JP2007144601A

JP2007144601A - マイクロチップの製造方法および製造装置

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Publication number: JP2007144601A
Application number: JP2005345816A
Authority: JP
Inventors: Katsuhide Uchida; 勝秀内田; Masamoto Torimura; 政基鳥村; Ryuichi Osanawa; 竜一長縄
Original assignee: STLAB Inc; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: STLAB Inc; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2005-11-30
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2025-11-30
Also published as: JP4774552B2

Abstract

【課題】２枚の板状基板を接合したマイクロチップにおいて、接合強度を高め、密閉性をよくし、接合時間を短くできる製造方法および製造装置を提供する。
【解決手段】一方の面に流路（微細溝）１９を有するガラスなどの板状の基板１６の流路側に、板状のガラス基板１５を重ね合わせるステップ、前記基板および前記ガラス基板をＸＹ軸方向に移動させ加熱装置１に対向させるステップ、加熱によって前記基板および前記ガラス基板を局部的に溶融させ接合する接合ステップよりなる。ガラス基板あるいは基板の接合面にはあらかじめ接合薄膜を形成しておく。また前記接合ステップでは、前記加熱装置の反対側にある基板１６を、断熱性および耐熱性を有し、かつ光を吸収して発熱する材質で形成される光接合補助板５０を押圧して密着させる。光接合補助板の底部には流路に対峙して流路加圧板５１を設け、該流路加圧板の形状を反映した部分的な加圧を可能とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、マイクロチップの製造方法および製造装置並びにマイクロチップに関する。

化学反応の高速化，微少量による反応，オンサイト分析等の観点から化学反応と微小空間で行うためにマイクロチップを使用することが行われるようになって来た。マイクロチップ内部の微少流路あるいは微細溝（流路チャンネルあるいは単にチャンネルとも言われる。以下、微細溝を統一用語として使用する。）で液中試料の混合，反応，分離，抽出を行って検出データを得ることが成される。

このため、マイクロチップを製造する方法が種々提案されている。

特許文献１には、マイクロチップは、溝が形成されたガラス基板上に、試料注入・排出用小穴が溝の対応位置に配置された他のガラス基板を接合したものをいい、接合後その溝部分が、前述の微細流路を形成するものである。また、マイクロチップを構成する２枚のガラス基板の接合方法としては、フッ酸水溶液又は無水ケイ酸を片方のガラス基板に滴下し、もう一方のガラス基板を張り合わせて長時間荷重を印加して接合するものや、アルカリ（NａＯＨ）等で両方のガラス基板表面を洗浄し、軽い圧力を加えることで接合するものや、高真空下で両方のガラス基板表面をエネルギービームを照射することで活性化させて接合するものなどが知られていることを記憶している。

また、特許文献１には、一方の面に溝が有する板状の第１のガラス基板の前記一方の面に、前記溝の対応位置に少なくとも２つの貫通孔を有する板状の第２のガラス基板を接合する接合ステップを備えるマイクロチップの製造方法であって、
前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板は、温度粘性曲線が互いに異なり、
前記接合ステップは、前記接合を前記第１のガラス基板及び前記第２のガラス基板を所定温度に加熱することにより行うマイクロチップの製造方法が提案されている。

特許文献２には、少なくとも珪素酸化物を貼り合わせる面の表面の構成要素として含む基板同士の張りあわせにおいて、少なくとも六ふっ化珪酸（Ｈ₂ＳｉＦ₆）を含む溶液を当該張り合わせを行う基板間に導入した後に、当該被貼り合わせ基板間に適当な圧縮圧力を印加する貼り合わせ方法が記載されている。

特許文献３には、表面の主成分がＳｉＯ₂である部材同士を接合させる工程を含んで構造体を製造する製造方法であって、前記接合工程は、前記両部材のいずれかの表面に表面領域を複数に分割する溝を形成しておき、前記溝が形成された表面に他の部材の表面を重ね、その接合面にＳｉＯ₂を溶解させる溶液を介在させて前記両部材を接合させる工程である構造体製造方法が記載されている。

特許文献４には、相互に接合するガラスである酸化珪素部材をフッ酸ガスにさらしたのち、両酸化珪素系部材を接触させて接合する個体接合方法が記載されている。

特許文献５には、接合対象の複数のガラスを密着して重ね合わせることにより複数ガラス密着体を形成し、該複数ガラス密着体にビーム状のレーザー光を照射し、該ガラスの一部分を溶融し、溶融した該ガラスを固化させることにより、該接合対象の複数のガラスを接合する方法が記載されている。

