(57)【要約】【課題】異なる成分を分離するために、従来では遠心分離器やフィルタが用いられている。しかし遠心分離器では多くのサンプルが必要であり、フィルタ方式ではどの成分を分離するかによって最適化されたフィルタを設計する必要がある。【解決手段】一部にくり貫かれた溝２が形成された基板１と、溝２の底部には少なくとも一つの第一の貫通孔３を形成し、第一の貫通孔３に連結するとともに第一の貫通孔３より大きな空洞４を形成し、空洞４にはダイアフラム５を設置し、さらにダイアフラム５に第一の貫通孔３より小さな第二の貫通孔９を形成する。【選択図】  図２
2005003587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一部にくり貫かれた溝が形成された基板と、この溝の底部には少なくとも一つの第一の貫通孔を形成し、この第一の貫通孔に連結するとともにこの第一の貫通孔より大きな空洞を形成し、この空洞にはダイアフラムを設置し、さらにこのダイアフラムに第一の貫通孔より小さな第二の貫通孔を形成した微小固形成分分離デバイス。
【請求項２】
ダイアフラムは第一の導電体と圧電体と第二の導電体が順次積層された積層体からなる請求項１に記載の微小固形成分分離デバイス。
【請求項３】
ダイアフラムを複数の積層体から形成し、この複数の積層体を保持する保持体から構成した請求項２に記載の微小固形成分分離デバイス。
【請求項４】
第一の導電体を白金で形成し、圧電体をチタン酸ジルコン酸鉛で形成し、第二の導電体を金、白金、クロム、チタン、アルミのいずれかまたはこれらの複合もしくは積層したものからなる請求項２に記載の微小固形成分分離デバイス。
【請求項５】
基板をシリコンで形成した請求項１に記載の微小固形成分分離デバイス。
【請求項６】
基板を内部に酸化膜層を有したシリコンで形成した請求項１に記載の微小固形成分分離デバイス。
【請求項７】
基板の一面に第一の導電体と圧電体と第二の導電体を順次積層した積層体を含んだダイアフラムを形成する工程と、この積層体を含んだダイアフラムに第二の貫通孔をエッチングによって形成した後基板の材料のエッチングを促進するガスを用いて基板をエッチングすることで積層体の下部に空洞を形成する工程と、エッチングを促進するガスとエッチングを抑制するガスを混合させてエッチングを行うことで第一の貫通孔を形成する工程と、基板の他面側からエッチングによって溝を形成する工程とを含む微小固形成分分離デバイスの製造方法。
【請求項８】
基板がシリコンであり、この基板の一面に形成されたダイアフラムが第一の導電体として白金、圧電体としてチタン酸ジルコン酸鉛、第二の導電体としてクロム、チタン、金、白金のいずれか／またはこれらの混合体からなる積層体である微小固形成分分離デバイスであって、前記ダイアフラムに第二の貫通孔を形成した後空洞を形成するためのエッチングを促進するガスがＸｅＦ２であり、空洞を形成した後第一の貫通孔を形成するためのエッチングを促進するガスとエッチングを抑制するガスはそれぞれ、ＳＦ６，Ｃ４Ｆ８を含むガスを用いる請求項７に記載の微小固形成分分離デバイスの製造方法。
【請求項９】
内部に酸化膜層を有したシリコンを基板とし、この基板の一面に形成されたダイアフラムが第一の導電体が白金、圧電体がチタン酸ジルコン酸鉛、第二の導電体がクロム、チタン、金、白金のいずれか／またはこれらの混合体からなる積層体である微小固形成分分離デバイスであって、前記ダイアフラムに第二の貫通孔を形成した後空洞を形成するためのエッチングを促進するガスがＸｅＦ２であり、空洞を形成した後第一の貫通孔を形成するためのエッチングを促進するガスとエッチングを抑制するガスはそれぞれ、ＳＦ６，Ｃ４Ｆ８を含むガスであり、この第一の貫通孔を形成するための一面側からのエッチングは上記シリコンの酸化膜層に到達するまでエッチングを行い、さらに、基板の他面側から溝を形成する際には酸化膜層までエッチングを行い、次に酸化膜層をウエットエッチングもしくはドライエッチングによって除去する請求項７に記載の微小固形成分分離デバイスの製造方法。
【請求項１０】
一部にくり貫かれた溝が形成された基板と、この溝の底部には少なくとも一つの第一の貫通孔を形成し、この第一の貫通孔に連結するとともにこの第一の貫通孔より大きな空洞を形成し、この空洞にはダイアフラムを設置し、さらにこのダイアフラムに第一の貫通孔より小さな第二の貫通孔を形成した微小固形成分分離デバイスを用い、この溝に複数の固形成分が混合された流体もしくは粉流体を入れ、前記ダイアフラムに所定の振動を加えることで溝に投入された流体もしくは粉流体から特定の固形成分のみを第二の貫通孔から取り出す微小固形成分の分離方法。
【請求項１１】
