(57)【要約】【課題】フィルターの強度、耐久性を向上し、製造工程においても、フィルターの破損損傷がなく歩留まりが向上し、コストを低減することが可能なバイオチップ用フィルター、およびバイオチップ用フィルターの製造方法、ならびにバイオチップ用フィルターを用いたバイオチップを提供する。【解決手段】基板部を構成するシリコンなどの金属基板からなるフィルター本体と、フィルター本体に設けられた凹部を形成するウェルと、ウェルの底面を構成し、複数の貫通した細孔が形成されたフィルターが設けられたバイオチップ用フィルターであって、フィルターが、シリコンなどの金属から形成されている。【選択図】図４
2008032656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板部を構成する金属基板からなるフィルター本体と、
前記フィルター本体に設けられた凹部を形成するウェルと、
前記ウェルの底面を構成し、複数の貫通した細孔が形成されたフィルターが設けられ、
前記フィルターが、金属から形成されているバイオチップ用フィルターを製造する方法であって、
金属基板と、金属基板の上面に形成した金属酸化物層と、金属酸化物層の上面に形成した金属薄膜層とからなるウェーハを用いて、
前記金属酸化物層を介して、上下面から金属薄膜層と金属基板の一部をそれぞれエッチング除去することによって、ウェルと、ウェルの底面を構成し、複数の貫通した細孔が形成され、金属から形成されたフィルターとを形成することを特徴とするバイオチップ用フィルターの製造方法。
【請求項２】
前記金属基板と、金属基板の上面に形成した金属酸化物層と、金属酸化物層の上面に形成した金属薄膜層とからなるウェーハを用いて、
前記ウェーハの金属薄膜層の一部をエッチング除去することによって、前記フィルターの細孔を形成すべき凹部を形成する凹部形成工程と、
前記ウェーハの金属基板をエッチング除去することによって、前記金属酸化物層を介して、前記凹部に対峙するようにウェルを形成するウェル形成工程と、
前記金属酸化物層の一部をエッチング除去して、前記フィルターの細孔を形成すべき凹部と、ウェルを連通させて、複数の貫通した細孔が形成されたフィルターを形成するフィルター形成工程と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のバイオチップ用フィルターの製造方法。
【請求項３】
基板部を構成する金属基板からなるフィルター本体と、
前記フィルター本体に設けられた凹部を形成するウェルと、
前記ウェルの底面を構成し、複数の貫通した細孔が形成されたフィルターが設けられ、
前記フィルターが、金属から形成され、
前記フィルター本体を構成する金属基板が、シリコン基板から構成されているとともに、
前記フィルターを構成する金属が、シリコンであるバイオチップ用フィルターを製造する方法であって、
シリコン基板と、シリコン基板の上面に形成したＳｉＯ2層と、ＳｉＯ2層の上面に形成したシリコン薄膜層とからなるＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェーハを用いて、
前記ＳｉＯ2層を介して、上下面からシリコン薄膜層とシリコン基板の一部をそれぞれ
エッチング除去することによって、ウェルと、ウェルの底面を構成し、複数の貫通した細孔が形成され、シリコンから形成されたフィルターとを形成することを特徴とするバイオチップ用フィルターの製造方法。
【請求項４】
前記シリコン基板と、シリコン基板の上面に形成したＳｉＯ2層と、ＳｉＯ2層の上面に形成したシリコン薄膜層とからなるＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェーハを用いて、
前記ＳＯＩウェーハのシリコン薄膜層の一部をエッチング除去することによって、前記フィルターの細孔を形成すべき凹部を形成する凹部形成工程と、
前記ＳＯＩウェーハのシリコン基板をエッチング除去することによって、前記ＳｉＯ2
層を介して、前記凹部に対峙するようにウェルを形成するウェル形成工程と、
前記ＳｉＯ2層の一部をエッチング除去して、前記フィルターの細孔を形成すべき凹部
と、ウェルを連通させて、複数の貫通した細孔が形成されたフィルターを形成するフィルター形成工程と、
を備えることを特徴とする請求項３に記載のバイオチップ用フィルターの製造方法。
【請求項５】
ウェルパターン部分の前記ＳｉＯ2層が、エッチング除去されていることを特徴とする
請求項３から４のいずれかに記載のバイオチップ用フィルターの製造方法。
【請求項６】
前記ウェル部におけるシリコン薄膜層の表面が、酸化されていることを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載のバイオチップ用フィルターの製造方法。
【請求項７】
前記フィルターの細孔の孔径に対するフィルターの厚さの比が、５以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のバイオチップ用フィルターの製造方法。
【請求項８】
前記ウェル相互の間の距離が、０．０５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のバイオチップ用フィルターの製造方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載のバイオチップ用フィルターの製造方法で得られたバイオチップ用フィルターを備えることを特徴とするバイオチップ。
【請求項１０】
基板部を構成する金属基板からなるフィルター本体と、
前記フィルター本体に設けられた凹部を形成するウェルと、
前記ウェルの底面を構成し、複数の貫通した細孔が形成されたフィルターが設けられたバイオチップ用フィルターであって、
前記フィルターが、金属から形成されていることを特徴とするバイオチップ用フィルター。
【請求項１１】
前記フィルター本体を構成する金属基板が、シリコン基板から構成されているとともに、
前記フィルターを構成する金属が、シリコンであることを特徴とする請求項１０に記載のバイオチップ用フィルター。
【請求項１２】
シリコン基板と、シリコン基板の上面に形成したＳｉＯ2層と、ＳｉＯ2層の上面に形成したシリコン薄膜層とからなるＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェーハを用いて、
