JP2006116881A

JP2006116881A - 蓋

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Publication number: JP2006116881A
Application number: JP2004309038A
Authority: JP
Inventors: Yasumasa Uchima; 安允内間; Takahide Maguchi; 挙秀間口
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2004-10-25
Filing date: 2004-10-25
Publication date: 2006-05-11

Abstract

【課題】成型用鋳型の上面に施蓋するための蓋であって、薄いポリマーシートを成形する際、プレポリマー原料を無駄にせず、気泡が混入する危険性が低く、しかも、成形後にポリマーシートのハンドリング治具としても使用できるを容易に鋳型から剥離することができる蓋を提供する。
【解決手段】ポリマーシート成型用鋳型の上面に施蓋するための蓋であって、着脱可能な厚板シートと、薄板シートとからなり、前記薄板シートは、支持基板と、該支持基板の一方の面側のポリジメチルシロキサンからなる薄膜と、該ポリジメチルシロキサン薄膜上に形成された離型膜とからなる一体構造を有し、前記厚板シートと薄板シートは同じ位置に少なくとも１個の貫通孔を有することを特徴とする蓋。
【選択図】図１

Description

本発明は鋳型にプレポリマーを注入してポリマーシートを作製する際、鋳型上面に被せるための蓋（クロージャー）に関する。更に詳細には、本発明は鋳型にプレポリマーを注入してポリマーシートを作製する際、鋳型上面に被せるための蓋として使用できるばかりか、プレポリマー硬化後に鋳型からポリマーシートを離型させ、対面基板に貼り合わせるためのハンドリング治具としても使用できる蓋に関する。

最近、マイクロスケール・トータル・アナリシス・システムズ（μＴＡＳ）又はラブ・オン・チップ(Lab-on-Chip)などの名称で知られるように、基板内に所定の形状の流路を構成するマイクロチャネル及びポートなどの微細構造を設け、該微細構造内で物質の化学反応、合成、精製、抽出、生成及び／又は分析など各種の操作を行うことが提案され、一部実用化されている。このような目的のために製作された、基板内にマイクロチャネル及びポートなどの微細構造を有する構造物は総称して「マイクロ流体チップ」と呼ばれる。

マイクロ流体チップは遺伝子解析、臨床診断、薬物スクリーニング及び環境モニタリングなどの幅広い用途に使用できる。常用サイズの同種の装置に比べて、マイクロ流体チップは(1)サンプル及び試薬の使用量が著しく少ない、(2)分析時間が短い、(3)感度が高い、(4)現場に携帯し、その場で分析できる、及び(5)使い捨てできるなどの利点を有する。

従来のマイクロ流体チップの材質や構造は例えば、特許文献１などに提案されている。従来のマイクロ流体チップ１００は、例えば、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、ポリマーシート（例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ））などの基板１０１に少なくとも１本のマイクロチャネル（微細流路）１０２が形成されており、このマイクロチャネル１０２の両端には入出力ポート１０３，１０４が形成されており、基板１０１の下面側に透明又は不透明な素材（例えば、ガラス又は合成樹脂フィルム）からなる対面基板１０５が接着されている。この対面基板１０５の存在により、ポート１０３，１０４及びマイクロチャネル１０２の底部が封止される。

入出力ポート１０３，１０４の主な用途は、(イ)薬液やサンプルの注入（分注）、(ロ)廃液や生成物の取り出し、(ハ)気体圧力の供給（主に、送液のための正圧や負圧の印加）、(ニ)大気開放（送液時に発生する内圧の分散や、反応で生じたガスの解放）、及び(ホ)密閉（液体の蒸発防止や故意に内圧を発生させる目的のため）などである。

