(57)【要約】ポリマー層を作製するためのプロセスおよび装置。光重合可能前駆物質を含む液体層（２０）は、基材（１７）とフォトマスク（１２）との間に形成される。反応チャンバは、基部（１５）、側壁（１６）および液体層（２０）の１以上の領域を重合して、ポリマー層を形成するフォトマスク（１２）によって形成される。本発明は、具体的には、基材の上にポリマー層を生成するための方法を提供し、この方法は、ａ）該基材と少なくとも部分的に透過性の構成要素との間に光重合可能ポリマー前駆物質を含む液体の層を形成する工程；ｂ）該液体層を少なくとも部分的に透過性の構成要素を通して光に曝し、それによって該液体層の１以上の領域を重合して、ポリマー層を形成する工程；およびｃ）任意の非重合領域または該液体層の領域を除去する工程、を包含する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の上にポリマー層を生成するための方法であって、該方法は、以下の工程：
ａ）該基材と少なくとも部分的に透過性の構成要素との間に光重合可能ポリマー前駆物質を含む液体の層を形成する工程；
ｂ）該液体層を少なくとも部分的に透過性の構成要素を通して光に曝し、それによって該液体層の１以上の領域を重合して、ポリマー層を形成する工程；および
ｃ）任意の非重合領域または該液体層の領域を除去する工程、
を包含する、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記少なくとも部分的に透過性の構成要素はフォトマスクであり、パターン化されたポリマー層が形成される、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記少なくとも部分的に透過性の構成要素は、前記液体と接触する前記構成要素の側面上で三次元外形を有する、方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の方法であって、前記液体は、光開始剤をさらに含む、方法。
【請求項５】
請求項１または２に記載の方法であって、前記液体は、イニファーターまたはイニファーター前駆物質をさらに含む、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、前記液体は、光開始剤をさらに含む、方法。
【請求項７】
基材上に複合材ポリマー層を形成する方法であって、該方法は、以下の工程：
ａ）該基材と第１の少なくとも部分的に透過性の構成要素との間に第１のポリマー前駆物質を含む第１の液体の第１の層を形成する工程であって、ここで該第１の少なくとも部分的に透過性の構成要素は、フォトマスクである、工程；
ｂ）該第１の液体層を、該第１の少なくとも部分的に透過性の構成要素を通して光に曝し、それによって、該第１の液体層の少なくともある領域を重合して、少なくとも１つの非重合領域を有するパターン化された第１のポリマー層を形成する工程；
ｃ）該第１の液体層のあらゆる非重合領域を除去し、それによって、少なくとも１つの空隙を形成する工程；
ｄ）該第１の少なくとも部分的に透過性の構成要素を除去する工程；
ｅ）該第１のポリマー層の少なくとも１つの空隙を、第２のポリマー前駆物質を含む第２の液体で満たす工程であって、ここで該第２のポリマー前駆物質は、該第１のポリマー前駆物質とは異なる工程；
ｆ）第２の少なくとも部分的に透過性の構成要素を、該第２の液体と接触させ、かつ該基材と反対側に配置する工程；
ｇ）該第２の液体層を、該第２の少なくとも部分的に透過性の構成要素を通して光に曝し、それによって、該第２の液体層の少なくともある領域を重合して、パターン化された第２のポリマー層を形成する工程；ならびに
ｈ）該第２の液体層のあらゆる非重合領域を除去する工程、
を包含する、方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、前記第１の液体は、光開始剤をさらに含む、方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法であって、前記第１の液体は、イニファーターまたはイニファーター前駆物質をさらに含む、方法。
【請求項１０】
基材上に多層式ポリマーデバイスを形成するための方法であって、該方法は、以下の工程：
ａ）該基材と第１の少なくとも部分的に透過性の構成要素との間に第１のポリマー前駆物質を含む第１の液体の第１の層を形成する工程；
ｂ）該第１の液体層を、該第１の少なくとも部分的に透過性の構成要素を通して光に曝し、それによって、該第１の液体層の少なくともある領域を重合して、第１のポリマー層を形成する工程；
ｃ）該第１の液体層のあらゆる非重合領域を除去する工程；
ｄ）該第１の少なくとも部分的に透過性の構成要素を除去する工程；
ｅ）該第１のポリマー層と第２の少なくとも部分的に透過性の構成要素との間に、少なくとも一部、第２のポリマー前駆物質を含む第２の液体の第２の層を形成する工程；
ｆ）該第２の液体層を、該第２の少なくとも部分的に透過性の構成要素を通して光に曝し、それによって、該第２の液体層の少なくともある領域を重合して、第２のポリマー層を形成する工程；ならびに
ｇ）該第２の液体層のあらゆる非重合領域を除去する工程、
を包含する、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記ポリマー層の少なくとも１つは、パターン化されたポリマー層である、方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の方法であって、前記第１のポリマー層における１以上の空隙を、犠牲物質で満たす工程をさらに包含する、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、過剰の犠牲物質を、前記第２の液体の前記層を形成する前に、前記第１のポリマー層の表面から除去する工程をさらに包含する、方法。
【請求項１４】
請求項１０に記載の方法であって、前記第１の液体は、イニファーターまたはイニファーター前駆物質をさらに含む、方法。
【請求項１５】
請求項１０に記載の方法であって、
ｈ）先の構成要素を除去する工程；
ｉ）該先のポリマー層と二次の少なくとも部分的に透過性の構成要素との間に、少なくとも一部、二次ポリマー前駆物質を含む、二次液体の二次層を形成する工程；
ｊ）該二次液体層を、該二次の少なくとも部分的に透過性の構成要素を通して光に曝し、それによって、該二次液体層の少なくともある領域を重合して、二次ポリマー層を形成する工程；ならびに
ｋ）該二次液体層のあらゆる非重合領域を除去する工程、
をさらに包含する、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、前記二次ポリマー層における１以上の空隙を、前記二次液体の層を形成する前に、犠牲物質で満たす工程をさらに包含する、方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、過剰な犠牲物質を、前記二次液体の層を形成する前に、前記先のポリマー層の表面から除去する工程をさらに包含する、方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の方法であって、所望の数のポリマー層が形成されるまで、工程ｈから工程ｋを反復する工程をさらに包含する、方法。
【請求項１９】
光重合可能ポリマー前駆物質を含む液体の層からの光重合層のフォトリソグラフィー製作のための装置であって、該装置は、以下：
ａ）光源；および
ｂ）該液体層を含むための反応チャンバ、
を備え、
該チャンバは、第１および第２の囲い込み構成要素を備え、該第１および第２の囲い込み構成要素は、該光の経路に配置された少なくとも部分的に透過性の構成要素を備え、該液体を該チャンバ内で接触させ、該チャンバの該第２の囲い込み構成要素は、該第１の囲い込み構成要素の反対側にある、
装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の装置であって、前記チャンバの前記第２の囲い込み構成要素は、前記第１の構成要素に対して実質的に平行である、装置。
【請求項２１】
請求項１９に記載の装置であって、前記反応チャンバは、前記液体層を実質的に囲い込む、装置。
【請求項２２】
請求項１９に記載の装置であって、前記第１の囲い込み構成要素と前記第２の囲い込み構成要素との間の分離を調節するための手段をさらに備える、装置。
【請求項２３】
請求項１９に記載の装置であって、前記チャンバの前記第１の囲い込み構成要素および前記第２の囲い込み構成要素の分離を測定するための手段をさらに備える、装置。
【請求項２４】
請求項１９に記載の装置であって、前記第１の囲い込み構成要素および前記第２の囲い込み構成要素の整列を調節するための手段をさらに備える、装置。
【請求項２５】
請求項１９に記載の装置であって、前記第１の囲い込み構成要素および前記第２の囲い込み構成要素の整列を測定するための手段をさらに備える、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本出願は、米国仮特許出願第６０／３９７，２１５号（２００２年７月１９日出願）の利益を主張し、この出願は、その全体が本明細書の開示と矛盾しない程度に本明細書中に参考として援用される。
【背景技術】
【０００２】
（背景）
本発明は、ポリマーデバイスの光リソグラフィーによる製造の分野、特に、ポリマー層およびデバイス（特にマクロデバイス）を製造するための方法および装置にある。
【０００３】
マイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）の製造のための当該分野のプロセスの技術水準は、半導体産業に由来する光リソグラフィープロセスおよび方法を利用する。より最近、開発された方法としては、「ソフトリソグラフィー」（Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓら，Ａｎｇｅｗ  ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ  ｅｄ，３７；５５０−５７５，（１９９８））および微小流体構造学的方法（米国特許第６，４８８，８７２号、Ｂｅｅｂｅら，Ｎａｔｕｒｅ；４０４：５８８−５９（２０００））が挙げられる。ポリマーマイクロデバイス製造の総説および他の議論としては、以下：
