JP2008114388A - マイクロデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のマイクロデバイスの製造方法よりも、マイクロデバイスを製造する際の生産性を高くすることが可能なマイクロデバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】成形基材を準備する成形基材準備工程Ｓ１０と、レーザ加工装置を用いて成型基材の表面を粗加工する粗加工工程Ｓ２０と、集束イオンビーム加工装置を用いて成型基材の表面を仕上げ加工する仕上げ加工工程Ｓ３０とをこの順序で含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロデバイスの製造方法に関する。

成形基材の表面に集束イオンビームを照射してマイクロデバイスを製造するマイクロデバイスの製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。なお、本明細書において、マイクロデバイスとは、ＣＣＤイメージセンサや液晶パネルに用いられるマイクロレンズアレイ、μＴＡＳなどに用いられるマイクロチャネルなどの各種微細デバイス、及びこのような各種微細デバイスを高温プレス成形により製造する際に用いるマイクロ成形金型のことをいう。

図１４は、従来のマイクロ成形金型９００を説明するための図である。図１４（ａ）はマイクロ成形金型９００の斜視図であり、図１４（ｂ）はマイクロ成形金型９００の平面図であり、図１４（ｃ）は図１４（ｂ）のＡ_１−Ａ_１断面図であり、図１４（ｄ）は図１４（ｂ）のＡ_２−Ａ_２断面図である。
図１５は、従来のマイクロ成形金型の製造方法を説明するために示す図である。図１５（ａ１）〜図１５（ｅ１）は従来のマイクロ成形金型の製造方法の各工程における集束イオンビームの照射領域を示す図であり、図１５（ａ２）〜図１５（ｅ２）は従来のマイクロ成形金型の製造方法の各工程における成形基材９１０のＡ_１−Ａ_１断面図である。

従来のマイクロ成形金型９００は、マイクロレンズアレイを高温プレス成形により製造する際に用いるマイクロ成形金型であって、図１４に示すように、成形基材９１０の表面９１２に多数(例えば、１００万個以上。）のマイクロレンズ形成用凹部９３０が形成された構造を有するマイクロ成形金型である。マイクロレンズ形成用凹部９３０のピッチは例えば５μｍである。

従来のマイクロ成形金型の製造方法おいては、図１５（ａ１）〜図１５（ｅ１）及び図１５（ａ２）〜図１５（ｅ２）に示すように、予め準備しておいた成形基材９１０の表面９１２に、複数ステップ（例えば、４０ステップ。）にわたって集束イオンビームＩＢを照射する。そして、その際、ステップを経るに従って徐々に照射面積を広げながら集束イオンビームＩＢを照射する。

このため、従来のマイクロ成形金型の製造方法によれば、複数ステップ（例えば、４０ステップ。）にわたって、徐々に照射面積を広げながら、成形基材９１０の表面９１２に集束イオンビームＩＢを照射するため、滑らかな表面形状のマイクロ成形金型９００を製造することができる。また、従来のマイクロ成形金型の製造方法によれば、集束イオンビームＩＢのビーム径を極細にすること（例えば、数ｎｍφにすること。）が可能であるため、この点からも滑らかな表面形状のマイクロ成形金型９００を製造することができる。

特開２００５−２３８７７０号公報

しかしながら、従来のマイクロ成形金型の製造方法においては、マイクロ成形金型の形状そのものを集束イオンビームＩＢを用いて形成することとしているため、集束イオンビームＩＢによる加工量が多く、所定の加工領域（例えば、数ｍｍ□。）を有するマイクロ成形金型を製造するのには長時間の加工時間が必要である。このため、従来のマイクロ成形金型の製造方法においては、マイクロ成形金型を製造する際の生産性が低いという問題がある。

なお、このような問題は、マイクロ成形金型を製造する場合にのみ発生する問題ではなく、マイクロレンズアレイ、マイクロチャネルなどのマイクロデバイスを製造する場合に共通する問題である。

そこで、本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、従来のマイクロデバイスの製造方法よりも、マイクロデバイスを製造する際の生産性を高くすることが可能なマイクロデバイスの製造方法を提供することを目的とする。

（１）本発明のマイクロデバイスの製造方法は、成形基材を準備する成形基材準備工程と、レーザ加工装置を用いて前記成型基材の表面を粗加工する粗加工工程と、集束イオンビーム加工装置を用いて前記成型基材の表面を仕上げ加工する仕上げ加工工程とをこの順序で含むことを特徴とする。

このため、本発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、まず、集束イオンビーム加工装置を用いた場合よりも生産性の高いレーザ加工装置を用いて成型基材の表面を粗加工（概略形状形成加工）しておき、その後、集束イオンビーム加工装置を用いて成型基材の表面を仕上げ加工（平滑化加工）することとしているため、マイクロデバイスを製造する際の生産性を高くすることが可能となる。なお、集束イオンビーム加工装置の役割は仕上げ加工（平滑化加工）することにあるため、加工量は少なくてよく、マイクロデバイスを製造する際の生産性をそれほど低下させてしまうこともない。

また、本発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、レーザ加工装置を用いて成型基材の表面を粗加工（概略形状形成加工）した後に、集束イオンビーム加工装置を用いて成型基材の表面を仕上げ加工（平滑化加工）することとしているため、レーザ加工により生じるデブリ、ドロス、微小凸部分が集束イオンビームにより優先的に削り落とされ、粗加工面が仕上げ加工（平滑化加工）される。このため、滑らかな表面形状のマイクロデバイスを製造することができる。

