压印装置及压印方法与流程

1.本发明涉及一种压印装置及压印方法。


背景技术：

2.一直以来，在微机电系统(micro electro mechanical systems，mems)的领域中，为了提高功能或附加价值，进行将具有相同或不同种类的功能的微小零件集成于一个基板上的高集成化或复合化。
3.进行所述高集成化的方法有各种各样，例如有使用包含弹性材料且具有多个突起的印模来传送微小零件的方法(例如，专利文献1)。在此情况下，通过拾取微小零件时的印模的突起与微小零件之间的压力或速度，可对与微小零件的附着力进行控制。
4.另一方面，正在研究利用压印法来形成所述印模。所谓压印法，是将具有微细图案的模具加压至树脂等被成形物上，利用光或热将所述图案转印至被成形物上的方法(例如，参照专利文献2)。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：国际公开号wo2008/088068
8.专利文献2：国际公开号wo2004/062886


技术实现要素：

9.发明所要解决的问题
10.然而，在现有的压印方法中，若对模具进行加压，则如图8所示，存在沿着模具的中央部的问题。在此情况下，所成形的印模的突起的前端的位置不同。于是，拾取微小零件时的印章的突起与微小零件之间的压力变得不均匀，因此存在无法对与微小零件的附着力进行控制的问题。
11.因此，在本发明中，目的在于提供一种可减小所转印的成型图案的变形的压印装置及压印方法。
12.解决问题的技术手段
13.为了实现所述目的，本发明的第一压印装置用于利用模具与基板对被成形物进行加压，将所述模具的成型图案转印至所述被成形物上，且所述压印装置的特征在于，包括：载台，用于载置所述模具或所述基板中的任一者；配置部件，将所述模具与所述基板中的未载置于所述载台的一者配置于所述模具与所述基板夹持所述被成形物的位置并且能够向所述模具与所述基板接近的方向自由地移动的位置；调压部，具有能够内含所述模具与所述基板的调压室；减压部件，对所述调压室内进行减压；加压部件，在能够向所述模具与所述基板接近的方向自由地移动的范围内，对所述调压室内进行加压；以及定影部件，用于使所述被成形物定影为所述成型图案。
14.在此情况下，优选为包括防止所述模具与所述基板的滑动移动的滑动防止部件。
另外，也可将所述配置部件用作滑动防止部件。在此情况下，所述配置部件形成为能够移动至防止所述模具与所述基板的滑动移动的位置。
15.另外，所述配置部件也可具有对所述模具相对于所述基板的相对位置进行检测的位置检测部件。
16.另外，也可包括控制部件，所述控制部件基于所述位置检测部件的检测信息，对所述配置部件或所述调压部件中的至少任一者进行控制。
17.另外，所述配置部件优选为以所述模具与所述基板平行的方式配置。
18.另外，优选为包括模具，所述模具具有包围所述成型图案的周围的壁部。在此情况下，所述壁部相对于具有所述成型图案的面的高度优选为形成为1μm以上。另外，所述壁部相对于具有所述成型图案的面的高度的最大值与最小值之差优选为1μm以下。
19.另外，所述定影部件可使用用于对所述被成形物照射光而使其固化的光照射部件、或者对所述被成形物的温度进行调节的调温部件。
20.另外，本发明的第一压印方法用于利用模具与基板对被成形物进行加压，将所述模具的成型图案转印至所述被成形物上，且所述压印方法的特征在于，具有：减压工序，将所述模具与被成形物之间的气体去除；配置工序，在减压化中，将所述模具与所述基板配置为将所述被成形物夹持在中间的状态且配置于能够向所述模具与所述基板接近的方向自由地移动的位置；加压工序，在能够向所述模具与所述基板接近的方向自由地移动的范围内，利用气体对所述模具与所述被成形物进行加压；以及定影工序，使所述被成形物定影为所述成型图案。
