KR20230095001A - 마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판, 그리고 합성 석영 유리제 마이크로 유로 디바이스 및 그 제조 방법 - Google Patents

마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판, 그리고 합성 석영 유리제 마이크로 유로 디바이스 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20230095001A
KR20230095001A KR1020220176509A KR20220176509A KR20230095001A KR 20230095001 A KR20230095001 A KR 20230095001A KR 1020220176509 A KR1020220176509 A KR 1020220176509A KR 20220176509 A KR20220176509 A KR 20220176509A KR 20230095001 A KR20230095001 A KR 20230095001A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
quartz glass
synthetic quartz
micro
glass substrate
bonding
Prior art date
Application number
KR1020220176509A
Other languages
English (en)
Inventor
마사오 안도
히로유키 야마자키
마사키 다케우치
Original Assignee
신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
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 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 filed Critical 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
Publication of KR20230095001A publication Critical patent/KR20230095001A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C15/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by etching
    • 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
    • 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
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B17/00—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres
    • B32B17/06—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/26—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • B32B3/30—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by a layer formed with recesses or projections, e.g. hollows, grooves, protuberances, ribs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/06—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the heating method
    • 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
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00023—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems without movable or flexible elements
    • B81C1/00119—Arrangement of basic structures like cavities or channels, e.g. suitable for microfluidic systems
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B20/00—Processes specially adapted for the production of quartz or fused silica articles, not otherwise provided for
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B23/00—Re-forming shaped glass
    • C03B23/20—Uniting glass pieces by fusing without substantial reshaping
    • C03B23/203—Uniting glass sheets
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N37/00—Details not covered by any other group of this subclass
    • 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
    • B01L2300/0654—Lenses; Optical fibres
    • 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
    • B01L2300/0803—Disc shape
    • 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
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816—Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • 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
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/538—Roughness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2315/00—Other materials containing non-metallic inorganic compounds not provided for in groups B32B2311/00 - B32B2313/04
    • B32B2315/08—Glass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2203/00—Forming microstructural systems
    • B81C2203/03—Bonding two components
    • B81C2203/033—Thermal bonding
    • B81C2203/036—Fusion bonding

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Joining Of Glass To Other Materials (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

마이크로 유로 디바이스를 제조함에 있어서, 옵티컬 콘택트에 의한 접합을 적용할 수 있고, 접합 계면의 밀착성이 높고, 미접합, 기판의 파손 등의 문제나 접합 계면에 기포가 끼이는 문제가 생기지 않는 마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판을 제공하는 것.
합성 석영 유리 기판의 표면에 있어서의 6.0mm×6.0mm의 임의의 영역을, 백색 간섭계로 측정하여 얻어지는 공간 주파수 0.4mm-1 이상 100mm-1 이하의 환상 평균 파워 스펙트럼 밀도의 최댓값이 5.0×1015nm4 이하인 마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판.

Description

마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판, 그리고 합성 석영 유리제 마이크로 유로 디바이스 및 그 제조 방법 {SYNTHETIC QUARTZ GLASS SUBSTRATE FOR USE IN MICROFLUIDIC DEVICE, SYNTHETIC QUARTZ GLASS MICROFLUIDIC DEVICE, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판, 그리고 합성 석영 유리제 마이크로 유로 디바이스 및 그 제조 방법에 관한 것이며, 더 상세하게 설명하면, 접합 계면의 밀착성을 높이는 것이 가능한 마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판, 그리고 합성 석영 유리제 마이크로 유로 디바이스 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
마이크로 유로 디바이스는, 혼합, 반응, 분리, 정제, 배양, 측정, 검출 등의 화학적ㆍ생물학적인 여러 조작을 극미량의 시료로 행할 수 있는 디바이스이다.
마이크로 유로 디바이스에 있어서는, 마이크로 채널이라고 칭해지는 유로에 시약이 배치된 반응 영역 등, 각종 기능을 갖는 기능 영역을 마련함으로써, 여러 용도에 적합한 구성으로 할 수 있다. 마이크로 유로 디바이스의 용도로서는, 생체 물질 분석, DNA 검사, 창약(創藥)ㆍ제약 개발, 유기 합성, 환경 분석, 식품 품질 분석, 측정 기기 등을 들 수 있다.
이러한 마이크로 유로 디바이스에서는, 혼합, 반응, 분리, 정제, 배양, 측정, 검출 등의 화학적ㆍ생물학적 조작이, 마이크로 스케일 공간에서 처리된다. 이 때문에, 시료의 체적에 대한 표면적의 비가 커지는 것 등으로부터, 고속이면서 또한 고정밀도로 조작하는 것이 가능하게 되어, 환경 부하, 시간, 비용의 저감이나 공간 절약화가 가능하게 된다.
마이크로 유로 디바이스는, 전형적으로는 한 쌍의 기판이 대향하여 접합되어 이루어지고, 그 적어도 한쪽의 기판의 접합면에 미세한 유로가 형성되어 있다. 기판으로서는, 합성 석영 유리, 붕규산 유리 등의 유리 기판, 폴리디메틸실록산(PDMS) 등의 실리콘 수지 기판, 실리콘 기판 등이 사용된다. 특히, 유리 기판은 광학 특성, 내약품성, 내후성, 장기 안정성, 저물질 흡착성 등이 우수하며, 그 중에서도, 합성 석영 유리 기판은 마이크로 유로 디바이스용 기판으로서 최적이다.
유리제 마이크로 유로 디바이스의 제조에 있어서, 2매의 마이크로 유로 디바이스용 유리 기판을 접합하는 방법으로서는, 열융착에 의한 방법을 들 수 있는데, 이 방법에 의한 접합은, 가열 처리에 의해, 유리 표면간에 Si-O-Si의 실록산 결합을 형성시키기 때문에, 분리할 수 없을 만큼 견고하게 접합하는 것이 가능하다.
열융착에 의한 접합에 있어서, 접합 계면의 밀착성을 높이기 위해, 접합되는 마이크로 유로 디바이스용 유리 기판의 접합면에는, 충분한 평활성이 요구된다. 기판의 접합면이 충분히 평활하지 않은 경우, 미접합 등의 문제나, 접합 계면에 기포가 끼이는 문제가 생기는 경우가 있다.
이러한 문제를 방지하기 위해서는, 연마에 의해 접합면을 평활하게 한 마이크로 유로 디바이스용 유리 기판을 사용하는 것이 일반적이며, 특허문헌 1에는, 면내 판 두께차가 3㎛ 이하, 측정 파장 범위 0 내지 5mm의 파상이 2nm 이하로 평활화된 마이크로 유로 디바이스용 유리 기판이 제안되어 있다.
일본 특허 공개 제2008-56496호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 마이크로 유로 디바이스용 유리 기판에서는, 열융착에 의해 접합할 때에는, 가압 지그(알루미나 등의 세라믹스재의 누름돌)의 가중에 의해 접합면을 압접한 상태에서의 가열 처리를 필요로 하기 때문에, 생산성의 점에서 충분하지 않다. 또한, 기판의 파손이나 가압 지그의 표면 요철이 기판에 전사된다고 하는 문제가 생기는 경우가 있다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 마이크로 유로 디바이스를 제조함에 있어서, 옵티컬 콘택트에 의한 접합을 적용할 수 있고, 접합 계면의 밀착성이 높고, 미접합, 기판의 파손 등의 문제나 접합 계면에 기포가 끼이는 문제가 생기지 않는 마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해 예의 검토한 결과, 합성 석영 유리 기판의 표면(옵티컬 콘택트에 의해 접합되는 면)에 있어서의 6.0mm×6.0mm의 임의의 영역을, 백색 간섭계로 측정하여 얻어지는 공간 주파수 0.4mm-1 이상 100mm-1 이하의 환상 평균 파워 스펙트럼 밀도의 최댓값이 5.0×1015nm4 이하인 합성 석영 유리 기판이, 옵티컬 콘택트에 의한 접합을 적용할 수 있고, 접합 계면의 밀착성을 높일 수 있기 때문에, 마이크로 유로 디바이스용으로서 적합한 것을 알아내어, 본 발명을 이루기에 이른 것이다.
