JP2005089852A - Method for manufacturing micro structural body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微細構造体を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a microstructure.
各種電子材料や光学材料、機能触媒などの分野では、ナノメートルオーダーの微細構造により、これまでにない新規な機能の実現および高機能化を目的とした技術開発が進められてきた。 In fields such as various electronic materials, optical materials, and functional catalysts, technological development has been advanced with the aim of realizing new functions and enhancing functions that have never been achieved with nanometer-order fine structures.
型を利用して転写により微細構造体を作製する方法として、微細構造を有する型を水溶液中に浸漬させることにより、酸化物を型上へ析出後、酸化物を離型することで微細構造体を得ることが可能な液相充填(Liquid Phase Infiltration:以下、LPI)法が、出来らによって提案されている。また、基板上に形成したポリマー層に、微細構造を有する型を押し付けて、ポリマー層表面に微細構造を転写する技術も知られている。
しかしながら、LPI法は、液相の平衡反応を利用した方法であり、処理液中で生成する金属酸化物の核が成長することによって、徐々に微細構造が形成していく。このために、析出時間の短縮化が困難であり、微細構造のアスペクト比が高い場合や、微細構造体を厚膜化する場合に、非常に時間がかかるという問題がある。また、アスペクト比や膜厚が大きくなるほど、微細構造中にクラックが発生しやすいという問題がある。 However, the LPI method is a method using an equilibrium reaction in a liquid phase, and a microstructure is gradually formed by the growth of metal oxide nuclei generated in the treatment liquid. For this reason, it is difficult to shorten the deposition time, and there is a problem that it takes a very long time when the aspect ratio of the fine structure is high or when the fine structure is thickened. Further, there is a problem that cracks are likely to occur in the fine structure as the aspect ratio and the film thickness are increased.
また、ポリマー層へ微細構造を転写する方法では、ポリマー材料が硬化時に体積収縮を起こすため、高精度な転写が困難であるという問題がある。また、ポリマー材料は、無機材料に比べて耐熱性、耐湿性が劣っているため、耐久性が要求される光通信機器の材料として使用する場合には、温調機構を設けたり、密閉パッケージングなどの対策が必要となる。 In addition, the method of transferring the fine structure to the polymer layer has a problem that high-precision transfer is difficult because the polymer material undergoes volume shrinkage when cured. In addition, polymer materials are inferior in heat resistance and moisture resistance compared to inorganic materials, so when used as a material for optical communication equipment that requires durability, a temperature control mechanism is provided or hermetic packaging is used. Measures such as are necessary.
本発明は、このような従来技術の問題に着目してなされたものである。その目的は、高アスペクト比を有する微細構造体の作製および微細構造体の厚膜化が可能であり、耐久性に優れ、高品質な微細構造体を低コストで作製可能な技術を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to such problems of the prior art. The purpose is to provide a technology that can produce a microstructure with a high aspect ratio and increase the thickness of the microstructure, and that can produce a high-quality microstructure at low cost with excellent durability. It is in.
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、本発明によれば、型に設けた微細凹凸の表面を金属酸化物で覆った後、充填材料を充填することで、高アスペクト比や厚膜化した微細構造体を短時間で得ることができ、十分な強度を持つ、高品質な微細構造体を低コストで製造することが可能となり、上記目的を達成できることを見出した。 As a result of intensive studies, the inventors of the present invention have achieved that according to the present invention, the surface of fine irregularities provided on the mold is covered with a metal oxide and then filled with a filling material, thereby increasing the aspect ratio and the thickness of the film. It has been found that a fine structure can be obtained in a short time, a high-quality fine structure having sufficient strength can be produced at low cost, and the above object can be achieved.
