(57)【要約】本発明はＸ−線工程を用いた微細針アレイの製造方法に関する。本発明は、シリコン基板上に微細針アレイ構造の吸収体を形成してＸ−線マスクを製作する段階と、前記Ｘ−線マスクを用いてＰＭＭＡ上にＸ−線垂直露光および傾斜露光を行って微細針アレイＰＭＭＡ型枠を製作する段階と、前記ＰＭＭＡ型枠上にＰＤＭＳを注いで、反対形状の柔軟性ＰＤＭＳ金型を製作する段階と、前記ＰＤＭＳ金型上にゲル状のポリマーを満たして所望の厚さを形成する段階と、前記ポリマーにＵＶを照射して所望形状の孔をパターニングする段階と、前記ＰＤＭＳ金型を引き離してポリマー材質の微細針アレイを完成する段階とを含む、微細針アレイの製造方法を提供する。本発明による微細針アレイは、ポリマー材質を用いて皮膚から血液を抽出するかまたは皮膚内に薬品を注入することができるように製作される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上に微細針アレイ構造の吸収体を形成してＸ−線マスクを製作する段階と、
前記Ｘ−線マスクを用いてＰＭＭＡ上にＸ−線垂直露光および傾斜露光を行って微細針アレイＰＭＭＡ型枠を製作する段階と、
前記ＰＭＭＡ型枠の上にＰＤＭＳを注いで反対形状の柔軟性ＰＤＭＳ金型を製作する段階と、
前記ＰＤＭＳ金型の上にゲル状のポリマーを満たして所望の厚さに形成する段階と、
前記ポリマーにＵＶを照射して所望形状の孔をパターニングする段階と、
前記ＰＤＭＳ金型を引き離してポリマー材質の微細針アレイを完成する段階と
を含むことを特徴とする、微細針アレイの製造方法。
【請求項２】
前記微細針アレイ構造のＸ−線マスクを製作する段階は、
１００μｍ以下の厚さを持つシリコン基板上に酸化膜（ＳｉＯ<SUB>２</SUB>）を形成して絶縁層を形成する段階と、
前記絶縁層の上にクロム／金（Ｃｒ／Ａｕ）金属層を順に蒸着して、メッキのためのベース基板を形成する段階と、
感光性ポリマー、現像液食刻液を用いて微細針アレイの形状をパターニング（patterning）する段階と、
前記パターニングされた感光性ポリマーを用いて金をメッキした後、パターニングされた感光性ポリマーを除去してＸ−線吸収体を形成し、前記感光性ポリマーを除去する段階と、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の微細針アレイの製造方法。
【請求項３】
前記シリコン基板の代りに、ボロンナイトライド（ＢＮ）または低応力窒化薄膜を有する基板を使用することを特徴とする、請求項２に記載の微細針アレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＩＧＡ工程を用いた微細針アレイに関する。特に本発明は、Ｘ−線傾斜露光を用いて製作效率を高め、人体に無害なポリマーで製作された微細針アレイの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
皮膚から血液を抽出するかまたは皮膚内に外来薬品を注入するためには、半径が数ミリメートルの針を用いるかまたは鋭いナイフを用いた。しかし、このような技術は、皮膚に過度な傷を生じさせ、検査体に苦痛を加えることになる。例えば、糖尿病のような特異な疾病において、血液に含まれたグルコース量を常に検査する必要がある。このような装置を使う場合、患者は、頻繁な血液の測定により傷を受けるので、採血による苦痛で測定に拒否感を感じる。また、一定の時間の間隔で薬品を人体に投入する場合、従来の針は衝撃等の外部環境に露出されて患者を危なくすることが生じる。
【０００３】
このような欠点を補完するために、数百マイクロメートルの高さの針をアレイで製作して、痛点の刺激を緩和する微細針を製作する方法が下記のような非特許文献に開示されている。
【０００４】
このように、多くの論文を通じて発表された微細針の製作工程は、シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ）あるいはガラスを使用する半導体工程によって製作される。
【０００５】
しかし、半導体工程に使われる有毒性の薬品は、微細針に含まれて人体に害を及ぼす。また、衝撃などによって鋭い針が破壊されれば、破壊された破片が人体の血流に含まれて血流を塞ぐ深刻な問題を引き起こす。また、シリコンまたはガラスを使う場合、製作工程が複雑で製作価格が非常に高い問題がある。
【非特許文献１】Ｂｏｒｉｓ  ＳｔｏｅｂｅｒおよびＤｏｒｉａｎ  Ｌｉｅｐｍａｎｎ発表、「Ｆｌｕｉｄ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅｎｅｅｄｌｅ」、フランスのリヨンで開けられた第１回国際「ＩＥＥＥ−ＥＭＢＳ  Ｓｐｅｃｉａｌ  Ｔｏｐｉｃ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ」、２０００年１０月１２〜１４日、ｐｐ．２２４−２２８
【非特許文献２】Ｊ．Ｇ．Ｅ．  Ｇａｒｄｅｎｉｅｒｓ、Ｊ．Ｗ．  Ｂｅｒｎｓｃｈｏｔ、Ｍ．Ｊ．  ｄｅＢｏｅｒ、Ｙ．  Ｙｅｓｈｕｒｕｎ、Ｍ．  Ｈｅｆｅｔｚ、Ｒ．ｖａｎ'ｔ  Ｏｅｖｅｒ、およびＡ．  ｖａｎｄｅｎＢｅｒｇ．著、「Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  ｈｏｌｌｏｗ  ｍｉｃｒｏｎｅｅｄｌｅｓ  ｆｏｒ  ｔｒａｎｓｄｅｒｍａｌ  ｌｉｑｕｉｄ  ｔｒａｎｓｆｅｒ」、学術誌「ＭＥＭＳ」、２００２年２月号のｐｐ．１４１−１４４
【非特許文献３】ＰａｔｒｉｃｋＧｒｉｓｓ、およびＧｏｒｏｎ  Ｓｔｅｍｍｅ著、「Ｎｏｖｅｌ，  ｓｉｄｅ  ｏｐｅｎｅｄ  ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ  ｍｉｃｒｏｎｅｅｄｌｅｓ  ｆｏｒ  ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  ｔｒａｎｓｄｅｒｍａｌ  ｉｎｔｅｒｆａｃｉｎｇ」、学術誌「Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ」、２００２年２月号、ｐｐ．４６７−４７０、図３ａ〜図３ｆ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明はこのような従来の欠点を克服するために、ＬＩＧＡ工程、すなわちＸ−線露光を用いてＰＭＭＡ型枠およびＰＤＭＳ金型を製作し、このＰＤＭＳ金型を用いてポリマーで製作された微細針アレイを提供して製作效率を高め、人体に害を及ぼさないことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を果たすために、本発明は、シリコン基板上に微細針アレイ構造の吸収体を形成してＸ−線マスクを製作する段階と、前記Ｘ−線マスクを用いてＰＭＭＡ上にＸ−線垂直露光および傾斜露光を行って微細針アレイＰＭＭＡ型枠を製作する段階と、前記ＰＭＭＡ型枠上にＰＤＭＳを注いで、反対形状の柔軟性ＰＤＭＳ金型を製作する段階と、前記ＰＤＭＳ金型上にゲル状のポリマーを満たして所望の厚さに形成する段階と、前記ポリマーにＵＶを照射して所望形状の孔をパターニングする段階と、前記ＰＤＭＳ金型を引き離してポリマー材質の微細針アレイを完成する段階とを含むことを特徴とする、微細針アレイの製造方法を提供する。
【０００８】
本発明の実施形態によると、前記微細針アレイ構造のＸ−線マスクを製作する段階は、１００μｍ以下の厚さを持つシリコン基板上に酸化膜（ＳｉＯ<SUB>２</SUB>）を形成して絶縁層を形成する段階と、前記絶縁層上にクロム／金（Ｃｒ／Ａｕ）金属層を順に蒸着して、メッキのためのベース基板を形成する段階と、感光性ポリマー、現像液食刻液を用いて微細針アレイの形状をパターニング（ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）する段階と、前記パターニングされた感光性ポリマーを用いて金をメッキした後、パターニングされた感光性ポリマーを除去してＸ−線吸収体を形成し、前記感光性ポリマーを除去する段階とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、添付図面に基づいて本発明の一実施例を詳細に説明する。
【００１０】
ＬＩＧＡ工程は、ドイツ語「Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｅ  Ｇａｌｖａｎｏｆｏｒｍｕｎｇ  Ａｂｆｏｒｍｕｎｇ」の頭文字を取って作った単語であり、英単語の食刻（ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、メッキ（ｅｌｅｃｔｒｏｆｏｒｍｉｎｇ）、射出（ｍｏｌｄｉｎｇ）に相当する。すなわち、ＬＩＧＡ工程は、Ｘ−線を用いた食刻、メッキおよび射出工程により微細構造物を製作する微細加工技術を意味する。
【００１１】
ＬＩＧＡ工程は次のような特性を持っている。一回の工程で製作可能な構造物の高さが数十μｍ〜数ｃｍである。製作された構造物の垂直構造が実現され、垂直壁面の粗さが数百Å程度を示す。構造物の許容誤差を１／１０，０００ｃｍ以下に実現することができる。メッキ、射出（ポリマー、セラミック）の工程によって選択可能な材料が非常に多様である。射出が可能なため、非常に精緻な構造も量産することができ、生産単価が節減される。
【００１２】
このようなＬＩＧＡ工程を実行するためには、特にＸ−線露光および現像段階が重要であり、Ｘ−線露光／現像段階での寸法誤差を最小化するためには、Ｘ−線光源の選択的透過性を制御することができるＸ−線マスクが重要である。すなわち、Ｘ−線マスクは、Ｘ−線食刻（ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）工程において、感光剤（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）とＸ−線光源との間に位置してＸ−線を選択的に透過させる器具である。
【００１３】
ＬＩＧＡ工程において、Ｘ−線が照射される部分は、損失なしによく透過させなければならなく、反対に透過させてはいけない部分は、一定のエネルギー以下でよく遮断しなければならない。
【００１４】
現在、ＬＩＧＡ工程に使われるＸ−線マスクにおいて、基板上には窒化シリコン材質の薄いメンブレイン膜が形成され、その上には金（Ａｕ）材質のＸ−線吸収体が形成されている。窒化シリコン材質のメンブレインは、Ｘ−線をほとんど損失されずに透過させ、Ｘ−線吸収体（absorber）が形成されている部分は、Ｘ−線を透過させずに、吸収体がない部分はＸ−線をよく透過させることにより、ＰＭＭＡまたは感光膜は露光される。
【００１５】
一方、ＰＭＭＡまたは感光膜試片の露光された部位は、現像工程で全く除去されて基板上のメッキ基底層または金属面を露出させ、ここに電気メッキが行われる。
【００１６】
このように、パターンが形成された現像部位に金属（Ｎｉ、ＮｉＰなど）を電気メッキした後、ＰＭＭＡまたは感光膜を除去すると、一回の工程で製作された構造物の表面粗さを数百Å程度まで制御することができる。
【００１７】
図１は、本発明による微細針アレイの（側）断面図である。図１に示すように、本発明による微細針アレイ１５は、皮膚を貫くことができる鋭いチップ１３と、血液を得るためのチャンネル１４とを含む。この鋭いチップ１３は、望ましくは皮膚組職の損傷と苦痛を最小化し得るほどに鋭く形成できる。
【００１８】
図２ａ〜図４ｄは、本発明によるＬＩＧＡ工程を用いた微細針アレイの製造工程を示す図である。
【００１９】
図２ａ〜図２ｇは、シリコン基板上に微細針アレイ構造の吸収体を形成してＸ−線マスクを製作する製造工程を示す図である。まず、図２ａを参照すれば、シリコン基板１（１００μｍ厚さ、＜１００＞方向、Ｎタイプ）またはボロンナイトライド（Ｂｏｒｏｎｅ  ｎｉｔｒｉｄｅ）を硫酸（Ｈ<SUB>２</SUB>ＳＯ<SUB>４</SUB>）、過酸化水素（Ｈ<SUB>２</SUB>Ｏ<SUB>２</SUB>）の１：２希薄液で１２０℃で４０分間洗浄（ｃｌｅａｎｉｎｇ）して、汚染物質である金属残留物、有機物（ｍｅｔａｌ／ｏｒｇａｎｉｃ）を除去する。
【００２０】
図２ｂを参照すれば、シリコン基板１の場合、酸化炉に入れて１０００℃で６時間の間ＤＩ（ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ）ｗａｔｅｒとともに酸化させて、およそ１．２μｍの酸化膜（シリコン酸化物（ＳｉＯ<SUB>２</SUB>−Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｘｉｄｅ））を形成する。酸化膜を被せた後、絶縁性向上と薄膜形成のため、低応力窒化膜（Ｌｏｗ  ｓｔｒｅｓｓ  ｎｉｔｒｉｄｅ）をＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程で４０００Åだけさらに被せることができる。薄膜を形成する低応力窒化膜の場合、シリコン基板１をバルクエッチング（Ｂｕｌｋ  ｅｔｃｈｉｎｇ）して薄膜を形成する。
【００２１】
図２ｃを参照すれば、絶縁層２上にメッキのための基板電極を形成するために、クロム／金（Ｃｒ／Ａｕ）金属層３を順に熱蒸着器（Ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）で蒸着する。クロムは、基板１と金との接着性を向上させるために、電流５０〜６０Ａでおよそ２分間１Å／ｓｅｃの蒸着比率で総２００Åを蒸着し、金は、電流５０〜５５Ａでおよそ１０〜１５分間１〜１．５Å／ｓｅｃの蒸着比率で総２０００Åを蒸着する。
【００２２】
図２ｄを参照すれば、ＡＺ  ９２６０感光性ポリマー４（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）を回転塗布（２００ｒｐｍで４０秒間、１０００ｒｐｍで５秒間）して２３μｍにし、１１０℃で１２０秒間ソフトベーキングを行う。微細針構造のマスクをパターニング（Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）するため、紫外線（ＵＶ）マスクを使用して、８ｍＷ／ｃｍ<SUP>２</SUP>の強さで４分間紫外線露光を行う。ＡＺ  ４００Ｋ現像液で１５分間現像し、水（ＤＩ）で洗浄した後、窒素（Ｎ<SUB>２</SUB>）で乾燥させる。
【００２３】
図２ｅを参照すれば、パターニングされたポリマー４を用いて１．５ｍＡの電流密度でおよそ６時間金をメッキする。図２ｆを参照すれば、アセトンとメタノールでパターニングされたポリマー４を除去する。
【００２４】
一方、図２ｇに示すように、低応力窒化膜が加えられたシリコン基板１の場合、ＫＯＨ溶液でシリコンをエッチングして窒化薄膜を形成する。
【００２５】
このように、図２ａ〜図２ｇの工程により、ＬＩＧＡ工程に利用可能なＸ−線マスクを製作する。
【００２６】
ついで、図３ａ〜図３ｄは、Ｘ−線マスクを用いてＰＭＭＡ上にＸ−線垂直露光および傾斜露光して微細針アレイＰＭＭＡ型枠を製作する製造工程を示す図である。図３ａ〜図３ｄを参照すれば、ＰＭＭＡ（ＰｏｌｙＤｉＭｅｔｈｙｌＳｉｌｏｘａｎｅ）上にＸ−線マスク２０を整列し、Ｘ−線垂直露光７および傾斜露光８を行ってＰＭＭＡ型枠９を製作する。このように製作されたＰＭＭＡ型枠９は、後続工程により形成されるＰＤＭＳ（ＰｏｌｙＤｉＭｅｔｈｙｌＳｉｌｏｘａｎｅ）金型１０のための鋳型であって、ＰＤＭＳの反対形状である。
【００２７】
図４ａ〜図４ｄは、ＰＭＭＡ型枠を用いてポリマー材質の微細針アレイを完成する製造工程を示す図である。図４ａを参照すれば、微細針アレイ１５を得るため、ＰＭＭＡ型枠９と基板１の表面をシラン化（ｓｉｌａｎｉｚａｔｉｏｎ）させてＰＤＭＳ金型１０を固めた後、容易に取り抜けるようにする。シラン化薬品としては、卜リクロロシラン（Ｔｒｉｃｈｌｏｒｏ（３，３，３  Ｔｒｉｆｌｕｏｒｏ  ｐｒｏｐｙｌ）ｓｉｌａｎｅ）であって、およそ１０μｌを真空容器機に入れて８時間の間シルラン化させる。ＰＤＭＳ金型１０の形成は、モノマー（ｍｏｎｏｍｅｒ）と硬化剤（ｃｕｒｉｎｇ  ａｇｅｎｔ）を１０：１で混ぜ合わせて気泡を除去したＰＤＭＳを、あらかじめ作られたＰＭＭＳ型枠９上に注いで製作する。注ぐ過程で生じた気泡を除去し、１００℃およそ１時間熱処理した後、固まったＰＤＭＳ金型１０を引き離せば、ポリマー材質の微細針アレイを製作するための柔軟性金型１０を得ることができる。この際、ＰＤＭＳ金型１０はきれいに引き離されるので、別途の工程なしに、さらに硬化剤を混ぜ合わせたＰＤＭＳを注いで熱処理する工程を繰り返すと、容易に大量の柔軟性金型を得ることができる。
【００２８】
図４ｂを参照すれば、ＰＭＭＡ型枠９で硬化したＰＤＭＳ金型１０を分離する。
【００２９】
図４ｃを参照すれば、ＰＤＭＳ金型１０にポリマー１１、ＳＵ−８（７０ｗｔ％ＥＰＯＮ、３０ｗｔ％ＧＢＬ）を回転塗布（２００ｒｐｍで５秒間、１０００ｒｐｍで３５秒間）するかあるいは直接注入して、およそ５００μｍの容器を形成する。９５℃でプレベーキング（ｐｒｅ−ｂａｋｉｎｇ）を行う。ＳＵ−８が陰性感光剤であるので、容器を作るためのＵＶ（Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ）マスクを用いて、３０００〜４０００ｍＪ／ｃｍ<SUP>２</SUP>の強さで３６５ｎｍ付近で露光する。９５℃でポストベーキング（ｐｏｓｔ  ｂａｋｉｎｇ）を行い、ＰＧＭＥＡ（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ  ｍｏｎｏｍｅｔｈｙｌｅｔｈｅｒ  ａｃｅｔａｔｅ）で１５分間現像して洗浄する。２００℃でハードベーキングを行う。もし、ＵＶエンボシング（ｅｍｂｏｓｓｉｎｇ）、インジェクションモールディング（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｍｏｌｄｉｎｇ）のような技法を用いる場合、それぞれのモールディング（ｍｏｌｄｉｎｇ）技法に適したポリマーを使用する。
【００３０】
図４ｄを参照すれば、感光性ポリマーの場合、ＵＶを照射して所望形態の孔を形成し、現像液と食刻液を用いて微細針アレイの孔形状１６をパターニング（ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）する。ポリマー（１２：ＳＵ−８）の機械的特性を向上させるためにまったく硬化させる。こうして製作された硬化ポリマー１２材質の微細針アレイから柔軟性ＰＤＭＳ金型１０を引き離す。
【００３１】
前述したような製造工程により、図１に示すポリマー材質の微細針アレイ１５を製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上説明したように、本発明による微細針アレイは、ＬＩＧＡ工程により金型に製作され、製作された金型を用いてポリマー材質の微細針アレイを製作する技術を提供する。製作された微細針アレイは、皮膚から血液を抽出する装備、あるいは皮膚を介して薬品を伝達するための装置等に組み合わせられて使用できる。
【００３３】
また、本発明の微細針アレイは、人体に無害なポリマー材質を使用し、苦痛なしに皮膚を貫いて、薬品の注入および血液の抽出を容易に行うことができる。金型を用いた製作技法は生産価格を低め、容易な方法で微細針アレイを大量生産することができる特徴を持っている。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による微細針アレイを示す断面図である。
【図２】図２ａ〜図２ｇは本発明によるＸ−線マスクを製作する製造工程を示す図である。
【図３】図３ａ〜図３ｄは本発明によるＰＭＭＡ型枠を製作する製造工程を示す図である。
【図４】図４ａ〜図４ｄは本発明によるポリマー材質の微細針アレイを製作する製造工程を示す図である。
【図１】
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【国際調査報告】
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