JPH04151220A - 微細加工を施した射出成形用コアの作成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は微細加工を施したプラスチック成形品を生産す
るために使用される射出成形用コアの作成方法に関する
。

［従来の技術およびその課題］ 従来、例えば光回折格子のような表面に微細加工が施さ
れた光学部品は、材質をガラスとして、第２図に示すよ
うな方法で製品化されていた。すなわち、まずガラス等
の基材１の片面に、有機物３を１卯程度の厚みで均一に
塗布、プリベークにて半硬化する（第２図（ａ））。こ
の有機物層３上に格子化された遮光マスク５をあて、紫
外線露光する（第２図（ｂ））。次いで、例えばポジ型
有機物の場合、アルカリ性現像液にて現像すると非露光
部が残され（第２図（Ｃ））、格子が形成される。以上
のように形成された格子のパターンを真空蒸着時のマス
クとなるようにしておく。

その後、蒸着器に搬入した後、所定の真空度まで排気し
、５ｉ０２７等の物質を所定の厚みに蒸着する（任−意
に設定された波長の光が回折・干渉により所望の条件を
満足する膜厚）（第２図（ｄ））。

以上のようにして、格子溝６に５ｉ０２７を蒸着した後
、有機物層３を剥離し、第２図（ｅ）に示す光回折格子
８を形成していた。そして、この光回折格子８は第３図
に示すように、リング状のハウジング９の内側に支持さ
れて製品化している。

このように、基材１に有機物層３を介して格子パターン
溝６を形成し、この有機物層３を溶剤にて部分的に溶解
、除去する方法では製造時間がかかるうえ、製造装置の
簡素化が困難でコスト高となり易く、製品の小型化にも
限度がある。

一方、光回折格子を合成樹脂で射出成形して製造できれ
ば、製造工程が簡素化されるとともに、大幅なコスト低
減が可能であるし、製造装置も簡素化されると考えられ
る。

しかし、射出成形法においての問題点として、光回折格
子は、深さ０．３期程度の格子溝を±０．０１柳の精度
で作成する必要があるため、この精度を満たす射出成形
用コアが必要となる。

この精度を維持するために行われる方法としては、スラ
イサーによる溝切削でダイヤモンド刃の幅を格子幅２０
柳に設定し、格子溝の深さをコントロールしながら切削
していくという方法がある。

しかし、この方法では溝深さの制御が難しく、深さ寸法
にばらつきが多く、±０．０ｕａｙの公差に収めるには
かなり多くの試験数が必要で、あまり実用的とは言い難
い。また、ホログラムで２次元的な凹凸を有するものに
も適用できない。

そこで本発明者らが考案した方法として、微細加工を有
するコアの作成方法として、従来とほぼ同じ方法、即ち
上記第２図における（ａ）〜（Ｃ）までの方法により、
微細な格子パターンをレジストにて形成し、次いでマス
クが形成されたレジスト面をエツチングすること、即ち
エツチングによりマスク以外の面を削り、ある深さにエ
ツチング後、レジスト剥離液にてレジスト部を除去し、
目的とする射出成形用コアを作成する方法がある。

しかし、金属コアをエツチングするためには、エツチン
グ源のパワー、使用ガス、基材の設定方法、温度条件等
の制御が必要とされる。また、製作されたコアの寸法お
よび精度が実際の樹脂成形された微細加工製品の成形条
件を満足できるものであるかどうかという疑問も生じて
くる。

そこで、本発明者らは、上記の問題を解決して、微細な
レジストパターンをマスクとしてコア表面をドライエツ
チングする際に、目的とする溝深さおよび幅を精度よく
加工することのできる方法をすでに提案した。

これは、基材表面に凹凸パターンの深さに相当する膜厚
で誘電体膜または金属膜を形成して、さらにその上に、
有機レジストで所定のレジストパターンを形成する。そ
してこのレジストパターンをマスクとしてエツチングを
行う。この時レジストマスクと蒸着膜はそれぞれエツチ
ングされるが、エツチングの終点については、基材もし
くは誘電体膜になる（エツチングガスもしくはエツチン
グ液と、基材および膜との溶解性に選択性が認められる
ためである〉。