請求項1記載の製造方法は、表面に微細凹凸を有する型を、金属酸化物が析出し得る処理液に接触させることにより、前記微細凹凸上の少なくとも一部分に前記金属酸化物を析出させた後、前記型の微細凹凸を有する面上に充填材料を充填し、前記金属酸化物と前記充填材料を一体とし、前記型から剥離することを特徴とする。
The manufacturing method according to
LPI法は、液相から金属酸化物を析出させる、いわゆる液相析出法を利用するものである。液相析出法は、溶液中の金属錯体の平衡反応をずらすこと、溶解物質の溶解度を変化させること、溶液中で脱水縮合反応を起こさせることなどの方法により、金属酸化物を析出させる方法である。具体的には、溶液の温度、濃度、pHを調整するか、溶液に触媒や反応開始剤などを添加することにより、金属酸化物を析出させることが可能となる。濃度の調整方法としては、例えば、金属錯体の配位子と安定な化合物を形成する物質を添加する方法や、金属錯体の過飽和溶液に水を加える方法などが挙げられるが、用途に応じて適宜選択すればよい。 The LPI method uses a so-called liquid phase precipitation method in which a metal oxide is precipitated from a liquid phase. The liquid phase precipitation method is a method in which a metal oxide is precipitated by a method such as shifting the equilibrium reaction of a metal complex in a solution, changing the solubility of a dissolved substance, or causing a dehydration condensation reaction in a solution. is there. Specifically, the metal oxide can be deposited by adjusting the temperature, concentration, and pH of the solution, or by adding a catalyst, a reaction initiator, or the like to the solution. Examples of the method for adjusting the concentration include a method of adding a substance that forms a stable compound with a ligand of the metal complex, a method of adding water to a supersaturated solution of the metal complex, and the like. Just choose.
液相析出法は、液相から金属酸化物を析出するため、複雑な形状の型を用いる場合でも、型および、基板と液を接触させることができ、金属酸化物を制御性よく析出可能であることが特徴である。この優れた特長により、LPI法では、単純な形状のみならず、複雑な形状を有する高次の微細構造体を得ることが可能である。また、例えば、ローダミンのような色素や、種々の有機材料などの添加材料を処理液中に加えることにより、金属酸化物の膜に、これらの添加剤を導入することができ、微細構造体の高機能化を図ることも可能である。 The liquid phase deposition method deposits a metal oxide from the liquid phase, so even when using a mold with a complicated shape, the mold and the substrate can be brought into contact with the liquid, and the metal oxide can be deposited with good controllability. It is a feature. Due to this excellent feature, the LPI method can obtain a high-order microstructure having not only a simple shape but also a complicated shape. Further, for example, by adding an additive material such as rhodamine or various organic materials into the treatment liquid, these additives can be introduced into the metal oxide film, It is also possible to increase the functionality.
一方で、LPI法は、液相の平衡反応を利用するため、10μm以上の厚膜を得る場合、完全に析出するまでに非常に時間がかかり、またクラックやピンホールが発生する頻度も増加する。一方、10μm以下の薄膜とする場合、析出時間は短時間となるが、機械的強度が小さいため、離型時に微細構造が崩れてしまう。 On the other hand, since the LPI method uses a liquid phase equilibrium reaction, when a thick film of 10 μm or more is obtained, it takes a very long time to completely deposit, and the frequency of occurrence of cracks and pinholes also increases. . On the other hand, when a thin film having a thickness of 10 μm or less is used, the deposition time is short. However, since the mechanical strength is small, the microstructure is destroyed at the time of release.
上記製造方法では、酸化物部分が10μm以下の薄膜であっても、充填材料により補強するため、離型時に微細構造が破壊されない程度の十分な機械的強度を付与することができる。 In the above manufacturing method, even if the oxide portion is a thin film having a thickness of 10 μm or less, it is reinforced by the filling material, so that sufficient mechanical strength can be imparted so that the microstructure is not destroyed at the time of release.
また、充填材料を充填した後、離型する前に、微細構造体と基板とを接着固定してもよい。基板としては、Si、ガラス、セラミックス、金属、および樹脂等、充填材料と接着可能な基板であれば、いかなる基板を用いてもよい。また、充填材料との接着に適さない材質の基板であっても、表面処理を行うことにより、用いることもできる。 In addition, the fine structure and the substrate may be bonded and fixed after being filled with the filling material and before being released from the mold. As the substrate, any substrate may be used as long as it can adhere to the filler material such as Si, glass, ceramics, metal, and resin. Further, even a substrate made of a material that is not suitable for bonding with the filling material can be used by performing a surface treatment.
ここで、型の材料は特に限定されず、Si製、ガラス製、セラミックス製、金属製、および樹脂製等の型から用途に応じて適宜選択すればよい。 Here, the material of the mold is not particularly limited, and may be appropriately selected from molds such as Si, glass, ceramics, metal, and resin according to the application.
型に微細構造を作製する方法は、リソグラフィ、レーザ加工、および機械加工等の中から、目的とする微細構造形状が得られる方法を適宜選択すればよい。 As a method for producing a fine structure in the mold, a method for obtaining a desired fine structure shape may be appropriately selected from lithography, laser processing, machining, and the like.
