JP2002097030A - Die and method of producing the same - Google Patents
Die and method of producing the sameInfo
- Publication number
- JP2002097030A JP2002097030A JP2000287963A JP2000287963A JP2002097030A JP 2002097030 A JP2002097030 A JP 2002097030A JP 2000287963 A JP2000287963 A JP 2000287963A JP 2000287963 A JP2000287963 A JP 2000287963A JP 2002097030 A JP2002097030 A JP 2002097030A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- sic
- pattern
- mold
- resist
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B11/00—Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
- C03B11/06—Construction of plunger or mould
- C03B11/08—Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses
- C03B11/084—Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses material composition or material properties of press dies therefor
- C03B11/086—Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses material composition or material properties of press dies therefor of coated dies
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B11/00—Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
- C03B11/06—Construction of plunger or mould
- C03B11/08—Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses
- C03B11/082—Construction of plunger or mould for making solid articles, e.g. lenses having profiled, patterned or microstructured surfaces
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B2215/00—Press-moulding glass
- C03B2215/02—Press-mould materials
- C03B2215/08—Coated press-mould dies
- C03B2215/14—Die top coat materials, e.g. materials for the glass-contacting layers
- C03B2215/22—Non-oxide ceramics
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B2215/00—Press-moulding glass
- C03B2215/02—Press-mould materials
- C03B2215/08—Coated press-mould dies
- C03B2215/30—Intermediate layers, e.g. graded zone of base/top material
- C03B2215/34—Intermediate layers, e.g. graded zone of base/top material of ceramic or cermet material, e.g. diamond-like carbon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B2215/00—Press-moulding glass
- C03B2215/40—Product characteristics
- C03B2215/41—Profiled surfaces
- C03B2215/412—Profiled surfaces fine structured, e.g. fresnel lenses, prismatic reflectors, other sharp-edged surface profiles
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明の目的は、ガラスやプラス
チックでできたレンズや回折格子などの射出成形に使用
される金型において、刻印パタンの抜けや過剰なパタン
などの欠陥が少なく、また、刻印パタンの線幅や刻印深
さなどの形状寸法を高精度に作製でき、また、長寿命で
強固な金型を提供することである。
【解決手段】 本発明に係わる金型は、金型の表
層にあるパタン層がSiC(炭化珪素)であり、また、
SiCの下層にSiNなどのSiC以外の中間膜を備え
ることを主要な特徴とする。また、金型の表層にあるS
iC膜を、SiC膜上に皮膜した二酸化ケイ素(SiO
2)膜やCrなどを所定のパタンに加工してマスクにし
てSiC膜にパタンを刻印する方法を用いることによ
り、SiC金属膜のパタン寸法が精度良く製造すること
が出来るために、パタン寸法の精度が高い金型が得られ
る。
(57) [Problem] An object of the present invention is to reduce defects such as missing of an engraved pattern and an excessive pattern in a mold used for injection molding of a lens or a diffraction grating made of glass or plastic. Another object of the present invention is to provide a mold capable of producing a shape and dimensions such as a line width and an engraving depth of an engraving pattern with high precision, and having a long life and a strong mold. SOLUTION: In the mold according to the present invention, a pattern layer on a surface layer of the mold is SiC (silicon carbide);
The main feature is that an intermediate film other than SiC such as SiN is provided below the SiC. Also, S on the surface of the mold
Silicon dioxide (SiO 2) in which an iC film is coated on a SiC film
2 ) Since the pattern size of the SiC metal film can be manufactured with high precision by using a method in which the film or Cr is processed into a predetermined pattern and the pattern is marked on the SiC film using a mask as a mask. A highly accurate mold can be obtained.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、カメラのレンズ、
コンパクトディスク(CD)やDVDなどの信号読み取
り部(光ピックアップ)に用いられるマイクロレンズ、
回折格子やミラーなどの光学部品、あるいは光導波路や
光分波器などの光通信部品、を製造するガラスやプラス
チックの射出成形で使用される金型に関するものであ
る。The present invention relates to a camera lens,
Microlens used for signal reading unit (optical pickup) such as compact disk (CD) and DVD,
The present invention relates to a mold used in injection molding of glass or plastic for manufacturing optical components such as a diffraction grating or a mirror, or optical communication components such as an optical waveguide or an optical demultiplexer.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来は、高硬度金型としては、タングス
テン(W)、チタン(Ti)やタンタル(Ta)などの
金属とカーボン(C)との化合物であるWC、TaC、
TiCなどを、Cr、Ni、Coなどのバインダ金属と
混合して焼結して作製する超硬金属などの表面に、放電
加工装置や旋盤や研削装置などでパタンを刻印して金型
としている。このように機械加工で作られた金型をガラ
スやプラステックの射出成形機に組み込み、ガラスレン
ズやプラステック各種光学部品を大量に作製している。2. Description of the Related Art Conventionally, high-hardness molds include WC, TaC, a compound of a metal such as tungsten (W), titanium (Ti) or tantalum (Ta) and carbon (C).
