(57)【要約】シクロオレフィンポリマーにより形成された第１被接合面を有する第１部材（カバープレート）と、金属により形成された第２被接合面を有する第２部材（電極プレート）を接合する方法であって、第１被接合面および第２被接合面を、Ｈ２ＯプラズマおよびＯ２プラズマのうちの少なくとも一方に曝す工程（ステップＳ２１）と、第１被接合面と第２被接合面を合わせる工程（ステップＳ２２）と、を備える。
2019117092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シクロオレフィンポリマーにより形成された第１被接合面を有する第１部材と、金属により形成された第２被接合面を有する第２部材を接合する方法であって、
前記第１被接合面および前記第２被接合面を、Ｈ２ＯプラズマおよびＯ２プラズマのうちの少なくとも一方に曝す工程と、
前記第１被接合面と前記第２被接合面を合わせる工程と、
を備える接合方法。
【請求項２】
前記第１被接合面と前記第２被接合面を合わせる工程の後に、
合わせられた両被接合面に圧力および熱を加える工程と、
を備える、請求項１に記載の接合方法。
【請求項３】
シクロオレフィンポリマーにより形成されるとともに凹部が形成された第１被接合面を有するカバープレートと、電極となる金属膜が形成された第２被接合面を有する電極プレートと、を準備する工程と、
前記第１被接合面および前記第２被接合面を、Ｈ２ＯプラズマおよびＯ２プラズマのうちの少なくとも一方に曝す工程と、
前記第１被接合面と前記第２被接合面を合わせる工程と、
を備える、バイオセンサの製造方法。
【請求項４】
前記第１被接合面と前記第２被接合面を合わせる工程の後に、
合わせられた両被接合面に圧力および熱を加える工程と、
を備える、請求項３に記載のバイオセンサの製造方法。
【請求項５】
シクロオレフィンポリマーにより形成されるとともに、一方の主面に凹部が形成されたカバープレートと、
一方の主面に電極となる金属膜が形成され、該一方の主面が、前記カバープレートにおける前記凹部が形成されている側の主面と直接接合されている電極プレートと、
を備えるバイオセンサ。
【請求項６】
前記電極となる金属膜が、
Ｒｕ、Ｎｉ−Ｗ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、あるいは、Ｃｕにより形成される、
請求項５に記載のバイオセンサ。
【請求項７】
前記電極となる金属膜が、
前記金属の微粒子を溶媒に分散させたナノインク（ナノペースト）を基材に塗布または印刷して形成されたものである、
請求項６に記載のバイオセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）と金属を接合する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療現場等において、血液等の生体サンプルにおける特定の生体物質の含有量（例えば血糖値）を測定するにあたって、バイオセンサと呼ばれる測定装置が用いられるようになってきている。バイオセンサは、酵素反応や抗原抗体反応等のような、特定の生体物質と特定の化学物質（反応物質）の間に生じる鋭敏な反応を利用して、生体サンプルにおける特定の生体物質の含有量を特定するものである。【０００３】
例えば特許文献１に記載のバイオセンサは、絶縁材料により形成された長尺平板状の基材の主面上に、金属の薄膜から成る複数の線状の電極が形成された電極プレートを備える。各電極は、電極プレートの長尺方向に沿って延在しており、その延在途中の所定位置に、検出するべき生体物質に応じた反応物質が配設される。【０００４】
電極プレートにおける電極が配設されている側の主面には、その一方の端部付近を除くほぼ全体を覆うようにスペーサとしての両面テープが貼着され、該両面テープの他方の粘着面にカバープレートが貼着される。つまり、両面テープおよびカバープレートは、電極プレートの主面の一方の端部（すなわち、電極の端部）を露出させつつ、それ以外の部分を全体的に覆うように配設される。カバープレート等から露出している電極部分は、外部からの電圧の印加を受ける端子部分を形成する。【０００５】
電極プレートとカバープレートの間に設けられるスペーサは、電極プレートの長尺方向の途中で分断されており、該分断された部分において、電極プレートとカバープレートの間に、電極および反応物質に対して露出した細長い空間（すなわち、電極プレートの短尺方向に延在する細長い空間）が形成されるようになっている。この空間が、生体サンプルを保持するためのサンプル保持空間を形成する。【０００６】
このバイオセンサを用いて生体サンプルに含まれる生体物質の含有量を測定する場合、まず、サンプル保持空間に生体サンプル（典型的には、血液）を導入する。すると、該生体サンプルに含まれる特定の生体物質が反応物質と反応して、特定の物質が生成される。このとき、バイオセンサの端部に露出している電極部分（端子部分）から所定の電圧を印加すると、反応により生成された物質の量に応じた電流が電極間に流れる。この電流量を測定することで、該物質の量、ひいては、生体サンプルに含まれる生体物質の量（例えば、血液中のグルコース濃度）を特定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−６９１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
バイオセンサにおいては、少ない量の生体サンプルで正確な測定を実現することが求められる。必要最小限の生体サンプルを電極および反応物質に接触させつつ、これらに接触しない余剰の生体サンプル量を少なくするためには、バイオセンサの厚み方向におけるサンプル保持空間の寸法を小さくすることが好ましい。【０００９】
