JP4364095B2

JP4364095B2 - 微小凸部の作製方法

Info

Publication number: JP4364095B2
Application number: JP2004268110A
Authority: JP
Inventors: 猛日▲高▼; 泰中村; 靖弘斉藤; 慎也岡本; 広隆小用
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd; Olympus Corp
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd; Olympus Corp
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2024-09-15
Also published as: JP2006082999A

Description

本発明は、ガラス基材表面または薄膜表面に微小凸部を形成させる微小凸部の作製方法に関するものである。

例えば、基板表面上に微小凸部を形成させた一例として、半導体材料であるシリコン基板上に、アルカリ水溶液を用いて微小な針形状を作製する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このような方法は、機械加工を用いて針形状を作製しており、まず、溝を作製したシリコンウエハに、アルカリ性の溶液による結晶異方性エッチングを行うと、溝底面がエッチングされるとともに、溝加工で形成された島状構造体部分全体がエッチングされる。このとき島状構造体の上部角部ではエッチング速度の最も速い結晶面が現れ、結果的に先鋭な先端部を有する針状構造体が形成される。そして、針状構造体が形成された基板表面をエッチングマスクし、機械加工を施して針状構造体間またはその周辺に溝を形成し、針の高さを高くする。このように、エッチングマスクにより針先先端部は保護されているため、鋭利な先端を有する針状構造体を作製することができる。
特開２００４−５８２６５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の針形状を作製する方法では、エッチングマスクを用いているため、コストがかかるとともに、マスク合わせ等により工程数が増え、生産性が低下するという問題がある。また、機械加工方法として、ダイシング加工、放電加工、レーザー加工、サンドブラスト加工などを用いると、針形状を作製する装置が高価になってしまい全体的な作製コストが上がってしまう。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、簡易なプロセスによりガラス基材表面または薄膜表面に微小凸部を作製する微小凸部の作製方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の微小凸部の作製方法は、ガラス基材に圧力を局所的に印加すること、または圧力と熱とを局所的に印加した後冷却することにより、前記ガラス基材の表面及びその近傍に、使用するエッチング液に対するエッチングレートが他の部分と異なる圧縮応力部を形成し、該圧縮応力部を形成したガラス基材に対し、非圧縮応力部のエッチング量に対する前記圧縮応力部の残存量の割合であるエッチング選択比が第１の所定範囲にあるエッチング液による化学的エッチング処理を行う第１のエッチング工程と、前記エッチング選択比が前記第１の所定範囲とは異なる第２の所定範囲にあるエッチング液による化学的エッチング処理を行う第２のエッチング工程とにより、前記ガラス基材表面に前記圧縮応力部に対応した微小凸部を形成することを特徴とする。

本発明に係る微小凸部の作製方法では、ガラス基材に圧力を局所的に印加すること、または圧力と熱とを局所的に印加した後冷却することにより圧縮応力部を形成する。そして、圧縮応力部が形成されたガラス基材にエッチング選択比が第１の所定範囲にあるエッチング液による化学的エッチング処理を行うと、ガラス基材の表面には山形形状の突起が形成される。その後、エッチング選択比が第２の所定範囲にあるエッチング液により化学的エッチング処理を行うと、ガラス基材の表面に、裾幅に対する高さの割合であるアスペクト比が高く、先端が鋭利な微小凸部を形成することができる。すなわち、簡易なプロセスによりガラス基材表面に圧縮応力部に対応した微小凸部を作製することが可能となる。
ここで、エッチング選択比とは、非圧縮応力部のエッチング量に対する圧縮応力部の残存量の割合をいい、例えば、エッチング選択比が０．９の場合、非圧縮応力部が１μｍエッチングされるとき、圧縮応力部４は０．１μｍエッチングされ、０．９μｍ（残存量）の高さが形成される。