ダイアフラムは第一の導電体及び圧電体及び第二の導電体からなる積層体からなり、前記ダイアフラムに所定の振動を与える方法がこの第一の導電体及び第二の導電体間に電圧差を加えることで発生するダイアフラムの屈曲運動である請求項１０に記載の微小固形成分の分離方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば血液、乳液などに代表される液体成分と固形成分が混合された溶液の成分や、質量・大きさの異なる複数の固形成分あるいは粒状成分が混合された固形成分をそれぞれ分離するための微小固形成分分離デバイスとその製造方法、およびこれを用いた微小固形成分の分離方法であり、微小固形成分分離器、成分分析機などに応用される。
【０００２】
【従来の技術】
複数の固形成分が混合された流体もしくは粉流体として、例えば河川水、海水、血液などが挙げられる。これらは液体成分と固形成分が混合したものであり、砂、細菌、血球細胞などの固形成分は沈殿や分散などして液体成分に溶融することなく固形として存在している。
【０００３】
そして、これらの複数の成分を分離する方法、例えば血球・血漿分離装置としては以下のようなものがある。
【０００４】
通常、血液は液体成分である血漿と固形成分である血球細胞とその他の成分から構成された全血状態で採取される。しかしながら、検査のために必要な成分は血球細胞部分のみであったり、逆に血漿部分のみであったりする場合が多い。
【０００５】
例えば、血液中の血糖値を検査するためには血漿成分中に溶融している血糖を測定する必要があるし、ＤＮＡを検出するためには血球中の白血球細胞からＤＮＡを取り出さなければならない。このため、従来の一般的な方法では採取された全血を血漿・血球成分に分離するために試験管中に全血を入れた後、遠心分離器にセットして所定の遠心力を加えることを行っていた。このように、遠心分離器で遠心力を加えると試験管内の全血はそれぞれの成分に応じた遠心力を受けることになり、質量の違いによってこれら成分が分離される。
【０００６】
そしてこの後、上澄み液を抽出することで血漿成分を取り出したり、沈殿物から血球成分を取り出したりすることができる。その後、分離されたそれぞれの成分は検査工程で所定の測定を行う。
【０００７】
また、微量のサンプルを分離する手段としてフィルタを用いる方法もある。
【０００８】
これはＹｏｎｇ−Ｋｙｕ  Ｙｏｏｎらによって開示されている方法であり、フィルタの多孔質性を利用して、所定の大きさ以上の血球を濾過して血漿成分を得たり、逆に血球を取り出したりするものである。この方法においてはフィルタの穴サイズ・数などが分離特性に影響を与えるので、どの成分を分離するかによって最適化されたフィルタを設計する必要がある。代表的な例では、フィルタの穴サイズ・数などを精度良く再現する方法としては感光性レジストを立体的に感光させることで、メッシュ状のフィルタを精度良く実現するものである（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）。
【０００９】
【非特許文献１】
Ｈｉｒｏｎｏｂｕ  Ｓａｔｏ「Ａ  ｎｏｖｅｌ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆ  Ｉｎ−ｃｈａｎｎｅｌ  ３−Ｄｍｉｃｒｏｍｅｓｈ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｕｓｉｎｇ  ｍａｓｋｌｅｓｓ  ｍｕｌｔｉ−ａｎｇｌｅ  ｅｘｐｏｓｕｒｅ  ａｎｄ  ｉｔｓ  ｍｉｃｒｏｆｉｌｔｅｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ」
ＭＥＭＳ２００３，Ｋｙｏｔｏ，ｐｐ．２２３−２２６  ＩＥＥＥ発行
【非特許文献２】
Ｙｏｎｇ−Ｋｙｕ  Ｙｏｏｎ「Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｖｅｒｔｉｃａｌｓｃｒｅｅｎ  ｍｉｃｒｏｆｉｌｔｅｒ  ｓｙｓｔｅｍ  ｕｓｉｎｇ  ｉｎｃｌｉｎｅｄ  ＳＵ−８  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．」
ＭＥＭＳ２００３，Ｋｙｏｔｏ，ｐｐ．２２７−２３０  ＩＥＥＥ発行
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の上記のような遠心分離器を用いると次のような問題点がある。すなわち、試験管のような容器に全血を入れる必要があり、これを遠心分離器で分離するので、試験管の中をある程度の量で満たす必要があり、数ミリリットルから数十ミリリットルほどのサンプルが必要である。よってこの方法は得られるサンプルの量が少ない場合には困難な方法である。
【００１１】
