(57)【要約】  型又は被成形物等の対象物を均一かつ高速に加熱及び冷却することができる温調装置およびこれを適用したインプリント装置を提供する。型100又は被成形物200等の対象物の温度を調節するための温調装置であって、複数の供給口11から所定温度の流体を供給する流体供給手段１と、対象物を保持する保持面22aと、供給口11から供給された流体を受ける流体受け面22bと、を有する保持手段22と、供給口11を内包する温調室31を保持手段22と共に構成する温調用筐体３と、温調室31内の流体を排出する排出流路４と、を具備する。
2012096019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の温度を調節するための温調装置であって、
複数の供給口から所定温度の流体を供給する流体供給手段と、
前記対象物を保持する保持面と、前記供給口から供給された流体を受ける流体受け面と、を有する保持手段と、
前記供給口を内包する温調室を前記保持手段と共に構成する温調用筐体と、
前記温調室内の流体を排出する排出流路と、
を具備することを特徴とする温調装置。
【請求項２】
前記流体受け面は、前記供給口の位置に併せて配列された複数の凹部又は凸部を有することを特徴とする温調装置。
【請求項３】
前記流体供給手段は、流体を所定温度に加熱する第１加熱タンク及び第２加熱タンクと、前記第１加熱タンク又は前記第２加熱タンクと前記供給口を選択的に接続する供給流路と、前記温調室と前記第１加熱タンク又は前記第２加熱タンクを選択的に接続する前記排出流路と、を有することを特徴とする請求項１又は２記載の温調装置。
【請求項４】
前記流体供給手段は、流体を所定温度に加熱する加熱タンクと、前記加熱タンクと前記供給口を接続する供給流路と、前記供給流路を開閉する供給流路開閉手段と、前記排出流路に接続される回収タンクと、前記回収タンクと前記加熱タンクを接続する循環流路と、前記循環流路を開閉する循環流路開閉手段と、を有することを特徴とする請求項１又は２記載の温調装置。
【請求項５】
前記流体供給手段は、冷却用の流体を貯留する冷却用タンクと、前記冷却用タンクと前記供給口を接続する冷却流体供給流路と、前記冷却タンクの流体を供給口から流すためのポンプと、を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の温調装置。
【請求項６】
前記凹部又は凸部の形状は、四角錐であることを特徴とする請求項２記載の温調装置。
【請求項７】
型の成型パターンを被成形物に転写するためのインプリント装置であって、
複数の供給口から所定温度の流体を供給する流体供給手段と、
前記型又は前記被成形物を保持する保持面と、前記供給口から供給された流体を受ける流体受け面と、を有する保持手段と、
前記供給口を内包する温調室を前記保持手段と共に構成する温調用筐体と、
前記温調室内の流体を排出する排出流路と、
を具備することを特徴とするインプリント装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の温度を均一かつ高速に調節するための温調装置およびこれを適用したインプリント装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、樹脂等の被成型物に型を押し、マイクロメートルまたはナノメートルオーダーの微細な成型パターンを転写するナノインプリント技術が注目されている。ナノインプリント技術には、熱インプリント法や光インプリント法がある。【０００３】
熱インプリント法では、被成型物として熱可塑性樹脂を用い、当該熱可塑性樹脂をガラス転移温度以上に加熱して所定圧力で型を押圧し、ガラス転移温度未満に冷却して型の成型パターンを熱可塑性樹脂に転写する。この場合、加熱はヒータ等を用い、冷却は、冷却流路に冷却水を流して行っていた（例えば、特許文献１）。【０００４】
また、光インプリント法は、被成型物として光硬化性樹脂を用い、当該光硬化性樹脂に所定圧力で型を押圧し、この状態で光硬化性樹脂に光を照射して、型の成型パターンを光硬化性樹脂に転写する。この場合においても、光硬化性樹脂は硬化時の温度により硬化速度、硬化収縮率が異なるので、均一温度での硬化操作を必要とし、特に大面積では温調を行うことが必須である。【０００５】
【特許文献１】国際公開番号ＷＯ２００４／０６２８８６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の方法では、ヒータや冷却流路が通っている部分と通っていない部分とで温度差が生じる。また、冷却流路は、流路の上流と下流との間においても温度差が生じる。このように、成型面内で温度差が生じると、樹脂の熱膨張の差等によってパターンの転写むらが生じるという問題があった。また、ヒータと冷却流路を同時に同一部分に設けることはできないため、いずれか一方が型や被成形物から遠くなり、温度調節や高速な昇降温が難しいという問題もあった。【０００７】
