(57)【要約】【課題】ガラスの加熱融着によってガラス基板同士が良好に接合することができるマイクロ化学システム用チップ及びその製造方法を提供する。【解決手段】マイクロ化学システム用チップ１０は、両端が夫々Ｙ字形に分岐しているスリット６等が形成された透明なガラス基板１と、ガラス基板１の接合面７に接合される透明なガラス基板２と、ガラス基板１の接合面８に接合される透明なガラス基板３とを備える。マイクロ化学システム用チップ１０は、ガラス基板１，２，３の表面にフッ酸処理を施した後、酸処理により融着層３６を形成し、さらに、アルカリ処理を施して融着層３６を改質する。次に、ガラス基板１，２，３を荷重をかけた状態で、６００〜６５０℃、例えば６３０℃で、即ちガラス基板１，２，３のガラス粘度をηで表したときに、ｌｏｇη＝１０．５〜１２．５、例えば１１．５となる温度で加熱融着する。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに接合されるべき少なくとも２枚のガラス基板で構成されたマイクロ化学システム用チップの製造方法において、前記ガラス基板のガラス粘度をηで表したときに、前記ガラス基板をｌｏｇηが１０．５〜１２．５となる温度で加熱融着することを特徴とするマイクロシステム用化学チップの製造方法。
【請求項２】
前記ガラス基板の表面に、前記加熱融着前にアルカリ処理を行うことを特徴とする請求項１記載のマイクロシステム用化学チップの製造方法。
【請求項３】
前記ガラス基板の表面に、前記アルカリ処理前に酸処理を施すことを特徴とする請求項２記載のマイクロ化学システム用チップの製造方法。
【請求項４】
前記酸処理はフッ酸処理であることを特徴とする請求項３記載のマイクロ化学システム用チップの製造方法。
【請求項５】
前記フッ酸処理は、前記ガラス基板の表面をフッ酸水溶液で溶解除去することを特徴とする請求項４記載のマイクロ化学システム用チップの製造方法。
【請求項６】
前記酸処理は、硫酸水溶液であることを特徴とする請求項３記載のマイクロ化学システム用チップの製造方法。
【請求項７】
前記ガラス基板が３枚のガラス基板から成ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のマイクロ化学システム用チップ。
【請求項８】
前記ガラス基板の外側表面の表面粗さＲｙが０．２μｍ以下であり、可視光線拡散透過率がヘイズ率で１．０％以下であることを特徴とするマイクロ化学システム用チップ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ化学システム用チップ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ化学システムは、化学反応を微小空間で行うための集積化技術の１つとして、化学反応の高速化や微小量での反応、オンサイト分析等の観点から注目されている。
【０００３】
マイクロ化学システムは、マイクロ化学システム用チップに形成された微細な流路の中で微量の溶液試料の混合、反応、分離、抽出、検出等を行うものであり、反応の例としてはジアゾ化反応、ニトロ化反応、抗原抗体反応があり、抽出、分離の分野の例には溶媒抽出、電気泳動分離、カラム分離、化学分析などがある。
【０００４】
このマイクロ化学システムでは液中試料の量が微量なので、高感度な検出方法が必須である。このような方法としては、微細な流路内の液中試料の光吸収により発生する熱レンズ効果を利用した光熱変換分光分析法が確立されている。
【０００５】
従来のマイクロ化学システム用チップは、互いに接合された３枚のガラス基板で構成されており、両端が夫々Ｙ字型に分岐しているスリットが形成された透明な第１のガラス基板と、前記ガラス基板の一の面に接合された透明な第２のガラス基板と、前記ガラス基板の他の面に接合された透明な第３のガラス基板とを備える。
【０００６】
第１のガラス基板は、各分岐端に貫通孔があけられており、第２のガラス基板は、前記貫通孔に対応する位置に溶液試料を注入排出する貫通孔を４つ有する。上記スリットは、試料分析用流路を形成し、前記分岐端の貫通孔は、前記溶液試料のバッファ部を構成する。
【０００７】
