(57)【要約】【課題】  基板上に液体の通流路となる単数または複数のマイクロチャネルを形成するに当たり、そのマイクロチャネルの深さの製作精度を向上させる製造方法を提供する。る。【解決手段】  液体の通流路となるマイクロチャネル２１の深さに相当する厚みの表面層シリコン４を有するＳＯＩ基板１を用い、ガスまたは薬液を用いてその表面層シリコン４をＳＯＩ基板１の表面から埋め込み酸化膜３まで貫通させることで、選択的に表面層シリコン４を除去する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の通流路をなすマイクロチャネルにおいて、
表面層シリコンと、前記表面層シリコンに前記マイクロチャネルを形成するためのエッチングに対してストッパーとして作用するエッチングストッパー層とを少なくとも含む基板を用い、
前記通流路が、前記表面層シリコンを貫通して前記エッチングストッパー層の表面に到達する深さに形成されていることを特徴とするマイクロチャネル。
【請求項２】
前記エッチングストッパー層は、埋め込み酸化膜により構成され、
基板として、表面層シリコン、埋め込み酸化膜、シリコン基材がこの順に積層されたＳＯＩを用い、前記通流路が、該ＳＯＩの表面層シリコンを貫通して埋め込み酸化膜に到達する深さに形成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチャネル。
【請求項３】
前記エッチングストッパー層は、石英基材により構成され、
基板として、表面層シリコンおよび石英基材が積層されたＳＯＱを用い、前記通流路が、該ＳＯＱの表面層シリコンを貫通して石英基材の表面に到達する深さに形成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチャネル。
【請求項４】
上記表面層シリコンの、ＳＯＩ又はＳＯＱの積層方向に垂直な面が（１１０）面からなり、マイクロチャネルの長手方向の側壁が（１１１）面からなることを特徴とする請求項２または３に記載のマイクロチャネル。
【請求項５】
前記エッチングストッパー層は、前記表面層シリコンを積層する、２×１０１９ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下の濃度のボロン不純物を含む高濃度ボロンシリコン基材により構成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチャネル。
【請求項６】
前記エッチングストッパー層は、前記表面層シリコンを積層する、２×１０１９ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下の濃度のボロン不純物を含む高濃度ボロンシリコン膜により構成され、
前記基板は、前記高濃度ボロンシリコン膜を積層するシリコン基材をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチャネル。
【請求項７】
前記エッチングストッパー層は、２×１０１９ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下の濃度のボロン不純物を含む高濃度ボロンシリコン膜により構成され、
前記基板は、前記高濃度ボロンシリコン膜を含むシリコン基材をさらに備え、
前記高濃度ボロンシリコン膜は、前記通流路に対応した領域に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチャネル。
【請求項８】
前記ボロン不純物濃度が６×１０１９ｃｍ−３以上であることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のマイクロチャネル。
【請求項９】
前記表面層シリコンの表面が（１１０）面からなり、前記通流路の長手方向が＜１１２＞方向に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチャネル。
【請求項１０】
マイクロチャネルを用いて、マイクロリアクタ、電気泳動装置、および遠心力分離装置の少なくともいずれか一つとして動作するマイクロシステムにおいて、
請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のマイクロチャネルを用いることを特徴とするマイクロシステム。
【請求項１１】
流体の通流路をなすマイクロチャネルの製造方法において、
表面層シリコンと、前記表面層シリコンに前記マイクロチャネルを形成するためのエッチングに対してストッパーとして作用するエッチングストッパー層とを少なくとも含む基板を用い、
前記エッチングストッパー層の表面に到達するまで前記表面層シリコンをエッチングすることにより上記通流路を形成することを特徴とするマイクロチャネルの製造方法。
【請求項１２】
前記エッチングストッパー層は、埋め込み酸化膜により構成され、
表面層シリコン、埋め込み酸化膜、シリコン基材がこの順に積層されたＳＯＩを用い、そのＳＯＩの埋め込み酸化膜に到達するまで表面層シリコンをエッチングすることにより上記通流路を形成することを特徴とする請求項１１に記載のマイクロチャネルの製造方法。
【請求項１３】
上記ＳＯＩの埋め込み酸化膜に到達するまで表面層シリコンをエッチング除去した後、通流路下の埋め込み酸化膜を除去することを特徴とする請求項１２に記載のマイクロチャネルの製造方法。
【請求項１４】
前記エッチングストッパー層は、石英基材により構成され、
表面層シリコンおよび石英基材が積層されたＳＯＱを用い、そのＳＯＱの石英基材の表面に到達するまで表面層シリコンをエッチングすることにより上記通流路を形成することを特徴とする請求項１１に記載のマイクロチャネルの製造方法。
【請求項１５】
上記通流路の側壁シリコンを酸化性雰囲気に晒して親水性を帯びさせることを特徴とする請求項１２または１４に記載のマイクロチャネルの製造方法。
【請求項１６】
上記表面層シリコンのエッチングに異方性のドライエッチング法を用いることを特徴とする請求項１２または１４に記載のマイクロチャネルの製造方法。
【請求項１７】
上記表面層シリコンのエッチングに異方性のウエットエッチング法を用いることを特徴とする請求項１２または１４に記載のマイクロチャネルの製造方法。
【請求項１８】
上記表面層シリコンが（１１０）面からなり、上記通流路の長手方向の側壁が（１１１）面からなることを特徴とする請求項１２または１４に記載のマイクロチャネルの製造方法。
【請求項１９】
前記エッチングストッパー層は、前記表面層シリコンを積層する、２×１０１９ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下の濃度のボロン不純物を含む高濃度ボロンシリコン基材により構成され、
前記表面層シリコンを貫通して前記高濃度ボロンシリコン基材の表面に到達する深さにアルカリ水溶液で異方的に前記通流路をエッチング形成することを特徴とする請求項１１に記載のマイクロチャネルの製造方法。
【請求項２０】
前記エッチングストッパー層は、前記表面層シリコンを積層する、２×１０１９ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下の濃度のボロン不純物を含む高濃度ボロンシリコン膜により構成され、
前記基板は、前記高濃度ボロンシリコン膜を積層するシリコン基材をさらに備え、
前記表面層シリコンを貫通して前記高濃度ボロンシリコン膜の表面に到達する深さにアルカリ水溶液で異方的に前記通流路をエッチング形成することを特徴とする請求項１１に記載のマイクロチャネルの製造方法。
【請求項２１】
前記エッチングストッパー層は、２×１０１９ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下の濃度のボロン不純物を含む高濃度ボロンシリコン膜により構成され、
前記基板は、前記高濃度ボロンシリコン膜を含むシリコン基材をさらに備え、
前記高濃度ボロンシリコン膜は、前記通流路に対応した領域に形成され、
前記表面層シリコンを貫通して前記高濃度ボロンシリコン膜の表面に到達する深さにアルカリ水溶液で異方的に前記通流路をエッチング形成することを特徴とする請求項１１に記載のマイクロチャネルの製造方法。
【請求項２２】
前記通流路に露出するシリコンを酸化性雰囲気に晒すか、あるいはＣＶＤ法で堆積して前記通流路の側壁及び底面を酸化膜で覆うことを特徴とする請求項１９〜請求項２１のいずれかに記載のマイクロチャネルの製造方法。
【請求項２３】
前記通流路に露出するシリコンを酸素プラズマに晒すか、あるいは酸化性薬液に浸すことを特徴とする請求項１９〜請求項２１のいずれかに記載のマイクロチャネルの製造方法。
【請求項２４】
前記ボロン不純物濃度が６×１０１９ｃｍ−３以上であることを特徴とする請求項１９〜２１のいずれかに記載のマイクロチャネルの製造方法。
【請求項２５】
流体の通流路をなすマイクロチャネルを形成するためにエッチングされる表面層シリコンと、前記表面層シリコンへのエッチングに対してストッパーとして作用するエッチングストッパー層とを少なくとも含む基板を備え、前記通流路が、前記表面層シリコンを貫通して前記エッチングストッパー層の表面に到達する深さに形成されている第１鋳型を形成し、
前記第１鋳型に基づいて第２鋳型を形成し、
前記第２鋳型を用いてプラスチック材料を射出成形することにより前記通流路を形成することを特徴とするマイクロチャネルの製造方法。
【請求項２６】
前記エッチングストッパー層は、埋め込み酸化膜により構成され、
基板として、表面層シリコン、埋め込み酸化膜、シリコン基材がこの順に積層されたＳＯＩを用い、
ＳＯＩの埋め込み酸化膜に到達するまで表面層シリコンをエッチングされた第１鋳型を用いて第２鋳型を形成し、該第２鋳型を用いてプラスチック材料で射出成型することにより上記通流路を形成することを特徴とする請求項２５に記載のマイクロチャネルの製造方法。
【請求項２７】
前記エッチングストッパー層は、石英基材により構成され、
基板として、表面層シリコンおよび石英基材が積層されたＳＯＱを用い、
ＳＯＱの石英基材の表面に到達するまで表面層シリコンをエッチングされた第１鋳型を用いて第２鋳型を形成し、該第２鋳型を用いてプラスチック材料で射出成型することにより上記通流路を形成することを特徴とする請求項２５に記載のマイクロチャネルの製造方法。
【請求項２８】
前記エッチングストッパー層は、前記表面層シリコンに積層されて２×１０１９ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下の濃度のボロン不純物を含む高濃度ボロンシリコン膜により構成され、
前記高濃度ボロンシリコン膜の表面に到達するまで表面層シリコンをエッチングされた第１鋳型を用いて第２鋳型を形成し、該第２鋳型を用いてプラスチック材料で射出成型することにより上記通流路を形成することを特徴とする請求項２５に記載のマイクロチャネルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロリアクタシステムや電気泳動マイクロシステム、遠心力分離マイクロシステムでの液流路を形成するマイクロチャネルとその製造方法およびマイクロシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロリアクタシステムや電気泳動マイクロシステム、遠心力分離マイクロシステムは近年の化学、生物学、医学での小型装置化および高速アッセイ化の進展に伴い広範に利用されるようになってきている。そのシステムにおいてマイクロチャネルは試薬・薬液等の液流路として用いられマイクロシステムの根幹をなす重要な要素である。
【０００３】
システムをマイクロ化するメリットとして、一般的に少量の試薬で高速分析が可能、システムの小型化・軽量化が可能、集積化・並列処理化が可能、また不純物の混入が防止できる等の多くのメリットがある。システムをマイクロ化するためには液流路を小型化することが必須であり、多くのマイクロチャネル方式が提案されてきている。
【０００４】
従来、マイクロチャネルは一般にシリコン基板または石英基板上に半導体の微細加工技術を用いて加工されてきた。特に高精度なマイクロシステムにおいてはそのマイクロチャネル形状、大きさ、断面積、平坦度のバラツキが特性、精度に大きく影響し、マイクロリアクタシステムではその反応速度、反応量に影響を与え、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質を電気泳動または遠心分離するマイクロシステムにおいては質量分析の精度に影響を与える。
【０００５】
また従来のマイクロシステムではその幅が１００μｍ程度、深さが１００μｍ程度、長さが数ｍｍ程度のマイクロチャネルが液流路として用いられており、その液流路の微細化の故に反応の高速化、試薬量の低減化が可能になってきた。またマイクロチャネルを複数個並列に並べることにより単数のマイクロチャネルの場合に比べて同時処理が可能になり大幅な高速処理化が可能になってきている。
【０００６】
従来、かかるマイクロチャネルは、図６に示すように、厚さ数１００μｍ程度のシリコン基板１０２を用いてその表面に公知の光リソグラフィ技術でフォトレジストおよびフォトマスクを用いてレジストパターン１０５を形成し（図６（ａ））、それを用いてウエットエッチング法またはドライエッチング法を用いて等方的、あるいは異方的にシリコン基板１０２を所定の深さ分選択的にエッチング除去し（図６（ｂ））、シリコン基板１０２の表面部に蓋１０６を形成して（図６（ｃ））、そのパターニングされたシリコン基板１０２をマイクロチャネル１２１として用いてきた。その一例は特許文献１に示されている。
【０００７】
