(57)【要約】【課題】流路などの表面に凹凸形状を安価にかつ高精度に形成することができ、微細凹凸構造のエッヂ部においても適切な加工形状が得られるガラス基板の加工方法を提供する。【解決手段】本発明のガラス基板の加工方法は、ガラス基板の被加工面を研磨する第１工程Ｓ１と、前記被加工面にエッチングマスクを形成する第３工程Ｓ３及び第４工程Ｓ４と、湿式エッチング処理により前記ガラス基板の被加工面に前記微細凹凸構造をパターン形成する第５工程Ｓ５と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿式エッチング処理による表面への微細凹凸構造の形成に供される微細加工用ガラス基板であって、
前記微細凹凸構造が形成される被加工面の表層部のエッチング速度が、当該ガラス基板内部のエッチング速度より大きいことを特徴とする微細加工用ガラス基板。
【請求項２】
湿式エッチング処理による表面への微細凹凸構造の形成に供される微細加工用ガラス基板であって、
前記微細凹凸構造が形成される被加工面の表層部に、当該ガラス基板内部よりもエッチング速度が大きい深さ１ｎｍ以上２０μｍ以下の易エッチング層が形成されていることを特徴とする微細加工用ガラス基板。
【請求項３】
ガラス基板表面への微細凹凸構造の形成に適用できるガラス基板の加工方法であって、
ガラス基板の被加工面を研磨する工程と、
前記被加工面にエッチングマスクを形成する工程と、
湿式エッチング処理により前記ガラス基板の被加工面に前記微細凹凸構造をパターン形成する工程と、
を有することを特徴とするガラス基板の加工方法。
【請求項４】
前記湿式エッチング処理が、フッ酸を主成分とするエッチング液を用いたエッチング処理であることを特徴とする請求項３に記載のガラス基板の加工方法。
【請求項５】
前記エッチングマスクが、金属膜、金属酸化膜、及びレジストから選ばれる単層膜、又はこれらを組み合わせた積層膜であることを特徴とする請求項３又は４に記載のガラス基板の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳなどの分野で微細な凹凸パターンを形成される微細加工用ガラス基板、及びガラス基板の加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の分野ではシリコンウェハへ微細なパターン加工が中心であったが、ＤＮＡ（deoxyribonucleic acid）チップに代表されるようなバイオ関係を中心にガラス基板への微細なパターン加工が要求されるようになってきた。ガラス基板に対して微細パターンの溝を形成する技術としては、ガラス基板の最表面にフッ素を添加した酸化シリコン層を形成することで、エッチング速度をガラス基板の厚さ方向で変化させる技術（特許文献１参照）や、ガラス基板の表面に圧子を押圧して基板表面に応力を残留させ、かかる応力残留部分とそれ以外の部分とのエッチング速度の差異を利用してガラス基板表面に所望のパターンの溝を形成するものが知られている。
【特許文献１】特開２００２−０３０４４０号公報
【特許文献２】特開２００５−２３０６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、高価な真空装置を用いてガラス基板の被加工面に成膜する必要があり、特許文献２記載の技術では、形成するパターンと同サイズの圧子を用意する必要があるため高精細のパターン形成には不向きである。
ところで、ガラス基板のパターン加工自体は、特許文献１にも記載されているように、ガラス基板上に所定形状のマスクを形成し、かかるマスクを介して湿式エッチング処理を行う方法でも可能である。しかしながら、この加工方法には、特許文献１に記載の課題に加えて、以下のような問題がある。
湿式エッチング処理にフッ酸のような等方的にエッチングが進行するエッチング液を用いると、原理的にはマスクの端部を中心とした半円状の断面を有するエッチング形状が得られるはずである。ところが実際には、前記の様な条件でガラス基板をエッチングすると、エッチングにより形成した凹部の開口端に鋭角なエッジ形状を持つ逆テーパー部分が発生する。ガラス基板の表面に凹凸を有する微細なパターンにおいて、エッヂ部にこのような逆テーパー形状が存在すると、エッヂ部のカケや、他の部品との組み合わせにおいて不具合が発生するおそれがある。
【０００４】
