JP2002321279A - 微細加工したプラスチック基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】強力なレーザー光を必要とせず、プラスチック
基板に直接微細加工する微細加工したプラスチック基板
の製造方法を提供する。 【解決手段】金属微粒子を透明な高分子に分散させた金
属微粒子分散膜をプラスチック基板上に塗布し、レーザ
ー光を金属微粒子分散膜上に照射後、溶剤によって金属
微粒子分散膜を除去する工程を含む細加工したプラスチ
ック基板の製造方法とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザー光による微
細加工したプラスチック基板の製造方法に係り、詳しく
は、微弱なレーザー光を用いた微細加工したプラスチッ
ク基板の製造方法に関わる。

【０００２】

【従来の技術】プラスチック基板上に微細なパターンを
作製する技術としては、プラスチック基板表面に所定の
パターンに従ってレーザー光を照射し変色させることに
よってパターンを作製するレーザー描画法がある。プラ
スチック基板に単純にレーザー光を照射する方法の他、
例えば特開平９−３０９２６７号公報に開示されている
ように、樹脂表面にグリース等の油類を被着しその表面
にレーザー光を照射して文字等をマーキングする方法
や、特開平８−１７４２６３号公報に開示されているよ
うに、無機顔料を含有した樹脂を塗布し定着させる方法
がある。

【発明が解決しようとする課題】しかし樹脂を加工する
ためにはレーザー光強度が数十ワットのＹＡＧレーザー
やエキシマレーザーが必要である。しかもそのようなレ
ーザーは高価でありメンテナンスに手間を要するため実
用的ではない。さらに、塗膜にレーザーマーキングされ
るだけで、樹脂基板表面に直接描画されるものではな
い。

【０００３】また電子線、走査型プローブ顕微鏡を用い
て作製された微細構造を型として、基板上に形成した高
分子層に上記型を押し付けて高分子層の表面に微細パタ
ーンを転写する技術が提示されているが、これも上記Ｙ
ＡＧレーザーやエキシマレーザーを用いる方法と同様の
理由で実用的ではない。

【０００４】本発明は、このような問題点を解決し、強
力なレーザー光を必要としない、微弱なレーザー光によ
る微細加工したプラスチック基板の製造方法を提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】すなわち本願請求項１記
載の発明は、金属微粒子を透明な高分子に分散させた金
属微粒子分散膜をプラスチック基板上に形成し、レーザ
ー光を金属微粒子分散膜に照射後、溶剤によって金属微
粒子分散膜を除去する工程を含む微細加工したプラスチ
ック基板の製造方法である。従来のようにエキシマレー
ザーやＹＡＧレーザー等の強力なレーザー光を必要とせ
ず、微弱なレーザー光を用いることを特徴とするプラス
チック基板に直接微細加工したプラスチック基板の製造
方法である。

【０００６】本願請求項２記載の発明は、金属微粒子が
金微粒子あるいは銀微粒子である請求項１記載の微細加
工したプラスチック基板の製造方法である。

【０００７】本願請求項３記載の発明は、透明な高分子
がエチルセルロースである請求項１または２記載の微細
加工したプラスチック基板の製造方法である。

【０００８】本願請求項４記載の発明は、有機色素を透
明な高分子に分散させた有機色素分散膜をプラスチック
基板上に形成し、有機色素分散膜にレーザー光照射後、
溶剤によって有機色素分散膜を除去する工程を含む微細
加工したプラスチック基板の製造方法である。

【０００９】本願請求項５記載の発明は、金属微粒子を
溶媒に分散させた金属微粒子分散剤をプラスチック基板
上に塗布して薄膜を形成し、レーザー光を薄膜に照射
後、溶剤によって薄膜を除去する工程を含む微細加工し
たプラスチック基板の製造方法である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を詳細に
説明する。微細加工が施されるプラスチック基板表面に
は、あらかじめ金属微粒子分散膜が形成される。金属微
粒子分散膜とは、有機溶媒中に分散させた金属微粒子、
透明な高分子、溶媒から作製されるものであって、特有
の吸収スペクトルを示す金属微粒子分散薄膜に対応した
波長を有するレーザー光を照射することによって、金属
微粒子分散膜が吸収したレーザー光エネルギーを熱とし
て放出、この熱によってプラスチック基板が微細加工さ
れる。具体的には、ミクロンオーダーの光学素子、マイ
クロギヤ、ＤＮＡチップ等の部品が製造可能となる。

