(57)【要約】  【課題】  微細な形状を容易に金型形状に反映でき、金型精度を高めることが可能な、ガラス製光学素子のプレス成形用金型およびその製造方法を提供する。  【解決手段】    金型母材５に、タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金、またはチタンナイトライド（ＴｉＮ）、チタンカーバイド（ＴｉＣ）、クロムカーバイド（Ｃｒ3Ｃ2）またはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を主成分とするサーメットを用いる。金型母材のプレス面に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、およびタンタル（Ｔａ）から選ばれた少なくとも１種類の金属を含む合金薄膜６を形成し、合金薄膜のプレス面に、微細形状を有する電極４で放電加工することによって電極形状を転写する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金、またはチタンナイトライド（ＴｉＮ）、チタンカーバイド（ＴｉＣ）、クロムカーバイド（Ｃｒ3Ｃ2）またはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を主成分とするサーメットを金型母材に用い、前記金型母材のプレス面に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、およびタンタル（Ｔａ）から選ばれた少なくとも１種類の金属を含む合金薄膜を形成し、前記合金薄膜のプレス面に、微細形状を有する電極で放電加工することによって電極形状を転写するガラス製光学素子のプレス成形用金型の製造方法。
【請求項２】
タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金からなる金型母材のプレス面に、微細形状を有する電極で放電加工することによって電極形状を転写し、前記金型母材の少なくとも前記電極形状が転写されたプレス面に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、およびタンタル（Ｔａ）から選ばれた少なくとも１種類の金属を含む合金薄膜を形成するガラス製光学素子のプレス成形用金型の製造方法。
【請求項３】
前記放電加工に用いる電極を作製する工程が、基材上にレジストを塗布する工程と、前記レジストに微細形状を付与する工程と、前記微細形状が付与されたレジストの表面に金属膜を形成する工程と、前記レジストを除去する工程とを含む、請求項１または２に記載のガラス製光学素子のプレス成形用金型の製造方法。
【請求項４】
少なくとも前記プレス面の最表面にカーボン薄膜を形成する請求項１または２に記載のガラス製光学素子のプレス成形用金型の製造方法。
【請求項５】
タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金、またはチタンナイトライド（ＴｉＮ）、チタンカーバイド（ＴｉＣ）、クロムカーバイド（Ｃｒ3Ｃ2）またはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を主成分とするサーメットからなる金型母材と、
前記金型母材のプレス面に形成された、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、およびタンタル（Ｔａ）から選ばれた少なくとも１種類の金属を含む合金薄膜とを備え、
前記合金薄膜のプレス面に微細形状を有するガラス製光学素子のプレス成形用金型。
【請求項６】
タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金からなり、そのプレス面に微細形状を有する金型母材と、
前記金型母材の少なくとも前記微細形状を有するプレス面に形成され、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、およびタンタル（Ｔａ）から選ばれた少なくとも１種類の金属を含む合金薄膜とを備えたガラス製光学素子のプレス成形用金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折格子などの微細な形状を有するガラス製光学素子を、高精度にかつ安価に作製するためのプレス成形用金型およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回折格子等の微細形状を有する光学素子を作製するためには、素子の基材となるガラスにレジストを塗布し電子ビームで形状を付与した後、ドライエッチングでその形状をガラスに転写する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、プレス成形により光学素子を作製するためことも知られており、そのための金型作製の観点からは、従来の機械加工では加工しきれない微細加工について、例えば特許文献２および３に記載されている。それによれば、金型材料である金属表面にレジストを塗布し、フォトリソグラフィーや電子線露光でレジストに微細形状を付与した後、ドライエッチングでその形状を金属表面に転写することによって樹脂成形用の金型を作製する。
【０００４】
さらに、ガラス成形用の金型についても、同様の方法により金型を作製することが知られている（例えば特許文献４参照）。
【特許文献１】特許第１７７６６２０号公報
【特許文献２】特開平２−２４４００２号公報
【特許文献３】特開平９−２５４１６１号公報
【特許文献４】特許第２１１２３７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のようにガラス製光学素子を一つずつ作製することは、生産性を考慮すれば高価なものになるので、金型を用いたプレス成形が望ましい。成形用金型としてこれまで提案されているものは、殆どが金属素材で、用途としては樹脂光学素子用の金型である。
【０００６】
