(57)【要約】【課題】絶縁体への比較的広い液体接触領域に対して低静電容量を提供し、同時に、絶縁体の表面に沿って引かれた電気リード線に対して低静電容量を提供するナノ孔を構築するための装置及び方法を提供する。【解決手段】低静電容量を示すナノ孔チップを作成するための装置及び方法である。該装置は、ナノ孔を作成するのに適した剛性の半導体フレーム上に薄いダイアフラムを提供する。該ダイアフラムは、静電容量を低減するために、関連付けられたより厚い絶縁領域を有する。該装置を作成するための方法もまた開示される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロスケールのデバイスとナノスケールのデバイスとのうちの１つのデバイスを構築するための装置であって、
ダイアフラムを含む第１の領域であって、該ダイアフラムは、第１の絶縁材料を含み、且つ上面と底面とを有することからなる、第１の領域と、
前記第１の領域を支持する半導体材料を含む基板領域であって、該半導体材料は、前記ダイアフラムを横方向に囲む剛性フレームを含むことからなる基板領域と、
前記ダイアフラムの下の基板空洞領域と、
第３の絶縁材料を含む第３の領域であって、該第３の領域は、
前記ダイアフラムの上に配置されており、且つ、
前記ダイアフラムよりも実質的に厚くなっており、且つ、
該第３の領域を通して前記ダイアフラムの前記上面の一部分を露出させる第３の空洞を有し、
該ダイアフラムの前記上面の前記露出された部分は、マイクロスケールのデバイスとナノスケールのデバイスとのうちの１つのデバイスの作成に適合可能となっていることからなる、第３の領域
とを備える、装置。
【請求項２】
前記マイクロスケールのデバイスとナノスケールのデバイスとのうちの１つのデバイスは、前記ダイアフラムを通して延在する第１の穴を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記マイクロスケールのデバイスとナノスケールのデバイスとのうちの１つのデバイスは、ナノ孔を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の領域を横方向に囲む第２の絶縁材料を含む第２の領域であって、該第２の領域は、前記第１の領域の前記底面とほぼ同一平面をなす上面を有し、且つ、前記第１の領域よりも実質的に厚いことからなる第２の領域を更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第３の領域上に配置される第４の絶縁材料を含む第４の領域であって、該第４の領域は、前記第１の領域よりも実質的に厚くなっており、且つ、該第４の領域を通して前記第３の空洞を囲む前記第３の領域の上面の一部分を露出させる該第４の空洞を有することからなる、第４の領域を更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記ダイアフラムの底面層部分を含む第５の材料を更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記基板領域上に配置された第６の絶縁材料を含む第６の領域を更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第１の領域は、ポリマー、フォトレジスト、ＳＵ８フォトレジスト、エポキシ、ポリイミド、Ｐａｒｙｌｅｎｅ（登録商標）、シリコンポリマー、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、シリコン濃度の高い窒化シリコン、ＴＥＯＳ酸化物、窒化プラズマ、絶縁体、半導体、及び金属のうちの１つを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の領域は、窒化シリコンを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記第３の領域は、ポリマー、フォトレジスト、ＳＵ８フォトレジスト、エポキシ、ポリイミド、Ｐａｒｙｌｅｎｅ（登録商標）、シリコンポリマー、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、シリコン濃度の高い窒化シリコン、ＴＥＯＳ酸化物、窒化プラズマ、絶縁体、半導体、及び金属のうちの１つを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記第４の領域は、ポリマー、フォトレジスト、ＳＵ８フォトレジスト、エポキシ、ポリイミド、Ｐａｒｙｌｅｎｅ（登録商標）、シリコンポリマー、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、シリコン濃度の高い窒化シリコン、ＴＥＯＳ酸化物、窒化プラズマ、絶縁体、半導体、及び金属のうちの１つを含む、請求項４に記載の装置。
【請求項１２】
前記第４の領域は、ポリマー、フォトレジスト、ＳＵ８フォトレジスト、エポキシ、ポリイミド、Ｐａｒｙｌｅｎｅ（登録商標）、シリコンポリマー、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、シリコン濃度の高い窒化シリコン、ＴＥＯＳ酸化物、窒化プラズマ、絶縁体、半導体、及び金属のうちの１つを含む、請求項５に記載の装置。
【請求項１３】
前記ダイアフラムは、５０ｎｍ〜５００ｎｍの厚さである、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記ダイアフラムは、約２００ｎｍの厚さである、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記第３の領域は、１〜５０μｍの厚さである、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記第３の領域は、約２μｍの厚さである、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記第２の領域は、１〜２０μｍの厚さである、請求項４に記載の装置。
【請求項１８】
前記第２の領域は、約１０μｍの厚さである、請求項４に記載の装置。
【請求項１９】
前記第４の領域は、１〜５０μｍの厚さである、請求項５に記載の装置。
【請求項２０】
前記第４の領域は、約２５μｍの厚さである、請求項５に記載の装置。
【請求項２１】
前記半導体材料は、シリコン、ゲルマニウム、及びガリウム砒素のうちの１つを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
前記第５の材料は、ポリマー、フォトレジスト、ＳＵ８フォトレジスト、エポキシ、ポリイミド、Ｐａｒｙｌｅｎｅ（登録商標）、シリコンポリマー、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、シリコン濃度の高い窒化シリコン、ＴＥＯＳ酸化物、窒化プラズマ、絶縁体、半導体、及び金属のうちの１つを含む、請求項６に記載の装置。
【請求項２３】
