JP2003180328A

JP2003180328A - 温度制御装置

Info

Publication number: JP2003180328A
Application number: JP2001390547A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kudo; 剛工藤
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2003-07-02
Anticipated expiration: 2021-12-21
Also published as: JP4336469B2

Abstract

(57)【要約】【課題】微小サイズの加熱領域および冷却領域を含む
面内温度パターンを実現する。【解決手段】温度制御装置１００は、半導体基板２０
０と、基板２００の一の面に不純物を選択的に拡散して
形成された複数の不純物拡散領域ユニット３００を含む
加熱手段と、基板の反対面を通じて基板を冷却する冷却
部４００とを有し、基板２００の一の面に接触した温度
制御対象物１０について、複数の不純物拡散領域ユニッ
ト３００のなかから選択されて通電された不純物拡散領
域ユニットの形状に応じた加熱領域を加熱するととも
に、加熱領域以外の領域を冷却部４００によって冷却さ
れた基板２００を通じて冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温度制御対象物の
微小領域を加熱および冷却する温度制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、遺伝子操作技術、生化学分析技
術、微量化学反応合成技術の進展に伴い、バイオチッ
プ、遺伝子チップ、遺伝子増幅（ＰＣＲ）システム、お
よび集積化化学分析システム（micro total analysis s
ystem: μ-ＴＡＳ）といわれる実験装置が開発されてい
る。これらの実験装置は、マイクロマシン技術を遺伝子
増幅、生化学反応、および化学物質合成のための装置に
応用したものである。

【０００３】たとえば、特開平１０−３３７１７３号公
報には、マイクロマシン技術を利用した生化学反応用マ
イクロリアクタが開示されている。このマイクロリアク
タは、単一のシリコン基板の表面に異方性エッチングに
より作製された複数の独立したチャンバを有している。
このチャンバのサイズは、たとえば４ｍｍ×１０ｍｍと
小さい。したがって、一つの基板上に例えば１０００程
度のチャンバを設けることが可能となる。この結果、チ
ャンバ毎に生化学反応を実行させる場合、たとえば１０
００以上の多数の生化学反応を同時に並列的に実行する
ことができる。

【０００４】一般に化学反応を生じせるためには、活性
化エネルギーよりも高いエネルギー状態にする必要があ
る。したがって、チャンバのうちで実際に反応を生じせ
る部分であるマイクロリアクタ（反応チャンバまたは反
応槽とも呼ばれる）の温度を高める必要がある。一方、
マイクロリアクタ以外の部分における化学反応の進行を
防止あるいは抑制するために、マイクロリアクタ以外の
部分、たとえばマイクロリアクタに化学反応物質を供給
する流路および化学反応物質を蓄えておくリザーバは冷
却することが望ましい。したがって、微小サイズの加熱
領域と冷却領域とを含む細密な面内温度パターンを実現
する温度制御装置が要望される。特に、必要以上の化学
反応を急速に止めるためには、マイクロリアクタ以外の
部分、すなわち冷却領域を周囲の環境温度よりも低くす
る必要がある。

【０００５】しかしながら、上記公報には、シリコン基
板の一部に温度調節器を構成する旨の記述があるもの
の、その温度調節器の具体的な構造は開示されていな
い。

【０００６】他にも種々の部分加熱技術が開示する公報
が複数存在するが、遺伝子増幅用のマイクロリアクタに
適用可能な程度に細密な面内温度パターンを実現できる
温度制御装置は開示されていない。

【０００７】たとえば、特開平１１−１２７９００に
は、部分的加熱手段を備えた電極からなるチップベース
の分析装置が開示されている。この分析装置は、電極の
近傍のみを加熱するものである。個別加熱手段を被覆す
ることにより各電極間の熱交換の度合いを軽減している
とはいえ、電極からの熱の拡散を完全に防止する熱絶縁
を得ることは難しい。したがって、特定の電極を選択的
に加熱しようとしても、熱拡散によって隣接する電極の
周辺も加熱されてしまうおそれがある。また、この分析
装置は、非加熱部分を周辺の環境温度より低温にするこ
とはできず、試料を積極的に冷却する機能を有していな
い。

【０００８】また、特開２０００−２０１６８１号公報
および特開平７−１８４６６５号公報にも部分的な加熱
により化学反応を制御する技術が開示されているもの
の、複数の独立した微小サイズの加熱領域および冷却領
域を含む細密な面内温度パターンを実現することが難し
く、特に、冷却領域の温度を環境温度よりも低くするこ
とができない。

【０００９】一方、局所を冷却する技術としては、特開
平１１−３４９６４３に開示されているように、低温に
冷却した棒（冷却体）を冷却対象物に接触させる技術が
知られている。しかしながら、冷却体の冷気が冷却対象
物の冷却を望まない領域へ伝わり、冷却を望まない領域
が冷却されてしまうという欠点があり、複数の独立した
微小サイズの領域を冷却することが困難である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の問題
点を解決するためになされたものである。

【００１１】したがって、本発明の目的は、微小サイズ
の加熱領域および冷却領域を含む面内温度パターンを実
現することができる温度制御装置を提供することであ
る。特に、本発明は、遺伝子増幅装置やμ−ＴＡＳ等の
マイクロリアクタ部分のみを加熱し、その他の流路やリ
ザーバの部分については冷却することができる温度制御
装置を提供することを目的とする。

【００１２】本発明の他の目的は、微小サイズの非加熱
領域を環境温度よりも低温になるまで冷却することがで
きる温度制御装置を提供することである。

【００１３】本発明の他の目的は、面内温度パターンの
内容を適宜に変更することができる温度制御装置を提供
することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】以上の目的は、以下の手
段によって解決される。

【００１５】（１）本発明の温度制御装置は、基板
と、前記基板の一の面に形成された複数の加熱部分を含
む加熱手段と、前記基板の反対面を通じて基板を冷却す
る冷却手段と、を有し、前記基板の一の面に接触した温
度制御対象物について、前記複数の加熱部分のなかから
選択される一部または全部の加熱部分に通電することに
よって当該加熱部分の形状に応じた加熱領域を加熱する
とともに、当該加熱領域以外の領域を前記冷却された基
板を通じて冷却することにより冷却部分とすることを特
徴とする。

【００１６】（２）上記の温度制御装置は、複数の加
熱部分の少なくとも一部に、温度計測手段を備える。

【００１７】（３）上記の冷却部分は、前記加熱部分
に隣接し、該冷却部分のサイズが０．０１〜１０ｍｍで
ある。

【００１８】（４）上記の複数の加熱部分は、互いに
隣接して配列されており、隣接する加熱部分の中心間の
距離または各加熱部分のサイズは、０．０１ｍｍ〜１０
ｍｍである。

【００１９】（５）上記の温度制御装置は、一の方向
に沿って隣接して配列された加熱部分が接続されるアノ
ード側配線と、前記一の方向と交差する方向に沿って隣
接して配列された加熱部分が接続されるカソード側配線
と、前記アノード側配線に接続されるアノード側スイッ
チング回路と、前記カソード側配線に接続されるカソー
ド側スイッチング回路とを有し、前記アノード側スイッ
チング回路および前記カソード側スイッチング回路によ
って、複数の加熱部分のなかから所定の加熱部分を選択
して通電する。

