JP2006225198A - Method for manufacturing glass substrate with groove, and chemical microchip obtained by using the substrate - Google Patents

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英利 山口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a glass substrate with grooves the bottom face of which has nearly flat shape by a wet etching process. <P>SOLUTION: This method for manufacturing the glass substrate with grooves comprises fusion-bonding a first glass sheet and a second glass sheet, and forming the grooves by the wet etching process using hydrofluoric acid, where solubility to the acid of the second glass sheet at the bonding face with the first glass sheet and its vicinity is made less than that of the first glass sheet, and the grooves are formed by etching with hydrofluoric acid from the surface of the first glass sheet through the bonding face with the second glass sheet. Compositions of the first glass sheet and the second glass sheet may be made different from each other. Alternatively, a compressive stress layer (a layer having a specific volume smaller than that inside) may be formed at the glass surface being the bonding face of the second glass sheet and its vicinity while the compositions of the first glass sheet and the second glass sheet are made the same. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、微小流路を内蔵するマイクロ化学チップを製造するのに好適な溝付きガラス基板の製造方法に関する。さらに詳述すると化学分析などの分野において、微少量の液体中の試料を混合、分離、反応等を行うマイクロ化学チップおよびそれに用いられる溝付きガラス基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a grooved glass substrate suitable for producing a microchemical chip incorporating a microchannel. More specifically, the present invention relates to a microchemical chip that mixes, separates, reacts, etc. a sample in a very small amount of liquid in a field such as chemical analysis, and a method for producing a grooved glass substrate used therefor.

マイクロ化学チップは、溝が形成されたガラス基板上に、その溝に対応する位置に試料液の注入孔及び排出孔が配置された第2のガラス基板を接合したものをいい、接合後その溝の部分に微小流路が形成されたものである。 The microchemical chip refers to a glass substrate on which a groove is formed and a second glass substrate on which a sample solution injection hole and a discharge hole are arranged at positions corresponding to the groove. In this part, a micro flow channel is formed.

マイクロ化学チップを構成する2枚のガラス基板の一方のガラス基板に、微小流路となる所定形状の溝を形成する方法が、シーエムシー出版「インテグレーテッド ケミストリー」−マイクロ化学チップが拓くす科学と技術−の第4章マイクロ加工技術の4.2.2項 チップ作製工程(書籍番号ISBN 4−88231−436−3)に開示されている。すなわち、パイレックス(登録商標)ガラス板を平均粗さ50nm程度に研磨し、その後ガラス表面近傍に存在する残留応力を除去するために、ガラスの徐冷点近傍で熱処理する。そしてこのガラス板主表面にCrとAuの金属積層膜をマスキング膜として被覆し、フッ化水素酸(フッ酸)を用いる化学エッチングにより溝を形成する方法が記載されている。 The method of forming a groove with a predetermined shape to be a micro-channel on one of the two glass substrates that make up the microchemical chip is the science published by CMC Publishing “Integrated Chemistry”. Section 4.2.2 of Technology-Chapter 4 Microfabrication Technology disclosed in the chip manufacturing process (book number ISBN 4-88231-436-3). That is, a Pyrex (registered trademark) glass plate is polished to an average roughness of about 50 nm, and then heat-treated near the annealing point of the glass in order to remove residual stress existing in the vicinity of the glass surface. A method of forming a groove by chemical etching using hydrofluoric acid (hydrofluoric acid) by covering the main surface of the glass plate with a metal laminated film of Cr and Au as a masking film is described.

シーエムシー出版「インテグレーテッド ケミストリー」−マイクロ化学チップが拓す科学と技術−の第4章マイクロ加工技術の4.2.2項 チップ作製工程(書籍番号ISBN 4−88231−436−3)Section 4.2.2 of Chapter 4 Microfabrication Technology of CM Publishing “Integrated Chemistry”-Science and Technology Developed by Micro Chemical Chips (Book No. ISBN 4-88231-436-3)

また、特開2001−261372号公報には、ガラス基板の表面にマイクロチャンネルをフッ酸を用いるウエットエッチングで形成するのに、異方性様のエッチング形状を実現する方法が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-261372 discloses a method for realizing an anisotropic etching shape in order to form a microchannel on the surface of a glass substrate by wet etching using hydrofluoric acid.

特開2001−261372JP 2001-261372 A

この方法によれば、従来の等方性のウエットエッチングで得られる溝よりも、底面の曲率が大きい溝が形成できることが記載されている。 According to this method, it is described that a groove having a larger curvature at the bottom can be formed than a groove obtained by conventional isotropic wet etching.

微小流路を内蔵するマイクロ化学チップは、微小流路内に試料溶液を注入しながら試料溶液内の溶質の定性分析や定量分析を行うのに用いられる。このとき溶質が発する蛍光を微小流路内から取り出して検出する蛍光分析や、試料溶液中に熱レンズを形成し、熱レンズのなかを通過させ微小流路外に取り出した検出光を測定、計測する光熱変換分光分析法(熱レンズ分析法)等の方法が用いられる。 A microchemical chip incorporating a microchannel is used to perform qualitative analysis and quantitative analysis of a solute in a sample solution while injecting the sample solution into the microchannel. At this time, the fluorescence emitted by the solute is extracted from the microchannel and detected, and a thermal lens is formed in the sample solution, and the detection light taken out of the microchannel through the thermal lens is measured and measured. A method such as photothermal conversion spectroscopy (thermal lens analysis) is used.

微小流路内から微小流路外に出射した光を検出、計測するとき、微小流路の光出射面の形状が影響する。すなわち、微小流路の光の出射側の壁面が光の進行方向に対して垂直な平面であれば、その壁面で光は屈折などにより光路が曲げられることなく、したがって再現性よく確実に所定位置にセットされた光検出器に導かれ、精度よく光量を計測できる。しかし微小流路の壁面が曲面であると、光が微小流路から出る位置により光路が曲がり、光量測定が再現性よく行えないという問題があった。 When detecting and measuring light emitted from inside the microchannel to the outside of the microchannel, the shape of the light exit surface of the microchannel affects. In other words, if the wall surface on the light emission side of the microchannel is a plane perpendicular to the light traveling direction, the light does not bend on the wall surface due to refraction or the like. The light quantity can be accurately measured by being guided to the photodetector set in (1). However, if the wall surface of the microchannel is a curved surface, the optical path is bent depending on the position where the light exits the microchannel, and there is a problem that the light quantity measurement cannot be performed with good reproducibility.

非特許文献1に記載されているガラスにフッ酸を用いる化学(湿式)エッチング法で形成される溝は、断面形状が略半円形であり、溝の底部も曲率を有するものである。このような公知の化学エッチングにより形成された溝を利用して作製した微小流路を内蔵するマイクロ化学チップは、光熱変換分光分析(熱レンズ分析法)で光量を測定する場合、検出光を再現性よく計測するには、熱レンズを微小流路の幅方向の位置について正確に形成しなければならないという問題があった。 A groove formed by a chemical (wet) etching method using hydrofluoric acid in glass described in Non-Patent Document 1 has a substantially semicircular cross-sectional shape, and the bottom of the groove also has a curvature. A microchemical chip with a built-in microchannel made using a groove formed by such a known chemical etching reproduces the detection light when measuring the amount of light by photothermal conversion spectroscopic analysis (thermal lens analysis). In order to measure with good performance, there is a problem that the thermal lens must be accurately formed at the position in the width direction of the microchannel.