前記第６の材料は、ポリマー、フォトレジスト、ＳＵ８フォトレジスト、エポキシ、ポリイミド、Ｐａｒｙｌｅｎｅ（登録商標）、シリコンポリマー、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、シリコン濃度の高い窒化シリコン、ＴＥＯＳ酸化物、窒化プラズマ、絶縁体、半導体、及び金属のうちの１つを含む、請求項７に記載の装置。
【請求項２４】
電気リード線とマイクロ流体リード線とのうちの１つであって、該リード線は、前記第３の領域の下、前記第３の領域の上、前記第４の領域の上、前記ダイアフラムの底面の平面の下、及び前記基板空洞内のうちの１つを含む位置に配置されることからなる電気リード線とマイクロ流体リード線とのうちの１つを更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項２５】
金属、珪化物、有機導体、超伝導体、アルミニウム、金、プラチナ、パラジウム、イリジウム、銅、クロム、及びニッケルのうちの１つを含む電気リード線を更に備える、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
ポリマー、フォトレジスト、ＳＵ８フォトレジスト、エポキシ、ポリイミド、Ｐａｒｙｌｅｎｅ（登録商標）、シリコンポリマー、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、シリコン濃度の高い窒化シリコン、ＴＥＯＳ酸化物、窒化プラズマ、絶縁体、半導体、及び金属のうちの１つを含むマイクロ流体リード線を更に備える、請求項２４に記載の装置。
【請求項２７】
マイクロスケールのデバイスとナノスケールのデバイスとのうちの１つのデバイスを構築するための装置を作成する方法であって、
上主面と下主面とを有する半導体基板を提供するステップと、
前記半導体基板上に、第１の絶縁材料を含む第１の領域を提供するステップと、
前記第１の領域の下に基板空洞領域を形成し、それにより、前記第１の材料を含むダイアフラムを形成させるステップと、
前記第１の領域上に、第３の絶縁材料を含む第３の領域を形成するステップであって、該第３の領域は、前記第１の領域よりも実質的に厚い、ステップと、
前記第３の領域を通して第３の空洞を形成し、それにより、前記ダイアフラムの上面の一部分を露出させるステップであって、該ダイアフラムの上面の露出された部分は、マイクロスケールのデバイスとナノスケールのデバイスとのうちの１つのデバイスの作成に適合可能であることからなる、ステップ
とを含む、方法。
【請求項２８】
前記マイクロスケールのデバイスとナノスケールのデバイスとのうちの１つのデバイスは、前記ダイアフラムを通って延在する第１の穴を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記マイクロスケールのデバイスとナノスケールのデバイスとのうちの１つのデバイスは、ナノ孔を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１の領域を横方向に囲む第２の絶縁材料を含む第２の領域を提供するステップであって、該第２の領域は、前記第１の領域の前記底面とほぼ同一平面をなす上面を有し、且つ、前記第１の領域よりも実質的に厚いことからなる、ステップを更に含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記第３の領域上に配置された第４の絶縁材料を含む第４の領域を提供するステップであって、該第４の領域は、前記第１の領域よりも実質的に厚いことからなる、ステップと、
前記第４の領域を通して第４の空洞を形成し、それにより、前記第３の空洞を囲む前記第３の領域の上面の一部分を露出させるステップ
とを更に含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
前記ダイアフラムの底面層部分を含む第５の材料を提供するステップを更に含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３３】
前記基板領域の上に配置された第６の絶縁材料を含む第６の領域を提供するステップを更に含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３４】
電気リード線とマイクロ流体リード線とのうちの１つを提供するステップであって、該リード線は、前記第３の領域の下、前記第３の領域の上、前記第４の領域の上、前記ダイアフラムの底面の平面の下、及び前記基板空洞内のうちの１つを含む位置に配置されることからなる、ステップを更に含む、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にナノ孔の分野に関し、特に低静電容量の人工ナノ孔を作成するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノメータスケールでの物体の取り扱いは、多くの電子光学、化学、及び生物学の発展にとって重要である（Ｌｉ等著「Ion beam sculpting at nanometer length scale」，Nature，４１２：２００１年，１６６−１６９を参照）。このような「Ion Beam Sculpting」のような技法は、分子スケールの穴及びナノ孔を、薄い絶縁膜内に作成することができる見込みを示している。これらの孔はまた、分子スケールの電子接合及びスイッチを局地的に配置することにも有効である（Ｌｉ等著「Ion beam sculpting at nanometer length scale」，Nature，４１２：２００１年，１６６−１６９を参照）。
【０００３】
人工ナノ孔は、様々な研究グループによって多くの材料で作成されてきている。一般には、そのアプローチは、ナノ孔チップを形成するために、固体の材料内か、又は厚いシリコンのフレーム上に支えられた材料の薄い自立型のダイアフラム（隔壁、又は仕切り板）内に、これらのナノ孔を作ることである。ダイアフラム材料のために現在まで使用されてきている幾つかの材料は、窒化シリコンと、二酸化シリコンとを含む。
【特許文献１】米国特許出願第１０／４６２，２１６号
【特許文献２】米国特許出願第１０／６７０，５５４号
【特許文献３】米国特許出願第１０／６７０，５５１号
【非特許文献１】Ｌｉ等著「Ion Beam Sculpting at nanometer length scale」，Nature，４１２：２００１年，１６６−１６９
【非特許文献２】Ａ  Ｂａｇｏｌｉｎｉ等著「Polyimide sacrificial layer and novel materials for post-processing surface micromachining」J.Micromech.Microeng.12：２００２年，３８５−３８９