【００２０】（６）上記の冷却手段は、ペルチェ冷却
器、コンプレッサ式冷却器、または冷媒循環式熱交換器
である。

【００２１】（７）上記の加熱部分の位置は、化学反
応用器材に設けられた複数の反応容器の位置に適合して
おり、かつ当該化学反応用器材が前記温度制御対象物と
して着脱自在に取り付けられる。

【００２２】（８）上記の基板は、少なくとも前記一
の面が半導体で構成されており、前記複数の加熱部分
は、前記基板の一の面に不純物を選択的に拡散して形成
された複数の不純物拡散領域で構成されている。

【００２３】（９）上記の各不純物拡散領域に直列接
続されるダイオード要素が前記基板に形成されている。

【００２４】（１０）本発明の温度制御装置は、少な
くとも一の面が半導体である基板と、前記基板の一の面
に不純物を選択的に拡散して形成された不純物拡散領域
と、前記基板の反対面を通じて基板を冷却する冷却手段
と、を有し、前記基板の一の面に接触した温度制御対象
物について、前記不純物拡散領域に通電することによっ
て当該不純物拡散領域の形状に応じた加熱領域を加熱す
るとともに、当該加熱領域以外の領域を前記冷却手段に
よって冷却された前記基板を通じて冷却することを特徴
とする。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照しつ
つ、本発明の実施の形態を説明する。

【００２６】図１は、本発明の一実施の形態にかかる温
度制御装置の構成を示す模式図である。温度制御装置１
００は、少なくとも一の面（作用面）が半導体で構成さ
れた基板２００と、基板２００の作用面に形成された複
数の不純物拡散領域ユニット３００により構成される加
熱部と、基板２００の反対面を通じて基板２００を冷却
する冷却部４００とを有する。温度制御装置１００は、
基板２００の作用面を通じて、温度制御対象物１０と接
触する。

【００２７】基板２００の作用面は、温度制御対象物１
０と接触する部分を除いて、断熱材５００で覆われてい
る。また、冷却部４００の側面および底面についても排
熱部分４１０を除いて断熱材５００で覆われている。

【００２８】温度制御対象物１０は、加熱されるべき微
小反応容器１２と、冷却されるべき部分（リザーバや流
路）１４とを含む化学反応用器材である。不純物拡散領
域ユニット３００は、微小反応容器１２の位置に合わせ
て配列されている。温度制御装置１００には、温度制御
対象物１０である化学反応用器材を着脱自在に取り付け
ることができる。

【００２９】本実施の形態の基板２００は、ｐｎ接合が
形成可能な半導体材料で構成されおり、具体的には、基
板２００は、入手の容易さ、コスト、および加工の容易
さの見地から、単結晶シリコン基板であることが望まし
い。しかしながら、本実施の形態と異なり、基板２００
として、ガリウム・ヒ素（ＧａＡｓ）基板、ゲルマニウ
ム(Ｇｅ)基板など種々の半導体基板を用いてもよい。基
板２００の作用面には、加熱手段（微小ヒータ）として
機能する複数の不純物拡散領域ユニット３００が形成さ
れている。複数の不純物拡散領域ユニット３００の一部
または全部に通電することによって、通電された不純物
拡散領域ユニットの形状に応じた温度制御対象物１０の
領域（加熱領域）が加熱される（図中の黒矢印）。一
方、この加熱領域以外の領域（冷却領域）は、冷却部４
００によって冷却された基板２００を通じて冷却される
（図中の白矢印）。

【００３０】冷却部４００は、ペルチェ冷却器（ペルチ
ェ素子）、コンプレッサ式冷却器、または冷媒循環式熱
交換機（液冷式ジャケット）である。ペルチェ冷却器は
冷却性能が若干弱く、高湿環境に弱いという欠点がある
ものの温度制御性が優れており、冷却部の温度を精密に
制御する場合に好適に用いられる。コンプレッサ式冷却
器は、精密な温度制御が難しいという欠点があるものの
冷却能力が優れており、特に低い温度まで冷却したい場
合や冷却対象物の熱容量が大きい場合に好適に用いられ
る。冷媒循環式熱交換機は、温度応答速度が遅いという
欠点があるもの機構が簡素で故障が少なく、温度および
湿度の影響を受けにくく低コストであるといった長所を
有する。したがって、冷却部４００の種類は、冷却対象
物の熱容量、冷却温度、および使用環境の条件を考慮
し、適切に選択することができる。なお、冷却部４００
の構成は、従来のペルチェ冷却器、コンプレッサ式冷却
器、または冷媒循環式熱交換機と同様であるので、詳し
い説明を省略する。また、本実施の形態と異なり、上記
の種類以外の冷却部４００を採用することも可能であ
る。

【００３１】次に、基板２００の作用面に形成された不
純物拡散領域ユニット３００の構成について説明する。

【００３２】図２は、基板２００の作用面に形成された
複数の不純物拡散領域ユニット３００を示す模式図であ
り、図３は、一つの不純物拡散領域ユニット３００を拡
大した拡大図である。

【００３３】一つの不純物拡散領域ユニット３００のサ
イズは、０．１ｍｍであり、隣接する不純物拡散領域ユ
ニット３００の中心間の距離（ピッチ）は、０．１ｍｍ
よりも僅かに大きい。しかしながら、本実施の形態と異
なり、隣接する不純物拡散領域ユニットの中心間の距離
および／または不純物拡散領域ユニットのサイズは、
０．０１ｍｍ〜１０ｍｍであってもよい。また、一つの
不純物拡散ユニット３００のサイズとは別に設定すべき
要素として、加熱領域以外の領域として形成される冷却
領域のサイズを０．０１ｍｍ〜１０ｍｍとすることがで
きる。冷却領域のサイズは、好適には０．１ｍｍ〜１ｍ
ｍ程度である。

【００３４】図３に示されるとおり、本実施の形態の各
不純物拡散領域ユニット３００は、矩形形状をしてい
る。そして、アノード側金属配線３０１およびカソード
側金属配線３０２は、不純物拡散領域ユニット３００と
接続するための接続部分を有している。この接続部分
は、不純物拡散領域ユニット３００を挟んで対向してい
る。

【００３５】また、図２に示されるとおり複数本のアノ
ード側金属配線３０１（３０１ａ〜３０１ｅ）が、基板
２００の面内において一の方向（図２の縦方向）に沿っ
て伸延されている。一方、複数本のカソード側金属配線
３０２（３０２ａ〜３０２ｄ）が、基板２００の面内に
おいてアノード側金属配線３０１の伸延方向に垂直な方
向（図２の横方向）に伸延されている。そして、一本の
アノード側金属配線３０１ａに沿って隣接する不純物拡
散領域ユニット３００（たとえば３００ａ、３００ｂ、
３００ｃ、および３００ｄ）は、ともに一本のアノード
側金属配線３００ａに接続されている。一方のカソード
側金属配線３０２ａに沿って隣接する不純物拡散領域ユ
ニット（たとえば３００ａ、３００ｅ、３００ｆ、３０
０ｇ、および３００ｈ）は、ともに一本のカソード側金
属回線３０２ａに接続されている。