型の作製方法は特に限定されず、Si製、ガラス製、セラミックス製、および金属製等のマスタ型へ樹脂を充填し、充填した樹脂を離型することにより得られるレプリカ型を使用してもよい。 The method for producing the mold is not particularly limited, and a replica mold obtained by filling a resin into a master mold made of Si, glass, ceramics, metal, or the like and releasing the filled resin may be used. Good.
型に設ける微細凹凸はどのような形状でもよく、例えば、穴形状、突起形状、溝形状、波型形状等の微細形状の中から目的とする形状を選択することができる。また、1種の形状パターンの繰り返しだけでなく、2種以上の形状を組み合わせたものや、特定のパターンを有さないランダムな形状でもよい。微細凹凸の大きさも特に限定されず、目的により適宜選択すればよい。 The fine irregularities provided in the mold may have any shape, and for example, a desired shape can be selected from fine shapes such as a hole shape, a protrusion shape, a groove shape, and a corrugated shape. In addition to repeating one type of shape pattern, a combination of two or more shapes or a random shape without a specific pattern may be used. The size of the fine irregularities is not particularly limited, and may be appropriately selected depending on the purpose.
型および基板に処理液を接触させる方法としては、例えば、型と基板とを処理液中に浸漬させる方法や、型と基板との間に処理液を流し込む方法など、どのような方法を用いてもよい。処理液に浸漬する際には、金属酸化物を析出させる領域が処理液中に接触していれば、型や基板の一部分が浸漬されていなくともよい。 As a method of bringing the processing liquid into contact with the mold and the substrate, for example, any method such as a method of immersing the mold and the substrate in the processing liquid or a method of pouring the processing liquid between the mold and the substrate is used. Also good. When immersed in the treatment liquid, as long as the region where the metal oxide is deposited is in contact with the treatment liquid, a part of the mold or the substrate may not be immersed.
LPI法は液相プロセスであるため、析出酸化物は初期段階では核として形成され、時間とともに核が成長し粒子状となる。精度のよい微細構造体を形成するためには、なるべく初期段階の析出酸化物により、微細構造が形成される方が望ましい。このため、型の微細凹凸の表面が析出酸化物によってほぼ埋まるまで、処理液を流動させ続けることにより、初期段階の析出酸化物を微細凹凸部に充填することが可能となる。 Since the LPI method is a liquid phase process, the precipitated oxide is formed as nuclei in the initial stage, and the nuclei grow and become particles with time. In order to form a fine structure with high accuracy, it is desirable that the fine structure be formed from the precipitated oxide as early as possible. For this reason, it is possible to fill the fine irregularities with the deposited oxide in the initial stage by continuing to flow the treatment liquid until the surface of the fine irregularities of the mold is almost filled with the deposited oxide.
流動させる方法は、例えば、処理液を流し続ける方法や、処理液を攪拌する、前記型と前記基板とを保持したものを揺動する、容器を揺動させる等、公知の方法から適宜選択すればよい。 The flow method is appropriately selected from known methods, for example, a method of continuing to flow the processing liquid, agitation of the processing liquid, rocking the one holding the mold and the substrate, and rocking the container. That's fine.
しかし、型の凹凸部には、気泡がたまりやすく、気泡によって処理液を型の微細凹凸部へ導入することが阻害される場合がある。そこで、処理液の攪拌、型と固定基板とを保持したまま揺動、および容器を揺動させること等により、処理液を微細凹凸部へ容易に導入することが可能となり、微細構造を正確に転写した、精度のよい微細構造体を形成することができる。また、処理液を流動させるとともに超音波照射を行うことは、気泡を効率的に除去することが可能となり、好ましい。 However, bubbles are likely to accumulate in the uneven portions of the mold, and introduction of the treatment liquid into the fine uneven portions of the mold may be hindered by the bubbles. Therefore, it is possible to easily introduce the processing liquid into the fine irregularities by stirring the processing liquid, swinging while holding the mold and the fixed substrate, and swinging the container. The transferred microstructure can be formed with high accuracy. In addition, it is preferable to flow the treatment liquid and irradiate with ultrasonic waves because it is possible to efficiently remove bubbles.
さらに、酸化物の析出を容易にするためには、型に表面処理を行うことが好ましい。表面処理により、表面洗浄度、表面活性等を向上させると、微細構造を精度よく形成することができるようになる。 Furthermore, in order to facilitate the precipitation of oxides, it is preferable to perform a surface treatment on the mold. When the surface cleaning degree, surface activity, etc. are improved by the surface treatment, a fine structure can be formed with high accuracy.
