JP4455093B2 - モールド、モールドを用いた加工装置及びモールドを用いた加工方法 - Google Patents
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Description
本発明はモールドとワーク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用モールド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部材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。
また、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。
モールドをレジストに押し付けてレジストを加工し、その後、エッチングすることによってレジストの下のウエハに穴を形成することが開示されている。（特許文献１）
米国特許５７７２９０５号公報
ここで、前述の加工技術に関する現状について図を用いて説明する。
図４は従来技術の代表的な構成例である。モールド１０４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。ワークとしては、図中に示すように、所望の材質のウエハ１０６上に樹脂１０５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１０４とワーク（被加工物）をモールド加圧部材１０３とウエハ加圧部材１０７とで挟み、加圧機構（不図示）で加圧して加工を行う。
図５は図４の構成で加圧動作を行った状態を示している。加圧部材、モールド１０４、ウエハ１０６の変形によりモールド１０４の大きな凹部がつぶれてしまう。このため、ワークは図６に示すように加工されてしまい、形状精度が低下する。このような現象は、加工力が大きいとき、また、浅い凹領域を持つ場合に特に顕著である。
よって、さらなる微細加工を行なうためには、モールド上の凹部ひきでのモールドやワークの変形が少なく、形状を精度よく転写する加工が望まれていた。
そこで、本発明は、加圧に対してモールドやワークの変形が少なく、加工精度が高い装置を提供することを目的とする。
上述の課題を解決するために、本発明では以下の手段を用いることによって解決している。
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て、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、
前記モールドの前記第１の支持部側の面、前記第１の支持部の前記モールド側の面、前記第２の支持部の前記被加工物側の面の内、少なくとも一つに前記モールド又は前記被加工物への加圧力の伝達を抑制するための凹部を有し、
該凹部は、前記モールドの前記加工面の凹部のうち、該凹部の幅と深さの比が２０：１を超える凹部と対応して設けられ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て、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、
前記モールドの前記第１の支持部側の面、前記第１の支持部の前記モールド側の面、前記第２の支持部の前記被加工物側の面の内、少なくとも一つに前記モールド又は前記被加工物への加圧力の伝達を抑制するための凹部を有し、
該凹部は、前記モールドの前記加工面の凹部のうち、該凹部の幅と深さの比が２０：１を超える凹部と対応して設けられることを特徴とする加工装置を提供するものである。
本発明においては、モールド表面の凹部に対応して、加圧部材（第１又は第２の支持部材）あるいはモールド裏面に凹部を設けるなどして、加工力の伝達経路に中空部を設けて部分的に加工力の伝達を抑止することで、モールド表面の凹部におけるモールドやワークの変形を防ぎ、モールド上の形状をワークに高精度に転写出来る。また、中空部の変わりに力の伝達を抑止するような材料を用いることもできる。これにより、モールドとワークの精度が十分に確保できないような場合においても精度よく転写できる。
本発明の実施の形態においては、上記構成を適用して、モールド表面の凹部に対応して、加圧部材あるいはモールド裏面に凹部を設けるなどして、加工力の伝達経路に中空部を設けて部分的に加工力の伝達を抑止することで、モールド表面の凹部におけるモールドやワークの変形を防ぎ、モールド上の形状をワークに高精度に転写出来る。また、また、中空部の変わりに力の伝達を抑止するような材料を用いることもできる。
モールドの裏面に凹部を設ける場合は、加工面の凹部に対して加圧方向と平行な方向上に形成することが好ましい。
さらにこれら手法をモールド表面の幅の広い凹部に限定して適用することで、中空部の作製範囲を限定し加工コストを抑えることが出来る。