前記ＳｉＯ2層を介して、上下面からシリコン薄膜層とシリコン基板の一部をそれぞれ
エッチング除去することによって、ウェルと、ウェルの底面を構成し、複数の貫通した細孔が形成され、シリコンから形成されたフィルターとを形成することによって得られたバイオチップ用フィルターであることを特徴とする請求項１１に記載のバイオチップ用フィルター。
【請求項１３】
ウェルパターン部分の前記ＳｉＯ2層が、エッチング除去されていることを特徴とする
請求項１２に記載のバイオチップ用フィルター。
【請求項１４】
前記ウェル部におけるシリコン薄膜層の表面が、酸化されていることを特徴とする請求項１１から１３のいずれかに記載のバイオチップ用フィルター。
【請求項１５】
前記フィルターの細孔の孔径に対する深さのアスペクト比が、５以下であることを特徴とする請求項１０から１４のいずれかに記載のバイオチップ用フィルター。
【請求項１６】
前記ウェル相互の間の距離が、０．０５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１０から１５のいずれかに記載のバイオチップ用フィルター。
【請求項１７】
請求項１０から１６のいずれかに記載のバイオチップ用フィルターを備えることを特徴とするバイオチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、核酸、タンパク質などのバイオプローブを担持した粒子と、被検体中の標的物質とを反応または相互作用させる工程と、粒子を洗浄する工程とを含む標的物質のＢ／Ｆ分離や、被検体中の標的物質とバイオプローブとの反応または相互作用の光学的手段等による検出・同定などを行うためのバイオチップに用いられるバイオチップ用フィルター、およびバイオチップ用フィルターの製造方法、ならびにバイオチップ用フィルターを用いたバイオチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
目的とする塩基配列を有する核酸を精度良く検出するための方法として、この核酸と相補的な配列を有する核酸をプローブとして粒子へ担持させて、このプローブ担持粒子を含む溶液中で、プローブ担持粒子と被検体中の標的物質とを反応させる方法が知られている（特許文献１〜５）。
【０００３】
この方法は、プローブ担持粒子が溶液中に三次元的に分散していることと、プローブ担持粒子と被検体とが相互に移動できることから、反応性が非常に高いという利点がある。例えば、ラテックス粒子表面のプローブに被検体中の標的物質を特異的に反応させ、Ｂ／Ｆ（Bound form / Free form）分離によって、特異的にプローブに反応し結合した標的物質の内容を解析する検出・同定方法が知られている。
【０００４】
バイオチップには、そのプローブとしてＤＮＡフラグメントまたはオリゴヌクレオチドを固定したＤＮＡチップの他、抗原および抗体等のタンパク、あるいはこれらのタンパクと特異的に反応もしくは相互作用する化学物質を固定したプロティンチップ等もあるが、各種の用途において、よりＢ／Ｆ分離効率が高く、高感度での検出・同定が可能なバイオチップが求められている。
【０００５】
このようなバイオチップとして、本出願人らは、被検体、洗浄液などの液体を通過させると共にプローブ担持粒子を通過させないバイオチップ用フィルターを用いる技術を、特許文献６（特開２００５−１４８０４８号公報）に開示している。
【０００６】
すなわち、この特許文献６に開示されるバイオチップ用フィルターは、バイオチップ用フィルターの製造方法として、組成の異なる複数の材質からなるプレート、例えば、アルミ／アルミナ、金属シリコン／シリカ、あるいは金属チタン／チタニアなどについて、それぞれ両側からパターンエッチングを行うことにより、フィルターとウェルを形成する方法が開示されている。
【０００７】
具体的には、例えば、アルミナ、シリカ、チタニアなどの金属酸化物層について、この金属酸化物層と金属層との境界までをエッチングしてフィルターを形成し、次いで、アルミ、金属シリコン、金属チタンなどの金属層について、この金属層と金属酸化物層との境界までエッチングすることにより、ウェルとフィルターとが接合したバイオチップ用フィルターを作製できることが開示されている。
【０００８】
この特許文献６のバイオチップ用フィルターの製造方法を示せば、概略下記のような方法である。
すなわち、先ず、図８（Ａ）に示したように、シリコン基板本体１０１の両面に、例えば、2μm程度の膜厚のＳｉＯ2の熱酸化膜１０２、１０４が形成された膜厚３００μｍ程
度のシリコン基板１００を準備する。
【０００９】
そして、図８（Ｂ）に示したように、このシリコン基板１００のＳｉＯ2の熱酸化膜１
０２の上面に、レジスト膜１０６を形成して、フォトリソグラフィーによって、フィルターの細孔（hole）に対応する凹部１０８パターンを形成する。
【００１０】
次に、図８（Ｃ）に示したように、この凹部１０８を介して、ＳｉＯ2の熱酸化膜１０
２をエッチング除去することによって、ＳｉＯ2の熱酸化膜１０２の部分に、フィルター
の細孔に対応する凹部１１０を形成する。そして、図８（Ｄ）に示したように、レジスト膜１０６を剥離する。
【００１１】
そして、天地を逆にした状態で、図９（Ａ）に示したように、シリコン基板本体１０１のＳｉＯ2の熱酸化膜１０４の上面に、レジスト膜１１２を形成して、フォトリソグラフ
ィーによって、ウェルに対応する凹部１１４パターンを形成する。
【００１２】
次に、図９（Ｂ）に示したように、この凹部１１４を介して、ＳｉＯ2の熱酸化膜１０
４をエッチング除去することによって、ＳｉＯ2の熱酸化膜１０４の部分に、ウェルとな
る凹部１１６を形成する。そして、図９（Ｃ）に示したように、レジスト膜１１２を剥離する。
【００１３】
そして、図９（Ｃ）に示したように、ＳｉＯ2の熱酸化膜１０４の部分をマスクとして
、露出したシリコン基板本体１０１の部分をエッチング除去することによって、ウェル１２４を形成する。
【００１４】
次に、図１０（Ａ）に示したように、ＳｉＯ2の熱酸化膜１０４に、ダイシングテープ
１２８を貼着した後、図１０（Ｂ）に示したように、ダイシングを行うことによって、個々のバイオチップ用フィルター１３０に分断する。
【００１５】
