JP2008188953A - プラスチック製スタンパの製造方法、プラスチック製スタンパ、及び、プラスチック製基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機械的特性に優れ、かつ、生産性に優れた、プラスチック成形に使用するスタンパの製造方法を提供する。
【解決手段】板状のプラスチック材料１１に、マザースタンパ１２を密着して固定する工程と、プラスチック材料１１に、マザースタンパ１２を指向して赤外線１９を照射する工程と、プラスチック材料１１にマザースタンパ１２のパターンを転写してプラスチック製スタンパ２１を形成する工程とからなり、スタンパを形成するプラスチック材料１１として、プラスチック成形において成形されるプラスチック材料より、溶融温度の高いプラスチック材料１１を用いることにより、プラスチック製スタンパ２１を製造する。
【選択図】図２

Description

本発明は、プラスチック成形に使用するスタンパの製造方法、及び、プラスチック成形に使用するスタンパ、並びに、このスタンパを用いた微細形状を有するプラスチック製基板の製造方法に係わる。

マイクロ流体チップは、化学・生化学分野において、サンプルの前処理、反応、分離、検出等の操作において用いられている。これらのマイクロ流体チップを用いた操作は、チップ上に集積化したマイクロトータル分析システムにより行われている。

このようなマイクロ流体チップとしては、ガラスやプラスチック製の基板にマイクロメートルからミリメートルサイズの溝や孔を流路や液溜として形成したものがある（例えば、特許文献１参照）。例えば、数センチメートル角の光学的に透明なガラスやプラスチック製チップ上に幅１０〜５００μｍ、深さ１〜５００μmの溝を形成し、この微細流路中で電気泳動操作を行うマイクロ電気泳動チップがある。血液などのサンプルの分析に際しては、該流路にサンプルを注入して、電圧を印加してその反応により分析を行うものである。

マイクロ流体チップを用いたサンプルの観察には、顕微鏡観察を用いるのが主流である。このため、マイクロ流体チップの構成材料がプラスチックである場合、光学的透明性、特に可視光域の透過性を有することが必要となる。このようなプラスチックとしては、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）等のノルボルネン系環状ポリオレフィンがある。

プラスチック製のマイクロ流体チップは、基板上にマイクロメートルサイズの流路を形成したもので、タンパク質やＤＮＡ等の分析に用いられる。このようなプラスチック成形品を作製するには、微細な溝等の構造を有する平板に対して、もう一枚の平板を接合する手法がある。
平板又はペレットを溶融した素材に、所定の微細な溝等の構造を与えるためには、最終形状に対し凹凸を反転した型（スタンパ）が必要である。

このようなマイクロ流体チップの製造に使用するスタンパとしては、半導体の製造技術を応用することによって製造されたシリコン基板やガラス基板が知られている。
また、シリコン基板やガラス基板をマザースタンパとして、電気化学的鋳造法（Ｎｉ電鋳法）により、金属製のスタンパを作製する方法がある。

また、上述のスタンパとして、赤外線を透過可能な光学特性を有するスタンパが提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。
赤外線を透過可能なスタンパを使用することにより、転写面をそなえた基材とスタンパとを密着させた状態で、転写面近傍に赤外線を効率よく吸収させることができる。
このため、赤外線照射によって、プラスチック基材の転写面に、スタンパを通して赤外線照射によるエネルギーを吸収させ、プラスチック基材の転写面近傍を昇温して粘性を低下させることができる。また、スタンパが赤外線を透過することにより、赤外線エネルギーがほとんど吸収されないため、スタンパの冷却を速やかに行うことができ、高速成形に優れる。

特開２０００−３１０６１３号公報 特開２００１−１５８０４４号公報 特開２００１−１５８０４５号公報

しかしながら、シリコン基板やガラス基板は、ガラス及びシリコンの素材が持つ脆弱性という性質のため破損しやすい。また、半導体の製造方法を応用した、フォトリソグラフィ・エッチング法や、マイクロマシーニングプロセスを用いてシリコン基板やガラス基板を製造するため、製造する際の工程数が多く、また、工程が複雑化するため、生産性に劣る。

また、金属製のスタンパでは、フォトリソグラフィ・エッチング法、電気化学的鋳造法、マイクロマシーニングプロセス等を用いて製造するため、スタンパの製造コストが高くなる。
さらに、金属性のスタンパは非透明材料であるため、例えば可視光を利用したスタンパの位置合わせが困難である。

上述した問題の解決のため、本発明においては、低汚染性、離型性に優れ、かつ、安定生産性に優れた、プラスチック成形に使用するプラスチック製スタンパ、スタンパの製造方法、及び、このスタンパを用いた微細形状を有するプラスチック製基板の製造方法を提供するものである。

本発明のプラスチック製スタンパの製造方法は、プラスチック成形に使用するスタンパの製造方法であって、板状のプラスチック材料に、マザースタンパを密着して固定する工程と、プラスチック材料に、マザースタンパを指向して赤外線を照射する工程と、プラスチック材料にマザースタンパのパターンを転写してスタンパを形成する工程とからなり、スタンパを形成するプラスチック材料として、プラスチック成形において成形されるプラスチック材料より、溶融温度の高いプラスチック材料を用いることを特徴とする。

