(57)【要約】【課題】短時間で歩留まりよく、高精度のマイクロ流路デバイスを作製する方法を提供する。【解決手段】一枚の熱可塑性樹脂基板に転写するパターンを複数のパターン要素に分割し、それぞれのパターン要素ごとにモールドを用意し、ガラス転移温度以上に加熱した前記熱可塑性樹脂基板に対して、前記複数のモールドを互いに離間させた状態で同時に押圧し、しかる後に前記熱可塑性樹脂基板と前記複数のモールドを同時に冷却することにより、熱可塑性樹脂基板にパターンを転写する樹脂基板へのパターン形成方法。【選択図】図１
2008132543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一枚の熱可塑性樹脂基板に転写するパターンを複数のパターン要素に分割し、それぞれのパターン要素ごとにモールドを用意し、ガラス転移温度以上に加熱した前記熱可塑性樹脂基板に対して、前記複数のモールドを互いに離間させた状態で同時に押圧し、しかる後に前記熱可塑性樹脂基板と前記複数のモールドを同時に冷却することにより、熱可塑性樹脂基板にパターンを転写する樹脂基板へのパターン形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の樹脂基板へのパターン形成方法において、
前記モールドがシリコンからなる、
ことを特徴とする樹脂基板へのパターン形成方法。
【請求項３】
請求項１に記載の樹脂基板へのパターン形成方法において、
前記樹脂基板と前記複数のモールドの少なくとも一方に離型剤をコートする工程を含む、
ことを特徴とする樹脂基板へのパターン形成方法。
【請求項４】
請求項３に記載の樹脂基板へのパターン形成方法において、
前記離型剤が、フッ素樹脂系又はシリコーン系離型剤である、
ことを特徴とする樹脂基板へのパターン形成方法。
【請求項５】
請求項１〜４に記載の樹脂基板へのパターン形成方法において、
前記複数のモールドがモールド設置用治具に固定され、この状態で前記熱可塑性樹脂基板に対して前記複数のモールドを同時に押圧する、
ことを特徴とする樹脂基板へのパターン形成方法。
【請求項６】
請求項１〜５に記載の樹脂基板へのパターン形成方法により、流路パターンを形成する、
ことを特徴とするマイクロ流路デバイスの製造方法。
【請求項７】
転写する複数のパターン要素の数だけ熱可塑性樹脂基板を用意し、且つそれぞれのパターン要素のすべてが形成された１つのモールドを用意し、前記複数の熱可塑性樹脂基板を互いに離間させ且つガラス転移温度以上に加熱した状態で、これらの基板に対して同時に前記モールドを押圧し、しかる後に前記複数の熱可塑性樹脂基板と前記モールドを同時に冷却することにより、熱可塑性樹脂基板にパターンを転写する樹脂基板へのパターン形成方法。
【請求項８】
請求項８に記載の樹脂基板へのパターン形成方法において、
前記モールドがシリコンからなる、
ことを特徴とする樹脂基板へのパターン形成方法。
【請求項９】
請求項８に記載の樹脂基板へのパターン形成方法において、
前記樹脂基板と前記モールドの少なくとも一方に離型剤をコートする工程を含む、
ことを特徴とする樹脂基板へのパターン形成方法。
【請求項１０】
請求項１０に記載の樹脂基板へのパターン形成方法において、
前記離型剤が、フッ素樹脂系又はシリコーン系離型剤である、
ことを特徴とする樹脂基板へのパターン形成方法。
【請求項１１】
請求項７〜１０に記載の樹脂基板へのパターン形成方法において、
前記複数の熱可塑性樹脂基板が樹脂基板設置用治具に固定され、この状態でモールドに対して前記複数の熱可塑性樹脂基板を同時に押圧する、
ことを特徴とする樹脂基板へのパターン形成方法。
【請求項１２】
請求項７〜１１に記載の樹脂基板へのパターン形成方法により、流路パターンを形成する、
ことを特徴とするマイクロ流路デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微量化学分析やマイクロリアクター等に用いられるマイクロ流路デバイスの作製方法に関する。より詳しくは、ホットエンボス法を用いて、マイクロ流路デバイスの流路パターンを短時間で安定して形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、空気環境中の有害物質や人類の健康状態を、チップ上で計測しようとする試みが行われている。これらの技術は、μＴＡＳ（micro  total  analysis  systems）、ＭＥＭＳ（micro  electro  mechanical  systems）等と称され、特に生体内に含まれる分子の特異的反応を用いて、測定対象物の分析を行うバイオセンサチップが注目を集めている。なかでも、マクロ系での前処理を行うことなく、チップ上でタンパク質の抽出、分離、認識、検出といった全ての分析操作を行う、所謂Ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ技術に対する期待が高まっている。
【０００３】
近年、大気中の花粉、ダニ、カビ、揮発性有機化合物などの浮遊微小物質や化学物質によるアレルギー症状に多くの人が悩まされている。そこで、アレルギーの原因となるアレルゲン等のタンパク質の量を測定するため、上記μＴＡＳやＭＥＭＳの技術を適用したマイクロ流路デバイスの開発が盛んである。このようなデバイスとして、図２１に示すようなマイクロ流路デバイスが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
