(57)【要約】三次元構造のフルオロカーボン微小構造体を容易に作製できるフルオロカーボン微小構造体の製造方法を提供することを目的とする。基板２をエッチングすることにより貫通孔状からなる所定パターンの膜堆積部９を前記基板２上に形成する第一の加工ステップと、前記膜堆積部９の内周面にフルオロカーボン膜６を形成し、前記フルオロカーボン膜６で取り囲んだフルオロカーボン領域を作製する作製ステップと、前記基板２の前記フルオロカーボン領域以外の所定領域をエッチングすることにより、前記基板２の加工面から突出したフルオロカーボン微小構造体４を作製する第二の加工ステップとを備えるようにしたことより、従来作製し難かった複雑な構造でなる三次元構造のフルオロカーボン微小構造体４を作製でき、かくして三次元構造のフルオロカーボン微小構造体４を備えたマイクロ流路１を容易に製造できる。
2008088067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板をエッチングすることにより凹状または貫通孔状からなる所定パターンの膜堆積部を前記基板上に形成する第一の加工ステップと、
前記膜堆積部の内面にフルオロカーボン膜を形成し、前記フルオロカーボン膜で取り囲んだフルオロカーボン領域を作製する作製ステップと、
前記基板の前記フルオロカーボン領域以外の所定領域をエッチングすることにより、前記基板の加工面から突出したフルオロカーボン微小構造体を作製する第二の加工ステップと
を備えることを特徴とするフルオロカーボン微小構造体の製造方法。
【請求項２】
前記第一の加工ステップは、前記基板上にレジストをパターンニングして前記基板をエッチングし、
前記作製ステップは、前記膜堆積部の内面及び前記レジスト上にフルオロカーボン膜を形成し、
前記作製ステップの後に前記レジストを除去すると共に、前記レジスト上の前記フルオロカーボン膜も除去する除去ステップを備える
ことを特徴とする請求項１記載のフルオロカーボン微小構造体の製造方法。
【請求項３】
前記第二の加工ステップは、前記基板に第二加工ステップ用レジストをパターンニングし、前記基板の前記フルオロカーボン領域以外の所定領域をエッチングする
ことを特徴とする請求項１または２記載のフルオロカーボン微小構造体の製造方法。
【請求項４】
前記第二の加工ステップの前までに前記基板上にシリコン酸化膜がパターニングされており、前記第二の加工ステップは前記シリコン酸化膜をマスクに、前記基板をエッチングする
ことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１記載のフルオロカーボン微小構造体の製造方法。
【請求項５】
基板をエッチングすることにより形成された凹状または貫通孔状からなる所定パターンの膜堆積部の内面に、フルオロカーボン膜が形成され、フルオロカーボン膜で取り囲んだフルオロカーボン領域以外の所定領域をエッチングすることにより、前記基板の加工面から突出して、前記フルオロカーボン膜で取り囲まれたフルオロカーボン微小構造体本体が形成される
ことを特徴とするフルオロカーボン微小構造体。
【請求項６】
基板をエッチングすることにより形成された凹状または貫通孔状からなる所定パターンの膜堆積部の内面に、フルオロカーボン膜が形成され、フルオロカーボン膜で取り囲んだフルオロカーボン領域以外の所定領域をエッチングすることにより、前記基板の加工面から突出して形成される、前記フルオロカーボン膜で取り囲まれたフルオロカーボン微小構造体を備える
ことを特徴とするマイクロシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フルオロカーボン微小構造体の製造方法、フルオロカーボン微小構造体およびマイクロシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、微細加工技術の発達により従来の化学分析システムを小型化して、基板上に混合、反応、分離および検出などの分析システムを集積したマイクロシステムの研究が注目を集めている。マイクロシステムにおいては、耐薬品性に優れ、タンパク質の吸着が少ないといった特長をもつフルオロカーボン膜が流路の表面保護膜として用いられている。例えば、従来のマイクロシステムでは、耐薬品性が劣るPDMS上にフルオロカーボン膜の１つであるCYTOPTM(旭硝子社製)などをコートし、有機溶剤に対する保護や、蛍光物質吸着の低減も実現されている。また、フルオロカーボン膜をシリコン基板上にパターンニングし、タンパク質を特定の場所に固定する技術も報告されている。【０００３】
一方、特開平１１−１２１４３８号公報（特許文献１）では、エッチング中にレジスト膜上に堆積するCFポリマー膜の炭素／フッ素比が１．１〜１．８であることを特徴とするプラズマエッチング方法が開示されている。この方法によれば、基板平面上にフルオロカーボン膜を成膜し、このフルオロカーボン膜を保護膜として使用している。
