JP2014004827A - パターン形成方法及び離型装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】インプリント型と被転写材とを良好に離型する。
【解決手段】離型装置10は、インプリント型30のパターン31が転写された被転写材20からインプリント型30を離型して転写パターンを形成するものであり、被転写材20に押し付けたインプリント型30を被転写材20と共にステージ12に固定し、被転写材20のインプリント型30側と反対側の面に、弾性体からなる離型用押型13の押圧面13aを弾性変形するように押し当て、被転写材20の端部側を、被転写材20のパターン非転写領域が押圧面13aに沿う状態で撓むように治具11により離型用押型13に押し付けて固定し、被転写材20を撓ませた状態のまま、押圧面13aの弾性変形を解除させながら、インプリント型30のパターン形成面に対して垂直方向にインプリント型30と被転写材20とを引き離し、被転写材20からインプリント型30を離型する。
【選択図】図4

Description

この発明は、インプリント型が押し付けられた被転写材からインプリント型を離型して転写パターンを形成するパターン形成方法及び離型装置に関する。
従来より、凹凸のパターンを有するインプリント型を被転写材に押し付けて、所望の転写パターンを被転写材に形成するインプリント法が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1には、インプリント型がレジスト層に押し付けられた転写基板を、離型開始から終了までレジスト層側が所定曲率の凸状態を維持するように裏面側を加圧して湾曲させる凹凸パターンの形成装置が開示されている。
特開2010−234669号公報
しかしながら、上記特許文献1に開示された従来技術の凹凸パターンの形成装置におけるパターン形成方法では、離型時に転写基板のレジスト層側が所定曲率の凸状態となったドーム形状に維持されるので、レジスト層は伸縮性に優れた材質で構成しなければならず、非伸縮性の材質のレジスト層を用いた場合は、レジスト層に皺が形成されて転写パターンが崩れやすくなるという問題がある。
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消し、インプリント型と被転写材とを良好に離型することができるパターン形成方法及び離型装置を提供することを目的とする。
本発明に係るパターン形成方法は、被転写材に押し付けたインプリント型を前記被転写材と共にステージに固定し、前記被転写材の前記インプリント型側と反対側の面に、弾性体からなる離型用押型の押圧面を弾性変形するように押し当てる工程と、前記被転写材の端部側を、前記被転写材のパターン非転写領域が前記押圧面に沿う状態で撓むように治具により前記離型用押型に押し付けて固定する工程と、前記被転写材を撓ませた状態のまま、前記押圧面の弾性変形を解除させながら、前記インプリント型のパターン形成面に対して垂直方向に前記インプリント型と前記被転写材とを引き離し、前記被転写材から前記インプリント型を離型する工程とを備えたことを特徴とする。
本発明に係るパターン形成方法によれば、被転写材に押し付けたインプリント型を被転写材と共にステージに固定して、被転写材のインプリント型側と反対側の面に弾性体からなる離型用押型の押圧面を弾性変形するように押し当て、被転写材の端部側を、被転写材のパターン非転写領域が押圧面に沿う状態で撓むように治具により離型用押型に押し付けて固定した上で、被転写材を撓ませた状態のままインプリント型と被転写材とを引き離すので、良好に離型を行い転写パターンを形成することができる。
すなわち、インプリント型と被転写材とを引き離す離型の際に、弾性変形した離型用押型の押圧面が元に戻ろうとする復元力が、インプリント型と被転写材とを引き離す力として作用する。これに伴い、インプリント型と被転写材とが接している面(剥離の界面)が両者の界面端部における剥離の開始点から徐々に互いの中心側に向かって小さくなり、完全離型する直前で互いに点接触した後に離間するようになるので、良好に離型を行うことができるようになる。
