JP2008225169A - 幾何学パターン形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被加工物にレーザを照射し、被加工物の表面に複数の窪みを、間隔を空けて、二次元的に周期性を持つ配列に形成する。次に、被加工物のエッチングを行い、窪みの各々を中心に広がった凹部同士が干渉し、凹部の境界が所定の幾何学パターンになるまでエッチングを続ける。この幾何学パターン形成方法では、大掛かりな装置や、手間の掛かる複雑な工程を必要とせずに、被加工物の表面に所望の幾何学パターンを正確に形成することが可能である。
【選択図】図6
Description
これらの表面機能の解析には、物体表面に所望形状の微細凹凸を形成して各種特性を測定することが必要となる。
従来、物体表面への微細パターン加工は、その多くが機械加工によるモールド成形や半導体プロセスで行われている。しかし、これらの加工法は、型やマスクの作製に時間と手間が掛かり、工程が煩雑である。
これに対して、レーザ加工は、型やマスクを用いずに、フレキシブルな精密微細加工が可能である。
この方法では、ガラス基板の表面にレーザを照射して窪みを形成し、次いで、このガラス基板に対して等方エッチングを施す。図8は、レーザ照射により窪み110が形成されたエッチング前のガラス基板の表面100と、エッチングが進んだ状態のガラス基板の表面120とを模式的な断面図で示している。ガラス材は、エッチングによって、窪み110の周面も、窪みの無い平面も、等しく除去されるため、窪みの深さdは変化せずに窪みの直径が拡がり、窪み(ディンプル)130は、精密な球面に近似した凹面レンズ形状へと成形される。
このように、レーザ加工とエッチング加工とを組み合わせることで、ガラス基板の表面に、鏡面を持つ凹面レンズ形状の微細ディンプルを形成することができる。
本発明は、こうした事情を考慮して創案したものであり、被加工物の表面に所望の幾何学パターンを形成することができる幾何学パターン形成方法を提供することを目的としている。
第2のステップのエッチングを開始すると、被加工物の表面では、第1のステップで形成した各窪みを中心とする凹面形状の生成が始まる。各凹面の円周の直径は、エッチングの進行に伴って拡大し、終には隣接する凹面の円周同士が干渉する。二つの凹面が干渉した場合に、それらの凹面の境界は、各凹面の中心を結ぶ線の中点を通り、この線に直交する直線(即ち、両中心が線対称となる直線)に自己収斂する。そのため、凹面の周囲の全てが、他の凹面と干渉することにより、凹面の境界は多角形状となる。また、その多角形状は、第1のステップでの窪みの配列によって決まる。
フェムト秒レーザは、照射時間が極めて短いため、窪み形成時に被加工物の窪みの周囲に熱的影響が及ばず、窪み周囲の損傷や組織破壊が生じない。そのため、エッチングで正確な幾何学パターンが形成される。
等方性エッチングの場合は、形成される幾何学パターンが予想し易く、第1のステップにおける窪みの形成位置が計算し易い。
ガラスは等方的にエッチングされるため、第1のステップにおける窪みの形成位置が計算し易い。
これらの多角形は、本発明の幾何学パターン形成方法を用いて高精度に形成することができる。
この幾何学パターン形成方法は、特に、多品種少量生産に適している。
図1は、この幾何学パターン形成方法において、被加工物に窪みを形成するために用いたレーザ装置を示している。
この装置は、フェムト秒レーザ10と、λ/2板11と、入射光が同一光路を通って反射することを防止するGlanレーザープリズム12と、光量を調節するNDフィルタ13と、ミラー15、16と、撮影用のCCDカメラ19と、カメラ位置に焦点を合わせるレンズ18と、可視光のBRG成分を分岐するディクロイックミラー17と、レーザの焦点を調整する集光レンズ20と、被加工物30を載置する加工ステージ21と、フェムト秒レーザ10及び加工ステージ21を制御する制御装置22とを備えている。
また、加工ステージ21は、エアー静圧3軸リニアステージを用いており、分解能10nmの性能を有している。
制御装置22は、被加工物30の所望箇所にレーザ照射ができるように加工ステージ21の運動とレーザ発振のタイミングとを同期させて制御する。
被加工物30には、エッチング時にムラが生じないように、不純物の少ない石英ガラス(厚さ;1.5mm)を用いている。
この被加工物30の各々に、正三角形、正方形、長方形、または、正六角形の微細幾何学パターンを形成するため、図1の装置を用いて、照射位置を制御しながら被加工物30にレーザを照射し、その表面に二次元的に分布する多数の窪みを形成した。
ここでは、図3の加工条件に示すように、f=8mm(N.A.=0.5)の集光レンズ20を使用し、レーザ出力;10mW、被加工物30の加工範囲;200μm×200μmに設定して、各被加工物30にレーザを照射している。いずれの幾何学パターンに対応した窪みを形成する場合でも、各被加工物30へのレーザ加工は、数分で終了した。
まず、被加工物30に形成されたディンプル形状のエッチングによる変化について説明する。