特許文献1には、溝壁面が曲面に形成されるという化学エッチング法が固有する等方性のエッチングを抑制する方法が記載されている。この方法は、フッ酸でガラスをエッチングするときのマスキング膜をクロム薄膜層とレジスト薄膜層の積層体からなるマスキングとし、微量のクロム膜がガラス側壁に移行してガラス壁を保護する役割を持たせるようにして等方性のエッチングを抑制し、異方性様のエッチングを行おうとするものである。 Patent Document 1 describes a method for suppressing isotropic etching inherent in a chemical etching method in which a groove wall surface is formed in a curved surface. In this method, the masking film when etching glass with hydrofluoric acid is masked consisting of a laminate of a chromium thin film layer and a resist thin film layer, and a small amount of chromium film moves to the glass side wall to protect the glass wall. Thus, isotropic etching is suppressed and anisotropic etching is performed.

しかしながら、クロム膜のガラス壁の保護作用は安定せず、また異方性を確保するには十分でなく、底面がフラット(実質的に曲率を有さない)形状の溝を形成することは困難であった。 However, the protective effect of the chromium film on the glass wall is not stable and is not sufficient to ensure anisotropy, and it is difficult to form a groove with a flat bottom surface (substantially no curvature). Met.

本発明は、上記の方法で溝を形成して得られるガラス基板を用いて得られるマイクロ化学チップが有する微小流路の断面形状(半円形状であること)に基づく問題点を解決するためになされたものである。すなわち、ウエットエッチング(湿式エッチング)法により底面が略フラット(平坦)な形状を有する溝付きガラス基板を製造する方法を提供することを目的とする。 In order to solve the problem based on the cross-sectional shape (which is a semicircular shape) of a microchannel included in a microchemical chip obtained using a glass substrate obtained by forming a groove by the above method, the present invention It was made. That is, an object of the present invention is to provide a method for producing a grooved glass substrate having a substantially flat bottom surface by a wet etching method.

本発明の請求項1は、酸に対する可溶性に差がある第1のガラス板と第2のガラス板を融着により接合し、前記酸に対する可溶性が相対的に大きい第1のガラス板の表面から第2のガラス板の接合面に至るまで、前記酸によるエッチングで溝を形成することを特徴とする。 Claim 1 of this invention joins the 1st glass plate and 2nd glass plate which have a difference in the solubility with respect to an acid by melt | fusion, from the surface of the 1st glass plate with the relatively large solubility with respect to the said acid. Grooves are formed by etching with the acid until reaching the joint surface of the second glass plate.

ガラス板の表面に所定の開口形状を有するマスキング膜を形成して、その露出部を酸により溶解する化学(湿式)エッチング法により溝を形成すると、化学エッチング法が固有する等方的溶解作用により、溝の断面は半円形状になる。しかしながら、本発明においては、酸に対する可溶性が相対的に大きい(酸による溶解速度が相対的に大きい)第1のガラス板のみにエッチングが行われている間は、等方的エッチングが行われる。エッチングの進行にともない、酸に対して相対的に溶解性が小さい第2のガラス板表面に達した時点から、エッチングは酸に対する溶解性が異なるガラスに対して同時に行われる。ガラス表面と垂直方向と水平方向とでエッチレートが異なるエッチングが行われる。 When a masking film having a predetermined opening shape is formed on the surface of a glass plate and a groove is formed by a chemical (wet) etching method in which the exposed portion is dissolved by an acid, the isotropic dissolution action inherent to the chemical etching method The cross section of the groove is semicircular. However, in the present invention, isotropic etching is performed while etching is performed only on the first glass plate that is relatively soluble in acid (relatively high in dissolution rate by acid). As the etching progresses, the etching is simultaneously performed on glasses having different solubility in acids from the point of time when the surface of the second glass plate having relatively low solubility in acids is reached. Etching with different etch rates is performed between the glass surface, the vertical direction, and the horizontal direction.

エッチング速度が相対的に大きい第1のガラス板のエッチングとエッチング速度が相対的に小さい第2のガラス板のエッチングが同時に進行する過程では、全体的な溝形成のエッチングプロセスとして異方性のエッチングが進行する。 In the process in which the etching of the first glass plate having a relatively high etching rate and the etching of the second glass plate having a relatively low etching rate proceed simultaneously, anisotropic etching is performed as an etching process for forming the entire groove. Progresses.

エッチング面が第2のガラス板の表面(融着接合面)に最初に達した後は、第1のガラス表面と平行な方向(ガラス表面から比較的浅く溝の側壁部となる部分)はよりエッチング速度が速く、第1のガラス表面と垂直な方向(第1のガラス表面から遠く離れた溝の底面となる部分)はエッチング速度が遅くなる。これにより見かけ上の異方性のエッチングが行われる。 After the etching surface first reaches the surface of the second glass plate (fusion bonding surface), the direction parallel to the first glass surface (the portion that is relatively shallow from the glass surface and becomes the side wall of the groove) is more The etching rate is fast, and the etching rate is slow in the direction perpendicular to the first glass surface (the portion that becomes the bottom surface of the groove far from the first glass surface). As a result, apparent anisotropic etching is performed.

本発明においては、エッチングの前段は等方性のエッチングが行われ、後段は見かけ上異方性のエッチングが行われる。これにより溝の底面部は、側壁部より遅いエッチング速度で除去されるので、底面は側壁部より大きな曲率を有する面またはフラットに近い面(平坦面)に近づく。溝の深さに対する溝の幅(幅/深さ比)をより大きく調整するには、エッチング終了第1のガラス板の表面を研磨により除去することにより調整することができる。 In the present invention, isotropic etching is performed before the etching, and apparently anisotropic etching is performed after the etching. As a result, the bottom surface portion of the groove is removed at a slower etching rate than the side wall portion, so that the bottom surface approaches a surface having a larger curvature than the side wall portion or a surface close to a flat surface (flat surface). In order to adjust the groove width (width / depth ratio) with respect to the groove depth to a larger value, the surface of the first glass plate after the etching can be adjusted by polishing.

請求項2は、請求項1において、第1のガラス板の前記酸に対する可溶性が、第2のガラス板のそれより組成差により相対的に大きいことを特徴とする。 A second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect, the solubility of the first glass plate in the acid is relatively greater than that of the second glass plate due to a composition difference.

2つのガラス板のエッチング液を構成する酸(フッ酸を主成分とする酸)に対する可溶性を組成の差により相異なるようにすることにより、第2のガラス板がエッチングされる段階以降から見かけ上異方性のエッチングモードになる。 Apparently from the stage when the second glass plate is etched, the solubility of the two glass plates in the acid (acid containing hydrofluoric acid as a main component) is made different depending on the composition. An anisotropic etching mode is entered.

請求項3は、請求項1または2において、第2のガラス板の第1のガラス板との接合面およびその近傍に圧縮応力層が形成され、第1のガラス板の酸に対する可溶性が前記圧縮応力層の酸に対する可溶性がより大きいことを特徴とする。 In a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, a compressive stress layer is formed on a bonding surface of the second glass plate with the first glass plate and in the vicinity thereof, and the solubility of the first glass plate in the acid is the compression surface. The stress layer is more soluble in acid.

