(57)【要約】【課題】製造プロセスの工程数の増大を抑制することができる光導波路型バイオケミカルセンサチップを提供する。【解決手段】本実施形態の光導波路型バイオケミカルセンサチップは、基板と、前記基板上に設けられた1対のグレーティングと、前記基板上に設けられ、前記基板を形成する材料よりも屈折率が高くＵＶ照射により硬化する材料で形成された光導波路層と、前記光導波路層上に溶液を滴下することにより形成され、検体を作用させると発色反応するセンシング膜と、前記光導波路層上に前記センシング膜の形成エリアを規定し、高さが前記センシング膜を形成する際の前記溶液の液面より高く、前記光導波路層が硬化することにより前記基板に貼り合わせられる枠とを備える。【選択図】図１
2012173066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と
前記基板上に設けられた1対のグレーティングと
前記基板上に設けられ、前記基板を形成する材料よりも屈折率が高くＵＶ照射により硬化する材料で形成された光導波路層と
前記光導波路層上に溶液を滴下することにより形成され、検体を作用させると発色反応するセンシング膜と
前記光導波路層上に前記センシング膜の形成エリアを規定し、高さが前記センシング膜を形成する際の前記溶液の液面より高く、前記光導波路層が硬化することにより前記基板に貼り合わせられる枠と
を備えることを特徴とする光導波路型バイオケミカルセンサチップ。
【請求項２】
前記枠の高さは、
（前記センシング膜を形成する溶液の滴下量／センシング膜の形成エリアの面積）
により表される値よりも高い
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路型バイオケミカルセンサチップ。
【請求項３】
前記枠は、光導波路層を形成する材料よりも屈折率が低い材料により形成される
ことを特長とする請求項１又は請求項２に記載の光導波路型バイオケミカルセンサチップ。
【請求項４】
前記光導波路層は、前記基板の前記光導波路層を形成する面と対向する面側からＵＶを照射することにより硬化する
ことを特長とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光導波路型バイオケミカルセンサチップ。
【請求項５】
基板上に有機材料を塗布する工程と
前記有機材料を挟むように前記基板と枠とを配置する工程と
ＵＶ照射により前記有機材料を硬化させ光導波路層を形成することで、前記基板と前記枠とを貼り合わせる工程と
前記光導波路層上の前記枠内に溶液を滴下することでセンシング膜を形成する工程と
を備えることを特徴とする光導波路型バイオケミカルセンサチップの製造方法。
【請求項６】
前記光導波路層を形成する際に、前記基板の前記有機材料を塗布した面と対向する面側からＵＶを照射することを特長とする請求項５に記載の光導波路型バイオケミカルセンサチップ。
【請求項７】
高さが前記センシング膜を形成する際の前記溶液の液面より高くなるように前記枠を形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の光導波路型バイオケミカルセンサチップの製造方法。
【請求項８】
高さが（前記センシング膜を形成する溶液の滴下量／センシング膜の形成エリアの面積）により表される値より高くなるように前記枠を形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の光導波路型バイオケミカルセンサチップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光導波路型バイオケミカルセンサチップおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機樹脂層（以下、光導波路層という）上に被測定物の濃度に応じて発色反応する機能膜（以下、センシング膜という）を形成し、光導波路層を全反射しながら伝播する光のエバネッセント波をセンシング膜に吸収させ、その吸収率から被測定物の濃度を測定する光導波路型バイオケミカルセンサチップが提案されている。
【０００３】
この時、光の吸収率は、センシング膜の発色による吸収率と、光導波路層を伝播する光の反射回数（すなわち、エバネッセント波の発生回数）に依存する。光の反射回数は、導波路を伝播する光の伝播角と、センシング膜の長さ（光が伝播する方向の長さ）によって決まる。このことから、センシング膜の長さのばらつきが大きいと測定の精度が劣化する可能性がある。
【０００４】
