微細流路構造体およびその製造方法
【課題】３次元の微細流路の形成が容易で、流路の必要な箇所に触媒を担持させることができる微細流路構造体およびその製造方法を提供する。
【解決手段】この微細流路構造体１は、ターゲット基板２に、第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂを積層状態で接合し、各パターン層３Ａ，３Ｂに形成された開口が連通して３次元の流路を構成し、各パターン層３Ａ，３Ｂの上面に触媒担持層４を形成し、流路に露出した触媒担持層４の部分に触媒５を担持させたものである。
【解決手段】この微細流路構造体１は、ターゲット基板２に、第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂを積層状態で接合し、各パターン層３Ａ，３Ｂに形成された開口が連通して３次元の流路を構成し、各パターン層３Ａ，３Ｂの上面に触媒担持層４を形成し、流路に露出した触媒担持層４の部分に触媒５を担持させたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細流路構造体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のマイクロチャンネル装置として、マイクロチャンネルに触媒を配置したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このマイクロチャンネル装置は、シート、条片またはブロックの構成部材を積層し、各構成部材は、拡散接合、貼着、ろう付け、溶接によって接合される。マイクロチャンネル装置に形成されたマイクロチャンネルの反応室の壁に多孔質触媒を被覆法により固着しており、その多孔質触媒は、例えば、第１多孔質層を被覆し、その上に活性金属又は金属酸化物触媒を被覆して形成される。
【０００４】
マイクロチャンネルの高さ及び幅は、好ましくは２ｍｍ以下、更に好ましくは１ｍｍ以下とされている。シートは、好ましくは２ｍｍ以下、更に好ましくは１ｍｍ以下、ある場合には５０〜５００μｍの厚さをのものを用い、条片は、５ｍｍ未満、好ましくは２ｍｍ未満、更に好ましくは１ｍｍ未満の厚さのものを用いている。
【０００５】
【特許文献１】特表２００６−５１１３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、３次元の微細流路の形成が容易で、流路の必要な箇所に触媒を担持させることができる微細流路構造体の製造方法を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、３次元の微細流路を有し、流路の必要な箇所に触媒を担持させた微細流路構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の微細流路構造体の製造方法、および微細流路構造体を提供する。
【０００９】
［１］開口を有し、表面に触媒担持層が形成された複数の薄板部材を準備する準備工程と、準備された前記複数の薄板部材の面を清浄化し、前記複数の薄板部材の前記面同士を直接接触させることにより、前記複数の薄板部材を接合して積層し、前記複数の薄板部材の積層により前記開口が連通して流路を形成する接合工程と、前記流路に露出する前記触媒担持層に触媒を担持させる触媒担持工程とを含むことを特徴とする微細流路構造体の製造方法。
【００１０】
［２］前記準備工程は、表面に触媒担持層が形成された前記複数の薄板部材をドナー基板上に形成し、前記接合工程は、前記ドナー基板とターゲット基板との接離動作を繰り返すことにより、前記複数の薄板部材を前記ドナー基板から前記ターゲット基板上に順次転写し、前記ターゲット基板上に前記複数の薄板部材を積層状態で接合させることを特徴とする前記［１］に記載の微細流路構造体の製造方法。
【００１１】
［３］前記準備工程は、前記ドナー基板上に薄板部材用素材を形成する薄板部材用素材形成工程と、前記薄板部材用素材の表面に触媒担持層を形成する触媒担持層形成工程と、前記薄板部材用素材をパターニングし、前記開口および前記薄板部材の輪郭に対応したパターンを有する前記複数の薄板部材を形成する薄板部材形成工程とを含むことを特徴とする前記［２］に記載の微細流路構造体の製造方法。
【００１２】
［４］前記準備工程は、前記ドナー基板上に薄板部材用素材を形成する薄板部材用素材形成工程と、前記薄板部材用素材をパターニングし、前記開口および前記薄板部材の輪郭に対応したパターンを有する前記複数の薄板部材を形成する薄板部材形成工程と、前記複数の薄板部材の表面に触媒担持層を形成する触媒担持層形成工程とを含むことを特徴とする前記［２］に記載の微細流路構造体の製造方法。
【００１３】
［５］前記準備工程は、導電性を有する前記ドナー基板上に電鋳法により金属からなる前記複数の薄板部材を形成する薄板部材形成工程と、前記複数の薄板部材の表面に触媒担持層を形成する触媒担持層形成工程とを含むことを特徴とする前記［２］に記載の微細流路構造体の製造方法。
【００１４】
［６］前記触媒担持層形成工程は、前記流路の途中に設けられた反応部の側面を有する前記薄板部材の表面、および前記反応部の底面を有する前記薄板部材の表面に前記触媒担持層を形成する触媒担持層形成工程を含むことを特徴とする前記［４］又は［５］に記載の微細流路構造体の製造方法。
【００１５】
［７］前記触媒担持層形成工程は、前記流路の途中に設けられた反応部の側面を有する前記薄板部材の前記側面およびその周辺、および前記反応部の底面を有する前記薄板部材の前記底面およびその周辺に前記触媒担持層を形成する触媒担持層形成工程を含むことを特徴とする前記［４］又は［５］に記載の微細流路構造体の製造方法。
【００１６】
［８］前記薄膜部材形成工程は、前記複数の薄板部材を電鋳法で第１の金属により形成し、
前記触媒担持層形成工程は、前記第１の金属の表面に第２の金属による金属膜を形成し、陽極酸化法により前記金属膜に前記触媒担持層を形成することを備えたことを特徴とする前記［６］又は［７］に記載の微細流路構造体の製造方法。
【００１７】
［９］前記第１の金属は、ニッケルまたはニッケル合金であり、前記第２の金属は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする前記［８］に記載の微細流路構造体の製造方法。
【００１８】
［１０］前記触媒担持層形成工程は、陽極酸化法により複数の細孔を有する前記触媒担持層を形成することを特徴とする前記［１］に記載の微細流路構造体の製造方法。
【００１９】
［１１］積層状態で接合された複数の薄板部材であって、前記複数の薄板部材の全部または２以上の薄板部材に開口が形成され、前記薄板部材間の前記開口が連通して３次元の流路を構成する複数の薄板部材と、前記流路の途中に設けられた反応部の壁面に形成された触媒担持層と、前記流路に露出する前記触媒担持層に担持された触媒とを備えたことを特徴とする微細流路構造体。
【００２０】
［１２］さらに、前記複数の薄板部材に接合され、前記薄板部材よりも厚さの厚い厚板部材を備えたことを特徴とする前記［１１］に記載の微細流路構造体。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に係る微細流路構造体の製造方法によれば、３次元の微細流路の形成が容易となる。
【００２２】
請求項２に係る微細流路構造体の製造方法によれば、接合工程が容易となる。
【００２３】
請求項３に係る微細流路構造体の製造方法によれば、薄板部材の形成が容易となる。
【００２４】
請求項４に係る微細流路構造体の製造方法によれば、パターニング前に触媒担持層を形成した場合と比較して流路に露出する触媒担持層の面積を増やすことができる。
【００２５】
請求項５に係る微細流路構造体の製造方法によれば、陽極酸化法により触媒担持層を容易に形成することができる。
【００２６】
請求項６に係る微細流路構造体の製造方法によれば、流路の必要な箇所に触媒を担持させることができる。
【００２７】
請求項７に係る微細流路構造体の製造方法によれば、流路の必要な箇所に触媒を担持させることができる。
【００２８】
請求項８に係る微細流路構造体の製造方法によれば、触媒担持層に適した第２の金属を選択することができる。
【００２９】
請求項９に係る微細流路構造体の製造方法によれば、一方の接合面であるニッケルまたはニッケル合金と他方の接合面であるアルミニウムあるいはアルミニウム合金とを強固に接合することができる。
【００３０】
請求項１０に係る微細流路構造体の製造方法によれば、簡易に触媒担持層を形成することができる。
【００３１】
請求項１１に係る微細流路構造体によれば、３次元の微細流路を有し、流路の必要な箇所に触媒を担持させることができる。
【００３２】
請求項１２に係る微細流路構造体によれば、ターゲット基板を構造体の構成材料に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は分解斜視図である。なお、図１（ｂ）のＡ１−Ａ１線、Ａ２−Ａ２線は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に対応する断面位置を示す。
【００３４】
この微細流路構造体１は、ターゲット基板（厚板部材）２と、ターゲット基板２に接合された第１のパターン層（薄板部材）３Ａと、第１のパターン層３Ａに接合された第２のパターン層（薄板部材）３Ｂとを有し、各パターン層３Ａ，３Ｂに形成された開口が連通して３次元の流路を構成している。ここで、「３次元の流路」とは、入口から出口に至る個個々の流路が３次元であることを意味する。
【００３５】
第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂは、ターゲット基板２よりも薄い厚さを有する。第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂは、例えば、５〜１００μｍの厚さを有する。ターゲット基板２は、例えば、１〜５ｍｍの厚さを有する。
【００３６】
なお、微細流路構造体１を構成するパターン層の数は、２つに限定されず、３つ以上でもよい。また、第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂは、それぞれ同一パターンを有する複数層から構成してもよい。さらに、パターン層のみから微細流路構造体１を構成してもよい。この場合、第１のパターン層３Ａとターゲット基板２との間に、開口を有していないパターン層を配置する。
【００３７】
（第２のパターン層）
第２のパターン層３Ｂは、第１の原料液Ｌ１を導入する第１の入口３０ａと、第２の原料液Ｌ２を導入する第２の入口３０ｂと、第１の原料液Ｌ１と第２の原料液Ｌ２との反応により得られた反応液Ｍを排出する出口３１とを有する。第１および第２の入口３０ａ，３０ｂ、および出口３１は、円形の貫通孔によって形成されている。なお、その貫通孔の形状は、円形に限定されず、矩形等でもよい。
【００３８】
（第１のパターン層）
第１のパターン層３Ａは、第２のパターン層３Ｂの第１および第２の入口３０ａ，３０ｂ、および出口３１にそれぞれ連通する貫通孔３２ａ，３２ｂ，３２ｃと、入口３０ａ，３０ｂから貫通孔３２ａ，３２ｂを介してそれぞれ導入された第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２を更に前方へ導入する第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂと、第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂを経て導入された第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２を反応させる反応部３４とを有する。貫通孔３２ａ〜３２ｃ、導入路３３ａ，３３ｂ、および反応部３４は、略Ｙ字状の開口パターンによって形成されている。なお、反応部３４の開口パターンの形状は、Ｓ字状等でもよい。
【００３９】
（流路）
第１および第２の入口３０ａ，３０ｂ、貫通孔３２ａ〜３２ｃ、第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂ、反応部３４、および出口３１の開口は、３次元の流路を構成している。流路の高さは、第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂと同一である。流路の幅は、１０〜５００μｍ、望ましくは５０〜２００μｍである。
【００４０】
図２（ａ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ部拡大図、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＣ部拡大図である。
【００４１】
第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂの材料として、Ａｌ，Ｎｉ、Ｃｕ等の金属や、セラミックス、シリコン、誘電体等の非金属等を用いることができる。本実施の形態では、Ａｌ膜１３を用い、そのＡｌ膜１３の上面には、図２に示すように、例えば陽極酸化法により触媒担持層４を形成している。触媒担持層４は、図２（ｂ）に示すように、接合面に垂直な方向に複数の細孔４ａが形成されており、その細孔４ａには、図２（ｃ）に示すように、触媒５が担持されている。触媒５が担持される領域は、流路（ここでは反応部３４）の底面に露出する触媒担持層４の部分のみである。パターン層３Ａ，３Ｂの材料として、陽極酸化が可能な材料が好ましい。このような材料として、アルミニウム、シリコン、チタン等を挙げることができる。
【００４２】
触媒担持層４の細孔４ａは、例えば、１０〜１００ｎｍの径を有する。触媒５には、例えば、細孔４ａよりも細径の直径１０〜１００ｎｍの白金微粒子、パラジウム微粒子等を用いることができる。
【００４３】
（第１の実施の形態の製造方法）
次に、第１の実施の形態に係る微細流路構造体の製造方法の一例を図３〜図５を参照して説明する。図３（ａ）〜（ｃ）は、パターン層の製造工程を示す断面図、図４は、ドナー基板上に形成されたパターン層の平面図である。図５（ａ）〜（ｆ）は、パターン層の接合工程を示す断面図である。
【００４４】
（１）パターン層の形成
まず、図３（ａ）に示すように、ドナー基板１１上に離型層１２を形成し、離型層１２の上に薄板部材用素材としてＡｌ膜１３を着膜する。
【００４５】
ドナー基板１１には、Ｓｉウェハ、石英基板、ガラス基板等を用いることができる。本実施の形態では、Ｓｉウェハを用いる。
【００４６】