図２１に示すように、ガラス、シリコン等の基板１５１の上に、反応固相としての直径１ｍｍ以下の固体微粒子１５２とともに、この固体微粒子１５２の径よりも大きい縦断面積を有するマイクロチャンネル反応槽部１５３と、固体微粒子１５２の径よりも小さい縦断面積を有するマイクロチャンネル分離部１５４と、抗原および標識抗体を別々に反応槽部１５３へと導く導入部もしくはマイクロチャンネル流入部１５５、１５６と、第一抗体の導入のためのマイクロチャンネル流入部１５７と、バッファー液や洗浄液の導入のためのマイクロチャンネル流入部１５８とが設けられている。各々のマイクロチャンネル流入部１５５、１５６、１５７、１５８の端部には、抗原、標識抗体（第二抗体）、第一抗体、そして洗浄液の注入穴部１５５Ａ、１５６Ａ、１５７Ａ、１５８Ａが設けられ、マイクロチャンネル分離部１５４の端部には、廃液部１５４Ａが設けられている。固体微粒子１５２は、免疫抗原−抗体反応のための反応固相としての役割を果たす。反応固相としての固体微粒子１５２は、マイクロチャンネル分離部１５４に流入することはなく、せき止められるように構成され、未反応物だけが、マイクロチャンネル分離部１５４に流入して分離される。
【０００５】
この方法によると、微量の試料の使用によって、簡便に且つ短い反応時間で免疫分析ができる。免疫分析の方法としては、反応固相としての固体微粒子１５２をマイクロチャンネル反応槽部１５３に導入し、導入部もしくはマイクロチャンネル流入部１５５、１５６より導入した抗原および標識抗体を、この固体微粒子１５２上で反応させる。次に未反応物をマイクロチャンネル分離部１５４で分離し、例えば光熱変換分析により分析する。光熱変換分析では、例えば熱レンズ顕微鏡を用いる。
【０００６】
一方、電気化学的な検出方法と組み合わせたデバイスの研究がなされており（例えば、特許文献２参照）、これを特許文献１のマイクロ流路デバイスと組み合わせることにより、アレルゲン等のタンパク質を電気的に検出できる電気化学検出型マイクロ流路デバイスを実現することができる。
【０００７】
マイクロ流路デバイスの材料としては、シリコン、ガラス等が用いられている。この場合のパターン形成方法としては、異方性のドライエッチング、フッ酸などを用いたウェットエッチング等が用いられる。
【０００８】
一方で、コスト、量産性を考慮し、材料としてアクリル等の樹脂材料が検討されている。樹脂材料を用いたマイクロ流路デバイスのパターン形成方法としては、ソフトリソグラフィ法、光ナノインプリント法、ホットエンボス法等がある。（例えば、非特許文献１、特許文献３参照）
【０００９】
ソフトリソグラフィ法では、マイクロ流路デバイスの材料として、主としてシリコーンゴムの一種であるＰＤＭＳ（polydimethylsiloxane）が用いられる。鋳型には、通常のフォトリソグラフィプロセスでシリコンウェハ上にパターニングした超厚膜フォトレジストが用いられる。この鋳型に対して未重合のＰＤＭＳと重合開始剤を混合したものを流し込み、これに熱を加えて硬化させる。硬化したＰＤＭＳを鋳型から引き剥がし、シリコン基板等のフラットな面に貼り付ける。この方法では、比較的簡便にデバイスを作製することが可能であるが、精度、耐久性に劣る。
【００１０】
光ナノインプリント法は、ＵＶ硬化型樹脂に、パターンを形成した特殊な透明金型を押し当て、ＵＶ光を照射して樹脂を硬化させ、金型を引き離して所定のパターンを転写する。
この方法では、熱が加わらないため精度が優れる、位置合わせが容易、スループットが高い利点があり、ステップ＆リピートによりウェハ全面へのインプリントも可能である。しかしながら、ＵＶ硬化樹脂にしか適用できない、高アスペクト構造の形成が難しい、金型の加工が難しいという課題がある。
【００１１】
ホットエンボス法は、樹脂などの被成形基板を加熱し、ガラス転移温度（Ｔｇ）以上、融点以下にある温度域で、表面にパターンを形成した特殊金型（モールド）を一定時間押し当てた後、被成形基材をＴｇ以下に冷却し、モールドを引き離すことで、基材面にパターンを形成する。この方法では、樹脂としてＴｇを有する材料であれば適用が可能であり、高アスペクト比が得られる、モールド形状の自由度が高いという利点がある。一方、加熱工程における熱膨張により精度が劣る、モールドと基板との位置合わせが難しい、また加熱冷却工程が必要なためスループットが劣るなどの欠点がある。
【００１２】
上記３つの方法について、利点・欠点を総合的に判断すると、マイクロ流路デバイスの作製方法としては、さまざまな基材へのパターン転写が可能であること、高アスペクト構造物の形成が可能であることなどから、ホットエンボス法が特に有望である。
【００１３】
図２２に、ホットエンボス法によるマイクロ流路デバイスの作製工程を示す。
【００１４】
まず、（１）フォトリソグラフィプロセスによりシリコン１６１上にレジストパターン１６２を形成し、（２）異方性のドライエッチングを行うことで垂直の側壁構造をもつモールド１６３を作製する。次に、（３）モールド１６３と樹脂基板１６４を樹脂基板１６４のＴｇ以上に加熱し、その状態でモールドを樹脂基板１６４に押し付けてモールド１６３のパターンを樹脂基板１６４に転写する、その後、（４）モールド１６３と樹脂基板１６４とを樹脂基板１６４のＴｇ以下に冷却してモールド１６３を樹脂基板１６４から離型する。（５）最後に蓋材１６５に接着することでマイクロ流路デバイスが作製される。
【００１５】
【特許文献１】特開２００１−４６２８号公報
【特許文献２】特開２００３−２８５２９８号公報
【特許文献３】特開２００５−４２０７３号公報
【非特許文献１】松井真二、表面科学 Vol.25, No.10, pp628-634, 2004
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
マイクロ流路デバイスをホットエンボス法で作製する場合、上述のとおり、加熱・冷却工程が必要なため、作製に時間がかかる。
【００１７】