【００１１】有機溶媒中に分散させた金属微粒子は、例
えば特開平３−３４２１１号公報に開示されているガス
中蒸発法と呼ばれる方法によって製造される。この方法
では、ヘリウム等の不活性ガスを導入したチャンバ内で
上記金属を蒸発させ、不活性ガスとの衝突により冷却さ
れ凝縮して得られる生成直後の孤立状態にある金属微粒
子の表面を、続いて導入されるトルエン等の有機溶剤の
蒸気によって被覆し、有機溶剤に分散した状態の金属微
粒子を得る。

【００１２】透明な高分子は、エチルセルロース、ポリ
エチルメタクリレート（ＰＥＭＡ）、ポリメチルメタク
リレート（ＰＭＭＡ）等が好ましく、中でも一定量以上
の金属微粒子を均一に分散させるためにはエチルセルロ
ースが最も好ましい。透明な高分子を溶解する溶媒及び
金属微粒子を分散させる溶媒としては、トルエン、キシ
レン、ＴＨＦ等が好適に用いられ、中でもｐ−キシレン
が好ましい。金属微粒子を含んだ状態で溶媒に溶解され
た高分子は、スピンコート法等の方法によってプラスチ
ック基板上に均一な厚さで塗布される。

【００１３】金属微粒子の高分子に対する添加量は、特
に制限されないが、好ましくは金属微粒子単独で高分子
に対して１〜５０重量％である。１重量％未満では、レ
ーザー光照射によるプラスチック基板微細加工のための
十分な吸光度が得られず、５０重量％を超えると、金属
微粒子が高分子内で均一に分散せず、薄膜化した際、金
属微粒子が凝集して生成した粒子が膜表面に析出し、目
的とする光吸収特性を有する薄膜が得られない。

【００１４】上記金属微粒子を分散した薄膜の厚さは、
０．５μｍ以上が好ましく、さらに好ましくは１５μｍ
程度である。薄膜の厚さは、使用する高分子と溶媒の量
を適宜調整することによって容易に調整可能である。
０．５μｍ未満の膜厚では薄膜の十分な吸光度が得られ
ず、微細加工に必要なレーザー光照射エネルギーが大き
くなり、好ましくない。

【００１５】高分子中での金属微粒子の分散状態が不良
の場合には、金属微粒子と高分子との相互作用に基づく
固有の吸収スペクトルを得ることが困難となり、得られ
る薄膜はブロードな吸収スペクトルを示す。これは薄膜
のレーザー光に対する感度低下につながる。この場合も
また過大なレーザー光照射が必要となるため、金属微粒
子は高分子内で均一に分散させる必要がある。

【００１６】用いる金属微粒子の種類によって得られる
薄膜の光吸収特性が異なり、例えば金微粒子では５３０
ｎｍ付近に、銀微粒子では４３０ｎｍ付近にその吸収極
大を有する薄膜が得られる。

【００１７】金属微粒子は、上記のように金属微粒子分
散膜として高分子に分散させたもの以外に、金属微粒子
分散剤として有機溶媒に分散させた状態のまま基板上に
塗布してもよい。このとき、市販の金属微粒子分散剤に
添加されている界面活性剤の効果で、金属微粒子がプラ
スチック基板上で凝集することなく、上記金属微粒子分
散膜と同様の金属微粒子に特有の色を有した薄膜がプラ
スチック基板上に形成される。

【００１８】さらには、金属微粒子分散膜の他、金属微
粒子同様高分子中で適切な吸収スペクトルを有する色素
を透明な高分子に分散した薄膜であってもよい。色素と
は、例えばシアニン系、フタロシアニン系、ナフトキノ
ン系、アンスラキノン系、アゾ系等の色素であって、具
体的には、銅フタロシアニンブルー（α型、β型）、銅
フタロシアニングリーン、キナクリドン系レッド、キナ
クリドン系マゼンダ、ナフトキノン系レッド、ナフトキ
ノン系イエロー、アンスラキノン系レッド、アンスラキ
ノン系イエロー、ポリアゾ系イエロー、ベンズイミダゾ
ロン系イエロー、ベンズイミダゾロン系オレンジ、ブリ
リアントカーミン６Ｂ、パーマネントレッド２Ｂ等が挙
げられる。

【００１９】微細加工の対象となるプラスチック基板と
しては、ＰＭＭＡ等のメタクリル樹脂、ポリエチレン
（ＰＥ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂、ポリスチ
レン（ＰＳ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥ
Ｔ）等のポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール
樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂等各種汎用プラス
チックが挙げられる。それぞれ無色のままであってもよ
く、各種着色剤を含有した状態であってもよい。