離型層１２は、例えば、ポリイミド、フッ化ポリイミド、酸化シリコン等の公知の材料を用いることができる。本実施の形態では、ポリイミドを用いる。なお、ドナー基板の熱酸化処理を行って形成される熱酸化膜を用いてもよい。離型層１２のドナー基板１１上への形成は、スパッタリング法、分子線ビームエピタキシャル法、化学気相堆積法、真空蒸着法、スピン塗布法等の一般的な薄膜形成方法を用いることができる。
【００４７】
Ａｌ膜１３の着膜方法としては、例えば、電子ビーム加熱蒸着法、抵抗加熱蒸着法、スパッタリング法、化学蒸着法等の真空蒸着法、スピンコート法等を用いることができる。本実施の形態では、スパッタリング法によりＡｌ膜１３を５μｍ着膜する。
【００４８】
次に、図３（ｂ）に示すように、陽極酸化法によりＡｌ膜１３を０．５μｍ酸化させる。すなわち、電解液中においてＡｌ膜１３を陽極で電解して酸化させる。陽極酸化によって得られたアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる触媒担持層（陽極酸化膜）４は、厚さ方向に多数の細孔４ａが形成され、この細孔４ａによって触媒５を担持することができる。なお、給電点は、パターン層３Ａ，３Ｂの端のどこでも良い。電解液は、硫酸、リン酸、シュウ酸等を用いることができる。
【００４９】
次に、図３（ｃ）に示すように、Ａｌ膜１３および触媒担持層４をパターニングし、図４に示すように、輪郭と開口がパターニングされた第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂが形成される。パターニングとしては、例えば、リソグラフィー法、集束イオンビーム（ＦＩＢ）法、電子ビーム直接描画法等を用いることができるが、高い平面形状精度が得られ、量産性が高い点で、リソグラフィー法が好ましい。本実施の形態では、リソグラフィー法によりアルミナによる触媒担持層４およびＡｌ膜１３をエッチング除去する。エッチングには、化学薬品を用いて被加工物を溶かし込むウエットエッチングや、イオンを利用して被加工物を気化して取り除くドライエッチング等を用いることができる。本実施の形態では、ドライエッチングを用いる。
【００５０】
パターン層３Ａ，３Ｂに形成された流路のうち、導入路３３ａ，３３ｂ、反応部３４の幅は、例えば、１００μｍであり、入口３０ａ，３０ｂ、出口３１、貫通孔３２ａ〜３２ｃの径は、例えば、１５０μｍである。
【００５１】
（２）接合工程
第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂが形成されたドナー基板１１を図示しない真空槽内の下部ステージ（図示せず）上に配置し、ターゲット基板２を上部ステージ（図示せず）上に配置する。また、下部ステージは、ｘ方向、ｙ方向、θ（ｚ軸周り）方向に移動可能となっており、上部ステージは、ｚ方向に移動可能となっている。次に、真空槽内を排気し、高真空状態あるいは超真空状態にする。
【００５２】
次に、図５（ａ）に示すように、下部ステージを移動させてターゲット基板２をドナー基板１１の第１のパターン層３Ａ上に位置決めし、ドナー基板１１の表面、およびターゲット基板２の表面をＦＡＢ(Fast Atom Beam)処理により清浄化する。ＦＡＢ処理とは、例えば、アルゴン、クリプトン、キセノン等の不活性ガスを高電圧で加速して接合面に照射し、接合面の酸化膜、不純物等を除去する処理をいう。本実施の形態では、不活性ガスとしてアルゴンを用いる。
【００５３】
次に、図５（ｂ）に示すように、上部ステージを移動させてターゲット基板２を降下させ、ターゲット基板２と第１のパターン層３Ａとを荷重を加えて圧接して常温接合する。次に、図５（ｃ）に示すように、上部ステージを移動させてターゲット基板２を上昇させて第１のパターン層３Ａをターゲット基板２に転写させる。常温接合とは、良好な表面粗さを有し、かつ上記ＦＡＢによって清浄化された接合面同士を常温雰囲気で接触させ、原子同士を直接結合させる接合方法をいい、表面活性化接合とも言う。常温接合（表面活性化接合）の他に、清浄化された接合面同士をパターン層に拡散を生じさせない程度の温度（例えば、１００℃程度）で加熱して接合してもよい。
【００５４】
次に、図５（ｄ）に示すように、下部ステージを移動させてターゲット基板２をドナー基板１１上の第２のパターン層３Ｂ上に位置決めし、ターゲット基板２の表面、すなわち第１のパターン層３Ａの裏面（ドナー基板１１側に接触していた面）、およびドナー基板１１の表面、すなわち第２のパターン層３Ｂの表面にＡｒビームを照射して清浄化する。
【００５５】
次に、図５（ｅ）に示すように、上部ステージを移動させてターゲット基板２を降下させ、ターゲット基板２上の第１のパターン層３Ａを第２のパターン層３Ｂに圧接して常温接合する。
【００５６】
次に、図５（ｆ）に示すように、上部ステージを移動させてターゲット基板２を上昇させて第２のパターン層３Ｂをターゲット基板２に転写させる。同図に示すように、上部ステージ上に、ターゲット基板２、第１のパターン層３Ａおよび第２のパターン層３Ｂからなる微細流路構造体１が製造される。
【００５７】
（３）触媒の充填
第１および第２の入口３０ａ，３０ｂから第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂ、および反応部３４に触媒５を含む溶液を流す。触媒担持層４の細孔４ａに触媒５が充填される。本実施の形態では、第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂ、および反応部３４の底面に触媒５が担持される。
【００５８】
（第１の実施の形態の動作）
次に、第１の実施の形態に係る微細流路構造体１の動作を説明する。第１の入口３０ａから第１の原料液Ｌ１を導入し、第２の入口３０ｂから第２の原料液Ｌ２を導入すると、第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２は、第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂを層流で流れて合流し、反応部３４を層流で移動する。第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２が反応部３４を流れるとき、原料液Ｌ１，Ｌ２の界面で反応する。この反応は、例えば、触媒５によって促進される。反応によって得られた反応液Ｍは、出口３１から排出される。
【００５９】
［第２の実施の形態］
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は分解斜視図である。なお、図６（ｂ）のＤ１−Ｄ１線、Ｄ２−Ｄ２線、Ｄ３−Ｄ３線、Ｄ４−Ｄ４線は、図６（ａ）のＤ−Ｄ線に対応する断面位置を示す。
【００６０】
第１の実施の形態では、全てのパターン層の表面に触媒担持層４を形成したが、本実施の形態は、一部のパターン層に触媒担持層４を形成したものである。
【００６１】
本実施の形態の微細流路構造体１は、ターゲット基板（厚肉部材）２と、ターゲット基板２に接合された第１のパターン層（薄板部材）３Ａと、第１のパターン層３Ａに接合された第２のパターン層（薄板部材）３Ｂと、第２のパターン層３Ｂに接合された第３のパターン層（薄板部材）３Ｃと、第３のパターン層３Ｃに接合された第４のパターン層（薄板部材）３Ｄとを有し、各パターン層３Ａ〜３Ｄに形成された開口が連通して３次元の流路を構成している。
【００６２】
（第４のパターン層）
第４のパターン層３Ｄは、第１の実施の形態の第２のパターン層３Ｂと同様に、第１の原料液Ｌ１を導入する第１の入口３０ａと、第２の原料液Ｌ２を導入する第２の入口３０ｂと、第１の原料液Ｌ１と第２の原料液Ｌ２との反応により得られた反応液Ｍを排出する出口３１とを有する。但し、出口３１は、第１の実施の形態とは異なる位置に形成されている。
【００６３】
（第３のパターン層）
第３のパターン層３Ｃは、第４のパターン層３Ｄの第１および第２の入口３０ａ，３０ｂ、および出口３１にそれぞれ連通する貫通孔３２ａ，３２ｂ，３２ｄと、入口３０ａ，３０ｂから貫通孔３２ａ，３２ｂを介してそれぞれ導入された第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２を更に前方へ導入する第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂと、第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂを経て導入された第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２を混合させる混合部３５と、混合部３５の排出側の端部に形成された貫通孔３２ｃとを有する。貫通孔３２ａ，３２ｂ，３２ｄ、導入路３３ａ，３３ｂ、および混合部３５は、略Ｙ字状の開口パターンによって形成されている。なお、混合部３５の開口パターンの形状は、Ｓ字状等でもよい。
【００６４】
（第２のパターン層）
第２のパターン層３Ｂは、第３のパターン層３Ｃの貫通孔３２ｃ、３２ｄにそれぞれ連通する貫通孔３２ｅ，３２ｆを有する。
【００６５】
（第１のパターン層）
第１のパターン層３Ａは、第２のパターン層３Ｂの貫通孔３２ｅ，３２ｆにそれぞれ連通する３２ｇ，３２ｈと、第２のパターン層３Ｂの貫通孔３２ｅを介して流入する混合液を反応させ、得られた反応液Ｍを貫通孔３２ｈから下方へ排出する反応部３４とを有する。
【００６６】
図７（ａ）は、図６（ａ）におけるＤ−Ｄ線断面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＥ部拡大図、図７（ｃ）は、図７（ａ）のＦ部拡大図である。
【００６７】
第１乃至第４のパターン層３Ａ〜３Ｄは、Ａｌ膜１３からなり、第１および第２のパターン層３Ａ，３ＢのＡｌ膜１３の上面に触媒担持層４を形成している。触媒５は、流路（ここでは反応部３４）の底面および側面に露出する触媒担持層４の部分のみに担持されている。
【００６８】
（第２の実施の形態の製造方法）
次に、第２の実施の形態に係る微細流路構造体１の製造方法の一例を図８〜図１１を参照して説明する。図８（ａ）、（ｂ）、図１０は、パターン層の製造工程を示す断面図、図９は、ドナー基板上に形成されたパターン層の平面図である。図１１（ａ）〜（ｄ）は、パターン層の接合工程を示す断面図である。
【００６９】
（１）パターン層の形成
まず、図８（ａ）に示すように、Ｓｉウェハからなるドナー基板１１上に、ポリイミドからなる離型層１２を形成し、離型層１２の上にＡｌ膜１３を着膜する。
【００７０】
次に、図８（ｂ）に示すように、リソグラフィー法によりＡｌ膜１３をパターニングして図９に示す第１乃至第４のパターン層３Ａ〜３Ｄを形成する。
【００７１】
図９に示すように、第１のパターン層３Ａと第２のパターン層３Ｂとの間は、給電線３６Ａによって電気的に接続され、第１のパターン層３Ａから給電線３６Ｂがドナー基板１１の端部に延在している。パターン層３Ａ〜３Ｄに形成された流路のうち、導入路３３ａ，３３ｂ、反応部３４、混合部３５の幅は、例えば、１００μｍであり、入口３０ａ，３０ｂ、出口３１、貫通孔３２ａ〜３２ｈの径は、例えば、１５０μｍである。
【００７２】
次に、図１０に示すように、陽極酸化法によりＡｌ膜１３を０．５μｍ酸化させて細孔４ａを有する触媒担持層４を形成する。このとき、給電線３６Ａ，３６Ｂを介して第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂに電圧が印加され、第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂの表面のみが酸化される。
【００７３】
（２）接合工程
次に、第１乃至第４のパターン層３Ａ〜３Ｄが形成されたドナー基板１１を図示しない真空槽内の下部ステージ上に配置し、ターゲット基板２を上部ステージ上に配置する。次に、真空槽内を排気し、高真空状態あるいは超真空状態にする。
【００７４】
次に、図１１（ａ）に示すように、下部ステージを移動させてターゲット基板２をドナー基板１１の第１のパターン層３Ａ上に位置決めし、ドナー基板１１の表面、およびターゲット基板２の表面をＡｒガスを照射して清浄化する。
【００７５】
次に、図１１（ｂ）に示すように、上部ステージを移動させてターゲット基板２を降下させ、ターゲット基板２と第１のパターン層３Ａとを圧接して常温接合する。次に、図１１（ｃ）に示すように、上部ステージを移動させてターゲット基板２を上昇させて第１のパターン層３Ａをターゲット基板２に転写させる。
【００７６】
以後、前述したのと同様に、ドナー基板１１とターゲット基板２との接離動作を繰り返すことにより、図１１（ｄ）に示すように、ターゲット基板２上に第１乃至第４のパターン層３Ａ〜３Ｄが積層状態で接合されて微細流路構造体１が製造される。
【００７７】
第１のパターン層３Ａがターゲット基板２側に転写する際、給電線３６Ａ，３６Ｂは第１のパターン層３Ａから分離してドナー基板１１上に残る。また、第２のパターン層３Ｂをターゲット基板２側に転写する際、給電線３６Ａは第２のパターン層３Ｂから分離してドナー基板１１上に残る。なお、触媒担持層４を形成した後、給電線３６Ａ，３６Ｂをフォトリソ法，レーザカッターなどにより除去してもよい。
【００７８】
（３）触媒の充填
第１および第２の入口３０ａ，３０ｂから第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂ、混合部３５、および反応部３４に触媒５を含む溶液を流す。触媒担持層４の細孔４ａに触媒５が充填される。本実施の形態では、反応部３４の側面および底面に触媒５が担持される。
【００７９】
（第２の実施の形態の動作）
次に、第２の実施の形態に係る微細流路構造体１の動作を説明する。第１の入口３０ａから第１の原料液Ｌ１を導入し、第２の入口３０ｂから第２の原料液Ｌ２を導入すると、第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２は、第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂを層流で流れて合流し、混合部３５を層流で移動し、貫通孔３２ｃ、３２ｅ、３２ｇを経由して反応部３４を層流で移動する。第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２が反応部３４を流れるとき、原料液Ｌ１，Ｌ２の界面で反応する。この反応は、例えば、触媒５によって促進される。反応によって得られた反応液Ｍは、貫通孔３２ｈ、３２ｆ、３２ｄを経由して出口３１から排出される。
【００８０】
［第３の実施の形態］
