(57)【要約】【課題】ガラス状カーボンに任意の凹凸形状を形成することが可能で、これまで難しかった形状をプレスによるガラス成形を可能とするガラス状カーボンの微細加工方法を提供する。【解決手段】本ガラス状カーボンの微細加工方法は、ガラス状カーボン基板に写真現像用の紫外線感光性樹脂を塗布する工程と、紫外線感光性樹脂の露光、現像を行い、紫外線感光性樹脂を所望の微細パターンに成形する工程と、紫外線感光性樹脂にドライエッチングを施し、微細パターンをガラス状カーボン基板へ転写する工程を有する。【選択図】  図１
2007191327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス状カーボン基板に写真現像用の紫外線感光性樹脂を塗布する工程と、紫外線感光性樹脂の露光、現像を行い、紫外線感光性樹脂を所望の微細パターンに成形する工程と、ドライエッチングを施し、紫外線感光性樹脂の微細パターンをガラス状カーボン基板へ転写する工程を有することを特徴とするガラス状カーボンの微細加工方法。
【請求項２】
ガラス状カーボン基板に硬化可能な樹脂コート剤を塗布し、半硬化させる工程と、半硬化後の樹脂コート剤に微細パターンが形成された成形型を押し当てて樹脂コート剤に微細パターンを転写する工程と、樹脂コート剤の硬化後にドライエッチングを施し樹脂コート剤の微細パターンをガラス状カーボン基板へ転写する工程を有することを特徴とするガラス状カーボンの微細加工方法。
【請求項３】
前記紫外線感光樹脂あるいは前記樹脂コート剤に高耐酸素プラズマ性を持たせるとともに、ドライエッチングに酸素プラズマを用いることを特徴とする請求項１または２に記載のガラス状カーボンの微細加工方法。
【請求項４】
前記ドライエッチングは異方性エッチングであることを特徴とする請求項１ないし３に記載のガラス状カーボンの微細加工方法。
【請求項５】
前記ドライエッチング時の雰囲気ガスは、１０〜１００％の酸素ガスを含むことを特徴とする請求項３に記載のガラス状カーボンの微細加工方法。
【請求項６】
前記エッチング法は、誘導結合プラズマエッチング法あるいは反応イオンエッチング法であることを特徴とする請求項５に記載のガラス状カーボンの微細加工方法。
【請求項７】
前記微細パターンが形成された樹脂を、ガラス転移点以上の温度に加熱して表面張力を利用して変形させた後に、エッチング処理を施すことを特徴とする請求項１ないし３に記載のガラス状カーボンの微細加工方法。
【請求項８】
前記ドライエッチング時に、ガラス状カーボン基板の温度が樹脂のガラス転移点温度以上に上昇することを抑制することを特徴とする請求項１ないし７記載のガラス状カーボンの微細加工方法。
【請求項９】
前記ガラス状カーボン基板の温度上昇の抑制に、水冷、空冷、液体窒素、ヘリウム循環式冷凍機、ペルチエ素子のいずれかを用いることを特徴とする請求項８に記載のガラス状カーボンの微細加工方法。
【請求項１０】
前記ドライエッチング実施前に、樹脂のガラス転移点温度を上げるために紫外線を照射することを特徴とする請求項１または２に記載のガラス状カーボンの微細加工方法。
【請求項１１】
請求項１ないし１０に記載のガラス状カーボンの微細加工方法によって製造されたことを特徴とするガラス状カーボン加工物。
【請求項１２】
請求項１１に記載のガラス状カーボン加工物を成形型として用いて製造されたことを特徴とする樹脂製あるいはガラス製微細加工物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガラスや樹脂のプレス加工時の成形型として用いられるガラス状カーボン基板の微細加工方法、ガラス状カーボン加工物、微細加工物に係り、特にドライエッチングを施し、微細パターンをガラス状カーボン基板へ転写する工程を備えたガラス状カーボンの微細加工方法、これを用いて製造されたガラス状カーボン加工物、さらに、これを用いて製造された微細加工物に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在様々な分野でガラスや樹脂への微細形状のプレス転写技術の開発が進められている。そのプレス転写用成形型としては、シリコンウェーハやガラス製ウェーハ、それらの形状を転写したニッケルなどの電鋳膜の自立体などが主に用いられている。
【０００３】
これらの基板材は高温でガラスとの反応性が高く、ガラス用の型材としては不都合であり、樹脂用以外には用いられていない。これに対し、ガラス状カーボンは、炭素のアモルファスであり、酸素の無い雰囲気では高温まで非常に安定で、ガラスとの反応も少なく、ガラスの成形型として非常に有望であることが知られている。
【０００４】