21.所述加压工序优选为在防止所述模具与所述基板的滑动移动的同时进行。
22.另外，所述配置工序优选为以所述模具与所述基板平行的方式配置。
23.另外，所述定影工序可使用对所述被成形物照射光而使其固化，使所述成型图案定影于所述被成形物的工序、或者对所述被成形物的温度进行调节而使其固化，使所述成型图案定影于所述被成形物的工序。
24.在此情况下，所述模具优选为具有包围所述成型图案的周围的壁部。相对于具有所述成型图案的面而言的所述壁部的高度优选为采用1μm以上的值。另外，相对于具有所述成型图案的面而言的所述壁部的高度的最大值与最小值之差优选为采用1μm以下的值。
25.发明的效果
26.本发明的压印装置及压印方法通过对模具均匀地进行加压，可将无变形的成型图案转印至被成形物上。
附图说明
27.[图1]是表示本发明的减压工序时的压印装置的剖面图。
[0028]
[图2]是表示本发明的配置工序时的压印装置的剖面图。
[0029]
[图3]是表示本发明的另一配置工序时的压印装置的剖面图。
[0030]
[图4]是表示本发明的加压工序时的压印装置的剖面图。
[0031]
[图5]是表示本发明的加压工序时的另一压印装置的剖面图。
[0032]
[图6]是表示本发明的定影工序时的压印装置的剖面图。
[0033]
[图7]是表示基于本发明的成形后的被成形物的剖面图。
[0034]
[图8]是表示现有的成型方法的剖面图。
具体实施方式
[0035]
使用图1～图7来说明本发明的压印装置。如图1所示，本发明的压印装置用于利用模具1与基板2对被成形物3进行加压，将模具1的成型图案转印至被成形物3上，且主要包括载台4、配置部件5、调压部6、减压部件71、加压部件72、以及定影部件8。
[0036]
另外，本发明的压印装置或压印方法所使用的模具1优选为包含刚体，以使成型图案不产生变形。只要使用例如聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，pet)或环烯烃聚合物(cycloolefin polymer，cop)等树脂、或玻璃等无机材料即可。在光压印工艺中，在将光源配置于模具1侧的情况下，选择透明的材料。另外，在用于热压印的情况下，选择相对于使用温度而具有耐热性的材料。
[0037]
成型图案不仅是包含凹凸的几何学形状，还包含例如像具有规定的表面粗糙度的镜面状态的转印那样用于转印规定的表面状态的图案。另外，成型图案形成为凸部的宽度或凹部的宽度的最小尺寸为100μm以下、10μm以下、2μm以下、1μm以下、100nm以下、10nm以下等各种大小。另外，深度方向的尺寸也形成为10nm以上、100nm以上、200nm以上、500nm以上、1μm以上、10μm以上、100μm以上等各种大小。
[0038]
另外，在对纵横尺寸高的成型图案进行转印的情况下、或支撑成型图案的基部的厚度大的情况下，存在被成形物3向模具1的侧面方向漏出，用于将被成形物3填充至成型图案的成型压不足的课题。因此，模具1也可具有包围成型图案的周围的壁部11。由此，在利用模具1对被成形物3进行加压时可抑制被成形物3向模具1的侧面方向泄漏，可将被成形物3充分地填充至成型图案。相对于具有成型图案的面而言的壁部11的高度例如只要设为1μm以上即可。另外，若壁部的高度产生偏差，则在后述的压印方法的加压工序中，由于壁部附近的被成形物的流动程度不同，因此模具与基板的平行因加压而紊乱。因此，优选为壁部的高度的偏差少。例如，优选为将相对于具有成型图案的面而言的壁部的高度的最大值与最小值之差设为1μm以下。
