(57)【要約】【課題】  基板上に液体の通流路となる単数または複数のマイクロチャネルを形成するに当たり、深さの製作精度を向上させたマイクロチャネルを提供する。【解決手段】  本発明のマイクロチャネルは、形成すべきマイクロチャネルの深さに相当する厚みのＰ型シリコン層３を上部に有するＮ型シリコン層２を用い、Ｐ型シリコン層３を選択的に陽極酸化した後、ガスまたは薬液を用いてポーラスシリコン領域１１を選択的に除去することによって製造する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の通流路をなすマイクロチャネルの製造方法において、
流体の通流路をなすマイクロチャネルの元となるマイクロチャネル用構造体であって、Ｎ型シリコン層と、上記Ｎ型シリコン層上に存在するＰ型シリコン層とを備え、上記Ｐ型シリコン層の一部が、外側から、上記Ｎ型シリコン層に達するまでの範囲にわたって、ポーラスシリコン領域となっているマイクロチャネル用構造体に対し、
上記ポーラスシリコン領域を、上記Ｐ型シリコン層に対して選択的に除去し、上記ポーラスシリコンが除去された領域を流体の通流路とすることを特徴とするマイクロチャネルの製造方法。
【請求項２】
上記Ｎ型シリコン層上に上記Ｐ型シリコン層を形成し、
上記Ｐ型シリコン層に反応防止用膜をパターニングし、
上記反応防止用膜の開口部のＰ型シリコン層をポーラスシリコン化することによって上記マイクロチャネル用構造体を得ることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチャネルの製造方法。
【請求項３】
上記反応防止用膜の開口部のＰ型シリコン層のポーラスシリコン化は、該Ｐ型シリコン層を陽極酸化することで行うことを特徴とする請求項２に記載のマイクロチャネルの製造方法。
【請求項４】
前記Ｐ型シリコン層は、前記Ｎ型シリコン層上にエピタキシャル成長させることによって形成することを特徴とする請求項１に記載のマイクロチャネルの製造方法。
【請求項５】
前記Ｐ型シリコン層は、前記Ｎ型シリコン層上にＰ型シリコン層を張り合わせることによって形成することを特徴とする請求項１に記載のマイクロチャネルの製造方法。
【請求項６】
前記Ｐ型シリコン層は、前記Ｎ型シリコン層中にＰ型不純物の拡散またはＰ型不純物イオン注入を行うことによって形成することを特徴とする請求項１に記載のマイクロチャネルの製造方法。
【請求項７】
マイクロチャネルの側壁部を親水化処理することを特徴とする請求項１に記載のマイクロチャネルの製造方法。
【請求項８】
流体の通流路をなすマイクロチャネルの製造方法において、
流体の通流路をなすマイクロチャネルの元となるマイクロチャネル用構造体であって、Ｎ型シリコン層と、上記Ｎ型シリコン層上に存在するＰ型シリコン層とを備え、上記Ｐ型シリコン層の一部が、外側から、上記Ｎ型シリコン層に達するまでの範囲にわたって、ポーラスシリコン領域となっているマイクロチャネル用構造体に対し、
上記ポーラスシリコン領域を上記Ｐ型シリコン層に対して選択的に除去し、上記ポーラスシリコンが除去されたものを鋳型にして、マイクロチャネル用材料で成型したものをマイクロチャネルとすることを特徴とするマイクロチャネルの製造方法。
【請求項９】
流体の通流路をなすマイクロチャネルにおいて、
Ｎ型シリコン層と、
上記Ｎ型シリコン層上に存在するＰ型シリコン層とを備え、
上記Ｐ型シリコン層の一部が、
外側から、上記Ｎ型シリコン層に達するまでの範囲にわたって、通流路となっていることを特徴とするマイクロチャネル。
【請求項１０】
上記マイクロチャネルの元となるマイクロチャネル用構造体であって、上記Ｎ型シリコン層と、上記Ｎ型シリコン層上に存在するＰ型シリコン層とを備え、上記Ｐ型シリコン層の一部が、外側から、上記Ｎ型シリコン層に達するまでの範囲にわたって、ポーラスシリコン領域となっているマイクロチャネル用構造体に対し、上記ポーラスシリコン領域を、上記Ｐ型シリコン層に対して選択的に除去し、上記ポーラスシリコンが除去された領域を上記流体の通流路としてなることを特徴とする請求項９に記載のマイクロチャネル。
【請求項１１】
流体の通流路をなすマイクロチャネルの元となるマイクロチャネル用構造体において、
Ｎ型シリコン層と、
上記Ｎ型シリコン層上に存在するＰ型シリコン層とを備え、
上記Ｐ型シリコン層の一部が、
外側から、上記Ｎ型シリコン層に達するまでの範囲にわたって、ポーラスシリコン領域となっていることを特徴とするマイクロチャネル用構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロリアクタシステムや電気泳動マイクロシステム、遠心力分離マイクロシステムでの液流路を形成するマイクロチャネル、マイクロチャネル用構造体およびマイクロチャネルの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロリアクタシステムや電気泳動マイクロシステム、遠心力分離マイクロシステムは近年の化学、生物学、医学での小型装置化および高速アッセイ化の進展に伴い広範に利用されるようになってきている。そのシステムにおいてマイクロチャネルは試薬・薬液等の液流路として用いられマイクロシステムの根幹をなす重要な要素である。