上記工程によれば、まず、金属もしくは誘電体物質を物
理蒸着（真空蒸着、スパッタリング、イオンブレーティ
ング等）か、化学蒸着のどちらかで形成させるか、この
際の蒸着膜の膜厚管理については、既に周知の通り、精
度は非常によい。しかし、形成された蒸着膜をエツチン
グする際には大きな問題点が残されている。これは、蒸
着膜形成時のコート条件と、エツチングする際のエツチ
ング条件の２つの最適条件を見つけてコアを作成する際
、何らかの影響で、一方の条件あるいは双方の条件が変
化していた場合、目的とされる格子形状が得られないこ
とである。例えば、同条件と判断されるコート条件にて
クロム（Ｃｒ）を数回転蒸着し、次いで、レジストパタ
ーンを形成させ、クロムエツチングを行う時、レジスト
パターンが形成されにくいものがあったり、またマスク
形成はできるが、エツチングの際、サイドエッチングが
発生し、目的とする格子形状が得られないという問題が
あった。これは蒸着条件を一定に膜を形成しても、真空
槽内の汚れ度合、Ｃｒコート時のわずかな蒸着スピード
等の違いにより、エツチングがされにくかったりマスク
が形成されにくかったりするためである。このため、実
験的レベルで、場合によっては、数個中１〜２個のみ格
子形成が可能ということもあり得る状況下では、量産用
コアの製作において問題である。

本発明は以上述べたような従来の事情に対処してなされ
たもので、リフトオフ方式を利用し、目的とする溝深さ
および幅を精度よく加工することのできる射出成形用コ
アの作成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］ 本発明は、基材表面に凹凸パターンを有する微細加工を
施した射出成形用コアの作成方法において、金属基村上
に第１の金属からなる格子パタンを形成する工程と、該
格子パターン上に前記凹凸パターンの深さに相当する膜
厚て第２の金属膜を堆積する工程と、前記第１の金属よ
りなる格子パターンおよび該パターン上の第２の金属膜
を剥離液を用いた湿式エツチングにより除去して第２の
金属よりなる所定深さの凹凸パターンを基材上に形成す
る工程とを備えてなることを特徴とする微細加工を施し
た射出成形用コアの作成方法である。

上記の方法において、第１の金属膜を形成するのに先立
って、第３の金属膜をコートしておくと、第１の金属膜
による金属格子の形成の際のエツチングの終点が正確に
行われると共に、リフトオフの際に、剥離液によって基
材が腐食されるのを防ぐことができるので望ましい方法
である。

本発明による射出成形用の微細加工を有するコアの作成
は、初めに、マスクとなる金属格子を形成する。この時
の金属格子の形成方法は、まず第１の金属膜をコートす
る。膜厚については、１０００〜５０００人の範囲で形
成することが望ましい。次いで形成された第１の金属膜
上にレジストを塗布し、目的に合わせた格子ピッチにて
、露光、現像を行い、レジスト格子を形成させる。この
レジスト格子をマスクとして第１の金属をエツチングす
ることにより、金属格子か完成する。エツチング法とし
ては、湿式エツチングでもドライエツチングでもよい。

この金属格子上に、製品の凹凸パターンの深さに相当す
る膜厚て格子パターンとは別の第２の金属膜をコートす
る。第１の金属および第２の金属をコートする際の方法
は、物理蒸着（真空蒸着、スパッタリング、イオンブレ
ーティング等）か、化学蒸着のどちらかで形成させる。

次に、リフトオフ法にて第１の金属マスクおよび該マス
ク上の第２の金属を剥離し、第２の金属よりなる格子パ
ターンを得る。この時に用いられる剥離液としては、例
えばアルカリ溶液が挙げられるが、第１の金属を溶解さ
せ、かつ第２の金属に対しては耐性を有するものでおれ
ばいずれでもよく、用いる金属の種類によって適宜選択
して使用される。

本発明の方法に用いられる射出成形用金属コアの基材の
材質としては、鉄を主成分とするものがよいが、成形用
コアとして易加工性を有し、かつ機械的強度が満足でき
るものなら全て使用することができる。

また、第１の金属については、アルミニウムが挙げられ
るが、これに限定されるものではない。

後述するように、第２の金属膜をコートする際の蒸着温
度が比較的高いので、この時にマスクとしての効果を満
たさず、溶けてしまったり、剥離したりすることがなく
、かつリフトオフでは剥離液にて剥離する物質なら全て
用いることができる。