従来のマイクロ化学システム用チップの接合方法は、フッ酸水溶液又は無水ケイ酸を片方のガラス基板に滴下し、もう一方のガラス基板を張り合わせて長時間荷重を印加して接合するものや、ＮａＯＨ等のアルカリで両方のガラス基板を洗浄し、軽い圧を加えることで接合するものや、高真空化で両方のガラス基板表面をエネルギービームの照射により活性化させて接合するものなどが知られており、いずれの方法でもガラス基板をガラス転移点Ｔｇ付近まで加熱している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のマイクロ化学システム用チップの接合方法では、ガラス基板同士の接合がガラス同士の融着に至っておらず、ガラス基板同士の接合の程度が充分ではなかった。
【０００９】
本発明の目的は、ガラス基板同士をその外表面に粗さを小さく保って良好に接合することができるマイクロ化学システム用チップの及びその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１記載のマイクロ化学システム用チップの製造方法は、互いに接合されるべき少なくとも２枚のガラス基板で構成されたマイクロ化学システム用チップの製造方法において、前記ガラス基板のガラス粘度をηで表したときに、前記ガラス基板をｌｏｇηが１０．５〜１２．５となる温度で加熱融着することを特徴とする。
【００１１】
請求項１記載のマイクロ化学システム用チップの製造方法によれば、ガラス基板のガラス粘度をηで表したときに、ガラス基板をｌｏｇηが１０．５〜１２．５となる温度で加熱融着するので、ガラス基板間の隙間を無くし、且つガラス基板全体の反りや基板表面の皺の発生を防ぐことができ、もってガラス基板同士を良好に接合することができる。
【００１２】
請求項２記載のマイクロ化学システム用チップの製造方法は、請求項１記載のマイクロシステム用化学チップの製造方法において、前記ガラス基板の表面に、前記加熱融着前にアルカリ処理を行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載のマイクロ化学システム用チップの製造方法によれば、ガラス基板の表面に、加熱融着前にアルカリ処理を施すので、ガラス基板の表面に融着層が形成されることにより加熱融着をより低温度で行うことができる。
【００１４】
請求項３記載のマイクロ化学システム用チップの製造方法は、請求項２記載のマイクロ化学システム用チップの製造方法において、前記ガラス基板の表面に、前記アルカリ処理前に酸処理を施すことを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載のマイクロ化学システム用チップの製造方法によれば、ガラス基板の表面にアルカリ処理前に酸処理を施すので、ガラス基板の表面に付着している異物を除去することができる。
【００１６】
請求項４記載のマイクロ化学システム用チップの製造方法は、請求項３記載のマイクロ化学システム用チップの製造方法において、前記酸処理はフッ酸処理であることを特徴とする。
【００１７】
請求項４記載のマイクロ化学システム用チップの製造方法によれば、ガラス基板の表面に加熱融着前にフッ酸処理を施すので、ガラス基板の表面に付着している異物を除去することができる。
【００１８】
請求項５記載のマイクロ化学システム用チップの製造方法は、請求項４記載のマイクロ化学システム用チップの製造方法において、前記フッ酸処理は、前記ガラス基板の表面をフッ酸水溶液で溶解除去することを特徴とする。
【００１９】
請求項５記載のマイクロ化学システム用チップの製造方法によれば、フッ酸処理は、ガラス基板の表面をフッ酸水溶液で溶解除去するので、ガラス基板の表面層をエッチング除去することができる。
【００２０】
請求項６記載のマイクロ化学システム用チップの製造方法は、請求項３記載のマイクロ化学システム用チップの製造方法において、前記酸処理は、硫酸水溶液であることを特徴とする。
【００２１】
請求項６記載のマイクロ化学システム用チップの製造方法によれば、酸処理は、硫酸水溶液であるため、ガラス基板の表面に付着している付着金属酸化物を溶解除去することができる。
【００２２】
