JP2011216808A - 転写装置、転写システム及び転写方法 - Google Patents

転写装置、転写システム及び転写方法 Download PDF

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Hiroyoshi Sugiura
裕喜 杉浦
Mitsunori Kokubo
光典 小久保
Shigeru Fujiwara
茂 藤原
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Abstract

【課題】モールドの転写パターンを転写する際におけるモールドと被成型品との位置ずれを防止して正確な転写を行うことが可能な転写装置を提供する。
【解決手段】モールド13を保持するモールド保持部4と、被成型品20を設置し、モールド保持部4に対して相対的に移動位置決め自在な被成型品設置部5と、被成型品設置部5をモールド保持部4に対して相対的に移動させる駆動手段23と、被成型品設置部5に設置されている被成型品20を所定の温度に設定自在な温度設定手段と、被成型品設置部5に設置されている被成型品20の紫外線硬化樹脂19に紫外線を照射する紫外線を発生する紫外線発生装置6とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、モールドに形成されている微細な転写パターンを被成型品に転写するときに使用される転写装置、転写システム及び転写方法に関する。
近年、電子線描画法などで石英基板等に超微細な転写パターンを形成して型(モールド)を作製し、被成型品に前記型を所定の圧力で押圧して、当該型に形成された転写パターンを転写するナノインプリント技術が研究開発されている(たとえば、非特許文献1参照)。
ナノオーダーの微細なパターン(転写パターン)を低コストで成型する方法としてリソグラフィ技術を用いたインプリント法が考案されている。この成型法は大別して熱インプリント法とUVインプリント法とに分類される。
熱インプリント法では、型を基板に押圧し、熱可塑性ポリマからなる樹脂(熱可塑性樹脂)が十分に流動可能となる温度になるまで加熱して微細パターンに樹脂を流入させたのち、型と樹脂をガラス転移温度以下になるまで冷却し、基板に転写された微細パターンを固化したのち型を引き離す。
UVインプリント法では、光を透過できる透明な型を使用し、UV硬化性液に型を押しつけてUV放射光を加える。適当な時間放射光を加えて液を硬化させ微細パターンを転写したのち型を引き離す。
以上のナノインプリントにおいては、紫外線硬化樹脂が基板上に塗布された被成型品と型とを真空成型室内で転写を行う構成の転写装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。この転写装置は、真空成形室内の支持台上に支持された被成型品に対し、型を下降して型の微細な転写パターンを紫外線硬化樹脂に押圧する。そして、型と被成型品をカバーで覆って真空成形室を真空にした状態で紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化させることにより型の転写パターンを転写する。
特開2006−318973号公報
Precision Engineering Journal of the International Societies for Precision Engineering and Nanotechnology 25(2001) 192-199
ところで、UVインプラント法においては、型(モールド)の転写パターンを被成型品の紫外線硬化樹脂に転写する際に、紫外線硬化樹脂の種類に応じてモールドや被成型品の温度を管理する必要がある。温度管理がされないと、モールドの微細な転写パターンを正確に転写することができず、不良品が発生する問題がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、モールドや被成型品の温度を管理をすることによって、モールドの微細な転写パターンを正確に転写することができる転写装置、転写システム及び転写方法を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、基板とこの基板に設けられている紫外線硬化樹脂とを備えて構成されている被成型品の前記紫外線硬化樹脂に対してモールドに形成されている微細な転写パターンを転写する転写装置において、前記モールドを保持するモールド保持部と、前記被成型品を設置し、前記モールド保持部に接近もしくは離反する方向で前記モールド保持部に対して相対的に移動位置決め自在な被成型品設置部と、前記被成型品設置部を前記モールド保持部に対して相対的に移動させる駆動手段と、前記被成型品設置部に設置されている被成型品を所定の温度に設定自在な温度設定手段と、前記被成型品設置部に設置されている被成型品の紫外線硬化樹脂に紫外線を照射する紫外線を発生する紫外線発生装置と、前記モールド保持部にモールドが設置され、前記被成型品設置部に未硬化の紫外線硬化樹脂が設けられている被成型品が設置された状態で前記被成型品の温度を所定の第1の温度とし、前記被成型品設置部を前記モールド保持部に相対的に接近させて前記未硬化の紫外線硬化樹脂に前記モールドを所定の時間接触させ、この接触状態のままで被成型品を前記第1の温度よりも低い所定の第2の温度とし、前記紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して前記紫外線硬化樹脂を硬化させるように、前記温度設定手段と前記紫外線発生装置と前記駆動手段とを制御する制御手段と、を有することを特徴とする転写装置である。
請求項2に記載の発明は、前記未硬化の紫外線硬化樹脂を前記基板に設置する紫外線硬化樹脂設置装置を備え、1台の前記紫外線硬化樹脂設置装置に対し、請求項1に記載の転写装置が複数設けられていることを特徴とする転写システムである。
請求項3に記載の発明は、未硬化の紫外線硬化樹脂を基板に設置して被成型品を形成する紫外線硬化樹脂設置装置と、未硬化の紫外線硬化樹脂に接触するように前記モールドを設置するモールド設置装置と、前記モールドが接触した状態の紫外線硬化樹脂に紫外線を照射する紫外線硬化樹脂硬化装置と、を有し、前記モールド設置装置は前記被成型品の温度を所定の第1の温度とし、前記紫外線硬化樹脂硬化装置は前記被成型品の温度を前記第1の温度よりも低い所定の第2の温度とすることを特徴とする転写システムである。
請求項4に記載の発明は、基板の厚さ方向の一方の面に設けられた薄膜状の紫外線硬化樹脂に、モールドに形成されている微細な転写パターンを転写する転写方法において、所定の第1の温度で未硬化の前記紫外線硬化樹脂に前記モールドを所定の時間接触させる接触工程と、前記モールドを紫外線硬化樹脂に接触させたまま、前記第1の温度よりも低い所定の第2の温度で前記紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化させる硬化工程と、を有することを特徴とする転写方法である。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の転写方法において、前記接触工程と前記硬化工程とが別個のステージによって行われることを特徴とする転写方法である。
本発明によれば、モールドや被成型品の温度を管理をすることによって、モールドの微細な転写パターンを正確に転写することができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態の転写装置を示す正面図である。 転写装置による転写手順を示すフローチャートである。 (a)はギャップ調整を示す正面図、(b)は(a)のB部におけるモールドの押圧状態を示す断面図である。 第1の温度に保持した状態を示す正面図である。 紫外線を照射する状態を示す正面図である。 本発明の別の実施形態の転写装置を示す正面図である。 本発明の転写システムを示すブロック図である。 本発明の別の転写システムを示す正面図である。 図8の転写システムを用いた別の転写システムを示すブロック図である。
以下、本発明を図示する実施形態により具体的に説明する。図1〜図6は、本発明の一実施形態の転写装置1を示し、図1は、その全体の正面図、図2は、転写のフローチャート、図3は、モールドの押圧によるモールドと紫外線硬化樹脂との接触状態を示す正面図及びB部拡大断面図、図4は、第1の温度に保持した状態の正面図、図5は、紫外線を照射する状態の正面図である。
図1に示すように、転写装置1は、下板2と上板3との間にモールド保持部4、被成型品設置部5、紫外線発生装置6が配置されることにより構成されている。
下板2は、底板7から立設されている支柱8に支持されている。上板3は、下板2に立設されているタイバー9に支持されており、下板2と所定の間隔を有して対向している。この実施形態において、モールド保持部4は上板3側に配置され、被成型品設置部5及び紫外線発生装置6は下板2側に配置されている。
