(57)【要約】【課題】  気泡を含まない良好な転写・接合界面を、同一の装置によって、簡便かつ低コストで得られる転写・接合方法および装置を提供すること。【解決手段】  微細パターン１０２が設けられたスタンパー１０３に載置された第１部材１００を、第１の型１０１により加圧しながら接触させ、赤外線照射手段１０６を用いてその接触面に赤外線１０７を線状に照射し加熱し、赤外線照射手段１０６を移動させ微細パターン１０２の転写が一方向に順次行われるようにする転写工程と、転写工程後、スタンパー１０３を取り除き、転写済み第１部材１００を、第１の型１０１により、第２の型１０５に載置された第２部材１０４と加圧しながら接触させ、赤外線照射手段１０６を用いてその接触面に赤外線を線状に照射し加熱し、赤外線照射手段１０６を移動させ、接触面の接合が一方向に順次行われるようにする接合工程とを有する転写・接合方法および装置。【選択図】  図１
2006315313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細パターンが設けられたスタンパーに載置された第１部材を、第１の型により加圧しながら接触させ、赤外線照射手段を用いてその接触面に赤外線を線状に照射し加熱するとともに、前記第１の型およびスタンパー、または、前記赤外線照射手段を移動させ、前記第１部材への前記微細パターンの形状の転写が一方向に順次行われるようにする転写工程と、
前記転写工程後、前記スタンパーを取り除き、転写済み第１部材を、前記第１の型により、第２の型に載置された第２部材と加圧しながら接触させ、前記赤外線照射手段を用いてその接触面に赤外線を線状に照射し加熱するとともに、前記第１および第２の型、または、赤外線照射手段を移動させ、前記接触面の接合が一方向に順次行われるようにする接合工程とを有することを特徴とする転写・接合方法。
【請求項２】
前記接合工程において、前記第１部材または第２部材の一方の側から赤外線を照射し、前記接触面の温度を（Ｔｉ）、前記部材の赤外線照射側表面温度を（Ｔｓ）、前記２つの部材の軟化温度のうち低い方の軟化温度を（Ｔｍ）、前記赤外線を照射する側の部材の軟化温度を（Ｔｍａ）としたとき、下記式（１）および（２）を同時に満たすことを特徴とする請求項１に記載の転写・接合方法。
（１）  Ｔｓ＜Ｔｍａ
（２）  Ｔｉ＞Ｔｍ
【請求項３】
微細パターンが設けられたスタンパーに載置された第１部材を、第１の型およびスタンパーの協働により加圧しながら、前記スタンパーを通して赤外線照射手段を用いてその接触面に赤外線を線状に照射し加熱するとともに、前記第１の型およびスタンパー、または、前記赤外線照射手段を移動させ、前記第１部材への前記微細パターンの転写が一方向に順次行われるようにする転写工程と、
前記転写工程後、前記スタンパーを取り除き、転写済み第１部材を、前記第１の型により、第２の型に載置された第２部材と加圧しながら接触させ、前記第２の型を通して前記赤外線照射手段を用いてその接触面に赤外線を線状に照射し加熱するとともに、前記第１の型および第２の型、または、赤外線照射手段を移動させ、前記接触面の接合が一方向に順次行われるようにし、かつ、前記第１および第２部材の接する前記第１の型および第２の型の表面温度が同じになるように温度調整を行う接合工程を有することを特徴とする請求項１または２に記載の転写・接合方法。
【請求項４】
微細パターンが設けられた赤外線透過材料からなるスタンパーに載置された第１部材を、赤外線透過材料からなる第１の型およびスタンパーの協働により加圧しながら、前記スタンパーを通して第１赤外線照射手段を用いてその接触面に赤外線を線状に照射し加熱し、これと同時に前記第１の型を通して第２赤外線照射手段を用いてその接触面に赤外線を線状に照射し加熱するとともに、前記第１の型およびスタンパー、または、前記第１および第２赤外線照射手段を移動させ、前記第１部材への前記スタンパー表面の微細パターンの転写が一方向に順次行われるようにする転写工程と、
前記転写工程後、前記スタンパーを取り除き、転写済み第１部材を、赤外線透過材料からなる第２の型に載置された第２部材と加圧しながら接触させ、前記第２の型を通して前記第１赤外線照射手段を用いてその接触面に赤外線を線状に照射し加熱し、これと同時に前記第１の型を通して第２赤外線照射手段を用いてその接触面に赤外線を線状に照射し加熱するとともに、前記第１の型および第２の型、または、前記第１および第２赤外線照射手段を移動させ、前記接触面の接合が一方向に順次行われるようにする接合工程を有することを特徴とする請求項１または２に記載の転写・接合方法。
【請求項５】
前記転写済み第１部材が、表面に微細パターンを有するプレートであり、前記第２部材が、前記微細パターンを有するプレートをカバーするカバープレートであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の転写・接合方法。
【請求項６】
第１部材を載置するとともに、交換可能とされた、表面に微細パターンが設けられたスタンパーと、
第２部材を載置する第２の型と、
前記第１部材およびスタンパー、または、前記第１部材および第２部材を加圧する第１の型と、
前記第１部材およびスタンパーの加圧された接触面、または、前記第１部材および第２部材の加圧された接触面に向かって赤外線を線状に照射する赤外線照射手段と、
前記第１の型およびスタンパー、前記第１の型および第２の型、または、前記赤外線照射手段を移動させる移動手段と、
を備え、
