(57)【要約】【課題】微細でかつ凹凸部が多段化し、かつ耐久性に優れた微細金型を、煩雑でない製法で、又低コストにて提供する。【解決手段】微細でかつ凹凸部が多段化した成型用微細金型を電解めっきにて作製する際に、導電性基板に感光性樹脂で画像を形成し、電解めっきにより金属皮膜を形成した後、下記のａ及びｂの工程を１回または２回以上繰り返してなる方法により製造されためっき母型を用いる。ａ．金属皮膜の上に更に金属皮膜を電解めっきにより積層するために、金属皮膜の上にフォトリソグラフ法を用いて感光性樹脂で画像を形成する工程、ｂ．電解めっきにより金属皮膜を積層する工程。【選択図】図１
2008265244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解めっき法により微細金型を形成する際に用いるめっき母型の製造方法であって、該めっき母型は、導電性基板上にフォトリソグラフ法を用いて感光性樹脂で画像を形成し、該画像が形成された導電性基板に電解めっきにより金属皮膜を形成した後、下記のａ及びｂの工程を含む金属皮膜積層工程を１回または２回以上繰り返してなるめっき母型の製造方法。
ａ．金属皮膜の上に更に金属皮膜を電解めっきにより積層するために、金属皮膜の上にフォトリソグラフ法を用いて感光性樹脂で画像を形成する工程、
ｂ．電解めっきにより金属皮膜を形成する工程。
【請求項２】
フォトリソグラフ法に於いて、露光が紫外線の収束ビームを感光性樹脂層に直接照射してなる請求項１記載のめっき母型の製造方法。
【請求項３】
紫外線の光源が半導体レーザーである請求項２記載のめっき母型の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載された方法で製造されためっき母型を用いて電解めっきを行ってなる微細金型、及び微細金型の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の微細金型を用いて成型してなる成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解めっき法で作成される微細成型用の金型、例えば化学分析や化学反応等を行う際に用いる凹凸部が多段化されたマイクロ流体チップの成型用微細金型、及びその製造方法、及び該微細金型を用いて成型される成形品、更に該微細金型の作成に用いられるめっき母型の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、微細形状を有しかつ凹凸部が多段化された微細金型は、フォトリソグラフィ法と電解めっき法により製造されている。図２に従来のフォトリソグラフィ法と電解めっき法による微細金型の製造工程を示す。まず、図２（ａ）に示すように導電性基板２１に感光性樹脂２２を塗布する。次に、図２（ｂ）に示すように感光性樹脂２２上の全面にスパッタリングまたは無電解めっき等により銅等の薄い導電性を有する金属層２３を形成する。次に、該金属層２３上の全面に感光性樹脂２４を塗布した後、所望のパターンを露光・現像をして感光性樹脂２４で画像を形成する。この際画像が形成されていない領域をパターン開口部２４ａとする（図２（ｃ））。次に、図２（ｄ）に示すように、エッチング液に浸漬し、パターン開口部２４ａ領域の金属層２３を除去し、除去された領域は下層の感光性樹脂２２を露出させる。次に図２（ｅ）に示すように、感光性樹脂２４を剥離し、パターニングされた金属層２３を露出させる。次に、紫外線を照射して金属層２３が形成されていない領域の感光性樹脂２２を露光する。これにより、第１層目の感光性樹脂２２に露光部２２ａが形成される（図２（ｆ））。次に、図２（ｇ）に示すように、第１層目の金属層２３及び第１層目の感光性樹脂２２の露光部２２ａを含む全面に第２層目の感光性樹脂２５を塗布する。次に、図２（ｈ）に示すように、前述の（ｂ）〜（ｅ）の工程を再度経て、パターニングされた金属層２６を露出させ、金属層２６が形成されていない領域は感光性樹脂層２５が露出されている。尚、後の工程において２つの感光性樹脂層（２２、２５）にわたった一括現像を可能にするために、第２層目の金属層２６が形成されていない領域は、少なくとも第１層目の金属層２３が形成されていない領域を含むように設定する。次に、図２（ｉ）に示すように、紫外線を照射して金属層２６が形成されていない領域の感光性樹脂２５を露光する。これにより、第２層目の感光性樹脂２５に露光部２５ａが形成されたこととなる。次に、現像を行い、第１層目及び第２層目の感光性樹脂の露光部２２ａ及び２５ａを除去すると、図２（ｊ）に示したように、感光性樹脂と金属層が積層された電解めっき用のめっき母型が得られる。尚、図２（ｊ）のものでは、光分解（ポジ型）の感光性樹脂２２、２５を用いた場合である。次にこの電解めっき母型に電解めっきを行い、多段微細金型２７となる金属膜を成膜する（図２（ｋ））。最後に、図２（ｌ）に示すように、金属膜を電解めっき母型から剥離することにより凹凸部が多段化された微細金型２７を製造することができる。
【特許文献１】特開２００５−１６１６６７
【０００３】
しかしながら、このような凹凸部が多段化された微細金型２７の製造方法においては、めっき母型を作成する際に、各層毎に金属層をパターニングする工程が増え、かつ金属層を形成する装置を必要とするため、工程が煩雑で、生産性にも劣る。更に、感光性樹脂と金属の積層構造のため、めっき母型の耐久性に劣る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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、微細でかつ凹凸部が多段化され、かつ耐久性に優れた微細金型を、簡便な製法で、低コストにて提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、微細でかつ凹凸部が多段化された成型用微細金型の製造において、電解めっき法によるめっき母型の製造方法の検討を行い、感光性樹脂層上に金属層を形成する工程を含まないことにより、煩雑でない製法で、安価に微細金型を製造することが可能となる製法を確立した。
