JP2016002665A - モールド製造用構造体の製造方法、およびモールドの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】接合体の外周面に押圧力を適切に加えることができる、モールド製造用構造体の製造方法の提供。
【解決手段】インプリント用の凹凸パターンが形成されるパターン形成面を有する、モールド製造用構造体の製造方法であって、第1板状体の接合面と第2板状体の接合面とを向かい合わせ、前記第1板状体と前記第2板状体とを接合し、接合体を得る接合工程と、前記接合体の外周面の段差を除去する段差除去工程とを有する、モールド製造用構造体の製造方法。
【選択図】図1

Description

本発明は、モールド製造用構造体の製造方法、およびモールドの製造方法に関する。
フォトリソグラフィ法の代替技術として、インプリント法が注目されている。インプリント法は、モールドと基材との間に転写材を挟み、モールドの凹凸パターンを転写材に転写する技術である。インプリント法は、半導体素子だけでなく、反射防止シート、バイオチップ、磁気記録媒体など様々な製品の製造に適用できる。
モールドは、板状体の第1主面に形成される凹部と、板状体の第1主面とは反対側の第2主面に形成されるメサ部とを有する(例えば特許文献1参照)。凹部の底面は蓋部で覆われ、蓋部における凹部の底面とは反対側の面からメサ部が突出する。メサ部の周囲は段差で囲まれ、メサ部の表面に凹凸パターンが形成される。
モールドと基材との間に転写材を挟む際、モールドの外周面や凹部の底面を押圧することで、蓋部が弾性的に撓み、メサ部の表面が基材に向けて凸の曲面に変形される。メサ部と基材との間のガスが逃げやすく、ガスの閉じ込めが抑制できる。
モールドは、複数の板状体を接合した接合体であってよい(例えば特許文献2参照)。貫通穴が形成された第1板状体と、貫通穴を塞ぐ第2板状体とを接合することにより、凹部が形成できる。
特表2009−536591号公報 特開2011−148227号公報
従来、接合体を構成する複数の板状体の位置ずれなどが原因で、接合体の外周面に段差が生じ、接合体の外周面に押圧力を適切に加えることが困難であった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、接合体の外周面に押圧力を適切に加えることができる、モールド製造用構造体の製造方法の提供を主な目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、
インプリント用の凹凸パターンが形成されるパターン形成面を有する、モールド製造用構造体の製造方法であって、
第1板状体の接合面と第2板状体の接合面とを向かい合わせ、前記第1板状体と前記第2板状体とを接合し、接合体を得る接合工程と、
前記接合体の外周面の段差を除去する段差除去工程とを有する、モールド製造用構造体の製造方法が提供される。
本発明の一態様によれば、接合体の外周面に押圧力を適切に加えることができる、モールド製造用構造体の製造方法が提供される。
本発明の一実施形態によるモールドの製造方法を示すフローチャートである。 図1の貫通穴形成工程完了時の第1ガラス板の状態を示す断面図である。 図1のメサ部形成工程完了時の第2ガラス板の状態を示す断面図である。 図1の接合工程完了時の接合体の状態を示す断面図である。 図1の段差除去工程完了時の接合体の状態を示す断面図である。 図1のエッチング保護膜形成工程完了時の接合体の状態を示す断面図である。 図1の凹凸パターン形成工程のうちのレジスト膜形成工程完了時の接合体の状態を示す断面図である。 図1の凹凸パターン形成工程のうちの開口パターン形成工程完了時の接合体の状態を示す断面図である。 図1の凹凸パターン形成工程のうちの1次エッチング工程完了時の接合体の状態を示す断面図である。 図1の凹凸パターン形成工程のうちのレジスト膜除去工程完了時の接合体の状態を示す断面図である。 図1の凹凸パターン形成工程のうちの2次エッチング工程完了時の接合体の状態を示す断面図である。 図1の凹凸パターン形成工程のうちのエッチング保護膜除去工程完了時の接合体の状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態によるモールドの平面図である。 本発明の一実施形態によるモールドを用いたインプリント方法を示す断面図である。 変形例による段差除去工程完了時の接合体の状態を示す断面図である。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。各図面において、同一の又は対応する構成には、同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。本明細書において、数値範囲を表す「〜」はその前後の数値を含む範囲を意味する。
