, in this embodiment, the piston rod communicates with the hydraulic / air cylinder and has a limiter at its tip. 7 is provided, and this limiter detects the stroke position of the piston rod and determines the position to start the damper action of the hydraulic cylinder.

8は空油コンバータで、スロットルチエック弁9を介して油圧シリンダー6内のピストン61の移動速度を調整し、結果的にピストンロッド4のスピードを減速し、つまりダンパー作用発揮した速度に制御するものである。 8 is an air-oil converter, which adjusts the moving speed of the piston 61 in the hydraulic cylinder 6 via the throttle check valve 9 and consequently reduces the speed of the piston rod 4, that is, controls it to a speed that exerts a damper action. Is.

10はスピードコントローラーで、空気シリンダー5内のエアーピストン51の移動の速度を調整するものである。
11は、電磁弁で、ピストンロッドの位置に対応して空気シリンダー内のピストンを動作させるために空気シリンダーに空気を送り,あるいは空油コンバータを介して油圧シリンダーの動きを制御し、ピストンロッドの空気制御し、ピストンロッドの空気制御に油圧制御(ダンパー作用)を重畳させる機能を果たすものである。
A speed controller 10 adjusts the moving speed of the air piston 51 in the air cylinder 5.
11 is a solenoid valve that sends air to the air cylinder to operate the piston in the air cylinder corresponding to the position of the piston rod 4 , or controls the movement of the hydraulic cylinder via the air-oil converter, The air is controlled and hydraulic control (damper action) is superimposed on the air control of the piston rod.

12は流量調節弁で、基板1あるいはピストンロッド4の先端部(モールド部3)に冷却バルブ13から冷却水あるいは冷却エヤーを送り、モールドあるいは基板温度をコントロールするものである。 Reference numeral 12 denotes a flow rate control valve that feeds cooling water or cooling air from the cooling valve 13 to the tip of the substrate 1 or the piston rod 4 (mold portion 3) to control the mold or substrate temperature.

14は、装置全体の制御部で、基板1およびピストンロッド4(モールド3)に埋め込まれているヒーターパイプおよび冷却管(図示せず)を介してこれらの加熱温度を調整すると同時に、冷却バルブ13に、冷却時間制御信号を発信して冷却バルブ13から水、エアーを流路制御弁12を介して基板1あるいはモールド3近辺の冷却管に送り、これらの温度を制御するものであり、またこの制御部14は、この基板、モールドの温度にもとずき、加圧指令信号、あるいは電磁弁指令信号を発して電磁弁11あるいは選択バルブ15を制御する。
Reference numeral 14 denotes a control unit for the entire apparatus, which adjusts the heating temperature via a heater pipe and a cooling pipe (not shown) embedded in the substrate 1 and the piston rod 4 (mold 3), and at the same time, a cooling valve 13 In addition, a cooling time control signal is transmitted, and water and air are sent from the cooling valve 13 to the cooling pipe near the substrate 1 or the mold 3 via the flow path control valve 12 to control these temperatures. The controller 14 controls the solenoid valve 11 or the selection valve 15 by issuing a pressurization command signal or a solenoid valve command signal based on the temperature of the substrate and mold.

この選択バルブ15は、空気圧の高圧、中圧、低圧の圧力源16,17,18を空気シリンダー5に電磁弁11を介して接続するものであり、モールドでの被加工物の押圧力(プレス力)を調整する。 This selection valve 15 is used to connect high pressure, medium pressure, and low pressure sources 16, 17, and 18 of air pressure to the air cylinder 5 through an electromagnetic valve 11. Force).

第3図は、この発明のモールドと被加工物とのソフトタッチを可能とする空気、油圧シリンダーの構成の大略を説明するものである。
この構成は、エアプレス機構にハイドロチエック機構がコンパクト組み込まれたもので、ピストンロッドの被加工物へのアプローチ区間はエアーで早送りをし、コントロールを必要とする区間(ソフトタッチの直前)だけ油圧に変換し制動することで、エアー圧縮性に起因する―圧縮性に起因するステイックスリップや飛び出しなどの問題点を解消し、モールドと被加工物間との接触をナノプリントに最適のソフトタッチとなるような制御を可能とする。
FIG. 3 explains the outline of the structure of the air and hydraulic cylinders that enable soft touch between the mold and the workpiece of the present invention.
This configuration, in which hydro-check mechanism is incorporated in the compact air press mechanism, approach segment to the workpiece of the piston rod and the fast-forward air, only sections that require control (immediately before the soft-touch) By converting to hydraulic pressure and braking, it is caused by air compressibility-eliminating problems such as stick-slip and pop-out caused by compressibility, and soft touch that is optimal for nanoprinting between mold and workpiece It is possible to control such that

図において、基板1に対向するピストンロッド(モールド)4は、空気シリンダー5と油圧シリンダー6に連通し、その一方にはストローク調整ナット(リミッター)7を有している。 In the figure, a piston rod (mold) 4 facing the substrate 1 communicates with an air cylinder 5 and a hydraulic cylinder 6 and has a stroke adjustment nut (limiter) 7 on one of them.

