JP2010025685A

JP2010025685A - マイクロチップの製造方法

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Publication number: JP2010025685A
Application number: JP2008185953A
Authority: JP
Inventors: Yu Ozawa; 澤裕小; Ryoichi Daito; 東良一大; Koji Fujimoto; 本興治藤; Masataka Yamaguchi; 口政隆山
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2008-07-17
Filing date: 2008-07-17
Publication date: 2010-02-04
Anticipated expiration: 2028-07-17
Also published as: JP5272552B2

Abstract

【課題】透過光による観察が可能であるとともに、加工不良を抑えることが可能なマイクロチップの製造方法を提供する。
【解決手段】マイクロチップ１０は、貫通孔用ガラス基材１１と、主ガラス基材１２と、貫通孔用ガラス基材１１および主ガラス基材１２の間に介在され、流路２１を含むシリコン含有基材２０とを含んでいる。このマイクロチップ１０を製造する際、まず主ガラス基材１２およびシリコン含有基材２０を準備し、主ガラス基材１２にシリコン含有基材２０を陽極接合する。次に主ガラス基材１２上のシリコン含有基材２０に対して研磨を行って、シリコン含有基材２０を所定厚に形成し、このシリコン含有基材２０にエッチングにより流路２１を形成する。その後、流路２１が形成されたシリコン含有基材２０に貫通孔用ガラス基材１１を接合する。
【選択図】図３

Description

本発明は、第１ガラス基材と、第２ガラス基材と、第１ガラス基材および第２ガラス基材の間に介在され、流路を含むシリコン含有基材とを含むマイクロチップの製造方法に関する。

近年、μ−ＴＡＳ（Micro Total Analysis System)やＬａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）と呼ばれるマイクロチップを用いた細胞分析、化学反応、生化学反応、分離、分析等の研究が行われている。このようなマイクロチップは、数ｃｍ角の大きさのプレートを有し、このプレートに、合流や分岐のあるμｍオーダーの流路および数種類の試料導入孔が形成されている。

このようなマイクロチップは、その流路内に溶液を流すことにより、溶液の反応や分離、分析を行うシステムである。このようなシステムを用いることにより、試料の微量化、反応の効率化を図ることができるという利点を有することが知られており、注目を集めている。

マイクロチップの材料としてはシリコン、ガラス、樹脂などが用いられている。このうち樹脂を材料として用いるマイクロチップは、母型を転写することにより複製型を作製し、該複製型に樹脂を塗布して硬化させた後、硬化させた樹脂を複製型から剥離することにより得ることができる。このような樹脂製のマイクロチップは、大量生産が容易であるという利点はあるが、耐熱性が低く、有機溶剤によって膨潤や腐食が生じ、あるいは流体圧や外圧によってマイクロチップの変形が起こってしまうという問題がある。

一方、シリコン製のマイクロチップは、無機材料から構成されているので耐熱性が高く、有機溶剤による膨潤や腐食がなく、かつ流体圧や外圧によってマイクロチップが変形することがほとんどない。近年、ＭＥＭＳ技術を用いてウエハ内に複数のマイクロチップを製造することが可能となったため、シリコン製のマイクロチップは、生産性の面でも優れている。

ところでマイクロチップには、透過光によって対象物を観察可能なものと、反射光によって対象物を観察可能なものとが存在する。このうち透過光によって対象物を観察可能なマイクロチップは、細胞のイメージと分光情報（細胞または分子からの蛍光）などの分子情報とに基づき、詳細に細胞やたんぱく質分子を解析できる点で有利である。

透過光によって対象物を観察可能なマイクロチップとしては、例えば非特許文献１に記載されたものが挙げられる。この非特許文献１には、数μｍ〜数百μｍサイズの細胞または微小粒子を単一個レベルで流路内の所定位置にトラップし、個々の細胞または微小粒子の薬品耐性またはたんぱく質発現性等の挙動をスクリーニングするためのＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）製マイクロチップが開示されている。このようなマイクロチップにおいて、流路は、流路内で細胞またはたんぱく質の詰まりが起こらないような高さを有する必要がある。

また、透過光によって対象物を観察可能なマイクロチップとしては、一方のガラス基材（蓋材）と、シリコン基材（流路）と、他方のガラス（蓋材）とにより構成されたものが挙げられる。このような構成により、耐熱性が高く、有機溶剤による膨潤や腐食がなく、あるいは流体圧や外圧によって変形することがほとんどないマイクロチップを提供することができる。
特許第３４０２６３５号公報 Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 104, no.4, pp.1146-1151, 2007.

