JP5070563B2 - 微細成型用金型の製造方法及び微細金型 - Google Patents
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Description
本発明は、微細成型用の金型、特に化学分析や化学反応等を行う際に用いるマイクロ流体チップの成型用微細金型、及び製造方法、及び該微細金型を用いて成型される成形品に関する。
従来より、フォトレジストを用いたフォトリソグラフィー法と電解めっき法により微細形状を有する微細金型の製造が行われている。図２に微細金型の製造方法の一例を示す。まず、図２（ａ）に示すように、石英ガラス等の基板１１上に感光性レジスト１２を塗布する。次に、図２（ｂ）に示すように、感光性レジスト１２の表面に所定パターンを有する露光マスク１３を配置し、この露光マスク１３を介して感光性レジスト１２に紫外線等の光を照射する。次に図２（ｃ）に示すように、感光性レジスト１２を現像し、所定のレジストパターンを得る。尚、図２のものでは光硬化（ネガ型）の感光性レジスト１２を用いた場合で、感光部分がレジストパターンとして基板１１上に残存している。次に、図２（ｄ）に示すように、基板１１の表面及び感光性レジスト１２の表面に導電性皮膜１４を成膜する。次に、図２（ｅ）に示すように、電解めっき（電鋳）により導電性皮膜１４の表面に微細金型１５となる金属膜を形成する。この後、図２（ｆ）に示すように、基板１１及び感光性レジスト１２及び導電性皮膜１４を除去することにより微細金型１５を製造することができる。
上記のような微細金型１５の製造方法において、感光性レジスト１２には光が照射された部分が残る光硬化型のタイプと、逆に光が照射された部分のパターンを現像処理で除去する光分解型（ポジ型）のタイプが利用されているが、光分解型の感光性レジストを用いた場合は、光硬化型より解像度に優れているが、感光性レジスト１２の厚さが薄く、所望のレジスト厚さを形成するまで複数回のフォトリソグラフィー工程を繰り返さなくてはならず、微細金型の製造が非常に煩雑になった。一方、光硬化型の感光性レジストを用いた場合は、光の量が基板方向（厚み方向）に弱まる（強度が低下する）ことになり、感光性レジスト１２は基板１１に近い底部が表面側より感光度合いが弱くなる。その結果現像後の感光性レジスト１２の断面形状は図３のように底部側よりも表面側の方が幅広（逆テーパー形状）になる。
通常、電解めっきにおいては、感光性レジスト１２の形状が形成される金属膜（微細金型１５）に忠実に転写されるため、光硬化型の感光性レジストにより形成される微細金型１５の凹部１５ａは、上部が底部よりも幅狭になった逆テーパー状に形成される。従って、この微細金型１５を用いて射出成型等により樹脂を成型した場合、凹部１５ａで作られた成型品が微細金型１５から離型しにくくなり、成型品を微細金型１５から容易に離型できなくなるという問題があった。
そこで、成型品を容易に離型することができる微細金型が提案されている（特許文献１参照）が、この場合は基板上に微細な不透明導電性層を形成しなければならず、微細金型の製造が煩雑になる恐れがあった。
また、感光性レジスト１２を用いて微細金型用母材を形成した場合、感光性レジスト１２の表面形状も電解めっきにより形成される微細金型１５に忠実に転写される。一般に感光性レジスト表面はシリコンウエハ等に比べ平坦性に劣るので、感光性レジストを微細金型用母材として作られた微細金型１５の表面は平坦性に劣り、その結果、この微細金型１５を用いて射出成型等により成型した成型品は、平坦性に問題があった。
そこで、平坦性に優れる微細金型が提案されている（特許文献２参照）が、この場合は微細金型用母材を加工するための装置が高価であるため、安価な製品として広く展開させることができないのが現状である。
本発明は上記のような状況に鑑みて成されたものであり、成型品を容易に離型することができ、さらに成形面の平坦性が優れる精密成型用微細金型及びその製造方法を提供することである。
フォトリソグラフィー法と電気めっき法によるマイクロ流体チップ形成用の成型品を成型する微細金型の製造方法であって、
導電性基板上に、感光性レジストで断面が逆テーパー形状のパターンを形成する工程と、
