(57)【要約】インプリント基板は、電気的、光学的および生化学的用途に使用するための小型装置を製造するためにしばしば使用される。ナノインプリントリソグラフィなどのインプリント技術は、基板の表面に、接合に影響し、製造された装置の品質を低下させる、残渣を残す可能性がある。改善された接合品質のために残渣のない領域、または減少した量の残渣を有する領域を有するインプリント基板が紹介される。インプリントプロセスからの残渣なしにインプリント基板を製造する方法も紹介される。方法は、物理的排除方法、選択的エッチング方法およびエネルギー適用方法を含む。これらの方法は、より高い強度の接合を生成するために使用することができる、基板の表面の残渣のない領域を生成することができる。
2019533898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インプリントされた残渣のない基板表面を製造するための方法であって、
基板層を、インプリント樹脂の層でコーティングすることと；
ナノインプリントテンプレートを適用して、前記インプリント樹脂にナノ構造を作製することと；
前記ナノインプリントテンプレートを所定の位置に有する前記インプリント樹脂を硬化させて、硬化インプリント樹脂を生成することと；
前記ナノインプリントテンプレートを除去することと；
第１の密封層を、前記硬化インプリント樹脂の上面に適用することと；
前記基板層の接合領域と接触している前記硬化インプリント樹脂の領域を結合することと；
前記基板層の前記接合領域と接触している前記硬化インプリント樹脂の前記領域に結合された前記第１の密封層を除去することとを含む、方法。
【請求項２】
前記第１の密封層を除去することが、前記基板層の表面上に１つ以上の残渣のない領域を生成する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記１つ以上の残渣のない領域は、前記基板層の周囲に配置されている；または
前記１つ以上の残渣のない領域は、前記ナノインプリントテンプレートによって形成された前記ナノ構造を実質的に取り囲んでいる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記結合することが、赤外線（ＩＲ）レーザーを用いて前記接合領域にエネルギーを適用することを用いる接合技術を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記インプリント樹脂は、液体樹脂であり、前記インプリント樹脂の硬化は、前記液体樹脂を紫外線（ＵＶ）光源に露光することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記インプリント樹脂を硬化させることが、
前記インプリント樹脂の温度を上げることと；
硬化時間が経過した後、前記インプリント樹脂の温度を下げることとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記領域の結合が、前記硬化インプリント樹脂の他の領域ではなく、前記接合領域と接触している領域にのみエネルギーを適用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の密封層を除去した後、第２の密封層を、前記硬化インプリント樹脂の前記上面に適用することと；
前記第２の密封層を、前記基板層の残渣のない領域に結合することと；
前記第２の密封層を除去することとを、さらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
インプリント基板表面を製造する方法であって、
樹脂層にナノ構造を形成することと；
第１のフォトレジスト層を、前記樹脂層の上面に適用することと；
フォトリソグラフィマスクを、前記第１のフォトレジスト層の上面に適用することと；
前記フォトリソグラフィマスクを通して前記第１のフォトレジスト層を光源に露光することと；
前記フォトリソグラフィマスクを除去することと；
前記第１のフォトレジスト層を現像して、保護フォトレジストを生成することと；
エッチング技術を使用して、前記フォトレジストおよび前記ナノ構造を有しない前記樹脂層の領域をエッチングすることと；
前記保護フォトレジストを除去することとを含む、方法。
【請求項１０】
前記樹脂層にナノ構造を形成することが、
基板層を、インプリント樹脂の層でコーティングすることと；
ナノインプリントテンプレートを適用して、前記インプリント樹脂にナノ構造を作製することと；
ナノインプリントテンプレートを所定の位置に有する前記インプリント樹脂を硬化させて、硬化インプリント樹脂を生成することと；
前記ナノインプリントテンプレートを除去することとを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記フォトリソグラフィマスク、前記フォトレジスト層のフォトレジスト材料、および前記フォトリソグラフィ現像技術を選択して、ポジ型フォトリソグラフィ技術を行う；または
前記フォトリソグラフィマスク、前記フォトレジスト層のフォトレジスト材料、および前記フォトリソグラフィ現像技術を選択して、ネガ型フォトリソグラフィ技術を行う、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記フォトレジスト層が、ＮＲ-９フォトレジスト材料を含み、前記光源が、紫外線（ＵＶ）光源である、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記エッチング技術は、ドライエッチング技術、反応性イオンエッチング技術、ならびに酸エッチング技術およびアルカリエッチング技術からなる群より選択されるウェットエッチング技術からなる群より選択される、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
表面化学処理を、前記樹脂層に適用することをさらに含み、
前記表面化学処理が、前記第１のフォトレジスト層の適用に先行する、または前記表面化学処理を、前記保護フォトレジストの除去の後に行う、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも１つのインプリントナノ構造および第１の残渣のない領域を含む第１の基板層と；
第２の基板層と；
ガスケット層と；
少なくとも１つの密封チャンバーとを含むフローセルであって、
前記ガスケット層は、第１の接合によって前記第１の残渣のない領域で前記第１の基板層に接合されており、前記ガスケット層は、第２の接合によって前記第２の基板層に接合されており；
各密封チャンバーは、前記第１の基板層、前記第２の基板層、前記ガスケット内の負の空間、またはそれらの任意の組み合わせの間の容積によって形成されており、
前記少なくとも１つの密封チャンバーは、少なくとも１ｐｓｉの圧力を支持する、フローセル。
【請求項１６】
前記第１の基板層が、ガラス層であり；
前記ガスケット層が、接合可能な熱可塑性ポリイミドフィルム層であり；
前記少なくとも１つのインプリントナノ構造が、ポリイミド樹脂を含む、請求項１５に記載のフローセル。
【請求項１７】
前記第２の基板層が、インプリントナノ構造と第２の残渣のない領域とを有し、
前記ガスケット層が、前記第２の残渣のない領域で前記第２の基板層に接合されている、請求項１５に記載のフローセル。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのインプリントナノ構造は、表面化学を有する；または
前記第１の基板層は、表面化学を有する、請求項１５に記載のフローセル。
【請求項１９】
前記第１の基板層の前記第１の残渣のない領域は、前記第１の残渣のない領域のない表面積の少なくとも９９％を構成する、請求項１５に記載のフローセル。
【請求項２０】
前記第１の接合が、１０００ｇＦの最小接着強度を有する、請求項１５に記載のフローセル。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１６年９月２７日に出願された米国仮特許出願第６２／４００，３３２号の利益を主張し、その内容全体が参照により本明細書に組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
本明細書に開示される主題は、概して、生化学的用途のためのフローセルの製造の分野に関し、より具体的には、接合および包装のための改良された基板表面の製造に関する。
【０００３】
このセクションは、以下に記載および／または特許請求される本開示の様々な態様に関連し得る技術の様々な態様を読者に紹介することを意図している。この説明は、本開示の様々な態様のよりよい理解を容易にするために読者に背景情報を提供するのに役立つと考えられる。したがって、これらの記述はこの観点から読まれるべきであり、先行技術の承認として読まれるべきではないことが理解されよう。
【０００４】
分子生物学実験の実行を自動化する装置の開発は、大規模研究を通して情報の獲得を容易にした。例えば、同時実験の実行は、生物学においていくつかの発見をもたらした。一例として、ハイスループットの自動ＤＮＡシーケンサーはゲノムワイドな研究を可能にし、それはいくつかのヒトの状態の遺伝的原因の発見を容易にした。分子生物学実験を自動化するために、これらの装置はしばしば化学反応の一部が起こる流体チャンバーを有するフローセルを使用する。用途に応じて、装置は試薬の添加およびフローセルからの生成物の除去を制御することができる。装置はまた、反応を監視し、プロセスを通して関連データを収集するように構成されてもよい。そのような装置の処理量を増加させるための一般的な戦略は、チャンバーのサイズを縮小することである。これにより、チャンバーの数、ひいては１回のイテレーションで行われる同時反応の数を増やすことができる。
