(57)【要約】【課題】  製造が容易で、特定の部位の正確な温度制御が可能な微小構造体、マイクロリアクタ、熱交換器、および微小構造体の製造方法を提供する。【解決手段】  マイクロリアクタ１は、複数のパターン層１３Ａ〜１３Ｃを積層して形成され、第１のパターン層１３Ａの第１の入口２ａから第１の原料液Ｌ１を導入し、第２の入口２ｂから第２の原料液Ｌ２を導入すると、それらの原料液Ｌ１，Ｌ２は、流路３ａを流れて合流し、高温側反応部３ｃおよび低温側反応部３ｄを層流で移動する。２つの原料液Ｌ１，Ｌ２は、それらの界面において反応する。高温側反応部３ｃでは高温域で反応し、低温側反応部３ｄでは低温域で反応する。反応が終了した反応液Ｌ１，Ｌ２は、流路３ｂにより２つに分離され、出口２ｃ，２ｄから排出される。真空の空洞部３ｅにより高温側反応部３ｃと低温側反応部３ｄとの熱伝導を遮断する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部あるいは貫通穴を形成する第１の薄板と、
前記凹部あるいは貫通穴の開口側を閉塞するように前記第１の薄板に接合されることによって真空の密閉空間、あるいは不活性ガスが封入された密閉空間を形成する第２の薄板とを備えたことを特徴とする微小構造体。
【請求項２】
前記不活性ガスは、前記密閉空間を還流する熱交換媒体であることを特徴とする請求項１に記載の微小構造体。
【請求項３】
前記第１および第２の薄板は、常温接合によって接合されたことを特徴とする請求項１に記載の微小構造体。
【請求項４】
複数の薄板を積層して形成されたマイクロリアクタにおいて、
複数の原料液が反応する反応部と、
断熱、熱交換等の機能を有して前記反応部に所定の反応環境を付与する密閉空間とを備えたことを特徴とするマイクロリアクタ。
【請求項５】
前記反応部は、反応温度が異なる複数の反応部であり、
前記密閉空間は、真空に保持され、前記複数の反応部間の熱伝導を遮断する断熱機能を有することを特徴とする請求項４に記載のマイクロリアクタ。
【請求項６】
前記複数の反応部および前記密閉空間は、同一の薄板に形成されたことを特徴とする請求項５に記載のマイクロリアクタ。
【請求項７】
前記複数の反応部は、異なる薄板に設けられ、
前記密閉空間は、前記複数の反応部が設けられた薄板間に位置する薄板に設けられたことを特徴とする請求項５に記載のマイクロリアクタ。
【請求項８】
前記反応部は、前記複数の原料液が発熱反応するものであり、
前記密閉空間は、内部を還流する熱交換媒体が封入され、前記熱交換媒体によって前記反応部からの熱を放熱する熱交換機能を有することを特徴とする請求項４に記載のマイクロリアクタ。
【請求項９】
前記反応部は、前記複数の原料液が吸熱反応するものであり、
前記密閉空間は、内部を還流する熱交換媒体が封入され、前記熱交換媒体によって前記反応部を加熱する熱交換機能を有することを特徴とする請求項４に記載のマイクロリアクタ。
【請求項１０】
前記反応部および前記密閉空間は、それぞれ隣接する薄板に設けられたことを特徴とする請求項８又は９に記載のマイクロリアクタ。
【請求項１１】
凹部あるいは貫通穴を有する第１の薄板と、
前記凹部あるいは貫通穴の開口側を閉塞するように前記第１の薄板に接合されることによって内部を循環する熱交換媒体が封入された密閉空間を形成する第２の薄板とを備えたことを特徴とする熱交換器。
【請求項１２】
薄板形成基板上に凹部あるいは貫通穴を有する第１の薄板と前記凹部あるいは貫通穴の開口側を閉塞することで密閉空間を形成する第２の薄板とを形成し、
真空中あるいは不活性ガス雰囲気中で前記第１および第２の薄膜を前記薄板形成基板からターゲット基板上に順次転写し接合することにより、真空の前記密閉空間、あるいは不活性ガスが封入された前記密閉空間を有する微小構造体を形成する微小構造体の製造方法。
【請求項１３】
前記第１および第２の薄板の形成は、電鋳によって行うことを特徴とする請求項１２に記載の微小構造体の製造方法。
【請求項１４】
前記第１および第２の薄板の形成は、半導体プロセスを用いて行うことを特徴とする請求項１２に記載の微小構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層造形方法によって製造される微小構造体、マイクロリアクタ、熱交換器、および微小構造体の製造方法に関し、特に、製造が容易で、特定の部位の正確な温度制御が可能な微小構造体、マイクロリアクタ、熱交換器、および微小構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、部品製造において、コンピュータで設計された複雑な３次元物体を短期間で形成する方法として積層造形方法が急速に普及している。この積層造形方法は、サイズが数ｃｍ以上の比較的大きな部品に適用されることが多かったが、近年においては、精密に加工して形成される微小構造体、例えば、微小ギアや微小光学部品、マイクロ流体素子等にもこの方法が適用されている。