特許文献６には、二枚のガラスを、それらの接合面を相互に突き合わせた状態に配置し、これらの接合面を相互に加圧しながら、加熱用の光源ランプからの光を当該接合面を含む接合部分に照射して、当該接合面を加熱して軟化させることにより、前記接合面を融着する板ガラスの接合方法が記載されている。

更に、特許文献７には、所定のパターンを有すると共に所定の断面形状のチャネルをガラス基板に形成するマイクロ化学システム用チップ部材のチャネル形成方法において、プレス法を用いて前記ガラス基板に前記チャネルの形成を行うことを特徴とするマイクロ化学システム用チップ部材のチャネル形成方法が記載されている。

更に、特許文献８には、電極集積化マイクロチップにおける電気化学反応の測定方法が記載されている。

特開２００３−２１５１４０号公報特開２００２−３１６８４２号公報特開２００４−２３８２３８号公報特開２００２−９７０４０号公報特開２００１−２４７３２１号公報特開２００３−６３８３９号公報特開２００３−２７５５７５号公報特開２００４−２３７９８１号公報

従来、流路加工後のマイクロチップガラスを接合するには、（１）水酸化アンモニウム／過酸化水素水を用いてベースガラスとカバーガラスの接合面を酸化処理し、重ね合わせて加熱する方法、（２）接合面に１％フッ酸水溶液を滴下し重ね合わせ２４時間荷重をかけて接合方法及び（３）接合面に水ガラスを薄く塗布し、重ね合わせて荷重をかけ加熱する等の湿式法が主に用いられていた。

（１）（２）については比較的強固な接合が得られるが、多くの生化学システムで必要となる金属電極が、アルカリ液や酸性液により浸食溶解される欠点を有するため、従来からある有益な技術や表面プラズモン共鳴バイオセンサ（ＳＰＲ）等の新しい技術をマイクロチップ化できない原因となっている。

（３）については、電極の浸食はないが接合強度，密閉性に難がある。また、これらの湿式法は一般に接合に要する時間が長い（数時間から１日）欠点がある。

一方、乾式法には、（４）接合面を鏡面研磨後、重ね合わせ電気炉内で融着する乾式法があるが、研磨に要する時間(数時間)とコストが増大する欠点を有する。

また、従来の方法は、耐圧を要求されるシステムでは充分な強度が得られず、ガラス自体の変形や支持器材の耐熱の問題から不可能であった。

このため、本願発明者等は先の出願（特願２００５−５２２０３）をなし、次のような提案を行った。

すなわち、一方の面に微細溝（チャンネル）を有する板状の基板の前記一方の面に、重ね合わせて板状のガラス基板を配設し、かつ前記微細溝の対応位置に少なくとも２つの貫通孔が前記基板もしくは前記ガラス基板に形成されて、前記基板および前記ガラス基板を接合する接合ステップを有するマイクロチップの製造方法において、
光源を熱源線とする加熱装置、もしくは重ね合わせた前記基板および前記ガラス基板をＸＹ軸方向に移動させ、前記加熱装置を前記基板および前記ガラス基板に対向させるステップと、
前記加熱装置からの前記熱源線を前記基板と前記ガラス基板との間の接合部に照射し、前記微細溝の両側に接合線を形成するようにした前記接合ステップと、
を有することを特徴とするマイクロチップの製造方法を提案した。

この提案によれば、加熱装置からの熱源線をガラス基板を含む両基板の間に照射し、微細溝の両側で該微細溝に並行するようにして複数の接合線もしくは微細溝を包囲する接合線を形成するようにしているので、接合強度が高く、密閉性がよく、接合時間が短くて済むマイクロチップの製造方法を提供することができる。

本願発明者等は更に研究を進めると、光を効率よく吸収し、発熱する材料を使用することによって更に接合強度を高め、密閉性を良くし、複合時間を短くすることが可能になることが判った。従って、本発明は、効率よく光を吸収し、発電する材料を使用して更に接合強度を高め、密閉性をよくし、接合時間を短くすることのできるマイクロチップの製造方法および製造装置を提供することを目的とする。

本発明は、一方の面に微細溝（チャンネル）を有する板状の基板の前記一方の面に、重ね合わせて板状のガラス基板を配設するステップ、光源を熱源線とする加熱装置、もしくは重ね合わせた前記基板および前記ガラス基板をＸＹ軸方向に移動させ、前記加熱装置を前記基板および前記ガラス基板に対向させるステップ、かつ前記微細溝の対応位置に少なくとも２つの貫通孔が前記基板もしくは前記ガラス基板に形成されて、前記基板および前記ガラス基板を接合する接合ステップを有するマイクロチップの製造方法において、
前記接合ステップの時に、前記熱源線の反対側にある、前記マイクロチップの面に、断熱性および耐熱性を有し、かつ光を吸収して発熱する材質で形成される光接合補助板を押圧して密着させること
を特徴とするマイクロチップの製造方法および製造装置を提供する。

