JPH09136968A - ポリマー中に微細構造物を作り出す方法 - Google Patents

ポリマー中に微細構造物を作り出す方法

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JPH09136968A
JPH09136968A JP8297043A JP29704396A JPH09136968A JP H09136968 A JPH09136968 A JP H09136968A JP 8297043 A JP8297043 A JP 8297043A JP 29704396 A JP29704396 A JP 29704396A JP H09136968 A JPH09136968 A JP H09136968A
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ユルゲン・シユテバニ
Alexander Wokaun
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Thomas Dr Lippert
トマス・リツペルト
Thilo Kunz
チロ・クンツ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポリマー中に微細構造物を作り出す方法。 【解決手段】 本発明は、ポリマー基質を波長が２６０
から３６０ｎｍの範囲の光で照射してその照射領域内の
ポリマー基質に減成を受けさせてそのポリマー基質中に
微細構造物を作り出す方法に関し、ここでは、このポリ
マーに式Ｉ 【化１】

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、波長が２６０から３６０ｎｍの
範囲のＵＶ光を発する光源、特にレーザーを用いてポリ
マー表面に明確な微細構造物（ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔ
ｕｒｅｓ）を作り出す方法に関する。有機ポリマー類の
微細構造化（ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇ）は、
電子工学、印刷回路板、多層および半導体工学の分野に
おける数多くの用途、オプトエレクトロニクス、マイク
ロメカニクスおよびマイクロシステムエンジニアリング
で非常に重要である。微細構造化したポリマー類は、マ
イクロメカニクスおよびマイクロオプティクスなどの如
き用途、例えばマイクロシステム、例えばマイクロカメ
ラまたはマイクロスペクトロメーターなどを製造するた
めのマイクロレンズ、マイクロラティスまたはマイクロ
プリズムなど、或は光学データ処理などで用いられ得
る。
【０００２】マイクロエレクトロニクスの場合、特に、
非常に微細な構造物を作り出すことができる材料に特別
な興味が持たれる。マイクロメカニクスでは、高温で安
定で非常に高い抵抗を示すポリマー類が必要とされる。
しかしながら、マイクロ光学構成要素を製造する場合、
そのポリマーが透明であることが重要である。ポリマー
表面に構造物を作り出す場合、種々のポリマー構成ブロ
ックと電磁放射線（一般にＵＶ光）の相互作用が用いら
れる。
【０００３】従って、通常の方法では、いわゆるポジ型
プロセスで機能する感光性ポリマー系（フォトレジス
ト）を用いて始める。この場合、一般的には水銀ランプ
が発するＵＶ光をマスクに通して感光性ポリマー層に照
射を受けさせることが行われており、そこでは、その照
射を受けたフォトレジスト層領域の粘ちょう度が光化学
反応で変化し、その結果として、次に行う湿式化学現像
段階でその領域を選択的に溶解させることができる。し
かしながら、より最近になって、ポリマー基質の照射領
域で起こさせる光化学反応をレーザー光源を用いた照射
で開始させる代替方法が記述された（Ｒ．Ｓｒｉｎｉｖ
ａｓａｎ他、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４１、５
７６頁（１９８２）参照）。この目的で特殊なＵＶレー
ザー、いわゆるエキサイマーレーザー（ｅｘｃｉｍｅｒ
ｌａｓｅｒｓ）が用いられ、このレーザーは、それに
入っているガス混合物（不活性ガス／ハロゲン）に応じ
て、例えば１９３ｎｍ（アルゴン／フッ素）、２４８ｎ
ｍ（クリプトン／フッ素）、３０７ｎｍ（キセノン／Ｈ
Ｃｌ）から３５１ｎｍ（キセノン／フッ素）に至る波長
の光を発する能力を有する。その発するレーザーのエネ
ルギーを、ポリマー鎖が減成を受けて低分子量のフラグ
メントが生じるほど高くすることができ、そしてそのフ
ラグメントをポリマー表面から除去することでポリマー
の構造化を直接行うことができる。このような構造化技
術はまたレーザーアブレーション（ｌａｓｅｒ ａｂｌ