【００３６】次に個々の不純物拡散領域ユニット３００
の構成について説明する。図４は、図３のＡ−Ａ’線で
切断した場合の断面図である。

【００３７】本実施の形態では、基板２００はｐ^-型シ
リコン基板である。基板２００には、不純物拡散領域ユ
ニット３００毎に第１不純物拡散領域３０３が形成され
ている。この第１不純物拡散領域３０３は、基板２００
の作用面からｎ型不純物を選択的に拡散して形成された
ｎ型シリコン領域である。

【００３８】さらに、この第１不純物拡散領域３０３内
において基板２００の作用面側には、第２不純物拡散領
域３０４が形成されている。この第２不純物拡散領域３
０４は、基板２００の作用面から第１不純物拡散領域３
０３の領域内の一部に対してｐ型不純物を選択的に拡散
してモノリシックに形成されたｐ⁺シリコン領域であ
る。この第２不純物拡散領域３０４は、コンタクトホー
ル３０５を介してアノード側金属配線３０１に接続され
ている。一方、第１不純物拡散領域３０３の一部には、
ｎ⁺シリコン領域３０６が形成されており、このｎ⁺シリ
コン領域３０６は、コンタクトホール３０７を介してカ
ソード側金属配線３０２に接続されている。

【００３９】なお、図４に示した構成によれば、２つの
ｐｎ接合が形成されている。第１のｐｎ接合は、第１不
純物拡散領域３０３と基板２００との間の接合である。
この第１のｐｎ接合は、複数の不純物拡散領域ユニット
３００間が電気的に短絡しないために使用されるもので
ある。具体的には、不純物拡散領域ユニット３００への
通電状態において、基板２００（ｐ^-型シリコン基板）
はグランド電位に接続されており、第１不純物拡散領域
３０３は、グランド電位よりも高電位に印加されてい
る。したがって、第１のｐｎ接合は逆バイアスされた状
態となる。この結果、第１のｐｎ接合を貫通して電流が
流れることがなくなり、個々の不純物拡散領域ユニット
３００間の電気的な分離が実現される。

【００４０】第２のｐｎ接合は、第１不純物拡散領域３
０３と第２不純物拡散領域３０４との間の接合である。
この第２のｐｎ接合は、第２不純物拡散領域３０４に電
気的に直列接続されるダイオード要素として機能する。
すなわち、電流は、アノード側金属配線３０１、第２不
純物拡散領域３０４（この部分が実質的に微小ヒータと
なる）、第２のｐｎ接合(ダイオード要素)、第１不純物
拡散領域３０３、ｎ⁺シリコン領域３０６、カソード側
金属配線３０２の並び順で流れる。

【００４１】後述するとおり、複数本のアノード側金属
配線３０１および複数本のカソード側金属配線３０２の
うちから適宜に配線を選択して電流を流すことによっ
て、複数の不純物拡散領域ユニット３００のうちから所
望の不純物拡散領域ユニット（たとえば、図２中の３０
０ａと３００ｃなど）を選択して通電することができ
る。より具体的には、選択された複数の不純物拡散領域
ユニット３００に通電することによって、これらの不純
物拡散領域ユニットにおける不純物拡散領域（特に第２
不純物拡散領域３０４）がジュール熱を発する。この結
果、通電された不純物拡散領域の形状に対応した温度制
御対象物の一部の微小領域のみが加熱されるとともに、
その他の領域については、冷却部４００によって冷却さ
れた基板２００を通じて冷却される。なお、アノード側
金属配線３０１および複数本のカソード側金属配線３０
２も抵抗要素を有するが、第２不純物拡散領域３０４と
比べて抵抗値が低いので、配線部分の発熱は無視し得
る。

【００４２】次に本実施の形態の温度制御装置の作製方
法について説明する。なお、基板２００および冷却部４
００の作製については、従来の技術を利用できるので詳
しい説明を省略し、加熱手段として機能する複数の不純
物拡散領域ユニット３００の作製方法について示す。図
５〜図１３および上述の図４を参照しつつ、不純物拡散
領域ユニット３００の作製工程を説明する。

【００４３】図５に示されるとおり、単結晶シリコン
（Ｓｉ）基板２００を熱酸化し、シリコン基板２００の
表面に約０．５μｍの厚さの第１シリコン熱酸化膜２０
２（ＳｉＯ₂）を形成する。ここで、シリコン基板２０
０の厚さや大きさは、目的に応じて適宜選択することが
できる。好適には、大きさが直径３インチ〜６インチで
あり、厚さが３００μｍ〜６００μｍのシリコン基板２
００を用いることが望ましい。本実施の形態では、直径
４インチ、厚さ３００μｍのシリコン基板２００が用い
られている。また本実施の形態のシリコン基板２００
は、３×１０¹⁴ｃｍ ^-3の濃度でＢ（ホウ素）を含むｐ^-
型シリコン基板である。

【００４４】次に、図６に示されるとおり、フォトリソ
グラフィー工程およびエッチング工程を用いて、第１シ
リコン熱酸化膜２０２の所定部分を除去する。残った第
１シリコン熱酸化膜２０２をマスク材としてＰ（リン）
またはＡｓ（ヒ素）などのドナー不純物をイオン注入す
る。本実施の形態では、ドナー不純物としてＰ（リン）
を用いる。このときのドーズ量は、好適には１〜３×１
０¹⁵ｃｍ^-2である。

【００４５】図７に示されるとおり、イオン注入の後、
導入した不純物をシリコン基板２００内に熱拡散させ
る。具体的には、シリコン基板２００は、酸素雰囲気中
で、１１００℃、６０分の条件でドライブ・イン処理
（熱処理）される。このドライブ・イン処理によって、
イオン注入された領域が、活性化されて、ｎ型シリコン
領域、すなわち第１不純物拡散領域３０３となる。ま
た、第１不純物拡散領域３０３とｐ^-型シリコン基板２
００との間で第１のｐｎ接合が形成される。さらに、上
記のドライブ・イン処理の際に、第１不純物拡散領域３
０３の表面には、約０．１μｍの厚さの第２シリコン熱
酸化膜２０４が形成される。

【００４６】次に、図８に示されるとおり、フォトリソ
グラフィー工程およびエッチング工程を実行する。フォ
トレジスト２０６を用いて、第２シリコン熱酸化膜２０
４を部分的に除去する。具体的には、第１不純物拡散領
域３０３の一の端縁部上の第２シリコン熱酸化膜２０４
は残しつつ、この端縁部以外の熱酸化膜２０４を除去す
ることが望ましい。残った第２シリコン熱酸化膜２０４
およびフォトレジスト２０６をマスク材として、第２シ
リコン熱酸化膜２０４が除去された部分にＢ（ボロン）
をイオン注入する。このときのドーズ量は、好適には１
〜３×１０¹⁶ｃｍ^-2である。イオン注入後、シリコン基
板２００は、酸素雰囲気中で、１１００℃、６０分の条
件でドライブ・イン処理される。このドライブ・イン処
理によって、イオン注入された領域が、活性化されて、
ｐ⁺型シリコン領域、すなわち、第２不純物拡散領域３
０４がモノリシックに形成される（図９参照）。なお、
第２不純物拡散領域３０４の深さは、第１不純物拡散領
域の深さよりも浅く形成される。換言すれば、第１不純
物拡散領域内の表面側（作用面側）に形成される。この
結果、第１不純物拡散領域３０３と第２不純物拡散領域
３０４との間に第２のｐｎ接合が形成される。さらに、
シリコン基板２００の表面には、第３シリコン熱酸化膜
２０８（図９参照）が形成される。

