JP5040388B2 - マイクロチップの製造方法 - Google Patents

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Description

この発明は、内面に機能性膜が形成された流路を有するマイクロチップを製造する方法に関する。
微細加工技術を利用してシリコンやガラス基板上に微細な流路や回路を形成し、微小空間上で核酸、タンパク質、血液などの液体試料の化学反応や、分離、分析などを行うマイクロ分析チップ、あるいはμＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ）と称される装置が実用化されている。このようなマイクロチップの利点としては、サンプルや試薬の使用量又は廃液の排出量が軽減され、省スペースで持ち運び可能な安価なシステムの実現が考えられる。
マイクロチップは、少なくとも一方の部材に微細加工が施された部材２つをはり合わせることにより製造される。従来においては、マイクロチップにはガラス基板が用いられ、様々な微細加工方法が提案されている。しかしながら、ガラス基板は大量生産には向かず、非常に高コストであるため、廉価で使い捨て可能な樹脂製マイクロチップの開発が望まれている。
微細流路が形成されたマイクロチップは、表面に流路用溝が形成された樹脂製のマイクロチップ基板と、流路用溝のカバーとして機能する樹脂製のマイクロチップ基板とを、流路用溝が形成された面を内側にして接合することによって作製される。
マイクロチップ基板を接合する方法として、接着剤を用いて接合する方法、有機溶剤で樹脂基板の表面を溶かして接合する方法（例えば特許文献１）、超音波溶着を利用して接合する方法（例えば特許文献２）、熱圧着を利用して接合する方法（例えば特許文献３）、レーザ溶着を利用する方法などがある（例えば特許文献４）。
また、マイクロチップのように微細流路中に通液して検査を行うような素子においては、流路に対して機能性処理が施されている。機能性処理として、例えば、流路にタンパク質などの液体試料が付着しないように、流路表面に親水性の性質を付与する処理が行われている。例えば、ＳｉＯ２膜のコーティングは親水性も十分にあり、無機物であるため材料として安定、高透明度を有するなどの特徴がある。また、液体試料に対する撥水性、選択的に分子に対する吸着機能を持たせるためのフッ素系樹脂を用いた膜も、ここでいう機能性膜の１例である。
流路表面に親水性の性質などの機能性を付与する処理としては、有機物／無機物のコーティング、流路内に溶液を流すことによるディッピングなどの手法がある。なかでも、ＣＶＤやスパッタリングなどによる機能性膜の形成では、膜の種類によって、機能性効果も十分であり、流路表面に対する密着性や膜の均一性においても良好となる。
ところで、微細流路の幅が数μｍであるため、流路用溝の内面が機能性膜で成膜されるようにマスキングを行ってマイクロチップ基板に機能性膜を形成することは困難である。特に、表面に形成された流路用溝のパターンが複雑の場合、そのパターンの位置に合わせてパターニングによって機能性膜を形成することは困難である。そこで、従来においては、表面に流路用溝が形成された樹脂製のマイクロチップ基板に対して、流路用溝を含む面全体に機能性膜を形成し、その後、流路用溝が形成された面を内側にして、接合の相手方となる樹脂製のマイクロチップ基板と接合することによって樹脂製のマイクロチップを製造していた。
しかしながら、流路用溝を含む面全体に機能性膜を形成した場合、接合の相手方となるマイクロチップ基板との接合面にも機能性膜が形成され、接合面において樹脂同士の接触とならないため、マイクロチップ基板同士の接合が非常に困難になる。すなわち、熱圧着などの方法では、基板の樹脂表面を溶かして再度固化させることで樹脂製のマイクロチップ基板同士を接合するため、接合面に機能性膜が形成されている場合は、マイクロチップ基板同士を接合することが困難になる。
流路用溝以外の表面に形成された機能性膜を剥離する方法も考えられるが、剥離するための工程が増えてしまう問題がある。また、剥離することによってほこり等が発生し、マイクロチップ基板の接合面にほこり等が残存すると、接合のムラを引き起こす原因にもなり、外観品質にも影響を及ぼしてしまう。
そのため、流路用溝を含む面に機能性膜を形成した場合は、接着剤を用いてマイクロチップ基板同士を接合していた。
しかしながら、接着剤を用いてマイクロチップ基板同士を接合する場合、微細流路内に接着剤が染み出して微細流路を塞いでしまうおそれがある。また、接着剤によって機能性膜の機能が妨げられるおそれがある。
従って、微細流路の内面に機能性膜を形成し、さらに、接着剤を用いずにマイクロチップ基板を接合することが可能な方法が望まれていた。
また、特許文献２に記載の超音波による溶着方法においては、超音波の印加による微細流路へのダメージを避けるために、微細流路のパターンを避けた形状の超音波ホーンを作製し、その超音波ホーンを用いて超音波溶着を行っている。しかしながら、微細流路のパターンは複雑であるため、そのパターンを避けた形状の超音波ホーンを作製することは困難である。そのため、超音波の印加による微細流路へのダメージを避けることは困難であった。
特開２００５−８０５６９号公報 特開２００５−７７２３９号公報 特開２００５−７７２１８号公報 特開２００５−７４７９６号公報
この発明は上記の問題を解決するものであり、流路の内面に機能性膜を形成するとともに、樹脂製のマイクロチップ基板同士を接合す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。
この発明の第１の形態は、２つの樹脂製基板を有し、前記２つの樹脂製基板のうち少なくとも一方の樹脂製基板の表面に流路用溝が形成され、前記流路用溝が形成された面を内側にして接合されたマイクロチップの製造方法であって、前記流路用溝の内面以外の表面における表面粗さＲａ以下の厚さを有する機能性膜を、前記流路用溝が形成された面及び前記流路用溝の内面に形成する第１工程と、前記流路用溝が形成された樹脂製基板と、この樹脂製基板に接合される樹脂製基板とのそれぞれを、これらの対向面が凹面又は凸面となるように反らした形状に作成する第２工程と、前記反りを与えた２つの樹脂製基板の各凹面又は凸面が対向するように配置し、前記対向する面が凹面の場合は中央部を、前記対向する面が凸面の場合は周辺部を上方から加圧することで密着させながら超音波溶着によって２つの樹脂製基板を接合する第３工程と、を含むことを特徴とするマイクロチップの製造方法である。
また、この発明の第２の形態は、第１の形態に係るマイクロチップの製造方法であって、前記流路用溝の内面以外の表面における表面粗さＲａは、前記流路用溝の深さ以下であることを特徴とする。
また、この発明の第３の形態は、第１の形態又は第２の形態のいずれかに係るマイクロチップの製造方法であって、前記２つの樹脂製基板のうち一方の樹脂製基板の表面に流路用溝が形成され、前記第１工程では、前記一方の樹脂製基板に対しては、前記流路用溝の内面以外の表面における表面粗さＲａ以下の厚さを有する機能性膜を、前記流路用溝が形成された面及び前記流路用溝の内面に形成し、他方の樹脂製基板に対しては、前記一方の樹脂製基板と接合する面に、表面粗さＲａ以下の厚さを有する機能性膜を形成し、前記第３工程では、前記一方の樹脂製基板については前記流路用溝が形成された面を内側にし、前記他方の樹脂製基板については前記機能性膜が形成された面を内側にして前記２つの樹脂製基板を重ねることを特徴とする。
