JPWO2020045668A1 - 成形型及びレンズ - Google Patents
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Abstract
Description
[1]ベース部と、ベース部の表面に設けられた凹凸を有するパターン部とを備え、パターン部の凸部と凸部の中心間の距離が15〜50nmであり、パターン部の凹凸部比率(凸/凸部と凸部の中心間距離)が0.5以下であり、パターン部の欠陥密度が10×1010cm2以下である、成形型;
[2]パターン部の表面に、酸化物からなる層を有しない、前記[1]に記載の成形型;
[3]ベース部とパターン部とが同一の材料で構成される、前記[1]又は[2]に記載の成形型;
[4]パターン部における(凸部の高さ)/(凸部と凸部の中心間の距離)の比が1〜10である、前記[1]〜[3]のいずれかに記載の成形型;
[5]前記[1]〜[4]のいずれかに記載の成形型を用いて、パターン部の凹凸を転写する、成形品の製造方法;
[6]ベース部と、ベース部の表面に設けられた凹凸を有するパターン部とを備え、パターン部の凸部と凸部の中心間の距離が15〜50nmである、レンズ;
[7]パターン部の凸部と凸部の最短距離が5nmである、前記[6]に記載のレンズ。
[8]パターン部の欠陥密度が10×1010cm2以下である、前記[6]又は[7]に記載のレンズ;
[9]パターン部の表面に、酸化物からなる層を有しない、前記[6]〜[8]のいずれかに記載のレンズ;
[10]ベース部と、ベース部の表面に設けられた凹凸を有するパターン部とを備え、パターン部の凸部と凸部の中心間の距離が15〜50nmである物品を製造する製造方法であって、ベース部の表面、又はベース部上に設けられた層の表面に、ポリマーで修飾されたコアシェル構造体を均等に吸着させる工程と、コアシェル構造体のシェルを除去する工程と、コアシェル構造体のコアをマスクとして、ベース部をエッチングする工程と
を有する、物品の製造方法。
第1の実施の形態では、成形型について説明する。本発明の成形型は、ベース部と、ベース部の表面に設けられた凹凸を有するパターン部とを備え、パターン部の凸部と凸部の中心間の距離が15〜50nmであり、パターン部の凹凸部比率(凸/凸部と凸部の中心間距離)が0.5以下であり、パターン部の欠陥密度が10×1010cm2以下である。
図1は本発明の第1の実施の形態に係る成形型の模式図であり、図1(A)は断面図、図1(B)は平面図である。本発明の第1の実施の形態に係る成形型10は、ベース部11と、ベース部11の表面に設けられた凹凸を有するパターン部12とを備える。パターン部12は、転写面側に設けられる。パターン部12の凸部は、例えば、ピラー13で構成されている。
図2は、図1に示す成形型10の製造方法を示す模式図である。先ず、基板21を用意する。基板21は、Si半導体や化合物半導体などの各種半導体基板が好ましい。基板21の表面に存在する酸化膜、不純物を除去する。除去の方法は従来知られている各種の手法から選択することができる。
本発明の第1の実施の形態に係る成形品の製造方法を説明する。本発明の実施の形態では、図1に示す成形型10を用いる。ここで、成形品としては、光波、マイクロ波などの電磁波の受信器や照射器(アンテナ)、光波、マイクロ波など電磁波を透過するレンズ、日常で使用される交通の信号機のLED光が透過する窓などが挙げられる。電磁波の窓の部分が撥水性を有することにより、電磁波を吸収することなく透過することができる。その他の成形品としては衣服などの繊維物が挙げられる。
前述した成形型の製造方法では、成形型の寸法が小さく、成形品の転写されるべき面より成形型の寸法が小さい場合も想定される。このような場合においては、複数の成形型を二次元上に配列することで、対応可能となる。
第2の実施の形態では、レンズについて説明する。本発明のレンズは、ベース部と、ベース部の表面に設けられた凹凸を有するパターン部とを備え、パターン部の凸部と凸部の中心間の距離が15〜50nmである