この発明は上記のような従来のものが持つ問題点を解決するもので、流路などの表面に凹凸形状を安価にかつ高精度に形成することができ、微細凹凸構造のエッヂ部においても適切な加工形状が得られる微細加工用ガラス基板、及びガラス基板の加工方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の微細加工用ガラス基板は、上記課題を解決するために、湿式エッチング処理による表面への微細凹凸構造の形成に供される微細加工用ガラス基板であって、前記微細凹凸構造が形成される被加工面の表層部のエッチング速度が、当該ガラス基板内部のエッチング速度より大きいことを特徴とする。
あるいは、本発明の微細加工用ガラス基板は、湿式エッチング処理による表面への微細凹凸構造の形成に供される微細加工用ガラス基板であって、前記微細凹凸構造が形成される被加工面の表層部に、当該ガラス基板内部よりもエッチング速度が大きい深さ１ｎｍ以上２０μｍ以下の易エッチング層が形成されていることを特徴とする構成であってもよい。
【０００６】
上記構成の微細加工用ガラス基板では、ガラス基板の被加工面の表層に基板内部よりもエッチング速度が大きくなる層が形成されており、特許文献１記載の技術のようにガラス基板の表面に他の膜を成膜したものではないため、極めて安価に製造可能な微細加工用ガラス基板となっている。また、特許文献２記載の技術のように、基板表面の一部にエッチング速度の異なる部位を形成する必要がないため、加工精度が圧子の寸法精度に制限されず、極めて微細な構造であっても高精度に加工できる微細加工用ガラス基板となる。
【０００７】
また、上述したエッヂ部の逆テーパー形状については、その発生原理は以下のようなものであると考えられる。
すなわち、ガラス基板の被加工面に金属膜を用いてマスクを形成した際に、マスクとガラス基板とが界面部分で反応して化合物等を形成し、かかる化合物等に起因してガラス基板のエッチング速度が低下するためであると考えられる。
特に、ガラス基板をエッチングしている最中にマスク用の金属膜がガラス基板から剥離しないように金属膜とガラス基板の密着力を強化すると、前記界面の化合物層等が強固になるため逆テーパー形状がより発生しやすくなる。また、このような逆テーパー形状の発生を抑制するためにマスク用の金属膜とガラス基板の密着性を低下させることも考えられるが、このような密着性の低い界面においてはガラス基板のエッチング液が界面に容易に浸入するため、界面部分の横方向のエッチング速度が大きくなり、エッチング中のマスク膜の剥離が発生しやすくなる。
【０００８】
本発明では、上述した構成を具備していることで、上記エッヂ部における逆テーパー形状の問題も解決できるものとなっている。すなわち本発明では、ガラス基板の内部の湿式エッチング速度と比較して被加工面におけるガラス基板の湿式エッチング速度を大きくしたことにより、ガラス基板の表面における基板面方向のエッチング速度を、ガラス基板の厚さ方向（深さ方向）のエッチング速度よりも常に大きくすることができる。したがって、エッチングにより被加工面に形成する凹部の開口方向におけるエッチングが深さ方向へのエッチングと比較して速やかに広がるため、逆テーパー形状の発生を抑制することができる。
【０００９】
本発明のガラス基板の加工方法は、ガラス基板表面への微細凹凸構造の形成に適用できるガラス基板の加工方法であって、ガラス基板の被加工面を研磨する工程と、前記被加工面にエッチングマスクを形成する工程と、湿式エッチング処理により前記ガラス基板の被加工面に前記微細凹凸構造をパターン形成する工程と、を有することを特徴とする。
この加工方法によれば、湿式エッチングに先立ってガラス基板の表面を研磨することで、ガラス基板のごく表層に、ガラス基板内部よりもエッチング速度が大きくなる易エッチング層ともいうべき領域を形成することができる。このような易エッチング層をガラス基板表面に形成することで、エッチングマスクとガラス基板との界面においてエッチング速度が低下するのを防止することができ、その結果、微細凹凸構造のエッチ部に逆テーパー形状が形成されるのを効果的に防止することができる。
このように本発明は、ガラス基板表面を研磨するという簡便な工程を追加するのみで、微細凹凸構造を高精度に形成できるようにするものであり、従来技術に比して、加工精度、効率、及びコストの点で極めて有利な技術である。
【００１０】
前記湿式エッチング処理が、フッ酸を主成分とするエッチング液を用いたエッチング処理であることが好ましい。また前記エッチングマスクが、金属膜、金属酸化膜、及びレジストから選ばれる単層膜、又はこれらを組み合わせた積層膜であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の微細加工用ガラス基板によれば、簡素な構造で安価に製造でき、かつ正確な凹凸形状を形成することができる。また本発明のガラス基板の加工方法によれば、端部に逆テーパー形状が形成されるのを抑制しつつ正確な形状で溝部を形成でき、信頼性に優れた微細凹凸構造を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明に係るガラス基板の加工方法を示すフローチャートである。図２は、図１に示す各工程に概略対応させた断面工程図である。