【００４７】次に、図９に示されるとおり、フォトリソ
グラフィー工程およびエッチング工程を用いて、第３シ
リコン熱酸化膜２０８を部分的にエッチングすることに
よって、第１不純物拡散領域３０３の上記の端縁部の一
部が開口される。換言すれば、第１不純物拡散領域３０
３内において第２不純物拡散領域３０４が形成されてい
ない部分が開口される。残った第３シリコン熱酸化膜２
０８およびフォトレジストをマスク材としてＰ（リン）
をイオン注入する。このときのドーズ量は、好適には１
〜３×１０¹⁶ｃｍ^-2である。

【００４８】図１０に示されるとおり、イオン注入の
後、シリコン基板２００は、ウエット酸化雰囲気中で、
１１００℃、６０分の条件でドライブ・イン処理され
る。この結果、図９においてイオン注入された領域が、
活性化され、ｎ⁺シリコン領域３０６が形成される。す
なわち、第１不純物拡散領域３０３内の端縁部の近傍に
ｎ ⁺シリコン領域３０６が形成される。換言すれば、第
１不純物拡散領域内３０３内において、第２不純物拡散
領域３０４とｎ⁺シリコン領域３０６とは分離して形成
される。このｎ⁺シリコン領域３０６は、配線に用いら
れるアルミニウムとの間で良好なオーミック接触を得る
ために形成される領域である。また、この工程でｎ⁺シ
リコン領域３０６の表面には、約０．５μｍの厚さの第
４シリコン熱酸化膜が形成される（図示せず）。

【００４９】次に、フォトリソグラフィー工程およびエ
ッチング工程を用いて第３シリコン熱酸化膜２０８およ
び第４シリコン熱酸化膜の一部（図中では両方の熱酸化
膜を総括して２０８と表示）を除去し、上記の第２不純
物拡散領域３０４（ｐ⁺型シリコン領域）の一部および
上記のｎ⁺シリコン領域３０６の一部を開口する。この
結果、第２不純物拡散領域３０４の一部を露出する第１
コンタクトホール３０５、およびｎ⁺シリコン領域３０
６の一部を露出する第２コンタクトホール３０７が形成
される。第１コンタクトホール３０５と第２コンタクト
ホール３０７は、第２不純物拡散領域３０４の対辺に沿
って形成される。換言すれば、第１コンタクトホール３
０５と第２コンタクトホール３０７との距離を十分に空
けることによって、第２不純物拡散領域３０４の全域に
電流を流し、第２不純物拡散領域３０４全体を微小ヒー
タとして利用することができる。

【００５０】次に、アノード側金属配線３０１およびカ
ソード側金属配線３０２とを形成する。まず、第１およ
び第２のコンタクトホール３０５，３０７が形成された
シリコン基板２００上にアルミニウム膜が形成される。
アルミニウム膜は、蒸着またはスパッタ法を用いて約
０．５μｍ〜１μｍの厚さに形成される。アルミニウム
膜が形成されたシリコン基板２００は、窒素雰囲気中
で、４００℃、１０分の条件でシンタリングされる。こ
の結果、コンタクトホール３０５，３０７内でシリコン
とアルミニウムとが適度に熱反応し、オーミック接触が
得られる。この後、アルミニウム膜の上に、約０．０２
μｍの厚さのチタン（Ｔｉ）を蒸着する。

【００５１】次に、図１１に示されるとおり、このチタ
ン／アルミニウム膜をパターニングして、アノード側金
属配線３０１およびカソード側金属配線３０２を形成す
る。具体的には、図２に表示されるようなｎ本の互いに
平行なアノード側金属配線３０１と、ｍ本の互いに平行
なカソード側金属配線３０２とが形成される。アノード
側金属配線３０１およびカソード側金属配線３０２と
は、互いに直交する方向に伸延されている。なお、上述
した複数の不純物拡散領域ユニット３００は、ｎ列ｍ行
に配列される。アノード側金属配線３０１に沿って隣接
する不純物拡散領域ユニット３００は、各第１コンタク
トホール３０５を通じて一本のアノード側金属配線３０
１に接続される。一方、カソード側金属配線３０２に沿
って隣接する不純物拡散領域ユニット３００は、各第２
コンタクトホール３０７を通じて一本のカソード側金属
回線３０２に接続される。

【００５２】なお、図３に示されるアノード側金属配線
３０１とカソード側金属配線３０２とが交差する交差部
分は、アノード側金属配線３０１とカソード側金属配線
３０２との電気的な短絡を防止するために絶縁する必要
がある。したがって、図１１に示される工程の際に、た
とえば、アノード側金属配線３０１またはカソード側金
属配線３０２のどちらか一方の配線を、他方の金属配線
との交差部分において途切れた状態にパターニングして
おく。本実施の形態では、アノード側金属配線３０１
を、カソード側金属配線３０２との交差部分において途
切れた状態にパターニングしておく。

【００５３】図１１のパターニング工程において、アル
ミニウム膜、チタン膜のエッチングにはそれぞれ専用の
エッチング液を用いたウェットエッチングが用いられ
る。ただし、本実施の形態と異なり、アルミニウム膜
を、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によるドライエ
ッチングによりパターニングすることも可能である。

【００５４】次に、図１２に示されるとおり、チタン／
アルミニウム膜をパターニングした後のシリコン基板２
００の表面に、パッシベーション膜２１２を形成する。
パッシベーション膜２１２は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ
_X）、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＳＧ（ボロンガラ
ス）、またはシリコン酸化窒化膜（ＳｉＯ_XＮ_Y）などの
絶縁膜である。パッシベーション膜２１２は、プラズマ
ＣＶＤまたは常圧ＣＶＤなどの低温成膜技術によって形
成される。好適には、１μｍ〜１．５μｍの厚さのパッ
シベーション膜２１２が形成される。

【００５５】次に、図１３に示されるとおり、フォトリ
ソグラフィー工程およびエッチング工程を用いてパッシ
ベーション膜２１２の一部を除去することによって、各
アノード側金属配線３０１および各カソード側金属配線
３０２の端部を開口させる。この結果、各アノード側金
属配線３０１を外部に接続するための配線用コンタクト
ホール３１２が形成される。また、図示していないが、
各カソード側金属配線３０２を外部に接続するための配
線用コンタクトホール３１４が形成される。さらに、図
示していないが、パッシベーション膜２１２の一部を除
去することによって、上記交差部分において途切れてい
るアノード側金属配線３０１の両側部分を開口させる。
この結果、交差部分において途中で途切れているアノー
ド側金属配線３０１を接続するためのコンタクトホール
（ビア）が形成される。