また、本発明のプラスチック製スタンパは、少なくとも一部がフッ素樹脂によって形成されていることを特徴とする。

また、本発明の微細形状を有するプラスチック製基板の製造方法は、板状の第１のプラスチック材料に、マザースタンパを密着して固定する工程と、第１のプラスチック材料に、マザースタンパを指向して赤外線を照射する工程と、第１のプラスチック材料にマザースタンパのパターンを転写してプラスチック製スタンパを形成する工程と、板状の第２のプラスチック材料に、プラスチック製スタンパを密着して固定する工程と、第２のプラスチック材料にプラスチック製スタンパのパターンを転写して、微細形状を有するプラスチック製基板を形成する工程とを有し、第１のプラスチック材料に、第２のプラスチック材料よりも溶融温度の高いプラスチックを用いることを特徴とする。
ここで、本発明で用いるプラスチック材料の溶融温度とは、プラスチック材料が、結晶性樹脂のように融点を持つ場合には融点を意味し、非晶性樹脂のように融点を持たない場合にはガラス転移点を意味する。

本発明のプラスチック製スタンパの製造方法によれば、マザースタンパとプラスチック材料とを密着させた状態で、マザースタンパを指向して赤外線を照射する。これにより、マザースタンパ及びプラスチック材料を加熱することができる。そして、加熱によって粘度が低下したプラスチック材料に、マザースタンパのパターンを転写することができる。

また、本発明のプラスチック製スタンパによれば、溶融温度が高く、赤外線を透過し、離型性にすぐれたフッ素樹脂を用いてスタンパを形成している。このため、成形したプラスチック材料とスタンパとの剥離が容易であり、かつ、汚染し難いため、安定した成形が可能である。

また、本発明の微細形状を有するプラスチック製基板の製造方法によれば、まず、マザースタンパと第１のプラスチック材料とを密着させた状態で、マザースタンパ及びプラスチック材料を指向して赤外線を照射する。これにより、プラスチック材料を加熱し、粘度が低下したプラスチック材料に、マザースタンパのパターンを転写して、プラスチック製スタンパを作製する。そして、このプラスチック製スタンパを第２のプラスチック材料に転写することによって、微細形状を有するプラスチック製基板を製造することができる。

本発明によれば、プラスチック成形に使用するためのスタンパをプラスチック材料で製造することができる。このため、低コストで生産性に優れたプラスチック製スタンパを製造することができる。
また、このプラスチック製スタンパを用いることにより、安定して微細形状を有するプラスチック製基板を製造することができる。

まず、本発明のプラスチック製スタンパの製造方法の一実施の形態を、図１及び図２を用いて説明する。

図１は、本実施の形態のプラスチック製スタンパの製造方法にかかる、プラスチック製スタンパの製造装置１０の構成毎の斜視図である。
製造装置１０は、上部支持枠１４と下部支持枠１５とを有する。そして、上部支持枠１４と下部支持枠１５は、図示しない押圧手段と合わせて精密油圧プレス装置を構成し、上部支持枠１４と下部支持枠１５と間に組みこまれた部材をプレス成形することができる。

製造装置１０の上部支持枠１４と下部支持枠１５との間には、この装置によって成形されてプラスチック製スタンパとなる、円板状のプラスチック材料１１が配置されている。
そして、プラスチック材料１１の上部には、プラスチック材料１１に型を転写するためのパターンを有するマザースタンパ１２が配置されている。さらに、マザースタンパ１２に上部に、透明ヒートシンク１３が接続されている。そして、マザースタンパ１２と透明ヒートシンク１３とを、上部支持枠１４が内側で保持する構造となっている。

さらに、製造装置１０には、上部支持枠１４及び透明ヒートシンク１３の上方に、マザースタンパ１２のパターンをプラスチック材料１１に転写する際に用いる、赤外線照射用の光源１６が設けられている。そして、光源１６からの赤外線が、ランプシェード１７及び光導路１８を通過して、装置の下方に照射される構成となっている。

次に、図２を用いて、上述の製造装置１０を使用し、マザースタンパ１２のパターンをプラスチック材料１１に転写して、プラスチック製スタンパ２１を製造する方法を説明する。
図２は、図１に示した製造装置１０の構成のうち、プラスチック材料１１、マザースタンパ１２、透明ヒートシンク１３、上部支持枠１４、下部支持枠１５のみを断面図で表している。

まず、図２Ａに示すように、上部支持枠１４と下部支持枠１５との間に、プラスチック材料１１を配置する。
このとき、上部支持枠１４の内側には、図２Ａに示すように、マザースタンパ１２上に透明ヒートシンク１３が接続した状態で固定されている。また、上部支持枠１４と下部支持枠１５とを、あらかじめ図示していないヒーターによって室温以上溶融温度未満に制御することによって、プラスチック材料１１を予熱加熱しておく。