[0039]
基板2只要是可支撑被成形物3的基板，则为任意的基板，例如可使用树脂、无机化合物或金属等。
[0040]
被成形物3只要被转印模具1的成型图案，至少保持于模具1与基板2的任一者即可。作为被成形物3所使用的树脂，例如有光硬化性树脂、热硬化性树脂、或者热塑性树脂。
[0041]
被成形物3所使用的光硬化性树脂是通过特定的波长的光而硬化的具有流动性的树脂，只要是用于光压印技术的树脂，则可使用任意的树脂。例如可使用聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，pdms)等硅橡胶、或含环氧化物的化合物类、(甲基)丙烯酸酯化合物类、乙烯基醚化合物类、双烯丙基纳迪克酰亚胺化合物类那样含乙烯基、烯丙基等不饱和烃基的化合物类等。在此情况下，也可添加光反应性的引发剂，通过光照射进行聚合反应而形成成型图案。作为光反应性的自由基引发剂，可优选地使用苯乙酮衍生物、二苯甲酮衍生物、安息香醚衍生物、呫吨酮衍生物等。另外，反应性单体可以无溶剂的方式使用，也可溶解在溶媒中并在涂布后进行脱溶媒而使用。
[0042]
被成形物3所使用的热硬化性树脂是当进行加热时硬化的具有流动性的树脂，只要是用于热压印技术的树脂，则可为任意的树脂。例如，可使用聚二甲基硅氧烷(pdms)等硅
橡胶、或含环氧化物的化合物类、(甲基)丙烯酸酯化合物类、乙烯基醚化合物类、双烯丙基纳迪克酰亚胺化合物类那样含乙烯基、烯丙基等不饱和烃基的化合物类等。在此情况下，能够为了进行热聚合而单独使用含聚合反应性基的化合物类，也能够为了提高热硬化性而添加热反应性的引发剂来使用。作为热反应性的自由基引发剂，可优选地使用有机过氧化物、偶氮化合物，作为光反应性的自由基引发剂，可优选地使用苯乙酮衍生物、二苯甲酮衍生物、安息香醚衍生物、呫吨酮衍生物等。另外，反应性单体可以无溶剂的方式使用，也可溶解在溶媒中并在涂布后进行脱溶媒而使用。
[0043]
另外，被成形物3所使用的热塑性树脂是当达到玻璃化温度或熔点时具有流动性、当冷却时固化的树脂，只要是用于热压印技术的树脂，则可使用任意的树脂。例如可使用环状烯烃开环聚合/氢化体(cop)或环状烯烃共聚物(copolymers of cycloolefin，coc)等环状烯烃系树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯、乙烯基醚树脂、全氟烷氧基烷烃(perfluoroalkoxy alkane，pfa)或聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，ptfe)等氟树脂、聚苯乙烯、聚酰亚胺系树脂、聚酯系树脂等。
[0044]
如图2或图3所示，载台4用于载置模具1或基板2中的任一者。宜可以模具1与基板2平行的方式载置，优选为宜可以模具1的具有成型图案的面与基板2的相向侧的面水平的方式载置。载台4的材质只要是适合于成形条件的材质，则可为任意的材质，例如优选为使用相对于成形条件具有耐压性、耐热性等的材质，可使用不锈钢等金属。另外，在光压印工艺中，在将光源配置于载台4侧的情况下，只要使用玻璃等透明的材料即可。
[0045]
