JP2024033617A - 構造物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】モールドを用い、かつ転写精度に優れた構造物の製造方法の提供。【解決手段】転写材料を準備する工程と、2つの主面及び主面を貫通する貫通孔を有する第1部材と、貫通孔を塞ぐ第2部材とを有し、第1部材の表面の一部である壁面Aと第2部材の表面の一部である壁面Bとが連続してモールド壁を形成するように、第1部材と第2部材とを組み合わせた構造物賦形用のモールドを用いて、基板上に転写材料を賦形する工程と、第2部材をモールドから取り除いて、転写材料が賦形された構造物の一部、又は、転写材料が賦形された構造物の一部及び基板の一部を露出させる工程と、構造物の露出部分又は基板の露出部分の少なくとも一部を押圧して、第1部材と構造物とを分離する工程と、を有する、構造物の製造方法。【選択図】図1A
Description
本開示は、構造物の製造方法に関する。
成形型(モールド)を用いて微細な構造物を形成する技術が種々検討されている。
例えば、特許文献1には、ガラス成形体の製造方法であって、溶融ガラスを受ける受け面の一部分を構成する面を含む第1嵌合部を、受け面の他部分を構成する面を含む外周部に嵌合して、受け面を形成し、受け面に溶融ガラスを供給し、受け面の上で溶融ガラス塊を形成し、第1嵌合部を前記外周部から取り外し、外周部の上の溶融ガラス塊を受け面と異なる成形面の上に配置し、成形面の上で溶融ガラス塊をガラス成形体へと成形する工程を有するガラス成形体の製造方法が記載されている。この製造方法により得られたガラス成形体は、光学素子が備える光学レンズ等として用いられることが記載されている。
例えば、特許文献1には、ガラス成形体の製造方法であって、溶融ガラスを受ける受け面の一部分を構成する面を含む第1嵌合部を、受け面の他部分を構成する面を含む外周部に嵌合して、受け面を形成し、受け面に溶融ガラスを供給し、受け面の上で溶融ガラス塊を形成し、第1嵌合部を前記外周部から取り外し、外周部の上の溶融ガラス塊を受け面と異なる成形面の上に配置し、成形面の上で溶融ガラス塊をガラス成形体へと成形する工程を有するガラス成形体の製造方法が記載されている。この製造方法により得られたガラス成形体は、光学素子が備える光学レンズ等として用いられることが記載されている。
基板上に、モールドを用いて転写材料を賦形して構造物を製造する場合、モールドから構造物を離型させて分離することが困難な場合がある。特に、アスペクト比の大きい微細な構造物等の製造においては、構造物を破損させずにモールドから分離させることは難しく、良好な転写精度が得られない傾向が高い。
本開示は、上記の事情に鑑みてなされたものである。
本開示の一実施形態は、モールドを用い、かつ転写精度に優れた構造物の製造方法を提供することを課題とする。
本開示の一実施形態は、モールドを用い、かつ転写精度に優れた構造物の製造方法を提供することを課題とする。
本開示は、以下の態様を含む。
[1] 転写材料を準備する工程と、
2つの主面及び上記記主面を貫通する貫通孔を有する第1部材と、上記貫通孔を塞ぐ第2部材と、を有し、上記第1部材の表面の一部である壁面Aと上記第2部材の表面の一部である壁面Bとが連続してモールド壁を形成するように、上記第1部材と上記第2部材とを組み合わせた、構造物賦形用のモールドを用いて、基板上に上記転写材料を賦形する工程と、
上記第2部材を上記モールドから取り除いて、上記転写材料から賦形された構造物の一部、又は、上記転写材料から賦形された構造物の一部及び上記基板の一部を露出させる工程と、
上記構造物の露出部分又は上記基板の露出部分の少なくとも一部を押圧して、上記第1部材と上記構造物とを分離する工程と、
を有する、構造物の製造方法。
[2] 上記第1部材と上記構造物とを分離する工程では、上記第1部材が有する貫通孔に挿入可能な押圧部材、気体、及び、液体からなる群から選択された少なくとも1種を用いて、上記構造物の露出部分の少なくとも一部、又は、上記基板の露出部分の少なくとも一部を押圧する、[1]に記載の構造物の製造方法。
[3] 上記第1部材と上記構造物とを分離する工程では、上記構造物の露出部分の全部又は上記基板の露出部分の全部に対する押圧を一回行う、[1]又は[2]に記載の構造物の製造方法。
[4] 上記転写材料を賦形する工程では、複数の構造物が賦形されており、上記第1部材と上記構造物とを分離する工程では、上記構造物の露出部分又は上記基板の露出部分に対する押圧を多段回に分けて行う、[1]又は[2]に記載の構造物の製造方法。
[5] 上記押圧は、上記押圧部材を用いた押圧を含む、[1]~[4]のいずれか1つに記載の構造物の製造方法。
[6] 上記押圧部材が、押圧ピンである、[5]に記載の構造物の製造方法。
[7] 上記構造物賦形用のモールドは、上記壁面Aが上記貫通孔の表面であり、上記壁面Aと上記壁面Bとが連続してモールド壁を形成するように、上記第1部材と上記第2部材とを組み合わせた、構造物賦形用のモールドであり、上記押圧部材の押圧方向に沿った長さは、上記第1部材が有する貫通孔の押圧方向に沿った貫通長さよりも長い、[5]又は[6]に記載の構造物の製造方法。
[8] 上記構造物賦形用のモールドは、上記壁面Aが上記貫通孔の表面であり、上記壁面Aと上記壁面Bとが連続してモールド壁を形成するように、上記第1部材と上記第2部材とを組み合わせた、構造物賦形用のモールドであり、上記第1部材が有する貫通孔は、開口幅に対する貫通長さであるアスペクト比が2~20の貫通孔を含む、[5]~[7]のいずれか1つに記載の構造物の製造方法。
[1] 転写材料を準備する工程と、
2つの主面及び上記記主面を貫通する貫通孔を有する第1部材と、上記貫通孔を塞ぐ第2部材と、を有し、上記第1部材の表面の一部である壁面Aと上記第2部材の表面の一部である壁面Bとが連続してモールド壁を形成するように、上記第1部材と上記第2部材とを組み合わせた、構造物賦形用のモールドを用いて、基板上に上記転写材料を賦形する工程と、
上記第2部材を上記モールドから取り除いて、上記転写材料から賦形された構造物の一部、又は、上記転写材料から賦形された構造物の一部及び上記基板の一部を露出させる工程と、
上記構造物の露出部分又は上記基板の露出部分の少なくとも一部を押圧して、上記第1部材と上記構造物とを分離する工程と、
を有する、構造物の製造方法。
[2] 上記第1部材と上記構造物とを分離する工程では、上記第1部材が有する貫通孔に挿入可能な押圧部材、気体、及び、液体からなる群から選択された少なくとも1種を用いて、上記構造物の露出部分の少なくとも一部、又は、上記基板の露出部分の少なくとも一部を押圧する、[1]に記載の構造物の製造方法。
[3] 上記第1部材と上記構造物とを分離する工程では、上記構造物の露出部分の全部又は上記基板の露出部分の全部に対する押圧を一回行う、[1]又は[2]に記載の構造物の製造方法。
[4] 上記転写材料を賦形する工程では、複数の構造物が賦形されており、上記第1部材と上記構造物とを分離する工程では、上記構造物の露出部分又は上記基板の露出部分に対する押圧を多段回に分けて行う、[1]又は[2]に記載の構造物の製造方法。
[5] 上記押圧は、上記押圧部材を用いた押圧を含む、[1]~[4]のいずれか1つに記載の構造物の製造方法。
[6] 上記押圧部材が、押圧ピンである、[5]に記載の構造物の製造方法。
[7] 上記構造物賦形用のモールドは、上記壁面Aが上記貫通孔の表面であり、上記壁面Aと上記壁面Bとが連続してモールド壁を形成するように、上記第1部材と上記第2部材とを組み合わせた、構造物賦形用のモールドであり、上記押圧部材の押圧方向に沿った長さは、上記第1部材が有する貫通孔の押圧方向に沿った貫通長さよりも長い、[5]又は[6]に記載の構造物の製造方法。
