JP4257848B2 - 金型及びその製造方法 - Google Patents
金型及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4257848B2 JP4257848B2 JP2003434965A JP2003434965A JP4257848B2 JP 4257848 B2 JP4257848 B2 JP 4257848B2 JP 2003434965 A JP2003434965 A JP 2003434965A JP 2003434965 A JP2003434965 A JP 2003434965A JP 4257848 B2 JP4257848 B2 JP 4257848B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mold
- dlc film
- film
- molding
- forming
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 19
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 55
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 27
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims description 26
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 22
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 claims description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- 239000002061 nanopillar Substances 0.000 description 27
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 15
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 15
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 9
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 9
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 9
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 description 8
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 5
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- CZDYPVPMEAXLPK-UHFFFAOYSA-N tetramethylsilane Chemical compound C[Si](C)(C)C CZDYPVPMEAXLPK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- -1 gallium ions Chemical class 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000002090 nanochannel Substances 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 2
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000053602 DNA Human genes 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108020004682 Single-Stranded DNA Proteins 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000005370 electroosmosis Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000000445 field-emission scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 230000003100 immobilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000002557 mineral fiber Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000012744 reinforcing agent Substances 0.000 description 1
- 102200082816 rs34868397 Human genes 0.000 description 1
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
Description
本発明は金型に関し、特に、表面の少なくとも一部にダイヤモンドライクカーボン被膜が形成された金型及びその製造方法に関するものである。
近年、樹脂成形品の強度、摩耗性等を上げるために、樹脂にガラス、カーボン鉱物繊維等、硬い補強剤を添加して射出成形することが行われている。従って、金型の耐摩耗寿命を向上させるために金型の材質、コーティング等による金型の表面の耐摩耗性向上が要求されるようになっている。そこで、特許文献１には、ダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと記すことがある）被膜が表面に形成された射出成形用の金型が開示されている。この金型においては、プラズマＣＶＤ法により高硬度のＤＬＣ被膜を金属製の金型基材のうち型表面に対応する部分に形成しているため、金型の表面の耐摩耗性を向上して耐久性を高め、金型の成形可能回数を格段に延ばすことできる。また、ＤＬＣ被膜は、摩擦係数が約０.１と非常に低いため、金型から被成形品を容易に取り外すことができ、被成形品の破損を防止し、生産効率を高めることもできる。
実開昭６１−１４８６１２号公報
しかし、近年、バイオ関連や光学関連などの分野において精度の高い微細な成形加工の要望が増え、それに伴って微細な成形加工が可能な金型が求められているが、特許文献１の技術では、金型基材の型表面に対応する部分にＤＬＣ被膜をプラズマＣＶＤ法により形成するだけなので、この金型により精度の高い微細な成形をすることができない。つまり、金型の型表面が平坦な部分においては膜厚が略均一なＤＬＣ被膜を形成することができるので問題ないが、被成型品の表面に凹凸を形成するためには、所望の成形形状に合わせて金属製の金型基材に凹凸を形成した後、ＤＬＣ被膜を成膜して型表面を形成しなければならないが、金属製の金型基材の表面に微細な凹凸を正確に形成することは非常に困難である。更に、この微細な凹凸部分にＤＬＣ被膜を成膜すると、金型基材に形成された凹凸の影になる部分と、それ以外の部分ではプラズマＣＶＤにより形成されるＤＬＣ被膜の厚みが異なり、型表面に形成される微細な凹凸の精度が更に低下するため、特許文献１の金型では精度の高い極めて微細な成形をすることは到底不可能である。
本発明の目的は、精度の高い微細な成形が可能な金型及びその製造方法を提供しようとするものである。
請求項１の発明は、成形キャビティを形成する型表面の少なくとも一部にダイヤモンドライクカーボン被膜が形成された金型において、前記ダイヤモンドライクカーボン被膜に成形キャビティの一部をなす１又は複数の微細な凹部を形成したことを特徴とするものである。
この金型によれば、成形キャビティの一部をなす１又は複数の微細な凹部がＤＬＣ被膜に形成され、このＤＬＣ被膜が型表面の少なくとも一部に形成された成形キャビティの形状に合わせて被成形品が成形される。
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記金型を形成する金型基材と前記ダイヤモンドライクカーボン被膜との間にクロム被膜を形成したことを特徴とするものである。この金型によれば、金型を形成する金型基材とＤＬＣ被膜との間に、ＤＬＣ被膜の剥離を防止するためのクロム被膜が形成される。
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記金型は射出成形用の金型であることを特徴とするものである。この金型の成形キャビティに合成樹脂などが射出されて、被成形品が所望の成形形状に形成される。
請求項４の発明は、前記微細な凹部は集束イオンビームによりエッチングすることによって形成されることを特徴とするものである。この金型によれば、集束イオンビームによってＤＬＣ被膜がエッチングされて、成形キャビティの一部をなす１又は複数の微細な凹部が型表面に形成される。
請求項５の発明は、前記微細の凹部はプラズマによりエッチングすることによって形成されることを特徴とするものである。この金型によれば、酸素プラズマなどのプラズマによってＤＬＣ被膜がエッチングされて、成形キャビティの一部をなす１又は複数の微細な凹部が型表面に形成される。
請求項６の発明は、金型基材のうち成形キャビティを形成する型表面の少なくとも一部にＤＬＣ被膜を形成する被膜形成工程と、前記ダイヤモンドライクカーボン被膜の一部をエッチングして成形キャビティの一部をなす１又は複数の微細な凹部を形成するエッチング工程とを備えたことを特徴とするものである。
この金型の製造方法によれば、被膜形成工程において金型基材のうち成形キャビティを形成する型表面の少なくとも一部にプラズマＣＶＤなどの化学的蒸着法やスパッタリングなどの物理的蒸着法などの種々の方法によってＤＬＣ被膜が形成され、エッチング工程において所望の成形形状に合わせてＤＬＣ被膜の一部がエッチングされ、成形キャビティの一部をなす１又は複数の微細な凹部が形成されて、金型が製造される。