また、被転写材の端部側を、被転写材のパターン非転写領域が押圧面に沿う状態で撓むように治具により離型用押型に固定して、剥離の開始点が形成される程度に撓ませるため、非伸縮性の材質の被転写材を用いても、インプリント型と被転写材との間に剥離開始点を形成した後に剥離開始点から内側に向かって剥離が進行するように良好に離型を行うことができる。これにより、被転写材に皺が形成されることなくパターンに負荷も掛からないので、転写パターンが崩れることを抑制し、インプリント型の破損を防止することができる。
本発明の一実施形態においては、前記離型用押型は中空構造を備え、前記離型する工程では、前記離型用押型内にガスを注入して前記押圧面の弾性変形を解除させる。
本発明に係る離型装置は、インプリント型が押し付けられた被転写材から前記インプリント型を離型する離型装置であって、前記被転写材に押し付けた前記インプリント型を前記被転写材と共に保持する保持機構を有するステージと、前記被転写材の前記インプリント型側と反対側の面に、弾性変形するように押し当てられる押圧面を有する弾性体からなる離型用押型と、前記被転写材の端部側を、前記被転写材のパターン非転写領域が前記押圧面に沿う状態で撓むように前記離型用押型に押し付けて固定する治具と、離型時に、前記被転写材を撓ませた状態のまま、前記押圧面の弾性変形を解除させながら前記ステージ及び前記離型用押型を前記インプリント型のパターン形成面に対して垂直方向に相対的に移動させ、前記インプリント型と前記被転写材とを引き離す駆動手段とを備えたことを特徴とする。
本発明に係る離型装置によれば、上記パターン形成方法における作用効果と同様に、インプリント型と被転写材とを良好に離型することができる。
本発明によれば、インプリント型と被転写材とを良好に離型することができる。
本発明の第1の実施形態に係る離型装置の一部を示す断面図である。 同離型装置の前段の転写装置の一部を示す断面図である。 同離型装置による離型工程を示すフローチャートである。 同離型装置の離型時の様子を示す断面図である。 同離型装置の離型時の様子を示す断面図である。 同離型装置の離型時の様子を示す断面図である。 同離型装置の離型時の様子を示す断面図である。 同離型装置の離型用押型を示す斜視図である。 同離型装置の他の離型用押型を示す斜視図である。 同離型装置の更に他の離型用押型を示す斜視図である。 同離型装置の更に他の離型用押型を示す斜視図である。 本発明の第2の実施形態に係る離型装置による離型時の様子を示す断面図である。 本発明の第3の実施形態に係る離型装置を示す斜視図である。 同離型装置の離型時の様子を示す断面図である。 同離型装置の離型時の様子を示す断面図である。 本発明の第4の実施形態に係る離型装置を示す斜視図である。 同離型装置の離型時の様子を示す断面図である。 同離型装置の離型時の様子を示す断面図である。
以下、添付の図面を参照して、この発明の実施の形態に係るパターン形成方法及び離型装置を詳細に説明する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る離型装置の一部を示す断面図である。図2は、離型装置の前段の転写装置の一部を示す断面図である。図3は、離型装置による離型工程を示すフローチャートである。図4〜図7は、離型装置の離型時の様子を示す断面図である。また、図8は、離型装置の離型用押型を示す斜視図である。
離型装置10は、被転写材20に押し付けたインプリント型30を被転写材20と共に保持する保持機構を有するステージ12と、弾性体からなる離型用押型13とを備え、被転写材20のインプリント型30側と反対側の面に、弾性変形するように押圧面13aが押し当てられる。
また、離型装置10は、被転写材20の端部側を、被転写材20のパターン非転写領域が押圧面13aに沿う状態で撓むように離型用押型13に押し付けて固定する治具11を備える。離型装置10は、例えば離型時に、被転写材20を撓ませた状態のまま、押圧面13aの弾性変形を解除させながらステージ12及び離型用押型13をインプリント型30のパターン形成面に対して垂直方向に相対的に移動させ、インプリント型30と被転写材20とを引き離す駆動手段(図示せず)を備える。
離型用押型13は、一例として、例えば被転写材20のパターン転写領域に対応する部分の曲率が、パターン非転写領域に対応する部分の曲率よりも小さくなるように弾性変形可能な樋状に湾曲した略円筒状の押圧面13aを有している。離型用押型13は、例えば支持軸14を介して駆動手段に接続されている。
