JPH01222201A - 粗面化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 本発明は、部材表面を粗面化する粗面化方法に関覆る。

例えば本発明は自動車等の車両や建築吻の窓やミラー等
のくもり止め用としてまたテレビや液晶素子などのガラ
スの防眩用として使用することができ、その他大きな反
応面積をもつ電極や触媒に使用することができる。

［従来の技術１ 従来、くもり止めガラス等に使用するガラスの表面に、
微細な凹凸をもつ粗面を形成する方法が知られている。

特開昭６１−９１０４２号公報は、ガラス基板上に多数
の結晶粒界をもつシリカやチタニア等の無機酸化物薄膜
をスパッタリング法に本り形成し、その後で前記Ｉｌ！
およびガラス基板を化学エツチングすることにより粗面
化する方法を開示している。

また従来の他の例として、珪ふつ化水素＆ｔ（Ｈｚｓｉ
Ｆｓ）のシリカ過飽和水溶液によりガラス表面の化学エ
ツチングを行い、多孔質のシリカスケルトンからなる凹
凸面を１ｇる方法がある。

また、半導体製造技術分野では、フォトリソグラフィプ
ロセスが知られている。このフォトリソグラフィプロセ
スはたとえば半導体基板上に写真製版によりマスクを形
成し、半導体基板の表面を例えばイオンビームエツチン
グ法などにより、所定のエツチングパターンを形成する
技術である。

［解決を必要とする問題点］ 前記した従来の粗面化方法では、ガラスの表面またはそ
の上に形成された無機酸化物薄膜をエツチング液により
エツチングし、ガラスまたは無機酸化物薄膜の表面各部
におけるエツチング特性の差により粗面形成用表面を粗
面化している。

従来の粗面化方法では、形状のそろった凹凸をもつ粗面
を形成することは困難であり、前記凹凸の断面形状を正
確に制御することは困難であった。

また鋭い凹凸粗面を形成することはできなかった。

なお、このような鋭い凹凸粗面は後で説明するように、
独特の物即特性をもち、粗面を使用する多くの用途にお
いて顕著な効果を期待できる。

本発明は前記問題に鑑みなされたものであり、断面形状
制御が簡単であり多数の鋭い凹凸をもつ粗面を形成する
粗面化方法を提供することを目的とする。

［発明の構成］ 本発明の粗面化方法は、部材の粗面形成用表面をエツチ
ングして前記粗面形成用表面に微細な凹凸を形成する粗
面化方法において、表面に多数の微細な凹凸をもつ薄膜
状のマスクを前記粗面形成用表面上に形成するマスク形
成工程と、前記マスクを形成された前記部材の前記粗面
形成用表面をイオンビームエツチング法によりエツチン
グして前記粗面形成用表面を凹凸面とする粗面化工程と
、からなる。

なお、粗面は本川ｔｌＡｔａでは２次元方向に不規則に
配列された多数の微小凹凸をもつ面を言う。

粗面化される部材は、通常の無機ガラスとか有機ガラス
その他有機物質製または無機物質製のものである。部材
の粗面形成用表面は平面に限定されず３次元形状の面で
も良い。

マスクは、多数の微細な凹凸または多数の微細な小孔を
もつ薄膜であり有機材料製、無機材料製あるいはそれら
を複合したものとすることができる。

マスク作製の一例を示す。まず部材を露点以下まで冷却
し、部材の粗面形成用表面に微細な水滴を結露させる。

ついで、この粗面形成用表面に高分子の希薄溶液を噴ｎ
塗布して薄い溶液層を形成し、さらに溶媒を揮発させる
ことにより高分子多孔性ＷＪＩＩｌＩを得る。部材温度
は例えば露点と同じ温度から露点より１０℃低い温度の
範囲に設定する。

部材温度がこれより高い場合は結露せず、高分子多孔性
膜に十分な孔が生じないし、またより低いと水滴の成長
速度が大ぎく、孔径のバラツキが大きく、制御が難かし
い。高分子の材料は例えばセルロースアセテートブチレ
ート、溶剤は酢酸エチルであり、溶液濃度は０．１〜０
．５重量％とすることができる。目的とする高分子多孔
性薄膜の孔径を小さくするためには溶液濃度は低くする
必要があるが、上記値より小さいと充分な膜厚が術られ
なかったり不連続な膜になつＩこりする場合があり、よ
り大きいと粘麿が大きく孔が貫通しない場合がある。以
上の操作で得られる高分子多孔性膜の孔径は０．１〜１
０μｍ１膜厚は５００〜２０００六である。

