(57)【要約】      （修正有）【課題】流路を流れる測定対象物の生体高分子がナノギャップ電極を通過し易くする。【解決手段】ナノギャップ電極１は、第１電極形成面３ａ内で露出する第１電極側面１０ｃを有する第１電極部１０と、第２電極形成面４ａ内で露出する第２電極側面１１ｃを有する第２電極部１１と、対向配置された第１電極形成面３ａおよび第２電極形成面４ａにより画定され、第１電極形成面３ａおよび第２電極形成面４ａ間にある中心軸に沿って延びている流路７と、を備え、流路の中心軸を中心に一定の距離を維持して離間し対向配置された第１電極側面１０ｃおよび第２電極側面１１ｃ間にナノギャップＮＧが形成され、ナノギャップＮＧは流路７と連通し、第１電極側面１０ｃおよび第２電極側面１１ｃが連なるように形成され、第１電極形成面３ａおよび第２電極形成面４ａが連なるように形成されている。【選択図】図１
2017067447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁部材で形成され、第1電極形成面を有する第1電極埋込層と、
前記第1電極形成面内で露出する第1電極側面を有する第1電極部と、
絶縁部材で形成され、第2電極形成面を有する第2電極埋込層と、
前記第2電極形成面内で露出する第2電極側面を有する第2電極部と、
一定の距離を維持して離間し対向配置された前記第1電極形成面および前記第2電極形成面により画定され、前記第1電極形成面および前記第2電極形成面間にある中心軸に沿って延びている流路と、
を備え、
前記流路の中心軸を中心に一定の距離を維持して離間し対向配置された前記第1電極側面および前記第2電極側面間にナノギャップが形成され、当該ナノギャップは前記流路と連通し、
前記第１電極形成面および前記第１電極側面が連なるように形成され、前記第2電極形成面および前記第2電極側面が連なるように形成されている
ナノギャップ電極。
【請求項２】
前記第1電極形成面および前記第2電極形成面間に形成された前記流路の幅は、実質的に10［nm］以下であり、
前記第１電極側面および前記第２電極側面間に形成された前記ナノギャップの幅は、前記流路の幅に対し実質的に±2［nm］以内である
請求項１に記載のナノギャップ電極。
【請求項３】
前記流路は、帯状でなり、直線状または曲線状に形成されており、一端から他端までの途中に前記ナノギャップが配置されている
請求項１または２に記載のナノギャップ電極。
【請求項４】
前記流路の端部には、前記流路の幅よりも幅広に形成され、前記流路と連通した溶液供給部または溶液排出部が形成されている
請求項１〜３のうちいずれか１項に記載のナノギャップ電極。
【請求項５】
前記第2電極埋込層は、下部スペーサ層上に形成されている
請求項１〜４のうちいずれか１項に記載のナノギャップ電極。
【請求項６】
ナノギャップ電極を構成する第１電極部および第２電極部間に生体高分子を通過させ、前記第１電極部および第２電極部間に流れる電流を基に前記生体高分子を解析するように構成された生体高分子解析装置であって、
請求項１〜５のうちいずれか１項に記載のナノギャップ電極を備える
生体高分子解析装置。
【請求項７】
ナノギャップ電極を構成する第１電極部および第２電極部間に生体高分子を通過させ、前記第１電極部および第２電極部間に流れる電流を基に前記生体高分子を解析するように構成された生体高分子解析装置と、
前記生体高分子解析装置と無線または有線を介して接続され、前記生体高分子の解析結果を取得するように構成された情報処理装置と
を含む生体高分子解析システムであって、
前記生体高分子解析装置は、
請求項１〜５のうちいずれか１項に記載のナノギャップ電極を備える
生体高分子解析システム。
【請求項８】
第1電極埋込層に埋め込まれた第1電極部と、第2電極埋込層に埋め込まれた第2電極部とがナノギャップを介して対向配置された複数のナノギャップ電極を備えており、
各前記ナノギャップ電極は、請求項１〜５のうちいずれか１項に記載のナノギャップ電極であり、
隣接する前記ナノギャップ電極の前記流路同士が連通している
ナノギャップ電極複合体。
【請求項９】
ナノギャップを介して対向配置された第1電極部および第2電極部を有するナノギャップ電極を製造する製造方法であって、
第1加工層と第2加工層との間に壁状の側壁スペーサを立設することと、
前記側壁スペーサの一部と接するように前記第1電極部を前記第1加工層の表面に設けることで該第1加工層から第1電極埋込層を形成し、前記側壁スペーサを挟んで前記第1電極部と対向配置するように前記第2電極部を前記第2加工層の表面に設けることで該第2加工層から第2電極埋込層を形成することと、
前記側壁スペーサを除去することにより、前記側壁スペーサの形状に合わせて前記第1電極部および前記第2電極部間に前記ナノギャップを形成するとともに、前記第1電極埋込層および前記第2電極埋込層間に、前記側壁スペーサの形状に合わせて、前記ナノギャップと連通した流路を形成することと
を含んでいるナノギャップ電極の製造方法。
【請求項１０】
前記第1加工層と前記第2加工層との間に側壁スペーサを立設することは、
前記第1加工層に側面を形成した後、該側面を覆う段差状の側壁スペーサ形成層を形成することと、
前記側壁スペーサ形成層をエッチバックして、前記第1加工層の側面に沿って前記側壁スペーサを形成することと、
前記側壁スペーサを挟んで前記第1加工層と対向配置するように前記第2加工層を形成し、前記第1加工層と前記第2加工層との間に前記側壁スペーサを立設させることとを含んでいる
請求項９に記載のナノギャップ電極の製造方法。
【請求項１１】
前記第1加工層と前記第2加工層との間に側壁スペーサを立設することは、
前記第1加工層に側面を形成した後、該側面を覆う段差状の側壁スペーサ形成層を形成することと、
前記側壁スペーサ形成層上に前記第2加工層を形成した後、平坦化処理により、前記第1加工層および前記第2加工層の各表面を露出させ、前記第1加工層と前記第2加工層との間に立設した前記側壁スペーサを形成することとを含んでいる
請求項９に記載のナノギャップ電極の製造方法。
【請求項１２】
前記側壁スペーサの一部と接するように前記第1電極部を前記第1加工層の表面に設けることで該第1加工層から前記第1電極埋込層を形成し、前記側壁スペーサを挟んで前記第1電極部と対向配置するように前記第2電極部を前記第2加工層の表面に設けることで該第2加工層から前記第2電極埋込層を形成することは、
前記第1加工層上、前記側壁スペーサ上および前記第2加工層上に開口部を有した電極部形成マスクを形成することと、
前記開口部から露出した前記第1加工層および前記第2加工層の表面をエッチングして前記第1加工層に第1電極埋込凹部を形成し、前記第2加工層に第2電極埋込凹部を形成することと、
前記開口部から外部に露出した前記第1電極埋込凹部および前記第2電極埋込凹部に電極層を形成した後、前記電極部形成マスクを除去することによって、前記第1電極埋込凹部内に前記第1電極部を形成し、前記第2電極埋込凹部内に前記第2電極部を形成することとを含んでいる
請求項９または１０に記載のナノギャップ電極の製造方法。
【請求項１３】
前記側壁スペーサを除去することにより、前記側壁スペーサの形状に合わせて前記第1電極部および前記第2電極部間に前記ナノギャップを形成するとともに、前記第1電極埋込層および前記第2電極埋込層間に、前記側壁スペーサの形状に合わせて、前記ナノギャップと連通した流路を形成することは、
前記側壁スペーサの両端に溶液給排凹部を形成した後、前記側壁スペーサを除去することを含んでいる
請求項９〜１２のいずれか１項に記載のナノギャップ電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はナノギャップ電極、生体高分子解析装置、生体高分子解析システム、ナノギャップ電極複合体、およびナノギャップ電極の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、対向した電極部間にナノスケールの間隙が形成された電極構造（以下、ナノギャップ電極と呼ぶ）が注目されており、ナノギャップ電極を用いた電子デバイスや、バイオデバイス等について研究が盛んに行われている。例えば、バイオデバイスの分野では、ナノギャップ電極を利用し、DNAの塩基配列を解析する分析装置が考えられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
実際上、この分析装置に用いるナノギャップ電極は、電極部間にあるナノスケールでなる中空状の間隙（以下、ナノギャップと呼ぶ）に一本鎖DNAを通過させ、当該一本鎖DNAの塩基が電極部間のナノギャップを通過したときに電極部に流れる電流を計測してゆき、その電流値を基に一本鎖DNAを構成する塩基を同定できるようになされている。
【０００４】
また、このような分析装置では、ナノギャップ電極の電極部間の距離が小さい方が検出できる電流値が大きく、高感度で試料を分析することができるが、電極部間のナノギャップに一本鎖DNA等の測定対象を通過させることが困難になる。
【０００５】
そのため、ナノギャップに測定対象を通過させる手段として流路を有するナノギャップ電極の開発がなされている。例えば、従来のナノギャップ電極としては、ナノギャップを挟んで対向配置された２つの電極部が基板上に形成されているとともに、当該ナノギャップと連通した流路も基板上に形成された構成のものが知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１０８５４０号
【特許文献２】特開２００９−２１０２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような従来のナノギャップ電極では、製造する際に、電極部間のナノギャップを形成する工程とは全く別に、ナノギャップと連通した流路を形成する工程を行っているため、流路の中心軸に対してナノギャップの中心軸がズレてしまうことも多くあり、また、流路が形成される側面と、電極部との間に大きな段差も形成され易く、この場合、流路を流れる測定対象がナノギャップを通過し難くなるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は以上の点を考慮してなされたもので、流路を流れる測定対象がナノギャップを通過し易いナノギャップ電極、生体高分子解析装置、生体高分子解析システム、およびナノギャップ電極複合体を提供することを目的とし、また、流路を流れる測定対象がナノギャップを通過し易いナノギャップ電極を製造し得るナノギャップ電極の製造方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のナノギャップ電極は、絶縁部材で形成され、第1電極形成面を有する第1電極埋込層と、第1電極形成面内で露出する第1電極側面を有する第1電極部と、絶縁部材で形成され、第2電極形成面を有する第2電極埋込層と、第2電極形成面内で露出する第2電極側面を有する第2電極部と、一定の距離を維持して離間し対向配置された第1電極形成面および第2電極形成面により画定され、第1電極形成面および第2電極形成面間にある中心軸に沿って延びている流路と、を備え、流路の中心軸を中心に一定の距離を維持して離間し対向配置された第1電極側面および第2電極側面間にナノギャップが形成され、ナノギャップは流路と連通し、第1電極形成面および第1電極側面が連なるように形成され、第2電極形成面および第2電極側面が連なるように形成されている。
【００１０】
本発明の生体高分子解析装置は、ナノギャップ電極を構成する第１電極部および第２電極部間に生体高分子を通過させ、第１電極部および第２電極部間に流れる電流を基に生体高分子を解析するように構成された生体高分子解析装置であって、請求項１〜５のうちいずれか１項に記載のナノギャップ電極を備える。
【００１１】
本発明の生体高分子解析システムは、ナノギャップ電極を構成する第１電極部および第２電極部間に生体高分子を通過させ、第１電極部および第２電極部間に流れる電流を基に生体高分子を解析するように構成された生体高分子解析装置と、生体高分子解析装置と無線または有線を介して接続され、生体高分子の解析結果を取得するように構成された情報処理装置とを含む生体高分子解析システムであって、生体高分子解析装置は、請求項１〜５のうちいずれか１項に記載のナノギャップ電極を備える。
【００１２】
本発明のナノギャップ電極複合体は、第1電極埋込層に埋め込まれた第1電極部と、第2電極埋込層に埋め込まれた第2電極部とがナノギャップを介して対向配置された複数のナノギャップ電極を備えており、各ナノギャップ電極は、請求項１〜５のうちいずれか１項に記載のナノギャップ電極であり、隣接するナノギャップ電極の流路同士が連通している。
【００１３】
また、本発明のナノギャップ電極の製造方法は、ナノギャップを介して対向配置された第1電極部および第2電極部を有するナノギャップ電極を製造する製造方法であって、第1加工層と第2加工層との間に壁状の側壁スペーサを立設することと、側壁スペーサの一部と接するように第1電極部を第1加工層の表面に設けることで第1加工層から第1電極埋込層を形成し、側壁スペーサを挟んで第1電極部と対向配置するように第2電極部を第2加工層の表面に設けることで第2加工層から第2電極埋込層を形成することと、側壁スペーサを除去することにより、側壁スペーサの形状に合わせて第1電極部および第2電極部間にナノギャップを形成するとともに、第1電極埋込層および第2電極埋込層間に、側壁スペーサの形状に合わせて、ナノギャップと連通した流路を形成することとを含んでいる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のナノギャップ電極、生体高分子解析装置、生体高分子解析システム、およびナノギャップ電極複合体によれば、中心軸に沿ってナノギャップと流路とがズレることなく形成されていることから、流路内およびナノギャップ内を中心軸に沿って測定対象が通過し易くなり、また、第1電極形成面および第1電極側面を連なるように形成し、かつ、第2電極形成面および第2電極側面も連なるように形成したことにより、第1電極形成面および第1電極側面間の段差を抑制し得るとともに、第2電極形成面および第2電極側面間の段差も抑制し得、その分、流路内からナノギャップ内に測定対象が通過し易くなり、かくして、流路を流れる測定対象が従来よりもナノギャップを容易に通過し得る。