図1は本発明の第2の実施の形態に係るレンズの模式図であり、図1(A)は断面図、図1(B)は平面図である。本発明の第2の実施の形態に係るレンズ10は、ベース部11と、ベース部11の表面に設けられた凹凸を有するパターン部12とを備える。パターン部12の凸部は、例えば、ピラー13で構成されている。
図6は、図1に示すレンズ10の製造方法を示す模式図である。レンズの本体となるレンズ基部31を用意する。レンズ基部31は、SiO2を主成分とする。まずレンズ基部31の表面に存在する不純物を除去する。除去の方法は従来知られている各種の手法から選択することができる。
(実施例1)
成形型を次の要領で作製した。Si基板を用意し、真空内に配置して自然酸化膜を除去した。中性粒子ビーム加工装置(特許文献2参照)により酸化膜をSi基板上に形成した。そのときの条件は、10eV程度のエネルギーを持った酸素中性粒子ビームを照射し、SIO2の酸化膜を形成した。次に、分子量2000のポリエチレングリコールで修飾した酸化鉄内包の蛋白質フェリチンを酸化膜上に配置した。この分子量のポリエチレングリコールでは酸化鉄同士の距離は25nmであった。次に、フェリチンを配置した基板に対して、酸素雰囲気下、400℃、30分の熱処理をすることで、ポリエチレングリコール及び蛋白質を除去し、コアである酸化鉄を露出させた。その後、ラジカル処理装置を用いてNF3及び水素ガスを用いたラジカル処理で酸化膜を除去することによりSi基板の表面を露出し、さらに、中性粒子ビーム加工装置を用いて10eV程度の塩素中性粒子ビームでSi基板を90nmエッチングした。このように、ピラー間の距離が25nmとなるように、90nmの高さを有するピラーを複数形成した。次に、基板の表面に、希塩酸溶液(水:HCl=5:5)を用いたウェットエッチングを30分間行った。実施例1では、さらに、NF3及び水素ガスを用いたラジカルで室温にて15分処理した後、水素ガス中、150℃で15分アニール処理した。これにより、表面に残存するSiO2膜を表面から完全に除去した。このようにして作製した成形型の表面に水滴を0.002cm3(2μl)滴下して凹凸パターンの表面に対する水滴の接触角を測定したところ、98度であった。電子スピン共鳴装置により成形型の表面を測定したところ、欠陥密度は10×1010cm2以下だった。凸部の幅は10nmであり、凸部と凸部の中心間距離は25nmであり、凹凸部比率(凸/凸部と凸部の中心間距離)は、0.40であった。
参考例1では、実施例1のように90nmの高さを有するピラーを距離25nmで複数形成した状態において、NF3及び水素ガスを用いたラジカルによる処理を行う前の成形型の表面に水滴を0.002cm3(2μl)滴下して凹凸パターンの表面の濡れ性を確認したところ、超親水性であった。
実施例2では、中性粒子ビーム加工装置にて、Si基板を45nmエッチングし、45nmの高さを有するピラーを距離25nmで複数形成した以外は、実施例1と同様にして成形型を得た。作製した成形型の表面に水滴を0.002cm3(2μl)滴下して凹凸パターンの表面に対する水滴の接触角を測定したところ、115度であった。電子スピン共鳴装置により成形型の表面を測定したところ、欠陥密度は10×1010cm2以下だった。凸部の幅は10nmであり、凸部と凸部の中心間距離は25nmであり、凹凸部比率(凸/凸部と凸部の中心間距離)は、0.40であった。
参考例2では、実施例2のように45nmの高さを有するピラーを距離25nmで複数形成した状態において、NF3及び水素ガスを用いたラジカルによる処理を行う前の成形型の表面に水滴を0.002cm3(2μl)滴下して凹凸パターンの表面の濡れ性を確認したところ、超親水性であった。
