(57)【要約】      （修正有）【課題】流体を流すにあたって流路が破損することを抑制することができる微細流路および流路製造方法を提供する。【解決手段】流体を流すための流路において、基板１と前記基板上にパターンニングされた吸光層２と前記基板１および前記吸光層２上に設けられたネガ型感光性樹脂１１の内部に形成した断面が丸みを帯びた形状である空孔１２を備え、前記空孔１２は前記パターニングされた吸光層２上のネガ型感光性樹脂１１を基板垂直方向および傾斜方向より露光を行い形成する。【選択図】図５
2008213101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を流すための微細な流路において、
基板と、
前記基板上にパターニングされた吸光層と、
前記基板および前記吸光層上に設けられた樹脂層と、
前記樹脂層内部に設けられた空孔と、を備え、
前記基板表面は露光光を反射する反射面であり、
前記樹脂層はネガ型感光性樹脂であること
を特徴とする流路。
【請求項２】
請求項１に記載の流路であって、
空孔は、断面が丸みを帯びた形状の空孔であること
を特徴とする流路。
【請求項３】
流体を流すための微細な流路の製造方法において、
基板上に吸光層をパターニングする工程と、
前記吸光層がパターニングされた基板に、ネガ型感光性樹脂を塗布し、樹脂層を形成する工程と、
前記樹脂層に、遮光層がパターン形成されたフォトマスクを密着させる工程と、
前記フォトマスク側から、基板垂直方向から傾斜させて露光を行う工程と、
前記露光工程と異なる傾斜角度で露光を行う工程と、
露光後の前記樹脂層を現像処理する工程と、
を備えたことを特徴とする流路製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の流路製造方法であって、
樹脂層にフォトマスクを密着させる工程のとき、フォトマスクと樹脂層との間に、液体を注入すること
を特徴とする流路製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細な流路および該流路の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いて微細な流路を製造することが提案されている。このような微細な流路は、極少量の流体を個別に流入させることが求められる分野、例えば、バイオセンサ、燃料電池、マイクロリアクタ、液滴噴射装置ノズルなど様々な分野に用いることが期待されている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、液滴噴射装置の記録ヘッドを製造する方法として、露光光と感光性樹脂を用いて製造する方法が提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００７−００７８４２号公報
【特許文献２】特開平８−１７４８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、流路において流体が流れる空孔が多種の材料間の間隙である場合、流体を流すに当たって流路が材料と材料の接触面から破損する恐れがある。
【０００５】
そこで、本発明は、流体を流すに当たって流路が破損することを抑制することが出来る流路および流路製造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】
【０００６】
請求項１に記載の本発明は、流体を流すための微細な流路において、基板と、前記基板上にパターニングされた吸光層と、前記基板および前記吸光層上に設けられた樹脂層と、前記樹脂層内部に設けられた空孔と、を備え前記基板表面は露光光を反射する反射面であり、前記樹脂層はネガ型感光性樹脂であることを特徴とする流路である。
【０００７】
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の流路であって、空孔は、断面が丸みを帯びた形状の空孔であることを特徴とする流路である。
【０００８】
請求項３に記載の本発明は、流体を流すための微細な流路の製造方法において、基板上に吸光層をパターニングする工程と、前記吸光層がパターニングされた基板に、ネガ型感光性樹脂を塗布し、樹脂層を形成する工程と、前記樹脂層に、遮光層がパターン形成されたフォトマスクを密着させる工程と、前記フォトマスク側から、基板垂直方向から傾斜させて露光を行う工程と、前記露光工程と異なる傾斜角度で露光を行う工程と、露光後の樹脂層を現像処理する工程と、を備えたことを特徴とする流路製造方法である。
【０００９】
請求項４に記載の本発明は、請求項３に記載の流路製造方法であって、樹脂層にフォトマスクを密着させる工程のとき、フォトマスクと樹脂層との間に、液体を注入することを特徴とする流路製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の流路は、ネガ型感光性樹脂の内部に空孔を形成したことを特徴とする。本発明の構成では、流体が流れる空孔はネガ型感光性樹脂にて一体成形されている。このため、流体を流すに当たって流路が材料と材料の接触面から破損する恐れがなく、流路が破損することを抑制することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の流路について説明を行う。
本発明の流路は、
流体を流すための微細な流路において、
基板と、
前記基板上にパターニングされた吸光層と、
前記基板および前記吸光層上に設けられた樹脂層と、
前記樹脂層内部に設けられた空孔と、を備え、
前記基板表面は露光光を反射する反射面であり、