【００５６】最後に、チタン／銅／チタンの順番で金属
膜を蒸着し、ＲＩＥなどの方法によって、この金属膜を
所定の形状にパターニングする（図４参照）。この結
果、配線用コンタクトホール３１２および３１４に金属
膜が充填され、これらの部分がアノード側コンタクトパ
ット３１６およびカソード側コンタクトパット３１８に
なる（カソード側コンタクトパット３１８は図示せ
ず）。さらに、この工程では、上記した交差部分のビア
間が金属膜で接続される結果、途切れていたアノード側
金属配線の全体が接続される。そして、最終的に、交差
部分の配線保護のために、パッシベーション膜を新たに
形成する。また、配線用コンタクトホール部分に対応す
る部分について、パッシベーション膜の一部をＲＩＥ等
の方法によって除去する。

【００５７】各アノード側金属配線３０１は、各アノー
ド側コンタクトパット３１６に接続され、各カソード側
金属配線３０２は、各カソード側コンタクトパット３１
８に接続される。そして、これらのコンタクトパット３
１６および３１８にリード線がハンダ付けされる。な
お、これらのコンタクトパット３１６および３１８は、
温度制御対象物が配置される部分の外側に設けられる。
したがって、温度制御対象物を配置する際に、コンタク
トパット３１６、３１８およびリード線が障害とならな
い。

【００５８】以上の工程により、図４に示される不純物
拡散領域ユニット３００が作製される。なお、以上の説
明では、一つの不純物拡散領域ユニット３００を図示し
て工程を説明したが、複数の不純物拡散領域ユニット３
００が同時に形成されることはもちろんである。

【００５９】次に、形成された複数の不純物拡散領域ユ
ニット３００に対応する電気回路および周辺回路を図１
４に示す。図１４に示されるとおり、複数の不純物拡散
領域ユニット３００がｎ列ｍ行に配列されている。各不
純物拡散領域ユニット３００は、ヒータとして機能する
電気抵抗要素（主として第２不純物拡散領域３０４に相
当）と、電気抵抗要素に電気的に直列接続されるダイオ
ード要素（第１不純物拡散領域３０３と第２不純物拡散
領域３０４との間のｐｎ接合に相当）とを含む。電気抵
抗要素の一端は、対応するアノード側金属配線３０１に
電気的に接続されており、その他端は、ダイオード要素
のアノード側と電気的に接続されている。一方、ダイオ
ード要素のカソード側は、対応するカソード側金属配線
３０２に電気的に接続されている。

【００６０】各アノード側金属配線３０１は、各配線用
コンタクトパット３１６を介して各アノード側スイッチ
ングトランジスタＸ１〜Ｘｎに接続されている。一方、
各カソード側金属配線３０２は、各配線用コンタクトパ
ット３１８を介して各カソード側スイッチングトランジ
スタＹ１〜Ｙｍに接続されている。本実施の形態におい
て各トランジスタＸ１〜ＸｎおよびＹ１〜Ｙｍは、バイ
ポーラトランジスタである。各トランジスタＸ１〜Ｘｎ
およびＹ１〜Ｙｍのベースには、外部からそれぞれ信号
線が接続される。具体的には、信号線として、アノード
側スイッチングトランジスタＸ１〜Ｘｎ用の信号線（以
下「Ｘアドレス信号線」いう）がｎ本接続され、カソー
ド側スイッチングトランジスタＹ１〜Ｙｍ用の信号線
（以下「Ｙアドレス信号線」という）がｍ本接続されて
いる。したがって、これらのＸアドレス信号線およびＹ
アドレス信号線を通じて、所定の制御信号（ベース電
流）を印加することによってアノード側スイッチングト
ランジスタＸ１〜Ｘｎの一部（たとえばＸ２）、および
カソード側スイッチングトランジスタＹ１〜Ｙｎの一部
（たとえばＹ２）がオン状態となる。この結果、オン状
態となったトランジスタに接続されている不純物拡散領
域ユニット３００（この場合は、ａ部分）が選択され、
通電される。

【００６１】たとえば、初期状態では、いかなるスイッ
チングトランジスタへも制御信号が印加されていない。
したがって、すべてのトランジスタはオフ状態である。
したがって、加熱手段として機能する各不純物拡散領域
ユニット３００へは電流がながれず、発熱しない。

【００６２】図１４に示されるａ部分の不純物拡散領域
ユニット３００に通電する場合について説明する。この
場合、アノード側スイッチングトランジスタＸ２および
カソード側スイッチングトランジスタＹ２に制御信号を
印加することによって、これらのトランジスタをオン状
態にする。この場合、ヒータ電源から供給された電流
は、トランジスタＸ２を介して、対応するアノード側金
属配線３０１に入る。さらに電流は、ａ部分の電気抵抗
要素を通過し、この結果、ジュール熱が発生する。電気
抵抗要素を通過した電流は、ａ部分のダイオード要素を
介して、対応するカソード側金属配線３０２へ流出し、
最終的にトランジスタＹ２を経てヒータ電源へと戻る。

【００６３】以上の処理にしたがって、トランジスタＸ
２およびＹ２をオン状態とすることにより、トランジス
タＸ２とＹ２とに接続されている部分の不純物拡散領域
（ａ部分）のみを選択して通電することが可能となる。
この結果、通電された不純物拡散領域ユニットのみが発
熱し、この不純物拡散領域ユニット以外の部分は、冷却
部４００によって冷却された状態を保つ。

【００６４】同様に、アノード側スイッチングトランジ
スタＸ２、Ｘ３、およびカソード側スイッチングトラン
ジスタＹ２、Ｙ３をオン状態とすることによって、図中
のａ、ｂ、ｃ、およびｄ部分の不純物拡散領域のみを選
択して通電することができる。

【００６５】なお、ダイオード要素は、所望していない
不純物拡散領域に意図していない電流が流れることを防
止する。たとえば、アノード側スイッチングトランジス
タＸ２、Ｘ３、およびカソード側スイッチングトランジ
スタＹ２、Ｙ３をオン状態とする場合、ｅ部分にダイオ
ード要素がないとすると、ａ部分から流れ出した電流
が、カソード側金属配線３０２、ｅ部分、アノード側金
属配線３０１、ｆ部分、トランジスタＹ３という順番で
流れるおそれがある。この結果、所望していないｅ部分
およびｆ部分で発熱してしまう。ダイオード要素は、か
かる状態の発生を防止する。

【００６６】なお、上述した選択方法によれば、ａ部分
に通電することなく、ｂ、ｃ、およびｄ部分に通電する
ことができない。しかしながら、ｂ、ｃ、ｄ部分への通
電を所定時間毎に交互に切り替え、他の部分には通電し
ないことによって、ｂ、ｃ、ｄ部分のみを加熱すること
が可能である。すなわち、選択された不純物拡散領域に
対して、時分割的に通電することも可能である。

【００６７】なお、本実施の形態では、通電する不純物
拡散領域を選択するためのスイッチングトランジスタと
してバイポーラトランジスタＸ１〜Ｘｎ、Ｙ１〜Ｙｍを
用いたが、本実施の形態と異なり、パワーＭＯＳトラン
ジスタやその他のスイッチング素子を採用することもで
きる。特に、電流量が多い場合にはパワーＭＯＳトラン
ジスタを採用することが望ましい。

