(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の一の面において、不純物を選択的に拡散して形成された複数の不純物拡散領域と、
前記半導体基板の前記一の面と反対側の反対面に設けられた冷却手段と、
一の方向に沿って隣接して配列された複数の不純物拡散領域が接続されるアノード側配線と、
前記一の方向と交差する方向に沿って隣接して配列された複数の不純物拡散領域が接続されるカソード側配線と、
前記アノード側配線に接続されるアノード側スイッチング回路と、
前記カソード側配線に接続されるカソード側スイッチング回路と、を有し、
前記冷却手段によって、前記複数の不純物拡散領域を含む半導体基板全体を冷却し、
前記半導体基板の前記一の面に接触した温度制御対象物について、
前記アノード側スイッチング回路および前記カソード側スイッチング回路によって、複数の不純物拡散領域のなかから一部または全部の不純物拡散領域を選択して通電することによって当該通電された不純物拡散領域を加熱部分として加熱し、前記冷却手段により冷却される領域のなかで前記加熱部分以外の領域を冷却部分とする
ことを特徴とする温度制御装置。
【請求項２】
複数の不純物拡散領域の少なくとも一部に、温度計測手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の温度制御装置。
【請求項３】
複数の不純物拡散領域のそれぞれは、一辺が０．０１〜１０ｍｍの矩形であることを特徴とする請求項１に記載の温度制御装置。
【請求項４】
前記冷却手段は、ペルチェ冷却器、コンプレッサ式冷却器、または冷媒循環式熱交換器であることを特徴とする請求項１に記載の温度制御装置。
【請求項５】
前記加熱部分の位置は、化学反応用器材に設けられた複数の反応容器の位置に適合しており、かつ当該化学反応用器材が前記温度制御対象物として着脱自在に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の温度制御装置。
【請求項６】
前記各不純物拡散領域に直列接続されるダイオード要素が前記基板に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度制御対象物の微小領域を加熱および冷却する温度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、遺伝子操作技術、生化学分析技術、微量化学反応合成技術の進展に伴い、バイオチップ、遺伝子チップ、遺伝子増幅（ＰＣＲ）システム、および集積化化学分析システム（micro total analysis system: μ-ＴＡＳ）といわれる実験装置が開発されている。これらの実験装置は、マイクロマシン技術を遺伝子増幅、生化学反応、および化学物質合成のための装置に応用したものである。
【０００３】
たとえば、特開平１０−３３７１７３号公報には、マイクロマシン技術を利用した生化学反応用マイクロリアクタが開示されている。このマイクロリアクタは、単一のシリコン基板の表面に異方性エッチングにより作製された複数の独立したチャンバを有している。このチャンバのサイズは、たとえば４ｍｍ×１０ｍｍと小さい。したがって、一つの基板上に例えば１０００程度のチャンバを設けることが可能となる。この結果、チャンバ毎に生化学反応を実行させる場合、たとえば１０００以上の多数の生化学反応を同時に並列的に実行することができる。
【０００４】
一般に化学反応を生じせるためには、活性化エネルギーよりも高いエネルギー状態にする必要がある。したがって、チャンバのうちで実際に反応を生じせる部分であるマイクロリアクタ（反応チャンバまたは反応槽とも呼ばれる）の温度を高める必要がある。一方、マイクロリアクタ以外の部分における化学反応の進行を防止あるいは抑制するために、マイクロリアクタ以外の部分、たとえばマイクロリアクタに化学反応物質を供給する流路および化学反応物質を蓄えておくリザーバは冷却することが望ましい。したがって、微小サイズの加熱領域と冷却領域とを含む細密な面内温度パターンを実現する温度制御装置が要望される。特に、必要以上の化学反応を急速に止めるためには、マイクロリアクタ以外の部分、すなわち冷却領域を周囲の環境温度よりも低くする必要がある。
【０００５】
しかしながら、上記公報には、シリコン基板の一部に温度調節器を構成する旨の記述があるものの、その温度調節器の具体的な構造は開示されていない。
【０００６】
他にも種々の部分加熱技術が開示する公報が複数存在するが、遺伝子増幅用のマイクロリアクタに適用可能な程度に細密な面内温度パターンを実現できる温度制御装置は開示されていない。
【０００７】
たとえば、特開平１１−１２７９００には、部分的加熱手段を備えた電極からなるチップベースの分析装置が開示されている。この分析装置は、電極の近傍のみを加熱するものである。個別加熱手段を被覆することにより各電極間の熱交換の度合いを軽減しているとはいえ、電極からの熱の拡散を完全に防止する熱絶縁を得ることは難しい。したがって、特定の電極を選択的に加熱しようとしても、熱拡散によって隣接する電極の周辺も加熱されてしまうおそれがある。また、この分析装置は、非加熱部分を周辺の環境温度より低温にすることはできず、試料を積極的に冷却する機能を有していない。
【０００８】
また、特開２０００−２０１６８１号公報および特開平７−１８４６６５号公報にも部分的な加熱により化学反応を制御する技術が開示されているものの、複数の独立した微小サイズの加熱領域および冷却領域を含む細密な面内温度パターンを実現することが難しく、特に、冷却領域の温度を環境温度よりも低くすることができない。
【０００９】
一方、局所を冷却する技術としては、特開平１１−３４９６４３に開示されているように、低温に冷却した棒（冷却体）を冷却対象物に接触させる技術が知られている。しかしながら、冷却体の冷気が冷却対象物の冷却を望まない領域へ伝わり、冷却を望まない領域が冷却されてしまうという欠点があり、複数の独立した微小サイズの領域を冷却することが困難である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものである。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、微小サイズの加熱領域および冷却領域を含む面内温度パターンを実現することができる温度制御装置を提供することである。特に、本発明は、遺伝子増幅装置やμ−ＴＡＳ等のマイクロリアクタ部分のみを加熱し、その他の流路やリザーバの部分については冷却することができる温度制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