【特許文献１】特開平１１−１２１４３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術では、耐薬品性に優れ、タンパク質の吸着が少ないといった特長をもつフルオロカーボン膜を保護膜として利用するに留まるため、その形状は被保護部材の形状に制約を受け、その結果三次元構造のフルオロカーボン微小構造体を作製しにくいという問題があった。【０００５】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、三次元構造のフルオロカーボン微小構造体を容易に作製できるフルオロカーボン微小構造体の製造方法を提供することを目的とし、また、三次元構造のフルオロカーボン微小構造体および三次元構造のフルオロカーボン微小構造体を備えたマイクロシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、エッチング加工技術に工夫を加えることにより考え出されたものである。すなわち、本発明は以下の通りである。【０００７】
本発明の請求項１記載のフルオロカーボン微小構造体の製造方法は、基板をエッチングすることにより凹状または貫通孔状からなる所定パターンの膜堆積部を前記基板上に形成する第一の加工ステップと、前記膜堆積部の内面にフルオロカーボン膜を形成し、前記フルオロカーボン膜で取り囲んだフルオロカーボン領域を作製する作製ステップと、前記基板の前記フルオロカーボン領域以外の所定領域をエッチングすることにより、前記基板の加工面から突出したフルオロカーボン微小構造体を作製する第二の加工ステップとを備えることを特徴とするものである。【０００８】
本発明の請求項２記載のフルオロカーボン微小構造体の製造方法は、前記第一の加工ステップは、前記基板上にレジストをパターンニングして前記基板をエッチングし、前記作製ステップは、前記膜堆積部の内面及び前記レジスト上にフルオロカーボン膜を形成し、前記作製ステップの後に前記レジストを除去すると共に、前記レジスト上の前記フルオロカーボン膜も除去する除去ステップを備えることを特徴とするものである。【０００９】
本発明の請求項３記載のフルオロカーボン微小構造体の製造方法は、前記第二の加工ステップは、前記基板に第二加工ステップ用レジストをパターンニングし、前記基板の前記フルオロカーボン領域以外の所定領域をエッチングすることを特徴とするものである。【００１０】
本発明の請求項４記載のフルオロカーボン微小構造体の製造方法は、前記第二の加工ステップの前までに前記基板上にシリコン酸化膜がパターニングされており、前記第二の加工ステップは前記シリコン酸化膜をマスクに、前記基板をエッチングすることを特徴とするものである。【００１１】
本発明の請求項５記載のフルオロカーボン微小構造体は、基板をエッチングすることにより形成された凹状または貫通孔状からなる所定パターンの膜堆積部の内面に、フルオロカーボン膜が形成され、フルオロカーボン膜で取り囲んだフルオロカーボン領域以外の所定領域をエッチングすることにより、前記基板の加工面から突出して、前記フルオロカーボン膜で取り囲まれたフルオロカーボン微小構造体本体が形成されることを特徴とするものである。【００１２】
本発明の請求項６記載のマイクロ化学システムは、基板をエッチングすることにより形成された凹状または貫通孔状からなる所定パターンの膜堆積部の内面に、フルオロカーボン膜が形成され、フルオロカーボン膜で取り囲んだフルオロカーボン領域以外の所定領域をエッチングすることにより、前記基板の加工面から突出して形成される、前記フルオロカーボン膜で取り囲まれたフルオロカーボン微小構造体を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、三次元構造のフルオロカーボン微小構造体を容易に作製できるフルオロカーボン微小構造体の製造方法を提供できる。また、三次元構造のフルオロカーボン微小構造体および三次元構造のフルオロカーボン微小構造体を備えたマイクロシステムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態のマイクロ流路の概観図である。
【図２】図１の破線部分の断面構成を示した詳細断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態のマイクロ流路の製造プロセス一部を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態のマイクロ流路の製造プロセス一部を示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の変形例のマイクロ流路の製造プロセス一部を示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の変形例のマイクロ流路の製造プロセス一部を示す断面図である
【図７】本発明の第１の実施形態のマイクロ流路の電子顕微鏡写真である。
【図８】本発明の第２の実施形態のマイクロ流路の製造プロセス一部を示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態のマイクロ流路の製造プロセス一部を示す断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態の変形例のマイクロ流路の製造プロセス一部を示す断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態の変形例のマイクロ流路の製造プロセス一部を示す断面図である
【図１２】本発明の第２の実施形態のマイクロ流路の電子顕微鏡写真である。