次に、上部支持枠１４と下部支持枠１５とを精密油圧プレス装置によって、圧力０．０７〜０．２６ＭＰａでプラスチック材料１１を型締めする。
このとき、図１に示した光源１６、例えばハロゲンランプ（４０Ｗ／ｃｍ^２）、から所定時間（例えば、１０〜５０秒）、赤外線１９を放射する。そしてこの赤外線によって、プラスチック材料１１をふく射加熱することにより、プラスチック材料１１を昇温し、粘度を低下させる。
これにより、図２Ｂに示すようにプラスチック材料１１を型締めし、マザースタンパ１２に設けられたパターンを、プラスチック材料１１に転写することができる。

次に、図２Ｃに示すように、光源１６からの赤外線照射を停止し、プラスチック材料１１を型締めしたまま所定時間（例えば、約１８０秒）、保持することによって、プラスチック材料１１を冷却する。
これにより、プラスチック材料１１は、パターンが転写された状態で固化し、プラスチック製スタンパ２１となる。

そして、図２Ｄに示すように、上部支持枠１４及び下部支持枠１５にかかる圧力を解き、マザースタンパ１２から離型することにより、冷却したプラスチック製スタンパ２１を製造装置１０から取り出す。
このようにして、プラスチック製スタンパ２１を製造することができる。

上述の製造装置１０において、赤外線をマザースタンパ１２及びプラスチック材料１１を指向して照射し、プラスチック材料１１を加熱するため、透明ヒートシンク１３は、赤外線に対して高い透過性を有する材料で構成する必要がある。
また、マザースタンパ１２は、プラスチック材料１１を加熱、成形するためには、プラスチック材料１１よりも充分に融点の高い材料によって形成されていなければならない。
このため、マザースタンパ１２は、プラスチック材料１１よりも充分に融点が高い、無機材料から形成されていることが好ましい。例えば、セレン亜鉛（ＺｎＳｅ）、ガラス、シリコン、サファイア、マグネシア等が好ましい。特に、半導体の製造方法の応用による微細加工が可能なシリコンによって形成されていることが好ましい。
また、透明ヒートシンク１３としては、可視光及び赤外線の透過性とともに、機械的強度、熱拡散性に優れたサファイア、マグネシアを用いることが好ましい。

また、上部支持枠１４及び下部支持枠１５は、マザースタンパ１２のパターンを、プラスチック材料１１に転写する際に加わる圧力に耐える強度を有することが好ましい。また、冷却の際、赤外線によって加熱されたプラスチック材料の熱を速やかに取り除くために、優れた熱伝導性、放熱性を有することが好ましい。この上部支持枠１４及び下部支持枠１５としては、例えば、金属材料によって構成することができる。

上部保持枠１４、及び、下部保持枠１５が、放熱性の高い金属材料によって構成され、さらに、透明ヒートシンク１３としてサファイアを用いることにより、図２Ｃで示したプラスチック材料１１の冷却を短時間で行うことができる。
このため、製造時間を短縮することが可能になり、プラスチック製スタンパの生産性を向上させることができる。

上述の製造装置１０において、赤外線の光源１６としては、マザースタンパ１２又はプラスッチック材料１１を加熱することができる放射波長、及び、放射強度を発生する光源を使用することができる。例えば、光源１６がレーザーである場合、固体レーザーとしては、発振波長が０．８以上１．６μｍ以下の範囲にある半導体レーザー、発振波長が１．０６μｍのＮｄ（ネオジウム）をドープしたＹＡＧレーザー、発振波長が１．８μｍ以上３．０μｍ以下の範囲にあるＨｏ（ホルミウム）、Ｔｍ（ツリウム）、及び、Ｅｒ（エルビウム）をドープしたＹＡＧレーザー、ファイバーレーザー等を使用することができる。また、ガスレーザーとしては、一酸化炭素レーザー、炭酸ガスレーザー等を適宜使用することができる。さらに、量子カスケードレーザー、光パラメトリック発振器からなるレーザー等を使用してもよい。
この他、光源１６としては、キセノンランプ、ハロゲンランプ、カーボンワイヤーを石英管に封入したカーボンランプ、発光ダイオード等を適宜使用することができる。
照射する赤外線の波長は、照射対象のマザースタンパ１２及びプラスチック材料１１を構成する材料の吸収波長の範囲内で、適宜選択することができる。
また、上述の製造装置１０は、プラスチック材料１１を、光を用いて成形できる構成であるため、安全で使いやすい製造装置を比較的安価に構成することができる。
また、上述のプラスチック製スタンパ２１の製造方法は、光源１６と、透明ヒートシンク１３を用いた赤外線ふく射加熱を用いている。このため、マザースタンパ１２及びプラスチック材料１１の加熱、及び、冷却を効率的に行うことができ、プラスチック製スタンパ２１を短時間で製造することができる。

なお、上述のプラスチック製スタンパ２１の製造方法において使用しているプラスチック材料１１は、円板状でなくてもよく、例えば、長方形や正方形等のシートやフィルム状のプラスチック材料であっても使用することができる。