図１２は、本発明の第３の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図１２（ａ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ線に対応する断面図、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＧ部拡大図、図１２（ｃ）は、図１２（ａ）のＨ部拡大図である。
【００８１】
本実施の形態は、電鋳法によって第１乃至第４のパターン層３Ａ〜３Ｄを形成したものであり、第１乃至第４のパターン層３Ａ〜３Ｄは、ニッケルまたはニッケル合金製のＮｉ膜１６からなり、全てのパターン層３Ａ〜３ＤのＮｉ膜１６の表面にＡｌ層１７で形成した後、Ａｌ層１７に触媒担持層４を形成している。触媒５は、流路（ここでは反応部３４および混合部３５）の底面に露出する触媒担持層４の部分のみに担持されている。触媒担持層４の材料として、陽極酸化が可能な材料が好ましく、このような材料として、アルミニウムの他に、シリコン、チタン等を挙げることができる。
【００８２】
（第３の実施の形態の製造方法）
次に、第３の実施の形態に係る微細流路構造体１の製造方法の一例を図１３〜図１５を参照して説明する。図１３（ａ）〜（ｃ）は、パターン層の製造工程を示す断面図、図１４は、ドナー基板上に形成されたパターン層の平面図である。図１５（ａ）、（ｂ）は、パターン層の接合工程を示す断面図である。
【００８３】
（１）パターン層の形成
まず、図１３（ａ）に示すように、導電性を有する材料からなるドナー基板１４を準備する。ドナー基板１４として、例えば、ステンレス鋼等の鉄系の金属や、銅等の非鉄系の金属を用いることができる。本実施の形態では、ステンレス鋼を用いる。ドナー基板１４の表面は、離型性を高めるため、鏡面研磨した方が好ましい。ドナー基板１４の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）は、１０ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以下がより好ましい。表面粗さの計測は、原子間力顕微鏡、白色干渉計、触針式表面プロファイラ等を用いることができる。
【００８４】
次に、ドナー基板１４の上にドライフィルムからなるレジスト１５を貼付する。次に、所定のパターンを有するフォトマスクをレジスト１５の上に設置し、図示しない露光手段によりフォトマスクの開口を通してレジスト１５を露光する。これにより、目的のパターン層の形状に対応したポジネガ反転によるレジストパターンが形成される。
【００８５】
次に、レジスト１５がパターニングされたドナー基板１４をめっき浴に浸し、電解メッキにより、レジスト１５の開口にニッケルまたはニッケル合金製のＮｉ膜１６を厚さ２５μｍ着膜する。なお、Ｎｉ膜１６の厚さは５〜１００μｍでも可能である。
【００８６】
次に、図１３（ｂ）に示すように、レジスト１５を有機溶剤による剥離液で除去した後、Ｎｉ膜１６の表面にスパッタリング法によりＡｌ膜１７を０．５μｍ着膜する。
【００８７】
次に、図１３（ｃ）に示すように、陽極酸化法により全てのＡｌ膜１７に多数の細孔４aを有する触媒担持層４を形成する。これにより、図１４に示すパターン層３Ａ〜３Ｄが形成される。給電はステンレス鋼製のドナー基板１４をそのまま使う。
【００８８】
パターン層３Ａ〜３Ｄに形成された流路のうち、導入路３３ａ，３３ｂ、反応部３４、混合部３５の幅は、例えば、１００μｍであり、入口３０ａ，３０ｂ、出口３１、貫通孔３２ａ〜３２ｈの径は、例えば、１５０μｍである。
【００８９】
（２）接合工程
次に、第１乃至第４のパターン層３Ａ〜３Ｄが形成されたドナー基板１４を図示しない真空槽内の下部ステージ上に配置し、ターゲット基板２を上部ステージ上に配置する。次に、真空槽内を排気し、高真空状態あるいは超真空状態にする。
【００９０】
次に、下部ステージを移動させてターゲット基板２をドナー基板１４の第１のパターン層３Ａ上に位置決めし、ドナー基板１４の表面、およびターゲット基板２の表面をＡｒガスを照射して清浄化する。
【００９１】
次に、上部ステージを移動させてターゲット基板２を降下させ、ターゲット基板２と第１のパターン層３Ａとを圧接して常温接合する。次に、図１５（ａ）に示すように、上部ステージを移動させてターゲット基板２を上昇させて第１のパターン層３Ａをターゲット基板２に転写させる。このとき、ドナー基板１４に触媒担持層４の一部が残る。
【００９２】
以後、前述したのと同様に、ドナー基板１４とターゲット基板２との接離動作を繰り返すことにより、図１５（ｂ）に示すように、ターゲット基板２上に第１乃至第４のパターン層３Ａ〜３Ｄが積層状態で接合されて微細流路構造体１が製造される。アルミナの触媒担持層４とＮｉ膜１６とは異種金属であるが、常温接合が可能である。
【００９３】
（３）触媒の充填
第１および第２の入口３０ａ，３０ｂから第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂ、混合部３５、および反応部３４に触媒５を含む溶液を流す。触媒担持層４の細孔４ａに触媒５が充填される。本実施の形態では、反応部３４および混合部３５の底面と側面に触媒５が担持される。
【００９４】
（第３の実施の形態の動作）
次に、第３の実施の形態に係る微細流路構造体１の動作を説明する。第１の入口３０ａから第１の原料液Ｌ１を導入し、第２の入口３０ｂから第２の原料液Ｌ２を導入すると、第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２は、第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂを層流で流れて合流し、混合部３５を層流で移動し、貫通孔３２ｃ、３２ｅ、３２ｇを経由して反応部３４を層流で移動する。第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２が混合部３５を流れるとき、原料液Ｌ１，Ｌ２の界面で混合される。この混合は、例えば、触媒５によって促進される。また、第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２が反応部３４を流れるとき、原料液Ｌ１，Ｌ２の界面で反応する。この反応は、例えば、触媒５によって促進される。反応によって得られた反応液Ｍは、貫通孔３２ｈ、３２ｆ、３２ｄを経由して出口３１から排出される。
【００９５】
［第４の実施の形態］
図１６は、本発明の第４の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図１６（ａ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ線に対応する断面図、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）のＩ部拡大図、図１６（ｃ）は、図１６（ａ）のＪ部拡大図である。
【００９６】
本実施の形態は、電鋳法によって第１乃至第４のパターン層３Ａ〜３Ｄを形成したものであり、第１乃至第４のパターン層３Ａ〜３Ｄは、ニッケルまたはニッケル合金製のＮｉ膜１６からなり、第１および第２のパターン層３Ａ，３ＢのＮｉ膜１６の表面に触媒担持層４を形成している。触媒５は、流路（ここでは反応部３４）の底面および側面に露出する触媒担持層４の部分のみに担持されている。
【００９７】
（第４の実施の形態の製造方法）
次に、第４の実施の形態に係る微細流路構造体１の製造方法の一例を図１７〜図１９を参照して説明する。図１７（ａ）〜（ｃ）は、パターン層の製造工程を示す断面図、図１８は、ドナー基板上に形成されたパターン層の平面図である。図１９（ａ）、（ｂ）は、パターン層の接合工程を示す断面図である。
【００９８】
（１）パターン層の形成
まず、図１７（ａ）に示すように、ステンレス鋼からなるドナー基板１４を準備する。次に、ドナー基板１４の上にドライフィルムからなるレジスト１５を貼付する。次に、レジスト１５を図示しない露光手段により所定のパターンで露光する。次に、レジスト１５がパターニングされたドナー基板１４をめっき浴に浸し、電解メッキにより、レジスト１５の開口にニッケルまたはニッケル合金製のＮｉ膜１６を厚さ２５μｍ着膜する。
【００９９】
次に、図１７（ｂ）に示すように、レジスト１５を有機溶剤による剥離液で除去した後、Ｎｉ膜１６の表面にスパッタリング法によりＡｌ膜１７を０．５μｍ着膜する。
【０１００】
次に、図１７（ｃ）に示すように、第３および第４のパターン層３Ｃ，３Ｄの表面をレジスト、マスキングテープ等によるマスク１８により覆う。陽極酸化法により第１および第２のパターン層３Ａ，３ＢのＡｌ膜１７に多数の細孔４ａを有する触媒担持層４を形成する。これにより、図１８に示すパターン層３Ａ〜３Ｄが形成される。給電はステンレス鋼製のドナー基板１４をそのまま使う。
【０１０１】
パターン層３Ａ〜３Ｄに形成された流路のうち、導入路３３ａ，３３ｂ、反応部３４、混合部３５の幅は、例えば、１００μｍであり、入口３０ａ，３０ｂ、出口３１、貫通孔３２ａ〜３２ｈの径は、例えば、１５０μｍである。
【０１０２】
（２）接合工程
次に、第１乃至第４のパターン層３Ａ〜３Ｄが形成されたドナー基板１４を図示しない真空槽内の下部ステージ上に配置し、ターゲット基板２を上部ステージ上に配置する。次に、真空槽内を排気し、高真空状態あるいは超真空状態にする。
【０１０３】
次に、下部ステージを移動させてターゲット基板２をドナー基板１４の第１のパターン層３Ａ上に位置決めし、ドナー基板１４の表面、およびターゲット基板２の表面をＡｒガスを照射して清浄化する。
【０１０４】
次に、上部ステージを移動させてターゲット基板２を降下させ、ターゲット基板２と第１のパターン層３Ａとを圧接して常温接合する。次に、図１９（ａ）に示すように、上部ステージを移動させてターゲット基板２を上昇させて第１のパターン層３Ａをターゲット基板２に転写させる。このとき、ドナー基板１４に触媒担持層４の一部が残る。
【０１０５】
以後、前述したのと同様に、ドナー基板１４とターゲット基板２との接離動作を繰り返すことにより、図１９（ｂ）に示すように、ターゲット基板２上に第１乃至第４のパターン層３Ａ〜３Ｄが積層状態で接合されて微細流路構造体１が製造される。アルミナの触媒担持層４とＮｉ膜１６とは異種金属であるが、常温接合が可能である。
【０１０６】
（３）触媒の充填
第１および第２の入口３０ａ，３０ｂから第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂ、混合部３５、および反応部３４に触媒５を含む溶液を流す。触媒担持層４の細孔４ａに触媒５が充填される。本実施の形態では、反応部３４の底面と側面に触媒５が担持される。
【０１０７】
（第４の実施の形態の動作）
次に、第４の実施の形態に係る微細流路構造体１の動作を説明する。第１の入口３０ａから第１の原料液Ｌ１を導入し、第２の入口３０ｂから第２の原料液Ｌ２を導入すると、第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２は、第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂを層流で流れて合流し、混合部３５を層流で移動し、貫通孔３２ｃ、３２ｅ、３２ｇを経由して反応部３４を層流で移動する。第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２が反応部３４を流れるとき、原料液Ｌ１，Ｌ２の界面で反応する。この反応は、触媒５によって促進される。反応によって得られた反応液Ｍは、貫通孔３２ｈ、３２ｆ、３２ｄを経由して出口３１から排出される。
【０１０８】
［第５の実施の形態］
図２０は、本発明の第５の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図２０（ａ）は斜視図、図２０（ｂ）は分解斜視図である。なお、図２０（ｂ）のＫ１−Ｋ１線、Ｋ２−Ｋ２線は、図２０（ａ）のＫ−Ｋ線に対応する断面位置を示す。
【０１０９】
第４の実施の形態は、一部のパターン層に触媒担持層を形成したが、本実施の形態は、パターン層の一部に触媒担持層を形成したものである。
【０１１０】
この微細流路構造体１は、ターゲット基板（厚板部材）２と、ターゲット基板２に接合された第１のパターン層（薄板部材）３Ａと、第１のパターン層３Ａに接合された第２のパターン層（薄板部材）３Ｂとを有し、各パターン層３Ａ，３Ｂに形成された開口が連通して３次元の流路を構成している。
【０１１１】
図２１（ａ）は、図２０（ａ）のＫ−Ｋ線断面図、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）のＬ部拡大図、図２１（ｃ）は、図２１（ａ）のＭ部拡大図である。
【０１１２】
本実施の形態は、電鋳法によってニッケルまたはニッケル合金製のＮｉ膜１６からなる第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂを形成し、第１および第２のパターン層３Ａ，３ＢのＮｉ層１６の一部に触媒担持層４を形成している。すなわち、第１のパターン層３Ａの反応部３４の側面およびその周辺に触媒担持層４を形成し、第２のパターン層３Ｂの反応部３４の底面およびその周辺に触媒担持層４を形成している。
【０１１３】
（第５の実施の形態の製造方法）
次に、第５の実施の形態に係る微細流路構造体１の製造方法の一例を図２２〜図２４を参照して説明する。図２２（ａ）〜（ｃ）は、パターン層の製造工程を示す断面図、図２３は、ドナー基板上に形成されたパターン層の平面図である。図２４（ａ）、（ｂ）は、パターン層の接合工程を示す断面図である。
【０１１４】
（１）パターン層の形成
まず、図２２（ａ）に示すように、ステンレス鋼からなるドナー基板１４を準備する。次に、ドナー基板１４の上にドライフィルムからなるレジスト１５を貼付する。次に、レジスト１５を図示しない露光手段により所定のパターンで露光する。次に、レジスト１５がパターニングされたドナー基板１４をめっき浴に浸し、電解メッキにより、レジスト１５の開口にニッケルまたはニッケル合金製のＮｉ膜１６を厚さ２５μｍ着膜する。
【０１１５】
次に、図２２（ｂ）に示すように、レジスト１５を有機溶剤による剥離液で除去した後、Ｎｉ膜１６の表面にスパッタリング法によりＡｌ膜１７を０．５μｍ着膜する。
【０１１６】
次に、図２２（ｃ）に示すように、ペン鍍金装置により第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂの表面の一部に触媒担持層４を形成する。すなわち、ペンを用いてＡｌ膜１７を部分的に電解液に触れさせて陽極酸化させる。陽極酸化する領域は、第１のパターン層３Ａの反応部３４の側面およびその周面のＡｌ膜１７と、第２のパターン層３Ｂの反応部３４の底面に対応する面およびその周辺のＡｌ膜１７である。これにより、図２３に示すパターン層３Ａ，３Ｂが形成される。なお、第４の実施の形態のように陽極酸化させない領域をマスクで覆ってもよい。