しかしながら、細胞およびたんぱく質は、上述したように数μｍ〜数百μｍ程度の大きさを有し、非常に小さいため、このような厚みに対応する薄いシリコン基材を加工することは非常に困難である。すなわち３００μｍ未満のシリコン基材は、薄すぎるため、加工時にシリコン基材が破損しないようにハンドリングすることが困難である。

これに対して特許文献１には、ガラス基材／シリコン基材／ガラス基材という構造を有する微小流路素子の製造方法が開示されている。すなわち特許文献１において、まずシリコン基材の一面をエッチングすることにより有底の流路を形成し、次いでシリコン基材のエッチングした一面とガラス基材とを接合する。次に、シリコン基材のうちエッチングしていない側の他面を、流路が開孔するまでグラインダ等により研磨し、これによりシリコン基材に上下方向に連通する流路を形成する。その後シリコン基材の研磨面とガラス基材とを接合することにより、上述した構造を有する微小流路素子を得るようになっている。

しかしながら、特許文献１において、シリコン基材に上下方向に連通する流路を形成する際、上述したように、シリコン基材の一面に有底の流路を形成し、その後シリコン基材の他面側を研磨してシリコン基材を薄くしている。このため、シリコン基材の他面のうち流路の開孔部分の周囲にバリや欠けが発生しやすい。例えば、シリコン基材の他面にバリが形成されている場合、シリコン基材とガラス基材とを陽極接合することができないため、シリコン基材の流路をガラス基材によって封止できないおそれがある。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、透過光による観察が可能であるとともに、シリコン含有基材の流路周囲にバリまたは欠けが発生することがなく、加工不良を抑えることが可能なマイクロチップの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、第１ガラス基材と、第２ガラス基材と、第１ガラス基材および第２ガラス基材の間に介在され、流路を含むシリコン含有基材とを含むマイクロチップの製造方法において、第１ガラス基材およびシリコン含有基材を準備する工程と、第１ガラス基材にシリコン含有基材を接合する工程と、第１ガラス基材上のシリコン含有基材に対して研磨を行って、シリコン含有基材を所定厚に形成する工程と、所定厚のシリコン含有基材に対してエッチングにより流路を形成する工程と、流路が形成されたシリコン含有基材に第２ガラス基材を接合する工程とを備えたことを特徴とするマイクロチップの製造方法である。

本発明は、第２ガラス基材は貫通孔用ガラス基材となっており、流路が形成されたシリコン含有基材に第２ガラス基材を接合する工程の前に、第２ガラス基材に予めシリコン含有基材の流路に連通する流入孔および流出孔となる貫通孔を設けておくことを特徴とするマイクロチップの製造方法である。

本発明は、第１ガラス基材は貫通孔用ガラス基材となっており、第１ガラス基材にシリコン含有基材を接合する工程の前に、第１ガラス基材に予めシリコン含有基材の流路に連通する流入孔および流出孔となる貫通孔を設けておくことを特徴とするマイクロチップの製造方法である。

本発明は、エッチングにより流路を形成する工程の前に、第１ガラス基材のうちシリコン含有基材が設けられた面と反対側の面に、少なくとも第１ガラス基材に設けられた貫通孔を覆う保護層を形成する工程が設けられ、エッチングにより流路を形成する工程の後に、第１ガラス基材を覆う保護層を剥離する工程が設けられていることを特徴とするマイクロチップの製造方法である。

本発明は、シリコン含有基材は、第１のシリコン層と、前記所定厚を有する第２のシリコン層と、第１のシリコン層および第２のシリコン層の間に介在された酸化シリコン層とからなり、第１ガラス基材にシリコン含有基材を接合する工程において、シリコン含有基材のうち第２のシリコン層が第１ガラス基材に接合され、シリコン含有基材を所定厚に形成する工程は、シリコン含有基材のうち、第１のシリコン層を除去する工程と、シリコン含有基材のうち、酸化シリコン層を除去するとともに、前記所定厚を有する第２のシリコン層を残す工程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である。

以上のように本発明によれば、第１ガラス基材上のシリコン含有基材に対して研磨を行って、シリコン含有基材を所定厚に形成した後、シリコン含有基材に対してエッチングにより流路を形成するようになっている。したがって、流路が形成される前にシリコン含有基材を予め研磨しておくので、シリコン含有基材の流路が研磨されることがなく、流路の開孔部分周囲にバリや欠けが発生することがない。このことにより、マイクロチップの製造時における加工不良を減少することができる。