また、その微細加工方法としては、ドライエッチングや放電加工、機械加工などが既に提案されている。その中でも、特に有効な手法であるドライエッチングでは、酸素ラジカルによるカーボンのエッチング作用が利用されるため、酸化に強い膜、例えばアルミやクロムなどの金属や、ＳｉＯ２などのセラミックス膜がマスクとして利用されている。
【０００５】
しかしながら、従来のドライエッチング加工方法では、素材の欠陥や鏡面加工時の加工ダメージの顕在化によって、加工面が大きく荒れてしまう問題があり、さらに、金属やセラミックスの膜をマスクとして用いた場合、異方性エッチングの条件を制御することによって傾斜形状を形成することができるが、任意の曲率を与えることは困難であった。
【０００６】
前者の加工面の問題については、発明者は特願２００５−１０５８４８において、高温処理による改善方法を提案し、傷や欠陥の顕在化を大幅に抑制することを実現している。
【０００７】
しかし、後者の問題により、任意の突起形状を作ることは依然として難しい状況であった。
【０００８】
なお、特許文献１には、ガラス状カーボン型を用いて微細なパターンや転写ができるシリカガラスの製造方法が、また、特許文献２（段落［００１０］）にはガラス状カーボン型をドライエッチング加工により製造することが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２８４８９３号公報
【特許文献２】特開２００４−３３８９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、ガラス状カーボンに任意の凹凸形状を形成することが可能で、これまで難しかった形状をプレスによるガラス成形を可能とするガラス状カーボンの微細加工方法を提供することを目的とする。
【００１０】
また、上記ガラス状カーボンの微細加工方法を用いて、ガラス状カーボン加工物を製造し、このガラス状カーボン加工物を成形型として用いることで、安価で高精度な樹脂製あるいはガラス製微細加工物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】
【００１１】
本発明者らは、樹脂製マスクと異方性エッチングを用いることでガラス状カーボンに微細な任意形状を形成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１２】
すなわち、ガラス状カーボン上に微細パターンが形成された樹脂製のマスクを作製し、そのマスクとガラス状カーボンを同時にエッチングすることによって、ガラス状カーボンに任意の形状（パターン）を転写できる。これにより、樹脂製マスクの形状を任意に形成することで、その形状を加工の難しいガラス状カーポンヘ容易に転写することが可能となる。
【００１３】
上述した目的を達成するため、本発明に係るガラス状カーボンの微細加工方法は、ガラス状カーボン基板に写真現像用の紫外線感光性樹脂を塗布する工程と、紫外線感光性樹脂の露光、現像を行い、紫外線感光性樹脂を所望の微細パターンに成形する工程と、ドライエッチングを施し、紫外線感光性樹脂の微細パターンをガラス状カーボン基板へ転写する工程を有することを特徴とする。
【００１４】
またもう一つの本発明に係るガラス状カーボンの微細加工方法は、ガラス状カーボン基板に硬化可能な樹脂コート剤を塗布し、半硬化させる工程と、半硬化後の樹脂コート剤に微細パターンが形成された成形型を押し当てて樹脂コート剤に微細パターンを転写する工程と、樹脂コート剤の硬化後にドライエッチングを施し樹脂コート剤の微細パターンをガラス状カーボン基板へ転写する工程を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係るガラス状カーボン加工物は、上記ガラス状カーボンの微細加工方法によって製造される。
【００１６】
また、本発明に係る樹脂製あるいはガラス製微細加工物は、上記ガラス状カーボン加工物を成形型として用いて製造される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るガラス状カーボンの微細加工方法によれば、ガラス状カーボンに任意の凹凸形状を形成することが可能で、これまで難しかった形状をプレスによるガラス成形を可能とするガラス状カーボンの微細加工方法を提供することができる。特に断面半円状の凸部の製造などに好適である。
【００１８】