本実施形態のガラス基板の加工方法は、図１及び図２に示すように、微細凹凸構造が形成されるガラス基板１０の被加工面１０Ａを研磨する第１工程Ｓ１と、研磨後のガラス基板１０を洗浄する第２工程Ｓ２と、ガラス基板１０上にエッチングマスクとなるマスク材膜１１Ａを形成する第３工程Ｓ３と、マスク材膜１１Ａ上にレジストパターン１２をパターン形成し、マスクとしてのレジストパターン１２を介してマスク材膜１１Ａを部分的に除去してエッチングマスク１１を得る第４工程Ｓ４と、レジストパターン１２及びエッチングマスク１１をマスクとして用いた湿式エッチング処理によりガラス基板１０に凹部１０ｂを形成する第５工程Ｓ５と、ガラス基板１０上のエッチングマスク１１を除去する第６工程Ｓ６と、を有している。
【００１３】
第１工程Ｓ１では、まず、ボロシリケートガラス、合成石英ガラス、ソーダライムガラス、アルミノシリケートガラス、無アルカリガラス等からなるガラス基板１０を用意する。次いで、図２（ａ）に示すように、例えば、研磨パッド５０と、酸化セリウムを主成分とする研磨液とを用いてガラス基板１０の被加工面１０Ａを研磨する。この研磨工程は複数回行うこともでき、その際には各回の研磨条件を変更してもよい。
【００１４】
第２工程Ｓ２では、研磨処理後のガラス基板１０を、公知の洗浄方法を用いて洗浄し、基板面に付着した研磨液等を除去することで、図２（ｂ）に示すように、表層に易エッチング層１０ａを有するガラス基板１０を得る。ガラス基板１０の洗浄方法としては、洗剤を用いて洗浄した後、純水洗浄を施すのが一般的である。ガラス基板１０の被加工面１０Ａに形成された易エッチング層１０ａは、第１工程Ｓ１の研磨工程で形成される層であり、ガラス基板１０に微細凹凸構造を形成するための湿式エッチング処理において、ガラス基板１０の内部（易エッチング層１０ａ以外の部分）よりも大きいエッチング速度を有する部位である。易エッチング層１０ａの深さは、被加工面１０Ａから１ｎｍ以上２０μｍ以下である。このような範囲であれば、基板面方向のエッチング速度を高め、微細凹凸構造のエッヂ部における逆テーパー形状の発生を防止する効果が十分に得られる。本発明の加工方法により得られるエッヂ部の順テーパー形状は、表面から１５μｍ〜２０μｍ程度の範囲に形成されることが分かっており（実施例１及び図３（ｂ）参照）、かかる範囲で加工形状を変化させるには、易エッチング層１０ａの深さは２０μｍ以下で十分である。
【００１５】
第３工程Ｓ３では、図２（ｃ）に示すように、ガラス基板１０上にエッチングマスクとなるマスク材膜１１Ａを形成する。マスク材膜１１Ａとしては、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ等の金属材料からなる金属膜を用いることができ、これらの金属膜を積層した積層金属膜であってもよい。また場合によってはフォトレジストをマスク材膜１１Ａとして用いることもでき、フォトレジストと金属膜とを積層した複合積層膜であってもよい。これらのうちでも、ガラス基板１０との密着性や、パターニングのしやすさの点でＣｒ膜を用いることが好ましい。
【００１６】
第４工程Ｓ４では、まず、マスク材膜１１Ａ上にレジストを塗布し、これを露光、現像処理することで、図２（ｄ）に示すように、開口部１２ａを有するレジストパターン１２を形成する。次いで、図２（ｅ）に示すように、レジストパターン１２をマスクとする湿式エッチング処理によりマスク材膜１１Ａを部分的に除去することで、レジストパターン１２の開口部１２ａに通じる開口部１１ａをマスク材膜１１Ａに形成する。これにより、所定形状の平面パターンを有するエッチングマスク１１を得る。
マスク材膜１１Ａのエッチング処理には、マスク材膜１１ＡがＣｒ膜である場合には、硝酸第２セリウムアンモニウム溶液を用いた湿式エッチング処理が適用できる。
【００１７】
第５工程Ｓ５では、ガラス基板１０上に形成されたエッチングマスク１１及びレジストパターン１２をマスクとし、フッ酸を用いた湿式エッチング処理を行う。この湿式エッチング処理では、レジストパターン１２の開口部１２ａに連続するエッチングマスク１１の開口部１１ａから等方的にガラス基板１０のエッチングを進行させ、図２（ｆ）に示すように、開口部１１ａに対応する位置に断面半円型の凹部１０ｂを形成する。ガラス基板１０のエッチング処理にはフッ酸を用いるのが一般的であるが、他のエッチング液を用いた湿式エッチング処理によりガラス基板１０を加工してもよいのは勿論である。