即ち、本発明は、
電解めっき法により微細金型を形成する際に用いるめっき母型の製造方法であって、該めっき母型は、導電性基板上にフォトリソグラフ法を用いて感光性樹脂で画像を形成し、該画像が形成された導電性基板に電解めっきにより金属皮膜を形成した後、下記のａ及びｂの工程を含む金属皮膜積層工程を１回または２回以上繰り返してなるめっき母型の製造方法。
ａ．金属皮膜の上に更に金属皮膜を電解めっきにより積層するために、金属皮膜の上にフォトリソグラフ法を用いて感光性樹脂で画像を形成する工程、
ｂ．電解めっきにより金属皮膜を形成する工程。
更に本発明は、前記フォトリソグラフ法に於いて、露光が紫外線の収束ビームを感光性樹脂層に直接照射してなる前記記載のめっき母型の製造方法、及び
前記した紫外線の光源が半導体レーザーである前記記載のめっき母型の製造方法、及び
前記に記載された方法で製造されためっき母型を用いて電解めっきを行ってなる微細金型、及び微細金型の製造方法、及び
前記記載の微細金型を用いて成型してなる成形品、である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、成型用多段微細金型を、より簡略な工程で、かつ短時間に効率良く製造することができる。また本発明の金型を用いることにより、凹凸部が多段化した流路を有するマイクロ流体チップ等の成型品を精度良く製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を図を用いて説明する。
【０００８】
本発明は、微細金型の製造用のめっき母型形成工程及び微細金型形成工程からなる。図１（ａ）〜（ｊ）はめっき母型形成工程の一例を表し、図１（ｋ）〜（ｌ）は微細金型形成工程の一例を表す。
【０００９】
本発明では、まず導電性基板にフォトリソグラフ法を用いて感光性樹脂で画像を形成する。図１（ａ）に示すように、導電性基板１上に感光性樹脂層２を形成する。この導電性基板１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、長方形でサイズは、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、感光性樹脂２としては、例えば、ドライフィルム樹脂、液状樹脂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、該感光性樹脂２の膜厚は、本金型で作製する成型品の要求寸法を考慮すると、１５μｍ〜３５０μｍの厚さが必要であるが、これに限定されるものではない。
【００１０】
図１（ｂ）に矢印で示す様に、感光性樹脂層２に紫外線の収束ビーム３を直接照射して、所定の微細パターン状に走査しながら露光を行う。この際、感光性樹脂層２の光照射された部分のみが露光されて硬化する（感光性樹脂がネガ型の場合）。
【００１１】
紫外線の光源としては、エキシマレーザー、YAGの高周波、半導体レーザー等を用いることができるが、本発明においては、装置の小型化、取り扱いの容易さ、経済性の点から半導体レーザーが好ましい。紫外線半導体レーザーの具体例としては、発振波長が４００〜４１０ｎｍのGaN系レーザーが挙げられる。
例えば、複数の紫外線半導体レーザーをアレー状に配置し、各レーザー光を感光性樹脂に焦点が合致するように収束し、走査しながら、パターンを描画する。
または、ポリゴンミラーでレーザー光を走査しながら描画したり、ミラーでレーザー光を複数のビームに分割して描画してもよい。
【００１２】
次に、感光性樹脂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樹脂２ａにより画像が形成される。感光性樹脂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。
【００１３】
次に、この画像が形成された導電性基板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の表面に第１層目の金属皮膜４が形成される。この際、導電性基板の裏面は樹脂薄膜を積層して非導電化してもよい。第１層目の金属皮膜４の種類としては、ニッケル、及びニッケルと鉄、コバルト、タングステン等との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電解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４の厚みは、本金型で作製する成型品の要求寸法を考慮すると、微細金型の母型には約１０〜３００μｍ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樹脂２の膜厚を越えることはない。
【００１４】
次に、感光性樹脂剥離材を用いて残存する硬化した感光性樹脂部２ａを剥離することによって、図１（ｅ）に示すように、導電性基板に第１層目の金属皮膜４にてパターが形成される。硬化した感光性樹脂部２ａ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。
【００１５】
本発明に於いては、第１層目の金属皮膜層４の上に更に第２層目の金属皮膜を電解めっきにより積層する。具体的には、図１（ｆ）に示すように、第１層目の金属皮膜４が形成された導電性基板の全面に感光性樹脂５を積層する。次に、図１（ｇ）に矢印で示す様に、感光性樹脂層５に紫外線の収束ビーム３を直接照射して所定の微細パターン状に走査しながら露光を行う。この際用いられる感光性樹脂５としては、前記感光性樹脂２に於いて記載されたものが挙げられる。又、紫外線の光源としては、前記したGaN系の半導体レーザーが好ましい。