第１の実施の形態
以下、図面を参照して本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態によるマイクロチップの製造方法により製造されたマイクロチップを示す平面図であり、図２は、本実施の形態によるマイクロチップの製造方法により製造されたマイクロチップを示す断面図（図１のII−II線断面図）である。図３（ａ）〜（ｆ）は、本実施の形態によるマイクロチップの製造方法を示す概略図である。

マイクロチップの構成
まず、図１および図２により本実施の形態によるマイクロチップの概要について説明する。

図１および図２に示すマイクロチップ（流路デバイス）１０は、内部に溶液を流すことにより、溶液中に含まれる細胞または粒子等の対象物に対して、反応、分離、および／または分析を行うシステムであり、マイクロチップ１０を厚さ方向に透過する透過光によって、溶液中の細胞または粒子等を観察できるように構成されている。図２に示すように、このマイクロチップ１０は、貫通孔用ガラス基材１１と、主ガラス基材１２と、貫通孔用ガラス基材１１および主ガラス基材１２の間に介在され、流路２１を含むシリコン含有基材２０とを含んでいる。

このうち貫通孔用ガラス基材１１は、貫通孔用ガラス基材１１の厚さ方向に貫通する貫通孔からなる流入孔１４ａと、貫通孔用ガラス基材１１の厚さ方向に貫通する貫通孔からなる流出孔１４ｂとを有している。このうち流入孔１４ａは、細胞または粒子等の観察対象物を含む溶液をマイクロチップ１０外方から流入させるものであり、後述するシリコン含有基材２０の流路２１の入口側に連通している。他方、流出孔１４ｂは、溶液を流路２１からマイクロチップ１０外方へ流出させるものであり、シリコン含有基材２０の流路２１の出口側に連通している。このような貫通孔用ガラス基材１１としては、後述するように、例えばパイレックス（コーニング社の登録商標）ガラス等が挙げられる。

また主ガラス基材１２は、全体として平坦な板形状を有しており、上述した流入孔１４ａおよび流出孔１４ｂを有していない点を除き、貫通孔用ガラス基材１１と略同様に構成されている。主ガラス基材１２は、貫通孔用ガラス基材１１と同様に、例えばパイレックス（コーニング社の登録商標）ガラス等からなっている。

他方、シリコン含有基材２０は、シリコン（Ｓｉ）から構成されるとともに、図１および図２に示すように流路２１を有している。この流路２１は、両端がそれぞれ貫通孔用ガラス基材１１の流入孔１４ａおよび流出孔１４ｂに連通するとともに、シリコン含有基材２０の厚さ方向に貫通して形成されている。また流路２１は、図１に示すように、蛇行する平面形状を有する主流路２２と、主流路２２から流出孔１４ｂ方向に向けて突出するとともに、マイクロチップ１０を使用する際、内部に細胞または粒子等が収容される複数のトラップ２３とを有している。なお主流路２２の平面形状は、蛇行した形状に限らず、直線状、曲線状、螺旋状等の任意の形状を有していてよい。

なお、貫通孔用ガラス基材１１とシリコン含有基材２０との間、および主ガラス基材１２とシリコン含有基材２０との間のうち一方または両方に、例えば、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）などの膜からなる層を０．１μｍ〜１μｍ程度の厚さに設けてもよい。

マイクロチップの製造方法
次に、図３（ａ）〜（ｆ）により本実施の形態によるマイクロチップの製造方法について説明する。

まず主ガラス基材１２およびシリコン含有基材２０を準備する（図３（ａ））。このうち主ガラス基材１２は、厚みが３００μｍ〜７００μｍ程度の平坦な板状基材からなり、後述するようにシリコン含有基材２０と陽極接合により接合するため、Ｎａイオンなどの可動イオンを含むガラスからなっている。このような材料としては、上述したように、例えばパイレックス（コーニング社の登録商標）等が挙げられる。なお、主ガラス基材１２のうちシリコン含有基材２０に接する側の表面を予めプラズマ処理しておくことにより、親水性あるいは疎水性処理を行ってもよい。他方、シリコン含有基材２０は、厚みが６００μｍ程度の平坦な板状基材からなり、少なくとも主ガラス基材１２と陽極接合する面は、鏡面研磨されている。

次に、主ガラス基材１２にシリコン含有基材２０を陽極接合により接合する（図３（ｂ））。陽極接合とは、ガラスとシリコンとを重ねあわせ、ガラスおよびシリコンに対して熱と電圧を加えることにより密着接合する方法である。その原理は、加熱すると同時に、ガラス側を陰極、シリコン側を陽極として電圧を加えることによって、ガラス中の陽イオンを陰極側に強制的に拡散させ、ガラスとシリコンとの間に静電引力を発生させて密着を促すとともに、ガラスとシリコンを化学反応させて接合するものである。この場合、例えば３００℃〜５００℃の温度条件下で、３００Ｖ〜５００Ｖ程度の電圧を主ガラス基材１２とシリコン含有基材２０との間に印加することにより、主ガラス基材１２とシリコン含有基材２０とが陽極接合される。

