JPWO2003028970A1 - 樹脂成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明の樹脂成形品は、（ａ）基板上へ第１レジスト層を形成（ｂ）マスクを用いて第１レジスト層を露光（ｃ）第２レジスト層を形成（ｄ）マスクの位置合わせ（ｅ）第２レジスト層を露光を行い、所望のレジスト厚さが形成されるまで（ｃ）〜（ｅ）の工程を複数回繰り返した後、現像工程を経て、所望のレジストパターンを形成する、レジストパターン形成ステップと、前記レジストパターンにしたがって、前記基板上に金属構造体をメッキにより堆積させる金属構造体形成ステップと、前記金属構造体を型として、樹脂成形品を形成する成形品形成ステップによって製造される。これにより精密で安価な樹脂成形品およびその製造方法を提供する。

Description

技術分野
本発明は、所望の造形深さを有する精密で安価な樹脂成形品を製造する方法、並びにそれらにより得られる樹脂成形品に関する。本発明の方法は、例えば、医療分野、工業分野、バイオテクノロジー分野等の診断、反応、分離、計測に使用される樹脂成形品の製造法として特に有用である。本発明により得られる樹脂成形品、特に医療分野で使用される樹脂成形品は、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、例えば病院の臨床検査科、ベッドサイド、手術室、町の診療所、在宅等の診断用途に有効に使用することができる。
背景技術
社会の成熟にしたがい、医療・健康に対する価値観は、狭い範囲の基本的健康から、「ゆたかですこやかな生活」を求めるよう変化してきている。個人の意識は、医療費の増大、治療よりも予防のほうが低負担であること、健康と疾病の境界領域の人々の増加といった背景から、治療医学よりも予防医学を重視する方向に変化していくものと考えられる。このため医療分野、なかでも臨床検査分野において、患者の近く、例えば、手術室、ベッドサイド、あるいは在宅等で、より迅速な検査・診断を行うことが可能となる無拘束な検査システム、血液などの検体量がより少量ですむ無侵襲、または低侵襲な検査システムが望まれている。
迅速な検査・診断を行うことが可能となる無拘束な検査システムを実現するためには、検査・診断の際に使用される基板の小型化によって、例えば装置に携帯性を付与させることが必要である。
近年、化学分析装置に携帯性を付与させる新たなアプローチとして、マイクロマシン技術による小型化が注目されている。例えば、生化学分析等で主流の比色分析の自動化装置では、ダイナミックな対流を発生させて２液を混合させるものと、最初から２液を交互に分散させた状況を作り出し、分子拡散により混合させるものに大別される。現在の主流になりつつあるのは、迅速な混合が可能、微量化、小型化に適している点で、分子拡散による方式である。マイクロマシン技術により、例えば、流路の直径が１ｍｍから０．１ｍｍに微細化が可能となれば、サンプルの微量化だけでなく、混合に要する時間を１０分の１以下に短縮させることができ、装置に携帯性を付与させると同時に、従来の大型装置と同じ機能を果たすことが期待されている。流路の微細化により、同一基板上に複数配することもでき、並列処理も期待されている。
近年、世界的なヒト・ゲノム解析計画の進展により、現在ＤＮＡ診断が可能な疾患の種類や数は増加の一途をたどり、従来は生化学的分析により間接的に診断されてきた疾患の多くが、ＤＮＡレベルで疾患の原因あるいは発生機序にまで迫る確定的な診断ができるようになった。
ＤＮＡ診断で使用される方法は、キャピラリー電気泳動法と、微量なゲノムサンプルを１０万倍以上に増幅した高感度で検出できるＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ）法がよく利用されている。キャピラリー電気泳動法は、直径１００〜２００μｍのキャピラリーに試料を導入、分離するものである。このキャピラリー径の微細化が可能となれば、更に診断時間の高速化が期待されている。キャピラリー径の微細化により、同一基板上に複数配することもでき、並列処理も期待されている。
臨床検査分野においては、免疫測定等で使用される高価な抗体や基質の使用量を低減するためにも、容器の微細化が期待されている。
微細化により、同一基板上に複数の流路、複数の混合部、複数の容器を配することができれば、キャピラリー電気泳動法とＰＣＲ法とを同一基板上で行うことも期待されている。
また、血液などの検体量がより少量ですむ無侵襲、または低侵襲な検査システムを実現するためにも、検査・診断の際に使用される容器の微細化が期待されている。
一方、臨床検査分野に限らず、バイオケミストリー分野においても、微細化による高速化、少サンプル化、廃液量の削減等が期待されている。
従来の樹脂成形品は、鋳型または切削法による金属製金型を用いて、射出成形、ブロー成形あるいはプレス成形することにより、形成していた。
しかしながら、鋳型から金属製金型を作製する場合には、鋳型の精度に限界があり、一方、切削法により金属製金型を作製する場合には、切削バイトの小型化、切削精度に限界があるため、いずれの加工法を用いても精密、かつ微細な形状を有する成形品は実現されていないのが現状である。
このため、得られた樹脂成形品を化学分析装置、例えば、生化学分析用途等に供する場合、流路の精度、微細化には限界があり、混合に要する時間（診断に要する時間）を短縮できない、ひいては装置に携帯性を付与することができないといった欠点を有していた。
同様に、得られた成形品をＤＮＡ診断、なかでもキャピラリー電気泳動法による診断用途等に供する場合、流路の精度、微細化には限界があり、試料の導入、分離に要する時間（診断に要する時間）を短縮できない、ひいては基板を小型化することができないといった欠点を有していた。
同様に、得られた成形品を医療分野、なかでも臨床検査分野の検体容器用途等に供する場合、チャンバーの精度、小型化には限界があり、血液等の検体量が多くなる、ひいては検査・診断装置の携帯性を付与することができないといった欠点を有していた。
同様に、得られた成形品を医療分野、例えば免疫測定用途に供する場合、チャンバーの精度、小型化には限界があり、高価な抗体や基質の使用量を低減できないといった欠点を有していた。
また、係る問題を解決する他の加工法として、半導体微細加工技術を応用したガラスまたはシリコン基板へのウェットエッチング加工、またはドライエッチング加工により微細加工を施す技術が知られている。