治具11は、例えば被転写材20の端部を、被転写材20の厚さ方向に押圧面13aの外周縁面との間で挟持可能となるように、離型用押型13に押し付けるものである。本例では、離型用押型13が略円筒状の押圧面13aを備える形状であるため、治具11は、例えばこの離型用押型13の両端縁部に沿った直線状に被転写材20の端部を挟持可能に形成されている。その他、治具11は、被転写材20の所定方向の両端部や、予め設定された端部を挟持可能に構成されていても良い。
被転写材20は、本実施形態においては、例えば厚さ25μm程度の熱可塑性のポリイミド、ポリオレフィン、液晶ポリマーなどからなる樹脂フィルムや、熱硬化性のエポキシ樹脂からなる樹脂フィルムなどが用いられる。これらの樹脂フィルムは、通常は伸縮性を備えるが、本例の被転写材20には非伸縮性の材質の樹脂フィルムを適用することもできる。
インプリント型30は、モールドやダイなどの金型であり、被転写材20に転写する凹凸のパターンに対して反転したパターン31が形成されている。インプリント型30は、例えばシリコンからなり、そのパターン31は、最小ライン/スペース(L/S)が5μm/5μmで、高さ5μmのパターンに形成されている。
なお、インプリント型30は、材質が限定されるものではなく、例えばニッケル、銅、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)等により形成され、所望の微細ピッチのパターン31が形成されたものを用いても良い。また、インプリント型30のパターン31側の表面には、例えばフッ素樹脂などがコーティングされた易離型処理が施されていても良い。治具11及びステージ12についても、インプリント型30と同様の上記のような材質により構成することができる。
また、離型装置10の治具11、ステージ12及び離型用押型13には、それぞれを相対的に上下方向に動かすことが可能な駆動手段が対応して取り付けられている。一方、ステージ12には、インプリント型30が配置される位置に対応する箇所に吸引穴12aが形成されている。
そして、インプリント型30は、この吸引穴12aを介して図示しない吸着装置により吸い付けられることで、ステージ12上に吸着固定される。
次に、パターン形成方法について説明する。
転写段階においては、図2(a)に示すように、フィルム状の被転写材20とインプリント型30とを準備し、被転写材20のパターン転写領域(箇所)とインプリント型30のパターン31の位置とを位置合わせした上で、転写装置40のステージ8,9にこれらを配置する。
このとき、例えば被転写材20は、ステージ9に設けられた押さえ板9a、ボルト9b及びナット9cによりステージ9に取付固定される。また、インプリント型30は、例えば粘着シート等によりステージ8からパターン31の転写後に容易に離脱可能に貼着固定される。
そして、インプリント型30又は転写部材20の少なくとも一方を加熱しながら、例えばステージ8をステージ9側に移動させて、図2(b)に示すように、被転写材20にインプリント型30を押し付けてパターン31を転写する。このとき、被転写材20が柔らかくなる温度まで被転写材20を加熱してから押し付けることが好ましいが、被転写材20が熱可塑性樹脂からなる場合は、ガラス転移点以上の温度まで加熱することが望ましい。
こうしてパターン31が転写された後、被転写材20が柔らかくなる温度以下にインプリント型30と被転写材20とを冷却し、これらが一体化した状態で上述した離型装置10に搬送して、離型装置10による離型工程を開始する。ここで、図3を参照しながら離型工程について説明する。
まず、図1に示すように、インプリント型30を被転写材20と共にステージ12上に吸着させて固定する(ステップS100)と共に、治具11を被転写材20の端部のステージ12側に添設配置する。なお、インプリント型30は、吸引穴12aを介した吸引による吸着方式の他、図示しない押さえ板による固定方式や、静電吸着式或いは粘着シート等を用いた粘着式などによりステージ12に固定させることができる。
次に、駆動手段により、図4に示すように、離型用押型13を被転写材20のインプリント型30側と反対側の面に、図4中矢印直線で示すように移動させて押圧面13aが例えば平面状に弾性変形するように押し当てる(ステップS102)。これと共に、治具11を図4中矢印曲線で示すように移動させ、被転写材20の端部側を離型用押型13に押し付けて(ステップS104)、被転写材20のパターン非転写領域を押圧面13aに沿う状態で撓ませる。