【図１３】本発明の第３の実施形態の細胞培養システムの概観図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態の細胞培養システムの上面図および下面図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態の細胞培養システムの断面図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態の細胞培養システムの電子顕微鏡写真である。
【図１７】本発明の第４の実施形態の単一細胞固定マイクロシステムの概観図である。
【図１８】本発明の第４の実施形態の単一細胞固定マイクロシステムの製造プロセス一部を示す断面図である。
【図１９】本発明の第４の実施形態の単一細胞固定マイクロシステムの断面図である。
【図２０】本発明の第４の実施形態の単一細胞固定マイクロシステムムの電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下図面に基づいて本発明の実施の形態を詳述する。
（１）第１の実施形態
図１に本発明の第１の実施形態によるマイクロシステムの１つであるマイクロ流路の概観図を示す。図１において、１は全体として第１の実施形態によるマイクロ流路を示し、当該マイクロ流路１は、基板２の一面に形成された凹んだ流路部３と、当該流路部３上に形成された複数のフルオロカーボン微小構造体４とが設けられた構成を有する。【００１６】
基板２は、各種の微細加工技術により流路部３を加工、設置できるものであればよく、シリコン半導体基板、ＧａＡｓ基板等の化合物半導体、ＳＯＩ構造を有する半導体基板、絶縁性基板を用いることができる。この基板２の大きさは特に限定されず、上記流路部３と複数のフルオロカーボン微小構造体４との大きさに応じて、例えば0.1μｍ〜10mm程度の大きさであれば良い。また、流路部３の幅や深さも特に限定されるものではないが、この場合、例えば幅２００μｍ程度、深さ５０〜１００μｍ程度に選定されている。【００１７】
図２は、図１の破線部分の断面構成を示した詳細断面図である。図２に示したように、実際上、フルオロカーボン微小構造体４は、基板２に形成された膜堆積部９上に配置され、筒状に形成された筒型３次元構造を有する。【００１８】
以上のようなマイクロ流路１は、以下のプロセスで製造することができる。【００１９】
図３、図４にマイクロ流路１の製造プロセスの概略を示す。まず基板２に貫通孔状の膜堆積部９を形成するために第一の加工ステップを行う。実際上、この第一の加工ステップでは、基板２の加工面となる一面にレジスト５を塗布し、当該レジスト５をパターンニングした後（図３．(a）)、例えば、Deep-RIE加工プロセスにより、基板２を貫通した筒状の膜堆積部９を形成する（図３．(ｂ)）。ここでDeep-RIE加工プロセスとは、ドライエッチングによる異方性エッチングプロセスの１つで、ＳＦ６ガスでのエッチングプロセスとＣ４Ｆ８ガスでの側壁保護膜形成プロセスとを交互に繰り返すプロセスである。このとき、膜堆積部９の直径と深さは、例えば、直径30μｍ程度、深さ200μｍ程度に選定され得る。【００２０】
次に、図３（ｃ）に示すように、膜堆積部９の内周面にフルオロカーボン膜６を形成し、前記フルオロカーボン膜６で取り囲んだフルオロカーボン領域を作製する作製ステップを行う。具体的には、Deep-RIE加工プロセスのプロセスガスを変更し、Ｃ４Ｆ８ガスのみでプロセスを行い、膜堆積部９の内表面およびレジスト５の表面にフルオロカーボン膜６を形成する（図３．(ｃ)）。ここで、フルオロカーボンとは、一般に、（?ＣＦ2?）nで表されるＣＦ系の材料である。フルオロカーボン膜６をＣＶＤ法にて成膜するための原料ガスとしては、Ｃ２Ｆ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ４Ｆ８、Ｃ5Ｆ8、Ｃ6Ｆ6等のCxFy(x、yは整数)系ガスを挙げることができる。成膜されたフルオロカーボン膜６中にはＣＨ2Ｆ2、ＣＨＦ3等のように、一部、水素が含まれていてもよい。更に、マスクであるレジスト５は、例えば硫酸と過酸化水素水溶液とで除去する。この時、レジスト５上に堆積しているフルオロカーボン膜６はレジスト５と同時に除去され、これにより筒状の膜堆積部９の内表面全体にフルオロカーボン膜６が残りフルオロカーボン領域が形成され得る（図３．(ｄ)）。【００２１】
最後に、基板２の加工面から突出したフルオロカーボン微小構造体４を作製するための第二の加工ステップを行う。具体的には、基板２の加工面（すなわち一面）の表面に第二加工ステップ用レジスト７を塗布し、当該レジスト７をパターンニングした後（図４．(ａ)）、Deep-RIE加工プロセスによって、基板２の加工面においてフルオロカーボン領域（貫通孔５）以外の領域がエッチングされることにより、流路部３が作製され、これにより基板２の加工面から突出した複数のフルオロカーボン微小構造体４を作製する（図４．(ｂ)）。その後、第二加工ステップ用レジスト７を除去することで、基板２と、当該基板２の加工面から突出したフルオロカーボン微小構造体４とからなるマイクロ流路１を作製し得る（図４．(ｃ)）。このとき、第二加工ステップ用レジスト７を基板２の加工面に塗布し、基板２を加工面から加工すること、あるいは、第二加工ステップ用レジスト７を基板２の他面に塗布し、基板２を他面から加工することができる。また、フルオロカーボン微小構造体４の幅は、第一の加工ステップのレジスト５のパターン寸法あるいはDeep-RIE加工プロセスのエッチング時間により制御することが可能であり、フルオロカーボン微小構造体４の膜厚は、作製ステップのＣ４Ｆ８による成膜時間のみで制御することが可能である。【００２２】
