(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１０［ｗｔ％］以上５０［ｗｔ％］以下の不純物を含むガラス基板、樹脂基板、金属基板、又はセラミック基板のうちいずれかの基板の表面に、液相析出法によりＳｉＯ２膜を成膜する成膜工程と、
前記ＳｉＯ２膜の上に所定のパターンを有するエッチングマスクを形成するマスク形成工程と、
前記エッチングマスクを形成した後、前記ＳｉＯ２膜をドライエッチングすることで前記ＳｉＯ２膜の表面に凹凸形状を形成してパターニングする加工工程と、
を含むことを特徴とする基板製造方法。
【請求項２】
前記液相析出法では、水溶液中に前記基板を浸漬させ、前記水溶液中において金属フルオロ錯体が加水分解することにより、前記基板の表面に前記ＳｉＯ２膜を成膜することを特徴とする請求項１に記載の基板製造方法。
【請求項３】
前記ガラス基板に含まれる不純物は、ホウ素、ナトリウム、カリウム、鉛、アルミニウム、及びリチウムのうち、少なくとも１つ以上の成分を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の基板製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス基板、樹脂基板、金属基板、又はセラミック基板に微細構造を形成することで、微細構造を有する基板を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロメートル以下のオーダーの微細構造をガラス基板の表面に形成するためには、機械加工では加工精度が劣るため、リソグラフィとドライエッチングとによってガラス基板の表面を加工している（例えば特許文献１、及び特許文献２）。【０００３】
ドライエッチングは、反応性イオンやラジカルによって基板を加工する方法であり、化学的な反応を伴う。そのため、基板には、不純物を含まない純度の高いガラスを用いる必要があり、石英基板が用いられている。【０００４】
合成石英は、不純物を少なくするために、化学的に調合された粉末から合成される。このように合成された合成石英は、不純物が少ないため、光透過性が高く、耐熱性、耐薬品性にも優れる。しかしながら、不純物を除去する必要があるため、生産性が高い方法で石英基板を製造することができず、その結果、石英基板は高価になってしまう。そのため、製造コストが低い素子には、石英基板は不向きである。【０００５】
一方、従来において、不純物を含むガラス基板に対してドライエッチングを行なった例がある。具体的には、パイレックス（Ｐｙｒｅｘ：登録商標）からなるガラス基板（コーニング社）に対してドライエッチングを行なっている（例えば非特許文献１）。【０００６】
しかしながら、パイレックス（登録商標）ガラスなどの一般的なガラスは、ホウ素やナトリウムやカリウムなどの不純物を含むため、ドライエッチング時に反応性ガスによる化学的な反応をさせることは困難である。その結果、エッチングが進行しない、エッチングレートが遅い、エッチングマスクとの選択比が取れない、不純物が不揮発性のため堆積が起こり、表面が荒れるなどの問題が発生していた。そのため、不純物を含む安価なガラス基板をドライエッチングによって微細加工することは、工業的に利用できるものではなかった。【０００７】
ところで、ガラス基板に不純物を含ませることで、ガラス基板の生産性を上げたり、ガラス基板の屈折率を調整したり、熱膨張率を調整したりすることができる。例えば、炭酸ナトリウムや炭酸カリウムは、ガラス素材の主成分であるケイ酸を溶かしやすくするため、ガラス基板の生産性を向上させることができる。また、酸化鉛は、ガラス基板の屈折率を高くすることができる。さらに、ホウ酸は、ガラス基板の熱膨張率を下げることができるため、ガラス基板の耐熱性を向上させることができる。このように、ガラス基板に不純物を含ませることで、ガラス基板の適用先に合わせてガラス基板の物性を制御することができる。例えば、回折格子などの光学素子にガラス基板を用いる場合、その光学素子に要求される物性に合わせて、ガラス基板に不純物を含ませることで、ガラス基板の物性を制御することができる。【０００８】