【０００３】
システムをマイクロ化するメリットとして、一般的に少量の試薬で高速分析が可能、システムの小型化・軽量化が可能、集積化・並列処理化が可能、また不純物の混入が防止できる等の多くのメリットがある。システムをマイクロ化するためには液流路を小型化することが必須であり、多くのマイクロチャネル方式が提案されてきている。
【０００４】
従来、マイクロチャネルは一般にシリコン基板または石英基板上に半導体の微細加工技術を用いて加工されてきた。特に高精度なマイクロシステムにおいてはそのマイクロチャネル形状、大きさ、断面積、平坦度のバラツキが特性、精度に大きく影響し、マイクロリアクタシステムではその反応速度、反応量に影響を与え、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質を電気泳動または遠心分離するマイクロシステムにおいては質量分析の精度に影響を与える。
【０００５】
また従来のマイクロシステムではその幅が１００μｍ程度、深さが１００μｍ程度、長さが数ｍｍ程度のマイクロチャネルが液流路として用いられており、その液流路の微細化の故に反応の高速化、試薬量の低減化が可能になってきた。またマイクロチャネルを複数個並列に並べることにより単数のマイクロチャネルの場合に比べて同時処理が可能になり大幅な高速処理化が可能になってきている。
【０００６】
従来、かかるマイクロチャネルは、図４に示すように、厚さ数１００μｍ程度のシリコン基板１０１を用いてその表面に公知の光リソグラフィ技術でフォトレジストおよびフォトマスクを用いてレジストパターン１０２を形成し（図４（ａ））、それを用いてウエットエッチング法またはドライエッチング法を用いて等方的、あるいは異方的にシリコン基板１０１を所定の深さ分選択的にエッチング除去し（図４（ｂ））、シリコン基板１０１の表面部に蓋１０４を形成して（図４（ｃ））、そのパターニングされたシリコン基板１０１をマイクロチャネル１０３として用いてきた。その一例は特許文献１に示されている。
【０００７】
また廉価なマイクロシステムを形成する場合は、上記パターニングされたシリコン基板を鋳型としてニッケル電鋳し、さらにこれを金型としてプラスチック材料を射出成形して製造されている。この例は非特許文献１に示されている。
【０００８】
また、特許文献２のような技術も知られている。
【特許文献１】特開平１０−３３７１７３号公報（公開日平成１０年１２月２２日）
【特許文献２】特開平５−３６５９１公報（公開日平成５年２月１２日）
【非特許文献１】日立化成テクニカルレポートＮｏ．４０（２００３−１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来の製造法では、１００μｍ程度のマイクロチャネル幅設計値に対して、リソグラフィの加工後線幅バラツキはプラスマイナス０.１μｍ程度、エッチング幅バラツキはプラスマイナス０．５μｍ程度であり、シリコン基板のエッチング加工後のマイクロチャネル幅バラツキはプラスマイナス０.６μｍ程度のバラツキで１００μｍのマイクロチャネル幅設計値に比べてトータル、プラスマイナス０．６％程度で、無視できる範囲である。
【００１０】
一方、深さ方向のエッチング精度については、１００μｍの設計値の場合、深さに対してエッチング誤差はプラスマイナス１０μｍ以上あり誤差率はプラスマイナス１０％以上のバラツキを生じることになる。
【００１１】
この理由は、従来法ではウエットエッチングまたはドライエッチングのいずれにおいてもエッチングの終点検出ができず、このため従来法のエッチングではモニタリングと称するダミーのエッチングを先行して行い、この時のエッチング時間とエッチング量の測定からエッチング速度を算出しその後、本番のエッチング時間を決定するしか手段がなかったためである。
【００１２】
また、エッチング時のエッチング温度のバラツキやエッチングガスのローディング効果によるバラツキも生じて、数ｍｍにわたる長さのマイクロチャネルでは同一チップ内においても数％の大きなエッチング深さのバラツキを生じていた。さらに複数のマイクロチャネルを有する場合はさらに大きなバラツキを生じることになる。
【００１３】
この深さのバラツキはマイクロチャネルの断面積のバラツキになり、そこを流れる流体の移動量のバラツキを生じさせ、精度の良いアッセイは不可能であった。これが、マイクロチャネル構造が従来のキャピラリ方式に比べてアッセイ精度が劣る要因となっている。またＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質の電気泳動方式や遠心分離方式ではその移動度のバラツキを生じしめ、それらの検出質量のバラツキとなり、高精度な分析は不可能であった。