また、本発明の微小凸部の作製方法は、ガラス基材上に一層以上の無機材料からなる薄膜を成膜し、該薄膜に圧力を局所的に印加すること、または圧力と熱とを局所的に印加した後冷却することにより、前記薄膜の表面及びその近傍に、使用するエッチング液に対するエッチングレートが他の部分と異なる圧縮応力部を形成し、該圧縮応力部を形成した前記薄膜に対し、非圧縮応力部のエッチング量に対する前記圧縮応力部の残存量の割合であるエッチング選択比が第１の所定範囲にあるエッチング液による化学的エッチング処理を行う第１のエッチング工程と、前記エッチング選択比が前記第１の所定範囲とは異なる第２の所定範囲にあるエッチング液による化学的エッチング処理を行う第２のエッチング工程とにより、前記薄膜表面に圧縮応力部に対応した微小凸部を形成することを特徴とする。

本発明に係る微小凸部の作製方法では、薄膜に圧力を局所的に印加すること、または圧力と熱とを局所的に印加した後冷却することにより圧縮応力部を形成する。そして、圧縮応力部が形成された薄膜表面にエッチング選択比が第１の所定範囲にあるエッチング液による化学的エッチング処理を行うと、薄膜の表面には山形形状の突起が形成される。その後、エッチング選択比が第２の所定範囲にあるエッチング液により化学的エッチング処理を行うと、薄膜の表面に、裾幅に対する高さの割合であるアスペクト比が高く、先端が鋭利な微小凸部を形成することができる。すなわち、簡易なプロセスにより薄膜表面に圧縮応力部に対応した微小凸部を作製することが可能となる。さらに、例えば、イオンエッチング等のエッチング処理を行うことによって、薄膜表面に形成されている微小凸部の形状をガラス基材表面にそのまま反映させることが可能になる。したがって、ガラス基材表面に形成させたい微小凸部の形状を考慮した圧縮応力部を薄膜に形成させるようにすることで、所望の形状の微小凸部をガラス基材表面に形成させることが可能になる。

また、本発明の微小凸部の作製方法は、前記ガラス基材として、前記薄膜よりもエッチングレートの高いものを使用することを特徴とする。
本発明に係る微小凸部の作製方法では、薄膜よりもガラス基材の方が速くエッチングされるようになるので、ガラス基材表面に高アスペクト比形状の微小凸部を形成し易くすることができる。

また、本発明の微小凸部の作製方法は、前記第１の所定範囲のエッチング選択比が、前記第２の所定範囲のエッチング選択比より大きいことを特徴とする。
本発明に係る微小凸部の作製方法では、まず、エッチング選択比が第１の所定範囲にあるエッチング液によって化学的エッチング処理を行うが、エッチング選択比が大きいため、ガラス基材の表面または薄膜の表面には、山形形状の突起が形成される。その後、第１の所定範囲のエッチング選択比より小さい第２の所定範囲のエッチング選択比を有するエッチング液による化学的エッチング処理を行う。これにより、圧縮応力部が形成されている山形形状の突起部分がよりエッチングされるようになるので、山形形状の突起は相対的に細長くなる。したがって、ガラス基材の表面または薄膜の表面に、裾幅に対する高さの割合であるアスペクト比が高く、先端が鋭利な微小凸部を形成することができる。

また、本発明の微小凸部の作製方法は、前記圧力が、圧子を押圧または走査することによって印加されることを特徴とする。
本発明に係る微小凸部の作製方法では、圧子を押圧または走査した箇所に圧縮応力部が形成されるので、ガラス基材または薄膜をエッチング処理することにより所望の形状物を得ることができる。

また、本発明の微小凸部の作製方法は、前記圧力が、複数の突起形状を有する成形型を押圧することによって印加されることを特徴とする。
本発明に係る微小凸部の作製方法では、成形型の形状に対応した立体的な圧縮応力部を形成するようになるので、ガラス基材または薄膜をエッチング処理することにより立体形状物を得ることができる。

