JP7342665B2 - 積層基板およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、積層基板およびその製造方法に関し、より詳細には、凹部を有する積層基板およびその製造方法に関する。

ＤＮＡ分析、免疫分析、薬物スクリーニング、細胞培養等の生化学や生命科学の分野（以下、バイオ分野）に用いられる分析用器具として、マイクロプレートが知られている。マイクロプレートには、多種の試料を分析あるいは培養できるよう、試料を入れる収容凹部（ウェル）が複数設けられている。

例えば、特許文献１には、凹部を有するガラスであるマイクロプレートの底部に、封着材料によって、板状のガラスが接合されたマイクロプレートが開示されている。

国際公開ＷＯ２００５／０３３０３１（２００５年４月１４日公開）

また、特許文献１に開示された技術では、基板の封着に用いる封着材料が、溶液、薬液あるいは紫外線等により劣化することが懸念され、隙間（気密リーク）が生じる虞がある。また、封着材料を基板に塗布やスクリーン印刷する工程が必要であり、更には、その後の乾燥、焼成等の煩雑な工程が必要になる。

本発明の一態様は、工程数が少ない簡易な方法により製造可能であり、且つ化学的耐久性（例えば、耐酸性、耐薬品性、耐水性、耐候性等）に優れた、凹部を有する積層基板およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る積層基板は、貫通孔が設けられた第１の基板と、第２の基板と、が、融着部により融着された積層基板であって、前記第１の基板の前記貫通孔の内周面と前記第２の基板の表面とで画成された凹部を有する。

前記の構成によれば、基板同士を直接融着させている。これにより、基板同士を封着材料を介して封着させる場合に懸念される、封着材料の劣化を考慮する必要がなく、化学的耐久性に優れた積層基板を実現することができる。

また、前記の構成によれば、基板同士を直接融着させているため、従来技術より工程数を少ない簡易な方法で基板同士を積層させる積層基板を実現することができる。

また、本発明の一態様に係る積層基板は、前記の構成において、前記融着部が、前記第１の基板と前記第２の基板との界面領域に形成されており、且つ平面視において前記貫通孔に沿って連続的に形成されている。本発明において「平面視が貫通孔に沿う」とは、貫通孔内壁と第２の基板の表面との接線（凹部底面の外周を構成する線）に沿う、という意味である。

また、本発明の一態様に係る積層基板は、界面領域の一部分のみ、即ち局所的に融着部が形成されている。そのため、基板同士が融着する面積が少ないため、基板同士の熱膨張係数の差に起因して融着部に残る歪（残留歪）による基板の破損や基板全体が反るなどの不具合を小さくすることができ、積層基板の機械的強度が低下することを回避できる。

また、本発明の一態様に係る積層基板は、前記の構成において、前記第１の基板に前記貫通孔が複数設けられている。

前記の構成によれば、バイオ分野における試料の分析や、細胞や組織等の生物培養に用いられるマイクロプレートあるいはマルチセルプレート等と称されるものとして用いることができる。そして、複数の貫通孔から形成される複数の凹部を用いることにより、多種の試料を分析あるいは培養できる。

また、本発明の一態様に係る積層基板は、前記の構成において、前記融着部が、平面視において線状であり、その線幅が１０～２００μｍである。

前記の構成によれば、凹部からの試料や培養液等の漏れが生じることがなく、また、異なる材質の基板同士を積層したときに、両者の熱膨張係数の差による歪の影響を小さくすることができる。

また、本発明の一態様に係る積層基板は、前記の構成において、前記貫通孔の形状が、平面視において略矩形または略円形であってもよい。

また、本発明の一態様に係る積層基板は、前記の構成において、前記第１の基板が、無アルカリガラス（熱膨張係数は３５～４０×１０^－７／℃）、ホウケイ酸ガラス（熱膨張係数は４５～７０×１０^－７／℃）、アルミノシリケートガラス（熱膨張係数は８０～１００×１０^－７／℃）であることが好ましい。具体的には、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ_２ ５０～７５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ５～２５％、Ｂ_２Ｏ_３ ０～１５％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ ０～２０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０～２０％を含有すれば、前記ガラスに該当する。

前記の構成によれば、ガラスの高い機械的特性と化学耐久性（例えば、耐酸性、耐薬品性、耐水性、耐候性）の両立が可能になる。結果として、マイクロプレート等の積層基板に好適に用いることができる。

また、本発明の一態様に係る積層基板は、前記の構成において、前記第２の基板が、無アルカリガラス（熱膨張係数は３５～４０×１０^－７／℃）、ホウケイ酸ガラス（熱膨張係数は４５～７０×１０^－７／℃）、アルミノシリケートガラス（熱膨張係数は８０～１００×１０^－７／℃）であることが好ましい。具体的には、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ_２ ５０～７５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ５～２５％、Ｂ_２Ｏ_３ ０～１５％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ ０～２０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０～２０％を含有すれば、前記ガラスに該当する。

