(57)【要約】【課題】  複数の基板を接合して構成した内部に中空の流路が配置された流路デバイスにおいて、接合の検査工数を短縮するデバイスおよび方法を提供する。【解決手段】  少なくとも一方の基板の表面に溝を有する、第一と第二の基板とを重ねて接合することで、内部に中空の流路が配置された流路デバイスであって、前記接合する少なくとも一方の面に、接合良否を判定可能な凹形状が前記流路とは別の位置に設けられていることを特徴とする流路デバイス。【選択図】  図１
2015210242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方の基板の表面に複数の溝を有する第一および第二の基板を重ねて接合することで、内部に複数の中空の流路を有した流路デバイスであって、前記接合する少なくとも一方の面に、接合良否を判定可能な凹形状が前記流路とは別の位置に設けられていることを特徴とする流路デバイス。
【請求項２】
前記凹形状は、前記接合に用いる接着剤が前記流路よりも閉塞しやすい凹形状の溝である請求項１に記載の流路デバイス。
【請求項３】
請求項１に記載の凹形状が、前記基板の接合面と前記凹形状の壁面により形成される角度が、前記基板の接合面と前記流路の壁面により形成される角度より大きい角度を有することを特徴とするデバイス。
【請求項４】
請求項１に記載の凹形状が、前記流路の高さより前記凹形状の高さが小さいことを特徴とするデバイス。
【請求項５】
請求項１に記載の凹形状が、前記流路の幅より前記凹形状の幅が小さいことを特徴とするデバイス。
【請求項６】
請求項１に記載の凹形状が、前記流路に向かって少なくとも１つの頂点を有することを特徴とするデバイス。
【請求項７】
請求項１に記載の凹形状が、少なくとも一つの高さが前記流路の高さと略等しく、少なくとも１つの高さが圧着により前記高さ方向に変化する高さと略等しい、複数の高さを有することを特徴とするデバイス。
【請求項８】
請求項１に記載の別の位置が、前記流路の壁からの距離Ｌ、前記接合するための材質の厚みｄ、前記材質の表面張力Ｔ、前記材質と前記基板面の接触角θ、加圧するための物の質量Ｍおよび前記物の幅ＬＲ、基板の質量ｍ、前記デバイスの幅ＷＤ、重力加速度ｇとしたとき、下記式（１２）
【数１】
2015210242.tif 000007
の関係を満たす位置にあることを特徴とするデバイス。
【請求項９】
少なくとも一方の基板の表面に溝を有する、第一と第二の基板とを接着剤を介して重ねて接着することで、内部に中空の流路が配置された流路デバイスを製造する製造方法であって、
前記第一と第二の基板を近づけることで縮小する前記接着剤に囲まれた気泡を観測する工程を有することを特徴とする製造方法。
【請求項１０】
少なくとも一方の基板の表面に溝を有する、第一と第二の基板とを重ねて接着することで、内部に中空の流路が配置された流路デバイスの接合良否を検査する方法であって、
前記流路とは別の位置に前記接着剤に囲まれた気泡を生ぜしめる工程と、気泡の縮小を観測する工程と、を含むことを特徴とする検査方法。
【請求項１１】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のデバイスの接合の検査をするシステムであって、前記デバイスは前記接合する少なくとも一方の面に接合良否を判定可能な凹形状を有しており、前記凹形状を撮像するための装置および解析機を有することを特徴とする検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合状態の良否判定が可能な流路デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
化学および生化学反応の経過や結果を確かめるために濃度、成分などの所望の情報を得ることは分析化学の基礎的な事項であり、それらの情報の取得を目的としたさまざまな装置およびセンサが発明されている。それらの装置やセンサを微細化し、所望の情報を得るまでの全工程をマイクロデバイス上にての実現を目指す、マイクロ・トータル・アナリシス・システム（μ−ＴＡＳ）またはラブオンチップ（Ｌａｂ−Ｏｎ−Ｃｈｉｐ）と呼ばれるコンセプトがある。これは、採取された原料や未精製検体をマイクロデバイス内の流路を通過させ、流路内で検体精製や化学反応などの工程を経ることにより、最終的な化学合成物や検体中に含まれる成分の濃度などを得ることを目標とするコンセプトである。また、これらの分析や反応を司るマイクロデバイスは、必然的に微小量の溶液や気体を扱うことから、マイクロ流路デバイス、あるいはマイクロ流体デバイスと呼ばれることが多い。