【００１４】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、上述したマイクロチャネルの形成における深さ方向のエッチング量の制御の問題解決のため、マイクロチャネルの深さバラツキを従来法に比べて低減できるマイクロチャネル、マイクロチャネル用構造体およびマイクロチャネルの製造方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するため、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、流体の通流路をなすマイクロチャネルの製造方法において、流体の通流路をなすマイクロチャネルの元となるマイクロチャネル用構造体であって、Ｎ型シリコン層と、上記Ｎ型シリコン層上に存在するＰ型シリコン層とを備え、上記Ｐ型シリコン層の一部が、外側から、上記Ｎ型シリコン層に達するまでの範囲にわたって、ポーラスシリコン領域となっているマイクロチャネル用構造体に対し、上記ポーラスシリコン領域を、上記Ｐ型シリコン層に対して選択的に除去し、上記ポーラスシリコンが除去された領域を流体の通流路とすることを特徴としている。
【００１６】
上記の構成により、マイクロチャネル用構造体に対し、上記ポーラスシリコン領域を、上記Ｐ型シリコン層に対して選択的に除去し、上記ポーラスシリコンが除去された領域を流体の通流路とする。
【００１７】
したがって、この通流路は、Ｎ型シリコン層とＰ型シリコン層とでのエッチングの反応性の違いを利用して、深さを精度よく形成することができる。
【００１８】
それゆえ、マイクロチャネルの深さ方向のバラツキを精度よく形成でき、従来法に比べてより精度の高い安定したマイクロ化学反応システムや電気泳動マイクロシステム、遠心分離システムを提供することができるという効果を奏する。
【００１９】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、上記の構成に加えて、上記Ｎ型シリコン層上に上記Ｐ型シリコン層を形成し、上記Ｐ型シリコン層に反応防止用膜をパターニングし、上記反応防止用膜の開口部のＰ型シリコン層をポーラスシリコン化することによって上記マイクロチャネル用構造体を得ることを特徴としている。
【００２０】
上記の構成により、上記Ｎ型シリコン層上に上記Ｐ型シリコン層を形成し、上記Ｐ型シリコン層に反応防止用膜をパターニングし、上記反応防止用膜の開口部のＰ型シリコン層をポーラスシリコン化する。
【００２１】
したがって、ポーラスシリコン領域は、Ｎ型シリコン層と比べてエッチングの反応性が非常に大きいので、この違いを利用して、深さを精度よく形成することができる。それゆえ、上記の構成による効果に加えて、マイクロチャネルの深さ方向のバラツキを容易に精度よく形成できるという効果を奏する。
【００２２】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、上記の構成に加えて、上記反応防止用膜の開口部のＰ型シリコン層のポーラスシリコン化は、該Ｐ型シリコン層を陽極酸化することで行うことを特徴としている。
【００２３】
上記の構成により、上記反応防止用膜の開口部のＰ型シリコン層のポーラスシリコン化は、該Ｐ型シリコン層を陽極酸化することで行う。
【００２４】
したがって、適宜ＨＦ等および電極等の簡単な装置で、ポーラスシリコンを行うことができる。それゆえ、上記の構成による効果に加えて、マイクロチャネルの深さ方向のバラツキを容易に精度よく形成できるという効果を奏する。
【００２５】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、上記の構成に加えて、前記Ｐ型シリコン層は、前記Ｎ型シリコン層上にエピタキシャル成長させることによって形成することを特徴としている。
【００２６】
上記の構成により、前記Ｐ型シリコン層は、前記Ｎ型シリコン層上にエピタキシャル成長させることによって形成する。
【００２７】
したがって、上記の構成による効果に加えて、Ｎ型シリコン層とＰ型シリコン層とが積層された構成を容易に形成することができるという効果を奏する。
【００２８】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、上記の構成に加えて、前記Ｐ型シリコン層は、前記Ｎ型シリコン層上にＰ型シリコン層を張り合わせることによって形成することを特徴としている。
【００２９】
上記の構成により、前記Ｐ型シリコン層は、前記Ｎ型シリコン層上にＰ型シリコン層を張り合わせることによって形成する。
【００３０】
