(57)【要約】【課題】  パウダーブラスト法を用いて複数の円錐形状を有するマイクロ構造体の製造方法を提供する。【解決手段】  パウダーブラスト法によるマイクロ構造体の製造方法において、被加工材表面上に金属微粒子分散液を含むポリウレタン樹脂組成物からなるマスク材を形成し、前記マスク材の少なくとも一部に格子状微細パターンに従ってレーザ光を照射することによって、前記格子状微細パターンに従った凹部と前記凹部以外の孤立した複数の島状部からなる微細パターンを形成し、前記各島状部の略中央部のみを残して周辺部が摩滅するような条件でパウダーブラスト加工し、前記各島状部を除去することを特徴とするマイクロ構造体の製造方法である。【選択図】  図１
2005153124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パウダーブラスト法によるマイクロ構造体の製造方法において、
被加工材表面上に金属微粒子分散液を含むポリウレタン樹脂組成物からなるマスク材を形成し、
前記マスク材の少なくとも一部に格子状微細パターンに従ってレーザ光を照射することによって、前記格子状微細パターンに従った凹部と前記凹部以外の孤立した複数の島状部からなる微細パターンを形成し、
前記各島状部の略中央部のみを残して周辺部が摩滅するような条件でパウダーブラスト加工し、
前記各島状部を除去することを特徴とするマイクロ構造体の製造方法。
【請求項２】
金属微粒子分散液が金微粒子分散液である請求項１記載のマイクロ構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ構造体の製造方法に関し、詳しくは、パウダーブラスト法を用いた、マイクロ構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシンの部品、マイクロセンサーなどの製造において、シリコン、ガラス、セラミックス等材料からなる基板に対する高精度の微細加工技術が求められるようになってきている。パウダーブラスト法は、マスク材を設けた被加工材にノズルから微細砥粒を噴出させ、高速かつ高密度に衝突させることによって機械的に加工する方法であり、前記材料に対してクラックやチッピングの発生の少ない優れた加工性を示す特徴を有する。このため、マイクロ分析チップの設計・試作に必要なガラスチップのラピッドプロトタイピング技術を始めとする数十マイクロメートルオーダーのマイクロ構造体を作製する技術として期待されている。特許文献１には、パウダーブラスト法を用いたＤＮＡ分析用スライドガラスへの微細孔の形成方法が開示されている。
【０００３】
しかし、従来のパウダーブラスト法を用いたマイクロ構造体の製造方法においては、特にマスク材が優れた耐磨耗性を有する場合、加工領域がマスク材のパターンに限定されるため、高アスペクト比の孔等のマイクロ構造は精密に加工できても、マイクロニードルとして有用な円錐形状や段付き形状等のマイクロ構造体を作製することは不可能であるという問題があった。複数の異なるマスク材を用いて複数回のパウダーブラスト処理を行うことによって前記形状を作製することは可能ではあるが、マスク材及び工数が増加することにより、コストが著しく増大する問題があった。
【特許文献１】特開２００３−２６６３１１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、パウダーブラスト法を用いて複数の円錐形状を有するマイクロ構造体の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】
【０００５】
本願請求項１記載の発明は、パウダーブラスト法によるマイクロ構造体の製造方法において、被加工材表面上に金属微粒子分散液を含むポリウレタン樹脂組成物からなるマスク材を形成し、前記マスク材の少なくとも一部に格子状微細パターンに従ってレーザ光を照射することによって、前記格子状微細パターンに従った凹部と前記凹部以外の孤立した複数の島状部からなる微細パターンを形成し、前記各島状部の略中央部のみを残して周辺部が摩滅するような条件でパウダーブラスト加工し、前記各島状部を除去することを特徴とするマイクロ構造体の製造方法である。
【０００６】
請求項２記載の発明は、金属微粒子分散液が金微粒子分散液である請求項１記載のマイクロ構造体の製造方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本願各請求項記載の発明によれば、パウダーブラスト法を用いて、複数の円錐形状を有するマイクロ構造体を簡便に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】
【０００８】
本発明のマイクロ構造体の製造方法においては、まず、図２に示すように、ガラス、シリコン、セラミックス等の材料からなる被加工材２１表面に金属微粒子分散液を含むポリウレタン樹脂組成物からなるマスク材２を形成する。
【０００９】
