JP4846372B2

JP4846372B2 - マイクロ化学チップ、及びその製造方法

Info

Publication number: JP4846372B2
Application number: JP2006016025A
Authority: JP
Inventors: 哲司守
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2006-01-25
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2026-01-25
Also published as: JP2007196106A

Description

本発明は、マイクロ化学チップ、及びその製造方法に関するものであり、特に、パターニングが施された基板を元に形成された、微小量で反応・分析を行うマイクロリアクタ（マイクロファクトリー）、光学素子、バイオセンサー、ＤＮＡコンピュータ、ＤＮＡメモリ、生体分子統合デバイス等を構成するマイクロ化学チップに関するものである。

従来、微少量で反応や分析を行う手法（μTAS、micro total analysis system）については、各種の提案がなされている（例えば、下記非特許文献１参照。）。
このような手法により作製されたマイクロ化学チップは、従来、ＤＮＡ分析チップ等の、ラボラトリーオンチップ、マイクロリアクタ（マイクロファクトリー）、バイオセンサーをはじめとする化学マイクロデバイスへの応用が期待されており、バイオテクノロジーや医療、農学の分野等の応用例は多岐に亘っている。

このような背景から、反応及び合成等において精密な測定を行うためには、反応は均一系で行われることが不可欠の条件であると言え、濃度や温度差が生じないような条件下でのマイクロ化学チップの利用が望ましい。

また、マイクロ化学チップは回路が小さいことに加えて、使用する試料の量も少量でよいことから、省資源、低コスト、反応時間の短縮という点でも有利なものである。

従来におけるマイクロ化学チップを作製する方法としては、半導体微細加工の光リソグラフィーが広く知られているが、これは高価な電子線描画装置を必須とすることから、コストが高いという課題を有していた。また、チップの溝の大きさが電子線描画装置の性能に依存してしまうという問題もあった。

この電子線描画装置を用いる方法においては、マスクを利用することにより大量に生産する工程に好適であるという利点もあるが、自由な回路設計には不適当である。
そのため、更なる省資源化、及び低コスト化を図ったマイクロ化学チップ、及びその製造方法への要望が高まってきた。

マイクロ化学チップでは、例えばＤＮＡ等の分子を含有する溶液が試料対象とされる。
ＤＮＡは、塩基配列の調整により独自のナノスケール構造体を形成することができ、更にはＤＮＡを枠組みとして各種反応を行うことにより、分子サイズの電子素子を作製することへの応用技術が期待されている。

かかるＤＮＡに関する分析等においては、ＤＮＡが流路の側壁に付着しないように、側壁を親水性とする必要がある。
部分エステル化されたポリメタクリル酸を材料として、親水性樹脂を利用した技術が従来提案されている（例えば、下記特許文献１参照。）。しかしこれは、回路の作製に射出成形等を利用するため、大量生産の点では有利であるが、作製精度や大きさに限界があり、数十〜百ナノメートルスケールの微小なマイクロ化学チップを形成することができないという課題を有している。

ところで、光リソグラフィーを用いた微細加工と比較して低コストな作製方法として、熱リソグラフィーが知られている。これは、吸熱層（レーザ照射の場合は光吸収層の役割を果たす）に熱を与え、それを介して熱を与えられた箇所の特性が変化することを利用した技術である。
また、従来においては、レーザ光を照射し情報を記録する工程と、溶液エッチングにより未記録部分を除去して凸状加工を施した光記録媒体の作製方法が知られている（例えば、下記特許文献２参照。）。
熱リソグラフィー技術を用いてレーザ光のスポットよりも小さいピットを形成して光ディスクに応用する例の吸熱材料としては、例えば、硫化亜鉛と酸化珪素の混合物が利用されており、その他、各種樹脂を利用する技術についても提案されている（例えば、下記特許文献３、４参照。）。