実施例3では、中性粒子ビーム加工装置にて、Si基板を24nmエッチングし、24nmの高さを有するピラーを距離25nmで複数形成した以外は、実施例1と同様にして成形型を得た。作製した成形型の表面に水滴を0.002cm3(2μl)滴下して凹凸パターンの表面に対する水滴の接触角を測定したところ、100度であった。電子スピン共鳴装置により成形型の表面を測定したところ、欠陥密度は10×1010cm2以下だった。凸部の幅は10nmであり、凸部と凸部の中心間距離は25nmであり、凹凸部比率(凸/凸部と凸部の中心間距離)は、0.40であった。
参考例3では、実施例3のように24nmの高さを有するピラーを距離25nmで複数形成した状態において、NF3及び水素ガスを用いたラジカルによる処理を行う前の成形型の表面に水滴を0.002cm3(2μl)滴下して凹凸パターンの表面に対する水滴の接触角を測定したところ、5度であった。
実施例4では、実施例1と同様のプロセスを経て、中性粒子ビーム加工装置により酸化膜をSi基板上に形成した。ポリエチレングリコールを装飾せずに酸化鉄内包の蛋白質フェリチンを酸化膜上に配置した。酸化鉄同士の距離は5nmであった。400℃の酸素雰囲気熱処理により蛋白質を除去し、コアである酸化鉄を露出させた。その後、中性粒子ビーム加工装置を用いて酸化膜を除去しその後Si基板の表面を逆パターンで露出し、さらに、Si基板を中性粒子ビーム加工装置で24nmエッチングした。このように、24nmの高さを有するピラーを距離5nmで複数形成した。実施例4では、さらに、NF3及び水素ガスを用いたラジカルで15分処理した後、水素ガス中、150℃で15分アニール処理した。これにより、表面に残存する酸素原子を完全に除去した。このようにして作製した成形型の表面に水滴を0.002cm3(2μl)滴下して凹凸パターンの表面に対する水滴の接触角を測定したところ、112度であった。電子スピン共鳴装置により成形型の表面を測定したところ、欠陥密度は10×1010cm2以下だった。凸部の幅は7nmであり、凸部と凸部の中心間距離は15nmであり、凹凸部比率(凸/凸部と凸部の中心間距離)は、0.47であった。
参考例4では、実施例4のように24nmの高さを有するピラーを距離5nmで複数形成した状態において、NF3及び水素ガスを用いたラジカルによる処理を行う前の成形型の表面に水滴を0.002cm3(2μl)滴下して凹凸パターンの表面に対する水滴の接触角を測定したところ、9度であった。
実施例5では、実施例1と同様のプロセスにより90nmの高さを有するピラーを距離25nmで複数形成した。実施例5では、さらに、NF3及び水素ガスを用いたラジカルで30分処理した後、水素ガス中、100℃で15分アニール処理した。これにより、表面に残存する酸素原子を完全に除去した。このようにして作製した成形型の表面に水滴を0.002cm3(2μl)滴下して凹凸パターンの表面に対する水滴の接触角を測定したところ、95度であった。電子スピン共鳴装置により成形型の表面を測定したところ、欠陥密度は10×1010cm2以下だった。凸部の幅は10nmであり、凸部と凸部の中心間距離は25nmであり、凹凸部比率(凸/凸部と凸部の中心間距離)は、0.40であった。
実施例6では、実施例2と同様のプロセスにより45nmの高さを有するピラーを距離25nmで複数形成した。実施例6では、さらに、NF3及び水素ガスを用いたラジカルで30分処理した後、水素ガス中、150℃で15分アニール処理した。これにより、表面に残存する酸素原子を完全に除去した。このようにして作製した成形型の表面に水滴を1cm3(1ml)滴下して凹凸パターンの表面に対する水滴の接触角を測定したところ、104度であった。電子スピン共鳴装置により成形型の表面を測定したところ、欠陥密度は10×1010cm2以下だった。凸部の幅は10nmであり、凸部と凸部の中心間距離は25nmであり、凹凸部比率(凸/凸部と凸部の中心間距離)は、0.40であった。