該導電性基板の露出部分に１層目の金属皮膜を電解めっきにより成膜する工程と、
該感光性レジストを除去して、導電性基板上に、１層目の金属皮膜で断面が順テーパー形状のパターンが形成された、微細金型の母材を得る工程と、
該母材上に２層目の金属皮膜を電解めっきにより０．５〜１．０ｍｍの厚みで成膜する工程と、
該２層目の金属皮膜を母材から剥離をして断面が順テーパー形状のパターンの金属被膜を得る工程からなることを特徴とする、微細金型の製造方法である。
導電性基板上に、感光性レジストで断面が逆テーパー形状のパターンを形成する工程と、
該導電性基板の露出部分に１層目の金属皮膜を電解めっきにより成膜する工程と、
該感光性レジストを除去して、導電性基板上に、１層目の金属皮膜で断面が順テーパー形状のパターンが形成された、微細金型の母材を得る工程と、
該母材上に２層目の金属皮膜を電解めっきにより０．５〜１．０ｍｍの厚みで成膜する工程と、
該２層目の金属皮膜を母材から剥離をして断面が順テーパー形状のパターンの金属被膜を得る工程からなることを特徴とする、微細金型の製造方法である。
微細金型製造用の母材を電解めっきにて作製することにより、微細金型の凹部の断面形状を順テーパー形状に形成することができ、成型品を容易に離型することができるものであり、さらに感光性レジストを用いて製造された微細金型に比べて微細金型の成形面の平坦性に優れた微細金型を製造することが可能となるものである。
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の微細金型の製造方法は、図１（ａ）〜（ｅ）で示す微細金型製造用の母材形成工程と、図１（ｆ）〜（ｇ）で示す微細金型形成工程とで構成されている。
本発明では、まず、図１（ａ）に示すように、導電性基板１上に感光性レジスト層２を形成する。この導電性基板材料は、作製する微細金型の大きさ、及び微細金型の数によって異なるが、例えば、四角形でサイズは、２０〜６５０ｍｍ×２０〜５５０ｍｍ、厚さが１．０ｍｍ程度である。材質は、ステンレス鋼材、ニッケル、銅、鉄など、電解めっきができるもの（導電性）であれば特に限定されない。また、感光性レジスト２としては、例えば、ドライフィルムレジスト、液状レジスト等を用いることができるが、これに限定されるものではない。また、該感光性レジスト２の膜厚は、成型品である流路としての要求上、微細金型面には２５μｍ〜２００μｍの厚さが必要であるが、これに限定されるものではない。
上記感光性レジスト層２の表面にパターンが形成された露光マスク３を配置する。露光マスク３は透明或いは半透明の光透過性を有する透光板４の片面に、光が通過不可能な遮光膜５を設けて形成されるものである。透光板としては、例えば、厚み０．５〜２ｍｍのＰＥＴフィルムやソーダガラス、石英などを用いることができる。また、遮光膜５は光を通過しないように形成すればよく、例えば、厚み０．５〜１００μｍのクロムなどが用いられる。
次に、パターンが形成された露光マスク３を、その遮光膜５側を導電性基板１の感光性レジスト面に密着させるようにして重ね合わせて配置した後、図１（ｂ）に矢印で示すように、露光マスク３側から紫外線等の光を照射する。すなわち、露光マスク３を介して感光性レジスト２に照射するものであり、これにより、光は遮光マスク５に覆われていない部分（開口部）３ａを通過して感光性レジスト２の光照射された部分のみが露光されて硬化する。
次に、感光性レジスト２の未硬化部分を現像により除去することによって、図１（ｃ）に示すように、導電性基板１の面に硬化した感光性レジスト２ａによりパターンを形成されためっき母材６を形成することができる。感光性レジストの未硬化部分を現像にて除去するに当たっては、炭酸ソーダ等のアルカリ性水溶液を用いることができる。
次に、このめっき母材６を金属めっき浴に浸漬して、通電による電解めっきを施すと、図１（ｄ）に示すように、導電性基板１の表面に１層目の金属皮膜７が形成される。１層目の金属皮膜の種類としては、ニッケル、ニッケル合金が挙げられる。ニッケル皮膜を形成するための電解めっきの条件は、例えば、スルファミン酸ニッケルを主成分とするめっき液を用いた場合、電流密度０．５〜５．０Ａ／ｄｍ２で１〜１０時間の通電を行い、ニッケルを析出させる。この金属皮膜７の厚みは、成型品である流路としての要求上、微細金型面には約１０〜１００μｍの凹部の深さが必要であるが、これに限定されるものではない。但し、該金属皮膜の厚みは感光性レジスト２ａの膜厚を越えることはない。