請求項７記載のマイクロ化学システム用チップは、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のマイクロ化学システム用チップにおいて、前記ガラス基板が３枚のガラス基板から成ることを特徴とする。
【００２３】
請求項８記載のマイクロ化学システム用チップは、前記ガラス基板の外側表面のＲｙが０．２μｍ以下であり、可視光線拡散透過率がヘイズ率で１．０％以下であることを特徴とする。
【００２４】
請求項８記載のマイクロ化学システム用チップによれば、ガラス基板の外側表面のＲｙが０．２μｍ以下であり、可視光線拡散透過率がヘイズ率で１．０％以下であるので、十分に定性分析及び定量分析に用いることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、互いに接合されるべき少なくとも２枚のガラス基板で構成されたマイクロ化学システム用チップの製造方法において、ガラス基板のガラス粘度をηで表したときに、ガラス基板をｌｏｇηが１０．５〜１２．５となる温度で加熱融着すると、ガラス基板間の隙間を無くし、且つガラス基板全体の反りや基板表面の皺の発生を防ぐことができ、もってガラス基板同士を良好に接合することができることを見出した。
【００２６】
本発明は、上記研究の結果に基づいてなされたものである。
【００２７】
以下、本発明の実施の形態に係るマイクロ化学システム用チップを図面を参照して詳述する。
【００２８】
図１は、本発明の実施の形態に係るマイクロ化学システム用チップの分解斜視図である。
【００２９】
図１において、マイクロ化学システム用チップ１００は、両端が夫々Ｙ字形に分岐しているスリット６等が形成された透明なガラス基板１と、ガラス基板１の接合面７に接合される透明なガラス基板２と、ガラス基板１の接合面８に接合される透明なガラス基板３とを備える。ガラス基板１は、スリット６の各分岐端に貫通孔５があけられており、ガラス基板２は、貫通孔５に対応する位置に溶液試料を注入排出する貫通孔４を４つ有する。スリット６は、マイクロ化学システム用チップ１００の分析用流路を構成し、貫通孔５は、マイクロ化学システム用チップ１００のバッファ部を構成する。
【００３０】
分析用流路６は、幅及び深さが夫々０．３±０．２ｍｍであり、その流路断面積が非常に小さいので、分析用流路６中を流れる溶液試料は層流を維持することができ、溶液試料が２種以上存在する場合、分析用流路６の直線部において、中央長手方向に２種類溶液が互いに接触する界面が形成される。これらの溶液試料の界面の面積（比界面積）は、その体積に比して十分に大きいので、各溶液試料は互いに入り交じることがなく分析用流路６内を流れる。
【００３１】
貫通孔４，５は、夫々、溶液試料の注入口又は排出口の機能を果たすのに十分な大きさを有し、直径が数１００μｍ〜数ｍｍである。
【００３２】
また、ガラス基板１，２，３は、夫々、厚さが１ｍｍ程度、長辺が５０ｍｍ程度、短辺が２０ｍｍ程度のほぼ同一の外形のガラス基板であり、これらの材料は、ナトリウムイオンを含むガラス、具体的にはソーダライムガラス等が好ましい。
【００３３】
図２は、本発明の実施の形態に係るマイクロ化学システム用チップの製造工程を示すフローチャートである。
【００３４】
図２において、まず、線膨張係数３２．５×１０−７、歪点５１０、徐冷点５６０、軟化点８２１のガラスＡ（商品名：パイレックス＃７７４０）で作成したガラス基板１，２，３を準備し、ガラス基板１，２，３を、例えば洗剤を用いて洗浄し（ステップＳ２１）（図３（ａ））、市販のフッ酸を水で５容量％に希釈したフッ酸水溶液に室温で１分間浸漬してガラス基板１，２，３の表面にフッ酸処理を施して、ガラス基板１，２，３の表面をエッチング除去すると共に、ガラス基板１，２，３の表面に付着している異物３５を取り除き、さらにガラス基板１，２，３を水洗いする（ステップＳ２２）（図３（ｂ））。
【００３５】
さらに、上記フッ酸処理が施されたガラス基板１，２，３の表面に１０質量％の苛性ソーダ水溶液を用いてアルカリ処理を施して、融着層３６を改質する（ステップＳ２３）（図３（ｃ））。
【００３６】
