JP5147608B2 - 造形方法、造形物の製造方法及び造形装置 - Google Patents

造形方法、造形物の製造方法及び造形装置 Download PDF

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本発明は、造形方法、造形物の製造方法及び造形装置に関する。

特許文献1には、レンズ形状を形成する面を有する金型を用いたマイクロレンズアレイの製造方法であって、前記金型により第1の基板上に第1の樹脂を前記レンズ形状に硬化させレンズ基板を複数形成する工程と、前記レンズ基板をアレイ状に配列する工程と、前記アレイ状のレンズ基板上にメッキして前記レンズ形状を形成する面を有するマスタを形成する工程と、前記マスタのレンズ形状を形成する面上にメッキしてマザーを形成する工程と、前記マザーにより成形型を形成する工程と、前記成形型により第2の基板上に第2の樹脂を前記レンズ形状に硬化させ形成する工程と、ドライエッチングにより前記第2の樹脂を除去するとともに前記第2の基板の一部を除去する工程とを含むマイクロレンズアレイの製造方法が開示されている。

また、特許文献2には、マザースタンパの表面にある微細パターンを順次転写させることによる微細構造体の製造方法であって、(1) 基板に対して前記マザースタンパを所定の位置に固定する工程と、(2) 前記マザースタンパと前記基板との間に樹脂を供給する工程と、(3) 真空中にて前記マザースタンパを前記樹脂に押圧する工程と、(4) 前記樹脂を硬化させる工程と、(5) 前記マザースタンパを前記硬化樹脂から離脱させる工程と、(6) 前記マザースタンパと前記基板との相対位置を変更させるように、前記マザースタンパ若しくは前記基板を移動させる工程と、(7) 前記工程(6)の後、工程(2)〜工程(6)を所定の回数繰り返す工程と、を含む微細構造体の製造方法が開示されている。
特開2005−41125号公報 特開2003−94445号公報

しかしながら、特許文献1及び特許文献2に開示の技術では、用いる被造形物の材質ごとに収縮率が異なることから、高度な精度が要求される造形物を成形することは困難であるとの問題点があった。

本発明は、従来の技術と比較して、造形物を高精度に造形することができる造形方法、造形物の製造方法及び造形装置提供することを目的とする。

本発明の第1の特徴とするところは、被造形物と、転写形状が形成された転写体とを互いに接触させ、被造形物を前記転写形状にならって変形させる変形工程と、被造形物の、少なくとも変形した部分を硬化させる硬化工程と、被造形物と前記転写体とを互いに離間させる離間工程と、前記転写体を前記被造形物の他の位置へ相対移動させる移動工程と、を有し、被造形物に前記転写形状を転写する転写工程を複数回繰り返し、被造形物の収縮にあわせて、前記転写体が前記被造形物に接触する位置のピッチ、又は前記転写体の形状を変更する造形方法にある。

好適には、前記変形工程は、基板に予め複数が形成された孔に被造形物を注入する注入工程と、前記孔に注入された被造形物と、前記転写体とを接触させる接触工程と、を有する。

また、好適には、前記注入工程及び前記接触工程を、相互に複数回繰り返す。

また、好適には、前記変形工程では、前記転写体として、1つの転写形状、又は1つの転写形状との反対形状のみが形成された転写体を用い、被造形物を変形させる。

また、好適には、光硬化性材料からなる被造形物を用い、前記硬化工程では、光を照射して被造形物を硬化させる。

また、好適には、熱硬化性材料からなる被造形物を用い、前記硬化工程では、加熱により被造形物を硬化させる。

本発明の第2の特徴とするところは、被造形物と、転写形状が形成された転写体とを互いに接触させ、被造形物を前記転写形状にならって変形させる変形工程、被造形物の少なくとも変形した部分を硬化させる硬化工程、被造形物と前記転写体とを互いに離間させる離間工程、及び前記転写体を前記被造形物の他の位置へ相対移動させる移動工程を有する転写工程を複数回繰り返して、前記転写形状の反対形状が複数形成された型を造形する造形造工程と、前記造形工程で造形された型を用いて、複数の転写形状部を有する1次造形物を成形する1次造形物成形工程と、前記1次造形物成形工程で成形された1次造形物を、少なくとも1つの転写形状部を有する複数の2次造形物に分割する分割工程と、を有し、被造形物の収縮にあわせて、前記転写体が前記被造形物に接触する位置のピッチ、又は前記転写体の形状を変更する造形物の製造方法にある。

本発明の第3の特徴とするところは、被造形物を支持する支持部と、前記支持部に支持された被造形物に接触可能に設けられ、転写形状が形成された転写体と、前記支持部に支持された被造形物と前記転写体とを、離間させ、前記転写体を前記被造形物の他の位置へ相対移動させて当接させるように、前記支持部及び前記転写体との少なくともいずれか一方を移動させる移動装置と、被造形物の、少なくとも前記転写体に接触し、前記転写形状にならって変形した部分を硬化させる硬化装置と、被造形物に、前記転写形状が複数回、転写されるように、少なくとも前記移動装置及び前記硬化装置を制御する制御部と、
を有し、被造形物の収縮にあわせて、前記転写体が前記被造形物に接触する位置のピッチを前記制御部が変更するか、又は前記転写体の形状が変更可能に構成される造形装置にある。

