JP3697508B2

JP3697508B2 - Surface processing method and surface processing apparatus for materials using ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light, and manufacturing method and manufacturing apparatus for products made of polymer compounds using them

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Publication number: JP3697508B2
Application number: JP2002039595A
Authority: JP
Inventors: 修田畑
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Filing date: 2002-02-18
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2022-02-18
Also published as: JP2003236798A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小な精密部品を製造する際に好適な技術であって、当該精密部品を構成する材料を、紫外線又は紫外線より波長の短い光を用いてその表面が平滑になるように加工する表面加工方法及び表面加工装置、並びにその表面加工方法を用いた高分子化合物からなる製品の製造方法及び製造装置に関し、更には、その表面加工方法を用いた金型又は金属製品の製造方法、及び成型品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報通信機器やマイクロマシン等の発達に伴い、光学部品や機械部品等の小型化が進行しており、微小精密部品を高精度で加工する技術が求められている。このような加工技術としては、従来より、半導体集積回路等の製造に用いられるＸ線リソグラフィやフォトリソグラフィ等の技術が知られている。また、このＸ線リソグラフィの技術を応用して、光学部品や機械部品等の高アスペクト比を要する３次元的な形状の微小精密部品を加工する技術としては、ＬＩＧＡプロセスが知られている。このＬＩＧＡプロセスとは、ドイツ語の「Lithografie（リソグラフィ）」、「Galvanoformung（電気めっき）」、「Abformung（モールド）」の頭文字から名付けられており、シンクロトロン放射光源から放射されるＸ線（ＳＲ光）を利用して高アスペクト比の３次元的形状を加工する技術である。
【０００３】
すなわち、このＬＩＧＡプロセスは、図１２（ａ）に示すように、基板５１の上に、Ｘ線に感光する性質を有するポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）からなるレジスト５２を数十から数百μｍの厚さで塗布したものに対し、所定のＸ線マスク５３を介してＸ線を照射することにより、当該Ｘ線マスク５３の形状に対応する部分のレジスト５２を露光させて当該部分の分子鎖を切断する。その後、図１２（ｂ）に示すように、レジスト５２を現像液に浸し、当該露光した部分を溶融させて除去することにより現像し、高アスペクト比の３次元的形状を有するレジスト５２からなる微小構造体が形成される。次に、図１２（ｃ）に示すように、現像されたレジスト５２を型としてその表面に電気めっきを行ない、３次元的形状を有する微小金属構造体５４を形成する。そして、この微小金属構造体５４をレジスト５２から取り外し、これを金型として合成樹脂等のモールド鋳型として用いることにより、微小精密部品を低コストで生産することが可能となる。
【０００４】
ところで、このようなＬＩＧＡプロセスでは、リソグラフィ工程において、Ｘ線マスク５３のエッジ形状の欠陥や、レジスト５２内において生じる反応により、現像後のレジスト５２からなる微小構造体の表面に微小な荒れが生じることが知られている。そこで従来は、このような表面の荒れを改善する方法として、Ｘ線マスク５３のエッジ形状の欠陥による荒れに対しては、Ｘ線マスク５３を微小に振動させることによりエッジ形状を平均化する方法が提案されている。また、レジスト５２内において生じる反応による荒れに対しては、Ｘ線を露光させる際の温度や露光時間等を最適化する方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の方法を用いたとしても、現像後のレジスト５２からなる微小構造体の表面粗さは、中心線平均粗さ（Ｒａ）で数百から数千ｎｍ程度が限界であり、利用波長の十分の一以下の表面粗さが要求される光学部品を加工する際における大きな障害となっていた。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ＬＩＧＡプロセスにおけるリソグラフィ工程を含むＸ線リソグラフィやフォトリソグラフィ等により微小構造体を加工した際において、マスクエッジ形状の欠陥や、レジスト内に生じる反応等によって発生する微小構造体の表面の微小な荒れを改善し、当該微小構造体の表面を光学レベルで平滑にすることができる表面加工方法及び表面加工装置等を提供することを技術課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記技術課題を解決するための具体的手段は、次のようなものである。すなわち、請求項１に記載する紫外線又は紫外線より波長の短い光を用いた材料の表面加工方法は、加工された微小構造体を構成し、紫外線又は紫外線より波長の短い光に反応することにより、融点が低下し、もしくは溶剤に対する耐溶融性が低下し、又はこれらの双方が低下する性質を有する感光性材料の表面に紫外線又は紫外線より波長の短い光を照射した後、前記材料を加熱してその表面部分を溶融させ、もしくは前記材料に溶剤を作用させてその表面部分を溶融させ、又はこれらの双方を行ない、前記材料の表面を光学素子用精密部品に要求される利用波長の十分の一以下の表面粗さの光学レベルで平滑化することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２に記載する紫外線又は紫外線より波長の短い光を用いた材料の表面加工装置は、加工された微小構造体を構成し、紫外線又は紫外線より波長の短い光に反応することにより、融点が低下し、もしくは溶剤に対する耐溶融性が低下し、又はこれらの双方が低下する性質を有する感光性材料の表面に紫外線又は紫外線より波長の短い光を照射する光照射手段と、前記材料を加熱してその表面部分を溶融させ前記材料の表面を光学素子用精密部品に要求される利用波長の十分の一以下の表面粗さの光学レベルで平滑化する加熱処理手段、及び前記材料に溶剤を作用させてその表面部分を溶融させ前記材料の表面を光学素子用精密部品に要求される利用波長の十分の一以下の表面粗さの光学レベルで平滑化する溶剤処理手段の一方又は双方と、を有することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３に記載する紫外線又は紫外線より波長の短い光を用いた材料の表面加工方法は、加工された微小構造体を構成し、紫外線又は紫外線より波長の短い光により、融点又は溶剤に対する耐溶融性が低下する性質を有する高分子化合物の材料の表面に紫外線又は紫外線より波長の短い光を照射して前記材料の表面部分の分子量を低下させた後、前記材料を加熱し、もしくは前記材料に溶剤を作用させ、又はこれらの双方を行ない、前記材料の分子量が低下した表面部分を溶融させ前記材料の表面を光学素子用精密部品に要求される利用波長の十分の一以下の表面粗さの光学レベルで平滑化することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４に記載する紫外線又は紫外線より波長の短い光を用いた材料の表面加工装置は、加工された微小構造体を構成し、紫外線又は紫外線より波長の短い光により、融点又は溶剤に対する耐溶融性が低下する性質を有する高分子化合物の材料の表面に紫外線又は紫外線より波長の短い光を照射して前記材料の表面部分の分子量を低下させる光照射手段と、前記材料を加熱して分子量が低下した表面部分を溶融させ前記材料の表面を光学素子用精密部品に要求される利用波長の十分の一以下の表面粗さの光学レベルで平滑化する加熱処理手段、及び前記材料に溶剤を作用させて分子量が低下した表面部分を溶融させ前記材料の表面を光学素子用精密部品に要求される利用波長の十分の一以下の表面粗さの光学レベルで平滑化する溶剤処理手段の一方又は双方と、を有することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項５に記載する高分子化合物からなる製品の製造方法は、紫外線又は紫外線より波長の短い光により、融点又は溶剤に対する耐溶融性が低下する性質を有する高分子化合物の材料に紫外線又は紫外線より波長の短い光を照射して、前記材料を除去し、又は前記材料の所定の部分の分子量を低下させ分子量が低下した部分を除去して前記材料の形状を加工し、次に前記形状を加工した材料の表面に紫外線又は紫外線より波長の短い光を照射して前記形状を加工した材料の表面部分の分子量を低下させた後、前記形状を加工した材料を加熱し、もしくは前記形状を加工した材料に溶剤を作用させ、又はこれらの双方を行ない、前記形状を加工した材料の分子量が低下した表面部分を溶融させて前記形状を加工した材料の表面を光学素子用精密部品に要求される利用波長の十分の一以下の表面粗さの光学レベルで平滑化する表面加工を行なうことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項６に記載する高分子化合物からなる製品の製造方法は、請求項５に記載する構成において、紫外線又は紫外線より波長の短い光により、融点又は溶剤に対する耐溶融性が低下する性質を有する高分子化合物の材料に紫外線又は紫外線より波長の短い光を照射して、前記材料を除去し、又は前記材料の所定の部分の分子量を低下させ分子量が低下した部分を除去して行なう前記材料の形状の加工に際して、前記紫外線又は紫外線より波長の短い光の入射方向に直交する平面内における当該紫外線又は紫外線より波長の短い光のエネルギー分布が連続的に変化するように制御し、前記材料の各部で前記紫外線又は紫外線より波長の短い光のエネルギー分布に応じた深さの加工を行うことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項７に記載する高分子化合物からなる製品の製造装置は、紫外線又は紫外線より波長の短い光により、融点又は溶剤に対する耐溶融性が低下する性質を有する高分子化合物の材料に紫外線又は紫外線より波長の短い光を照射して、前記材料を除去し、又は前記材料の所定の部分の分子量を低下させ分子量が低下した部分を除去して前記材料の形状を加工する形状加工手段と、前記形状を加工した材料の表面に紫外線又は紫外線より波長の短い光を照射して前記形状を加工した材料の表面部分の分子量を低下させる光照射手段と、前記形状を加工した材料を加熱して分子量が低下した表面部分を溶融させ前記形状を加工した材料の表面を光学素子用精密部品に要求される利用波長の十分の一以下の表面粗さの光学レベルで平滑化する加熱処理手段、及び前記形状を加工した材料に溶剤を作用させて分子量が低下した表面部分を溶融させ前記形状を加工した材料の表面を光学素子用精密部品に要求される利用波長の十分の一以下の表面粗さの光学レベルで平滑化する溶剤処理手段の一方又は双方と、を有することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項８に記載する高分子化合物からなる製品の製造装置は、請求項７に記載する構成において、前記形状加工手段は、前記紫外線又は紫外線より波長の短い光の入射方向に直交する平面内における当該紫外線又は紫外線より波長の短い光のエネルギー分布が連続的に変化するように制御する制御手段を有することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項９に記載する金型又は金属製品の製造方法は、請求項５又は６に記載された方法により製造された高分子化合物からなる製品の表面にめっきを施し、当該めっきにより形成された金属部分を金型又は金属製品とすることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項１０に記載する成型品の製造方法は、請求項９に記載された方法により製造された金型を用いて材料を成型することを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。ここでは、まず、本発明に係る紫外線又は紫外線より波長の短い光を用いた材料の表面加工方法及び表面加工装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る紫外線又は紫外線より波長の短い光を用いた材料の表面加工方法の工程を示すブロック図である。この図に示すように、本発明に係る材料の表面加工方法は、加工対象となる材料の表面に紫外線又は紫外線より波長の短い光を照射する光照射工程１の後、前記材料を加熱してその表面を溶融させる加熱処理工程２、もしくは前記材料に溶剤を作用させてその表面を溶融させる溶剤処理工程３、又はこれら加熱処理工程２及び溶剤処理工程３の双方を行なうというものである。
