(57)【要約】【課題】簡便な方法で効率良くガラス基材表面や薄膜表面に、所望する多段形状からなる凸部を高精度に作製すること。【解決手段】ガラス基材１に圧力を局所的に印加して、ガラス基材表面１ａ及びその近傍にエッチング液に対するエッチングレートが圧力を印加しない部分と異なる圧縮応力部３を、圧縮応力部３のガラス基材表面１ａからの深さが段階的に変化するように形成する圧縮応力部形成工程と、該圧縮応力部形成工程後、ガラス基材１に対して化学的エッチング処理を行って、ガラス基材表面１ａに多段形状からなる凸部２を形成するエッチング処理工程と、を備えている凸部を有するガラス基材の製造方法を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基材に圧力を局所的に印加して、前記ガラス基材表面及びその近傍にエッチング液に対するエッチングレートが圧力を印加しない部分と異なる圧縮応力部を、該圧縮応力部の前記ガラス基材表面からの深さが段階的に変化するように形成する圧縮応力部形成工程と、
該圧縮応力部形成工程後、前記ガラス基材に対して化学的エッチング処理を行って、前記ガラス基材表面に多段形状からなる凸部を形成するエッチング処理工程と、を備えていることを特徴とする凸部を有するガラス基材の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の凸部を有するガラス基材の製造方法において、
前記圧縮応力部形成工程は、前記ガラス基材を所定温度以上に昇温させた状態で前記圧力を印加する圧力印加工程と、該圧力印加工程後、前記ガラス基材を冷却する冷却工程と、を備えていることを特徴とする凸部を有するガラス基材の製造方法。
【請求項３】
ガラス基材上に成膜された一層以上の無機材料からなる薄膜に圧力を局所的に印加して、前記薄膜表面及びその近傍にエッチング液に対するエッチングレートが圧力を印加しない部分と異なる圧縮応力部を、該圧縮応力部の前記薄膜表面からの深さが段階的に変化するように形成する圧縮応力部形成工程と、
該圧縮応力部形成工程後、前記薄膜に対して化学的エッチング処理を行って、前記薄膜表面に多段形状からなる凸部を形成するエッチング処理工程と、を備えていることを特徴とする凸部を有するガラス基材の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の凸部を有するガラス基材の製造方法において、
前記圧縮応力部形成工程は、前記薄膜を所定温度以上に昇温させた状態で前記圧力を印加する圧力印加工程と、該圧力印加工程後、前記薄膜を冷却する冷却工程と、を備えていることを特徴とする凸部を有するガラス基材の製造方法。
【請求項５】
請求項３又は４記載の凸部を有するガラス基材の製造方法において、
前記エッチング処理工程後、前記薄膜及び前記ガラス基材に対してエッチング処理を行って、前記薄膜表面に作製された前記多段形状からなる凸部をガラス基材に反映させ、前記ガラス基材表面に多段形状からなる凸部を作製する反映工程を備えていることを特徴とする凸部を有するガラス基材の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の凸部を有するガラス基材の製造方法において、
前記ガラス基材は、前記薄膜よりもエッチングレートが高いものであることを特徴とする凸部を有するガラス基材の製造方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の凸部を有するガラス基材の製造方法において、
前記圧縮応力部形成工程の際に、印加する前記圧力の値、同一領域に圧力を印加する回数、および温度のうち、すくなくともいずれか１つの条件を変化させるように制御することを特徴とする凸部を有するガラス基材の製造方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の凸部を有するガラス基材の製造方法により作製されたことを特徴とするガラス部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス基材表面、又は、ガラス基材上に成膜された薄膜表面に所望の多段形状からなる凸部を形成する凸部を有するガラス基材の製造方法、及び、この方法で作製された多段形状からなる凸部を有するガラス部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板上に回折パターン等の各種の階段構造（多段形状）を作製する方法としては、従来から様々な方法が提供されている。例えばその１つとして、フォトレジストをエッチングマスクとして利用しながら１段ずつアライメントを行って、耐食性基板に階段構造を作製する方法が知られている（特許文献１参照）。また、別の方法としては、レジストをパターニングする際に、電子ビームのドーズ量を調節してガラス基板上のレジストを階段状に作製する方法が知られている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平６−１６０６１０号公報
