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JP6101590B2 - Fine processing method - Google Patents
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  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)

Description

本発明は、表面に微細な周期構造を形成する微細加工方法に関する。   The present invention relates to a fine processing method for forming a fine periodic structure on a surface.

従来、ナノ構造の加工方法として、短パルスレーザの照射によって金属表面(特許文献1、2及び非特許文献1参照。)や半導体表面(特許文献3及び非特許文献2参照。)にナノ構造を加工する方法が報告されている。この方法では、レーザ光によって照射された対象物に表面波を発生させ、この表面波とレーザ光を干渉させることにより、光の波長程度のサイズの周期構造を加工することができる。   Conventionally, as a nanostructure processing method, nanostructures are formed on a metal surface (see Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1) or a semiconductor surface (see Patent Document 3 and Non-Patent Document 2) by irradiation with a short pulse laser. A method of processing has been reported. In this method, a surface wave is generated on an object irradiated with laser light, and the surface wave and the laser light are made to interfere with each other, thereby making it possible to process a periodic structure having a size approximately equal to the wavelength of the light.

図11〜図13は、短パルスレーザの照射によって金属表面に周期構造を形成する方法を説明するための断面図である。図11に示すように金属材料101に短パルスレーザを照射すると、表面がレーザ光を吸収することにより、図12に示すように電子の粗密分布が生じ、波長程度の周期をもつ表面プラズモンが発生する。そして、図13に示すように電子密度の高い箇所でクーロン爆発が起こり、金属材料101に微細な周期構造が形成される。   11 to 13 are cross-sectional views for explaining a method for forming a periodic structure on a metal surface by irradiation with a short pulse laser. As shown in FIG. 11, when the metal material 101 is irradiated with a short pulse laser, the surface absorbs the laser beam, so that an electron density distribution occurs as shown in FIG. 12, and surface plasmons having a period of about the wavelength are generated. To do. Then, as shown in FIG. 13, a Coulomb explosion occurs at a location where the electron density is high, and a fine periodic structure is formed in the metal material 101.

このような加工方法は、周期構造を簡便に得ることができ、大面積の微細加工が可能であるものの、ガラス等のレーザ光を透過する材料への微細加工は、表面波が発生しないため行うことができない。   Although such a processing method can easily obtain a periodic structure and enables fine processing of a large area, fine processing to a material that transmits laser light such as glass is performed because surface waves are not generated. I can't.

ガラスへのナノ構造加工方法としては、リソグラフィにより加工できることが報告されている(例えば、特許文献4参照。)。しかしながら、レジスト成膜や露光のプロセスで精度を維持する必要がある。また、加工対象物が曲率をもたない平面である必要があるため、加工対象物の用途が限定されてしまう。さらに、加工対象物が大型化した場合、装置が非常に高価になってしまう。   As a nanostructure processing method for glass, it has been reported that it can be processed by lithography (for example, see Patent Document 4). However, it is necessary to maintain accuracy in resist film formation and exposure processes. Moreover, since it is necessary for a processing target object to be a plane which does not have a curvature, the use of a processing target object will be limited. Furthermore, when the workpiece is enlarged, the apparatus becomes very expensive.

また、特許文献5には、表面に顔料を付着させ、ガラスに対して穴加工を行うことが記載されているが、顔料を除去しなければならい。   Further, Patent Document 5 describes that a pigment is attached to the surface and a hole is formed in the glass, but the pigment must be removed.

特開2006−235195号公報JP 2006-235195 A 特開2010−152296号公報JP 2010-152296 A 特開2003−211400号公報JP 2003-211400 A 特開2006−346748号公報JP 2006-346748 A 特開2002−028799号公報JP 2002-028799 A

K.okamuro et.al. PhysRevB 82 165417 2010K.okamuro et.al.PhysRevB 82 165417 2010 G.Miyagi , ApplPhysA 80 17 2005G.Miyagi, ApplPhysA 80 17 2005

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、どのような基材に対しても表面に微細な周期構造を簡便に形成することができる微細加工方法を提供する。   The present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and provides a fine processing method capable of easily forming a fine periodic structure on the surface of any substrate.

本件発明者は、鋭意検討を行った結果、基材上に光を吸収するガラス前駆体を塗布することにより、どのような基材に対しても表面に微細な周期構造を簡便に形成することが可能であることを見出した。さらに、微細な周期構造を基材上に形成した後、酸化処理することにより、微細周期構造を維持した状態で、表面の色味を改善させることが可能であることを見出した。   As a result of intensive studies, the present inventor can easily form a fine periodic structure on the surface of any substrate by applying a glass precursor that absorbs light on the substrate. Found that is possible. Furthermore, it has been found that the surface color can be improved in a state where the fine periodic structure is maintained by forming a fine periodic structure on the substrate and then oxidizing it.

すなわち、本発明に係る微細加工方法は、基材上に塗布されたポリシラザンであるガラス前駆体にパルス長が0.01ピコ秒〜5ピコ秒である短パルスレーザを照射する照射工程と、前記照射工程により形成された微細な周期構造を酸化処理する酸化処理工程とを有することを特徴としている。
That is, the microfabrication method according to the present invention includes an irradiation step of irradiating a glass precursor, which is polysilazane coated on a substrate, with a short pulse laser having a pulse length of 0.01 picosecond to 5 picoseconds , And an oxidation treatment step of oxidizing the fine periodic structure formed by the irradiation step.

