JP2013128993A - デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

デバイスおよびその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2013128993A
JP2013128993A JP2011277996A JP2011277996A JP2013128993A JP 2013128993 A JP2013128993 A JP 2013128993A JP 2011277996 A JP2011277996 A JP 2011277996A JP 2011277996 A JP2011277996 A JP 2011277996A JP 2013128993 A JP2013128993 A JP 2013128993A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal layer
substrate
intermetallic compound
layer
metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2011277996A
Other languages
English (en)
Inventor
Arihiro Saito
有弘 齋藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2011277996A priority Critical patent/JP2013128993A/ja
Priority to US13/693,349 priority patent/US9162224B2/en
Publication of JP2013128993A publication Critical patent/JP2013128993A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502707—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00777—Preserve existing structures from alteration, e.g. temporary protection during manufacturing
    • B81C1/00817—Avoid thermal destruction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/447—Systems using electrophoresis
    • G01N27/44756—Apparatus specially adapted therefor
    • G01N27/44791—Microapparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0645—Electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0887—Laminated structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/12—Specific details about materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/18—Means for temperature control
    • B01L2300/1805—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/18—Means for temperature control
    • B01L2300/1805—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
    • B01L2300/1827—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks using resistive heater
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B01L7/52—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/05—Microfluidics
    • B81B2201/051—Micromixers, microreactors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
    • H10N30/072—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by laminating or bonding of piezoelectric or electrostrictive bodies