【非特許文献３】Ｘｕａｎ−Ｑｉ  Ｗａｎｇ等著「Polymer-Based Electrospray Chips for Mass Spectrometry」Proceedings,IEEE 12th International Micro Electro Mechanical Systems Conference（MEMS‘99）Orlando,Florida,pp.523−528,1999年1月17−21日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シリコンフレーム上に作られる人工ナノ孔の問題点は、シリコンが、半導体であり、且つ、典型的には１〜５０オーム−ｃｍの範囲内の低い固有抵抗を有することである。その固有抵抗は、窒化シリコンか又は二酸化シリコンのような真の絶縁体の固有抵抗よりもずっと低い。例えば、窒化シリコンは典型的には、１０１０オーム−ｃｍよりも大きい抵抗を有するが、高い固有抵抗のシリコンでさえ、たった１０４オーム−ｃｍ程度の固有抵抗しか持たない。従って、シリコン基板は、静電容量の計算の目的のために、ほぼ短絡であると考えることができ、シリコン基板上の人工ナノ孔と、そのナノ孔に関連付けられた任意の電気リード線とが、好ましからざる高い静電容量値を有する結果となる。例えば、その窒化シリコン層が２００ｎｍ厚で、且つ、ナノ孔チップと導電性の液体との接触範囲が１ｍｍ口径の円である場合には、絶縁体全体にわたる静電容量は、２６０ピコファラッド（２６０ｐＦ）に達する可能性がある。このことは、周波数帯域を極度に制限する。その周波数帯域についてナノ孔を通る電流を測定することが可能になる。
【０００５】
この高静電容量の問題は、単純なナノ孔構造については、導電性の液体とナノ孔基板との接触領域を制限する関連付けられた外部パッケージを構築することによって低減されることができる。その結果、絶縁体全体にわたる静電容量の総量を、１ピコファラッド（１ｐＦ）程度の値に低減することができる。しかしながら、小さな液体接触領域をただ生成するだけのために外部パッケージを使用することは、多くの場合困難で、問題があることが多く、そのアプローチは、低静電容量の電気リード線をシリコンフレーム上の絶縁層の表面上に配置する必要性を無視する。従って、絶縁体への比較的広い液体接触領域に対して低静電容量を提供し、同時に、絶縁体の表面に沿って引かれた電気リード線に対して低静電容量を提供するアプローチが必要とされる。
【０００６】
従来技術のプロセス及びデザインが有するこれらの問題、及び他の問題は、本発明によって取り除かれる。本出願内において上記に、及び下記に引用された参考文献は、参照として本出願に組み込まれる。しかしながら、引用された参考文献又は技術は、本出願に先行する従来技術として認定されているわけではない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ナノ孔を構築するための装置及び方法を提供する。
【０００８】
以下に記述された言葉において使用される用語は、装置の明解な説明と一致させるようにして本発明の装置及び方法を説明するために、「第１の」、「第２の」、「第３の」、「第４の」、「第５の」、「第６の」等の形容詞を用いて説明されるが、装置を作成する方法における連続するステップに関連付けられた順番通りであることは、必ずしも必要ではないことを理解されたい。特に、本明細書におけるこれらの形容詞の使用は、本明細書における数値的順序を意味するものではなく、単に言葉上の分類方法として使用されるにすぎない。例えば、特定の特徴を説明するための「第３の」という用語の使用は、対応する「第２の」特徴の存在を必ずしも暗示するものではない。
【０００９】
装置は、ダイアフラムの形態を有し、且つ、剛性フレームによって支持された第１の絶縁材料を含む第１の領域を備える。該剛性フレームはまた、ダイアフラムよりもずっと厚い第２の絶縁体を含む第２の領域を支持しており、且つ、ダイアフラムの平面の下の空間内に低静電容量を提供するために、ダイアフラムの平面の下に配置されている。装置はまた、ダイアフラムの厚さよりも厚い第３の絶縁体を含む第３の領域を備える。該第３の領域は、ダイアフラムの上に配置されており、且つ、穴を有している。その穴は、その穴を通してダイアフラム内に置かれたナノ孔の頂上の入り口を露出させるためのものである。該第３の領域はまた、ダイアフラムの表面上に配置された電気リード線及びマイクロ流体リード線の上に置かれている。装置はまた、該第３の領域の上に配置された第４の絶縁体を含む第４の領域を備える。該４の領域は、該第３の領域よりも厚くなっており、且つ、穴を有している。その穴は、その穴を通して該第３の領域の表面上の一部分を露出させるためのものである。更なるダイアフラム材料を含む第５の領域が、ある実施形態において存在することができる。絶縁材料を含む第６の領域が、ダイアフラムから遠く離れた領域内か又は液体接触領域から遠く離れた領域内の電気リード線か又はマイクロ流体リード線の下に低静電容量を提供するために、本発明のある実施形態において存在することができる。ある実施形態において、第２の、第３の、及び第４の領域のうちの１つかそれ以上を最小とすることができるか、又は無くすことができる。ある実施形態において、１つかそれ以上の電気リード線とマイクロ流体リード線とを無くすことができる。
【００１０】
本発明はまた、装置を作成する方法を提供する。装置を作成する該方法は、
半導体基板を提供するステップと、
基板の上主面を含む基板上面の下の画定された環状空間内に第２の絶縁材料を含む第２の領域を形成するステップであって、該第２の領域は、該基板の上面と同一平面の第２の領域の上面を有することからなる、ステップと、
ダイアフラムの下に配置される第５の領域を形成するステップと、
電気リード線とマイクロ流体リード線とのうちの１つの下に配置される第６の絶縁領域を形成するステップと、
基板の上面の上と、第２の領域の上面の上とに、第１の材料を含む層を形成するステップと、
第１の材料の下面を露出させるために、環状空間の下の基板から貯蔵材料を除去し、これによりダイアフラムを形成するステップと、
ダイアフラム内にナノ孔を形成するステップと、
ナノ孔に関連付けられた電極と電極絶縁領域とを形成するステップと、
ナノ孔に関連付けられた電気リード線を形成するステップと、
ナノ孔に関連付けられたマイクロ流体リード線を形成するステップと、
ダイアフラムの上面上と、電気リード線及びマイクロ流体リード線上とに、第３の材料の層を形成するステップと、
ナノ孔の上側の入口を露出させるために、該第３の材料を通る穴を形成し、それによって該第３の領域の形状を確立させるステップと、
該第３の領域上に、第４の材料の層を形成するステップと、
該第３の領域の上面の一部分を露出させるために、第４の材料を通る穴を形成するステップであって、該第４の材料を通る前記穴は、第３の材料を通る穴より大きな口径を有し、それにより、第４の領域の形状を確立させることからなる、ステップ
とによって、ナノ孔チップを作成するステップを含む。
【００１１】
上述の方法のステップに続いて、更なるデバイスの作成とパッケージングとを実施させることができ、それらの実施には、複数のナノ孔チップを基板から個々のチップ形状へとシンギュレーションすること、電気ワイヤを取り付けること、外部流体チャンネルをマイクロ流体チャンネルへと取り付けること、フェイスシール流体チャンネルをチップの上面及び底面へと取り付けること、電気信号を導入すること、化学種（例えば分子のような化学的実体又は分子状粒子）を導入すること、並びに電気的、電子的、光学的、化学的、及び電気化学的手段のうちの１つか又はそれ以上によってデータを記録することを含むが、これらに限定されるものではない。
