(57)【要約】【課題】  検体液中の微粒子を高感度に検出する。【解決手段】  検体液中の微粒子を検出するための分析チップであって、基板１０と、基板１０の表面部に設けられた、検体液又は電解液を流すための流路２０と、流路２０の一部上に設けられた、検体液を溜めるための液溜め部４０と、液溜め部４０の底部に液溜め部４０と流路２０を接続するように設けられた複数の微細孔５０と、流路２０又は液溜め部４０内に設けられた複数の第１の電極６０と、を具備した。【選択図】  図１
2018048950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検体液中の微粒子を検出するための分析チップであって、
基板と、
前記基板の表面部に設けられた、前記検体液又は電解液を流すための流路と、
前記流路の一部上に設けられた、前記検体液を溜めるための液溜め部と、
前記液溜め部の底部に、前記液溜め部と前記流路を接続するように設けられた、微粒子を通過させるための複数の微細孔と、
前記流路又は前記液溜め部内に設けられた複数の第１の電極と、
を具備したことを特徴とする分析チップ。
【請求項２】
検体液中の微粒子を検出するための分析チップであって、
基板と、
前記基板の表面部に設けられた、前記検体液を流すための第１の流路と、
前記基板の表面部に、一部が前記第１の流路と隣接又は交差するように設けられた、前記検体液又は電解液を流すための第２の流路と、
前記第１及び前記第２の流路の隣接又は交差する部分に設けられ、前記第１及び前記第２の流路を接続する複数の微細孔と、
前記第１又は前記第２の流路内に、前記微細孔に対応して設けられた複数の第１の電極と、
を具備したことを特徴とする分析チップ。
【請求項３】
前記第１の電極は、１つ又は所定個数毎の前記微細孔に対して１つ設けられ、且つ前記流路の底部に設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の分析チップ。
【請求項４】
前記基板は、半導体基板上に絶縁膜を設けたものであり、前記半導体基板には複数の増幅回路が設けられ、
前記第１の電極は、前記絶縁膜上に設けられ、前記絶縁膜を貫通する貫通電極を介して前記増幅回路に接続されていることを特徴とする、請求項１乃至３の何れかに記載の分析チップ。
【請求項５】
前記流路は、液体導入のための液導入用リザーバ、又は液体排出のための液排出用リザーバを有することを特徴とする、請求項１乃至４の何れかに記載の分析チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、検体液中の微粒子を検出するための分析チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バイオ技術やヘルスケアの分野において、マイクロ流路や検出機構などの微小な流体要素を集積化した、半導体マイクロ分析チップが注目されている。この種の分析チップでは、流路内に検体液を流し、流路内に設けた微細孔に検体液中の微粒子が通過するときの電気信号の変位を取得することにより、検体液中に含まれる微粒子やバイオポリマを検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１７３９３５号公報
【特許文献２】特開２０１６−０２４０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明が解決しようとする課題は、検体液中の微粒子を高感度に検出することのできる分析チップを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の分析チップは、基板と、前記基板の表面部に設けられた、前記検体液又は電解液を流すための流路と、前記流路の一部上に設けられた、前記検体液を溜めるための液溜め部と、前記液溜め部の底部に、前記液溜め部と前記流路を接続するように設けられた、微粒子を通過させるための複数の微細孔と、前記流路又は前記液溜め部内に前記微細孔に対応して設けられた複数の第１の電極と、を具備している。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係わる半導体マイクロ分析チップの概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ’断面図である。
【図３】微粒子の検査方法を説明するための断面図である。
【図４】第１の実施形態の半導体マイクロ分析チップの製造工程を示す断面図である。
【図５】第１の実施形態の半導体マイクロ分析チップの製造工程を示す断面図である。