本発明によれば、従来の技術と比較して、造形物を高精度に造形することができる造形方法、造形物の製造方法及び造形装置を提供することができる。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図1において、本発明の第1の実施形態に係る造形装置10が示されている。造形装置10は、造形物であり、1次造形物であるレンズアレイの造形に用いられ、設置面に設置される基台12を有し、基台12の上に可動台24が支持されている。可動台24の上側面には、さらに支持台14が支持されている。

可動台24は、下側に突出した形状の突出部25が形成された下側部分26と、下側部分26の上側に位置する上側部分27とからなり、突出部25が基台12の上向きの面12aに形成されたy軸方向の溝(不図示)に嵌め込まれるように基台12に取り付けられている。このため、y軸方向の溝にガイドされ、可動台24は、面12a上でy軸方向に移動可能となっている。突出部25には、送りネジ28が噛み合っている。送りねじ28は、軸の方向(長手方向)がy軸方向となるように、軸受30、30を用いて基台12に回動自在に支持されている。送りネジ28の図1における左端部には、基台12に固定されたy軸モータ32が連結されている。したがって、y軸モータ32を回転させることで、送りネジ28を介して突出部25に駆動が伝達され、可動台24がy軸方向に移動する。可動台をy軸のいずれの方向に移動させるかは、y軸モータ32の回転方向を制御することで決することができる。

可動台24の上側部分27には、θ軸モータ34が設けられている。θ軸モータ34は、可動台24の上側部分27を、可動台24の下側部分26に対してZ軸に垂直な方向の回転軸を中心に回転させる。このように、可動台24は全体としてy軸方向に移動可能であるとともに、上側部分27が下側部分26に対して回転可能となっている。

支持台14には、例えばガラス等からなるウエハWが載置され、支持台14は載置されたウエハWを重力方向下側から支持する。また、支持台14には、例えばモータ等を備えた駆動源18が連結されている。このため、支持台14は、可動台24の上側部分27に対してウエハWと一体として回転することができるようになっていて、ウエハWにいわゆるスピンコートで樹脂等を塗布する際に用いられるスピンコート用の回転テーブルとして構成されている。あるいは、支持台14をスピンコート用の回転テーブルとして構成して、スピンコートによってウエハWに樹脂を塗布するように構成することに替えて、ウエハWに形成された複数の孔h2(図2参照)に、例えば注入するようにして樹脂を注入する注入装置(不図示)を造形装置10に設け、この注入装置でウエハWに形成された複数の孔h2に樹脂を注入するようにしても良い。

支持台14は、例えばガラス等の光透過性を有する材料を用いる等、後述する光照射装置60が発する光が通過することができるようになっている。尚、支持台14にウエハWを載置し、支持台14に載置された状態からウエハWを除去するには、例えばロボット等からなる載置・除去装置(不図示)を用いても良いし、操作者が手作業で行っても良い。

可動台24の上側部分27には、被造形物として用いられる光硬化性樹脂を、ウエハWに供給する供給装置36が設けられている。供給装置36には、バルブ38を介して、光硬化性樹脂を貯蔵する貯蔵部40が接続されていて、供給装置36は、貯蔵部40に貯蔵された光硬化性樹脂を、略円形(円板形状)からなるウエハWの略中心部に上方から落下させるように供給することができる。ウエハWに供給された光硬化性樹脂は、支持台14が予め定められた所定時間回転することで遠心力によって拡散し、ウエハW表面に略均一な厚さで塗布された状態となる。

また、可動台24の上側部分27には、硬化装置として用いられる光照射装置60が設けられている。光照射装置60は、光伝達手段として用いられる光ファイバー68によって光源70に接続されていて、ウエハWに塗布された光硬化性樹脂に光を照射するために用いられる。この実施形態では、光照射装置60は、支持台14、ウエハW、及びウエハWに塗布された光硬化性樹脂に対して、後述する転写体62とは逆側である下側に設けられている。このため、転写体62を光硬化性樹脂に接触させた状態で、転写体62に遮られることなく光硬化性樹脂に光を照射することができる。

基台12には、可動台24が装着されているとともに支柱42が固定されている。支柱42には、支柱42に対してx軸方向に移動可能に可動ユニット44が取り付けられている。可動ユニット44は、図中左側に位置する左側部分48と、左側部分48に固定された右側部分50とからなる。左側部分48は、支柱42に対してx軸方向に移動可能に支持され、送りネジ52が噛み合っている。送りねじ52は、軸の方向がx軸方向となるように軸受54により支柱42に回動可能に取り付けられている。

送りネジ52の一端部には、支柱42に取り付けられたx軸モータ56が連結されている。したがって、x軸モータ56を回転させると、送りネジ52を介して左側部分48にx軸モータ56の駆動が伝達され、可動ユニット44の左側部分48と右側部分50とが一体としてx軸方向に移動する。可動ユニット44をx軸方向におけるいずれの方向に移動させるかは、x軸モータ56の回転方向を制御することで決することができる。

可動ユニット44の右側部分50には、転写体62が、支持部材45を介して装着されている。支持部材45は、可動ユニット44に対してz軸方向に移動可能に取り付けられていて、図1中左側に突出した突出部46と、突出部46に固定された支持部47とからなる。支持部47には、例えば下向きの面に転写体62が着脱することができるように装着されていて、転写体62は、形成しようとするレンズ部の形状や、被造形物として用いられる樹脂の種類等に応じて、大きさや形状が互いに異なるものの中から選択された1つを装着することができるようになっている。