A. Manz, et al., Sen. Actuators, B, 1, 244 (1990). 特開２００３−１５９５２６号公報特開２００５−１５８１９１号公報特開２００５−７１５６４号公報特開２００５−１００６０２号公報

今後、マイクロ化学チップの作製に関して容易化し、更なる高精度化を図ることが要求されると考えられており、これを各種マイクロリアクタ、バイオセンサー等をはじめとして電子素子に応用範囲が拡大すると考えられている。
そこで本発明においては、ナノ〜数百ナノメートルオーダーの構造をもつマイクロ化学チップの作製に関して容易化を図り、高精度化を図ることとした。

本発明においては、支持基板上に、側壁によって形成されている、液体若しくは気体の試料を保存し輸送させる保存・搬送部と前記試料を反応させる反応部とを有するマイクロ化学チップであって、前記側壁は、レーザ光照射若しくは熱輻射によりエッチング材料に対する耐性が変化するエッチング耐性変化材料により形成されているものであり、前記エッチング耐性変化材料は、酸化亜鉛、硫化亜鉛、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウムのいずれかと、酸化珪素の混合物からなることを特徴とするマイクロ化学チップを提供する。

請求項２の発明においては、前記側壁は、対水接触角が４０°以下であり、前記エッチング耐性変化材料より形成されているものとする。

請求項３の発明においては、前記反応部に、前記エッチング耐性変化材料よりなり、少なくとも球形状の一部を有する孔質部が形成されていることとした請求項１又は２に記載のマイクロ化学チップを提供する。

請求項４の発明においては、前記側壁は、レーザ光照射によりエッチング材料に対する耐性が変化するエッチング耐性変化材料により形成されているものであり、前記エッチング耐性変化材料の下部に、レーザ光を吸収し発熱する材料よりなる光吸収層が形成されていることとした請求項１乃至３のいずれか一項に記載のマイクロ化学チップを提供する。

請求項５の発明においては、前記光吸収層が半導体若しくは金属よりなるものとした請求項４に記載のマイクロ化学チップを提供する。

請求項６の発明においては、支持基板上に、側壁によって形成されている、液体若しくは気体の試料を保存し輸送させる保存・搬送部と前記試料を反応させる反応部とを有するマイクロ化学チップの製造方法であって、前記側壁の形成に関し、前記支持基板上に、酸化亜鉛、硫化亜鉛、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウムのいずれかと、酸化珪素の混合物からなるエッチング耐性変化材料を成膜する工程と、前記エッチング耐性変化材料が成膜された前記支持基板の一部、若しくは全域に対し、レーザ光を照射し、あるいは加熱処理を加え、前記光照射部あるいは熱処理部のエッチング耐性を変化させる工程と、前記エッチング耐性変化材料のうち、エッチング耐性を変化させた部分を残存させてエッチング処理を行う工程とを有するマイクロ化学チップの製造方法を提供する。

請求項７の発明においては、支持基板上に、側壁によって形成されている、液体若しくは気体の試料を保存し輸送させる保存・搬送部と前記試料を反応させる反応部とを有し、前記反応部に、所定のエッチング耐性変化材料よりなり、少なくとも球形状の一部を有する孔質部が形成されているマイクロ化学チップの製造方法であって、前記孔質部の形成に関し、前記支持基板上に、予め微粒子配列層を形成する工程と、前記微粒子配列層上に、酸化亜鉛、硫化亜鉛、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウムのいずれかと、酸化珪素の混合物からなるエッチング耐性変化材料を成膜する工程と、前記エッチング耐性変化材料が成膜された前記支持基板の一部、若しくは全域に対し、レーザ光を照射し、あるいは加熱処理を加え、前記光照射部あるいは熱処理部のエッチング耐性を変化させる工程と、前記エッチング耐性変化材料のうちエッチング耐性を変化させた部分を残存させてエッチング処理を行う工程と、前記微粒子を除去する工程とを有するマイクロ化学チップの製造方法を提供する。

請求項８の発明においては、前記エッチング耐性変化材料の一部を除去する工程と、前記微粒子を除去する工程を同時に行う請求項７に記載のマイクロ化学チップの製造方法を提供する。