電磁弁11、およびスピードコントローラ10の働きで、空気シリンダー5にエアが送り込まれた結果、シリンダー内のエアーピストン51の働きでピストンロッド4が下方に急速に移動を開始する。なお19は、空気を送る場合のフィルターである。 As a result of the air being sent to the air cylinder 5 by the action of the solenoid valve 11 and the speed controller 10, the piston rod 4 starts to move rapidly downward by the action of the air piston 51 in the cylinder. Reference numeral 19 denotes a filter for sending air.

このピストンロッド4の下方への移動の結果、その先端のリミッター7が油圧シリンダー6内の油圧ピストン61を下方に押し出す。このとき、スロットルチエック弁9による油圧送りの速度調整の結果、油圧シリンダー内の油によってピストン61の移動速度が制限を受け、ピストンと一体のピストンロッドの移動にブレーキがかかり(ダンパー作用)、移動速度が低速となる。
なお、この場合、スロットルチエック弁9の操作で、油送りの速度を調整することによって、ピストンロッドの速度を適宜調整することが可能となる。
As a result of the downward movement of the piston rod 4, the limiter 7 at the tip pushes the hydraulic piston 61 in the hydraulic cylinder 6 downward. At this time, as a result of adjusting the hydraulic feed speed by the throttle check valve 9, the movement speed of the piston 61 is limited by the oil in the hydraulic cylinder, and the movement of the piston rod 4 integral with the piston is braked (damper action). The moving speed is slow.
In this case, the speed of the piston rod can be appropriately adjusted by adjusting the oil feed speed by operating the throttle check valve 9.

次に第1図〜第3図、および第4図によって本発明装置の全体的動作を説明する。
高分子樹脂(被加工物)は、加熱することによってその機械的特性が変化する。
まず、最初に制御部14によって、基板1(被加工物2)およびモールド3をガラス転移温度以上に加熱(予熱)する。
Next, the overall operation of the device of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 and FIG.
The polymer resin (workpiece) changes its mechanical properties when heated.
First, the control unit 14 first heats (preheats) the substrate 1 (workpiece 2) and the mold 3 to the glass transition temperature or higher.

図のように設定温度がガラス転移温度以上になったことを制御部14が検出すると、制御部14からの選択バルブ15への信号により、選択された高圧ガス源16〜18が電磁弁11を介して空気シリンダー5内のエアーピストン51を駆動し、ピストンロッド4(モールド3)は急速に下降してゆく。この過程において、ピストンロッド4の他端に固定されているリミッター7が油圧シリンダー6内の油圧ピストン61を駆動し、ピストンロッド4の動きに油圧ダンパー作用で急制動を掛け、図に示すように以後油圧作用の結果でピストンロッド4が緩やかに下降し、モールド3は、被加工物2にソフトタッチすることとなる。
この場合、ピストンロッド自体はエアー、オイルでフレキシブルに保持されているので、モールド面と被加工物とは、平行に接触(タッチ)することになる。
When the control unit 14 detects that the set temperature is equal to or higher than the glass transition temperature as shown in the figure, the selected high-pressure gas sources 16 to 18 turn the electromagnetic valve 11 on the basis of a signal from the control unit 14 to the selection valve 15. Then, the air piston 51 in the air cylinder 5 is driven, and the piston rod 4 (mold 3) descends rapidly. In this process, the limiter 7 fixed to the other end of the piston rod 4 drives the hydraulic piston 61 in the hydraulic cylinder 6, and suddenly brakes the movement of the piston rod 4 by the action of a hydraulic damper, as shown in the figure. Thereafter, the piston rod 4 slowly descends as a result of the hydraulic action, and the mold 3 soft-touches the workpiece 2.
In this case, since the piston rod itself is flexibly held by air and oil, the mold surface and the workpiece are in parallel contact (touch).