【０１１７】
（２）接合工程
次に、第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂが形成されたドナー基板１４を図示しない真空槽内の下部ステージ上に配置し、ターゲット基板２を上部ステージ上に配置する。次に、真空槽内を排気し、高真空状態あるいは超真空状態にする。
【０１１８】
次に、下部ステージを移動させてターゲット基板２をドナー基板１４の第１のパターン層３Ａ上に位置決めし、ドナー基板１４の表面、およびターゲット基板２の表面をＡｒガスを照射して清浄化する。
【０１１９】
次に、上部ステージを移動させてターゲット基板２を降下させ、ターゲット基板２と第１のパターン層３Ａとを圧接して常温接合する。次に、図２４（ａ）に示すように、上部ステージを移動させてターゲット基板２を上昇させて第１のパターン層３Ａをターゲット基板２に転写させる。このとき、ドナー基板１４に触媒担持層４の一部が残る。
【０１２０】
以後、前述したのと同様に、ドナー基板１４とターゲット基板２との接離動作を繰り返すことにより、図２４（ｂ）に示すように、ターゲット基板２上に第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂが積層状態で接合されて微細流路構造体１が製造される。アルミナの触媒担持層４とＮｉ膜１６とは異種金属であるが、常温接合が可能である。
【０１２１】
（３）触媒の充填
第１および第２の入口３０ａ，３０ｂから第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂ、混合部３５、および反応部３４に触媒５を含む溶液を流す。触媒担持層４の細孔４ａに触媒５が充填される。本実施の形態では、反応部３４の底面と側面に触媒５が担持される。
【０１２２】
（第５の実施の形態の動作）
次に、第５の実施の形態に係る微細流路構造体１の動作を説明する。第１の入口３０ａから第１の原料液Ｌ１を導入し、第２の入口３０ｂから第２の原料液Ｌ２を導入すると、第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２は、第１の実施の形態と同様に、第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２が反応部３４を流れるとき、原料液Ｌ１，Ｌ２の界面で反応する。この反応は、例えば、触媒５によって促進される。反応によって得られた反応液Ｍは、出口３１から排出される。
【０１２３】
［第６の実施の形態］
図２５は、本発明の第６の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図２５（ａ）は斜視図、図２５（ｂ）は分解斜視図である。なお、図２５（ｂ）のＮ１−Ｎ１線、Ｎ２−Ｎ２線は、図２５（ａ）のＮ−Ｎ線に対応する断面位置を示す。図２６（ａ）は、図２５（ａ）のＮ−Ｎ線断面図、図２６（ｂ）は、図２６（ａ）のＯ部拡大図、図２６（ｃ）は、図２６（ａ）のＰ部拡大図である。
【０１２４】
本実施の形態は、第５の実施の形態に対して第１のパターン層３Ａの反応部３４を高温側反応部３４Ａと低温側反応部３４Ｂから構成し、高温側反応部３４Ａと低温側反応部３４Ｂとの間に断熱部３６を設けたものであり、他は第５の実施の形態と同様に構成されている。
【０１２５】
高温側反応部３４Ａは、第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２が高温域（例えば６０℃〜８０℃）で反応する流路であり、低温側反応部３４Ｂは、第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２が低温域（例えば３０℃〜５０℃）で反応する流路である。
【０１２６】
断熱部３６は、高温側反応部３４Ａと低温側反応部３４Ｂとの間の熱伝導を遮断する密閉空間、例えば、真空となっている。
【０１２７】
触媒担持層４は、第１のパターン層３Ａの低温側反応部３４Ｂの側面およびその周辺と、第２のパターン層３Ｂの低温側反応部３４Ｂの底面に相当する面およびその周辺とに形成され、低温側反応部３４Ｂの底面および側面に露出する触媒担持層４の部分にのみ触媒５が担持されている。
【０１２８】
（第６の実施の形態の動作）
次に、第６の実施の形態に係る微細流路構造体１の動作を説明する。第１の入口３０ａから第１の原料液Ｌ１を導入し、第２の入口３０ｂから第２の原料液Ｌ２を導入すると、第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２は、高温側反応部３４Ａおよび低温側反応部３４Ｂを流れるとき、原料液Ｌ１，Ｌ２の界面で反応する。また、原料液Ｌ１，Ｌ２が低温側反応部３４Ｂを流れるとき、原料液Ｌ１，Ｌ２の界面での反応は、例えば、触媒５によって促進される。反応によって得られた反応液Ｍは、出口３１から排出される。
【０１２９】
［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、その発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々と変形実施が可能である。発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。
【０１３０】
例えば、上記各実施の形態では、触媒は反応を促進する場合に使用したが、触媒と原料液との反応に使用してもよい。また、上記各実施の形態では、対象流体を液体としたが、気体でもよい。触媒担持層を形成するための陽極酸化法は、一例に過ぎず、他の公知の細孔形成技術を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は分解斜視図である。
【図２】図２（ａ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ部拡大図、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＣ部拡大図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、パターン層の製造工程を示す断面図である。
【図４】図４は、ドナー基板上に形成されたパターン層の平面図である。
【図５Ａ】図５Ａ（ａ）〜（ｃ）は、パターン層の接合工程を示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂ（ｄ）〜（ｆ）は、パターン層の接合工程を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は分解斜視図である。
【図７】図７（ａ）は、図６（ａ）におけるＤ−Ｄ線断面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＥ部拡大図、図７（ｃ）は、図７（ａ）のＦ部拡大図である。
【図８】図８（ａ）、（ｂ）は、パターン層の製造工程を示す断面図である。
【図９】図９は、ドナー基板上に形成されたパターン層の平面図である。
【図１０】図１０は、パターン層の製造工程を示す断面図である。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｄ）は、パターン層の接合工程を示す断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第３の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図１２（ａ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ線に対応する断面図、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＧ部拡大図、図１２（ｃ）は、図１２（ａ）のＨ部拡大図である。
【図１３】図１３（ａ）〜（ｃ）は、パターン層の製造工程を示す断面図である。
【図１４】図１４は、ドナー基板上に形成されたパターン層の平面図である。
【図１５】図１５（ａ）、（ｂ）は、パターン層の接合工程を示す断面図である。
【図１６】図１６は、本発明の第４の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図１６（ａ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ線に対応する断面図、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）のＩ部拡大図、図１６（ｃ）は、図１６（ａ）のＪ部拡大図である。
【図１７】図１７（ａ）〜（ｃ）は、パターン層の製造工程を示す断面図である。
【図１８】図１８は、ドナー基板上に形成されたパターン層の平面図である。
【図１９】図１９（ａ）、（ｂ）は、パターン層の接合工程を示す断面図である。
【図２０】図２０は、本発明の第５の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図２０（ａ）は斜視図、図２０（ｂ）は分解斜視図である。
【図２１】図２１（ａ）は、図２０（ａ）のＫ−Ｋ線断面図、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）のＬ部拡大図、図２１（ｃ）は、図２１（ａ）のＭ部拡大図である。
【図２２】図２２（ａ）〜（ｃ）は、パターン層の製造工程を示す断面図である。
【図２３】図２３は、ドナー基板上に形成されたパターン層の平面図である。
【図２４】図２４（ａ）、（ｂ）は、パターン層の接合工程を示す断面図である。
【図２５】図２５は、本発明の第６の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図２５（ａ）は斜視図、図２５（ｂ）は分解斜視図である。
【図２６】図２６（ａ）は、図２５（ａ）のＮ−Ｎ線断面図、図２６（ｂ）は、図２６（ａ）のＯ部拡大図、図２６（ｃ）は、図２６（ａ）のＰ部拡大図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１ 微細流路構造体
２ ターゲット基板
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ パターン層
４ 触媒担持層
４ａ 細孔
５ 触媒
１１，１４ ドナー基板
１２ 離型層
１３，１７ Ａｌ膜
１５ レジスト
１６ Ｎｉ膜
３０ａ 第１の入口
３０ｂ 第２の入口
３１ 出口
３２ａ〜３２ｈ 貫通孔
３３ａ 第１の導入路
３３ｂ 第２の導入路
３４ 反応部
３４Ａ 高温側反応部
３４Ｂ 低温側反応部
３５ 混合部
Ｌ１ 第１の原料液
Ｌ２ 第２の原料液
Ｍ 反応液
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細流路構造体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のマイクロチャンネル装置として、マイクロチャンネルに触媒を配置したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このマイクロチャンネル装置は、シート、条片またはブロックの構成部材を積層し、各構成部材は、拡散接合、貼着、ろう付け、溶接によって接合される。マイクロチャンネル装置に形成されたマイクロチャンネルの反応室の壁に多孔質触媒を被覆法により固着しており、その多孔質触媒は、例えば、第１多孔質層を被覆し、その上に活性金属又は金属酸化物触媒を被覆して形成される。
【０００４】
マイクロチャンネルの高さ及び幅は、好ましくは２ｍｍ以下、更に好ましくは１ｍｍ以下とされている。シートは、好ましくは２ｍｍ以下、更に好ましくは１ｍｍ以下、ある場合には５０〜５００μｍの厚さをのものを用い、条片は、５ｍｍ未満、好ましくは２ｍｍ未満、更に好ましくは１ｍｍ未満の厚さのものを用いている。
【０００５】
【特許文献１】特表２００６−５１１３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、３次元の微細流路の形成が容易で、流路の必要な箇所に触媒を担持させることができる微細流路構造体の製造方法を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、３次元の微細流路を有し、流路の必要な箇所に触媒を担持させた微細流路構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の微細流路構造体の製造方法、および微細流路構造体を提供する。
【０００９】
［１］開口を有し、表面に触媒担持層が形成された複数の薄板部材を準備する準備工程と、準備された前記複数の薄板部材の面を清浄化し、前記複数の薄板部材の前記面同士を直接接触させることにより、前記複数の薄板部材を接合して積層し、前記複数の薄板部材の積層により前記開口が連通して流路を形成する接合工程と、前記流路に露出する前記触媒担持層に触媒を担持させる触媒担持工程とを含むことを特徴とする微細流路構造体の製造方法。
【００１０】
［２］前記準備工程は、表面に触媒担持層が形成された前記複数の薄板部材をドナー基板上に形成し、前記接合工程は、前記ドナー基板とターゲット基板との接離動作を繰り返すことにより、前記複数の薄板部材を前記ドナー基板から前記ターゲット基板上に順次転写し、前記ターゲット基板上に前記複数の薄板部材を積層状態で接合させることを特徴とする前記［１］に記載の微細流路構造体の製造方法。
【００１１】
［３］前記準備工程は、前記ドナー基板上に薄板部材用素材を形成する薄板部材用素材形成工程と、前記薄板部材用素材の表面に触媒担持層を形成する触媒担持層形成工程と、前記薄板部材用素材をパターニングし、前記開口および前記薄板部材の輪郭に対応したパターンを有する前記複数の薄板部材を形成する薄板部材形成工程とを含むことを特徴とする前記［２］に記載の微細流路構造体の製造方法。
【００１２】
［４］前記準備工程は、前記ドナー基板上に薄板部材用素材を形成する薄板部材用素材形成工程と、前記薄板部材用素材をパターニングし、前記開口および前記薄板部材の輪郭に対応したパターンを有する前記複数の薄板部材を形成する薄板部材形成工程と、前記複数の薄板部材の表面に触媒担持層を形成する触媒担持層形成工程とを含むことを特徴とする前記［２］に記載の微細流路構造体の製造方法。
【００１３】
［５］前記準備工程は、導電性を有する前記ドナー基板上に電鋳法により金属からなる前記複数の薄板部材を形成する薄板部材形成工程と、前記複数の薄板部材の表面に触媒担持層を形成する触媒担持層形成工程とを含むことを特徴とする前記［２］に記載の微細流路構造体の製造方法。