【００１８】
そして、第６工程Ｓ６において、ガラス基板１０上のエッチングマスク１１及びレジストパターン１２を、公知の剥離方法を用いて剥離すれば、一面側に微細凹凸構造を構成する凹部１０ｂが形成された基板を得ることができる。
【００１９】
以上説明した本発明のガラス基板の加工方法では、ガラス基板１０を加工する前記第５工程Ｓ５において、先に記載のようにガラス基板１０の表層に易エッチング層１０ａが形成されており、易エッチング層１０ａはそれ以外の部分のガラス基板１０よりもフッ酸によるエッチング速度が大きくなっている。そのため、凹部１０ｂの形成に際しては、凹部１０ｂの深さ方向のエッチングに比して、凹部１０ｂの開口方向（基板面方向）のエッチングが優先的に進行する。これにより、凹部１０ｂのエッジ部（凹部１０ｂとエッチングマスク１１との境界部）は、凹部１０ｂの開口端から凹部１０ｂの底部に向かって傾斜する順テーパー形状となる。したがって、本発明に係る加工方法によれば、ガラス基板１０上に形成した微細凹凸構造のエッヂ部が欠けたり、デバイスに適用する際に他の構成部材との組み合わせに不具合を生じたりすることが無い、適切な加工形状を得ることができる。
【００２０】
また本発明の加工方法によれば、湿式エッチング処理によりガラス基板１０を加工するのに先立って、被加工面１０Ａを研磨するという極めて簡便な処理により、凹部１０ｂの加工形状を適切に制御できるようになっており、基板上に他の機能膜を成膜してエッチング速度を調整する方法や、微細加工を施した圧子を用いる方法に比して、加工の効率、コスト、及び加工精度において極めて有利な方法である。
【実施例】
【００２１】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。以下の実施例におけるガラス基板の加工方法は、上記実施形態に準ずるものであるので、必要に応じて図１及び図２を参照しつつ説明することとする。
【００２２】
（実施例１）
ガラス基板１０としてボロシリケートガラス（ショット社製  テンパックス  フロート）基板を用意した。
ボロシリケートガラス基板に第１の研磨工程として酸化セリウムを主成分とする研磨剤と硬質ポリシャ（ウレタンパッド）の研磨パッドによる研磨を用った。次いで、第２の研磨工程として酸化セリウムを主成分とする研磨剤と軟質ポリシャ（スウェードタイプ）の研磨パッドによる研磨を行った。
次に、研磨工程が終了した後、研磨後のボロシリケートガラス基板に対して洗剤、純水洗浄を行い、イソプロピルアルコール蒸気中で乾燥させた。
次に、乾燥処理後のボロシリケートガラス基板に、マスク材膜１１ＡとしてＣｒ膜をスパッタリングで成膜した。その後、Ｃｒ膜上にレジストを塗布し、リソグラフィー法を用いてレジストパターン１２を形成した。
次に、レジストパターン１２をマスクとする硝酸第２セリウムアンモニウム溶液を用いた湿式エッチング処理により、Ｃｒ膜をパターニングし、最終的なガラス基板エッチング用のエッチングマスク１１を得た。
次に、フッ酸を主成分とするエッチング液を用いた浸漬処理（湿式エッチング処理）を行った。このエッチング処理により、深さ６０μｍ、開口幅１５０μｍの溝状の凹部１０ｂを、エッチングマスク１１の開口部１１ａに対応する位置のボロシリケートガラス基板表面に形成した。その後、エッチングマスク１１及びレジストパターン１２をボロシリケートガラス基板から剥離した。
ここで図３は、実施例１で得られる凹部１０ｂの形状を説明するための図である。図３（ｃ）は実施例１で形成した溝状の凹部１０ｂの概略斜視図であり、図３（ａ）、図３（ｂ）は、形成した凹部１０ｂをＳＥＭ観察した断面画像のトレース図である。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施例の加工方法によれば、形成した凹部１０ｂのエッヂ部１０ｃにおいて、ガラス基板表面から１５μｍ程度の深さまで緩やかな順テーパー形状の断面形状が得られている。
【００２３】
（比較例１）
図４は、比較例１で得られる凹部１１０ｂの形状を説明するための図であり、図４（ａ）、図４（ｂ）は、形成した凹部１１０ｂをＳＥＭ観察した断面画像のトレース図である。
比較例１は、ガラス基板の被加工面を研磨する第１工程Ｓ１を行わない以外は、実施例１と同様の加工条件で凹部を形成した場合の例であり、研磨工程の有無による加工形状の変化を検証したものである。
比較例１では、まず、実施例１で用いたのと同等のボロシリケートガラス（ショット社製  テンパックス  フロート）基板をガラス基板１１０として用意した。