ところが、特許文献１に記載のバイオセンサでは、バイオセンサの厚み方向におけるサンプル保持空間の寸法を、スペーサとなる両面テープの厚みよりも小さくすることができない。【００１０】
また、一般にバイオセンサは一回の測定で使い捨てされるものであるため、製造コストをできるだけ抑える必要もある。ところが、特許文献１に記載のバイオセンサのように、一対のプレートを、両面テープを介して一体化する構成では、部品点数および製造工程数が多く、製造コストを十分に抑えることが難しい。【００１１】
これらの問題を回避するためには、例えば、カバープレートに溝を形成しておき、該カバープレートを電極プレートに直接接合して、該溝によりサンプル保持空間が形成されるものとすることが考えられる。こうすると、溝の深さを十分に小さいものとすることで、バイオセンサの厚み方向におけるサンプル保持空間の寸法を十分に小さいものとすることができる。また、電極プレートとカバープレートを直接接合するのであれば、スペーサを用いる場合に比べて、部品点数および製造工程数が少なくなり、製造コストを抑えることも可能となる。【００１２】
ところが、近年においてカバープレートの形成材料として好適に用いられるシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）は、疎水性樹脂であるため、他部材に対する接着性が低い。したがって、ＣＯＰから成るカバープレートを金属膜が形成された電極プレートに直接接合することは従来の技術では成し得ることができなかった。【００１３】
本発明はこのような課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、ＣＯＰにより形成される被接合面と、金属により形成される被接合面を、直接接合することができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために成された本発明は、
シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）により形成された第１被接合面を有する第１部材と、金属により形成された第２被接合面を有する第２部材を接合する方法であって、
前記第１被接合面および前記第２被接合面を、Ｈ２ＯプラズマおよびＯ２プラズマのうちの少なくとも一方に曝す工程と、
前記第１被接合面と前記第２被接合面を合わせる工程と、
を備える。【００１５】
この方法によると、ＣＯＰにより形成された第１被接合面と、金属により形成された第２被接合面を、直接接合することができる。その理由は、次のように考えられる。まず、Ｈ２ＯプラズマおよびＯ２プラズマのうちの少なくとも一方に曝されることによって、ＣＯＰにより形成された第１被接合面に、親水性の官能基（ヒドロキシ基やカルボキシ基）が修飾される。また、Ｈ２ＯプラズマおよびＯ２プラズマのうちの少なくとも一方に曝されることによって、金属により形成された第２被接合面にも、親水性の官能基が付与される。そして、これらの被接合面が合わせられることによって、両被接合面の官能基の間で脱水反応が生じて両官能基の間に共有結合が形成される。これにより、両被接合面が直接接合される。【００１６】
上記本発明において、
前記第１被接合面と前記第２被接合面を合わせる工程の後に、
合わせられた両被接合面に圧力および熱を加える工程
を追加してもよい。【００１７】
上記の方法において、第２被接合面を形成する金属の一例としては、例えば、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｎｉ−Ｗ（ニッケル−タングステン）、Ａｕ（金）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、等が挙げられる。また、金属は、前記金属の微粒子を溶媒に分散させたナノインク（ナノペースト）を基材に塗布または印刷して形成されたものであってもよい。【００１８】
また、別の態様に係る本発明は、
バイオセンサの製造方法であって、
シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）により形成されるとともに凹部が形成された第１被接合面を有するカバープレートと、電極となる金属膜が形成された第２被接合面を有する電極プレートと、を準備する工程と、
前記第１被接合面および前記第２被接合面を、Ｈ２ＯプラズマおよびＯ２プラズマのうちの少なくとも一方に曝す工程と、
前記第１被接合面と前記第２被接合面を合わせる工程と、
を備える。【００１９】
この方法によると、ＣＯＰにより形成された第１被接合面と、電極となる金属膜が形成された第２被接合面を、直接接合して、カバープレートと電極プレートを一体化することができる。したがって、両プレートを一体化するための両面テープ等の部材が不要となり、バイオセンサの製造コストを抑えることができる。このバイオセンサにおいては、カバープレートに形成される凹部の深さを調整することによって、バイオセンサの厚み方向におけるサンプル保持空間の寸法を任意のものにすることができる。【００２０】
特に、この方法においては、第１被接合面がＨ２ＯプラズマおよびＯ２プラズマの少なくとも一方で処理されることによって、ここに形成されている凹部（すなわち、サンプル保持空間を形成する凹部）が親水化される。したがって、サンプル保持空間にサンプルが容易に流入することができる。これにより、少量のサンプルで迅速かつ正確な測定を行うことができる。【００２１】
この方法においても、
前記第１被接合面と前記第２被接合面を合わせる工程の後に、
合わせられた両被接合面に圧力および熱を加える工程
を追加してもよい。【００２２】
また、別の態様に係る本発明は、
バイオセンサであって、
シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）により形成されるとともに、一方の主面に凹部が形成されたカバープレートと、