次に、上述の製造方法によって製造された、プラスチック製スタンパ２１の一例を図３に示す。

図３に示すプラスチック製スタンパ２１は、円板状のプラスチック製スタンパ基体２３と、プラスチック製スタンパ基体２３の一方の表面上の凸パターン２２とからなる。
プラスチック製スタンパ２１の凸パターン２２は、図１に示したマザースタンパ１２のパターンの転写によって形成される。そして、この凸パターン２２を、マイクロ流体チップの基板に転写することによって、マイクロ流体チップにおける流路を構成する溝を形成することができる。
凸パターン２２の形状は、目的とするマイクロ流体チップの溝形状に合わせて適宜設計することができる。また、凸パターン２２の形状は、マザースタンパ１２のパターンを目的の形状に変更することによって、適宜変更することができる。

プラスチック製スタンパ２１の大きさは、目的とするマイクロ流体チップの大きさに合わせて適宜設計することができ、例えば、プラスチック製スタンパ基体２３の直径を２２ｍｍ程度、厚さを１ｍｍ程度としたとき、凸パターン２２の幅は１０〜５００μｍ、高さは１〜５００μｍ程度で形成することができる。
また、図３において、円板状のプラスチック製スタンパ２１を示しているが、プラスチック製スタンパ２１の形状はこれに限られない。例えば、マイクロ流体チップの形状に、プラスチック製スタンパ２１の形状を合わせることによって、マイクロ流体チップの製造を容易に行うことができる。例えば、プラスチック製スタンパ２１は、円板状以外に、長方形や正方形等のシートやフィルム状の形状で形成することができる。

また、図３に示したプラスチック製スタンパ２１は、後述するマイクロ流体チップの製造において、スタンパとして使用されるため、溶融温度がマイクロ流体チップを構成する材料よりも充分に高い材料が好ましい。また、マイクロ流体チップを連続して製造するため、プラスチック製スタンパ２１は、離型性に優れた材料で構成することが好ましい。

溶融温度が高い材料としては、エンジニアリングプラスチック（ＥＰ）、スーパーエンジニアリングプラスチック（ＳＥＰ）等を使用することができる。エンジニアリングプラスチックとしては、例えば、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＰＢ）等を挙げることができる。また、スーパーエンジニアリングプラスチックとしては、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）等を挙げることができる。
また、溶融温度が高く、離型性に優れた材料としてはフッ素樹脂が挙げられ、例えば、
テフロン（登録商標）（融点３６７℃）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ、融点３２７℃）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ、融点２６０〜２７０℃）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ、融点１７２〜１７５℃）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ、融点３００〜３１０℃）、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテルコポリマー（ＰＦＡ、融点３００〜３１０℃）等を挙げることができる。

また、上述の性質を有する物質の中でも、特に、高い溶融温度と高い離型性の両方の性質を有するＰＦＡを用いることが好ましい。

なお、スタンパ２１は、単一のプラスチック材料によって製造することも、複数のプラスチック材料によって製造することもできる。
例えば、上述した種類のプラスチック材料を単独で使用してもよく、また、複数のフッ素樹脂同士を混合、ないし積層化することや、フッ素樹脂とＥＰ、ＳＥＰとを混合、ないし積層化することによって製造してもよい。
複数のプラスチック材料を混合、ないし積層化した場合は、単一の材料を用いる場合よりもプラスチック製スタンパとして必要となる、融点や離型性等の物性値を広い範囲で制御することができる。

また、離型性の低いエンジニアリングプラスチック（ＥＰ）、スーパーエンジニアリングプラスチック（ＳＥＰ）を用いてプラスチック製スタンパ２１を形成した場合には、離型性の高いフッ素樹脂などを、プラスチック製スタンパ２１の表面に塗布することによって、離型性を確保することができる。例えば、プラスチック製スタンパ２１の表面に、テフロン（登録商標）を塗布することによって、プラスチック製スタンパ２１に高い離型性を与えることができる。

プラスチック製スタンパ２１は、脆弱なシリコンやガラスに比べて、柔軟な性質を有するプラスチックを原料としているため、割れ等の損傷が起こりづらく、汚染も生じ難い点で優れている。
また、プラスチック材料の中から可視域の光に対して透明である材料を選択することにより、後述のマイクロ流体チップの成形時において、位置合わせ等を容易にできる。このため、マイクロ流体チップの製造において、操作性を向上させることができる。
さらに、可視域〜赤外域の光に対して透明な材料を選択することにより、赤外線ふく射加熱を利用したプラスチック成形の型として使用することが可能である。

次に、上述のプラスチック製スタンパ２１を用いた、マイクロ流体チップ用のプラスチック製基板の製造方法を、図４及び図５を用いて説明する。

図４は、プラスチック製基板の製造装置２０の構成毎の斜視図である。
なお、図４に示したプラスチック製基板の製造装置２０は、図１に示したプラスチック製スタンパの製造装置１０と共通の装置を使用することができる。このため、図４及び図５において、図１及び図２と共通する構成には同一の符号を付して説明を省略する。