そこで本発明は、型や被成形物等の対象物を均一かつ高速に加熱及び冷却することができる温調装置およびこれを適用したインプリント装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の温調装置は、対象物の温度を調節するためのものであって、複数の供給口から所定温度の流体を供給する流体供給手段と、前記対象物を保持する保持面と、前記供給口から供給された流体を受ける流体受け面と、を有する保持手段と、前記供給口を内包する温調室を前記保持手段と共に構成する温調用筐体と、前記温調室内の流体を排出する排出流路と、を具備することを特徴とする。【０００９】
この場合、前記流体受け面は、伝熱面積を増やすために前記供給口の位置に併せて配列された複数の凹部又は凸部を有する方が好ましい。前記凹部又は凸部の形状は、例えば四角錐にすれば良い。【００１０】
対象物を加熱したい場合には、前記流体供給手段は、流体を所定温度に加熱する第１加熱タンク及び第２加熱タンクと、前記第１加熱タンク又は前記第２加熱タンクと前記供給口を選択的に接続する供給流路と、前記温調室と前記第１加熱タンク又は前記第２加熱タンクを選択的に接続する前記排出流路と、で構成するか、あるいは、流体を所定温度に加熱する加熱タンクと、前記加熱タンクと前記供給口を接続する供給流路と、前記供給流路を開閉する供給流路開閉手段と、前記排出流路に接続される回収タンクと、前記回収タンクと前記加熱タンクを接続する循環流路と、前記循環流路を開閉する循環流路開閉手段と、で構成すれば良い。【００１１】
また、対象物を冷却したい場合には、前記流体供給手段は、冷却用の流体を貯留する冷却用タンクと、前記冷却用タンクと前記供給口を接続する冷却流体供給流路と、前記冷却タンクの流体を供給口から流すためのポンプと、で構成すれば良い。【００１２】
また、本発明のインプリント装置は、型の成型パターンを被成形物に転写するためのものであって、複数の供給口から所定温度の流体を供給する流体供給手段と、前記型又は前記被成形物を保持する保持面と、前記供給口から供給された流体を受ける流体受け面と、を有する保持手段と、前記供給口を内包する温調室を前記保持手段と共に構成する温調用筐体と、前記温調室内の流体を排出する排出流路と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の温調装置は、対象物の全面を均一に加熱又は冷却することができる。また、加熱と冷却を同一の機構で行うことができる。また、伝熱面積を増やし、熱媒流体を噴霧することにより境膜伝熱係数を大きく出来る事から、高速の昇温、冷却が可能になる。更に、所定温度の流体を用いるため、高速に昇降温を行ってもオーバーシュートを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の温調装置を示す断面図である。
【図２】本発明の温調装置を示す断面図である。
【図３】本発明の温調装置を示す断面図である。
【図４】本発明の温調装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１５】
１  流体供給手段
２  保持手段
３  温室用筐体
４  排出流路
11  供給口
12  加熱タンク
13  供給流路
14  供給流路開閉手段
15  回収タンク
16  循環流路
17  循環流路開閉手段
19  ポンプ
21  保持面
22a  凹部
22b  凸部
22  流体受け面
31  温調室
41  排出流路
100  型
121  第１加熱タンク
122  第２加熱タンク
123  冷却用タンク
124  冷却流体供給流路
131  供給流路
200  被成形物
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の温調装置は、対象物の温度を調節するためのものであって、所定間隔で均等に配列された複数の供給口11から所定温度の流体を供給する流体供給手段１と、対象物を保持する保持面21および供給口11から供給された流体を受ける流体受け面22を有する保持手段２と、供給口11を内包する温調室31を保持手段２と共に構成する温調用筐体３と、温調室31内の流体を排出する排出流路４と、で主に構成される。【００１７】
ここで対象物とは、本発明の温調装置によって温度を調節される物で、例えば、インプリント成型においては、所定の成型パターンを有する型100や被成形物200が該当する。【００１８】