実施例7では、実施例3と同様のプロセスにより24nmの高さを有するピラーを距離25nmで複数形成した。実施例7では、さらに、NF3及び水素ガスを用いたラジカルで30分処理した後、水素ガス中、150℃で15分アニール処理した。これにより、表面に残存する酸素原子を完全に除去した。このようにして作製した成形型の表面に水滴を0.002cm3(2μl)滴下して凹凸パターンの表面に対する水滴の接触角を測定したところ、97度であった。電子スピン共鳴装置により成形型の表面を測定したところ、欠陥密度は10×1010cm2以下だった。凸部の幅は10nmであり、凸部と凸部の中心間距離は15nmであり、凹凸部比率(凸/凸部と凸部の中心間距離)は、0.40であった。
実施例8では、実施例4と同様のプロセスにより24nmの高さを有するピラーを距離5nmで複数形成した。実施例8では、さらに、NF3及び水素ガスを用いたラジカルで30分処理した後、水素ガス中、150℃で15分アニール処理した。これにより、表面に残存する酸素原子を完全に除去した。このようにして作製した成形型の表面に水滴を0.002cm3(2μl)滴下して凹凸パターンの表面に対する水滴の接触角を測定したところ、110度であった。電子スピン共鳴装置により成形型の表面を測定したところ、欠陥密度は10×1010cm2以下だった。凸部の幅は10nmであり、凸部と凸部の中心間距離は25nmであり、凹凸部比率(凸/凸部と凸部の中心間距離)は、0.40であった。
参考例1〜4のそれぞれでは、各所定の高さを有するピラーを各所定の距離で複数形成し、NF3及び水素ガスを用いたラジカルによる処理を行わずにHF処理を1分30秒間行って表面の酸素原子を除去し、表面に水滴を0.002cm3(2μl)滴下して凹凸パターンの表面に対する水滴の接触角を測定した。90nmの高さを有するピラーを距離25nmで複数形成した表面の凹凸パターンでの水滴との接触角は61度であり(参考例5)、45nmの高さを有するピラーを距離25nmで複数形成した表面の凹凸パターンでの水滴との接触角は111度であり(参考例6)、24nmの高さを有するピラーを距離25nmで複数形成した表面の凹凸パターンでの水滴との接触角は112度であり(参考例7)、25nmの高さを有するピラーを距離5nmで複数形成した表面の凹凸パターンの水滴との接触角は104度であった(参考例8)。
実施例1〜4で用いたSi基板において自然酸化膜が付着した状態での水滴との接触角は48度であり(参考例9)、HF処理を1分30秒行い、酸素分子を除去した状態での水滴との接触角は90度であった(参考例10)。また、実施例1〜4で用いたSi基板において自然酸化膜を除去するためにNF3及び水素ガスを用いたラジカルで30分処理した後、水素ガス中、150℃で15分アニール処理した。これにより、表面に残存する酸素原子を完全に除去した。水滴を0.002cm3(2μl)滴下して凹凸パターンの表面に対する水滴の接触角を測定したところ、97度であった(参考例11)。
が分かった。
本発明のレンズを次の要領で作製した。SiO2を主成分とするレンズ(厚さ0.525mmの平面状のレンズ)を用意した。次に、酸化鉄内包の蛋白質フェリチンをレンズの表面上に配置した。次に、フェリチンを配置したレンズに対して、酸素雰囲気下、400℃、30分の熱処理をすることで、蛋白質を除去し、コアである酸化鉄を露出させた。その後、中性粒子ビーム加工装置により、0.1Pa、−20℃の条件で、エッチングガスとしてCl2を用い、10eVでレンズを3nmエッチングした。このようにして、ピラー間の距離が12nmであり、3nmの高さを有するピラーを複数形成した。次に、レンズの表面に、希塩酸溶液(水:HCl=5:5)を用いたウェットエッチングを15分間×2回行った。このようにして作製したレンズの表面に水滴を0.002cm3(2μl)滴下して凹凸パターンの表面に対する水滴の接触角を測定したところ、95度であった。電子スピン共鳴装置によりレンズの表面を測定したところ、欠陥密度は10×1010cm2以下だった。凸部の幅は7nmであり、凸部と凸部の中心間距離は15nmであり、凹凸部比率(凸/凸部と凸部の中心間距離)は、0.47であった。