しかしながら、ウェットエッチングでは、マスキング材料下部のアンダーエッチングの進行により、造形深さが０．５ｍｍよりも深くなると幅（または直径）精度が得られにくくなるため、精密な加工法とはいえなかった。
ドライエッチングはＳｉ半導体のパターン形成プロセスから発展した技術であり、各種プラズマ源種による各種電子部品、化合物半導体への応用が研究されている。
しかしながら、この方法は、優れた微細加工性を有する反面、エッチング速度が５００〜２，０００ｎｍ／分と遅いため、例えば造形深さが０．１ｍｍの加工を行う場合、５０分以上の加工時間が必要となり、生産性に優れた安価な加工法とはいえなかった。
また、ドライエッチングの加工時間が１時間以上になると、装置電極が熱を持つようになり、基板の変形、または装置の損傷が懸念されるため、装置電極が６０℃を超えるような場合は装置を一時停止させ、再び加工を開始するなどの処置が必要となり生産性は更に低下する。
係る問題を解決する他の加工法として、リソグラフィー法が知られている。
リソグラフィー法は、基板上にレジスト塗布を行い、該レジスト層の露光を実施した後、現像によりレジストパターンを形成し、前記レジストパターンにしたがって、前記基板上に金属構造体を電気メッキにより堆積させた後、前記金属構造体を型として、樹脂成形品を形成する製造方法である。この方法による商品としてレーザーディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ミニディスクが代表例としてあげられるように、１枚の金属構造体から、例えば約５万枚以上の成形品を得ることが可能であり、精密で極めて安価に製造できる点で、生産性に優れた方法といえる。また、扱える材料がシリコンとは異なる点においても、今後の用途展開の大きいことが期待されている。
しかしながら、この方法は、商品としてレーザーディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ミニディスクが代表例としてあげられるように、造形深さは１〜３μｍが中心である。したがって、流路、容器といった例えば１００μｍの造形深さを有する例は実現されていないのが実情である。
リソグラフィー法により１００μｍ以上の造型深さを実現する方法として、その露光光源としてシンクロトロン放射光を用いることが知られている。シンクロトロン放射光のもつ高い指向性はレーザ光に匹敵し、レーザーで実現できない短波長の光は、微細加工でネックとなる回折限界をクリアすることができる。したがって、シンクロトロン放射光を露光光源に用いた場合、微細、かつ深い造形深さを得ることが可能である。
しかしながら、シンクロトロン放射設備は、その装置本体のみで３０〜５０億円が必要であり、該設備を使用したリソグラフィー法により作製した金属構造体の費用は１枚当たり３００〜５００万円前後と推測される。このため、樹脂成形品のコストは、その成形枚数によって異なるが、通常のＵＶ光を使用したリソグラフィー法によって得られた樹脂成形品よりも約２０倍以上高価格となってしまうため、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。
他方、米国特許５７２２１６２号公報（対応日本出願：特開平９−１９９６６３号）には、二層のホトレジスト層を基板に設け、開口部を形成する技術が開示されている。しかしながら、この文献では、基板上にポストを形成するための技術であり、成形品を形成するものではない。また、一層目のホトレジスト層に対する露光と、二層目のホトレジスト層に対する露光は、異なる方法で行われている。
したがって、本発明の目的は、所望の造形深さを有する精密で安価な成形品を成形することのできる製造法を提供することである。特に本発明は、医療分野、工業分野、バイオテクノロジー分野等の診断、反応、分離、計測に使用される成形品を生産性よく製造することのできる製造法およびそれに用いる金型の製造方法を提供することを重要な目的とするものである。
そして、本発明の他の目的は、その成形品の微細構造により、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、例えば、病院の臨床検査科、ベッドサイド、手術室、町の診療所、在宅等の用途に使用できる成形品を提供することである。
発明の開示
そこで、本発明者らは、上記の問題を解決するために鋭意検討した結果、レジスト塗布、露光、マスクの位置合わせを複数回行うことにより、所望の造形深さを有する精密で安価な成形品を製造できること、そしてこの製造法は、医療分野、工業分野、バイオテクノロジー分野等に使用される成形品の製造方法として特に有効であることを見出して本発明を完成した。
さらに、具体的には、本発明にかかる成形品の製造方法は、基板上にレジスト層を形成し、マスクを用いて露光、現像を行なうレジストパターン形成ステップと、前記基板上に形成された前記レジストパターンにしたがって、金属構造体をメッキにより堆積させる金属構造体形成ステップと、前記金属構造体を型として、樹脂成形品を形成する成形品形成ステップとを備えた樹脂成形品の製造方法において、前記レジストパターン形成ステップは、前記基板上に第１のレジスト層を形成し、この第１のレジスト層に対して露光を行う第１のレジストパターン形成ステップと、前記第１のレジスト層上に第２のレジスト層を形成し、この第２のレジスト層に対して、露光、又は露光、現像を行う第２のレジストパターン形成ステップを有するようにしたものである。このような方法によって、所望の造形深さを有する精密で安価な成形品を製造できる。
好適な実施の形態では、上述の成形品の製造方法におけるレジストパターン形成ステップでは、レジスト層が所望の厚さに形成されるまで、複数回に亘ってレジストパターン形成ステップを繰り返す。
また、上述の成形品の製造方法は、さらに、前記第１のレジストパターン形成ステップにおいて露光に用いられるマスクパターンの位置と同じ位置になるように前記第２のレジストパターン形成ステップにおいて露光に用いられるマスクパターンの位置を合わせるマスク位置合わせステップを実行するようにしてもよい。このような方法を実行することによって、成形品の造形精度を高めることができる。
また、第１のレジスト層と第２のレジスト層に感度の異なるレジストを用いるようにしてもよい。これにより、レジスト底部の幅よりも表面の幅が広くなることを防止することができる。