【００１４】
［６］前記触媒担持層形成工程は、前記流路の途中に設けられた反応部の側面を有する前記薄板部材の表面、および前記反応部の底面を有する前記薄板部材の表面に前記触媒担持層を形成する触媒担持層形成工程を含むことを特徴とする前記［４］又は［５］に記載の微細流路構造体の製造方法。
【００１５】
［７］前記触媒担持層形成工程は、前記流路の途中に設けられた反応部の側面を有する前記薄板部材の前記側面およびその周辺、および前記反応部の底面を有する前記薄板部材の前記底面およびその周辺に前記触媒担持層を形成する触媒担持層形成工程を含むことを特徴とする前記［４］又は［５］に記載の微細流路構造体の製造方法。
【００１６】
［８］前記薄膜部材形成工程は、前記複数の薄板部材を電鋳法で第１の金属により形成し、
前記触媒担持層形成工程は、前記第１の金属の表面に第２の金属による金属膜を形成し、陽極酸化法により前記金属膜に前記触媒担持層を形成することを備えたことを特徴とする前記［６］又は［７］に記載の微細流路構造体の製造方法。
【００１７】
［９］前記第１の金属は、ニッケルまたはニッケル合金であり、前記第２の金属は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする前記［８］に記載の微細流路構造体の製造方法。
【００１８】
［１０］前記触媒担持層形成工程は、陽極酸化法により複数の細孔を有する前記触媒担持層を形成することを特徴とする前記［１］に記載の微細流路構造体の製造方法。
【００１９】
［１１］積層状態で接合された複数の薄板部材であって、前記複数の薄板部材の全部または２以上の薄板部材に開口が形成され、前記薄板部材間の前記開口が連通して３次元の流路を構成する複数の薄板部材と、前記流路の途中に設けられた反応部の壁面に形成された触媒担持層と、前記流路に露出する前記触媒担持層に担持された触媒とを備えたことを特徴とする微細流路構造体。
【００２０】
［１２］さらに、前記複数の薄板部材に接合され、前記薄板部材よりも厚さの厚い厚板部材を備えたことを特徴とする前記［１１］に記載の微細流路構造体。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に係る微細流路構造体の製造方法によれば、３次元の微細流路の形成が容易となる。
【００２２】
請求項２に係る微細流路構造体の製造方法によれば、接合工程が容易となる。
【００２３】
請求項３に係る微細流路構造体の製造方法によれば、薄板部材の形成が容易となる。
【００２４】
請求項４に係る微細流路構造体の製造方法によれば、パターニング前に触媒担持層を形成した場合と比較して流路に露出する触媒担持層の面積を増やすことができる。
【００２５】
請求項５に係る微細流路構造体の製造方法によれば、陽極酸化法により触媒担持層を容易に形成することができる。
【００２６】
請求項６に係る微細流路構造体の製造方法によれば、流路の必要な箇所に触媒を担持させることができる。
【００２７】
請求項７に係る微細流路構造体の製造方法によれば、流路の必要な箇所に触媒を担持させることができる。
【００２８】
請求項８に係る微細流路構造体の製造方法によれば、触媒担持層に適した第２の金属を選択することができる。
【００２９】
請求項９に係る微細流路構造体の製造方法によれば、一方の接合面であるニッケルまたはニッケル合金と他方の接合面であるアルミニウムあるいはアルミニウム合金とを強固に接合することができる。
【００３０】
請求項１０に係る微細流路構造体の製造方法によれば、簡易に触媒担持層を形成することができる。
【００３１】
請求項１１に係る微細流路構造体によれば、３次元の微細流路を有し、流路の必要な箇所に触媒を担持させることができる。
【００３２】
請求項１２に係る微細流路構造体によれば、ターゲット基板を構造体の構成材料に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は分解斜視図である。なお、図１（ｂ）のＡ１−Ａ１線、Ａ２−Ａ２線は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に対応する断面位置を示す。
【００３４】
この微細流路構造体１は、ターゲット基板（厚板部材）２と、ターゲット基板２に接合された第１のパターン層（薄板部材）３Ａと、第１のパターン層３Ａに接合された第２のパターン層（薄板部材）３Ｂとを有し、各パターン層３Ａ，３Ｂに形成された開口が連通して３次元の流路を構成している。ここで、「３次元の流路」とは、入口から出口に至る個個々の流路が３次元であることを意味する。
【００３５】
第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂは、ターゲット基板２よりも薄い厚さを有する。第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂは、例えば、５〜１００μｍの厚さを有する。ターゲット基板２は、例えば、１〜５ｍｍの厚さを有する。
【００３６】
なお、微細流路構造体１を構成するパターン層の数は、２つに限定されず、３つ以上でもよい。また、第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂは、それぞれ同一パターンを有する複数層から構成してもよい。さらに、パターン層のみから微細流路構造体１を構成してもよい。この場合、第１のパターン層３Ａとターゲット基板２との間に、開口を有していないパターン層を配置する。
【００３７】
（第２のパターン層）
第２のパターン層３Ｂは、第１の原料液Ｌ１を導入する第１の入口３０ａと、第２の原料液Ｌ２を導入する第２の入口３０ｂと、第１の原料液Ｌ１と第２の原料液Ｌ２との反応により得られた反応液Ｍを排出する出口３１とを有する。第１および第２の入口３０ａ，３０ｂ、および出口３１は、円形の貫通孔によって形成されている。なお、その貫通孔の形状は、円形に限定されず、矩形等でもよい。
【００３８】
（第１のパターン層）
第１のパターン層３Ａは、第２のパターン層３Ｂの第１および第２の入口３０ａ，３０ｂ、および出口３１にそれぞれ連通する貫通孔３２ａ，３２ｂ，３２ｃと、入口３０ａ，３０ｂから貫通孔３２ａ，３２ｂを介してそれぞれ導入された第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２を更に前方へ導入する第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂと、第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂを経て導入された第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２を反応させる反応部３４とを有する。貫通孔３２ａ〜３２ｃ、導入路３３ａ，３３ｂ、および反応部３４は、略Ｙ字状の開口パターンによって形成されている。なお、反応部３４の開口パターンの形状は、Ｓ字状等でもよい。
【００３９】
（流路）
第１および第２の入口３０ａ，３０ｂ、貫通孔３２ａ〜３２ｃ、第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂ、反応部３４、および出口３１の開口は、３次元の流路を構成している。流路の高さは、第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂと同一である。流路の幅は、１０〜５００μｍ、望ましくは５０〜２００μｍである。
【００４０】
図２（ａ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ部拡大図、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＣ部拡大図である。
【００４１】
第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂの材料として、Ａｌ，Ｎｉ、Ｃｕ等の金属や、セラミックス、シリコン、誘電体等の非金属等を用いることができる。本実施の形態では、Ａｌ膜１３を用い、そのＡｌ膜１３の上面には、図２に示すように、例えば陽極酸化法により触媒担持層４を形成している。触媒担持層４は、図２（ｂ）に示すように、接合面に垂直な方向に複数の細孔４ａが形成されており、その細孔４ａには、図２（ｃ）に示すように、触媒５が担持されている。触媒５が担持される領域は、流路（ここでは反応部３４）の底面に露出する触媒担持層４の部分のみである。パターン層３Ａ，３Ｂの材料として、陽極酸化が可能な材料が好ましい。このような材料として、アルミニウム、シリコン、チタン等を挙げることができる。
【００４２】
触媒担持層４の細孔４ａは、例えば、１０〜１００ｎｍの径を有する。触媒５には、例えば、細孔４ａよりも細径の直径１０〜１００ｎｍの白金微粒子、パラジウム微粒子等を用いることができる。
【００４３】
（第１の実施の形態の製造方法）
次に、第１の実施の形態に係る微細流路構造体の製造方法の一例を図３〜図５を参照して説明する。図３（ａ）〜（ｃ）は、パターン層の製造工程を示す断面図、図４は、ドナー基板上に形成されたパターン層の平面図である。図５（ａ）〜（ｆ）は、パターン層の接合工程を示す断面図である。
【００４４】
（１）パターン層の形成
まず、図３（ａ）に示すように、ドナー基板１１上に離型層１２を形成し、離型層１２の上に薄板部材用素材としてＡｌ膜１３を着膜する。
【００４５】
ドナー基板１１には、Ｓｉウェハ、石英基板、ガラス基板等を用いることができる。本実施の形態では、Ｓｉウェハを用いる。
【００４６】
離型層１２は、例えば、ポリイミド、フッ化ポリイミド、酸化シリコン等の公知の材料を用いることができる。本実施の形態では、ポリイミドを用いる。なお、ドナー基板の熱酸化処理を行って形成される熱酸化膜を用いてもよい。離型層１２のドナー基板１１上への形成は、スパッタリング法、分子線ビームエピタキシャル法、化学気相堆積法、真空蒸着法、スピン塗布法等の一般的な薄膜形成方法を用いることができる。
【００４７】
Ａｌ膜１３の着膜方法としては、例えば、電子ビーム加熱蒸着法、抵抗加熱蒸着法、スパッタリング法、化学蒸着法等の真空蒸着法、スピンコート法等を用いることができる。本実施の形態では、スパッタリング法によりＡｌ膜１３を５μｍ着膜する。
【００４８】
次に、図３（ｂ）に示すように、陽極酸化法によりＡｌ膜１３を０．５μｍ酸化させる。すなわち、電解液中においてＡｌ膜１３を陽極で電解して酸化させる。陽極酸化によって得られたアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる触媒担持層（陽極酸化膜）４は、厚さ方向に多数の細孔４ａが形成され、この細孔４ａによって触媒５を担持することができる。なお、給電点は、パターン層３Ａ，３Ｂの端のどこでも良い。電解液は、硫酸、リン酸、シュウ酸等を用いることができる。
【００４９】
次に、図３（ｃ）に示すように、Ａｌ膜１３および触媒担持層４をパターニングし、図４に示すように、輪郭と開口がパターニングされた第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂが形成される。パターニングとしては、例えば、リソグラフィー法、集束イオンビーム（ＦＩＢ）法、電子ビーム直接描画法等を用いることができるが、高い平面形状精度が得られ、量産性が高い点で、リソグラフィー法が好ましい。本実施の形態では、リソグラフィー法によりアルミナによる触媒担持層４およびＡｌ膜１３をエッチング除去する。エッチングには、化学薬品を用いて被加工物を溶かし込むウエットエッチングや、イオンを利用して被加工物を気化して取り除くドライエッチング等を用いることができる。本実施の形態では、ドライエッチングを用いる。
【００５０】
パターン層３Ａ，３Ｂに形成された流路のうち、導入路３３ａ，３３ｂ、反応部３４の幅は、例えば、１００μｍであり、入口３０ａ，３０ｂ、出口３１、貫通孔３２ａ〜３２ｃの径は、例えば、１５０μｍである。
【００５１】
（２）接合工程
第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂが形成されたドナー基板１１を図示しない真空槽内の下部ステージ（図示せず）上に配置し、ターゲット基板２を上部ステージ（図示せず）上に配置する。また、下部ステージは、ｘ方向、ｙ方向、θ（ｚ軸周り）方向に移動可能となっており、上部ステージは、ｚ方向に移動可能となっている。次に、真空槽内を排気し、高真空状態あるいは超真空状態にする。
【００５２】
次に、図５（ａ）に示すように、下部ステージを移動させてターゲット基板２をドナー基板１１の第１のパターン層３Ａ上に位置決めし、ドナー基板１１の表面、およびターゲット基板２の表面をＦＡＢ(Fast Atom Beam)処理により清浄化する。ＦＡＢ処理とは、例えば、アルゴン、クリプトン、キセノン等の不活性ガスを高電圧で加速して接合面に照射し、接合面の酸化膜、不純物等を除去する処理をいう。本実施の形態では、不活性ガスとしてアルゴンを用いる。
【００５３】
次に、図５（ｂ）に示すように、上部ステージを移動させてターゲット基板２を降下させ、ターゲット基板２と第１のパターン層３Ａとを荷重を加えて圧接して常温接合する。次に、図５（ｃ）に示すように、上部ステージを移動させてターゲット基板２を上昇させて第１のパターン層３Ａをターゲット基板２に転写させる。常温接合とは、良好な表面粗さを有し、かつ上記ＦＡＢによって清浄化された接合面同士を常温雰囲気で接触させ、原子同士を直接結合させる接合方法をいい、表面活性化接合とも言う。常温接合（表面活性化接合）の他に、清浄化された接合面同士をパターン層に拡散を生じさせない程度の温度（例えば、１００℃程度）で加熱して接合してもよい。
【００５４】
次に、図５（ｄ）に示すように、下部ステージを移動させてターゲット基板２をドナー基板１１上の第２のパターン層３Ｂ上に位置決めし、ターゲット基板２の表面、すなわち第１のパターン層３Ａの裏面（ドナー基板１１側に接触していた面）、およびドナー基板１１の表面、すなわち第２のパターン層３Ｂの表面にＡｒビームを照射して清浄化する。
【００５５】
次に、図５（ｅ）に示すように、上部ステージを移動させてターゲット基板２を降下させ、ターゲット基板２上の第１のパターン層３Ａを第２のパターン層３Ｂに圧接して常温接合する。
【００５６】
次に、図５（ｆ）に示すように、上部ステージを移動させてターゲット基板２を上昇させて第２のパターン層３Ｂをターゲット基板２に転写させる。同図に示すように、上部ステージ上に、ターゲット基板２、第１のパターン層３Ａおよび第２のパターン層３Ｂからなる微細流路構造体１が製造される。
【００５７】
（３）触媒の充填