次に、上記高分子多孔性薄膜の形成された部材に無機物
質膜を１ｆｔ４？４する。無機物質膜として、〜ＩＱＯ
，ＴｉＯ２，Ｙ２Ｏ３などの酸化物、ＭＱＦ２などのフ
ッ化物、Ｃ（カーボン）など、部材にくらべ、イオンビ
ームによるエツチング速度の小さい膜を選択することが
できる。前記エツチング速度の小さい無機物質膜はど、
得られる凹凸が顕著である。無機物質膜の膜厚は、高分
子多孔性薄膜と同程度の５００・〜４０００人が適当で
あり、これより小さいと充分な効果が得られない場合が
あり、大きすぎるとエツチング液稈の時間が長くなった
りまた、得られる凹凸は顕著でな（なる場合がある。

次に、マスクが形成された部材表面をイオンピ−ムエッ
チングにより処理し部材表面を粗面化ｊる。

イオンビームエツチング・法は加速されたイオンビーム
を使用するエツチング方法であり、反応性イオンビーム
エツチングでも良い。

イオンビームエツチングに用いられるイオン化ガスは、
大きなエツチング速度が得られ、部材の変性を伴わない
ようＡｒ５ｘｅなどの不活性ガスを数ＫＶ程度の加速電
圧で用いるとよい。イオンビームの照射量と入射角は各
々（１〜１０）ＸＩＱ　’　ａ　ｉ　ｏｎｓ／ｃｍ２．
Ｏ”　〜７５°に設定し、部材表面に発生する凹凸の形
状の制御を行うことができる。照射ｍが小さすぎると、
マスクに用いた高分子多孔性薄膜が部材表面に残留し、
また照射量をより大きくしても表面凹凸の変化は小さい
。

［Ｗ用］ 本発明の粗面化方法では、表面に多数の微細な凹凸をも
つ薄膜上のマスクを前記粗面形成用表面上に形成し、マ
スクを形成された粗面形成用表面をイオンビームエツチ
ング法によりエツチングする。エツチング用のイオンは
マスク及び部材の表面をその入射方向に異方性エツチン
グする。この異方性エツチングにより、マスクの凹部の
下の部材表面はマスクの凸部の下の部材表面に比較して
速かにエツチングされ、鋭い微小凹凸をもつ粗面が１ｑ
られる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図面に従って説明する。第１
図は部材としてのガラス基板１の断面図であり、第２図
はガラス基板１上に高分子多孔性薄膜２を形成した断面
図であり、第３図は高分子多孔性薄膜２上に無機物質膜
３を形成した断面図であり、第４図はイオンビームエツ
チングの実施状態を示す模式図である。

コ　　　　　５　のン　工程 まず、ガラス基板１（第１図）を露点ないし露点より約
１０℃だけ低温に冷却した金属板上（図示せず）に接触
させて冷却し、室温大気中でガラス基板１の表面に多数
の微細な水滴を結露させる。

次に、０．１〜０．５１Ｊｍ％のセルロースアセトブチ
レートの酢酸エチル溶液（図示せず）を、前記水滴の付
着したガラス基板１上にコーティングして薄い溶液の層
（図示せず）をつくる。

その後でガラス基板１を温風で加温しながら酢酸エチル
と水滴を揮発させ、セルロースアセトブチレート膜であ
る高分子多孔性薄膜２をガラス基板１上に形成する。な
お、高分子多孔性ｉｌ膜２の孔２Ａは酢酸エチルの揮発
後に水滴が蒸発することにより水滴のあった位置に形成
される（第２図）第１表に、気温２５℃、湿度６０％の
室内で、結露の時間を約５秒としたときの、ガラス基板
１の１ｍと高分子溶液の濃度との組合せと、得られる高
分子多孔性薄膜２の孔径と膜厚とを示した。