（２）本発明のマイクロデバイスの製造方法において、前記仕上げ加工工程においては、集束イオンビームを用いて前記成形基材の表面を走査することにより、前記成形基材の表面を仕上げ加工することが好ましい。

このような方法とすることにより、成形基材の表面を比較的短時間で仕上げ加工することが可能となる。

（３）本発明のマイクロデバイスの製造方法において、前記仕上げ加工工程においては、集束イオンビームを用いて前記成形基材の表面をラスタースキャン方式で走査することが好ましい。

このような方法とすることにより、成形基材の表面に比較的広い面積にわたって加工領域が設定されている場合においても比較的短時間で集束イオンビームを走査することが可能となる。

（４）本発明のマイクロデバイスの製造方法において、前記仕上げ加工工程においては、ビーム径が０．１μｍ以上の集束イオンビームを用いて前記成形基材の表面を走査することが好ましい。

このような方法とすることにより、成形基材の表面に比較的広い面積（例えば、数ｍｍ□。）にわたって加工領域が設定されている場合においても比較的短時間で集束イオンビームを走査することが可能となる。

この観点から言えば、ビーム径が０．５μｍ以上の集束イオンビームを用いて成形基材の表面を走査することが好ましく、ビーム径が１μｍ以上の集束イオンビームを用いて成形基材の表面を走査することがさらに好ましい。

ビーム径が０．１μｍ以上の集束イオンビームは、集束イオンビームを発生させる際の電流量を大きくすることにより実現することができる。この場合、集束イオンビームを発生させる際の電流量を大きくすることにより、集束イオンビームの強度を大きくすることも可能となり、この点からもマイクロデバイスを製造する際の生産性を高くすることが可能となる。

（５）本発明のマイクロデバイスの製造方法において、前記粗加工工程においては、前記成形基材の表面に、１回又は複数回のレーザ照射により所定の加工形状を形成可能なビームプロファイルを有するパルス状のレーザ光を照射することにより、前記成形基材の表面を粗加工することが好ましい。

このような方法とすることにより、上記のようにビームプロファイルを調整したレーザ光をそのまま成形基材の表面に照射することにより、極めて能率よく粗加工（概略形状形成加工）することが可能になり、マイクロデバイスを製造する際の生産性をさらに高くすることが可能となる。例えば、粗加工工程で、マイクロレンズ形成用凹部のような円形孔や略矩形孔、さらにはマイクロチャネルの溝などを形成する際には、上記のようにビームプロファイルを調整したレーザ光をそのまま成形基材の表面に照射することにより、マイクロレンズ形成用凹部のような円形孔や略矩形孔、さらにはマイクロチャネルの溝などを極めて能率よく粗加工することが可能になる。

（６）本発明のマイクロデバイスの製造方法においては、前記レーザ加工装置として、紫外線レーザ加工装置を用いることが好ましい。

紫外線レーザ加工装置は、レーザ加工時における熱の発生が比較的少ないという特徴を有する。このため、紫外線レーザ加工装置を用いて粗加工工程を行うことにより、比較的高精度の粗加工を行うことが可能となる。

（７）本発明のマイクロデバイスの製造方法においては、前記レーザ加工装置として、フェムト秒レーザ加工装置を用いることが好ましい。

フェムト秒レーザ加工装置は、レーザ加工時における熱の発生が紫外線レーザ加工装置よりもさらに少ないという特徴を有する。このため、フェムト秒レーザ加工装置を用いて粗加工工程を行うことにより、紫外線レーザ加工装置を用いる場合よりも高精度の粗加工を行うことが可能となる。

（８）本発明のマイクロデバイスの製造方法においては、前記レーザ加工装置として、ファイバレーザ加工装置を用いることが好ましい。

ファイバレーザ加工装置は、レーザビームの整形が紫外線レーザ加工装置よりも容易であるという特徴を有する。このため、ファイバレーザ加工装置を用いて粗加工工程を行うことにより、高精度の粗加工を行うことが可能となる。

また、ファイバレーザ加工装置は、加工対象部位までレーザ光を容易に導光することが可能であるため、マイクロデバイスを製造する際の生産性をさらに高くすることが可能となる。

（９）本発明のマイクロデバイスの製造方法においては、前記レーザ加工装置及び前記集束イオンビーム加工装置を備える複合加工装置を準備しておき、前記複合加工装置を用いて、前記粗加工工程と前記仕上げ加工工程とを連続して行うことが好ましい。

このような方法とすることにより、加工対象となる成形基材を装置から出し入れする手間を省略することが可能となる。
また、加工対象となる成形基材を複合加工装置内の移動台に位置調整して配置してしまえば、その後は、加工対象となる成形基材を移動台から取り外すことなく粗加工工程及び仕上げ加工工程を連続して実施することが可能となるため、マイクロデバイスを製造する際の生産性をさらに高くすることが可能となる。

（１０）本発明のマイクロデバイスの製造方法においては、前記成形基材準備工程と前記粗加工工程との間に、前記成形基材の表面にエネルギー吸収膜を形成するエネルギー吸収膜形成工程をさらに含むとともに、前記粗加工工程の後に、前記エネルギー吸収膜を除去するエネルギー吸収膜除去工程をさらに含むことが好ましい。