次に、感光性レジスト剥離材を用いて残存する硬化した感光性レジスト部２ａを剥離することによって、図１（ｅ）に示すように、導電性基板に１層目の金属皮膜でパターニングした微細金型製造用めっき母材８を形成することができる。感光性レジスト２の硬化した部分を剥離にて除去するに当たっては、例えばアミン系溶剤、アルカリ性水溶液等を用いることができるが、これに限定されるものではない。
次に、微細金型製造用めっき母材８を金属めっき浴に浸漬して、通電による電解めっきを施すと、図１（ｆ）に示すように、めっき母材８表面に微細金型９となる２層目の金属皮膜が形成される。２層目の金属皮膜の種類としては、ニッケル、ニッケル合金が挙げられる。ニッケル皮膜を形成するための電解めっきの条件は、例えば、スルファミン酸ニッケルを主成分とするめっき液を用いた場合、電流密度を２〜５Ａ／ｄｍ２で２０〜５０時間の通電を行い、厚み約０．５〜１．０ｍｍ程度のニッケルを析出させる。
最後に微細金型９となる２層目の金属皮膜を導電性基板１及び１層目のパターニングされた金属皮膜７から剥離すると、図１（ｇ）に示した本発明の微細金型９ができる。得られた微細金型９はめっき母材８の形状を反転させた形状となる。
本発明の微細金型は、例えば射出成形機に装着して、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂等のプラスチックを射出成形機の微細金型に充填すると、本発明の成型品を作ることができる。更に、この成型品の上面をフィルムや樹脂板で封止し、流路の両末端部分の封止材に流入、流出用の穴を形成するとマイクロ流体チップとなる。前記チップの用途及び具体例としては、医療分野、工業分野、バイオテクノロジー分野等に於ける診断、反応、分離、計測等に使用される。例えば、医療分野で使用される成型品は、その微細構造により、測定時間の短縮、少サンプル化、並列処理が可能であることから、病院の臨床検査科、ベットサイド、手術室・診療所・在宅診断に用いられる。
本発明によれば、従来の微細金型に比べ、微細金型の凹部の断面形状を順テーパー形状に形成することができ、成型品を容易に離型することができる。さらに成形面の平坦性が優れた微細金型を製造することが可能となり、従って、表面の平坦性に優れた成型品を作ることができる。
１．導電性基板
２．感光性レジスト
３．露光マスク
４．透光板
５．遮光膜
６．めっき母材
７．１層目の金属皮膜
８．微細金型製造用めっき母材
９．微細金型（２層目の金属皮膜）
２ａ．硬化した感光性レジスト部
３ａ．開口部
１１．導電性基板
１２．感光性レジスト
１３．露光マスク
１４．導電性皮膜
１５．微細金型（金属膜）
１５ａ．凹部
２．感光性レジスト
３．露光マスク
４．透光板
５．遮光膜
６．めっき母材
７．１層目の金属皮膜
８．微細金型製造用めっき母材
９．微細金型（２層目の金属皮膜）
２ａ．硬化した感光性レジスト部
３ａ．開口部
１１．導電性基板
１２．感光性レジスト
１３．露光マスク
１４．導電性皮膜
１５．微細金型（金属膜）
１５ａ．凹部
Claims (1)
- フォトリソグラフィー法と電気めっき法によるマイクロ流体チップ形成用の成型品を成型する微細金型の製造方法であって、
導電性基板上に、感光性レジストで断面が逆テーパー形状のパターンを形成する工程と、
該導電性基板の露出部分に１層目の金属皮膜を電解めっきにより成膜する工程と、
該感光性レジストを除去して、導電性基板上に、１層目の金属皮膜で断面が順テーパー形状のパターンが形成された、微細金型の母材を得る工程と、
該母材上に２層目の金属皮膜を電解めっきにより０．５〜１．０ｍｍの厚みで成膜する工程と、
該２層目の金属皮膜を母材から剥離をして断面が順テーパー形状のパターンの金属被膜を得る工程からなることを特徴とする、微細金型の製造方法。
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