JP2010284897A - 素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】介在層を設けず、プライマー処理も行わず、基材上に密着性の良い金属膜を直接設ける製造方法及びその製造方法によって作製される素子を提供することである。
【解決手段】樹脂基材１２上に遷移金属又はその合金からなる薄膜１１が形成された素子１５の製造方法において、樹脂基材１２の前駆体を、成型面に薄膜１１が形成された第１成型型１０を含む成型型で加熱及び加圧する工程（図２では第３工程に相当）を有するものとする。
【選択図】図２

Description

本発明は、樹脂基材上に金属薄膜が形成された素子及びその製造方法に関する。

近年、生体分子の微量検出に表面プラズモン共鳴が利用されている。この測定には、プリズムにＡｕ膜を成膜した、いわゆるクレッチマン配置を用いている。このＡｕ膜上に試料を載せＰ偏光の光を入射させると、ある入射角においてＡｕ膜表面の極近傍の電場が大きく増強され、極微量の物質を検知できる。このことから医療分野への応用も考えられており、例えばガン診断などに利用することで早期にガンを発見することが期待されている。

このプリズムには樹脂成型品を用いることができる。樹脂成型には射出成型と再加熱成型とがあり、例えば再加熱成型では、樹脂プリズムになる前の前駆体を金型にセットして樹脂の軟化温度まで金型の温度を上げ、金型を前駆体に押し当てて加圧成型し、プリズムの形状を得る。

そして、プリズムに成膜する金属膜は、例えばＡｕの場合、５０ｎｍ程度が好ましく、スパッタや蒸着で成膜される。一般的に、樹脂プリズム上にＡｕ膜を設けるには、下地にＣｒやＴｉ、又はそれらの合金を介在層として設けるのが常である。これは、Ａｕが樹脂と反応しにくく、樹脂上に直接Ａｕ膜を設けると、樹脂とＡｕとの界面が不連続になるからである。一方、ＣｒやＴｉ、又はそれらの合金は酸素と非常に反応しやすく、薄膜酸化物を形成する。これは、樹脂と接触していても同様で、樹脂内に含まれる酸素と接触部分で反応し、樹脂との接触面に連続的な組成が形成される。このため、樹脂との密着性がよい。また、ＣｒやＴｉ、又はそれらの合金とＡｕとの接触部分は金属結合をとるため密着性がよい。

また、樹脂プリズムに金属膜を成膜する他の方法として、プライマー処理という特殊な樹脂層を設ける手法もある（特許文献１参照）。

特開２００７−５１８８６号公報

しかし、上述したような介在層を設けると、表面プラズモン共鳴発生の際、介在層で光エネルギーの一部が吸収され、Ａｕ膜近傍の電場にエネルギーロスが生じ、検出感度が落ちてしまうという問題がある。特に極微量の物質を検出する場合、このロスが影響して検出できない場合がある。

一方、特許文献１のようなプライマー処理を行うということは、生産工程の増加になり、製品のコストアップに繋がる。また、プライマー処理後の成膜工程でスパッタや蒸着で成膜するため、光の入出射面に金属膜が成膜されないようにマスクなどの処理をしなければならなく、これも生産工程の増加及びコストアップに繋がる。

本発明は、介在層を設けず、プライマー処理も行わず、基材上に密着性の良い金属膜を直接設ける製造方法及びその製造方法によって作製される素子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、樹脂基材上に遷移金属又はその合金からなる薄膜が形成された素子の製造方法において、前記樹脂基材の前駆体を、成型面に前記薄膜が形成された第１成型型を含む成型型で加熱及び加圧する工程を有することを特徴とする。

この製造方法によると、薄膜の転写と樹脂基材の再加熱成型とを同時に行うことができる。

上記の製造方法において、第１成型型がプレート又はシートであり、第１成型型上に形成された前記薄膜上に前記前駆体を載せた状態で、第２及び第３成型型で挟んで加熱及び加圧することが望ましい。

また上記の製造方法では、さらに、第１成型型がベルトコンベアに固定されており、第１成型型に前記薄膜を形成する工程と、第１成型型に残った薄膜を回収し、第１成型型を洗浄する工程とを有することが望ましい。

このように、ベルトコンベアを用いることにより、各工程を効率よく行うだけでなく、第１成型型に残った薄膜を回収して再利用できるとともに、第１成型型も取り外すことなく効率的に利用することができるので、コストダウンを実現できる。