レーザ光におけるビーム周辺領域においてはリンギング等によりビームプロファイルが乱れてしまうため、このようなレーザ光をそのまま成形基材に照射すると、レーザ光照射領域の周辺領域において高精度の粗加工を行うことが困難となる場合がある。これに対して、本発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、レーザ光におけるビーム周辺領域においては、レーザ加工をエネルギー吸収膜の部分でとどめることが可能となり、レーザ光照射領域の周辺領域においても高精度の粗加工を行うことが可能となる。

（１１）本発明のマイクロデバイスの製造方法においては、前記マイクロデバイスは、マイクロ成形金型であり、前記成形基材は、少なくとも表面側がガラス状カーボン含有材料からなる成形基材であることが好ましい。

ガラス状カーボン含有材料は、強度及び硬度に優れ、さらにはガラスとの離型性に優れた材料であるため、上記のような方法とすることにより、製造されたマイクロ成形金型を用いて高温プレス成形を行う際に、マイクロ成形金型にチッピングや割れが発生し難くなり、マイクロ成形金型の表面に傷が付き難くなり、さらには成形製品が容易に離型するようになる。

なお、本発明のマイクロデバイスの製造方法においては、ガラス状カーボン含有材料には、ガラス状カーボンそのものも含まれる。

（１２）本発明のマイクロデバイスの製造方法においては、前記ガラス状カーボン含有材料は、ガラス状カーボンに加えてカーボンナノファイバを含有することが好ましい。

このような方法とすることにより、ガラス状カーボン含有材料の強度及び硬度がさらに高くなるため、上記のような方法とすることにより、製造されたマイクロ成形金型を用いて高温プレス成形を行う際に、マイクロ成形金型にチッピングや割れがさらに発生し難くなり、成形製品の表面に傷がさらに付き難くなる。

なお、本発明のマイクロデバイスの製造方法においては、成形基材は、ガラス状カーボン含有材料のみからなる成形基材であってもよいし、ガラス状カーボン含有層を表面に備える成形基材であってもよい。また、成形基材は、ガラス状カーボン含有材料以外の非晶質材料（例えば、ＳｉＣ、Ｎｉ−Ｐなど。）からなる成形基材であってもよいし、金属材料（例えば、超硬合金、工具鋼、焼入れ鋼など。）からなる成形基材であってもよい。

以下、本発明のマイクロデバイスの製造方法について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。

〔実施形態１〕
実施形態１は、本発明のマイクロデバイスの製造方法を、マイクロ成形金型の製造方法（実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法）に適用した場合を説明するための実施形態である。

図１は、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法を説明するために示すフローチャートである。図２は、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法を説明するために示す図である。図２（ａ１）〜図２（ｃ１）は実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法における各工程図（斜視図）であり、図２（ａ２）〜図２（ｃ２）は実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法における各工程図（断面図）である。なお、図２においては、マイクロレンズ形成用凹部１３０は、説明を簡単にするため、４行×４列の１６個のみが形成されているものとして図示している。

図３及び図４は、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法における粗加工工程Ｓ２０を説明するために示す図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）は粗加工工程Ｓ２０における各工程図（断面図）である。なお、図３中、符号Ｒ_Ｌはレーザ光照射領域を示す。また、図４中、符号Ｌはレーザ光を示し、符号Ｂで囲まれた部分における符号ＢＰはレーザ光Ｌのビームプロファイルを示す。

図５及び図６は、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法における仕上げ加工工程Ｓ３０を説明するために示す図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）は仕上げ加工工程Ｓ３０における各工程図（断面図）である。なお、図５中、符号Ｒ_ｍは、仕上げ加工領域を示し、符号Ｒ_ＩＢは集束イオンビーム照射領域を示す。また、図６中、符号ＩＢは集束イオンビームを示す。

図７は、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法において使用する複合加工装置１０を説明するために示す概念図である。なお、図７においては、装置の大きさに対して加工対象となる成形基材１１０を誇張して大きく図示している。

実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法は、図１及び図２に示すように、成形基材準備工程Ｓ１０と、粗加工工程Ｓ２０と、仕上げ加工工程Ｓ３０とをこの順序で実施する。以下、これら各工程について図面を参照しながら説明する。

１．成形基材準備工程Ｓ１０
まず、ガラス状カーボン含有材料からなる成形基材１１０を準備する（図２（ａ１）及び図２（ａ２）参照。）。ガラス状カーボン含有材料は、熱硬化性樹脂を無酸素状態で加熱して製造することができ、強度及び硬度に優れ、さらにはガラスとの離型性に優れた材料として知られている。実施形態１においては、熱硬化性樹脂にカーボンナノファイバを添加したものを無酸素状態で加熱して製造されるものを用いる。従って、成形基材１１０は、ガラス状カーボンに加えてカーボンナノファイバを含有するガラス状カーボン含有材料からなる。成形基材１１０の平面形状は、平板状（例えば、１２ｍｍ□×３ｍｍ厚。）である。

２．粗加工工程Ｓ２０
次に、レーザ加工装置を用いて成型基材１１０の表面を粗加工する（図２（ｂ１）及び図２（ｂ２）参照。）。粗加工工程Ｓ２０においては、図３に示すように、成形基材１１０の表面１１２におけるレーザ光照射領域Ｒ_Ｌにレーザ光Ｌを照射して、複数の略半球状凹部１２０を順次形成する。