【００１８】
ここで、表面加工が行なわれる対象となる材料、すなわち被加工材料４（図２参照）としては、紫外線又は紫外線より波長の短い光に反応することにより、融点が低下し、もしくは溶剤に対する耐溶融性が低下し、又はこれらの双方が低下する性質を有する感光性材料を用いることができる。このような被加工材料４としては、例えば、紫外線又は紫外線より波長の短い光により分子鎖が切断され、分子量が低下することにより融点又は溶剤に対する耐溶融性が低下する性質を有する高分子化合物の材料を用いることができる。また、本実施形態に係る表面加工方法及び表面加工装置は、Ｘ線リソグラフィ等により加工された微小構造体の表面を光学レベルで平滑化することを主な目的としている。したがって、ここでは、このＸ線リソグラフィ等により所定の３次元的形状に形成されたポリメチルメタクリレート（polymethylmethacrylate：ＰＭＭＡ）を、被加工材料４として使用することとしている。図２（ａ）は、Ｘ線リソグラフィ等により所定の３次元的形状に形成されたポリメチルメタクリレートからなる被加工材料４の一例を示す図である。なお、このＸ線リソグラフィ等により被加工材料４を３次元的形状に加工する方法については後述する。
【００１９】
光照射工程１は、前述のような被加工材料４の表面に紫外線又は紫外線より波長の短い光を照射する工程であり、より詳しくは、図２（ｂ）に示すように、高分子化合物の被加工材料４の表面に紫外線又は紫外線より波長の短い光を照射して当該被加工材料４の表面部分５の分子量を低下させる工程である。したがって、この光照射工程１において被加工材料４に対して照射される光としては、ポリメチルメタクリレート等の高分子化合物からなる被加工材料４の表面に照射することにより、当該被加工材料４の表面部分５の分子鎖を切断してその分子量を低下させることが可能な波長を有する紫外線又は紫外線より波長の短いＸ線等の光であれば好適に用いることができる。そして、この光照射工程１において照射される光は、被加工材料４の表面部分５の分子量を低下させて融点又は溶剤に対する耐溶融性を低下させることが目的であるため、照射時間を制御することで、被加工材料４の表面部分５のみに作用させて当該表面部分５の分子鎖のみを切断することができるような適度な透過力を有する波長及びエネルギの光を選択して使用することが望ましい。なお、紫外線又は紫外線より波長の短い光は、波長が短くなるに従って被加工材料４に対する透過力が大きくなり、照射時間が長くなるに従って深くまで透過する傾向にある。本実施形態においては、波長の長いＸ線、より詳しくは波長が５〜１０Å（オングストローム）前後のＸ線を使用することとしている。
【００２０】
このような光照射工程１を実施するための光照射手段６としては、前述のような適度な透過力を有する紫外線又は紫外線より波長の短い光を被加工材料４の表面に照射できる装置を使用する。本実施形態においては、この光照射手段６を構成する装置として、図３に示すように、シンクロトロン放射光源７と、露光室８とを有するＸ線加工装置９を使用することとしている。シンクロトロン放射光源７は、遠赤外線からＸ線に至る連続した広い波長領域を含むシンクロトロン放射光を放射する光源であるが、この装置では、ベリリウムフィルタ１０と、ポリイミド（又はベリリウム）フィルタ１１との２個のフィルタによってフィルタリングすることにより、長波長成分を除去して波長が１〜１０Å前後のＸ線を得るとともに、更に短波長吸収フィルタ１２によってフィルタリングすることにより、短波長成分をも除去して波長が５〜１０Å前後のＸ線を露光室８内に入射させるようにしている。ここで、短波長吸収フィルタ１２としては、数Åの波長領域において、金（Ａｕ）より高いＸ線吸収係数を有する材料、具体的には、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、鉛（Ｐｂ）を使用すると好適である。
【００２１】
露光室８は、被加工材料４をシンクロトロン放射光源７から放射されたＸ線に露光させるための室であり、内部に、被加工材料４を保持するための材料保持部１３と、この材料保持部１３を、シンクロトロン放射光源７からのＸ線の入射方向に直交する平面上においてＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ移動させる第１移動機構１４とを有する。この第１移動機構１４は、シンクロトロン放射光源７からのＸ線が被加工材料４の表面の全体に均等に照射されるように被加工材料４の位置を移動させるための機構であり、マイクロメータからナノメータオーダで被加工材料４の位置制御が可能なＸＹステージ等を用いると好適である。そして、この第１移動機構１４の動作制御は、図示しない制御手段により行なわれる。この制御手段としては、例えば、Ｘ線が被加工材料４の表面の全体に均等に照射されるように第１移動機構１４を動作させるためのプログラムと、このプログラムに従って第１移動機構１４の動作させるための命令信号を送出する制御装置とを有する構成等がある。
【００２２】
この光照射工程１において被加工材料４にＸ線を照射したときの反応は、以下のように説明される。まずＸ線照射によって主に光電気効果により被加工材料４であるポリメチルメタクリレート分子の内核電子が電離され、同時にＡｕｇｅｒ効果による外核電子の放出が起こる。続いて、これら２次・３次電子がポリメチルメタクリレート内の電子状態を励起させ、ポリメチルメタクリレートのイオン化あるいはラジカル化を引き起こす。このときポリメチルメタクリレートはラジカルの発生によって分子鎖が切断され、Ｘ線が照射された表面部分５における分子量が低下する。
【００２３】
また、この光照射手段６を構成する装置としては不要であるが、後述するＸ線リソグラフィを用いた形状加工工程１５（図４参照）において使用するために、このＸ線加工装置９は、露光室８内における、被加工材料４の前方、すなわちシンクロトロン放射光源７側に設けられた、Ｘ線マスク１６（図５参照）を保持するためのマスク保持部１７と、このマスク保持部１７をシンクロトロン放射光源７からのＸ線の入射方向と直交する平面上において、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ被加工材料４に対して相対的に移動させる第２移動機構１８と、短波長吸収フィルタ１２をＸ線の入射方向と直交する方向に移動させてＸ線の入射経路に出し入れするための図示しないフィルタ移動機構とを有している。このフィルタ移動機構は、Ｘ線加工装置９を形状加工工程１５において使用する際に、短波長吸収フィルタ１２をＸ線の入射経路から外すために用いられる機構である。また、第２移動機構１８としては、マイクロメータからナノメータオーダでＸ線マスク１６の位置制御が可能なＸＹステージ等を用いると好適である。これらの構成を備えることにより、Ｘ線加工装置９は、光照射手段６を構成する装置として使用可能であるとともに、３次元的形状を有する微小構造体を形成するための後述する形状加工工程１５を実施するための装置としても使用することが可能となる。
【００２４】
なお、本実施形態に係る表面加工装置は、Ｘ線リソグラフィ等により加工された微小構造体を構成する被加工材料４の表面を光学レベルで平滑化することを主な目的としていることから、光照射手段６を構成する装置と後述するＸ線リソグラフィを用いた形状加工工程１５（図４参照）を実施するための装置との共用を可能とするために、光照射手段６を構成する装置において、Ｘ線リソグラフィ等にも共通して使用することが可能なシンクロトロン放射光源７を用いることとしている。しかし、本発明に係る紫外線又は紫外線より波長の短い光を用いた材料の表面加工方法においては、Ｘ線リソグラフィ等の場合のように照射する光についての高い直進性は要求されないため、表面加工装置を専用装置として構成する場合には、紫外線又は紫外線より波長の短い光を照射可能な光源であれば、シンクロトロン放射光源７以外の光源であっても好適に使用することができる。
【００２５】
加熱処理工程は、被加工材料４を加熱してその表面部分５を溶融させる工程であり、より詳しくは、図２（ｃ）に示すように、被加工材料４を加熱することにより、前述の光照射工程１において分子量が低下した被加工材料４の表面部分５を溶融させる工程である。したがって、この加熱処理工程２における加熱温度は、被加工材料４の分子量が低下した表面部分５のみを溶融させるのに適した温度とするのが好適である。すなわち、ポリメチルメタクリレート等の高分子化合物からなる被加工材料４は、分子量が低下することによりその融点も低下することから、光照射工程１において分子量が低下した被加工材料４の表面部分５は、それ以外の分子量が低下していない本体部分１９に比べて融点が低い状態となっている。したがって、被加工材料４の当該分子量が低下した表面部分５の融点以上であって、なおかつそれ以外の部分の融点以下の温度を加熱温度とすると、被加工材料４の当該表面部分５のみを溶融させることができて好適である。このようにすることにより、被加工材料４の本体部分１９の溶融や変質等を防止しつつ表面部分５のみを溶融させることができる。そして、この加熱処理工程２によって溶融した被加工材料４の表面部分５は、その表面のエネルギーが最小となるように振舞うこと、及び、被加工材料４の表面部分５とその本体部分１９とは、同一材料であるため濡れ性が高いことから、被加工材料４の表面部分５は溶融することによってその本体部分１９を滑らかに覆うこととなるので、被加工材料４の表面の凹凸が消失して平滑化される。
【００２６】
このような加熱処理工程２を実施するための加熱処理手段としては、前述のような被加工材料４の分子量が低下した表面部分５のみを溶融させるのに適した温度に加熱温度を調節することができる加熱装置を使用する。このような加熱装置としては、室温から２００℃程度までの範囲で０．５℃程度の精度で加熱温度を調節することができる装置を使用することが望ましい。具体的には、温風循環式オーブン、ホットプレート、赤外線オーブン、あるいは、ランプ加熱炉等を使用することが可能である。また、このような加熱処理工程２においては、被加工材料４の表面部分５のみを加熱し、その本体部分１９は高温にならないようにすれば、被加工材料４の本体部分１９の溶融や変質等を確実に防止しつつ表面部分５のみを溶融させることができるので更に好適である。したがって、被加工材料４の表面に赤外線を放射する赤外線オーブンや、被加工材料４の表面に可視光を放射するランプ加熱炉等の加熱装置を使用し、被加工材料４の表面の温度が１００〜２００℃程度となるように加熱した状態において、数秒〜数分程度の可能な限り短時間で被加工材料４の表面部分のみを加熱するのが好適である。この際の最適な加熱時間は、被加工材料４の表面温度が高いほど短くなる。
【００２７】
溶剤処理工程３は、被加工材料４に溶剤を作用させてその表面部分５を溶融させる工程であり、より詳しくは、図２（ｃ）に示すように、被加工材料４に溶剤を作用させ、前述の光照射工程１において分子量が低下した被加工材料４の表面部分５を溶融させる工程である。この溶剤処理工程３における被加工材料４の表面部分５の溶融の程度は、光照射工程１において分子量が低下した被加工材料４の表面部分５が、溶剤により膨潤して溶融に近い状態となる程度にすると好適である。このような被加工材料４の表面部分５の溶融の程度は、溶剤の濃度の調節と、溶剤を被加工材料４に作用させる際の温度の調節とにより適正となるように制御することができる。そして、このようにすることにより、被加工材料４の表面部分５が溶剤に溶けて流れ出すことを防止しつつその表面を平滑化することができる。