（以下余白） 第１表　基板温度、高分子溶液ｒｆＡｒ！１と多孔性膜
の孔径、膜厚法に、高分子多孔性１１１１１ｆ１２上に
無機物質膜３を堆積する。無機物ｖＪ躾３は高分子多孔
性薄膜２上に第３図に示す形状に堆積される。

本実施例では、無機物質膜３として、Ｃ（カーボン）を
交流アーク放電蒸着法により堆積したちのく試料Ｉ）と
、Ａｌ２０３（アルミナ）を高周波スパッタリング沫に
より堆積したもの（試料■）とを作製した。膜厚は両者
とも約１０００人とした。

１ＬＬＬ馳 以上の工程の後でガラス基板１を真空槽に入れ、１Ｏ−
６Ｔｏｒｒまで排気した後、イオンピームによりエツチ
ングを行う。

イオンビームエツチング法の様子を示す模式図を第４図
に示す。イオン銃４から射出されたイオンビーム５は入
射角６でガラス早板１等に射突する。イオン化ガスとし
てＡｒを用い、加速電圧は３ｋｖ、ガス流量は２Ｘ１０
−２Ｔｏｒｒ−リットル／５ｅＣ１圧ツノは２Ｘ１０−
４Ｔｏｒｒであった。コ（ｒ）際、入射角６をｏｏ、３
０°、４５°、６０°、７５°、イオン照射聞を２Ｘ１
０Ｔ８．５Ｘ１０’８．１０Ｘ１Ｑ’ｌｌ　１ｏｎｓ、
／ｃｍ２と変化させエツチングを行った。

イオンビームエツチング完了後、ガラス基板１を真空槽
より取出し、表面形状をＳＥＭにより観察した。第５図
、第６図、第７図は−てれぞれイオン吊を変えて斜め入
射のイオンビーム５によりエツチングを行ったときのガ
ラス基板１表面の断面形状の模式図であり、第５図は２
Ｘ１０’８ｉ。

ｎＳ／Ｃｍｚ、第６図は５×１０啼８ｉ０ｎＳ／ｃｍ’
　、第７図は１０ｘ１０　’８１ｏｎｓ／ｃｍ２の場合
を示す。なお、図示しないがイオンビームを垂直大割す
る場合には、照射量が２Ｘ１０’８ｉｏｎｓ／ｃｍ２で
はガラス基板１表面の凹凸は高分子多孔性薄膜２の凹凸
を反映した網の目状を示し、照射量が５ｘ１０　’　８
　ｉ　ｏｎｓ／ｃｍ２では鋭い突起が発生し、照射Ｒが
１０１０Ｘ１０＋　ｏ　ｎ　ｓ　７　ｃ　ｍ　２では前
記突起は鈍くなり、凹凸の高低差が小さくなる。斜め入
射の場合には、第７図に示すように照射量が１０ｘ１０
’８ｉｏｎｓ／ｃｍ２では軸がイオンビーム５に平行な
円錐状の突起１０１が多数形成され、第６図に示すよう
に５ｘｉ　Ｑ　’　Ｂ　ｉ　ｏｎｓ／ｃｍ’　ＴＬＬＯ
とつ０）面がイオンビームに垂直もうひとつの面がイオ
ンビームにほぼ平行な独特な段階状の凹凸１０２が生じ
る。結局第６図及び第７図に示すようにイオンど−ムエ
ッチングされたガラス基板１には鋭い微小凹凸が多数か
つ均一に形成される。これら結果は、試料■と■の差、
すなわち無機物質膜３の秤類によらず同様な傾向を示し
た。

以下、表面１１に凹凸の形成されたガラス基板１のぬれ
性の変化を試料工と■について第２表と第３表により説
明する。また、同じガラス基板１の粗面に疎水性のポリ
テトラフルオロエチレンを高周波スパッタリング法によ
り膜厚５００人だけ堆積した場合のガラス基板１のぬれ
性の変化も一緒に説明する。