図３（Ａ）及び（Ｂ）に示されるような従来のマイクロ流体チップの製造方法の一例は非特許文献１に記載されている。例えば、図４のステップ（ａ）において、常用の光リソグラフィー法によりシリコンウエハ１１０上に形成されたレジストパターン１１２を有するマスター（鋳型）１１４をアルミニウム製の平坦な支持台１１６上に載置する。この際、マスター１１４とアルミ支持台１１６との間に大きめの薄膜フィルム１１８を介在させることが好ましい。マスター１１４の上部からＰＤＭＳプレポリマー混合液１２０を注ぎ入れる。薄膜フィルム１１８は注入されたＰＤＭＳプレポリマー混合液１２０が外部に溢れ出たときに下部のアルミ支持台１１６がＰＤＭＳプレポリマーにより汚染されることを防止するために有用である。ステップ（ｂ）において、ＰＤＭＳプレポリマー混合液１２０の上部から、厚さ２５０μｍのポリカーボネート薄膜フィルム１２２とガラス板１２４とからなるカバー（蓋）１２６を被せる。この際、ポリカーボネート薄膜フィルム１２２がマスター１１４のレジストパターン１１２の上面に接触するまで、ガラス板１２４の上部から指などでカバー１２６を押し下げ、次いで、カバー１２６を横方向にスムーズにスライドさせ、レジストパターン１１２とカバー１２６との間に残っているＰＤＭＳプレポリマー混合液１２０を周囲に溢れ出させる。その後、ステップ（ｃ）において、この組立体をホットプレート１２８上に載置し、２．５ｋｇの重り１３０をガラス板１２４の上面に載せ、８５℃で３時間加熱し、ＰＤＭＳプレポリマー混合液１２０を硬化させる。硬化が完了し、常温にまで放冷させた後、ステップ（ｄ）において、先ず、重り１３０とガラス板１２４を取り除き、次いで、ポリカーボネート薄膜フィルム１２２を剥離した後、ＰＤＭＳレプリカ１３２をマスター１１４から離型し、レプリカの周囲の不要部分をトリミングし、ＰＤＭＳ基板１０１を得る。最後に、ステップ（ｅ）において、ＰＤＭＳ基板１０１を対面基板１０５に貼り合わせ、マイクロ流体チップ１００を完成させる。この方法において、ポリカーボネート薄膜フィルム１２２の使用は必須要件ではないが、使用すると、ＰＤＭＳレプリカ１３２の上面の平坦性を保つのに有効である。

図４に示された従来の方法では、次のような欠点がある。すなわち、(a)マスター１１４から溢れ出るほど十分な量のＰＤＭＳプレポリマー混合液１２０を使用しなければならず、高価なＰＤＭＳプレポリマー混合液原料が浪費され、極めて不経済であるばかりか、ＰＤＭＳプレポリマー混合液１２０が硬化した後、周辺の不要部分をトリミングしなければならず、作業工程が増えるという欠点がある。(b)更に、ＰＤＭＳプレポリマー混合液１２０にカバー（蓋）１２６を被せる際に、カバー１２６とＰＤＭＳプレポリマー混合液１２０との間に空気の気泡が取り込まれ、製品不良を起こすことがあるので、カバー１２６をＰＤＭＳプレポリマー混合液１２０上部に被せる際には極めて慎重な操作が求められる。(c)また、硬化成形されたＰＤＭＳレプリカ１３２をマスター（鋳型）１１４から離型し、対面基板１０５に貼り合わせる際、ＰＤＭＳレプリカ１３２が２００μｍ以下の非常に薄い薄膜状の場合、マスター（鋳型）１１４から剥離する時にＰＤＭＳレプリカ１３２が破れたりすることが多々あった。また、仮に、上手く剥がせ、かつ、トリミングが完了してＰＤＭＳ基板１０１が得られたとしても、対面基板１０５に貼り付ける際に、ＰＤＭＳ基板１０１に生じた皺が原因で対面基板１０５との貼り合わせに失敗することが多々あった。

特開２００１−１５７８５５号公報 David Juncker et. al., "Soft and rigid two-level microfluidic networks for patterning surfaces", Journal of Micromechanics and Microengineering, 11 (2001), 532-541

従って、本発明の目的は、成型用鋳型の上面に施蓋するための蓋であって、薄いポリマーシートを成形する際、プレポリマー原料を無駄にせず、気泡が混入する危険性が低く、しかも、成形後にポリマーシートのハンドリング治具としても使用できるを容易に鋳型から剥離することができる蓋を提供することである。