本発明は更に一方の面に微細溝を有する板状の基板の前記一方の面に、板状のガラス基板を重ね合わせて配設し、かつ前記微細溝の対応位置に少なくとも２つの貫通孔が前記基板もしくは前記ガラス基板に形成された前記基板および前記ガラス基板を接合して製造するマイクロチップの製造装置であって、
光源を熱線源とする加熱装置と、
前記加熱装置もしくは重ね合わせた前記基板および前記ガラス基板をＸＹ方向に移動して、前記加熱装置および重ね合わせた前記基板と前記ガラス基板とを対向配置させる移動手段と、
前記加熱装置からの前記熱源線を前記基板と前記ガラス基板との間の接合部に照射させ、前記微細溝の両側で接合線を形成してマイクロチップを形成させる制御部と、
を有するマイクロチップの製造装置において、
前記接合線を形成する時に、前記熱源線の反対側にある、前記マイクロチップの面に密着して、断熱性および耐熱性を有し、かつ光を吸収して発熱する材質で形成される光接合補助板を設けること
を特徴とするマイクロチップの製造装置を提供する。

本発明によれば、接合ステップの時に、熱源線の反対側にある、マイクロチップの面に、断熱性および耐熱性を有し、かつ光を吸収して発熱する材質で形成される光接合補助板を押圧して密着し、使用するようにしているので、光を効率よく吸収し、発熱させることができ、接合強度が高く、密閉性がよく、接合時間を短くして精度が高いマイクロチップの製造方法および製造装置を提供することができる。

本発明の実施例によれば、一方の面に微細溝（チャンネル）を有する板状の基板の前記一方の面に、重ね合わせて板状のガラス基板を配設するステップ、光源を熱源線とする加熱装置、もしくは重ね合わせた前記基板および前記ガラス基板をＸＹ軸方向に移動させ、前記加熱装置を前記基板および前記ガラス基板に対向させるステップ、かつ前記微細溝の対応位置に少なくとも２つの貫通孔が前記基板もしくは前記ガラス基板に形成されて、前記基板および前記ガラス基板を接合する接合ステップを有するマイクロチップの製造方法において、
前記接合ステップの時に、前記熱源線の反対側にある、前記マイクロチップの面に、カーボンフェルトで形成される光接合補助板を押圧して密着させるマイクロチップの製造方法および製造装置が構成される。

更に、前記カーボンフェルトに代えてセラミックファイバーで形成されることを特徴とするマイクロチップの製造方法および製造装置が構成される。

前記マイクロチップに前述した各種光接合補助板を密着させるに際して前記マイクロチップの両側に加圧用の押さえ板を配設することができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施例であるマイクロチップの製造装置１００の構成を示す。図1において、マイクロチップの製造装置１００は、光源を熱源線とする加熱装置１，マイクロチップ１０を載置するＸ−Ｙステージ２，Ｘ軸駆動モーター３，Ｙ軸駆動モーター４および制御部５を備えて構成される。制御部５は、接合制御部およびステージ制御部を備える。

加熱装置１には、赤外線加熱装置，レーザー照射装置などの光源を熱源線とする加熱手段が採用され、実施例１では、加熱手段として赤外線１２を使用した加熱装置の例を示す。赤外線照射部１１から発せられた赤外線は反射されてマイクロチップ１０を構成する上下板材である基板の接合面（接合部）に焦点を合わされ集光される。マイクロチップ１０の下側、すなわち加熱装置１の反対側にある下面にはカーボンフェルト（望ましくは、ファイバ−径１〜１００μｍ）で形成された光接合補助板（以下、カーボンフェルト板５０という。）が設けられる。本実施例の場合、上方の基板としてガラス基板が使用され、下方の基板としてガラス基板，金属基板，シリコン（Ｓｉ）基板あるいはアルミニウム（アルミニウム合金を含む）基板が採用される。以下、上方および下方共、ガラス基板を採用した例について説明する。

マイクロチップ１０はスプリング式ガラス基板ホルダ６に装着あるいはその他の適切なる締着手段によって固定され、ガラス基板ホルダ６はＸ−Ｙステージ２にビス止めあるいはその他の適切なる締着手段によって固定される。Ｘ−Ｙステージ２は中央部に空間（部）７が形成してあり、この空間７を跨いでガラス基板ホルダ６がＸ−Ｙステージ２に固着されている。

