(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂基体表面に設けられた１０ｎｍ〜１ｍｍの範囲の凹凸微細構造の凹部内のみに機能性材料を形成した機能性精密部品の製造方法であって、
水分子が解離して被加工物を構成する酸素元素と他の元素のバックボンドを切って吸着し、加水分解による分解生成物の生成を助ける触媒物質を用い、水の存在下で、前記被加工物と触媒物質とを接触若しくは極接近させて配し、前記触媒物質の電位を、自然電位を含みＨ２及びＯ２が発生しない範囲とし、前記被加工物と触媒物質とを相対運動させて、前記分解生成物を被加工物表面から除去する加工プロセスを用い、
前記基体の表面全体に、前記加工プロセスによって加水分解による分解生成物が生じない加工不能な所定厚さのストッパー層を形成するストッパー層形成工程、
前記ストッパー層の上に、前記加工プロセスによって加水分解による分解生成物が生じる加工可能な機能性材料を積層形成する機能性材料積層工程、
前記加工プロセスによって前記凹部外の機能性材料を除去する加工工程、
とよりなる機能性精密部品の製造方法。
【請求項２】
機能性材料積層工程が、前記ストッパー層の上に、前記加工プロセスによって加水分解による分解生成物が生じる加工可能な機能性材料を凹部構造が塞がらない厚さに積層形成して機能性層を形成する工程であり、前記基体の凹部内面のみに所定厚さの機能性層を有する請求項１記載の機能性精密部品の製造方法。
【請求項３】
前記機能性材料がＳｉＯ２である請求項１又は２記載の機能性精密部品の製造方法。
【請求項４】
前記ストッパー層の材料が炭素である請求項１〜３何れか１項に記載の機能性精密部品の製造方法。
【請求項５】
前記基体がシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）樹脂である請求項１〜４何れか１項に記載の機能性精密部品の製造方法。
【請求項６】
樹脂基体表面に設けられた凹凸微細構造の凹部内のみに機能性材料を形成した機能性精密部品であって、
表面に１０ｎｍ〜１ｍｍの範囲の凹凸微細構造を形成した樹脂基体と、
前記基体の表面全体を被覆するストッパー層と、
前記凹凸微細構造の凹部内のみの前記ストッパー層の上に形成された機能性材料と、
からなり、
水分子が解離して被加工物を構成する酸素元素と他の元素のバックボンドを切って吸着し、加水分解による分解生成物の生成を助ける触媒物質を用い、水の存在下で、前記被加工物と触媒物質とを接触若しくは極接近させて配し、前記触媒物質の電位を、自然電位を含みＨ２及びＯ２が発生しない範囲とし、前記被加工物と触媒物質とを相対運動させて、前記分解生成物を被加工物表面から除去する加工プロセスに対して、前記ストッパー層は加水分解による分解生成物が生じない加工不能な材料であり、前記機能性材料は加水分解による分解生成物が生じる加工可能な材料であることを特徴とする機能性精密部品。
【請求項７】
前記機能性材料が前記凹凸微細構造の凹部を塞がない厚さに形成され、該凹部内面のみに所定厚さの機能性層を有する請求項６記載の機能性精密部品。
【請求項８】
前記機能性材料がＳｉＯ２である請求項６又は７記載の機能性精密部品。
【請求項９】
前記ストッパー層の材料が炭素である請求項６〜８何れか１項に記載の機能性精密部品。
【請求項１０】
前記基体がシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）樹脂である請求項６〜９何れか１項に記載の機能性精密部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機能性精密部品の製造方法及び機能性精密部品に係わり、更に詳しくは表面にサブμｍオーダーの微細構造が形成された機能性精密部品の製造方法及び機能性精密部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、被加工物の表面を平坦化加工若しくは研磨する方法は各種提供されている。代表的には、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)があり、最近では本発明者によってＣＡＲＥ（CAtalyst-Referred Etching）が提案されている。