一方の主面に電極となる金属膜が形成され、該一方の主面が、前記カバープレートにおける前記凹部が形成されている側の主面と直接接合されている電極プレートと、
を備える。【００２３】
このバイオセンサによると、カバープレートと電極プレートが直接接合されているので、両プレートを一体化するための両面テープ等の部材が不要となり、低コストで製造することができる。また、カバープレートに形成される凹部の深さを調整することによって、バイオセンサの厚み方向におけるサンプル保持空間の寸法を任意のものにすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によると、ＣＯＰにより形成された被接合面と、金属により形成された被接合面を、直接接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】バイオセンサの構成およびその使用態様を説明するための図。
【図２】プラズマ処理装置の概略構成図。
【図３Ａ】バイオセンサの製造に係る第１の処理の流れを示す図。
【図３Ｂ】バイオセンサの製造に係る第２の処理の流れを示す図。
【図４】実施例１，２及び参考例１〜３に係るプラズマ処理の条件を示す図。
【図５】実施例１，２及び参考例１〜３における接合結果の評価をまとめた表を示す図。
【図６】実施例３，４に係るプラズマ処理の条件を示す図。
【図７】実施例３，４の処理条件を説明するための図。
【図８】実施例３，４及び比較例１〜３における接合の可否をまとめた表を示す図。
【図９】プラズマ処理後の純水接触角の測定結果をまとめた表を示す図。
【図１０】温度・圧力条件が異なる場合の接合の可否をまとめた表を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
＜１．バイオセンサ＞
＜１−１．バイオセンサの構成＞
本発明に係るバイオセンサの構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、バイオセンサ８の構成およびその使用態様を説明するための図である。
【００２８】
バイオセンサ８は、カバープレート８１と、これと直接接合される電極プレート８２とを備える。
【００２９】
カバープレート８１は、長尺な矩形平板状のプレートであって、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ)から形成される。カバープレート８１の一方の主面８１０には、カバープレート８１の短尺方向に延在するとともに両端がカバープレート８１の両側面に開口する溝（凹部）８１１が、形成されている。
【００３０】
電極プレート８２は、基材となるベースプレート８２１を備える。ベースプレート８２１は、長尺方向の長さがカバープレート８１よりも僅かに長い以外は、カバープレート８１と略同一形状の平板矩形状の部材であり、絶縁性を有する材料（例えば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ガラス、ＣＯＰ、等）により形成される。
【００３１】
ベースプレート８２１の一方の主面には、金属の薄膜から成る複数本（図の例では２本）の線状の電極８２２，８２２が形成される。各電極８２２は、ベースプレート８２１の長尺方向の全体に亘って延在するものとされる。各電極８２２となる金属としては、典型的には、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｎｉ−Ｗ（ニッケル−タングステン）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）等が想定される。もっとも、これら以外の金属が電極８２２とされてもよい。また、各電極８２２は、前記金属の微粒子を溶媒に分散させたナノインク（ナノペースト）をベースプレート８２１に塗布または印刷して形成されたものであってもよい。
【００３２】
電極８２２の延在途中の所定位置（凹部８１１と対応する部分）には、測定するべき生体物質に応じた反応物質８２３が配設される。
【００３３】
バイオセンサ８は、カバープレート８１における凹部８１１が形成されている側の主面８１０と、電極プレート８２における、電極８２２，８２２が配設されている側の主面８２０とが、直接接合されることにより形成される（両プレート８１，８２を接合する態様については後に説明する）。
【００３４】
上記のとおり、カバープレート８１は、長尺方向の長さが電極プレート８２よりも僅かに短い。したがって、両プレート８１，８２が接合された状態において、カバープレート８１は、電極プレート８２の主面８２０の一方の端部分（すなわち、各電極８２２の端部分）を露出させつつ、それ以外の部分を全体的に覆うことになる。カバープレート８１から露出している各電極８２２の端部分は、外部からの電圧の印加を受ける端子部分８０１を形成する。
【００３５】
また、両プレート８１，８２が接合された状態において、カバープレート８１における凹部８１１が形成されている部分において、両プレート８１，８２の間に、各電極８２２および反応物質８２３に対して露出した細長い空間（すなわち、バイオセンサ８の短尺方向に延在する細長い空間）が形成される。この空間が、生体サンプルを保持するためのサンプル保持空間８０２を形成する。
【００３６】
＜１−２．バイオセンサの使用態様＞
次に、バイオセンサ８の使用態様について、引き続き図１を参照しながら説明する。
【００３７】
まず、バイオセンサ８の端子部分８０１を、外部装置９の開口９１から差し入れる。そして、この状態で、生体サンプル（例えば、血液）を、バイオセンサ８のサンプル保持空間８０２に流入させる。すると、該生体サンプルに含まれる特定の生体物質が反応物質８２３と反応して特定の物質が生成される。
【００３８】