上記プロセスによりフルオロカーボン微小構造体４を作製し、電子顕微鏡(VE-8000 Keyence社製)を用いて形状の評価を行った。図７に電子顕微鏡写真を示す。図７からも明らかなように、フルオロカーボン微小構造体４は、筒型三次元構造をしており、その高さがおよそ100 μm程度であって、膜厚が非常に薄いことがわかる。因みに、フルオロカーボン微小構造体４の表面には、スキャロップ(scallop)と言われるDeep-RIE加工プロセス特有の波形形状が形成されていることが確認できる。図４(ｂ)のDeep-RIEプロセスにおいて基板２には、フルオロカーボン微小構造体４以外の領域が所定の深さにエッチングされ、加工面にフルオロカーボン微小構造体４のみがエッチングされずに残り、加工面の流路部３からフルオロカーボン微小構造体４が突出形成できることが確認できた。【００２３】
上述した製造方法によって製造されたマイクロ流路１は、基板２の加工面の所望する位置に流路部３を形成しつつ、所望の形状からなる複数のフルオロカーボン微小構造体４を当該流路部３の所望位置に容易に形成できることから、所望の形状や寸法に形成した流路部３やフルオロカーボン微小構造体４を種々の用途に用いることができる。例えばその一例としては、所定の大きさでなるタンパク質のみを選別したい場合に、流路部３上のフルオロカーボン微小構造体４間を所定の幅寸法に形成しておき、このような流路部３にタンパク質を流すことで、フルオロカーボン微小構造体４間を通過できるタンパク質のみを容易に選別できるという用途がある。【００２４】
以上の構成において、本実施形態のフルオロカーボン微小構造体４の製造方法によれば、基板２をエッチングすることにより貫通孔状からなる所定パターンの膜堆積部９を前記基板２上に形成する第一の加工ステップと、前記膜堆積部９の内周面にフルオロカーボン膜６を形成し、前記フルオロカーボン膜６で取り囲んだフルオロカーボン領域を作製する作製ステップと、前記基板２の前記フルオロカーボン領域以外の所定領域をエッチングすることにより、前記基板２の加工面から突出したフルオロカーボン微小構造体４を作製する第二の加工ステップとを備えるようにしたことより、従来作製し難かった複雑な構造でなる三次元構造のフルオロカーボン微小構造体４を作製でき、かくして三次元構造のフルオロカーボン微小構造体４を備えたマイクロ流路１を容易に製造できる。【００２５】
また、本実施形態のフルオロカーボン微小構造体４の製造方法によれば、前記第一の加工ステップは、前記基板２上にレジスト５をパターンニングして前記基板２をエッチングし、前記作製ステップは、前記膜堆積部９の内周面及び前記レジスト５上にフルオロカーボン膜６を形成し、前記作製ステップの後に前記レジス５トを除去すると共に、前記レジスト上の前記フルオロカーボン膜６も除去する除去ステップを備えるようにしたことより、前記膜堆積部９以外に形成されたフルオロカーボン膜６を容易に除去することができ、かくしてフルオロカーボン微小構造体４以外の部分にフルオロカーボン膜６が残らないマイクロ流路１を製造できる。【００２６】
さらに、本実施形態のフルオロカーボン微小構造体４の製造方法によれば、前記第二の加工ステップが、前記基板２に第二加工ステップ用レジスト７をパターンニングし、前記基板２の前記フルオロカーボン領域以外の所定領域をエッチングするようにしたことにより、前記フルオロカーボン領域以外の所定領域の形状を、フルオロカーボン領域を作製する作製ステップ後に、第二加工ステップ用レジスト７のパターンニングにより決めることができ、製造プロセスの自由度が大きい微小構造体を備えるマイクロシステムであるマイクロ流路１を製造できる。【００２７】
次に、上述したマイクロ流路１の製造プロセスとは異なる製造プロセツについて、図３及び図４との対応部分に同一符号を付して示す図５及び図６を参照して以下説明する。【００２８】
図５及び図６は上述した実施例のマイクロ流路１の製造プロセスの変形例の概略を示す。本変形例では、基板２の両面にシリコン酸化膜10が形成されている。基板２に貫通孔状の膜堆積部９を形成するための第一の加工ステップを行う前に、基板２の一面における流路部３を形成する領域にシリコン酸化膜10のパターニングを行う。具体的には、図５(ａ）に示すように、基板２の一面に形成したシリコン酸化膜10の上にレジスト５を塗布し、当該レジスト５をパターンニングした後、図５(ｂ）に示すようにシリコン酸化膜10をエッチングする。シリコン酸化膜10のエッチングは、例えば、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いて行い、エッチング後にレジスト５を、硫酸と過酸化水素水溶液で除去する。同様に基板２の一面と対向する他面にもレジスト（図示せず）を塗布し、シリコン酸化膜10をエッチングする（図５(ｃ）)。【００２９】