ａｔｉｏｎ）とも呼ばれる。
【０００４】ポリカーボネートのアブレーション或はま
たポリエチレンテレフタレートのアブレーションは、例
えば平面光学カップラーの製造過程などで記述されてお
り、そこでは、エキサイマーレーザーでプラスチック材
料に切り込みを入れることで、表面の粗さが低くて寸法
精度が高い導波管チャンネルを生じさせている（例えば
ヨーロッパ特許第４０２，７９７号参照）。この場合の
ポリカーボネート（ＰＣ）またはポリエチレンテレフタ
レート（ＰＥＴ）のアブレーションでは、ポリテトラフ
ルオロエチレンと芳香族ポリエステルから作られる構造
化用ブレンド物の時と同様に、光波長が２４８ｎｍのＫ
ｒＦレーザーが用いられた（Ｐｏｌｙｍ．Ｍａｔｅｒ．
Ｓｃｉ．Ｅｎｇ．６８、１６５（１９９３））。また、
脂肪族ポリエステル類および／または脂肪族ポリカーボ
ネート類の微細構造化でＫｒＦエキサイマーレーザーを
用いることが国際特許出願ＷＯ−９ ２２２ ３３６号
に記述されている。更に、ポリエチレンテレフタレート
またはポリカーボネートの構造化で発光波長が１９３ｎ
ｍのＡｒＦエキサイマーレーザーを用いる方法も公知で
ある（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．６３（６）、２１１０
（１９８８））。ポリエステル類、特にＰＥＴおよびＰ
Ｃがエキサイマーレーザーを用いたアブレーションを受
け得ることは数多くの科学論文に報告されている。この
ようにＡｒＦ（１９３ｎｍ）、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）お
よびＸｅＣｌレーザー（３０８ｎｍ）でＰＥＴ表面から
ポリマー材料を除去することは記述されているが、ＰＣ
の場合、３０８ｎｍの光を吸収しないことから、ＡｒＦ
およびＫｒＦエキサイマーレーザーを用いた限定様式で
のみこれを加工することができる（Ｌａｚａｒｅ他「エ
キサイマーレーザー（Ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒ
ｓ）」、Ｌ．Ｄ．Ｌａｕｄｅ（編集）、Ｋｌｕｗｅｒ
Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ、アムステル
ダム １９９４：Ｓｒｉｎｉｖａｓａｎ他、Ｊ．Ｐｏｌ
ｙｍ．Ｓｃｉ．、Ｐｏｌｙｍ．Ｃｈｅｍ．Ｅｄ．、２２
（１９８４）、２６０１−０９）。ＰＣのアブレーショ
ンでＫｒＦレーザーを用いることの例は例えばＭｃＧｏ
ｖｅｒｎ他、Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．２２０、
（１９９４）、１７７−１８０に与えられている。ＰＥ
ＴはＸｅＣｌエキサイマーレーザーで加工可能である
が、その材料はポリマー内で起こる光熱過程が原因で溶
融し、その結果として、マイクロシステム技術における
ＰＥＴ用途でＸｅＣｌレーザーを用いるのは適切でない
（Ｐ．Ｅ．Ｄｙｅｒ著“Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍ
ａｔｅｒｉａｌｓ”、Ｉ．Ｗ．Ｂｏｙｄ，Ｒ．Ｂ．Ｊａ
ｃｋｍａｍ（編集）Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ，ロ
ンドン１９９１）。
【０００５】ポリエステル類およびポリカーボネート類
のアブレーションで用いるに適切な上記２種レーザー
（ＫｒＦおよびＡｒＦエキサイマー）の欠点（これによ
ってそれらを産業過程で大規模に用いることが妨げられ
ていた）は、一方において、反応性が高くて腐食性を示
すフッ素ガスを含有するガス混合物が用いられているこ
と（これは複雑な工学を必要としかつ高価な安全予防策
を必要とする）と、他方では、そのレーザーの安定性が
相対的に低いこと（これは実用でそのレーザー内のガス
混合物を頻繁に交換する必要があることを意味する）に
ある。それとは対照的に、ＸｅＣｌエキサイマーレーザ
ーの使用は、技術的にずっと複雑でなくかつ厳格な安全
予防策をあまり必要としない。しかしながら、このよう
に、より安定でより高いコスト効果を示す、従って産業
用途でより興味の持たれるＸｅＣｌエキサイマーレーザ
ー（Ｘｅ／ＨＣｌのガス混合物）（これはまたＫｒＦレ
ーザーより高いエネルギー密度で光を発する能力を有す
る）を用いると、実験的に、ポリカーボネートの場合ポ
リマー表面の炭化のみが観察され、或はポリエチレンテ
レフタレートの場合ポリマーの熱的変化（溶融）のみが
観察された。上記基質（これは３０８ｎｍに光吸収を全
く示さないか或は示すとしても若干のみである）に明確
な構造物を作り出すことができたのは、より短い波長を
用いた時のみであった。
【０００６】しかしながら、ポリイミド類は３０８ｎｍ