配置部件5将模具1与基板2中的未载置于载台4的一者配置于模具1与基板2夹持被成形物3的位置并且能够向模具1与基板2接近的方向自由地移动的位置。此外，在本说明书中，所谓“模具1与基板2夹持被成形物3”，是指被成形物3在模具1与基板2之间与两者接触的状态。另外，在本说明书中，所谓“能够向模具1与基板2接近的方向自由地移动”，是指模具1或基板2载置于具有流动性的被成形物3上而实质上浮起，所述模具1或基板2的整体受到均匀的压力的状态。具体而言，如图2所示，在载台4上载置有基板2的情况下，将模具1配置于能够向模具1与基板2接近的方向自由地移动的位置。即，成为在基板2上的被成形物3上载置模具1而实质上浮起的状态。另外，如图3所示，在载台4上载置有模具1的情况下，将基板2配置于能够向模具1与基板2接近的方向自由地移动的位置。即，成为在模具1上的被成形物3上载置基板2而实质上浮起的状态。
[0046]
另外，配置部件5优选为可以模具1与基板2平行的方式配置。配置部件5只要可将模具1与基板2中的任一者配置于模具1与基板2夹持被成形物3的位置并且能够向模具1与基板2接近的方向自由地移动的位置，则可为任意的配置部件，例如，只要包括如下部件即可：水平地保持模具1或基板2的保持部、用于使保持部升降的升降部件、以及使保持部从模具1向横方向远离的远离部件。作为保持部，例如只要设置在模具1的侧面水平地突出的突出部15，并形成为能够载置所述突出部15即可。虽然未图示，但利用升降部件或远离部件进行的保持部的移动只要使用通过油压式或气压式的气缸而移动的部件、或通过电动马达与滚珠螺杆而移动的部件等已知的部件即可。
[0047]
另外，配置部件5也可具有对模具1相对于基板2的相对位置进行检测的位置检测部件。由此，可掌握模具1与被成形物3或基板2与被成形物3接触的位置、或能够向在模具1与基板2接近的方向自由地移动的位置。另外，在加压时，也可在能够向模具1与基板2接近
的方向自由地移动的范围内，对模具1与基板2进行加压。作为位置检测部件，只要使用已知的部件即可，例如，只要使用利用设置于载台4的激光测长机来测定模具1的位置的部件即可。另外，在对配置部件5使用电动马达的情况下，也可使用设置于电动马达的编码器，根据位移量进行计算来测定模具1的位置。
[0048]
调压部6构成能够内含模具1与基板2的调压室61。由此，通过对调压室61的气压进行调节，可抑制气体残留于模具1的成型图案内、或者利用模具1与基板2对被成型物3进行加压。调压室61只要能够内含模具1与基板2，则可为任意的大小、形状，只要考虑调压室61内的气压或调节时间等进行设计即可。例如，如图4所示，可使用与载台4一并构成调压室61的有底筒状的框体62。在此情况下，为了将模具1或基板2搬送至调压室61内，可设置能够使框体62相对于载台4升降的升降部件，而使框体62与载台4之间开放，也可在框体62设置用于将模具1或基板2搬送至调压室61内的开闭部。另外，作为调压部6，也可构成为具有还内含载台4的调压室61。
[0049]
减压部件71用于将模具1与被成形物3之间的气体去除，将调压室61内减压至图案的形成没有问题的压力。所谓图案的形成没有问题的压力，是指可防止气体作为气泡残存于成型图案内而产生转印不良的压力，例如宜为1000pa以下，优选为宜为100pa以下。作为减压部件71，例如只要使用与调压室61连接并能够将所述调压室61内的气体去除的已知的减压泵即可。
[0050]
另外，加压部件72用于对调压室61内进行加压，以将被成形物3填充至模具1的成型图案中。能够将被成形物3填充至模具1的成型图案中的压力根据被成形物3的粘度等而适宜设定。另外，加压部件72在能够向模具1与基板2接近的方向自由地移动的范围内，对调压室61内进行加压。由此，可对模具1、基板2及被成形物3施加均匀的压力，因此可防止被成形物3产生变形。作为加压部件72，例如可使用与调压室61连接并供给能够对所述调压室61内进行加压的空气或惰性气体等气体的储气瓶、或加压泵。另外，在进行加压的压力为大气压便足够的情况下，如图4所示，也可使用将调压室61内与调压室61外连接的开放阀。