【０００３】
ＣＭＰは、研磨剤（砥粒）自体が有する表面化学作用又は研磨液に含まれる化学成分の作用によって、研磨剤と研磨対象物の相対運動による機械的研磨（表面除去）効果を増大させ、高速かつ平滑な研磨面を得る技術である。一般には、研磨対象物をキャリアと呼ばれる部材で保持し、研磨布または研磨パッドを張った平板（ラップ）に押し付けて、各種化学成分および硬質の微細な砥粒を含んだスラリーを流しながら、一緒に相対運動させることで研磨を行う。化学成分が研磨対象物の表面を変化させることで、研磨剤単体で研磨する場合に比べて加工速度を向上することができる。また、研磨剤単体で研磨する場合に残る表面の微細な傷や表面付近に残る加工変質層が極めて少なくなり、理想的な平滑面を得ることができる。ここで、ＣＭＰ用の研磨剤には、主に酸化セリウム（ＣｅＯ２）若しくはランタンを含む酸化セリウムの微粒子を用いている。
【０００４】
それに対して、ＣＡＲＥは、特許文献１に記載されているように、酸素を介して１種又は２種以上の元素が結合した固体酸化物、あるいは複数の酸化物からなる多成分系の固体酸化物を被加工物とし、該被加工物の表面を平坦化加工又は任意曲面に加工する加工方法であって、水分子が解離して固体酸化物を構成する酸素元素と他の元素のバックボンドを切って吸着し、加水分解による分解生成物の生成を助ける触媒物質を加工基準面として用い、水の存在下で、前記被加工物と加工基準面とを接触若しくは極接近させて配し、前記加工基準面の電位を、自然電位を含みＨ２及びＯ２が発生しない範囲とし、前記被加工物と加工基準面とを相対運動させて、前記分解生成物を被加工物表面から除去する、研磨剤や砥粒を全く使用しない加工方法である。この加工方法は、基本的に水のみを用いるので、Ｗａｔｅｒ−ＣＡＲＥと呼ばれている。
【０００５】
ＩＰＳ細胞に代表される再生医療の分野やマイクロ化学工学の分野では、スライドガラス上で部分的に細胞を培養する細胞テンプレートや、化学反応場となるマイクロリアクターといった製品の需要が拡大すると期待され、製造技術に関して今現在も多くの研究開発が行われている。これらの製品が普及するための絶対条件として、第一に安価で製造することがあげられ、加えて重要な機能として液相反応であるため濡れ性を制御することが求められる。細胞テンプレートでは１枚で複数種の細胞を培養するようなケースがあり、マイクロリアクターであれば流路内でのみ液を輸送する必要があるためである。μｍオーダーの世界では液の持つ表面張力の影響が相対的に大きくなるため、物理的な凹凸だけでは液の制御は難しく、濡れ性の制御、具体的には凸部を撥水性、凹部を親水性にする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】再表２０１３／０８４９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
細胞テンプレートやマイクロリアクター等は。表面に微細構造が形成され、部分的に親水性、撥水性といった機能性表面を形成する必要がある。これら目的に合致した製品を開発するため、機械加工やレーザー加工、エッチングといった微細加工技術と、機能性薄膜を組み合わせた手法が検討されているが、特に安価で製造するといった量産技術が最大のネックとなっており、早急な開発が望まれている。特に、表面の微細構造はサブμｍオーダー、その表面に形成される機能性層の厚さはｎｍオーダーとなるので、従来の機械加工や研磨技術では、加工速度の精密な制御が困難であるため適用できない。更に、砥粒などを使用する場合、砥粒や研磨屑等のパーティクルが凹部に付着すると、その除去、洗浄が難しい。また、加工プロセスや洗浄プロセスに化学薬品を使用する場合には、その残留が問題となることもある。