その後、図5に示すように、駆動手段により、治具11及び離型用押型13が被転写材20を樋状に撓ませた状態のまま、これらを、例えば図5中矢印直線(上向き)で示すように、押圧面13aの弾性変形を解除させながら、インプリント型30のパターン31の形成面に対して垂直方向(上下方向)に相対的に移動させ、インプリント型30に対して被転写材20を離間させる(ステップS106)。このとき、被転写材20のパターン転写領域と非転写領域との境目における被転写材20とインプリント型30との界面端部に剥離力が作用して、界面端部がそれぞれ剥離し剥離の開始点が形成される。
治具11及び離型用押型13の移動に伴い、押圧面13aの形状が両端縁面から徐々に復元しつつ、上記剥離の開始点側から剥離が被転写材20とインプリント型30との中心側に向かって進行する。そして、図6に示すように、最終的に押圧面13aの形状が平面状から略円筒状に完全に復元して被転写材20がインプリント型30から完全に剥離し、被転写材20からインプリント型30が離型される(ステップS108)。
上述したように、離間させるときに剥離の開始点が形成されてから剥離が進行するので、パターン31により形成される被転写材20の転写パターン21が崩れることなくスムーズに剥離が行われる。なお、押圧面13aの形状が完全に復元する前に、インプリント型30が被転写材20から完全に離型するように駆動手段により治具11、離型用押型13及びステージ12を相対的に移動させても良い。
最後に、図7に示すように、治具11により離型用押型13に保持していた被転写材20の撓みを、例えば治具11を離型用押型13から離れるように移動させることによりその押し付けを解除して元に戻し、被転写材20を取り出して(ステップS110)、ステージ12からインプリント型30を外し、本フローチャートによる一連の処理を終了する。こうしてインプリント型30を被転写材20から離型することで、被転写材20に転写パターン21が形成される。
このように、第1の実施形態に係る離型装置10によるパターン形成方法によれば、離型用押型13が押し当てられ治具11により端部側が固定された被転写材20を、撓ませた状態のまま押圧面13aの弾性変形を解除しながらインプリント型30から離間させて剥離の開始点を形成する。そして、押圧面13aの形状を復元しつつインプリント型30と被転写材20とを引き離して離型を行う。
すなわち、樹脂フィルムである被転写材20を撓ませるので、インプリント型30は柔軟性を備えていなくても良く、被転写材20の端部側をパターン非転写領域が押圧面13aに沿う状態で撓ませたまま、パターン31の形成面に対して垂直方向に被転写材20及びインプリント型30を引き離すので、転写パターン21が崩れることはない。
また、被転写材20をインプリント型30との間に剥離の開始点を形成可能な程度に撓ませれば良いため、非伸縮性の樹脂フィルムを使用してもパターン31の転写領域に皺などが形成されることを抑えることができる。従って、被転写材20の材質に左右されずに被転写材20とインプリント型30とを良好に離型することが可能となる。
なお、図8に示すように、上述した離型用押型13は、例えば樋状に湾曲した一定の曲率の弾性変形可能な円筒状の押圧面13aを備えるものを用いたが、例えば次のようなものであっても良い。すなわち、図9に示すように、平常時のパターン転写領域の押圧面13bの曲率がパターン非転写領域の押圧面13cの曲率よりも小さくなるように形成された弾性変形可能な略円筒状の押圧面13b,13cを有する離型用押型13Aや、図10に示すように、一定の曲率のドーム状、即ち球面状の押圧面13dを有する離型用押型13Bを用いても良い。
更に、図11に示すように、平常時の球面状のパターン転写領域の押圧面13eの曲率がパターン非転写領域の押圧面13fの曲率よりも小さくなるように形成された押圧面13e,13fを有する離型用押型13Cを用いても良い。このように、離型用押型13は、上述したような剥離の開始点を形成することができる押圧面を有する形状で形成されていれば良い。
なお、図9及び図11に示すように、離型用押型13A,13Cで曲率が異なる押圧面13b,13c,13e,13fを有する場合、剥離の開始点から剥離が進行するにつれて、インプリント型30のパターン形成面に対して押圧面とのなす角度が次第に小さくなる状態で剥離が行われる。これにより、被転写材20とパターン31との接触部分に影響する力を制御しつつ離型を行うことが可能となる。
[第2の実施形態]