【０００３】
マイクロ流路デバイスは一般に、数ミリメートル以下の厚みに数センチメートル角以上の表面面積を有する平板基板に対し、表面に１０〜１０００マイクロメートルの断面寸法の溝を有する基板と流路の天井または底となる平板を接合させて構成される。その接合方法は、基板同士の熱溶着法、陽極接合法、超音波接合法、エキシマ光照射後に圧着する方法、溶剤で基板表面を軟化させて圧着する方法、接着層を用いた接合方法などがある。これらの接合の良否を判断するには、構成された流路に溶液を流す、または顕微鏡を用いて接合不良部位が存在しないかを接合面全体に対して観測する、などの検査方法がある。また、マイクロ流体デバイスと同様に、薄い基板に対して大きな面積を有する物の接合が必要とされる物、例えば２層のデジタルビデオディスクに対し、接着面の一部を観測し、接合面全体の良否を判断する方法が開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３２８７５６号公報（図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マイクロ流路を構成したときに、接合良否を判断する必要があり、その検査方法は流路へ溶液を注入して漏れや閉塞を観測する方法、または顕微鏡による全流路に対する目視観測が一般的に行われている。
【０００６】
しかしながら、マイクロ流体デバイスが集積化し、流路形状が複雑になるにつれて、従来の方法では検査工数を多く要し、個々のデバイスの検査が製造工程のボトルネックとなりかねない。
【０００７】
また、接合面の一部のみの観測を記載している特許文献１の接合検査方法は、デジタルビデオディスクの中心近傍にある透明部分に存在する溝付近を観測し、溝付近に存在する気泡や接着剤のはみ出しを確認することにより、ディスク面全体の接合を判断する方法である。しかしながら、複数の溝が広範囲で存在し、且つそれらの溝間に接着剤が塗布されている場合、中心部の溝付近の観測がディスク面全体を代表しているとは言えず、面全体の接合良否を判断することは困難である。
【０００８】
本発明は、このような背景技術を鑑みてなされたものであり、マイクロ流路に代表される、接合により構成された基板の接合状態を判定できる流路デバイスおよびその検査方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するデバイスは、少なくとも一方の基板の表面に複数の溝を有する第一および第二の基板を重ねて接合することで、内部に複数の中空の流路を有した流路デバイスであって、前記接合する少なくとも一方の面に、接合良否を判定可能な凹形状が前記流路とは別の位置に設けられていることを特徴とする流路デバイスである。
【００１０】
上記の課題を解決する検査方法は、少なくとも１つの基板の表面に複数の溝を有する、第一と第二の基板面を接着し、内部に中空の流路を複数構成するデバイスにおいて、前記接着する部材に囲まれた気泡を生ぜしめる工程と、気泡の縮小を観測する工程と、を含むことを特徴とする検査方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、接合面の一部分に存在する形状を観測することで、複数の流路を構成する面全体における接合の良否を判断できるため、検査工数を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の原理を示す概念図である。
【図２】本発明の原理を説明する断面図である。
【図３】本発明の原理を説明する断面図である。
【図４】本発明を検証するために用いた一デバイス態様である。
【図５】本発明の実験結果の一態様である。
【図６】本発明を検証するために用いた一検査形状態様である。
【図７】本発明を検証するために用いた一検査形状態様である。
【図８】本発明を検証するために用いた接着剤による一検査形状態様である。
【図９】本発明の実験結果の一態様である。
【図１０】本発明を検証するために用いた接着剤による一検査形状態様である。
【図１１】本発明の熱圧着における検証を行うために用いた一検査形状態様である。
【図１２】本発明を用いた装置の一態様である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１４】