次に、基板２に貫通孔状の膜堆積部９を形成するための第一の加工ステップを行う。本実施例の第一の加工ステップでは、基板２表面に再びレジスト７を塗布し、図５(ｄ）に示すように、当該レジスト７をパターンニングした後、図６(ａ)に示すように、例えばDeep-RIE加工プロセスにより貫通孔状の膜堆積部９を形成する。Deep-RIE加工プロセスで膜堆積部９を形成した後は、レジスト７を硫酸と過酸化水素水溶液とで除去する（図６(ｂ）)。このとき、膜堆積部９の直径と深さとは、例えば直径が30μｍ程度であって、深さが200μｍ程度に選定される。【００３０】
次に、フルオロカーボン膜６で取り囲んだフルオロカーボン領域を膜堆積部９の内周面に作製する作製ステップを行う。具体的には、Deep-RIE加工プロセスをＣ４Ｆ８ガスのみで行い、図６(ｃ)に示すように、膜堆積部９の内周面、基板２の表面およびシリコン酸化膜10の表面にフルオロカーボン膜６を形成する。【００３１】
最後に、基板２の加工面としての他面から突出したフルオロカーボン微小構造体４を作製するための第二の加工ステップを行う。具体的には、Deep-RIE加工プロセスによって、基板２の他面から酸化シリコン10をマスクに、フルオロカーボン領域以外の所定領域をエッチングすることにより流路部３を作製し、これにより基板２の他面から突出した複数のフルオロカーボン微小構造体４を作製する（図６(ｄ)）。かくしてこのような製造方法でも基板２と、当該基板２の加工面から突出したフルオロカーボン微小構造体４とからなるマイクロシステムを作製し得る。このとき、フルオロカーボン微小構造体４の幅は、第一の加工ステップのレジスト７のパターン寸法あるいはDeep-RIE加工プロセスのエッチング時間により制御することが可能であり、フルオロカーボン微小構造体４の本体の膜厚は、作製ステップのＣ４Ｆ８による成膜時間のみで制御することが可能である。【００３２】
以上の構成において、変形例のフルオロカーボン微小構造体４の製造方法によれば、基板２をエッチングすることにより貫通孔状からなる所定パターンの膜堆積部９を前記基板２上に形成する第一の加工ステップと、前記膜堆積部９の内周面にフルオロカーボン膜６を形成し、前記フルオロカーボン膜６で取り囲んだフルオロカーボン領域を作製する作製ステップと、前記基板２の前記フルオロカーボン領域以外の所定領域をエッチングすることにより、前記基板２の加工面から突出したフルオロカーボン微小構造体４を作製する第二の加工ステップとを備えるようにしたことより、従来作製し難かった複雑な構造でなる三次元構造のフルオロカーボン微小構造体４を作製でき、かくして三次元構造のフルオロカーボン微小構造体４を備えたマイクロ流路１を容易に製造できる。【００３３】
また、本実施例のフルオロカーボン微小構造体４の製造方法によれば、前記第二の加工ステップの前までに前記基板２の他面（すなわち加工面）上にシリコン酸化膜がパターニングされており、前記第二の加工ステップは前記シリコン酸化膜をマスクに、前記基板をエッチングするようにしたことより、新たにレジストを塗布やパターニングする工程が不必要となるので、上述した第１の実施形態に比して簡易なプロセスで三次元構造のフルオロカーボン微小構造体を備えたマイクロ流路１を製造できる。
（２）第２の実施形態
図９（ｃ）は、本発明の第２の実施形態によるマイクロ流路21を示し、上述した第１の実施形態によるマイクロ流路1とはフルオロカーボン微小構造体４の形状のみが異なる点で相違する。実際上、フルオロカーボン微小構造体４は、基板22の流路部23上に形成されており、筒状部の上部開口部が天部によって閉塞された構成を有した筒型３次元構造である。【００３４】
以上のようなマイクロシステムとしてのマイクロ流路21は、以下のプロセスで製造することができる。【００３５】
図８および図９にマイクロ流路21の製造プロセスの概略を示す。まず基板22に凹状の膜堆積部29を形成するために第一の加工ステップを行う。実際上、この第一の加工ステップでは、基板22の一面にレジスト25を塗布し、図８(ａ）に示すように、当該レジスト25をパターンニングした後、例えば、上述したDeep-RIE加工プロセスにより、基板22を凹状の膜堆積部29を形成する（図８(ｂ)）。実際上、膜堆積部29は、基板22を貫通することなく、所定深さまでエッチングされることにより有底筒状に形成されている。なお、この実施の形態の場合、膜堆積部29の直径と深さとは、例えば、直径が30μｍ程度であって、深さが150μｍ程度に選定され得る。【００３６】
次に、図８（ｃ）に示すように、前記フルオロカーボン膜26で取り囲んだフルオロカーボン領域を膜堆積部29の内周面および底面に作製する作製ステップを行う。具体的には、Deep-RIE加工プロセスのプロセスガスを変更し、Ｃ４Ｆ８ガスのみでプロセスを行い、膜堆積部29の内周面および底面と、レジスト25の表面とにフルオロカーボン膜26を形成する（図８(ｃ)）。更に、マスクであるレジスト25は、例えば硫酸と過酸化水素水溶液とで除去する。この時、レジスト25上に堆積しているフルオロカーボン膜26はレジスト25と同時に除去される。ここで、この第２の実施の形態では、膜堆積部29が有底筒状に形成されていることにより、当該膜堆積部29の内周面および底面全体にのみフルオロカーボン膜26が残ることにより、膜堆積部29と同様に有底筒状のフルオロカーボン領域が形成され得る（図８(ｄ)）。【００３７】