各略半球状凹部１２０は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、成形基材１１０の表面１１２に、１回のレーザ照射により所定の加工形状を形成可能なビームプロファイルＢＰを有するパルス状のレーザ光Ｌ（例えば、波長２６６ｎｍ、パワー１００ｍＷ、パルス幅５０ｎｓ。）を、同一のレーザ光照射領域Ｒ_Ｌについては１回だけ照射することにより形成される。レーザ加工装置としては、紫外線レーザ加工装置を用いる。略半球状凹部１２０の内面には、レーザ加工に起因してデブリやドロスが発生し、また微小凹凸模様が形成されることがある（図４（ｂ）参照。但し、図４（ｂ）及び後述する図６（ａ）においては微小凹凸模様のみ図示。）。

３．仕上げ加工工程Ｓ３０
そして、集束イオンビーム加工装置を用いて成型基材１１０の表面１１２を仕上げ加工する（図２（ｃ１）及び図２（ｃ２）参照。）。仕上げ加工工程Ｓ３０においては、図５に示すように、成形基材１１０の表面１１２における集束イオンビーム照射領域Ｒ_ＩＢに集束イオンビームＩＢを照射して、略半球状凹部１２０を平滑化してマイクロレンズ形成用凹部１３０とする。集束イオンビームの照射は、例えば、イオン源Ｇａ、加速電圧４０ｋＶ、エミッション電流２μＡの条件でパルス状の集束イオンビーム（例えば、ビーム径５０ｎｍ、パルス幅１μｓ。）を用いて成形基材１１０の表面１１２を２０ｎｍずつずらしながらラスタースキャン方式で走査する（例えば、走査回数１００回。）ことにより行われる。

仕上げ加工工程Ｓ３０においては、図６に示すように、粗加工工程Ｓ２０で形成された略半球状凹部１２０の内面に集束イオンビームＩＢが照射されると、粗加工工程Ｓ２０で生じたデブリ、ドロス、微小凸部分が優先的に削り落とされ、粗加工面が仕上げ加工される。

なお、本発明のマイクロ成形金型の製造方法においては、紫外線レーザ加工装置及び集束イオンビーム加工装置を別途準備しておき、粗加工工程と仕上げ加工工程とを順次行うこととしてももちろんよいが、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法においては、紫外線レーザ加工装置及び集束イオンビーム加工装置を備える複合加工装置１０を準備しておき、複合加工装置１０を用いて、粗加工工程と仕上げ加工工程とを連続して行うこととしている。

なお、複合加工装置１０は、図７に示すように、加工対象となる成形基材１１０を搬入するためのロード室１２と、紫外線レーザ加工装置が内部に配置された紫外線レーザ加工室１４と、集束イオンビーム加工装置が内部に配置された集束イオンビーム加工室１６と、加工後の部品（マイクロ成形金型１００）を搬出するためのアンロード室１８と、加工対象となる成形基材１１０が配置され各部屋を移動可能な移動台２０とを備える加工装置である。

実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法においては、以上の工程を経て、マイクロ成形金型１００が製造される。

このため、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法によれば、まず、集束イオンビーム加工装置を用いた場合よりも生産性の高いレーザ加工装置を用いて成型基材１１０の表面１１２を粗加工しておき、その後、集束イオンビーム加工装置を用いて成型基材１１０の表面１１２を仕上げ加工することとしているため、マイクロ成形金型１００を製造する際の生産性を高くすることが可能となる。なお、集束イオンビーム加工装置の役割は仕上げ加工することにあるため、加工量は少なくてよく、マイクロ成形金型１００を製造する際の生産性をそれほど低下させてしまうこともない。

また、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法によれば、レーザ加工装置を用いて成型基材１１０の表面１１２を粗加工した後に、集束イオンビーム加工装置を用いて成型基材１１０の表面１１２を仕上げ加工することとしているため、レーザ加工により生じるデブリ、ドロス、微小凸部分が集束イオンビームＩＢにより優先的に削り落とされ、粗加工面が仕上げ加工される。このため、滑らかな表面形状のマイクロ成形金型１００を製造することができる。

また、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法によれば、仕上げ加工工程Ｓ３０においては、集束イオンビームＩＢを用いて成形基材１１０の表面１１２を走査することにより、成形基材１１０の表面１１２を仕上げ加工することとしているため、成形基材１１０の表面１１２を比較的短時間で仕上げ加工することが可能となる。

また、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法によれば、仕上げ加工工程Ｓ３０においては、集束イオンビームＩＢを用いて成形基材１１０の表面１１２をラスタースキャン方式で走査することとしているため、成形基材１１０の表面１１２に比較的広い面積にわたって加工領域が設定されている場合においても比較的短時間で集束イオンビームＩＢを走査することが可能となる。

また、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法によれば、粗加工工程Ｓ２０においては、成形基材１１０の表面１１２に、１回のレーザ照射により所定の加工形状を形成可能なビームプロファイルＢＰを有するパルス状のレーザ光Ｌを照射することにより、成形基材１１０の表面１１２を粗加工することとしているため、上記のようにビームプロファイルＢＰを調整したレーザ光Ｌをそのまま成形基材１１０の表面に照射することにより、極めて能率よく粗加工することが可能になり、マイクロ成形金型１００を製造する際の生産性をさらに高くすることが可能となる。