本発明の微小凸部の作製方法は、前記圧力が、尾根状の突起形状を有する成形型を押圧することにより印加されることを特徴とする。
本発明に係る微小凸部の作製方法では、成形型の突起形状に対応して尾根方向に延びた圧縮応力部が形成される。従って、まず、エッチング選択比が第１の所定範囲にあるエッチング液によって化学的エッチング処理を行うが、このとき、ガラス基材の表面または薄膜の表面には、山形形状、特に頂部が連なる山脈形状の突起が形成される。その後、エッチング選択比が第２の所定範囲にあるエッチング液によって化学的エッチング処理を行う際、圧縮応力部が形成されている山脈形状の突起部分がよりエッチングされるようになるので、結果的に、圧縮応力部に対応した、先端が鋭利な例えばナイフエッジ形状の微小凸部を形成することができる。

また、本発明に係る微小凸部の作製方法は、前記微小凸部の表面の少なくとも一部に導電性部材を被覆する工程を有することを特徴とする。
本発明に係る微小凸部の作製方法では、表面の少なくとも一部に導電性部材が被覆された微小凸部を得ることができ、この導電性部材を利用することによって、ＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）測定や原子・分子操作が可能となる。

本発明においては以下の効果を奏する。
本発明に係る微小凸部の作製方法によれば、エッチング選択比が第１の所定範囲にあるエッチング液と、エッチング選択比が第１の所定範囲と異なる第２の所定範囲にあるエッチング液によるエッチング処理を行うため、簡易なプロセスにより高アスペクト比を有する例えば針形状やナイフエッジ形状の微小凸部を作製することが可能になる。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
本発明の第１実施形態に係るガラス基材表面に微小針５を形成する工程を説明する。
本実施形態では、加工対象とするガラス基材１として、酸性液（エッチング液）による化学的エッチング処理が行われることにより表面に凹凸を効果的に形成させるのに有利な、ＳｉＯ₂及び１モル％以上のＡｌ₂Ｏ₃を含み且つＳｉＯ₂含有量−Ａｌ₂Ｏ₃含有量が４０〜６７モル％であるガラス母材を用いる。このガラス母材は、多成分系ガラスであって、ＳｉＯ₂を主成分とし且つ１モル％以上のＡｌ₂Ｏ₃が含有されており、このようなガラス母材では、Ａｌ₂Ｏ₃が酸性溶液に溶出し易いため、エッチング処理が促進され、また、これに含まれるＳｉＯ₂とＡｌ₂Ｏ₃のモル濃度の差（ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃）が小さくなるに伴い（耐酸性の弱いＡｌ₂Ｏ₃が相対的に多くなるに伴い）、その溶出が促進されエッチングレートが飛躍的に大きくなる。

また、ガラス基材１に圧力を局所的に印加する方法としては、圧子２を押圧することにより行われる。この圧子２の先端部の形状は、球の一部分をなしており、例えばその半径は０．２５ｍｍである。

本実施形態に係る工程では、まず、ガラス基材１を加熱する基板加熱装置（図示略）を３００℃に加熱する。これにより、図１（ａ）に示したように、上述した組成のガラス基材１に熱を印加し、当該ガラス基材１を昇温させる。尚、このときの熱の印加は、少なくとも、圧子２を押圧して圧力を印加したときにクラックが生じない程度に昇温されるまで行われる。
続いて、ガラス基材１が昇温されると、図１（ｂ）に示したように、圧子２を矢印Ａに示したように降下し、圧子２をガラス基材１に押圧する。これにより、ガラス基材１の表面及びその近傍に昇温した状態の圧縮応力部３が形成される。尚、実際には、このときに圧子２の押圧によってガラス基材１の表面に凹が形成されるが、図１（ｂ）では省略して示している（図１（ｃ）において同じ）。

続いて、圧子２をガラス基材１に押圧した状態のままガラス基材１を冷却し、図１（ｃ）に示したように、圧子２を矢印Ｂに示したように上昇させる。これにより、ガラス基材１の表面及びその近傍に圧縮応力部４が形成される。
このようにして形成された圧縮応力部４は、他の部分（通常部）と異なる化学的性質を示し、酸性液による化学的エッチング処理を行った際にエッチングレートに差が生じる。詳しくは、圧縮応力部４では、他の部分に比べてエッチングレートが低くなる（エッチング速度が遅くなる）。このメカニズムは、完全には明らかになっていないが、圧縮応力部４では、ガラス構造の変化、相変態、密度上昇等が生じ、緻密化したシロキサンネットワークがその他の成分の溶出を妨げる一方、他の部分ではＡｌ₂Ｏ₃が酸性液により選択的にエッチングされるためと考えられる。