또한, 옵티컬 콘택트란, 평활한 유리면끼리를 압박하여 밀착시키기만 하여 접합하는 방법이며, 유리 표면간의 반데르발스힘 또는 물의 흡착에 의해 형성하는 표면 실라놀기간의 수소 결합에 의한 것이다.
즉, 본 발명은
1. 합성 석영 유리 기판의 표면에 있어서의 6.0mm×6.0mm의 임의의 영역을, 백색 간섭계로 측정하여 얻어지는 공간 주파수 0.4mm-1 이상 100mm-1 이하의 환상 평균 파워 스펙트럼 밀도의 최댓값이 5.0×1015nm4 이하인 마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판,
2. 상기 합성 석영 유리 기판의 표면에 있어서의 10㎛×10㎛의 임의의 영역을, 원자간력 현미경으로 측정하여 얻어지는 산술 평균 조도(Ra)가 1.0nm 이하인 1 기재의 마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판,
3. 2매 이상의 합성 석영 유리 기판이 그것들의 표면끼리 접합된 접합면을 갖는 적층체를 구비함과 함께, 상기 접합면을 구성하는 상기 표면의 적어도 한쪽에 홈부가 형성되어 이루어지는 합성 석영 유리제 마이크로 유로 디바이스의 제조 방법으로서,
상기 2매 이상의 합성 석영 유리 기판으로서 1 또는 2 기재의 마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판을 준비하는 준비 공정과,
준비한 2매 이상의 합성 석영 유리 기판에 있어서의, 상기 접합면을 구성하게 되는 표면의 적어도 한쪽에 홈부를 형성하는 홈부 형성 공정과,
홈부 형성 공정 후의 2매 이상의 합성 석영 유리 기판을, 상기 홈부가 접합면을 구성하도록 옵티컬 콘택트에 의해 접합하여 적층체를 제작하는 접합 공정
을 포함하는 합성 석영 유리제 마이크로 유로 디바이스의 제조 방법,
4. 상기 접합 공정 후에, 적층된 합성 석영 유리 기판을 열융착하는 열융착 공정을 더 포함하는 3 기재의 합성 석영 유리제 마이크로 유로 디바이스의 제조 방법,
5. 상기 열융착의 온도가 1000℃ 이상 1600℃ 미만인 4 기재의 합성 석영 유리제 마이크로 유로 디바이스의 제조 방법,
6. 2매 이상의 합성 석영 유리 기판이 그것들의 표면끼리 접합된 접합면을 갖는 적층체를 구비함과 함께, 상기 접합면을 구성하는 상기 표면의 적어도 한쪽에 홈부가 형성되어 이루어지는 합성 석영 유리제 마이크로 유로 디바이스로서,
상기 접합면을 구성하는 상기 표면에 있어서의 6.0mm×6.0mm의 임의의 영역을, 백색 간섭계로 측정하여 얻어지는 공간 주파수 0.4mm-1 이상 100mm-1 이하의 환상 평균 파워 스펙트럼 밀도의 최댓값이 5.0×1015nm4 이하이고,
상기 2매 이상의 합성 석영 유리 기판의 표면끼리가, 옵티컬 콘택트에 의해 접합되어 이루어지는 합성 석영 유리제 마이크로 유로 디바이스,
7. 2매 이상의 합성 석영 유리 기판이 그것들의 표면끼리 접합된 접합면을 갖는 적층체를 구비함과 함께, 상기 접합면을 구성하는 상기 표면의 적어도 한쪽에 홈부가 형성되어 이루어지는 합성 석영 유리제 마이크로 유로 디바이스로서,
상기 접합면을 구성하는 상기 표면에 있어서의 6.0mm×6.0mm의 임의의 영역을, 백색 간섭계로 측정하여 얻어지는 공간 주파수 0.4mm-1 이상 100mm-1 이하의 환상 평균 파워 스펙트럼 밀도의 최댓값이 5.0×1015nm4 이하이고,
상기 2매 이상의 합성 석영 유리 기판의 표면끼리가, 열융착에 의해 접합되어 이루어지는 합성 석영 유리제 마이크로 유로 디바이스,
8. 상기 접합면을 구성하는 상기 표면에 있어서의 10㎛×10㎛의 임의의 영역을, 원자간력 현미경으로 측정하여 얻어지는 산술 평균 조도(Ra)가 1.0nm 이하인 6 또는 7 기재의 합성 석영 유리제 마이크로 유로 디바이스
를 제공한다.
본 발명에 따르면, 마이크로 유로 디바이스를 제조함에 있어서, 옵티컬 콘택트에 의한 접합을 적용함으로써, 합성 석영 유리 기판의 접합 계면의 밀착성을 높일 수 있고, 미접합, 기판의 파손 등의 문제나 접합 계면에 기포가 끼이는 문제를 방지하여, 생산성 높게 마이크로 유로 디바이스를 제조할 수 있다.
도 1은, 본 발명에 관한 마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판을 사용하여 제조되는 마이크로 유로 디바이스의 일례를 도시하는 개략 구성도이며, (A)는 마이크로 유로 디바이스의 분해 사시도이고, (B)는 마이크로 유로 디바이스의 평면도이고, (C)는 (B)의 C-C'선에 있어서의 단면도이고, (D)는 (B)의 D-D'선에 있어서의 단면도이다.
도 2는, 본 발명에 관한 마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판을 사용하여 제조되는 마이크로 유로 디바이스의 다른 예를 도시하는 개략 구성도이며, (A)는 마이크로 유로 디바이스의 분해 사시도이고, (B)는 마이크로 유로 디바이스의 평면도이고, (C)는 (B)의 C-C'선에 있어서의 단면도이고, (D)는 (B)의 점선 D-D'선에 있어서의 단면도이다.
이하, 본 발명에 대하여, 더 상세하게 설명한다.
[마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판]
본 발명의 마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판은, 마이크로 유로 디바이스를 제조함에 있어서, 옵티컬 콘택트에 의한 접합에 있어서, 충분한 접합 계면의 밀착성을 얻기 위해, 표면(옵티컬 콘택트에 의해 접합되는 면)에 있어서의 6.0mm×6.0mm의 임의의 영역을, 백색 간섭계로 측정하여 얻어지는 공간 주파수 0.4mm-1 이상 100mm-1 이하의 환상 평균 파워 스펙트럼 밀도의 최댓값이 5.0×1015nm4 이하이다.
공간 주파수 f의 함수인 환상 평균 파워 스펙트럼 밀도 PSD(f)는, 합성 석영 유리 기판의 표면 형상 Z(Px, Py)의 이산 푸리에 변환 F(u, v)로부터 산출된다.
F(u, v)는, 다음 식 (1)에 의해 계산된다.
Figure pat00001
여기서, Nx, Ny는, 합성 석영 유리 기판의 표면 형상 측정 시에 있어서의 x, y 방향의 측정점수이다. Px, Py는, 각 측정점의 x, y 방향의 위치를 나타내는 정수이며, Px=0, 1, …, Nx-1, Py=0, 1, …, Ny-1의 값을 취한다. 이에 비해, u, v는, u=-1/2, -1/2+1/Nx, …, 1/2, v=-1/2, -1/2+1/Ny, …, 1/2의 값을 취한다.