次に、研磨工程を行わずに、ポロシリケートガラス基板に対して洗剤、純水洗浄を行い、イソプロピルアルコール蒸気中で乾燥させた。
次に、乾燥処理後のボロシリケートガラス基板に、マスク材膜となるＣｒ膜をスパッタリングで成膜した。Ｃｒ膜上にレジストを塗布し、リソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した。
次に、レジストパターンをマスクとし、Ｃｒ膜を硝酸第２セリウムアンモニウム溶液でエッチングしたものを最終的なガラス基板エッチング用のエッチングマスクとして形成した。
次に、上記エッチングマスクをマスクとし、フッ酸を主成分とするエッチング液に浸漬する処理（湿式エッチング処理）により、図４（ａ）に示すように、深さ６０μｍ、開口幅１５０μｍの凹部１１０ｂを形成した。その後、エッチングマスク及びレジストパターンをボロシリケートガラス基板から剥離した。
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、比較例１の凹部１１０ｂでは、開口端側のエッヂ部１１０ｃにおいて、凹部１１０ｂの内側に向かって延びる長さ１．５μｍ程度のオーバーハング状の逆テーパー形状が発生することが確認された。
【００２４】
（比較例２）
図５は、比較例２で得られる凹部１２０ｂの形状を説明するための図であり、図５（ａ）、図５（ｂ）は、形成した凹部１１０ｂをＳＥＭ観察した断面画像のトレース図である。
比較例２は、ガラス基板の種類及び形成する凹部の形状を異ならせた場合の加工例である。なお、本例でも比較例１と同様にガラス基板の被加工面を研磨する第１工程Ｓ１は行っていない。
比較例２では、まず、ガラス基板１２０として、無アルカリガラス（コーニング社製  １７３７）基板を用意した。
次に、研磨工程を行わずに、無アルカリガラス基板に対して洗剤、純水洗浄を行い、次いでイソプロピルアルコール蒸気中で乾燥させた。
次に、乾燥処理後の無アルカリガラス基板に、マスク材膜となるＣｒ膜をスパッタリングで成膜した。Ｃｒ膜上にレジストを塗布し、リソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成した。
次に、レジストパターンをマスクとし、Ｃｒ膜を硝酸第２セリウムアンモニウム溶液でエッチングしたものを最終的なガラス基板エッチング用のエッチングマスクとして形成した。
次に、エッチングマスクをマスクとし、フッ酸を主成分とするエッチング液に浸漬する処理（湿式エッチング処理）により、図５（ａ）に示すように、深さ４０μｍ、開口幅１００μｍの凹部１２０ｂを形成した。その後、エッチングマスク及びレジストパターンを無アルカリガラス基板から剥離した。
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、比較例２の凹部１２０ｂでも、開口端側のエッヂ部１２０ｃにおいて、凹部１２０ｂ内に向かって延びる長さ３５０ｎｍ程度のオーバーハング状の逆テーパー形状が発生することが確認された。
【００２５】
実施例１と、比較例１，２とを比較すれば明らかなように、本発明に係るガラス基板の加工方法によれば、ガラス基板の表面を研磨する第１工程Ｓ１を有していることで、ガラス基板１０の被加工面１０Ａに形成する凹部１０ｂのエッヂ部１０ｃを順テーパー形状に形成することができる。したがって本発明によれば、微細凹凸構造のエッヂ部に逆テーパー形状が発生するのを効果的に防止することができる。これにより、逆テーパー形状のエッヂ部のカケや、他の部品との組み合わせにおける不具合の発生を効果的に防止でき、優れた信頼性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態に係る加工方法を示すフローチャート。
【図２】図１に対応する断面工程図。
【図３】実施例１に係る凹部の形状を説明するための図。
【図４】比較例１に係る凹部の形状を説明するための図。
【図５】比較例２に係る凹部の形状を説明するための図。
【符号の説明】
【００２７】
１０  ガラス基板、１０Ａ  被加工面、１０ａ  易エッチング層、１０ｂ  凹部、１０ｃ  エッヂ部、１１Ａ  マスク材膜、１１  エッチングマスク、１１ａ  開口部、１２  レジストパターン、１２ａ  開口部
【図１】
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【図２】
2008024543.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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