請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記エッチング工程においては、集束イオンビームによってダイヤモンドライクカーボン被膜をエッチングすることを特徴とするものである。この金型の製造方法によれば、集束イオンビームによってＤＬＣ被膜がエッチングされて、微細な凹部が形成される。
請求項８の発明は、請求項６の発明において、前記エッチング工程においては、プラズマによってダイヤモンドライクカーボン被膜をエッチングすることを特徴とするものである。この金型の製造方法によれば、酸素プラズマなどのプラズマによってＤＬＣ被膜がエッチングされて、微細な凹部が形成される。
請求項１の発明によれば、型表面の少なくとも一部にＤＬＣ被膜を形成することで金型の耐摩耗性を高めると共に、この高硬度のＤＬＣ被膜に成形キャビティの一部をなす１又は複数の微細な凹部を形成することで、この金型による微細成形の精度を高めることができる。特に、ＤＬＣ被膜をエッチングなどにより一部を除去して凹部を形成する場合、ＤＬＣ被膜はアモルファス構造のため、結晶構造を有する被膜とは異なって結晶方位の影響を受けることがない。
従って、特定の方向にＤＬＣ被膜が偏って除去されることを防止することができ、所望の成形形状に合わせてＤＬＣ被膜に正確に凹部を形成することができ、この金型による微細成形の精度を更に高めると共に、エッチングされたＤＬＣ被膜の表面を滑らかにすることができる。また、ＤＬＣ被膜の表面を滑らかにすることで、金型から被成形品を取り外す際に、被成形品がＤＬＣ被膜により破損することがないので、被成形品の生産効率を高めることができる。
請求項２の発明によれば、金型基材とＤＬＣ被膜との間にクロム被膜を形成することでＤＬＣ被膜の剥離を防止し、一つの金型による成形可能回数を大幅に延ばすことができる。
請求項３の発明によれば、射出成形において請求項１又は２と同様の効果を奏することができる。
請求項４の発明によれば、ビーム径を数ｎｍまで集束可能な集束イオンビームによりＤＬＣ被膜をエッチングして凹部を形成するので、更に正確に微細な凹部を形成することができ、この結果、この金型により成形される被成形品の精度を高めることができると共に、エッチングされたＤＬＣ被膜の表面を滑らかにすることができる。
請求項５の発明によれば、プラズマによりＤＬＣ被膜をエッチングするので、全てのエッチング領域を同時並行的にエッチングすることができるので、エッチング工程に要する時間を短縮することができる。
請求項６の発明によれば、型表面の少なくとも一部にＤＬＣ被膜を形成することで耐摩耗性に優れた金型を製造できると共に、この高硬度のＤＬＣ被膜の一部をエッチングにより除去して成形キャビティの一部をなす微細な凹部を形成することで、金型を所望の形状に合わせて正確に形成することができ、この金型により成形される被成形品の精度を高めることができる。特に、アモルファス構造のＤＬＣ被膜は、結晶構造を有する被膜のように結晶方位の影響を受けないため、特定の結晶方位に偏ってエッチングされることがなく、凹部を正確に形成することができる。
請求項７の発明によれば、ビーム径を数ｎｍ程度まで集束可能な集束イオンビームによってＤＬＣ被膜をエッチングするので、凹部を正確に形成して微細成形の精度を高めると共に、エッチングされたＤＬＣ被膜の表面をも更に滑らかにすることができる。
請求項８の発明によれば、プラズマによりＤＬＣ被膜をエッチングするので、全てのエッチング領域を同時並行的にエッチングすることができ、エッチング工程に要する時間を短縮することができる。
本発明は、成形キャビティを形成する型表面の少なくとも一部にＤＬＣ被膜が形成された金型において、前記ＤＬＣ被膜に成形キャビティの一部をなす１又は複数の微細な凹部を形成したことを特徴とするものであり、本願の発明はその金型とその金型の製造方法を含むものである。
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。本実施例は、ＤＮＡ産物のサイズ分離用のナノチャネルに設けられるナノピラーアレーを有する電気泳動チップを製造するための射出成形用の金型において、特に、ナノピラーアレーを成形する部分に本発明を適用した一例である。まず、図１を参照して、電気泳動チップ４について簡単に説明する。この電気泳動チップ４は、材質がＰＭＭＡからなり、上面部に分離チャネル５と導入チャネル６からなる十字状の流路が形成され、上面に被せられるふたガラス部材７には両チャネル５,６の端部に対応する位置に試料導入と電極挿入のための４つの貫通孔８が形成され、各貫通孔８の周囲には液だめ用ガラス８ａが接着されている。尚、次に説明するナノピラーアレー１は分離チャンネル５の途中部に設けられている。
次に、図２を参照して、ナノピラーアレー１について簡単に説明する。このナノピラーアレー１は、ナノチャネルの幅約５０μｍの流路に設けられ、特定の電流を印加して、微量試料の流路内の電気浸透、電気泳動現象により試料内のＤＮＡ産物がナノピラー間の隙間を通過することで、ＤＮＡ産物のサイズ分離を高速に行うものである。図１,図２に示すように、このナノピラーアレー１は電気泳動チップ４の分離チャネル５内に形成されており、材質はＰＭＭＡ(ポリメチルメタクリレート)からなり、５０μｍ×２０ｍｍの矩形状で厚さ約１ｍｍの板部２に複数のナノピラー３が一体的に立設されたものである。各ナノピラー３は直径５００ｎｍ、高さ１μｍの円柱状に形成され、これらナノピラー３は間隔５００ｎｍで板部２の上面の全面に亙って均一にマトリックス状で配列されている。尚、ＰＭＭＡは一例であり、他の合成樹脂に適宜変更可能である。