そして、図１１（Ａ）に示したように、ダイシングテープ１２８をエキスパンドすることによって外方に引っ張って、ダイシングテープを昇温することによって、ダイシングテープ１２８から各チップを剥離して、個々のバイオチップ用フィルター１３０に分離する。
【００１６】
これによって、図１１（Ｂ）に示したように、基板部を構成するシリコン基板本体１０１からなるフィルター本体１３０と、フィルター本体１３０に設けられた複数の凹部を形成するウェル１２４と、ウェル１２４の底面を構成し、複数の貫通した細孔１１０が形成されたフィルター１３６が設けられたバイオチップ用フィルター１３０が得られる。
【００１７】
なお、図８〜図１１では、説明の便宜上、１つのウェル１２４を示しているが、実際には、複数のウェル１２４が一定間隔離間して形成されている。
【特許文献１】米国特許第５，７３６，３３０号公報
【特許文献２】特開昭６２−８１５６６号公報
【特許文献３】特公平７−５４３２４号公報
【特許文献４】特開平１１−２４３９９７号公報
【特許文献５】特開２０００−３４６８４２号公報
【特許文献６】特開２００５−１４８０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、このような特許文献６に開示される従来のバイオチップ用フィルター１
３０では、フィルター１３６が、例えば、アルミナ膜、シリカ（シリコン酸化膜）、チタニアなどのガラス成分である金属酸化物層で構成され、ある程度、強度、耐久性を有するものであるが、このフィルター１３６の厚さは、例えば、約１〜１０μｍの厚さであり極めて薄い。このため、洗浄液を流す時の液体の圧力をより高めた場合であってもフィルターの破損等を回避できるより強度、耐久性を向上したバイオチップ用フィルターが求められている。
【００１９】
本発明は、このような現状に鑑み、従来のバイオチップ用フィルターよりも、さらに、フィルターの強度、耐久性を向上し、製造工程においても、フィルターの破損損傷がなく歩留まりが向上し、コストを低減することが可能なバイオチップ用フィルター、およびバイオチップ用フィルターの製造方法、ならびにバイオチップ用フィルターを用いたバイオチップ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】
【００２０】
本発明は、前述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、本発明のバイオチップ用フィルターの製造方法は、
基板部を構成する金属基板からなるフィルター本体と、
前記フィルター本体に設けられた凹部を形成するウェルと、
前記ウェルの底面を構成し、複数の貫通した細孔が形成されたフィルターが設けられ、
前記フィルターが、金属から形成されているバイオチップ用フィルターを製造する方法であって、
金属基板と、金属基板の上面に形成した金属酸化物層と、金属酸化物層の上面に形成した金属薄膜層とからなるウェーハを用いて、
前記金属酸化物層を介して、上下面から金属薄膜層と金属基板の一部をそれぞれエッチング除去することによって、ウェルと、ウェルの底面を構成し、複数の貫通した細孔が形成され、金属から形成されたフィルターとを形成することを特徴とする。
【００２１】
このように構成することによって、金属酸化物層を介して、上下面から金属薄膜層と金属基板をそれぞれエッチング除去することによって、ウェルと、ウェルの底面を構成し、複数の貫通した細孔が形成され、金属から形成されたフィルターとが形成できる。
【００２２】
従って、複雑な工程となることなく、簡単に、金属から形成されたフィルターを備えたバイオチップ用フィルターを製造することができ、しかも、製造工程においても、フィルターの破損損傷がなく歩留まりが向上し、コストを低減することが可能である。
【００２３】
また、本発明のバイオチップ用フィルターの製造方法は、
前記金属基板と、金属基板の上面に形成した金属酸化物層と、金属酸化物層の上面に形成した金属薄膜層とからなるウェーハを用いて、
前記ウェーハの金属薄膜層の一部をエッチング除去することによって、前記フィルターの細孔を形成すべき凹部を形成する凹部形成工程と、
前記ウェーハの金属基板をエッチング除去することによって、前記金属酸化物層を介して、前記凹部に対峙するようにウェルを形成するウェル形成工程と、
前記金属酸化物層の一部をエッチング除去して、前記フィルターの細孔を形成すべき凹部と、ウェルを連通させて、複数の貫通した細孔が形成されたフィルターを形成するフィルター形成工程と、
を備えることを特徴とする。
【００２４】
このように構成することによって、凹部形成工程において、ウェーハの金属薄膜層をエッチング除去することによって、フィルターの細孔を形成すべき凹部を形成して、ウェル形成工程において、ウェーハの金属基板をエッチング除去することによって、金属酸化物
層を介して、凹部に対峙するようにウェルを形成し、その後、フィルター形成工程において、金属酸化物層をエッチング除去して、フィルターの細孔を形成すべき凹部と、ウェルを連通させて、複数の貫通した細孔が形成されたフィルターを形成することができる。
【００２５】
従って、これらの凹部形成工程、ウェル形成工程、およびフィルター形成工程を実施することで、複雑な工程となることなく、簡単に、金属から形成されたフィルターを備えたバイオチップ用フィルターを製造することができ、しかも、製造工程においても、フィルターの破損損傷がなく歩留まりが向上し、コストを低減することが可能である。
【００２６】
このように構成することによって、フィルターが、例えば、シリコンなどの金属から形成されているので、例えば、約１〜１０μｍの厚さであり極めて薄いフィルターの強度、耐久性が、例えば、アルミナ、シリカ（シリコン酸化膜）、チタニアなどの金属酸化物層で構成された従来のフィルターを有するバイオチップ用フィルターに比較して格段に向上することになる。
【００２７】
従って、本発明のバイオチップ用フィルターを、例えば、核酸、タンパク質などのバイオプローブを担持した粒子と、被検体中の標的物質とを反応または相互作用させる工程と、粒子を洗浄する工程とを含む標的物質のＢ／Ｆ分離や、被検体中の標的物質とバイオプローブとの反応または相互作用の光学的手段等による検出・同定などを行うためのバイオチップに用いられるバイオチップ用フィルターに適用した場合に、これらのＢ／Ｆ分離や、被検体中の標的物質とバイオプローブとの反応または相互作用の光学的手段等による検出・同定を確実に行うことができる。