本発明によれば、リソグラフィなどの複雑なプロセスではなく、短パルスレーザの照射という簡便なプロセスで、どのような基材に対しても表面に微細な周期構造を形成することができる。さらに、微細な周期構造を基材上に形成した後、酸化処理することにより、微細周期構造を維持した状態で表面の色味を改善させることができる。   According to the present invention, a fine periodic structure can be formed on the surface of any substrate by a simple process such as irradiation with a short pulse laser instead of a complicated process such as lithography. Furthermore, after forming a fine periodic structure on a base material, the surface color can be improved in the state which maintained the fine periodic structure by oxidizing.

塗布工程の概略を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the outline of an application | coating process. 照射工程の概略を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the outline of an irradiation process. 微細加工の概略を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the outline of fine processing. 短パルスレーザを射出する光学装置の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the optical apparatus which inject | emits a short pulse laser. TEM−EDSによる有色成型体の断面のSi分布を示す写真である。It is a photograph which shows Si distribution of the cross section of the colored molding by TEM-EDS. TEM−EDSによる有色成型体の断面のO分布を示す写真である。It is a photograph which shows O distribution of the cross section of the colored molding by TEM-EDS. 実施例1の熱処理の温度プロファイルを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a temperature profile of heat treatment in Example 1. 実施例3の熱処理前と熱処理後のサンプルを白紙上に載せたときの写真である。It is a photograph when the sample before and after heat treatment of Example 3 is placed on a white paper. 実施例3の熱処理前と熱処理後のサンプルを黒紙上に載せたときの写真である。It is a photograph when the sample before and after heat treatment of Example 3 is placed on black paper. 比較例1の熱処理前と熱処理後のサンプルを黒紙上に載せたときの写真である。It is a photograph when the sample before and after heat processing of the comparative example 1 is mounted on black paper. 金属表面へのレーザ照射の概略を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the outline of the laser irradiation to the metal surface. 金属表面のレーザ光の吸収の概略を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the outline of absorption of the laser beam of a metal surface. 金属表面の微細加工の概略を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the outline of the fine processing of a metal surface.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら下記順序にて詳細に説明する。
1.微細加工方法
2.構造体
3.実施例
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail in the following order with reference to the drawings.
1. 1. Microfabrication method Structure 3. Example

<1.微細加工方法>
本発明の実施の形態として示す微細加工方法は、基材上にガラス前駆体を塗布する塗布工程と、前記ガラス前駆体に短パルスレーザを照射する照射工程と、照射工程により形成された微細な周期構造を酸化処理する酸化処理工程とを有する。以下、各工程について説明する。
<1. Microfabrication method>
The microfabrication method shown as an embodiment of the present invention includes a coating process for coating a glass precursor on a substrate, an irradiation process for irradiating the glass precursor with a short pulse laser, and a fine process formed by the irradiation process. An oxidation treatment process for oxidizing the periodic structure. Hereinafter, each step will be described.

図1は、塗布工程の概略を示す断面図である。この塗布工程では、基材11上にガラス前駆体12を塗布する。   FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the coating process. In this coating step, the glass precursor 12 is coated on the substrate 11.

基材11としては、特に制限されず、透明材料又は不透明材料のいずれも用いることができる。本実施の形態では、レーザ光を透過する透明材料が用いられ、特に、ガラス前駆体12が転化するガラスと同質のガラスが好適に用いられる。   The substrate 11 is not particularly limited, and either a transparent material or an opaque material can be used. In the present embodiment, a transparent material that transmits laser light is used, and in particular, glass that is the same quality as the glass to which the glass precursor 12 is converted is preferably used.

ガラス前駆体12としては、アミン基などの非共有電子対を持つ、光吸収能を有する分子構造のものが用いられる。ガラス前駆体12の具体例としては、パーヒドロポリシラザン(PHPS)、メチルヒドロポリシラザン(MHPS)などの−(SiHNH)−を基本ユニットとするポリシラザンが挙げられる。本実施の形態では、優れた光学特性を有するシリカ(SiO)に転化するパーヒドロポリシラザンが特に好ましく用いられる。 As the glass precursor 12, one having a molecular structure having a light absorption ability and having a lone pair such as an amine group is used. Specific examples of the glass precursor 12 include polysilazanes having a basic unit of — (SiH 2 NH) — such as perhydropolysilazane (PHPS) and methylhydropolysilazane (MHPS). In the present embodiment, perhydropolysilazane that is converted into silica (SiO 2 ) having excellent optical properties is particularly preferably used.