前記課題を解決するための請求項１の手段は、ポリマーシート成型用鋳型の上面に施蓋するための蓋であって、着脱可能な厚板シートと、薄板シートとからなり、前記薄板シートは、支持基板と、該支持基板の一方の面側のポリジメチルシロキサンからなる薄膜と、該ポリジメチルシロキサン薄膜上に形成された離型膜とからなる一体構造を有し、前記厚板シートと薄板シートは同じ位置に少なくとも１個の貫通孔を有することを特徴とする。

本発明の蓋はポリマーシート成型用鋳型を密閉するように施蓋されるので、蓋が薄板シートだけからなる場合、薄板シートの随所に撓みによる凹み部分が生じたり、ＰＤＭＳプレポリマー混合物を貫通孔から型内に注入すると型内の圧力が増大し、薄板シートが膨大してしまう。従って、薄板シートの撓みや、ＰＤＭＳプレポリマー混合物注入時の薄板シートの膨大を防ぐために、薄板シート上面に厚板シートを積重させておかなければならない。ＰＤＭＳポリマーシートが形成した後、ポリマーシートを鋳型から剥離するためにハンドリングする際、厚板シートはハンドリング作業性を低下させるので薄板シートから分離し、薄板シートだけでポリマーシートをハンドリングすると、鋳型からポリマーシートをスムーズに剥離することができる。従って、本発明の蓋はポリマーシート成型用鋳型の蓋として使用できるばかりか、成形後のポリマーシートのハンドリング治具としても使用できる。

前記課題を解決するための請求項２の手段は、前記薄板シートの支持基板の厚さが０．１ｍｍ超１ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１記載の蓋である。

支持基板の厚さが０．１ｍｍ以下の場合、鋳型内にＰＤＭＳプレポリマー混合液を注型する際、支持基板と厚板シートの隙間にプレポリマー混合液が混入する可能性がある。一方、支持基板の厚さが１ｍｍ以上の場合、薄板シートをハンドリング治具として使用し難くなる。

前記課題を解決するための請求項３の手段は、前記薄板シートの支持基板の厚さが０．５ｍｍであることを特徴とする請求項２記載の蓋である。

支持基板の厚さが０．５ｍｍの場合、支持基板と厚板シートの隙間にプレポリマー混合液が混入することもなく、しかも、薄板シートをハンドリング治具として使用するのに好都合である。

前記課題を解決するための請求項４の手段は、前記薄板シートのＰＤＭＳ薄膜の厚さが５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の蓋である。

薄板シートのＰＤＭＳ薄膜の厚さが５０μｍ以下であると、薄板シートの蓋構成部材としての密閉性が良好であるばかりか、ハンドリング治具としての使用性も良好となる。

本発明の蓋（クロージャー）を使用すれば次のような効果が得られる。(a)鋳型（マスター）の上部に施蓋され、鋳型を密閉するので、鋳型内容積と略同等量のＰＤＭＳプレポリマー混合液しか注入する必要がなく、従来のようなＰＤＭＳプレポリマー混合液の浪費が避けられ、コストセービングが達成される。(b)鋳型内にＰＤＭＳプレポリマー混合液を注入する際に、同時に鋳型内の空気が排出されていくので、鋳型（マスター）と蓋の間に空気が混入する危険性が少ない。(c)硬化成形されたＰＤＭＳ製ポリマーシートを鋳型（マスター）から離型し、対面基板に貼り合わせる際、蓋を構成する薄板シートをハンドリング治具として使用することができるので、離型及び貼り合わせ操作を極めてスムーズに行うことができ、従来のようにＰＤＭＳ製ポリマーシートが破けたり、皺が発生したりすることがない。(d)ＰＤＭＳプレポリマー混合液が鋳型外部に溢れ出ることがないので、硬化成形されたＰＤＭＳ製ポリマーシートを整形するためのトリミング処理が不要である。

以下、図面を参照しながら本発明の蓋の好ましい実施態様について具体的に説明する。
図１（Ａ）に示されるように、本発明の蓋１は基本的に、厚板シート３と薄板シート５とからなり、厚板シート３と薄板シート５とは相互に分離又は着脱可能である。厚板シート３と薄板シート５とはそれぞれ、同じ位置に少なくとも１個の貫通孔７を有する。薄板シート５は、支持基板９と、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）薄膜１１と、離型膜１３とからなる。