【００２８】
また、バイオチップ用フィルターを製造する際にも、フィルターの強度が大きいので、フィルター分が破損損傷することなく、歩留まりが向上し、コストを低減することができる。
【００２９】
また、本発明のバイオチップ用フィルターの製造方法は、
基板部を構成する金属基板からなるフィルター本体と、
前記フィルター本体に設けられた凹部を形成するウェルと、
前記ウェルの底面を構成し、複数の貫通した細孔が形成されたフィルターが設けられ、
前記フィルターが、金属から形成され、
前記フィルター本体を構成する金属基板が、シリコン基板から構成されているとともに、
前記フィルターを構成する金属が、シリコンであるバイオチップ用フィルターを製造する方法であって、
シリコン基板と、シリコン基板の上面に形成したＳｉＯ2層と、ＳｉＯ2層の上面に形成したシリコン薄膜層とからなるＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェーハを用いて、
前記ＳｉＯ2層を介して、上下面からシリコン薄膜層とシリコン基板の一部をそれぞれ
エッチング除去することによって、ウェルと、ウェルの底面を構成し、複数の貫通した細孔が形成され、シリコンから形成されたフィルターとを形成することを特徴とする。
【００３０】
このように構成することによって、ＳｉＯ2層を介して、上下面からシリコン薄膜層と
シリコン基板をそれぞれエッチング除去することによって、ウェルと、ウェルの底面を構成し、複数の貫通した細孔が形成され、シリコンから形成されたフィルターとが形成できる。
【００３１】
従って、複雑な工程となることなく、簡単に、シリコンから形成されたフィルターを備えたバイオチップ用フィルターを製造することができ、しかも、製造工程においても、フィルターの破損損傷がなく歩留まりが向上し、コストを低減することが可能である。
【００３２】
また、本発明のバイオチップ用フィルターの製造方法は、
前記シリコン基板と、シリコン基板の上面に形成したＳｉＯ2層と、ＳｉＯ2層の上面に形成したシリコン薄膜層とからなるＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェーハを用いて、
前記ＳＯＩウェーハのシリコン薄膜層の一部をエッチング除去することによって、前記フィルターの細孔を形成すべき凹部を形成する凹部形成工程と、
前記ＳＯＩウェーハのシリコン基板をエッチング除去することによって、前記ＳｉＯ2
層を介して、前記凹部に対峙するようにウェルを形成するウェル形成工程と、
前記ＳｉＯ2層の一部をエッチング除去して、前記フィルターの細孔を形成すべき凹部
と、ウェルを連通させて、複数の貫通した細孔が形成されたフィルターを形成するフィルター形成工程と、
を備えることを特徴とする。
【００３３】
このように構成することによって、凹部形成工程において、ＳＯＩウェーハのシリコン薄膜層をエッチング除去することによって、フィルターの細孔を形成すべき凹部を形成して、ウェル形成工程において、ＳＯＩウェーハのシリコン基板をエッチング除去することによって、ＳｉＯ2層を介して、凹部に対峙するようにウェルを形成し、その後、フィル
ター形成工程において、ＳｉＯ2層をエッチング除去して、フィルターの細孔を形成すべ
き凹部と、ウェルを連通させて、複数の貫通した細孔が形成されたフィルターを形成することができる。
【００３４】
従って、これらの凹部形成工程、ウェル形成工程、およびフィルター形成工程を実施することで、複雑な工程となることなく、簡単に、シリコンから形成されたフィルターを備えたバイオチップ用フィルターを製造することができ、しかも、製造工程においても、フィルターの破損損傷がなく歩留まりが向上し、チップ製造コストを低減することが可能である。
【００３５】
また、本発明のバイオチップ用フィルターの製造方法は、
ウェルパターン部分の前記ＳｉＯ2層が、エッチング除去されていることを特徴とする
。
【００３６】
このように構成することによって、ウェルパターンに応じたウェルを正確にかつ効率良く形成することができる。
また、本発明のバイオチップ用フィルターの製造方法は、前記ウェル部におけるシリコン薄膜層の表面が、酸化されていることを特徴とする。
【００３７】
このようにウェル部におけるシリコン薄膜層の表面が、酸化されていれば、表面に付着したパーティクルなどを希釈フッ酸などの溶液で除去しやすくなり製品の歩留まりが向上することになる。
【００３８】
また、本発明のバイオチップ用フィルターの製造方法は、前記フィルターの細孔の孔径に対する深さの比（以下、「アスペクト比」と呼ぶ）が、５以下であることを特徴とする。
【００３９】
このようにフィルターの細孔の孔径に対する深さのアスペクト比が、５以下であれば、細孔の形成におけるエッチングの際に均一な孔径を有する細孔をウェーハ全面に渡って形成することができるという製造上の効果ばかりでなく、液体を細孔を通して排出する場合の液体の流れやすさが実用上問題とならない程度に流れやすくできるなどの効果が得られる。
【００４０】
また、本発明のバイオチップ用フィルターの製造方法は、前記ウェル相互の間の距離が、０．０５ｍｍ以上であることを特徴とする。
このように、ウェル相互の間の距離が、０．０５ｍｍ以上であれば、ウェル間の金属領域でチップの強度を十分に保つことができる。
【００４１】
また、本発明のバイオチップ用フィルターは、
基板部を構成する金属基板からなるフィルター本体と、
前記フィルター本体に設けられた凹部を形成するウェルと、
前記ウェルの底面を構成し、複数の貫通した細孔が形成されたフィルターが設けられたバイオチップ用フィルターであって、
前記フィルターが、金属から形成されていることを特徴とする。
【００４２】
また、本発明のバイオチップ用フィルターは、
前記フィルター本体を構成する金属基板が、シリコン基板から構成されているとともに、
前記フィルターを構成する金属が、シリコンであることを特徴とする。
【００４３】
このように構成することによって、フィルターが、例えば、シリコンなどの金属から形成されているので、例えば、約１〜１０μｍの厚さであり極めて薄いフィルターの強度、耐久性が、例えば、アルミナ、シリカ（シリコン酸化膜）、チタニアなどの金属酸化物層で構成された従来のフィルターを有するバイオチップ用フィルターに比較して格段に向上することになる。
