JP2003180350A - 温度制御装置 - Google Patents

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、基板２００と、
基板２００の一の面に形成されたヒータ部分３１０を含
む加熱手段３００と、基板２０９の反対面を通じて基板
２００を冷却する冷却部４００とを有し、前記基板２０
０の一の面に接触した温度制御対象物１０について、ヒ
ータ部分３１０に通電することによって当該ヒータ部分
３１０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−ＴＡＢ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】

【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。

【００１４】（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。

【００１５】（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。

【００１６】（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。

【００１７】（４） 上記の基板は、シリコン基板であ
る。

【００１８】（５） 上記の加熱部分は、所定の形状に
形成された多結晶シリコンで構成されている。

【００１９】（６） 上記の加熱部分は、所定の形状に
形成された金属薄膜で構成されている。

【００２０】（７） 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】（８） 上記の加熱手段は、連鎖的に設け
られた環状の加熱部分を有する。

【００２２】（９） 上記の加熱手段は、散在する複数
の加熱部分と、当該複数の加熱部分の間を接続する金属
配線膜と、を有する。

【００２３】（１０） 上記の加熱手段は、面状に形成
されており複数の中空部を有する加熱部分を有する。

【００２４】（１１） 上記の（１０）の温度制御装置
は、面状に形成された加熱部分に、面に沿った複数の方
向に電圧を交互に印加する。

【００２５】（１２） 上記の加熱手段は、面状に形成
されている金属薄膜または半導体膜と、当該金属薄膜ま
たは半導体膜上の所定の領域に形成された金属配線膜と
を有し、前記金属薄膜または半導体膜上に金属配線膜が
形成されていない部分が前記加熱部分である。

【００２６】（１３） 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。

【００２７】

【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。

【００２８】（第１の実施の形態）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１００は、基板２００と、基板２０
０の作用面（一の面）に形成されたヒータ部分（加熱部
分）３１０を含む加熱部３００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。

【００２９】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。

【００３０】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。ヒータ部分
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。

【００３１】本実施の形態の基板２００は、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、ガラス基板等
の絶縁体基板または金属基板を用いてもよい。なお、基
板２００の作用面は、シリコン酸化膜などの絶縁体で被
覆しておくことが望ましい。

【００３２】基板２００の作用面には、ヒータ部分３１
０が形成されている。このヒータ部分３１０に通電する
ことによって、通電されたヒータ部分３１０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４００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）。

【００３３】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
交換器（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。冷媒循環式熱交換器は、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器と同様であるので、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。

【００３４】次に、基板２００の作用面に形成された加
熱部３００の構成について説明する。加熱部３００に含
まれるヒータ部分３１０は、所定の形状に形成された多
結晶シリコンで構成されている。具体的には、ヒータ部
分３１０は、シリコン基板２００上に成膜された多結晶
シリコン（ポリシリコン）膜をエッチングすることによ
って、所定の形状に形成されたものである。

【００３５】図２は、シリコン基板２００の作用面方向
から見た加熱部３００の一例を示す。図２の例では、加
熱部３００としては、六角形状をした環状の多結晶シリ
コンからなる複数のヒータ部分３１０が連鎖的に設けら
れている。より具体的には、ヒータ電流の入力側と出力
側との間は、ヒータ部分３１０がハニカム状に連鎖して
いる。なお、図２に示される例では、ヒータ電流は、各
六角形をした環状部分において対向する両辺に平行な方
向に流れる。なお、環状部分のサイズは、０．０１ｍｍ
〜１０ｍｍであり、好適には、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度
である。

【００３６】図３〜図９は、シリコン基板２００の作用
面方向から見た加熱部３００の他の例を示す。

【００３７】図３に示された例では、加熱部３００は、
楕円形状をした環状のヒータ部分３１０ａが直線状のヒ
ータ部分３１０ｂを介して直列的に接続されている。環
状のヒータ部分３１０ａが連鎖的に設けられている点で
は、図２に示された場合と共通するが、直線上のヒータ
部分３１０ｂを介して複数の環状のヒータ部分３１０ａ
が相互に接続されている点で図２の場合と異なる。より
具体的には、楕円形状をした環状の複数のヒータ部分３
１０ａは、長軸方向に整列配置されている。以上の図２
および図３に示される加熱手段は、ヒータ部分３１０を
連鎖するために後述する金属配線膜を必要としない。

【００３８】一方、図４〜図７に示されるとおり、島状
に散在する複数のヒータ部分３１０と、複数のヒータ部
分３１０を金属配線膜３２０によって相互に接続した加
熱部３００を用いることもできる。