図1は、本発明の一実施形態によるモールドの製造方法を示すフローチャートである。図1に示すように、モールドの製造方法は、貫通穴形成工程S11、メサ部形成工程S12、接合工程S13、段差除去工程S14、エッチング保護膜形成工程S15、および凹凸パターン形成工程S16を有する。
図2は、図1の貫通穴形成工程完了時の第1ガラス板の状態を示す断面図である。貫通穴形成工程S11では、第1板状体としての第1ガラス板10を貫通する貫通穴14を形成する。
第1ガラス板10は、SiOガラス、またはTiO−SiOガラスで形成されてよい。SiOガラスやTiO−SiOは、一般的なソーダライムガラスに比べて、紫外線の透過率が高い。また、SiOガラスやTiO−SiOは、一般的なソーダライムガラスに比べて、線膨張係数が小さく、温度変化による凹凸パターンの寸法変化が小さい。TiO−SiOガラスは、TiOを5〜12質量%含むことが好ましい。TiO含有量が5〜12質量%であると、室温付近での線膨張係数が略ゼロであり、室温付近での寸法変化がほとんど生じない。
平面視(ガラス板の板厚方向視)における第1ガラス板10の形状は、本実施形態では長方形であるが、円形、楕円形、多角形などでもよい。
貫通穴14は、第1ガラス板10を板厚方向に貫通する。貫通穴14は、接合面11、接合面11とは反対側の面12のいずれを掘削して形成されてもよい。貫通穴14は、ストレート穴、テーパ穴のいずれでもよい。
貫通穴14の形成には、マシニングセンターなどの研削機が用いられる。研削機は、第1ガラス板10の中心と貫通穴14の中心とが一致するように、貫通穴14を形成してよい。研削後、貫通穴の内面を研磨してもよい。
平面視における貫通穴14の形状は、図13では円形であるが、楕円形、長方形、多角形などでもよい。
尚、本実施形態では、第1板状体として、ガラス板が用いられるが、金属板、樹脂板、セラミック板などが用いられてもよい。
図3は、図1のメサ部形成工程完了時の第2ガラス板の状態を示す断面図である。図3において、2点鎖線はメサ部形成工程開始時の第2ガラス板の状態を示す。
メサ部形成工程S12では、第2板状体としての第2ガラス板20の接合面21とは反対側の面22に、周囲が段差で囲まれるメサ(mesa)部24を形成する。メサ部形成工程S12では、第2ガラス板20の接合面21とは反対側の面22にエッチングマスクを形成し、エッチングマスクを用いてエッチングを行うことによりメサ部24を形成する。エッチングマスクは、フォトリソグラフィ法、電子線リソグラフィ法、インプリント法、エッチング法などにより形成される。
第2ガラス板20は、第1ガラス板10よりも薄いものであってよい。第2ガラス板20は、第1ガラス板10と同様に、SiOガラス、またはTiO−SiOガラスで形成されてよい。SiOガラスやTiO−SiOガラスは、一般的なソーダライムガラスに比べて、紫外線の透過率が高い。また、SiOガラスやTiO−SiOガラスは、一般的なソーダライムガラスに比べて、線膨張係数が小さく、温度変化による凹凸パターンの寸法変化が小さい。TiO−SiOガラスは、TiOを5〜12質量%含むことが好ましい。TiO含有量が5〜12質量%であると、室温付近での線膨張係数が略ゼロであり、室温付近での寸法変化がほとんど生じない。
平面視における第2ガラス板20の形状は、本実施形態では長方形であるが、楕円形、長方形、多角形などでもよい。
メサ部24は、メサ部24の中心と第2ガラス板20の中心とが一致するように形成される。メサ部24は、接合工程S13の後に図13に示すように、平面視において、貫通穴14よりも小さく形成され、貫通穴14からはみ出さないように形成される。