【００１５】
また、ナノギャップ電極の製造方法によれば、側壁スペーサの形状に合わせて第1電極部および第2電極部間にナノギャップを形成すると同時に、第1電極埋込層および第2電極埋込層間にも、この側壁スペーサの形状に合わせて、ナノギャップと連通した流路を形成できるので、ナノギャップと流路とがズレることなく、流路内からナノギャップ内に測定対象が通過し易くなり、かくして、流路を流れる測定対象がナノギャップを容易に通過し得るナノギャップ電極を製造し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による第１の実施の形態のナノギャップ電極の構成を示す概略図である。
【図２】本発明による第１の実施の形態のナノギャップ電極の製造工程を示す概略図である。
【図３】本発明による第１の実施の形態のナノギャップ電極の製造工程を示す概略図である。
【図４】本発明による第１の実施の形態のナノギャップ電極の製造工程を示す概略図である。
【図５】本発明による第１の実施の形態のナノギャップ電極の製造工程を示す概略図である。
【図６】本発明による第１の実施の形態のナノギャップ電極の製造工程を示す概略図である。
【図７】本発明による第２の実施の形態のナノギャップ電極の製造工程を示す概略図である。
【図８】本発明による第３の実施の形態のナノギャップ電極の構成を示す概略図である。
【図９】本発明による第３の実施の形態のナノギャップ電極の製造工程を示す概略図である。
【図１０】本発明による第３の実施の形態のナノギャップ電極の製造工程を示す概略図である。
【図１１】本発明による第３の実施の形態のナノギャップ電極の製造工程を示す概略図である。
【図１２】本発明による第４の実施の形態のナノギャップ電極複合体の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
（１）第１の実施の形態
（１−１）第１の実施の形態によるナノギャップ電極の構成
図１に示すように、第１の実施の形態によるナノギャップ電極1は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等の絶縁部材でなる電極形成基板6が、シリコン基板2上に形成された構成を有している。この電極形成基板6には、チタンナイトライド（ＴｉＮ）等でなる第1電極部10と、第1電極部10と同じチタンナイトライド（ＴｉＮ）等でなる第2電極部11とが表面に埋め込まれている。第1電極部10は、略半円形状の基体部10aと、基体部10aの弧部分の中央に一体形成された帯状のナノギャップ形成部10bとを有しており、ナノギャップ形成部10bの先端に壁状で平坦に形成された第1電極側面10cを有する。第2電極部11は、後述するナノギャップNGを中心に第1電極部10と左右対称に形成されており、第1電極部10と同様に、略半円形状の基体部11aと、基体部11aの弧部分の中央に一体形成された帯状のナノギャップ形成部11bとを有しており、ナノギャップ形成部11bの先端に壁状で平坦に形成された第2電極側面11cを有する。
【００１９】
第1電極部10のナノギャップ形成部10bと、第2電極部11のナノギャップ形成部11bとは、ナノスケール（例えば1000［nm］以下の幅）でなる幅W1のナノギャップNGを介して、壁状の第1電極側面10cおよび第2電極側面11cが向き合うように配置されている。本発明による製造方法によって製造したナノギャップ電極1は、例えばナノギャップNGの幅W1を10［nm］以下、さらには使用態様に応じて2［nm］以下、或いは1［nm］以下にまで形成し得るようになされている。
【００２０】
かかる構成に加えて、電極形成基板6には、ナノギャップNGと連通した溝状の流路7が表面に設けられている。実際上、この実施の形態の場合、流路7は、電極形成基板6の表面に設けられた溝部（図示せず）内にある中空状の空間であり、一端から他端に亘って一本鎖DNA等の測定対象が通過し得るように形成されている。このような流路7は、壁状に形成された第1電極形成面3aと、同じく壁状に形成された第2電極形成面4aとが一定の距離を維持して離間し対向配置された空間として形成されており、これら第1電極形成面3aおよび第2電極形成面4a間にある中心軸Oに沿って延びた構成を有している。
【００２１】
ここで、第1電極形成面3aには、第1電極部10の壁状でなる第1電極側面10cが露出しているとともに、当該第1電極形成面3aと対向配置された、第2電極形成面4aには、第2電極部11の壁状でなる第2電極側面11cが露出している。第1電極部10の第1電極側面10cおよび第2電極部11の第2電極側面11c間には、流路7と連通したナノギャップNGが形成されており、流路7内を通る測定対象がそのままナノギャップNGに導かれ、当該測定対象がナノギャップNGを通過し得るようになされている。
【００２２】
実際上、これら第1電極部10の第1電極側面10cと、第2電極部11の第2電極側面11cとは、流路7の中心軸Oを中心に、一定の距離を維持し離間して、又はほぼ平行に離間して対向配置されており、流路7の中心軸Oに沿って流路7内を通過する測定対象が、当該中心軸Oに沿ってそのままナノギャップNG内を通過し得るようになされている。
【００２３】
なお、この実施の形態の場合、流路7は、帯状でなり、直線状に形成されており、一端から他端までの途中にナノギャップNGが配置されている。これによりナノギャップ電極1では、一方側の流路7から測定対象たる一本鎖DNAを含んだ溶液が供給されると、当該測定対象は、流路7の中心軸Oに沿ってそのままナノギャップNGを通過して、他方側の流路7へと送られ、当該流路7から排出され得る。
【００２４】
因みに、この実施の形態の場合、流路7は、帯状でなり、直線状に形成されており、一端から他端までの途中にナノギャップNGが配置された構成としたが、本発明はこれに限らず、S字状や、C字状等その他種々の曲線状に延びた帯状の流路とし、一端から他端までの途中にナノギャップNGを配置させた構成としてもよい。
【００２５】
ここで、本発明において、第1電極形成面3aおよび第2電極形成面4a間に形成される流路7と、第1電極部10の第1電極側面10cおよび第2電極部11の第2電極側面11c間に形成されるナノギャップNGとは、製造過程において、第1電極形成面3aおよび第2電極形成面4a間と、第1電極部10の第1電極側面10cおよび第2電極部11の第2電極側面11c間とに亘って形成された壁状の側壁スペーサ（後述する）が除去されることにより、当該側壁スペーサのあった空間に形成され得る。
【００２６】
よって、流路7を形成する第1電極形成面3aおよび第2電極形成面4aと、ナノギャップNGを形成する第1電極部10の第1電極側面10cおよび第2電極部11の第2電極側面11cは、除去した壁状の側壁スペーサの側面形状に合わせて壁状に形成され得る。また、流路7を形成する第1電極形成面3aおよび第2電極形成面4aと、ナノギャップNGを形成する第1電極部10の第1電極側面10cおよび第2電極部11の第2電極側面11cは、一定の厚みを有した状態で延びる側壁スペーサが除去されて形成されることから、この側壁スペーサの厚みに合わせて一定の距離を維持して離間し対向配置されたまま一方向に延びるように形成され得る。さらに、流路7とナノギャップNGは、一定の高さで帯状に延びた側壁スペーサが除去された空間に形成されることから、当該側壁スペーサの一定の高さに合わせて、流路7内の深さと、ナノギャップNG内の深さとが規定され、これら流路7およびナノギャップNGが同一の深さに形成されている。
【００２７】
ここで、本発明のナノギャップ電極1は、製造過程において、第1電極形成面3aおよび第2電極形成面4a間と、第1電極部10の第1電極側面10cおよび第2電極部11の第2電極側面11c間とに亘って形成した壁状の側壁スペーサを除去する際、第1電極形成面3aおよび第2電極形成面4aのエッチレートと、第1電極側面10cおよび第2電極側面11cのエッチレートとが同じであるとき、第1電極形成面3aと、第1電極部10の第1電極側面10cとが連なりほぼ面一に形成され得るとともに、第2電極形成面4aと、第2電極部11の第2電極側面11cも連なりほぼ面一に形成され得る。
【００２８】
一方、第1電極形成面3aおよび第2電極形成面4aのエッチレートと、第1電極側面10cおよび第2電極側面11cのエッチレートとが異なる場合には、製造過程において、第1電極形成面3aおよび第2電極形成面4a間と、第1電極部10の第1電極側面10cおよび第2電極部11の第2電極側面11c間とに亘って形成した壁状の側壁スペーサを除去する際、例えば第1電極形成面3aと、第1電極部10の第1電極側面10cとが連なるものの面一とならず、その境に僅かな段差が形成されるとともに、第2電極形成面4aと、第2電極部11の第2電極側面11cも連なるものの面一とならず、その境に僅かな凹凸が形成され得る。
【００２９】
しかしながら、本発明では、製造過程において、第1電極形成面3aおよび第2電極形成面4a間と、第1電極部10の第1電極側面10cおよび第2電極部11の第2電極側面11c間とに亘って形成した壁状の側壁スペーサを除去するこで、当該側壁スペーサの形状に合わせた流路7とナノギャップNGとを同時に形成していることから、第1電極形成面3aと、第1電極部10の第1電極側面10cとが連なり、その境の段差を従来よりも抑制し得るとともに、第2電極形成面4aと、第2電極部11の第2電極側面11cとも連なり、その境の段差も従来よりも抑制し得、かくして流路7の幅と、ナノギャップNGの幅との差を小さくできる。
【００３０】
そのため、例えば中心軸Oに沿って延びる第1電極側面10cおよび第2電極側面11cの長さに比して、第1電極形成面3aと、第1電極部10の第1電極側面10cと境の段差や、第2電極形成面4aと、第2電極部11の第2電極側面11cとの境の段差の大きさを小さく形成し得、流路7内を流れる測定対象が、ナノギャップNGとの境にある段差による抵抗を受けることなく、当該ナノギャップNGに対しスムーズに供給され得る。
【００３１】
なお、この実施の形態の場合、例えば、第1電極形成面3aおよび第2電極形成面4aは、これらの間に形成された流路7の幅が10［nm］以下、好ましくは2［nm］以下となるように形成されてもよい。第1電極側面10cおよび第2電極側面11cは、これらの間に形成されたナノギャップNGの幅が流路7の幅に対し±2［nm］以内、好ましくは±0.2［nm］以内となるように形成され得る。因みに、本発明では、例えば側壁スペーサを除去した後、第1電極形成面3aおよび第2電極形成面4aをさらにエッチングして、流路7の幅を広げてもよい。
【００３２】
なお、これに加えて、表面に流路7およびナノギャップNGが形成される電極形成基板6には、略四辺形に凹んだ溶液供給部8が流路7の一方の末端に形成されているとともに、当該溶液供給部8と同じ形状を有した溶液排出部9が流路7の他方の末端に形成されている。溶液供給部8は、一つの面上に配置された面一の連通口形成側面3c,4b間に連通口8aを有しており、内部空間がこの連通口8aを介して流路7と連通している。同様に、溶液排出部9も、一つの面上に配置された面一の連通口形成側面3c,4b間に連通口9aを有しており、内部空間がこの連通口9aを介して流路7と連通している。このように、溶液供給部8の内部空間と、溶液排出部9の内部空間とは、流路7を介して連通しており、溶液供給部8内の測定対象を流路7、ナノギャップNGおよび流路7を介して溶液排出部9内に移動可能に形成されている。
【００３３】
なお、この実施の形態の場合、溶液供給部8および溶液排出部9は、深さがナノギャップNGおよび流路7の深さと同じに形成されているものの、幅が流路7の幅よりも幅広に形成されている。これにより溶液供給部8では、流路7に比べて領域が広い分、図示しない供給ポンプが位置決めし易くなっており、当該供給ポンプから供給される溶液を貯留し、そのまま流路7へ供給し得るようになされている。また、溶液排出部9でも、流路7に比べて領域が広い分、図示しない排出ポンプが位置決めし易くなっており、流路7から送られてきた溶液を、排出ポンプにより吸引して外部へ排出し得るようになされている。
【００３４】
因みに、この実施の形態の場合、電極形成基板6には、シリコンナイトライド（ＳｉＮ）等でなるＵ字型をした側壁スペーサ5が表面に埋め込まれている。この側壁スペーサ5は、製造過程において、第1電極部10および第2電極部11間にあるナノギャップNGと、流路7とを形成する際に用いたものであり、製造過程において除去せずに残存させたものである。この場合、側壁スペーサ5は、一端面が溶液供給部8の側壁スペーサ露出側面3f,4c間に面一で露出し、他端面が溶液排出部9の側壁スペーサ露出側面3f,4c間に面一で露出した構成を有している。
【００３５】