したがって、上記の構成による効果に加えて、Ｎ型シリコン層とＰ型シリコン層とが積層された構成を容易に形成することができるという効果を奏する。
【００３１】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、上記の構成に加えて、前記Ｐ型シリコン層は、前記Ｎ型シリコン層中にＰ型不純物の拡散またはＰ型不純物イオン注入を行うことによって形成することを特徴としている。
【００３２】
上記の構成により、前記Ｐ型シリコン層は、前記Ｎ型シリコン層中にＰ型不純物の拡散またはＰ型不純物イオン注入を行うことによって形成する。
【００３３】
したがって、上記の構成による効果に加えて、Ｎ型シリコン層とＰ型シリコン層とが積層された構成を容易に形成することができるという効果を奏する。
【００３４】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、上記の構成に加えて、マイクロチャネルの側壁部を親水化処理することを特徴としている。
【００３５】
上記の構成により、マイクロチャネルの側壁部を親水化処理する。
【００３６】
したがって、上記の構成による効果に加えて、上記の構成による効果に加えて、液流路（通流路）として親水性が要求される用途に好都合であるという効果を奏する。
【００３７】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、流体の通流路をなすマイクロチャネルの製造方法において、流体の通流路をなすマイクロチャネルの元となるマイクロチャネル用構造体であって、Ｎ型シリコン層と、上記Ｎ型シリコン層上に存在するＰ型シリコン層とを備え、上記Ｐ型シリコン層の一部が、外側から、上記Ｎ型シリコン層に達するまでの範囲にわたって、ポーラスシリコン領域となっているマイクロチャネル用構造体に対し、上記ポーラスシリコン領域を上記Ｐ型シリコン層に対して選択的に除去し、上記ポーラスシリコンが除去されたものを鋳型にして、マイクロチャネル用材料で成型したものをマイクロチャネルとすることを特徴としている。
【００３８】
上記の構成により、マイクロチャネル用構造体に対し、上記ポーラスシリコン領域を、上記Ｐ型シリコン層に対して選択的に除去し、上記ポーラスシリコンが除去されたものを鋳型にして、マイクロチャネル用材料で成型したものをマイクロチャネルとする。マイクロチャネル用材料としては、例えばプラスチック材料が採用可能である。成型としては、例えば射出成型が採用可能である。
【００３９】
したがって、この通流路の鋳型が、Ｎ型シリコン層とＰ型シリコン層とでのエッチングの反応性の違いを利用して、深さを精度よく形成することができるので、この通流路も深さを精度よく形成することができる。
【００４０】
それゆえ、マイクロチャネルの深さ方向のバラツキを精度よく形成でき、従来法に比べてより精度の高い安定したマイクロ化学反応システムや電気泳動マイクロシステム、遠心分離システムを提供することができるという効果を奏する。
【００４１】
また、本発明に係るマイクロチャネルは、流体の通流路をなすマイクロチャネルにおいて、Ｎ型シリコン層と、上記Ｎ型シリコン層上に存在するＰ型シリコン層とを備え、上記Ｐ型シリコン層の一部が、外側から、上記Ｎ型シリコン層に達するまでの範囲にわたって、通流路となっていることを特徴としている。
【００４２】
上記の構成により、Ｎ型シリコン層と、上記Ｎ型シリコン層上に存在するＰ型シリコン層とを備え、上記Ｐ型シリコン層の一部が、外側から、上記Ｎ型シリコン層に達するまでの範囲にわたって、通流路となっている。
【００４３】
したがって、この通流路は、Ｎ型シリコン層とＰ型シリコン層とでのエッチングの反応性の違いを利用して、深さを精度よく形成することができる。
【００４４】
それゆえ、マイクロチャネルの深さ方向のバラツキを精度よく形成でき、従来法に比べてより精度の高い安定したマイクロ化学反応システムや電気泳動マイクロシステム、遠心分離システムを提供することができるという効果を奏する。
【００４５】
また、本発明に係るマイクロチャネルは、上記の構成に加えて、上記マイクロチャネルの元となるマイクロチャネル用構造体であって、上記Ｎ型シリコン層と、上記Ｎ型シリコン層上に存在するＰ型シリコン層とを備え、上記Ｐ型シリコン層の一部が、外側から、上記Ｎ型シリコン層に達するまでの範囲にわたって、ポーラスシリコン領域となっているマイクロチャネル用構造体に対し、上記ポーラスシリコン領域を、上記Ｐ型シリコン層に対して選択的に除去し、上記ポーラスシリコンが除去された領域を上記流体の通流路としてなることを特徴としている。
【００４６】
上記の構成により、マイクロチャネル用構造体に対し、上記ポーラスシリコン領域を、上記Ｐ型シリコン層に対して選択的に除去し、上記ポーラスシリコンが除去された領域を上記流体の通流路とする。したがって、ポーラスシリコン領域は、Ｎ型シリコン層と比べてエッチングの反応性が非常に大きいので、この違いを利用して、深さを精度よく形成することができる。それゆえ、上記の構成による効果に加えて、マイクロチャネルの深さ方向のバラツキを容易に精度よく形成できるという効果を奏する。