前記の構成によれば、ガラスの高い機械的特性と化学耐久性の両立が可能になる。結果として、マイクロプレート等の積層基板に好適に用いることができる。

また、本発明の一態様に係る積層基板は、前記の構成において、前記第１の基板と前記第２の基板との熱膨張係数の差が、１０×１０^－７／℃を超え、且つ７０×１０^－７以下である。

前記の構成によれば、融着部によって融着させていることにより、第１の基板と前記第２の基板との熱膨張係数の差に起因する基板中の歪が、基板同士の積層に与える影響を緩和することができる。そのため、前記のように熱膨張係数の差が比較的大きい基板同士であっても、良好に積層構造を実現することができる。

また、本発明の一態様に係る積層基板は、前記の構成において、前記第１の基板の表面が未研磨であり、当該表面の表面粗さＲａが０．５ｎｍ未満であり、且つ前記第２の基板の表面が未研磨であり、当該表面の表面粗さＲａが０．５ｎｍ未満である。

前記の構成によれば、第１の基板と第２の基板を融着させていることから、基板の表面が、未研磨の状態で表面粗さＲａ０．５ｎｍ未満という平坦な面であってもよい。この場合、貫通孔によって形成される凹部の底面を平坦な面によって実現することができる。更に、第１の基板と第２の基板の密着性が向上するため、融着部の長期信頼性が向上し、積層基板の積層強度を高めることができる。

また、本発明の一態様に係る積層基板は、前記の構成において、バイオ分野において分析や培養に用いることができる。

また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る積層基板の製造方法は、貫通孔が設けられた第１の基板と、第２の基板と、が、融着部により融着された積層基板の製造方法であって、前記第１の基板と前記第２の基板とを重畳させて密着させる重畳工程と、平面視において前記貫通孔に沿ってレーザー光を照射することにより、前記第１の基板と前記第２の基板との界面領域に前記融着部を形成して、前記第１の基板と前記第２の基板とを融着し、前記貫通孔の内周面と前記第２の基板の表面とで画成された凹部を有する積層基板を得る融着工程と、を含む。

前記の構成によれば、基板同士を直接融着させている。これにより、基板同士を封着材料を介して封着させる場合に懸念される、封着材料による機械的強度の低下を回避し、封着材料の低い化学的耐久性の影響が少ない積層基板を実現することができる。

また、前記の構成によれば、レーザー照射という簡易な手法で基板同士を直接融着させて凹部を有する積層基板を形成することができる。

また、前記の構成によれば、レーザー光の照射領域を限定すれば、限定した領域に融着部を形成することができる。この場合、基板同士の界面領域の全域において基板同士が封着している場合に比べて、基板同士が融着する面積が少ないため、基板同士の熱膨張係数の差に起因して融着部に残る歪（残留歪）による基板の破損や基板全体が反るなどの不具合を小さくすることができ、積層基板の機械的強度が低下することを回避できる。換言すれば、基板同士の熱膨張係数の差を、従前技術に比べ考慮する必要はなく、積層基板に採用する基板について選択の自由度が増すことになる。

また、本発明の一態様に係る積層基板の製造方法は、前記の構成において、前記レーザー光の焦点を、前記第２の基板の前記第１の基板側の表面から厚さ方向に０μｍを超え、且つ１０μｍの範囲の位置に合わせる。

前記の構成によれば、界面およびその近傍に融着部を形成し得ると共に、融着部の長期信頼性を高めることができる。

また、本発明の一態様に係る積層基板の製造方法は、前記の構成において、前記レーザー光の焦点を、平面視において前記貫通孔の内周面から０ｍｍを超え、且つ５ｍｍの範囲で離間した位置に合わせる。

前記の構成によれば、貫通孔の内周面と第２の基板との交点近傍に精度よく融着部を形成することができる。結果として、第１の基板と第２の基板の間に、試料、溶液、薬液等が侵入しにくくなる。

また、本発明の一態様に係る積層基板の製造方法は、前記の構成において、前記レーザー光は、パルス幅が１０ｐｓ以下の超短パルスレーザー光である。

前記の構成によれば、狭い領域に融着部を精度よく形成することができる。

また、本発明の一態様に係る積層基板の製造方法は、前記の構成において、更に、前記積層基板を切断する切断工程を含んでもよい。

前記の構成によれば、複数の凹部を有するマルチプレートとして積層基板を一連の製造工程によって製造した後に、例えば１つの凹部を有するように積層基板を個片化することができる。結果として、マイクロプレート等の量産性を飛躍的に高めることができる。