【０００８】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、研磨剤や砥粒を一切使用せず、また基本的に水のみを用いる化学的な加工プロセスを用い、基体表面に設けられた１０ｎｍ〜１ｍｍの範囲の凹凸微細構造の凹部内のみに機能性材料を形成した機能性精密部品を効率的に製造可能な製造方法及びそれにより製造された機能性精密部品を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前述の課題解決のために、樹脂基体表面に設けられた１０ｎｍ〜１ｍｍの範囲の凹凸微細構造の凹部内のみに機能性材料を形成した機能性精密部品の製造方法であって、水分子が解離して被加工物を構成する酸素元素と他の元素のバックボンドを切って吸着し、加水分解による分解生成物の生成を助ける触媒物質を用い、水の存在下で、前記被加工物と触媒物質とを接触若しくは極接近させて配し、前記触媒物質の電位を、自然電位を含みＨ２及びＯ２が発生しない範囲とし、前記被加工物と触媒物質とを相対運動させて、前記分解生成物を被加工物表面から除去する加工プロセスを用い、前記基体の表面全体に、前記加工プロセスによって加水分解による分解生成物が生じない加工不能な所定厚さのストッパー層を形成するストッパー層形成工程、前記ストッパー層の上に、前記加工プロセスによって加水分解による分解生成物が生じる加工可能な機能性材料を積層形成する機能性材料積層工程、前記加工プロセスによって前記凹部外の機能性材料を除去する加工工程、とよりなる機能性精密部品の製造方法を構成した。
【００１０】
ここで、機能性材料積層工程が、前記ストッパー層の上に、前記加工プロセスによって加水分解による分解生成物が生じる加工可能な機能性材料を凹部構造が塞がらない厚さに積層形成して機能性層を形成する工程であり、前記基体の凹部内面のみに所定厚さの機能性層を有することが好ましい。
【００１１】
そして、前記機能性材料がＳｉＯ２であること、また前記ストッパー層の材料が炭素であることも好ましい。更に、前記基体がシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）樹脂であることがより好ましい。
【００１２】
また本発明は、樹脂基体表面に設けられた凹凸微細構造の凹部内のみに機能性材料を形成した機能性精密部品であって、表面に１０ｎｍ〜１ｍｍの範囲の凹凸微細構造を形成した樹脂基体と、前記基体の表面全体を被覆するストッパー層と、前記凹凸微細構造の凹部内のみの前記ストッパー層の上に形成された機能性材料と、からなり、水分子が解離して被加工物を構成する酸素元素と他の元素のバックボンドを切って吸着し、加水分解による分解生成物の生成を助ける触媒物質を用い、水の存在下で、前記被加工物と触媒物質とを接触若しくは極接近させて配し、前記触媒物質の電位を、自然電位を含みＨ２及びＯ２が発生しない範囲とし、前記被加工物と触媒物質とを相対運動させて、前記分解生成物を被加工物表面から除去する加工プロセスに対して、前記ストッパー層は加水分解による分解生成物が生じない加工不能な材料であり、前記機能性材料は加水分解による分解生成物が生じる加工可能な材料であることを特徴とする機能性精密部品を構成した。
【００１３】
本発明の機能性精密部品は、前記機能性材料が前記凹凸微細構造の凹部を塞がない厚さに形成され、該凹部内面のみに所定厚さの機能性層を有するが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
以上にしてなる本発明の機能性精密部品の製造方法は、樹脂基体表面に設けられた１０ｎｍ〜１ｍｍの範囲の凹凸微細構造の凹部内のみに機能性材料を形成した機能性精密部品の製造方法であって、水分子が解離して被加工物を構成する酸素元素と他の元素のバックボンドを切って吸着し、加水分解による分解生成物の生成を助ける触媒物質を用い、水の存在下で、前記被加工物と触媒物質とを接触若しくは極接近させて配し、前記触媒物質の電位を、自然電位を含みＨ２及びＯ２が発生しない範囲とし、前記被加工物と触媒物質とを相対運動させて、前記分解生成物を被加工物表面から除去する加工プロセスを用い、前記基体の表面全体に、前記加工プロセスによって加水分解による分解生成物が生じない加工不能な所定厚さのストッパー層を形成するストッパー層形成工程、前記ストッパー層の上に、前記加工プロセスによって加水分解による分解生成物が生じる加工可能な機能性材料を積層形成する機能性材料積層工程、前記加工プロセスによって前記凹部外の機能性材料を除去する加工工程、とよりなるので、次のような効果を奏する。基体を樹脂とすることで、表面の凹凸微細構造を樹脂の射出成型若しくは形状転写技術で形成することができる。砥粒を一切使用せず、基本的に水のみを用いる化学的な加工プロセス(Ｗａｔｅｒ−ＣＡＲＥ)であるので、加工変質層を導入することなく、サブμｍオーダーの凹凸微細構造有する基体表面でも凹部外の機能性材料をのみを精度よく除去して、凹部内のみに機能性材料を有する機能性精密部品を製造でき、更に凹部内に砥粒やスラリー等のパーティクルや化学成分が残留することがないので、洗浄工程を簡単且つ低コストで行なうことができる。