また廉価なマイクロシステムを形成する場合は、上記パターニングされたシリコン基板を鋳型としてニッケル電鋳し、さらにこれを金型としてプラスチック材料を射出成形して製造されている。この例は非特許文献１に示されている。
【特許文献１】特開平１０−３３７１７３号公報（公開日平成１０年１２月２２日）
【非特許文献１】日立化成テクニカルレポートＮｏ．４０（２００３−１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の製造法では、１００μｍ程度のマイクロチャネル幅設計値に対して、リソグラフィの加工後線幅バラツキはプラスマイナス０．１μｍ程度、エッチング幅バラツキはプラスマイナス０．５μｍ程度であり、シリコン基板のエッチング加工後のマイクロチャネル幅バラツキはプラスマイナス０．６μｍ程度のバラツキで１００μｍのマイクロチャネル幅設計値に比べてトータル、プラスマイナス０．６％程度で、無視できる範囲である。
【０００９】
一方、深さ方向のエッチング精度については、１００μｍの設計値の場合、深さに対してエッチング誤差はプラスマイナス１０μｍ以上あり誤差率はプラスマイナス１０％以上のバラツキを生じることになる。
【００１０】
この理由は、従来法ではウエットエッチングまたはドライエッチングのいずれにおいてもエッチングの終点検出ができず、このため従来法のエッチングではモニタリングと称するダミーのエッチングを先行して行い、この時のエッチング時間とエッチング量の測定からエッチング速度を算出しその後、本番のエッチング時間を決定するしか手段がなかったためである。
【００１１】
また、エッチング時のエッチング温度のバラツキやエッチングガスのローディング効果によるバラツキも生じて、数ｍｍにわたる長さのマイクロチャネルでは同一チップ内においても数％の大きなエッチング深さのバラツキを生じていた。さらに複数のマイクロチャネルを有する場合はさらに大きなバラツキを生じることになる。
【００１２】
この深さのバラツキはマイクロチャネルの断面積のバラツキになり、そこを流れる流体の移動量のバラツキを生じさせ、精度の良いアッセイは不可能であった。これが、マイクロチャネル構造が従来のキャピラリ方式に比べてアッセイ精度が劣る要因となっている。またＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質の電気泳動方式や遠心分離方式ではその移動度のバラツキを生じしめ、それらの検出質量のバラツキとなり、高精度な分析は不可能であった。
【００１３】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、上述したマイクロチャネルの形成における深さ方向のエッチング量の制御の問題解決のため、マイクロチャネルの深さバラツキを従来法に比べて低減できるマイクロチャネルとその製造方法およびマイクロシステムを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するため、本発明に係るマイクロチャネルは、流体の通流路をなすマイクロチャネルにおいて、表面層シリコンと、前記表面層シリコンに前記マイクロチャネルを形成するためのエッチングに対してストッパーとして作用するエッチングストッパー層とを少なくとも含む基板を用い、前記通流路が、前記表面層シリコンを貫通して前記エッチングストッパー層の表面に到達する深さに形成されていることを特徴とする。
【００１５】
ここで「ストッパーとして作用する」とは、エッチングストッパー層におけるエッチング速度が表面層シリコンにおけるエッチング速度よりも小さいため、エッチングが表面層シリコンを貫通してエッチングストッパー層の表面に到達すると、エッチング速度が低下することをいう。
【００１６】
この構成によれば、表面層シリコンと、前記表面層シリコンに前記マイクロチャネルを形成するためのエッチングに対してストッパーとして作用するエッチングストッパー層とが設けられるので、マイクロチャネルを構成する通流路を形成するために表面層シリコンをエッチングして、エッチングストッパー層の表面に到達すると、エッチングストッパー層がエッチングに対してストッパーとして作用し、エッチング速度が急激に低下する。このため、流体の通流路をなすマイクロチャネルの深さのばらつきを低減することができる。
【００１７】
また本発明に係るマイクロチャネルは、上記の構成に加えて、前記エッチングストッパー層は、埋め込み酸化膜により構成される。そして、流体の通流路をなすマイクロチャネルにおいて、基板として、表面層シリコン、埋め込み酸化膜、シリコン基材がこの順に積層されたＳＯＩを用い、前記通流路が、該ＳＯＩの表面層シリコンを貫通して埋め込み酸化膜に到達する深さに形成されていることを特徴としている。
【００１８】
上記の構成により、通流路が、ＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）の表面層シリコンを貫通して埋め込み酸化膜に到達する深さに形成されている。ＳＯＩ基板は表面層シリコン（Ｓ）／埋め込み酸化膜（Ｉ）／シリコン基材の３層構造で形成されている。したがって、通流路を形成するために表面層シリコンをエッチングする時に、埋め込み酸化膜を、エッチングストッパーとして働かせることができる。それゆえ、深さ方向のバラツキを低減して精度よくマイクロチャネルを形成でき、従来法に比べてより精度の高い安定したマイクロ化学反応システムや電気泳動マイクロシステム、遠心分離システムが提供できる。
【００１９】
また、本発明に係るマイクロチャネルは、上記の構成に加えて、前記エッチングストッパー層は、石英基材により構成される。そして、流体の通流路をなすマイクロチャネルにおいて、基板として、表面層シリコンおよび石英基材が積層されたＳＯＱを用い、前記通流路が、該ＳＯＱの表面層シリコンを貫通して石英基材の表面に到達する深さに形成されていることを特徴としている。
【００２０】
上記の構成により、通流路が、ＳＯＱ（シリコン・オン・クオーツ）の表面層シリコンを貫通して石英基材の表面に到達する深さに形成されている。すなわち、基板としてＳＯＱを用い、そのＳＯＱの表面層シリコンが石英基材の表面に到達する深さまで除去されて、溝として、通流路が形成されている。ＳＯＱ基板は表面層シリコン（Ｓ）／石英基材（Ｑ）の２層構造で形成されている。したがって、通流路を形成するために表面層シリコンをエッチングする時に、石英基材を、エッチングストッパーとして働かせることができる。それゆえ、深さ方向のバラツキを低減して精度よくマイクロチャネルを形成でき、従来法に比べてより精度の高い安定したマイクロ化学反応システムや電気泳動マイクロシステム、遠心分離システムが提供できる。
【００２１】
また、本発明に係るマイクロチャネルは、上記の構成に加えて、上記表面層シリコンの、ＳＯＩ又はＳＯＱの積層方向に垂直な面が（１１０）面からなり、マイクロチャネルの長手方向の側壁が（１１１）面からなることを特徴としている。
【００２２】
上記の構成により、上記表面層シリコンの、ＳＯＩ又はＳＯＱの積層方向に垂直な面が（１１０）面からなり、マイクロチャネルの長手方向の側壁が（１１１）面からなる。一般に、（１１１）面は、（１１０）面よりも、エッチング速度が遅い。したがって、表面層シリコンのエッチング後にマイクロチャネルの側壁が表面に対して垂直に形成される。それゆえ、上記の構成による効果に加えて、側壁の平坦度をより向上させることができ、マイクロチャネルを流れる液流体の移動度の向上および速度バラツキ低減を図ることができる。
【００２３】
また本発明に係るマイクロチャネルは上記の構成に加えて、前記エッチングストッパー層は、前記表面層シリコンに積層されて２×１０１９ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下の濃度のボロン不純物を含む高濃度ボロンシリコン基材により構成されていることを特徴としている。
【００２４】
この構成により、ボロン不純物を含む高濃度ボロンシリコン基材が深さ方向のエッチングストッパーとして作用する。ボロン濃度が２×１０１９ｃｍ−３以上であると、エッチング速度が急激に低下するエッチングストッパー効果が得られる。ボロン濃度が１×１０２０ｃｍ−３を超えると、高濃度ボロンシリコン基材の結晶性が崩れ、その上への表面層シリコンのエピタキシャル成長が困難になる。また表面層シリコンを構成する低濃度シリコンはＰ型とＮ型とのいずれでもよいが、その不純物濃度が１０１８ｃｍ−３以下であることが望ましい。
【００２５】
このような高濃度ボロンシリコン基材のエッチングストッパー効果により、深さ方向のバラツキを低減して精度よくマイクロチャネルを形成でき、従来法に比べてより精度の高い安定したマイクロ化学反応システムや電気泳動マイクロシステム、遠心分離システムを提供できる。
【００２６】
また本発明に係るマイクロチャネルは上記の構成に加えて、前記エッチングストッパー層は、前記表面層シリコンに積層されて２×１０１９ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下の濃度のボロン不純物を含む高濃度ボロンシリコン膜により構成され、前記基板は、前記高濃度ボロンシリコン膜の前記表面層シリコンと反対側に積層されたシリコン基材をさらに備えることを特徴としている。
【００２７】
この構成により、ボロン不純物を含む高濃度ボロンシリコン膜が深さ方向のエッチングストッパーとして作用する。ボロン濃度が２×１０１９ｃｍ−３以上であると、エッチングストッパー効果が得られる。ボロン濃度が１×１０２０ｃｍ−３を超えると、高濃度ボロンシリコン膜の結晶性が崩れ、その上への表面層シリコンのエピタキシャル成長が困難になる。
【００２８】
また、この構成により、前記高濃度ボロンシリコン膜の前記表面層シリコンと反対側に積層されたシリコン基材をさらに備えるので、周知の熱拡散法あるいはイオン注入法によりシリコン基材表面全面にボロンの不純物を導入して高濃度ボロンシリコン膜を形成し、その上にエピタキシャル成長させた比較的低濃度の表面層シリコンを形成した構造を使用することができる。上記構造によれば、熱拡散法でのボロン不純物のデポジション量の最適設定及びイオン注入法でのドーズ量の最適設定により、シリコン表面のボロン濃度をより高濃度にまた自由に制御できるメリットがある。このデポジション量におけるデポジションとは、熱拡散法において、シリコン基材の表面全面にボロンを拡散させるときのデポジション、あるいは、シリコン基材の表面に（酸化膜等の）パターンを通してボロンを選択的に拡散させるときのデポジションであり、Ｂ２Ｏ３、ＢＢｒ３、ＢＣｌ３等のボロンを含む不純物ソースからの不純物拡散（デポジション）を意味する。この不純物拡散（デポジション）の後、一般的には、より高温のＮ２等の不活性ガス中において熱処理（ドライブイン）する。このデポジションの時間を調整することにより、シリコン基材に導入する不純物の量、濃度を制御する。
【００２９】
また本発明に係るマイクロチャネルは上記の構成に加えて、前記エッチングストッパー層は、２×１０１９ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下の濃度のボロン不純物を含む高濃度ボロンシリコン膜により構成され、前記基板は、前記高濃度ボロンシリコン膜を含むシリコン基材をさらに備え、前記高濃度ボロンシリコン膜は、前記通流路に対応した領域に形成されていることを特徴としている。
【００３０】
この構成により、前記通流路に対応した領域に形成されて、２×１０１９ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下の濃度のボロン不純物を含む高濃度ボロンシリコン膜が、エッチングストッパーとして作用する。ボロン濃度が２×１０１９ｃｍ−３以上であると、エッチングストッパー効果が得られる。ボロン濃度が１×１０２０ｃｍ−３を超えると、高濃度ボロンシリコン膜の結晶性が崩れ、その上への表面層シリコンのエピタキシャル成長が困難になる。
【００３１】
また、この構成により、前記表面層シリコンの前記高濃度ボロンシリコン膜側に積層されたシリコン基材をさらに備えるので、周知のフォトリソグラフィ技術を用いた熱拡散法あるいはイオン注入法により、ボロンの不純物をシリコン基材の表面に選択的に導入して高濃度ボロンシリコン膜を形成し、その上にエピタキシャル成長された比較的低濃度の表面層シリコンを形成した構造を使用することができる。上記構成では熱拡散のボロン不純物デポジション量やイオン注入のドーズ量の最適設定により、シリコン基材の表面のボロン濃度をより高濃度にまた自由に制御できるメリットがある。加えてエピタキシャル成長初期段階でシリコン基材の表面に露出している高濃度ボロンシリコン膜のボロン不純物総量を低減することができる。このため、エピタキシャル成長時における高濃度ボロンシリコン膜からのボロン不純物の再分布やオートドープが抑制でき、より急俊なボロン不純物プロファイルが得られる。その結果、ＫＯＨ等のアルカリ水溶液でのエッチングに対してより精度の高い深さ制御が可能となる効果を奏する。
【００３２】
また本発明に係るマイクロチャネルは上記の構成に加えて、前記ボロン不純物濃度が６×１０１９ｃｍ−３以上であることを特徴としている。
【００３３】
この構成により、さらに高いエッチングストッパー効果を得ることができる。
【００３４】
また本発明に係るマイクロチャネルは上記の構成に加えて、前記表面層シリコンの表面が（１１０）面からなり、前記通流路の長手方向が＜１１２＞方向に配置されていることを特徴としている。
【００３５】