【図６】第１の実施形態の変形例を模式的に示す平面図である。
【図７】第２の実施形態に係わる半導体マイクロ分析チップの概略構成を示す斜視図である。
【図８】第２の実施形態の変形例を示す斜視図である。
【図９】第３の実施形態に係わる半導体マイクロ分析チップの概略構成を示す斜視図である。
【図１０】図９のII−II’断面図である。
【図１１】第３の実施形態の半導体マイクロ分析チップの製造工程を示す断面図である。
【図１２】第３の実施形態の変形例を示す断面図である。
【図１３】第３の実施形態の別の変形例を示す斜視図である。
【図１４】第４の実施形態に係わる半導体マイクロ分析チップの概略構成を示す斜視図である。
【図１５】図１４のIII−III’断面図である。
【図１６】図１５の変形例を示す断面図である。
【図１７】第４の実施形態の半導体マイクロ分析チップの製造工程を示す断面図である。
【図１８】第４の実施形態に用いた第１の基板の溝部の構成を示す斜視図である。
【図１９】第４の実施形態に用いた第２の基板の溝部の構成を示す斜視図である。
【図２０】変形例を説明するための平面図と斜視図である。
【図２１】別の変形例を説明するための平面図と斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態の半導体マイクロ分析チップを、図面を参照して説明する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係わる半導体マイクロ分析チップの概略構成を示す斜視図である。
【０００９】
本実施形態の半導体マイクロ分析チップは、基板１０の表面部に設けられた第１のマイクロ流路２０と、流路２０の上面を覆う絶縁膜３１と、絶縁膜３１に設けられた複数の微細孔５０と、流路２０の底部に設けられた複数の検出電極（第１の電極）６０とを有している。流路２０の一端側で絶縁膜３１上には、複数の微細孔５０を取り囲むように絶縁膜からなるバンク３２が設けられ、これにより液溜め部４０が形成されている。
【００１０】
流路２０は、基板１０の表面部を選択エッチングし、Ｘ方向に沿った溝部を形成することにより、作製されている。また、流路２０の他端側には、液導入用リザーバ２１が設けられている。即ち、流路２０の他端側で絶縁膜３１が開口され、開口した部分を囲むように、絶縁膜からなるバンク３３が設けられている。
【００１１】
図２は、図１の半導体マイクロ分析チップの微粒子検出部の構成を示すもので、図１のＩ−Ｉ’断面図である。
【００１２】
流路２０の一端側と液溜め部４０とは、隔膜として機能する絶縁膜３１を介して隣接している。微粒子検出部として、絶縁膜３１には複数の微細孔５０が設けられており、これらの微細孔５０を介して流路２０と液溜め部４０とは空間的に接続されている。微細孔５０はＸ方向及びＹ方向に一定間隔で設けられている。また、流路２０の底面には、それぞれの微細孔５０に対応した検出電極６０が設けられている。
【００１３】
基板１０は、Ｓｉ基板１１上に絶縁膜１２を成膜し、更にその上に絶縁膜１３を成膜したものであり、絶縁膜１３を選択エッチングして溝を形成することによって、流路２０が作製されている。そして、流路２０を蓋するように絶縁膜１３上にＳｉＯ2 等の絶縁膜３１が設けられている。Ｓｉ基板１１には、複数の増幅回路１４及びそのコンタクト電極１５が設けられている。また、絶縁膜１２を貫通する貫通電極１６がコンタクト電極１５と接続するように設けられている。検出電極６０は、貫通電極１６を介して増幅回路１４のコンタクト電極にそれぞれに接続されている。
【００１４】
このような構成において、図３に示すように、流路２０内を電解液３０１で満たし、その後、液溜め部４０に検体液３０２を導入する。流路２０内への電解液３０１の導入は、液導入用リザーバ２１に電解液３０１を導入することにより行う。液導入用リザーバ２１に導入された電解液３０１は、毛細管現象により流路２０内に流入していく。先にこの操作を行うことにより、流路２０内の空気は微細孔５０を介して排出される。そして、液溜め部４０に検体液３０２を導入した際に、微細孔５０の部分に気泡を巻き込むことなく、流路２０内の液体と液溜め部４０内の液体が微細孔５０によって繋がる。
【００１５】
この状態で、液溜め部４０内の検体液３０２に接するようにＧＮＤ電極（第２の電極）７０をセットする。ＧＮＤ電極７０は、図３のように液溜め部４０の上部から電極棒を挿入したり、液溜め部４０の上部において検体液と接するように電極板を配置したりすれば良い。ＧＮＤ電極７０の材料として、Ａｇ／ＡｇＣｌ、Ａｕ、Ｐｔなどを用いることができる。また、液溜め部４０のバンク３２の内壁に予め導電膜等を形成しておいてもよい。検出電極６０とＧＮＤ電極７０との間に電位差を与えると、微細孔５０を介してイオン電流が流れる。