【００３９】図４に示される加熱部３００は、散在して
いる六角形状の環状のヒータ部分３１０を有し、隣接す
るヒータ部分３１０の六角形状の頂点同士が金属配線膜
３２０によって相互に接続されている。金属配線膜３２
０は、膜厚が比較的厚く、電気抵抗がヒータ部分３１０
に比べて低い金属薄膜を所定の形状に成形することによ
って構成されている。本実施の形態の金属配線膜３２０
は、ヒータ部分３１０に比べて電気抵抗が約１００分の
１である。このため、ヒータ部分３１０と同じ電流量を
通電した場合であっても、金属配線膜３２０の発熱量が
小さい。したがって、金属配線膜３２０による発熱は無
視できる。その結果、図４に示される六角形状の環状の
ヒータ部分３１０の形状に応じた温度制御対象物１０の
領域が加熱され、一方、その他の領域は、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。

【００４０】図５に示される加熱部３００は、散在して
いる矩形形状をした環状のヒータ部分３１０を有し、隣
接するヒータ部分３１０の頂点同士が金属配線膜３２０
によって接続されている。なお、図５に示される例で
は、ヒータ部分３１０は千鳥状に配置されている。

【００４１】図６に示される加熱部３００は、散在して
いる矩形形状をしたヒータ部分３１０と、隣接するヒー
タ部分３１０の辺間を接続する金属配線膜３２０とを有
している。より具体的には、図６の加熱部３００は、ヒ
ータ部分３１０と金属配線膜３２０が交互に配列された
形態をしている。

【００４２】図７は、円弧状のヒータ部分３１０が千鳥
状に散在している場合を示している。この場合も、隣接
する円弧状のヒータ部分３１０が金属配線膜３２０によ
って接続されている。

【００４３】以上の図４〜図７に示されるとおり、散在
している複数のヒータ部分３１０は、環状、矩形状、お
よび円弧状などの種々の形状をとることができる。さら
に、ヒータ部分３１０は、整列配置されていてもよく、
あるいは千鳥状または不規則に配置されていてもよい。
この結果、自由な位置にある様々な形状の微小サイズの
領域を選択的に加熱し、その周辺領域を冷却することが
可能となる。換言すれば、冷却領域（低温領域）の中に
複数の加熱領域（高温領域）が散在する面内温度パター
ンを実現することができる。また、冷却された基板を通
じて冷却することにより冷却部分は、前記ヒータ部分
（加熱部分）に隣接し、該冷却部分のサイズが０．０１
〜１０ｍｍである。冷却部分のサイズは、好適には０．
１ｍｍ〜１ｍｍ程度である。

【００４４】なお、図４〜図７において隣接する複数の
ヒータ部分３１０の中心間の距離および／または各ヒー
タ部分３１０のサイズは、０．０１ｍｍ〜１０ｍｍであ
り、好適には、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度である。

【００４５】図８および図９に示されるヒータ部分３１
０は、面状に形成されており、その面内に散在する複数
の中空部３３０を有する。中空部３３０は、ヒータとし
て機能しない部分であり、本実施の形態では、その部分
の多結晶シリコンがエッチングによって除去されている
部分である。図８に示される場合、矩形状の複数の中空
部３３０が整列配置されている。一方、図９に示される
場合、円弧状の複数の中空部３３０が千鳥状に配置され
ている。

【００４６】なお、図８および図９において隣接する複
数の中空部３３０の中心間の距離および／または各中空
部のサイズは、０．０１ｍｍ〜１０ｍｍであり、好適に
は、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度である。

【００４７】かかる中空部３３０に対応する温度制御対
象物の領域は、加熱されずに、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。したがって、
図８および図９に示される例によれば、自由な位置にあ
る様々な形状の微小サイズの領域を選択的に冷却し、そ
の周辺領域を加熱することが可能となる。換言すれば、
加熱領域（高温領域）の中に複数の冷却領域（低温領
域）が散在する面内温度パターンを実現することができ
る。

【００４８】図８および図９に示される面状のヒータ部
分３１０へ電流を流す場合、面に沿った複数の方向に交
互に電圧を印加することが望ましい。この電圧を異なる
方向から印加する作用を、図８の場合を例にとって説明
する。図８において、ヒータ電源によって第１の方向
（この図中では縦方向）に電圧Ｖ１が印加されると、た
とえば図８中の実線矢印で示されるとおり、縦方向に電
流が流れる。しかしながら、この場合、たとえば図中の
Ｐ点には十分な電流が流れないので、ｐ点近傍のヒータ
部分３１０は、十分に発熱しないという問題が生じう
る。

【００４９】この問題を解決し、ヒータ部分３１０の全
体において均等に発熱させるために、本実施の形態で
は、第１の方向とは異なる方向（より具体的には垂直な
方向）に電圧Ｖ２を印加する。この結果、図中の横方向
に電流が流れる。好適には、第１の電源によって第１の
方向に電圧Ｖ１を印加しているときには、第２の電源は
絶縁状態とし、逆に第２の電源によって第２の方向に電
圧Ｖ２を印加しているときには、第１の電源は絶縁状態
する。換言すれば、図１０に示されるとおり、本実施の
形態の温度制御装置１００は、面状に形成されたヒータ
部分に対して、所定時間毎に電圧を印加する方向を切り
替えることによって、複数の方向に電流を流す。