本発明の一態様によれば、従来技術より工程数が少ない簡易な方法により製造可能であり、且つ化学的耐久性に優れた、凹部を有する積層基板およびその製造方法を提供することができる。

本発明に係る積層基板の一実施形態の外観斜視図である。 図１に示す切断線Ａ－Ａ´における矢視断面図である。 図１に示す積層基板の製造方法の一形態を示すフロー図である。 図１に示す積層基板の製造方法の一形態を示す部分断面図である。 本発明に係る積層基板の変形例の部分断面図である。 本発明に係る積層基板の変形例の部分断面図である。 図１に示す積層基板の製造方法の別形態を示すフロー図である。 図１に示す積層基板を切断して個片化した状態を示す外観斜視図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明に係る積層基板の一実施形態について、詳細に説明する。なお、本実施形態の積層基板は、バイオ分野における試料の分析や、細胞や組織等の生物培養に用いられるマイクロプレートあるいはマルチセルプレート等と称されるものとして用いることができる。ただし、用途はこれらに限定されるものではない。

（１）積層基板
図１は、本実施形態の積層基板１の外観斜視図である。積層基板１は、図１に示すように、第１の基板１０と、第２の基板２０とを有している。積層基板１は、第１の基板１０に設けられた複数の貫通孔（図４に示す１０ｈ）が、各々の一方の開口端において第２の基板２０によって封じられることにより貫通孔の側面と第２の基板の表面とにより画成された複数の凹部３０を有する。すなわち、凹部３０の凹形状を有する内面のうちの側面（内周面）は、第１の基板１０の貫通孔の内周面１０ａであり、当該内面のうちの底面は、第２の基板２０の第１の基板１０側の表面の一部分である。個々の凹部３０には、分析対象の試料あるいは培養対象の試料を収容することができる。なお、積層基板１の用途は、これらバイオ分野に限らない。また、本実施形態では、６個の凹部３０が設けられた積層基板１を示しているが、凹部３０の数はこれに限定されるものではない。

第１の基板１０および第２の基板２０は、それぞれの一方の表面同士を当接させて重畳しており、当接している面（界面）において融着部４０を形成して融着している。具体的には、融着部４０は、界面の一部分に形成されており、平面視で凹部３０の内周面と底面との接線付近を封止するように設けられており、図示するように枠状に形成されている。本実施形態では、平面視において四角形を有する凹部３０に対して、融着部４０が凹部３０に沿って四角形の枠状に形成されている。

ここで、図２は、図１に示す切断線Ａ－Ａ´において積層基板１を切断した状態を示した矢視断面図である。図２を用いて融着部４０を説明すると、融着部４０は、凹部３０の底面に相当する第２の基板の表面の一部分（以下、底面２０ａ）と、凹部３０の内周面に相当する第１の基板１０の貫通孔の内周面１０ａとの交点から幅ｂほど離間した位置に設けられている。

図１および図２中にｗで示す融着部４０の線幅は、凹部３０に収容される試料や培養液等が、第１の基板１０と第２の基板２０との界面を伝って漏れ出すことを防ぐことができる十分な幅を有している必要がある。それと同時に、線幅ｗは、凹部３０の外部から第１の基板１０と第２の基板２０との界面を伝って凹部３０に侵入し得る物質（異物やガス等）の侵入を防ぐことができる十分な幅を有している必要がある。一方で、先述のとおり、基板同士（すなわち第１の基板１０と第２の基板２０）の熱膨張係数の差を考慮すれば、融着部４０の領域は、最小限に留めたい。以上を考慮して、融着部４０の線幅ｗは、好ましくは１０μｍ以上２００μｍ以下の範囲であり、より好ましくは１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲であり、更に好ましくは１０μｍ以上５０μｍ以下、特に好ましくは２０μｍ以上５０μｍ以下である。線幅ｗが１０μｍを下回ると、先に述べた漏れや侵入が生じる虞があり、２００μｍを超えると、基板間の熱膨張係数の差による影響を受けやすい。

また、幅ｗに対して垂直方向の融着部４０の大きさ（融着部４０の厚さと称する）は、好ましくは１０μｍ以上２００μｍ以下の範囲であり、より好ましくは１０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲であり、更に好ましくは１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲である。融着部４０の厚さが１０μｍを下回ると、先に述べた漏れや侵入が生じる虞があり、２００μｍを超えると基板間の熱膨張係数の差による影響を受けやすい。