第２の金属については、ｃｒ、　Ｔ；、ｃｕ、Ｎ　＋、
Ｎｏ、Ｗ、Ｔａ等が挙げられるが、特に物質に限定はな
く、基材と相性がよく、かつ第１の金属を溶解、剥離さ
せた際に浸されなく、成形時、耐久性のよい物質なら全
て用いることができる。

また、第１の金属膜の形成に先立って、第３の金属膜を
形成する場合に用いられる第３の金属の材質としては、
リフトオフの際に用いられる剥離液に対して耐性を有し
、かつ基材と相性のよいものであれば何でも用いること
ができる。例えば、第２の金属と同じ材質であってもよ
い。

目標とされる凹凸パターン格子の溝深さは、第２の金属
をコートする際の膜厚コントロールで決定されるため、
この膜厚コントロールは極めて重要な要因である。蒸着
時の膜厚コントロールは、第４図の真空蒸着装置に示す
ように、チャンバ１０内に水晶振動子モニタ１３を設け
、基材１１とモニタ１３との膜厚比を取ってあき、所望
の目的とする膜厚をコントロールする。なあ、図中、１
２はガス導入口、１４はシャッタ、１５は蒸着源、１６
は排気口である。

蒸着温度は密着性向上を第１の目的とするため、３５０
℃以上の温度が望ましく、蒸着方法は真空蒸着よりスパ
ッタリング、またスパッタリングよりイオンブレーティ
ングのほうが望ましい。これは既に報告されている通り
、蒸着分子の運動エネルギーが高い程、密着性に効果が
あるという結果からである。

第１の金属よりなる格子を形成させる際、使用するレジ
ストマスクは、既に報告されているレジストであり、第
１の金属をエツチングする際に、変質あるいは分解しな
ければ特に限定はない。パターンの形成方法については
、例えば密着性強化剤を塗布した後、レジストをスピン
コードにて均一に薄膜化したものをスーパークリーンオ
ーブンでプリベークを行う（レジスト半硬化）。この際
、レジストの厚みとしては、０．５〜２．５庫の範囲が
望ましく、２．５ｔｉＩＩｔを超えるとエツチング時の
再付着のため精度に問題が生じ、０．５１１１ｎ未満だ
とマスクとしての効果を有さないので、いずれも好まし
くない。

以上のように形成されたレジスト面上に、目的とされる
微細加工形状にカットされているマスク板（クロムにて
格子形成済）を乗せ、紫外線照射させる。レジストの種
類としては、この紫外線照射により、アルカリ性のＬＳ
Ｉ用現像液にてレジストの照射された部分を削除するポ
ジ型レジストと、逆に露光部分を硬化させて残すネガ型
レジストの２種があるが、格子形成条件に合わせて使い
分けるのがよい。次いでクリーンオーブンにてポストベ
ーク（レジスト完全硬化）を行い、エツチング可能な状
態にする。

［実施例］ 次に、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に
説明する。なお、本実施例では目的とする格子溝を幅２
０虐、深さ０．３卯とし、鉄を主成分とした金属コアを
製作して、光回折格子の成形性を調べた。また、比較実
験として、レジストによるリフトオフ方式にて製作した
コアの成形強度も調べた。

実施例１ 第１図は本発明の方法の一例を工程順に示したもので、
同図に基づいて本実施例を説明する。

金属基材１の表面をアルコールにて洗浄し、真空槽にセ
ットした。この時の蒸着方法は、真空蒸着法にて行うも
のとする。基材１を４００℃にセットし、排気後、２ｘ
ｌＯ−５Ｔｏｒｒまで真空度を確認後、膜厚１５０人で
クロム（Ｃｒ）２２を蒸着した。

基材を冷却したのち、大気導入後取り出した。次いで、
再び真空槽へ導入し、基材を１００℃にセットし、排気
後、２　Ｘ　１０−５　Ｔｏｒｒまで真空度を確認後、
アルミニウム（Ａｉ＞２３を蒸着した。この時のＡＩ！
膜厚は１５００　Ａである。基材を常温近くまで冷却し
たのち、大気導入後、取り出した。以上のように形成さ
れた基材の断面図を第１図（ａ）に示す。