続いて、図１（ｄ）及び図１（ｅ）に示したように、前述の圧縮応力部４が形成されたガラス基材１を図２に示す第１の所定範囲（エッチング選択比：０．８〜０．９）のエッチング液である６０℃，０．０５％のフッ酸（ＨF）中に浸漬させる。これによって、約６μｍの化学的エッチング処理が行われ、ガラス基材１の表面には、高さ約５．４μｍの突起形状が形成される。
ここで、エッチング選択比とは、非圧縮応力部のエッチング量に対する圧縮応力部の残存量の割合である。例えば、エッチング選択比０．９の場合、非圧縮応力部が１μｍエッチングされるとき、圧縮応力部４は０．１μｍエッチングされ、０．９μｍ（残存量）の高さの突起が形成されるということを示している。すなわち、エッチング選択比が大きいほど、高さの高い山形形状の突起を形成することができる。

このような、第１の所定範囲のエッチング選択比を有するエッチング液によりエッチング処理を行うと（第１のエッチング工程）、図１（ｄ）及び図１（ｅ）に示したように、他の部分よりもエッチングレートが低い圧縮応力部４は他の部分よりもエッチングされ難くなり、圧縮応力部４が突起となって残存するようになる。さらに、図２に示す第２の所定範囲のエッチング選択比を有するエッチング液（エッチング選択比：０．５〜０．６）である５０℃，０．１％のフッ酸（HF）中に浸漬させる。これによって、約４μｍの化学的エッチング処理が行われた（第２のエッチング工程）。この工程により、図１（ｆ）に示したように、圧縮応力部４が第１のエッチング工程に比して相対的に多くエッチングされるようになるので、山形形状の突起は内方に絞られる。これにより、エッチング処理が進むにつれて、ガラス基材１の表面には、裾幅Ｌ１が1μｍで、高さＬ２が約７μｍである先端が鋭利な針状の突起、すなわち微小針５が形成される。

また、この微小針５をガラス基材１の表面から切り離す方法としては、微小針５の裾の部分に、電子ビーム（ＥＢ），収束イオンビーム（ＦＩＢ）を照射するものが挙げられる。

このように本実施形態に係る工程によれば、ガラス基材１の表面に、第１の所定範囲のエッチング選択比を有するエッチング液によるエッチング処理を行った後、第２の所定範囲のエッチング選択比を有するエッチング液によるエッチング処理を行うことで、裾幅Ｌ１に対する微小針５の高さＬ２の割合であるアスペクト比（Ｌ２／Ｌ１）が高く、先端が鋭利な微小針５を形成することができる。すなわち、簡易なプロセスにより微小針５を作製することが可能となる。

なお、本実施形態に係る工程において、ガラス基材１のＳｉＯ₂含有量−Ａｌ₂Ｏ₃含有量は、耐水性を劣化させないガラス基材とする観点から４０モル％以上とするのが好ましく、更にエッチング量に対して効率良く高い突起が得られるガラス基材とする観点から４７モル％以上とするのが好ましい。一方、Ａｌ₂Ｏ₃のガラス基材中への多量の添加によって生じる耐酸性の低下を抑制し、かつガラス基材の溶融温度の上昇を抑制し、比較的低い溶融温度で組成均質性の高いガラス基材とする観点から、前述のＳｉＯ₂含有量−Ａｌ₂Ｏ₃含有量は、６７モル％以下とするのが好ましく、更にエッチング量に対して効率良く高い突起が得られるガラス基材とする観点から５７モル％以下とするのが好ましい。