最後に、基板22の加工面としての他面から突出したフルオロカーボン微小構造体４を作製するための第二の加工ステップを行う。具体的には、基板22の他面の表面に第二加工ステップ用レジスト27を塗布し、図９(ａ)に示すように、当該第二加工ステップ用レジスト27をパターンニングした後、Deep-RIE加工プロセスによって、基板22の他面においてフルオロカーボン領域以外の領域がエッチングされることにより、流路部23が作製され、これにより基板22の他面から突出した複数のフルオロカーボン微小構造体４を作製する（図９(ｂ)）。かくして、この第２の実施形態では、膜堆積部29の形状に基づいて筒状部の上部開口部が天部によって閉塞された筒型３次元構造のフルオロカーボン微小構造体４が基板22の加工面に作製され得る。その後、第二加工ステップ用レジスト27を除去することで、基板22と、当該基板22の加工面から突出し、かつ天部を有したフルオロカーボン微小構造体４とからなるマイクロ流路21を作製し得る（図９(ｃ)）。このとき、第二加工ステップ用レジスト27を基板22の加工面に塗布し、基板２を加工面から加工すること、あるいは、第二加工ステップ用レジスト27を基板22の他面に塗布し、基板22を他面から加工することができる。また、フルオロカーボン微小構造体４の幅は、第一の加工ステップのレジスト25のパターン寸法あるいはDeep-RIE加工プロセスのエッチング時間により制御することが可能であり、フルオロカーボン微小構造体４の膜厚は、作製ステップのＣ４Ｆ８による成膜時間のみで制御することが可能である。【００３８】
なお、上述した製造方法によって製造されたマイクロ流路21によれば、上述した第１の実施形態と同様に、例えば所定の大きさでなるタンパク質のみを選別したい場合に、流路部23上のフルオロカーボン微小構造体４間を所定の幅寸法に形成しておき、このような流路部23にタンパク質を流すことで、フルオロカーボン微小構造体４間を通過できるタンパク質のみを容易に選別できるという用途がある。この場合、フルオロカーボン微小構造体４には、筒状部の上端部が天部により閉塞されていることにより、筒状部内の中空部にタンパク質等が誤って浸入してしまうことを防止できる。【００３９】
以上の構成において、本実施形態のフルオロカーボン微小構造体４の製造方法によれば、基板22をエッチングすることにより凹状からなる所定パターンの膜堆積部29を前記基板22上に形成する第一の加工ステップと、前記膜堆積部29の内面にフルオロカーボン膜26を形成し、前記フルオロカーボン膜26で取り囲んだフルオロカーボン領域を作製する作製ステップと、前記基板22の前記フルオロカーボン領域以外の所定領域をエッチングすることにより、前記基板22の加工面から突出したフルオロカーボン微小構造体４を作製する第二の加工ステップとを備えるようにしたことより、従来作製し難かった複雑な構造でなる三次元構造のフルオロカーボン微小構造体４を作製でき、かくして三次元構造のフルオロカーボン微小構造体４を備えたマイクロ流路21を容易に製造できる。【００４０】
また、本実施形態のフルオロカーボン微小構造体４の製造方法によれば、前記第一の加工ステップは、前記基板22上にレジスト25をパターンニングして前記基板22をエッチングし、前記作製ステップは、前記膜堆積部29の内面及び前記レジスト25上にフルオロカーボン膜26を形成し、前記作製ステップの後に前記レジスト25を除去すると共に、前記レジスト上の前記フルオロカーボン膜26も除去する除去ステップを備えるようにしたことより、前記膜堆積部29以外に形成されたフルオロカーボン膜26を容易に除去することができ、かくしてフルオロカーボン微小構造体４以外の部分にフルオロカーボン膜26が残らないマイクロ流路21を製造できる。【００４１】
さらに、本実施形態のフルオロカーボン微小構造体４の製造方法によれば、前記第二の加工ステップが、前記基板22に第二加工ステップ用レジスト27をパターンニングし、前記基板22の前記フルオロカーボン領域以外の所定領域をエッチングするようにしたことにより、フルオロカーボン領域を作製する作製ステップ後に、前記フルオロカーボン領域以外の所定領域の形状を、第二加工ステップ用レジスト27のパターンニングにより決めることができ、製造プロセスの自由度が大きい微小構造体を備えるマイクロシステムであるマイクロ流路21を製造できる。【００４２】
次に、上述したマイクロ流路21の製造プロセスとは異なる製造プロセツについて、図８及び図９との対応部分に同一符号を付して示す図１０及び図１１を参照して以下説明する。【００４３】
図１０及び図１１は上述した実施例のマイクロ流路21の製造プロセスの変形例の概略を示す。本変形例では、基板22の両面にシリコン酸化膜20が形成されている。基板22に凹状の膜堆積部29を形成するための第一の加工ステップを行う前に、基板22の一面における流路部23を形成する領域にシリコン酸化膜20のパターニングを行う。具体的には、図１０(ａ）に示すように、基板22の一面に形成したシリコン酸化膜20の上にレジスト25を塗布し、当該レジスト25をパターンニングした後、図１０(ｂ）に示すようにシリコン酸化膜20をエッチングする。シリコン酸化膜20のエッチングは、例えば、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いて行い、エッチング後にレジスト25を、硫酸と過酸化水素水溶液で除去する。同様に基板22の一面と対向する他面にもレジスト（図示せず）を塗布し、シリコン酸化膜20をエッチングする（図１０(ｃ）)。【００４４】