しかしながら、上述したように、不純物を含むガラス基板はドライエッチングが困難であるため、所望の微細構造をガラス基板に形成することが困難である。【０００９】
また、樹脂基板に対する微細構造の形成も要求されている。例えば、樹脂基板に微細構造を形成することで、回折格子などの光学素子や、分析用のマイクロチップや、磁気記録媒体に用いる基板などを作製することができる。【００１０】
マイクロチップは、基板上に微細な流路が形成されて、微小空間上で血液などの液体試料の化学反応や分析などを行うための分析用のチップである。樹脂基板に微細なパターンを形成することで、マイクロチップを樹脂基板によって製造する試みがなされている。【００１１】
また、樹脂基板を、磁気記録媒体用の基板として用いる試みがなされている。磁気記録媒体の円周方向に溝を形成し、トラック間のデータの書き込みが不能な非磁性領域（非記録領域）によって物理的に分離する、いわゆるディスクリートメディアやパターンドメディアが提案されている。樹脂基板に微細なパターンを形成することで、パターンドメディアなどを樹脂基板によって製造する試みがなされている。パターンドメディアなどに要求されている微細なパターンを機械加工で樹脂基板に形成することは困難であるため、ドライエッチングによって形成することが要求されている。【００１２】
しかしながら、樹脂基板に対するドライエッチングでは、等方性エッチングになって、異方性エッチングが困難であるため、所望の微細構造を樹脂基板に形成することは困難である。【００１３】
また、金属基板に対する微細構造の形成も要求されている。例えば、アルミニウム基板に微細なパターンを形成することで、パターンドメディアなどを製造する試みがなされている。しかしながら、機械加工によって微細なパターンを金属基板に形成することが困難である。一方、ドライエッチングによれば微細なパターンを形成できるが、ドライエッチングによって金属基板に微細なパターンを形成することは困難である。
【特許文献１】特開平１１−２１８６３１号公報
【特許文献２】特開２００６−１２７５９０号公報
【非特許文献１】Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ａ８７（２００１）１３９−１４５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は上記の問題を解決するものであり、不純物が含まれるガラス基板、樹脂基板、金属基板、又はセラミック基板に微細構造を形成することが可能な基板製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１の形態は、１０［ｗｔ％］以上５０［ｗｔ％］以下の不純物を含むガラス基板、樹脂基板、金属基板、又はセラミック基板のうちいずれかの基板の表面に、液相析出法によりＳｉＯ２膜を成膜する成膜工程と、前記ＳｉＯ２膜の上に所定のパターンを有するエッチングマスクを形成するマスク形成工程と、前記エッチングマスクを形成した後、前記ＳｉＯ２膜をドライエッチングすることで前記ＳｉＯ２膜の表面に凹凸形状を形成してパターニングする加工工程と、を含むことを特徴とする基板製造方法である。
【００１６】
また、本発明の第２の形態は、第１の形態に係る基板製造方法であって、前記液相析出法では、水溶液中に前記基板を浸漬させ、前記水溶液中において金属フルオロ錯体が加水分解することにより、前記基板の表面にＳｉＯ２膜を成膜することを特徴とする。【００１７】
また、本発明の第３の形態は、第１の形態又は第２の形態のいずれかに係る基板製造方法であって、前記ガラス基板に含まれる不純物は、ホウ素、ナトリウム、カリウム、鉛、アルミニウム、及びリチウムのうち、少なくとも１つ以上の成分を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、基板の表面に液相析出法によってＳｉＯ２膜を成膜し、そのＳｉＯ２膜をドライエッチングによってパターニングすることで、その基板に不純物を含むガラス基板、樹脂基板、金属基板、又はセラミック基板を用いても、基板に微細な構造を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る基板製造方法を説明するための基板の断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  基板
