(57)【要約】【課題】  低コストで作製できるとともに不純物の混入が少なく、信頼性の高いものとすること。【解決手段】  マイクロ化学チップ１０は、空洞１４から半導体基板８の主面に形成されるとともに主面に開口部１２を有する被処理流体を流通させる第１の流路３と、空洞４内の微小電子機械機構６と、半導体基板８主面の電極７と、上面に一方の開口端２を有し他面に他方の開口端５を有する第２の流路９が内部に形成されているとともに開口部１２に一方の開口端２が対向するように配置された外部接続部材１と、第１の流路１３の開口部１２と第２の流路１５の一方の開口端２との間を気密に取り囲んで接続することにより第１及び第２の流路を連通させる接続材１１とを具備する。【選択図】  図１
2006090910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に空洞を有する半導体基板と、前記空洞から前記半導体基板の主面にかけて形成されるとともに前記半導体基板の主面に開口部を有する被処理流体を流通させるための第１の流路と、前記空洞内に形成された微小電子機械機構と、前記半導体基板の主面に形成されて前記微小電子機械機構に電気的に接続された電極と、上面に一方の開口端を有し他面に他方の開口端を有する第２の流路が内部に形成されているとともに前記開口部に前記一方の開口端が対向するように配置された外部接続部材と、前記第１の流路の前記開口部と前記第２の流路の前記一方の開口端との間を気密に取り囲んで接続することによって前記第１および第２の流路を連通させる接続材とを具備していることを特徴とするマイクロ化学チップ。
【請求項２】
前記第２の流路は、流通方向に垂直な断面における幅が０．０５乃至０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のマイクロ化学チップ。
【請求項３】
前記接続材は、横断面形状が円環状であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のマイクロ化学チップ。
【請求項４】
前記微小電子機械機構は、前記空洞内に前記第１の流路から湧出した前記被処理流体を化学的に分析するためのものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のマイクロ化学チップ。
【請求項５】
半導体母基板に、その内部に形成された空洞と、該空洞から主面にかけて形成されるとともに該主面に開口部を有する被処理流体を流通させるための第１の流路と、前記空洞内に形成された微小電子機械機構と、前記主面に形成されて前記微小電子機械機構に電気的に接続された電極とを一組とした微小電子機械機構領域を多数個縦横に配列形成した多数個取り微小電子機械機構基板を準備する工程と、
上面に一方の開口端を有し他面に他方の開口端を有する第２の流路が内部に形成されている外部接続部材を前記開口部に前記一方の開口端が対向するようにそれぞれ配置するとともに、前記第１の流路の開口部と前記第２の流路の一方の開口端との間を接続材によって気密に取り囲んで接続することによって前記第１および第２の流路を連通させる工程と、
前記外部接続部材が接続された前記多数個取り微小電子機械機構基板を前記微小電子機械機構領域毎に分割して個々のマイクロ化学チップを得る工程とを具備していることを特徴とするマイクロ化学チップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板に形成された微小電子機械機構と、これに被処理流体を流す流路とを備えて成るマイクロ化学チップ、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化学分析の高精度化、高効率化の背景から、従来の実験室で行なっていた電位の測定、流量の測定、クロマトグラフや電気泳動に必要な試料の注入、排出、評定などを微小なサイズで実行可能にする、所謂マイクロ化学チップが提案されている。
【０００３】
従来、マイクロ化学チップとして一般的なものは、流路が形成された半導体やガラス等から成る基板と、流路に被処理流体を流すためのマイクロポンプ等の動力源と、被処理流体に対して各種測定、分析を行なう機能部分とを備えた構成である。
【０００４】