【０００３】
マイクロ流体素子は、マイクロ流体デバイス、マイクロ・フルイディック・デバイス、マイクロ・ファブリケイテッド・デバイス、ラブ・オン・チップ、又はマイクロ・トータル・アナリティカル・システム（μ−ＴＡＳ）とも呼ばれるデバイスである。マイクロ流体素子は、合成、物理化学的処理、検出などの他の機能を有するマイクロ流体素子と一体化して、マイクロ化学システムを構築することもできる。マイクロ流体素子は、反応溶液の温度の均一性に優れ、温度追従性が良好で、反応時間を短縮でき、試料の量が少なくて済み、溶剤などの使用量を低減でき、デバイスの製造に要する資源やエネルギーが少なく、運転を省エネルギー化でき、廃棄物の量を低減できる等の特長があり、今後の発展が期待されている。
【０００４】
また、マイクロ流体素子の一種であるマイクロリアクタは、通常の反応装置より数桁小さな微小反応場を持つ装置であり、その多くは直径が１ｍｍからミクロンオーダーの流路を反応場とすることからマイクロチャンネルリアクタとも呼ばれる。このようなマイクロリアクタは、単位体積当たりの装置表面積が大きく、熱容量の減少による精密な温度制御が可能と考えられ、温度に敏感であり、接触面積に反応速度が支配的である触媒反応には、特に魅力的な装置として、各国で研究が進められている。
【０００５】
また、マイクロリアクタは、そのサイズのために表面張力・粘性力・摩擦が流体の重力や慣性に比べて相対的に大きくなり、従来の流体とは異なる挙動を示すのが特徴である。その一つに、流路内の流れが層流であることが挙げられる。乱流とは異なり層流場では混合しにくいなどの欠点がある反面、設計によってはマクロな装置では実現できなかった新しい機能を持った流れ場を創出することができる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
一方で、解決すべき技術課題も多く、その問題の一つに、マイクロ流体素子の内部容量があまりにも小さいため、試料の定量的注入が困難であるなどの、従来の化学反応を単純にスケールダウンすることが難しく、人と機械の間の整合がとれないことがある。また、工業的に大量合成に用いるには、反応部が小さく、一回の合成可能量が少ないため、並列化によるスケールアップを行うなどの対策が必要となる。
【０００７】
また、マイクロリアクタの工業的な使用を考えた場合、最終的に合成したい反応物を得るためには複数の反応を経る場合が多く、一つの基板上に複数の化学反応回路を形成することにより、目標反応物を得るようにマイクロリアクタを設計している。このような構成の従来のマイクロリアクタにおいて、温度調節すべき部分にヒータやペルチェ素子を設けることで実現している例もある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
また、マイクロ流体素子において、基板上に樹脂層をコーティングし、その樹脂層をレーザ加工により流路を形成する工程を繰り返すことで、３次元的な流路をビルドアップするマイクロ流体素子の製造方法が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−３２６９６３号公報（図１）
【特許文献２】特開２００２−５８４７０号公報（段落００２９）
【特許文献３】特開２００４−１６７６０７号公報（段落００１０，００１１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献２に示されたような温度制御機構では、熱容量が小さく、熱伝導性が高いことが欠点となり、集積モジュール化を行う際には、部分的に加熱・冷却したとしても、リアクタ全体に熱伝導してしまうため、他の反応部に悪影響をもたらしてしまう。特に流路を２次元的に折曲した場合は、中央部の排熱がされにくいため、外周部との温度差が生じる。それを防ぐために、反応部位各箇所にヒータやペルチェ素子を配置して温度を制御することは非効率であり、マイクロリアクタの長所を半減させてしまうという問題がある。
【００１１】
図８は、その問題点を示す図である。発熱反応を伴う高温側反応部１０３での反応に続いて低温側反応部１０４において低温で行う反応を実現しようとする場合、マイクロリアクタ１００で実験系を構成すると、高温側反応部１０３と低温側反応部１０４が近接することにより、低温側反応部１０４の部分に高温側反応部１０４で発生した反応熱が伝導してしまい、温度制御が非常に困難となる。また、マイクロリアクタ１００の外乱に対する温度の感受性が高いため、少々の外乱でマイクロリアクタ１００内部の温度が大きく変化してしまうという問題がある。