【特許文献２】特開昭６２−２６５６０１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、上述した従来の方法には、まだ以下のような課題が残されている。
即ち、上記従来の方法では、製造工程が多く複雑であるため、作業時間が長くかかってしまい作業性が悪かった。特に、特開平６−１６０６１０号公報に記載されている方法の場合には、それぞれ異なる所定パターンを有するエッチングマスクを多数必要とするため、手間のかかるものであった。また、マスクとなるフォトレジストを変更した場合には、アライメントによる誤差が生じてしまい、加工精度を低下させる虞があった。
【０００４】
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡便な方法で効率良くガラス基材表面や薄膜表面に所望する多段形状からなる凸部を高精度に作製することができる凸部を有するガラス基材の製造方法、及び、該方法で作製された多段形状からなる凸部を有するガラス部品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明は、ガラス基材に圧力を局所的に印加して、前記ガラス基材表面及びその近傍にエッチング液に対するエッチングレートが圧力を印加しない部分と異なる圧縮応力部を、該圧縮応力部の前記ガラス基材表面からの深さが段階的に変化するように形成する圧縮応力部形成工程と、該圧縮応力部形成工程後、前記ガラス基材に対して化学的エッチング処理を行って、前記ガラス基材表面に多段形状からなる凸部を形成するエッチング処理工程と、を備えている凸部を有するガラス基材の製造方法を提供する。
【０００６】
本発明に係る凸部を有するガラス基材の製造方法においては、まず、加工工具等を利用してガラス基材に対して局所的に圧力を印加（付与）する圧縮応力部形成工程を行う。これにより、ガラス基材表面及びその近傍に、圧力が印加されていない他の部分とエッチング液に対するエッチングレートが異なる圧縮応力部、より具体的には他の部分よりエッチングレートが低い圧縮応力部が形成される。この際、圧縮応力部のガラス基材表面からの深さが段階的に変化するように圧力を印加する。
この圧縮応力部形成工程が終了した後、エッチング処理工程においてガラス基材に対してエッチング液による化学的エッチング処理を行う。この際、ガラス基材には、上述したようにエッチングレートが他の部分と異なる圧縮応力部が、ガラス基材表面からの深さが段階的に変化するように形成されているので、エッチング処理工程によってガラス基材表面に多段形状からなる凸部が形成される。
【０００７】
このように、圧縮応力部形成工程及びエッチング処理工程を行うことで、ガラス基材表面の所望する位置に、簡便に多段形状からなる凸部を作製することができる。特に、従来のものとは異なり、エッチングマスクを一切利用せず、また、電子ビームのドーズ量を調節する等といった手間も不要であるため、簡便且つ効率良く多段形状からなる凸部を作製することができる。しかも、従来ではエッチングマスクのアライメント誤差の問題があったが、本発明に係る方法によれば、ガラス基材表面からの深さが段階的に変化するように形成された圧縮応力部に倣って多段形状を作製できるので、高精度に多段形状からなる凸部を作製することができる。
【０００８】
上記発明において、前記圧縮応力部形成工程は、前記ガラス基材を所定温度以上に昇温させた状態で前記圧力を印加する圧力印加工程と、該圧力印加工程後、前記ガラス基材を冷却する冷却工程とを備えていてもよい。
【０００９】
本発明に係る方法においては、圧力印加工程において、ガラス基材を所定温度以上に昇温させた状態で圧力を印加するので、圧力印加に起因するクラック等の発生を高い確率で防止することができる。そして冷却工程によりガラス基材を冷却することにより圧縮応力部を形成する。このように、昇温させた状態で圧力を印加することで、ガラス基材に与える影響を極力低減した状態で圧縮応力部をより容易に形成することができる。
【００１０】
また、本発明は、ガラス基材上に成膜された一層以上の無機材料からなる薄膜に圧力を局所的に印加して、前記薄膜表面及びその近傍にエッチング液に対するエッチングレートが圧力を印加しない部分と異なる圧縮応力部を、該圧縮応力部の前記薄膜表面からの深さが段階的に変化するように形成する圧縮応力部形成工程と、該圧縮応力部形成工程後、前記薄膜に対して化学的エッチング処理を行って、前記薄膜表面に多段形状からなる凸部を形成するエッチング処理工程と、を備えている凸部を有するガラス基材の製造方法を提供する。
【００１１】
本発明に係る凸部を有するガラス基材の製造方法においては、まず、加工工具等を利用して薄膜に対して局所的に圧力を印加（付与）する圧縮応力部形成工程を行う。これにより、薄膜表面及びその近傍に、圧力が印加されていない他の部分とエッチング液に対するエッチングレートが異なる圧縮応力部、より具体的には他の部分よりエッチングレートが低い圧縮応力部が形成される。この際、圧縮応力部の薄膜表面からの深さが段階的に変化するように圧力を印加する。