モールド保持部4は、上板3の下面にチルト調整機構(ジンバル機構)10を介して取り付けられている。モールド保持部4は、チルト調整機構10に取り付けられたカバーブロック11を備え、このカバーブロック11の内部にモールド保持体12が取り付けられており、モールド保持体12の下面にモールド13が保持されている。モールド13の保持は、真空吸着によって行われるが、フック等の機械的な保持であってもよい。
モールド13は、シート状となっており、厚さ方向の一方の面(下面)に微細な転写パターン(図示省略)が形成されている。微細な転写パターンは、多数の微細な凹凸で形成されており、その凹凸の高さやピッチが可視光線の波長程度か、可視光線の波長よりも僅かに大きいか小さいパターンとなっている。
モールド保持部4におけるカバーブロック11の下面には伸縮自在なベローズ14が取り付けられている。ベローズ14は、モールド13と被成型品設置部5とを囲む筒状となっており、その下面にはリング状の当接板15が取り付けられている。当接板15は、カバーブロック11の外周側に取り付けられたエアシリンダ16に連結されている。当接板15が後述する移動ブロック21に当接することにより、ベローズ14がモールド13及び被成型品設置部5の被成型品20を構成する基板18及び紫外線硬化樹脂19を囲むため、これらがベローズ14の内部に位置して周囲と遮断され真空成型室が形成される。
被成型品設置部5は、モールド保持部4に対向するように下板2側に設けられた移動ブロック21と、移動ブロック21に保持された被成型品設置体22とを有している。被成型品20は、基板18と基板18の厚さ方向の一方の面(上面)に設けられた紫外線硬化樹脂19とによって構成されており、基板18が被成型品設置体22上に設置されることにより被成型品設置体22に支持されている。基板18は、ガラス板や透明樹脂等の平板状の透光性材料によって平板状に形成されており、紫外線硬化樹脂19は、未硬化の液状で基板18の上面に薄膜状に塗布されている。
底板7には、エアシリンダからなる駆動手段23が取り付けられており、被成型品設置体22を保持する移動ブロック21は、駆動手段23に支持されている。従って、駆動手段23が伸縮駆動することにより移動ブロック21が上下動して被成型品設置部5がモールド保持部4に対して相対的に移動する。又、所定の伸縮の後、駆動手段23の駆動が停止すると被成型品設置部5はその位置で停止し、モールド保持部4に対する位置決めがなされる。
図3(a)は、図1に示す転写装置1の変形例を示している。図3(a)で示すものは、ローラ25を用いて、モールド13等を押圧している。また、図3(a)で示す被成型品設置体22は、ガラスや透明樹脂等の透光性材料により全体が形成されており、この被成型品設置体22の上面に被成型品20が設置される。
被成型品設置体22には、リフトピン24が取り付けられており、リフトピン24が伸長することにより被成型品20が被成型品設置体22から引き上げ可能となっている。被成型品設置体22の内部には、温度設定手段としてのヒータ(図示省略)が配置されており、被成型品設置体22上に設置されている被成型品20の温度調整が可能となっている。被成型品20の温度調整は、第1の温度である80〜90℃と、第2の温度である60℃前後との間でなされるものである。
紫外線発生装置6は、被成型品設置体22の下部に位置するように移動ブロック21の内部に配置されている。紫外線発生装置6は、紫外線を発生させる紫外線ランプが用いられる。紫外線発生装置6が発生した紫外線は、共に透光性材料からなる被成型品設置体22及び基板18を介して基板18上の紫外線硬化樹脂19に達し、紫外線硬化樹脂19を硬化させる。
ヒータからなる温度設定手段、紫外線発生装置6及び駆動手段23は、図示しない制御手段(制御装置)によって制御されている。この制御は、モールド保持部4にモールド13が設置され、未硬化の紫外線硬化樹脂19が設けられた被成型品20が被成型品設置部5(被成型品設置体22)に設置された状態で被成型品20の温度を上述した第1の温度とし、この状態で被成型品設置部5、モールド保持部4を相対的に接近させて未硬化の紫外線硬化樹脂19にモールド13の転写パターンを所定時間接触させ、この接触状態のままで被成型品20を第1の温度よりも低い第2の温度とし、この第2の温度状態で紫外線硬化樹脂19に紫外線を照射して紫外線硬化樹脂19を硬化するようになされる。