A pattern is imprinted on a surface of a cemented carbide metal or the like produced by mixing and sintering TiC or the like with a binder metal such as Cr, Ni, or Co using an electric discharge machine, a lathe, or a grinding machine to form a mold. . The dies thus machined are assembled into glass or plastic injection molding machines to produce glass lenses and plastic optical components in large quantities.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】このような機械加工で
作製した金型では、加工する機械の精度にパタン寸法精
度が依存し、例えば、光ピックアップや光通信の一部に
使用される回折格子パタンで必要となる10nm程度の
精度でパタンを刻印するのは困難である。さらに、放電
加工装置や旋盤や研削装置では、パタンを刻印した表層
には線状の痕跡である旋盤痕などが必ず生じ、そのため
に、その金型を使用して射出成形して作製したレンズな
どの表層には、機械加工で発生した線状の痕跡が転写さ
れ、射出成形で形成した部品の光学的特性はよくならな
い。例えば、高い光透過率などの光部品を射出成形では
製造できない。さらに、600℃以上の高温で射出成形
装置に充填されるガラスなどでは、長時間、超硬合金を
表層に有する従来の金型を使用すると、金型の表面が活
性化したガラスと反応して表層が変化して変形し、射出
成形用の金型として寿命が短いような問題点があった。In a mold manufactured by such machining, the pattern dimensional accuracy depends on the accuracy of the machine to be machined. For example, a diffraction grating used for an optical pickup or a part of optical communication is used. It is difficult to imprint a pattern with an accuracy of about 10 nm required for the pattern. Furthermore, in EDM machines, lathes, and grinding machines, lathe marks, which are linear marks, are always formed on the surface layer on which the pattern is imprinted. For this reason, lenses made by injection molding using the mold, etc. A linear trace generated by machining is transferred to the surface layer, and the optical characteristics of a part formed by injection molding are not improved. For example, optical parts having high light transmittance cannot be manufactured by injection molding. Furthermore, in the case of a glass filled in an injection molding apparatus at a high temperature of 600 ° C. or more, if a conventional mold having a cemented carbide in the surface layer is used for a long time, the surface of the mold reacts with the activated glass. There has been a problem that the surface layer is deformed and deformed, and the life of the mold for injection molding is short.
【0004】本発明の目的は、ガラスやプラスチックで
できたレンズや回折格子などの射出成形に使用される金
型において、刻印パタンの抜けや過剰なパタンなどの欠
陥が少なく、また、刻印パタンの線幅や刻印深さなどの
形状寸法を高精度に作製でき、また、長寿命で強固な金
型を提供することである。An object of the present invention is to provide a mold used for injection molding of a lens or a diffraction grating made of glass or plastic, which is free from defects such as missing or excessive patterns in the engraved pattern, An object of the present invention is to provide a mold that can be manufactured with high precision in dimensions such as a line width and an engraved depth and has a long life and a strong mold.
【0005】従来は、ガラスなどの表面にミクロンオー
ダの高精度なパタンを形成できるようなガラスやプラス
チックの射出成型用の強固で長寿命な金型はなかった。Heretofore, there has been no strong and long-lasting mold for injection molding of glass or plastic capable of forming a high-precision pattern on the order of microns on the surface of glass or the like.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明に係わる金型は、
このような目的を達成するために、台座と、対象物の表
面に所定のパタンを刻むためのパタン層を該台座の表層
に備え、該パタン層がSiC(炭化珪素)で構成される
ことを主要な特徴とする。According to the present invention, there is provided a mold comprising:
In order to achieve such an object, a pedestal and a pattern layer for engraving a predetermined pattern on the surface of an object are provided on a surface layer of the pedestal, and the pattern layer is made of SiC (silicon carbide). Main features.
【0007】本発明は、レンズや回折格子などの光学部
品を射出成形で製造するのに使用される金型において、
金型の表層にあるパタンが形成されるパタン層をSiC
により構成する。SiCは、融点が2300℃と耐熱性
に優れ、またヤング率が460Gpaと大きくて耐磨耗
性に優れている安定な化合物であり、また、酸やアルカ
リなどの耐薬液性にも優れている。このために、成形時
に高温に溶解し活性化したガラスやプラスチックなどが
パタンのある金型表層に密着しても、金型の表層が変質
することがなく安定に、多数回の成形を得ることが出来
る効果を有する。[0007] The present invention relates to a mold used for manufacturing optical components such as lenses and diffraction gratings by injection molding.
The pattern layer on which the pattern on the surface of the mold is formed is made of SiC
It consists of. SiC is a stable compound having a high melting point of 2300 ° C. and excellent heat resistance, a large Young's modulus of 460 Gpa and excellent wear resistance, and excellent chemical resistance to acids and alkalis. . For this reason, even if glass or plastic that has been melted and activated at a high temperature during molding and adheres to the mold surface layer having a pattern, the mold surface layer can be stably obtained without deterioration in quality and obtained many times of molding. Has the effect of being able to
【0008】また、パタン層が、多結晶構造のSiCか
ら構成されることを特徴とする。単結晶状では、荷重が
局部的に集中して、結晶に微小な亀裂が生じると、転移
によってSiC膜に大きく亀裂が生じる。これに対し
て、結晶粒の小さい多結晶構造では、数十nmの結晶粒
の大きさの範囲で亀裂が収束するために、機械的に強度
が増して安定性が高くなる効果がある。[0008] The invention is characterized in that the pattern layer is made of polycrystalline SiC. In the single crystal state, when the load is locally concentrated and a minute crack is generated in the crystal, a large crack is generated in the SiC film due to the dislocation. On the other hand, in a polycrystalline structure having small crystal grains, cracks converge within a range of crystal grains of several tens of nanometers, so that there is an effect that mechanical strength is increased and stability is increased.
【0009】また、台座がWC、TaC、TiC等の炭
素を含有する合金で構成されることを特徴とする。台座
に、これらの金型材料を使用することにより、加工性が
容易になる効果がある。The pedestal is characterized in that it is made of an alloy containing carbon such as WC, TaC, TiC or the like. The use of these mold materials for the pedestal has the effect of facilitating workability.