以上の時点で、油圧での下降は終了し、以後は所定の空気圧力で、被加工物にモールドの形状をプリントする。この過程で、制御部14により加熱・加圧状況にある状況から設定温度を降下させてゆき、ガラス転移温度以下になった状態では積極的に冷却モードに入り、徐々に温度を降下させながら、エアー圧力も中圧源17、低圧源18に切り替えられ低下させてゆく。 At the above time, the lowering by the hydraulic pressure is finished, and thereafter, the shape of the mold is printed on the workpiece with a predetermined air pressure. In this process, the controller 14 lowers the set temperature from the state of heating and pressurization by the control unit 14, and actively enters the cooling mode in a state where the temperature is lower than the glass transition temperature, gradually lowering the temperature, The air pressure is also switched to the intermediate pressure source 17 and the low pressure source 18 to be lowered.

上記のように、被加工物の温度がガラス転移温度以下に降下した後、エアーにるプレス圧力を徐々に緩め、モールドと被加工物との離反を行うが、被加工物の温度が低下しているので、モールド形状が被加工物から離反するに際しても、微細形状の溝などの型崩れが発生することはない。 As described above, after the temperature of the workpiece drops below the glass transition temperature, the press pressure applied to the air is gradually relaxed, and the mold and workpiece are separated, but the temperature of the workpiece decreases. Therefore, even when the mold shape separates from the work piece, the mold shape such as the fine groove does not occur.

(実験例)
・ 被加工物
シリコン、あるいは石英基板(1インチ四方)にアクリルやポリカーボネートのペレットもしくは粉末を、シクロヘキサンやトルエンなどの有機溶剤に重量比で1:10から1:40程度に溶解したものを回転塗布。膜厚200nmから1ミクロン程度・ 被加工物を150℃で5分のベイクにより溶剤を揮発その後被加工物を常温まで冷却・インプリント
・余熱 被加工物をピストンロッドにセットし、140℃〜180℃程度(ガラス転移温度より40℃程度高温)に予熱
(b)プレス 圧力は、低アスペクト比のパターンなら5MPa〜20MPa、高アスペクト比のパターンなら20MPa〜50MPa程度の圧力を選択
プレスの保持時間;約5分 プレス時速度により成型条件が異なるが、低速度(0.1〜10mm/秒)でモールドを被加工物に押し付ける必要がある。
(c)冷却
冷却時、樹脂は弾性体に戻るため、エッジ部分に応力集中が発生し、作製したパターンやモールドにダメージが残る事を避けるため、モールドを基板に添えたままで温度を変化させ、圧力を変化させる。
樹脂にアクリルを用いた場合、ガラス転移温度である100℃前後まではゆっくりと冷却し、その後室温20℃まで水冷で冷却する。冷却に要する時間は約15〜30分である。
このようにゆっくりと冷却することによって残留応力の影響を緩和できる。
(Experimental example)
・ Workpiece Spin coating of silicon or quartz substrate (1 inch square) with acrylic or polycarbonate pellets or powder dissolved in organic solvent such as cyclohexane or toluene at a weight ratio of 1:10 to 1:40 . Thickness of 200nm to 1 micron ・ Volume of solvent is baked at 150 ℃ for 5 minutes, then the workpiece is cooled to room temperature ・ Imprint ・ Remaining heat Set the workpiece on the piston rod, 140 ℃ ~ 180 Preheated to about ℃ (40 ℃ higher than the glass transition temperature)
(B) Pressing pressure Select 5MPa to 20MPa for low aspect ratio patterns and 20MPa to 50MPa for high aspect ratio patterns. Press holding time; approx. 5 minutes Molding conditions vary depending on pressing speed, but low It is necessary to press the mold against the work piece at a speed (0.1 to 10 mm / sec).
(C) Cooling Since the resin returns to the elastic body during cooling, stress concentration occurs at the edge portion, and in order to avoid damage to the produced pattern or mold, the temperature is changed while the mold is attached to the substrate, Change the pressure.
When acrylic is used for the resin, it is slowly cooled to around 100 ° C., which is the glass transition temperature, and then cooled with water to room temperature of 20 ° C. The time required for cooling is about 15 to 30 minutes.
Thus, the effect of residual stress can be relieved by cooling slowly.

一般的なインプリントのシーケンスフローを第5図に示す。
このシーケンスでは、圧力は、冷却時には完全に除去しているが、場合によっては温度を徐々に低下させながら、それに合わせて圧力も、樹脂形状を維持しながら徐々に低下させてゆく必要がある。
FIG. 5 shows a general imprint sequence flow.
In this sequence, the pressure is completely removed at the time of cooling. However, in some cases, it is necessary to gradually decrease the temperature and gradually decrease the pressure while maintaining the resin shape.