本発明の他の目的は、微小サイズの非加熱領域を環境温度よりも低温になるまで冷却することができる温度制御装置を提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的は、面内温度パターンの内容を適宜に変更することができる温度制御装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
以上の目的は、以下の手段によって解決される。
【００１５】
（１）  本発明の温度制御装置は、半導体基板と、前記半導体基板の一の面において、不純物を選択的に拡散して形成された複数の不純物拡散領域と、前記半導体基板の前記一の面と反対側の反対面に設けられた冷却手段と、一の方向に沿って隣接して配列された複数の不純物拡散領域が接続されるアノード側配線と、前記一の方向と交差する方向に沿って隣接して配列された複数の不純物拡散領域が接続されるカソード側配線と、前記アノード側配線に接続されるアノード側スイッチング回路と、前記カソード側配線に接続されるカソード側スイッチング回路と、を有し、前記冷却手段によって、前記複数の不純物拡散領域を含む半導体基板全体を冷却し、前記半導体基板の前記一の面に接触した温度制御対象物について、前記アノード側スイッチング回路および前記カソード側スイッチング回路によって、複数の不純物拡散領域のなかから一部または全部の不純物拡散領域を選択して通電することによって当該通電された不純物拡散領域を加熱部分として加熱し、前記冷却手段により冷却される領域のなかで前記加熱部分以外の領域を冷却部分とすることを特徴とする温度制御装置。
【００１６】
（２）  上記の温度制御装置は、複数の不純物拡散領域の少なくとも一部に、温度計測手段を備える。
【００１８】
（３）  上記の複数の不純物拡散領域のそれぞれは、一辺が０．０１〜１０ｍｍの矩形である。
【００１９】
（４）  上記の温度制御装置は、一の方向に沿って隣接して配列された加熱部分が接続されるアノード側配線と、前記一の方向と交差する方向に沿って隣接して配列された加熱部分が接続されるカソード側配線と、前記アノード側配線に接続されるアノード側スイッチング回路と、前記カソード側配線に接続されるカソード側スイッチング回路とを有し、前記アノード側スイッチング回路および前記カソード側スイッチング回路によって、複数の不純物拡散領域のなかから一部の不純物拡散領域を選択して通電する。
【００２０】
（５）  上記の冷却手段は、ペルチェ冷却器、コンプレッサ式冷却器、または冷媒循環式熱交換器である。
【００２１】
（６）  上記の加熱部分の位置は、化学反応用器材に設けられた複数の反応容器の位置に適合しており、かつ当該化学反応用器材が前記温度制御対象物として着脱自在に取り付けられる。
【００２３】
（７）  前記各不純物拡散領域に直列接続されるダイオード要素が前記基板に形成されている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。
【００２６】
図１は、本発明の一実施の形態にかかる温度制御装置の構成を示す模式図である。温度制御装置１００は、少なくとも一の面（作用面）が半導体で構成された基板２００と、基板２００の作用面に形成された複数の不純物拡散領域ユニット３００により構成される加熱部と、基板２００の反対面を通じて基板２００を冷却する冷却部４００とを有する。温度制御装置１００は、基板２００の作用面を通じて、温度制御対象物１０と接触する。
【００２７】
基板２００の作用面は、温度制御対象物１０と接触する部分を除いて、断熱材５００で覆われている。また、冷却部４００の側面および底面についても排熱部分４１０を除いて断熱材５００で覆われている。
【００２８】
温度制御対象物１０は、加熱されるべき微小反応容器１２と、冷却されるべき部分（リザーバや流路）１４とを含む化学反応用器材である。不純物拡散領域ユニット３００は、微小反応容器１２の位置に合わせて配列されている。温度制御装置１００には、温度制御対象物１０である化学反応用器材を着脱自在に取り付けることができる。
【００２９】
本実施の形態の基板２００は、ｐｎ接合が形成可能な半導体材料で構成されおり、具体的には、基板２００は、入手の容易さ、コスト、および加工の容易さの見地から、単結晶シリコン基板であることが望ましい。しかしながら、本実施の形態と異なり、基板２００として、ガリウム・ヒ素（ＧａＡｓ）基板、ゲルマニウム(Ｇｅ)基板など種々の半導体基板を用いてもよい。基板２００の作用面には、加熱手段（微小ヒータ）として機能する複数の不純物拡散領域ユニット３００が形成されている。複数の不純物拡散領域ユニット３００の一部または全部に通電することによって、通電された不純物拡散領域ユニットの形状に応じた温度制御対象物１０の領域（加熱領域）が加熱される（図中の黒矢印）。一方、この加熱領域以外の領域（冷却領域）は、冷却部４００によって冷却された基板２００を通じて冷却される（図中の白矢印）。
【００３０】
冷却部４００は、ペルチェ冷却器（ペルチェ素子）、コンプレッサ式冷却器、または冷媒循環式熱交換機（液冷式ジャケット）である。ペルチェ冷却器は冷却性能が若干弱く、高湿環境に弱いという欠点があるものの温度制御性が優れており、冷却部の温度を精密に制御する場合に好適に用いられる。コンプレッサ式冷却器は、精密な温度制御が難しいという欠点があるものの冷却能力が優れており、特に低い温度まで冷却したい場合や冷却対象物の熱容量が大きい場合に好適に用いられる。冷媒循環式熱交換機は、温度応答速度が遅いという欠点があるもの機構が簡素で故障が少なく、温度および湿度の影響を受けにくく低コストであるといった長所を有する。したがって、冷却部４００の種類は、冷却対象物の熱容量、冷却温度、および使用環境の条件を考慮し、適切に選択することができる。なお、冷却部４００の構成は、従来のペルチェ冷却器、コンプレッサ式冷却器、または冷媒循環式熱交換機と同様であるので、詳しい説明を省略する。また、本実施の形態と異なり、上記の種類以外の冷却部４００を採用することも可能である。
【００３１】
次に、基板２００の作用面に形成された不純物拡散領域ユニット３００の構成について説明する。
【００３２】
図２は、基板２００の作用面に形成された複数の不純物拡散領域ユニット３００を示す模式図であり、図３は、一つの不純物拡散領域ユニット３００を拡大した拡大図である。
【００３３】
一つの不純物拡散領域ユニット３００のサイズは、０．１ｍｍであり、隣接する不純物拡散領域ユニット３００の中心間の距離（ピッチ）は、０．１ｍｍよりも僅かに大きい。しかしながら、本実施の形態と異なり、隣接する不純物拡散領域ユニットの中心間の距離および／または不純物拡散領域ユニットのサイズは、０．０１ｍｍ〜１０ｍｍであってもよい。また、一つの不純物拡散ユニット３００のサイズとは別に設定すべき要素として、加熱領域以外の領域として形成される冷却領域のサイズを０．０１ｍｍ〜１０ｍｍとすることができる。冷却領域のサイズは、好適には０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度である。