【００４４】
従って、本発明のバイオチップ用フィルターを、例えば、核酸、タンパク質などのバイオプローブを担持した粒子と、被検体中の標的物質とを反応または相互作用させる工程と、粒子を洗浄する工程とを含む標的物質のＢ／Ｆ分離や、被検体中の標的物質とバイオプローブとの反応または相互作用の光学的手段等による検出・同定などを行うためのバイオチップに用いられるバイオチップ用フィルターに適用した場合に、これらのＢ／Ｆ分離や、被検体中の標的物質とバイオプローブとの反応または相互作用の光学的手段等による検出・同定を確実に行うことができる。
【００４５】
また、バイオチップ用フィルターを製造する際にも、フィルターの強度が大きいので、フィルター部分が破損損傷することなく、歩留まりを向上させ、コストを低減することができる。
【００４６】
また、本発明のバイオチップ用フィルターは、
シリコン基板と、シリコン基板の上面に形成したＳｉＯ2層と、ＳｉＯ2層の上面に形成したシリコン薄膜層とからなるＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェーハを用いて、
前記ＳｉＯ2層を介して、上下面からシリコン薄膜層とシリコン基板の一部をそれぞれ
エッチング除去することによって、ウェルと、ウェルの底面を構成し、複数の貫通した細孔が形成され、シリコンから形成されたフィルターとを形成することによって得られたバイオチップ用フィルターであることを特徴とする。
【００４７】
このように構成することによって、ＳｉＯ2層を介して、上下面からシリコン薄膜層と
シリコン基板をそれぞれエッチング除去することによって、ウェルと、ウェルの底面を構成し、複数の貫通した細孔が形成され、シリコンから形成されたフィルターとが形成できる。
【００４８】
従って、複雑な工程となることなく、簡単に、シリコンから形成されたフィルターを備えたバイオチップ用フィルターを製造することができ、しかも、製造工程においても、フ
ィルターの破損損傷がなく歩留まりが向上し、コストを低減することが可能である。
【００４９】
また、本発明のバイオチップ用フィルターは、ウェルパターン部分の前記ＳｉＯ2層が
、エッチング除去されていることを特徴とする。
このように構成することによって、ウェルパターンに応じたウェルを正確にかつ効率良く形成することができる。
【００５０】
また、本発明のバイオチップ用フィルターは、前記ウェル部におけるシリコン薄膜層の表面が、酸化されていることを特徴とする。
また、本発明のバイオチップ用フィルターは、前記フィルターの細孔の孔径に対する深さのアスペクト比が、５以下であることを特徴とする。
【００５１】
このようにフィルターの細孔の孔径に対する深さのアスペクト比が、５以下であれば、エッチングの際に均一な孔径を有する細孔を形成することができ、液体の流れやすさも実用上問題が無い程度を維持できる。
【００５２】
また、本発明のバイオチップ用フィルターは、前記ウェル相互の間の距離が、０．０５ｍｍ以上であることを特徴とする。
このように、ウェル相互の間の距離が、０．０５ｍｍ以上であれば、十分なチップ強度を実現できる。
【００５３】
また、本発明のバイオチップは、前述のいずれかに記載のバイオチップ用フィルターを備えることを特徴とする。
また、本発明のバイオチップは、前述のいずれかに記載のバイオチップ用フィルターの製造方法で得られたバイオチップ用フィルターを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００５４】
本発明によれば、フィルターが、例えば、シリコンなどの金属から形成されているので、例えば、約１〜１０μｍの厚さであり極めて薄いフィルターの強度、耐久性が、例えば、アルミナ、シリカ、チタニアなどの金属酸化物層で構成された従来のフィルターを有するバイオチップ用フィルターに比較して格段に向上することになる。
【００５５】
従って、本発明のバイオチップ用フィルターを、例えば、核酸、タンパク質などのバイオプローブを担持した粒子と、被検体中の標的物質とを反応または相互作用させる工程と、粒子を洗浄する工程とを含む標的物質のＢ／Ｆ分離や、被検体中の標的物質とバイオプローブとの反応または相互作用の光学的手段等による検出・同定などを行うためのバイオチップに用いられるバイオチップ用フィルターに適用した場合に、これらのＢ／Ｆ分離や、被検体中の標的物質とバイオプローブとの反応または相互作用の光学的手段等による検出・同定を確実に行うことができる。
【００５６】
また、バイオチップ用フィルターを製造する際にも、フィルターの強度が大きいので、フィルター部分が破損損傷することなく、歩留まりが向上し、コストを低減することができる。
【００５７】
さらに、複雑な工程となることなく、簡単に、例えば、シリコンなどの金属から形成されたフィルターを備えたバイオチップ用フィルターを製造することができ、しかも、製造工程においても、フィルターの破損損傷がなく歩留まりが向上し、コストを低減することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５８】
以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。
図１は、本発明のバイオチップ用フィルターの上面図、図２は、図１のＡ−Ａ線での断面図、図３は、1つのウェルの拡大平面図、図４は、1つのウェルの部分拡大断面図である。
【００５９】
図１〜図２において、符号１０は、全体で本発明のバイオチップ用フィルターを示している。
本発明のバイオチップ用フィルター１０は、例えば、核酸、タンパク質などのバイオプローブを担持した粒子と、被検体中の標的物質とを反応または相互作用させる工程と、粒子を洗浄する工程とを含む標的物質のＢ／Ｆ分離や、被検体中の標的物質とバイオプローブとの反応または相互作用の光学的手段等による検出・同定などを行うためのバイオチップに用いられるフィルターである。
【００６０】
本発明のバイオチップ用フィルター１０は、図１および図２に示したように、矩形平板形状であって、基板部を構成する金属基板からなるフィルター本体１２を備えている。