前記赤外線を線状に照射しつつ前記第１の型およびスタンパー、前記第１の型および第２の型、または、赤外線照射手段を移動させ、前記第１部材へのスタンパー表面の微細パターンの転写、および前記第１部材および第２部材の接合を一方向に順次行うことを特徴とする転写・接合装置。
【請求項７】
前記スタンパーが、赤外線透過材料からなり、
前記第２の型が、赤外線透過材料からなり、
前記第１の型には、前記第１部材および第２部材の接する前記第１の型および前記第２の型の表面温度が同じになるように温度調整を行う温度調整手段が設けられ、
前記転写が、前記赤外線照射手段を用いて前記スタンパーを通して赤外線を線状に照射し、かつ前記第１の型の表面温度の温度調整をしながら行われ、
前記接合が、前記赤外線照射手段を用いて前記第２の型を通して赤外線を線状に照射し、かつ前記第１の型の表面温度の温度調整をしながら行われることを特徴とする請求項６に記載の転写・接合装置。
【請求項８】
前記スタンパーが、赤外線透過材料からなり、
前記第１の型が、赤外線透過材料からなり、
前記第２の型が、赤外線透過材料からなり、
前記赤外線照射手段が、第１赤外線照射手段および第２赤外線照射手段から構成され、
前記転写が、前記第１赤外線照射手段を用いて前記スタンパーを通して赤外線を線状に照射し、これと同時に前記第２赤外線照射手段を用いて前記第１の型を通して赤外線を線状に照射しながら行われ、
前記接合が、前記第１赤外線照射手段を用いて前記第２の型を通して赤外線を線状に照射し、これと同時に前記第２赤外線照射手段を用いて前記第１の型を通して赤外線を線状に照射しながら行われることを特徴とする請求項６に記載の転写・接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転写・接合方法および装置に関するものであり、詳しくは、気泡を含まない良好な転写・接合界面を、同一の装置によって、簡便かつ低コストで得られる転写・接合方法および装置に関するものである。本発明の転写・接合方法および装置は、とくに表面に微細パターンを有するプレートとそれをカバーするカバープレートとから形成された、溶液の混合、反応、分離、精製、検出などの様々な化学操作が微小化されたマイクロ化学チップを得るのに有用である。
【背景技術】
【０００２】
ＤＮＡチップ、タンパクチップなどのバイオチップ、マイクロリアクター、マイクロ分析チップ、微生物検出チップ、診断チップ等のマイクロ化学チップは、例えば表面に数ｎｍから数百μmの微細パターンを有するプレートにカバープレートを接合することにより形成されている。微細パターンを有するプレートは、例えば当該パターンを転写可能なスタンパーを用意し、このスタンパーにプレート部材を接触させ転写することによって製造されている。
【０００３】
転写方法としては、例えば下記特許文献１には、転写面を具えてかつプラスチック材料からなる基材を用意し、転写面を露出した状態で基材を固定し、少なくとも一部が赤外線透過材料からなるスタンパーの賦型面を基材の転写面と密着状態に保持し、スタンパーに対して基材を指向する方向に赤外線を照射することを特徴とするプラスチック成形加工方法が開示されている。しかし、この方法で、賦型面の一部に赤外線を照射した場合、照射した部分のみが転写され、他の部分は転写されないばかりか、照射された部分とされない部分との間での照射ムラにより賦型面表面の平滑性が損なわれる。本方法では、転写面全体に均一に赤外線を照射する方法は示されていない。
【０００４】
また、微細パターンを有するプレートとカバープレートを接合するためには、下記のような幾つかの接合方法を利用することができる。
【０００５】
例えば、下記特許文献２には、赤外線吸収性を有する２つの熱可塑性樹脂成形体ＡおよびＢを接触させ、熱可塑性樹脂成形体Ａの側から赤外線を照射し、接触部の温度、成形体Ａの表面温度および軟化温度を特定の関係が満たされるように制御する熱可塑性樹脂成形体の溶着方法が開示されている。
また、特許文献３には、レーザー光に対して非吸収性で熱可塑性の隣接する透明樹脂部材間にレーザー光に対して吸収性で非常に薄い透明フィルムを介在させた状態で複数の透明樹脂部材を接面重合し、外側の透明樹脂部材の面にレーザー光を照射することにより溶着させる熱可塑性透明樹脂部材のレーザー接合方法が開示されている。
特許文献４には、レーザー光に対して非吸収性で熱可塑性の透明樹脂材料の接合面に微量の赤外線吸収色素をベヒクルと共に水または溶剤に分散させて形成した赤外線吸収剤を少なくとも部分的に存在させた状態で複数の透明樹脂材料を接面重合し、外側の透明樹脂材料の露出面にレーザー光を照射する熱可塑性透明樹脂材料のレーザー接合方法が開示されている。
【０００６】
上記の技術以外にも、ホットエンボス装置を用いる接合方法；接着剤を用いる接合方法；陽極接合による方法；超音波による接合方法等が知られている。
ホットエンボス装置を用いる接合方法は、ヒータおよび水冷配管を装着し温度制御されたプレスユニットに２枚の樹脂部材を挟み、接合界面に気泡を発生させないために、真空チャンバー内でプレスすることにより、熱溶着させるものである。
接着剤を用いる接合方法は、２つの樹脂部材間に接着剤を塗布し、接着するものである。
陽極接合による方法は、シリコンとガラスを３００〜４００℃に加熱した状態で、５００Ｖ〜１ｋＶの電圧を印加し、シリコンとガラスの間に大きな静電引力を発生させ、両者の界面で化学結合させるものである。
超音波による接合方法は、２つの樹脂部材を合わせた状態で超音波振動子により振動エネルギーを与え、接合界面における共振作用により接合するものである。