加熱装置１から出射される赤外線の強さ，焦点の位置、および接合線の位置，距離，形は、制御部５の接合制御部により出力される制御信号により制御される。

ガラス基板ホルダ６は、前述のようにＸ−Ｙステージ２に固定されていて、その表面に赤外線照射部１１からの赤外線が対称の形で照射されるように、すなわち一本の統合された照射線としての光源線を想定するならば、当該光源線に直交するように配置される。

Ｘ−Ｙステージ２はＸ軸駆動モーター３によってＸ軸方向に、そしてＹ軸駆動モーター４によってＹ軸方向に駆動される。また、加熱装置１はＺ軸駆動モーター（図示せず）によってＺ軸方向に駆動される。このＺ軸方向の駆動を含むＸ−Ｙ軸駆動をＸ−Ｙステージ２によって行ってもよい。

制御部５のステージ制御部はＸ−Ｙステージ２あるいは加熱装置１に対する制御／監視機能を有しており、それぞれに対応する電源のオンオフを含む各種制御を行い、そのためのプログラムを含む。

図２に上下のガラス基板１５，１６を接合し、マイクロチップ１０を製造する手段および方法を示す。図２において、前述のように加熱装置１は赤外線照射部１１を有し、この赤外線照射部１１を囲んで反射体１３が設けてある。本例の場合、精密の曲率加工を施した楕円面反射形としているが、他の反射形、例えば放物面反射形としてもよい。楕円面反射形部の終端に開口部１４が形成してある。

発熱体としては赤外線ランプが使用される。赤外線ランプは石英ガラス管にタングステンフィラメントを封じ込んで、棒状ランプとされる。この棒状ランプが赤外線照射部１１となる。高エネルギー密度の赤外線ランプと上述の反射体により高速超高温加熱が実現される。冷却手段（図示せず）としては、水冷あるいはガラス冷却機構が用いられる。制御部１（図１）の接合制御部によって応答性の高い赤外線ランプの電圧調節と、プログラマブル温度コントロールとの組み合わせにより接合部の温度を自在に制御することを行う。
赤外線ランプを使用した接合は、大気中あるいは気密構成物中で可能であり、２０秒内外の時間で１９００〜２０００℃に昇温することができる。

下方のガラス基板１６の一面には微細溝となる流路１９（チャンネル）が形成され、流路１９の形成されたガラス基板１６は流路形成基板となる。

微細溝は、微細溝内での精製操作や合成反応，免疫反応のため試薬担体等として有用なマイクロビーズ等の固体試料の流れを形成するために用いられる。

上方のガラス基板１５あるいは下方のガラス基板１６のガラス接合面に、ガラス成分であるアルミニウム，酸化硼素，一酸化珪素あるいは珪素などを蒸着あるいはスパッタ法により封鎖接合薄膜として使用する薄膜（数十ｎｍ〜数ミクロン）１７を形成する。薄膜１７を形成して、ガラス基板１５，１６を重ね合わせる。本実施例の場合、ガラス基板１５，１６に電極（図示せず）が設けてあり、これらの電極による昇温作用により昇温をより速やかに行えるようにしている。上方のガラス基板１５の上面に金属膜，金蒸着膜等による電極保護膜２０が形成してあり、また流路１９の底部に電極２１を形成する。ガラス基板１５，１６と薄膜１７とを重ね合わせた後に、接合面に赤外線ランプの光を楕円形の反射体１３により一点に集光する赤外線イメージ炉にて予めプログラム化された接合線に沿って加熱し、反応接合させる。前述のように、重ね合わせたガラス基板１５，１６はＸ−Ｙステージ２を有する専用の移動機械のガラス基板ホルダ６に支持しているので、接合線を任意に矢印で示すように起動することができ、電極部の熱や酸，アルカリ処理からのダメージを回避できる。

上述したように、マイクロチップ１０の下面にはカーボンフェルト板５０が設けてあり、マイクロチップ１０の上面および下面の双方に押さえ板５３が設けてある。流路１９に対峙する形で流路加圧板５１がカーボンフェルト板５０と下面との間に設けている。このような構成において、任意の押圧手段によって押さえ板５３に力を加えてマイクロチップ１０とカーボンフェルト板５０とを押圧してカーボンフェルト板５０をマイクロチップ１０に密着させる。

カーボンフェルトを用いることにより、以下の効果が得られる。
１）発熱：赤外線照射部１１より発せられる幅広い波長の赤外線等の光線を吸収し、ガラスを加熱するために最適な波長の赤外線に変換する。これによって高効率の発熱体として機能する。
２）断熱：赤外線照射部１１により局部的な加熱を行った際に熱の拡散を防ぐ効果がある。この効果により焦点付近のみに高温部を形成することができるため、位置選択性の高い加熱が可能となる
３）密着：フエルトのもつ柔軟性により、加熱対象と効果的に密着できる。これにより、流路加圧板５１の形状を反映した部分的な加圧が可能となり、発生した熱の拡散を防ぐと共に、空気に触れないことによりフエルト自体の劣化を低減できる。
４）耐熱：１から３の性能を備え、かつ、局所加熱の高温に耐え、試料との融着を防止するために、耐熱性および試料との相互作用の低さを実現できる。

