JP5050570B2 - 微細流路構造体の製造方法 - Google Patents
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Description
前記触媒担持層形成工程は、前記第1の金属の表面に第2の金属による金属膜を形成し、陽極酸化法により前記金属膜に前記触媒担持層を形成することを備えたことを特徴とする前記[6]又は[7]に記載の微細流路構造体の製造方法。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図1(a)は斜視図、図1(b)は分解斜視図である。なお、図1(b)のA1−A1線、A2−A2線は、図1(a)のA−A線に対応する断面位置を示す。
第2のパターン層3Bは、第1の原料液L1を導入する第1の入口30aと、第2の原料液L2を導入する第2の入口30bと、第1の原料液L1と第2の原料液L2との反応により得られた反応液Mを排出する出口31とを有する。第1および第2の入口30a,30b、および出口31は、円形の貫通孔によって形成されている。なお、その貫通孔の形状は、円形に限定されず、矩形等でもよい。
第1のパターン層3Aは、第2のパターン層3Bの第1および第2の入口30a,30b、および出口31にそれぞれ連通する貫通孔32a,32b,32cと、入口30a,30bから貫通孔32a,32bを介してそれぞれ導入された第1および第2の原料液L1,L2を更に前方へ導入する第1および第2の導入路33a,33bと、第1および第2の導入路33a,33bを経て導入された第1および第2の原料液L1,L2を反応させる反応部34とを有する。貫通孔32a〜32c、導入路33a,33b、および反応部34は、略Y字状の開口パターンによって形成されている。なお、反応部34の開口パターンの形状は、S字状等でもよい。
第1および第2の入口30a,30b、貫通孔32a〜32c、第1および第2の導入路33a,33b、反応部34、および出口31の開口は、3次元の流路を構成している。流路の高さは、第1および第2のパターン層3A,3Bと同一である。流路の幅は、10〜500μm、望ましくは50〜200μmである。
次に、第1の実施の形態に係る微細流路構造体の製造方法の一例を図3〜図5を参照して説明する。図3(a)〜(c)は、パターン層の製造工程を示す断面図、図4は、ドナー基板上に形成されたパターン層の平面図である。図5(a)〜(f)は、パターン層の接合工程を示す断面図である。
まず、図3(a)に示すように、ドナー基板11上に離型層12を形成し、離型層12の上に薄板部材用素材としてAl膜13を着膜する。
第1および第2のパターン層3A,3Bが形成されたドナー基板11を図示しない真空槽内の下部ステージ(図示せず)上に配置し、ターゲット基板2を上部ステージ(図示せず)上に配置する。また、下部ステージは、x方向、y方向、θ(z軸周り)方向に移動可能となっており、上部ステージは、z方向に移動可能となっている。次に、真空槽内を排気し、高真空状態あるいは超真空状態にする。
第1および第2の入口30a,30bから第1および第2の導入路33a,33b、および反応部34に触媒5を含む溶液を流す。触媒担持層4の細孔4aに触媒5が充填される。本実施の形態では、第1および第2の導入路33a,33b、および反応部34の底面に触媒5が担持される。
次に、第1の実施の形態に係る微細流路構造体1の動作を説明する。第1の入口30aから第1の原料液L1を導入し、第2の入口30bから第2の原料液L2を導入すると、第1および第2の原料液L1,L2は、第1および第2の導入路33a,33bを層流で流れて合流し、反応部34を層流で移動する。第1および第2の原料液L1,L2が反応部34を流れるとき、原料液L1,L2の界面で反応する。この反応は、例えば、触媒5によって促進される。反応によって得られた反応液Mは、出口31から排出される。
図6は、本発明の第2の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図6(a)は斜視図、図6(b)は分解斜視図である。なお、図6(b)のD1−D1線、D2−D2線、D3−D3線、D4−D4線は、図6(a)のD−D線に対応する断面位置を示す。
第4のパターン層3Dは、第1の実施の形態の第2のパターン層3Bと同様に、第1の原料液L1を導入する第1の入口30aと、第2の原料液L2を導入する第2の入口30bと、第1の原料液L1と第2の原料液L2との反応により得られた反応液Mを排出する出口31とを有する。但し、出口31は、第1の実施の形態とは異なる位置に形成されている。