[8] 上記構造物賦形用のモールドは、上記壁面Aが上記貫通孔の表面であり、上記壁面Aと上記壁面Bとが連続してモールド壁を形成するように、上記第1部材と上記第2部材とを組み合わせた、構造物賦形用のモールドであり、上記第1部材が有する貫通孔は、開口幅に対する貫通長さであるアスペクト比が2~20の貫通孔を含む、[5]~[7]のいずれか1つに記載の構造物の製造方法。
本開示の一実施形態によれば、モールドを用い、かつ転写精度に優れた構造物の製造方法を提供することができる。
以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。本開示は、以下の実施形態に何ら制限されず、本開示の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。各図面において同一の符号を用いて示す構成要素は、同一の構成要素であることを意味する。各図面において重複する構成要素、及び符号については、説明を省略することがある。図面における寸法の比率は、必ずしも実際の寸法の比率を表すものではない。
本開示において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。本開示に段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
<構造物の製造方法>
本開示に係る構造物の製造方法は、
転写材料を準備する工程(「転写材料準備工程」とも称する。)と、
2つの主面及び主面を貫通する貫通孔を有する第1部材と、貫通孔を塞ぐ第2部材と、を有し、第1部材の表面の一部である壁面Aと第2部材の表面の一部である壁面Bとが連続してモールド壁を形成するように、第1部材と第2部材とを組み合わせた構造物賦形用のモールド(「特定モールド」とも称する。)を用いて、基板上に転写材料を賦形する工程(以下、賦形工程とも称する。)と、
第2部材をモールドから取り除いて、転写材料が賦形された構造物の一部、又は、転写材料が賦形された構造物の一部及び基板の一部を露出させる工程(「露出工程」とも称する。)と、
構造物の露出部分又は基板の露出部分の少なくとも一部を押圧して、第1部材と構造物とを分離する工程(「分離工程」とも称する。)と、
を有する、構造物の製造方法。
本開示に係る構造物の製造方法は、
転写材料を準備する工程(「転写材料準備工程」とも称する。)と、
2つの主面及び主面を貫通する貫通孔を有する第1部材と、貫通孔を塞ぐ第2部材と、を有し、第1部材の表面の一部である壁面Aと第2部材の表面の一部である壁面Bとが連続してモールド壁を形成するように、第1部材と第2部材とを組み合わせた構造物賦形用のモールド(「特定モールド」とも称する。)を用いて、基板上に転写材料を賦形する工程(以下、賦形工程とも称する。)と、
第2部材をモールドから取り除いて、転写材料が賦形された構造物の一部、又は、転写材料が賦形された構造物の一部及び基板の一部を露出させる工程(「露出工程」とも称する。)と、
構造物の露出部分又は基板の露出部分の少なくとも一部を押圧して、第1部材と構造物とを分離する工程(「分離工程」とも称する。)と、
を有する、構造物の製造方法。
本開示に係る構造物の製造方法は、モールドを用いて転写材料を賦形して構造物を製造する方法であり、特定モールドを用いて、上記の転写材料準備工程、賦形工程、露出工程及び分離工程を経ることにより、転写精度に優れた構造物を製造することができる。
本開示に係る構造物の製造方法は、転写材料準備工程、賦形工程、露出工程及び分離工程以外の他の工程を有していてもよい。他の工程としては、例えば、表面処理工程、洗浄工程、等が挙げられる。
本開示に係る構造物の製造方法は、微細構造物の製造に好適に用いることができる。
ここで、本開示において「微細構造物」とは、ナノオーダー又はミクロンオーダーの大きさに加工された構造物を意味する。本開示に係る構造物の製造方法により製造される構造物としては、例えば、最大長が100nm~1000μmの構造物が挙げられ、5μm~200μmの構造物が好ましい。構造物の例としては、マイクロ流路、細胞培養容器、マイクロレンズアレイ、マイクロミラーなどが挙げられる。
ここで、本開示において「微細構造物」とは、ナノオーダー又はミクロンオーダーの大きさに加工された構造物を意味する。本開示に係る構造物の製造方法により製造される構造物としては、例えば、最大長が100nm~1000μmの構造物が挙げられ、5μm~200μmの構造物が好ましい。構造物の例としては、マイクロ流路、細胞培養容器、マイクロレンズアレイ、マイクロミラーなどが挙げられる。
既述のように、基板上に、モールドを用いて転写材料を賦形して構造物を製造する場合、モールドから構造物を離型させて分離することが困難な場合がある。特に、アスペクト比の大きい細長形状を有する構造物等の製造においては、構造物を破損させずにモールドから分離させることは難しく、良好な転写精度が得られない傾向が高い。
そこで、本発明者は、構造物を賦形するモールドの構成及び構造物をモールドから離型して分離させる工程に着目した。即ち、本開示に係る構造物の製造方法は、第1部材及び第2部材を有する特定のモールドを用いて基板上に転写材料を賦形した後に、第2部材を除去して、第1部材の開口部から、構造物(即ち、成型体)の一部、又は、構造物の一部と基板の一部を露出させ、露出した構造物又は基板を押圧しながら、第1部材と構造物とを分離することで、モールドからの構造物の離型性を高めることができる。これにより、モールドから分離する際の構造物の破損を抑制できることから、モールドを用いて構造物(例えば、アスペクト比が大きい細長形状を有する構造物)を転写精度良く製造することができる。
特許文献1には、本開示に係る製造方法に用いる特定モールド及び上記の各工程に相当する工程についての着目はない。
そこで、本発明者は、構造物を賦形するモールドの構成及び構造物をモールドから離型して分離させる工程に着目した。即ち、本開示に係る構造物の製造方法は、第1部材及び第2部材を有する特定のモールドを用いて基板上に転写材料を賦形した後に、第2部材を除去して、第1部材の開口部から、構造物(即ち、成型体)の一部、又は、構造物の一部と基板の一部を露出させ、露出した構造物又は基板を押圧しながら、第1部材と構造物とを分離することで、モールドからの構造物の離型性を高めることができる。これにより、モールドから分離する際の構造物の破損を抑制できることから、モールドを用いて構造物(例えば、アスペクト比が大きい細長形状を有する構造物)を転写精度良く製造することができる。
特許文献1には、本開示に係る製造方法に用いる特定モールド及び上記の各工程に相当する工程についての着目はない。
以下、本開示の実施の形態について説明する。
図1A(図1A(A)~図1A(G))及び図1B(図1B(A)~図1B(G))は、それぞれ、本開示に係る構造物の製造方法の一例を示す図である。以下では、本開示に係る構造物の製造方法の各工程について、図1A及び図1Bを適宜参照して説明するが、本開示に係る構造物の製造方法は、図1A及び図1Bに例示的に示される事項に限定されない。
図1A(図1A(A)~図1A(G))及び図1B(図1B(A)~図1B(G))は、それぞれ、本開示に係る構造物の製造方法の一例を示す図である。以下では、本開示に係る構造物の製造方法の各工程について、図1A及び図1Bを適宜参照して説明するが、本開示に係る構造物の製造方法は、図1A及び図1Bに例示的に示される事項に限定されない。
(転写材料準備工程)
転写材料準備工程では、構造物の製造に用いる転写材料を準備する。転写材料は、原料から製造してもよいし、上市されている市販品を用いてもよい。
転写材料準備工程では、構造物の製造に用いる転写材料を準備する。転写材料は、原料から製造してもよいし、上市されている市販品を用いてもよい。