図１（Ｂ）に示されるように、本発明の蓋１は、薄板シート５の上面に厚板シート３を重ね合わせることにより構成される。薄板シート５はＰＤＭＳレプリカ（例えば、図３におけるポリマーシート１０１）が形成された後に、該ポリマーシート１０１のハンドリング治具として使用することができる。しかし、薄板シート５だけで蓋１を構成すると、ＰＤＭＳプレポリマー注入時の圧力により薄板シート５が部分的に膨隆したり、部分的に撓んだりすることがある。この問題点を解決するために、ＰＤＭＳプレポリマー注入時には、薄板シート５の上面に厚板シート３を重ね合わせて蓋１を構成して使用する。ポリマーシート１０１成形後は厚板シート３を薄板シート５から分離して取り除き、薄板シート５をポリマーシート１０１のハンドリング治具として使用する。厚板シート３と薄板シート５を重ね合わせた時に各貫通孔７の位置合わせを容易にするため、厚板シート３と薄板シート５に位置合わせ用の“オリフラ”などを設けることもできる。

図２は本発明の蓋１を用いてポリマーシート１０１を作製する工程説明図である。先ず、ステップ（Ａ）において、本発明の蓋１を鋳型又はマスター１５のレジストパターン１７の上面に配置する。レジストパターン１７はシリコン基板１９などの上面に形成されている。このようなシリコン基板１９上に所望のレジストパターン１７を有する鋳型１５は常用の光リソグラフィー法により容易に作製することができる。所望により、鋳型又はマスター１５のレジストパターン１７の表面をフルオロカーボンの存在下で反応性イオンエッチングシステムにより処理することができる。このフルオロカーボン存在下の反応性イオンエッチング処理は、後のステップにおいて、鋳型１５からの成形ポリマーシートの離型性を改善する。本発明の蓋１と鋳型（マスター）１５とをクランプ２１により型締めする。この際、蓋１の薄板シート５に柔軟なＰＤＭＳ薄膜１１が存在するため、蓋１は鋳型１５のレジストパターン１７の上面に隙間無く密着させることができる。別法として、クランプ２１の代わりに、蓋１の上面に適当な重量の“重り”を載置することもできる。この場合、鋳型１５を水平な台座（図示されていない）上に配置することが好ましい。クランプ２１で型締め後、蓋１の貫通孔７からＰＤＭＳプレポリマー混合液２３を鋳型１５内に注入する。貫通孔７は１個でもよいが、２個以上存在することが好ましい。１個をＰＤＭＳプレポリマー混合液２３の注入用に使用し、他の１個を空気抜き用に使用することができる。ＰＤＭＳプレポリマー混合液２３の注入用に複数個の貫通孔７を使用し、専用の空気抜き孔を配設することもできる。複数個の貫通孔７を使用してＰＤＭＳプレポリマー混合液２３を一度に注入すれば、注入時間を大幅に短縮することができる。ＰＤＭＳプレポリマー混合液２３としては、例えば、米国のダウ・コーニング社製のSYLGARD 184 SILICONE ELASTOMERが好適に使用できる。これは液状のＰＤＭＳプレポリマーと硬化剤を１０対１の割合で混合したものである。ＰＤＭＳプレポリマー混合液２３注入後、貫通孔７を封止するか、又は封止せずに、常温で十分な時間放置するか、又は、例えばオーブン（図示されていない）中で６５℃で４時間加熱するか若しくは１００℃で１時間加熱してＰＤＭＳプレポリマーを硬化させる。
ＰＤＭＳプレポリマー硬化後、ステップ（Ｂ）において、クランプ２１を外し、蓋１の厚板シート３を取り除き、薄板シート５にＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１をボンディングさせた状態で鋳型１５から剥離する。厚板シート３と薄板シート５を一体化させたままＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１を鋳型１５から剥離させようとすると、蓋１が硬すぎるために撓むことができず、結果的に、形成されたＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１を鋳型１５から剥離させることができなくなる。従って、ＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１形成後は、厚板シート３を取り除き、薄板シート５だけでＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１をハンドリングしなければならない。薄板シート５はＰＤＭＳ薄膜１１を介してＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１と接着しているので、ＰＤＭＳ薄膜１１上に離型膜１３が存在していても、鋳型１５とＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１との間の接着力よりも、薄板シート５とＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１との間の接着力の方が強い。これにより、薄板シート５に保持された状態でＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１を鋳型１５からスムーズに剥がし取ることができる。
次に、ステップ（Ｃ）において、ＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１を薄板シート５にボンディングさせた状態で、目的とする対面基板１０５の上面に貼着し、そのまま数十分間放置する。
ＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１が対面基板１０５と恒久接着したら、ステップ（Ｄ）において、薄板シート５をＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１から剥離する。薄板シート５は離型膜１３を介してＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１と接着しているのに対して、対面基板１０５は直接ＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１と接着しているので、薄板シート５とＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１との接着力よりも、ＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１と対面基板１０５との接着力の方が強い。このため、ＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１を対面基板１０５に恒久接着させた状態で、薄板シート５をＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１から剥離させることができる。
斯くして、ステップ（Ｅ）において、ＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１に全く皺等が生じることなく対面基板１０５に恒久接着されたマイクロ流体デバイス１００が得られる。