また、ガラス前駆体12は、パラジウム、アミンなどの触媒を添加したものであってもよい。また、ガラス前駆体12の溶媒としては、キシレン、ジブチルエーテルなどを用いることができる。また、ガラス前駆体12の塗布方法としては、ロールコーター、フローコート、スプレー塗布、塗り込みなどを適宜使用することができる。また、ガラス前駆体12の塗布厚みは、100nm〜5μm程度であることが好ましい。ガラス前駆体12の塗布厚みが100nm未満の場合、表面に微細な周期構造を形成することが困難となり、また、ガラス前駆体12の塗布厚みが5μmを超える場合、表面に割れが発生する虞がある。   Further, the glass precursor 12 may be one to which a catalyst such as palladium or amine is added. Moreover, as a solvent of the glass precursor 12, xylene, dibutyl ether, etc. can be used. Moreover, as a coating method of the glass precursor 12, a roll coater, a flow coat, spray coating, painting, etc. can be used suitably. Moreover, it is preferable that the coating thickness of the glass precursor 12 is about 100 nm-about 5 micrometers. When the coating thickness of the glass precursor 12 is less than 100 nm, it becomes difficult to form a fine periodic structure on the surface, and when the coating thickness of the glass precursor 12 exceeds 5 μm, the surface may be cracked. is there.

図2は、照射工程の概略を示す断面図である。この照射工程では、ガラス前駆体12に短パルスレーザを照射する。短パルスレーザを照射することにより、ガラス前駆体12の非共有電子対が活性化し、熱反応へ至り、図3に示すように表面に微細な周期構造13を簡便に形成することができる。また、基材上11に残存したガラス前駆体12は、短パルスレーザの照射により、ガラスに転化するため、ガラス皮膜として機能させることができる。   FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the irradiation process. In this irradiation step, the glass precursor 12 is irradiated with a short pulse laser. By irradiating the short pulse laser, the unshared electron pair of the glass precursor 12 is activated, leading to a thermal reaction, and a fine periodic structure 13 can be easily formed on the surface as shown in FIG. Moreover, since the glass precursor 12 remaining on the substrate 11 is converted into glass by irradiation with a short pulse laser, it can function as a glass film.

図4は、短パルスレーザを射出する光学装置の概略を示す図である。レーザ本体20は、例えば垂直方向に直線偏光したレーザ光を射出し、波長板21(λ/2波長板)を用いて、偏光方向を回転させることで、所望の方向の直線偏光を得ることができる。また、λ/2波長板に代えて、λ/4波長板を用いることで、円偏光を得ることができる。また、本装置では、四角形の開口を有するアパーチャー22を用いて、レーザ光の一部を取り出す。これは、レーザ光の強度分布がガウス分布となっているので、その中央付近のみを用いることで、面内強度分布の均一なレーザ光を得るようにしている。また、本装置では、直交させた2枚のシリンドリカルレンズ23を用いて、レーザ光を絞ることにより、所望のビームサイズとすることができる。   FIG. 4 is a diagram showing an outline of an optical device for emitting a short pulse laser. For example, the laser body 20 emits laser light linearly polarized in the vertical direction and rotates the polarization direction using a wave plate 21 (λ / 2 wave plate), thereby obtaining linearly polarized light in a desired direction. it can. Further, circularly polarized light can be obtained by using a λ / 4 wavelength plate instead of the λ / 2 wavelength plate. Further, in the present apparatus, a part of the laser light is taken out using the aperture 22 having a square opening. This is because the intensity distribution of the laser beam is a Gaussian distribution, and only the vicinity of the center is used to obtain a laser beam having a uniform in-plane intensity distribution. Moreover, in this apparatus, it is possible to obtain a desired beam size by narrowing the laser beam using two orthogonal cylindrical lenses 23.

このような装置を用いて、所定波長の超短パルスレーザを所定のフルーエンスでガラス前駆体12に照射することにより、レーザ照射領域にその所定波長より小さいサイズの周期構造を形成することができる。   By using such an apparatus to irradiate the glass precursor 12 with an ultrashort pulse laser having a predetermined wavelength at a predetermined fluence, a periodic structure having a size smaller than the predetermined wavelength can be formed in the laser irradiation region.

フルーエンス(fluence)とは、レーザの1パルス当たりのエネルギE(J)を照射断面積S(cm)で割ったエネルギ密度E/S(J/cm)である。所定のフルーエンスの範囲は、材料によって異なるが、0.01J/cm〜1.0J/cm程度であることが好ましく、0.05J/cm〜0.5J/cmであることがより好ましい。また、照射パルス数は、フルーエンスや周期構造の加工深さによるが、50以上であることが好ましい。また、パルス長(幅)は短い方が好ましく、0.01ピコ秒〜100ピコ秒程度であることが好ましく、0.01ピコ秒〜5ピコ秒であることがより好ましい。また、パルス周波数は、加工時間を考慮し、1kHz以上であることが好ましい。また、波長は、例えば800nm、400nm、266nmなど所望の周期構造に応じて選択することができる。 The fluence is energy density E / S (J / cm 2 ) obtained by dividing the energy E (J) per pulse of the laser by the irradiation sectional area S (cm 2 ). Range of predetermined fluence varies depending on the material, and more that is preferably 0.01J / cm 2 ~1.0J / cm 2 about a 0.05J / cm 2 ~0.5J / cm 2 preferable. The number of irradiation pulses depends on the fluence and the processing depth of the periodic structure, but is preferably 50 or more. The pulse length (width) is preferably shorter, preferably about 0.01 picoseconds to 100 picoseconds, and more preferably 0.01 picoseconds to 5 picoseconds. The pulse frequency is preferably 1 kHz or more in consideration of processing time. The wavelength can be selected according to a desired periodic structure such as 800 nm, 400 nm, and 266 nm.