【0010】また、パタン層と台座表層の間に、SiN
(窒化珪素)、SiO2(二酸化珪素)、TiNの中間
膜のいずれかを備えることを特徴とする。金型表層のS
iC膜と、WCなどの超硬合金からできている金型台座
との界面にSiN膜などの中間膜を設けることにより、
WCなどの超硬合金の台座とSiCの界面で、SiC中
やWC中にあるC原子が自由に拡散して移動することな
く、さらに、超硬合金中のCoなどのバインダの金属原
子がSiC中へ拡散して移動することなく、安定に金型
が使用できる。In addition, SiN is provided between the pattern layer and the pedestal surface layer.
(Silicon nitride), SiO 2 (silicon dioxide), or an intermediate film of TiN. S on the mold surface
By providing an intermediate film such as a SiN film at the interface between the iC film and a mold base made of a cemented carbide such as WC,
At the interface between the pedestal of the cemented carbide such as WC and the SiC, the C atoms in the SiC and the WC do not diffuse and move freely, and the metal atoms of the binder such as Co in the cemented carbide are SiC. The mold can be used stably without diffusing and moving inside.
【0011】本発明に係わる金型の作製方法は、このよ
うな目的を達成するために、台座の表層にSiC膜を被
膜する工程と、該SiC膜の上にCr膜を被膜する工程
と、該Cr膜の上にレジスト膜を被膜する工程と、該レ
ジスト膜を所定のパタンに加工する工程と、パタン化さ
れたレジスト膜をマスクとして該Cr膜をエッチングす
る工程と、パタン化されたCr膜上のレジスト膜を除去
する工程と、該パタン化されたCr膜をマスクにして該
SiC膜をエッチングでパタンニングする工程と、パタ
ン化されたSiC膜上のCr膜を除去する工程とを備え
ることを特徴とする。金型の表層にあるSiC膜を、S
iC膜上に皮膜した二酸化ケイ素(SiO2)膜やCr
などを所定のパタンに加工してマスクにしてSiC膜に
パタンを刻印する方法を用いることにより、SiC金属
膜のパタン寸法が精度良く製造することが出来るため
に、パタン寸法の精度が高い金型が得られる効果を有す
る。In order to achieve the above object, a method of manufacturing a mold according to the present invention includes a step of coating a surface layer of a pedestal with a SiC film, a step of coating a Cr film on the SiC film, A step of coating a resist film on the Cr film, a step of processing the resist film into a predetermined pattern, a step of etching the Cr film using the patterned resist film as a mask, and a step of etching the patterned Cr film. A step of removing the resist film on the film, a step of patterning the SiC film by etching using the patterned Cr film as a mask, and a step of removing the Cr film on the patterned SiC film. It is characterized by having. The SiC film on the surface of the mold is
Silicon dioxide (SiO 2 ) film or Cr coated on iC film
By using a method in which the pattern is processed into a predetermined pattern and the pattern is imprinted on the SiC film using the mask as a mask, the pattern size of the SiC metal film can be manufactured with high accuracy. Is obtained.
【0012】また、台座の表層にSiN(窒化珪素)、
SiO2(二酸化珪素)、TiNの中間膜のいずれかを
被膜する工程と、該中間膜の上にSiC膜を被膜する工
程と、該SiC膜の上にCr膜を被膜する工程と、該C
r膜の上にレジスト膜を被膜する工程と、該レジスト膜
を所定のパタンに加工する工程と、パタン化されたレジ
スト膜をマスクとして該Cr膜をエッチングする工程
と、パタン化されたCr膜上のレジスト膜を除去する工
程と、該パタン化されたCr膜をマスクにして該SiC
膜及び該中間膜をエッチングでパタンニングする工程
と、パタン化されたSiC膜上のCr膜を除去する工程
とを備えることを特徴とする。金型表層のSiC膜と、
WCなどの超硬合金からできている金型台座との界面に
SiN膜などの中間膜を設けて、C原子や金属原子が中
間膜を越えて移動することのない安定な金型を提供でき
る。Further, SiN (silicon nitride) is provided on the surface of the base,
A step of coating one of an intermediate film of SiO 2 (silicon dioxide) and TiN, a step of coating a SiC film on the intermediate film, a step of coating a Cr film on the SiC film,
a step of coating a resist film on the r film, a step of processing the resist film into a predetermined pattern, a step of etching the Cr film using the patterned resist film as a mask, and a step of etching the Cr film Removing the upper resist film; and using the patterned Cr film as a mask to remove the SiC.
The method includes a step of patterning the film and the intermediate film by etching, and a step of removing the Cr film on the patterned SiC film. A SiC film on the mold surface,
By providing an intermediate film such as a SiN film at an interface with a mold base made of a cemented carbide such as WC, it is possible to provide a stable mold in which C atoms and metal atoms do not move beyond the intermediate film. .
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】図1に本発明による金型の第一の
実施の形態の構造を示す。1は厚さが1mmから数10
mm程度の金属やセラミックスで構成される台座であ
る。台座1の表層には、パタン層のSiC膜2が被膜さ
れている。SiC膜2には、パタン3が刻印されてい
る。これを射出成形に使用するには、SiC膜2に、溶
解したガラスやプラスチックを加圧しながら押し当て
て、ガラスやプラスチックが冷却し固化してから、Si
C膜2からを離して、ガラスやプラスチック表面にSi
C膜のパタン3を転写する。台座1の表層にSiC膜2
を成膜するのにCVD法やスパッタリング法、SiC膜
2に精度良くパタン3を形成するのにホトリソグラフィ
やドライエッチング法など、集積回路製造で使用されて
きた微細パタン形成技術が適用できるので、金型パタン
として精度のよい形状ができるようになる。さらに、S
iC膜2は、融点が2300℃と高温であり1000℃
でも結晶状態が変化することなく、膜応力なども変化し
ない。また、ヤング率が400Gpa以上と剛性が高く
耐磨耗性にも優れて、さらに、アルカリや酸性の溶液に
も変化することが無く耐薬品性に優れ、極めて安定性に
優る。このために、金型に使用すると多数回の成形して
も変化せず、長期間にわたって使用することが可能とな
る。FIG. 1 shows the structure of a mold according to a first embodiment of the present invention. 1 is thickness from 1mm to several tens
The pedestal is made of metal or ceramics of about mm. The surface of the pedestal 1 is covered with a pattern layer SiC film 2. A pattern 3 is imprinted on the SiC film 2. In order to use this for injection molding, the melted glass or plastic is pressed against the SiC film 2 while applying pressure, and the glass or plastic is cooled and solidified.