    • H10N30/073—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by laminating or bonding of piezoelectric or electrostrictive bodies by fusion of metals or by adhesives
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/494—Fluidic or fluid actuated device making

Abstract

【課題】抵抗体材料と電極材料の拡散を防止して、電気抵抗の変動を抑える。
【解決手段】組成が異なる複数種の金属層を基板上に有する第１の構造、および形成時に焼成工程を要するガラスペースト等の材料から成る第２の構造を含むデバイスにおいて、第１の構造を形成する第１の金属層と第２の金属層との間には中間層が形成されている。該中間層は第１の金属層内の一つ以上の金属元素および第２の金属層内の一つ以上の金属元素からなる金属間化合物である。前記金属間化合物の融点は第２の構造を形成する際の焼成温度よりも高く、第２の構造を形成する焼成温度よりも高い温度で、前記金属間化合物を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、製造時に焼成工程を要する材料から成る構造を有するデバイスおよびその製造方法に関するものである。
生化学反応の経過や、化学分析の結果を得る為に、さまざまな装置およびセンサが開発されている。その中の一つとして、基板内に所定の流路形状、マイクロチャネル等の微細構造を持つマイクロデバイスが提案されている。これらのマイクロデバイスは、半導体製造方法などを利用してより小型化され、所望の情報を得るまでの分析工程の全てをマイクロデバイス上で行う事が出来る。
こうしたデバイスは、マイクロ・トータル・アナリシス・システム（μ−ＴＡＳ）または、ラボオンチップと呼ばれ、基板内にマイクロチャネルなどの微細構造体を有する構造物は、マイクロ流路デバイスと呼ばれている。
これらのマイクロデバイスは、従来のデスクトップサイズの分析機器と比較すると、デバイス内に含まれる流体の量が低容量化されることによる、必要試薬量の低減、分析物量の微量化による反応時間の短縮が期待されている。
マイクロ流路内にヒーター（抵抗体）を配置し、マイクロ流路内を通過する流体を加熱するようなマイクロデバイスは、流体の容量が小さい為、ヒーターによる温度の追従性が良く、素早く温度を上下させる事が出来る。このようなマイクロデバイスを用いる事で、例えば、ＤＮＡのＰＣＲ反応をより短時間で行う事が出来る。
このような、マイクロ流路を持つマイクロデバイスは、多くがガラス基板をベースにしている為、微細な流路の加工に手間がかかる。例えば、ガラス基板をエッチングにて加工するなど、マイクロマシニングの技術が必要になる。その為、マイクロデバイスの製造には、製造コストがかかり、安価な加工方法が求められていた。そこで、マイクロマシニング技術を用いないガラスペースト等による印刷、またはリソグラフィ技術によるマイクロデバイスの形成が考案されている。（特許文献１参照）
特開２００３−２０２６７８号公報 特開平９−１６２５１３号公報 特開平１１−１８６２６３号公報
マイクロ流路デバイスのような、金属層からなる構造（第１の構造）と、ガラスフリット又はガラスペースト等のように形成時に焼成工程を要する材料から成る構造（第２の構造）とを含むデバイスを、ガラスペーストの印刷及びリソグラフィ技術等によって作製した場合、第２の構造を焼成する際に、デバイス全体に高温がかかることになる。この時に第１の構造も同様の温度になり、第１の構造の金属層を構成する材料が、焼成による熱で相互拡散してしまい、デバイスの一部の電気抵抗値が変動してしまう問題があった。
それにより、例えばマイクロ流路の場合、第１の構造を構成するヒーター（例えば、Ｐｔからなる）と引出し電極（例えば、Ａｕからなる）との間の電気抵抗値が変動し、その変動量は電極間の接続状態（面積や厚さ等）で異なる為、相互拡散が発生すると電気抵抗値のばらつきが大きくなる。更に、熱処理プロセスを複数回繰り返すと、相互拡散の状態もその都度変化する為、ばらつき量がさらに大きくなる。電気抵抗値の変動量をプロセスにより制御する事は困難である為、デバイス上のヒーター毎に駆動条件を補正する必要が発生し、その補正値を得る為にヒーターの電気抵抗値を個別に測定しなければならず、非常に手間がかかり、作業効率が悪くなる。
特許文献２のように、２つの電極の間に拡散を阻害する中間層を挿入する方法もあるが、ガラスフリットやガラスペーストの焼成のような温度が高い熱処理を行う場合は、中間層を構成する材料が拡散してしまう可能性がある。
特許文献３に記載の方法のように、中間層に融点の高い金属間化合物層を挿入する方法もあるが、金属間化合物自体も、ガラスフリット及びガラスペーストを焼成する熱処理温度では拡散が発生してしまう。
そこで、本発明は、ガラスフリット及びガラスペーストを焼成するような高温の熱処理を行った場合でも、金属層からなる第１の構造を構成する金属間の電気抵抗の変動を抑える事が出来る中間層の生成方法を提供する事を目的とする。