ここで、上述した電極形成基板6は、板状の第1電極埋込層3と、第1電極埋込層3の表面にある凹部（図示せず）内に埋め込まれた第2電極埋込層4とを有している。第1電極埋込層3は、酸化シリコン等の絶縁部材からなり、シリコン基板2上に形成されている。この第1電極埋込層3には、表面にある凹部内の側面の一辺が流路7を形成する第1電極形成面3aとして外部に露出されているとともに、凹部内の底面の一部が流路7を形成する底面3bとして外部に露出されている。また、第1電極埋込層3には、第1電極部10が表面に埋め込まれており、第1電極部10におけるナノギャップ形成部10bの第1電極側面10cが、第1電極形成面3aから外部に露出している。
【００３６】
第1電極埋込層3には、第2電極埋込層4の外周面に形成された流路7を形成する第2電極形成面4aが、第1電極形成面3aに対し一定の距離を維持して離間し対向配置されている。このように電極形成基板6は、第1電極埋込層3に形成された第1電極形成面3aと、第2電極埋込層4の外周面に形成された第2電極形成面4aとが、流路7の中心軸Oを中心にして一定の距離を維持して離間し対向配置されることにより、流路7を形成し得るようになされている。すなわち、流路7は、電極形成基板6の表面を単に切削して設けられた溝状の溝部ではなく、第1電極埋込層3と第2電極埋込層4の異なる部材が組み合されることで形成されている。
【００３７】
ここで、上述した溶液供給部8は、流路7と連通する連通口8aが配置された連通口形成側面3c,4bと、この連通口形成側面3c,4bに対向配置された連通口対向側面3eと、側壁スペーサ5の一端面が露出している側壁スペーサ露出側面3f,4cと、この側壁スペーサ露出側面3f,4cに対向配置された側壁スペーサ対向側面3dとを有しており、これら一面上に配置した連通口形成側面3c,4bと、連通口対向側面3eと、一面上に配置した側壁スペーサ露出側面3f,4cと、側壁スペーサ対向側面3dとにより四辺状の領域を形成している。溶液供給部8には、これら連通口形成側面3c,4bと、連通口対向側面3eと、側壁スペーサ露出側面3f,4cと、側壁スペーサ対向側面3dとにより囲まれた四辺状の凹んだ領域内に、底面として第1電極埋込層3が露出している。
【００３８】
なお、溶液排出部9も、溶液供給部8と同様に、一面上に配置した連通口形成側面3c,4bと、連通口対向側面3eと、一面上に配置した側壁スペーサ露出側面3f,4cと、側壁スペーサ対向側面3dとにより四辺状の凹んだ領域を形成しており、この凹んだ領域内に底面として第1電極埋込層3が露出している。
【００３９】
この実施の形態の場合、溶液供給部8の連通口形成側面3c,4bと、連通口対向側面3eと、側壁スペーサ露出側面3f,4cと、側壁スペーサ対向側面3dとのうち、一の連通口形成側面3cから、連通口対向側面3e、一の側壁スペーサ露出側面3f、および側壁スペーサ対向側面3dまでは、第1電極埋込層3に形成され、一方、溶液供給部8の他の連通口形成側面4bから他の側壁スペーサ露出側面4cまでは、第2電極埋込層4の外周面に形成されている。
【００４０】
なお、この実施の形態の場合、第2電極埋込層4は、外周面に形成された連通口形成側面4bが、第1電極埋込層3に形成された連通口形成側面3cに対し、連通口8aを空けて面一に配置され、第1電極埋込層3とともに溶液供給部8内の側壁の一部を形成している。また、第2電極埋込層4は、連通口形成側面4bから直角に伸びるように形成された側壁スペーサ露出側面4cが、第1電極埋込層3に形成された側壁スペーサ露出側面3fと面一に配置され、第1電極埋込層3とともに溶液供給部8内の側壁の一部を形成している。
【００４１】
この実施の形態の場合、第2電極埋込層4は、酸化シリコン等の絶縁部材により略四辺状に形成されており、隣接する2つの角部がL字状に切り欠かれて、直角に配置された連通口形成側面4bと側壁スペーサ露出側面4cとが形成され、一方の角部にある連通口形成側面4bと、他方の角部にある連通口形成側面4bとの間に、流路7を形成する第2電極形成面4aが形成されている。また、この第2電極埋込層4は、第2電極形成面4a、連通口形成側面4b、および側壁スペーサ露出側面4cが形成された一辺を除き、残りの三辺に沿うようにして側壁スペーサ5が形成されている。第2電極埋込層4には、側壁スペーサ5に囲まれた領域の表面に第2電極部11が埋め込まれており、第2電極部11におけるナノギャップ形成部11bの第2電極側面11cが、第2電極形成面4aに露出している。
【００４２】
このようなナノギャップ電極1は、例えば、図示しない供給ポンプ等により溶液供給部8に一本鎖DNAを含んだ溶液が供給されると、一本鎖DNAを含んだ溶液を溶液供給部8の連通口8aから流路7へ供給し、当該流路7から他方の連通口9aを介して溶液排出部9へと供給し、排出ポンプ等により溶液排出部9から溶液を排出し得る。そして、ナノギャップ電極1は、一本鎖DNAを含んだ溶液が流路7内を通過する際、当該溶液内の一本鎖DNAが第1電極部10と第2電極部11との間のナノギャップNGを通過し得る。
【００４３】
ナノギャップ電極1では、図示しない電源によって第1電極部10と第2電極部11との間に電圧が印加され、溶液の流れに乗って運搬されてきた一本鎖DNAが第1電極部10と第2電極部11との間のナノギャップNGを通過するときに、第1電極部10と第2電極部11との間に流れる電流値が電流計にて計測され、その電流値から一本鎖DNAの塩基配列を特定できる。このとき、本発明のナノギャップ電極1は、第1電極部10と第2電極部11との間のナノギャップNGのギャップ幅を適切に選定することで、高感度で試料を分析し得る。
【００４４】
（１−２）第１の実施の形態によるナノギャップ電極の製造方法
次に、第１の実施の形態によるナノギャップ電極1の製造方法を説明する。まず、シリコン基板2の全面に、例えばＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）法や、ＡＬＤ（Atomic  Layer  Deposition）法、スパッタ法、熱酸化法等により酸化シリコンでなる層状の第1加工層を形成した板状部材（図示せず）を用意する。次いで、図２Ａと、図２ＡのＡ‐Ａ´部分の断面構成を示す図２Ｂとに示すように、フォトリソグラフィ技術によりシリコン基板2上の第1加工層12表面をパターニングして、第1加工層12の表面の所定領域に、略四辺形状の凹部12eを形成する。このような第1加工層12には、表面12aと、凹部12eの底面12cとの間に、当該凹部12eの深さ分の側面12bが形成される。
【００４５】
続いて、図２Ａとの対応部分に同一符号を付して示す図２Ｃと、図２ＣのＢ‐Ｂ´部分の断面構成を示す図２Ｄとに示すように、第1加工層12の表面12aおよび凹部12eに、シリコンナイトライド等の絶縁部材でなる層状の側壁スペーサ形成層13を、例えばＣＶＤ法や、ＡＬＤ法、スパッタ法等により形成する。図２Ｄに示すように、層状の側壁スペーサ形成層13は、第1加工層12の表面12aおよび凹部12e内の底面12c上に形成される他、凹部12e内の側面12bにも沿って形成され得る。この際、側壁スペーサ形成層13の膜厚は、所望するナノギャップNGの幅W1や流路7の幅に応じて選定される。すなわち、幅W1が小さいナノギャップNGや、当該ナノギャップNGに合わせて幅の小さい流路7を形成する場合には、側壁スペーサ形成層13の膜厚を薄く形成し、一方、幅W1が大きいナノギャップNGや、当該ナノギャップNGに合わせて幅の大きい流路7を形成する場合には、側壁スペーサ形成層13の膜厚を厚く形成する。
【００４６】
その後、側壁スペーサ形成層13をエッチバックして、図２Ｃとの対応部分に同一符号を付して示す図２Ｅと、図２ＥのＣ‐Ｃ´部分の断面構成を示す図２Ｆとに示すように、第1加工層12の表面12aと、凹部12e内の底面12cとを露出させ、第1加工層12の側面12bにのみ側壁スペーサ形成層13を残存させて、凹部12e内の側面12bに沿ってサイドウォール状の側壁スペーサ14を形成する。側壁スペーサ14は、第1加工層12において凹部12e内にある四辺の各側面12bに沿ってそれぞれ形成され得る。なお、この実施の形態の場合、側壁スペーサ14は、サイドウォール状に形成され、先端部分が先細形状になっている。
【００４７】
次に、図２Ｅとの対応部分に同一符号を付して示す図３Ａと、図３ＡのＤ‐Ｄ´部分の断面構成を示す図３Ｂとに示すように、側壁スペーサ14および第1加工層12上に、酸化シリコン等でなる第2加工層15を、例えばＣＶＤ法や、ＡＬＤ法、スパッタ法等により形成する。このとき、凹部12eは、内部が酸化シリコンで満たされ、内部に第2加工層15が形成された構成となり得る。
【００４８】
続いて、側壁スペーサ14、第1加工層12および第2加工層15の表面を、例えばＣＭＰ（Chemical  Mechanical  Polishing）法により平坦化処理する。この工程により、図３Ａとの対応部分に同一符号を付して示す図３Ｃと、図３ＣのＥ‐Ｅ´部分の断面構成を示す図３Ｄとに示すように、第1加工層12の表面と、側壁スペーサ14の表面とを外部に露出させ、側壁スペーサ14に囲まれた凹部12e内に第2加工層15の表面を露出させる。なお、この実施の形態の場合では、図３Ｄに示すように、側壁スペーサ14の先細部分がなくなり、その断面が四辺状となるまで、第1加工層12、側壁スペーサ14および第2加工層15の表面をＣＭＰ法により研磨している。
【００４９】
次に、第1加工層12、側壁スペーサ14および第2加工層15の表面にフォトレジストを塗布してフォトレジスト層を形成した後、フォトリソグラフィ技術によりフォトレジスト層をパターニングし、図３Ｃとの対応部分に同一符号を付して示す図３Ｅと、図３ＥのＦ‐Ｆ´部分の断面構成を示す図３Ｆとに示すように、最終的に形成される第1電極部10（図１）および第2電極部11（図１）の外郭形状に合わせた開口部20aがパターニングされた電極部形成マスク20を形成する。なお、電極部形成マスク20にパターニングされた開口部20aからは、側壁スペーサ14を挟むようにして配置された第1加工層12および第2加工層15が露出している。
【００５０】
続いて、電極部形成マスク20の開口部20aから外部に露出した第1加工層12および第2加工層15の表面を、例えばドライエッチングによってエッチングする。この工程により、図３Ｅとの対応部分に同一符号を付して示す図４Ａと、図４ＡのＧ‐Ｇ´部分の断面構成を示す図４Ｂとに示すように、開口部20aから露出した第1加工層12に第1電極埋込凹部23aを形成し、開口部20aから露出した第2加工層15に、側壁スペーサ14を挟んで当該第1電極埋込凹部23aと対向配置された第2電極埋込凹部23bを形成する。かくして、第1電極埋込凹部23aおよび第2電極埋込凹部23b間に、側壁スペーサ14を残存させることにより、第1電極埋込凹部23aおよび第2電極埋込凹部23b間に側壁スペーサ14を立設させる。因みに、このようにして第1電極埋込凹部23aおよび第2電極埋込凹部23b間に残存した側壁スペーサ14は、開口部20aから露出した第1加工層12の表面上に立った状態に設けられている。
【００５１】
なお、第1電極埋込凹部23aは、図１に示す第1電極部10と同じ外郭形状をしており、第1電極部10が形成される領域である。同様に、第2電極埋込凹部23bは、図１に示す第2電極部11と同じ外郭形状をしており、第2電極部11が形成される領域となる。なお、この実施の形態の場合、図４Ｂに示したように、側壁スペーサ14の両側面が全て露出するまで第1加工層12および第2加工層15の表面の一部のみをエッチングした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、側壁スペーサ14の両側面の一部だけが露出するように第1加工層12および第2加工層15をエッチングしてもよい。
【００５２】
また、この実施の形態の場合、図４Ａおよび図４Ｂに示したように、電極部形成マスク20の開口部20aから外部に露出していた第2加工層15が全て除去されて、第2電極埋込凹部23b内の底面に第1加工層12が露出しているが、本発明はこれに限らず、電極部形成マスク20の開口部20aから外部に露出していた第2加工層15を一部残存させて、第2電極埋込凹部23b内の底面に第2加工層15を設けるようにしてもよい。
【００５３】
次いで、電極部形成マスク20を除去し、図４Ａとの対応部分に同一符号を付して示す図４Ｃと、図４ＣのＨ‐Ｈ´部分の断面構成を示す図４Ｄとに示すように、第1加工層12、側壁スペーサ14および第2加工層15の表面に、チタンナイトライド等でなる電極層24を、例えばＣＶＤ法や、ＡＬＤ法、スパッタ法等により形成する。このとき、図４Ｄに示すように、第1電極埋込凹部23aと第2電極埋込凹部23bとは、内部がチタンナイトライドで満たされ、内部に電極層24が形成された構成となり得る。
【００５４】
続いて、例えばＣＭＰ法により、第1加工層12、側壁スペーサ14および第2加工層15上に形成した電極層24の表面を、側壁スペーサ14の上面が露出するまで平坦化処理し、図４Ｃとの対応部分に同一符号を付して示す図４Ｅと、図４ＥのＩ‐Ｉ´部分の断面構成を示す図４Ｆとに示すように、第1電極埋込凹部23a内に第1電極部10を形成するとともに、第2電極埋込凹部23b内に第2電極部11を形成する。
【００５５】
これにより、表面の第1電極埋込凹部23a内に第1電極部10が埋め込まれた第1電極埋込層3を第1加工層12から形成し、表面の第2電極埋込凹部23b内に第2電極部11が埋め込まれた第2電極埋込層4を第2加工層15から形成する。そして、このようにして形成された第1電極部10および第2電極部11は、ナノギャップ形成部10b,11bの電極側面同士が側壁スペーサ14を挟んで対向配置され得る。
