マイクロニードルの製造方法
【課題】複雑な製造工程や特殊な製造装置を利用することなく、先端角およびその高さを容易に制御可能なニードルの製造方法を提供する。
【解決手段】基板上に厚み分布をもつ島状のエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクと基板とのエッチングレートの差を利用して前記基板を針状に加工する工程とを含むことを特徴とするマイクロニードルの製造方法。
【解決手段】基板上に厚み分布をもつ島状のエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクと基板とのエッチングレートの差を利用して前記基板を針状に加工する工程とを含むことを特徴とするマイクロニードルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロニードルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
皮膚上から薬剤を浸透させ体内に薬剤を投与する方法として経皮吸収法が知られている。この方法では、皮膚や粘膜等の生体表面に液状あるいはゲル状の薬剤を塗布する。
【０００３】
この方法は、非侵襲的であり、人体に痛みを与えることなく簡便に薬剤を投与することを可能にする。しかし、発汗や外部接触等によって塗布した薬剤が除去されやすい。また、投与期間が長期にわたる場合は皮膚障害が発生する等、安全性の面でも問題が生じることがある。さらに、対象薬剤の分子量が大きい場合や、水溶性薬剤であるなどの場合は、生体表面に塗布しても体内にはほとんど吸収されず、それらの薬剤の経皮的投与は困難であった。
【０００４】
そこで、これらの薬剤を効率よく体内に吸収させるために、ミクロンオーダーの多数のニードルを有するマイクロニードルアレイを用いて皮膚に穿孔し、皮膚内に直接薬剤を投与する方法が注目されている。この方法によれば、投薬用の特別な機器を用いることなく、簡便に薬剤を皮下投与することができる（特許文献１参照）。
【０００５】
この際に用いるマイクロニードルの形状は、皮膚を穿孔するための十分な細さと先端角、および皮下に薬液を浸透させるための十分な長さを有していることが必要とされる。このため、ニードルの直径は数μｍから１００μｍ、ニードルの長さは皮膚の最外層である角質層を貫通し、かつ神経層へ到達しない長さ、具体的には数十μｍから数百μｍであることが望ましいとされている。ニードルを構成する材料は、仮にニードルが破損して体内に残留した場合でも、人体に悪影響を及ぼさないことが要求される。このような材料として、医療用シリコーン樹脂や、マルトース、ポリ乳酸、デキストラン等の生体適合樹脂が有望視されている（特許文献２参照）。
【０００６】
このような微細構造を低コストかつ大量に製造するためには、射出成型法、インプリント法、キャスティング法等に代表される転写成型法が有効である。しかし、いずれの方法においても成型を行うためには所望の形状を凹凸反転させた型が必要であり、マイクロニードルのようなアスペクト比（構造体の直径に対する高さ、もしくは深さの比率）が高く、先端部の先鋭化が必要な構造体を形成するには、非常に複雑な製造工程を必要とする。
【０００７】
マイクロニードルの製造方法として、例えば、シリコンウェハ等の単結晶材料の結晶面方位ごとのエッチングレート差を利用した異方性ウェットエッチングを行うことにより、ニードルの先端の先鋭化を実現することが提案されている。しかし、先端部の先鋭化には、異方性ウェットエッチングの厳密な時間制御が必要となる。このように高度な加工技術が必要となる（特許文献３参照）。
【０００８】
また、露光マスクを移動させながら、露光し、露光量を変化させてニードルの先端角を制御する方法（特許文献４参照）や、薬液を用いたウェットエッチングとプラズマエッチングを組み合わせた方法（特許文献５参照）等、様々な方法が提案されている。
【０００９】
また、マイクロニードルの製造方法として、レジストマスク下で等方性エッチングを行ってマイクロニードルの先端を形成した後、異方性エッチングをおこなって所望の高さのマイクロニードルを有するマイクロニードルパッチを形成する方法が開示されている（特許文献６参照）。
【００１０】
しかしながら、上記の製造方法は、熱酸化膜の形成、レジスト塗布、フォトリソグラフィー法によるマスクパターン形成、等方性エッチング、異方性エッチング、側面堆積層の除去、および勾配エッチングと複雑な多数工程を必要とするため、コストと時間がかかるという問題がある。
【００１１】
マイクロニードルは真皮等の生体組織内に確実に到達させる必要があるため、特に高さについては均一に形成する必要があるが、上記方法によって精度よくマイクロニードルを形成することは困難である。
【００１２】
上記のように、従来のマイクロニードルの製造方法では、高アスペクト比であることに加え、先端の先鋭化が必要であるという、マイクロニードルの構造上の要求を満たすため、一般的にはあまり用いられない特殊な露光装置、高精度の機械加工技術、または複雑な製造工程が必要となる場合が多い。また、エッチングが進むことにより脱落したマスクが周辺を汚染するという問題が発生する。
【特許文献１】米国特許第６，１８３，４３４号明細書
【特許文献２】特開２００５−２１６７７号公報
【特許文献３】特開２００２−７９４９９号公報
【特許文献４】特開２００５−２４６５９５号公報
【特許文献５】特開２００２−２３９０１４号公報
【特許文献６】特開２００５−１９９３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、複雑な製造工程や特殊な製造装置を利用することなく、先端角およびその高さを容易に制御可能なニードルの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、基板上に厚み分布をもつ島状のエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクと基板とのエッチングレートの差を利用して前記基板を針状に加工する工程とを含むことを特徴とするマイクロニードルの製造方法である。
【００１５】
本発明においては、前記基板上に複数のエッチングマスクのアレイを形成することが好ましい。
【００１６】
本発明は、前記基板に深さ分布をもつ凹部を設ける工程と、前記凹部の少なくとも一部を覆う、厚み分布をもつ島状のエッチングマスクを形成する工程とを含んでいてもよい。
【００１７】
本発明においては、前記凹部と凹部の外縁部の一部を覆うエッチングマスクを形成してもよいし、前記凹部を含む基板の全面を覆うエッチングマスクを形成してもよい。
【００１８】
本発明においては、前記エッチングマスクの前記凹部に対応する位置に開口部を設けてもよい。この場合、前記開口部を前記凹部からずらして形成してもよい。
【００１９】
本発明は、基板上に島状のエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクを、厚み分布をもつように変形させる工程と、前記エッチングマスクと基板とのエッチングレートの差を利用して前記基板を針状に加工する工程とを含んでいてもよい。
【００２０】
本発明においては、基板上に形成した島状のエッチングマスクをリフローさせて厚み分布をもつように変形させてもよい。
【００２１】
本発明においては、エッチングマスク材料を溶媒に溶解した液滴またはエッチングマスク材料を加熱溶融した液滴を吐出して基板上に島状のエッチングマスクを形成し、前記溶媒を揮発させるかまたはエッチングマスク材料を凝固させてエッチングマスクを厚み分布をもつように変形させてもよい。
【００２２】
本発明においては、基板に穴を形成する工程と、前記穴に充填剤を充填する工程と、前記穴を形成した側の基板上に島状のエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクを厚み方向に変形させる工程と、前記基板をエッチングして針状に加工する工程と、前記充填材を除去する工程とを含んでいてもよい。
【００２３】
本発明においては、基板に穴を形成する工程と、前記穴を設けた側と反対側の基板上に島状のエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクを厚み方向に変形させる工程と、前記基板をエッチングして針状に加工する工程とを含んでいてもよい。
【００２４】
これらの方法においては、前記穴が未貫通穴または貫通穴でもよい。また、前記エッチングマスクの位置を前記穴の位置と対応させてもよいし、前記エッチングマスクの位置を前記穴の位置からずらせてもよい。
【００２５】
本発明においては、前記エッチングマスクを、周縁の一部が内部にくぼんだ形状に形成してもよい。
【００２６】
本発明において、前記基板のエッチングレートを前記エッチングマスクのエッチングレートで除したエッチング選択比を１以上１００以下にすることが好ましい。また、エッチングの中途で、エッチング選択比が変化するようにエッチング条件を変更してもよい。
【００２７】
本発明は、基板上にレジスト層を形成する工程と、網点密度パターンを用いたマスクを通しての露光、グレースケールパターンを用いたマスクを通しての露光、レーザー多重露光、または傾斜露光のいずれかを用いて前記レジスト層を露光する工程と、前記レジスト層を現像して基板上に厚み分布をもつ島状のエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクと基板とのエッチングレートの差を利用して前記基板を針状に加工する工程とを含んでいてもよい。
【００２８】
本発明において、前記エッチングとして異方性エッチングが用いられる。前記異方性エッチングは、イオンエッチング、反応性イオンエッチング、イオンビームエッチングまたは反応性イオンビームエッチングである。
【００２９】
本発明においては、前記マイクロニードルを形成した後、前記マイクロニードルに等方性エッチングを施してもよい。
【００３０】
本発明においては、製造したマイクロニードルを原版とし、転写を行ってマイクロニードル製造用複製版を製造してもよい。この場合、前記転写をメッキ金属、樹脂またはセラミックを用いて行うことができる。
【００３１】
本発明は、上記の方法で製造されたマイクロニードルも含む。また、マイクロニードル製造用複製版を用いて製造されたマイクロニードルも含む。本発明のマイクロニードルは、生体適合性材料からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明のマイクロニードルの製造方法は、医療のみならず、微細なニードルを必要とする様々な分野に適用可能であり、例えばＭＥＭＳデバイス、医療、創薬、化粧品などに用いるマイクロニードルの製造方法としても有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図１ａ〜１ｆを参照して本発明の一実施形態に係るマイクロニードルの製造方法を説明する。
【００３４】
＜基板に深さ分布をもつ凹部を設ける工程＞
まず、ニードルを形成する箇所に対応して、基板に深さ分布をもつ凹部を設ける。
【００３５】
基板の材料は、ウェットエッチング、プラズマエッチング、ブラスト処理等で加工可能なものであれば良い。具体的には、シリコンや、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料や、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリル樹脂、フッ素樹脂等の合成樹脂が挙げられる。
【００３６】
凹部を設ける方法としては、ウェットエッチング、レーザー加工、反応性イオンエッチング、収束イオンビームのような方法を用いることが出来る。最終的なニードルの形状、径の大きさは、形成する凹部の形状、径の大きさに依存するため、所望のニードルの形状に応じて凹部の形状を決定する。
【００３７】
たとえば、凹部の底部の形状を制御することにより、最終的に製造されるニードルの先端角度及び高さを制御することが出来る。凹部の底部が鋭い角度をもつ場合、ニードルの先端角度は鋭くなる傾向があり、凹部の深さが深い場合、ニードルの高さは高くなる傾向がある。
【００３８】
エッチングにより凹部を設ける場合について説明する。まず、基板上にエッチングマスクを形成する（図１ａ）。
【００３９】
エッチングマスクとしては、レジストを用いてもよいし、金属膜に開口パターンを設けたハードマスクを用いてもよいし、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）またはＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により直接基板上に形成した金属膜、有機金属膜、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜を用いてもよいし、基板がシリコンであれば熱酸化によるシリコン酸化膜を用いてもよい。
【００４０】
複数のニードルを形成する必要がある場合、形成するエッチングマスクのパターンレイアウトを適切に設計し、任意の本数のニードルが任意の間隔で並んだアレイを形成することが可能である。
【００４１】
次に、エッチングマスクから露出した基板をエッチングすることにより、深さ分布を有する凹部１０３を形成する（図１ｂ）。凹部形成後にエッチングマスク１０２を除去する。
【００４２】
このとき、凹部の底部の形状は、基板の結晶方位によるエッチングレート差や、エッチングマスクと基板とのエッチング選択比により制御することが出来る。上述したように凹部の底部の形状を制御することにより、最終的に製造されるニードルの先端角度及び高さを制御することが出来る。
【００４３】
＜厚み分布を有するエッチングマスクを形成する工程＞
次に、凹部の少なくとも一部を覆うように、基板上に厚み分布を有するエッチングマスクを形成する。たとえば、基板の全面にエッチングマスクを形成すれば、凹部１０３に充填されたエッチングマスク１０４が厚み分布をもつ（図１ｃ）。したがって、必ずしもエッチングマスク１０４をパターニングする必要はない。
【００４４】
＜基板をエッチングする工程＞
次に、エッチングマスク１０４を形成した基板１０１の全面をエッチングしてマイクロニードル１０６を製造する（図１ｄ、１ｅ）。基板１０１としてシリコンを用いた場合、フッ素系ガスを用いて異方性エッチングする。
【００４５】