F(u, v)를 x, y 방향의 측정 피치 Δx, Δy와 측정 영역의 면적 A=(NxΔx)×(NyΔy)로 다음 식 (2)와 같이 규격화함으로써, 파워 스펙트럼 밀도 P(u, v)를 얻을 수 있다. 또한, 이 규격화가 없으면, 다른 측정 영역이나 측정 피치의 조건으로부터 산출된 파워 스펙트럼 밀도를 단순하게 비교하는 것은 불가능하다.
Figure pat00002
한편, 공간 주파수 f(u, v)는, 다음 식 (3)으로 표시된다.
Figure pat00003
환상 평균 파워 스펙트럼 밀도 PSD(f)는, 파워 스펙트럼 밀도 P(u, v)를 공간 주파수 f(u, v)에 대하여 다음 식 (4)와 같이 평균화한 것이다.
Figure pat00004
여기서, Nf는, 다음 식 (5)를 충족하는 측정점의 수이다.
Figure pat00005
Δf는, NxΔx=NyΔy이면, 다음 식 (6)으로 정의된다.
Figure pat00006
본 발명의 마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판은, 기판 표면의 6.0mm×6.0mm의 임의의 영역을, 백색 간섭계로 측정하여 얻어지는 공간 주파수 0.4mm-1 이상 100mm-1 이하의 환상 평균 파워 스펙트럼 밀도 PSD(f)의 최댓값이 5.0×1015nm4 이하이지만, 바람직하게는 2.0×1015nm4 이하, 보다 바람직하게는 1.0×1015nm4 이하, 더욱 바람직하게는 1.0×1014nm4 이하이다.
환상 평균 파워 스펙트럼 밀도 PSD(f)가, 이 범위를 초과하는 경우, 옵티컬 콘택트에 의한 접합에 있어서, 접합 계면의 밀착성을 양호하게 유지할 수 없어, 옵티컬 콘택트에 의해 적층 고정할 수 없는 경우나, 적층 고정된 경우라도, 접합력이 불충분해져, 접합 계면에 기포가 끼이는 문제가 발생한다.
본 발명에 있어서는, 합성 석영 유리 기판의 2개의 표면(주표면) 중, 적어도 한쪽의 면(옵티컬 콘택트에 의해 접합되는 면)이 상기 특성을 갖고 있으면 되지만, 양쪽의 면을 옵티컬 콘택트에 의해 접합하는 경우, 양쪽의 면이 상기 특성을 갖고 있는 것이 바람직하다.
또한, 백색 간섭계로서는, 종래 공지된 것에서 적절하게 선택하여 사용할 수 있으며, 그 구체예로서는 Zygo사제 NexView 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 합성 석영 유리 기판의 표면(옵티컬 콘택트에 의해 접합되는 면)에 있어서의 10㎛×10㎛의 임의의 영역을 원자간력 현미경으로 측정하여 얻어지는 산술 평균 조도(Ra)는, 옵티컬 콘택트가 가능한 정도이면 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 1.0nm 이하, 보다 바람직하게는 0.5nm 이하, 더욱 바람직하게는 0.4nm 이하, 한층 바람직하게는 0.3nm 이하이다.
산술 평균 조도(Ra)가 이러한 범위이면, 옵티컬 콘택트에 의한 접합에 있어서, 접합 계면의 밀착성을 보다 양호하게 유지할 수 있어, 옵티컬 콘택트에 의해 적층 고정할 수 없는 경우나, 적층 고정된 경우라도, 접합력이 불충분해져, 접합 계면에 기포가 끼이는 문제가 생기는 것을 억제할 수 있다.
본 발명에 있어서는, 합성 석영 유리 기판의 2개의 표면(주표면) 중, 옵티컬 콘택트에 의해 접합되는 면이 상기 평균 조도를 갖고 있는 것이 바람직하지만, 양쪽의 면을 옵티컬 콘택트에 의해 접합하는 경우, 양쪽의 면이 상기 평균 조도를 갖고 있는 것이 보다 바람직하다.
또한, 원자간력 현미경으로서는, 종래 공지된 것에서 적절하게 선택하여 사용할 수 있으며, 그 구체예로서는 PACIFIC NANOTECHNOLOGY사제 NANO-IM-8 등을 들 수 있다.
본 발명의 합성 석영 유리 기판의 형상은, 특별히 제한되지 않지만, 제조의 용이성으로부터, 직사각형 등의 사각 형상, 원 형상 등으로 할 수 있다. 예를 들어, 사각 형상의 기판에서는, 한 변의 길이가 10 내지 1000mm인 사이즈의 기판이 적합하게 사용되고, 원 형상의 기판에서는, 직경이 10 내지 1000mm인 사이즈의 기판이 적합하게 사용된다. 대형의 합성 석영 유리 기판이면, 에칭, 레이저 가공 등에 의해 마이크로 유로 디바이스의 유로로 되는 홈을 형성한 후, 기계 절삭, 레이저 절삭 등의 방법으로 절단함으로써, 한번에 대량의 마이크로 유로 디바이스를 제조할 수 있다. 소형의 합성 석영 유리 기판이면, 유로로 되는 홈을 형성할 때, 고정밀의 리소그래피 장치를 채용할 수 있기 때문에, 보다 미소한 유로를 구비한 마이크로 유로 디바이스를 제조할 수 있다.
본 발명의 합성 석영 유리 기판의 두께는, 특별히 제한되지 않고, 적절하게 선정되지만, 바람직하게는 0.01 내지 300mm, 보다 바람직하게는 0.1 내지 100mm, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 30mm이다. 두께가 지나치게 얇으면, 취급 시에 파손되기 쉬운 경우가 있다. 또한, 마이크로 유로 디바이스의 강성이 부족하여, 취급 시에 파손되기 쉬운 경우가 있다. 한편, 두께가 지나치게 두꺼우면, 복수매의 기판을 적층화하는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 또한, 마이크로 유로 디바이스가 경량화되기 어려워지는 경우가 있다.
[마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법]
본 발명의 마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판의 제조 방법은, 상기 특성을 갖는 합성 석영 유리 기판이 얻어지는 한 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어 실란 화합물, 실록산 화합물 등의 실리카 원료 화합물을 산수소 화염에 의해 반응시켜 제조된 합성 석영 유리 잉곳을 원하는 형상으로 성형, 어닐링 처리를 실시하여, 원하는 두께로 슬라이스한 후, 랩핑, 필요에 따라 외주를 연마하여 얻은 원료 기판을 조연마, 정밀 연마함으로써 제조할 수 있다.
[조연마 공정]
조연마 공정은, 경질의 발포 폴리우레탄 등의 연마포에 연마제를 동반하여 실시할 수 있다.
연마포는, 연마제가 기판 전체에 골고루 미치도록 홈을 형성해 두는 것이 바람직하다. 연마제가 기판 전체에 골고루 미침으로써, 면내의 연마 불균일이 적어져, 표면 형상을 제어하기 쉬워진다. 연마포의 홈의 형상은, 다수의 가는 줄 또는 오목 홈이, 서로 소정 간격을 두고 평행으로 형성된 줄무늬 형상 등으로 할 수 있다.
또한, 연마제로서는, 실리카, 세리아, 알런덤, 화이트 알런덤(WA), FO, 지르코니아, SiC, 다이아몬드, 티타니아, 게르마니아 등의 연마 지립을 포함하는 것을 들 수 있으며, 그 중에서 세리아를 포함하는 것이 바람직하다. 연마 지립의 입경은, 바람직하게는 0.1 내지 10㎛, 보다 바람직하게는 0.5 내지 3㎛이며, 연마제로서는, 이들의 물 슬러리 등을 적합하게 사용할 수 있다.