また、この発明の第４の形態は、第１の形態又は第２の形態のいずれかに係るマイクロチップの製造方法であって、前記流路用溝は前記２つの樹脂製基板の両方の表面にそれぞれ形成されており、前記第１工程では、前記流路用溝の内面以外の表面における表面粗さＲａ以下の厚さを有する機能性膜を、前記２つの樹脂製基板の前記流路用溝が形成された面及び前記流路用溝の内面に形成し、前記第３工程では、前記２つの樹脂製基板に形成された流路用溝をそれぞれ内側にし、互いに流路用溝の位置合わせを行って前記２つの樹脂製基板を重ねることを特徴とする。
また、この発明の第５の形態は、第１の形態から第４の形態のいずれかに係るマイクロチップの製造方法であって、前記機能性膜はＳｉＯ２膜であることを特徴とする。
また、この発明の第６の形態は、第１の形態から第５の形態のいずれかに係るマイクロチップの製造方法であって、前記第１工程では、前記流路用溝が形成された面に前記機能性膜の塗布溶液を塗布し、硬化させることで前記機能性膜を形成することを特徴とする。
また、この発明の第７の形態は、第１の形態から第５の形態のいずれかに係るマイクロチップの製造方法であって、前記第１工程では、スパッタリングによって前記機能性膜を形成することを特徴とする。
また、この発明の第８の形態は、第１の形態から第５の形態のいずれかに係るマイクロチップの製造方法であって、前記第１工程では、ＣＶＤによって前記機能性膜を形成することを特徴とする。
また、この発明の第９の形態は、第１の形態から第８の形態のいずれかに係るマイクロチップの製造方法であって、前記表面粗さＲａは、５μｍ〜２５μｍであることを特徴とする。
また、この発明の第１０の形態は、第９の形態に係るマイクロチップの製造方法であって、前記機能性膜の厚さは、１μｍ〜３μｍであることを特徴とする。
この発明によると、流路用溝が形成された面に、膜厚が流路用溝の内面以外の表面における表面粗さＲａ以下の厚さを有する機能性膜を形成することで、超音波の印加によって樹脂製基板の接合面に形成された機能性膜を剥離することができ、樹脂同士の接合が可能となる。これにより、流路用溝の内面に機能性膜を形成することができ、さらに、樹脂基板同士を強固に接合することが可能となる。
［第１の実施形態］
この発明の第１実施形態に係るマイクロチップの製造方法について図１を参照して説明する。図１は、この発明の第１実施形態に係るマイクロチップの製造方法を説明するためのマイクロチップ基板の断面図である。
図１（ａ）に示すように、樹脂製のマイクロチップ基板１の表面には、表面に沿って延びる流路用溝２が形成されている。マイクロチップ基板１の接合の相手方となるマイクロチップ基板４は、平板状の基板である。そして、流路用溝２が形成されている面を内側にして、マイクロチップ基板１とマイクロチップ基板４を接合することで、微細流路が形成されたマイクロチップを製造する。これにより、マイクロチップ基板４が流路用溝２の蓋（カバー）として機能する。なお、マイクロチップ基板１、４が、この発明の「樹脂製基板」の１例に相当する。
また、マイクロチップ基板１には、基板を貫通して形成された貫通孔が形成されている。この貫通孔は流路用溝２に接して形成されており、マイクロチップ基板１とマイクロチップ基板４を接合することで、外部と流路用溝２を繋げる開口部となる。この開口部は、ゲル、試料、緩衝液の導入、保存、排出を行うための孔である。開口部の形状は、円形状や矩形状の他、様々な形状であっても良い。この開口部に、分析装置に設けられたチューブやノズルを接続し、そのチューブやノズルを介して、ゲル、試料、又は緩衝液などを流路用溝２に導入し、又は、流路用溝２から排出する。なお、貫通孔をマイクロチップ基板４に形成して開口部を形成しても良い。
マイクロチップ基板１、４には樹脂が用いられる。その樹脂としては、成形性（転写性、離型性）が良いこと、透明性が高いこと、紫外線や可視光に対する自己蛍光性が低いことなどが条件として挙げられるが、特に限定されるものではない。例えば、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン６、ナイロン６６、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリイソプレン、ポリエチレン、ポリジメチルシロキサン、環状ポリオレフィンなどが好ましい。特に、ポリメタクリル酸メチル、環状ポリオレフィンなどが好ましい。マイクロチップ基板１とマイクロチップ基板４とで、同じ材料を用いてもよく、異なる材料を用いてもよい。
マイクロチップ基板１、４の形状は、ハンドリング、分析しやすい形状であればどのような形状であってもよい。例えば、１０ｍｍ角〜２００ｍｍ角程度の大きさが好ましく、１０ｍｍ角〜１００ｍｍ角がより好ましい。マイクロチップ基板１、４の形状は、分析手法、分析装置に合わせれば良く、正方形、長方形、円形などの形状が好ましい。
流路用溝２の形状は、分析試料、試薬の使用量を少なくできること、成形金型の作製精度、転写性、離型性などを考慮して、幅は１０μｍ〜２００μｍ、深さは３０μｍ〜２００μｍの範囲内の値であることが好ましいが、特に限定されるものではない。また、アスペクト比（溝の深さ／溝の幅）は、０．１〜３程度が好ましく、０．２〜２程度がより好ましい。また、流路用溝２の幅と深さは、マイクロチップの用途によって決めればよい。なお、説明を簡便にするために、図１（ａ）に示す流路用溝２の断面の形状は矩形状となっており、流路用溝２の幅は深さ方向に一定となっている。なお、この形状は流路用溝２の１例であり、断面形状が曲面状となっていても良い。
また、マイクロチップ基板１、４の板厚は、０．２ｍｍ〜５ｍｍ程度の範囲であり、成形性を考慮すると０．５ｍｍ〜２ｍｍが好ましい。また、蓋（カバー）として機能するマイクロチップ基板４に流路用溝を形成しない場合、板状の部材ではなく、フィルム（シート状の部材）を用いてもよい。この場合、フィルムの厚さは、３０μｍ〜３００μｍであることが好ましく、５０μｍ〜１５０μｍであることがより好ましい。
そして、図１（ａ）に示すように、マイクロチップ基板１に対して、流路用溝２が形成されている面に機能性膜の１例としてのＳｉＯ２膜３を形成し、マイクロチップ基板４の表面に機能性膜の１例としてのＳｉＯ２膜５を形成する。マイクロチップ基板１に対しては、流路用溝２の内面にもＳｉＯ２膜３を形成する。ＳｉＯ２膜３は、ＳｉＯ２を主成分とする膜である。機能性膜は、無機材料又は有機材料を用いることができる。ここでは、機能性膜の１例として親水性機能を有するＳｉＯ２膜を形成する場合について説明する。
ここで、マイクロチップ基板１の流路用溝２の内面以外の表面における表面粗さＲａ、流路用溝２の深さＤ１、及びＳｉＯ２膜３の膜厚Ｔ１の関係について説明する。マイクロチップ基板１の流路用溝２の内面以外の表面における表面粗さＲａは、表面に形成されるＳｉＯ２膜３の膜厚Ｔ１以上となっている。換言すると、膜厚が表面粗さＲａ以下のＳｉＯ２膜３をマイクロチップ基板１の表面に形成する。
例えば、流路用溝２の内面以外の表面における表面粗さＲａを５μｍ〜２５μｍとする。また、ＳｉＯ２膜３の膜厚Ｔ１を１μｍ〜３μｍとする。なお、この実施形態においては、流路用溝２の底面に形成されたＳｉＯ２膜３（機能性膜）の膜厚を、ＳｉＯ２膜３（機能性膜）の膜厚Ｔ１とする。
以上のように表面粗さＲａをＳｉＯ２膜３の膜厚Ｔ１以上とすることで、マイクロチップ基板１の表面の表面粗さＲａがＳｉＯ２膜３の表面に反映され、ＳｉＯ２膜３の表面に微小な凹凸が形成されることになる。