の領域の光を吸収することから、ポリイミドフィルムの
処理でＸｅＣｌエキサイマーレーザーを用いてポリマー
基質の構造化を行うことが工業規模で既に行われてい
る。しかしながら、この場合、ポリマーのフラグメント
が生成する結果としてそれがポリマー表面に付着してそ
れを汚染することがないようにする方策を取る必要があ
る。ポリイミド類は非常に高い耐薬品性を示すが、これ
は通常の有機溶媒に不溶であることから取り扱いが困難
であり、フィルムおよび被膜を得る目的でこれを加工す
ることができるのは、溶解し得る前駆体形態にした時の
みである。また、このようなポリマー材料を光学構成要
素で用いる場合、これが有する固有の色も問題になる。
【０００７】従って、できるだけ透明で産業規模で製造
可能で取り扱いが容易なポリマー材料を基質として用い
ることができそしてＸｅＣｌエキサイマーレーザーが使
用可能なところの、ポリマー中に微細構造を作り出す方
法を開発する必要がある。高い耐熱性を示すと同時に透
明で非常に良好な加工特性を有する例えばポリ芳香族化
合物もしくはポリエステルカーボネート類またはポリ芳
香族化合物とポリカーボネートのブレンド物を用い、こ
れの主要ポリマー鎖内に特定の構造単位を持たせること
により、本目的を達成することができる。ここでは、コ
モノマーを適切に選択することにより、個々の用途で望
まれるポリマー特性を幅広い範囲に渡って変化させるこ
とができる。
【０００８】マイクロシステムエンジニアリングでポリ
カーボネート類および／またはポリカーボネート含有ポ
リマーブレンド物を用いることはドイツ特許出願公開第
４３０８ ３２９号に記述されているが、そこで請求さ
れている方法では、そのポリマーの構造化で、実質的に
より高いエネルギーを有するＸ線が用いられている。加
うるに、その照射領域を溶解させて除去する目的で現像
媒体を用いる必要がある。従って、３００ｎｍ以上の中
ＵＶ領域のレーザー光を用いてポリカーボネート類およ
び／またはポリカーボネート含有ポリマーブレンド物の
直接構造化を現像液の使用なしに達成することができる
ことは驚くべきことであった。
【０００９】この作り出す微細構造物が示す表面の粗さ
は非常に低く、寸法精度が高く、かつ構造物の縁が鮮明
であり、ここでは、他の方法（例えばポリイミドの構造
化を行った後そのポリマー表面をオゾンで処理する方
法、特開平０４ ３５６ ３８７号）に開示されている
ような、生成したポリマー画分をその基質表面から除去
する手段を用いる必要はない。
【００１０】本発明は、芳香族もしくは部分芳香族の重
縮合物、例えばポリウレタン類、ポリ芳香族化合物、コ
ポリエステル類、ポリエステル−カーボネート類などま
たは上記重縮合物と他の熱可塑性材料のブレンド物など
を少なくとも５重量％含有するポリマー基質を波長が２
６０−３６０ｎｍの範囲の光、特にＵＶレーザー、好適
には発光波長が３０８ｎｍのＸｅＣｌエキサイマーレー
ザーが発する光で照射してその照射領域内のポリマー基
質に減成を受けさせてそのポリマー基質中に微細構造物
を作り出す方法を提供し、この方法は、該重縮合物また
は重縮合物と他の熱可塑性材料の混合物に式（Ｉ）
【００１１】
【化２】
【００１２】［式中、Ｒ1からＲ8は、互いに独立して、
Ｈ、ハロゲン、任意に分枝していてもよいＣ1からＣ18
のアルキルもしくはオキシアルキル基、任意に置換され
ていてもよいＣ5からＣ12のシクロアルキル基、任意に
置換されていてもよいＣ6からＣ20のアルキルアリール
もしくはアリールアルキル基、好適にはＨまたはメチル
を表す］で表される構造単位を５から１００モル％含め
ることを特徴とする。
【００１３】上記置換基Ｒ1からＲ4を有する芳香族環は
またビスフェノール単位の一部であってもよい。上記置
換基Ｒ5からＲ8を有する芳香族環は芳香族二酸の一部で
あってもよい。式Ｉで表される構造単位は、さらなる連
結単位と一緒に、該重縮合物のポリマー鎖の一部であ
る。
【００１４】一般式Ｉで表される構造単位は、本発明に
従い、ポリカーボネート類、ポリ芳香族化合物、ポリエ
ステル類、脂肪族および芳香族のポリエステルカーボネ
ート類およびポリウレタン類の中に組み込み可能である
か、或はまた、上述したポリマー類中のポリエステルブ
ロックとしてそれらを共縮合させることも可能である。
さらなる態様では、構造単位Ｉを含む上記重縮合物と他
のビスフェノール類もしくはそれの混合物を基とする他
のポリカーボネート類、ポリエステル類［例えばポリ
（シクロヘキサンジメタノールテレフタレート）（ＰＣ
Ｔ）など］、脂肪族ポリエステルカーボネート類、ポリ
ウレタン類、ポリエーテルケトン類およびポリエーテル
エーテルケトン類などとの混合物を用いる。
【００１５】この重縮合物の製造で用いるに適したジヒ
ドロキシ成分は、脂肪族、芳香族および／または混合脂