前記樹脂層はネガ型感光性樹脂であること
を特徴とする。
【００１２】
本発明の流路は、ネガ型感光性樹脂の内部に空孔を形成したことを特徴とする。本発明の構成では、流体の流れる空孔はネガ型感光性樹脂にて一体成形されている。このため、流体を流すに当たって流路が材料と材料の接触面から破損する恐れがなく、流路が破損することを抑制することが出来る。
【００１３】
また、本発明の流路において、空孔は、断面が丸みを帯びた形状の空孔であることが好ましい。
一般に、流路を流れる流体の流速は、流路の壁面に近いほど遅くなる。このため、流路の断面形状が角ばった形状のとき、流路の断面の中心部と比較して角を成す部分の流速は低下し、流路の断面積に対する流量の効率は低下する。
空孔を、丸みを帯びた形状とすることにより、流路の断面形状において角ばった部位がなくなり、流路内で流速を均一化させることが出来る。このため、流路の断面積に対する流量の効率を向上させることが出来る。
【００１４】
以下、本発明の流路製造方法について説明を行う。
本発明の流路製造方法は、
基板上に吸光層をパターニングする工程と、
前記吸光層がパターニングされた基板に、ネガ型感光性樹脂を塗布し、樹脂層を形成する工程と、
前記樹脂層に、パターン形成されたフォトマスクを密着させる工程と、
前記フォトマスク側から、基板垂直方向から傾斜させて露光を行う工程と、
前記露光工程と異なる傾斜角度で露光を行う工程と、
露光後の樹脂層を現像処理する工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００１５】
＜基板上に吸光層をパターニングする工程＞
まず、基板上に吸光層をパターニングする。
【００１６】
基板は、吸光層が積層される側の基板表面が後述する露光工程で用いる露光光を反射する反射面であることが求められる。例えば、鏡面研磨加工を施したシリコン基板などを用いても良い（図１）。
【００１７】
吸光層は、後述する露光工程で用いる露光光を吸光する材料を積層することが求められる。例えば、露光光としてｉ線を用いる場合、窒化クロムを用いても良い。
また、吸光層を基板に積層する方法としては、適宜公知の薄膜形成法を用いて良い。例えば、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、スピンコート法、スリットコート法、スプレーコート法、ディップコート法などを用いても良い。
【００１８】
吸光層をパターニングする方法としては、適宜公知のパターン形成方法を用いて良い。例えば、リソグラフィ技術およびエッチング技術を組み合わせる方法、メタルマスクを用いる方法などを用いて良い。
【００１９】
＜樹脂層を形成する工程＞
次に、吸光層をパターニングした側の基板表面に樹脂層を形成する。
【００２０】
樹脂層は、後述する露光工程で用いる露光光により硬化するネガ型感光性樹脂であることが求められる。このとき、用いる露光光に応じて適宜公知のネガ型感光性樹脂を選択してよい。
【００２１】
樹脂層を積層する方法としては、適宜公知の薄膜形成法を用いてよい。例えば、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、スピンコート法、スリットコート法、スプレーコート法、ディップコート法などを用いても良い。
【００２２】
＜パターン形成されたフォトマスクを密着させる工程＞
次に、あらかじめパターン形成が施されたフォトマスクを塗布した樹脂層に密着させる。
【００２３】
このとき、フォトマスクと樹脂層との間に、液体を注入することが好ましい。液体を注入することにより、樹脂層とフォトマスクとを液体の表面張力により保持することが出来る。このため、液体を注入することで、樹脂層とフォトマスクとを好適に密着させることが出来る。注入する液体は、樹脂層に干渉しないものであることが好ましい。例えば、前記液体として純水などを用いても良い。
【００２４】
フォトマスクは、後述する露光工程で用いる露光光に対応するものであれば良く、少なくとも、露光光を透過する透過層と、露光光を遮光する遮光層を備えたものであれば良い。また、用いる露光光に応じて適宜公知の方法を用いて設計・製造を行ったものを用いて良い。例えば、石英基板に露光光を遮光する遮光層をパターニングしたものを用いても良い（図２）。
【００２５】
フォトマスクの遮光層パターンは、上述した吸光層パターンと対応するものであり、フォトマスクを樹脂層に密着させたとき基板上に形成された吸光層パターンと対向するように形成される。
【００２６】
＜基板垂直方向から傾斜させて露光を行う工程＞
次に、露光光の照射方向を基板垂直方向から傾斜させながら、フォトマスク側から露光光を照射し、樹脂層を感光させる。
【００２７】
このとき、フォトマスクの透過層を通過した露光光のうち、基板表面の反射面に照射されたものは、露光光の傾斜角度に応じて反射する。このため、露光光は、基板上の吸光層パターンと、フォトマスクに形成された遮光層パターンと、に挟まれた領域の一部を感光する。
図３に基板垂直方向から正方向に４５°傾斜させて露光する場合の一例を示す。
【００２８】
＜異なる傾斜角度で露光を行う工程＞
次に、上述した露光工程と異なる傾斜角度で露光を再度行う。
【００２９】
このとき、上述の露光工程と同様に、露光光は、基板上の吸光層パターンと、フォトマスクに形成された遮光層パターンと、に挟まれた領域の一部を感光する。よって、樹脂層において、未硬化の部位は、基板上の吸光層パターンと、フォトマスクに形成された遮光層パターンと、に挟まれた領域の中心部となる。