突出部46には送りネジ58が螺合している。送りネジ58は、可動ユニット44の右側部分50に、軸受61、61を用いて軸方向がz軸方向となるように回動可能に取り付けられている。送りネジ58の上端部は、支持部材用z軸モータ64に連結されている。よって、支持部材用z軸モータ64を回転させると、送りネジ58を介して支持部材45に駆動が伝達され、支持部材45と、支持部材45に支持された転写体62とが一体としてz軸方向に移動する。

可動ユニット44の右側部分50には、ウエハW及び転写体62の位置を検知する検知手段として用いられる検知装置72が、支持部材45とは独立して上下動可能に(z軸方向に移動可能に)取り付けられている。検知装置72は、例えばCCDカメラからなる撮影部74と、撮影部74のウエハWの側に設けられたレンズユニット76と、撮影部74による良好な撮影のための明るさを確保する照明手段として用いられるライト78とを有する。検知装置72には、検知装置用z軸モータ80が取り付けられていて、検知装置用z軸モータ80は、検知装置72を可動ユニット44に対してz軸方向に移動させるための駆動源として用いられ、検知装置72を上下動させることにより、撮影部74の焦点を転写体62等に合わせることができる。

以上のように、支持部材45は、可動ユニット44に対してz軸方向に移動可能に取り付けられていて、可動ユニット44は支柱42に対してx軸方向に移動可能に取り付けられている。よって、x軸モータ56と支持部材用z軸モータ64とを制御することで、支持部材45とともに転写体62を、x軸方向とz軸方向とに移動させることができる。また、先述のように、支持台14は、y軸モータ32及びθ軸モータ34を駆動することで、可動台24とともにy軸方向に移動し、回転する。よって、y軸モータ32、x軸モータ56、支持部材用z軸モータ64、及びθ軸モータ34を制御することにより、ウエハWと、光照射装置60及び転写体62との相対的な位置関係を変更することができる。

そして、ウエハWと転写体62との相対的な位置関係を変更することで、ウエハWに塗布された光硬化性樹脂と転写体62とを、互いに当接させ離間させることができる。このように、この実施形態では、y軸モータ32、x軸モータ56、支持部材用z軸モータ64、及びθ軸モータ34が、送りネジ28、52、58等とともに、光硬化樹脂と転写体62とを互いに当接させ離間させるように、光硬化性樹脂及び転写体62の少なくともいずれ一方を移動させる移動装置として用いられている。y軸モータ32、x軸モータ56、支持部材用z軸モータ64、及びθ軸モータ34の制御の詳細については後述する。

以上で説明をした実施形態において、光硬化性樹脂とは、例えば紫外線硬化樹脂等の不可視の光を照射することにより硬化する樹脂を含むものである。また、以上で説明した実施形態においては、被造形物として光硬化性樹脂が用いられているが、被造形物としては、転写体62が当接することで、又は転写体62を圧接することで転写体62の形状にならって変形可能であり、変形した状態を保って硬化させることができる材料を適宜用いることができ、例えば、加熱することで硬化する熱硬化性樹脂を用いることができる。また、この実施形態では、被造形物を硬化させる硬化装置として、光硬化性樹脂を硬化させる光照射装置が用いられているが、硬化装置は被造形物として用いられる材料に応じて適宜選択される。例えば、前述のように被造形物として熱硬化性樹脂が用いられる場合、硬化装置としては、熱硬化性樹脂を加熱するヒータが選択される。

図2には、転写体62及びウエハWの詳細が示されている。

図2に示されるように、ウエハWは、基板W1の上方に、保持板W2が重ねられた構造をしている。基板W1は、例えば光が透過することができる材料であるガラスからなり、その厚さt1は、例えば400μである。保持板W2は、例えば液体からなり、流動性が高い硬化前の光硬化性樹脂を所定の位置に保持するために用いられ、例えばシリコンからなり、その厚さt2は、例えば725μであり、上方から下方に貫通する貫通孔h1が複数形成されている。それぞれの貫通孔h1は、例えば、上方から下方に向かって狭くなるすり鉢形状をしている。

このように、基板W1の上方に配置される保持板W2に、保持板W2を貫通するように複数の貫通孔h1が形成されているため、貫通孔h1の下側が基板W1で封止され、基板W1には、下方が封止され上方に向けて開放された凹部形状からなる複数の孔h2が形成された状態となっている。また、基板W1の互いに隣り合う貫通孔h1の間の位置には、例えば基板W1の内部にスクライブ層(刻み部)Sが形成されている。基板W1のスクライブ層Sが形成された位置は、他の部分よりも強度が弱いため、基板W1を分割する場合に、基板W1はスクライブ層Sにそって分割される。

転写体62は、例えば金属からなり、転写形状が形成された転写体として用いられていて、該転写形状としては、例えば凸部90が形成されている。また、転写体62は、凸部90の形状にならって光硬化性樹脂を変形させるために用いられていて、変形した状態で光硬化性樹脂を硬化させることで、転写体62に形成された転写形状が光硬化樹脂へと転写される。凸部90は、金属からなる転写体62を、例えば、マシニングセンタ等の工作機械を用いて例えば削り出す等、機械的に加工することで形成され、非球面形状となっている。

転写体62に形成された転写形状が転写されることにより造形がなされる被造形物には高い精度が要求される。このため、例えば、凸部90として転写体62に形成される転写形状にも高い精度が要求され、しかも、凸部90は、非球面形状を有し、加工が困難であるため、転写体62の加工には長時間且つ高コストを要することが多い。そこで、この実施形態では、加工時間を短縮し、コストを抑制するために、転写体62に一箇所だけ転写形状が形成されている。