本発明に関わるデバイスは、少なくとも一方の基板の表面に複数の溝を有する、第一と第二の基板とを重ねて接合することで、内部に中空の流路が複数配置された流路デバイスであって、前記接合する少なくとも一方の面に、接合良否を判定可能な凹形状が前記流路とは別の位置に設けられていることを特徴とする流路デバイスである。
【００１５】
より詳細に説明するために、図１〜図５を用いて接着剤により接合される際の流路への閉塞を検査する形状を説明する。
【００１６】
図１（Ａ）において、基板１０に貫通する複数の穴１１が開けられている。基板１０と接着剤を介して接合する基板は、図１（Ｂ）の基板１２であり、表面に溝１３および検査形状１４を有する。検査形状１４から最も近接する溝までの距離を１５とする。基板１０に接着剤を塗布し、基板１２と溝１３の先端が穴１１の中心と略一致するように配置し、加圧しながら接合される。このとき、加圧により接着剤が溝１３に侵入してしまうと、形成されるべき流路が閉塞され、適切な接合であると言えなくなる。
【００１７】
基板１０および１２の材質は、例えばガラスやプラスチックなどである。溝１３の幅は数マイクロメートルから１ミリメートル程度でよいが、その作製方法は、材質に大きく依存する。例えば、ガラスであればフォトリソグラフィーを用いた微細加工、プラスチックであれば射出成型、ホットエンボス、ドリル加工なども可能であるが、特に限定されない。
【００１８】
接着剤は、紫外線硬化型、熱硬化型、２液混合型の接着剤などがある。基板１０との親和性を考慮し、数マイクロメートル程度の厚さで一様に塗布できる接着剤が望ましい。例えば、基板が親水的なガラスであれば、接着剤も親水的であることが望ましい。接着剤の中でも、特に紫外線硬化型は硬化速度が速いことに利点があるので好ましい。ただし、基板を透過させて紫外線を接着剤に照射する必要がある場合もあり、この場合紫外線吸収が少ない基板とするか、基板の厚さを制限すると良い。
【００１９】
接合の際の加圧は、デバイスの１点のみに集中的に圧力を印加するものではなく、デバイス全幅に渡って印加するのがよい。これは、１点のみに加重がかたよると、基板面同士の距離が加圧のプロセスにより影響を受けることがあり、これを防ぐためである。
【００２０】
接着剤を介して複数の基板を接合するときの接着剤の厚さは、詳細は後に示されるが数十から数百マイクロメートルの深さのマイクロ流路を接着剤により閉塞することなく接合するためには数マイクロメートル程度の厚さが望ましい。この厚さを実現するには、接着剤を溶剤に溶かしてスピンコートする方法、スプレーコートする方法、ディップコートする方法、印刷する方法などがあるが特に限定されない。
【００２１】
接着剤を用いて中空の流路を形成する場合、流路近傍における未硬化の接着剤の状況の断面図は図２に示されるとおりである。基板２０および表面に溝２２を有する基板２１があり、接着剤２３は基板２０と接触角２４を保持している。また、接着剤２３により基板２０と２１が略平行となるように貼り合わせられた後は、溝２２を流路２２と表わす。なお、２次元直交座標軸は図２のように原点を設定している。いま、ｘ＝０の位置と、ｘ＝Ｌに囲まれた微小な位置において、接着剤２３が流路２２方向へ一定の速度で動いているとき、流路２２へ向かう方向へかかる力Ｆ（２５）、ｘ＝Ｌの位置ではその反作用として力Ｆ０（２６）が加わっている。さらに、接着剤２３と基板２０と２１との界面において摩擦力ｆ（２８）がかかる。これを式で表わすと、以下の式（１）
Ｆ−Ｆ０−ｆ      −（１）
となる。
【００２２】
一方、接着剤２３と流路２２の界面において、接着剤２３の表面張力ＳＴ（２７の矢印）が接着剤２３の流動と逆向きにかかる。表面張力ＳＴ（２７）が接着剤２３の流動を引き起こす力の合計より大きければ、流路２２内へ接着剤２３が侵入することはない。よって、以下の式（２）
Ｆ−Ｆ０−ｆ＜ＳＴ      −（２）
が、流路２２へ接着剤２３が埋まらない条件となる。
【００２３】
ｘ＝０で単位面積にかかる力をｐ０とすると、以下の式（３）
Ｆ＝ｐ０ｄｗ      −（３）
である。ここでｄは接着剤２３の厚さ、ｗは紙面奥行き方向への長さである。
【００２４】
次に、Ｘ＝Ｌの位置における単位面積にかかる力をｐＬとすると、以下の式（４）
Ｆ０＝−ｐＬｄｗ＝−｛ｐ０＋（ｄｐ／ｄｘ）Ｌ｝ｄｗ＝−｛ｐ０−ａＬ｝ｄｗ    −（４）
となる。ここで、ａ＝−ｄｐ／ｄｘとし、−ｄｐ／ｄｘは圧力勾配である。
【００２５】