マイクロ化学チップのうち、電位等の測定や試料の移送等の機械的な動き等の機能を１つの半導体基板で実施可能にするものとして、所謂ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System：微小電子機械機構）が提案されている。マイクロ化学チップ用のＭＥＭＳとは、例えば、一つの半導体基板の主面に、化学変化に応じて発生する気体や液体の圧力変化などを検出するための加速度計，圧力センサ，アクチュエータ等のセンサ、化学変化に応じて生じる変化を光学的に検出する際に高精度での検出等を目的とする光軸の変更のために使用される微細な鏡面体を可動式に形成したマイクロミラーデバイス、光デバイス等の機能部分に、マイクロポンプ等を合わせて形成し組み込んだ構造を有するもの等であり、非常に多岐にわたる構造を有する。
【０００５】
このようなＭＥＭＳが形成された半導体基板に、流路が形成されている流路基板等を接続し、流路とＭＥＭＳや機能部分が形成された部分とを連通させた構造とすることにより、ＭＥＭＳが備えるマイクロポンプ等の動力で流路中を被処理流体を流すことが可能となり、流路を流れて供給された被処理流体をＭＥＭＳが備える機能部分で分析、測定することが可能なマイクロ化学チップが形成される。
【０００６】
上記ＭＥＭＳは、例えば、電極用やＤＮＡ吸着用等の微細な突起、微小反応槽、マイクロミラー、マイクロポンプ等の微細な構造体、可動体等を備えたものである。
【０００７】
流路基板は、シリコン等の半導体やＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）、ガラス等の基板の一主面に溝状の流路を形成したり、一主面から他主面にかけて貫通するような流路を形成した構造である。
【０００８】
なお、ＭＥＭＳおよび流路は、外気からの異物の進入を防いで分析、測定等の化学的な処理を高精度に行なわせるために、ガラス板等から成る蓋体で覆われる。蓋体で覆われた後、外部に露出している流路の開口部分が被処理流体の供給口や排出口となり、供給口から被処理流体が供給される。
【０００９】
シリコン、ＰＤＭＳ等から成る基板に開口した供給口に対する被処理流体（生体物質等の試料を含む液体）の供給は、外部から液体ノズルや液体吐出装置等の送液装置を用いて加圧送液し、流路を介してＭＥＭＳに被処理流体を流して化学反応や検出等を行わせる。
【００１０】
また、マイクロ化学チップは、一般に、外部接続用の接続パッドが半導体基板の主面等に、ＭＥＭＳ部分と電気的に接続されて形成されており、この接続パッドをプリント回路基板等の外部電気回路基板の電気回路に電気的に接続しておくことにより、分析、測定等の化学処理の結果に応じてＭＥＭＳから発信される電気信号が接続パッドから外部の電気回路に送信される。
【００１１】
このＭＥＭＳを用いたマイクロ化学チップは、化学反応、分析システムを小型化し、シリコン基板やＰＤＭＳ基板上に形成したもので、マイクロ流路、マイクロポンプ、マイクロリアクタ等からなる。流路基板の化学反応部をマイクロ化し単位体積あたりの表面積を増大させることで、反応時間の大幅な削減を可能にしている。また、流量の精密な制御が可能なため高精度検出を行うことができる。
【００１２】
なお、これら従来のマイクロ化学チップに用いられるＭＥＭＳは、例えば、シリコン等の半導体基板の主面に、焼付け、エッチング等の所謂半導体マイクロマシニング技術を用いて電極用やＤＮＡ吸着用等の微細な突起や微小反応槽、マイクロミラー、マイクロポンプ等の微細な構造体、可動体を形成することにより製作される。
【００１３】
また、流路部分は、シリコンやＰＤＭＳ、ガラス等の基板の主面に、フォトリソグラフィーを応用した、所謂鋳型加工やスタンプ加工等の加工を施して溝状、孔状等の構造を形成することにより製作される。
【特許文献１】特開２００２−２１４２４１号公報（第４−５頁、第１図）
【特許文献２】特開２００２−１０８６１９号公報（第４−５頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記従来のマイクロ化学チップにおいては、検出などに用いられる被処理流体は外部の液体ノズルや液体吐出装置などの装置でマイクロ化学システムに供給されており、被処理流体である試薬は一度外気にさらされることが一般的であった。このため、マイクロ化学チップの外部から被処理流体を流路に供給する際に、外部からの被処理流体中への雑菌やゴミなどの異物の混入（所謂コンタミネーション）の問題があった。
【００１５】
また、大型の液体供給装置を使用するため、被処理流体の流量の微小量化に制限があり、被処理流体を小さく抑えることによる処理速度の向上等に制約を受けるという問題があった。