転写材料としては、放射線硬化型組成物、光硬化性組成物、熱硬化性組成物、熱可塑性樹脂などが挙げられ、光硬化性組成物が好ましい。光硬化性組成物としては、紫外線(UV)硬化型組成物が好ましい。紫外線硬化型組成物の例としては、東洋合成工業株式会社製のPAK-01、PAK-02などが挙げられる。
(賦形工程)
賦形工程では、2つの主面及び主面を貫通する貫通孔を有する第1部材と、貫通孔を塞ぐ第2部材と、を有し、第1部材の表面の一部である壁面Aと第2部材の表面の一部である壁面Bとが連続してモールド壁を形成するように、第1部材と第2部材とを組み合わせた、構造物賦形用のモールド(特定モールド)を用いて、基板上に転写材料を賦形する。
賦形工程では、2つの主面及び主面を貫通する貫通孔を有する第1部材と、貫通孔を塞ぐ第2部材と、を有し、第1部材の表面の一部である壁面Aと第2部材の表面の一部である壁面Bとが連続してモールド壁を形成するように、第1部材と第2部材とを組み合わせた、構造物賦形用のモールド(特定モールド)を用いて、基板上に転写材料を賦形する。
本開示において「モールド壁」とは、モールドの表面のうち、転写材料と接触して転写材料の賦形に寄与する表面を意味する。
本開示において、壁面Aは、第1部材の表面のうち転写材料と接触する表面を意味し、壁面Bは、第2部材の表面のうち転写材料と接触する表面を意味する。
また、本開示において「壁面Aと壁面Bとが連続してモールド壁を形成する」とは、壁面Aと壁面Bとが一つの面を形成するように接触してモールド壁を形成していることを意味する。具体的には、構造物の製造過程において、モールドにより賦形される転写材料が、壁面Aと壁面Bとの接触部分から漏出しない程度に、壁面Aと壁面Bとが接触していればよい。
本開示において、壁面Aは、第1部材の表面のうち転写材料と接触する表面を意味し、壁面Bは、第2部材の表面のうち転写材料と接触する表面を意味する。
また、本開示において「壁面Aと壁面Bとが連続してモールド壁を形成する」とは、壁面Aと壁面Bとが一つの面を形成するように接触してモールド壁を形成していることを意味する。具体的には、構造物の製造過程において、モールドにより賦形される転写材料が、壁面Aと壁面Bとの接触部分から漏出しない程度に、壁面Aと壁面Bとが接触していればよい。
本開示に係る構造物の製造方法に用いるモールド(特定モールド)について説明する。
特定モールドの一実施形態としては、壁面Aは、第1部材が有する貫通孔の表面であり、壁面Aと壁面Bとが連続してモールド壁を形成するように、第1部材と第2部材とを組み合わせた形態が挙げられる。(以下、この実施形態に係るモールドを、適宜「モールドA」とも称する。)
特定モールドの別の実施形態としては、第2部材が、第1部材の貫通孔を貫通して塞栓し、かつ厚さ方向の断面視における長さが貫通孔の長さに対して大きい突起部を有し、壁面Bは突起部の表面を含み、壁面Aと壁面Bとが連続してモールド壁を形成するように、第1部材と第2部材とを組み合わせた形態が挙げられる。(以下、この実施形態に係るモールドを、適宜「モールドB」とも称する。)
なお、以下の説明において、単に「モールド」又は「特定モールド」と称する場合は、モールドA及びのモールドBの両方を包含するものとする。
図1Aに示す一実施形態は、モールドAを用いた例であり、第1部材11と第2部材12を組み合わせたモールド100を用いている。
図1Bに示す一実施形態は、モールドBを用いた例であり、第1部材11と突起部15を有する第2部材12Aを組み合わせたモールド200を用いている。
図1Bに示す一実施形態は、モールドBを用いた例であり、第1部材11と突起部15を有する第2部材12Aを組み合わせたモールド200を用いている。
図2Aは、特定モールド(モールドA)の一実施形態に係るモールド100を示す模式断面図である。図2Bは、モールド100が有する第1部材11の上面図であり、図2Cは、図2Bに示す第1部材11の1-1線断面模式図である。図2Dは、モールド100が有する第2部材12の上面図であり、図2Eは、図2Dに示す第2部材12の2-2線断面模式図である。
図2Aに示すように、モールド100は、第1部材11と第2部材12とが組み合わされて1つのモールドとして構成される。第1部材11は2つの主面を有する部材であり、2つの主面を貫通する貫通孔14を有する。モールド100において、第1部材11が有する貫通孔14の壁面Aと、第2部材12の表面の一部である壁面Bとは連続してモールド壁を形成しており、モールド100における壁面Aと壁面Bとにより形成されたモールド壁により、貫通孔14内に充填された転写材料(不図示)を規制して構造物を賦形することができる。
図2B及び図2Cに示すように、第1部材11は2つの主面を有する部材であり、2つの主面を貫通する貫通孔14を有する第1部材の2つの主面とは、第1部材の厚み方向に対向する2つの平面のことを意味する。
第1部材11は、貫通孔14のみを有しているが、貫通孔14の他に、2つの主面のうちの一方を貫通しない凹部(非貫通孔)を1つ又は2つ以上有していてもよい。第1部材が非貫通孔と有すことにより、表面処理を行う構造物と、表面処理を行わない構造物とを、1つのモールドを用いて形成することができる。
モールド100において、第1部材11の貫通孔14の表面全体が壁面Aを構成し、第2部材12Aの貫通孔14を塞ぐ表面が壁面Bを構成している。モールド100において、壁面Aと壁面Bとが連続して形成したモールド壁を含む領域は、図2Aに示すように、パターン部18を構成する。パターン部18は、モールド100を用いて形成される構造物の形状及び大きさを画定する。第1部材11において、貫通孔14は、四角柱形状に形成されているが、貫通孔14の形状は、これに限定されるものではなく、円柱形状、バレル形状、四角柱形状以外の多角柱形状、直線パターン等の所望とする形状にすることができる。
第2部材12は、第1部材11が有する貫通孔14を塞ぐ部材であり、モールド100において、貫通孔14に転写材料(不図示)を充填して形成された構造物の一端(即ち、構造物の天井部分)を賦形する。
図2D及び図2Eに示すように、第2部材12は平板状の部材である。第2部材12は、第1部材11と組み合わされた際に、第1部材11が有する貫通孔14の開口部に対応する第2部材12の一方の主面における領域(即ち、図2Eの2本の仮想一点破線間の領域)が、壁面Bを構成する。
第1部材11は、貫通孔の貫通長さは、目的とする構造物に応じて適宜決定することができる。構造物の離型性の観点からは、貫通長さは、例えば、100nm~1000μmとすることができ、5μm~200μmとすることが好ましい。
貫通孔の開口幅に対する貫通長さであるアスペクト比は、目的とする構造物に応じて適宜決定することができる。得られる構造物の離型性の観点からは、第1部材は、上記アスペクト比が、例えば、0.5~50である貫通孔を含んでもよく、アスペクト比が1~20である貫通孔を含むことが好ましく、アスペクト比が2~20である貫通孔を含むことがより好ましい。
本開示に係る構造物の製造方法は、後述する分離工程において、第1部材と構造物とを分離させる際に、構造物の破損が効果的に抑制されることから、アスペクト比が大きい構造物を良好な転写精度で製造することができる。
第1部材11は、1つの貫通孔14を有する態様であるが、特定モールドにおいて、第1部材が有する貫通孔は1つのみであってもよいし、2つ以上であってもよい。
2つ以上の貫通孔を有する第1部材の一例を、図3A及び図3Bに示す。図3Aは、第1部材11Aの上面図であり、図3Bは、図3Aに示す第1部材11Aの3-3線断面模式図である。図3A及び図3Bに示す第1部材11Aは、モールド100が有する第1部材10を2つ以上の貫通孔14(貫通孔数:12)を含む構成に変更した以外は、第1部材10と同様に構成した変形例である。
第1部材11Aにおいて、貫通孔14は、いずれも四角柱形状に形成されているが、貫通孔14の形状は、これに限定されるものではなく、円柱形状、バレル形状、四角柱形状以外の多角柱形状、直線パターン等の所望とする形状にすることができる。