図12は、本発明の第2の実施形態に係る離型装置による離型時の様子を示す断面図である。なお、以降において既に説明した部分と重複する箇所には同一の符号を附して説明を割愛する。第2の実施形態に係る離型装置10Aは、離型用押型13Dが、内部に空間部13gを有する中空構造となっている点が、第1の実施形態に係る離型装置10と相違している。
すなわち、図12(a)に示すように、離型装置10Aは、第1の実施形態に係る離型装置10と同様に、治具11、ステージ12、離型用押型13D、駆動手段等の各部を備えている。そして、離型工程においては、図12(a)に示すように、被転写材20と共にインプリント型30をステージ12に固定し、治具11を配置した後、図12(b)に示すように、離型用押型13Dを押圧面13aが平面状に弾性変形するように押し当てると共に、治具11により被転写材20の端部側を離型用押型13Dに押し付けて被転写材20を撓ませる。
その後、図12(c)に示すように、被転写材20を撓ませた状態のまま、離型用押型13Dの空間部13g内にガスを注入して押圧面13aの弾性変形を解除させながら、インプリント型30と被転写材20とを相対的に移動させ、界面端部に剥離の開始点を形成する。
最後に、相対的な移動を継続しつつ、図12(d)に示すように、押圧面13aの形状を完全に復元して被転写材20をインプリント型30から完全に剥離し、被転写材20からインプリント型30を離型して、図12(e)に示すように、被転写材20の撓みを戻してから、被転写材20を取り出す。
このように構成された第2の実施形態に係る離型装置10Aによるパターン形成方法においても、第1の実施形態に係る離型装置10の場合と同様に、被転写材20及びインプリント型30を良好に離型することが可能となる。なお、離型用押型13Dの押圧面13aは、例えばダイヤフラムにより構成されていても良い。
[第3の実施形態]
図13は、本発明の第3の実施形態に係る離型装置を示す斜視図である。図14及び図15は、離型装置の離型時の様子を示す断面図である。なお、図14は第1の実施形態において図8を用いて説明した離型用押型13を採用した場合を示し、図15は第1の実施形態において図9を用いて説明した離型用押型13Aを採用した場合を示している。
図13〜図15に示すように、第3の実施形態に係る離型装置10Bは、治具11Bの構造が異なっている点が、第1の実施形態に係る離型装置10と相違している。すなわち、離型装置10Bの治具11Bは、被転写材20の端部(両端部)側を離型用押型13,13Aに押し付けて固定する軸中心で回転可能な棒状部材からなる。
従って、図14(a)及び図15(a)に示すように、離型装置10Bは、離型工程においては、被転写材20と共にインプリント型30をステージ12に固定した後、図14(b)及び図15(b)に示すように、離型用押型13,13Aを押圧面13a,13b,13cが平面状に弾性変形するように押し当てる。
そして、図14(c)及び図15(c)に示すように、治具11Bを上方向に移動させて、被転写材20の端部側を離型用押型13,13Aに押し付けて被転写材20を撓ませる。その後、図14(d)及び図15(d)に示すように、被転写材20を撓ませた状態のまま、押圧面13a,13b,13cの弾性変形を解除させながら、インプリント型30と被転写材20とを相対的に移動させ、界面端部に剥離の開始点を形成する。
最後に、相対的な移動を継続しつつ、図14(e)及び図15(e)に示すように、押圧面13a,13b,13cの形状を完全に復元して被転写材20をインプリント型30から完全に剥離し、被転写材20からインプリント型30を離型した後、被転写材20の撓みを戻し、被転写材20を取り出す。
このように構成された第3の実施形態に係る離型装置10Bによるパターン形成方法においても、第1及び第2の実施形態に係る離型装置10,10Aの場合と同様に、被転写材20及びインプリント型30を良好に離型することが可能となる。なお、治具11Bが回転可能なため、被転写材20は離型用押型13,13Aの押圧面13a,13b,13cの形状の復元に同調して円滑に変形することとなる。
[第4の実施形態]
図16は、本発明の第4の実施形態に係る離型装置を示す斜視図である。図17及び図18は、離型装置の離型時の様子を示す断面図である。なお、図17は第1の実施形態において図10を用いて説明した離型用押型13Bを採用した場合を示し、図18は第1の実施形態において図11を用いて説明した離型用押型13Cを採用した場合を示している。