第3のパターン層3Cは、第4のパターン層3Dの第1および第2の入口30a,30b、および出口31にそれぞれ連通する貫通孔32a,32b,32dと、入口30a,30bから貫通孔32a,32bを介してそれぞれ導入された第1および第2の原料液L1,L2を更に前方へ導入する第1および第2の導入路33a,33bと、第1および第2の導入路33a,33bを経て導入された第1および第2の原料液L1,L2を混合させる混合部35と、混合部35の排出側の端部に形成された貫通孔32cとを有する。貫通孔32a,32b,32d、導入路33a,33b、および混合部35は、略Y字状の開口パターンによって形成されている。なお、混合部35の開口パターンの形状は、S字状等でもよい。
第2のパターン層3Bは、第3のパターン層3Cの貫通孔32c、32dにそれぞれ連通する貫通孔32e,32fを有する。
第1のパターン層3Aは、第2のパターン層3Bの貫通孔32e,32fにそれぞれ連通する32g,32hと、第2のパターン層3Bの貫通孔32eを介して流入する混合液を反応させ、得られた反応液Mを貫通孔32hから下方へ排出する反応部34とを有する。
次に、第2の実施の形態に係る微細流路構造体1の製造方法の一例を図8〜図11を参照して説明する。図8(a)、(b)、図10は、パターン層の製造工程を示す断面図、図9は、ドナー基板上に形成されたパターン層の平面図である。図11(a)〜(d)は、パターン層の接合工程を示す断面図である。
まず、図8(a)に示すように、Siウェハからなるドナー基板11上に、ポリイミドからなる離型層12を形成し、離型層12の上にAl膜13を着膜する。
次に、第1乃至第4のパターン層3A〜3Dが形成されたドナー基板11を図示しない真空槽内の下部ステージ上に配置し、ターゲット基板2を上部ステージ上に配置する。次に、真空槽内を排気し、高真空状態あるいは超真空状態にする。
第1および第2の入口30a,30bから第1および第2の導入路33a,33b、混合部35、および反応部34に触媒5を含む溶液を流す。触媒担持層4の細孔4aに触媒5が充填される。本実施の形態では、反応部34の側面および底面に触媒5が担持される。
次に、第2の実施の形態に係る微細流路構造体1の動作を説明する。第1の入口30aから第1の原料液L1を導入し、第2の入口30bから第2の原料液L2を導入すると、第1および第2の原料液L1,L2は、第1および第2の導入路33a,33bを層流で流れて合流し、混合部35を層流で移動し、貫通孔32c、32e、32gを経由して反応部34を層流で移動する。第1および第2の原料液L1,L2が反応部34を流れるとき、原料液L1,L2の界面で反応する。この反応は、例えば、触媒5によって促進される。反応によって得られた反応液Mは、貫通孔32h、32f、32dを経由して出口31から排出される。
図12は、本発明の第3の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図12(a)は、図6(a)のD−D線に対応する断面図、図12(b)は、図12(a)のG部拡大図、図12(c)は、図12(a)のH部拡大図である。
次に、第3の実施の形態に係る微細流路構造体1の製造方法の一例を図13〜図15を参照して説明する。図13(a)〜(c)は、パターン層の製造工程を示す断面図、図14は、ドナー基板上に形成されたパターン層の平面図である。図15(a)、(b)は、パターン層の接合工程を示す断面図である。
まず、図13(a)に示すように、導電性を有する材料からなるドナー基板14を準備する。ドナー基板14として、例えば、ステンレス鋼等の鉄系の金属や、銅等の非鉄系の金属を用いることができる。本実施の形態では、ステンレス鋼を用いる。ドナー基板14の表面は、離型性を高めるため、鏡面研磨した方が好ましい。ドナー基板14の表面粗さ(算術平均粗さRa)は、10nm以下が好ましく、5nm以下がより好ましい。表面粗さの計測は、原子間力顕微鏡、白色干渉計、触針式表面プロファイラ等を用いることができる。
次に、第1乃至第4のパターン層3A〜3Dが形成されたドナー基板14を図示しない真空槽内の下部ステージ上に配置し、ターゲット基板2を上部ステージ上に配置する。次に、真空槽内を排気し、高真空状態あるいは超真空状態にする。
第1および第2の入口30a,30bから第1および第2の導入路33a,33b、混合部35、および反応部34に触媒5を含む溶液を流す。触媒担持層4の細孔4aに触媒5が充填される。本実施の形態では、反応部34および混合部35の底面と側面に触媒5が担持される。
次に、第3の実施の形態に係る微細流路構造体1の動作を説明する。第1の入口30aから第1の原料液L1を導入し、第2の入口30bから第2の原料液L2を導入すると、第1および第2の原料液L1,L2は、第1および第2の導入路33a,33bを層流で流れて合流し、混合部35を層流で移動し、貫通孔32c、32e、32gを経由して反応部34を層流で移動する。第1および第2の原料液L1,L2が混合部35を流れるとき、原料液L1,L2の界面で混合される。この混合は、例えば、触媒5によって促進される。また、第1および第2の原料液L1,L2が反応部34を流れるとき、原料液L1,L2の界面で反応する。この反応は、例えば、触媒5によって促進される。反応によって得られた反応液Mは、貫通孔32h、32f、32dを経由して出口31から排出される。