【００２８】
ここで、ポリメチルメタクリレート等の高分子化合物からなる被加工材料４は、分子量が低下することにより溶剤に対する耐溶融性も低下することから、光照射工程１において分子量が低下した被加工材料４の表面部分５は、それ以外の分子量が低下していない本体部分１９に比べて溶剤に対する耐溶融性が低い状態となっている。したがって、被加工材料４に溶剤を作用させた場合には、分子量が低下した表面部分５から先に溶融させることができる。そして、この溶剤処理工程３によって溶融した被加工材料４の表面部分５は、その表面のエネルギーが最小となるように振舞うこと、及び、被加工材料４の表面部分５とその本体部分１９とは、同一材料であるため濡れ性が高いことから、被加工材料４の表面部分５は溶融することによってその本体部分１９を滑らかに覆うこととなるので、被加工材料４の表面の凹凸が消失して平滑化される。また、被加工材料４の表面の凸部は、その体積に対する表面積の比率が大きいために、溶剤によって溶融し易い性質を有する。したがって、このような性質も溶剤処理工程３による被加工材料４の表面の平滑化に有利な作用を及ぼすこととなる。
【００２９】
この溶剤処理工程３において使用する溶剤としては、ポリメチルメタクリレート等の高分子化合物からなる被加工材料４を溶融させることが可能なものであれば使用することができる。本実施形態においては、被加工材料４としてポリメチルメタクリレートを使用することとしていので、例えば、硝酸、無水酢酸、メチルアルコール、酢酸エチル、アセトン、二塩化メチレン、二塩化エチレン、三塩化エチレン、メチルエチルケトン、トリクロルエチレン、トルエン、キシレン、クロロホルム、テトラヒドロフラン、ジブロムエチレン、ビリジン、ベンゼン、メチルイソブチルケトン等が溶剤として使用できる。
【００３０】
この溶剤処理工程３において、被加工材料４に溶剤を作用させる方法としては、被加工材料４の表面部分５に溶剤を均等に付着しさせて作用させることができる各種の方法を使用する。このような方法としては、例えば、被加工材料４を溶剤中に浸す方法や、被加工材料４を溶剤の蒸気中に晒す方法等がある。したがって、このような溶剤処理工程３を実施するための溶剤処理手段としては、溶剤を満たした槽を有する装置や、溶剤の蒸気で満たした気密室を有する装置等を使用することができる。
【００３１】
以上、本発明の実施形態に係る材料の表面加工方法を構成する光照射工程１、加熱処理工程２、及び溶剤処理工程３の各工程について説明したが、光照射工程１の後、加熱処理工程２及び溶剤処理工程３の双方を行う場合には、これら２つの工程を１つずつ順に行なうことも可能であるし、これら２つの工程を同時に行なうことも可能である。ここで、加熱処理工程２と溶剤処理工程３とを１つずつ順に行なう場合に、いずれの工程を先に行なうかについての制約は特に存在しない。また、加熱処理工程２と溶剤処理工程３とを同時に行なう場合には、これらの工程を実施するための加熱処理手段及び溶剤処理手段を１つにまとめた装置を使用することとなる。このような装置としては、例えば、上述した加熱処理工程２における加熱温度に熱せられた高温の溶剤の蒸気で内部を満たした気密室を有する装置等を使用することができる。
【００３２】
次に、本発明に係る高分子化合物からなる製品の製造方法及び製造装置について説明する。図４は、本発明に係る高分子化合物からなる製品の製造方法の工程を示すブロック図である。この図に示すように、本発明に係る高分子化合物からなる製品の製造方法は、高分子化合物からなる被加工材料４に紫外線又は紫外線より波長の短い光を照射して、被加工材料４を除去し、又は被加工材料４の物理的もしくは化学的性質を変化させて被加工材料４の形状を加工する形状加工工程１５の後、上述した光照射工程１、加熱処理工程２及び溶剤処理工程３を有する材料の表面加工方法を実施することにより当該被加工材料４の表面加工を行なう方法である。
【００３３】
ここで、形状加工工程１５は、紫外線又は紫外線より波長の短い光により、融点又は溶剤に対する耐溶融性が低下する性質を有する高分子化合物からなる被加工材料４に紫外線又は紫外線より波長の短い光を照射して、被加工材料４の一部を除去し、又は被加工材料４の所定の部分の分子量を低下させ分子量が低下した部分を除去して被加工材料４の形状を加工する工程である。そして、この形状加工工程１５により、被加工材料４は、３次元的形状の微小構造体に加工される。また、本実施形態においては、この形状加工工程１５において、被加工材料４の表面と平行な平面内における紫外線又は紫外線より波長の短い光のエネルギー分布が連続的に変化するように制御し、被加工材料４の各部で紫外線又は紫外線より波長の短い光のエネルギー分布に応じた深さの加工を行うこととしている。これは、被加工材料４に照射される光のエネルギー分布を傾斜させることにより、被加工材料４の各部における加工深さを調節し、例えば、半球形や四角錐等のような傾斜した面を有する３次元的形状の加工を可能とする加工方法である。なお、この加工方法については、本件出願に係る発明者により発明され、既に公開されている特開平１２−３５５００号公報において詳細に説明されている。
【００３４】
このような形状加工工程１５における、紫外線又は紫外線より波長の短い光を照射することにより、ポリメチルメタクリレート等の高分子化合物からなる被加工材料４の形状を加工して微小構造体を形成する方法としては、具体的には、半導体集積回路等の製造に用いられるＸ線リソグラフィやフォトリソグラフィ等の方法が従来から知られており、この形状加工工程１５においてもこれらの方法を使用することができる。そして、本実施形態においては、形状加工工程１５における被加工材料４の加工方法として、高アスペクト比を要する３次元的形状の微小構造体を加工することが可能な、シンクロトロン放射光源７（図５参照）から放射されるＸ線（ＳＲ光）を利用したＸ線リソグラフィを用いることとしている。したがって、形状加工工程１５を実施するための形状加工手段２０としては、被加工材料４にＸ線を照射することにより、高分子化合物からなる被加工材料４の所定の部分における分子鎖を切断してその分子量を低下させるとともに、現像液により当該被加工材料４の分子量が低下した部分を除去することができる装置を使用する。
【００３５】
そこで、本実施形態においては、図５に示すように、Ｘ線加工装置９と、現像装置２１とを有する装置を使用することとしている。ここで使用するＸ線加工装置９は、本発明の実施形態に係る材料の表面加工方法における光照射工程１を実施するための光照射手段６を構成する装置（図３参照）と共通して使用される装置である。ただし、この形状加工工程１５において使用する際には、光照射工程１において使用する場合と異なり、被加工材料４の除去しようとする部分のみに対してシンクロトロン放射光源７からのＸ線を露光させるための所定のＸ線マスク１６をマスク保持部１７に保持させるとともに、更に、フィルタ移動機構により、短波長成分を除去するための短波長吸収フィルタ１２をＸ線の入射経路から外して使用する。これにより、形状加工工程１５においては、１〜１０Å前後のＸ線を露光室８内に入射させ、Ｘ線マスク１６の形状に従って被加工材料４の所定部分をＸ線に露光させることができる。
【００３６】
更に、このＸ線加工装置９を形状加工工程１５において使用する際には、第２移動機構１８を動作させることにより、マスク保持部１７とこのマスク保持部１７に保持されたＸ線マスク１６をシンクロトロン放射光源７からのＸ線の入射方向と直交する平面上において、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ被加工材料４に対して相対的に動作させる。これにより、Ｘ線マスク１６を通過して被加工材料４の各部に照射されるＸ線のエネルギー分布を、Ｘ線の入射方向に直行する平面内において連続的に変化させることができ、被加工材料４の各部における加工深さを調節することができる。また、この際の第２移動機構１８によるＸ線マスク１６の動作は、被加工材料４を加工しようとする３次元的形状に合わせて照射されるＸ線のエネルギー分布が連続的に変化するように所定のパターンで行われる。この第２移動機構１８の動作制御は、図示しない制御手段により行なわれる。この制御手段としては、例えば、被加工材料４を加工しようとする３次元的形状に合わせて照射されるＸ線のエネルギー分布が連続的に変化するように、Ｘ線マスク１６を所定のパターンで動作させるためのプログラムと、このプログラムに従って第２移動機構１８の動作させるための命令信号を送出する制御装置とを有する構成等がある。
【００３７】
そして、このＸ線加工装置９における露光が終了した後、現像装置２１において被加工材料４に対する現像処理が行なわれる。この現像装置２１の内部には、被加工材料４における、Ｘ線に露光されることによって分子量が低下した部分を溶解させることができる現像液２２が満たされており、被加工材料４は、この現像液２２内に浸されることにより、当該Ｘ線に露光して分子量が低下した部分のみが溶解して除去される。その結果、被加工材料４は、所定の３次元的形状に形成される。なお、この現像液２２としては、上述した溶剤処理工程３において使用する溶剤と同様のものを使用することができる。
【００３８】
次に、この形状加工工程１５により３次元的形状の微小構造体を形成するように加工された被加工材料４の表面に対して、前述した材料の表面加工方法と同様に、光照射工程１を行ない、その後、加熱処理工程２、もしくは溶剤処理工程３、又はこれら加熱処理工程２及び溶剤処理工程３の双方を行なうことにより、光学レベルで平滑な表面を有する微小構造体を構成する高分子化合物からなる製品を製造することができる。本実施形態に係る高分子化合物からなる製品の製造装置は、形状加工手段２０を構成するＸ線加工装置９及び現像装置２１を有する装置と、光照射手段６を構成する形状加工手段２０と共通のＸ線加工装置９と、加熱処理手段を構成する赤外線オーブンやランプ加熱炉等と、溶剤処理工程３を実施するための溶剤処理手段を構成する溶剤を満たした槽を有し、あるいは溶剤の蒸気で満たした気密室を有する装置等と、を有して構成される。
【００３９】
そして、このようにして高分子化合物からなる製品の製造方法により製造された製品は、光学レベルで平滑な表面を有する３次元的形状の微小構造体であるので、微小精密部品、特にマイクロレンズ、導光板、あるいはマイクロミラー等の光学素子用微小精密部品として使用することが可能である。
【００４０】
次に、本発明に係る金型又は金属製品の製造方法について説明する。図６は、本発明に係る金型又は金属製品の製造方法の工程を示すブロック図である。この図に示すように、本発明に係る金型又は金属製品の製造方法は、前述の高分子化合物からなる製品の製造方法により製造された製品２３（以下、単に「高分子化合物からなる製品」とする。）の表面に、図７に示すようにめっきを施すめっき処理工程２４の後、高分子化合物からなる製品２３から当該めっきにより形成された金属部分２５を分離する分離工程２６を行ない、この分離された金属部分２５を金型又は金属製品とするものである。したがって、この金型又は金属製品の製造方法においては、高分子化合物からなる製品２３は、金型又は金属製品を製造するための型として使用されることとなる。
【００４１】
図７に示すように、めっき処理工程２４は、高分子化合物からなる製品２３を型として、その表面にニッケル等の金属のめっきを施すことにより、所定の３次元的形状に形成された当該高分子化合物からなる製品２３の表面の形状を転写した金属構造体を形成する工程である。このめっき処理工程２４におけるめっき方法としては、電気めっき、無電解めっき、化学蒸着、真空蒸着、イオンプレーティング等の各種の方法を用いることが可能である。ここで、例えば、図８に示すように、一般的なＬＩＧＡプロセスにおける場合と同様に、被加工材料４の底面に金属製の基板２７を設けておき、なおかつ当該基板２７に達するまで被加工材料４が除去されるような加工がされた高分子化合物からなる製品２３を型として用いる場合には、当該基板２７を電極として使用することができるので、電気めっきを用いることができる。一方、図７に示す本実施形態のように、高分子化合物からなる製品２３が、その表面２８から厚さ方向に途中までしか加工されておらず、底面まで貫通していない場合には、高分子化合物からなる製品２３の表面２８に対向する位置に電極を設けることができず電気めっきを用いることができないため、無電解めっきや化学蒸着等の他のめっき方法を用いる。