また、流路用溝２の形状を維持するために、マイクロチップ基板１の表面粗さＲａは、流路用溝２の深さＤ以下となっている。
同様に、マイクロチップ基板４の表面粗さＲａは、表面に形成されるＳｉＯ２膜５の膜厚Ｔ２以上となっている。換言すると、膜厚が表面粗さＲａ以下のＳｉＯ２膜５をマイクロチップ基板４の表面に形成する。このように表面粗さＲａをＳｉＯ２膜５の膜厚Ｔ２以上とすることで、マイクロチップ基板４の表面の表面粗さＲａがＳｉＯ２膜５の表面に反映され、ＳｉＯ２膜５の表面に微小な凹凸が形成されることになる。
研削、切削、ブラスト法、化学処理、又は放電加工などの方法によってマイクロチップ基板１、４の表面粗さＲａを大きくすることができる。例えば、ブラスト法によってマイクロチップ基板１の表面粗さＲａを大きくする場合、流路用溝２が形成された面に対して微小粒子を吹き付けることで表面粗さＲａを大きくする。マイクロチップ基板４についても、接合面に対して微小粒子を吹き付けることで表面粗さＲａを大きくする。
また、金型又はマイクロチップ基板に対して化学処理を施すことで、マイクロチップ基板の表面粗さＲａを大きくすることができる。例えば、金型に対して化学処理を行い、化学処理が施された金型を用いて表面粗さＲａが大きいマイクロチップ基板１、４を作製する。鉄系材料の金型に対しては、３８−４２Ｂｅ塩化第２鉄液によるエッチング処理を施すことで金型の表面粗さＲａを大きくする。また、ステンレス系材料の金型に対しては、塩化第２鉄液と硝酸によるエッチング処理を施すことで金型の表面粗さＲａを大きくすることができ、また、塩酸などを用いても表面粗さＲａを大きくすることができる。表面粗さＲａが大きくなった金型を用いることで、表面粗さＲａが大きいマイクロチップ基板１、４を作製することができる。また、ポリイミドなどの樹脂材料からなるマイクロチップ基板に対しては、１００℃〜１１０℃程度に加熱した５０％苛性ソーダを用いることで、エッチング処理が可能となり、マイクロチップ基板の表面粗さＲａを大きくすることができる。
また、金型に対して放電加工を施すことで、マイクロチップ基板の表面粗さＲａを大きくすることができる。例えば、鉄系やステンレス系の材料からなる金型に対しては、シリコン電極、銅電極、黒鉛電極、又はアルミニウム圧粉体電極を用いて放電加工することができ、金型の表面粗さＲａを大きくすることができる。表面粗さＲａが大きくなった金型を用いることで、表面粗さＲａが大きいマイクロチップ基板を作製することができる。
また、マイクロチップ基板を成形するための金型の表面粗さを大きくすることで、その金型で作製されるマイクロチップ基板の表面粗さＲａを大きくしても良い。例えば、金型を作製する工程において金型の表面を粗し、その金型を用いることで表面粗さＲａが大きいマイクロチップ基板を成形する。そして、マイクロチップ基板の表面を加工することで表面に流路用溝を形成する。これにより、流路用溝の内面の表面粗さＲａが小さく、かつ、接合面の表面粗さＲａが大きいマイクロチップ基板を作製することができる。
（ＳｉＯ２膜の形成方法）
ＳｉＯ２膜３、５は、例えば、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ、又は塗布によって形成することができ、その成膜方法は特に限定されない。塗布、スパッタリング、又はＣＶＤによる成膜方法が、流路用溝２の内面、特に流路用溝２の垂直壁面に密着性の良好なＳｉＯ２膜を形成できるため、より好ましい方法である。
（塗布によるＳｉＯ２膜の形成例）
例えば、塗布によってＳｉＯ２膜３、５を形成する場合、硬化後にＳｉＯ２の膜となる塗布溶液をマイクロチップ基板１、４の表面に塗布し、その後、塗布溶液を硬化させることで、マイクロチップ基板１、４の表面にＳｉＯ２膜３、５を形成することができる。
塗布溶液としては、例えば、アルコキシシランを加水分解、縮重合して得られるポリシロキサンオリゴマーをアルコール溶媒に溶かしたものを用いる。この場合、塗布溶液を加熱してアルコール溶媒を揮発させ、ＳｉＯ２膜を形成する。具体的には、ＪＳＲ社製のグラスカ７００３や、コルコート社製のメチルシリケート５１などが挙げられる。
また、パーヒドロポリシラザンをキシレン、ジブチルエーテル溶媒に溶かしたものを塗布溶液に用いる。この場合、塗布溶液を加熱して溶媒を揮発させると同時に水と反応させて、ＳｉＯ２膜を形成する。具体的には、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製のアクアミカなどが挙げられる。
また、アルコキシシリル基含有ポリマーとアルコキシシランを加水分解・共縮合して得られる無機−有機ハイブリッドポリマーをアルコール溶媒に溶かしたものを塗布溶液に用いる。この場合、加熱してアルコール溶媒を揮発させ、ＳｉＯ２が主成分となるハイブリッド膜を形成する。具体的には、ＪＳＲ社製のグラスカ７５０６などが挙げられる。
（塗布溶液の塗布方法）
塗布溶液をマイクロチップ基板１、４に均一に塗布することが重要である。塗布溶液の物性（粘度、揮発性）を考慮し、塗布方法を適宜選択する。例えば、ディッピング、スプレーコーティング、スピンコーティング、スリットコーティング、スクリーン印刷、パッド印刷、インクジェット印刷などが挙げられる。
そして、塗布溶液を硬化させることで、ＳｉＯ２膜３、５を形成する。例えば、熱硬化性の塗布溶液を用いた場合は、熱処理を施すことにより塗布溶液を硬化させて、ＳｉＯ２膜３、５を形成する。
（塗布溶液の硬化方法）
塗布溶液を硬化させてＳｉＯ２膜を形成する際には、塗布溶液の溶媒を十分に揮発させ、ＳｉＯ２の強固なネットワークを形成できることが望ましい。塗布溶液の物性（粘度、揮発性、触媒）を考慮し、硬化方法を適宜選択する。例えば、常温で塗布溶液を放置して硬化させたり、塗布溶液を６０℃〜１００℃の温度で加熱することで硬化させたり、塗布溶液を高温高湿下（温度６０℃で湿度９０％、温度８０℃で湿度９０％など）で硬化させたりする。また、紫外線硬化や、可視光硬化などを利用して塗布溶液を硬化させても良い。
（スパッタリングによるＳｉＯ２膜の形成例）
また、スパッタリングによってＳｉＯ２膜３、５を形成する場合、例えば、シンクロン製スパッタリング装置（装置名：ＲＡＳ−１１００Ｃ）を使用してＳｉＯ２膜３、５を形成した。シリコンのメタル成膜室と酸化室に分かれており、基材を貼り付けたドラムを回転させてＳｉＯ２膜３、５を形成する。例えば、アルゴンガス流量が２５０ｓｃｃｍ、酸素ガス流量が１２０ｓｃｃｍ、ＲＦ出力が４．５ｋＷ、成膜レートが４Å／ｓｅｃの条件で、ＳｉＯ２膜３、５を２００ｎｍ成膜した。
（ＣＶＤによるＳｉＯ２膜の形成例）
また、ＣＶＤによってＳｉＯ２膜３、５を形成する場合、例えば、サムコ社製ＣＶＤ装置（装置名：ＰＤ−２７０ＳＴ）を使用してＳｉＯ２膜３、５を形成した。ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ Ｅｔｈｏｘｙ Ｓｉｌａｎｅ）、ＴＭＯＳ（Ｔｅｔｒａ Ｍｔｈｏｘｙ Ｓｉｌａｎｅ）など、シリコンを含む液体ソースを気化させ、プラズマ空間中で分解、酸化させることでＳｉＯ２膜３、５を形成する。例えば、ＴＥＯＳ流量が１２ｓｃｃｍ、酸素ガス流量が４００ｓｃｃｍ、ＲＦ出力が３００Ｗ、圧力が５０Ｐａ、成膜レートが３０Å／ｓｅｃの条件で、ＳｉＯ２膜３、５を２００ｎｍ成膜した。