この圧縮応力部形成工程が終了した後、エッチング処理工程において薄膜に対してエッチング液による化学的エッチング処理を行う。この際、薄膜には上述したようにエッチングレートが他の部分と異なる圧縮応力部が、薄膜表面からの深さが段階的に変化するように形成されているので、エッチング処理工程によって薄膜に多段形状からなる凸部が形成される。
【００１２】
このように、圧縮応力部形成工程及びエッチング処理工程を行うことで、薄膜表面の所望する位置に、簡便に多段形状からなる凸部を作製することができる。特に、従来のものとは異なり、エッチングマスクを一切利用せず、また、電子ビームのドーズ量を調節する等といった手間も不要であるため、簡便且つ効率良く多段形状からなる凸部を作製することができる。しかも、従来ではエッチングマスクのアライメント誤差の問題があったが、本発明に係る方法によれば、薄膜表面からの深さが段階的に変化するように形成された圧縮応力部に倣って多段形状を作製できるので、高精度に多段形状からなる凸部を作製することができる。
なお、本発明において「薄膜」とは、その厚さで規定されるものではなく、「ガラス基材上に形成され、ガラス基材に代わって圧力を印加されるもの」の総称である。
【００１３】
上記発明において、前記圧縮応力部形成工程は、前記薄膜を所定温度以上に昇温させた状態で前記圧力を印加する圧力印加工程と、該圧力印加工程後、前記薄膜を冷却する冷却工程とを備えていてもよい。
【００１４】
本発明に係る方法においては、圧力印加工程により薄膜を所定温度以上に昇温させた状態で圧力を印加するので、圧力印加に起因するクラック等の発生を高い確率で防止することができる。そして冷却工程により薄膜を冷却することにより圧縮応力部を形成する。このように、昇温させた状態で圧力を印加することで、薄膜に与える影響を極力低減した状態で圧縮応力部をより容易に形成することができる。
【００１５】
また、上記発明において、前記エッチング処理工程後、前記薄膜及び前記ガラス基材に対してエッチング処理を行って、前記薄膜表面に作製された前記多段形状からなる凸部をガラス基材に反映させ、前記ガラス基材表面に多段形状からなる凸部を作製する反映工程を備えていてもよい。
【００１６】
本発明に係る方法においては、反映工程において薄膜及びガラス基材に対してエッチング処理を行うことで、薄膜に形成された多段形状を利用してガラス基材表面に多段形状からなる凸部を作製することができる。
【００１７】
また、上記発明において、前記ガラス基材は、前記薄膜よりもエッチングレートが高いものであってもよい。
【００１８】
本発明に係る方法においては、薄膜よりもガラス基材の方が速くエッチングされるので、ガラス基材表面に高アスペクト比の多段形状からなる凸部を作製し易くなる。
【００１９】
また、上記発明において、前記圧縮応力部形成工程の際に、印加する前記圧力の値、同一領域に圧力を印加する回数、および温度のうち、少なくともいずれか１つの条件を変化させるように制御してもよい。
【００２０】
本発明に係る方法においては、印加する圧力の値（例えば、押し込み荷重）、同一領域に圧力を重畳させて印加する回数、ガラス基材又は薄膜の温度のうち、少なくともいずれか１つの条件を変化させるように制御するので、作製する多段形状の幅や高さ等を容易に制御することができる。このように、比較的簡便な方法で、所望する形の多段形状からなる凸部を作製することができ、設計の自由度を向上させることができる。
【００２１】
また、本発明は、上記発明の凸部を有するガラス基材の製造方法により作製されたガラス部品を提供する。
【００２２】
本発明に係るガラス部品においては、上述した製造方法により作製される多段形状からなる凸部を有しているので、比較的複雑な構造を有するガラス部品となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る凸部を有するガラス基材の製造方法によれば、多段形状を圧縮応力部形成工程とエッチング処理工程のみにより作製できるので、ガラス基材に高精度な多段形状からなる凸部を簡便に効率良く作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る第１実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
本実施形態の凸部を有するガラス基材の製造方法は、ガラス基材１に対して酸性液であるフッ酸（ＨＦ）（エッチング液）による化学的エッチング処理を行って、ガラス基材表面１ａに凸状の多段形状部（多段形状からなる凸部）２を作製する方法であって、圧縮応力部形成工程とエッチング処理工程とを備えている。
圧縮応力部形成工程は、ガラス基材１に対して圧力を局所的に印加して、ガラス基材表面１ａ及びその近傍にフッ酸に対するエッチングレートが他の部分（圧力を印加しない部分）と異なる圧縮応力部３を、ガラス基材表面１ａからの深さが段階的に変化するように形成する（以下、「多段状に形成する」と称する）工程である。また、エッチング処理工程は、圧縮応力部形成工程後、ガラス基材１に対して化学的エッチング処理を行って、ガラス基材表面１ａに多段形状部２を形成する工程である。これら各工程について、以下に詳細に説明する。