【００３４】
図３に示されるとおり、本実施の形態の各不純物拡散領域ユニット３００は、矩形形状をしている。そして、アノード側金属配線３０１およびカソード側金属配線３０２は、不純物拡散領域ユニット３００と接続するための接続部分を有している。この接続部分は、不純物拡散領域ユニット３００を挟んで対向している。
【００３５】
また、図２に示されるとおり複数本のアノード側金属配線３０１（３０１ａ〜３０１ｅ）が、基板２００の面内において一の方向（図２の縦方向）に沿って伸延されている。一方、複数本のカソード側金属配線３０２（３０２ａ〜３０２ｄ）が、基板２００の面内においてアノード側金属配線３０１の伸延方向に垂直な方向（図２の横方向）に伸延されている。そして、一本のアノード側金属配線３０１ａに沿って隣接する不純物拡散領域ユニット３００（たとえば３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、および３００ｄ）は、ともに一本のアノード側金属配線３００ａに接続されている。一方のカソード側金属配線３０２ａに沿って隣接する不純物拡散領域ユニット（たとえば３００ａ、３００ｅ、３００ｆ、３００ｇ、および３００ｈ）は、ともに一本のカソード側金属回線３０２ａに接続されている。
【００３６】
次に個々の不純物拡散領域ユニット３００の構成について説明する。図４は、図３のＡ−Ａ’線で切断した場合の断面図である。
【００３７】
本実施の形態では、基板２００はｐ-型シリコン基板である。基板２００には、不純物拡散領域ユニット３００毎に第１不純物拡散領域３０３が形成されている。この第１不純物拡散領域３０３は、基板２００の作用面からｎ型不純物を選択的に拡散して形成されたｎ型シリコン領域である。
【００３８】
さらに、この第１不純物拡散領域３０３内において基板２００の作用面側には、第２不純物拡散領域３０４が形成されている。この第２不純物拡散領域３０４は、基板２００の作用面から第１不純物拡散領域３０３の領域内の一部に対してｐ型不純物を選択的に拡散してモノリシックに形成されたｐ+シリコン領域である。この第２不純物拡散領域３０４は、コンタクトホール３０５を介してアノード側金属配線３０１に接続されている。一方、第１不純物拡散領域３０３の一部には、ｎ+シリコン領域３０６が形成されており、このｎ+シリコン領域３０６は、コンタクトホール３０７を介してカソード側金属配線３０２に接続されている。
【００３９】
なお、図４に示した構成によれば、２つのｐｎ接合が形成されている。第１のｐｎ接合は、第１不純物拡散領域３０３と基板２００との間の接合である。この第１のｐｎ接合は、複数の不純物拡散領域ユニット３００間が電気的に短絡しないために使用されるものである。具体的には、不純物拡散領域ユニット３００への通電状態において、基板２００（ｐ-型シリコン基板）はグランド電位に接続されており、第１不純物拡散領域３０３は、グランド電位よりも高電位に印加されている。したがって、第１のｐｎ接合は逆バイアスされた状態となる。この結果、第１のｐｎ接合を貫通して電流が流れることがなくなり、個々の不純物拡散領域ユニット３００間の電気的な分離が実現される。
【００４０】
第２のｐｎ接合は、第１不純物拡散領域３０３と第２不純物拡散領域３０４との間の接合である。この第２のｐｎ接合は、第２不純物拡散領域３０４に電気的に直列接続されるダイオード要素として機能する。すなわち、電流は、アノード側金属配線３０１、第２不純物拡散領域３０４（この部分が実質的に微小ヒータとなる）、第２のｐｎ接合(ダイオード要素)、第１不純物拡散領域３０３、ｎ+シリコン領域３０６、カソード側金属配線３０２の並び順で流れる。
【００４１】
後述するとおり、複数本のアノード側金属配線３０１および複数本のカソード側金属配線３０２のうちから適宜に配線を選択して電流を流すことによって、複数の不純物拡散領域ユニット３００のうちから所望の不純物拡散領域ユニット（たとえば、図２中の３００ａと３００ｃなど）を選択して通電することができる。より具体的には、選択された複数の不純物拡散領域ユニット３００に通電することによって、これらの不純物拡散領域ユニットにおける不純物拡散領域（特に第２不純物拡散領域３０４）がジュール熱を発する。この結果、通電された不純物拡散領域の形状に対応した温度制御対象物の一部の微小領域のみが加熱されるとともに、その他の領域については、冷却部４００によって冷却された基板２００を通じて冷却される。なお、アノード側金属配線３０１および複数本のカソード側金属配線３０２も抵抗要素を有するが、第２不純物拡散領域３０４と比べて抵抗値が低いので、配線部分の発熱は無視し得る。
【００４２】
次に本実施の形態の温度制御装置の作製方法について説明する。なお、基板２００および冷却部４００の作製については、従来の技術を利用できるので詳しい説明を省略し、加熱手段として機能する複数の不純物拡散領域ユニット３００の作製方法について示す。図５〜図１３および上述の図４を参照しつつ、不純物拡散領域ユニット３００の作製工程を説明する。
【００４３】
図５に示されるとおり、単結晶シリコン（Ｓｉ）基板２００を熱酸化し、シリコン基板２００の表面に約０．５μｍの厚さの第１シリコン熱酸化膜２０２（ＳｉＯ2）を形成する。ここで、シリコン基板２００の厚さや大きさは、目的に応じて適宜選択することができる。好適には、大きさが直径３インチ〜６インチであり、厚さが３００μｍ〜６００μｍのシリコン基板２００を用いることが望ましい。本実施の形態では、直径４インチ、厚さ３００μｍのシリコン基板２００が用いられている。また本実施の形態のシリコン基板２００は、３×１０14ｃｍ-3の濃度でＢ（ホウ素）を含むｐ-型シリコン基板である。
【００４４】
次に、図６に示されるとおり、フォトリソグラフィー工程およびエッチング工程を用いて、第１シリコン熱酸化膜２０２の所定部分を除去する。残った第１シリコン熱酸化膜２０２をマスク材としてＰ（リン）またはＡｓ（ヒ素）などのドナー不純物をイオン注入する。本実施の形態では、ドナー不純物としてＰ（リン）を用いる。このときのドーズ量は、好適には１〜３×１０15ｃｍ-2である。
【００４５】
図７に示されるとおり、イオン注入の後、導入した不純物をシリコン基板２００内に熱拡散させる。具体的には、シリコン基板２００は、酸素雰囲気中で、１１００℃、６０分の条件でドライブ・イン処理（熱処理）される。このドライブ・イン処理によって、イオン注入された領域が、活性化されて、ｎ型シリコン領域、すなわち第１不純物拡散領域３０３となる。また、第１不純物拡散領域３０３とｐ-型シリコン基板２００との間で第１のｐｎ接合が形成される。さらに、上記のドライブ・イン処理の際に、第１不純物拡散領域３０３の表面には、約０．１μｍの厚さの第２シリコン熱酸化膜２０４が形成される。