そして、図１（ｂ）に示すように、マイクロチップ基板１については流路用溝２が形成された面を内側にし、マイクロチップ基板４についてはＳｉＯ２膜５が形成された面を内側にし、マイクロチップ基板１とマイクロチップ基板４を重ねる。その状態で、マイクロチップ基板１とマイクロチップ基板４に対して超音波を印加することで接合面を溶融させ、さらに、マイクロチップ基板１とマイクロチップ基板４を加圧することで接合する。例えば、１０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの超音波を印加しながらマイクロチップ基板を加圧することで、基板同士を接合する。
マイクロチップ基板１とマイクロチップ基板４の接合面には、各基板の表面粗さＲａに起因する微小な凹凸が存在し、その微小な凹凸によって多数の微小な点接触が形成されている。その点接触の部分に超音波の振動が集中し、接合面に形成されたＳｉＯ２膜３、５が剥離する。これにより、接合面においては樹脂同士の接合となる。さらに、接合面の微小な凹凸に超音波による発熱が集中し、マイクロチップ基板１、４の溶着がスムーズに進行する。
これにより、図１（ｂ）に示すように、内部に流路用溝２による微細流路６が形成されたマイクロチップが製造される。微細流路６の内面には、ＳｉＯ２膜３、５が形成されて、全面がＳｉＯ２膜で覆われている。
以上のように、第１実施形態に係るマイクロチップの製造方法によると、微細流路６の内面にＳｉＯ２膜を形成するとともに、接合面のＳｉＯ２膜を剥離して、マイクロチップ基板１、４を樹脂同士の接合とすることが可能となる。そのことにより、マイクロチップ基板１、４を強固に接合することが可能となる。
また、超音波溶着によって接合することができるため、接着剤などの物質を介さずにマイクロチップ基板１、４を接合することができる。そのことにより、微細流路６の内部に接着剤などの物質が染み出すおそれがない。
さらに、接合面の微小な凹凸に超音波のエネルギーが集中するため、マイクロチップ基板１、４に超音波を印加しても、微細流路６へのダメージを避けることが可能となる。
［変形例］
次に、上記第１実施形態に係るマイクロチップの製造方法の変形例について説明する。
（変形例１）
まず、変形例１に係るマイクロチップの製造方法について図２を参照して説明する。図２は、変形例１に係るマイクロチップの製造方法を説明するためのマイクロチップ基板の断面図である。
変形例１では、図２（ａ）に示すように、表面に流路用溝２が形成されたマイクロチップ基板１と、平板状のマイクロチップ基板７とを接合する。このマイクロチップ基板７は、流路用溝２の蓋（カバー）として機能する。上述した第１実施形態とは異なり、マイクロチップ基板７の表面には、ＳｉＯ２膜などの機能性膜は形成されていない。
また、マイクロチップ基板７の板厚は、０．２ｍｍ〜５ｍｍ程度の範囲であり、成形性を考慮すると０．５ｍｍ〜２ｍｍが好ましい。また、蓋（カバー）として機能するマイクロチップ基板７に流路用溝を形成しない場合、板状の部材ではなく、フィルム（シート状の部材）を用いてもよい。この場合、フィルムの厚さは、３０μｍ〜３００μｍであることが好ましく、５０μｍ〜１５０μｍであることがより好ましい。
そして、図２（ｂ）に示すように、マイクロチップ基板１については流路用溝２が形成された面を内側にし、マイクロチップ基板１とマイクロチップ基板７を重ね、超音波溶着によって両基板を接合する。
マイクロチップ基板１とマイクロチップ基板７の接合面には、マイクロチップ基板１の表面粗さＲａに起因する微小な凹凸が存在し、その微小な凹凸によって多数の微小な点接触が形成されている。その点接触の部分に超音波の振動が集中し、接合面に形成されたＳｉＯ２膜３が剥離する。これにより、接合面においては樹脂同士の接合となる。さらに、接合面の微小な凹凸に超音波による発熱が集中し、マイクロチップ基板１、７の溶着がスムーズに進行する。
これにより、図２（ｂ）に示すように、内部に微細流路６が形成されたマイクロチップが製造される。微細流路６の内面には、ＳｉＯ２膜３が形成されている。
以上のように、変形例１に係るマイクロチップの製造方法によると、上述した第１実施形態と同様に、微細流路６の内面にＳｉＯ２膜を形成するとともに、マイクロチップ基板１、７を強固に接合することが可能となる。
（変形例２）
次に、変形例２に係るマイクロチップの製造方法について図３を参照して説明する。図３は、変形例２に係るマイクロチップの製造方法を説明するためのマイクロチップ基板の断面図である。
変形例２では、図３（ａ）に示すように、表面に流路用溝２が形成されたマイクロチップ基板１と、表面に流路用溝９が形成されたマイクロチップ基板８とを接合する。上述した第１実施形態とは異なり、変形例２では、流路用溝が形成された基板同士を接合する。
例えば図３（ａ）に示すように、樹脂製のマイクロチップ基板１の表面には、表面に沿って延びる流路用溝２が形成されている。また、樹脂製のマイクロチップ基板８の表面には、表面に沿って延びる流路用溝９が形成されている。流路用溝２と流路用溝９は同じパターンを有している。流路用溝２、９は、表面に沿った溝状のものである。そして、流路用溝２、９が形成されている面を内側にして、マイクロチップ基板１とマイクロチップ基板８を接合することで、微細流路が形成されたマイクロチップが製造される。図３（ａ）に示す流路用溝２、９の断面は矩形状となっており、流路用溝２、９の幅は深さ方向に一定となっている。なお、この形状は流路用溝２、９の１例であり、断面形状が曲面状となっていても良い。
流路用溝９の幅は、流路用溝２の幅と等しくし、１０μｍ〜２００μｍの範囲内の値であることが好ましい。流路用溝２と流路用溝９の幅を同じにすることで、流路用溝２と流路用溝９の位置合わせを行ってマイクロチップ基板１、８を接合することで、幅が一定の微細流路を形成することができる。また、流路用溝９の深さＤ２は、３０μｍ〜２００μｍの範囲内の値であることが好ましい。流路用溝９の深さＤ２は、流路用溝２の深さＤ１と同じであっても良く、異なる深さであっても良い。
また、マイクロチップ基板８の板厚は、０．２ｍｍ〜５ｍｍ程度の範囲であり、成形性を考慮すると０．５ｍｍ〜２ｍｍが好ましい。
そして、図３（ａ）に示すように、マイクロチップ基板１に対して、流路用溝２が形成されている面に機能性膜の１例としてのＳｉＯ２膜３を形成し、マイクロチップ基板８に対して、流路用溝９が形成されている面に機能性膜の１例としてのＳｉＯ２膜１０を形成する。マイクロチップ基板１、８ともに、流路用溝２、９の内面にもＳｉＯ２膜３、１０を形成する。
マイクロチップ基板８の流路用溝９の内面以外の表面における表面粗さＲａは、表面に形成されるＳｉＯ２膜１０の膜厚Ｔ３以上となっている。換言すると、膜厚が表面粗さＲａ以下のＳｉＯ２膜１０をマイクロチップ基板８の表面に形成する。このように表面粗さＲａをＳｉＯ２膜１０の膜厚Ｔ３以上とすることで、マイクロチップ基板８の表面の表面粗さＲａがＳｉＯ２膜１０の表面に反映され、ＳｉＯ２膜１０の表面に微小な凹凸が形成される。また、流路用溝９の形状を維持するために、マイクロチップ基板８の表面粗さＲａは、流路用溝９の深さ以下となっている。
そして、図３（ｂ）に示すように、マイクロチップ基板１については流路用溝２が形成された面を内側にし、マイクロチップ基板８については流路用溝９が形成された面を内側にし、流路用溝２と流路用溝９の位置を合わせて、マイクロチップ基板１、８を重ねる。その状態で、マイクロチップ基板１とマイクロチップ基板８に対して超音波を印加することで接合面を溶融させ、さらに、マイクロチップ基板１とマイクロチップ基板８を加圧することで接合する。