【００４２】
分離工程２６は、めっき処理工程２４において高分子化合物からなる製品２３の表面２８に施されためっきにより形成された金属部分２５を高分子化合物からなる製品２３から分離する工程である。ここで、高分子化合物からなる製品２３は、上述の通り、その表面２８が光学レベルで平滑化されているため、分離された金属部分２５もこの高分子化合物からなる製品２３の表面２８が転写され、光学レベルで平滑な表面２９を有することとなる。そして、この分離工程２６において分離された金属部分２５は、金型又は金属製品として用いられる。なお、この金属部分２５を金型として用いる場合には、この金属部分２５は非常に小さく扱い難いため、図９に示すように、大きい金属台３０等に当該金属部分２５を取り付けて金型として使用する。
【００４３】
次に、本発明に係る成形品の製造方法について説明する。図１０は、本発明に係る成形品の製造方法の工程を示すブロック図である。この図に示すように、本発明に係る成形品の製造方法は、前述の金型又は金属製品の製造方法において製造された金型３１を用いて材料を成型する成形工程３２を行なうことにより、成形品３３を製造するものである。図１１に示すように、この成形工程３２においては、金型又は金属製品の製造方法において製造された金型３１の表面２９、すなわち高分子化合物からなる製品２３の平滑な表面２８が転写された面を用いて成形を行なう。これにより、この金型３１を用いて成形される成形品３３の表面３４にこの金型３１の表面２９が転写されることとなるので、光学レベルで平滑な表面３４を有する成形品３３を成形することができる。また、ここで製造される成形品３３の材質としては、金型３１に流し込んで成形することができるものであれば特に制約はないが、合成樹脂等であれば好適に用いることができる。また、この成形品３３の材質としてポリメチルメタクリレートを用いる場合には、光学レベルで平滑な表面３４を有する３次元的形状の微小精密部品、特にマイクロレンズ、導光板、あるいはマイクロミラー等の光学素子用微小精密部品を低コストで大量に製造することができる。なお、成形品３３の材質としてポリメチルメタクリレート等の合成樹脂を用いる場合には、金型３１に加熱して溶かした合成樹脂を流し込み、その後冷却して硬化させてから金型３１から分離することにより、成形品３３が製造される。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１から４に係る紫外線又は紫外線より波長の短い光を用いた材料の表面加工方法又は表面加工装置によれば、加工された微小構造体を構成し、紫外線又は紫外線より波長の短い光に反応することにより、融点が低下し、もしくは溶剤に対する耐溶融性が低下し、又はこれらの双方が低下する性質を有する感光性材料、あるいは紫外線又は紫外線より波長の短い光により、融点又は溶剤に対する耐溶融性が低下する性質を有する高分子化合物の材料の表面に紫外線又は紫外線より波長の短い光を照射することにより、その材料の表面部分の分子量を低下させること等によって溶融し易い状態とした後、その材料を加熱し、もしくはその材料に溶剤を作用させ、又はこれらの双方を行なうことにより材料の表面部分を溶融させる。そして、溶融した材料の表面部分はその表面のエネルギーが最小となるように振舞い、なおかつ、溶融した材料の表面部分と溶融していない本体部分とは同一材料であって濡れ性が高いことから、溶融した材料の表面部分はその本体部分を滑らかに覆うこととなり、材料の表面の凹凸が消失して光学素子用精密部品に要求される利用波長の十分の一以下の表面粗さの光学レベルで平滑化される。
【００４５】
したがって、ＬＩＧＡプロセスにおけるリソグラフィ工程を含むＸ線リソグラフィやフォトリソグラフィ等により微小構造体を構成する材料を加工した際において、マスクエッジ形状の欠陥や、レジスト内に生じる反応等によって発生する当該材料の表面の微小な荒れを改善し、その表面を光学レベルで平滑化することができる。これにより、マイクロレンズ、導光板、あるいはマイクロミラー等、利用波長の十分の一以下の表面粗さが要求される微小な光学素子用精密部品を製造することが可能となる。
【００４６】
本発明の請求項５又は請求項７に係る高分子化合物からなる製品の製造方法又は製造装置によれば、Ｘ線リソグラフィやフォトリソグラフィ等によって形成した３次元的形状の微小構造体を構成する高分子化合物の材料の表面を、光学レベルで平滑化することができるので、導光板やマイクロミラー等、利用波長の十分の一以下の表面粗さが要求される微小な光学素子用精密部品を製造することが可能となる。
【００４７】
本発明の請求項６又は請求項８に係る高分子化合物からなる製品の製造方法又は製造装置によれば、上述の効果に加えて、紫外線又は紫外線より波長の短い光の入射方向に直交する平面内における当該紫外線又は紫外線より波長の短い光のエネルギー分布が連続的に変化するように制御し、前記材料の各部で前記紫外線又は紫外線より波長の短い光のエネルギー分布に応じた深さの加工を行うことにより、材料の各部における加工深さを調節し、例えば、半球形や四角錐等のような傾斜した面を有する３次元的形状を有する微小構造体を構成する高分子化合物の材料を構成し、その表面を光学レベルで平滑化することができる。したがって、マイクロレンズ、導光板、あるいはマイクロミラー等の曲面や傾斜した平面等を有する３次元的形状であって、なおかつ、利用波長の十分の一以下の表面粗さが要求される微小な光学素子用精密部品を製造することが可能となる。
【００４８】
本発明の請求項９に係る金型又は金属製品の製造方法によれば、請求項５又は６に記載された高分子化合物からなる製品の製造方法により製造された製品の表面にめっきを施すことにより、当該めっきにより形成された金属部分に光学レベルで平滑化された高分子化合物からなる製品の表面が転写されることとなり、光学レベルで平滑化された表面を有する金型又は金属製品を製造することが可能となる。
【００４９】
本発明の請求項１０に係る成型品の製造方法によれば、請求項９に記載された金型又は金属製品の製造方法により製造された金型を用いて材料を成型することにより、当該金型の光学レベルで平滑化された表面が転写されることとなり、光学レベルで平滑化された表面を有する成形品を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る紫外線又は紫外線より波長の短い光を用いた材料の表面加工方法の工程を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る紫外線又は紫外線より波長の短い光を用いた材料の表面加工方法において、材料が加工される各段階を示す図である。
【図３】本発明に係る紫外線又は紫外線より波長の短い光を用いた材料の表面加工方法の光照射手段を構成するＸ線加工装置を示す図である。
【図４】本発明に係る高分子化合物からなる製品の製造方法の工程を示すブロック図である。
【図５】本発明に係る高分子化合物からなる製品の製造方法の形状加工手段を構成する装置を示す図である。
【図６】本発明に係る金型又は金属製品の製造方法の工程を示すブロック図である。
【図７】本発明に係る金型又は金属製品の製造方法において、高分子化合物からなる製品の製造方法により製造された製品の表面にめっきを施した状態を示す図である。
【図８】一般的なＬＩＧＡプロセスにおける場合と同様にして加工された高分子化合物からなる製品を示す図である。
【図９】本発明に係る金型又は金属製品の製造方法において製造された金型を示す図である。
【図１０】本発明に係る成形品の製造方法の工程を示すブロック図である。
【図１１】本発明に係る成形品の製造方法において、金型の表面を用いて成形品の成形を行なう際の状態を示す図である。
【図１２】従来例に係るＬＩＧＡプロセスにおいて、材料が加工される各段階を示す図である。
【符号の説明】
１光照射工程
２加熱処理工程
３溶剤処理工程
４被加工材料
５被加工材料の表面部分
６光照射手段
７シンクロトロン放射光源
８露光室
９Ｘ線加工装置
１２短波長吸収フィルタ
１３材料保持部
１４第１移動機構
１５形状加工工程
１６Ｘ線マスク
１７マスク保持部
１８第２移動機構
１９被加工材料の本体部分
２０形状加工手段
２１現像装置
２２現像液
２３高分子化合物からなる製品
２４めっき処理工程
２５金属部分
２６分離工程
３１金型
３２成形工程
３３成形品[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a technique suitable for manufacturing minute precision parts, and the material constituting the precision parts is processed so that the surface thereof becomes smooth using ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light. The present invention relates to a surface processing method and a surface processing apparatus, a manufacturing method and a manufacturing apparatus for a product made of a polymer compound using the surface processing method, and further a method for manufacturing a mold or a metal product using the surface processing method, and The present invention relates to a method for manufacturing a molded product.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the development of information communication equipment and micromachines, etc., miniaturization of optical parts and mechanical parts has progressed, and a technique for processing minute precision parts with high precision is required. As such processing techniques, techniques such as X-ray lithography and photolithography used for manufacturing semiconductor integrated circuits and the like are conventionally known. In addition, a LIGA process is known as a technique for processing a three-dimensional micro precision component requiring a high aspect ratio such as an optical component or a mechanical component by applying the X-ray lithography technology. The LIGA process is named after the German acronyms “Lithografie”, “Galvanoformung”, “Abformung”, and X-rays emitted from synchrotron radiation sources ( This is a technique for processing a three-dimensional shape having a high aspect ratio using SR light.