Separate from C film 2 and apply Si on the surface of glass or plastic.
The pattern 3 of the C film is transferred. SiC film 2 on the surface of base 1
In order to form the pattern 3 on the SiC film 2 with high precision, a fine pattern forming technique used in integrated circuit manufacturing, such as photolithography or dry etching, can be applied. An accurate shape can be formed as a mold pattern. Furthermore, S
The melting point of the iC film 2 is as high as 2300 ° C. and 1000 ° C.
However, the crystal state does not change, and the film stress does not change. Further, the Young's modulus is 400 Gpa or more, which is high in rigidity and excellent in abrasion resistance, and is excellent in chemical resistance without changing even in an alkali or acidic solution, and is extremely excellent in stability. For this reason, if it is used for a mold, it does not change even after molding many times, and can be used for a long period of time.
【0014】図2には、本発明による金型の第二の実施
の形態の構造を示す。パタン層のSiC膜2をCVDで
成膜し、正方晶構造のSiC(β―SiC)を含む多結
晶構造のSiC膜とし、台座1をWC、TaC、TiC
などのカーボン(C)を含有する超硬金属で構成し、さ
らにSiC膜の下地にSiN膜4を敷いて、金型を作成
した。SiC膜2をCVD法で成膜する条件として、水
素ガス、ジクロルシラン(SiH2Cl2)とアセチレン
(C2H2)ガスの混合ガスを、1Torr程度のガス圧
力、1000℃から1200℃前後の温度中で反応させ
ると、多結晶状のSiCが成膜される。このように、多
結晶状の結晶構造にすることによって、単結晶状のSi
Cに比べて強度が上がる。すなわち、単結晶状では、荷
重が局部的に集中して、結晶に微小な亀裂が生じると、
転移によってSiC膜に大きく亀裂が生じる。これに対
して、結晶粒の小さい多結晶構造では、数十nmの結晶
粒の大きさの範囲で亀裂が収束するために、機械的に強
度が増して安定性が高くなる効果がある。また、台座1
に、放電加工や研削加工ができるWC、TaC、TiC
等の炭素を含有する金型材料を使用することにより、加
工性が容易になる効果がある。ここで、超硬金属を台座
1として使用するためには、SiN(窒化珪素)、Si
O2(二酸化珪素)、TiN等の中間膜を金属製台座1
とSiC膜2の間に設ける。すなわち、CoやNiなど
の比較的融点の低い金属をバインダとして使用して焼結
し製造されるWCなどの超硬金属表層に、直接、100
0℃以上の高温でSiC膜をCVDなどで成膜すると、
WC中にある高融点でない金属であるCoやNiなどが
拡散して表層に移動して、SiC膜と反応して良質なS
iC膜が形成できない。これに対して、300℃程度の
基板温度のプラズマCVD法や、成膜温度が900℃以
下のCVDなどで成膜ができるSiN膜を、SiC膜を
成膜するまえに、台座1の表層に、0.05μmから
0.2μmの程度の膜厚に成膜しておくと、SiCを1
000℃以上の高温中で成膜しても、SiN膜4によっ
て、台座1の表層にNiなどのバインダの金属が遮断さ
れて析出することがなく、台座1の表層に、容易に良質
のSiC膜2が成膜できる効果がある。さらに、SiC
膜2とWCなどの超硬金属の台座1との界面にSiN膜
4が設けられると、金型として使用するときに温度が高
くなっても、SiC中やWC中にある拡散しやすいカー
ボン(C)原子が、2層の膜間を拡散移動するのがSi
N膜4によって阻止され、SiC膜2や台座1の組成が
変化することなく、500℃以上の高温中でも、安定し
て金型として使用できるようになる効果がある。FIG. 2 shows the structure of a mold according to a second embodiment of the present invention. A SiC film 2 of a pattern layer is formed by CVD to form a polycrystalline SiC film containing tetragonal SiC (β-SiC), and the pedestal 1 is made of WC, TaC, TiC.
A metal mold was formed by using a cemented carbide metal containing carbon (C), and further laying a SiN film 4 under the SiC film. The conditions for forming the SiC film 2 by the CVD method include a hydrogen gas, a mixed gas of dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and an acetylene (C 2 H 2 ) gas at a gas pressure of about 1 Torr, at about 1000 ° C. to about 1200 ° C. When reacted at a temperature, polycrystalline SiC is formed. As described above, by forming a polycrystalline crystal structure, a single-crystal Si
Strength is higher than C. That is, in the case of a single crystal, when the load is locally concentrated and a minute crack occurs in the crystal,
The dislocation causes large cracks in the SiC film. On the other hand, in a polycrystalline structure having small crystal grains, cracks converge within a range of crystal grains of several tens of nanometers, so that there is an effect that mechanical strength is increased and stability is increased. In addition, pedestal 1
WC, TaC, TiC that can be subjected to electrical discharge machining and grinding
Use of a mold material containing carbon such as that described above has an effect of facilitating workability. Here, in order to use a cemented carbide metal as the base 1, SiN (silicon nitride), SiN
An intermediate film such as O 2 (silicon dioxide), TiN, etc.