【００１２】
上記の方法のステップを、任意の論理的に一貫したやり方に変更することができる。例えば、第４の材料を通る穴が形成された後に、ナノ孔を形成することができる。第４の材料を通る穴が形成された後に、第３の材料を通る穴を形成することができる。電気リード線を形成するステップとマイクロ流体リード線を形成するステップとのうちの１つのステップか、又は両方のステップを無くすことができる。電極を形成するステップと、電極に関連付けられた絶縁体を形成するステップとを変更するか、又は無くすことができる。
【発明の効果】
【００１３】
絶縁体への比較的広い液体接触領域に対して低静電容量を提供し、同時に、絶縁体の表に沿って引かれた電気リード線に対して低静電容量を提供する低減するナノ孔を作成することができる。
【実施例】
【００１４】
本発明は、添付図面を参照して以下に詳細に説明される。
【００１５】
本発明を詳細に説明する前に、本発明は、特定の構成、方法ステップ、又は機器に限定されるものではなく、それ自体、変更可能であることを理解されたい。更に、本明細書内で使用される専門用語は、特定の実施形態を説明する目的のためだけのものであって、制限することを意図するものではないことも理解されたい。本明細書内に記載された方法は、記載された事象の順序だけでなく、論理的に可能な記載された事象の任意の順序で実行されることができる。
【００１６】
以下に他のやり方を明記しない限り、本明細書において使用される全ての技術的及び科学的用語は、本発明の属する分野における当業者によって共通に理解されるものとして、同じ意味を持つ。更に、特定の要素は、本明細書において明確化の目的のために定義されている。本出願における用語が、当業者の使用法と矛盾する場合には、本明細書内の使用法が支配するものとする。
【００１７】
数値の範囲が提供されている場合には、該範囲の上限と下限との間の、明確に指示するコンテキストが他にない限りは下限の１０分の１単位までのそれぞれの介在値と、その指定された範囲内での任意の他の指定された値か又は介在値とが、本発明内に含まれることを理解されたい。指定された範囲内で特別に限界が除外されることを条件として、これらのより小さな範囲の上限と下限とを、そのより小さな範囲内に独立に含めることができ、これらの上限及び下限もまた本発明内に含まれる。指定された範囲が上限と下限のうちの一方か又は両方を含む場合には、これらの含まれる上限と下限とのうちのどちらか一方か又は両方を除く範囲もまた、本発明内に含まれる。
【００１８】
本明細書に記載される方法は、記載された事象の順番だけでなく、論理的に可能な記載された事象の任意の順番で実行されることができる。
【００１９】
本明細書内及び添付の特許請求の範囲内に使用されるように、「１つの」、「その」、及び「〜のうちの１つ」という単数形式は、明確に指示するコンテキストが他にない限りは、複数の指示対象を含むことに留意する必要がある。
【００２０】
「約」という用語は、近いか又は近似しているが、正確には一致してはいないことを指す。エラーの少マージンが存在する。このエラーのマージンは、プラスか又はマイナスの同じ整数値を超えない。例えば、約０．１μｍは、０よりも低くはないが、０．２よりも高くはないことを意味する。
【００２１】
「ナノ孔」という用語は、少なくとも一対の電極間にある任意の孔又は穴か、或いは固体基板内の穴のことを指す。ナノ孔は大きさを広げることができ、約１ｎｍ〜約３００ｎｍの範囲とすることができる。最も効果的なナノ孔は、おおよそ２ｎｍ程度の大きさを有する。
【００２２】
「隣接する」という用語は、何かが近くにあるか、隣にあるか、又は隣に接していることを指す。例えば、伸張層が、圧縮層の近くにあるか、圧縮層の隣にあるか、又は圧縮層の隣に接している可能性がある。
【００２３】
「実質的に平坦」という用語は、表面が、ほぼ平らか、又は平面であることを指す。多くの場合において、この用語は、ほとんど平らか、又はほぼ均一に平らであると解釈されるべきである。制限されたか、又は不均一ではない面が存在する。
【００２４】
「横方向の広がり」という用語は、ダイアフラムの構成要素か又はデバイス全体の実質的に平坦な主面に対して実質的に平行になっている１つの方向か、或いは複数の方向のことを指す。従って、例えば、表面に沿って蛇行する長く薄い指のような材料は、横方向の広がりを有する。その横方向の広がりは、その長さに垂直な方向においては全体長と比べて短く、その長さに沿った方向においては長い。更にまた、例えば円形の領域は、横方向の広がりを有する。その横方向の広がりは、それが置かれる主面に平行な全ての方向に均一である。
【００２５】
以下に記述された言葉において、及び添付の特許請求の範囲において使用される用語は、装置の明解な説明と一致させるようにして本発明の装置及び方法を説明するために、「第１の」、「第２の」、「第３の」、「第４の」、「第５の」、「第６の」等の形容詞を用いて説明されるが、装置を作成する方法における連続するステップに関連付けられた順番であることが必ずしも必要ではないことを理解されたい。特に、本明細書におけるこれらの形容詞の使用は、本明細書における数値的順序を意味するものではなく、単に言葉上の分類方法として使用されるにすぎない。例えば、特定の特徴を説明するための「第３の」という用語の使用は、対応する「第２の」特徴の存在を必ずしも暗示するものではない。このような形容詞の使用は、装置の説明と、方法の説明と、特許請求の範囲との間で一貫している。
【００２６】
図１〜図４は、本発明の装置１０を示す。図１は、図３内に示される面１−１での装置１０の平面図であり、図２は、図３に示される面２−２での装置１０の平面図である。面１−１は、平面ではなく、図１における装置の特徴を明確に説明するために図３の中心内に上方への突起を有する。面１−１は、垂直な中心線（図３において図示せず）の周囲に軸対称（回転対称）である。図３は、図１に示される面３−３での断面図である。図４Ａ〜４Ｈは、装置１０を作成する方法におけるステップを示す。図は、一律の縮尺に従ってるわけではなく、幾つかの特徴は、説明の目的のために非常に誇張されている。
【００２７】
ダイアフラム１４を通って延在する第１の穴を含むナノ孔１２は、図内に全体として描かれており、ダイアフラム１４は、半導体チップ１８を含む剛性フレームによって支持されている。ダイアフラム１４は、５μｍから少なくとも１００μｍまでの横方向の範囲に及ぶことができる。ダイアフラム１４は、第１の絶縁材料を含み、典型的には２００ｎｍ厚の窒化シリコンを含む。ダイアフラム１４は、更なる１つの材料か又は複数の材料（図示せず）を含むことができる。本明細書に記載される寸法は、単なる例示を目的とするためであり、本発明の範囲を制限するように解釈されるべきではない。
【００２８】
