(57)【要約】【課題】  高アスペクト比な微細凹凸形状や平滑な面を転写するために、メッキや電鋳といった作業を必要とせず且つ容易な樹脂の離型と高アスペクト比な微細凹凸形状の転写成形を実現することである。さらにこれによって、従来技術では無し得なかった様々な樹脂に対する高アスペクト比を有す微細凹凸形状の転写成形や平滑な面の転写成形を、簡便なプロセスで実現することを目的とする。【解決手段】  高アスペクト比な微細凹凸形状を有したシリコン基板の表面を親水化処理したものを転写型とする。前記転写型表面に樹脂を塗布し固めた後、樹脂部を前記転写型から温水に浸漬するなどの方法で剥離することで、高アスペクト比な微細凹凸形状や平滑な加工面の樹脂の転写成形ができる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細凹凸形状を有しかつ表面が親水化処理されたシリコン基板を転写型とし、前記転写型表面に樹脂を塗布し固めた後、樹脂を前記転写型から剥離することで微細凹凸形状の転写をすることを特徴とする成形方法。
【請求項２】
前記表面の親水化処理が、シリコン基板表面に酸化シリコン層を形成することでなされる請求項１に記載の成形方法。
【請求項３】
前記表面の親水化処理が、シリコン基板を過酸化水素水中に浸漬することでなされる請求項１に記載の成形方法。
【請求項４】
前記樹脂が付着している転写型ごと温水に浸漬することで、前記樹脂を転写型から剥離する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の成形方法。
【請求項５】
前記樹脂が付着している転写型ごと超音波振動下の液中に浸漬することで、前記樹脂を転写型から剥離する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の成形方法。
【請求項６】
前記樹脂が付着している転写型ごと加湿した温風にさらすことで、前記樹脂を転写型から剥離する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサーや電気回路、光学部品などに用いられる微細加工部品の、量産性向上と低コスト化を実現するための作製技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、センサーの小型化や電気回路の線幅縮小化、光学部品の多機能化などに伴い、各種デバイスの微小化、及び高機能化が求められている。このような要求から、各種部品をマイクロメートルオーダーで微細加工する技術の開発が進められている。例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いた小型センサーの開発、大容量高速光通信を可能としたD-WDM（Dense Wavelength Division Multiplexing）システムに用いられているAWG（Arrayed  Wave-Guide）などは、まさにマイクロメートルオーダーの微細加工技術が使われている。
【０００３】
これら高機能で微細なデバイスを民生用に広げるために、量産化技術の開発による低コスト化が進められている。例えば液晶ディスプレイに用いられるマイクロレンズアレーなどは、特開平05-134103に示されるようにスタンパを用いて数十〜数百マイクロメートルオーダーの構造物を樹脂に転写成形することで、量産化と低コスト化を実現している。近年、このようにマイクロメートルオーダー、もしくはそれ以下の微細な構造を転写成形することで、各種デバイスや部品の量産化と低コスト化を実現することが注目され始めている。
【０００４】
スタンパなどの金型を用いた樹脂の転写成形技術には、一般的に射出成形法、ホットエンボス法などが挙げられる。射出成形法の代表的事例は、特許文献１（特開平05-342642）や特許文献２（特開平07-210901）にあるようにCDやDVDなどの光ディスク基板の転写成形で、サブミクロンオーダーの微細な構造の転写が実現されている。ホットエンボス法でも特許文献３（特開2001-146017）にあるように、微細構造を有したインクジェットヘッドなどの転写成形が可能である。
【０００５】
しかしながら射出成形法でサブミクロンオーダーの微細な構造を転写する場合、樹脂が金型の微細部に入り込みにくいだけでなく、転写型からの剥離が困難なことからアスペクト比は２程度が限界であり、それ以上高いアスペクト比を持った構造物の転写成形はできないといった問題がある。またホットエンボス法で高アスペクト比なサブミクロンオーダーの構造物を転写成形する場合、高圧力を被成形物にかける必要性があり、そのため装置が大型になってしまうといった問題がある。さらに射出成形法、ホットエンボス法とも、基本的には熱可塑性樹脂の成形が主であり、熱硬化性樹脂や紫外線硬化樹脂などの成形には適していない。