【００１５】
そして、機能性材料積層工程が、前記ストッパー層の上に、前記加工プロセスによって加工可能な機能性材料を凹部構造が塞がらない厚さに積層形成して機能性層を形成する工程であり、前記基体の凹部内面のみに所定厚さの機能性層を有することにより、凹部を機能性凹部として利用することができる。本発明が最も効果を発揮するのは、サブμｍオーダーの微細凹凸構造の表面に、ｎｍオーダーのストッパー層を形成し、その上に機能性材料をｎｍオーダーの厚さに積層形成し、前記基体の凹部内面のみにｎｍオーダーの厚さの機能性層を有する場合である。
【００１６】
また、前記機能性材料がＳｉＯ２であると凹部内を親水性とし、また前記ストッパー層の材料が炭素であると凹部外を撥水性とすることができる。炭素は、基体の表面の凹凸微細構造の表面に蒸着によりｎｍオーダーで薄く均一に成膜することができ、またＷａｔｅｒ−ＣＡＲＥによって殆ど加工されないので、良好なストッパー層となり、加工プロセスによる加工工程を精度良く制御でき、工程の効率化にも寄与する。また、ＳｉＯ２薄膜も蒸着によって簡単に成膜することができ、酸化物であるので安定し、またＷａｔｅｒ−ＣＡＲＥによって簡単に加工することができる。
【００１７】
更に、基体がシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）樹脂であると、表面の凹凸微細構造を形状転写方式により高効率で形成することができ、吸湿性も小さく、形状安定性にも優れているので、精密部品に適している。
【００１８】
また、本発明の機能性精密部品は、樹脂基体表面に設けられた凹凸微細構造の凹部内のみに機能性材料を形成した機能性精密部品であって、表面に１０ｎｍ〜１ｍｍの範囲の凹凸微細構造を形成した樹脂基体と、前記基体の表面全体を被覆するストッパー層と、前記凹凸微細構造の凹部内のみの前記ストッパー層の上に形成された機能性材料と、からなり、水分子が解離して被加工物を構成する酸素元素と他の元素のバックボンドを切って吸着し、加水分解による分解生成物の生成を助ける触媒物質を用い、水の存在下で、前記被加工物と触媒物質とを接触若しくは極接近させて配し、前記触媒物質の電位を、自然電位を含みＨ２及びＯ２が発生しない範囲とし、前記被加工物と触媒物質とを相対運動させて、前記分解生成物を被加工物表面から除去する加工プロセスに対して、前記ストッパー層は加水分解による分解生成物が生じない加工不能な材料であり、前記機能性材料は加水分解による分解生成物が生じる加工可能な材料であるので、以下の効果を奏する。先ず、基体を樹脂とすることで、表面の凹凸微細構造を樹脂の射出成型若しくは形状転写技術で形成することができる。そして、樹脂基体の表面に形成した１０ｎｍ〜１ｍｍの範囲の凹凸微細構造の凹部内のみに機能性材料を有する機能性精密部品を提供できる。前記同様に、本発明が最も効果を発揮するのは、サブμｍオーダーの微細凹凸構造の表面に、ｎｍオーダーのストッパー層を形成し、その上に機能性材料をｎｍオーダーの厚さに積層形成し、前記基体の凹部内面のみにｎｍオーダーの厚さの機能性層を有する場合である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による機能性精密部品の製造工程を示し、（ａ）は基体の表面にストッパー層を形成した状態の断面図、（ｂ）はストパー層の上に機能性層を形成した状態の断面図、（ｃ）は加工プロセスを実行している状態の断面図、（ｄ）は凸部の機能性層のみを除去した完成状態の断面図をそれぞれ示している。
【図２】他の形態の機能性精密部品の製造工程を示し、（ａ）は機能性材料積層工程において凹部を埋め尽くすように機能性材料を積層した状態の断面図、（ｂ）は凸部のストッパー層が露出するまで加工プロセスを実行して機能性材料を除去した完成状態の断面図を示している。
【図３】平面転写方式の基体成形方法の説明図である。
【図４】ロール転写方式の基体成形方法の説明図である。