型100とは、例えば「ニッケル等の金属」、「セラミックス」、「ガラス状カーボン等の炭素素材」、「シリコン」などから形成されており、その一端面（成型面）に所定のパターンを有するものを指す。このパターンは、その成型面に精密機械加工を施すことで形成することができる。また、シリコン基板等にエッチング等の半導体微細加工技術によって形成したり、このシリコン基板等の表面に電気鋳造(エレクトロフォーミング)法、例えばニッケルメッキ法によって金属メッキを施し、この金属メッキ層を剥離して形成したりすることもできる。また、インプリント技術を用いて作製した樹脂製の型を用いることも可能である。この場合、型は、被成形物200の被成形面に対して可撓性のあるフィルム状に形成しても良い。もちろん型100は、微細パターンが形成できるものであれば材料やその製造方法が特に限定されるものではない。【００１９】
また、型100に形成される成型パターンは、凹凸からなる幾何学的な形状のみならず、例えば所定の表面粗さを有する鏡面状態の転写のように所定の表面状態を転写するためのものや、所定の曲面を有するレンズ等の光学素子を転写するためのものも含む。また、成型パターンは、平面方向の凸部の幅や凹部の幅の最小寸法が１００μｍ以下、１０μｍ以下、２μｍ以下、１μｍ以下、１００ｎｍ以下、１０ｎｍ以下等種々の大きさに形成される。また、深さ方向の寸法も、１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以上、２００ｎｍ以上、５００ｎｍ以上、１μｍ以上、１０μｍ以上、１００μｍ以上等種々の大きさに形成される。【００２０】
また、被成形物200とは、例えば、熱可塑性樹脂や重合反応性基含有化合物類の重合反応（熱硬化、または光硬化）によって製造される樹脂を指す。【００２１】
熱可塑性樹脂としては、環状オレフィン開環重合／水素添加体（ＣＯＰ）や環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）等の環状オレフィン系樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ビニルエーテル樹脂、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂、ポリスチレン、ポリイミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等を用いることができる。【００２２】
重合反応性基含有化合物類の重合反応（熱硬化、または光硬化）によって製造される樹脂としては、エポキシド含有化合物類、（メタ）アクリル酸エステル化合物類、ビニルエーテル化合物類、ビスアリルナジイミド化合物類のようにビニル基・アリル基等の不飽和炭化水素基含有化合物類等を用いることができる。この場合、熱的に重合するために重合反応性基含有化合物類を単独で使用することも可能であるし、熱硬化性を向上させるために熱反応性の開始剤を添加して使用することも可能である。更に光反応性の開始剤を添加して光照射により重合反応を進行させて成型パターンを形成できるものでもよい。熱反応性のラジカル開始剤としては有機過酸化物、アゾ化合物が好適に使用でき、光反応性のラジカル開始剤としてはアセトフェノン誘導体、ベンゾフェノン誘導体、ベンゾインエーテル誘導体、キサントン誘導体等が好適に使用できる。また、反応性モノマーは無溶剤で使用しても良いし、溶媒に溶解して塗布後に脱溶媒して使用しても良い。【００２３】
なお、被成形物200は、可撓性のあるフィルム状に形成したものや、シリコン等の無機化合物又は金属からなる基板上に層状に形成したものを用いても良い。【００２４】
また、図１〜３においては、保持手段２側に型100が配置されているが、保持手段２側に被成形物200を配置しても構わない。【００２５】
なお、以下で、本発明の温調装置をインプリント装置に適用した場合について説明するが、その他の装置にも勿論適用できる。【００２６】
流体としては、対象物の加熱温度より高い沸点と冷却温度より低い融点を有する液体を用いれば良い。例えば、水や油等の液体を用いることができる。また、飽和水蒸気等の気体を用いることも可能である。【００２７】
保持手段２の保持面21は、型100や被成形物200等の対象物を保持するためのもので、対象物の形状に合わせて、任意の形状に形成される。例えば、インプリント成型において、対象物が平坦な基板や金型の場合には、均一な加圧ができるよう、できる限り平面度の高いものが用いられる。また、型100や被成形物200等の対象物を固定するために、真空チャック等の固定手段（図示せず）を設けても良い。【００２８】
保持手段２の材質は、伝熱性が高く、インプリントプロセス中の成形条件に対し、耐熱性、耐圧性を有するものであればどのようなものでも良く、例えば、炭素鋼等の鉄材やＳＵＳなどの金属を用いることができる。【００２９】