製造装置２０の上部支持枠１４と下部支持枠１５との間には、この装置によって成形されてプラスチック製基板となる、円板状のプラスチック材料３４が配置されている。
そして、プラスチック材料３４の上部には、プラスチック材料３４にパターンを転写するためのプラスチック製スタンパ２１が配置されている。さらに、プラスチック製スタンパ２１の上部に、透明ヒートシンク１３が接続されている。そして、プラスチック製スタンパ２１と透明ヒートシンク１３とを、上部支持枠１４が内側で保持する構造となっている。

さらに、製造装置２０には、上部支持枠１４及び透明ヒートシンク１３の上方に、プラスチック製スタンパ２１のパターンをプラスチック材料３４に転写する際に用いる、赤外線照射用の光源１６が設けられている。そして、光源１６からの赤外線が、ランプシェード１７及び光導路１８を通過して、装置の下方に照射される構成となっている。

次に、図５を用いて、上述の製造装置２０を使用し、プラスチック製スタンパ２１のパターンをプラスチック材料３４に転写して、プラスチック製基板３１を成形する方法を説明する。
図５は、図４に示した製造装置２０の構成のうち、プラスチック材料３４、プラスチック製スタンパ２１、透明ヒートシンク１３、上部支持枠１４、下部支持枠１５のみを断面図で表している。

まず、図５Ａに示すように、上部支持枠１４と下部支持枠１５との間に、プラスチック材料３４を配置する。
このとき、上部支持枠１４の内側には、図５Ａに示すように、プラスチック製スタンパ２１上に透明ヒートシンク１３が接続した状態で固定されている。また、上部支持枠１４と下部支持枠１５とを、あらかじめ図示していないヒーターによってプラスチック材料３４の溶融温度未満に制御することによって、プラスチック材料３４を予熱加熱しておく。

次に、上部支持枠１４と下部支持枠１５とを精密油圧プレス装置によって、圧力約０．１ＭＰａでプラスチック材料３４を型締めする。
このとき、図４に示した光源１６、例えばハロゲンランプ（４０Ｗ／ｃｍ^２）から所定時間（例えば、８〜２８秒）、赤外線２９を放射する。そしてこの赤外線によって、プラスチック材料３４を加熱することにより、プラスチック製スタンパ２１及びプラスチック材料３４を昇温し、粘度を低下させる。
これにより、図５Ｂに示すようにプラスチック材料３４を型締めし、プラスチック製スタンパ２１に設けられたパターンを、プラスチック材料３４に転写することができる。

次に、図５Ｃに示すように、光源１６からの赤外線照射を停止し、プラスチック材料３４を型締めしたまま所定時間（例えば、約１０秒）、保持することによって、プラスチック材料３４を冷却する。
これにより、プラスチック材料３４は、パターンが転写された状態で固化し、マイクロ流体チップ用のプラスチック製基板３１となる。

そして、図５Ｄに示すように、上部支持枠１４及び下部支持枠１５にかかる圧力を解き、プラスチック製スタンパ２１から離型することにより、冷却されたプラスチック材料３４を製造装置２０から取り出す。
このようにして、マイクロ流体チップ用のプラスチック製基板３１を製造することができる。

上述の図５Ｂで示した工程において、プラスチック製スタンパ２１及びプラスチック材料３４に照射する赤外線２９の波長は、照射対象のプラスチック製スタンパ２１及びプラスチック材料３４を構成する材料の吸収波長の範囲内で、適宜選択することができる。

なお、上述のプラスチック製基板３１の製造方法において、使用しているプラスチック材料３４は、円板状でなくてもよい。例えば、プラスチック材料３４の形状は、プラスチック製スタンパ２１の形状と同様の形状を用いることにより、成形の際の位置合わせ等が容易になる。このため、プラスチック材料３４の形状は、プラスチック製スタンパ２１の形状に合わせて、円板状や、長方形、正方形等のシートやフィルム状のプラスチック材料を適宜選択することが好ましい。

次に、上述の成形方法によって製造された、プラスチック製基板３１の一例を図６に示す。

図６に示すプラスチック製基板３１は、円板状のプラスチック基体３３と、プラスチック基体３３の一方の表面に形成された凹パターン３２とからなる。
プラスチック製基板３１の凹パターン３２は、図３に示したプラスチック製スタンパ２１の凸パターン２２の転写によって形成される。
そして、この凹パターン３２が、マイクロ流体チップにおいて、流路となる溝を形成する。

凹パターン３２の形状は、目的とするマイクロ流体チップの溝形状に合わせて適宜変更することができる。また、凹パターン３２の形状は、図３に示したプラスチック製スタンパ２１の凸パターン２２の形状を変更することによって、目的とするマイクロ流体チップの溝形状に適宜変更することができる。