第１および第２の入口３０ａ，３０ｂから第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂ、および反応部３４に触媒５を含む溶液を流す。触媒担持層４の細孔４ａに触媒５が充填される。本実施の形態では、第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂ、および反応部３４の底面に触媒５が担持される。
【００５８】
（第１の実施の形態の動作）
次に、第１の実施の形態に係る微細流路構造体１の動作を説明する。第１の入口３０ａから第１の原料液Ｌ１を導入し、第２の入口３０ｂから第２の原料液Ｌ２を導入すると、第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２は、第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂを層流で流れて合流し、反応部３４を層流で移動する。第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２が反応部３４を流れるとき、原料液Ｌ１，Ｌ２の界面で反応する。この反応は、例えば、触媒５によって促進される。反応によって得られた反応液Ｍは、出口３１から排出される。
【００５９】
［第２の実施の形態］
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は分解斜視図である。なお、図６（ｂ）のＤ１−Ｄ１線、Ｄ２−Ｄ２線、Ｄ３−Ｄ３線、Ｄ４−Ｄ４線は、図６（ａ）のＤ−Ｄ線に対応する断面位置を示す。
【００６０】
第１の実施の形態では、全てのパターン層の表面に触媒担持層４を形成したが、本実施の形態は、一部のパターン層に触媒担持層４を形成したものである。
【００６１】
本実施の形態の微細流路構造体１は、ターゲット基板（厚肉部材）２と、ターゲット基板２に接合された第１のパターン層（薄板部材）３Ａと、第１のパターン層３Ａに接合された第２のパターン層（薄板部材）３Ｂと、第２のパターン層３Ｂに接合された第３のパターン層（薄板部材）３Ｃと、第３のパターン層３Ｃに接合された第４のパターン層（薄板部材）３Ｄとを有し、各パターン層３Ａ〜３Ｄに形成された開口が連通して３次元の流路を構成している。
【００６２】
（第４のパターン層）
第４のパターン層３Ｄは、第１の実施の形態の第２のパターン層３Ｂと同様に、第１の原料液Ｌ１を導入する第１の入口３０ａと、第２の原料液Ｌ２を導入する第２の入口３０ｂと、第１の原料液Ｌ１と第２の原料液Ｌ２との反応により得られた反応液Ｍを排出する出口３１とを有する。但し、出口３１は、第１の実施の形態とは異なる位置に形成されている。
【００６３】
（第３のパターン層）
第３のパターン層３Ｃは、第４のパターン層３Ｄの第１および第２の入口３０ａ，３０ｂ、および出口３１にそれぞれ連通する貫通孔３２ａ，３２ｂ，３２ｄと、入口３０ａ，３０ｂから貫通孔３２ａ，３２ｂを介してそれぞれ導入された第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２を更に前方へ導入する第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂと、第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂを経て導入された第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２を混合させる混合部３５と、混合部３５の排出側の端部に形成された貫通孔３２ｃとを有する。貫通孔３２ａ，３２ｂ，３２ｄ、導入路３３ａ，３３ｂ、および混合部３５は、略Ｙ字状の開口パターンによって形成されている。なお、混合部３５の開口パターンの形状は、Ｓ字状等でもよい。
【００６４】
（第２のパターン層）
第２のパターン層３Ｂは、第３のパターン層３Ｃの貫通孔３２ｃ、３２ｄにそれぞれ連通する貫通孔３２ｅ，３２ｆを有する。
【００６５】
（第１のパターン層）
第１のパターン層３Ａは、第２のパターン層３Ｂの貫通孔３２ｅ，３２ｆにそれぞれ連通する３２ｇ，３２ｈと、第２のパターン層３Ｂの貫通孔３２ｅを介して流入する混合液を反応させ、得られた反応液Ｍを貫通孔３２ｈから下方へ排出する反応部３４とを有する。
【００６６】
図７（ａ）は、図６（ａ）におけるＤ−Ｄ線断面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＥ部拡大図、図７（ｃ）は、図７（ａ）のＦ部拡大図である。
【００６７】
第１乃至第４のパターン層３Ａ〜３Ｄは、Ａｌ膜１３からなり、第１および第２のパターン層３Ａ，３ＢのＡｌ膜１３の上面に触媒担持層４を形成している。触媒５は、流路（ここでは反応部３４）の底面および側面に露出する触媒担持層４の部分のみに担持されている。
【００６８】
（第２の実施の形態の製造方法）
次に、第２の実施の形態に係る微細流路構造体１の製造方法の一例を図８〜図１１を参照して説明する。図８（ａ）、（ｂ）、図１０は、パターン層の製造工程を示す断面図、図９は、ドナー基板上に形成されたパターン層の平面図である。図１１（ａ）〜（ｄ）は、パターン層の接合工程を示す断面図である。
【００６９】
（１）パターン層の形成
まず、図８（ａ）に示すように、Ｓｉウェハからなるドナー基板１１上に、ポリイミドからなる離型層１２を形成し、離型層１２の上にＡｌ膜１３を着膜する。
【００７０】
次に、図８（ｂ）に示すように、リソグラフィー法によりＡｌ膜１３をパターニングして図９に示す第１乃至第４のパターン層３Ａ〜３Ｄを形成する。
【００７１】
図９に示すように、第１のパターン層３Ａと第２のパターン層３Ｂとの間は、給電線３６Ａによって電気的に接続され、第１のパターン層３Ａから給電線３６Ｂがドナー基板１１の端部に延在している。パターン層３Ａ〜３Ｄに形成された流路のうち、導入路３３ａ，３３ｂ、反応部３４、混合部３５の幅は、例えば、１００μｍであり、入口３０ａ，３０ｂ、出口３１、貫通孔３２ａ〜３２ｈの径は、例えば、１５０μｍである。
【００７２】
次に、図１０に示すように、陽極酸化法によりＡｌ膜１３を０．５μｍ酸化させて細孔４ａを有する触媒担持層４を形成する。このとき、給電線３６Ａ，３６Ｂを介して第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂに電圧が印加され、第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂの表面のみが酸化される。
【００７３】
（２）接合工程
次に、第１乃至第４のパターン層３Ａ〜３Ｄが形成されたドナー基板１１を図示しない真空槽内の下部ステージ上に配置し、ターゲット基板２を上部ステージ上に配置する。次に、真空槽内を排気し、高真空状態あるいは超真空状態にする。
【００７４】
次に、図１１（ａ）に示すように、下部ステージを移動させてターゲット基板２をドナー基板１１の第１のパターン層３Ａ上に位置決めし、ドナー基板１１の表面、およびターゲット基板２の表面をＡｒガスを照射して清浄化する。
【００７５】
次に、図１１（ｂ）に示すように、上部ステージを移動させてターゲット基板２を降下させ、ターゲット基板２と第１のパターン層３Ａとを圧接して常温接合する。次に、図１１（ｃ）に示すように、上部ステージを移動させてターゲット基板２を上昇させて第１のパターン層３Ａをターゲット基板２に転写させる。
【００７６】
以後、前述したのと同様に、ドナー基板１１とターゲット基板２との接離動作を繰り返すことにより、図１１（ｄ）に示すように、ターゲット基板２上に第１乃至第４のパターン層３Ａ〜３Ｄが積層状態で接合されて微細流路構造体１が製造される。
【００７７】
第１のパターン層３Ａがターゲット基板２側に転写する際、給電線３６Ａ，３６Ｂは第１のパターン層３Ａから分離してドナー基板１１上に残る。また、第２のパターン層３Ｂをターゲット基板２側に転写する際、給電線３６Ａは第２のパターン層３Ｂから分離してドナー基板１１上に残る。なお、触媒担持層４を形成した後、給電線３６Ａ，３６Ｂをフォトリソ法，レーザカッターなどにより除去してもよい。
【００７８】
（３）触媒の充填
第１および第２の入口３０ａ，３０ｂから第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂ、混合部３５、および反応部３４に触媒５を含む溶液を流す。触媒担持層４の細孔４ａに触媒５が充填される。本実施の形態では、反応部３４の側面および底面に触媒５が担持される。
【００７９】
（第２の実施の形態の動作）
次に、第２の実施の形態に係る微細流路構造体１の動作を説明する。第１の入口３０ａから第１の原料液Ｌ１を導入し、第２の入口３０ｂから第２の原料液Ｌ２を導入すると、第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２は、第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂを層流で流れて合流し、混合部３５を層流で移動し、貫通孔３２ｃ、３２ｅ、３２ｇを経由して反応部３４を層流で移動する。第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２が反応部３４を流れるとき、原料液Ｌ１，Ｌ２の界面で反応する。この反応は、例えば、触媒５によって促進される。反応によって得られた反応液Ｍは、貫通孔３２ｈ、３２ｆ、３２ｄを経由して出口３１から排出される。
【００８０】
［第３の実施の形態］
図１２は、本発明の第３の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図１２（ａ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ線に対応する断面図、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＧ部拡大図、図１２（ｃ）は、図１２（ａ）のＨ部拡大図である。
【００８１】
本実施の形態は、電鋳法によって第１乃至第４のパターン層３Ａ〜３Ｄを形成したものであり、第１乃至第４のパターン層３Ａ〜３Ｄは、ニッケルまたはニッケル合金製のＮｉ膜１６からなり、全てのパターン層３Ａ〜３ＤのＮｉ膜１６の表面にＡｌ層１７で形成した後、Ａｌ層１７に触媒担持層４を形成している。触媒５は、流路（ここでは反応部３４および混合部３５）の底面に露出する触媒担持層４の部分のみに担持されている。触媒担持層４の材料として、陽極酸化が可能な材料が好ましく、このような材料として、アルミニウムの他に、シリコン、チタン等を挙げることができる。
【００８２】
（第３の実施の形態の製造方法）
次に、第３の実施の形態に係る微細流路構造体１の製造方法の一例を図１３〜図１５を参照して説明する。図１３（ａ）〜（ｃ）は、パターン層の製造工程を示す断面図、図１４は、ドナー基板上に形成されたパターン層の平面図である。図１５（ａ）、（ｂ）は、パターン層の接合工程を示す断面図である。
【００８３】
（１）パターン層の形成
まず、図１３（ａ）に示すように、導電性を有する材料からなるドナー基板１４を準備する。ドナー基板１４として、例えば、ステンレス鋼等の鉄系の金属や、銅等の非鉄系の金属を用いることができる。本実施の形態では、ステンレス鋼を用いる。ドナー基板１４の表面は、離型性を高めるため、鏡面研磨した方が好ましい。ドナー基板１４の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）は、１０ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以下がより好ましい。表面粗さの計測は、原子間力顕微鏡、白色干渉計、触針式表面プロファイラ等を用いることができる。
【００８４】
次に、ドナー基板１４の上にドライフィルムからなるレジスト１５を貼付する。次に、所定のパターンを有するフォトマスクをレジスト１５の上に設置し、図示しない露光手段によりフォトマスクの開口を通してレジスト１５を露光する。これにより、目的のパターン層の形状に対応したポジネガ反転によるレジストパターンが形成される。
【００８５】
次に、レジスト１５がパターニングされたドナー基板１４をめっき浴に浸し、電解メッキにより、レジスト１５の開口にニッケルまたはニッケル合金製のＮｉ膜１６を厚さ２５μｍ着膜する。なお、Ｎｉ膜１６の厚さは５〜１００μｍでも可能である。
【００８６】
次に、図１３（ｂ）に示すように、レジスト１５を有機溶剤による剥離液で除去した後、Ｎｉ膜１６の表面にスパッタリング法によりＡｌ膜１７を０．５μｍ着膜する。
【００８７】
次に、図１３（ｃ）に示すように、陽極酸化法により全てのＡｌ膜１７に多数の細孔４aを有する触媒担持層４を形成する。これにより、図１４に示すパターン層３Ａ〜３Ｄが形成される。給電はステンレス鋼製のドナー基板１４をそのまま使う。
【００８８】
パターン層３Ａ〜３Ｄに形成された流路のうち、導入路３３ａ，３３ｂ、反応部３４、混合部３５の幅は、例えば、１００μｍであり、入口３０ａ，３０ｂ、出口３１、貫通孔３２ａ〜３２ｈの径は、例えば、１５０μｍである。
【００８９】
（２）接合工程
次に、第１乃至第４のパターン層３Ａ〜３Ｄが形成されたドナー基板１４を図示しない真空槽内の下部ステージ上に配置し、ターゲット基板２を上部ステージ上に配置する。次に、真空槽内を排気し、高真空状態あるいは超真空状態にする。
【００９０】
次に、下部ステージを移動させてターゲット基板２をドナー基板１４の第１のパターン層３Ａ上に位置決めし、ドナー基板１４の表面、およびターゲット基板２の表面をＡｒガスを照射して清浄化する。
【００９１】
次に、上部ステージを移動させてターゲット基板２を降下させ、ターゲット基板２と第１のパターン層３Ａとを圧接して常温接合する。次に、図１５（ａ）に示すように、上部ステージを移動させてターゲット基板２を上昇させて第１のパターン層３Ａをターゲット基板２に転写させる。このとき、ドナー基板１４に触媒担持層４の一部が残る。
【００９２】
以後、前述したのと同様に、ドナー基板１４とターゲット基板２との接離動作を繰り返すことにより、図１５（ｂ）に示すように、ターゲット基板２上に第１乃至第４のパターン層３Ａ〜３Ｄが積層状態で接合されて微細流路構造体１が製造される。アルミナの触媒担持層４とＮｉ膜１６とは異種金属であるが、常温接合が可能である。
【００９３】
（３）触媒の充填
第１および第２の入口３０ａ，３０ｂから第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂ、混合部３５、および反応部３４に触媒５を含む溶液を流す。触媒担持層４の細孔４ａに触媒５が充填される。本実施の形態では、反応部３４および混合部３５の底面と側面に触媒５が担持される。