これを防ぐために、従来、光導波路層の表面にセンシング膜の長さと幅（センシングエリア）を規定するための枠を形成した光導波路型バイオケミカルセンサチップが考えられている。この光導波路型バイオケミカルセンサチップにおいて、センシング膜は、色素、酵素、バインダが混合された溶液を上述のセンシングエリアに塗布・乾燥することにより形成される。センシング膜の形成エリアを規定する枠の高さ（厚さ）がセンシング膜溶液の液面よりも低い場合、枠から溶液がはみ出しセンシング膜厚の変動を引き起こすので、これを回避するために、撥水性を持たせた材料を枠に用い、センシングエリア内に溶液を保持する。撥水性材料としてはフッ素を含有した有機材料などを用い、例えば印刷形成により枠を形成する。しかしながら、印刷形成時にセンシング膜の形成エリア内に有機材料の汚染が発生し、センシング膜と光導波路層との密着性が低下する可能性がある。
【０００５】
枠を形成する別の方法として、有機膜と露光現像してパターン形成する方法も考えられるが、この方法においてもセンシング膜の形成エリア内に現像残渣がわずかに発生し、センシング膜と光導波路層との密着性が低下するおそれがある。
【０００６】
上述のようにセンシング膜と光導波路層との密着性が低下すると、測定時にセンシング膜が剥がれ、測定精度が低下する場合がある。これを回避するために、従来、センシング膜を塗布形成する前に、光導波路層の表面処理として、エキシマUV（Ultra Violet）やアルカリ洗浄などを実施し、センシング膜の形成エリア内の残渣や汚染物を除去していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４２３１０５１号公報
【特許文献２】特開２００６−２０８３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の表面処理により、バイオケミカルセンサチップの製造プロセスとしては工程数が増加する。特に、上述の表面処理は、チップの個片化後に、個々のバイオケミカルセンサチップ毎に実施するので、製造プロセスが煩雑になり、製造負荷が増大するという課題があった。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、製造プロセスの工程数の増大を抑制することができる光導波路型バイオケミカルセンサチップを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本実施形態の光導波路型バイオケミカルセンサチップは、基板と、前記基板上に設けられた1対のグレーティングと、前記基板上に設けられ、前記基板を形成する材料よりも屈折率が高くＵＶ照射により硬化する材料で形成された光導波路層と、前記光導波路層上に溶液を滴下することにより形成され、検体を作用させると発色反応するセンシング膜と、前記光導波路層上に前記センシング膜の形成エリアを規定し、高さが前記センシング膜を形成する際の前記溶液の液面より高く、前記光導波路層が硬化することにより前記基板に貼り合わせられる枠とを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る光導波路型バイオケミカルセンサチップの断面図
【図２】同実施形態に係る光導波路型バイオケミカルセンサチップの製造プロセスの一例を説明するフローチャート
【図３】図１に示す光導波路型バイオケミカルセンサチップが形成される様子を示す図
【図４】比較方式における光導波路型バイオケミカルセンサチップの製造プロセスの一例を説明するフローチャート
【図５】比較方式における光導波路型バイオケミカルセンサチップが形成される様子を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図1は本実施形態に係る光導波路型バイオケミカルセンサチップを示す断面図である。本実施形態に係る光導波路型バイオケミカルセンサチップは、センシング膜の形成エリアを規定する枠１と、光導波路層２、基板３、一対のグレーティング４および５、センシング膜６を含む。光導波路層２は有機材料で形成された膜である。基板３は例えばガラスである。一対のグレーティング４および５は高屈折率の材料から形成され、光を所望の角度に回折させる。センシング膜６は、被測定物と反応して発色する。また、図示しないが、本実施形態においては基板３の裏面側（光導波路層が形成される面と反対の面）から光を入射する。入射された光は、グレーティング４で回折した後、光導波路層２内を伝播する。その後、伝播した光は、グレーティング４と対向して形成されているグレーティング５で再度回折され、基板３の裏面側に透過する。この透過光をフォトダイオード（図示せず）で検出することで、光の吸収率を測定する。その吸収率から被測定物の濃度を測定する。
【００１４】
本実施形態では、センシング膜の形成エリアを規定する枠１内にセンシング膜となる溶液を滴下し乾燥することで、センシング膜６を形成する。図１において記号“ｈ”で示すように枠１の高さ（厚さ）は、センシング膜となる溶液の滴下量に応じて、滴下した溶液の液面高さ以上となるようにする。枠１の高さ（厚さ）“ｈ”は、（滴下する溶液量／センシング膜のエリア面積）で計算することができる。