【００１２】
また、特許文献３に示されたマイクロ流体素子は、樹脂層をコーティングし、レーザー加工により流路を形成する工程を繰り返すため、製作が容易でないという問題がある。
【００１３】
従って、本発明の目的は、製造が容易で、特定の部位の正確な温度制御が可能な微小構造体、マイクロリアクタ、熱交換器、および微小構造体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記目的を達成するため、凹部あるいは貫通穴を形成する第１の薄板と、前記凹部あるいは貫通穴の開口側を閉塞するように前記第１の薄板に接合されることによって真空の密閉空間、あるいは不活性ガスが封入された密閉空間を形成する第２の薄板とを備えたことを特徴とする微小構造体を提供する。
【００１５】
上記密閉空間を真空に保持するか、不活性ガスを封入することにより、断熱機能を発揮し、これにより、特定部位が断熱され、特定部位の温度制御が可能となる。特定部位は、微小構造体の内部であっても表面であってもよい。
【００１６】
第１の薄板は、１枚でもよいが、凹部を有する１枚と貫通穴を有する複数枚とを用いて深い凹部を形成してもよい。また、貫通穴を有する複数枚を用いて長い貫通穴を形成してもよい。第１の薄板が凹部を形成する場合は、第２の薄板は、凹部の開口側を閉塞する１枚でよい。第１の薄板が貫通穴を形成する場合は、第２の薄板は、貫通穴の両方の開口側を閉塞するために２枚必要となる。
【００１７】
上記不活性ガスは、密閉空間を還流する熱交換媒体でもよい。これにより、熱交換機能を発揮し、特定部位の温度制御が可能となる。
【００１８】
上記第１および第２の薄板は、常温接合によって接合されるのが好ましい。「常温接合」とは、室温で原子同士を直接接合することをいう。常温接合によれば、薄板の形状や厚みの変化が少なく、高精度な微小構造体が得られる。薄板の材料としては、Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｕ等の金属やセラミックス，シリコン等の非金属を用いることができる。薄板を接合する前に、その表面に中性原子ビーム、イオンビーム等を照射して表面を清浄化するのが好ましい。清浄化により表面が活性化して強固な接合が得られる。
【００１９】
本発明は、上記目的を達成するため、複数の薄板を積層して形成されたマイクロリアクタにおいて、複数の原料液が反応する反応部と、断熱、熱交換等の機能を有して前記反応部に所定の反応環境を付与する密閉空間とを備えたことを特徴とするマイクロリアクタを提供する。
【００２０】
上記構成によれば、密閉空間によって付与された反応環境の下で複数の原料液が反応するので、特定部位としての反応部の温度制御が可能となる。
【００２１】
反応部は、反応温度が異なる複数の反応部であり、密閉空間は、真空に保持され、複数の反応部間の熱伝導を遮断する断熱機能を有する構成としてもよい。
【００２２】
この場合に、複数の反応部および密閉空間は、同一の薄板に形成されていてもよく、複数の反応部は、異なる薄板に設けられ、密閉空間は、複数の反応部が設けられた薄板間に位置する薄板に設けられていてもよい。
【００２３】
複数の原料液が発熱反応する場合、密閉空間は、内部を還流する熱交換媒体が封入され、熱交換媒体によって反応部からの熱を放熱する熱交換機能を有する構成としてもよい。
【００２４】
複数の原料液が吸熱反応する場合、密閉空間は、内部を還流する熱交換媒体が封入され、熱交換媒体によって反応部を加熱する熱交換機能を有する構成としてもよい。
【００２５】
また、反応部および密閉空間は、それぞれ隣接する薄板に設けられた構成としてもよい。
【００２６】
本発明は、上記目的を達成するため、凹部あるいは貫通穴を有する第１の薄板と、前記凹部あるいは貫通穴の開口側を閉塞するように前記第１の薄板に接合されることによって内部を循環する熱交換媒体が封入された密閉空間を形成する第２の薄板とを備えたことを特徴とする熱交換器を提供する。
【００２７】
上記構成によれば、熱交換媒体が加熱されると、熱交換媒体が蒸気となって密閉空間の上方に移動し、外部に放熱することによって液化して密閉空間の下方に移動する。
【００２８】
本発明は、上記目的を達成するため、薄板形成基板上に凹部あるいは貫通穴を有する第１の薄板と前記凹部あるいは貫通穴の開口側を閉塞することで密閉空間を形成する第２の薄板とを形成し、真空中あるいは不活性ガス雰囲気中で前記第１および第２の薄膜を前記薄板形成基板からターゲット基板上に順次転写し接合することにより、真空の前記密閉空間、あるいは不活性ガスが封入された前記密閉空間を有する微小構造体を形成する微小構造体の製造方法を提供する。