또한, 연마기로서는, 편면 방식, 양면 방식의 어느 것을 사용해도 되지만, 일반적으로 양면 방식 쪽이 기판의 두께 변동이나 평탄도를 고정밀도로 마무리하는 데 바람직하다.
[정밀 연마 공정]
정밀 연마 공정은, 스웨이드계 연질 폴리우레탄, 우레탄 함침 부직포 등의 연마포에 연마제를 동반하여 실시할 수 있다.
연마포는, 연마제가 기판 전체에 골고루 미치도록 홈을 형성해도 된다. 연마제가 균일하게 공급되어, 기판 내부에 충분히 미치며, 또한 절삭 찌꺼기가 이 홈을 통하여 빠르게 배출되기 때문에, 연마 속도나 표면 형상을 제어하기 쉬워진다. 연마포의 홈의 형상은, 줄무늬 형상 등으로 할 수 있다.
또한, 연마제로서는, 콜로이달 실리카, 실리카, 세리아, 알런덤, 화이트 알런덤(WA), FO, 지르코니아, SiC, 다이아몬드, 티타니아, 게르마니아 등의 연마 지립을 포함하는 것을 들 수 있으며, 그 중에서도 콜로이달 실리카를 포함하는 것이 바람직하다. 연마 지립의 입경은, 바람직하게는 5 내지 1,000nm, 보다 바람직하게는 5 내지 150nm이고, 연마제로서는 이것들의 물 슬러리 등을 적합하게 사용할 수 있다.
또한, 연마기로서는, 편면 방식, 양면 방식의 어느 것을 사용해도 되지만, 일반적으로 양면 방식 쪽이 기판의 두께 변동이나 평탄도를 고정밀도로 마무리하는 데 바람직하다.
[표면 형상 조정 공정]
정밀 연마 공정의 도중 또는 정밀 연마 공정의 전후에, 표면 형상 조정 공정을 적절하게 실시할 수 있다. 표면 형상 조정 공정은, 미리 측정한 표면 형상 데이터를 기초로, 기판 표면의 전부 또는 일부를 가공하는 공정이다.
가공 방법으로서는, 마이크로미터 오더 이하로 기판 표면을 가공 가능한 방법이면 어떠한 것이어도 되지만, 예를 들어 습식 에칭, 건식 에칭 등의 에칭, 회전 연마 툴 등에 의한 연마 등을 들 수 있다.
[마이크로 유로 디바이스]
이하에 있어서, 본 발명의 마이크로 유로 디바이스의 일 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명하지만, 도면은 모식적 또는 개념적인 것이며, 각 부재의 치수, 부재간의 크기, 비 등은, 반드시 현실의 것과 동일한 것만은 아니며, 또한 동일한 부재 등을 나타내는 경우라도, 도면에 따라 서로의 치수나 비가 달리 표현되는 경우도 있다.
도 1에는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 마이크로 유로 디바이스(100)(이하, 「디바이스(100)」라고 약기함.)가 도시되며, 구체적으로, 도 1의 (A)는 디바이스(100)의 일 실시 형태에 관한 분해 사시도이고, 도 1의 (B)는 디바이스(100)의 평면도이고, 도 1의 (C)는 도 1의 (B)의 C-C'선에 있어서의 단면도이고, 도 1의 (D)는 도 1의 (B)의 D-D'선에 있어서의 단면도이다.
디바이스(100)는, 도 1의 (A)에 도시되는 바와 같이, 서로 대향하는 표면(101a, 101a')을 갖고, 표면(101a)(옵티컬 콘택트에 의해 접합되는 면)에 Y자 모양의 홈부(102)(비관통의 것)가 형성된 제1 합성 석영 유리 기판(103)(유로 형성용)과, 서로 대향하는 표면(101b, 101b')을 갖고, 제1 합성 석영 유리 기판(103)에 있어서의 홈부(102)가 형성된 표면(101a)에 접합되는 제2 합성 석영 유리 기판(104)(커버용)을 구비한다. 제2 합성 석영 유리 기판(104)은, 홈부(102)의 3개의 단부에 대응하는 각각의 위치에 관통 구멍(105)을 갖는다.
본 실시 형태에서는, 제1 및 제2 합성 석영 유리 기판으로서, 상술한 본 발명의 마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판이 사용되며, 이들 2매의 합성 석영 유리 기판의 표면끼리가 옵티컬 콘택트에 의해 접합되어, 도 1의 (C), (D)에 도시되는 바와 같이, 접합면(107)을 갖는 적층체를 구성함과 함께, 제1 합성 석영 유리 기판의 홈부(102)와 제2 합성 석영 유리 기판(104)이 디바이스(100)의 미소 유로(106)를 구성한다.
또한, 디바이스(100)에 있어서, 관통 구멍(105)은, 디바이스(100)의 외부와 연통되어, 미소 유로(106)에 시료를 공급하거나, 혹은 미소 유로(106)로부터 시료를 배출하는 기능을 갖는다.
상기 마이크로 유로 디바이스의 미소 유로(106)를 적당한 형상으로 형성하고, 관통 구멍(105)으로부터 시료를 공급하여, 혼합, 반응, 분리, 정제, 배양, 측정, 검출 등의 여러 화학적ㆍ생물학적 조작이 행해진다.
본 실시 형태에서는, 도 1의 (A)에 도시되는 바와 같이, 홈부(102)는, 제1 합성 석영 유리 기판(103)의 표면(101a)에 형성되어 있지만, 홈부는, 제1 합성 석영 유리 기판(103)의 표면(101a)과 제2 합성 석영 유리 기판(104)의 표면(101b') 중 어느 한쪽에 형성되어 있어도 되고, 양쪽에 형성되어 있어도 된다. 홈부가 양쪽의 기판 표면에 형성되는 경우, 2매의 기판을 접합함으로써 양쪽의 홈부가 일치하도록, 각각 대응하는 위치에 대응하는 형상의 것이 형성되어 있어도 되고, 다른 위치에 다른 형상의 것이 형성되어 있어도 된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서의 홈부(102)의 수는 1개이지만, 마련되는 홈부의 수는 복수여도 된다. 홈 패턴의 단면 형상으로서는, 직사각형, 원형, 반원형, 대략 반원형 등을 들 수 있다.
미소 유로(106)의 길이, 폭, 깊이는, 디바이스(100)의 용도에 따라 적절하게 선정할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 관통 구멍(105)은, 제2 합성 석영 유리 기판(104)에만 형성되어 있지만, 제1 합성 석영 유리 기판에만 형성되어 있어도 되고, 제1 및 제2 합성 석영 유리 기판의 양쪽에 형성되어 있어도 된다.
관통 구멍(105)의 형상은, 원기둥상이지만, 각기둥상 등이어도 된다. 또한, 관통 구멍의 수로서는, 본 실시 형태와 같이 복수 마련되어 있어도 되지만, 적어도 1개 마련되어 있으면 된다. 또한, 관통 구멍(105)의 사이즈(직경 또는 폭)는, 특별히 제한되지 않지만, 제조상 및 취급상의 관점에서, 원기둥 형상에서는, 직경이 0.1 내지 5mm가 바람직하고, 각기둥 형상에서는, 한 변의 길이가 0.1 내지 5mm가 바람직하다.
본 발명의 마이크로 유로 디바이스는, 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 여러 가지의 변경을 가할 수 있으며, 예를 들어 도 2에 도시하는 구성이어도 된다.