次に、以上の転写装置による転写パターンの転写を図2のフローチャートにより説明する。未硬化の紫外線硬化樹脂19を基板18の上面に塗布することにより被成型品20を作製し、基板18が被成型品設置体22の上に位置するようにセットする(ステップS1)。この状態で駆動手段23を駆動して移動ブロック21を上昇させ、移動ブロック21をモールド保持部4側の当接板15に当接させる。これにより、ベローズ14が周囲を囲んだ真空成型室が形成される(ステップS3)。このときの駆動手段23の駆動によってモールド13の下面が未硬化の紫外線硬化樹脂19に接触する。
その後、ステップS5に移行してギャップ調整が行われる。図3(a)は、このギャップ調整を示し、未硬化の紫外線硬化樹脂19に接触しているモールド13の上面を押圧ローラ25が回転しながら移動する。押圧ローラ25の移動によりモールド13の転写パターンが未硬化の紫外線硬化樹脂19を押圧する。図3(b)は、モールド13による未硬化の紫外線硬化樹脂19への押圧状態を示している。
ギャップ調整の後、被成型品設置体22内の温度設定手段により被成型品20の温度を第1の温度(90℃)とする(ステップS7)。図4は、この状態を示し、モールド13が未硬化の紫外線硬化樹脂19に押圧した状態で被成型品20が第1の温度に保持される。この第1の温度でモールド13を未硬化の紫外線硬化樹脂19に一定時間接触させた後、この接触状態を維持したままで被成型品20を第2の温度(60℃)に冷却する(ステップS9)。
そして、第2の温度状態で紫外線発生装置6から紫外線を未硬化の紫外線硬化樹脂19に照射して紫外線硬化樹脂19を硬化する(ステップS11)。これにより、モールド13の転写パターンが紫外線硬化樹脂19に転写される。図5は、ステップS11の状態を示し、紫外線発生装置6から紫外線が照射され、照射された紫外線は被成型品設置体22及び基板18を通過して未硬化の紫外線硬化樹脂19に達し、紫外線硬化樹脂19が硬化する。
転写パターンの転写の後、エアシリンダ16を駆動してベローズ14を短縮し、真空成型室を開放する(ステップS13)。その後、駆動手段23を逆方向に駆動して移動ブロック21が下降し、紫外線硬化樹脂19をモールド13から離型する(ステップS15)。離型の後、被成型品設置体22のリフトピン24を上昇させて被成型品20を取り出す(ステップS17)。その後、被成型品設置体22を第1の温度に加熱し(ステップS19)、ステップS1に戻って次の被成型品20を被成型品設置体22上に設置する。
このような実施形態の転写装置1によれば、紫外線硬化樹脂19等の温度管理をすることができるので、需要に応じた正確な転写をすることができる。
また、転写装置1によれば、モールド13をモールド保持体12に保持した状態とすると共に、被成型品20を被成型品設置体22に設置した状態とし、これらの設置状態のままで転写パターンの転写を行うため、被成型品20に対するモールド13の位置ずれが発生することがない。このため、正確な転写を容易に行うことができる。又、被成型品20を第1の温度にして未硬化の紫外線硬化樹脂19にモールド13を所定時間押圧させ、その後、第2の温度で紫外線を照射して紫外線硬化樹脂19を硬化させるため、高精度の転写が可能となり、3Dのディスプレイ等に使用可能な高機能の光学部品を作製することができる。
図6は、別の実施形態の転写装置1Aを示し、上述した転写装置1と同一の部材には同一の符号を付して対応させてある。この実施形態の転写装置1Aにおいては、モールド保持部4に紫外線発生装置6が設けられるものである。紫外線発生装置6は、カバーブロック11の内部に配置されており、その下部にはモールド保持体12が取り付けられ、モールド保持体12の下面にモールド13が取り付けられている。この実施形態では、モールド保持体12及びモールド13をガラスや透明樹脂等の透光性材料により形成されることにより、紫外線発生装置6からの紫外線がこれらを透過して未硬化の紫外線硬化樹脂19に照射され、紫外線硬化樹脂19を硬化することができる。
図7は、本発明の転写システム31を示す。転写システム31においては、紫外線硬化樹脂設置装置としてのダイコータ32が用いられる。ダイコータ32は、未硬化の紫外線硬化樹脂19を基板18に塗布することにより基板18の上面に紫外線硬化樹脂19を設置するものである。この転写システム31においては、1台のダイコータ32に対し、図1に示す転写装置1が複数(3台)設けられることにより構成されている。このように複数の転写装置1を1台のダイコータ32に対して配置することにより、複数の転写装置1が同時に転写作動することができる。このため、アイドルタイムの少ない転写を行うことが可能となる。