図１〜図３を参照して、以下に本発明の装置１０の詳細な説明をする。第１の穴を含むナノ孔１２が、ダイアフラム１４内に配置されている。ダイアフラム１４は、第１の絶縁材料を含む窓（ウィンドウ）を備え、第２の絶縁材料を含む第２の領域１６を含む環状部品（カラー）内に支持されている。第２の領域１６は、半導体（典型的にはシリコン）からなる基板１８内に支持されている。図１〜図３には図示されていないが、図４Ｅにおいて構成部分５４として示される第５の絶縁領域は、オプションとしてダイアフラムの追加部分を備えることができる。第６の絶縁領域１９が、基板１８の上、及び電気リード線２０とマイクロ流体リード線２２とのうちの１つの下に、配置されている。マイクロ流体チャンネル２４は、マイクロ流体リード線２２の中に配置されている。典型的には５μｍ径である第３の空洞２６と、典型的には６０μｍ径である第４の空洞２８とが、それぞれ第３の領域３０と、第４の領域３２とを貫通している。第３の領域３０は、第３の絶縁材料を含み、構成部分１４、１６、１８、１９、２０、及び２４の上に配置されている。第４の領域３２は、第４の絶縁材料を含み、領域３０の上に配置されている。構成部分３４は、装置１０の上に付加される外部パッケージを含む。オーリング（Ｏリング）３６は、グランド（パッキン押さえ）３８内に置かれ、パッケージ空洞４０内に配置される液体溶液の接触領域（図示せず）を画定している。該液体溶液の接触領域は、領域３２と、領域３０と、ダイアフラム１４と、ナノ孔１２とに接触している。液体溶液（図示せず）はまた、ダイアフラム１４下の基板空洞４１内に配置され、ダイアフラム１４とナノ孔１２とに接触している。示されるように、基板空洞４１は、基板１８を通して全体に延在しているが、このことは本発明にとって必ずしも必要ではない。示されるように、基板空洞４１の頂上付近の基板空洞４１の横方向の広がりは、領域１６の一部分と一致しているが、このことは重要ではない。基板空洞４１の頂上付近の基板空洞４１の横方向の広がりは、その代わりに又はそれに加えて、ダイアフラム１４の一部分と一致することができる。
【００２９】
電気リード線２０は、ナノ孔１２の付近に達しており、２００３年６月１２日に出願された米国特許出願第１０／４６２，２１６号の「NANOPORE WITH RESONANT TUNNELING ELECTRODES」に詳細に記載されているように、例えばトンネル電極へと接触させることができる。この出願は、ナノ孔に関連付けられた共振トンネル電極の構造及び作成方法の両方を記載しており、この記載と本明細書における装置１０の記載とに基づいて、このような共振トンネル電極を装置１０内に組み込むことができることが理解されよう。
【００３０】
マイクロ流体チャンネル２４は、マイクロ流体リード線２２内に配置されており、マイクロ流体チャンネル２２は、ナノ孔１２の付近に達している。リード線２２とチャンネル２４とは、マイクロ構造の製造分野における当業者に既知の方法によって作られることができる。例えば、リード線２２は、ポジ型フォトレジストを含む予備形成されたマンドレル領域上に９０℃の温度で付着された酸窒化物を含むことができる。該マンドレル領域は、チャンネル２４を形成するために、アセトン内で溶解されることによって後に除去される。この技法は、Ｓａｎｄｉａの研究者のＣａｒｏｌ  Ａｓｈｂｙと、Ｃａｒｏｌｙｎ  Ｍａｔｚｋｅとによって開発されてきたもので、http://www.sandia.gov/media/NewsRel/NR2000/canals.htmでウェブ上に詳述されている。代替として、リード線２２は、ポリイミドを含む予備形成されたマンドレル領域上に２５０℃の温度で付着された二酸化シリコンを含むことができる。該ポリイミドは、チャンネル２４を形成するために、高密度酸素プラズマエッチング（例えば、Ａ  Ｂａｇｏｌｉｎｉ等著「Polyimide sacrificial layer and novel materials for post-processing surface micromachining」J.Micromech.Microeng.12：2002年,385−389を参照）によってか、又は苛性エッチング（例えば、http://www.dupont.com/kapton/general/caustic-etching.pdfを参照）によって後に除去される。例えば、Ｘｕａｎ−Ｑｉ  Ｗａｎｇ等著「Polymer-Based Electrospray Chips for Mass Spectrometry」Proceedings,IEEE 12th International Micro Electro Mechanical Systems Conference（MEMS‘99）Orlando,Florida,pp.523−528, 1999年1月17−21日の論文に報告されているものと類似の手法でマイクロ流体リード線２２を形成するために、Ｐａｒｙｌｅｎｅ（パリレン）（登録商標）を使用することができる。リード線２２とチャンネル２４とを作成するために使用される材料及び方法の他のバリエーションが、マイクロ構造の製造分野における当業者によって考え出されるであろう。有利なことに、リード線２２は、絶縁材料を含むことができ、従って、チャンネル２４を満たす液体溶液内に電界が作られることを可能にしている。チャンネル２４の長さに沿った水圧の低下と、チャンネル２４の長さに沿った電界との組み合わせによって、有利に迅速に、チャンネル２４を満たす液体の溶液内の分子を、ナノ孔１２に近い位置へと移動させることができる。このような分子の移動は、圧力によって引き起こされる流れと、電気浸透の流れと、電気泳動の流れとの組み合わせによって発生させることができ、従って、パッケージ空洞４０か又は基板空洞４１のいずれかの中の更に遠くにある導入ポイントからナノ孔１２へのそのような分子の拡散によって達成されることができる速さよりも遙かに速く、そのような分子をナノ孔１２の近くへと配置させている。
【００３１】
領域３０は、第３の絶縁材料を含む第３の領域を含む。領域３０は、構成部分１４、１６、１８、１９、２０、及び２４の上に配置されて描かれている。ある例においては、第３の絶縁材料がマイクロ流体リード線２２の側壁を含むことが望ましい可能性があることが理解されるべきである。その場合には、マイクロ流体リード線２２と領域３０とは単一構造からなることができる。空洞２６は、領域３０を貫通し、且つ、ダイアフラム１４の上とナノ孔１２の上とに開口部を提供する第３の空洞を含む。
【００３２】
領域３２は、第４の絶縁材料を含む第４の領域を含む。空洞２８は、領域３２を貫通し、且つ、領域３０上に開口部を提供する第４の空洞を含む。
【００３３】
装置が使用中の時には、パッケージ空洞４０と基板空洞４１とは、典型的には、導電性のイオン水溶性溶液で満たされる。パッケージ空洞４０と基板空洞４１との間のダイアフラム１４にわたる静電容量は、領域１６、３０、及び３２が無い場合には大きいことが理解されよう。領域３０が存在する場合、領域３０がダイアフラム１４よりもずっと厚い場合、及び空洞２６が小さな横方向の広がりを有する場合には、そのような静電容量はより小さくなる。そのような静電容量はまた、領域１６が存在する場合、領域１６がダイアフラム１４よりもずっと厚い場合、及び領域１６がオーリング３６の横方向の広がりを越えて延在する場合にも、より小さくなる。そのような静電容量はまた、領域３２が存在する場合、領域３２がダイアフラム１４よりもずっと厚い場合、及び空洞２８が小さな横方向の広がりを有する場合にも、より小さくなる。
【００３４】