また、前記レジストパターン形成ステップにおいて露光に用いられる光源が紫外線ランプ又はレーザ光の場合には、特に本発明にかかる製造方法が適している。紫外線ランプ及びレーザ光は、シンクロトロン放射光によるＸ線と異なり、レジスト層の露光深度が浅いため、一度で厚膜のレジストを露光できないからである。
さらに、成形品形成ステップにより形成される樹脂成形品の凹部の深さは、２０乃至５００μｍであることが好ましく、さらに好ましくは、５０乃至３００μｍである。
さらに、本発明によれば上記の目的の他の一つは、上記所定の条件を満足する樹脂成形品を提供することによって達成される。
さらに、本発明によれば上記の目的の他の一つは、上記所定の条件を満足する流路パターン、混合部パターン又は容器パターンを有する樹脂成形品を提供することによって達成される。
さらに、本発明によれば上記の目的の他の一つは、上記所定の条件を満足する電極、ヒータ、温度センサを有する樹脂成形品を提供することによって達成される。
さらに、本発明によれば上記の目的の他の一つは、上記所定の条件を満足する臨床検査に用いられるチップを提供することによって達成される。
さらに、本発明によれば上記の目的の他の一つは、上記所定の条件を満足する流路パターン、混合部パターン又は容器パターンを有する臨床検査に用いられるチップを提供することによって達成される。
さらに、本発明によれば上記の目的の他の一つは、上記所定の条件を満足する電極、ヒータ、温度センサを有する臨床検査に用いられるチップを提供することによって達成される。ここで、臨床検査に用いられるチップは、例えば、血液検査用チップ、尿検査用チップ又は生化学検査用チップである。
さらに、本発明によれば上記の目的の他の一つは、上記所定の条件を満足するコンビナトリアルケミストリーに用いられるチップを提供することによって達成される。
さらに、本発明によれば上記の目的の他の一つは、上記所定の条件を満足する流路パターン、混合部パターン又は容器パターンを有するコンビナトリアルケミストリーに用いられるチップを提供することによって達成される。
さらに、本発明によれば上記の目的の他の一つは、上記所定の条件を満足する電極、ヒータ、温度センサを有するコンビナトリアルケミストリーに用いられるチップを提供することによって達成される。ここで、コンビナトリアルケミストリーに用いられるチップは、医薬開発チップ又は化学合成・分析用チップである。
さらに、本発明によれば上記の目的の他の一つは、上記所定の条件を満足する遺伝子関連に用いられるチップを提供することによって達成される。
さらに、本発明によれば上記の目的の他の一つは、上記所定の条件を満足する流路パターン、混合部パターン又は容器パターンを有する遺伝子関連に用いられるチップを提供することによって達成される。
さらに、本発明によれば上記の目的の他の一つは、上記所定の条件を満足する電極、ヒータ、温度センサを有する遺伝子関連に用いられるチップを提供することによって達成される。ここで、遺伝子関連に用いられるチップは、例えば、遺伝子増幅用チップである。
他方、本発明にかかる金型の製造方法は、基板上にレジスト層を形成し、マスクを用いて露光・現像を行なうレジストパターン形成ステップと、前記基板上に形成された前記レジストパターンにしたがって、金属構造体をメッキにより堆積させ、金型を形成する金属形成ステップとを備えた金型の製造方法において、前記レジストパターン形成ステップは、前記基板上に第１のレジスト層を形成し、この第１のレジスト層に対して露光を行う第１のレジストパターン形成ステップと、前記第１のレジスト層上に第２のレジスト層を形成し、この第２のレジスト層に対して、露光、又は露光、現像を行う第２のレジストパターン形成ステップを有するようにしたものである。このような方法によって、所望の造形深さを有する精密で安価な金型を製造できる。
好適な実施の形態では、上述の金型の製造方法におけるレジストパターン形成ステップでは、レジスト層が所望の厚さに形成されるまで、複数回に亘ってレジストパターン形成ステップを繰り返す。
また、上述の金型の製造方法は、さらに、前記第１のレジストパターン形成ステップにおいて露光に用いられるマスクパターンの位置と同じ位置になるように前記第２のレジストパターン形成ステップにおいて露光に用いられるマスクパターンの位置を合わせるマスク位置合わせステップを実行するようにしてもよい。このような方法を実行することによって、金型の造形精度を高めることができる。
また、第１のレジスト層と第２のレジスト層に感度の異なるレジストを用いるようにしてもよい。これにより、レジスト底部の幅よりも表面の幅が広くなることを防止することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の樹脂成形品は、
（ａ）基板上へ第１レジスト層を形成
（ｂ）マスクを用いて第１レジスト層を露光
（ｃ）第２レジスト層を形成
（ｄ）マスクの位置合わせ
（ｅ）第２レジスト層を露光
を行い、所望のレジスト厚さが形成されるまで（ｃ）〜（ｅ）の工程を複数回繰り返した後、現像工程を経て、所望のレジストパターンを形成する、レジストパターン形成ステップと、前記レジストパターンにしたがって、前記基板上に金属構造体をメッキにより堆積させる金属構造体形成ステップと、前記金属構造体を型として、樹脂成形品を形成する成形品形成ステップによって製造される。
レジストパターン形成ステップについて更に詳細に説明する。
（ａ）基板上への第１レジスト層の形成について説明する。成形品形成ステップで得られる樹脂成形品の平面度は、基板上へレジストを塗布する工程にて決定づけられる。すなわち、基板上にレジスト層を形成した時点の平面度が金属構造体、ひいては樹脂成形品の平面度に反映される。
基板上に第１レジスト層を形成する方法は何ら限定されないが、一般的にスピンコート方式、ディッピング方式、ロール方式、ドライフィルムレジストの貼り合わせ等を挙げることができる。なかでも、スピンコート方式は、回転しているガラス基板上にレジストを塗布する方法で、直径３００ｍｍを超えるガラス基板にレジストを高い平面度で塗布できる利点がある。従って、高い平面度を実現できる観点から、スピンコート方式が好ましく用いられる。