[0003]
That is, in this LIGA process, as shown in FIG. 12A, a resist 52 made of polymethyl methacrylate (PMMA) having a property of being sensitive to X-rays is formed on a substrate 51 with a thickness of several tens to several hundreds μm. Then, by irradiating the coated material with X-rays through a predetermined X-ray mask 53, the portion of the resist 52 corresponding to the shape of the X-ray mask 53 is exposed to cut the molecular chain of the portion. To do. Thereafter, as shown in FIG. 12B, the resist 52 is dipped in a developing solution, and the exposed portion is developed by melting and removing, so that the minute portion made of the resist 52 having a three-dimensional shape with a high aspect ratio. A structure is formed. Next, as shown in FIG. 12C, electroplating is performed on the surface of the developed resist 52 as a mold to form a micro metal structure 54 having a three-dimensional shape. Then, by removing the minute metal structure 54 from the resist 52 and using it as a mold, such as a synthetic resin mold mold, minute precision parts can be produced at low cost.
[0004]
By the way, in such a LIGA process, a minute roughness is generated on the surface of the microstructure formed of the resist 52 after development due to defects in the edge shape of the X-ray mask 53 and reactions occurring in the resist 52 in the lithography process. It is known. Therefore, conventionally, as a method of improving such surface roughness, a method of averaging the edge shape by minutely vibrating the X-ray mask 53 against the roughness due to the edge shape defect of the X-ray mask 53. Has been proposed. Further, a method for optimizing the temperature, exposure time, and the like at the time of exposing X-rays has been proposed for the roughness caused by the reaction occurring in the resist 52.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, even if such a conventional method is used, the surface roughness of the microstructure formed of the resist 52 after development is limited to about several hundred to several thousand nm in terms of the center line average roughness (Ra). This has been a major obstacle in processing optical components that require a surface roughness of one-tenth or less of the wavelength used.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and occurs when a micro structure is processed by X-ray lithography or photolithography including a lithography process in a LIGA process, and a mask edge shape defect or in a resist occurs. It is a technical problem to provide a surface processing method, a surface processing apparatus, and the like that can improve a minute roughness of the surface of a microstructure generated by a reaction or the like and smooth the surface of the microstructure at an optical level. To do.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Specific means for solving the above technical problems are as follows. That is, the surface processing method for a material using ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light according to claim 1 constitutes the processed microstructure and reacts to light having a wavelength shorter than ultraviolet light or ultraviolet light. After irradiating the surface of the photosensitive material having the property that the melting point is lowered or the melting resistance to the solvent is lowered, or both of these are lowered, the material is heated, The surface portion is melted, or a solvent is allowed to act on the material to melt the surface portion, or both, and the surface of the material is Surface roughness of less than one tenth of the required wavelength required for precision components for optical elements It is characterized by smoothing at the optical level.
[0008]
The surface processing apparatus for a material using ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light according to claim 2 constitutes a processed microstructure and reacts with light having a wavelength shorter than ultraviolet light or ultraviolet light, thereby having a melting point. A light irradiating means for irradiating the surface of a photosensitive material having a property of decreasing or melting resistance to a solvent, or both of which is decreased, with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light; and heating the material. The surface part of the material Surface roughness of less than one tenth of the required wavelength required for precision components for optical elements A heat treatment means for smoothing at an optical level, and a solvent is allowed to act on the material to melt its surface portion to Surface roughness of less than one tenth of the required wavelength required for precision components for optical elements One or both of solvent treatment means for smoothing at an optical level.
[0009]
The surface processing method for a material using ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light according to claim 3 constitutes a processed microstructure, and is resistant to melting point or solvent by light having a wavelength shorter than ultraviolet light or ultraviolet light. After irradiating the surface of the polymer compound material having the property of decreasing the property with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light to reduce the molecular weight of the surface portion of the material, the material is heated, or the material is The surface of the material is melted by applying a solvent, or both, and melting the surface portion of the material having a reduced molecular weight. Surface roughness of less than one tenth of the required wavelength required for precision components for optical elements It is characterized by smoothing at the optical level.
[0010]
The surface processing apparatus for a material using ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light according to claim 4 constitutes a processed microstructure and is resistant to melting point or solvent by light having a wavelength shorter than ultraviolet light or ultraviolet light. Light irradiation means for irradiating the surface of the polymer compound material having the property of decreasing the property with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light to reduce the molecular weight of the surface portion of the material, and heating the material to reduce the molecular weight. Melting the lowered surface part to Surface roughness of less than one tenth of the required wavelength required for precision components for optical elements Heat treatment means for smoothing at the optical level, and the surface of the material is melted by causing the solvent to act on the material to melt the surface portion where the molecular weight is reduced. Surface roughness of less than one tenth of the required wavelength required for precision components for optical elements One or both of solvent treatment means for smoothing at an optical level.
[0011]
The method for producing a product comprising the polymer compound according to claim 5 is a method for producing a polymer compound material having a property that the melting point or the resistance to melting with respect to a solvent is lowered by light having a wavelength shorter than that of ultraviolet light or ultraviolet light. Irradiate light with a short wavelength to remove the material, or to reduce the molecular weight of a predetermined part of the material and to remove the part with a reduced molecular weight to process the shape of the material, and then process the shape After reducing the molecular weight of the surface portion of the processed material by irradiating the surface of the material with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light, the processed material is heated or processed. Solvent is applied to the material, or both are performed, and the surface of the material processed with the shape is melted by melting the surface portion where the molecular weight of the material processed with the shape is reduced. Surface roughness of less than one tenth of the required wavelength required for precision components for optical elements It is characterized in that surface processing is performed to smooth the surface at an optical level.
[0012]
A method for producing a product comprising the polymer compound according to claim 6 is the structure according to claim 5, UV light or light with a shorter wavelength than UV light has the property of lowering the melting point or resistance to solvent. The material of the high molecular weight compound is irradiated with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light to remove the material, or the molecular weight of a predetermined portion of the material is reduced to remove a portion having a reduced molecular weight. When processing the shape, the energy distribution of light having a wavelength shorter than that of ultraviolet rays or ultraviolet rays in the plane orthogonal to the incident direction of light having a wavelength shorter than that of ultraviolet rays or ultraviolet rays is controlled so as to change continuously. Then, processing is performed at a depth according to the energy distribution of the ultraviolet light or light having a wavelength shorter than that of the ultraviolet light.
[0013]
The apparatus for producing a product comprising the polymer compound according to claim 7 is a material for a polymer compound having a property that the melting point or the resistance to melting with respect to a solvent is lowered by light having a wavelength shorter than that of ultraviolet light or ultraviolet light. The shape processing means for processing the shape of the material by irradiating light with a short wavelength to remove the material, or to reduce the molecular weight of a predetermined portion of the material and to remove the portion having a reduced molecular weight, and the shape The surface of the processed material is irradiated with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light to reduce the molecular weight of the surface portion of the processed material, and the processed material is heated to increase the molecular weight. The surface of the material whose shape has been processed by melting the lowered surface portion Surface roughness of less than one tenth of the required wavelength required for precision components for optical elements A heat treatment means for smoothing at an optical level, and a surface of the material processed with the shape by melting a surface portion having a reduced molecular weight by applying a solvent to the material processed with the shape Surface roughness of less than one tenth of the required wavelength required for precision components for optical elements One or both of solvent treatment means for smoothing at an optical level.
[0014]
The apparatus for producing a product comprising the polymer compound according to claim 8 is the structure according to claim 7, wherein the shape processing means is in a plane perpendicular to the incident direction of the ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light. It has a control means for controlling the energy distribution of the ultraviolet light or light having a wavelength shorter than that of the ultraviolet light to change continuously.
[0015]
A method for producing a metal mold or metal product according to claim 9 is a metal formed by plating the surface of a product made of a polymer compound produced by the method according to claim 5 or 6 and performing the plating. The part is a mold or a metal product.
[0016]
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a molded product, wherein the material is molded using a mold manufactured by the method according to the ninth aspect.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, first, an embodiment of a surface processing method and a surface processing apparatus for a material using ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the steps of a material surface processing method using ultraviolet rays or light having a shorter wavelength than ultraviolet rays according to the present invention. As shown in this figure, the material surface processing method according to the present invention comprises heating the material after the light irradiation step 1 in which the surface of the material to be processed is irradiated with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light. The heat treatment step 2 for melting the surface, the solvent treatment step 3 for melting the surface by applying a solvent to the material, or both the heat treatment step 2 and the solvent treatment step 3 are performed.
[0018]
Here, as a material to be subjected to surface processing, that is, a material to be processed 4 (see FIG. 2), the melting point is lowered by reacting with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light, or resistance to melting with respect to a solvent. The photosensitive material which has the property to which a property falls or both of these can fall can be used. Examples of such a material to be processed 4 include a high molecular compound having a property that the molecular chain is cut by ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light, and the molecular weight is lowered to lower the melting point or the resistance to melting with respect to a solvent. Materials can be used. The main object of the surface processing method and the surface processing apparatus according to the present embodiment is to smooth the surface of a microstructure processed by X-ray lithography or the like at an optical level. Therefore, here, polymethylmethacrylate (PMMA) formed in a predetermined three-dimensional shape by the X-ray lithography or the like is used as the material 4 to be processed. FIG. 2A is a view showing an example of a material to be processed 4 made of polymethylmethacrylate formed in a predetermined three-dimensional shape by X-ray lithography or the like. A method for processing the workpiece 4 into a three-dimensional shape by the X-ray lithography will be described later.
[0019]
The light irradiation step 1 is a step of irradiating the surface of the work material 4 as described above with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light. More specifically, as shown in FIG. In this step, the surface of the work material 4 is irradiated with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than the ultraviolet light to reduce the molecular weight of the surface portion 5 of the work material 4. Therefore, as the light irradiated to the work material 4 in the light irradiation step 1, by irradiating the surface of the work material 4 made of a polymer compound such as polymethylmethacrylate, Any light such as ultraviolet light having a wavelength capable of cutting the molecular chain of the surface portion 5 and reducing its molecular weight or X-ray having a wavelength shorter than ultraviolet light can be preferably used. And since the light irradiated in this light irradiation process 1 is aimed at reducing the molecular weight of the surface part 5 of the workpiece material 4 and reducing the melting point or the melt resistance against the solvent, the irradiation time is controlled. Thus, light having a wavelength and energy having an appropriate transmission power that can act only on the surface portion 5 of the material to be processed 4 and cut only the molecular chain of the surface portion 5 is selected and used. Is desirable. Note that ultraviolet light or light having a shorter wavelength than ultraviolet light has a greater transmission power to the workpiece 4 as the wavelength becomes shorter, and tends to penetrate deeper as the irradiation time becomes longer. In the present embodiment, X-rays having a long wavelength, more specifically, X-rays having a wavelength of about 5 to 10 Å (angstrom) are used.
