JP4595137B2

JP4595137B2 - Ｃｂｃセンサの製造方法

Info

Publication number: JP4595137B2
Application number: JP2005238268A
Authority: JP
Inventors: 力也田邊; 誠一秦; 明下河邉
Original assignee: Nihon Kohden Corp; Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Nihon Kohden Corp; Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2005-08-19
Filing date: 2005-08-19
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2025-08-19
Also published as: JP2007051964A

Description

本発明は、光硬化型樹脂を主構造材料として使用し、パターニング工程と基板面との接合を同時に行うことにより、製造工程を少なくして製造コストを低減し、しかも集積度の高い構造を得ることができるＣＢＣ（Complete Blood Count：血球計数）センサの製造方法に関するものである。

従来、混合物中に存在する様々な物質から個々の物質に分析を行う化学分析装置として、クロマトグラフィ装置が使用されており、このクロマトグラフィ装置においては、管の中に吸着剤を詰めて使用する充填カラムや、中空の管の内壁に吸着剤を塗布して使用するキャピラリカラム等の分離カラムが知られている。

このようなクロマトグラフィ装置等において、キャピラリ電気泳動を利用する一般的なμＴＡＳ（Ｍicro Ｔotal Ａnalysis Ｓystem ：微細全分析システム）に使用するためのマイクロ中空構造体は、例えばシリコン基板にウェットエッチングやドライエッチングを用いて溝加工を施した後、カバー用の基板を陽極接合等の方法により接合して、マイクロ中空構造を製作することが提案されている（特許文献１参照）。

すなわち、前記特許文献１には、(1) シリコン基板上に、フォトリソグラフィ技術を用いて１本の溝を、例えば蛇行状にエッチングして溝を形成し、(2) 溝の底部には、例えばアルミニウムを蒸着し、アルミニウムを陽極酸化し、アルミナとして吸着剤を形成し、(3) シリコン基板の上にガラス等の基板を、例えば陽極接合により接合することにより、前記吸着剤が内臓された中空の管状のキャピラリカラムが、シリコン基板とガラス基板に京成され、(4) 前記中空の管状のキャピラリカラムの１つの端管には導入口を、もう１つの端管には導出口を形成するクロマトグラフィ装置が記載されている。

また、前述したマイクロ中空構造体を利用する装置として、マイクロ血球カウンタが提案されている（特許文献２参照）。すなわち、この特許文献２には、電極リード部の取り出し構造が簡単で、しかも電極リード部が途中で断線したりせず、また検体血液の詰まりが生じたりしないマイクロ血球カウンタを提供するものであって、(1) 流路（マイクロチャンネル）の途中にアパーチャを形成し、このアパーチャの両側の流路にそれぞれ電極を設け、検体血液を一方の流路側からアパーチャを経て他方の流路側に移動させ、前記検体血液が前記アパーチャを通過する時に生ずるインピーダンス変化を前記両電極によって検出するマイクロ血球カウンタにおいて、(2) 前記各電極を各流路の底部に設けると共に、前記各電極にそれぞれ接続された電極リード部を前記流路底部と同じレベル位置になるように形成することが記載されている。

このように、マイクロ血球カウンタにおけるマイクロ中空構造体としての血球計数センサを製作する場合においては、電極配線構造を流路（マイクロチャンネル）中に組み込む場合、カバー用の基板を陽極接合する場合の接合面でのシール性が問題になり、配線パターンの構造に工夫が必要であった。また、基板面から垂直方向への積層ができないため、水平方向へ広げるのみで、大規模なマイクロ中空構造体を製造することは困難であった。

一方、樹脂系のマイクロ中空構造体の製造には、ソフトＬＩＧＡと呼ばれる手法が知られている。すなわち、この手法は、ＭＥＭＳ（Ｍicroelectromechanical Ｓystem ：超小型電子機械装置）で加工製作した微細金型を使用して樹脂の成形を行い、成形された微細部品を組み立てるようにしたものである（特許文献３、４、５参照）。