また、図１および図２中にｂで示す凹部３０の端部から融着部４０までの幅、すなわち、枠状の融着部４０の内周の位置から、貫通孔の内周面１０ａと第２の基板２０との交点までの幅ｂは、０ｍｍを超え且つ５ｍｍ以下の範囲とすればよい。なお、当該交点に近い方が好ましいため、幅ｂは、３ｍｍ以下であることが好ましく、１ｍｍ以下であることがより好ましい。

融着部４０は、第１の基板１０と第２の基板２０とが反応して変質した部分である。すなわち、第１の基板１０と第２の基板２０との間に封着材料等を別途設けるのではなく、融着部４０は、第１の基板１０および第２の基板２０から形成されるものである。第１の基板１０と第２の基板２０とを反応させて変質させるためには、第１の基板１０と第２の基板２０とを溶融させる必要があり、後述のようにレーザー光を用いる。レーザー照射を用いれば、先述した線幅ｗにて溶融させることが可能である。

また、換言すれば、第１の基板１０および第２の基板２０は、レーザー照射により溶融することができる材質であることが必要である。そのためには、レーザー光を透過させるレーザー透過性を有すると共に、熱溶融する性質を有することが必要である。そこで、第１の基板１０および第２の基板２０は、前述の要求特性を満たす代表的な材料であるガラスを採用する。これにより、照射するレーザー光の集光位置を界面の一部分に合わせることにより、当該一部分のみを溶融させて基板同士を反応させ、第１の基板１０と第２の基板２０とが融着する融着部４０が形成される。

また、第１の基板１０および第２の基板２０の表面（界面をなす面を含む）は、未研磨であり、表面粗さＲａが０．５ｎｍ未満である。これにより、第１の基板１０と第２の基板２０との界面に不都合な隙間が生じず、凹部３０の密閉性の向上に寄与することができる。また、凹部３０の底面２０ａが表面粗さＲａ０．５ｎｍ未満であるということであるから、比較的平坦な底を有する凹部３０を実現することができる。

第１の基板１０と第２の基板２０の熱膨張係数の差は、積層基板の反りや歪を低減するため、１０×１０^－７／℃以下が好ましい。一方、本実施形態のように、第１の基板１０と第２の基板２０とを界面の一部分において融着させることにより、界面の全域において融着している場合に比べ、第１の基板１０および第２の基板２０の熱膨張係数の差による歪の影響を小さくすることができる。界面の全域において融着していると熱膨張係数の差によって融着部分に大きな歪み（残留歪）が生じたり、積層基板が大きく沿ったりする虞があるため、基板同士の熱膨張係数の差を極力小さくするべく、基板の材料の選択が制限される。しかしながら、本実施形態の場合は、熱膨張係数の差による影響を小さくできるため、基板の材料の選択に関して自由度が増す。例えば、第１の基板１０および第２の基板２０の熱膨張係数の差が、１０×１０^－７／℃を超え、且つ７０×１０^－７以下とすることができる。なお、前記残留歪は、好ましくは２０ＭＰａ以下、より好ましくは１５ＭＰａ以下、更に好ましくは１０ＭＰａ以下、特に好ましくは８ＭＰａ以下である。

本発明の積層基板は、第１の基板１０および第２の基板２０の具体的なガラス組成は、質量％で、ＳｉＯ_２ ５０～７５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ５～２５％、Ｂ_２Ｏ_３ ０～１５％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ ０～２０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０～２０％を含有する。

ＳｉＯ_２は、ガラスの骨格を形成する成分であり、ガラスの硬度や化学耐久性（例えば、耐酸性、耐水性、耐候性）を顕著に向上させる成分である。しかし、液相温度を上昇させ、溶融時のガラスの溶融温度を高くする成分である。従って、ＳｉＯ_２の含有量は、好ましくは５０～７５％、より好ましくは５５～７２％、更に好ましくは５８～７０％、特に好ましくは６０～６８％である。

Ａｌ_２Ｏ_３は、ガラスの硬度や化学耐久性（例えば、耐酸性、耐水性、耐候性）を顕著に向上させる成分である。また、レーザー光をガラス基板に照射し、基板と基板とを融着した直後に、大気によってガラス基板が急激に冷却されることにより発生し易いクラックの抵抗（クラックレジスタンス）を高める成分である。しかし、液相温度を上昇させ、溶融時のガラスの溶融温度を高くする成分である。従って、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは５～２５％、より好ましくは７～２２％、更に好ましくは１０～２０％、特に好ましくは１２～１８％である。

Ｂ_２Ｏ_３は、ガラスの骨格を形成する成分であり、ガラスの硬度を向上させる成分である。また、レーザー光をガラス基板に照射し、基板と基板とを融着した直後に、大気によってガラス基板が急激に冷却されることにより発生し易いクラックの抵抗（クラックレジスタンス）を顕著に高める成分である。しかし、化学耐久性（例えば、耐酸性、耐水性、耐候性）を低下させる成分である。従って、Ｂ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは０～１５％、より好ましくは１～１３％、更に好ましくは２～１２％、特に好ましくは５～１１％である。