なお、主ガラス基材１２にシリコン含有基材２０を接合する場合、陽極接合のほか、接着性樹脂を用いて主ガラス基材１２とシリコン含有基材２０とを接着してもよい。このような接着性樹脂としては、例えばベンゾシクロブテン樹脂を用いることができる。この場合、真空下において加重３．５ｋＮ、温度２５０℃で３０分間加熱圧着することにより主ガラス基材１２とシリコン含有基材２０とを接合することができる。あるいは、主ガラス基材１２にシリコン含有基材２０を接合する場合、共晶接合（例えば、ガラス基材、シリコン基材にそれぞれ予め金属膜（Ａｕ、Ａｕ−Ｓｎ）を設けておき、この金属膜同士を接触させて４００℃程度の熱をかけて、合金化させて接合する方法）を用いることも可能である。

次に、主ガラス基材１２上のシリコン含有基材２０に対して研磨を行って、シリコン含有基材２０を所定厚に形成する（図３（ｃ））。この場合、例えばグラインダ（研磨装置）を用いて、主ガラス基材１２上のシリコン含有基材２０を１０μｍ〜２００μｍの厚さ（所定厚）まで研磨する。なお、このようにして研磨されたシリコン含有基材２０の研磨面は、後で貫通孔用ガラス基材１１と陽極接合するために鏡面研磨しておくことが好ましい。

次に、所定厚に研磨されたシリコン含有基材２０に対して、エッチングにより流路２１を形成する（図３（ｄ））。この際、まずシリコン含有基材２０上に、流路２１に対応する開口を有するエッチングマスクを形成する。エッチングマスクは、レジスト、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、金属材料などの材料から適宜選択して用いることができる。次に、このエッチングマスクに覆われていない部分に対してエッチングを行い、流路２１を形成する。この場合、エッチング方法としてはドライエッチング法を用いることが好ましい。このようなドライエッチング法として、例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法を用いることができ、シリコン基板の厚みが数十μｍ以上である場合には、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）法を用いることもできる。

続いて、貫通孔用ガラス基材１１を準備する。貫通孔用ガラス基材１１は、上述した主ガラス基材１２と同様に、厚みが３００μｍ〜７００μｍ程度の平坦な板状基材からなっている。また貫通孔用ガラス基材１１は、シリコン含有基材２０と陽極接合により接合するため、Ｎａイオンなどの可動イオンを含むガラスからなっている。このような材料としては、上述したように、例えばパイレックス（コーニング社の登録商標）等が挙げられる。次に、貫通孔用ガラス基材１１に対して、サンドブラスト、炭酸ガスレーザー、ドリル等の方法により穿孔を行う。これにより、貫通孔用ガラス基材１１に、シリコン含有基材２０の流路２１に連通する流入孔１４ａおよび流出孔１４ｂとなる貫通孔をそれぞれ形成する（図３（ｅ））。

その後、流路２１が形成されたシリコン含有基材２０と貫通孔用ガラス基材１１とを陽極接合することにより、シリコン含有基材２０に貫通孔用ガラス基材１１を接合する（図３（ｆ））。例えば、３００℃〜５００℃の温度条件下で、３００Ｖ〜５００Ｖ程度の電圧をシリコン含有基材２０および貫通孔用ガラス基材１１に印加することにより、シリコン含有基材２０と貫通孔用ガラス基材１１とを互いに接合する。なお、この場合、貫通孔用ガラス基材１１のうちシリコン含有基材２０と接する側の表面を予めプラズマ処理しておくことにより、親水性あるいは疎水性処理しておいてもよい。このようにして、図１および図２に示すマイクロチップ１０が作製される。なお、シリコン含有基材２０と貫通孔用ガラス基材１１とを接合する場合、上述したように、接着性樹脂による接着または共晶接合による接合方法を用いても良い。

このように本実施の形態によれば、主ガラス基材１２上のシリコン含有基材２０に対して研磨を行って、シリコン含有基材２０を所定厚に形成した後（図３（ｃ））、シリコン含有基材２０に対してエッチングにより流路２１を形成するようになっている（図３（ｄ））。すなわちシリコン含有基材２０は、流路２１が形成される前に予め研磨されているので、流路２１が形成された後のシリコン含有基材２０が研磨されることがなく、流路２１の開孔部分周囲にバリや欠けが発生することがない。このことにより、マイクロチップ１０の製造時における加工不良を減少することができる。