この構成により、（１１０）面からなる表面層シリコンの表面をエッチングして、その長手方向が＜１１２＞方向に配置される通流路を形成すると、その通流路の長手方向のエッチング側壁には（１１１）面が現れる。この（１１１）面は一般に（１１０）面よりもエッチング速度が遅い。したがって表面層シリコンのエッチング後にマイクロチャネルの長手方向の側壁が表面層シリコンの表面に対して平滑にかつ垂直に形成される。このため、マイクロチャネルを流れる液流体の移動度の向上および速度バラツキ低減を図ることができる。
【００３６】
本発明に係るマイクロシステムは、マイクロチャネルを用いて、マイクロリアクタ、電気泳動装置、および遠心力分離装置の少なくともいずれか一つとして動作するマイクロシステムにおいて、上記マイクロチャネルを用いることを特徴としている。
【００３７】
この構成によれば、流体の通流路をなすマイクロチャネルを形成するためにエッチングされた表面層シリコンと、前記表面層シリコンへのエッチングに対してストッパーとして作用するエッチングストッパー層とを基板が含むので、マイクロチャネルを構成する通流路を形成するために表面層シリコンをエッチングして、エッチングストッパー層の表面に到達すると、エッチングストッパー層がエッチングに対してストッパーとして作用し、エッチング速度が急激に低下する。このため、流体の通流路をなすマイクロチャネルの深さのばらつきを低減することができ、従来法に比べてより精度が高く安定したマイクロリアクタ、電気泳動装置、および遠心力分離装置を提供できる。
【００３８】
本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、流体の通流路をなすマイクロチャネルの製造方法において、表面層シリコンと、前記表面層シリコンに前記マイクロチャネルを形成するためのエッチングに対してストッパーとして作用するエッチングストッパー層とを少なくとも含む基板を用い、前記エッチングストッパー層の表面に到達するまで前記表面層シリコンをエッチングすることにより上記通流路を形成することを特徴とする。
【００３９】
この構成によれば、表面層シリコンと、前記表面層シリコンに前記マイクロチャネルを形成するためのエッチングに対してストッパーとして作用するエッチングストッパー層とが設けられるので、マイクロチャネルを構成する通流路を形成するために表面層シリコンをエッチングして、エッチングストッパー層の表面に到達すると、エッチングストッパー層がエッチングに対してストッパーとして作用し、エッチング速度が急激に低下する。このため、流体の通流路をなすマイクロチャネルの深さのばらつきを低減することができる。
【００４０】
また本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は上記の構成に加えて、前記エッチングストッパー層は、埋め込み酸化膜により構成され、表面層シリコン、埋め込み酸化膜、シリコン基材がこの順に積層されたＳＯＩを用い、そのＳＯＩの埋め込み酸化膜に到達するまで表面層シリコンをエッチングすることにより上記通流路を形成することを特徴としている。
【００４１】
上記の構成により、ＳＯＩの埋め込み酸化膜に到達するまで表面層シリコンをエッチングすることにより上記通流路を形成する。ＳＯＩ基板は表面層シリコン（Ｓ）／埋め込み酸化膜（Ｉ）／シリコン基材の３層構造で形成されている。したがって、埋め込み酸化膜を表面層シリコンの異方性エッチング時のエッチングストッパーとして働かせることができる。それゆえ、深さ方向のバラツキを低減して精度よくマイクロチャネルを形成でき、従来法に比べてより精度の高い安定したマイクロ化学反応システムや電気泳動マイクロシステム、遠心分離システムが提供できる。
【００４２】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、上記の構成に加えて、上記ＳＯＩの埋め込み酸化膜に到達するまで表面層シリコンをエッチング除去した後、通流路下の埋め込み酸化膜を除去することを特徴としている。
【００４３】
上記の構成により、上記ＳＯＩの埋め込み酸化膜に到達するまで表面層シリコンをエッチング除去した後、通流路下の埋め込み酸化膜を除去する。したがって、チャネルの底面部が疎水性の高いシリコン基材で形成されることになる。それゆえ、上記の構成による効果に加えて、より疎水性が要求される液流路に好都合であるという効果を奏する。
【００４４】
また本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は上記の構成に加えて、前記エッチングストッパー層は、石英基材により構成され、表面層シリコンおよび石英基材が積層されたＳＯＱを用い、そのＳＯＱの石英基材の表面に到達するまで表面層シリコンをエッチングすることにより上記通流路を形成することを特徴としている。
【００４５】
上記の構成により、ＳＯＱの石英基材の表面に到達するまで表面層シリコンをエッチングすることで上記通流路を形成する。すなわち、基板としてＳＯＱを用い、そのＳＯＱの表面層シリコンが石英基材の表面に到達する深さまで除去されて、溝として、通流路が形成されている。ＳＯＱ基板は表面層シリコン（Ｓ）／石英基材（Ｑ）の２層構造により形成されている。したがって、通流路を形成するために表面層シリコンをエッチングする時に、石英基材を、エッチングストッパーとして働かせることができる。それゆえ、深さ方向のバラツキを低減してマイクロチャネルを精度よく形成でき、従来法に比べてより精度の高い安定したマイクロ化学反応システムや電気泳動マイクロシステム、遠心分離システムが提供できるという効果を奏する。
【００４６】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、上記の構成に加えて、上記通流路の側壁シリコンを酸化性雰囲気に晒して親水性を帯びさせることを特徴としている。
【００４７】
上記の構成により、上記通流路の側壁シリコンを酸化性雰囲気に晒して親水性を帯びさせる。したがって、マイクロチャネルの側壁をより親水性化できる。それゆえ、上記の構成による効果に加えて、液流路（通流路）として親水性が要求される用途に好都合であるという効果を奏する。
【００４８】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、上記の構成に加えて、上記表面層シリコンのエッチングに異方性のドライエッチング法を用いることを特徴としている。
【００４９】
上記の構成により、上記表面層シリコンのエッチングに異方性のドライエッチング法を用いる。したがって、埋め込み酸化膜に対する表面層シリコンのエッチング速度の選択比が十分大きい。それゆえ、上記の構成による効果に加えて、下地の埋め込み酸化膜をほとんどエッチングすることなく、表面層シリコンを選択的にエッチング可能になるという効果を奏する。
【００５０】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、上記の構成に加えて、上記表面層シリコンのエッチングに異方性のウエットエッチング法を用いることを特徴としている。
【００５１】
上記の構成により、上記表面層シリコンのエッチングに異方性のウエットエッチング法を用いる。したがって、埋め込み酸化膜に対する表面層シリコンのエッチング速度の選択比が十分大きい。それゆえ、上記の構成による効果に加えて、下地の埋め込み酸化膜をほとんどエッチングすることなく、表面層シリコンを選択的にエッチング可能になるという効果を奏する。
【００５２】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、上記の構成に加えて、上記表面層シリコンが（１１０）面からなり、上記通流路の長手方向の側壁が（１１１）面からなることを特徴としている。
【００５３】
上記の構成により、上記表面層シリコンが（１１０）面からなり、上記通流路の長手方向の側壁が（１１１）面からなる。一般に、（１１１）面は、（１１０）面よりも、エッチング速度が遅い。したがって、表面層シリコンのエッチング後にマイクロチャネルの側壁が表面に対して垂直に形成される。それゆえ、上記の構成による効果に加えて、側壁の平坦度をより向上させることができ、マイクロチャネルを流れる液流体の移動度の向上および速度バラツキ低減を図ることができるという効果を奏する。
【００５４】
また本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は上記の構成に加えて、前記エッチングストッパー層は、前記表面層シリコンを積層する、２×１０１９ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下の濃度のボロン不純物を含む高濃度ボロンシリコン基材により構成され、前記表面層シリコンを貫通して前記高濃度ボロンシリコン基材の表面に到達する深さにアルカリ水溶液で異方的に前記通流路をエッチング形成することを特徴としている。
【００５５】
この構成により、通流路が、比較的低濃度の表面層シリコンを貫通してボロン不純物を含む高濃度ボロンシリコン基材の表面に到達する深さに形成されている。したがって、通流路を形成するために表面層シリコンをＫＯＨ等のアルカリ水溶液で異方的にエッチングする時に、高濃度ボロンシリコン基材をそのエッチングストッパーとして働かせることができる。それゆえ、深さ方向のバラツキを低減してマイクロチャネルを精度よく形成でき、従来法に比べてより精度の高い安定したマイクロ化学反応システムや電気泳動マイクロシステム、遠心分離システムが提供できる。
【００５６】
また本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は上記の構成に加えて、前記エッチングストッパー層は、前記表面層シリコンを積層する、２×１０１９ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下の濃度のボロン不純物を含む高濃度ボロンシリコン膜により構成され、前記基板は、前記高濃度ボロンシリコン膜を積層するシリコン基材をさらに備え、前記表面層シリコンを貫通して前記高濃度ボロンシリコン膜の表面に到達する深さにアルカリ水溶液で異方的に前記通流路をエッチング形成することを特徴としている。
【００５７】
この構成により、エッチングストッパーとなる高濃度ボロンシリコン膜をシリコン基材の上に形成する。このため、シリコン基材の表面全面に周知の熱拡散法あるいはイオン注入法でボロンの不純物を導入して高濃度ボロンシリコン膜を形成し、その上にエピタキシャル成長された比較的低濃度の表面層シリコンを形成した構造を使用することができる。上記構造では熱拡散法でのボロン不純物のデポジション量の最適設定及びイオン注入法でのドーズ量の最適設定により、シリコン基材表面のボロン濃度をより高濃度にまた自由に制御できるメリットがある。
【００５８】
また本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は上記の構成に加えて、前記エッチングストッパー層は、２×１０１９ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下の濃度のボロン不純物を含む高濃度ボロンシリコン膜により構成され、前記基板は、前記高濃度ボロンシリコン膜を含むシリコン基材をさらに備え、前記高濃度ボロンシリコン膜は、前記通流路に対応した領域に形成され、前記表面層シリコンを貫通して前記高濃度ボロンシリコン膜の表面に到達する深さにアルカリ水溶液で異方的に前記通流路をエッチング形成することを特徴としている。
【００５９】
この構成により、前記高濃度ボロンシリコン膜を含むシリコン基材をさらに備えるので、周知のフォトリソグラフィ技術を用いた熱拡散法あるいはイオン注入法により、ボロンの不純物をシリコン基材の表面の一部に選択的に導入して高濃度ボロンシリコン膜を形成し、その上にエピタキシャル成長された比較的低濃度の表面層シリコンを形成した構造を使用することができる。上記構造では熱拡散法でのボロン不純物デポジション量やイオン注入法でのドーズ量の最適設定により、シリコン基材表面のボロン濃度をより高濃度にまた自由に制御できるメリットがある。加えてエピタキシャル成長初期段階において、シリコン基材の表面に露出している高濃度ボロンシリコン膜のボロン不純物総量を低減することができる。このため、エピタキシャル成長時における高濃度ボロンシリコン膜からのボロン不純物の再分布やオートドープが抑制でき、より急俊な不純物プロファイルが得られる。その結果、ＫＯＨ等のアルカリ水溶液でのエッチングに対してより高い深さ制御が可能となる。
【００６０】
また本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は上記の構成に加えて、前記通流路に露出するシリコンを酸化性雰囲気に晒すか、あるいはＣＶＤ法で堆積して前記通流路の側壁及び底面を酸化膜で覆うことを特徴としている。
【００６１】
この構成により、上記通流路の側壁および底面のシリコンを酸化膜により絶縁させる。従ってマイクロチャネルが酸化膜で覆われ絶縁される。それゆえ、上記の構成による効果に加えて、電気泳動や電気浸透流での駆動力を用いて被検体を泳動や分離する場合に液流路（通流路）を使用できる。
【００６２】
また本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は上記の構成に加えて、前記通流路に露出するシリコンを酸素プラズマに晒すか、あるいは酸化性薬液に浸すことを特徴としている。
【００６３】
この構成により、マイクロチャネルの側壁および底面を親水性化できる。それゆえ、上記の構成による効果に加えて、通流路として親水性が要求される用途に好都合であるという効果を奏する。
【００６４】
また本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は上記の構成に加えて、前記ボロン不純物濃度が６×１０１９ｃｍ−３以上であることを特徴としている。