外部装置９は、バイオセンサ８の端子部分８０１（具体的には各電極８２２，８２２の間）に所定の電圧を印加するとともに、このときに各電極８２２，８２２の間に流れる電流量を測定する。該測定された電流量に基づいて、反応により生成された物質の量（ひいては、生体サンプルに含まれる生体物質の量）が特定される。
【００３９】
＜２．接合の態様＞
＜２−１．プラズマ処理装置＞
次に、バイオセンサ８を製造する方法について説明する。該方法について具体的に説明する前に、該方法において用いられるプラズマ処理装置の構成を、図２を参照しながら説明する。図２は、プラズマ処理装置１００の概略構成を示す図である。
【００４０】
プラズマ処理装置１００（サムコ株式会社製、製品名：AQ-2000）は、平行平板型（容量結合型）プラズマ処理装置であって、内部に処理空間を形成する処理チャンバー１と、処理チャンバー１の内部にガスを供給するガス供給部２と、処理チャンバー１の内部に上下に対向配置された一対の電極３，４を備える。また、プラズマ処理装置１００は、これが備える各要素を制御する制御部５を備える。
【００４１】
処理チャンバー１には、その内部にガスを導入するためのガス導入口１１、および、処理チャンバー１の内部からガスを排気するための排気口１２が設けられている。ガス導入口１１にはガス供給部２が接続されている。また、排気口１２には、バルブ１２１および真空ポンプ１２２が介挿された配管１２３が接続されている。また、処理チャンバー１には、その内部に被処理物を搬入するための搬出入口（図示省略）及びこれを塞ぐロードロック（図示省略）が設けられている。
【００４２】
ガス供給部２は、水を供給する水供給源２１と、酸素ガスを供給する酸素ガス供給源２２を備える。各供給源２１，２２は、配管２１０，２２０を介して、ガス導入口１１に接続されている。水供給源２１と接続されている配管２１０には、水を気化して水蒸気とするヴェーパライザ（気化装置）２１１、マスフローコントローラ２１２、および、バルブ２１３が介挿されている。一方、酸素ガス供給源２２と接続されている配管２２０には、マスフローコントローラ２２１およびバルブ２２２が介挿されている。
【００４３】
処理チャンバー１の内部に上下に対向配置された一対の電極３，４のうち、下側の電極（下部電極）３の上面は、被処理物を載置する載置面となる。該上面には被処理物を固定するための静電チャック等が設けられる（図示省略）。また、下部電極３は接地される。一方、上側の電極（上部電極）４には、コンデンサ４１を介して高周波電源４２が接続される。
【００４４】
制御部５は、パーソナルコンピュータ等をハードウエア資源とし、該パーソナルコンピュータにインストールされた専用の制御・処理ソフトウエアを実行することにより、各種の機能要素が具現化される。また、制御部５には、液晶ディスプレイ等から成る表示部と、マウス、キーボード、タッチパネル等から構成される入力部が接続されている（図示省略）。
【００４５】
制御部５は、気化装置２１１、各マスフローコントローラ２１２，２２１、および、各バルブ２１３，２２２、と電気的に接続されており、処理チャンバー１の内部へ導入するガスの種類、ガスの流量、ガスの導入および停止のタイミング、等をそれぞれ制御する。また、制御部５は、バルブ１２１、および、ポンプ１２２と電気的に接続されており、処理チャンバー１の内部からのガスの排出および停止のタイミング、等をそれぞれ制御する。また、制御部５は、高周波電源４２と電気的に接続されており、上部電極４に高周波電力を投入するタイミング、電力値、等を制御する。
【００４６】
＜２−２．処理の流れ＞
バイオセンサ８を製造する方法について、図３Ａを参照しながら説明する。図３Ａは、バイオセンサ８の製造に係る処理の流れを示す図である。
【００４７】
ステップＳ１：はじめに、カバープレート８１と電極プレート８２を準備する。各プレート８１，８２の具体的な構成は上述したとおりである。
【００４８】
ステップＳ２：次に、カバープレート８１における凹部８１１が形成されている側の主面８１０と、電極プレート８２における電極８２２が形成されている側の主面８２０を接合する。以下において、ステップＳ２の処理について具体的に説明する。なお、以下の説明では、カバープレート８１における電極プレート８２と接合される側の主面８１０を「第１被接合面８１０」と呼び、電極プレート８２におけるカバープレート８１と接合される側の主面８２０を「第２被接合面８２０」と呼ぶ。
【００４９】
ステップＳ２１：まず、カバープレート８１の第１被接合面８１０と、電極プレート８２の第２被接合面８２０を、Ｈ２ＯプラズマあるいはＯ２プラズマで処理する。この処理は例えば上述したプラズマ処理装置１００を用いて行われる。
【００５０】
この場合、まず、図示しない搬入口を介してカバープレート８１と電極プレート８２を処理チャンバー１の内部に搬入し、各プレート８１，８２を、各々の被接合面８１０，８２０が上を向くような姿勢で、下部電極３に載置して、静電チャックで固定する。
【００５１】
続いて、処理チャンバー１の内部にＨ２ＯプラズマあるいはＯ２プラズマを形成する。具体的には、搬入口を閉鎖して処理チャンバー１の内部を閉鎖空間とした後、ガス供給部２が、該内部への水蒸気あるいは酸素ガスの導入を開始する。これと同時に、該内部の排気を行って、該内部を所定の圧力に維持する。ここで、プラズマ処理中の処理チャンバー１内の圧力は、大気圧よりも低く維持することが好ましい。特に、プラズマ処理中の圧力が大気圧以上になるとＨ２Ｏプラズマの生成時の温度が100℃以上になるため、シクロオレフィンポリマーにより形成された第１被接合面が変形したり劣化したりする傾向がある。従って、プラズマ処理中の圧力は、0.1Paから2000Paの範囲に維持することがより好ましい。
【００５２】
