JP2004018282A - 表面に微細なパターンを有する成形品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガラスなどの基板の表面に凹凸による微細なパターンが形成された成形品を製造する際に、その製造コストを引き下げることができる方法を提供する。
【解決手段】上型１及び下型２はともに平面状の型面を有している。下型２の上に薄板状の版材４が保持され、その上にガラスの成形素材３がセットされる。版材４の上面には、凹凸による微細な成形パターンが形成されている。上型１、下型２、版材４及び成形素材３を加熱して成形素材３を軟化させた後、上型１と下型２の間にプレス荷重を加えて、版材４の上面の成形パターンを成形素材３の下面に転写する。成形の繰り返しによって版材４の上面の成形パターンに損傷が生じた場合には、版材４のみを交換する。なお、版材を、成形素材３の上面あるいは上下両面に配置しても良い。
【選択図】 図１
【解決手段】上型１及び下型２はともに平面状の型面を有している。下型２の上に薄板状の版材４が保持され、その上にガラスの成形素材３がセットされる。版材４の上面には、凹凸による微細な成形パターンが形成されている。上型１、下型２、版材４及び成形素材３を加熱して成形素材３を軟化させた後、上型１と下型２の間にプレス荷重を加えて、版材４の上面の成形パターンを成形素材３の下面に転写する。成形の繰り返しによって版材４の上面の成形パターンに損傷が生じた場合には、版材４のみを交換する。なお、版材を、成形素材３の上面あるいは上下両面に配置しても良い。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばマイクロ流動チップのような、ガラスなどの基板の表面に凹凸による微細なパターンが形成された成形品の製造方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】
化学・医療分野で使用されるマイクロ流動チップやマイクロマシン用の部材として、一辺が数１０μｍ〜数１０ｍｍ程度のガラス板の表面に、高さ（深さ）が数１０ｎｍ〜数１００μｍ程度の凹凸による微細なパターンが形成された製品が使用されている。
【０００３】
そのような製品を製造する方法の一つに、ガラスのプレス成形がある。ガラスのプレス成形では、一対の型の間に成形素材を配置し、型及び成形素材を加熱して成形素材を軟化させた後、型の間にプレス荷重を加え、型面に形成されている成形パターンを成形素材の表面に転写する。
【０００４】
ガラス成形用の型の材料としては、一般的に、超硬合金やセラミックスなどが使用されている。また、石英ガラスのような軟化点の高い材料を成形する場合には、型の材料としてガラス状カーボンが使用される。ガラス状カーボンは、高温強度を備えるとともに、ガラスに対する離型性にも優れている。ガラス状カーボン製の型の表面に微細な成形パターンを形成する場合には、型面を機械加工である程度の形状まで仕上げた後、半導体製造プロセスで使用されているフォトリソグラフィによりエッチングを施すことができる。
【０００５】
ガラス状カーボン製の型を使用した場合、機械的強度が比較的低いので、繰り返し使用すると、比較的少ない回数で型面に摩耗や破損などにより損傷が生ずる。従って、型の交換に伴うランニングコストが高く、その結果、成形品の製造コストが高くなると言う問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ガラスなど基板の表面に凹凸による微細なパターンが形成された成形品を製造する際の上記のような問題点に鑑み成されたもので、本発明の目的は、そのような成形品の製造コストを引き下げることができる製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の製造方法は、
一対の型の間に成形素材を配置し、型及び成形素材を加熱した後、型を用いて成形素材をプレス成形して表面に微細なパターンを有する成形品を製造する方法において、
成形素材の片面または両面に接して、成形素材との接触面に成形パターンが形成された薄板状の版材を重ね、成形素材を前記版材とともに一対の型の間でプレスすることにより、前記成形パターンを成形素材の表面に転写することを特徴とする。
【０００８】
本発明の方法によれば、薄板状の版材の表面に微細な成形パターンを形成しているので、成形の繰り返しに伴い成形パターンに損傷が生じた時には、前記版材のみを交換すれば良い。従って、型の本体は交換することなく長期間使用することができる。また、薄板状の版材の表面に微細な成形パターンを形成しているので、型の本体の表面に微細な成形パターンを形成する場合と比較して加工が容易であり、加工に要するコストが低い。以上の結果、微細なパターンを有する成形品を製造する際のランニングコストを低く抑えることができる。
