JP5229215B2

JP5229215B2 - マイクロチップの製造方法

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Publication number: JP5229215B2
Application number: JP2009502511A
Authority: JP
Inventors: 幹司関原; 真嘉上平
Original assignee: Konica Minolta Advanced Layers Inc
Current assignee: Konica Minolta Advanced Layers Inc
Priority date: 2007-03-02
Filing date: 2008-02-21
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2028-02-21
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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の製造方法に関する。

微細加工技術を利用してシリコンやガラスの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チップ、あるいはμＴＡＳ（ＭｉｃｒｏＴｏｔａｌＡｎａｌｙｓｉｓＳｙｓｔｅｍｓ）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製の基板が用いられており、様々な微細加工方法が提案されている。しかしながら、ガラス製の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のマイクロチップの開発が望まれている。

樹脂製のマイクロチップは、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、ＳｉＯ_２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、流路用溝の内面にのみ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、樹脂製のマイクロチップ基板に機能性膜を形成しない場合、超音波溶着、熱圧着、又はレーザ溶着によってマイクロチップ基板同士を接合することができるが、これらの方法では、いずれも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存在している場合は、マイクロチップ基板同士を接合することが困難になる。

そこで、従来においては、マイクロチップに形成された流路の内面にＳｉＯ_２膜を形成する方法として、マイクロチップ基板同士を接合した後に、珪弗化水素酸溶液を流路内に通すことで、流路の内面にＳｉＯ_２膜を形成することが行われている（例えば特許文献５）。
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号公報特開２００２−１３９４１９号公報

しかしながら、上記特許文献５に記載の方法では、微細流路の内面に、膜厚が均一な機能性膜を形成することは困難であり、機能性膜の密着強度も弱くなってしまう。

膜厚が均一で且つ密着強度が強い機能性膜を形成するためには、ＣＶＤやスパッタリングなどの方法で機能性膜を形成すれば良いが、それらの手法では、上述したように、マイクロチップ基板同士を接合する前に、流路用溝を含む面全体に機能性膜を形成するので、接合する面にも機能性膜が形成されるため、マイクロチップ基板同士の接合が困難であった。

また、流路用溝を含む面に機能性膜を形成した場合、上述したように超音波溶着、熱圧着、又はレーザ溶着では、マイクロチップ基板同士を接合することは困難であるため、この場合、マイクロチップ基板同士の接合には接着剤が用いられる。

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。

以上のように、接合面には機能性膜を形成せず、微細流路の内面に機能性膜を形成し、接着剤を用いずにマイクロチップ基板同士を接合することは困難であった。

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、微細流路を塞いだり、機能性膜の機能を妨げたりすることなく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において、前記流路用溝が形成された面に機能性膜を形成する第１工程と、粘着部材を前記機能性膜が形成された面に前記流路用溝以外の面に接着した後、剥離する第２工程と、前記第２工程後、前記流路用溝が形成された面を内側にして前記２つの樹脂製基板を内接合する第３工程と、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、前記流路用溝は前記２つの樹脂製基板両方の表面にそれぞれ形成されており、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接合す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、前記機能性膜はＳｉＯ_２膜であることを特徴とする。

また、この発明の第４の形態は、第１の形態乃至第３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５の形態は、第１の形態乃至第３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６の形態は、第１の形態乃至第３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７の形態は、第１の形態乃至第６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３工程では、前記流路用溝が形成された面を内側にし、前記２つの樹脂製基板の接合する面を溶融することで、前記２つの樹脂製基板を接合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の形態乃至第７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３工程では、前記流路用溝が形成された面を内側にし、前記２つの樹脂製基板を加熱することで前記接合する面を溶融させ、前記２つの樹脂製基板を加圧することで、前記２つの樹脂製基板を接合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の形態乃至第７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３工程では、前記流路用溝が形成された面を内側にし、前記２つの樹脂製基板に対して超音波を印加することで前記接合する面を溶融させ、前記２つの樹脂製基板を加圧することで、前記２つの樹脂製基板を接合することを特徴とする。