作製時間を短縮する方法としては、複数のパターンを同時に作製することが考えられる。その場合、１つのモールドに複数のパターンを形成する必要があり、モールドおよび樹脂基板のサイズを大きくする必要がある。
【００１８】
ホットエンボス法では、樹脂とモールドとが密着した状態で、加熱・冷却が行われるため、パターン形成時に、両者の熱膨張係数の違いによる応力が発生する。樹脂基板、モールドのサイズを大きくすると、上記の応力の影響による機械的変形が生じやすくなる。そのため、パターン形成の精度が悪くなるという問題が生じる。また、モールドとして加工性に優れたシリコンを用いた場合、モールドが冷却時に破損する問題が生じる。
【００１９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、熱可塑性樹脂基板に短時間で歩留まりよく、高精度なマイクロ流路デバイスを作製することのできるパターン形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するための一連の発明は、次のように構成されている。
第１の発明は、一枚の熱可塑性樹脂基板に転写するパターンを複数のパターン要素に分割し、それぞれのパターン要素ごとにモールドを用意し、ガラス転移温度以上に加熱した前記熱可塑性樹脂基板に対して、前記複数のモールドを互いに離間させた状態で同時に押圧し、しかる後に前記熱可塑性樹脂基板と前記複数のモールドを同時に冷却することにより、熱可塑性樹脂基板にパターンを転写する樹脂基板へのパターン形成方法である。
【００２１】
この構成によると、複数のモールドを用いているため、一枚の樹脂基板に複数のパターン要素を同時に形成することが可能となり、作製時間を短縮することができる。また、複数のパターン要素ごとに用意され、且つ離間させた複数のモールドを用いることにより、一枚のモールドの大きさを小さくすることができるので、一枚のモールドと樹脂基板との接触面積を小さくでき、樹脂基板及びモールドに加えられる熱応力を小さくすることができる。このため、樹脂基板に転写されるパターンの精度が向上する。また、熱応力によるモールドの破損のおそれがなくなる。
【００２２】
ここで、それぞれのモールドに形成されるパターン要素の内容が同一であってもよく、異なっていてもよい。また、一枚のモールドに形成されるパターン要素に、複数個のサブパターンが形成されていてもよい。なお、パターンをパターン要素に分割する方法としては、連続している要素の切断を避け、連続していない要素と要素との間で分割するようにするのがよい。このようにすれば転写精度が低下しないからである。
【００２３】
上記第１の発明において、前記モールドがシリコンからなる構成とすることができる。
【００２４】
この構成によると、シリコンをドライエッチングすることで、高アスペクト比のモールドを容易に作製することができる。このため、樹脂基板に高アスペクト比のパターンを転写・形成することができる。
【００２５】
また、上記第１の発明において、樹脂基板とモールドの少なくとも一方に離型剤をコートする工程を備える構成とすることができる。
【００２６】
この構成によると、離型時に、樹脂基板とモールドが容易に剥離されるため、パターン形状の劣化が生じず、良好な形状のパターンを形成することが可能となる。離型剤としては、フッ素樹脂系やシリコーン系のものを用いることができる。
【００２７】
また、上記第１の発明において、前記複数のモールドがモールド設置用治具に固定され、この状態で前記熱可塑性樹脂基板に対して前記複数のモールドを同時に押圧する構成とすることができる。
【００２８】
この構成によると、モールド設置用治具にモールドを固定することにより、複数のモールドの同時押圧が容易となる。また、樹脂基板とモールドとの位置合わせが容易となり、より複雑な形態のパターンの形成が可能となる。
【００２９】
第２の発明は、上記各構成における樹脂基板へのパターン形成方法により、流路パターンを形成することを特徴とするマイクロ流路デバイスの製造方法である。
【００３０】
この構成によると、高アスペクト構造等の複雑な流路パターンを有したマイクロ流路デバイスを、精度良く安定して作製できる。また、作製プロセスも比較的簡易であるため、低コストでマイクロ流路デバイスの量産が可能である。
【００３１】
第３の発明は、転写する複数のパターン要素の数だけ熱可塑性樹脂基板を用意し、且つそれぞれのパターン要素のすべてが形成された１つのモールドを用意し、前記複数の熱可塑性樹脂基板を互いに離間させ且つガラス転移温度以上に加熱した状態で、これらの基板に対して同時に前記モールドを押圧し、しかる後に前記複数の熱可塑性樹脂基板と前記モールドを同時に冷却することにより、熱可塑性樹脂基板にパターンを転写する樹脂基板へのパターン形成方法である。
【００３２】
この構成によると、複数の樹脂基板にそれぞれ１つのパターン要素を同時に形成することができるので、作製時間を短縮することができる。また、複数の樹脂基板を用いることにより、一枚の樹脂基板の大きさを小さくすることができ、モールドと一枚の樹脂基板との接触面積を小さくできるため、樹脂基板及びモールドに加えられる熱応力を小さくすることができる。よって、樹脂基板に転写されるパターンの精度が向上する。また、熱応力の低下によりモールドの破損のおそれがなくなる。
【００３３】
ここで、それぞれの樹脂基板に形成されるパターン要素が同一であってもよく、異なっていてもよい。また、一枚の樹脂基板に形成されるパターンに複数個のサブパターンが形成されていてもよい。なお、パターンをパターン要素に分割する方法としては、連続している要素の切断を避け、連続していない要素と要素との間で分割するようにするのがよい。このようにすれば転写精度が低下しないからである。
【００３４】
上記第３の発明において、モールドがシリコンからなる構成とすることができる。