図8は、本発明の別の実施形態の転写システム31Aを示す。この転写システム31Aでは、紫外線硬化樹脂設置装置としてのダイコータ32と、モールド設置装置35と、紫外線硬化樹脂硬化装置37とが組み付けられることにより構成されている。
ダイコータ32は、支持テーブル40と、ダイ41とを有し、これらが対向するように配置されている。支持テーブル40は基板18が載置されるものであり、ダイ41は基板18に未硬化の紫外線硬化樹脂19を塗布する。ダイ41は、紙面と直交する方向に移動可能となっており、この移動により基板18上に未硬化の紫外線硬化樹脂19を塗布する。支持テーブル40及びダイ41は、内部にヒータを備えており、基板18及び未硬化の紫外線硬化樹脂19を第1の温度に近い温度(80℃)となるように予備加熱する。
モールド設置装置35は、紫外線発生装置6を取り除いた他は図1の転写装置1と概略同様な構成となっており、転写装置1と同一の部材には同一の符号を付して対応させてある。すなわち、モールド設置装置35は、駆動手段23によって上下動可能な支持された被成型品設置部5が下板2側に設けられ、モールド13を保持するモールド保持部4が上板3側に設けられている。
モールド保持部4は、チルト調整機構10に取り付けられたカバーブロック11と、カバーブロック11内に取り付けられたモールド保持体12と、カバーブロック11の下面に取り付けられたベローズ14と、ベローズ14の下面に取り付けられた当接板15とを備えている。モールド13は、モールド保持体12の下面に取り付けられる。
被成型品設置部5は、駆動手段23に取り付けられた移動ブロック21と、移動ブロック21上に取り付けられた被成型品設置体22とを有しており、被成型品設置体22上にダイコータ32からの被成型品20が載置される。被成型品設置体22の内部には、ヒータからなる温度設定手段が設けられており、上面に設置された被成型品20を第1の温度(90℃)に加熱する。
かかるモールド設置装置35に対し、ダイコータ35からの成型品20がロボットハンド等によって成型品設置体22上に搬送される。モールド設置装置35は、第1の温度に保持された被成型品20を駆動手段23の駆動によりモールド13に接近させて、未硬化の紫外線硬化樹脂19をモールド13の転写パターンに接触させる接触工程を行う。被成型品20の紫外線硬化樹脂19に接触したモールド13は、接触状態のままで被成型品20と共にロボットハンド等により紫外線硬化樹脂硬化装置37に搬送される。
紫外線硬化樹脂硬化装置37は、上述した接着工程からの被成型品20に対して紫外線を硬化して紫外線硬化樹脂19を硬化するものである。紫外線硬化樹脂硬化装置37は、支持台42に取り付けられた被成型品設置体22を有し、この被成型品設置体22上に被成型品20がモールド13と共に載置される。
被成型品設置体22の上方には、紫外線発生装置6が設けられており、被成型品20に対して紫外線を上方から照射する。被成型品20における未硬化の紫外線硬化樹脂19には、モールド13が押圧しており、この押圧状態で紫外線発生装置6から紫外線が照射される。紫外線は、モールド13を通過して紫外線硬化樹脂19に達し、紫外線硬化樹脂19を硬化する。
これにより、紫外線硬化樹脂19の転写パターンの転写が行われる。かかる紫外線の照射前においては、被成型品設置体22の内部の温度設定手段により被成型品20が第2の温度(60℃)に冷却されて同温度に保持されるものである。紫外線硬化樹脂硬化装置37による転写が終了した成型品45は、モールド13と共に同装置37から取り出される。このような紫外線硬化樹脂硬化装置37は、上述した接触工程の後に紫外線硬化樹脂19を硬化させる硬化工程を行うものである。なお、取り出された成型品45に対しては、硬化した紫外線硬化樹脂19からモールド13を離す離型が行われる。
このような転写システム31Aでは、基板18への紫外線硬化樹脂19の塗布がダイコータ32によって行われ、紫外線硬化樹脂19へのモールド13の押圧がモールド設置装置35によって行われ、紫外線硬化樹脂19の硬化が紫外線硬化樹脂硬化装置37によって行われる。すなわち、これらが別個のステージによって行われるものである。このように別個のステージによって行われることにより被成型品20への転写が順次なされるため、効率的な転写を行うことができる。