肪族／芳香族のジヒドロキシ化合物であってもよいか、
或はまた上記物質の如何なる混合物であってもよい。ま
た、芳香族カルボン酸単位およびそれのカルボン酸誘導
体およびまたフェノール官能の両方を有する物質を用い
ることも可能である。
【００１６】特に適切なジヒドロキシ化合物は、 ヒドロキノン レゾルシノール ジヒドロキシジフェニル類 ビス−（ヒドロキシフェニル）アルカン類 ビス−（ヒドロキシフェニル）シクロアルカン類 ビス−（ヒドロキシフェニル）スルフィド類 ビス−（ヒドロキシフェニル）ケトン類 ビス−（ヒドロキシフェニル）エーテル類 ビス−（ヒドロキシフェニル）スルホキサイド類 α，α’−ビス−（ヒドロキシフェニル）ジイソプロピ
ルベンゼン類、およびそれらの環アルキル置換および／
または環ハロゲン置換化合物である。
【００１７】特に好適なビスフェノール類は、 ２，２−ビス−（４−ヒドロキシフェニル）プロパン １，１−ビス−（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキ
サン １，１−ビス−（４−ヒドロキシフェニル）−３，３，
５−トリメチルシクロヘキサン １，１−ビス−（４−ヒドロキシフェニル）−１−フェ
ニルエタン ９，９−ビス−（４−ヒドロキシフェニル）フルオレン ビス−（４−ヒドロキシフェニル）ジフェニルメタン である。
【００１８】構造単位Ｉを重縮合物の中に導入する時に
使用可能なモノマー類は、例えば芳香族ジカルボン酸ま
たは芳香族ジカルボン酸の誘導体、好適にはエステルま
たは酸クロライドなどであり、ここでは、他の如何なる
追加的ポリマー構成ブロック、例えば脂肪族ジカルボン
酸および／またはそれらの誘導体、炭酸の誘導体、例え
ばホスゲンなど、および芳香族と脂肪族のヒドロキシ官
能を有するか或は排他的に脂肪族のヒドロキシ官能を有
するジオール類なども添加可能である。適切な芳香族ジ
カルボン酸は下記のものである： − ベンゼンのジカルボン酸、例えばテレフタル酸、イ
ソフタル酸、フタル酸およびそれらの環置換誘導体に加
えて、上記化合物のカルボン酸誘導体、例えば酸ハロゲ
ン化物またはカルボン酸エステルなど、 − ビフェニルジカルボン酸およびそれらの環置換誘導
体、並びに上記化合物のカルボン酸誘導体、 − ナフタレンのジカルボン酸およびそれらの環置換誘
導体、並びに上記化合物のカルボン酸誘導体、 − ピリジンのジカルボン酸およびそれらの環置換誘導
体、並びに上記化合物のカルボン酸誘導体、 − 一般式ＩＩ
【００１９】
【化３】
【００２０】［式中、フェニル環上のカルボキシル単位
は、互いに独立して、連結置換基Ｘに対してオルソ位、
メタ位またはパラ位を占めていてもよく、Ｒ9からＲ16
は、互いに独立して、Ｈ、ハロゲン、任意に分枝してい
てもよいＣ1からＣ18のアルキルもしくはオキシアルキ
ル基、任意に置換されていてもよいＣ5からＣ12のシク
ロアルキル基、任意に置換されていてもよいＣ6からＣ
20のアルキルアリールもしくはアリールアルキル基、好
適にはＨまたはメチルを表し、Ｘは、化学単結合、Ｏ、
Ｓ、ＳＯ、ＳＯ2、ＣＯまたはアルキリデン基−Ｃ
（Ｒ9、Ｒ10）（ここで、Ｒ9およびＲ10をＲ1からＲ8と
同じ様式で定義する）を表すか、或はシクロヘキシル、
メチルシクロヘキシル、Ｈ3Ｃ−Ｃ−フェニル、３，
５，５−トリメチルシクロヘキシルを表す］に従うジカ
ルボン酸またはそれらの酸誘導体、好適にはそれらのエ
ステルまたは酸クロライド。
【００２１】この重縮合物の製造では、上記芳香族ジカ
ルボン酸またはそれらの誘導体の２種以上から成る混合
物もまた如何なる組み合わせでも使用可能であり、例え
ば等しい部数のテレフタル酸とイソフタル酸から成る混
合物、或は上記化合物の酸クロライドもしくはエステル
から成る混合物なども使用可能である。
【００２２】更に、芳香族でないジカルボン酸またはそ
れら誘導体を加えることで該重縮合物中の芳香族ジカル
ボン酸単位の比率を下げることも可能である。他のジカ
ルボン酸単位は下記であってもよい： − 炭酸のカーボネート供与誘導体、例えばホスゲン、
トリホスゲン、炭酸エステル、例えばジフェニルカーボ
ネートなど、 − しゅう酸またはそれらの誘導体、 − Ｃ1からＣ22炭化水素系の脂肪族ジカルボン酸また
はジカルボン酸誘導体、即ちプロパン二酸からテトラコ
サン二酸、並びにそれらの炭化水素鎖置換誘導体、 − ヘテロ原子、例えばＯ、ＳまたはＮＨ官能などを炭
化水素鎖内に１つ以上有する脂肪族ジカルボン酸、それ
らの同族体、並びに上記化合物のカルボン酸誘導体、 − 芳香族単位または複素芳香族単位を炭化水素鎖内に
１つ以上有する脂肪族ジカルボン酸、それらの同族体、
並びに上記化合物のカルボン酸誘導体。
【００２３】例えば芳香族ポリエステルカーボネート類
を製造する場合、ホスゲンまたはジフェニルカーボネー