【００３５】
この構成によると、シリコンをドライエッチングすることで、高アスペクト比のモールドを容易に作製することができる。このため、樹脂基板に高アスペクト比のパターンを形成することができる。
【００３６】
また、上記第３の発明において、樹脂基板とモールドの少なくとも一方に離型剤をコートする工程を備える構成とすることができる。
【００３７】
この構成によると、離型時に、樹脂基板とモールドが容易に剥離されるため、パターン形状の劣化が生じず、良好な形状のパターンを形成することが可能となる。離型剤としては、フッ素樹脂系やシリコーン系のものを用いることができる。
【００３８】
また、上記第３の発明において、前記熱可塑性樹脂基板が樹脂基板設置用治具に固定され、この状態でモールドに対して前記複数の熱可塑性樹脂基板を同時に押圧させる構成とすることができる。
【００３９】
この構成によると、樹脂基板設置用治具にモールドを固定することにより、複数の樹脂基板に対する同時押圧が容易となる。また、樹脂基板とモールドとの位置合わせが容易となり、より複雑な形態のパターンの形成が可能となる。
【００４０】
第４の発明は、上記第３の発明の各態様における樹脂基板へのパターン形成方法により、流路パターンを形成することを特徴とするマイクロ流路デバイスの製造方法である。
【００４１】
この構成によると、上記第２の発明と同様に、高アスペクト構造等の複雑な流路パターンを有したマイクロ流路デバイスを、精度良く安定して作製できる。また、作製プロセスも比較的簡易であるため、低コストで精密なマイクロ流路デバイスの量産が可能となる。
【発明の効果】
【００４２】
以上説明したように、本発明方法によると、熱応力に起因するモールドの破損が生じないとともに、転写前後の熱応力に起因するパターンの劣化が生じにくい。よって、本発明によると、熱可塑性樹脂基板に高精度のパターンを生産性よく作りこむことができるという効果が得られる。この方法を、マイクロ流路デバイスの製造方法に適用すると、高アスペクト比のマイクロ流路デバイスを生産性よく製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００４４】
［実施の形態１］
図１〜３に基づいて実施の形態１のマイクロ流路デバイスの作製方法を説明する。
【００４５】
＜モールド＞
初めに図３に基づいて実施の形態１にかかるモールドを説明する。モールドにはシリコン、ガラス等のウェハを用いる。ウェハのサイズは、例えば直径３〜６インチ、厚みは０．３８〜１．２ｍｍである。
【００４６】
まず、フォトリソグラフィプロセスによりウェハ６上にレジストパターンを作製する。レジスト７をウェハ６に塗布し（図３（１））、予め作製しておいた所望の流路パターン（パターン要素）を有するフォトマスク８を用いて、露光、現像を行い、レジストパターンを形成する（図３（２、３））。
【００４７】
レジストパターンは、同一の流路パターンを複数個備えており、流路パターンの幅は狭い部分で１０μｍ程度、広い部分で２００μｍ程度であり、各パターンのサイズは１５×１５ｍｍ程度である。
【００４８】
次に、レジスト７をマスクとして、ウェハ６を異方性のドライエッチングすることによりパターンを形成する（図３（４））。パターンの深さは３０〜５０μｍ程度である。
【００４９】
最後に残ったレジスト７を酸素アッシングにより除去しモールド１が完成する（図３（５））。必要に応じて、モールド１表面に離型剤を塗布する。
【００５０】
＜樹脂基板＞
マイクロ流路デバイスとなる被成形基材には、樹脂基板を用いる。樹脂基板のサイズは３〜５インチ、厚み１〜２ｍｍである。樹脂基板の材料には、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、オレフィン系樹脂（ＣＯＰ、ＣＯＣ）等の熱可塑性樹脂を用いる。必要に応じて、樹脂基板表面に離型剤を塗布する。
【００５１】
＜ホットエンボス工程＞
次に、図１、２に基づいて実施の形態１にかかるホットエンボス法によるパターン形成方法を説明する。
【００５２】
図１（１）〜（４）に、ホットエンボス法によるパターン形成の工程を示す。
まず、モールド１を流路パターン（パターン要素）ごとに複数に切断する。分割されたモールドのサイズは２４×２４ｍｍ程度である（図１（１））。
【００５３】
次に、被成形基材である樹脂基板３上に、パターン要素ごとに切断したモールド２を複数個離間してセットする。モールド２の互いの間隔は２ｍｍ程度である。セットするモールド２の個数は４〜１６個程度である（図１（２））。
【００５４】
図２は、樹脂基板３にモールド２をセットした状態の上面図である。
次に、樹脂基板３と複数のモールド２（図２では４つ）を、樹脂基板３のガラス転移温度（Ｔｇ）より５〜１０度程度高い温度まで加熱する。加熱した状態で、加圧して樹脂基板３に複数のモールド２を同時に押し付ける。圧力は１〜１０ＭＰａ、加圧時間は１〜１０分程度である（図１（３））。
【００５５】
最後に、樹脂基板３とモールド２を、樹脂基板３のＴｇより低い温度まで冷却し、樹脂基板３とモールド２を剥離する（図１（４））。
【００５６】
＜マイクロ流路デバイス作製＞
図１（５）、（６）にパターンを形成した樹脂基板３を用いたマイクロ流路デバイスの作製工程を示す。
【００５７】
パターンを形成した樹脂基板３を、流路パターン毎に切断する（図１（５））。次に、パターン毎に切断した樹脂基板４を同一材料の樹脂製の平板からなる蓋材５に貼り合わせてマイクロ流路デバイスを形成する（図１（６））。必要に応じて、別途、サンプル注入部、排出部、検出部等を形成し、熱レンズ顕微鏡、電気化学検出、蛍光検出等により検出を行う。
【００５８】
［実施の形態２］