【００５０】次に、複数のヒータ部分３１０と金属配線
膜３２０とからなる加熱部３００の構成について、図６
に示したタイプの加熱部３００を例にとって説明する。
図１１は、図６に示したタイプの加熱部３００の構成を
簡略化して示した図であり、図１２は、図１１のＡ−
Ａ’線で切断した場合の断面図である。

【００５１】図１１は、３個の散在したヒータ部分３１
０が設けられているので、それぞれをヒータ部分３１０
ａ、３１０ｂおよび３１０ｃと呼ぶこととする。また、
隣接するヒータ部分３１０ａと３１０ｂ、および３１０
ｂと３１０ｃの間を接続する金属配線膜３２０が設けら
れている。

【００５２】図１２を参照すると、基板２００の作用面
には、第１シリコン熱酸化膜（ＳｉＯ₂）２０２が形成
されている。第１シリコン熱酸化膜２０２は、熱伝導性
が低いため、基板２００の面内における熱拡散を抑制
し、細密な面内温度パターンを実現するために機能す
る。

【００５３】第１シリコン熱酸化膜２０２上に、複数の
独立したヒータ部分３１０ａ、３１０ｂ、および３１０
ｃをそれぞれ構成する多結晶シリコン膜３１１ａ、３１
１ｂおよび３１１ｃが設けられている。そして、金属配
線膜３２０によって各多結晶シリコン膜３１１ａ、３１
１ｂ、および３１１ｃが直列的に接続されている。金属
配線膜３２０は、アルミニウム膜３２１と、積層膜３２
２とから構成されている。より具体的には、金属配線膜
３２０は、内部接続用コンタクトホール３４１、３４２
を介して隣接する多結晶シリコン膜（たとえば、３１１
ａと３１１ｂ）間を接続している。また、加熱部３００
全体の両端部（図に示される場合では、ヒータ部分３１
０ａと３１０ｃ）には、外部接続用コンタクトホール３
４３、３４４が設けられている。この外部接続用コンタ
クトホール３４３、３４４には、リード線がハンダ付け
されており、このリード線に外部から通電される。

【００５４】通電されたことによって、ヒータ部分３１
０ａ、ヒータ部分３１０ｂ、およびヒータ部分３１０ｃ
は、ジュール熱を発生する。この結果、通電されたヒー
タ部分の形状に応じた温度制御対象物１０の一部の微小
サイズの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２０
０を通じて冷却される。

【００５５】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、加熱部３００の作製方法について示
す。図１３〜図１９および上述の図１２を参照しつつ、
加熱部分の作製工程を説明する。

【００５６】図１３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、３００μｍのシリコン基板２００が用いられ
ている。

【００５７】次に、第１シリコン熱酸化膜２０２上に、
多結晶シリコン膜３１１を成膜する。たとえば、多結晶
シリコン膜３１１は、スパッタリングまたは減圧ＣＶＤ
（ＬＰ−ＣＶＤ）により成膜される。この多結晶シリコ
ン膜３１１の厚さは、好適には０．５μｍ〜１μｍであ
る。本実施の形態では、ＬＰ−ＣＶＤにより厚さ０．５
μｍの多結晶シリコン膜３１１が形成される。

【００５８】次に、図１４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、多結
晶シリコン膜３１１を所定の形状に形成する。具体的に
は、フォトレジスト膜３０２をマスクとしてエッチング
することによって、一つの多結晶シリコン膜３１１が、
複数の多結晶シリコン膜３１１ａ、３１１ｂおよび３１
１ｃに分離される。なお、図１４に示す例では、分離さ
れた各多結晶シリコン膜３１１ａ〜３１１ｃがそれぞれ
矩形状に形成される。しかしながら、多結晶シリコン膜
の形状は、この場合に限られず、図２〜図９に示される
ヒータ部分３１０の形状に形成される。多結晶シリコン
のエッチング（除去）工程として、ＣＨＦ₃（トリフル
オロメチル）とＯ₂（酸素）とを混合した反応ガスを用
いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）が好適に用いら
れる。なお、冷却部４００による基板２００の冷却効率
を高める観点から、図１３に示される反対面の第１シリ
コン熱酸化膜２０２を除去しておくことが望ましい。

【００５９】次に図１５に示されるとおり、エッチング
工程によって残された多結晶シリコン膜３１１ａ〜３１
１ｃに、適当なドーズ量の不純物を導入する。不純物を
導入する方法として、熱拡散法またはイオン注入法が用
いられる。不純物量の制御性を高くする見地からは、イ
オン注入法を用いることが望ましい。本実施の形態で
は、ホウ素（Ｂ）をイオン注入する場合を示している。
しかしながら、注入される不純物は、ホウ素（Ｂ）に限
られず、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、その他のイオン種
であってもよい。