本発明の蓋１における薄板シート５でハンドリング処理されるＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１の膜厚は一般的に、２００μｍ以下であることが好ましい。２００μｍ超の膜厚を有するＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１であれば、素手で取り扱っても皺などを生じることなく、対面基板に１０５貼着させることができる。本発明の蓋１における薄板シート５でハンドリング処理することができるＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１の膜厚の下限値は１０ｎｍ程度である。これ未満の膜厚の場合、本発明の蓋１における薄板シート５で保持して鋳型１５から剥離する際に破れたり、ＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１自体にピンホールなどが生じたりして使い物にならないことがある。

対面基板１０５がガラス製である場合、ＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１と比較的容易に恒久接着するが、その他の材質の対面基板の場合、ＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１と恒久接着させることはそれほど容易ではない。従って、ガラス以外の素材からなる対面基板１０５を使用する場合、前記のステップ（Ｃ）において、対面基板１０５の貼着面側にＳｉＯ_２をスパッタリングしてＳｉＯ_２薄膜を成膜してから、薄板シート５に保持されたＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１を貼着させることが好ましい。対面基板１０５とＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１が恒久接着しないと、薄板シート５をＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１からスムーズに剥離させることができない。また、対面基板１０５とＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１が恒久接着しないと、マイクロ流体デバイス１００の使用中にＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１が剥がれたりして不都合な事態を招来する。従って、対面基板１０５とＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１を恒久接着させることは非常に重要である。

また、前記ステップ（Ｃ）において、薄板シート５に保持されたＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１と対面基板１０５を恒久接着する手法としては、各々の貼着面を酸素プラズマ処理する方法が用いられる。具体的には、薄板シート５に保持されたＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１と、ガラス製あるいはＳｉＯ_２薄膜処理された対面基板１０５の貼着面に対して、酸素ガスを反応性ガスとして用いた反応装置内でプラズマ処理を行う。ここで用いる反応性ガスとしては、酸素以外にもアルゴンや窒素などを用いることができるが、好ましくは、反応時間の短縮、コスト及び接着性の点で酸素が好適である。更に、接着性の安定性を得るためにＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１と対面基板１０５の貼着しようとするそれぞれの面に酸素プラズマ処理を施すことが好適である。片方の面、つまりＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１もしくは対面基板１０５のどちらか一方の面にのみ酸素プラズマを施す方法もあるが、この場合、ＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１と対面基板１０５の両方に酸素プラズマ処理を施した場合に比べて接着性が劣る。

前記ステップ（Ｅ）において、マイクロ流体デバイス１００が得られた後、所望により、ＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１の上面をＯ_２でクリーニングすることができる。ＰＤＭＳ基板製ポリマーシート１０１の上面をクリーニングするのは、薄板シート５を剥離した際に残留する離型膜１３を完全に除去するためである。このクリーニングを行うことににより、マイクロ流体デバイス１００の透明性が高くなり、蛍光分析などを行う場合の信頼性が向上する。

