JP4718097B2 - Method for producing molded product having fine pattern on surface - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばマイクロ流動チップのような、ガラスなどの基板の表面に凹凸による微細なパターンが形成された成形品の製造方法に係る。
【0002】
【従来の技術】
化学・医療分野で使用されるマイクロ流動チップやマイクロマシン用の部材として、一辺が数10μm〜数10mm程度のガラス板の表面に、高さ(深さ)が数10nm〜数100μm程度の凹凸による微細なパターンが形成された製品が使用されている。
【0003】
そのような製品を製造する方法の一つに、ガラスのプレス成形がある。ガラスのプレス成形では、一対の型の間に成形素材を配置し、型及び成形素材を加熱して成形素材を軟化させた後、型の間にプレス荷重を加え、型面に形成されている成形パターンを成形素材の表面に転写する。
【0004】
ガラス成形用の型の材料としては、一般的に、超硬合金やセラミックスなどが使用されている。また、石英ガラスのような軟化点の高い材料を成形する場合には、型の材料としてガラス状カーボンが使用される。ガラス状カーボンは、高温強度を備えるとともに、ガラスに対する離型性にも優れている。ガラス状カーボン製の型の表面に微細な成形パターンを形成する場合には、型面を機械加工である程度の形状まで仕上げた後、半導体製造プロセスで使用されているフォトリソグラフィによりエッチングを施すことができる。
【0005】
ガラス状カーボン製の型を使用した場合、機械的強度が比較的低いので、繰り返し使用すると、比較的少ない回数で型面に摩耗や破損などにより損傷が生ずる。従って、型の交換に伴うランニングコストが高く、その結果、成形品の製造コストが高くなると言う問題がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ガラスなど基板の表面に凹凸による微細なパターンが形成された成形品を製造する際の上記のような問題点に鑑み成されたもので、本発明の目的は、そのような成形品の製造コストを引き下げることができる製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の製造方法は、
一対の型の間に成形素材を配置し、型及び成形素材を加熱した後、型を用いて成形素材をプレス成形して表面に微細なパターンを有する成形品を製造する方法において、
成形素材の片面または両面に接して、成形素材との接触面に成形パターンが形成された薄板状の版材を重ね、成形素材を前記版材とともに一対の型の間でプレスすることにより、前記成形パターンを成形素材の表面に転写することを特徴とする。
【0008】
本発明の方法によれば、薄板状の版材の表面に微細な成形パターンを形成しているので、成形の繰り返しに伴い成形パターンに損傷が生じた時には、前記版材のみを交換すれば良い。従って、型の本体は交換することなく長期間使用することができる。また、薄板状の版材の表面に微細な成形パターンを形成しているので、型の本体の表面に微細な成形パターンを形成する場合と比較して加工が容易であり、加工に要するコストが低い。以上の結果、微細なパターンを有する成形品を製造する際のランニングコストを低く抑えることができる。
【0009】
例えば、前記一対の型は平面状の型面を有し、前記薄板状の版材は成形素材との接触面に成形パターンが形成された平板である。
【0010】
例えば、前記薄板状の版材の表面にエッチングにより微細な成形パターンを形成することができる。
【0011】
その場合、好ましくは、先ず、その表面にエッチングにより微細な成形パターンが複数個配列された原板を製作し、次いで、この原板を各成形パターン毎に切り分けることによって前記薄板状の版材とする。
【0012】
なお、石英ガラスを成形する場合、好ましくは、前記薄板状の版材としてガラス状カーボン製の版材を使用する。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1に、本発明による製造方法の一例を示す。上型1及び下型2は、ともに平面状の型面を有している。下型2の上に薄板状の版材4が保持され、その上にガラスの成形素材3がセットされる。版材4の上面には、凹凸による微細な成形パターンが形成されている。上型1、下型2、版材4及び成形素材3をガラス転移点以上の温度に加熱して成形素材3を軟化させた後、上型1と下型2の間にプレス荷重を加える。これによって、版材4の上面に形成されている成形パターンが成形素材3の下面に転写される。
【0014】
成形素材3が石英ガラスの場合、版材4としてガラス状カーボン製の薄板を使用することができる。例えば、石英ガラス製の電気泳動チップ(30mmX10mmX1mm)を製造する場合の成形条件は、成形温度:1350〜1450℃、プレス力:1〜5N、プレス時間:30〜120秒程度である。
【0015】
図2に、本発明による製造方法の他の例を示す。この例では、成形素材3の上に薄板状の版材5がセットされる。版材5の下面には、凹凸による微細な成形パターンが形成されている。この場合には、成形素材3の上面に成形パターンが転写される。
【0016】
図3に、本発明による製造方法の他の例を示す。この例では、成形素材3の上下にそれぞれ薄板状の版材6、7がセットされる。版材6の下面及び版材7の上面には、それぞれ、凹凸による微細な成形パターンが形成されている。このようにすれば、成形素材3の上下の両面に成形パターンを転写することができる。
【0017】
次に、薄板状の版材の製作方法の例について説明する。転写される凹凸による微細なパターンの高さ(深さ)が100μm程度であれば、版材の厚さとしては数100μm程度あれば十分である。そのような場合、成形パターンの形成に、半導体製造プロセスで使用されているフォトリソグラフィを適用することができる。フォトリソグラフィによりエッチングを行うことによって、一枚のウエハに同一パターンを一度に多数形成することができる。また、複数のウエハ(例えば、1ロット25枚)を連続的に同一条件で処理することができる。従って、このようにして処理されたウエハを分割して薄板状の版材とすることによって、多数の版材を低コストで生産することができる。
【0018】
図4に、そのようなウエハの例を示す。この例では、ウエハ8は、ガラス状カーボン製の4インチ・ウエハであり、その表面に、電気泳動チップ用のパターン9(30mmX10mmX1mm)が16個配列されている。電気泳動チップ用のパターン9は、ウエハ8の上にフォトレジストをコーテングし、露光、現像した後、ドライエッチングを行うことによって形成される。パターン9の形成後、ダイシングを行い16個の版材に分割する。
【0019】
本発明による製造方法によれば、型の損傷、即ち版材の交換に伴うランニングコストを低く抑えることができる。従って、凹凸による微細なパターンが形成された成形品を製造する際に、その製造コストを大幅に引き下げることができる。
【0020】
なお、薄板状の版材の材料としては、好ましくは、ガラス状カーボンを使用する。但し、ガラスとの融着がなく、高温での強度・硬度等を持ち、フォトリソグラフィが適用できるものであれば、他の材料であっても良い。
【0021】
上下の型1、2の素材としては、ガラスと密着する部分については、ガラスとの融着がないこと及び高温強度を有することが要求されるが、ガラスと直接接触しない部分については、高温強度を備えていれば良い。そのような部分の材料としては、例えば、超硬合金やモリブデンなどがある。
【0022】
また、上記の方法を用いて、光学ガラスや石英ガラスの他に、セラミックス(ZnS、サファイヤ、ルビー等)を成形することもできる。