一方、フィルタによる方法はフィルタ部に複数成分の混合された流体もしくは粉流体が圧力などの力によって通過する際の固形成分の粒子の大きさによってトラップされたり、通過したりするものであり、このことは複数の大きさの固形成分粒子が存在する場合にこれら成分の分離を困難にする。つまり、特性の大きさの粒子を取り出すため、小さい粒子のみが通過するようにフィルタの大きさを構成すると、大きな粒子はフィルタにトラップされるのでフィルタが目詰まりを起こすようになり、小さな粒子の通過を妨げるようになってしまうという課題を有していた。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の請求項１に記載の発明は、一部にくり貫かれた溝が形成された基板と、この溝の底部には少なくとも一つの第一の貫通孔を形成し、この第一の貫通孔に連結するとともにこの第一の貫通孔より大きな空洞を形成し、この空洞にはダイアフラムを設置し、さらにこのダイアフラムに第一の貫通孔より小さな第二の貫通孔を形成した微小固形成分分離デバイスであり、これによりダイアフラムは空洞の上に形成されているので、ダイアフラムに所定の振動を与えることが容易にできる。これによって、大きさの異なる複数の固形成分が混合された流体の場合においても、第二の貫通孔に大きな固形成分が目詰まりしても振動によって速やかに取り除くことができる。つまり、目詰まりすることなく小さな固形成分のみを通過させることができる。また、第一の貫通孔は空洞より小さくかつ第二の貫通孔より大きいことから、第二の貫通孔へ所望する大きさの固形成分を通過させようとするとき、不用意に大きな固形成分が空洞側に流入することを防ぎより目詰まりが起こりにくいと言う利点も有する。
【００１３】
さらにこのとき、ダイアフラムに加えられる振動が空洞、第一の貫通孔、溝に存在する流体に伝わる際、振動の伝わり具合が固形成分によって異なることから特定の固形成分のみを大きく振動させることができる。
【００１４】
また、このような状態で溝から第二の貫通孔へ向かって重力、減圧、加圧などの方法で圧力差を発生させれば、特定の固形成分のみが第二の貫通孔を通りやすくなったり、通りにくくなるということが発生する。これによって、溝に存在する複数の固形成分が混合された流体もしくは粉流体から特定の成分のみを取り出すあるいは除去することが可能になる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、ダイアフラムは第一の導電体と圧電体と第二の導電体が順次積層された積層体からなる請求項１に記載の微小固形成分分離デバイスであり、これによりダイアフラムは第一の導電体と第二の導電体間に電圧を加えることで容易にダイアフラムは屈曲するのでこれに振動を加えることができる。
【００１６】
さらに、ダイアフラムをこのような構成とすることにより第一の導電体と第二の導電体の間の電圧差を変えることでダイアフラムが屈曲することにより第二の貫通孔の穴径を変えることができるようになる。すなわち第二の貫通孔の穴径を変えることで第二の貫通孔を通過する固形成分の粒子の大きさを変えることができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、ダイアフラムを複数の積層体から形成し、この複数の積層体を保持する保持体から構成した請求項２に記載の微小固形成分分離デバイスであり、これにより前記圧電体を含む積層体はより大きな変位をすることができるようになり、第二の貫通孔の穴径をより大きく変えることができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、第一の導電体を白金で形成し、圧電体をチタン酸ジルコン酸鉛で形成し、第二の導電体を金、白金、クロム、チタン、アルミのいずれかまたはこれらの複合もしくは積層した請求項２に記載の微小固形成分分離デバイスであり、これによりダイアフラムはより薄型のものでありながら大変位を実現することができることになる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、基板をシリコンで形成した請求項１に記載の微小固形成分分離デバイスであり、これにより容易にダイアフラムを構成する白金及びチタン酸ジルコン酸鉛を良好な結晶構造を持つように形成できるとともに空洞及び第一の貫通孔をエッチング技術によって容易に形成できるという製造上の利点を有する。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、基板を内部に酸化膜層を有したシリコンで形成した請求項１に記載の微小固形成分分離デバイスであり、これにより基板の一面側から第一の貫通孔を形成したり、あるいは基板の他面側から溝を形成する場合にも酸化膜層がエッチングストップ層となり、容易に形状を実現できるという製造上の利点を有する。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、基板の一面に第一の導電体と圧電体と第二の導電体を順次積層した積層体からなるダイアフラムを形成する工程と、この積層体を含んだダイアフラムに第二の貫通孔をエッチングによって形成した後基板の材料のエッチングを促進するガスを用いて基板をエッチングすることで積層体の下部に空洞を形成する工程と、エッチングを促進するガスとエッチングを抑制するガスを混合させてエッチングを行うことで第一の貫通孔を形成する工程と、基板の他面側からエッチングによって溝を形成する工程とを含む微小固形成分分離デバイスの製造方法であり、基板の一面に積層体を構成した後レジストマスクを形成することにより、このレジストマスクは第二の貫通孔を形成するためのマスクと、空洞を形成するためのマスクと、第一の貫通孔を形成するためのマスクとして共通して使用することができる。