また、ビームスポットは、四角形形状であることが好ましい。このビームスポットの整形は、例えばアパーチャー22やシリンドリカルレンズ23等によって行うことが可能である。また、ビームスポットの強度分布は、できるだけ均一であることが好ましい。これにより、形成する凹凸の深さなどの面内分布を均一化することができる。ビームスポットのサイズは、四角形のx軸方向及びy軸方向をそれぞれLx、Lyとし、レーザの走査方向をy軸方向とし、Lxのサイズを周期構造の形成領域の1/N(Nは自然数)としたとき、N回の走査により周期構造を形成することができる。Lyのサイズは、ステージ速度やレーザ強度、パルス周波数などにより、適宜決めることができ、例えば、30〜500μm程度である。   Moreover, it is preferable that the beam spot has a quadrangular shape. The shaping of the beam spot can be performed by, for example, the aperture 22 or the cylindrical lens 23. Further, the intensity distribution of the beam spot is preferably as uniform as possible. Thereby, in-plane distribution, such as the depth of the unevenness | corrugation to form, can be equalize | homogenized. The size of the beam spot is Lx and Ly in the x-axis direction and y-axis direction of the square, the y-axis direction is the laser scanning direction, and the size of Lx is 1 / N of the periodic structure formation region (N is a natural number) In this case, the periodic structure can be formed by scanning N times. The size of Ly can be appropriately determined according to the stage speed, laser intensity, pulse frequency, and the like, and is, for example, about 30 to 500 μm.

酸化処理工程では、表面に周期構造が形成された成形体を酸化処理する。これにより、短パルスレーザの照射により形成した微細周期構造の有色部の色味を改善させることができる。酸化処理としては、アニール処理、紫外線照射、プラズマ処理、コロナ処理、酸化剤塗布等を挙げることができる。   In the oxidation treatment step, the molded body having a periodic structure formed on the surface is oxidized. Thereby, the color of the colored part of the fine periodic structure formed by irradiation of the short pulse laser can be improved. Examples of the oxidation treatment include annealing treatment, ultraviolet irradiation, plasma treatment, corona treatment, and oxidant application.

ここで、微細周期構造の有色部について述べる。ガラス前駆体に短パルスレーザを照射して作製した微細周期構造には、有色部が生じることがある。本研究者らは、断面元素分析により、この有色部が、SiやSiOであることを突き止めた。   Here, the colored portion of the fine periodic structure will be described. A colored periodic part may occur in a fine periodic structure produced by irradiating a glass precursor with a short pulse laser. The present researchers have found that this colored portion is Si or SiO by cross-sectional elemental analysis.

図5は、TEM−EDS(透過型電子顕微鏡)による有色成型体の断面のSi分布を示す写真であり、図6は、TEM−EDSによる有色成型体の断面のO分布を示す写真である。有色成型体のSi分布及びO分布より、微細周期構造の有色部には、Siが析出し、Oが欠損したSiやSiOの部分が存在することが分かる。これは、PHPS(パーヒドロポリシラザン)が、HOとの反応によりSiOに転化する際、短パルスレーザでの加工による急激なエネルギ反応により、HO由来のOが不足した結果、SiやSiOが析出したものと考えられる。下記化学式(1)に、PHPSが、HOとの反応によりSiOに転化する転化反応を示し、下記化学式(2)及び化学式(3)に、PHPSが、短パルスレーザによりそれぞれSi及びSiOに転化する転化反応を示す。
-(SiHNH)- + 2HO → SiO + NH + 2H (1)
-(SiHNH)- + E → Si + NH (2)
-(SiHNH)- + E + HO → SiO + NH + H (3)
FIG. 5 is a photograph showing the Si distribution in the cross section of the colored molded body by TEM-EDS (transmission electron microscope), and FIG. 6 is a photograph showing the O distribution in the cross section of the colored molded body by TEM-EDS. From the Si distribution and the O distribution of the colored molded body, it can be seen that in the colored portion of the fine periodic structure, Si precipitates and O or missing Si or SiO portions exist. This is a result of PHPS (perhydropolysilazane) is, when converted to SiO 2 by reaction with H 2 O, by rapid energy reactions due to processing in a short pulse laser, O from H 2 O is insufficient, Si And SiO are considered to have precipitated. The following chemical formula (1) shows a conversion reaction in which PHPS is converted to SiO 2 by reaction with H 2 O. In the following chemical formula (2) and chemical formula (3), PHPS is converted into Si and SiO by a short pulse laser, respectively. Shows the conversion reaction to convert to.
-(SiH 2 NH)-+ 2H 2 O → SiO 2 + NH 3 + 2H 2 (1)
-(SiH 2 NH)-+ E → Si + NH 3 (2)
- (SiH 2 NH) - + E + H 2 O → SiO + NH 3 + H 2 (3)