更に、電気リード線２０か又はマイクロ流体リード線２２と、パッケージ空洞４０との間の静電容量は、領域３０と３２とが存在しない場合には大きいことが理解されよう。そのような静電容量は、領域３０が存在して且つこれが厚い場合にはより小さくなり、領域３２が存在して且つこれが厚い場合にもより小さくなる。
【００３５】
同様に、電気リード線２０か又はマイクロ流体リード線２２と、基板空洞４１との間の静電容量は、領域１６と１９とが存在しない場合には大きいことが理解されよう。そのような静電容量は、領域１６が存在して且つこれが厚い場合にはより小さくなり、領域１９が存在して且つこれが厚い場合にもより小さくなる。
【００３６】
装置の全ての領域についての材料の選択は、プロセス互換性の検討と、誘電率と抵抗率とを含む電気的特性と、測定中及び清浄中の装置の利用の互換性とに依存する。典型的には窒化シリコンを含むダイアフラム１４は、ポリマー、フォトレジスト、ＳＵ８フォトレジスト、エポキシ、ポリイミド、Ｐａｒｙｌｅｎｅ（登録商標）、シリコンポリマー、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、シリコン濃度の高い窒化シリコン、ＴＥＯＳ酸化物、窒化プラズマ、絶縁体、半導体、及び金属を含む（但しこれらに限定されない）グループのうちの１つか又はそれ以上を含むことができる。典型的には二酸化シリコンを含む領域１６は、ポリマー、フォトレジスト、ＳＵ８フォトレジスト、エポキシ、ポリイミド、Ｐａｒｙｌｅｎｅ（登録商標）、シリコンポリマー、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、シリコン濃度の高い窒化シリコン、ＴＥＯＳ酸化物、窒化プラズマ、絶縁体、半導体、及び金属を含む（但しこれらに限定されない）グループのうちの１つか又はそれ以上を含むことができる。典型的にはシリコンを含む領域１８は、シリコン、ゲルマニウム、及びガリウム砒素を含む（但しこれらに限定されない）グループからの半導体を含む。典型的にはアルミニウムを含む電気リード線２０は、アルミニウム、金、プラチナ、パラジウム、イリジウム、銅、クロム、及びニッケルを含む（但しこれらに限定されない）金属、珪化物、有機導体、及び超伝導体のうちの１つを含むことができる導電性材料を含む。典型的には酸窒化物を含むマイクロ流体リード線２２は、ポリマー、フォトレジスト、ＳＵ８フォトレジスト、エポキシ、ポリイミド、Ｐａｒｙｌｅｎｅ（登録商標）、シリコンポリマー、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、シリコン濃度の高い窒化シリコン、ＴＥＯＳ酸化物、窒化プラズマ、絶縁体、半導体、及び金属を含む（但しこれらに限定されない）グループのうちの１つか又はそれ以上を含むことができる。マイクロ流体チャンネル２４は、ポリマー、フォトレジスト、ＳＵ８フォトレジスト、エポキシ、ポリイミド、Ｐａｒｙｌｅｎｅ（登録商標）、シリコンポリマー、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、シリコン濃度の高い窒化シリコン、ＴＥＯＳ酸化物、窒化プラズマ、絶縁体、半導体、及び金属を含む（但しこれらに限定されない）グループのうちの１つか又はそれ以上を含むマンドレル材料を用いて形成されることができる。典型的にはポリイミドを含む領域３０は、ポリマー、フォトレジスト、ＳＵ８フォトレジスト、エポキシ、ポリイミド、Ｐａｒｙｌｅｎｅ（登録商標）、シリコンポリマー、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、シリコン濃度の高い窒化シリコン、ＴＥＯＳ酸化物、窒化プラズマ、絶縁体、半導体、及び金属を含む（但しこれらに限定されない）グループのうちの１つか又はそれ以上を含むことができる。典型的にはポリイミドを含む領域３２は、ポリマー、フォトレジスト、ＳＵ８フォトレジスト、エポキシ、ポリイミド、Ｐａｒｙｌｅｎｅ（登録商標）、シリコンポリマー、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、シリコン濃度の高い窒化シリコン、ＴＥＯＳ酸化物、窒化プラズマ、絶縁体、半導体、及び金属を含む（但しこれらに限定されない）グループのうちの１つか又はそれ以上を含むことができる。典型的には二酸化シリコンを含む領域１９は、ポリマー、フォトレジスト、ＳＵ８フォトレジスト、エポキシ、ポリイミド、Ｐａｒｙｌｅｎｅ（登録商標）、シリコンポリマー、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、シリコン濃度の高い窒化シリコン、ＴＥＯＳ酸化物、窒化プラズマ、絶縁体、半導体、及び金属を含む（但しこれらに限定されない）グループのうちの１つか又はそれ以上を含むことができる。領域５４は、ポリマー、フォトレジスト、ＳＵ８フォトレジスト、エポキシ、ポリイミド、Ｐａｒｙｌｅｎｅ（登録商標）、シリコンポリマー、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、シリコン濃度の高い窒化シリコン、ＴＥＯＳ酸化物、窒化プラズマ、絶縁体、半導体、及び金属を含む（但しこれらに限定されない）グループのうちの１つか又はそれ以上を含むことができる。
【００３７】
従って、本発明の装置は、材料の選択、領域の厚み、領域の横方向の広がり、及び空洞の横方向の広がりによって最適化されることができ、その結果、ダイアフラム１４にわたる、並びに、リード線２０と２２とから空洞４０と４１とのうちの１つか両方までの所望の最小の静電容量を提供することができる。
【００３８】
電気リード線２０とマイクロ流体リード線２２とは、図１〜図３内に、及び上記の説明において、第３の領域のすぐ下の位置に表されてきたが、このことが本発明に必ずしも必要とは限らないことが理解されよう。代替として、又は追加として、リード線２０か又は２２は、第３の領域の上、第４の領域の上、層５０の底面の平面の下にある基板のへこんだ領域内、及び基板空洞４１内を含む（但しこれらに限定されない）位置に配置されることができる。
【００３９】
本発明の装置を説明して来たが、次に順番に本発明の作成方法の説明を行う。図４Ａ〜図４Ｈは、本発明の装置１０を製作する方法におけるステップを示す。
【００４０】
方法は、図４Ａに示されるように、基板１８を提供するステップと、基板１８上に形成される例えば二酸化シリコンを含むマスキング層４２を形成するステップとによって開始する。
【００４１】
方法は、図４Ｂに示されるように続き、例えばマスキング領域４４へのリソグラフィ及びエッチングによって層４２が画定される。空洞領域４６は、例えば水に水酸化カリウムを入れた高温の水溶性苛性溶液内でエッチングされることによって形成され、例えば１０μｍの深さにエッチングされる。
【００４２】