ここで、非球面形状とは、一般には、球面の一部を切り出した形状からなる曲面形状以外の表面形状をいう。又、レンズ部312のような光学部品においては、以下に式(1)で示す非球面形状式で示される形状をいう。

z=C・ρ2/[1+{1−(1+κ1)・C2・ρ2}1/2] ・・・ 式(1)

但し、Cを曲率半径Rの逆数、ρを反射鏡面の光軸からの高さ、zをサグ(sag)量、κ1を円錐係数とする。

図2においては、ウエハWの上向きの面、全面にスピンコートにより光硬化性樹脂が塗布され、塗布された光硬化性樹脂が保持板W2の孔h2に流れ込むようにして保持板W2に保持され、保持された光硬化性樹脂に対して、少なくとも凸部90が光硬化性樹脂に接触するように、転写体62が接触した状態が示されている。この状態で、光照射装置60を用いて光硬化樹脂の凸部90に接触した位置、及びその周辺に光を照射すると、光硬化性樹脂が硬化して凸部に形成された転写形状が光硬化樹脂へと転写される。そして、光硬化性樹脂が硬化した後、転写体62は、図2に二点鎖線で示されるようにウエハWから離間し、図2中に矢印で示されるように、例えば、硬化した樹脂を保持する孔h2の隣の孔h2に保持された未硬化の樹脂に接するように移動する。

図3には、ウエハWの向きの面、全面にスピンコートにより光硬化性樹脂を塗布することに替えて、ウエハWに形成された複数の孔h2に、注入装置(不図示)を用いて光硬化性樹脂を注入する場合において、保持板W2に保持された光硬化性樹脂に対して、少なくとも凸部90が光硬化性樹脂に接触するように、転写体62が接触した状態が示されている。この場合、1つの孔h2に保持された光硬化性樹脂に凸部90が接触し、光が照射されている時点で、その孔h2に隣接する孔h2には光硬化性樹脂が既に注入された状態となっており、1つの孔h2内の光硬化性樹脂が硬化した後、転写体62は、図3に二点鎖線で示されるようにウエハWから離間し、図3中に矢印で示されるように、硬化した樹脂を保持する孔h2の隣の孔h2に保持された未硬化の樹脂に接するように移動する。そして、隣の孔h2に保持された樹脂に接した状態にある転写体62が、隣の孔h2のさらに隣の孔h2へと移動する前に、そのさらに隣の孔h2には、注入装置によって光硬化性樹脂が注入される。

すなわち、図3に示されるように、注入装置を用いて光硬化性樹脂を孔h2に注入する場合においては、光硬化性樹脂を転写体62にならって変形させるにあたり(変形工程)、予め複数の孔h2が形成されたウエハWに、光硬化性樹脂が注入され(注入工程)、孔
h2に注入された光硬化性樹脂と、転写体62とを接触させる(接触工程)。また、光硬
化性樹脂を変形させるにあたり、孔h2への光硬化性樹脂の注入(注入工程)と、孔h2に注入された光硬化性樹脂への転写体62の接触(接触工程)とが、相互に複数回繰り返される。

図4には、ウエハWの第1の変形例が示されている。先述の実施形態に係るウエハWは、基板W1と保持板W2が積層されるようになっていたが、この第1の変形例に係る基板W1は、保持板W2だけからなる。第1の変形例に係る基板W1を用いる場合は、貫通孔h1の少なくとも1つを下方から塞ぐように、転写体62を保持板W2に対して下方から接触させ、下方から塞がれることで形成された孔h2に上方から光硬化性樹脂を供給し、孔h2に供給された光硬化性樹脂に上方から光を照射することができるように、造形装置10の構成を変更することを要する。この第1の変形例に係るウエハWを用いる場合は、孔h2に注入された光硬化性樹脂が硬化した後に、転写体62が隣接する貫通孔h1を下方から塞ぐように移動し、その後、貫通孔h1が塞がれるようにして形成された隣接する孔h2に、注入装置によって光硬化性樹脂が注入される。尚、先述の実施形態に係るウエハWと同一部分については、図3に同一番号を付して説明を省略する。

以上で説明をしたように、保持板W2を有するウエハW、又は保持板W2からなるウエハWを用いると、光硬化性樹脂が保持板W2に保持されることで、保持板W2に保持されていない場合と異なり、光硬化性樹脂はウエハWの表面全体に連続して存するのではなく、複数の小体積からなる空間に小分けして存する状態となる。このため、光硬化性樹脂が収縮した時点において、光硬化性樹脂の収縮が積み重なることで、転写体62の形状が転写された位置と、所望の位置との間に誤差が生じるとの弊害を防止することができる。また、保持板W2を用いずに、基板W1の全面に光硬化性樹脂を塗布する場合と比較して、用いる光硬化性樹脂の量を少なくすることができる。

図5には、ウエハWの第2の変形例が示されている。

先述の実施形態に係るウエハWは、基板W1と保持板W2とが積層されるようになっていたのに対して、この第2の変形例では、ウエハWは、保持板W2を有せず、基板W1からなる。第2の変形例に係るウエハWを用いる場合、ウエハWの表面全体に、スピンコートで光硬化性樹脂を塗布し、ウエハWに塗布された光硬化性樹脂に対して、順次、転写体62による転写がなされる。