【００１６】
また、例えば液溜め部４０に導入した検体液３０２内の微粒子が負に帯電している場合、検出電極６０の電位をＧＮＤ電極７０の電位よりも高く設定しておくと、検出電極６０とＧＮＤ電極７０の間に発生する電界によって、検体液３０２に含まれる微粒子は電気泳動する。そして、微細孔５０を通過して流路２０内へと移動していく。液溜め部４０内の微粒子が微細孔５０を通過すると、微粒子のサイズに応じてイオン電流の値が変化する。このイオン電流値の変化を検出することにより、微粒子の検出を行うことができる。イオン電流値の変化は、微細孔５０の直下に配置した検出電極６０から貫通電極１６、コンタクト電極１５を通って増幅回路１４に入力される。従って、このイオン電流の変化を増幅回路１４で増幅することにより、微粒子の高精度な検出を行うことが可能となる。
【００１７】
このように本実施形態では、検体液の導入と電気的な観測だけで微粒子検出を行うことができる。このため、細菌やウイルスなどの高感度検出を手軽に実現できるようになる。従って、伝染病病原体や食中毒菌の簡易検出などに応用することで、流行性疾病の拡大防止や食の安全といった分野に貢献することが可能となる。また、大気中の浮遊粒子を捕集して液中分散したサンプルにおいて、微粒子状物質等の有害物質のモニタリングを行うなどの応用が可能となる。
【００１８】
これに加え本実施形態では、微細孔５０を複数配置することで、微粒子が微細孔５０を通過する頻度を実効的に稼ぐことができ、検出効率を向上させることができる。また、それぞれの微細孔５０に対応した検出電極６０を設けることで、微粒子が通過した微細孔５０を特定することができる。さらに、別々の微細孔５０に同時に微粒子が通過するような場合でも、事象を分離して検出することが可能となる。
【００１９】
また、それぞれの検出電極６０は流路２０の底面を成す絶縁膜１２を貫通して下層に引き出され、直下に設けられた増幅回路１４に接続されている。このため、電極引き回し等によるノイズ増大を招くことなく、増幅回路１４により検出信号を増幅することができる。従って、微小な検出信号に対しても精度良い検査が可能となる。
【００２０】
次に、図１及び図２に示した本実施形態に係わる分析チップの製造方法について、図４及び図５を用いて説明する。図４及び図５は、本実施形態の半導体マイクロ分析チップの製造工程を示す断面図である。
【００２１】
まず、図４（ａ）に示すように、ＣＭＯＳ回路等の複数の増幅回路（図示せず）が形成されたＳｉ基板１１を用意する。このＳｉ基板１１上には、増幅回路の接続端子としてのコンタクト電極１５が設けられている。
【００２２】
次いで、図４（ｂ）に示すように、コンタクト電極１５を覆うようにＳｉ基板１１上にＳｉＯ2 等の絶縁膜１２を成膜した後、この絶縁膜１２にコンタクト電極１５との接続のためのコンタクトホールを形成する。絶縁膜１２の成膜は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等により行い、コンタクトホールの形成は、フォトリソグラフィ及びＲＩＥ（Reactive Ion Etching）技術等を用いて行う。
【００２３】
次いで、図４（ｃ）に示すように、コンタクトホール内に貫通電極１６を埋め込み形成する。具体的には、スパッタリング成膜技術やメッキ技術によりコンタクトホールを埋め込むように導電膜を形成した後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）等を用いてコンタクトホール内以外の導電膜を除去することにより、コンタクトホール内のみに貫通電極１６を残す。
【００２４】
次いで、図４（ｄ）に示すように、各々の貫通電極１６に接続されるように検出電極６０を形成する。検出電極６０の形成は、導電性材料をスパッタリングや蒸着等を用いて成膜し、フォトリソグラフィとＲＩＥを用いて行う。又は、検出電極６０が開口となっているレジストパターンをフォトリソグラフィにより形成した後に導電性材料の成膜を行い、その後にリフトオフプロセスによりレジストパターン及びレジストパターン上の不要な導電膜を除去することにより行う。なお、貫通電極１６と検出電極６０は同時に形成しても良い。具体的には、絶縁膜１２にコンタクト電極１５と接続するための複数のコンタクトホールを設けた後に、コンタクトホールを埋め込むように絶縁膜１２上に導電膜を形成する。その後、導電膜を電極パターンに選択エッチングすればよい。