（以下余白） なお、第７図中に丞した凹凸の高低差りと、凹凸の表面
方向の周期１−との比Ｄ／Ｌをアスペクト比としＣいる
。第２表および第３表において異なるエツチング条件に
ついて各欄の上から順に、アスペクト比、未コート凹凸
面の水に対する接触角、ＰＴＦＥコーティングされた凹
凸面の水に対する接触角が順に示されている。ちなみに
平滑−なガラス表面の接触角は４２°、平滑なガラス表
面に１）ＴＦＥをコーティングしたときの接触角は１０
９８であった。

第２表と第３表によると、無機物質膜３としてのカーボ
ン膜を使用した場合の粗面は、無機物質膜３としてＡｌ
２ｏ３膜を使用した場合の粗面に比べ、僅かに大きいア
スペクト比が得られていることがわかる。両者とも最大
のアスペクト比が）りられるイオンビーム照射条件は、
入射角４５゛、照射ｆｆ１５〜１０Ｘ　１０　’　Ｂ　
ｉ　ｏ　ｎ　ｓ／ｃｍ’　テ１＞す、得られたアスペク
ト比は０．７〜０．８である。

水の接触角については、第２表、第３表の両方において
、凹凸のアスペクト比が増大するほど、その値が減少す
る傾向にあり、ぬれ性が向上している。接触角の最小値
は、イオンビーム５の入射角４５°、照射１５〜１０ｘ
ｌＯ’８　ｉｏ、ｎｓ／ｃｍｔで、８°の値が得られ、
ぬれ性が大きく向トしていることが示されている。

ＰＴＦＥコーティングを施した粗面の接触角は逆に、ア
スペクト比が大きくなるほど増加し、入射角４５＠、照
射Ｆｎ５〜１０Ｘ１０’８１ｏｎｓ／ｃｍ’で、第２表
で１２０’、第３表で１１８０の最大値が得られた。こ
れはＰＴＦＥコーティングした平滑ガラス面の接触角に
比べ、約１０″の増加であり、疎水性が向上しているこ
とがわかる。

以上の説明かられかるように、本実施例の方法で形成さ
れた粗面は表面に多数の鋭い凹凸をもつので、部材を本
実施例の方法で粗面化した模で疎水性膜をコーティング
するとその疎水性を更に改善することができ、また親水
性の部材を本実施例の方法で粗面化するとその親水性を
更に改善することができる。親水性表面をもつ本実施例
による粗面化ガラス基板１は、表面に結露した際、水滴
が滴状でな（平らにひろがることによって光の散乱が小
さく、くもりも小さ〈従来よりすぐれた防曇ガラスとし
て利用できる。ＰＴＦＥコーティングを施した本実施例
による粗面化ガラス基板１は、表面形状の凹凸化により
、疎水性を向上することができ、水滴の付着を大幅に抑
ｔ１１できることから、自動車等のウィンドガラスに用
いた際、雨滴による視認性の低下を著しく改善−４るこ
とが可能である。

また本実施例の粗面化方法では、マスクとして高分子多
孔性薄膜２及びその上にＰＶＤ法またはＣＶＤ法で形成
した無機物質層３を使用しているので、前記した高価な
フォトリソグラフィ法を使用すること無しに多孔性のマ
スクを形成でき、均一か″つ微細な突起をもつ大面積粗
面を安価に製造できる利点がある。また本実施例によれ
ば、写真製版技術を使用しないので平面形状以外の３次
元形状の粗面形成用表面に、均一に微小な凹凸を形成で
きる利点もある。

なお無機物質層３はイオンビーム５に対して高分子多孔
性簿膜２を所定時間だけ保護する効果をもつ。

更に本発明の粗面化方法において無機物質層３を形成し
た後にイオンビームエツチングを実施する場合には、無
抑物質層３が高分子多孔性薄膜２に比較してイオンビー
ムに対するエツチング速度が小さいので、より顕茗な凹
凸を形成することができる。たとえば高分子多孔性薄膜
２の上に第１図のように無機物質膜３を堆積する場合、
高分子多孔性薄膜２の頂部及び露出したガラス基板１表
面には厚い無機物質膜３１が形成され、高分子多孔性薄
ＨＴｉ２の側面部２２にはより薄い無機物質膜３２が形
成される。従って斜めにイオンビーム５を入射すれば、
イオンビーム５が入射する薄い無機物質膜３２の部分が
最も早くエツチングされ、露出した高分子多孔性薄膜２
の側面部２２が急速にエツチングされる。