【００１６】
また、大型の液体供給装置を別途用意する必要があるので、マイクロ化学システムを低コストで作製しても液体供給装置に多額のコストがかかるという問題があった。
【００１７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、低コストで作製できるとともに不純物の混入が少なく、多種の実装形態を採用できるマイクロ化学チップおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明のマイクロ化学チップは、内部に空洞を有する半導体基板と、前記空洞から前記半導体基板の主面にかけて形成されるとともに前記半導体基板の主面に開口部を有する被処理流体を流通させるための第１の流路と、前記空洞内に形成された微小電子機械機構と、前記半導体基板の主面に形成されて前記微小電子機械機構に電気的に接続された電極と、上面に一方の開口端を有し他面に他方の開口端を有する第２の流路が内部に形成されているとともに前記開口部に前記一方の開口端が対向するように配置された外部接続部材と、前記第１の流路の前記開口部と前記第２の流路の前記一方の開口端との間を気密に取り囲んで接続することによって前記第１および第２の流路を連通させる接続材とを具備していることを特徴とする。
【００１９】
本発明のマイクロ化学チップは好ましくは、前記第２の流路は、流通方向に垂直な断面における幅が０．０５乃至０．５ｍｍであることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明のマイクロ化学チップは好ましくは、前記接続材は、横断面形状が円環状であることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明のマイクロ化学チップは好ましくは、前記微小電子機械機構は、前記空洞内に前記第１の流路から湧出した前記被処理流体を化学的に分析するためのものであることを特徴とする。
【００２２】
本発明のマイクロ化学チップの製造方法は、半導体母基板に、その内部に形成された空洞と、該空洞から主面にかけて形成されるとともに該主面に開口部を有する被処理流体を流通させるための第１の流路と、前記空洞内に形成された微小電子機械機構と、前記主面に形成されて前記微小電子機械機構に電気的に接続された電極とを一組とした微小電子機械機構領域を多数個縦横に配列形成した多数個取り微小電子機械機構基板を準備する工程と、
上面に一方の開口端を有し他面に他方の開口端を有する第２の流路が内部に形成されている外部接続部材を前記開口部に前記一方の開口端が対向するようにそれぞれ配置するとともに、前記第１の流路の開口部と前記第２の流路の一方の開口端との間を接続材によって気密に取り囲んで接続することによって前記第１および第２の流路を連通させる工程と、
前記外部接続部材が接続された前記多数個取り微小電子機械機構基板を前記微小電子機械機構領域毎に分割して個々のマイクロ化学チップを得る工程とを具備していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のマイクロ化学チップは、内部に空洞を有する半導体基板と、空洞から半導体基板の主面にかけて形成されるとともに半導体基板の主面に開口部を有する被処理流体を流通させるための第１の流路と、空洞内に形成された微小電子機械機構と、半導体基板の主面に形成されて微小電子機械機構に電気的に接続された電極と、上面に一方の開口端を有し他面に他方の開口端を有する第２の流路が内部に形成されているとともに開口部に一方の開口端が対向するように配置された外部接続部材と、第１の流路の開口部と第２の流路の一方の開口端との間を気密に取り囲んで接続することによって第１および第２の流路を連通させる接続材とを具備していることから、被処理流体の供給から化学反応まで一貫して密閉状態を保つことができるので、外部から異物が混入することを防ぎ、所謂コンタミネーション等の問題の発生を効果的に防止することができる。
【００２４】
また、マイクロ化学チップが備える微小電子機械機構（ＭＥＭＳ）部分の送液機能により、別途大型の液体供給装置を使用することなく、流路に被処理流体を流すことができ、微細な流路に見合った微量の被処理流体を準備すればよく、所望の化学処理に要するコストを低く抑えることもできる。
【００２５】