以上の構成において、カーボンフェルト板５０を使用して、マイクロチップ１０が形成、すなわち製造される。図３は、点焦点接合の例（図３（ａ））と線焦点接合の例（図３（ｂ））を示す。これらの図にあっては、側方から見た図と上方から見た図を含み、マイクロチップを示す図は平面図である。図３（ａ）に示す加熱装置１には点焦点型の加熱装置が使用され、図３（ｂ）に示す加熱装置１には線焦点型の加熱装置が使用される。図３（ａ）に示す例にあっては、電気炉は採用されず、赤外線ランプを使用した赤外線照射部１１による加熱方式が採用され、図３（ｂ）に示す例にあっては、電気炉が採用され、この電気炉上方の光吸収メッシュ２２および下方の光吸収プレートによって光吸収局部電気炉２１が形成される。また、この例にあっては赤外線ランプは横配置とされ、縦配置の図３（ａ）とは異なる配置となる。

図３（ａ）による点焦点式接合によれば点集合によって接合線が形成され、図３（ｂ）による線焦点式接合によれば線焦合によって接合線が形成される。

図３（ｂ）に示す例にあっては、前述のように光吸収メッシュ（白金メッシュ）２２および光吸収プレート（白金シート）２３を配置して赤外線照射することにより、白金部にて赤外線が吸収されて発熱して局部的な電気炉を形成する（光吸収局部電気炉２１の形成）。

図４および図５を使用して接合方法について説明する。図４は、マイクロチップ１０およびカーボンフェルト板５０を説明する図であり、図４（ａ）は封鎖接合薄膜として使用される薄膜１７、すなわち中間層を設けることなく、上下のガラス基板１５，１６を直接的に接合する例である。この例に合っては、流路１９は下側のガラス基板１６上に直接形成されるか、あるいはこのガラス基板16の上に流路１９を備えた流路形成基板介在される。この方法による接合によれば、２枚のガラス基板１５，１６を熱融接するために接合強度が大きくなる。

上側のガラス基板１５には、流路１９に連通するようにした貫通孔３３が複数個設けてある。

図４（ｂ）は封鎖接合薄膜として使用される薄膜１７、すなわち中間層を設けて、当該中間層を溶融させて、あるいはガラス基板１５，１６の一部も含めて溶融させてガラス基板１５，１６を接合する例である。図に示すように、電極３１，封入電極３２が配設される。中間のガラス成分とガラス基板１５，１６を反応させるために接合後は一体とガラスとなるため接合強度は大きくなる。このようにすることによってマイクロチャンネルが形成され、かつ微小電極が集積化された電極集積化マイクロチップ内で電気化学反応を行うことができる。熱レンズ顕微鏡により電気化学反応の熱レンズ信号を測定することができる。

図４において、マイクロチップ１０の下面側にカーボンフェルト板５０、流路加圧板５１および押さえ板（下側のみ表示）５３が複合のために準備される。

準備が整うと、組み合わせて図５に示されるようにしてマイクロチップ１０が形成されることになる。

図５は各種の接合式によって形成される接合線を説明する図であり、図５（ａ）は点焦点接合−流路沿接合方式（ａ）を、図５（ｂ）は点焦点接合−流路包囲接合方式（ｂ）を、そして図５（ｃ）は線焦点接合一面一括接合方式（ｃ）を示す。

図５（ａ）の例にあっては、矢印で示すように集光は流路１９に沿って、すなわち流路１９に近接して接合線４１を形成している。

従って、この例の場合、流路１９の両側に沿って近接して接合線４１が形成され、流路１９の密封性を向上させている。流路１９に沿った接合は図１に示す制御部５のプログラムに基づいてなさえることになる。

図５（ｂ）の例に合っては、矢印で示すように集光は流路１９を包囲して、すなわち流路１９に近接包囲して接合線４２を形成している。従って、この例の場合、流路１９を包囲して接合線４２が形成され、流路１９の密封性を向上させている。流路１９が複雑な形状をなす場合には流路を包囲するようにしてもよい。流路１９の両側に沿って近接して接合線が形成される。