【００６０】次に図１６に示されるとおり、このイオン
注入後、シリコン基板２００は、酸素雰囲気中で、１１
００℃、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・イン処理によって多結晶シリコ
ン膜３１１ａ〜３１１ｃの表面不純物濃度は、約１×１
０²⁰ｃｍ^-3となる。この結果、多結晶シリコン膜３１１
ａ〜３１１ｃは、導電性となり、金属配線膜３２０（特
にアルミニウム膜３２１）との間でオーミック接触が可
能となる。また、このドライブ・イン処理の際に、多結
晶シリコン膜３１１ａ〜３１１ｃの表面には、０．１μ
ｍ程度の第２シリコン酸化膜３１３が形成される。

【００６１】次に図１７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、各多結
晶シリコン膜３１１ａ、３１１ｂ、および３１１ｃ上に
形成された第２シリコン熱酸化膜３１３の一部を除去
し、各多結晶シリコン膜３１１ａ、３１１ｂ、および３
１１ｃの一部を露出するコンタクトホールが形成され
る。コンタクトホールには、隣接する多結晶シリコン膜
（たとえば、３１１ａと３１１ｂ）の間を接続するため
の内部接続用コンタクトホール３４１および３４２と、
加熱部３００の両端部に設けられる外部接続用コンタク
トホール３４３および３４４とが含まれる。

【００６２】内部接続用コンタクトホール３４１および
３４２は、多結晶シリコン膜３１１ａ、３１１ｂ、およ
び３１１ｃの辺に沿って形成される。換言すれば、内部
接続用コンタクトホール３４１および３４２の間に距離
を十分に設けることによって、多結晶シリコン膜３１１
ｂの全体を微小ヒータとして利用することができる。

【００６３】次に、コンタクトホールを形成したシリコ
ン基板２００に、蒸着またはスパッタリングによって約
１μｍの厚さのアルミニウム膜３２１を成膜する。成膜
の後、シリコン基板２００は、窒素雰囲気中で、４００
℃、１０分の条件で熱処理（シンタリング）される。こ
の結果、多結晶シリコン膜膜３１１ａ〜３１１ｃとアル
ミニウム膜３２１とが適度に熱反応し、オーミック接触
が得られる。

【００６４】図１８に示されるとおり、フォトリソグラ
フィー工程およびアルミニウム膜３２１のエッチング工
程により、アルミニウム膜３２１が所定の形状にパター
ニングされる。パターニングの後、さらに、チタン
（０．０２μｍ）／銅（１μｍ）／チタン（０．０２μ
ｍ）の積層膜（Ｔｉ／Ｃｕ／Ｔｉ積層膜）３２２を成膜
する。この積層膜３２２も、アルミニウム膜３２１と同
様に所定の形状にパターニングされる。図１８のパター
ニング工程において、アルミニウム膜３２１および積層
膜３２２のエッチングにはそれぞれ専用のエッチング液
を用いたウエ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３２１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。

【００６５】次に、図１９に示されるとおり、アルミニ
ウム膜３２１および積層膜３２２をパターニングした後
のシリコン基板２００の表面に、パッシベーション膜２
１２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。な
お、パッシベーション膜２１２の表面には、１μｍ〜３
μｍの凹凸が生じる。しかしながら、温度制御対象物の
接触面の凹凸の方がはるかに大きいため、パッシベーシ
ョン膜２１２の表面の凹凸は、問題とならない。また、
必要に応じて、パッシベーション膜２１２の表面を研磨
することによって、パッシベーション膜２１２の表面の
平坦性をさらに高めることもできる。

【００６６】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パッシベーション膜２１２の一部
を除去することによって、外部接続用コンタクトホール
３４３、３４４の部分を開口させる。このパッシベーシ
ョン膜２１２のエッチングには、ＲＩＥなどのドライエ
ッチングが好適に用いられる。

【００６７】最後に、この外部接続用コンタクトホール
（コンタクトパット）３４３、３４４にリード線を接続
する。この結果、ヒータ部分３１０を構成する多結晶シ
リコン膜３１１ａ、３１１ｂ、および３１１ｃへヒータ
電流を供給することが可能となる。リード線として、フ
レキシブル配線やフラットケーブルを用いてもよいこと
はもちろんである。

【００６８】以上の工程により、図１２に示される加熱
部３００が作製される。以上の説明では、３個のヒータ
部分３１０ａ、３１０ｂ、および３１０ｃを示して説明
したが、実際には、数百〜数千個のヒータ部分３１０を
同一基板上に同時に形成することができることはもちろ
んである。