本発明の第2のガラス板は、第1のガラス板との接合面またはその近傍について、酸に対する可溶性が相対的に第1のガラス板より小さくなるように改質されたガラスであってもよい。すなわち第2のガラス板の少なくとも一方の表面(接合する面)を酸可溶性が第1のガラス板よりも小さくなるように改質した面であればよい。この場合、第1のガラス板と第2のガラス板とは同一組成であってもよく、相異なる組成であってもよい。 Even if the 2nd glass plate of this invention is a glass modified so that the solubility with respect to an acid may become relatively smaller than a 1st glass plate about the joint surface with a 1st glass plate or its vicinity. Good. That is, any surface may be used as long as at least one surface (surface to be joined) of the second glass plate is modified so that acid solubility is smaller than that of the first glass plate. In this case, the first glass plate and the second glass plate may have the same composition or different compositions.

第2のガラス板の表面近傍の酸に対する可溶性をその内部よりも小さくし、もって第1のガラス板の酸可溶性よりも小さくするガラス表面の改質法としては、ガラス表面に外部から加重を加えて、ガラス表面近傍に比容の小さな層(ガラス内部よりも高密度の層)を形成する方法が見出された。このような層は圧縮歪みを有する層である。圧縮歪み層のエッチング速度がそれ以外の部分よりも酸可溶性が小さく、したがってその酸に対するエッチング速度が遅くなる理由は明確ではないが、ガラスの密度が大きいことに関係するものと考えられる。 As a method of modifying the glass surface to make the acid solubility in the vicinity of the surface of the second glass plate smaller than the inside thereof, and to make it less than the acid solubility of the first glass plate, an external weight is applied to the glass surface. Thus, a method for forming a layer having a small specific volume in the vicinity of the glass surface (a layer having a higher density than the inside of the glass) has been found. Such a layer is a layer having compressive strain. The reason why the etching rate of the compressive strain layer is less acid-soluble than the other portions and therefore the etching rate for the acid is slow is not clear, but is considered to be related to the high density of the glass.

本発明では、このガラス表面層の改質(酸可溶性の減少)を、酸化セリウムや酸化アルミニウムなどの微粒を研磨砥粒として懸濁させた研磨液と研磨パッドを用い、研磨砥粒をガラス表面に押圧しながら移動させることにより行うことができる。この方法により、第2のガラス板の表面を平滑化するとともにエッチング速度が小さい表面層を第2のガラス板に形成することができる。融着により接合してマイクロ化学チップとするのに、融着を接合面の全面で行う上で、上記の表面改質法は、同時にガラス板の表面が平滑化されるので好都合である。 In the present invention, this glass surface layer modification (decrease in acid solubility) is performed by using a polishing liquid and a polishing pad in which fine particles such as cerium oxide and aluminum oxide are suspended as polishing abrasive grains. It can be performed by moving while pressing. By this method, the surface of the second glass plate can be smoothed and a surface layer having a low etching rate can be formed on the second glass plate. In order to form a microchemical chip by bonding by fusing, the above surface modification method is advantageous because the surface of the glass plate is smoothed at the same time when fusing is performed on the entire bonding surface.

請求項4は、請求項1〜3のいずれかに記載の溝付きガラス基板の製造方法により得られる溝の側壁部が曲面であり底面部が略平坦面の断面形状を有する溝付きガラス基板である。 A fourth aspect of the present invention is a grooved glass substrate in which the side wall of the groove obtained by the method for manufacturing a grooved glass substrate according to any one of the first to third aspects is a curved surface and the bottom surface has a substantially flat cross-sectional shape. is there.

請求項5は、請求項4に記載された溝付きガラス基板と第2のガラス基板とを接合して形成される微小流路を内蔵するマイクロ化学チップである。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a microchemical chip having a built-in microchannel formed by joining the grooved glass substrate according to the fourth aspect and the second glass substrate.

マイクロ化学チップに内蔵する微小流路は、溝付きガラス基板に形成された溝と第2のガラス基板の貼り合わせ面に囲まれて形成され、貼り合わせ面に対向する溝の底面部は略フラット(平坦)で、曲面を実質的に有さないため、微小流路内部から外部へ出射する光は微小流路の壁面で屈折して出射方向が変わるのが抑制される。これによりマイクロ化学チップから出射した光強度を再現性よく正確に検出することができる。 The microchannel built in the microchemical chip is formed by being surrounded by the groove formed on the grooved glass substrate and the bonding surface of the second glass substrate, and the bottom surface of the groove facing the bonding surface is substantially flat. Since it is (flat) and has substantially no curved surface, the light emitted from the inside of the microchannel to the outside is prevented from being refracted by the wall surface of the microchannel and changing the emitting direction. Thereby, the light intensity emitted from the microchemical chip can be accurately detected with good reproducibility.

本発明によれば、溝を形成するガラス基板を酸に対する可溶性が相対的に異なる2枚のガラス板を融着により接合したものとし、酸可溶性が相対的に大きい第1のガラス板表面から酸可溶性が相対的に小さい第2のガラス板に達するまでエッチングして溝を形成するので、エッチングされる領域が第1のガラス基板内のみであるときは等方性のエッチングが行われ、その後第1のガラス基板と第2のガラス基板の両者が同時にエッチングされるときは、第1と第2のガラス基板のエッチング速度の差により、溝の幅方向中央部のエッチング速度が溝の側壁部より小さくなる。すなわち溝全体として見かけ上異方性のエッチングになる。これにより溝の側壁部に比較して底部がより平坦な断面形状を有する溝を湿式エッチング法で形成することができる。溝の形成後、ガラス基板表面を研磨することにより、溝断面の縦横比をより大きく調整することができる。 According to the present invention, two glass plates having relatively different acid solubilities are joined to each other by fusing the glass substrate forming the groove, and the acid from the surface of the first glass plate having relatively high acid solubility. Since the groove is formed by etching until the second glass plate having a relatively low solubility is reached, isotropic etching is performed when the region to be etched is only in the first glass substrate. When both the first glass substrate and the second glass substrate are etched at the same time, the etching rate at the central portion in the width direction of the groove is greater than the side wall portion of the groove due to the difference in the etching rate between the first and second glass substrates. Get smaller. That is, the entire groove is etched anisotropically. Thereby, the groove | channel which has a cross-sectional shape with a flatter bottom part compared with the side wall part of a groove | channel can be formed with a wet etching method. By polishing the glass substrate surface after forming the groove, the aspect ratio of the groove cross section can be adjusted more greatly.

また、酸可溶性が相対的に小さい第2のガラス板を第1のガラス板と同一組成であり、第1のガラス板との接合面に圧縮歪み層を形成したガラス板とすることにより、加熱融着により接合するガラス板の熱膨張係数を同じにすることができる。これにより接合して得られるマイクロ化学チップに反りが生じない。 In addition, the second glass plate having a relatively low acid solubility has the same composition as the first glass plate and is formed by forming a compression strain layer on the joint surface with the first glass plate, thereby heating the second glass plate. The thermal expansion coefficients of the glass plates joined by fusion can be made the same. This prevents warping of the microchemical chip obtained by bonding.

本発明により得られるマイクロ化学チップの微小流路内に入射した光は、微小流路の平坦な底部から出射するので、光強度を再現性よく安定して検出することができる。 Since the light incident on the microchannel of the microchemical chip obtained by the present invention is emitted from the flat bottom of the microchannel, the light intensity can be stably detected with good reproducibility.