用いられるレジストにはポジ型レジスト、ネガ型レジストの２種類がある。いずれも、露光条件により、レジストへの焦点深度が変わるため、例えばＵＶ露光装置を使用した場合、露光時間、ＵＶ出力値をレジストの厚さ、感度に応じて種類を選択するのが望ましい。
用いるレジストがウェットレジストの場合、粘度調整が必要である。例えばスピンコート方式で所定のレジストの厚さを得る場合、レジスト粘度を高める方法も効果的であるが塗布面積が大きくなると平面度が低下することが懸念されるため、実際使用上で要求される平面度に応じて粘度を調整することが望ましい。
第１レジスト層の厚さは、高い平面度を保持することを考慮し、１０〜５０μｍ、好ましくは２０〜５０μｍの範囲内であることが望ましい。
（ｂ）マスクを用いた第１レジスト層の露光について説明する。使用するマスクは何ら限定されないが、エマルジョンマスク、クロムマスク等を挙げることが出来る。レジストパターン形成ステップでは、使用するマスクによって流路の幅、深さ、容器間隔、および容器幅（または直径）、深さの寸法、および精度が左右される。そして、その寸法および精度は、樹脂成形品にも反映される。したがって、樹脂成形品の各寸法、および精度を所定のものとするためには、マスクの寸法、および精度を規定する必要がある。マスクの精度を高める方法は何ら限定しないが、例えば、マスクのパターン形成に使用するレーザー光源をより波長の短いものに変えることを挙げることができるが、設備費用が高額であり、マスク製作費が高額となるため、樹脂成形品が実用的に要求される精度に応じて適宜規定するのが望ましい。
露光に用いられる光源は設備費用が安価である紫外線またはレーザ光であることが好ましい。シンクロトロン放射光は露光深度が深いものの、かかる設備費用が高額であり、実質的に樹脂成形品の価格が高額となり、工業的に実用的でない。
露光時間や露光強度等の露光条件は第１レジスト層の材質、厚み等により変化するため、得られるパターンに応じて適宜調節することが好ましい。特に流路の幅、深さ、容器間隔、および容器幅（または直径）、深さ等のパターンの寸法、および精度に影響を与えるため、露光条件の調節は重要である。また、レジストの種類により焦点深度が変わるため、例えばＵＶ露光装置を使用した場合、露光時間、ＵＶ出力値をレジストの厚さ、感度に応じて選択するのが望ましい。
（ｃ）第２レジスト層の形成について説明する。第２レジスト層を形成する方法は何ら限定されないが、一般的にスピンコート方式、ディッピング方式、ロール方式、ドライフィルムレジストの貼り合わせ等を挙げることができる。第２レジスト層を形成する場合、例えばスピンコート方式で実施する場合、高い平面度が得られる反面、１回のレジスト層の形成では所望のレジスト厚さおよび平面度が得られない場合が多い。基板上のレジスト厚さおよび平面度は、金属構造体、ひいては樹脂成形品の造形深さおよび平面度に反映される。このため、第１レジスト層は高い平面度を保持しうる厚さで形成され、つづいて所望のレジスト厚さに近づけることを目的に、高い平面度を保持しうる厚さの第２レジスト層の形成を行うことが好ましい。従ってレジスト層全体の平面度は常に高い状態が維持されることになり、ひいては樹脂成形品の平面度も高いものが得られる。
第２レジスト層に用いられるレジストは第１レジスト層に用いられるレジストと同じであっても異なっても構わない。これは目的とする形状や造形深さおよび精度に応じて適宜選択することが好ましい。
（ｄ）マスクの位置合わせについて説明する。マスクの位置合わせは、第１レジスト層に露光したマスクパターンと、第２レジスト層に露光するマスクパターン位置を同じ位置とするために行うものである。
レジストの厚みが増してくると、例えばＵＶ露光装置を使用する場合、１回の露光では十分な焦点深度が得られないことが懸念される。そこで、本発明の方法は、１回の露光で露光可能なレジスト厚みのみを露光し、所望のレジスト厚さに達しない場合に、レジスト塗布、マスクの位置合わせ、露光を所定のレジスト厚さになるまで複数回繰り返すことによって十分な焦点深度を得るものである。
マスクの位置合わせにおいて、第１レジスト層に露光したマスクパターンと、第２レジスト層に露光するマスクパターン位置に位置ずれが生じると、成形品の造形精度に大きく影響するため、位置合わせは誤差範囲±２μｍの範囲内であることが好ましく、±１μｍの範囲であることがより好ましい。
マスクの位置合わせ精度を高める方法は何ら限定されないが、例えば、露光、未露光部分の光の回折差を利用したオフセット調節方法等があげられる。マスクの位置合わせ精度を高める他の方法として、例えば、基板上、及びマスクの指定位置にレーザー光により記号を描画しておき、光学顕微鏡等を用いて互いの位置決めを行うことで精度を高める方法があげられる。
（ｅ）第２レジスト層の露光について説明する。該露光における光源や条件はは第１レジスト層への露光における光源や条件と同じであっても、異なっても構わない。露光光源や露光時間および露光強度等の露光条件も第２レジスト層の材質、厚み等により大幅に変化するため、得られるパターンに応じて適宜調節することが最も好ましい。
前記（ｃ）から（ｅ）までの工程は、所望のレジスト厚さが得られるまで繰り返すことができる。
前記（ａ）から（ｅ）までの工程により所望のレジスト厚さが得られた後、現像工程を経ることで実質的にレジストパターンが形成される。現像工程は第２レジスト層以降、複数実施されても構わないが、生産性やパターニングの精度の観点から、最終レジスト層が形成された後に、１度だけ実施されることが最も好ましい。
現像は用いたレジストに対応する所定の現像液を用いることが好ましい。現像時間、現像温度、現像液濃度等の現像条件はレジスト厚みやパターン形状に応じて適宜調節することが好ましい。例えば、必要な深さを得るために現像時間を長くしすぎると、容器間隔、および容器幅（または直径）が所定の寸法よりも大きくなってしまう。
レジスト層全体の厚みが増してくると、現像工程において、レジスト底部の幅（または直径）よりも表面の幅（または直径）が広くなることが懸念されるため、各レジスト層の形成において、感度の異なるレジストを段階に分けて形成することが好ましい場合がある。この場合には、例えば、表面に近い層のレジストの感度を底部に近い層よりも高くすることなどが挙げられる。さらに具体的には、感度の高いレジストとして東京応化工業株式会社製のＢＭＲ Ｃ−１０００ＰＭを、そして感度の低いレジストとして東京応化工業株式会社製のＰＭＥＲ−Ｎ−ＣＡ３０００ＰＭを用いることができる。その他、レジストの乾燥時間を変えることにより感度を調整するようにしてもよい。例えば、東京応化工業株式会社製のＢＭＲ Ｃ−１０００ＰＭを使用した場合、スピンコート後のレジスト乾燥時、１層目の乾燥時間を１１０℃で４０分、２層目の乾燥時間を１１０℃で２０分とすることで、１層目の感度を高めることができる。