トを用いるのが特に好適である。
【００２４】ビスヒドロキシ化合物と芳香族ジカルボン
酸のエステルを用いる代わりに、芳香族系に結合してい
るＯＨ官能を分子中に有する芳香族カルボン酸またはそ
れらの誘導体を用いることでもまた、本発明に従う重縮
合物で必要とされる芳香族エステル官能を作り出すこと
ができる。このような種類のカルボン酸の例は特に下記
である： ｐ−、ｍ−もしくはｏ−ヒドロキシ安息香酸およびそれ
らの環置換誘導体 ４−ヒドロキシ−４’−ジフェニルカルボン酸 ４−ヒドロキシ−４’−ジフェニルエーテルカルボン酸 ４−ヒドロキシ−４’−ベンゾフェノンカルボン酸 ４−ヒドロキシ−４’−ジフェニルスルフィドカルボン
酸 異性体ヒドロキシナフトエ酸およびそれらの環置換誘導
体。
【００２５】三官能の芳香族カルボン酸またはそれの誘
導体をある比率で添加しそしてフェノール官能性を３個
以上有する化合物を用いて分枝したポリマー類を生じさ
せることでも、芳香族エステル官能を生じさせることが
できる。分枝をもたらす分子として三官能の脂肪族カル
ボン酸またはそれの誘導体および混合三官能物質（ヒド
ロキシ官能とカルボン酸官能の両方を有する）を用いる
こともまた該ポリマーもしくはポリマーブレンド物の用
途に応じて可能である。適切な分枝剤は例えば下記であ
る： トリメシン酸 シアヌール酸クロライド ２，４−ジヒドロ安息香酸 １，３，５−トリス−（４−ヒドロキシフェニル）ベン
ゼン １，１，１−トリス−（４−ヒドロキシフェニル）エタ
ン トリス−（４−ヒドロキシフェニル）メタン α，α’，α”−トリス−（４−ヒドロキシフェニル）
−１，３，５−トリイソプロピルベンゼン。
【００２６】また、この記述した重縮合物またはいろい
ろな重縮合物のブレンド物に安定剤、離型剤または他の
通常添加剤、並びにポリマー類を加工および使用するた
めの助剤を含めることも可能である。
【００２７】本発明に従う方法を用いる場合、該重縮合
物が高い耐熱性を示すのが有利である。この使用する重
縮合物のガラス転移温度を好適には１００℃以上、特に
１４０℃以上にすべきである。マイクロオプティクスに
おける使用では、透明なポリマー基質を用いるのが通常
である。また、マイクロメカニクスにおける使用では透
明でないポリマー類もしくはポリマー混合物を使用する
ことも可能である。
【００２８】この重縮合物を製造する方法は基本的に公
知であり、例えば２相界面方法を用いるか、溶融エステ
ル交換方法を用いるか、或は他の溶液もしくは塊状重合
方法を用いることなどで実施可能である。
【００２９】本発明に従う方法で用いるに適切な光源は
２６０から３６０ｎｍの範囲の光を発する。この場合、
また、例えばエキサイマー光源を連続運転で用いること
ができる。しかしながら、処理時間を短くすることに関
しては、例えば周波数てい倍ＮｄＹＡＧレーザー、窒素
レーザー、染料レーザー、アルゴンイオンレーザーまた
はエキサイマーレーザーなどの如きレーザーを用いるの
が特に適切である。レーザー光源として不活性ガス／ハ
ロゲン化物のエキサイマーレーザー（ＸｅＣｌ）を好適
に用いる。このポリマー材料を短い時間に処理すること
ができるようにするには高い繰り返し率（レーザー光デ
カップリングの繰り返し周波数）を示すレーザーシステ
ムが有利である。この種類のレーザーシステムは産業用
途で一般に入手可能であり、従ってより詳細に説明する
必要はないであろう。
【００３０】１つの好適な変法に従う微細構造化を行う
目的で本発明に従う方法を実施する場合、基質、例えば
この上に記述したポリマー化合物で出来ているフィルム
またはシートをスライディングテーブル（ｓｌｉｄｉｎ
ｇ ｔａｂｌｅ）（これはｘおよび／またはｙ方向に移
動し得る）上に固定してもよい。次に、任意に光学シス
テムを用いて、焦点が合っていてｚ方向（垂直方向）に
走るレーザービームを用いて、上記フィルムまたはシー
トを照射する。その透明なフィルム内に所望の微細構造
が作り出されるようにそのスライディングテーブルを動
かす。この過程を実施する別の可能性は、例えば所望構
造を有するマスクなどに通してポリマーフィルムを照射
することでそのポリマー表面に微細構造物を作り出すこ
とを含む。これを行う場合、下記の２つの方法を用いる
ことができる：１番目として、上記マスク全体を照射す
る非常に幅広いレーザービームを用いる方法、或は２番
目として、上記マスクの幅方向に渡る柱状レーザービー
ムを用いそして可動ミラーを用いてそれをマスクの長さ
方向に渡って進める方法である。
【００３１】ポリマー基質としてシートまたはフィルム
を処理することができるのと全く同様に、「ラピドプロ
トタイピング（ｒａｐｉｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎ
ｇ）」方法を用いてブロックを処理することも可能であ
る。
【００３２】この微細構造化したポリマーは、マイクロ
エレクトロニクスおよびマイクロオプティクスなどの如
き用途、例えばマイクロシステム、例えばマイクロカメ
ラまたはマイクロスペクトロメーターなどを製造するた
めのマイクロレンズ、マイクロラティスまたはマイクロ
プリズムなど、或は光学データ処理などで使用可能であ
る。さらなる使用分野は、マイクロモーター用のマイク
ロメカニカル構成要素または空気式構成要素（ｐｅｎｕ
ｍａｔｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）およびスライディ
ングベアリング、並びに光学データ担体、例えばガラス
繊維などを連結するためのマイクロプラグなどの製造、
或はマイクロセンサーシステムにおける使用、例えば加
速、流れおよび超音波を測定するためのマイクロセンサ
ーシステムなどにおける使用である。加うるに、本方法
を用いて、エネルギー貯蔵システム（ソーラーパネル）
またはエネルギー生産（ミニ燃料電池）で使用するに適
した微細構造化した表面および膜を製造することができ
る。さらなる使用分野は「ラピドプロトタイピング」と
呼ばれる分野であり、ここでは、レーザーを使用して、
コンピューターで設計した構成要素を感光性材料のコン
ピューター制御加工で三次元プロトタイプとして作り出
す。
【００３３】従属請求の範囲の中に本発明の好適なさら
なる態様を見付け出すことができるであろう。
【００３４】以下に示す実施例は本発明の例示を意図し
たものであり、この示す実施例に本発明を制限するもの
でない。さらなる説明、特に本発明に従う方法の技術的
利点を示す目的で、本図を用いる。
【００３５】本図において、図１は、Ｍａｋｒｏｌｏｎ
２８０８の中に１から１５レーザーパルス後に作り出
される表面プロファイルの図を示し、図２は、ＡＰＥ
３０の中に１から１５レーザーパルス後に作り出される
表面プロファイルの図を示し、図３は、本発明に従う方
法で調製した、１０重量％がＡＰＥ １００で９０重量
％がＭａｋｒｏｌｏｎ ２８０８のブレンド物から成る
マイクロメカニカル構成要素の走査電子顕微鏡写真を示
す。
【００３６】Ｌａｍｂｄａ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｃｏ．か
ら入手したＸｅＣｌエキサイマーレーザーを用いて種々
のフィルムの構造化を３０８ｎｍで行う。レーザーパル
ス周波数は２０Ｈｚでパルス幅は２０ｎｓであった。
【００３７】実施例１ 本発明に従って請求するポリマー基質実施例の使用では
下記の化合物のアブレーション特性を３０８ｎｍで試験
した。
【００３８】「ＡＰＥ １００」テレフタル酸ジクロラ
イド／イソフタル酸ジクロライド（１：１）と２，２−
ビス−（４−ヒドロキシフェニル）プロパン（ビスフェ
ノールＡ）から作られるポリエステル（芳香族ポリエス
テル）、 「ＡＰＥ ３０」テレフタル酸／イソフタル酸単位を有
するポリエステルカーボネート［例えばテレフタル酸ジ
クロライド／イソフタル酸ジクロライド（１：１）が３
０モル％］、 比較実施例として：Ｍａｋｒｏｌｏｎ ２８０８（バイ
エル）［ジクロロメタン中で測定した相対溶液粘度γ
rel＝１．２８］ ホスゲンとビスフェノールＡから作られる市販型ポリカ
ーボネート Ｌｅｘａｎ ＳＰ（商標）（ＧＥ Ｐｌａｓｔｉｃｓ） ホスゲンとビスフェノールＡとドデカン二酸（約１２
％）から作られる市販型脂肪族ポリエステルカーボネー
ト。
【００３９】種々のアブレーション試験の結果を表１に
示す。レーザーパルスのエネルギー密度を示し、そして
相当するレーザーパルス数（ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｌａ
ｓｅｒ ｐｕｌｓｅｓ）後に除去される量（ミクロメー
トル）を示す。ポリエステルカーボネート類およびポリ
芳香族化合物は低いレーザーエネルギー密度でも侵食を
示すが、ポリカーボネートおよび脂肪族ポリエステルカ
ーボネートではアブレーションが生じる前に多数のレー
ザーパルスを要する。
【００４０】
【表１】
【００４１】実施例２ ポリ芳香族化合物ＡＰＥ １００とＢＰＡポリカーボネ
ートから作ったポリマー混合物（ポリ芳香族化合物の比
率：１、５、１０および２０重量％）を、ポリエステル
カーボネートの全繰り返し単位数中のモル％で表して芳
香族エステル単位を相当する比率で有する相当するコポ
リマー類と比較した。レーザーエネルギー密度が低い時
にアブレーションが起こるのは最小限の芳香族ポリエス
テル単位濃度値（コポリマーとしてもブレンド物として
も）を過ぎてからのみであることがこの実施例から分か
るであろう。この濃度閾値は約５モル％である。
【００４２】表２： ＡＰＥ １００とポリカーボネー