【発明の概要】
【０００５】
本明細書に開示される特定の実施例の概要を以下に記載する。これらの態様は単にこれらの特定の例の簡単な要約を読者に提供するために提示されており、これらの態様は本開示の範囲を限定することを意図していないことを理解されたい。実際、本開示は、以下に記載されていない可能性がある様々な態様を包含し得る。
【０００６】
本開示の例は、包装および接合のためのインプリント基板表面の調製、およびその技術を用いて製造された装置に関する。いくつかの例では、基板表面は、インプリント技術と、それに続く基板のその後の使用を妨げる可能性がある残渣の除去によって調製される。他の例では、減少した量の残渣を有するかまたは実質的に残渣を有しない表面を生成するインプリント技術が提示される。さらなる例では、そのような技術で製造された流体装置が開示される。
【０００７】
一例では、剥離技術を用いて基板を製造するための技術が提供される。この例では、ナノインプリントリソグラフィ技術の後に、残渣除去が望まれる領域の残渣を別の層に結合し、結合ガスケットを剥離して望ましくない残渣の大部分または全部を除去し、実質的に残渣のない領域を作り出す。
【０００８】
別の例では、エッチング技術を用いて基板を製造するための技術が提供される。この例では、保護フォトレジストがナノインプリント構造の上に配置され、フォトレジストおよび望ましくないナノインプリント残渣がエッチング除去される。いくつかの実施態様では、エッチングは反応性イオンエッチング用のプラズマを使用してもよい。
【０００９】
さらなる例では、低残渣ナノインプリント技術を用いて基板を製造するための技術が提供される。この例では、ナノインプリントリソグラフィで使用されるナノインプリントテンプレートは、追加のまたは別個の残渣除去ステップなしに、実質的に残渣のない基板の領域を生成するように修正される。いくつかの実施において、ナノインプリントテンプレートは、樹脂のより容易な流動を可能にするようにさらに修正され、ナノインプリントプロセスを容易にする。
【００１０】
本開示はまた、インプリントナノ構造を有するチャンバーを含むフローセルを提供する。提供されるフローセル装置は、生成される残渣のないまたは減少した残渣のインプリント基板によって促進される、高品質の接合で製造される。その結果、フローセルは、漏れがなく高圧に耐えることができるチャンバーを含み、ハイスループット方式で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本開示のこれらおよび他の特徴および態様は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むとよりよく理解されよう。図面において、同じ文字は同じ部分を表す。
【図１Ａ】図１Ａは、本開示の例によるフローセルチップの一例を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本開示の例によるフローセルチップの３つの構成要素の分解図を示す。
【図２】図２は、本開示の例による、フローセルを製造するためのインプリント基板の接合の例である。
【図３】図３は、本開示の例による、残渣のない表面に接合することによってパッケージ化装置を製造する方法の模式的フロー図である。
【図４】図４は、本開示の例による、剥離による樹脂除去を使用して残渣のないインプリント基板表面を製造する方法の模式的フロー図である。
【図５】図５は、本開示の例による、樹脂表面への赤外線（ＩＲ）レーザーの適用の効果を測定した結果を示す。
【図６】図６は、本開示の例による、樹脂表面へのＩＲレーザーの適用に対する異なる出力設定およびエネルギー密度設定の効果を示すチャートである。
【図７】図７は、本開示の実施例による、樹脂除去のための剥離方法を用いて製造された残渣のない表面上で実行された接合プロセスの結果を示すチャートである。
【図８Ａ】図８Ａは、本開示の例による、剥離方法で製造された最終パッケージ化装置の写真である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本開示の例による、剥離方法で製造された縁の走査型電子顕微鏡写真である。
【図９】図９は、本開示の例による、残渣のないインプリント基板表面を製造するための選択的反応性イオンエッチング方法の模式的フロー図である。
【図１０】図１０は、本開示の例による、選択的反応性イオンエッチング方法の例を使用して、所望の表面化学を有する残渣のないインプリント基板表面を製造する方法の２つのフローチャートを示す。
【図１１】図１１は、本開示の例による、選択的反応性イオンエッチング法による樹脂残渣の除去を示す走査型電子顕微鏡写真およびその走査型電子顕微鏡写真の拡大部分を示す。
【図１２】図１２は、本開示の例による、選択的反応性イオンエッチング法を用いて製造された残渣のない表面に接合されたブラックカプトンＪ（ＢＫＪ）に対して行われた「切断試験」の結果を示す写真である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本開示の例による、選択的反応性イオンエッチング方法を用いて製造された最終パッケージ化装置の写真である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本開示の例による、選択的反応性イオンエッチング方法を用いて製造された縁の走査型電子顕微鏡写真である。
【図１４】図１４は、本開示の例による、残渣のないインプリント基板表面を製造するための低残渣ナノインプリント方法の模式的フロー図である。
【図１５】図１５は、本開示の例による、低残渣ナノインプリント方法で製造されたガラス基板内のインプリント構造の画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
１つ以上の具体例を以下に記載する。これらの例の簡潔な説明を提供するために、実際の実施のすべての特徴が本明細書に記載されているわけではない。任意のそのような実際の実施の開発においては、任意のエンジニアリングまたは設計プロジェクトにおけるように、システム関連およびビジネス関連の制約の遵守などの開発者固有の目的を達成するために、実施ごとに異なる、実施固有の多数の決定がなされなければならない。さらに、そのような開発努力は複雑で時間がかかる可能性があるが、それにもかかわらず、本開示の恩恵を受ける当業者にとっては設計、製造、および製造の日常的な仕事であることが理解されよう。
【００１３】
ナノスケールの特徴を含むフローセルまたは他の基板の製造は、配列決定反応における使用も含めて、分子生物学に利益をもたらし得る。例えば、構造の小型化は、単一のフローセルチップ内のチャンバーの数を増加させることができ、したがって、反応の単一のイテレーションで実行することができる同時反応の数を増加させることができる。この小型化を経て製造されたナノ構造はまた、単一分子標的化またはフローセルにわたる指向性フローを容易にし得る。いくつかの用途では、化学的に処理されたナノ構造を使用して、チャンバーの容積当たりの表面積比を増加させることができる。ハイスループット方式でこれらの小型化された構造を製造するための１つの方法は、ナノインプリントリソグラフィ技術を用いることである。ナノインプリントリソグラフィでは、予め製造されたナノスケールテンプレートが流体樹脂を機械的に置き換えて所望のナノ構造を成形する。次に、樹脂をナノスケールテンプレートを所定の位置に用いて硬化させる。ナノスケールテンプレートの除去に続いて、所望の基板に付着した成形固体樹脂を製造することができる。用途によっては、最終用途に応じて、硬化樹脂を化学処理または生体分子の付着で官能化することもできる。
【００１４】
ある例では、成形固体樹脂は、フローセルの内面になるように予定されている基板の領域内にチャネル、チャンバー、こぶ、谷、または他の任意の所望の構造を作り出すことができる。そのために、ナノインプリント基板層をガスケット層および／または第２の基板層に接着して、基板および／またはガスケットの間の容積領域によって画定される密封フローセルを生成することができる。しかしながら、ナノインプリント層の接合は、表面の接合領域に対する厳格な要件を伴い得る。ナノインプリントリソグラフィ処理後に通常見られるもののような樹脂残渣は、接合に使用される基板表面の領域上に残り、したがって接着品質に影響を及ぼす。結果として、フローセルの密封は妥協され得る。
【００１５】
妥協された基板接合からもたらされる妥協されたシールを用いて製造されたフローセルは、圧力下で漏れる可能性があり、それは今度は誤ったデータ収集をもたらす可能性がある。フローセルシールの完全性の低下はまた、反応チャンバー内のサンプルの汚染および／またはフローセルチップ内の隣接するチャネルからのサンプル間の相互汚染をもたらすことがあり、それによって行われる分析を危うくする。さらに、フローセルチップ内の漏れは、フローセルチップ自体を利用する処理装置の汚染を招く可能性があり、これはメンテナンス、損傷部品の交換または処理装置の交換による停止時間を必要とする可能性がある。さらに、接着不良基板が通常、製造中の様々な品質管理ステップ中に廃棄されるため、製造中の不完全な接着は、製造歩留まりの低下となる可能性がある。歩留まりの低下は、製造されたフローセル装置当たりの全体的な材料費、人件費および製造費を増加させる。
【００１６】