請求項９の発明においては、前記微粒子が、酸化珪素含有材料よりなるものであることを特徴とする請求項７又は８に記載のマイクロ化学チップの製造方法を提供する。

請求項１０の発明においては、前記微粒子配列層を形成する工程は、当該微粒子を含む分散液を、支持基板上に塗布し、溶媒を蒸発させることによって行うこととした請求項７乃至９のいずれか一項に記載のマイクロ化学チップの製造方法を提供する。

請求項１１の発明においては、前記エッチング耐性変化材料を除去する工程においては、酸もしくはアルカリを用いた化学反応による除去を行うことを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか一項に記載のマイクロ化学チップの製造方法を提供する。

請求項１２の発明においては、支持基板は、樹脂もしくはシリコン単体であることとした請求項６乃至１１のいずれか一項に記載のマイクロ化学チップの製造方法を提供する。

本発明によれば、露光用マスクを用いずに、熱リソグラフィーにより、簡易に高精度のマイクロ化学チップが得られた。また、レーザ照射後若しくは熱輻射後の、エッチング耐性変化材料の、薬液に対する耐性を局所的に向上させることができ、確実なパターニングを行うことができるようになり、精度のよいマイクロ化学チップを作製できた。
請求項２に係る発明によれば、親水性流路側壁をもつ精度の良いマイクロ化学チップが提供された。
請求項３に係る発明によれば、親水性表面積の拡大が図られ、ＤＮＡ等の生体分子を取り付ける土台とすることができた。
請求項４に係る発明によれば、光照射を利用した熱発生により精度良くマイクロ化学チップが作製できた。
請求項５に係る発明によれば、光熱変換層に、高い光・熱吸収効率を具備させることができた。
請求項６に係る発明によれば、薬液に対するエッチング耐性が、レーザ光照射もしくは熱輻射により変化する材料を用いたマイクロ化学チップの簡易な作製方法を提供できた。
請求項７に係る発明によれば、試料を反応させる箇所に新たな効果を有するマイクロ化学チップの作製方法を提供できた。また、支持基板上の微粒子を最終工程で除去するようにしたことにより、エッチング耐性変化材料を、少なくとも球形状の一部を有する孔質部となるようにすることができた。

以下、本発明について具体的に図を参照して説明するが、本発明は、以下の例に限定されるものではない。
〔実施例１〕
本発明のマイクロ化学チップの概略図を図１に示す。
なお、以下に説明する例においては、マイクロ化学チップは、マイクロバルブ等を取り付けることによりマイクロリアクタとしての役割を果たすものとする。
図１に示すマイクロ化学チップ１０においては、樹脂製の支持基板１上に、試薬導入部２、流路３、反応部（センサ部）４、リザーバ５、マイクロバルブ６が形成されている。

図２に、図１のマイクロ化学チップの要部の拡大概略図を示す。
流路３は、側壁７により形成されており、側壁７は、例えば硫化亜鉛（ＺｎＳ）と酸化珪素（ＳｉＯ₂）の混合物により形成されているものとすることができ、親水性を示すものとする。
各流路３には、ｐＨに対する応答性を有してこの変化よって拡大・収縮するハイドロゲルよりなるマイクロバルブ６が形成されている。このマイクロバルブ６の動作によって、図１に示した試薬導入部２、反応室４、及びリザーバ５を適宜選択できるようになされている。ここで、図１中、試薬導入部２、流路３、及びリザーバ５は試薬を保存しあるいは輸送する機能を有しており、保存・搬送部と総称する。

図１に示したマイクロ化学チップ１０の製造方法について、図３（ａ）〜（ｄ）を参照して具体的に説明する。
先ず、シリコンよりなる支持基板１上に、スパッタリング装置を用いて光吸収層９としてＧｅを成膜し、その後、硫化亜鉛（ＺｎＳ）と酸化珪素（ＳｉＯ₂）の混合物（組成モル比８：２）からなる材料よりなり、後述するレーザ光照射によってエッチング耐性が変化するエッチング耐性変化材料よりなる薄膜８（膜厚２００ｎｍ）を形成した（図３（ａ））。