また、液体供給用装置を別途用いて外部から流路に被処理流体を供給する際に、外部環境をクリーンにする必要が無く、供給される被処理流体の液量をより微小量化でき、その結果一般的に高価な化学検出用の被処理流体を少量で効率よく使用することができる。
【００２６】
本発明において好ましくは、第２の流路は、流通方向に垂直な断面における幅が０．０５乃至０．５ｍｍであることから、化学反応を効率的に行うことのできる大きさでかつ加工性を保てる小ささなので、絶縁基板中の流路形成がより容易になり、液量制御に有効である。
【００２７】
また、本発明において好ましくは、接続材は、横断面形状が円環状であることから、半導体基板の第１の流路の開口部と外部接続部材の第２の流路の一方の開口端との接続部分において局部的な応力集中が起こらないため、より強固でかつ信頼性の高い第１および第２の流路の接続が可能になり、信頼性の高いマイクロ化学チップを得ることができる。
【００２８】
また、本発明において好ましくは、微小電子機械機構は、空洞内に第１の流路から湧出した被処理流体を化学的に分析するためのものであるため、第１の流路の開口部と、第２の流路の開口端および接続材とで囲まれた狭い空間内を流通する少量の被処理流体を効率よく化学分析することができるので、化学分析を効率的に少量の被処理流体でもって行なうことができる。
【００２９】
本発明のマイクロ化学チップの製造方法によれば、上記各工程を具備することから、縦横に配列形成された多数個のマイクロ化学チップについて、多数個取り微小電子機械機構基板とそれぞれの外部接続部の接続と、微小電子機械機構の封止とを同時に行なうことができるため、マイクロ化学チップを、容易かつ確実に製造することができる。
【００３０】
また、外部接続部材が接続された多数個取り微小電子機械機構基板を微小電子機械機構領域毎に分割することにより、空洞部と第１の流路と第２の流路と接続材とで囲まれた微小空間内に微小電子機械機構を封止するとともに、微小空間内に被処理流体を供給し微小空間内から被処理流体を排出するための流路を備えて成る個々のマイクロ化学チップを多数個同時に製造することができる。この分割の際、微小電子機械機構領域の各微小電子機械機構は外部接続部材によりそれぞれ封止されているので、ダイシング加工等による分割で発生するシリコン等の半導体基板の切削粉が微小電子機械機構に付着するようなことはなく、分割後のマイクロ化学チップにおいて微小電子機械機構を確実に作動させることができる。
【００３１】
また、分割して得られたマイクロ化学チップは、半導体基板の主面に電極が導出されているので、この導出された電極に金属バンプ等の端子を取着するだけで、外部電子回路基板に実装することができるものとなり、実装の工程を非常に短くかつ容易なものとすることができるマイクロ化学チップとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明のマイクロ化学チップおよびその製造方法について以下に詳細に説明する。図１は本発明のマイクロ化学チップの実施の形態の一例を示す断面図である。図１において、１は外部接続部材、２は一方の開口端、３は第１の流路、４は空洞、５は他方の開口端、６は微小電子機械機構、７は電極、８は半導体基板、９は第２の流路、１０はマイクロ化学チップ、１１は接続材、１２は開口部である。
【００３３】
外部接続部材１と半導体基板８とは、半導体基板８にある第１の流路３と外部接続部材１にある第２の流路９とを接続する接続材１１を介して接合されている。また、半導体基板８の内部には空洞４が存在し、空洞４内に微小電子機械機構６が形成されている。第２の流路９を通って、接続材１１によって囲まれた空間に供給される被処理流体が、第１の流路３を介して空洞４内にある微小電子機械機構６で処理され、処理に応じて生じる電気信号が電極７から外部に伝送され、処理の結果がわかる仕組みになっている。
【００３４】
本発明における微小電子機械機構６は、例えばバイオセンサー、ＤＮＡチップ、マイクロリアクタ、プリントヘッドなどの流体を用いたＭＥＭＳデバイスや化学センサ、ガスセンサ等の各種センサなどの機能を有するものであり、半導体微細加工技術を基本とした、所謂マイクロマシニングで作る部品であり、１素子あたり１０μｍ〜数１００μｍ程度の寸法を有する。
【００３５】
外部接続部材１は、微小電子機械機構６を封止するための部材として機能するとともに、一方の開口端２および他方の開口端５を有し、第２の流路９を形成するための部材として機能する。
【００３６】