図４に基板垂直方向から正方向に４５°傾斜させて露光した後、負方向に４５°傾斜させて再度露光した場合の一例を示す。図４において、未硬化の部位は基板上の吸光層パターンと、フォトマスクに形成された遮光層パターンと、に挟まれた領域の中心部である。
ここで、「正方向」、「負方向」とは絶対的な方向ではなく、互いの露光方向が相対的に異なる方向であることを示すものである。
【００３０】
＜樹脂層を現像処理する工程＞
次に、樹脂層を現像処理する。
【００３１】
現像処理の方法は、樹脂層に用いたネガ型感光性樹脂に応じて適切な方法を用いれば良い。
【００３２】
現像処理を行うことにより、樹脂層において、未硬化の部位を選択的に除去することが出来る。上述した複数回の露光工程により、樹脂層において未硬化の部位は、基板上の吸光層パターンと、フォトマスクに形成された遮光層パターンと、に挟まれた領域の中心部であり、現像処理を行うことにより、樹脂層内部に選択的に空孔を形成することが出来る。
【００３３】
このとき、空孔の経路は、基板上の吸光層パターン／フォトマスクに形成された遮光層パターンに対応するため、該パターンに併せて設計することが出来る。
また、空孔の寸法は、パターン線幅、樹脂層の膜厚、露光光の傾斜角度などを制御することにより、任意の寸法を設計することが出来る。
【００３４】
また、現像液を用いて現像処理を行った場合、未硬化の部位を除去すると、形成された空孔は、断面が丸みを帯びた形状の空孔となる。空孔を、丸みを帯びた形状とすることにより、流路の断面形状において角ばった部位がなくなり、流路内で流速を均一化させることが出来る。このため、流路の断面積に対する流量の効率を向上させることが出来る。
【００３５】
以上より、本発明の流路を製造することが出来る。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明の流路製造方法について実施の一例を示す。当然のことながら、本発明の流路製造方法は下記実施例に限定されるものではない。
【００３７】
まず、基板表面はｉ線に対しての反射面として作用するように鏡面研磨加工が行われている４インチベアシリコン基板を用意した。
【００３８】
次に、４インチベアシリコン基板と同じ形状をしたメタルマスクを用意し、メタルマスクと４インチベアシリコン基板とをオリエンテーションフラット同士の重なりを確認して重ね合わせ、メタルマスク側から窒化クロムをスパッタリングすることにより、４インチベアシリコン基板上にパターニングされた吸光層を形成した。
このとき、形成された吸光層パターンは、ラインパターンを７本、ピッチ１０ｍｍ、膜厚２００ｎｍ、線幅５００μｍ、長さ５０ｍｍ、であった（図１）。
【００３９】
次に、吸光層パターンが形成された側から、スピンコーティング法を用いて、ネガ型感光性樹脂（化薬マイクロケム株式会社製、商品名：ＳＵ−８  ３０３５）を塗布し、樹脂層を形成した。このとき、樹脂層の膜厚は２５０μｍであった。
【００４０】
次に、吸光層パターンに対応する遮光層パターンを石英基板上に備えたフォトマスクを用意した。このとき、遮光層パターンは、ラインパターンを７本、ピッチ１０ｍｍ、膜厚２００ｎｍ、線幅５００μｍ、長さ５０ｍｍ、であった（図２）。
【００４１】
次に、樹脂層が形成された側に上記フォトマスクを密着させた。このとき、基板とフォトマスクとのアライメントには光学顕微鏡を用いた。
【００４２】
次に、基板を正方向に４５°傾斜させ、フォトマスク側から、ｉ線（高圧水銀ランプ）を用いて露光を行った（図３）。
【００４３】
次に、基板を負方向に４５°傾斜させ、フォトマスク側から、ｉ線（高圧水銀ランプ）を用いて露光を行った（図４）。
このとき、正方向、負方向の二回の露光において、露光量の合計は、５００ｍＪ／ｃｍ２であった。
【００４４】
次に、現像処理を行った。現像は、基板を現像液（化薬マイクロケム株式会社製、商品名：ＳＵ−８  Ｄｅｖｅｌｏｐｅｒ）に浸漬することにより行った。
【００４５】
以上より、空孔の直径が１７５μｍである流路を７本、製造することが出来た（図５）。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の流路／流路製造方法は、極少量の流体を個別に流入させることが求められる分野に広範に用いることが期待でき、例えば、バイオセンサ、燃料電池、マイクロリアクタ、液滴噴射装置ノズルなど様々な分野に用いることが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の流路製造方法に用いる基板の一例を示す図である。
【図２】本発明の流路製造方法に用いるフォトマスクの一例を示す図である。
【図３】本発明の流路製造方法において、正方向に４５°傾斜して露光を行う工程を示す図である。
【図４】本発明の流路製造方法において、負方向に４５°傾斜して露光を行う工程を示す図である。
【図５】本発明の流路の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…ベアシリコン基板鏡面研磨面による反射面
２…パターニングされた吸光層
３…合成石英基板による透過層
４…パターニングされた遮光層
５…ネガ型感光性樹脂層の未露光部分
６…正方向４５°入射光（底面吸収光）
７…正方向４５°入射光（底面反射光）
８…ネガ型感光性樹脂層の露光部分
９…負方向４５°入射光（底面吸収光）
１０…負方向４５°入射光（底面反射光）
１１…現像後のネガ型感光性樹脂層
１２…空孔
【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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