【００２５】
次いで、図４（ｅ）に示すように、検出電極６０を覆うように、絶縁膜１２上に絶縁膜１３をＣＶＤなどにより成膜する。続いて、フォトリソグラフィ及びＲＩＥ技術を用いて絶縁膜１３を選択エッチングすることにより、マイクロ流路２０となる溝部を形成する。
【００２６】
次いで、図５（ｆ）に示すように、絶縁膜１３の溝部、即ちマイクロ流路２０となる箇所に犠牲層１８を埋め込む。具体的には、例えばアモルファスシリコンなどの犠牲層材料をＣＶＤやスパッタリング等を用いて絶縁膜１３の溝部を埋め込むように成膜し、ＣＭＰ等を用いて絶縁膜１３の溝部内以外の犠牲層材料を除去することにより、絶縁膜１３の溝部内のみに犠牲層１８を残す。或いは、スピンコートなどを用いて樹脂材料等を絶縁膜１３の溝部を埋め込むように塗布成膜し、ＣＭＰやエッチバック技術を用いて絶縁膜１３の溝部内のみに犠牲層１８を残す方法でも良い。
【００２７】
次いで、図５（ｇ）に示すように、犠牲層１８及び絶縁膜１３上にＳｉＯ2 等の絶縁膜３１を、例えば１００ｎｍの厚さにＣＶＤで成膜する。この絶縁膜３１は、流路２０と液溜め部４０を隔てる隔膜となる。続いて、フォトリソグラフィや電子ビームリソグラフィとＲＩＥ等を用いて、液溜め部４０となる部分で絶縁膜３１に複数の微細孔５０を開口する。また、同時に、液導入用リザーバ２１も開口する。
【００２８】
次いで、図５（ｈ）に示すように、流路２０の一端側にバンク３２を形成することにより液溜め部４０を形成し、更に流路２０の他端側にバンク３３を形成することにより液導入用リザーバ２１を形成する。バンク３２及び３３は、例えば厚さ５０μｍ程度の厚膜感光性ポリイミドを用いてフォトリソグラフィにより形成する。
【００２９】
最後に、図５（ｉ）に示すように、犠牲層１８をドライエッチングやウェットエッチング等により除去することにより、マイクロ流路２０を形成する。以上の工程により、前記図１及び図２に示す構造が完成する。
【００３０】
このように本実施形態によれば、Ｓｉ基板１１を用いた一般的な半導体デバイス製造工程で製造可能であり、微粒子検出を高感度で行えるのは勿論のこと、半導体技術の微細加工と量産技術を適用可能である。このため、非常に小型に且つ低コストに製造することが可能となる。
【００３１】
なお、本実施形態では微細孔５０の１つに対して１つの検出電極６０を設けたが、複数の微細孔５０に対して１つの検出電極６０を設けるようにしても良い。例えば、図６に示すように、隣接する４つの微細孔５０に対して、これらの微細孔５０から等距離の位置に１つの検出電極６０を設ける。この場合、４つの微細孔５０を通る電流を１つの増幅回路１４で増幅することになる。
【００３２】
また、流路２０内に導入する液体は必ずしも電解液に限るものではなく、流路２０内を検体液で満たすようにしても良い。
【００３３】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係わる半導体マイクロ分析チップの概略構成を示す斜視図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。また、絶縁膜３１は簡略化して示している。
【００３４】
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、マイクロ流路２０に液排出用リザーバ２２を設けたことである。即ち、流路２０の一端側で絶縁膜３１を開口し、この開口部を囲むようにバンク３４を設けることにより、液排出用リザーバ２２が作製されている。流路２０の他端側には、第１の実施形態と同様に、液導入用リザーバ２１が設けられている。さらに、液溜め部４０は、流路２０の中央部上に設けられている。
【００３５】
このような構成であれば、液導入用リザーバ２１から検体液又は電解液を導入し、液排出用リザーバ２２から検体液又は電解液を排出することができ、流路２０内の検体液又は電解液のスムーズな流れを実現することができる。これにより、液溜め部４０に検体液を滴下した際の微細孔５０における気泡巻き込みリスクを低減することが可能となる。また、液溜め部４０から微細孔５０を通過して流路２０内に移動した微粒子が流路２０内に滞留すると、イオン電流のノイズの原因となる恐れがある。しかし、本実施形態の上記構成によって流路２０内に電解液のスムーズな流れを実現することで、微粒子の排出を効率的に行うことが可能となる。即ち、ノイズを低減した高精度な測定が可能となる。従って本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、流路２０内での検体液又は電解液のスムーズな流れを実現することが可能となり、信頼性の向上や高精度化が可能となる利点もある。