この第2の変形例に係るウエハWは、保持板W2を有しないため、光硬化性樹脂はウエハWの表面全体に連続して存する状態となり、光硬化性樹脂が収縮した時点において、光硬化性樹脂の収縮が積み重なることで、転写体62の形状が転写された位置と、所望の位置との間に誤差が生じる虞がある。このため、係る誤差の発生を防止するために、用いる光硬化性樹脂の収縮にあわせて、転写体62が光硬化性樹脂に接触する位置のピッチを変更することが望ましい。すなわち、転写体62が転写される1つの位置と、この位置に隣接し、転写体が光硬化性樹脂に接触する他の位置との距離であるピッチを、用いる光硬化性樹脂の収縮率に応じて、光硬化樹脂が硬化した跡における所望のピッチよりも広くなるように、設定し、変更することが望ましい。尚、先述の実施形態に係るウエハWと同一部分については、図5に同一番号を付して説明を省略する。

図6は、造形装置10が有する制御装置200を示すブロック図である。

図6に示されるように、制御装置200は、検知装置72で撮影された画像を認識する画像認識装置202を介して検知装置72からの出力が入力される主制御部204を有する。主制御部204は、モータ制御回路206を制御することで、y軸モータ32、x軸モータ56、支持部材用z軸モータ64、及びθ軸モータ34を制御する。また、主制御部204は、光源駆動回路208を制御することで光源70を制御する。また、主制御部204は、モータ制御回路210を制御することで検知装置用z軸モータ80を制御する。また、主制御部204は、バルブ駆動回路212を制御することで、バルブ38を制御する。また、主制御部204は、駆動源制御回路214を制御することで、駆動源18を制御する。また、先述のように、ウエハWに形成された孔h2に光硬化性樹脂を注入する注入装置(不図示)を造形装置10に設けた場合、この注入装置の制御も、制御装置200によってなされる。

図7は、制御装置200による造形装置10の制御を示す第1のフローチャートであり、造形物であり光学部品であるレンズアレイ造形する造形方法の工程を示している。ここで、レンズアレイとは、1つの部材に複数のレンズ部が形成された光学部品をいう。この第1のフローチャーチには、ウエハWの全面に、例えばスピンコートによって光硬化性樹脂が塗布される場合の工程が示されている。

一連の工程がスタートすると、ステップS100で、支持台14にウエハWを載置する載置工程が実行される。次のステップS200では、ウエハWに光硬化性樹脂を塗布する光硬化性樹脂塗布工程が実行される。光硬化樹脂塗布工程では、主制御部204は、バルブ駆動回路212を制御して、バルブ38を予め定められた時間、開いた状態とし、ウエハWの表面に光硬化性樹脂を供給させる。光硬化性樹脂の供給が完了した後、主制御部204は、駆動源制御回路214を制御して駆動源18を予め定められた時間、駆動させる。駆動源18が駆動することで、支持台14が回転し、支持台14に載置されたウエハWに供給された光硬化性樹脂が、遠心力によってウエハWの表面に略均一に拡散した状態となる。

次のステップS300では、転写体62に形成された転写形状を光硬化性樹脂に転写する転写工程が実行される。ステップS300の転写工程の詳細については後述する。

次のステップS400では、全ての転写工程が終了したか否かの判別がなされる。すなわち、ステップS300として、例えば、1500回〜2400回程度繰り返される転写工程のうち、最後の転写工程であるか否かの判別がなされる。ステップS400で、最後の転写工程ではないとの判別がなされると、ステップS300に戻る。一方、ステップS300で最後の転写工程であるとの判別がなされると、次のステップS500へと進む。

ステップS500では、塗布された光硬化性樹脂に転写がなされたウエハWが、支持台14に載置された状態から、造形装置10外へと搬出される。尚、造形装置10が、支持台14にウエハWを載置し、ウエハWを造形装置10から搬出するロボット等の装置を有していない場合は、ウエハWの支持台14への載置と、造形装置10からのウエハWの除去は操作者による手作業で行われ、主制御部204の制御によるステップS100及びステップS500の動作はなされない。

図8は、制御装置200による転写工程を示す第1のフローチャートであり、ウエハWの全面に、スピンコート等によって光硬化性樹脂が塗布される場合における、熱硬化性樹脂に転写体62に形成された転写形状を転写する転写工程(ステップS300)の制御の詳細を示すフローチャートである。

転写工程がスタートすると、ステップS302でウエハWに塗布された光硬化性樹脂を、転写体62に形成された転写形状にならって変形させる変形工程が実行される。すなわち、ステップS302では、主制御部204は、モータ制御回路206を制御して、y軸モータ32、x軸モータ56、支持部材用z軸モータ64、及びθ軸モータ34を駆動させ、ウエハWに塗布された光硬化性樹脂の所定の位置と転写体62とが接触し、光硬化性材料を変形させるように、転写体62及び支持台14の少なくとも一方を移動させる。

ステップS302における変形工程では、検知装置72で検知され、画像認識装置202で画像処理されたデータに基づいて、転写体62が光硬化樹脂の適正な位置に接触するように支持台14及び転写体62に位置補正データを作成し、この補正データに基づいて、主制御部204による制御で転写体62及び支持台14の少なくとも一方を移動させるようにしても良い。

ステップS302の変形工程では、先述のように光硬化性樹脂が、転写体62の凸部90にならって変形する。ここで、転写体62の凸部90は、レンズアレイを構成するそれぞれのレンズ部(光学部品部)の反対形状を有するように加工されている。このため、非球面形状からなる凸部90にならって変形することで、光効硬化性樹脂は、凹形状の非球面形状からなるレンズ部の形状に変形する。尚、この実施形態では、転写形状部として凹形状のレンズ部を形成するために、凸部90を有する転写体62を用いているが、例えば、転写形状部として凸形状のレンズ部を形成するための凹部を有する転写体62を用いる等、形成しようとする光学部品部の形状に応じて、その光学部品部の形状と反対形状に加工された転写部を有する転写体62が、選択して用いられる。