第1部材が2つ以上の貫通孔を有する場合、貫通孔を配置する態様は特に限定されない。第1部材は、全面に2つ以上の貫通孔を有していてもよいし(例えば、第1部材11Aの形態)、第1部材の一部に2つ以上の貫通孔を有していてもよい。
図4は、モールドBの一実施形態に係るモールド200を示す模式断面図である。図4に示すように、モールド200は、第1部材11と第2部材12Aとが組み合わされて1つのモールドとして構成される。
モールド200の第1部材11は、モールド100を構成する第1部材11と同じ部材である。なお、図4中、第1部材11が有する貫通孔の符号は省略する。第2部材12Aは、厚さ方向の断面視における長さは、第1部材11が有する貫通孔の長さに対して大きい突起部15を有しており、突起部15は第1部材11の貫通孔を貫通して塞栓している。即ち、第1部材11が有する貫通孔を塞栓した突起部15の先端部を含む一部分は、第1部材11の第2部材12A側とは反対側の主面から突出している。
モールド200は、第1部材11が有する2つの主面のうち、第2部材12A側とは反対側の主面が壁面Aを構成しており、壁面Aと第2部材12Aが有する突起部15の表面の一部である壁面Bとは連続してモールド壁を形成している。モールド200においては、第2部材12A側とは反対側の主面に含まれる壁面Aと、突起部15の表面の一部である壁面Bとが連続して形成したモールド壁を含む領域が、パターン部18を構成している。
モールド200は、第1部材11の第2部材12A側とは反対側に転写材料(不図示)を配置して、形成されたモールド壁により転写材料を規制して構造物を賦形することができる。モールド200を用いることで、凹部(例えば、溝部)を有する構造物を得ることができる。
なお、本開示に係るモールドは、モールドAの構成又はモールドBの構成のみを有するものであってもよいし、モールドA及びはモールドBの双方の構成を有するものであってもよい。
モールドは、1回のみ使用して破棄する態様としてもよいし、繰り返し再利用する態様としてもよい。
賦形工程においては、まず、基板を用意する。図1A及び図1Bに示す一実施形態では、図1A(A)及び図1B(A)に示すように、基板10を用意する。
次いで、図1A(B)及び図1B(B)に示すように、基板10上に転写材料Tを付与する。
基板の材質としては、転写材料を用いた構造物の製造に適用できる基板であれば特に制限はなく、例えば、ガラス基板、金属基板、樹脂基板、シリコン(Si)等の基板が挙げられる。基板は、光透過性を有する基板であっても、光透過性を有さない基板(即ち、不透明基板)であってもよい。
基板の材質としては、転写材料を用いた構造物の製造に適用できる基板であれば特に制限はなく、例えば、ガラス基板、金属基板、樹脂基板、シリコン(Si)等の基板が挙げられる。基板は、光透過性を有する基板であっても、光透過性を有さない基板(即ち、不透明基板)であってもよい。
賦形工程において、基板上に転写材料を賦形する態様の一つとしては、基板上に付与した転写材料をモールドを用いて押圧することが挙げられる。
転写材料の付与手段としては、例えば、インクジェットヘッド、スピンコーター、グラビアコーターなどの付与手段が挙げられる。
図1Aに示す実施形態においては、図1A(B)に示すように、基板10上に転写材料Tを付与した後、図1A(C)に示す構成になるように、モールドAであるモールド100を用いて転写材料Tを押圧すればよい。これにより、モールド100が有するパターン部の形状が、転写材料Tに転写される。
図1Bに示す実施形態においては、図1B(B)に示すように、基板10上に転写材料Tを付与した後、図1B(C)に示す構成になるように、モールドBであるモールド200を用いて転写材料Tを押圧すればよい。これにより、モールド200が有するパターン部の形状が、転写材料Tに転写される。
賦形工程において、基板上に転写材料を賦形する別の態様としては、モールドに転写材料を充填した後、基板上にモールドを配置することが挙げられる。本態様の賦形工程は、モールドAを用いて行われる。
具体的には、基板10上に転写材料Tを付与すること(図1A(B))に変えて、モールド100に転写材料Tを直接充填し、図1A(C)に示す構成になるように、転写材料Tが充填されたモールド100を基板10上に配置すればよい。転写材料Tを充填したモールド100を基板10上に配置した後、更に押圧してもよい。これにより、モールド100が有するパターン部の形状が、転写材料Tに転写される。
賦形工程において、基板上に転写材料を賦形する別の態様としては、基板上に配置した第1部材に転写材料を充填すること、転写材料を充填した第1部材上に第2部材を配置してモールドを形成すること、及び、形成されたモールドを押圧することが挙げられる。本態様の賦形工程は、モールドAを用いて行われる。
本態様における転写材料の付与手段としては、例えば、インクジェットヘッド、スキージなどの付与手段などが挙げられる。
本態様における転写材料の付与手段としては、例えば、インクジェットヘッド、スキージなどの付与手段などが挙げられる。
具体的には、例えば、基板10上に転写材料Tを付与すること(図1A(B))に変えて、基板10上に第1部材11を配置し、第1部材11の貫通孔を有するパターン部に転写材料Tを充填した後、図1A(C)に示す構成になるように、第1部材11の上に第2部材12を配置してモールド100を組み上げ、次いで、モールド100を押圧すればよい。これにより、モールド100が有するパターン部の形状が、転写材料Tに転写される。
賦形工程では、基板上に第1部材を配置するに際して、第1部材と基板とを磁力を用いて固定化することも好ましい。
第1部材と基板とを磁力を用いて固定化する方法としては、モールドAを用いる場合であれば、図1A(C)において、基板10の第1部材11側とは反対側に磁石を配置することが挙げられる。また、モールドBを用いる場合であれば、図1B(C)において、第2部材12Aの第1部材11側とは反対側に磁石を配置することが挙げられる。
第1部材と基板とを磁力を用いて固定化する方法としては、モールドAを用いる場合であれば、図1A(C)において、基板10の第1部材11側とは反対側に磁石を配置することが挙げられる。また、モールドBを用いる場合であれば、図1B(C)において、第2部材12Aの第1部材11側とは反対側に磁石を配置することが挙げられる。
賦形工程では、転写材料を硬化させることが好ましい。硬化としては、硬化温度が-65℃以上300℃以下の硬化及び光硬化からなる群より選択される少なくとも1つを含むことが好ましく、光硬化を含むことがより好ましい。
光硬化としては、転写材料Tとして光硬化性組成物(好ましくは、UV硬化型組成物)を用いて、転写材料Tとモールドとを接触させた後、波長200~400nmの光で露光することが挙げられる。露光条件、露光手段は、使用する光硬化性組成物に応じて適宜選択すればよい。光硬化性組成物としては、例えば、東洋合成工業株式会社製のPAK-01、PAK-02などが挙げられる。
転写材料の硬化に光硬化を適用する場合、露光は基板側から行ってもよいし、モールド側から行ってもよい。モールドBを用いる場合には、基板側から露光することが好ましい。基板側から露光する場合には、基板を光透過性の基板とする。モールドAを用いてモールド側から露光する場合には、少なくとも第2部材を光透過性材料を用いて作製すればよい。モールドBを用いてモールド側からの露光する場合には、第1部材及び第2部材の両方を光透過性材料を用いて作製する。
賦形工程における硬化としては、硬化温度が-65℃以上300℃以下の硬化であることも好ましい。この態様に用いる転写材料Tは、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を含むことができる。