[0051]
另外，也可具有基于位置检测部件的检测信息来对配置部件5或调压部件7进行控制的控制部件。由此，可利用配置部件5将模具1或基板2配置于模具1与基板2夹持被成形物2的位置并且能够向模具1与基板2接近的方向自由地移动的位置、或者利用加压部件72在能够向模具1与基板2接近的方向自由地移动的范围内，对模具1与被成形物3进行加压。作为控制部件，只要可对配置部件5或调压部件7进行控制，则可为任意的部件，可使用已知的计算机。
[0052]
定影部件8用于使被成形物3定影为成型图案。作为定影部件8，在用于光压印的情况下，只要使用光照射部件81即可。另外，在用于热压印的情况下，只要使用调温部件即可。
[0053]
光照射部件81用于对包含光硬化性树脂的被成形物3照射光而使其固化。作为光照射部件81，只要可对被成形物3照射规定波长的电磁波而将其硬化，则可为任意的部件，例如，只要使用对被成形物3照射紫外线的紫外线照射装置即可。此处，光照射部件8只要可对成形物3进行照射，则可为单个也可为多个。在配置多个的情况下，优选为以照度分布在被成形物3中尽可能变得均匀的方式配置。
[0054]
调温部件用于对包含热硬化性树脂或热塑性树脂的被成形物3的温度进行调节，使所述被成形物3具有流动性或者使其固化。作为调温部件，可使用直接或间接地对被成形
物3进行加热的加热部件。另外，也可使用直接或间接地对被成形物3进行冷却的冷却部件。
[0055]
加热部件只要可将模具1与被成形物3中的任一者或两者加热至规定温度、例如构成被成形物3的热塑性树脂的玻璃化温度或熔点以上、或者热硬化性树脂的硬化温度以上，则可为任意加热部件。另外，可从载台4侧对被成形物3进行加热，也可从模具1侧进行加热。例如，可使用在载台4内设置加热器来对模具1或被成形物3进行加热的构件。另外，也能够使用加热后的液体或气体进行加热。
[0056]
冷却部件只要可将模具1与被成形物3中的任一者或两者冷却至规定温度、例如低于构成被成形物3的热塑性树脂的玻璃化温度或熔点、或者低于热硬化性树脂的硬化温度，则可为任何冷却部件。另外，可从载台4侧对被成形物3进行冷却，也可从模具1侧进行冷却。例如，可使用冷却用风扇、或形成于载台4内并通过流过液体来对模具1或被成形物3进行冷却的冷却用水路。
[0057]
另外，调温部件也可包括对模具1、基板2、被成形物3、载台4等的温度进行检测的温度检测部件，基于检测出的温度信息来对被成形物3的温度进行调节。
[0058]
另外，在本发明的压印装置中，在能够向模具1与基板2接近的方向自由地移动的位置，模具1与基板2中的任一者为悬浮于被成形物3上的状态，因此存在在模具1与基板2的加压时模具1与基板2容易滑动移动的问题。因此，也可设置防止模具1与基板2的滑动移动的滑动防止部件9。滑动防止部件9只要可不妨碍悬浮于被成形物3上的模具1或基板2的接近方向上的移动而防止与接近方向正交的方向上的滑动移动，则可为任意部件。例如，如图4所示，只要在悬浮于被成形物3上的模具1的侧面，设置空开规定的间隙而配置的引导状的滑动防止部件9即可。另外，在漂浮于被成形物3上的是基板2的情况下，虽然未图示，但只要在基板2的侧面设置空开规定的间隙而配置的引导状的滑动防止部件即可。另外，如图5所示，也可将配置部件5用作滑动防止部件。在此情况下，配置部件5只要形成为在模具1与被成形物3的加压时能够移动至防止模具1与基板2的滑动移动的位置即可。此外，滑动防止部件9与模具1或基板2的侧面的间隙的大小只要是可允许模具1与基板2的滑动移动的大小，则并无特别限定，例如只要设为0.5mm以内的大小即可。
[0059]
