(57)【要約】【課題】基板に対し何らかの加工を実施すると基板表面への異物や汚れの付着が起こる。そのため、各工程の間には洗浄工程を実施する必要がある。したがって、加工工程が増えるほど洗浄工程が増え、製作コストの上昇につながるという課題があった。【解決手段】流路および貫通穴を加工する前に、ウェットエッチング液で容易に除去可能な材料を被加工基板上にマスクとして成膜する。そのマスクを被加工基板上に保持したまま流路および貫通穴を加工する。その後ウェットエッチングによりマスクを除去、洗浄する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一基板上に流路と貫通穴を有する流路基板の製作方法であって、被加工基板上にマスクを成膜する工程と、該マスクを流路のパターンに加工する工程と、該被加工基板に流路および貫通穴を加工する工程と、前記流路および貫通穴加工終了後にマスクを除去する工程と、を有し、前記流路および貫通穴加工工程はマスクを保持したまま実施することを特徴とする流路基板の製作方法。
【請求項２】
前記流路がマイクロ流路である請求項１に記載の流路基板の製作方法。
【請求項３】
前記貫通穴の加工方法がレーザ加工であることを特徴とする請求項１または２に記載の流路基板の製作方法。
【請求項４】
前記マスクがフォトレジスト、アモルファスシリコン、窒化シリコンあるいはクロムのいずれかであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の流路基板の製作方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法により製作した流路基板の加工面に、蓋となる基板を接合したことを特徴とする流路デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は貫通穴と流路を有する流路基板の製作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来実験室で行われてきた混合、分離、反応、検出などの化学操作ではmlやμl単位程度の量の試料を必要としていた。かかる試験管レベルの方法に対し、上記化学操作を行う構造を１枚のチップ上に集積、小型化する技術をμ-TAS（Micro Total Analysis system）技術と呼ぶ。μ-TASでは主に半導体製造で用いられる微細加工プロセスを利用してチップを製作する。そのためnl単位程度の試料で上記化学操作が可能なチップを製作することができる。μ-TAS技術は試料の必要量が微量ですむという効果の他にも、自動化、高速化、高精度化、低コスト、迅速性、環境インパクトの低減など、大きな効果を得られる手段として注目されている。この技術を導入した流路デバイスにおいて加熱による反応場を利用する例にPCR反応（Polymerase Chain Reaction:ポリメラーゼ連鎖反応）がある。
【０００３】
試料をマイクロ流路内で化学操作する場合、試料を操作する場であるマイクロ流路の他に、マイクロ流路へ試料を注入するための貫通穴が必要である。これらの加工方法として様々な手段が考えられる。例えば特許文献１では、マイクロ流路加工は被加工基板への金属膜の成膜、金属膜上へのフォトレジストのパターニング、金属膜のエッチング、基板のエッチング、金属膜の除去の順で製作される。貫通穴はその後、機械的加工方法で形成される。また、特許文献２では、まずドリル等により貫通穴を形成し、その後にエッチングやサンドブラスト等によりマイクロ流路を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０７５９６２号公報
【特許文献２】特開２００３−３０２３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に何らかの加工を実施すると被加工基板への異物や汚れの付着が起こる。そのため各工程の間には洗浄工程を実施する必要がある。したがって加工工程が増えるほど洗浄工程が増え、製作コストの上昇につながる。
【０００６】
また選択した加工方法によっては加工用のマスクを複数回成膜、除去する必要が生じることが考えられる。その場合も製作コストの上昇につながる。
【０００７】
例えば、特許文献１に記載された技術では、マイクロ流路加工のためのマスクの成膜と除去、および該文献に記載はないものの、機械加工後に洗浄工程が必要と想定される。また特許文献２に記載された技術では、貫通穴の機械加工後およびマイクロ流路の加工後の少なくとも２度の洗浄工程が必要になるものと想定される。
【０００８】