この外部接続部材１は、鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金（４２アロイ）等の鉄−ニッケル系合金、無酸素銅、アルミニウム、ステンレス、銅−タングステン合金、銅−モリブ合金等の金属材料、あるいは酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体、ガラスセラミックス焼結体等のセラミック材料や、パイレックス（登録商標）ガラス等の無機材料、ポリイミド、ガラスエポキシ樹脂等の樹脂材料、セラミックスやガラス等の無機粉末をエポキシ樹脂等の樹脂で結合して成る複合材等により形成される。
【００３７】
例えば、外部接続部材１は、外部接続部材１にある第２の流路９と半導体基板８にある第１の流路３とを接続する接続材１１を介して半導体基板８に機械的に接合されるので、半導体基板８との接合の信頼性、つまり外部接続部材１と半導体基板８との間に形成される空間の外部との遮蔽性や、マイクロ化学チップ１０として長期間の使用に耐える長期信頼性を高くするためには、ムライト質焼結体、または例えばガラス成分の種類や添加量を調整することにより熱膨張係数を半導体基板８に近似させるようにした酸化アルミニウム−ホウ珪酸ガラス系等のガラスセラミックス焼結体等のような、半導体基板８との熱膨張係数の差が小さい材料で形成することが好ましい。
【００３８】
また、外部接続部材１は、被処理流体に対する保温性を高めて、微小電子機械機構６で施される処理、例えば化学反応等の処理の安定性を高める上では、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の熱伝導率の低い材料で形成することが好ましい。また、外部接続部材１は、微小電子機械機構６で行なわれる処理を目視で確認したり、処理のために光を照射するような場合、ガラス材等の透光性を有するものであることが好ましい。
【００３９】
上記のように本発明のマイクロ化学チップ１０は、用途等に応じて種々の材料を選択することが可能で、機械的強度等の特性が良好であるとともに取り扱いが容易な外部接続部材１を用いることができ、外部接続部材１に被処理流体を流すための第２の流路９の開口端が形成されているため、取り扱いが容易である。
【００４０】
また、外部接続部材１と半導体基板８とは、外部接続部材１にある第２の流路９と半導体基板８にある第１の流路３とを接続する接続材１１を介して互いに接合されており、それらの接合部には接続材１１を密閉された側壁とした内部空間が形成される。
【００４１】
半導体基板８は、シリコン、ポリシリコン等の半導体材料を板状に加工して成り、内部には空洞４が存在し、空洞４内に微小電子機械機構６が形成されている。微小電子機械機構６は、シリコン、ポリシリコン等から成る半導体基板８の一主面に対してフォトリソグラフィー技術やレーザ加工などの所謂マスクレスエッチング技術、フッ酸エッチング、ドライエッチングなどのエッチング技術を用いて所望の構造を形成することにより作製される。
【００４２】
微小電子機械機構６は、例えば、化学処理用のものであれば、その用途に応じてエッチング加工で所定の構造に成形した後、スピンコートやディップコートなどのコーティング技術を用いて表面状態を変化させることによって薬品の濡れ性や化学反応性などを制御することができ、そして化学分析やＤＮＡの同定、クロマトグラフィーなどの各種分析などに用いられる。
【００４３】
また、半導体基板８の一方の主面には、微小電子機械機構６に電気的に接続された電極７が形成されている。この電極７は、微小電子機械機構６で行なわれた化学処理等の処理の結果に応じて発信される電気信号を半導体基板８の外部に伝える機能をなし、アルミニウムや金等の金属材料等の導電性材料で形成されている。
【００４４】
上述した外部接続部材１と半導体基板８との接合は、外部接続部材１にある第２の流路９と半導体基板８にある第１の流路３とを接続する接続材１１を介して接合することにより行なわれる。
【００４５】
接続材１１は、錫−銀合金半田、錫−銀−銅合金半田等の半田、金−錫合金ろう材等の低融点ろう材、銀−ゲルマニウム合金ろう材等の高融点ろう材、銀，銅等の導電性粉末を樹脂で結合して成る導電性樹脂接着剤等により形成されている。
【００４６】