すなわち、この特許文献３には、(1) ダミー部材により中空部形成部材用基材としての銅箔を支持し、この銅箔の上にインクジェットでレジストを所定のパターンに描画した後、溶剤により銅箔をエッチングして、レジストにより特定される所定のパターンを有する中空部形成部材を形成し、(2) その後エポキシ樹脂を金型内に注入して硬化させた後、中空部形成部材およびダミー部材を除去して、中空部用凹部を有する第１デバイス本体を形成し、(3) この第１デバイス本体に、無垢の表面を有する第２デバイス本体を接着して、中空部を有する中空デバイスの製造方法が記載されている。

また、前記特許文献４には、(1) 微細で複雑な流路パターンを簡易にかつ低コストで多種多様なパターンに設定することを可能とし、流路パターンの設計の自由度を向上させ、様々な用途に的確にかつ容易に対応することができる中空デバイスの製造方法であって、(2) 金型に設定されたパターンにより中空部の流路パターンを特定し、(3) この金型として異なる機能性パターンを有する複数種のセルおよびブランクセルを使用し、これらの各セルを必要に応じて任意に組み合わせて金型のパターンを設定し、中空部の流路パターンを特定するようにしたことが記載されている。

さらに、前記特許文献５には、(1) 微細で複雑なパターンの中空部を有する中空デバイスを簡易にかつ低コストで精度良く製造する中空デバイスの製造方法であって、(2) 型枠内に凸部を有する中空部形成用金型を設置し、この型枠内にエポキシ樹脂等の本体用材料を注入して硬化させて第１デバイス本体を形成し、(3) この第１デバイス本体を、中空部形成用金型から離反して、中空部用凹部を形成し、(4) この第１デバイス本体の中空部用凹部を有する面に、無垢の表面を有する第２デバイス本体を接着して、中空部を有する中空デバイスを製造することが記載されている。

しかしながら、前述した樹脂系の中空構造体からなる中空デバイスの製造方法においては、製造コストが安く、基板の接合面におけるシール性は良好であるが、極めて微小な成形部品を組み立てる必要があるため、作業性が悪く、品質の安定した製品の量産化が困難である等の難点がある。
特開２００１−３４３３７７号公報特開２００２−２７７３８０号公報特開２００４− ９２７３号公報特開２００４− ９０２４２号公報特開２００４−２７６１２４号公報

本発明の目的は、μＴＡＳによる加工技術を応用して、容易かつ低コストに製造することができ、吸光度測定用光学セル、試料搬送流路、圧力チャンバ、試料混合槽、送液ポンプ等の流体要素およびその複合システムを構成する中空構造体からなるマイクロ中空デバイス、特に微量な血液で血球計数を行うのに適したＣＢＣ（Complete Blood Count：血球計数）センサの製造方法を提供することにある。

すなわち、本発明においては、従来の製造技術から飛躍的に製造コストや製造工程を削減することができ、しかも集積度の高いマイクロ中空デバイスないしＣＢＣセンサを製造することができるものである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る請求項１に記載のＣＢＣセンサの製造方法は、ベース基板上に少なくとも２つ以上の電極を配置すると共にこのベース基板上に、光硬化型樹脂からなるレジストを形成し、この厚膜レジスト上に現像液注入穴を設けた透明なカバー基板を載置し、前記厚膜レジストをソフトベークし、次いで前記厚膜レジストに対して前記電極とそれぞれ対応して隣接するチャンバを形成すると共に前記隣接するチャンバの境界部に血液を流過させるアパーチャを設けてその下流側チャンバをディフューザ型または案内羽根型となるように、カバー基板上から前記厚膜レジストに対して露光およびベーク処理して、前記厚膜レジストを硬化させると同時に上下基板を接合させ、前記カバー基板の現像液注入穴から適宜現像液を注入し不要部分を溶解除去してＣＢＣセンサとしてのマイクロ中空構造部を形成することを特徴とする。

本発明に係る請求項２に記載のＣＢＣセンサの製造方法は、前記光硬化型樹脂にはエポキシ樹脂からなる厚膜レジストを使用し、前記透明なカバー基板にはガラス基板を使用することを特徴とする。

本発明に係る請求項３に記載のＣＢＣセンサの製造方法は、前記ベース基板上に形成した厚膜レジストに対し、カバー基板を載置する際に、前記ソフトベークをその前後において前記厚膜レジストに施すことを特徴とする。