流路や混合部、容器などの深さ・精度が均一な成形品を得るための方法としては、例えば、レジスト塗布で使用するレジスト種類（ネガ型、ポジ型）を変更する方法、金属構造体の表面を研磨する方法などがあげられる。
続いて、金属構造体形成ステップについてさらに詳細に説明する。金属構造体形成ステップとはレジストパターン形成ステップで得られたレジストパターンに沿って金属を堆積させ、金属構造体を得る工程である。
この工程では予めレジストパターンに沿って導電膜を形成する。該導電膜の形成方法は特に限定されないが、このましくは蒸着、スパッタリング等を用いることができる。導電膜に用いられる導電性材料としては金、銀、白金、銅などを挙げることができる。
導電膜を形成した後、パターンに沿って金属をメッキにより堆積して金属構造体を形成する。金属を堆積させるメッキ方法は特に限定されないが、例えば電解メッキ、無電解メッキ等を挙げることができる。用いられる金属は特に限定されないが、ニッケル、銅、金を挙げることができ、経済性・耐久性の観点からニッケルが好ましく用いられる。
金属構造体はその表面状態に応じて研磨しても構わない。ただし、汚れが造形物に付着することが懸念されるため、研磨後、超音波洗浄を実施することが好ましい。
また、金属構造体はその表面状態を改善するために、離型剤等で表面処理しても構わない。
続いて、成形品形成ステップについて更に詳細に説明する。成形品形成ステップは前記金属構造体を型として、樹脂成形品を形成する工程である。
樹脂成形品の形成方法は特に限定されないが、例えば射出成形、プレス成形、モノマーキャスト成形、溶剤キャスト成形、押出成形によるロール転写法等を挙げることができ、生産性、型転写性の観点から射出成形が好ましく用いられる。所定の寸法を選択した金属構造体を型として射出成形で樹脂成形品を形成する場合、金属構造体の形状を高い転写率で樹脂成形品に再現することが可能である。
転写率を確認する方法としては、光学顕微鏡、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）等を使用して行うことができる。
金属構造体を型として、例えば射出成形で樹脂成形品を形成する場合、１枚の金属構造体で１万枚〜５万枚、場合によっては２０万枚もの樹脂成形品を得ることができ、金属構造体の製作にかかる費用負担を大幅に解消することが可能である。
また、射出成形１サイクルに必要な時間は５秒〜３０秒と短く、生産性の面で極めて効率的である。射出成形１サイクルで同時に複数個の樹脂成形品を形成可能な成形金型を使用すれば、更に生産性を向上することが可能となる。
上記成形方法では金属構造体を金属型として用いても、金属構造体を予め用意した金属型内部にセットして用いても構わない。
樹脂成形品を形成するのに使用する樹脂材料としては特に限定されないが、例えば、アクリル系樹脂、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、スチレン系樹脂、アクリル・スチレン系共重合樹脂（ＭＳ樹脂）、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、エチレン・ビニルアルコール系共重合樹脂、スチレン系エラストマーなどの熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系樹脂、ポリジメチルシロキサンなどのシリコーン樹脂等を挙げることができる。
これらの樹脂は必要に応じて滑剤、光安定剤、熱安定剤、防曇剤、顔料、難燃剤、帯電防止剤、離型剤、ブロッキング防止剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤などをの１種または２種以上を含有することができる。
前記成形方法により得られた樹脂成形品について更に詳細に説明する。
樹脂成形品の各寸法、および精度については、実際使用上で必要となる数値に応じて、前記各工程により、適宜調整することが望ましい。
成形品における流路、混合部、容器等の各寸法は、以下の範囲内であることが好ましい。
成形品の流路の幅の最小値は、マスクの加工精度に由来しており、工業技術的にはＸ線、レーザーなど波長の短いレーザー光を使用することでより微細化は可能であると推測される。しかし、本発明は精密で安価な成形品を医療分野、工業分野、バイオテクノロジー分野へ広く提供することが目的であり、工業的に再現し易い観点から幅が５μｍ以上であることが好ましい。
また、規格化されていない多品種小ロットの成形品の用途においても、精密で安価な容器として提供していく観点から幅が５μｍ以上であることが好ましい。
流路の幅の最大値は、特に制限されないが、微細化による診断時間の短縮、複数処理を可能にし装置に携帯性を付与させるために、３００μｍ以下であることが好ましい。
成形品の流路の深さの最小値は、流路としての機能を有するためには、５μｍ以上であることが好ましい。
流路の深さの最大値は、特に制限されないが、化学分析、ＤＮＡ診断等の用途において、流路の幅の微細化による診断時間の短縮、複数処理を可能にし装置に携帯性を付与させるといった利点を損なわないためには、３００μｍ以下であることが好ましい。
成形品の流路の長さの最小値は、化学分析、ＤＮＡ診断等の用途において、試料の導入、分離（解析）の機能を有するためには５ｍｍ以上であることが好ましい。
流路の長さの最大値は、特に制限されないが、化学分析、ＤＮＡ診断等の用途において、流路の長さを短くすることで診断時間の短縮、複数処理を可能にし装置に携帯性を付与させるといった利点を損なわないためには、３００ｍｍ以下であることが好ましい。
成形品の容器間隔の最小値は、マスクの加工精度に由来しており、工業技術的にはＸ線、レーザーなど波長の短いレーザー光を使用することでより微細化は可能であると推測される。しかし、本発明は精密で安価な容器を医療分野、工業分野、バイオテクノロジー分野へ広く提供することが目的であり、工業的に再現し易い観点から容器間隔が５μｍ以上であることが好ましい。