また本実施の形態によれば、シリコン含有基材２０は、３００μｍ〜７００μｍ程度の比較的厚い状態で搬送され、その後主ガラス基材１２に接合されて、１０μｍ〜２００μｍの所定厚まで研磨により薄く加工される。したがって、シリコン含有基材２０は、１０μｍ〜２００μｍ程度の薄い状態で搬送されることがなく、シリコン含有基材２０に割れなどの欠陥が生じることがない。さらに、シリコン含有基材２０を研磨することによりシリコン含有基材２０を薄くした後で、シリコン含有基材２０をエッチングして流路２１を形成するので、エッチングに要する時間を短縮することができ、マイクロチップ１０の生産性を向上させることができる。

なお、本実施の形態において、主ガラス基材１２が第１ガラス基材となり、かつ貫通孔用ガラス基材１１が第２ガラス基材となっている。

第２の実施の形態
次に、本発明によるマイクロチップの製造方法の第２の実施の形態について図１、図２、図４（ａ）〜（ｆ）、および図５を参照して説明する。このうち図４（ａ）〜（ｆ）は、本実施の形態によるマイクロチップの製造方法を示す概略図であり、図５は、ドライエッチング方法を用いてシリコン含有基材に流路を形成する工程を説明する図である。図１、図２、図４（ａ）〜（ｆ）、および図５に示す第２の実施の形態は、貫通孔用ガラス基材１１および主ガラス基材１２をシリコン含有基材２０に接合する順番などが異なるものであり、他の構成は上述した第１の実施の形態と略同一である。図１、図２、図４（ａ）〜（ｆ）、および図５において、上述した第１の実施の形態と同一部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

マイクロチップの構成
図１および図２に示すように、本実施の形態によるマイクロチップ（流路デバイス）１０は、貫通孔用ガラス基材１１と、主ガラス基材１２と、貫通孔用ガラス基材１１および主ガラス基材１２の間に介在され、流路２１を含むシリコン含有基材２０とを含んでいる。このマイクロチップ１０の構成は、上述した第１の実施の形態によるマイクロチップ１０の構成と同一であるので、詳細な説明は省略する。

マイクロチップの製造方法
次に、図４（ａ）〜（ｆ）および図５により本実施の形態によるマイクロチップの製造方法の概略について説明する。

まず貫通孔用ガラス基材１１を準備する。貫通孔用ガラス基材１１は、上述した図３（ｅ）に示す工程と同様、厚みが３００μｍ〜７００μｍ程度の平坦な板状基材からなり、Ｎａイオンなどの可動イオンを含むガラスからなっている。次に、サンドブラスト、炭酸ガスレーザー、ドリル等の方法により、貫通孔用ガラス基材１１に対して、シリコン含有基材２０の流路２１に連通する流入孔１４ａおよび流出孔１４ｂとなる貫通孔をそれぞれ形成する（図４（ａ））。

また上述した図３（ａ）に示す工程と同様に、厚みが６００μｍ程度の平坦な板状基材からなるシリコン含有基材２０を準備する。次に、このシリコン含有基材２０を貫通孔用ガラス基材１１に陽極接合により接合する（図４（ｂ））。この場合、上述した図３（ｂ）に示す工程と同様に、例えば３００℃〜５００℃の温度条件下で、３００Ｖ〜５００Ｖ程度の電圧を貫通孔用ガラス基材１１とシリコン含有基材２０との間に印加することにより、貫通孔用ガラス基材１１とシリコン含有基材２０とを陽極接合する。なお、貫通孔用ガラス基材１１にシリコン含有基材２０を接合する場合、陽極接合のほか、接着性樹脂による接着または共晶接合による接合方法を用いてもよい。

次に、貫通孔用ガラス基材１１上のシリコン含有基材２０に対して研磨を行って、シリコン含有基材２０を所定厚に形成する（図４（ｃ））。この場合、上述した図３（ｃ）に示す工程と同様に、例えばグラインダ（研磨装置）を用いて、貫通孔用ガラス基材１１上のシリコン含有基材２０を１０μｍ〜２００μｍの厚さ（所定厚）まで研磨する。