本発明に係るＣＢＣセンサの製造方法によれば、マイクロ中空構造部の製作を容易かつ低コストに行うことができると共に、ベース基板から電極配線層、血球計数センサ層、試料混合チャンバ層、試料搬送配管層、圧力チャンバ層と集積することにより、μＴＡＳ型の血球計数器を容易に製作することができる。

すなわち、本発明に係るＣＢＣセンサの製造方法は、μＴＡＳの構成要素として、リアクタ、センサ、圧力チャンバ、ポンプ、これらを連結するチャネル、バルブ等の複数の要素の製作に対して、それぞれ好適に応用することができる。そして、本発明のＣＢＣセンサの製造方法によれば、前記要素の製作に際して、それぞれ設計についての制約が少ない状態で集積することが可能となる。このように、本発明の製造方法によれば、配線層を設けることによる密封構造とした場合のシール性悪化も、樹脂層に吸収することが可能となるので、マイクロ中空構造部の製作に広く応用が可能であり、また中空サンドイッチ構造を、複数層重ねて製作することにより、集積度の高いμＴＡＳの作成が可能となる。また、集積度を上げた際の上層部への形状転写による面積度の劣化も、１層毎にカバー基板を設けることにより、面積度を保持したまま集積することが可能となる。

次に、本発明の実施例として、マイクロ中空デバイス及びＣＢＣセンサの構成と、その製造方法につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。

図１は、本発明に係るマイクロ中空デバイス１０の一実施例を示す外観斜視図であり、図２はこのマイクロ中空デバイス１０の分解斜視図である。すなわち、図１および図２において、本実施例のマイクロ中空デバイス１０は、パイレックス（登録商標）等からなる平坦度が確保されたベース基板１２と、このベース基板１２上にスピンコーティングにより均一な膜厚で塗布されたエポキシ樹脂等の光硬化型樹脂からなる厚膜レジスト１４と、この厚膜レジスト１４上に載置された一対の現像液注入穴１５ａ、１５ｂを設けたパイレックス等の酸化ガラス基板からなる透明なカバー基板１６とから構成されている。

前記ベース基板１２上には、一対の電極１７ａ、１７ｂを配置し、前記厚膜レジスト１４には前記電極１７ａ、１７ｂとそれぞれ対応して隣接するチャンバ１８ａ、１８ｂを形成すると共に前記隣接するチャンバ１８ａ、１８ｂの境界部に血液を流過させるアパーチャ１９を設けた中空構造部２０が設けられる（図３参照）。そして、前記中空構造部２０のチャンバ１８ａ、１８ｂとそれぞれ対応するように、前記カバー基板１６の現像液注入穴１５ａ、１５ｂが位置決めされる。なお、前記カバー基板１６の現像液注入穴１５ａ、１５ｂに対しては、それぞれ配管ジョイント２１ａ、２１ｂが結合される。

このように構成したマイクロ中空デバイス１０は、前記中空構造部２０に配管ジョイント２１ａ、２１ｂを介して試料血液を流すことにより、アパーチャ１９を通過する時に生じるインピーダンス変化を電極１７ａ、１７ｂによって検出することができるＣＢＣセンサとすることができる。

次に、図４の（ａ）〜（ｅ）に基いて、本発明に係るマイクロ中空デバイス１０の製造工程について説明する。最初に、図５に示す製造工程のフローチャートに基いて、本発明に係るマイクロ中空デバイス１０の基本的な製造方法について説明する。

図４の（ａ）に示す平坦度が確保された酸化ガラス基板からなるベース基板１２上に、図４の（ｂ）に示すように、光硬化型樹脂ＳＵ−８からなるレジスト１４をスピンコーティングにより均一な膜厚に塗布し（ＳＴＥＰ−１）、この厚膜レジスト１４の上に、図４の（ｃ）に示すように、一対の現像液注入穴１５ａ、１５ｂを設けた透明な酸化ガラス基板からなるカバー基板１６を載置する（ＳＴＥＰ−２）。次いで、前記厚膜レジスト１４に対し、６５℃で１０分間、９５℃で４５分間のプリベーク処理を行って（ＳＴＥＰ−３）、図４の（ｄ）に示すように、所要のマイクロ中空構造部の形状２２′をカバー基板１６上から露光（ＳＴＥＰ−４）およびベーク処理して（ＳＴＥＰ−５）、前記厚膜レジスト１４を硬化させると同時に上下基板１２、１６を接合させる。その後、前記カバー基板１６の現像液注入穴１５ａ、１５ｂから適宜現像液を注入し不要部分を溶解除去して（ＳＴＥＰ−６）、図４の（ｄ）に示すように、所要のマイクロ中空構造２２を形成する。