【００６９】なお、上記の説明では、各多結晶シリコン
膜３１１ａ、３１１ｂ、および３１１ｃのすべての部分
へ同じドーズ量で不純物を導入したが、本発明は、この
場合に限られない。たとえば、フォトリソグラフィーを
用いて各多結晶シリコン膜３１１ａ、３１１ｂ、および
３１１ｃの一部を酸化膜やフォトレジスト膜でマスキン
グし、各多結晶シリコン内において不純物濃度が異なる
領域を形成することもできる。具体的には、上記のコン
タクトホール３４１〜３４４を形成する箇所は、アルミ
ニウム膜３２１との間でオーミック接触を得るために高
い濃度の不純物を導入する。一方、その他の部分は、不
純物濃度を低くして、インピーダンス値（抵抗値）を高
くし、ヒータ性能を高めることができる。

【００７０】また、以上の工程では、基板２００として
シリコン基板を用いたが、基板２００としてガラス基板
を用いた場合にも、上記の工程とほぼ同様に、加熱部３
００を形成することができる。さらに、図２および図３
に示されるとおり、加熱部３００に金属配線膜３２０が
含まれず、ヒータ部分３１０のみを含む場合には、金属
配線膜３２０を構成するための処理が不要であることは
明らかである。

【００７１】また、上記の説明では、ヒータ部分３１０
以外の部分については、多結晶シリコン膜３１１を除去
した上で金属配線膜３２０を形成したが、本発明は、こ
の場合に限られない。たとえば、多結晶シリコン膜３１
１を除去することなく、多結晶シリコン膜３１１上の所
定の領域に金属配線膜３２０を形成することもできる。

【００７２】この場合も、金属配線膜３２０の電気抵抗
が小さいので、多結晶シリコン膜３１１に金属配線膜３
２０が設けられている部分では、電流の多くは、金属配
線部分３２０を流れ、多結晶シリコン膜３１１を流れな
い。一方、金属配線部分３２０が設けられていない部分
では、電流は、多結晶シリコン膜３１１を流れ、この結
果、大きなジュール熱を発生する。したがって、多結晶
シリコン膜３１１上の所定の領域に金属配線膜３２０を
形成する場合には、前記金属薄膜または半導体膜上に金
属配線膜が形成されていない部分が前記ヒータ部分３１
０となる。

【００７３】次に、図２０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。

【００７４】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、エネル
ギー供給源６２０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。

【００７５】温度制御装置１００は、基板２００と、基
板の一の面に形成されたヒータ部分３１０を含む加熱部
３００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。

【００７６】ヒータ電源６１０は、ヒータ部分３１０を
含む加熱部３００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４００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４０
０へ冷媒を循環させる冷媒循環装置である。

【００７７】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、および加熱や冷却の制御
信号を送出するためのインタフェース等を有する。ユー
ザは、操作部を用いて、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６２０を制御する。たとえば、冷却部４０
０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から不純物領域ユニット３０
０へと供給されるヒータ電流を制御する。

【００７８】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。

【００７９】また、図２０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、ヒータ部分３１０が設けられた位置に温
度センサ６４０（「高温部用温度センサ」という）が取
り付けられる。また、ヒータ部分３１０が設けられてい
ない位置に温度センサ６５０（「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６
５０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、温度センサ６４０および６５０
として熱電対を用いる。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】本実施の形態の温度制御装置によれば、微
細加工可能な半導体プロセスによって微小なヒータ部分
３１０を作製することができる。したがって、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。

【００８３】また、加熱部３００は、散在している複数
のヒータ部分３１０と、当該複数のヒータ部分を相互に
接続する金属配線膜３２０とを有するので、冷却領域の
中に複数のヒータ部分３１０の形状に応じた微小サイズ
の加熱領域が散在した面内温度パターンを実現すること
ができる。特に、遺伝子増幅用のマイクロリアクタ部分
１２のみを加熱し、その他の流路やリザーバの部分１４
については冷却することができる。

【００８４】また、加熱領域以外の非加熱領域は、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。したがって、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また、本
実施の形態の温度制御装置によれば、ヒータ部分３１０
の形状に応じた加熱領域の中に中空部の形状に応じた微
小サイズの冷却領域が散在した面内温度パターンを実現
することができる。

【００８５】（第２の実施の形態）上記第１の実施の形
態は、ヒータ部分が所定の形状に形成された多結晶シリ
コン膜で構成されている場合である。しかしながら、第
２の実施の形態は、ヒータ部分が所定の形状に形成され
た金属薄膜で構成されている場合を示している。

【００８６】なお、本実施の形態の温度制御装置は、加
熱部の構成を除いて、第１の実施の形態の温度制御装置
と同様である。したがって、同様の部材には、同一の部
材番号を用いて説明する。また、温度制御装置１００の
全体構成は、図１に示される場合と同様であり、加熱部
３００の形状も、図２〜図９に示される場合と同様であ
る。さらに、温度制御装置１００を実施に提供した温度
制御システムの構成も図２０に示される場合と同様であ
る。したがって、以上の点については詳しい説明を省略
する。