【００４６】
次に、図８に示されるとおり、フォトリソグラフィー工程およびエッチング工程を実行する。フォトレジスト２０６を用いて、第２シリコン熱酸化膜２０４を部分的に除去する。具体的には、第１不純物拡散領域３０３の一の端縁部上の第２シリコン熱酸化膜２０４は残しつつ、この端縁部以外の熱酸化膜２０４を除去することが望ましい。残った第２シリコン熱酸化膜２０４およびフォトレジスト２０６をマスク材として、第２シリコン熱酸化膜２０４が除去された部分にＢ（ボロン）をイオン注入する。このときのドーズ量は、好適には１〜３×１０16ｃｍ-2である。イオン注入後、シリコン基板２００は、酸素雰囲気中で、１１００℃、６０分の条件でドライブ・イン処理される。このドライブ・イン処理によって、イオン注入された領域が、活性化されて、ｐ+型シリコン領域、すなわち、第２不純物拡散領域３０４がモノリシックに形成される（図９参照）。なお、第２不純物拡散領域３０４の深さは、第１不純物拡散領域の深さよりも浅く形成される。換言すれば、第１不純物拡散領域内の表面側（作用面側）に形成される。この結果、第１不純物拡散領域３０３と第２不純物拡散領域３０４との間に第２のｐｎ接合が形成される。さらに、シリコン基板２００の表面には、第３シリコン熱酸化膜２０８（図９参照）が形成される。
【００４７】
次に、図９に示されるとおり、フォトリソグラフィー工程およびエッチング工程を用いて、第３シリコン熱酸化膜２０８を部分的にエッチングすることによって、第１不純物拡散領域３０３の上記の端縁部の一部が開口される。換言すれば、第１不純物拡散領域３０３内において第２不純物拡散領域３０４が形成されていない部分が開口される。残った第３シリコン熱酸化膜２０８およびフォトレジストをマスク材としてＰ（リン）をイオン注入する。このときのドーズ量は、好適には１〜３×１０16ｃｍ-2である。
【００４８】
図１０に示されるとおり、イオン注入の後、シリコン基板２００は、ウエット酸化雰囲気中で、１１００℃、６０分の条件でドライブ・イン処理される。この結果、図９においてイオン注入された領域が、活性化され、ｎ+シリコン領域３０６が形成される。すなわち、第１不純物拡散領域３０３内の端縁部の近傍にｎ+シリコン領域３０６が形成される。換言すれば、第１不純物拡散領域内３０３内において、第２不純物拡散領域３０４とｎ+シリコン領域３０６とは分離して形成される。このｎ+シリコン領域３０６は、配線に用いられるアルミニウムとの間で良好なオーミック接触を得るために形成される領域である。また、この工程でｎ+シリコン領域３０６の表面には、約０．５μｍの厚さの第４シリコン熱酸化膜が形成される（図示せず）。
【００４９】
次に、フォトリソグラフィー工程およびエッチング工程を用いて第３シリコン熱酸化膜２０８および第４シリコン熱酸化膜の一部（図中では両方の熱酸化膜を総括して２０８と表示）を除去し、上記の第２不純物拡散領域３０４（ｐ+型シリコン領域）の一部および上記のｎ+シリコン領域３０６の一部を開口する。この結果、第２不純物拡散領域３０４の一部を露出する第１コンタクトホール３０５、およびｎ+シリコン領域３０６の一部を露出する第２コンタクトホール３０７が形成される。第１コンタクトホール３０５と第２コンタクトホール３０７は、第２不純物拡散領域３０４の対辺に沿って形成される。換言すれば、第１コンタクトホール３０５と第２コンタクトホール３０７との距離を十分に空けることによって、第２不純物拡散領域３０４の全域に電流を流し、第２不純物拡散領域３０４全体を微小ヒータとして利用することができる。
【００５０】
次に、アノード側金属配線３０１およびカソード側金属配線３０２とを形成する。まず、第１および第２のコンタクトホール３０５，３０７が形成されたシリコン基板２００上にアルミニウム膜が形成される。アルミニウム膜は、蒸着またはスパッタ法を用いて約０．５μｍ〜１μｍの厚さに形成される。アルミニウム膜が形成されたシリコン基板２００は、窒素雰囲気中で、４００℃、１０分の条件でシンタリングされる。この結果、コンタクトホール３０５，３０７内でシリコンとアルミニウムとが適度に熱反応し、オーミック接触が得られる。この後、アルミニウム膜の上に、約０．０２μｍの厚さのチタン（Ｔｉ）を蒸着する。
【００５１】
次に、図１１に示されるとおり、このチタン／アルミニウム膜をパターニングして、アノード側金属配線３０１およびカソード側金属配線３０２を形成する。具体的には、図２に表示されるようなｎ本の互いに平行なアノード側金属配線３０１と、ｍ本の互いに平行なカソード側金属配線３０２とが形成される。アノード側金属配線３０１およびカソード側金属配線３０２とは、互いに直交する方向に伸延されている。なお、上述した複数の不純物拡散領域ユニット３００は、ｎ列ｍ行に配列される。アノード側金属配線３０１に沿って隣接する不純物拡散領域ユニット３００は、各第１コンタクトホール３０５を通じて一本のアノード側金属配線３０１に接続される。一方、カソード側金属配線３０２に沿って隣接する不純物拡散領域ユニット３００は、各第２コンタクトホール３０７を通じて一本のカソード側金属回線３０２に接続される。
【００５２】
なお、図３に示されるアノード側金属配線３０１とカソード側金属配線３０２とが交差する交差部分は、アノード側金属配線３０１とカソード側金属配線３０２との電気的な短絡を防止するために絶縁する必要がある。したがって、図１１に示される工程の際に、たとえば、アノード側金属配線３０１またはカソード側金属配線３０２のどちらか一方の配線を、他方の金属配線との交差部分において途切れた状態にパターニングしておく。本実施の形態では、アノード側金属配線３０１を、カソード側金属配線３０２との交差部分において途切れた状態にパターニングしておく。
【００５３】
図１１のパターニング工程において、アルミニウム膜、チタン膜のエッチングにはそれぞれ専用のエッチング液を用いたウェットエッチングが用いられる。ただし、本実施の形態と異なり、アルミニウム膜を、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によるドライエッチングによりパターニングすることも可能である。
【００５４】
次に、図１２に示されるとおり、チタン／アルミニウム膜をパターニングした後のシリコン基板２００の表面に、パッシベーション膜２１２を形成する。パッシベーション膜２１２は、シリコン酸化膜（ＳｉＯX）、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＳＧ（ボロンガラス）、またはシリコン酸化窒化膜（ＳｉＯXＮY）などの絶縁膜である。パッシベーション膜２１２は、プラズマＣＶＤまたは常圧ＣＶＤなどの低温成膜技術によって形成される。好適には、１μｍ〜１．５μｍの厚さのパッシベーション膜２１２が形成される。