このフィルター本体１２には、その中央部分に、一定間隔離間して、複数の凹部を形成する円柱形状の凹部を形成するウェル１４が複数個形成されている。
【００６１】
また、図３および図４に示したように、この１つのウェル１４には、ウェル１４の底面を構成し、複数の貫通した細孔１６が形成されたフィルター１８が設けられている。
細孔１６は、細孔の大きさによって、被検体と反応したプローブ担持粒子が分離される。
【００６２】
この場合、図３および図４の実施例では、細孔１６は、均一な間隔で一定の配列パターンとなるように形成されている。また、細孔１６は、均一な孔径を有するストレートな円筒形状の細孔となるように形成されている。
【００６３】
この場合、「均一な孔径」とは、孔径の誤差がＣＶ(Coefficient of Variation)で、２０％以下、好ましくは、１０％以下であることを意味する。孔径誤差がＣＶ値で２０％以下であるような細孔は、後述する方法によって作製可能であり、ウェル１４内に収納されるプローブ担持粒子と孔径との寸法差を僅少とすることができる。
【００６４】
このように均一な孔径を有するフィルターにおいて、その細孔（hole）の孔径は、特に限定されないが、通常は、０．０１μｍ〜１００μｍ、好ましくは、０．１μｍ〜２０μｍ、より好ましくは、０．５μｍ〜１０μｍである。
【００６５】
また「均一な孔間隔」とは、孔間隔の誤差が、ＣＶ(Coefficient of Variation)値で１５％以下であることを意味する。孔間隔には特に限定はないが、孔間隔があまりに狭いとフィルターの強度が弱くなり、また孔間隔があまりに広いと開口率が下がることから、通常は孔径の２倍以下であり、且つ０．５μｍ〜１０μｍであることが好ましい。なお、「孔間隔」とは隣接する各孔の間における孔が空いていない部分の最短距離のことである。
【００６６】
また、「ストレート」な細孔とは、細孔が途中で分岐することなく形成されていることを意味する。
例えば、一方のフィルター１８の表面１８ａに形成された開口の中心から他方のフィルター表面への垂線と、この他方のフィルターの表面１８ｂに形成された開口の中心から、一方のフィルターの表面１８ａへの垂線とが実質的にずれていない細孔であるのが好ましく、且つフィルター１８の一次側（上面側）の孔径が二次側（下面側）の孔径と異なっているものであってもよい。
【００６７】
また、細孔１６の形状としては、特に限定されるものではなく、例えば、円柱、四角錐、多角錐などの形状の貫通孔のようにいずれの形状であってもよいが、メニスカスを最小限にする点から、細孔の貫通方向と垂直な細孔断面の形状は、鈍角形状あるいは円形であることが望ましい。
【００６８】
但し、ウェル１４の容積が所定量以上、例えば、０．１マイクロリッター以上の場合には、メニスカスはそれほど問題とならず、四角柱や四角錐などの形状の貫通孔であっても問題ない。
【００６９】
このようにストレートな細孔１６とすることにより、フィルター１８を形成する細孔長さが最小となるため、細孔壁との接触面積が減少し、濾過に伴う圧送抵抗を最小限とすることができる。
【００７０】
さらに、フィルター１８の細孔１６の孔径（直径）に対する深さのアスペクト比が、５以下であるのが好ましい。
このようにフィルター１８の細孔１６の孔径に対する深さのアスペクト比が、５以下であれば、エッチングの際に均一な孔径を有する細孔を形成することができ、細孔を通した液体の流れ安さも確保できることになる。
【００７１】
すなわち、後述するようにエッチングによってフィルター１８の細孔１６を形成するが、アスペクト比がに大きいと、エッチングによって細孔１６の孔径や形状が不均一になる可能性があるからである。これを考慮すれば、通常の化学エッチングで得られるアスペクト比としては、５以下であり、好ましくは、３以下であるのが望ましい。
【００７２】
また、プローブ担持粒子がフィルター１８の一次側に堆積して目詰まりを起こした場合であっても、粒子がフィルター１８の内部に入り込まずにフィルター１８の表面に留まることになる（いわゆる完全閉塞モデルとなる）。この場合、フィルター１８二次側から液体を流すことにより（「フラッシング」と言う）、粒子をフィルター１８表面から一次側へ容易に離脱・分散させることができる。
【００７３】
このため、フィルター１８の目詰まりを再度解消して再生させることができ、フィルター１８の寿命を延ばすことができる。
以上のように、フィルター１８に均一な孔径を有するストレートな細孔を、均一な孔間隔で形成することによって、プローブ担持粒子は一次側の開口上に配列され、必要に応じて、被検体などの液体を二次側からフラッシングして、粒子を一次側へ分散させることも可能であり、被検体とプローブ担持粒子との反応や検出を容易に行うことができる。
【００７４】
さらに、プローブ担持粒子がフィルター１８の二次側に排出されることが許されず、粒子を１００％捕捉する必要がある場合には、フィルター１８の孔径を、粒子の最小径よりも小さくするように、粒子サイズなどを考慮することで、透過係数と濾過効率を低下させることなく１００％の粒子捕捉が可能である。
【００７５】
また、フィルター１８の厚さは、好ましくは、１〜１０μｍ、より好ましくは、２〜７μｍである。フィルター１８の厚さが、１０μｍよりも大きい場合、液体の濾過時に濾過抵抗が大きくなり、フィルター１８の厚さが１μｍ未満である場合、フィルター１８の機械的な強度が不足する。
【００７６】
さらに、フィルター１８の開口率は、好ましくは、１５〜６０％、より好ましくは、２０〜５０％である。開口率が１５％未満である場合、濾過効率が低下し、開口率が６０％よりも大きい場合、フィルター１８の機械的な強度が不足する。
【００７７】
一方、フィルター１８周辺部には、図３および図４に示したように、細孔１６が形成されていない部分があり、フィルター本体１２と連結されていることが、機械的な強度の面では好ましい。
【００７８】
また、この実施例では、ウェル１４の径と高さには、特に限定はなく、必要な粒子の個数と反応容積にしたがって、任意に設定可能である。例えば、ウェル径は０．５ｍｍの円柱形状の穴、高さは０．３ｍｍ程度である。
【００７９】
また、ウェル１４の相互の間の距離が、０．０５ｍｍ以上であり、好ましくは、０．１ｍｍ以上であるのが望ましい。
このような範囲にウェル１４の相互の間の距離があれば、実使用に耐えるチップ強度を実現することができる。