また、この発明の第１０の形態は、第１の形態乃至第７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３工程では、前記流路用溝が形成された面を内側にし、前記２つの樹脂製基板に対してレーザを照射することで前記接合する面を溶融させ、前記２つの樹脂製基板を加圧することで、前記２つの樹脂製基板を接合することを特徴とする。

また、この発明の第１１の形態は、第１の形態乃至第１０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、前記粘着部材はシート状の形状を有することを特徴とする。

この発明によると、粘着部材を用いることで、流路用溝以外の表面に形成された機能性膜を剥離することができる。そのことにより、樹脂製基板の接合面は樹脂が剥き出しの状態となり、樹脂同士を接触させることができるため、微細流路を塞いだり、機能性膜の機能を妨げたりすることのない熱圧着、超音波溶着、又はレーザ溶着などのような熱を利用する接着方法を用いて、樹脂製基板同士を直接接合することが可能となる。

また、この発明によると、２つの樹脂製基板に流路用溝を形成し、各樹脂製基板の流路用溝の内面に機能性膜を形成し、微細流路の位置合わせを行って２つの樹脂製基板を接合することで、流路用溝によって形成される流路の内面を機能性膜で覆うことが可能となる。

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。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のうち、機能性膜の剥離工程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。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

１０、２０、５０、６０、８０、９０マイクロチップ基板
１１、２１、５１、６１、８１、９１流路用溝
１２、１３、２２、２３、４１ＳｉＯ_２膜
３０マイクロチップ
３１微細流路
４０粘着部材
７０台
１００基板

［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１０の表面には、表面に沿って延びる流路用溝１１が形成されている。また、樹脂製のマイクロチップ基板２０の表面には、表面に沿って延びる流路用溝２１が形成されている。流路用溝１１と流路用溝２１は、対向させたときに互いに合致するパターンに形成されている。流路用溝１１、２１は、表面に沿った溝状のものである。そして、流路用溝１１、２１が形成されている面を内側にして、マイクロチップ基板１０とマクロチップ基板２０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。なお、マイクロチップ基板１０、２０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１０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１１に接して形成されており、マイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板２０を接合することで、外部と流路用溝１１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１１に導入し、又は、流路用溝１１から排出する。なお、貫通孔をマイクロチップ基板２０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１０、２０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、ポリアミド系樹脂、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１０とマイクロチップ基板２０とには、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１０、２０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角乃至２００ｍｍ角程度の大きさが好ましく、１０ｍｍ角乃至１００ｍｍ角がより好ましい。マイクロチップ基板１０、２０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、あるいはそれらを組み合わせた形状に形成されることが好ましい。

流路用溝１１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乃至２００μｍ、深さは３０μｍ乃至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乃至３程度が好ましく、０．２乃至２程度がより好ましい。また、流路用溝１１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に示す流路用溝１１の断面の形状は矩形状となっているが、この形状は流路用溝１１の１例であり、曲面状となっていても良い。

また、流路用溝２１の幅は、流路用溝１１の幅と等しくし、１０μｍ乃至２００μｍの範囲内の値であることが好ましい。流路用溝１１と流路用溝２１の幅を同じにすることで、流路用溝１１と流路用溝２１の位置合わせを行ってマイクロチップ基板１０、２０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２１の深さは、３０μｍ乃至２００μｍの範囲内の値であることが好ましい。流路用溝２１の深さは、流路用溝１１の深さ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１０、２０の板厚は、０．２ｍｍ乃至５ｍｍ程度の範囲であり、成形性を考慮すると０．５ｍｍ乃至２ｍｍが好ましい。
（機能性膜の形成）
次いで、マイクロチップ基板１０、２０の流路用溝１１が形成されている面に機能性膜を形成する。以下説明するマイクロチップ基板１０、２０に機能性膜を形成する機能性膜形成工程が、本発明における第１工程として機能する。ここでは、形成する機能性膜の１例としてＳｉＯ２を主成分とし、親水性機能を有するＳｉＯ２膜１２を形成する場合について説明する。
なお、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。