【００２０】金微粒子分散薄膜、金属微粒子分散剤、あ
るいは色素分散薄膜（以下、薄膜という）を表面に形成
したプラスチック基板に、図１に示すレーザー光照射系
によってレーザー光を照射し、微細加工を行う。レーザ
ー光源１としては、薄膜の吸収波長領域内に収まるもの
であれば特に限定されるものではないが、薄膜のレーザ
ー光に対する感度を考慮に入れれば、薄膜の極大吸収波
長付近の波長を有するものが好ましい。出力は十数ミリ
ワット程度の小出力のもので十分であり、例えば、４８
８ｎｍ、５３２ｎｍその他の波長の光を発振するアルゴ
ンイオンレーザーが好適に用いられる。加工面における
レーザー光強度は５ｍＷ以上が好ましい。上限は特に限
定されないが、微弱なレーザー光で微細加工を行う本発
明の主旨を考慮すれば、２０ｍＷ以下が好ましい。

【００２１】レーザー光は複数のミラー２及びハーフミ
ラー３を介して、薄膜が載置された光学顕微鏡４内に導
かれる。モーター駆動により３次元方向に移動可能なＸ
ＹＺステージ５上に載置された基板６上の薄膜表面は、
直上の対物レンズ７及びＣＣＤカメラ８を通してＴＶモ
ニター９で、あるいは図示しない接眼レンズを通して肉
眼で観察可能である。レーザー光を遮断した状態で薄膜
表面の状態を確認した後、薄膜にレーザー光を導入す
る。レーザー光は対物レンズ７によって薄膜上で１μｍ
程度にまで絞り込まれる。薄膜表面をＴＶモニター９で
観察しながら、ＸＹＺステージ５をＸＹ方向に所望のパ
ターンに従って駆動する。

【００２２】続いてプラスチック基板６を取り出し、溶
剤中に浸漬することによって薄膜を除去すれば、上記工
程でレーザー光が照射された部分が両側に隆起を伴った
凹部として形成される。上記溶剤は、エタノールを始
め、メタノール、イソプロパノール等のアルコールであ
れば特に限定しない。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の微細加工したプラスチック基
板の製造方法について、実施例を示しさらに詳細に説明
する。 実施例１〜７ サンプル管にエチルセルロース（広瀬化学製）１ｇ及び
溶媒であるｐ−キシレン（和光純薬製）９ｇを加えて１
時間攪拌して溶解し、これにトルエン分散金微粒子（真
空冶金製「パーフェクトゴールド」Ａｕ１９．９ｗｔ
％）を１ｇ加えて３０分以上攪拌し、各種プラスチック
基板（ＰＭＭＡ、ＰＥ、ＰＰ、ＰＥＴ、エポキシ、ＰＶ
Ｃ、黒色顔料を配合したＰＭＭＡ）上に滴下、スピンコ
ータ（回転数：５，０００ｒｐｍ、時間：１５秒）で厚
さ約１μｍの薄膜を作成後、室温で１０分間乾燥し、金
微粒子分散膜を得た。

【００２４】上記金微粒子分散膜に対物レンズ（×１０
ＮＡ：０．２５）で集光したグリーンレーザー光（波
長：５３２ｎｍ、出力：２８ｍＷ）を用い、パターンを
形成した。なお加工面でのレーザー光強度は１７．５ｍ
Ｗであった。

【００２５】プラスチック基板を取り出し、エタノール
に浸漬させて金微粒子分散膜を除去した。

【００２６】図２は得られたパターンの一例の原子間力
顕微鏡による観察結果を示す。図３は得られたパターン
を触針式表面粗さ計によって測定して得られた断面図で
ある。各基板で得られたパターンの一部について同様に
表面形態を測定し、図２に示した各部位の長さ（μｍ）
を測定した。結果を表１に示す。

【００２７】実施例８ 金微粒子の代わりにアゾ系有機色素を用い、実施例１〜
７と同様の薄膜をＰＭＭＡ基板上に作製し、実施例１〜
７と同様にパターンを形成、評価した。結果を表１に併
記する。

【００２８】比較例１〜３ プラスチック基板上に金微粒子分散膜及びアゾ系色素分
散膜のいずれをも形成することなくレーザー光を照射
し、触針式表面粗さ計を用いて表面の形態を測定した。
結果を表１に併記する。

【００２９】

【表１】

【００３０】実施例は比較例に比べて各数値が大きく、
塗布された金微粒子分散膜あるいは色素分散膜がプラス
チック基板の微細加工を容易にしていることがわかる。
また特に実施例３、６、８において、細くかつ深い凹部
を形成することができたが、他の実施例のプラスチック
においてもレーザー光の照射条件を適宜変更することに
より上記実施例と同様の凹部を形成することは可能であ
る。