【００２９】
上記複数の薄板の形成は、電鋳により行ってもよく、半導体プロセスを用いて行ってもよい。電鋳の場合は、基板として金属製のものを用いる。半導体プロセスを用いる場合は、Ｓｉウェハ，ガラス基板，石英基板等を用いる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、製造が容易で、特定の部位の正確な温度制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロリアクタを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は分解斜視図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。このマイクロリアクタ１は、第１のパターン層１３Ａと第３のパターン層１３Ｃとの間に、２つの原料液Ｌ１，Ｌ２を反応させる平面流路パターンを有する第２のパターン層１３Ｂを積層して構成した微小構造体である。
【００３２】
第１のパターン層１３Ａは、２つの原料液Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ導入する第１および第２の入口２ａ，２ｂと、それらの原料液Ｌ１，Ｌ２の反応により得られた反応液Ｌ１’，Ｌ２’を排出する第１および第２の出口２ｃ，２ｄとを有する。
【００３３】
第２のパターン層１３Ｂは、入口２ａ，２ｂおよび出口２ｃ，２ｄに対応して形成された貫通穴３ｆ〜３ｉと、２つの原料液Ｌ１，Ｌ２が高温域で反応する高温側反応部３ｃと、２つの原料液Ｌ１，Ｌ２が低温域で反応する低温側反応部３ｄと、貫通穴３ｆ，３ｇから高温側反応部３ｃに合流する流路３ａと、低温側反応部３ｄから貫通穴部３ｈ，３ｉに分岐する流路３ｂと、高温側反応部３ｃと低温側反応部３ｄとの間の熱伝導を遮断する密閉空間としての空洞部３ｅ，３ｅとを備える。
【００３４】
（第１の実施の形態の製造方法）
次に、第１の実施の形態に係るマイクロリアクタ１の製造方法について図２および図３を参照して説明する。図２は、図１に示すマイクロリアクタを構成するパターン層を有するドナー基板を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図３は、接合装置を用いた転写工程を示す模式図であり、（ａ）はＦＡＢ処理工程を示す図、（ｂ）はパターン層の接合工程を示す図、（ｃ）はパターン層の剥離工程を示す図である。
【００３５】
まず、図２に示すドナー基板１０を形成する。基板１１としてＳｉウェハを準備し、基板１１の表面にポリイミドをスピンコート法により塗布し、これを最高温度３５０℃でベークして離型層１２を形成する。次に、離型層１２の上にスパッタリング法により数μｍ以下の薄板としてのＳｉ薄膜を着膜する。次に、Ｓｉ薄膜の表面にフォトレジストを塗布し、通常のフォトリソグラフィー法によりＳｉ薄膜をエッチングし、目的の微小構造体の断面形状にパターニングして複数のパターン層１３Ａ〜１３Ｃを得る。Ｓｉ薄膜をエッチングした後、フォトレジストを剥離液にて除去する。以上のようにして、ドナー基板１０が作製される。第２のパターン層１３Ｂの貫通穴３ｆ〜３ｉ、流路３ａ，３ｂ、および反応部３ｃ，３ｄは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）による高アスペクト比エッチング技術により形成する。
【００３６】
次に、転写工程を行う。転写では最も下層となる第３のパターン層１３Ｃより積層する。まず、図３（ａ）に示すように、真空槽２１内の平面ステージ２５にドナー基板１０を固定し、対向ステージ２６にターゲット基板２７を固定する。真空槽２１内を図示しない真空ポンプを駆動して排気口２２から排気し、１０−５Ｐａの真空にする。次に、Ａｒ中性ビームからなるＦＡＢ（Fast Atom Bombardment）をＦＡＢ源２４Ａからターゲット基板２７に、ＦＡＢ源２４Ｂからドナー基板１０の第３のパターン層１３Ｃにそれぞれ照射し、表面を清浄化して活性化する。
【００３７】
次に、図３（ｂ）に示すように、垂直ステージ２８を下降させ、平面ステージ２５を水平のｘ方向、ｙ方向、垂直のｚ軸周りのθ方向に移動させてターゲット基板２７と第３のパターン層１３Ｃとを位置合わせする。なお、位置合せ機構としては、ゴニオメータ機構やボールジョイント機構を用いることができる。
【００３８】
次に、ターゲット基板２７と第３のパターン層１３Ｃとを接触させ、さらに荷重５０ｋｇｆ／ｃｍ２で５分間押し付けてターゲット基板２７と第３のパターン層１３Ｃとを接合する。このとき、接合強度は、５０〜１００ＭＰａである。
【００３９】