上記課題に鑑み、本発明においては、組成が異なる複数種の金属層基板上に有する第１の構造、および形成時に焼成工程を要するガラスフリット又はガラスペースト等の材料から成る第２の構造を含むデバイスにおいて、第１の構造を形成する第１の金属層と第２の金属層との間には中間層が形成されている。該中間層は第１の金属層内の一つ以上の金属元素および第２の金属層内の一つ以上の金属元素からなる金属間化合物である。前記金属間化合物の融点は第２の構造を形成する際の焼成温度よりも高く、第２の構造を形成する焼成温度よりも高い温度で、前記金属間化合物を生成する。
本発明の金属間化合物による中間層が生成した後では、電気抵抗の変動が金属間化合物層を用いない場合と比較すると１／１００以下になる大幅な改善が見られた。
また、一度金属間化合物が生成すると、その生成温度を超える熱処理をしない限り、抵抗の変動は抑制され続ける。
本発明によって製造されるマイクロ流路を示す模式図である。（ａ）上方向から見た平面図である。（ｂ）（ａ）のＡ１−Ａ２で切り取った断面図である。 本発明の製造方法の具体的なプロセスフローの一例を示す断面図である。
以下、マイクロ流路デバイスの製造を例として、本発明の電気抵抗の変動を抑制する金属間化合物による中間層を用いた製造方法を説明する。なお、本発明は、以下に説明するマイクロ流路デバイスの製造に限定されるものではなく、異種材料から成る接合界面を有し、ガラスフリット又はガラスペースト等の高温での熱処理によって製造されるデバイスの製造に広く適用することができる。
なお、以下の例では、第１の構造として組成が異なる複数の金属層が積層した構造を用いて説明するが、本発明の対象となるデバイスはこのような構造に限定されるものではない。組成が異なる複数の金属層からなる第１の構造、および、形成時に焼成工程を要する材料から成る第２の構造を有するデバイスで、第１の構造が複数の金属層の間に本発明の中間層を有していればいかなるデバイスも本発明の対象となる。例えば、第１の構造を構成する金属層は基板に垂直な方向に積層されている必要はなく、複数の組成が異なる金属層が基板上に横方向に並んで存在しており、それらの間に本発明の中間層が存在するような構成でもよい。また、複数の金属層との間の熱拡散により本発明の中間層による拡散防止層が第１の構造を構成する複数の金属層の間に形成されれば、第１の構造を構成する金属層と中間層とは必ずしも互いに接している必要はない。
図１は、本発明の対象となるマイクロ流路デバイスの一例を示す模式図であり、（ａ）に平面図、（ｂ）に（ａ）のＡ−Ａ断面図を示す。マイクロ流路デバイスは、図１（ｂ）に示されるように、第１の基板１１と第２の基板１２の間に、第１の構造であるヒーターの機能を有する抵抗体３３（第１の金属層）、抵抗体３３に電気的に接合された引出し電極部３２（第２の金属層）および抵抗体３３と引出し電極部３２の間の中間材３４、抵抗体の上の抵抗体保護膜３１、マイクロ流路４１、第２の構造であるマイクロ流路の隔壁２１、ならびに接合部２２からなる。
なお、マイクロ流路デバイスとは、流路内の流体の流れ方が層流であるようなマイクロ流路を有するデバイスをいう。マイクロ流路とは、層流が起こるような、レイノルズ数（Ｒｅ）が約２０００以下の流路である。レイノルズ数は以下の式により求めることができる。
レイノルズ数：Ｒｅ＝ρＶｄ／μ＝Ｖｄ／ν
（ρは流体の密度、μは流体の粘度、Ｖは管内の流体の流速、ｄは管の直径、νは流体の動粘度）
マイクロ流路４１は、第一の基板１１に開けられた穴４２によって外部と繋がっている。マイクロ流路４１は、隔壁２１と接合部２２に囲まれて封止されており、中を通過する流体は、リークする事がないようになっている。
抵抗体３３は、引出し電極３２によって電気的に接合されており、引出し電極３２に外部の電源から通電させる事によって抵抗体を加熱することが出来、また加熱時の抵抗体の電気抵抗を測定する事によって温度を測定する事が出来る。
次に、マイクロ流路デバイスを構成する構成部材について説明する。
第１の基板１１は、透明で透光性を有していれば良く、例えば、無アルカリガラス、ソーダライムガラス、高歪点ガラス、石英等が使用できる。第２の基板１２は、耐熱性を有していれば良く、必ずしも透明な基板である必要はないが、第１の基板と接合される為、熱膨張係数は、第１の基板と近しい事が望まれる。例えば、無アルカリガラス、ソーダライムガラス、高歪点ガラス、石英、アルミナ、ＳｉＮ、サファイヤ等が使用できる。
抵抗体３３を構成する材料は、電気抵抗によるジュール熱で発熱する金属元素または金属元素を含む化合物で、電気抵抗の温度係数が直線である材料が望ましい。例えば、Ｐｔ、ＡｕＰｔ、ＡｇＰｄ、ＡｇＲｕＯ等がある。引出し電極３２を構成する材料は、電気抵抗が低く、表面が酸化され難い金属元素が望ましい。例えば、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等がある。