次に、ナノピラーアレー１を有する電気泳動チップ４を射出成形により成形する金型１０のうちの特にナノピラーアレー１を成形する部分について説明する。金型１０は、型表面１７に囲繞された成形キャビティ１１を形成する本体部１２と成形部１３とが分離可能に構成されている。本体部１２はＪＩＳ規格Ｓ４５Ｃ等のＳＣ材または、ＳＫ５等のＳＫ材または、ＳＵＳ３０３等のＳＵ材からなり、本体部１２の下端部には成形部１３を取り付けるための５０ｍｍ×３０ｍｍの矩形状の取付口１５が開口され、本体部１２の上面部にはＰＭＭＡを射出するための射出口１６が形成されている。本実施例においては射出口１６を上面部に設けているが、本体部１２の側壁に設けてもよい。
図３に示すように、成形部１３は取付口１５と同形状の５０ｍｍ×３０ｍｍの矩形状に形成されている。図４に示すように、成形部１３の上面、つまり成形キャビティ１１を形成する型表面１７の一部を形成する面には、金型基材２０の表層部にクロム被膜２１とＤＬＣ被膜２２とを形成した構造を備えている。クロム被膜２１は、金型基材２０からＤＬＣ被膜２２が剥離するのを防ぐために、金型基材２０の表面に約０.５μｍの厚さで形成されている。
ＤＬＣ被膜２２はクロム被膜２１の表面に厚さ約２μｍの厚さで形成されている。このＤＬＣ被膜２２は、シリコンを含有させているので、内部応力を緩和してひび割れを防ぐことができ、通常２０μｍ程度の厚みが限界のＤＬＣ被膜を数１００μｍまで形成することができる。また、このＤＬＣ被膜２２は、被膜形成時の水素含有量によって硬度の調整をすることができ、ＨＶ(ビッカース硬さ)を数１００からダイヤモンドのＨＶに近い８０００程度の高硬度被膜に形成することができ、本実施例では、ＨＶ２０００のＤＬＣ被膜２２が形成されている。ＤＬＣ被膜２２の摩擦係数は約０.１以下であり、耐摩耗性において非常に優れた被膜である。尚、クロム被膜２１とＤＬＣ被膜２２の厚さは一例に過ぎず、前記の値よりも大きくてもよく少なくてもよい。
図４,図５に示すように、ＤＬＣ被膜２２には、成形キャビティ１１の一部をなす直径約５００ｎｍ,深さ約１μｍの円柱状の複数の凹部２５が約５００ｎｍ間隔で形成されている。凹部２５は、アモルファス構造のＤＬＣ被膜２２に形成されているので、結晶方位の影響を受けないため表面を滑らかに且つ所望の形状に合わせて正確に形成することができると共に、後述する極めてビーム径を小さくできる集束イオンビーム３２により形成することで更に正確に形成することができる。これら凹部２５は、射出成形の際にナノピラー３を成形するためのものである。
この金型１０においてＰＭＭＡを射出成形する場合には、本体部１２の取付口１５に成形部１３を組み込み、その金型１０を約８０℃に加温する。次に、約２６０℃で溶融させたＰＭＭＡを射出口１６から成形キャビティ１１内に射出して充填し、ＰＭＭＡが硬化するまで冷却する。その後、本体部１２から成形部１３を取り外し、成形部１３からナノピラーアレー１を取り外す。この際、集束イオンビーム３２により形成された凹部２５の表面は非常に滑らかなため、ナノピラー３が凹部２５の表面に引っ掛かることがない。従って、取り外し工程において、ナノピラーアレー１の成形キャビティへの抱き付きによる破損や、反り等の変形を防ぐことができる。尚、取り外しの工程おいては、金型内に成形品の取り外し機構を設け、自動的に行うようにしてもよい。また、ＰＭＭＡが硬化するまで冷却する工程においては所定時間冷却した後、しばらく放置することにしてもよい。
次に、金型１０の成形部１３の製造方法について説明する。まず、５０ｍｍ×３０ｍｍの矩形の板状に金型部材を成形し、凹凸が１０ｎｍ以下になるように板状の金型部材の表面をラップ研磨により鏡面加工して平坦化し金型基材２０を製作する。次に、この平坦化された金型基材２０をスパッタリング用のチャンバー内に導入する(図６-１)。次に、被膜形成工程において、クロムをターゲットにしたスパッタリングにより厚さ約０.５μｍのクロム被膜２１を金型基材２０の上面のうちナノピラーアレー１を成形する部分(成形キャビティ１１を形成する型表面１７の一部に相当する面)に形成する(図６-２)。
次に、クロム被膜２１が形成された金型基材２０をプラズマＣＶＤ用のチャンバー内に導入する。このチャンバー内にメタンガスを供給し、メタンガスをプラズマ化してクロム被膜２１の表面にプラズマ化されたメタンを堆積しつつ、金型基材２０にバイアス電圧を印加することでイオンを衝突させながら、堆積された被膜中の水素あるいは低い結合分子を飛ばし、水素含有量の少ない厚さ約２μｍのＤＬＣ被膜２２を成形キャビティ１１を形成する型表面１７の一部に対応する部分に成膜する(図６-３)。ＤＬＣ被膜２２を成膜する際に、ＤＬＣ被膜２２内の内部応力を緩和してＤＬＣ被膜２２のひび割れを防止するために、メタンガスと共にテトラメチルシラン(ＴＭＳ)を導入し、このテトラメチルシラン(ＴＭＳ)内のシリコンをプラズマ化させてＤＬＣ被膜２２内にシリコンを含有させる。