また、転写体62を選択するにあっては、用いる光硬化性樹脂の種類が考慮され、用いる光硬化性樹脂の収縮率に応じて、たとえ同じ最終形状のレンズ部を形成する場合であっても異なる大きさ、異なる形状の凸部90等が形成された転写体が選択される。すなわち、光硬化性樹脂の成形途中における収縮にあわせて、転写体62の変更がなされる。

次のステップS304では、転写体62と接触することにより、転写体62にならって変形した光硬化性樹脂を硬化させる硬化工程が実行される。すなわち、主制御部204は、光源駆動回路208を制御して、光源70に、光硬化樹脂の少なくとも転写体62と接触して変形した部分に予め定められた時間光を照射させる。ステップS304による硬化工程を経ることにより、光硬化性樹脂は、レンズ部の形状に変形した状態で硬化し、光硬化性樹脂に1つのレンズ部が造られる。

次のステップS306では、硬化した光硬化樹脂と転写体62とを離間させる離間工程が実行させる。すなわち、主制御部204は、モータ制御回路206を制御し、例えば、熱硬化樹脂と接触した状態にある転写体62を上方に移動させるように支持部材用z軸モータ64を駆動させる。

以上で説明をしたステップS302、ステップS304、ステップS306により一連の転写工程が終了し、転写工程が終了することで、光硬化性樹脂に1つのレンズ部が形成される。そして、図6に示されるように、形成するレンズ部の数に応じて全ての転写が終了するまで転写工程が繰り返すことにより、光硬化性樹脂に繰り返した転写工程の回数と同数のレンズ部の形状が転写されレンズアレイが造形される。

図9は、制御装置200による造形装置10の制御を示す第2のフローチャートであり、造形物であり光学部品であるレンズアレイ造形する造形方法の工程を示している。先述の第1のフローチャートには、ウエハWの全面に、例えばスピンコートによって光硬化性樹脂が塗布される場合の工程が示されていた。これに対して、この第2のフローチャートには、ウエハWに形成された複数の孔h2(図2参照)に、注入装置(不図示)を用いて光硬化性樹脂を注入する場合の工程が示されている。

先述の第1のフローチャートに示す工程においては、ステップS100で、支持台14にウエハWを載置する載置工程が実行され、ステップS200でウエハWの全面に光硬化性樹脂が塗布され、ステップS300では、転写体62に形成された転写形状を光硬化性樹脂に転写され、ステップS400で全ての転写工程が終了したか否かの判別がなされた後、ステップS500で、ウエハWが造形装置10外へと搬出された。

これに対して、この第2のフローチャートに示す工程においては、ステップS200におけるウエハWの全面への光硬化性樹脂の塗布はなされず、後述するように、ステップS300の転写工程において、ウエハWに形成された孔h2への樹脂の注入がなされる。

図10は、制御装置200による転写工程を示す第2のフローチャートであり、ウエハWに形成された複数の孔h2に、注入装置を用いて光硬化性樹脂を注入する場合における、熱硬化性樹脂に転写体62に形成された転写形状を転写する転写工程(ステップS300)の制御の詳細を示すフローチャートである。

転写工程がスタートすると、ステップS302で、ウエハWに形成された複数の孔h2の中の1つに光硬化性樹脂を注入する注入工程(ステップS302a)と、ステップS30
2aで孔h2の1つに注入された光硬化性樹脂に、転写体62を接触させる接触工程(S302b)とを有し、光硬化性樹脂を転写体62に形成された転写形状にならって変形させる変形工程が実行される。すなわち、ステップS302では、主制御部204は、注入装置を制御してウエハWに形成された複数の孔h2の1つに光硬化性樹脂をした後、モータ制御回路206を制御して、1つの孔h2に注入された孔h2と転写体62とが接触するように、転写体62及び支持台14の少なくとも一方を移動させる。

次のステップS304では、転写体62にならって変形した光硬化性樹脂を硬化させる硬化工程が実行される。すなわち、主制御部204は、ステップS302aで孔h2に注入された樹脂に対して少なくとも光が照射されるように、光源70を照射させる。ステップS304による硬化工程を経ることにより、孔h2に注入された光硬化性樹脂は、レンズ部の形状に変形した状態で硬化し、1つのレンズ部が造られる。

次のステップS306では、硬化した孔h2に注入された光硬化樹脂と、転写体62とを離間させる離婚工程が実行される。

以上で説明をしたステップS302a、ステップS302b、ステップS304、ステップS306により一連の転写工程が終了し、転写工程が終了することで、ウエハWに形成された複数の孔h2の1つに光硬化性樹脂が注入されるとともに、この光硬化性樹脂を転写体62に形成された転写形状にならって変形した状態で硬化させることで、1つのレンズ部が形成される。そして、図9に示されるように、形成するレンズ部の数に応じて全ての転写が終了するまで転写工程が繰り返すことにより、光硬化性樹脂に繰り返した転写工程の回数と同数のレンズ部の形状が転写され、レンズアレイが造形される。

図11には、以上で説明をした工程により造形されたレンズアレイ304を用いて、少なくとも1つの、例えば非球面形状からなるレンズ部を有する光学部品であるレンズを製造する工程が説明されている。