抵抗体と電極の間に配置する中間材３４は、金属元素または金属元素を含む化合物であり、前述の抵抗体３３を構成する材料および引出し電極３２を構成する材料の両方との間で焼成により金属間化合物を生成するものを材料とする。このような中間材の材料として、例えば、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ等がある。また、中間材３４の材料は純金属に限定されることはなく、前述の抵抗体３３を構成する材料および引出し電極３２を構成する材料と金属間化合物を生成するような金属間化合物を中間材３４として用いてもよい。その際に中間材３４の材料である金属間化合物とは異なる新たな金属間化合物が拡散によって生成してもよい。中間材の材料に用いることができるこのような金属間化合物として、例えば、Ｔｉ３Ａｕ、ＡｕＺｒ３、Ｖ３Ａｕ、ＡｕＮｂ３等の金属間化合物が上げられる。
本発明の中間層は、抵抗体３３を構成する材料および引出し電極３２を構成する材料と中間材３４の材料との熱拡散によって生じる金属間化合物であるが、このような金属間化合物を形成することができれば、中間材の材料に抵抗体または電極の材料である元素を含む必要はない。
また、本発明のデバイスを製造する際に中間材３４の材料を用意せず、抵抗体３３を構成する材料と引出し電極３２を構成する材料とを焼成することにより第１の金属層と第２の金属層との間に中間層となる金属間化合物層を生成してもよい。
また、後述の製造過程において中間層を形成した後に再度の相互拡散が生じること防ぐため、本発明の中間層である金属間化合物としては、その融点がその後のデバイスの製造プロセスで必要とされる焼成温度よりも高いものが選択される。
抵抗体３３の絶縁および保護を目的とする保護膜３１は、絶縁体であり、マイクロ流路内に流す試薬との反応性に乏しい材料が望ましい。例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ等がある。
隔壁２１は、マイクロ流路４１を通過する流体がリークせず、マイクロ流路内に流す試薬との反応性に乏しい材料が望ましい。例えば、Ｂｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏガラス等がある。
第１の基板と第２の基板を接合する接合材２２は、粘度が負の温度係数を有し、高温度で軟化すれば一般に使用する材料であれば特に限定されない。
次に、本発明の金属間化合物層を有するマイクロ流路デバイスを製造する方法の例について説明する。
［ステップ１］
まず、図２（ａ）に示されるように、第２の基板１２を準備し、次に、図２（ｂ）に示されるように、引出し電極部３２を第２の基板１２の上に形成する。図２（ｃ）に示されるように引出し電極部３２の抵抗体３３が接触する部分に、中間材３４を引出し電極部３２の上に形成する。図２（ｄ）に示されるように、中間材３４の上に抵抗体３３を形成する。図２（ｅ）に示されるように、抵抗体３３を覆うように保護膜３１を形成する。
引出し電極部、中間材、抵抗体、保護膜の形成方法として、公知の方法を用いることができる。
［ステップ２］
次に、図２（ｅ）に示されるように、第２の基板上に抵抗体、中間材、引出し電極部、保護膜を形成した時点で、中間層と抵抗体、引出し電極部との間に金属間化合物を成長させる為の熱処理を行う。熱処理は、これ以降のプロセスで行う熱処理温度よりも高い温度で行う必要がある。熱処理の際の加熱方法、加熱雰囲気は特に限定されない。引出し電極部が過度に酸化しないように不活性ガス中および真空中で加熱しても良い。熱処理によって金属間化合物が生成すると、生成前よりも電気抵抗は増加する傾向にある。予め、熱処理によって抵抗が増加する分を把握しておき、所望の抵抗値になるように抵抗体の形状を設計しておく。
［ステップ３］
次に、図２（ｆ）に示されるように、保護層３１の上に隔壁２１を形成する。隔壁２１の形成方法は、スクリーン印刷または、ディスペンス等の方法を用いる事が出来る。隔壁２１を形成した後に、焼成を行う。焼成温度は、前述の金属間化合物を生成した熱処理温度よりも低くなければならない。熱処理は、加熱方法、加熱雰囲気は特に限定しない。
［ステップ４］
次に、図２（ｇ）に示されるように、隔壁２１の上に接合材２２を形成する。接合材２２の形成方法は、スクリーン印刷または、ディスペンス等の方法を用いる事が出来る。接合材２２を形成した後に、必要に応じて仮焼成等の熱処理を行う。
［ステップ５］
次に図１（ａ）に示されるように第１の基板１１の所定の場所に貫通穴４２を空ける。穴４２は、流路４１内を通過する試薬を入れる、または排出させる為のものである。穴４２の加工方法は、ドリル、サンドブラスト、レーザ等の公知の加工方法を用いる事が出来る。
［ステップ６］
次に、図２（ｈ）に示されるように、ステップ４まで作製した第２の基板１２と、ステップ５で穴を空けた第１の基板１１とを対抗配置させる。このとき、接合材２２は第１の基板１１に接触するように加圧され、配置される。加圧は、接合材２２と第１の基板１１とが接触するように加圧されれば良く、おもりやバネ材等で第１の基板１１または第２の基板１２を加圧しても良い。加圧しながら、熱処理を行い、接合材２２軟化溶融させて第１の基板１１と第２の基板１２とを接合材２２を介して封止接合する。熱処理は、接合材に適した加熱方法、加熱雰囲気であれば、特に限定しない。