以下に本発明にかかる溝付きガラス基板およびマイクロ化学チップについて説明する。図1は、本発明に係る溝付きガラス基板とそれを用いて製造されるマイクロ化学チップの概略構成図である。図1(a)は、本発明の溝付きガラス基板2の一実施例の見取り図とマイクロ化学チップ100の分解斜視図を兼ねた図である。図1(b)はマイクロ化学チップ100の平面図である。図1(c)は図1(b)の線A−A’における断面図である。図1(d)は、図1(b)の線B−B’における断面図である。 The grooved glass substrate and microchemical chip according to the present invention will be described below. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a grooved glass substrate according to the present invention and a microchemical chip manufactured using the same. FIG. 1A is a view that serves as both a sketch of an embodiment of the grooved glass substrate 2 of the present invention and an exploded perspective view of the microchemical chip 100. FIG. 1B is a plan view of the microchemical chip 100. FIG. 1C is a cross-sectional view taken along line A-A ′ in FIG. FIG. 1D is a cross-sectional view taken along line B-B ′ in FIG.

図1において、本発明のマイクロ化学チップ100は、接合面8に両端がそれぞれ二股に分岐した約0.2mm幅で、深さが約0.1mmの底面が平坦化された溝1が形成された溝付きガラス基板2(ベースプレート)と、溝付きガラス基板2の接合面に接合される第2のガラス基板4(カバープレート)を備える。第2のガラス基板4は、溝1に対応する位置に試料の注入・排出用の貫通孔3を有する(図1(a))。溝1は、これら2枚のガラス基板が貼り合わされてマイクロ化学チップ100の微小流路5を構成する。 In FIG. 1, a microchemical chip 100 of the present invention is formed with a groove 1 having a flattened bottom surface having a width of about 0.2 mm and a depth of about 0.1 mm, both ends of which are bifurcated on a joint surface 8. And a second glass substrate 4 (cover plate) bonded to the bonding surface of the grooved glass substrate 2. The second glass substrate 4 has a through-hole 3 for sample injection / discharge at a position corresponding to the groove 1 (FIG. 1A). The groove 1 constitutes the microchannel 5 of the microchemical chip 100 by bonding these two glass substrates together.

マイクロ化学チップ100を構成する溝付きガラス基板2や第2のガラス基板4の材料としては、蛋白質、血液、DNAなどの生態試料の分析や環境分析用に用いるマイクロ化学チップを考慮すると、化学耐久性がある(耐酸性、耐アルカリ性が高い)ガラスが好ましく、硼珪酸ガラス、アルミノ硼珪酸ガラス、無アルカリガラス、石英ガラス、ソーダ石灰珪酸ガラス等がよい。 As the material of the grooved glass substrate 2 and the second glass substrate 4 constituting the microchemical chip 100, chemical durability is considered in consideration of microchemical chips used for analysis of ecological samples such as proteins, blood, and DNA and environmental analysis. Glass (having high acid resistance and alkali resistance) is preferable, and borosilicate glass, aluminoborosilicate glass, alkali-free glass, quartz glass, soda-lime silicate glass, and the like are preferable.

次に本発明の溝付きガラス基板2を、図2を参照しながら説明する。図2(a)は、本発明の溝付きガラス基板の一実施例の断面模式図である。図2(a)おいて、本発明の溝付きガラス基板2は、酸可溶性が相対的に大きいガラス板20と酸可溶性が相対的に小さいガラス板30が熱融着により接合され、ガラス板20の非接合面に溝1が所定形状にフォトリソグラフパターニング法を用いて形成されている。ガラス板の接合面は通常、酸化セリウムや酸化アルミニウムの微粒子を研磨砥粒として含む研磨液と研磨パッドとを用いる研磨により平滑化される。 Next, the grooved glass substrate 2 of the present invention will be described with reference to FIG. Fig.2 (a) is a cross-sectional schematic diagram of one Example of the glass substrate with a groove | channel of this invention. In FIG. 2A, the grooved glass substrate 2 of the present invention has a glass plate 20 having a relatively high acid solubility and a glass plate 30 having a relatively low acid solubility joined by thermal fusion. Grooves 1 are formed in a predetermined shape on the non-joint surface using a photolithographic patterning method. The joining surface of the glass plate is usually smoothed by polishing using a polishing liquid containing a fine particle of cerium oxide or aluminum oxide as a polishing abrasive and a polishing pad.

溝1の壁面は、等方性の化学エッチングにより形成された曲面からなる側壁部21と側壁部21より曲率が大きいあるいは略平坦面からなる底部31からなる。ガラス板20およびガラス板30は、ガラス成分あるいは組成が異なるものを用いることにより酸可溶性が相対的に異なるものとすることができる。たとえばガラス板20としてアルミノ硼珪酸ガラス系のガラスとし、ガラス板30として石英ガラス板を用いることができる。 The wall surface of the groove 1 includes a side wall portion 21 made of a curved surface formed by isotropic chemical etching and a bottom portion 31 having a larger curvature than the side wall portion 21 or a substantially flat surface. The glass plate 20 and the glass plate 30 can have relatively different acid solubilities by using different glass components or compositions. For example, an aluminoborosilicate glass can be used as the glass plate 20, and a quartz glass plate can be used as the glass plate 30.

図2(b)で示す溝付きガラス基板2は、本発明の他の実施例の断面模式図である。ガラス板20とガラス板30を同一組成のガラスとし、ガラス板30は、ガラス板20との接合面およびその近傍(内部深さ方向に)に外部から加圧して圧縮歪み層301を形成させたものである。この圧縮歪み層301は、ガラスの比容がガラス板30の内部より小さい(密度が大きい)層である。圧縮応力層301のフッ酸を主成分とするエッチング液によりエッチング速度は、そのガラス内部より小さくかつ第1のガラス板のエッチング速度より小さい。 A grooved glass substrate 2 shown in FIG. 2B is a schematic cross-sectional view of another embodiment of the present invention. The glass plate 20 and the glass plate 30 are made of glass having the same composition, and the glass plate 30 is pressed from the outside to the joint surface with the glass plate 20 and its vicinity (in the inner depth direction) to form the compression strain layer 301. Is. The compressive strain layer 301 is a layer in which the specific volume of glass is smaller (higher density) than the inside of the glass plate 30. The etching rate of the compressive stress layer 301 by the etching solution containing hydrofluoric acid as a main component is smaller than that of the inside of the glass and smaller than that of the first glass plate.

すなわち、圧縮歪み層301はガラス板20より酸に対するエッチング速度が小さくなるように改質されており、このためガラス板20とガラス板30が同時に酸によりエッチングされるとき、エッチング液は溝1全体として異方性の化学エッチング(エッチング速度が方向により異なるエッチング)の作用を奏する。これにより底面が側面より曲率が大きい、あるいはより平坦性を帯びた形状を有する溝を化学(湿式)エッチング法で形成することができる。ガラスをエッチングする液として、フッ酸を主成分とする液を用いる。室温のまたは加温したフッ酸含有液が用いられる。 That is, the compressive strain layer 301 is modified so that the etching rate with respect to acid is smaller than that of the glass plate 20, and therefore, when the glass plate 20 and the glass plate 30 are simultaneously etched with acid, the etching solution is used for the entire groove 1. As an anisotropic chemical etching (etching with different etching rates depending on directions). As a result, a groove having a shape in which the bottom surface has a larger curvature than the side surface or a more flat shape can be formed by a chemical (wet) etching method. A liquid mainly containing hydrofluoric acid is used as a liquid for etching glass. A room temperature or warmed hydrofluoric acid containing liquid is used.