図9は、図8の転写システムをベースにしてさらにシステム化した転写システム1Bを示す。この転写システム1Bでは、1台のダイコータ32に対しモールド設置装置35が3台設けられ、紫外線硬化樹脂硬化装置37が2台設けられている。ダイコータ32で処理された被成型品20は、空いているいずれかのモールド設置装置35に搬送されて処理され、モールド設置装置35で処理された被成型品20は、空いているいずれかの紫外線硬化樹脂硬化装置37に搬送されて処理される。これにより、アイドルタイムがなく、製造のロスタイムをなくすことができる。
本発明は以上の実施形態に限定されることなく、種々変形が可能である。例えば、転写装置1,1Aやモールド設置装置35においては、モールド保持部4で保持されているモールド13の温度を被成型品設置部5に設置されている被成型品20の温度と同じ温度となるように設定してもよい。
1、1A 転写装置
4 モールド保持部
5 被成型品設置部
6 紫外線発生装置
12 モールド保持体
13 モールド
18 基板
19 紫外線硬化樹脂
20 被成型品
23 駆動手段
31、31A 転写システム
32 ダイコータ
35 モールド設置装置
37 紫外線硬化樹脂硬化装置

Claims (5)

  1. 基板とこの基板に設けられている紫外線硬化樹脂とを備えて構成されている被成型品の前記紫外線硬化樹脂に対してモールドに形成されている微細な転写パターンを転写する転写装置において、
    前記モールドを保持するモールド保持部と、
    前記被成型品を設置し、前記モールド保持部に接近もしくは離反する方向で前記モールド保持部に対して相対的に移動位置決め自在な被成型品設置部と、
    前記被成型品設置部を前記モールド保持部に対して相対的に移動させる駆動手段と、
    前記被成型品設置部に設置されている被成型品を所定の温度に設定自在な温度設定手段と、
    前記被成型品設置部に設置されている被成型品の紫外線硬化樹脂に紫外線を照射する紫外線を発生する紫外線発生装置と、
    前記モールド保持部にモールドが設置され、前記被成型品設置部に未硬化の紫外線硬化樹脂が設けられている被成型品が設置された状態で前記被成型品の温度を所定の第1の温度とし、前記被成型品設置部を前記モールド保持部に相対的に接近させて前記未硬化の紫外線硬化樹脂に前記モールドを所定の時間接触させ、この接触状態のままで被成型品を前記第1の温度よりも低い所定の第2の温度とし、前記紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して前記紫外線硬化樹脂を硬化させるように、前記温度設定手段と前記紫外線発生装置と前記駆動手段とを制御する制御手段と、
    を有することを特徴とする転写装置。
  2. 前記未硬化の紫外線硬化樹脂を前記基板に設置する紫外線硬化樹脂設置装置を備え、
    1台の前記紫外線硬化樹脂設置装置に対し、請求項1に記載の転写装置が複数設けられていることを特徴とする転写システム。
  3. 未硬化の紫外線硬化樹脂を基板に設置して被成型品を形成する紫外線硬化樹脂設置装置と、
    未硬化の紫外線硬化樹脂に接触するように前記モールドを設置するモールド設置装置と、
    前記モールドが接触した状態の紫外線硬化樹脂に紫外線を照射する紫外線硬化樹脂硬化装置と、
    を有し、前記モールド設置装置は前記被成型品の温度を所定の第1の温度とし、前記紫外線硬化樹脂硬化装置は前記被成型品の温度を前記第1の温度よりも低い所定の第2の温度とすることを特徴とする転写システム。
  4. 基板の厚さ方向の一方の面に設けられた薄膜状の紫外線硬化樹脂に、モールドに形成されている微細な転写パターンを転写する転写方法において、
    所定の第1の温度で未硬化の前記紫外線硬化樹脂に前記モールドを所定の時間接触させる接触工程と、
    前記モールドを紫外線硬化樹脂に接触させたまま、前記第1の温度よりも低い所定の第2の温度で前記紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化させる硬化工程と、
    を有することを特徴とする転写方法。
  5. 請求項4に記載の転写方法において、
    前記接触工程と前記硬化工程とが別個のステージによって行われることを特徴とする転写方法。
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