도 2에는, 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 마이크로 유로 디바이스(200)(이하, 「디바이스(200)」라고 약기함.)가 도시되며, 구체적으로, 도 2의 (A)는 디바이스(200)의 다른 실시 형태에 관한 분해 사시도이고, 도 2의 (B)는 디바이스(200)의 평면도이고, 도 2의 (C)는 도 2의 (B)의 C-C'선에 있어서의 단면도이고, 도 2의 (D)는 도 2의 (B)의 D-D'선에 있어서의 단면도이다.
디바이스(200)는, 도 2의 (A)에 도시되는 바와 같이, 서로 대향하는 표면(201a, 201a')을 갖고, 표면(201a)(옵티컬 콘택트에 의해 접합되는 면)에 Y자 모양의 홈부(202)(비관통의 것)가 형성된 제1 합성 석영 유리 기판(203)(유로 형성용)과, 서로 대향하는 표면(201b, 201b')을 갖고, 제1 합성 석영 유리 기판(203)에 있어서의 홈부(202)가 형성된 표면(201a)에 접합되고, 표면(201b)(옵티컬 콘택트에 의해 접합되는 면)에 Y자 모양의 홈부(202)(비관통의 것)가 형성된 제2 합성 석영 유리 기판(204)(유로 형성용 겸 커버용)과, 서로 대향하는 표면(201c, 201c')을 갖고, 제2 합성 석영 유리 기판(204)에 있어서의 홈부(202)가 형성된 표면(201b)에 접합되는 제3 합성 석영 유리 기판(205)(커버용)을 구비한다.
제2 합성 석영 유리 기판(204) 및 제3 합성 석영 유리 기판(205)은, 홈부(202)의 3개의 단부에 대응하는 각각의 위치에 시료의 공급ㆍ배출용의 관통 구멍(206)을 갖는다.
본 실시 형태에서는, 제1, 제2 및 제3 합성 석영 유리 기판으로서, 상술한 본 발명의 마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판이 사용되며, 이들 3매의 합성 석영 유리 기판의 표면끼리가 옵티컬 콘택트에 의해 접합되어, 도 2의 (C), (D)에 도시되는 바와 같이, 접합면(208, 209)을 갖는 적층체를 구성함과 함께, 제1 기판의 홈부(202)와 제2 기판(204), 제2 기판의 홈부(202)와 제3 기판(205)이 각각 디바이스(200)의 미소 유로(207)를 구성한다.
또한, 디바이스(200)에 있어서, 관통 구멍(206)은, 디바이스(200)의 외부와 연통되어, 미소 유로(207)에 시료를 공급하거나, 혹은 미소 유로(207)로부터 시료를 배출하는 기능을 갖는다.
본 실시 형태에서는, 도 2의 (A)에 도시되는 바와 같이, 홈부(202)는, 제1 합성 석영 유리 기판(203)의 표면(201a), 제2 합성 석영 유리 기판(204)의 표면(201b)에 형성되어 있지만, 홈부는, 제1 합성 석영 유리 기판(203)의 표면(201a)과 제2 합성 석영 유리 기판(204)의 표면(201b') 중 어느 한쪽에 형성되어 있어도 되고, 양쪽에 형성되어 있어도 된다. 마찬가지로, 제2 합성 석영 유리 기판의 표면(201b)과 제3 합성 석영 유리 기판의 표면(201c') 중 어느 한쪽에 형성되어 있어도 되고, 양쪽에 형성되어 있어도 된다.
홈부가, 접합하는 2개의 표면의 양쪽에 형성되는 경우, 2매의 기판을 접합함으로써 양쪽의 홈부가 일치하도록, 각각 대응하는 위치에 대응하는 형상의 것이 형성되어 있어도 되고, 다른 위치에 다른 형상의 것이 형성되어 있어도 된다.
또한, 홈부(202)의 수, 단면 형상은, 도 1에 있어서 설명한 바와 같으며, 미소 유로(207)의 길이, 폭, 깊이는, 디바이스(200)의 용도에 따라 적절하게 선정할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 관통 구멍(206)은, 제2 합성 석영 유리 기판(204)과 제3 합성 석영 유리 기판(205)에 형성되어 있지만, 제1 합성 석영 유리 기판(203)과 제2 합성 석영 유리 기판(204)에 형성되어 있어도 되고, 제1 합성 석영 유리 기판(203)과 제3 합성 석영 유리 기판(205)에 형성되어 있어도 되고, 제1 합성 석영 유리 기판(203)과 제2 합성 석영 유리 기판(204)과 제3 합성 석영 유리 기판(205)의 전부에 형성되어 있어도 된다.
관통 구멍(206)의 형상, 사이즈는, 도 1에 대하여 설명한 바와 같다.
또한, 특히 도시하지 않았지만, 예를 들어 본 발명의 합성 석영 유리 기판을 4매 이상 접합하여 마이크로 유로 디바이스를 구성해도 된다. 이러한 구성으로 함으로써, 다수의 마이크로 유로를 병렬ㆍ적층할 수 있기 때문에, 생산성, 스루풋이 더 우수한 마이크로 유로 디바이스로 할 수 있다. 이 경우, 다수의 합성 석영 유리 기판을 적층함에 따른 합성 석영 유리 기판의 휨의 증대에 기인한, 옵티컬 콘택트에 대한 영향을 고려하여, 합성 석영 유리 기판의 매수(적층수)는, 바람직하게는 50매 이하, 보다 바람직하게는 20매 이하이다.
또한, 예를 들어 접합하는 표면의 양쪽에 홈부를 마련해도 되고, 홈부를 관통의 것으로 해도 된다. 이러한 구성으로 함으로써, 미소 유로를 여러 형상으로 할 수 있다. 또한, 다수의 마이크로 유로를 병렬ㆍ적층할 수도 있기 때문에, 생산성, 스루풋이 더 우수한 마이크로 유로 디바이스로 할 수 있다.
본 발명의 마이크로 유로 디바이스에 있어서, 옵티컬 콘택트에 의해 접합된 합성 석영 유리 기판은, 이것들을 파괴하지 않고 접합 계면에서 박리(분리) 가능하며, 또한 적층화된 기판의 상방 또는 하방으로부터, 혹은 측면에 있어서, 접합 계면을 눈으로 보아 관측 가능하다.
또한, 후술하는 가열 처리를 행함으로써, 합성 석영 유리 기판의 표면끼리를 열융착시켜, 보다 견고하게 접합할 수 있지만, 열융착에 의해 접합된 유리 기판은, 이것들을 파괴하지 않고 박리(분리)하는 것은 불가능하며, 또한 적층화된 기판의 상방 또는 하방으로부터, 혹은 측면에 있어서도, 접합 계면을 눈으로 보아 관측하는 것이 곤란 또는 불가능하게 되는 경우가 있다.
[마이크로 유로 디바이스의 제조 방법]
다음에, 본 발명의 마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판을 사용하여, 마이크로 유로 디바이스를 제조하는 방법을 설명한다.
본 발명의 마이크로 유로 디바이스는, 예를 들어 하기 공정을 포함하는 방법에 의해 제조할 수 있다.
(1) 본 발명의 마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판을 2매 이상 준비하는 준비 공정
(2) 준비한 2매 이상의 합성 석영 유리 기판에 있어서의, 마이크로 유로 디바이스의 접합면을 구성하게 되는 2개의 표면 중 적어도 한쪽에 홈부를 형성하는 홈부 형성 공정
(3) 홈부 형성 공정 후의 2매 이상의 합성 석영 유리 기판을, 상기 홈부가 접합면을 구성하도록 옵티컬 콘택트에 의해 접합하여 적층체를 제작하는 접합 공정
[준비 공정]
준비 공정에서는, 본 발명의 마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리를 준비한다. 합성 석영 유리 기판은, 제조하는 마이크로 유로 디바이스의 용도에 따라, 2매 이상, 바람직하게는 3매 이상을 준비한다.