また、ＳｉＯ₂含有量は４０モル％以上が好ましく、一方Ａｌ₂Ｏ₃含有量は１モル％以上が肝要であるが上限としては１５モル％以下が好ましい。ＳｉＯ₂は、ガラス基材１の基本的構成成分であり、化学的耐久性の付与及び突起形成性の点から４０モル％以上が好ましい。また、Ａｌ₂Ｏ₃は、ガラス基材の溶解性を確保し、均質なガラス基材とし、これにより突起形成の場所によるばらつきを小さくし得る点から１５モル％以下が好ましい。

このように、ガラス基材１は、ＳｉＯ₂及びＡｌ₂Ｏ₃を前述したような割合で含み、圧力を印加するか、または圧力と熱とを印加した後冷却することで、エッチングレートが低い圧縮応力部を容易に形成でき、その後エッチング処理を行うことによって突起が形成できるものであれば良く、特に制限はない。このようなガラス基材の種類の例を挙げれば、アルミノケイ酸塩ガラス、アルミノホウケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス等から選択できる。尚、ホウケイ酸塩ガラス等に含まれているＢ₂Ｏ₃は、ガラス基材中でＡｌ₂Ｏ₃と同様の作用を示すと考えられ、これがガラス基材１に含まれていても何ら差し支えない。

また、本実施形態に係る工程において、エッチング液としてフッ酸（ＨＦ）を使用したが、使用される酸性液はガラス基材１からＳｉＯ₂以外の成分を選択的に溶出することが必要であり、更にエッチング液による化学的エッチング処理により圧縮応力部とそれ以外の通常部との間に前述の選択的溶出量が異なることが求められる。そのため、エッチング液はｐＨ５以下の水溶液であることが好ましい。エッチング処理によりガラス基材中から選択的に溶出されるのはＡｌ₂Ｏ₃などの耐酸性の低い成分であることから、エッチング液は酸性寄りであることが求められる。このようなエッチング液として、フッ素イオンを含有する酸性の水溶液、例えば、フッ化水素酸水溶液を用いることができる。また、この酸性のエッチング液には、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、スルファミン酸、シュウ酸、酒石酸、リンゴ酸及びクエン酸の中から選ばれる少なくとも一種が添加されたものを使用することができる。

また、この第１実施形態に係る工程では、ガラス基材１に一つの圧子２を押圧して圧力を印加するようにしているが、複数の圧子２を押圧して圧力を印加するようにしても良い。このようにすることで、ガラス基材１の表面に複数の突起を一回の押圧操作で形成させることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明に係る第２実施形態について、図３を参照して説明する。
この第２実施形態に係る微小針１５の作製方法において、第１実施形態と異なる点は、第２実施形態では、ガラス基材１１上に薄膜１２を成膜し、薄膜１２に複数の微小針１５を形成する点である。

本実施形態は、加工対象となるガラス基材が、プレス成形困難なものである場合等に好適なものである。このようなガラス基材としては、熱膨張が小さく高い透明性を有する結晶化ガラスや石英ガラス、アサーマルガラス等がある。尚、ガラスのプレス成形とは、ガラスを加熱軟化させた後に、所望の形状に加工した成形型（例えば、本実施形態で示す複数の突起形状を有する成形型１４）で押圧して形状を転写させ、その後冷却してガラスを固化し、所望の形状のガラスを得る方法をいう。よって、プレス成形困難なものの中には、前述のような圧力を印加するか、または圧力と熱とを印加した後冷却することで圧縮応力部を形成することが困難なもの等も含まれる。

本実施形態では、最終的に表面に微小針１５の形状を形成させるガラス基材として、結晶化ガラスを用いる。
このような結晶化ガラス表面に微小針１５の形状を形成させるため、まず、図３（ａ）に示したように、結晶化ガラス１１上に、加工層となる無機材料からなる薄膜である応力印加用膜１２を成膜する。この応力印加用膜１２は、前述のような熱及び圧力を局所的に印加し冷却することでエッチングレートが他の部分と異なる圧縮応力部を形成可能なものであって、例えば、前述の第１実施形態において加工対象となったガラス基材１等である。