そして、図１（ｂ）に示すように、マイクロチップ基板１０の、流路用溝１１が形成されている面に機能性膜の１例としてＳｉＯ２膜１２を形成し、同様に、マイクロチップ基板２０の、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ＳｉＯ_２膜を形成する。マイクロチップ基板１０、２０ともに、流路用溝１１、２１の内面にもＳｉＯ２膜１２、２２を形成する。
（機能性膜形成工程におけるＳｉＯ_２膜の形成）
ＳｉＯ_２膜１２、２２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１１、２１の内面、特に流路用溝１１、２１の垂直壁面に密着性の良好なＳｉＯ_２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ＳｉＯ_２膜の形成）
例えば、塗布によってＳｉＯ_２膜１２、２２を形成する場合、硬化後にＳｉＯ_２の膜となる塗布溶液をマイクロチップ基板１０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１０、２０の表面にＳｉＯ_２膜１２、２２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、ＳｉＯ_２膜を形成する。塗布溶液の例としては、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、ＳｉＯ_２膜を形成する。塗布溶液の例としては、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、ＳｉＯ_２が主成分となるハイブリッド膜を形成する。塗布溶液の例としては、ＪＳＲ社製のグラスカ７５０６などが挙げられる。

塗布溶液はマイクロチップ基板１０、２０に均一に塗布され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、ＳｉＯ_２膜１２、２２が形成される。

なお、塗布溶液を硬化させてＳｉＯ_２膜を形成する際には、塗布溶液の溶媒を十分に揮発させ、ＳｉＯ_２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℃乃至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ＳｉＯ_２膜の形成）
マイクロチップ基板へのＳｉＯ_２膜１２、２２の形成は、スパッタリングにより実施することができる。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、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０．４ｎｍ／ｓｅｃの条件で、ＳｉＯ_２膜１２、２２を２００ｎｍ成膜することができる。
（ＣＶＤによるＳｉＯ_２膜の形成）
また、マイクロチップ基板へのＳｉＯ２膜１２、２２の形成は、ＣＶＤにより、ＴＥＯＳ（ＴｅｔｒａＥｔｈｏｘｙＳｉｌａｎｅ）、ＴＭＯＳ（ＴｅｔｒａＭｔｈｏｘｙＳｉｌａｎｅ）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、酸化させることで実施することができる。例えば、サムコ社製ＣＶＤ装置（装置名：ＰＤ−２７０ＳＴ）を使用して、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３ｎｍ／ｓｅｃの条件で、ＳｉＯ_２膜１２、２２を２００ｎｍすることができる。
形成される機能性膜であるＳｉＯ_２膜１２、２２の膜厚は、流路用溝１１、２１の内面がすべてＳｉＯ_２で覆われること、流路用溝１１、２１への密着性が確保できること、流路用溝１１、２１を塞いでしまわないことなどを考慮して決定する。塗布によってＳｉＯ_２膜を形成する場合は、塗布溶液の特性、種類に応じて膜厚を調整する。例えば、膜厚は、１０ｎｍ乃至３μｍの範囲内の値であることが好ましく、１０ｎｍ乃至２μｍの範囲内の値であることがより好ましい。また、スパッタリングやＣＶＤによってＳｉＯ_２膜を形成する場合であって、緻密なＳｉＯ_２膜を形成する場合、ＳｉＯ_２膜の内部応力が増加する傾向にあるため、膜厚は、１０ｎｍ乃至１μｍの範囲内の値であることが好ましく、１０ｎｍ乃至２００ｎｍの範囲内の値であることがより好ましい。
（機能性膜の剥離）
次いで、前記機能性膜が形成された面における前記流路用溝以外の面に形成された機能性膜を剥離する。第１実施形態における機能性膜の剥離は、粘着部材を使用して剥離する機能性膜剥離工程にてなされ、この機能性膜剥離工程が本発明における第２工程として機能する。以下、説明する。
（機能性膜剥離工程における機能性膜の剥離）
機能性膜剥離工程にて機能製膜の剥離を実行することにより、図１（ｃ）に示すように、マイクロチップ基板１０の流路用溝１１の内面に形成されたＳｉＯ_２膜以外のＳｉＯ_２膜を、粘着部材によって剥離、除去され、流路用溝１１の内面のＳｉＯ２膜は残存される。同様に、マイクロチップ基板２０の流路用溝２１の内面に形成されたＳｉＯ_２膜以外のＳｉＯ_２膜を、粘着部材によって剥離、除去され、流路用溝２１の内面のＳｉＯ２膜は残存される。
ここで、機能性膜剥離工程における粘着部材によるＳｉＯ_２膜の剥離について、図２を参照して説明する。図２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のうち、機能性膜の剥離工程を説明するためのマイクロチップ基板の断面図である。