本実施の形態では、酸化処理により有色部のSiやSiOをSiOに反応させ、有色部を無色にする。下記化学式(4)及び化学式(5)に、それぞれSi及びSiOの酸化反応を示す。
Si + O → SiO (4)
2SiO + O → 2SiO (5)
In the present embodiment, colored portions of Si or SiO are reacted with SiO 2 by oxidation treatment to make the colored portions colorless. The following chemical formula (4) and chemical formula (5) show the oxidation reaction of Si and SiO, respectively.
Si + O 2 → SiO 2 (4)
2SiO + O 2 → 2SiO 2 (5)

本実施の形態では、前述した酸化処理の中でも、簡便なアニール処理が好ましく用いられる。アニール処理の温度は、SiOに転化する条件であればよく、好ましくは200℃以上1600℃以下、より好ましくは300℃以上550℃以下である。過剰に高温にすると、ヒビ割れの原因となってしまう。また、冷却の際は徐冷を行うことが好ましい。急激な冷却を行うと、ヒビ割れが生じてしまうことがある。 In the present embodiment, simple annealing treatment is preferably used among the above-described oxidation treatments. The temperature of the annealing treatment may be a condition that converts to SiO 2 , and is preferably 200 ° C. or higher and 1600 ° C. or lower, more preferably 300 ° C. or higher and 550 ° C. or lower. An excessively high temperature will cause cracks. Moreover, it is preferable to perform slow cooling when cooling. Cracks may occur if the cooling is performed rapidly.

また、アニール処理は、酸素雰囲気下で行うことが好ましい。これにより、確実に有色部を無色にすることができる。なお、酸素が存在しない雰囲気下でも、有色部が透明になることがあるが、これは、加工した微細周期構造中に酸素原子・酸素分子が独立して存在することがあるからである。   Further, the annealing treatment is preferably performed in an oxygen atmosphere. Thereby, a colored part can be made colorless. Note that the colored portion may become transparent even in an atmosphere in which oxygen does not exist, because oxygen atoms and oxygen molecules may exist independently in the processed fine periodic structure.

このようにガラス前駆体に短パルスレーザを照射して作製した微細周期構造をアニール処理することにより、有色部を無色にすることができる。また、微細周期構造を有する成形体の緻密性を向上させ、耐熱性や透光性を向上させることができる。   The colored portion can be made colorless by annealing the fine periodic structure produced by irradiating the glass precursor with a short pulse laser. Moreover, the compactness of the molded body having a fine periodic structure can be improved, and heat resistance and translucency can be improved.

本実施の形態における微細加工方法によれば、リソグラフィなどの複雑なプロセスではなく、短パルスレーザの照射という簡便なプロセスで、表面にナノ周期構造を形成することができる。また、常温常圧下で加工できるため、大面積対象物や自由曲面対象物に加工することができる。さらに、微細周期構造を有する構造体の透明性が向上するため、多様な分野への応用が可能となる。   According to the microfabrication method in the present embodiment, a nano-periodic structure can be formed on the surface by a simple process such as irradiation with a short pulse laser instead of a complicated process such as lithography. Moreover, since it can process under normal temperature and normal pressure, it can process into a large area target object and a free-form surface target object. Furthermore, since the transparency of a structure having a fine periodic structure is improved, it can be applied to various fields.

<2.構造体>
次に、前述した微細加工方法により周期構造が形成された構造体について説明する。本実施の形態における構造体は、表面に、ピッチ幅50〜1000nm及び深さ10〜1000nmの線状の突起、又は点状の突起を周期的に有するものである。また。このような凹凸形状は、ピッチ、角度の両者に適度なゆらぎをもつため、例えば干渉光の発生を抑えることが可能となる。
<2. Structure>
Next, a structure in which a periodic structure is formed by the fine processing method described above will be described. The structure body in this embodiment periodically has linear protrusions or dot-like protrusions with a pitch width of 50 to 1000 nm and a depth of 10 to 1000 nm on the surface. Also. Since such a concavo-convex shape has moderate fluctuations in both pitch and angle, for example, generation of interference light can be suppressed.

特に好ましくは、基材11としてシリカ(SiO)を用い、ガラス前駆体12としてシリカに転化するパーヒドロポリシラザンを用いることにより、従来よりも簡便にガラス表面へ周期構造を形成することができる。また、周期構造が形成された構造体は、可視光の波長域に相当する300nm〜800nmの範囲に亘って、1%以下の反射率を実現することができる。このため、自動車のフロントガラス、太陽熱発電の熱吸収管の表面ガラス、反射防止機能を有する光学部品などに適用することができる。 Particularly preferably, by using silica (SiO 2 ) as the base material 11 and perhydropolysilazane converted to silica as the glass precursor 12, a periodic structure can be formed on the glass surface more easily than in the past. In addition, the structure in which the periodic structure is formed can realize a reflectance of 1% or less over a range of 300 nm to 800 nm corresponding to the wavelength range of visible light. Therefore, the present invention can be applied to a windshield of an automobile, a surface glass of a heat absorption tube of solar thermal power generation, an optical component having an antireflection function, and the like.