次に、図７に示すように、エッチング工程において、ＤＬＣ被膜２２が形成された金型基材２０を集束イオンビーム装置３０のＸＹテーブル３１に固定し、集束イオンビーム３２によってＤＬＣ被膜２２の一部をエッチングして成形キャビティ１１の一部をなす複数の微細な凹部２５を形成する。具体的には、液体ガリウムをイオン源とし、引き出し電極３３の間に電界をかけてイオン銃３４からガリウムイオンを引き出し、このガリウムイオンを加速電圧３０ｋＶで加速してビーム電流１８７ｐＡのイオンビームとし、このイオンビームをコンデンサーレンズなど集束手段３５により集束したビーム径２３ｎｍの集束イオンビーム３２によりＤＬＣ被膜２２の表面部をエッチングしつつ、ＸＹテーブル３１と共に金型基材２０をＸＹ方向に移動させて、ナノピラーアレー１のナノピラー３に対応させた直径約５００ｎｍ、深さ約１μｍの凹部２５を、約５００ｎｍ間隔でＤＬＣ被膜２５の全面に亙って形成する。尚、金型基材２０を固定テーブルに固定した状態で、集束させた集束イオンビーム３２に電圧を印加し、この印加電圧を調整して集束イオンビーム３２をＤＬＣ被膜２２の表面で移動させつつ凹部２５を形成してもよい。
次に、上述した金型１０、特に、成形部１３及びその製造方法の作用及び効果について説明する。
この金型１０によれば、硬質の成形キャビティ１１を形成する成形部１３の型表面１７にＤＬＣ被膜２２を形成することで成形部１３の耐摩耗性を高めると共に、結晶方位性のないアモルファス構造のＤＬＣ被膜２２を、ビーム径を極めて小さく集束させることができる集束イオンビーム３２によりエッチングし、成形キャビティ１１の一部をなす凹部２５を形成するので、凹部２５を所望の成形形状に合わせて正確に形成することができると共に、エッチングによって形成された凹部２５の表面を滑らかにすることができる。従って、この金型１０を用いた射出成形によって精度の高いナノピラーアレー１を成形することができ、また、成形部１３からナノピラーアレー１を取り外す際に、凹部２５の表面によってナノピラーアレー１を破損することがなく、生産効率を向上させることができる。
この金型１０によれば、硬質の成形キャビティ１１を形成する成形部１３の型表面１７にＤＬＣ被膜２２を形成することで成形部１３の耐摩耗性を高めると共に、結晶方位性のないアモルファス構造のＤＬＣ被膜２２を、ビーム径を極めて小さく集束させることができる集束イオンビーム３２によりエッチングし、成形キャビティ１１の一部をなす凹部２５を形成するので、凹部２５を所望の成形形状に合わせて正確に形成することができると共に、エッチングによって形成された凹部２５の表面を滑らかにすることができる。従って、この金型１０を用いた射出成形によって精度の高いナノピラーアレー１を成形することができ、また、成形部１３からナノピラーアレー１を取り外す際に、凹部２５の表面によってナノピラーアレー１を破損することがなく、生産効率を向上させることができる。
金型基材２０とＤＬＣ被膜２２との間にクロム被膜２１を形成することで、金型基材２０からのＤＬＣ被膜２２の剥離を防止し、この金型１０による成形可能回数を大幅に延ばすことができる。ＤＬＣ被膜２２にシリコンを含有させているので、ＤＬＣ被膜２２の内部応力を緩和し、ＤＬＣ被膜２２のひび割れなどの破損を防ぐことができる。
以上説明した実施例を部分的に変更した変更例について説明する。
１）集束イオンビームによりＤＬＣ被膜をエッチングする際に、凹部を形成する部分のみを露出させるための穴が形成されたマスキング部材をＤＬＣ被膜の表面に被せてエッチングしてよい。このようにマスキング部材を被せた状態でＤＬＣ被膜をエッチングすることで、金型基材を移動させるＸＹテーブルの制御を簡単化することができる。例えば、上述した円柱状の凹部を形成する場合、円形状の開口部が形成されたマスキング部材によりＤＬＣ被膜をマスキングすることで、開口部以外の領域がエッチングされることを防止できるので、円形状の開口部を含む領域で集束イオンビームを相対移動させれば円柱状の凹部が形成できる。従って、集束イオンビームを凹部に合わせて円形状に相対移動させるのではなく、円形状の開口部を含む正方形内で相対移動させることで、集束イオンビームを相対移動させるためのＸＹテーブルの制御を簡単化することができる。
１）集束イオンビームによりＤＬＣ被膜をエッチングする際に、凹部を形成する部分のみを露出させるための穴が形成されたマスキング部材をＤＬＣ被膜の表面に被せてエッチングしてよい。このようにマスキング部材を被せた状態でＤＬＣ被膜をエッチングすることで、金型基材を移動させるＸＹテーブルの制御を簡単化することができる。例えば、上述した円柱状の凹部を形成する場合、円形状の開口部が形成されたマスキング部材によりＤＬＣ被膜をマスキングすることで、開口部以外の領域がエッチングされることを防止できるので、円形状の開口部を含む領域で集束イオンビームを相対移動させれば円柱状の凹部が形成できる。従って、集束イオンビームを凹部に合わせて円形状に相対移動させるのではなく、円形状の開口部を含む正方形内で相対移動させることで、集束イオンビームを相対移動させるためのＸＹテーブルの制御を簡単化することができる。