[0020]
As the light irradiating means 6 for carrying out such a light irradiating step 1, an apparatus capable of irradiating the surface of the work material 4 with ultraviolet light having an appropriate transmittance as described above or light having a wavelength shorter than ultraviolet light is used. To do. In the present embodiment, an X-ray processing apparatus 9 having a synchrotron radiation light source 7 and an exposure chamber 8 is used as an apparatus constituting the light irradiation means 6 as shown in FIG. The synchrotron radiation light source 7 is a light source that emits synchrotron radiation light including a continuous wide wavelength region from far infrared rays to X-rays. In this apparatus, a beryllium filter 10, a polyimide (or beryllium) filter 11, By filtering with these two filters, the long wavelength component is removed to obtain an X-ray having a wavelength of about 1 to 10 mm, and further, the short wavelength absorption filter 12 is used for filtering to remove the short wavelength component. Thus, X-rays having a wavelength of about 5 to 10 mm are made incident into the exposure chamber 8. Here, as the short wavelength absorption filter 12, a material having an X-ray absorption coefficient higher than that of gold (Au) in a wavelength range of several kilometers, specifically, copper (Cu), silver (Ag), lead (Pb ) Is preferred.
[0021]
The exposure chamber 8 is a chamber for exposing the work material 4 to the X-rays emitted from the synchrotron radiation light source 7, and has a material holding portion 13 for holding the work material 4 therein, and this material. The holding unit 13 includes a first moving mechanism 14 that moves the holding unit 13 in the X-axis direction and the Y-axis direction on a plane orthogonal to the incident direction of the X-rays from the synchrotron radiation light source 7. The first moving mechanism 14 is a mechanism for moving the position of the work material 4 so that X-rays from the synchrotron radiation light source 7 are evenly irradiated on the entire surface of the work material 4. It is preferable to use an XY stage or the like that can control the position of the workpiece 4 from a meter to a nanometer order. The operation control of the first moving mechanism 14 is performed by a control means (not shown). As this control means, for example, a program for operating the first moving mechanism 14 so that X-rays are evenly irradiated on the entire surface of the work material 4, and the operation of the first moving mechanism 14 according to this program. And a control device that sends out a command signal for causing the control signal to be transmitted.
[0022]
The reaction when the work material 4 is irradiated with X-rays in the light irradiation step 1 is described as follows. First, X-ray irradiation ionizes inner core electrons of the polymethyl methacrylate molecule as the material to be processed 4 mainly due to a photoelectric effect, and at the same time, emission of outer core electrons due to Auger effect occurs. Subsequently, these secondary and tertiary electrons excite the electronic state in the polymethyl methacrylate, causing ionization or radicalization of the polymethyl methacrylate. At this time, the molecular chain of polymethyl methacrylate is cut by the generation of radicals, and the molecular weight of the surface portion 5 irradiated with X-rays is lowered.
[0023]
Although not necessary as an apparatus constituting the light irradiation means 6, the X-ray processing apparatus 9 is used for exposure in order to be used in a shape processing step 15 (see FIG. 4) using X-ray lithography described later. A mask holder 17 for holding an X-ray mask 16 (see FIG. 5) provided in front of the workpiece 4 in the chamber 8, that is, on the synchrotron radiation light source 7 side, and the mask holder 17 A second moving mechanism 18 that moves relative to the work material 4 in the X-axis direction and the Y-axis direction on a plane orthogonal to the incident direction of the X-rays from the synchrotron radiation source 7, and short wavelength absorption It has a filter moving mechanism (not shown) for moving the filter 12 in a direction perpendicular to the X-ray incident direction and taking it in and out of the X-ray incident path. This filter moving mechanism is a mechanism used to remove the short wavelength absorption filter 12 from the X-ray incident path when the X-ray processing apparatus 9 is used in the shape processing step 15. As the second moving mechanism 18, it is preferable to use an XY stage or the like that can control the position of the X-ray mask 16 on the order of micrometers to nanometers. By providing these configurations, the X-ray processing apparatus 9 can be used as an apparatus that constitutes the light irradiation means 6, and a shape processing step 15 to be described later for forming a microstructure having a three-dimensional shape. It can also be used as an apparatus for carrying out the above.
[0024]
The surface processing apparatus according to the present embodiment is mainly intended to smooth the surface of the material 4 to be processed constituting the microstructure processed by X-ray lithography or the like at an optical level. In the apparatus constituting the light irradiating means 6 in order to make it possible to share the apparatus constituting the irradiating means 6 and the apparatus for carrying out the shape processing step 15 (see FIG. 4) using X-ray lithography described later. The synchrotron radiation light source 7 that can be commonly used for X-ray lithography and the like is used. However, in the surface processing method of a material using ultraviolet rays or light having a wavelength shorter than ultraviolet rays according to the present invention, high straightness is not required for the irradiated light as in the case of X-ray lithography, etc. When the light source is configured as a dedicated device, any light source other than the synchrotron radiation light source 7 can be suitably used as long as the light source can emit ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light.
[0025]
The heat treatment step is a step of heating the workpiece material 4 to melt the surface portion 5, and more specifically, by heating the workpiece material 4 as shown in FIG. In the light irradiation step 1, the surface portion 5 of the work material 4 having a reduced molecular weight is melted. Therefore, the heating temperature in the heat treatment step 2 is preferably set to a temperature suitable for melting only the surface portion 5 in which the molecular weight of the work material 4 is reduced. That is, since the work material 4 made of a polymer compound such as polymethyl methacrylate has a lower melting point due to a decrease in molecular weight, the surface portion 5 of the work material 4 whose molecular weight has decreased in the light irradiation step 1 is Other than that, the melting point is lower than that of the main body portion 19 where the molecular weight is not lowered. Therefore, if the heating temperature is equal to or higher than the melting point of the surface portion 5 where the molecular weight of the material to be processed 4 is reduced and is equal to or lower than the melting point of other portions, only the surface portion 5 of the material to be processed 4 is melted. This is preferable. By doing so, only the surface portion 5 can be melted while preventing the main body portion 19 of the material 4 to be melted or altered. The surface portion 5 of the work material 4 melted by the heat treatment step 2 behaves so that the energy of the surface is minimized, and the surface portion 5 of the work material 4 and the main body portion 19 are Since the same material has high wettability, the surface portion 5 of the material to be processed 4 is melted so that the main body portion 19 is smoothly covered, so that the irregularities on the surface of the material to be processed 4 disappear. Smoothed.
[0026]
As a heat treatment means for carrying out such a heat treatment step 2, the heating temperature is adjusted to a temperature suitable for melting only the surface portion 5 in which the molecular weight of the work material 4 is lowered as described above. Use a heating device that can As such a heating device, it is desirable to use a device capable of adjusting the heating temperature with an accuracy of about 0.5 ° C. in the range from room temperature to about 200 ° C. Specifically, a hot air circulation oven, a hot plate, an infrared oven, a lamp heating furnace, or the like can be used. Further, in such a heat treatment step 2, if only the surface portion 5 of the work material 4 is heated so that the main body portion 19 does not reach a high temperature, the main body portion 19 of the work material 4 is melted or altered. It is more preferable that only the surface portion 5 can be melted while reliably preventing the above-described problem. Accordingly, a heating device such as an infrared oven that radiates infrared rays to the surface of the work material 4 or a lamp heating furnace that emits visible light to the surface of the work material 4 is used. In the state heated to about ˜200 ° C., it is preferable to heat only the surface portion of the work material 4 in the shortest possible time of about several seconds to several minutes. The optimum heating time at this time becomes shorter as the surface temperature of the work material 4 is higher.
[0027]
The solvent treatment process 3 is a process in which a solvent is allowed to act on the work material 4 to melt the surface portion 5. More specifically, as shown in FIG. 2 (c), the solvent is acted on the work material 4. This is a step of melting the surface portion 5 of the workpiece 4 having a reduced molecular weight in the light irradiation step 1 described above. The degree of melting of the surface portion 5 of the work material 4 in the solvent treatment step 3 is such that the surface portion 5 of the work material 4 whose molecular weight has decreased in the light irradiation step 1 is swollen by the solvent and close to melting. It is preferable to make it about. The degree of melting of the surface portion 5 of the work material 4 can be controlled to be appropriate by adjusting the concentration of the solvent and adjusting the temperature at which the solvent acts on the work material 4. . And by doing in this way, the surface part 5 of the to-be-processed material 4 can melt | dissolve in a solvent, and can smooth the surface, preventing it.
[0028]
Here, since the work material 4 made of a polymer compound such as polymethyl methacrylate also has a reduced resistance to melting with respect to a solvent due to a decrease in the molecular weight, the work material 4 having a reduced molecular weight in the light irradiation step 1. The surface portion 5 is in a state of lower resistance to melting with respect to the solvent than the other main body portion 19 where the molecular weight is not lowered. Therefore, when a solvent is allowed to act on the work material 4, the surface portion 5 having a reduced molecular weight can be melted first. The surface portion 5 of the work material 4 melted by the solvent treatment step 3 behaves so that the energy of the surface is minimized, and the surface portion 5 of the work material 4 and the main body portion 19 are Since the same material has high wettability, the surface portion 5 of the material to be processed 4 is melted so that the main body portion 19 is smoothly covered, so that the irregularities on the surface of the material to be processed 4 disappear. Smoothed. Further, the convex portion on the surface of the work material 4 has a property of being easily melted by the solvent because the ratio of the surface area to the volume is large. Therefore, such a property also has an advantageous effect on the smoothing of the surface of the material 4 to be processed by the solvent treatment step 3.
[0029]
As the solvent used in the solvent treatment step 3, any solvent can be used as long as it can melt the material to be processed 4 made of a polymer compound such as polymethyl methacrylate. In this embodiment, since polymethyl methacrylate is used as the work material 4, for example, nitric acid, acetic anhydride, methyl alcohol, ethyl acetate, acetone, methylene dichloride, ethylene dichloride, ethylene trichloride, methyl ethyl ketone. Trichloroethylene, toluene, xylene, chloroform, tetrahydrofuran, dibromoethylene, pyridine, benzene, methyl isobutyl ketone and the like can be used as a solvent.
[0030]
In this solvent treatment step 3, as a method of causing the solvent to act on the workpiece material 4, various methods that can cause the solvent to uniformly adhere to the surface portion 5 of the workpiece material 4 to be used are used. Examples of such a method include a method of immersing the workpiece 4 in a solvent, a method of exposing the workpiece 4 to a solvent vapor, and the like. Therefore, as a solvent processing means for carrying out such a solvent processing step 3, an apparatus having a tank filled with a solvent, an apparatus having an airtight chamber filled with a solvent vapor, or the like can be used.
[0031]
As mentioned above, although each process of the light irradiation process 1, the heat treatment process 2, and the solvent treatment process 3 which comprises the surface processing method of the material which concerns on embodiment of this invention was demonstrated, after the light irradiation process 1, a heat treatment process In the case where both the solvent processing step 3 and the solvent treatment step 3 are performed, these two steps can be performed one by one in order, or these two steps can be performed simultaneously. Here, when the heat treatment process 2 and the solvent treatment process 3 are sequentially performed one by one, there is no particular restriction as to which process is performed first. Moreover, when performing the heat processing process 2 and the solvent processing process 3 simultaneously, the apparatus which put together the heat processing means and solvent processing means for implementing these processes will be used. As such an apparatus, for example, an apparatus having an airtight chamber filled with a high-temperature solvent vapor heated to the heating temperature in the heat treatment step 2 described above can be used.