また、容器間隔の最小値は、例えば、血液検査装置の位置決め精度によって決定される場合も想定されることから、装置の仕様に応じて適宜選択することが好ましい。
また、規格化されていない多品種小ロットの用途においても、精密で安価な容器として提供していく観点から５μｍ以上であることが好ましい。
容器間隔の最大値は、特に制限されないが、容器の小型化により複数処理を可能にし、装置に携帯性を付与させるためには、１０，０００μｍ以下であることが好ましい。
上記理由により、成形品の容器幅（または直径）においても、最小値５μｍ以上、最大値１０，０００μｍ以下であることが好ましい。
成形品の容器深さの最小値は、特に制限されないが、容器としての機能を有するためには、１０μｍ以上であることが好ましい。
容器深さの最大値は、例えば、複数回のレジスト塗布、十分な焦点深度を得るために露光光源をＸ線ビーム等のレーザーを使用する等によって、より深い造形を得ることは可能であると推測される。しかし、本発明は、精密で安価な容器を医療分野、工業分野、バイオテクノロジー分野へ広く提供することが目的であり、工業的に再現し易い観点から深さが１０００μｍ以下であることが好ましい。
成形品の平面度の最小値は、工業的に再現し易い観点から１μｍ以上であることが好ましい。
成形品の平面度の最大値は、例えば、該成形品を他の基板と貼り合わせて使用する際に支障とならない観点から２００μｍ以下であることが好ましい。
成形品の流路の幅または深さの寸法精度は、工業的に再現し易い観点から±０．５〜１０％の範囲内であることが好ましい。
成形品の容器間隔、容器幅（または直径）、深さの寸法精度は、工業的に再現し易い観点から±０．５〜１０％の範囲内であることが好ましい。
成形品の厚さに対する寸法精度は、工業的に再現し易い観点から±０．５〜１０％の範囲内であることが好ましい。
成形品の厚さは特に規定されないが、射出成形での取り出し時の破損、取り扱い時の破損、変形、歪みを考慮し、０．２〜１０ｍｍの範囲内であることが好ましい。
成形品の寸法は特に限定されないが、リソグラフィー法でレジストパターンを形成する際、例えば、レジスト層の形成をスピンコート法にて行う場合、直径４００ｍｍの範囲の中から採取できるよう用途に応じて適宜選択することが好ましい。
本発明により得られる樹脂成形品の用途としては、特に限定されないが、例えば、化学分析用、ＤＮＡ診断用、検体容器、抗体容器、試薬容器などの医療用途、微粒子配列などの工業用途、細胞処理などのバイオテクノロジー用途、反応容器などの自動化学分析などの用途が挙げられる。
医療分野、なかでも抗血栓性（抗血小板付着）や細胞毒性試験における有害性の排除といった生体適合性を必要とする用途には、抗血栓性の効果が知られている材料を用いたり、表面処理を施したりすることが好ましい。
表面処理により生体適合性を向上する方法として、例えば、射出成形で成形品を形成した後、スパッタリングによりＳｉＯ_２膜を堆積させた後、熱酸化によりＳｉＯ_２膜を成長させることで生体適合性を付与する方法があげられる。
樹脂成形品を形成した後、医療分野、なかでも臨床検査分野において、生化学分析、ＤＮＡ診断分野等に使用する場合、樹脂成形品上で加温、反応、信号検出等の処理を必要とする場合がある。
樹脂成形品上で加温、または反応処理を行う方法として、例えば、スパッタリングにて電極パターンを形成し、装置から電圧を印加する方法や、ヒーターを配置することが考えられる。また、加温、または反応処理を行う際、温度制御が必要となる場合は、例えば、温度センサーを配置することも考えられる。信号検出を行う場合、例えば、フォトダイオードを配置することが考えられる。
医療分野、なかでも臨床検査分野において、生化学分析、ＤＮＡ診断分野等に使用する場合、流路の微細化によって診断に要する時間を短縮することが期待されている成形品は、本発明により得られる樹脂成形品を使用することによって達成される。
本発明により得られる樹脂成形品は、精密で安価なことが特徴であり、生化学分析、ＤＮＡ診断分野等、なかでも手術室、ベッドサイド、在宅、あるいは町の診療所等、産業上大量使用される用途において特に効果的である。
工業分野においては、道路標識等に使用されている再帰反射板の反射効果を高めることで視認性を向上させる、またはテレビ、コンピュータ等の表示画面の輝度を高めることで鮮明な画像を実現させるための研究開発が進められている。
この要求を解決する手段の一つとして、表示板、または表示画面上に１０μｍ〜１００μｍの範囲の中から選択された所定の寸法のポリマー粒子を一列に配列することが試みられている。ポリマー粒子を一列に、かつポリマー粒子同士が互いに接する密度で配列させることができれば、正面、または斜め方向からの入射光に対し、ポリマー粒子と空隙の空気との屈折率差を利用して、横方向に散乱していた光を正面方向へ再帰反射させることで正面輝度を高め視認性を向上させようとしたものである。
従来技術の場合、容器の微細化に限界がある、または生産性に劣るため、所定の寸法を選択されたポリマー粒子を、一列に、かつポリマー粒子同士が互いに接する密度で配列できない欠点を有していたが、本発明の樹脂成形品を使用することによって達成することが可能となる。
例えば、粒子径４０μｍのポリマー粒子を、一列に、かつポリマー粒子同士が互いに接する密度で配列させる場合、例えば、容器間隔１０μｍ、容器直径４５μｍ、深さ２５μｍ、平面度１０μｍ以内、寸法精度±５％以内の樹脂成形品によって達成される。
あらかじめ、粒子径４０μｍ±５％以内にポリマー粒子を分級した後、該ポリマー粒子を上記容器にコートすると、該ポリマー粒子は、１個の容器に１個のポリマー粒子が収まった形で成形品全体に均一に分散した状態となる。
この状態の樹脂成形品容器を、例えば、表面に接着剤をコートした再帰反射板用の基板等に貼り合わせることにより、ポリマー粒子を、一層に、かつポリマー粒子同士が互いに接する密度で配列させることが可能となる。樹脂成形品を再帰反射板用の基板等に貼り合わせた直後は、粒子は容器間隔１０μｍの距離をとっているが、硬化前の接着剤の表面張力により、しだいに粒子同士は互いに接した状態となる。
本発明により得られる樹脂成形品は、精密で安価なことが特徴であり、再帰反射板等へのポリマー微粒子配列に使用する際、繰り返し使用することも可能であるが、樹脂成形品表面の汚れ、変形等の欠陥が生じた場合、廃棄して新品を使用してもコスト高が極力抑えられるため、道路標識の再帰反射板、またはコンピュータの表示画面等、産業上大量使用される用途において特に効果的である。