２）上述の実施例においては、ＤＬＣ被膜２２にシリコンを含有させたが、このシリコンは必須のものではなく、省略してもよく、また、他の金属不純物を代用してもよい。特に、ＤＬＣ被膜を２０μｍ以下の厚さで形成する場合には、ＤＬＣ被膜がひび割れすることが少ないので、シリコンを省略することができる。このようにシリコンを含まないＤＬＣ被膜を形成する場合には、クロム被膜とＤＬＣ被膜をＵＢＭスパッタリングにより連続的に形成してもよい。具体的には、まず、クロムをターゲットとするスパッタリングにより所定の膜厚のクロム被膜を形成し、その後、クロムのスパッタリングを継続しつつ、グラファイトをターゲットとするスパッタリングを同時並行して行い、クロムのスパッタ率を徐々に減らしつつグラファイトのスパッタ率を増加させることでＤＬＣ被膜をクロム被膜上に形成する。この際、テトラメチルシラン(ＴＭＳ)ガスを同時に導入して、シリコン含有のＤＬＣを形成することもできる。
３）上述の実施例においてはＤＬＣ被膜２２と金型基材２０の間にクロム被膜２１を形成したが、クロム被膜の代わりにタングステン被膜、チタン被膜、シリコン被膜、ニッケル被膜などを形成してもよい。
４）上述の実施例においては、集束イオンビーム３２によってＤＬＣ被膜２２をエッチングしたが、レーザーによってＤＬＣ被膜をエッチングしてもよい。エッチング可能なレーザーとしては、フェムト秒レーザ(レーザの波長が８７０ｎｍ,パルス幅がフェムト秒)、紫外線レーザ(レーザの波長が紫外線領域。例えば、パルス幅が２０〜１００ｎｍであって、波長が３５３ｎｍのＴＨＧ−ＹＡＧレーザ,波長が２６５ｎｍのＦＨＧ−ＹＡＧレーザなどの固体レーザ)、エキシマレーザ(波長が３０８ｎｍ又は２４８ｎｍ,パルス幅が２０〜３０ｎｍ)などが考えられる。
５）上述の実施例においては、集束イオンビーム３２によってＤＬＣ被膜２２をエッチングしたが、ＤＬＣ被膜をプラズマによってエッチングして、凹部を形成してもよい。このようにプラズマによりエッチングする場合、まず、金型基材に成膜されたＤＬＣ被膜にレジスト膜を塗布し、このレジスト膜にＵＶ露光などによって所望の微細パターンを転写した後、エッチング部分のレジスト膜を除去する。次に、レジスト膜が塗布された金型基材をチャンバー内に導入し、このチャンバー内に供給された酸素ガスに高周波高電圧を印加し、酸素ガスを電離させてプラズマ化させると、この酸素プラズマとＤＬＣ被膜とが反応して一酸化炭素又は二酸化炭素となり、レジスト膜から露出しているＤＬＣ被膜がエッチングされる。尚、レジスト膜の代わりに、所望の部分に露出孔が形成されたマスキング部材をＤＬＣ被膜に被せ、その露出孔から露出しているＤＬＣ被膜を酸素プラズマなどにのプラズマによりエッチングしてもよい。このようにプラズマによりエッチングすることで、全ての凹部を同時並行でエッチングすることができるので、エッチング工程に要する時間を短縮することができる。
６）上述の実施例においては、ナノピラー３が形成されたナノピラーアレー１に本発明を適用したが、他の円柱状や角柱状の突起など種々の突起部を有する被成形品を成形する金型に本発明を適用してもよい。例えば、光学部品のフォトニッククリスタル、ナノレンズアレイ、ナノフィルターアレイなどが考えられる。
７）被成形品に微細な孔を形成するための金型に本発明を適用してもよい。例えば、図８に示すように、平坦なＤＬＣ被膜４０を形成し、８個の角錐状の突起４１が２行４列に形成されるようにＤＬＣ被膜４０の一部を残して集束イオンビームによってエッチングする。図８に示すように、集束イオンビームによってエッチングされたＤＬＣ被膜４０の表面は非常に滑らかに形成される。このように形成された金型を用いて射出成形することで、突起４１に対応した複数の孔を被成形品に形成することができる。例えば、このような微細な孔を形成する被成形品としては、一本鎖ＤＮＡを一本ずつ固定化して種々の反応を行うための直径約５００ｎｍの孔が複数空いたＤＮＡセルアレイ、分析用や医療用に用いられるフィルター、微量な液滴や気体を吐出するナノノズルフィルムなどが考えられる。
８）上述の実施例においては、ナノピラーを等間隔で配設したが、異なる間隔でナノピラーを配設してもよい。
８）上述の実施例においては、ナノピラーを等間隔で配設したが、異なる間隔でナノピラーを配設してもよい。
上述した実施例においては、射出成形によりナノピラーアレーを有する電気泳動チップを成形する金型に本発明を適用したが、種々の成形方法により成形する金型に本発明を適用することができる。更に、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前記実施例に種々の変更を付加して実施することができ、本発明はそれらの変更例をも包含するものである。
１０ 金型
１１ 成形キャビティ
１３ 成形部
１７ 型表面
２０ 金型基材
２１ クロム被膜
２２ ＤＬＣ被膜
２５ 凹部
３２ 集束イオンビーム
１１ 成形キャビティ
１３ 成形部
１７ 型表面
２０ 金型基材
２１ クロム被膜
２２ ＤＬＣ被膜
２５ 凹部
３２ 集束イオンビーム
Claims (8)
- 成形キャビティを形成する型表面の少なくとも一部にダイヤモンドライクカーボン被膜が形成された金型において、
前記ダイヤモンドライクカーボン被膜に成形キャビティの一部をなす１又は複数の微細な凹部を形成したことを特徴とする金型。 - 前記金型を形成する金型基材と前記ダイヤモンドライクカーボン被膜との間にクロム被膜を形成したことを特徴とする請求項１に記載の金型。
- 前記金型は射出成形用の金型であることを特徴とする請求項１又は２に記載の金型。