【００３６】
なお、実施形態では、各リザーバ２１，２２のためのバンク３３，３４及び液溜め部４０のためのバンク３２を別々に形成したが、これらを同時に形成しても良い。例えば、図８に示すように、同一の絶縁膜３５に液溜め部４０及びリザーバ２１，２２に対応する開口を設けるようにしても良い。
【００３７】
（第３の実施形態）
図９は、第３の実施形態に係わる半導体マイクロ分析チップの概略構成を示す斜視図である。図１０は、図９の半導体マイクロ分析チップの微粒子検出部の構成を示すもので、図９のII−II’断面図である。なお、図１及び図２と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００３８】
本実施形態の半導体マイクロ分析チップは、基板１０の表面部に設けられた第１のマイクロ流路（第１の流路）２０と、流路２０の上面を覆う絶縁膜３１と、流路２０と交差するように絶縁膜３１上に設けられた第２のマイクロ流路（第２の流路）８０と、絶縁膜３１に設けられた複数の微細孔５０と、流路２０に設けられた複数の検出電極（第１の電極）６０と、流路８０の一部に設けられたＧＮＤ電極（第２の電極）７０とを有している。
【００３９】
流路２０と流路８０は、基板１０の中央部で交差している。流路２０は、基板１０の表面部を選択エッチングにより溝状に加工することにより作製されている。流路８０は、流路とすべき空間を絶縁膜８５で囲んだ絶縁膜トンネル型に形成されている。
【００４０】
流路２０の一端側には検体液を導入するための液導入用リザーバ２１が設けられ、他端側には検体液を排出するための液排出用リザーバ２２が設けられている。リザーバ２１，２２は、流路２０の一端側及び他端側で絶縁膜３１を開口し、開口した部分を囲むようにバンク３６，３７を設けることによって、作製されている。
【００４１】
流路８０の一端側には検体液又は電解液を導入するための液導入用リザーバ８１が設けられ、他端側には検体液又は電解液を排出するための液排出用リザーバ８２が設けられている。液導入用リザーバ８１は、流路８０の一端に繋がる空間を囲むようにバンク３６を設けることにより作製される。液排出用リザーバ８２は、流路８０の他端側に繋がる空間を囲むようにバンク３７が設けられることにより作製される。即ち、バンク３６は液導入用リザーバ２１と８１で共通であり、バンク３７は液排出用リザーバ２２と８２で共通となっている。また、液導入用リザーバ８１には、ＧＮＤ電極７０が設けられている。
【００４２】
図１０に示すように、流路２０と流路８０とは、これらの交差部で絶縁膜３１を挟んで積層された構造となっており、絶縁膜３１には複数の微細孔５０が形成されている。また、流路２０の底面にはそれぞれの微細孔５０に対応した検出電極６０が設けられている。本実施形態においては、検出電極６０が、それぞれの微細孔５０の直下に配置されている。ここで、微細孔５０の１つに対して１つの検出電極６０を設けるのではなく、複数の微細孔５０に対して１つの検出電極６０を設けるようにしても良い。
【００４３】
基板１０は、Ｓｉ基板１１上に絶縁膜１２を成膜し、更にその上に絶縁膜１３を成膜したものであり、絶縁膜１３を選択エッチングして溝を形成することにより流路２０が設けられている。そして、流路２０を蓋するように絶縁膜１３上にＳｉＯ2 等の絶縁膜３１が設けられている。
【００４４】
Ｓｉ基板１１には、微細孔５０の直下に対応する位置に複数の増幅回路１４及びそのコンタクト電極１５が設けられている。また、絶縁膜１２を貫通する貫通電極１６がコンタクト電極１５と接続するように設けられており、貫通電極１６は前記複数の検出電極６０に接続されている。
【００４５】
このような構成において、流路８０の液導入用リザーバ８１から、微粒子を分散させた検体液を導入すると、検体液は流路８０内を流動していく。このとき、流路２０内を電解液で満たしておく。これにより、流路８０内の検体液と流路２０内の電解液が微細孔５０によって繋がるようになっている。なお、流路２０内に導入する液体は必ずしも電解液に限るものではなく、流路２０内を検体液で満たすようにしても良い。
【００４６】