また、本発明に係るガラス製微細加工物によれば、上記ガラス状カーボンの微細加工方法を用いて製造されたガラス状カーボン加工物を製造し、このガラス状カーボン加工物を成形型として用いることで、安価で高精度な樹脂製あるいはガラス製微細加工物を提供することを目的とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の第１実施形態に係るガラス状カーボンの微細加工方法について添付図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は本第１実施形態に係るガラス状カーボンの微細加工方法の工程図である。
【００２１】
図１に示すように、本第１実施形態に係るガラス状カーボンの微細加工方法は、次のような工程からなる。
【００２２】
例えば、鏡面加工を施したガラス状カーボン基板１の表面に樹脂層２を形成する（Ｐ１）。
【００２３】
この樹脂層の塗布形成方法は、半導体デバイス作製工程で一般的に用いられているスピンコート法やディップコーティング法、ドクターブレード法、スプレーコート法など、どのような方法を用いてもよく、均一な塗布ができれば特に制限はない。また、酸素プラズマに対する耐性の高い樹脂としては、分子式に酸素をなるべく含まず、炭素の六員環構造を多く持つものが好ましい。
【００２４】
樹脂層は微細形状を形成する方法によって適宜選択する必要がある。例えば、半導体デバイス製造プロセスであるフォトリソグラフィー法により微細パターンを形成し、酸素プラズマを用いた誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチング法あるいは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法などのドライエッチング法でガラス状カーボンヘの微細パターンの転写を行うのであれば、耐酸素プラズマ性のあるフォトレジスト剤を用いる必要がある。
【００２５】
一方、酸素プラズマを用いない物理的ドライエッチング法でガラス状カーボンヘの微細パターン形状を転写する場合には、酸素プラズマ耐性は特に必要なく、より幅広いフォトレジスト剤を選択できる。
【００２６】
ここで、ガラス状カーボンの表面に形成された樹脂製微細パターンは、ドライエッチング時にガラス状カーボンと共にエッチングされる必要がある。
【００２７】
さらに、フォトリソグラフィー法により、マスターパターン３を紫外線Ｕを用いて感光性を持つ樹脂層２に露光する（Ｐ２）。
【００２８】
その後、所定の現像液で現像し、樹脂製の微細パターン２’を得る（Ｐ３）。
【００２９】
さらに、必要な形状に応じてガラス状カーボン基板１を樹脂層のガラス転移点以上の温度にすることで微細パターン２’を変形させて任意の曲率を持つ微細パターン２”を得る（Ｐ４）。
【００３０】
この加熱による樹脂の形状変化を制御することで、ガラス状カーボン基板１に形成する微細形状に対して任意の曲率を持たせることが可能となる。
【００３１】
その後、酸素プラズマＰを用いて異方性のあるドライエッチングを施し、微細パターン２”を転写して微細パターン１ａをガラス状カーボン基板１に転写する（Ｐ５）。
【００３２】
このドライエッチングは樹脂が酸素プラズマ耐性をある程度有する場合に行われ、ドライエッチングの際に酸素プラズマの影響で基板温度が上昇して樹脂製微細パターンが変形する場合、ドライエッチングを施す前に樹脂製微細パターンに紫外線を長時間照射して耐熱性を上げるなどの処理を行う必要がある。
【００３３】
ドライエッチング時には、樹脂とガラス状カーボン基板とのエッチング速度の差を考慮する。
【００３４】
本第１実施形態のガラス状カーボンの微細加工方法によれば、これまで難しかった形状のガラス成形が可能となり、任意の凹凸形状を形成したガラス状カーボン加工物が得られる。
【００３５】
次に第２実施形態に係るガラス状カーボンの微細加工方法について説明する。
【００３６】
本第２実施形態は、第１実施形態がガラス状カーボン基板に紫外線感光性樹脂を塗布し、露光、現像を行い、紫外線感光性樹脂を所望の微細パターンに成形するのに対して、インプリンティング法を用いて樹脂コート剤に微細パターンを形成する。
【００３７】
例えば、図２に示すように、鏡面加工を施したガラス状カーボン１の表面に樹脂コート剤２を形成する（Ｐ１１）。樹脂コート層は、凹圧により成型できる程度に半硬化していることが好ましい。
【００３８】
微細パターン１３ａを形成した型１３を押し当てて樹脂コート剤２に微細パターン２”を転写する（Ｐ１２〜Ｐ１４）。その後、樹脂を硬化させる。
【００３９】