一方、バイオテクノロジー分野においては、多量の細胞の融合を一括して行うため、大きさや細胞膜の厚さや活性度のばらつき等の固体差のある細胞を全て確実に融合させることが困難であり、未融合細胞と融合細胞とを選別するための労力を必要とする問題があった。
この要求を解決するための手段の一つとして、一対（２個）の細胞を配することで多数の細胞を効率よく融合させるための成形品は、本発明の樹脂成形品を使用することによって達成される。
取り扱う細胞の大きさが２０〜１００μｍの場合、まず最初に、例えば容器間隔８００μｍ、容器幅２５０μｍ、深さ２５０μｍ、平面度５０μｍ以内、寸法精度±５％以内の基板を上記製造方法にて作製する。そして、各容器ごとに独立した電極を設けるため、例えば、スパッタリングにより、電極のパターン通りにマスキングを施した後、電極材料（例えばＰｔ＋Ｗ／Ｃｒ）、次に電極の酸化防止膜（例えばＳｉＯ_２）を堆積させた樹脂成形品によって達成される。
液体中で上記容器のそれぞれに所定の細胞を位置決めし、各容器に設けられた一対の電極とこれに加えられる電圧によって得られる電気的情報により、各容器ごとに検出することが可能となる。
本発明により得られる樹脂成形品は、精密で安価なことが特徴であり、該成形品を繰り返し使用することも可能であるが、基板表面の汚れ、変形等の欠陥が生じた場合、コスト高が極力抑えられるため廃棄して新品を使用しても、労力の解消、処理時間の短縮といった作業効率が重要である用途において特に効果的である。
本発明により得られる樹脂成形品は、精密で安価なことが特徴であり、医療分野、工業分野、バイオテクノロジー分野の他に、コンビナトリアルケミストリーといった自動化学分析の分野においても広く応用が期待できる。特に検体量の微少化は、同時に廃棄の際の廃液量を大幅に削減することができ、環境保全の観点からも特に効果的である。
尚、本発明にかかる製造方法により金属構造体及び樹脂成形品を製造した場合、金属構造体及び樹脂成形品の壁面の全周またはその一部に、複数のレジスト層の境界の痕跡として基板と平行な線状痕が形成されることがあるが、実用上何ら問題はない。
実施例．
本発明にしたがって、樹脂成形品を形成する方法について、図を参照しながら以下に説明する。
第１図（ａ）を参照して、まず基板１上に、有機材料（クラリアントジャパン製「ＡＺＰ４４００」）をベースとする１回目のレジスト塗布を行い、レジスト層２を形成した後、所望のチャンバーのマスクパターンに加工したマスク３を用いて、ＵＶ露光装置（ウシオユーテック製「ＵＰＥ−５００Ｓ」波長３６５ｎｍ、照度２０ｍＶ／ｃｍ^２）により、レジスト層２をＵＶ光により１回目の露光を行う。
次に第１図（ｂ）に示すように、レジスト層２上に、有機材料をベースとする２回目のレジスト塗布を行い、レジスト層２を形成する。その後、マスク位置が１回目の露光におけるマスクパターンと同じ位置になるよう位置合わせを実施し、マスク３を用いて、ＵＶ露光装置により、前記レジスト層２をＵＶ光により２回目の露光を行う。所望のレジスト厚さを得るために、必要に応じて、複数回の前記工程を繰り返し実施した。
次に第１図（ｃ）に示すように、前記レジスト層２を有する基板１を現像し、基板１上にレジストパターン４を形成した（現像液：クラリアントジャパン製「ＡＺ４００Ｋデベロッパー」）。
そして、第１図（ｄ）に示すように前記レジストパターン４を有する基板１表面に蒸着、またはスパッタリングを行い、レジストパターンの表面に銀からなる導電性膜を堆積させた。この工程において、他に白金、金、銅などを堆積させることができる。
次に第１図（ｅ）に示すように、前記レジストパターン４を有する基板１をメッキ液に浸け、電気メッキを行い、レジストパターンの谷間にＮｉ構造体６を堆積させた。この工程において、他に銅、金などを堆積させることができる。続いて、第１図（ｆ）に示すように基板１とレジストパターン４を除いてＮｉ構造体６を得た。
第１図（ｇ）に示すように、得られたＮｉ構造体６を金型として、射出成形でプラスチック材をＮｉ構造体６に充填し、プラスチック成形体７を得た。
《実施例１》［流路を有する成形品の製造］
第１図に示す成形品を形成する方法に従ってレジスト層形成ステップを３回繰り返し、第２図に示すような横６０ｍｍ×縦５０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの基板に、幅１００μｍ、深さ１００μｍの流路を有する成形品を製造した。
《実施例２》［流路、および混合部を有する成形品の製造］
第１図に示す成形品を形成する方法に従ってレジスト層形成ステップを３回繰り返し、第３図に示すような横５０ｍｍ×縦７０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの基板に、幅１００μｍ、深さ１００μｍの流路、および混合部を有する成形品を製造した。
《実施例３》［容器を有する成形品の製造］
第１図に示す成形品を形成する方法に従ってレジスト層形成ステップを７回繰り返し、第４図に示すような横６０ｍｍ×縦４０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの基板に、容器幅２００μｍ、深さ２５０μｍの容器を有する成形品を製造した。
本発明の方法により得られる成形品は、従来の成形品と対比して高い寸法精度などを発揮することができる。また、当該成形品は精密であると同時に安価に形成することができるため、製造コストを極力抑えられる利点を発揮できるような産業上大量に使用される用途において特に効果的である。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明の方法は、例えば、医療分野、工業分野、バイオテクノロジー分野等の診断、反応、分離、計測に使用される樹脂成形品の製造法として特に有用である。本発明により得られる成形品、特に医療分野で使用される樹脂成形品は、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、例えば病院の臨床検査科、ベッドサイド、手術室、町の診療所、在宅等の診断用途に有効に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の実施例において、成形品を形成する工程を示す模式図である。第２図は、第１図に示す成形品を形成する工程によって製造された、流路を有する成形品を示す図である。第３図は、第１図に示す成形品を形成する工程によって製造された、流路および混合部を有する成形品を示す図である。第４図は、第１図に示す、基板を形成する工程によって製造された、容器を有する成形品を示す図である。