【００３１】実施例９〜１３ ＰＭＭＡ基板上に、トルエンを溶媒とした金微粒子分散
剤（真空冶金製「パーフェクトゴールド」Ａｕ１９．９
ｗｔ％）をスピンコート法によって塗布し（膜厚０．１
５３μｍ）、基板表面におけるレーザー光強度を変えて
実施例１〜８と同様にパターンを形成し、表面形態を測
定した。結果を表２に示す。図４は、同一領域に形成し
た実施例９〜１３の各直線パターンを示す走査型電子顕
微鏡写真である。それぞれ明確なパターンが形成され
た。

【００３２】比較例４ 加工面のレーザー光強度を１．９ｍＷまで下げ、同様に
基板の加工を試みたが、パターンは得られなかった。

【００３３】比較例５ 金微粒子分散剤を塗布せず、加工面のレーザー光強度を
２３．４ｍＷとして、同様に基板の加工を試みたが、パ
ターンは得られなかった。

【００３４】

【表２】

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本願各請求項記載
の微細加工したプラスチック基板の製造方法は、金属微
粒子を透明な高分子に分散させた金属微粒子分散膜、有
機色素を透明な高分子に分散させた有機色素分散膜、あ
るいは金属微粒子を溶媒に分散させた金属微粒子分散剤
からなる薄膜をプラスチック基板上に形成し、レーザー
光を照射後、金属微粒子を透明な高分子に分散させた金
属微粒子分散膜、有機色素を透明な高分子に分散させた
有機色素分散膜、あるいは金属微粒子を溶媒に分散させ
た金属微粒子分散剤からなる薄膜を溶剤によって除去す
る工程を含む微細加工したプラスチック基板の製造方法
であって、金属微粒子分散膜、色素分散膜、あるいは金
属微粒子分散剤からなる薄膜がレーザー光を吸収し、吸
収した光エネルギーを熱エネルギーとして放出すること
を利用した微細加工したプラスチック基板の製造方法で
あるため、従来のようにエキシマレーザーやＹＡＧレー
ザー等の強力なレーザー光を必要とせず、微弱なレーザ
ー光でプラスチック基板に直接微細加工可能なプラスチ
ック基板の製造方法を提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 プラスチック基板の微細加工に係る装置の概
念図である。

【図２】 パターンの原子間力顕微鏡観察の結果であ
る。

【図３】 パターンを触針式表面粗さ計によって測定し
て得られた断面図である。

【図４】 パターンの走査型電子顕微鏡写真である。

【符号の説明】

１ レーザー光源 ２ ミラー ３ ハーフミラー ４ 光学顕微鏡 ５ ＸＹＺステージ ６ 基板 ７ 対物レンズ ８ ＣＣＤカメラ ９ ＴＶモニター

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 1/10 Ｂ２９Ｋ 1:00 // Ｂ２９Ｋ 1:00 105:16 105:16 Ｂ２９Ｌ 7:00 Ｂ２９Ｌ 7:00 Ｇ０２Ｂ 1/10 Ｚ (72)発明者 江草 恵美子 兵庫県神戸市垂水区坂上３−２−21−3101 (72)発明者 入江 正浩 福岡県福岡市早良区室見４−24−25−706 Ｆターム(参考） 2K009 AA12 BB13 BB14 BB24 CC09 CC14 CC38 DD05 EE01 4D075 BB20Z BB44Y BB45Y BB48Y BB65Z BB69Z CB11 CB38 DB36 DB37 DB38 DB43 DB46 DB47 DB48 EA10 EB07 EB22 EC10 EC17 4E068 DA00 DA14 DB10 4F209 AA01 AA21 AB12 AB16 AC03 AG01 AG03 AG05 PA15 PB01 PC05

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属微粒子を透明な高分子に分散させた
   金属微粒子分散膜をプラスチック基板上に形成し、レー
   ザー光を金属微粒子分散膜に照射後、溶剤によって金属
   微粒子分散膜を除去する工程を含む微細加工したプラス
   チック基板の製造方法。
2. 【請求項２】 金属微粒子が金微粒子あるいは銀微粒子
   である請求項１記載の微細加工したプラスチック基板の
   製造方法。
3. 【請求項３】 透明な高分子がエチルセルロースである
   請求項１または２記載の微細加工したプラスチック基板
   の製造方法。
4. 【請求項４】 有機色素を透明な高分子に分散させた有
   機色素分散膜をプラスチック基板上に形成し、有機色素
   分散膜にレーザー光照射後、溶剤によって有機色素分散
   膜を除去する工程を含む微細加工したプラスチック基板
   の製造方法。
5. 【請求項５】 金属微粒子を溶媒に分散させた金属微粒
   子分散剤をプラスチック基板上に塗布して薄膜を形成
   し、レーザー光を薄膜に照射後、溶剤によって薄膜を除
   去する工程を含む微細加工したプラスチック基板の製造
   方法。