【００８７】以下、所定の形状に形成された金属薄膜で
構成されるヒータ部分を含む加熱部について説明する。

【００８８】図２１は、本実施の形態の加熱部３００の
構成を示す断面図であり、第１の実施の形態における図
１２に対応する図面である。基板２００は、シリコン基
板であり、基板２００の作用面には、第１シリコン熱酸
化膜（ＳｉＯ₂）２０２が形成されている。第１シリコ
ン熱酸化膜２０２上に、平面状に金属薄膜３６０が形成
されている。この金属薄膜３６０は、白金（Ｐｔ）また
はタングステン（Ｗ）などの高融点金属であることが望
ましい。また、金属薄膜３６０の膜厚は、０．１μｍ程
度である。また、この金属薄膜３６０上には、金属配線
膜３２０として機能するＴｉ（チタン）／Ｃｕ（銅）／
Ｔｉ（チタン）積層膜が所定の形状に形成されている。
ここで、Ｃｕ（銅）膜の厚さは、約１μｍであり、Ｔｉ
（チタン）膜の厚さは、約０．０２μｍである。また、
これらの表面は、絶縁と保護のためパッシベーション膜
２１２で覆われている。なお、加熱部３００の両端に
は、外部接続用コンタクトホール３４３、３４４が設け
られている。この外部接続用コンタクトホール３４３、
３４４には、リード線がハンダ付けされており、このリ
ード線を通じて電流が流れる。

【００８９】図２１の構成によれば、金属薄膜３６０に
比べて金属配線膜３２０の膜厚が厚く、かつ材料の抵抗
率が小さいことから、金属配線膜３２０の電気抵抗は、
金属薄膜３６０に比べて低く、たとえば、１００分の１
である。したがって、金属薄膜３６０に金属配線膜３２
０が設けられている部分では、電流の多くは、金属配線
膜３２０を流れ、金属薄膜３６０を流れる電流は少な
い。一方、金属薄膜３６０に金属配線膜３２０が設けら
れていない部分では、電流は、金属薄膜３６０を流れ、
この結果、大きなジュール熱を発生する。換言すれば、
金属薄膜３６０に金属配線膜３２０が設けられていない
領域（図中のＡ，Ｂ）がヒータ部分３１０となり、この
ヒータ部分３１０の形状に応じて、温度制御対象物１０
の微小サイズの領域が加熱される。一方、金属配線膜３
２０が設けられている領域（図中のＣ）に対応する冷却
領域は、冷却部４００により冷却された基板２００を通
じて冷却される。このように白金（Ｐｔ）などの金属薄
膜３６０によってヒータ部分を構成することができる。

【００９０】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、加熱部３００の作製方法について示
す。図２２〜図２５および上述の図２１を参照しつつ、
加熱部３００の作製工程を説明する。

【００９１】図２２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。この点は、第１の実施の形
態と同様である。さらに、シリコン基板２００の表面
に、白金（Ｐｔ）やタングステン（Ｗ）などの高融点金
属薄膜３６０を平面状に成膜する。金属薄膜３６０は、
たとえばスパッタリングによって形成することができ
る。さらに、フォトリソグラフィー工程およびエッチン
グ工程を用いて金属薄膜３６０を所定の形状にパターニ
ングする。本実施の形態では、０．１μｍの白金膜を形
成し、パターニングする。

【００９２】その後、金属薄膜３６０上にＴｉ（チタ
ン）／Ｃｕ（銅）／Ｔｉ（チタン）積層膜３２２を形成
する。図２３に示されるとおり、この積層膜３２２が最
終的にパターニングされることによって金属配線膜３２
０となる。この金属配線膜３２０は、上記の金属薄膜３
６０に比べて厚く形成される。また、金属配線膜３２０
の抵抗率は金属薄膜３６０のそれより小さい。この結
果、金属配線膜３２０（積層膜）の電気抵抗が金属薄膜
３６０に比べて低くなる。本実施の形態では、Ｃｕ
（銅）膜の厚さは、約１μｍであり、Ｔｉ（チタン）膜
の厚さは、約０．０２μｍである。さらに、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、積層膜
を所定の形状にパターニングし、金属配線膜３２０を形
成する。本実施の形態では、積層膜を複数の部分に分離
し、複数の独立した矩形形状の金属配線膜３２０を形成
する。この結果、金属配線膜３２０が形成されていない
領域が、ヒータ部分３１０となる。一方、金属配線膜３
２０が形成されている領域は、冷却部４００によって冷
却された基板を通じて、温度制御対象物を冷却する部分
となる。

【００９３】さらに、図２４に示されるとおり、プラズ
マＣＶＤまたは常圧ＣＶＤなどの種々の方法を用いて、
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。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。