【図５】石英ガラスの平坦化加工前後の表面の干渉顕微鏡像とＡＦＭ像を示す。
【図６】表面にうねりのある基体を触媒の加工基準面を備えたＣＡＲＥで加工する場合を示し、（ａ）は加工前の断面図、（ｂ）はうねりの山部のみが加工された状態の断面図である。
【図７】うねりの山部のみが加工された基体を触媒の加工基準面を備えたＣＡＲＥで更に加工する場合を示し、（ａ）は加工前の断面図、（ｂ）はうねりの山部の微細構造が消失するまで加工された状態の断面図である。
【図８】表面にうねりのある基体を工作物表面基準のＣＡＲＥで加工する場合を示し、（ａ）は加工前の断面図、（ｂ）はうねりの山部と谷部が加工された状態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。本発明の機能性精密部品の量産製造技術は、樹脂の構造転写技術と薄膜形成技術及び超精密加工技術を組み合わせたものである。対象とする凹凸微細構は１０ｎｍ〜１ｍｍの範囲であるが、より好ましくは１００ｎｍ〜１００μｍの範囲である。本実施形態では、図１に示すように、基体１の表面に、１００μｍピッチで、１００μｍ角、高さ１００μｍの微細構造角柱構造を形成し、凸部２を撥水性、凹部３を親水性とした機能性精密部品Ａを製造する手順を説明する。超精密加工技術（加工プロセス）としては、Ｗａｔｅｒ−ＣＡＲＥ（Water-CAtalyst-Referred Etching）を用いる。
【００２１】
先ず、表面に１０ｎｍ〜１ｍｍの範囲の凹凸微細構造を形成した合成樹脂製の基体１を用意する。ここで、前記基体１の素材として、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）樹脂を用いたが、目的用途に応じてその他の合成樹脂、あるいはガラス等を利用できる。次に、前記基体１の表面全体に、前記加工プロセスによって加工不能なｎｍオーダーの厚さのストッパー層４を形成するストッパー層形成工程（図１（ａ）参照）、前記ストッパー層４の上に、前記加工プロセスによって加工可能な機能性材料からなる機能性層５を積層形成する機能性材料積層工程（図１（ｂ）参照）、前記加工プロセスによって前記凹部３外の機能性材料を除去する加工工程（図１（ｃ）参照）、を経て機能性精密部品Ａを製造する（図１（ｄ）参照）。
【００２２】
本実施形態では、前記ストッパー層４は、厚さ３０ｎｍ程度の炭素薄膜であり、撥水性を備え、本加工プロセスによっては殆ど加工されない性質を有する。一方、前記機能性層５は、厚さ１５０〜１８０ｎｍのＳｉＯ２薄膜であり、親水性を備え、本加工プロセスによって容易に加工される性質を有する。そして、触媒を加工基準面に用いた加工ヘッド６を用いて、水中で前記基体１の表面に本加工プロセスを実行すると、凸部２に位置するＳｉＯ２薄膜が加工の進行とともに除去され、その厚さが薄くなるが、前記炭素薄膜が露出すると、加工速度は急激に低下する。前記凸部２のＳｉＯ２薄膜が完全に除去された後、本加工プロセスを停止する。この際、本加工プロセスは、触媒に接触した近傍のみで機能するものであるので、該触媒から離れた前記凹部３内に位置するＳｉＯ２薄膜は全く加工されない。このように、サブμｍオーダーの凹部であっても、ｎｍオーダーの薄膜を形成することにより、内壁面が機能性層５で覆われた機能性凹部７を形成することができる。
【００２３】
一方、図２に示すように、機能性材料積層工程（図２（ａ）参照）において、前記凹部３を埋め尽くすように、機能性材料８を積層形成した場合には、その後の加工工程（図２（ｂ）参照）によって、前記ストッパー層４のレベルまで加工が進行した後、本加工プロセスを停止すると、凸部２が撥水性で、凹部３が機能性材料８で埋まった形態の機能性精密部品Ｂを製造することができる。
【００２４】
前記基体１の表面に凹凸微細構造を形成するには、金型を用いた樹脂の射出成型もしくは転写技術で形成する。これらの転写技術は、安価な量産製造技術としてこれまでに数多くの報告と実績があり、半導体微細回路の形成にもナノインプリントリソグラフィーとして実用化されつつあり、ｎｍオーダーの構造にも対応可能である。図３は、平面転写方式を示し、平面型９の上に基体材料を置き、上方から微細凹凸パターンが形成された転写型１０を所定温度で加圧して、基体１の表面に凹凸微細構造を転写するものである。図４は、ロール転写方式を示し、円筒ロール１１と外周に微細凹凸パターンが形成された転写ロール１２との間に、シート状の連続基体１を繰り送り、円筒ロール１１の微細凹凸パターンを基体１の表面に繰り返し転写するものである。特に、ロール転写方式を採用すれば、より安価な製造技術として期待できる。