ナノインプリントリソグラフィからの樹脂残渣はまた、以下に詳述するように、ハイスループット方式でのナノスケールテンプレートの再使用を妨げ得る。例えば、ナノインプリントリソグラフィの後にテンプレートを除去すると、テンプレート自体に付着した残渣樹脂は、そのテンプレートを使用してナノインプリントされる後続の樹脂上のテンプレートパターンを不明瞭にする可能性がある。したがって、テンプレート上の残渣の存在は、ナノスケールテンプレートの交換率の増加および／または追加のテンプレート洗浄ステップをもたらし、これもまた製造コストおよび複雑さを増大させる。
【００１７】
本明細書で提供されるのは、１つ以上の支持構造、例えば、基板および／またはガスケット層へのナノインプリント層の改善された接合を可能にする基板を生成するための技術である。開示される技術は、改善された接合を容易にするために、残渣が少ないかまたは実質的に残渣がない接合表面領域を有するナノインプリント層をハイスループット方式でもたらす。開示される技術によって製造されるナノインプリント層は、特定の例において、所望の高品質の接合を生成する厳格な基準を満たす、クリーンな接合表面積を含む。
【００１８】
いくつかの例では、所望の樹脂ナノ構造を有するナノインプリント領域と、接合に使用され得る残渣のない領域とを含む基板表面が製造される。２つの領域間の縁の品質は、接合の品質、インプリントされたナノ構造の品質、および／またはパッケージ化装置自体の品質に影響を及ぼし得る。いくつかの例では、開示される技術は、ナノインプリント領域と残渣のない領域との間の高品質な縁の製造を容易にすることができ、これはフローセルの品質を高め、品質管理中の廃棄材料の量を減らすことによってコストを削減できる。
【００１９】
いくつかの例では、開示される技術によって生成されるナノインプリント層のクリーンな領域は、所望の最終用途に応じて、その後の表面化学反応にとって有益であり得る。光学、画像形成、光感知または光プロービングに関する用途では、好ましい光学特性のために、基板の残渣のない領域が望ましい場合がある。他の例では、残渣のない領域は、向上した電気的特性のために望ましい可能性がある。残渣のない領域は、著しく小さい摩擦を示す可能性があり、これは、小型化された機械装置において有用であり得る。
【００２０】
したがって、開示される技術はフローセルまたは分子生物学的装置の文脈の中で議論されているが、その技術は他の分野にも適用され得ることを理解されたい。例えば、ナノインプリント層を生成するための開示される技術は、ＭＥＭＳ装置、オプトエレクトロニクス装置、回路、半導体装置、ナノスケールリアクターなど、または実質的に残渣のない領域を有するナノインプリント表面が望まれる任意の他の用途に使用され得る。
【００２１】
本明細書で使用されるとき、単数形「ａ」、「ａｎｄ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに反対を示さない限り、複数の指示対象を含む。したがって、例えば、「セル」への言及は、そのようなセルなどを複数含む。本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、他に明確に示されない限り、本開示が属する分野の当業者に一般に理解されるのと同じ意味を有する。
【００２２】
本明細書で使用されるとき、用語「支持体」、「基板」、および「ガスケット」、および／またはそれらの文法的な変形は、実質的に剛性の構造を提供する任意の材料、またはそれが接触している容器の形状をとるのではなく、その形状を保持する構造を指す。材料は、例えば滑らかな支持体（例えば、金属、ガラス、プラスチック、シリコン、およびセラミックの表面）、ならびにテクスチャード加工および／または多孔質材料を含む、他の材料を付着させることができる表面を有することができる。いくつかの基板またはガスケット材料の例としては、アクリル、炭素（例えば、グラファイト、炭素繊維）、セルロース（例えば、酢酸セルロース）、セラミック、細孔制御ガラス、架橋多糖（例えば、アガロースまたはＳＥＰＨＡＲＯＳＥ（登録商標）（ＧＥ  Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ  Ｌｉｆｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓから入手可能）、ゲル、ガラス（例えば、改質または官能化ガラス）、金（例えば、原子的に滑らかなＡｕ（１１１））、グラファイト、無機ガラス、無機ポリマー、ラテックス、金属酸化物（例えば、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ステンレス鋼）、メタロイド、金属（例えば、原子的に滑らかなＡｕ（１１１））、雲母、硫化モリブデン、ナノ材料（例えば、高配向熱分解グラファイト（ＨＯＰＧ）ナノシート）、ニトロセルロース、ナイロン、光ファイバー束、有機ポリマー、紙、プラスチック、ポリアクリロイルモルホリド、ポリ（４-メチルブテン）、ポリ（エチレンテレフタレート）、ポリ（ビニルブチレート）、ポリブチレン、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリエチレン、ポリホルムアルデヒド、ポリメタクリレート、ポリプロピレン、多糖類、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリビニリデンジフルオリド（ＰＶＤＦ）、石英、レーヨン、樹脂、ゴム、半導体材料、シリカ、シリコン（例えば、表面酸化シリコン）、硫化物、接合可能な熱可塑性ポリイミドフィルム（例えば、ＫＡＰＴＯＮ（登録商標）、ＫＡＰＴＯＮ（登録商標）ＪおよびＢｌａｃｋ  ＫＡＰＴＯＮ（登録商標）Ｊ（ＢＫＪ）ＤｕＰｏｎｔから入手可能など）、およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ、ＤｕＰｏｎｔからＴＥＦＬＯＮ（登録商標）として市販されている）などが挙げられる。
【００２３】
基板はパターン化されていてもよく、基板上にパターン（例えば、スポット、パッド、くぼみ、ポスト、ストライプ、渦、線、三角、矩形、円、弧、チェック、格子縞、斜行する線、矢印、正方形、またはクロスハッチ）がエッチング、印刷、処理、スケッチ、切り取り、彫刻、刻印、刻印、固定、スタンプ、コーティング、エンボス加工、埋め込み、または積層されている。パターンは、基板上の１つ以上の切断領域または修飾領域を含み得る。
【００２４】
本明細書で提供されるように、「残渣のない」領域は、ナノインプリント材料、例えば、樹脂からの残渣を実質的に含まない表面であり得る。残渣のない表面は、表面積によって、少なくとも９０％または９５％の残渣がない表面を含み得る。さらに、残渣のない領域は、基板上のより大きな接合領域または目標領域と一緒に配置されてもよく、またはその一部であってもよい。例えば、望まれない樹脂が目標領域から除去された場合（例えば、剥離またはエッチングによって）、残りの目標領域は、残渣によって覆われる表面積の量が減少し、その結果、目標領域の表面積の少なくとも５０％は、樹脂を含まず、後の接合ステップを容易にする。一例では、十分な量の残渣が基板から除去されたときに、残渣のない領域が生成され、他の層との高品質の接合を支持する。別の例では、除去ステップを繰り返して、所望の接合領域または目標領域にわたって残渣がさらに減少した表面を生成することができる。
【００２５】
図１Ａを参照すると、パッケージ化フローセル装置１０の一例が示されている。フローセル装置１０は開示される技術に従って製造することができる。フローセル装置１０では、ガスケット層１４内の負の空間の結果として一組の密封チャンバー１２が形成される。チャンバー１２は上部と底部で基板層によって密封されている。この配置は、図１Ｂに示されるように、フローセル装置１０の分解図１８に示されている。ガスケット層１４は、底部基板層２０と上部基板層２２との間に配置されている。
【００２６】
密封チャンバー１２を製造するために、ガスケット層１４は通常、基板層２０および２２に接合される。接合は、基板２０または２２とガスケット１４の接合領域内で起こる。接合領域は、フローセル装置１０の周囲に位置してもよく、接合領域はフローセル装置１０を外部の汚染から密封するように作用する。一例では、接合領域はまた、特にフローセル装置１０内の交差汚染を防止するマイクロ流体密封チャンバー１２の間に配置されてもよい。しかしながら、開示される接合領域は、実施に応じて、任意の領域に配置されてもよい。
【００２７】
いくつかの用途において、フローセル装置１０は、ヌクレオチドシーケンサーなどの反応自動化装置において制御された化学的または生化学的反応を実行するために使用される。必要に応じて、ポート２４は、底部基板層２０を貫通してもよい。ポート２４に接続することによって、反応自動化装置は、密封チャンバー１２内の試薬および生成物の流れを制御することができる。いくつかの用途では、反応自動化装置は、フローセル装置１０の圧力、温度、ガス組成および他の環境条件を調整する。さらに、図１Ａおよび図１Ｂに示さないいくつかの用途では、ポート２４は、上部基板層２２または両方の基板層２０、２２に穿孔することができる。いくつかの用途では、画像化または熱、光放射および／または蛍光の測定によって、密封チャンバー１２内で起こる反応を上部基板層２２および／または底部基板層２０を通して監視することができる。
【００２８】