図４、図５を用いて、実施の形態２にかかるマイクロ流路デバイスの作製方法を説明する。この図に基づいて実施の形態２の内容を説明する。実施の形態２では、ホットエンボスによるパターン形成において、図４に示すようにモールド設置用治具９を備えていること以外は、上記実施の形態１と同様である。
【００５９】
図５にモールド設置用治具９の上面図を示す。モールド設置用治具９は、モールド設置用治具自体が樹脂基板と接触することがないように設計されている。この方法を用いると、複数のモールドの同時操作が容易となる。また、樹脂基板とモールドとの位置合わせが容易となり、より複雑な形態のパターンの形成が可能となる。
【００６０】
［実施の形態３］
図６、図７を用いて、実施の形態３にかかるマイクロ流路デバイスの作製方法を説明する。実施の形態３は、モールド、樹脂基板については、上記実施の形態１の説明と同様である。
【００６１】
＜ホットエンボス工程＞
図６（１）〜（４）に、ホットエンボス法によるパターン形成の工程を示す。
まず、被成形基材である樹脂基板３を所望のサイズに切断する。各サイズは２４×２４ｍｍ程度である（図６（１））。
【００６２】
次に、モールド１上に、切断した樹脂基板１０を複数個離間してセットする。樹脂基板１０の互いの間隔は２ｍｍ程度である。この間隔は、熱膨張により樹脂基板同士が接着することがない間隔であればよく、樹脂基板サイズの１％以上の間隔をあければよい。セットする樹脂基板１０の個数は４〜１６個程度である（図６（２））。
【００６３】
図７は、モールド１に樹脂基板１０をセットした状態の上面図である。
次に、モールド１と樹脂基板１０を、樹脂基板１０のＴｇより５〜１０度程度高い温度まで加熱する。加熱した状態で、加圧してモールド１に樹脂基板１０を押し付ける。圧力は１〜１０ＭＰａ、加圧時間は１〜１０分程度である（図６（３））。
【００６４】
最後に、モールド１と樹脂基板１０を、樹脂基板１０のＴｇより低い温度まで冷却し、モールド１と樹脂基板１０を剥離する（図６（４））。
【００６５】
＜マイクロ流路デバイス作製＞
図６（５）にパターンを形成した樹脂基板を用いたマイクロ流路デバイスの作製工程を示す。
【００６６】
パターンを形成した樹脂基板１０を、同一の樹脂製の平板からなる蓋材５に貼り合わせてマイクロ流路デバイスを形成する。必要に応じて、別途、サンプル注入部、サンプル排出部、検出部等を形成し、熱レンズ顕微鏡、電気化学検出、蛍光検出等により検出を行う。
【００６７】
［実施の形態４］
図８、図９を用いて、実施の形態４にかかるマイクロ流路デバイスの作成方法を説明する。実施の形態２では、ホットエンボスによるパターン形成において、図９に示すように樹脂基板設置用治具１１を備えていること以外は、上記実施の形態１と同様である。
【００６８】
図９に樹脂基板設置用治具１１の上面図を示す。樹脂基板設置用治具１１は、樹脂基板設置用治具１１自体がモールドと接触することがないように設計されている。この方法を用いると、複数の樹脂基板の同時操作が容易となる。また、樹脂基板とモールドとの位置合わせが容易となり、より複雑な形態のパターンの形成が可能となる。
【００６９】
本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
【００７０】
（実施例1）
実施例１は実施の形態１で説明した樹脂基板へのパターン形成方法にかかる例である。図１０に、モールドの作製工程を示す。
【００７１】
モールド作製にはサイズが直径３インチ、厚み０．６ｍｍのシリコンウェハ１２を用いた。予め、所望の流路パターンを有するクロムマスク１３を作製した。作製したマスクパターンは、同一流路パターンを４個備えており、流路パターンの幅は最も狭い部分が１０μｍ、最も広い部分が３００μｍであり、各パターンのサイズは約８×１５ｍｍである。
【００７２】
まず、ポジ型レジスト１４（ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製ＡＺ−１５００）をスピンコートにより、シリコンウェハ１２上に膜厚約２．５μｍ塗布した（図１０（１））。
【００７３】
次に、上記マスク１３を用いて、マスクアライナー装置でパターンを露光後、現像を行い、レジストパターンを形成した（図１０（２、３））。
【００７４】
次に、ＩＣＰ（Inductively  Coupled  Plasma）エッチング装置で、レジスト１４をマスクとして、異方性のドライエッチングを行い、シリコンウェハ１２に複数のパターン要素を形成した。パターンの深さは約３５μｍであった（図１０（４））。
【００７５】
最後に残ったレジスト１４を酸素アッシングにより除去しモールド１５を作製した（図１０（５））。さらに、モールド１５の表面にフッ素樹脂系の離型剤（ハーベス社製デュラサーフＨＤ−２１０１）をコートした。
【００７６】
図１１にマイクロ流路デバイスの作製工程を示す。
マイクロ流路デバイスとなる被成形基材には、サイズが直径３インチ、厚みが１ｍｍ、ガラス転移温度Ｔｇが１０５℃のＰＭＭＡ（Polymethylmethacrylate）基板１６を用いた。
【００７７】
まず、上記のシリコンウェハのモールド１５を流路パターン（パターン要素）ごとに、２４×２４ｍｍのサイズに切断した（図１１（１））。
【００７８】
次に、ＰＭＭＡ基板１６上に、パターン毎に切断したモールド１７を４個離してセットした（図１１（２））。モールド１７の互いの間隔は２ｍｍである。図１２は、ＰＭＭＡ基板１６にモールド１７をセットした状態の上面図である。
【００７９】
次に、ＰＭＭＡ基板１６とモールド１７を、１１５℃に加熱した。加熱した状態で、加圧してＰＭＭＡ基板１６にモールド１７を押し付けた（図１１（３））。圧力は約３ＭＰａ、加圧時間は５分であった。
【００８０】