【００６５】
この構成により、さらに高いエッチングストッパー効果を得ることができる。
【００６６】
本発明に係るマイクロチャネルの他の製造方法は、流体の通流路をなすマイクロチャネルを形成するためにエッチングされる表面層シリコンと、前記表面層シリコンへのエッチングに対してストッパーとして作用するエッチングストッパー層とを少なくとも含む基板を備え、前記通流路が、前記表面層シリコンを貫通して前記エッチングストッパー層の表面に到達する深さに形成されている第１鋳型を形成し、前記第１鋳型に基づいて第２鋳型を形成し、前記第２鋳型を用いてプラスチック材料を射出成形することにより前記通流路を形成することを特徴とする。
【００６７】
上記の構成によれば、流体の通流路をなすマイクロチャネルを形成するためにエッチングされる表面層シリコンと、前記表面層シリコンへのエッチングに対してストッパーとして作用するエッチングストッパー層とが設けられるので、エッチングストッパー層がエッチングに対してストッパーとして作用し、深さのばらつきを低減した溝を形成した第１鋳型が得られる。この第１鋳型に基づいて第２鋳型を形成し、前記第２鋳型を用いてプラスチック材料を射出成形してプラスチック材料性のマイクロチャネルを得る。第１鋳型の溝の深さ方向のばらつきを精度よく形成できるので、深さ方向のばらつきを低減したプラスチック材料性のマイクロチャネルを得ることができる。
【００６８】
また本発明に係るマイクロチャネルの他の製造方法は上記の構成に加えて、前記エッチングストッパー層は、埋め込み酸化膜により構成され、基板として、表面層シリコン、埋め込み酸化膜、シリコン基材がこの順に積層されたＳＯＩを用い、ＳＯＩの埋め込み酸化膜に到達するまで表面層シリコンをエッチングされた第１鋳型を用いて第２鋳型を形成し、該第２鋳型を用いてプラスチック材料で射出成型することにより上記通流路を形成することを特徴としている。
【００６９】
この構成により、表面層シリコンと、エッチングストッパーとして作用する埋め込み酸化膜と、シリコン基材とがこの順に積層されたＳＯＩを用い、ＳＯＩの埋め込み酸化膜に到達するまで表面層シリコンをエッチングした第１鋳型が得られる。この第１鋳型に基づいて第２鋳型を形成し、前記第２鋳型を用いてプラスチック材料を射出成形してマイクロチャネルを得る。第１鋳型の溝の深さ方向のばらつきを精度よく形成できるので、深さ方向のばらつきを低減したプラスチック材料性のマイクロチャネルを得ることができる。
【００７０】
また本発明に係るマイクロチャネルの他の製造方法は上記の構成に加えて、前記エッチングストッパー層は、石英基材により構成され、基板として、表面層シリコンおよび石英基材が積層されたＳＯＱを用い、ＳＯＱの石英基材の表面に到達するまで表面層シリコンをエッチングされた第１鋳型を用いて第２鋳型を形成し、該第２鋳型を用いてプラスチック材料で射出成型することにより上記通流路を形成することを特徴としている。
【００７１】
この構成により、表面層シリコンと、エッチングストッパーとして作用する石英基材とが積層されたＳＯＱを用い、ＳＯＱの石英基材の表面に到達するまで表面層シリコンをエッチングされた第１鋳型が得られる。この第１鋳型に基づいて第２鋳型を形成し、前記第２鋳型を用いてプラスチック材料を射出成形してマイクロチャネルを得る。
【００７２】
したがって、石英基材の表面を表面層シリコンの異方性エッチング時のエッチングストッパーとして働かせることができる。
【００７３】
それゆえ、深さ方向のバラツキを低減して第１鋳型の溝を精度よく形成できるので、それを用いて形成したマイクロチャネルは、深さ方向のバラツキが低減されて精度よく形成でき、従来法に比べてより精度の高い安定したマイクロ化学反応システムや電気泳動マイクロシステム、遠心分離システムを提供できる。
【００７４】
また本発明に係るマイクロチャネルの他の製造方法は上記の構成に加えて、前記エッチングストッパー層は、前記表面層シリコンに積層されて２×１０１９ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下の濃度のボロン不純物を含む高濃度ボロンシリコン膜により構成され、前記高濃度ボロンシリコン膜の表面に到達するまで表面層シリコンをエッチングされた第１鋳型を用いて第２鋳型を形成し、該第２鋳型を用いてプラスチック材料で射出成型することにより上記通流路を形成することを特徴としている。
【００７５】
この構成により、前記エッチングストッパー層は、前記表面層シリコンに積層されて２×１０１９ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下の濃度のボロン不純物を含む高濃度ボロンシリコン膜により構成され、高濃度ボロンシリコン膜の表面に到達するまで表面層シリコンをエッチングした第１鋳型が得られる。この第１鋳型に基づいて第２鋳型を形成し、前記第２鋳型を用いてプラスチック材料を射出成形して、マイクロチャネルを得る。第１鋳型の溝は、深さ方向のばらつきを低減して精度よく形成できるので、深さ方向のばらつきを低減したプラスチック材料性のマイクロチャネルを得ることができる。
【発明の効果】
【００７６】
本発明に係るマイクロチャネル、マイクロシステム及びマイクロチャネルの製造方法によれば、流体の通流路をなすマイクロチャネルを形成するためにエッチングされた表面層シリコンと、前記表面層シリコンへのエッチングに対してストッパーとして作用するエッチングストッパー層とが設けられるので、マイクロチャネルを構成する通流路を形成するために表面層シリコンをエッチングして、エッチングストッパー層の表面に到達すると、エッチングストッパー層がエッチングに対してストッパーとして作用し、エッチング速度が急激に低下する。このため、流体の通流路をなすマイクロチャネルの深さのばらつきを低減することができる。
【００７７】
また、本発明に係るマイクロチャネルは、基板として、表面層シリコン、埋め込み酸化膜、シリコン基材がこの順に積層されたＳＯＩを用い、前記通流路が、該ＳＯＩの表面層シリコンを貫通して埋め込み酸化膜に到達する深さに形成されている構成である。
【００７８】
これにより、通流路を形成するために表面層シリコンをエッチングする時に、埋め込み酸化膜を、エッチングストッパーとして働かせることができる。それゆえ、深さ方向のバラツキを低減してマイクロチャネルを精度よく形成でき、従来法に比べてより精度の高い安定したマイクロ化学反応システムや電気泳動マイクロシステム、遠心分離システムが提供できるという効果を奏する。
【００７９】
また、本発明に係るマイクロチャネルは、基板として、表面層シリコンおよび石英基材が積層されたＳＯＱを用い、前記通流路が、該ＳＯＱの表面層シリコンを貫通して石英基材の表面に到達する深さに形成されている構成である。
【００８０】
これにより、通流路を形成するために表面層シリコンをエッチングする時に、石英基材を、エッチングストッパーとして働かせることができる。それゆえ、深さ方向のバラツキを低減してマイクロチャネルを精度よく形成でき、従来法に比べてより精度の高い安定したマイクロ化学反応システムや電気泳動マイクロシステム、遠心分離システムが提供できるという効果を奏する。
【００８１】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、表面層シリコン、埋め込み酸化膜、シリコン基材がこの順に積層されたＳＯＩを用い、そのＳＯＩの埋め込み酸化膜に到達するまで表面層シリコンをエッチングすることで上記通流路を形成する構成である。
【００８２】
これにより、埋め込み酸化膜を表面層シリコンの異方性エッチング時のエッチングストッパーとして働かせることができる。それゆえ、深さ方向のバラツキを低減してマイクロチャネルを精度よく形成でき、従来法に比べてより精度の高い安定したマイクロ化学反応システムや電気泳動マイクロシステム、遠心分離システムが提供できるという効果を奏する。
【００８３】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、表面層シリコンおよび石英基材が積層されたＳＯＱを用い、そのＳＯＱの石英基材の表面に到達するまで表面層シリコンをエッチングすることで上記通流路を形成する構成である。
【００８４】
これにより、通流路を形成するために表面層シリコンをエッチングする時に、石英基材を、エッチングストッパーとして働かせることができる。それゆえ、深さ方向のバラツキを低減してマイクロチャネルを精度よく形成でき、従来法に比べてより精度の高い安定したマイクロ化学反応システムや電気泳動マイクロシステム、遠心分離システムが提供できるという効果を奏する。
【００８５】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、ＳＯＩの埋め込み酸化膜に到達するまで表面層シリコンをエッチングされた第１鋳型を用いて第２鋳型を形成し、該第２鋳型を用いてプラスチック材料で射出成型することで上記通流路を形成する構成である。
【００８６】
これにより、埋め込み酸化膜を表面層シリコンの異方性エッチング時のエッチングストッパーとして働かせることができる。それゆえ、深さ方向のバラツキを低減して第１鋳型の溝を精度よく形成できるので、この第１鋳型に基づいて形成した第２鋳型を用いてプラスチック材料を射出成型すると、深さ方向のバラツキを低減してマイクロチャネルを精度よく形成でき、従来法に比べてより精度の高い安定したマイクロ化学反応システムや電気泳動マイクロシステム、遠心分離システムが提供できるという効果を奏する。
【００８７】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、ＳＯＱの石英基材の表面に到達するまで表面層シリコンをエッチングされた第１鋳型を用いて第２鋳型を形成し、該第２鋳型を用いてプラスチック材料で射出成型することで上記通流路を形成する構成である。
【００８８】
これにより、石英基材の表面を表面層シリコンの異方性エッチング時のエッチングストッパーとして働かせることができる。それゆえ、深さ方向のバラツキを低減して第１鋳型を精度よく形成できるので、この第１鋳型に基づいて形成した第２鋳型を用いてプラスチック材料を射出成型すると、深さ方向のバラツキを低減してマイクロチャネルを精度よく形成でき、従来法に比べてより精度の高い安定したマイクロ化学反応システムや電気泳動マイクロシステム、遠心分離システムが提供できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るマイクロチャネルについて説明する。
【００９０】
本実施形態において、例えばマイクロチャネル２１のように、図面の参照符号を付してマイクロチャネルと表記するときは、流体の通流路をなすマイクロチャネルそのものを意味するものとする。一方、図面の参照符号を付すことなく、単に、マイクロチャネルと表記するときは、流体の通流路をなすマイクロチャネルを形成した構造体を意味するものとする。この構造体は、マイクロ流体チップと表記することもある。
【００９１】
まず、本形態に係るマイクロチャネルの構造と特徴について述べる。ウエハ張り合わせ技術を用いたＳＯＩ技術では、表面層シリコンの厚みが数十μｍの場合において、表面層シリコンの厚みバラツキは容易にプラスマイナス２％に制御でき、既に市販されている。本実施の形態では、このことを利用して、マイクロチャネルを形成する材料として、シリコン基板に代えてＳＯＩ基板を用いる。ＳＯＩ基板は、表面層シリコン（Ｓ）／埋め込み酸化膜（Ｉ）／シリコン基材の３層構造で形成されている。
【００９２】
埋め込み酸化膜としては、より具体的には、例えば、埋め込みシリコン酸化膜（ＳｉＯ２またはＳｉＯ２−ｘ）を用いることができる。一般的には熱酸化膜（ＳｉＯ２）が考えられるが、ＣＶＤによる酸化膜（ＳｉＯ２−ｘ）も考えられる。選択比の観点からはＳｉＯ２が望ましい。また、シリコン酸化膜以外の膜の例としては、例えばＡｌ２Ｏ３等を挙げることもできる。
【００９３】
図１（ａ）〜（ｄ）はこの実施形態に係るマイクロチャネルの基本的製造方法を示す図である。このマイクロチャネルは例えばシリコン半導体基板であるシリコン基材２を含むＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）基板１に、周知のフォトリソグラフィ技術を用いて実現される。なお、図１（ａ）〜（ｄ）中、紙面の奥行き方向が、マイクロチャネル内の試料が流れる方向である。後述する図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ａ）〜（ｃ）、図５（ａ）〜（ｄ）、図６（ａ）〜（ｃ）、図７（ａ）〜（ｄ）、図９（ａ）〜（ｄ）、図１０（ａ）〜（ｄ）及び図１１（ａ）〜（ｄ）も同様である。図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、液体の通流路となるマイクロチャネル２１の深さに相当する厚みの表面層シリコン４を有するＳＯＩ基板１を用い、ガスまたは薬液を用いてその表面層シリコン４をＳＯＩ基板１の表面から埋め込み酸化膜３まで貫通させることで、選択的に表面層シリコン４を除去する。このようにして、本発明はその埋め込み酸化膜３を表面層シリコン４の異方性エッチング時のエッチングストッパーとして働かせる。この場合、厚い表面層シリコン４を持つＳＯＩは一般にウエハ張り合わせ方法により製作され、その場合の表面層シリコン４の厚さは０．５μｍから１００μｍが製作可能である。
【００９４】