また、外部接続部材１の内部には、外部接続部材１の上面に開口部１２に対向するように一方の開口端２が形成されるとともに、外部接続部材１の他面に他方の開口端５が形成されている第２の流路９が形成されている。第２の流路９を通って被処理流体が接続材１１に囲まれた空間に供給され、続いて第１の流路３を介して空洞４内にある微小電子機械機構６に供給される。これにより、化学分析を行なう試料等の被処理流体を流し、電位測定、ＤＮＡの検出，同定、クロマトグフィー、光化学反応等の化学処理等の処理の機能を有するマイクロ化学チップ１０が形成される。
【００４７】
本発明のマイクロ化学チップ１０は、上記の構成により、主として処理等の機能を有する半導体基板８側と、被処理流体の通り道および外部接続の機能を有する外部接続部材１側との機械的な接続、接合を容易に行なうことができ、マイクロ化学チップ１０としての生産性を優れたものとすることができる。
【００４８】
本発明において、例えば、半導体基板８側および外部接続部材１側をそれぞれ予め多数個縦横に配列しておき、これらを互いに一括して接続、接合することも容易であり、マイクロ化学チップ１０を多数個同時に気密封止することができ、生産性を極めて優れたものとすることができる。
【００４９】
第２の流路９は、レーザ加工やドリル加工若しくはエッチング加工を用いて作製したり、セラミック材料等の無機材料の場合は、グリーンシート上にプレス金型、ＮＣパンチングやレーザ加工を用いて窪みを作製し、その後グリーンシートを複数積層することによって作製される。
【００５０】
また、第２の流路９は、流通方向に垂直な断面形状が矩形状であると、グリーンシートの状態での断面をＳＥＭや金属顕微鏡を用いて観察する際に観察、評価が容易となることから、流通方向に垂直な断面形状が矩形状であるのがよく、さらに流通方向に垂直な断面における幅が０．０５乃至０．５ｍｍであることが好ましい。０．０５ｍｍ未満の場合、第２の流路９を加工形成することが困難になり、生産性の低下やコストの上昇等を招くおそれがある。０．５ｍｍを超えると、第２の流路９の断面積が大きくなり、微小化して化学反応を効率的に行なわせることに対して支障をきたす。そのため、微量の被処理流体で高精度、高効率の化学分析を行なうマイクロ化学チップ１０としての機能が低下するおそれがある。
【００５１】
ここで、第２の流路９について、外部接続部材１を厚さが０．５ｍｍの円筒状の酸化アルミニウム質で形成し、その一方主面から他方主面にかけて、流通方向に垂直な断面の形状が円形状の流路を形成したときの、加工性や化学反応性を試験した具体例を以下に示す。
【００５２】
グリーンシートは、酸化アルミニウムと酸化ケイ素を主成分とする原料粉末を有機溶剤、樹脂バインダとともにシート状に成形して作製し、第２の流路９はＮＣパンチング加工により形成した。加工性の判断基準は、グリーンシートに円形状の穴が作製できるかの外観検査で判断しており、マイクロスコープを用いて観察し判断した。穴が全域にわたり貫通しているか否か、また、穴の内面の垂直方向（軸方向）からの傾斜角度（所謂テーパー角）が、穴の縦断面において、穴の内面が垂直方向に完全に平行である場合（テーパー角＝０°）の仮想線と、実際の内面の線との間に形成される三角形状について、三角形状の部分の｛幅（三角形の上端側または下端側の底辺）｝：｛長さ（三角形の穴の軸方向の辺の長さ：穴の深さ）｝の比率で１：３以下を○とした。
【００５３】
また、化学反応性は、半導体基板８であるＳｉ基板上に作製されたＭＥＭＳ６において化学反応を行う際に、必要最小な送液量に対して実際にＭＥＭＳ６に供給される被処理流体の量が２倍以下になる場合を○とし、２倍を超える場合を△とした。表１に上記の加工性、化学反応性の結果を示す。
【表１】
2006090910.tif 000003
【００５４】
表１より、第２の流路９の流通方向に垂直な断面における幅が０．０５ｍｍ未満では、加工性に不具合を生じやすくなる傾向があり、０．５ｍｍを超えると、化学反応性に不具合が生じる傾向が見られた。
【００５５】
また、本発明において、接続材１１は、横断面形状が円環状であることが好ましい。これにより、半導体基板８内部の第１の流路３の開口部１２と、外部接続部材１内部の第２の流路９の一方の開口端２の接続部分において、局部的な応力集中が起こらないため、より強固でかつ信頼性の高い接合が可能になり、信頼性の高いマイクロ化学チップ１０を得ることができる。
【００５６】
また、本発明において、微小電子機械機構６は、空洞４内に第１の流路３から湧出した被処理流体を化学的に分析するためのものであることが好ましい。これにより、第１の流路３の開口部１２と、第２の流路９の一方の開口端２と、接続材１１とで囲まれた狭い空間内を流通する少量の被処理流体を効率よく化学分析することができるので、化学分析を効率的に少量の被処理流体で行うことができる。