まず、形成されたレンズアレイは、図11(a)、図11(b)に示されるように、必
要に応じて複数枚が、張り合わせる等の方法で接合される(接合工程)。図11(a)に
は、接合させる前の3個のレンズアレイ304が、図11(b)には、3枚のレンズアレイ304が接合された接合レンズアレイ310が示されている。

次に、接合工程で接合された接合レンズアレイ310を、少なくとも1つのレンズ部を有するように、例えば切断する等の方法で分割する(分割工程)。接合レンズアレイ31
0が分割されることにより、レンズが製造される。ここで、先述のように、ウエハWにスクライブ層S(図2参照)を形成しておけば、接合レンズアレイ310の分割が容易となる。

図11(c)には、レンズアレイ304が積層されるように接合された接合レンズアレイ310を、1つのレンズ部312を含むように切断することで製造されたレンズ314が示されている。レンズ314を、例えば、CMOSセンサ等の受光素子に取り付けることでカメラを製造することができ、製造されたカメラは、例えば携帯電話機に内蔵されるカメラとして用いられる。

尚、以上で説明をしたレンズの製造工程では、レンズアレイ304を複数接合することにより接合レンズアレイを形成し、接合レンズアレイ310を分割することよって複数のレンズ部を有するレンズ314を製造する工程について説明したが、複数のレンズアレイ304を接合することなく単層のまま分割することで、単層からなるレンズ314を形成することができる。また、レンズアレイ304、接合レンズアレイ310を分割することなく、レンズアレイ304、接合レンズアレイ310として利用することもできる。

次に本発明の第2の実施形態について説明する。

第1の実施形態では、造形装置10(図1参照)を用いてレンズアレイ304(図11参照)の造形がなされたのに対して、この第2の実施形態では、造形装置10を用いて、レンズアレイを成形するために用いられる型の形成がなされる。型は、第1の実施形態と同様に、ステップS100の載置工程、ステップS200に光硬化性樹脂塗付工程、ステップS300の転写工程、ステップS500のウエハ搬出工程を経て造形され、ステップS300の転写工程は、最終的に成形されるレンズアレイのレンズ部の数に応じて繰り返される。

先述の第1の実施形態では、転写体62(図2参照)として、レンズアレイ304に形成される、例えば非球面形状からなるレンズ部と反対形状に加工された転写部を有する転写体62が用いられた。これに対して、この第2の実施形態では、最終的に形成されるレンズアレイのレンズ部と同形状に加工されたレンズ部を有する転写体62が用いられる。このため、造形されるレンズ成形用の型には、最終的に形成されるレンズアレイ304のレンズ部312の形状が転写される。

図12には、本発明の第2の実施形態において、造形装置10を用いて造形された型を用いて、1次光学部品としてのレンズアレイを成形する工程と、成形されたレンズアレイを分割して2次光学部品としてのレンズを製造する工程が説明されている。

造形装置10で造形された型を用いて1次造形物として用いられるレンズアレイを造形し、さらに2次造形物として用いられるレンズを製造するには、まず、図12(a)に示されるように、造形装置10を用いて型300を造形し(造形工程)、造形した型300を用いて、例えばナノインプリント(nanoimprint)の技術を用いて、レンズアレイ304を成形する(レンズアレイ成形工程)。例えば、型300を2つ準備し、2つの型300、300を転写体62(図2参照)の形状が転写された側の面が互いに向かい合うように配置して、型300、300の間に、供給装置302を用いて例えば樹脂等のレンズアレイの材料を供給し、樹脂等の材料を型300、300の形状にならって変形した状態で硬化させ、型300の転写面の形状と反対の形状を有するレンズアレイを成形する。この際、例えば、型300の製造時と同様に、レンズアレイの材料として光硬化性樹脂を用いた場合、光を照射することで樹脂を硬化させることができる。

尚、2つの型300を転写体62の形状が転写された側の面が互いに向かい合うように配置して型300、300の間にレンズアレイの材料を供給することに替えて、型300の転写体62の形状が転写された側の面と、平面を有する平板とを対向するように配置して、型300と平板との間にレンズアレイの材料を供給しても良い。

形成されたレンズアレイは、先述の第1の実施形態で形成されたレンズアレイと同様に、図12(b)に示されるように必要に応じて複数枚が接合されて(接合工程)、図12
(c)に示されるように接合レンズアレイ310とされ、接合レンズアレイ310が、少なくとも1つのレンズ部を有するように分割されて(分割工程)、図12(d)に示され
るように、1つのレンズ部312を有するレンズ314が製造される。レンズ314は、先述の第1の実施形態で製造されたレンズと同様に、例えば、CMOSセンサ等の受光素子に取り付けることでカメラを製造することができ、製造されたカメラは、例えば携帯電話機に内蔵されるカメラとして用いられる。

先述の第1の実施形態と同様に、この第2の実施形態で製造されたレンズアレイ304は、接合することなく単層のまま分割することで、単層からなるレンズ314を形成することができる。また、レンズアレイ304、接合レンズアレイ310を分割することなく、レンズアレイ304、接合レンズアレイ310として利用することもできる。

以上で説明をした第1の実施形態では、レンズアレイを形成する例を説明し、第2の実施形態では、レンズアレイを成形するために用いられる型を成形する例にについて説明したが、造形装置10を用いて造形することができる造形物は、レンズアレイ等の光学部品や、光学部品を成形するための型に限らず、例えば、電鋳で用いられる電鋳母型、入槽モデルをあげることができる。