プラスチック製基板３１の大きさは、目的とするマイクロ流体チップの大きさに合わせて適宜設計することができる。例えば、プラスチック基体３３の直径を２４ｍｍ程度、厚さを１ｍｍ程度としたとき、凹パターンの幅を１０〜５００μｍ程度、深さを１〜５００μｍ程度で形成することができる。
また、図６において、円板状のプラスチック製基板３１を示しているが、プラスチック製基板３１の形状はこれに限られない。
プラスチック製基板３１は、これに蓋部材が接合されることによってマイクロ流体チップが形成される。このため、マイクロ流体チップの形状に合わせて、プラスチック製基板３１を形成することで、マイクロ流体チップの製造を容易にすることができる。例えば、プラスチック製基板３１は、円板状以外に、長方形や正方形等のシートやフィルム状の形状で形成することができる。

また、図６に示す、プラスチック製基板３１は、上述のプラスチック製スタンパ２１よりも充分に溶融温度の低い材料を使用する必要がある。

プラスチック製基板３１には、プラスチック材料としては、例えば、非晶性環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ、ガラス転移点４０〜１８０℃）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ、ガラス転移点１０５℃）、ポリカーボネート（ＰＣ、ガラス転移点１５０℃）等の光学的透明性に優れたプラスチック材料を用いることができる。

次に、上述のマイクロ流体チップ用のプラスチック製基板３１を用いる、マイクロ流体チップの溶着方法の実施の形態を、図７及び図８を用いて説明する。

図７は、本実施の形態のマイクロ流体チップの溶着方法にかかる、マイクロ流体チップの溶着装置３０の構成毎の斜視図である。
なお、図７に示したマイクロ流体チップの溶着装置３０は、図１及び図４に示したプラスチック製スタンパ２１の製造装置１０、プラスチック製基板３１の製造装置２０と共通の装置を使用することができる。このため、図７及び図８において、図１、図２、図４、及び、図５と共通する構成には、同一の符号を付して説明を省略する。

溶着装置３０の上部支持枠１４と下部支持枠１５との間には、この装置によって成形されてマイクロ流体チップとなる、プラスチック製基板３１と蓋部材３５とを配置している。
そして、プラスチック製基板３１の下部には、透明ヒートシンク１３Ｂが設けられ、蓋部材３５の上部には、透明ヒートシンク１３Ａが設けられている。
さらに、透明ヒートシンク１３Ａの上部には、プラスチック製基板３１の表面に設けられた溝部分に合わせて、赤外線を遮蔽するパターンマスク３８が設けられている。
そして、透明ヒートシンク１３Ａが上部支持枠１４の内側で保持され、下部の透明ヒートシンク１３Ｂが下部支持枠１５の内部で保持される構造となっている。

さらに、溶着装置３０には、上部支持枠１４及びパターンマスク３８の上方に、プラスチック製基板３１と蓋部材３５とを接合する際に用いる、赤外線照射用の光源１６が設けられている。そして、光源１６からの赤外線が、ランプシェード１７及び光導路１８を通過して、装置の下方に照射される構成となっている。

蓋部材３５の形状は、プラスチック製基板３１と同じ円板状であり、プラスチック製基板３１に形成された溝（凹部）の端部に合わせた位置で、蓋部材３５の厚さ方向に貫通した孔が設けられている。

パターンマスク３８は、箔、めっき、蒸着等によって製膜された薄膜状の部品であり、赤外線を遮蔽できる金、アルミニウム、クロム、ニッケル等によって形成される。
そして、パターンマスク３８を、プラスチック製基板３１の溝部分の形状に合わせて設けることにより、プラスチック製基板３１の溝部分への赤外線の照射を防ぐことができる。このため、プラスチック製基板３１の溝部分に赤外線が直接照射されることによる溝形状の変形を防ぐことができる。

次に、図８を用いて、上述の溶着装置３０を使用する、プラスチック製基板３１と蓋部材３５との溶着によるマイクロ流体チップの溶着方法を説明する。
なお、図８は、図７に示した溶着装置３０の構成のうち、プラスチック製基板３１、蓋部材３５、透明ヒートシンク１３Ａ，Ｂ、マスクパターン３８、上部支持枠１４、下部支持枠１５のみを断面図で表している。

まず、図８Ａに示すように、上部支持枠１４と下部支持枠１５との間に、プラスチック製基板３１と、蓋部材３５とを配置する。
このとき、図８Ａに示すように、上部支持枠１４内には、透明ヒートシンク１３Ａが固定され、下部支持枠１５に内に、透明ヒートシンク１３Ｂが固定されている。
また、上部支持枠１４と下部支持枠１５とを、あらかじめ図示していないヒーターによってプラスチック製基板３１の熱変形温度未満の温度に制御することによって、プラスチック製基板３１と蓋部材３５とを加熱しておく。