【００２５】
なお、本実施形態では、加工対象とするガラス基材１として、酸性液であるフッ酸による化学的エッチング処理が行われることにより、表面に多段形状部２を効果的に形成させるのに有利なＳｉＯ２及び１モル％以上のＡｌ２Ｏ３を含み、且つ、（ＳｉＯ２含有率−Ａｌ２Ｏ３含有率）が４０〜６７モル％であるガラス母材を用いる。
このガラス母材は、多成分系ガラスであって、ＳｉＯ２を主成分とし、且つ、１モル％以上のＡｌ２Ｏ３が含有されている。このようなガラス母材では、Ａｌ２Ｏ３が酸性溶液に溶出し易いため、エッチング処理が促進され、また、これに含まれるＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とのモル濃度の差（ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３）が小さくなるに伴い（耐酸性の弱いＡｌ２Ｏ３が相対的に多くなるに伴い）、その溶出が促進されエッチングレートが飛躍的に大きくなる。
【００２６】
また、本実施形態では、ガラス基材１に圧力を局所的に印加する方法として、最終的に作製される多段形状部２が所望の形となるように、単結晶ダイヤモンド製の加工工具４を押圧しながらガラス基材表面１ａを走査することで行う。この加工工具４としては、その先端部の形状が球（例えば、半径が５μｍ）の一部分をなしている。
【００２７】
初めに、加工工具４を利用してガラス基材１に対して局所的に圧力を印加（付与）する上記圧縮応力部形成工程を行う。即ち、まず、図１（ａ）に示すように、圧縮応力部３を形成したいガラス基材１上に加工工具４を位置させる。続いて、図１（ｂ）に示すように、加工工具４をガラス基材表面１ａに向けて下降（矢印Ａ方向）させ、加工工具４の先端をガラス基材１に押圧させる。この際、１６ｇｆ（約０．１６Ｎ）の荷重を印加するように加工工具４を押し付ける。続いて、図２に示すように、押圧しながら加工工具４を直線状に走査させる。これにより、深さ約０．１μｍの第１の圧縮応力部３ａを形成することができる。
【００２８】
続いて、図１（ｃ）に示すように、加工工具４をガラス基材１から離間するように一旦上昇（矢印Ｂ方向）させ、第１の圧縮応力部３ａに隣接する位置に移動させる。つまり、圧力を印加する印加ポイントをずらす。さらに、図１（ｄ）に示すように、再度加工工具４をガラス基材表面１ａに向けて下降（矢印Ａ方向）させ、加工工具４の先端をガラス基材１に押圧させる。この際、先ほどよりも大きい２２ｇｆ（約０．２２Ｎ）の荷重を印加するように加工工具４を押し付ける。そして、また同様に押圧しながら加工工具４を直線状に走査させる。これにより、深さ約０．２μｍの第２の圧縮応力部３ｂを形成することができる。
その結果、ガラス基材表面１ａには、図１（ｅ）に示すように、多段状（階段形状）の圧縮応力部３が形成される。
【００２９】
このようにして形成された圧縮応力部３は、圧力の印加されていない他の部分（通常部、即ち、非圧縮部分）と異なる化学的性質を示し、酸性液による化学的エッチング処理を行った際にエッチングレート差が生じる。詳しくは、圧縮応力部３では、他の部分に比べてエッチングレートが低くなる（エッチング速度が遅くなる）。このメカニズムは、完全には明らかになっていないが、圧縮応力部３では、ガラス構造の変化、相変態、密度上昇等が生じ、緻密化したシロキサンネットワークがその他の部分の溶出を妨げる一方、他の部分ではＡｌ２Ｏ３が酸性液により選択的にエッチングされるためと考えられる。
【００３０】
上述した圧縮応力部形成工程が終了した後、エッチング処理工程においてガラス基材表面１ａに対して化学的エッチング処理を行う。即ち、圧縮応力部３が形成されたガラス基材１を、４０℃、０．１％のフッ酸溶液に浸漬することによって、６．０μｍの化学的エッチング処理を行う。この際、ガラス基材１には、上述したようにエッチングレートが他の部分と異なる圧縮応力部３が多段状に形成されているので、エッチングレートの違いからガラス基材表面１ａに凸状の多段形状部２が形成される。つまり、図１（ｆ）に示すように、ガラス基材表面１ａには、１段目の高さＨ１が約２．８μｍ、２段目の高さＨ２が３．０μｍの階段状突起である多段形状部２を形成することができる。
【００３１】
上述したように、本実施形態の凸部を有するガラス基材の製造方法によれば、圧縮応力部３を多段状に形成する圧縮応力部形成工程を行った後、エッチング処理工程を行うだけで、ガラス基材表面１ａの所望する位置に、簡便に多段形状部２を作製することができる。
特に、従来のものとは異なり、エッチングマスクを一切利用せず、また、電子ビームのドーズ量を調節する等といった手間も不要であるため、簡便且つ効率良く多段形状部２を作製することができる。しかも、従来ではエッチングマスクのアライメント誤差の問題があったが、本実施形態の方法によれば、多段状に形成した圧縮応力部３に倣って多段形状部２を作製できるので、高精度に多段形状部２を作製することができる。