【０００４】
【表１】
2005534063.tif 000003
【０００５】
が挙げられる。
【０００６】
マイクロステレオリソグラフィーは、光活性モノマーと集中光源とを合わせる技術である：
【０００７】
【表２】
2005534063.tif 000004
【０００８】
。互いの頂部に連続的横断層を硬化させることによって、三次元構造が生じる。しばしば、このプロセスは、高度に平行した製造が容易でなく、高解像度微細構造製造には、比較的長時間が必要とされる。
【０００９】
微小規模でのポリマーデバイス製造のための別のストラテジーは、ホットエンボス加工である：
【００１０】
【表３】
2005534063.tif 000005
【００１１】
。このことは、金属または半導体のスタンプまたは型（エンボス加工ツールとして公知）を要する。これらのスタンプまたは型は、ポリマー基質のガラス転移温度を超えて加熱される。圧力は、そのツールに付与され、ネガティブトポグラフィー（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）は、軟化ポリマーに移される。このシステムは冷却され、そのスタンプが外され、そのポリマーは、エンボス加工ツールのレリーフ構造を保持する。このことは、非常に考えられた設計をもたらすが、設備で本来のツールを微細加工することを要する。さらに、その設計は、１層に制限されるか、または複数層が、正確に整列して一緒に積層されなければならない。
【００１２】
ポリマーマイクロデバイス、特に微小流体デバイスの製造に対する最も一般的なアプローチは、ソフトリソグラフィーである。これは、種々の特定の技術を包含する。一般に、これらのプロセスは、フォトリソグラフィーを必要とする；エラストマー原板（しばしばポリ（ジメチルシロキサン），ＰＤＭＳ）が、任意のレリーフ構造から製作され、多くの異なる表面上に外形をパターン化するために使用され、ポリマーが挙げられる：
【００１３】
【表４】
2005534063.tif 000006
【００１４】
。方法全体が、多くの特定の技術（例えば、マイクロコンタクトプリンティング（μＣＰ）、レプリカ成形（ＲＥＭ）、マイクロトランスファー成形（μＴＭ）、キャピラリー中での微小成形（ＭＩＭＩＣ）、および溶媒補助微小成形（ＳＡＭＩＭ）（Ｘｉａ，Ｙ．Ｎ．，およびＷｈｉｔｅｓｉｄｅｓ，Ｇ．Ｍ．「Ｓｏｆｔ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ．」Ａｎｎｕａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，２８：１５３−１８４，１９９８））に分類される。しかし、ソフトリソグラフィーの方法内に含まれる個々の技術の全てが、レリーフ構造からＰＤＭＳ原板の製造を必要とし、このレリーフ構造は、しばしば、表面微細加工シリコンウェハである。
【００１５】
ソフトリソグラフィーの非常に一般的な応用であるマイクロコンタクトプリンティングに加えて、高アスペクト比のポリマー微小デバイスの迅速な原型試作のための微小成形技術が導入されている：
【００１６】
【表５】
2005534063.tif 000007
【００１７】
。簡潔には、これらの技術は、ＰＤＭＳ型の凹部領域に、モノマーまたはポリマーの溶液を満たし、その溶媒を硬化または蒸発させて、ポリマーを固化することを伴う。これらの方法において、型のネガの写しが得られる。最終的に、この原板が取り出され、同じ様式で再使用され得る。他のソフトリソグラフィー技術と同様に、各層は、別個の原板を要する。
【００１８】
さらに、多くの場合、調節層が、物理的に接着される。あるいは、複数層ＰＤＭＳ構造の場合において、調節層が、接触の際に共有結合し、これは、接触の前に正確な整列が重要であることを示唆する。
【００１９】
ステップアンドフラッシュインプリントリソグラフィーは、剛性透明インプリント鋳型を通じた光重合を利用して、基材上にパターントポグラフィー（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）を規定する（Ｗｉｌｌｓｏｎ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｇｒｏｕｐウェブサイト［オンライン］、［１７，２００３年７月１７日に検索］。インターネット：＜ｈｔｔｐ：／／ｗｉｌｌｓｏｎ．ｃｏｍ．ｕｔｅｘａｓ．ｅｄｕ／Ｒｅｓｅａｒｃｈ／Ｓｕｂ＿Ｆｉｌｅｓ／ＳＦＩＬ／Ｐｒｏｃｅｓｓ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍ＞）から検索。
【００２０】
フォトポリマーの直接フォトリソグラフィーは、ポリマー微小デバイスの製造についての最も確固とした方法である。この技術の最も一般的な応用は、任意のフォトリソグラフィー適用のためのフォトレジストの使用にある。大部分のフォトレジストは、３つの成分を含む：レジストを基材の上に拡げるための溶媒、腐蝕剤に耐える有機ポリマー、および一旦ＵＶ照射されると、ポリマーの反応または溶解（化学工程および処理工程に依存する）を引き起こす光増感剤（Ｍａｄｏｕ，Ｍ．Ｊ．Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ｔｈｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ｏｆ  Ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ；第２版；ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ：Ｂｏｃａ  Ｒａｔｏｎ，１９９７）。パターン化されたレジストは、単純なデバイスとして使用され得るか、またはそれらは、別のポリマーのためのネガ型（例えば、ソフトリソグラフィー技術のためのレリーフ構造）として使用され得る。一旦所望のポリマーがレジスト型において硬化されると、そのレジストは、標準的な方法を介して除去され得る。
【００２１】
微小デバイス製造のための光重合可能モノマーの直接的な応用は、広く研究されていなかった方法である。例えば、モノマーおよび光開始剤を含む溶液は、ＵＶまたは可視光（開始剤の吸光度に依存する）に曝すことによって直接的に重合され得る。光重合化技術およびマスキングを介する高度に制御された光曝露の組み合わせにより、幾何的にかつ機能的に複雑な微小スケールデバイスの平行した生成のための直接的な方法がもたらされる。
【００２２】
Ｂｅｅｂｅら（米国特許第６，４８８，８７２号）は、微小スケール流体チャネルを有する基材から製造される微小製作デバイスに関する。この特許において、Ｂｅｅｂｅらの微小スケール流体チャネルは、約１ミクロン〜約１ｍｍの断面直径を有する。ポリマー成分は、液相重合可能混合物の直接的な光パターン化を介するカートリッジ内部で生成される。Ｂｅｅｂｅらは、互いに近い（すなわち、約３００ミクロン）構造が、代表的には、物体間で起こる部分的重合化が原因で、同時に製造されないことを示す。Ｂｅｅｂｅおよび共同研究者ら：
【００２３】
【表６】
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【００２４】
は、多官能性モノマーの光重合化を使用して、微小流体システムのためのチャネル、バルブ、およびポンプを製造した。特に、Ｂｅｅｂｅらは、種々のバルブおよびセンサ設計のために、ヒドロゲルネットワーク（すなわち、水の存在下で膨張する緩く架橋された親水性ポリマー）を、疎水性ポリマーチャネルに組み込んだ。巨視的ネットワークにおける膨張動態は、バルブ操作のためには遅すぎるが、微小スケールにおける表面積  対  容積の比の有意な増大は、ヒドロゲルバルブの、比較的速い秒規模での作動を容易にする（Ｄｅ，Ｓ．Ｋ．，Ａｌｕｒｕ，Ｎ．Ｒ．，Ｊｏｈｎｓｏｎ，Ｂ．，Ｃｒｏｎｅ，Ｗ．Ｃ．，Ｂｅｅｂｅ，Ｄ．Ｊ．，およびＭｏｏｒｅ，Ｊ．「Ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ  ｓｗｅｌｌｉｎｇ  ａｎｄ  ｋｉｎｅｔｉｃｓ  ｏｆ  ｐＨ−ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ  ｈｙｄｒｏｇｅｌｓ：Ｍｏｄｅｌｓ，  ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，  ａｎｄ  ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ．」Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，１１（５）：５４４−５５５，２００２）。他のグループは、微小流体バルブ：
【００２５】
【表７】
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【００２６】
および分離またはコンビナトリアルケミストリープラットフォーム
【００２７】
【表８】
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【００２８】
を形成するために、チャネル内のモノリス（ｍｏｎｏｌｉｔｈ）の直接的光重合を使用した。
【００２９】
さらに、ケイ素、炭素および窒素を含むマルチビニルモノマー前駆物質（すなわち、Ｃｅｒａｓｅｔ）を、高温セラミックＭＥＭＳデバイスの微小製作のために実行された：
【００３０】
【表９】
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【００３１】
直接フォトリソグラフィーＵＶ曝露による光重合後、微小製作されたポリマーをピロール化（ｐｙｒｏｌｙｚｅ）して、非晶質Ｓｉ−Ｃ−Ｎセラミックを作製した。このセラミックは、高温用途についての有用性を有する。
【００３２】