また上記の製造方法で第１成型型には、ステンレス、ニッケル、炭素、タングステンカーバイド、窒化シリコン、シリコン、石英の何れかを採用できる。

また上記の製造方法では、第１成型型に前記薄膜を形成する手法は、スパッタ法、真空蒸着法、鍍金の何れかを採用できる。

また、前記薄膜にＡｕを用いれば、作製される素子は表面プラズモン共鳴センサ用検出素子として好適に利用できる。

本発明によると、薄膜に軟化した状態の樹脂基材を押しつけて転写することになるので、薄膜の密着性が非常に良い。したがって、介在層を設けず又はプライマー処理を行わずとも、樹脂基材上に密着性の良い金属の薄膜を直接設けることができ、作製される素子は表面プラズモン共鳴センサ用検出素子として最適である。また、スパッタや蒸着でプリズムに成膜する場合は、光の入出射面に金属膜が成膜されないようにマスクなどの処理が必要であるが、本製造方法では転写を用いるため、マスク処理しなくても光の入出射面が汚れる心配がない。

本発明の第１工程を説明する図である。 本発明の第２工程を説明する図である。 本発明の第３工程を説明する図である。 本発明の第４工程を説明する図である。 本発明の素子製造ラインの概略図である。

以下、本発明の素子の製造方法である、樹脂の再加熱成型と同時に金属膜の転写も行う方法について説明する。ここでの素子は、表面プラズモン共鳴センサ用検出素子を例に説明する。図１Ａ〜図１Ｄは、素子の製造工程（第１〜第４工程）を説明する図である。

まず、図１Ａに示すように、第１成型型１０上に金属の薄膜１１を形成する（第１工程）。第１成型型１０はプレート又はシート状であり、薄膜１１の離型性が良く、耐熱性、耐圧性のある材料であればよい。例えば、ステンレス、ニッケル、炭素、タングステンカーバイド、窒化シリコン、シリコン、石英などを採用できる。但し、第１成型型１０の材料と薄膜１１の材料とは、離型性を考慮して、同じ材料は用いないこととする。なお、第１成型型１０の成膜面は平坦性を向上させるために鏡面加工しておくことが望ましい。

薄膜１１は、遷移金属又はその合金からなり、特に、表面プラズモン共鳴センサ用検出素子として利用する場合は、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、その合金などが有効である。そして、薄膜１１の膜厚には特に限定はないが、表面プラズモン共鳴センサ用検出素子として利用する場合、その膜厚は、３０〜１００ｎｍであればよく、好ましくは、４０〜６０ｎｍである。ここでは５０ｎｍを採用する。また、薄膜１１の形成手法には特に限定はなく、例えば、スパッタ法、真空蒸着法、鍍金などを用いることができる。

次に、図１Ｂに示すように、薄膜１１上に樹脂基材１２の前駆体を載置する（第２工程）。前駆体とは、金型による成型前にある程度の形まで加工された状態を指す。樹脂基材１２は、再加熱成型可能な樹脂であればよい。特に、表面プラズモン共鳴センサ用検出素子として利用する場合は、透明な材料であれば問題なく、例えば、ポリカーボネート、フルオレン系ポリエステル（ＯＫＰ；大阪ガスケミカル株式会社）、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマー、アクリル、ポリスチレン、ポリプロピレンなどの樹脂を用いることができる。

次に、図１Ｃに示すように、図１Ｂの状態のものを第２及び第３成型型１３、１４で挟んで加熱及び加圧する（第３工程）。これにより、樹脂基材１２が再加熱成型されるとともに薄膜１１が樹脂基材１２へ転写される。第２及び第３成型型１３、１４は、樹脂基材１２及び薄膜１１に対して離型性が良く、耐熱性、耐圧性のある材料であればよい。例えば、第１成型型１０と同じような材料を用いることができる。

第２成型型１３は、第１成型型１０の下側を支持するものであり、加熱及び加圧に耐えられる厚みを必要とする。樹脂基材１２を加熱する観点から、第２成型型１３はヒータ（不図示）で加熱することが望ましいが、加熱しなくても問題はない。なお、第１成型型１０と第２成型型１３は一体、つまり１つの部材を用いてもよい。

第３成型型１４は、樹脂基材１２を上側から加熱及び加圧して所定の形状に成型する雌型である。樹脂基材１２を加熱するため、第３成型型１４はヒータ（不図示）で加熱される。