And the SiC film 2. That is, a metal having a relatively low melting point, such as Co or Ni, is used as a binder and directly sintered onto a superhard metal surface layer such as WC, which is manufactured by sintering.
When a SiC film is formed at a high temperature of 0 ° C. or more by CVD or the like,
Non-high melting point metals such as Co and Ni in the WC diffuse and move to the surface layer and react with the SiC film to obtain high quality S.
iC film cannot be formed. In contrast, an SiN film that can be formed by a plasma CVD method at a substrate temperature of about 300 ° C. or a CVD method at a film forming temperature of 900 ° C. or less is formed on the surface of the pedestal 1 before forming the SiC film. When the film is formed to a thickness of about 0.05 μm to 0.2 μm,
Even if the film is formed at a high temperature of 000 ° C. or higher, the SiN film 4 does not block the metal of the binder such as Ni on the surface layer of the pedestal 1 and precipitates. There is an effect that the film 2 can be formed. Furthermore, SiC
When the SiN film 4 is provided at the interface between the film 2 and the pedestal 1 of a hard metal such as WC, even if the temperature is high when used as a mold, the easily diffused carbon (SiC or WC) in the WC is used. C) It is Si that atoms diffuse and move between the two layers.
It is prevented by the N film 4 and has an effect that the composition can be stably used even at a high temperature of 500 ° C. or more without changing the composition of the SiC film 2 and the pedestal 1.
【0015】図3に第二の実施の形態に示した金型の作
成方法を示す。図3の(a)は、WCなどの超硬金属で
構成されている台座1の表層を0.05μmから2μm
程度の厚さのSiN膜で被覆し、さらにSiN膜上に、
1000℃程度の温度で、水素ガス中に、例えば、Si
H2Cl2とC2H2を混合させたり、あるいは、水素ガス
中に、SiCl2(CH3)ガスを混合させて、多結晶状
のSiC膜が成長できるCVD装置を使用して、1μm
から10μm程度の厚さにSiC膜2を成膜して作製し
ている。図3の(b)は、SiC膜パタン3を形成する
ための膜構造の一例を示している。SiC膜2に所定の
パタン3を刻印するには、半導体回路の製造に使用され
ているようなリソグラフィが使用される。すなわち、S
iC膜2の上に中間膜6のCr膜を設け、さらにその上
に、紫外線や電子線に感光するような有機膜(レジス
ト)5を設けている。図3の(c)は、レジスト5に紫
外線光や電子線などで金型に刻印するべきパタンを描
き、紫外線などに感光した部分を薬液に浸して取り除き
レジストパタン7を中間膜6の上に形成している。図3
の(d)は、レジストパタン7をエッチングマスクとし
て下層の中間膜6のCr膜を、塩素や酸素やアルゴンな
どの元素を含有するガスの高周波プラズマやマイクロ波
プラズマでエッチングし、中間膜のCrで形成されたパ
タン8を形成している。図3の(e)は、Cr膜8上の
レジスト5を除去している。図3の(f)は、中間膜6
のCrで形成されたCrパタン8をエッチングマスクと
して下層のSiC膜2をフッ素や酸素やアルゴンなどの
元素を含有するガスの高周波プラズマやマイクロ波プラ
ズマでSiC膜2に刻印する。最後に図3の(g)のよ
うにSiC膜2上の中間膜6を除去して、SiC膜2の
パタン3が刻印される。FIG. 3 shows a method of making the mold shown in the second embodiment. FIG. 3A shows that the surface layer of the pedestal 1 made of a hard metal such as WC has a thickness of 0.05 μm to 2 μm.
Covered with a SiN film of about the thickness, and further on the SiN film,
At a temperature of about 1000 ° C., in a hydrogen gas, for example, Si
Mixing H 2 Cl 2 and C 2 H 2 , or mixing a SiCl 2 (CH 3 ) gas in a hydrogen gas and using a CVD apparatus capable of growing a polycrystalline SiC film to a thickness of 1 μm
The SiC film 2 is formed to a thickness of about 10 μm. FIG. 3B shows an example of a film structure for forming the SiC film pattern 3. In order to imprint a predetermined pattern 3 on the SiC film 2, lithography used in the manufacture of semiconductor circuits is used. That is, S
A Cr film as an intermediate film 6 is provided on the iC film 2, and an organic film (resist) 5 sensitive to ultraviolet rays and electron beams is further provided thereon. FIG. 3C depicts a pattern to be imprinted on the mold with ultraviolet light or an electron beam on the resist 5, a portion exposed to ultraviolet light or the like is immersed in a chemical solution, and the resist pattern 7 is removed on the intermediate film 6. Has formed. FIG.
(D), the Cr film of the lower intermediate film 6 is etched by high-frequency plasma or microwave plasma of a gas containing an element such as chlorine, oxygen or argon using the resist pattern 7 as an etching mask, and the Cr film of the intermediate film is etched. Is formed. 3E, the resist 5 on the Cr film 8 has been removed. FIG. 3F shows an intermediate film 6.
Using the Cr pattern 8 formed of Cr as an etching mask, the lower SiC film 2 is engraved on the SiC film 2 by high-frequency plasma or microwave plasma of a gas containing an element such as fluorine, oxygen, or argon. Finally, as shown in FIG. 3G, the intermediate film 6 on the SiC film 2 is removed, and the pattern 3 of the SiC film 2 is engraved.