摩擦力ｆは、接着剤２３の速度に比例するため、以下の式（５）
ｆ＝２ｗＬμ（ｄｕ／ｄｙ）      −（５）
で表わすことができ、ｕはｘ方向への接着剤２３の速度、μは接着剤２３の粘度である。
【００２６】
平行な基板の間を流れる流体においては、流体の速度プロファイルは基板間の中間点を頂点とする放物線プロファイルを描く。
【００２７】
平行な基板間においては、ｆは、以下の式（６）
ｆ＝−μ（８ｗＬＵ０／ｄ）      −（６）
となり、Ｕ０は速度プロファイルにおける最高速度Ｕ０＝ａｄ２／８μである。
【００２８】
さらに、流路２２と接着剤２３に生じる表面張力ＳＴ（図２の矢印２７）は、以下の式（７）
ＳＴ＝２ｗＴｃｏｓθ      −（７）
であり、Ｔは接着剤２３の表面張力である。
【００２９】
最後にこれらをＦ−Ｆ０−ｆ＜ＳＴに代入して、ｄについて解くと、以下の式（８）
【００３０】
【数１】
2015210242.tif 000003
【００３１】
となる。
【００３２】
ここで、接着剤２３は一般的に粘度が数百ｍＰａ・ｓ以上であり、水の粘度である１ｍＰａ・ｓよりはるかに高い。実際に接着剤２３を介して基板２０と２１を貼り合わせたときの接着剤２３の流速は非常に小さく、Ｕ０〜０と近似すると、上記の式は、以下の式（９）
ｄ＜２Ｔｃｏｓθ／（ａＬ）      −（９）
となる。
【００３３】
つまり、接着剤による流路の埋まりは、接着剤の厚みと流路壁からの距離が反比例の関係にあることがわかる。
【００３４】
さらに、圧力勾配ａは、図３のように基板３０と３１を加圧して貼り合わせる際に生じる圧力である。接着剤３３内は等方的に圧力が伝搬するとして、加圧がｘ軸方向にかかる圧力ｐ０（３４）を計算すると、以下の式（１０）
【００３５】
【数２】
2015210242.tif 000004
【００３６】
と表わせる。
【００３７】
ここで、Ｍは重り３５の重量、ｍは基板３０の重量、ｇは重力加速度、ＬＲは紙面奥行き方向に重りと基板３０が接している距離、ＷＤ（３７）は流体デバイスの全幅、Ｌ（ｘ）（３６）は流路３２の壁からの距離である。上記のｐ０の式において、第１項は重り３５と基板３０による力が重り３５と基板の接触面積で除したＬＲＷＤである。なお、係数の２は基板３０に加圧する力と、その反作用として基板３１から受ける力の和である。また、第２項は、流体デバイス全幅ＷＤにおける流路壁からの距離の割合を表している。これより、以下の式（１１）
ａ＝−ｄｐ０／ｄｘ＝２（Ｍ＋ｍ）ｇ／（ＬＲＷＤ２）      −（１１）
と計算でき、最後にｄ＜２Ｔｃｏｓθ／（ａＬ）に代入すると、
【００３８】
【数３】
2015210242.tif 000005
【００３９】
となる。上記の式（１２）は、全て制御できる値で構成されている。
【００４０】
この式から分かることは、接着剤の厚みｄと流路壁からの距離Ｌ（ｘ）は反比例の関係にあり、Ｌ（ｘ）を大きくするとき、ｄは小さくしなければ流路内に接着剤が侵入する。
【００４１】
つまり、図１（Ｂ）に示される、検査形状１４から最近接の流路の壁までの距離１５を適切に設定することにより、接着剤が流路を閉塞し易い状況を生ぜしめることが可能である。
【００４２】
すなわち、検査形状を配置する位置が、流路の壁からの距離Ｌ、接合するための材質の厚みｄ、材質の表面張力Ｔ、材質と基板面の接触角θ、加圧するための物の質量Ｍおよび物の幅ＬＲ、基板の質量ｍ、前記デバイスの幅ＷＤ、重力加速度ｇとしたとき、下記式（１３）
【００４３】
【数４】
2015210242.tif 000006
【００４４】
の関係を満たす位置にあることで、接合状態の良否判定が容易にでき、良好な接合状態を確実に実現することのできる流路デバイスを提供することができる。
【００４５】
式（１３）を確認するため、図４に示すように、平板のＰＭＭＡ基板表面に複数の溝を成型した。それぞれの溝は、別の平板のＰＭＭＡ基板と貼り合わせて接着剤により接合することで、中空の流路を形成した。図４のように、隣接する流路同士の流路の壁からの距離をそれぞれ変えた流路デバイスを作製した。それぞれの流路幅は１００μｍ、流路高さ５０μｍであり、流路４１と、直径約１ｍｍの溶液の注入穴４２と注出穴４３とを同じＰＭＭＡ基板４０に形成した。流路の壁から隣接する流路の壁までの距離である４４、４５、４６は例えばそれぞれ０．４ｍｍ、１．７ｍｍ、２．５ｍｍなどとした流路デバイスを複数作製した。なお、図４は概念的な図であり、より詳細な距離および接着剤の厚みは図５のグラフに示されている。