いくつかの用途では、密封チャンバー１２は、基板層２０および／または２２に取り付けられたインプリントナノ構造を含むことができる。これらのインプリント構造は、ナノインプリンティングリソグラフィ、フォトリソグラフィ、エンボス加工、または他の既知の技術によって製造され得る。いくつかの設計では、インプリント構造の高さは、約１ミクロン（μｍ）より小さくてもよく、ピッチ（すなわち、構造間の距離）は約４００ｎｍから約１μｍの範囲であってもよい。いくつかの用途では、密封チャンバー１２の基板表面、インプリントナノ構造および／またはガスケット表面は、以下に詳述するように、追加の表面化学を含み得る。
【００２９】
図２は、フローセル１０の製造に使用される接合ステップの例を示す。この例では、下層３２は、底部基板層２０Ａに接合されたガスケット１４Ａを含み、底部基板層２０Ａはいくつかの用途では、上述したように、インプリントされてもよい。この図では、底部層３２もポート２４を有する。以下に詳述する方法の１つを用いて製造される、残渣のないインプリント上部基板層２２Ａを、接合ステップ３４を経て底部層３２に接合して、パッケージフローセル装置１０Ａを製造する。いくつかの実施では、接合ステップは、ＩＲレーザーを使用する。拡散接合、陽極接合、共晶接合、プラズマ活性化接合、ガラスフリット接合、または接合界面に厳しい要件を有する当技術分野で知られている他の方法など、ガスケット１４Ａを基板２０Ａに接合するための他の方法も本明細書に記載の方法によって企図される。
【００３０】
接合の質は、接合の強度によって評価することができる。接合強度は、接着力を直接測定する試験によって測定することができる。例えば、本明細書に記載の切断試験などの、当業者に知られている任意の数の試験方法によって測定されるように、接合の切断は接合強度に比例する。そのような試験では、基板に接合されたガスケットまたは他の材料、または他の基板に接合された基板を引っ張る。本技術は、接合試験の切断を通して測定されるように、ガラス基板および／またはガスケット間の接着強度を１０００ｇＦ（グラムフォース）から３２００ｇＦ以上のオーダーで可能にする。さらに、接合の質はマイクロ流体チャンバーの密封に関連しているので、チャンバーによって支持される圧力は、流体装置の製造に関して接合の質を定量化するための別の方法である。本発明の技術は、密封フローセルについて、少なくとも約１ｐｓｉ、約２ｐｓｉ、約３ｐｓｉ、約４ｐｓｉ、約５ｐｓｉ、約６ｐｓｉ、約７ｐｓｉ、約８ｐｓｉ、約９ｐｓｉ、約１０ｐｓｉ、約１５ｐｓｉ、約２０ｐｓｉ、約２５ｐｓｉ、約３０ｐｓｉ、約３５ｐｓｉ、約４０ｐｓｉ、約４５ｐｓｉ、または約５０ｐｓｉまで、および少なくとも約１００ｐｓｉまでを支持するチャンバーの製造を可能にする。
【００３１】
上述したように、組み立てられたフローセル装置１０Ａの接合強度は、製造プロセスの初期段階で発生した残渣の存在によって妥協され得る。例えば、インプリント上部基板層２２Ａまたは下部基板層２０Ａを生成するために使用されるナノインプリント技術は、インプリントステップの後にその場に残渣を残すことがある。そのような残渣の存在は、より低い引っ張り強度を有する接合を有するフローセルをもたらし得る、例えば、密封されたフローセルに対する引っ張り強度はより低くなり得る。すなわち、妥協した密封の接合（例えば、ガスケット−基板接合）を破壊するのに使用される力は、密封フローセル１０、１０Ａの同じ構造的接合を破壊するのに必要な力の約８０％、約５０％、約２５％であり得る、またはそれよりも小さいことがある。そのような妥協した接合は、後の製造ステップでは耐えられない可能性があり、製造サイクル全体での無駄につながる。
【００３２】
所望の接合強度を有するナノインプリント装置を達成するために、ナノインプリント装置は、本明細書に開示される実施に従って製造されてもよい。図３は、ナノインプリントリソグラフィのための基板の処理およびいくつかの方法で使用されるようなその後の接合の例を示す。処理および残渣除去の方法４０は、基板４１から始まる。チップ４２は、ナノインプリントリソグラフィステップ７０Ａの後に製造される。インプリント中、基板４１またはウェハは、所望のナノ構造４６Ａと共にインプリント樹脂４４で完全に覆われることがある。インプリントプロセスの終わりまでに、樹脂４４は基板４１に対して硬化される。任意の適切な樹脂４４を、本明細書に記載の方法におけるナノインプリントに使用することができる。例えば、樹脂４４は、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリアセタール、ポリエーテル、ポリウレタン、ポリアミド（ナイロン）、フラン樹脂、またはジアリルフタレート樹脂などの有機樹脂であってもよい。いくつかの例では、使用される樹脂４４は、化合物（ケイ素、酸素、水素を含む）のうちＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む無機シロキサンポリマーを用いることができ、出発材料としてシリカガラスに代表されるシロキサンポリマー系材料を用いて形成されてもよい。使用される樹脂４４は、ケイ素に結合した水素がメチル基またはフェニル基などの有機基で置換された、およびアルキルシロキサンポリマー、アルキルシルセスキオキサンポリマー、シルセスキオキサンヒドリドポリマー、アルキルシルセスキオキサンヒドリドポリマーに代表される有機シロキサンポリマーを用いることもできる。シロキサンポリマーの非限定的な例には、多面体オリゴマーシルセスキオキサン（ＰＯＳＳ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）、ポリ（オルガノ）シロキサン（シリコーン）、およびペルフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）が含まれる。樹脂４４に金属酸化物をドープしてもよい。樹脂４４は、例えば、酸化チタン、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化錫、酸化亜鉛および酸化ゲルマニウムを含む、ゾルゲル材料を用いることができ、適切な溶媒を用いる。用途に応じて、多数の他の樹脂４４のうちの任意の１つを使用することができる。さらに、本開示の特定の例は樹脂４４の文脈で論じているが、開示された技術は、他の種類の材料、例えばポリマー層、接着促進剤、金属膜、半導体膜、絶縁膜などによって形成される望ましくない残渣を除去するために使用され得る。
【００３３】
樹脂被覆チップ４２に適用される樹脂除去ステップ７２は、残渣のない底部層４８Ａを生成する。樹脂除去ステップ７２は、残渣のない基板表面を生成する方法を含む。樹脂除去の方法の例を以下に詳述する。残渣のない底部層４８Ａは、いくつかの用途では、接合予定の残渣のない領域５２Ａによって囲まれたチャンバーレーン５０Ａおよびナノ構造４６Ａを有して製造することができる。接合ステップ７４Ａにおいて、層が、残渣のない底部層４８Ａの上部に適用され、接合技術が接合領域５６に適用される。これにより、第２の基板またはガスケット層に接合されたインプリント基板（例えば、残渣のない底部層４８Ａ）を有し、フローセルチャンバー５８を含むチップ５４が得られる。
【００３４】
比較の目的で方法４０の下に示す方法６０では、残渣のない底部層４８Ｂの製造は、修正ナノインプリントリソグラフィステップ７０Ｂから直接行われ、したがって、樹脂除去ステップを省略することができる。いくつかの例では、修正リソグラフィステップは、以下に詳述するように、低残渣ナノインプリント技術を含み得る。修正リソグラフィステップ７０ｂは、残渣のない底部層４８Ｂを形成し、これは、いくつかの用途では、接合予定の残渣のない領域５２Ｂによって囲まれた、チャンバーレーン５０Ｂおよびナノ構造４６Ｂを含むことができる。接合ステップ７４Ｂにおいて、層が、残渣のない底部層４８Ｂの上部に適用され、接合技術が接合領域５６に適用される。これにより、第２の基板またはガスケット層に接合されたインプリント基板（例えば、残渣のない底部層４８Ｂ）を有し、フローセルチャンバー５８を含むチップ５４が得られる。
【００３５】
方法４０および６０に関して、いくつかの例では、基板４１は、底部基板でもよく、接合される層は、ガスケット層でもよい。これらの例では、チップ５４は、図２に示すように底部層３２とすることができる。他の例では、基板４１は、上部基板層（例えば、図２の２２Ａ）でもよく、チップ５４は、図２に示すように底部層３２でもよい。これらの例では、製品は、図２の密封フローセル装置１０Ａであり得る。方法４０および６０のステップはまた、ナノインプリント残渣のない基板表面の製造および／またはこれらの表面の他の層への接合が望まれる、他の生化学的、光学的または電子的装置を製造するために個々に適用され得る。さらに、上述したおよび下記に詳述される残渣のない基板表面の製造方法は、汚染物質のないマイクロ流体チャンバーまたはチャネルの製造、接着剤付着のための洗浄、前のチャンバーのリサイクル、摩擦のない表面の製造、光学的に透明な表面の製造、望ましくない誘電材料の除去、または基板に対して硬化した樹脂の除去が望まれる他のあらゆる状況など、他の用途に適用され得る。
【００３６】