図16〜図18に示すように、第4の実施形態に係る離型装置10Cは、治具11Cの構造が異なっている点が、第1の実施形態に係る離型装置10と相違している。すなわち、離型装置10Cの治具11Cは、被転写材20の端部側を離型用押型13B,13Cに押し付けて固定する部分に環状に配置されたベアリング15を備えた構造からなる。
従って、図17(a)及び図18(a)に示すように、離型装置10Cは、離型工程においては、被転写材20と共にインプリント型30をステージ12に固定した後、図17(b)及び図18(b)に示すように、離型用押型13B,13Cを押圧面13d,13e,13fが平面状に弾性変形するように押し当てる。
そして、図17(c)及び図18(c)に示すように、治具11Cを上方向に移動させて、治具11Cにより被転写材20の両端部側を離型用押型13B,13Cに押し付けて被転写材20を撓ませる。その後、図17(d)及び図18(d)に示すように、被転写材20を撓ませた状態のまま、押圧面13d,13e,13fの弾性変形を解除させながら、インプリント型30と被転写材20とを相対的に移動させ、界面端部に剥離の開始点を形成する。
最後に、相対的な移動を継続しつつ、図17(e)及び図18(e)に示すように、押圧面13d,13e,13fの形状を完全に復元して被転写材20をインプリント型30から完全に剥離し、被転写材20からインプリント型30を離型した後、被転写材20の撓みを戻し、被転写材20を取り出す。
このように構成された第4の実施形態に係る離型装置10Cによるパターン形成方法においても、第1及び第2の実施形態に係る離型装置10,10Aの場合と同様に、被転写材20及びインプリント型30を良好に離型することが可能となる。なお、治具11Cがベアリング15を備えるため、被転写材20は離型用押型13B,13Cの押圧面13d,13e,13fの形状の復元に同調して円滑に変形することとなる。
10 離型装置
11 治具
12 ステージ
12a 吸引穴
13 離型用押型
13a 押圧面
14 支持軸
20 被転写材
30 インプリント型
31 パターン

Claims (3)

  1. 被転写材に押し付けたインプリント型を前記被転写材と共にステージに固定し、前記被転写材の前記インプリント型側と反対側の面に、弾性体からなる離型用押型の押圧面を弾性変形するように押し当てる工程と、
    前記被転写材の端部側を、前記被転写材のパターン非転写領域が前記押圧面に沿う状態で撓むように治具により前記離型用押型に押し付けて固定する工程と、
    前記被転写材を撓ませた状態のまま、前記押圧面の弾性変形を解除させながら、前記インプリント型のパターン形成面に対して垂直方向に前記インプリント型と前記被転写材とを引き離し、前記被転写材から前記インプリント型を離型する工程とを備えた
    ことを特徴とするパターン形成方法。
  2. 前記離型用押型は中空構造を備え、
    前記離型する工程では、前記離型用押型内にガスを注入して前記押圧面の弾性変形を解除させる
    ことを特徴とする請求項1記載のパターン形成方法。
  3. インプリント型が押し付けられた被転写材から前記インプリント型を離型する離型装置であって、
    前記被転写材に押し付けた前記インプリント型を前記被転写材と共に保持する保持機構を有するステージと、
    前記被転写材の前記インプリント型側と反対側の面に、弾性変形するように押し当てられる押圧面を有する弾性体からなる離型用押型と、
    前記被転写材の端部側を、前記被転写材のパターン非転写領域が前記押圧面に沿う状態で撓むように前記離型用押型に押し付けて固定する治具と、
    離型時に、前記被転写材を撓ませた状態のまま、前記押圧面の弾性変形を解除させながら前記ステージ及び前記離型用押型を前記インプリント型のパターン形成面に対して垂直方向に相対的に移動させ、前記インプリント型と前記被転写材とを引き離す駆動手段とを備えた
    ことを特徴とする離型装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2016010105A1 (ja) * 2014-07-17 2017-04-27 綜研化学株式会社 ステップアンドリピート式インプリント装置及び方法

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