この状態で、検出電極６０とＧＮＤ電極７０との間に電位差を与えると、微細孔５０を介してイオン電流が流れる。また、液導入用リザーバ８１に導入した検体液内の微粒子が負に帯電している場合、検出電極６０の電位をＧＮＤ電極７０の電位よりも高く設定しておくと、検出電極６０とＧＮＤ電極７０の間にできる電界によって、微粒子は電気泳動し、微細孔５０を通過して流路２０内へと移動していく。流路８０を流動してきた微粒子が微細孔５０を通過すると、微粒子のサイズに応じてイオン電流の値が変化する。このイオン電流を検出することにより、微粒子の検出を行うことができる。イオン電流変化は、微細孔５０の直下に配置した検出電極６０から貫通電極１６、コンタクト電極１５を通って増幅回路１４に入力される。従って、このイオン電流の変化を増幅回路１４で増幅することにより、微粒子の高精度な検出を行うことが可能となる。
【００４７】
なお、検体液内の微粒子が正に帯電している場合、検体液を流路２０に、電解液を流路８０に導入し、検出電極６０の電位をＧＮＤ電極７０の電位よりも高く設定しておくとよい。この場合、検体液内の微粒子は、微細孔５０を通過して流路２０から流路８０へと移動していく。流路２０を流動してきた微粒子が微細孔５０を通過すると、微粒子のサイズに応じてイオン電流の値が変化する。或いは、検体液内の微粒子が正に帯電している場合、検体液を流路８０に、電解液を流路２０に導入し、検出電極６０の電位をＧＮＤ電極７０の電位よりも高く設定しておくという方法も可能である。このように、本実施形態の構造は、微粒子の帯電の正負や、検出電極６０とＧＮＤ電極７０の電位を、目的に応じて自由に組み合わせることが可能な構造である。
【００４８】
このように本実施形態では、検体液の導入と電気的な観測だけで微粒子検出を行うことができる。また、微細孔５０を複数配置することで、微粒子が微細孔５０を通過する頻度を実効的に稼ぐことができ、検出効率を向上させることができる。従って、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４９】
また、本実施形態では２つの流路２０，８０を用い、各々に液体を流すようにしているため、流路２０，８０の交差部における検体液及び電解液の充填をスムーズに行うことができる利点もある。
【００５０】
図１１は、本実施形態の半導体マイクロ分析チップの製造工程を示す断面図である。基板１０の表面部に流路２０のための溝を形成するまでは、図４（ａ）〜（ｅ）に示した、第１の実施形態と同様である。
【００５１】
次いで、図１１（ａ）に示すように、絶縁膜１３の溝部内に第１の犠牲層１８を成膜し、表面を平坦化する。続いて、犠牲層１８及び絶縁膜１３上に薄い膜厚の絶縁膜３１を成膜する。この絶縁膜３１は、流路２０と流路８０を隔てる隔膜となる。その後、流路２０，８０の交差部となる部分で絶縁膜３１に複数の微細孔５０を開口する。
【００５２】
次いで、図１１（ｂ）に示すように、全面に第２の犠牲層１９を成膜したのち、流路８０の形状となるように犠牲層１９を選択エッチングする。犠牲層１９の材料としては、例えばアモルファスシリコンのＣＶＤ膜等を用い、犠牲層１９の加工はフォトリソグラフィとＲＩＥ技術等により行う。
【００５３】
次いで、図１１（ｃ）に示すように、犠牲層１９を覆うようにＳｉＯ2 等の絶縁膜８５を形成する。具体的には、全面に絶縁膜８５をＣＶＤで成膜した後、液導入用リザーバ２１及び液排出用リザーバ２２の部分の絶縁膜８５をフォトリソグラフィとＲＩＥにより除去する。続いて、バンク３６，３７を形成し、更にＧＮＤ電極７０を形成し、最後に犠牲層１８，１９をドライエッチング等で除去することにより、流路２０，８０を形成する。これにより、前記図９及び図１０に示す本実施形態の半導体マイクロ分析チップが完成することになる。
【００５４】
このように本実施形態によれば、Ｓｉ基板１１を用いた一般的な半導体デバイス製造工程で製造可能であり、微粒子検出を高感度で行えるのは勿論のこと、半導体技術の微細加工と量産技術を適用可能である。従って、第１の実施形態同様の効果が得られる。
【００５５】
なお、ＧＮＤ電極７０は、必ずしも液導入用リザーバ８１に形成するのではなく、液排出用リザーバ８２に形成しても良い。ＧＮＤ電極７０の設置場所は、流路８０内の検体液又は電解液に接する位置であればよい。例えば、図１２の断面図に示すように、微粒子検出部の絶縁膜８５の下面に形成しても良い。この場合、ＧＮＤ電極７０と検出電極６０との距離が近くなるため、微粒子検出の更なる高感度化をはかることが可能となる。
【００５６】
また、図１３に示すように、流路２０内で微粒子のスムーズな移動を可能にするため、流路２０の上流側から交差部に、流路２０を複数に分離するための分離壁２５を設けても良い。これらの分離壁２５はそれぞれ、流路方向に沿って設けられ、分離された一つ一つの流路の幅を狭めるものとなっている。
【００５７】
さらに、流路２０の下流側に、複数のマイクロピラー２６からなる微粒子トラップ機構を設けても良い。マイクロピラー２６は、検出すべき微粒子の直径よりも僅かに狭い間隔で配列されている。
