JPH03267386A

JPH03267386A - 微細加工を施した射出成形用コアの作成方法

Info

Publication number: JPH03267386A
Application number: JP6402190A
Authority: JP
Inventors: Yuuki Nakada; 中田　雄己; Kumajirou Sekine; 関根　熊二郎
Original assignee: SEKINOSU KK
Current assignee: SEKINOSU KK
Priority date: 1990-03-16
Filing date: 1990-03-16
Publication date: 1991-11-28

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割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、材質をカラスとして、第４図に示すよ
うな方法で製品化されていた。すなわち、まずカラス等
の基材１の片面に、有機物３を１胸程度の厚みで均一に
塗布、プリベータにて半硬化する（第４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４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４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あく。

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４図（ｄ））。

以上のようにして、格子溝６に５ｉＯ２７を蒸着した後
、有機物層３を剥離し、第４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５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、割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廟程度の格子溝を±０．０１卯の精度
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じては、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
切に設定し、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、±ｏ、　０１卯の公差に収めるには
かなり多くの試験数か必要で、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４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
グ源のエネルギーパワー、使用カス、基材の設定方法、
温度条件等の制御か必要とされる。

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。

通常、ドライエツチングはウェットエツチングに比へて
種々の利点があるため、ＬＳＩ、ＶＬＳ■の高密度、高
速化に伴い、その製造プロセスに広く取り入れられ、ざ
らに光デバイスの微細加工への適用などにも大きな期待
が寄せられている。

ドライエツチングのメカニズムとしては、高エネルギー
粒子による物理的なスパッタ効果によるもの、およびそ
れらの組み合わせによるものがある。この中で種々の報
告がなされている半導体の材料としては、シリコンを主
としたものか多く、金属について確立されたドライエツ
チング法はない。

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、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、金属基材上
または表面に誘電体膜がコートされた金属基材上に凹凸
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、目的とするエツチング深さの位置に金属−
誘電体界面を形成する工程と、前記誘電体膜または金属
膜上に所定のレジストパターンを形成する工程と、該レ
ジストパターンをマスクとして前記界面までのエツチン
グを行う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。

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、基材の表面に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。

この時基材は、目的とする微細加工物の形状もしくはエ
ツチング方法により、誘電体物を形成させたものを用い
、その上に金属膜を目的に合わせてコートするか、また
は直接金属基材を用いるか、あるいは金属基材上に金属
膜を形成させて、その上に誘電体膜を形成させるかを決
定する。即ち、金属基材の材質、エツチングの加工性お
よび条件、エツチング時の形状、エツチングガスの種類
により実験的に決定することが望ましい。いずれにして
も、目的とするエツチング深さと同等の位置に金属−誘
電体界面が形成されるように、所定の膜厚で誘電体膜ま
たは金属膜を形成した後、コート面にレジストよりなる
目的に合わせた微細パターンを形成し、真空槽内に入れ
、ドライエツチングを行う。

エツチングでは異方性形状を得るため、不活性ガスを用
いるのが望ましい。終点ポイントの判定は、蒸着により
形成された金属および誘電体物質の電気抵抗値の変化に
よるものがよい。通常、金属物質の電気抵抗値はおよそ
Ｘｌ０−６Ωｃｍで、また誘電体物質は×１０〜×１０
１６Ωｃｍと大きな値の差４がある。このため、エツチングを必要とする深さは金属
膜また誘電体膜の膜厚て決定され、エツチングしたい膜
が金属なら下地に誘電体物質、また、逆に誘電体膜をエ
ツチングするときは下地に金属物質を基材との間にそれ
ぞれ介在させるか、金属基材そのものであってもよい。

膜の終点ポイントの確認は、製品とされる金属コアの表
面を実測してもよく、またエツチング物質を同じ膜厚分
形成したダミーサンプルをモニタリングしてもよい。

また、電気抵抗値の測定は、エツチングの対象となる膜
が金属膜であれば、金属膜表面に形成したリード線によ
り、また誘電体膜であれば溝部への触針により行うこと
ができる。

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、かつ機械的強度か渦足てき
るものなら全て使用することかできる。

これらの金属コア上に金属または誘電体膜を形成する際
は、基材表面上に指紋、油等の汚れが存在する場合があ
るため、基材洗浄を行う。

次いで、蒸着槽内に入れ、上記蒸着材料を形成させる。

この時蒸着材料は、金属としては、Ｃｒ。

Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎ　ｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ等が挙げられるが
、特に物質に限定はなく、金属コアと相性かよく、誘電
体物質と特に違った抵抗値を示すもの、また密着性、耐
磨耗性に優れた物質なら全て用いることができる。また
、誘電体物質としては、Ｓｉｎ、ＳｉＯ＋　、Ｔｉｅ、
ＴｉＯ２，ＺｒＯ２。

ＡＪ！２０３　、ＭｇＦ２が挙げられるが、特に物質に
限定はなく、金属と同様に成形時の耐久性に優れ、耐磨
耗性に優れた特性を示すものなら全て用いることができ
る。

蒸着時の膜厚コントロールは、第６図のイオンブレーテ
ィング装置に示すように、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
。なお、図中、１２はカス導入口、１４はシャッタ、１
５は蒸着源、１６は排気口である。

蒸＠温度は密着性向上を第１の目的とするため、３５０
’Ｃ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か高い程、密着性に効果
があるという結果からである。

これらの金属コア上に形成された膜に微細加工を施すた
めに使用するマスクは、既に報告されているレジストで
あり、エツチングに対して変質。

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タを行う（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柳
の範囲が望ましく、２．５庫を超えるとエツチング時の
再付着のため精度に問題か生じ、０．５庫未満だとマス
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。