[홈부 형성 공정]
홈부 형성 공정에서는, 준비한 2매 이상의 합성 석영 유리 기판의 표면 중, 마이크로 유로 디바이스의 접합면을 구성하게 되는 2개의 면 중 적어도 한쪽에 홈부를 형성한다.
예를 들어, 도 1의 (A)에 도시되는 바와 같이, 제1 합성 석영 유리 기판(103)의 표면(101a)에 홈부(102)를 형성한다.
홈부(102)의 형성에는, 습식 에칭, 건식 에칭 등의 에칭, 머시닝 센터, 그 밖의 수치 제어 공작 기계 등에 의한 기계 절삭, 블라스트 등의 물리적인 가공 방법을 사용할 수 있다. 그 중에서도, 형성되는 홈의 정밀도와 생산성을 양립 가능한 에칭으로 형성하는 것이 바람직하다.
[관통 구멍 형성 공정]
본 발명에 있어서는, 홈부 형성 공정에서 형성한 홈부에 대응하도록, 합성 석영 유리 기판의 소정의 위치에 소정의 수의 관통 구멍을 형성하는 관통 구멍 형성 공정을 마련하는 것이 바람직하다.
관통 구멍 형성 공정을 행하는 경우, 제2 합성 석영 유리 기판(104)에 관통 구멍(105)을 형성할 수 있다. 관통 구멍(105)의 형성에는, 머시닝 센터, 그 밖의 수치 제어 공작 기계 등에 의한 기계 절삭, 블라스트 등의 물리적인 가공 방법이나, 습식 에칭, 건식 에칭 등의 에칭 등의 공지된 방법을 사용할 수 있다. 그 중에서도, 생산성이 우수한 점에서, 머시닝 센터에 의한 절삭 가공으로 형성하는 것이 바람직하다.
[세정 공정]
본 발명에 있어서는, 홈부를 형성한 합성 석영 유리 기판, 관통 구멍을 형성한 합성 석영 유리 기판을 세정하는 세정 공정을 마련하는 것이 바람직하다.
세정 공정을 행하는 경우, 유리 기판끼리를 밀착시키기 전에, 제1 합성 석영 유리 기판과 제2 합성 석영 유리 기판을 적절하게 세정하는 것이 바람직하다.
합성 석영 유리 기판의 세정은, 폭 100㎛ 이상의 파티클을 제거할 수 있는 방법이면 어떠한 것이어도 되지만, 예를 들어 순수, 알코올계 용제, 황산 등의 산성 용액, 암모니아수 등의 알칼리 용액, 계면 활성제 등을 사용한 방법을 들 수 있다. 예시한 세정 방법은, 1종을 단독으로 행해도, 복수를 조합하여 행해도 된다. 또한, 초음파 인가를 조합하여 행할 수도 있다.
[접합 공정]
접합 공정에서는, 홈부를 형성한 합성 석영 유리 기판을 포함하는 2매 이상의 합성 석영 유리 기판을, 홈부가 접합면을 구성하도록 옵티컬 콘택트에 의해 접합하여 적층체를 제작한다.
이 공정에서는, 홈부(102)를 형성한 제1 합성 석영 유리 기판(103)과 관통 구멍(105)을 형성한 제2 합성 석영 유리 기판(104)을, 홈부(102)를 갖는 면이 접합면을 구성하도록 옵티컬 콘택트에 의해 접합하여, 적층화한다.
옵티컬 콘택트에 의해 접합하여, 적층화하는 공정은, 제1 합성 석영 유리 기판(103)의 표면(101a)과 제2 합성 석영 유리 기판(104)의 표면(101b')끼리를 밀착시킴으로써 행한다.
옵티컬 콘택트에 의한 접합에서는, 기판을 파손시키지 않고 분리, 재접합할 수 있다. 이에 의해, 미소 유로를 세정, 재처리하는 것이 용이하게 되어, 몇 번이라도 재이용이 가능하게 된다.
[열융착 공정]
본 발명의 제조 방법에서는, 옵티컬 콘택트에 의해 접합하여, 적층화된 합성 석영 유리 기판을, 열융착하는 열융착 공정을 마련하는 것이 바람직하다.
열융착 공정을 실시하는 경우에는, 옵티컬 콘택트에 의한 접합에 의해 적층화된 합성 석영 유리 기판을 전기로 내에 넣고, 바람직하게는 1000℃ 이상 1600℃ 미만, 보다 바람직하게는 1000℃ 이상 1400℃ 이하의 온도로 가열 처리함으로써 행한다. 이와 같이 함으로써, 가압 지그의 가중에 의해 접합면을 압접한 상태에서의 가열 처리를 필요로 하지 않고, 기판의 파손이나 가압 지그의 표면 요철이 기판에 전사된다고 하는 문제를 방지할 수 있다. 또한, 가중 공정을 필요로 하지 않기 때문에, 생산성도 향상된다.
열융착 공정을 실시함으로써, 유리 표면간에 Si-O-Si의 실록산 결합이 형성되어, 분리할 수 없을 만큼 견고하게 접합할 수 있다. 이에 의해, 시료를 고압ㆍ고유량으로 공급하였을 때의 누액 등의 문제를 억제할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 여러 가지의 변경을 가할 수 있고, 그것들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
<실시예>
이하, 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예에 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1]
슬라이스된 합성 석영 유리 원료를, 유성 운동을 행하는 양면 랩기로 랩핑하여, 중간 원료 2매를 얻었다.
그 후, 유성 운동을 행하는 양면 폴리시기로, 줄무늬 형상으로 형성된 홈을 갖는 경질 우레탄 연마포와 산화세륨계 연마제를 사용한 조연마를 행하였다.
다음에, 유성 운동을 행하는 양면 폴리시기로, 스웨이드계 연마포와 콜로이달 실리카계 연마제를 사용한 정밀 연마를 행하여, 크기 6인치 Φ, 두께 0.5mm의 제1 합성 석영 유리 기판을 얻었다.
얻어진 제1 합성 석영 유리 기판의 표면(옵티컬 콘택트에 의해 접합되는 면)에 있어서의 6.0mm×6.0mm의 임의의 영역을 백색 간섭계(NexView, Zygo사제, 이하, 마찬가지.)로 1240×1240의 픽셀수의 조건에서 측정한바, 공간 주파수 0.4mm-1 이상 100mm-1 이하의 환상 평균 파워 스펙트럼 밀도의 최댓값은 7.0×1013nm4였다.
또한, 동일한 면의 10㎛×10㎛의 임의의 영역을 원자간력 현미경(NANO-IM-8(PACIFIC NANOTECHNOLOGY사제, 이하, 마찬가지.))으로 측정한바, 산술 평균 조도(Ra)는 0.21nm였다.
또한, 상기와 마찬가지의 방법으로, 제2 합성 석영 유리 기판을 얻었다.
제2 합성 석영 유리 기판의 표면(옵티컬 콘택트에 의해 접합되는 면)도 마찬가지로 측정한 결과, 공간 주파수 0.4mm-1 이상 100mm-1 이하의 환상 평균 파워 스펙트럼 밀도의 최댓값은 7.0×1013nm4이며, 산술 평균 조도(Ra)는 0.21nm였다.