【００４７】
また、本発明に係るマイクロチャネル用構造体は、流体の通流路をなすマイクロチャネルの元となるマイクロチャネル用構造体において、Ｎ型シリコン層と、上記Ｎ型シリコン層上に存在するＰ型シリコン層とを備え、上記Ｐ型シリコン層の一部が、外側から、上記Ｎ型シリコン層に達するまでの範囲にわたって、ポーラスシリコン領域となっていることを特徴としている。
【００４８】
上記の構成により、マイクロチャネルの元となるマイクロチャネル用構造体において、Ｎ型シリコン層と、上記Ｎ型シリコン層上に存在するＰ型シリコン層とを備え、上記Ｐ型シリコン層の一部が、外側から、上記Ｎ型シリコン層に達するまでの範囲にわたって、ポーラスシリコン領域となっている。
【００４９】
したがって、ポーラスシリコン領域は、Ｎ型シリコン層と比べてエッチングの反応性が非常に大きいので、この違いを利用して、深さを精度よく形成することができる。
【００５０】
それゆえ、マイクロチャネルの深さ方向のバラツキを精度よく形成でき、従来法に比べてより精度の高い安定したマイクロ化学反応システムや電気泳動マイクロシステム、遠心分離システムを提供することができるという効果を奏する。
【発明の効果】
【００５１】
以上のように、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、流体の通流路をなすマイクロチャネルの元となるマイクロチャネル用構造体であって、Ｎ型シリコン層と、上記Ｎ型シリコン層上に存在するＰ型シリコン層とを備え、上記Ｐ型シリコン層の一部が、外側から、上記Ｎ型シリコン層に達するまでの範囲にわたって、ポーラスシリコン領域となっているマイクロチャネル用構造体に対し、上記ポーラスシリコン領域を、上記Ｐ型シリコン層に対して選択的に除去し、上記ポーラスシリコンが除去された領域を流体の通流路とする構成である。
【００５２】
これにより、この通流路は、Ｎ型シリコン層とＰ型シリコン層とでのエッチングの反応性の違いを利用して、深さを精度よく形成することができる。それゆえ、マイクロチャネルの深さ方向のバラツキを精度よく形成でき、従来法に比べてより精度の高い安定したマイクロ化学反応システムや電気泳動マイクロシステム、遠心分離システムを提供することができるという効果を奏する。
【００５３】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、流体の通流路をなすマイクロチャネルの元となるマイクロチャネル用構造体であって、Ｎ型シリコン層と、上記Ｎ型シリコン層上に存在するＰ型シリコン層とを備え、上記Ｐ型シリコン層の一部が、外側から、上記Ｎ型シリコン層に達するまでの範囲にわたって、ポーラスシリコン領域となっているマイクロチャネル用構造体に対し、上記ポーラスシリコン領域を上記Ｐ型シリコン層に対して選択的に除去し、上記ポーラスシリコンが除去されたものを鋳型にして、マイクロチャネル用材料で成型したものをマイクロチャネルとする構成である。
【００５４】
これにより、この通流路の鋳型が、Ｎ型シリコン層とＰ型シリコン層とでのエッチングの反応性の違いを利用して、深さを精度よく形成することができるので、この通流路も深さを精度よく形成することができる。それゆえ、マイクロチャネルの深さ方向のバラツキを精度よく形成でき、従来法に比べてより精度の高い安定したマイクロ化学反応システムや電気泳動マイクロシステム、遠心分離システムを提供することができるという効果を奏する。
【００５５】
また、本発明に係るマイクロチャネルは、Ｎ型シリコン層と、上記Ｎ型シリコン層上に存在するＰ型シリコン層とを備え、上記Ｐ型シリコン層の一部が、外側から、上記Ｎ型シリコン層に達するまでの範囲にわたって、通流路となっている構成である。
【００５６】
これにより、この通流路は、Ｎ型シリコン層とＰ型シリコン層とでのエッチングの反応性の違いを利用して、深さを精度よく形成することができる。それゆえ、マイクロチャネルの深さ方向のバラツキを精度よく形成でき、従来法に比べてより精度の高い安定したマイクロ化学反応システムや電気泳動マイクロシステム、遠心分離システムを提供することができるという効果を奏する。
【００５７】
また、本発明に係るマイクロチャネル用構造体は、Ｎ型シリコン層と、上記Ｎ型シリコン層上に存在するＰ型シリコン層とを備え、上記Ｐ型シリコン層の一部が、外側から、上記Ｎ型シリコン層に達するまでの範囲にわたって、ポーラスシリコン領域となっている構成である。
【００５８】