また、本実施形態のガラス基材１は、上述した作製方法で作製された多段形状部２を有しているので、比較的複雑な構造を有したガラス部品となる。
【００３２】
なお、本実施形態において、ガラス基材１の（ＳｉＯ２含有率−Ａｌ２Ｏ３含有率）は、耐水性を劣化させないガラス基材とする観点から４０モル％以上とするのが好ましく、更にはエッチング量に対して効率良く高い突起が得られるガラス基材とする観点から４７モル％以上とするのが好ましい。
一方、Ａｌ２Ｏ３のガラス基材中への多量の添加によって生じる耐酸性の低下を抑制し、且つ、ガラス基材の溶融温度の上昇を抑制し、比較的低い溶融温度で組成均質性の高いガラス基材とする観点から、上述の（ＳｉＯ２含有率−Ａｌ２Ｏ３含有率）は、６７モル％以下とするのが好ましく、更にはエッチング量に対して効率良く高い突起が得られるガラス基材とする観点から５７モル％以下とするのが好ましい。
【００３３】
また、ＳｉＯ２含有率は、４０モル％以上が好ましく、一方、Ａｌ２Ｏ３含有率は、１モル％以上が肝要であるが、上限としては１５モル％以下が好ましい。ＳｉＯ２は、ガラス基材の基本的構成成分であり、化学的耐久性の付与及び突起形成性の点から４０モル％以上が好ましい。また、Ａｌ２Ｏ３は、ガラス基材の溶解性を確保し、均質なガラス基材とし、これにより突起形成の場所によるばらつきを小さくし得る点から、１５モル％以下が好ましい。
【００３４】
このように、ガラス基材１は、ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３を上述したような割合で含み、加工工具４による圧力を印加することで、エッチングレートが低い圧縮応力部３を容易に形成することができ、その後エッチング処理を行うことによって突起が形成できるものであれば良く、特に制限は無い。
このようなガラス基材１の種類の例を挙げれば、アルミノケイ酸塩ガラス、アルミノホウケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス等から選択できる。なお、ホウケイ酸塩ガラス等に含まれているＢ２Ｏ３は、ガラス基材中でＡｌ２Ｏ３と同様の作用を示すと考えられ、これがガラス基材に含まれていても何ら差し支えない。
【００３５】
また、本実施形態においては、エッチング液としてフッ酸（ＨＦ）を使用したが、その理由は以下の通りである。
即ち、使用される酸性液はガラス基材１からＳｉＯ２以外の成分を選択的に溶出することが必要であり、更にエッチング液による化学的エッチング処理により、圧縮応力部３とそれ以外の通常部との間に上述の選択的溶出量が異なることが求められる。そのため、エッチング液はｐＨ５以下の水溶液であることが好ましい。エッチング処理によりガラス基材１中から選択的に溶出されるのは、Ａｌ２Ｏ３等の耐酸性の低い成分であることから、エッチング液は酸性寄りであることが求められる。このようなエッチング液としては、フッ素イオンを含有する酸性の水溶液、例えば、フッ酸溶液を用いることができる。また、この酸性のエッチング液には、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、スルファミン酸、シュウ酸、酒石酸、リンゴ酸及びクエン酸の中から選ばれる少なくとも一種が添加されたものを使用することができる。
【００３６】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態を、図３を参照して説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、圧縮応力部形成工程の際に、第１の圧縮応力部３ａに隣接するように第２の圧縮応力部３ｂを形成したが、第２実施形態では、第１の圧縮応力部３ａ内に第２の圧縮応力部３ｂを形成する点である。
本実施形態は、比較的複雑な多段形状部２を作製する場合に特に好適な方法である。
【００３７】
また、本実施形態では、上記第１実施形態と同様に、ガラス基材１に圧力を局所的に印加する方法として、最終的に作製される多段形状部２が所望の形となるように、単結晶ダイヤモンド製の加工工具４を押圧しながらガラス基材表面１ａを走査することにより行われる。この加工工具４としては、第１実施形態と同様に、その先端部の形状が球（例えば、半径が５μｍ）の一部分をなしているものを用いる。
【００３８】
初めに、加工工具４を利用してガラス基材１に対して局所的に圧力を印加（付与）する上記圧縮応力部形成工程を行う。即ち、まず、図３（ａ）に示すように、圧縮応力部３を形成したいガラス基材１上に加工工具４を位置させる。続いて、図３（ｂ）に示すように、加工工具４をガラス基材表面１ａに向けて下降（矢印Ａ方向）させ、加工工具４の先端をガラス基材１に押圧させる。この際、２２ｇｆ（約０．２２Ｎ）の荷重を印加するように加工工具４を押し付ける。続いて、押圧しながら加工工具４を直線状に走査させる。これにより、幅が約６．５μｍの第１の圧縮応力部３ａを形成することができる。