次に、貫通孔用ガラス基材１１のうちシリコン含有基材２０が設けられた面と反対側の面１１ａに、この面１１ａ全体を覆う保護層１５を形成する（図４（ｄ））。この場合、図４（ｄ）の左側の図に示すように、保護層１５が、貫通孔用ガラス基材１１の流入孔１４ａおよび流出孔１４ｂ内に充填されていなくても良く、図４（ｄ）の右側の図に示すように、保護層１５が、貫通孔用ガラス基材１１の流入孔１４ａおよび流出孔１４ｂ内に充填されていても良い。また保護層１５は、例えばＵＶ剥離テープ、熱剥離テープ、有機レジスト等、後の工程で貫通孔用ガラス基材１１から容易に除去できる材料が用いられる。なお、この保護層１５の役割については後述する。

続いて、所定厚に研磨されたシリコン含有基材２０に対して、エッチングにより流路２１を形成する（図４（ｅ））。この場合、上述した図３（ｄ）に示す工程と同様に、まずシリコン含有基材２０上に流路２１に対応した開口を有するエッチングマスクを形成し、次に、このエッチングマスクに覆われていない部分に対してドライエッチングを行い、流路２１を形成する。このようなドライエッチング法として、例えば、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法を用いることができ、シリコン基板の厚みが数十μｍ以上である場合には、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）法を用いることもできる。

次に、貫通孔用ガラス基材１１を覆う保護層１５を剥離する。保護層１５がＵＶ剥離テープからなる場合、ＵＶ剥離テープに対して紫外線を照射することによりＵＶ剥離テープからなる保護層１５を剥離する。また保護層１５が熱剥離テープからなる場合、熱剥離テープに対して熱を加えることにより熱剥離テープからなる保護層１５を剥離する。あるいは、保護層１５が有機レジストからなる場合、溶剤等により有機レジストからなる保護層１５を溶解除去する。

次いで、上述した図３（ａ）に示す工程と同様に、厚みが３００μｍ〜７００μｍ程度の平坦な板状基材からなるとともに、Ｎａイオンなどの可動イオンを含むガラスからなる主ガラス基材１２を準備する。その後、上述した図３（ｂ）に示す工程と同様に、流路２１が形成されたシリコン含有基材２０と主ガラス基材１２とを陽極接合することにより、シリコン含有基材２０に主ガラス基材１２を接合する（図４（ｆ））。このようにして、図１および図２に示すマイクロチップ１０が作製される。なお、シリコン含有基材２０と主ガラス基材１２とを接合する場合、上述したように、接着性樹脂による接着または共晶接合による接合方法を用いても良い。

このように本実施の形態によれば、貫通孔用ガラス基材１１上のシリコン含有基材２０に対して研磨を行って、シリコン含有基材２０を所定厚に形成した後（図４（ｃ））、シリコン含有基材２０に対してエッチングにより流路２１を形成するようになっている（図４（ｅ））。すなわちシリコン含有基材２０は、流路２１が形成される前に予め研磨されているので、流路２１が形成された後のシリコン含有基材２０が研磨されることがなく、流路２１の開孔部分周囲にバリや欠けが発生することがない。このことにより、マイクロチップ１０の製造時における加工不良を減少することができる。

次に、ドライエッチング法を用いてシリコン含有基材２０に流路２１を形成する工程（図４（ｅ）参照）における、上述した保護層１５の役割について、図５を用いて説明する。

図５は、ドライエッチング法によりシリコン含有基材２０に流路２１を形成する工程を示している。図５において、ドライエッチング装置３０のチャックプレート３１上に、互いに接合された貫通孔用ガラス基材１１、シリコン含有基材２０、および保護層１５が載置され、このうち保護層１５がチャックプレート３１側に位置するように配置されている。

チャックプレート３１には供給管３２が連結され、図示しないチラーから、冷却されたヘリウム（Ｈｅ）が、供給管３２を介してチャックプレート３１表面に供給される。この冷却ヘリウムは、エッチングを行なう際のプラズマ熱の入射やエッチングに伴う反応熱の発生により、シリコン含有基材２０表面に形成されたレジストの温度が耐熱温度以上に上昇し、劣化することを防止するためのものである。なおチャックプレート３１表面には冷却ヘリウム供給用の溝が刻設されており、この溝内に冷却ヘリウムを供給することにより、貫通孔用ガラス基材１１、シリコン含有基材２０、および保護層１５を冷却してシリコン含有基材２０表面のレジストの温度が上昇することを防止している。