レーザ照射装置を用いて、青色半導体レーザ（波長４０５ｎｍ）より放射される光をレンズ（Ｎ．Ａ．０．８５）で絞り、最終的に、図１中の試料導入箇所２、流路３を形成する側壁７の形成部にレーザ光の照射を連続もしくはパルス状に行った（図３（ｂ））。
その後、支持基板ごと、フッ酸（フッ化水素酸）溶液（約２ｗｔ％）に数十秒間浸し、純水洗浄し、乾燥処理を施した。
レーザ光照射箇所は、エッチング後も残存し、それらが側壁となり流路３が形成された（図３（ｃ））。このようにしてマイクロ化学チップの基本骨格が形成された。

その後、所定のマイクロバルブ（図１中の符号６）を設置した。
更に保護材２０として、所定の樹脂基板を配置し、加熱処理及びその後の冷却処理を経て接着させた（図３（ｄ））。
流路３を形成する必要の無い箇所には、所定の接着剤を入れ固定強化させた。

本発明によれば、図１に示すマイクロ化学チップ１０を、レーザ光を用いた熱リソグラフィーにより、簡易な作製方法で精度良く作製できる。
詳しくは、図３（ａ）〜（ｄ）を用いて説明したように、Ｇｅよりなる光吸収層９が、レーザ光を吸収し、その上に成膜された、エッチング耐性変化材料層、すなわち硫化亜鉛と酸化珪素の混合物が吸熱する。
このように、光吸収層９を下層に形成することにより、その上層での吸熱が狭い領域で行われるようになり、微細なパターンを形成することが可能となる。
更に詳しくは、レーザ照射された箇所において、上述した材料による薄膜８は、フッ酸に対するエッチング耐性が強まる。レーザ光未照射箇所の混合物は、フッ酸によりエッチング除去される。
フッ酸溶液によるエッチングの際には、レーザ光の照射が行われた箇所のうち、５００℃以上程度の高温になった混合物箇所のみが残り、その他の箇所はエッチング除去される現象を利用している。
上述したような性質を利用するためには、薄膜８を、酸化珪素を含有する混合物であり、吸熱部とそれ以外の箇所でのエッチング特性の違いによるパターニングをすることが可能な材料とすることが必要である。

なお、薄膜８については、酸化珪素とそれ以外の材料（本実施例では硫化亜鉛）を適宜混合し、あるいはその混合比を調節することにより、光・熱輻射によるエッチング耐性の変化を制御することができる。

また、光吸収層９は、金属や半導体により形成することにより、熱吸収効率が高められるので好ましい。
エッチング工程でフッ酸を使用する場合には、支持基板１や保護材２０には、フッ酸に対して化学反応を示さない材料を選択する。

また、側壁７の壁面は、対水接触角が４０°以下であることが好ましく、更にはこれが親水性を示すようにすることにより、例えばＤＮＡ分析等の際に、分子が側壁７に付着して輸送の妨げとなってしまうような不具合は生じない。
側壁の壁面の対水接触角を４０°以下とすることにより、分析材料の分子の側壁への付着を効果的に防止できる。

また、側壁の壁面に対し、親水基となる所定の保護膜を形成することにより、上記分析材料の付着効果を高めることができる。
親水性が保持される期間が長い試料は前述の付着の不具合が生じにくく、図１に示す反応部４における目的物質の検出も高感度に得られることになる。

上述した本発明に係るパターン作製においては、Ｘ線リソグラフィーを用いた微細加工と同様に、幅数１０ｎｍ程度のスケールで流路３を形成することが可能である。
更に、本発明によれば、側壁７のパターンの傾斜角は、一般的な微細加工によるパターンよりも急峻に形成でき、高さも数百ｎｍのスケールまで高くできる。
また、レーザ光照射装置は、最終的に目的とするマイクロ化学チップの用途に応じて使用すればよく、極めて簡易な工程により、精密な構造のマイクロ化学チップを、低コストで作製できる。
レーザ光照射の際には、照射位置分布をプログラムすることにより、数十〜数百ナノメートルスケールでの自動描画が高制御で可能である。