以上述べたように、本発明は、例えば、非球面形状からなるレンズ部を有するレンズアレイ等のレンズや、このようなレンズの成形に用いられる型等の造形物を造形する造形方法及び造形装置や、例えばCMOSセンサ等の受光素子を備えたカメラ等に用いられ、例えば、非球面形状からなるレンズ部を有するレンズを製造するレンズ製造方法等に適用することができる。

本発明の第1の実施形態に係る造形装置の概略構成を示し、図1(a)は平面図であり、図1(b)は左側面図である。 本発明の第1の実施形態に用いられる転写体及びウエハを示す一部断面図である。 本発明の第1の実施形態に用いられるウエハに形成された孔に、光硬化性樹脂を注入する工程の変形例を説明する説明図である。 本発明の第1の実施形態に用いられる転写体及びウエハの第1の変形例を示す一部断面図である。 本発明の第1の実施形態に用いられる転写体及びウエハの第2の変形例を示す一部断面図である。 本発明第1の実施形態に係る造形装置に用いられる制御装置を示すブロック図である。 本発明の第1の実施形態に係る造形装置の動作を示す第1のフローチャートである。 本発明の第1の実施形態に係る造形装置の転写動作を示す第1のフローチャートである。 本発明の第1の実施形態に係る造形装置の動作を示す第2のフローチャートである。 本発明の第1の実施形態に係る造形装置の転写動作を示す第2のフローチャートである。 本発明の第1の実施形態に係るレンズ製造方法の工程を説明する説明図である。 本発明の第2の実施形態に係るレンズ製造方法の工程を説明する説明図である。

符号の説明

10 造形装置
14 支持台
18 駆動源
24 可動台
32 y軸モータ
34 θ軸モータ
36 供給装置
44 可動ユニット
56 x軸モータ
60 光照射装置
62 転写体
64 支持部材用z軸モータ
68 光ファイバー
70 光源
72 検知装置
74 撮影部
76 レンズユニット
90 凸部
200 制御装置
204 主制御部
300 型
304 レンズアレイ
310 接合レンズアレイ
312 レンズ部
314 レンズ
W ウエハ
W1 基板
W2 保持板
h1 貫通孔
h2 孔

Claims (8)

  1. 被造形物と、転写形状が形成された転写体とを互いに接触させ、被造形物を前記転写形状にならって変形させる変形工程と、
    被造形物の、少なくとも変形した部分を硬化させる硬化工程と、
    被造形物と前記転写体とを互いに離間させる離間工程と、
    前記転写体を前記被造形物の他の位置へ相対移動させる移動工程と、
    を有し、被造形物に前記転写形状を転写する転写工程を複数回繰り返し、
    被造形物の収縮にあわせて、前記転写体が前記被造形物に接触する位置のピッチ、又は前記転写体の形状を変更する造形方法。
  2. 前記変形工程は、
    基板に予め複数が形成された孔に被造形物を注入する注入工程と、
    前記孔に注入された被造形物と、前記転写体とを接触させる接触工程と、
    を有する請求項1記載の造形方法。
  3. 前記注入工程及び前記接触工程を、相互に複数回繰り返す請求項2記載の造形方法。
  4. 前記変形工程では、前記転写体として、1つの転写形状、又は1つの転写形状との反対形状のみが形成された転写体を用い、被造形物を変形させる請求項1乃至3いずれか記載の造形方法。
  5. 光硬化性材料からなる被造形物を用い、
    前記硬化工程では、光を照射して被造形物を硬化させる請求項1乃至4いずれか記載の造形方法。
  6. 熱硬化性材料からなる被造形物を用い、
    前記硬化工程では、加熱により被造形物を硬化させる請求項1乃至4いずれか記載の造形方法。
  7. 被造形物と、転写形状が形成された転写体とを互いに接触させ、被造形物を前記転写形状にならって変形させる変形工程、被造形物の少なくとも変形した部分を硬化させる硬化工程、被造形物と前記転写体とを互いに離間させる離間工程、及び前記転写体を前記被造形物の他の位置へ相対移動させる移動工程を有する転写工程を複数回繰り返して、前記転写形状の反対形状が複数形成された型を造形する造形造工程と、
    前記造形工程で造形された型を用いて、複数の転写形状部を有する1次造形物を成形する1次造形物成形工程と、
    前記1次造形物成形工程で成形された1次造形物を、少なくとも1つの転写形状部を有する複数の2次造形物に分割する分割工程と、
    を有し、
    被造形物の収縮にあわせて、前記転写体が前記被造形物に接触する位置のピッチ、又は前記転写体の形状を変更する造形物の製造方法。
  8. 被造形物を支持する支持部と、
    前記支持部に支持された被造形物に接触可能に設けられ、転写形状が形成された転写体と、
    前記支持部に支持された被造形物と前記転写体とを、離間させ、前記転写体を前記被造形物の他の位置へ相対移動させて当接させるように、前記支持部及び前記転写体との少なくともいずれか一方を移動させる移動装置と、
    被造形物の、少なくとも前記転写体に接触し、前記転写形状にならって変形した部分を硬化させる硬化装置と、
    被造形物に、前記転写形状が複数回、転写されるように、少なくとも前記移動装置及び前記硬化装置を制御する制御部と、
    を有し、
    被造形物の収縮にあわせて、前記転写体が前記被造形物に接触する位置のピッチを前記制御部が変更するか、又は前記転写体の形状が変更可能に構成される造形装置。
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