[論文レビュー] Sub-$μ$ structured Lotus Surfaces Manufacturing

Matthias Worgull, M. Heckele+7 more|ArXiv.org|May 7, 2008

Nanofabrication and Lithography Techniques参考文献 9被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、ポリマー上にサブミクロン構造のレンズ状表面を製造するためのLIGAベースのプロセスチェーンを提示している。特徴サイズは400 nmまで小さく、高さは4 μmに達する。この手法により、表面特性の分離が求められるマイクロ流体デバイスに不可欠な高アスペクト比、均一性、または勾配パターンを持つマイクロ構造が実現可能となる。

ABSTRACT

Sub-micro structured surfaces allow modifying the behavior of polymer films or components. Especially in micro fluidics a lotus-like characteristic is requested for many applications. Structure details with a high aspect ratio are necessary to decouple the bottom and the top of the functional layer. Unlike to stochastic methods, patterning with a LIGA-mold insert it is possible to structure surfaces very uniformly or even with controlled variations (e.g. with gradients). In this paper we present the process chain to realize polymer sub-micro structures with minimum lateral feature size of 400 nm and up to 4 micrometers high.

研究の動機と目的

• サブミクロン構造のポリマー表面にレンズのようないffectを付与する、スケーラブルで高精度な方法の開発。
• 機能的マイクロ流体部品に不可欠な、制御された均一性または勾配を持つ高アスペクト比パターン化の実現。
• 確率的構造化手法の限界を克服するため、決定論的LIGA型金型インサートを用いる。
• ポリマー膜において、最小400 nmの横方向特徴サイズと最大4 μmの構造高さを達成する。
• ポリマー部品の上下面における機能的挙動を分離することが必要な応用を支援する。

提案手法

• 決定論的で高精度なポリマー基板のパターニングに、LIGA型金型インサートを活用する。
• 電気めっき、エッチング、射出成形を含む複数工程からなるプロセスチェーンを用い、ナノスケールからマイクロスケールの特徴を複製する。
• 高アスペクト比リソグラフィーを用いて、横方向寸法が400 nmにまで小さくなる構造を4 μmの高さまで達成する。
• 特徴的な金型インサートを用いることで、表面パターンに勾配を制御的に導入する。
• 表面形状をレンズの葉に類似させるように設計されたポリマー膜を機能層として用いる。
• 産業的適合性を高めるために、MEMS/MOEMSのプロセスにこのプロセスチェーンを統合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LIGAベースの製造法は、ポリマー表面において高アスペクト比を有するサブミクロン特徴を達成できるか？
• RQ2 機能的マイクロ流体部品に不可欠な、制御された勾配を持つ決定論的パターニングは、どのように達成できるか？
• RQ3 表面形状をどれほど制御的に設計することで、ポリマー膜の上下面における機能的挙動を分離できるか？
• RQ4 このLIGAベースのプロセスチェーンを用いて、最小でどの程度の横方向特徴サイズが達成可能か？
• RQ5 このプロセスチェーンは、産業応用に向けた再現性と高均一性を持つマイクロ構造化をどのように実現するか？

主な発見

• プロセスチェーンは、横方向特徴サイズが400 nmにまで小さいポリマー表面を成功裏に製造した。
• 最大4 μmの構造高さが達成され、高アスペクト比パターニングの能力が裏付けられた。
• LIGA型金型インサートを用いることで、均一なパターンと制御された勾配パターンの両方のマイクロ構造が実現可能であった。
• 高い均一性と精度が達成され、確率的構造化技術を上回った。
• 作製された表面はマイクロ流体デバイスに適したレンズの葉に類似した特性を示した。
• MEMS/MOEMS統合に適合し、スケーラブルな製造を可能にした。