マイクロチップ基板１とマイクロチップ基板８の接合面には、両基板の表面粗さＲａに起因する微小な凹凸が存在し、その微小な凹凸によって多数の微小な点接触が形成されている。その点接触の部分に超音波の振動が集中し、接合面に形成されたＳｉＯ２膜３、１０が剥離する。これにより、接合面においては樹脂同士の接合となる。さらに、接合面の微小な凹凸に超音波による発熱が集中し、マイクロチップ基板１、８の溶着がスムーズに進行する。
流路用溝２と流路用溝９は同じパターンを有しているため、流路用溝２と流路用溝９の位置合わせを行ってマイクロチップ基板１、８を接合することで、流路用溝２と流路用溝９によって微細流路が形成される。これにより、図３（ｂ）に示すように、内部に微細流路１１が形成されたマイクロチップが製造される。微細流路３１の内面にはＳｉＯ２膜３、１０が形成されて、全面がＳｉＯ２膜で覆われている。
以上のように、変形例２に係るマイクロチップの製造方法によると、上述した第１実施形態と同様に、微細流路１１の内面にＳｉＯ２膜を形成するとともに、マイクロチップ基板１、８を強固に接合することが可能となる。
なお、マイクロチップ基板１を金型で作製する際に、流路用溝２と位置決め部（マーク）とを同時に加工して作製し、マイクロチップ基板８を金型で作製する際に、流路用溝９と位置決め部（マーク）とを同時に加工して作製することで、接合時における位置合わせが簡便になる。
（変形例３）
次に、変形例３について図４から図６を参照して説明する。図４から図６は、変形例３に係るマイクロチップの製造方法を説明するためのマイクロチップ基板の断面図である。変形例３では、変形例２の別の例について説明する。
例えば図４（ａ）に示すように、一方のマイクロチップ基板２０の表面には流路用溝２１が形成されている。また、マイクロチップ基板２０の接合の相手方となるマイクロチップ基板２３の表面にも流路用溝２４が形成されている。流路用溝２１、２４は、表面に沿った溝状のものであり、流路用溝２１、２４は同じパターンを有している。
マイクロチップ基板２０に形成された流路用溝２１は、断面形状が矩形状となっており、流路用溝２１の幅は深さ方向において一定となっている。また、マイクロチップ基板２３に形成された流路用溝２４は、側面が曲面状となっており、流路用溝２４の幅は深さ方向に向けて徐々に狭くなっている。マイクロチップ基板２０の最表面における流路用溝２１の幅は、マイクロチップ基板２３の最表面における流路用溝２４の幅と等しくなっている。
そして、マイクロチップ基板２０に対して、流路用溝２１が形成されている面に機能性膜の１例としてのＳｉＯ２膜２２を形成し、マイクロチップ基板２３に対して、流路用溝２４が形成されている面に機能性膜の１例としてのＳｉＯ２膜２５を形成する。ＳｉＯ２膜２２、２５は、ＳｉＯ２を主成分とする膜である。機能性膜は、無機材料又は有機材料を用いることができる。ここでは、機能性膜の１例として親水性機能を有するＳｉＯ２膜を形成する場合について説明する。
マイクロチップ基板２０の流路用溝２１の内面以外の表面における表面粗さＲａは、表面に形成されるＳｉＯ２膜２２の膜厚以下となっている。換言すると、膜厚が表面粗さＲａ以下のＳｉＯ２膜２２をマイクロチップ基板２０の表面に形成する。このように表面粗さＲａをＳｉＯ２膜２２の膜厚以上とすることで、マイクロチップ基板２０の表面の表面粗さＲａがＳｉＯ２膜２２の表面に反映され、ＳｉＯ２膜２２の表面に微小な凹凸が形成される。また、流路用溝２１の形状を維持するために、マイクロチップ基板２０の表面粗さＲａは、流路用溝２１の深さ以下となっている。
同様に、マイクロチップ基板２３の流路用溝２４の内面以外の表面における表面粗さＲａは、表面に形成されるＳｉＯ２膜２５の膜厚以上となっている。換言すると、膜厚が表面粗さＲａ以下のＳｉＯ２膜２５をマイクロチップ基板２３の表面に形成する。このように表面粗さＲａをＳｉＯ２膜２５の膜厚以上とすることで、マイクロチップ基板２３の表面の表面粗さＲａがＳｉＯ２膜２５の表面に反映され、ＳｉＯ２膜２５の表面に微小な凹凸が形成される。また、流路用溝２４の形状を維持するために、マイクロチップ基板２３の表面粗さＲａは、流路用溝２４の深さ以下となっている。
そして、図４（ｂ）に示すように、マイクロチップ基板２０については流路用溝２１が形成された面を内側にし、マイクロチップ基板２３については流路用溝２４が形成された面を内側にし、流路用溝２１と流路用溝２４の位置を合わせて、マイクロチップ基板２０、２３を重ねる。その状態で、マイクロチップ基板２０とマイクロチップ基板２３に対して超音波を印加することで接合面を溶融させ、さらに、マイクロチップ基板２０とマイクロチップ基板２３を加圧することで接合する。
マイクロチップ基板２０とマイクロチップ基板２３の接合面には、両基板の表面粗さＲａに起因する微小な凹凸が存在し、その微小な凹凸によって多数の微小な点接触が形成されている。その点接触の部分に超音波の振動が集中し、接合面に形成されたＳｉＯ２膜２２、２５が剥離する。これにより、接合面においては樹脂同士の接合となる。さらに、接合面の微小な凹凸に超音波による発熱が集中し、マイクロチップ基板２０、２３の溶着がスムーズに進行する。
流路用溝２１と流路用溝２４は同じパターンを有しているため、流路用溝２１と流路用溝２４の位置合わせを行ってマイクロチップ基板２０、２３を接合することで、流路用溝２１と流路用溝２４によって微細流路が形成される。これにより、図４（ｂ）に示すように、内部に微細流路２６が形成されたマイクロチップが製造される。微細流路の内面にはＳｉＯ２膜２７が形成されて、全面がＳｉＯ２膜で覆われている。
変形例３によると、上述した第１実施形態における効果に加えて、以下の効果を奏することが可能となる。すなわち、２つのマイクロチップ基板に流路用溝を形成することで、側面の一部分が曲面となっている微細流路２６を形成することが可能となる。１つのマイクロチップ基板に流路用溝を形成して、このような形状の微細流路２６を形成しようとすると、金型上、アンダーカットができてしまうため、作製が非常に困難である。これに対して、変形例３によると、例えば、射出成形によって曲面状の流路用溝２４を形成することが可能であるため、側面の一部分が曲面状の微細流路２６を容易に形成することが可能となる。
以上のように、２つのマイクロチップ基板に流路用溝を形成することで、微細流路の断面形状の自由度を大きくすることが可能となる。
他の例について図５を参照して説明する。例えば図５（ａ）に示すように、一方のマイクロチップ基板２０の表面には流路用溝２１が形成されている。また、マイクロチップ基板２０の接合の相手方となるマイクロチップ基板２８にも流路用溝２９が形成されている。流路用溝２１、２９は、表面に沿った溝状のものであり、流路用溝２１、２９は同じパターンを有している。
マイクロチップ基板２８に形成された流路用溝２９は、側面がテーパ状になっている。これにより、流路用溝２９の幅は、マイクロチップ基板２８の最表面において最大の幅となり、深さ方向に向かって徐々に狭くなり、底面が平面状となっている。マイクロチップ基板２０の最表面における流路用溝２１の幅は、マイクロチップ基板２８の最表面における流路用溝２９の幅と等しくなっている。
そして、マイクロチップ基板２０に対して、流路用溝２１が形成されている面に機能性膜の１例としてのＳｉＯ２膜２２を形成し、マイクロチップ基板２８に対して、流路用溝２９が形成されている面に機能性膜の１例としてのＳｉＯ２膜３０を形成する。ＳｉＯ２膜２２、３０は、ＳｉＯ２を主成分とする膜である。機能性膜は、無機材料又は有機材料を用いることができる。ここでは、機能性膜の１例として親水性機能を有するＳｉＯ２膜を形成する場合について説明する。