上述のように、方法４０または６０によって製造された、残渣のない底部層４８Ａおよび４８Ｂは、残渣のない領域５２Ａ、５２Ｂと、特徴４６Ａ、４６Ｂを有するナノインプリントチャンバーレーン５０Ａ、５０Ｂとを有することができる。適切な接合強度のために、接合領域５６は、基板４１の全被覆面積の少なくとも約０．５％、少なくとも約１％、または少なくとも約５％からなることができる。いくつかの用途では、接合領域５６は、基板４１の全面積の約１０％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％、または最大約９０％までであってもよい。さらに、提示された技術のうち一部では、最大９９％の接合領域５６は、実質的に残渣がない。本開示において理解されるように、高品質の接合は、接合領域５６の領域が実質的に残渣を含まない、接合領域５６において行われてもよい。一例では、接合領域５６は、少なくとも約５０％、少なくとも約７５％、少なくとも約９０％、または少なくとも約９５％の残渣のない表面積を有することができる。本明細書で使用されるように、残渣のない領域５２Ａ、５２Ｂは、より大きい接合領域５６の一部であってもよく、そして残渣のない領域５２Ａ、５２Ｂは、残渣除去のパターンの結果として、接合領域５６全体にわたって不連続であってもよい。さらに、隣接するチャンバーレーン５０Ａ、５０Ｂの間の領域５６における接合の質は、チャンバー間の間隔に影響し得る。提示された技術から生じる高品質の接合によって、チャンバー間の間隔を約１ｍｍ程度に小さくすることができる。すなわち、接合強度／表面積が改善されるので、減少した量の接合表面積が、高品質の接合を達成し得る。
【００３７】
前述のことを念頭に置いて、図４のフロー図は、残渣を残さずに基板表面の所望の領域から樹脂を除去するための剥離方法８０の一例を示す。図示されていない最初のナノインプリントリソグラフィステップは、ナノ構造（例えば、硬化樹脂８４に示される刻み目および／または突起）を有する硬化樹脂８４に取り付けられた基板８２を生成する。上述のように、基板８２の表面は、スピンコーティング、スプレー、またはナノインプリントリソグラフィの適用中に通常使用される他の技術により、ナノインプリント／硬化樹脂８４によって完全に覆われてもよい。したがって、基板８２への接合が望まれる領域も硬化樹脂８４で覆われる。これらの領域から硬化樹脂８４を除去するために、溶接剥離プロセスを適用することができる。いくつかの用途では、溶接剥離プロセスは、一般に、基板８２からの樹脂８４の剥離または除去が望まれる領域に適用される、層への基板８２の溶接または接合と、続く溶接層の除去からなる。
【００３８】
溶接剥離プロセスの溶接ステップ９６の間、層８６が、基板８２によって支持されている硬化樹脂８４の上部に追加される。この層８６は、ガスケット層、シール層、または他の基板であり得る。続いて、ＩＲレーザー８８が目標領域９０に照射されて、目標領域９０において層８６を硬化樹脂８４に溶接または接合する。目標領域９０は、残渣のない領域（すなわち、接合領域）が望まれる基板８２の領域と直接接触している硬化樹脂８４の領域と直接接触している層８６の領域である。一例では、溶接は、赤外線（ＩＲ）レーザーを用いて接合領域にエネルギーを適用することを用いる接合技術を含む。
【００３９】
溶接剥離プロセスの剥離ステップ９８において、それに接合または付着した硬化樹脂８４の領域を含む層８６が除去され、樹脂構造９２を基板８２および残渣のない表面または領域９４に付着したままにする。換言すれば、目標領域９０において基板８２に予め接合または付着された樹脂８４は、層８６と共に剥離され、残渣のない領域９４（例えば、残渣のない領域９４を含む接合領域）が残る。いくつかの例では、層８６は、ポリイミド層またはゴム層であり得る。他の層をこの目的のために使用することができる。
【００４０】
いくつかの実施では、後続の溶接剥離プロセスを適用して、残渣のない領域９４内の樹脂８４の量をさらに減らすことができる。新しい層８６を樹脂構造体９２および基板８２の上部に適用してもよく、そして、溶接ステップ９６とそれに続く剥離ステップ９８が行われる。
【００４１】
この方法のいくつかの他の実施では、ＩＲレーザー８８は、層８６なしで樹脂８４に直接適用することができる。ＵＶレーザー、またはスペクトルの他の領域のレーザー、または集束熱など、エネルギーを居所的に送達するほかの技術もまた、剥離に使用してもよい。
【００４２】
このように、剥離方法のいくつかの例は、樹脂８４の残渣を除去するために樹脂８４に直接温度またはエネルギーを送達することを用いる。図５は、レーザーから樹脂へのエネルギー付与の効果を示す。図５に示すデータについて、レーザーは、樹脂表面を２５０ｍｍ／ｓの速度で走査した。樹脂へのＩＲレーザーの照射は、樹脂に溝（例えば１０２、１０４、１０６）が形成される可能性があることが観察された。チャート１００Ａは、４．３２Ｗに設定されたＩＲレーザーの適用によって形成された溝１０２の形成を示す。いくつかの用途において、溝の深さは、樹脂の下の基板層に達するのに十分である。レーザー出力の増加が、溝の拡大につながり得ることもまた観察された。チャート１００Ｂは、レーザー出力が６．４１Ｗに増加すると、溝１０４が広くなったことを示している。レーザー出力の過度の増加は、樹脂の燃焼を招く可能性があり、それは他のこぶ状構造を生成する可能性がある。チャート１００Ｃは、レーザーを９．２６Ｗまでさらに増大させると、より広い溝１０８内にこぶ１０６が生成したことを示している。いくつかの用途では、こぶ１０６は残渣の除去を妨げるので望ましくないことがある。他のいくつかの用途では、こぶ１０６を意図的に加えて、潜在的に望ましいテクスチャを有する樹脂層の溝内に小さな構造を生成することができる。
【００４３】
剥離効率はまた、エネルギー密度にも関連し得る。付与されるエネルギーのレベルが低いとき、剥離はほとんどまたは全く観察されない。中間レベルのエネルギーでは、剥離タイプの界面が生じ、それは残渣のない領域の生成を助け得る。本明細書で使用されるとき、剥離界面は、樹脂がレーザーエネルギーによって除去されて形成された溝、またはエネルギーに曝されて除去された樹脂の領域である。過剰なレベルのエネルギーでは、燃焼界面が生じ、これは望ましくない場合がある。燃焼界面は、エネルギー曝露の結果として溝内に形成されたこぶを有する樹脂の領域である。
【００４４】
図６のプロットは、樹脂へのエネルギー密度付与の効果、および形成される界面を示す。プロット１２０は、エネルギー密度１２２およびレーザー出力１２４の関数として、樹脂にレーザーを適用した結果を示す。適用されるレーザー出力１２４およびエネルギー密度１２２は、実質的に独立して調整され得ることに留意されたい。これは、他の技術の中でも、レーザーの走査速度の変更によって、またはレーザーの開口の調整によって達成することができる。レーザーの各照射の結果は、部分的には材料の除去、結果として生じる質感、および／またはこぶの存在に基づいて、剥離界面１２６または燃焼界面１２８のいずれかとして分類された。剥離界面の生成は、エネルギー密度が３５ｎＪ／μｍ２より大きく、８０ｎＪ／μｍ２未満（領域１３０）である限り、４．５Ｗ〜９．５Ｗの範囲の出力設定で起こり得る。エネルギー密度が８０ｎＪ／μｍ２より高いと、燃焼界面１２８が現れることがあり（領域１３２）、これはいくつかの用途では望ましくないことがある。直接露光剥離法による残渣除去には、最適エネルギー密度領域１３４を用いればよい。開示された最適値は、利用される機器の具体的な構成によって変わり得ることに留意されたい。
【００４５】
図７は、剥離方法を使用して製造された残渣のないインプリント表面の接合の質を示す。１４４で与えられた特定の処理の関数として、生じた接合の強度１４２が提供される。データセット１４６Ａ〜１４６Ｆは、この適用の結果を示している。４．３２Ｗに設定した低出力レーザーでは、接合の平均剥離強度１４６Ａは、約７５０ｇＦであった。５．２８Ｗの出力に設定したレーザーでは、接合の平均剥離強度１４６Ｂは、約１２５０ｇＦであった。この実験に基づいて、出力を６．４１Ｗに設定したレーザーで処理した基板を用いて、１７５０ｇＦの最大剥離強度１４６Ｃが得られた。レーザーの設定出力を７．３６Ｗにさらに増加させると、接合の剥離強度１４６Ｄは、約７５０ｇＦへ低下した。この減少傾向は、８．３０Ｗに設定されたレーザーで処理された基板で得られた接合が約２５０ｇＦの強度１４６Ｅを有するまで続いた。９．２６Ｗに設定されたレーザーで処理した基板は、約１００ｇＦの平均剥離強度１４６Ｆを有した。対照データセット１４８は、剥離方法を適用しないと、接合が非常に低品質であり、剥離強度がゼロに近いことを示している。ポジティブ対照データセット１５０は、約２２００ｇＦの高い接合強度を示し、これは、完全に残渣のない、インプリントされていない基板を使用する接合で得られた。
【００４６】
当業者によって理解されるように、エネルギーの付与は、使用される具体的な機器ならびに環境条件に依存し得る。したがって、上に示した出力およびエネルギー密度の最適値は、使用される具体的なレーザー、強度を測定するための具体的な方法、使用される具体的な溶接方法、基板またはガスケット材料、樹脂材料、および／または表面で生成した特徴を測定するために用いられる方法によって変わり得る。さらに、上記の説明は、簡単な実験によってエネルギー付与のための最適値の同定を可能にすることに留意されたい。
【００４７】
図８Ａおよび図８Ｂは、剥離技術を用いて製造されたパッケージ化装置（例えば、フローセルチップ）の一例を示す。剥離方法によって製造された、図８Ａの画像１６０に示されるフローセルチップは、フローセル装置の製造におけるその方法の有効性を示す。画像１６０は、充填され加圧されたフローセルチャンバー、および漏れのない接合領域を示す。また、剥離法により得られた残渣のない領域の縁の走査型電子顕微鏡写真１７０を図８Ａに示す。この画像１７０は、縁の下の領域が実質的に樹脂を含まず、したがって高品質の接合を生み出すために使用され得ることを示す。
【００４８】