充填材料は、無機材料でも有機材料でもよく、目的に応じて適宜選択すればよい。無機材料としては、金属、金属酸化物、炭酸カルシウム、および、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸マグネシウムなどの鉱物質充填剤を含む高分子ケイ素化合物などが挙げられる。有機材料としては、樹脂や金属粉を含む樹脂などの無機・有機ハイブリッド型の充填材料など、いかなる材料も用いることができる。また、最初に金属材料で充填を行ない、次いで樹脂材料で充填を行うなど、無機材料と有機材料を組み合わせて用いることもできる。 The filling material may be an inorganic material or an organic material, and may be appropriately selected depending on the purpose. Examples of the inorganic material include metals, metal oxides, calcium carbonate, and polymeric silicon compounds containing mineral fillers such as aluminum silicate and magnesium silicate. As the organic material, any material such as an inorganic / organic hybrid filling material such as a resin or a resin containing metal powder can be used. In addition, an inorganic material and an organic material can be used in combination, such as filling with a metal material first and then filling with a resin material.
離型方法は、特に限定されず、公知の方法を用いればよい。例えば、型と基板を物理的に引き剥がす方法や、型を溶媒で完全に溶かす方法、または、溶かしながら引き剥がす方法などがある。物理的に引き剥がす際には、型と基板の間に徐々に空気を送り込みながら剥がすと、微細構造物が崩れることなく引き剥がすことができるので、好ましい。 The mold release method is not particularly limited, and a known method may be used. For example, there are a method of physically peeling the mold and the substrate, a method of completely dissolving the mold with a solvent, or a method of peeling while melting. When physically peeling off, it is preferable to peel off air while gradually feeding air between the mold and the substrate because the fine structure can be peeled off without breaking.
型を溶媒で溶かす場合、例えば酢酸セルロース製の型を使用した場合は、酢酸エチルやアセトンにより溶かすことが可能である。また、溶かす際に、超音波照射、揺動など物理的な力を加えることで、容易に剥離することができる。また、ポリスチレン、ポリエチルメタクリレート等を型の材料として使用した場合は、型を溶解させる溶媒として、ポリスチレンには臭化エチルとベンゼンの10:1の混合溶液を、ポリメタクリレートにはクロロホルムとベンゼンの1:1の混合溶液を、使用すればよい。 When the mold is dissolved with a solvent, for example, when a mold made of cellulose acetate is used, it can be dissolved with ethyl acetate or acetone. Moreover, when melt | dissolving, it can peel easily by applying physical force, such as ultrasonic irradiation and a rocking | fluctuation. When polystyrene, polyethyl methacrylate, or the like is used as a mold material, a 10: 1 mixed solution of ethyl bromide and benzene is used for polystyrene and chloroform and benzene are used for polymethacrylate as a solvent for dissolving the mold. A 1: 1 mixed solution may be used.
請求項2記載の製造方法は、前記充填材料が金属であることを特徴とする。
The manufacturing method according to
充填材料を金属とすることで、得られた微細構造体を熱処理することが可能となる。微細構造体を熱処理することにより、酸化物中に含まれる不純物を除去することができ、不純物を含まない高品質な微細構造体を得ることができる。また、得られた微細構造体を高温度や高湿度下で使用できるようになる。 By using a metal as the filling material, the obtained microstructure can be heat-treated. By heat-treating the fine structure, impurities contained in the oxide can be removed, and a high-quality fine structure containing no impurities can be obtained. Further, the obtained fine structure can be used under high temperature and high humidity.
請求項3記載の製造方法は、前記金属がめっき法により析出されることを特徴とする。
The manufacturing method according to
めっきの方法としては、例えば電気めっき法や無電解めっき法など、一般に知られている方法を用いることができる。電気めっき法は無電解めっき法と比較して、めっき速度を速くすることが容易であるという特徴がある。一方、無電解めっき法は、形状追随性がよく、ピンホール、クラック等の欠点が抑えられ、不導体上にもめっきが可能であるという特徴があり、用途により、どちらのめっき法を選択してもよい。また、無電解めっきを第一の充填として、その後、電気めっきを第二の充填とすることにより、第一の充填で高精度に微細構造を形成し、第二の充填で短時間で厚膜化を実現することもできる。 As a plating method, a generally known method such as an electroplating method or an electroless plating method can be used. The electroplating method is characterized in that it is easy to increase the plating rate as compared with the electroless plating method. On the other hand, the electroless plating method has good shape followability, has the characteristics that it can suppress defects such as pinholes and cracks, and can be plated on non-conductors. May be. In addition, by forming electroless plating as the first filling and then electroplating as the second filling, a fine structure is formed with high accuracy by the first filling, and a thick film is formed in a short time by the second filling. Can also be realized.