まず、図２（ａ）に示すように、マイクロチップ基板１０の流路用溝１１が形成された面に、粘着部材４０を接着させる。この粘着部材４０には、例えば粘着テープなどのようにシート状の部材が用いられる。粘着テープとしては、例えばＪＩＳＺ１５２２に規定されている粘着テープが用いられる。その１例として、ニチバン社製粘着テープ（ＮＯ４０５）が用いられる。

また、粘着部材４０は、厚さが０．０９ｍｍ以下、粘着力が１．１８Ｎ／ｃｍ^２以上、粘着層の厚さが０．０３ｍｍ程度であることが好ましい。この範囲は、流路用溝の内面以外の表面に形成された機能性膜のみを剥離するための好ましい条件である。すなわち、機能性膜の密着強度を、粘着部材の粘着力以下の範囲で、いかに高い密着強度のものを選択するかという点を製造条件内で考慮した範囲である。

また、粘着部材４０の粘着力は、１．１８Ｎ／ｃｍ^２以上であるため、ＳｉＯ_２膜の密着強度を１Ｎ／ｃｍ^２程度にすることが好ましい。これにより、流路用溝１１内に残存するＳｉＯ_２膜を維持しつつ、粘着部材４０が接着された部分のＳｉＯ_２膜を剥離することが可能となる。

流路用溝１１の深さが３０μｍ乃至２００μｍの範囲内の値であるため、このような粘着部材４０を用いることで、流路用溝１１内への粘着部材４０の入り込みを防止され、流路用溝１１内に形成されたＳｉＯ２膜１３を残存させることができる。すなわち、流路用溝１１の内面に形成されたＳｉＯ_２膜は剥離せずに、流路用溝１１以外の表面に形成されたＳｉＯ_２膜のみを剥離することができる。換言すると、流路用溝１１の深さは、粘着部材４０が入り込まない深さにする必要がある。

そして、図２（ｂ）に示すように、マイクロチップ基板１０から粘着部材４０を剥がすことで、流路用溝１１内に形成されたＳｉＯ_２膜１３を残存させて、流路用溝１１以外の表面に形成されたＳｉＯ_２膜４１を剥離する。同様に、マイクロチップ基板２０についても、流路用溝２１が形成された面に粘着部材を接着させる。そして、マイクロチップ基板２０から粘着部材を剥がすことで、流路用溝２１内に形成されたＳｉＯ_２膜２３を残存させて、流路用溝２１以外の表面に形成されたＳｉＯ_２膜を剥離する。また、マイクロチップ基板２０における流路用溝２１の深さが３０μｍ乃至２００μｍの範囲内の値であるため、上記粘着部材４０を用いることで、流路用溝２１内への粘着部材４０の入り込みが防止され、流路用溝２１内に形成されたＳｉＯ２膜２３を残存させることができる。すなわち、流路用溝２１の内面に形成されたＳｉＯ２膜は剥離せずに、流路用溝２１以外の表面に形成されたＳｉＯ２膜のみを剥離することができる。換言すると、流路用溝２１の深さは、粘着部材４０が入り込まないだけの深さがあれば良い。