これにより、ＳＯＩ基板１の表面に異方性エッチングにより形成された１００μｍ程度のマイクロチャネル２１について、システム上の全てのマイクロチャネルにわたってその深さバラツキをプラスマイナス２μｍ程度以下に制御できる。これは深さに対してプラスマイナス２％程度に相当し、従来技術の１／５程度に低減される。したがって、基板上に液体の通流路となる単数または複数のマイクロチャネルを形成するにあたり、そのマイクロチャネルの深さの製作精度を向上させることができる。
【００９５】
ＳＯＩを使った場合、表面層シリコン４のエッチングは、ＫＯＨあるいはエチレンジアミン水溶液のように埋め込み酸化膜３に対して十分大きなエッチング速度の選択比を有するウエットエッチング法、または異方性ドライエッチングのいずれも可能である。埋め込み酸化膜３に対する表面層シリコン４のエッチングの選択比は、ドライエッチングでは適当なエッチングガスを用いることにより、１００以上が得られ、またＫＯＨあるいはエチレンジアミン水溶液を使うウエットエッチング法では殆ど無限大の選択比が得られる。
【００９６】
すなわち、埋め込み酸化膜３としては、上記のように、埋め込み酸化膜３に対する表面層シリコン４のエッチングの選択比が大きいものを適宜選べばよい。
【００９７】
上記のように選択比が大きいので、１００μｍ程度の深さのシリコンエッチング時に５％程度のオーバーエッチングを行っても、下地の埋め込み酸化膜３のエッチング量は０．０５μｍ以下であり僅かのものになる。
【００９８】
この手法によりＳＯＩ基板１を用いて埋め込み酸化膜３をエッチングストッパーとしてエッチングすることにより、下地の埋め込み酸化膜３をほとんどエッチングすることなく、表面層シリコン４を選択的にエッチング可能になる。
【００９９】
また、ドライエッチングを用いた場合はエッチングの反応ガスを検出することにより表面層シリコン４のジャストエッチングが可能であり、下地の埋め込み酸化膜３へのエッチングアタックも防止できる。
【０１００】
また、ＫＯＨあるいはエチレンジアミン水溶液のウエットエッチングを用いた場合は反応のガスによる泡の検出によりジャストエッチングが検出でき、この場合も下地の埋め込み酸化膜３に対して余分なエッチングアタックが防止できる。
【０１０１】
上記に示した手法により、ＳＯＩの埋め込み酸化膜をマイクロチャネル形成に用いることにより、そのマイクロチャネル深さのバラツキを、ほぼＳＯＩの表面層シリコン４の厚みバラツキ程度に高精度に制御できる。
【０１０２】
以上説明したように、本構成によれば、マイクロチャネルの形成において、マイクロチャネルの深さ方向のバラツキを精度よく形成できる。その結果、このマイクロチャネルを用いて製造すれば、従来に比べてより精度の高い安定したマイクロリアクタ（マイクロ化学反応システム）や電気泳動装置（電気泳動マイクロシステム）、遠心力分離装置（遠心分離システム）等が提供できる。
【０１０３】
次に、マイクロチャネルの製造工程について述べる。まず、図１（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板１は例えばシリコン基材２として３００−８００μｍ程度の厚みを有しており、その上部に１−１０μｍの厚みを有する埋め込み酸化膜３を有している。埋め込み酸化膜３の上部には表面層シリコン４が５−１５０μｍの厚みで形成されている。このＳＯＩ基板１は通常のウエハ張り合わせ方法によりウエハメーカーから提供されており、張り合わせＳＯＩ法と称され、ＵＮＩＢＯＮＤ法（仏ＳＯＩＴＥＣ社）、ＰＡＳＥ（信越化学）、ＥＬＴＲＡＮ（キャノン）が代表的なのものである。表面層シリコン４の膜厚は通常のＩＣ用途では１−３０μｍの厚さが一般的であるが、必要に応じてＳＯＩ上にシリコンをエピタキシャル成長させることにより容易に５０−１５０μｍ厚みにすることができる。
【０１０４】
張り合わせＳＯＩでは表面層シリコン４の膜厚バラツキは一般にプラスマイナス２％以内に制御されている。すなわち１００μｍ厚みの場合は高々プラスマイナス２μｍの誤差である。
【０１０５】
次に、ＳＯＩ基板１に通常のフォトリソグラフィに準じたフォトレジスト塗布、ベーク後にフォトマスクを用いてＳＯＩ基板１上に露光機を用いて光照射する。この場合フォトレジストはポジタイプ、ネガタイプを問わない。またはフォトレジストに代えてメタルマスクを使用してもよい。
【０１０６】
次に、周知の現像、ベーク処理を行ってレジストパターン５を形成した後、図１（ｂ）に示すように、レジストパターン５をマスクにして高密度プラズマエッチング装置で異方的に表面層シリコン４を選択的にエッチングする。高密度プラズマエッチング装置として例えば住友精密社製ＭＵＬＴＩＰＬＥＸ−ＩＣＰが挙げられる。この場合エッチング速度は２０μｍ／分であり例えば１００μｍ厚みのシリコン層をエッチングする場合は５分程度でエッチングが完了する。
【０１０７】
ドライエッチングを用いる場合、表面層シリコン４のエッチングガスとして埋め込み酸化膜３との選択比が十分高いシリコンエッチングガスが用いられる。例えば日本ゼオン社のＺＦＬ−５８では埋め込み酸化膜３と表面層シリコン４とのエッチングにおいて１５０以上の選択比が可能であり、１００μｍのシリコンエッチング時に仮に５％のオーバーエッチングを行ったとしても、埋め込み酸化膜３のエッチング量は高々０．０４μｍ程度である。
【０１０８】
また上記の方法ではシリコンエッチング時の反応排出ガスを検出して正確にエッチング終点検出ができ、正確にエッチングをストップできる。エッチングした後、図１（ｃ）に示すように、周知の手法を用いてレジストパターン５もしくはマスクとして使用された金属が除去される。これによりマイクロチャネル２１を形成する。
【０１０９】
このように、図１（ａ）〜（ｃ）の構成では、表面層シリコン４の側からエッチングを開始して、埋め込み酸化膜３の表面、すなわち、埋め込み酸化膜３の、表面層シリコン４と接している面にちょうど到達したところでエッチングを終了している。
【０１１０】
上記の手法で形成されたマイクロチャネルは、図１（ｄ）に示すように、その表面部に透明なプラスチック平板、ガラス平板あるいは石英平板を用いて蓋６が施される。この蓋６の形成は、適当な接着剤、光、熱等を用いて行える。
【０１１１】
上記手法で形成されたマイクロチャネル２１では、その側壁は表面層シリコン４のシリコンから形成され、底面部は埋め込み酸化膜３から形成されることになるが、そのシリコンと埋め込み酸化膜３では疎水性度、親水性度が異なる（埋め込み酸化膜３のほうがシリコンより親水性が高い）ため、本マイクロチャネルは流体混合性が向上して、多くの場合に望ましい結果を与える。
【０１１２】
また上記手法で形成されたマイクロチャネル２１をシリコンの酸化性薬液、または低温度での酸化性ガスに晒すことにより、エッチング後のマイクロチャネル２１の側壁に数〜数十オングストロームの厚みを有する、シリコンの酸化膜を形成することができる。これにより、マイクロチャネルの側壁をより親水性化でき、液流路（通流路）として親水性が要求される用途の場合に好都合である。
【０１１３】
図２（ａ）〜（ｃ）は、上記手法で加工されたシリコンのマイクロチャネル２１の形成後（図２（ｂ）参照）に異方性ドライエッチングを用いて選択的に埋め込み酸化膜３を除去（図２（ｃ）参照）してマイクロチャネル２２を形成した例である。図２（ａ）、図２（ｂ）はそれぞれ図１（ａ）、図１（ｂ）と同じである。なお、図２（ｃ）の後、蓋６を形成するのは図１の例と同様であり、説明および図示を省略する。シリコン基材２に対する埋め込み酸化膜３の選択比が十分に高いエッチングガスを用いることにより、下地のシリコン基材２を損傷することなく埋め込み酸化膜３のみがエッチング除去できる。この場合にはチャネルの底面部が疎水性の高いシリコンで形成されることになるため、より疎水性が要求される液流路（通流路）の場合に好都合である。
【０１１４】
図３（ａ）〜（ｃ）は、上記の手法で形成されたマイクロチャネル（この例では、図１（ａ）〜（ｄ）のマイクロチャネルであって、蓋６を形成する前のもの）を鋳型（第１鋳型）にして（図３（ａ））周知の手法でニッケル基板７を鋳型成型し（図３（ｂ））、その後、このニッケル基板７を鋳型（第２鋳型）として、プラスチック材料８の射出成型を行ってマイクロチャネル２３を形成した（図３（ｃ））例である。プラスチック材料を使うことにより安価で大量生産が可能になる。本発明の手法により鋳型の深さの膜厚制御がなされているため、プラスチック成型品の深さ精度も従来品に比べて精度の高いものが供給できる。
【０１１５】
ＳＯＩ基板１にマイクロチャネルを形成する場合に、図４に示すように、面方位が（１１０）面９であるような、すなわちマイクロチャネル２４の底面に平行な面が（１１０）面９であるような表面層シリコン４からなるＳＯＩ基板１を用い、そのマイクロチャネル２４の長さ方向の側壁にエッチング速度の遅い（１１１）面１０が現れるようにマイクロチャネルパターンをレイアウトするのが好ましい。すなわち、（１１１）面１０は、（１１０）面９よりもエッチング速度が遅い。これにより、ウエットエッチング、例えば表面層シリコン４のＫＯＨまたはエチレンジアミン水溶液によるウエットエッチングの後に、マイクロチャネル２４の側壁が表面層シリコン４の表面に対して垂直に形成され、また、側面の平坦度をより向上させることができる。これはマイクロチャネルを流れる液流体の移動度の向上および速度バラツキ低減の観点からして好都合である。本方式ではまた、高額な高密度プラズマエッチング装置を必要としないというメリットもある。
【０１１６】
上記方法ではシリコン基材２上に絶縁体膜として埋め込み酸化膜３を有するＳＯＩ基板１を基板として用いた例を示したが、シリコン基材に限らず、石英、ガラス、プラスチック等、他の絶縁物の場合にも適用できる。
【０１１７】
また、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、石英基材１２上に表面層シリコン４を直接有するＳＯＱ（シリコン・オン・クオーツ）基板１１にも容易に適用できる。
【０１１８】
図５（ａ）〜（ｄ）の構成では、厚さ３００−８００μｍの石英基材１２上に厚さが３０−１５０μｍ程度の表面層シリコン４が形成されたＳＯＱ基板１１に、レジストパターン５をマスクにして（図５（ａ））、表面層シリコン４がドライエッチング、またはウエットエッチングにより選択的にエッチング除去される（図５（ｂ））。レジストパターン５を除去し（図５（ｃ））、図１（ｄ）同様蓋６を形成する（図５（ｄ））。これによりマイクロチャネル２５を形成する。この場合は下地の石英基材１２がエッチングのストッパーとして働き、上記に示したＳＯＩと同様の効果が得られる。
【０１１９】
ＳＯＱを用いた場合にも、表面層シリコン４の面方位を（１１０）面とし、マイクロチャネル２５の側壁が（１１１）面となるようにレジストパターン５をレイアウトすることにより、ＫＯＨやエチレンジアミン水溶液のウエットエッチングで表面層シリコン４の表面に対して垂直でかつ表面のスムースなマイクロチャネルが形成でき、流れる液流体の移動量が大きく安定な流れが実現できる。本方式ではまた、高額な高密度プラズマ装置を必要としないというメリットもある。
【０１２０】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１２１】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、流体の通流路をなすマイクロチャネルの製造方法において、その基板としてＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）を用い、そのＳＯＩの埋め込み酸化膜に到達するまで表層面のシリコンをエッチングするように構成してもよい。
【０１２２】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、上記構成において、前記シリコンのエッチングに異方性のドライエッチング法を用いるように構成してもよい。
【０１２３】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、上記構成において、前記基板のＳＯＩにシリコン基板を用いるように構成してもよい。
【０１２４】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、上記構成において、チャネルの側壁シリコンを酸化性雰囲気に晒して親水性を帯びさせるように構成してもよい。
【０１２５】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、上記構成において、シリコンのエッチングに異方性のウエットエッチング法を用いるように構成してもよい。
【０１２６】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、流体の通流路をなすマイクロチャネルの製造方法において、その基板としてＳＯＱ（シリコン・オン・クオーツ）を用い、さらにＳＯＱの表面層シリコンを石英表面に到達するまで選択的にエッチングするように構成してもよい。
【０１２７】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、流体の通流路をなすマイクロチャネルの製造方法において、その基板としてＳＯＩを用い、ＳＯＩの埋め込み酸化膜に到達するまでシリコンをエッチング除去しさらに、通流路下の埋め込み酸化膜を除去するように構成してもよい。
【０１２８】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、上記構成において、表層シリコン層が（１１０）面からなり、チャネルの長辺方向の側壁が（１１１）面からなるように構成してもよい。