平面視におけるメサ部24の形状は、図13では長方形であるが、円形、楕円形、多角形などでもよい。
尚、本実施形態では、第2板状体として、ガラス板が用いられるが、金属板、樹脂板、セラミック板などが用いられてもよい。
なお、ガラスは熱膨張係数が小さく、紫外線(i線)透過率が高く、インプリントの繰り返し動作に対する耐久性が高いことから、第1板状体、第2板状体のうち少なくとも1つはガラス体であることが好ましく、接合のしやすさから、第1板状体、第2板状体のいずれもガラス体であることが好ましい。
尚、図1では、メサ部形成工程S12は、貫通穴形成工程S11の後に行われるが、先に行われてもよいし、同時に行われてもよい。貫通穴形成工程S11はなくてもよく、第1ガラス板10に貫通穴14が形成されてなくてもよい。また、メサ部形成工程S12はなくてもよく、第2ガラス板20にメサ部24が形成されなくてもよい。
図4は、図1の接合工程完了時の接合体の状態を示す断面図である。接合工程S13では、第1ガラス板10の接合面11と第2ガラス板20の接合面21とを向かい合わせ、第1ガラス板10と第2ガラス板20とを接合し、接合体30を得る。第2ガラス板20が第1ガラス板10の貫通穴14を塞ぐことにより、凹部34が形成される。凹部34の中心(つまり貫通穴14の中心)とメサ部24の中心とが一致するように、第1ガラス板10と第2ガラス板20とが接合される。
接合方法としては、例えば溶接法、接着法、陽極接合法、フッ酸接合法、オプティカルコンタクト法、常温接合法などが用いられる。溶接法は、溶融させた接合面同士を一体化させる方法である。接着法は、光硬化性樹脂などの接着剤を用いる方法である。陽極接合法は、ガラスと導体(金属または半導体)との接合に用いられ、ガラスと導体とを重ね合わせて、加熱しながら電圧を印加し、共有結合によって接合させる方法である。フッ酸接合法は、接合面にフッ酸を滴下し、接合面同士を重ね合わせて接合させる方法である。オプティカルコンタクト法は、研磨した接合面同士を重ね合わせ、分子間力によって接合させる方法である。常温接合法は、活性化させた接合面同士を重ね合わせて接合させる表面活性化法、金属薄膜を形成した接合面同士を重ね合わせて接合させる原子拡散法のいずれでもよい。
尚、図4では、2枚のガラス板を接合させるが、3枚以上のガラス板を接合させてもよい。
図5は、図1の段差除去工程完了時の接合体の状態を示す断面図である。図5において2点鎖線は段差除去工程開始時の接合体の状態を示す。
段差除去工程S14では、接合体30の外周面の段差36を除去する。段差36は、第1ガラス板10の外周面と第2ガラス板20の外周面との段差であり、接合時の第1ガラス板10と第2ガラス板20との位置ずれなどによって生じる。
段差除去工程S14では、例えば接合体30の外周面を研削することにより、段差36を除去する。接合体30の外周面の研削には、マシニングセンターなどの研削機が用いられる。研削機は、凹部34の中心またはメサ部24の中心と、研削後の接合体30の中心とが一致するように、接合体30の外周面を研削する。研削後の外周面は、接合面11、21に対して垂直とされてよい。
また、段差除去工程S14では、接合体30の外周面を研削しその後に研磨してもよい。研磨することにより、表面粗さが改善できる。これにより、下記(1)〜(3)の効果が得られる。(1)異物の付着が防止できる。(2)接合体30の外周面の加圧が安定化する。(3)接合体30の外周面の保持が安定化する。
図6は、図1のエッチング保護膜形成工程完了時の接合体の状態を示す断面図である。エッチング保護膜形成工程S15では、凹凸パターンの形成用のエッチング保護膜51を形成する。
エッチング保護膜51は、クロムまたはクロム化合物で形成されてよい。エッチング保護膜51は、多層膜であってもよく、例えばクロムまたはクロム化合物の薄膜と、タンタルまたはタンタル化合物の薄膜とで構成されてもよい。タンタルまたはタンタル化合物の薄膜の代わりに、ケイ素またはケイ素化合物の薄膜が用いられてもよい。エッチング保護膜51は、例えばスパッタリング法で形成される。
接合体30とエッチング保護膜51とで、モールド製造用構造体が構成される。尚、モールド製造用構造体は、接合体30のみで構成されてもよい。