次に、上部支持枠１４と下部支持枠１５との間に、プラスチック製基板３１と蓋部材３５とを組み込み、精密油圧プレス装置によって上下から圧力０．１ＭＰａ程度に加圧する。
このとき、図７に示した光源１６、例えばハロゲンランプ（放射照度１２Ｗ／ｃｍ^２）、から所定時間（例えば、８〜２０秒）、赤外線３９を放射する。そして、この赤外線によってプラスチック製基板３１及び蓋部材３５の接触面をふく射加熱することにより、プラスチック材料を昇温し、粘度を低下させる。
また、プラスチック基板３１の凹パターン３２に合わせて設けられたマスクパターン３８によって、赤外線３９を遮蔽することができる。このため、赤外線ふく射加熱による凹部パターン３２の変形を防ぐことができる。
これにより、図８Ｂに示すように、凸パターン３２の変形を抑制した上で、プラスチック製基板３１と蓋部材３５とを短時間で溶着することができる。

次に、図８Ｃに示すように、プラスチック製基板３１と蓋部材３５とを固定した状態で所定時間（例えば、約１０秒）、保持することによって冷却する。
これにより、プラスチック製基板３１と蓋部材３５とが溶着した状態で固化し、マイクロ流体チップ４０となる。

そして、図８Ｄに示すように、上部支持枠１４及び下部支持枠１５にかかる圧力を解き、プラスチック製スタンパ２１から離型することにより、冷却されたマイクロ流体チップ４０を溶着装置３０から取り出す。
このようにして、マイクロ流体チップ４０を製造することができる。

上述の図８Ｂで示した工程において、プラスチック製基板３１及び蓋部材３５に照射する赤外線３９の波長は、照射対象のプラスチック製基板３１及び蓋部材３５を構成する高分子の吸収波長の範囲内で、適宜選択することができる。

なお、上述のマイクロ流体チップ４０の溶着方法において、使用しているプラスチック製基板３１及び蓋部材３５は、円板状でなくてもよい。プラスチック製基板３１及び蓋部材３５の形状は、目的のマイクロ流体チップ４０の形状に合わせて、円板状や、長方形、正方形等のシートやフィルム状のプラスチック材料を適宜選択することが好ましい。

また、上述のマイクロ流体チップ４０の溶着方法において、パターンマスク３８を用いた構成としている。しかし、赤外線照射によるプラスチック製基板３１の溝形状の変形を問題としない場合や、プラスチック製基板３１の材料又は赤外線照射量を選択することによって、溝形状の変形を無視できる程度まで軽減することにより、パターンマスク３８を用いずにマイクロ流体チップ４０を溶着することができる。

また、上述の溶着装置３０において、パターンマスク３８を透明ヒートシンク１３Ａの上部に設ける構成としている。しかし、パターンマスク３８の位置は、光源１６とマイクロ流体チップ４０と透明ヒートシンク１３Ａの接触面との間であれば、どの位置に設けてもよい。
例えば、透明ヒートシンク１３Ａを複数層から構成する場合には、複数の透明ヒートシンク１３Ａの層と層の間に設けることもできる。

また、上述の溶着装置３０では、下部支持枠１５内に、透明ヒートシンク１３Ｂを設けた構成としている。しかし、溶着装置３０は、図１及び図４に示した製造装置１０，２０のように、下部支持枠１５内に、透明ヒートシンク１５を設けない構成とすることもできる。
赤外線を照射することによってプラスチック材料をふく射加熱する場合に、プラスチック材料を透明ヒートシンク１３Ａ，Ｂで挟むことにより、放熱性を高めることができる。このため、溶着時間の短縮が可能となり、マイクロ流体チップの生産性を向上させることができる。

次に、上述の溶着方法によって製造された、マイクロ流体チップ４０の一例を図９に示す。

図９に示すマイクロ流体チップ４０は、プラスチック製基板３１の凹パターン（溝）３２が形成された面に、蓋部材３５が溶着することによって構成されている。そして、プラスチック製基板３１に設けられた溝３２の端部と、蓋部材３５の貫通孔３６との位置がほぼ一致した状態で溶着されている。

プラスチック製基板３１の溝３２は、マイクロ流体チップにおいて分析試料の流路となる。そして、蓋部材３５の貫通孔３６は、分析試料がマイクロ流体チップの流路へ投入、又は、流路から排出されるための開口部である。さらに、マイクロ流体チップの流路へ投入される分析試料の液溜め部となる。貫通孔３６は、作業性の観点から、内径が０．５〜１０ｍｍの範囲であることが好ましく、さらに、１〜５ｍｍの範囲であることが好ましい。

図９に示したマイクロ流体チップ４０には、２本の溝３２が交差し、溝３２のそれぞれの端部において、４つの貫通孔３６と連結する構成となっている。しかし、マイクロ流体チップ４０に設けられた、溝３２及び貫通孔３６の数や形状は、必要に応じて任意に設計することができる。
なお、マイクロ流体チップ４０に設けられる流路は、試料の分析のためには、少なくとも１本以上必要である。このため、プラスチック製基板３１には、少なくとも１本以上の溝３２を形成する必要がある。
また、マイクロ流体チップ４０の流路は、複数本の溝３２によって形成されてもよい。そして、複数本の溝３２を形成する場合には、それぞれの溝３２を交差させることが好ましい。また、複数本の溝３２の端部には、貫通穴３６をそれぞれ連結させることが好ましい。