【0023】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、ガラスなど基板の表面に凹凸による微細なパターンを精度良く形成することができる。また、成形の繰り返しに伴い成形パターンに損傷が生じたときには、薄板状の版材のみを交換すれば良く、型の本体は交換することなく長期間使用することができる。更に、薄板状の版材の表面に微細な成形パターンを形成するので、型の本体の表面に成形パターンを形成する場合と比較して加工が容易であり、加工に要するコストが低い。以上の結果、表面に微細なパターンを有する成形品を製造する際のランニングコストを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による製造方法の一例を示す図。
【図2】本発明による製造方法の他の例を示す図。
【図3】本発明による製造方法の他の例を示す図。
【図4】本発明による製造方法で使用される薄板状の版材の作製方法について説明する図。
【符号の説明】
1・・・上型、
2・・・下型、
3・・・成形素材、
4、5、6、7・・・版材、
8・・・ウエハ、
9・・・成形パターン。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a molded product in which a fine pattern with irregularities is formed on the surface of a substrate such as glass, such as a microfluidic chip.
[0002]
[Prior art]
As a member for microfluidic chips and micromachines used in the chemical and medical fields, the surface of a glass plate with a side of about several tens of μm to several tens of mm, and the fineness due to unevenness with a height (depth) of several tens of nm to several hundreds of μm Products with a unique pattern are used.
[0003]
One method for producing such products is glass pressing. In press molding of glass, a molding material is placed between a pair of molds, the mold and the molding material are heated to soften the molding material, and then a press load is applied between the molds to form the mold surface. Transfer the molding pattern to the surface of the molding material.
[0004]
In general, cemented carbide, ceramics, and the like are used as a material for a mold for glass molding. When a material having a high softening point such as quartz glass is molded, glassy carbon is used as a mold material. Glassy carbon has high temperature strength and is excellent in releasability from glass. When a fine molding pattern is formed on the surface of a glassy carbon mold, the mold surface is finished to a certain shape by machining and then etched by photolithography used in the semiconductor manufacturing process. it can.
[0005]
When a glassy carbon mold is used, the mechanical strength is relatively low. Therefore, when the mold is repeatedly used, the mold surface is damaged by wear or breakage in a relatively small number of times. Therefore, there is a problem that the running cost associated with the replacement of the mold is high, and as a result, the manufacturing cost of the molded product is high.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems in producing a molded product in which a fine pattern due to unevenness is formed on the surface of a substrate such as glass, and the object of the present invention is such molding. An object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of reducing the manufacturing cost of a product.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The production method of the present invention comprises:
In a method for producing a molded product having a fine pattern on the surface by placing a molding material between a pair of molds, heating the mold and the molding material, and press molding the molding material using the mold.
By contacting one or both sides of the molding material, stacking a thin plate-like plate material on which a molding pattern is formed on the contact surface with the molding material, and pressing the molding material between the pair of molds together with the plate material, The molding pattern is transferred to the surface of the molding material.