続いて、この応力印加用膜１２が成膜された結晶化ガラス１１を、図３（ｂ）に示したように、下型１３上に載置し、第１実施形態と同様にして、基板加熱装置（図示略）を３００℃に加熱する。このようにして、熱を印加して応力印加用膜１２を昇温させる。尚、このときの熱の印加は、少なくとも、成形型１４を押圧して圧力を印加したときにクラックが生じない程度に応力印加用膜１２が昇温されるまで行われる。応力印加用膜１２が昇温されると、続いて、成形型１４を降下して成形型１４を応力印加用膜１２に押圧する。これにより、応力印加用膜１２の表面及びその近傍に、成形型１４の形状に応じた、昇温した状態の圧縮応力部が形成される。

続いて、応力印加用膜１２に成形型１４を押圧した状態のまま冷却して、成形型１４を上昇させる。これにより、応力印加用膜１２の表面及びその近傍に、圧縮応力部が形成される。
続いて、このようにして圧縮応力部が形成された応力印加用膜１２を、図２に示す第１の所定範囲（エッチング選択比：０．８〜０．９）のエッチング液である６０℃，０．０５％のフッ酸（HF）中に浸漬させる。これによって、約６μｍの化学的エッチング処理が行われ（第１のエッチング工程）、ガラス基材１の表面には、図３（ｃ）に示すように、高さ５．４μｍの圧縮応力部４からなる突起が複数形成される。

さらに、図２に示す第２の所定範囲（エッチング選択比：０．５〜０．６）のエッチング液である５０℃，０．１％のフッ酸（HF）中に浸漬させる。これによって、約４μｍの化学的エッチング処理が行われた（第２のエッチング工程）。この工程により、図３（ｄ）に示すように、圧縮応力部４が第１のエッチング工程に比して相対的に多くエッチングされるようになるので、山形形状の突起は内方に絞られる。これにより、応力印加用膜１２の表面には、裾幅Ｌ１が１μｍで、高さＬ２が約７μｍである先端が鋭利な針状の突起、すなわち微小針１５が複数形成される。

続いて、このようにして表面に複数の微小針１５の形状が形成された応力印加用膜１２が成膜されている結晶化ガラス１１に対し、図３（ｄ）に示したように、イオンエッチングを行う。このイオンエッチングは、再現性及び均一性に優れ、活性でない材料（酸性液による化学的エッチング処理によってエッチングされ難い材料）のエッチングに有効であり、また複合材料のエッチングにも有効である、等といった特徴を有している。このようなことから、表面に微小針１５の形状が形成された応力印加用膜１２が成膜されている結晶化ガラス１１に対しイオンエッチングを行うことによって、図３（ｅ）に示したように、応力印加用膜１２の表面に形成されていた微小針１５の形状が結晶化ガラス１１にそのまま反映され、結晶化ガラス１１の表面に微小針１５の形状が形成される。

このように、本実施形態に係る工程によれば、他の部分とエッチングレートが異なる圧縮応力部を形成困難な結晶化ガラス１１であっても、簡易なプロセスにより微小針１５を作製することが可能となる。
尚、本実施形態に係る工程では、応力印加用膜１２の表面に形成された微小針１５の形状を結晶化ガラス１１にそのまま反映させるためにイオンエッチングによって応力印加用膜１２を全て除去したが、必要に応じて、応力印加用膜１２の一部を残すようにしても良い。
また、本実施形態は、例えば、ガラス基材が圧縮応力部を形成困難なものである場合等に有効である。

また、本実施形態に係る工程では、成形型１４を用いて圧力を印加しているが、最終的に結晶化ガラス１１の表面に形成させる微小針１５の形状に応じて、例えば一つ或いは複数の圧子等を用いて圧力を印加するものであっても良い。また、この場合も、加熱された圧子を応力印加用膜１２に押圧することによって、応力印加用膜１２に熱及び圧力を印加するようにしても良い。

＜第３実施形態＞
次に、本発明に係る第３実施形態について、図４を参照して説明する。
この第３の実施形態に係る微小凸部の作製方法において、第１の実施形態と異なる点は、ガラス基材２１に圧力を局所的に印加するにあたって、圧子２２を押圧しながら走査する手段を採用した点である。