【００１５】
以下、図２及び図３を参照しながら、本実施形態に係る光導波路型バイオケミカルセンサチップの製造方法を説明する。図２は、図１に示す光導波路型バイオケミカルセンサチップの製造プロセスの一例を説明するフローチャートである。また図３は、図１に示す光導波路型バイオケミカルセンサチップが形成される様子を示す図である。
【００１６】
まず、図２のステップS２０１において、基板３を洗浄する。次に、ステップS２０２において、グレーティング４及び５を形成する。具体的には、高屈折率材料を基板３上に成膜し、レジスト塗布及び露光現像によりパターニングした後、エッチングにより加工する。この結果、図３（ａ）に示すように、基板３上にグレーティング４及び５が形成される。その後、ステップS２０３において、基板３上に有機材料を塗布する。この様子を図３（ｂ）に示す。ここで、基板３上に塗布する有機材料として、UV光照射により硬化する材料、例えばUV硬化型樹脂を用いる。後述するように、この有機材料は光導波路層２となる。
【００１７】
一方、ステップS２２０において、図３（ｆ）に示すように、枠１を成型した板を作成する。この板には、必要に応じて表面処理を施してもよい。枠1の材料としては、光導波路層２よりも低い屈折率を有する材料、例えばプラスチックなどを用いる。また、枠１の高さ（厚さ）は所望の高さに形成することができ、例えば後述するセンシング膜の形成時において溶液が枠１から溢れないような高さに形成することが望ましい。
【００１８】
次に、ステップS２０４において、ステップS２０３において塗布した有機材料を挟むように基板３と枠１を成型した板を貼り合わせる。この様子を図３（ｃ）に示す。その後、ステップＳ２０５において、UV照射することで有機材料が硬化する。これにより、基板３と枠１が、有機材料を挟んだ状態で固定される。硬化した有機材料は、光導波路層２となる。有機材料にUV照射する際、基板３の裏面側（図１における下側）、すなわち基板３の光導波路層２を形成する面と反対の（対向する）面側からＵＶを照射することが好ましい。基板３の上面側、すなわち光導波路層２のセンシング膜を形成する面側からＵＶ照射すると、枠１の開口部と未開口部で照射量が異なるために、均一に有機材料が硬化しない可能性がある。また、枠１が加熱変形する可能性も考えられる。従って、ガラス裏面側からUV照射することで、有機材料を均一に硬化させることができる。
【００１９】
続いて、ステップＳ２０６において、チップとして所望の大きさに個片化（ダイシング）する。ステップＳ２０７において個片化したチップを洗浄キャリアに移載し、ステップＳ２０８において、ダイシングで付着したパーティクル等を除去するために各チップを洗浄する。その後、ステップＳ２０９において、各チップをトレーに移載する。本実施形態では、上述のステップＳ２０７からＳ２０９までの工程を、洗浄処理Ａと呼ぶ。
【００２０】
続いて、ステップＳ２１０及びＳ２１１により、センシング膜６を形成する。ステップＳ２１０では、センシング膜となる溶液を、光導波路層２上の枠１で囲まれたエリアに塗布する。このとき本実施形態では、枠１の高さを所望の高さに形成していることから、図３（ｄ）に示すように、溶液は枠１から溢れ出ない。そして、ステップＳ２１１において乾燥させることで、図３（ｅ）に示すようにセンシング膜６が形成される。
【００２１】
上述のように、本実施形態に係る光導波路型バイオケミカルセンサチップの製造方法では、印刷形成ではなく貼り合わせにより基板３上に枠１を形成するので、センシング膜の形成エリア内に有機材料の汚染がほとんど生じない。従って、ダイシングで付着するパーティクル等を除去するための洗浄処理Ａは必要であるが、センシング膜の形成エリア内の汚染を除去するための洗浄処理は不要である。特に、本実施形態の製造有機材料を硬化させ光導波路層２を形成すると同時に枠１が基板３上に形成（固定）されるので、光導波路層２の特殊な表面処理が不要である。
【００２２】
次に、図４及び図５を参照しながら、比較方式における光導波路型バイオケミカルセンサチップの製造方法を説明する。図４は、比較方式における光導波路型バイオケミカルセンサチップの製造プロセスの一例を説明するフローチャートである。また図５は、比較方式における光導波路型バイオケミカルセンサチップが形成される様子を示す図である。
【００２３】
図４に示す比較方式における光導波路型バイオケミカルセンサチップの製造プロセスにおいて、図２に示す本実施形態における光導波路型バイオケミカルセンサチップの製造プロセスと同じ工程には同じ符号を付し、異なる工程には異なる符号を付している。すなわち、図４におけるステップＳ２０１、Ｓ２０２、Ｓ２０６乃至Ｓ２０９、Ｓ２１０、及びＳ２１１は、図２に示す本実施形態における光導波路型バイオケミカルセンサチップと同じ工程である。一方、図４におけるステップＳ５０３乃至Ｓ５０５、Ｓ５０７乃至Ｓ５０９は、図２に示す本実施形態における光導波路型バイオケミカルセンサチップとは異なる工程である。