しかしながら、特許文献２で提案されている溶着方法では、大気中で接合する場合、接合界面に気泡が発生するという問題点がある。なお気泡を発生させないために、真空中で接合を行う方法も考えられるが、真空引きを行うための時間、放熱・冷却に要する時間が長く、生産性が低くなってしまう。
また特許文献３および４で提案されている接合方法では、レーザー光に対して吸収性で非常に薄い透明フィルムを介在させたり、接合面に赤外線吸収剤を存在させたりするため、手間やコストがかかるともに、最終製品であるマイクロ化学チップにおいて光学的な検出を行う用途には使用できない場合がある。
ホットエンボス装置を用いる接合方法では、真空中で接合するため、真空引きを行うための時間、放熱・冷却に要する時間が長く、生産性が低くなってしまう。
接着剤を用いる接合方法では、接着剤の塗布ムラ、はみ出し、気泡の巻き込み等が起こり易く品質が安定せず、また接着剤が母材とは異なる光学特性のため、最終製品であるマイクロ化学チップにおいて光学的な検出を行う用途には使用できない場合がある。
陽極接合による方法では、接合のためにはＮａイオンが必要であり、使用部材がシリコンとガラスに限定されてしまうという問題がある。
超音波による接合方法では、最終製品がマイクロ化学チップである場合、共振現象によって微細パターンが破壊されてしまうという問題がある。
【０００７】
一方、従来、スタンパーの微細パターンをプレートに転写するメカニズムと、２つのプレートを接合するメカニズムは全く異なるため、同一の装置で転写・接合を行うことは困難であった。唯一の例外は、プレートを均一な温度に保持して、真空中でプレスすることの可能な、ホットエンボス装置である。しかし、前記のように、ホットエンボス装置を用いると、真空引きを行うための時間、放熱・冷却に要する時間が長く、生産性が低くなってしまうという問題点があった。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１５８０４４号公報
【特許文献２】国際公開第０３／０３９８４３号パンフレット
【特許文献３】特開２００３−１８１９３１号公報
【特許文献４】特開２００４−２７６２９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって本発明の目的は、気泡を含まない良好な転写・接合界面を、同一の装置によって、簡便かつ低コストで得られる転写・接合方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、微細パターンが設けられたスタンパーに載置された第１部材を、第１の型により加圧しながら接触させ、赤外線照射手段を用いてその接触面に赤外線を線状に照射し加熱するとともに、前記第１の型およびスタンパー、または、前記赤外線照射手段を移動させ、前記第１部材への前記微細パターンの形状の転写が一方向に順次行われるようにする転写工程と、
前記転写工程後、前記スタンパーを取り除き、転写済み第１部材を、前記第１の型により、第２の型に載置された第２部材と加圧しながら接触させ、前記赤外線照射手段を用いてその接触面に赤外線を線状に照射し加熱するとともに、前記第１および第２の型、または、赤外線照射手段を移動させ、前記接触面の接合が一方向に順次行われるようにする接合工程とを有することを特徴とする転写・接合方法である。
【００１１】
請求項２の発明は、前記接合工程において、前記第１部材または第２部材の一方の側から赤外線を照射し、前記接触面の温度を（Ｔｉ）、前記部材の赤外線照射側表面温度を（Ｔｓ）、前記２つの部材の軟化温度のうち低い方の軟化温度を（Ｔｍ）、前記赤外線を照射する側の部材の軟化温度を（Ｔｍａ）としたとき、下記式（１）および（２）を同時に満たすことを特徴とする請求項１に記載の転写・接合方法である。
（１）  Ｔｓ＜Ｔｍａ
（２）  Ｔｉ＞Ｔｍ
【００１２】
請求項３の発明は、微細パターンが設けられたスタンパーに載置された第１部材を、第１の型およびスタンパーの協働により加圧しながら、前記スタンパーを通して赤外線照射手段を用いてその接触面に赤外線を線状に照射し加熱するとともに、前記第１の型およびスタンパー、または、前記赤外線照射手段を移動させ、前記第１部材への前記微細パターンの転写が一方向に順次行われるようにする転写工程と、
前記転写工程後、前記スタンパーを取り除き、転写済み第１部材を、前記第１の型により、第２の型に載置された第２部材と加圧しながら接触させ、前記第２の型を通して前記赤外線照射手段を用いてその接触面に赤外線を線状に照射し加熱するとともに、前記第１の型および第２の型、または、赤外線照射手段を移動させ、前記接触面の接合が一方向に順次行われるようにし、かつ、前記第１および第２部材の接する前記第１の型および第２の型の表面温度が同じになるように温度調整を行う接合工程を有することを特徴とする請求項１または２に記載の転写・接合方法である。
【００１３】
請求項４の発明は、微細パターンが設けられた赤外線透過材料からなるスタンパーに載置された第１部材を、赤外線透過材料からなる第１の型およびスタンパーの協働により加圧しながら、前記スタンパーを通して第１赤外線照射手段を用いてその接触面に赤外線を線状に照射し加熱し、これと同時に前記第１の型を通して第２赤外線照射手段を用いてその接触面に赤外線を線状に照射し加熱するとともに、前記第１の型およびスタンパー、または、前記第１および第２赤外線照射手段を移動させ、前記第１部材への前記スタンパー表面の微細パターンの転写が一方向に順次行われるようにする転写工程と、