すなわち、この第３実施形態では、まず、ガラス基材２１を加熱し、その後、ガラス基材２１の表面に圧子２２を押圧しながら走査する。これにより、ガラス基材２１の表面及びその近傍に昇温した状態の圧縮応力部２３を形成する。このときの圧縮応力部２３の形状は、略楕円形を縦割りに２分割した断面形状を有し、圧子２２の走査方向に延びている。

次いで、図示は省略するが前記第１実施形態で説明した工程と同様に、圧縮応力部２３が形成されたガラス基材２１を、エッチング選択比が第１の所定範囲にあるエッチング液に浸漬する。これにより、ガラス基材２１の表面には、頂部が連なる山脈形状の突起部分が形成される。その後、同ガラス基材２１を、エッチング選択比が第２の所定範囲にあるエッチング液に浸漬する。

これにより、圧縮応力部２３が形成された山脈形状の突起部分が、よりエッチングされるようになるので、結果的に、例えば図４（ｂ）に示すような、ＤＮＡの切断に用いて好適なナイフエッジ形状の微小凸部２４を形成することができる。

なお、この図示例では、ガラス基材２１に直接微小凸部２４を形成しているが、図３に示す第２実施形態で説明したように、ガラス基材２１の上側に薄膜を成膜しておき、この薄膜にナイフエッジ形状の微小凸部を形成するようにしてもよい。

＜第４実施形態＞
次に、本発明に係る第４実施形態について、図５を参照して説明する。
この第４の実施形態に係る微小凸部の作製方法において、第３の実施形態と異なる点は、ガラス基材３１に圧縮応力部３２を形成するに当たり、圧子を走査する代わりに、尾根状の突起形状を有する成形型３３を押圧することを利用した点である。

このような成形型３３を利用しても、略楕円形を縦割りに２分割した断面形状を有し、成形型３３の尾根の方向に延びた圧縮応力部３２を形成することができ、ひいては、ガラス基材３１上あるいはガラス基材３１上に成膜される薄膜にナイフエッジ形状の微小凸部を形成することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、第１実施形態では、基板加熱装置によりガラス基材１を加熱させたが、加熱せずに圧力のみを印加させても良い。

また、微小針５，１５、あるいはナイフエッジ形状の微小凸部２４の表面に導電性部材を被覆させても良い。これにより、ＳＴＭ（走査型トンネル顕微鏡）測定や原子・分子操作が可能となる。また、導電材料としては、各種金属材料を用いることが可能であり、ＣＶＤ（化学的気相蒸着法）、スパッタ等の成膜手法で成膜を行えば良い。このように、表面に導電性部材が被膜された例えば微小針５，１５は、細胞内に遺伝子等を導入する針，細胞等の微小物体をサンプリングするための針，原子間力顕微鏡等の走査型プローブ顕微鏡用のカンチレバー及び微小部の電位等を測定する触針等に使用するのに好適である。
また、本発明の微小針５，１５は、薬品等を注入する注入針，細胞等の微小物体の処理（切断などの加工）を行うための針及びＤＶＤ等の記録用光ディスク検査用の高アスペクト比のカンチレバー等に使用するのに好適であり、ナイフエッジ形状の微小凸部２４は、ＤＮＡ等の切断に使用するのに好適である。