【００８０】
さらに、ウェル１４の形状も特に限定されるものではなく、例えば、円柱、四角錐、多角錐などの形状の凹部のいずれの形状であってもよいが、メニスカスを最小限にするためにウェル１４の貫通方向と垂直な細孔断面の形状は、鈍角形状あるいは円形であることが望ましい。
【００８１】
また、この実施例では、複数のウェル１４を有するバイオチップ用フィルター１０としたが、単一のウェル１４を有するバイオチップ用フィルター１０とすることももちろん可能であって、ウェル１４の数、配置形状は特に限定されるものではない。
【００８２】
また、複数のウェル１４を有するバイオチップ用フィルター１０では、これらのウェル１４の径は、必ずしも同一である必要はなく、収納する粒子の数や反応容積を考慮して、異なる径のウェル１４を設けることも可能である。
【００８３】
本発明のバイオチップ用フィルター１０のフィルター１８は、金属から形成されており、この場合、金属としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）などを使用することができる。
この場合、フィルター１８を金属から構成するには、金属基板と、金属基板の上面に形成した金属酸化物層と、金属酸化物層の上面に形成した金属薄膜層とからなるウェーハを用いればよい。そして、金属酸化物層を介して、上下面から金属薄膜層と金属基板をそれぞれエッチング除去することによって、ウェル１４と、ウェル１４の底面を構成し、複数の貫通した細孔１６が形成され、金属から形成されたフィルター１８とを形成すればよい。
【００８４】
このように構成することによって、金属酸化物層を介して、上下面から金属薄膜層と金属基板をそれぞれエッチング除去することによって、ウェルと、ウェルの底面を構成し、複数の貫通した細孔が形成され、金属から形成されたフィルターとが形成できる。
【００８５】
従って、複雑な工程となることなく、簡単に、金属から形成されたフィルターを備えたバイオチップ用フィルターを製造することができ、しかも、製造工程においても、フィルターの破損損傷がなく歩留まりが向上し、コストを低減することが可能である。
【００８６】
例えば、シリコンの場合には、後述するように、シリコン基板と、シリコン基板の上面に形成したＳｉＯ2層と、ＳｉＯ2層の上面に形成したシリコン薄膜層とからなるＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェーハを用いればよい。そして、ＳｉＯ2層を介して、上下面
からシリコン薄膜層とシリコン基板をそれぞれエッチング除去することによって、ウェル１４と、ウェル１４の底面を構成し、複数の貫通した細孔１６が形成され、シリコンから形成されたフィルター１８とを形成すればよい。
【００８７】
この場合、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェーハは、２枚の基板を構成する単結晶シリコンの表面に熱酸化膜を形成し、２枚のＳｉ基板を熱酸化膜を介して張り合わせ、片側からＳｉ基板を所望の厚みにエッチングすることにより、ＳＯＩ基板構造を得ることができる（張り合わせ法によるＳＯＩ基板の作製方法）。
【００８８】
一方、フィルター本体１２は、このようにウェル１４と、フィルター１８とを作製する場合に、後述するように、同時に形成されるものであるので、フィルター１８と同一の材料より構成されるものである。しかしながら、フィルター本体１２は、フィルター１８と同一の材料より構成されるものに限定されるものではない。
【００８９】
このように構成することによって、フィルター１８が、例えば、シリコンなどの金属から形成されているので、例えば、約１〜１０μｍの厚さであり極めて薄いフィルターの強度、耐久性が、例えば、アルミナ、シリカ、チタニアなどの金属酸化物層で構成された従来のフィルターを有するバイオチップ用フィルターに比較して格段に向上することになる。
【００９０】
従って、本発明のバイオチップ用フィルター１０を、例えば、核酸、タンパク質などのバイオプローブを担持した粒子と、被検体中の標的物質とを反応または相互作用させる工程と、粒子を洗浄する工程とを含む標的物質のＢ／Ｆ分離や、被検体中の標的物質とバイオプローブとの反応または相互作用の光学的手段等による検出・同定などを行うためのバイオチップに用いられるバイオチップ用フィルターに適用した場合に、これらのＢ／Ｆ分離や、被検体中の標的物質とバイオプローブとの反応または相互作用の光学的手段等による検出・同定を確実に行うことができる。
【００９１】
また、バイオチップ用フィルター１０を製造する際にも、フィルター１８の強度が大きいので、フィルター部分が破損損傷することなく、歩留まりが向上し、コストを低減することができる。
【００９２】
以下に、このように構成される本発明のバイオチップ用フィルター１０の製造方法について、フィルター１８が、シリコンである場合を例として、図面に基づいて詳細に説明する。
【００９３】
先ず、図５（Ａ）に示したように、シリコン基板２０と、シリコン基板２０の上面に形成したＳｉＯ2層２１と、このＳｉＯ2層２１の上面に形成したシリコン薄膜層２２とからなるＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェーハ２３を準備する。
【００９４】
なお、この場合、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェーハは、基板を構成する単結晶シリコン基板の表面に熱酸化膜を形成し、２枚のＳｉ基板を熱酸化膜を介して張り合わせ、片側からＳｉ基板を所望の厚みにエッチングすることによりＳＯＩ基板構造を用いる。
【００９５】
この場合、シリコン基板２０の厚さは、ウェル１４の深さの大部分を構成するものであり、例えば、３００μｍ程度であるのが望ましい。また、シリコン薄膜層２２は、フィルター１８を構成するものであるので、好ましくは、１〜２０μｍ、より好ましくは、２〜５μｍであるのが望ましい。さらに、ＳｉＯ2層２１は、製造工程の際にエッチングスト
ップ膜などの保護膜として機能するものであり、その厚さは、好ましくは、０．５μｍ〜１０μｍ、より好ましくは、１μｍ〜２μｍであるのが望ましい。
【００９６】
そして、図５（Ｂ）に示したように、このＳＯＩウェーハ２３のシリコン薄膜層２２の上面に、フォトリソグラフィーによって、フィルター１８の細孔（hole）に対応する凹部
