(57)【要約】【課題】微細パターン形成を行うプレス機において金型に誘導加熱、ワークに誘電加熱を適用して効率的な加熱を行うと共にペルチェ素子を使用することで効率的な冷却をも行ってプレス成形する。【解決手段】金属材質等を材料とした金型には誘導加熱を用い、樹脂材質等を材料としたワークを誘電加熱を用いることで所望の温度まで加熱する時間の軽減をはかった。金属材質等を材料とした金型においては誘導加熱での表皮効果を利用することでワークとの密着する部分を重点的に加熱することが容易であり金型の保持材までを加熱することがない。保持材に誘電率の低い材質を選べば保持材を加熱せずにワークを加熱することができる。金型とワークの両者の保持材および雰囲気を加熱しないことでプレス後の密着状態での温度が低下するまでにかかる時間も短時間で済む。金型及びワークに接する状態でペルチェ素子を配置することで冷却時間を更に短縮化することが出来る。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材質等を材料とした金型を誘導加熱する手段と、樹脂材質等を材料としたワークを誘電加熱する手段とを有することを特徴とした微細パターンプレス成形法。
【請求項２】
請求項１における手段で加熱した金型及びワークを、併設したペルチェ素子で冷却させる手段を有することを特徴とした微細パターンプレス成形法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
半導体製造プロセスにおいて、いまだにフォトリソグラフィーがパターン転写の大部分を担っている状況下で、より効率的・経済的なパターン転写技術として、硬い基板上に形成された凹凸パターンを金属、半導体基板や樹脂基板等に直接プレス転写する技術が開発されてきている。本発明はそのようなプレス転写に関する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
樹脂などへの直接転写は既にＣＤやＤＶＤの作製工程で行われている。型作成は、フォトリソグラフィーにより形成されたレジストパターンを、メッキの原理を応用した電鋳でメタルの鋳型を作り、それをスタンパーとして、いわゆる印刷の要領でディスクに焼き付ける工程が一般的である。転写される側であるワークの材料を樹脂としてポリカーボネートを使用した場合、ポリカーボネートは室温では弾性変形するので、室温で転写を実施しようとすると、かなりの圧力を高くしないとパターン転写が行えず一般的には破壊される。そこで、プレス前に金型とワークを加熱した後、プレスして、密着状態を数十秒から数分間保持、更にその状態のまま温度が低下し樹脂が固まるまで保持後分離する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これまでは、上述のプレス前に金型とワークをヒータを用いて雰囲気の温度を上昇させることで加熱をしていた。この方法では、金型の保持材やワークの保持材までも加熱することになり、必要以上の電力を消費するだけでなく、プレスを行うための所望の温度に加熱するために数分を費やさざるを得なかった。また、プレス後の密着状態を保持したままでの温度の低下にも時間を要していた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、上述のプレス前に金型とワークを加熱する手段として金属材質等を材料とした金型には誘導加熱を用い、樹脂材質等を材料としたワークを誘電加熱を用いることで、所望の温度まで加熱する時間の軽減をはかった。金属材質等を材料とした金型においては誘導加熱での表皮効果を利用することでワークとの密着する部分を重点的に加熱することが容易であり、金型の保持材までを加熱することがない。樹脂材質等を材料としたワークにおいては誘電加熱に適した材質であることから、保持材に誘電率の低い材質を選べば保持材を加熱することなくワークを加熱することができる。そして、金型とワークの両者の保持材および雰囲気を加熱しないことで、プレス後の密着状態での温度が低下するまでにかかる時間も短時間で済むことになる。また、金型及びワークに接する状態でペルチェ素子を配置することで冷却時間を更に短縮化することが出来る。
【０００５】
【発明の実施の形態】
金型を上下動することによって所定の荷重をかけて金型をワークに転写することを目的とし、金属材質等を材料とした金型を誘導加熱するためのコイルを有しそのコイルに電圧を印加するための誘導加熱用電源を有する手段と、樹脂材質等を材料としたワークを誘電加熱するための平板電極を有しその平板電極に高周波電圧を印加するための高周波電源を有する手段と、これらの手段によって加熱した金型及びワークを冷却するためのペルチェ素子とペルチェ素子に通電するための直流電源を有することを特徴とするプレス機である。