これにより極めて簡単なフォトリソ工程とすることができる。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、基板がシリコンであり、この基板の一面に形成されたダイアフラムが第一の導電体として白金、圧電体としてチタン酸ジルコン酸鉛、第二の導電体としてクロム、チタン、金、白金のいずれか／またはこれらの混合体からなる積層体である微小固形成分分離デバイスであって、前記ダイアフラムに第二の貫通孔を形成した後空洞を形成するためのエッチングを促進するガスがＸｅＦ２であり、空洞を形成した後第一の貫通孔を形成するためのエッチングを促進するガスとエッチングを抑制するガスはそれぞれ、ＳＦ６，Ｃ４Ｆ８を含むガスを用いる請求項７に記載の微小固形成分分離デバイスの製造方法であり、シリコンの基板に空洞、第一の貫通孔を極めて簡便に形成することができる。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、内部に酸化膜層を有したシリコンを基板とし、この基板の一面に形成されたダイアフラムが第一の導電体が白金、圧電体がチタン酸ジルコン酸鉛、第二の導電体がクロム、チタン、金、白金のいずれか／またはこれらの混合体からなる積層体である微小固形成分分離デバイスであって、前記ダイアフラムに第二の貫通孔を形成した後空洞を形成するためのエッチングを促進するガスがＸｅＦ２であり、空洞を形成した後第一の貫通孔を形成するためのエッチングを促進するガスとエッチングを抑制するガスはそれぞれ、ＳＦ６，Ｃ４Ｆ８を含むガスであり、この第一の貫通孔を形成するための一面側からのエッチングは上記シリコンの酸化膜層に到達するまでエッチングを行い、さらに、基板の他面側から溝を形成する際には酸化膜層までエッチングを行い、次に酸化膜層をウエットエッチングもしくはドライエッチングによって除去する請求項７に記載の微小固形成分分離デバイスの製造方法であり、内部に酸化膜層を有するシリコンの基板に空洞、第一の貫通孔を極めて簡便に形成することができる。
【００２４】
請求項１０に記載の発明は、一部にくり貫かれた溝が形成された基板と、この溝の底部には少なくとも一つの第一の貫通孔を形成し、この第一の貫通孔に連結するとともにこの第一の貫通孔より大きな空洞を形成し、この空洞にはダイアフラムを設置し、さらにこのダイアフラムに第一の貫通孔より小さな第二の貫通孔を形成した微小固形成分分離デバイスを用い、この溝に複数の固形成分が混合された流体もしくは粉流体を入れ、前記ダイアフラムに所定の振動を加えることで溝に投入された流体もしくは粉流体から特定の固形成分のみを第二の貫通孔から取り出す微小固形成分の分離方法であり、溝に投入された流体もしくは粉流体から特定の成分のみを第二の貫通孔から取り出す微小粒体成分の分離方法を提供することができる。
【００２５】
すなわち、ダイアフラムに振動を加えることによって大きさの異なる複数の固形成分が混合された流体の場合においても、第二の貫通孔に大きな固形成分が目詰まりしても、振動によって速やかに取り除くことができることから、目詰まりすることなく小さな固形成分のみを通過させることができる。
【００２６】
また、第一の貫通孔は空洞より小さく、第二の貫通孔より大きいことから、第二の貫通孔へ所望する大きさの固形成分を通過させようとするときに不用意に大きな固形成分が空洞側に流入することを防ぎ、より目詰まりが起こりにくくすることができる。
【００２７】
また、上記のように複数の成分が混合された流体もしくは粉流体がダイアフラムによって振動を加えられると、成分の性質によって振動の伝わり具合が違うので、特性の成分のみを大きく振動させたりすることができるようになる。これによって特定の成分のみを第二の貫通孔から選択的に取り出したり、逆に除去したりすることができる。
【００２８】
請求項１１に記載の発明は、ダイアフラムは第一の導電体及び圧電体及び第二の導電体からなる積層体を含んでおり、前記ダイアフラムに所定の振動を与える方法が前記第一の導電体及び第二の導電体間に電圧差を加えることで発生するダイアフラムの屈曲運動である請求項１０に記載の微小固形成分の分離方法であり、容易にダイアフラムに振動を発生させることができるとともにダイアフラムに設けた第二の貫通孔の大きさを変えることができるようになり、より特定の成分のみを取り出したり除去したりすることができる。
【００２９】
以上述べたように本発明の微小固形成分分離デバイスでは、ダイアフラムに発生する振動の状態を変えることで特定の成分の分離を行うので、従来のフィルタのように目詰まりを起こしにくく、特定目的に限った設計ではない汎用性の高い微小固形成分分離デバイスとすることができる。