本実施形態では、樹脂基材１２をプリズム形状に成型しているが、適宜利用形態に合った形状とすればよい。なお、樹脂基材１２は成型型で成型する前に前駆体の状態である程度の温度まで予め加熱しておいてもよい。

次に、図１Ｄに示すように、第２及び第３成型型１３、１４を外し、樹脂基材１２を持ち上げると、薄膜１１の樹脂基材１２に接触している部分は樹脂基材１２に密着しているため第１成型型１０から剥離するが、その周りの薄膜１１は第１成型型１０上に残る（第４工程）。これにより、樹脂基材１２上に薄膜１１が形成された素子１５が得られる。

このように、本実施形態によれば、図１Ｃの工程で薄膜１１の転写と樹脂基材１２の再加熱成型とを同時に行うことができる。これにより、薄膜１１に軟化した状態の樹脂基材１２を押しつけて転写することになるので、薄膜１１の密着性が非常に良い。したがって、介在層を設けず又はプライマー処理を行わずとも、樹脂基材１２上に密着性の良い金属の薄膜１１を直接設けることができ、作製される素子１５は表面プラズモン共鳴センサ用検出素子として最適である。また、スパッタや蒸着でプリズムに成膜する場合は、光の入出射面に金属膜が成膜されないようにマスクなどの処理が必要であるが、本製造方法では転写を用いるため、マスク処理しなくても光の入出射面が汚れる心配がない。

次に、上記の製造工程を効率良く行うための実施例について説明する。図２は、素子の製造ラインの概略図である。製造ライン２０は、ベルトコンベア２１上で上記の全ての工程を行うようになっている。

まず、第１成型型１０がベルトコンベア２１に固定された状態にし、上記の第１〜第４工程を行う。第３工程では、第２成型型１３をベルトコンベア２１の下側から押しつけるようにし、第２及び第３成型型１３、１４でベルトコンベア２１ごと挟み込む。

このようにして素子１５を得た後、第５工程に進んで、第１成型型１０に残った薄膜１１を回収し、第１成型型１０の成膜面を洗浄する。回収した薄膜１１は第１工程で再利用できる。また、洗浄された第１成型型１０は、ベルトコンベア２１により運ばれ、再び第１工程で利用される。

このように、ベルトコンベア２１を用いることにより、各工程を効率よく行うだけでなく、第１成型型１０に残った薄膜１１を回収して再利用できるとともに、第１成型型１０も取り外すことなく効率的に利用することができるので、コストダウンを実現できる。

本発明の素子は、ＳＰＦＳ（表面プラズモン励起増強蛍光分光）装置用の検出素子など表面プラズモン共鳴センサ用検出素子をはじめ、様々な光学素子又は光学以外の素子として利用することができる。したがって、本発明の素子の製造方法は、樹脂基材に簡便な手法で密着性の高い金属膜を成膜する方法として利用することができる。

１０ 第１成型型
１１ 薄膜
１２ 樹脂基材
１３ 第２成型型
１４ 第３成型型
１５ 素子
２１ ベルトコンベア

Claims (7)

1. 樹脂基材上に遷移金属又はその合金からなる薄膜が形成された素子の製造方法において、
   前記樹脂基材の前駆体を、成型面に前記薄膜が形成された第１成型型を含む成型型で加熱及び加圧する工程を有することを特徴とする素子の製造方法。
2. 第１成型型がプレート又はシートであり、第１成型型上に形成された前記薄膜上に前記前駆体を載せた状態で、第２及び第３成型型で挟んで加熱及び加圧することを特徴とする請求項１記載の素子の製造方法。
3. 第１成型型がベルトコンベアに固定されており、
   第１成型型に前記薄膜を形成する工程と、
   第１成型型に残った薄膜を回収し、第１成型型を洗浄する工程とを有することを特徴とする請求項１又は２記載の素子の製造方法。
4. 第１成型型は、ステンレス、ニッケル、炭素、タングステンカーバイド、窒化シリコン、シリコン、石英の何れかであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の素子の製造方法。
5. 第１成型型に前記薄膜を形成する手法は、スパッタ法、真空蒸着法、鍍金の何れかであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の素子の製造方法。
6. 前記薄膜がＡｕであることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の素子の製造方法。
7. 請求項１〜６の何れかに記載の素子の製造方法により製造した素子。

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