次に、基板22に凹状の膜堆積部29を形成するための第一の加工ステップを行う。本実施例の第一の加工ステップでは、基板22表面に再びレジスト27を塗布し、図１０(ｄ）に示すように、当該レジスト27をパターンニングした後、図１１(ａ)に示すように、例えばDeep-RIE加工プロセスにより有底筒状からなる凹状の膜堆積部29を形成する。Deep-RIE加工プロセスで膜堆積部29を形成した後は、レジスト27を硫酸と過酸化水素水溶液とで除去する（図１１(ｂ）)。このとき、膜堆積部29の直径と深さとは、例えば直径が30μｍ程度であって、深さが200μｍ程度に選定される。【００４５】
次に、フルオロカーボン膜26で取り囲んだフルオロカーボン領域を膜堆積部29の内周面および底面に作製する作製ステップを行う。具体的には、Deep-RIE加工プロセスをＣ４Ｆ８ガスのみで行い、図１１(ｃ)に示すように、膜堆積部29の内周面および底面と、基板22の表面と、シリコン酸化膜20の表面とにフルオロカーボン膜26を形成する。【００４６】
最後に、基板22の加工面としての他面から突出したフルオロカーボン微小構造体４を作製するための第二の加工ステップを行う。具体的には、Deep-RIE加工プロセスによって、基板22の他面からシリコン酸化膜20をマスクに、フルオロカーボン領域以外の所定領域をエッチングすることにより流路部23を作製し、これにより基板22の他面から突出し、天部を有する複数のフルオロカーボン微小構造体４を作製する（図１１(ｄ)）。かくしてこのような製造方法でも基板22と、当該基板２の加工面から突出した凹状のフルオロカーボン微小構造体４とからなるマイクロシステムを作製し得る。このとき、フルオロカーボン微小構造体４の幅は、第一の加工ステップのレジスト27のパターン寸法あるいはDeep-RIE加工プロセスのエッチング時間により制御することが可能であり、フルオロカーボン微小構造体４の本体の膜厚は、作製ステップのＣ４Ｆ８による成膜時間のみで制御することが可能である。【００４７】
以上の構成において、変形例のフルオロカーボン微小構造体４の製造方法によれば、基板22をエッチングすることにより凹状からなる所定パターンの膜堆積部29を前記基板22上に形成する第一の加工ステップと、前記膜堆積部29の内周面にフルオロカーボン膜26を形成し、前記フルオロカーボン膜26で取り囲んだフルオロカーボン領域を作製する作製ステップと、前記基板22の前記フルオロカーボン領域以外の所定領域をエッチングすることにより、前記基板22の加工面から突出したフルオロカーボン微小構造体４を作製する第二の加工ステップとを備えるようにしたことより、従来作製し難かった複雑な構造でなる三次元構造のフルオロカーボン微小構造体４を作製でき、かくして三次元構造のフルオロカーボン微小構造体４を備えたマイクロ流路21を容易に製造できる。【００４８】
また、本実施例のフルオロカーボン微小構造体４の製造方法によれば、前記第二の加工ステップの前までに前記基板22の他面（すなわち加工面）上にシリコン酸化膜がパターニングされており、前記第二の加工ステップは前記シリコン酸化膜をマスクに、前記基板をエッチングするようにしたことより、新たにレジストを塗布やパターニングする工程が不必要となるので、上述した第２の実施形態に比して簡易なプロセスで三次元構造のフルオロカーボン微小構造体を備えたマイクロ流路21を製造できる。
（３）第３の実施形態
図１３に本発明の第３の実施形態によるマイクロシステムとしての細胞培養ウェルの概観図を示す。図１３において、31は全体として第３の実施形態による細胞培養ウェルを示し、当該細胞培養ウェル31は、基板32の一面に形成された細胞培養液導入口33と、フルオロカーボン微小構造体としての細胞培養部35と、細胞培養液排出口34とが設けられた構成を有する。【００４９】
以上のような細胞培養ウェル31は、以下のプロセスで製造することができる。細胞培養ウェル31では流路部38を作製した後、例えばパイレックス（登録商標）ガラス37を基板32の一面に接着する。このとき細胞培養ウェル31は、上述した変形例を用いて作製したものも用いることができる。また、細胞導入用のマイクロ流路を別途設けることも可能である。【００５０】
以上のような構成でなる細胞培養ウェル31は、以下のように使用することができる。【００５１】
まず、培養したい細胞36はマイクロピペット等を用いて細胞培養35に上側から収容する。細胞培養液は、細胞培養液導入口33から導入し、細胞培養部35を浸漬するように流路部38を流れた後、細胞培養液排出口34から排出される。このように細胞培養ウェル31を用いることで、有底筒状の細胞培養部35が網目状となっているため、細胞培養液の細胞培養部35内部への拡散を利用して新たな細胞培養法を提案できる可能性がある。また、ターゲットとなる細胞への細胞培養液流量を調整することで、細胞培養制御が可能である。【００５２】
図１６にこの細胞培養ウェル31に細胞36を導入した際の蛍光顕微鏡画像を示す。細胞はNIH3T3(Mouse embryonic fibroblast cell line)（マウスの胎児皮膚から分離した培養細胞）を用いている。図１６より細胞培養液を流しても細胞が細胞培養部35の内部に確保されていることが確認された。また、細胞培養液を流した後も膜構造が破壊されていなかったことから、耐久性にも優れていることが確認された。この細胞培養ウェル31の細胞培養部35の直径を調整することで細胞培養部35中に導入できる細胞36の数を制御することが可能である。