前記転写工程後、前記スタンパーを取り除き、転写済み第１部材を、赤外線透過材料からなる第２の型に載置された第２部材と加圧しながら接触させ、前記第２の型を通して前記第１赤外線照射手段を用いてその接触面に赤外線を線状に照射し加熱し、これと同時に前記第１の型を通して第２赤外線照射手段を用いてその接触面に赤外線を線状に照射し加熱するとともに、前記第１の型および第２の型、または、前記第１および第２赤外線照射手段を移動させ、前記接触面の接合が一方向に順次行われるようにする接合工程を有することを特徴とする請求項１または２に記載の転写・接合方法である。
【００１４】
請求項５の発明は、前記転写済み第１部材が、表面に微細パターンを有するプレートであり、前記第２部材が、前記微細パターンを有するプレートをカバーするカバープレートであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の転写・接合方法である。
【００１５】
請求項６の発明は、第１部材を載置するとともに、交換可能とされた、表面に微細パターンが設けられたスタンパーと、
第２部材を載置する第２の型と、
前記第１部材およびスタンパー、または、前記第１部材および第２部材を加圧する第１の型と、
前記第１部材およびスタンパーの加圧された接触面、または、前記第１部材および第２部材の加圧された接触面に向かって赤外線を線状に照射する赤外線照射手段と、
前記第１の型およびスタンパー、前記第１の型および第２の型、または、前記赤外線照射手段を移動させる移動手段と、
を備え、
前記赤外線を線状に照射しつつ前記第１の型およびスタンパー、前記第１の型および第２の型、または、赤外線照射手段を移動させ、前記第１部材へのスタンパー表面の微細パターンの転写、および前記第１部材および第２部材の接合を一方向に順次行うことを特徴とする転写・接合装置である。
【００１６】
請求項７の発明は、前記スタンパーが、赤外線透過材料からなり、
前記第２の型が、赤外線透過材料からなり、
前記第１の型には、前記第１部材および第２部材の接する前記第１の型および前記第２の型の表面温度が同じになるように温度調整を行う温度調整手段が設けられ、
前記転写が、前記赤外線照射手段を用いて前記スタンパーを通して赤外線を線状に照射し、かつ前記第１の型の表面温度の温度調整をしながら行われ、
前記接合が、前記赤外線照射手段を用いて前記第２の型を通して赤外線を線状に照射し、かつ前記第１の型の表面温度の温度調整をしながら行われることを特徴とする請求項６に記載の転写・接合装置である。
【００１７】
請求項８の発明は、前記スタンパーが、赤外線透過材料からなり、
前記第１の型が、赤外線透過材料からなり、
前記第２の型が、赤外線透過材料からなり、
前記赤外線照射手段が、第１赤外線照射手段および第２赤外線照射手段から構成され、
前記転写が、前記第１赤外線照射手段を用いて前記スタンパーを通して赤外線を線状に照射し、これと同時に前記第２赤外線照射手段を用いて前記第１の型を通して赤外線を線状に照射しながら行われ、
前記接合が、前記第１赤外線照射手段を用いて前記第２の型を通して赤外線を線状に照射し、これと同時に前記第２赤外線照射手段を用いて前記第１の型を通して赤外線を線状に照射しながら行われることを特徴とする請求項６に記載の転写・接合装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、気泡を含まない良好な転写・接合界面を、同一の装置によって、簡便かつ低コストで得られる転写・接合方法および装置を提供することができる。本発明の転写・接合方法および装置は、とくに表面に微細パターンを有するプレートとそれをカバーするカバープレートとから形成された、溶液の混合、反応、分離、精製、検出などの様々な化学操作が微小化されたマイクロ化学チップを得るのに有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の方法および装置を図面を参照しながらさらに説明する。
図１は、本発明の転写・接合装置の一例を説明するための概略図であり、（ａ）は正面断面図であり、（ｂ）は側面断面図である。
図１において、本発明の転写・接合装置１は、微細パターン１０２が設けられたスタンパー１０３に載置された第１部材（アクリル樹脂製のプレート）１００と、第１部材１００およびスタンパー１０３間を加圧させるための第１の型１０１と、第２部材（カバープレート）１０４を載置する第２の型１０５と、プレート１００および微細パターン１０２の加圧された接触面、または、プレート１００およびカバープレート１０４の加圧された接触面に向かって赤外線を線状に照射する赤外線照射手段１０６と、赤外線照射手段１０６を移動させる移動手段２０を備えている。
【００２０】
本形態では、スタンパー１０３は、赤外線透過材料からなる。
【００２１】
まず、スタンパー１０３にプレート１００を載置し、第１の型１０１によりプレート１００および微細パターン１０２間を加圧しながら接触させる。次に赤外線照射手段１０６を稼動し、プレート１００の長手方向に直交するように、すなわちプレート１００の幅方向全体に線状に赤外線１０７を照射する。
【００２２】