【００２５】
前記基体１の素材として用いたシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）樹脂は、プラスチックの中でも最小の吸水性と高湿度下でも寸法安定性に優れ、また成形品の反り、変形がほとんどないため、精密成形に優れ、更に高流動性を備えているので、転写性に優れている。そのため、ＣＯＰは、半導体容器、バイオチップ、バイオプレート、輸液バッグ、多層フィルム等の精密部品に使用されている。
【００２６】
前記ストッパー層４は、撥水性である必要はなく、本加工プロセスによって加工不能若しくは難加工材料で形成する。通常の機械的な研磨であれば、ｎｍオーダーの厚さの薄膜は一瞬で除去され、基体１の凸部２まで大きく除去されて所望の凹凸微細構造を維持できなくなる。本加工プロセスは、水分子が介在する加工原理であるので、撥水性の材料は加工できないので、好ましく採用できる。また、本加工プロセスは、固体酸化物の加工に適しており、親水性材料として代表的なＳｉＯ２薄膜は最も加工に適した機能性材料である。
【００２７】
次に、本発明で使用する加工プロセス（Ｗａｔｅｒ−ＣＡＲＥ）の詳細を、主に固体酸化物を加工対象とする場合について説明する。Ｗａｔｅｒ−ＣＡＲＥでは、水分子が解離して固体酸化物を構成する酸素元素と他の元素のバックボンドを切って吸着し、加水分解による分解生成物の生成を助ける触媒物質を加工基準面として用い、水の存在下で、前記被加工物と加工基準面とを接触若しくは極接近させて配し、前記加工基準面の電位を、自然電位を含みＨ２及びＯ２が発生しない範囲とし、前記被加工物と加工基準面とを相対運動させて、前記分解生成物を被加工物表面から除去して加工するものである。
【００２８】
ここで、前記触媒物質として、遷移金属元素を含み、遷移金属元素の電子のｄ軌道がフェルミレベル近傍の触媒物質表面を用いることが好ましい。本加工プロセスでは、金属元素と反応性のある溶液は使用しないので、各種の遷移金属元素を用いることができるが、中でも仕事関数の大きなＰｔをはじめ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ等を用いることが好ましい。更に、加工基準面となる触媒物質は、金属元素単体でも、複数の金属元素からなる合金でもよい。現実的には、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｃｒを加工基準面に用いることが好ましい。ここで、前記触媒物質は、バルクである必要はなく、安価で形状安定性のよい母材の表面に、金属、あるいは遷移金属を蒸着、スパッタリング、電気めっき等によって形成した薄膜でも良い。また、前記触媒物質を表面に成膜する母材は、硬質の弾性材でも良く、例えばフッ素系ゴム材を用いることができる。触媒物質が導電性である場合には、外部から加工基準面の電位を制御して加工速度を制御することができる。また、遷移金属元素含む化合物で絶縁性の触媒物質でも、遷移金属元素の電子のｄ軌道がフェルミレベル近傍の触媒物質であれば良好に使用できるが、この場合、加工基準面の電位は自然電位のままとする。
【００２９】
また、前記水は、不純物が少なく特性が一定である純水又は超純水を用いることが、清純な加工環境を実現し、加工条件の正確な制御において必要である。一般的に、純水は電気抵抗率が１〜１０ＭΩ・ｃｍ程度、超純水は電気抵抗率が１５ＭΩ・ｃｍ以上とされているが、両者に境界があるわけではない。また、本加工プロセスでは、純水又は超純水に水素をパージした水素水を用い、前記加工基準面の触媒物質に水素を吸着させた状態で加工を行うことが好ましい場合もある。そして、また、前記水は、純水又は超純水に分解生成物の溶解を助ける錯体を混合したものを用いることも好ましい。ここで、前記錯体は、分解生成物の溶解を促進するとともに、錯イオンを作り水中で安定に維持する作用をする。また、水（加工液）のｐＨは、２〜１２の範囲で調整することが好ましい。ｐＨがこの範囲よりも小さく（強酸性）ても、大きく（強アルカリ性）ても加工速度が小さくなる。加工対象の酸化物の性質は多様であり、加工過程で生成する分解生成物も多様であるので、それに応じてｐＨを調整することが望ましい。ｐＨの調整には、例えば酸性領域はＨＮＯ３の添加、アルカリ性領域はＫＯＨの添加で行う。勿論、加工液のｐＨを７（中性：水のまま）としても差し支えなく、その場合、種々の酸化物の加工に汎用的に適用できる。