〔実施例２〕
本発明のマイクロ化学チップの他の一例の概略図を図４（ａ）、（ｂ）に示す。
なお、図４（ａ）は概略上面図を示し、図４（ｂ）は概略断面図を示す。
本例においては、マイクロ化学チップはマイクロリアクタの役割を果たすものとする。
図４のマイクロ化学チップ３０においては、側壁７により形成された反応室４に、酸化珪素と酸化亜鉛の混合物（組成モル比８：２）が、半球状もしくは球状の空隙を覆うように形成されている、すなわちエッチング耐性変化材料よりなる球の形状の一部を形成する孔質部１１が形成されている。

図４に示すように、マイクロ化学チップ３０は、支持基板１上に、酸化珪素と酸化亜鉛の混合物からなる孔質部１１が部分的に形成されているが、この孔質部１１は、直径約４０ｎｍの球状、もしくは半球状の外側部を、酸化珪素と酸化亜鉛の混合物により形成されており、それらが連結することによって突起状となっている。

次に、図４のマイクロ化学チップ３０の作製方法について、図５（ａ）〜（ｈ）を参照して説明する。
先ずシリコンよりなる支持基板１を、直径約４０ｎｍのシリカ微粒子を含有するコロイド液に浸し、一定速度で引き上げ、支持基板１上にシリカ微粒子を単層に二次元配列させた。その後、スパッタリング装置を用いて、支持基板表面に、硫化亜鉛（ＺｎＳ）と酸化珪素（ＳｉＯ₂）の混合物（モル比８：２）からなる薄膜（膜厚４０ｎｍm）を形成する。

以下詳細に説明する。
図５（ａ）は、シリカ微粒子１２の２次元配列構造体が支持基板１上に形成された状態の概略断面図である。
図５（ｂ）は、シリカ微粒子１２の２次元配列構造体上に、酸化珪素と酸化亜鉛の混合物よりなる薄膜１３が形成された状態の概略断面図を示す。
厳密には、微粒子１２を被覆するように薄膜１３が形成されるが、図においては簡略化している。
スパッタリングを行い、その後、支持基板を所定のレーザ照射装置に固定し、青色半導体レーザ（波長：４０５ｎｍ、Ｎ．Ａ．０．８５のレンズで集光）を用いて、図５（ｃ）に示すように特定箇所にレーザ光の照射を、連続もしくはパルス状にて行った（図中、符号１４は、レーザ光照射部）。
その後、支持基板ごとにフッ酸溶液（約２ｗｔ％）に数十秒間浸し、その後純水洗浄し、乾燥処理を施した。
上述のようにして、硫化亜鉛（ＺｎＳ）と酸化珪素（ＳｉＯ₂）の混合物のレーザ照射部
１４のみを残した、孔質部１１が形成された支持基板が作製された（図５（ｄ））。
レーザ未照射部分の酸化珪素と酸化亜鉛の混合物、及びシリカ微粒子は、フッ酸により反応して除去される。

その後、更にスパッタリング装置を用いて、硫化亜鉛（ＺｎＳ）と酸化珪素（ＳｉＯ₂）の混合物（組成モル比８：２）からなる薄膜８（膜厚２００ｎｍ）を形成した（図５（ｅ））。
続いて、レーザ光照射装置に、支持基板を固定し、青色半導体レーザ（波長４０５ｎｍ）より放射される光をレンズ（Ｎ．Ａ．０．８５）で絞り、流路３、反応室４を形成する側壁７となる箇所に、レーザ光の照射を、連続もしくはパルス状にて行った（図５（ｆ））。
その後、フッ酸溶液（約２ｗｔ％）に数十秒間浸し、純水洗浄を行い、乾燥処理を施した。
レーザ光の照射を行った箇所は、エッチング耐性が上がっており、エッチング処理後も残存し、その残存部分が側面となって流路の側壁７となる（図５（ｇ））。
上述のようにして、本発明のマイクロ化学チップの基本骨格が形成される。
その後、流路３の所定の位置に、図１に示したマイクロバルブ６を設置する。
更に、上部に保護材２０として樹脂製の基板を配置し、加熱処理後、急冷することにより接着させた（図５（ｈ））。
必要に応じて流路とならない箇所に接着剤を入れ、固定を強化した。