次に、図４に示すようにガラス基板１，２，３を重ね合わせ、重ね合わされたガラス基板１，２，３を表面が平滑なアルミナ製セラミックス板４４の上に載置するときに、融着を促進するための荷重として表面が平滑なアルミナ製セラミックス板４４をガラス基板２の上に載置する。更に荷重をかけた状態で、ガラス基板１，２，３を、例えば６３０℃、即ちガラス基板１，２，３のガラス粘度をηで表したときに、ｌｏｇη＝１１．５となる温度で１５０分間電気炉内で加熱融着し（ステップＳ２４）、その後徐冷して（ステップＳ２５）、本処理を終了する。ここにガラスＡの加熱温度とｌｏｇηとの関係を図５に示す。
【００３７】
図２の製造工程によれば、ガラス基板１，２，３を６３０℃で加熱融着する（ステップＳ２５）ので、ガラス基板間の隙間を無くし、且つガラス基板全体の反りや基板表面の皺の発生を防ぐことができ、もってガラス基板１，２，３同士を良好に接合することができる。ガラス基板１，２，３の加熱温度は、６００〜６５０℃、即ちｌｏｇηが１０．５〜１２．５となる温度であってもよい。
【００３８】
本実施の形態では、ガラス基板１，２，３をガラスＡで作成したが、ガラス基板１，２，３のガラスとしては、線膨張係数６５．０×１０−７、歪点５６７、徐冷点５８５、軟化点７３６のガラスＢ（商品名：ショットＤ２６３）であってもよく、線膨張係数８８．０×１０−７、歪点５１０、徐冷点５５０、軟化点６３５のガラスＣ（商品名：フロートＦＬ１１００）であってもよい。これらのガラスＢ，Ｃの加熱温度とｌｏｇηとの関係を図５に示す。
【００３９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００４０】
６０ｍｍ×３０ｍｍ×０．３ｍｍ厚のパイレックスガラス板でガラス基板中央部に幅２００μｍ、長さ４０ｍｍのスリットをクロムのマスキング膜とエッチング液としてフッ酸の水溶液を用いるフォトリソグラフ法により形成して第１のガラス基板１を作製し、６０ｍｍ×３０ｍｍ×０．７ｍｍ厚のパイレックスガラス板で直径３００μｍの液体注入、排出の孔がマイクロドリルであけた第２のガラス基板２を作製し、６０ｍｍ×３０ｍｍ×１．０ｍｍ厚のパイレックスガラス板で第３のガラス基板３を作製した。
【００４１】
これら３枚のガラス基板１，２，３を市販のフッ酸を水で５容量％に希釈したフッ酸水溶液に室温度で１分間漬けてガラスの表面層をエッチング除去すると共に、ガラス表面に付着している異物を除いた。その後、水洗いを行い、この表面層を１０質量％のカセイソーダ水溶液に漬けて、表面層のシリカリッチな部分の改質を行った。これらの処理を施した３枚のガラス基板１，２，３を重ね合わせ、表面が平滑なアルミナ製セラミックス板の上に載置し、融着を促進するための荷重として、表面が平滑なアルミナ製セラミックス板（荷重１ｋｇ）を上板の上に乗せ、６００℃、２００分の加熱融着を電気炉内で行い、その後ガラスを徐冷して、実施例１を準備した。同様に、６３０℃で加熱融着を行った実施例２、６５０℃で加熱融着を行った実施例２、５７０℃で加熱融着を行った比較例１、６９０℃で加熱融着を行った比較例２を夫々準備した。
【００４２】
さらに、実施例６として、フッ酸に代えて濃硫酸：水＝１：３の酸処理液を用いたこと以外は実施例１と全く同じ条件でガラス基板の加熱融着を行った。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
上記実施例１〜３、６及び比較例１，２のガラス基板の融着の可否及びガラスの表面状態を調べ、ガラス基板中央部及び周辺部を含む６点の測定点でガラス表面の粗さを測定し、ガラス基板中央部の４点の測定点で可視光線の拡散透過率をヘイズ率で評価した。ガラス基板の融着の可否は、島津オートグラフＡＧ１０ＴＤ装置を用いて、使用ロードセル１０トン、試験スピード１ｍｍ／分の条件により判定した。
【００４５】
結果を表１に示す。
【００４６】
表１から、ガラス基板１，２，３のガラス粘度をηで表したときに、ガラス基板１，２，３をｌｏｇηが１０．５〜１２．５となる温度で加熱融着するので、ガラス基板間の隙間を無くし、且つガラス基板全体の反りや基板表面の皺の発生を防ぐことができ、もってガラス基板１，２，３同士を良好に接合することができ、加えて十分に定性分析及び定量分析に用いることができることが分かった。
【００４７】