次いで、第１図（ｂ）に示すように、所定のパタンを有
するレジスト２４をへ！２３上に形成する。

その後、レジストパターンを形成した基材をエツチング
槽に入れ、湿式エツチングを行い、第１図（Ｃ）に示す
ようにアルミ格子を形成する。湿式エツチング終了後、
レジストパターンを剥離し、真空蒸着槽に搬入して第１
図（ｄ）のようにコート面を蒸着源側にセットする。

次いで、基材温度を４００℃にセットし、２×１Ｏ−５
Ｔｏｒｒまで排気し、第１図（ｅ）に示すように、Ｃｒ
２５を目的の深さとなるように蒸着する。本実絶倒では
、３０００人（０，３韓）とした。基材を冷却後、大気
導入し、取り出した。

次に、Ａ１２３を剥離し、第１図（ｆ）に示すような射
出成形用コアを作製した。

比較例１ 金属基材の表面をアルコールにて洗浄し、実施例１と同
様にベースのＣｒを１５０人蒸着した。

次に、所定のパターンでレジストをＣｒ上に形成する。

レジストパターン面を蒸着源側にセットし、基材温度を
１００℃にセットし、排気後２Ｘ１０−５Ｔｏｒｒまで
真空排気した。

次いでｃｒを目的とされる厚み（格子深さ）に、本比較
例では３０００人コートした。大気導入後、取り出し、
レジストを剥離させ、第１図（ｆ）と同様なコアを得た
。

次に実施例および比較例により得られたコアを射出成形
機に取り付け、その成形性および格子強度を調べた。成
形性は、各個で得られたコアを用いて、成形回数ごとに
４個のサンプルを作製し、４個すべてに成形性の異常が
認められるものを×、４個すべてに異常のないものを○
とした。また格子強度は、成形回数ごとに、コアの格子
状態を顕微鏡にて確認し、格子の剥離の有無を調ぺた。

格子剥離が認められるものをＸ、剥離が認められないも
のを０とした。その結果を表−１に示す。

表−１ 比較例１により作製した格子は、Ｃｒ蒸着時の基材温度
が低いので、成形回数を増すにつれ、格子が剥離した。

特に、成形回数ｉ　ｏｏｏｏ回では、格子の約５割が取
れてしまった。実施例１についてはまったく異常は見ら
れなかった。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、本発明の射出成形用光回折格子コ
アの作成方法によれば、目的とする溝深さ、幅を精度よ
く加工でき、形状的にも成形性においても優れており、
また従来の方法で製品化されている光回折格子に比べて
、その製造時間を大きく短縮化できるうえ、製造装置の
簡素化を図ることができる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法の一実施例の工程図、第２図は従
来例による光回折格子の作成方法の一例の工程図、第３
図は従来の光回折格子の製品化の際の支持方法を示す断
面図、第４図は本発明の方法の一例に用いられる真空蒸
着装置の概略構成図である。 １．１１・・・基材　　　　　　３・・・有機物層５・
・・格子パターンマスク　６・・・格子溝７・・・３１
０２　　　　　　８・・・光回折格子９・・・ハウジン
グ　　　　　１０・・・チャンバ１２・・・ガス導入口 １３・・・水晶振動子モニタ １５・・・蒸発源 ２２、２５−（：、　ｒ ２４・・・レジストパターン １４・・・シャッタ １６・・・排気口 ２３・・・八β

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基材表面に凹凸パターンを有する微細加工を施し
   た射出成形用コアの作成方法において、金属基材上に第
   １の金属からなる格子パターンを形成する工程と、該格
   子パターン上に前記凹凸パターンの深さに相当する膜厚
   で第２の金属膜を堆積する工程と、前記第１の金属より
   なる格子パターンおよび該パターン上の第２の金属膜を
   剥離液を用いた湿式エッチングにより除去して第２の金
   属よりなる所定深さの凹凸パターンを基材上に形成する
   工程とを備えてなることを特徴とする微細加工を施した
   射出成形用コアの作成方法。
2. （２）第１の金属からなる格子パターンの形成に先立っ
   て、剥離液に対して耐性を有する第３の金属膜を基材全
   面に形成する工程を備えた請求項１記載の微細加工を施
   した射出成形用コアの作成方法。