なお、図１の形態では、各型およびスタンパーを固定するために基台１２０を使用しているが、赤外線１０７を照射部分に相当する場所には孔部１２１が設けられており、赤外線１０７の照射を妨害することはない。また、スタンパー１０３は赤外線透過材料から形成されているので、赤外線１０７はプレート１００および微細パターン１０２の加圧された接触面に到達することができる。赤外線透過材料としては、結晶性無機材料および非晶性無機材料が挙げられ、結晶性無機材料としては例えばＺｎＳｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＺｎＳ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド等が、非晶性無機材料としては例えばＳｉＯ2を主成分とする石英系ガラス材料、ＧｅＯ2を主成分とするゲルマネート系ガラス材料、Ａｌ2Ｏ3を主成分とするアルミネート系ガラス材料等の酸化物系ガラス材料のほかに、硫化物系ガラス材料、カルコゲナイドガラス材料等が挙げられる。
【００２３】
次に、プレート１００および微細パターン１０２の加圧された接触面に向かって赤外線１０７を線状に照射しつつ、移動手段２０により赤外線照射手段１０６を矢印１０８方向に移動させ、転写を一方向に順次行う。なお、赤外線照射手段を１０６を移動させる替わりに、図示しない別の移動手段を用いて第１の型およびスタンパーを移動させてもよい。
転写界面１０９は、線状の赤外線１０７の照射により加熱され、プレート１００は、その端部から一方向に順次溶融部１１０を形成し、微細パターン１０２の微細パターンを転写していく。このとき、微細パターン１０２の凹部に存在する空気は、溶融部１１０の流入に伴って凹部から押出され、最終的にはプレート１００およびスタンパー１０３の他方の端部１１１から排出される。したがって、気泡を含まない良好な転写界面を得ることができる。なお、前記形態では赤外線１０７を両プレートの一方の端部から他方の端部に向かって１回のみ照射しているが、２回以上の照射、すなわち往復させてもよい。
【００２４】
前記の転写工程終了後、同じ装置を用いて接合工程が開始される。
まず、微細パターン１０２が設けられたスタンパー１０３は、図２の転写・接合装置の側面断面図に示すように、図示しない手段により取り除かれ、カバープレート１０４を載置する第２の型１０５を第１の型１０１の下方に到達させ、転写済みのプレート１００をカバープレート１０４上に載置する。
続いて、図３に示すように、転写工程によって微細パターンが転写された転写済みのプレート１００を、カバープレート１０４に加圧しながら接触させるために、第１の型１０１を第２の型１０５の方向に移動させる。次に赤外線照射手段１０６を稼動し、線状の赤外線１０７を転写工程と同様に照射する。
【００２５】
なお、図３の形態では、第２の型１０５は赤外線透過材料から形成されているので、赤外線は両プレートの加圧された接触面に到達することができる。赤外線透過材料は先に例示したとおりである。
【００２６】
次に、両プレートの加圧された接触面に向かって赤外線１０７を線状に照射しつつ、移動手段２０により赤外線照射手段１０６を矢印１０８方向に移動させ、接合を一方向に順次行う。なお、赤外線照射手段を１０６を移動させる替わりに、図示しない別の移動手段を用いて第１の型および第２の型を移動させてもよいこと、また赤外線１０７を両プレートの一方の端部から他方の端部に向かって複数回往復させてもよいことは、前記の転写工程と同じである。
接合界面２００は、線状の赤外線１０７の照射により加熱され、両プレートの端部から一方向に順次溶融部２０１を形成し溶着していく。このとき、接合界面２００に存在する気泡は、溶融部２０１の形成とともに移動し、最終的には両プレートの他方の端部２０２から排出される。したがって、両プレートの接合界面２００は、他方の端部２０２まで気泡を排出しながら溶着していくので、気泡を含まない良好な接合界面を得ることができる。なお、赤外線１０７の強度が強すぎると、両プレートの接合界面の温度が過剰に高くなり、プレート１００の微細パターンの内部に溶融樹脂が流入する恐れがあるので、赤外線の照射エネルギーは適宜調節するのが好ましい。
【００２７】
なお、図１、３の形態では、赤外線１０７はスタンパー１０３または第２の型１０５の下部からこれら基台を通して照射されているが、スタンパー１０３または第２の型１０５を通さずに、第１の型１０１を通して照射してもよい。この場合、第１の型１０１は、赤外線透過材料である必要がある。
【００２８】
接合界面２００への線状の赤外線１０７の照射は、例えば図３の形態において、赤外線１０７を第２の型１０５の下部から第２の型１０５を通して照射したときに、接合界面の温度を（Ｔｉ）、第２の型１０５に接するプレート１０４の表面温度、すなわち赤外線照射側表面温度を（Ｔｓ）、プレート１００と１０４の軟化温度のうち低い方の軟化温度を（Ｔｍ）、プレート１０４の軟化温度を（Ｔｍａ）としたとき、下記式（１）および（２）を同時に満たすようにすることが好ましい。この条件を満たすことにより、接合界面２００は溶融部２０１を形成するが、溶融部を形成する必要のないプレート１０４表面の溶融を防止することができる。
（１）  Ｔｓ＜Ｔｍａ
（２）  Ｔｉ＞Ｔｍ
なお、ＴｓはＴｍａよりも１０℃以上低い温度が好ましい。また、プレート１００は微細パターンを有するので、軟化温度はプレート１０４のほうが低いのが好ましい。
【００２９】
赤外線吸収性の材料からなるプレート１００と１０４において、赤外線の照射による温度の上昇は、該材料の各部分で吸収される赤外線の量に比例する。赤外線の吸収量は照射した赤外線の強度および物質に特有の吸光係数に相関しランベルト・ベールの法則に従う。したがって、赤外線の吸収量は赤外線が入射した表面で最も強く、内部に入るにしたがって単位体積あたりの材料に吸収される赤外線の吸収量は小さくなる。