図2(b)の溝付きガラス基板2の溝1を、エッチングにより形成後、ガラス板20の厚みを研磨により薄くすることにより、縦横比がより小さい(溝幅寸法が溝深さ寸法に対してより大きい)微小流路にすることができる。たとえば(深さ寸法/幅寸法)比が0.5以下の断面形状でかつ底部が平坦化された微小流路とすることができる。 After forming the groove 1 of the glass substrate 2 with grooves of FIG. 2B by etching, the thickness of the glass plate 20 is reduced by polishing so that the aspect ratio is smaller (the groove width dimension is smaller than the groove depth dimension). Larger). For example, a microchannel having a cross-sectional shape with a (depth dimension / width dimension) ratio of 0.5 or less and a flat bottom portion can be obtained.

ガラス板30の表面に圧縮応力層301を形成する方法としては、ガラス板の全面を融着接合し得る程度に研磨による平滑化処理と同時に行うのが好ましい。たとえば、酸化セリウムあるいは酸化アルミニウムのようなガラスよりも硬い微粒子を研磨砥粒として懸濁させた研磨液と研磨パッドを用い、研磨砥粒をガラス表面に加圧しながらガラス表面上を移動させる。 As a method of forming the compressive stress layer 301 on the surface of the glass plate 30, it is preferable to carry out simultaneously with the smoothing treatment by polishing to such an extent that the entire surface of the glass plate can be fusion bonded. For example, a polishing liquid and a polishing pad in which fine particles harder than glass such as cerium oxide or aluminum oxide are suspended as polishing abrasive grains are used and moved on the glass surface while pressing the abrasive grains against the glass surface.

酸化セリウムの研磨砥粒をガラス面に押しつけながら移動させて形成する圧縮応力層は、たとえば平均粒径D50が0.4〜1.4μmの研磨砥粒を懸濁させた研磨液をガラス面に供給して、研磨砥粒をウレタン製等の研磨パッドによりガラス面に圧力数十gf/cm2以上の圧力で押しつけながら移動することにより形成できる。ガラス表面を研磨により平滑化すると同時に圧縮応力層を形成することができる。また、研磨砥粒としてコロイダルシリカの微粒子を用いることができる。圧縮応力層の歪みの大きさやガラス表面からの深さは、用いる研磨砥粒の種類、大きさ、研磨圧力(外部から加える力の大きさ)等を調整して定められる。圧縮応力層の形成には、公知のたとえばオスカー式両面研磨装置を用いることができる。また、鋭利な金属針をガラス表面に隙間なく押し込むことにより圧縮応力層を形成することができる。 The compressive stress layer formed by moving the abrasive grains of cerium oxide while pressing them against the glass surface is, for example, a polishing liquid in which abrasive grains having an average particle size D50 of 0.4 to 1.4 μm are suspended on the glass surface. It can be formed by supplying and moving the abrasive grains while pressing them against the glass surface with a pressure of several tens gf / cm 2 or more with a polishing pad made of urethane or the like. The glass surface can be smoothed by polishing and a compressive stress layer can be formed simultaneously. In addition, fine particles of colloidal silica can be used as the abrasive grains. The magnitude of the strain of the compressive stress layer and the depth from the glass surface are determined by adjusting the type and size of the abrasive grains used, the polishing pressure (the magnitude of the force applied from the outside), and the like. For the formation of the compressive stress layer, a known, for example, Oscar double-side polishing apparatus can be used. Moreover, a compressive stress layer can be formed by pushing a sharp metal needle into the glass surface without a gap.

次に、本発明にかかる溝付きガラス基板2の溝形成およびその基板を用いるマイクロ化学チップの製造方法について説明する。図2は本発明の溝付きガラス基板およびマイクロ化学チップの製造方法を説明する図である。カバープレートは所定形状に切断され、端面が面取りされたガラス板6の所定位置にドリルにより注入孔および排出孔となる貫通孔3をあけて作製される(図3(a)の工程)。 Next, the groove formation of the grooved glass substrate 2 according to the present invention and the microchemical chip manufacturing method using the substrate will be described. FIG. 2 is a view for explaining a method for producing a grooved glass substrate and a microchemical chip according to the present invention. The cover plate is cut into a predetermined shape, and a through hole 3 serving as an injection hole and a discharge hole is drilled at a predetermined position of the glass plate 6 whose end face is chamfered (step shown in FIG. 3A).

ベースプレート(溝付きガラス基板2)となるガラス板7(第1のガラス板と第2のガラス板の融着接合体)の表面にクロム膜と金膜の積層膜からなる金属マスキング膜11をスパッタリング薄膜形成法により被覆し、さらにフォトレジスト層12を塗布する。マスキングパターン13でマスキングされていない部分のフォトレジスト層を、紫外光を照射して変質、溶解、除去し、露出した金属マスキング膜を硝酸第二セリウムアンモニウム水溶液で除去する。露出したベースガラスの表面をフッ酸を含有する酸系のエッチング液でエッチングする。エッチングは、たとえば加温または室温度の49%フッ酸を用い、2〜5分間程度のエッチング時間で行うことができる。以上により溝がガラス表面に形成された溝付きガラス基板2が作製される(図3(b))。 Sputtering a metal masking film 11 made of a laminated film of a chromium film and a gold film on the surface of a glass plate 7 (a fusion bonded body of a first glass plate and a second glass plate) serving as a base plate (a glass substrate 2 with a groove). A thin film forming method is used for coating, and a photoresist layer 12 is further applied. The portion of the photoresist layer that is not masked by the masking pattern 13 is altered, dissolved, and removed by irradiation with ultraviolet light, and the exposed metal masking film is removed with an aqueous solution of ceric ammonium nitrate. The exposed surface of the base glass is etched with an acid-based etchant containing hydrofluoric acid. Etching can be performed using, for example, 49% hydrofluoric acid with heating or room temperature and an etching time of about 2 to 5 minutes. Thus, the grooved glass substrate 2 having the grooves formed on the glass surface is produced (FIG. 3B).

溝付きガラス基板2と第2のガラス基板とを融着接合するには、一組のガラス基板を位置合わせして重ね、たとえば表面を平滑にしたアルミナ製基台上に載せ、ガラス基板の上に加重(重し)として表面を平滑にしたアルミナ製重し板を載せる。かくして接合面を外部から圧接した状態で電気炉中にいれ、所定の温度まで加熱して融着接合する。徐冷後ガラス基板接合体を取り出す。加熱温度はガラスの軟化点付近またはそれ以上の温度とする。複数組のガラス基板の間にアルミナ製加重体を介在させて、複数のガラス接合体を同時に融着接合してもよい。ベースプレートとカバープレートを融着により接合し、内部に注入孔、微小流路、排出孔が連通するマイクロ化学チップを得る(図3(c)の工程)。 To fuse and bond the grooved glass substrate 2 and the second glass substrate, a pair of glass substrates are aligned and stacked, for example, placed on an alumina base having a smooth surface, An alumina weight plate having a smooth surface is placed as a weight. Thus, the joining surface is placed in an electric furnace in a state of being pressed from the outside, and is heated to a predetermined temperature and fusion-bonded. After slow cooling, the glass substrate assembly is taken out. The heating temperature is a temperature near or above the softening point of the glass. A plurality of glass joined bodies may be fusion-bonded simultaneously by interposing an alumina weighted body between a plurality of sets of glass substrates. The base plate and the cover plate are joined by fusion to obtain a microchemical chip in which the injection hole, the microchannel, and the discharge hole communicate with each other (step of FIG. 3C).