パターン２５を有するレジスト膜２４を形成する（凹部形成工程）。
【００９７】
次に、図５（Ｃ）に示したように、このレジスト層２４をマスクとして、シリコン薄膜層２２をエッチング除去することによって、シリコン薄膜層２２の部分に、フィルターの細孔に対応する凹部２６を形成する。
【００９８】
この場合、エッチングとしては、フッ素系ガスによる反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）を用いればよい。この際には、ＳｉＯ2層２１が、ドライエッチングによってエッ
チングされないので、Ｓｉ層２２の厚みに対応した所定の深さの凹部２６が形成されることになる。
【００９９】
そして、図５（Ｄ）に示したように、レジスト膜２４を剥離する。
そして、天地を逆にした状態で、図６（Ａ）に示したように、ＳＯＩウェーハ２３のシリコン基板２０の上面に、レジスト膜２８を形成して、フォトリソグラフィーによって、ウェル１４に対応する凹部２９パターンを有するレジストマスク層２８を形成する。
【０１００】
そして、図６（Ｂ）に示したように、レジスト膜２８の部分をマスクとして、露出したシリコン基板２０の部分をエッチング除去することによって、ウェル１４を形成する（ウェル形成工程）。
【０１０１】
この場合、シリコンエッチングとしては、フッ素系ガスによるドライエッチング方法（ＲＩＥ法）を用いればよい。この際には、ＳｉＯ2層２１が、ドライエッチングによって
エッチングされないので、所定の深さのウェル１４が形成されることになる。
【０１０２】
そして、図６（Ｃ）に示したように、ＳｉＯ2層２１をエッチング除去する。
次に、図７（Ａ）に示したように、シリコン基板２０の下面に、ダイシングテープ３４を貼着した後、図７（Ｂ）に示したように、ダイシングを行うことによって、個々のバイオチップ用フィルター１０に分断する。
【０１０３】
この場合、ダイシングとしては、ダイシングカッターによるダイシングなどを用いることができる。
そして、図７（Ｃ）に示したように、ダイシングテープ３４を昇温しながらエキスパンドすることによって外方に引っ張って、ダイシングテープ３４と個々のチップを剥離して、個々のバイオチップ用フィルター１０に分離する。
【０１０４】
これによって、図７（Ｄ）に示したように、基板部を構成するシリコン基板２０からなるフィルター本体１２と、フィルター本体１２に設けられた複数の凹部を形成するウェル１４と、ウェル１４の底面を構成し、複数の貫通した細孔１６が形成されたシリコンからなるフィルター１８が設けられたバイオチップ用フィルター１０が得られる。
【０１０５】
なお、図５〜図７では、説明の便宜上、１つのウェル１４を示しているが、実際には、複数のウェル１４が一定間隔離間して形成されている。
また、ウェル１４の部分におけるシリコン薄膜層２２の表面が、酸化されているのが好ましい。このようにウェル１４の部分におけるシリコン薄膜層２２の表面が、酸化されていればシリコン薄膜層２２の表面に付着するパーティクルなどの異物を例えば希釈フッ酸などの溶液で容易にリフトオフ除去することができる。この酸化方法としては、熱酸化法を用いることができる。
【０１０６】
以上、本発明の好ましい実施の態様を説明してきたが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、上記実施例では、張り合わせ法を用いたＳＯＩ（Silicon On Insulator
）ウェーハを用いた例について説明したが、ＳＩＭＯＸ法で形成したＳＯＩウェーハなども使用可能であるなど本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】図１は、本発明のバイオチップ用フィルターの上面図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ線での断面図である。
【図３】図３は、1つのウェルの拡大平面図である。
【図４】図４は、1つのウェルの部分拡大断面図である。
【図５】図５は、本発明のバイオチップ用フィルターの製造方法を示す工程概略図である。
【図６】図６は、本発明のバイオチップ用フィルターの製造方法を示す工程概略図である。
【図７】図７は、本発明のバイオチップ用フィルターの製造方法を示す工程概略図である。
【図８】図８は、従来のバイオチップ用フィルターの製造方法を示す工程概略図である。
【図９】図９は、従来のバイオチップ用フィルターの製造方法を示す工程概略図である。
【図１０】図１０は、従来のバイオチップ用フィルターの製造方法を示す工程概略図である。
【図１１】図１１は、従来のバイオチップ用フィルターの製造方法を示す工程概略図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１０   バイオチップ用フィルター
１２   フィルター本体
１４   ウェル
１６   細孔
１８ａ、１８ｂ       表面
２０   シリコン基板
２１   ＳｉＯ2層
２２   シリコン薄膜層
２３   ウェーハ
２４   レジスト膜
２５   凹部
２６   凹部
２８   レジスト膜
２９   凹部
３４   ダイシングテープ
１００ シリコン基板
１０１ シリコン基板本体
１０２ 熱酸化膜
１０４ 熱酸化膜
１０６ レジスト膜
１０８ 凹部
１１０ 凹部
１１２ レジスト膜
１１４ 凹部
１１６ 凹部
１２４ ウェル
１２８ ダイシングテープ
１３０ バイオチップ用フィルター
１３６ フィルター
【図１】
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【図２】
2008032656.tif 000004
【図３】
2008032656.tif 000005
【図４】
2008032656.tif 000006
【図５】
2008032656.tif 000007
【図６】
2008032656.tif 000008
【図７】
2008032656.tif 000009
【図８】
2008032656.tif 000010
【図９】
2008032656.tif 000011
【図１０】
2008032656.tif 000012
【図１１】
2008032656.tif 000013