【０００９】
例えば、前記一対の型は平面状の型面を有し、前記薄板状の版材は成形素材との接触面に成形パターンが形成された平板である。
【００１０】
例えば、前記薄板状の版材の表面にエッチングにより微細な成形パターンを形成することができる。
【００１１】
その場合、好ましくは、先ず、その表面にエッチングにより微細な成形パターンが複数個配列された原板を製作し、次いで、この原板を各成形パターン毎に切り分けることによって前記薄板状の版材とする。
【００１２】
なお、石英ガラスを成形する場合、好ましくは、前記薄板状の版材としてガラス状カーボン製の版材を使用する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明による製造方法の一例を示す。上型１及び下型２は、ともに平面状の型面を有している。下型２の上に薄板状の版材４が保持され、その上にガラスの成形素材３がセットされる。版材４の上面には、凹凸による微細な成形パターンが形成されている。上型１、下型２、版材４及び成形素材３をガラス転移点以上の温度に加熱して成形素材３を軟化させた後、上型１と下型２の間にプレス荷重を加える。これによって、版材４の上面に形成されている成形パターンが成形素材３の下面に転写される。
【００１４】
成形素材３が石英ガラスの場合、版材４としてガラス状カーボン製の薄板を使用することができる。例えば、石英ガラス製の電気泳動チップ（３０ｍｍＸ１０ｍｍＸ１ｍｍ）を製造する場合の成形条件は、成形温度：１３５０〜１４５０℃、プレス力：１〜５Ｎ、プレス時間：３０〜１２０秒程度である。
【００１５】
図２に、本発明による製造方法の他の例を示す。この例では、成形素材３の上に薄板状の版材５がセットされる。版材５の下面には、凹凸による微細な成形パターンが形成されている。この場合には、成形素材３の上面に成形パターンが転写される。
【００１６】
図３に、本発明による製造方法の他の例を示す。この例では、成形素材３の上下にそれぞれ薄板状の版材６、７がセットされる。版材６の下面及び版材７の上面には、それぞれ、凹凸による微細な成形パターンが形成されている。このようにすれば、成形素材３の上下の両面に成形パターンを転写することができる。
【００１７】
次に、薄板状の版材の製作方法の例について説明する。転写される凹凸による微細なパターンの高さ（深さ）が１００μｍ程度であれば、版材の厚さとしては数１００μｍ程度あれば十分である。そのような場合、成形パターンの形成に、半導体製造プロセスで使用されているフォトリソグラフィを適用することができる。フォトリソグラフィによりエッチングを行うことによって、一枚のウエハに同一パターンを一度に多数形成することができる。また、複数のウエハ（例えば、１ロット２５枚）を連続的に同一条件で処理することができる。従って、このようにして処理されたウエハを分割して薄板状の版材とすることによって、多数の版材を低コストで生産することができる。
【００１８】
図４に、そのようなウエハの例を示す。この例では、ウエハ８は、ガラス状カーボン製の４インチ・ウエハであり、その表面に、電気泳動チップ用のパターン９（３０ｍｍＸ１０ｍｍＸ１ｍｍ）が１６個配列されている。電気泳動チップ用のパターン９は、ウエハ８の上にフォトレジストをコーテングし、露光、現像した後、ドライエッチングを行うことによって形成される。パターン９の形成後、ダイシングを行い１６個の版材に分割する。
【００１９】
本発明による製造方法によれば、型の損傷、即ち版材の交換に伴うランニングコストを低く抑えることができる。従って、凹凸による微細なパターンが形成された成形品を製造する際に、その製造コストを大幅に引き下げることができる。
【００２０】
なお、薄板状の版材の材料としては、好ましくは、ガラス状カーボンを使用する。但し、ガラスとの融着がなく、高温での強度・硬度等を持ち、フォトリソグラフィが適用できるものであれば、他の材料であっても良い。
【００２１】
上下の型１、２の素材としては、ガラスと密着する部分については、ガラスとの融着がないこと及び高温強度を有することが要求されるが、ガラスと直接接触しない部分については、高温強度を備えていれば良い。そのような部分の材料としては、例えば、超硬合金やモリブデンなどがある。
【００２２】