図９は、ナノインプリントリソグラフィ後の残渣のない表面を生成するための選択的反応性イオンエッチング方法を示す。ナノインプリントリソグラフィステップは、ナノ構造を有する硬化樹脂８４に付着した基板８２を生成する。上述のように、基板８２は、硬化ナノインプリント樹脂８４で完全に覆われてもよい。従来のリソグラフィを用いたフォトリソグラフィステップ１８２によって、保護フォトレジスト１８４が、硬化樹脂８４のナノ構造の上にパターン化される。いくつかの実施では、フォトレジストは、接合ステップが行われる、樹脂８４または基板８２の領域を覆わない。
【００４９】
いくつかの実施において、フォトリソグラフィステップ１８２は、スピンコーティング技術または他の既知の技術によって、硬化したナノインプリント樹脂８４の上にフォトレジスト材料を最初にコーティングすることから始まる。いくつかの用途では、フォトレジスト材料はＮＲ-９フォトレジストであり得る。適切なコーティングのために、フォトレジストは、フォトレジスト溶媒に可溶化されてもよい。適用に適していると考えられる他の入手可能なフォトレジストを使用してもよい。いくつかの実施において、製造されたフォトレジスト層は、約０．５μｍ〜約２．５μｍの間であり得る。コーティングに続いて、フォトマスクがフォトレジスト層の上に配置される。ポジ型フォトリソグラフィプロセスでは、フォトマスクは、フォトレジストが望まれる領域では透明であり、フォトレジストの除去が望まれる領域では不透明であり得る。逆に、ネガ型フォトリソグラフィプロセスでは、フォトマスクは、フォトレジストが望まれる領域では不透明であり得、フォトレジストの除去が望まれる領域では透明であり得る。上記のように、フォトレジストが望まれる領域は、樹脂の保護が望まれる領域であり得、フォトレジスト除去が望まれる領域は、残渣のない領域が望まれる領域であり得る。
【００５０】
フォトマスクの適用および位置合わせに続いて、ベーキングを採用することができる。ベーキングは、チップを８０℃前後の高温環境に１０分以下の特定の時間置くことからなることができる。次にチップはフォトマスク表面で強い光にさらされる。いくつかの用途では、その強い光はＵＶ光であり得るが、使用される具体的なフォトレジスト材料および現像剤に基づいて、他の光源が使用され得る。フォトマスクの透明度および不透明度は、フォトリソグラフィの間に照射される光に関連することに留意されたい。フォトマスクの透明領域の直下のフォトマスクの領域は、化学変換を受けることがある。フォトマスクを除去し、続いて現像液でフォトレジストを処理すると、ポジ型フォトリソグラフィの場合、光に露光された領域からフォトレジストを除去することができる。ネガ型フォトリソグラフィの場合、現像液による処理は、光に露光されていない領域からフォトレジストを除去する。インプリント樹脂８４の所望の領域上に現像された保護フォトレジスト１８４を生成するために、他のフォトリソグラフィプロセスを使用することができることを理解されたい。
【００５１】
フォトリソグラフィに続いて、エッチングプロセスが適用されてもよい。いくつかの用途では、反応性イオンエッチングが可能なプラズマ１８６が適用される。反応性イオンエッチングの通常の適用では、帯電したプレートを基板８２の下に配置し、接地したプレートを保護フォトレジスト１８４の上に配置することができる。その後、その設定は、真空チャンバー、超低圧（＜１００ｍＴｏｒｒ）チャンバー、またはプラズマ１８６の形成に適した他の何らかのチャンバー内に配置される。チャンバー内には少量の反応性エッチングガスが許容される。いくつかの用途では、ガスは六フッ化硫黄であってもよい。エッチング用途に適しているので、他の反応性エッチングガスを適用してもよい。次いで、電荷を基板８２の下の帯電プレートに適用することができる。いくつかの例では、電荷は交流の高周波電荷とすることができる。電荷は、ガスのイオン化およびプラズマ１８６の形成をもたらし得る。この電荷はまた、接地プレートから保護フォトレジスト１８４に向かってチャンバー内のイオン化ガスおよびプラズマ１８６を加速し得る。加速されたプラズマイオンに対する保護フォトレジスト１８４と樹脂８４の保護されていない領域の表面の露出は、表面の腐食をもたらし、その結果、エッチングが生じ得る。
【００５２】
この反応性イオンエッチングステップ１８８の結果として、フォトレジスト１９０層の厚さはエッチングによって減少するが、所望のインプリント構造が配置された樹脂構造９２の一部を保護する。樹脂８４の保護されていない領域がエッチングされて、残渣のない基板表面９４が残る。フォトレジスト１９０が除去される最後の剥離ステップ１９２は、接合の準備が整ったチップを生成する。このステップでは、レジスト剥離液を適用する。他の溶媒による処理またはフォトレジスト１９０の酸化などの他の剥離方法を使用してもよい。剥離剤が基板８２または所望の樹脂構造９２を損傷しないように注意しなければならない。
【００５３】
選択的反応性イオンエッチング方法１８０はまた、他のエッチング方法を採用するように変更されてもよい。いくつかの例では、選択的酸エッチングを採用することができる。これらの用途では、フォトリソグラフィステップ１８２の後に、樹脂８４を腐食させる酸でチップまたはウェハを処理する。他の用途では、金属水酸化物などのアルカリ溶液を使用するウェットエッチングを使用することができる。酸エッチングと同様に、フォトリソグラフィステップ１８２の後に、アルカリ溶液でチップを処理する。公知の他のドライエッチング方法を使用することができる。また、エッチング方法の選択において、樹脂８４の材料の選択を考慮してもよい。
【００５４】
フォトレジスト１８４は、プラズマ１８６の適用の終了前に所定の位置に留まる。したがって、所与の反応性イオンエッチングシステムについて、保護フォトレジスト１８４と樹脂８４とのエッチング速度の差を知ることは有用であり、それに応じてフォトレジスト１８４の厚さを選択する。いくつかの用途では、除去される樹脂層の厚さは、１００ｎｍ程度であるのに対し、フォトレジスト１８４の厚さは、数百ミクロン程度である。他のエッチング方法が使用されるとき、保護フォトレジスト１８４の材料および／または寸法に変更がなされ得ることに留意されたい。樹脂８４のナノ構造がエッチングから保護されるように注意が払われるべきである。
【００５５】
いくつかの用途では、樹脂構造９２の表面における特定の表面化学処理が望ましい場合がある。この表面化学を用いて、親水性、疎水性または親油性表面を作り出すことができる。いくつかの用途では、表面化学はヒドロゲルであり得る。表面化学は、製造されたチャンバーと特定の生物との生体適合性のために使用され得る。さらに、多細胞生物の細胞株を含む用途では、細胞の分化、成長、発生または他の望ましい表現型挙動に関連する適切な分子シグナルを提供するために表面化学を使用することができる。いくつかの用途において、表面化学処理は、検出、定量化または配列決定の目的で樹脂にオリゴヌクレオチドを付着させることを含み得る。これらのオリゴヌクレオチドは、相補性のためのＤＮＡプライマー、ハイブリダイゼーションのための短いＲＮＡ配列、短い二本鎖ＤＮＡ配列、生体分子折り紙を固定するための、または他の生体分子のための足場を提供するためのＤＮＡ配列などであり得る。いくつかの用途では、表面化学は、樹脂に、抗体、ナノボディまたは他のタンパク質および／または他の生体分子の検出を容易にすることができるポリペプチドを固定することができる。これらのタンパク質は、ＦＲＥＴ技術におけるように、親和性、ハイブリダイゼーション、または他の相互作用によって、生体分子の検出を補助し得る。
【００５６】
図９の選択的反応性イオンエッチング方法１８０を念頭において、図１０は、所望の表面化学を提供する方法の一例についてのフローチャート２００を提示する。フォトレジスト１８４の適用（参照番号２０２で示される）およびエッチング処理（参照番号２０４で示される）の後、樹脂８４を処理して表面化学（参照番号２０６で示される）を得ることができる。上述のように、表面化学２０６を提供する処理は、エッチング２０４の後に起こる。この方法における表面化学処理２０６は、残渣のない領域など、チップの望ましくない領域にも及び得る。いくつかの用途では、これは接合品質を低下させる可能性がある。他の用途では、これは下流の用途でチャンバーの汚染を招く可能性がある。望ましくない領域に適用された表面化学を除去する研磨ステップが適用されてもよい。
【００５７】
保護フォトレジスト１８４の存在は、表面化学を提供する処理のより早期の適用を可能にし得る。図１０の右側のフローチャートは、そのような方法２１０の一例を示す。いくつかの例では、表面化学２０６を得るための処理は、フォトレジスト２０２の適用およびその後のエッチング処理２０４の前に行われる。図９に示すように、保護フォトレジスト１８４は樹脂８４の領域を保護する。この保護もまた樹脂８４の表面における異なる種類の化学処理にも及ぶことが観察された。方法２１０の適用において、フォトレジスト材料、フォトリソグラフィ光、およびレジスト剥離方法の選択は、適用される表面化学への損傷を防ぐことができる。方法２１０におけるように、表面化学２０６の早期の適用は、研磨なしに表面化学もない、残渣のない領域を生成することができる。その結果、方法２１０は、追加の研磨ステップなしで、残渣のないインプリント基板表面の高スループット製造に使用することができる。
【００５８】
図１１の画像は、選択的反応性イオンエッチングで処理されたインプリント基板の領域の走査型電子顕微鏡写真を示す。顕微鏡写真２１４は、エッチングされた領域２１５における樹脂の除去を示し、これは硬化した樹脂をほとんど含まない。顕微鏡写真２１４はまた、保護領域２１６内の硬化樹脂のポリマー構造が保存されていることを示している。画像の拡大部分は参照番号２１８で示されており、この画像２１８は、反応性イオンエッチング後に、エッチングされた領域にごくわずかな樹脂残渣が残っていることを示している。