【００４６】
接着剤は、例えば紫外線硬化樹脂Ｗｏｒｌｄ  Ｒｏｃｋ  ５５４１（登録商標）（協立化学産業製、粘度２０００ｍＰａ・ｓ）を用いた。この接着剤を基板４０に約２〜７μｍの範囲で塗布し、平板基板と貼り合わせ、直後に紫外線を５０ｍＷ／ｃｍ２の照射密度で約３０００ｍＪ／ｃｍ２照射して硬化させた。最後に紫外線照射後の流路のようすを、顕微鏡で観測し、流路内への接着剤の侵入を観測した。
【００４７】
図５は、式（１３）において、本実施例で用いた接着剤と基板の接触角（θ〜３６°）、デバイス全幅（ＷＤ〜４０ｍｍ）、重りと基板の接触長さ（ＬＲ〜１ｍｍ）、重りの重量（Ｍ〜６１０ｇ）、基板の重量（ｍ〜１．３ｇ）、接着剤の表面張力（Ｔ〜５０ｍＮ／ｍ）を挿入して計算したグラフを破線で示した。さらに、紫外線照射後に顕微鏡にて観測し、流路へ接着剤が侵入した値において×印を、流路へ接着剤が侵入しなかった値において○印を付記した。
【００４８】
図５の実験結果は、式（１２）により立てられた式によく一致している。流路壁からの距離が長いほど、接着剤の厚みは薄くしなければ流路内に接着剤が侵入しやすい。また、同一の接着剤の厚みであれば、流路壁からの距離が短いほど流路内への接着剤の侵入を防止し易い、ことが検証できている。また、接着剤厚みが１μｍ以下のときは、流路壁からの距離が７．０ｍｍ以上でも流路内へ接着剤が侵入することはないが、成型時に生じるバリに代表される基板表面の凹凸に起因した空隙が観測された。
【００４９】
本発明は上記の原理を利用して、検体を処理するための流路に接しない位置に、検査形状１４を設け、デバイスの接合検査時に検査形状１４の閉塞が確認できなければ、他の流路においても閉塞されていないと判断できる。よって、流路が閉塞されていない適切な接合であることが検査形状を観測するのみで判断でき、接合検査工数の大幅な短縮につながる。
【実施例】
【００５０】
以下、実施例を示し本発明をさらに具体的に説明する。なお、以下の実施例は本発明をより詳細に説明するための例であって、実施形態は以下の実施例のみに限定されない。
【００５１】
（実施例１）
実施例１において、図１（Ｂ）のＡ−Ａ’断面を表わした、図６を用いて説明する。図６において、基板６０は基板６１と接着剤６３を介して接着されている。流路６２Ａ、６２Ｂの断面寸法は、高さ、幅ともに数十〜数百マイクロメートルであり任意に設定してよい。
【００５２】
いま流路６２Ｂから距離Ｌ（６６）が式（１２）に適合するような位置に、流路様の検査形状６４がある。上述したように、式（１２）に適合するのであれば、検査形状は流路と同じく角度θ（６５）を９０°、あるいはそれ以下の角度としてもよい。図６においては、検査形状６４は、流路６２Ｂからの充分な距離Ｌ（６６）が離れているため、互いに隣接する位置にある６２Ａおよび６２Ｂよりも接着剤の流入が生じやすく、閉塞し易くなっている。よって、接合の検査時には、検査形状６４における閉塞を観測すればよく、検査形状６４において、閉塞が生じていなければ、流路６２Ａ、６２Ｂにおいても閉塞を生じていないことの指標とできる。また、検査形状６４に閉塞が生じていれば、これよりも閉塞しやすい流路６２Ａ、６２Ｂに閉塞が生じている可能性が高いため、デバイスが不良であると判断する、または各流路に沿って顕微鏡観測をするなどの詳細な検査を後に行うことで、接合の良否を判断できる。これに対し、接合における接着剤の不足等による接合不良については、大きな泡等の発生により上記検査よりも外形的な判断が容易なものであるため、予めその外形的な検査を行っておけば良い。
【００５３】
よって、検査形状６４に閉塞が生じていないときは、接合が良好であるとして、検査は終了する。一方、検査形状６４に閉塞や部分的な閉塞が観測される基板のみを取り出して、より詳細な検査を後に行うことができる。つまり、接合した基板の全流路に対する全数検査の必要がなくなる。以上より、製造工程のボトルネックとなりうる、マイクロ流路の検査工程にかかる時間、および検査項目数などの工数を大幅に短縮できる。
【００５４】
（実施例２）
実施例２において、検査形状６４の形状を考慮し、さらに検査を容易にする形状を示す。
【００５５】