제1 합성 석영 유리 기판의 표면(옵티컬 콘택트에 의해 접합되는 면)에, 크롬막, 포토레지스트를 성막한 후, 포토마스크를 사용하여 노광, 현상을 행하여, 소정 형상의 에칭 마스크를 형성하였다.
그 후, 불화암모늄을 포함하는 불산 수용액을 사용하여 습식 에칭 가공을 행하여, 최대 폭 70㎛, 깊이 30㎛의 단면이 대략 반원 형상인 홈을 형성하였다.
다음에, 제2 합성 석영 유리 기판의 소정 위치에, 머시닝 센터를 사용하여, 직경 1.0mm의 관통 구멍을 형성하였다.
다음에, 홈이 형성된 제1 합성 석영 유리 기판과, 관통 구멍이 형성된 제2 합성 석영 유리 기판을, 수산화칼륨 수용액, 열농황산, 약알칼리성 계면 활성제, 순수로 세정한 후, IPA 건조하였다.
계속해서, 제1 합성 석영 유리 기판 및 제2 합성 석영 유리 기판의 표면(접합하는 면)끼리를 밀착시켜, 옵티컬 콘택트에 의해 접합하고, 적층체를 제작하여, 마이크로 유로 디바이스를 얻었다.
마이크로 유로 디바이스의 접합 계면을 눈으로 보고 확인한바, 미접합 개소, 기포 등은 관측되지 않았다.
다음에, 얻어진 마이크로 유로 디바이스를 전기로 내에서 1100℃로 열융착하였다.
마이크로 유로 디바이스의 접합 계면을 눈으로 보고 확인한바, 미접합 개소, 기포 등은 관측되지 않았다.
[실시예 2]
실시예 1과 마찬가지의 수순으로, 제1 내지 제6의 총6매의 합성 석영 유리 기판을 준비하였다.
제1 내지 제6 합성 석영 유리 기판의 표면(옵티컬 콘택트에 의해 접합되는 면)에 대하여, 실시예 1과 마찬가지로 측정한 결과, 공간 주파수 0.4mm-1 이상 100mm-1 이하의 환상 평균 파워 스펙트럼 밀도의 최댓값은 7.0×1013nm4이며, 산술 평균 조도(Ra)는 0.21nm였다.
다음에, 제1 내지 제5 합성 석영 유리 기판의 한쪽의 면(옵티컬 콘택트에 의해 접합되는 면)에, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로, 단면이 대략 반원 형상인 홈을 형성하였다.
다음에, 제2 내지 제6 합성 석영 유리 기판의 소정 위치에, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로, 관통 구멍을 형성하였다.
그 후, 제1 내지 제6 합성 석영 유리 기판을, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로 세정ㆍ건조하였다.
계속해서, 제1 합성 석영 유리 기판의 홈 형성면과 제2 합성 석영 유리 기판의 홈 형성면에 대향하는 면, 제2 합성 석영 유리 기판의 홈 형성면과 제3 합성 석영 유리 기판의 홈 형성면에 대향하는 면, 제3 합성 석영 유리 기판의 홈 형성면과 제4 합성 석영 유리 기판의 홈 형성면에 대향하는 면, 제4 합성 석영 유리 기판의 홈 형성면과 제5 합성 석영 유리 기판의 홈 형성면에 대향하는 면, 제5 합성 석영 유리 기판의 홈 형성면과 제6 합성 석영 유리 기판의 표면을 각각 맞추어, 표면(접합하는 면)끼리를 밀착시킴으로써, 옵티컬 콘택트에 의해 접합하고, 제1 내지 제6 합성 석영 유리 기판이 순차적으로 적층된 적층체를 제작하여, 5개의 유로가 적층화된 마이크로 유로 디바이스를 얻었다.
얻어진 마이크로 유로 디바이스의 5개의 접합 계면을 눈으로 보고 확인한바, 어느 접합 계면에도 미접합 개소, 기포 등은 관측되지 않았다.
다음에, 얻어진 마이크로 유로 디바이스를, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로 열융착하였다.
마이크로 유로 디바이스의 5개의 접합 계면을 눈으로 보고 확인한바, 어느 접합 계면에도 미접합 개소, 기포 등은 관측되지 않았다.
[비교예 1]
실시예 1과 마찬가지의 수순으로, 제1 합성 석영 유리 기판을 준비하였다.
합성 석영 유리 기판의 표면(옵티컬 콘택트에 의해 접합되는 면)에 대하여, 실시예 1과 마찬가지로 측정한 결과, 공간 주파수 0.4mm-1 이상 100mm-1 이하의 환상 평균 파워 스펙트럼 밀도의 최댓값은 7.0×1013nm4이며, 산술 평균 조도(Ra)는 0.21nm였다.
또한, 실시예 1과는, 조연마 시간을 짧게 하고, 또한 정밀 연마 시간도 짧게 하며, 그 이외는 마찬가지의 수순으로, 제2 합성 석영 유리 기판을 준비하였다.
얻어진 제2 합성 석영 유리 기판에 대하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 표면(옵티컬 콘택트에 의해 접합되는 면)에 있어서의 6.0mm×6.0mm의 임의의 영역을 백색 간섭계로 측정한바, 공간 주파수 0.4mm-1 이상 100mm-1 이하의 환상 평균 파워 스펙트럼 밀도의 최댓값은 1.0×1016nm4였다.
또한, 동일한 면의 10㎛×10㎛의 임의의 영역을 원자간력 현미경으로 측정한바, 산술 평균 조도(Ra)는 0.37nm였다.
다음에, 제1 합성 석영 유리 기판의 표면(접합하는 면)에, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로, 단면이 대략 반원 형상인 홈을 형성하였다.
다음에, 제2 합성 석영 유리 기판의 소정 위치에, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로, 관통 구멍을 형성하였다.
그 후, 홈이 형성된 제1 합성 석영 유리 기판과, 관통 구멍이 형성된 제2 합성 석영 유리 기판을, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로 세정ㆍ건조하여, 표면(접합하는 면)끼리를 밀착시킴으로써, 옵티컬 콘택트에 의해 접합하고, 적층체를 제작하여, 마이크로 유로 디바이스를 얻었다. 마이크로 유로 디바이스의 접합 계면을 눈으로 보고 확인한바, 미접합 유래의 간섭 줄무늬와 기포가 관측되었다.
다음에, 얻어진 마이크로 유로 디바이스를, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로 열융착하였다.
마이크로 유로 디바이스의 접합 계면을 눈으로 보고 확인한바, 미접합 유래의 간섭 줄무늬와 기포가 관측되었다. 또한, 기포 내의 기체가 팽창함으로써, 열융착 전과 비교하여 기포 면적이 확대되어 있는 것이 관측되었다.
100: 마이크로 유로 디바이스
102: 홈부
103: 제1 합성 석영 유리 기판(유로 형성용)
104: 제2 합성 석영 유리 기판(커버용)
105: 관통 구멍
106: 미소 유로
107: 접합면
200: 마이크로 유로 디바이스
202: 홈부
203: 제1 합성 석영 유리 기판(유로 형성용)
204: 제2 합성 석영 유리 기판(유로 형성용 겸 커버용)
205: 제3 합성 석영 유리 기판(커버용)
206: 관통 구멍
207: 미소 유로
208: 접합면
209: 접합면

Claims (8)

  1. 합성 석영 유리 기판의 표면에 있어서의 6.0mm×6.0mm의 임의의 영역을, 백색 간섭계로 측정하여 얻어지는 공간 주파수 0.4mm-1 이상 100mm-1 이하의 환상 평균 파워 스펙트럼 밀도의 최댓값이 5.0×1015nm4 이하인, 마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 합성 석영 유리 기판의 표면에 있어서의 10㎛×10㎛의 임의의 영역을, 원자간력 현미경으로 측정하여 얻어지는 산술 평균 조도(Ra)가 1.0nm 이하인, 마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판.