例えば自動車のフロントガラスに応用する場合、表面に周期構造を形成することで水との接触角を向上させることができ、90度以上、より好ましくは110度以上130度以下とすることにより、優れた撥水性を得ることができる。また、周期構造の深さを適切に変えることにより、水や油との接触角を低下させることができ、30度以下、より好ましくは15度以下とすることにより、優れた親水性を得ることができる。また、周期構造のピッチ幅を350nm以下とすることにより、可視光線に対して反射防止機能を付与することができる。   For example, when applied to a windshield of an automobile, the contact angle with water can be improved by forming a periodic structure on the surface, and it is excellent by being 90 degrees or more, more preferably 110 degrees or more and 130 degrees or less. High water repellency can be obtained. Further, by appropriately changing the depth of the periodic structure, the contact angle with water or oil can be reduced, and excellent hydrophilicity can be obtained by setting it to 30 degrees or less, more preferably 15 degrees or less. Can do. Further, by setting the pitch width of the periodic structure to 350 nm or less, an antireflection function can be imparted to visible light.

また、例えば薄膜型の太陽光発電の基板ガラスに応用する場合、ピッチ0.5μm程度の微細格子を持つ周期構造を形成することにより、太陽光線のピーク波長である0.5μm付近の光を効率良く吸収することができる。   For example, when applying to a substrate glass of a thin film type photovoltaic power generation, by forming a periodic structure having a fine grating with a pitch of about 0.5 μm, light near 0.5 μm which is the peak wavelength of sunlight is efficiently used. Can absorb well.

また、例えば反射防止機能を有する光学部品に応用する場合、入射光の波長よりも短い周期の構造を形成することにより、反射防止機能を付与することができるとともに、その周期の適度な揺らぎにより、干渉色の発生を抑えることができる。   In addition, for example, when applied to an optical component having an antireflection function, an antireflection function can be imparted by forming a structure having a period shorter than the wavelength of incident light, and an appropriate fluctuation of the period, Generation of interference colors can be suppressed.

また、例えば太陽熱発電の熱吸収管の表面ガラスに応用する場合、可視光の波長域の反射率が低いため、優れた熱吸収性能を得ることができる。また、熱に弱いUVインプリントによる表面形状形成手法に対し、優れた耐熱性を得ることができる。   For example, when applied to the surface glass of a heat absorption tube of solar thermal power generation, an excellent heat absorption performance can be obtained because the reflectance in the visible light wavelength region is low. Moreover, the outstanding heat resistance can be acquired with respect to the surface shape formation method by UV imprint weak to a heat | fever.

<3.実施例>
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。本実施例では、基材上にガラス前駆体を塗布し、短パルスレーザを照射して微細構造を形成してサンプルを作製し、サンプルの酸化処理として熱処理(アニール)を行った。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
<3. Example>
Examples of the present invention will be described in detail below. In this example, a glass precursor was applied on a substrate, a sample was prepared by irradiating a short pulse laser to form a microstructure, and heat treatment (annealing) was performed as an oxidation treatment of the sample. The present invention is not limited to these examples.

[各サンプルの評価]
各サンプルの全光線透過率は、ヘイズメータ(村上色彩技術研究所社製、HM-150)を使用し、JIS K 7136に準拠して測定した。また、各サンプルの反射率は、反射測定システム(日本分光(株)製、V-670)を使用し、波長が550nmのときを測定した。各サンプルの色味、及びヒビの有無は、目視にてサンプル表面を観察して評価した。
[Evaluation of each sample]
The total light transmittance of each sample was measured according to JIS K 7136 using a haze meter (Murakami Color Research Laboratory Co., Ltd., HM-150). Moreover, the reflectance of each sample was measured using a reflection measurement system (manufactured by JASCO Corporation, V-670) when the wavelength was 550 nm. The color of each sample and the presence or absence of cracks were evaluated by visually observing the sample surface.

[実施例1]
基材としてガラスを用い、ガラス前駆体としてパーヒドロポリシラザンを用いた。ガラス上にパーヒドロポリシラザンを塗布し、パーヒドロシラザン側から短パルスレーザを照射し、基材上に微細構造が形成されたサンプルを作製した。照射条件は、フルーエンス0.2J/cm、照射パルス数70、パルス幅200fs、周波数1kHz、波長390nm、ビームスポット300μm×120μmとした。
[Example 1]
Glass was used as the substrate, and perhydropolysilazane was used as the glass precursor. Perhydropolysilazane was coated on glass and irradiated with a short pulse laser from the perhydrosilazane side to prepare a sample in which a fine structure was formed on the substrate. The irradiation conditions were a fluence of 0.2 J / cm 2 , an irradiation pulse number of 70, a pulse width of 200 fs, a frequency of 1 kHz, a wavelength of 390 nm, and a beam spot of 300 μm × 120 μm.