図６における検査形状６４は、例えば流路６２Ａ、６２Ｂと同じ断面寸法でも構わないが、さらに閉塞を生じ易いような形状を設定することもできる。例えば、基板６１の接合面と検査形状６４の壁面により形成される角度θ（６５）が９０°以上であると、同角度が略直角で形成されている流路６２Ａ、６２Ｂより、接着剤を侵入し易くできる。これは、接着剤で基板６０と基板６１を接着するとき、検査形状６４と基板６１の接合面とで形成される頂点において、検査形状６４の壁面に沿って、つまり固体と気体の接触面における表面張力６７の角度６５の外角に対する余弦成分が、流路６２Ａ、６２Ｂと比較して大きくなり接着剤を検査形状６４へ引き入れる方向に働くからである。つまり、流路６２Ａ、６２Ｂと比較して、検査形状６４は表面張力６７の角度６５の外角に対する余弦成分だけ接着剤が流入しやすい構造になっている。
【００５６】
また、検査形状６４の高さを、６８に示されるように流路６２Ａ、６２Ｂと比較して浅く設定することも可能である。流路の高さより凹形状の高さを小さくすることで、閉塞に必要な接着剤の量を減らすことができる。すなわち、接着剤が少ない量で閉塞を生じる検査形状６４の方が、流路６２Ａ、６２Ｂと比較して短い時間で、つまり容易に閉塞を生じさせることができる。同様に、検査形状６４の接合面における幅を流路６２Ａ、６２Ｂより狭くしても構わない。
【００５７】
さらに、検査形状を閉塞が生じ易いように変更することも可能である。例えば、図７に示されるような、Ｖ字型の検査形状７３にしてもよい。基板７０は溝７１を有し、接着剤７２を介して他の基板と接合される。検査形状７３が溝７１に対向する方向でＶ字型に形成されると、Ｖ字型の頂点が閉塞を生じ易くなる。これは、接着剤７２と検査形状内の空気と接着剤７２によって形成される気液界面が圧力平衡によりなるべく直線を形成しようとするためである。接合の検査の際には、Ｖ字型の検査形状７３の頂点における接着剤による閉塞が生じていないことを観測することにより、溝７１内への接着剤の侵入がないことを判断できる。
【００５８】
このように、本発明は最近接の流路壁からの距離を適切に設定し、検査形状を工夫することにより、検査形状を観測するのみで検査を完了させることができる可能性があるため、大幅な検査工数の短縮が可能になる。
【００５９】
（実施例３）
実施例３おいて、検査形状が必ずしも基板に形成される必要がないことを示す。
【００６０】
マイクロ流路を接着剤により接合して作製するさいに、接着剤の流路への閉塞は大きな課題であるが、流路に接するように形成された気泡も課題である。気泡が流路に接している場合は、流路幅の広がり、または溶液が気泡内に滞留する可能性があり、デバイスの信頼性に欠けることになる。さらに、気泡のサイズが大きくなり、隣接する流路を接続するほどの大きさになると、デバイスとして機能しなくなる。
【００６１】
図８は溝８１があり、接着剤８２を介して他の基板と接着することにより流路を形成するための基板８０を示している。接着剤８２は数マイクロメートルの厚みを有するが、この程度の厚みの接着剤を塗布する方法として、スプレーコーティング、スピンコーティング、ディップコーティング、印刷などがある。
【００６２】
いま、接着剤８２を基板８０に塗布するとき、印刷版に略円形状のパターンを形成すると、８３のような形状で印刷塗布できる。この８３は、流路８１から離れた位置において、複数の基板を接合すると気泡を形成する。また、マスキングテープなどを利用して、スプレーコーティングなどで塗布後にテープを剥がすことによってパターンを形成しても構わない。
【００６３】
さて、接合されたときに存在している流路に接しない気泡は、溶液内に閉じ込められた状態であるので、溶液と気泡の内部圧力のバランスによって気泡の大きさが変化する。溶液の内部圧力と気泡の内部圧力の差（ラプラス圧）が生じるとき、圧力差をΔｐ、気液界面における表面張力をσ、気泡の半径をｒとすると、以下の式（１４）
Δｐ＝２σ／ｒ      ―（１４）
の関係が成立する。上式から、溶液内に閉じ込められた気泡は、内部圧力差により気泡の半径ｒが若干でも小さくなると、ラプラス圧を調整しようと圧力差がより大きくなり、それがさらに気泡の縮小を生じる。そして、縮小し続けている気泡の内部圧力は高くなり、ヘンリーの法則に従って溶液中に溶解し、気泡は消滅する。
【００６４】
この原理から、塗布により形成された８３は接着剤８２の内部圧力により縮小し、消滅する。よって、８３の大きさが接着時に生じる他の気泡の大きさよりも大きければ、接着剤を硬化させる前に８３の気泡の消滅を確認することにより、他の気泡も消滅したと考えられる。つまり、８３は気泡消滅のための検査形状であると言える。
【００６５】