一方、赤外線吸収性の材料の各部分における温度の上昇速度は、各部分に与えられる単位体積あたり、単位時間当たりの熱量と各部分から放散する単位体積あたり、単位時間当たりの熱量との差を比熱で除することにより与えられるが、実際の温度は赤外線照射開始時における各部分の温度の関数である。したがって、赤外線吸収性の材料に照射される赤外線の強度、照射時間、該材料の吸光係数、比熱、熱伝導度、該材料からの熱の放熱量、該材料の各部分の赤外線照射開始時の温度などから計算によって近似的に算出可能である。これらの計算を行う近似式としては、例えば下記式
δＴ／δｔ＝ｋ／ρｃ・（δ2Ｔ／δｘ2）＋Ｑ／ρｃ
Ｑ＝｜−βｌ0ｅｘｐ（−βｘ）｜
（Ｔ：温度、ｔ：時間、ｘ：距離、ｋ：熱伝導度、ρ：密度、ｃ：比熱、ｌ0：入射赤外線強度、β：吸収係数）
が挙げられる。
この式は、プレート１０４の表面からの内部方向への距離ｘの温度Ｔが、赤外線の照射時間ｔにおいての変化率を示した微分方程式であり、赤外線照射直前の温度を初期値として、入射から時間ｔにおけるプレート１０４の表面からの距離ｘにおける温度Ｔを近似的に求めることができる。その結果、ＴｉがＴｍ以上であり、ＴｓがＴｍａより低くする条件（プレート１００，１０４の種類、厚さ、赤外線強度、後述する放熱材の種類等）を簡便に予測することができる。また、赤外線の照射強度（単位時間・単位立体角・単位面積当たりの赤外線エネルギー）、照射時間、照射開始時の温度、プレート表面からの除熱量などを変更したモデル的な実験を行うことで好ましいそれぞれの範囲を定めることもできる。
【００３０】
ここで、接合界面２００の温度（Ｔｉ）は、最も高くなるように制御され、プレート１００と１０４の軟化温度のうち低い方の軟化温度（Ｔｍ）よりも、接合界面２００の温度を高くするのが好ましい。その制御方法を、図４を参照して説明する。
赤外線照射手段１０７を用いてプレート１００と１０４の接合界面２００に向かって赤外線を照射したとき、前記微分方程式に基いて接合界面２００の温度を所望の値となるように赤外線強度を制御すると、プレート１０４は赤外線を吸収するが、同時にプレート１０４の赤外線照射側表面が放熱を開始し、プレート１００および１０４の内部温度は、温度分布曲線２１のような温度分布を示す。したがって、プレート１０４の材料に関するパラメータと、赤外線照射手段に関するパラメータを適宜調整することにより、接合界面２００の温度を最も高くするとともに、軟化温度（Ｔｍ）２３よりも、接合界面２００の温度を高くすることができる。
なお、プレート１０４の放熱性が低すぎる場合は、プレート１００および１０４の内部温度は、温度分布曲線２２のような温度分布を示す。したがってプレート１０４の赤外線照射側表面温度（Ｔｓ）が、プレート１０４の軟化温度（Ｔｍａ）よりも高くなり、その結果、プレート１０４の赤外線照射側表面が熱損傷することになり好ましくない。
【００３１】
このような場合は、図５に示すように、プレート１０４の赤外線照射側表面に赤外線透過材料からなる放熱体３０をスタンパー１０３として用い、放熱体３０をプレート１０４に接触させることにより、プレート１０４の放熱性を高めればよい。
また放熱体３０をプレート１０４に接触させることにより、高い出力の赤外線を利用することができる。
放熱体３０の熱伝導度は、１Ｗ／ｍ・℃以上、好ましくは１０／ｍ・℃以上である。
なお、前記のような赤外線吸収性の材料からなる２つの部材の内部温度の温度分布を制御する方法は公知であり、例えば前述の特許文献２に記載されている。
【００３２】
また本発明の接合工程において、プレート１００とプレート１０４は、加圧された状態で赤外線が照射される。この加圧によって、転写性および接合性が良好になるとともに、気泡の除去も促進される。なお圧力は、各プレート１００，１０４および微細パターン１０２の部材の種類やサイズなどにより適宜選定すればよいが、各プレートがプラスチックの場合、転写工程では０．１〜１．０ＭＰａが好ましく、接合工程では０．０１〜１．０ＭＰａが好ましい。
【００３３】
図６は、接合工程における別の例を説明するための転写・接合装置の側面断面図である。
図６において、赤外線透過材料からなる第２の型４１と第１の型４２との間に、プレート１００および１０４が加圧されて接触した状態で載置されている。プレート１００および１０４は、第１の型４２および第２の型４１の協働により加圧されている。図６では、第１の型４２に図示しない加圧手段により、矢印４３方向に荷重が加わっている。
加圧完了後、第２の型４１を通して、図３で示した形態と同様に、両プレートの加圧された接触面に向かって赤外線１０７を線状に照射しつつ、移動手段２０により赤外線照射手段１０６を矢印１０８方向に移動させ、接合を一方向に順次行う。接合界面２００は、線状の赤外線１０７の照射により加熱され、両プレートの端部から一方向に順次溶融部２０１を形成し溶着していく。このとき、接合界面２００に存在する気泡は、溶融部２０１の形成とともに移動し、最終的には両プレートの他方の端部２０２から排出される。したがって、両プレートの接合界面２００は、他方の端部２０２まで気泡を排出しながら溶着していくので、気泡を含まない良好な接合界面を得ることができる。
【００３４】