最後に、ＰＭＭＡ基板１６とモールド１７を、ＰＭＭＡ基板１６のＴｇより低い温度まで冷却し、ＰＭＭＡ基板１６とモールド１７を剥離した（図１１（４））。
【００８１】
ＰＭＭＡ基板１６上に形成された流路パターンについて、光学顕微鏡および電子顕微鏡で、形状を観察した結果、４個のパターンとも、所望の流路パターンが精度よく形成できていることを確認した。
【００８２】
次に、上記方法により流路パターンを形成したＰＭＭＡ基板１６を用いて、マイクロ流路デバイスの作製を行った。パターン形成したＰＭＭＡ基板１６を、流路パターン毎に、２４×２４ｍｍにサイズに切断した（図１１（５））。次に、パターン毎に切断したＰＭＭＡ基板１８を、サンプルの注入口、排出口を機械加工法で設けたＰＭＭＡ製の蓋基板１９に、熱圧着法により貼り合わせてマイクロ流路デバイスを作製した（図１１（６））。出来上がったマイクロ流路デバイスを用いて、熱レンズ顕微鏡による免疫分析を行ったところ、再現性よく測定できることを確認し、本パターン形成方法により安定してマイクロ流路デバイスが作製できることを確認した。また、ハーベス社製デュラサーフＨＤ−２１０１に代えて、ハーベス社製デュラサーフＨＤ−１１０２や３Ｍ社製ＥＧＣ−１７２０を用いても、同様の効果が得られた。
【００８３】
（実施例２）
ＰＭＭＡ基板１６のサイズを直径５インチとし、ＰＭＭＡ基板１６上にセットするパターン毎に切断したモールド１７の数を９個にして、上記実施例１と同様にして、流路パターンの形成を行った。図１３は、ＰＭＭＡ基板１６にモールド１７をセットした状態の上面図である。実験の結果、同時に形成した９個のパターンとも、所望の流路パターンが精度よく形成できており、本パターン形成方法により安定してマイクロ流路デバイスが作製できることを確認した。
【００８４】
（実施例３）
マイクロ流路デバイスとなる被成形基材として、ＣＯＰ（Cyclic  Olefin  Polymer）、ＣＯＣ（Cyclic  Olefin  Copolymer）およびＰＣ（ポリカーボネート）の熱可塑性樹脂を用いて、加熱温度を各樹脂基板のＴｇより１０℃高い温度に設定し、上記実施例１と同様にして、流路パターンの形成をそれぞれ行った。実験の結果、いずれの樹脂基板においても、所望の流路パターンが精度よく形成できており、本パターン形成方法により安定してマイクロ流路デバイスが作製できることを確認した。
【００８５】
マイクロ流路デバイスとなる被成形基材としては、熱可塑性ポリイミド樹脂やガラスを用いることも可能である。ただし、この場合、上記の熱可塑性樹脂に比べてＴｇが高いため、加熱温度を高くする必要があるため、作製時間が長くなる欠点がある。
【００８６】
（比較例）
上記実施例１と同様のモールド１５とＰＭＭＡ基板１６を用いて、モールド１５を分離せずに、複数の流路パターンの形成を行った。実験の結果、冷却時に、ＰＭＭＡ基板１６とモールド１５の熱膨張係数の違いにより応力を受け、流路パターン形状に歪みが生じ、良品率が２５％以下に低下した。また、上記の応力の影響により、ＰＭＭＡ基板１６とモールド１５を剥離するときに、モールド１５が破損する場合が発生した。
【００８７】
（実施例４）
実施例４は、実施の形態２で説明した樹脂基板へのパターン形成方法にかかる例である。モールドは、実施例１と同様の方法で作製を行った。図１４にマイクロ流路デバイスの作製工程を示す。
【００８８】
マイクロ流路デバイスとなる被成形基材には、サイズが直径３インチ、厚みが１ｍｍ、Ｔｇが１０５℃のＰＭＭＡ基板１６を用いた。
【００８９】
まず、上記のシリコンウェハのモールド１５を流路パターン毎に、２４×２４ｍｍのサイズに切断した（図１４（１））。
【００９０】
次に、ＰＭＭＡ基板１６上に、図１４（２）に示したようにモールド設置用治具２０をセットした（図１４（２））。モールド設置用治具２０は、ＳＵＳ製であり、厚みが０．３ｍｍである。２４×２４ｍｍのモールド１７が互いの間隔２ｍｍで４個設置できるような構造となっている。図１５にモールド設置用治具２０の上面図を示す。
【００９１】
次に、モールド設置用治具２０に、パターン毎に切断したモールド１７を４個セットした。上記のモールド設置用治具２０を備えることにより、ＰＭＭＡ基板１６上へのモールド１７の設置が容易になる。また、複数のモールドの同時操作が容易となる。さらに、ＰＭＭＡ基板１６とモールド１７の位置合わせを精度良く行うことが可能となる。
【００９２】
また、モールド設置用治具２０の厚みは、モールド設置用治具２０の形状が樹脂基板に転写されないように、モールド１７の厚みより薄くすることが好ましい。
【００９３】
次に、ＰＭＭＡ基板１６とモールド１７を、１１５℃に加熱した。加熱した状態で、加圧してＰＭＭＡ基板１６にモールド１７を押し付けた（図１４（３））。圧力は約３ＭＰａ、加圧時間は５分であった。
【００９４】
最後に、ＰＭＭＡ基板１６とモールド１７を、ＰＭＭＡ基板１６のＴｇより低い温度まで冷却し、ＰＭＭＡ基板１６とモールド１７を剥離した（図１４（４））。
【００９５】
ＰＭＭＡ基板１６上に形成された流路パターンについて、光学顕微鏡および電子顕微鏡で、形状を観察した結果、４個のパターンとも、所望の流路パターンが精度よく形成できていることを確認した。
【００９６】
次に、上記方法により流路パターンを形成したＰＭＭＡ基板１６を用いて、マイクロ流路デバイスの作製を行った。パターン形成したＰＭＭＡ基板１６を、流路パターン毎に、２４×２４ｍｍにサイズに切断した。次に、パターン毎に切断したＰＭＭＡ基板１８を、サンプルの注入口、排出口を機械加工法で設けたＰＭＭＡ製の蓋基板１９に、熱圧着法により貼り合わせてマイクロ流路デバイスを作製した（図１４（５））。出来上がったマイクロ流路デバイスを用いて、熱レンズ顕微鏡による免疫分析を行ったところ、再現性よく測定できることを確認し、本パターン形成方法により安定してマイクロ流路デバイスが作製できることを確認した。