図５（ｃ）の例にあっては、矢印で示すように集光は線焦点によってなされ、一面一括接合となる。この例にあっては一面一括接合面４３が形成されるが、流路１９の両側には流路１９に沿って図５（ａ）あるいは図５（ｂ）に示すと同様に接合線（部）が近接して形成されており、密封性が向上されている。

接合線の形成方法については、図５に示す例に限定されず、接合線の組み合わせによってなされてよい。要は、流路１９である微細溝の両側で該微細溝に対向するようにした複数の接合線もしくは該微細溝を包囲する接合線を形成するようにして密封性を向上させる。そして、接合線４１，４２，４３は微細溝となる流路１９に沿って近接して形成させる。

貫通孔３３（導入口および導出口を含む。「孔」という。）は、前記マイクロチップ１０の外方（本例の場合、上側のガラス基板５の外方）に沿って流路１９は内方に形成され、接合線４１，４２，４３は貫通孔３３および流路１９とに近接して並行に、あるいは包囲して形成される。

図６は、制御部５の内部構成を示す図であり、制御部１の有する接合制御部およびステージ制御部は次のようにして構成されている。

制御部５は、プレプロセッサー６１およびポストプロセッサー６２からなり、プレプロセッサー６１は制御データ部６３，ＣＰＵ処理部６４およびＣＰＵ記憶部６５から構成され、ポストプロセッサー６２は前述のＣＰＵ記憶部６５，ＣＰＵ処理部６６および接合出力部６７から構成される。

制御データ部６３は、マイクロチップ流路データ，接合条件としてのマイクロチップ材質，厚み，接合温度，速度などのデータを保有する。

ＣＰＵ処理部６４は、制御データ部６３のデータを使用して接合軌道の算出，Ｘ−Ｙステージ動作の算出，温度制御プログラムの算出を行う。

ＣＰＵ記憶部６５は、ＣＰＵ処理部６４で算出された接合軌道データ，Ｘ−Ｙステージ動作データおよび温度制御プログラムデータを格納する。

ＣＰＵ処理部６６は、ＣＰＵ記憶部に格納された各種データを使用してＸ−Ｙステージ制御のための信号および加熱装置制御のための信号を生成する。

接合出力部６７は、ＣＰＵ処理部６６で生成された信号をＸ−Ｙステージおよび加熱装置制御のために出力する。

以上のように、本実施例によれば、一方の面に微細溝（流路１９）を有する板状の基板１６（流路形成基板）の前記一方の面に、板状のガラス基板１５を重ね合わせて配設し、かつ微細溝の対応位置に少なくとも２つの貫通孔３３が基板１６もしくはガラス基板１５に形成された基板１６およびガラス基板１５を接合して製造するマイクロチップの製造装置１００であって、光源を熱線源とする加熱装置１と、加熱装置１、もしくは重ね合わせた基板１６およびガラス基板１５をＸＹ方向に移動して、加熱装置１および重ね合わせた基板１６とガラス基板１５とを対向配置させる移動手段、例えばＸ−Ｙステージ２と、加熱装置１からの熱源線を基板１６とガラス基板１５との間の接合部に照射させ、微細溝の両側で接合線４１〜４４を形成させる制御部５と、を有するマイクロチップの製造装置が構成される。

更に本実施例によれば、一方の面に微細溝（流路１９）を有する板状の基板の前記一方の面に、板状のガラス基板１５を重ね合わせて配設し、かつ微細溝の対応位置に少なくとも２つの貫通孔３３が基板１６もしくはガラス基板１５に形成された基板１６およびガラス基板１５を接合して製造するマイクロチップの製造装置１００であって、光源を熱線源とする加熱装置１と、加熱装置１もしくは重ね合わせた基板１６およびガラス基板１５をＸＹ方向に移動して、加熱装置１および重ね合わせた基板１６とガラス基板１５とを対抗配置させる移動手段、例えばＸ−Ｙステージ２と、加熱装置１からの熱源線を基板１６とガラス基板１５との間の接合部に照射させ、微細溝の両側で接合線４１〜４４を形成してマイクロチップ１０を形成させる制御部５０と、を有するマイクロチップの製造装置において、接合線４１〜４４を形成する時に、熱源線の反対側にあるマイクロチップ１０の面に密着して、断熱性および耐熱性を有し、かつ光を吸収して発熱する材質で形成される光接合補助板、例えばカーボンフェルト板５０を設けるマイクロチップの製造装置１００が構成される。

前述のカーボンフェルト板５０に代えてセラミックファイバーで形成した光接合補助板（以下、セラミックファイバー板という。）を使用してもよい。カーボンフェルト板５０あるいはセラミックファイバー板に代えて、適度な空気層を持ち、断熱、耐熱性を有し、効率よく光吸収、発熱する材質の材料であれば、光接合補助板を形成することができる。