フェリチンの代わりに、分子量2000のポリエチレングリコールで修飾したフェリチンを用いた以外は、実施例9と同様にして、本発明のレンズを作製した。ピラー間の距離は25nmであり、ピラーの高さは3nmであった。また、作製したレンズの表面に水滴を0.002cm3(2μl)滴下して凹凸パターンの表面に対する水滴の接触角を測定したところ、100度であった。電子スピン共鳴装置により成形型の表面を測定したところ、欠陥密度は10×1010cm2以下だった。凸部の幅は10nmであり、凸部と凸部の中心間距離は25nmであり、凹凸部比率(凸/凸部と凸部の中心間距離)は、0.40であった。
フェリチンの代わりに、分子量10000のポリエチレングリコールで修飾したフェリチンを用いた以外は、実施例9と同様にして、本発明のレンズを作製した。ピラー間の距離は40nmであり、ピラーの高さは3nmであった。また、作製したレンズの表面に水滴を0.002cm3(2μl)滴下して凹凸パターンの表面に対する水滴の接触角を測定したところ、105度であった。電子スピン共鳴装置により成形型の表面を測定したところ、欠陥密度は10×1010cm2以下だった。凸部の幅は10nmであり、凸部と凸部の中心間距離は40nmであり、凹凸部比率(凸/凸部と凸部の中心間距離)は、0.25であった。
フェリチンの代わりに、分子量20000のポリエチレングリコールで修飾したフェリチンを用いた以外は、実施例9と同様にして、本発明のレンズを作製した。ピラー間の距離は60nmであり、ピラーの高さは3nmであった。また、作製したレンズの表面に水滴を0.002cm3(2μl)滴下して凹凸パターンの表面に対する水滴の接触角を測定したところ、55度であった。電子スピン共鳴装置により成形型の表面を測定したところ、欠陥密度は10×1010cm2以下だった。凸部の幅は10nmであり、凸部と凸部の中心間距離は60nmであり、凹凸部比率(凸/凸部と凸部の中心間距離)は、0.16であった。
11:ベース部
12:パターン部
12A:底面
13:ピラー
13A:ピラーの側面
13B:ピラーの表面
21:基板
22:膜
22A:膜の残部
23:コアシェル構造体
23A:コア
23B:シェルの残部
31:レンズ基部
Claims (10)
- ベース部と、
ベース部の表面に設けられた凹凸を有するパターン部と
を備え、
パターン部の凸部と凸部の中心間の距離が15〜50nmであり、
パターン部の凹凸部比率(凸/凸部と凸部の中心間の距離)が0.5以下であり、
パターン部の凸部の高さが2nm以上であり、
パターン部の欠陥密度が10×1010cm2以下である、成形型。 - パターン部の表面に、酸化物からなる層を有しない、請求項1に記載の成形型。
- ベース部とパターン部とが同一の材料で構成される、請求項1又は2に記載の成形型。
- パターン部における(凸部の高さ)/(凸部と凸部の中心間の距離)の比が0.4〜10である、請求項1〜3のいずれかに記載の成形型。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の成形型を用いて、パターン部の凹凸を転写する、成形品の製造方法。
- ベース部と、
ベース部の表面に設けられた凹凸を有するパターン部と
を備え、
パターン部の凸部と凸部の中心間の距離が15〜50nmである、
レンズ。 - パターン部の凸部と凸部の最短距離が5nmである、請求項6に記載のレンズ。
- パターン部の欠陥密度が10×1010cm2以下である、請求項6又は7に記載のレンズ。
- パターン部の表面に、酸化物からなる層を有しない、請求項6〜8のいずれかに記載のレンズ。
- ベース部と、ベース部の表面に設けられた凹凸を有するパターン部とを備え、パターン部の凸部と凸部の中心間の距離が15〜50nmである物品を製造する製造方法であって、
ベース部の表面、又はベース部上に設けられた層の表面に、ポリマーで修飾されたコアシェル構造体を均等に吸着させる工程と、
コアシェル構造体のシェルを除去する工程と、
コアシェル構造体のコアをマスクとして、ベース部をエッチングする工程と
を有する、物品の製造方法。
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