(57)【要約】      （修正有）【課題】電気泳動用測定セルにおいて、光学スリットへの電流漏流を防止する。【解決手段】光学スリット15を従来のCVD膜に替えて高周波スパッタリング装置により成膜されるスパッタシリコン膜15にて形成する。このスパッタシリコン膜15は高抵抗であり、さらに成膜後の熱処理により高抵抗のものとしているので、電気泳動分析において光学スリット15に流れる電流は、泳動液と比較して十分小さく、測定にほとんど影響を及ぼさないため、安定した分析を行うことができる。【選択図】図１
2004151115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパッタリングによって形成された高抵抗スパッタシリコン膜からなる電気泳動用光学測定セル用光学スリット。
【請求項２】
液体試料を導入出するための貫通孔と、この貫通孔間に形成される試料流路とを備え、これらの部分のみが開口となった請求項１記載の光学スリットを備えた電気泳動用光学測定セル。
【請求項３】
流路と光学スリットの形成加工が一括して行われることを特徴とする請求項２記載の電気泳動用光学測定セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気泳動装置等、高電圧の印加を要する光学測定に好適な光学測定セル用スリット及び光学測定セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の、電気泳動装置の検出部のような、微量の試料流体を光学的に測定する測定セルは、例えば図１に示すように、光学的に透明な基板１４に試料流路１２が形成され、流路１２以外の場所には迷光防止のための光学スリット１５を備えている（図１において黒色で塗られている部分）。流路両端の貫通孔１３ａ、１３ｂに設けられる図外の電極（例えば特許文献１の電極７）により高電圧が印加されて電気泳動が行われ、図１（ｂ）に示す測定光１９および検出器２０によって光学的に測定が行われる。
【０００３】
このような従来の電気泳動セルにおいては、光学スリットとしてシリコンのプラズマＣＶＤ膜が用いられてきた。シリコンは、半導体プロセスを用いた微細加工技術であるマイクロマシニングにおいて、成膜やエッチングなどの従来の半導体製造技術を応用できることや、化学的に安定で耐薬品性に優れている。このシリコンＣＶＤ膜は次のような工程によって製作されている。図２にプラズマＣＶＤ装置、図３に光学スリットの製作プロセスを示す。まず、図３（ａ）に示す絶縁性の基板、例えば石英基板１を用いて、図２に示すＣＶＤ装置でシリコンＣＶＤ膜２が成膜されるが、その成膜過程を説明する。図２において、石英基板１が基板３８の位置にセットされ、成膜室が排気系４３により真空に排気される。そして、基板３８が加熱器３７で所定の温度に加熱される。次に、反応ガス４２がフローメータ３５とバリアブルバルブ３４を介して所定の流量で成膜室に導入される。そして、ＲＦ電源４０から高周波電圧がＲＦ電極３９と基板３８のベース間に印加されると、両電極間にプラズマ４１が生成する。プラズマＣＶＤでは、作ろうとする薄膜（ここではＳｉ）の元素を含んだ分解し易い気体（反応ガス４２）が成膜室に送り込まれ、そこで高周波放電により分解され、基板上に薄膜が形成される。この方法では３００℃程度でアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）による太陽電池などが製作されている。広い面積に比較的低温で一様な半導体膜を得ることが出来る。次に、（ｂ）このシリコンＣＶＤ膜２にフォトレジスト３（感光性樹脂）がスピニング装置によって塗布される。ここでは、ポジ型のフォトレジスト３が用いられている。次に、（ｃ）露光・現像が行なわれる。石英基板１上に塗布されたフォトレジスト３に、フォトマスク４を用い、紫外光の照射が行なわれ、露光される。ポジ型のフォトレジスト３の場合、照射された部分のみが現像によって溶けて無くなる。一般に、この露光工程にはアライナー（ａｌｉｇｎｅｒ）と呼ばれる露光装置が用いられ、フォトマスク４（パターンマスク）と露光される石英基板１のそれぞれのパターンが、重ね合わせられる機構を有している。露光されたフォトレジスト３は、アルカリ水溶液を用いて現像される。