ここで、図４に示したように、プレート１００および１０４の内部温度は、温度分布曲線２１のような温度分布を示している。温度分布曲線２１によれば、プレート１０４の表面温度よりも、プレート１００の表面温度（外側表面の温度）が低くなっていることが分かる。このような温度差は、プレート１００および１０４の接合工程時、プレート間の異なる熱収縮により反り等の変形をもたらすことがある。したがって、このような現象を生じさせないために、第１の型４２および第２の型４１の表面温度が同じになるように温度調整を行うのが好ましい。具体的手段としては、第１の型４２に温度調整手段を設け、第１の型４２および第２の型４１の表面温度が同じになるように温度調整を行えばよい。温度調整手段としては、例えば図６に示したように、第１の型４２にヒータ４４および冷却媒体配管４５を設け、第１の型４２および第２の型４１の表面温度をセンサによって検知し、第１の型４２の温度が第２の型４１よりも低い場合にはヒータ４４を稼動させて加熱を行い、高い場合には冷却媒体配管４５に水のような冷却媒体を流すことにより冷却を行う。
なお、転写工程も図６に示す装置を併用できる。この場合も、プレート１００の変形を防止するために、第１の型とスタンパーの表面温度が同じになるように温度調整を行うのが好ましい。
【００３５】
図７は、第１の型４２および第２の型４１の温度調整手段による温度調整方法を説明するための転写・接合装置の側面断面図である。第２の型４１には、表面温度ＴL1、ＴL2、ＴL3、・・・ＴLn、を検知するための温度センサ５１がｎ個取り付けられている。同様に、第１の型４２には、表面温度ＴU1、ＴU2、ＴU3、・・・ＴUn、を検知するための温度センサ５２がｎ個取り付けられている。符号５３は温度調整手段であり、温度センサ５１により検知された第２の型４１の平均表面温度ＴLiと温度センサ５２により検知された第１の型４２の平均表面温度ＴUiとが同じになるように、図示しないヒータ電源のＯＮ／ＯＦＦ、あるいは冷却媒体ポンプを制御して冷却媒体配管４５への冷却媒体の流量を調節する。
【００３６】
なお前記で説明した形態では、第２の型４１を通して両プレートの加圧された接触面に向かって赤外線を線状に照射し、第１の型４２には温度調整手段を設けて温度調整を行ってプレートの熱損傷を防止しているが、２つの赤外線照射手段を用い、第２の型および第１の型を通して両方向から赤外線を照射すれば、温度調整手段を設けずとも両プレートの表面温度の差異がなくなり、かつ２つの方向から赤外線するので接合界面の温度がさらに高まり、良好な接合が達成され好ましい。
図８は、このような２つの赤外線照射手段を用いる一例を説明するための転写・接合装置の側面断面図である。
図８において、赤外線透過材料からなる第２の型６１と赤外線透過材料からなる第１の型６２との間に、プレート１０４および１００が加圧接触した状態で載置されている。プレート１００および１０４は、第１の型６２および第２の型６１の協働により加圧される。
加圧完了後、第１赤外線照射手段１０６１を用いて、両プレートの接触面に向かって第２の型６１を通して赤外線１０７を線状に照射しつつ、移動手段２０により第１赤外線照射手段１０６１を矢印１０８方向に移動させる。同時に、第２赤外線照射手段１０６２を用いて、両プレートの接触面に向かって第１の型６２を通して赤外線１０７を線状に照射しつつ、移動手段２０’により第２赤外線照射手段１０６２を矢印１０８方向に移動させ、接合を一方向に順次行う。第２の型６１と第１の型６２の赤外線透過材料は、同じエネルギー量の赤外線が接合界面２００に到達するように、同じ材料であるのが好ましい。また、第１赤外線照射手段１０６１と第２赤外線照射手段１０６２は、接合界面２００の同じ箇所の温度が最も高くなるように連動するのが好ましい。接合界面２００は、線状の赤外線１０７の照射により加熱され、両プレートの端部から一方向に順次溶融部２０１を形成し溶着していく。このとき、接合界面２００に存在する気泡は、溶融部２０１の形成とともに移動し、最終的には両プレートの他方の端部２０２から排出される。したがって、両プレートの接合界面２００は、他方の端部２０２まで気泡を排出しながら溶着していくので、気泡を含まない良好な接合界面を得ることができる。なお、図８では、第２の型６１および第１の型６２が赤外線透過材料からなる形態を説明したが、第２の型６１および第１の型６２に赤外線透過材料からなる透過窓を設け、その他の部分は赤外線不透過性の材料から構成されていてもよい。また前記では接合工程において２つの赤外線照射手段を用いる形態を説明したが、この形態は、転写工程にも適用することができる。２つの方向から赤外線が照射されることにより、転写界面の温度がさらに高まり、良好な転写が達成され好ましい。
【００３７】
また、本発明でいう微細パターンは、例えば幅、高さおよび深さが１ｎｍ〜１ｍｍの範囲であり、両プレートの厚さは、例えば５０μｍ〜数ｍｍである。
【００３８】
また、前記の形態では、接合する部材としてアクリル樹脂製のプレート１００および１０４を例にとり説明したが本発明はこれに限定されず、赤外線吸収性のある、ポリカーボネート、ポリスチレン樹脂等の熱可塑性樹脂、低融点ガラス類、低融点金属類などが挙げられる。プレート１００および１０４の材質は同じであっても異なっていてもよいが、プレート１００が微細パターンを有する場合には、プレート１０４よりも軟化温度が高いのが好ましいことは前述のとおりである。
【００３９】
また線状に赤外線を照射可能な赤外線照射手段としては、赤外線光源として、赤外線ランプが挙げられる。なお、赤外線ランプは、市販されているものを利用することができ、（株）ハイベック製、ＨＹＬシリーズなどが利用可能である。
【００４０】