Ｍａｄｏｕ，Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ｔｈｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ｏｆ  Ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ，ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ，  Ｂｏｃａ  Ｒａｔｏｎ，ｐ  ３３７，（（１９９７））は、熱重合を使用する金属基材上での「厚い」ＰＭＭＡレジスト層の鋳造（ｃａｓｔｉｎｇ）を議論する。室温での重合は、硬化剤としての過酸化ベンゾイル触媒、誘発剤または開始剤としてのジメチルアニリンにより室温にて起こる。
【００３３】
多くの特化された一体型デバイスは、前述の方法を使用して作製されているが、ＭＥＭＳの設計および製造においてなお多くの制限がある。代表的には、ＩＣ誘導プロセスについては、各々の新たなデバイスは、デバイスを最適に維持するように機能するには、特化した装置、材料およびプロセスを必要とし、コストが法外に高くなる。ソフトリソグラフィーおよび微小流体構造学的方法は、材料特性および利用可能な形状において制限があり、完成したデバイスの用途および機能を制限している。このことは、数個の高容量適用、最も顕著には、アクチュエータ分野において、例えば、自動車エアバッグ適用において使用される加速時計を除いて、市場普及を妨げていた。
【００３４】
ＭＥＭＳ研究者らは、半導体プロセスを種々のシリコン形態から特化センサおよびアクチュエータを製造することにおいて、成功裏に応用したが、流体システムおよび外部措置との一体化を示した。当業者は、差異が、完全に一体型の微小システムが、最適に含む異なるサイズ要件から生じ、好ましくは、電子構成要素は、ミクロンスケールにある、マイクロメータースケール未満の流体システムおよびミリメートル未満からミリメートルスケールまでの範囲の外部接続である。このことは、通常、それらの構成要素が、別個に製作され、特化された流体光学構造体の上で組み立てられて、仕上げられたデバイスを形成することを意味する。
【００３５】
代表的には、現在のプロセスは、デバイスの少なくとも１つの平面（例えば、１つのチャネル表面）において、ケイ素、ガラス、シリコンゴム、および熱可塑性材料のような材料に制限される。このことは、外部因子（例えば、衝撃力および溶媒）に耐える能力を制限する。さらに、これらの材料から製作されるか、またはこれらの材料を含む三次元デバイスは、微小製作技術および特化された接着技術を要し、外形サイズおよび製造の容易さを制限する。
【００３６】
一実施形態において、本発明は、現在既知のプロセスの制限を克服する、ポリマー微小デバイスを製造するための方法および装置に関する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００３７】
（発明の要旨）
本発明の方法の実施形態は、ポリマー層のフォトリソグラフィーによる製作を可能にする。本発明の方法の実施形態はまた、任意の外形高さを有する、モノリシックの、継ぎ目なしの３Ｄデバイスの製作を可能にする。本発明の３Ｄデバイスにおいて、その材料特性は、個々の構成要素または層を組立てかつ接着して、デバイスを形成する必要なしに、そのデバイスを形成する各層内で容易に合わせられ得る。さらに、本発明の方法は、非平面形状および伝統的にはフォトリソグラフィーを使用して製造されない器具（例えば、フィルタ）の組み込みの容易性を可能にする。
【００３８】
本発明の方法の実施形態は、ポリマー層を機材上に製造するためのフォトリソグラフィーによる方法を提供する。このポリマー層は、パターン化されてもよいし、されなくてもよい。本発明の方法において、パターン化されたポリマー層は、ポリマー前駆物質を含む液体の選択的重合によって形成される。このパターン化されたポリマー層は、そのポリマー前駆物質を光（代表的には、紫外光）に、フォトマスクを通じて曝すことによって形成される。重合は、その光に曝された液体の領域において起こる一方で、フォトマスクによってマスクされた領域は、重合せず、液体状態のままである。一実施形態において、重合は、液体層の厚みの全体を通じて起こる。別の実施形態において、重合は、液体層の厚み全体を通じて起こるわけではない。従って、液体を光に曝すと、液体層の１以上の領域の重合が生じる：重合されていない液体の除去により、基材上にパターン化されたポリマー層が残される。
【００３９】
本発明の方法の実施形態において、液体混合物は、基材とフォトマスクとの間に拘束され、液体層を形成する。液体とフォトマスクとの間の接触は、薄い空気層または別の材料の層が、液体とフォトマスクとの間に存在する場合よりもよりよいパターン規定および分解能を生じる。そのマスク接触はまた、生成される層に対する上限を規定するように働き、マスクが平坦である場合は、平坦な表面を、マスクがトポグラフィーを有する場合には、３Ｄ表面を確実にする。例えば、そのマスクの接触側にある隆起部は、重合された層において浅い溝を生成する一方、そのマスク上の非透明外形は、層全体を通して延びるチャネルを形成する。このことは、流体工学構造体を構築し、表面外形を一工程で生成することを可能にする。また、液体とフォトマスクとの間の接触は、大気圧酸素阻害を減少する閉鎖された硬化環境を可能にし得る。
【００４０】
３Ｄポリマーデバイス（３Ｄ微小デバイスを含む）は、基材上の複数ポリマー層の形成によって作製され得る。犠牲物質は、次の層を形成する前に、各層において形成された外形を保護するために使用され得、犠牲物質は、デバイスの完了後に除去される。本発明の方法は、従って、個々の構成要素を組み立てることなく、アンダーカット形状の生成を可能にし、３Ｄ形状および結合していない構造体（すなわち、移動可能な構成要素）を可能にする。
【００４１】
１以上のイニファーターまたはイニファーター前駆物質を、多層式ポリマーデバイスを作製するために使用される液体に組み込むことにより、層間の共有結合が確実になり、従って、ポリマー層が異なる化学組成である場合すら、モノリシックデバイスの形成を可能にする。イニファーターまたはイニファーター前駆物質の組み込みはまた、別のモノマーのグラフティングを可能にすることにより、デバイス表面の改変が可能にする。
【００４２】
本発明の実施形態はまた、ポリマー前駆物質を含む液体の層から少なくとも１つのポリマー層のフォトリソグラフィーによる製作のための装置を提供する。一実施形態において、この装置は、光源および反応チャンバを含む。この反応チャンバは、重合プロセスの間にポリマー前駆物質を含み、チャンバへの光を許容する。このチャンバは、互いに対向する第１および第２の囲い込み構成要素を含む。この装置の実施形態は、上記第１の囲い込み要素と第２の囲い込み構成要素との間の分離の調節および測定を可能にし、それによって、重合チャンバ内の液体層の厚みの制御を可能にする。
【００４３】
この装置の実施形態はまた、上記の第１のおよび第２の囲い込み構成要素の整列の調節および測定を可能にする。互いに対して第１および第２の囲い込み構成要素を整列する能力により、先の重合工程において生成されたパターンを有するフォトマスクの整列が可能になる。
【００４４】
（発明の詳細な説明）
本発明は、ポリマー層および３Ｄポリマーデバイス（微小デバイスを含む）を製作するための方法および装置を提供する。本発明のポリマー層は、代表的には、約５〜約５０００ミクロンの厚み、好ましくは、約２０ミクロン〜約２０００ミクロンの間の厚みを有する。このポリマー層は、フィルムの厚みがフィルムの領域にまたがって均質でないように、パターン化され得る。例えば、このポリマー層が、溝を含むようにパターン化されている場合、そのフィルムの厚みは、水の内部にゼロである。パターン化されたポリマー層は、溝様の外形を含み得るので、連続している必要はない。層はまた、１種より多くの材料を含む複合材層であり得る。例えば、層は、非導電性マトリクスにおいて導電性「ワイヤ」を含み得る。用語「ポリマー（の）」とは、コポリマーを含む。「コポリマー」は、１種を超えるポリマー前駆物質から形成されるポリマーである。
【００４５】
特に、本発明は、基材上にポリマー層を作製するための方法を提供し、この方法は、
ａ）この基材と少なくとも部分的に透過性の構成要素との間に光重合可能ポリマー前駆物質を含む液体の層を形成する工程；
ｂ）その液体層を少なくとも部分的に透過性の構成要素を通して光に曝し、それによってその液体層の１以上の領域を重合して、ポリマー層を形成する工程；および
ｃ）任意の非重合領域または該液体層の領域を除去する工程、
を包含する。
【００４６】
工程ａ〜ｃは、図１Ａ〜１Ｃに模式的に示される。図１Ａ〜１Ｃにおいて、反応チャンバは、基部（１５）、側壁（１６）およびフォトマスク（１２）によって形成される。図１Ａにおいて、光重合可能な前駆物質を含む液体層（２０）は、基材（１７）とフォトマスク（１２）との間に形成される。この液体層の厚みは、照明に曝す前に調節される。図１Ｂにおいて、この液体層（２０）は、光（６０）にフォトマスク（１２）を通じて曝され、それによって、液体層の１以上の領域が重合して、ポリマー層（２２）を形成する。図１Ｃにおいて、未反応液体（２０）は、硬化したフィルム（２２）から除去される。図１Ｂに例示されるフォトマスクパターンについては、その硬化フィルムは、溝（２３）を含む。
【００４７】
必要に応じて、硬化フィルムにおける溝、凹部、または空隙の容積は、犠牲物質（７０）で満たされて、図１Ｄに示されるように、平坦な表面が調製される。図１Ａ〜１Ｃまたは１Ａ〜１Ｄに示される工程は、所定の層において製作される各材料について、および／または各二次層（ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ  ｌａｙｅｒ）について反復され得る。その工程が二次層を製作するように反復される場合、その二次液体層は、一般に、予め形成された層と少なくとも部分的に透過性の構成要素との間で少なくとも一部形成される。一般に、反応チャンバは、各二次層について再調整される。代表的には、チャンバの再調整は、チャンバの深さを調整する工程を包含する。チャンバの再調整はまた、使用されているフォトマスクを変化させる工程を包含し得る。製作が完了した後、そのデバイスは、基材から外され得、空隙量域は、犠牲物質の除去によってきれいにされ得る。