【００９４】なお、パッシベーション膜２１２の表面に
は、１μｍ〜３μｍの凹凸が生じる。

【００９５】したがって、パッシベーション膜２１２の
表面を研磨することによって、パッシベーション膜２１
２の表面の平坦性をさらに高めることもできる。この点
も、第１の実施の形態と同様である。

【００９６】次に、図２５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、加熱
部３００の全体の両端部に位置する金属配線膜３２０上
のパッシベーション膜２１２の一部を除去し、金属配線
膜３２０の一部分を開口する。この結果、外部接続用コ
ンタクトホール３４３、３４４が形成される。このパッ
シベーション膜２１２のエッチングには、ＲＩＥなどの
ドライエッチングが好適に用いられる。最後に、この外
部接続用コンタクトホール（コンタクトパット）３４
３、３４４にリード線を接続する。

【００９７】この結果、図２１に示される加熱部３００
が形成される。本実施の形態によれば、半導体への不純
物の導入および拡散工程がない。このため、きわめて簡
素な工程で作製することができる。

【００９８】次に、図２６に本実施の形態の温度制御装
置による面内温度パターンの実現結果を示すサーモグラ
フィ画像を示す。冷却部４００としてペルチェ冷却器を
用い、ヒータ部分３００として、環状のヒータ部分３１
０ａが直線状のヒータ部分３１０ｂを介して直列的に接
続されているものを用いている。ヒータ部分３００は、
白金膜で形成されている。ペルチェ冷却器は、１．３８
Ａ×８．２５Ｖ＝１１．４Ｗの電力を供給し、ヒータ部
分３００には、０．３８Ａの電流を供給している。

【００９９】図中、白色の部分は、高温部分であり、黒
色の部分は、低温部分である。通電したヒータ部分の形
状に応じて、温度制御対象物の加熱領域が高温に加熱さ
れていることが示される。一方、加熱領域以外の領域
は、低温に冷却されていることが示される。この図に示
されるとおり、ヒータ部分に対応する領域（Ａ部）は、
３７．５℃に加熱されている。一方、この加熱領域から
０．５ｍｍ離れた領域（Ｂ部）は、２７．１℃に冷却さ
れている。この結果のとおり、本実施の形態の温度制御
装置によれば、微小サイズの加熱領域を加熱する一方、
加熱領域に隣接する領域を冷却することが可能である。
すなわち、加熱領域と冷却領域とが交互に配置される細
密な面内温度パターンを実現することができる。

【０１００】なお、図２６に示される場合では、０．５
ｍｍ離れた２点の温度差を１０℃としているが、原理的
には、本発明はこの場合に限定されるものではない。た
とえば、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
℃〜３０℃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。

【０１０１】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、ヒ
ータ部分に通電することによって、ヒータ部分３１０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。

【０１０２】また、本実施の形態の温度制御装置によれ
ば、金属薄膜３６０の形状と、その上に配置される金属
配線膜３２０の形状およびサイズを適宜に決定すること
によって、冷却領域の中に複数のヒータ部分に応じた微
小サイズの加熱領域が散在した温度パターンを実現する
ことができる。

【０１０３】また、加熱領域以外の非加熱領域は、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。したがって、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。

【０１０４】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。上記の実施
の形態では、加熱手段に含まれるヒータ部分として多結
晶シリコン膜または金属薄膜を用いる場合を説明した
が、他の電気抵抗材料をヒータ部分として用いることも
可能である。たとえば、加熱手段は、スクリーン印刷技
術によって基板上にパターニングした焼結抵抗体を用い
てもよい。この場合には、半導体プロセスを用いる第１
および第２の実施の形態の場合と比べてパターンの精度
は劣るものの、工程を簡略し、製造コストを低減するこ
とができる。

【０１０５】上記の説明では、複数のヒータ部分（加熱
部分）の全部に通電することによって、すべての加熱領
域が同時に加熱される場合を説明したが、本発明はこの
場合に限られない。たとえば、すべてのヒータ部分に一
度に通電するのではなく、通電するヒータ部分を順次切
り替え、または複数のヒータ電源を設けることによっ
て、別々に加熱可能なヒータ部分を有していてもよい。

【０１０６】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２００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金属薄
膜３６０および金属配線膜３２０を設けることによっ
て、反応容器に対応する部分にヒータ部分３１０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。

【０１０７】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、以下の付記に
示される発明が含まれる。

【０１０８】[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。

【０１０９】[付記２] 冷却部分は、５℃〜３０℃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。

【０１１０】[付記３] 加熱部分と、冷却部分との温度
差は、１０℃〜２０℃であるものである、請求項１に記
載の温度制御装置。

【０１１１】[付記４] 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、前記複数の加熱部分が、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１
に記載の温度制御装置。