アルカリ金属酸化物であるＬｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏは、ガラスの加工温度を低下させる成分であり、このことにより、基板に貫通孔を形成しやすくし、また、基板同士を融着しやすくする。しかし、化学耐久性（例えば、耐酸性、耐水性、耐候性）を顕著に低下させる成分である。従ってＬｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏの合計含有量、即ち、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏは、好ましくは０～２０％、より好ましくは０．１～１５％、更に好ましくは１～１０％、特に好ましくは２～８％である。

アルカリ土類酸化物であるＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯは、ガラスの加工温度を低下させる成分であり、このことにより、基板に貫通孔を形成しやすくし、また、基板同士を融着しやすくする。しかし、化学耐久性（例えば、耐酸性、耐水性、耐候性）を低下させる成分である。従ってＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの合計含有量、即ち、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯは、好ましくは０～２０％、より好ましくは１～１５％、更に好ましくは３～１４％、特に好ましくは４～１２％である。

前記以外にも、ガラスの化学耐久性（例えば、耐酸性、耐水性、耐候性）を低下させず、または、ガラスの加工性（貫通孔の形成や基板同士の融着）を低下させずにガラスを安定して形成できる成分として、ＺｎＯを好ましくは０～１０％、より好ましくは１～７％、更に好ましくは２～５％をガラス中に含有することができる。同様に、ＴｉＯ_２を好ましくは０～１０％、より好ましくは１～７％、更に好ましくは２～５％をガラス中に含有することができる。同様に、Ｐ_２Ｏ_５を好ましくは０～５％、より好ましくは０．１～２％をガラス中に含有することができる。

第１の基板１０の厚さは、例えば５００μｍとすることができるが、これに限定されるものではなく、１００～３０００μｍが好ましく、１００～１０００μｍが更に好ましい。また、第２の基板２０の厚さも、例えば５００μｍとすることができるが、これに限定されるものではなく、１００～３０００μｍが好ましく、１００～１０００μｍが更に好ましい。

凹部３０は、用途に応じて様々な大きさとすることができるが、一例として、開口径を８００μｍとすることができる。

（２）積層基板１の製造方法
図３は、本実施形態の積層基板１の製造方法を示すフロー図である。

まず、本実施形態の製造方法は、第２の基板２０と融着する前の第１の基板１０（ガラス基板）に対して、貫通孔を設ける形成工程Ｓ１を含む。形成工程Ｓ１では、貫通孔を、ドリル等を用いて掘削する従来周知の方法を用いて形成することができるほか、レーザー加工、熱間プレス加工、サンドブラスト加工等の周知の方法を採用することも可能である。図４の（ｉ）に、形成工程Ｓ１を図示する。図４の（ｉ）には、平坦な第１の基板１０の断面の一部分を示しており、ここに貫通孔１０ｈを２個形成した様子を示す。

続いて、貫通孔が設けられた第１の基板１０に、第２の基板２０を重畳させて密着させる重畳工程Ｓ２をおこなう。図４の（ｉｉ）に、重畳工程Ｓ２を図示する。重畳工程Ｓ２では、第１の基板１０と第２の基板２０とは単に重畳させただけであり、融着していない。なお、重畳工程Ｓ２に先立って、第１の基板１０と第２の基板２０とを洗浄する洗浄工程を必要に応じて含んでもよい。

重畳工程Ｓ２に続いて、レーザー照射をおこない、融着部４０を形成して第１の基板１０と第２の基板２０とを融着する融着工程Ｓ３をおこなう。図４の（ｉｉｉ）に、融着工程Ｓ３を図示する。レーザー照射装置としては、周知のものを用いることができ、適宜条件を設定して照射すればよいが、超短パルスレーザー光を照射できる照射装置（図４中に示すＬＳ）を用いることが好ましい。この照射装置において、パルス幅が１０ｐｓ以下、好ましくは５ｐｓ以下、より好ましくは２００ｆｓ～３ｐｓで、且つ発振波長が４００～１６００ｎｍ、好ましくは５００～１３００ｎｍである超短パルスレーザー光を照射する。これにより、融着部を精度よく、適正に形成することができる。