【０１２９】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、上記構成において、表層シリコン層が（１１０）面からなり、チャネルの長辺方向の側壁が（１１１）面からなるように構成してもよい。
【０１３０】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、基板としてＳＯＩが用いられており、ＳＯＩの埋め込み酸化膜に到達するまでシリコンがエッチングされているマイクロチャネルを鋳型にしてプラスチック材料で射出成型するように構成してもよい。
【０１３１】
また、本発明に係るマイクロチャネルの製造方法は、基板としてＳＯＱが用いられており、ＳＯＱの石英表面に到達するまでシリコンがエッチングされているマイクロチャネルを鋳型にしてプラスチック材料で射出成型するように構成してもよい。
【０１３２】
また、本発明に係るマイクロチャネルは、流体の通流路をなすマイクロチャネルであって、基板としてＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）を用い、前記通流路がＳＯＩの埋め込み酸化膜に到達する深さに形成されているように構成してもよい。
【０１３３】
また、本発明に係るマイクロチャネルは、上記構成において、基板としてＳＯＱ（シリコン・オン・クオーツ）を用い、さらにＳＯＱの表面層シリコンが石英表面に到達する深さまで選択的に除去されて溝が形成されているように構成してもよい。
【０１３４】
また、本発明に係るマイクロチャネルは、上記構成において、表層シリコン層が（１１０）面からなり、チャネルの長辺方向の側壁が（１１１）面からなるように構成してもよい。
【０１３５】
また、本発明は、上記構成のマイクロチャネルを用いるマイクロリアクタシステム、電気泳動マイクロシステム、または遠心力分離マイクロシステムであるように構成してもよい。
【０１３６】
次に、本実施の形態に係るマイクロチャネルの別の構造と特徴について述べる。前述したように、シリコンのエピタキシャル技術では、表面層シリコンの厚みが数十μｍの場合において、この表面層シリコンの厚みバラツキはプラスマイナス２％に制御できる。本実施の形態では、このことを利用して、マイクロチャネルを形成する材料として、ＳＯＩ基板またはＳＯＱ基板に代えて、高濃度のボロン不純物を含む高濃度ボロンシリコン基材と、この高濃度ボロンシリコン基材の上にエピタキシャル成長した低濃度の表面層シリコンとを含む基板を用いる。この基板は、表面層シリコン／高濃度ボロンシリコン基材の２層構造により形成されている。表面層シリコンはＮ型とＰ型とのいずれでも良い。
【０１３７】
高濃度のボロンを含む高濃度ボロンシリコン基材としては、より具体的には例えば、シリコンの引き上げ法による結晶成長時に多量のボロン不純物を添加したシリコン結晶が用いられる。ボロン不純物濃度として２×１０１９ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下の濃度が望ましくより高いエッチングストッパー性を得るためには６×１０１９ｃｍ−３程度以上が望ましい。高濃度不純物としてＰ、Ｇｅ等の不純物よりもボロンの方が、後のエッチング工程において、より高い選択比が得られるので好ましい。
【０１３８】
図７（ａ）〜図７（ｄ）はこの実施形態に係るマイクロチャネル（マイクロ流体チップ）の基本的製造方法を示す図である。前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。したがって、その詳細な説明は省略する。以下の図面も同様である。このマイクロチャネルは高濃度ボロンを含む（１１０）面からなる高濃度ボロンシリコン基材３２の上に、比較的低濃度の不純物を含んで（１１０）面からなる表面層シリコン３３をエピタキシャル成長させた基板３１に、周知のフォトリソグラフィ技術を用いて形成される（図７（ａ））。
【０１３９】
上記において、マイクロチャネル２６を形成するマスクパターンには、図８に示すように、液体が流動する方向に沿ったマイクロチャネル２６の長手方向が〈１１２〉方向５４に沿って配置されるように形成したパターンが用いられる。（１１０）面５１を有する表面層シリコン３３に〈１１２〉方向５４に沿った長辺を有するパターンを形成すると、図８に示すマイクロチャネル２６のように、アルカリ水溶液でのエッチング時に、エッチング速度の遅い（１１１）面５３が、マイクロチャネル２６の長手方向に沿って（１１０）面５１に垂直に出現するため、マイクロチャネル２６に好都合である。またマイクロチャネル２６の終端部にも、エッチング速度の遅い（１１１）面５２が、別の＜１１２＞方向に現れる。マスクパターンはマイクロチャネル２６の長手方向に垂直であるが、エッチングすると別の＜１１２＞方向に沿ってエッチング速度の遅い（１１１）面５２が終端部に現れてしまう。この（１１１）面５２は、マイクロチャネル２６の長手方向に沿った（１１１）面５３と直交しておらず、１１０度（又は７０度）で交差する。前述した図４では、この終端部に現れる（１１１）面を省略して描いている。
【０１４０】
図７に示すように、液体の通流路となるマイクロチャネル２６の深さに相当する厚みの表面層シリコン３３を有する基板３１を用い、ＫＯＨ、ＥＤＰ（エチレンジアミンピロカテコール）又はＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロキサイド）のアルカリ水溶液を用いて、表面層シリコン３３を表面から高濃度ボロンシリコン基材３２の表面まで貫通させることで、選択的に表面層シリコン３３を除去する（図７（ｂ））。このようにして、本発明はボロンの高濃度ボロンシリコン基材３２を、ＫＯＨ、ＥＤＰ又はＴＭＡＨのアルカリ水溶液による異方性エッチング時のエッチングストッパーとして働かせる。表面層シリコン３３はエピタキシャル法により製作され、その場合の表面層シリコン３３の厚さは１μｍから１５０μｍの範囲で製作可能である。
【０１４１】
このようにして、基板３１の表面にＫＯＨ、ＥＤＰ又はＴＭＡＨのアルカリ水溶液で異方性エッチングにより形成された深さ１００μｍ程度のマイクロチャネル２６の深さバラつきを低減できる。マイクロチャネル２６は複数個形成することもでき、この場合は、基板３１上の全てのマイクロチャネル２６にわたってその深さバラツキを低減できる。
【０１４２】
高濃度ボロンシリコン基材３２のボロン濃度が２×１０１９ｃｍ−３以上に増大すると、ボロン濃度が１０１８ｃｍ−３以下の場合に比べて高濃度ボロンシリコン基材３２のアルカリエッチング液でのエッチング速度は低下し始めて、ボロン濃度の約４乗程度に反比例して遅くなると言われている。そして、高濃度ボロンシリコン基材３２のボロン濃度がさらに増大して６×１０１９ｃｍ−３以上になると、そのエッチング速度はボロン濃度が１０１８ｃｍ−３以下の場合に比べ１／１０以下（例えば約１／１００）に低下する。
【０１４３】
このようにボロン濃度が１０１８ｃｍ−３から６×１０１９ｃｍ−３以上に増大したためにエッチング速度が１／１０以下に低下すると、表面層シリコン３３の膜厚バラツキを見越してオーバーエッチング量を５パーセントとした場合、１００μｍの深さだけエッチングした時のエッチングの深さバラツキは、
１００μｍ×０．０５×１／１０＝０．５μｍ、
となり、エッチングの深さバラツキを０．５μｍ程度以下に制御できる事になる。これは深さ１００μｍに対して０．５％程度に相当する。厚み１００μｍにエピタキシャル成長した表面層シリコン３３の厚みばらつきを±２μｍ（２％）とすると、表面層シリコン３３の厚みばらつき（±２μｍ（２％））とエッチングの深さバラツキ（±０．５μｍ（０．５％））とのトータルのバラツキは、±２．５μｍとなる。したがってエッチングの深さバラツキは、従来技術のバラツキの±１０μｍに比べて１／４程度に低減される。
【０１４４】
上記の方法により基板３１上に液体の通流路となる単数または複数のマイクロチャネル２６を形成するにあたり、そのマイクロチャネル２６の深さの製作精度を約４倍向上させることができる。マイクロチャネルは図７（ｄ）に示すように最終的に蓋６が形成され完成する。
【０１４５】
上記のように低濃度の表面層シリコン３３とボロンを高濃度に含む高濃度ボロンシリコン基材３２とではそのＫＯＨ等のアルカリ水溶液でのエッチング速度の差が大きいので、下地の高濃度ボロンシリコン基材３２がエッチングストッパーの役目を果たしマイクロチャネル２６の深さ形成の加工精度が向上する。
【０１４６】
また、アルカリ水溶液でのエッチングにおいて表面層シリコン３３のエッチングが終了した後は反応ガスによる泡の発生量が低下するためこれを観察することによりジャストエッチングが検出できる。このためオーバーエッチング時間の短縮化が可能で下地の高濃度ボロンシリコン基材３２に対して余分なエッチングアタックが防止できる。アルカリ水溶液でのエッチングは下記の反応で進み反応ガスとして水素ガスが発生する。
【０１４７】
Ｓｉ＋２Ｈ２Ｏ＋２ＯＨ‐  →  ２Ｈ２＋ＳｉＯ２（ＯＨ）２２−、
上記に示した手法により、ボロンを高濃度に含む高濃度ボロンシリコン基材３２をマイクロチャネル２６の形成に用いることにより、そのマイクロチャネル２６の深さのバラツキを、エピタキシャル成長した表面層シリコン３３の厚みバラツキ（±２％）程度に高精度に制御できる。
【０１４８】
以上説明したように、本構成によれば、マイクロチャネルの形成において、深さ方向のバラツキを低減してマイクロチャネル２６を精度よく形成できる。その結果、このマイクロチャネルを用いることにより、従来に比べてより精度の高い安定したマイクロリアクタ（マイクロ化学反応システム）や電気泳動装置（電気泳動マイクロシステム）、遠心力分離装置（遠心分離システム）等を提供できる。
【０１４９】
また別の実施形態として、図９（ａ）に示すように半導体基板として（１１０）低濃度シリコン基材３６の表面全面に、周知の手法のボロン不純物の熱拡散法、あるいはボロンイオン注入法とその後の熱処理工程を用いてボロン不純物を拡散して、２×１０１９ｃｍ−３以上の表面濃度と数ミクロン程度の深さとを有する高濃度ボロンシリコン膜３２Ｂを形成する。そして、液体の通流路となるマイクロチャネル２６の深さに相当する厚みの低濃度の表面層シリコン３３をエピタキシャル成長法により形成する。表面層シリコン３３と高濃度ボロンシリコン膜３２Ｂとシリコン基材３６とは、基板３１Ａを構成する。
【０１５０】
上記構造によれば、熱拡散法でのボロン不純物のデポジション量の最適設定及びイオン注入法でのドーズ量の最適設定により、シリコン表面のボロン濃度をより高濃度にまた自由に制御できるメリットがある。このデポジション量におけるデポジションとは、熱拡散法において、シリコン基材の表面全面にボロンを拡散させるときのデポジションであり、Ｂ２Ｏ３、ＢＢｒ３、ＢＣｌ３等のボロンを含む不純物ソースからの不純物拡散（デポジション）を意味する。この不純物拡散（デポジション）の後、一般的には、より高温のＮ２等の不活性ガス中において熱処理（ドライブイン）する。このデポジションの時間を調整することにより、シリコン基材に導入する不純物の量、濃度を制御する。
【０１５１】
次に、液体が流動する方向に沿ったマイクロチャネルの側壁に対応する長辺が〈１１２〉方向に形成されたパターンを有するマスクを用いて、レジストパターン３４を表面層シリコン３３上に形成する。なお、レジストパターン３４の代わりに酸化膜パターン又はメタルマスクパターンをマスキング部材として形成してもよい。
【０１５２】
図９（ｂ）に示すように、ＫＯＨ、ＥＤＰ、ＴＭＡＨ等のアルカリ水溶液を用いて表面層シリコン３３を表面から高濃度ボロンシリコン膜３２Ｂの表面まで貫通してエッチングすることにより、選択的に低濃度の表面層シリコン３３を除去する。
【０１５３】
このようにして、本発明はボロンを高濃度に含む高濃度ボロンシリコン膜３２ＢをＫＯＨ、ＥＤＰ、ＴＭＡＨ等のアルカリ水溶液による異方性エッチング時のエッチングストッパーとして働かせる。この場合、低濃度の表面層シリコン３３はエピタキシャル法により製作され、その場合の表面層シリコン３３の厚さは１μｍから１５０μｍまで製作可能である。
【０１５４】
これにより、基板３１Ａの表面にＫＯＨ、ＥＤＰ、ＴＭＡＨ等の水溶液で異方性エッチングにより形成された深さ１００μｍ程度のマイクロチャネル２６について、システム上の全てのマイクロチャネルにわたってその深さバラツキを±２．５μｍ程度以下に制御できる。これは深さに対し±２．５％程度に相当し、従来技術の±１０μｍのバラツキに比べて１／４程度に低減される。
【０１５５】
マイクロチャネルは図９（ｃ）、図９（ｄ）に示されるようにレジストパターン３４を除去し、蓋６が取り付けられ最終的に完成する。
【０１５６】
上記方法で基板上に液体の通流路となる単数または複数のマイクロチャネルを形成するにあたり、そのマイクロチャネルの深さの製作精度を向上させることができる。さらに本発明ではボロンを高濃度に含む高濃度ボロンシリコン膜３２Ｂを熱拡散法やイオン注入法で形成するので、高濃度ボロンシリコン膜３２Ｂの表面濃度を自由に設定でき、より高濃度に設定できる効果がある。
【０１５７】
また別の実施形態として、図１０（ａ）に示すように、表面が（１１０）面のシリコン基材３６Ａの表面の一部に、周知のフォトリソグラフィおよび半導体プロセス技術による熱拡散法あるいはイオン注入法に基づいて、ボロンをその表面濃度が２×１０１９ｃｍ−３以上になるような条件で選択的に拡散して高濃度ボロンシリコン膜３２Ａを形成する。そして、液体の通流路となるマイクロチャネルの深さに相当する厚みの低濃度の表面層シリコン３３を、高濃度ボロンシリコン膜３２Ａを覆うようにシリコン基材３６Ａ上にエピタキシャル法により形成する。シリコン基材３６Ａ、高濃度ボロンシリコン膜３２Ａ及び表面層シリコン３３は、基板３１Ｂを構成する。
【０１５８】