次に、図３（ｃ）に示すように、垂直ステージ２８を上昇させると、ターゲット基板２７上に第３のパターン層１３Ｃが転写される。このように第３のパターン層１３Ｃがドナー基板１０側からターゲット基板２７側に転写できるのは、第３のパターン層１３Ｃと離型層１２間の接着力よりも第３のパターン層１３Ｃとターゲット基板２７間の接着力の方が大きいからである。次に、第２および第１のパターン層１３Ｂ，１３ＡにＦＡＢを照射するため、平面ステージ２５を移動させる。第３のパターン層１３Ｃの裏面（離型層１２に接触していた面）にＦＡＢを照射し、第２のパターン層１３Ｂの表面にＦＡＢを照射する。第３のパターン層１３Ｃと第２のパターン層１３Ｂとの位置合わせを行った後、上述したように第３のパターン層１３Ｃと第２のパターン層１３Ｂとを接合する。最上層となる第１のパターン層１３Ａについても同様の動作を行う。３回の転写が行われると、図１に示すマイクロリアクタ１が得られる。空洞部３ｅは、真空に保持される。
【００４０】
（第１の実施の形態の動作）
次に、第１の実施の形態に係るマイクロリアクタ１の動作について説明する。第１のパターン層１３Ａの第１の入口２ａから第１の原料液Ｌ１を導入し、第２の入口２ｂから第２の原料液Ｌ２を導入すると、それらの原料液Ｌ１，Ｌ２は、流路３ａを層流で流れて合流し、高温側反応部３ｃおよび低温側反応部３ｄを層流で移動する。このとき、２つの原料液Ｌ１，Ｌ２は、それらの界面において反応する。高温側反応部３ｃでは高温域で反応し、低温側反応部３ｄでは低温域で反応する。反応が終了した２つの反応液Ｌ１，Ｌ２は、流路３ｂにより２つに分離され、第１および第２の出口２ｃ，２ｄから排出される。ここで、真空の空洞部３ｅにより高温側反応部３ｃと低温側反応部３ｄとの熱伝導を遮断する。
【００４１】
（第１の実施の形態の効果）
上述した第１の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
（イ）複数のパターン層１３の接合を真空下で行うため、内部が真空の空洞部３ｅを有するマイクロリアクタ１を容易に作製することができる。
（ロ）空洞部３ｅにより高温側反応部３ｃと低温側反応部３ｄとの間の熱伝導を遮断することができるので、精度の高い反応を行うことができ、所望の生成物を得ることができる。
（ハ）パターン層１３を清浄化して活性化した上で、十分な荷重をかけて転写を行っているため、高い転写率で薄膜を転写することができる。
【００４２】
［第２の実施の形態］
図４は、本発明の第２の実施の形態に係るマイクロリアクタを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は分解斜視図である。このマイクロリアクタ３０は、最上層の第１のパターン層３０Ａから最下層の第９のパターン層３０Ｉの９層から構成され、第２のパターン層３０Ｂおよび第６のパターン層３０Ｆに反応部を有し、第３乃至第５のパターン層３０Ｃ〜３０Ｅにより形成された断熱部、および第７乃至第９のパターン層３０Ｇ〜３０Ｉにより形成された放熱部を有する。
【００４３】
第１のパターン層３０Ａは、第１の原料液Ｌ１を導入する第１の入口３１ａと、第２の原料液Ｌ２を導入する第２の入口３１ｂと、第３の原料液Ｌ３を導入する第３の入口３１ｃとを有する。
【００４４】
第２のパターン層３０Ｂは、第１のパターン層３０Ａの第１乃至第３の入口３１ａ〜３１ｃに対応して設けられた第１，第２の導入穴３２ａ，３２ｂおよび貫通穴３２ｃと、第１の原料液Ｌ１と第２の原料液Ｌ２とを第１の温度域で反応させる第１の反応部３２ｅと、第１および第２の導入穴３２ａ，３２ｂから第１の反応部３２ｅに合流する流路３２ｄと、第１の反応部３２ｅに流路３２ｆによって接続され、第１の原料液Ｌ１と第２の原料液Ｌ２とを第２の温度域で反応させる第２の反応部３２ｇと、第２の反応部３２ｇに流路３２ｈによって接続され、第２の反応部３２ｇで反応した反応液を次工程に送り出す出口３２ｉと、第１および第２の反応部３２ｅ，３２ｇ間の熱伝導を遮断する密閉空間としての空洞部３２ｊ，３２ｋとを有する。
【００４５】
第３のパターン層３０Ｃは、第２のパターン層３０Ｂにおいて生成した反応液の通路となる貫通穴３３ａと、第３の原料液Ｌ３の通路となる貫通穴３３ｂとを有する。
【００４６】
第４のパターン層３０Ｄは、第３のパターン層３０Ｃの貫通穴３３ａ，３３ｂに対応して設けたれた貫通穴３４ａ，３４ｂと、断熱部となる密閉空間としての空洞部３４ｃとを有する。
【００４７】
第５のパターン層３０Ｅは、第４のパターン層３０Ｄの貫通穴３４ａ，３４ｂに対応して設けられた貫通穴３５ａ，３５ｂを有する。
【００４８】