【００５５】
次に、図１３に示されるとおり、フォトリソグラフィー工程およびエッチング工程を用いてパッシベーション膜２１２の一部を除去することによって、各アノード側金属配線３０１および各カソード側金属配線３０２の端部を開口させる。この結果、各アノード側金属配線３０１を外部に接続するための配線用コンタクトホール３１２が形成される。また、図示していないが、各カソード側金属配線３０２を外部に接続するための配線用コンタクトホール３１４が形成される。さらに、図示していないが、パッシベーション膜２１２の一部を除去することによって、上記交差部分において途切れているアノード側金属配線３０１の両側部分を開口させる。この結果、交差部分において途中で途切れているアノード側金属配線３０１を接続するためのコンタクトホール（ビア）が形成される。
【００５６】
最後に、チタン／銅／チタンの順番で金属膜を蒸着し、ＲＩＥなどの方法によって、この金属膜を所定の形状にパターニングする（図４参照）。この結果、配線用コンタクトホール３１２および３１４に金属膜が充填され、これらの部分がアノード側コンタクトパット３１６およびカソード側コンタクトパット３１８になる（カソード側コンタクトパット３１８は図示せず）。さらに、この工程では、上記した交差部分のビア間が金属膜で接続される結果、途切れていたアノード側金属配線の全体が接続される。そして、最終的に、交差部分の配線保護のために、パッシベーション膜を新たに形成する。また、配線用コンタクトホール部分に対応する部分について、パッシベーション膜の一部をＲＩＥ等の方法によって除去する。
【００５７】
各アノード側金属配線３０１は、各アノード側コンタクトパット３１６に接続され、各カソード側金属配線３０２は、各カソード側コンタクトパット３１８に接続される。そして、これらのコンタクトパット３１６および３１８にリード線がハンダ付けされる。なお、これらのコンタクトパット３１６および３１８は、温度制御対象物が配置される部分の外側に設けられる。したがって、温度制御対象物を配置する際に、コンタクトパット３１６、３１８およびリード線が障害とならない。
【００５８】
以上の工程により、図４に示される不純物拡散領域ユニット３００が作製される。なお、以上の説明では、一つの不純物拡散領域ユニット３００を図示して工程を説明したが、複数の不純物拡散領域ユニット３００が同時に形成されることはもちろんである。
【００５９】
次に、形成された複数の不純物拡散領域ユニット３００に対応する電気回路および周辺回路を図１４に示す。図１４に示されるとおり、複数の不純物拡散領域ユニット３００がｎ列ｍ行に配列されている。各不純物拡散領域ユニット３００は、ヒータとして機能する電気抵抗要素（主として第２不純物拡散領域３０４に相当）と、電気抵抗要素に電気的に直列接続されるダイオード要素（第１不純物拡散領域３０３と第２不純物拡散領域３０４との間のｐｎ接合に相当）とを含む。電気抵抗要素の一端は、対応するアノード側金属配線３０１に電気的に接続されており、その他端は、ダイオード要素のアノード側と電気的に接続されている。一方、ダイオード要素のカソード側は、対応するカソード側金属配線３０２に電気的に接続されている。
【００６０】
各アノード側金属配線３０１は、各配線用コンタクトパット３１６を介して各アノード側スイッチングトランジスタＸ１〜Ｘｎに接続されている。一方、各カソード側金属配線３０２は、各配線用コンタクトパット３１８を介して各カソード側スイッチングトランジスタＹ１〜Ｙｍに接続されている。本実施の形態において各トランジスタＸ１〜ＸｎおよびＹ１〜Ｙｍは、バイポーラトランジスタである。各トランジスタＸ１〜ＸｎおよびＹ１〜Ｙｍのベースには、外部からそれぞれ信号線が接続される。具体的には、信号線として、アノード側スイッチングトランジスタＸ１〜Ｘｎ用の信号線（以下「Ｘアドレス信号線」いう）がｎ本接続され、カソード側スイッチングトランジスタＹ１〜Ｙｍ用の信号線（以下「Ｙアドレス信号線」という）がｍ本接続されている。したがって、これらのＸアドレス信号線およびＹアドレス信号線を通じて、所定の制御信号（ベース電流）を印加することによってアノード側スイッチングトランジスタＸ１〜Ｘｎの一部（たとえばＸ２）、およびカソード側スイッチングトランジスタＹ１〜Ｙｎの一部（たとえばＹ２）がオン状態となる。この結果、オン状態となったトランジスタに接続されている不純物拡散領域ユニット３００（この場合は、ａ部分）が選択され、通電される。
【００６１】
たとえば、初期状態では、いかなるスイッチングトランジスタへも制御信号が印加されていない。したがって、すべてのトランジスタはオフ状態である。したがって、加熱手段として機能する各不純物拡散領域ユニット３００へは電流がながれず、発熱しない。
【００６２】
図１４に示されるａ部分の不純物拡散領域ユニット３００に通電する場合について説明する。この場合、アノード側スイッチングトランジスタＸ２およびカソード側スイッチングトランジスタＹ２に制御信号を印加することによって、これらのトランジスタをオン状態にする。この場合、ヒータ電源から供給された電流は、トランジスタＸ２を介して、対応するアノード側金属配線３０１に入る。さらに電流は、ａ部分の電気抵抗要素を通過し、この結果、ジュール熱が発生する。電気抵抗要素を通過した電流は、ａ部分のダイオード要素を介して、対応するカソード側金属配線３０２へ流出し、最終的にトランジスタＹ２を経てヒータ電源へと戻る。
【００６３】
以上の処理にしたがって、トランジスタＸ２およびＹ２をオン状態とすることにより、トランジスタＸ２とＹ２とに接続されている部分の不純物拡散領域（ａ部分）のみを選択して通電することが可能となる。この結果、通電された不純物拡散領域ユニットのみが発熱し、この不純物拡散領域ユニット以外の部分は、冷却部４００によって冷却された状態を保つ。
【００６４】
同様に、アノード側スイッチングトランジスタＸ２、Ｘ３、およびカソード側スイッチングトランジスタＹ２、Ｙ３をオン状態とすることによって、図中のａ、ｂ、ｃ、およびｄ部分の不純物拡散領域のみを選択して通電することができる。
【００６５】
なお、ダイオード要素は、所望していない不純物拡散領域に意図していない電流が流れることを防止する。たとえば、アノード側スイッチングトランジスタＸ２、Ｘ３、およびカソード側スイッチングトランジスタＹ２、Ｙ３をオン状態とする場合、ｅ部分にダイオード要素がないとすると、ａ部分から流れ出した電流が、カソード側金属配線３０２、ｅ部分、アノード側金属配線３０１、ｆ部分、トランジスタＹ３という順番で流れるおそれがある。この結果、所望していないｅ部分およびｆ部分で発熱してしまう。ダイオード要素は、かかる状態の発生を防止する。