- 前記微細な凹部は集束イオンビームによりエッチングすることによって形成されることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の金型。
- 前記微細の凹部はプラズマによりエッチングすることによって形成されることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の金型。
- 金型基材のうち成形キャビティを形成する型表面の少なくとも一部にダイヤモンドライクカーボン被膜を形成する被膜形成工程と、
前記ダイヤモンドライクカーボン被膜の一部をエッチングして成形キャビティの一部をなす１又は複数の微細な凹部を形成するエッチング工程と、
を備えたことを特徴とする金型の製造方法。 - 前記エッチング工程においては、集束イオンビームによってダイヤモンドライクカーボン被膜をエッチングすることを特徴とする請求項６に記載の金型の製造方法。
- 前記エッチング工程においては、プラズマによってダイヤモンドライクカーボン被膜をエッチングすることを特徴とする請求項６に記載の金型の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003434965A JP4257848B2 (ja) | 2003-12-26 | 2003-12-26 | 金型及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003434965A JP4257848B2 (ja) | 2003-12-26 | 2003-12-26 | 金型及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005193390A JP2005193390A (ja) | 2005-07-21 |
| JP4257848B2 true JP4257848B2 (ja) | 2009-04-22 |
Family
ID=34815240
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003434965A Expired - Lifetime JP4257848B2 (ja) | 2003-12-26 | 2003-12-26 | 金型及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4257848B2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100772639B1 (ko) | 2005-10-18 | 2007-11-02 | 한국기계연구원 | 다이아몬드상 카본 박막을 이용한 미세 임프린트리소그래피용 스탬프 및 그 제조방법 |
| JP4872052B2 (ja) * | 2006-04-12 | 2012-02-08 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 微細金型コア部材 |
| JP5003069B2 (ja) * | 2006-09-08 | 2012-08-15 | セイコーエプソン株式会社 | レンズ基板形成用型の製造方法 |
| JP2008129041A (ja) * | 2006-11-16 | 2008-06-05 | Toshiba Mach Co Ltd | ホログラム素子の製造方法、ホログラム素子製造装置、および金型 |
| JP5314876B2 (ja) * | 2006-11-22 | 2013-10-16 | アピックヤマダ株式会社 | 樹脂モールド装置および樹脂モールド方法 |
| KR100843247B1 (ko) * | 2007-04-10 | 2008-07-02 | 한국생산기술연구원 | 비정질 소재를 활용한 집속 이온빔의 초정밀 금형의가공방법 |
| JP5027182B2 (ja) * | 2009-04-01 | 2012-09-19 | トーカロ株式会社 | インプリント用型材の製造方法およびインプリント用型材 |
| NL2005263A (en) | 2009-09-29 | 2011-03-30 | Asml Netherlands Bv | Imprint lithography. |
| JP2013091586A (ja) * | 2011-10-27 | 2013-05-16 | Tatsuhiko Aizawa | パターン成形型及びその製造方法 |
| JP6773342B2 (ja) | 2019-03-06 | 2020-10-21 | 株式会社不二製作所 | Ｄｌｃ被覆部材の表面処理方法 |
| EP3964356A1 (en) * | 2020-09-03 | 2022-03-09 | Boegli-Gravures SA | A method and system for manufacturing an embossing device by using an etch mask |
-
2003