図16は、本発明の第4の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図16(a)は、図6(a)のD−D線に対応する断面図、図16(b)は、図16(a)のI部拡大図、図16(c)は、図16(a)のJ部拡大図である。
次に、第4の実施の形態に係る微細流路構造体1の製造方法の一例を図17〜図19を参照して説明する。図17(a)〜(c)は、パターン層の製造工程を示す断面図、図18は、ドナー基板上に形成されたパターン層の平面図である。図19(a)、(b)は、パターン層の接合工程を示す断面図である。
まず、図17(a)に示すように、ステンレス鋼からなるドナー基板14を準備する。次に、ドナー基板14の上にドライフィルムからなるレジスト15を貼付する。次に、レジスト15を図示しない露光手段により所定のパターンで露光する。次に、レジスト15がパターニングされたドナー基板14をめっき浴に浸し、電解メッキにより、レジスト15の開口にニッケルまたはニッケル合金製のNi膜16を厚さ25μm着膜する。
次に、第1乃至第4のパターン層3A〜3Dが形成されたドナー基板14を図示しない真空槽内の下部ステージ上に配置し、ターゲット基板2を上部ステージ上に配置する。次に、真空槽内を排気し、高真空状態あるいは超真空状態にする。
第1および第2の入口30a,30bから第1および第2の導入路33a,33b、混合部35、および反応部34に触媒5を含む溶液を流す。触媒担持層4の細孔4aに触媒5が充填される。本実施の形態では、反応部34の底面と側面に触媒5が担持される。
次に、第4の実施の形態に係る微細流路構造体1の動作を説明する。第1の入口30aから第1の原料液L1を導入し、第2の入口30bから第2の原料液L2を導入すると、第1および第2の原料液L1,L2は、第1および第2の導入路33a,33bを層流で流れて合流し、混合部35を層流で移動し、貫通孔32c、32e、32gを経由して反応部34を層流で移動する。第1および第2の原料液L1,L2が反応部34を流れるとき、原料液L1,L2の界面で反応する。この反応は、触媒5によって促進される。反応によって得られた反応液Mは、貫通孔32h、32f、32dを経由して出口31から排出される。
図20は、本発明の第5の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図20(a)は斜視図、図20(b)は分解斜視図である。なお、図20(b)のK1−K1線、K2−K2線は、図20(a)のK−K線に対応する断面位置を示す。
次に、第5の実施の形態に係る微細流路構造体1の製造方法の一例を図22〜図24を参照して説明する。図22(a)〜(c)は、パターン層の製造工程を示す断面図、図23は、ドナー基板上に形成されたパターン層の平面図である。図24(a)、(b)は、パターン層の接合工程を示す断面図である。
まず、図22(a)に示すように、ステンレス鋼からなるドナー基板14を準備する。次に、ドナー基板14の上にドライフィルムからなるレジスト15を貼付する。次に、レジスト15を図示しない露光手段により所定のパターンで露光する。次に、レジスト15がパターニングされたドナー基板14をめっき浴に浸し、電解メッキにより、レジスト15の開口にニッケルまたはニッケル合金製のNi膜16を厚さ25μm着膜する。
次に、第1および第2のパターン層3A,3Bが形成されたドナー基板14を図示しない真空槽内の下部ステージ上に配置し、ターゲット基板2を上部ステージ上に配置する。次に、真空槽内を排気し、高真空状態あるいは超真空状態にする。
第1および第2の入口30a,30bから第1および第2の導入路33a,33b、混合部35、および反応部34に触媒5を含む溶液を流す。触媒担持層4の細孔4aに触媒5が充填される。本実施の形態では、反応部34の底面と側面に触媒5が担持される。
次に、第5の実施の形態に係る微細流路構造体1の動作を説明する。第1の入口30aから第1の原料液L1を導入し、第2の入口30bから第2の原料液L2を導入すると、第1および第2の原料液L1,L2は、第1の実施の形態と同様に、第1および第2の原料液L1,L2が反応部34を流れるとき、原料液L1,L2の界面で反応する。この反応は、例えば、触媒5によって促進される。反応によって得られた反応液Mは、出口31から排出される。
図25は、本発明の第6の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図25(a)は斜視図、図25(b)は分解斜視図である。なお、図25(b)のN1−N1線、N2−N2線は、図25(a)のN−N線に対応する断面位置を示す。図26(a)は、図25(a)のN−N線断面図、図26(b)は、図26(a)のO部拡大図、図26(c)は、図26(a)のP部拡大図である。