【００６６】
なお、上述した選択方法によれば、ａ部分に通電することなく、ｂ、ｃ、およびｄ部分に通電することができない。しかしながら、ｂ、ｃ、ｄ部分への通電を所定時間毎に交互に切り替え、他の部分には通電しないことによって、ｂ、ｃ、ｄ部分のみを加熱することが可能である。すなわち、選択された不純物拡散領域に対して、時分割的に通電することも可能である。
【００６７】
なお、本実施の形態では、通電する不純物拡散領域を選択するためのスイッチングトランジスタとしてバイポーラトランジスタＸ１〜Ｘｎ、Ｙ１〜Ｙｍを用いたが、本実施の形態と異なり、パワーＭＯＳトランジスタやその他のスイッチング素子を採用することもできる。特に、電流量が多い場合にはパワーＭＯＳトランジスタを採用することが望ましい。
【００６８】
次に、図１５を参照しつつ、本実施の形態の温度制御装置を実際に適用した温度制御システムについて説明する。
【００６９】
この温度制御システムは、温度制御装置１００、操作ユニット６００、ヒータ電源６１０、冷却部エネルギー供給源６２０、スイッチング回路６３０を有する。温度制御装置１００の基板２００の作用面には、温度制御対象物１０が載せられるが、図中には記載していない。
【００７０】
温度制御装置１００は、基板２００と、基板の一の面に形成された複数の不純物拡散領域ユニット３００より構成される加熱手段と、基板２００の反対面を通じて基板を冷却する冷却部４００とを有する。
【００７１】
ヒータ電源６１０は、複数の不純物拡散領域ユニットの一部または全部へヒータ電流を供給する電源である。冷却部エネルギー供給源６２０は、冷却部４００がペルチェ冷却器であれば、冷却部４００へ電流を供給する電流源であり、冷却部４００がコンプレッサ式冷却器であれば、冷却部４００へ電圧を印加する電圧源であり、冷却部４００が冷媒循環式熱交換器であれば、冷却部４００へ冷媒を循環させる冷媒循環装置である。
【００７２】
スイッチング回路６３０は、図１４で示された温度制御装置１００のＸアドレス信号線、Ｙアドレス信号線に接続されている。そして、操作ユニット６００からの指令に基づいて、所定のアドレス信号線に制御信号を与えることによって、複数の不純物拡散領域ユニット３００のうちから通電する不純物拡散領域ユニットを選択する。
【００７３】
操作ユニット６００は、たとえばコンピュータである。操作ユニット６００は、各種の演算および制御を実行するＣＰＵ、種々のデータを記憶するメモリ、データを入力し種々の設定をするための操作部、各種の表示をするディスプレイを有し、さらに、ヒータ電源６１０、冷却部エネルギー供給源６２０、およびスイッチング回路６３０等へ信号を送るためのインタフェースユニットを有する。
【００７４】
ユーザは、操作部を用いて、複数の不純物拡散領域ユニット３００のうちから通電する不純物拡散領域ユニットを指示する。そして、この指示された不純物拡散領域ユニットに通電される。この結果、通電されたいくつかの不純物拡散領域ユニット（主として第２不純物拡散領域３０４）の形状に対応した温度制御対象物１０上の領域（加熱領域）が加熱される。一方、加熱領域以外の温度制御対象物１０の微小領域（冷却領域）は、冷却部４００によって冷却されている基板２００を通じて冷却される。
【００７５】
換言すれば、ユーザは、操作部を用いて、加熱領域と冷却領域の配列パターン（面内温度パターン）を指示することができる。たとえば、操作部は、タッチパネルディスプレイであり、複数の不純物拡散領域ユニット３００を模式的に表示する。ユーザは、この表示画面において、加熱領域または冷却領域として選択したい複数の領域を指で触れることによって、それらの領域の配列を自由に設定（プログラム）することができる。また、操作ユニット６００は、加熱領域の設定温度、および冷却領域の設定温度を設定することができることはもちろんである。
【００７６】
操作ユニット６００は、冷却領域の設定温度に基づいて、冷却部エネルギー供給源８２０を制御する。たとえば、冷却部４００がペルチェ冷却器であれば、ペルチェ冷却器へ供給される電流量を制御する。また、加熱領域の設定温度に基づいて、ヒータ電源６１０から不純物拡散領域ユニット３００へと供給されるヒータ電流を制御する。さらに、加熱領域と冷却領域の配列パターンに基づいてスイッチング回路６３０を制御して所定のＸアドレス信号線およびＹアドレス信号線に対して制御信号を与える。この結果、複数の不純物拡散領域ユニット３００のうちから一部または全部の不純物拡散領域が選択され、この選択された不純物拡散領域に対してヒータ電流が供給される。
【００７７】
なお、温度制御においては、フィードバック制御を用いることができる。このため、温度制御対象物１０の加熱領域および冷却領域に取り付けられた温度センサ（図示せず）の検出結果を操作ユニット６００が受信し、この受信した検出結果に基づいてヒータ電流、およびペルチェ冷却器へ供給される電流量等を制御することができる。
【００７８】
また、図１５に示されるとおり、基板２００上に温度センサを取り付け、この温度センサによる検出結果を受信し、フィードバック制御することもできる。たとえば、ヒータ電流が通電される状態に設定された不純物拡散領域ユニット３００の位置に温度センサ６４０（「高温部用温度センサ」という）が取り付けられる。また、ヒータ電流が通電されない状態に設定された不純物拡散領域ユニット３００の位置に温度センサ６５０（「低温部用温度センサ」という）が取り付けられる。温度センサ６４０および６５０としては、たとえばサーミスタや熱電対が用いられる。本実施の形態では、シリコンの電気抵抗が温度によって変化することを利用して温度を検知するサーミスタを用いる。本実施の形態では、基板２００に不純物拡散領域ユニット３００を設ける工程において、サーミスタとして機能する不純物拡散領域を基板２００にモノリシックに形成しておくことができる。サーミスタとして機能する不純物拡散領域は、不純物拡散領域ユニット３００と同様に形成することができるので、その詳しい説明は省略する。
【００７９】
高温部用温度センサ６４０による検出結果は、第１インタフェース６６０を経て操作ユニット６００へフィードバックされる。一方、低温部用温度センサ６５０による検出結果は、第２インタフェース６７０を経て操作ユニット６００へフィードバックされる。操作ユニット６００は、各温度センサ６４０および６５０による検出結果を受信し、加熱領域および冷却領域の温度が予め設定された温度範囲に収まるように、ヒータ電源６１０、および冷却部エネルギー供給源６２０への制御信号を送信し、ヒータ電流およびペルチェ冷却器への供給電流等を制御する。