尚、図1では、エッチング保護膜形成工程S15は、凹凸パターン形成工程S16とは別の工程であるが、凹凸パターン形成工程S16の一部であってもよい。また、エッチング保護膜51は、レジスト膜を含んでもよく、この場合、凹凸パターン形成工程S16において、レジスト膜形成工程は不要である。
凹凸パターン形成工程S16では、例えば図7〜図12に示すように、メサ部24のパターン形成面24aに、インプリント用の凹凸パターンを形成する。凹凸パターン形成工程S16は、図7に示すレジスト膜形成工程、図8に示す開口パターン形成工程、図9に示す1次エッチング工程、図10に示すレジスト膜除去工程、図11示す2次エッチング工程、および図12に示すエッチング保護膜除去工程を有する。
図7に示すレジスト膜形成工程では、エッチング保護膜51の上にレジスト膜52を成膜する。レジスト膜52は、本実施形態ではポジ型であるが、ネガ型でもよい。レジスト膜52は、例えばスピンコート法で形成される。
図8に示す開口パターン形成工程では、凹凸パターンに対応する開口パターンをレジスト膜52に形成する。レジスト膜52の開口パターンは、フォトリソグラフィ法、電子線リソグラフィ法、インプリント法などで形成される。
図9に示す1次エッチング工程では、開口パターン付きのレジスト膜52を用いて、エッチング保護膜51のエッチングを行う。エッチングは、ドライエッチング、ウェットエッチングのいずれでもよい。レジスト膜52の開口パターンに対応する開口パターンがエッチング保護膜51に形成される。
図10に示すレジスト膜除去工程では、不要になったレジスト膜52を除去する。
図11に示す2次エッチング工程では、開口パターン付きのエッチング保護膜51をエッチングマスクとして用いて、第1ガラス板10のエッチングを行う。エッチングは、ドライエッチング、ウェットエッチングのいずれでもよい。エッチング保護膜51の開口パターンに対応する凹凸パターンがメサ部24のパターン形成面24aに形成される。
図12に示すエッチング保護膜除去工程では、不要になったエッチング保護膜51を除去する。
このようにして、凹凸パターン付きの接合体30が得られる。凹凸パターン付きの接合体30は、モールドとして用いられる。モールドの凹凸パターンは、多種多様であってよく、図13に示すラインアンドスペースのパターンに限定されない。
図14は、本発明の一実施形態によるモールドを用いたインプリント方法を示す図である。インプリント方法は、モールドとしての接合体30と基材60との間に転写材70を挟み、接合体30の凹凸パターンを転写材70に転写する。転写材70の凹凸パターンは、接合体30の凹凸パターンが略反転したものとなる。
基材60としては、例えばウエハが用いられる。ウエハは素子、回路、端子などが形成されたものであってよく、ウエハに形成された素子などに転写材70が塗布されてよい。尚、基材60として、ガラス板、セラミック板、樹脂板、金属板などが用いられてもよい。
転写材70としては、例えば光硬化性樹脂が用いられる。光硬化性樹脂は、光インプリント法に用いられる一般的なものが使用できる。
転写材70は、液体の状態で接合体30と基材60との間に挟まれ、その状態で固化される。固化の方法は、転写材70の種類に応じて適宜選択される。転写材70が光硬化性樹脂の場合、光(例えば紫外線)が用いられる。
光硬化性樹脂は、光の照射によって液体から固体に変化する。光硬化性樹脂は非ニュートン流体や粘弾性を有する液体であってもよい。光は、接合体30を透過して転写材70に照射されてよい。尚、基材60が光透過性を有する場合、基材60側から転写材70に光が照射されてもよく、この場合、接合体30は光透過性を有しなくてもよい。接合体30と基材60の両側から転写材70に光が照射されてもよい。
光インプリント法では、室温での成型が可能であり、接合体30と基材60との線膨張係数差による歪みが発生しにくく、転写精度が良い。尚、硬化反応の促進のため、光硬化性樹脂は加熱されてもよい。