請求項4記載の製造方法は、前記充填材料が樹脂であることを特徴とする。 The manufacturing method according to claim 4 is characterized in that the filling material is a resin.
充填材料に樹脂を用いることにより、表面が金属酸化物で被覆された樹脂製微細構造体が得られる。表面が金属酸化物で被覆されているために、樹脂材料のみからなる微細構造体よりも、湿気や有機ガス等に対する耐久性が高くなる。 By using a resin as the filling material, a resin microstructure having a surface coated with a metal oxide can be obtained. Since the surface is coated with a metal oxide, durability against moisture, organic gas, and the like is higher than that of a fine structure made of only a resin material.
樹脂材料は、微細構造中へ充填可能な粘性を有する樹脂であれば、どのような樹脂を用いてもよい。また、硬化方法により熱硬化性、光硬化性等の種々の樹脂材料があるが、用途に応じた硬度を有する樹脂を用いればよい。例えば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル−ウレタン硬化系樹脂、エポキシ−ポリエステル硬化系樹脂、アクリル−ポリエステル系樹脂、アクリル−ウレタン硬化系樹脂、アクリル−メラミン硬化系樹脂もしくはポリエステル−メラミン硬化系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、石油樹脂、スチレン−アクリル共重合体、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩、アクリル酢酸ビニル共重合体、マレイン酸樹脂、ポリアミド樹脂、ビニル樹脂、塩化ゴム、環化ゴム、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ギルソナイト、ダンマルもしくはセラックなどの樹脂混合物、ロジン変性フェノール樹脂、アルキド樹脂、シリコーン樹脂、各種フッ素樹脂、尿素樹脂、ニトロセルロース、酢酸セルロース、エチルセルロース、および、セルロース・プロピオネートなどの繊維素系樹脂などが挙げられる。 As the resin material, any resin may be used as long as it has a viscosity that can be filled into the fine structure. Moreover, although there are various resin materials such as thermosetting and photocuring depending on the curing method, a resin having a hardness corresponding to the application may be used. For example, acrylic resin, polyester resin, epoxy resin, phenol resin, urea resin, fluororesin, polyester-urethane curing resin, epoxy-polyester curing resin, acrylic-polyester resin, acrylic-urethane curing resin, acrylic-melamine Curing resin or polyester-melamine curing resin, polyethylene resin, polypropylene resin, petroleum resin, styrene-acrylic copolymer, polyvinyl alcohol, polyacrylate, vinyl acrylate copolymer, maleic acid resin, polyamide resin, vinyl Resin, chlorinated rubber, cyclized rubber, ethylene-vinyl acetate copolymer resin, urethane resin, polyester resin, alkyd resin, resin mixture such as gilsonite, dammar or shellac, rosin modified phenolic resin, alkyd Butter, silicone resins, various fluorocarbon resins, urea resins, nitrocellulose, cellulose acetate, ethyl cellulose, and the like cellulose resins such as cellulose propionate.
請求項5記載の製造方法は、前記樹脂がプレス法により充填されることを特徴とする。 The manufacturing method according to claim 5 is characterized in that the resin is filled by a pressing method.
樹脂の充填方法としては、塗布法、スピンコート法、プレス法等が知られている。このうちプレス法は、樹脂中の気泡を強制的に除去することが可能であり、好ましい。また、真空中でプレスすることにより、気泡を抑制する効果をより向上させることができる。また、プレス時に用途に応じてSi製、ガラス製、セラミックス製、金属製、および樹脂製等の基板を裏打ち材料として樹脂部分に接着することも可能である。 As a resin filling method, a coating method, a spin coating method, a pressing method, and the like are known. Among these, the press method is preferable because it can forcibly remove bubbles in the resin. Moreover, the effect which suppresses a bubble can be improved more by pressing in a vacuum. It is also possible to bond the substrate made of Si, glass, ceramics, metal, resin, or the like to the resin portion as a backing material according to the application at the time of pressing.