図１ｃからエッチングを始めると、全面でエッチングマスク１０４が同じ厚さだけエッチングされ、基板１０１の上面が露出し、凹部１０３にのみ厚み分布を有するエッチングマスク１０４が残った状態になる。この状態から、さらにエッチングを進行すると、エッチングレートの速い基板１０１の方がエッチングマスク１０４よりも多くエッチングされる。このとき、エッチングマスク１０４と基板１０１のエッチング選択比（エッチングマスクのエッチングレートに対する基板のエッチングレートの比）によって、ニードルの先端角度の制御が可能である。エッチング選択比が高い場合、ニードルの先端角度は鋭くなり、高さは高くなる傾向がある。エッチング選択比が低い場合、先端角度は鈍くなり、高さは低くなる傾向がある。
【００４６】
なお、図１ｄに示すように、エッチングマスクが残存した状態でエッチングを中止し、残存したエッチングマスクを剥離することにより、先端部に凹部の底部の形状に対応する凹部を有するニードルを作製することが出来る。こうした先端部に凹部を有するニードルは、例えば、血液の採取、薬液の注入に好適である。
【００４７】
＜マイクロニードルの転写＞
また、製造された図１ｅのマイクロニードル１０６を原版として、複製版１０７を作製してもよい（図１ｆ）。複製版１０７の材料は、適度な形状追従性及び硬度を有していれば良く、例えば、メッキ金属や、有機シリコーン等の成型用樹脂を用いることが可能である。
【００４８】
以下、金属メッキ法を用いる場合について説明する。この場合、原版とするマイクロニードル１０６の全面にメッキ法によって金属層を一様に形成する。次に、原版としたマイクロニードル１０６を除去し、金属からなる複製版１０７を形成する。
【００４９】
形成する金属膜の厚さに制限は無いが、ニードルの高さの２倍以上の厚さに形成することが好ましい。金属の種類には特に制限は無く、例えばニッケルや銅、各種の合金等が好適に用いられる。
【００５０】
また、金属以外の材料であるセラミックや樹脂を用いても良い。膜の形成方法としてはメッキ法の他に、プラズマ成膜法、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法、焼結法、キャスティング法等も好適に用いることができる。
【００５１】
次に、前記複製版１０７を用いて、種々の材料へ転写を行う。前記複製版１０７を用いて、インプリント法、ホットエンボス法、射出成形法、キャスティング法等によって、マイクロニードルの複製を行う。複製品の材質は特に制限されないが、生体適合性材料である医療用シリコーン樹脂や、マルトース、ポリ乳酸、デキストラン、キチンキトサン等を用いることで、生体に適用可能なマイクロニードルを形成できる。
【００５２】
＜図１の変形例＞
図１ｃでは基板の全面にエッチングマスクを形成したが、エッチングマスクのパターンを変更することで多様な形状のマイクロニードルを製造することが出来る。エッチングマスクのパターンを変更した実施形態について説明する。
【００５３】
図２ａに示すように、凹部１０３と凹部１０３の外縁部の一部を覆うエッチングマスク２０１のパターンを形成してもよい。この場合、エッチングにより、図２ｂに示すように、底部が補強された形状のマイクロニードル２０２を製造することができる。
【００５４】
マイクロニードルの底部には刺突の際に大きな応力がかかるので、底部が補強された形状になっていると、刺突の際に折れにくいという効果が得られる。
【００５５】
図１および図３ａに示すように、基板の全面に設けられたエッチングマスク１０４に、凹部１０３の中央に対応して開口部３０１を設けてもよい。この場合、エッチングにより、図３ｂに示すように、エッチングマスク１０４の開口部３０１に対応して、凹部１０３の底部中央がより多くエッチングされるので、中空部を有するマイクロニードル３０２を形成する。このような、中空部を有するマイクロニードル３０２は、例えば、血液の採取、薬液の注入に好適な形状を有する。
【００５６】
なお、凹部１０３の中央と開口部３０１の中央を、凹部１０３の範囲内でずらしてもよい。また、凹部１０３のない位置に開口部３０１を設けてもよい。
【００５７】
また、エッチングマスクの厚みを変更することで、マイクロニードルの高さを容易に制御することが出来る。このとき、エッチングマスクの厚みが厚いほど、製造されるニードルの高さは高くなる傾向がある。
【００５８】
図４ａに示すように、凹部１０３に対応する位置にのみ、厚いエッチングマスク４０１を形成してもよい。この場合、エッチングにより、図４ｂに示すように、胴体部が錐状ではなく柱状であり、先端部のみが先鋭化されたマイクロニードルを製造することが出来る。このように、あらかじめ設けた凹部１０３の深さに関わらず、製造されるマイクロニードルの高さを制御することも可能である。
【００５９】
図５ａ〜５ｄを参照して本発明の他の実施形態に係るマイクロニードルの製造方法を説明する。
【００６０】
＜基板にエッチングマスクを形成する工程＞
まず、基板１０１上にエッチングマスク１０２を形成する（図５ａ）。
【００６１】
基板の材料は、プラズマエッチング等のエッチング法で加工可能なものであれば良く、加工法に適する材料を適宜選択することが出来る。具体的には、シリコンや、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料や、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリル樹脂、フッ素樹脂等の合成樹脂を用いて良い。
【００６２】
エッチングマスクの材料は、上述した基板と密着し、後述するエッチングを行う工程において、エッチングマスクのエッチングレートが、基板のエッチングレートより小さいものであれば良い。
【００６３】
エッチングマスクを形成するには、基板上に均一に形成できる方法、具体的には、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スプレーコート法、液滴吐出法等の方法を用いることが出来る。
【００６４】
エッチングマスクのパターンを形成する方法としては、公知の方法を適宜使用することが出来る。例えば、露光現像による方法（用いるフォトマスクによりパターンを制御する）、液滴吐出法（パターンのみに液滴を吐出する）等の方法を用いることが出来る。
【００６５】
製造されるニードルの径は、形成するエッチングマスクの径に依存するので、所望のニードルの径に応じてエッチングマスクの径を調整する。
【００６６】
複数のエッチングマスクのアレイを形成しても良い。エッチングマスクのアレイを形成することにより、マイクロニードルアレイを製造することが可能となる。このとき、エッチングマスクのパターンレイアウトを調整することで、ニードルの間隔および本数を制御することが出来る。
【００６７】
＜エッチングマスクを、厚み分布をもつように変形させる工程＞
次に、エッチングマスクを、厚み分布をもつように変形させる（図５ｂ）。
【００６８】
後述するエッチング工程において、エッチングマスクの薄い部位は、エッチングマスクの厚い部位と比べて早くに除去される。よって、エッチングマスクに厚み分布をもたせることで、マスクが除去される時間を制御することが出来る。このとき、基板も同時にエッチングされているため、マスクが除去されるにつれ、除去されたマスクの部位に対応する基板の部位のエッチングも進む。
【００６９】
エッチングマスク周縁部の厚みを、エッチングマスク中央部の厚みと比べて薄くし、周縁部から中央部へ向けてエッチングマスクの厚みを連続的に変化させた場合、エッチングが進むにつれて、エッチングマスク周縁部から徐々にマスクが除去され、基板とエッチングマスクとのエッチング選択比（エッチングマスクのエッチングレートに対する基板のエッチングレートの比）に応じたテーパー角度を持つニードルを製造することが可能となる。
【００７０】
このようにエッチングマスクに厚み分布をもたせることで、マスクが除去される時間を制御することが出来るため、後述するエッチング工程で製造されるニードルの先端角度及び高さを制御することが出来る。同一のエッチング条件下でエッチングマスクが消失するまでエッチングを実施する場合、初期のエッチングマスクが厚いほど、製造されるニードルは高くなる。
【００７１】
エッチングマスクを、厚み分布をもたせるように変形させるために、エッチングマスクをリフローさせても良い。エッチングマスクを加熱して流動させると、表面張力によりエッチングマスクの厚みが滑らかに変化する。こうして、エッチングマスク周縁部の厚みを、エッチングマスク中央部の厚みと比べて薄くし、エッチングマスクの厚みを周縁部から中央部へ向けて連続的に変化させることが出来る。
【００７２】
エッチングマスクの厚み分布はリフロー条件で決定される。このため、特にエッチングマスクを基板上に複数を設けた場合、各エッチングマスクの厚み分布を一様にすることができ、一度の工程で精度良く複数のニードルを製造することが可能となる。
【００７３】
エッチングマスクの初期厚さ、加熱温度等を調整することにより、リフロー後のエッチングマスクの厚みおよび厚さ分布を調整することが出来る。
【００７４】
リフローを行う場合、基板を加熱しても良い。加熱手段は特に限定されるものではない。例えば、オーブンやホットプレートといった加熱装置を用いて基板を加熱することができる。
【００７５】
また、液滴吐出法を用い、マスク材料を溶媒に溶解した液滴またはマスク材料を加熱溶融させた液滴を吐出してエッチングマスクを形成した場合、前記溶媒を揮発させるかまたはマスク材料を凝固させることにより、エッチングマスクを厚み分布をもつように変形させることが出来る。これらの方法でも、表面張力によりエッチングマスクの厚みが滑らかに変化する。このため、エッチングマスク周縁部の厚みを、エッチングマスク中央部の厚みと比べて薄くし、エッチングマスクの厚みを周縁部から内部へ向けて連続的に変化させることが出来る。
【００７６】
液滴吐出でエッチングマスクを形成する場合、液滴吐出の精度の範囲で任意の形状のエッチングマスクを形成することが出来る。
【００７７】
また、エッチングマスクの厚み分布は、溶媒揮発条件または凝固条件で決定される。このため、特に、エッチングマスクを基板上に複数を設けた場合、各エッチングマスクの厚み分布を一様にすることができ、一度の工程で精度良く複数のニードルを製造することが可能となる。
【００７８】
溶媒を揮発させるか、またはマスク材料を凝固させる場合、加熱、減圧または減圧下で加熱等を行う。減圧手段および加熱手段は特に限定されず、例えば、減圧環境下でオーブンやホットプレートといった加熱装置を用いてもよい。
【００７９】
＜エッチング工程＞
次に、エッチングマスクを形成した基板全体のエッチングを進め（図５ｃ）、マイクロニードルを製造する（図５ｄ）。
【００８０】
エッチング方法は、基板のエッチングレートとエッチングマスクのエッチングレートとが異なる異方性エッチング方法であれば良く、適宜公知の方法を用いることが出来る。例えば、ＲＩＥ、マグネトロンＲＩＥ、ＥＣＲ、ＩＣＰ、ＮＬＤ、マイクロ波、ヘリコン波等の放電方式を用いたドライエッチング装置を用いたドライエッチングを行っても良い。
【００８１】
エッチングマスク周縁部の厚みがエッチングマスク中央部の厚みと比べて薄くなるように、周縁部から中央部へ向けてエッチングマスクの厚みを連続的に変化させた場合、エッチングが進むにつれて、エッチングマスク周縁部から徐々にマスクが除去され、基板とエッチングマスクとのエッチング選択比（エッチングマスクのエッチングレートに対する基板のエッチングレートの比）に応じたテーパー角度を持つマイクロニードルを製造することが可能となる。
【００８２】
エッチングマスクの形状を、周縁の少なくとも一部が内部にくぼんでいる形状としても良い。周縁の少なくとも一部が内部にくぼんでいる形状の例として、図６ａに示すように基板２０１上に形成された十字形状のエッチングマスク２０２や、図７ａに示すように、基板２０１上に形成された、底部が円の一部が内部にくぼんだ形状のエッチングマスク２０３が挙げられる。このほか、底部が任意の数の頂点を持ち、前記頂点を連続する直線または曲線で結んだ星型の形状などを含む。
【００８３】
エッチングマスクを周縁の少なくとも一部が内部にくぼんでいる形状にすることにより、エッチング後に形成される図６ｂおよび図７ｂに示すように、ニードルの側面に凹部が形成され、ニードルの表面積を増大することが出来る。このため、薬液の保持、注入に好適な形状を持ったニードルを製造することが可能となる。
【００８４】
上述した通り、基板とエッチングマスクとのエッチング選択比により、ニードルのテーパー角度を決定することが出来るため、基板材料を単結晶材料に限定することなくニードルのテーパー角度、先端角度を設計し、製造することが可能となる。
【００８５】
エッチングマスクに対する基板のエッチング選択比によって、ニードルの先端角度の制御が可能である。エッチング選択比が高い場合、ニードルの先端角度は鋭くなり、高さは高くなる傾向がある。エッチング選択比が低い場合、先端角度は鈍くなり、高さは低くなる傾向がある。
【００８６】
また、徐々にマスクが除去されていき、最終的にマスクが微小な範囲に収束してから完全に除去されることでニードルを形成するため、エッチングマスク脱落による汚染等が発生することなく、また先端形状が鋭利なニードルを製造することが可能となる。
【００８７】
なお、エッチングマスクが残存した状態（図５ｃ）でエッチングを停止し、エッチングマスクを剥離しても良い。このとき、先端部分のみ平坦な形状を残した、刺突の際に先端部の欠けを低減する効果を奏するニードルを製造することが可能となる。
【００８８】
また、エッチングの中途で、基板とエッチングマスクとのエッチング選択比が変化するようにエッチング条件を変更してもよい。
【００８９】
前述した通り、エッチング選択比によりテーパー角度が決定されるため、エッチングの中途でエッチング条件を変更することにより、ニードルのテーパー角度が段階的に変化したニードルを製造することが出来る。
【００９０】
エッチングする基材のエッチングレートをエッチングマスクのエッチングレートで除した値であるエッチング選択比は１以上１００以下が好ましい。特に、エッチングマスク形状を精度良く基板に転写するためには５以上５０以下のエッチング選択比が好ましい。
【００９１】
ただし、エッチング選択比は上記範囲に限定されず、所望する針状体のテーパー角度に応じて適宜変更してよい。例えば、エッチング条件をエッチングの中途で変更する場合には、中途では非常に大きな選択比（１００以上）を用いても良い。
【００９２】
最初にエッチング選択比を小さくしてエッチングを行い、後にエッチング選択比を大きくした場合、ニードルの底部がなだらかなテーパー角度となり、刺突の際に大きな応力がかかる基底部が補強された形状のニードルを製造することができる。このようなニードルは、刺突の際に折れにくいという効果を奏する（図８ａ）。
【００９３】