また、上記の方法を用いて、光学ガラスや石英ガラスの他に、セラミックス（ＺｎＳ、サファイヤ、ルビー等）を成形することもできる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、ガラスなど基板の表面に凹凸による微細なパターンを精度良く形成することができる。また、成形の繰り返しに伴い成形パターンに損傷が生じたときには、薄板状の版材のみを交換すれば良く、型の本体は交換することなく長期間使用することができる。更に、薄板状の版材の表面に微細な成形パターンを形成するので、型の本体の表面に成形パターンを形成する場合と比較して加工が容易であり、加工に要するコストが低い。以上の結果、表面に微細なパターンを有する成形品を製造する際のランニングコストを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による製造方法の一例を示す図。
【図２】本発明による製造方法の他の例を示す図。
【図３】本発明による製造方法の他の例を示す図。
【図４】本発明による製造方法で使用される薄板状の版材の作製方法について説明する図。
【符号の説明】
１・・・上型、
２・・・下型、
３・・・成形素材、
４、５、６、７・・・版材、
８・・・ウエハ、
９・・・成形パターン。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばマイクロ流動チップのような、ガラスなどの基板の表面に凹凸による微細なパターンが形成された成形品の製造方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】
化学・医療分野で使用されるマイクロ流動チップやマイクロマシン用の部材として、一辺が数１０μｍ〜数１０ｍｍ程度のガラス板の表面に、高さ（深さ）が数１０ｎｍ〜数１００μｍ程度の凹凸による微細なパターンが形成された製品が使用されている。
【０００３】
そのような製品を製造する方法の一つに、ガラスのプレス成形がある。ガラスのプレス成形では、一対の型の間に成形素材を配置し、型及び成形素材を加熱して成形素材を軟化させた後、型の間にプレス荷重を加え、型面に形成されている成形パターンを成形素材の表面に転写する。
【０００４】
ガラス成形用の型の材料としては、一般的に、超硬合金やセラミックスなどが使用されている。また、石英ガラスのような軟化点の高い材料を成形する場合には、型の材料としてガラス状カーボンが使用される。ガラス状カーボンは、高温強度を備えるとともに、ガラスに対する離型性にも優れている。ガラス状カーボン製の型の表面に微細な成形パターンを形成する場合には、型面を機械加工である程度の形状まで仕上げた後、半導体製造プロセスで使用されているフォトリソグラフィによりエッチングを施すことができる。
【０００５】
ガラス状カーボン製の型を使用した場合、機械的強度が比較的低いので、繰り返し使用すると、比較的少ない回数で型面に摩耗や破損などにより損傷が生ずる。従って、型の交換に伴うランニングコストが高く、その結果、成形品の製造コストが高くなると言う問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ガラスなど基板の表面に凹凸による微細なパターンが形成された成形品を製造する際の上記のような問題点に鑑み成されたもので、本発明の目的は、そのような成形品の製造コストを引き下げることができる製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の製造方法は、
一対の型の間に成形素材を配置し、型及び成形素材を加熱した後、型を用いて成形素材をプレス成形して表面に微細なパターンを有する成形品を製造する方法において、
成形素材の片面または両面に接して、成形素材との接触面に成形パターンが形成された薄板状の版材を重ね、成形素材を前記版材とともに一対の型の間でプレスすることにより、前記成形パターンを成形素材の表面に転写することを特徴とする。
【０００８】
本発明の方法によれば、薄板状の版材の表面に微細な成形パターンを形成しているので、成形の繰り返しに伴い成形パターンに損傷が生じた時には、前記版材のみを交換すれば良い。従って、型の本体は交換することなく長期間使用することができる。また、薄板状の版材の表面に微細な成形パターンを形成しているので、型の本体の表面に微細な成形パターンを形成する場合と比較して加工が容易であり、加工に要するコストが低い。以上の結果、微細なパターンを有する成形品を製造する際のランニングコストを低く抑えることができる。
【０００９】
例えば、前記一対の型は平面状の型面を有し、前記薄板状の版材は成形素材との接触面に成形パターンが形成された平板である。
【００１０】
例えば、前記薄板状の版材の表面にエッチングにより微細な成形パターンを形成することができる。
【００１１】
その場合、好ましくは、先ず、その表面にエッチングにより微細な成形パターンが複数個配列された原板を製作し、次いで、この原板を各成形パターン毎に切り分けることによって前記薄板状の版材とする。
【００１２】