また、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法によれば、レーザ加工装置として、熱の発生が比較的少ない紫外線レーザ加工装置を用いるため、比較的高精度の粗加工を行うことが可能となる。

また、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法によれば、レーザ加工装置及び集束イオンビーム加工装置を備える複合加工装置１０を準備しておき、複合加工装置１０を用いて、粗加工工程と仕上げ加工工程とを連続して行うこととしているため、加工対象となる成形基材１１０を装置から出し入れする手間を省略することが可能となる。
また、加工対象となる成形基材１１０を複合加工装置１０内の移動台２０に位置調整して配置してしまえば、その後は、加工対象となる成形基材１１０を移動台２０から取り外すことなく粗加工工程及び仕上げ加工工程を連続して実施することが可能となるため、マイクロ成形金型１００を製造する際の生産性をさらに高くすることが可能となる。

また、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法においては、成形基材として、ガラス状カーボン含有材料からなる成形基材１１０を用いているため、製造されたマイクロ成形金型１００を用いて高温プレス成形を行う際に、マイクロ成形金型１００にチッピングや割れが発生し難くなり、マイクロ成形金型１００の表面に傷が付き難くなり、さらにはマイクロデバイス（マイクロレンズアレイ）が容易に離型するようになる。

また、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法においては、ガラス状カーボン含有材料として、ガラス状カーボンに加えてカーボンナノファイバを含有するガラス状カーボン含有材料を用いているため、ガラス状カーボン含有材料の強度及び硬度がさらに高くなり、製造されたマイクロ成形金型１００を用いて高温プレス成形を行う際に、マイクロ成形金型１００にチッピングや割れがさらに発生し難くなり、マイクロ成形金型１００の表面に傷がさらに付き難くなる。

〔実施形態２〕
実施形態２は、本発明のマイクロデバイスの製造方法を、マイクロ成形金型の製造方法（実施形態２に係るマイクロ成形金型の製造方法）に適用した場合を説明するための実施形態である。

図８は、実施形態２に係るマイクロ成形金型の製造方法を説明するために示す図である。図８（ａ１）〜図８（ｃ１）は実施形態２に係るマイクロ成形金型の製造方法における各工程図（斜視図）であり、図８（ａ２）〜図８（ｃ２）は実施形態２に係るマイクロ成形金型の製造方法における各工程図（断面図）である。なお、図８においては、マイクロレンズ形成用凹部２３０は、説明を簡単にするため、４行×４列の１６個のみが形成されているものとして図示している。

実施形態２に係るマイクロ成形金型の製造方法は、基本的には実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法と同様の工程を含むが、成形基材の構成が、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法の場合とは異なる。すなわち、実施形態２に係るマイクロ成形金型の製造方法においては、図８に示すように、成形基材として、ＳｉＣ基体２１４の表面側にガラス状カーボン含有層２１６を備える成形基材２１０を用いている。

このように、実施形態２に係るマイクロ成形金型の製造方法は、成形基材の構成が、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法の場合とは異なるが、成形基材２１０を準備する成形基材準備工程と、レーザ加工装置を用いて成型基材２１０の表面２１２を粗加工する粗加工工程と、集束イオンビーム加工装置を用いて成型基材２１０の表面２１２を仕上げ加工する仕上げ加工工程とをこの順序で含むため、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法の場合と同様に、マイクロ成形金型２００を製造する際の生産性を高くすることが可能となるという効果及び滑らかな表面形状のマイクロ成形金型２００を製造することができるという効果を有する。

なお、実施形態２に係るマイクロ成形金型の製造方法は、成形基材の構成以外の点においては、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法の場合と同様の製造方法であるため、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法が有する効果のうち該当する効果を有する。

〔実施形態３〕
実施形態３は、本発明のマイクロデバイスの製造方法を、マイクロ成形金型の製造方法（実施形態３に係るマイクロ成形金型の製造方法）に適用した場合を説明するための実施形態である。

図９は、実施形態３に係るマイクロ成形金型の製造方法を説明するために示す図である。図９（ａ）は実施形態３に係るマイクロ成形金型の製造方法における成形基材準備工程を説明するために示す図（断面図）であり、図９（ｂ）〜図９（ｄ）は実施形態３に係るマイクロ成形金型の製造方法における粗加工工程を説明するために示す図（断面図）であり、図９（ｅ）は実施形態３に係るマイクロ成形金型の製造方法における仕上げ加工工程を説明するために示す図（断面図）である。

実施形態３に係るマイクロ成形金型の製造方法は、基本的には実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法と同様の工程を含むが、粗加工工程の内容が、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法の場合とは異なる。すなわち、実施形態３に係るマイクロ成形金型の製造方法においては、図９に示すように、粗加工工程で、成形基材３１０の表面３１２に、複数回のレーザ照射により所定の加工形状を形成可能なビームプロファイルＢＰを有するパルス状のレーザ光Ｌを複数回に分けて照射することにより、成形基材３１０の表面３１２を粗加工することとしている。

このように、実施形態３に係るマイクロ成形金型の製造方法は、粗加工工程の内容が、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法の場合とは異なるが、成形基材３１０を準備する成形基材準備工程と、レーザ加工装置を用いて成型基材３１０の表面３１２を粗加工する粗加工工程と、集束イオンビーム加工装置を用いて成型基材３１０の表面３１２を仕上げ加工する仕上げ加工工程とをこの順序で含むため、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法の場合と同様に、マイクロ成形金型３００を製造する際の生産性を高くすることが可能となるという効果及び滑らかな表面形状のマイクロ成形金型３００を製造することができるという効果を有する。