【００５８】
なお、分離壁２５は、絶縁膜１３を溝状に加工する際に、ライン状のマスクを用いて絶縁膜１３を板状に残すことにより作製される。さらに、マイクロピラー２６は、絶縁膜１３を溝状に加工する際に、円形のマスクを用いて絶縁膜１３をピラー状に残すことにより作製される。
【００５９】
（第４の実施形態）
図１４は、第４の実施形態に係わる半導体マイクロ分析チップの概略構成を示す斜視図である。図１５は、図１４の半導体マイクロ分析チップの微粒子検出部の構成を示すもので、図１４のIII−III’断面図である。なお、図９及び図１０と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００６０】
本実施形態の基本的な構成は、第３の実施形態と同様である。本実施形態が第３の実施形態と異なる点は、マイクロ流路２０，８０を２つの基板１００，２００の貼り合わせで作製したことである。
【００６１】
第１の基板１００の表面部に第１のマイクロ流路２０が設けられている。この第１の基板１００は、第１の実施形態の基板１０と実質的に同様である。具体的には、Ｓｉ基板１１上に絶縁膜１２，１３、コンタクト電極１５、貫通電極１６、検出電極６０等を形成したものである。
【００６２】
第２の基板２００はプラスチックや石英であり、下面に溝を形成することにより、マイクロ流路８０が設けられている。さらに、第２の基板２００には、リザーバ形成のための開口が設けられている。そして、これらの基板１００，２００を絶縁膜３１を介して貼り合わせることにより、２つの流路２０，８０が交差した構造となっている。
【００６３】
なお、第２の基板２００’にＳｉ基板を用いる場合は、親水性の確保、電解液とＳｉ基板間の絶縁のため、図１６の断面図に示すように、流路表面を熱酸化して酸化膜２０１を形成しておくのが望ましい。
【００６４】
図１７は、本実施形態の半導体マイクロ分析チップの製造工程を示す断面図である。第１の基板１００に第１のマイクロ流路２０のための溝を形成するまでは、図４（ａ）〜（ｅ）に示した、第１の実施形態と同様である。図１７（ａ）は図４（ｅ）と同様であり、図１７（ａ）の斜視図が図１８である。
【００６５】
次いで、図１７（ｂ）に示すように、絶縁膜１３の溝部内に第１の犠牲層１８を成膜し、表面を平坦化する。続いて、犠牲層１８及び絶縁膜１３上に薄い膜厚の絶縁膜３１を成膜する。この絶縁膜３１は、流路２０と流路８０を隔てる隔膜となる。
【００６６】
次いで、図１７（ｃ）に示すように、流路２０，８０の交差部となる部分で絶縁膜３１に複数の微細孔５０を開口する。続いて、犠牲層１８をドライエッチング等で除去することにより流路２０を形成する。
【００６７】
一方、図１９に示すように、第２の基板２００の表面部に流路８０のための溝を形成する。基板２００として樹脂材料を用いる場合は射出成形等により流路８０を形成し、ガラス基板を用いる場合はフォトリソグラフィとウェットエッチング等により流路８０を形成すれば良い。さらに、この溝の一端側に液導入用リザーバ８１のための開口８６を形成し、他端側に液排出用リザーバ８２のための開口８７を形成する。また、第１及び第２の基板１００，２００を重ね合わせたときに流路２０と重なる部分で、第２の基板２００に、液導入用リザーバ２１のための開口８８及び液排出用リザーバ２２のための開口８９を形成する。
【００６８】
そして、図１７（ｄ）に示すように、基板１００，２００を絶縁膜３１を介して接着することにより、前記図１４に示すように、流路２０と流路８０が交差した構造を実現することができる。
【００６９】
なお、この実施形態では、基板１００，２００の接着前に、絶縁膜３１を第１の基板１００側に設けるようにしたが、絶縁膜３１を第２の基板２００側に設けるようにしても良い。
【００７０】
本実施形態の最終的な構成は第３の実施形態と実質的に同様であり、従って第３の実施形態と同様の効果が得られる。これに加え本実施形態では、基板１００，２００の貼り合わせにより実現することができるため、製造プロセスの容易化及び製造コストの低減をはかることができる。
【００７１】
（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。第３，第４の実施形態における第１及び第２の流路は、必ずしも交差する必要はなく、図２０（ａ）に平面図を、図２０（ｂ）に斜視図を示すように、一部が隣接するものであれば良い。この場合、溝型の第１の流路２０と絶縁膜トンネル型の第２の流路８０との隣接部（積層部）に複数の微細孔６０が形成される。
【００７２】