また、特に加圧部材に中空部を設けた場合においては、同形状のモールドを用いた場合に中空部の再利用によるコストの低減が可能であり、モールドに設けた場合には取り付けや熱変形による位置誤差の影響を低減し、加工精度の向上が可能である。
さらに、加圧部材とモールドやワークの間に低ヤング率の材料を配置することにより、前述の効果に加えて各部材の形状精度や装置精度の不足による加工力の分布を均一化出来るため、部材コストの低減や加工精度の向上が可能である。
（実施例１）
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。
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１０４と樹脂１０５をコートしたウエハ１０６が対向して配置される。モールド１０４はモールド加圧部材１０３に、ウエハ１０６はウエハ加圧部材１０７にそれぞれ取り付けられ、両加圧部材は加圧機構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はモールド１０４とウエハ１０６との間を加圧し、モールド１０４の表面形状を樹脂１０５に転写する。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。
モールド加圧部材１０３のモールド１０４側表面にはモールド１０４の凹部の裏面にあたる部分に、精密切削加工により深さ５０μｍの溝が形成されている。溝のパターンはモールド１０４の表面形状通りとしても良いが、凹部の幅が小さい場合には前述したモールド１０４の変形量が小さいため、加工コストを考え、凹部の幅が広い部分のみ溝を作成している。溝を作成するか否かの基準は要求精度にもよるが、ここではモールド１０４上の凹部の最も狭い部分の幅と深さとの比が２０：１を超える部分とした。
上述の構成のモールド加圧部材１０３を用いて加圧加工を行うことにより、前述の溝が加工力の伝達経路における中空部となってモールド１０４表面の凹部への加工力の伝達を妨げ、モールド１０４上の形状を樹脂１０５上に高精度に転写することが出来る。また、無駄な加工力が低減される。
また、溝を形成する加圧部材はモールド加圧部材１０３に限定されるものではなく、ウエハ加圧部材１０７でも構わない。例えば、モールド１０４とウエハ１０６の材質や、厚さが大きく異なり、凹部での変形の度合いが異なる場合は変形量の大きい側の加圧部材に溝を形成する事も可能であるし、両加圧部材に対称な溝を作成しても構わない。
本実施例の構成はモールド１０４の表面形状が同じであれば、破損や劣化等によりこれを交換してもモールド加圧部材１０３を再利用可能なため、大量生産に特に好適である。
（実施例２）
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。
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２に示すように、モールド１０４と樹脂１０５をコートしたウエハ１０６が対向して配置される。モールド１０４はモールド加圧部材１０３に、ウエハ１０６はウエハ加圧部材１０７にそれぞれ取り付けられ、両加圧部材には加圧機構１０２とその反力を受ける筐体１０１を介して接続されている。さらに両加圧部材には、モールド１０４と樹脂１０５を加熱するためのヒータ２０１が挿入されており、樹脂１０５のガラス転移点までモールド１０４とウエハ１０６を加熱した後、加圧機構１０２は両者の間を加圧し、モールド１０４の表面形状を樹脂１０５に転写する。
モールド１０４は、例えば以下のように作成する。両面研磨されたＳｉウエハに鏡像関係にある２枚のマスクを用いて、光、ｘ線等のリソグラフィーを両面に対して行い、表裏対称のパターンを作成する。このモールド１０４は凹部の裏面が凹部となっており、モールド１０４表面の加圧加工を行う際、これが加工力の伝達経路における中空部となってモールド１０４表面の凹部への加工力の伝達を妨げ、モールド１０４上の形状を樹脂１０５上に高精度に転写することが出来る。また、無駄な加工力が低減される。
また、モールド１０４を加工する方法は上述の方法に限られるものではなく、表裏対称になるようにＦＩＢ（収束イオンビーム）加工やＥＢ電子線リソグラフィーなどを用いても構わない。また、実施例１と同様に、裏面の加工部分を限定しても構わないし、樹脂１０５が十分に柔らかい場合は裏面側のパターンを浅くするなど裏面の加工深さに関しても適宜変更可能である。
本実施例の構成はモールド１０４自体が加工力の非伝達部を有する。このため、加圧部材に対する取り付け誤差の影響を受けないため、極微細パターンの加工や特に高精度の加工に向く。また、熱膨張係数差による位置ずれが生じないため、前述の他、温度変化を伴う加工に特に好適である。また、モールド１０４のみの交換で加工形状の変更が可能なため、多品種少量生産にも向いている。
（実施例３）
以下、図面を用いて、本発明の第３の実施例について以下に詳細な説明を行う。