尚、本実施形態では、光インプリント法が用いられるが、熱インプリント法が用いられてもよい。熱インプリント法の場合、転写材70として、熱可塑性樹脂、または熱硬化性樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂は、加熱によって溶融し、冷却によって固化する。熱硬化性樹脂は、加熱によって液体から固体に変化する。熱硬化性樹脂は非ニュートン流体や粘弾性を有する液体であってもよい。
転写材70の固化後、転写材70と接合体30とが分離される。転写材70を固化してなる凹凸層と、基材60とで構成される製品が得られる。製品の凹凸パターンは、接合体30の凹凸パターンが略反転したものである。
図14に示すように、接合体30と基材60との間に転写材70を挟む際、接合体30に外力を加えることで、接合体30のパターン形成面24aが弾性的に撓み、パターン形成面24aが基材60に向けて凸の曲面に変形される。接合体30と基材60との間のガスが逃げやすく、ガスの閉じ込めが抑制できる。
パターン形成面24aが基材60に向けて凸の曲面に変形するように、例えば、接合体30の外周面や凹部34の底面が押圧される。凹部34の底面は、凹部34内に形成されるガス室の気圧で押圧されてよい。
パターン形成面24aの変形は、転写材70の固化前に解除されてよく、固化した転写材70と接合体30とを剥離する際に再び行われてよい。転写材70の外周から中心に向けて順次剥離を行うことができる。
ところで、本実施形態によれば、第1ガラス板10の外周面と第2ガラス板20の外周面との段差36が段差除去工程S14で除去される。段差36がなくなるため、接合体30の外周面を適切に押圧することができ、メサ部24を適切に変形させることができる。
接合工程S13の後に貫通穴形成工程S11が行われてもよいが、図1に示すように接合工程S13の前に貫通穴形成工程S11が行われることで、歩留まりが改善できる。貫通穴14の形成時に欠陥が生じた場合、第1ガラス板10のみを破棄すればよいためである。また、貫通穴形成工程S11において貫通穴14の形成位置の要求精度が緩和できる。貫通穴14の芯ずれは、接合工程S13において貫通穴14の中心をメサ部24の中心(メサ部24が形成されない場合には第2ガラス板20の中心)に一致させることで解決できる。これにより段差36が生じるが、接合工程S13の後に段差除去工程S14が行われるため、問題はない。
また、接合工程S13の後にメサ部形成工程S12が行われてもよいが、図1に示すように接合工程S13の前にメサ部形成工程S12が行われることで、歩留まりが改善できる。メサ部24の形成時に欠陥が生じた場合、第2ガラス板20のみを破棄すればよいためである。また、メサ部形成工程S12においてメサ部24の形成位置の要求精度が緩和できる。メサ部24の芯ずれは、接合工程S13においてメサ部24の中心を貫通穴14の中心(貫通穴14が形成されない場合には第1ガラス板10の中心)に一致させることで解決できる。これにより段差36が生じるが、接合工程S13の後に段差除去工程S14が行われるため、問題はない。
以上、モールドの製造方法、モールド製造用構造体の製造方法の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態などに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。
例えば、図1では、凹凸パターン形成工程S16は、接合工程S13の後に行われるが、接合工程S13の前に行われてもよい。後者の場合、凹凸パターンの形成時に欠陥が生じた場合、第2ガラス板20のみを破棄すればよく、歩留まりが改善できる。
図3に示すように第2ガラス板20の接合面21とは反対側の面22には、メサ部24が形成されるが、メサ部24が形成されなくてもよい。この場合、平坦な面22にインプリント用の凹凸パターンが形成されてよい。
図5に示す段差除去工程の代わりに、図15に示す段差除去工程が実施されてもよい。図15に示す段差除去工程では、接合体30の外周面に段差36を除去する除去層38を形成する。除去層38は、樹脂膜、金属膜、ガラス膜、セラミック膜などで形成されてよい。除去層38の外周面は、接合面11、21に対して垂直とされてよい。
10 第1ガラス板
11 接合面
12 接合面とは反対側の面
14 貫通穴
20 第2ガラス板
21 接合面
22 接合面とは反対側の面
24 メサ部
24a メサ部のパターン形成面