図4は、ディンプル形状の変化を時間的に追跡したシミュレーションの結果について示している。図4(a)は、等間隔で配置した3つのディンプルが1μm/hのエッチングレートでエッチングされる様子を示し、図4(b)は、このときの時間とディンプルの直径及び深さとの関係を示している。
なお、当初のディンプルは、深さ4μm、直径4μmとし、ディンプル形状はy=x2で近似している。
ディンプルの直径は、当初、エッチングによって広がるが、4時間が経過すると、ディンプルと隣接するディンプルとの中間にあった平坦部が完全になくなり、それ以降は、ディンプルの直径は、変わらなくなる。最終的にディンプルの直径は、ディンプルと隣接するディンプルとの中心距離に収束する。
一方、ディンプルの深さは、ディンプルの直径が増え続けている間は変わらないが、5時間以上になると、エッチング時間に応じてディンプルと隣接するディンプルとの中間位置にある凸部が低くなり、ディンプルの深さは浅くなる。また、ディンプルの曲率は、エッチング時間に伴って小さくなる。
図5は、正六角形のディンプルアレイを作製したときの各時点のSEM画像を示している。なお、図中の被加工物は30°傾けて観察したものであり、ほぼ同じ位置をエッチング時間ごとに観察したものである。
エッチング前のディンプルは楕円形状であるが、エッチングが進むにつれて、ディンプルは球形になっていく様子が見て取れる。3時間のエッチングでは、レーザ照射によって生じた粗さ成分が広がり、一時的にディンプル内部が粗くなる。5時間エッチングでは、大きくなったディンプル同士が互いに接触し、設計した通りの正六角形に近づく。さらにエッチングを継続すると、ディンプルは鏡面になる。
いずれの場合にも、エッチングを行うことで所望の形状を有する鏡面ディンプルアレイを作製することができる。
図7は、作製した各幾何学パターンの実測値と、その設計値との誤差を示している。作製したディンプルの辺の長さは、設計値に対して誤差2%以内である。また、ディンプル深さは、いずれも1μm前後である。形状のばらつきは、隣り合うディンプルの深さのばらつきに依存すると推察される。
被加工物は、等方的にエッチングされるガラスであることが好ましい。特に、石英ガラスが好ましい。エッチングが等方的に進行する場合は、形成される幾何学パターンが予想し易く、レーザ照射による窪みの形成位置が容易に計算できる。しかし、ガラス以外を被加工物としても良い。
また、被加工物の表面に窪みを形成するレーザは、フェムト秒レーザであることが好ましい。フェムト秒レーザは、照射時間が極めて短いため、窪み形成時に被加工物の窪みの周囲に熱的影響を及ぼさない。そのため、窪みの周囲に損傷が発生せず、エッチングでの正確な幾何学パターンの形成が可能になる。また、被加工物が石英ガラスであっても、安定したレーザ加工が可能である。しかし、本発明では、フェムト秒レーザ以外のレーザを用いることも可能である。
また、本発明の方法は、幾何学パターンの大きさを適宜設定することにより、凹球面レンズアレイの製造に利用することができる。
また、DNAマイクロアレイやバイオチップ等、微細粒子や細胞などの精密配列用トレイとしての応用が期待できる。
11 λ/2板
12 Glanレーザープリズム
13 NDフィルタ
15 ミラー
16 ミラー
17 ディクロイックミラー
18 レンズ
19 CCDカメラ
20 集光レンズ
21 加工ステージ
22 制御装置
30 被加工物
40 エッチング前の表面
41 エッチング1時間ごとの表面
100 エッチング前のガラス基板表面
110 エッチング前の窪み
120 エッチングが進んだ状態の基板表面
130 エッチングが進んだ状態の窪み(ディンプル)
Claims (5)
- 被加工物にレーザを照射し、前記被加工物の表面に複数の窪みを、間隔を空けて、二次元的に周期性を持つ配列に形成する第1のステップと、
前記被加工物のエッチングを行い、前記窪みの各々を中心に広がった凹部同士が干渉し、前記凹部の境界が所定の幾何学パターンになるまで前記エッチングを続ける第2のステップと、
を備えることを特徴とする幾何学パターン形成方法。 - 請求項1に記載の幾何学パターン形成方法であって、前記第1のステップで照射するレーザが、フェムト秒レーザであることを特徴とする幾何学パターン形成方法。
- 請求項1または2に記載の幾何学パターン形成方法であって、前記第2のステップで行うエッチングが、等方エッチングであることを特徴とする幾何学パターン形成方法。
- 請求項1から3のいずれかに記載の幾何学パターン形成方法であって、前記被加工物が、ガラスであることを特徴とする幾何学パターン形成方法。
- 請求項1から4のいずれかに記載の幾何学パターン形成方法であって、前記幾何学パターンが、正三角形、正方形、長方形または正六角形であることを特徴とする幾何学パターン形成方法。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102336393A (zh) * | 2011-10-10 | 2012-02-01 | 上海大学 | 飞秒激光在有机玻璃表面制备疏水性微结构的方法 |