また、エッチング選択比を非常に大きくした場合、エッチングマスクのエッチング速度に対して、基板のエッチング速度が非常に大きくなるため、ニードル側面をほぼ垂直の角度にすることができ、底部を一定の径に保ちながら、高アスペクト比のニードルを製造することが可能となる（図８ｂ）。特に、複数のニードルを並べたアレイの場合、アスペクト比を高くすることで、ニードルを密に配置することが可能となるため効果的である。
【００９４】
上述したエッチング条件の変更は複数組み合わせて実施しても良い。複数のエッチング条件の変更を組み合わせて実施することにより、例えば、底部がなだらかであり、かつアスペクト比の高いニードルを製造することが可能となる（図８ｃ）。
【００９５】
以上のように、先端角およびその高さを容易に制御可能であり、かつ簡便な工程で、ニードルを製造することが出来る。
【００９６】
以下、穴もしくは貫通穴を有するニードルの製造方法について図９、図１０を参照して説明する。
【００９７】
＜基板に穴を形成する工程＞
まず、基板に穴４０1を形成する（図９ａ）。あらかじめ、基板１０１のエッチングマスクに対応する位置に穴４０１を設けておくことで、中空ニードルを作製することができる。このような形状のニードルは、例えば血液の採取、薬液の注入に好適である。
【００９８】
基板に穴４０１を形成する方法は、ニードルの形状、寸法、集積度に応じて、適宜公知の方法を用いれば良い。例えば、エッチングによる深掘り、レーザーを用いた加工法、その他の精密機械加工法等が挙げられる。
【００９９】
また、基板を貫通する穴５０１を形成してもよい（図１０ａ）。基板を貫通する穴５０１を設けることにより、貫通穴を持ったニードルを製造することが出来る。
【０１００】
＜穴に充填材を充填する工程＞
次に、基板に設けた穴４０１、５０１に、充填材４０２、５０２を充填する（図９ｂ、図１０ｂ）。
【０１０１】
充填材としては、数μｍから数百μｍ程度の穴に充填可能なものであれば良い。例えば、Ｎｉ等の金属材料、シリコーン、耐熱性樹脂等を用いることができる。
【０１０２】
充填材を充填する方法としては、適宜公知の方法を用いることが出来る。例えば、電解メッキといったメッキ法、材料を溶融し穴に充填する方法等を用いることが出来る。
【０１０３】
＜穴に対応する部分に厚み分布をもつエッチングマスクを形成し、エッチングする工程＞
次に、穴に対応する部分に厚み分布をもつエッチングマスクを形成し（エッチングマスク４０３、５０３）、エッチングを行う（図９ｃ、図１０ｃ）。
【０１０４】
これらの工程は、上述した方法と同様の方法で実施することが出来る。
【０１０５】
＜充填材を除去する工程＞
次に、充填材４０２、５０２を除去し、ニードル４０４、５０４を得る（図９ｄ）、（図１０ｄ）。
【０１０６】
充填材を除去する方法は、基板に大きなダメージを与えずに充填材を取り除けるものであれば良い。例えば、選択した充填材に適する各種エッチング液や溶剤等を用いて、充填材を溶解させる方法を用いることが出来る。
【０１０７】
以下、貫通穴を設けてニードルを製造する方法の他の実施形態について、図１１を参照して説明する。
【０１０８】
＜基板に穴を形成する工程＞
まず、基板に、未貫通の穴６０１を形成する（図１１ａ）。用いる基板および穴の形成法は上記と同様である。
【０１０９】
＜穴を設けた側とは反対側の基板上にエッチングマスクを形成し、エッチングマスクを厚み分布をもつように変形させる工程＞
次に、穴６０１を設けた側と反対側の基板上にエッチングマスク６０２を形成し、エッチングマスク６０２を厚み分布をもつように変形させる（図１１ｂ）。エッチングマスクを形成し、厚み分布をもつように変形させる方法は上記と同様である。
【０１１０】
穴を設けた側と反対側の基板上に、前記穴に対応してエッチングマスク６０２を形成すると、充填材を必要とせずに、貫通穴を持ったニードルを製造することが出来る。
【０１１１】
＜エッチング工程＞
次に、エッチングを行うことにより、貫通穴を有するニードル６０３を製造する（図１１ｃ）。この工程も、上記と同様に実施することが出来る。
【０１１２】
以上のような方法で中空ニードルを製造することができる。このような中空ニードルは、例えば血液の採取、薬液の注入に好適な形状を有する。
【０１１３】
＜図９の変形例＞
図９では穴の深さとエッチングの深さを同程度にしているが、穴の深さとエッチングの深さとの関係を適宜調整することも出来る。
【０１１４】
図１２ａ〜１２ｄは、穴の深さよりも深くエッチングする例を示している。
【０１１５】
図１３ａ〜１３ｄは、穴の深さよりも浅くエッチングする例を示している。
【０１１６】
＜図１０の変形例＞
図１０では穴の中央とエッチングマスクの中央とを位置合わせしているが、穴の中央とエッチングマスクの中央とを少しずらせてもよい。
【０１１７】
図１４ａ〜１４ｄは、穴の中央とエッチングマスクの中央とを少しずらせた例を示している。この例では、ニードル先端に傾斜面をなす開口が形成される。
【０１１８】
＜図１１の変形例＞
図１１では穴の中央と、穴と反対側の基板上に形成されるエッチングマスクの中央とを位置合わせしているが、穴の中央とエッチングマスクの中央とを少しずらせてもよい。
【０１１９】
図１５ａ〜１５ｄは、穴の中央とエッチングマスクの中央とを少しずらせた例を示している。この例でも、ニードル先端に傾斜面をなす開口が形成される。
【０１２０】
＜図９の変形例＞
図９では穴の中央とエッチングマスクの中央とを位置合わせしているが、穴の中央とエッチングマスクの中央とを少しずらせてもよい。
【０１２１】
図１６ａ〜１６ｄは、穴の中央とエッチングマスクの中央とを少しずらせた例を示している。この例では、中空ニードル先端に傾斜面をなす開口が形成される。
【０１２２】
＜図１６の変形例＞
図１６では穴の深さとエッチングの深さを同程度にしているが、穴の深さとエッチングの深さとの関係を適宜調整することも出来る。
【０１２３】
図１７ａ〜１７ｄは、穴の深さよりも深くエッチングする例を示している。
【０１２４】
図１８ａ〜１８ｄは、穴の深さよりも浅くエッチングする例を示している。
【０１２５】
＜図１０の変形例＞
図１０では穴の中央とエッチングマスクの中央とを位置合わせしているが、穴とエッチングマスクとが重ならないようにずらせてもよい。
【０１２６】
図１９ａ〜１９ｄは、穴とエッチングマスクとが重ならないようにずらせた例を示している。この例では、ニードルの位置から貫通穴の位置が離れている。
【０１２７】
＜図１１の変形例＞
図１１では穴の中央と、穴と反対側の基板上に形成されるエッチングマスクの中央とを位置合わせしているが、穴とエッチングマスクとが重ならないようにずらせてもよい。
【０１２８】
図２０ａ〜２０ｃは、穴とエッチングマスクとが重ならないようにずらせた例を示している。この例でも、ニードルの位置から貫通穴の位置が離れる。
【０１２９】
＜図２０の変形例＞
図２０では未貫通穴を形成しているが、穴とエッチングマスクとが重ならないようにずらせる場合には貫通穴を設けてもよい。
【０１３０】
図２１ａ〜２１ｃは、貫通穴とエッチングマスクとが重ならないようにずらせた例を示している。この例でも、ニードルの位置から貫通穴の位置が離れる。
【０１３１】
以上のいずれの例でも、ニードルを形成した後、さらに等方性エッチングを行っても良い。図２２ａ〜２２ｃに形成されたニードルを等方性エッチングする例を示す。図２２ａのニードルを等方性エッチングすると、図２２ｂに示すように、ニードル全体の形状が等方的に一定距離だけ縮小した形状となる。このため、図２２ｃに示すように、ニードルの底部は丸みを帯びた形状となり、ニードルの先端部は先鋭化した形状となる。このように等方性エッチングを施すことにより、ニードルの形状を調整して、より穿刺しやすく折れにくい形状にすることが出来る。
【０１３２】
＜ニードルの転写＞
以下、図２３を参照して、ニードルの転写について説明する。
【０１３３】
上述の方法により製造したマイクロニードル７０１を原版とし、複製版７０３を形成する。
【０１３４】
まず、ニードル７０１が形成された面に、複製版７０３を形成する（図２３ａ）。
【０１３５】
複製版７０３の材質は特に制限されないが、複製版として機能する形状追従性、後述する転写における転写性、耐久性および離型性を考慮して選択される。例えば、複製版７０３の材質としてニッケルを用いることができる。この場合、ニッケル膜の形成方法としては、メッキ法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法等が挙げられる。
【０１３６】
次に、ニードル７０１から複製版７０３を分離する（図２３ｂ）。
【０１３７】
ニードル７０１と複製版７０３を分離する方法としては、物理的な剥離力による分離または選択性エッチング法を用いることが出来る。
【０１３８】
次に、複製版７０３にニードル材料を充填する（図２３ｃ）。
【０１３９】
ニードル材料は特に制限されないが、生体適合性材料である医療用シリコーン樹脂や、マルトース、ポリ乳酸、デキストラン、キチンキトサン等を用いることで、生体に適用可能なニードルを形成出来る。
【０１４０】
ニードル材料の充填方法は制限されないが、生産性の観点から、インプリント法、ホットエンボス法、射出成形法、押し出し成形法およびキャスティング法を好適に用いることが出来る。
【０１４１】
次に、ニードル材料を複製版７０３から離型し、転写成形されたニードル７０４を得る（図２３ｄ）。
【０１４２】
複製版７０３からの剥離性を向上させるために、ニードル材料の充填前に、複製版７０３の表面に離型効果を増すための離型層を形成してもよい（図示せず）。
【０１４３】
離型層としては、例えば広く知られているフッ素系の樹脂を用いることが出来る。離型層の形成方法としては、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、スピンコート法、ディップコート法等を好適に用いることができる。
【０１４４】
以上のように、ニードルの転写を実施することが出来る。一体成形された機械的強度の高い複製版を作製することにより、同一の複製版で多量のニードルを製造することが出来るため、生産コストを低くし、生産性を高めることが可能となる。
【０１４５】
次に、本発明の他の実施形態について図２４および図２５を参照して説明する。
【０１４６】
図２４ａ〜２４ｄは、本実施形態におけるマイクロニードルの製造工程を示した図であり、図２４ｅおよび２４ｆはマイクロニードルを原版に用いて複製版を製造する工程を示した図である。
【０１４７】
まず、図２４ａに示すように、基板１３の表面にネガティブ型レジストを塗布してレジスト層１２を形成する。
【０１４８】
次に、マスク１５を用いてフォトリソグラフィー法により、レジスト層１２にマイクロニードルパターンの露光を行う。本実施形態のマスク１５には網点の打点数が円形の周縁部から中心部にかけて少なくなるよう変化させて設けられた図２５ｂに模式的に示すニードル形状の単位マスク１６が図２５ａに示すように規則的に配列されたニードルパターンアレイが設けられて形成されている。露光後現像を行うと、露光されなかった部分のネガティブ型レジストが露光パターンに従って除去され、図２４ｂに示すように円錐状のエッチングマスク１７が突出して基板１３上に形成される。
【０１４９】
続いて、図２４ｃに示すように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によってエッチバックを行い、基板１３上に所望の高さのマイクロニードル１４を形成する（エッチング工程）。このとき、基板１３の単位時間あたりのエッチング速度をレジスト層１２のエッチング速度で除して求められるエッチング選択比を、１以上１０以下、好ましくは１以上５以下となるように、レジスト層１２及び基板１３の材料選択、及びエッチング環境の調整を行う。
【０１５０】
エッチング選択比が１１より大きいと、マイクロニードル１４の制御精度が低くなる。また、エッチング選択比を１より小さくすると、不必要に厚いレジスト層１２を形成しなければならず、製造効率が低下する。
【０１５１】
上記の説明より、上述した工程において形成されるレジスト層１２の厚みは、作製するマイクロニードルの高さを、設定したエッチング選択比の値で除した値に設定される。
【０１５２】
エッチング工程が終了すると、図２４ｄに示すように、エッチングマスク１７がすべて除去され、基板１３の表面に所望の高さのマイクロニードル１４が突出して形成されたマイクロニードルアレイ１１が得られる。
【０１５３】
本実施形態のマイクロニードルの製造方法によれば、シリコン等の安定した基材を用いて、従来よりもはるかに少ない工程数でマイクロニードルアレイ１１を製造することができる。
【０１５４】
また、ディップコート法又は塗布法を用いてレジスト層１２を厚く形成することにより、エッチング工程において、エッチバックにおけるエッチングレートを１以上１０以下の比較的低い範囲に設定することができるので、マイクロニードルが高い精度で制御されて形成されたマイクロニードルを作製することができる。
【０１５５】
さらに本実施形態のマイクロニードルアレイ１１を、図２４ｅに示すように、樹脂や金属等の材料１８で転写することによって、図２４ｆに示すように、容易にマイクロニードル製造用の複製版１９を作製することができる。このように、最適な材料を選択して少ない工程でマイクロニードルを製造するための複製版を製造することができる。このときの転写には、メッキ法、樹脂法、セラミック法等、従来の方法を用いることができる。さらに上記複製版を用いて生体適合性材料を加工することによって、本発明のマイクロニードルパッチを製造することができる。また、内部に穴が形成されるようにマイクロニードルを作製し、生体適合性材料の量を調節すれば、基部が一体となっておらず、注射器等に使用可能なマイクロニードル単体を製造することも可能である。
【０１５６】
本実施形態においては、ネガティブ型レジストを使用してマイクロニードルアレイ１１を製造しているが、これに代えてポジティブ型レジストを使用すれば、エッチング工程を経て、基板１３の材料で形成されたマイクロニードルを得ることができる。従って、感光性材料より安定性の高い材料からなるマイクロニードルを少ない工程で作製し、当該マイクロニードルを用いて直接マイクロニードルパッチを製造することも可能である。
【０１５７】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【０１５８】
例えば、上記実施形態では、露光現像工程において、網点密度を用いたマスクや、グレースケールを用いたマスクを使用して露光処理を行っているが、これらに代えて、レーザースキャンでデジタル的に露光量を調整し、製造するマイクロニードルの立体形状に基づいた露光積算量に従って、レジスト層をレーザーで多重露光することにより、露光処理を行ってもよい。