【００８０】
操作ユニット６００が温度を制御する信号処理方法としては、比例制御（Ｐ制御）、積分制御（Ｉ制御）、微分制御（Ｄ制御）、またはこれらを組み合わせたＰＩＤ制御が用いられる。したがって、本実施の形態によれば、フィードバックループを構成し、加熱および冷却の状態を適宜制御することによって、温度制御対象物の各領域を設定温度とすることができる。
【００８１】
具体的には、温度制御対象物１０において０．５ｍｍ間隔で配置される加熱領域と冷却領域の温度差を１０℃〜２０℃とすることが可能である。加熱および冷却可能な温度範囲は、種々の条件によっても異なるが、一例を示すならば、加熱領域は、３０℃〜４０℃に加熱することができる。一方、加熱領域以外の領域である冷却領域は、５℃〜２０℃に冷却することができる。したがって、全体としては、温度制御対象物上の微小サイズの領域を５℃〜４０℃に制御することが可能である。なお、本実施の形態と異なり、前記したところの温度センサを基板２００上の全ての不純物ユニット３００に取り付けることにより、不純物拡散領域ユニットの各々について温度制御することができることはいうまでもない。
【００８２】
以上、説明した本実施の形態の温度制御装置１００によれば、冷却部４００によって冷却された基板２００を通じて温度制御対象物１０を冷却しつつ、選択された不純物拡散領域３００に通電することによって、不純物拡散領域３００の形状に対応した温度制御対象物の微小領域を加熱し、その他の領域を冷却することができる。
【００８３】
また、本実施の形態の温度制御装置によれば、半導体プロセスを適用することによって０．０１〜１０ｍｍのサイズおよびピッチ間隔を持った複数の不純物拡散領域を細密に配列することができる。この結果、通電する不純物拡散領域を適宜に選択することによって、微小サイズの加熱領域および冷却領域が交互に配列されてなる細密な面内温度パターンを実現することができる。特に、被対象物として遺伝子増幅用器材を用いた場合に、遺伝子増幅用のマイクロリアクタ部分のみを加熱し、その他の流路やリザーバの部分については冷却することが可能となる。なお、複数の不純物拡散領域を細密に配列するばかりでなく、予め冷却すべき領域として設定する部分を有していても良いことは言うまでもない。冷却すべき領域のサイズは、０．０１ｍｍ〜１０ｍｍであり、より好ましくは０．１ｍｍ〜１ｍｍである。
【００８４】
また、微小領域の周辺の非加熱領域については環境温度よりも低温になるまで冷却することができる。
【００８５】
さらに、本実施の形態の温度制御装置によれば、Ｘアドレス信号線およびＹアドレス信号線に制御信号を印加することによって、面内温度パターンを適宜変更することができる。したがって、温度制御対象物である遺伝子増幅用器材や化学反応用器材におけるマイクロリアクタ部分、流路、およびリザーバの配列が変更された場合であっても、その変更に合わせて、適宜に温度パターンを変更することができる。したがって、温度制御装置としての汎用性が高い。
【００８６】
さらに、本実施の形態の温度制御装置においては、半導体に形成された不純物拡散領域を加熱手段として用いるので、半導体におけるｐｎ接合形成技術を用いて容易にダイオード要素を作製することができる。したがって、所望していない不純物拡散領域に通電されることを容易に防止することができる。
【００８７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこの場合に限られず、発明の思想の範囲内で適宜に変更、追加、省略が可能である。
【００８８】
上記の説明では、シリコン単結晶基板に複数の加熱部分として複数の不純物拡散領域を構成し、複数の不純物拡散領域のうちから選択された不純物拡散領域に通電する場合が示された。しかしながら、本発明は、この場合に限られない。たとえば、シリコン単結晶基板を用いる代わりに、一の面に多結晶シリコン膜（ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜）が形成された絶縁体基板を用いることもできる。この場合、この多結晶シリコン膜に所定の不純物を拡散し、パターニングすることによって、複数の不純物拡散領域とｐｎ接合ダイオードとを形成することができる。このような方法によっても、本発明の温度制御装置を実現することができる。
【００８９】
さらに、金属薄膜の電気抵抗により加熱部分を形成することができる。すなわち、本発明の温度制御装置は、基板と、この基板の一の面に形成された複数の加熱部分を含む加熱手段と、基板の反対面を通じて基板を冷却する冷却手段とを有し、基板の一の面に接触した温度制御対象物について、複数の加熱部分のなかから選択される所定の加熱部分に通電することによって、この所定の加熱部分の形状に応じた加熱領域を加熱するとともに、この加熱領域以外の領域を上記冷却手段によって冷却された基板を通じて冷却する構成であってもよい。この場合も、好ましくは、図２に示される場合と同様に、複数の加熱部分がマトリックス状に配列され、図２に示される場合と同様に、アノード側配線、カソード側配線、アノード側スイッチング回路、およびカソード側スイッチング回路が設けられる。そして、アノード側スイッチング回路およびカソード側スイッチング回路を用いて、複数の加熱部分のなかから所定の加熱部分が選択され通電される。
【００９０】
また、上記の説明では、不純物拡散領域に対して直列接続されるダイオード要素として第１不純物拡散領域と第２不純物拡散領域との間のｐｎ接合を用いる場合を説明した。しかしながら、本発明はこの場合に限られない。たとえば、ダイオード要素として基板２００に形成されたショットキー接合を用いることも可能である。
【００９１】
また、上記の説明に示した金属配線方法に代えて、金属配線全体をＴｉ／Ｃｕ／Ｔｉ／Ａｌの積層膜構造を用いて構成することもできる。金属配線全体に積層膜構造を用いる場合に、本実施の形態に示した金属配線の場合と比べて、金属配線の直流抵抗を半分以下に低減することができる。
【００９２】
また、上記の説明では、シリコン基板として、Ｂ（ボロン）を低濃度に含んだｐ-シリコン基板を用いる場合を説明した。しかしながら、本発明はこの場合に限られず、シリコン基板として、ｎ-シリコン基板を用いることもできる。この場合には、第１不純物拡散領域および第２不純物拡散領域を形成する際のドーパントの伝導型が適宜に変更される。
【００９３】
さらに、上記の説明では、温度制御対象物１０が基板１００上に着脱可能に取り付けられる場合を説明した。しかしながら、本発明は、この場合に限られない。たとえば、基板１００自身を温度制御対象物として用いることもできる。具体的には、シリコン基板２００の作用面上に異方性エッチングを用いて独立した反応容器を設けるとともに、このシリコン基板自体に不純物を選択拡散させることによって、反応容器に対応する部分に不純物拡散領域を形成することもできる。この場合、一つの基板に、反応容器と加熱手段とを一体的に形成できるので、直接的に反応容器のみを加熱し、その他の部分を冷却することができる。