さらに射出成形法やホットエンボス法においてスタンパを作製する際、一般的に転写型のメッキや電鋳といった作業が必要なためスタンパ表面の粗さが大きくなり、平滑な面を成形することが困難になるといった問題がある。またシリコン基板を転写型として用いる場合、一般的にシリコン表面と樹脂との接着性が良好なため、樹脂からの離型がうまくいかないといった問題がある。
【特許文献１】特開平05-342642号公報
【特許文献２】特開平07-210901号公報
【特許文献３】特開2001-146017号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、高アスペクト比な微細凹凸形状や平滑な面を転写するために、メッキや電鋳といった作業を必要とせず且つ容易な樹脂の離型と高アスペクト比な微細凹凸形状の転写成形を実現することである。さらにこれによって、従来技術では無し得なかった様々な樹脂に対する高アスペクト比を有す微細凹凸形状の転写成形や平滑な面の転写成形を、簡便なプロセスで実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、微細凹凸形状を有しかつ表面が親水化処理されたシリコン基板を転写型とし、前記転写型表面に樹脂を塗布し固めた後、樹脂部を前記転写型から剥離することで微細凹凸形状の転写をすることを特徴とする成形方法である。
【０００８】
本発明に従えば、被成形樹脂からの容易な離型が可能である。被成形樹脂に対して疎水性であるシリコン表面が直接接しない代わりに、親水性である酸化シリコン層が接しているため、疎水性である被成形樹脂との結合力を弱めることができるからと考えられる。また、シリコン加工技術が活用できるので、高アスペクト比を有す微細凹凸形状を有した転写型を容易に作製することが可能である。また、前記転写型表面に塗布する液状樹脂の粘度（濃度）を調整すれば、高アスペクト比を有す微細凹凸形状の転写も容易にできる。また、本手法では成形する樹脂が液状になりさえすればどのような樹脂でも成形が可能であるため、射出成形法やホットエンボス法では比較的困難であった熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂の成形も容易にできる。さらに、本手法では転写型を作製するのにメッキや電鋳といった作業を必要としないため、転写型自体の平滑な面を保つことが可能となり、それによって被成形物に対しても平滑な面を形成することができる。
【０００９】
さらに本発明において、前記表面の親水化処理が、シリコン基板表面に酸化シリコン層を形成することでなされることが好ましい。
【００１０】
このように酸化シリコン層を形成することで、再度転写型を使用する際に表面を親水化する必要がなくなり、利便性良く転写型として何度でも使用することが可能となる。この際、酸化シリコン層を形成するための焼成処理は酸素雰囲気中で行なわれることが好ましい。さらに好ましくは前記焼成処理をO3（オゾン）雰囲気中で行なうことで、焼成時間の短縮が可能となる。
【００１１】
さらに本発明において、前記表面の親水化処理が、シリコン基板を過酸化水素水中に浸漬することでなされることが好ましい。
【００１２】
このように過酸化水素水中への浸漬によって親水化することで、シリコン基板表面に形成した微細凸凹形状を変形することがなくなり、転写型設計通りの寸法や形状の成形が可能となる。
【００１３】
さらに本発明において、樹脂部から前記転写型を離型するため、転写型ごと温水に浸漬することで前記樹脂部を剥離することが好ましい。
【００１４】
このように離型するのに温水を用いることで、樹脂剥離によってシリコン転写型表面に形成された微細凹凸形状を破壊することなく、転写型として何度でも使用することが可能となる。さらに本転写方法では、樹脂の塗布と温水による剥離といった単純な過程で樹脂を成形することが可能なので、射出成形法やホットエンボス法のように大型装置を用いて成形する必要性は無く、小型装置による簡便なプロセスでの成形を実現できる。
【００１５】
さらに本発明において、樹脂部から前記転写型を離型するため、転写型ごと超音波振動下の液中に浸漬することで前記樹脂部を剥離することが好ましい。
【００１６】
このように離型するのに超音波振動を用いることで、樹脂を剥離する時間を短縮することができる。
【００１７】
さらに本発明において、樹脂部から前記転写型を離型するため、転写型ごと湿度の高い温風にさらすことで樹脂部を剥離することが好ましい。