【００６８】次に、図１５を参照しつつ、本実施の形態
の温度制御装置を実際に適用した温度制御システムにつ
いて説明する。

【００６９】この温度制御システムは、温度制御装置１
００、操作ユニット６００、ヒータ電源６１０、冷却部
エネルギー供給源６２０、スイッチング回路６３０を有
する。温度制御装置１００の基板２００の作用面には、
温度制御対象物１０が載せられるが、図中には記載して
いない。

【００７０】温度制御装置１００は、基板２００と、基
板の一の面に形成された複数の不純物拡散領域ユニット
３００より構成される加熱手段と、基板２００の反対面
を通じて基板を冷却する冷却部４００とを有する。

【００７１】ヒータ電源６１０は、複数の不純物拡散領
域ユニットの一部または全部へヒータ電流を供給する電
源である。冷却部エネルギー供給源６２０は、冷却部４
００がペルチェ冷却器であれば、冷却部４００へ電流を
供給する電流源であり、冷却部４００がコンプレッサ式
冷却器であれば、冷却部４００へ電圧を印加する電圧源
であり、冷却部４００が冷媒循環式熱交換器であれば、
冷却部４００へ冷媒を循環させる冷媒循環装置である。

【００７２】スイッチング回路６３０は、図１４で示さ
れた温度制御装置１００のＸアドレス信号線、Ｙアドレ
ス信号線に接続されている。そして、操作ユニット６０
０からの指令に基づいて、所定のアドレス信号線に制御
信号を与えることによって、複数の不純物拡散領域ユニ
ット３００のうちから通電する不純物拡散領域ユニット
を選択する。

【００７３】操作ユニット６００は、たとえばコンピュ
ータである。操作ユニット６００は、各種の演算および
制御を実行するＣＰＵ、種々のデータを記憶するメモ
リ、データを入力し種々の設定をするための操作部、各
種の表示をするディスプレイを有し、さらに、ヒータ電
源６１０、冷却部エネルギー供給源６２０、およびスイ
ッチング回路６３０等へ信号を送るためのインタフェー
スユニットを有する。

【００７４】ユーザは、操作部を用いて、複数の不純物
拡散領域ユニット３００のうちから通電する不純物拡散
領域ユニットを指示する。そして、この指示された不純
物拡散領域ユニットに通電される。この結果、通電され
たいくつかの不純物拡散領域ユニット（主として第２不
純物拡散領域３０４）の形状に対応した温度制御対象物
１０上の領域（加熱領域）が加熱される。一方、加熱領
域以外の温度制御対象物１０の微小領域（冷却領域）
は、冷却部４００によって冷却されている基板２００を
通じて冷却される。

【００７５】換言すれば、ユーザは、操作部を用いて、
加熱領域と冷却領域の配列パターン（面内温度パター
ン）を指示することができる。たとえば、操作部は、タ
ッチパネルディスプレイであり、複数の不純物拡散領域
ユニット３００を模式的に表示する。ユーザは、この表
示画面において、加熱領域または冷却領域として選択し
たい複数の領域を指で触れることによって、それらの領
域の配列を自由に設定（プログラム）することができ
る。また、操作ユニット６００は、加熱領域の設定温
度、および冷却領域の設定温度を設定することができる
ことはもちろんである。

【００７６】操作ユニット６００は、冷却領域の設定温
度に基づいて、冷却部エネルギー供給源８２０を制御す
る。たとえば、冷却部４００がペルチェ冷却器であれ
ば、ペルチェ冷却器へ供給される電流量を制御する。ま
た、加熱領域の設定温度に基づいて、ヒータ電源６１０
から不純物拡散領域ユニット３００へと供給されるヒー
タ電流を制御する。さらに、加熱領域と冷却領域の配列
パターンに基づいてスイッチング回路６３０を制御して
所定のＸアドレス信号線およびＹアドレス信号線に対し
て制御信号を与える。この結果、複数の不純物拡散領域
ユニット３００のうちから一部または全部の不純物拡散
領域が選択され、この選択された不純物拡散領域に対し
てヒータ電流が供給される。

【００７７】なお、温度制御においては、フィードバッ
ク制御を用いることができる。このため、温度制御対象
物１０の加熱領域および冷却領域に取り付けられた温度
センサ（図示せず）の検出結果を操作ユニット６００が
受信し、この受信した検出結果に基づいてヒータ電流、
およびペルチェ冷却器へ供給される電流量等を制御する
ことができる。

【００７８】また、図１５に示されるとおり、基板２０
０上に温度センサを取り付け、この温度センサによる検
出結果を受信し、フィードバック制御することもでき
る。たとえば、ヒータ電流が通電される状態に設定され
た不純物拡散領域ユニット３００の位置に温度センサ６
４０（「高温部用温度センサ」という）が取り付けられ
る。また、ヒータ電流が通電されない状態に設定された
不純物拡散領域ユニット３００の位置に温度センサ６５
０（「低温部用温度センサ」という）が取り付けられ
る。温度センサ６４０および６５０としては、たとえば
サーミスタや熱電対が用いられる。本実施の形態では、
シリコンの電気抵抗が温度によって変化することを利用
して温度を検知するサーミスタを用いる。本実施の形態
では、基板２００に不純物拡散領域ユニット３００を設
ける工程において、サーミスタとして機能する不純物拡
散領域を基板２００にモノリシックに形成しておくこと
ができる。サーミスタとして機能する不純物拡散領域
は、不純物拡散領域ユニット３００と同様に形成するこ
とができるので、その詳しい説明は省略する。

【００７９】高温部用温度センサ６４０による検出結果
は、第１インタフェース６６０を経て操作ユニット６０
０へフィードバックされる。一方、低温部用温度センサ
６５０による検出結果は、第２インタフェース６７０を
経て操作ユニット６００へフィードバックされる。操作
ユニット６００は、各温度センサ６４０および６５０に
よる検出結果を受信し、加熱領域および冷却領域の温度
が予め設定された温度範囲に収まるように、ヒータ電源
６１０、および冷却部エネルギー供給源６２０への制御
信号を送信し、ヒータ電流およびペルチェ冷却器への供
給電流等を制御する。

【００８０】操作ユニット６００が温度を制御する信号
処理方法としては、比例制御（Ｐ制御）、積分制御（Ｉ
制御）、微分制御（Ｄ制御）、またはこれらを組み合わ
せたＰＩＤ制御が用いられる。したがって、本実施の形
態によれば、フィードバックループを構成し、加熱およ
び冷却の状態を適宜制御することによって、温度制御対
象物の各領域を設定温度とすることができる。

【００８１】具体的には、温度制御対象物１０において
０．５ｍｍ間隔で配置される加熱領域と冷却領域の温度
差を１０℃〜２０℃とすることが可能である。加熱およ
び冷却可能な温度範囲は、種々の条件によっても異なる
が、一例を示すならば、加熱領域は、３０℃〜４０℃に
加熱することができる。一方、加熱領域以外の領域であ
る冷却領域は、５℃〜２０℃に冷却することができる。
したがって、全体としては、温度制御対象物上の微小サ
イズの領域を５℃〜４０℃に制御することが可能であ
る。なお、本実施の形態と異なり、前記したところの温
度センサを基板２００上の全ての不純物ユニット３００
に取り付けることにより、不純物拡散領域ユニットの各
々について温度制御することができることはいうまでも
ない。