【００３０】
Ｗａｔｅｒ−ＣＡＲＥの加工メカニズムは、現象論的には以下のようであると考える。固体酸化物の表面に、少なくとも表面にｄ電子軌道がフェルミレベル近傍にある触媒物質を有する加工基準面が接触若しくは極接近すると、つまり固体酸化物の表面近傍にｄ電子軌道が近づくことになる。ｄ電子は、水分子の解離や、酸化物のバックボンドがルーズになる際の両方の現象に対して反応の障壁を下げる作用をする。現象論的には、該触媒物質が酸化物に近づくと、酸化物を構成する酸素元素と他の元素とのバックボンドの結合力が弱くなり、水分子が解離して酸化物の酸素元素と他の元素のバックボンドを切って吸着し、加水分解による分解生成物を生成する。そして、分解生成物を加工液中に溶出させるという原理である。ここで、固体酸化物の表面に該触媒物質を有する加工基準面を接触させて擦ることにより、分解生成物に機械的な力を与えることで、水中への溶出を促進させるのである。また、固体酸化物の表面と加工基準面が接触しなくても、両者の相対運動によって生じる水の流動によって分解生成物の水中への溶出を促進する作用がある。
【００３１】
また、加工基準面を形成する該触媒物質が導電性材料であれば、該触媒物質の電位を調整することにより、加工速度を制御することができる。酸化還元電位は、導電性物質（例えばＰｔ）表面が酸化物側から電子を「抜く」、「与える」性質を変えるものである。導電性物質の電位は、最終的に目指したい精度に応じて最適な加工速度に変えるためのパラメータになる。しかし、導電性物質の電位を正に大きくするとＯ２が発生し、また負に大きくするとＨ２が発生し、気泡が加工の妨げになるので、Ｈ２及びＯ２が発生しない範囲で調整することが必要であり、電位の制御域は１．６Ｖ程度である。
【００３２】
例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の結晶は、正四面体の中心にＳｉが位置し、４つの頂点にＯが結合した構造で、Ｏを介してＳｉが三次元的に結合されており、その加工では、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉの結合が切れ、Ｈ２Ｏの加水分解によってＳｉ−ＯＨ、ＯＨ−Ｓｉとなる。このように、加水分解によってケイ酸｛［ＳｉＯｘ（ＯＨ）４-２ｘ］ｎ｝が生成される。ここで、０＜ｘ＜２である。代表的には、オルトケイ酸（Ｈ４ＳｉＯ４）、メタケイ酸（Ｈ２ＳｉＯ３）、メタ二ケイ酸（Ｈ２Ｓｉ２Ｏ５）等がある。これらの分解生成物が、水に溶出するのである。
【００３３】
固体酸化物以外の材料を加工する場合、材料の酸化と酸化膜の加水分解の双方を促進する機能を備えた触媒物質を加工基準面として用いる。それにより、例えばＳｉを始め、ＳｉＣやＧａＮのような材料の加工も可能である。
【００３４】
次に、加工基準面を形成する触媒物質としてＰｔを用いて、石英ガラス（純ＳｉＯ２）を加工した結果を図５に示す。石英ガラスは、前加工面としてＣＭＰ面を用い、加工前と加工後の表面を位相シフト干渉顕微鏡（Zygo社、NewView）と原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察して加工特性を評価した。加工圧力：２００ｈＰａ、回転速度：１０ｒｐｍ、溶液：超純水、加工時間：１時間である。加工速度は、８３１ｎｍ／ｈであった。加工によって位相シフト干渉顕微鏡像では、加工前はｒｍｓ：０．３３８ｎｍが加工後にｒｍｓ：０．１４７ｎｍとなり表面粗さが大幅に改善している。ＡＦＭ像では、加工前はｒｍｓ：１．４５５ｎｍが加工後にｒｍｓ：０．１０３ｎｍと大幅に表面粗さが改善し、加工前表面にはスクラッチが確認されたが、このようなスクラッチは除去され、原子レベルで平滑な表面を有していることがわかった。厚さ１５０〜１８０ｎｍのＳｉＯ２薄膜であれば、約１０分で除去できることが分かる。