また、ガラス成形用金型として提案されているものにおいては、エッチング時にレジスト材料と金型材料のエッチング選択比を十分に取れないため、レジスト形状を十分に金型材料に転写することが困難である。従って、金型表面に作製される段差は、レジストに作製した段差に比べてきわめて小さな段差になり、十分な回折効率を得ることはできない。また、電子線露光などでレジスト形状を精度良く作製しても、ドライエッチング時に形状が崩れる等、精度面でも問題を生じる。
【０００７】
このような問題点に鑑み、本発明は、レジスト形状の崩れによる影響を回避して、微細な形状を精度良く金型に転写することが可能な、高精度なガラス製光学素子のプレス成形用金型を製造する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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の第１のガラス製光学素子のプレス成形用金型の製造方法によれば、タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金、またはチタンナイトライド（ＴｉＮ）、チタンカーバイド（ＴｉＣ）、クロムカーバイド（Ｃｒ3Ｃ2）またはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を主成分とするサーメットを金型母材に用い、前記金型母材のプレス面に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、およびタンタル（Ｔａ）から選ばれた少なくとも１種類の金属を含む合金薄膜を形成し、前記合金薄膜のプレス面に、微細形状を有する電極で放電加工することによって電極形状を転写する。
【０００９】
また、本発明の第２のガラス製光学素子のプレス成形用金型の製造方法によれば、タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金からなる金型母材のプレス面に、微細形状を有する電極で放電加工することによって電極形状を転写し、前記金型母材の少なくとも前記電極形状が転写されたプレス面に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、およびタンタル（Ｔａ）から選ばれた少なくとも１種類の金属を含む合金薄膜を形成する。
【００１０】
本発明の第１のガラス製光学素子のプレス成形用金型は、タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金、またはチタンナイトライド（ＴｉＮ）、チタンカーバイド（ＴｉＣ）、クロムカーバイド（Ｃｒ3Ｃ2）またはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を主成分とするサーメットからなる金型母材と、前記金型母材のプレス面に形成された、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、およびタンタル（Ｔａ）から選ばれた少なくとも１種類の金属を含む合金薄膜とを備える。前記合金薄膜のプレス面に微細形状を有する。
【００１１】
また、本発明の第２のガラス製光学素子のプレス成形用金型は、タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金からなり、そのプレス面に微細形状を有する金型母材と、前記金型母材の少なくとも前記微細形状を有するプレス面に形成され、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、およびタンタル（Ｔａ）から選ばれた少なくとも１種類の金属を含む合金薄膜とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成の、ガラス製光学素子のプレス成形用金型の製造方法によれば、電極の微細な形状を容易に金型形状に反映でき、金型精度を高めることが可能である。そして、作製された金型を用いたガラス成形により、信頼性の高い光学素子を安定にかつ安価に供給できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明のガラス製光学素子のプレス成形用金型の製造方法において好ましくは、前記放電加工に用いる電極を作製する工程が、基材上にレジストを塗布する工程と、前記レジストに微細形状を付与する工程と、前記微細形状が付与されたレジストの表面に金属膜を形成する工程と、前記レジストを除去する工程とを含む。それにより、レジスト形状を崩すことなく微細な形状をそのまま金型形状に反映できる。
【００１４】
また好ましくは、少なくとも前記プレス面の最表面にカーボン薄膜を形成する。それにより、製造された金型によるガラス素子の成形に際して、形状転写性が向上し、微細な形状になるほどその効果が顕著である。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１におけるプレス成形用金型の製造方法の各工程を示す概略断面図である。以下、同図を参照しながら工程順に説明する。
【００１７】
まず、図１（ａ）に示すように、シリコンウエハを基材２として用い、その表面にレジスト１としてＰＭＭＡ樹脂を３μｍ塗布し、１２０℃で３０分間プリベークを行う。次に、図１（ｂ）に示すように、レジスト１を電子ビームで露光し、現像する。電子ビーム露光の際、レジスト１に与えるドーズ量を鋸歯状波形状に変化させる。そのために、ドーズ量の強弱を制御して電子ビーム露光を行う。一例として、この時の鋸歯状形状のピッチを５μｍ、段差を１．５μｍとする。
【００１８】
次に、図１（ｃ）に示すように、レジスト１の表面に、基材２を冷却しながらスパッタリングによってメッキ電極３を形成する。メッキ電極３としては、例えばニッケル（Ｎｉ）薄膜を形成する。この時、レジスト形状を崩さないように条件を設定する。この基材２をＮｉメッキ液中に入れ、メッキ電極３に電気を流すことで、図１（ｄ）に示すように、メッキ電極３上にＮｉ金属を形成し、これを電極金属４とする。次に、図１（ｅ）に示すように、レジスト１をアセトンで除去し、電極金属４のみにする。
【００１９】