これにより、ポーラスシリコン領域は、Ｎ型シリコン層と比べてエッチングの反応性が非常に大きいので、この違いを利用して、深さを精度よく形成することができる。それゆえ、マイクロチャネルの深さ方向のバラツキを精度よく形成でき、従来法に比べてより精度の高い安定したマイクロ化学反応システムや電気泳動マイクロシステム、遠心分離システムを提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るマイクロチャネルについて説明する。
【００６０】
図１（ａ）ないし図１（ｅ）は、この実施形態に係るマイクロチャネルの基本的製造方法を示す図である。このマイクロチャネルはＮ型シリコン層（Ｎ型シリコン半導体層）２およびＰ型シリコン層（Ｐ型シリコン半導体層）３を含むシリコン基板１に周知のフォトリソグラフィ技術を用いて実現される。
【００６１】
図１（ａ）に示すように、シリコン基板１は例えば１０Ωｃｍ程度の不純物濃度を有するＮ型シリコン層２として３００μｍ〜８００μｍ程度の厚みを有しており、その上部に５μｍ〜１５０μｍの厚みを有する１Ωｃｍ〜１０Ωｃｍ程度の濃度を有するＰ型シリコン層３を有している。これはＮ型シリコン層２の上に周知のエピタキシャル技術あるいは張り合わせ技術を用いて形成される。Ｐ型シリコン層３の厚さは１μｍ〜２００μｍ程度が製作可能である。
【００６２】
エピタキシャル技術またはシリコン張り合わせ技術では、このＰ型シリコン層３の厚み範囲では容易にその厚みばらつきをプラスマイナス２％程度以下に形成できる。すなわち１００μｍ厚みの場合は高々プラスマイナス２μｍの誤差にすぎない。
【００６３】
次にシリコン基板１に通常リソグラフィプロセスに準じたフォトレジスト（反応防止用膜）４塗布、ベークを行いその後、フォトマスクを使用して露光機から選択的にフォトレジスト４の膜に光照射される。この場合のフォトレジスト４はポジタイプ、ネガタイプを問わない。次に周知の現像、ベーク処理を行うことによりフォトレジスト４がパターニングされる。これによって、レジスト開口部のＰ型シリコン領域６が形成される。図１（ｂ）はこのフォトリソグラフィ工程でフォトレジスト４をパターニングした後の断面を示している。
【００６４】
しかる後、シリコン基板１の裏面にスパッタ法、または蒸着法を用いて０．１μｍ〜０．５μｍ程度の厚みのＡｌまたはＡｕをデポジットし、シリコン基板の電極であるシリコン電極５とする。このシリコン電極５の形成は上記のフォトリソグラフィ工程の前に行ってもよい。
【００６５】
次にシリコン電極５、および、パターニングされたフォトレジスト４（レジストパターン）のついたシリコン基板７を図２に示すようなＨＦ（フッ酸）または酢酸緩衝剤の入ったバッファドＨＦ溶液９が充填された、テフロン（登録商標）等のフッ素樹脂等の耐ＨＦ性を有する材料で形成された陽極酸化槽８に入れる。この場合、同図に示すように、レジストパターンのあるシリコン表面側を白金からなる電極である白金電極１０に対向させて配置する。シリコン基板７を陽極側、白金電極１０を陰極側としてその間に数十ｍＡ／ｃｍ2程度の電流が流れるように調整して電圧を印加する。通常、この時の電圧は数ボルト程度である。この状態下で下記の反応で陽極側のシリコン基板７上のレジスト開口部のＰ型シリコン領域６が陽極酸化され、表面からポーラスシリコン化が進行する。
【００６６】
このときの反応は以下の通りである。すなわち、
Ｓｉ+２ＨＦ＋（２−ｎ）ｅ+→ＳｉＦ2＋２Ｈ+＋ｅ-
ＳｉＦ2＋２ＨＦ→ＳｉＦ4＋Ｈ2
ＳｉＦ4＋２ＨＦ→Ｈ2ＳｉＦ6  または
Ｓｉ+４ＨＦ＋（４−λ）ｅ+→ＳｉＦ4＋４Ｈ＋λｅ-
ＳｉＦ4＋２ＨＦ→Ｈ2ＳｉＦ6
である。
【００６７】
ここで、ｅ+は正孔を、ｅ-は電子をそれぞれ表している。ｎおよびλはそれぞれシリコン１原子が溶解するために必要な正孔の数であり、ｎ＞２，λ＞４なる条件下でポーラスシリコンが形成される。
【００６８】
また上記ＨＦあるいは酢酸緩衝剤を含むバッファドＨＦ溶液９には、シリコンの反応速度向上のため３０％程度の過酸化水素水を加えたり、表面活性剤として反応中に発生する水素気泡を除去するためエチルアルコールも添加してもよい。
【００６９】
上記反応においてレジスト開口部のＰ型シリコン領域６が全て陽極酸化されたとき酸化反応は停止する。すなわち、Ｐ型領域のみが酸化され、Ｎ型シリコン部は酸化されない。これは、シリコンの陽極酸化においてＨＦ溶液中でのシリコンの陽極反応には上記反応式に示すように正孔が必要で、Ｎ型シリコン層２には正孔が無いので酸化反応が進まないためである。
【００７０】
また、陽極酸化された領域から、フォトレジスト４で被覆されているＰ型シリコン領域へのいわゆる横方向の陽極酸化の染み出しについては、印加されている電界により正孔がシリコン基板に垂直方向にのみ供給されるため横方向には酸化が進まず、その酸化量は無視できるものである。
【００７１】
ただし、上記の酸化反応中はレジスト開口部のＰ型シリコン領域６で正孔が発生しないように、陽極酸化槽８に蓋をして光がシリコン基板７にあたらないようにする必要がある。