  3. 2매 이상의 합성 석영 유리 기판이 그것들의 표면끼리 접합된 접합면을 갖는 적층체를 구비함과 함께, 상기 접합면을 구성하는 상기 표면의 적어도 한쪽에 홈부가 형성되어 이루어지는 합성 석영 유리제 마이크로 유로 디바이스의 제조 방법으로서,
    상기 2매 이상의 합성 석영 유리 기판으로서 제1항 또는 제2항에 기재된 마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판을 준비하는 준비 공정과,
    준비한 2매 이상의 합성 석영 유리 기판에 있어서의, 상기 접합면을 구성하게 되는 표면의 적어도 한쪽에 홈부를 형성하는 홈부 형성 공정과,
    홈부 형성 공정 후의 2매 이상의 합성 석영 유리 기판을, 상기 홈부가 접합면을 구성하도록 옵티컬 콘택트에 의해 접합하여 적층체를 제작하는 접합 공정
    을 포함하는, 합성 석영 유리제 마이크로 유로 디바이스의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 접합 공정 후에, 적층된 합성 석영 유리 기판을 열융착하는 열융착 공정을 더 포함하는, 합성 석영 유리제 마이크로 유로 디바이스의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 열융착의 온도가 1000℃ 이상 1600℃ 미만인, 합성 석영 유리제 마이크로 유로 디바이스의 제조 방법.
  6. 2매 이상의 합성 석영 유리 기판이 그것들의 표면끼리 접합된 접합면을 갖는 적층체를 구비함과 함께, 상기 접합면을 구성하는 상기 표면의 적어도 한쪽에 홈부가 형성되어 이루어지는 합성 석영 유리제 마이크로 유로 디바이스로서,
    상기 접합면을 구성하는 상기 표면에 있어서의 6.0mm×6.0mm의 임의의 영역을, 백색 간섭계로 측정하여 얻어지는 공간 주파수 0.4mm-1 이상 100mm-1 이하의 환상 평균 파워 스펙트럼 밀도의 최댓값이 5.0×1015nm4 이하이고,
    상기 2매 이상의 합성 석영 유리 기판의 표면끼리가, 옵티컬 콘택트에 의해 접합되어 이루어지는, 합성 석영 유리제 마이크로 유로 디바이스.
  7. 2매 이상의 합성 석영 유리 기판이 그것들의 표면끼리 접합된 접합면을 갖는 적층체를 구비함과 함께, 상기 접합면을 구성하는 상기 표면의 적어도 한쪽에 홈부가 형성되어 이루어지는 합성 석영 유리제 마이크로 유로 디바이스로서,
    상기 접합면을 구성하는 상기 표면에 있어서의 6.0mm×6.0mm의 임의의 영역을, 백색 간섭계로 측정하여 얻어지는 공간 주파수 0.4mm-1 이상 100mm-1 이하의 환상 평균 파워 스펙트럼 밀도의 최댓값이 5.0×1015nm4 이하이고,
    상기 2매 이상의 합성 석영 유리 기판의 표면끼리가, 열융착에 의해 접합되어 이루어지는, 합성 석영 유리제 마이크로 유로 디바이스.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 접합면을 구성하는 상기 표면에 있어서의 10㎛×10㎛의 임의의 영역을, 원자간력 현미경으로 측정하여 얻어지는 산술 평균 조도(Ra)가 1.0nm 이하인, 합성 석영 유리제 마이크로 유로 디바이스.
KR1020220176509A 2021-12-21 2022-12-16 마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판, 그리고 합성 석영 유리제 마이크로 유로 디바이스 및 그 제조 방법 KR20230095001A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021206939A JP2023092001A (ja) 2021-12-21 2021-12-21 マイクロ流路デバイス用合成石英ガラス基板、並びに合成石英ガラス製マイクロ流路デバイスおよびその製造方法
JPJP-P-2021-206939 2021-12-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230095001A true KR20230095001A (ko) 2023-06-28

Family

ID=84541336

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220176509A KR20230095001A (ko) 2021-12-21 2022-12-16 마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판, 그리고 합성 석영 유리제 마이크로 유로 디바이스 및 그 제조 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230191397A1 (ko)
EP (1) EP4201897A1 (ko)
JP (1) JP2023092001A (ko)
KR (1) KR20230095001A (ko)
CN (1) CN116282854A (ko)
TW (1) TW202340076A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008056496A (ja) 2005-01-12 2008-03-13 Nippon Sheet Glass Co Ltd マイクロ化学チップ用ガラス基板およびその製造方法ならびにマイクロ化学チップの製造方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1756586B1 (en) * 2004-05-21 2014-07-09 Caliper Life Sciences, Inc. Automated system for handling microfluidic devices
WO2010138693A1 (en) * 2009-05-28 2010-12-02 Cornell University Microfabrication of high temperature microreactors

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008056496A (ja) 2005-01-12 2008-03-13 Nippon Sheet Glass Co Ltd マイクロ化学チップ用ガラス基板およびその製造方法ならびにマイクロ化学チップの製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP4201897A1 (en) 2023-06-28
TW202340076A (zh) 2023-10-16
JP2023092001A (ja) 2023-07-03
US20230191397A1 (en) 2023-06-22
CN116282854A (zh) 2023-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5776491B2 (ja) フォトマスク用、レチクル用又はナノインプリント用のガラス基板及びその製造方法
JP5664471B2 (ja) 半導体用合成石英ガラス基板の製造方法
KR101606603B1 (ko) 집적형 유체 칩의 제조를 위한 방법 및 시스템
JP5096556B2 (ja) 基板の薄層化方法
KR20220034091A (ko) 임프린트·리소그래피용 각형 기판 및 그의 제조 방법
KR101284520B1 (ko) 반도체-온-인슐레이터 구조체의 연마 방법
KR102046662B1 (ko) 각형 금형용 기판
JPH0376118A (ja) 半導体素子形成用基板の製造方法
WO2010147173A1 (ja) 小型反応器の製造方法、小型反応器
KR100275283B1 (ko) 한쪽면에 코팅시켜 다듬질을 한 반도체 웨이퍼의 제조방법
KR20230095001A (ko) 마이크로 유로 디바이스용 합성 석영 유리 기판, 그리고 합성 석영 유리제 마이크로 유로 디바이스 및 그 제조 방법
JP5401683B2 (ja) 両面鏡面半導体ウェーハおよびその製造方法
JPH11243135A (ja) 真空吸着盤
EP3140852B1 (en) Multi-layer polishing pad for cmp
JP2892215B2 (ja) ウェーハ研磨方法
TW200425322A (en) Process for polishing a semiconductor wafer
JP2008056496A (ja) マイクロ化学チップ用ガラス基板およびその製造方法ならびにマイクロ化学チップの製造方法
JP2010188489A (ja) 接合ウェーハの製造方法
JP5181214B2 (ja) 接合ウェーハの製造方法
JP3940623B2 (ja) ウェーハ研磨治具とその製造方法及びこれを用いたウェーハ研磨装置
US20120288422A1 (en) Glass micro fluidic device
JPH02237066A (ja) 半導体装置の製造方法
JP2000308961A (ja) 貼付プレートおよびその製法
JPH02178927A (ja) 板面体の研磨方法
Matzke et al. Integratible process for fabrication of fluidic microduct networks on a single wafer