第６のパターン層３０Ｆは、第２のパターン層３０Ｂにおいて生成した反応液を導入する導入穴３６ａと、導入穴３６ａに導入された反応液Ｌ１’の流路３６ｂと、第３の原料液Ｌ３を導入する第３の導入穴３６ｃと、第３の原料液Ｌ３の流路３６ｄと、第３の原料液Ｌ３と導入された反応液Ｌ１’とを反応させる第３の反応部３６ｅと、反応させた反応液を貫通穴３６ｈ，３６ｉに分岐する流路３６ｆとを有する。
【００４９】
第７のパターン層３０Ｇは、反応液の通路となる貫通穴３７ａ，３７ｂを有する。第８のパターン層３０Ｈは、反応液の通路となる貫通穴３８ａ，３８ｂと、放熱部となる密閉空間としての空洞部３８ｃとを有する。第９のパターン層３０Ｉは、反応液Ｌ２，Ｌ３の出口３９ａ，３９ｂを有する。
【００５０】
（第２の実施の形態の製造方法）
次に、第２の実施の形態に係るマイクロリアクタ３０の製造方法について図５を参照して説明する。図５は、接合装置を用いた転写工程を示す模式図であり、（ａ）はＦＡＢ処理工程を示す図、（ｂ）はパターン層の接合工程を示す図、（ｃ）はパターン層の剥離工程を示す図である。なお、同図では説明を簡略化するため、パターン層は３つのみ図示する。
【００５１】
まず、第１の実施の形態と同様に複数のパターン層３０Ａ〜３０Ｉを有するドナー基板１０を準備する。次に、図５（ａ）に示すように、接合装置２０の真空槽２１内の平面ステージ２５にドナー基板１０を固定し、対向ステージ２６にターゲット基板２７を固定する。真空槽２１内を排気口２２から排気し、１０−５Ｐａの真空にする。次に、Ａｒ中性ビームからなるＦＡＢをＦＡＢ源２４Ａ，２４Ｂからターゲット基板２７、およびドナー基板上のパターン層３０Ａ〜３０Ｉにそれぞれ照射し、表面を清浄化して活性化する。
【００５２】
次に、図５（ｂ）に示すように、垂直ステージ２８を下降させ、ターゲット基板２７と第１のパターン層３０Ａとを接合する。次に、図５（ｃ）に示すように、垂直ステージ２８を上昇させると、ターゲット基板２７上に第１のパターン層３０Ａが転写される。これと同様に、真空状態で第２乃至第８のパターン層３０Ｂ〜３０Ｈを第１のパターン層３０Ａ上に順次接合していく。第９のパターン層３０Ｉを接合する際は真空槽２１内にフロン（ＨＦＣ−１３４ａ）等の熱交換媒体としての冷却媒体をガス挿入口２９から供給し、第８のパターン層３０Ｈの空洞部３８ｃ内に冷却媒体を充填する。９回の転写を行い、最後にターゲット基板２７を選択エッチングなどで除去することで、図４（ａ）に示すマイクロリアクタ３０が得られる。
【００５３】
なお、上記転写は、表面清浄化に使用したガス以外の不活性ガス雰囲気下で行ってもよい。この場合は、図５のガス挿入口２９から任意のガスを流入し、排気口２２より真空ポンプにより排気することで、流入量と排気量を調節し、真空層２１内の雰囲気成分および内部圧を制御する。
【００５４】
（第２の実施の形態の動作）
次に、第２の実施の形態に係るマイクロリアクタ３０の動作を説明する。第１のパターン層３０Ａの第１の入口３１ａから第１の原料液Ｌ１を導入し、第２の入口３１ｂから第２の原料液Ｌ２を導入し、第３の入口３１ｃから第３の原料液Ｌ３を導入すると、第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２は、第２のパターン層３０Ｂの導入穴３２ａ，３２ｂおよび流路３２ｄを通り第１の反応部３２ｅにて第１の温度域で反応し、流路３２ｆを通り第２の反応部３２ｇにて第２の温度域で反応する。第１および第２の反応部３２ｅ，３２ｇでは、原料液Ｌ１，Ｌ２の界面で反応が行われる。
【００５５】
第２の反応部３２ｇで反応した第１の反応液Ｌ１’は、貫通穴３２ｉ，３３ａ，３４ａ，３５ａ，３６ａ、および流路３６ｂを通って第６のパターン層３０Ｆの第３の反応部３６ｅに流入する。一方、第３の入口３１ｃから導入した第３の原料液Ｌ３は、貫通穴３２ｃ，３３ｂ，３４ｂ，３５ｂ，３６ｃ、および流路３６ｄを通って第６のパターン層３０Ｆの第３の反応部３６ｅに流入する。
【００５６】
第３の反応部３６ｅでは、第１の反応液Ｌ１’と第３の原料液Ｌ３とが第３の温度域で反応する。この反応で得られた第２の反応液Ｌ２’，Ｌ３’は、貫通穴３６ｈ，３６ｉ，３８ａ，３８ｂを介して第９のパターン層３０Ｉの出口３９ａ，３９ｂから排出される。
【００５７】
ここで、第２のパターン層３０Ｂの空洞部３２ｊ，３２ｋは、真空に保持されているので、第１の反応部３２ｅと第２の反応部３２ｇ間の熱伝導を遮断する。また、第４のパターン層３０Ｄの空洞部３４ｃも真空に保持されているので、第２のパターン層３０Ｂの反応部３２ｅ，３２ｇと第６のパターン層３０Ｆの第３の反応部３６ｅ間の熱伝導を遮断する。また、第８のパターン層３０Ｈの空洞部３８ｃは、冷却媒体が充填されているので、第６のパターン層３０Ｆの第３の反応部３６ｅからの熱を放熱する。
【００５８】
（第２の実施の形態の効果）