なお、前記のマイクロ中空デバイス１０の基本的な製造方法においては、レジスト１４が未硬化時にカバー基板１６を設置するために、設置時に気泡が封入される惧れがある。そこで、このような現象を回避するため、カバー基板１６の設置の前後においてそれぞれベーク工程を分割して行い、カバー基板１６の設置タイミングを変更することにより、好ましい結果が得られた。そこで、この場合の製造工程について、図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。

前記製造工程と同様に、まず平坦度が確保された酸化ガラス基板からなるベース基板１２上に、光硬化型樹脂ＳＵ−８からなるレジスト１４をスピンコーティングにより均一な膜厚に塗布する（ＳＴＥＰ−１１）。次いで、前記厚膜レジスト１４に対し、６５℃で１０分間、９５℃で３０分間の第１のソフトベーク処理を行い（ＳＴＥＰ−１２）、溶媒の揮発を行って、自然冷却により硬化させ（ＳＴＥＰ−１３）、作業性の良い状態でカバー基板１４のアライメントおよび設置作業を行う（ＳＴＥＰ−１４）。カバー基板１４の設置後、９５℃で１２分間の第２のソフトベーク処理を行う（ＳＴＥＰ−１５）。以下、前記と同様にして、前記厚膜レジスト１４に対し、所要のマイクロ中空構造の形状２２′をカバー基板１６上から露光およびベーク処理して（ＳＴＥＰ−１６）、前記厚膜レジスト１４を硬化させると同時に上下基板１２、１６を接合させる。その後、前記カバー基板１６の現像液注入穴１５ａ、１５ｂから適宜現像液を注入し不要部分を溶解除去して（ＳＴＥＰ−１７）、図４の（ｄ）に示すように、所要のマイクロ中空構造部２２を形成する。

図７の（ａ）、（ｂ）は、本発明に係るＣＢＣセンサのマイクロ中空構造部の一実施例を示すものである。なお、ＣＢＣセンサの中空構造部については、前述したマイクロ中空デバイスの製造方法と共通するため、詳細な説明は省略する。また、説明の便宜上、前述した図１ないし図３に示すマイクロ中空デバイスの構成要素と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して説明する。

すなわち、本実施例のマイクロ中空構造部３０Ａは、ベース基板１２上には一対の電極１７ａ、１７ｂを配置し、前記厚膜レジスト１４には前記電極１７ａ、１７ｂとそれぞれ対応して隣接するチャンバ１８ａ、１８ｂを形成すると共に、前記隣接するチャンバ１８ａ、１８ｂの境界部に血液を流過させるアパーチャ１９を設けて、その下流側チャンバ１８ｂをディフューザ型となるように、前記カバー基板１６上から前記厚膜レジスト１４に対し露光およびベーク処理して、前記厚膜レジスト１４を硬化させると同時に上下基板１２、１６を接合させる。その後、前記カバー基板１６の現像液注入穴１５ａ、１５ｂから現像液を適宜注入し不要部分を溶解除去して、前記ディフューザ型のマイクロ中空構造部３０Ａを形成し、さらに前記カバー基板１６の現像液注入穴１５ａ、１５ｂに配管ジョイント２１ａ、２１ｂを接続して、それぞれ血液の導入口および導出口を構成してものである。なお、前記ディフューザ型の下流側チャンバ１８ｂは、開き角が１０〜４０であり、特に３０度が好ましい。

図８の（ａ）、（ｂ）は、本発明に係るＣＢＣセンサのマイクロ中空構造部の別の実施例を示すものである。なお、ＣＢＣセンサの中空構造部については、前述したマイクロ中空デバイスの製造方法と共通するため、詳細な説明は省略する。また、説明の便宜上、前述した図１ないし図３に示すマイクロ中空デバイスの構成要素と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して説明する。