【００５６】
次に、外部に露出している第1電極埋込層3、第2電極埋込層4、第1電極部10、第2電極部11および側壁スペーサ14の表面にフォトレジストを塗布してフォトレジスト層を形成した後、フォトリソグラフィ技術によりフォトレジスト層をパターニングし、図４Ｅとの対応部分に同一符号を付して示す図５Ａと、図５ＡのＪ‐Ｊ´部分の断面構成を示す図５Ｂとに示すように、図１に示した溶液供給部8および溶液排出部9に対応した外郭形状を有する2つの開口部25a,25bがパターニングされた溶液給排部形成マスク25を形成する。
【００５７】
この実施の形態の場合、溶液給排部形成マスク25の開口部25a,25bは、第1電極部10および第2電極部11間に挟まれた側壁スペーサ14のうち、対向する2つのL字状角部が外部に露出するように形成されている。実際上、溶液給排部形成マスク25にパターニングされた開口部25a,25bからは、側壁スペーサ14の対向する2つのL字状角部の他、各L字状角部周辺にある第1電極埋込層3および第2電極埋込層4の表面も露出している。
【００５８】
続いて、溶液給排部形成マスク25の各開口部25a,25bから露出している第1電極埋込層3および第2電極埋込層4の表面を、例えばドライエッチングによりエッチングし、図５Ａとの対応部分に同一符号を付して示す図５Ｃと、図５ＣのＫ‐Ｋ´部分の断面構成を示す図５Ｄとに示すように、開口部25a,25b内に露出した領域に溶液給排凹部26,27を形成する。溶液給排凹部26,27内には、側壁スペーサ14のL字状角部が残存し、当該側壁スペーサ14のL字状角部によって内部が区分けされて2つの空間が形成され得る。なお、この2つの空間のうち第1電極埋込層3の側面が露出した一方の空間内には、図１における連通口形成側面3cと、連通口対向側面3eと、側壁スペーサ露出側面3fと、側壁スペーサ対向側面3dとが形成され、第2電極埋込層4の側面が露出した他方の空間内には、図１における連通口形成側面4bと、側壁スペーサ露出側面4cとが形成され得る。
【００５９】
この実施の形態の場合、図５Ｄに示したように、溶液給排部形成マスク25の開口部25a,25bから外部に露出している第1電極埋込層3および第2電極埋込層4のエッチングは、側壁スペーサ14の側面が全て露出するまで行なわれている。因みに、この実施の形態においては、側壁スペーサ14の側面が全て露出するまで第1電極埋込層3および第2電極埋込層4をエッチングした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば、側壁スペーサ14の高さよりも更に深く第1電極埋込層3および第2電極埋込層4をエッチングしたり、或いは側壁スペーサ14の高さよりも浅く第1電極埋込層3および第2電極埋込層4をエッチングしたりして、後述する工程にて側壁スペーサ14を除去したときに溶液給排凹部26,27内の底面に段差が形成されてもよい。
【００６０】
次いで、図５Ｃとの対応部分に同一符号を付して示す図５Ｅと、図５ＥのＬ‐Ｌ´部分の断面構成を示す図５Ｆとに示すように、溶液給排部形成マスク25を除去する。その後、第1電極埋込層3、第2電極埋込層4、側壁スペーサ14、第1電極部10および第2電極部11の表面に、再びフォトレジストを塗布してフォトレジスト層を形成する。次いで、フォトリソグラフィ技術によりフォトレジスト層をパターニングし、図５Ｅとの対応部分に同一符号を付して示す図６Ａと、図６ＡのＭ‐Ｍ´部分の断面構成を示す図６Ｂとに示すように、第1電極部10および第2電極部11間に挟まれた直線状の側壁スペーサ14と、溶液給排凹部26,27内にある当該側壁スペーサ14のL字状角部とが露出した開口部28aがパターニングされたナノギャップ形成マスク28を形成する。
【００６１】
因みに、この実施の形態の場合、ナノギャップ形成マスク28にパターニングされた開口部28aは、長方形状に形成され、短手方向の幅が溶液給排凹部26,27の幅と同じに形成されており、側壁スペーサ14の他、当該側壁スペーサ14周辺の第1電極埋込層3、第2電極埋込層4、第1電極部10のナノギャップ形成部10b、および第2電極部11のナノギャップ形成部11bの一部も露出している。
【００６２】
続いて、図６Ａとの対応部分に同一符号を付して示す図６Ｃと、図６ＣのＮ‐Ｎ´部分の断面構成を示す図６Ｄとに示すように、ナノギャップ形成マスク28の開口部28aから外部に露出している側壁スペーサ14を、例えばドライエッチングによって除去する。これにより、第1電極部10のナノギャップ形成部10bと、第2電極部11のナノギャップ形成部11bとの間の側壁スペーサ14を除去した領域には、ナノギャップNGが形成され、さらに、第1電極埋込層3と第2電極埋込層4との間の側壁スペーサ14を除去した領域には、ナノギャップNGと同じ深さを有した流路7が形成され得る。このように、この製造方法では、側壁スペーサ14を単に除去するだけで、流路7と、この流路7内に連通したナノギャップNGとを同時に形成し得る。
【００６３】
また、溶液給排凹部26,27（図６Ａおよび図６Ｂ）には、エッチングによって側壁スペーサ14のL字状角部が除去されることで、流路7との境に連通口8a,9aがそれぞれ形成され、当該連通口8a,9aを介して流路7と内部空間が連通した溶液供給部8および溶液排出部9が形成され得る。なお、側壁スペーサ14は、ナノギャップ形成マスク28の開口部28aから露出した領域だけが除去されることで、図１に示すようなＵ字状の側壁スペーサ5として残存し得る。最後に、ナノギャップ形成マスク28を除去することにより、図１に示したように、第1電極埋込層3の第1電極形成面3aと、第2電極埋込層4の第2電極形成面4aとの間の側壁スペーサ14のあった領域に流路7が形成されるとともに、第1電極側面10cおよび第2電極側面11c間の側壁スペーサ14があった領域に、流路7の中心軸Oを中心として流路7と連通したナノギャップNGが形成されたナノギャップ電極1を製造できる。
【００６４】
（１−３）作用および効果
以上の構成において、本発明のナノギャップ電極1では、絶縁部材で形成され、第1電極形成面3aを有する第1電極埋込層3と、同じく絶縁部材で形成され、第2電極形成面4aを有する第2電極埋込層4とを設けるようにした。また、このナノギャップ電極1では、第1電極形成面3a内で露出する第1電極側面10cを有した第1電極部10と、第2電極形成面4a内で露出する第2電極側面11cを有した第2電極部11とを設けるようにした。さらに、このナノギャップ電極1では、一定の距離を維持して離間し対向配置された第1電極形成面3aおよび第2電極形成面4aにより画定され、第1電極形成面3aおよび第2電極形成面4a間にある中心軸Oに沿って延びている流路7を設け、この流路7と連通したナノギャップNGを設けるようにした。
【００６５】
そして、ナノギャップNGは、流路7の中心軸Oを中心に一定の距離を維持して離間し対向配置された第1電極側面10cおよび第2電極側面11c間に形成するようにした。また、このナノギャップ電極1では、第1電極形成面3aおよび第1電極側面10cを連なるように形成し、かつ第2電極形成面4aおよび第2電極側面11cを連なるように形成した。
【００６６】
このようなナノギャップ電極1では、中心軸Oに沿ってナノギャップNGと流路7とがズレることなく形成されていることから、流路7内およびナノギャップNG内を中心軸Oに沿って測定対象が通過し易くなり、また、第1電極形成面3aおよび第1電極側面10cを連なるように形成し、かつ、第2電極形成面4aおよび第2電極側面11cも連なるように形成したことにより、第1電極形成面3aおよび第1電極側面10c間の段差を抑制し得るとともに、第2電極形成面4aおよび第2電極側面11c間の段差も抑制し得、その分、流路7内からナノギャップNG内に測定対象が通過し易くなり、かくして、流路7を流れる測定対象が従来よりもナノギャップNGを容易に通過し得る。
【００６７】
また、このような構成でなるナノギャップ電極1では、製造過程において、第1電極部10の第1電極側面10cおよび第2電極部11の第2電極側面11c間と、第1電極形成面3aおよび第2電極形成面4a間とに亘って形成した側壁スペーサ14を除去することにより、第1電極部10の第1電極側面10cおよび第2電極部11の第2電極側面11c間にナノギャップNGを形成できるとともに、この際、第1電極形成面3aおよび第2電極形成面4a間に流路7をも形成することができる。
【００６８】
このようにナノギャップ電極1では、製造過程において、側壁スペーサ14が除去されて、当該側壁スペーサ14の形状に合わせて、壁状の第1電極形成面3aおよび第2電極形成面4aが一定の距離を維持して対向配置された流路7が形成されているとともに、当該側壁スペーサ14の形状に合わせて、流路7の中心軸Oを中心にして、壁状の第1電極側面10cおよび第2電極側面11cを間にナノギャップNGが連続的、かつ同時に形成されていることにより、ナノギャップNGと流路7とがズレることなく、流路7内およびナノギャップNG内で一致した中心軸Oに沿って測定対象が通過し得、かくして流路7を流れる測定対象が従来よりもナノギャップNGを容易に通過し得る。
【００６９】
また、このようなナノギャップ電極1の製造方法では、第1加工層12と第2加工層15との間に側壁スペーサ14を立設した後、第1電極部10がこの側壁スペーサ14の一部と接するように、当該第1電極部10を第1加工層12の表面に埋め込んだ第1電極埋込層3を形成し、側壁スペーサ14を挟んで第1電極部10と対向配置するように第2電極部11を第2加工層15の表面に埋め込んだ第2電極埋込層4を形成するようにした。
【００７０】
また、この製造方法では、第1電極部10および第2電極部11間と、第1電極埋込層3および第2電極埋込層4間とに挟まれた壁状の側壁スペーサ14を除去することにより、第1電極部10および第2電極部11間の側壁スペーサ14のあった領域に、ナノギャップNGを形成するとともに、第1電極埋込層3および第2電極埋込層4間の側壁スペーサ14があった領域に、ナノギャップNGと連通した流路7をも形成するようにした。
【００７１】
これにより、この製造方法では、側壁スペーサ14の形状に合わせて、壁状の第1電極形成面3aおよび第2電極形成面4aが一定の距離を維持して対向配置された流路7を形成できるとともに、同じく側壁スペーサ14の形状に合わせて、当該流路7の中心軸Oを中心にして、壁状の第1電極側面10cと第2電極側面11cとの間にナノギャップNGをも連続的に形成することができ、ナノギャップNGと流路7とがズレることなく、流路7内およびナノギャップNG内で一致した中心軸Oに沿って測定対象が通過し得、かくして流路7を流れる測定対象が従来よりもナノギャップNGを容易に通過し得るナノギャップ電極1を製造し得る。
【００７２】
また、本発明によるナノギャップ電極1の製造方法では、製造過程において、第1電極埋込層3および第2電極埋込層4間と、第1電極部10および第2電極部11間とに亘って一体的に側壁スペーサ14が形成されていることから、当該側壁スペーサ14を除去するだけで、第1電極部10および第2電極部11間にナノギャップNGを形成できるとともに、第1電極埋込層3および第2電極埋込層4間にも流路7を同時に形成できるので、ナノギャップと流路とを別々に製造する場合に比して製造工程を簡略化し得る。
【００７３】
さらに、本発明によるナノギャップ電極1では、側壁スペーサ14の膜厚を調整することで、所望の幅W1でなるナノギャップNGや、当該ナノギャップNGに合わせて幅が調整された流路7を同時に形成できる。特に、側壁スペーサ14の膜厚については極めて薄く形成し得ることから、側壁スペーサ14の幅に対応した極めて小さい幅W1のナノギャップNGや、当該ナノギャップNGに合わせて幅の小さい流路7を形成し得、例えば第1電極埋込層3の表面を単にエッチングしてナノギャップや、流路を形成する場合よりも、幅W1の小さいナノギャップNGや、当該ナノギャップNGに合わせて幅の小さい流路7を形成できる。
【００７４】
なお、本発明に係るナノギャップ電極1では、第1電極埋込層3および第2電極埋込層4を絶縁材料により形成したことにより、第1電極部10が第1電極埋込層3の表面に埋め込まれるように形成され、第2電極部11が第2電極埋込層の表面に埋め込まれるように形成されても、これら第1電極部10および第2電極部11間にのみ電圧を確実に印加させることができ、ナノギャップNGを一本鎖DNAが通過する際に第1電極部10および第2電極部11間の電流値を確実に測定することができる。
【００７５】
また、本発明に係るナノギャップ電極1では、流路7の幅よりも幅広に形成され、かつ流路7の一方の端部と連通した溶液供給部8を設けるようにしたことにより、幅が極めて小さい流路7が形成されても幅広な溶液供給部8に供給ポンプ等を設置させることができ、供給ポンプ等により溶液供給部8から流路7内に溶液を容易に供給できる。
【００７６】
さらに、本発明に係るナノギャップ電極1では、流路7の幅よりも幅広に形成され、かつ流路7の他方の端部と連通した溶液排出部9を設けるようにしたことにより、幅が極めて小さい流路7が形成されても幅広な溶液排出部9に排出ポンプ等を設置させることができ、排出ポンプ等により流路7から溶液排出部9に送られた溶液を容易に排出できる。また、溶液排出部9では、一時的に溶液を貯留し得るので、流路7から溶液が溢れ出すことを防止できる。なお、一方の溶液供給部8は溶液排出部としても機能し得、この際、他方の溶液排出部9は溶液供給部として機能し得る。