【００４８】
その液体は、ポリマー前駆物質を含む。光化学的に重合するポリマー前駆物質（感光性ポリマー前駆物質）が使用される場合、別個の光開始剤が、使用される必要はない。別の状況では、その液体は、光開始剤をさらに含む。その液体はまた、添加物（気泡不安定化のための添加物、フロー特性の制御のための添加物、およびこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない）を含み得る。
【００４９】
「ポリマー前駆物質」は、重合されて、ポリマーまたはコポリマーを形成し得る分子またはその一部を意味する。ポリマー前駆物質は、不飽和部分または連続的重合または段階的重合において使用され得る他の官能性、または他の様式で重合され得る他の部分を含む任意の物質を含む。このような前駆物質は、モノマーおよびオリゴマーを含む。本発明とともに使用するために適した前駆物質は、光重合可能である。本明細書中で使用される場合、光重合可能な前駆物質は、光照射（紫外線（ＵＶ）または可視光のいずれか）によって重合され得るものである。感光性ポリマー前駆物質の例としては、テトラメルカプトプロピオネートおよび３，６，９，１２−テトラオキサテトラデカ−１，３−ジエンが挙げられる。本発明において有用な前駆物質のいくつかの例としては、溶解した光開始剤と協力した、アクリレート、メタクリレート、スチレン様物質（ｓｔｙｒｅｎｉｃｓ）、マレイミド、ビニルエーテル／マレエート混合物、ビニルエーテル／フマレート混合物、ビニルエーテルマレイミドおよびチオール−エン混合物が挙げられる。
【００５０】
本発明において有用な光開始剤は、光で活性化され得、ポリマー前駆物質の重合を開始し得る光開始剤を含む。本発明において有用な光活性化合物は、イニファーター、イニファーター前駆物質、非イニファーター、光切断性開始剤、およびこれらの組み合わせが挙げられる。
【００５１】
イニファーターは、フリーラジカル重合の間の開始剤、移動剤、および終結剤として機能する分子である。イニファーター前駆物質は、一旦終結した後にイニファーターを形成する分子である。イニファーターまたはイニファーター前駆物質のいずれかは、ポリマー前駆物質を含む液体に組み込まれ得る。好ましいイニファーター前駆物質は、適切な光の波長において解離する物質である。好ましいイニファーター前駆物質としては、テトラエチルチウラムジスルフィド（ＴＥＤ）およびテトラメチルチウラムジスルフィド（ＴＭＤ）が挙げられる。本発明とともし使用するために適したイニファーターとしては、ｐ−キシレンビス（Ｎ，  Ｎ−ジエチルジチオカルバメート）（ＸＤＴ）およびジエチルジチオカルバメート部分またはジメチルジチオカルバメートを含む他の化合物が挙げられるが、これらに限定されない。最終的に、イニファーターとして作用し得、光活性を示し得る他の化学物質（例えば、スルフィド、フェニルアゾ化合物、アミン、アルコキシアミン、ハライド、チオール、ペルオキシド、ジスルフィド、およびテトラフェニルエタンなど）は、本発明とともに使用され得る。
【００５２】
イニファーター前駆物質の光切断から生じ、ポリマー鎖を成長させる化学基は、光への二次的曝露の際に再開始可能である（生きたラジカル特徴）。液体に組み込まれる場合、得られるポリマー層は、図２に模式的に例示されるように、表面におよびバルク中にイニファーター前駆物質を含む。図２の上側部分に示されるように、イニファーターを使用することによって、他の化学基をポリマー層の表面にグラフティングすることが可能になる。図２は、純粋なモノビニルモノマーの存在下でのイニファーター含有表面の開始、それにより表面にグラフトされたポリマーを生じたことを例示する。具体的には、イニファーター前駆物質を含むモノマー処方物から形成される層は、照射すると他のモノマーの重合を開始するそれらの表面において光切断性基（すなわち、ジチオカルバメート部分、ＤＴＣ）を有する（Ｓｅｌｌｅｒｇｒｅｎ，Ｂ．ら，Ａ．Ｊ．Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  １４，１２０４−１２０８（２００２）、Ｏｔｓｕ，Ｔ．Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｐａｒｔ  ＡＰｏｌｙｍｅｒ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ３８，２１２１−２１３６（２０００）、Ｗａｒｄ，Ｊ．Ｈ．ら，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ５６，３５１−３６０（２００１）、Ｌｕｏ，Ｎ．ら，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｐａｒｔ  Ａ−Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ４０，１８８５−１８９１（２００２）、Ｌｕｏ，Ｎ．ら，Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ  ３５，２４８７−２４９３（２００２））。種々のモノマーが、この様式で組み込まれ、親水性表面または疎水性表面、ならびに電気浸透フローを駆動するために適した高イオン含有量を有する表面を生じる。ＤＴＣ含有表面からモノビニルモノマーを開始する場合において、照射は、表面グラフト化ポリマーの濃度を制御する（Ｌｕｏ，Ｎ．ら，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｐａｒｔ  Ａ−Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ４０，１８８５−１８９１（２００２）、Ｌｕｏ，Ｎ．ら，Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ  ３５，２４８７−２４９３（２００２））。実際に、グラフト化ポリマー構造の厳密な制御は、光イニファーター法によって促進されない（Ｌｕｏ，Ｎ．ら，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ＰｏｌｙｍｅｒＳｃｉｅｎｃｅ  Ｐａｒｔ  Ａ−Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ４０，１８８５−１８９１（２００２）、Ｌｕｏ，Ｎ．ら，Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ  ３５，２４８７−２４９３  （２００２））。にも拘わらず、制御された重合は、そのバルク化学とは関係なく表面に共有結合される高分子の重合を光により開始する能力よりも重要ではない。
【００５３】
一実施形態において、グラフト化は、グラフト化されるべき物質のポリマー前駆物質を含む液体層を、予め形成された層の表面上に被覆することによって行われる。予め形成された層は、その表面にイニファーター前駆物質基を有する。そのポリマー前駆物質を含む液体は、好ましくは、光開始剤、イニファーターまたはイニファーター前駆物質を含まない。その液体層は、次いで、光に曝され、予め形成された層の表面において重合が開始される。一実施形態において、重合が、液体層の厚み全体を通して起こるわけではない。
【００５４】
図２の下側部分において示されるように、イニファーターの使用により共有結合が可能になり、従って、ポリマー層間の改善された接着が可能になる。例えば、マルチビニルモノマーおよびさらなる開始剤から構成されるモノマー混合物の存在下での、ＤＴＣ含有表面の活性化により再開始は、隣接する架橋層の間の共有結合的接着を容易にする。このプロセスは、表面での開始の速度が、バルク重合に対して、新たな層の硬化を完了する前に、先の層に十分な共有結合を生成するに十分に迅速であることを必要とする。
【００５５】
好ましい光切断性光開始剤は、２つの活性なラジカルフラグメントを生成する。好ましい光切断性開始剤は、水素ドナーと組み合わせて、ホスフィンオキシドおよびフェノンおよびキノンを含む。カチオン性開始剤はまた、本発明において有用である。好ましいカチオン性開始剤としては、アリールジアゾニウム塩、ジアリールヨードニウム（ｉｏｄｏｎｉｕｍ）塩、およびトリアリールスルホニウム塩が挙げられる。好ましい開始剤としては、Ｒｏｓｅ  Ｂｅｎｇａｌ（Ａｌｄｒｉｃｈ）、Ｄａｒｏｃｕｒ  ２９５９（２−ヒドロキシ−１−［４−（ヒドロキシエトキシ）フェニル］−２−メチル−１−プロパノン，Ｄ２９５９，Ｃｉｂａ−Ｇｅｉｇｙ）、Ｉｒｇａｃｕｒｅ  ６５１（２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン，Ｉ６５１，ＤＭＰＡ，Ｃｉｂａ−Ｇｅｉｇｙ）、Ｉｒｇａｃｕｒｅ  １８４（１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン，Ｉ１８４，Ｃｉｂａ−Ｇｅｉｇｙ）、Ｉｒｇａｃｕｒｅ  ９０７（２−メチル−１−［４−（メチルチオ）フェニル］−２−（４−モルホリニル）−１−プロパノン，１９０７，Ｃｉｂａ−Ｇｅｉｇｙ）、Ｃａｍｐｈｏｒｑｕｉｎｏｎｅ（ＣＱ，Ａｌｄｒｉｃｈ）、イソプロピルチオキサントン（ｑｕａｎｔａｃｕｒｅ  ＩＴＸ，Ｇｒｅａｔ  Ｌａｋｅｓ  Ｆｉｎｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  ＬＴＤ．，Ｃｈｅｓｈｉｒｅ，Ｅｎｇｌａｎｄ）、Ｋｉｐ  １００および１５０（Ｆｒａｔｅｌｌｉ−Ｌａｍｂｅｒｔｉから）、Ｄａｒｏｃｕｒ  １１７３  ２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−プロパン−１−オン（Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）、ならびにホスフィンオキシド（例えば、Ｉｒｇａｃｕｒｅ  ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フェニルホスフィンオキシド８１９（Ｃｉｂａ）が挙げられるが、これらに限定されない。ＣＱは、代表的には、重合を開始するために、アミン（例えば、エチル４−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノベンゾエート（４ＥＤＭＡＢ，Ａｌｄｒｉｃｈ）またはトリエタノールアミン（ＴＥＡ，Ａｌｄｒｉｃｈ）とともに使用される。