【００３０】
さらに、基板に形成した溝、第一の貫通孔、空洞はシリコンより切り出して形成されるので、高密度でこれらが配置された極めて小さなデバイスとすることができる。また溝、空洞、第一の貫通孔に存在する流体もしくは粉流体を振動させる手段として設けるダイアフラムもスパッタリング、エッチングなどの半導体プロセスを用いて形成することができるために小型のデバイスを実現することができる。その結果、遠心分離器のように微小固形成分分離を行うために多量のサンプルを必要としなくともよい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の微小固形成分分離デバイスとその製造方法、およびこれを用いた微小固形成分の分離方法について実施の形態および図面を用いて説明する。
【００３２】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１および図１〜図１５により請求項１，２，４，５，７，８，１０，１１に記載の発明を説明する。
【００３３】
図１は本発明の微小固形成分分離デバイスの斜視図であり、図２はこれの一部切欠斜視図である。１はシリコンからなる基板で、この基板１には一部をくり貫いて溝２が設けられており、溝２の底部には第一の貫通孔３とこれにつながるように空洞４が形成されている。空洞４の下方にはダイアフラム５が設けられており、さらに、このダイアフラム５は白金よりなる第一の導電体６、チタン酸ジルコン酸鉛よりなる圧電体７、クロムよりなる第二の導電体８を順次積層した積層体である。さらにこのダイアフラム５の空洞４の中央付近には第二の貫通孔９が設けられており、この構成により基板１の溝２の空間は第一の貫通孔３、空洞４、第二の貫通孔９を通して外方へ通じている。
【００３４】
ここで、本発明の微小固形成分分離デバイスを使用して、異なる固形成分が混合した流体もしくは粉流体の分離方法について図３〜図９を用いて説明する。図３から図９は本発明の微小固形成分分離デバイスの動作を説明するための断面図である。
【００３５】
始めに、液体成分中に複数の異なる固形成分が混合された流体、例えば液体成分１３として水中に直径が５μｍの第一の固形成分１０と６μｍの第二の固形成分１１の２種類の微小な固形成分（例えばスチレンビーズ）が混合された流体を、図３に示すように微小固形成分分離デバイスの溝２側に導入する。
【００３６】
次に、溝２側を第二の貫通孔９側に比べて陽圧にする。これにより、水および第一の固形成分１０および第二の固形成分１１は図４に示すように空洞４側へ導かれ、５μｍの第一の固形成分１０が第二の貫通孔９を通過する一方、図５に示すように６μｍの第二の固形成分１１は大きいが第二の貫通孔９の径より大きいために通過することができずに第二の貫通孔９の付近で詰まってしまう。
【００３７】
次に、この目詰まり状態では第一の固形成分１０が第二の貫通孔９を通過することはできないが、図６に示すようにダイアフラム５に振動を加えると、第二の固形成分１１は第二の貫通孔９より離れ、再び第一の固形成分１０が通過できるようになる。
【００３８】
さらに、別の分離方法として次のような方法も行うことができる。
【００３９】
例えば、図７に示すように５μｍの第一の固形成分１０と４μｍの第三の固形成分１２が混合された流体が溝２に存在する場合において、ダイアフラム５に振動を発生させると、振動は流体および固形成分にも伝わるが、その伝わり具合は成分によって異なる。この振動の伝わり具合は主に大きさによって異なり、それぞれの値の共振周波数を持つ。その共振周波数の振動が加えられた固形成分は大きく振動することとなり、第二の貫通孔９を通過する妨げとなる。
【００４０】
例えば、第一の固形成分１０の大きさは５μｍであるので、第三の固形成分１２と共に第二の貫通孔９を通常は通過するが、図８に示すようにダイアフラム５によって第一の固形成分１０の共振周波数の振動が加えられると、第一の固形成分１０は大きく振動することとなり、第二の貫通孔９を通過できなくなる。
【００４１】
このようにして第三の固形成分１２のみを通過させて微小固形成分分離を行うことも可能である。
【００４２】
ここで、振動の発生方法としてはダイアフラム５の下方部から音波を照射する方法がある。つまり音波によって振動された空気がダイアフラム５を振動させるのである。
【００４３】
さらに、別の振動を発生させる方法として、ダイアフラム５を第一の導電体６、圧電体７、第二の導電体８で構成する積層体にしておき、ダイアフラム５の第一の導電体６と第二の導電体８の間に電圧差を加えると、圧電体７は歪みを発生させる。この圧電体７の歪みの方向にはいくつかあるが、ここで重要なのは電場方向と垂直な方向へ伸び縮みする歪みであり、加える電圧の大きさに対してこの方向に発生する歪み量の比を圧電常数ｄ３１と呼ぶ。圧電体７のｄ３１歪み方向に歪みが発生する一方、圧電体７は第一の導電体６と第二の導電体８の両面に強固に固着しているのでこれらの作用により、ダイアフラム５は図９のように屈曲する。上記積層体に加える電圧は、大きさ、周波数を自由に変えることができる。