WO2012165107A1 (ja) * | 2011-05-31 | 2012-12-06 | セントラル硝子株式会社 | 耐指紋汚染性基材 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08179299A (ja) * | 1994-12-22 | 1996-07-12 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 平板型レンズアレイおよびそれを用いた液晶表示素子 |
JP2003098595A (ja) * | 2001-09-21 | 2003-04-03 | Ricoh Co Ltd | 画像表示装置及び画素像縮小方法及び画素像縮小光学構造 |
JP2004226811A (ja) * | 2003-01-24 | 2004-08-12 | Institute Of Physical & Chemical Research | マイクロ光学素子およびその製造方法 |
JP2004361750A (ja) * | 2003-06-05 | 2004-12-24 | Seiko Epson Corp | 着色層の形成方法、マイクロレンズ基板、透過型スクリーンおよびリア型プロジェクタ |
JP2005283993A (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Japan Science & Technology Agency | 精度自己収束型レンズ形状作成方法およびその方法によって形成された光学素子 |
JP2006209057A (ja) * | 2004-12-27 | 2006-08-10 | Victor Co Of Japan Ltd | マイクロレンズアレイシート及びその製造方法 |
JP2007008739A (ja) * | 2005-06-28 | 2007-01-18 | Seiko Epson Corp | 凹部付き基板の製造方法、凹部付き基板、レンズ基板、透過型スクリーンおよびリア型プロジェクタ |
JP2007047216A (ja) * | 2005-08-05 | 2007-02-22 | Seiko Epson Corp | レンズ基板の製造方法、レンズ基板、透過型スクリーンおよびリア型プロジェクタ |
-
2007
- 2007-03-14 JP JP2007064799A patent/JP2008225169A/ja active Pending
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08179299A (ja) * | 1994-12-22 | 1996-07-12 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 平板型レンズアレイおよびそれを用いた液晶表示素子 |
JP2003098595A (ja) * | 2001-09-21 | 2003-04-03 | Ricoh Co Ltd | 画像表示装置及び画素像縮小方法及び画素像縮小光学構造 |
JP2004226811A (ja) * | 2003-01-24 | 2004-08-12 | Institute Of Physical & Chemical Research | マイクロ光学素子およびその製造方法 |
JP2004361750A (ja) * | 2003-06-05 | 2004-12-24 | Seiko Epson Corp | 着色層の形成方法、マイクロレンズ基板、透過型スクリーンおよびリア型プロジェクタ |
JP2005283993A (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Japan Science & Technology Agency | 精度自己収束型レンズ形状作成方法およびその方法によって形成された光学素子 |
JP2006209057A (ja) * | 2004-12-27 | 2006-08-10 | Victor Co Of Japan Ltd | マイクロレンズアレイシート及びその製造方法 |
JP2007008739A (ja) * | 2005-06-28 | 2007-01-18 | Seiko Epson Corp | 凹部付き基板の製造方法、凹部付き基板、レンズ基板、透過型スクリーンおよびリア型プロジェクタ |
JP2007047216A (ja) * | 2005-08-05 | 2007-02-22 | Seiko Epson Corp | レンズ基板の製造方法、レンズ基板、透過型スクリーンおよびリア型プロジェクタ |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012165107A1 (ja) * | 2011-05-31 | 2012-12-06 | セントラル硝子株式会社 | 耐指紋汚染性基材 |
CN102336393A (zh) * | 2011-10-10 | 2012-02-01 | 上海大学 | 飞秒激光在有机玻璃表面制备疏水性微结构的方法 |
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