なお、中間材を用いずに、抵抗体３３を構成する材料と引出し電極３２を構成する材料とを焼成することにより第１の金属層と第２の金属層との間に中間層となる金属間化合物層を生成するときは、ステップ１で中間材３４を形成する工程を省略することができる。このとき、引出し電極部３２の上に抵抗体３４を直接形成し、ステップ２で熱処理を行うことにより、引出し電極部３２と抵抗体３４との間に金属間化合物を生成させればよい。
抵抗体および引出し電極の間に配置された中間材は、熱処理によって抵抗体および引出し電極の中に相互拡散され、中間材と抵抗体または引出し電極との界面に特定の金属間化合物を生成する。生成される金属間化合物は、熱処理の温度によって決まる。一度、金属間化合物が生成されると、金属間化合物層中の元素は、その層を生成した温度よりも低い温度では拡散しない。そのため、それ以降に金属間化合物の生成温度以下で熱処理を行った場合には、金属間化合物による中間層が、中間材、抵抗体および引出し電極の相互拡散を妨げるバリア層として作用する事になる。形成された金属間化合物による中間層は、生成した温度以下であれば、何回熱処理を行っても、電気抵抗の変化は起こらない。
また、金属間化合物を生成する１回目熱処理（ステップ２）では、金属間化合物が界面に均一に生じるので、電気抵抗の変動量がほぼ一定の割合で変化する。その為、金属間化合物を生成する１回目熱処理後の電気抵抗の変動さえ把握しておけば、複数回の熱処理を通るようなプロセスでも容易に抵抗の制御が可能となる。
生成した金属間化合物の融点がプロセスの熱処理温度よりも低い場合は、熱処理時に金属間化合物が溶融してしまう為、バリア層としては適当でない。
相互拡散によって生じる金属間化合物は、界面に均一に生成される為、電気抵抗の変動は、ほぼ一定になる。同一条件で形成したデバイスであれば、電気抵抗の変動量は同じになる。その為、金属間化合物を生成する熱処理の前後で一部のデバイスの電気抵抗を測定しておけば、その時の変動量を同一条件で製造したデバイスに適用する事が出来る。
本発明に係るデバイスは、上述したように流路を有する流路デバイスに好適に実施されるが、上記に限らず電気抵抗の変動が問題になるデバイスとして好適に実施できる。複数の開口したウエル構造を有するデバイスであってもよいし、電気泳動や誘電泳動などを利用するデバイスとして構成してもよい。
すなわち、本発明の別の態様に係るデバイスは、積層した複数の金属層を基板上に有する第一の構造、および基板に接合されており、ガラスフリットを焼成して得られた第二の構造を有するデバイスであり、第１の金属層と第２の金属層との間に、第１の金属層を構成する一つ以上の金属元素および第２の金属層を構成する一つ以上の金属元素を含む金属間化合物の中間層を有し、かつ金属間化合物の融点が前記ガラスフリットの焼成温度よりも高いことで、ガラスフリット焼成時の金属拡散が抑えられている。
以下、具体的な実施例を挙げて本発明の主要な工程においてを詳しく説明する。第１の実施例は、上記実施形態の図２で説明した製造方法を適用してマイクロ流路デバイスを製造した。
工程１（第１の基板１１に穴を空ける工程、第２の基板１２に引出し電極部３２、中間材３４、抵抗体３３、保護膜３１を形成する工程）
第１の基板１１、第２の基板１２として０．６ｍｍ厚、４インチウェハの合成石英基板を用意した。次に、有機溶媒洗浄、純水リンスおよびＵＶ−オゾン洗浄によって、第１の基板および第２の基板の表面を脱脂した。
第１の基板には、マイクロ流路の入り側と出側に当たる部分に、貫通穴を作製した。貫通穴は、レーザ加工（波長３５５ｎｍのＹＶＯ４レーザ、出力４Ｗ、周波数２０ｋＨｚ）で、直径約２００μｍの穴を空けた。
第２の基板には、基板にフォトレジストを塗布して、引出し電極の形状のフォトマスクを用い、電極の形状にパターニングを行った。その後、スパッタリングによってＡｕ（純度９９．９％）を約３００ｎｍ堆積させ、レジストを除去し、所望の電極パターンを得た。
引出し電極と抵抗体が接触する部分に中間材３４を配置する為、電極部のパターニングと同様にして、フォトレジスト塗布、中間材の形状のフォトマスクを用いパターニングを行い、スパッタリングによってＴｉ（純度９９．９％）を約２０ｎｍ堆積させた。中間材の寸法は、幅約３００μｍ、長さ約２００μｍとした。
抵抗体も上記と同様にして、パターニングを行い、スパッタリングによってＰｔ（純度９９．９％）を約１００ｎｍ堆積させた。抵抗体の寸法は、幅約３００μｍ、長さ約１８０ｍｍとし、図１（ａ）に示されるように、２本の抵抗体を平行に配置した。
抵抗体全体を覆うように、保護膜を上記と同様にしてパターニングを行い、スパッタリングによってＳｉＯ２を約１０００ｎｍ堆積させた。
工程２（第２の基板を熱処理し、中間材を引出し電極および抵抗体に拡散させ、金属間化合物を生成させる工程）
第２の基板を、バッチ式の電気炉にて熱処理を行った。熱処理雰囲気は、大気中で、温度は、約６００℃、ピーク温度保持時間は、１０〜２０ｍｉｎとした。ピーク温度保持後、十分な時間をかけて冷却を行い、室温とほぼ同温度になった所で第２の基板を炉から取出した。