方法は、図４Ｃに示されるように続き、空洞領域４６が、典型的にはＴＥＯＳ酸化蒸着法のような蒸着方法によって、絶縁領域４８を形成する第２の絶縁材料で充填される。図４Ｂに示される構造と図４Ｃに示される構造との間で、典型的には化学機械研磨法（ＣＭＰ）による基板１８上面の平坦化が実施されることが理解されよう。領域４９は、例えば熱成長させられた二酸化シリコンを含む第５及び第６の絶縁材料を含む。該熱成長させられた二酸化シリコンは、典型的にはＣＭＰの後に形成される。図４Ｃに示された構造体は、サンディア研究所で開発され、ＭＥＭＸによって商品化されたＳＵＭＭＩＴ  Ｖ作成プロセス（例えばhttp://www.memx.com/technology.htmを参照）を使用することによってか、又は他の作成プロセスによって形成されることができることが理解されよう。これと同時に、アクティブな電気回路構成及びマイクロ構造（図示せず）のうちの１つが、ＳＵＭＭＩＴ  Ｖプロセスを使用することによってか又は他の作成プロセスによって、基板１８中か又は基板１８上のうちのいずれかに作られることができる。領域４９が形成されるのと同時に、絶縁体の層（図示せず）が、基板１８の下面上に形成されることができる。
【００４３】
方法は、図４Ｄに示されるように続き、典型的には窒化シリコンを含む第１の絶縁材料を含む層５０が、典型的には低圧化学気相蒸着法によって、領域４８及び４９の上に形成される。有利なことに、層５０が形成されるのと同時に、基板１８の下面上に、又は基板１８の下面上にある任意の層か又は構造体の露出された下面上に、層５２が形成される。
【００４４】
方法は、図４Ｅに示されるように続き、ここで、層５２（もはや図示されていない）が、リソグラフとプラズマエッチングとによって、基板空洞４１を形成するために、典型的には水酸化カリウムの高温水溶性苛性溶液内で実施される基板１８の後のエッチングのためのマスキング領域に形成される。第５の領域５４は、第５の絶縁材料を含み、該第５の絶縁材料は、ポリマー、フォトレジスト、ＳＵ８フォトレジスト、エポキシ、ポリイミド、Ｐａｒｙｌｅｎｅ（登録商標）、シリコンポリマー、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、シリコン濃度の高い窒化シリコン、ＴＥＯＳ酸化物、及び窒化プラズマを含む（但しこれらに限定されない）グループのうちの１つか又はそれ以上を含む。図４Ｄにおける領域４９の１つであった領域５４の下面は、エッチングプロセスによって露出されているが、領域４９の他の部分は、今や図１〜図３に示されるような第６の絶縁領域を含む領域１９を形成している。第６の絶縁領域は、ポリマー、フォトレジスト、ＳＵ８フォトレジスト、エポキシ、ポリイミド、Ｐａｒｙｌｅｎｅ（登録商標）、シリコンポリマー、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、シリコン濃度の高い窒化シリコン、ＴＥＯＳ酸化物、及び窒化プラズマを含む（但しこれらに限定されない）グループのうちの１つか又はそれ以上を含む。領域４８は、今や図１〜図３に示されるような領域１６を形成し、層５０は、今や、図１〜図３に示されるように、ダイアフラム１４内へのエッチングプロセスによって形成されている。
【００４５】
有利なことに、領域５４は、ダイアフラム１４の下の位置に残されることができ、これにより領域５４とダイアフラム１４とが、複合ダイアフラムを形成する。このような複合ダイアフラムは、２００３年９月２５日に出願された米国特許出願第１０／６７０，５５４号「APPARATUS AND METHOD FOR MAKING A TENSILE DIAPHRAGM WITH A COMPRESSIVE REGION」に記載されているような圧縮領域を有する伸張性ダイアフラムへと有利に形成されることができる。圧縮領域を有する該伸張性ダイアフラムは、本出願において明確には示されないやり方で、本方法の後のステップにおいて使用される。
【００４６】
代替として、及び有利なことに、領域５４は、ダイアフラム１４の下の位置に残されることができ、これにより領域５４とダイアフラム１４とが、複合ダイアフラムを形成する。このような複合ダイアフラムは、２００３年９月２５日に出願された米国特許出願第１０／６７０，５５１号「APPARATUS AND METHOD FOR MAKING A TENSILE DIAPHRAGM WITH AN INSERT」に記載されているような挿入部を有する伸張性ダイアフラムへと形成されることができる。挿入部を有する該伸張性ダイアフラムは、本出願において明確には示されないやり方で、本方法の後のステップにおいて使用されており、作成プロセスのある後の時点で領域５４は除去される。
【００４７】
図４Ｅに示される作成プロセス内の時点で、ナノ孔１２は作られることができ、次に、プロセスにおいて後に形成される層で覆われることができ、プロセスの終盤で再露出されることができる。２００３年６月１２日に出願された米国特許出願第１０／４６２，２１６号「Nanopore with resonant tunneling electrodes」に記載されているように、本発明の装置内にナノ孔に関連付けられた電極が含まれるようにする場合には、この方法におけるこの時点で、ナノ孔が作られることができ、電極と、関連する絶縁体とが作られることができる。説明の簡単化のために、ナノ孔、電極、及び絶縁体の作成は、本明細書において明確には説明されていないが、そのような作成は、２００３年６月１２日に出願された米国特許出願第１０／４６２，２１６号「Nanopore with resonant tunneling electrodes」に記載されている手法で実施されることができることが理解されよう。代替として、ナノ孔、電極、及び絶縁体の作成は、作成プロセス内のこの時点で開始されることができ、作成プロセス内において後に完了されることができる。代替として、図４Ｆ〜図４Ｈに示されるように、ナノ孔の作成を、作成プロセス内の後の方に遅らせることもできる。
【００４８】
方法は、図４Ｆにおいて示されるように続き、領域５４が、作成方法の簡略な説明を目的として除去されている。電気リード線２０とマイクロ流体チャンネル２４を有するマイクロ流体リード線２２とは、当業者に利用可能な技法を使用して作成される。具体的には、マイクロ流体チャンネル２４は、マイクロ流体チャンネル２４の上に次の層が置かれる前に、アセトン溶解法か、酸素プラズマエッチングか、又は苛性エッチングのような上述の除去技法を使用することによって開けられることができるが、領域５７の下のチャンネル２２の局所領域内においては、有利なことには、流体が侵入する可能性のある開口部を無くすことができる。領域５７の下の領域における開口部の欠如は、図１に示されるようなチャンネル２２の水平のものを、図４Ｆ内に示される作成プロセスの段階で、図１において示されるようなチャンネル２２の垂直のものに結合させることによって、達成されることができる。ナノ孔から遠く離れた領域内のナノ孔チップ上では、後に置かれる層がマイクロ流体チャンネル２４の見えていない端部に侵入することを防ぐために、１つか又はそれ以上の様々な方法によって、マイクロ流体チャンネル２４の見えていない端部を閉塞することができる。そのマイクロ流体チャンネル２４に対して、後に外部流体連結を行うことができる。
【００４９】