図４（ａ）、（ｂ）に示すマイクロ化学チップ３０は、レーザ光を用いた熱リソグラフィーにより、簡易な製造方法で精度良く作製できる。
なお、この例においても、図３に示した製造工程のように、下層としてＧｅ層よりなる光吸収層９を形成してレーザ光を吸収させ、その上層に形成した硫化亜鉛と酸化珪素の混合物よりなる薄膜に吸熱させた方が、狭い領域で吸熱が行われるので、微細なパターンを形成するために有利である。
レーザ光を照射された箇所のみ、上記混合物よりなる薄膜は、フッ酸に対するエッチング耐性が強められる。レーザ未照射箇所の混合物はフッ酸によりエッチング除去される。
フッ酸溶液によるエッチングの際には、レーザ照射が行われた箇所のうち、約５００℃以上の高温になった混合物箇所のみが残り、その他の箇所はエッチング除去される現象を利用している。
このような現象は、酸化珪素を含有する混合物を適用して吸熱部とそれ以外の箇所でのエッチング特性の違いを利用してパターニングをすることにより利用することができる。

また、酸化珪素とそれ以外の材料（本実施例では硫化亜鉛）を適宜混合し、この混合比を調節することにより、光・熱輻射によりエッチング耐性を変化させ、制御することができる。
また、下層に形成する図３に示した光吸収層９は、金属や半導体であると光・熱吸収効率が優れているため好適である。

図４に示したマイクロ化学チップ３０においては、反応部４内に孔質部１１が形成されている。
このマイクロ化学チップ３０においては、反応部４内に、アミノシラン単分子を含む溶液を通した後、ＤＮＡを含有する溶液を通した際、孔質部１１のみにＤＮＡが付着することを確認した。

また、孔質部１１は、対水接触角が４０°以下であるものとし、親水性であり、上記のように、アミノシラン単分子を含有する溶液、及びＤＮＡ含有溶液を順に通すことにより、孔質部１１のみに、アミノ修飾ＤＮＡを形成することができる。
生体分子は分子認識能、触媒能、自己修復機能等を有し、ハイブリダイゼーション等により、様々な応用が可能とされる。

生体分子のパターン上への選択的な配列固定は、ＤＮＡコンピュータ、メモリ、ナノマシン等の生体分子統合デバイス作製に有用である。
本発明のマイクロ化学チップ３０のように、孔質部１１を設けることにより、高機能の反応部が形成され、更には、ハイブリダイゼーションの土台の役割も果たすことができる。

また、レーザ光の照射を行う際には、レーザ光の照射位置分布をプログラムすることにより、数十〜数百ナノメートルスケールでの自動描画が高制御で可能である。
光リソグラフィーのようにマスクを必ずしも必要とせず、チップに応じて回路パターンを容易に変更することができる。
また、微粒子のサイズを変えることでもパターンを設計することができる。
微粒子の粒子サイズと、硫化亜鉛と酸化珪素の混合物の厚みとの割合からエッチング後の形状も制御できる。

〔実施例３〕
図６に、本発明のマイクロ化学チップの他の一例の概略上面図を示す。
この図６においては、最上層に形成する保護材は省略されている。
このマイクロ化学チップ４０は、樹脂製の支持基板１上に、試薬導入部（図示せず）、流路３、反応部（センサ部）４が形成されている。
流路３の側壁７は、硫化亜鉛（ＺｎＳ）と酸化珪素（ＳｉＯ₂）との混合物（組成モル比９：１）よりなり、対水接触角が４０°以下であり、親水性を示すものとする。
このマイクロ化学チップ４０の作製方法に関しては、上述した実施例１と同様とすることができる。但し、レーザ光の照射の際に、照射位置分布を制御して、図６の形状の流路を形成するようにプログラムして描画したものとする。
また、硫化亜鉛と酸化珪素の混合物の組成モル比は、実施例１が８：２であったのに対し、９：１とした。組成比を変化させても、微細な流路のパターンを高精度で形成できた。