[0032]
Next, the manufacturing method and manufacturing apparatus of the product consisting of the polymer compound according to the present invention will be described. FIG. 4 is a block diagram showing the steps of a method for producing a product comprising a polymer compound according to the present invention. As shown in this figure, the method for producing a product made of a polymer compound according to the present invention irradiates the material to be processed 4 made of the polymer compound with ultraviolet rays or light having a wavelength shorter than the ultraviolet rays. After the shape processing step 15 that removes or changes the physical or chemical properties of the work material 4 to process the shape of the work material 4, the light irradiation step 1, the heat treatment step 2, and the solvent treatment step described above. 3 is a method of performing the surface processing of the material 4 to be processed.
[0033]
Here, the shape processing step 15 includes UV light or light with a shorter wavelength than UV light has the property of lowering the melting point or resistance to solvent. The processing material 4 made of a high molecular compound is irradiated with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than the ultraviolet light to remove a part of the processing material 4 or reduce the molecular weight of a predetermined portion of the processing material 4 to reduce the molecular weight. In this process, the lowered portion is removed to process the shape of the material 4 to be processed. And by this shape processing step 15, the material 4 to be processed is processed into a three-dimensional microstructure. Further, in the present embodiment, in this shape processing step 15, control is performed so that the energy distribution of ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light continuously changes in a plane parallel to the surface of the work material 4. Each part of the processing material 4 is processed at a depth corresponding to the energy distribution of ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light. This is to adjust the processing depth in each part of the material to be processed 4 by inclining the energy distribution of the light irradiated to the material 4 to be processed. For example, an inclined surface such as a hemisphere or a quadrangular pyramid is formed. This is a processing method that enables processing of a three-dimensional shape. This processing method is described in detail in Japanese Patent Laid-Open No. 12-35500, which has been invented by the inventor of the present application and has been published.
[0034]
A method of forming a microstructure by processing the shape of the material to be processed 4 made of a polymer compound such as polymethylmethacrylate by irradiating ultraviolet rays or light having a wavelength shorter than ultraviolet rays in such a shape processing step 15. Specifically, methods such as X-ray lithography and photolithography used for manufacturing semiconductor integrated circuits and the like have been conventionally known, and these methods can also be used in this shape processing step 15. . In the present embodiment, the synchrotron radiation light source 7 (see FIG. 5) can process a three-dimensional microstructure requiring a high aspect ratio as a processing method of the material 4 to be processed in the shape processing step 15. X-ray lithography using X-rays (SR light) radiated from 5). Therefore, as the shape processing means 20 for carrying out the shape processing step 15, the molecular chain in a predetermined portion of the material to be processed 4 made of a polymer compound is cut by irradiating the material to be processed 4 with X-rays. Thus, an apparatus is used that can reduce the molecular weight and remove the portion of the material to be processed 4 in which the molecular weight is reduced by the developer.
[0035]
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, an apparatus having an X-ray processing apparatus 9 and a developing apparatus 21 is used. The X-ray processing apparatus 9 used here is in common with the apparatus (see FIG. 3) that constitutes the light irradiation means 6 for performing the light irradiation step 1 in the material surface processing method according to the embodiment of the present invention. The device used. However, when used in the shape processing step 15, unlike the case of using in the light irradiation step 1, only the portion to be removed of the workpiece 4 is exposed to X-rays from the synchrotron radiation light source 7. A predetermined X-ray mask 16 is held by the mask holding unit 17, and the short wavelength absorption filter 12 for removing short wavelength components is removed from the X-ray incident path by the filter moving mechanism. . Thereby, in the shape processing step 15, about 1 to 10 mm of X-rays can enter the exposure chamber 8, and a predetermined portion of the workpiece 4 can be exposed to X-rays according to the shape of the X-ray mask 16.
[0036]
Further, when the X-ray processing apparatus 9 is used in the shape processing step 15, the mask holding unit 17 and the X-ray mask 16 held by the mask holding unit 17 are moved by operating the second moving mechanism 18. On the plane orthogonal to the incident direction of the X-rays from the synchrotron radiation light source 7, the X-axis direction and the Y-axis direction are operated relative to the work material 4, respectively. As a result, the energy distribution of the X-rays that pass through the X-ray mask 16 and irradiate each part of the workpiece 4 can be continuously changed in a plane orthogonal to the incident direction of the X-rays. The processing depth in each part of the material 4 can be adjusted. Further, the operation of the X-ray mask 16 by the second moving mechanism 18 at this time is such that the energy distribution of the X-rays irradiated in accordance with the three-dimensional shape to be processed of the workpiece 4 continuously changes. In a predetermined pattern. The operation control of the second moving mechanism 18 is performed by a control means (not shown). As this control means, for example, the X-ray mask 16 is formed in a predetermined pattern so that the energy distribution of the X-rays irradiated in accordance with the three-dimensional shape to be processed of the workpiece 4 changes continuously. There are configurations including a program for operating and a control device for sending a command signal for operating the second moving mechanism 18 according to the program.
[0037]
After the exposure in the X-ray processing apparatus 9 is completed, the developing device 21 performs a developing process on the material 4 to be processed. The developing device 21 is filled with a developer 22 that can dissolve a portion of the work material 4 whose molecular weight is reduced by exposure to X-rays. By immersing in the developer 22, only the portion whose molecular weight is reduced by exposure to the X-ray is dissolved and removed. As a result, the work material 4 is formed in a predetermined three-dimensional shape. In addition, as this developing solution 22, the thing similar to the solvent used in the solvent processing process 3 mentioned above can be used.
[0038]
Next, the light irradiation step 1 is performed on the surface of the material 4 to be processed so as to form a microstructure having a three-dimensional shape by the shape processing step 15 in the same manner as the surface processing method of the material described above. After that, the heat treatment step 2, or the solvent treatment step 3, or both of the heat treatment step 2 and the solvent treatment step 3 are performed, so that a polymer constituting a microstructure having a smooth surface at the optical level is obtained. Products consisting of compounds can be produced. The apparatus for producing a product made of a polymer compound according to this embodiment is common to the apparatus having the X-ray processing apparatus 9 and the developing apparatus 21 constituting the shape processing means 20 and the shape processing means 20 constituting the light irradiation means 6. X-ray processing apparatus 9, an infrared oven, a lamp heating furnace, or the like constituting the heat treatment means, and a tank filled with a solvent constituting the solvent treatment means for performing the solvent treatment step 3, or And a device having an airtight chamber filled with steam.
[0039]
And since the product manufactured by the manufacturing method of the product which consists of a high molecular compound in this way is the microstructure of the three-dimensional shape which has a smooth surface on an optical level, it is a micro precision component, especially a micro lens, It can be used as a micro precision component for optical elements such as a light guide plate or a micromirror.
[0040]
Next, the manufacturing method of the metal mold | die or metal product which concerns on this invention is demonstrated. FIG. 6 is a block diagram showing the steps of a method for manufacturing a metal mold or metal product according to the present invention. As shown in this figure, the mold or metal product manufacturing method according to the present invention is a product 23 manufactured by the above-described manufacturing method of a product made of a polymer compound (hereinafter simply referred to as “product made of a polymer compound”). And a separation step 26 for separating the metal portion 25 formed by the plating from the product 23 made of the polymer compound, after the plating treatment step 24 for performing plating on the surface of FIG. The separated metal portion 25 is used as a mold or a metal product. Therefore, in this mold or metal product manufacturing method, the product 23 made of a polymer compound is used as a mold or a mold for manufacturing a metal product.
[0041]
As shown in FIG. 7, the plating process 24 is performed by using the product 23 made of a polymer compound as a mold, and plating the surface of the metal 23 with a metal such as nickel, thereby forming the high-dimensional shape formed in a predetermined three-dimensional shape. This is a step of forming a metal structure in which the shape of the surface of the product 23 made of a molecular compound is transferred. As a plating method in the plating process 24, various methods such as electroplating, electroless plating, chemical vapor deposition, vacuum vapor deposition, and ion plating can be used. Here, for example, as shown in FIG. 8, similarly to the case of a general LIGA process, a metal substrate 27 is provided on the bottom surface of the material 4 to be processed, and the material to be processed until the substrate 27 is reached. When the product 23 made of a polymer compound processed to remove 4 is used as a mold, since the substrate 27 can be used as an electrode, electroplating can be used. On the other hand, as in the present embodiment shown in FIG. 7, the product 23 made of a polymer compound is processed only halfway from the surface 28 in the thickness direction and does not penetrate to the bottom surface. Since an electrode cannot be provided at a position facing the surface 28 of the product 23 made of a molecular compound and electroplating cannot be used, other plating methods such as electroless plating and chemical vapor deposition are used.
[0042]
The separation step 26 is a step of separating the metal portion 25 formed by plating applied to the surface 28 of the product 23 made of the polymer compound in the plating process step 24 from the product 23 made of the polymer compound. Here, since the surface 23 of the product 23 made of the polymer compound is smoothed at the optical level as described above, the surface 28 of the product 23 made of the polymer compound is also transferred to the separated metal portion 25. And has a smooth surface 29 at the optical level. And the metal part 25 isolate | separated in this isolation | separation process 26 is used as a metal mold | die or a metal product. When the metal part 25 is used as a mold, the metal part 25 is very small and difficult to handle. Therefore, as shown in FIG. 9, the metal part 25 is attached to a large metal base 30 or the like to form a mold. use.
[0043]
Next, the manufacturing method of the molded product according to the present invention will be described. FIG. 10 is a block diagram showing the steps of the method for manufacturing a molded product according to the present invention. As shown in this figure, the method for manufacturing a molded article according to the present invention includes a molding step 32 for molding a material using the mold 31 manufactured in the above-described mold or metal product manufacturing method. The molded product 33 is manufactured. As shown in FIG. 11, in this molding step 32, the surface 29 of the mold 31 manufactured in the mold or metal product manufacturing method, that is, the smooth surface 28 of the product 23 made of a polymer compound was transferred. Molding is performed using the surface. As a result, the surface 29 of the mold 31 is transferred to the surface 34 of the molded product 33 molded using the mold 31, so that the molded product 33 having the smooth surface 34 at the optical level is molded. can do. The material of the molded product 33 manufactured here is not particularly limited as long as it can be poured into the mold 31 and molded, but any material such as a synthetic resin can be preferably used. Further, when polymethylmethacrylate is used as the material of the molded product 33, a three-dimensional micro precision component having a smooth surface 34 at the optical level, particularly an optical element such as a microlens, a light guide plate, or a micromirror. Can be manufactured in large quantities at low cost. When a synthetic resin such as polymethylmethacrylate is used as the material of the molded product 33, the synthetic resin dissolved by heating is poured into the mold 31, and then cooled and cured, and then separated from the mold 31. Thus, the molded product 33 is manufactured.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the surface processing method or the surface processing apparatus for a material using ultraviolet rays or light having a wavelength shorter than ultraviolet rays according to claims 1 to 4 of the present invention, the processed microstructure is constituted, By reacting with ultraviolet light or light having a shorter wavelength than ultraviolet light, the melting point is lowered, the melting resistance to the solvent is lowered, or both of these are lowered, or the photosensitive material having the property that both of them are lowered, By irradiating ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light onto the surface of a polymer compound material that has a property of reducing melting point or melting resistance to a solvent by short light, the molecular weight of the surface portion of the material is lowered. After the material is easily melted, etc., the material is heated, or a solvent is applied to the material, or both are performed. To melt the part. And the surface portion of the molten material behaves so that the energy of the surface is minimized, and the surface portion of the molten material and the unmelted body portion are the same material and have high wettability, The surface part of the melted material will cover the body part smoothly, and the irregularities on the surface of the material will disappear. Surface roughness of less than one tenth of the required wavelength required for precision components for optical elements Smoothed at the optical level.