前記のように、本発明の蓋１は、厚板シート３と薄板シート５との２個の部材から構成されているが、厚板シート３はＰＤＭＳプレポリマー混合液の注入時には絶対必要であるが、ＰＤＭＳプレポリマー硬化後は不要となるので取り除き、薄板シート５だけで成形ポリマーシートをハンドリングすることができる。非特許文献１に示された従来の方法でも、薄板シート１２２は使用されているが、本発明における薄板シート５のような成形ポリマーシートのハンドリング治具としての機能は無い。

本発明の蓋１における厚板シート３の厚さは一般的に、数ｍｍ程度であることが好ましい。厚板シート３は蓋１を使用する際に、蓋全体が撓まないために必要十分な強度を有することが好ましい。厚板シート３は例えば、１ｍｍ〜５ｍｍ程度であることが好ましい。厚板シート３の材料は例えば、ガラス、金属、プラスチック、セラミック、紙、木材などの任意の材料を使用することができる。厚板シート３の材料はポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂などが特に好ましい。厚板シート３は透明又は不透明の何れでも良いが、透明であることが好ましい。

本発明の蓋１における薄板シート５の構成部材である支持基板９には、ガラス、金属、プラスチック、セラミック、紙、木材などの任意の材料を使用することができる。支持基板９の材料はポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂などが特に好ましい。支持基板９は透明又は不透明の何れでも良いが、透明であることが好ましい。支持基板９の厚さは０．１ｍｍ（１００μｍ）超で１ｍｍ（１０００μｍ）未満であることが好ましい。支持基板９の厚さが０．１ｍｍ以下の場合、薄板シート５の上面に厚板シート３を重ねて蓋１を構成して、鋳型内にポリジメチルシロキサンプレポリマーを注型する際、支持基板９と厚板シート３との隙間にプレポリマーが混入する可能性がある。一方、支持基板９の厚さが１ｍｍ以上の場合、支持基板９と厚板シート３との隙間にプレポリマーが混入することはないが、鋳型１５からＰＤＭＳレプリカを剥離した後、前記ステップ（Ｃ）において、ＰＤＭＳレプリカと対面基板１０５のボンディングに障害が発生する可能性がある。これは、支持基板９が厚すぎると、ＰＤＭＳレプリカの柔軟性が充分でないため、平面同士が接触することになり、ポリマーシート１０１と対面基板１０５との界面に空気が残ることがある。支持基板９が適度な厚さであれば、薄板シート５を少し曲げながら、一方の端から徐々に対面基板１０５に重ねていくことができ、ポリマーシート１０１に皺が生じたり、ポリマーシート１０１と対面基板１０５との界面に空気が残ることは無くなる。また、支持基板９の厚さが１ｍｍ以上の場合、図２のステップ（Ｄ）において、薄板シート５をポリマーシート１０１から引き剥がす際、柔軟性がないため、効率よく引き剥がせなくなり、作業性が低下する。従って、支持基板９が１ｍｍ未満であれば、基板にＰＤＭＳレプリカが追従していくが、１ｍｍ以上になると追従して行き難くなる。支持基板９の厚さは０．５ｍｍ（５００μｍ）が特に好ましい。

支持基板９の他方の面にはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）の薄膜１１がコーティングされている。ＰＤＭＳ薄膜１１は例えば、支持基板９の他方の面にＰＤＭＳプレポリマー混合液をコーティングした後、硬化させることにより形成させることができる。ＰＤＭＳ薄膜１１は、成形されたポリマーシート１０１を貼着ハンドリングするために必要な部材である。ＰＤＭＳ薄膜１１の厚さは一般的に、数十μｍ程度でよく、５０μｍ以下であることがより好ましい。ＰＤＭＳ薄膜１１の厚さが薄すぎる場合、ＰＤＭＳレプリカの貼着ハンドリングに支障を来す恐れがある。一方、ＰＤＭＳ薄膜１１の厚さが厚すぎる場合、不必要に厚くなりすぎ不経済となる。支持基板３がガラス以外の素材からなる場合、支持基板３とＰＤＭＳ薄層７との間の接着力を高めるために、適当な接着手段（例えば、ＳｉＯ_２薄膜等）を使用することもできる。