２  ＳｉＯ２膜
３  エッチングマスク
４  凹凸部
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施形態に係る基板製造方法について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る基板製造方法を説明するための基板の断面図である。図１（ａ）は基板の断面図であり、図１（ｂ）は表面上にＳｉＯ２膜が成膜された基板の断面図である。また、図１（ｃ）はＳｉＯ２膜に、所定のパターンを有するエッチングマスクを形成した基板の断面図であり、図１（ｄ）はＳｉＯ２膜の表面に、エッチングマスクのパターンに対応する凹凸形状４を形成した基板の断面図である。【００２２】
図１（ａ）に示す基板１には、不純物を含むガラス基板、樹脂基板、金属基板、又はセラミック基板が用いられる。基板１は、例えば平板状の形状を有している。基板１の形状は特に限定されず、円板状の形状であっても良いし、矩形状の形状であっても良い。【００２３】
ガラス基板には、ソーダガラス、クリスタルガラス、又はホウケイ酸ガラスなどが用いられる。ガラスの主成分であるＳｉＯ２以外の成分を不純物とする。不純物には、例えば、ホウ素、ナトリウム、カリウム、鉛、アルミニウム、又はリチウムなどの成分が含まれる。これらの成分のうち、１つ以上の成分が不純物としてガラス基板に含まれている。ガラス基板における不純物の濃度は、１０［ｗｔ％］以上５０［ｗｔ％］以下であることが好ましい。例えば、ＳｉＯ２以外に、Ｂ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ又はＫ２Ｏ、及びＡｌ２Ｏ３が含まれるホウケイ酸ガラスや、Ａｌ２Ｏ３、ＬｉＯ２、Ｎａ２Ｏ、及びその他の不純物が含まれるガラスをガラス基板として用いる。【００２４】
また、樹脂基板には、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、又は活性線硬化性樹脂などの樹脂が用いられる。樹脂の材料として、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメタクリレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）、又はＰＩ（ポリイミド）などが用いられるが、これらに限られない。【００２５】
また、金属基板には、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）、ＳＵＳ（ステンレス）などが用いられるが、これらに限定されない。【００２６】
また、セラミック基板には、例えば、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＴｉＯ２（酸化チタン）、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ（シリコンカーバイト）、ＳｉＮ（窒化シリコン）などが用いられるが、これらに限定されない。【００２７】
そして、図１（ｂ）に示すように、基板１の表面上にＳｉＯ２膜２を成膜する（成膜工程）。本実施形態では、液相からＳｉＯ２膜を析出させる液相析出法によって、ＳｉＯ２膜２を基板１の表面上に成膜する。具体的には、水溶液中に基板１を浸漬させて、基板１の表面にＳｉＯ２膜２を成膜する。【００２８】
液相析出法は、水溶液中において金属フルオロ錯体の平衡反応を利用して金属酸化膜を基板に直接成膜する方法である。この反応は、以下の化学反応式で表すことができる。
化学反応式（１）
ＭＦｘ（ｘ−２ｎ）−＋ｎＨ２Ｏ→ＭＯｎ＋ｘＦ−＋２ｎＨ＋
化学反応式（２）
Ｈ３ＢＯ３＋４Ｈ＋＋４Ｆ−→ＨＢＦ４＋３Ｈ２Ｏ
化学反応式（１）が主反応であり、Ｍは金属を表している。【００２９】
金属フルオロ錯体が加水分解することにより金属酸化物を生成する。このとき、化学反応式（２）に示すように、系内にホウ酸を添加することによりフッ化物イオンを消費させる。フッ化物イオンが消費されると、化学反応式（１）の平衡反応を右側へシフトさせ、金属酸化物の析出反応を促進させる。この反応によって、図１（ｂ）に示すように、基板１の表面に、純度の高いＳｉＯ２膜２を形成する。【００３０】