ところで図５において、仮に保護層１５が設けられていないことを想定する。この場合、供給管３２から供給され、チャックプレート３１表面の溝内を伝達する冷却ヘリウムは、貫通孔用ガラス基材１１の流入孔１４ａおよび流出孔１４ｂと、シリコン含有基材２０の流路２１とを順次介してシリコン含有基材２０上方へと流出してしまう（図５の点線矢印参照）。この場合、シリコン含有基材２０の冷却効率が悪化し、シリコン含有基材２０表面に形成されたレジストの温度が上昇して劣化するおそれがある。

これに対して本実施の形態によれば、エッチングにより流路２１を形成する工程の前に、貫通孔用ガラス基材１１のうちシリコン含有基材２０が設けられた面と反対側の面１１ａに、貫通孔用ガラス基材１１の面１１ａ全体を覆う保護層１５を形成している。このことにより、図５に示すドライエッチング工程において、貫通孔用ガラス基材１１に供給された冷却ヘリウムが、貫通孔用ガラス基材１１の流入孔１４ａおよび流出孔１４ｂおよびシリコン含有基材２０のエッチングされた流路２１を通じて外方へ逃げることがない。これにより、保護層１５下面に沿って冷却ヘリウムを貫通孔用ガラス基材１１の全体に均一に行き渡らせることができ（図５の実線矢印参照）、貫通孔用ガラス基材１１およびシリコン含有基材２０を効果的に冷却することができる。

なお、本実施の形態において、第１の実施の形態と異なり、貫通孔用ガラス基材１１が第１ガラス基材となり、かつ主ガラス基材１２が第２ガラス基材となっている。

第３の実施の形態
次に、本発明によるマイクロチップの製造方法の第３の実施の形態について図６（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。図６（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態によるマイクロチップの製造方法を示す概略図である。図６（ａ）〜（ｃ）に示す第３の実施の形態は、シリコン含有基材２０の構成、およびシリコン含有基材２０を所定厚に形成する工程が異なるものであり、他の構成は上述した第１の実施の形態および第２の実施の形態と同一である。図６（ａ）〜（ｃ）において、上述した第１の実施の形態および第２の実施の形態と同一部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

本実施の形態によるシリコン含有基材２０は、ＳＯＩ基板（Silicon On Insulator基板：シリコン／酸化シリコン／シリコンの多層基板）からなっている。すなわち図６（ａ）に示すように、シリコン含有基材２０は、第１のシリコン層２０Ａ（支持層：シリコンの厚い層、補強板との見方もできる）と、第２のシリコン層２０Ｃ（活性層：シリコンの薄い層）と、第１のシリコン層２０Ａおよび第２のシリコン層２０Ｃの間に介在された酸化シリコン層２０Ｂ（ＢＯＸ層：シリコン酸化膜層、エッチングストッパ層）とからなっている。

このうち第２のシリコン層２０Ｃは相対的に薄く構成され、マイクロチップ１０として完成させたときのシリコン含有基材２０の最終的な厚み（すなわち流路２１の厚み）に相当する所定厚（例えば２μｍ〜１０μｍ）を有している。これに対して、第１のシリコン層２０Ａは相対的に厚く構成されており、シリコン含有基材２０を容易に搬送できる程度の厚み、例えば３００μｍ〜６００μｍの厚みを有している。他方、酸化シリコン層２０Ｂは、例えば０．１μｍ〜１μｍの厚みを有している。

本実施の形態において、シリコン含有基材２０を所定厚に形成する工程（図３（ｂ）、図４（ｃ）参照）において、まずシリコン含有基材２０のうち、第１のシリコン層２０Ａをグラインダによる研磨またはエッチングにより除去する（図６（ｂ））。この際、酸化シリコン層２０Ｂの一部を併せて除去しても良い。次に、シリコン含有基材２０のうち、（残りの）酸化シリコン層２０Ｂをエッチング除去し、これにより所定厚を有する第２のシリコン層２０Ｃのみを残す。なお酸化シリコン層２０Ｂをエッチングにより除去する方法としては、例えばＣＦ₄ガス、ＣＨＦ₃ガス等を用いるドライエッチング法、または弗酸等を用いるウエットエッチング法が挙げられる。

これにより、とりわけシリコン含有基材２０の所定厚が非常に薄く、グラインダによってその厚みをコントロールすることが難しい場合であっても、シリコン含有基材２０を、第２のシリコン層２０Ｃの厚さに対応する薄い厚さに形成することができ、シリコン含有基材２０の厚さ精度を向上させることができる。他方、シリコン含有基材２０を所定厚に形成する前、第１のシリコン層２０Ａによってシリコン含有基材２０が厚く構成されているので、シリコン含有基材２０に変形や歪みを生じさせることなく容易にハンドリングすることができる。