【００１８】
このように離型するのに温風を用いることで、液中への浸漬により劣化しやすい樹脂でも転写することが可能となり、樹脂材料の選択の自由度が高まる。
【００１９】
ここで微細凹凸形状とは深さが0.1μｍから100μｍの範囲で凹部の表面での最小幅の下限が0.01μｍで上限が100μｍの範囲が好ましい。さらに最小幅の上限は50μｍがより好ましい。
また深さ／最小幅として求めるアスペクト比は1以上が好ましく、２以上がより好ましい。またシリコン基板上に形成される酸化シリコン膜の厚さは0.1μｍ〜1μｍが好ましい。本発明で得られる樹脂成形体はセンサーや電気回路、光学部品などに用いられる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明の転写成形法を用いれば、シリコン基板をそのまま転写型として使用できるので、シリコン転写型表面に形成された高アスペクト比な微細凹凸形状を容易に樹脂に転写することができ、且つシリコン転写型表面の平滑な面をそのまま樹脂に転写することもできる。また、樹脂の塗布と温水などによる剥離といった手法で転写成形できるので、大型装置を用いない簡便なプロセスでの転写成形が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明者らは、シリコン基板の表面を親水化したものを転写型とし、前記転写型表面に樹脂を塗布し固めた後、転写型ごと温水や超音波振動下の液体などに浸漬することで、樹脂部が転写型から容易に剥離されて成形できることを見出した。
さらに本転写成形法では高アスペクト比な微細凹凸形状の転写や平滑な面の転写も可能であることを見出した。すなわちシリコン基板の表面にレジストを塗布し、通常のリソグラフィにより微細凹凸の凸部となる個所にレジストがエッチングマスクとなって残るように、レジストを露光と現像を行う。そしてシリコン基板の表面をエッチング雰囲気にさらす。エッチングはウエットエッチングでもドライエッチングでもよい。その後エッチングマスクを除去することによってシリコン基板の表面に微細な凹凸が形成される。エッチングマスクはレジストの他にＳｉＯ2膜やＳｉＮ膜をパターニングして用いてもよい。この際にパターニングされたエッチングマスクの間隔を狭くし、エッチング時間を長くして深くエッチングすることにより高アスペクトな凹凸形状が得られる。
【００２２】
シリコン基板表面の親水処理方法の１つとして、微細凹凸形状が形成されたシリコン基板の表面に酸化シリコン層を形成すればよい。酸化シリコン層はシリコン基板を酸素の存在下500℃以上で熱処理して得られる熱酸化シリコン膜でもよい。
このようにして得られた微細凹凸形状を有したシリコン基板の表面を親水化処理したものを転写型とする。そしてこの転写型表面に樹脂を塗布して固めた後、樹脂を転写型ごと温水や超音波振動下の液体に浸漬する、あるいは加湿した温風に樹脂が付着している転写型ごとさらすことによって転写型から剥離する。このような簡便なプロセスで高アスペクト比な微細凹凸形状を転写成形が実現できる。なお微細凹凸形状のアスペクト比に応じて塗布する液状フッ素化ポリイミドの粘度（濃度）を調整すればよい。
成形材料の樹脂としては熱硬化性樹脂が好ましく、中でもフッ素化ポリイミド樹脂が微細な凹凸形状の転写性に優れ好ましい。
親水処理として酸化シリコン薄膜層形成方法は、高温焼成処理の他に、酸素イオンを微細凹凸形状表面に打ち込むことで形成することもできる。また、酸化シリコン薄膜層を形成する以外に、過酸化水素水中にシリコン基板を浸漬することで親水化することもできる。
【００２３】
成形物をシリコン転写型から剥離するために温水の温度は50℃以上であることが好ましい。さらに好ましくは、超音波振動下に浸漬することで剥離時間の短縮が可能となる。また、温水を用いる代わりに、湿度の高い温風中にさらすことで樹脂部を剥離することもできる。ここで温風の湿度は50％RH〜90％RHが好ましい。
このような簡便なプロセスで、高アスペクト比な微細凹凸形状６をフッ素化ポリイミド樹脂に転写成形することができる。  
【００２４】
以下に、実施形態例を挙げ、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的且つ詳細に説明する。
【実施例１】
【００２５】