制御部５は、微細溝を包囲するようにして接合線４１〜４４を形成させ得る。

また、制御部５は、微細溝の配置を記憶する記憶手段を有し、該記憶手段に記憶された微細溝の配置データを使用してＸ−Ｙステージ２の移動量を演算処理する処理部を有する。

この構成であると、赤外線を集光して加熱させ、高エネルギースポットを作り、反応または熱融着するために短時間での接合が可能になる。例えば、従来十数時間必要であった場合でも３０分までに所要時間を短縮することができる。また、この構成であればガラス基板１５，１６を研磨することは必須ではなくなり、コストを低減することができる。また、接合線は集光融着であるために出来上がったマイクロチップ１０に変形はほとんどない。

図７は、本実施例についてのマイクロチップの製造工程を示すフローチャートである。
図７において、下側のガラス基板１６にエッチング法によって流路加工を行い（Ｓ１）、次いで電極を蒸着する（Ｓ２）。流路加圧板を成形し（Ｓ３）、カーボンフェルト板を準備し（Ｓ４）、前述したようにして構成した光接合装置に基板１６およびガラス基板１５更にカーボンフェルト板５０をセッティングする（Ｓ５）。前述した手法に従って光接合を行い（Ｓ５）、マイクロチップ製造する（Ｓ６）。

以上のように一方の面に微細溝を有する板状の基板１６の一方の面に、重ね合わせて板状のガラス基板１５を配設し、かつ微細溝の対応位置に少なくとも２つの貫通孔３３が基板１６もしくはガラス基板１５に形成されて、基板１６およびガラス基板１５を接合する接合ステップを有するマイクロチップの製造方法において、マイクロチップ１０を構成する基板１６の下側にカーボンフェルト板５０を一体化して配置し、光源を熱源線とする加熱装置１、もしくは重ね合わせた基板１６およびガラス基板１５をＸＹ軸方向に移動させ、加熱装置１を基板１６およびガラス基板１５に対向させるステップと、加熱装置１からの熱源線を基板１６とガラス基板１５との間の接合部に照射し、微細溝の両側に接合線４１〜４４を形成するようにした接合ステップとを有する製造方法が構成される。

接合線４１〜４４は微細溝に近接して形成される、基板１６はガラス基板であり、両ガラス基板の両側に熱吸収材を配置して両ガラス基板の間に局部的な電気炉を形成し、両ガラス板を局部的に溶融させることによって接合線４１〜４４を形成することができる。

本法では、コールドウオールが可能な、例えば赤外線集光加熱器を用いて赤外線吸収効率を上げた接合面を部分加熱融着するために、接合部以外の支持器材の温度上昇やガラス自体の変形を防ぐことができる。また、湿式法では不可能な電極取り付けも、電極部に光反射マスクを設けることで、熱溶解を起こさずに取り付け可能である。

図８は他の実施例を示す図で、先の実施例の図５（ｂ）に相当する。先の実施例と同一構成については割愛してあり、要部のみを示し、多くの説明は先の実施例が参照される。

図８において、加熱装置１としてレーザー照射装置を使用する。レーザー照射装置は、レーザー光８１を出射する。レーザー光８１の強さ，焦点の位置は接合制御部により出力されるレーザー光用制御信号により制御される。光接合による接合方法は先の実施例と同様であり繰り返して説明しない。このようにして接合線４４が形成される。

一方の面に微細溝を有する板状のガラス基板１６の前記一方の面に、重ね合わせて板状のガラス基板１５が配設され、微細溝の対応位置に少なくとも２つの貫通孔３３が形成されて接合されたマイクロチップ１０であって、２つのガラス基板１５，１６は、微細溝の両側にある複数の接合線４１〜４４で接合されていることを特徴とするマイクロチップが構成される。

本法のガラスマイクロチップ自動化した接合装置により３０分以下の時間で完了することが可能であり、ガラスマイクロチップを用いるため紫外，赤外，レーザーなどを用いる光反応，光触媒，光分析や酸，溶媒を用いる各種反応，分析等が可能である。さらに本法では電極を封入したマイクロフルイデックチップの製作ができるため、近年注目を集めている表面プラズモン共鳴バイオセンサ（ＳＰＲ）や電気化学検出素子の組み込み、ＤＮＡや酵素などの機能性素子（分子）の固定，電解反応場の提供など幅広いアプリケーションが可能となる。