このような構成であっても、検体液の導入と電気的な観測だけで微粒子検出を行うことができ、更に微細孔５０を複数配置することで、微粒子が微細孔５０を通過する頻度を実効的に稼ぐことができる。従って、第３の実施形態と同様の効果が得られる。
【００７３】
また、図２１（ａ）に平面図を、図２１（ｂ）に斜視図を示すように、流路２０，８０を共に溝型の流路にしても良い。即ち、流路２０は、第３の実施形態と同様に、基板１０の表面部を選択エッチングにより溝状に加工することにより作製されている。流路８０は、第３の実施形態とは異なり流路２０と同様に、基板１０の表面部を選択エッチングにより溝状に加工することにより作製されている。また、これらの流路２０，８０は、交差させるのではなく一部が隣接している。そして、流路２０，８０の隣接部分の隔膜に複数の微細孔５０が設けられている。
【００７４】
ここで、微細孔５０は、円形であっても良いし、流路２０と流路５０との隣接部にスリット状に形成したものであっても良い。さらに、検出電極６０は、微細孔５０に対向するように流路２０の側壁に形成されているが、流路２０の底面に形成しても良い。
【００７５】
このような構成であっても、検体液の導入と電気的な観測だけで微粒子検出を行うことができ、更に微細孔５０を複数配置することで、微粒子が微細孔５０を通過する頻度を実効的に稼ぐことができる。従って、第３の実施形態と同様の効果が得られる。
【００７６】
また、実施形態では第１の流路側に第１の電極、第２の流路側又は液溜め側に第２の電極を配置したが、これらの電極の配置は逆にしても良い。さらに、微細孔の数や検出電極の数は、仕様に応じて適宜変更可能である。
【００７７】
本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７８】
１０…基板
１１…Ｓｉ基板
１２，１３，３１，３５，８５…絶縁膜
１４…増幅回路
１５…コンタクト電極
１６…貫通電極
１８…第１の犠牲層
１９…第２の犠牲層
２０…第１のマイクロ流路（第１の流路）
２１，８１…液導入用リザーバ
２２，８２…液排出用リザーバ
２５…分離壁
２６…マイクロピラー
３２，３３，３４，３６，３７…バンク
４０…液溜め部
５０…微細孔
６０…検出電極（第１の電極）
７０…ＧＮＤ電極（第２の電極）
８０…第２のマイクロ流路（第２の流路）
８６〜８９…開口
３０１…電解液
３０２…検体液
【図１】
2018048950.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年12月19日(2017.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に設けられた第１の流路と、
複数の微細孔を備えた膜を備え、前記膜に対向して設けられた開口を備えた液溜め部と、
前記第１の流路に設けられた第１の電極と、を備え、
前記開口と前記膜と前記第１の電極は第１方向に沿って重なって設けられた分析チップ。
【請求項２】
前記第１の流路は、前記開口と前記膜と前記第１の電極と前記第１方向に沿って重なって設けられた、請求項１に記載の分析チップ。
【請求項３】
基板と、
前記基板に設けられた第１の流路と、
底面と前記底面に対向して設けられた開口を備える第２の流路と、
複数の微細孔を備え、前記第２の流路と前記第１の流路の間に設けられた膜部と、
前記第１の流路に設けられた第１の電極と、を備え、
前記第２の流路と前記膜部と前記第１の電極は第１方向に沿って重なって設けられた分析チップ。
【請求項４】
前記第１の流路は、前記第２の流路と前記膜部と前記第１の電極と前記第１方向に沿って重なって設けられた、請求項３に記載の分析チップ。
【請求項５】
前記微細孔は、１つの前記第１の電極に２つ以上対応して設けられた、請求項１乃至４の何れかに記載の分析チップ。
【請求項６】
増幅回路を更に備え、
前記第１の電極は、前記増幅回路に接続された、請求項１乃至５の何れかに記載の分析チップ。
【請求項７】
第２の電極を更に備え、前記第１の電極は、前記第２の電極を介して前記増幅回路に電気的に接続された、請求項１乃至６の何れかに記載の分析チップ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
実施形態の分析チップは、基板と、前記基板に設けられた第１の流路と、複数の微細孔を備えた膜を備え、前記膜に対向して設けられた開口を備えた液溜め部と、前記第１の流路に設けられた第１の電極と、を備え、少なくとも前記開口と前記膜部と前記第１の流路と前記第１の電極は第１方向に沿って重なって設けられている。