そして、図１（ｃ）に示すように、ＳｉＯ２膜２上に、所定のパターンを有するエッチングマスク３を形成する（マスク形成工程）。エッチングマスク３の形成方法は、従来技術に係る方法と同じである。例えば、特開２００６−１３１９５４号公報に記載の方法によってエッチングマスク３を形成する。具体的には、ＳｉＯ２膜２上にレジストを塗布してから、そのレジストの表面に対して電子ビームにより所定のパターンを描画し、所定の現像材料によって現像することで、所定のパターンを有するエッチングマスク３を形成する。また、電子ビームによる方法以外にも、フォトリソグラフィやインプリント法を用いることでエッチングマスク３を形成しても良い。【００３１】
そして、ＳｉＯ２膜２上に、所定のパターンを有するエッチングマスク３を形成した後、エッチングマスク３が形成された基板１に対してドライエッチングを行うことで、図１（ｄ）に示すように、ＳｉＯ２膜２の表面に、エッチングマスク３のパターンに対応する凹凸形状４を形成する（加工工程）。なお、ドライエッチングとしては、反応性イオンエッチングや反応性ガスエッチングなどのエッチング方法を用いれば良い。【００３２】
以上のように、液相析出法によって純度の高いＳｉＯ２膜２を基板１の表面に成膜することで、不純物を含むガラス基板を基板１に用いても、石英基板と同等のエッチング精度、エッチング特性で、ガラス基板の表面に凹凸形状４を形成することが可能となる。その結果、不純物を含む安価なガラス基板に微細構造を形成して素子を製造することで、製造のコストを削減することが可能となる。また、不純物をガラス基板に含ませることでガラス基板の物性を制御しつつ、ガラス基板に微細構造を形成することができるため、不純物を含むガラス基板を光学素子などに応用することが可能となる。【００３３】
また、液相析出法は、常温の液相で金属酸化膜を成膜することができるため、基板１に用いる材料はガラスに限られず、上述したように、樹脂や金属を用いても良い。【００３４】
例えば、ドライエッチングによって樹脂基板の表面に微細なパターンを形成することは困難であるが、樹脂基板（基板１）の表面にＳｉＯ２膜２を成膜し、そのＳｉＯ２膜２をドライエッチングすることで、樹脂基板上に所望のパターンを形成することが可能となる。このように、樹脂基板に微細構造を形成することができるため、光学素子、分析用のマイクロチップ、及び、パターンドメディアなどの磁気記録媒体用基板に、樹脂基板を応用することが可能となる。【００３５】
さらに、金属についても、金属基板（基板１）の表面にＳｉＯ２膜２を成膜し、そのＳｉＯ２膜２をドライエッチングすることで、金属基板上に所望のパターンを形成することが可能となる。このように、金属に微細構造を形成することができるため、パターンドメディアなどの磁気記録媒体用基板に、金属基板を応用することが可能となる。【００３６】
また、ガラス基板よりも更に硬さが要求される素子や基板に対しては、セラミック基板を用いても良い。例えば、セラミック基板を、ナノインプリント用のモールドや磁気記録媒体用の基板に応用することが可能である。セラミックについても、セラミック基板（基板１）の表面にＳｉＯ２膜２を成膜し、そのＳｉＯ２膜２をドライエッチングすることで、セラミック基板上に所望のパターンを形成することが可能となる。このように、表面に微細加工を施すことが可能となるため、ナノインプリント用のモールドやパターンドメディアなどの磁気記録媒体用基板に、セラミック基板を応用することが可能となる。【００３７】
また、不純物を含む基板をフッ酸で洗浄する場合、その不純物が起点となって、基板に欠陥や突起が発生するおそれがある。例えば、磁気記録媒体用のガラス基板はフッ酸で洗浄される場合があり、そのガラス基板に不純物が含まれていると、ガラス基板に欠陥や突起が発生する場合がある。これに対して、本実施形態に係る基板製造方法によると、基板１の表面に純度が高いＳｉＯ２膜２を成膜しているため、不純物に起因する欠陥や突起の発生を抑制することが可能となる。【００３８】