【００７２】
このようにしてレジスト開口部のＰ型シリコン領域６は全て陽極酸化されポーラスシリコン領域１１になる。図１（ｃ）はこの状態での断面を表したものである。すなわち、Ｎ型シリコン層２と、Ｎ型シリコン層２上に存在するＰ型シリコン層３とを備え、Ｐ型シリコン層３の一部が、外側から、Ｎ型シリコン層２に達するまでの範囲にわたって、ポーラスシリコン領域となっている。このようにして、流体の通流路をなすマイクロチャネルの元となるマイクロチャネル用構造体が構成されている。
【００７３】
このポーラスシリコン領域１１、すなわちシリコン陽極酸化で形成されるポーラスシリコン領域は、その内部に大量の空隙を含み、組織の孔の大きさは数ｎｍから数十ｎｍであり、密度もバルク（ポーラスシリコン化していない部分のＰ型シリコン層）に比べて半分〜１０％程度にまで低下する。その結果、体積に比べて表面積が極端に大きい。
【００７４】
ポーラスシリコン領域１１はその低密度性の故、化学エッチング速度がバルクに比べて極端に速く、容易に１００倍以上が得られる。これはチャネル深さを１００μｍを仮定した場合、ポーラスシリコン層の除去およびそのオーバーエッチング時間として１０％を見越しても下地のバルクシリコン層に対するエッチング量は高々０．１μｍ程度以下にすぎず、従来技術のプラスマイナス１０μｍに比べて大きく改善されるということである。このように、本実施形態では、下地のＮ型シリコン層２をほとんどエッチングすることがないため、エピタキシャル法またはシリコン張り合わせ法による膜厚制御性に優れたＰ型シリコン層３の選択的なエッチングが可能になり、Ｐ型シリコン層３の厚みバラツキ程度（プラスマイナス２％以内）に高精度に制御できる。
【００７５】
なお、ＨＮＯ3＋ＨＦ系のウエットエッチングやＣＦ系のドライエッチング等の等方性エッチングでも、また、ＫＯＨ系、エチレンジアミン、ヒドラジン等の異方性エッチングでも大きな選択比が得られる。
【００７６】
したがって、ウエットエッチング、ドライエッチングで容易にポーラスシリコン領域１１が選択的にエッチング除去される。図１（ｄ）はこの状態での断面を表している。
【００７７】
しかる後、周知の方法でレジスト剥離液を用いてフォトレジスト４が剥離される。
【００７８】
このように、本実施形態では、高精度なマイクロチャネル深さの形成のために、選択的に陽極酸化法によるポーラスシリコン層を形成させた後、そのポーラスシリコン層を除去する。そして、シリコン基板は、表面Ｐ型シリコン層／Ｎ型シリコン基板の２層構造で形成されている。Ｐ型シリコン層のみを陽極酸化法で選択的にポーラスシリコン層に変え、そのポーラスシリコン層の高速な被エッチング速度を利用し選択的に除去するようにしている。
【００７９】
上記手法で形成されたシリコン溝１４の側壁部１２および底面部１３は、シリコン面が露出しているため一般的に液流体に対して疎水性を示すが、親水性が要求される場合は、側壁部１２、底面部１３をシリコンの酸化性薬液、または低温度での酸化性ガス、酸素プラズマ処理等に晒すことにより親水性化が可能となる。
【００８０】
次に、上記の手法でシリコン溝１４を形成した後、図１（ｅ）に示すように、その表面部に透明なプラスチック平板、ガラス平板あるいは石英平板を用いて蓋１８が施される。この蓋１８の形成は適当な接着剤、光、熱等を用いて形成され、これで所望のマイクロチャネル１５が形成される。
【００８１】
図３は、上記の手法で形成されたシリコン溝１４を鋳型にして周知の手法でＮｉからなるニッケル基板１６で鋳型成型を行った（図３（ａ）、図３（ｂ））後、この鋳型をベースにしてプラスチック材料（マイクロチャネル用材料）１７の射出成型を行った例である。成型されたプラスチック材料１７の溝表面に、プラスチック材料からなる平板状の蓋１８が接着剤、熱、光等の手段を用いて接合される（図３（ｃ））。なお、蓋１８のプラスチック材料は、基板であるプラスチック材料１７と必ずしも同じ材質でなくてよい。基板にプラスチック材料１７を使うことにより、安価で、大量生産が可能になる。
【００８２】
本発明の効果により鋳型の深さの膜厚制御がなされる為、プラスチック成型品の深さ精度も同様に高く、従来品に比べて精度の高いものが供給できる。
【００８３】
上記の説明ではＮ型シリコン層２上にエピタキシャル成長あるいはシリコンの張り合わせ法によりＰ型シリコン層３を形成した例を示したが、本発明は、これらに代えて周知の熱拡散法やイオン注入法でＰ型シリコン層３を形成した場合にも適用できるものである。
【００８４】
熱拡散法としては、例えばＮ型シリコン層にボロン等のＰ型不純物を拡散する方法が採用できる。この場合はボロン等の不純物を熱拡散法、あるいはイオン注入法によりデポジションした後、適当な温度、時間でドライブインしてその深さを数μｍ〜数十μｍに拡散させ、Ｐ型シリコン深さが２％程度以内になるように拡散深さを容易に制御できる。
