JP2002097030A - 金型およびその作製方法 - Google Patents
金型およびその作製方法Info
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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。
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。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
（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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
面にＳｉＣ膜のパタンを有する金型の構造を示す図であ
る。
【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。
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。
【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。
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。
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
───────────────────────────────────────────────────── 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
Claims (6)
- 【請求項１】 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特徴とする金
型。 - 【請求項２】 請求項１のパタン層が、多結晶構造のＳ
ｉＣから構成されることを特徴とする金型。 - 【請求項３】 請求項１の台座が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
金型。 - 【請求項４】 請求項１の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。 - 【請求項５】 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
特徴とする金型の作製方法。 - 【請求項６】 台座の表層にＳｉＮ（窒化珪素）、Ｓｉ
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000287963A JP2002097030A (ja) | 2000-09-22 | 2000-09-22 | 金型およびその作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000287963A JP2002097030A (ja) | 2000-09-22 | 2000-09-22 | 金型およびその作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002097030A true JP2002097030A (ja) | 2002-04-02 |
Family
ID=18771626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000287963A Pending JP2002097030A (ja) | 2000-09-22 | 2000-09-22 | 金型およびその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002097030A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100611589B1 (ko) | 2004-07-05 | 2006-08-11 | (주)해빛정보 | 회절소자 제조방법 |
| JP2006289684A (ja) * | 2005-04-07 | 2006-10-26 | Kobe Steel Ltd | 微細加工用型 |
| WO2008106160A1 (en) * | 2007-02-28 | 2008-09-04 | Corning Incorporated | Method for making microfluid devices |
| JP2015086109A (ja) * | 2013-10-31 | 2015-05-07 | 京セラ株式会社 | セラミック体と金属体との接合体、およびセラミック体と金属体との接合体の製造方法 |
-
2000
- 2000-09-22 JP JP2000287963A patent/JP2002097030A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100611589B1 (ko) | 2004-07-05 | 2006-08-11 | (주)해빛정보 | 회절소자 제조방법 |
| JP2006289684A (ja) * | 2005-04-07 | 2006-10-26 | Kobe Steel Ltd | 微細加工用型 |
| WO2008106160A1 (en) * | 2007-02-28 | 2008-09-04 | Corning Incorporated | Method for making microfluid devices |
| JP2015086109A (ja) * | 2013-10-31 | 2015-05-07 | 京セラ株式会社 | セラミック体と金属体との接合体、およびセラミック体と金属体との接合体の製造方法 |
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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 |