続いて、上部電極４に高周波電源４２から高周波電力を投入する。すると、処理チャンバー１の内部に導入されているガスがプラズマ化されてプラズマが生成される。いうまでもなく、処理チャンバー１の内部に水蒸気が導入されている場合は処理チャンバー１にＨ２Ｏプラズマ（水プラズマ）が生成され、処理チャンバー１の内部に酸素ガスが導入されている場合はＯ２プラズマ（酸素プラズマ）が生成される。下部電極３に載置された各プレート８１，８２の被接合面８１０，８２０が、処理チャンバー１内に生成されたプラズマに曝されることにより、各被接合面８１０，８２０のプラズマ処理が進行する。
【００５３】
プラズマ処理が開始されてから所定の処理時間が経過すると、ガス供給部２が処理チャンバー１の内部への水蒸気あるいは酸素ガスの導入を停止するとともに、高周波電源４２から上部電極４への高周波電力の供給を停止して、プラズマ処理を終了する。その後、処理チャンバー１の内部が大気圧に戻され、各プレート８１，８２が処理チャンバー１から搬出される。
【００５４】
ステップＳ２２：続いて、プラズマ処理が施された両プレート８１，８２の被接合面８１０，８２０を合わせる。
【００５５】
ステップＳ２１〜ステップＳ２２の処理によって、両被接合面８１０，８２０が直接接合される。その理由は、次のように考えられる。まず、ステップＳ２１のプラズマ処理によって、第１被接合面８１０に、親水性の官能基（ヒドロキシ基やカルボキシ基）が修飾される。また、第２被接合面８２０にも、親水性の官能基が付与される。そして、プラズマ処理を施された両被接合面８１０，８２０が、ステップＳ２２で合わせられた状態とされると、両被接合面８１０，８２０の官能基が水素結合を形成できる距離まで近づく。これによって、両被接合面８１０，８２０の官能基の間で脱水反応が生じて両官能基の間に共有結合が形成される。これにより、両被接合面８１０，８２０が直接接合される。
【００５６】
カバープレート８１の第１被接合面８１０と、電極プレート８２の第２被接合面８２０が直接接合されることによって、バイオセンサ８が得られる。
【００５７】
なお、ステップＳ２２の処理を行った後、両被接合面８１０，８２０に圧力及び熱を加える工程を行ってもよい。この場合、バイオセンサ８の製造に係る処理の流れは図３Ｂに示すとおりとなる。すなわち、この場合の流れは図３ＡにおけるステップＳ２がステップＳ２Ｂとなり、ステップＳ２ＢはステップＳ２２の後にステップＳ２３が付加されたものとなる。以下、ステップＳ２３について説明する。
【００５８】
ステップＳ２３：ステップＳ２２に続いて、合わせられた両被接合面８１０，８２０に圧力および熱を加える。すなわち、両被接合面８１０，８２０を加圧しつつ加熱する。この工程は具体的には例えば、図５（ｂ）に例示されるように、一対のヒータ７１ａ，７１ｂと一対の金属ブロック７２ａ，７２ｂを用いて次のように行うことができる。すなわち、一方のヒータ７１ａの上に載置された金属ブロック７２ａの上に、対象物（ここでは、各被接合面８１０，８２０が合わせられた一対のプレート８１，８２）を載置する。そして、その上に、他方のヒータ７１ｂおよび他方の金属ブロック７２ｂをこの順に載置する。そして、上側の金属ブロック７２ｂを下側の金属ブロック７２ａに向けて付勢部材７３で付勢することで、これらの間に挟まれた対象物を加圧する。また、一対のヒータ７１ａ，７１ｂを所定温度に温調することで、これらの間に挟まれた対象物を加熱する。
【００５９】
このとき、両被接合面８１０，８２０に加える圧力は例えば、400(N／cm2)以上、且つ、2400(N／cm2)以下とすることができる。例えば該圧力を1600(N／cm2)とする場合、両被接合面８１０，８２０の加熱温度は、90℃以上、且つ、150℃以下とすればよく、特に、95℃以上、且つ、150℃以下とすることが好ましい。また、加熱および加圧を行う時間は、例えば、5分とすることができる。
【００６０】
ステップＳ２１〜ステップＳ２３の処理によっても、両被接合面８１０，８２０が直接接合される。その理由は、次のように考えられる。まず、ステップＳ２１のプラズマ処理によって、第１被接合面８１０に、親水性の官能基（ヒドロキシ基やカルボキシ基）が修飾される。また、第２被接合面８２０にも、親水性の官能基が付与される。そして、プラズマ処理を施された両被接合面８１０，８２０が、ステップＳ２２で合わせられた状態とされて、ステップＳ２３で圧力が加えられると、両被接合面８１０，８２０の官能基が水素結合を形成できる距離まで近づく。さらにここで熱が加えられることによって、両被接合面８１０，８２０の官能基の間で脱水反応が生じて両官能基の間に共有結合が形成される。これにより、両被接合面８１０，８２０が直接接合される。
【００６１】
カバープレート８１の第１被接合面８１０と、電極プレート８２の第２被接合面８２０が直接接合されることによって、バイオセンサ８が得られる。
【００６２】
＜３．実施例＞
＜実施例１＞
ＣＯＰサンプル（サイズ：15mm×10mm、厚み：0.5mm）（日本ゼオン製、製品名：ZEONOR1060R）と、チタンウエハの表面にスパッタ法で金薄膜を設けた金属サンプル（サイズ：15mm×10mm、金薄膜部分の平均粗さRa：1.332nm）を準備した。ＣＯＰサンプルの一方の主面、および、金属サンプルの金属膜が形成されている側の主面を、Ｈ２Ｏプラズマで処理した。処理条件は図４に示される通りであり、高周波電力パワーを100W、水蒸気の流量を20sccm、処理チャンバー内の圧力を5Pa、処理時間を80秒、とした。また、プラズマ処理装置の処理モードはPEモードとした。
【００６３】
次に、金属サンプルにおけるＨ２Ｏプラズマ処理された主面と、ＣＯＰサンプルにおけるＨ２Ｏプラズマ処理された主面を合わせた。具体的には金属サンプルの主面とＣＯＰサンプルの主面が、10mm×10mmの正方形領域で重なるようにして合わせた。
次に、引っ張り試験機により、金属サンプルの他の主面と、ＣＯＰサンプルの他の主面とを同時に引っ張ることで接合面の強度を３回測定してその平均値を求めた。
【００６４】
＜参考例１＞