金属および誘電体膜の構成は微細溝の形状等で決定され
、この時エツチングしたい物質は蒸着によって形成され
るか、終了時（エツチング終点）に環われる物質は蒸着
物質であっても、また金属コアそのものであってもよく
、エツチング終点時に金属−誘電体界面が露呈して、そ
の抵抗値が変化するようになっていればよい。従って、
金属コアそのものが露呈する場合だと、誘電体物質かエ
ツチングされる物質となる。

［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。なお本例では目的とする格子溝を幅２０μｓ、
深さ０．３７μｓ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ぺた。

実施例１金属基材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、イオンブレーティングに
て行うものとする。基材を４００℃にセットし、排気後
、２Ｘ１０−５　Ｔｏｒｒまでの真空度を確認後、Ａｒ
（アルゴン）を導入し、３×１０−４　Ｔｏｒｒで保持
した。高周波（１３，５６Ｍｌ−１２＞方式により、カ
ス分子を励起させ（ＲＦ　１５０Ｗ。

ＤＣ５００Ｗ）　、アルゴンボンバードを５分間行った
。

次いてＲＦ　２５　Ｗ、　ＤＣ１０００Ｗにセットし、
アルミナ（Ａｆ　２０３　）を１００人蒸肴した。ざら
にその上にクロム（Ｃｒ）を２０００人（０，２卯）形
成させ、基材をｉ　ｏ　ｏ　’ｃまで冷却したのち、大
気導入後、取り出した。以上のようにして形成された基
材の断面図を第１図に示す。図中、２０は基材、２１は
ＡＩ！２０３．２２はＣｒで必る。

次いて所定のパターンでレジストをＣｒ上に形成する。

レジストにてパターンを形成した基材をエツチング槽に
搬入後、不活性ガス（本実施例ではＡｒ１０Ｏ％）を用
いてイオンビームエツチングした。第２図は本実施例で
用いたエツチング装置を示す概略構成図である。同図に
おいて、チャンバ２８の内部にイオン源２３を設け、シ
ャッタ２４を開けた後、基材２７にイオン照射を行い、
エツチングを行う。この時のエツチングエンドポイント
の確認は、エツチングしたいＣｒ膜と同じ材料を近くに
設置し、エツチング距離２侍置等の相関関係を調べてお
き、電気抵抗の変化により確認するダミサンプル方式と
、第３図に示すように、直接試料のＯｒコート面２２の
電気抵抗を測定する方法とかある。この場合は、基材２
０のＣｒコート面２２上にリート線３０を半田３１にて
溶着するが、この時リド線３０．半田３１が基材２０に
接触しないようにしておく。エツチング時はリード線３
０に電流を流し、電気伝導性を確認しながら行い、クロ
ム面２２（非レジスト部）かエツチングにより除去され
て第３図（ｂ）に示す如くなり、Ｃｒ２２の抵抗値がＡ
Ｒ２０３２１の抵抗値へ変化したとき、エツチング終了
とする。

上記過程で得られた金属コアを射出成形機に取り付け、
成形性および格子強度を調べたが、まったく異常はみら
れなかった。

この時ｊｑられた光回折格子成形品を超精密形状測定装
置にて測定した結果を第７図に示す。同図かられかるよ
うに、光回折格子コア成形品は目的とする溝深さおよび
幅を満足している。

なお、本実施例においては、金属膜をエツチング膜とす
る場合について述ぺたが、誘電体膜をエツチング膜とす
る場合も上記と同様にして作成することかできる。

ただし、この場合は、電気抵抗の測定は、第８図に示す
ように、移動型の触針３２にて測定する。

即ち、第８図（ａ）のように２つの触針を用い、そのう
ちの一方を金属部３３へ、他方をエツチング溝３４へ接
触させてその電気抵抗値の変化を測定する。

この時、触針移動時の傷は、レジスト部３５につくため
、誘電体膜３６は損傷を受けることがない。

また、本実施例で用いた半田付けや、上記の触針が使用
できない場合、例えば製品とされる金属コアの有効径が
全面に近いものである場合等にはダミーサンプルを用い
ることができるが、製品の正確な値を得るためには、で
きるだけ製品を直接測定することが望ましい。

［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２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するうえ、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図は本発明の方法による膜構成の一例の部分断面図
、第２図は本発明の方法の一例に用いられるイオンビー
ム装置の概略構成図、第３図は本発明の方法のエツチン
グ工程における電気抵抗測定の一例の説明図、第４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
５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６図は本発明の方法の一例に用いられるイオ
ンブレーティング装置の概略構成図、第７図は本発明の
一実施例によって得られた光回折格子コアの溝形状の特
性図、第８図は本発明のエツチング工程における電気抵
抗測定の一例の説明図である。１、１１．２７．２０・・・基材５・・・格子パターンマスク７・・・Ｓ　ｉ　０２９・・・ハウジング１２・・・カス導入口１３・・・水晶振動子モニタ　　１４．２４・・・シャ
ッタ１５・・・蒸発源　　　　　　　１６．２５・・・
排気口３・・・有機物層６・・・格子溝８・・・光回折格子１０、２８・・・チャンバ２１・・・Ａｊ！２０３２３・・・イオン源３０・・・リード線３２・・・触針３４・・・エツチング溝３６・・・誘電体膜２２・・・０ｒ２６・・・カス導入口３１・・・半田３３・・・金属部３５・・・レジスト

Claims

【特許請求の範囲】

（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、金属基材上また
は表面に誘電体膜がコートされた金属基材上に凹凸パタ
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、目的とするエッチング深さの位置に金属−誘電
体界面を形成する工程と、前記誘電体膜または金属膜上
に所定のレジストパターンを形成する工程と、該レジス
トパターンをマスクとして前記界面までのエッチングを
行う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。