ＰＤＭＳ薄膜１１の貼着面には離型膜が形成されている。この離型膜１３は、ハンドリング治具としての薄板シート５とポリマーシート１０１とが過度に接着し合うことを防ぐ目的のために使用される。離型膜１３は、例えば、シリコン、シラザン、モリブデン、有機酸エステル誘導体、ハロゲン化アルキル化合物からなる群から選択される少なくとも一種類の離型剤を使用することにより形成することができる。離型剤としてはフッ素系アルキル化合物が好ましく、トリフルオロカーボン（ＣＨＦ_３）が特に好ましい。
本発明で重要なことは、ポリマーシート１０１を鋳型１５から離型させて対面基板１０５に移着させる間だけ、ポリマーシート１０１をしっかりとハンドリングできればよく、ポリマーシート１０１を対面基板１０５に接着させた後は、ポリマーシート１０１から滑らかに剥がせなければならない。この二律背反的な目的を達成するために、ＰＤＭＳ薄膜１１の貼着面に離型膜１３を形成させる必要がある。離型膜（例えば、ＣＨＦ_３膜）１３の膜厚は一般的に、１ｎｍ〜１μｍの範囲内であることが好ましく、１０ｎｍ〜６０ｎｍであることがより好ましい。離型膜１３の膜厚が１ｎｍ未満の場合、ＰＤＭＳ薄膜１１とポリマーシート１０１とが強固に接着し、薄板シート５をポリマーシート１０１から剥がせなくなる可能性がある。一方、離型膜１３の膜厚が１μｍ超の場合、ＰＤＭＳ薄膜１１がポリマーシート１０１に貼り付かず、ハンドリングが困難又は不可能になる。離型膜１３は薄板シート５を使用する直前に、ＰＤＭＳ薄膜１１の表面に形成させることができる。このような離型膜形成方法は当業者に公知である。

図１に示されるような蓋１を製造した。先ず、厚板シート３として、縦１５０ｍｍ、横１５０ｍｍ、厚さ２ｍｍサイズのポリカーボネート板を準備した。透明なポリカーボネート板はＰＤＭＳ注入の際、気泡の観察が容易であるという利点がある。次に、薄板シート５における支持基板９として、縦１５０ｍｍ、横１５０ｍｍ、厚さ５００μｍサイズのポリカーボネート板を準備した。この支持基板９の一方の面にＰＤＭＳプレポリマー混合液をコーティングして硬化させ、厚さ５０μｍのＰＤＭＳ薄膜１１を形成させた。その後、ＰＤＭＳ薄膜１１の外表面上に常法に従って厚さ５０ｎｍのＣＨＦ_３膜１３を形成させた。厚板シート３と薄板シート５とを重ね合わせ、所定の箇所に４個の貫通孔７を穿設した。斯くして、本発明の蓋１が得られた。