なお、石英ガラスを成形する場合、好ましくは、前記薄板状の版材としてガラス状カーボン製の版材を使用する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明による製造方法の一例を示す。上型１及び下型２は、ともに平面状の型面を有している。下型２の上に薄板状の版材４が保持され、その上にガラスの成形素材３がセットされる。版材４の上面には、凹凸による微細な成形パターンが形成されている。上型１、下型２、版材４及び成形素材３をガラス転移点以上の温度に加熱して成形素材３を軟化させた後、上型１と下型２の間にプレス荷重を加える。これによって、版材４の上面に形成されている成形パターンが成形素材３の下面に転写される。
【００１４】
成形素材３が石英ガラスの場合、版材４としてガラス状カーボン製の薄板を使用することができる。例えば、石英ガラス製の電気泳動チップ（３０ｍｍＸ１０ｍｍＸ１ｍｍ）を製造する場合の成形条件は、成形温度：１３５０〜１４５０℃、プレス力：１〜５Ｎ、プレス時間：３０〜１２０秒程度である。
【００１５】
図２に、本発明による製造方法の他の例を示す。この例では、成形素材３の上に薄板状の版材５がセットされる。版材５の下面には、凹凸による微細な成形パターンが形成されている。この場合には、成形素材３の上面に成形パターンが転写される。
【００１６】
図３に、本発明による製造方法の他の例を示す。この例では、成形素材３の上下にそれぞれ薄板状の版材６、７がセットされる。版材６の下面及び版材７の上面には、それぞれ、凹凸による微細な成形パターンが形成されている。このようにすれば、成形素材３の上下の両面に成形パターンを転写することができる。
【００１７】
次に、薄板状の版材の製作方法の例について説明する。転写される凹凸による微細なパターンの高さ（深さ）が１００μｍ程度であれば、版材の厚さとしては数１００μｍ程度あれば十分である。そのような場合、成形パターンの形成に、半導体製造プロセスで使用されているフォトリソグラフィを適用することができる。フォトリソグラフィによりエッチングを行うことによって、一枚のウエハに同一パターンを一度に多数形成することができる。また、複数のウエハ（例えば、１ロット２５枚）を連続的に同一条件で処理することができる。従って、このようにして処理されたウエハを分割して薄板状の版材とすることによって、多数の版材を低コストで生産することができる。
【００１８】
図４に、そのようなウエハの例を示す。この例では、ウエハ８は、ガラス状カーボン製の４インチ・ウエハであり、その表面に、電気泳動チップ用のパターン９（３０ｍｍＸ１０ｍｍＸ１ｍｍ）が１６個配列されている。電気泳動チップ用のパターン９は、ウエハ８の上にフォトレジストをコーテングし、露光、現像した後、ドライエッチングを行うことによって形成される。パターン９の形成後、ダイシングを行い１６個の版材に分割する。
【００１９】
本発明による製造方法によれば、型の損傷、即ち版材の交換に伴うランニングコストを低く抑えることができる。従って、凹凸による微細なパターンが形成された成形品を製造する際に、その製造コストを大幅に引き下げることができる。
【００２０】
なお、薄板状の版材の材料としては、好ましくは、ガラス状カーボンを使用する。但し、ガラスとの融着がなく、高温での強度・硬度等を持ち、フォトリソグラフィが適用できるものであれば、他の材料であっても良い。
【００２１】
上下の型１、２の素材としては、ガラスと密着する部分については、ガラスとの融着がないこと及び高温強度を有することが要求されるが、ガラスと直接接触しない部分については、高温強度を備えていれば良い。そのような部分の材料としては、例えば、超硬合金やモリブデンなどがある。
【００２２】
また、上記の方法を用いて、光学ガラスや石英ガラスの他に、セラミックス（ＺｎＳ、サファイヤ、ルビー等）を成形することもできる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、ガラスなど基板の表面に凹凸による微細なパターンを精度良く形成することができる。また、成形の繰り返しに伴い成形パターンに損傷が生じたときには、薄板状の版材のみを交換すれば良く、型の本体は交換することなく長期間使用することができる。更に、薄板状の版材の表面に微細な成形パターンを形成するので、型の本体の表面に成形パターンを形成する場合と比較して加工が容易であり、加工に要するコストが低い。以上の結果、表面に微細なパターンを有する成形品を製造する際のランニングコストを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による製造方法の一例を示す図。
【図２】本発明による製造方法の他の例を示す図。