【００５６】
本発明の方法の実施形態において、ポリマー前駆物質を含む液は、基材および少なくとも部分的に透過性の構成要素との間に拘束され、液体層を形成する。その液体は、２つの対向する側面上に固体表面のみによって結合され得る。従って、その液体が基材においてチャネルに導入されることは必要はない。
【００５７】
しかし、その液体が反応チャンバによって実質的に囲まれる場合、酸素阻害は、減少され得る。酸素源は、ポリマー前駆物質に存在する酸素および重合の間に周りに存在する酸素を含む。その液体を囲むことによって、周りからの酸素供給は、制限される。周りからの酸素供給は、不活性ガスをその囲い込みに供給することによってさらに制限され得る。不活性ガスの過圧が使用され得る。酸素阻害はまた、使用前に、ポリマー前駆物質を不活性ガスでパージすることによって減少され得る。しかし、ポリマー前駆物質に分布する酸素に起因して、いくらかの量の酸素阻害が、より良好なアスペクト比をもたらし得る（Ｍａｄｏｕ，Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ：Ｔｈｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ｏｆ  Ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ，ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ，Ｂｏｃａ  Ｒａｔｏｎ，１９９７）。
【００５８】
その液体とフォトマスクとの間の接触は、薄い空気層または別の材料の層が、その液体とフォトマスクとの間に存在する場合よりも良好なパターン規定および解像度を生じる。例えば、非接触様式において基材とマスクとの間に薄い空気層が存在すると、平行なＵＶ光を回折し、影になった領域と、透過性の領域とに間にはっきりとした電力転移の達成を困難にする。
【００５９】
そのマスク接触はまた、生成されている層に対する上限を規定するように働き、そのマスクが平坦である場合には、平坦な表面を、そのマスクが平坦でない場合には、３Ｄ表面を確実にする。そのフォトマスクは、その内側表面上にトポグラフィーパターン（例えば、隆起パターン）を有し得る。そのフォトマスクはまた、そのポリマー層が、角度のついたまたは平坦でないプロフィールを有するように、３Ｄ表面を有し得る。図３は、３Ｄ表面を有するフォトマスクを用いて作製された、傾きのついたポリマー層（２２ｂ）を模式的に示す。図３に示されるように、傾きのついた層（２２ｂ）は、予め形成された層（２２ａ）および基材（１７）の頂部に形成される。平坦でないフォトマスクは、フォトマスクの内側表面に置かれた透明材料をパターン形成することによって、またはフォトマスクを微細加工することによって構築され得る。平坦でないフォトマスクを使用すると、流体工学的構造体の構築を容易にすることができ、一工程で表面外形を生成することができる。
【００６０】
そのフォトマスクを、その液体と接触させると、ポリマー前駆物質中に非混和性である化合物の移動を可能にし得る。一実施形態において、そのフォトマスクは、所望の表面特性を生じる１つのセグメントおよび重合可能な基を含む別のセグメントを有する化合物の自己組織化された単層または非常に薄い層でコーティングされる。層分離に起因して、その分子の非混和性部分は、マスクに面し、重合可能な基は、ポリマー前駆物質と分子接触する。光に曝されると、その重合可能な基は、マトリクス材料と共重合して、均一な表面修飾を形成する。この表面修飾の方法は、後にチャネル底部を形成する基部層のような平坦な表面について使用され得る。
【００６１】
別の実施形態において、そのフォトマスクは、機能性化合物（例えば、磁性粒子または導電性粒子）を含む「機能性層」でコーティングされる。その機能性層がマスクからデバイスに転移されることを確実にするために、その機能性層は、溶融され得る。そのマスクの除去は、マスクに面する側面にその機能性材料を残す。一実施形態において、その機能性材料は、そのデバイスの表面に被覆される薄い層である。そのように望まれる場合、これらの部位は、ポリマー層でシールされ得る。
【００６２】
好ましくは、基材および少なくとも部分的に透過性の構成要素のための材料は、重合されたポリマーフィルムが容易に除去され得るように選択される。好ましくは、その基材材料は、そのプロセスで作製されるポリマー構造体を保護するに十分剛性である。一実施形態において、別個の基材が、反応チャンバの囲い込み構成要素に結合される。この実施形態における基材に有用な材料としては、熱可塑性材料（例えば、ポリカーボネート、Ｐｌｅｘｉｇｌａｓ（ＰＭＭＡ）、ポリプロピレンおよびポリスチレンのシートが挙げられるが、これらに限定されない。その基材はまた、反応チャンバの囲い込み構成要素によって形成され得、そのような場合において、有用な基材としては、金属が挙げられるが、これらに限定されない。多層構造体の製作の間に、先に製作された層は、少なくとも一部、被覆されるべき層のための基材として働き得る。その予め形成された層がパターン形成されている場合、被覆されるべき層のための基材はまた、その予め形成された層における空隙を満たすために使用される犠牲物質によって、一部形成され得る。その予め形成された層が、犠牲物質で充填されていない溝のような外形を含む場合、その予め形成された層のための基材はまた、形成されるべき材料の基材として一部作用し得る。
【００６３】
本明細書中で使用される場合、「少なくとも部分的に透過性の構成要素」は、本発明に有用な光の波長に対して少なくとも部分的に透過性である。特に、その少なくとも部分的に透過性の構成要素は、ＵＶ光および／または可視光に対して透過性であり得る。代表的には、その少なくとも部分的に透過性の構成要素は、部分的に透過性のフォトマスクである。そのフォトマスクパターンは、フレームであり得る。しかし、いくつかの場合、少なくとも部分的に透過性の構成要素は、完全に透過性であることが所望され得る。そのフォトマスクは、当該分野で公知の任意の型であり得、石英／ガラス上のクロム、ポリマーシート上のインク、または電気シグナルが液晶ディスプレイを変化させ、ＣＡＤコントロールを可能にするダイナミックマスクが挙げられる。そのフォトマスクが、十分に剛性の材料（例えば、ガラス上のクロム）から作製される場合、そのフォトマスクは、反応チャンバの囲い込み構成要素を形成し得る。そのフォトマスクは、接触側面上に透過性の３Ｄ外形を有し得る。好ましくは、これらの外形は、そのポリマー層が、その層を破壊することなくマスクから外され得るような材料および寸法で作製される。その外形は、フォトマスクから形成され得るかまたはフォトマスクに結合した別個の外形であり得る。３Ｄ外形をフォトマスクの接触側面上に形成するために適した材料としては、ワックス、予め形成されたポリマー層、熱可塑性構造体、およびガラス構造体が挙げられるが、これらに限定されない。これらの材料のいくつかは、フォトマスクに接着剤で接着され得る。５０ミクロンよりも微細な外形が所望される場合、ガラスマスク上のクロムが使用され得る。その３Ｄ外形は、フォトマスクが外された後にそのフォトマスク上に残り得、ポリマー層に移動される。パターンの改善された解像度のために、そのフォトマスクのパターン側面は、ポリマー前駆物質を含む液体と接触して置かれる。
【００６４】
その液体層は、そのフォトマスクを通じて光に曝される。重合を開始するに有用なその波長および光の強さは、使用される開始剤および／または感光性前駆物質を活性化させるその波長に依存する。感光性前駆物質および光開始剤の組み合わせが使用され得る。本発明において使用される光は、任意の波長および重合を介し得る強さを含む。光の好ましい波長は、紫外線または可視光である。任意の適切な光源（レーザー源が挙げられる）が使用され得る。その光源は、広帯域または狭帯域またはそれらの組み合わせであり得る。使用される波長は、代表的には、水銀灯バルブの輝線に由来する。開始剤は、通常、３６５ｎｍラインに合わせられるが、３１１ｎｍラインおよび３１３ｎｍラインに対しても感受性である。特別な開始剤が、着色システムのために開発されており、通常、約４００ｎｍ付近を十分に吸収する（通常、これらは、Ｉｒｇａｃｕｒｅ  ８１９のようなホスフィンオキシドである）。
【００６５】
所望の電力レベルは、硬化されるべき混合物の組成および所望の硬化時間に依存する。より強い電力により、より短い硬化時間がもたらされ得る。電力が大きくなるほど、処方物中の開始剤の量を減少することもでき、厚みに関して前駆物質のより一様な曝露がもたらされる。これは、比較的厚い層が考慮される場合に、重要な変数であり得る。適切な電力レベルとしては、１０〜１０００ｍＷ／ｃｍ２、１０〜５００ｍＷ／ｃｍ２、１０〜１００ｍＷ／ｃｍ２、２５〜１００ｍＷ／ｃｍ２、および５０〜７０ｍＷ／ｃｍ２が挙げられるが、これらに限定されない。
【００６６】
一実施形態において、その光は、実質的に平行にされる。一実施形態において、実質的に平行にされた光は、実質的に９０°の角度で少なくとも部分的に透過性の構成要素に入る。別の実施形態において、その光は、実質的に平行にされていない。所望の程度の平行化は、ポリマー層の厚みおよび形成されるパターンにおいて必要とされる許容誤差に依存する。例えば、そのポリマー層が薄く、必要とされる許容誤差が比較的大きい場合、光は、実質的に平行にされる必要はない。
【００６７】
その液体層は、層のマスクされていない部分を重合するに十分な時間にわたって光に曝される。その液体層が光に曝される時間は、使用される光開始剤の型および種類に一部依存する。異なる実施形態において、液体層の重合は、約１０秒、３０秒、１分、５分および１０分内に完了する。
【００６８】
そのポリマー層の最大厚みは、選択されるポリマー前駆物質およびパターンの所望の解像度に依存する。ＵＶ光の減衰が弱くなるほど、光学密度は低くなり、所望の解像度のために得られ得る厚みはより大きくなる。