マイクロ化学チップ100の微小流路5内に、貫通孔3から試料溶液を注入して、電気泳動法、光熱変換分光分析方法(熱レンズ分析法)、蛍光分析方法などの公知の分析方法により、微小流路中で液中の試料の定性分析、定量分析、混合、反応、抽出、分離等が行われる。 By injecting a sample solution from the through-hole 3 into the microchannel 5 of the microchemical chip 100, and using known analysis methods such as electrophoresis, photothermal conversion spectroscopic analysis (thermal lens analysis), and fluorescence analysis, Qualitative analysis, quantitative analysis, mixing, reaction, extraction, separation, etc. of the sample in the liquid are performed in the microchannel.

次に本発明のマイクロ化学チップを用いて、光熱変換分光分析を実施する場合の利点について説明する。図4は、光熱変換分光分析システムの概略構成図である。光熱変換分光分析システムは、マイクロ化学チップ100の微小流路5内の液中試料に励起光と検出光を照射する照射部101と、マイクロ化学チップの微小流路5を通過した検出光を受光する受光部102とからなる。 Next, advantages of carrying out photothermal conversion spectroscopic analysis using the microchemical chip of the present invention will be described. FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the photothermal conversion spectroscopic analysis system. The photothermal conversion spectroscopic analysis system receives an irradiation unit 101 that irradiates excitation light and detection light to a sample in liquid in the microchannel 5 of the microchemical chip 100, and detection light that has passed through the microchannel 5 of the microchemical chip. And the light receiving unit 102.

照射部101は、試料液中に熱レンズを形成するための励起光を出力する励起光用光源105と、励起光用光源105が出力する励起光を変調する音響光学素子107と、音響光学素子107によるブラック回折によって回折された励起光を0次光と1次光に分離するプリズム111と、検出光を出力する検出光用光源106と、対物レンズ130と、プリズム111からの1次光及び検出光用光源106からの検出光を同軸に対物レンズ130を介してマイクロ化学チップ100の微小流路5に照射させるダイクロイックミラー108とからなる。 The irradiation unit 101 includes an excitation light source 105 that outputs excitation light for forming a thermal lens in a sample solution, an acoustooptic element 107 that modulates excitation light output from the excitation light source 105, and an acoustooptic element. A prism 111 that separates excitation light diffracted by black diffraction by 107 into zero-order light and primary light, a detection light source 106 that outputs detection light, an objective lens 130, primary light from the prism 111, and The dichroic mirror 108 irradiates the detection light from the detection light source 106 coaxially through the objective lens 130 to the micro flow channel 5 of the microchemical chip 100.

受光部102は、マイクロ化学チップ100の微小流路5を通過した励起光を遮蔽し、検出光のみを選択的に濾波する波長フィルタ403と、濾破された検出光を検出する光電変換器401と、光電変換器401からの信号を音響光学変調器107と同期させるロックインアンプ404と、この信号をデータ解析するコンピュータ405とからなる。検出光の一部のみを選択的に透過させるため、マイクロ化学チップ100と光電変換器401間にピンホールが配置される。 The light receiving unit 102 shields the excitation light that has passed through the microchannel 5 of the microchemical chip 100 and selectively filters only the detection light, and the photoelectric converter 401 that detects the filtered detection light. And a lock-in amplifier 404 for synchronizing the signal from the photoelectric converter 401 with the acousto-optic modulator 107, and a computer 405 for analyzing the data of this signal. In order to selectively transmit only part of the detection light, a pinhole is disposed between the microchemical chip 100 and the photoelectric converter 401.

励起光用光源105から出射された励起光は、音響光学変調器107,プリズム111、ダイクロイックミラー108を介して対物レンズ130に入射する。一方、検出光用光源106から出射された検出光は、ダイクロイックミラー108を介して対物レンズ130に入射する。 Excitation light emitted from the excitation light source 105 enters the objective lens 130 via the acousto-optic modulator 107, the prism 111, and the dichroic mirror 108. On the other hand, the detection light emitted from the light source for detection light 106 enters the objective lens 130 via the dichroic mirror 108.

この対物レンズ130に入射した励起光及び検出光は、マイクロ化学チップ100が内蔵する微小流路5内を流れる試料に集光するようにマイクロ化学チップ100に垂直に入射する。 The excitation light and detection light incident on the objective lens 130 are perpendicularly incident on the microchemical chip 100 so as to be focused on the sample flowing in the microchannel 5 built in the microchemical chip 100.

照射された励起光により生成した試料中の熱レンズのなかを屈折し透過した検出光が、波長フィルタ403で選択的に透過した後、光電変換器401で電気信号に変換される。この電気信号に変換された検出光は、ロックインアンプ404で音響光学変調器107と同期し、コンピュータ405で解析されることで光熱変換分光分析が行われる。 The detection light that is refracted and transmitted through the thermal lens in the sample generated by the irradiated excitation light is selectively transmitted by the wavelength filter 403 and then converted into an electrical signal by the photoelectric converter 401. The detection light converted into the electric signal is synchronized with the acousto-optic modulator 107 by the lock-in amplifier 404 and analyzed by the computer 405 to perform photothermal conversion spectroscopic analysis.

したがって、マイクロ化学チップ100の励起光および検出光が通過する微小流路5の入射側壁面および出射側壁面(溝付きガラス基板に形成された溝の底部)は、入射光の散乱が生じない程度に平滑であり、また微小流路の壁面で入射方向から屈折により変化しないことが重要である。 Therefore, the incident side wall surface and the output side wall surface (bottom part of the groove formed in the grooved glass substrate) of the microchannel 5 through which the excitation light and the detection light of the microchemical chip 100 pass are such that incident light is not scattered. It is important that it is smooth and does not change due to refraction from the incident direction on the wall surface of the microchannel.

マイクロ化学チップ100を図4の光熱変換分光分析システム内にセットするに際して、微小流路の幅方向の中央に励起光および検出光が入射するようにマイクロ化学チップをセットすることが重要である。すなわち、検出光の強度を再現性よく正確に測定するには、マイクロ化学チップの位置決め精度を高くすることが重要である。マイクロ化学チップの位置ずれにより、検出光の強度が影響を受けるからである。 When setting the microchemical chip 100 in the photothermal conversion spectroscopic analysis system of FIG. 4, it is important to set the microchemical chip so that excitation light and detection light are incident on the center of the microchannel in the width direction. That is, in order to accurately measure the intensity of the detection light with high reproducibility, it is important to increase the positioning accuracy of the microchemical chip. This is because the intensity of the detection light is affected by the displacement of the microchemical chip.

図5は、検出光の強度の微小流路の幅方向依存性を説明する図である。本発明のマイクロ化学チップの微小流路断面形状は底部が平坦化されているので、出射光の強度の微小流路の幅方向の位置に対する依存性は、図5(a)に示されるように、幅方向で台形あるい矩形(強度分布が台形あるいは矩形に近似)をしており、光強度が略一定値(最高レベルの値)を有する幅方向の距離が長い。すなわち、マイクロ化学チップの光熱変換分光分析システム内のチップ台上のセット位置のバラツキ許容寸法が大きいことが分かる。これにより安定かつ再現性よく、検出光の強度を測定することができる。 FIG. 5 is a diagram for explaining the dependence of the intensity of the detection light on the width direction of the microchannel. Since the bottom of the microchannel cross-sectional shape of the microchemical chip of the present invention is flattened, the dependence of the intensity of emitted light on the position in the width direction of the microchannel is as shown in FIG. It has a trapezoidal or rectangular shape (intensity distribution approximated to a trapezoid or a rectangle) in the width direction, and the distance in the width direction in which the light intensity has a substantially constant value (maximum level value) is long. That is, it can be seen that the variation tolerance of the set position on the chip stage in the photothermal conversion spectroscopic analysis system of the microchemical chip is large. As a result, the intensity of the detection light can be measured stably and with good reproducibility.