本発明の実施例の概略構成を示す図。本発明の実施例の製造装置および方法を示す図。接合方法を示す図で、図３（ａ）は点焦点式接合の例を、そして図３（ｂ）は線焦点接合の例を示す図。マイクロチップの説明図で、図４（ａ）は中間層なしの場合の例を、そして図４（ｂ）は中間層ありの場合の例を示す図。各種接合方式を示す図で、図５（ａ）は点焦点接合−流路沿接方式を、図５（ｂ）は点焦点接合−流路包囲接合方式を、そして図５（ｃ）は線焦点一面一括接合方式を示す図。制御部の詳細を示す図。フローチャート図。他の実施例の構成を示す図。

符号の説明

１…加熱装置、２…Ｘ−Ｙステージ、３…Ｘ軸駆動モーター、４…Ｙ軸駆動モーター、５…制御部、６…ガラス基板ホルダ、７…空間（部）、１０…マイクロチップ、１１…赤外線照射部（赤外線ランプ）、１２…赤外線、１３…反射体（反射面）、１５…上側のガラス基板、１６…下側のガラス基板、１７…薄膜（封鎖接合薄膜）、１８…流路形成基板、１９…流路（微細溝）、２０…電極保護膜、３１…電極、３２…封入電極、３３…貫通孔、４１，４２，４３，４４…接合線、５０…カーボンフェルト板（光接合補助板）、５１流路加圧板、５３…押さえ板、１００…マイクロチップの製造装置。

Claims

一方の面に微細溝（チャンネル）を有する板状の基板の前記一方の面に、重ね合わせて板状のガラス基板を配設するステップ、光源を熱源線とする加熱装置、もしくは重ね合わせた前記基板および前記ガラス基板をＸＹ軸方向に移動させ、前記加熱装置を前記基板および前記ガラス基板に対向させるステップ、かつ前記微細溝の対応位置に少なくとも２つの孔が前記基板もしくは前記ガラス基板に形成されて、前記基板および前記ガラス基板を接合する接合ステップを有するマイクロチップの製造方法において、
前記接合ステップの時に、前記熱源線の反対側にある、前記マイクロチップの面に、断熱性および耐熱性を有し、かつ光を吸収して発熱する材質で形成される光接合補助板を押圧して密着させること
を特徴とするマイクロチップの製造方法。
請求項１において、前記光接合補助板はカーボンフェルトで形成されることを特徴とするマイクロチップの製造方法。
請求項１において、前記光接合補助板はセラミックファイバーで形成されることを特徴とするマイクロチップの製造方法。
請求項１から３のいずれかにおいて、前記マイクロチップに前記光接合補助板を密着させるに際して前記マイクロチップの両側に加圧用の押さえ板を配設することを特徴とするマイクロチップの製造方法。
請求項１から４のいずれかにおいて、前記加熱装置からの前記熱源線を前記基板と前記ガラス基板との間の接合部に照射し、前記微細溝の両側に接合線を形成してマクロチップを形成するようにした前記接合ステップを有することを特徴とするマイクロチップの製造方法。
一方の面に微細溝を有する板状の基板の前記一方の面に、板状のガラス基板を重ね合わせて配設し、かつ前記微細溝の対応位置に少なくとも２つの孔が前記基板もしくは前記ガラス基板に形成された前記基板および前記ガラス基板を接合して製造するマイクロチップの製造装置であって、
光源を熱線源とする加熱装置と、
前記加熱装置もしくは重ね合わせた前記基板および前記ガラス基板をＸＹ方向に移動して、前記加熱装置および重ね合わせた前記基板と前記ガラス基板とを対向配置させる移動手段と、
前記加熱装置からの前記熱源線を前記基板と前記ガラス基板との間の接合部に照射させ、前記微細溝の両側で接合線を形成してマイクロチップを形成させる制御部と、
を有するマイクロチップの製造装置において、
前記接合線を形成する時に、前記熱源線の反対側にある、前記マイクロチップの面に密着して、断熱性および耐熱性を有し、かつ光を吸収して発熱する材質で形成される光接合補助板を設けること
を特徴とするマイクロチップの製造装置。
請求項６において、前記光接合補助板はカーボンフェルトで形成されることを特徴とするマイクロチップの製造装置。
請求項６において、前記光接合補助板はセラミックファイバーで形成されることを特徴とするマイクロチップの製造装置。
請求項６から８のいずれかにおいて、前記マイクロチップに前記光接合補助板を密着させるに際して前記マイクロチップの両側に加圧用の押さえ板を配設することを特徴とするマイクロチップの製造装置。
一方の面に微細溝を有する板状のガラス基板の前記一方の面に、重ね合わせて板状のガラス基板が配設され、前記微細溝の対応位置に少なくとも１対の試料導入口および導出口が形成されて接合されたマイクロチップにおいて、前記２つのガラス基板は、前記微細溝の両側にある複数の接合線で接合されていることを特徴とするマイクロチップ。