典型的にはポリイミドを含み、典型的には約２μｍ厚である層５６は、第３の絶縁材料を含み、領域３０を形成するために後に形作られる。領域５７は、図１〜図３に示される空洞２６を形成するために後に除去される層５６の一部分である。典型的にはアルミニウムを含む層５８は、図１〜図３において示される空洞２８の作成中にエッチストップ層として後に機能するマスキング材料である。層５８は、金属、ポリマー、フォトレジスト、ＳＵ８フォトレジスト、エポキシ、ポリイミド、Ｐａｒｙｌｅｎｅ（登録商標）、シリコンポリマー、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、シリコン濃度の高い窒化シリコン、ＴＥＯＳ酸化物、窒化プラズマを含む（但しこれらに限定されない）グループのうちの１つを含むことができる。有利なことに、いくつかの例においては、層５６は、感光性の材料を含むことができ、その結果、領域５７は、この時点で現像ステップを実施せずに、フォトリソグラフィによる露光によって画定されることができ、層５８が付着される前に、後に現像除去されることになる領域を残す。このような場合には、層５８は、有利なことに、例えばアルミニウムのような金属からなる不透明材料を含むことができる。代替として、領域５７の後のエッチングを可能にするために、穴（図示せず）を領域５７上の層５８内に形成することができる。
【００５０】
方法は、図４Ｇに示されるように続く。典型的にはポリイミドを含み、典型的には約２５μｍ厚であり、第４の絶縁材料を含む層６０は、層５８の上に形成され、第４の空洞２８は、領域３２を画定するために層５８内に形成される。第４の空洞２８の底部での層５８は、エッチストップ層として機能する。
【００５１】
方法は、図４Ｈ内に示されるような装置１０の最終形状に続く。穴（図示せず）が、上述のように、領域５７上の領域５８内にあらかじめ形成されていた場合、且つ、層５６を含む第３の絶縁材料が、層６０の材料と類似のエッチング特性を有する場合には、エッチングは、領域５７を除去するために、層５８内の穴を通して単純に進行することができ、第３の空洞を含む空洞２６を形成する。空洞２８の底部における層５８の部分は、次に端部６２までエッチングされて除去される。空洞２６の下の領域内のマイクロ流体リード線２２が、次にエッチングされ、空洞２６の下の領域内のマイクロ流体チャンネル２４を開け、チャンネル２４の開けられた局所の端部が、空洞２６の端部とセルフアライメントされたままとなる。層５８のうちのこれらの部分は、エッチング除去されずに所定の位置に残ったままであるが、図１〜図３に明確には示されていない。ナノ孔１２は、例えば、アルゴン・イオンビーム造形が後に続く収束イオンビーム加工によって、次に形成され、図４Ｈ内に示されるような最終的なデバイス構造を生成する。
【００５２】
空洞２８のエッチングの前に層５８内に穴は形成されないが、あらかじめフォトリソグラフィによる露光が領域５７で実施されている場合には、空洞２８が形成された後に、空洞２８の底部における層５８の部分がエッチングされて除去される。フォトリソグラフィにより露光された領域５７が、次に現像されて除去され、空洞２６の下の領域内のマイクロ流体リード線２２が、次にエッチングされ、空洞２６の下の領域内のマイクロ流体チャンネル２４を開き、チャンネル２２の開けられた局所の端部が、空洞２６の端部とセルフアライメントされたままとなる。ここでもまた、層５８のうちのこれらの部分は、エッチング除去されずに所定の位置に残ったままであるが、図１〜図３に明確には示されていない。ナノ孔１２が、例えば、アルゴン・イオンビーム造形が後に続く収束イオンビーム加工によって、次に形成され、図４Ｈ内に示されるような最終的なデバイス構造を生成する。
【００５３】
上述した作成シーケンスは例示に過ぎず、同じ最終構造に到達するために使用されることができる、当業者に既知の他の技法が存在することが理解されよう。様々な層間に既知の接着増進技法を使用することによって、作成プロセスの歩留りと最終的なナノ孔チップの品質とが改善されること、並びにこのような接着増進技法の使用は、明確には説明されていなくても、作成プロセス中に想定されることもまた理解されよう。
【００５４】
ナノ孔の作成は、収束イオンビームによる穴開け、及びアルゴン・イオンビームによる造形加工以外の手段によって達成されることができることが理解されよう。例えば、ナノ孔を作成する他の既知の手段は、マスキングしているナノ粒子の周りに層が蒸着されることによって後で続けられ、次いでナノ粒子が除去されることによって続けられるナノ粒子を用いたマスキングと、ナノ粒子によってマスクされた穴内のエッチングとを含む。既知のものであれ未知のものであれ、このような技法は、本発明の圧縮領域７内にナノ孔を作成するために使用されることができる。
【００５５】
本発明は、ナノ孔構造の作成における有用性を意図するものであるが、既知のデバイスと未知のデバイスとの両方の他のデバイスの作成についての有用性を持つことが理解されよう。このようなデバイスは、マイクロスケール及びナノスケールの寸法を持つデバイスを含む。マイクロスケールの寸法は、１００ｎｍ〜１ｍｍの寸法を含むものとして定義され、ナノスケールの寸法は、０．１ｎｍ〜１μｍの寸法を含むものとして定義される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の装置１０の平面図を示し、その視点は図３に示される面１−１である。
【図２】本発明の装置１０の平面図を示し、その視点は図３に示される面２−２である。
【図３】本発明の装置１０の断面図を示し、その視点は図１に示される面３−３である。
【図４Ａ】本発明の方法のステップを示す図である。
【図４Ｂ】本発明の方法のステップを示す図である。
【図４Ｃ】本発明の方法のステップを示す図である。
【図４Ｄ】本発明の方法のステップを示す図である。
【図４Ｅ】本発明の方法のステップを示す図である。
【図４Ｆ】本発明の方法のステップを示す図である。
【図４Ｇ】本発明の方法のステップを示す図である。
【図４Ｈ】本発明の方法のステップを示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０  装置
１２  ナノ孔
１４  ダイアフラム
１６  第２の領域
１８  基板、基板領域、半導体基板
１９  第６の領域
２０  電気リード線
２２  マイクロ流体リード線
２６  第３の空洞
２８  第４の空洞
３０  第３の領域
３２  第４の領域
４１  基板空洞
５４  第５の領域
【図１】
2005125490.tif 000003
【図２】
2005125490.tif 000004
【図３】
2005125490.tif 000005
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2005125490.tif 000007
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
2005125490.tif 000009
【図４Ｅ】
2005125490.tif 000010
【図４Ｆ】
2005125490.tif 000011
【図４Ｇ】
2005125490.tif 000012
【図４Ｈ】
2005125490.tif 000013