なお、実施形態３に係るマイクロ成形金型の製造方法は、粗加工工程以外の工程については、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法の場合と同様の工程を含むため、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法が有する効果のうち該当する効果を有する。

〔実施形態４〕
実施形態４は、本発明のマイクロデバイスの製造方法を、マイクロ成形金型の製造方法（実施形態４に係るマイクロ成形金型の製造方法）に適用した場合を説明するための実施形態である。

図１０は、実施形態４に係るマイクロ成形金型の製造方法を説明するために示す図である。図１０（ａ）は実施形態４に係るマイクロ成形金型の製造方法における粗加工工程を説明するために示す図であり、図１０（ｂ）は実施形態４に係るマイクロ成形金型の製造方法を用いて製造されるマイクロ成形金型４００の斜視図である。なお、図１０においては、マイクロレンズ形成用凹部４３０は、説明を簡単にするため、４行×４列の１６個のみが形成されているものとして図示している。

実施形態４に係るマイクロ成形金型の製造方法は、基本的には実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法と同様の工程を含むが、マイクロレンズ形成用凹部の形状が、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法の場合とは異なる。すなわち、実施形態４に係るマイクロ成形金型の製造方法においては、図１０（ａ）に示すように、平面視略矩形状のマイクロレンズ形成用凹部４３０を製造することとしている。

このように、実施形態４に係るマイクロ成形金型の製造方法は、マイクロレンズ形成用凹部の形状が、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法の場合とは異なるが、成形基材４１０を準備する成形基材準備工程と、レーザ加工装置を用いて成型基材４１０の表面４１２を粗加工する粗加工工程と、集束イオンビーム加工装置を用いて成型基材４１０の表面４１２を仕上げ加工する仕上げ加工工程とをこの順序で含むため、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法の場合と同様に、マイクロ成形金型４００を製造する際の生産性を高くすることが可能となるという効果及び滑らかな表面形状のマイクロ成形金型４００を製造することができるという効果を有する。

なお、実施形態４に係るマイクロ成形金型の製造方法は、マイクロレンズ形成用凹部の形状以外の点においては、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法の場合と同様の製造方法であるため、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法が有する効果のうち該当する効果を有する。

〔実施形態５〕
実施形態５は、本発明のマイクロデバイスの製造方法を、マイクロ成形金型の製造方法（実施形態５に係るマイクロ成形金型の製造方法）に適用した場合を説明するための実施形態である。

図１１は、実施形態５に係るマイクロ成形金型の製造方法を説明するために示す図である。図１１（ａ）〜図１１（ｅ）は実施形態５に係るマイクロ成形金型の製造方法における各工程図（断面図）である。

実施形態５に係るマイクロ成形金型の製造方法は、基本的には実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法と同様の工程を含むが、エネルギー吸収膜形成工程とエネルギー吸収膜除去工程とをさらに含む点で、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法の場合とは異なる。すなわち、実施形態５に係るマイクロ成形金型の製造方法においては、成形基材準備工程（図１１（ａ）参照。）と粗加工工程（図１１（ｃ）参照。）との間に、成形基材５１０の表面５１２にエネルギー吸収膜５１４を形成するエネルギー吸収膜形成工程（図１１（ｂ）参照。）をさらに含むとともに、仕上げ加工工程（図１１（ｄ）参照。）の後に、エネルギー吸収膜５１４を除去するエネルギー吸収膜除去工程（図１１（ｅ）参照。）をさらに含むこととしている。エネルギー吸収膜５１４としては、例えば、厚さ２μｍのポリイミド膜を用いる。

このように、実施形態５に係るマイクロ成形金型の製造方法は、エネルギー吸収膜形成工程とエネルギー吸収膜除去工程とをさらに含む点で、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法の場合とは異なるが、成形基材５１０を準備する成形基材準備工程と、レーザ加工装置を用いて成型基材５１０の表面５１２を粗加工する粗加工工程と、集束イオンビーム加工装置を用いて成型基材５１０の表面５１２を仕上げ加工する仕上げ加工工程とをこの順序で含むため、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法の場合と同様に、マイクロ成形金型５００を製造する際の生産性を高くすることが可能となるという効果及び滑らかな表面形状のマイクロ成形金型５００を製造することができるという効果を有する。

また、実施形態５に係るマイクロ成形金型の製造方法によれば、レーザ光Ｌにおけるビーム周辺領域においては、レーザ加工をエネルギー吸収膜５１４の部分でとどめることが可能となり、レーザ光照射領域の周辺領域においても高精度の粗加工を行うことが可能となる。

なお、実施形態５に係るマイクロ成形金型の製造方法は、エネルギー吸収膜形成工程とエネルギー吸収膜除去工程とをさらに含む点以外の点においては、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法の場合と同様の製造方法であるため、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法が有する効果のうち該当する効果を有する。

〔実施形態６〕
実施形態６は、本発明のマイクロデバイスの製造方法を、μＴＡＳなどに用いるマイクロチャネルの製造方法（実施形態６に係るマイクロチャネルの製造方法）に適用した場合を説明するための実施形態である。