次に、ガラス表面の異物除去のための５容量％フッ酸によるフッ酸処理を施さず、１０％苛性ソーダによるアルカリ処理を施した実施例４を準備し、５容量％フッ酸によるフッ酸処理を施し、１０％苛性ソーダによるアルカリ処理を施した実施例５を準備した。また、５容量％フッ酸によるフッ酸処理及び１０％苛性ソーダによるアルカリ処理を施さない比較例３を準備した。
【００４８】
【表２】
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【００４９】
上記実施例４，５、及び比較例３のガラス基板の加熱時間を種々変えてガラス基板の加熱融着が完了した融着温度を測定した。結果を表２に示し、また、その結果をプロットしたものを図６に示す。
【００５０】
図６において上記酸処理のみを施し、上記アルカリ処理を施さないときを□で表示し、上記酸処理及び上記アルカリ処理を施したときを△で表示し、上記酸処理及び上記アルカリ処理を施さないときを◇で表示した。
【００５１】
表２及び図６から、ガラス基板１，２，３の表面に加熱融着前にアルカリ処理を施すことにより、加熱融着をより低温度で行うことができることが分かった。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１記載のマイクロ化学システム用チップの製造方法によれば、ガラス基板のガラス粘度をηで表したときに、ｌｏｇηが１０．５〜１２．５となる温度で加熱融着するので、ガラス基板間の隙間を無くし、且つガラス基板全体の反りや基板表面の皺の発生を防ぐことができ、もってガラス基板同士を良好に接合することができる。
【００５３】
請求項２記載のマイクロ化学システム用チップの製造方法によれば、ガラス基板の表面に、加熱融着前にアルカリ処理を施すので、ガラス基板の表面に融着層が形成されることにより加熱融着をより低温度で行うことができる。
【００５４】
請求項３記載のマイクロ化学システム用チップの製造方法によれば、ガラス基板の表面にアルカリ処理前に酸処理を施すので、ガラス基板の表面に付着している異物を除去することができる。
【００５５】
請求項４記載のマイクロ化学システム用チップの製造方法によれば、ガラス基板の表面に加熱融着前にフッ酸処理を施すので、ガラス基板の表面に付着している異物を除去することができる。
【００５６】
請求項５記載のマイクロ化学システム用チップの製造方法によれば、フッ酸処理は、ガラス基板の表面をフッ酸水溶液で溶解除去するので、ガラス基板の表面層をエッチング除去することができる。
【００５７】
請求項６記載のマイクロ化学システム用チップの製造方法によれば、酸処理は、硫酸水溶液であるため、ガラス基板の表面に付着している付着金属酸化物を溶解除去することができる。
【００５８】
請求項８記載のマイクロ化学システム用チップによれば、ガラス基板の外側表面のＲｙが０．２μｍ以下であり、可視光線拡散透過率がヘイズ率１．０％以下であるため、十分に定性分析及び定量分析に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るマイクロ化学システム用チップの分解斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るマイクロ化学システム用チップの製造工程を示すフローチャートである。
【図３】図２の製造工程におけるステップＳ２１〜ステップＳ２３のガラス基板の断面図である。
【図４】図２の製造工程におけるステップＳ２４のガラス基板及びアルミナ製セラミックス板の断面図である。
【図５】ガラスＡ，Ｂ，及びＣの加熱温度とｌｏｇηとの関係を示すグラフである。
【図６】ガラス基板の加熱温度と融着温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１，２，３　ガラス基板
４　貫通孔
５　貫通孔
６　スリット
７　接合面
８　接合面
３５　異物
３６　融着層
４４　アルミナ製セラミックス板
【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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