以下は、本発明にしたがう実験例である。本実験例は、図１に示した転写・接合装置を用いて行ったが、第１の型１０１としては、図６に示す温度調整手段を備えた第１の型４２を用いた。
表面に微細パターンを有する微細パターン１０２を備えたスタンパー１０３として、赤外線透過性材料（ＦＺシリコン製）からなる、厚さ０．８ｍｍの下型を準備した。当該微細パターンは、５〜５０μｍまで５μｍピッチで形成したライン＆スペースを、深さ１０μｍに加工したものである。
プレート１００としては、厚さ１．０ｍｍのアクリル樹脂製のプレートを用いた。プレート１００の軟化温度は、１１０℃であった。
まず、スタンパー１０３にプレート１００を載置し、これを第１の型４２を用いて微細パターン１０２に加圧接触させた。なお、図示しない加圧手段を用い、プレート１００および微細パターン１０２間に０．２ＭＰａの圧力が加わるようにした。
加圧完了後、スタンパー１０３を通して、（株）ハイベック製、ＨＹＬシリーズの赤外線照射手段を用い、プレート１００の転写界面に向かって、プレート１００の幅方向全体に赤外線１０７を線状に照射しつつ、移動手段２０により赤外線照射手段１０６をプレート１００の一方の端部から他方の端部に向かって、一方向に移動させた。移動速度は、０．１ｍｍ／秒とした。また、赤外線出力は８６Ｗ、加熱幅は２ｍｍとした。同時に、第１の型１０１およびスタンパー１０３の表面温度が同じになるように、ヒータ４４の稼動または冷却媒体配管４５への水の流入により温度調整を行った。
【００４１】
前記転写工程終了後、プレート１００の転写界面を観察したところ、微細パターン１０２の凹凸形状を反転させた形状が良好な転写性でもって転写されていることが確認できた。
次に、スタンパー１０３を取り除き、プレート１００と同じアクリル樹脂製のカバープレート１０４を載置する第２の型１０５を第１の型１０１の下方に到達させ、転写済みのプレート１００をプレート１０４上に載置し、転写済みのプレート１００および１０４間に０．１５ＭＰａの圧力が加わるように加圧した。第２の型１０５は、赤外線透過性材料（ＦＺシリコン製）からなる、厚さ０．８ｍｍの下型である。
加圧完了後、第２の型１０５を通して、（株）ハイベック製、ＨＹＬシリーズの赤外線照射手段を用い、プレート１００および１０４の接合界面に向かって、両プレートの幅方向全体に赤外線１０７を線状に照射しつつ、移動手段２０により赤外線照射手段１０６を両プレートの一方の端部から他方の端部に向かって、一方向に移動させた。移動速度は、０．１ｍｍ／秒とした。また、赤外線出力は８６Ｗ、加熱幅は２ｍｍとした。
赤外線照射時のプレート１０４の赤外線照射側表面温度（Ｔｓ）は１００℃、プレート１０４の軟化温度（Ｔｍ）は１１０℃、接合界面の温度（Ｔｉ）は１５０℃であった。
同時に、第１の型１０１および第２の型１０５の表面温度が同じになるように、ヒータ４４の稼動または冷却媒体配管４５への水の流入により温度調整を行った。
その結果、接合界面２００が、線状の赤外線１０７の照射により加熱され、プレート１０４に溶融部２０１が形成され、両プレートの端部から一方向に順次溶着していくのが確認された。また接合工程終了後の接合界面には、気泡が全く含まれていないことも確認できた。プレートの反りの発生も全く見られなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明によれば、気泡を含まない良好な転写・接合界面を、同一の装置によって、簡便かつ低コストで得られる転写・接合方法が提供される。本発明の転写・接合方法および装置は、とくに表面に微細パターンを有するプレートとそれをカバーするカバープレートとから形成された、溶液の混合、反応、分離、精製、検出などの様々な化学操作が微小化されたマイクロ化学チップを得るのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の転写・接合装置の一例を説明するための概略図であり、（ａ）は正面断面図であり、（ｂ）は側面断面図である。
【図２】本発明の転写・接合装置の一例を説明するための側面断面図である。
【図３】本発明の転写・接合装置の一例を説明するための側面断面図である。
【図４】接合界面の温度の制御方法を説明するための図である。
【図５】接合界面の温度の制御方法を説明するための図である。
【図６】接合工程における別の例を説明するための転写・接合装置の側面断面図である。
【図７】第１の型および第２の型の温度調整手段による温度調整方法を説明するための転写・接合装置の側面断面図である。
【図８】２つの赤外線照射手段を用いる一例を説明するための転写・接合装置の側面断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１：転写・接合装置、１００：第１部材（転写後は、表面に微細パターンを有するプレート）、１０１：第１の型、１０２：微細パターン、１０３：スタンパー、１０４：第２部材（カバープレート）、１０５：第２の型、１０６：赤外線照射手段、１０７：赤外線、１０９：転写界面、１１０：溶融部、２００：接合界面、２０１：溶融部、３０：放熱体、４１：第２の型、４２：第１の型、４４：ヒータ、４５：冷却媒体配管、５１：温度センサ、５２：温度センサ、６１：第２の型、６２：第１の型、１０６１：第１赤外線照射手段、１０６２：第２赤外線照射手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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