【００３９】
続いて、図３（ｃ）に示すように、加工工具４をガラス基材１から離間するように一旦上昇（矢印Ｂ方向）させ、第１の圧縮応力部３ａの幅方向に対する中心位置に移動させる。続いて、図３（ｄ）に示すように、再度加工工具４をガラス基材表面１ａに向けて下降（矢印Ａ方向）させ、加工工具４の先端をガラス基材１に押圧させる。この際、先ほどよりも小さい１６ｇｆ（約０．１６Ｎ）の荷重を印加するように加工工具４を押し付ける。そして、また同様に押圧しながら加工工具４を直線状に走査させる。これにより、第１の圧縮応力部３ａ内に、幅が約５．０μｍの第２の圧縮応力部３ｂを形成することができる。
その結果、ガラス基材表面１ａには、図３(ｅ)に示すように、多段状（階段形状）の圧縮応力部３が形成される。これは、第２の圧縮応力部３ｂが２度の押圧を受けていることにより、第１の圧縮応力部３ａに比べて、圧縮応力部がガラス基材表面１ａからより深くまで及んでいることによる。
【００４０】
上述した圧縮応力部形成工程が終了した後、エッチング処理工程においてガラス基材表面１ａに対して化学的エッチング処理を行う。即ち、圧縮応力部３が形成されたガラス基材１を、５０℃、０．０５％のフッ酸溶液に浸漬することによって、４．０μｍの化学的エッチング処理を行う。この際、ガラス基材１には、上述したようにエッチングレートが他の部分と異なる圧縮応力部３が多段状に形成されているので、エッチングレートの違いからガラス基材表面１ａに凸状の多段形状部２が形成される。つまり、図３（ｆ）に示すように、ガラス基材表面１ａには、１段目の高さＨ３が約２．７μｍ、２段目の高さＨ４が３．０μｍの階段状突起である多段形状部２を形成することができる。この際、本実施形態の多段形状部２は、幅広の土手形状の上に幅狭の土手形状が形成されたような階段状の凸部となっている。
このように、本実施形態の凸部を有するガラス基材の製造方法によれば、第１の圧縮応力部３ａに第２の圧縮応力部３ｂを重ねるように形成することで、比較的複雑な多段形状部２を形成することができる。
【００４１】
（第３実施形態）
次に、本発明に係る第３実施形態を、図４及び図５を参照して説明する。なお、この第３実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、ガラス基材表面１ａに直接多段形状部２を作製したが、第３実施形態では、ガラス基材１０上に薄膜１１を成膜し、薄膜表面１１ａに一旦多段形状部１２を作製した後に、該多段形状部１２をガラス基材１０に反映させてガラス基材表面１０ａに多段形状部２２を作製する点である。
【００４２】
特に本実施形態の凸部を有するガラス基材の製造方法は、加工対象となるガラス基材１０が、熱変形加工が困難なものである場合等に特に好適である。このようなガラス基材１０としては、例えば、熱膨張が小さく高い透明性を有する結晶化ガラスや石英ガラス、アサーマルガラス等がある。
なお、熱変形加工とは、ガラスを加熱軟化させた後に、例えば、所望の形状を加工した成形型で押庄して形状を転写させ、その後冷却してガラスを固化し、所望の形状を得る方法をいう。よって、プレス成形困難なものの中には、上述したような圧力を印加するか、又は、圧力と熱とを印加した後冷却することで圧縮応力部１３を形成することが困難なもの等も含まれる。
【００４３】
本実施形態の凸部を有するガラス基材の製造方法は、ガラス基材１０上に成膜された一層以上の無機材料からなる薄膜１１に対して酸性液による化学的エッチング処理を行って、薄膜表面１１ａに凸状の多段形状部１２を、さらにはガラス基材表面１０ａに凸状の多段形状部２２を作製する方法であって、圧縮部応力部形成工程とエッチング処理工程と、反映工程とを備えている。
圧縮応力部形成工程は、薄膜１１に対して圧力を局所的に印加して、薄膜表面１１ａ及びその近傍にフッ酸に対するエッチングレートが他の部分と異なる圧縮応力部１３を、薄膜表面１１ａからの深さが段階的に変化するように形成する（以下、「多段状に形成する」と称する）工程である。また、エッチング処理工程は、薄膜１１に対して化学的エッチング処理を行って、薄膜表面１１ａに多段形状部１２を形成する工程である。また、反映工程は、薄膜１１及びガラス基材１０に対してエッチング処理を行って、薄膜表面１１ａに作製された多段形状部１２をガラス基材１０に反映させ、ガラス基材表面１０ａに多段形状部２２を作製する工程である。
これら各工程について、以下に詳細に説明する。
【００４４】
なお、本実施形態では、最終的に表面に多段形状部２２が作製されるガラス基材１０として、結晶化ガラスを用いる（以下、結晶化ガラス１０とする）。このような結晶化ガラス（ガラス基材）表面１０ａに多段形状部２２を作製させるため、まず、図４（ａ）に示すように、結晶化ガラス１０上に加工層となる無機材料からなる薄膜１１を成膜する。この薄膜１１は、熱を加えると共に圧力を局所的に印加し、冷却することでエッチングレートが他の部分と異なる圧縮応力部１３を形成可能なものであれば材質は問わない。例えば、上記第１実施形態において加工対象となったガラス基材１０等である。