【００５９】
接合の質が、反応性イオンエッチング処理の持続時間の関数であり得ることが観察された。すなわち、エッチングプラズマ１８６（図９）への曝露が長いほど、目標基板表面からより多くの樹脂残渣を除去することができる。これはより強い接合をもたらす。図１２を参照すると、画像シーケンス２２０は、ポリイミドガスケット層とインプリントガラス基板との間の接合強度を測定するための切断試験の結果を示す。この試験では、ガスケット層を試験される基板表面に接合し、引っ張る。簡単に言うと、試験は以下のように実施される。ガラス基板に接合されたガスケット層を、ＭＡＲＫ-１０シリーズ５デジタルフォースゲージ（ＭＡＲＫ-１０社、コピアグ、ニューヨーク州）などのデジタルフォースゲージの取り付けプレートに配置し、ガスケット材料の自由端をグリップに挿入し、製造者の指示に従って引っ張り試験を行う。
【００６０】
弱い接合では、ガスケット層は、非常に小さい抵抗力（小さい剥離強度）で除去することができる。より強い接合は、ガスケットの切断につながる。切断面積を測定し、強度を測定することができる。画像２２２Ａは、６分間の反応性イオンエッチング後に基板表面に適用された切断試験の結果を示す。エッチング時間を８分に増やすと、除去されるポリイミドの領域が減少する（２２２Ｂ）。さらにエッチング時間を１０分に増加させると、切断領域（２２２Ｃ）がさらに減少する。対照２２４は、参考のために切断試験前の樹脂の元の形状を示す。対照２２６は、インプリントされていない基板に対する切断試験の結果を示す。インプリントされていない基板は、非常に強い接合を提供し、それが非常に少ない切断をもたらすことに留意されたい。対照２２８は、エッチングがないと、接合品質が著しく低下し、表面全体でポリイミドの切断につながることを示している。接合品質におけるこのような低下は、残渣の除去が不十分である従来の技術における接合強度の低さと関連している。
【００６１】
図１３Ａ、１３Ｂの画像は、反応性イオンエッチング法の結果を示す。図１３Ａは、反応性イオンエッチング法によって製造されたフローセルチップ２３０の画像を示し、フローセル装置の製造における方法の有効性を示している。図１３Ａの画像は、充填されたフローセルチャンバー、および漏れのない接合領域を示す。
【００６２】
図１３Ｂに示す反応性イオンエッチング法によって得られた縁の走査型電子顕微鏡写真２４０は、インプリント領域と樹脂のない領域との間の高品質の縁を示している。高品質の縁は、構造への損傷のために廃棄されるインプリント基板の数を減らすので、製造の歩留まりの向上をもたらす。さらに、顕微鏡写真２４０はまた、高品質の接合を可能にする縁の下の実質的に樹脂のない領域を示す。
【００６３】
上述したように、ここに提示された技術は、基板に付着した樹脂を生成するためにナノインプリントリソグラフィ法を使用する。ナノインプリントリソグラフィでは、以下に説明するように、所望のナノ構造用の型を含むナノインプリントテンプレートが使用される。ポリイミド樹脂などの流体ナノインプリント樹脂の薄層を基板の表面にコーティングすることができる。層へのナノインプリントテンプレートの適用は、ナノインプリント樹脂を物理的に置き換えて成形する。その後のＵＶ光による樹脂の硬化、加熱−冷却サイクル、または他の適切な方法は、ナノインプリントテンプレートによって成形された形状に樹脂を固化させることができる。テンプレートを除去すると、インプリント基板が残ることがある。いくつかの用途では、ナノインプリントリソグラフィ法は、他のエンボス加工法の代わりに用いられてもよい。
【００６４】
図３の方法６０に戻り、ナノインプリントテンプレートの変更により、特定の例では、樹脂除去ステップなしに、残渣のない表面を得ることができる。図１４のフロー図は、そのような移動系低残渣層法２５０の一例を示す。この方法は、ナノインプリントテンプレート２５２の修正を採用し、それによって、所望のナノ構造を成形することに加えて、基板８２の領域からそれが樹脂を完全に移動させ、ナノインプリントリソグラフィの後に、残渣が実質的に少ない領域を生成するように、ナノインプリントテンプレート２５２が設計され得る。
【００６５】
いくつかの用途では、接合領域におけるナノインプリントテンプレート２５２の高さは、ナノ構造特徴の高さを超えて増加させることができる。この追加の高さは、用途によっては、パターン転写ステップ２５６の間にナノインプリントテンプレート２５２と基板８２との間の直接接触を可能にする。
【００６６】
いくつかの用途では、接合領域におけるナノインプリントテンプレート２５２の構造は、ナノインプリントテンプレート２５２によるいくつかの樹脂材料の移動を考慮するために追加の高さを有する構造を生成するように設計されてもよい。エッチング材料の選択および／または最終的な所望の高さの壁を有するチャネルを生成する時間を選択することによる追加のステップにおいて、任意の望ましくない高さをエッチングしてもよい。
【００６７】
いくつかの用途では、流体樹脂２５４Ａの移動を容易にするチャネルまたはチャンバーなどの特別な表面パターンをナノインプリントテンプレート２５２の接合領域に追加することができる。例えば、チャネルをナノインプリントテンプレート２５２内に形成して、パターン転移ステップ２５６の間に、意図した接合領域２５８から樹脂２５４Ａが出ることを可能とすることができる。一例では、チャネルは、残渣のない領域９４の外側に配置された出口ポートを含むことができる。そのような例では、チャネルは、基板８２の表面に対してほぼ平行に配向され得る。ナノインプリントテンプレート２５２は、領域２５８で基板にそれが接触するまで基板８２に対して加圧され、その過程で樹脂層２５４Ａを移動させる。得られた未硬化樹脂２５４Ｂは、成形して、基板８２に付着したナノ構造を形成し、物理的排除によって所望の領域２５８から完全に除去することができる。上述のように、硬化ステップ２６０は、樹脂２５４Ｂを固化させて樹脂構造９２にナノ構造を生成することができる。
【００６８】
硬化ステップ２６０の後、ナノインプリントテンプレート２５２を除去すると、インプリント樹脂構造９２が基板８２に付着したままになり、所望のナノ構造を形成することができる。さらに、ナノインプリントテンプレート２５２が基板８２に接触した領域は、テンプレート２５２の除去後、実質的に残渣のない領域９４となる。樹脂２５４Ａ、２５４Ｂが硬化前に領域２５８から除去された（したがって残渣のない領域９４での基板８２に対して硬化されるために存在することはない）ため、残渣除去ステップは省略してもよい。追加的または代替的に、洗浄ステップが含まれてもよい。
【００６９】
上述のように、ナノインプリントテンプレート２５２は、いくつかの製造イテレーションにおいて使用されてもよい。しかしながら、いくつかの実施では、樹脂層２５４Ａの残渣樹脂は、硬化プロセス後にテンプレート２６２に付着することがある。テンプレート２６２内の残渣樹脂は、製造されるナノインプリント基板の一部に存在するナノ構造における破損の原因となり得る。さらに、残渣樹脂の存在は、テンプレート内のパターンの領域を不明瞭にし、このテンプレートを使用する将来のインプリント基板の品質の低下をもたらし、テンプレートの再使用を妨げる可能性がある。ナノインプリントテンプレート２５２は、再使用を容易にするために特定の表面化学で処理されてもよい。この表面化学は、硬化前の樹脂の移動を妨げることなく、ナノインプリントテンプレートと硬化樹脂との間の接着力を低下させる可能性がある。さらに、特定の処理は、ナノインプリントテンプレート２５２の材料に基づいて変更することができる。ナノインプリントテンプレート２５２は、溶融シリカなどのＵＶ透過材料、またはＰＤＭＳなどのエラストマーを用いて製造することができる。他の適切な材料を、ナノインプリントテンプレート２５２を製造するために使用してもよい。また、硬化ステップ２６０がＵＶ放射を使用する場合、ＵＶ透過材料がナノインプリントテンプレート２５２を製造するために使用されることにも留意されたい。
【００７０】
図１５の画像２８０は、移動系方法の結果として生成されたインプリント領域を示す。より明るい領域は、接合または他の用途のために使用され得る残渣のない領域である。暗い正方形は、テンプレート２５２によって生成されたインプリント領域である。より暗い正方形は、より高い構造に対応し、より明るい正方形はより短いナノ構造に対応する。
【００７１】
本発明の方法のいくつかの例が記載される。インプリント残渣のない基板表面を製造する方法（図４に示す方法と同様）の一例は、基板層（例えば、８２）を、インプリント樹脂の層（例えば、８４）でコーティングすること；ナノインプリントテンプレートを適用して、インプリント樹脂にナノ構造を作製すること；ナノインプリントテンプレートを所定の位置に有するインプリント樹脂を硬化させて、硬化インプリント樹脂を生成すること；ナノインプリントテンプレートを除去すること；第１の密封層（例えば、８６）を、硬化したインプリント樹脂の上表面に塗布すること；基板層の接合領域と接触している硬化インプリント樹脂の領域を溶接すること；および基板層の接合領域と接触している硬化インプリント樹脂の領域に溶接された第１の密封層を除去することを含む。
【００７２】
この例示的な方法では、第１の密封層を除去することは、基板層の表面上に１つ以上の残渣のない領域（たとえば、９４）を生成する。一例では、これらの１つ以上の残渣のない領域は、基板層の周囲に配置されている。別の例では、これらの１つ以上の残渣のない領域は、ナノインプリントテンプレートによって形成されたナノ構造を実質的に取り囲む。