【００１６】
次に、感光性樹脂５の未硬化部分を現像により除去することによって、図１（ｈ）に示すように、第１層目の金属皮膜４の面に硬化した感光性樹脂５ａにより画像を形成する。この際、感光性樹脂５ａの画像は、第１層目の金属皮膜４の画像の外周領域が感光性樹脂５ａで覆われるようにする。又、必要ならば第１層目の金属皮膜４が形成されていない領域にも感光性樹脂層５を現像により除去した部分を設けることもできる。尚、感光性樹脂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。
【００１７】
次に、第２層目の金属皮膜を積層するために、画像を形成した導電性基板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（ｉ）に示すように、第１層目の金属皮膜４の表面に第２層目の金属皮膜６が形成される。この際、第１層目の金属皮膜４と第２層目の金属皮膜６との密着力を高めるために、第１層目の金属皮膜４の表面の酸化物除去及び活性化を目的として酸処理を行ってもよい。酸処理に用いる酸の種類としては、希硝酸、希塩酸、希硫酸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。第２層目の金属皮膜の種類としては、ニッケル、及びニッケルと鉄、コバルト、タングステン等との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電解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。この第２層目の金属皮膜６の厚みは、本金型で作成する成型品の要求寸法を考慮すると、微細金型面には約１０〜３００μｍ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樹脂５ａの膜厚を越えることはない。
【００１８】
次に、感光性樹脂剥離剤を用いて残存する硬化した感光性樹脂部５ａを剥離することによって、図１（ｊ）に示すように、導電性基板に第１層目の金属皮膜４と第２層目の金属皮膜６でパターニングされた微細金型製造用のめっき母型７を製造することができる。硬化した感光性樹脂部５ａを除去する薬液は、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。
【００１９】
次に、前記した微細金型製造用のめっき母型７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（ｋ）に示すように、めっき母型７表面に微細金型８となる金属皮膜が形成される。該微細金型８となる金属皮膜の種類としては、ニッケル、及びニッケルと鉄、コバルト、タングステン等との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電解めっき液を用いた場合、電流密度を２〜５Ａ／ｄｍ２で２０〜８０時間の通電を行い、厚みが所定厚さとなるまで、ニッケルを析出させる。
【００２０】
最後に微細金型８となる金属皮膜をめっき母型７から剥離すると、図１（ｌ）に示した本発明の微細金型８が得られる。得られた微細金型８はめっき母型７の形状を反転させた形状となる。尚、図１の微細金型８は凹凸部が２段の金型の例であるが、本発明においては、金型の凹凸部が３段またはそれ以上の場合は、図１の（ｆ）から（ｊ）を更に繰り返し、第２層目の金属皮膜に３層目以降の金属皮膜を順次積層することにより凹凸部が３層以上の金属皮膜からなるめっき母型を製造することができ、該めっき母型を用いれば、凹凸部が３段以上の本発明の微細金型を作成できる。
【００２１】
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、ポリアミド樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素系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ことにより、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、ベッドサイト、手術室、診療所、在宅での診断に用いられる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明によれば、微細でかつ凹凸部が多段化した成型用微細金型の製造において、めっき母型を電解めっきにて作製することで、安価な微細金型を提供できる。さらに従来の製造方法に比べ、工程を簡略化することができ、短納期が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の微細金型の製造工程の一実施様態を示す図。
【図２】従来例の微細金型の製造工程を示す図。
【符号の説明】
【００２４】
１．導電性基板
２．第１層目の感光性樹脂
３．紫外線の収束ビーム
４．第１層目の金属皮膜
５．第２層目の感光性樹脂
６．第２層目の金属皮膜
７．微細金型製造用めっき母型
８．微細金型
２ａ．硬化した第１層目の感光性樹脂部
５ａ．硬化した第２層目の感光性樹脂部
２１．導電性基板
２２．感光性樹脂
２３．金属層
２４．感光性樹脂
２５．感光性樹脂
２６．金属層
２７．微細金型
２２ａ．第１層目感光性樹脂のパターン開口部
２４ａ．第１層目金属層をパターンエッチングするための感光性樹脂パターン開口部
２５ａ．第２層目感光性樹脂のパターン開口部
【図１】
2008265244.tif 000003
【図２】
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