上記構造によれば、熱拡散法でのボロン不純物のデポジション量の最適設定及びイオン注入法でのドーズ量の最適設定により、シリコン表面のボロン濃度をより高濃度にまた自由に制御できるメリットがある。このデポジション量におけるデポジションとは、熱拡散法において、シリコン基材の表面に（酸化膜等の）パターンを通してボロンを選択的に拡散させるときのデポジションであり、Ｂ２Ｏ３、ＢＢｒ３、ＢＣｌ３等のボロンを含む不純物ソースからの不純物拡散（デポジション）を意味する。この不純物拡散（デポジション）の後、一般的には、より高温のＮ２等の不活性ガス中において熱処理（ドライブイン）する。このデポジションの時間を調整することにより、シリコン基材に導入する不純物の量、濃度を制御する。
【０１５９】
次に、液体が流動する方向に沿ったマイクロチャネルの側壁に対応する長辺が〈１１２〉方向に形成されたパターンを有するマスクを用いて、レジストパターン３４を表面層シリコン３３上に形成する。なお、レジストパターン３４の替りに酸化膜パターン又はメタルマスクパターンをマスキング部材として形成してもよい。
【０１６０】
図１０（ｂ）に示すように、ＫＯＨ、ＥＤＰ、ＴＭＡＨ等のアルカリ水溶液を用いて表面層シリコン３３を表面から高濃度ボロンシリコン膜３２Ａの表面までエッチングして貫通させることで、低濃度の表面層シリコン３３をレジストパターン３４に沿って選択的に除去してマイクロチャネル２６を形成する。このようにして、本発明は高濃度ボロンシリコン膜３２ＡをＫＯＨ、ＥＤＰ、ＴＭＡＨ等のアルカリ水溶液による異方性エッチング時のエッチングストッパーとして働かせる。この場合、表面層シリコン３３はエピタキシャル法により製作され、その場合の表面層シリコン３３の厚さは１μｍから１５０μｍが製作可能である。次に図１０（ｃ）に示すようにレジストパターン３４を表面層シリコン３３上から除去し、図１０（ｄ）に示すようにマイクロチャネル２６を覆って表面層シリコン３３上に蓋６を取り付ける。
【０１６１】
これにより、基板３１Ｂの表面にＫＯＨ、ＥＤＰ、ＴＭＡＨ等のアルカリ水溶液で異方性エッチングにより形成された深さ１００μｍ程度のマイクロチャネル２６の深さバラツキを±２．５μｍ程度以下に制御できる。これは深さに対して±２．５％程度に相当し、従来技術の±１０μｍのバラツキに比べ１／４程度に低減される。マイクロチャネル２６を複数個形成した場合には、その全てのマイクロチャネルにわたって深さバラツキを±２．５μｍ程度以下に制御できる。
【０１６２】
上記方法により、基板３１Ｂ上に液体の通流路となる単数または複数のマイクロチャネル２６を形成するにあたり、そのマイクロチャネル２６の深さの製作精度を向上させることができる。
【０１６３】
さらに本発明ではボロンの高濃度領域である高濃度ボロンシリコン膜３２Ａを熱拡散法やイオン注入法で形成するので、自由にその表面濃度が設定でき、より高濃度に設定できる効果が得られる。また、表面層シリコン３３を形成する高温エピタキシャル工程において、高濃度ボロンシリコン膜３２Ａの露出している面積が少ないので、望ましくないボロン不純物の再分布やオートドープが低減できる。このため、不純物プロファイルを、より急峻にすることが可能なので、エッチングの制御性が向上する効果がある。
【０１６４】
次に、図７（ａ）〜図７（ｄ）に示したマイクロチャネル（マイクロ流体チップ）の製造工程について述べる。まず、図７（ａ）に示すように、（１１０）面からなる表面を有してボロンを含む高濃度ボロンシリコン基材３２は、例えば２００〜１０００μｍ程度の厚みを有している。高濃度ボロンシリコン基材３２上に、エピタキシャル法により低濃度の表面層シリコン３３を例えば１〜１５０μｍの厚みに形成する。表面層シリコン３３の膜厚は通常のＩＣ用途では１〜３０μｍが一般的であるが、本用途向けに容易に５０〜１５０μｍ厚みにすることができる。
【０１６５】
エピタキシャル法では成長シリコン層の膜厚バラツキは一般に±２％以内に制御されている。すなわち表面層シリコン３３が１００μｍ厚みの場合は高々±２μｍのバラツキである。
【０１６６】
次に、高濃度ボロンシリコン基材３２と表面層シリコン３３との二層構造の基板３１に通常のフォトリソグラフィに準じたフォトレジストを塗布し、ベーク後にフォトマスクを用いて表面層シリコン３３上を露光機を用いて光照射する。この場合フォトレジストはポジタイプ、ネガタイプを問わない。用いるマスクパターンは流路の長手方向の側壁に対応する長辺がシリコンの〈１１２〉方向に配置されるよう設計されている。次に、周知の現像、ベーク処理を行ってレジストパターン３４を形成する（図７（ａ））。
【０１６７】
その後図７（ｂ）に示すように、レジストパターン３４をマスクにしてＫＯＨ、ＥＤＰ、ＴＭＡＨ等のアルカリ水溶液を用いて表面層シリコン３３を選択的にエッチングする。この場合レジストパターン３４に代えて酸化膜マスクパターンやメタルマスクパターンをマスク部材として用いても良い。表面が（１１０）面５１の表面層シリコン３３に〈１１２〉方向５４に長辺を有するパターンを使用すると、図８に示すようにアルカリ水溶液でのエッチング時にエッチング速度の遅い（１１１）面５２及び５３が（１１０）面５１に垂直に出現するためマイクロチャネルに好都合である。
【０１６８】
表面層シリコン３３のエッチング時間は、表面層シリコン３３の膜厚バラツキ、エッチング速度及びオーバーエッチング時間を勘案して設定される。エッチング速度は事前にモニタリングを行ないそのエッチング時間とエッチング量から決定される。またアルカリ水溶液でのエッチングではシリコンエッチング時における泡の発生の低下の観察により、エッチング速度の速い低濃度の表面層シリコン３３のエッチング終了を判定できるので、オーバーエッチング時間の短縮に効果がある。
【０１６９】
エッチング後、図７（ｃ）に示すように、周知の手法を用いて、レジストパターン３４もしくはマスク部材として使用された酸化膜パターンやメタル膜パターンが除去される。これによりマイクロチャネル２６が形成される。
【０１７０】
上記形成されたマイクロチャネル２６には、その用途に応じてその側壁及び底面に酸化膜等の絶縁膜が形成される。この絶縁膜としては、熱酸化法による酸化膜、及びカバーレッジの優れたＣＶＤ法による酸化膜系、窒化膜系が用いられる。マイクロチャネル２６を電気泳動装置に用いて、電気浸透流を流体移動の駆動力とする場合には、この絶縁膜を形成することが好ましい。
【０１７１】
上記絶縁膜は、遠心力や圧力を流体移動の駆動力とする場合では必ずしも必要でない。またこのマイクロチャネル２６を鋳型にしてプラスチック成型する場合も必要ではない。
【０１７２】
またマイクロチャネル２６に親水性を必要とする場合は、酸素プラズマへの曝露や酸化性の薬液への浸析により、マイクロチャネル２６の側壁及び底面の表面状態を変えて、親水性を帯びさせることができる。
【０１７３】
このように、図７（ａ）〜図７（ｄ）の方法では、表面層シリコン３３の高濃度ボロンシリコン基材３２と反対側の表面からエッチングを開始して、高濃度ボロンシリコン基材３２の表面層シリコン３３側の表面にちょうど到達したところでエッチングを終了している。
【０１７４】
上記の手法で形成されたマイクロチャネル２６は、図７（ｄ）に示すように、透明なプラスチック平板、ガラス平板あるいは石英平板を用いた蓋５を、マイクロチャネル２６を覆うように表面層シリコン３３上に形成して完成する。この蓋５の形成は、適当な接着剤、光、熱等を用いて行える。
【０１７５】
次に、図９（ａ）〜図９（ｄ）に示したマイクロチャネル（マイクロ流体チップ）の製造工程の別実施形態について述べる。まず、図９（ａ）に示すように、シリコン基材３６は例えば２００〜１０００μｍ程度の厚みを有しており、その不純物濃度は１０１８ｃｍ−３以下である。この場合その不純物タイプはＮ型、Ｐ型かは問われない。
【０１７６】
次にシリコン基材３６の表面の全面に、不純物拡散法あるいはイオン注入法と熱処理によりボロンを拡散させて、２×１０１９ｃｍ−３以上の表面近傍の不純物濃度を有する高濃度ボロンシリコン膜３２Ｂを形成する。しかるのち周知のエピタキシャル法により低濃度の表面層シリコン３３を１〜１５０μｍの厚みで堆積させる。表面層シリコン３３の膜厚は通常のＩＣ用途では１〜３０μｍが一般的であるが、本用途向けに容易に５０〜１５０μｍ厚みにすることができる。
【０１７７】
エピタキシャル法では成長シリコン層の膜厚バラツキは一般に±２％以内に制御されている。すなわち表面層シリコン３３が１００μｍ厚みの場合は高々±２μｍのバラツキである。
【０１７８】
次に、表面層シリコン３３に通常のフォトリソグラフィに準じてフォトレジストを塗布し、ベーク後にフォトマスクを用いて表面層シリコン３３を露光機を用いて光照射する。この場合フォトレジストはポジタイプ、ネガタイプを問わない。用いるフォトマスクには、液体が流動する方向に沿ったマイクロチャネルの側壁に対応する長辺が〈１１２〉方向に形成されたパターンが形成されている。
【０１７９】
次に周知の現像、ベーク処理を行ってレジストパターン３４を形成した後、図９（ｂ）に示すように、レジストパターン３４をマスクにしてＫＯＨ、ＥＤＰ及びＴＭＡＨのアルカリ水溶液を用いて表面層シリコン３３を選択的にエッチングする。この場合レジストパターン３４に代えて酸化膜マスクパターンやメタルマスクパターンを用いても良い。
【０１８０】
表面層シリコン３３のエッチング時間は表面層シリコン３３の膜厚バラツキ、エッチング速度及びオーバーエッチング時間を勘案して設定される。エッチング速度は事前にモニタリングを行ないそのエッチング時間とエッチング量から決定される。またアルカリ水溶液でのエッチングでは高濃度ボロンシリコン膜３２Ｂをエッチングする時の泡の発生の低下の観察により、エッチング速度の速い低濃度の表面層シリコン３３のエッチング終了が判定できるので、オーバーエッチング時間の短縮に効果がある。
【０１８１】
エッチング後、図９（ｃ）に示すように、周知の手法を用いてレジストパターン３４もしくはマスク部材として使用された酸化膜パターンやメタル膜パターンが除去される。これによりマイクロチャネル２６が形成される。
【０１８２】
上記形成されたマイクロチャネル２６はその用途に応じてその側壁及び底面に酸化膜等の絶縁膜が形成される。絶縁膜として、熱酸化法による酸化膜、及びカバーレッジの優れたＣＶＤ法による酸化膜系や窒化膜系の絶縁膜が用いられる。マイクロチャネル２６を電気泳動装置に用いて、電気浸透流を流体移動の駆動力とする場合には、この絶縁膜を形成することが好ましい。一方、遠心力、圧力を流体移動の駆動力とする場合では必ずしも必要でない。またこのマイクロチャネル２６を鋳型にしてプラスチック成型する場合も必要ではない。
【０１８３】
またマイクロチャネル２６に親水性が必要とされる場合は、酸素プラズマの曝露や酸化性の薬液の浸析により側面の表面状態を変えて親水性を帯びさせることが出来る。
【０１８４】
上記のように図９（ａ）〜図９（ｄ）の構成では、表面層シリコン３３の高濃度ボロンシリコン膜３２Ｂと反対側の表面からエッチングを開始して、高濃度ボロンシリコン膜３２Ｂの表面層シリコン３３側の表面にちょうど到達したところでエッチングを終了している。
【０１８５】
上記の手法で形成されたマイクロチャネル２６は、図９（ｄ）に示すように、透明なプラスチック平板、ガラス平板あるいは石英平板による蓋６が、表面層シリコン３３上に形成される。この蓋６の形成は、適当な接着剤、光、熱等を用いて行える。
【０１８６】
次に、図１０（ａ）〜図１０（ｄ）に示したマイクロチャネル（マイクロ流体チップ）の製造工程の別実施形態について述べる。まず、図１０（ａ）に示すように、シリコン基材３６Ａは（１１０）面からなる表面を有し、厚みは２００〜１０００μｍ程度であり、その不純物濃度は１０１８ｃｍ−３以下である。その不純物タイプはＮ型、Ｐ型かは問われない。
【０１８７】
次に、周知のフォトリソグラフィを用いてパターニングされたレジスト膜または酸化膜、メタル膜をマスキング材として、不純物拡散法あるいはイオン注入法と熱処理により、シリコン基材３６Ａの表面の一部に選択的にボロンを拡散させて、表面近傍の不純物濃度が２×１０１９ｃｍ−３以上である高濃度ボロンシリコン膜３２Ａを形成する。この時使用するマスクパターンはマイクロチャネルの流体が流れる方向に沿った長辺パターンが〈１１２〉方向になるように配置されている。
【０１８８】
しかるのち周知のエピタキシャル法により低濃度の表面層シリコン３３を１〜１５０μｍの厚みで形成する。表面層シリコン３３の膜厚は通常のＩＣ用途では１〜３０μｍの厚さが一般的であるが、本用途向けに容易に５０〜１５０μｍ厚みにすることができる。
【０１８９】
エピタキシャル法では成長シリコン層の膜厚バラツキは一般に±２％以内に制御されている。すなわち表面層シリコン３３が１００μｍ厚みの場合は高々±２μｍのバラツキである。
【０１９０】
次に、通常のフォトリソグラフィに準じたフォトレジスト塗布、ベーク後にフォトマスクを用いて表面層シリコン３３上を露光機を用いて光照射する。この場合フォトレジストはポジタイプ、ネガタイプを問わない。この時、用いるマスクパターンは下地の高濃度ボロンシリコン膜３２Ａを形成するマスクパターン内に入るように配置されており、また高濃度ボロンシリコン膜３２Ａに対してアライメントされる。
【０１９１】
次に、周知の現像、ベーク処理を行ってレジストパターン３４を形成した後、図１０（ｂ）に示すように、レジストパターン３４をマスクにしてＫＯＨ、ＥＤＰ及びＴＭＡＨのアルカリ水溶液を用いて表面層シリコン３３を選択的にエッチングする。この場合、レジストパターン３４に代えて酸化膜マスクパターンやメタルマスクパターンを用いても良い。
【０１９２】