以上のように粘着部材を用いる機能性膜剥離工程にて、流路用溝１１、２１の内面にＳｉＯ_２膜を残存させた状態で、流路用溝１１、２１以外の表面に形成されたＳｉＯ_２膜を剥離することができる。そのことにより、マイクロチップ基板同士の接合面においては樹脂を剥き出しの状態にすることができる。
（接合）
そして、マイクロチップ基板１０については流路用溝１１が形成された面を内側にし、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、流路用溝１１と流路用溝２１の位置を合わせてマイクロチップ基板１０、２０を重ねて、接合する。この、流路用溝が形成された面を内側にして２つの樹脂製基板を接合する接合工程が、本発明における第３工程として機能する。
流路用溝１１と流路用溝２１は、対向させたときに互いに合致するパターンに形成されており、流路用溝１１と流路用溝２１の位置合わせを行ってマイクロチップ基板１０、２０を接合することで、流路用溝１１と流路用溝２１によって微細流路３１が形成される。これにより、図１（ｄ）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３０が形成される。微細流路３１の内面は、ＳｉＯ_２膜１３、２３にて、全面が覆われている。

なお、マイクロチップ基板１０を金型で作製する際に、流路用溝１１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２０を金型で作製する際に、流路用溝２１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。
（機能性膜剥離工程における基板の接合）
マイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板２０の接合は、レーザ溶着、超音波溶着、又は熱圧着によって行われる。レーザ溶着、超音波溶着、及び熱圧着は、公知の方法を採用することができる。例えば、レーザ溶着については特開２００５−７４７９６号公報に記載の方法を採用し、超音波溶着については特開２００５−７７２３９号公報に記載の方法を採用し、熱圧着については特開２００５−７７２１８号公報に記載の方法を採用することができる。これらの方法は１例であり、他の公知技術を用いても良い。

マイクロチップ基板１０、２０に対してレーザ照射、超音波印加、又は熱圧着を施すことにより、マイクロチップ基板１０、２０の接合面における樹脂を溶融させて、マイクロチップ基板１０、２０を接合する。マイクロチップ基板１０、２０の接合面からはＳｉＯ２膜が除去されているため、接合に際しては樹脂同士を接触させることができ、樹脂を溶融させてマイクロチップ基板１０、２０を接合する接合方法を適用することができる。

例えば熱圧着の場合、流路用溝１１と流路用溝２１を内側にし、流路用溝１１と流路用溝２１の位置合わせを行って、マイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板２０を重ねる。その状態で、マイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板２０を加熱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１０とマイクロチップ基板２０を加圧することで接合する。例えば、７０℃乃至２００℃の範囲でマイクロチップ基板を加熱し、その状態で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。

また、超音波溶着の場合、流路用溝１１と流路用溝２１を内側にし、流路用溝１１と流路用溝２１の位置合わせを行って、マイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板２０を重ねる。その状態で、マイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板２０に対して超音波を照射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１０とマイクロチップ基板２０を加圧することで接合する。例えば、１０ｋＨｚ乃至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。

また、レーザ溶着の場合、流路用溝１１と流路用溝２１を内側にし、流路用溝１１と流路用溝２１の位置合わせを行って、マイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板２０を重ねる。その状態で、マイクロチップ基板１０とマイクロチップ基板２０に対してレーザを照射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１０とマイクロチップ基板２０を加圧することで接合する。例えば、０．１Ｗ乃至２０Ｗのレーザ強度でマイクロチップ基板上を走査することで、基板同士を接合する。
このように、マイクロチップ基板１０、２０の接合面からはＳｉＯ２膜が除去されており、接合面の樹脂同士が接触するので、樹脂を溶融させてマイクロチップ基板１０、２０を接合する接合方法が適用できる。すなわち、レーザ溶着、超音波溶着、又は熱圧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１０、２０を接合することができる。そのことにより、微細流路３１の内部に接着剤などの物質が染み出すおそれがない。

そして、流路用溝１１のカバー（蓋）として機能するマイクロチップ基板２０にも、流路用溝２１を形成し、流路用溝２１の内面にＳｉＯ_２膜２３を残存させることで、マイクロチップ基板１０、２０を接合したときに形成される微細流路３１の内面すべてをＳｉＯ_２膜で覆うことが可能となる。
（変形例）
次に、上述した第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。第１実施形態では、マイクロチップ基板１０、２０の両基板に流路用溝を形成し、両基板にＳｉＯ_２膜を形成するものであった。変形例では、表面に流路用溝が形成されたマイクロチップ基板と、平板状のマイクロチップ基板とを接合することでマイクロチップを製造する方法を説明する。