樹脂の微細パターン形成に、シリコンウェーハなどに微細パターンを形成した成形型を樹脂に押し当てて形状を転写するインプリント法を用いる場合には、樹脂は光感光性の無い樹脂、例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）やポリメチルメタンアクリレート（ＰＭＭＡ）などの熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂なども選択可能となる。この場合、ガラス状カーボンヘの形状転写法の選択によって酸素プラズマ耐性などの特性などを鑑み、樹脂を適宜選択する必要がある。第２実施形態においてもやはり、ガラス状カーボンの表面に形成された樹脂製微細パターンは、ドライエッチング時にガラス状カーボンと共にエッチングされる必要がある。
【００４０】
なお、インプリンティング法を用いるときに使用するパターン成形型はシリコンウェーハやガラスウェーハにドライエッチングやウエットエッチングで微細パターンを形成したものや、それらをＮｉ電鋳などで逆パターンを写し取ったものなども使用することができる。これらの成形型の形状を造る際、公知の様々な微細加工技術を適用可能であり、このことによって、ガラス状カーボン基板に形成できる形状の範囲を格段に広げることができる。
【００４１】
その後、酸素プラズマＰを用いて異方性のあるドライエッチングを施し、微細パターン２”を転写して微細パターン１ａをガラス状カーボン基板１に転写する（Ｐ１５）。
【００４２】
本第２実施形態のガラス状カーボンの微細加工方法によれば、これまで難しかった形状のガラス成形が可能となり、任意の凹凸形状を形成したガラス状カーボン加工物が得られる。
【００４３】
また、本発明に係る微細加工物は、上述した本発明に係るガラス状カーボン基材の微細加工方法により加工されたガラス状カーボン物を成形型として用い、図３に示し、「特許文献１」に詳細に開示される加工方法により、被加工物に精密な微細加工が施して製造される。
【００４４】
例えば、成形装置２１の下型２２は分割型であり、下型２２の凸状嵌合部２２ａが台座２３の凹状嵌合部２３ａに一体的に保持されており、下型２２及び上型２４は、予め加熱されている。この予熱された下型２２の凹状成形面２２ｂに軟化状態の樹脂あるいはシリカガラスＭを収納し、移動軸２５を降下させて、上型２４を降下させ、樹脂あるいはシリカガラスＭを押圧する。これにより、樹脂あるいはシリカガラスＭは下型２２及び上型２４の形状に沿って成形され、ガラス状カーボン加工物（型）により精密な微細加工が施された樹脂あるいはシリカガラスの微細加工物が得られる。
【００４５】
高耐酸素プラズマ性を有する樹脂とは、例えば環化ゴム主体のネガレジストや芳香族のノボラック樹脂系のポジレジストである。
【００４６】
ドライエッチング時の雰囲気ガスは、１０〜１００％の酸素ガスを含むことが好ましい。酸素含有量が１０％より少ないとエッチング速度が遅く、実用的な速度での処理が難くなる。
【００４７】
ガラス状カーボン基材上の樹脂層に形成された微細パターンは、樹脂のガラス転移点以上の温度に加熱して表面張力を利用して変形させた後に、エッチング処理を施すと、形状の修正ができて好ましい。この加熱には紫外線を照射することが好ましい。
【００４８】
ドライエッチング時には、ガラス状カーボン基板の温度が樹脂のガラス転移点温度以上に上昇すると、微細パターンが変形する可能性があるので、温度上昇を抑えることが好ましい。
【００４９】
ガラス状カーボン基板の温度上昇の抑制には、水冷、空冷、液体窒素、ヘリウム循環式冷凍機、ペルチエ素子のいずれかを用いることが好ましい。
【実施例】
【００５０】
ダイヤモンド砥粒を用いて、片面を鏡面研磨加工したガラス状カーボンの表面に１０μｍのポジレシストをスピンコート法で塗布し、フォトリソグラフィー法にて□９μｍのドット形状を、それぞれが５μｍの間隔を置いて縦８００個、横６００個の配列パターンを持つように成形した。このパターンを形成した基板にポジレシストのガラス転移点以上の温度を加え、リフローさせて半球形状とした。このレジストに紫外線を照射して耐熱性を上げた後、ドライエッチングによって全体をエッチングし、最終的に高さ３μｍ、直径１４μｍの球面マイクロレンズアレイ用成形型を得た。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るガラス状カーボンの微細加工方法の工程図。
【図２】本発明の第２実施形態に係るガラス状カーボンの微細加工方法の工程図。
【図３】本発明に係るガラス状カーボン微細加工物の成形方法の概念図。
【符号の説明】
【００５２】
１  ガラス状カーボン基板
１ａ  微細パターン
２  樹脂層
２’  微細パターン
２”  微細パターン
３  マスターパターン
【図１】
2007191327.tif 000003
【図２】
2007191327.tif 000004
【図３】
2007191327.tif 000005