以上の実験で得られたパターン(写真)とその条件を第6図として示す。
金型サイズ(モールドの溝の深さ);2,1μm 、溝幅;200nm、プレス圧力;20MPa、プレス時間;5分、プレス温度;180℃、樹脂;PMMA(分子量);15万 膜厚;2mm(バルク材)
以上の条件での実験結果、図から明らかなように、プリントされた被加工物には、微細な溝構造が、つぶれることなく正確にインプリントされており、この発明の、効果が明らかである。
The pattern (photograph) obtained by the above experiment and its conditions are shown in FIG.
Mold size (mold groove depth); 2,1 μm, groove width; 200 nm, press pressure; 20 MPa, press time; 5 minutes, press temperature; 180 ° C., resin; PMMA (molecular weight); 2mm (bulk material)
As is clear from the experimental results under the above conditions, the printed workpiece has a fine groove structure imprinted accurately without being crushed, and the effect of the present invention is clear. .

ナノプリントの概要を説明する図Diagram explaining the outline of nanoprint この装置の全体の構成概略を説明する図The figure explaining the outline composition outline of this device 油圧ダンパー機能の概略を説明する図Diagram explaining the outline of the hydraulic damper function 一般的なナノプリントのシーケンスフローの概略を説明する図Diagram explaining the general sequence flow of a general nanoprint 実験時のシーケンスフローを説明する図Diagram explaining sequence flow during experiment 実験で作製したナノプリント結果の写真Photograph of nanoprint result produced in experiment

1 基板
2 被加工物
3 モールド(金型)
4 ピストンロッド
5 空気シリンダー
51 エアーピストン
6 油圧シリンダー
61 油圧ピストン
7 リミッター
11 電磁弁
12 流量調節弁
13 冷却バルブ
14 制御部
15 選択バルブ
16、17、18 空気圧の圧力源
1 Substrate 2 Workpiece 3 Mold (Mold)
4 Piston Rod 5 Air Cylinder 51 Air Piston 6 Hydraulic Cylinder 61 Hydraulic Piston 7 Limiter 11 Solenoid Valve 12 Flow Control Valve 13 Cooling Valve 14 Control Unit 15 Selection Valve 16, 17, 18 Air Pressure Source

Claims (2)

モールド上のパターンを被加工物上に転写するために、被加工物をモールドで押圧する工程において、空気シリンダーと油圧シリンダーとに連通された、モールドあるいは被加工物が固定されるピストンロッドを、空気シリンダーにより加圧移動させる工程と、この加工移動の途中でリミッターが油圧シリンダー内の油圧ピストンに当接することにより油圧シリンダーと空気シリンダーとを起動してピストンロッドに油圧制御作用を重畳させる工程とを有し、モールドと被加工物とをソフトタッチさせるようにしたナノプリント方法。 In order to transfer the pattern on the mold onto the workpiece, in the step of pressing the workpiece with the mold, a piston rod connected to the air cylinder and the hydraulic cylinder, to which the mold or the workpiece is fixed, A step of pressurizing and moving by the air cylinder, a step of starting the hydraulic cylinder and the air cylinder by causing the limiter to abut on the hydraulic piston in the hydraulic cylinder in the middle of the processing movement, and superimposing the hydraulic control action on the piston rod; A nano-printing method in which a mold and a workpiece are soft-touched. 被加工物をモールドで押圧することにより、モールド上のパターンを被加工物上に転写する装置において、モールドと被過去物との温度制御部と、モールドあるいは被加工物が固定されるピストンロッドと、このピストンロッドが連通し制御部から電磁弁を介して制御される空気シリンダーと油圧シリンダーと
各シリンダー内でピストンロッドに固定されたエアーピストンと油圧ピストンと、ピストンロッドの特定下降位置で油圧ピストンを起動させるリミッターとを有し、温度制御信号に対応し空気式シリンダーがピストンロッドを加圧移動させる途上で油圧シリンダー内のピストンによる油圧ダンパー作用を重畳し、モールドと被加工物をソフトタッチさせるように構成したことを特徴とするナノプリント装置。
In an apparatus for transferring a pattern on a mold onto a workpiece by pressing the workpiece with a mold, a temperature control unit between the mold and the workpiece, and a piston rod to which the mold or the workpiece is fixed , an air piston and a hydraulic piston which is fixed to the piston rod in the piston rod in the air cylinder and hydraulic cylinder and <br/> each cylinder is controlled via a solenoid valve from communicating with the control unit, the specific lowering of the piston rod The hydraulic cylinder is activated by the piston in the hydraulic cylinder while the pneumatic cylinder pressurizes and moves the piston rod in response to the temperature control signal. A nano-printing device that is configured to be soft-touched.
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