【００５７】
化学的に分析するものとしては、例えば、多数のピン状の突起体の露出表面に予めそれぞれ異なるＤＮＡの標準試料を被着させておき、被処理流体中のＤＮＡが吸着する突起体により被処理流体中のＤＮＡの同定を行なう、所謂ＤＮＡチップのような機能をなすもの、または分子を捕捉する突起状の吸着体を被処理流体の流れる方向に沿って多数個配列しておき、被処理流体中の分子を順次吸着させるクロマトグラフ分析の機能を有するものなどが挙げられる。
【００５８】
次に、本発明のマイクロ化学チップ１０の製造方法について、図２（ａ）〜（ｄ）に基づいて説明する。図２は本発明のマイクロ化学チップの製造方法の実施の形態の一例をそれぞれ工程順に示した断面図であり、図２において図１と同じ部位には同じ符号を付してある。
【００５９】
まず、図２（ａ）に示すように、半導体母基板２８の一主面に、微小電子機械機構６およびそれに電気的に接続された電極７が形成されて成る微小電子機械機構領域２９を多数個縦横に配列形成した多数個取り微小電子機械機構基板３０を準備する。半導体母基板２８は、例えば単結晶や多結晶等のシリコン基板から成る。このシリコン基板の表面に酸化シリコン層を形成する際に、その中に微小な振動体等の微小電子機械機構６を形成し、円形状パターン等の導体から成る電極７が形成された微小電子機械機構領域２９を多数個配列形成することにより、多数個取り微小電子機械機構基板３０が形成される。この例においては、微小電子機械機構６と電極７とは、それぞれ半導体母基板２８の一主面に形成された微細配線（図示せず）を介して電気的に接続されている。
【００６０】
次に、図２（ｂ）に示すように、外部接続部材１の上面に一方の開口端２が形成されるとともに、外部接続部材１の他面に他方の開口端５が形成されている第２の流路９が形成されている。
【００６１】
外部接続部材１は、例えば、外部接続部材１が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化カルシウム等の原料粉末を、有機溶剤、樹脂バインダとともに混練してスラリーを得て、このスラリーをドクターブレード法やリップコータ法等によりシート状に成形して複数のグリーンシートを形成し、このグリーンシートの表面および必要に応じてグリーンシートに予め形成しておいた貫通孔内に、タングステンのメタライズペーストを印刷塗布、充填し、その後、これらのグリーンシートを積層して焼成することにより形成することができる。
【００６２】
第２の流路９は、例えば、外部接続部材１が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、外部接続部材１となるグリーンシートにプレス金型やＮＣパンチング、レーザ加工等の穴あけ加工、打抜き加工、切削加工等の機械的加工を施して、グリーンシートに開口部や貫通孔、溝等を形成しておくことにより形成される。例えば、第２の流路９が図２（ｂ）に示すような、一方主面から他方主面にかけて貫通するような貫通孔であれば、各グリーンシートにＮＣパンチング加工で貫通孔を形成しておき、この貫通孔が最上層から最下層にかけて連通するようにしてグリーンシートを積層することにより形成される。
【００６３】
なお、第２の流路９は、全長にわたって貫通孔である必要はなく、外部接続部材１を分割した後の状態で、外部接続部材１の厚み方向の中央部等から外周の側面にかけて横溝状に導かれたような形態等の他の形態（図示せず）でもよい。この場合、グリーンシートの所定部位に、レーザ加工等で細長い溝状の開口部を形成しておき、この開口部の上下を覆うように他のグリーンシートを積層することにより、外部接続部材１の内部に溝状の第２の流路９を形成することができる。
【００６４】
接続材１１としては、錫−銀合金半田、錫−銀（銅）−ビスマス合金半田、錫−鉛合金半田等の半田、または銀、銅、金、白金、パラジウム等の金属の粉末やこのような金属を樹脂等の粉末コア材の表面にめっき等の手段で被着した導電性フィラー粉末をエポキシ樹脂、アクリル樹脂等の樹脂で結合して成る導電性樹脂接着剤等の材料を用いることができる。
【００６５】
また、接続材１１は、導電性を有するものでなくてもよい。例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の樹脂や、樹脂にガラス、シリカ等の無機粉末を添加したものでもよい。