次に、（ｄ）シリコンＣＶＤ膜２には、プラズマエッチング、例えば、一般的に用いられている平行平板型の反応性イオンエッチングＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）によって、エッチング加工が行なわれる。次に、（ｅ）アセトン等の有機溶剤を用いてフォトレジスト３の膜をシリコンＣＶＤ膜２から取り除いて、光学スリットとしてのシリコンＣＶＤ膜２を得る。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３３７５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようにして製造される従来の光学スリット（シリコンＣＶＤ膜２）は、１０6Ω/cm2程度より小さい膜抵抗のものが用いられているが、電気泳動用の測定セルでは、電極２点間で数ｋＶ／ｃｍ以上の電界が印加されるため、シリコンＣＶＤ膜２は抵抗が低いために電流が漏流してしまい、分析データに影響を与え測定セルとしての機能を果たせないという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、特に電気泳動装置等、高電圧の印加を要する光学測定に好適な光学測定セル用スリット及び光学測定セルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明においては、電気泳動用光学測定セル用の光学スリットを、スパッタリングによって形成される高抵抗スパッタシリコン膜にて構成したことを特徴とする（請求項１）。
【０００８】
また、本発明は、液体試料を導入出するための貫通孔と、この貫通孔間に形成される試料流路とを備え、これらの部分のみが開口となった光学スリットを備えた電気泳動用光学測定セルであって、前記光学スリットをスパッタリングによって形成される高抵抗スパッタシリコン膜にて構成したことを特徴とする（請求項２）。
【０００９】
また、本発明は、上記の電気泳動用光学測定セルの製作において、流路と光学スリットの形成加工を一括して行なうようにしたことを特徴とする（請求項３）。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では光学測定セルにおける光学スリットに高抵抗のスパッタシリコン膜を採用したので、電気泳動分析において高電圧を印加した際にも、スリットに漏流する電流は泳動液と比較して十分小さく、測定にほとんど影響を及ぼさないので安定した分析を行うことができる。しかも危険なガスを使用するCVD法ではなくスパッタリング成膜を採用しているため、比較的簡単な装置で安全に製作することができる。
【００１１】
また、半導体製造技術を応用して光学スリットの微細加工と流路の微細加工とが一括して行なわれるため、微細な形状にかかわらずスリットの開口部と流路が一致し、上部からの測定光１９の入射に対して、下部に設けられた検出器２０への入力が一定して測定時のＳ／Ｎが向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係る高抵抗の光学スリット及びこれを備えた光学測定セルの製造方法の一実施例を、図を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１３】
まず図４において、本発明に係る高抵抗の光学スリットを構成する高抵抗スパッタシリコン膜の製造方法の一実施例を示す。この例では（ａ）スパッタリング成膜、（ｂ）熱処理、（ｃ）測定の各工程からなる。
【００１４】
工程（ａ）
基板として石英基板１４が使われる。スパッタリング成膜は、図５に示すような高周波スパッタリング装置を用いて行なわれる。成膜室２３は、下部の排気系３０によって真空に排気され、アルゴンガス３６がフローメータ３５、バリアブルバルブ３４を介して成膜室２３に導入される。成膜室２３の上部に、スパッタされるシリコンのターゲット２４が設けられ、下部に成膜される基板３２が取付けられ、基板３２側はアースされ、基板３２の温度を制御するために加熱／冷却器３３が基板３２のベースに内蔵されている。そして高周波電源２６から、マッチングボックス２５を介して、１３．５６ＭＨｚの高周波がターゲット２４に印加される。その出力は１００〜５００Ｗ程度のものが使われる。そして、成膜室２３内部のインピーダンスによって高周波電力の内部で消費される効率が大きく変わるため、入力端子部分にマッチングボックス２５を用いて、放電状態でこの回路の定数を調節して効率を上げる。成膜中の圧力の測定には真空計２８が使われる。図４に示すように、スパッタシリコン膜１５を石英基板１４上に形成する成膜条件は、一例として、アルゴンガス３６の流量が１０ｃｃ／ｍｉｎ、成膜圧力が０．２７Ｐａ、ターゲット２４に印加する高周波電力は２００Ｗ、成膜時間１５ｍｉｎである。そして、その膜厚は約３０００オングストロームのものが出来る。