図6に、従来技術により形成される溝の断面形状を示す。溝付きガラス基板2の表面に形成される溝1の断面形状は、半円状の曲面21を有している。溝の側壁部および底部がともに曲面からなっている。これは等質媒体に対する化学エッチング(湿式エッチング)が等方的エッチングであるという固有の性質に依存するからである。 FIG. 6 shows a cross-sectional shape of a groove formed by the conventional technique. The cross-sectional shape of the groove 1 formed on the surface of the glass substrate 2 with a groove has a semicircular curved surface 21. Both the side wall and bottom of the groove are curved. This is because chemical etching (wet etching) on a homogeneous medium depends on an inherent property that isotropic etching.

図6で示される従来技術により作製されたマイクロ化学チップの微小流路の底面部は曲率を有しているので、出射光の強度の微小流路の幅方向の位置に対する依存性は、図5(b)に示されるように略放物線状の曲線で示され、光強度が流路幅方向の中央部の狭い部分でのみ一定の値が得られるにすぎない。すなわち、このようなマイクロ化学チップは、検出光の強度がマイクロ化学チップのセット位置に大きく影響を受け、位置決め精度を厳しく制御することが必要である。
以下に本発明を実施例と比較例により説明する。
Since the bottom surface of the microchannel of the microchemical chip manufactured by the conventional technique shown in FIG. 6 has a curvature, the dependence of the intensity of the emitted light on the position in the width direction of the microchannel is shown in FIG. As shown in (b), it is indicated by a substantially parabolic curve, and the light intensity can only be obtained at a narrow portion at the center in the channel width direction. That is, in such a microchemical chip, the intensity of detection light is greatly influenced by the setting position of the microchemical chip, and it is necessary to strictly control the positioning accuracy.
The present invention will be described below with reference to examples and comparative examples.

溝付きガラス基板を構成する酸可溶性が相対的に小さい(エッチング速度が相対的に小さい)第2のガラス板として石英ガラス板を用いた。縦70mm横30mmの石英ガラス板(厚み1.1mm)を20枚アルミナ砥粒を用いてラッピング(研削)し、厚みを約0.75mmにした。ラッピング後のガラス板を研磨した。研磨は砥粒の平均粒度D50が0.8μmである酸化セリウムの遊離砥粒を水に懸濁させた研磨液とローデス社製研磨パッドLP66を用いて、厚みを0.71mm(取り代片面で20μm)になるまで研磨した。 A quartz glass plate was used as the second glass plate that has a relatively low acid solubility (relatively low etching rate) constituting the grooved glass substrate. A quartz glass plate (thickness: 1.1 mm) having a length of 70 mm and a width of 30 mm was lapped (ground) with 20 alumina abrasive grains to a thickness of about 0.75 mm. The glass plate after lapping was polished. Polishing is performed using a polishing solution obtained by suspending free abrasive grains of cerium oxide having an average grain size D50 of 0.8 μm in water and a polishing pad LP66 made by Rhodes, with a thickness of 0.71 mm (on one side of the machining allowance). Polishing until 20 μm).

一方、溝付きガラス基板を構成する酸可溶性が相対的に大きい第1のガラス板として硼珪酸ガラス系のパイレックス(登録商標)ガラスを用いた。縦70mm横30mmのパイレックス(登録商標)ガラス板(厚み1.1mm)を20枚アルミナ砥粒を用いてラッピング(研削)し、厚みを約0.71mmにした。ラッピングしたガラス板を砥粒の平均粒度D50が0.8μmである遊離砥粒を水に懸濁させた研磨液とローデス社製研磨パッドLP66を用いて、両面研磨装置により厚みが0.70mmになるまで研磨した。 On the other hand, a borosilicate glass Pyrex (registered trademark) glass was used as the first glass plate constituting the grooved glass substrate and having relatively high acid solubility. A Pyrex (registered trademark) glass plate (thickness: 1.1 mm) 70 mm long and 30 mm wide was lapped (ground) with 20 alumina abrasive grains to a thickness of about 0.71 mm. Using a polishing solution in which loose abrasive grains having an average grain size D50 of 0.8 μm are suspended in water and a polishing pad LP66 made by Rhodes, the thickness is 0.70 mm by a double-side polishing apparatus. Polished until

研磨により平滑化した2枚のガラス板を重ね合わせて、表面を研磨したアルミナ焼結セラミックス基台に載せ、電気炉内でパイレックス(登録商標)ガラスの軟化点より高温かつ石英ガラスの軟化点より低い温度に加熱してガラス板を融着接合し、ガラス板貼り合わせ体を作製した。 Two glass plates smoothed by polishing are superposed and placed on an alumina sintered ceramic base whose surface is polished, and in an electric furnace, at a temperature higher than the softening point of Pyrex (registered trademark) glass and from the softening point of quartz glass The glass plate was fusion bonded by heating to a low temperature to produce a glass plate bonded body.

次にガラス板貼り合わせ体を洗浄して第1のガラス板の表面にクロム膜と金膜の積層膜をスパッタリング薄膜形成法で被覆し、所定形状にパターニングしてマスキング膜(開口幅10μm)とした。室温の49%フッ酸をエッチング液としてガラスの露出部分をエッチングし、第1のガラス板および第2のガラス板をエッチングし、深さ0.17mm、幅が約0.3mmの溝を湿式化学エッチングに溝を形成した。このガラスのフッ酸によるエッチング速度は10μm/分で、石英ガラスのフッ酸によるエッチング速度1.2μm/分の約8.3倍であった。溝の断面形状を走査型電子顕微鏡で観察したところ、底面が平坦である断面形状をしていた。 Next, the glass plate bonded body is cleaned, and a laminated film of a chromium film and a gold film is coated on the surface of the first glass plate by a sputtering thin film forming method, patterned into a predetermined shape, and a masking film (opening width 10 μm) did. Etch exposed portion of glass using 49% hydrofluoric acid at room temperature as etchant, etch first glass plate and second glass plate, and wet chemistry groove with depth of 0.17mm and width of about 0.3mm Grooves were formed in the etching. The etching rate of this glass with hydrofluoric acid was 10 μm / min, and the etching rate of quartz glass with hydrofluoric acid was about 8.3 times. When the cross-sectional shape of the groove was observed with a scanning electron microscope, the cross-sectional shape had a flat bottom surface.

第1のガラス板は実施例1と同じようにして作製し、第2のガラス板は第1のガラス表面に圧縮歪み層を形成したものを用いた。大きな圧縮歪み層をガラス表面に形成するために、より粗い砥粒をより大きな圧力でガラスの表面を加圧研磨した。用いた砥粒の平均粒度D50が1.4μmである酸化セリウムの遊離砥粒を水に懸濁させた研磨液とローデス社製研磨パッドLP66を用いて、研磨圧力100gf/cm2で両面研磨装置により厚みが0.71mm(取り代片面で20μm)になるまで研磨した。 The first glass plate was produced in the same manner as in Example 1, and the second glass plate having a compressive strain layer formed on the first glass surface was used. In order to form a large compressive strain layer on the glass surface, the surface of the glass was pressure polished with a coarser abrasive grain under a larger pressure. A double-side polishing apparatus using a polishing solution in which free abrasive grains of cerium oxide having an average particle size D50 of 1.4 μm are suspended in water and a polishing pad LP66 made by Rhodes, at a polishing pressure of 100 gf / cm 2. Was polished until the thickness became 0.71 mm (20 μm on one side of the machining allowance).