【００６９】
重合プロセスの間に、その液体を光に曝すと、その液体層の１以上の領域の重合が生じる。代表的には、そのポリマー前駆物質および光源は、所定の領域の重合が、その層の厚み全体を通しての重合を生じるように選択される。
【００７０】
重合していない液体は、多くの方法によって、重合されてパターン化された層から分離され得る。これらの方法としては、以下が挙げられるが、これらに限定されない：ブロッティング、すすぎ、圧力または真空の使用、またはこれらの組み合わせ。
【００７１】
本発明の方法はまた、１種を超えるポリマー材料を所定の層に組み込むこと（複合材ポリマー層）を可能にする。例えば、その層の１つのセクションを重合し、次いで、同じ厚みが硬化されるが、異なるマスクおよびポリマー前駆物質が別のセクションを重合することが可能である。その層における外形の構成に依存して、犠牲物質を使用するが、第１の被覆されたポリマー層における空隙を、二次ポリマーを含む液体による充填から保護することは有用であり得る。
【００７２】
継ぎ目なしに一体化される複数の材料から構成される１層のデバイスを製作することが可能である。一実施形態において、その複数の材料は、そのポリマー前駆物質を含む液体中のイニファーターまたはイニファーター前駆物質によって一体化される。その液体中でイニファーターまたはイニファーター前駆物質を使用することにより、その材料間の良好な共有結合的接着が確実にされる。そのイニファーターは、不都合なラジカル特性（電子またはスピン密度）に起因して共重合しない材料をカップリングすることを可能にする。この場合、その反応性ラジカル部位は、最初に重合され、続いてイニファーターによって重合される材料である。あまり反応性でないラジカルを形成する官能性を有するモノマーが、次いで、導入され、通常に手順を使用してマトリクスにカップリングされ、次いで、ホモ重合してグラフトを形成し得る。このようにして、仕上げられるデバイスの周りに保護層として弾性ポリマーを有する一方で、より脆弱な構造体が内部に存在することが可能である。例えば、これらの材料は、導電性であり得、特化された半導体デバイスおよび加熱ユニットを組み込むことを可能にする。
【００７３】
本発明の方法はまた、その層の中に特化された構造体を一体化することを可能にする。例えば、フィルタが、フォトマスクと基材との間の空間にそのフィルタおよび液体を配置することによってパターン化された層の中に組み込まれ得る。本発明の方法を使用する液体の重合は、ポリマー層のパターン形成を可能にする。
【００７４】
本発明は、３Ｄデバイスおよび微小デバイスを作製するための種々の方法を提供する。本発明の３Ｄポリマーデバイスは、１以上のポリマー層を含み、一般に、少なくとも１つのパターン化されたポリマー層を含む。本明細書中で使用される場合、ポリマー微小デバイスは、少なくとも１つの外形を有し、この外形は、約１０００ミクロン未満の少なくとも１つの寸法を有する。
【００７５】
一実施形態において、多層化デバイスは、１度に１層でデバイスを構成することによって構築され得る。別の実施形態において、多層化デバイスは、フォトマスクの接触側面に予め作製された外形を結合し、これを、形成される層に移動することによって構築され得る。別の実施形態にいおて、多層化デバイスは、そのデバイスの２つの半型を別個に仕上げ、最後の工程としてそれらを一緒に結合することによって構築される。これらの方法の組み合わせもまた、デバイスを構成するために使用され得る。
【００７６】
本発明の方法は、複数層の組立てを通じて３Ｄデバイスを作製するために使用され得る。一実施形態において、二次層は、互いの上に形成されて、３Ｄ構造体を構築し得る。このプロセスにおいて、層における溝、凹部または空隙の体積のような空隙は、一般には、二次層が結合される前に、犠牲物質で満たされる。犠牲層（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ  ｌａｙｅｒ）により、いかなる液体ポリマー前駆物質も、確実に、デバイスの一部に接近することができないようにされる。ここでポリマーは、フローなどを遮断する。任意の過剰な犠牲物質が、二次層の製作の前に、二次層の結合が溶媒研磨され得る表面に被覆される。この工程は、デバイスの製作全体を通じて多数回反復され得、個々の層の形状に関係なく、真の３Ｄ構造体を可能にする。このプロセスにおいて、この層のうちの１以上がパターン化されないことが所望され得る。このことは、ブランクフォトマスクまたはフレームを提供するようにのみパターン化されたフォトマスクを使用することによって達成され得る。
【００７７】
本発明に有用な犠牲物質は、液体に対する固体障壁を形成し、周囲条件（磁性、温度、溶媒、化学物質、ｐＨなど）を変化させることによって優先的に除去され得る物質である。適切な犠牲物質としては、加熱すると液体になり、このことによってその除去が単純になる物質が挙げられる。その犠牲物質が液体になる温度は、ポリマー材料のいずれも犠牲物質除去プロセスによって損傷を受けないように十分に低くされるべきである。本発明に有用な犠牲物質としては、ワックスが挙げられるが、これらに限定されない。
【００７８】
具体的には、本発明の実施形態は、基材の上に三次元ポリマーデバイスを形成するための方法を提供し、この方法は、
ａ）第１のポリマー前駆物質を含む第１の液体の第１の層を、その基材と第１の少なくとも部分的に透過性の構成要素との間に形成する工程；
ｂ）その第１の液体層を、その第１の少なくとも部分的に透過性の構成要素を通して光に曝し、それによって、その第１の液体層の少なくともある領域を重合して、第１のポリマー層を形成する工程；
ｃ）その第１の液体層のあらゆる非重合領域を除去する工程；
ｄ）その第１の少なくとも部分的に透過性の構成要素を除去する工程；
ｅ）その第１のポリマー層と第２の少なくとも部分的に透過性の構成要素との間に、少なくとも一部、第２のポリマー前駆物質を含む第２の液体の第２の層を形成する工程；
ｆ）その第２の液体層を、該第２の少なくとも部分的に透過性の構成要素を通して光に曝し、それによって、その第２の液体層の少なくともある領域を重合して、第２のポリマー層を形成する工程；ならびに
ｇ）その第２の液体層のあらゆる非重合領域を除去する工程、
を包含する。
【００７９】
一実施形態において、３Ｄデバイスは、そのマスクの接触側面から仕上げられるデバイスに恒久的な外形を移動することによって構築され得る。このようにして移動され得る恒久的な外形は、透過性である外形であり、マスクに恒久的に結合されるわけではなく、次いで、光活性化接着剤でデバイスに移動される。移動され得る恒久的な外形としては、予め形成されたポリマー層、熱可塑性構造体、およびガラス構造体が挙げられるが、これらに限定されない。予め形成されたポリマー層は、先の曝露工程において基材としてのマスクを使用することによって、マスクに結合され得る。この方法は、図４において模式的に示される。この方法において、そのデバイス（２２ａ）の底部層は、基材（１７）上に重合され、第３の層（２２ｃ）が、マスク（１２）の上に重合され、ここでそのマスクのパターンは、第２の層に対応する。この設定は、底部層、規定の厚みを有する重合されていない前駆物質、そのマスクの接触側面に結合した第３の層からなる。マスクを通して重合すると、その第２の層（２２ｂ）が形成され、隣接する層に共有結合される。硬化していないポリマーは、第２の層の外形は、外側から常に接近できるので、第２の層から容易にすすぎ落とされる。図４に示される設定において、そのフォトマスクは、その第２の層（２２ｂ）を形成するように重合される液体と接触されない。層（２２ｂ）におけるよりよい解像度のために、層（２２ｃ）は、光学的に薄く、ポリマー前駆物質と類似の屈折率を有するべきである。しかし、５００ミクロンの単一の層と比較して、５００ミクロンの複合層を形成する予め重合された層を頂部に有することはそれほど異ならない。底部部分の外形は、同じ解像度を有するべきである。頂部としてより厚い層を形成するために、さらなる頂部層が、同じフォトマスクを使用して形成され得る。
【００８０】
３Ｄデバイスを製作するための別の方法は、そのデバイスの半型を別個に仕上げ、最後の工程として互いにそれらを結合することである。これは、イニファーターまたはイニファーター前駆物質、ならびにポリマー前駆物質を含む液体から結合されるべき層を形成し、それによって、結合されるべき層の表面に活性表面基を生成することによって達成され得る。光切断性開始剤をほとんどまたは全く含まない液体ポリマー前駆物質は、２つの層を結合するために接着剤として使用され得る。この材料の薄いフィルムは、デバイスの半型のうちの一方に拡げられ、他方の半型は、それに対して整列される。これは、図４に示されるプロセスと非常に類似している。この差異は、そのマスクが、完全に単調であり得ることであり、層（２２ｂ）は非常に薄く、層（２２ａ）および（２２ｃ）は、実際に多層外形であり得る。このアセンブリの投光照明の際に、そのポリマー前駆物質は、表面が接触して重合し、ギャップ（例えば、半型のうちの一方におけるチャネル構造）がある場所は常に、酸素阻害が、硬化が起こらないことを確実にする。過剰な液体は、次いで、チャネルからすすぎ出され、結果として、チャネル外形におけるポリマーの構築を生じず、従って、意図される寸法が残ったままである。図５は、この方法に従うチャネル構造の形成を模式的に例示する。
【００８１】
一実施形態において、多層化デバイスは、１以上の層を形成するために使用される液体中でイニファーターまたはイニファーター前駆物質を使用して製作される。イニファーターによって確実にされる共有結合は、層と層との接触が、パターン化された層（例えば、隣接する層に結合する高いアスペクト比を有する２つのチャネルまたは支柱を分離する薄い囲い込み構成要素）について、別の層の頂部に配置された完全層に比較して、比較的小さな領域で生じるので、有益であり得る。その液体がイニファーター前駆物質を含む場合、その液体が光開始剤をさらに含むことが好ましい。その液体がイニファーターを含む場合、光開始剤は、使用されても使用されなくてもよい。別の実施形態において、隣接層間の共有結合的接着は、二次層のためのポリマー前駆物質の導入の前に、光開始剤化学物質を第１の層表面に共有結合的にカップリングすることによって達成される。このようにして、光活性種（これは、二次層に伝わるラジカルを生成することを担う）は、余分のプロセス工程（すなわち、光開始剤カップリング）を介して利用可能になる。