[0008]
According to the method of the present invention, since a fine molding pattern is formed on the surface of the thin plate-shaped plate material, when the molding pattern is damaged due to repeated molding, only the plate material needs to be replaced. . Therefore, the mold body can be used for a long time without replacement. In addition, since a fine molding pattern is formed on the surface of the thin plate-shaped plate material, the processing is easier than the case where a fine molding pattern is formed on the surface of the mold body, and the cost required for the processing is reduced. Low. As a result, the running cost when manufacturing a molded product having a fine pattern can be kept low.
[0009]
For example, the pair of molds has a flat mold surface, and the thin plate material is a flat plate in which a molding pattern is formed on a contact surface with a molding material.
[0010]
For example, a fine molding pattern can be formed on the surface of the thin plate material by etching.
[0011]
In that case, preferably, first, an original plate having a plurality of fine molding patterns arranged on the surface thereof is manufactured by etching, and then the original plate is cut into each molding pattern to obtain the thin plate-shaped plate material.
[0012]
In addition, when shape | molding quartz glass, Preferably, the plate material made from glassy carbon is used as the said plate-shaped plate material.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an example of a manufacturing method according to the present invention. Both the
[0014]
When the
[0015]
FIG. 2 shows another example of the manufacturing method according to the present invention. In this example, a thin plate-
[0016]
FIG. 3 shows another example of the manufacturing method according to the present invention. In this example, thin plate-
[0017]
Next, an example of a method for producing a thin plate material will be described. If the height (depth) of the fine pattern due to the transferred irregularities is about 100 μm, it is sufficient that the thickness of the plate material is about several hundreds of μm. In such a case, photolithography used in the semiconductor manufacturing process can be applied to form the molding pattern. By performing etching by photolithography, a large number of the same pattern can be formed on one wafer at a time. In addition, a plurality of wafers (for example, 25 pieces per lot) can be continuously processed under the same conditions. Therefore, by dividing the wafer thus processed into a thin plate-shaped plate material, a large number of plate materials can be produced at low cost.
[0018]
FIG. 4 shows an example of such a wafer. In this example, the
[0019]
According to the manufacturing method of the present invention, it is possible to reduce the running cost associated with mold damage, that is, replacement of the plate material. Therefore, when manufacturing a molded product having a fine pattern formed by unevenness, the manufacturing cost can be greatly reduced.
[0020]
Note that glassy carbon is preferably used as the material of the thin plate-shaped plate material. However, other materials may be used as long as they have no fusion with glass, have high temperature strength and hardness, and can be applied with photolithography.
[0021]
As the material of the upper and
[0022]
In addition to the optical glass and quartz glass, ceramics (ZnS, sapphire, ruby, etc.) can be formed using the above method.
[0023]
【The invention's effect】
According to the method of the present invention, a fine pattern with irregularities can be formed with high precision on the surface of a substrate such as glass. Further, when the molding pattern is damaged as the molding is repeated, only the thin plate-shaped plate material needs to be replaced, and the die body can be used for a long time without replacement. Further, since a fine molding pattern is formed on the surface of the thin plate-shaped plate material, the processing is easier than the case where the molding pattern is formed on the surface of the main body of the mold, and the cost required for the processing is low. As a result, the running cost when manufacturing a molded product having a fine pattern on the surface can be kept low.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an example of a manufacturing method according to the present invention.
FIG. 2 is a view showing another example of the manufacturing method according to the present invention.
FIG. 3 is a view showing another example of the manufacturing method according to the present invention.
FIG. 4 is a view for explaining a method for producing a thin plate-like plate material used in the production method according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Upper mold,
2 ... Lower mold,
3 ... Molding material,
4, 5, 6, 7 ... plate material,
8 ... wafer,
9: Molding pattern.
Claims (2)
成形素材の片面または両面に接して、成形素材との接触面に成形パターンが形成された平板からなる薄板状の版材を重ね、成形素材を前記版材とともに、平面状の型面を有する一対の型の間でプレスすることにより、前記成形パターンを成形素材の表面に転写すること、
前記版材は、その表面にエッチングにより成形パターンが複数個配列された原板を、各成形パターン毎に切り分けることによって得られたものであること、
を特徴とする表面に微細なパターンを有する成形品の製造方法。In a method for producing a molded product having a fine pattern on the surface by placing a molding material between a pair of molds, heating the mold and the molding material, and press molding the molding material using the mold.
A pair of thin plate-shaped plate materials made of flat plates with a molding pattern formed on the contact surface with the molding material in contact with one or both surfaces of the molding material, and the molding material together with the plate material having a planar mold surface Transferring the molding pattern to the surface of the molding material by pressing between the molds ;
The plate material is obtained by cutting an original plate in which a plurality of molding patterns are arranged on the surface by etching, for each molding pattern,
A method for producing a molded product having a fine pattern on its surface.
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