〔実施例４〕
図７に、本発明のマイクロ化学チップの他の一例の概略断面図を示す。
この構成は、上述した実施例２におけるマイクロ化学チップの構成とほぼ同様である。
図７のマイクロ化学チップ５０は、樹脂製の支持基板１上に、試薬導入部（図示せず）、流路３、反応部（センサ部）４が形成されている。
流路３を形成する側壁７は酸化亜鉛（ＺｎＯ）と、酸化珪素（ＳｉＯ₂）との混合物（組成モル比８：２）からなるものとし、対水接触角が４０°以下であるものとし、親水性を示すものとする。
作製方法については、上述した実施例２と同様とすることができるが、側壁の下層として、光吸収層９のＡｇＩｎＳｂＴｅよりなる層を形成する。
実施例２においては、Ｇｅ層を光吸収層としたが、本例においても光吸収層として優れた効果が発揮されることが確かめられた。
また、酸化亜鉛と酸化珪素のスパッタリング時間は比較的短くし、堆積される膜の膜厚を薄くした。
その結果、エッチング後に最終的に作製される孔質部３の構造はほぼ半球状となった。

本発明は、上述した実施例１〜４に限定されるものではなく、構成上、本発明の要旨を逸脱しない範囲で応用することができる。
例えば、光吸収層９形成要の材料は、Ｇｅの他、III-V族化合物半導体等も適用できる。
また、側壁７を形成する材料の酸化珪素に含有させる材料としては、硫化亜鉛の他、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウム等が適用できる。
孔質部１１を形成するために使用する、図５に示した微粒子１２の径や、薄膜の膜厚は適宜調節するものとし、そのパターニング形状を、半球状、円柱状等、種々の形状に選定することができる。
また、側壁形成の際には、レーザ光を照射する方法の他、局所的に熱を加える方法も適用でき、熱リソグラフィー技術を利用できる。但し、レーザ光を照射する方法の方が、より精度を高くすることができ好ましい。
図５に示した作製工程図における、支持基板１上に形成した微粒子１２の層数は単層に限らず、複数層でもよい。
微粒子１２の大きさについては、同一粒径である方が、作製精度等の観点から望ましい。
微粒子１２の種類としては、フッ酸でエッチング除去できるアモルファスシリカの他、熱やトルエンで除去できるポリスチレン等も適用できる。
マイクロ化学チップの応用は、マイクロリアクタ（マイクロファクトリー）の他、光学素子、バイオセンサー、ＤＮＡコンピュータ、ＤＮＡメモリ、生体分子統合デバイス等、多岐にわたる。

本発明のマイクロ化学チップの概略斜視図を示す。マイクロ化学チップの要部の概略図を示す。（ａ）〜（ｄ）本発明のマイクロ化学チップの作製工程図を示す。（ａ）本発明のマイクロ化学チップの他の一例の概略上面図を示す。（ｂ）本発明のマイクロ化学チップの他の一例の概略断面図を示す。（ａ）〜（ｈ）本発明のマイクロ化学チップの他の一例の作製工程図を示す。本発明のマイクロ化学チップの他の一例の概略上面図を示す。本発明のマイクロ化学チップの他の一例の概略断面図を示す。

符号の説明

１支持基板
２試薬導入部
３流路
４反応部
５リザーバ
６マイクロバルブ
７側壁
８薄膜
９光吸収層
１０マイクロ化学チップ
１１孔質部
１２微粒子
１３薄膜
２０保護材
３０マイクロ化学チップ
４０マイクロ化学チップ
５０マイクロ化学チップ