請求項6記載の製造方法は、前記処理液が、Si、Ti、Fe、Sn、Zn、V、Zr、W、およびInからなる群より選ばれた少なくとも1種の金属およびフッ素を含むことを特徴とする。
The manufacturing method according to
LPI法は、前述のように液相析出法を利用しているが、種々の析出方法の中でも、金属錯体の平衡反応を利用する方法が、最も制御性よく金属酸化物を析出することが可能である。金属錯体は、充填する金属酸化物の陽イオンとハロゲン化物、アミン等の配位子から構成され、用途に応じて選択すればよい。ハロゲン化物としては、F-、Cl-、ClO4 -、SO4 2-、OSO4 4-等が挙げられる。特に、F-またはOSO4 4-を用いると、平衡反応の制御が容易となるので好ましく、F-を用いた場合は、F-の強い酸化力のため、高酸化数の錯体が得られる点とフルオロ錯体として処理液中で安定に存在できるため、処理液調整しやすい点で、より好ましい。 The LPI method uses the liquid phase precipitation method as described above, but among the various precipitation methods, the method using the equilibrium reaction of the metal complex can deposit the metal oxide with the most controllability. It is. The metal complex is composed of a cation of a metal oxide to be filled and a ligand such as a halide or an amine, and may be selected depending on the application. Examples of the halide include F − , Cl − , ClO 4 − , SO 4 2− , OSO 4 4− and the like. In particular, F - or the OSO 4 4-a is used, preferably the control of the equilibrium reaction is facilitated, F - When using the, F - due to the strong oxidizing power of, that complexes of high oxidation number is obtained Since it can exist stably in a processing liquid as a fluoro complex, it is more preferable in terms of easy adjustment of the processing liquid.
請求項6におけるフッ素および金属Mを含む処理液では、下記の化学式1に示す平衡状態が成立しており、下記の化学式2による反応によって、酸化物が析出し、微細構造物が形成されるものと考えられる。金属Mは1種またはそれ以上でもよい。
In the treatment liquid containing fluorine and metal M in
(化1)
[MF6-x(OH)x]2-+(6−x)H2O←→[M(OH)6]2-+(6−x)HF
(化2)
[M(OH)6]2- + 2H+ → MO2 + 4H2O
(Chemical formula 1)
[MF 6-x (OH) x ] 2- + (6-x) H 2 O ← → [M (OH) 6 ] 2- + (6-x) HF
(Chemical formula 2)
[M (OH) 6 ] 2 + 2H + → MO 2 + 4H 2 O
化学式1中の[M(OH)6]2-は不安定な錯イオンであり、化学式1の平衡反応を[M(OH)6]2-が生成する方向へ意図的にずらすことにより、化学式2の脱水縮合反応を起こしてMO2で示される酸化物が析出する。フッ素を配位子としたフルオロ錯体を含む処理液を用いると、緻密な構造の酸化物を容易に得ることができる。
[M (OH) 6 ] 2- in
上記化学式1の平衡反応を意図的にずらす方法として、HFと容易に反応して安定な化合物を形成する反応開始剤を添加する方法がある。
As a method of intentionally shifting the equilibrium reaction of the
反応開始剤としては、H3BO3、FeCl2、FeCl3、NaOH、NH3、Al、Ti、Fe、Ni、Mg、Cu、Zn、Si、SiO2、CaO、B2O3、Al2O3およびMgOから少なくとも1種を選択すればよい。 As reaction initiators, H 3 BO 3 , FeCl 2 , FeCl 3 , NaOH, NH 3 , Al, Ti, Fe, Ni, Mg, Cu, Zn, Si, SiO 2 , CaO, B 2 O 3 , Al 2 from O 3 and MgO may be selected at least one kind.
上記いずれの反応開始剤を用いても、処理液中で安定なフルオロ錯化合物やフッ化物を生成するため、析出が阻害されることなく、安定して析出物が得られる。上記反応開始剤のうち、Al等の金属を用いると、金属の表面積の大きさによって、HFとの反応速度を調節することができ、反応を制御することが可能であるので、好ましい。また、H3BO3を用いると、不純物の析出が抑制されるので、より好ましい。 Even when any of the above reaction initiators is used, a stable fluoro complex compound or fluoride is generated in the treatment liquid, so that the precipitate is stably obtained without being inhibited. Among the reaction initiators, it is preferable to use a metal such as Al because the reaction rate with HF can be adjusted and the reaction can be controlled depending on the surface area of the metal. Further, it is more preferable to use H 3 BO 3 because precipitation of impurities is suppressed.