トのブレンド物を相当するポリエステルカーボネートと
比較した時の、既定エネルギー密度を有するレーザーパ
ルスの後に除去される材料（ミクロメートル）。充分に
良好なアブレーションが起こるに要する芳香族エステル
単位濃度は５モル％である。
【００４３】
【表２】
【００４４】
【表３】
【００４５】実施例３ ポリカーボネートであるＭａｋｒｏｌｏｎ ２８０８
［本発明に従って用いる必要がある芳香族単位を用いな
かった比較ポリマー実施例］およびＡＰＥ ３０［芳香
族エステル単位を３０モル％の濃度で有しており、これ
をポリエステルカーボネートの実施例として用いる］に
関して、実施例１に記述した如き１から１５パルスを用
いて照射を行うことにより、侵食アウトライン［プロフ
ィロメーター（ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ）を用いてそ
の表面を走査することで測定］を作り出した。図１およ
び２では、８．２５Ｊ／ｃｍ2のエネルギー密度を有す
るレーザーパルスを以下に示す数で作用させた後の表面
プロファイルをプロフィロメーターで測定してプロット
する。ポリカーボネートの場合（図１）ポリマー表面が
発泡して不定形で盛り上がった後に侵食（これもまた不
定形）が起こることが検出され得る一方、芳香族ポリエ
ステル単位を３０モル％濃度で有するポリエステルカー
ボネートであるＡＰＥ ３０の場合、精密な構造化が起
こることを観察することができる（図２）。
【００４６】個々のアウトラインでパルスを下記の数で
繰り返した： 曲線： ａおよびａ’ １パルス ｂおよびｂ’ ２パルス ｃおよびｃ’ ３パルス ｄおよびｄ’ ５パルス ｅおよびｅ’ ８パルス ｆおよびｆ’ １０パルス ｇおよびｇ’ １２パルス ｈおよびｈ’ １５パルス実施例４ 例として、ポリ芳香族化合物ＡＰＥ １００とＢＰＡポ
リカーボネートＭａｋｒｏｌｏｎ ２８０８の混合物
（ポリ芳香族化合物の比率：１０重量％）に関して高解
像度の構造化過程を実施した。この過程が例えばマイク
ロメカニクスの構成要素（ギアホイール）などの製造で
用いるに適切であることは明らかである（図３参照）。
【００４７】この作り出した構成要素は奇麗で直線的な
切断縁を示す。製造条件は下記の通りであった：コンピ
ューターで作り出した構造物をコンピューター制御方法
でポリマーフィルムに移す「レコーディング」方法でギ
アホイールを製造した。使用したＸｅＣｌエキサイマー
レーザーのレーザーエネルギーは１パルス当たり９Ｊ／
ｃｍ2であった。
【００４８】本発明の特徴および態様は以下のとおりで
ある。
【００４９】１． 芳香族もしくは部分芳香族の重縮合
物を少なくとも５重量％含有するポリマー基質を波長が
２６０から３６０ｎｍの範囲の光で照射してその照射領
域内のポリマー基質に減成を受けさせてそのポリマー基
質中に微細構造物を作り出す方法であって、該重縮合物
または重縮合物と他の熱可塑性材料の混合物に式Ｉ
【００５０】
【化４】
【００５１】［式中、Ｒ1からＲ8は、互いに独立して、
Ｈ、ハロゲン、任意に分枝していてもよいＣ1からＣ18
のアルキルもしくはオキシアルキル基、任意に置換され
ていてもよいＣ5からＣ12のシクロアルキル基、任意に
置換されていてもよいＣ6からＣ20のアルキルアリール
もしくはアリールアルキル基、好適にはＨまたはメチル
を表す］で表される構造単位を５から１００モル％含め
ることを特徴とする方法。
【００５２】２． 該重縮合物をポリウレタン、ポリ芳
香族化合物、（コ）ポリエステル、ポリカーボネートお
よびポリエステルカーボネートから成る群から選択する
ことを特徴とする第１項記載の方法。
【００５３】３． ２６０から３６０ｎｍの波長領域で
発光するエキサイマーイラディエーターまたはレーザー
を光源として連続または間欠運転で用いることを特徴と
する第１から２項の１項記載の方法。
【００５４】４． 光源として特にパルスエキサイマー
レーザーを用いることを特徴とする第１から３項の１項
記載の方法。
【００５５】５． 該重縮合物または２種以上の重縮合
物から成る混合物に任意に添加剤、例えば熱安定剤、Ｕ
Ｖ安定剤、難燃剤、滑剤、帯電防止剤または離型剤など
を重縮合物（類）の量を基準にして０から５重量％の量
で添加してもよいことを特徴とする第１から４項記載の
方法。
【００５６】６． 該重縮合物またはそれらの混合物が
透明であることを特徴とする第１から５項記載の方法。
【００５７】７． レーザー光源としてＸｅＣｌエキサ
イマーレーザーを用いることを特徴とする第１から６項
記載の方法。
【００５８】８． パルス繰り返し率が１秒当たり０．
１から５０００パルス、好適には５から１０００パル
ス、特に１０から５００パルスでパルス幅が１フェムト
秒から１ミリ秒、好適には１ナノ秒から５０ナノ秒、特