また、融着工程Ｓ３において、レーザー光は、貫通孔１０ｈの内周面１０ａから幅ｂほど離間した位置に焦点が合うよう、先述したように第１の基板１０側から入射させる。ここで、本実施形態は、ガラスである第１の基板１０および第２の基板２０に対してレーザー照射をおこなうことで界面を溶融させる。そこで、融着工程Ｓ３では、第１の基板１０側からレーザーを入射させ、界面に焦点を合わせても良いが、図４の（ｉｉｉ）に示すように、界面よりも第２の基板２０内に僅かに入った位置において集光させる（図中の星印の位置）ことが好ましい。具体的には、レーザー光の焦点を、第２の基板の第１の基板側の表面から厚さ方向に０を超え且つ１００μｍの位置、好ましくは、０を超え且つ５０μｍの位置に合わせる。これにより、界面付近で第１の基板１０および第２の基板２０の界面およびその近傍に、精度よく融着部を形成することができる。結果として、第１の基板と第２の基板の間に、試料、溶液、薬液等が侵入しにくくなる。

また、融着部４０は、前記漏れや侵入等を回避する観点から、単一の線よりも、一の線が複数本隣接または重複した状態で構成されることが好ましい。従って、これを担保するため、融着部に対するレーザー光の照射は、複数の周回でおこなうことが好ましい。周回回数は、１回以上、好ましくは２回以上、より好ましくは３回以上、更に好ましくは５回以上である。

融着工程Ｓ３をおこなうことにより、界面の一部分において融着部４０が形成されて基板同士が融着された本実施形態の積層基板１が製造できる（工程Ｓ４）。

なお、本実施形態では、図４の（ｉｖ）に示すように、隣り合う２つの凹部３０の間に２箇所の融着部４０を形成している。これは、本実施形態が、各凹部３０の周囲に枠状の融着部４０を形成していることからもわかる。しかしながら、本発明の一形態はこれに限定されるものではなく、例えば、平面視において縦横の格子状に融着部を形成し、隣り合う２つの凹部３０の間の領域に１箇所の融着部４０を形成するようにしてもよい。

（３）凹部３０および融着部４０の形状
本実施形態では、平面視において正方形の角柱状の凹部３０が複数設けられた積層基板１を説明したが、本発明の一形態はこれに限定されるものではない。例えば、図５に示すような断面形状の凹部であってもよい。

具体的には、図５の（ｉ）に示す積層基板１Ａには、底面に向かって開口径が細くなっている角錐状の凹部３０ａを示す。また、図５の（ｉｉ）に示す積層基板１Ｂには、底面に向かって開口径が徐々に大きくなっている角錐状の凹部３０ｂを示す。図５の（ｉｉｉ）に示す積層基板１Ｃの凹部３０ｃは、開口径が開口端において大きく、側面の途中に設けた段差を境にして底面の側において開口径が小さくなった二段の形状となっている。

なお、図１および図５に示す凹部３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、平面視において四角形である場合に限らず略矩形あるいは略円形等であってもよい。融着部４０については、平面視において凹部３０に沿って枠状に形成されていればよく、例えば平面視において凹部３０が略円形であるなら、融着部４０も平面視において円環状を有していればよい。

また、本実施形態では、１つの積層基板１内に、互いに同じ大きさの四角形の凹部３０を複数設けているが、本発明の一形態はこれに限定されるものではなく、１つの積層基板１内に設けた複数の凹部が互いに異なる形状であってもよい。

（４）本実施形態の作用効果
本実施形態によれば、基板同士を直接融着させている。これにより、基板同士を封着材料を介して封着させる場合に懸念される、封着材料の劣化を考慮する必要がなく、化学的耐久性に優れた積層基板を実現することができる。

また、レーザー照射という簡易な手法で基板同士を融着させて凹部を有する積層基板を形成することができる。

また、基板同士の界面の限定した領域に融着部を形成しているため、例えば、基板同士の界面領域の全域において基板同士が封着している場合に比べて、基板同士が融着する面積が少ないため、基板同士の熱膨張係数の差に起因して融着部に残る歪（残留歪）による基板の破損や基板全体が反るなどの不具合を小さくすることができ、積層基板の機械的強度が低下することを回避できる。換言すれば、基板同士の熱膨張係数の差を、従前技術に比べ考慮する必要はなく、積層基板に採用する基板について選択の自由度が増すことになる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

先述の実施形態１のように第１の基板１０と第２の基板２０とが共にガラスであれば、第１の基板１０および第２の基板２０が共に溶融し混合して融着部４０が形成される。しかしながら、一方の基板のみが溶融する態様も本発明の一形態に含まれ、その場合には、一方の基板のみが溶融して他方の基板の界面に融着するようなかたちで融着部４０を形成して、２枚の基板が融着する。