【００８２】
本発明はまた、光重合可能ポリマー前駆物質を含む液体の層からの光重合層のフォトリソグラフィー製作のための装置を提供し、この装置は、以下：
ａ）光源；および
ｂ）その液体層を含むための反応チャンバ、
を備え、そのチャンバは、第１および第２の囲い込み構成要素を備え、その第１および第２の囲い込み構成要素は、光の経路に配置された少なくとも部分的に透過性の構成要素を備え、その液体をチャンバ内で接触させ、そのチャンバの第２の囲い込み構成要素は、その第１の囲い込み構成要素の反対側にある。
【００８３】
その反応チャンバは、少なくとも第１の囲い込み構成要素、およびその第１の囲い込み構成要素の反対側にある第２の囲い込み構成要素を有する。一実施形態において、その反応チャンバは、液体層を実質的に囲わない。例えば、その第１の囲い込み構成要素は、フォトマスクが結合した頂部のガラスプレートであり得、その第２の囲い込み構成要素は、底部金属プレートであり得る。その頂部ガラスプレートは、その頂部および底部のプレートと合わせて、その液体層を実質的に囲わない構造上に支持され得る。例えば、その頂部ガラスプレートは、従来のフォトマスクホルダに結合され得、このホルダは、ヒンジおよび２つの支柱により支持される（図６Ａを参照のこと）。基材は、その第２の囲い込み構成要素に結合され得る。
【００８４】
別の実施形態において、その反応チャンバは、その液体層を実質的に囲わない。その液体層を実質的に囲うことによって、そのチャンバが、周辺からのそのチャンバへの酸素フローおよび／またはチャンバからの液体フローを制限することを意味する。反応チャンバがその液体層を実質的に囲うために、反応チャンバの壁の各々の間に完全なシールが形成される必要はない。その反応チャンバは、当業者に公知の任意の手段によって、その液体を囲い得る。例えば、ｏ−リングは、その第１の囲い込み要素と第２の囲い込み構成要素との間に配置され得る。その反応チャンバは、その液体層を実質的に囲う剛性の壁から形成され得る。
【００８５】
一実施形態において、そのチャンバの第１および第２の囲い込み構成要素は、互いに実質的に平行である。実質的に平行であることによって、その第１および第２の囲い込み構成要素が、十分に平行であって、デバイスの領域にわたる厚みの変動が、許容誤差限界内にあることを意味する。別の実施形態において、その第１および第２の囲い込み構成要素は、互いに実質的に平行でない。その場合、重合フィルムは、厚みが均一でない。
【００８６】
一実施形態において、その第１の囲い込み構成要素は、少なくとも部分的に透過性の構成要素を備え、この構成要素は、光重合の間に光の経路中に配置される。一実施形態において、その少なくとも部分的に透過性の構成要素は、部分的に透過性のフォトマスクを備える。その少なくとも部分的に透過性の構成要素は、チャンバ内でその液体と接触する。代表的には、その液体は、そのフォトマスクと、チャンバの反対側にある囲い込み構成要素に結合した基材との間に層を形成する。その基材は、そのチャンバ囲い込み構成要素に接着剤、圧力（例えば、真空）、磁性または化学結合で結合され得る。その液体はまた、そのフォトマスクとそのチャンバの反対側の囲い込み構成要素との間に、さらなる基材が使用されることなく、層を形成し得る。
【００８７】
フォトリソグラフィーマスクは、そのチャンバの第１または第２の囲い込み構成要素に結合される別個のマスクであり得る。この実施形態において、そのマスクは、剛性である必要はなく、そのチャンバ囲い込み構成要素に請求項着剤で結合され得る。適切な接着剤は、所望である場合、マスクをそのチャンバ囲い込み構成要素から除去することを可能にし、光重合可能な化合物を含む。あるいは、そのフォトマスクは、そのチャンバ囲い込み構成要素の一部または全てを含み得る。この実施形態において、そのフォトマスクは、その液体層の上側表面を規定するに十分に剛性であるべきである。
【００８８】
一実施形態において、その第１囲い込み構成要素と第２の囲い込み構成要素との間の分離は、調整可能である。その第１囲い込み構成要素と第２の囲い込み構成要素との間の分離を調整するための手段は、その第１および第２の囲い込み構成要素のうちの一方の位置を固定し、他方の反対側にある囲い込み構成要素を位置づけデバイスに取り付けることによって達成され得る。例えば、その第２の囲い込み構成要素は、マイクロポジショナーに取り付けられ得るかまたはシム上に位置づけられ得る。
【００８９】
その装置はまた、そのチャンバの第１および第２の囲い込み構成要素の分離の測定のための手段を提供し得る。そのチャンバの第１囲い込み構成要素と第２の囲い込み構成要素との間の分離は、反応チャンバ内側の液体層の厚みに関連するので、その装置は、その液体層の厚みの制御を可能にする。種々のデバイスが、ＬＶＤＴセンサを含め、第１および第２の囲い込み構成要素の分離を測定するために使用され得る。例えば、その液体層の厚みは、以下のように決定され得る：基材は、その装置の移動可能な底部プレート上に配置され、フォトマスクは、その装置の頂部プレートに配置される。その基材は、その基材の頂部がマスクと接触するまで持ち上げられ、その基材の高さ方向における位置がＬＶＤＴセンサ（その基材の頂部の位置を正確に読み取る）を使用して記録される。その底部は、基材の頂部とマスク平面との間に間隙が形成されるまで下げられ、従って、生成されようとしている層の厚みを規定する。
【００９０】
その装置は、その第１および第２の囲い込み構成要素の整列のための手段を提供し得る。その相対的整列の調整は、互いに対して一方の囲い込み構成要素の実質的に面内での変位を生じる。その装置はまた、その第１および第２の囲い込み構成要素に取り付けられる構成要素（例えば、フォトマスクおよび基材ならびにフォトマスクおよび基材に取り付けられるパターン化された層）の整列を可能にし得る。整列の間に、その第１の囲い込み構成要素の位置が変化される場合、その第１の囲い込み構成要素は、その第１の囲い込み構成要素によって規定される平面において実質的に移動する。整列のための手段は、適切な位置づけデバイスに対してそのプレートのうちの一方を取り付けることを包含する。その整列を測定するための手段は、顕微鏡および予め形成された外形に対して自動的に整列させる自動化整列システムを備える。
【００９１】
チャンバは、そのチャンバに液体を導入することを可能にする。一実施形態において、その液体は、チャンバが分解された場合に導入される。例えば、その液体は、底部囲い込み構成要素上に配置された基材の上に配置され得る。そのチャンバは、次いで、その頂部囲い込み構成要素（フォトマスクを含む）を適所に配置することによって組み立てられる。別の実施形態において、そのチャンバは、分解される必要はなく、モノマーは、１以上の入り口を通ってチャンバへと指向され得る。
【００９２】
同様に、そのチャンバは、その液体の除去を可能にする。一実施形態において、その重合されていない液体は、その第１の囲い込み構成要素を外すことによって除去される。別の実施形態において、そのチャンバは、分解されず、重合されていない液体は、１以上の出口を通ってチャンバから指向され得る。
【００９３】
そのチャンバはまた、重合プロセスが完了したときに、重合層の除去を可能にする。代表的には、その第１の囲い込み構成要素が外されて、重合層が除去されるが、当業者に公知の任意の他の手段は、その重合層またはデバイスを除去するために使用され得る。その層またはデバイスは、その層またはデバイスの除去を単純にするために取り外し可能なプレート上に製作される。
【００９４】
一実施形態において、その装置は、透明な頂部囲い込み構成要素および底部囲い込み構成要素を有する反応チャンバを備える。ＵＶ光源は、その反応チャンバの上に配置される。フォトマスクは、その頂部囲い込み構成要素の内側に取り付けられる。その頂部囲い込み構成要素と底部囲い込み構成要素の分離は、その頂部囲い込み構成要素の位置を固定し、その底部囲い込み構成要素を、ｘ、ｙ、およびｚ位置づけ制御を備える架台に取り付け、ｚ制御を調整することによって制御される。その頂部および底部囲い込み構成要素の整列は、そのｘおよびｙ制御を調整することによって制御される。
【００９５】
その反応チャンバは、そのチャンバ中の酸素レベルをよりよく低下させるために、真空およびパージ接合を備え得る。その反応チャンバはまた、加熱コイルおよび／または冷却コイルを備えて、犠牲物質層を付加および除去して、モノマー溶液を光重合しながら望ましくない熱硬化の効果を減少し、パターン化されていない被覆されるべき熱硬化可能なポリマーおよび光硬化可能なポリマー層を可能にするためにかかる時間を減少し得る。その反応チャンバはまた、ポリマー前駆物質を含む液体、犠牲物質、および／または線上のための溶媒のための入り口および出口を備え得る。
【００９６】
当業者は、本明細書中で具体的に開示されるもの以外の他の材料、手順および装置が、過度の実験によることなく、本発明の実施に適用され得ることを理解する。全てのこのような材料、手順および装置は、本発明の範囲内に含まれることが意図される。当業者は、本明細書中に開示および／または記載される材料、手順および装置の構成要素に機能的に等価である、多くの材料、手順および装置の構成要素を知っている。全てのこのような機能的等価物は、本発明の範囲によって包含されるべきであることが意図される。
【００９７】
本明細書中で引用される全ての参考文献は、本明細書中の開示と矛盾しない程度に、本明細書中に参考として援用される。
【実施例】
【００９８】
（実施例１：フォトポリマーデバイスの製作のための装置）