【００２４】
まず、図４のステップS２０１において、基板３を洗浄する。次に、ステップS２０２において、グレーティング４及び５を形成する。具体的には、高屈折率材料を基板３上に成膜し、レジスト塗布及び露光現像によりパターニングした後、エッチングにより加工する。この結果、図５（ａ）に示すように、基板３上にグレーティング４及び５が形成される。
【００２５】
その後、ステップS５０３において基板３上に有機材料を塗布し、ステップＳ５０４においてベークすることで光導波路層５２を形成する。この様子を図５（ｂ）に示す。
【００２６】
続いて、ステップＳ５０５において、光導波路層５２上に有機材料を印刷して、枠５１を形成する。この様子を図５（ｃ）に示す。枠５１は、センシング膜を形成するエリアを規定するためのものである。比較方式では、枠５１を印刷形成する際に、センシング膜の形成エリア内に有機材料による汚染が発生しうる。また、枠５１は印刷により膜状に形成されるので、比較方式においては枠５１の高さ（厚さ）を所望の値になるように形成することは難しい。
【００２７】
その後、ステップＳ２０６において、チップとして所望の大きさに個片化（ダイシング）する。個片化後、ダイシングで付着したパーティクル等を各チップから除去するために、ステップＳ２０７乃至Ｓ２０９において洗浄処理Ａを行う。
【００２８】
続いて、ステップＳ５０６において、洗浄処理Ｂを行う。前述したように比較方式では枠５１の印刷形成時に有機材料による汚染が発生しうるので、この汚染を除去するためにドライ洗浄を実施する。図５（ｄ）に示すように、ドライ洗浄により汚染が除去される。ドライ洗浄は、例えば、エキシマUV照射やO2プラズマ処理などにより行われる。この時、枠５１は有機材料により形成されているので、枠５１までもがドライ洗浄により除去されたり剥がれたりする可能性がある。そこで、センシング膜を形成するエリアのみをドライ洗浄するために、マスクを用いることが多い。
【００２９】
その後、ステップＳ５０７乃至Ｓ５０９において、ドライ洗浄で付着したパーティクルを除去するために、洗浄処理Ｃを行う。具体的には、ステップＳ５０７において各チップを洗浄キャリアに移載し、ステップＳ５０８において各チップを洗浄する。その後、ステップＳ５０９において、各チップをトレーに移載する。洗浄処理Ｃの後さらに、光導波路層５２の表面状態制御のために表面処理を行ってもよい。
【００３０】
続いて、ステップＳ２１０及びＳ２１１により、センシング膜６を形成する。ステップＳ２１０では、センシング膜となる溶液を、光導波路層５２上の枠５１で囲まれたエリアに塗布する。比較方式では枠５１が高く形成されないので、図５（ｅ）に示すように、溶液の液面の方が枠５１よりも高くなりうる。これにより、溶液が枠５１から溢れる可能性がある。あるいは、溶液が枠５１から溢れにくくするために、枠５１として撥水性のある材料を用いた場合には、溶液の液面が図５（ｅ）に示すように盛り上がり、センシング膜の膜厚が不均一になりやすい。そして、ステップＳ２１１において乾燥させることで、図５（ｆ）に示すようにセンシング膜６が形成される。
【００３１】
上述したように、本実施形態と比較方式を比べると、本実施形態は洗浄処理Ｂ、洗浄処理Ｃなどの工程が不要なので、光導波路型バイオケミカルセンサチップの製造プロセスの工程数を削減することができる。
【００３２】
以上、本実施形態によれば、枠の形成時に有機物による汚染が生じないので、チップ個片化後の洗浄処理や表面処理などの工程を省略し、光導波路型バイオケミカルセンサチップの製造プロセスの工程数を削減することができる。これにより、少ない工程数で光導波路型バイオケミカルセンサチップを製造することができ、製造負荷を低減することができる。特に、特殊なドライ洗浄工程が不要であるために、低コスト化が可能となる。
【００３３】
また、本実施形態によれば、センシング膜を形成するエリアを規定する枠を所望の高さに形成することができる。これにより、センシング膜を形成する際、溶液の液面を枠よりも低くできるので、溶液が枠より溢れ出ることを防ぐことが可能である。さらに、枠の高さが液面の高さよりも高いことにより、液面の盛り上がりを抑制し、乾燥後のセンシング膜の膜厚をより均一にすることができる。
【００３４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３５】
１・・・枠
２・・・光導波路層
３・・・基板
４，５・・・グレーティング
６・・・センシング膜
【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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