本発明は、このような背景技術に鑑みてなされたものであり、流路と貫通穴を有する構造物の製作において、複数の加工工程を実施する場合でも、各工程間の洗浄を実施せず、一度の洗浄工程で製作を可能とする加工方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための加工方法は、まず被加工基板に、ウェットエッチングで容易に除去可能な材料をマスクとして成膜する。その後、そのマスクを被加工基板上に保持したまま流路加工および貫通穴加工を実施する。その後、ウェットエッチングによりマスクを除去する。加工中に生じた異物はマスク上に堆積するため、全加工終了後にマスクを剥離することで、加工工程間の洗浄工程を省くことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、流路および貫通穴加工前に成膜したマスクを被加工基板上に保持して加工を行い、加工終了後にマスクを除去することで工程間の洗浄工程を省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る貫通穴を有する流路作製フローの一例であり、流路および貫通穴加工前に成膜したマスクを保持して両加工を実施する場合のフロー図である。
【図２】本発明の実施形態の一例を示す図であり、（ａ）はマイクロ流路と貫通穴を有する流路基板に蓋基板を接合したマイクロ流路デバイスの模式的上面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ’線に沿った模式的断面図、（ｃ）はそのＢ−Ｂ’線に沿った模式的断面図である。
【図３】本発明の実施形態の一例を示す、フォトレジストをマスクとして、ドライエッチングとレーザ加工により貫通穴を有するマイクロ流路基板を製作する場合のプロセス模式図である。
【図４】本発明の実施形態の一例を示す、被加工基板上に成膜したアモルファスシリコンをマスクとして、ウェットエッチングとドリル加工により貫通穴を有するマイクロ流路基板を製作する場合のプロセス模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明について詳細に説明する。図１は本発明のプロセスフロー図である。被加工基板に対し、加工前に、ウェットエッチングで容易に除去可能なマスクを成膜し、そのマスクを保持したまま流路を加工し、次に貫通穴を加工したのち、ウェットエッチングによりマスクを除去する。また図２（ａ）〜（ｃ）は流路１３と流路１３へ試料を注入するための貫通穴１４を示す模式図である。
【００１３】
被加工基板の材質としては、流路の使用温度、流路内に導入する試料、要求される光学特性などの使用条件を満たすものであれば使用可能である。たとえばシリコン、ガラス、金属、樹脂などから選択することができる。マスクの材質は、フォトレジスト、フィルムを含む樹脂、金属、酸化膜、窒化膜、半導体材料などから選択することができる。選択する際に考慮することはウェットエッチングによる除去の容易性だけではない。流路加工方法および貫通穴加工方法に耐えうる材料を選択する必要がある。例えば、被加工基板がガラス、流路加工工程をフッ化水素酸によるウェットエッチングで行う場合、マスクが耐フッ酸性を有するフォトレジスト、クロム、アモルファスシリコンまたは窒化シリコンなどであることが望ましい。流路加工方法は、ドライまたはウェットによるエッチング法、サンドブラスト、ドリル等の機械的加工法、レーザ等の光学的加工法などから選択可能である。貫通穴加工方法は、サンドブラスト、ドリル等の機械的加工法、レーザ等の光学的加工法などから選択可能である。マスクを基板上へ成膜する方法はスピンコート、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ、接着など材料に適した方法であればよい。
【００１４】
流路加工および貫通穴加工終了後に、ウェットエッチングによってマスクを除去する。ウェットエッチングで使用するエッチング液はマスクの材質等によって決められる。例えば、マスクがフォトレジストであれば硫酸過水やＮメチル−２−ピロリドンなどが有用であり、マスクがアモルファスシリコンであれば水酸化カリウムや水酸化テトラメチルアンモニウム（Tetra-methyl ammonium hydroxide：TMAH）が有用である。
【００１５】
上記加工工程により、同一基板上に流路および貫通穴を有する流路基板を製作することができる。次に、上記流路基板の流路加工面に対向する向きに蓋となる蓋基板を接合する。蓋基板の材料は、被加工基板と同様、流路の使用温度、流路内に導入する試料、要求される光学特性などの使用条件を満たすものであれば何れも使用可能である。また被加工基板と蓋基板の接合方法は両基板同士が接合可能であれば方法を問わない。例えば被加工基板と蓋基板が共に石英であれば、熱接合、常温接合または接着材による接合などが使用可能である。