Claims (26)

1. 基板上にレジスト層を形成し、マスクを用いて露光、現像を行なうレジストパターン形成ステップと、
   前記基板上に形成された前記レジストパターンにしたがって、金属構造体をメッキにより堆積させる金属構造体形成ステップと、
   前記金属構造体を型として、樹脂成形品を形成する成形品形成ステップとを備えた樹脂成形品の製造方法において、
   前記レジストパターン形成ステップは、
   前記基板上に第１のレジスト層を形成し、この第１のレジスト層に対して露光を行う第１のレジストパターン形成ステップと、
   前記第１のレジスト層上に第２のレジスト層を形成し、この第２のレジスト層に対して、露光、又は露光、現像を行う第２のレジストパターン形成ステップを有することを特徴とする樹脂成形品の製造方法。
2. 前記レジストパターン形成ステップでは、レジスト層が所望の厚さに形成されるまで、複数回に亘ってレジストパターン形成ステップを繰り返すことを特徴とする請求の範囲第１項記載の樹脂成形品の製造方法。
3. 前記第１のレジストパターン形成ステップにおいて露光に用いられるマスクパターンの位置と同じ位置になるように前記第２のレジストパターン形成ステップにおいて露光に用いられるマスクパターンの位置を合わせるマスク位置合わせステップをさらに備えることを特徴とする請求の範囲第１項記載の樹脂成形品の製造方法。
4. 第１のレジスト層と第２のレジスト層に感度の異なるレジストを用いることを特徴とする請求の範囲第１項記載の樹脂成形品の製造方法。
5. 前記レジストパターン形成ステップにおいて露光に用いられる光源は、紫外線ランプ又はレーザ光であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の樹脂成形品の製造方法。
6. 前記成形品形成ステップにより形成される樹脂成形品の凹部の深さは、２０乃至５００μｍであることを特徴とする請求の範囲第１項記載の樹脂成形品の製造方法。
7. 前記成形品形成ステップにより形成される樹脂成形品の凹部の深さは、５０乃至３００μｍであることを特徴とする請求の範囲第１項記載の樹脂成形品の製造方法。
8. 請求の範囲第１項乃至第７項のいずれか１項に記載の製造方法により得られる樹脂成形品。
9. 流路パターン、混合部パターン、容器パターンの中から少なくとも一つのパターンを有する請求の範囲第８項記載の樹脂成形品。
10. 電極、ヒータ、温度センサの中から少なくとも一つのパターンを有する請求の範囲第８項又は第９項記載の樹脂成形品。
11. 請求の範囲第１項乃至第７項のいずれか１項に記載の製造方法により得られる臨床検査に用いられるチップ。
12. 流路パターン、混合部パターン、容器パターンの中から少なくとも一つのパターンを有する請求の範囲第１１項記載の臨床検査に用いられるチップ。
13. 電極、ヒータ、温度センサの中から少なくとも一つのパターンを有する請求の範囲第１１項又は第１２項記載の臨床検査に用いられるチップ。
14. 血液検査用チップ、尿検査用チップ又は生化学検査用チップのいずれか一つであることを特徴とする請求の範囲第１１項、第１２項又は第１３項記載の臨床検査に用いられるチップ。
15. 請求の範囲第１項乃至第７項のいずれか１項に記載の製造方法により得られるコンビナトリアルケミストリーに用いられるチップ。
16. 流路パターン、混合部パターン、容器パターンの中から少なくとも一つのパターンを有する請求の範囲第１５項記載のコンビナトリアルケミストリーに用いられるチップ。
17. 電極、ヒータ、温度センサの中から少なくとも一つのパターンを有する請求の範囲第１５項又は第１６項記載のコンビナトリアルケミストリーに用いられるチップ。
18. 医薬開発チップ又は化学合成・分析用チップであることを特徴とする請求の範囲第１５項、第１６項又は１７項記載のコンビナトリアルケミストリーに用いられるチップ。
19. 請求の範囲第１項乃至第７項のいずれか１項に記載の製造方法により得られる遺伝子関連に用いられるチップ。
20. 流路パターン、混合部パターン、容器パターンの中から少なくとも一つのパターンを有する請求の範囲第１９項記載の遺伝子関連に用いられるチップ。
21. 電極、ヒータ、温度センサの中から少なくとも一つのパターンを有する請求の範囲第１９項又は第２０項記載の遺伝子関連に用いられるチップ。
22. 遺伝子増幅用チップであることを特徴とする請求の範囲第１９項、第２０項又は第２１項記載の遺伝子関連に用いられるチップ。
23. 基板上にレジスト層を形成し、マスクを用いて露光・現像を行なうレジストパターン形成ステップと、
    前記基板上に形成された前記レジストパターンにしたがって、金属構造体をメッキにより堆積させ、金型を形成する金属形成ステップとを備えた金型の製造方法において、
    前記レジストパターン形成ステップは、
    前記基板上に第１のレジスト層を形成し、この第１のレジスト層に対して露光を行う第１のレジストパターン形成ステップと、
    前記第１のレジスト層上に第２のレジスト層を形成し、この第２のレジスト層に対して、露光、又は露光、現像を行う第２のレジストパターン形成ステップを有することを特徴とする金型の製造方法。
24. 前記レジストパターン形成ステップでは、レジスト層が所望の厚さに形成されるまで、複数回に亘ってレジストパターン形成ステップを繰り返すことを特徴とする請求の範囲第２３項記載の金型の製造方法。
25. 前記第１のレジストパターン形成ステップにおいて露光に用いられるマスクパターンの位置と同じ位置になるように前記第２のレジストパターン形成ステップにおいて露光に用いられるマスクパターンの位置を合わせるマスク位置合わせステップをさらに備えることを特徴とする請求の範囲第２３項記載の金型の製造方法。
26. 第１のレジスト層と第２のレジスト層に感度の異なるレジストを用いることを特徴とする請求の範囲第２３項記載の金型の製造方法。

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