【００８５】
また上記発明ではレジストパターンを用いて陽極酸化時のマスキングを行った例を示したが、シリコン窒化膜や耐ＨＦ性のあるワックス等にレジストを塗布し、しかる後にリソグラフィ技術で所定のパターニングを行い、レジスト剥離してパターニングされたシリコン窒化膜や耐ＨＦ性ワックス等をマスクにして陽極酸化を行っても同等の効果が得られる。
【００８６】
本発明は上述した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る。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を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。
【００８７】
なお、本発明に係るマイクロチャネルは、Ｎ型シリコン層上に配置されたＰ型シリコン層に形成されたポーラスシリコン領域を、前記Ｐ型シリコン層に対して選択的に除去し、前記ポーラスシリコンが除去された領域を流体の通流路としてなるように構成してもよい。
【００８８】
また、本発明に係るマイクロチャネルは、上記構成において、前記ポーラスシリコンは、Ｐ型シリコン層を陽極酸化して形成されたように構成してもよい。
【００８９】
また、本発明に係るマイクロチャネルは、上記構成において、前記Ｐ型シリコン層は、前記Ｎ型シリコン層上にエピタキシャル成長されたものであるように構成してもよい。
【００９０】
また、本発明に係るマイクロチャネルは、上記構成において、前記Ｐ型シリコン層は、前記Ｎ型シリコン層上にＰ型シリコン層を張り合わせたものであるように構成してもよい。
【００９１】
また、本発明に係るマイクロチャネルは、上記構成において、前記Ｐ型シリコン層は、前記Ｎ型シリコン層中にＰ型不純物の拡散またはＰ型不純物イオン注入方法で形成されたように構成してもよい。
【００９２】
また、本発明に係るマイクロチャネルは、上記構成において、マイクロチャネルの側壁部のシリコンを親水化処理したように構成してもよい。
【００９３】
また、本発明に係るマイクロチャネルは、上記構成において、上記のようにして形成されたマイクロチャネルを鋳型にしてプラスチック材料で射出成型するように構成してもよい。
【００９４】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、
Ｎ型シリコン層上にＰ型シリコン層を形成する第１の工程と、
前記Ｐ型シリコン層にレジストをパターニングする第２の工程と、
前記レジスト開口部のＰ型シリコン領域をポーラスシリコン化する第３の工程と、
前記第３の工程にて形成されたポーラスシリコン領域を選択的に除去する第４の工程とを備えたように構成してもよい。
【００９５】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、上記構成において、前記ポーラスシリコン化は、Ｐ型シリコン層を陽極酸化してなるように構成してもよい。
【００９６】
上記の構成によれば、マイクロチャネル形成において、そのマイクロチャネルの深さ方向のバラツキを精度よく形成でき、従来法に比べてより精度の高い安定したマイクロ化学反応システムや電気泳動マイクロシステム、遠心分離システムが提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
マイクロリアクタシステムや電気泳動マイクロシステム、遠心力分離マイクロシステム等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】（ａ）ないし（ｅ）は、本発明に係るマイクロチャネルの一製造方法の概略を示す断面図である。
【図２】本発明に用いた陽極酸化の様子を示す図である。
【図３】（ａ）ないし（ｃ）は、マイクロチャネルを鋳型としたプラスチック射出成型方法を示す断面図である。
【図４】（ａ）ないし（ｃ）は、従来のマイクロチャネルの製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９９】
１    シリコン基板
２    Ｎ型シリコン層
３    Ｐ型シリコン層
４    フォトレジスト（反応防止用膜）
５    シリコン電極
６    Ｐ型シリコン領域
７    シリコン基板
８    陽極酸化槽
９    ＨＦまたはバッファドＨＦ溶液
１０    白金電極
１１    ポーラスシリコン
１２    側壁部
１３    底面部
１４    シリコン溝
１５    マイクロチャネル
１６    ニッケル基板
１７    プラスチック材料（マイクロチャネル用材料）
１８    蓋
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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