実施例１で作成した接合サンプルを常温（24℃）で加圧して実施例１と同じ方法で接合強度の平均値を求めた。接合サンプルの加圧は、金属製の第１ブロックの上に接合サンプルを載置し、接合サンプルの上に金属製の第２ブロックを乗せ、第２ブロックの上面を油圧式のシリンダーで加圧して行った。加圧条件は4900（N/cm2）で10分間とした。
【００６５】
＜実施例２＞
ＣＯＰサンプル（サイズ：15mm×10mm、厚み：50μm）（日本ゼオン製、製品名：ZEONORZF14-050）を用いた以外は実施例１と同様にして接合強度の平均値を求めた。
【００６６】
＜参考例２＞
ＣＯＰサンプル（サイズ：15mm×10mm、厚み：50μm）（日本ゼオン製、製品名：ZEONORZF14-050）と、シリコンウエハの表面に蒸着法でアルミニウム薄膜（薄膜の厚さ：300nm、アルミニウム薄膜部分の平均粗さRa：5.462nm）を設けた金属サンプルを用いた以外は参考例１と同様にして接合強度の平均値を求めた。
【００６７】
＜参考例３＞
シリコンウエハの表面に蒸着法で銅薄膜（薄膜の厚さ：1μm、銅薄膜部分の平均粗さRa：3.032nm）を設けた金属サンプルを用いた以外は参考例２と同様にして接合強度の平均値を求めた。
【００６８】
以上のようにして作製した実施例１，２及び参考例１〜３における接合結果の評価をまとめた表を図５に示す。加圧を行わない実施例１，２でも、十分接合されることが確認された。
【００６９】
＜実施例３＞
ＣＯＰサンプル６１として、矩形のＣＯＰフィルム片（サイズ：10mm×20mm、厚み：0.5mm）を３枚準備した。また、３種類の金属サンプル（第１金属サンプル６２ａ、第２金属サンプル６２ｂ、および、第３金属サンプル６２ｃ）を準備した。第１金属サンプル６２ａは、ＰＥＴにより形成されたフィルム片（サイズ：10mm×20mm）の一方の主面の全体に、Ｒｕ（ルテニウム）の薄膜を形成したものである。第２金属サンプル６２ｂは、ＰＥＴにより形成されたフィルム片（サイズ：10mm×20mm）の一方の主面の全体に、Ｎｉ−Ｗ（ニッケル−タングステン）の薄膜を形成したものである。第３金属サンプル６２ｃは、ＰＥＴにより形成されたフィルム片（サイズ：10mm×20mm）の一方の主面の全体に、Ａｕ（金）の薄膜を形成したものである。
【００７０】
３枚のＣＯＰサンプル６１の一方の主面、および、３種類の金属サンプル６２ａ，６２ｂ，６２ｃにおける金属膜が形成されている側の主面を、Ｈ２Ｏプラズマで処理した。処理条件は図６に示される通りであり、高周波電力パワーを100W、水蒸気の流量を20sccm、処理チャンバー内の圧力を5Pa、処理時間を40秒、とした。また、プラズマ処理装置として、サムコ社製プラズマ処理装置（製品名：AQ-2000）を用いた（処理モードはPEモード）。
【００７１】
次に、第１金属サンプル６２ａにおける、Ｈ２Ｏプラズマで処理された側の主面と、ＣＯＰサンプル６１におけるＨ２Ｏプラズマで処理された側の主面を合わせた。具体的には、図７（ａ）に示されるように、第１金属サンプル６２ａの該主面とＣＯＰサンプル６１の該主面が、10mm×10mmの正方形領域で重なるようにして合わせた。第２金属サンプル６２ｂおよび第３金属サンプル６２ｃについても同様にして、Ｈ２Ｏプラズマで処理された側の主面をＣＯＰサンプル６１におけるＨ２Ｏプラズマで処理された側の主面と合わせた。
【００７２】
次に、ＣＯＰサンプル６１と各金属サンプル６２ａ，６２ｂ，６２ｃの主面同士が合わされたサンプル対（第１金属サンプル６２ａとＣＯＰサンプル６１が合わせられた第１サンプル対６０ａ、第２金属サンプル６２ｂとＣＯＰサンプル６１が合わせられた第２サンプル対６０ｂ、および、第３金属サンプル６２ｃとＣＯＰサンプル６１が合わせられた第３サンプル対６０ｃの各々）を、加圧しつつ加熱した。
【００７３】
具体的には、各サンプル対６０ａ，６０ｂ，６０ｃをＳｉＯ２の薄板で挟み、これを、図７（ｂ）に示される装置を用いて、加熱しつつ加圧した。すなわち、ＳｉＯ２の薄板で挟まれた各サンプル対６０ａ，６０ｂ，６０ｃを、第１金属ブロック７２ａ（第１ヒータ７１ａ上に載置された第１金属ブロック７２ａ）の上に載置し、その上に、第２ヒータ７１ｂおよび第２金属ブロック７２ｂをこの順で載置した。第２金属ブロック７２ｂは、第１金属ブロック７２ａに立設された一対のガイドポール７４，７４に沿って昇降可能に設けられるとともに、一対の付勢部材７３，７３によって、第１金属ブロック７２ａに向けて所定の荷重で付勢されている。各付勢部材７３は例えば、第２金属ブロック７２ｂに上側から貫通され、下端において、第１金属ブロック７２ａに設けられたねじ穴と螺合するネジ部材により形成される。この場合、各付勢部材７３の上端に加えるトルクによって、サンプル対６０ａ，６０ｂ，６０ｃに付加される圧力の大きさを調整することができる。ここでは、両ヒータ７１ａ，７１ｂの温度を100℃とし、サンプル対６０ａ，６０ｂ，６０ｃに付加する圧力を1600(N／cm2)とした。また、加熱および加圧の時間は、5分とした。
【００７４】
実施例３に係る一連の処理を施された３組のサンプル対６０ａ，６０ｂ，６０ｃにおいて、ＣＯＰサンプル６１と各金属サンプル６２ａ，６２ｂ，６２ｃが接合されているか否かを目視により確認した。その結果、図８の表に示されるように、第１サンプル対６０ａ、第２サンプル対６０ｂ、および、第３サンプル対６０ｃの全てにおいて、ＣＯＰサンプル６１と金属サンプル６２ａ，６２ｂ，６２ｃが接合されていることが確認できた。
【００７５】