【０００６】
（実施例）
図１を用いて本プレス機の構成の概略を説明する。１は転写するべき金属材質等を材料とした金型である。また金型１は、後述するワーク２を誘電加熱するための平板電極の片側の機能も担っている。２は転写されるべき樹脂材質等を材料としたワークである。本プレス機はワーク２側を固定側とし、金型１側が上下動して所定の荷重をかけてプレスを行うものとする。３は金型１を誘導加熱するコイルである。４はワーク２を誘電加熱するためのもう一方の平板電極である。５は金型１を誘導加熱するコイル３の両端の電極に接続される電源である。６はワーク２を誘電加熱するための平板電極１（金型）ともう一方の平板電極４の各々に接続された電源である。７は金型１の保持材である。８はワークの保持材である。さらに、９は加熱した金型１およびワーク２を強制的に冷却するためのペルチェ素子で、１０はペルチェ素子に通電するための直流電源である。なお、ペルチェ素子９の配置方法であるが、金型１及びワーク２の両側に取り付けて（固定箇所は保持材７）周辺部から冷却するような配置になっている。また図１はプレス機の断面図であるためペルチェ素子が２個取り付けられているようなイメージであるが、実際には必要に応じて設置すればよい。ただし素子を複数個取り付けた場合には、それぞれに直流電流を印加するように電源を接続する必要があることは言うまでもない。
【０００７】
次に本プレス機における作業工程を図２を用いて説明する。本プレス機に転写すべき金型１を金型の保持材７にセットし、転写されるワーク２をワークの保持材８にセットする。ステップ１は、金型１およびワーク２のプレス前の加熱工程である。金型１は金型１の保持材７とワーク２の保持材８に埋め込まれた誘導加熱用のコイル３に誘導加熱用電源から電圧を印加することで所望の温度になるまで加熱される。ワーク２は、ワーク２の保持材８の下部にある誘電加熱用平板電極４と誘電加熱用平板電極の機能を兼ね備えた金型１に高周波電圧を印加することで所望の温度になるまで加熱される。ステップ２は、プレス工程である。金型１とワーク２を密着状態のまま数十秒から数分間保持する。この時ワーク２の材質によって加熱状態での温度を保持したほうが良い場合は誘電加熱を続ける。ステップ３はプレス後の金型１とワーク２の強制冷却工程である。金型１とワーク２を密着状態のまま、金型１への誘導加熱は停止状態、ワーク２への誘電加熱も停止状態とする。次に金型及びワークに対して吸熱面を接するように設置した（すなわち放熱面をプレス機外部に向けるように設置した）ペルチェ素子に直流電流を流して、金型及びワークの熱を吸収し、プレス機の外部方向に放熱させることで冷却を行う。ステップ４は離型工程である。金型１とワーク２を密着状態のままステップ３の手段で所望の温度まで低下させた後、ワーク２から金型１を離型することで離型時の型崩れを防止する。以上の４工程を実施することにより、金型１の転写パターンがワーク２へ転写される。
【０００８】
【発明の効果】
本発明により、プレス前に金型とワークを加熱する手段として、金属材質等を材料とした金型には誘導加熱を用い、樹脂材質等を材料としたワークを誘電加熱を用いることで、所望の温度まで加熱する時間を短縮化し、加熱による消費電力を軽減することができた。また、金属材質等を材料とした金型においては誘導加熱での表皮効果を利用することでワークとの密着する部分を重点的に加熱することが容易であり、金型の保持材までを加熱することがなく、樹脂材質等を材料としたワークにおいては誘電加熱に適した材質であることから、保持材に誘電率の低い材質を選べば保持材を加熱することなくワークを加熱することができる。一方、冷却の際にもペルチェ素子を用いることで安全で経済的な強制冷却を実現することが出来、総合的に作業工程時間の短縮化が図られ、コストを低減できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】プレス機の構成概略図
【図２】プレス工程概略図
【符号の説明】
１  金型および誘電加熱用平板電極
２  ワーク
３  誘導加熱用コイル
４  誘電加熱用平板電極
５  誘導加熱用電源
６  誘電加熱用電源
７  金型保持材
８  ワーク保持材
９  ペルチェ素子
１０  ペルチェ素子通電用電源
【図１】
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【図２】
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