熱硬化性樹脂を含む転写材料Tを用いる場合であれば、転写材料T(熱硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂組成物)をモールドと接触させた後、転写材料Tを加熱硬化させることが挙げられる。加熱条件、加熱手段は、使用する転写材料Tに応じて適宜選択すればよい。熱硬化性樹脂としては、例えば、ポリジメチルシロキサン(PDMS)又はエポキシ樹脂が挙げられる。
熱可塑性樹脂を含む転写材料T(即ち、熱可塑性樹脂又は熱可塑性樹脂組成物)を用いる場合であれば、賦形工程に射出成形を用いることができる。この場合、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー(COP)等の熱可塑性樹脂を含む転写材料Tを溶融し、モールドをセットした金型に射出充填、冷却固化することで、転写材料Tを硬化させることができる。
(露出工程)
露出工程では、賦形工程の後、第2部材を特定モールドから取り除いて、転写材料から賦形された構造物の一部、又は、転写材料から賦形された構造物の一部及び基板の一部を露出させる
露出工程では、賦形工程の後、第2部材を特定モールドから取り除いて、転写材料から賦形された構造物の一部、又は、転写材料から賦形された構造物の一部及び基板の一部を露出させる
モールドAを用いる場合であれば、例えば、図1A(D)に示されるように、第1部材11と第2部材12とを分離させて、第2部材12を取り除くことで、第1部材11の貫通孔から、賦形工程後の転写材料Tから賦形された構造物Sの表面の一部が露出する。
モールドBを用いる場合であれば、図1B(D)に示されるように、第1部材11と第2部材12Aとを分離させて、第2部材12Aを取り除くことで、第1部材11の貫通孔の下に、賦形工程後の転写材料Tから賦形された構造物S及び基板10の表面の一部が露出する。
第1部材11と第2部材12とを分離し、第2部材12を取り除く手段としては、特に制限されず、例えば、手又装置を用いた剥離除去、溶剤を用いた溶解除去等が挙げられる。第1部材11と第2部材12Aとを分離し、第2部材12Aを取り除く手段も同様である。
(分離工程)
分離工程では、露出工程により露出した構造物の露出部分又は基板の露出部分の少なくとも一部を押圧して、第1部材と構造物とを分離する。
分離工程では、露出工程により露出した構造物の露出部分又は基板の露出部分の少なくとも一部を押圧して、第1部材と構造物とを分離する。
露出工程後の構造物の非露出部分は、第1部材と強固に密着している傾向にあり、構造物の全体を第1部材から一度に分離させようとすると、構造物が破損してしまう場合がある。構造物がアスペクト比が大きい微細構造物である場合には、特にその傾向が大きい。
分離工程では、露出工程により露出した構造物の露出部分又は基板の露出部分の少なくとも一部を押圧することにより、離型の契機となる所謂「楔」として作用する剥離が構造物の非露出部分と第一部材との間に作られることから、構造物の破損を抑制しつつ、構造物と第1部材とを分離させることができる。
分離工程では、露出工程により露出した構造物の露出部分又は基板の露出部分の少なくとも一部を押圧することにより、離型の契機となる所謂「楔」として作用する剥離が構造物の非露出部分と第一部材との間に作られることから、構造物の破損を抑制しつつ、構造物と第1部材とを分離させることができる。
分離工程は、露出工程の後、表面処理を任意に行い、表面処理工程の後に行ってもよい。表面処理工程については後述する。
押圧する際の圧力は、特に限定されず、例えば、構造物の形状、大きさ、性状等、押圧手段(押圧部材、気体、液体、等)に応じて、適宜設定することができる。
分離工程では、構造物にダメージを与えない観点から、第1部材が有する貫通孔に挿入可能な押圧部材、気体、及び、液体からなる群から選択された少なくとも1種を用いて、構造物の露出部分の少なくとも一部、又は、基板の露出部分の少なくとも一部を押圧し、第1部材と構造物とを分離させることが好ましい。
分離工程におる押圧は、製造適性の観点から、貫通孔に挿入可能な押圧部材又は気体を用いた押圧を含むことがより好ましく、押圧部材を用いた押圧を含むことが更に好ましい。
貫通孔に挿入可能な押圧部材としては、簡便性の観点から、押圧ピンが好ましい。押圧ピンを用いることにより、アスペクト比が大きい構造物であっても、分離の際の破損が良好に抑制される。本開示において、「押圧ピン」とは、賦形された構造物を押圧できる硬度を有し、かつ特定モールドが有する第1部材の貫通孔を貫通できる長さを有する部材を意味する。
モールドAを用いる態様において、押圧部材の押圧方向に沿った長さは、第1部材が有する貫通孔の押圧方向に沿った貫通長さよりも長いことが好ましい。押圧部材の押圧方向に沿った長さが、第1部材が有する貫通孔の押圧方向に沿った貫通長さよりも長いことにより、貫通孔内に存在する構造物を第1部材から確実に分離させることができる。
ここで、押圧部材の押圧方向に沿った長さとは、第1部材が有する貫通孔に挿入される部位の長さを意味する。押圧部材は、貫通孔に挿入されない部位(例えば、把持部位、複数の押圧部の連結部位、等)を有していてもよいが、貫通孔に挿入されない部位の長さは、押圧部材の押圧方向に沿った長さには含めないものとする。
図1Aに示す一実施形態及び図1Bに示す一実施形態は、分離工程に押圧部材を用いた例である。
図1A(E)及び図1A(F)では、構造物Sの露出部分に対して、第1部材11が有する貫通孔から押出部材13Aの突起部(押圧ピン)を差し込み、矢印Yの方向に押圧することにより、基板10上に形成された構造物Sと第1部材11とを分離させる。
分離工程を経ることにより、図1A(G)に示すように、基板10上に形成された構造物Sが得られる。
分離工程を経ることにより、図1A(G)に示すように、基板10上に形成された構造物Sが得られる。
また、図1B(E)及び図1B(F)では、基板10の露出部分に対して、第1部材11が有する貫通孔から押出部材13Bの突起部(押圧ピン)を差し込み、矢印Yの方向に押圧することにより、基板10上に形成された構造物Sと第1部材11とを分離させている。分離工程を経ることにより、図1B(G)に示すように、基板10上に形成された構造物Sが得られる。
気体としては、構造物にダメージを与えない気体であれば限定されず、製造する構造物に応じて選択すればよい。構造物が表面処理されている場合には、表面処理層の性状に応じて気体を選択すればよい。気体としては、例えば、空気、窒素ガス、及び、アルゴンガスが挙げられ、安全性の観点から、空気が好ましい。
液体としては、構造物にダメージを与えない液体であれば限定されず、製造する構造物に応じて選択すればよい。構造物が表面処理されている場合には、表面処理層の性状に応じて気体を選択すればよい。液体としては、例えば、水、及び、エタノール等の溶剤が挙げられ、安全性の観点から、水が好ましい。
分離工程のある態様では、構造物の露出部分の全部又は基板の露出部分の全部に対する押圧を一回行うことが好ましい。押圧を一段操作で行うことで、構造物と第1部材との分離を効率良く行うことができる。押圧は、構造物又は基板が露出している貫通孔から、構造物の破損を抑制する観点から、露出部分の全部に対して、均一に圧力をかけることが好ましい。
図5は、構造物の露出部分の全部を一回押圧して一段操作で分離する態様の一例を示す模式断面図である。
。図5は、露出工程において第2基材が取り除かれた後、分離工程を行う前の態様を示している。図5に示すように、基板20上に配置された第1部材11Aの貫通孔内に、構造物Sが形成されており、第1部材11Aの基板20とは反対側の表面に構造物Sの一部が露出している。第1部材11Aは、図3A及び図3Bに示す第1部材11Aと同じ部材である。