【００９４】
（第３の実施の形態の動作）
次に、第３の実施の形態に係る微細流路構造体１の動作を説明する。第１の入口３０ａから第１の原料液Ｌ１を導入し、第２の入口３０ｂから第２の原料液Ｌ２を導入すると、第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２は、第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂを層流で流れて合流し、混合部３５を層流で移動し、貫通孔３２ｃ、３２ｅ、３２ｇを経由して反応部３４を層流で移動する。第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２が混合部３５を流れるとき、原料液Ｌ１，Ｌ２の界面で混合される。この混合は、例えば、触媒５によって促進される。また、第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２が反応部３４を流れるとき、原料液Ｌ１，Ｌ２の界面で反応する。この反応は、例えば、触媒５によって促進される。反応によって得られた反応液Ｍは、貫通孔３２ｈ、３２ｆ、３２ｄを経由して出口３１から排出される。
【００９５】
［第４の実施の形態］
図１６は、本発明の第４の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図１６（ａ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ線に対応する断面図、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）のＩ部拡大図、図１６（ｃ）は、図１６（ａ）のＪ部拡大図である。
【００９６】
本実施の形態は、電鋳法によって第１乃至第４のパターン層３Ａ〜３Ｄを形成したものであり、第１乃至第４のパターン層３Ａ〜３Ｄは、ニッケルまたはニッケル合金製のＮｉ膜１６からなり、第１および第２のパターン層３Ａ，３ＢのＮｉ膜１６の表面に触媒担持層４を形成している。触媒５は、流路（ここでは反応部３４）の底面および側面に露出する触媒担持層４の部分のみに担持されている。
【００９７】
（第４の実施の形態の製造方法）
次に、第４の実施の形態に係る微細流路構造体１の製造方法の一例を図１７〜図１９を参照して説明する。図１７（ａ）〜（ｃ）は、パターン層の製造工程を示す断面図、図１８は、ドナー基板上に形成されたパターン層の平面図である。図１９（ａ）、（ｂ）は、パターン層の接合工程を示す断面図である。
【００９８】
（１）パターン層の形成
まず、図１７（ａ）に示すように、ステンレス鋼からなるドナー基板１４を準備する。次に、ドナー基板１４の上にドライフィルムからなるレジスト１５を貼付する。次に、レジスト１５を図示しない露光手段により所定のパターンで露光する。次に、レジスト１５がパターニングされたドナー基板１４をめっき浴に浸し、電解メッキにより、レジスト１５の開口にニッケルまたはニッケル合金製のＮｉ膜１６を厚さ２５μｍ着膜する。
【００９９】
次に、図１７（ｂ）に示すように、レジスト１５を有機溶剤による剥離液で除去した後、Ｎｉ膜１６の表面にスパッタリング法によりＡｌ膜１７を０．５μｍ着膜する。
【０１００】
次に、図１７（ｃ）に示すように、第３および第４のパターン層３Ｃ，３Ｄの表面をレジスト、マスキングテープ等によるマスク１８により覆う。陽極酸化法により第１および第２のパターン層３Ａ，３ＢのＡｌ膜１７に多数の細孔４ａを有する触媒担持層４を形成する。これにより、図１８に示すパターン層３Ａ〜３Ｄが形成される。給電はステンレス鋼製のドナー基板１４をそのまま使う。
【０１０１】
パターン層３Ａ〜３Ｄに形成された流路のうち、導入路３３ａ，３３ｂ、反応部３４、混合部３５の幅は、例えば、１００μｍであり、入口３０ａ，３０ｂ、出口３１、貫通孔３２ａ〜３２ｈの径は、例えば、１５０μｍである。
【０１０２】
（２）接合工程
次に、第１乃至第４のパターン層３Ａ〜３Ｄが形成されたドナー基板１４を図示しない真空槽内の下部ステージ上に配置し、ターゲット基板２を上部ステージ上に配置する。次に、真空槽内を排気し、高真空状態あるいは超真空状態にする。
【０１０３】
次に、下部ステージを移動させてターゲット基板２をドナー基板１４の第１のパターン層３Ａ上に位置決めし、ドナー基板１４の表面、およびターゲット基板２の表面をＡｒガスを照射して清浄化する。
【０１０４】
次に、上部ステージを移動させてターゲット基板２を降下させ、ターゲット基板２と第１のパターン層３Ａとを圧接して常温接合する。次に、図１９（ａ）に示すように、上部ステージを移動させてターゲット基板２を上昇させて第１のパターン層３Ａをターゲット基板２に転写させる。このとき、ドナー基板１４に触媒担持層４の一部が残る。
【０１０５】
以後、前述したのと同様に、ドナー基板１４とターゲット基板２との接離動作を繰り返すことにより、図１９（ｂ）に示すように、ターゲット基板２上に第１乃至第４のパターン層３Ａ〜３Ｄが積層状態で接合されて微細流路構造体１が製造される。アルミナの触媒担持層４とＮｉ膜１６とは異種金属であるが、常温接合が可能である。
【０１０６】
（３）触媒の充填
第１および第２の入口３０ａ，３０ｂから第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂ、混合部３５、および反応部３４に触媒５を含む溶液を流す。触媒担持層４の細孔４ａに触媒５が充填される。本実施の形態では、反応部３４の底面と側面に触媒５が担持される。
【０１０７】
（第４の実施の形態の動作）
次に、第４の実施の形態に係る微細流路構造体１の動作を説明する。第１の入口３０ａから第１の原料液Ｌ１を導入し、第２の入口３０ｂから第２の原料液Ｌ２を導入すると、第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２は、第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂを層流で流れて合流し、混合部３５を層流で移動し、貫通孔３２ｃ、３２ｅ、３２ｇを経由して反応部３４を層流で移動する。第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２が反応部３４を流れるとき、原料液Ｌ１，Ｌ２の界面で反応する。この反応は、触媒５によって促進される。反応によって得られた反応液Ｍは、貫通孔３２ｈ、３２ｆ、３２ｄを経由して出口３１から排出される。
【０１０８】
［第５の実施の形態］
図２０は、本発明の第５の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図２０（ａ）は斜視図、図２０（ｂ）は分解斜視図である。なお、図２０（ｂ）のＫ１−Ｋ１線、Ｋ２−Ｋ２線は、図２０（ａ）のＫ−Ｋ線に対応する断面位置を示す。
【０１０９】
第４の実施の形態は、一部のパターン層に触媒担持層を形成したが、本実施の形態は、パターン層の一部に触媒担持層を形成したものである。
【０１１０】
この微細流路構造体１は、ターゲット基板（厚板部材）２と、ターゲット基板２に接合された第１のパターン層（薄板部材）３Ａと、第１のパターン層３Ａに接合された第２のパターン層（薄板部材）３Ｂとを有し、各パターン層３Ａ，３Ｂに形成された開口が連通して３次元の流路を構成している。
【０１１１】
図２１（ａ）は、図２０（ａ）のＫ−Ｋ線断面図、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）のＬ部拡大図、図２１（ｃ）は、図２１（ａ）のＭ部拡大図である。
【０１１２】
本実施の形態は、電鋳法によってニッケルまたはニッケル合金製のＮｉ膜１６からなる第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂを形成し、第１および第２のパターン層３Ａ，３ＢのＮｉ層１６の一部に触媒担持層４を形成している。すなわち、第１のパターン層３Ａの反応部３４の側面およびその周辺に触媒担持層４を形成し、第２のパターン層３Ｂの反応部３４の底面およびその周辺に触媒担持層４を形成している。
【０１１３】
（第５の実施の形態の製造方法）
次に、第５の実施の形態に係る微細流路構造体１の製造方法の一例を図２２〜図２４を参照して説明する。図２２（ａ）〜（ｃ）は、パターン層の製造工程を示す断面図、図２３は、ドナー基板上に形成されたパターン層の平面図である。図２４（ａ）、（ｂ）は、パターン層の接合工程を示す断面図である。
【０１１４】
（１）パターン層の形成
まず、図２２（ａ）に示すように、ステンレス鋼からなるドナー基板１４を準備する。次に、ドナー基板１４の上にドライフィルムからなるレジスト１５を貼付する。次に、レジスト１５を図示しない露光手段により所定のパターンで露光する。次に、レジスト１５がパターニングされたドナー基板１４をめっき浴に浸し、電解メッキにより、レジスト１５の開口にニッケルまたはニッケル合金製のＮｉ膜１６を厚さ２５μｍ着膜する。
【０１１５】
次に、図２２（ｂ）に示すように、レジスト１５を有機溶剤による剥離液で除去した後、Ｎｉ膜１６の表面にスパッタリング法によりＡｌ膜１７を０．５μｍ着膜する。
【０１１６】
次に、図２２（ｃ）に示すように、ペン鍍金装置により第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂの表面の一部に触媒担持層４を形成する。すなわち、ペンを用いてＡｌ膜１７を部分的に電解液に触れさせて陽極酸化させる。陽極酸化する領域は、第１のパターン層３Ａの反応部３４の側面およびその周面のＡｌ膜１７と、第２のパターン層３Ｂの反応部３４の底面に対応する面およびその周辺のＡｌ膜１７である。これにより、図２３に示すパターン層３Ａ，３Ｂが形成される。なお、第４の実施の形態のように陽極酸化させない領域をマスクで覆ってもよい。
【０１１７】
（２）接合工程
次に、第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂが形成されたドナー基板１４を図示しない真空槽内の下部ステージ上に配置し、ターゲット基板２を上部ステージ上に配置する。次に、真空槽内を排気し、高真空状態あるいは超真空状態にする。
【０１１８】
次に、下部ステージを移動させてターゲット基板２をドナー基板１４の第１のパターン層３Ａ上に位置決めし、ドナー基板１４の表面、およびターゲット基板２の表面をＡｒガスを照射して清浄化する。
【０１１９】
次に、上部ステージを移動させてターゲット基板２を降下させ、ターゲット基板２と第１のパターン層３Ａとを圧接して常温接合する。次に、図２４（ａ）に示すように、上部ステージを移動させてターゲット基板２を上昇させて第１のパターン層３Ａをターゲット基板２に転写させる。このとき、ドナー基板１４に触媒担持層４の一部が残る。
【０１２０】
以後、前述したのと同様に、ドナー基板１４とターゲット基板２との接離動作を繰り返すことにより、図２４（ｂ）に示すように、ターゲット基板２上に第１および第２のパターン層３Ａ，３Ｂが積層状態で接合されて微細流路構造体１が製造される。アルミナの触媒担持層４とＮｉ膜１６とは異種金属であるが、常温接合が可能である。
【０１２１】
（３）触媒の充填
第１および第２の入口３０ａ，３０ｂから第１および第２の導入路３３ａ，３３ｂ、混合部３５、および反応部３４に触媒５を含む溶液を流す。触媒担持層４の細孔４ａに触媒５が充填される。本実施の形態では、反応部３４の底面と側面に触媒５が担持される。
【０１２２】
（第５の実施の形態の動作）
次に、第５の実施の形態に係る微細流路構造体１の動作を説明する。第１の入口３０ａから第１の原料液Ｌ１を導入し、第２の入口３０ｂから第２の原料液Ｌ２を導入すると、第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２は、第１の実施の形態と同様に、第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２が反応部３４を流れるとき、原料液Ｌ１，Ｌ２の界面で反応する。この反応は、例えば、触媒５によって促進される。反応によって得られた反応液Ｍは、出口３１から排出される。
【０１２３】
［第６の実施の形態］
図２５は、本発明の第６の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図２５（ａ）は斜視図、図２５（ｂ）は分解斜視図である。なお、図２５（ｂ）のＮ１−Ｎ１線、Ｎ２−Ｎ２線は、図２５（ａ）のＮ−Ｎ線に対応する断面位置を示す。図２６（ａ）は、図２５（ａ）のＮ−Ｎ線断面図、図２６（ｂ）は、図２６（ａ）のＯ部拡大図、図２６（ｃ）は、図２６（ａ）のＰ部拡大図である。
【０１２４】
本実施の形態は、第５の実施の形態に対して第１のパターン層３Ａの反応部３４を高温側反応部３４Ａと低温側反応部３４Ｂから構成し、高温側反応部３４Ａと低温側反応部３４Ｂとの間に断熱部３６を設けたものであり、他は第５の実施の形態と同様に構成されている。
【０１２５】
高温側反応部３４Ａは、第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２が高温域（例えば６０℃〜８０℃）で反応する流路であり、低温側反応部３４Ｂは、第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２が低温域（例えば３０℃〜５０℃）で反応する流路である。
【０１２６】
断熱部３６は、高温側反応部３４Ａと低温側反応部３４Ｂとの間の熱伝導を遮断する密閉空間、例えば、真空となっている。
【０１２７】
触媒担持層４は、第１のパターン層３Ａの低温側反応部３４Ｂの側面およびその周辺と、第２のパターン層３Ｂの低温側反応部３４Ｂの底面に相当する面およびその周辺とに形成され、低温側反応部３４Ｂの底面および側面に露出する触媒担持層４の部分にのみ触媒５が担持されている。
【０１２８】
（第６の実施の形態の動作）
次に、第６の実施の形態に係る微細流路構造体１の動作を説明する。第１の入口３０ａから第１の原料液Ｌ１を導入し、第２の入口３０ｂから第２の原料液Ｌ２を導入すると、第１および第２の原料液Ｌ１，Ｌ２は、高温側反応部３４Ａおよび低温側反応部３４Ｂを流れるとき、原料液Ｌ１，Ｌ２の界面で反応する。また、原料液Ｌ１，Ｌ２が低温側反応部３４Ｂを流れるとき、原料液Ｌ１，Ｌ２の界面での反応は、例えば、触媒５によって促進される。反応によって得られた反応液Ｍは、出口３１から排出される。
【０１２９】
［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、その発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々と変形実施が可能である。発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。