なお、加工により形成される流路は、マイクロオーダー（数百ｎｍ〜数百μｍ）の流路幅を有するマイクロ流路であることが好ましく、同様に、貫通孔もマイクロオーダーの口径を有するものであることが好ましい。
【実施例】
【００１６】
以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。なお、以下の実施例は本発明をより詳細に説明するための例であって、本発明の実施形態は以下の実施例のみに限定されない。
【００１７】
（実施例１）
図３は本発明の第１実施形態のプロセス模式図である。被加工基板１１は板厚０．６２５ｍｍの石英基板である。
（マスク成膜）
基板１１上にスピンコートによりマスク１２形成用のフォトレジストを塗布する。
（マスクパターニング）
露光装置でマイクロ流路１３のパターニング、現像を行い、フォトレジストのマイクロ流路パターンを得る。
（マイクロ流路加工）
前記レジストパターンをマスク１２として、被加工基板１１をトリフルオロメタンプラズマによるドライエッチングによりパターン段差２０μｍに加工する。
（貫通穴加工）
マスク１２の除去を行わずにレーザ加工によって貫通穴を加工する。使用するレーザはピコ秒パルスのＹＡＧレーザの２倍波であり、トレパニング加工により貫通穴を形成する。
（マスク除去、洗浄）
被加工基板１１上に残存するマスク１２としてのフォトレジストを硫酸過水（硫酸と過酸化水素の混合溶液）により除去する。その後、窒素ガスと純水を被加工基板上へ吹き付ける二流体洗浄、およびフッ酸過水（フッ酸と過酸化水素水の混合溶液）により被加工基板１１を洗浄する。
（接合）
板厚０.６２５ｍｍの石英である蓋基板１５と被加工基板１１を常温接合により接合し、マイクロ流路構造を形成する。
【００１８】
以上の製造プロセスにより、加工中に発生する異物はフォトレジスト上に堆積し、硫酸過水でのフォトレジスト除去工程でフォトレジストとともに除去される。そのため、洗浄工程はマスク除去時の１度のみで加工できる。
【００１９】
（実施例２）
図４は本発明の第２実施形態のプロセス模式図である。マスク１２およびフォトレジスト１６を利用した加工方法について、以下に詳細に説明する。被加工基板１１は板厚０．７ｍｍの硼珪酸ガラスである。
（マスク成膜）
被加工基板１１上にプラズマＣＶＤによりマスク１２としてのアモルファスシリコンを厚さ３００ｎｍに成膜する。
（マスク加工）
アモルファスシリコン上へスピンコートによりフォトレジスト１６を塗布し、フォトレジストに対し所望のマイクロ流路パターンを露光する。その後、現像工程を経てフォトレジストの所定のマイクロ流路パターンを得る。そして前記フォトレジスト１６をマスクとして、四フッ化炭素プラズマを使用するドライエッチングにより、フォトレジスト１６に覆われていない箇所のアモルファスシリコンを除去する。 
（マイクロ流路加工）
被加工基板１１の加工はアモルファスシリコン層をマスク１２としたウェットエッチングにより行う。ウェットエッチング液は５０％フッ化水素酸を使用する。被加工基板１１をウェットエッチング液へ浸漬し、アモルファスシリコンのマスク１２の開口部を加工し、段差２０μｍのマイクロ流路パターンを得る。
（貫通穴加工）
前記ウェットエッチング工程の終了後、マスク１２の除去を行わずに保持したまま、ドリルにより貫通穴を加工する。
（マスク除去）
フォトレジスト１６およびアモルファスシリコンのマスク１２をそれぞれ硫酸過水と水酸化カリウム水溶液に浸漬して除去する。
（接合）
板厚０．１ｍｍの硼珪酸ガラスである蓋基板１５を被加工基板１１と重ね合わせ５００℃に加熱することにより接合してマイクロ流路デバイスを完成する。
【００２０】
以上の製造プロセスにより、加工中に発生する異物はフォトレジストおよびアモルファスシリコン上に堆積し、硫酸過水および水酸化カリウムでのフォトレジストおよびアモルファスシリコン除去工程でこれらと共に除去される。そのため、洗浄工程はマスク除去時の１度のみで加工することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は、流路と貫通穴を有する流路基板の製作方法に関するものであり、製作した流路基板は化学反応の試験や、遺伝子解析、臨床検体解析等に供することができる。
【符号の説明】
【００２２】
１１  被加工基板
１２  マスク
１３  流路
１４  貫通穴
１５  蓋基板
１６  フォトレジスト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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