【0016】有機物であるレジストでは、その表面がが
エッチング中にプラズマに曝されるとエッチングされて
薄くなって、SiC膜を所定の深さにエッチングする途
中で消滅する。図3の(b)のように、紫外線や電子線
に感光するような有機膜(レジスト)5とSiC膜2の
間に、中間膜のCr膜6を設ける構造にし、先ず、レジ
ストのパタンでCr膜をエッチングしてCr膜にパタン
を刻印し、次に、レジストを除去してから、Cr膜のパ
タンをエッチングのマスクにしてSiC膜にパタンをエ
ッチングすると、Crはプラズマに曝されてもほとんど
エッチングされないので、SiC膜のパタンを精度良く
形成できる効果がある。さらに、Crはプラズマに曝さ
れても変質しないので、残存しているCr膜厚が正確に
測定され、その結果、SiC膜のエッチングの深さを精
度良く測定できるような効果がある。When the surface of a resist which is an organic substance is exposed to plasma during etching, the surface is etched and thinned, and disappears during the etching of the SiC film to a predetermined depth. As shown in FIG. 3B, a structure in which a Cr film 6 as an intermediate film is provided between an organic film (resist) 5 and an SiC film 2 which are sensitive to ultraviolet rays or electron beams, and first, a resist pattern is used. Etching the Cr film to imprint a pattern on the Cr film, removing the resist, and then etching the pattern on the SiC film using the pattern of the Cr film as an etching mask. Since it is hardly etched, there is an effect that the pattern of the SiC film can be formed with high accuracy. Further, since Cr does not deteriorate even when exposed to plasma, the remaining Cr film thickness is accurately measured, and as a result, there is an effect that the etching depth of the SiC film can be measured accurately.
【0017】本実施の形態では、SiC膜2のエッチン
グにCr膜6を使用したが、Cr膜の代わりに、エッチ
ング速度がSiC膜に比べて極めて小さいNi、Ti,
Taなどの金属膜が使用できる。さらに、中間膜6を、
例えば、Cr膜の上層にSiO2膜を設けた2層構造と
して、SiO2膜をレジストパタンでエッチングしてS
iO2パタンを作製し、そのSiO2パタンをマスクにし
てCr中間膜6をエッチングしてパタンを形成する工程
を追加して、より精度の高いパタンを形成することも可
能である。In this embodiment, the Cr film 6 is used for etching the SiC film 2, but instead of the Cr film, Ni, Ti, and the like whose etching rate is much smaller than that of the SiC film are used.
A metal film such as Ta can be used. Further, the intermediate film 6 is
For example, assuming a two-layer structure in which an SiO 2 film is provided on a Cr film, the SiO 2 film is etched with a resist pattern to form a S layer.
It is also possible to form a pattern with higher accuracy by adding an iO 2 pattern and adding a step of forming a pattern by etching the Cr intermediate film 6 using the SiO 2 pattern as a mask.
【0018】本実施の形態では、いずれもパタン3が回
折格子状のパタンであるが、マイクロレンズのパタン、
ステップ状パタン、鋸歯状パタンなどのいずれのパタン
も形成できる。In this embodiment, the pattern 3 is a diffraction grating pattern, but the pattern of the micro lens is
Any pattern such as a step-like pattern and a saw-tooth-like pattern can be formed.
【0019】さらに、本実施の形態では、台座の台座1
が平板形状の例で実施例を示したが、台座1が曲面状の
形状をしていても、SiC膜2を表面にCVDなどで被
膜すれば、容器や機構部品などを成形する金型として使
用できる。Further, in this embodiment, the pedestal 1
Although the embodiment is shown as an example of a flat plate shape, even if the pedestal 1 has a curved shape, if the surface is coated with the SiC film 2 by CVD or the like, it can be used as a mold for molding containers and mechanical parts. Can be used.
【0020】[0020]
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ガラス
やプラスチックの、回折格子やレンズなどを射出成形で
製造するのに使用される金型において、金型のパタンを
SiC膜で構成する構造になっているので、融点が高く
高温で極めて安定で耐磨耗性にも優れ、また、酸やアル
カリなどの薬液にも腐食されないSiCを使用している
ために、成形時に高温に溶解したガラスやプラスチック
が金型のパタンに接触しても、金型の表面が変質するこ
とがなく安定に、多数回の成形を得ることが出来る効果
を有する。As described above, according to the present invention, in a mold used for manufacturing a diffraction grating or a lens of glass or plastic by injection molding, the pattern of the mold is constituted by an SiC film. Because of its structure, it has a high melting point, is extremely stable at high temperatures and has excellent abrasion resistance. Also, it uses SiC that is not corroded by chemicals such as acids and alkalis, so it was dissolved at high temperatures during molding. Even if glass or plastic comes into contact with the pattern of the mold, the surface of the mold is not deteriorated and the molding can be stably performed many times.
【0021】また、パタン層が、結晶粒の小さい多結晶
構造のSiCから構成されることにより、数十nmの結
晶粒の大きさの範囲で亀裂が収束するために、機械的に
強度が増して安定性が高くなる効果がある。In addition, since the pattern layer is made of polycrystalline SiC having small crystal grains, cracks converge within a range of crystal grains of several tens of nm, so that mechanical strength is increased. Has the effect of increasing stability.
【0022】また、台座がWC、TaC、TiC等の炭
素を含有する合金で構成されることにより、、加工性が
容易になる効果がある。Further, since the pedestal is made of an alloy containing carbon such as WC, TaC, or TiC, there is an effect that workability is facilitated.