上記のとおり、ＣＯＰサンプル６１と各金属サンプル６２ａ，６２ｂ，６２ｃが接合される理由は、プラズマ処理によって、各サンプル６１，６２ａ，６２ｂ，６２ｃの被接合面に親水性の官能基が形成され、加熱および加圧によって両被接合面の官能基の間に共有結合が形成されるためと考えられる。これを検証するべく、上記の処理条件でＨ２Ｏプラズマ処理を施された後の各サンプル６１，６２ａ，６２ｂ，６２ｃの被接合面の純水接触角を測定したところ、図９に示される測定結果が得られた。ここから、Ｈ２Ｏプラズマで処理を施されることによって、各サンプル６１，６２ａ，６２ｂ，６２ｃの被接合面が親水化していること（被接合面に親水性の官能基が生成されている）ことが明らかになった。
【００７６】
＜実施例４＞
実施例３と同じサンプル６１，６２ａ，６２ｂ，６２ｃを、Ｏ２プラズマで処理し、上記と同様にして各サンプルの主面の一部を合わせて３組のサンプル対６０ａ，６０ｂ，６０ｃとし、これらを加圧しつつ加熱した。ただし、プラズマ処理の条件は、ガスの種類を水蒸気から酸素に変更した以外は、実施例３と同じものとした（図６）。また、加熱および加圧の条件は実施例３と同じものとした。
【００７７】
実施例４に係る一連の処理を施された３組のサンプル対６０ａ，６０ｂ，６０ｃにおいて、ＣＯＰサンプル６１と各金属サンプル６２ａ，６２ｂ，６２ｃが接合されているか否かを目視により確認した。その結果、図８の表に示されるように、第１サンプル対６０ａ、第２サンプル対６０ｂ、および、第３サンプル対６０ｃの全てにおいて、ＣＯＰサンプル６１と金属サンプル６２ａ，６２ｂ，６２ｃが接合されていることが確認できた。
【００７８】
また、ここでも、上記の処理条件でＯ２プラズマ処理を施された後の各サンプル６１，６２ａ，６２ｂ，６２ｃの純水接触角を測定したところ、図９に示される測定結果が得られた。ここから、Ｏ２プラズマで処理を施されることによって、各サンプル６１，６２ａ，６２ｂ，６２ｃの被接合面が親水化していること（被接合面に親水性の官能基が生成されている）ことが明らかになった。
【００７９】
＜比較実験１＞
比較例１：実施例３において、Ｈ２Ｏプラズマ処理を行わなかった。すなわち、実施例３と同じサンプル６１，６２ａ，６２ｂ，６２ｃを、何らのプラズマ処理もすることなく、上記と同様にして主面の一部を合わせて３組のサンプル対６０ａ，６０ｂ，６０ｃとし、これらを加圧しつつ加熱した。ただし、加圧および加熱の条件は実施例３と同じものとした。
【００８０】
比較例２：実施例３において、加熱および加圧を行わなかった。すなわち、実施例３と同じサンプル６１，６２ａ，６２ｂ，６２ｃを、Ｈ２Ｏプラズマで処理し、上記と同様にして主面の一部を合わせて３組のサンプル対６０ａ，６０ｂ，６０ｃとして加熱および加圧は行わなかった。ただし、プラズマ処理の条件は実施例３と同じものとした。
【００８１】
比較例３：実施例４において、加熱および加圧を行わなかった。すなわち、実施例４と同じサンプル６１，６２ａ，６２ｂ，６２ｃを、Ｏ２プラズマで処理し、上記と同様にして主面の一部を合わせて３組のサンプル対６０ａ，６０ｂ，６０ｃとして加熱および加圧は行わなかった。ただし、プラズマ処理の条件は実施例４と同じものとした。
【００８２】
比較例１〜３に係る各処理を施された３組のサンプル対６０ａ，６０ｂ，６０ｃにおいて、ＣＯＰサンプル６１と各金属サンプル６２ａ，６２ｂ，６２ｃが接合されているか否かを目視により確認した。その結果、図８の表に示されるように、比較例１〜３のいずれにおいても、ＣＯＰサンプル６１と金属サンプル６２ａ，６２ｂ，６２ｃは接合されなかった。
【００８３】
＜比較実験２＞
実施例３と同じＣＯＰサンプル６１（矩形のＣＯＰフィルム片（サイズ：10mm×20mm、厚み：0.5mm））と、実施例３と同じ第１金属サンプル６２ａ（ＰＥＴにより形成されたフィルム片（サイズ：10mm×20mm）の一方の主面の全体に、Ｒｕの薄膜を形成したもの）をそれぞれ複数枚準備した。そして、各ＣＯＰサンプル６１の一方の主面、および、各第１金属サンプル６２ａにおける金属膜が形成されている側の主面を、Ｈ２Ｏプラズマで処理した。ただし、プラズマ処理の処理条件は実施例３と同じものとした。続いて、実施例３と同様、各第１金属サンプル６２ａにおける、Ｈ２Ｏプラズマで処理された側の主面と、各ＣＯＰサンプル６１におけるＨ２Ｏプラズマで処理された側の主面を合わせた（図５（ａ）参照）。そして、第１金属サンプル６２ａとＣＯＰサンプル６１の主面同士が合わせられた各サンプル対（第１サンプル対６０ａ）を、実施例３と同じ方法で加圧しつつ加熱した（図５（ｂ）参照）。ただし、ここでは、一対のヒータ７１ａ，７１ｂの温度および各付勢部材７３の上端に加えるトルクを調整することで、複数のサンプル対６０ａの各々に対して、それぞれ異なる温度・圧力条件で、加熱および加圧を施した。また、加熱および加圧の時間は、全て5分とした。
【００８４】
それぞれ異なる温度・圧力条件で、加熱および加圧が施された各サンプル対６０ａにおいて、ＣＯＰサンプル６１と第１金属サンプル６２ａが接合されているか否かを目視により確認した。その結果をまとめた表が図１０に示されている。ここに示されるように、例えば、付加する圧力が400(N／cm2)の場合は、100℃以上の加熱で接合が実現され、付加する圧力が2400(N／cm2)の場合は、85℃以上の加熱で接合が実現された。つまり、付加する圧力が高くなるほど、低い加熱温度で接合が実現される（別の見方をすると、加熱温度が高くなるほど、低い圧力で接合が実現される）ことがわかった。
【００８５】
また例えば付加する圧力が1600(N／cm2)の場合、90℃以上の加熱で接合が実現された。ただし、この場合に、加熱温度を150℃まで高めてしまうと、接合は実現されるものの、ＣＯＰサンプル６１が変形することが確認されている。したがって、付加する圧力が1600(N／cm2)の場合、適切な温度範囲は、90℃以上、且つ、150℃以下ということができる。特に、加熱温度を95℃以上、且つ、150℃以下とすることで、ＣＯＰサンプル６１を変形させることなく、十分に強固な接合を実現することができる。
【００８６】
＜４．変形例＞