に１０から３０ナノ秒であるパルスレーザー光を用いる
ことを特徴とする第１から７項記載の方法。
【００５９】９． 該基質に作用させる光線、特にレー
ザーパルスのエネルギー密度がその基質の表面で０．０
１から５００、好適には０．５から５０、特に１から２
０Ｊ／ｃｍ2であることを特徴とする第１から８項記載
の方法。
【００６０】１０． 焦点の合う光源を用いてこれを誘
導することによるか或は画像形成用マスクを用いて該重
縮合物またはポリマー混合物の構造化を直接実施するこ
とを特徴とする第１から９項記載の方法。
【００６１】１１． マイクロシステムエンジニアリン
グ、マイクロエレクトロニクス、マイクロオプティクス
およびマイクロメカニクスにおいて、光学データストア
を作り出すか或はデータ記憶および／またはデータ転送
を行うための、第１から１０項の１項記載の方法で得ら
れる微細構造化した基質の使用。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｍａｋｒｏｌｏｎ ２８０８の中に１から１５
レーザーパルス後に作り出される表面プロファイルの図
を示す。
【図２】ＡＰＥ ３０の中に１から１５レーザーパルス
後に作り出される表面プロファイルの図を示す。
【図３】本発明に従う方法で調製した、１０重量％がＡ
ＰＥ １００で９０重量％がＭａｋｒｏｌｏｎ ２８０
８のブレンド物から成るマイクロメカニカル構成要素の
走査電子顕微鏡写真を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トマス・リツペルト アメリカ合衆国87544ニユーメキシコ州ロ スアラモス・521・トリニテイ−ドライブ 3055 (72)発明者 チロ・クンツ スイス・シーエイチ−8347ツルザツハ・ザ ルツシユトラーセ８

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 芳香族もしくは部分芳香族の重縮合物を
    少なくとも５重量％含有するポリマー基質を波長が２６
    ０から３６０ｎｍの範囲の光で照射してその照射領域内
    のポリマー基質に減成を受けさせてそのポリマー基質中
    に微細構造物を作り出す方法であって、該重縮合物また
    は重縮合物と他の熱可塑性材料の混合物に式Ｉ 【化１】 ［式中、Ｒ1からＲ8は、互いに独立して、Ｈ、ハロゲ
    ン、任意に分枝していてもよいＣ1からＣ18のアルキル
    もしくはオキシアルキル基、任意に置換されていてもよ
    いＣ5からＣ12のシクロアルキル基、任意に置換されて
    いてもよいＣ6からＣ20のアルキルアリールもしくはア
    リールアルキル基、好適にはＨまたはメチルを表す］で
    表される構造単位を５から１００モル％含めることを特
    徴とする方法。
  2. 【請求項２】 ２６０から３６０ｎｍの波長領域で発光
    するエキサイマーイラディエーターまたはレーザーを光
    源として連続または間欠運転で用いることを特徴とする
    請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 パルス繰り返し率が１秒当たり０．１か
    ら５０００パルス、好適には５から１０００パルス、特
    に１０から５００パルスでパルス幅が１フェムト秒から
    １ミリ秒、好適には１ナノ秒から５０ナノ秒、特に１０
    から３０ナノ秒であるパルスレーザー光を用いることを
    特徴とする請求項１および２記載の方法。
  4. 【請求項４】 該基質に作用させる光線、特にレーザー
    パルスのエネルギー密度がその基質の表面で０．０１か
    ら５００、好適には０．５から５０、特に１から２０Ｊ
    ／ｃｍ2であることを特徴とする請求項１から３記載の
    方法。
  5. 【請求項５】 焦点の合う光源を用いてこれを誘導する
    ことによるか或は画像形成用マスクを用いて該重縮合物
    またはポリマー混合物の構造化を直接実施することを特
    徴とする請求項１から４記載の方法。
  6. 【請求項６】 マイクロシステムエンジニアリング、マ
    イクロエレクトロニクス、マイクロオプティクスおよび
    マイクロメカニクスにおいて、光学データストアを作り
    出すか或はデータ記憶および／またはデータ転送を行う
    ための、請求項１から５の１項記載の方法で得られる微
    細構造化した基質の使用。
JP8297043A 1995-10-27 1996-10-21 ポリマー中に微細構造物を作り出す方法 Pending JPH09136968A (ja)

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