【００４４】
つまり、ダイアフラム５を第一の導電体６、圧電体７、第二の導電体８で構成する積層体とすることで、簡便にダイアフラム５に必要とする周波数の振動を加えることができるようになるのである。
【００４５】
さらに、ダイアフラム５が屈曲すると、ダイアフラム５に設けられた第二の貫通孔９の径は大きさが変わる。このように第二の貫通孔９の大きさが変わることで、第二の貫通孔９を通過する粒子の大きさを変更することもできる。
【００４６】
つまり、電圧の大きさによって第二の貫通孔９の開口径を変えることができ、これにより通過する粒子の大きさを変えることができる汎用性の高い微小固形成分分離を行えるようになる。
【００４７】
次に、本発明の微小固形成分分離デバイスを製造する方法について、図面を用いて説明する。
【００４８】
図１０〜図１５は本発明の微小固形成分分離デバイスを製造する手順を説明するための断面図である。
【００４９】
まず、図１０に示すようにシリコンからなる基板１の一面側に第一の導電体６として白金を、圧電体７としてチタン酸ジルコン酸鉛をそれぞれスパッタリング法によって形成し、さらに第二の導電体８として金をスパッタリング法あるいは真空蒸着法によって順次形成することによりダイアフラム５を形成する。
【００５０】
このとき、第二の導電体８としては少なくとも白金、クロム、チタン、アルミのうちいずれか１つを含む金属を金のかわりに用いることができる。
【００５１】
次に、図１１に示すようにレジストマスク１４を形成する。
【００５２】
その後、図１２に示すように基板１の一面に到達するまでエッチングすることにより第二の貫通孔９を形成する。このときのエッチング方法はサイドエッチングを防止するためにドライエッチングが望ましい。
【００５３】
次に、図１３に示すようにエッチングを促進するガスとしてＸｅＦ２ガスを用いて空洞４を形成する。シリコンからなる基板１をエッチングする際、ＸｅＦ２ガスを用いるとエッチングが等方的に進み、図のように半球形になる。
【００５４】
なお、エッチングを促進するガスとしてＳＦ６ガスを用い、これをプラズマ分解することで同じように等方性エッチングによって空洞４を形成することは可能である。
【００５５】
次に、図１４に示すようにエッチングを促進するガスとしてＳＦ６、エッチングを抑制するガスとしてＣ４Ｆ８またはＳＦ６を用いて基板１の一面側からエッチングすると、エッチングを抑制するガスによってエッチングされた隔壁に保護膜が形成されるので、エッチングはレジストマスク１４の垂直下方に進むこととなり、結果として基板１には空洞４と第一の貫通孔３が形成される。
【００５６】
ここで、図でも明らかなように第一の貫通孔３は距離の離れたレジストマスク１４、第二の貫通孔９をマスクとしてエッチングされるので、若干ではあるがエッチングされる大きさは第二の貫通孔９よりも大きくなる。すなわち第一の貫通孔３の大きさが第二の貫通孔９より大きくなる。そしてこの形状は第二の貫通孔９に所望の大きさの固形成分を通過させるのに好都合である。すなわち第一の貫通孔３によって不用意に大きな固形成分が空洞４側に流入することを防ぐことができることから、目詰まりの発生を防ぐことができる。
【００５７】
次に、図１５に示すように基板１の他面側にレジストマスク１５を形成し、エッチングによって溝２を形成する。最後にレジストマスク１４，１５を除去して洗浄を行い、微小固形成分分離デバイスを得る。この微小固形成分分離デバイスは通常の半導体プロセスのように複数のデバイスを基板１に一括して形成することも可能であるので、この場合は最後にダイシングし、それぞれのデバイスに分割する。
【００５８】
このようにして、本発明の製造方法によって、基板１と、この基板１には一部がくり貫かれた溝２が形成されており、この溝２の底部には少なくとも一つの第一の貫通孔３と、この第一の貫通孔３より大きな空洞４が形成されており、この空洞４にはダイアフラム５が設置されており、さらにこのダイアフラム５には第一の貫通孔３より小さな第二の貫通孔９が形成されている微小固形成分分離デバイスを得ることができる。
【００５９】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２および図１６〜図２３により請求項６，９に記載の発明を説明する。
【００６０】
実施の形態２が実施の形態１と異なる点は、基板１６を構成する材料が内部に酸化膜層１７を有するシリコンである点である。図１６は本実施の形態２における微小固形成分分離デバイスの切欠斜視図である。
【００６１】
この形状において、実施の形態１と同様に基板１６の一面側には第一の貫通孔１９、空洞２０及び第二の貫通孔２５が設けられており、この空洞２０にはダイアフラム２１が設けられている。また基板１６の他面側には溝１８が形成されている。