実施例1のサンプルを室温で24時間乾燥させた後、大気雰囲気下で、600℃、1時間のアニール条件で、熱処理を行った。図7は、実施例1の熱処理の温度プロファイルを示す図である。大気雰囲気下で、室温から600℃まで60分間かけて昇温させ、600℃を1時間維持した後、放冷により室温まで降温させた。熱処理後のサンプルの全光線透過率は92.1%であり、反射率(550nm)は0.5%であった。また、サンプルの色味は透明であり、サンプルの表面にヒビ割れが確認された。   The sample of Example 1 was dried at room temperature for 24 hours, and then heat-treated in an air atmosphere at 600 ° C. for 1 hour under annealing conditions. FIG. 7 is a view showing a temperature profile of the heat treatment of Example 1. FIG. In an air atmosphere, the temperature was raised from room temperature to 600 ° C. over 60 minutes, maintained at 600 ° C. for 1 hour, and then allowed to cool to room temperature by cooling. The total light transmittance of the sample after the heat treatment was 92.1%, and the reflectance (550 nm) was 0.5%. Moreover, the color of the sample was transparent, and cracks were confirmed on the surface of the sample.

[実施例2]
大気雰囲気下で、550℃、2時間のアニール条件で、熱処理を行った以外は、実施例1同様にサンプル処理を行った。熱処理後のサンプルの全光線透過率は92.0%であり、反射率(550nm)は0.5%であった。また、サンプルの色味は透明であり、サンプルの表面にヒビ割れが確認された。
[Example 2]
Sample treatment was performed in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment was performed under the annealing conditions at 550 ° C. for 2 hours in the air atmosphere. The total light transmittance of the sample after the heat treatment was 92.0%, and the reflectance (550 nm) was 0.5%. Moreover, the color of the sample was transparent, and cracks were confirmed on the surface of the sample.

[実施例3]
大気雰囲気下で、550℃、1時間のアニール条件で、熱処理を行った以外は、実施例1同様にサンプル処理を行った。熱処理後のサンプルの全光線透過率は92.1%であり、反射率(550nm)は0.5%であった。また、サンプルの色味は透明であり、サンプルの表面にヒビ割れは確認されなかった。
[Example 3]
Sample treatment was performed in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment was performed under annealing conditions at 550 ° C. for 1 hour in an air atmosphere. The total light transmittance of the sample after the heat treatment was 92.1%, and the reflectance (550 nm) was 0.5%. Moreover, the color of the sample was transparent and no cracks were observed on the surface of the sample.

図8は、実施例3の熱処理前と熱処理後のサンプルを白紙上に載せたときの写真であり、図9は、実施例3の熱処理前と熱処理後のサンプルを黒紙上に載せたときの写真である。図8及び図9に示すように、熱処理前の茶色が熱処理により透明になった。   FIG. 8 is a photograph when the sample before and after heat treatment of Example 3 is placed on a white paper, and FIG. 9 is a photograph when the sample before and after heat treatment of Example 3 is placed on a black paper. It is a photograph. As shown in FIGS. 8 and 9, the brown color before the heat treatment became transparent by the heat treatment.

[実施例4]
大気雰囲気下で、500℃、2時間のアニール条件で、熱処理を行った以外は、実施例1同様にサンプル処理を行った。熱処理後のサンプルの全光線透過率は92.1%であり、反射率(550nm)は0.5%であった。また、サンプルの色味は透明であり、サンプルの表面にヒビ割れは確認されなかった。
[Example 4]
Sample treatment was performed in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment was performed under the annealing conditions at 500 ° C. for 2 hours in the air atmosphere. The total light transmittance of the sample after the heat treatment was 92.1%, and the reflectance (550 nm) was 0.5%. Moreover, the color of the sample was transparent and no cracks were observed on the surface of the sample.

[実施例5]
大気雰囲気下で、500℃、1時間のアニール条件で、熱処理を行った以外は、実施例1同様にサンプル処理を行った。熱処理後のサンプルの全光線透過率は92.1%であり、反射率(550nm)は0.5%であった。また、サンプルの色味は透明であり、サンプルの表面にヒビ割れは確認されなかった。
[Example 5]
Sample treatment was performed in the same manner as in Example 1 except that heat treatment was performed under the annealing conditions at 500 ° C. for 1 hour in the air atmosphere. The total light transmittance of the sample after the heat treatment was 92.1%, and the reflectance (550 nm) was 0.5%. Moreover, the color of the sample was transparent and no cracks were observed on the surface of the sample.

[実施例6]
大気雰囲気下で、400℃、2時間のアニール条件で、熱処理を行った以外は、実施例1同様にサンプル処理を行った。熱処理後のサンプルの全光線透過率は90.5%であり、反射率(550nm)は0.5%であった。また、サンプルの色味は薄茶色であり、サンプルの表面にヒビ割れは確認されなかった。
[Example 6]
The sample treatment was performed in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment was performed under the annealing conditions at 400 ° C. for 2 hours in the air atmosphere. The total light transmittance of the sample after the heat treatment was 90.5%, and the reflectance (550 nm) was 0.5%. Further, the sample had a light brown color, and no cracks were observed on the surface of the sample.