図１２及び図１３は、実施形態６に係るマイクロチャネルの製造方法を説明するために示す図である。図１２（ａ１）〜図１２（ｃ１）は実施形態６に係るマイクロチャネルの製造方法における各工程図（斜視図）であり、図１２（ａ２）〜図１２（ｃ２）は実施形態６に係るマイクロチャネルの製造方法における各工程図（断面図）である。図１３（ａ）〜図１３（ｆ）は実施形態６に係るマイクロチャネルの製造方法における粗加工工程を説明するために示す図（平面図）であり、図１３（ａ１）〜図１３（ａ４）は図１３（ａ）をさらに詳細に示す工程図（断面図）であり、図１３（ｂ１）〜図１３（ｂ４）は図１３（ｂ）をさらに詳細に示す工程図（断面図）である。

実施形態６に係るマイクロチャネルの製造方法は、図１２に示すように、成形基材準備工程と、粗加工工程と、仕上げ加工工程とをこの順序で実施する。以下、これら各工程について図面を参照しながら説明する。

１．成形基材準備工程
まず、硼珪酸ガラスからなる成形基材６１０を準備する（図１２（ａ１）及び図１２（ａ２）参照。）。成形基材６１０の形状は、平板状（例えば、１５ｍｍ×５ｍｍ×１．５ｍｍ厚。）である。

２．粗加工工程
次に、レーザ加工装置を用いて成型基材６１０の表面を粗加工する（図１２（ｂ１）及び図１２（ｂ２）参照。）。粗加工工程においては、図１３に示すように、成形基材６１０の表面６１２におけるレーザ光照射領域Ｒ_Ｌにレーザ光Ｌを照射して、溝用凹部６２０（例えば、幅５０μｍ、深さ５０μｍ。）を順次形成する。

溝用凹部６２０は、図１３に示すように、成形基材６１０の表面６１２に、複数回のレーザ照射により所定の加工形状を形成可能なビームプロファイルＢＰを有する略矩形状のパルス状のレーザ光Ｌを、同一のレーザ光照射領域Ｒ_Ｌについて複数回照射することにより形成される。溝用凹部６２０の内面には、レーザ加工に起因してデブリやドロスが発生し、また微小凹凸模様が形成されることがある（図１２（ｂ２）参照。但し、図１２（ｂ２）においては微小凹凸模様のみ図示。）。

３．仕上げ加工工程
そして、集束イオンビーム加工装置を用いて成型基材６１０の表面６１２を仕上げ加工する（図１２（ｃ１）及び図１２（ｃ２）参照。）。仕上げ加工工程においては、成形基材６１０の表面６１２における集束イオンビーム照射領域に集束イオンビーム（例えば、イオン源Ｇａ、加速電圧４０ｋＶ、エミッション電流２μＡ。）を照射して、溝用凹部６２０を平滑化して溝６３０とする。集束イオンビームの照射は、ビーム径が例えば５０ｎｍのパルス状の集束イオンビーム（例えば、パルス幅１μｓ。）を用いて成形基材６１０の表面６１２を２０ｎｍずつずらしながら、溝用凹部６２０の近傍についてのみラスタースキャン方式で走査する（例えば、走査回数１００回。）ことにより行われる。

仕上げ加工工程においては、図１２（ｃ２）に示すように、粗加工工程で形成された溝用凹部６２０の内面に集束イオンビームが照射されると、粗加工工程で生じたデブリ、ドロス、微小凸部分が優先的に削り落とされ、粗加工面が仕上げ加工される。

実施形態６に係るマイクロチャネルの製造方法においては、以上の工程を経て、マイクロチャネル６００が製造される。

このように、実施形態６に係るマイクロチャネルの製造方法は、製造対象製品が、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法の場合とは異なるが、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法の場合と同様に、成形基材６１０を準備する成形基材準備工程と、レーザ加工装置を用いて成型基材６１０の表面６１２を粗加工する粗加工工程と、集束イオンビーム加工装置を用いて成型基材６１０の表面６１２を仕上げ加工する仕上げ加工工程とをこの順序で含むため、マイクロチャネル６００を製造する際の生産性を高くすることが可能となるという効果及び滑らかな表面形状のマイクロチャネル６００を製造することができるという効果を有する。

なお、実施形態６に係るマイクロチャネルの製造方法は、製造対象製品が異なる点以外の点においては、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法の場合と同様の製造方法であるため、実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法が有する効果のうち該当する効果を有する。

以上、本発明のマイクロデバイスの製造方法の製造方法を上記の各実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。

（１）上記実施形態１〜５に係るマイクロ成形金型の製造方法においては、成形基材として、少なくとも表面側がガラス状カーボン含有材料からなる成形基材を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。成形基材として、ガラス状カーボン含有材料以外の非晶質材料（例えば、ＳｉＣ、Ｎｉ−Ｐなど。）からなる成形基材を用いることもできるし、金属材料（例えば、超硬合金、工具鋼、焼入れ鋼など。）からなる成形基材を用いることもできる。

（２）上記各実施形態に係るマイクロ成形金型の製造方法又はマイクロチャネルの製造方法においては、レーザ加工装置として、紫外線レーザ加工装置を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。レーザ加工装置として、フェムト秒レーザ加工装置又はファイバレーザ加工装置を用いることもできる。