[0045]
Therefore, when a material constituting a microstructure is processed by X-ray lithography or photolithography including a lithography step in the LIGA process, the surface of the material generated by a mask edge shape defect, a reaction occurring in the resist, or the like The surface roughness can be smoothed at an optical level. As a result, it is possible to manufacture minute precision components for optical elements that require a surface roughness of one-tenth or less of the utilized wavelength, such as microlenses, light guide plates, or micromirrors.
[0046]
According to the manufacturing method or the manufacturing apparatus of the product made of the polymer compound according to claim 5 or claim 7 of the present invention, the high-level structure constituting the three-dimensional microstructure formed by X-ray lithography, photolithography, or the like. Since the surface of molecular compound materials can be smoothed at the optical level, it manufactures precision components for micro optical elements that require a surface roughness of one-tenth or less of the wavelength used, such as light guide plates and micromirrors. It becomes possible to do.
[0047]
According to the manufacturing method or the manufacturing apparatus of the product made of the polymer compound according to claim 6 or claim 8 of the present invention, in addition to the above-described effect, the plane orthogonal to the incident direction of ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light. The energy distribution of light having a wavelength shorter than that of ultraviolet light or ultraviolet light is controlled so as to continuously change, and each part of the material is processed to a depth corresponding to the energy distribution of light having a wavelength shorter than that of ultraviolet light or ultraviolet light. By adjusting the processing depth in each part of the material, for example, a material of a polymer compound that constitutes a microstructure having a three-dimensional shape having an inclined surface such as a hemispherical shape or a quadrangular pyramid is formed. The surface can be smoothed at an optical level. Therefore, a micro optical element having a three-dimensional shape having a curved surface or an inclined flat surface, such as a microlens, a light guide plate, or a micromirror, and which requires a surface roughness of one-tenth or less of the wavelength used. Precision parts can be manufactured.
[0048]
According to the method for producing a metal mold or metal product according to claim 9 of the present invention, the surface of the product produced by the method for producing a product comprising the polymer compound according to claim 5 or 6 is plated. As a result, the surface of the product made of the polymer compound smoothed at the optical level is transferred to the metal part formed by the plating, and the mold or metal product having the surface smoothed at the optical level is manufactured. It becomes possible to do.
[0049]
According to the method for manufacturing a molded product according to claim 10 of the present invention, by molding the material using the mold described in claim 9 or the metal mold manufactured by the metal product manufacturing method, The surface smoothed at the optical level of the mold is transferred, and a molded product having the surface smoothed at the optical level can be produced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing the steps of a surface processing method for a material using ultraviolet light or light having a shorter wavelength than ultraviolet light according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing each stage in which a material is processed in the material surface processing method using ultraviolet light or light having a shorter wavelength than ultraviolet light according to the present invention.
FIG. 3 is a view showing an X-ray processing apparatus constituting light irradiation means of a surface processing method of a material using ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light according to the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing the steps of a method for producing a product comprising a polymer compound according to the present invention.
FIG. 5 is a view showing an apparatus constituting the shape processing means of the manufacturing method of the product made of the polymer compound according to the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing steps of a method for manufacturing a metal mold or metal product according to the present invention.
FIG. 7 is a view showing a state in which the surface of a product manufactured by a method for manufacturing a product made of a polymer compound is plated in the method for manufacturing a mold or a metal product according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a product made of a polymer compound processed in the same manner as in a general LIGA process.
FIG. 9 is a view showing a mold manufactured by a mold or a metal product manufacturing method according to the present invention.
FIG. 10 is a block diagram showing steps of a method for manufacturing a molded product according to the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a state when a molded product is molded using the surface of a mold in the method of manufacturing a molded product according to the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing each stage in which a material is processed in a LIGA process according to a conventional example.
[Explanation of symbols]
1 Light irradiation process
2 Heat treatment process
3 Solvent treatment process
4 Work material
5 Surface part of work material
6 Light irradiation means
7 Synchrotron radiation source
8 Exposure room
9 X-ray processing equipment
12 Short wavelength absorption filter
13 Material holder
14 First moving mechanism
15 Shape processing process
16 X-ray mask
17 Mask holder
18 Second moving mechanism
19 Main part of work material
20 Shape processing means
21 Developer
22 Developer
23 Products made of polymer compounds
24 Plating process
25 metal parts
26 Separation process
31 Mold
32 Molding process
33 Molded products

Claims

Photosensitivity that constitutes a processed microstructure and reacts with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light, thereby lowering the melting point, lowering the resistance to melting with respect to the solvent, or both of them. After irradiating the surface of the functional material with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light, the material is heated to melt its surface part, or a solvent is applied to the material to melt its surface part, or these Both are performed, and the surface of the material is smoothed at an optical level having a surface roughness that is one tenth or less of the wavelength used for the precision component for optical elements. Surface processing method of the used material.

Photosensitivity that constitutes a processed microstructure and reacts with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light, thereby lowering the melting point, lowering the resistance to melting with respect to the solvent, or both of them. A light irradiating means for irradiating the surface of the light-sensitive material with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light, and heating the material to melt its surface portion, so that the surface of the material has a use wavelength required for precision components for optical elements. Heat treatment means for smoothing at an optical level with a surface roughness of 1/10 or less , and a use wavelength required for precision parts for optical elements by causing a solvent to act on the material to melt its surface portion. material surface processing using a shorter wavelength light than ultraviolet or ultraviolet characterized by having a a one or both of solvent processing means for smoothing at one-tenth or less of the surface roughness of the optical level of the Location.

Light that has a wavelength shorter than that of ultraviolet rays or ultraviolet rays is formed on the surface of a polymer compound material that has a processed microstructure and has a property that its melting point or resistance to melting with respect to a solvent is reduced by light that has a shorter wavelength than ultraviolet rays or ultraviolet rays. After irradiation to reduce the molecular weight of the surface portion of the material, the material is heated, or a solvent is applied to the material, or both are performed to melt the surface portion of the material having a reduced molecular weight. The surface of the material is smoothed at an optical level with a surface roughness that is less than or equal to one-tenth of the use wavelength required for precision components for optical elements . Surface processing method.

Light that has a wavelength shorter than that of ultraviolet rays or ultraviolet rays is formed on the surface of a polymer compound material that has a processed microstructure and has a property that its melting point or resistance to melting with respect to a solvent is reduced by light that has a shorter wavelength than ultraviolet rays or ultraviolet rays. A light irradiation means for irradiating and reducing the molecular weight of the surface portion of the material; and heating the material to melt the surface portion where the molecular weight is reduced, so that the surface of the material has a utilization wavelength required for precision parts for optical elements. Heat treatment means for smoothing at an optical level with a surface roughness of one-tenth or less , and the surface portion of the material is required for precision parts for optical elements by melting the surface portion where the molecular weight is lowered by applying a solvent to the material. and one or both of solvent processing means for smoothing at one-tenth or less of the surface roughness of the optical level of the utilized wavelength, a shorter wavelength light than ultraviolet or ultraviolet characterized by having a reference that Surface machining apparatus of the material.

By irradiating ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light to ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light, the material is removed, or Process the shape of the material by reducing the molecular weight of a predetermined part of the material and removing the reduced molecular weight, and then irradiating the surface of the material with the processed shape with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light. After reducing the molecular weight of the surface portion of the material processed with the shape, the material processed with the shape is heated, or a solvent is applied to the material processed with the shape, or both are performed, and the shape is changed. be smoothed by one-tenth or less of the surface roughness of the optical level of the utilized wavelength molecular weight of the processed material is required of the surface of the material by melting the surface portion of reduced precision parts for optical element Product manufacturing method comprising a polymer compound characterized by performing surface processing.

By irradiating ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light to ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light, the material is removed, or When processing the shape of the material by reducing the molecular weight of a predetermined portion of the material and removing the reduced molecular weight portion, the ultraviolet light or ultraviolet light in a plane perpendicular to the incident direction of light having a wavelength shorter than that of the ultraviolet light or ultraviolet light Control is made so that the energy distribution of light having a shorter wavelength is continuously changed, and each part of the material is processed to a depth corresponding to the energy distribution of the ultraviolet light or light having a shorter wavelength than ultraviolet light. A method for producing a product comprising the polymer compound according to claim 5.

By irradiating ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light to ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light, the material is removed, or A shape processing means for processing the shape of the material by reducing the molecular weight of a predetermined portion of the material and removing the reduced molecular weight, and irradiating the surface of the material processed with the shape with ultraviolet light or light having a wavelength shorter than ultraviolet light optical and a light irradiation means for reducing the molecular weight of the surface portion of the processed material the shape, the surface of the material having a molecular weight by heating the processed material the shape is processing the shape to melt a surface portion of reduced heating means for smoothing an optical level of less than one of the surface roughness of enough, and the solvent was applied to the processed material the shape molecules of the utilized wavelength required for precision parts for element One or solvent processing means but for smoothing an optical level of one-tenth or less of the surface roughness of the utilized wavelength required the surface of the processed material the shape to melt a surface portion of reduced precision parts for optical element An apparatus for producing a product made of a polymer compound, characterized by comprising both.

The shape processing means has control means for controlling the energy distribution of light having a wavelength shorter than that of ultraviolet light or ultraviolet light in a plane orthogonal to the incident direction of light having a wavelength shorter than that of ultraviolet light or ultraviolet light. An apparatus for producing a product comprising the polymer compound according to claim 7.

A metal product obtained by plating the surface of a product made of a polymer compound produced by the method according to claim 5 or 6 and using the metal part formed by the plating as a mold or a metal product. Mold or metal product manufacturing method.

A method for producing a molded product, comprising molding a material using a mold produced by the method according to claim 9.