【００１５】
工程（ｂ）
成膜後、成膜室２３から基板を取り出し、熱処理炉内に基板を入れ、熱処理炉内を窒素雰囲気にして、炉内温度を４５０℃に保って、３０ｍｉｎ加熱する。
【００１６】
工程（ｃ）
そして、外部に基板３２を取り出し、図６に示すように、石英基板１４の上部に、高抵抗スパッタシリコン膜１５が形成されているかを、図７に示すような抵抗測定方法で確認する。抵抗測定は、スパッタシリコン膜１５の表面に２ｃｍの間隔で電極を当て、５ｋＶの電圧を印加し、そこを流れる電流を測定して判定する。
【００１７】
図８に、スパッタリングによる成膜時の圧力、及び、成膜後の熱処理温度によって、形成されたスパッタシリコン膜１５についての電流測定データを示す。ここでは成膜時の圧力が０．２７Ｐａ、０．６７Ｐａ、１．３Ｐａで各々成膜された試料について、成膜後の温度処理を室温、４５０℃、８００℃の３点で行なった。横軸が成膜後の温度処理、縦軸が２ｃｍ離れた電極間に５ｋＶを印加し、そこを流れる電流値を示す。図８の結果から、成膜時の圧力が０．２７Ｐａ、０．６７Ｐａ、１．３Ｐａにおいて、成膜後の温度処理が何れも４５０℃近辺で最低の電流値を示す。その値は、何れも０．１μＡ以下である。そして、成膜後の温度処理を４５０℃から低くすると、高真空（０．２７Ｐａ時）で成膜したものは、電流値が大幅に増加するが、低真空（０．６７Ｐａ、１．３Ｐａ時）で成膜したものは、大幅な電流値の変化は見られない。一方、成膜後の温度処理を４５０℃から高くすると、何れの成膜時の圧力でも大幅に増加することが分かる。これらのデータから、成膜時の圧力は、０．６７Ｐａより高い圧力で、成膜後の熱処理は、４５０℃近辺、もしくはそれ以下で行なうのが最適であることが分かる。
【００１８】
次に、こうして製作された高抵抗スパッタシリコン膜を光学スリットとして備えた電気泳動用光学測定セルの一実施例を、図を参照しながら説明する。
【００１９】
構造について、図１を参照されたい。本願発明に係る光学測定セルは、従来技術の項で説明した従来の光学測定セルと次の点で異なる。従来の光学測定セルは、図３で説明したようにプラズマＣＶＤによって形成されたシリコンＣＶＤ膜２を用いているが、本願発明に係る光学測定セルは、高周波スパッタリングによって形成されたスパッタシリコン膜１５を用いている点である。その他については同様の加工工程で行なわれる。
【００２０】
従来のシリコンＣＶＤ膜２は、前記したように抵抗率が低く、高圧回路に用いることが難しい。例えば、電気泳動用の測定セルでは、電極２点間で数ｋＶ／ｃｍ以上の電界が印加されるため、シリコンＣＶＤ膜２では抵抗が低いために電流が漏流してしまい、分析データに影響を与え測定セルとしての機能を果たせない。
【００２１】
一方、本発明に係るスパッタシリコン膜を光学スリットとしたものは、高抵抗を有し、電気泳動装置等の高圧回路に適性である。また、従来のＣＶＤ装置に替えて、高周波スパッタ装置を用いたことにより、危険なガスを使用する必要もなく、かつ、比較的簡単な装置で作製が行なうことができる。
【００２２】
製造工程は、例えば（ａ）スパッタリング、（ｂ）フォトレジスト塗布、（ｃ）露光・現像、（ｄ）エッチング、（ｅ）エッチング、（ｆ）スパッタリング、（ｇ）カバープレート接合、（ｈ）完成、からなる。（ａ）のスパッタリングは、図４に示した高抵抗シリコン膜の製造方法を用いる。そして、（ｂ）のフォトレジスト工程から（ｄ）のエッチング工程までは、従来技術の項で説明した工程と同じ方法で行なう。（ｂ）のフォトレジストには、例えば、Ｓｈｉｐｌｅｙ社製のＳ１８１８が使用できる。（ｃ）の露光・現像には、フォトマスク１７の開口部の幅が、１０μｍ、長さ３０ｍｍのものを使用した。（ｄ）のエッチングはＲＩＥ（反応性イオンエッチング）で行った。
【００２３】
次に、電気泳動装置等に用いられる光学測定セルの光学スリットに、この高抵抗シリコン膜を用いた実施例について説明する。