【００３５】
本発明での最大の課題は最終工程である超精密加工技術を確立することである。前述したように樹脂材料での微細構造製造技術は既に量産技術で確立されており、樹脂上への機能性薄膜形成技術も加工時及び使用時の耐剥離性など、若干の検討が必要であるがほぼ確立されている。問題は柔らかくそして微細構造をもつ非常に繊細な樹脂材料上に形成された、厚さ１００ｎｍ程度の超薄膜の一種のみを選択的に除去するという超精密加工技術である。なお超薄膜とする理由は、膜が厚いとせっかく形成されたサブμｍオーダーの凹凸微細構造を膜が埋めてしまうからである。
【００３６】
Ｗａｔｅｒ−ＣＡＲＥは、石英ガラス等の被加工物を砥粒フリーにて、水だけを用いて表面粗さ１ｎｍＰＶ程度の超平滑化仕上げを行なうために開発されたものである。親水性のＳｉＯ２薄膜（合成石英ガラスと同成分）を最表面に形成し、その下にＷａｔｅｒ−ＣＡＲＥで反応しない（加工されない）撥水性薄膜を選択することで、ストッパー層として作用させることができ、所望の濡れ性を制御した微細構造が形成できる。通常の砥粒を用いた研磨手法で微細構造を持つ工作物を加工すると、凹部に砥粒やスラリーの化学成分が残留するため、洗浄工程で非常に多くの時間とコストが必要となり、加えてスクラッチなどの欠陥の発生も予想される。
【００３７】
本発明において使用する凹凸微細構造を持つ樹指基体は軟質材料であること、また射出成形や形状転写方式で製造されるため最表層や基準面にμｍオーダーのうねりが発生してしまうことが避けられない。そのため、従来のＣＡＲＥでは図６（ａ）に示すように基体１の表面にうねりがあると、加工ヘッド６の表面で一様な超精密加工が行えない。すなわち、基体１のうねりの山部が選択的に加工され、うねりの谷部が全く加工されないので、目的である濡れ性を制御した微細構造が部分的にしか形成できない（図６（ｂ）参照）。図７に示すように、ＣＡＲＥに対するストッパー層４にも限界があり、長時間の加工や機械的な加工条件を高めると、ストッパー層４が破れ、肝心の微細凹凸構造が消失してしまうという問題がある（図７（ｂ））。
【００３８】
この問題を克服するために、加工ヘッド６の触媒平面を基準とするのでなく、図８に示すように、弾性体の触媒工具１３を用いることで、うねりを持つ工作物表面を基準として皮膜除去を行う「工作物表面基準ＣＡＲＥ」となる。それにより、１０μｍ程度の表面うねりを持つ２インチ（φ５０ｍｍ）サイズの樹脂基体上に、１００μｍピッチで、１００μｍ角、高さ１００μｍの微細構造角柱構造を形成し、その上に撥水性と親水性の薄膜を形成し、工作物の表面全体で凸部を撥水性、凹部を親水性とした微細構造を形成した機能性精密部品製造できる。
【００３９】
工作物表面基準ＣＡＲＥ加工法を確立することは、ＣＡＲＥの平面から曲面への展開を意昧し、ならい研磨も可能となるため、究極的には自由曲面形状の超精密研磨にも展開可能なことを意味する。超高精度（超平滑表面）の自由曲面は究極の光学部品である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、基本的には、マイクロリアクターや細胞シート培養のためのテンプレートなどの量産製造に適用できる。また、サブμｍオーダーの微細構造はフォト二ツク結晶としても機能するため、ウイルスをチェックするバイオマーカーなどの検査機器にも応用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
Ａ，Ｂ  機能性精密部品
１  基体
２  凸部
３  凹部
４  ストッパー層
５  機能性層
６  加工ヘッド
７  機能性凹部
８  機能性材料
９  平面型
１０  転写型
１１  円筒ロール
１２  転写ロール
１３  弾性体の触媒工具
【図１】
0006551833.tif 000002
【図２】
0006551833.tif 000003
【図３】
0006551833.tif 000004
【図４】
0006551833.tif 000005
【図５】
0006551833.tif 000006
【図６】
0006551833.tif 000007
【図７】
0006551833.tif 000008
【図８】
0006551833.tif 000009