。図5は、露出工程において第2基材が取り除かれた後、分離工程を行う前の態様を示している。図5に示すように、基板20上に配置された第1部材11Aの貫通孔内に、構造物Sが形成されており、第1部材11Aの基板20とは反対側の表面に構造物Sの一部が露出している。第1部材11Aは、図3A及び図3Bに示す第1部材11Aと同じ部材である。
押圧部材13Cは、第1部材11Aが有する貫通孔の数(即ち、形成された構造物Sの数)と同じ数の突起部を有している。押圧部材13Cの押圧方向に沿った長さは、第1部材11Aが有する貫通孔の押圧方向に沿った貫通長さよりも長い。
本態様の押圧では、構造物Sの露出部分の全部を、押圧部材13Cを用いて、矢印Y方向に一回で押圧して、構造物Sと第1部材11Aとを一段操作で分離する。
分離工程のある態様では、構造物の露出部分又は基板の露出部分に対する押圧を多段回行うことが好ましい。押圧を多段回に分けて行うことは、構造物の破損をより効果的に抑制できる。また、押圧を多段回で行うことは、特性(例えば、形状、性状等)が異なる構造物を複数設ける場合において、構造物の特性に応じた押圧を行えることから好ましい。
構造物の破損を抑制する観点から、押圧は、構造物又は基板が露出している貫通孔から、押圧の対象とする露出部分に対して、均一に圧力をかけることが好ましい。
押圧を多段回に分けて行う場合の押圧の態様は、特に限定されず、押圧の対象とする露出部分を含む領域を2以上設定して、設定した領域の数に応じて押圧を行えばよい。例えば、押圧の対象とする露出部分が存在する全領域を中央部と周縁部に分け、中央部を先ず押圧して、次いで、周縁部を押圧する態様が挙げられる。
押圧に用いる多段の圧力は、いずれの段階においても全て同じ圧力であってもよいし、段階毎に異なる圧力を組み合わせてもよい。
押圧を多段で行う場合においても、構造物の破損を抑制する観点から、押圧は、構造物又は基板が露出している貫通孔から、押圧の対象とする露出部分に対して、均一に圧力をかけることが好ましい。
図6は、構造物の露出部分を多段で押圧する態様の一例を示す模式断面図である。本例では2段で押圧を行う。
図6は、露出工程において第2基材が取り除かれた後、分離工程を行う前の態様を示している。図6(A)に示すように、基板20上に配置された第1部材11Aの貫通孔内に構造物Sが形成されており、第1部材11Aの基板20とは反対側の表面に構造物Sの一部が露出している。第1部材11Aは、図3A及び図3Bに示す第1部材11Aと同じ部材である。
押圧部材13Dは、一段目の押圧に用いる押圧部材であり、第1部材11Aが有する貫通孔の数のうち、中央部に位置する貫通孔の数と同じ数の突起部を有している。押圧部材Dの押圧方向に沿った長さは、第1部材11Aが有する貫通孔の押圧方向に沿った貫通長さよりも長い。
押圧部材13Eは、二段目の押圧に用いる押圧部材であり、第1部材11Aが有する貫通孔の数のうち、中央部以外の周縁部に位置する貫通孔の数と同じ数の突起部を有している。押圧部材Eの押圧方向に沿った長さは、第1部材11Aが有する貫通孔の押圧方向に沿った貫通長さよりも長い。
本態様の押圧は、先ず、図6(A)に示すように、押圧部材13Dを用いて、中央部に位置する構造物Sの露出部分を矢印Y方向に押圧して、中央部の構造物Sを第1部材11Aから離型させる。次いで、図6(B)に示すように、押圧部材13Eを用いて、周縁部に位置する構造物Sの露出部分を矢印Y方向に押圧して、周縁部の構造物Sを第1部材11Aから離型させて、基板20上に賦形された複数の構造物Sの全部と第1部材11Aとを分離する。
(その他の工程)
本開示に係る構造物の製造方法は、転写材料準備工程、賦形工程、露出工程及び分離工程以外のその他の工程を、所望により行ってもよい。その他の工程としては、表面処理工程、洗浄工程、分離工程後の構造物を加工する工程等が挙げられる。その他の工程は、これらの例示に限定されない。
本開示に係る構造物の製造方法は、転写材料準備工程、賦形工程、露出工程及び分離工程以外のその他の工程を、所望により行ってもよい。その他の工程としては、表面処理工程、洗浄工程、分離工程後の構造物を加工する工程等が挙げられる。その他の工程は、これらの例示に限定されない。
<表面処理工程>
本開示に係る構造物の製造方法においては、露出工程の後、分離工程の前に、露出させた構造物の表面に表面処理を行う表面処理を行ってもよい。
本開示に係る構造物の製造方法においては、露出工程の後、分離工程の前に、露出させた構造物の表面に表面処理を行う表面処理を行ってもよい。
表面処理は、第1部材と構造物とを分離させずに行うことが好ましく、第1部材をマスクとして用い、露出させた構造物の表面を処理することがより好ましい。表面処理工程により、賦形された構造物の表面の一部、又は、構造物及び基板の表面の一部に、表面処理層が局所的に形成される。
表面処理としては、例えば、真空成膜処理、塗布処理、イオン照射処理、エッチング処理、又はブラスト加工処理が挙げられる。
真空成膜処理としては、真空蒸着、スパッタリング、化学気相蒸着(CVD)、原子層堆積(ALD)などが挙げられる。
塗布処理としては、インクジェット、スプレーコーティングなどが挙げられる。
イオン照射処理としては、大気圧プラズマ処理、酸素プラズマアッシング、UVオゾン処理などが挙げられる。
エッチング処理としては、ガスを用いるドライエッチング、薬液によるウエットエッチングなどが挙げられる。
ブラスト加工処理としては、サンドブラスト処理などが挙げられる。
上記の各処理の処理条件及び処理装置は、目的とする表面処理層の性状に応じて適宜選択すればよい。
真空成膜処理としては、真空蒸着、スパッタリング、化学気相蒸着(CVD)、原子層堆積(ALD)などが挙げられる。
塗布処理としては、インクジェット、スプレーコーティングなどが挙げられる。
イオン照射処理としては、大気圧プラズマ処理、酸素プラズマアッシング、UVオゾン処理などが挙げられる。
エッチング処理としては、ガスを用いるドライエッチング、薬液によるウエットエッチングなどが挙げられる。
ブラスト加工処理としては、サンドブラスト処理などが挙げられる。
上記の各処理の処理条件及び処理装置は、目的とする表面処理層の性状に応じて適宜選択すればよい。
<洗浄工程>
本開示に係る構造物の製造方法は、分離工程の後に、更に、第1部材又は第2部材の表面を洗浄する工程を含んでもよい。特に、第1部材を再利用する場合、第1部材の第2部材と対向する側には、表面処理の残渣が堆積していることから、第1部材の第2部材と対向する側を洗浄する工程を含むことは、このような場合に特に好ましい。
洗浄手段としては、表面処理の手段や付着する材料などによって適宜選択するが、例えば、酸、アルカリ、有機溶剤などを用いたウエット洗浄;ドライアイス洗浄;レーザーを用いた洗浄;サンドブラスト洗浄;大気圧プラズマ、ドライエッチングなどのプラズマ洗浄;等が挙げられる。
本開示に係る構造物の製造方法は、分離工程の後に、更に、第1部材又は第2部材の表面を洗浄する工程を含んでもよい。特に、第1部材を再利用する場合、第1部材の第2部材と対向する側には、表面処理の残渣が堆積していることから、第1部材の第2部材と対向する側を洗浄する工程を含むことは、このような場合に特に好ましい。
洗浄手段としては、表面処理の手段や付着する材料などによって適宜選択するが、例えば、酸、アルカリ、有機溶剤などを用いたウエット洗浄;ドライアイス洗浄;レーザーを用いた洗浄;サンドブラスト洗浄;大気圧プラズマ、ドライエッチングなどのプラズマ洗浄;等が挙げられる。
<分離工程後の構造物を加工する工程>
分離工程後の構造物を加工する工程の例としては、構造物(例えば、マイクロ流路)を別の部材を用いて封止すること、構造物を別の部品に組み込んで接着すること、などが挙げられる。構造物には、露出工程の後、分離工程の前に、上記の表面処理工程が行われていてもよい。
分離工程後の構造物を加工する工程の例としては、構造物(例えば、マイクロ流路)を別の部材を用いて封止すること、構造物を別の部品に組み込んで接着すること、などが挙げられる。構造物には、露出工程の後、分離工程の前に、上記の表面処理工程が行われていてもよい。