【0023】また、金型表層のSiC膜と、WCなどの
超硬合金からできている金型台座との界面にSiN膜な
どのを中間膜を設けることにより、WCなどの超硬合金
の台座とSiCの界面で、SiC中やWC中にあるC原
子が自由に拡散して移動することなく、さらに、超硬合
金中のCoなどのバインダの金属原子がSiC中へ拡散
して移動することなく、安定に金型が使用できる。Also, by providing an intermediate film such as a SiN film at the interface between the SiC film of the mold surface layer and the mold pedestal made of a cemented carbide such as WC, the cemented carbide pedestal such as WC is provided. At the interface between SiC and SiC, the C atoms in SiC and WC do not diffuse and move freely, and the metal atoms of the binder such as Co in the cemented carbide diffuse and move into SiC. And the mold can be used stably.
【0024】また本発明による金型の作製方法は、パタ
ン層であるSiC膜を、Cr膜などの無機物をマスクと
して、プラズマを用いたドライエッチングプロセスによ
り作製する方法を用いることにより、パタンの形状が精
度良く製造することが出来る効果を有する。このような
効果により、パタン形状の精度が高く成形品が、安定に
大量に生産できるようになる。The method of manufacturing a mold according to the present invention uses a method in which a SiC film serving as a pattern layer is manufactured by a dry etching process using plasma using an inorganic substance such as a Cr film as a mask. Has the effect that it can be manufactured with high accuracy. Due to such effects, molded products can be stably mass-produced with high pattern shape accuracy.
【図1】本発明による第一の実施の形態で、台座1の表
面にSiC膜のパタンを有する金型の構造を示す図であ
る。FIG. 1 is a view showing a structure of a mold having a SiC film pattern on a surface of a pedestal 1 according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明による第二の実施の形態で、パタン層で
あるSiC膜と台座1の界面にSiN膜が設けられてい
る金型の構造を示す図である。FIG. 2 is a view showing a structure of a mold in which a SiN film is provided at an interface between a SiC film as a pattern layer and a pedestal 1 according to a second embodiment of the present invention.
【図3】第二の実施の形態のSiC金型を作製する作製
方法を示す図である。図3の(a)は、CVDでSiC
膜がSiN膜で覆われた台座に皮膜された工程、(b)
は(a)のSiC膜上にCr膜とレジストが皮膜された
工程、(c)はレジストがパタン化された工程、(d)
はレジストをマスクとして下地のCr膜がパタン化され
た工程、(e)はCr膜上のレジストが剥離された工
程、(f)はパタン化されたCr膜のパタンをマスクと
して下地のSiCパタンがパタン化された工程、(g)
はSiC膜上のCr膜が剥離され、SiC膜の金型化が
なされた工程を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a manufacturing method for manufacturing a SiC mold according to a second embodiment. FIG. 3A shows SiC by CVD.
A step in which the film is coated on a pedestal covered with a SiN film, (b)
(A) is a step in which a Cr film and a resist are coated on the SiC film in (a), (c) is a step in which the resist is patterned, (d)
Is a step in which the underlying Cr film is patterned using the resist as a mask, (e) is a step in which the resist on the Cr film is stripped, and (f) is an underlying SiC pattern using the patterned Cr film as a mask. Is a patterned process, (g)
FIG. 4 is a view showing a process in which the Cr film on the SiC film is peeled off and the SiC film is formed into a mold.
1 金型の台座 2 SiC膜 3 SiC膜のパタン 4 SiN膜 5 レジスト膜 6 Cr膜 7 レジストパタン 8 Cr膜のパタン REFERENCE SIGNS LIST 1 mold base 2 SiC film 3 SiC film pattern 4 SiN film 5 resist film 6 Cr film 7 resist pattern 8 Cr film pattern
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本吉 彰 東京都新宿区西新宿二丁目1番1号 エ ヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株 式会社内 (72)発明者 吉原 秀雄 東京都新宿区西新宿二丁目1番1号 エ ヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株 式会社内 Fターム(参考) 4F202 AJ02 AJ07 CA11 CB01 CD07 CD22 CD24 CD30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Akira Motoyoshi 2-1-1, Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo NTT Advanced Technology Corporation (72) Inventor Hideo Yoshihara Shinjuku-ku, Tokyo 2-1-1, Nishi-Shinjuku F-term in NTT Advanced Technology Corporation (reference) 4F202 AJ02 AJ07 CA11 CB01 CD07 CD22 CD24 CD30
Claims (6)
刻むためのパタン層を該台座の表層に備え、該パタン層
がSiC(炭化珪素)で構成されることを特徴とする金
型。1. A mold comprising: a pedestal; and a pattern layer for engraving a predetermined pattern on the surface of the object on a surface layer of the pedestal, wherein the pattern layer is made of SiC (silicon carbide). .
iCから構成されることを特徴とする金型。2. The pattern layer according to claim 1, wherein the pattern layer has a polycrystalline structure.
A mold comprising iC.
等の炭素を含有する合金で構成されることを特徴とする
金型。3. The pedestal according to claim 1, wherein the base is WC, TaC, TiC.
A mold made of an alloy containing carbon such as
SiN(窒化珪素)、SiO2(二酸化珪素)、TiN
の中間膜のいずれかを備えることを特徴とする金型。4. The method according to claim 1, wherein:
SiN (silicon nitride), SiO 2 (silicon dioxide), TiN
A mold comprising any one of the above intermediate films.
と、該SiC膜の上にCr膜を被膜する工程と、該Cr
膜の上にレジスト膜を被膜する工程と、該レジスト膜を
所定のパタンに加工する工程と、パタン化されたレジス
ト膜をマスクとして該Cr膜をエッチングする工程と、
パタン化されたCr膜上のレジスト膜を除去する工程
と、該パタン化されたCr膜をマスクにして該SiC膜
をエッチングでパタンニングする工程と、パタン化され
たSiC膜上のCr膜を除去する工程とを備えることを
特徴とする金型の作製方法。5. A step of coating a surface layer of a pedestal with a SiC film, a step of coating a Cr film on the SiC film,
A step of coating a resist film on the film, a step of processing the resist film into a predetermined pattern, and a step of etching the Cr film using the patterned resist film as a mask,
Removing the resist film on the patterned Cr film, etching the SiC film using the patterned Cr film as a mask, and removing the Cr film on the patterned SiC film. And a step of removing the mold.