すなわち、本実施例のマイクロ中空構造部３０Ｂは、ベース基板１２上には一対の電極１７ａ、１７ｂを配置し、前記厚膜レジスト１４には前記電極１７ａ、１７ｂとそれぞれ対応して隣接するチャンバ１８ａ、１８ｂを形成すると共に、前記隣接するチャンバ１８ａ、１８ｂの境界部に血液を流過させるアパーチャ１９を設けて、その下流側チャンバ１８ｂを乱流防止を行う案内羽根型となるように、前記カバー基板１６上から前記厚膜レジスト１４に対し露光およびベーク処理して、前記厚膜レジスト１４を硬化させると同時に上下基板１２、１６を接合させ、前記カバー基板１６の現像液注入穴１５ａ、１５ｂから現像液を注入し不要部分を溶解除去して、前記案内羽根型のマイクロ中空構造部３０Ｂを形成し、さらに前記カバー基板１６の現像液注入穴１５ａ、１５ｂに配管ジョイント２１ａ、２１ｂを接続して、それぞれ血液の導入口および導出口を構成したものである。なお、前記案内羽根型の下流側チャンバ１８ｂは、開き角が１０〜４０であり、特に３０度が好ましい。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は前述した実施例に限定されることなく、例えばカバー基板の上から厚膜レジストに対し、所要の中空構造部のパターンを露光する場合に、ガラスの光の屈折によるパターンの劣化を防止するために、カバー基板の裏側にクロム等により予めパターンを形成しておくことができる等、本発明の精神を逸脱しない範囲内において、多くの設計変更を行うことができる。

マイクロ中空デバイスの一実施例を示す外観斜視図である。図１に示すマイクロ中空デバイスの分解斜視図である。図１および図２に示すマイクロ中空デバイスのベース基板に配置した電極と中空構造部との位置関係を示す説明図である。（ａ）〜（ｅ）はマイクロ中空デバイスの製造工程を示す概略説明図である。マイクロ中空デバイスの製造工程の一実施例を示すフローチャート図である。マイクロ中空デバイスの製造工程の別の実施例を示すフローチャート図である。（ａ）は本発明に係るＣＢＣセンサのマイクロ中空構造部の一実施例を示す説明図、（ｂ）は（ａ）に示すマイクロ中空構造部の拡大説明図である。（ａ）は本発明に係るＣＢＣセンサのマイクロ中空構造部の別の実施例を示す説明図、（ｂ）は（ａ）に示すマイクロ中空構造部の拡大説明図である。

符号の説明

１０マイクロ中空デバイス
１２ベース基板
１４厚膜レジスト
１５ａ、１５ｂ現像液注入口
１６カバー基板
１７ａ、１７ｂ電極
１８ａ、１８ｂチャンバ
１９アパーチャ
２０中空構造部
２１ａ、２１ｂ配管ジョイント
２２′ マイクロ中空構造部の形状
２２マイクロ中空構造部
３０Ａマイクロ中空構造部
３０Ｂマイクロ中空構造部

Claims

ベース基板上に少なくとも２つ以上の電極を配置すると共にこのベース基板上に、光硬化型樹脂からなるレジストを形成し、この厚膜レジスト上に現像液注入穴を設けた透明なカバー基板を載置し、前記厚膜レジストをソフトベークし、次いで前記厚膜レジストに対して前記電極とそれぞれ対応して隣接するチャンバを形成すると共に前記隣接するチャンバの境界部に血液を流過させるアパーチャを設けてその下流側チャンバをディフューザ型または案内羽根型となるように、カバー基板上から前記厚膜レジストに対して露光およびベーク処理して、前記厚膜レジストを硬化させると同時に上下基板を接合させ、前記カバー基板の現像液注入穴から適宜現像液を注入し不要部分を溶解除去してＣＢＣセンサとしてのマイクロ中空構造部を形成することを特徴とするＣＢＣセンサの製造方法。
前記光硬化型樹脂にはエポキシ樹脂からなる厚膜レジストを使用し、前記透明なカバー基板にはガラス基板を使用することを特徴とする請求項１記載のＣＢＣセンサの製造方法。
前記ベース基板上に形成した厚膜レジストに対し、カバー基板を載置する際に、前記ソフトベークをその前後において前記厚膜レジストに施すことを特徴とする請求項１または２記載のＣＢＣセンサの製造方法。