保持手段２の流体受け面22は、供給口11から供給された流体を受けられるものであればどのような形状でも良いが、流体との間で効率よく熱交換できるようにするために、表面積を大きくする複数の凹部22a又は凸部22bを有する方が好ましい。また、保持面21側の温度を均一にするために、当該凹部22a又は凸部22bは、供給口11の位置に併せて均等に配列しても良い。凹部22a又は凸部22bの形状としてはどのようなものでも良いが、例えば均等に配列できる四角錐にすれば良い。一例としては、高さ2.5mmで角度が45度の四角錐を５mm間隔で均一に配列したものを用いることができる。【００３０】
温調用筐体３は、保持手段２の流体受け面側に配置され、保持手段２と共に供給口11を内包する温調室31を構成する。また、温調用筐体３の下部には、保持手段２の流体受け面22に供給された流体を排出するための排出流路４が接続される。温調用筐体３は、温調時の内圧に耐えられる耐圧性を有していればどのようなものでも良いが、できる限り断熱性の高いものが好ましい。また、保持手段２と温室用筐体は一体に形成されるものであっても良い。【００３１】
排出流路４は、温調室31内の流体を廃棄するように構成しても良いし、流体供給手段１に戻して再利用するように構成しても良い。【００３２】
流体供給手段１は、所定温度の流体を供給することができるものであればどのようなものでも良いが、例えば図１に示すように、型100又は被成形物200等の対象物を加熱する場合には、流体を所定温度に加熱する加熱タンク12と、加熱タンク12と供給口11を接続する供給流路13と、加熱タンク12の流体を供給口11から流すためのポンプ19とで構成されたもの用いれば良い。【００３３】
供給口11は、保持手段２に保持されている対象物を均一に加熱できるような位置に適切に配列される。また、供給口11は、流体を流体受け面22に対して垂直に供給するか、噴霧できるように構成される。【００３４】
また、加熱タンク12は、流体を加熱する電熱ヒータ等の加熱手段12aと、流体の温度を検出する熱電対等の温度検出手段（図示せず）を備えることにより、流体を所定温度に加熱することができる。【００３５】
この流体供給手段１は、予め加熱タンク12内で流体を所定温度に加熱しておき、対象物（型100及び被成形物200）を加熱する際には、ポンプ19を作動させて流体を供給口11から保持手段２の流体受け面22に供給する。すると、保持手段２が加熱され、保持手段２に保持されている対象物を均一に加熱することができる。流体受け面22に供給された流体は、排出流路４によって温調室31から排出される。【００３６】
また、流体として液体を用いる場合には、大気圧以上の圧力下で加熱し、大気圧における沸点よりも高温にして用いることも可能である。この場合には、例えば図２に示すように、流体供給手段１として、流体を所定温度に加熱する加熱タンク12と、加熱タンク12と供給口11を接続する供給流路13と、供給流路13を開閉する供給流路開閉手段14と、排出流路４に接続される回収タンク15と、回収タンク15と加熱タンク12を接続する循環流路16と、循環流路16を開閉する循環流路開閉手段17と、で構成することができる。【００３７】
加熱タンク12は、流体を加熱する電熱ヒータ等の加熱手段12aと、流体の温度を検出する熱電対等の温度検出手段（図示せず）を備えることにより、流体を所定温度に加熱することができる。また、加熱タンク12内の内圧を検出する圧力検出手段（図示せず）を配置しても良い。なお、加熱タンク12には、加熱された流体の蒸気圧以上の耐圧性が必要である。また、供給流路13は、加熱タンク12の下部に接続される。【００３８】
また、回収タンク15は、重力によって流体が流れるように、温調室31よりも下方でかつ加熱タンク12より上方に配置される方が好ましい。これにより、流体供給手段１は、ポンプを用いずに流体を循環させることができる。また、次の加熱に備えて、回収タンク15内の流体を事前に加熱する伝熱ヒータ等のプレ加熱手段（図示せず）を備えていても良い。【００３９】
この流体供給手段１は、供給流路開閉手段14と循環流路開閉手段17を閉じておき、加熱タンク12内の液体（流体）を温調室31の内圧より高い蒸気圧を有する所定温度まで加熱する。次に、供給流路開閉手段14を開けると、加熱タンク12内の蒸気圧は温調室31の内圧よりも高いため、加熱タンク12内の液体は、供給口11を介して保持手段２の流体受け面22に供給される。すると、保持手段２が加熱され、保持手段２に保持されている対象物（型100及び被成形物200）を均一に加熱することができる。流体受け面22に供給された液体は、排出流路４によって温調室31から回収タンク15に排出される。対象物の加熱が終了すると、供給流路開閉手段14を閉じると共に循環流路開閉手段17を開き、回収タンク15内の液体は加熱タンク12内に戻され、次の加熱に再利用される。【００４０】