表面層シリコン３３のエッチング時間は表面層シリコン３３の膜厚バラツキ、エッチング速度及びオーバーエッチング時間を勘案して設定される。エッチング速度は事前にモニタリングを行ないそのエッチング時間とエッチング量とから決定される。またアルカリ水溶液でのエッチングではシリコンエッチング時の泡の発生の低下の観察により、エッチング速度の速い低濃度表面層シリコン３３のエッチング終了が判定できるので、オーバーエッチング時間の短縮に効果がある。
【０１９３】
エッチング後、図１０（ｃ）に示すように、周知の手法を用いてレジストパターン３４もしくはマスク部材として使用された酸化膜パターンやメタル膜パターンが除去される。これによりマイクロチャネル２６が形成される。
【０１９４】
上記形成されたマイクロチャネル２６はその用途に応じてその側壁及び底面に酸化膜等の絶縁膜が形成される。絶縁膜としては、熱酸化膜やカバーレッジの優れたＣＶＤ法によるＳｉＯｘ，ＳｉＮｘ等の絶縁膜が形成される。
【０１９５】
マイクロチャネル２６を電気泳動装置に使用して、電気浸透流を流体移動の駆動力とする場合は、この絶縁膜を形成することが好ましい。一方、遠心力、圧力を流体移動の駆動力とする場合では必ずしも必要でない。またこのマイクロチャネル２６を鋳型にしてプラスチック成型する場合も必要ではない。
【０１９６】
またマイクロチャネル２６に親水性が必要である場合は、酸素プラズマの曝露や酸化性の薬液の浸析により側面の表面状態を変えて、親水性を帯びさせる。
【０１９７】
上記のように図１０（ａ）〜図１０（ｄ）の構成では、表面層シリコン３３の高濃度ボロンシリコン膜３２Ａと反対側からエッチングを開始して、高濃度ボロンシリコン膜３２Ａの表面層シリコン３３側の表面にちょうど到達したところでエッチングを終了している。
【０１９８】
上記の手法で形成されたマイクロチャネル２６は、図１０（ｄ）に示すように、その表面部に透明なプラスチック平板、ガラス平板あるいは石英平板を用いた蓋６が表面層シリコン３３上に形成される。この蓋６の形成は、適当な接着剤、光、熱等を用いて行える。
【０１９９】
図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、上記の手法で形成されたマイクロチャネル２６（この例では、図７（ａ）〜図７（ｄ）のマイクロチャネルであって、蓋６を形成する前のもの）を鋳型（第１鋳型）にして（図１１（ａ））周知の手法でニッケル基板４１を鋳型成型し（図１１（ｂ））、その後、このニッケル基板４１を鋳型（第２鋳型）として、プラスチック材料４２の射出成型を行ってマイクロチャネル２７を有するマイクロチャネル（マイクロ流体チップ）を形成した（図１１（ｃ））例である。
【０２００】
上記の方法ではプラスチック材料を使うことにより安価で大量生産が可能になる。本発明の手法により鋳型の深さの膜厚制御がなされているため、プラスチック成型品の深さ精度も従来品に比べて精度の高いものが供給できる。
【０２０１】
上記説明では高濃度のボロンを含む高濃度ボロンシリコン上にエピタキシャル成長された表面層シリコン３３を形成した場合の例を示したが、本発明はエピタキシャル法に限らず、少なくともその一部の領域に高濃度ボロンシリコンを有する（１１０）面シリコン層上に例えば周知の張り合わせ技術を用いて（１１０）面低濃度表面層シリコンを張り合わせた場合にも適用できるものである。
【０２０２】
図１２（ａ）は本発明に係るマイクロチャネル２６及び２６Ａを形成したマイクロ流体チップを用いたマイクロリアクタ６０の構成を模式的に示す平面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）に示す断面ＡＡに沿った断面図である。前述した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０２０３】
マイクロリアクタ６０は、基板３１を備える。基板３１には、概ね基板３１の＜１１２＞方向５４に沿って形成されたマイクロチャネル２６と、試薬等のサンプルをマイクロチャネル２６に注入するための２個の注入ポート６１及び６２と、マイクロチャネル２６からサンプルを排出するための排出ポート６３とが形成される。マイクロチャネル２６は、注入ポート６１から排出ポート６３に向かって＜１１２＞方向５４に沿って形成された注入流路６４と、注入ポート６２から注入流路６４に斜交する別の＜１１２＞方向に沿って形成された注入流路６５と、上流側において注入流路６４及び６５に連通して、＜１１２＞方向５４に沿って形成されて、下流側において排出ポート６３に連通する合流流路６６とを含む。注入流路６５は、角度Ｂ＝１１０度で合流流路６６に交わる。
【０２０４】
このように注入流路６４及び合流流路６６は、＜１１２＞方向５４に沿って形成されているので、エッチング速度の遅い（１１１）面が側壁として現れ、この側壁は、基板３１表面の（１１０）面に対して垂直に形成される。また注入流路６５は、別の＜１１２＞方向に沿って形成されているので、注入流路６４及び合流流路６６と同様に、（１１１）面が側壁として現れて、基板３１表面の（１１０）面に対して垂直に形成される。
【０２０５】
基板３１には、マイクロチャネル２６Ａと、マイクロチャネル２６Ａにサンプルを注入するための２個の注入ポート６１Ａ及び６２Ａと、マイクロチャネル２６Ａからサンプルを排出するための排出ポート６３Ａとがさらに形成される。マイクロチャネル２６Ａは、注入ポート６１Ａから別の＜１１２＞方向に沿って注入流路６５と平行に形成された注入流路６４Ａと、注入ポート６２Ａから注入流路６４Ａに交差するさらに別の＜１１２＞方向に沿って形成された注入流路６５Ａと、上流側において注入流路６４Ａ及び６５Ａに連通して＜１１２＞方向５４に沿って形成された合流流路６６Ａと、上流側において合流流路６６Ａの下流側に連通して注入流路６４Ａと平行に形成され、下流側において排出ポート６３Ａに連通する排出流路６７とを含む。注入流路６４Ａ、６５Ａ及び排出流路６７は、それぞれ角度Ｂ＝１１０度で合流流路６６Ａに交わる。
【０２０６】
このように合流流路６６Ａは＜１１２方向＞５４に沿って形成されているので、エッチング速度の遅い（１１１）面が側壁として現れ、この側壁は、基板３１表面の（１１０）面に対して垂直に形成される。また注入流路６４Ａと排出流路６７とは別の＜１１２方向＞に沿って形成され、注入流路６５Ａはさらに別の＜１１２＞方向に沿って形成されているので、合流流路６６Ａと同様に、（１１１）面が側壁として現れて、基板３１表面の（１１０）面に対して垂直に形成される。注入ポート６１、６２、６１Ａ及び６２Ａ、並びに排出ポート６３及び６３Ａには、基板３１の裏面に貫通する貫通孔６８がそれぞれ形成される。基板３１の表面には、マイクロチャネル２６及び２６Ａ、注入ポート６１、６２、６１Ａ及び６２Ａ、並びに排出ポート６３及び６３Ａを覆う透明な蓋６が設けられる。
【０２０７】
このように構成されたマイクロリアクタ６０においては、マイクロチャネル２６の２個の注入ポート６１及び６２に貫通孔６３を通してそれぞれ試薬を供給すると、各試薬はそれぞれ注入流路６４及び６５を流れ、合流流路６６において混合して化学反応し、排出ポート６３から排出される。マイクロチャネル２６Ａの２個の注入ポート６１Ａ及び６２Ａにそれぞれ試薬を供給すると、各試薬はそれぞれ注入流路６４Ａ及び６５Ａを流れ、合流流路６６Ａにおいて混合して化学反応し、排出流路６７を通って排出ポート６３Ａから排出される。
【０２０８】
マイクロチャネル２６及び２６Ａ内の化学反応は、透明な蓋６を通して光学的に観察することができる。また化学反応を分析するために、各種センサー、温度調節器及び発振器等の計測用回路を基板３１に設けてもよい。
【０２０９】
本実施の形態に係るマイクロチャネル２６及び２６Ａは深さのばらつきが低減されているので、従来よりも精度が高く安定したマイクロリアクタを提供することができる。
【０２１０】
図１３は、本発明に係るマイクロチャネル２６を形成したマイクロ流体チップを用いた電気泳動装置７０の構成を模式的に示す斜視図である。電気泳動装置７０は２本のマイクロチャネル２６を形成した基板３１を備える。各マイクロチャネル２６の一端には試薬導入孔７４が形成され、他端には試薬排出孔７５が形成される。各試薬導入孔７４の近傍には負電極７１がそれぞれ配置され、各試薬排出孔７５の近傍には正電極７２がそれぞれ配置される。各マイクロチャネル２６の上方には検出部７３がそれぞれ設けられる。
【０２１１】
このように構成された電気泳動装置７０においては、試薬導入孔７４に導入された試薬は、マイクロチャネル２６を流れて試薬排出孔７５から排出される。正電極７２及び負電極７１に電圧を印加すると両電極間に電界が生じる。そしてマイクロチャネル２６を流れる試薬は、両電極間に生じた電界の作用により分離される。検出部７３は、分離された試薬を検出する。
【０２１２】
本実施の形態に係るマイクロチャネル２６は深さのばらつきが低減されているので、従来よりも精度が高く安定した電気泳動装置を提供することができる。
【０２１３】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０２１４】
また、本発明は、上記構成のマイクロチャネルを用いるマイクロリアクタシステム、電気泳動マイクロシステム、または遠心力分離マイクロシステムであるように構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０２１５】
マイクロリアクタシステムや電気泳動マイクロシステム、遠心力分離マイクロシステム等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０２１６】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係るＳＯＩを用いたマイクロチャネルの製造方法を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、ＳＯＩを用いたマイクロチャネルの製造方法を示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、マイクロチャネルを鋳型としたプラスチック射出成型方法を示す断面図である。
【図４】表面層シリコンの（１１０）面を用いたマイクロチャネルの構成を示す斜視図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、ＳＯＱを用いたマイクロチャネルの製造方法を示す断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、従来のマイクロチャネルの製造方法を示す断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係るボロン高濃度ボロンシリコン膜層を用いたマイクロチャネルの製造方法を示す断面図である。
【図８】表層シリコンの（１１０）面を用いたマイクロチャネルの構成を示す斜視図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係るボロン高濃度ボロンシリコン膜を用いた別実施形態のマイクロチャネルの製造方法を示す断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係るボロン高濃度ボロンシリコン膜を用いた別実施形態のマイクロチャネルの製造方法を示す断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、マイクロチャネルを鋳型とした第２のプラスチック射出成型方法を示す断面図である。
【図１２】（ａ）は本発明に係るマイクロチャネルを形成したマイクロ流体チップを用いたマイクロリアクタの構成を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す断面ＡＡに沿った断面図である。
【図１３】本発明に係るマイクロチャネルを形成したマイクロ流体チップを用いた電気泳動装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【０２１７】
１    ＳＯＩ基板
２    シリコン基材
３    埋め込み酸化膜（エッチングストッパー層）
４    表面層シリコン
５    レジストパターン
６    蓋
７    ニッケル基板
８    プラスチック材料
９    （１１０）面
１０  （１１１）面
１１  ＳＯＱ基板
１２  石英基材（エッチングストッパー層）
２１、２２、２３、２４、２５、２６、２６Ａ、２７  マイクロチャネル
３１、３１Ａ、３１Ｂ  基板
３２  高濃度ボロンシリコン基材（エッチングストッパー層）
３２Ａ、３２Ｂ  高濃度ボロンシリコン膜（エッチングストッパー層）
３３  表面層シリコン
３４  レジストパターン
３６、３６Ａ  シリコン基材
４１  鋳型
４２  プラスチック材料
５１  （１１０）面
５２  （１１１）面
５３  （１１１）面
５４  ＜１１２方向＞
６０  マイクロリアクタ
７０  電気泳動装置
【図１】
2005334874.tif 000003
【図２】
2005334874.tif 000004
【図３】
2005334874.tif 000005
【図４】
2005334874.tif 000006
【図５】
2005334874.tif 000007
【図６】
2005334874.tif 000008
【図７】
2005334874.tif 000009
【図８】
2005334874.tif 000010
【図９】
2005334874.tif 000011
【図１０】
2005334874.tif 000012
【図１１】
2005334874.tif 000013
【図１２】
2005334874.tif 000014
【図１３】
2005334874.tif 000015