【００６２】
図１６において、実施の形態１と違う点は基板１６の一面側に形成する空洞２０と第一の貫通孔１９が形成されている領域と溝１８が形成されている領域が基板１６に埋め込まれた酸化膜層１７を挟んだ領域に形成されていることである。
【００６３】
この構成は本実施の形態２の微小固形成分分離デバイスによる分離特性を大きく変えるものではなく、主に製造方法に簡便さをもたらすとともに高精度に個々の形状を制御できるという製造方法上の利点をもたらすものである。
【００６４】
従って、以下では製造方法についてのみ説明する。
【００６５】
図１７〜図２３は本実施の形態２における微小固形成分分離デバイスを製造する手順を説明するための断面図である。
【００６６】
まず、図１７のように内部に酸化膜層１７を有するシリコンからなる基板１６の一面側に第一の導電体２２として白金、圧電体２３としてチタン酸ジルコン酸鉛をスパッタリング法によって形成し、さらに第二の導電体２４として金をスパッタリング法あるいは真空蒸着法によって順次形成する。
【００６７】
次に、図１８に示すようにレジストマスク２６を形成し、その後図１９に示すように基板１６の一面に到達するまでエッチングして第二の貫通孔２５を形成する。このときエッチングする方法としては極力サイドエッチングを防止するためにドライエッチングが望ましい。
【００６８】
その後、図２０に示すようにエッチングを促進するガスとしてＸｅＦ２ガスを用いて空洞２０を形成する。内部に酸化膜層１７を有するシリコンからなる基板１６のシリコン部分をエッチングする際、ＸｅＦ２ガスを用いるとエッチングが等方的に進み、図のように半球形になる。なおエッチングを促進するガスとしてはＳＦ６ガスを用いてこれをプラズマ分解することにより、同様に等方性エッチングによって空洞２０を形成することは可能である。
【００６９】
次に、図２１に示すようにエッチングを促進するガスとしてＳＦ６、エッチングを抑制するガスとしてＣ４Ｆ８を用いて基板１６の一面側からエッチングすると、エッチングを抑制するガスによってエッチングされた隔壁に保護膜が形成されることから、エッチングはレジストマスク２６の垂直下方に進むこととなり、結果として基板１６には空洞２０と第一の貫通孔１９が形成される。
【００７０】
ここで、基板１６には酸化膜層１７があらかじめ決まった深さの層に埋め込まれているので、エッチングは酸化膜層１７に到達したときにほぼ完全にストップすることとなり、容易に第一の貫通孔１９の長さを高精度に制御して形成することができる。
【００７１】
次に、図２２に示すように基板１６の反対側にレジストマスク２７を形成した後、エッチングによって溝１８を形成する。このときも同様にエッチングが酸化膜層１７でほぼ完全にストップすることができることから、不用意に溝１８の深さを深くしすぎることがない。また酸化膜層１７が残っているので、第一の貫通孔１９側にエッチングガスが漏れることがないので第一の貫通孔１９、空洞２０を不用意にエッチングすることがない。
【００７２】
その後、図２３に示すように酸化膜層１７、およびレジストマスク２６，２７を除去して洗浄を行い、微小固形成分分離デバイスを得る。
【００７３】
この微小固形成分分離デバイスは通常の半導体プロセスのように複数のデバイスを基板１６に一括して形成することが可能であり、この場合は最後にダイシングして個別のデバイスに分割する。
【００７４】
このようにして、本実施の形態２による製造方法によって、基板１６と、この基板１６には一部がくり貫かれた溝１８が構成されており、この溝１８の底部には少なくとも一つの第一の貫通孔１９と、この第一の貫通孔１９より大きな空洞２０が形成され、この空洞２０にはダイアフラム２１が設置されており、さらにダイアフラム２１には第一の貫通孔１９より小さな第二の貫通孔２５が形成されている微小固形成分分離デバイスを得ることができる。
【００７５】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３および図２４により請求項３に記載の発明を説明する。
【００７６】
実施の形態３が実施の形態１および２と違う点は、ダイアフラム３０が第一の導電体３５、圧電体３６、第二の導電体３７からなる複数の積層体と、これら積層体を保持する保持体３８とによって構成されている点である。図２４は本実施の形態３による微小固形成分分離デバイスを第二の貫通孔３３側から見た切欠斜視図であるが、シリコンよりなる基板２８は一部がくり貫かれて溝２９を形成し、この溝２９の底部分には第一の貫通孔３１および空洞３２が連結して形成されており、この空洞３２にはダイアフラム３０が形成されている。このダイアフラム３０は複数の積層体３４を保持する保持体３８によって構成されている。
【００７７】
この積層体３４は白金よりなる第一の導電体３５、チタン酸ジルコン酸鉛よりなる圧電体３６、クロム、チタン、金、白金、のいずれかまたはこれらの混合体からなる第二の導電体３７との積層構造から構成されている。