金属微粒子分散液は、粒径１００ｎｍ以下の金、銀、白金、パラジウム等の金属微粒子が溶媒中に分散されたものであって、マトリックス中に金属微粒子分散液を分散させることによって、金属の種類に対応したプラズモン共鳴振動による吸収を示す。
【００１０】
金属微粒子分散液は、特許第２５６１５３７号に開示されたガス中蒸発法、特開平１１−３１９５３８号に開示された金属の塩からの還元析出法等によって作製される。これらの金属微粒子分散液は、特開２００２−１２１６０６号に開示されているように、アルキルアミン、カルボン酸アミド、アミノカルボン酸塩等の分散剤を用いて分散安定性を増大させることもできる。金属の種類としては、低出力のグリーンレーザの波長に対応する吸収を示す金微粒子が最も好ましい。
【００１１】
ポリウレタン樹脂組成物は、ポリオールとイソシアネートの重付加反応によって生成される。ポリオールの種類としては、アクリル系、ポリエステル系、ポリエーテル系、フッ素系等がある。
【００１２】
アクリル系ポリオールは、例えば、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸４−ヒドロキシブチル等の水酸基を有する（メタ）アクリル系単量体と、（メタ）アクリル酸等のカルボキシル基を有する（メタ）アクリル系単量体、及び（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸ブチル、（メタ）アクリル酸イソブチル、（メタ）アクリル酸ラウリル等のエステル基を有する（メタ）アクリル系単量体を共重合させることによって得られる。
【００１３】
ポリエステル系ポリオールは、例えば、アジピン酸、ヘキサメチレンジカルボン酸、イソフタル酸、オルトフタル酸からなる群から選ばれた一種または二種以上のジカルボン酸と、１，６−ヘキサンジオール、エチレングリコール、プロピレングリコール、及びテトラメチレングリコール、カプロラクトンジオールからなる群から選ばれた一種または二種以上のジオールとから形成されたポリエステル単位を主鎖に含み、少なくとも主鎖両末端に水酸基を有するものが使用できる。
【００１４】
イソシアネートの種類としては、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、ｍ−フェニレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、１，４−シクロヘキシレンジイソシアネート、４，４’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、３，３’−ジメチル −４，４’−ビフェニレンジイソシアネート、３，３’−ジメトキシ −４，４’−ビフェニレンジイソシアネート、３，３’−ジクロロ−４，４’−ビフェニレンジイソシアネート、１，５−ナフタレンジイソシアネート、１，５−テトラヒドロナフタレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートなどが用いられ、特に限定されるものではない。
【００１５】
前記金属微粒分散液、ポリオール、及びイソシアネートを、トルエン、ｐ−キシレン等の溶剤に混合することにより、ペーストを作製する。金属微粒子分散液の配合量は特に限定されるものではないが、ポリウレタンマトリックス中での均一な分散を考慮すれば、５ｗｔ％〜２０ｗｔ％が好ましい。このペーストは、スピンコータ、アプリケータ等を用いて被加工材上に塗布され、塗布後、加熱乾燥され、被加工材上にマスク材が形成される。マスク材の膜厚は、３０μｍ〜１００μｍ程度が好ましい。
【００１６】
金属微粒子は、ポリウレタン樹脂組成物内において、金属の種類に特有のプラズモン共鳴振動による吸収、例えば金微粒子の場合は、５３０ｎｍ付近に極大を有する吸収を示すため、前記パウダーブラスト用積層物にマスク材の側から波長５３２ｎｍのグリーンレーザ光を所定の格子状微細パターンに従って集光照射すれば、金微粒子が吸収した光エネルギーが熱エネルギーに変換され、マスク材２に格子状微細パターンに従って凹部が形成される。
【００１７】
ここで格子状微細パターンは、例えば図３に示すものが用いられる。幅ｇの格子状パターンに従ってレーザ光を集光照射することによって、幅ｇの凹部及び幅ｗの複数の孤立した島状部を形成する。ここで幅ｇは３０μｍ〜１００μｍ、幅ｗは３００μｍ〜１ｍｍにそれぞれ設定されるが、後述するように、これらの値は最終的にマスク材の材料及び膜厚、並びにブラスト加工条件との関係において設定される。
【００１８】
マスク材への微細パターンの作製には、例えば図４に示す装置が用いられる。レーザ光源１１としては、出力数十ミリワット程度の、例えば波長５３２ｎｍのグリーンレーザが好適に用いられる。レーザ光１２は複数のミラー１３及びハーフミラー１４を介して、マスク材２が載置された光学顕微鏡１５内に導かれる。モーター駆動により３次元方向に移動可能なＸＹＺステージ１６上に載置された基板１上のマスク材２の表面は、直上の対物レンズ１７及びＣＣＤカメラ１８を通してＴＶモニター１９で、あるいは図示しない接眼レンズを通して肉眼で観察される。レーザ光１２を遮断した状態でマスク材２の表面の状態を確認した後、マスク材２にレーザ光１２を導入する。レーザ光１２は対物レンズ１７によってマスク材２上で最小１μｍ程度にまで絞り込まれる。マスク材２の表面をＴＶモニター１９で観察しながら、ＸＹＺステージ１６をＸＹ方向に所定の格子状微細パターンに従って駆動し、マスク材２上に格子状微細パターンに従った凹部及び島状部が形成される。
【００１９】
マスク材２への格子状微細パターンの形成に続き、パウダーブラスト法によって、被加工材にマイクロ構造体を製造する。図５にマイクロ構造体の製造工程の概略図を示す。図５（ａ）に示すように、被加工材２１とその表面に形成される凹部２２と島状部２３からなるマスク材２に向けて、パウダーブラスト装置の直径５〜１０ｍｍのノズル２４から、圧縮空気等のキャリヤガスの作用により、ブラスト材２５を０．５〜５ｋｇ／ｃｍ2のブラスト圧で噴出させる。
【００２０】
ブラスト材２５には、シリカ、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素等の直径５μｍから２０μｍの微粉末が好適に用いられる。固定したノズル２４からブラスト材２５を噴出させながら、被加工材２１が載せられた台が一方向に走査され、格子状微細パターン全面にブラスト材２５が投射される。
【００２１】
図５（ｂ）に示すように、ブラスト材２５の作用により、凹部２２直下の被加工材２１をブラスト加工し、さらに各島状部２３をその略中央部のみを残して周辺部を摩滅させ、摩滅した各島状部２３周辺部直下の被加工材２１をブラスト加工する。ここで、凹部２２直下の被加工材２１と、各島状部２３周辺部直下の被加工材２１との間には、ブラスト材２５の作用に差異が存在するため、その差異の程度に応じて被加工材２１に対するブラスト加工の程度が異なり、その結果円錐状マイクロ構造体２６が作製される。
【００２２】
所望の円錐状マイクロ構造体２６を作製するためには、マスク材２の材料及び膜厚、凹部２２の幅ｇ、島状部２３の幅ｗ、ブラスト材２５の材料及び粒径、ブラスト圧、及び走査回数の各条件の内、少なくともいずれか一つの条件を調整することによって最適条件が決定される。
【００２３】
ブラスト加工後、残存した島状部２３を除去することによって、図５（ｃ）に示す円錐状マイクロ構造体２６が得られる。残存した島状部２３は、その表面にテープを貼り付けてそれを剥離することによって除去される。あるいはマスク材２が溶解する溶媒に被加工材２１を浸漬してもよい。
【実施例】
【００２４】
トルエンに溶解されたアクリル系ポリオール／イソシアネート（大日本インキ化学工業社製アクリディック）に、ポリオール／イソシアネートに対する濃度が１７ｗｔ％となるように濃度約２０ｗｔ％の金微粒子分散液（真空冶金社製パーフェクトゴールド）を混合し、ペーストを作製した。
【００２５】
前記ペーストを被加工材であるガラス基板上にアプリケータを用いて展開して、８０℃で３０分間加熱、乾燥し、厚さ５０μｍのマスク材を形成した。
【００２６】
続いて、前記マスク材に出力２３ｍＷのグリーンレーザ光を６０μｍの幅ｇ及び５００μｍの幅ｗからなる格子状微細パターンに従って集光照射することによって、マスク材に凹部及び島状部を形成した。
【００２７】
ガラス基板をマスク材ごとパウダーブラスト装置（新東ブレータ社製マイクロブラスト装置ＭＢ１型）にセットし、ブラスト材として直径２０μｍの炭化珪素を用いて、投射回数４３回（実施例１）、４５回（実施例２）でそれぞれパウダーブラスト加工を行った。パウダーブラスト加工後、マスク材表面にテープを貼り付けて、それを剥離することによってマスク材を除去した。各実施例の円錐状マイクロ構造体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を図１（ａ）、（ｂ）に示す。パウダーブラストの投射回数の違いにより、マスク材周辺部の摩滅の程度が異なり、それによって異なる円錐形状のマイクロ構造体が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（ａ）実施例１、（ｂ）実施例２の各円錐状マイクロ構造体のＳＥＭ写真である。
【図２】被加工材とマスク材の側面図である。
【図３】マスク材に形成される格子状微細パターンの平面図である。
【図４】マスク材に格子状微細パターンを形成するための光学系の概略図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は円錐状マイクロ構造体の製造工程の概略図である。
【符号の説明】
【００２９】
２  マスク材
２１  被加工材
２２  凹部
２３  島状部
２４  ノズル
２５  ブラスト材
２６  マイクロ構造体
【図１】
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【図２】
2005153124.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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