マイクロチップ基板２８の流路用溝２９の内面以外の表面における表面粗さＲａは、表面に形成されるＳｉＯ２膜３０の膜厚以上となっている。換言すると、膜厚が表面粗さＲａ以下のＳｉＯ２膜３０をマイクロチップ基板２８の表面に形成する。このように表面粗さＲａをＳｉＯ２膜３０の膜厚以上とすることで、マイクロチップ基板２８の表面粗さＲａがＳｉＯ２膜３０の表面に反映され、ＳｉＯ２膜３０の表面に微小な凹凸が形成される。また、流路用溝２９の形状を維持するために、マイクロチップ基板２８の表面粗さＲａは、流路用溝２９の深さ以下となっている。
そして、図５（ｂ）に示すように、マイクロチップ基板２０については流路用溝２１が形成された面を内側にし、マイクロチップ基板２８については流路用溝２９が形成された面を内側にし、流路用溝２１と流路用溝２９の位置を合わせて、マイクロチップ基板２０、２８を重ねる。その状態で、マイクロチップ基板２０とマイクロチップ基板２８に対して超音波を印加することで接合面を溶融させ、さらに、マイクロチップ基板２０とマイクロチップ基板２８を加圧することで接合する。
マイクロチップ基板２０とマイクロチップ基板２８の接合面には、両基板の表面粗さＲａに起因する微小な凹凸が存在し、その微小な凹凸によって多数の微小な点接触が形成されている。その点接触の部分に超音波の振動が集中し、接合面に形成されたＳｉＯ２膜２２、３０が剥離する。これにより、接合面においては樹脂同士の接合となる。さらに、接合面の微小な凹凸に超音波による発熱が集中し、マイクロチップ基板２０、２８の溶着がスムーズに進行する。
流路用溝２１と流路用溝２９は同じパターンを有しているため、流路用溝２１と流路用溝２９の位置合わせを行ってマイクロチップ基板２０、２８を接合することで、流路用溝２１と流路用溝２９によって微細流路が形成される。これにより、図５（ｂ）に示すように、内部に微細流路３１が形成されたマイクロチップが製造される。微細流路の内面にはＳｉＯ２膜３２が形成されて、全面がＳｉＯ２膜で覆われている。
以上のように、２つのマイクロチップ基板に流路用溝を形成することで、側面の一部分が傾斜した微細流路３１を形成することが可能となる。１つのマイクロチップ基板に流路用溝を形成して、このような形状の微細流路３１を形成しようとすると、金型上、アンダーカットができてしまうため、作製が非常に困難である。これに対して、変形例４によると、例えば、射出成形によってテーパ状の流路用溝２９を形成することが可能であるため、側面の一部分が傾斜した微細流路３１を容易に形成することが可能となる。
他の例について図６を参照して説明する。例えば図６（ａ）に示すように、一方のマイクロチップ基板２０の表面には流路用溝２１が形成されている。また、マイクロチップ基板２０の接合の相手方となるマイクロチップ基板３３には、断面形状がＶ字状の流路用溝３４が形成されている。流路用溝２１、３４は、表面に沿った溝状のものであり、流路用溝２１、３４は同じパターンを有している。
マイクロチップ基板３３に形成されたＶ字の流路用溝３４の幅は、マイクロチップ基板３３の最表面において最大の幅となり、深さ方向に向かって徐々に狭くなっている。マイクロチップ基板２０の最表面における流路用溝２１の幅は、マイクロチップ基板３３の最表面における流路用溝３４の幅と等しくなっている。
そして、マイクロチップ基板２０に対して、流路用溝２１が形成されている面に機能性膜の１例としてのＳｉＯ２膜２２を形成し、マイクロチップ基板３３に対して、流路用溝３４が形成されている面に機能性膜の１例としてのＳｉＯ２膜３５を形成する。ＳｉＯ２膜２２、３５は、ＳｉＯ２を主成分とする膜である。機能性膜は、無機材料又は有機材料を用いることができる。ここでは、機能性膜の１例として親水性機能を有するＳｉＯ２膜を形成する場合について説明する。
マイクロチップ基板３３の流路用溝３４の内面以外の表面における表面粗さＲａは、表面に形成されるＳｉＯ２膜３５の膜厚以上となっている。換言すると、膜厚が表面粗さＲａ以下のＳｉＯ２膜３５をマイクロチップ基板３３の表面に形成する。このように表面粗さＲａをＳｉＯ２膜３５の膜厚以上とすることで、マイクロチップ基板３３の表面の表面粗さＲａがＳｉＯ２膜３５の表面に反映され、ＳｉＯ２膜３５の表面に微小な凹凸が形成される。また、流路用溝３４の形状を維持するために、マイクロチップ基板３３の表面粗さＲａは、流路用溝３４の深さ以下となっている。
そして、図６（ｂ）に示すように、マイクロチップ基板２０については流路用溝２１が形成された面を内側にし、マイクロチップ基板３３については流路用溝３４が形成された面を内側にし、流路用溝２１と流路用溝３４の位置を合わせて、マイクロチップ基板２０、３３を重ねる。その状態で、マイクロチップ基板２０とマイクロチップ基板３３に対して超音波を印加することで接合面を溶融させ、さらに、マイクロチップ基板２０とマイクロチップ基板３３を加圧することで接合する。
マイクロチップ基板２０とマイクロチップ基板３３の接合面には、両基板の表面粗さＲａに起因する微小な凹凸が存在し、その微小な凹凸によって多数の微小な点接触が形成されている。その点接触の部分に超音波の振動が集中し、接合面に形成されたＳｉＯ２膜２２、３５が剥離する。これにより、接合面においては樹脂同士の接合となる。さらに、接合面の微小な凹凸に超音波による発熱が集中し、マイクロチップ基板２０、３３の溶着がスムーズに進行する。
流路用溝２１と流路用溝３４は同じパターンを有しているため、流路用溝２１と流路用溝３４の位置合わせを行ってマイクロチップ基板２０、３３を接合することで、流路用溝２１と流路用溝３４によって微細流路が形成される。これにより、図６（ｂ）に示すように、内部に微細流路３６が形成されたマイクロチップが製造される。微細流路の内面にはＳｉＯ２膜３７が形成されて、全面がＳｉＯ２膜で覆われている。
以上のように、２つのマイクロチップ基板に流路用溝を形成することで、側面の一部分が傾斜した微細流路３６を形成することが可能となる。１つのマイクロチップ基板に流路用溝を形成して、このような形状の微細流路３６を形成しようとすると、金型上、アンダーカットができてしまうため、作製が非常に困難である。これに対して、変形例５によると、例えば、射出成形によってＶ字状の流路用溝３４を射出成形によって形成することが可能であるため、側面の一部分が傾斜した微細流路３６を容易に形成することが可能となる。
［第２の実施の形態］
次に、この発明の第２実施形態に係るマイクロチップの製造方法について、図７及び図８を参照して説明する。図７及び図８は、この発明の第２実施形態に係るマイクロチップの製造方法を説明するためのマイクロチップ基板の断面図である。
微細流路が形成されたマイクロチップにおいては、微細流路の外部に流体が染み出してはならず、微細流路のシール性確保が重要な接合の要件となる。また、微細な流路用溝をマイクロチップ基板に高精度に転写する必要があるため、マイクロチップ基板の平面性を同時に確保することは困難である。平面性が劣るマイクロチップ基板同士を接合する場合、接合面における密着性の確保が困難となり、接合におけるシール性や密着強度も十分ではない。
そこで、この第２実施形態においては、マイクロチップ基板を意図的に所定方向に反らすことで、マイクロチップ基板同士の接合時における基板の加圧位置を限定し、そのことにより、マイクロチップ基板同士の密着性を向上させる。