次に、第6の実施の形態に係る微細流路構造体1の動作を説明する。第1の入口30aから第1の原料液L1を導入し、第2の入口30bから第2の原料液L2を導入すると、第1および第2の原料液L1,L2は、高温側反応部34Aおよび低温側反応部34Bを流れるとき、原料液L1,L2の界面で反応する。また、原料液L1,L2が低温側反応部34Bを流れるとき、原料液L1,L2の界面での反応は、例えば、触媒5によって促進される。反応によって得られた反応液Mは、出口31から排出される。
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、その発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々と変形実施が可能である。発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。
2 ターゲット基板
3A,3B,3C,3D パターン層
4 触媒担持層
4a 細孔
5 触媒
11,14 ドナー基板
12 離型層
13,17 Al膜
15 レジスト
16 Ni膜
30a 第1の入口
30b 第2の入口
31 出口
32a〜32h 貫通孔
33a 第1の導入路
33b 第2の導入路
34 反応部
34A 高温側反応部
34B 低温側反応部
35 混合部
L1 第1の原料液
L2 第2の原料液
M 反応液
Claims (10)
- 開口パターンを有し、表面に触媒担持層が形成された複数の薄板部材を準備する準備工程と、
準備された前記複数の薄板部材の面を清浄化し、前記複数の薄板部材の前記面同士を直接接触させることにより、前記複数の薄板部材を接合して積層し、前記複数の薄板部材の積層により前記開口パターンが連通して流路を形成する接合工程と、
形成された前記流路に触媒を含む溶液を流すことにより前記流路に露出する前記触媒担持層に前記触媒を担持させる触媒担持工程とを含むことを特徴とする微細流路構造体の製造方法。 - 前記準備工程は、表面に触媒担持層が形成された前記複数の薄板部材をドナー基板上に形成し、
前記接合工程は、前記ドナー基板とターゲット基板との接離動作を繰り返すことにより、前記複数の薄板部材を前記ドナー基板から前記ターゲット基板上に順次転写し、前記ターゲット基板上に前記複数の薄板部材を積層状態で接合させることを特徴とする請求項1に記載の微細流路構造体の製造方法。 - 前記準備工程は、
前記ドナー基板上に薄板部材用素材を形成する薄板部材用素材形成工程と、
前記薄板部材用素材の表面に触媒担持層を形成する触媒担持層形成工程と、
前記薄板部材用素材をパターニングし、前記開口パターンおよび前記薄板部材の輪郭に対応したパターンを有する前記複数の薄板部材を形成する薄板部材形成工程とを含むことを特徴とする請求項2に記載の微細流路構造体の製造方法。 - 前記準備工程は、
前記ドナー基板上に薄板部材用素材を形成する薄板部材用素材形成工程と、
前記薄板部材用素材をパターニングし、前記開口パターンおよび前記薄板部材の輪郭に対応したパターンを有する前記複数の薄板部材を形成する薄板部材形成工程と、
前記複数の薄板部材の表面に触媒担持層を形成する触媒担持層形成工程とを含むことを特徴とする請求項2に記載の微細流路構造体の製造方法。 - 前記準備工程は、
導電性を有する前記ドナー基板上に電鋳法により金属からなる前記複数の薄板部材を形成する薄板部材形成工程と、
前記複数の薄板部材の表面に触媒担持層を形成する触媒担持層形成工程とを含むことを特徴とする請求項2に記載の微細流路構造体の製造方法。 - 前記触媒担持層形成工程は、前記流路の途中に設けられた反応部の側面を有する前記薄板部材の表面、および前記反応部の底面を有する前記薄板部材の表面に前記触媒担持層を形成する触媒担持層形成工程を含むことを特徴とする請求項4又は5に記載の微細流路構造体の製造方法。
- 前記触媒担持層形成工程は、前記流路の途中に設けられた反応部の側面を有する前記薄板部材の前記側面およびその周辺、および前記反応部の底面を有する前記薄板部材の前記底面およびその周辺に前記触媒担持層を形成する触媒担持層形成工程を含むことを特徴とする請求項4又は5に記載の微細流路構造体の製造方法。
- 前記薄膜部材形成工程は、前記複数の薄板部材を電鋳法で第1の金属により形成し、
前記触媒担持層形成工程は、前記第1の金属の表面に第2の金属による金属膜を形成し、陽極酸化法により前記金属膜に前記触媒担持層を形成することを備えたことを特徴とする請求項6又は7に記載の微細流路構造体の製造方法。 - 前記第1の金属は、ニッケルまたはニッケル合金であり、
前記第2の金属は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする請求項8に記載の微細流路構造体の製造方法。 - 前記触媒担持層形成工程は、陽極酸化法により複数の細孔を有する前記触媒担持層を形成することを特徴とする請求項1に記載の微細流路構造体の製造方法。
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