要するに、第１の基板１０および第２の基板２０は、少なくとも何れかがレーザー光を透過させるレーザー透過性を有している必要があり、且つ、少なくとも何れかが熱溶融する性質を有している必要がある。例えば、第１の基板１０がガラスであれば、第２の基板２０はレーザー透過性を有さず且つ熱溶融する性質を有さなくてもよい。その場合には、第１の基板１０側からレーザー光を界面に照射して第１の基板１０を溶融させて第２の基板２０と融着する態様であれば、融着部４０を形成することができる。また、例えば、第１の基板１０がレーザー光を通すものの溶融しないが、第２の基板２０がレーザー光を通さないもののレーザー照射によって溶融して第１の基板と融着する態様であってもよい。その場合には、第１の基板１０側からレーザー光を界面に照射して第２の基板２０を溶融させて第１の基板１０と融着する融着部４０を形成することは可能である。

また、上述の実施形態１では、第１の基板１０と第２の基板２０とが共にガラスであるが、一方の基板がガラスであって、他方の基板は酸化アルミニウム、窒化ケイ素、ジルコニア、炭化ケイ素等のセラミックスであってもよい。これを、図６に示す。図６に示す本実施形態の積層基板１Ｄは、ガラスである第１の基板１０と、アルミナである第２の基板２０´とを融着部４０によって融着させてもよい。

以下に、基板として適用できる材料について例示するが、これらの具体例に限定されるものではない。

（基板として採用できる材料）
（ｉ）レーザー透過性を有し、且つ熱溶融する性質を有する材料
代表的なガラスの他に、レーザー透過性を有し、且つ熱溶融する性質を有する材料としては、透明結晶化ガラス等が例として挙げられる。

（ｉｉ）レーザー透過性を有さず、熱溶融する性質も有しない材料
レーザー透過性を有さず、熱溶融する性質も有しない材料としては、セラミックスが例として挙げられる。この材料を用いて一方の基板を構成する場合には、他方の基板には、少なくともレーザー透過性を有する材料を採用する。

（ｉｉｉ）レーザー透過性を有するが、熱溶融する性質を有さない材料
レーザー透過性を有するが、熱溶融しない性質を有する材料としては、サファイア等が例として挙げられる。この材料を用いて一方の基板を構成する場合には、他方の基板には、少なくとも熱溶融する性質を有する材料を採用する。

〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

先述の実施形態１では、複数の凹部３０を有する積層基板１（例えば図１）を説明したが、凹部３０の個数は一つであっても構わない。要するに、１つの貫通孔を有する第１の基板と、第２の基板とが融着して融着部が形成されていて、この融着部が貫通孔に沿って形成されているものも本発明の一態様である。

この１つの凹部を有する積層基板を製造する場合、一つの貫通孔を有する第１の基板を使用する方法もあるが、この方法では生産効率が高いとは言えない。そこで、１つの凹部を有する積層基板を製造する他の例を、図７に示す。図７の製造方法のフロー図は、先述の実施形態１において説明した方法により作製した複数の凹部を有する積層基板を母材として、これを個片に分割する方法である。

すなわち、本実施形態では、図７のＳ４において完成した複数の凹部を有する積層基板を、切断する切断工程Ｓ５を更に含む。切断工程Ｓ５では、１つの凹部を有するように、積層基板を個片化する。図８に、個片化した１つの凹部を有する積層基板５０を示す。

なお、切断工程は、周知のスクライブ装置にておこなうことができる。

本発明の実施例について以下に説明する。

表１に記した条件下で、図３の工程に従い、実施例１、実施例２および実施例３を作製した。

表２に、表1中の実施例に用いた無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラスおよびアルミノシリケートガラスの質量％表記の組成を示す。

作製した積層基板の評価結果を、表３に示す。クラックや剥がれの有無は、積層基板の融着部の上部と断面を、光学顕微鏡（２００倍）で観察しておこなった。気密性は、赤インクを積層基板の凹部に滴下し、２４時間経過後に、融着部からの赤インク漏れを確認し、漏れがなかった場合を「〇」、漏れがあった場合を「×」とした。長期信頼性は、１２１℃、１００％、２気圧の条件下でプレッシャークッカーテスト（ＰＣＴ）をおこない、２４時間経過後に、光学顕微鏡（２００倍）で融着部を観察し、クラックや劣化がなかったものを「〇」、クラックや劣化があったものを「×」とした。残留歪量は、歪検査機を用いて融着部を測定した。

実施例１、実施例２、実施例３の積層基板の融着部は、何れもクラックの発生は無く、剥がれも生じていなかった。また、実施例１、実施例２、実施例３の積層基板の融着部には、赤インクの漏れは確認できず、気密性に問題はなかった。また、実施例１、実施例２、実施例３の積層基板の融着部は、何れもＰＣＴによるクラックや劣化は確認できず、長期信頼性に問題はなかった。また、積層基板の融着部の残留歪量は、実施例１の積層基板では４ＭＰａ、実施例２の積層基板では６ＭＰａ、実施例３の積層基板では９ＭＰａであり、何れも残留歪による基板の破損や基板全体が反るなどの不具合の虞はないと判断できた。以上のことから、実施例１、実施例２および実施例３は、何れも実用に供して問題ない積層基板であると示された。