例えば図７（ａ）に示すように、表面に流路用溝４１が形成されたマイクロチップ基板４０と、平板状のマイクロチップ基板５０を接合させる。流路用溝４１は基板表面に沿って延びる溝状のものである。また、第１実施形態に係る製造方法と同様に、マイクロチップ基板４０に対しては、流路用溝４１が形成された表面にＳｉＯ２膜などの機能性膜を形成する。マイクロチップ基板４０の流路用溝４１の内面以外の表面における表面粗さＲａは、第１実施形態と同様に、ＳｉＯ２膜の膜厚以上となっている。換言すると、マイクロチップ基板４０の表面に、膜厚が表面粗さＲａ以下のＳｉＯ２膜を形成する。さらに、マイクロチップ基板５０に対しても、表面にＳｉＯ２膜などの機能性膜を形成する。マイクロチップ基板５０の表面における表面粗さＲａは、第１実施形態と同様に、ＳｉＯ２膜の膜厚以上となっている。換言すると、マイクロチップ基板５０の表面に、膜厚が表面粗さＲａ以下のＳｉＯ２膜を形成する。
さらに、マイクロチップ基板４０は、流路用溝４１が形成された面が凸面となるように基板全体が反っている。同様に、マイクロチップ基板５０は、マイクロチップ基板４０と接合する面が凸面となるように基板全体が反っている。このように、接合面が凸面となるように意図的に基板全体を反らしたマイクロチップ基板４０、５０を作製する。マイクロチップ基板４０、５０の反りは、例えば１〜２μｍとなっていれば良い。すなわち、基板中心と基板端部との高さの差が１〜２μｍとなっていれば良い。
そして、図７（ａ）に示すように、マイクロチップ基板４０については流路用溝４１が形成された面を内側にし、マイクロチップ基板４０、５０を重ねて、超音波溶着によって接合する。このとき、図７（ａ）に示すように、マイクロチップ基板４０を平面状の台６０の上に設置し、マイクロチップ基板４０、５０の周辺部を加圧することで、マイクロチップ基板４０、５０を接合する。これにより、図７（ｂ）に示すように、流路用溝４１による微細流路が形成されたマイクロチップを作製することが可能となる。
超音波溶着の場合、超音波を発するホーンによってマイクロチップ基板を押さ付け、そのホーンによってマイクロチップ基板を加圧しながら、超音波をマイクロチップ基板に照射することで、マイクロチップ基板同士を接合する。例えば、図７に示すように、接合面が凸面のマイクロチップ基板同士を接合する場合、超音波を発するホーンによってマイクロチップ基板５０の全面を押さえ付け、そのホーンによってマイクロチップ基板５０の周辺部を加圧しながら超音波をマイクロチップ基板４０、５０に照射することで、マイクロチップ基板４０、５０を接合する。
以上のように接合することで、上述した第１実施形態による効果に加えて、以下の効果を奏することが可能となる。すなわち、第２実施形態によると、両マイクロチップ基板がなじむことになり、マイクロチップ基板の全接合面に亘って密着性を確保することが可能となる。すなわち、マイクロチップ基板４０、５０を、接合面が凸面となるように意図的に基板を反らすことで、マイクロチップ基板４０、５０同士の接合時における基板の加圧位置を限定し、その位置を加圧することで、マイクロチップ基板同士の密着性を向上させることができ、基板同士を容易に接合することができる。その結果、流路のシール性を向上させることが可能となる。
他の例について図８を参照して説明する。例えば図８（ａ）に示すように、表面に流路用溝７１が形成されたマイクロチップ基板７０と、平板状のマイクロチップ基板８０を接合させる。流路用溝７１は基板表面に沿って延びる溝状のものである。第１実施形態に係る製造方法と同様に、マイクロチップ基板７０に対しては、流路用溝７１が形成された表面にＳｉＯ２膜などの機能性膜を形成する。マイクロチップ基板７０の流路用溝７１の内面以外の表面における表面粗さＲａは、第１実施形態と同様に、ＳｉＯ２膜の膜厚以上となっている。換言すると、マイクロチップ基板７０の表面に、膜厚が表面粗さＲａ以下のＳｉＯ２膜を形成する。さらに、マイクロチップ基板８０に対しても、表面にＳｉＯ２膜などの機能性膜を形成する。マイクロチップ基板８０の表面における表面粗さＲａは、第１実施形態と同様に、ＳｉＯ２膜の膜厚以上となっている。換言すると、マイクロチップ基板８０の表面に、膜厚が表面粗さＲａ以下のＳｉＯ２膜を形成する。
さらに、マイクロチップ基板７０は、流路用溝７１が形成された面が凹面となるように基板全体が反っている。同様に、マイクロチップ基板８０は、マイクロチップ基板７０と接合する面が凹面となるように基板全体が反っている。このように、接合面が凹面となるように意図的に基板全体を反らしたマイクロチップ基板７０、８０を作製する。
そして、図８（ａ）に示すように、マイクロチップ基板７０については流路用溝７１が形成された面を内側にし、マイクロチップ基板７０、８０を重ねて、超音波溶着によって接合する。このとき、図８（ａ）に示すように、マイクロチップ基板７０を台６０の上に設置し、マイクロチップ基板７０、８０の中央部を加圧することで、マイクロチップ基板７０、８０を接合する。これにより、図８（ｂ）に示すように、流路用溝７１による微細流路が形成されたマイクロチップを作製することが可能となる。
また、図８に示すように、接合面が凹面のマイクロチップ基板同士を接合する場合、超音波を発するホーンによってマイクロチップ基板８０の全面を押さえ付け、そのホーンによってマイクロチップ基板８０の中央部を加圧しながら超音波をマイクロチップ基板７０、８０に照射することで、マイクロチップ基板７０、８０を接合する。
以上のように接合することで、上述した第１実施形態による効果に加えて、以下の効果を奏することが可能となる。すなわち、第２実施形態によると、両マイクロチップ基板がなじむことにより、マイクロチップ基板の全接合面に亘って密着性を確保することが可能となる。すなわち、マイクロチップ基板７０、８０を、接合面が凹面となるように意図的に基板を反らすことで、マイクロチップ基板７０、８０同士の接合時における基板の加圧位置を限定し、その位置を加圧することで、マイクロチップ基板同士の密着性を向上させることができ、基板同士を容易に接合することができる。その結果、流路のシール性を向上させることが可能となる。
なお、上述した第２実施形態では、一方のマイクロチップ基板の表面に流路用溝を形成したが、両方のマイクロチップ基板の表面に流路用溝を形成しても良い。
また、上述した第１実施形態と第２実施形態では、機能性膜の１例としてＳｉＯ２膜を用いた例について説明した。機能性膜の他の例として、例えば、フッ素系樹脂の膜を用いても良い。
（実施例）
実施例では、第１実施形態に係るマイクロチップの製造方法の具体例について説明する。
（マイクロチップ基板）
射出成形機で透明樹脂材料の環状ポリオレフィン樹脂（日本ゼオン社製、ゼオノア）を成形し、外形寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍの板状部材に幅５０μｍ、深さ５０μｍの複数の流路用溝と、内径２ｍｍの複数の貫通孔で構成される流路側マイクロチップ基板を作製した。
イエプコ処理（表面クリーニングと本処理の２工程ピーニング処理）により、流路用マイクロチップ基板に対して面荒し加工を実施した。流路側マイクロチップ基板の流路用溝の内面以外の表面における表面粗さＲａは１μｍ程度となり、最大高さＲｙは１０μｍ程度となった。
この流路側マイクロチップ基板が、上記第１実施形態における流路用溝２が形成されたマイクロチップ基板１に相当する。
また、同様に外形寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍの板状部材に幅５０μｍ、深さ３０μｍの複数の流路用溝が形成されたカバー側マイクロチップ基板を作製した。