【００４５】
続いて、加工工具４を利用して薄膜１１に対して局所的に圧力を印加（付与）する上記圧縮応力部形成工程を行う。即ち、図４（ｂ）に示すように、圧縮応力部１３を形成したい薄膜１１上に加工工具４を位置させる。続いて、図４（ｃ）に示すように、加工工具４を薄膜表面１１ａに向けて下降（矢印Ａ方向）させ、加工工具４の先端を薄膜１１に押圧させる。この際、１６ｇｆ（約０．１６Ｎ）の荷重を印加するように加工工具４を押し付ける。続いて、図５に示すように、押圧しながら加工工具４を直線状に走査させる。これにより、深さ約０．１μｍの第１の圧縮応力部１３ａを形成することができる。
【００４６】
続いて、図４（ｄ）に示すように、加工工具４を薄膜１１から離間するように一旦上昇（矢印Ｂ方向）させ、第１の圧縮応力部１３ａに隣接する位置に移動させる。つまり、圧力を印加する印加ポイントをずらす。さらに、図４（ｅ）に示すように、再度加工工具４を薄膜表面１１ａに向けて下降（矢印Ａ方向）させ、加工工具４の先端を薄膜１１に押圧させる。この際、先ほどよりも大きい２２ｇｆ（約０．２２Ｎ）の荷重を印加するように加工工具４を押し付ける。そして、また同様に押圧しながら加工工具４を直線状に走査させる。これにより、深さ約０．２μｍの第２の圧縮応力部１３ｂを形成することができる。
その結果、薄膜表面１１ａには、図４（ｆ）に示すように、多段状（階段形状）の圧縮応力部１３が形成される。
【００４７】
上述した圧縮応力部形成工程が終了した後、エッチング処理工程において薄膜表面１１ａに対して化学的エッチング処理を行う。即ち、薄膜表面１１ａに圧縮応力部１３が形成されたガラス基材１０を、４０℃、０．１％のフッ酸溶液に浸漬することによって、６．０μｍの化学的エッチング処理を行う。この際、薄膜１１には、上述したようにエッチングレートが他の部分と異なる圧縮応力部１３が多段状に形成されているので、エッチングレートの違いから薄膜表面１１ａに凸状の多段形状部１２が形成される。つまり、図４（ｇ）に示すように、薄膜表面１１ａには、１段目の高さＨ５が約２．８μｍ、２段目の高さＨ６が３．０μｍの階段状突起である多段形状部１２を形成することができる。
【００４８】
このように本実施形態の凸部を有するガラス基材の製造方法によれば、圧縮応力部１３を多段状に形成する圧縮応力部形成工程を行った後、エッチング処理工程を行うだけで、薄膜表面１１ａの所望する位置に、簡便に多段形状部１２を作製することができる。
【００４９】
続いて、上記反映工程を行う。即ち、多段形状部１２が形成された薄膜１１が成膜されている結晶化ガラス１０に対し、図４（ｈ）に示すように、イオンエッチングを行う。このイオンエッチングは、再現性及び均一性に優れ、活性でない材料（酸性液による化学的エッチング処理によってエッチングされ難い材料）のエッチングに有効であり、また、複合材料のエッチングにも有効である等といった特徴を有している。このようなことから、表面に多段形状部１２が形成された薄膜１１が成膜されている結晶化ガラス１０に対し、イオンエッチングを行うことによって、図４（ｉ）に示すように、薄膜表面１１ａに形成されていた多段形状部１２が結晶化ガラス１０にそのまま反映され、結晶化ガラス表面１０ａに多段形状部２２が形成される。
【００５０】
上述したように、本実施形態の凸部を有するガラス基材の製造方法によれば、圧縮応力部１３を多段状に形成する圧縮応力部形成工程を行った後、エッチング処理工程を行うだけで、薄膜表面１１ａの所望する位置に、簡便に多段形状部１２を作製することができる。特に、従来のものとは異なり、エッチングマスクを一切利用せず、また、電子ビームのドーズ量を調節する等といった手間も不要であるため、簡便且つ効率良く多段形状部１２を作製することができる。しかも、従来ではエッチングマスクのアライメント誤差の問題があったが、本実施形態の方法によれば、多段状に形成した圧縮応力部１３に倣って多段形状部１２を作製できるので、高精度に多段形状部１２を作製することができる。
また、反映工程を行うので、他の部分とエッチングレートが異なる圧縮応力部を形成することが困難な結晶化ガラス１０であっても、結晶化ガラス表面１０ａに多段形状部２２を確実に作製することができる。
【００５１】
なお、本実施形態においては、薄膜表面１１ａに形成された多段形状部１２を結晶化ガラス１０にそのまま反映させるために、イオンエッチングによって薄膜１１をすべて除去したが、必要に応じて、薄膜１１の一部を残すようにしても良い。
【００５２】
なお、請求項５に係る発明において、「反映させ」とは、図４（ｉ）に示した形態に限られるものではない。例えば、本実施形態において、結晶化ガラス１０として、薄膜１１よりも上述したイオンエッチングに対するエッチングレートが高いものを使用した形態でも構わない。こうすることで、薄膜１１よりも結晶化ガラス１０の方が速くエッチングされるので、結晶化ガラス表面１０ａに高アスペクト比の多段形状部２２を作製し易くなる。