上記の実施形態では、本発明に係る方法を適用してカバープレート８１と電極プレート８２を接合して、バイオセンサ８を得る方法について説明したが、本発明に係る方法の適用範囲はこれに限るものではなく、ＣＯＰにより形成された被接合面を有する部材と、金属により形成された被接合面を有する部材を接合する場合に広く用いることができる。
【００８７】
また、上記の実施形態では、本発明に係る方法を適用してＣＯＰにより形成される被接合面（第１被接合面８１０）と、電極となる金属（Ｒｕ、Ｎｉ−Ｗ、Ａｕ、銀、等）により形成される被接合面（第２被接合面８２０）とを接合していたが、本発明に係る方法を用いれば、電極となる金属以外の各種の金属により形成される被接合面と、ＣＯＰにより形成される被接合面とを接合することもできる。
【００８８】
また、上記の実施形態では、プラズマ処理装置１００において、被処理物が載置される下部電極３が接地されるとともに上部電極４に高周波電源４２が接続されており、各プレート８１，８２に対して、PE（Plasma Etching）モードによるプラズマ処理を行っていたが、被処理物が載置される下部電極３に高周波電源を接続するとともに上部電極４を接地して、RIE（Reactive Ion Etching）モードによるプラズマ処理を行ってもよい。
【００８９】
また、上記の実施形態に係るステップＳ２では、第１被接合面８１０と第２被接合面８２０を、Ｈ２ＯプラズマあるいはＯ２プラズマで処理していたが、Ｈ２ＯプラズマあるいはＯ２プラズマの少なくとも一方を含む混合プラズマ等で処理してもよい。例えば、Ｈ２ＯプラズマとＯ２プラズマの混合プラズマで処理してもよいし、Ｈ２Ｏプラズマ（あるいはＯ２プラズマ）に、窒素（Ｎ２）、アンモニア(ＮＨ３)、水素(Ｈ２)、アルゴン(Ａｒ)、ヘリウム(Ｈｅ)、等の各種のガスが混合された雰囲気で処理してもよい。
【００９０】
また、上記の実施形態に係るステップＳ２３では、合わせられた両被接合面８１０，８２０に対する加熱と加圧は同時に行われていたが、場合によっては、加熱した後に加圧してもよいし、加圧した後に加熱してもよい。
【符号の説明】
【００９１】
８…バイオセンサ
８０１…端子部分
８０２…サンプル保持空間
８１…カバープレート
８１０…第１被接合面
８１１…凹部
８２…電極プレート
８２０…第２被接合面
８２１…ベースプレート
８２２…電極
８２３…反応物質
１００…プラズマ処理装置
７１ａ，７１ｂ…ヒータ
７２ａ，７２ｂ…金属ブロック
７３…付勢部材
７４…ガイドポール
【図１】
2019117092.tif 000003
【図２】
2019117092.tif 000004
【図３Ａ】
2019117092.tif 000005
【図３Ｂ】
2019117092.tif 000006
【図４】
2019117092.tif 000007
【図５】
2019117092.tif 000008
【図６】
2019117092.tif 000009
【図７】
2019117092.tif 000010
【図８】
2019117092.tif 000011
【図９】
2019117092.tif 000012
【図１０】
2019117092.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】令和2年4月30日(2020.4.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
ステップＳ２３：ステップＳ２２に続いて、合わせられた両被接合面８１０，８２０に圧力および熱を加える。すなわち、両被接合面８１０，８２０を加圧しつつ加熱する。この工程は具体的には例えば、図７（ｂ）に例示されるように、一対のヒータ７１ａ，７１ｂと一対の金属ブロック７２ａ，７２ｂを用いて次のように行うことができる。すなわち、一方のヒータ７１ａの上に載置された金属ブロック７２ａの上に、対象物（ここでは、各被接合面８１０，８２０が合わせられた一対のプレート８１，８２）を載置する。そして、その上に、他方のヒータ７１ｂおよび他方の金属ブロック７２ｂをこの順に載置する。そして、上側の金属ブロック７２ｂを下側の金属ブロック７２ａに向けて付勢部材７３で付勢することで、これらの間に挟まれた対象物を加圧する。また、一対のヒータ７１ａ，７１ｂを所定温度に温調することで、これらの間に挟まれた対象物を加熱する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
＜比較実験２＞
実施例３と同じＣＯＰサンプル６１（矩形のＣＯＰフィルム片（サイズ：10mm×20mm、厚み：0.5mm））と、実施例３と同じ第１金属サンプル６２ａ（ＰＥＴにより形成されたフィルム片（サイズ：10mm×20mm）の一方の主面の全体に、Ｒｕの薄膜を形成したもの）をそれぞれ複数枚準備した。そして、各ＣＯＰサンプル６１の一方の主面、および、各第１金属サンプル６２ａにおける金属膜が形成されている側の主面を、Ｈ２Ｏプラズマで処理した。ただし、プラズマ処理の処理条件は実施例３と同じものとした。続いて、実施例３と同様、各第１金属サンプル６２ａにおける、Ｈ２Ｏプラズマで処理された側の主面と、各ＣＯＰサンプル６１におけるＨ２Ｏプラズマで処理された側の主面を合わせた（図７（ａ）参照）。そして、第１金属サンプル６２ａとＣＯＰサンプル６１の主面同士が合わせられた各サンプル対（第１サンプル対６０ａ）を、実施例３と同じ方法で加圧しつつ加熱した（図７（ｂ）参照）。ただし、ここでは、一対のヒータ７１ａ，７１ｂの温度および各付勢部材７３の上端に加えるトルクを調整することで、複数のサンプル対６０ａの各々に対して、それぞれ異なる温度・圧力条件で、加熱および加圧を施した。また、加熱および加圧の時間は、全て5分とした。
【国際調査報告】
2019117092.tif 000014
2019117092.tif 000015
2019117092.tif 000016