変形例においては、一方のマイクロチップ基板のみに流路用溝を形成し、その流路用溝が形成された表面に第１実施形態と同様に機能製膜形成工程にて機能性膜（例えばＳｉＯ_２膜）を形成する。そして、機能製膜剥離工程にて、粘着部材によって流路用溝の内面に形成された機能成膜以外の膜を剥離する。これにより、流路用溝の内面のみに機能性膜を残存させる。なお、この一方のマイクロチップ基板は、上述した第１実施形態で説明したマイクロチップ基板１０に相当する。

その後、流路用溝が形成されたマイクロチップ基板（マイクロチップ基板１０）については、接合工程にて流路用溝が形成された面を内側にし、接合の相手方となる平板状のマイクロチップ基板と重ね、第１実施形態と同じ方法によって接合する。この平板状のマイクロチップ基板は、流路用溝のカバー（蓋）として機能する。

以上のように、一方のマイクロチップ基板のみに流路用溝を形成した場合であっても、第１実施形態と同様に粘着部材を用いることで、流路用溝以外の表面に形成された機能性膜を剥離することができ、流路用溝の内面に機能性膜を残存させることができる。そのことにより、マイクロチップ基板の接合面は樹脂が剥き出しの状態となり、樹脂同士を接触させることが可能となるため、熱を利用して、マイクロチップ基板同士を直接接合することができる。

流路用溝を覆うための蓋（カバー）として機能する平板状のマイクロチップ基板の板厚は、流路用溝が形成されたマイクロチップ基板の板厚と同様に、０．２ｍｍ乃至５ｍｍ程度の範囲であり、成形性を考慮すると０．５ｍｍ乃至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に微細流路を形成しない場合、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乃至３００μｍであることが好ましく、５０μｍ乃至１５０μｍであることがより好ましい。
［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３乃至図５を参照して説明する。図３乃至図５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３（ａ）に示すように、表面に流路用溝５１が形成されたマイクロチップ基板５０と、表面に流路用溝６１が形成されたマイクロチップ基板６０を接合させる。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５０に対しては、流路用溝５１が形成された表面に、機能製膜形成工程にてＳｉＯ_２膜などの機能性膜を形成し、その後、機能製膜剥離工程にて粘着部材によって流路用溝５１以外の表面に形成されたＳｉＯ_２膜などの機能性膜を剥離する。マイクロチップ基板６０に対しても、流路用溝６１が形成された表面に、機能製膜形成工程にてＳｉＯ_２膜などの機能性膜を形成し、その後、機能製膜剥離工程にて粘着部材によって流路用溝６１以外の表面に形成されたＳｉＯ_２膜などの機能性膜を剥離する。これにより、流路用溝５１、６１以外の表面においては、ＳｉＯ_２膜などの機能性膜が剥き出しの状態となっている。

例えば、マイクロチップ基板５０は、流路用溝５１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６０は、流路用溝６１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。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５０、６０を作製する。マイクロチップ基板５０、６０の反りは、例えば１乃至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乃至２μｍとなっていれば良い。

そして、接合工程にて、図３（ａ）に示すように、マイクロチップ基板５０については流路用溝５１が形成された面を内側にし、マイクロチップ基板６０については流路用溝６１が形成された面を内側にし、流路用溝５１、６１の位置合わせを行って、マイクロチップ基板５０、６０を接合する。このとき、図３（ａ）に示すように、マイクロチップ基板５０を平面状の台７０の上に設置し、マイクロチップ基板５０、６０の周辺部を加圧することで、マイクロチップ基板５０、６０を接合する。これにより、図３（ｂ）に示すように、流路用溝５１、６１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。

このように接合することで、両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５０、６０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５０、６０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、微細流路のシール性を向上させることが可能となる。