工程３（第２の基板上にマイクロ流路の隔壁を形成する工程、隔壁上に接合材を形成する工程）
熱処理の終わった第２の基板上に図２（ｆ）に示されるようにマイクロ流路の隔壁２１となるガラスペースト材をスクリーン印刷によって形成した。本実施例では、ガラスペースト材として、軟化点５００℃のＢｉ系鉛非含有ガラスを母材とし、バインダーとして有機物および感光性樹脂を分散混合させたフォトペーストを用いた。このペーストを第２の基板の保護膜の上にスクリーン印刷で、パターン無しのベタ膜を印刷し、その後、所望のマイクロ流路の隔壁の形状の入ったフォトマスクを用いてパターニングし、炭酸ナトリウムで現像を行い、隔壁を形成した。マイクロ流路隔壁は、幅約２００μｍになるようにした。隔壁の形成後、ベルトコンベア式の連続炉で、約５００℃、ピーク温度保持時間は２０〜３０ｍｉｎで大気中の熱処理を行い、フォトペーストの有機物をバーンアウトさせて、焼成した。
次に、図２（ｇ）に示されるように、隔壁２１の上に載るように接合材２２をスクリーン印刷によって形成した。本実施例では、接合材２２として、ガラスフリットを用いた。ガラスフリットとしては、熱膨張係数α＝７５×１０−７／℃、軟化点３９０℃のＢｉ系鉛非含有ガラスフリットを母材とし、バインダーとして有機物を分散混合させたペーストを用いた。このペーストを第２の基板に形成した隔壁の寸法に合うようにパターニングしたスクリーン版を用いて、スクリーン印刷を行った。その後、有機物をバーンアウトする為に、約４００℃で加熱し、焼成した。
工程４（第１の基板と第２の基板を貼り合せて接合する工程）
次に、接合材２２が形成された第２の基板１２を第１の基板１１に対してアライメントしながら、第１の基板に空けた穴と第２の基板上のマイクロ流路が合うように接合材２２を介して接触させ、これらの部材を仮組した。その後、接合材２２への加圧を行う為に、第１の基板上に約４０ｇのＳＵＳ３０４のブロックを重りとして載せた。このようにして、第１の基板と第２の基板とを接合材２２を介して接触させた。その状態で、ベルトコンベア式の連続炉に入れ、約４６０℃、ピーク保持時間は２０〜３０ｍｉｎで大気中の熱処理を行い、接合フリットを軟化溶融させて、第１の基板と第２の基板とを接合させた。
以上の様にして、マイクロ流路デバイスを作製した。デバイスの抵抗体の電気抵抗を測定した所、金属間化合物を生成させた後の熱処理では、抵抗の変動が０．０８％以下と非常に小さく、ほとんど変動していない事が分かった。また、本実施例で作製した前記のデバイスは、金属間化合物の生成熱処理の前後で、全て抵抗体の電気抵抗の変動量が同じであり、抵抗の補正も容易に行う事が出来た。
以上、本発明のマイクロ流路デバイスの好ましい実施形態について具体的に説明してきたが、本発明は開示された実施形態にのみ限定されない。電気抵抗の変動が問題になる高温熱処理を必要とするデバイスなら、マイクロ流路デバイスに限定されない。
１１ 第１の基板
１２ 第２の基板
２１ マイクロ流路の隔壁
２２ 接合材
３１ 保護膜
３２ 引出し電極
３３ 抵抗体
３４ 中間材
４１ マイクロ流路
４２ 貫通穴

Claims (7)

  1. 組成が異なる複数の金属層を基板上に有する第１の構造、および形成時に焼成工程を要する第２の構造を含むデバイスであって、
    第１の構造を形成する第１の金属層と第２の金属層との間には中間層が形成されており、該中間層は第１の金属層を構成する一つ以上の金属元素および第２の金属層を構成する一つ以上の金属元素を含む金属間化合物であり、かつ該金属間化合物の融点はその後のデバイスの製造プロセスで必要とされる焼成温度よりも高いことを特徴とするデバイス。
  2. 前記金属間化合物の融点は第２の構造を形成する際の焼成温度よりも高いことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
  3. 前記デバイスはマイクロ流路デバイスであることを特徴とする請求項１または２に記載のデバイス。
  4. 前記第１の金属層はヒーターの機能を有し、前記第２の金属層は前記第１の金属層に電気的に接合された電極であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のデバイス。
  5. 第１の金属層、第２の金属層および金属元素または金属元素を含む化合物であって第１の金属層と第２の金属層との間で焼成による相互拡散によって金属間化合物を形成するものからなる中間材の層を形成した後、第２の構造を形成する前に、それ以降のプロセスで必要な焼成温度よりも高い温度で第１の金属層、第２の金属層および中間材の層を焼成することにより、中間層を生成することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のデバイスの製造方法。
  6. 第１の金属層および第２の金属層を形成した後、第２の構造を形成する前にそれ以降のプロセスで必要な焼成温度よりも高い温度で第１の金属層および第２の金属層を焼成することにより第１の金属層と第２の金属層との間に中間層を生成することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のデバイスの製造方法。