【００９４】
上述した本発明の実施形態には、特許請求の範囲の請求項に記載した発明以外にも、たとえば、以下の付記に示される発明が含まれる。
【００９５】
[付記１]  加熱部分は、３０〜４０℃に加熱されるものである、請求項１に記載の温度制御装置。
【００９６】
[付記２]  冷却部分は、５℃〜２０℃に冷却されるものである、請求項１に記載の温度制御装置。
【００９７】
[付記３]  加熱部分と、冷却部分との温度差は、１０℃〜３０℃であるものである、請求項１に記載の温度制御装置。
【００９８】
[付記４]  さらに、通電する加熱部分または通電しない加熱部分を画面上で指定するための操作部を有する、請求項１に記載の温度制御装置。
【００９９】
[付記５]  選択された複数の加熱部分に所定の時間間隔で順次に通電するものである、請求項１に記載の温度制御装置。
【０１００】
[付記６]  不純物拡散領域は、基板に形成された第１の不純物拡散領域と、当該第１の不純物拡散領域の区画内に形成された深さの浅い第２の不純物拡散領域と、を含むものである、請求項８に記載の温度制御装置。
【０１０１】
[付記７]  前記基板の一の面には、さらに、異方性エッチングによって複数の反応容器が形成されており、前記複数の不純物拡散領域は、前記複数の反応容器の位置に合わせて形成されているものである、請求項８に記載の温度制御装置。
【０１０２】
[付記８]  前記基板の一の面には、さらに不純物拡散領域からなるサーミスタが形成されているものである、請求項８に記載の温度制御装置。
【０１０３】
[付記９]  前記基板は、シリコン基板であることを特徴とする請求項８に記載の温度制御装置。
【０１０４】
[付記１０]  前記ダイオード要素は、前記基板に形成されたｐｎ接合またはショットキー接合である、請求項９に記載の温度制御装置。
【０１０５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、半導体基板の一の面において、不純物を選択的に拡散して形成された複数の不純物拡散領域と、前記半導体基板の前記一の面と反対側の反対面に設けられた冷却手段と、を有し、前記冷却手段によって、前記複数の不純物拡散領域を含む半導体基板全体を冷却し、前記半導体基板の前記一の面に接触した温度制御対象物について、前記複数の不純物拡散領域のなかから選択される一部または全部の不純物拡散領域に通電することによって当該通電された不純物拡散領域を加熱部分として加熱し、前記冷却手段により冷却される領域のなかで前記加熱部分以外の領域を冷却部分とするので、細密な面内温度パターンを実現することができる。また、非加熱領域については環境温度よりも低温になるまで冷却することができる。さらに、複数の複数の不純物拡散領域のなかから選択される不純物拡散領域にのみ、選択的に通電することができるため、選択する加熱部分を適宜に変更することによって面内温度パターンを変更することができる。したがって、温度制御装置の汎用性を高めることができる。また、本発明によれば、前記冷却部分は、前記加熱部分に隣接し、該冷却部分のサイズが０．０１〜１０ｍｍであるので、微小サイズの領域を冷却することができる。
また、本発明によれば、半導体基板の一の面に不純物を選択的に拡散して形成された不純物拡散領域と、半導体基板の前記一の面と反対側の反対面に設けられた冷却手段とを有し、基板の前記一の面に接触した温度制御対象物について、通電した不純物拡散領域の形状に応じた加熱領域を加熱するとともに、当該加熱領域以外の領域を冷却手段によって冷却された基板を通じて冷却するので、半導体プロセスにおける微細加工技術を用いて、細密な面内温度パターンを実現することができる。
【０１０６】
さらに、本発明によれば、加熱部分の位置は、化学反応用器材に設けられた複数の反応容器の位置に適合しており、かつ当該化学反応用器材が前記温度制御対象物として着脱自在に取り付けられるので、化学反応用器材の温度制御する場合に、微小反応容器のみを加熱し、微小反応容器以外の部分を冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態の温度制御装置の構成を示す図である。
【図２】  基板の作用面に形成された複数の不純物拡散領域ユニットを示す図である。
【図３】  一つの不純物拡散領域ユニットの拡大図である。
【図４】  図３のＡ−Ａ’線で切断した場合の不純物拡散領域ユニットの断面図である。
【図５】  図４の不純物拡散領域ユニットの作製工程を示す断面図である。
【図６】  図５に後続する工程を示す断面図である。
【図７】  図６に後続する工程を示す断面図である。
【図８】  図７に後続する工程を示す断面図である。
【図９】  図８に後続する工程を示す断面図である。
【図１０】  図９に後続する工程を示す断面図である。
【図１１】  図１０に後続する工程を示す断面図である。
【図１２】  図１１に後続する工程を示す断面図である。
【図１３】  図１２に後続する工程を示す断面図である。
【図１４】  複数の不純物拡散領域ユニットに対応する電気回路および周辺回路を示す図である。
【図１５】  図１の温度制御装置を適用した温度制御システムの一例を示す図である。
【符号の説明】
１００…温度制御装置、
２００…基板、
３００…不純物拡散領域ユニット、
３０１…アノード側金属配線、
３０２…カソード側金属配線、
３０３…第１不純物拡散領域
３０４…第２不純物拡散領域
４００…冷却部、
６００…操作ユニット、
６１０…ヒータ電源、
６２０…冷却部エネルギー供給源、
６３０…スイッチング回路。
【図１】
0004336469.tif 000002
【図２】
0004336469.tif 000003
【図３】
0004336469.tif 000004
【図４】
0004336469.tif 000005
【図５】
0004336469.tif 000006
【図６】
0004336469.tif 000007
【図７】
0004336469.tif 000008
【図８】
0004336469.tif 000009
【図９】
0004336469.tif 000010
【図１０】
0004336469.tif 000011
【図１１】
0004336469.tif 000012
【図１２】
0004336469.tif 000013
【図１３】
0004336469.tif 000014
【図１４】
0004336469.tif 000015
【図１５】
0004336469.tif 000016