（４）第４の実施形態
図１７に本発明の第４の実施形態によるマイクロシステムとしての一細胞固定マイクロシステムの概観図を、フルオロカーボン微小構造体45の電子顕微鏡像とともに示す。図１７において、マイクロシステムとしての一細胞固定マイクロシステム41は、基板44の一面に形成された凹んだ流路部47と、当該流路部47上に配置された流路の蓋43と、当該流路の蓋43に設けられた気体を吸引する吸引口42と、前記流路部47の下部に形成された複数のフルオロカーボン微小構造体45とが設けられた構成を有する。本実施の形態では、複数のフルオロカーボン微小構造体45は、細胞固定用の突起として機能する。【００５３】
以上のようなマイクロシステムとしての一細胞固定マイクロシステム41は、以下のプロセスで製造することができる。【００５４】
図１８に一細胞固定マイクロシステム41の製造プロセスの概略を示す。まず基板２に流路部47形成するために基板２をエッチングする（図１８.(a)）。次に、第一の加工ステップとして、基板２の加工面となる一面にレジスト５を塗布し、当該レジスト５をパターンニングした後、例えば、Deep-RIE加工プロセスにより、基板２を貫通した筒状の膜堆積部９を形成する（図１８．(ｂ)）。【００５５】
次に、膜堆積部９の内周面にフルオロカーボン膜６を形成し、前記フルオロカーボン膜６で取り囲んだフルオロカーボン領域を作製する作製ステップを行い、マスクであるレジスト５を、例えば硫酸と過酸化水素水溶液とで除去する。この時、レジスト５上に堆積しているフルオロカーボン膜６はレジスト５と同時に除去され、これにより筒状の膜堆積部９の内表面全体にフルオロカーボン膜６が残りフルオロカーボン領域が形成され得る（図１８．(c)）。【００５６】
更に、細胞固定用の突起としてのフルオロカーボン微小構造体45を形成するために、基板２の流路部47形成が形成された基板２の他面を全面エッチングした後（図示せず）、再度、フルオロカーボン膜６‘を全面に形成する（図１８．(d)）。【００５７】
最後に、上記で形成した基板２（44）に、PDMSからなる流路の蓋43を設けて、一細胞固定マイクロシステム41が製造される。【００５８】
以上のような構成でなる一細胞固定マイクロシステム41は、以下のように使用することができる。【００５９】
まず、固定したい細胞51を含む細胞懸濁液53をシャーレ52上に満たしておく。次に、一細胞固定マイクロシステム41のフルオロカーボン微小構造体45からなる細胞固定用の突起を細胞懸濁液53に浸し、空気の吸引口42から空気を吸い出すことにより、一細胞固定マイクロシステム41の流路部47の圧力が低下させて、フルオロカーボン微小構造体45からなる細胞固定用の突起に細胞51を一つずつ固定する。その後、細胞懸濁液53から一細胞固定マイクロシステム41を引き上げ、他のガラス基板54などの上で空気の吸引口42から大気を導入することにより、フルオロカーボン微小構造体45からなる細胞固定用の突起から細胞51を離脱させることが可能である。【００６０】
図２０にフルオロカーボン微小構造体45からなる細胞固定用の突起に細胞51を固定するまでの蛍光顕微鏡画像を示す。ここでは、細胞51にはCOS-1(アフリカミドリザルの腎由来細胞)(Cercopithecus aethiops)を用いている。図２０より個々の細胞固定領域に一細胞ずつ細胞51が固定されることが確認された。このフルオロカーボン微小構造体45からなる細胞固定用の突起部の直径を調整することで細胞固定部に様々サイズの細胞を固定することが可能である。【００６１】
以上、本発明の実施の形態および実施例を説明したが、本発明は、前記実施の形態や実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。
【図３】
2008088067.tif 000003
【図４】
2008088067.tif 000004
【図５】
2008088067.tif 000005
【図６】
2008088067.tif 000006
【図８】
2008088067.tif 000007
【図９】
2008088067.tif 000008
【図１０】
2008088067.tif 000009
【図１１】
2008088067.tif 000010
【図１４】
2008088067.tif 000011
【図１５】
2008088067.tif 000012
【図１８】
2008088067.tif 000013
【図１】
2008088067.tif 000014
【図２】
2008088067.tif 000015
【図７】
2008088067.tif 000016
【図１２】
2008088067.tif 000017
【図１３】
2008088067.tif 000018
【図１６】
2008088067.tif 000019
【図１７】
2008088067.tif 000020
【図１９】
2008088067.tif 000021
【図２０】
2008088067.tif 000022
【国際調査報告】
2008088067.tif 000023
2008088067.tif 000024