以上のように本発明によれば、高アスペクト比を有する微細構造を製造することができ、また微細構造体の厚膜化が可能となり、高い耐久性及び機械的強度を有する微細構造体を低コストで製造することが可能である。 As described above, according to the present invention, a fine structure having a high aspect ratio can be manufactured, and the fine structure can be made thick, and a fine structure having high durability and mechanical strength can be reduced. It can be manufactured at a low cost.
以下、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
図1は本発明における微細構造体の断面構造を示す図である。型1の表面に金属酸化物2の薄膜層が形成され、さらにその上に充填材料3の層が形成される。
FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional structure of a microstructure in the present invention. A thin film layer of the
型として使用した回折格子は、次のような方法で準備した。シリコン基板にフォトレジストを塗布し、900本/mm周期のストライプ状開口を形成するようパターニングを施した。このフォトレジストをマスクとしてイオンビームエッチングによりシリコン基板表面に深さ約500nmの溝を形成した。フォトレジストを剥離し、これをマスタ回折格子とした。このマスタ回折格子にエポキシ樹脂を押圧成形し、ガラス基板に接着した後、離型してエポキシ樹脂製ネガマスタ回折格子を得た。次いで、ガラス基板上にメチルトリエトキシシランを加水分解した液を主成分とするゾル液をスピンコートで塗布した。上記ネガマスタ回折格子(900本/mm)を押し型として、上記ガラス基板上のゾル液をプレス成形し、離型後、焼成した。この回折格子(900本/mm)を型として用いた。 The diffraction grating used as a mold was prepared by the following method. Photoresist was applied to a silicon substrate, and patterning was performed so as to form stripe openings with a period of 900 lines / mm. Using this photoresist as a mask, a groove having a depth of about 500 nm was formed on the surface of the silicon substrate by ion beam etching. The photoresist was peeled off and used as a master diffraction grating. An epoxy resin was press-molded on the master diffraction grating, adhered to a glass substrate, and then released to obtain an epoxy resin negative master diffraction grating. Next, a sol solution mainly composed of a solution obtained by hydrolyzing methyltriethoxysilane was applied onto a glass substrate by spin coating. Using the negative master diffraction grating (900 pieces / mm) as a pressing die, the sol solution on the glass substrate was press-molded, and released from the mold and then fired. This diffraction grating (900 lines / mm) was used as a mold.
本実施例の微細構造体は次の手順で作製した。成膜処理液として、0.1mol/Lのチタンフッ化アンモニウムと0.2mol/Lのホウ酸となるように調製したものを用意した。図2に示すように、支持部材5により型1を支持し、処理液6中へ浸漬した。微細構造間へ処理液を効率よく導入させるために、浸漬初期、1、2、3、4時間後に超音波を照射した後、8時間後に型を処理液から引き上げ、純水で洗浄した。充分に乾燥した後、酸化物で被覆されている回折格子面側に市販のエポキシ樹脂を充填し、ガラス基板を貼り合わせた。1日放置して、接着剤を完全に乾燥させた後、離型し、ガラス基板上に微細構造体を得た。
The microstructure of this example was manufactured by the following procedure. As the film forming treatment liquid, a liquid prepared to be 0.1 mol / L ammonium titanium fluoride and 0.2 mol / L boric acid was prepared. As shown in FIG. 2, the
得られた微細構造に対して、基板への密着性を評価するために、ニチバン(株)製のセロハンテープ(5mm幅)を貼り付けた後に勢い良く引き剥がす剥離テストを実施したところ、剥離しない程度の密着性と、形状が崩れない程度の強度を有していることを確認した。また、作製した微細構造体は900本/mmのピッチを有する回折格子形状であることを確認した。 In order to evaluate the adhesion to the substrate with respect to the obtained fine structure, a peel test that peels off vigorously after applying a cellophane tape (5 mm width) manufactured by Nichiban Co., Ltd. did not peel. It was confirmed that it has a sufficient degree of adhesion and a strength that does not break the shape. Moreover, it confirmed that the produced fine structure was a diffraction grating shape which has a pitch of 900 piece / mm.
図4は本発明の一実施例に係る微細構造体の製造工程を示すフロー図である。 FIG. 4 is a flowchart showing a manufacturing process of a fine structure according to an embodiment of the present invention.
本実施例では、型としてフォトリソグラフィにより700×700nm角、深さ500nmの角形状穴を有したSi製マスタ型を使用した。このマスタ型から酢酸セルロース製のレプリカフィルムにより、レプリカ型を作製した。 In this example, a Si master mold having a square hole of 700 × 700 nm square and 500 nm depth by photolithography was used as a mold. A replica mold was prepared from the master mold using a replica film made of cellulose acetate.