<特定モールドに関するその他の事項>
以下、本開示に係る構造物の製造方法に用いる特定モールドについて、更に説明する。
以下、本開示に係る構造物の製造方法に用いる特定モールドについて、更に説明する。
~特定モールドの他の変形例~
図7Aに示すモールド300Aは、モールドAの一態様であり、第2部材12Cが、第1部材11の貫通孔14の内部に嵌入する嵌入部16Aを有し、壁面Bが嵌入部16Aの表面を含む態様に変更した以外は、モールド100と同様に構成した変形例である。モールド300において、壁面Aと壁面Bとが連続して形成したモールド壁を含む領域はパターン部18を構成する。
図7Aに示すモールド300Aは、モールドAの一態様であり、第2部材12Cが、第1部材11の貫通孔14の内部に嵌入する嵌入部16Aを有し、壁面Bが嵌入部16Aの表面を含む態様に変更した以外は、モールド100と同様に構成した変形例である。モールド300において、壁面Aと壁面Bとが連続して形成したモールド壁を含む領域はパターン部18を構成する。
図7Aに示すように、第2部材12Cが嵌入部16Aを有することで、傾斜面を有する構造物が賦形され、第2部材12を第1部材11から分離し、除去した後に、第1部材11をマスクとして、傾斜面を対象にして、局所的に精度よい表面処理を行うことができる。
なお、モールド300Aでは、嵌入部16Aの表面の一部が、貫通孔14の内表面の一部と接するように、嵌入部16Aが貫通孔14の内部に嵌入しているが、嵌入部の表面が貫通孔の内表面と接しないように、嵌入部が貫通孔の内部に嵌入する態様であってもよい。
モールド300Aは、第1部材が有する貫通孔と第2部材が有する嵌入部とが、更に、モールド壁が画定する空間とは別個の空間を形成していてもよい。モールド壁が画定する空間とは別個の空間が形成されていることにより、露出工程において、第1部材と第2部材との分離が容易になる。この態様の特定モールドを図7Bに示す。
図7Bに示すように、モールド300Bは、貫通孔14を有する第1部材11Aと、嵌入部16Bを有する第2部材12Dとを組み合わせて構成されており、貫通孔14の壁面Aと嵌入部16Bの表面の一部である壁面Bとから形成されるモールド壁が画定する空間とは別個に、空間19が形成されている。モールド300Bにおいて、壁面Aと壁面Bとが連続して形成したモールド壁を含む領域はパターン部18を構成する。
~特定モールドの形成材料及び製造方法~
特定モールドが有する第1部材及び第2部材を形成する材料としては、モールドの形成に適用できる材料であれば特に限定されず、無機材料であってもよく、有機材料であってもよい。
特定モールドが有する第1部材及び第2部材を形成する材料としては、モールドの形成に適用できる材料であれば特に限定されず、無機材料であってもよく、有機材料であってもよい。
無機材料としては、例えば、金属材料、ガラス材料、及びセラミックス材料が挙げられる。金属材料としては、例えば、ニッケル、銅、及び、これら金属を2種以上含む合金が挙げられる。ガラス材料としては、例えば石英などが挙げられ、セラミックス材料としては、SiC(炭化ケイ素)などがそれぞれ挙げられる。
有機材料としては、例えば、樹脂を含む有機材料が挙げられる。樹脂としては、例えば、シリコーン、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー(COP)などの樹脂が挙げられる。
第1部材及び第2部材は、例えば、切削加工、レーザー露光などのリソグラフィ;ドライエッチング又はウエットエッチング;電気鋳造、樹脂を含む有機材料を用いた成形;等により製造することができる。
また、第1部材及び第2部材は、それぞれを別個に製造してから、両部材を組み合わせてモールドとする態様であってもよいし、第1部材の上に第2部材を形成してモールドとする態様であってもよい。第1部材の上に第2部材を形成する態様としては、例えば、予め製造した第1部材の上に、塗布法等を用いて、第2部材を形成する態様などが挙げられる。
第1部材及び第2部材の厚みは、目的に応じて適宜設定することができ、例えば、それぞれ独立に、10μm~10mmとすることができ、100μm~600μmとしてもよい。
第1部材及び第2部材を形成する材料は、同一であっても異なっていてもよい。
製造性及びコストの観点からは、第1部材及び第2部材は、同一の材料であることが好ましい。
製造性及びコストの観点からは、第1部材及び第2部材は、同一の材料であることが好ましい。
第1部材及び第2部材は、弾性率が互いに異なる材料を用いて形成してもよい。弾性率が互いに異なる材料を用いることで、第1部材と第2部材とを分離させる際に付与する外力に対する撓み具合が、第1部材と第2部材とで相違するため分離し易くなる。
弾性率が互いに異なる材料としては、例えば、一方を金属を含む無機材料とし、他方を樹脂を含む有機材料とする態様が挙げられる。
弾性率が互いに異なる材料としては、例えば、一方を金属を含む無機材料とし、他方を樹脂を含む有機材料とする態様が挙げられる。
弾性率が互いに異なる材料を用いてモールドを形成する態様としては、第1部材を構成する材料の弾性率が、第2部材を構成する材料の弾性率よりも大きくてもよいし、第1部材を構成する材料の弾性率が、第2部材を構成する材料の弾性率よりも小さくてもよい。
第1部材及び第2部材は、少なくとも一方が磁性材料を含んでもよく、第1部材及び第2部材の両方が磁性材料を含んでもよい。
磁性材料としては、例えば、ニッケル、コバルト、鉄などの金属、及び、これら金属を2種以上含む合金が挙げられる。
第1部材及び第2部材の少なくとも一方が磁性材料を含むことにより、外部からの磁力を用いて、第1部材及び第2部材同士、又は、転写材料を配置する基板とモールドとの固定化を向上させることができる。
磁性材料としては、例えば、ニッケル、コバルト、鉄などの金属、及び、これら金属を2種以上含む合金が挙げられる。
第1部材及び第2部材の少なくとも一方が磁性材料を含むことにより、外部からの磁力を用いて、第1部材及び第2部材同士、又は、転写材料を配置する基板とモールドとの固定化を向上させることができる。
ある態様において、本開示に係るモールドは、第1部材及び第2部材が磁力を用いて固定化されたモールドであってもよい。磁力は、モールドの外部に配置した磁石から生じた磁力を用いればよい。磁石としては、例えば、ネオジム磁石などの永久磁石、及び、電磁石を用いることができる。磁石は、モールドの第1部材側又は第2部材側のいずれに配置してもよい。
~離型層~
第1部材及び第2部材は、各々、表面の少なくとも一部の領域に離型層を有してもよい。離型層を有することにより、第1部材と第2部材との分離、或いは、第1部材と転写材料を賦形した構造物又は基板との分離が容易になることから好ましい。
第1部材及び第2部材は、各々、表面の少なくとも一部の領域に離型層を有してもよい。離型層を有することにより、第1部材と第2部材との分離、或いは、第1部材と転写材料を賦形した構造物又は基板との分離が容易になることから好ましい。
第1部材及び第2部材が離型層を有する態様としては、例えば、下記(1)又は(2)に示す態様が挙げられ、(1)及び(2)に示す態様の両方であってもよい。第1部材及び第2部材の一方のみが離型層を有してもよいし、第1部材及び第2部材の両方が離型層を有してもよい。
態様(1):第1部材と第2部材とが互いに接する面のうち、少なくとも一部の領域に離型層を有する態様。態様(1)によれば、露出工程における第1部材と第2部材との界面における離型性が向上し、第1部材と第2部材との分離がより容易になる。
態様(2):第1部材と第2部材とが接していない面の少なくとも一部の領域に、離型層を有する態様。態様(2)によれば、露出工程における第1部材及び/又は第2部材と転写材料から賦形された構造物との離型性、又は、分離工程における第1部材と基板との離型性が向上し、第1部材及び/又は第2部材と構造物との分離、又は、第1部材と基板との分離がより容易になる。