30 接合体
34 凹部
36 接合体の外周面の段差
38 除去層
51 凹凸パターンの形成用のエッチング保護膜
52 凹凸パターンの形成用のレジスト膜
60 基材
70 転写材

Claims (14)

  1. インプリント用の凹凸パターンが形成されるパターン形成面を有する、モールド製造用構造体の製造方法であって、
    第1板状体の接合面と第2板状体の接合面とを向かい合わせ、前記第1板状体と前記第2板状体とを接合し、接合体を得る接合工程と、
    前記接合体の外周面の段差を除去する段差除去工程とを有する、モールド製造用構造体の製造方法。
  2. 前記段差除去工程では、前記接合体の外周面を研削することにより、または前記接合体の外周面を研削しその後に研磨することにより、前記段差を除去する、請求項1に記載のモールド製造用構造体の製造方法。
  3. 前記段差除去工程では、前記接合体の外周面に前記段差を除去する除去層を形成する、請求項1に記載のモールド製造用構造体の製造方法。
  4. 前記接合工程の前に、前記第1板状体を貫通する貫通穴を形成する貫通穴形成工程を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のモールド製造用構造体の製造方法。
  5. 前記接合工程の前に、前記第2板状体の接合面とは反対側の面に、周囲が段差で囲まれたメサ部を形成するメサ部形成工程を有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載のモールド製造用構造体の製造方法。
  6. 前記第1板状体および前記第2板状体のうちの少なくとも1つはガラス板である、請求項1〜5のいずれか1項に記載のモールド製造用構造体の製造方法。
  7. 前記凹凸パターンの形成用のエッチング保護膜を形成するエッチング保護膜形成工程をさらに有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載のモールド製造用構造体の製造方法。
  8. インプリント用の凹凸パターンを有するモールドの製造方法であって、
    第1板状体の接合面と第2板状体の接合面とを向かい合わせ、前記第1板状体と前記第2板状体とを接合し、接合体を得る接合工程と、
    前記接合体の外周面の段差を除去する段差除去工程と、
    前記第2板状体の接合面とは反対側の面に前記凹凸パターンを形成する凹凸パターン形成工程とを有する、モールドの製造方法。
  9. 前記段差除去工程では、前記接合体の外周面を研削することにより、または前記接合体の外周面を研削しその後に研磨することにより、前記段差を除去する、請求項8に記載のモールドの製造方法。
  10. 前記段差除去工程では、前記接合体の外周面に前記段差を除去する除去層を形成する、請求項8に記載のモールドの製造方法。
  11. 前記接合工程の前に、前記第1板状体を貫通する貫通穴を形成する貫通穴形成工程を有する、請求項8〜10のいずれか1項に記載のモールドの製造方法。
  12. 前記接合工程の前に、前記第2板状体の接合面とは反対側の面に、周囲が段差で囲まれたメサ部を形成するメサ部形成工程を有し、
    前記凹凸パターン形成工程では、前記メサ部の表面に凹凸パターンを形成する、請求項8〜11のいずれか1項に記載のモールドの製造方法。
  13. 前記凹凸パターン形成工程は、前記接合工程の前に行われる、請求項8〜12のいずれか1項に記載のモールドの製造方法。
  14. 前記第1板状体および前記第2板状体のうちの少なくとも1つはガラス板である、請求項8〜13のいずれか1項に記載のモールドの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016174150A (ja) * 2015-03-16 2016-09-29 大日本印刷株式会社 インプリントモールド製造用基材とインプリントモールドの製造方法
JP2018207043A (ja) * 2017-06-08 2018-12-27 アルバック成膜株式会社 貼り合わせ基板、製造方法
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