次に、図１（ｆ）に示すように、金型母材５として、タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金を用い、この表面を超微細なダイヤモンド砥粒を用いて鏡面に研磨する。この鏡面上にスパッタリングによって５μｍの厚みで貴金属合金薄膜６を形成する。貴金属薄膜６としては、例えばＰｔ−Ｒｕ合金を用いる。この貴金属薄膜６の表面に対して電極金属４を用いて放電加工を行う。放電加工により、図１（ｇ）に示すように、電極金属４の形状が貴金属合金薄膜６の表面に転写され、ガラス成形用金型７が作製される。
【００２０】
図１（ｂ）の工程では電子ビーム露光を用いたが、これに限るものではなく、レーザー露光、あるいはフォトリソグラフィ等によってレジスト１の形状を加工することは可能である。また、図１（ｃ）、（ｄ）の工程においては、メッキ電極３を形成した後に電気メッキによって電極金属４を形成したが、無電解メッキ、あるいは基材を十分冷却しながらスパッタリングを行う等の方法により電極金属４を形成することも可能である。
【００２１】
また、作製するガラス成形用金型７の形状も、鋸歯状形状に限らず、正弦波形状等、種々の形状に加工できる。
【００２２】
また、金型母材５としては、上述のタングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金以外にも、同様の強度を持つ、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、チタンカーバイド（ＴｉＣ）、クロムカーバイド（Ｃｒ3Ｃ2）あるいはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を主成分とするサーメットを用いて同様の金型を作製することができる。貴金属合金６としては、Ｐｔ−Ｒｕ合金以外にも、ガラスプレスに対する同様な耐久性を有する、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、およびタンタル（Ｔａ）から選ばれた少なくとも１種類の金属を含む合金をコーティングして、同様の金型を作製することができる。
【００２３】
（実施の形態２）
図２は、実施の形態２におけるプレス成形用金型の製造方法の各工程を示す概略断面図である。以下、同図を参照しながら工程順に説明する。最初の工程は、図１の（ａ）および（ｂ）と同様であるので、（ｃ）以降の工程についてのみ図示する。
【００２４】
まず図１（ａ）および（ｂ）と同様の工程により、シリコンウエハからなる基材２の表面に、ＰＭＭＡ樹脂からなるレジスト１により鋸歯状形状のパターンを形成した後、図２（ｃ）に示すように、レジスト１の表面に、基材２を冷却しながらスパッタリングによってメッキ電極３ａを形成する。メッキ電極３ａとしては、例えば銅（Ｃｕ）薄膜を形成する。この時、レジスト形状を崩さないように条件を設定する。この基材２をＣｕメッキ液中に入れ、メッキ電極３ａに電気を流すことで、図２（ｄ）に示すように、メッキ電極３ａ上にＣｕ金属を形成し、これを電極金属４ａとする。次に、図２（ｅ）に示すように、レジスト１をアセトンで除去し、電極金属４ａのみにする。
【００２５】
次に、図２（ｆ）に示すように、金型母材８として、タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とする超硬合金を用い、この表面を超微細なダイヤモンド砥粒を用いて鏡面に研磨する。更に、金型母材８の鏡面に対して電極金属４ａを用いて放電加工を行う。放電加工により、図２（ｇ）に示すように、電極金属４ａの形状が金型母材８の表面に転写される。放電加工のより作製した金型母材８の成形面に、図２（ｈ）に示すように、２μｍの厚みの貴金属合金薄膜９を形成する。貴金属合金薄膜９としては、例えばＰｔ−Ｒｕ合金を用いる。以上の工程により、ガラス成形用金型１０が作製される。
【００２６】
図２（ｂ）の工程では、電子ビーム露光を用いたが、これに限るものではなく、レーザー露光、あるいはフォトリソグラフィ等によってレジスト１の形状を加工することは可能である。また、図２（ｃ）、（ｄ）の工程においては、メッキ電極３ａを形成した後に電気メッキによって電極金属４ａを形成したが、無電解メッキ、あるいは基材を十分冷却しながらスパッタリングを行う等の方法により電極金属４ａを形成することも可能である。
【００２７】
成形用金型１０の成形面の貴金属合金薄膜９としては、Ｐｔ−Ｒｕ合金薄膜に限らず、実施の形態１と同様、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、オスミウム（Ｏｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、およびタンタル（Ｔａ）から選ばれた少なくとも１種類の金属を含む合金薄膜をコーティングして、同様の金型を作製することができる。
【００２８】
さらに、実施の形態１および実施の形態２において、金型の少なくとも成形面の貴金属合金膜上にカーボン薄膜を形成することによって、ガラス素子の成形に際してよりいっそう形状転写性は向上し、微細な形状になるほどその効果が顕著であると言う結果が得られている。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明のガラス製光学素子のプレス成形用金型の製造方法によれば、微細な形状をそのまま金型形状に反映でき、金型精度を高めることが可能であり、その金型は、ガラス成形による信頼性の高いガラス製光学素子の製造に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１における光学素子のプレス成形用金型およびその製造方法の工程を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態２における光学素子のプレス成形用金型およびその製造方法の工程を示す断面図
【符号の説明】
【００３１】
１  レジスト
２  基材
３、３ａ  メッキ電極
４、４ａ  電極金属
５  金型母材
６  貴金属合金
７  成形用金型
８  金型母材
９  貴金属合金膜
１０  成形用金型
【図１】
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【図２】
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