【００５３】
また、本実施形態においては、反映工程に用いられるエッチング処理手段としてイオンエッチングといったドライエッチング処理を採用したが、薄膜１１及び結晶化ガラス１０が共に除去可能であればウエットエッチングであっても良く、エッチング処理工程に用いられる化学的エッチング処理をそのまま引き続いて行っても良い。
【００５４】
更に、本実施形態において、第２実施形態と同様に、第１の圧縮応力部１３ａに対して第２の圧縮応力部１３ｂを重ねるように形成させることで、多段形状部１２を作製することも可能である。
【００５５】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００５６】
例えば、上記各実施形態では、加熱せずに圧力のみを印加させたが、基板加熱装置等によりガラス基材や薄膜を加熱しながら圧力を印加させても構わない。この場合には、圧縮応力部形成工程の際に、ガラス基材又は薄膜を所定温度以上に昇温させた状態で圧力を印加する圧力印加工程と、該圧力印加工程後、ガラス基材又は薄膜を冷却する冷却工程とを行えば良い。
なおこのときの熱の印加は、少なくとも加工工具により圧力を印加したときに、所望の多段形状となるように圧縮応力部の形状を制御できる範囲で昇温させれば良い。
【００５７】
このように、ガラス基材又は薄膜を昇温させた状態で圧力を印加することで、圧力印加に起因するクラック等の発生を高い確率で防止することができ、ガラス基材又は薄膜に与える影響を極力低減した状態で圧縮応力部をより容易に形成することができる。なお、加熱された加工工具を押圧することによって、熱及び圧力を同時に印加するようにしても良い。この場合であっても、同様の作用効果を奏することができる。
【００５８】
また、圧縮応力部形成工程の際、圧縮応力部の形状制御は、印加する圧力の値（加工工具による押し込み荷重）、同一領域に圧力を重畳させて印加する回数、ガラス基材又は薄膜の温度のうち、少なくともいずれか１つの条件を変化させれば良く、圧力を重畳させて印加する回数においても、所望の多段形状となるように圧縮応力部の形状を制御できる範囲であればよい。このように、比較的簡便な方法で、所望する形の多段形状からなる凸部を作製することができ、設計の自由度を向上させることができる。
【００５９】
また、上記各実施形態では、加工工具の先端部を球状としたが、これに限られるものではなく、所望する圧縮応力部の形状に応じて、例えば、角錐、円錐やドリル状に変えても構わない。
また、上記各実施形態では、圧力を印加する際に２段の階段状の圧縮応力部を形成するように加工工具を走査したが、これに限られるものではなく、形成する圧縮応力部の形状に応じて、例えば３段以上の階段状に走査することも可能である。
【００６０】
また、第１実施形態及び第３実施形態では、第２の圧縮応力部を第１の圧縮応力部に隣接するように形成したが、これに限られるものではなく、所望の多段形状に応じて、第２の圧縮応力部を第１の圧縮応力部から離れた位置に形成することも可能である。
また、圧縮応力部を多段状に形成するのに、第１実施形態と第２実施形態の方法を組み合わせて用いることも可能である。
更に、上記各実施形態において、加工工具を単結晶ダイヤモンド製としたが、これに限られるものではなく、所望の圧縮応力部を形成可能な加工工具に変えることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る凸部を有するガラス基材の製造方法の第１実施形態を示す図であって、ガラス基材表面に多段形状からなる凸部を作製する際の流れを示す工程図である。
【図２】図１に示す加工工具及びガラス基材の斜視図であって、加工工具をガラス基材表面に押し付けた状態で直線状に走査している状態を示す図である。
【図３】本発明に係る凸部を有するガラス基材の製造方法の第２実施形態を示す図であって、ガラス基材表面に多段形状からなる凸部を作製する際の流れを示す工程図である。
【図４】本発明に係る凸部を有するガラス基材の製造方法の第３実施形態を示す図であって、ガラス基材表面に多段形状からなる凸部を作製する際の流れを示す工程図である。
【図５】図４に示す加工工具及び薄膜を成膜したガラス基材の斜視図であって、加工工具を薄膜表面に押し付けた状態で直線状に走査している状態を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１    ガラス基材
１ａ    ガラス基材表面
２、１２、２２    多段形状部（多段形状からなる凸部）
３、１３    圧縮応力部
１１    薄膜
１１ａ    薄膜表面
１０    結晶化ガラス（ガラス基材）
１０ａ    結晶化ガラス表面（ガラス基材表面）
【図１】
2008127215.tif 000003
【図２】
2008127215.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008127215.tif 000006
【図５】
2008127215.tif 000007