【００６６】
次に、図２（ｃ）に示すように、多数個取り微小電子機械機構基板３０の微小電子機械機構基板領域２９において、半導体母基板２８の一主面と外部接続部材１の一方主面とを接続材１１を介して接合する。この工程において、多数個取り微小電子機械機構基板３０と外部接続部材１とが機械的に接合、接続され、各微小電子機械機構領域２９と外部接続部材１毎に形成された多数のマイクロ化学チップ１０が一括して縦横に配列された状態で形成される。
【００６７】
このように、半導体母基板２８の一主面と外部接続部材１の一方主面とを接続材１１を介して接合する工程を一つの工程で行うことにより、多数個取りの状態でマイクロ化学チップ１０を形成することを容易なものとすることができる。
【００６８】
ここで、半導体母基板２８の一主面と外部接続部材１の一方主面とを接続材１１を介して行う接合は、例えば、接続材１１が錫−銀合金半田から成る場合、半導体母基板２８の上に外部接続部材１を位置合わせして載せ、これらを約２５０〜３００℃程度の温度のリフロー炉中で熱処理すること等により行なわれる。
【００６９】
このように本発明のマイクロ化学チップ１０の製造方法によれば、半導体母基板２８（半導体基板８）と外部接続部材１との接合を、多数個配列した状態で行なうことができるため、数時間程度を要する半田（ろう）付け等の接合の工程を１回で済ませることができ、また同時に多数個のマイクロ化学チップを配列させた状態で作製することができるので、マイクロ化学チップの生産性を非常に高めることができる。
【００７０】
そして、図２（ｄ）に示すように、外部接続部材１および微小電子機械機構領域基板３０を、微小電子機械機構領域２９毎に分割して、半導体基板８に外部接続部材１が接合されて成る個々のマイクロ化学チップ１０を得る。
【００７１】
なお、互いに接合された外部接続部材１と半導体母基板２８の接合体の切断は、この接合体に対して、ダイシング加工等の切断加工を施すことにより行なうことができる。本発明のマイクロ化学チップ１０の製造方法においては、このダイシング加工等の切断加工の際に、各微小電子機械機構６は、半導体基板８と外部接続部材１とにより形成される内部空間に収納されているので、半導体基板８や絶縁基板１等の切断に伴って発生するシリコン、金属等の切削粉等が微小電子機械機構６に付着することが効果的に防止され、完成したマイクロ化学チップ１０において、微小電子機械機構６を確実に正常に作動させることができる。
【００７２】
また、切削時に併用される洗浄用の水の流速を速くしたり、流れる方向を流路の開口端に対して直角方向にするなどの対応を行なうことで、より確実に微小電子機械機構６を正常に作動させることができる。
【００７３】
このように、本発明のマイクロ化学チップ１０の製造方法によれば、微小電子機械機構６が収納される内部空間の形成と、内部空間内に被処理流体を湧出させる流路を開口させる工程とを、一つの工程で行なうことができるので、マイクロ化学チップ１０の生産性を非常に高いものとすることができる。また、このようにして製造されたマイクロ化学チップ１０は、すでに気密封止されているとともに、その電極７が外部に導出された状態であるので、外部の電気回路に半田ボール等の外部端子を介して接続するだけで、外部電気回路基板に実装して使用することができる。
【００７４】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内であれば種々の変更は可能である。例えば、上述の実施の形態では一つのマイクロ化学チップ内に一つの微小電子機械機構を気密封止したが、一つのマイクロ化学チップ内に複数の微小電子機械機構を気密封止してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明のマイクロ化学チップの実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のマイクロ化学チップの製造方法の実施の形態の一例をそれぞれ工程順に示した断面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１：外部接続部材
２：一方の開口端
３：第１の流路
４：空洞
５：他方の開口端
６：微小電子機械機構
７：電極
８：半導体基板
９：第２の流路
１０：マイクロ化学チップ
１１：接続材
１２：開口部
【図１】
2006090910.tif 000004
【図２】
2006090910.tif 000005