  7. 積層した複数の金属層を基板上に有する第一の構造、および該基板に接合されており、ガラスフリットを焼成して得られた第二の構造を有するデバイスであって、
    第１の金属層と第２の金属層との間に、第１の金属層を構成する一つ以上の金属元素および第２の金属層を構成する一つ以上の金属元素を含む金属間化合物の中間層を有し、かつ該金属間化合物の融点が前記ガラスフリットの焼成温度よりも高いことを特徴とするデバイス。
JP2011277996A 2011-12-20 2011-12-20 デバイスおよびその製造方法 Pending JP2013128993A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011277996A JP2013128993A (ja) 2011-12-20 2011-12-20 デバイスおよびその製造方法
US13/693,349 US9162224B2 (en) 2011-12-20 2012-12-04 Device and method for manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011277996A JP2013128993A (ja) 2011-12-20 2011-12-20 デバイスおよびその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013128993A true JP2013128993A (ja) 2013-07-04

Family

ID=48610338

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011277996A Pending JP2013128993A (ja) 2011-12-20 2011-12-20 デバイスおよびその製造方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9162224B2 (ja)
JP (1) JP2013128993A (ja)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8690073B2 (en) * 2003-05-16 2014-04-08 Kambix Innovations, Llc Control of flow rate and thermal conditions using two-layered thin films separated by flexible seals and rotatable pivot
US8814057B2 (en) * 2003-05-16 2014-08-26 Kambix Innovations, Llc Minimizing flow disturbances in fluidic cells utilizing soft seals
US8714461B2 (en) * 2003-05-16 2014-05-06 Kambix Innovations, Llc Enhancing insulating properties at higher temperature utilizing soft seals
US8684275B2 (en) * 2003-05-16 2014-04-01 Kambix Innovations, Llc Smart passive thermal devices and methods
US8684274B2 (en) * 2003-05-16 2014-04-01 Kambix Innovations, Llc Cooling enhancements in thin films using flexible complex seal due to temperature increase or thermal load increase
US9248450B2 (en) * 2010-03-30 2016-02-02 Advanced Liquid Logic, Inc. Droplet operations platform
CN110465335B (zh) * 2018-05-09 2021-06-22 安徽省立医院 一种微流控芯片及夹具
WO2020122925A1 (en) * 2018-12-13 2020-06-18 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Rapid thermal cycling
CN111229339B (zh) * 2020-01-17 2021-11-30 上海新微技术研发中心有限公司 光栅波导微流体芯片的制造方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09162513A (ja) 1995-12-12 1997-06-20 Sanken Electric Co Ltd 厚膜導体を有する回路基板
JPH11186263A (ja) 1997-12-17 1999-07-09 Matsushita Electron Corp 半導体装置およびその製造方法