離型層は、フッ素を含有した離型剤、例えば、パーフルオロポリエーテル(PFPE)又はポリテトラフルオロエチレン(PTFE)により形成することができる。また、離型層としては、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)を用いて形成した態様も好適である。
~第2部材における光を透過する領域~
転写材料として光硬化性の転写材料を適用する場合、第2部材は、波長200~400nmの範囲における少なくとも一部の波長の光を透過する領域を含むものであってもよい。即ち、第2部材は、例えば、波長200~400nmの範囲における少なくとも一部の波長の光を透過する材料(以下、光透過性材料ともいう。)を用いて作製することができる。
転写材料として光硬化性の転写材料を適用する場合、第2部材は、波長200~400nmの範囲における少なくとも一部の波長の光を透過する領域を含むものであってもよい。即ち、第2部材は、例えば、波長200~400nmの範囲における少なくとも一部の波長の光を透過する材料(以下、光透過性材料ともいう。)を用いて作製することができる。
波長200~400nmの範囲における少なくとも一部の波長の光を透過する領域は、少なくとも、構造物の製造過程において光硬化性の転写材料が配置される位置に対応する領域であればよい。第2部材は、少なくとも一部が光透過性材料を用いて作製されていてもよく、全部が光透過性材料を用いて作製されていてもよい。
第2部材を光透過性材料を用いて作製することは、構造物を設ける基材として不透明基板を用いる場合において、モールド側から露光できることから有利である。
光透過性材料としては、例えば、光透過性樹脂材料(例えば、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、シクロオレフィンポリマー(COP)、石英ガラス等が挙げられる。
~アライメント部~
特定モールドは、第1部材及び第2部材の少なくとも一方の部材が、互いに位置合わせを行うためのアライメント部を有することが好ましい。アライメント部を有することで、第1部材及び第2部材を精度よく位置合わせすることができる。特定モールドは、モールドA及びモールドBのいずれの形態であっても、アライメント部を有することができる。
特定モールドは、第1部材及び第2部材の少なくとも一方の部材が、互いに位置合わせを行うためのアライメント部を有することが好ましい。アライメント部を有することで、第1部材及び第2部材を精度よく位置合わせすることができる。特定モールドは、モールドA及びモールドBのいずれの形態であっても、アライメント部を有することができる。
アライメント部は、第1部材と第2部材とが勘合する態様であることが好ましく、アライメント精度の観点からは、第1部材及び第2部材の一方が凸部を有し、他方が凹部を有する態様が好ましい。
アライメント部の数は、1箇所であってもよいが、位置合わせの精度を向上させる観点からは、2箇所以上であることが好ましい。
アライメント部は、例えば、第1部材及び第2部材の一方が凸部を有し、他方が凹部又は貫通部を有する形態であることが挙げられる。
モールドAのある態様において、位置合わせの精度を向上させ、かつパターン部にダメージを与えない観点から、第2部材が第1部材の貫通孔の内部に嵌入する嵌入部を有し、かつ、アライメント部は、厚さ方向の断面視において、第1部材が第2部材の嵌入部の長さに対して長さの大きい凸部を有し、第2部材が凹部を有することが好ましい。
図8は、アライメント部を有する特定モールド(モールドA)の一例を示す模式断面図である。図8に示す例では、モールド400は、第1部材41が有する凸部と第2部材42が凹部として有する貫通部とから構成されるアライメント部43を2つ有しており、凸部の長さaは、嵌入部44の長さbよりも大きく構成されている。
本開示のモールド及び構造物の製造方法によれば、微細な構造物を形成でき、かつ、構造物の表面の一部に表面処理が可能となる。このため、本開示のモールド及び構造物の製造方法は、マイクロ流路、細胞培養容器などの医療・バイオ用途;マイクロレンズ、マイクロミラーなどの光学用途;などに有用に適用することができる。
100、200、300A、300B、400 モールド
10、20 基板
11、11A、41 第1部材
12、12A、12C、12D、42 第2部材
13A、13B、13C、13D、13E 押圧部材
14、 貫通孔
15 突起部
16A、16B、44 嵌入部
18 パターン部
19 空間
43 アライメント部
a、b 長さ
A 壁面A
B 壁面B
S 構造物
T 転写材料
Y Y方向
10、20 基板
11、11A、41 第1部材
12、12A、12C、12D、42 第2部材
13A、13B、13C、13D、13E 押圧部材
14、 貫通孔
15 突起部
16A、16B、44 嵌入部
18 パターン部
19 空間
43 アライメント部
a、b 長さ
A 壁面A
B 壁面B
S 構造物
T 転写材料
Y Y方向
Claims (8)
- 転写材料を準備する工程と、
2つの主面及び前記主面を貫通する貫通孔を有する第1部材と、前記貫通孔を塞ぐ第2部材と、を有し、前記第1部材の表面の一部である壁面Aと前記第2部材の表面の一部である壁面Bとが連続してモールド壁を形成するように、前記第1部材と前記第2部材とを組み合わせた構造物賦形用のモールドを用いて、基板上に前記転写材料を賦形する工程と、
前記第2部材を前記モールドから取り除いて、前記転写材料が賦形された構造物の一部、又は、前記転写材料が賦形された構造物の一部及び前記基板の一部を露出させる工程と、
前記構造物の露出部分又は前記基板の露出部分の少なくとも一部を押圧して、前記第1部材と前記構造物とを分離する工程と、
を有する、構造物の製造方法。 - 前記第1部材と前記構造物とを分離する工程では、前記第1部材が有する貫通孔に挿入可能な押圧部材、気体、及び、液体からなる群から選択された少なくとも1種を用いて、前記構造物の露出部分の少なくとも一部、又は、前記基板の露出部分の少なくとも一部を押圧する、請求項1に記載の構造物の製造方法。
- 前記第1部材と前記構造物とを分離する工程では、前記構造物の露出部分の全部又は前記基板の露出部分の全部に対する押圧を一回で行う、請求項1又は請求項2に記載の構造物の製造方法。
- 前記転写材料を賦形する工程では、複数の構造物が賦形されており、前記第1部材と前記構造物とを分離する工程では、前記構造物の露出部分又は前記基板の露出部分に対する押圧を多段回に分けて行う、請求項1又は請求項2に記載の構造物の製造方法。
- 前記押圧は、前記押圧部材を用いた押圧を含む、請求項2に記載の構造物の製造方法。
- 前記押圧部材が、押圧ピンである、請求項5に記載の構造物の製造方法。
- 前記構造物賦形用のモールドは、前記壁面Aが前記貫通孔の表面であり、前記壁面Aと前記壁面Bとが連続してモールド壁を形成するように、前記第1部材と前記第2部材とを組み合わせた、構造物賦形用のモールドであり、
前記押圧部材の押圧方向に沿った長さは、前記第1部材が有する貫通孔の押圧方向に沿った貫通長さよりも長い、請求項5又は請求項6に記載の構造物の製造方法。 - 前記構造物賦形用のモールドは、前記壁面Aが前記貫通孔の表面であり、前記壁面Aと記壁面Bとが連続してモールド壁を形成するように、前記第1部材と前記第2部材とを組み合わせた、構造物賦形用のモールドであり、
前記第1部材が有する貫通孔は、開口幅に対する貫通長さであるアスペクト比が2~20の貫通孔を含む、請求項5又は請求項6に記載の構造物の製造方法。
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