【０１５９】
さらに、上記実施形態では、円錐状又は四角錐状のマイクロニードルが形成されているが、これに限定されず、三角錐状や他の多角錐状のマイクロニードルを形成してマイクロニードル及び複製版を製造することも可能である。
【０１６０】
さらに、上記実施形態では、エッチング工程において、反応性イオンエッチングによりエッチバックを行っているが、これに限定されず、イオンエッチング、イオンビームエッチング、反応性イオンビームエッチング等、従来知られる他のエッチング方法を使用することも可能である。
【０１６１】
また、上記実施形態では、生体適合性材料を溶解してマイクロニードル又はマイクロニードル製造用複製版に流し込むことによってマイクロニードルパッチを製造する例を説明したが、これに代えて、圧縮成形や射出成形等の一般的に用いられているプラスチック成形技法を用いてマイクロニードルパッチを製造することも可能である。
【実施例】
【０１６２】
実施例１
まず、基板としてシリコンウェハを用意した。このシリコンウェハの結晶面方位は（１００）であり、厚みは５２５μｍである。このシリコンウェハ上にＤＣマグネトロンスパッタ法によりクロムを１００ｎｍの膜厚で形成した。この際のスパッタ圧力は０．２５Ｐａ、投入電力は１０００Ｗである。
【０１６３】
次に、このクロム膜上にエッチングマスクとしてポジ型レジスト（東京応化製ＯＦＰＲ−５０ｃｐ）を１μｍの膜厚にコートした。フォトリソグラフィー法により一辺５０μｍの正方形開口を有するレジストパターンを形成した。このレジストパターンをエッチングマスクとして、過塩素酸及び硝酸第二セリウムアンモニウムの混合溶液を用いてクロム膜をエッチングし、１辺５０μｍの正方形開口を有するクロムパターンを形成した。クロムパターン形成後、有機溶媒にてレジストパターンを除去した。クロムパターンの正方形開口の寸法を測定したところ、１辺５１μｍであった（図１ａ）。
【０１６４】
このクロムパターンをエッチングマスクとして、重量濃度２５％、液温９０℃の水酸化カリウムを用いて結晶方位によるエッチングレート差を利用したシリコンの異方性ウェットエッチングを行い、シリコンウェハ表面に凹部を形成した（図１ｂ）。ウェットエッチング後に過塩素酸と硝酸第二セリウムアンモニウムの混合溶液によりクロムパターンを除去した。形成されたシリコンウェハ表面の凹部の形状を走査型電子顕微鏡により確認したところ、凹部の深さは約３５μｍであり最深部の開口角度は７０°であった。なお、ここで開口角度とは、四角錘形状において対向する側面同士がなす角度とする。
【０１６５】
このシリコンウェハの全面にポジ型レジスト（東京応化製ＯＦＰＲ−８００）を５０μｍの膜厚にコートした。この結果、シリコンウェハ表面の凹部に充填されたレジストは厚み分布をもつ。シリコンウェハの全面を、フッ素系ガスを用いたＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチングにより、レジストが完全に除去されるまでエッチングした。この際、レジストとシリコンのエッチングレートを測定した結果、レジストとシリコンのエッチング選択比は約１１であった。
【０１６６】
エッチングを終えた試料を走査型電子顕微鏡で観察したところ、底辺の一辺が５０μｍ、高さ約３５０μｍ、先端角度約８．２°の角錐型のニードルが形成されていることを確認した。
【０１６７】
角錐型のニードルが形成されたシリコンウェハ上に蒸着法により膜厚３００ｎｍのニッケル層を形成した。このニッケル層をシード層として電解メッキ法によりニッケルを１ｍｍ形成した。その後、濃度２５％、液温９０℃の水酸化カリウムを用いてシリコンを溶解し、ニッケルからなる本発明に係る複製版を作製した。
【０１６８】
この複製版を用い、インプリント法により、マルトース、デキストラン、キチンキトサンまたはポリ乳酸に転写を行った。その結果、いずれの材料でも、シリコン原版と同様の、底辺の一辺が約５０μｍ、高さ約３５０μｍ、先端角度約８．２°のニードルが形成されていることを確認した。
【０１６９】
実施例２
円形ドットパターンのエッチングマスクを用いてマイクロニードルを製造した例について説明する。
【０１７０】
まず、基板としてシリコンウェハ（厚み：５２５μｍ）を用意した。このシリコンウェハ上に、エッチングマスクとして汎用厚膜フォトレジスト（クラリアント社製、商品名：ＡＺ ＰＬＰ）を、スプレーコート法を用いて、１３μｍの膜厚にコートした。フォトリソグラフィー法により直径１００μｍの円形ドットパターンをなすエッチングマスクを形成した。
【０１７１】
次に、シリコンウェハをクリーンオーブンにおいて１５０℃で３０分間加熱し、エッチングマスクをリフローさせた。リフロー後のレジストパターンの断面形状は半球状であり、中央部のレジスト厚は２０μｍであった。
【０１７２】
次に、シリコンウェハの全面を、フッ素系ガスを用いたＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合プラズマ）エッチングにより、レジストパターンが完全に除去されるまでエッチングした。このとき、レジストおよびシリコン基板のエッチングレートを測定した結果、シリコンとエッチングマスクのエッチング選択比は約１１であった。
【０１７３】
エッチングを終えたシリコンウェハを走査型電子顕微鏡で観察した。基底部の直径が約１００μｍ、高さ約２２０μｍ、先端角度が約２５°の円錐型のニードルが形成されていることを確認した。
【０１７４】
実施例３
実施例２と同様にしてマイクロニードルを製造した。ただし、図２ａおよび２ｂに示すように、底部が十字型をなす、錘状のエッチングマスクを用いた。エッチングマスクの底部の形状は、幅４０μｍ、長さ１５０μｍの２つのラインを中央で垂直に交差させた十字型であった。また、エッチングマスクの厚さは最大で１８μｍであった。
【０１７５】
実施例２と同様に、エッチングを終えたシリコンウェハを走査型電子顕微鏡で観察した。底部の形状が幅４０μｍ、長さ１５０μｍの２つのラインを中央で垂直に交差させた十字型であり、高さが約２００μｍである錘状のニードルを得ることが出来た。
【０１７６】
実施例４
実施例２と同様にしてマイクロニードルを製造した。ただし、図３ａおよび３ｂに示すように、底部が円の一部が凹んだ形状をなす、錘状のエッチングマスクを用いた。エッチングマスクの底部の形状は、直径１００μｍの円から、外周から中心に向かって幅約１０μｍ、長さ約１０μｍの部分を切り取ったものであった。エッチングマスクの厚さは最大で１９μｍであった。
【０１７７】
実施例２と同様に、エッチングを終えたシリコンウェハを走査型電子顕微鏡で観察した。底部の形状が直径１００μｍの円から、外周から中心に向かって幅約１０μｍ、長さ約１０μｍの部分を切り取ったものであり、高さが２１０μｍである錘状のニードルを得ることが出来た。
【０１７８】
実施例５
中空のマイクロニードルを製造した例について説明する。
【０１７９】
基板としてシリコンウェハ（厚み：５２５μｍ）を用意した。このシリコンウェハに、形成しようとするエッチングマスクの中央に相当する位置に、垂直深堀エッチングにより直径２０μｍ、深さ２００μｍの穴を開けた。
【０１８０】
次に、ＤＣマグネトロンスパッタ法によって、基板表面および穴の壁に厚さ１００ｎｍの銅薄層膜を形成した。その際の成膜圧力は０．２５Ｐａとした。この銅膜は次に実施する電解メッキのシード層として用いられる。次に、電解メッキ法により、厚さ３００μｍの銅膜を成長させ穴を充填した。めっき液には硫酸銅浴（硫酸銅８０ｇ／ｌ、硫酸２００ｇ／ｌ）を用いて、浴温は室温とした。
【０１８１】
次に、表面の凹凸をなくすため、基板表面が露出するまで化学機械研磨し平坦化処理した。
【０１８２】
次に、実施例２と同様に、エッチングマスクパターン形成、リフロー、およびエッチングを行った。
【０１８３】
次に、塩化第二鉄溶液（３０％ＦｅＣｌ３、３％ＨＣｌ）に２時間浸漬し、穴に充填された銅を除去した。
【０１８４】
形成されたニードルは、外形が底部直径約１００μｍ、高さ約１７５μｍの円錐形状で、中央に直径２０μｍ、深さ１５５μｍの中空部を有していた。
【０１８５】
実施例６
転写を行ってマイクロニードルの製造した例について説明する。
【０１８６】
実施例２においてシリコンウェハを用いて製造したマイクロニードルを原版として用いた。この原版の表面に、蒸着法により厚さ３００ｎｍのニッケル膜を形成した。このニッケル層をシード層としてメッキ法により厚さ１ｍｍのニッケル膜を形成した。次に、濃度２５ｗｔ％、液温９０℃の水酸化カリウム水溶液を用いてシリコンウェハを溶解させ、ニッケルからなる複製版を作製した。
【０１８７】
この複製版を用い、インプリント法により、マルトース、デキストラン、キチンキトサンまたはポリ乳酸に転写を行った。その結果、いずれの材料でも、原版と同様のニードルが形成されていることを確認した。
【０１８８】
実施例７
マイクロニードルの形状を調整した例について説明する。
【０１８９】
実施例２と同様にして、シリコンウェハに、底部直径約１００μｍ、高さ約２２０μｍ、先端角度約２５°の円錐型のニードルを形成した。
【０１９０】
次に、酸素プラズマとフッ酸によってニードルを洗浄し、続いてフッ素系ガスを主体とするプラズマによって、ニードルを約５μｍだけ等方的にエッチングした。この等方的なエッチングにより、ニードルの形状は底部直径約９０μｍ、高さ約２００μｍ、先端角度約２２°となり、ニードルの先鋭性が向上した。
【図面の簡単な説明】
【０１９１】
【図１】図１は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図２】図２は本発明における製造方法により形成可能なニードルの一例を示す図である。
【図３】図３は本発明における製造方法により形成可能なニードルの一例を示す図である。
【図４】図４は本発明における製造方法により形成可能なニードルの一例を示す図である。
【図５】図５は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図６】図６は本発明におけるマイクロニードルの製造方法により形成可能なニードルの一例を示す図である。
【図７】図７は本発明におけるマイクロニードルの製造方法により形成可能なニードルの一例を示す図である。
【図８】図８は本発明におけるニードルの製造方法により形成可能なニードルの一例を示す図である。
【図９】図９は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１０】図１０は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１１】図１１は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１２】図１２は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１３】図１３は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１４】図１４は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１５】図１５は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１６】図１６は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１７】図１７は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１８】図１８は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１９】図１９は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図２０】図２０は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図２１】図２１は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図２２】図２２は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図２３】図２３は本発明における転写加工成形を用いたニードルの製造方法の工程を示す断面図である。
【図２４】図２４は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図２５】図２５は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロニードルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
皮膚上から薬剤を浸透させ体内に薬剤を投与する方法として経皮吸収法が知られている。この方法では、皮膚や粘膜等の生体表面に液状あるいはゲル状の薬剤を塗布する。
【０００３】
この方法は、非侵襲的であり、人体に痛みを与えることなく簡便に薬剤を投与することを可能にする。しかし、発汗や外部接触等によって塗布した薬剤が除去されやすい。また、投与期間が長期にわたる場合は皮膚障害が発生する等、安全性の面でも問題が生じることがある。さらに、対象薬剤の分子量が大きい場合や、水溶性薬剤であるなどの場合は、生体表面に塗布しても体内にはほとんど吸収されず、それらの薬剤の経皮的投与は困難であった。
【０００４】
そこで、これらの薬剤を効率よく体内に吸収させるために、ミクロンオーダーの多数のニードルを有するマイクロニードルアレイを用いて皮膚に穿孔し、皮膚内に直接薬剤を投与する方法が注目されている。この方法によれば、投薬用の特別な機器を用いることなく、簡便に薬剤を皮下投与することができる（特許文献１参照）。
【０００５】
この際に用いるマイクロニードルの形状は、皮膚を穿孔するための十分な細さと先端角、および皮下に薬液を浸透させるための十分な長さを有していることが必要とされる。このため、ニードルの直径は数μｍから１００μｍ、ニードルの長さは皮膚の最外層である角質層を貫通し、かつ神経層へ到達しない長さ、具体的には数十μｍから数百μｍであることが望ましいとされている。ニードルを構成する材料は、仮にニードルが破損して体内に残留した場合でも、人体に悪影響を及ぼさないことが要求される。このような材料として、医療用シリコーン樹脂や、マルトース、ポリ乳酸、デキストラン等の生体適合樹脂が有望視されている（特許文献２参照）。
【０００６】