【００７３】
この方法の一例では、インプリント樹脂は、液体樹脂であり、インプリント樹脂の硬化は、液体樹脂を紫外線（ＵＶ）光源にさらすことを含む。この方法の別の例では、インプリント樹脂を硬化させることは、インプリント樹脂の温度を上げること；および硬化時間が経過した後、インプリント樹脂の温度を下げることを含む。
【００７４】
この方法の一例では、基板層をインプリント樹脂でコーティングすることは、スピンコーティング技術を含む。
【００７５】
この方法の他の例では、第１の密封層は、ガスケットである。
【００７６】
また、この方法の例では、領域の溶接は、接合領域と接触している（硬化インプリント領域の）領域にのみエネルギーを適用することを含み、硬化インプリント樹脂の他の領域にはエネルギーを適用しない。
【００７７】
この方法の例はまた、第１の密封層の除去後に、第２の密封層を、硬化インプリント樹脂の上面に適用することを含むことができる。この例はまた、第２の密封層を、基板層の残渣のない領域に溶接することを含むことができる。この例はまた、第２の密封層を除去することを含むことができる。
【００７８】
インプリント基板表面を製造するための方法（図９に示す方法と同様）の別の例は、樹脂層（例えば、８４）にナノ構造を形成すること；第１のフォトレジスト層を、樹脂層の上面に適用すること；フォトリソグラフィマスクを、第１のフォトレジスト層の上面に適用すること；第１のフォトレジスト層を、フォトリソグラフィマスクを通して光源に露光すること；フォトリソグラフィマスクを除去すること；第１のフォトレジスト層を現像して、保護フォトレジスト（例えば、１８４）を生成すること；エッチング技術を使用して、フォトレジストおよびナノ構造のない樹脂層の領域をエッチングすること；および保護フォトレジストを除去することを含む。
【００７９】
この方法の例では、樹脂層にナノ構造を形成することは、基板層を、インプリント樹脂の層でコーティングすること；ナノインプリントテンプレートを適用して、インプリント樹脂にナノ構造を作製すること；ナノインプリントテンプレートを所定の位置に有するインプリント樹脂を硬化させて、硬化インプリント樹脂を生成すること；およびナノインプリントテンプレートを除去することを含む。
【００８０】
この方法の一例では、フォトリソグラフィマスク、フォトレジスト層のフォトレジスト材料、およびフォトリソグラフィ現像技術は、ポジ型フォトリソグラフィ技術を行うために選択される。この方法の別の例では、フォトリソグラフィマスク、フォトレジスト層のフォトレジスト材料、およびフォトリソグラフィ現像技術は、ネガ型フォトリソグラフィ技術を行うために選択される。
【００８１】
この方法の一例では、フォトレジスト層は、ＮＲ-９フォトレジスト材料を含み、光源は、紫外線（ＵＶ）光源である。
【００８２】
この方法の一例では、エッチング技術はドライエッチング技術を含む。この方法の他の例では、エッチング技術は反応性イオンエッチング技術である。この方法のさらに別の例では、エッチング技術はウェットエッチング技術を含む。ウェットエッチング技術は、酸エッチング技術であり得る。あるいは、ウェットエッチング技術はアルカリエッチング技術であり得る。
【００８３】
この方法の一例は、表面化学処理を、樹脂層に適用することをさらに含む。一例では、表面化学処理を適用することは、第１のフォトレジスト層の適用に先行する。別の例では、表面化学処理を適用することは、保護フォトレジストの除去の後に行う。
【００８４】
この方法の一例では、保護フォトレジストは、剥離法を用いて除去される。
【００８５】
インプリント基板表面を製造するための方法（図１４に示す方法と同様）のさらに別の例は、基板層（例えば、８２）を、インプリント樹脂層（例えば、２５４Ａ）でコーティングすること；ナノインプリントテンプレートを、インプリント樹脂層に適用すること；ナノインプリントテンプレート（例えば、２５２）は、インプリント樹脂にナノ構造を成型するためのナノ構造テンプレート；および基板層に残渣のない領域を作製するための残渣のないテンプレートを含み；ナノインプリントテンプレートを所定の位置に有するインプリント樹脂層を硬化させて、硬化インプリント樹脂を生成すること；およびナノインプリントテンプレートを除去することを含む。
【００８６】
この方法の一例では、ナノインプリントテンプレートの残渣のないテンプレートは、インプリント樹脂層からの樹脂の移動を容易にするためのチャネルを含む。この方法の別の例では、ナノインプリントテンプレートの除去後にナノインプリントテンプレートが樹脂残渣を含まないように、ナノインプリントテンプレートを処理する。
【００８７】
この方法の一例では、インプリント樹脂は、ポリイミド樹脂を含み、ナノインプリントテンプレートは、ＵＶ透過材料を含み、インプリント樹脂の硬化は、インプリント樹脂をＵＶ光に露光することを含む。
【００８８】
この方法のさらに別の例では、ナノインプリントテンプレートの残渣のないテンプレートは、基板層と連続した接触領域を形成するように構成された１つ以上の接触面を含む。
【００８９】
いくつかの例では、この方法は、ナノ構造を所望の高さまでエッチングすることをさらに含む。
【００９０】
本明細書に開示される方法の例のいずれかを用いてフローセル（例えば、１０、１０Ａ）を形成することができる。一例では、フローセルは、少なくとも１つのインプリントナノ構造（例えば、４６Ａ）および第１の残渣のない領域（５２Ａ）を含む第１の基板層（例えば４１、２０）と；第２の基板層（例えば、２２）と；ガスケット層（１４）と、ここで、ガスケット層は、第１の接合によって第１の残渣のない領域で第１の基板層に接合しており、ガスケット層は、第２の接合によって第２の基板層に接合しており、少なくとも１つの密封チャンバー（例えば、１２）と、を含み、ここで、各密封チャンバーは、第１の基板層、第２の基板層、ガスケット内の負の空間、またはそれらの任意の組み合わせの間の容積によって形成されており、少なくとも１つの密封チャンバーは、少なくとも１ｐｓｉの圧力を支持する。
【００９１】
フローセルの一例では、第１の基板層は、ガラス層である。
【００９２】
フローセルの一例では、ガスケット層は、接合可能な熱可塑性ポリイミドフィルム層である。
【００９３】
フローセルの一例では、第２の基板層は、インプリントナノ構造と第２の残渣のない領域とを有し、ガスケット層は、第２の残渣のない領域で第２の基板層に接合されている。
【００９４】
フローセルの一例では、少なくとも１つのインプリントナノ構造は、ポリイミド樹脂を含む。
【００９５】
フローセルの一例では、少なくとも１つのインプリントナノ構造は、表面化学を有する。フローセルの他の例では、第１の基板層は、表面化学を有する。
【００９６】
フローセルの一例では、第１の基板層の第１の残渣のない領域は、第１の残渣のない領域のない表面積の少なくとも９９％を構成する。
【００９７】
フローセルの一例では、第１の接合は、１０００ｇＦの最小接着強度を有する。
【００９８】
フローセルの一例では、第１の残渣のない領域は、剥離技術を使用して生成される。フローセルの他の例では、第１の残渣のない領域は、選択的エッチング技術を使用して生成される。フローセルのさらに別の例では、第１の残渣のない領域は、低残渣ナノインプリントリソグラフィ技術を使用して生成される。
【００９９】
本明細書を通して、「一例」、「他の例」、「例」などへの言及は、その例に関連して説明された特定の要素（例えば、特徴、構造、および／または特性）が、本明細書に記載の少なくとも１つの例に含まれ、他の例には存在してもしなくてもよいことを意味する。さらに、文脈が明らかにそうでないことを指示しない限り、任意の例について記載された要素は、さまざまな例において任意の適切な方法で組み合わされ得ることが理解されるべきである。
【０１００】
本明細書に提供される範囲は、記載の範囲、および記載の範囲内の任意の値または部分的な範囲を含むことを理解されたい。例えば、約４００ｎｍから約１μｍの範囲は、明示的に列挙された約４００ｎｍから約１μｍの範囲だけでなく、個々の値、例えば、約５８０ｎｍ、約７２５ｎｍ、約８８５．５ｎｍなどの個々の値と、約５５０ｎｍ〜約９５０ｎｍ、約４７５ｎｍ〜約８００ｎｍなどの部分的な範囲も含むと解釈されるべきである。さらに、「約」および／または「実質的に」という用語は、値を説明するために使用されている場合、それらは記載されている値からのわずかな変動（最大＋／−１０％）を含むことを意味する。
【０１０１】
本明細書では企図された例のいくつかの特徴のみを図示および説明してきたが、当業者には多くの修正および変更が想起されよう。さらに、開示された例のいくつかの要素が互いに組み合わされたり交換されたりしてもよいことを理解されたい。したがって、（そのような概念が相互に矛盾しない限り）前述の概念のすべての組み合わせが、本明細書に開示されている発明の主題の一部であると考えられることを理解されたい。特に、本開示の最後に記載されている特許請求の範囲に記載されている主題のすべての組み合わせは、本明細書に開示されている発明の主題の一部であると考えられる。したがって、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の精神の範囲内に入るようなすべてのそのような修正および変更を網羅するように意図されていることをさらに理解されたい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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