【０１３０】
例えば、上記各実施の形態では、触媒は反応を促進する場合に使用したが、触媒と原料液との反応に使用してもよい。また、上記各実施の形態では、対象流体を液体としたが、気体でもよい。触媒担持層を形成するための陽極酸化法は、一例に過ぎず、他の公知の細孔形成技術を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は分解斜視図である。
【図２】図２（ａ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ部拡大図、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＣ部拡大図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、パターン層の製造工程を示す断面図である。
【図４】図４は、ドナー基板上に形成されたパターン層の平面図である。
【図５Ａ】図５Ａ（ａ）〜（ｃ）は、パターン層の接合工程を示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂ（ｄ）〜（ｆ）は、パターン層の接合工程を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は分解斜視図である。
【図７】図７（ａ）は、図６（ａ）におけるＤ−Ｄ線断面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＥ部拡大図、図７（ｃ）は、図７（ａ）のＦ部拡大図である。
【図８】図８（ａ）、（ｂ）は、パターン層の製造工程を示す断面図である。
【図９】図９は、ドナー基板上に形成されたパターン層の平面図である。
【図１０】図１０は、パターン層の製造工程を示す断面図である。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｄ）は、パターン層の接合工程を示す断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第３の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図１２（ａ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ線に対応する断面図、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＧ部拡大図、図１２（ｃ）は、図１２（ａ）のＨ部拡大図である。
【図１３】図１３（ａ）〜（ｃ）は、パターン層の製造工程を示す断面図である。
【図１４】図１４は、ドナー基板上に形成されたパターン層の平面図である。
【図１５】図１５（ａ）、（ｂ）は、パターン層の接合工程を示す断面図である。
【図１６】図１６は、本発明の第４の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図１６（ａ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ線に対応する断面図、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）のＩ部拡大図、図１６（ｃ）は、図１６（ａ）のＪ部拡大図である。
【図１７】図１７（ａ）〜（ｃ）は、パターン層の製造工程を示す断面図である。
【図１８】図１８は、ドナー基板上に形成されたパターン層の平面図である。
【図１９】図１９（ａ）、（ｂ）は、パターン層の接合工程を示す断面図である。
【図２０】図２０は、本発明の第５の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図２０（ａ）は斜視図、図２０（ｂ）は分解斜視図である。
【図２１】図２１（ａ）は、図２０（ａ）のＫ−Ｋ線断面図、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）のＬ部拡大図、図２１（ｃ）は、図２１（ａ）のＭ部拡大図である。
【図２２】図２２（ａ）〜（ｃ）は、パターン層の製造工程を示す断面図である。
【図２３】図２３は、ドナー基板上に形成されたパターン層の平面図である。
【図２４】図２４（ａ）、（ｂ）は、パターン層の接合工程を示す断面図である。
【図２５】図２５は、本発明の第６の実施の形態に係る微細流路構造体の模式図であり、図２５（ａ）は斜視図、図２５（ｂ）は分解斜視図である。
【図２６】図２６（ａ）は、図２５（ａ）のＮ−Ｎ線断面図、図２６（ｂ）は、図２６（ａ）のＯ部拡大図、図２６（ｃ）は、図２６（ａ）のＰ部拡大図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１ 微細流路構造体
２ ターゲット基板
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ パターン層
４ 触媒担持層
４ａ 細孔
５ 触媒
１１，１４ ドナー基板
１２ 離型層
１３，１７ Ａｌ膜
１５ レジスト
１６ Ｎｉ膜
３０ａ 第１の入口
３０ｂ 第２の入口
３１ 出口
３２ａ〜３２ｈ 貫通孔
３３ａ 第１の導入路
３３ｂ 第２の導入路
３４ 反応部
３４Ａ 高温側反応部
３４Ｂ 低温側反応部
３５ 混合部
Ｌ１ 第１の原料液
Ｌ２ 第２の原料液
Ｍ 反応液
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口を有し、表面に触媒担持層が形成された複数の薄板部材を準備する準備工程と、
準備された前記複数の薄板部材の面を清浄化し、前記複数の薄板部材の前記面同士を直接接触させることにより、前記複数の薄板部材を接合して積層し、前記複数の薄板部材の積層により前記開口が連通して流路を形成する接合工程と、
前記流路に露出する前記触媒担持層に触媒を担持させる触媒担持工程とを含むことを特徴とする微細流路構造体の製造方法。
【請求項２】
前記準備工程は、表面に触媒担持層が形成された前記複数の薄板部材をドナー基板上に形成し、
前記接合工程は、前記ドナー基板とターゲット基板との接離動作を繰り返すことにより、前記複数の薄板部材を前記ドナー基板から前記ターゲット基板上に順次転写し、前記ターゲット基板上に前記複数の薄板部材を積層状態で接合させることを特徴とする請求項１に記載の微細流路構造体の製造方法。
【請求項３】
前記準備工程は、
前記ドナー基板上に薄板部材用素材を形成する薄板部材用素材形成工程と、
前記薄板部材用素材の表面に触媒担持層を形成する触媒担持層形成工程と、
前記薄板部材用素材をパターニングし、前記開口および前記薄板部材の輪郭に対応したパターンを有する前記複数の薄板部材を形成する薄板部材形成工程とを含むことを特徴とする請求項２に記載の微細流路構造体の製造方法。
【請求項４】
前記準備工程は、
前記ドナー基板上に薄板部材用素材を形成する薄板部材用素材形成工程と、
前記薄板部材用素材をパターニングし、前記開口および前記薄板部材の輪郭に対応したパターンを有する前記複数の薄板部材を形成する薄板部材形成工程と、
前記複数の薄板部材の表面に触媒担持層を形成する触媒担持層形成工程とを含むことを特徴とする請求項２に記載の微細流路構造体の製造方法。
【請求項５】
前記準備工程は、
導電性を有する前記ドナー基板上に電鋳法により金属からなる前記複数の薄板部材を形成する薄板部材形成工程と、
前記複数の薄板部材の表面に触媒担持層を形成する触媒担持層形成工程とを含むことを特徴とする請求項２に記載の微細流路構造体の製造方法。
【請求項６】
前記触媒担持層形成工程は、前記流路の途中に設けられた反応部の側面を有する前記薄板部材の表面、および前記反応部の底面を有する前記薄板部材の表面に前記触媒担持層を形成する触媒担持層形成工程を含むことを特徴とする請求項４又は５に記載の微細流路構造体の製造方法。
【請求項７】
前記触媒担持層形成工程は、前記流路の途中に設けられた反応部の側面を有する前記薄板部材の前記側面およびその周辺、および前記反応部の底面を有する前記薄板部材の前記底面およびその周辺に前記触媒担持層を形成する触媒担持層形成工程を含むことを特徴とする請求項４又は５に記載の微細流路構造体の製造方法。
【請求項８】
前記薄膜部材形成工程は、前記複数の薄板部材を電鋳法で第１の金属により形成し、
前記触媒担持層形成工程は、前記第１の金属の表面に第２の金属による金属膜を形成し、陽極酸化法により前記金属膜に前記触媒担持層を形成することを備えたことを特徴とする請求項６又は７に記載の微細流路構造体の製造方法。
【請求項９】
前記第１の金属は、ニッケルまたはニッケル合金であり、
前記第２の金属は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする請求項８に記載の微細流路構造体の製造方法。
【請求項１０】
前記触媒担持層形成工程は、陽極酸化法により複数の細孔を有する前記触媒担持層を形成することを特徴とする請求項１に記載の微細流路構造体の製造方法。
【請求項１１】
積層状態で接合された複数の薄板部材であって、前記複数の薄板部材の全部または２以上の薄板部材に開口が形成され、前記薄板部材間の前記開口が連通して３次元の流路を構成する複数の薄板部材と、
前記流路の途中に設けられた反応部の壁面に形成された触媒担持層と、
前記流路に露出する前記触媒担持層に担持された触媒とを備えたことを特徴とする微細流路構造体。
【請求項１２】
さらに、前記複数の薄板部材に接合され、前記薄板部材よりも厚さの厚い厚板部材を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の微細流路構造体。
【請求項１】
開口を有し、表面に触媒担持層が形成された複数の薄板部材を準備する準備工程と、
準備された前記複数の薄板部材の面を清浄化し、前記複数の薄板部材の前記面同士を直接接触させることにより、前記複数の薄板部材を接合して積層し、前記複数の薄板部材の積層により前記開口が連通して流路を形成する接合工程と、
前記流路に露出する前記触媒担持層に触媒を担持させる触媒担持工程とを含むことを特徴とする微細流路構造体の製造方法。
【請求項２】
前記準備工程は、表面に触媒担持層が形成された前記複数の薄板部材をドナー基板上に形成し、
前記接合工程は、前記ドナー基板とターゲット基板との接離動作を繰り返すことにより、前記複数の薄板部材を前記ドナー基板から前記ターゲット基板上に順次転写し、前記ターゲット基板上に前記複数の薄板部材を積層状態で接合させることを特徴とする請求項１に記載の微細流路構造体の製造方法。
【請求項３】
前記準備工程は、
前記ドナー基板上に薄板部材用素材を形成する薄板部材用素材形成工程と、
前記薄板部材用素材の表面に触媒担持層を形成する触媒担持層形成工程と、
前記薄板部材用素材をパターニングし、前記開口および前記薄板部材の輪郭に対応したパターンを有する前記複数の薄板部材を形成する薄板部材形成工程とを含むことを特徴とする請求項２に記載の微細流路構造体の製造方法。
【請求項４】
前記準備工程は、
前記ドナー基板上に薄板部材用素材を形成する薄板部材用素材形成工程と、
前記薄板部材用素材をパターニングし、前記開口および前記薄板部材の輪郭に対応したパターンを有する前記複数の薄板部材を形成する薄板部材形成工程と、
前記複数の薄板部材の表面に触媒担持層を形成する触媒担持層形成工程とを含むことを特徴とする請求項２に記載の微細流路構造体の製造方法。
【請求項５】
前記準備工程は、
導電性を有する前記ドナー基板上に電鋳法により金属からなる前記複数の薄板部材を形成する薄板部材形成工程と、
前記複数の薄板部材の表面に触媒担持層を形成する触媒担持層形成工程とを含むことを特徴とする請求項２に記載の微細流路構造体の製造方法。
【請求項６】
前記触媒担持層形成工程は、前記流路の途中に設けられた反応部の側面を有する前記薄板部材の表面、および前記反応部の底面を有する前記薄板部材の表面に前記触媒担持層を形成する触媒担持層形成工程を含むことを特徴とする請求項４又は５に記載の微細流路構造体の製造方法。
【請求項７】
前記触媒担持層形成工程は、前記流路の途中に設けられた反応部の側面を有する前記薄板部材の前記側面およびその周辺、および前記反応部の底面を有する前記薄板部材の前記底面およびその周辺に前記触媒担持層を形成する触媒担持層形成工程を含むことを特徴とする請求項４又は５に記載の微細流路構造体の製造方法。
【請求項８】
前記薄膜部材形成工程は、前記複数の薄板部材を電鋳法で第１の金属により形成し、
前記触媒担持層形成工程は、前記第１の金属の表面に第２の金属による金属膜を形成し、陽極酸化法により前記金属膜に前記触媒担持層を形成することを備えたことを特徴とする請求項６又は７に記載の微細流路構造体の製造方法。
【請求項９】
前記第１の金属は、ニッケルまたはニッケル合金であり、
前記第２の金属は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする請求項８に記載の微細流路構造体の製造方法。
【請求項１０】
前記触媒担持層形成工程は、陽極酸化法により複数の細孔を有する前記触媒担持層を形成することを特徴とする請求項１に記載の微細流路構造体の製造方法。
【請求項１１】
積層状態で接合された複数の薄板部材であって、前記複数の薄板部材の全部または２以上の薄板部材に開口が形成され、前記薄板部材間の前記開口が連通して３次元の流路を構成する複数の薄板部材と、
前記流路の途中に設けられた反応部の壁面に形成された触媒担持層と、
前記流路に露出する前記触媒担持層に担持された触媒とを備えたことを特徴とする微細流路構造体。
【請求項１２】
さらに、前記複数の薄板部材に接合され、前記薄板部材よりも厚さの厚い厚板部材を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の微細流路構造体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２００８−２１２８１１（Ｐ２００８−２１２８１１Ａ）
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５３０８０（Ｐ２００７−５３０８０）
【出願日】平成１９年３月２日（２００７．３．２）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２日（２００７．３．２）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
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