【００２４】
上記の光学測定セルの製造工程を（ｄ）エッチング工程に続き、（ｅ）エッチングから（ｈ）完成までの工程を図９を参照して説明する。
（ｅ）エッチング工程で、さらにフォトレジスト１６をマスクとして石英基板１４をフッ酸溶液によりエッチングする。そのエッチングの深さは、例えば２０μｍである。そして、フォトレジスト１６をアセトン等の有機溶剤で除去する。
（ｆ）次に、スパッタシリコン膜１５上に、ＳｉＯ２をスパッタリングして、スパッタＳｉＯ２膜１８を形成する。このときのスパッタリング条件は、Ａｒ流量１０ｃｃ／ｍｉｎ、成膜圧力０．２７Ｐａ、高周波電力２００Ｗ、スパッタ時間（成膜時間）１５ｍｉｎとする。
（ｇ）次に、このスパッタＳｉＯ２膜１８に０．５％濃度のフッ酸を滴下する。そして、２つの貫通孔１３ａ、１３ｂを備えた石英製のカバー１０を重ね合わせて加圧することにより、両者を接合する。
（ｈ）このようにして、図１に示すように、流路１２、および、試料流入口の貫通孔１３ａ、流出口の貫通孔１３ｂのみが開口となった、光学スリットを備えた測定セル２２を得ることができる。
【００２５】
このようにして得られた光学測定セル２２は、スリットが高抵抗スパッタシリコン膜で出来ているため、電気泳動装置のように流路両端の貫通孔１３ａ、１３ｂに高い電界、例えば１ｋＶ／ｃｍ以上の電界を印加しても、スリットに流れる電流が０．１μＡ以下であった。測定セル２２において、一般的に、電気泳動に用いられる泳動液であるトリスホウ酸、および、リン酸を流路内に満たし、１ｋＶ／ｃｍの電界を印加した場合に、泳動液に流れる電流は、それぞれ、１０μＡ、１００μＡ程度であるため、スリットに流れる電流は、泳動液と比較して十分小さく、測定にほとんど影響を及ぼさない。
【００２６】
また、半導体製造技術を応用してスリット１２の微細加工と流路１２の微細加工とを一括して行なうことにより、微細な形状にかかわらずスリットの開口部と流路が一致するため、上部からの測定光１９の入射に対して、下部に設けられた検出器２０への入力が一定して、測定時のＳ／Ｎが向上する。
【００２７】
なお、上記の実施例では、Ａｒ流量１０ｃｃ／ｍｉｎ、成膜圧力０．２７Ｐａ、高周波電力２００Ｗ、スパッタ時間（成膜時間）１５ｍｉｎの条件でスパッタリングを行ない、成膜後、４５０℃、３０ｍｉｎの熱処理によって高抵抗化を行なっているが、成膜条件および熱処理条件は、例えば、図８に示したように、様々な成膜条件及び熱処理温度の組み合わせによって光学スリットの更なる高抵抗化が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
電気泳動用光学測定セル以外にも、高電圧を印加する必要があり、且つ、電流の漏流が問題視されるような部材にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の光学スリット及び光学測定セルの一実施例を示す図である。
【図２】従来の成膜装置であるプラズマCVD装置を示す図である。
【図３】従来のシリコンCVD膜の微細加工を示す図である。
【図４】高抵抗スパッタシリコン膜の製造方法の一実施例を示す図である。
【図５】高周波スパッタリング装置を示す図である。
【図６】高抵抗スパッタシリコン膜を基板上に形成した図である。
【図７】高抵抗スパッタシリコン膜の抵抗を測定する方法を示す図である。
【図８】高抵抗スパッタシリコン膜の一実施例の特性を示す図である。
【図９】本発明の光学スリット及び光学測定セルの製造方法の一実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１、１４    石英基板
２    シリコンCVD膜
１５  高抵抗スパッタシリコン膜（光学スリット）
２２  測定セル
【図１】
2004151115.tif 000003
【図２】
2004151115.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004151115.tif 000006
【図５】
2004151115.tif 000007
【図６】
2004151115.tif 000008
【図７】
2004151115.tif 000009
【図８】
2004151115.tif 000010
【図９】
2004151115.tif 000011