[実施例7]
大気雰囲気下で、300℃、2時間のアニール条件で、熱処理を行った以外は、実施例1同様にサンプル処理を行った。熱処理後のサンプルの全光線透過率は89.4%であり、反射率(550nm)は0.7%であった。また、サンプルの色味は薄茶色であり、サンプルの表面にヒビ割れは確認されなかった。
[Example 7]
Sample treatment was performed in the same manner as in Example 1 except that heat treatment was performed under the annealing conditions at 300 ° C. for 2 hours in the air atmosphere. The total light transmittance of the sample after the heat treatment was 89.4%, and the reflectance (550 nm) was 0.7%. Further, the sample had a light brown color, and no cracks were observed on the surface of the sample.

[比較例1]
窒素雰囲気下で、500℃、1時間のアニール条件で、熱処理を行った以外は、実施例1同様にサンプル処理を行った。熱処理後のサンプルの全光線透過率は88.5%であり、反射率(550nm)は0.7%であった。また、サンプルの色味は薄茶色であり、サンプルの表面にヒビ割れは確認されなかった。
[Comparative Example 1]
Sample treatment was performed in the same manner as in Example 1 except that heat treatment was performed under annealing conditions at 500 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. The total light transmittance of the sample after the heat treatment was 88.5%, and the reflectance (550 nm) was 0.7%. Further, the sample had a light brown color, and no cracks were observed on the surface of the sample.

図10は、比較例1の熱処理前と熱処理後のサンプルを黒紙上に載せたときの写真である。図10に示すように、雰囲気中に酸素が足りないため、熱処理前の茶色が熱処理により透明にならなかった。   FIG. 10 is a photograph of the sample of Comparative Example 1 before and after heat treatment placed on black paper. As shown in FIG. 10, the oxygen before the heat treatment did not become transparent due to the heat treatment because oxygen was insufficient in the atmosphere.

[比較例2]
熱処理を行わなかった以外は、実施例1同様にサンプル処理を行った。サンプルの全光線透過率は87.5%であり、反射率(550nm)は0.8%であった。また、サンプルの色味は茶色であり、サンプルの表面にヒビ割れは確認されなかった。
[Comparative Example 2]
Sample processing was performed in the same manner as in Example 1 except that heat treatment was not performed. The total light transmittance of the sample was 87.5%, and the reflectance (550 nm) was 0.8%. Further, the sample had a brown color, and no cracks were observed on the surface of the sample.

表1に、実施例1〜6、比較例1、2の評価結果を示す。   Table 1 shows the evaluation results of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2.

実施例1〜6に示すように、酸化処理を行うことにより、微細周期構造を維持した状態で表面の透明性を向上させることができることが分かった。また、実施例4〜7のように、アニール温度を300℃〜550℃とすることにより、表面のヒビを抑制することができることが分かった。   As shown in Examples 1 to 6, it was found that the surface transparency can be improved by performing the oxidation treatment while maintaining the fine periodic structure. Moreover, it turned out that the crack of a surface can be suppressed by making annealing temperature into 300 to 550 degreeC like Examples 4-7.

11 基材、12 ガラス前駆体、13 周期構造、20 レーザ本体、21 波長板、22 アパーチャー、23 シリンドリカルレンズ、24 リニアステージ、30 サンプル、101 金属材料

DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Base material, 12 Glass precursor, 13 Periodic structure, 20 Laser body, 21 Wavelength plate, 22 Aperture, 23 Cylindrical lens, 24 Linear stage, 30 Sample, 101 Metal material

Claims (6)

基材上に塗布されたポリシラザンであるガラス前駆体にパルス長が0.01ピコ秒〜5ピコ秒である短パルスレーザを照射する照射工程と、
前記照射工程により形成された微細な周期構造を酸化処理する酸化処理工程と
有する微細加工方法。
An irradiation step of irradiating a glass precursor that is polysilazane coated on a substrate with a short pulse laser having a pulse length of 0.01 picosecond to 5 picoseconds ;
Microfabrication method comprising an oxidation treatment step of oxidizing the fine periodic structure formed by the irradiation step.
前記基材が、ガラスである請求項記載の微細加工方法。 Wherein the substrate, the fine processing method according to claim 1 wherein the glass. 前記酸化処理が、熱処理である請求項1又は2記載の微細加工方法。 The oxidation treatment, fine processing method according to claim 1 or 2 wherein the heat treatment. 前記熱処理の温度が、300℃〜550℃である請求項記載の微細加工方法。 The fine processing method according to claim 3 , wherein a temperature of the heat treatment is 300 ° C. to 550 ° C. 前記熱処理が、酸素雰囲気下で行われる請求項3又記載の微細加工方法。 The heat treatment, according to claim 3 or 4 microfabrication methods described are carried out in an oxygen atmosphere. 基材上に塗布されたポリシラザンであるガラス前駆体にパルス長が0.01ピコ秒〜5ピコ秒である短パルスレーザを照射する照射工程と、An irradiation step of irradiating a glass precursor that is polysilazane coated on a substrate with a short pulse laser having a pulse length of 0.01 picosecond to 5 picoseconds;
前記照射工程により形成された微細な周期構造を酸化処理する酸化処理工程とAn oxidation treatment step of oxidizing the fine periodic structure formed by the irradiation step;
を有する周期構造体の製造方法。The manufacturing method of the periodic structure which has these.
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