［実施例２］ 実施例１のカーボン、ＡＩＺ○３による無機物質膜３の
他にＭｏ０１ＹＺＯ３、ＭＱＦ２などののスパッタ膜を
無機物質膜３として用い同様な実験を行った結果、実施
例１の場合と同様の凹凸形成と、親疎水性向上の効果が
得られた。

なａ３前記各実施例において、イオンビームエツチング
に使用するイオン化ガスはＡｒ、ｘｅの他に０２．Ｎ２
．０）１３などでも良い。

無機物質膜３としてのカーボン膜は交流マーク放電蒸着
法（圧力１Ｏ−５Ｔｏｒｒ、放電電圧へ０１００Ｖ、Ｗ
流約０．５Ａ、基板／電極間距離的１５０１１１．蒸着
時間的３Ｑｓｅｃ）で実施された。

無機物質膜３としてのＡ１ｇＯ３膜は２極式の高周波ス
パッタリング法（Ａｒ圧力２Ｘ１０−２Ｔｏｒｒ、放電
電力２０ＯＷＳＷ板／タ一ゲツト間距ｔｉＪ４　ｃｎ＋
、実施時間１０分）で実施された。前記ＰＴＩ”Ｅコー
ティングは２極式の高周波スパッタリング法（圧力３ｘ
１０−’　Ｔｏｒｒ、放７ｔ２電力２００Ｗ、基板、／
ターゲット間距離４ｃｍ、実施時間９０秒）で実施され
た。

［発明の効果］ 本発明の粗面化方法は、表面に多数の微細な凹凸（開孔
を含む）をもつ薄膜状のマスクを前記粗面形成用表面上
に形成し、マスクを形成された粗面形成用表面をイオン
ビームエツチング法によりエツチングして粗面を形成し
ている。

本発明の粗面化方法によれば、粗面形成用表面にエツチ
ング深さが一定でありかつ鋭い形状の凹凸からなる粗面
を形成することができる。またイオンビームの入射方向
や入射量を調節することによって前記突起形状を用途に
応じて簡単に各種変更することができる。

従って本発明の粗面化方法によれば、従来の粗面化方法
に比較して親水性の部材表面をより親水性に、疎水性の
部材表面をより疎水性とすることができる。また、本発
明の粗面化方法により（ｑられる粗面は形状の一定した
多数の鋭い凹凸を持つので、この粗面化方法はたとえば
超仕上げ用の研摩部材の研摩面（やすり面）としての粗
面の製造などにも応用できる。

また従来法で使用づるエツチング液が部材内部に浸透し
て部材内部を損傷させるという問題を解決でき、更にエ
ツチングにより高分子多孔性薄膜や無機物質層などのマ
スクを同時に除去できるので工程を簡単化することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図はそれぞれ本発明の粗面化方法
におけるマスク形成工程を示す断面図である。第４図は
本発明の粗面化方法におけるイオンビームエツチング工
程を示す模式図である。第５図、第６図、第７図はそれ
ぞれイオンｍを変えて斜め入射イオンビームエツチング
を実施されたガラス基板１の表面形状を示す断面図であ
る。 １・・・ガラス基板 ２・・・高分子多孔性薄膜 ３・・・無機物質層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）部材の粗面形成用表面をエッチングして前記粗面
   形成用表面に微細な凹凸を形成する粗面化方法において
   、 表面に微細な凹凸をもつ薄膜状のマスクを前記粗面形成
   用表面上に形成するマスク形成工程と、前記マスクを形
   成された前記部材の前記粗面形成用表面をイオンビーム
   エッチング法によりエッチングして前記粗面形成用表面
   を凹凸面とする粗面化工程と、 からなることを特徴とする粗面化方法。
2. （２）前記マスク形成工程は、前記部材の前記粗面形成
   用表面に水滴を結露させた状態で前記粗面形成用表面に
   高分子溶液を噴霧して前記粗面形成用表面上に高分子多
   孔性薄膜を形成し、形成された前記高分子多孔性薄膜上
   にＰＶＤ法またはＣＶＤ法により無機物質膜を形成する
   工程である特許請求の範囲第１項記載の粗面化方法。