(57)【要約】【課題】ハイスループットで短時間にしかも高い歩留りで、かつ、従来のような高度な表面清浄化のための手段を必要とすることなしに、貼り合わせによりガラス基板マイクロチップを製造する。【解決手段】少くとも一方のガラス基板（Ａ）の表面部に微細流路（Ｃ）が溝形成されている２枚のガラス基板（Ａ）（Ｂ）を接合してガラス基板マイクロチップを製造する方法であって、１０−４Ｔｏｒｒ以上の低真空度の減圧環境において、ガラス基板（Ａ）（Ｂ）の軟化点以下の加熱温度でプレス（Ｄ）加圧してガラス基板（Ａ）（Ｂ）を密着接合する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少くとも一方のガラス基板の表面部に微細流路が溝形成されている２枚のガラス基板を接合してガラス基板マイクロチップを製造する方法であって、１０−４Ｔｏｒｒ以上の低真空度の減圧環境において、ガラス基板の軟化点以下の加熱温度でプレス加圧してガラス基板を密着接合することを特徴とするガラス基板マイクロチップの製造方法。
【請求項２】
ガラス基板の軟化点よりも５０℃〜１００℃低い温度において、１〜１００ｋｇ／ｃｍ２の範囲のプレス加圧力により加熱加圧することを特徴とする請求項１のガラス基板マイクロチップの製造方法。
【請求項３】
ガラス基板の排出口部に対応する排気トレンチを有する当接板を介してプレス加圧することを特徴とする請求項１または２のガラス基板マイクロチップの製造方法。
【請求項４】
当接板が主としてグラファイトにより構成されたものであることを特徴とする請求項３のガラス基板マイクロチップの製造方法。
【請求項５】
接合する２枚のガラス基板を一組として、複数組のガラス基板を同時に密着接合することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかのガラス基板マイクロチップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、ガラス基板マイクロチップの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス等の透明性基板に微細流路（チャンネル）を溝形成してこれを液体や気体の流路とし、微小流路領域での化学反応や分離、混合、さらには分析等の操作を行うようにしたマイクロ流体操作のためのマイクロチップは、分析化学、化学合成、生命化学等の広範な分野で有用なものとして注目されている。そして、実際に、これまでにも、この出願の発明者らによるマイクロチップを用いた研究によって多くの注目すべき成果が得られている。
【０００３】
このようなマイクロチップの基板については、化学的に不活性で、しかも高透光性を有することからガラスにより構成されたものが実際的であると考えられている。
【０００４】
通常、このガラスを基板とするマイクロチップは、基板の表面部に溝加工して微細流路を形成した後に、２枚のガラス基板を貼り合わせることにより製造されている。たとえば図３に示したように、まず、
１）ガラス基板の表面部にＣｒ（クロム）／Ａｕ（金）層を蒸着し、その後フォトレジスト塗布を行い、
２）フォトリソグラフィーを行った後に
３）現像して所定のパターンにマスクを加工し、
４）Ａｕ／Ｃｒ層のエッチング、
５）ガラスのエッチング
６）ＡｕおよびＣｒ層の除去を行って、
ガラス基板の表面部に、所定パターンの微細流路のための溝を形成する。もちろん、この微細流路には、液溜め部のようなポート部や、合流部、分枝部、試料、試薬等の導入口部や排液、排気のための排出口部等も含まれる。
【０００５】
次いで、図４のように、得られたガラス基板、つまり微細流路が表面部に溝加工されたガラス基板（Ａ）に対し、もう一枚のガラス基板（Ｂ）が貼り合わされる。この貼り合わせは、通常、１時間程度の昇温時間で約６５０℃にまで昇温し、この温度に５時間程度保持した後に、約１０時間かけて室温にまで徐冷することによって実行されている。
【０００６】
そして、この貼り合わせのプロセスは、ガラス基板マイクロチップ製品の歩留まりとチップの品質に大きく影響することから、これまでにも、加熱条件を制御することや表面部の清浄化のためのフッ化水素：ＨＦの併用という工夫もなされてきている（文献１〜３）。
【０００７】
しかしながら、以上のとおりのこれまでのガラス基板の貼り合わせプロセスについては、所要時間が、たとえば１６時間にも及ぶという長時間のものとなることや、フォトレジストやＡｕ／Ｃｒ蒸着膜の残存が接合不良をもたらし歩留りの低下をまねくことから、ＨＦによる処理という、極めて高いガラス表面の清浄化のための処理が必要とされ、量産技術としては大きな問題があった。
【０００８】
【文献】
１：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ  ｏｆ  μ−ＴＡＳ  ’９８，  ３１１−３１４  （１９９８）
２：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ’９７，  ｐｐ．２９９
３：特開平１０−３３８５５５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの従来技術の問題点を解消し、ハイスループットで短時間にしかも高い歩留りで、かつ、従来のような高度な表面清浄化のための手段を必要とすることなしに、貼り合わせによってガラス基板マイクロチップを製造することのできる新しい方法を提供することを課題としている
。
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、少くとも一方のガラス基板の表面部に微細流路が溝形成されている２枚のガラス基板を接合してガラス基板マイクロチップを製造する方法であって、１０−４Ｔｏｒｒ以上の低真空度の減圧環境において、ガラス基板の軟化点以下の加熱温度でプレス加圧してガラス基板を密着接合することを特徴とするガラス基板マイクロチップの製造方法を提供する。
【００１０】