以下、図面を用いて、本発明の第３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１０４と樹脂１０５をコートしたウエハ１０６が対向して配置される。モールド１０４はモールド加圧部材１０３に、ウエハ１０６はゴム３０１を介してウエハ加圧部材１０７にそれぞれ取り付けられ、両加圧部材は加圧機構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はモールド１０４とウエハ１０６との間を加圧し、モールド１０４の表面形状を樹脂１０５に転写する。
ウエハ加圧部材１０７のウエハ１０６側表面にはモールド１０４の凹部の直下にあたる部分に、精密切削加工により深さ１００μｍの溝が形成されている。溝のパターンはモールド１０４の表面形状通りとしても良いが、実施例１と同様の理由から、ここではモールド１０４上の凹部の最も狭い部分の幅と深さとの比が２０：１を超える部分に限定した。さらに液状のゴムで溝加工を施した面をコートした後、硬化させた。非溝部でのゴム３０１の厚さは１００μｍである。
上述の構成のウエハ加圧部材１０７を用いて加圧加工を行うことにより、溝部においてはゴムの圧縮率が小さいため、これがモールド１０４の凹部への加工力の伝達を妨げ、モールド１０４上の形状を樹脂１０５上に高精度に転写することが出来る。
本実施例ではウエハ加圧部材１０７に、溝を形成しゴム３０１を配置したが、これはモールド加圧部材１０３でも構わないし、両加圧部材を同様に作製しても構わない事は実施例１と同様である。また、実施例２に示したモールド１０４とモールド加圧部材１０３との間にゴム３０１を配置しても同様の効果が得られる。また、ゴム３０１として液状ゴムを硬化させて用いたが板状のゴムを取り付けて使用しても構わない。
さらに、ゴム３０１に替えて、各種ポリマーやインジウム等の軟金属等、ヤング率の小さい他の材料も適宜選択可能である、
本実施例の構成は実施例１、２に示した用途の他、ゴム３０１により、非溝部における加工力の分布を均一化できるため、モールド加圧部材１０３、モールド１０４、ウエハ１０６、ウエハ加圧部材等各種部材の形状精度が加工上、コスト上の制約から確保できない場合、装置精度が不十分でモールド１０４とウエハ１０６が十分平行に加圧できない場合等に好適である。
本実施例の構成は実施例１、２に示した用途の他、ゴム３０１により、非溝部における加工力の分布を均一化できるため、モールド加圧部材１０３、モールド１０４、ウエハ１０６、ウエハ加圧部材等各種部材の形状精度が加工上、コスト上の制約から確保できない場合、装置精度が不十分でモールド１０４とウエハ１０６が十分平行に加圧できない場合等に好適である。
１０１ 筐体
１０２ 加圧機構
１０３ モールド加圧部材（第１の支持部材）
１０４ モールド
１０５ 樹脂
１０６ ウエハ
１０７ ウエハ加圧部材（第２の支持部材）
２０１ ヒータ
３０１ ゴム
１０２ 加圧機構
１０３ モールド加圧部材（第１の支持部材）
１０４ モールド
１０５ 樹脂
１０６ ウエハ
１０７ ウエハ加圧部材（第２の支持部材）
２０１ ヒータ
３０１ ゴム
Claims (4)
- 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て、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、
前記モールドの前記第１の支持部側の面、前記第１の支持部の前記モールド側の面、前記第２の支持部の前記被加工物側の面の内、少なくとも一つに前記モールド又は前記被加工物への加圧力の伝達を抑制するための凹部を有し、
該凹部は、前記モールドの前記加工面の凹部のうち、該凹部の幅と深さの比が２０：１を超える凹部と対応して設けられることを特徴とする加工装置。 - 前記凹部に加工力の伝達力を抑制する部材が配置された請求項１に記載の加工装置。
- 前記加工力の伝達力を抑制する部材が、前記モールドと前記第１の支持部と前記第２の支持部のいずれよりもヤング率が小さい材料を用いている請求項１又は２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、加圧するための第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、加圧するための第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とを備え、
前記モールドの前記第１の支持部との接触面、前記第１の支持部の前記モールドとの接触面、前記第２の支持部の前記被加工物との接触面の内、少なくとも一つに前記モールド又は前記被加工物への加圧力の伝達を抑制するための凹部を有し、
該凹部は、前記モールドの前記加工面の凹部のうち、該凹部の幅と深さの比が２０：１を超える凹部と対応して設けられることを特徴とする加工方法。
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