【００９７】
本実施例では、モールド設置用治具２０を備えた状態でパターンの形成を行ったが、モールド１７を設置後、モールド設置用治具２０を取り除いてパターンの形成を行っても構わない。この場合でもＰＭＭＡ基板１６とモールド１７の位置合わせを精度良く行うことが可能となる。
【００９８】
（実施例５）
実施例５は、実施の形態３で説明した樹脂基板へのパターン形成方法にかかる例である。モールドは、実施例１と同様の方法で作製を行った。図１６にマイクロ流路デバイスの作製工程を示す。
【００９９】
マイクロ流路デバイスとなる被成形基材には、サイズが直径３インチ、厚みが１ｍｍ、Ｔｇが１０５℃のＰＭＭＡ基板１６を用いた。
【０１００】
まず、ＰＭＭＡ基板１６を、２４×２４ｍｍのサイズに切断した（図１６（１））。
【０１０１】
次に、シリコンウェハのモールド１５上に、切断したＰＭＭＡ基板１８を４個離してセットした（図１６（１））。ＰＭＭＡ基板１８の互いの間隔は２ｍｍである。図１７は、モールド１５にＰＭＭＡ基板１８をセットした状態の上面図である。
【０１０２】
次に、モールド１５とＰＭＭＡ基板１８を、１１５℃に加熱した。加熱した状態で、加圧してモールド１５にＰＭＭＡ基板１８を押し付けた（図１６（３））。圧力は約３ＭＰａ、加圧時間は５分であった。
【０１０３】
最後に、モールド１５とＰＭＭＡ基板１８を、ＰＭＭＡ基板１８のＴｇより低い温度まで冷却し、モールド１５とＰＭＭＡ基板１８を剥離した（図１６（４））。
ＰＭＭＡ基板１８上に形成された流路パターンについて、光学顕微鏡および電子顕微鏡で、形状を観察した結果、４個のパターンとも、所望の流路パターンが精度よく形成できていることを確認した。
【０１０４】
次に、上記方法により流路パターンを形成したＰＭＭＡ基板１８を用いて、マイクロ流路デバイスの作製を行った。パターン形成したＰＭＭＡ基板１８を、サンプルの注入口、排出口を機械加工法で設けたＰＭＭＡ製の蓋基板１９に、熱圧着法により貼り合わせてマイクロ流路デバイスを作製した（図１６（５））。出来上がったマイクロ流路デバイスを用いて、熱レンズ顕微鏡による免疫分析を行ったところ、再現性よく測定できることを確認し、本パターン形成方法により安定してマイクロ流路デバイスが作製できることを確認した。
【０１０５】
（実施例６）
モールド１５のサイズを直径５インチとし、１つのモールド１５に９個の流路パターンを設け、モールド上にセットする切断したＰＭＭＡ基板１８の数を９個にして、上記実施例５と同様にして、流路パターンの形成を行った。図１８は、モールド１５にＰＭＭＡ基板１８をセットした状態の上面図である。実験の結果、同時に形成した９個のパターンとも、所望の流路パターンが精度よく形成できており、本パターン形成方法により安定してマイクロ流路デバイスが作製できることを確認した。
【０１０６】
（実施例７）
マイクロ流路デバイスとなる被成形基材として、ＣＯＰ、ＣＯＣおよびＰＣの熱可塑性樹脂を用いて、加熱温度を各樹脂基板のＴｇより１０℃高い温度に設定し、上記実施例５と同様にして、流路パターンの形成を行った。実験の結果、いずれの樹脂基板においても、所望の流路パターンが精度よく形成できており、本パターン形成方法により安定してマイクロ流路デバイスが作製できることを確認した。
【０１０７】
（実施例８）
実施例８は、実施の形態４で説明した樹脂基板へのパターン形成方法にかかる例である。モールドは、実施例１と同様の方法で作製を行った。図１９にマイクロ流路デバイスの作製工程を示す。
【０１０８】
マイクロ流路デバイスとなる被成形基材には、サイズが直径３インチ、厚みが１ｍｍ、Ｔｇが１０５℃のＰＭＭＡ基板１６を用いた。
【０１０９】
まず、ＰＭＭＡ基板１６を、２４×２４ｍｍのサイズに切断した（図１９（１））。
【０１１０】
次に、モールド上に、図１９（２）に示したように樹脂基板設置用治具２１をセットした。樹脂基板設置用治具２１は、ＳＵＳ製であり、厚みが０．３ｍｍである。２４×２４ｍｍのＰＭＭＡ基板１８が互いの間隔２ｍｍで４個設置できるような構造となっている。図２０に樹脂基板設置用治具２１の上面図を示す。
【０１１１】
次に、樹脂基板設置用治具２１に、切断したＰＭＭＡ基板１８を４個離してセットした。上記の樹脂基板設置用治具２１を備えることにより、モールド１５上へのＰＭＭＡ基板１８の設置が容易になる。また、複数の樹脂基板の同時操作が容易となる。さらに、モールド１５とＰＭＭＡ基板１８の位置合わせを精度良く行うことが可能となる。
【０１１２】
また、樹脂基板設置用治具２１の厚みは、樹脂基板設置用治具２１がモールドと樹脂基板との接触を阻害しないように、ＰＭＭＡ基板１８の厚みより薄くする必要がある。
【０１１３】
次に、モールド１５とＰＭＭＡ基板１８を、１１５℃に加熱した。加熱した状態で、加圧してモールド１５にＰＭＭＡ基板１８を押し付けた（図１９（３））。圧力は約３ＭＰａ、加圧時間は５分であった。
【０１１４】
最後に、モールド１５とＰＭＭＡ基板１８を、ＰＭＭＡ基板１８のＴｇより低い温度まで冷却し、モールド１５とＰＭＭＡ基板１８を剥離した（図１９（４））。
【０１１５】
ＰＭＭＡ基板１８上に形成された流路パターンについて、光学顕微鏡および電子顕微鏡で、形状を観察した結果、４個のパターンとも、所望の流路パターンが精度よく形成できていることを確認した。
【０１１６】
次に、上記方法により流路パターンを形成したＰＭＭＡ基板１８を用いて、マイクロ流路デバイスの作製を行った。パターン形成したＰＭＭＡ基板１８を、サンプルの注入口、排出口を機械加工法で設けたＰＭＭＡ製の蓋基板１９に、熱圧着法により貼り合わせてマイクロ流路デバイスを作製した（図１９（５））。出来上がったマイクロ流路デバイスを用いて、熱レンズ顕微鏡による免疫分析を行ったところ、再現性よく測定できることを確認し、本パターン形成方法により安定してマイクロ流路デバイスが作製できることを確認した。