このような微細構造を低コストかつ大量に製造するためには、射出成型法、インプリント法、キャスティング法等に代表される転写成型法が有効である。しかし、いずれの方法においても成型を行うためには所望の形状を凹凸反転させた型が必要であり、マイクロニードルのようなアスペクト比（構造体の直径に対する高さ、もしくは深さの比率）が高く、先端部の先鋭化が必要な構造体を形成するには、非常に複雑な製造工程を必要とする。
【０００７】
マイクロニードルの製造方法として、例えば、シリコンウェハ等の単結晶材料の結晶面方位ごとのエッチングレート差を利用した異方性ウェットエッチングを行うことにより、ニードルの先端の先鋭化を実現することが提案されている。しかし、先端部の先鋭化には、異方性ウェットエッチングの厳密な時間制御が必要となる。このように高度な加工技術が必要となる（特許文献３参照）。
【０００８】
また、露光マスクを移動させながら、露光し、露光量を変化させてニードルの先端角を制御する方法（特許文献４参照）や、薬液を用いたウェットエッチングとプラズマエッチングを組み合わせた方法（特許文献５参照）等、様々な方法が提案されている。
【０００９】
また、マイクロニードルの製造方法として、レジストマスク下で等方性エッチングを行ってマイクロニードルの先端を形成した後、異方性エッチングをおこなって所望の高さのマイクロニードルを有するマイクロニードルパッチを形成する方法が開示されている（特許文献６参照）。
【００１０】
しかしながら、上記の製造方法は、熱酸化膜の形成、レジスト塗布、フォトリソグラフィー法によるマスクパターン形成、等方性エッチング、異方性エッチング、側面堆積層の除去、および勾配エッチングと複雑な多数工程を必要とするため、コストと時間がかかるという問題がある。
【００１１】
マイクロニードルは真皮等の生体組織内に確実に到達させる必要があるため、特に高さについては均一に形成する必要があるが、上記方法によって精度よくマイクロニードルを形成することは困難である。
【００１２】
上記のように、従来のマイクロニードルの製造方法では、高アスペクト比であることに加え、先端の先鋭化が必要であるという、マイクロニードルの構造上の要求を満たすため、一般的にはあまり用いられない特殊な露光装置、高精度の機械加工技術、または複雑な製造工程が必要となる場合が多い。また、エッチングが進むことにより脱落したマスクが周辺を汚染するという問題が発生する。
【特許文献１】米国特許第６，１８３，４３４号明細書
【特許文献２】特開２００５−２１６７７号公報
【特許文献３】特開２００２−７９４９９号公報
【特許文献４】特開２００５−２４６５９５号公報
【特許文献５】特開２００２−２３９０１４号公報
【特許文献６】特開２００５−１９９３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、複雑な製造工程や特殊な製造装置を利用することなく、先端角およびその高さを容易に制御可能なニードルの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、基板上に厚み分布をもつ島状のエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクと基板とのエッチングレートの差を利用して前記基板を針状に加工する工程とを含むことを特徴とするマイクロニードルの製造方法である。
【００１５】
本発明においては、前記基板上に複数のエッチングマスクのアレイを形成することが好ましい。
【００１６】
本発明は、前記基板に深さ分布をもつ凹部を設ける工程と、前記凹部の少なくとも一部を覆う、厚み分布をもつ島状のエッチングマスクを形成する工程とを含んでいてもよい。
【００１７】
本発明においては、前記凹部と凹部の外縁部の一部を覆うエッチングマスクを形成してもよいし、前記凹部を含む基板の全面を覆うエッチングマスクを形成してもよい。
【００１８】
本発明においては、前記エッチングマスクの前記凹部に対応する位置に開口部を設けてもよい。この場合、前記開口部を前記凹部からずらして形成してもよい。
【００１９】
本発明は、基板上に島状のエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクを、厚み分布をもつように変形させる工程と、前記エッチングマスクと基板とのエッチングレートの差を利用して前記基板を針状に加工する工程とを含んでいてもよい。
【００２０】
本発明においては、基板上に形成した島状のエッチングマスクをリフローさせて厚み分布をもつように変形させてもよい。
【００２１】
本発明においては、エッチングマスク材料を溶媒に溶解した液滴またはエッチングマスク材料を加熱溶融した液滴を吐出して基板上に島状のエッチングマスクを形成し、前記溶媒を揮発させるかまたはエッチングマスク材料を凝固させてエッチングマスクを厚み分布をもつように変形させてもよい。
【００２２】
本発明においては、基板に穴を形成する工程と、前記穴に充填剤を充填する工程と、前記穴を形成した側の基板上に島状のエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクを厚み方向に変形させる工程と、前記基板をエッチングして針状に加工する工程と、前記充填材を除去する工程とを含んでいてもよい。
【００２３】
本発明においては、基板に穴を形成する工程と、前記穴を設けた側と反対側の基板上に島状のエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクを厚み方向に変形させる工程と、前記基板をエッチングして針状に加工する工程とを含んでいてもよい。
【００２４】
これらの方法においては、前記穴が未貫通穴または貫通穴でもよい。また、前記エッチングマスクの位置を前記穴の位置と対応させてもよいし、前記エッチングマスクの位置を前記穴の位置からずらせてもよい。
【００２５】
本発明においては、前記エッチングマスクを、周縁の一部が内部にくぼんだ形状に形成してもよい。
【００２６】
本発明において、前記基板のエッチングレートを前記エッチングマスクのエッチングレートで除したエッチング選択比を１以上１００以下にすることが好ましい。また、エッチングの中途で、エッチング選択比が変化するようにエッチング条件を変更してもよい。
【００２７】
本発明は、基板上にレジスト層を形成する工程と、網点密度パターンを用いたマスクを通しての露光、グレースケールパターンを用いたマスクを通しての露光、レーザー多重露光、または傾斜露光のいずれかを用いて前記レジスト層を露光する工程と、前記レジスト層を現像して基板上に厚み分布をもつ島状のエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクと基板とのエッチングレートの差を利用して前記基板を針状に加工する工程とを含んでいてもよい。
【００２８】
本発明において、前記エッチングとして異方性エッチングが用いられる。前記異方性エッチングは、イオンエッチング、反応性イオンエッチング、イオンビームエッチングまたは反応性イオンビームエッチングである。
【００２９】
本発明においては、前記マイクロニードルを形成した後、前記マイクロニードルに等方性エッチングを施してもよい。
【００３０】
本発明においては、製造したマイクロニードルを原版とし、転写を行ってマイクロニードル製造用複製版を製造してもよい。この場合、前記転写をメッキ金属、樹脂またはセラミックを用いて行うことができる。
【００３１】
本発明は、上記の方法で製造されたマイクロニードルも含む。また、マイクロニードル製造用複製版を用いて製造されたマイクロニードルも含む。本発明のマイクロニードルは、生体適合性材料からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明のマイクロニードルの製造方法は、医療のみならず、微細なニードルを必要とする様々な分野に適用可能であり、例えばＭＥＭＳデバイス、医療、創薬、化粧品などに用いるマイクロニードルの製造方法としても有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図１ａ〜１ｆを参照して本発明の一実施形態に係るマイクロニードルの製造方法を説明する。
【００３４】
＜基板に深さ分布をもつ凹部を設ける工程＞
まず、ニードルを形成する箇所に対応して、基板に深さ分布をもつ凹部を設ける。
【００３５】
基板の材料は、ウェットエッチング、プラズマエッチング、ブラスト処理等で加工可能なものであれば良い。具体的には、シリコンや、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料や、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリル樹脂、フッ素樹脂等の合成樹脂が挙げられる。
【００３６】
凹部を設ける方法としては、ウェットエッチング、レーザー加工、反応性イオンエッチング、収束イオンビームのような方法を用いることが出来る。最終的なニードルの形状、径の大きさは、形成する凹部の形状、径の大きさに依存するため、所望のニードルの形状に応じて凹部の形状を決定する。
【００３７】
たとえば、凹部の底部の形状を制御することにより、最終的に製造されるニードルの先端角度及び高さを制御することが出来る。凹部の底部が鋭い角度をもつ場合、ニードルの先端角度は鋭くなる傾向があり、凹部の深さが深い場合、ニードルの高さは高くなる傾向がある。
【００３８】
エッチングにより凹部を設ける場合について説明する。まず、基板上にエッチングマスクを形成する（図１ａ）。
【００３９】
エッチングマスクとしては、レジストを用いてもよいし、金属膜に開口パターンを設けたハードマスクを用いてもよいし、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）またはＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により直接基板上に形成した金属膜、有機金属膜、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜を用いてもよいし、基板がシリコンであれば熱酸化によるシリコン酸化膜を用いてもよい。
【００４０】
複数のニードルを形成する必要がある場合、形成するエッチングマスクのパターンレイアウトを適切に設計し、任意の本数のニードルが任意の間隔で並んだアレイを形成することが可能である。
【００４１】
次に、エッチングマスクから露出した基板をエッチングすることにより、深さ分布を有する凹部１０３を形成する（図１ｂ）。凹部形成後にエッチングマスク１０２を除去する。
【００４２】
このとき、凹部の底部の形状は、基板の結晶方位によるエッチングレート差や、エッチングマスクと基板とのエッチング選択比により制御することが出来る。上述したように凹部の底部の形状を制御することにより、最終的に製造されるニードルの先端角度及び高さを制御することが出来る。
【００４３】
＜厚み分布を有するエッチングマスクを形成する工程＞
次に、凹部の少なくとも一部を覆うように、基板上に厚み分布を有するエッチングマスクを形成する。たとえば、基板の全面にエッチングマスクを形成すれば、凹部１０３に充填されたエッチングマスク１０４が厚み分布をもつ（図１ｃ）。したがって、必ずしもエッチングマスク１０４をパターニングする必要はない。
【００４４】
＜基板をエッチングする工程＞
次に、エッチングマスク１０４を形成した基板１０１の全面をエッチングしてマイクロニードル１０６を製造する（図１ｄ、１ｅ）。基板１０１としてシリコンを用いた場合、フッ素系ガスを用いて異方性エッチングする。
【００４５】
図１ｃからエッチングを始めると、全面でエッチングマスク１０４が同じ厚さだけエッチングされ、基板１０１の上面が露出し、凹部１０３にのみ厚み分布を有するエッチングマスク１０４が残った状態になる。この状態から、さらにエッチングを進行すると、エッチングレートの速い基板１０１の方がエッチングマスク１０４よりも多くエッチングされる。このとき、エッチングマスク１０４と基板１０１のエッチング選択比（エッチングマスクのエッチングレートに対する基板のエッチングレートの比）によって、ニードルの先端角度の制御が可能である。エッチング選択比が高い場合、ニードルの先端角度は鋭くなり、高さは高くなる傾向がある。エッチング選択比が低い場合、先端角度は鈍くなり、高さは低くなる傾向がある。
【００４６】
なお、図１ｄに示すように、エッチングマスクが残存した状態でエッチングを中止し、残存したエッチングマスクを剥離することにより、先端部に凹部の底部の形状に対応する凹部を有するニードルを作製することが出来る。こうした先端部に凹部を有するニードルは、例えば、血液の採取、薬液の注入に好適である。
【００４７】
＜マイクロニードルの転写＞
また、製造された図１ｅのマイクロニードル１０６を原版として、複製版１０７を作製してもよい（図１ｆ）。複製版１０７の材料は、適度な形状追従性及び硬度を有していれば良く、例えば、メッキ金属や、有機シリコーン等の成型用樹脂を用いることが可能である。
【００４８】
以下、金属メッキ法を用いる場合について説明する。この場合、原版とするマイクロニードル１０６の全面にメッキ法によって金属層を一様に形成する。次に、原版としたマイクロニードル１０６を除去し、金属からなる複製版１０７を形成する。
【００４９】
形成する金属膜の厚さに制限は無いが、ニードルの高さの２倍以上の厚さに形成することが好ましい。金属の種類には特に制限は無く、例えばニッケルや銅、各種の合金等が好適に用いられる。
【００５０】
また、金属以外の材料であるセラミックや樹脂を用いても良い。膜の形成方法としてはメッキ法の他に、プラズマ成膜法、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法、焼結法、キャスティング法等も好適に用いることができる。
【００５１】
次に、前記複製版１０７を用いて、種々の材料へ転写を行う。前記複製版１０７を用いて、インプリント法、ホットエンボス法、射出成形法、キャスティング法等によって、マイクロニードルの複製を行う。複製品の材質は特に制限されないが、生体適合性材料である医療用シリコーン樹脂や、マルトース、ポリ乳酸、デキストラン、キチンキトサン等を用いることで、生体に適用可能なマイクロニードルを形成できる。
【００５２】
＜図１の変形例＞
図１ｃでは基板の全面にエッチングマスクを形成したが、エッチングマスクのパターンを変更することで多様な形状のマイクロニードルを製造することが出来る。エッチングマスクのパターンを変更した実施形態について説明する。
【００５３】