上記の原理を確認するために、基板間に直径が約３０〜７０マイクロメートルの気泡を印刷塗布により発生させ、それらの消滅時間を測定した。同時に、流路に接する気泡の大きさも画像を取得することによりそれらの大きさを観測した。図９に示すのが、実験結果である。
【００６６】
図９のグラフにおいて、ＵＶ硬化型接着剤を用いて、異なる基板間の接合において流路に接する位置に発生した気泡が気泡１〜３である。縦軸は、検査形状１〜３は塗布により発生させた略円形の直径、または気泡１〜３の流路から気液界面までの最も長い法線方向の距離を表わす。横軸は、気泡、検査形状ともに接合後の経過時間である。
【００６７】
気泡１〜３、および検査形状１〜３に共通して言えるのは、接合後からそれらの大きさは縮小し、円形の気泡や検査形状（気泡２〜３、検査形状１〜３）はほぼ線形な縮小を示す。ところが、流路に接する気泡１〜３の縮小の速度を算出すると、おおよそ１．２６μｍ／秒であり、検査形状１〜３の縮小速度は、０．０８μｍ／秒であった。つまり、検査形状１〜３の縮小の方が、気泡１〜３よりも遅いので、検査形状１〜３の消滅を確認すると、気泡１〜３は既に消滅していると言える。これは、検査形状１〜３は接着剤に閉じ込められているために、徐々に内部の空気が接着剤に溶解するのに対し、気泡１〜３は流路に接し、縮小により高まった圧力が流路に流出するために、より速やかに縮小するからである。
【００６８】
以上から、流路に接しない位置にあり、わざと発生させた気泡を検査形状とすることにより、流路に接する気泡の消滅が確認できる。これにより、接着剤により作製された検査形状を観測することにより、個々の流路に対する気泡の有無の確認をしなくても接合の良否が判断でき、検査工数の短縮につながる。
【００６９】
（実施例４）
実施例４として、接着剤により作製された検査形状は必ずしも流路から離れた位置になくてもよいことを示す。
【００７０】
図１０において、溝１０１があり、接着剤１０２を介して他の基板と接着することにより流路を形成するための基板１００を示している。接着後に発生した流路に接する所望でない気泡１０４に対し、より大きな検査形状１０３が設けられている。検査形状１０３は印刷などの方法により流路に接する位置にパターニングできる。
【００７１】
基板１００に印刷塗布された接着剤１０２と他の基板を接合すると、流路に沿って気泡１０４と検査形状１０３が確認できる。検査形状１０３、気泡１０４ともに基板を貼り合わせた後、接着剤硬化前の時間でそれらの大きさは接着剤と気泡の内部圧力差により縮小する方向に変化する。よって、検査形状１０３の大きさを通常発生する気泡の大きさより大きく設定することにより、検査形状１０３の縮小を確認することに、気泡１０４の縮小は確認できる。
【００７２】
つまり、検査形状１０３のみを確認すれば、その他の流路に接する気泡を個々に確認する必要がなくなるので、検査工程が大幅に短縮できる。
【００７３】
さらに、実施例１〜４において、接着による接合に対して説明したが、いづれも接着剤が硬化する前に接合の良否を判断できるため、後工程を行わずに例えば接合不良の基板を製造ラインから除去できる。そのため、後工程に対して不良品を送ることがなくなるので、後工程の無駄な製造コストを防止することができる。
【００７４】
（実施例５）
実施例５として、本発明が接着による接合だけでなく熱圧着による接合方法においても有効であることを示す。
【００７５】
マイクロ流路を作製するための一方法として、基板を熱圧着する方法がある。熱圧着とは、表面に溝を有する基板と他の基板のそれぞれの表面を必要に応じて表面処理した後に、両基板を合わせ、樹脂の略軟化点まで温度を上昇させた状態で加圧することにより、接合面を形成して中空の流路を作製する方法である。換言すると、基板の接合面を軟らかくして複数基板を一体化する方法と言える。
【００７６】
一般に、樹脂基板で熱圧着を行う場合は、基板表面の軟化により溝の形状が溝の深さ方向に押しつぶされる。マイクロ流路の場合は溝深さは数〜数百マイクロメートルであることが多いため、基板表面の軟化により溝深さも影響を受ける。基板表面から数マイクロメートルのみの軟化で熱圧着した基板は、接合強度が弱く、継続的な使用により接合面へ流体が漏れることや、基板が剥がれることが発生しうる。一方、基板表面から数百マイクロメートル軟化させた状態で熱圧着すると、接合強度は強いが、流路が押しつぶされる可能性がある。
【００７７】