【００８２】以上、説明した本実施の形態の温度制御装
置１００によれば、冷却部４００によって冷却された基
板２００を通じて温度制御対象物１０を冷却しつつ、選
択された不純物拡散領域３００に通電することによっ
て、不純物拡散領域３００の形状に対応した温度制御対
象物の微小領域を加熱し、その他の領域を冷却すること
ができる。

【００８３】また、本実施の形態の温度制御装置によれ
ば、半導体プロセスを適用することによって０．０１〜
１０ｍｍのサイズおよびピッチ間隔を持った複数の不純
物拡散領域を細密に配列することができる。この結果、
通電する不純物拡散領域を適宜に選択することによっ
て、微小サイズの加熱領域および冷却領域が交互に配列
されてなる細密な面内温度パターンを実現することがで
きる。特に、被対象物として遺伝子増幅用器材を用いた
場合に、遺伝子増幅用のマイクロリアクタ部分のみを加
熱し、その他の流路やリザーバの部分については冷却す
ることが可能となる。なお、複数の不純物拡散領域を細
密に配列するばかりでなく、予め冷却すべき領域として
設定する部分を有していても良いことは言うまでもな
い。冷却すべき領域のサイズは、０．０１ｍｍ〜１０ｍ
ｍであり、より好ましくは０．１ｍｍ〜１ｍｍである。

【００８４】また、微小領域の周辺の非加熱領域につい
ては環境温度よりも低温になるまで冷却することができ
る。

【００８５】さらに、本実施の形態の温度制御装置によ
れば、Ｘアドレス信号線およびＹアドレス信号線に制御
信号を印加することによって、面内温度パターンを適宜
変更することができる。したがって、温度制御対象物で
ある遺伝子増幅用器材や化学反応用器材におけるマイク
ロリアクタ部分、流路、およびリザーバの配列が変更さ
れた場合であっても、その変更に合わせて、適宜に温度
パターンを変更することができる。したがって、温度制
御装置としての汎用性が高い。

【００８６】さらに、本実施の形態の温度制御装置にお
いては、半導体に形成された不純物拡散領域を加熱手段
として用いるので、半導体におけるｐｎ接合形成技術を
用いて容易にダイオード要素を作製することができる。
したがって、所望していない不純物拡散領域に通電され
ることを容易に防止することができる。

【００８７】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明はこの場合に限られず、発明の思想の範囲
内で適宜に変更、追加、省略が可能である。

【００８８】上記の説明では、シリコン単結晶基板に複
数の加熱部分として複数の不純物拡散領域を構成し、複
数の不純物拡散領域のうちから選択された不純物拡散領
域に通電する場合が示された。しかしながら、本発明
は、この場合に限られない。たとえば、シリコン単結晶
基板を用いる代わりに、一の面に多結晶シリコン膜（ｐ
ｏｌｙ−Ｓｉ膜）が形成された絶縁体基板を用いること
もできる。この場合、この多結晶シリコン膜に所定の不
純物を拡散し、パターニングすることによって、複数の
不純物拡散領域とｐｎ接合ダイオードとを形成すること
ができる。このような方法によっても、本発明の温度制
御装置を実現することができる。

【００８９】さらに、金属薄膜の電気抵抗により加熱部
分を形成することができる。すなわち、本発明の温度制
御装置は、基板と、この基板の一の面に形成された複数
の加熱部分を含む加熱手段と、基板の反対面を通じて基
板を冷却する冷却手段とを有し、基板の一の面に接触し
た温度制御対象物について、複数の加熱部分のなかから
選択される所定の加熱部分に通電することによって、こ
の所定の加熱部分の形状に応じた加熱領域を加熱すると
ともに、この加熱領域以外の領域を上記冷却手段によっ
て冷却された基板を通じて冷却する構成であってもよ
い。この場合も、好ましくは、図２に示される場合と同
様に、複数の加熱部分がマトリックス状に配列され、図
２に示される場合と同様に、アノード側配線、カソード
側配線、アノード側スイッチング回路、およびカソード
側スイッチング回路が設けられる。そして、アノード側
スイッチング回路およびカソード側スイッチング回路を
用いて、複数の加熱部分のなかから所定の加熱部分が選
択され通電される。

【００９０】また、上記の説明では、不純物拡散領域に
対して直列接続されるダイオード要素として第１不純物
拡散領域と第２不純物拡散領域との間のｐｎ接合を用い
る場合を説明した。しかしながら、本発明はこの場合に
限られない。たとえば、ダイオード要素として基板２０
０に形成されたショットキー接合を用いることも可能で
ある。

【００９１】また、上記の説明に示した金属配線方法に
代えて、金属配線全体をＴｉ／Ｃｕ／Ｔｉ／Ａｌの積層
膜構造を用いて構成することもできる。金属配線全体に
積層膜構造を用いる場合に、本実施の形態に示した金属
配線の場合と比べて、金属配線の直流抵抗を半分以下に
低減することができる。

【００９２】また、上記の説明では、シリコン基板とし
て、Ｂ（ボロン）を低濃度に含んだｐ^-シリコン基板を
用いる場合を説明した。しかしながら、本発明はこの場
合に限られず、シリコン基板として、ｎ^-シリコン基板
を用いることもできる。この場合には、第１不純物拡散
領域および第２不純物拡散領域を形成する際のドーパン
トの伝導型が適宜に変更される。

【００９３】さらに、上記の説明では、温度制御対象物
１０が基板１００上に着脱可能に取り付けられる場合を
説明した。しかしながら、本発明は、この場合に限られ
ない。たとえば、基板１００自身を温度制御対象物とし
て用いることもできる。具体的には、シリコン基板２０
０の作用面上に異方性エッチングを用いて独立した反応
容器を設けるとともに、このシリコン基板自体に不純物
を選択拡散させることによって、反応容器に対応する部
分に不純物拡散領域を形成することもできる。この場
合、一つの基板に、反応容器と加熱手段とを一体的に形
成できるので、直接的に反応容器のみを加熱し、その他
の部分を冷却することができる。

【００９４】上述した本発明の実施形態には、特許請求
の範囲の請求項に記載した発明以外にも、たとえば、以
下の付記に示される発明が含まれる。

【００９５】[付記１] 加熱部分は、３０〜４０℃に加
熱されるものである、請求項１に記載の温度制御装置。

【００９６】[付記２] 冷却部分は、５℃〜２０℃に冷
却されるものである、請求項１に記載の温度制御装置。

【００９７】[付記３] 加熱部分と、冷却部分との温度
差は、１０℃〜３０℃であるものである、請求項１に記
載の温度制御装置。

【００９８】[付記４] さらに、通電する加熱部分また
は通電しない加熱部分を画面上で指定するための操作部
を有する、請求項１に記載の温度制御装置。

【００９９】[付記５] 選択された複数の加熱部分に所
定の時間間隔で順次に通電するものである、請求項１に
記載の温度制御装置。

【０１００】[付記６] 不純物拡散領域は、基板に形成
された第１の不純物拡散領域と、当該第１の不純物拡散
領域の区画内に形成された深さの浅い第２の不純物拡散
領域と、を含むものである、請求項８に記載の温度制御
装置。