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ 積層基板
１０ 第１の基板
１０ａ 貫通孔の内周面（凹部の側面）
１０ｈ 貫通孔
２０、２０´ 第２の基板
２０ａ 凹部の底面（第２の基板の表面の一部分）
３０ 凹部
４０ 融着部
５０ (個片化した)積層基板

Claims (15)

1. 貫通孔が設けられた第１の基板と、第２の基板と、が融着部により融着された積層基板であって、
   前記第１の基板と前記第２の基板は共にガラス、または、前記第１の基板と前記第２の基板において一方はガラスであり他方はセラミックス、であり、
   前記第１の基板の前記貫通孔の内周面と前記第２の基板の表面とで画成された凹部を有し、
   前記融着部が、前記第１の基板と前記第２の基板との界面領域に形成されており、且つ平面視において前記貫通孔に沿って連続的に形成されている、ことを特徴とする積層基板。
2. 前記第１の基板に前記貫通孔が複数設けられている、請求項１に記載の積層基板。
3. 前記融着部が、平面視において線状であり、その線幅が１０～２００μｍである、請求項１または２に記載の積層基板。
4. 前記貫通孔の形状が、平面視において略矩形または略円形である、請求項１から３の何れか１項に記載の積層基板。
5. 前記第１の基板が、ガラスであり、且つガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ_２ ５０～７５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ５～２５％、Ｂ_２Ｏ_３ ０～１５％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ ０～２０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０～２０％を含有する、請求項１から４の何れか１項に記載の積層基板。
6. 前記第２の基板が、ガラスであり、且つガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ_２ ５０～７５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ５～２５％、Ｂ_２Ｏ_３ ０～１５％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ ０～２０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０～２０％を含有する、請求項１から５の何れか１項に記載の積層基板。
7. 前記第１の基板と前記第２の基板との熱膨張係数の差が、１０×１０^－７／℃を超え且つ７０×１０^－７以下である、請求項１から６の何れか１項に記載の積層基板。
8. 前記第１の基板と前記第２の基板は共にガラスであり、
   前記第１の基板の表面が未研磨であり、当該表面の表面粗さＲａが０．５ｎｍ未満であり、且つ前記第２の基板の表面が未研磨であり、当該表面の表面粗さＲａが０．５ｎｍ未満である、請求項１から７の何れか１項に記載の積層基板。
9. 生物の培養に用いる、請求項１から８の何れか１項に記載の積層基板。
10. 貫通孔が設けられた第１の基板と、第２の基板と、が融着部により融着された積層基板の製造方法であって、
    前記第１の基板と前記第２の基板は共にガラス、または、前記第１の基板と前記第２の基板において一方はガラスであり他方はセラミックス、であり、
    前記第１の基板と前記第２の基板とを重畳させて密着させる重畳工程と、
    平面視において前記貫通孔に沿ってレーザー光を照射することにより、前記第１の基板と前記第２の基板との界面領域に前記融着部を形成して、前記第１の基板と前記第２の基板とを融着し、前記貫通孔の内周面と前記第２の基板の表面とで画成された凹部を有する積層基板を得る融着工程と、を含むことを特徴とする積層基板の製造方法。
11. 前記レーザー光の焦点を、前記第２の基板の前記第１の基板側の表面から厚さ方向に０μｍを超え且つ１０μｍの範囲の位置に合わせる、請求項１０に記載の積層基板の製造方法。
12. 前記レーザー光の焦点を、平面視において前記貫通孔の内周面から０ｍｍを超え、且つ５ｍｍの範囲で離間した位置に合わせる、請求項１０または１１に記載の積層基板の製造方法。
13. 前記レーザー光は、パルス幅が１０ｐｓ以下の超短パルスレーザー光である、請求項１０から１２の何れか１項に記載の積層基板の製造方法。
14. 更に、前記積層基板を切断する切断工程を含む、請求項１０から１３の何れか１項に記載の積層基板の製造方法。
15. 貫通孔が設けられた第１の基板と、第２の基板と、が融着部により融着された積層基板であって、
    前記第１の基板と前記第２の基板は共にガラス、または、前記第１の基板と前記第２の基板において一方はガラスであり他方はセラミックス、であり、
    前記第１の基板の前記貫通孔の内周面と前記第２の基板の表面とで画成された凹部を有し、
    前記融着部が、平面視において線状であり、その線幅が１０～２００μｍである、ことを特徴とする積層基板。

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