本実施例の微細構造体は次の手順で作製した。成膜処理液として、0.1mol/Lのチタンフッ化アンモニウムと0.2mol/Lのホウ酸となるように調製したものを用意して、レプリカ型を実施例1と同様の保持部材を用いて処理液中へ浸漬した。微細構造へ処理液を効率よく接触させるために、浸漬初期、1、2、3、4時間後に超音波を照射した後、8時間後に型を処理液から引き上げ、純水で洗浄した。充分に乾燥させた後、無電解めっき前処理として触媒活性を付与するために、型の微細構造が形成された面に対して、表面活性化処理を施した。その後、型の微細構造が形成されていない面を耐フッ酸テープでマスキングして、マスキングしたレプリカ型を表1に示す無電解めっき浴へ浸漬した。 The microstructure of this example was manufactured by the following procedure. As a film-forming treatment solution, a solution prepared to be 0.1 mol / L ammonium titanium fluoride and 0.2 mol / L boric acid was prepared, and a replica mold was used using the same holding member as in Example 1. It was immersed in the processing solution. In order to efficiently bring the treatment liquid into contact with the fine structure, ultrasonic waves were irradiated after the initial immersion, 1, 2, 3, 4 hours, and after 8 hours, the mold was pulled out of the treatment liquid and washed with pure water. After sufficiently drying, a surface activation treatment was performed on the surface on which the microstructure of the mold was formed in order to impart catalytic activity as a pretreatment for electroless plating. Thereafter, the surface on which the mold microstructure was not formed was masked with a hydrofluoric acid resistant tape, and the masked replica mold was immersed in an electroless plating bath shown in Table 1.
(表1)
―――――――――――――――――――
硫酸ニッケル 30g/L
次亜リン酸ナトリウム 10g/L
酢酸ナトリウム 30g/L
―――――――――――――――――――
(Table 1)
―――――――――――――――――――
Nickel sulfate 30g / L
Sodium hypophosphite 10g / L
Sodium acetate 30g / L
―――――――――――――――――――
2時間後にレプリカ型を引き上げた後、純水洗浄を行って、十分に乾燥させた。次いで、めっき面側に市販のエポキシ樹脂を流し込み、ガラス基板を貼り合わせた。1日放置して、接着剤を完全に乾燥させた後、離型し、ガラス基板上に微細構造体を得た。 After 2 hours, the replica mold was pulled up, washed with pure water, and sufficiently dried. Next, a commercially available epoxy resin was poured into the plated surface side, and a glass substrate was bonded. After leaving it to stand for one day, the adhesive was completely dried and then released to obtain a fine structure on a glass substrate.
得られた微細構造に対して、上述の剥離テストを実施したところ、剥離しない程度の密着性と形状が崩れない程度の強度を有していることを確認した。また、作製した微細構造体は、700×700nm角、深さ500nmの角形状穴が形成されていることを確認した。 When the above-described peel test was performed on the obtained fine structure, it was confirmed that the fine structure did not peel and had sufficient strength that the shape did not collapse. In addition, it was confirmed that the fabricated fine structure had a square hole with a 700 × 700 nm square and a depth of 500 nm.
本発明による微細構造体の製造方法は、光学センサ、情報記録装置、光学測定装置等の光学技術分野や触媒、機能性膜、微細反応器や微細流路を用いて化学分析操作を集積化したμ−TAS(Micro Total Analysis System)等の化学反応・分析分野に適用することができる。 The fine structure manufacturing method according to the present invention integrates chemical analysis operations using optical technology fields such as optical sensors, information recording devices, and optical measuring devices, and catalysts, functional films, fine reactors, and fine flow paths. It can be applied to the field of chemical reaction / analysis such as μ-TAS (Micro Total Analysis System).
1:型
2:酸化物
3:充填材料
5:支持部材
6:処理液
1: Mold 2: Oxide 3: Filling material 5: Support member 6: Treatment liquid
Claims (6)
6. The process according to claim 1, wherein the treatment liquid contains at least one metal selected from the group consisting of Si, Ti, Fe, Sn, Zn, V, Zr, W, and In and fluorine. A manufacturing method of the fine structure according to claim 1.
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-
2003
- 2003-09-19 JP JP2003328400A patent/JP2005089852A/en active Pending
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