また、水溶液中に基板１を浸漬させるため、基板１のすべての表面にＳｉＯ２膜２を成膜することができる。例えば、基板１の両表面と表面の周囲にある端面とに、同時にＳｉＯ２膜２を成膜することができる。このように、１つの成膜工程で基板１のすべての面にＳｉＯ２膜２を成膜することができるため、成膜工程数を増やさずに、簡便にＳｉＯ２膜２を成膜することができる。そのことにより、成膜コストや成膜に要する時間を削減することができる。【００３９】
特に、ハードディスクは、磁気記録媒体の両面を記録領域として用いるため、本発明によれば、より効果的に成膜の工程数を増やさず、磁気記録媒体用基板を作製することが可能となる。なお、図１（ｂ）においては、説明を簡便にするために、基板１の片面のみにＳｉＯ２膜２を示している。【００４０】
また、液相析出法によって基板１の表面にＳｉＯ２膜２を成膜することで、表面を平坦にすることが可能となる。例えば、基板１の表面粗さＲａが大きい場合であっても、基板１の表面にＳｉＯ２膜２を成膜することで、表面に形成された微小な溝などにＳｉＯ２膜２が埋まり、その結果、表面粗さＲａを小さくして、表面を平坦にすることが可能となる。
【実施例】
【００４１】
次に、上述した実施形態の具体的な実施例について説明する。
（基板１）
本実施例では、基板１に板状のガラス基板を用いた。このガラス基板には、ホウケイ酸ガラスを用いた。具体的には、コーニング社製のパイレックス（登録商標）ガラスを用いた。このパイレックス（登録商標）ガラスの組成は、ＳｉＯ２が８１［ｗｔ％］、Ｂ２Ｏ３が１３［ｗｔ％］、Ｎａ２Ｏ又はＫ２Ｏが４［ｗｔ％］、Ａｌ２Ｏ３が２［ｗｔ％］であった。【００４２】
また、基板１の寸法を以下に示す。【００４３】
基板１の外形＝３０［ｍｍ］角
基板１の厚さ＝１［ｍｍ］
（ＳｉＯ２膜２の成膜）
ＳｉＯ２膜２を基板１（ガラス基板）の表面に成膜した。具体的には、０．５［ｍｏｌ／ｌ］の（ＮＨ４）２ＳｉＦ６水溶液と、０．２［ｍｏｌ／ｌ］のＨ３ＢＯ３水溶液とを混合させた混合溶液に、基板１を常温で１時間浸漬させた。本実施例では、容量が５００［ｍｌ］の混合溶液に基板１を浸漬させた。その結果、基板１の表面に、厚さ１００［ｎｍ］のＳｉＯ２膜を成膜した。【００４４】
なお、一度に複数の基板に対してＳｉＯ２膜を成膜する場合は、混合溶液の容量を大きくし、その混合溶液を循環させ、その混合溶液に基板１を浸漬させれば良い。
（ドライエッチング）
次に、ドライエッチングによって、ＳｉＯ２膜２上に凹凸形状４を形成した。実施例１では、ＩＣＰ−ＲＩＥエッチング装置を用いて、誘導結合型の反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ−Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）によって、ＳｉＯ２膜２をエッチングした。具体的には、ＣＨＦ３ガスを圧力２．６６［Ｐａ］でプラズマ放電させることで、ＳｉＯ２膜２をエッチングして、ピラーアレイ構造を形成した。具体的には、個々のピラー間の周期が１００［ｎｍ］で、各ピラーのそれぞれの高さが５０［ｎｍ］のピラーアレイ構造を形成した。【００４５】
以上のように、本実施例によると、基板１に不純物を含むガラス基板を用いても、基板の表面にＳｉＯ２膜を成膜することで、石英基板と同様のエッチング特性を得ることができた。【００４６】
なお、本実施例ではコーニング社製のパイレックス（登録商標）ガラスを用いたが、パイレックス（登録商標）ガラスと同じ組成を有するテンパックスガラス（ショット社製）を用いても、石英基板と同様のエッチング特性を得ることができた。【００４７】
また、本実施例ではガラス基板にホウケイ酸ガラスを用いたが、ガラス基板にホウケイ酸ガラス以外のガラスを用いても、本実施例と同様に基板の表面にＳｉＯ２膜を形成することで、石英基板と同様のエッチング特性を得ることができる。例えば、ガラス基板にソーダガラスやクリスタルガラスを用いても、実施例と同じ効果を奏することができる。さらに、本実施例ではガラス基板を用いたが、樹脂基板、金属基板、又はセラミック基板を用いても、ガラス基板と同じ効果を奏することができる。
【図１】
0005518490.tif 000002