【００７７】
因みに、この実施の形態においては、中央にナノギャップNGが配置された直線状の流路7を適用した場合について述べるが、本発明はこれに限らず、中央から外れた位置にナノギャップNGが配置された直線状の溝部の他、中央や、中央から外れた位置にナノギャップNGが配置された曲線状の溝部を適用してもよい。例えばこのような曲線状の溝部は、製造過程において形成する側壁スペーサ14の形状を制御することにより製造できる。
【００７８】
（２）第２の実施の形態
（２−１）第２の実施の形態によるナノギャップ電極の製造方法
次に、図１に示すナノギャップ電極1について、第２の実施の形態による製造方法を以下説明する。第２の実施の形態によるナノギャップ電極1の製造方法は、後述するリフトオフプロセスにより第1電極部10および第2電極部11を形成する点で第１の実施の形態によるナノギャップ電極1の製造方法と異なっている。なお、この第２の実施の形態による製造方法により製造されるナノギャップ電極は、上述した第１の実施の形態による製造方法により製造されるナノギャップ電極1と同じ構成になるため、ここではその説明については省略する。
【００７９】
この場合、第２の実施の形態による製造方法は、第１の実施の形態による製造方法における図４Ａおよび図４Ｂに示した工程までは同様である。すなわち、図４Ａおよび図４Ｂに示したように、第1電極埋込凹部23aを第1加工層12に形成するとともに、側壁スペーサ14を挟んで当該第1電極埋込凹部23aと対向配置された第2電極埋込凹部23bを第2加工層15に形成し、第1電極埋込凹部23aおよび第2電極埋込凹部23b間に壁状の側壁スペーサ14を立った状態で設ける。
【００８０】
その後、第２の実施の形態によるナノギャップ電極1の製造方法では、図４Ａとの対応部分に同一符号を付して示す図７Ａと、図７ＡのＯ‐Ｏ´部分の断面構成を示す図７Ｂとに示すように、電極部形成マスク20の表面と、電極部形成マスク20の開口部20aから露出した第1加工層12および側壁スペーサ14の表面とに、例えばＣＶＤ法や、スパッタ法、メッキ法等によって、金（Ａｕ）等の導電部材でなる電極層30を形成する。このとき、第1電極埋込凹部23aと第2電極埋込凹部23bとは、内部が導電部材で満たされることにより、内部に電極層30が形成された構成となり得る。
【００８１】
その後、電極部形成マスク20を除去することにより、当該電極部形成マスク20の表面にある電極層30も電極部形成マスク20とともに除去され、図７Ａとの対応部分に同一符号を付して示す図７Ｃと、図７ＣのＰ‐Ｐ´部分の断面構成を示す図７Ｄとに示すように、第1電極埋込凹部23aの内部と、第2電極埋込凹部23bの内部とに電極層30を残存させ得る。因みに、電極層30は、第1電極埋込凹部23aおよび第2電極埋込凹部23b間に立設された側壁スペーサ14の表面にも残存し得る。ここで、第1電極埋込凹部23aおよび第2電極埋込凹部23bは、その外郭形状が、図１に示す最終的に形成される第1電極部10および第2電極部11の外郭形状に形成されていることから、電極層30を内部に残存させることで、第1電極部10および第2電極部11の外郭形状を有した電極層30が形成され得る。
【００８２】
続いて、図７Ｃとの対応部分に同一符号を付して示す図７Ｅと、図７ＥのＱ‐Ｑ´部分の断面構成を示す図７Ｆに示すように、例えばＣＭＰ法により、側壁スペーサ14の上面が露出するまで、電極層30の表面や、第1加工層12および第2加工層15の表面等を平坦化処理し、第1電極埋込凹部23a内に第1電極部10を形成するとともに、第2電極埋込凹部23b内に第2電極部11を形成する。
【００８３】
これにより、表面の第1電極埋込凹部23a内に第1電極部10が埋め込まれた第1電極埋込層3を第1加工層12から形成し、表面の第2電極埋込凹部23b内に第2電極部11が埋め込まれた第2電極埋込層4を第2加工層15から形成する。そして、このようにして形成された第1電極部10および第2電極部11は、ナノギャップ形成部11b,12bの電極側面同士が側壁スペーサ14を挟んで対向配置され得る。
【００８４】
以降の工程は、第１の実施の形態によるナノギャップ電極1の製造方法と同様であり、図５Ａ〜図５Ｆおよび図６Ａ〜図６Ｄの工程を経て、図１に示すようなナノギャップ電極1を製造し得る。
【００８５】
（２−２）作用および効果
以上の構成において、本発明による第２の実施の形態による製造方法により製造されたナノギャップ電極1でも、上述した第１の実施の形態によるナノギャップ電極1と同様の効果を得ることができる。具体的に、このような製造方法でも、製造過程において、第1電極部10の第1電極側面10cおよび第2電極部11の第2電極側面11c間と、第1電極形成面3aおよび第2電極形成面4a間とに亘って形成した側壁スペーサ14を除去するようにしたことにより、当該側壁スペーサ14の形状に合わせて、壁状の第1電極形成面3aおよび第2電極形成面4aが一定の距離を維持して対向配置された流路7を形成できるとともに、同じく側壁スペーサ14の形状に合わせて、当該流路7の中心軸Oを中心に一定の距離を維持して離間し対向配置された壁状の第1電極側面10cおよび第2電極側面11c間にナノギャップNGをも連続的に形成できる。
【００８６】
これにより、この第２の実施の形態による製造方法により製造されたナノギャップ電極1でも、ナノギャップNGと流路7とがズレることなく、流路7内およびナノギャップNG内で一致した中心軸Oに沿って測定対象が通過し得、かくして流路7を流れる測定対象がナノギャップNGを従来よりも容易に通過し得る。
【００８７】
また、第２の実施の形態による製造方法では、第１の実施の形態による製造方法と同様に、第1加工層12と第2加工層15との間に側壁スペーサ14を立設した後、パターニングした電極部形成マスク20を用いて、第1電極埋込凹部23aを第1加工層12に形成し、側壁スペーサ14を挟んで当該第1電極埋込凹部23aと対向配置された第2電極埋込凹部23bを第2加工層15に形成するようにした。
【００８８】
また、第２の実施の形態による製造方法では、第１の実施の形態による製造方法とは異なり、電極部形成マスク20の表面や、この電極部形成マスク20の開口部20aから外部に露出した第1電極埋込凹部23a内および第2電極埋込凹部23b内に電極層30を形成した後、当該電極部形成マスク20を除去することにより、当該電極部形成マスク20の表面にある電極層30も電極部形成マスク20とともに除去して、第1電極埋込凹部23a内および第2電極埋込凹部23b内に電極層30を残存させるようにした。そして、第1電極埋込凹部23aおよび第2電極埋込凹部23bから膨出した電極層30を平坦化処理し、第1電極埋込凹部23a内に第1電極部10を形成するとともに、第2電極埋込凹部23b内に第2電極部11を形成するようにした。
【００８９】
このようにして、第２の実施の形態による製造方法でも、第1電極部10の第1電極側面10cおよび第2電極部11の第2電極側面11c間と、第1電極形成面3aおよび第2電極形成面4a間とに亘って側壁スペーサ14を形成することができる。その後は、上述した第１の実施の形態の製造方法と同様であり、製造過程において、側壁スペーサ14を除去することにより、側壁スペーサ14の形状に合わせて、壁状の第1電極形成面3aおよび第2電極形成面4aが一定の距離を維持して対向配置された流路7を形成できるとともに、同じく側壁スペーサ14の形状に合わせて、当該流路7の中心軸Oを中心に、壁状の第1電極側面10cと第2電極側面11cとの間にナノギャップNGをも連続的に形成することができる。これにより、この製造方法でも、ナノギャップNGと流路7とがズレることなく、流路7内およびナノギャップNG内で一致した中心軸Oに沿って測定対象が通過し得、かくして流路7を流れる測定対象が従来よりもナノギャップNGを容易に通過し得るナノギャップ電極1を製造し得る。
【００９０】
また、第２の実施の形態による製造方法でも、第1電極埋込層3および第2電極埋込層4間に形成されている側壁スペーサ14を除去するだけで、第1電極部10および第2電極部11間にナノギャップNGを形成できるとともに、第1電極埋込層3と第2電極埋込層4との間にも流路7を同時に形成できるので、ナノギャップと流路とを別々に製造する場合に比して製造工程を簡略化し得る。
【００９１】
また、第２の実施の形態による製造方法により製造されるナノギャップ電極1でも、側壁スペーサ14の膜厚を調整することで、所望の幅W1でなるナノギャップNGや、当該ナノギャップNGに合わせて幅を調整した流路7を形成できる。特に、側壁スペーサ14の膜厚については極めて薄く形成し得ることから、側壁スペーサ14の幅に対応した極めて小さい幅W1のナノギャップNGや、当該ナノギャップNGに合わせて幅の小さい流路7を形成し得、例えば第1電極埋込層3の表面を単にエッチングしてナノギャップや流路を形成する場合よりも、幅W1の小さいナノギャップNGや、当該ナノギャップNGに合わせて幅の小さい流路7を形成できる。
【００９２】
（３）第３の実施の形態
（３−１）第３の実施の形態によるナノギャップ電極の構成
図８に示すように、第３の実施の形態によるナノギャップ電極45は、第1電極埋込層47の凹部55e内に下部スペーサ48が形成され、当該下部スペーサ48上に第2電極埋込層49が形成されている点で、上述した第１の実施の形態および第２の実施の形態のナノギャップ電極1とは相違している。実際上、ナノギャップ電極45は、第1電極埋込層47および第2電極埋込層49から構成された電極形成基板50を有し、当該電極形成基板50がシリコン基板2上に配置された構成を有する。
【００９３】
電極形成基板50には、チタンナイトライド等でなる第1電極部52が第1電極埋込層47の表面に埋め込まれているとともに、同じくチタンナイトライド等でなる第2電極部53が第2電極埋込層49の表面に埋め込まれており、これら第1電極埋込層47および第2電極埋込層49間に溝状の流路51が形成されている。第1電極部52は、帯状のナノギャップ形成部52bが、略半円形状をした基体部52aの弧部分中央に一体形成され、ナノギャップ形成部52bにある壁状で平坦な第1電極側面52cが流路51内に露出されている。第2電極部53は、後述するナノギャップNGを中心に第1電極部52と左右対称に形成されており、第1電極部52と同様に、帯状のナノギャップ形成部53bが、略半円形状をした基体部53aの弧部分中央に一体形成され、ナノギャップ形成部53bにある壁状で平坦な第2電極側面53cが流路51内に露出されている。
【００９４】
第1電極部52のナノギャップ形成部52bと、第2電極部53のナノギャップ形成部53bとは、ナノスケールでなる幅W1のナノギャップNGを介して、第1電極側面52cおよび第2電極側面53cが向き合うように配置されており、例えばナノギャップNGの幅W1を10［nm］以下、さらには使用態様に応じて2［nm］以下、或いは1［nm］以下にまで形成され得る。
【００９５】
かかる構成に加えて、電極形成基板50には、第1電極埋込層47に形成された第1電極形成面47aと、第2電極埋込層49に形成された第2電極形成面49aとが、一定の距離を維持して離間し対向配置されており、これら第1電極形成面47aおよび第2電極形成面49a間に流路51が形成されている。第1電極形成面47aには、第1電極部52の壁状でなる第1電極側面52cが露出しているとともに、第2電極形成面49aには、第2電極部53の壁状でなる第2電極側面53cが露出しており、これら第1電極部52の第1電極側面52cと第2電極部53の第2電極側面53cとの間には、流路51と連通したナノギャップNGが形成されている。また、これら第1電極部52の第1電極側面52cと、第2電極部53の第2電極側面53cは、流路51の中心軸Oを中心に一定の距離を維持して離間し対向配置された構成を有する。
【００９６】
なお、この実施の形態の場合、流路51は、直線状に形成され、その中央にナノギャップNGが配置されており、測定対象たる一本鎖DNAを含んだ溶液が流路51の一方の末端から供給されると、ナノギャップNGを介して流路51の他方の末端から当該溶液を排出し得る。
【００９７】
ここで、電極形成基板50の第1電極埋込層47は、酸化シリコン等の絶縁部材でなり、シリコン基板2上に形成されている。また、第1電極埋込層47には、表面の一部領域に段差が形成されており、膜厚の薄い凹部55e内の底面に、層状の下部スペーサ48を介して第2電極埋込層49が形成されている。この第1電極埋込層47の段差部分の側面の一部は、流路51を形成する第1電極形成面47aとなり、第1電極部52の第1電極側面52cが第1電極形成面47aから外部に露出するように形成されている。
【００９８】
第2電極埋込層49には、第1電極埋込層47の第1電極形成面47aと対向配置された外周面に、流路51を構成する第2電極形成面49aが形成されている。実際上、第2電極埋込層49は、第1電極埋込層47の第1電極形成面47aに対して当該第2電極形成面49aが一定の距離を維持して離間して対向配置させている。また、第2電極埋込層49には、第1電極部52の第1電極側面52cと対向配置するように、第2電極部53の第2電極側面53cが第2電極形成面49aから外部に露出するように形成されている。このように電極形成基板50は、第1電極埋込層47の段差側面に形成された第1電極形成面47aと、第2電極埋込層49の外周面に形成された第2電極形成面49aとが、流路51の中心軸Oを中心にして一定の距離を維持して離間し対向配置されることにより、流路51が形成され得る。
【００９９】