また、図４（ａ）に示すように、表面に流路用溝８１が形成されたマイクロチップ基板８０と、表面に流路用溝９１が形成されたマイクロチップ基板９０を接合させる。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８０に対しては、流路用溝８１が形成された表面に、機能製膜形成工程にてＳｉＯ_２膜などの機能性膜を形成し、その後、機能製膜剥離工程にて粘着部材によって流路用溝８１以外の表面に形成されたＳｉＯ_２膜などの機能性膜を剥離する。マイクロチップ基板９０に対しても、流路用溝９１が形成された表面にＳｉＯ_２膜などの機能性膜を形成し、その後、粘着部材によって流路用溝９１以外の表面に形成されたＳｉＯ_２膜などの機能性膜を剥離する。これにより、流路用溝８１、９１以外の表面においては、ＳｉＯ_２膜などの機能性膜が除去され、樹脂が剥き出しの状態となっている。

例えば、マイクロチップ基板８０は、流路用溝８１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９０は、流路用溝９１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。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８０、９０を作製する。

そして、接合工程にて、図４（ａ）に示すように、マイクロチップ基板８０については流路用溝８１が形成された面を内側にし、マイクロチップ基板９０については流路用溝９１が形成された面を内側にし、流路用溝８１、９１の位置合わせを行って、マイクロチップ基板８０、９０を接合する。このとき、図４（ａ）に示すように、マイクロチップ基板８０を台７０の上に設置し、マイクロチップ基板８０、９０の中央部を加圧することで、マイクロチップ基板８０、９０を接合する。これにより、図４（ｂ）に示すように、流路用溝８１、９１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。

このように接合することで、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８０、９０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５０、６０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、微細流路のシール性を向上させることが可能となる。

接合工程におけるマイクロチップ基板同士の接合は、超音波溶着、レーザ溶着、又は接着剤によって行われる。

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３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６０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６０の周辺部を加圧しながら超音波をマイクロチップ基板５０、６０に照射することで、マイクロチップ基板５０、６０を接合する。また、図４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９０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９０の中央部を加圧しながら超音波をマイクロチップ基板８０、９０に照射することで、マイクロチップ基板８０、９０を接合する。

また、レーザ溶着の場合は、例えば図５（ａ）に示すように、溶着に用いられる波長のレーザを透過させる基板１００によって、マイクロチップ基板９０を押さえ付け、その基板１００によって基板の中央部を加圧しながらレーザを照射することで、図５（ｂ）に示すように、マイクロチップ基板同士を接合する。基板１００には、例えばガラス材が用いられる。なお、図５に示す例では、接合面が凹面となっているマイクロチップ基板８０とマイクロチップ基板９０とを接合する場合について説明したが、接合面が凸面となっているマイクロチップ基板５０とマイクロチップ基板６０とを接合する場合についても、基板１００でマイクロチップ基板を押さえ付け、レーザを照射することでマイクロチップ基板同士を接合しても良い。

また、接合面が凸面となっているマイクロチップ基板５０とマイクロチップ基板６０を接合する場合には、接着剤を用いても良い。接合面が凸面となっているマイクロチップ基板同士を接着剤で接合する場合、余分な接着剤は基板の外側に押し出されるため、マイクロチップ基板同士を均一に接合することができる。

なお、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ＳｉＯ_２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。フッ素系樹脂の膜を用いる場合も、第１実施形態と同様に、機能製膜形成工程にて流路用溝が形成された表面にフッ素系樹脂の膜形成し、機能製膜剥離工程にて、粘着部材によって流路用溝の内面以外に形成された膜を剥離する。機能製膜剥離工程における機能性膜の剥離により、微細流路の内面に、液体試料に対する撥水性、分子の吸着機能を有する機能性膜を残存させること、また、接合面における樹脂同士を剥き出しにすることが可能となる。
（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の作製）
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。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１１が形成されたマイクロチップ基板１０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。

流路側マイクロチップ基板に形成された複数の流路用溝と、カバー側マイクロチップ基板に形成された複数の流路用溝は、対向させたときに互いに合致するパターンに形成されている。