【００７８】
また、保持体３８の材料としてはポリイミド、変性アクリレート、シリコン樹脂など樹脂系材料が適しており、特にシリコン樹脂は材料の硬度の指標であるヤング率が低く、大きな変形が可能なので、本実施の形態３には適している。
【００７９】
さて、ダイアフラム３０には第二の貫通孔３３が形成されており、本実施の形態３における微小固形成分分離デバイスはダイアフラム３０が複数の積層体３４を有した保持体３８で構成されている以外は実施の形態１と同じである。
【００８０】
また、同様に基板２８の材料を内部に酸化膜層１７を有するシリコンとすれば実施の形態２と上記以外は同じ構成になる。よって微小固形成分を分離する動作については前記実施の形態１で説明した動作と同じなので詳しい説明を省略するが、本実施の形態３では保持体３８が樹脂系の材料で形成されており、第一の導電体３５と第二の導電体３７の間に電圧を加えたときに発生する積層体３４の変形を不用意に妨げることなく、しかも大きな変形をさせることができるので、第二の貫通孔３３の径の大きさの変化も実施の形態１，２と比べてより大きなものとすることができる。つまり、第二の貫通孔３３の径の大きさの変化が大きいので、より幅広い大きさの微小固形成分の通過を制御することができることから、汎用性の高い微小固形成分分離デバイスとすることができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、遠心分離器のように多くのサンプルを必要とせず、またフィルタ方式のように目詰まりを起こしたり、穴サイズ・穴数などを特定の血漿・血球の分離のために設計する必要のない、汎用性の高い微小固形成分分離デバイスとその製造方法、およびこれを用いた微小固形成分の分離方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における微小固形成分分離デバイスの斜視図
【図２】同切欠斜視図
【図３】同動作を説明するための断面図
【図４】同断面図
【図５】同断面図
【図６】同断面図
【図７】同断面図
【図８】同断面図
【図９】同断面図
【図１０】同製造方法を説明するための断面図
【図１１】同断面図
【図１２】同断面図
【図１３】同断面図
【図１４】同断面図
【図１５】同断面図
【図１６】本発明の実施の形態２における微小固形成分分離デバイスの切欠斜視図
【図１７】同製造方法を説明するための断面図
【図１８】同断面図
【図１９】同断面図
【図２０】同断面図
【図２１】同断面図
【図２２】同断面図
【図２３】同断面図
【図２４】本発明の実施の形態３における微小固形成分分離デバイスの切欠斜視図
【符号の説明】
１  基板
２  溝
３  第一の貫通孔
４  空洞
５  ダイアフラム
６  第一の導電体
７  圧電体
８  第二の導電体
９  第二の貫通孔
１０  第一の固形成分
１１  第二の固形成分
１２  第三の固形成分
１３  液体成分
１４  レジストマスク
１５  レジストマスク
１６  基板
１７  酸化膜層
１８  溝
１９  第一の貫通孔
２０  空洞
２１  ダイアフラム
２２  第一の導電体
２３  圧電体
２４  第二の導電体
２５  第二の貫通孔
２６  レジストマスク
２７  レジストマスク
２８  基板
２９  溝
３０  ダイアフラム
３１  第一の貫通孔
３２  空洞
３３  第二の貫通孔
３４  積層体
３５  第一の導電体
３６  圧電体
３７  第二の導電体
３８  保持体
【図１】
2005003587.tif 000003
【図２】
2005003587.tif 000004
【図３】
2005003587.tif 000005
【図４】
2005003587.tif 000006
【図５】
2005003587.tif 000007
【図６】
2005003587.tif 000008
【図７】
2005003587.tif 000009
【図８】
2005003587.tif 000010
【図９】
2005003587.tif 000011
【図１０】
2005003587.tif 000012
【図１１】
2005003587.tif 000013
【図１２】
2005003587.tif 000014
【図１３】
2005003587.tif 000015
【図１４】
2005003587.tif 000016
【図１５】
2005003587.tif 000017
【図１６】
2005003587.tif 000018
【図１７】
2005003587.tif 000019
【図１８】
2005003587.tif 000020
【図１９】
2005003587.tif 000021
【図２０】
2005003587.tif 000022
【図２１】
2005003587.tif 000023
【図２２】
2005003587.tif 000024
【図２３】
2005003587.tif 000025
【図２４】
2005003587.tif 000026