そのため、マイクロ流路を形成する溝の深さは設計段階で、押しつぶされる量を考慮したものであることが多い。ところが、設計された溝の深さの基板を用いても、特定の熱圧着の条件でどの程度の押しつぶされる量かを、従来は製造後に流路の深さを測定するしかなかった。流路の深さ計測の結果、所定の押しつぶされる量よりも小さいと判断した時点で接合の良否が初めて判断できる。
【００７８】
本発明による熱圧着接合のための検査形状の断面図の一例を、図１１に示す。基板１１０は平板であり、基板１１１と熱圧着により接合される。基板１１１には流路１１２と検査形状１１３が形成されている。検査形状１１３は、深さ１１４が流路１１２と略等しい領域と、想定される押しつぶされる量の対応した深さの１１６、さらに深さ１１６より５〜１０マイクロメートル程度深い深さ１１５を有する領域がある。ただし、深さ１１５に関しては、押しつぶされる量のバラツキにより決定されることが望ましい。
【００７９】
いま、基板１１０と基板１１１を熱圧着すると、良好な接合結果が得られたとする。所定の押しつぶされる量に相当する深さ１１６は接合後に消滅している。しかし、深さ１１４および１１５の領域は接合後にも部分的に残存しているため、目視検査で簡便に観測できる。このとき、流路１１２の深さは、深さ１１４から深さ１１６を減じた値に略等しくなるが、深さ１１４から深さ１１５を減じた値よりは深いことがわかる。
【００８０】
また、接合が不良のときは、深さ１１６の領域が接合後に残存している状態になる。この状態は、接合強度が弱い可能性が高い。他の接合不良を疑う方法として、深さ１１５の領域が接合後に消滅しているときである。このときは、接合強度は強いが、流路深さ１１４が所望の深さより小さいことを示唆する。
【００８１】
以上から、熱圧着接合においても、本発明の検査形状を用いることにより、流路の深さを観測することなく簡便に接合の良否を判断することができる。なお、熱圧着接合はマイクロ流路を作製するさいに、採用されることが多い方法であるが、同検査形状の原理は超音波溶着や、溶剤接合など基板表面を溶解して接合することにより構成されたデバイスに対しても用いることが可能である。
【００８２】
実施例１〜５において、例えば図１２のような検査システムを用いて検査を自動化することが可能である。ステージ１２０上に撮像機１２４の略直下になるような位置にデバイス１２１がある。このときステージ１２０上に、撮像機１２４と検査形状１２３の位置が略一致するように、凹凸などを設けてもよい。流路１２２に対して、検査形状１２３の画像を撮像機１２４により取得し、解析機１２５へデータが送られる。解析機１２５には、あらかじめ接合良否の基準となるデータが入力されており、取得された画像データと比較することにより、接合の良否を判断できる。
【００８３】
本発明によると、接合の良否は検査形状１２３のみを観測すればよいので、撮像機１２４はデバイス１２１接合面全体を走査する必要がなく、さらに検査形状１２３が撮像画面に収まる程度に接近して撮像することができる。よって、解像度を落とすことなく、接合良否の検査を速やかに実施することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、化学反応、化学分析を実施するためのマイクロ流体デバイスの検査に利用することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１０  基板
１１  穴
１２  基板
１３  溝
１４  検査形状
１５  距離
２０、２１  基板
２２  流路
２３  接着剤
２４  接触角
２５〜２８  力
３０、３１  基板
３２  流路
３３  接着剤
３４  圧力
３５  重り
３６  距離
３７  幅
４０  基板
４１  流路
４２、４３  穴
４４〜４６  距離
６０、６１  基板
６２Ａ、６２Ｂ  流路
６３  接着剤
６４  検査形状
６５  角度
６６  距離
６７  表面張力
６８  高さ
７０、８０、１００  基板
７１、８１、１０１  溝
７２、８２、１０２  接着剤
７３、８３、１０３  検査形状
１０４  気泡
１１０、１１１  基板
１１２  流路
１１３  検査形状
１１４〜１１６  深さ
１２０  ステージ
１２１  デバイス
１２２  流路
１２３  検査形状
１２４  撮像機
１２５  解析機
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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