イエプコ処理（表面クリーニングと本処理の２工程ピーニング処理）により、カバー側マイクロチップ基板に対して面荒し加工を実施した。カバー側マイクロチップ基板の流路用溝の内面以外の表面における表面粗さＲａは１μｍ程度となり、最大高さＲｙは１０μｍ程度となった。
このカバー側マイクロチップ基板が、上記第１実施形態におけるマイクロチップ基板４に相当する。
（ＳｉＯ２膜の形成）
そして、流路側マイクロチップ基板に対しては流路用溝が形成された面にＳｉＯ２膜を形成し、さらに、カバー側マイクロチップ基板の表面にＳｉＯ２膜を形成した。この実施例では、ＣＶＤ装置（サムコ社製、ＰＤ−２７０ＳＴ）を使用してＳｉＯ２膜を形成した。ＣＶＤの原料は、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ Ｅｔｈｏｘｙ Ｓｉｌａｎｅ）を使用した。流量を１２ｓｃｃｍ、酸素ガス流量を４００ｓｃｃｍ、ＲＦ出力を３００Ｗ、圧力を５０Ｐａ、成膜レートを３０Å／ｓｅｃにて、ＳｉＯ２膜を２００ｎｍ形成した。ＣＶＤ装置を使用することで、幅５０μｍ、深さ５０μｍの流路用溝、幅５０μｍ、深さ３０μｍの流路用溝の内部にもＳｉＯ２膜を均一に形成することができた。流路用溝内部のＳｉＯ２膜の厚さは１３０ｎｍであった。
（接合）
そして、流路側マイクロチップ基板については流路用溝が形成された面を内側にし、カバー側マイクロチップ基板についてはＳｉＯ２膜が形成された面を内側にし、両基板を重ねた。そして、超音波溶着機によって両基板に超音波を印加し、基板を加圧することで接合した。超音波溶着の条件を以下に示す。
超音波の周波数：１５ｋＨｚ、加圧力：０．５Ｎ、印加時間：１秒
（評価）
以上の工程を経ることで、内面がＳｉＯ２膜で覆われた微細流路が形成されたマイクロチップを製造することができた。また、接合面に形成されたＳｉＯ２膜は、超音波を印加することによって剥離したため、樹脂同士の接合となり、超音波溶着によってマイクロチップ基板同士を強固に接合することができた。
なお、上記実施例では、機能成膜の１例としてＳｉＯ２膜を用いたが、その他、フッ素系樹脂の膜を用いても同様の効果を奏することができる。
この発明の第１実施形態に係るマイクロチップの製造方法を説明するためのマイクロチップ基板の断面図である。 変形例１に係るマイクロチップの製造方法を説明するためのマイクロチップ基板の断面図である。 変形例２に係るマイクロチップの製造方法を説明するためのマイクロチップ基板の断面図である。 変形例３に係るマイクロチップの製造方法を説明するためのマイクロチップ基板の断面図である。 変形例３に係るマイクロチップの製造方法を説明するためのマイクロチップ基板の断面図である。 変形例３に係るマイクロチップの製造方法を説明するためのマイクロチップ基板の断面図である。 この発明の第２実施形態に係るマイクロチップの製造方法を説明するためのマイクロチップ基板の断面図である。 この発明の第２実施形態に係るマイクロチップの製造方法を説明するためのマイクロチップ基板の断面図である。
符号の説明
１、４、７、８、２０、２３、２８、３３、４０、５０、７０、８０ マイクロチップ基板
２、９、２１、２４、２９、３４、４１、７１ 流路用溝
３、５、１０、２２、２５、２７、３０、３２、３５、３７ ＳｉＯ２膜
６、１１、２６、３１、３６ 微細流路
６０ 台

Claims (10)

  1. ２つの樹脂製基板を有し、前記２つの樹脂製基板のうち少なくとも一方の樹脂製基板の表面に流路用溝が形成され、前記流路用溝が形成された面を内側にして接合されたマイクロチップの製造方法であって、
    前記流路用溝の内面以外の表面における表面粗さＲａ以下の厚さを有する機能性膜を、前記流路用溝が形成された面及び前記流路用溝の内面に形成する第１工程と、
    前記流路用溝が形成された樹脂製基板と、この樹脂製基板に接合される樹脂製基板とのそれぞれを、これらの対向面が凹面又は凸面となるように反らした形状に作成する第２工程と、
    前記反りを与えた２つの樹脂製基板の各凹面又は凸面が対向するように配置し、前記対向する面が凹面の場合は中央部を、前記対向する面が凸面の場合は周辺部を上方から加圧することで密着させながら超音波溶着によって２つの樹脂製基板を接合する第３工程と、
    を含むことを特徴とするマイクロチップの製造方法。
  2. 前記流路用溝の内面以外の表面における表面粗さＲａは、前記流路用溝の深さ以下であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチップの製造方法。
  3. 前記２つの樹脂製基板のうち一方の樹脂製基板の表面に流路用溝が形成され、
    前記第１工程では、前記一方の樹脂製基板に対しては、前記流路用溝の内面以外の表面における表面粗さＲａ以下の厚さを有する機能性膜を、前記流路用溝が形成された面及び前記流路用溝の内面に形成し、他方の樹脂製基板に対しては、前記一方の樹脂製基板と接合する面に、表面粗さＲａ以下の厚さを有する機能性膜を形成し、
    前記第３工程では、前記一方の樹脂製基板については前記流路用溝が形成された面を内側にし、前記他方の樹脂製基板については前記機能性膜が形成された面を内側にして前記２つの樹脂製基板を重ねることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のマイクロチップの製造方法。
  4. 前記流路用溝は前記２つの樹脂製基板の両方の表面にそれぞれ形成されており、前記第１工程では、前記流路用溝の内面以外の表面における表面粗さＲａ以下の厚さを有する機能性膜を、前記２つの樹脂製基板の前記流路用溝が形成された面及び前記流路用溝の内面に形成し、
    前記第３工程では、前記２つの樹脂製基板に形成された流路用溝をそれぞれ内側にし、互いに流路用溝の位置合わせを行って前記２つの樹脂製基板を重ねることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のマイクロチップの製造方法。
  5. 前記機能性膜はＳｉＯ２膜であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のマイクロチップの製造方法。
  6. 前記第１工程では、前記流路用溝が形成された面に前記機能性膜の塗布溶液を塗布し、硬化させることで前記機能性膜を形成することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のマイクロチップの製造方法。
  7. 前記第１工程では、スパッタリングによって前記機能性膜を形成することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のマイクロチップの製造方法。
  8. 前記第１工程では、ＣＶＤによって前記機能性膜を形成することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のマイクロチップの製造方法。
  9. 前記表面粗さＲａは、５μｍ〜２５μｍであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載のマイクロチップの製造方法。
  10. 前記機能性膜の厚さは、１μｍ〜３μｍであることを特徴とする請求項９に記載のマイクロチップの製造方法。
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