実施例1と同じようにしてガラス板貼り合わせ体を作製し、49%フッ酸液によるエッチングで第1のガラス板の表面に溝を形成し、溝付きガラス基板のサンプルを得た。この溝は深さが約0.10mm、幅が約0.2mmであった。この溝の断面形状を走査型電子顕微鏡で観察したところ、底面が平坦である断面形状をしていた。 A glass plate bonded body was produced in the same manner as in Example 1, and grooves were formed on the surface of the first glass plate by etching with a 49% hydrofluoric acid solution to obtain a sample of a glass substrate with grooves. The groove had a depth of about 0.10 mm and a width of about 0.2 mm. When the cross-sectional shape of the groove was observed with a scanning electron microscope, the cross-sectional shape had a flat bottom surface.

比較例
第1のガラス板のみからなる溝付きガラス基板を作製した。すなわち第1のガラス板の表面にフッ酸をエッチング液とするエッチングにより溝を形成した。形成した溝の断面形状は、図6に示すような半円形状の曲面で、(最大深さ):(最大幅)は約1:2であった。
Comparative Example A grooved glass substrate made only of the first glass plate was produced. That is, grooves were formed on the surface of the first glass plate by etching using hydrofluoric acid as an etchant. The cross-sectional shape of the formed groove was a semicircular curved surface as shown in FIG. 6, and (maximum depth) :( maximum width) was about 1: 2.

上記の実施例1で組成が異なるガラス組成を用いる場合、二つのガラスのエッチング速度の差は5倍以上の差があるのが好ましく、さらに8倍以上の差があるのが一層好ましい。
すなわち、第1のガラス板のフッ酸に対するエッチング速度が第2のガラス板のフッ酸に対するエッチング速度の5倍以上になるように、1組のガラス板を選ぶのが好ましい。
When glass compositions having different compositions are used in Example 1, the difference in etching rate between the two glasses is preferably 5 times or more, and more preferably 8 times or more.
That is, it is preferable to select a set of glass plates so that the etching rate of the first glass plate with respect to hydrofluoric acid is at least five times higher than the etching rate of the second glass plate with respect to hydrofluoric acid.

第2のガラス板の表面およびその近傍に形成する圧縮応力層は、上記の実施例に示した研磨砥粒を用いるガラス表面の平滑化と同時に行う他に、鋭利な針状の硬質金属片あるいはダイヤモンド圧子を隙間なくガラス表面に押圧して形成することができる。圧縮応力層を形成する第2のガラス板の組成を第1のガラス板の組成と同じにすることにより、ガラス板の膨張係数が同じになるので接合体に反りが生じない利点が生じる。 The compressive stress layer formed on the surface of the second glass plate and in the vicinity thereof is not only simultaneously with the smoothing of the glass surface using the abrasive grains shown in the above-mentioned embodiment, but also a sharp needle-like hard metal piece or It can be formed by pressing the diamond indenter against the glass surface without a gap. By making the composition of the 2nd glass plate which forms a compressive-stress layer the same as the composition of a 1st glass plate, since the expansion coefficient of a glass plate becomes the same, the advantage that a curvature does not arise arises.

本発明の方法により、底部が平坦化された形状を有する溝を化学エッチング法により形成することができる。この溝付きガラス基板はマイクロ化学チップの製造に用いられる。 By the method of the present invention, a groove having a shape with a flattened bottom can be formed by a chemical etching method. This grooved glass substrate is used in the manufacture of microchemical chips.

図1は、本発明の溝付きガラス基板およびマイクロ化学チップを説明する図である。FIG. 1 is a diagram for explaining a grooved glass substrate and a microchemical chip according to the present invention. 図2は、本発明の溝付きガラス基板の断面模式図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the grooved glass substrate of the present invention. 図3は、本発明の溝付きガラス基板の製造方法を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a method for producing a grooved glass substrate according to the present invention. 図4は、光熱変換分光分析システムの概略構成図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the photothermal conversion spectroscopic analysis system. 図5は、検出光の強度の微小流路幅方向依存性を説明する図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the dependency of the intensity of the detection light on the direction of the microchannel width. 図6は、従来技術の化学(湿式)エッチングにより得られる溝の断面形状を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a cross-sectional shape of a groove obtained by chemical (wet) etching according to the prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1:溝
2:溝付きガラス基板(ベースプレート)
3:貫通孔(注入孔、排出孔)
4:第2のガラス基板(カバープレート)
5:微小流路
6、7:ガラス板
8:貼り合わせ面(接合面)
11:クロムと金の積層膜
12:フォトレジスト層
13:マスキングパターン
20:酸可溶性が相対的に大きい第1のガラス板
21:溝側壁部
30:酸可溶性が相対的に小さい第2のガラス板
31:溝底部
100:マイクロ化学チップ
101:照射部
102:受光部
301:圧縮応力層



1: Groove 2: Glass substrate with groove (base plate)
3: Through hole (injection hole, discharge hole)
4: Second glass substrate (cover plate)
5: Micro flow path 6, 7: Glass plate 8: Bonding surface (bonding surface)
11: Laminated film of chromium and gold 12: Photoresist layer 13: Masking pattern 20: First glass plate 21 having relatively high acid solubility 21: Groove sidewall 30: Second glass plate having relatively low acid solubility 31: groove bottom 100: microchemical chip 101: irradiation unit 102: light receiving unit 301: compression stress layer



Claims (5)

酸に対する可溶性に差がある第1のガラス板と第2のガラス板を融着により接合し、前記酸に対する可溶性が相対的に大きい第1のガラス板の表面から第2のガラス板との接合面に至るまで、前記酸によるエッチングで溝を形成することを特徴とする溝付きガラス基板の製造方法。 The first glass plate and the second glass plate having a difference in solubility with respect to the acid are joined by fusion bonding, and the second glass plate is joined from the surface of the first glass plate having a relatively high solubility with respect to the acid. Grooves are formed by etching with the acid until reaching the surface. A method for producing a glass substrate with grooves. 第1のガラス板の前記酸に対する可溶性が、第2のガラス板のそれより組成差により相対的に大きいことを特徴とする請求項1に記載の溝付きガラス基板の製造方法。 The method for producing a grooved glass substrate according to claim 1, wherein the solubility of the first glass plate in the acid is relatively greater than that of the second glass plate due to a composition difference. 第2のガラス板の前記第1のガラス板との接合面およびその近傍に圧縮応力層が形成され、第1のガラス板の酸に対する可溶性が前記圧縮応力層の酸に対する可溶性より大きいことを特徴とする請求項1または2に記載の溝付きガラス基板の製造方法。 A compressive stress layer is formed on and near the joint surface of the second glass plate with the first glass plate, and the solubility of the first glass plate in the acid is greater than the solubility of the compressive stress layer in the acid. The manufacturing method of the glass substrate with a groove | channel of Claim 1 or 2. 請求項1〜3のいずれかに記載の溝付きガラス基板の製造方法により得られる側壁部が曲面であり底面部が略平坦面の溝を有する溝付きガラス基板。 The glass substrate with a groove | channel which has a groove | channel where the side wall part obtained by the manufacturing method of the glass substrate with a groove | channel in any one of Claims 1-3 is a curved surface, and a bottom face part is a substantially flat surface. 請求項4に記載された溝付きガラス基板と第2のガラス基板とを接合して形成される微小流路を内蔵するマイクロ化学チップ。



A microchemical chip having a built-in microchannel formed by joining the grooved glass substrate according to claim 4 and a second glass substrate.



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