JP2003202678A (ja) 2001-08-10 2003-07-18 Toray Ind Inc マイクロ流体操作部材
US7089635B2 (en) * 2003-02-25 2006-08-15 Palo Alto Research Center, Incorporated Methods to make piezoelectric ceramic thick film arrays and elements
US20070190685A1 (en) * 2006-02-10 2007-08-16 Ralph Ebbutt Cooling facility and method for integrated circuit
JP5797926B2 (ja) * 2011-04-21 2015-10-21 株式会社エンプラス 流体取扱装置およびその製造方法ならびに流体取扱システム

Also Published As

Publication number Publication date
US9162224B2 (en) 2015-10-20
US20130156657A1 (en) 2013-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2013128993A (ja) デバイスおよびその製造方法
US8314535B2 (en) Piezoelectric multilayer component
JP5416719B2 (ja) 大型装置のフリットシーリング
US20170183223A1 (en) Method of Bonding Two Substrates and Device Manufactured Thereby
DE102009006822A1 (de) Mikrostruktur, Verfahren zu deren Herstellung, Vorrichtung zum Bonden einer Mikrostruktur und Mikrosystem
US20070039920A1 (en) Method of fabricating nanochannels and nanochannels thus fabricated
TWI430422B (zh) 配線連接方法及功能裝置
US7780813B2 (en) Electric field mediated chemical reactors
KR100369910B1 (ko) 진공마이크로일렉트로닉장치와진공마이크로일렉트로닉장치를제조하는방법
Tanaka et al. Electrical interconnection in anodic bonding of silicon wafer to LTCC wafer using highly compliant porous bumps made from submicron gold particles
JP4380264B2 (ja) 接合基板及び基板の接合方法
JP6128566B2 (ja) 材料層を互いに接合する方法および生じるデバイス
JP4683872B2 (ja) マイクロ化学チップおよびその製造方法
JP5319910B2 (ja) 導電性パターンの埋設形成方法、積層基板の製造方法及び微細流路構造体の製造方法
KR100445744B1 (ko) 실리콘 기판에 매립된 마이크로채널 어레이 구조체 및이의 제조방법
JP2006225197A (ja) マイクロ化学チップの製造方法
Cheung Die-level glass frit vacuum packaging for a micro-fuel processor system
US20180236444A1 (en) Process for producing a buried microfluidic channel with integrated heater
JP2009288008A (ja) 積層基板および積層基板の製造方法
JP2005158717A (ja) 流体式スイッチ及び流体式スイッチの製造及びシール方法
JP2006088077A (ja) マイクロ化学チップおよびその製造方法
JP2007050463A (ja) 流路形成体及び流路形成体の製造方法
JP2005011807A (ja) 流体ベースのスイッチ及び該スイッチの製造方法
US6808644B2 (en) Capillary with glass internal surface
Tripathi et al. Development of low cost set up for anodic bonding and its characterization

Legal Events

Date Code Title Description
RD05 Notification of revocation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7425

Effective date: 20130701