また、蓋部材３５は、上述のプラスチック製基板３１を構成する材料と同様に、例えば、非晶性環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等の透明性プラスチック材料を用いることができる。さらに、スチレンエチレンブチレンスチレンブロック共重合体（ＳＥＢＳ）、スチレンエチレンプロピレンスチレンブロック共重合体（ＳＥＰＳ）等のスチレン系熱可塑性エラストマーや、オレフィン系熱可塑性エラストマー等の透明性を有するエラストマーを用いることができる。
特に、ＣＯＣとスチレン系エラストマー、又は、ＣＯＣとオレフィン系エラストマーは、互いに溶着し易い材料の組み合わせであるため、プラスチック製基板３１と蓋材料３５のいずれか一方にＣＯＣを使用し、他方にスチレン系エラストマー又はオレフィン系エラストマーを使用することが好ましい。

また、本実施の形態において、図１、図４で示した製造装置１０，２０及び図７で示した溶着装置３０を共通に使用することができる。このため、マイクロ流体チップを製造するための設備投資を最小限に抑えることができ、また、装置を共通で使用することによりコストを減少させることができる

上述の実施の形態では、本発明の微細形状を有するプラスチック製基板の製造方法を、マイクロ流体チップの製造方法に適用して説明した。しかし、本発明の微細形状を有するプラスチック製基板の製造方法はマイクロ流体チップの製造方法に限らず、例えば、細な凹凸形状を有するプラスチック製基板等、微細形状を有するプラスチック製基板の製造方法に適用することができる。

本発明は、上述の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。

プラスチック製スタンパの製造装置を説明する図である。 Ａ〜Ｄ 本実施の形態のプラスチック製スタンパの製造方法を説明する図である。 プラスチック製スタンパの一例を示す図である。 マイクロ流体チップ用のプラスチック製基板の製造装置を説明する図である。 Ａ〜Ｄ マイクロ流体チップ用のプラスチック製基板の製造方法を説明する図である。 マイクロ流体チップ用のプラスチック製基板の一例を示す図である。 マイクロ流体チップの溶着装置を説明する図である。 Ａ〜Ｄ マイクロ流体チップの溶着方法を説明する図である。 マイクロ流体チップを示す図である。

符号の説明

１０，２０ 製造装置、１１，３４ プラスチック材料、１２ マザースタンパ、１３，１３Ａ，１３Ｂ 透明ヒートシンク、１４、上部支持枠、１５ 下部支持枠、１６ 光源、１７ ランプシェード、１８ 光導路、１９，２９，３９ 赤外線、２１ プラスチック製スタンパ、２２ 凸パターン、２３ プラスチック製スタンパ基体、３０ 溶着装置、３１プラスチック製基板、３２ 凹パターン、３３ プラスチック基体、３５ 蓋部材、３６ 貫通孔、３８ パターンマスク、４０ マイクロ流体チップ

Claims (7)

1. プラスチック成形に使用するスタンパの製造方法であって、
   板状のプラスチック材料に、マザースタンパを密着して固定する工程と、
   前記プラスチック材料に、前記マザースタンパを指向して赤外線を照射する工程と、
   前記プラスチック材料に前記マザースタンパのパターンを転写してスタンパを形成する工程とからなり、
   前記スタンパを形成するプラスチック材料として、前記プラスチック成形において成形されるプラスチック材料より、溶融温度の高いプラスチック材料を用いる
   ことを特徴とするプラスチック製スタンパの製造方法。
2. 前記プラスチック成形が、マイクロ流体チップ基板の成形加工であることを特徴とする請求項１に記載のプラスチック製スタンパの製造方法。
3. 前記プラスチック材料として、少なくとも一部がフッ素樹脂である材料を使用することを特徴とする請求項１に記載のプラスチック製スタンパの製造方法。
4. 少なくとも一部がフッ素樹脂によって形成されていることを特徴とするプラスチック成形加工用のプラスチック製スタンパ。
5. 前記フッ素樹脂が、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテルコポリマーであることを特徴とする請求項４に記載のプラスチック製スタンパ。
6. 板状の第１のプラスチック材料に、マザースタンパを密着して固定する工程と、
   前記第１のプラスチック材料に、前記マザースタンパを指向して赤外線を照射する工程と、
   前記第１のプラスチック材料に前記マザースタンパのパターンを転写してプラスチック製スタンパを成形する工程と、
   板状の第２のプラスチック材料に、前記プラスチック製スタンパを密着して固定する工程と、
   前記第２のプラスチック材料に前記プラスチック製スタンパのパターンを転写して、微細形状を有するプラスチック製基板を形成する工程とを有し、
   前記第１のプラスチック材料に、前記第２のプラスチック材料よりも溶融温度の高いプラスチックを用いる
   ことを特徴とする微細形状を有するプラスチック製基板の製造方法。
7. 前記微細形状を有するプラスチック製基板を形成する工程の後に、前記微細形状を有するプラスチック製基板に蓋部材を溶着して、マイクロ流体チップを製造する工程を有することを特徴とする請求項６に記載の微細形状を有するプラスチック製基板の製造方法。

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