因みに、この実施の形態の場合、下部スペーサ48は、シリコンナイトライド等により層状に形成されており、製造過程において、第1電極部52および第2電極部53間にあるナノギャップNGと、第1電極埋込層47および第2電極埋込層49間にある流路51とを形成するために用いた側壁スペーサ（図１０Ａおよび図１０Ｂにて後述する）とともに形成されたものであり、当該側壁スペーサを除去する製造工程において除去せずに残存させたものである。なお、この実施の形態の場合、下部スペーサ48は、流路51の底面として、第1電極形成面47aおよび第2電極形成面49aの間隙内に露出している。流路51の底部として一部が外部に露出している下部スペーサ48は、流路51およびナノギャップNGの領域に亘って平面状に形成されていることから、流路51の間隙での深さと、ナノギャップNGでの深さとが同じに形成され得る。
【０１００】
因みに、このようなナノギャップ電極45でも、例えば、図示しない供給ポンプ等により流路51の一方の末端に一本鎖DNAを含んだ溶液が供給されると、一本鎖DNAを含んだ溶液がナノギャップNGを通過して流路51の他方の末端へと排出され、図示しない排出ポンプ等により流路51の他方の末端から溶液を排出し得る。なお、この実施の形態場合によるナノギャップ電極45は、図１に示すような溶液供給部8や溶液排出部9が形成されていないが、図１と同様に、流路51の一方の末端に溶液供給部を設け、流路51の他方の末端に溶液排出部を設けるようにしてもよい。なお、この場合には、溶液供給部内および溶液排出部内には下部スペーサ48が露出し得る。
【０１０１】
また、この第３の実施の形態によるナノギャップ電極45でも、図示しない電源によって第1電極部52と第2電極部53との間に電圧が印加されており、溶液の流れに乗って運搬されてきた一本鎖DNAが第1電極部52と第2電極部53との間のナノギャップNGを通過するときに、第1電極部52と第2電極部53との間に流れる電流値を電流計にて計測させてゆき、その電流値から一本鎖DNAの塩基配列を特定できる。このとき、本発明のナノギャップ電極45は、第1電極部52と第2電極部53との間のナノギャップNGのギャップ幅を適切に選定することで、高感度で試料を分析し得る。
【０１０２】
（３−２）第３の実施の形態によるナノギャップ電極の製造方法
次に、この第３の実施の形態によるナノギャップ電極45の製造方法について説明する。まず、シリコン基板2の全面に、例えばＣＶＤ法や、ＡＬＤ法、スパッタ法、熱酸化法等により酸化シリコンでなる第1加工層を形成し、当該第1加工層をフォトリソグラフィ技術によりパターニングして、図９Ａと、図９ＡのＲ‐Ｒ´部分の断面構成を示す図９Ｂとに示すように、第1加工層55の表面に段差を形成して膜厚の薄い凹部55eを設ける。このような第1加工層55には、膜厚が厚い領域の表面55aと、膜厚が薄い凹部55e内の底面55cとの間に、凹部55eの深さ分の側面55bが形成される。
【０１０３】
続いて、図９Ａとの対応部分に同一符号を付して示す図９Ｃと、図９ＣのＳ‐Ｓ´部分の断面構成を示す図９Ｄとに示すように、第1加工層55の表面55aおよび凹部55eに、シリコンナイトライド等の絶縁部材でなる側壁スペーサ形成層56を、例えばＣＶＤ法や、ＡＬＤ法、スパッタ法等により形成する。図９Ｄに示すように、側壁スペーサ形成層56は、第1加工層55の表面55aおよび凹部55e内の底面55c上に形成される他、凹部55e内の側面55bにも沿って形成され得る。この際、側壁スペーサ形成層56の膜厚は、所望するナノギャップNGの幅W1や、ナノギャップNGに合わせて形成する流路51の幅に応じて選定される。すなわち、幅W1が小さいナノギャップNGや、当該ナノギャップNGに合わせて幅の小さい流路51を形成する場合には、側壁スペーサ形成層56の膜厚を薄く形成し、一方、幅W1が大きいナノギャップNGや、当該ナノギャップNGに合わせて幅の大きい流路7を形成する場合には、側壁スペーサ形成層56の膜厚を厚く形成する。
【０１０４】
次に、図９Ｃとの対応部分に同一符号を付して示す図９Ｅと、図９ＥのＴ‐Ｔ´部分の断面構成を示す図９Ｆとに示すように、側壁スペーサ形成層56上に、酸化シリコン等でなる第2加工層57を、例えばＣＶＤ法や、ＡＬＤ法、スパッタ法等により形成する。このとき、第2加工層57は、第1加工層55の側面55bに沿って形成された側壁スペーサ形成層56の側面56aも覆うように形成され得る。
【０１０５】
続いて、第2加工層57および側壁スペーサ形成層56の表面を、例えばＣＭＰ法により平坦化処理し、図９Ｅとの対応部分に同一符号を付して示す図１０Ａと、図１０ＡのＵ‐Ｕ´部分の断面構成を示す図１０Ｂとに示すように、第1加工層55の表面と第2加工層57の表面とを外部に露出させる。これにより、側壁スペーサ形成層56は、第1加工層55の表面上に形成されていた領域が除去され、第1加工層55および第2加工層57間に立設した壁状の側壁スペーサ58aと、当該側壁スペーサ58aの下端に一体形成され、かつ凹部55e内の底面55cおよび第2加工層57間に延びる層状の下部スペーサ48とにより構成された、断面L字型のスペーサ層58となり得る。
【０１０６】
次に、第1加工層55、側壁スペーサ58aおよび第2加工層57の表面にフォトレジスト層を形成した後、フォトリソグラフィ技術によりフォトレジスト層をパターニングし、図１０Ａとの対応部分に同一符号を付して示す図１０Ｃと、図１０ＣのＶ‐Ｖ´部分の断面構成を示す図１０Ｄとに示すように、最終的に形成される第1電極部52および第2電極部53（図８）の外郭形状に合わせた開口部60aがパターニングされた電極部形成マスク60を形成する。なお、電極部形成マスク60にパターニングされた開口部60aからは、側壁スペーサ58aを挟むようにして第1加工層55および第2加工層57が露出している。
【０１０７】
続いて、電極部形成マスク60の開口部60aから外部に露出した第1加工層55および第2加工層57の表面を、例えばドライエッチングによってエッチングし、当該エッチング後に電極部形成マスク60を除去する。この工程により、図１０Ｃとの対応部分に同一符号を付して示す図１０Ｅと、図１０ＥのＷ‐Ｗ´部分の断面構成を示す図１０Ｆとに示すように、第1電極部52と同じ外郭形状を有した第1電極埋込凹部61aを第1加工層55に形成し、さらに、第2電極部53と同じ外郭形状を有し、側壁スペーサ58aを挟んで当該第1電極埋込凹部61aと対向配置された第2電極埋込凹部61bを第2加工層57に形成する。
【０１０８】
このようにして、第1電極埋込凹部61aおよび第2電極埋込凹部61b間に側壁スペーサ58aを残存させ、第1電極埋込凹部61aおよび第2電極埋込凹部61b間に壁状の側壁スペーサ58aを立った状態で設ける。なお、この実施の形態においては、第1加工層55および第2加工層57のエッチングを行い、第2電極埋込凹部61b内に下部スペーサ48が露出している場合について述べるが、本発明はこれに限らず、側壁スペーサ58aの両側面の一部のみ露出するように、第1加工層55および第2加工層57のエッチングを行い、第2電極埋込凹部61b内に第2加工層57が残存し下部スペーサ48が非露出状態となっていてもよい。
【０１０９】
その後、図１０Ｅとの対応部分に同一符号を付して示す図１１Ａと、図１１ＡのＸ‐Ｘ´部分の断面構成を示す図１１Ｂとに示すように、第1加工層55の表面と、外部に露出したスペーサ層58の表面と、第2加工層57の表面とに、チタンナイトライド等でなる電極層62を、例えばＣＶＤ法により形成する。このとき、図１１Ｂに示すように、第1電極埋込凹部61aおよび第2電極埋込凹部61bの内部は、チタンナイトライドで満たされ、電極層62が形成された構成となり得る。
【０１１０】
続いて、例えばＣＭＰ法により、側壁スペーサ58aの上端が露出するまで、電極層62の表面を平坦化処理し、図１１Ａとの対応部分に同一符号を付して示す図１１Ｃと、図１１ＣのＹ‐Ｙ´部分の断面構成を示す図１１Ｄとに示すように、第1電極埋込凹部61a内に第1電極部52を形成するとともに、第2電極埋込凹部61b内に第2電極部53を形成する。
【０１１１】
これにより、表面の第1電極埋込凹部61a内に第1電極部52が埋め込まれた第1電極埋込層47を第1加工層55から形成し、表面の第2電極埋込凹部61b内に第2電極部53が埋め込まれた第2電極埋込層49を第2加工層57から形成する。そして、このようにして形成された第1電極部52および第2電極部53は、ナノギャップ形成部52b,53bの電極側面同士が側壁スペーサ58aを挟んで対向配置された構成となり得る。
【０１１２】
その後、スペーサ層58のうち先端が外部に露出している側壁スペーサ58aを、例えばドライエッチングによって除去し、当該スペーサ層58のうち外部に非露出状態の下部スペーサ48を残存させる。これにより、第1電極部52の第1電極側面52cと、第2電極部53の第2電極側面53cとの間には、側壁スペーサ58aが除去された領域にナノギャップNGが形成され得る。また、第1電極埋込層47と第2電極埋込層49との間には、側壁スペーサ58aが除去された領域に、ナノギャップNGと同じ深さを有する流路51が形成され得る。以上の工程を経ることにより、図８に示したように、第1電極埋込層47の第1電極形成面47aと、第2電極埋込層49の第2電極形成面49aとが、中心軸Oを中心にして一定の距離を保って対向配置された流路51を形成し得るとともに、第１電極部52の第1電極側面52cと、第2電極部53の第2電極側面53cとが、流路51の中心軸を中心にして一定の距離を保って対向配置されたナノギャップ電極45を形成し得る。
【０１１３】
因みに、この実施の形態の場合においては、側壁スペーサ58aだけを全て除去し、図８に示すように、流路51内に下部スペーサ48を残存させるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、側壁スペーサ58aだけでなく、流路51内に露出する下部スペーサ48の全てを除去し、流路51内に第1電極埋込層47が露出するようにしてもよい。この場合、ナノギャップNGの下方領域には、第1電極部52と第2電極部53とが対向せずに、第1電極埋込層47と下部スペーサ48とが対向した領域が形成される。ただし、このようなナノギャップ電極でも、第1電極部52および第2電極部53に発生する電界により、溶液の流れに乗って運搬されてきた一本鎖DNAが、第1電極埋込層47および下部スペーサ48間の間隙を通過しても、第1電極部52と第2電極部53との間に流れる電流値が変化し、その電流値の変化から一本鎖DNAの塩基配列を特定できる。
【０１１４】
（３−３）作用および効果
以上の構成において、本発明のナノギャップ電極45では、絶縁部材で形成され、第1電極形成面47aを有する第1電極埋込層47と、同じく絶縁部材で形成され、第2電極形成面49aを有する第2電極埋込層49とを設けるようにした。また、このナノギャップ電極45では、第1電極形成面47a内で露出する第1電極側面52cを有した第1電極部52と、第2電極形成面49a内で露出する第2電極側面53cを有した第2電極部53とを設けるようにした。さらに、このナノギャップ電極45では、一定の距離を維持して離間し対向配置された第1電極形成面47aおよび第2電極形成面49aにより画定され、第1電極形成面47aおよび第2電極形成面49a間にある中心軸Oに沿って延びている流路51を設け、この流路51と連通したナノギャップNGを設けるようにした。
【０１１５】
そして、ナノギャップNGは、流路51の中心軸Oを中心に一定の距離を維持して離間し対向配置された第1電極側面52cおよび第2電極側面53c間に形成するようにした。また、このナノギャップ電極45では、第1電極形成面47aおよび第1電極側面52cを連なるように形成し、かつ第2電極形成面49aおよび第2電極側面53cを連なるように形成した。
【０１１６】
このようなナノギャップ電極45では、中心軸Oに沿ってナノギャップNGと流路51とがズレることなく形成されていることから、流路51内およびナノギャップNG内を中心軸Oに沿って測定対象が通過し易くなり、また、第1電極形成面47aおよび第1電極側面52cを連なるように形成し、かつ、第2電極形成面49aおよび第2電極側面53cも連なるように形成したことにより、第1電極形成面47aおよび第1電極側面52c間の段差を抑制し得るとともに、第2電極形成面49aおよび第2電極側面53c間の段差も抑制し得、その分、流路51内からナノギャップNG内に測定対象が通過し易くなり、かくして、流路51を流れる測定対象が従来よりもナノギャップNGを容易に通過し得る。
【０１１７】
そして、このようなナノギャップ電極45では、製造過程において、第1電極部52の第1電極側面52cおよび第2電極部53の第2電極側面53c間と、第1電極形成面47aおよび第2電極形成面49a間とに亘って形成した側壁スペーサ58aを除去することにより、第1電極部52の第1電極側面52cおよび第2電極部53の第2電極側面53c間にナノギャップNGを形成できるとともに、この際、第1電極形成面47aおよび第2電極形成面49a間に流路51を形成することができる。
【０１１８】
このようにナノギャップ電極45では、製造工程において、側壁スペーサ58aが除去されて、当該側壁スペーサ58aの形状に合わせて、壁状の第1電極形成面47aおよび第2電極形成面49aが一定の距離を維持して対向配置させた流路51が形成されているとともに、当該側壁スペーサ58aの形状に合わせて、流路51の中心軸Oを中心にして、壁状の第1電極側面52cおよび第2電極側面53c間にナノギャップNGをも連続的に形成されていることにより、ナノギャップNGと流路51とがズレることなく、流路51内およびナノギャップNG内で一致した中心軸Oに沿って測定対象が通過し得、かくして流路51を流れる測定対象がナノギャップNGを容易に通過し得る。