【０１１２】[付記５] 前記基板は、ガラス基板である
ものである、請求項１に記載の温度制御装置。

【０１１３】[付記６] シリコン基板の一の面には、絶
縁膜が形成されており、前記加熱部分は、当該絶縁膜上
に形成されているものである、請求項４に記載の温度制
御装置。

【０１１４】[付記７] 前記環状の部分のサイズは、
０．０１ｍｍ〜１０ｍｍである、請求項８に記載の温度
制御装置。

【０１１５】[付記８] 前記複数の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、請求項９に記載の温度制御装置。

【０１１６】[付記９] 前記中空部のサイズは、０．０
１ｍｍ〜１０ｍｍである、請求項１０に記載の温度制御
装置。

【０１１７】

【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。

【０１１８】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。

【０１１９】特に、本発明によれば、面状に形成されて
おり複数の中空部を有する加熱部分を有するので、加熱
領域に囲まれた微小サイズの領域を冷却することができ
る。

【０１２０】さらに、本発明によれば、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態の温度制御装置の
構成を示す図である。

【図２】 環状のヒータ部が連鎖的に設けられているタ
イプの加熱部の形状の他の例を示す図である。

【図３】 環状のヒータ部が連鎖的に設けられているタ
イプの加熱部の形状の他の例を示す図である。

【図４】 ヒータ部分と金属配線膜とを有するタイプの
加熱部の形状の一例を示す図である。

【図５】 ヒータ部分と金属配線膜とを有するタイプの
加熱部の形状の他の例を示す図である。

【図６】 ヒータ部分と金属配線膜とを有するタイプの
加熱部の形状の他の例を示す図である。

【図７】 ヒータ部分と金属配線膜とを有するタイプの
加熱部の形状の他の例を示す図である。

【図８】 中空部を有する面状に形成されたヒータ部分
を有するタイプの過熱部の形状の一例を示す図である。

【図９】 中空部を有する面状に形成されたヒータ部分
を有するタイプの過熱部の形状の一例を示す図である。

【図１０】 ヒータ部分へ印加する電圧を説明する図で
ある。

【図１１】 第１の実施の形態における加熱部の構成の
一例を示す図である。

【図１２】 図１１のＡ−Ａ’線で切断した場合の加熱
部の断面図である。

【図１３】 図１２の加熱部の作製工程を示す断面図で
ある。

【図１４】 図１３に後続する工程を示す断面図であ
る。

【図１５】 図１４に後続する工程を示す断面図であ
る。

【図１６】 図１５に後続する工程を示す断面図であ
る。

【図１７】 図１６に後続する工程を示す断面図であ
る。

【図１８】 図１７に後続する工程を示す断面図であ
る。

【図１９】 図１８に後続する工程を示す断面図であ
る。

【図２０】 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２１】 第２の実施の形態における加熱部の構成を
示す断面図である。

【図２２】 図２０の加熱部の作製工程を示す断面図で
ある。

【図２３】 図２１に後続する工程を示す断面図であ
る。

【図２４】 図２２に後続する工程を示す断面図であ
る。

【図２５】 図２３に後続する工程を示す断面図であ
る。

【図２６】 本実施の形態の温度制御装置による面内温
度パターンの実現結果を示すサーモグラフィ画像であ
る。

【符号の説明】

１００…温度制御装置、 ２００…基板、 ３００…加熱部、 ３１０…ヒータ部分、 ３１１…多結晶半導体膜 ３２０…金属配線膜、 ３６０…金属薄膜。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、 前記基板の一の面に形成された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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【請求項４】 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１に記載の温度制御装置。
5. 【請求項５】 前記加熱部分は、所定の形状に形成され
   た多結晶シリコン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。
6. 【請求項６】 前記加熱部分は、所定の形状に形成され
   た金属薄膜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。
7. 【請求項７】 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。
8. 【請求項８】 前記加熱手段は、連鎖的に設けられた環
   状の加熱部分を有することを特徴とする請求項１に記載
   の温度制御装置。
9. 【請求項９】 前記加熱手段は、散在する複数の加熱部
   分と、当該複数の加熱部分の間を接続する金属配線膜
   と、を有することを特徴とする請求項１に記載の温度制
   御装置。
10. 【請求項１０】 前記加熱手段は、面状に形成されてお
    り複数の中空部を有する加熱部分を有することを特徴と
    する請求項１に記載の温度制御装置。
11. 【請求項１１】 面状に形成された加熱部分に、面に沿
    った複数の方向に電圧を交互に印加することを特徴とす
    る請求項１０に記載の温度制御装置。
12. 【請求項１２】 前記加熱手段は、面状に形成されてい
    る金属薄膜または半導体膜と、当該金属薄膜または半導
    体膜上の所定の領域に形成された金属配線膜とを有し、
    前記金属薄膜または半導体膜上に金属配線膜が形成され
    ていない部分が前記加熱部分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。
13. 【請求項１３】 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。