４インチウエハ１９を準備した。プロセスの信頼性を得るために、レジストを使用する前に基板を洗浄・乾燥する必要があり、本実施例では、ピラニア・エッチング／クリーン（Ｈ_２ＳＯ_４およびＨ_２Ｏ_２）処理後、蒸留水でリンスした。その後、シリコンの表面酸化膜を除去するため、ＢＨＦ（バッファード弗酸）に１５分間浸し、蒸留水でリンスした。その後、表面の脱水のため、対流式のオーブン中で６０℃、３０分間程度ベークした。この表面処理済ウエハ上にＳＵ−８ネガティブフォトレジストを１０００ｒｐｍの回転速度で約２５秒間塗布し、溶媒を蒸発させ、膜を高密度化するためにソフトベークを６５℃で３０分間（ＳＴＥＰ１）、９５℃で９０分間（ＳＴＥＰ２）処理した。クーリング後、このレジスト膜上に、所定の微細構造パターンを有するマスクを被せ、露光装置（ユニオン光学製ＰＥＭ−８００）で密着露光した。その後、レジスト膜の露光された部分の架橋を行うため６５℃で１５分間（ＳＴＥＰ１）、９５℃で２５分間（ＳＴＥＰ２）加温し、クーリング後、１−メトキシ−２−プロピル酢酸現像液で現像し、現像後、基板は短時間イソプロピルアルコール(IPA)でリンスした。その後、６５℃で３０分間乾燥後、１５０℃で５分間かけてハードベークし、レジストパターン１７の厚さが２０μｍの鋳型（マスター）１５を完成させた。
この鋳型（マスター）１５の表面をフルオロカーボン（ＣＨＦ_３）の存在下で反応性イオンエッチングシステムにより処理し、表面にＣＨＦ_３剥離膜を形成した。その後、実施例１で作製した蓋１を被せ、クランプ２１で型締めした。次いで、蓋１の貫通孔７からＰＤＭＳプレポリマー混合液２３として、米国のダウ・コーニング社製のSYLGARD 184 SILICONE ELASTOMERを厚さ約５０μｍになるように注入し、オーブンに入れ、脱気、加温（６５℃、４時間）した。４時間経過後、オーブンから取り出し、クランプ２１を解除し、厚板シート３を取り除き、薄板シート５に保持された状態で厚さ５０μｍのＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１を鋳型１５から剥がし取った。次いで、薄板シート５に保持されたままのＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１を、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのガラス基板の上面にＯ_２プラズマにてパーマネントボンディングし、そのまま約２０分間放置した。その後、薄板シート５をＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１から剥離し、目的とするマイクロ流体デバイス１００を得た。得られたマイクロ流体デバイス１００のＰＤＭＳ製ポリマーシート１０１には皺などは全く存在していなかった。

本発明の蓋１を用いて鋳型１５から複製可能なポリマーシートはＰＤＭＳ製に限定されない。薄板シート５のＰＤＭＳ薄膜１１と貼着可能なポリマーシートであれば全て取り扱うことができる。また、ポリマーシートは微細構造を有しない単なる膜状のシートであってもよい。
本発明のハンドリング治具及びハンドリング方法により作製されたマイクロ流体デバイスは医学、獣医学、歯科学、薬学、生命科学、食品、農業、水産など様々な分野で活用できる。特に、蛍光抗体法、in situ Hibridization等に最適なマイクロ流体デバイスとして、免疫疾患検査、細胞培養、ウィルス固定、病理検査、細胞診、生検組織診、血液検査、細菌検査、タンパク質分析、ＤＮＡ分析、ＲＮＡ分析などの広範な領域で使用できる。

本発明の蓋の一例の概要断面図であり、（Ａ）は厚板シートと薄板シートを分離させた状態の概要断面図であり、（Ｂ）は厚板シートと薄板シートを重ね合わせて合体させた状態の概要断面図である。本発明の蓋を用いたポリマーシートの製造工程の一例を示す説明図である。（Ａ）は従来のマイクロ流体デバイスの一例の概要平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った概要断面図である。図３に示された従来のマイクロ流体デバイスの製造方法の一例を示す工程説明図である。

符号の説明

１本発明の蓋
３厚板シート
５薄板シート
７貫通孔
９支持基板
１１ＰＤＭＳ薄膜
１３離型膜
１５鋳型
１７レジストパターン
１９シリコン基板
２１クランプ
２３ＰＤＭＳプレポリマー混合液
１０１ポリマーシート
１０５対面基板

Claims

ポリマーシート成型用鋳型の上面に施蓋するための蓋であって、着脱可能な厚板シートと、薄板シートとからなり、前記薄板シートは、支持基板と、該支持基板の一方の面側のポリジメチルシロキサンからなる薄膜と、該ポリジメチルシロキサン薄膜上に形成された離型膜とからなる一体構造を有し、前記厚板シートと薄板シートは同じ位置に少なくとも１個の貫通孔を有することを特徴とする蓋。
前記薄板シートの支持基板の厚さは０．１ｍｍ超１ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１記載の蓋。
前記薄板シートの支持基板の厚さは０．５ｍｍであることを特徴とする請求項２記載の蓋。
前記薄板シートのＰＤＭＳ薄膜の厚さは５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の蓋。