また、図３に示すように、流体供給手段１は、流体を所定温度に加熱する第１加熱タンク121及び第２加熱タンク122と、第１加熱タンク121又は第２加熱タンク122と供給口11を選択的に接続する供給流路131と、温調室31と第１加熱タンク121又は前記第２加熱タンク122を選択的に接続する排出流路41と、を有するように構成しても良い。【００４１】
供給流路131には、第１加熱タンク121又は第２加熱タンク122と供給口11を選択的に切り替える供給流路切換手段131a、例えば三方弁等が設けられている。【００４２】
第１加熱タンク121及び第２加熱タンク122は、それぞれ流体を加熱する電熱ヒータ等の加熱手段12aと、流体の温度を検出する熱電対等の温度検出手段（図示せず）を備えることにより、流体を所定温度に加熱することができる。また、加熱タンク12内の内圧を検出する圧力検出手段（図示せず）を配置しても良い。なお、第１加熱タンク121及び第２加熱タンク122には、加熱された流体の蒸気圧以上の耐圧性が必要である。また、供給流路131は、第１加熱タンク121及び第２加熱タンク122の下部にそれぞれ接続される。【００４３】
また、第１加熱タンク121及び第２加熱タンク122は、重力によって流体が流れるように、温調室31よりも下方に配置される方が好ましい。これにより、流体供給手段１は、ポンプを用いずに流体を循環させることができる。【００４４】
また、排出流路41には、温調室31と第１加熱タンク121又は第２加熱タンク122とを選択的に接続する排出流路切換手段41a、例えば三方弁等が設けられている。【００４５】
この流体供給手段１は、供給流路切換手段131a及び排出流路切換手段41aによって第１加熱タンク121が閉じた状態になるよう切り替えておき、第１加熱タンク121内の液体（流体）を温調室31の内圧より高い蒸気圧を有する所定温度まで加熱する。次に、供給流路切換手段131aを第１加熱タンク121と供給口11が連通する側に切り替えると、第１の加熱タンク12内の蒸気圧は温調室31内の内圧よりも高いため、第１加熱タンク121内の液体は、供給口11を介して保持手段２の流体受け面22に供給される。すると、保持手段２が加熱され、保持手段２に保持されている対象物（型100及び被成形物200）を均一に加熱することができる。この際、流体受け面22に供給された液体は、排出流路41によって温調室31から第２加熱タンク122に排出される。第２加熱タンク122内では、温調室31の内圧よりも蒸気圧が高くならない範囲で、液体を加熱しておく。対象物の加熱が終了すると、排出流路切換手段41aによって第２加熱タンク122が閉じた状態になるように切り換える。そして第２加熱タンク122内で液体を温調室31の内圧より高い蒸気圧を有する所定温度に加熱した後、供給流路切換手段131aを第２加熱タンク122と供給口11が連通する側に切り替える。すると、第２の加熱タンク12内の蒸気圧は温調室31内の内圧よりも高いため、第２加熱タンク122内の液体は、供給口11を介して保持手段２の流体受け面22に供給される。この際、流体受け面22に供給された液体は、排出流路41によって温調室31から第１加熱タンク121に排出される。【００４６】
このように構成すれば、対象物の加熱を素早く行うことができ、スループットを向上することができる。【００４７】
また、対象物（型100及び被成形物200）を冷却する場合には、図４に示すように、流体供給手段を、冷却用の流体を貯留する冷却用タンク123と、冷却用タンク123と供給口11を接続する冷却流体供給流路124と、冷却タンク123の流体を供給口11から流すためのポンプ19と、で構成すれば良い。【００４８】
冷却用の流体としては、対象物の温度よりも低くできるものであればどのようなものでも良いが、例えば水を用いることができる。【００４９】
これにより、インプリントの成型時等に加熱された型100や被成形物200を均一に冷却することができる。【００５０】
なお、加熱と冷却を共通の供給口11から行う場合には、図４に示すように、冷却流体供給流路124を供給流路13に三方弁等の切換手段125を介して接続すれば良い。また、冷却流体を廃棄する廃棄流路126を設け、排出流路４に三方弁等の切換手段127を介して接続すれば良い。
【図１】
2012096019.tif 000003
【図２】
2012096019.tif 000004
【図３】
2012096019.tif 000005
【図４】
2012096019.tif 000006
【国際調査報告】
2012096019.tif 000007
2012096019.tif 000008
2012096019.tif 000009
2012096019.tif 000010