上述した第２の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
（イ）空洞部３２ｊ，３２ｋ，３４ｃによって各反応部３２ｅ，３２ｇ，３６ｅ間の熱伝導を遮断するとともに、空洞部３８ｃによって反応部３６ｅからの熱を放熱しているので、精度の高い反応を行うことができ、所望の生成物を得ることができる。
（ロ）複数のパターン層を積層するだけで、３つの反応部と断熱部と放熱部を有する３次元のマイクロリアクタ３０を容易に製作することができる。
（ハ）空洞部に封入するガスを選択することによって、断熱、廃熱、発熱、蓄熱等を任意に行うことができる。
【００５９】
［第３の実施の形態］
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る熱交換器が適用されたＩＣ冷却システムを示す要部断面図である。このＩＣ冷却システムは、複数のピン７２を有するＩＣ７０のＩＣパッケージ外装７１上に設けられた熱交換器６０と、その上面に設けられ、熱交換器６０からの熱を大気中に放熱するヒートシンク５０とを備える。
【００６０】
熱交換器６０は、例えば、６層で構成される。第１のパターン層６０Ａは、冷却媒体を溜める冷媒溜りとなる凹部６１ａを有する。第２乃至第５のパターン層６０Ｂ〜６０Ｅは、冷却媒体（冷媒）が移動する貫通穴６２ａ〜６２ｄ，６３ａ〜６３ｄ，６４ａ〜６４ｄ，６５ａ〜６５ｄが、上下の貫通穴と一部重複しながら徐々に放射状に拡がる位置に形成されている。第６のパターン層６０Ｆは、熱交換器６０の最上部に設けられ、冷媒溜りとなる凹部６６ａ〜６６ｄを有する。なお、凹部６１ａ，６６ａ〜６６ｄ、および貫通穴６２ａ〜６２ｄ，６３ａ〜６３ｄ，６４ａ〜６４ｄ，６５ａ〜６５ｄにより密閉空間を形成する。
【００６１】
（熱交換器の製造方法）
この熱交換器６０は、各パターン層６０Ａ〜６０Ｆを厚さ約１５μｍの金属（例えばＣｕ）を電鋳によって形成し、その後はフロン雰囲気中で接合を行う以外は、第１の実施の形態と同様にパターン層６０Ａ〜６０Ｆの接合を行う。この結果、凹部６１ａ，６６ａ〜６６ｄ、貫通穴６２ａ〜６２ｄ，６３ａ〜６３ｄ，６４ａ〜６４ｄ，６５ａ〜６５ｄの中に、例えば、フロン（ＨＦＣ−１３４ａ）が封入圧力１０５Ｐａで封入される。
【００６２】
（熱交換器の動作）
このＩＣ冷却システムは、ＩＣ７０が発生する熱が第１のパターン層６０Ａに伝達すると、冷媒溜り６１ａ中の冷媒が加熱され、蒸気となって貫通穴６２ａ〜６２ｄ，６３ａ〜６３ｄ，６４ａ〜６４ｄ，６５ａ〜６５ｄ中を上昇して冷媒溜り６６ａ〜６６ｄに移動する。冷媒溜り６６ａ〜６６ｄに移動した冷媒は、第６のパターン層６０Ｆに伝熱し、ヒートシンク５０から大気中に熱を放散する。このとき、冷媒溜り６６ａ〜６６ｄ中の冷媒は、液化して貫通穴６２ａ〜６２ｄ，６３ａ〜６３ｄ，６４ａ〜６４ｄ，６５ａ〜６５ｄ中を下降して冷媒溜り６１ａに移動する。このように冷媒は蒸発と液化を繰り返して密閉空間を還流する。
【００６３】
（第３の実施の形態の効果）
上述した第３の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
（イ）複数のパターン層６０Ａ〜６０Ｆを気体の冷媒中で積層するだけで、熱交換器を容易に作製することができる。
（ロ）ＩＣ７０にヒートシンク５０を直接付けるのではなく、熱交換器６０を介することにより、熱交換器６０による熱交換作用により冷却効果が飛躍的に向上する。
（ハ）熱交換器６０をマイクロリアクタに使用すれば、より高度の冷却効果が期待できる。
（ニ）冷媒の種類を変えることにより、還流の起こる温度を任意に設定することができるため、これにより所望の温度制御を行うことができる。
【００６４】
［第４の実施の形態］
図７は、本発明の第４の実施の形態に係る微小構造体を製作するためのドナー基板を示す。ドナー基板８０は、基板８１上に形成する離型層８２を予めパターン層８３よりも少し大きい形状のメサ形状にしてもよい。この構成によれば、パターン層を接合する際に離型層８２がパターン層８３に接触するのを避けて複雑な微小構造体を作製することが可能となる。また、ターゲット基板上に図２における第１層目となる構造をあらかじめ薄膜プロセスなどで形成し、第２層目となるパターン以降を接合して、積層工程を短縮して構造体を形成することも可能である。
【００６５】
［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲内で種々に変形実施が可能である。例えば、各実施の形態の構成要素を本発明の要旨を変更しない範囲内で任意に組み合わせることは可能である。
【００６６】