接着，对本发明的压印方法进行说明。本发明的压印方法是用于利用模具1与基板2对被成形物3进行加压，将模具1的成型图案转印至被成形物3上的方法，主要包括减压工序、配置工序、加压工序、以及定影工序。
[0060]
减压工序用于将模具与被成形物之间的气体去除。如图1所示，只要将模具1与被成形物3之间空开来对调压室61内进行减压，将调压室61内的气体去除即可。由此，可防止气体作为气泡残存于成型图案内而产生转印不良。减压工序中的压力只要可将调压室61内减压至图案的形成没有问题的压力，则并无特别限制，例如宜为1000pa以下，优选为宜为100pa以下。
[0061]
如图2或图3所示，配置工序在减压化中，将模具1与基板3配置为将被成形物3夹持在中间的状态且配置于能够向模具1与基板2接近的方向自由地移动的位置。具体而言，如图2所示，在载台4上载置有基板2的情况下，将模具1配置于能够向模具1与基板2接近的方向自由地移动的位置。即，成为在基板2上的被成形物3上载置模具1而实质上浮起的状态。另外，如图3所示，在载台4上载置有模具1的情况下，将基板2配置于能够向模具1与基板2接近的方向自由地移动的位置。即，成为在模具1上的被成形物3上载置基板2而实质上浮起的
状态。此外，在配置工序中，模具1与基板2优选为以成为平行的方式配置。
[0062]
如图4所示，加压工序在能够向模具1与基板2接近的方向自由地移动的范围内，利用气体对模具1与被成形物3进行加压。由此，可对模具1、基板2及被成形物3施加均匀的压力，因此可防止被成形物3产生变形。
[0063]
此外，在加压工序中，如上所述，在能够向模具1与基板2接近的方向自由地移动的位置，模具1与基板2中的任一者为悬浮于被成形物3上的状态，因此在模具1与基板2的加压时模具1与基板2容易滑动移动。因此，加压工序优选为在防止模具1与基板2的滑动移动的同时进行(参照图4或图5)。
[0064]
定影工序使被成形物3定影为成型图案。作为定影工序，在光压印的情况下，如图6所示，只要对包含光硬化性树脂的被成形物3照射光而使其固化，将成型图案定影于被成形物3即可。所照射的光只要可使被成形物3所使用的光硬化性树脂硬化，则可为任意的光，例如可使用紫外线。另外，在热压印的情况下，只要对被成形物3的温度进行调节而使其固化，使成型图案定影于被成形物3即可。例如，在被成形物3包含热硬化性树脂的情况下，只要将被成形物3加热至所述树脂硬化的温度以上而使其固化即可。另外，在被成形物3包含热塑性树脂的情况下，只要将被成形物3冷却至低于所述树脂的玻璃化温度或熔点而使其固化即可。
[0065]
此外，在热压印的情况下，在加压工序之前，有时也需要以被成形物3具有流动性的方式对温度进行调节的温度调节工序。例如，在被成形物3包含热塑性树脂的情况下，将被成形物3加热至所述树脂的玻璃化温度或熔点以上。另外，在被成形物3包含热硬化性树脂的情况下，将被成形物3的温度维持在所述树脂不硬化的温度以下。此外，温度调节工序也可在减压工序前后的任一者进行。
[0066]
最后，如图7所示，只要使模具1从被成形物3脱模，则可形成将模具1的成型图案无变形地转印的被成形物3。
[0067]
符号的说明
[0068]
1：模具
[0069]
2：基板
[0070]
3：被成形物
[0071]
4：载台
[0072]
5：配置部件
[0073]
6：调压部
[0074]
7：调压部件
[0075]
8：定影部件
[0076]
9：滑动防止部件
[0077]
11：壁部
[0078]
15：突出部
[0079]
61：调压室
[0080]
62：框体
[0081]
71：减压部件
[0082]
72：加压部件
[0083]
81：光照射部件