また、本発明の主目的である遺伝子導入の用途に使用するためには、裾幅Ｌ１は１μｍ以下であり、裾幅Ｌ１に対する高さＬ２の割合であるアスペクト比（Ｌ２／Ｌ１）が１０以上であることが好ましい。
また、第１実施形態では、圧子２の先端の形状を球状としたが、これに限るものではなく、所望の圧縮応力部の形状に応じて、角錐，円錐等に変えることも可能である。さらに、圧子２、２２や成形型１４、３３の代わりに、圧縮応力部４、２３、３２が所望の形状となるように粒子を制御して衝突させても良い。この場合には、粒子射出手段としてのサンドブラストのノズルにより、ガラス基材１、２１、３１や応力印加用膜１２の表面に粒子を衝突させることで、所望の形状の微小針５，１５あるいはナイフエッジ形状の微小凸部２４を形成させることもできる。
また、微小針５あるいはナイフエッジ形状の微小凸部２４をガラス基材１の表面から切り離さず、ガラス基材１の表面に形成されたまま医療用等の検査や切断用に用いることも可能である。
また、ガラス基材１または応力印加用膜１２に対し、第１のエッチング工程および第２のエッチング工程の２回に分けてエッチング処理を行い所望の高さの微小針５，１５あるいはナイフエッジ形状の微小凸部２４を形成したが、それぞれエッチング選択比の異なるエッチング液を用いてエッチング処理を３回以上行っても良い。このようなエッチング処理を行うことにより、ガラス基材１または応力印加用膜１２に、高アスペクト比を有するとともに、先端が鋭利な微小針等をさらに精度良く形成することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る微小針を作製する工程の一例を説明する図である。本発明の第１実施形態に係る微小針を作製する工程に用いるエッチング液のエッチング選択比の一例を示すグラフである。本発明の第２実施形態に係る微小針を作製する工程の一例を説明する図である。本発明の第３実施形態に係る微小凸部を作製する工程の一部分の例を説明する図である。本発明の第４実施形態に係る微小凸部を作製する工程の一部分の例を説明する図である。

符号の説明

１、２１、３１ガラス基材
２、２２圧子
３昇温した状態の圧縮応力部
４、２３、３２圧縮応力部
５、１５微小針
１１結晶化ガラス
１２応力印加用膜（薄膜）
１３下型
１４、３３成形型
２４微小凸部

Claims

ガラス基材に圧力を局所的に印加すること、または圧力と熱とを局所的に印加した後冷却することにより、前記ガラス基材の表面及びその近傍に、使用するエッチング液に対するエッチングレートが他の部分と異なる圧縮応力部を形成し、
該圧縮応力部を形成したガラス基材に対し、非圧縮応力部のエッチング量に対する前記圧縮応力部の残存量の割合であるエッチング選択比が第１の所定範囲にあるエッチング液による化学的エッチング処理を行う第１のエッチング工程と、前記エッチング選択比が前記第１の所定範囲とは異なる第２の所定範囲にあるエッチング液による化学的エッチング処理を行う第２のエッチング工程とにより、前記ガラス基材表面に前記圧縮応力部に対応した微小凸部を形成することを特徴とする微小凸部の作製方法。
ガラス基材上に一層以上の無機材料からなる薄膜を成膜し、
該薄膜に圧力を局所的に印加すること、または圧力と熱とを局所的に印加した後冷却することにより、前記薄膜の表面及びその近傍に、使用するエッチング液に対するエッチングレートが他の部分と異なる圧縮応力部を形成し、
該圧縮応力部を形成した前記薄膜に対し、非圧縮応力部のエッチング量に対する前記圧縮応力部の残存量の割合であるエッチング選択比が第１の所定範囲にあるエッチング液による化学的エッチング処理を行う第１のエッチング工程と、前記エッチング選択比が前記第１の所定範囲とは異なる第２の所定範囲にあるエッチング液による化学的エッチング処理を行う第２のエッチング工程とにより、前記薄膜表面に前記圧縮応力部に対応した微小凸部を形成することを特徴とする微小凸部の作製方法。
前記ガラス基材として、前記薄膜よりもエッチングレートの高いものを使用することを特徴とする請求項２に記載の微小凸部の作製方法。
前記第１の所定範囲のエッチング選択比が、前記第２の所定範囲のエッチング選択比より大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の微小凸部の作製方法。
前記圧力が、圧子を押圧または走査することによって印加されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の微小凸部の作製方法。
前記圧力が、複数の突起形状を有する成形型を押圧することにより印加されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の微小凸部の作製方法。
前記圧力が、尾根状の突起形状を有する成形型を押圧することにより印加されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の微小凸部の作製方法。
前記微小凸部の表面の少なくとも一部に導電性部材を被覆する工程を有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の微小凸部の作製方法。