そして、この出願の発明においては、上記方法について、第２には、ガラス基板の軟化点よりも５０℃〜１００℃低い温度において、１〜１００ｋｇ／ｃｍ２の範囲のプレス加圧力により加熱加圧することを特徴とするガラス基板マイクロチップの製造方法を提供し、第３には、ガラス基板の排出口部に対応する排気トレンチを有する当接板を介してプレス加圧することを特徴とするガラス基板マイクロチップの製造方法を、第４には、当接板が主としてグラファイトにより構成されたものであることを特徴とするガラス基板マイクロチップの製造方法を、第５には、接合する２枚のガラス基板を一組として、複数組のガラス基板の各々を同時に密着接合することを特徴とするガラス基板マイクロチップの製造方法を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００１２】
この出願の発明では、たとえば図１に例示したように、あらかじめ少くとも一方のガラス基板（Ａ）の表面部に微細流路（Ｃ）が溝形成されている２枚のガラス基板（Ａ）（Ｂ）を接合するに際し、ガラス基板（Ａ）（Ｂ）の軟化点以下の加熱温度で、１０−４Ｔｏｒｒ以上の低真空度の減圧環境下においてプレス（Ｄ）により加圧することを特徴としている。
【００１３】
この場合、ガラス基板（Ｂ）についても、図１の例に限られることなしに微細流路が溝形成されていてもよいことは言うまでもない。また、微細流路（Ｃ）については、前記のとおりの従来法のフォトレジストエッチング等によって形成することができ、これら微細流路（Ｃ）は、その断面形状や平面配置パターンが適宜であってよい。
【００１４】
この出願の発明の上記の接合方法では、ガラス基板の軟化点以上の温度に加熱するが、これは従来の６５０℃という加熱温度に比べてかなり低い温度となる。それというのも、たとえばパイレックス（登録商標）ガラスの場合の軟化点は約５７０℃であるが、この出願の発明では、この温度よりも、たとえば５０℃〜１００℃程度も低い温度を採用することができる。
【００１５】
また、この出願の発明の貼り合わせ方法では、１０−４Ｔｏｒｒ以上の低真空度の減圧環境が採用される。たとえば１０−１〜１０−４Ｔｏｒｒ、より好ましくは１０−３Ｔｏｒｒ前後の真空度の環境である。このような低真空度の環境下に、軟化点以下の加熱温度で、図１のように、プレス（Ｄ）により加圧するが、この場合の加圧度は、上記の真空度や加熱温度の条件によっても相違するが、一般的には１ｋｇ／ｃｍ２〜１００ｋｇ／ｃｍ２の範囲の圧力が考慮される。好適には５ｋｇ／ｃｍ２〜５０ｋｇ／ｃｍ２の範囲が例示されることになる。
【００１６】
この出願の発明の方法においては、２枚のガラス基板（Ａ）（Ｂ）の密着接合は実用的に充分な接合強度をもつものとして実現される。しかも、その接合のためのプロセス時間は、ガラス基板の平面大きさにもよるが、数時間、たとえば１〜３時間で終了することができる。また、さらに特徴的なことは、マイクロチップにおいて欠くことのできない微細流路（Ｃ）について、加圧によっても変形や破壊、損傷が一切生じないことである。このことは大変に重要な特徴である。
【００１７】
そして当然のことではあるが、この出願の発明の方法においては、従来のようなＨＦ処理等による高度な表面清浄化処理を必要としていないことも強調される。
【００１８】
仮に、ガラス基板表面部の一部にＡｕ／Ｃｒ蒸着膜が残存しているとしても、良好な密着接合が実現される。もちろん、所望によっては付加的にＨＦ等による処理を行ってもよい。
【００１９】
さらにこの出願の発明においては、たとえば図１にも示したように、ガラス基板の排出口部（Ｅ）、つまり液体や気体の排出のための開口に対応する排気トレンチ（Ｆ）を有する当接板（Ｇ）を介在させてプレス（Ｄ）により加圧することが有効でもある。この場合の当接板としては、ガラス基板に対するプレス（Ｄ）の加圧による損傷の防止や、熱伝導の向上等を目的とするものであってよく、トレンチ（Ｆ）は、加熱加圧にともなってガラス基板の微細流路（Ｃ）内からの排気を行うために有効である。このような当接板（Ｇ）としては、たとえば硬質のグラファイト板等が例示される。もちろん、以上の当接板は使用しなくてもよい。
【００２０】
そしてこの出願の発明いおいては、図１の例に限定されることなしに、接合する２枚のガラス基板を一組として、このものの複数組を同時に接合操作してもよいことは言うまでもない。これによって、たとえば３枚のガラス基板を各々の対向表面部において密着接合すること等も可能とされる。
【００２１】
そこで、以下に実施例を示し、さらに詳しくこの出願の発明について説明する。もちろん、以下の例によって発明が限定されることはない。
【００２２】
【実施例】
図１のように微細流路（Ｃ）を形成したパイレックス（登録商標）ガラス製のガラス基板（Ａ）に別のパイレックス（登録商標）ガラス製のガラス基板（Ｂ）を接合した。その際の真空度は１０−３Ｔｏｒｒとし、プレス圧力は６ｋｇ／ｃｍ２とした。加熱は図２の時間パターンにより行った。すなわち、約１５分で５００℃に昇温し、この５００℃に１時間保持した後に、約１５分で降温させ、全体として９０分で接合を終了した。
【００２３】
なお、ガラス基板（Ａ）の表面に対してはあらかじめＨＦ等による清浄化処理は行っていない。
【００２４】
以上の接合によって、約４〜７ＭＰａの接合強度を有するガラス基板マイクロチップが得られている。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、従来技術の問題点を解消し、ハイスループットで短時間にしかも高い歩留りで、かつ、従来のような高度な表面清浄化のための手段を必要とすることなしに、貼り合わせによりガラス基板マイクロチップを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の方法を例示した概要断面図である。
【図２】実施例としての加熱温度の時間パターンを示した図である。
【図３】微細流路の形成方法を示した工程断面図である。
【図４】従来の貼り合わせ方法について示した概要断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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