【０１１７】
本実施例では、樹脂基板設置用治具２１を備えた状態でパターンの形成を行ったが、ＰＭＭＡ基板１８を設置後、樹脂基板設置用治具２１を取り除いてパターンの形成を行っても構わない。この場合でもモールド１５とＰＭＭＡ基板１８の位置合わせを精度良く行うことが可能となる。
【０１１８】
上記の実施例では、モールド表面に離型剤をコートしたが、樹脂基板表面に離型剤をコートしてもよい。また、両方に離型剤を塗布してもよい。両方に離型剤をコートしない場合、上記実施例１と同様にして流路パターンの形成を行った場合、樹脂基板とモールドを剥離する時に、流路パターン形状に歪みが生じる場合があり、パターン形成の再現性が悪くなる。今回の実験では、離型剤をコートした場合、良品率がほぼ１００％であったのに対して、両方に離型剤をコートしない場合、良品率が５０％程度まで低下した。また、離型剤はフッ素樹脂系の離型剤に限定されるものではなく、シリコーン系等の離型剤でも構わない。
【０１１９】
また、上記の実施例では、モールドの材料として、シリコンウェハを用いたが、ガラスやニッケル金型を用いても構わない。シリコンウェハを用いる場合、他の材料と比較して、ドライエッチングにより、高アスペクト比のパターンを容易に形成できるメリットがある。
【０１２０】
また、上記の実施例では、モールド設置用治具と樹脂基板設置用治具の材料にＳＵＳを用いたが限定されるものではない。耐熱性のある材料であれば他の材料でも構わない。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
以上に説明したように、本発明によると、樹脂基板に短時間かつ精密なマイクロ流路デバイスを歩留まりよく作成することのできる樹脂基板へのパターン形成方法を提供できる。この方法で作製したマイクロ流路デバイスは、微小な化学物質等を反応や検出するために用いるマイクロチップ、マイクロリアクター等の化学マイクロデバイスやアレルゲンセンサーをはじめとするバイオセンサー等、μ−ＴＡＳ技術を用いたマイク流路デバイスを利用する分野に適用できる。よってその産業上の意義は大きい。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】実施の形態１に係るパターン形成およびマイクロ流路デバイス作製の工程である。
【図２】実施の形態１に係る樹脂基板にモールドをセットした状態の上面図である。
【図３】実施の形態１に係るモールドの作製工程である。
【図４】実施の形態２に係るパターン形成およびマイクロ流路デバイス作製の工程である。
【図５】実施の形態２に係るモールド設置用治具の上面図である。
【図６】実施の形態３に係るパターン形成およびマイクロ流路デバイス作製の工程である。
【図７】実施の形態３に係るモールドに樹脂基板をセットした状態の上面図である。
【図８】実施の形態４に係るパターン形成およびマイクロ流路デバイス作製の工程である。
【図９】実施の形態４に係る樹脂基板設置用治具の上面図である。
【図１０】実施例１に係るモールドの作製工程である。
【図１１】実施例１に係るマイクロ流路デバイス作製工程である。
【図１２】実施例１に係る樹脂基板にモールドをセットした状態の上面図である。
【図１３】実施例２に係る樹脂基板にモールドをセットした状態の上面図である。
【図１４】実施例４に係るマイクロ流路デバイス作製工程である。
【図１５】実施例４に係るモールド設置用治具の上面図である。
【図１６】実施例５に係るマイクロ流路デバイス作製工程である。
【図１７】実施例５に係るモールドに樹脂基板をセットした状態の上面図である。
【図１８】実施例６に係るモールドに樹脂基板をセットした状態の上面図である。
【図１９】実施例８に係るマイクロ流路デバイス作製工程である。
【図２０】実施例８に係る樹脂基板設置用治具の上面図である。
【図２１】従来のマイクロ流路デバイスの構造を示す図である。
【図２２】従来のホットエンボス法によるマイクロ流路デバイスの作製工程である。
【符号の説明】
【０１２３】
１    モールド
３    樹脂基板
５    蓋材
９    モールド設置用治具
１１    樹脂基板設置用治具
【図１】
2008132543.tif 000003
【図２】
2008132543.tif 000004
【図３】
2008132543.tif 000005
【図４】
2008132543.tif 000006
【図５】
2008132543.tif 000007
【図６】
2008132543.tif 000008
【図７】
2008132543.tif 000009
【図８】
2008132543.tif 000010
【図９】
2008132543.tif 000011
【図１０】
2008132543.tif 000012
【図１１】
2008132543.tif 000013
【図１２】
2008132543.tif 000014
【図１３】
2008132543.tif 000015
【図１４】
2008132543.tif 000016
【図１５】
2008132543.tif 000017
【図１６】
2008132543.tif 000018
【図１７】
2008132543.tif 000019
【図１８】
2008132543.tif 000020
【図１９】
2008132543.tif 000021
【図２０】
2008132543.tif 000022
【図２１】
2008132543.tif 000023
【図２２】
2008132543.tif 000024