また、密閉空間を作製する転写工程において真空雰囲気下で接合を行わず、他のガス雰囲気下で行うことにより、密閉空間に他の成分ガスを任意の圧力で封入することが可能である。封入できるガスは、活性化した表面に対して不活性であれば何でもよく、特に希ガスはどの材料に対しても不活性であるため、材料を問わず封入することができる。また、中性原子ビーム源でも使用しているＡｒガスを封入する場合は、中性原子ビーム源をガス流入口として代用することにより、ガス流入口を省略することができる。
【００６７】
ターゲット基板およびドナー基板は、ウェハ状でもチップ状でもよく、この２種の基板は、同形状である必要もない。ドナー基板を垂直ステージ側に設けてもよい。
【００６８】
上記実施の形態では、ドナー基板側でパターン層の接着力を調整したが、ドナー基板側とターゲット基板側の両方で行ってもよく、ターゲット基板側だけで行ってもよい。また、電鋳条件を制御して密着力が制御されたドナー基板を作製してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロリアクタを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は分解斜視図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図１に示すマイクロリアクタを構成するパターン層を有するドナー基板を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る接合装置を用いた転写工程を示す模式図であり、（ａ）はＦＡＢ処理工程を示す図、（ｂ）はパターン層の接合工程を示す図、（ｃ）はパターン層の剥離工程を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るマイクロリアクタを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は分解斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る接合装置を用いた転写工程を示す模式図であり、（ａ）はＦＡＢ処理工程を示す図、（ｂ）はパターン層の接合工程を示す図、（ｃ）はパターン層の剥離工程を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る熱交換器が適用されたＩＣ冷却システムを示す要部断面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係る微小構造体を製作するためのドナー基板を示し、断面図である。
【図８】従来のマイクロリアクタを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  マイクロリアクタ
２ａ，２ｂ  入口
２ｃ，２ｄ  出口
３ａ，３ｂ  流路
３ｃ  高温側反応部
３ｄ  低温側反応部
３ｅ  空洞部
３ｆ〜３ｉ  貫通穴部
１０ドナー基板
１１  基板
１２  離型層
１３Ａ〜１３Ｃ  パターン層
２０  接合装置
２１  真空槽
２２  排気口
２４Ａ，２４Ｂ  ＦＡＢ源
２５  平面ステージ
２６  対向ステージ
２７  ターゲット基板
２８  垂直ステージ
３０  マイクロリアクタ
３０Ｇ〜３０Ｉ  パターン層
３１ａ〜３１ｃ  入口
３２ａ，３２ｂ，３６ａ，３６ｃ  導入穴
３２ｃ  貫通穴
３２ｅ，３２ｇ，３６ｅ  反応部
３２ｄ，３２ｆ，３２ｈ，３６ｂ，３６ｄ，３６ｆ  流路
３２ｉ，３９ａ，３９ｂ  出口
３２ｊ，３２ｋ，３４ｃ，３８ｃ  空洞部
３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂ，３６ｈ，３６ｉ，３７ａ，３７ｂ，
３８ａ，３８ｂ  貫通穴
５０  ヒートシンク
６０  熱交換器
６０Ａ〜６０Ｆ  パターン層
６１ａ，６６ａ〜６６ｄ  凹部
６２ａ〜６２ｄ，６３ａ〜６３ｄ，６４ａ〜６４ｄ，６５ａ〜６５ｄ  貫通穴
７０  ＩＣ
７１  ＩＣパッケージ外装
７２  ピン
８０  ドナー基板
８１  基板
８２  離型層
８３  パターン層
８４  基板
８５  離型層
８６  パターン層
１００  マイクロリアクタ
１０１  樹脂層
１０２  入口
１０３  高温側反応部
１０４  低温側反応部
１０５  出口
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３  原料液
Ｌ１’，Ｌ２’，Ｌ３’  反応液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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