【０１０１】[付記７] 前記基板の一の面には、さら
に、異方性エッチングによって複数の反応容器が形成さ
れており、前記複数の不純物拡散領域は、前記複数の反
応容器の位置に合わせて形成されているものである、請
求項８に記載の温度制御装置。

【０１０２】[付記８] 前記基板の一の面には、さらに
不純物拡散領域からなるサーミスタが形成されているも
のである、請求項８に記載の温度制御装置。

【０１０３】[付記９] 前記基板は、シリコン基板であ
ることを特徴とする請求項８に記載の温度制御装置。

【０１０４】[付記１０] 前記ダイオード要素は、前記
基板に形成されたｐｎ接合またはショットキー接合であ
る、請求項９に記載の温度制御装置。

【０１０５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、基板の
一の面に形成された複数の加熱部分を含む加熱手段と、
前記基板の反対面を通じて基板を冷却する冷却手段と、
を有し、前記基板の一の面に接触した温度制御対象物に
ついて、前記複数の加熱部分のなかから選択される一部
または全部の加熱部分に通電することによって当該加熱
部分の形状に応じた加熱領域を加熱するとともに、当該
加熱領域以外の領域を前記冷却された基板を通じて冷却
することにより冷却部分とするので、細密な面内温度パ
ターンを実現することができる。また、非加熱領域につ
いては環境温度よりも低温になるまで冷却することがで
きる。さらに、複数の加熱部分のなかから選択される加
熱部分にのみ、選択的に通電することができるため、選
択する加熱部分を適宜に変更することによって面内温度
パターンを変更することができる。したがって、温度制
御装置の汎用性を高めることができる。また、本発明に
よれば、前記冷却部分は、前記加熱部分に隣接し、該冷
却部分のサイズが０．０１〜１０ｍｍであるので、微小
サイズの領域を冷却することができる。

【０１０６】さらに、本発明によれば、加熱部分の位置
は、化学反応用器材に設けられた複数の反応容器の位置
に適合しており、かつ当該化学反応用器材が前記温度制
御対象物として着脱自在に取り付けられるので、化学反
応用器材の温度制御する場合に、微小反応容器のみを加
熱し、微小反応容器以外の部分を冷却することができ
る。

【０１０７】また、本発明によれば、基板の一の面に不
純物を選択的に拡散して形成された不純物拡散領域と、
基板の反対面を通じて基板を冷却する冷却手段とを有
し、基板の一の面に接触した温度制御対象物について、
通電した不純物拡散領域の形状に応じた加熱領域を加熱
するとともに、当該加熱領域以外の領域を冷却手段によ
って冷却された基板を通じて冷却するので、半導体プロ
セスにおける微細加工技術を用いて、細密な面内温度パ
ターンを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の温度制御装置の構成
を示す図である。

【図２】基板の作用面に形成された複数の不純物拡散
領域ユニットを示す図である。

【図３】一つの不純物拡散領域ユニットの拡大図であ
る。

【図４】図３のＡ−Ａ’線で切断した場合の不純物拡
散領域ユニットの断面図である。

【図５】図４の不純物拡散領域ユニットの作製工程を
示す断面図である。

【図６】図５に後続する工程を示す断面図である。

【図７】図６に後続する工程を示す断面図である。

【図８】図７に後続する工程を示す断面図である。

【図９】図８に後続する工程を示す断面図である。

【図１０】図９に後続する工程を示す断面図である。

【図１１】図１０に後続する工程を示す断面図であ
る。

【図１２】図１１に後続する工程を示す断面図であ
る。

【図１３】図１２に後続する工程を示す断面図であ
る。

【図１４】複数の不純物拡散領域ユニットに対応する
電気回路および周辺回路を示す図である。

【図１５】図１の温度制御装置を適用した温度制御シ
ステムの一例を示す図である。

【符号の説明】

１００…温度制御装置、２００…基板、３００…不純物拡散領域ユニット、３０１…アノード側金属配線、３０２…カソード側金属配線、３０３…第１不純物拡散領域３０４…第２不純物拡散領域４００…冷却部、６００…操作ユニット、６１０…ヒータ電源、６２０…冷却部エネルギー供給源、６３０…スイッチング回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、前記基板の一の面に形成された複数の加熱部分を含む加
熱手段と、前記基板の反対面を通じて基板を冷却する冷却手段と、
を有し、前記基板の一の面に接触した温度制御対象物について、
前記複数の加熱部分のなかから選択される一部または全
部の加熱部分に通電することによって当該加熱部分の形
状に応じた加熱領域を加熱するとともに、当該加熱領域
以外の領域を前記冷却された基板を通じて冷却すること
により冷却部分とすることを特徴とする温度制御装置。
【請求項２】複数の加熱部分の少なくとも一部に、温
度計測手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の
温度制御装置。
【請求項３】前記冷却部分は、前記加熱部分に隣接
し、該冷却部分のサイズが０．０１〜１０ｍｍであるこ
とを特徴とする請求項１に記載の温度制御装置。
【請求項４】前記複数の加熱部分は、互いに隣接して
配列されており、隣接する加熱部分の中心間の距離また
は各加熱部分のサイズは、０．０１ｍｍ〜１０ｍｍであ
ることを特徴とする請求項１に記載の温度制御装置。
【請求項５】前記温度制御装置は、一の方向に沿って
隣接して配列された加熱部分が接続されるアノード側配
線と、前記一の方向と交差する方向に沿って隣接して配
列された加熱部分が接続されるカソード側配線と、前記
アノード側配線に接続されるアノード側スイッチング回
路と、前記カソード側配線に接続されるカソード側スイ
ッチング回路とを有し、前記アノード側スイッチング回
路および前記カソード側スイッチング回路によって、複
数の加熱部分のなかから所定の加熱部分を選択して通電
することを特徴とする請求項１に記載の温度制御装置。
【請求項６】前記冷却手段は、ペルチェ冷却器、コン
プレッサ式冷却器、または冷媒循環式熱交換器であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の温度制御装置。
【請求項７】前記加熱部分の位置は、化学反応用器材
に設けられた複数の反応容器の位置に適合しており、か
つ当該化学反応用器材が前記温度制御対象物として着脱
自在に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載
の温度制御装置。
【請求項８】前記基板は、少なくとも前記一の面が半
導体で構成されており、前記複数の加熱部分は、前記基
板の一の面に不純物を選択的に拡散して形成された複数
の不純物拡散領域で構成されていることを特徴とする請
求項１に記載の温度制御装置。
【請求項９】前記各不純物拡散領域に直列接続される
ダイオード要素が前記基板に形成されていることを特徴
とする請求項８に記載の温度制御装置。
【請求項１０】少なくとも一の面が半導体である基板
と、前記基板の一の面に不純物を選択的に拡散して形成され
た不純物拡散領域と、前記基板の反対面を通じて基板を冷却する冷却手段と、
を有し、前記基板の一の面に接触した温度制御対象物に
ついて、前記不純物拡散領域に通電することによって当
該不純物拡散領域の形状に応じた加熱領域を加熱すると
ともに、当該加熱領域以外の領域を前記冷却手段によっ
て冷却された前記基板を通じて冷却することを特徴とす
る温度制御装置。