このカバー側マイクロチップ基板が、上記第１実施形態における流路用溝２１が形成されたマイクロチップ基板２０に相当する。
（ＳｉＯ_２膜の形成）
そして、機能製膜形成工程にて流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の流路用溝が形成された面（接合面）に、ＣＶＤ装置（サムコ社製、ＰＤ−２７０ＳＴ）を使用してＳｉＯ_２膜を形成した。ＣＶＤの原料は、ＴＥＯＳ（ＴｅｔｒａＥｔｈｏｘｙＳｉｌａｎｅ）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３ｎｍ／ｓｅｃにて、ＳｉＯ_２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ＳｉＯ_２膜を均一に形成することができた。流路用溝内部のＳｉＯ_２膜の厚さは１３０ｎｍであった。
（剥離）
次いで、機能製膜剥離工程にて、粘着部材を用いて流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の流路用溝以外の表面に形成されたＳｉＯ_２膜を剥離した。この実施例では、粘着部材として、ニチバン社製粘着テープＮＯ４０５を用いた。使用した粘着部材の厚さは０．０５ｍｍ、粘着力は４．００Ｎ／ｃｍ^２、幅は５０ｍｍであった。

この剥離によって、流路側マイクロチップ基板、カバー側マイクロチップ基板ともに、流路用溝の内面のＳｉＯ２膜は剥離せずに残存させ、流路用溝以外の表面に形成されたＳｉＯ２膜を剥離することができた。
（接合）
そして、接合工程にて、流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の流路用溝を内側にし、両基板の流路用溝の位置を合わせて、レーザ溶着機にて、出力が５Ｗ、１０ｍｍ／ｓｅｃの走査速度でスキャンすることで基板同士を接合した。
（評価）
以上の工程を経ることで、内面がＳｉＯ_２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る。また、流路側マイクロチップ基板とカバー側マイクロチップ基板の接合面にはＳｉＯ_２膜が残存しないため、樹脂同士を接触させることが可能になり、レーザ溶着によってマイクロチップ基板同士を接合することができた。この実施例によると、内面がＳｉＯ_２膜で覆われた微細流路を有するマイクロチップを、容易に作製することができた。

なお、上記実施例では、レーザ溶着によって基板同士を接合したが、加熱プレスや超音波溶着によって基板同士を接合しても良い。また、この実施例では、機能成膜の１例としてＳｉＯ_２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。

Claims

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において、
前記流路用溝が形成された面に機能性膜を形成する第１工程と、
粘着部材を前記機能性膜が形成された面に前記流路用溝以外の面に接着した後、剥離する第２工程と、
前記第２工程後、前記流路用溝が形成された面を内側にして前記２つの樹脂製基板を接合する第３工程と
含むことを特徴とするマイクロチップの製造方法。
前記流路用溝は前記２つの樹脂製基板両方の表面にそれぞれ形成されており、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接合す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。
前記機能性膜はＳｉＯ２膜であることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のマイクロチップの製造方法。
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乃至３のいずれか１項に記載のマイクロチップの製造方法。
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乃至３のいずれか１項に記載のマイクロチップの製造方法。
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乃至３のいずれか１項に記載のマイクロチップの製造方法。
前記第３工程では、前記流路用溝が形成された面を内側にし、前記２つの樹脂製基板の接合する面を溶融することで、前記２つの樹脂製基板を接合することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のマイクロチップの製造方法。
前記第３工程では、前記流路用溝が形成された面を内側にし、前記２つの樹脂製基板を加熱することで前記接合する面を溶融させ、前記２つの樹脂製基板を加圧することで、前記２つの樹脂製基板を接合することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のマイクロチップの製造方法。
前記第３工程では、前記流路用溝が形成された面を内側にし、前記２つの樹脂製基板に対して超音波を印加することで前記接合する面を溶融させ、前記２つの樹脂製基板を加圧することで、前記２つの樹脂製基板を接合することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のマイクロチップの製造方法。
前記第３工程では、前記流路用溝が形成された面を内側にし、前記２つの樹脂製基板に対してレーザを照射することで前記接合する面を溶融させ、前記２つの樹脂製基板を加圧することで、前記２つの樹脂製基板を接合することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のマイクロチップの製造方法。
前記粘着部材はシート状の形状を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のマイクロチップの製造方法。