【０１１９】
また、このようなナノギャップ電極45の製造方法では、第1加工層55と第2加工層57との間に側壁スペーサ58aを立設した後、この側壁スペーサ58aの一部と接するように第1電極部52を第1加工層55の表面に埋め込んだ第1電極埋込層47を形成し、側壁スペーサ58aを挟んで第1電極部52の第1電極側面52cと対向配置するように第2電極部53を第2加工層57の表面に埋め込んだ第2電極埋込層49を形成するようにした。
【０１２０】
また、この製造方法では、第1電極部52および第2電極部53間と、第1電極埋込層47および第2電極埋込層49間に亘って形成された側壁スペーサ58aを除去することにより、側壁スペーサ58aの形状に合わせたナノギャップNGを第1電極部52および第2電極部53間に形成するとともに、当該側壁スペーサ58aの形状に合わせた流路51を第1電極埋込層47および第2電極埋込層49間に形成するようにした。
【０１２１】
これにより、この製造方法では、側壁スペーサ58aの形状に合わせて、壁状の第1電極形成面47aおよび第2電極形成面49aが一定の距離を維持して対向配置された流路51を形成できるとともに、同じく側壁スペーサ58aの形状に合わせて、当該流路51の中心軸Oを中心にして、壁状の第1電極側面52cおよび第2電極側面53c間にナノギャップNGをも連続的に形成することができ、ナノギャップNGと流路51とがズレることなく、流路51内およびナノギャップNG内で一致した中心軸Oに沿って測定対象が通過し得、かくして流路51を流れる測定対象がナノギャップNGを容易に通過し得るナノギャップ電極45を製造し得る。
【０１２２】
また、本発明によるナノギャップ電極45の製造方法では、第1電極埋込層47および第2電極埋込層49間に形成されている側壁スペーサ58aを除去するだけで、第1電極部52および第2電極部53間にナノギャップNGを形成できるとともに、第1電極埋込層47および第2電極埋込層49間にも流路51を同時に形成できるので、ナノギャップと流路とを別々に製造する場合に比して製造工程を簡略化し得る。
【０１２３】
また、この第３の実施の形態による製造方法では、表面に側面55bを有した第1加工層55上に、当該側面55bを覆う側壁スペーサ形成層56を形成した後、当該側壁スペーサ形成層56上に第2加工層57を形成し、平坦化処理により、第1加工層55および第2加工層57の各表面を露出させるようにした。これにより、この第３の実施の形態による製造方法では、第1加工層55と第2加工層57との間に立設した側壁スペーサ58aを形成できるので、第１の実施の形態のように、側壁スペーサ形成層13から側壁スペーサ14を形成するエッチバックの工程が不要となり、その分、製造工程を簡略化できる。
【０１２４】
さらに、このナノギャップ電極45でも、側壁スペーサ58aの膜厚を調整することで、所望の幅W1でなるナノギャップNGや、当該ナノギャップNGに合わせて幅が調整された流路51を形成できる。特に、側壁スペーサ58aの膜厚については極めて薄く形成し得ることから、側壁スペーサ58aの幅に対応した極めて小さい幅W1のナノギャップNGや、当該ナノギャップNGに合わせて幅の小さい流路51を形成し得、例えば第1電極埋込層47の表面を単にエッチングしてナノギャップや流路を形成する場合よりも幅W1の小さいナノギャップNGや、当該ナノギャップNGに合わせて幅の小さい流路51を形成することができる。
【０１２５】
なお、このようなナノギャップ電極45でも、第1電極埋込層47および第2電極埋込層49を絶縁材料により形成したことにより、第1電極部52が第1電極埋込層47の表面に埋め込まれるように形成され、かつ第2電極部53が第2電極埋込層49の表面に埋め込まれるように形成されても、これら第1電極部52と第2電極部53との間にのみ電圧を確実に印加させることができ、ナノギャップNGを一本鎖DNAが通過する際における第1電極部52と第2電極部53の電流値を確実に測定することができる。
【０１２６】
（４）第４の実施の形態
（４−１）第４の実施の形態によるナノギャップ電極複合体の構成
上述した「（１−２）第１の実施の形態によるナノギャップ電極の製造方法」、「（２−１）第２の実施の形態によるナノギャップ電極の製造方法」、および「（３−２）第３の実施の形態によるナノギャップ電極の製造方法」では、1つのナノギャップを有するナノギャップ電極1，45を製造した場合について述べたが、これら「（１−２）第１の実施の形態によるナノギャップ電極の製造方法」、「（２−１）第２の実施の形態によるナノギャップ電極の製造方法」、および「（３−２）第３の実施の形態によるナノギャップ電極の製造方法」では、複数のナノギャップ電極が連なったナノギャップ電極複合体を製造することもできる。
【０１２７】
図１２に示す、本発明によるナノギャップ電極複合体31は、複数のナノギャップ電極34a,34b,34cが連なっており、上述した「（１−２）第１の実施の形態によるナノギャップ電極の製造方法」、「（２−１）第２の実施の形態によるナノギャップ電極の製造方法」、または「（３−２）第３の実施の形態によるナノギャップ電極の製造方法」に従って製造し得る。因みに、このナノギャップ電極複合体31は、上述した「（１−２）第１の実施の形態によるナノギャップ電極の製造方法」、「（２−１）第２の実施の形態によるナノギャップ電極の製造方法」、または「（３−２）第３の実施の形態によるナノギャップ電極の製造方法」に従って同時に複数のナノギャップ電極を形成することで製造できることから、ここではその製造方法については省略し、例えば「（１−２）第１の実施の形態によるナノギャップ電極の製造方法」に従って製造したナノギャップ電極複合体31の構成について以下説明する。
【０１２８】
ナノギャップ電極複合体31には、酸化シリコン等の絶縁部材でなる電極形成基板35が、シリコン基板2上に形成されており、当該電極形成基板35に複数のナノギャップ電極34a,34b,34cが形成されている。この実施の形態の場合、電極形成基板35には、例えば四辺状に凹んだ溶液供給部36a、溶液経由部36b,36c、および溶液排出部36dが形成されており、溶液供給部36aおよび溶液経由部36b間にナノギャップ電極34aの流路37aを形成する溝部が形成され、溶液経由部36b,36c間にナノギャップ電極34bの流路37bを形成する溝部が形成され、溶液経由部36cおよび溶液排出部36d間にナノギャップ電極34cの流路37cを形成する溝部が形成されている。
【０１２９】
また、ナノギャップ電極34aの流路37aは、一端が溶液供給部36aと連通し、他端が溶液経由部36bと連通しており、ナノギャップ電極34bの流路37bは、一端が一方の溶液経由部36bと連通し、他端が他方の溶液経由部36cと連通している。さらに、ナノギャップ電極34cの流路37cは、一端が溶液経由部36cと連通し、他端が溶液排出部36dと連通している。これにより、供給ポンプ等（図示せず）によって溶液供給部36aに供給された溶液は、ナノギャップ電極34aの流路37aから溶液経由部36b、ナノギャップ電極34bの流路37b、溶液経由部36c、ナノギャップ電極34cの流路37cを順次介して溶液排出部36dまで送られ、排出ポンプ等（図示せず）によって溶液排出部36dから排出され得る。これにより、ナノギャップ電極複合体31は、ナノギャップ電極34a,34b,34cの順に各ナノギャップNG1,NG2,NG3（後述する）を溶液が通過し得るようになされている。
【０１３０】
ここで、ナノギャップ電極複合体31に設けられた複数のナノギャップ電極34a,34b,34cは、上述した第1の実施の形態によるナノギャップ電極1と同じ構成を有しており、ここでは説明の重複を避けるため、複数のナノギャップ電極34a,34b,34cのうち1つのナノギャップ電極34aに着目して以下説明する。実際上、ナノギャップ電極34aには、チタンナイトライド等でなる第1電極部41aと、同じくチタンナイトライド等でなる第2電極部41bとが設けられており、第1電極部41aおよび第2電極部41b間にナノスケールでなる幅W1のナノギャップNG1が形成されている。第1電極部41aは、電極形成基板35の表面に埋め込まれており、帯状のナノギャップ形成部10bが、略半円形状をした基体部10aの弧部分中央に一体形成され、ナノギャップ形成部10bの先端に形成された壁状の平坦な第1電極側面41cが流路37a内に露出している。
【０１３１】
第2電極部41bは、ナノギャップNG1を中心に第1電極部41aと左右対称に形成され、第1電極部41aと同様に、電極形成基板35の表面に埋め込まれるようにして形成されている。この場合、第2電極部41bは、帯状のナノギャップ形成部11bが、略半円形状をした基体部11aの弧部分中央に一体形成されており、ナノギャップ形成部11bの先端に形成された壁状の平坦な第2電極側面41dが流路37a内に露出している。第1電極部41aの第1電極側面41cと、第2電極部41bの第2電極側面41dとは、互いに向き合うように配置されており、第1電極側面41cおよび第2電極側面41d間にナノギャップNG1を形成している。
【０１３２】
なお、ナノギャップ電極34bも、第1電極側面42cが形成された第1電極部42aと、第2電極側面42dが形成された第2電極部42bとを備えており、第1電極側面42cおよび第2電極側面42d間にナノスケールでなる幅W1のナノギャップNG2が形成されている。また、ナノギャップ電極34cも、第1電極側面43cが形成された第1電極部43aと、第2電極側面43dが形成された第2電極部43bとを備えており、第1電極側面43cおよび第2電極側面43d間にナノスケールでなる幅W1のナノギャップNG3が形成されている。本発明によるナノギャップ電極複合体31は、これらナノギャップ電極34a,34b,34cの各ナノギャップNG1,NG2,NG3が、後述する同じ側壁スペーサを基に形成されていることから全て同じ幅W1に選定されており、当該幅W1が例えば10［nm］以下、さらには使用態様に応じて2［nm］以下、或いは1［nm］以下に形成され得る。
【０１３３】
かかる構成に加えて、ナノギャップ電極34aに形成された流路37aは、第1電極形成面32aと、第2電極形成面33aとの間に形成されている。また、これら第1電極形成面32aと、第2電極形成面33aとは、中心軸Oを中心てして、一定の距離を維持して対向配置された構成を有する。さらに、第1電極形成面32aには、第1電極部41aの第1電極側面41cが露出しており、第2電極形成面33aには、第2電極部41bの第2電極側面41dが露出している。ここで、第1電極部41aの第1電極側面41cと、第2電極部41bの第2電極側面41dは、流路37aの中心軸を中心にして、一定の距離を維持して対向配置されており、第1電極側面41cおよび第2電極側面41d間に形成されたナノギャップNG1が流路37aと連通している。
【０１３４】
また、その他のナノギャップ電極34bでもナノギャップ電極34aと同様に、流路37bは、第1電極形成面32bと、第2電極形成面33bとの間に形成されている。また、第1電極形成面32bと第2電極形成面33bは、中心軸を中心にして一定の距離を保って対向配置された構成を有している。さらに、第1電極形成面32bには、第1電極部42aの第1電極側面42cが露出しており、第2電極形成面33bには、第2電極部42bの第2電極側面42dが露出している。ここで、第1電極部42aの第1電極側面42cと、第2電極部42bの第2電極側面42dは、流路37bの中心軸を中心にして、一定の距離を保って対向配置されており、第1電極側面42cおよび第2電極側面42d間に形成されたナノギャップNG2が流路37bと連通している。
【０１３５】
さらに、ナノギャップ電極34cでもナノギャップ電極34a,34bと同様に、流路37cは、第1電極形成面32cと、第2電極形成面33cとの間に形成されている。また、第1電極形成面32cと第2電極形成面33cは、中心軸を中心にして一定の距離を保って対向配置された構成を有しいる。さらに、第1電極形成面32cには、第1電極部43aの第1電極側面43cがに露出しており、第2電極形成面33cには、第2電極部43bの第2電極側面43dが露出している。ここで、第1電極部43aの第1電極側面43cと、第2電極部43bの第2電極側面43dは、流路37cの中心軸を中心にして、一定の距離を保って対向配置されており、第1電極側面43cおよび第2電極側面43d間に形成されたナノギャップNG3が流路37cと連通している。
【０１３６】
なお、この実施の形態の場合、流路37a,37b,37cは、直線状に形成されており、その中央にそれぞれナノギャップNG1,NG2,NG3が配置された構成を有し、一方の末端から測定対象を含んだ溶液が供給されると、当該溶液がナノギャップNG1,NG2,NG3を通過して他方の末端から排出し得るようになされている。すなわち、各流路37a,37b,37cは、溶液をナノギャップNG1,NG2,NG3に供給するとともに、当該溶液をナノギャップNG1,NG2,NG3から排出させ得る。
【０１３７】
因みに、この実施の形態においては、中央にナノギャップNGが配置された直線状の流路37a,37b,37cを適用した場合について述べるが、本発明はこれに限らず、中央から外れた位置にナノギャップNG1,NG2,NG3が配置された直線状の流路の他、中央や、中央から外れた位置にナノギャップNG1,NG2,NG3が配置された曲線状の流路を適用してもよい。