なお図６（ａ）〜（ｃ）に示す本実施の形態による研磨方法は、図３（ａ）〜（ｆ）に示すマイクロチップの製造方法と、図４（ａ）〜（ｆ）に示すマイクロチップの製造方法のいずれにも用いることができる。

このうち図３（ａ）〜（ｆ）に示すマイクロチップの製造方法に用いる場合、主ガラス基材１２にシリコン含有基材２０を陽極接合により接合する工程（図３（ｂ））において、シリコン含有基材２０のうち第２のシリコン層２０Ｃを主ガラス基材１２に接合しておき、その後、シリコン含有基材２０のうち第１のシリコン層２０Ａおよび酸化シリコン層２０Ｂを除去する（図６（ｂ）（ｃ））。

他方、本実施の形態による研磨方法を図４（ａ）〜（ｆ）に示すマイクロチップの製造方法に用いる場合には、貫通孔用ガラス基材１１にシリコン含有基材２０を陽極接合により接合する工程（図４（ｂ））において、シリコン含有基材２０のうち第２のシリコン層２０Ｃを貫通孔用ガラス基材１１に接合しておき、その後、シリコン含有基材２０のうち第１のシリコン層２０Ａおよび酸化シリコン層２０Ｂを除去する（図６（ｂ）（ｃ））。

本発明によるマイクロチップの製造方法により製造されたマイクロチップを示す平面図。本発明によるマイクロチップの製造方法により製造されたマイクロチップを示す断面図。本発明の第１の実施の形態によるマイクロチップの製造方法を示す概略図。本発明の第２の実施の形態によるマイクロチップの製造方法を示す概略図。本発明の第２の実施の形態によるマイクロチップの製造方法において、ドライエッチング方法を用いてシリコン含有基材に流路を形成する工程を説明する図。本発明の第３の実施の形態によるマイクロチップの製造方法を示す概略図。

符号の説明

１０マイクロチップ
１１貫通孔用ガラス基材
１２主ガラス基材
１４ａ流入孔
１４ｂ流出孔
１５保護層
２０シリコン含有基材
２０Ａ第１のシリコン層
２０Ｂ酸化シリコン層
２０Ｃ第２のシリコン層
２１流路
２２主流路
２３トラップ

Claims

第１ガラス基材と、第２ガラス基材と、第１ガラス基材および第２ガラス基材の間に介在され、流路を含むシリコン含有基材とを含むマイクロチップの製造方法において、
第１ガラス基材およびシリコン含有基材を準備する工程と、
第１ガラス基材にシリコン含有基材を接合する工程と、
第１ガラス基材上のシリコン含有基材に対して研磨を行って、シリコン含有基材を所定厚に形成する工程と、
所定厚のシリコン含有基材に対してエッチングにより流路を形成する工程と、
流路が形成されたシリコン含有基材に第２ガラス基材を接合する工程とを備えたことを特徴とするマイクロチップの製造方法。
第２ガラス基材は貫通孔用ガラス基材となっており、流路が形成されたシリコン含有基材に第２ガラス基材を接合する工程の前に、第２ガラス基材に予めシリコン含有基材の流路に連通する流入孔および流出孔となる貫通孔を設けておくことを特徴とする請求項１記載のマイクロチップの製造方法。
第１ガラス基材は貫通孔用ガラス基材となっており、第１ガラス基材にシリコン含有基材を接合する工程の前に、第１ガラス基材に予めシリコン含有基材の流路に連通する流入孔および流出孔となる貫通孔を設けておくことを特徴とする請求項１記載のマイクロチップの製造方法。
エッチングにより流路を形成する工程の前に、第１ガラス基材のうちシリコン含有基材が設けられた面と反対側の面に、少なくとも第１ガラス基材に設けられた貫通孔を覆う保護層を形成する工程が設けられ、
エッチングにより流路を形成する工程の後に、第１ガラス基材を覆う保護層を剥離する工程が設けられていることを特徴とする請求項３記載のマイクロチップの製造方法。
シリコン含有基材は、第１のシリコン層と、前記所定厚を有する第２のシリコン層と、第１のシリコン層および第２のシリコン層の間に介在された酸化シリコン層とからなり、
第１ガラス基材にシリコン含有基材を接合する工程において、シリコン含有基材のうち第２のシリコン層が第１ガラス基材に接合され、
シリコン含有基材を所定厚に形成する工程は、
シリコン含有基材のうち、第１のシリコン層を除去する工程と、
シリコン含有基材のうち、酸化シリコン層を除去するとともに、前記所定厚を有する第２のシリコン層を残す工程とを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載のマイクロチップの製造方法。