Claims

支持基板上に、側壁によって形成されている、液体若しくは気体の試料を保存し輸送させる保存・搬送部と前記試料を反応させる反応部とを有するマイクロ化学チップであって、
前記側壁は、レーザ光照射若しくは熱輻射によりエッチング材料に対する耐性が変化するエッチング耐性変化材料により形成されているものであり、
前記エッチング耐性変化材料は、酸化亜鉛、硫化亜鉛、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウムのいずれかと、酸化珪素の混合物からなることを特徴とするマイクロ化学チップ。
前記側壁は、対水接触角が４０°以下であり、前記エッチング耐性変化材料より形成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ化学チップ。
前記反応部に、前記エッチング耐性変化材料よりなり、少なくとも球形状の一部を有する孔質部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロ化学チップ。
前記側壁は、レーザ光照射によりエッチング材料に対する耐性が変化するエッチング耐性変化材料により形成されているものであり、
前記エッチング耐性変化材料の下部に、レーザ光を吸収し発熱する材料よりなる光吸収層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のマイクロ化学チップ。
前記光吸収層は、半導体若しくは金属であることを特徴とする請求項４に記載のマイクロ化学チップ。
支持基板上に、側壁によって形成されている、液体若しくは気体の試料を保存し輸送させる保存・搬送部と前記試料を反応させる反応部とを有するマイクロ化学チップの製造方法であって、
前記側壁の形成に関し、
前記支持基板上に、酸化亜鉛、硫化亜鉛、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウムのいずれかと、酸化珪素の混合物からなるエッチング耐性変化材料を成膜する工程と、
前記エッチング耐性変化材料が成膜された前記支持基板の一部、若しくは全域に対し、レーザ光を照射し、あるいは加熱処理を加え、前記光照射部あるいは熱処理部のエッチング耐性を変化させる工程と、
前記エッチング耐性変化材料のうち、エッチング耐性を変化させた部分を残存させてエッチング処理を行う工程とを有することを特徴とするマイクロ化学チップの製造方法。
支持基板上に、側壁によって形成されている、液体若しくは気体の試料を保存し輸送させる保存・搬送部と前記試料を反応させる反応部とを有し、前記反応部に、所定のエッチング耐性変化材料よりなり、少なくとも球形状の一部を有する孔質部が形成されているマイクロ化学チップの製造方法であって、
前記孔質部の形成に関し、
前記支持基板上に、予め微粒子配列層を形成する工程と、
前記微粒子配列層上に、酸化亜鉛、硫化亜鉛、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウムのいずれかと、酸化珪素の混合物からなるエッチング耐性変化材料を成膜する工程と、
前記エッチング耐性変化材料が成膜された前記支持基板の一部、若しくは全域に対し、レーザ光を照射し、あるいは加熱処理を加え、前記光照射部あるいは熱処理部のエッチング耐性を変化させる工程と、
前記エッチング耐性変化材料のうちエッチング耐性を変化させた部分を残存させてエッチング処理を行う工程と、
前記微粒子を除去する工程とを有することを特徴とするマイクロ化学チップの製造方法。
前記エッチング耐性変化材料の一部を除去する工程と、前記微粒子を除去する工程を同時に行うことを特徴とする請求項７に記載のマイクロ化学チップの製造方法。
前記微粒子が、酸化珪素含有材料よりなるものであることを特徴とする請求項７又は８に記載のマイクロ化学チップの製造方法。
前記微粒子配列層を形成する工程は、当該微粒子を含む分散液を、支持基板上に塗布し、溶媒を蒸発させることによって行うことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載のマイクロ化学チップの製造方法。
前記エッチング耐性変化材料を除去する工程においては、酸もしくはアルカリを用いた化学反応による除去を行うことを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか一項に記載のマイクロ化学チップの製造方法。
支持基板は、樹脂もしくはシリコン単体であることを特徴とする請求項６乃至１１のいずれか一項に記載のマイクロ化学チップの製造方法。