図２ａに示すように、凹部１０３と凹部１０３の外縁部の一部を覆うエッチングマスク２０１のパターンを形成してもよい。この場合、エッチングにより、図２ｂに示すように、底部が補強された形状のマイクロニードル２０２を製造することができる。
【００５４】
マイクロニードルの底部には刺突の際に大きな応力がかかるので、底部が補強された形状になっていると、刺突の際に折れにくいという効果が得られる。
【００５５】
図１および図３ａに示すように、基板の全面に設けられたエッチングマスク１０４に、凹部１０３の中央に対応して開口部３０１を設けてもよい。この場合、エッチングにより、図３ｂに示すように、エッチングマスク１０４の開口部３０１に対応して、凹部１０３の底部中央がより多くエッチングされるので、中空部を有するマイクロニードル３０２を形成する。このような、中空部を有するマイクロニードル３０２は、例えば、血液の採取、薬液の注入に好適な形状を有する。
【００５６】
なお、凹部１０３の中央と開口部３０１の中央を、凹部１０３の範囲内でずらしてもよい。また、凹部１０３のない位置に開口部３０１を設けてもよい。
【００５７】
また、エッチングマスクの厚みを変更することで、マイクロニードルの高さを容易に制御することが出来る。このとき、エッチングマスクの厚みが厚いほど、製造されるニードルの高さは高くなる傾向がある。
【００５８】
図４ａに示すように、凹部１０３に対応する位置にのみ、厚いエッチングマスク４０１を形成してもよい。この場合、エッチングにより、図４ｂに示すように、胴体部が錐状ではなく柱状であり、先端部のみが先鋭化されたマイクロニードルを製造することが出来る。このように、あらかじめ設けた凹部１０３の深さに関わらず、製造されるマイクロニードルの高さを制御することも可能である。
【００５９】
図５ａ〜５ｄを参照して本発明の他の実施形態に係るマイクロニードルの製造方法を説明する。
【００６０】
＜基板にエッチングマスクを形成する工程＞
まず、基板１０１上にエッチングマスク１０２を形成する（図５ａ）。
【００６１】
基板の材料は、プラズマエッチング等のエッチング法で加工可能なものであれば良く、加工法に適する材料を適宜選択することが出来る。具体的には、シリコンや、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料や、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリル樹脂、フッ素樹脂等の合成樹脂を用いて良い。
【００６２】
エッチングマスクの材料は、上述した基板と密着し、後述するエッチングを行う工程において、エッチングマスクのエッチングレートが、基板のエッチングレートより小さいものであれば良い。
【００６３】
エッチングマスクを形成するには、基板上に均一に形成できる方法、具体的には、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スプレーコート法、液滴吐出法等の方法を用いることが出来る。
【００６４】
エッチングマスクのパターンを形成する方法としては、公知の方法を適宜使用することが出来る。例えば、露光現像による方法（用いるフォトマスクによりパターンを制御する）、液滴吐出法（パターンのみに液滴を吐出する）等の方法を用いることが出来る。
【００６５】
製造されるニードルの径は、形成するエッチングマスクの径に依存するので、所望のニードルの径に応じてエッチングマスクの径を調整する。
【００６６】
複数のエッチングマスクのアレイを形成しても良い。エッチングマスクのアレイを形成することにより、マイクロニードルアレイを製造することが可能となる。このとき、エッチングマスクのパターンレイアウトを調整することで、ニードルの間隔および本数を制御することが出来る。
【００６７】
＜エッチングマスクを、厚み分布をもつように変形させる工程＞
次に、エッチングマスクを、厚み分布をもつように変形させる（図５ｂ）。
【００６８】
後述するエッチング工程において、エッチングマスクの薄い部位は、エッチングマスクの厚い部位と比べて早くに除去される。よって、エッチングマスクに厚み分布をもたせることで、マスクが除去される時間を制御することが出来る。このとき、基板も同時にエッチングされているため、マスクが除去されるにつれ、除去されたマスクの部位に対応する基板の部位のエッチングも進む。
【００６９】
エッチングマスク周縁部の厚みを、エッチングマスク中央部の厚みと比べて薄くし、周縁部から中央部へ向けてエッチングマスクの厚みを連続的に変化させた場合、エッチングが進むにつれて、エッチングマスク周縁部から徐々にマスクが除去され、基板とエッチングマスクとのエッチング選択比（エッチングマスクのエッチングレートに対する基板のエッチングレートの比）に応じたテーパー角度を持つニードルを製造することが可能となる。
【００７０】
このようにエッチングマスクに厚み分布をもたせることで、マスクが除去される時間を制御することが出来るため、後述するエッチング工程で製造されるニードルの先端角度及び高さを制御することが出来る。同一のエッチング条件下でエッチングマスクが消失するまでエッチングを実施する場合、初期のエッチングマスクが厚いほど、製造されるニードルは高くなる。
【００７１】
エッチングマスクを、厚み分布をもたせるように変形させるために、エッチングマスクをリフローさせても良い。エッチングマスクを加熱して流動させると、表面張力によりエッチングマスクの厚みが滑らかに変化する。こうして、エッチングマスク周縁部の厚みを、エッチングマスク中央部の厚みと比べて薄くし、エッチングマスクの厚みを周縁部から中央部へ向けて連続的に変化させることが出来る。
【００７２】
エッチングマスクの厚み分布はリフロー条件で決定される。このため、特にエッチングマスクを基板上に複数を設けた場合、各エッチングマスクの厚み分布を一様にすることができ、一度の工程で精度良く複数のニードルを製造することが可能となる。
【００７３】
エッチングマスクの初期厚さ、加熱温度等を調整することにより、リフロー後のエッチングマスクの厚みおよび厚さ分布を調整することが出来る。
【００７４】
リフローを行う場合、基板を加熱しても良い。加熱手段は特に限定されるものではない。例えば、オーブンやホットプレートといった加熱装置を用いて基板を加熱することができる。
【００７５】
また、液滴吐出法を用い、マスク材料を溶媒に溶解した液滴またはマスク材料を加熱溶融させた液滴を吐出してエッチングマスクを形成した場合、前記溶媒を揮発させるかまたはマスク材料を凝固させることにより、エッチングマスクを厚み分布をもつように変形させることが出来る。これらの方法でも、表面張力によりエッチングマスクの厚みが滑らかに変化する。このため、エッチングマスク周縁部の厚みを、エッチングマスク中央部の厚みと比べて薄くし、エッチングマスクの厚みを周縁部から内部へ向けて連続的に変化させることが出来る。
【００７６】
液滴吐出でエッチングマスクを形成する場合、液滴吐出の精度の範囲で任意の形状のエッチングマスクを形成することが出来る。
【００７７】
また、エッチングマスクの厚み分布は、溶媒揮発条件または凝固条件で決定される。このため、特に、エッチングマスクを基板上に複数を設けた場合、各エッチングマスクの厚み分布を一様にすることができ、一度の工程で精度良く複数のニードルを製造することが可能となる。
【００７８】
溶媒を揮発させるか、またはマスク材料を凝固させる場合、加熱、減圧または減圧下で加熱等を行う。減圧手段および加熱手段は特に限定されず、例えば、減圧環境下でオーブンやホットプレートといった加熱装置を用いてもよい。
【００７９】
＜エッチング工程＞
次に、エッチングマスクを形成した基板全体のエッチングを進め（図５ｃ）、マイクロニードルを製造する（図５ｄ）。
【００８０】
エッチング方法は、基板のエッチングレートとエッチングマスクのエッチングレートとが異なる異方性エッチング方法であれば良く、適宜公知の方法を用いることが出来る。例えば、ＲＩＥ、マグネトロンＲＩＥ、ＥＣＲ、ＩＣＰ、ＮＬＤ、マイクロ波、ヘリコン波等の放電方式を用いたドライエッチング装置を用いたドライエッチングを行っても良い。
【００８１】
エッチングマスク周縁部の厚みがエッチングマスク中央部の厚みと比べて薄くなるように、周縁部から中央部へ向けてエッチングマスクの厚みを連続的に変化させた場合、エッチングが進むにつれて、エッチングマスク周縁部から徐々にマスクが除去され、基板とエッチングマスクとのエッチング選択比（エッチングマスクのエッチングレートに対する基板のエッチングレートの比）に応じたテーパー角度を持つマイクロニードルを製造することが可能となる。
【００８２】
エッチングマスクの形状を、周縁の少なくとも一部が内部にくぼんでいる形状としても良い。周縁の少なくとも一部が内部にくぼんでいる形状の例として、図６ａに示すように基板２０１上に形成された十字形状のエッチングマスク２０２や、図７ａに示すように、基板２０１上に形成された、底部が円の一部が内部にくぼんだ形状のエッチングマスク２０３が挙げられる。このほか、底部が任意の数の頂点を持ち、前記頂点を連続する直線または曲線で結んだ星型の形状などを含む。
【００８３】
エッチングマスクを周縁の少なくとも一部が内部にくぼんでいる形状にすることにより、エッチング後に形成される図６ｂおよび図７ｂに示すように、ニードルの側面に凹部が形成され、ニードルの表面積を増大することが出来る。このため、薬液の保持、注入に好適な形状を持ったニードルを製造することが可能となる。
【００８４】
上述した通り、基板とエッチングマスクとのエッチング選択比により、ニードルのテーパー角度を決定することが出来るため、基板材料を単結晶材料に限定することなくニードルのテーパー角度、先端角度を設計し、製造することが可能となる。
【００８５】
エッチングマスクに対する基板のエッチング選択比によって、ニードルの先端角度の制御が可能である。エッチング選択比が高い場合、ニードルの先端角度は鋭くなり、高さは高くなる傾向がある。エッチング選択比が低い場合、先端角度は鈍くなり、高さは低くなる傾向がある。
【００８６】
また、徐々にマスクが除去されていき、最終的にマスクが微小な範囲に収束してから完全に除去されることでニードルを形成するため、エッチングマスク脱落による汚染等が発生することなく、また先端形状が鋭利なニードルを製造することが可能となる。
【００８７】
なお、エッチングマスクが残存した状態（図５ｃ）でエッチングを停止し、エッチングマスクを剥離しても良い。このとき、先端部分のみ平坦な形状を残した、刺突の際に先端部の欠けを低減する効果を奏するニードルを製造することが可能となる。
【００８８】
また、エッチングの中途で、基板とエッチングマスクとのエッチング選択比が変化するようにエッチング条件を変更してもよい。
【００８９】
前述した通り、エッチング選択比によりテーパー角度が決定されるため、エッチングの中途でエッチング条件を変更することにより、ニードルのテーパー角度が段階的に変化したニードルを製造することが出来る。
【００９０】
エッチングする基材のエッチングレートをエッチングマスクのエッチングレートで除した値であるエッチング選択比は１以上１００以下が好ましい。特に、エッチングマスク形状を精度良く基板に転写するためには５以上５０以下のエッチング選択比が好ましい。
【００９１】
ただし、エッチング選択比は上記範囲に限定されず、所望する針状体のテーパー角度に応じて適宜変更してよい。例えば、エッチング条件をエッチングの中途で変更する場合には、中途では非常に大きな選択比（１００以上）を用いても良い。
【００９２】
最初にエッチング選択比を小さくしてエッチングを行い、後にエッチング選択比を大きくした場合、ニードルの底部がなだらかなテーパー角度となり、刺突の際に大きな応力がかかる基底部が補強された形状のニードルを製造することができる。このようなニードルは、刺突の際に折れにくいという効果を奏する（図８ａ）。
【００９３】
また、エッチング選択比を非常に大きくした場合、エッチングマスクのエッチング速度に対して、基板のエッチング速度が非常に大きくなるため、ニードル側面をほぼ垂直の角度にすることができ、底部を一定の径に保ちながら、高アスペクト比のニードルを製造することが可能となる（図８ｂ）。特に、複数のニードルを並べたアレイの場合、アスペクト比を高くすることで、ニードルを密に配置することが可能となるため効果的である。
【００９４】
上述したエッチング条件の変更は複数組み合わせて実施しても良い。複数のエッチング条件の変更を組み合わせて実施することにより、例えば、底部がなだらかであり、かつアスペクト比の高いニードルを製造することが可能となる（図８ｃ）。
【００９５】
以上のように、先端角およびその高さを容易に制御可能であり、かつ簡便な工程で、ニードルを製造することが出来る。
【００９６】
以下、穴もしくは貫通穴を有するニードルの製造方法について図９、図１０を参照して説明する。
【００９７】
＜基板に穴を形成する工程＞
まず、基板に穴４０1を形成する（図９ａ）。あらかじめ、基板１０１のエッチングマスクに対応する位置に穴４０１を設けておくことで、中空ニードルを作製することができる。このような形状のニードルは、例えば血液の採取、薬液の注入に好適である。
【００９８】
基板に穴４０１を形成する方法は、ニードルの形状、寸法、集積度に応じて、適宜公知の方法を用いれば良い。例えば、エッチングによる深掘り、レーザーを用いた加工法、その他の精密機械加工法等が挙げられる。
【００９９】
また、基板を貫通する穴５０１を形成してもよい（図１０ａ）。基板を貫通する穴５０１を設けることにより、貫通穴を持ったニードルを製造することが出来る。
【０１００】
＜穴に充填材を充填する工程＞
次に、基板に設けた穴４０１、５０１に、充填材４０２、５０２を充填する（図９ｂ、図１０ｂ）。
【０１０１】
充填材としては、数μｍから数百μｍ程度の穴に充填可能なものであれば良い。例えば、Ｎｉ等の金属材料、シリコーン、耐熱性樹脂等を用いることができる。
【０１０２】
充填材を充填する方法としては、適宜公知の方法を用いることが出来る。例えば、電解メッキといったメッキ法、材料を溶融し穴に充填する方法等を用いることが出来る。
【０１０３】
＜穴に対応する部分に厚み分布をもつエッチングマスクを形成し、エッチングする工程＞
次に、穴に対応する部分に厚み分布をもつエッチングマスクを形成し（エッチングマスク４０３、５０３）、エッチングを行う（図９ｃ、図１０ｃ）。
【０１０４】
これらの工程は、上述した方法と同様の方法で実施することが出来る。
【０１０５】
＜充填材を除去する工程＞
次に、充填材４０２、５０２を除去し、ニードル４０４、５０４を得る（図９ｄ）、（図１０ｄ）。
【０１０６】