（３）上記各実施形態に係るマイクロ成形金型の製造方法又はマイクロチャネルの製造方法においては、粗加工工程として、１回又は複数回のレーザ照射により所定の加工形状を形成可能なビームプロファイルを有するパルス状のレーザ光を照射することにより、成形基材の表面を粗加工する方法を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。粗加工工程として、極細のビーム径を有するレーザ光を加工形状に沿って走査することにより、成形基材の表面を粗加工する方法を用いることもできる。

（４）上記実施形態５に係るマイクロ成形金型の製造方法においては、仕上げ加工工程の後にエネルギー吸収膜除去工程を行うこととしたが、本発明はこれに限定されるものではない。粗加工工程と仕上げ加工工程との間にエネルギー吸収膜除去工程を行うこともできる。

実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法を説明するために示すフローチャートである。 実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法を説明するために示す図である。 実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法における粗加工工程Ｓ２０を説明するために示す図である。 実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法における粗加工工程Ｓ２０を説明するために示す図である。 実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法における仕上げ加工工程Ｓ３０を説明するために示す図である。 実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法における仕上げ加工工程Ｓ３０を説明するために示す図である。 実施形態１に係るマイクロ成形金型の製造方法において使用する複合加工装置１０を説明するために示す概念図である。 実施形態２に係るマイクロ成形金型の製造方法を説明するために示す図である。 実施形態３に係るマイクロ成形金型の製造方法を説明するために示す図である。 実施形態４に係るマイクロ成形金型の製造方法を説明するために示す図である。 実施形態５に係るマイクロ成形金型の製造方法を説明するために示す図である。 実施形態６に係るマイクロ成形金型の製造方法を説明するために示す図である。 実施形態６に係るマイクロ成形金型の製造方法を説明するために示す図である。 従来のマイクロ成形金型９００を説明するための図である。 従来のマイクロ成形金型の製造方法を説明するために示す図である。

符号の説明

１０…複合加工装置、１２…ロード室、１４…紫外線レーザ加工室、１６…集束イオンビーム加工室、１８…アンロード室、２０…移動台、１００，２００，３００，４００，５００，９００…マイクロ成形金型、１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０，９１０…成形基材、１１２，２１２，３１２，４１２，５１２，６１２，９１２…成形基材の表面、１２０，２２０，３２０，４２０，５２０，９２０…略半球状凹部、１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，９３０…マイクロレンズ形成用凹部、２１４…ＳｉＣ基体、２１６…ガラス状カーボン含有層、５１４…エネルギー吸収膜、６００…マイクロチャネル、６２０…溝用凹部、６３０…溝、ＢＰ…レーザ光のビームプロファイル、Ｌ…紫外線レーザ、ＩＢ…集束イオンビーム、Ｒ_Ｌ…レーザ光照射領域、Ｒ_ＩＢ…集束イオンビーム照射領域、Ｒ_ｍ…仕上げ加工領域

Claims (12)

1. 成形基材を準備する成形基材準備工程と、
   レーザ加工装置を用いて前記成型基材の表面を粗加工する粗加工工程と、
   集束イオンビーム加工装置を用いて前記成型基材の表面を仕上げ加工する仕上げ加工工程とをこの順序で含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
2. 請求項１に記載のマイクロデバイスの製造方法において、
   前記仕上げ加工工程においては、集束イオンビームを用いて前記成形基材の表面を走査することにより、前記成形基材の表面を仕上げ加工することを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
3. 請求項２に記載のマイクロデバイスの製造方法において、
   前記仕上げ加工工程においては、集束イオンビームを用いて前記成形基材の表面をラスタースキャン方式で走査することを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
4. 請求項２又は３に記載のマイクロデバイスの製造方法において、
   前記仕上げ加工工程においては、ビーム径が０．１μｍ以上の集束イオンビームを用いて前記成形基材の表面を走査することを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のマイクロデバイスの製造方法において、
   前記粗加工工程においては、前記成形基材の表面に、１回又は複数回のレーザ照射により所定の加工形状を形成可能なビームプロファイルを有するパルス状のレーザ光を照射することにより、前記成形基材の表面を粗加工することを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のマイクロデバイスの製造方法において、
   前記レーザ加工装置として、紫外線レーザ加工装置を用いることを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
7. 請求項１〜５のいずれかに記載のマイクロデバイスの製造方法において、
   前記レーザ加工装置として、フェムト秒レーザ加工装置を用いることを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
8. 請求項１〜５のいずれかに記載のマイクロデバイスの製造方法において、
   前記レーザ加工装置として、ファイバレーザ加工装置を用いることを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載のマイクロデバイスの製造方法において、
   前記レーザ加工装置及び前記集束イオンビーム加工装置を備える複合加工装置を準備しておき、
   前記複合加工装置を用いて、前記粗加工工程と前記仕上げ加工工程とを連続して行うことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載のマイクロデバイスの製造方法において、
    前記成形基材準備工程と前記粗加工工程との間に、前記成形基材の表面にエネルギー吸収膜を形成するエネルギー吸収膜形成工程をさらに含むとともに、
    前記粗加工工程の後に、前記エネルギー吸収膜を除去するエネルギー吸収膜除去工程をさらに含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載のマイクロデバイスの製造方法において、
    前記マイクロデバイスは、マイクロ成形金型であり、
    前記成形基材は、少なくとも表面側がガラス状カーボン含有材料からなる成形基材であることを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
12. 請求項１１に記載のマイクロデバイスの製造方法において、
    前記ガラス状カーボン含有材料は、ガラス状カーボンに加えてカーボンナノファイバを含有することを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。