本発明の一実施例を図１〜図５を用いて説明する。本実施例のプロセスは、はじめにシリコン基板１表面にアスペクト比（ｂ／ａ）＝2以上の微細凹凸形状２を形成する（図１）。ここでシリコン基板表面の凹部の幅ａは0.3μｍ、凹部の深さｂは0.6μｍとした。ここでアスペクト比は図１でのb／aとする。このシリコン基板表面加工はパターニングされたSiO2膜をマスクとしてＫＯＨ溶液によるエッチングを行った。シリコン基板を＜１００＞面を主面とすることにより断面が三角形の凹部が得られた。次に、表面が微細凹凸形状に加工されたシリコン基板１を酸素雰囲気1000℃の高温で10時間焼成処理することで、微細凹凸形状表面に酸化シリコン薄膜層３を形成し親水化した（図２）。
上記過程によって得られたシリコン転写型表面に、原料のポリアミド酸溶液をスピンコート法によって塗布し、さらに３８０℃で乾燥することで樹脂４を固めた（図３）。これにより化式(1)で示されるフッ素化ポリイミド樹脂共重合体が得られた。
【００２６】
【化１】
2005053198.tif 000002
【００２７】
この際、微細凹凸形状のアスペクト比に応じて塗布する溶液の粘度（濃度）を調整した。最後にシリコン転写型ごと７０℃の温水５中に浸漬することで、30分ほどでフッ素化ポリイミド部を転写型から剥離して（図４）表面に微細凹凸を有するポリイミド膜が得られた（図５）。
【実施例２】
【００２８】
本発明の第２実施例を図６〜図１０を用いて説明する。本実施例のプロセスは、はじめにシリコン基板７の表面にアスペクト比（ｂ／ａ）＝2以上の微細な矩形形状８を形成した（図６）。実施例１と異なるのはシリコン基板の<111>面を主面としてこれを異方性エッチングすることで、垂直エッチング面を形成している点である。ここでａは1μｍ、ｂは2μｍとした。シリコン基板表面に矩形形状を形成する加工はパターニングされたSiO2をマスクとしてウェットエッチングで行った。次に、表面が微細矩形形状に加工されたシリコン基板７を1000℃の高温で10時間焼成処理することで、微細矩形形状表面に酸化シリコン薄膜層９を形成し親水化した（図７）。
【００２９】
上記過程によって得られたシリコン転写型表面に、実施例１と同様の液を塗布し、さらに３８０℃で乾燥することで樹脂１０を固めた（図８）。この際、微細矩形形状のアスペクト比に応じて塗布する溶液の粘度（濃度）を調整した。最後にシリコン転写型ごと７０℃の温水１１中に浸漬することで、30分ほどでフッ素化ポリイミド部を転写型から剥離することができた（図９）。これにより表面に高アスペクト比な微細矩形状１２の凹凸を有するポリイミド膜が得られた（図１０）。
以上の実施例では成形材料としてフッ素化ポリイミドを用いたが、フッ素化ポリイミド以外の樹脂を用いることはもちろん可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
この微細凹凸形状の成形方法は、光導波路などの光学部品なので製造に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施例１の微細凹凸形状を有したシリコン基板を説明する図である。
【図２】実施例１のシリコン転写型を説明する図である。
【図３】実施例１の転写型に樹脂を塗布・乾燥するプロセスを説明する図である。
【図４】実施例１の被成形樹脂を温水で剥離するプロセスを説明する図である。
【図５】実施例１の高アスペクト比な微細凹凸形状を転写成形された樹脂を説明する図である。
【図６】実施例２の微細矩形形状を有したシリコン基板を説明する図である。
【図７】実施例２のシリコン転写型を説明する図である。
【図８】実施例２の転写型に樹脂を塗布・乾燥するプロセスを説明する図である。
【図９】実施例２の被成形樹脂を温水で剥離するプロセスを説明する図である。
【図１０】実施例２の高アスペクト比な微細矩形形状を転写成形された樹脂を説明する図である。
【符号の説明】
【００３２】
１：    シリコン基板、               ２：    微細凹凸形状
３：    酸化シリコン薄膜層、         ４：    樹脂
５：    温水、                       ６：    微細凹凸形状
７：    シリコン基板、               ８：    微細な矩形形状
９：    酸化シリコン薄膜層、       １０：    樹脂
１１：    温水、                     １２：    微細矩形形状
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005053198.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005053198.tif 000011
【図１０】
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