充填材を除去する方法は、基板に大きなダメージを与えずに充填材を取り除けるものであれば良い。例えば、選択した充填材に適する各種エッチング液や溶剤等を用いて、充填材を溶解させる方法を用いることが出来る。
【０１０７】
以下、貫通穴を設けてニードルを製造する方法の他の実施形態について、図１１を参照して説明する。
【０１０８】
＜基板に穴を形成する工程＞
まず、基板に、未貫通の穴６０１を形成する（図１１ａ）。用いる基板および穴の形成法は上記と同様である。
【０１０９】
＜穴を設けた側とは反対側の基板上にエッチングマスクを形成し、エッチングマスクを厚み分布をもつように変形させる工程＞
次に、穴６０１を設けた側と反対側の基板上にエッチングマスク６０２を形成し、エッチングマスク６０２を厚み分布をもつように変形させる（図１１ｂ）。エッチングマスクを形成し、厚み分布をもつように変形させる方法は上記と同様である。
【０１１０】
穴を設けた側と反対側の基板上に、前記穴に対応してエッチングマスク６０２を形成すると、充填材を必要とせずに、貫通穴を持ったニードルを製造することが出来る。
【０１１１】
＜エッチング工程＞
次に、エッチングを行うことにより、貫通穴を有するニードル６０３を製造する（図１１ｃ）。この工程も、上記と同様に実施することが出来る。
【０１１２】
以上のような方法で中空ニードルを製造することができる。このような中空ニードルは、例えば血液の採取、薬液の注入に好適な形状を有する。
【０１１３】
＜図９の変形例＞
図９では穴の深さとエッチングの深さを同程度にしているが、穴の深さとエッチングの深さとの関係を適宜調整することも出来る。
【０１１４】
図１２ａ〜１２ｄは、穴の深さよりも深くエッチングする例を示している。
【０１１５】
図１３ａ〜１３ｄは、穴の深さよりも浅くエッチングする例を示している。
【０１１６】
＜図１０の変形例＞
図１０では穴の中央とエッチングマスクの中央とを位置合わせしているが、穴の中央とエッチングマスクの中央とを少しずらせてもよい。
【０１１７】
図１４ａ〜１４ｄは、穴の中央とエッチングマスクの中央とを少しずらせた例を示している。この例では、ニードル先端に傾斜面をなす開口が形成される。
【０１１８】
＜図１１の変形例＞
図１１では穴の中央と、穴と反対側の基板上に形成されるエッチングマスクの中央とを位置合わせしているが、穴の中央とエッチングマスクの中央とを少しずらせてもよい。
【０１１９】
図１５ａ〜１５ｄは、穴の中央とエッチングマスクの中央とを少しずらせた例を示している。この例でも、ニードル先端に傾斜面をなす開口が形成される。
【０１２０】
＜図９の変形例＞
図９では穴の中央とエッチングマスクの中央とを位置合わせしているが、穴の中央とエッチングマスクの中央とを少しずらせてもよい。
【０１２１】
図１６ａ〜１６ｄは、穴の中央とエッチングマスクの中央とを少しずらせた例を示している。この例では、中空ニードル先端に傾斜面をなす開口が形成される。
【０１２２】
＜図１６の変形例＞
図１６では穴の深さとエッチングの深さを同程度にしているが、穴の深さとエッチングの深さとの関係を適宜調整することも出来る。
【０１２３】
図１７ａ〜１７ｄは、穴の深さよりも深くエッチングする例を示している。
【０１２４】
図１８ａ〜１８ｄは、穴の深さよりも浅くエッチングする例を示している。
【０１２５】
＜図１０の変形例＞
図１０では穴の中央とエッチングマスクの中央とを位置合わせしているが、穴とエッチングマスクとが重ならないようにずらせてもよい。
【０１２６】
図１９ａ〜１９ｄは、穴とエッチングマスクとが重ならないようにずらせた例を示している。この例では、ニードルの位置から貫通穴の位置が離れている。
【０１２７】
＜図１１の変形例＞
図１１では穴の中央と、穴と反対側の基板上に形成されるエッチングマスクの中央とを位置合わせしているが、穴とエッチングマスクとが重ならないようにずらせてもよい。
【０１２８】
図２０ａ〜２０ｃは、穴とエッチングマスクとが重ならないようにずらせた例を示している。この例でも、ニードルの位置から貫通穴の位置が離れる。
【０１２９】
＜図２０の変形例＞
図２０では未貫通穴を形成しているが、穴とエッチングマスクとが重ならないようにずらせる場合には貫通穴を設けてもよい。
【０１３０】
図２１ａ〜２１ｃは、貫通穴とエッチングマスクとが重ならないようにずらせた例を示している。この例でも、ニードルの位置から貫通穴の位置が離れる。
【０１３１】
以上のいずれの例でも、ニードルを形成した後、さらに等方性エッチングを行っても良い。図２２ａ〜２２ｃに形成されたニードルを等方性エッチングする例を示す。図２２ａのニードルを等方性エッチングすると、図２２ｂに示すように、ニードル全体の形状が等方的に一定距離だけ縮小した形状となる。このため、図２２ｃに示すように、ニードルの底部は丸みを帯びた形状となり、ニードルの先端部は先鋭化した形状となる。このように等方性エッチングを施すことにより、ニードルの形状を調整して、より穿刺しやすく折れにくい形状にすることが出来る。
【０１３２】
＜ニードルの転写＞
以下、図２３を参照して、ニードルの転写について説明する。
【０１３３】
上述の方法により製造したマイクロニードル７０１を原版とし、複製版７０３を形成する。
【０１３４】
まず、ニードル７０１が形成された面に、複製版７０３を形成する（図２３ａ）。
【０１３５】
複製版７０３の材質は特に制限されないが、複製版として機能する形状追従性、後述する転写における転写性、耐久性および離型性を考慮して選択される。例えば、複製版７０３の材質としてニッケルを用いることができる。この場合、ニッケル膜の形成方法としては、メッキ法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法等が挙げられる。
【０１３６】
次に、ニードル７０１から複製版７０３を分離する（図２３ｂ）。
【０１３７】
ニードル７０１と複製版７０３を分離する方法としては、物理的な剥離力による分離または選択性エッチング法を用いることが出来る。
【０１３８】
次に、複製版７０３にニードル材料を充填する（図２３ｃ）。
【０１３９】
ニードル材料は特に制限されないが、生体適合性材料である医療用シリコーン樹脂や、マルトース、ポリ乳酸、デキストラン、キチンキトサン等を用いることで、生体に適用可能なニードルを形成出来る。
【０１４０】
ニードル材料の充填方法は制限されないが、生産性の観点から、インプリント法、ホットエンボス法、射出成形法、押し出し成形法およびキャスティング法を好適に用いることが出来る。
【０１４１】
次に、ニードル材料を複製版７０３から離型し、転写成形されたニードル７０４を得る（図２３ｄ）。
【０１４２】
複製版７０３からの剥離性を向上させるために、ニードル材料の充填前に、複製版７０３の表面に離型効果を増すための離型層を形成してもよい（図示せず）。
【０１４３】
離型層としては、例えば広く知られているフッ素系の樹脂を用いることが出来る。離型層の形成方法としては、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、スピンコート法、ディップコート法等を好適に用いることができる。
【０１４４】
以上のように、ニードルの転写を実施することが出来る。一体成形された機械的強度の高い複製版を作製することにより、同一の複製版で多量のニードルを製造することが出来るため、生産コストを低くし、生産性を高めることが可能となる。
【０１４５】
次に、本発明の他の実施形態について図２４および図２５を参照して説明する。
【０１４６】
図２４ａ〜２４ｄは、本実施形態におけるマイクロニードルの製造工程を示した図であり、図２４ｅおよび２４ｆはマイクロニードルを原版に用いて複製版を製造する工程を示した図である。
【０１４７】
まず、図２４ａに示すように、基板１３の表面にネガティブ型レジストを塗布してレジスト層１２を形成する。
【０１４８】
次に、マスク１５を用いてフォトリソグラフィー法により、レジスト層１２にマイクロニードルパターンの露光を行う。本実施形態のマスク１５には網点の打点数が円形の周縁部から中心部にかけて少なくなるよう変化させて設けられた図２５ｂに模式的に示すニードル形状の単位マスク１６が図２５ａに示すように規則的に配列されたニードルパターンアレイが設けられて形成されている。露光後現像を行うと、露光されなかった部分のネガティブ型レジストが露光パターンに従って除去され、図２４ｂに示すように円錐状のエッチングマスク１７が突出して基板１３上に形成される。
【０１４９】
続いて、図２４ｃに示すように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によってエッチバックを行い、基板１３上に所望の高さのマイクロニードル１４を形成する（エッチング工程）。このとき、基板１３の単位時間あたりのエッチング速度をレジスト層１２のエッチング速度で除して求められるエッチング選択比を、１以上１０以下、好ましくは１以上５以下となるように、レジスト層１２及び基板１３の材料選択、及びエッチング環境の調整を行う。
【０１５０】
エッチング選択比が１１より大きいと、マイクロニードル１４の制御精度が低くなる。また、エッチング選択比を１より小さくすると、不必要に厚いレジスト層１２を形成しなければならず、製造効率が低下する。
【０１５１】
上記の説明より、上述した工程において形成されるレジスト層１２の厚みは、作製するマイクロニードルの高さを、設定したエッチング選択比の値で除した値に設定される。
【０１５２】
エッチング工程が終了すると、図２４ｄに示すように、エッチングマスク１７がすべて除去され、基板１３の表面に所望の高さのマイクロニードル１４が突出して形成されたマイクロニードルアレイ１１が得られる。
【０１５３】
本実施形態のマイクロニードルの製造方法によれば、シリコン等の安定した基材を用いて、従来よりもはるかに少ない工程数でマイクロニードルアレイ１１を製造することができる。
【０１５４】
また、ディップコート法又は塗布法を用いてレジスト層１２を厚く形成することにより、エッチング工程において、エッチバックにおけるエッチングレートを１以上１０以下の比較的低い範囲に設定することができるので、マイクロニードルが高い精度で制御されて形成されたマイクロニードルを作製することができる。
【０１５５】
さらに本実施形態のマイクロニードルアレイ１１を、図２４ｅに示すように、樹脂や金属等の材料１８で転写することによって、図２４ｆに示すように、容易にマイクロニードル製造用の複製版１９を作製することができる。このように、最適な材料を選択して少ない工程でマイクロニードルを製造するための複製版を製造することができる。このときの転写には、メッキ法、樹脂法、セラミック法等、従来の方法を用いることができる。さらに上記複製版を用いて生体適合性材料を加工することによって、本発明のマイクロニードルパッチを製造することができる。また、内部に穴が形成されるようにマイクロニードルを作製し、生体適合性材料の量を調節すれば、基部が一体となっておらず、注射器等に使用可能なマイクロニードル単体を製造することも可能である。
【０１５６】
本実施形態においては、ネガティブ型レジストを使用してマイクロニードルアレイ１１を製造しているが、これに代えてポジティブ型レジストを使用すれば、エッチング工程を経て、基板１３の材料で形成されたマイクロニードルを得ることができる。従って、感光性材料より安定性の高い材料からなるマイクロニードルを少ない工程で作製し、当該マイクロニードルを用いて直接マイクロニードルパッチを製造することも可能である。
【０１５７】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【０１５８】
例えば、上記実施形態では、露光現像工程において、網点密度を用いたマスクや、グレースケールを用いたマスクを使用して露光処理を行っているが、これらに代えて、レーザースキャンでデジタル的に露光量を調整し、製造するマイクロニードルの立体形状に基づいた露光積算量に従って、レジスト層をレーザーで多重露光することにより、露光処理を行ってもよい。
【０１５９】
さらに、上記実施形態では、円錐状又は四角錐状のマイクロニードルが形成されているが、これに限定されず、三角錐状や他の多角錐状のマイクロニードルを形成してマイクロニードル及び複製版を製造することも可能である。
【０１６０】
さらに、上記実施形態では、エッチング工程において、反応性イオンエッチングによりエッチバックを行っているが、これに限定されず、イオンエッチング、イオンビームエッチング、反応性イオンビームエッチング等、従来知られる他のエッチング方法を使用することも可能である。
【０１６１】
また、上記実施形態では、生体適合性材料を溶解してマイクロニードル又はマイクロニードル製造用複製版に流し込むことによってマイクロニードルパッチを製造する例を説明したが、これに代えて、圧縮成形や射出成形等の一般的に用いられているプラスチック成形技法を用いてマイクロニードルパッチを製造することも可能である。
【実施例】
【０１６２】
実施例１
まず、基板としてシリコンウェハを用意した。このシリコンウェハの結晶面方位は（１００）であり、厚みは５２５μｍである。このシリコンウェハ上にＤＣマグネトロンスパッタ法によりクロムを１００ｎｍの膜厚で形成した。この際のスパッタ圧力は０．２５Ｐａ、投入電力は１０００Ｗである。
【０１６３】
次に、このクロム膜上にエッチングマスクとしてポジ型レジスト（東京応化製ＯＦＰＲ−５０ｃｐ）を１μｍの膜厚にコートした。フォトリソグラフィー法により一辺５０μｍの正方形開口を有するレジストパターンを形成した。このレジストパターンをエッチングマスクとして、過塩素酸及び硝酸第二セリウムアンモニウムの混合溶液を用いてクロム膜をエッチングし、１辺５０μｍの正方形開口を有するクロムパターンを形成した。クロムパターン形成後、有機溶媒にてレジストパターンを除去した。クロムパターンの正方形開口の寸法を測定したところ、１辺５１μｍであった（図１ａ）。
【０１６４】
このクロムパターンをエッチングマスクとして、重量濃度２５％、液温９０℃の水酸化カリウムを用いて結晶方位によるエッチングレート差を利用したシリコンの異方性ウェットエッチングを行い、シリコンウェハ表面に凹部を形成した（図１ｂ）。ウェットエッチング後に過塩素酸と硝酸第二セリウムアンモニウムの混合溶液によりクロムパターンを除去した。形成されたシリコンウェハ表面の凹部の形状を走査型電子顕微鏡により確認したところ、凹部の深さは約３５μｍであり最深部の開口角度は７０°であった。なお、ここで開口角度とは、四角錘形状において対向する側面同士がなす角度とする。
【０１６５】