【図３】本発明による製造方法の他の例を示す図。
【図４】本発明による製造方法で使用される薄板状の版材の作製方法について説明する図。
【符号の説明】
１・・・上型、
２・・・下型、
３・・・成形素材、
４、５、６、７・・・版材、
８・・・ウエハ、
９・・・成形パターン。
Claims (5)
- 一対の型の間に成形素材を配置し、型及び成形素材を加熱した後、型を用いて成形素材をプレス成形して表面に微細なパターンを有する成形品を製造する方法において、
成形素材の片面または両面に接して、成形素材との接触面に成形パターンが形成された薄板状の版材を重ね、成形素材を前記版材とともに一対の型の間でプレスすることにより、前記成形パターンを成形素材の表面に転写することを特徴とする表面に微細なパターンを有する成形品の製造方法。 - 前記一対の型は平面状の型面を有し、前記薄板状の版材は成形素材との接触面に成形パターンが形成された平板であることを特徴とする請求項１に記載の表面に微細なパターンを有する成形品の製造方法。
- 前記薄板状の版材は、成形素材との接触面にエッチングにより成形パターンが形成されていることを特徴とする請求項２に記載の表面に微細なパターンを有する成形品の製造方法。
- 前記薄板状の版材は、その表面にエッチングにより成形パターンが複数個配列された原板を、各成形パターン毎に切り分けることによって得られたものであることを特徴とする請求項３に記載の表面に微細なパターンを有する成形品の製造方法。
- 前記成形素材は石英ガラス製であり、前記薄板状の版材はガラス状カーボン製であることを特徴とする請求項３に記載の表面に微細なパターンを有する成形品の製造方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002172739A JP4718097B2 (ja) | 2002-06-13 | 2002-06-13 | 表面に微細なパターンを有する成形品の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004018282A true JP2004018282A (ja) | 2004-01-22 |
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ID=31172216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002172739A Expired - Lifetime JP4718097B2 (ja) | 2002-06-13 | 2002-06-13 | 表面に微細なパターンを有する成形品の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100817212B1 (ko) | 2007-08-07 | 2008-03-27 | 정 림 곽 | 판유리의 성형방법 |
| WO2008062643A1 (fr) * | 2006-11-22 | 2008-05-29 | Tokyo Electron Limited | Procédé et appareil pour la perforation d'un substrat en verre |
| FR2953504A1 (fr) * | 2009-12-03 | 2011-06-10 | Saint Gobain | Procede de fabrication d'un dispositif microfluidique. |
| CN111116019A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-05-08 | 安庆市晶科电子有限公司 | 一种电子器件外壳热弯加工工艺 |
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-
2002
- 2002-06-13 JP JP2002172739A patent/JP4718097B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
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| JPH10337734A (ja) * | 1997-06-06 | 1998-12-22 | Hoya Corp | 成形型およびその製造方法 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4718097B2 (ja) | 2011-07-06 |
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