フォトポリマーデバイス製作のための装置は、Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．，Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ，ＣＡ製のフォトリソグラフィーシステムに基づいた。その本来のマスク整列システム（Ｍｏｄｅｌ  ２０４）に、ｘ、ｙ、ｚおよびθ方向においてマイクロポジショナーを装備した。その本来のシステムのマスクホルダにおける開口を拡大し、基材ホルダ（すなわち、ウェハチャックハウジング）を、反応チャンバと置き換えた。ＬＶＤＴ高さ測定センサもまた、付加した（図６Ｂにおいて２２０）。その平行にした投光曝露源を、３６５ｎｍ照射で５０〜７０ｍＷ／ｃｍ２を提供するシステムとともに使用した。
【００９９】
図６Ａ〜６Ｄは、フォトポリマーデバイスの製作のための例示的装置を示す。図６Ａは、ヒンジ（２１０）によって背面で、および２つの支柱（２１５）によって前面で支持されたフォトマスクホルダ（２００）を示す。プリントされたフォトマスク（示さず）を、ガラスプレート（示さず）に取り付け、ガラスプレートを、クランプでフォトマスクホルダに取り付けた。図６Ｂは、高さ測定センサおよび反応チャンバを例示する。図６Ｂにおいて、マスクホルダ（２００）を、見えないように回転させる。その反応チャンバ（１）を、本来のｘ−ｙ平行移動システムに連結し、調節可能な深さのウェルを含んだ。そのチャンバ（１５）の調節可能な底を提供するプラットフォームを、既存のｚ−軸マイクロポジショナーに連結し、このポジショナーは、約５ｍｍの移動長さおよび約１０ミクロンの厚み分解能を有した。その反応チャンバは、１．３×１．３インチ（３．３×３．３ｃｍ）であった。そのフォトマスクホルダを所定の位置に回転した場合、そのフォトマスクを支持するガラスプレートを、反応チャンバの側壁の頂部に接触させた。図６Ｃは、より高い倍率での高さ測定センサを例示する。図６Ｄにおいて、チャンバ（１５）の底部は、その延びた位置で示され、ｏ−リング（２３０）が見える。そのｏ−リングは、そのチャンバからの液体のフローを妨げる助けになる。
【０１００】
別の反応チャンバは、底部プレートに固定された垂直ステンレス鋼囲い込み構成要素からなった。そのチャンバの頂部および底部がともに固定されていたので、ｚ方向の位置づけを、そのチャンバの内部に基材を支持するシム（すなわち、チャンバの壁内にフィットするように切断された薄く平らなスペーサー）の数によって調整することにより達成した。多くの層を製作するために、チャンバに、所望の層の厚みに対応する一連のシムを装填した。ポリカーボネート基材（やはり、そのチャンバの壁内にフィットするように切断されている）を、シムのこのスタック上に配置し、頂部のシムを、各層が重合して、次の層の被覆および硬化のための空間を可能にした後に除去した。
【０１０１】
（実施例２：フォトポリマーデバイスの製作）
構造体のための代表的なモノマー処方物は、１．５％（ｗｔ／ｗｔ）１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（商標名：Ｉｒｇａｃｕｒｅ  １８４，Ｃｉｂａ，Ｔａｒｒｙｔｏｗｎ，ＮＹ）を、光開始剤として、１．０％  フォトイニファーター前駆物質、テトラエチルチウラムジスルフィド（ＴＥＤ，Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ），および１．０％  アクリル酸（Ａｌｄｒｉｃｈ）を、ｉｎ  ａ  ｍｉｘｔｕｒｅ  ｏｆ  ５０％（ｗｔ／ｗｔ）トリエチレングリコールジアクリレート（Ｓａｒｔｏｍｅｒ，Ｅｘｔｏｎ，ＰＡ）および５０％  ヘキサビニル芳香族ウレタンアクリレート（ＥＢＥＣＲＹＬ  ２２０  Ｓａｒｔｏｍｅｒ）を含んだ。多層構造体について、パラフィンワックスを、犠牲物質として使用した。
【０１０２】
代表的には、ポリカーボネート基材を、２部のエポキシで金属底部プレートにとりつけた。その金属プレートを、２本以上の小ねじでそのチャンバの調整可能な底部に固定した。そのフォトマスクを、透過性フィルムにプリントし、感光性接着剤でガラスプレートに取り付けた。そのガラスプレートを、本来のマスククランプで固定した。そのポリカーボネート基材（底部プレートに取り付けられる）と、透明フィルム（マスクホルダにクランプされる）との間の距離は、ｚ−方向マイクロポジショナーで調整した。モノマーのプールを、ポリカーボネート基材の上に被覆し、ヒンジでで取り付けられたマスクホルダを、そのマスクがモノマー処方物およびチャンバ壁の頂部（すなわち、実質的に反応チャンバを囲む）と接触するまでゆっくりと下げた。ＴＥＤを含む層を約４分間曝して、最大の二重結合変換（約８５％であった）を達成した。
【０１０３】
二次層を、同様に製作した。マスキングに起因して反応しなかったモノマーを、各層から除去し、空隙領域を、溶融ワックスで充填した。冷却して、過剰なワックスを、少量の溶媒で研磨することによって除去した。
【０１０４】
図７は、本発明の方法によって平行して製作した肝細胞培養ウェルの例を示す。１０個の同一のデバイス（３００）（３００μｍウェル（図７の差し込み図を参照のこと））を、５ミクロン孔を有するポリ（ビニリデンフルオリド）（ＰＶＤＦ）フィルタ上に直接単一の層をパターン形成することによって製作した。
【０１０５】
図８は、電池（左）および分析物流体レザバ（右）のための空隙を有する架橋ネットワーク内における重合可能な導電性銀ペーストの組み込みを示す。電離、流体レザバ、および導電性ワイヤのための空隙領域を有する第１の官能性層（２２ａ）を、代表的なモノマー処方物から製作した。次に、銀含有モノマー処方物（ＵＶＡＧ００１０，Ａｌｌｉｅｄ  ＰｈｏｔｏＣｈｅｍｉｃａｌ，Ｋｉｍｂａｌｌ，ＭＩ）を使用して、そのチャネルを満たし、デバイスの特定の領域内に導電性ワイヤ（３３０）をパターン形成した。そのレザバおよび電池チャンバをマスクして、導電性モノマー処方物がこれらの領域で硬化しないようにした。最終的に、その頂部層（これは、代表的なモノマー処方物から構成された）を被覆し、マスクを通して硬化し、そのマスクにより、電池（１２０）および開口流体レザバ（１２５）のための空隙を維持した。左上差し込み図において、流体レザバは空である。右上差し込み図において、その流体レザバは、電気スイッチを作動する電解質で充填されている。その示されるスケールマーカーは、差し込み図より低倍率の画像用である。
【０１０６】
図９は、電圧が印加された場合に加熱を提供する導電性炭素繊維を含むデバイスを示す。サーモトロピック液晶フィルム（そのデバイス表面にクランプされる）により、加熱の空間的分解能（１１５Ｖの印加で９０℃まで；図９の下側の図を参照のこと）が示される。そのデバイスを、第２の層において３つの異なる材料を有する２つの層から構築した。その第１の層は、フォトイニファーター基を含む平坦な表面を提供した。まずマスクし、代表的なモノマー処方物を硬化して、連続的な蛇行したチャネルを作製することによって、その第２の層（２２ｂ）を形成した。次いで、そのチャネルに、重合可能な炭素処方物（７０８２，ＤｕＰｏｎｔ，Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｔｒｉａｎｇｌｅ  Ｐａｒｋ，ＮＣ）を満たし、中心領域を曝して、導電性炭素繊維（３５２）を形成した。最後に、その繊維の末端において、電気的接触パッド（３５４）を、銀含有モノマー処方物（ＵＶＡＧ  ００１０，Ａｌｌｉｅｄ  ＰｈｏｔｏＣｈｅｍｉｃａｌ，Ｋｉｍｂａｌｌ，ＭＩ）で残りの空隙満たし、二次投光照明曝露によって形成した。
【０１０７】
図１０における流体駆動はめ歯歯車（４００）は、複雑な微小デバイス構造体を生成するための本発明の有用性を実証する。特に、独立した非結合部分は、同じ層において同時に製作される。５層（代表的なモノマー処方物のマスクされた光重合によって形成した）を、流体（４０５）が、歯車空隙（４２５）に対して接線方向のチャネル（４２０）を通って流れるにつれて、固定された支柱の周りを自由に回転するはめ歯歯車を備える囲まれたデバイスを生成する。二次層重合の間に空隙領域を維持するために犠牲物質を使用することにより、空間において第３の寸法を利用する設計の製作が可能になる。図１０の写真は、駆動流体中に捕捉された気泡（４１０）の変形を示す。図１１Ａは、はめ歯歯車の直径を通る断面を例示し、図１１Ｂは、このデバイスを形成するために使用される異なるマスクを例示する。
【０１０８】
透過型顕微鏡および倒立顕微鏡ならびにデジタルマクロ写真で捕捉された構造体の画像は、最適なコントラスト、明るさ、および色のためにデジタルにより画質を高めた。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】図１は、パターン化されたポリマー層を製作するための方法を模式的に例示する。
【図２】図２は、グラフティングおよびポリマー層間の接着のためのイニファーターの使用を模式的に例示する。
【図３】図３は、３Ｄフォトマスクで形成されたポリマーフィルムにおける角度を付けたプロフィールを模式的に例示する。
【図４】図４は、先に重合された層の転写（ｔｒａｎｓｆｅｒ）のための模式図である。
【図５】図５は、チャネル構造の形成の模式図である。
【図６】図６Ａ〜６Ｄは、光重合デバイスの製作のための例示的装置を示す。
【図７】図７は、本発明の方法によって平行して製作された肝臓細胞培養チャネルの例を含む。
【図８】図８は、重合可能な、電池（左）および分析物流体レザバ（右）のための空隙を有する架橋ネットワーク内の導電性の銀ペーストの組み込みを示す。
【図９】図９の上側の図は、導電性炭素繊維を含むデバイスを示し、このデバイスは、電圧が印加される場合に加熱を提供する。図９の下側の図は、デバイスの空間的に解像される（ｓｐａｔｉａｌｌｙ−ｒｅｓｏｌｖｅｄ）加熱を示すサーモトロピック液晶フィルムである。
【図１０】図１０は、本発明の方法で製作した流体駆動はめ歯歯車を例示する。
【図１１】図１１Ａは、図１０のはめ歯歯車の断面図を示し、図１１Ｂは、デバイスを形成するために使用される異なるマスクを例示する。
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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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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