このシリコンウェハの全面にポジ型レジスト（東京応化製ＯＦＰＲ−８００）を５０μｍの膜厚にコートした。この結果、シリコンウェハ表面の凹部に充填されたレジストは厚み分布をもつ。シリコンウェハの全面を、フッ素系ガスを用いたＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチングにより、レジストが完全に除去されるまでエッチングした。この際、レジストとシリコンのエッチングレートを測定した結果、レジストとシリコンのエッチング選択比は約１１であった。
【０１６６】
エッチングを終えた試料を走査型電子顕微鏡で観察したところ、底辺の一辺が５０μｍ、高さ約３５０μｍ、先端角度約８．２°の角錐型のニードルが形成されていることを確認した。
【０１６７】
角錐型のニードルが形成されたシリコンウェハ上に蒸着法により膜厚３００ｎｍのニッケル層を形成した。このニッケル層をシード層として電解メッキ法によりニッケルを１ｍｍ形成した。その後、濃度２５％、液温９０℃の水酸化カリウムを用いてシリコンを溶解し、ニッケルからなる本発明に係る複製版を作製した。
【０１６８】
この複製版を用い、インプリント法により、マルトース、デキストラン、キチンキトサンまたはポリ乳酸に転写を行った。その結果、いずれの材料でも、シリコン原版と同様の、底辺の一辺が約５０μｍ、高さ約３５０μｍ、先端角度約８．２°のニードルが形成されていることを確認した。
【０１６９】
実施例２
円形ドットパターンのエッチングマスクを用いてマイクロニードルを製造した例について説明する。
【０１７０】
まず、基板としてシリコンウェハ（厚み：５２５μｍ）を用意した。このシリコンウェハ上に、エッチングマスクとして汎用厚膜フォトレジスト（クラリアント社製、商品名：ＡＺ ＰＬＰ）を、スプレーコート法を用いて、１３μｍの膜厚にコートした。フォトリソグラフィー法により直径１００μｍの円形ドットパターンをなすエッチングマスクを形成した。
【０１７１】
次に、シリコンウェハをクリーンオーブンにおいて１５０℃で３０分間加熱し、エッチングマスクをリフローさせた。リフロー後のレジストパターンの断面形状は半球状であり、中央部のレジスト厚は２０μｍであった。
【０１７２】
次に、シリコンウェハの全面を、フッ素系ガスを用いたＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合プラズマ）エッチングにより、レジストパターンが完全に除去されるまでエッチングした。このとき、レジストおよびシリコン基板のエッチングレートを測定した結果、シリコンとエッチングマスクのエッチング選択比は約１１であった。
【０１７３】
エッチングを終えたシリコンウェハを走査型電子顕微鏡で観察した。基底部の直径が約１００μｍ、高さ約２２０μｍ、先端角度が約２５°の円錐型のニードルが形成されていることを確認した。
【０１７４】
実施例３
実施例２と同様にしてマイクロニードルを製造した。ただし、図２ａおよび２ｂに示すように、底部が十字型をなす、錘状のエッチングマスクを用いた。エッチングマスクの底部の形状は、幅４０μｍ、長さ１５０μｍの２つのラインを中央で垂直に交差させた十字型であった。また、エッチングマスクの厚さは最大で１８μｍであった。
【０１７５】
実施例２と同様に、エッチングを終えたシリコンウェハを走査型電子顕微鏡で観察した。底部の形状が幅４０μｍ、長さ１５０μｍの２つのラインを中央で垂直に交差させた十字型であり、高さが約２００μｍである錘状のニードルを得ることが出来た。
【０１７６】
実施例４
実施例２と同様にしてマイクロニードルを製造した。ただし、図３ａおよび３ｂに示すように、底部が円の一部が凹んだ形状をなす、錘状のエッチングマスクを用いた。エッチングマスクの底部の形状は、直径１００μｍの円から、外周から中心に向かって幅約１０μｍ、長さ約１０μｍの部分を切り取ったものであった。エッチングマスクの厚さは最大で１９μｍであった。
【０１７７】
実施例２と同様に、エッチングを終えたシリコンウェハを走査型電子顕微鏡で観察した。底部の形状が直径１００μｍの円から、外周から中心に向かって幅約１０μｍ、長さ約１０μｍの部分を切り取ったものであり、高さが２１０μｍである錘状のニードルを得ることが出来た。
【０１７８】
実施例５
中空のマイクロニードルを製造した例について説明する。
【０１７９】
基板としてシリコンウェハ（厚み：５２５μｍ）を用意した。このシリコンウェハに、形成しようとするエッチングマスクの中央に相当する位置に、垂直深堀エッチングにより直径２０μｍ、深さ２００μｍの穴を開けた。
【０１８０】
次に、ＤＣマグネトロンスパッタ法によって、基板表面および穴の壁に厚さ１００ｎｍの銅薄層膜を形成した。その際の成膜圧力は０．２５Ｐａとした。この銅膜は次に実施する電解メッキのシード層として用いられる。次に、電解メッキ法により、厚さ３００μｍの銅膜を成長させ穴を充填した。めっき液には硫酸銅浴（硫酸銅８０ｇ／ｌ、硫酸２００ｇ／ｌ）を用いて、浴温は室温とした。
【０１８１】
次に、表面の凹凸をなくすため、基板表面が露出するまで化学機械研磨し平坦化処理した。
【０１８２】
次に、実施例２と同様に、エッチングマスクパターン形成、リフロー、およびエッチングを行った。
【０１８３】
次に、塩化第二鉄溶液（３０％ＦｅＣｌ３、３％ＨＣｌ）に２時間浸漬し、穴に充填された銅を除去した。
【０１８４】
形成されたニードルは、外形が底部直径約１００μｍ、高さ約１７５μｍの円錐形状で、中央に直径２０μｍ、深さ１５５μｍの中空部を有していた。
【０１８５】
実施例６
転写を行ってマイクロニードルの製造した例について説明する。
【０１８６】
実施例２においてシリコンウェハを用いて製造したマイクロニードルを原版として用いた。この原版の表面に、蒸着法により厚さ３００ｎｍのニッケル膜を形成した。このニッケル層をシード層としてメッキ法により厚さ１ｍｍのニッケル膜を形成した。次に、濃度２５ｗｔ％、液温９０℃の水酸化カリウム水溶液を用いてシリコンウェハを溶解させ、ニッケルからなる複製版を作製した。
【０１８７】
この複製版を用い、インプリント法により、マルトース、デキストラン、キチンキトサンまたはポリ乳酸に転写を行った。その結果、いずれの材料でも、原版と同様のニードルが形成されていることを確認した。
【０１８８】
実施例７
マイクロニードルの形状を調整した例について説明する。
【０１８９】
実施例２と同様にして、シリコンウェハに、底部直径約１００μｍ、高さ約２２０μｍ、先端角度約２５°の円錐型のニードルを形成した。
【０１９０】
次に、酸素プラズマとフッ酸によってニードルを洗浄し、続いてフッ素系ガスを主体とするプラズマによって、ニードルを約５μｍだけ等方的にエッチングした。この等方的なエッチングにより、ニードルの形状は底部直径約９０μｍ、高さ約２００μｍ、先端角度約２２°となり、ニードルの先鋭性が向上した。
【図面の簡単な説明】
【０１９１】
【図１】図１は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図２】図２は本発明における製造方法により形成可能なニードルの一例を示す図である。
【図３】図３は本発明における製造方法により形成可能なニードルの一例を示す図である。
【図４】図４は本発明における製造方法により形成可能なニードルの一例を示す図である。
【図５】図５は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図６】図６は本発明におけるマイクロニードルの製造方法により形成可能なニードルの一例を示す図である。
【図７】図７は本発明におけるマイクロニードルの製造方法により形成可能なニードルの一例を示す図である。
【図８】図８は本発明におけるニードルの製造方法により形成可能なニードルの一例を示す図である。
【図９】図９は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１０】図１０は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１１】図１１は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１２】図１２は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１３】図１３は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１４】図１４は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１５】図１５は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１６】図１６は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１７】図１７は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１８】図１８は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図１９】図１９は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図２０】図２０は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図２１】図２１は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図２２】図２２は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図２３】図２３は本発明における転写加工成形を用いたニードルの製造方法の工程を示す断面図である。
【図２４】図２４は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【図２５】図２５は本発明におけるマイクロニードルの製造方法を示す断面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に厚み分布をもつ島状のエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクと基板とのエッチングレートの差を利用して前記基板を針状に加工する工程と
を含むことを特徴とするマイクロニードルの製造方法。
【請求項２】
エッチングの中途で、エッチング選択比が変化するようにエッチング条件を変更することを特徴とする請求項１に記載のマイクロニードルの製造方法。
【請求項３】
前記エッチングは、異方性エッチングであることを特徴とする請求項１に記載のマイクロニードルの製造方法。
【請求項４】
前記異方性エッチングは、イオンエッチング、反応性イオンエッチング、イオンビームエッチングまたは反応性イオンビームエッチングであることを特徴とする請求項３に記載のマイクロニードルの製造方法。
【請求項５】
前記マイクロニードルを形成した後、前記マイクロニードルに等方性エッチングを施すことを特徴とする請求項１に記載のマイクロニードルの製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法で製造したマイクロニードルを原版とし、転写を行うことを特徴とするマイクロニードル製造用複製版の製造方法。
【請求項７】
前記転写をメッキ金属、樹脂またはセラミックを用いて行うことを特徴とする請求項６に記載のマイクロニードル製造用複製版の製造方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法で製造されたマイクロニードル。
【請求項９】
請求項６に記載の方法を用いて製造されたマイクロニードル製造用複製版を用いて製造されたことを特徴とするマイクロニードル。
【請求項１０】
生体適合性材料からなることを特徴とする請求項９に記載のマイクロニードル。
【請求項１】
基板上に厚み分布をもつ島状のエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクと基板とのエッチングレートの差を利用して前記基板を針状に加工する工程と
を含むことを特徴とするマイクロニードルの製造方法。
【請求項２】
エッチングの中途で、エッチング選択比が変化するようにエッチング条件を変更することを特徴とする請求項１に記載のマイクロニードルの製造方法。
【請求項３】
前記エッチングは、異方性エッチングであることを特徴とする請求項１に記載のマイクロニードルの製造方法。
【請求項４】
前記異方性エッチングは、イオンエッチング、反応性イオンエッチング、イオンビームエッチングまたは反応性イオンビームエッチングであることを特徴とする請求項３に記載のマイクロニードルの製造方法。
【請求項５】
前記マイクロニードルを形成した後、前記マイクロニードルに等方性エッチングを施すことを特徴とする請求項１に記載のマイクロニードルの製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法で製造したマイクロニードルを原版とし、転写を行うことを特徴とするマイクロニードル製造用複製版の製造方法。
【請求項７】
前記転写をメッキ金属、樹脂またはセラミックを用いて行うことを特徴とする請求項６に記載のマイクロニードル製造用複製版の製造方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法で製造されたマイクロニードル。
【請求項９】
請求項６に記載の方法を用いて製造されたマイクロニードル製造用複製版を用いて製造されたことを特徴とするマイクロニードル。
【請求項１０】
生体適合性材料からなることを特徴とする請求項９に記載のマイクロニードル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２００８−２９６０３７（Ｐ２００８−２９６０３７Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１５６１６（Ｐ２００８−２１５６１６）
【出願日】平成２０年８月２５日（２００８．８．２５）
【分割の表示】特願２００８−５０４５５２（Ｐ２００８−５０４５５２）の分割
【原出願日】平成１９年７月４日（２００７．７．４）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２５日（２００８．８．２５）
【分割の表示】特願２００８−５０４５５２（Ｐ２００８−５０４５５２）の分割
【原出願日】平成１９年７月４日（２００７．７．４）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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