- 2003-12-26 JP JP2003434965A patent/JP4257848B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2005193390A (ja) | 2005-07-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4257848B2 (ja) | 金型及びその製造方法 | |
| KR100624414B1 (ko) | 회절 렌즈 어레이 몰드의 제조 방법 및 ｕｖ 디스펜서 | |
| US20200338551A1 (en) | Master for micro flow path creation, transfer copy, and method for producing master for micro flow path creation | |
| US20080187719A1 (en) | Nano-imprinting mold, method of manufacture of nano-imprinting mold, and recording medium manufactured with nano-imprinting mold | |
| JP2010064328A (ja) | 微細構造転写用スタンパ及びその製造方法 | |
| US20100308496A1 (en) | Method of manufacturing stamper | |
| JPWO2008126312A1 (ja) | 熱式インプリント装置および熱式インプリント方法 | |
| JP2011194594A (ja) | 表面凹凸パターンを有する樹脂材およびその製造方法 | |
| JP4307040B2 (ja) | 微細表面構造をもつ物品の製造方法 | |
| JP2008114388A (ja) | マイクロデバイスの製造方法 | |
| JP3617200B2 (ja) | 微細構造体製造用金型の製造方法および微細構造体の製造方法 | |
| WO2005074052A1 (ja) | 圧電素子の製造方法 | |
| KR100744550B1 (ko) | 나노 임프린트용 질화실리콘 스탬프, 및 이의 제작 방법 | |
| JP2006032423A (ja) | インプリント加工用スタンパーおよびその製造方法 | |
| JP4899638B2 (ja) | モールドの製造方法 | |
| US8163656B2 (en) | Process for adjusting the size and shape of nanostructures | |
| KR20150097762A (ko) | 사출 성형을 포함한 노즐의 제조 방법 | |
| KR20040065752A (ko) | 나노 임프린트 제조 방법 | |
| JP6372145B2 (ja) | インプリント用モールドの製造方法、インプリント用モールドおよび階層構造形成体 | |
| JP5081666B2 (ja) | 微細パターン成形用金型及びその製造方法 | |
| JP2008238576A (ja) | ノズルプレートの製造方法 | |
| JP2024033616A (ja) | モールド及び構造物の製造方法 | |
| JP2013035228A (ja) | インプリント用モールド及びその製造方法並びに樹脂成形品またはガラス成形品の製造方法。 | |
| JP2006001046A (ja) | 微細パターン成形用金型の製作方法 | |
| JP2005055731A (ja) | 成形型，その製造方法及び光学素子の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060824 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20081023 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081105 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081217 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090116 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090130 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4257848 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120213 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120213 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130213 Year of fee payment: 4 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140213 Year of fee payment: 5 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |