立 S22－13

シンクロトロン放射光を用いた New micro well device の開発 その 2
Development of new micro well device with X-ray Lithography using
Synchrotron Radiation (Part 2)
藤橋 政人, 黒川 正也
Masato FUJIHASHI and Masaya KUROKAWA
スターライト工業株式会社 営業本部 商品企画室 商品開発５チーム
Product Development Team 5, Products Planning Department, Sales Division, Starlite Co.,Ltd.
数十μm から数百 mm の正確な微細構造を有するプラスチック製のマイクロデバイスを LIGA プロセスで製作する技術を開発している。SR 露光プロセスにて、PMMA 基板上に微細な三次元形状を製作する検討を行っている。本検討ではウエルの形状と配置を制御することで最密充填ウエル構造からなる新しいマイクロウエルデバイスの作製技術開発について検討を行った。
Plastic microdevices having precise fine structures of range from several ten micrometers to several hundred
micrometers have been developed by LIGA (Lithographie Galvanoformung Abformung) process technology.
Development of patterning technology for fine three-dimensional structures on the polymethylmethacrylate(PMMA) plate has been conducted using the synchrotron radiance. In this paper, the closest packing
conditions of wells were studied with patterning some well-forms and those well-layouts for a new
microwell- device.
背景と研究目的： 射出成形で製作したマイクロデバイスの市場の 1 つとして、バイオ関連市場が挙げられる。射出成形で数十μmから数百μmの微細な形状を有するマイクロデバイスを射出成形金型からスムースに離型させるには、この微細形状の側壁に、その形状に依存した側壁傾斜（射出成形では抜き勾配に相当）を設ける必要がある。我々は現在までにシンクロトロン放射光（SR）露光において移動マスク法を使用することで任意の側壁傾斜を形成できることを確認している。
バイオ関連市場におけるマイクロデバイスの1 つとして DNA チップに代表されるようなウエル系のデバイスが考えられる。ウエル系のデバイスにおいては、各ウエルに 1 細胞を導入して測定するといった手法が考えられる。そこで問題になるのは、ウエル部以外の場所（ウエル－ウエルの間）に細胞がくっついてしまうことである。そのため、ウエル－ウエル間の距離が極力無いマイクロウエルデバイスの開発が重要になってくると考えられる。
「シンクロトロン放射光を用いた New micro well device の開発」1)では四角形のウエルを格子状に配置することで、ウエル間の隙間をゼロにする検討を行ったが、X線マスクに形成した各ウエルのコーナーR ならびにウエルレイアウトの影響で、PMMA 基板上に未露光部分が存在する結果となってしまった。
そこで本報では、ウエルの形状とその配置位置を考慮して、最密にウエルが充填されたマイクロウエルデバイス形状の形成を試みた。

Fig. 1. X-ray LIGA process.

実験： X-ray LIGA(Lithographie GalvanoformungAbformung)プロセスを図1に示す。本報では図１に示すようにSRからのX線を用いてNi電鋳用のPMMAマスターとして使用するためのPMMA基板の製作を検討した。
本検討で PMMA 基板に露光するマイクロウエルのレイアウトを図 2 に示す。ウエルを最密充填するためにパターン 1 は四角形、パターン 2は六角形として、両パターンともにウエルを千鳥構造状に配置した。ウエル幅 50μm、深さ 30μm、ウエル間ピッチ 50μm（ウエル間の隙間 0）,傾斜角 22°とし、PMMA 基板に形成した形状をレーザ顕微鏡で観察した。

表 1 に示した X 線マスクを用いて移動量を 0～10μm でマスクを移動させて、PMMA 基板に形成したウエル形状を図 3 に示す。
Movingdistance

Pattern 1

Pattern 2AB04286482850010--depth ： 30um1)
A : Well demension1)
B : Distance between wells

Unite [um]Fig. 3. Laser microscopy photographs of wells layout formed on
the PMMA plate.

Fig. 2. Concepts of microwells layout on PMMA plate.
図 2 に示したマイクロウエル形状を形成するために、X 線マスクのウエル開口幅を 42μm、X線マスクの移動量を 8μm にて X 線マスクを移動させ 1)、所定の DOSE にて SR 露光を行った。
結果、および、考察： 表 1 に作製したX線マスクのレーザ顕微鏡写真を示す。開口部の幅は両パターンともに 42μmであった。
Table. 1. Laser microscopy photographs of well patterns
formed on the X-ray mask.

PhotographNo.

W ell dimension

Pattern 1

Pattern 242um

42um

42 um

42 um

マスク移動量が 8μm の時にウエル間の間隔が 0になり、所望する形状を形成することができた。
全露光エリア内での未露光による PMMA 基板天面の面積を表 2 に示す。六角形のウエルを千鳥構造に配置することで四角形のウエルよりも最密に充填されたウエルパターンを形成することができた。計算値よりも実測値が大きくなった
理由として、X 線マスクに形成した各ウエルに存在するコーナーR を解消できなかったためであると考えている。
Table. 2. Comparison of Pattern 1 and Pattern 2.
No.

Pattern 1

Pattern 2

Calculated

6.9

2.9

Observated27.522.9
Unite [um]今後の課題： 今回の検討によって、六角形のウエルを千鳥構造状に配置したときに最密充填されたウエル構造を形成できた。今後は、さらに未露光部分の面積を減少させるため、X線マスクに生じるウエルのコーナーRを解消する検討を行う予定である。
参考文献：
1) M.
Fujihashi,
andM.
Kurokawa,
Nanotechnology Researchers Network Project,
Technical Reports 2010 in the SR CENTER ofRitsumeikan University (2010) in press.