O2(二酸化珪素)、TiNの中間膜のいずれかを被膜
する工程と、該中間膜の上にSiC膜を被膜する工程
と、該SiC膜の上にCr膜を被膜する工程と、該Cr
膜の上にレジスト膜を被膜する工程と、該レジスト膜を
所定のパタンに加工する工程と、パタン化されたレジス
ト膜をマスクとして該Cr膜をエッチングする工程と、
パタン化されたCr膜上のレジスト膜を除去する工程
と、該パタン化されたCr膜をマスクにして該SiC膜
及び該中間膜をエッチングでパタンニングする工程と、
パタン化されたSiC膜上のCr膜を除去する工程とを
備えることを特徴とする金型の作製方法。6. SiN (silicon nitride), Si
A step of coating any one of an intermediate film of O 2 (silicon dioxide) and TiN, a step of coating a SiC film on the intermediate film, a step of coating a Cr film on the SiC film,
A step of coating a resist film on the film, a step of processing the resist film into a predetermined pattern, and a step of etching the Cr film using the patterned resist film as a mask,
Removing the resist film on the patterned Cr film; and patterning the SiC film and the intermediate film by etching using the patterned Cr film as a mask;
Removing the Cr film on the patterned SiC film.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000287963A JP2002097030A (en) | 2000-09-22 | 2000-09-22 | Die and method of producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000287963A JP2002097030A (en) | 2000-09-22 | 2000-09-22 | Die and method of producing the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002097030A true JP2002097030A (en) | 2002-04-02 |
Family
ID=18771626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000287963A Pending JP2002097030A (en) | 2000-09-22 | 2000-09-22 | Die and method of producing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002097030A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100611589B1 (en) | 2004-07-05 | 2006-08-11 | (주)해빛정보 | Diffraction element manufacturing method |
| JP2006289684A (en) * | 2005-04-07 | 2006-10-26 | Kobe Steel Ltd | Microprocessing mold |
| WO2008106160A1 (en) * | 2007-02-28 | 2008-09-04 | Corning Incorporated | Method for making microfluid devices |
| JP2015086109A (en) * | 2013-10-31 | 2015-05-07 | 京セラ株式会社 | Joint body of ceramic body to metal body, and production method of the joint body |
-
2000
- 2000-09-22 JP JP2000287963A patent/JP2002097030A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100611589B1 (en) | 2004-07-05 | 2006-08-11 | (주)해빛정보 | Diffraction element manufacturing method |
| JP2006289684A (en) * | 2005-04-07 | 2006-10-26 | Kobe Steel Ltd | Microprocessing mold |
| WO2008106160A1 (en) * | 2007-02-28 | 2008-09-04 | Corning Incorporated | Method for making microfluid devices |
| JP2015086109A (en) * | 2013-10-31 | 2015-05-07 | 京セラ株式会社 | Joint body of ceramic body to metal body, and production method of the joint body |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7662544B2 (en) | Method for manufacturing a master, master, method for manufacturing optical elements and optical element | |
| CN101078874B (en) | Method for fabricating high-resolution nanoimprint masters | |
| EP1785770B1 (en) | Method for fabricating a stamp for micro/nano imprint lithography | |
| US4842633A (en) | Method of manufacturing molds for molding optical glass elements and diffraction gratings | |
| US8241535B2 (en) | Method for transcribing patterns on resin body, method for manufacturing planar waveguide, and method for manufacturing micro-lens | |
| US6032997A (en) | Vacuum chuck | |
| US20060255505A1 (en) | Imprint templates for imprint lithography, and methods of patterning a plurality of substrates | |
| US20080187719A1 (en) | Nano-imprinting mold, method of manufacture of nano-imprinting mold, and recording medium manufactured with nano-imprinting mold | |
| JP2004359481A (en) | Method for manufacturing replica pattern for lens molding | |
| JP2002097030A (en) | Die and method of producing the same | |
| EP3976528A1 (en) | A method for imprinting micropatterns on a substrate of a chalcogenide glass | |
| JP2002096333A (en) | Mold and method of manufacturing the same | |
| US8512585B2 (en) | Template pillar formation | |
| JP2005132679A (en) | Manufacturing method of optical element having non-reflective structure, and optical element having non-reflective structure manufactured by the method | |
| CN100555076C (en) | Be used for pressing mold of nano impression and preparation method thereof | |
| JPH10337734A (en) | Mold and its manufacture | |
| JP2002255566A (en) | Die for forming glass and method for manufacturing product of formed glass | |
| JP2001121582A (en) | Mold and its manufacturing method | |
| JP4554835B2 (en) | Mold for glass and method for producing glass molded product | |
| JP2973534B2 (en) | Manufacturing method of glass mold | |
| US7897301B2 (en) | Fine pattern forming method and stamper | |
| JP3134583B2 (en) | Press mold for optical glass element and method for producing the same | |
| JP4779866B2 (en) | Method for manufacturing antireflection structure | |
| JP2005055731A (en) | Forming die, its manufacturing method and method for manufacturing optical element | |
| JP2024137451A (en) | Laminate, imprint mold, imprint mold manufacturing method, optical element manufacturing method, and electronic component manufacturing method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060201 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060531 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061003 |