【０１３８】
また、この実施の形態の場合、電極形成基板35には、シリコンナイトライド等でなる帯状の側壁スペーサ44が、溶液供給部36aおよび溶液排出部36d間に亘って表面に埋め込まれている。この側壁スペーサ44は、製造過程において、ナノギャップ電極34a,34b,34cがそれぞれ有するナノギャップNG1,NG2,NG3と、流路37a,37b,37cとを形成する際に用いた側壁スペーサの一部であり、製造過程において除去せずに残存させたものである。この場合、側壁スペーサ44は、一端が溶液供給部36aに接続され、他端が溶液排出部36dに接続されており、溶液供給部36a内および溶液排出部36d内の側面に側壁スペーサ44の端面が露出している。
【０１３９】
すなわち、このナノギャップ電極複合体31の製造方法としては、電極形成基板35に埋め込まれ、表面が電極形成基板35から露出するようにして、例えば四辺状の側壁スペーサを形成した後（図３Ｃおよび図３Ｄ参照）、側壁スペーサの3辺に当該側壁スペーサを挟んで互いに対向配置させた第1電極部41a（42a,43a）および第2電極部41b（42b,43b）を形成する。次いで、これら第1電極部41a（42a,43a）および第2電極部41b（42b,43b）間の側壁スペーサを除去することで、第1電極部41a（42a,43a）および第2電極部41b（42b,43b）間にナノギャップNG1（NG2,NG3）を形成するとともに、側壁スペーサを除去した空間のうちナノギャップNG1,NG2,NG3以外の空間を流路37a,37b,37cとして形成し得る。図１２では、この製造過程において、除去されずに残った1辺の側壁スペーサ44が図示されている。
【０１４０】
ここで、ナノギャップ電極34a,34b,34cが形成される電極形成基板35は、実際上、板状の第1電極埋込層32と、この第1電極埋込層32の表面に形成された凹部（図示せず）内に埋め込まれた第2電極埋込層33とを有している。第1電極埋込層32は、酸化シリコン等の絶縁部材からなり、シリコン基板2上に形成されている。この第1電極埋込層32には、表面に凹んだ領域を有しており、当該領域内に流路37aを形成する第1電極形成面32a、流路37bを形成する第1電極形成面32bおよび流路37cを形成する第1電極形成面32cが形成されている。また、第1電極埋込層32には、ナノギャップ電極34aの第1電極部41a、ナノギャップ電極34bの第1電極部42aおよびナノギャップ電極34cの第1電極部43aが表面に埋め込まれている。これに加えて第1電極埋込層32には、第1電極部41aの第1電極側面41cが第1電極形成面32aに露出し、第1電極部42aの第1電極側面42cが第1電極形成面32bに露出し、第1電極部43aの第1電極側面43cが第1電極形成面32cに面一で露出している。
【０１４１】
第2電極埋込層33は、酸化シリコン等の絶縁部材により略四辺状に形成されており、外周面に流路37a,37b,37cを形成する第2電極形成面33a,33b,33cが形成されている。第2電極埋込層33は、第1電極埋込層32の表面の凹部内において、第1電極形成面32aに対して一定の距離を維持して第2電極形成面33aを対向配置させている。また、第2電極形成面33bは、第1電極形成面32bに対して一定の距離を保って対向配置されており、第2電極形成面33cは、第1電極形成面32cに対して一定の距離を維持して対向配置されている。そして、この第2電極埋込層33には、第2電極形成面33a,33b,33cの三辺以外の残り一辺に沿うように側壁スペーサ44が形成されている。
【０１４２】
かくして、電極形成基板35は、第1電極形成面32aおよび第2電極形成面33a間に流路37aが形成され、同様に、第1電極形成面32bおよび第2電極形成面33b間に流路37bが形成され、同様に、第1電極形成面32cおよび第2電極形成面33c間に流路37cが形成され得るようになされている。このような構成を有するナノギャップ電極複合体31は、例えば、図示しない供給ポンプ等により溶液供給部36aに一本鎖DNAを含んだ溶液が供給されると、当該溶液を溶液供給部36aから流路37aを介して溶液経由部36bへと供給し得る。ナノギャップ電極複合体31では、一本鎖DNAを含んだ溶液が流路37a内を通過する際、ナノギャップ電極34aの第1電極部41aおよび第2電極部41b間のナノギャップNG1を当該溶液が通過し得る。
【０１４３】
ここでナノギャップ電極34aは、図示しない電源によって第1電極部41aと第2電極部41bとの間に電圧が印加されており、溶液の流れに乗って運搬されてきた一本鎖DNAが第1電極部41aと第2電極部41bとの間のナノギャップNG1を通過するときに、第1電極部41aと第2電極部41bとの間に流れる電流値から一本鎖DNAの塩基配列を特定できる。
【０１４４】
さらに、ナノギャップ電極複合体31は、ナノギャップ電極34aで塩基配列が解析された一本鎖DNAを含んだ溶液を、溶液経由部36bから流路37bを介して溶液経由部36cへと供給し、一本鎖DNAを含んだ溶液が、流路37bにある第1電極部42aおよび第2電極部42b間のナノギャップNG2を通過し得るようになされている。
【０１４５】
ここで、ナノギャップ電極34bにも、図示しない電源によって第1電極部42aと第2電極部42bとの間に電圧が印加されており、溶液の流れに乗って運搬されてきた一本鎖DNAが第1電極部42aと第2電極部42bとの間のナノギャップNG2を通過するときに、第1電極部42aと第2電極部42bとの間に流れる電流値から一本鎖DNAの塩基配列を特定できる。
【０１４６】
さらに、ナノギャップ電極複合体31は、ナノギャップ電極34a,34bで塩基配列が解析された一本鎖DNAを含んだ溶液を、溶液経由部36cから流路37cを介して溶液排出部36dへと供給し、排出ポンプ等により溶液排出部36dから溶液を排出し得る。この際、ナノギャップ電極複合体31では、一本鎖DNAを含んだ溶液が、流路37cにある第1電極部43aおよび第2電極部43b間のナノギャップNG3を通過し得る。
【０１４７】
この場合、ナノギャップ電極34cにも、図示しない電源によって第1電極部43aと第2電極部43bとの間に電圧が印加されており、溶液の流れに乗って運搬されてきた一本鎖DNAが第1電極部43aと第2電極部43bとの間のナノギャップNG3を通過するときに、第1電極部43aと第2電極部43bとの間に流れる電流値から一本鎖DNAの塩基配列を特定できる。このようにナノギャップ電極複合体31では、1つの一本鎖DNAについて塩基配列の解析を、各ナノギャップ電極34a,34b,34c毎に順番に実行してゆき、同一の一本鎖DNAに対して繰り返し塩基配列の解析を行い得るようになされている。
【０１４８】
（４−２）作用および効果
以上の構成において、ナノギャップ電極複合体31では、流路37aの中心軸Oを中心にして、第1電極側面41cおよび第2電極側面41d間にナノギャップNG1が形成されたナノギャップ電極34aと、流路37bの中心軸Oを中心にして、第1電極側面42cおよび第2電極側面42dにナノギャップNG2が形成されたナノギャップ電極34bと、流路37cの中心軸Oを中心にして、第1電極側面43cおよび第2電極側面43d間にナノギャップNG3が形成されたナノギャップ電極34cとを設け、隣接するナノギャップ電極34a,34b（34b,34c）が流路37a,37b（37b,37c）により連通するようにした。
【０１４９】
そして、このようなナノギャップ電極複合体31では、上述した実施の形態と同様に、製造過程において、第1電極部41a〜43aおよび第2電極部41b〜43b間と、第1電極形成面32a〜32cおよび第2電極形成面33a〜33c間とに亘って形成した側壁スペーサ（図示せず）を除去することにより、第1電極部41a〜43aおよび第2電極部41b〜43b間にナノギャップNG1,NG2,NG3を形成できるとともに、この際、第1電極形成面32a〜32cおよび第2電極形成面33a〜33c間に流路37a〜37cをも形成することができる。
【０１５０】
このようにナノギャップ電極複合体31では、製造過程において、側壁スペーサが除去されて、当該側壁スペーサの形状に合わせて、壁状の第1電極部41a〜43aおよび第2電極部41b〜43b間が一定の距離を維持して対向配置された流路37a〜37cが形成されているとともに、当該側壁スペーサの形状に合わせて、流路37a〜37cの中心軸Oを中心にして、第1電極部41a〜43aおよび第2電極部41b〜43b間にナノギャップNG1,NG2,NG3をも連続的に形成されていることにより、例えばナノギャップNG1（NG2,NG3）と流路37a（37b,37c）とがズレることなく、流路37a（37b,37c）内およびナノギャップNG1（NG2,NG3）内で一致した中心軸Oに沿って測定対象が通過し得、かくして流路37a（37b,37c）を流れる測定対象が従来よりもナノギャップNG1（NG2,NG3）を容易に通過し得る。
【０１５１】
また、このようなナノギャップ電極複合体31の製造方法では、第1電極部41a〜43aおよび第2電極部41b〜43b間と、第1電極埋込層32および第2電極埋込層33間とに挟まれた壁状の側壁スペーサを除去することにより、第1電極部41a〜43aおよび第2電極部41b〜43b間の側壁スペーサのあった領域に、ナノギャップNG1,NG2,NG3を形成するとともに、第1電極埋込層32および第2電極埋込層33間の側壁スペーサがあった領域に、ナノギャップNG1,NG2,NG3と連通した流路37a〜37cをも形成するようにした。
【０１５２】
これにより、このナノギャップ電極複合体31の製造方法では、側壁スペーサの形状に合わせて、壁状の第1電極形成面32a〜32cおよび第2電極形成面33a〜33cが一定の距離を維持して離間し対向配置された流路37a,37b,37cを形成できるとともに、同じく側壁スペーサの形状に合わせて、当該流路37a,37b,37cの中心軸Oを中心にして、壁状の第1電極側面41c〜43cと第2電極側面41d〜43dとを対向配置させたナノギャップNG1,NG2,NG3をも連続的に形成することができ、ナノギャップNG1,NG2,NG3と流路37a,37b,37cとがズレることなく、流路37a,37b,37c内およびナノギャップNG1,NG2,NG3内で一致した中心軸Oに沿って測定対象が通過し得、かくして流路37a,37b,37cを流れる測定対象が従来よりもナノギャップNG1,NG2,NG3を容易に通過し得るナノギャップ電極複合体31を製造し得る。
【０１５３】
そして、例えばこのようなナノギャップ電極複合体31を構成するナノギャップ電極34aでは、第1電極部41aの第1電極側面41cおよび第2電極部41bの第2電極側面41d間と、第1電極形成面32aおよび第2電極形成面33a間とに亘って形成した側壁スペーサが除去されて、壁状の第1電極形成面32aおよび第2電極形成面33aが一定の距離を維持して対向配置された流路37aの中心軸Oを中心にして、壁状の電極側面同士を対向配置させたナノギャップNG1が形成されていることにより、ナノギャップNG1と流路37aとがズレることなく、流路37a内およびナノギャップNG1内の中心軸Oに沿って測定対象が通過し得、かくして流路37aを流れる測定対象が従来よりもナノギャップNG1を容易に通過し得る。そして、このナノギャップ電極複合体31では、その他のナノギャップ電極34b,34cでも同様の効果を得ることができる。
【０１５４】
また、ナノギャップ電極複合体31では、その他のナノギャップ電極34b,34cでも、ナノギャップ電極34aと同様の構成を有するので、第1電極部42a（43a）の第1電極側面42c（43c）および第2電極部42b（43b）の第2電極側面42d（43d）間と、第1電極形成面32b（32c）および第2電極形成面33b（33c）間とに亘って形成した側壁スペーサが除去されて、壁状の第1電極形成面32b（32c）および第2電極形成面33b（33c）が一定の距離を維持して対向配置された流路37b（37c）の中心軸Oを中心にして、壁状の電極側面同士を対向配置させたナノギャップNG２（NG３）が形成されていることにより、ナノギャップNG２（NG３）と流路37b（37c）とが従来よりもズレ難く、流路37b（37c）内およびナノギャップNG２（NG３）内を中心軸Oに沿って測定対象が通過し易くなり、かくして流路37b（37c）を流れる測定対象が従来よりもナノギャップNG２（NG３）を容易に通過し得る。
【０１５５】
さらに、本発明に係るナノギャップ電極複合体31では、溶液に含まれる測定対象たる一本鎖DNAが3つのナノギャップNG1,NG2,NG3を順次通過し、一本鎖DNAについて塩基配列の解析を各ナノギャップ電極34a,34b,34c毎に順番に実行し、同一の一本鎖DNAに対して繰り返し塩基配列の解析を行うようにしたことにより、仮に1つのナノギャップ電極34aで塩基配列の解析結果が誤っても、残りのナノギャップ電極34b,34cで得られた塩基配列の解析結果から正確な一本鎖DNAの分析を行うことができる。
【０１５６】
また、ナノギャップ電極複合体31では、上述した第１の実施の形態および第２の実施の形態のナノギャップ電極1と同様に、ナノギャップ電極34aのナノギャップNG1、ナノギャップ電極34bのナノギャップNG2およびナノギャップ電極34cのナノギャップNG3の幅を、製造過程において用いる側壁スペーサの膜厚の調整によって自由に選定できることから、例えばこれらナノギャップNG1,NG2,NG3を極めて適切に選定することで、高感度で一本鎖DNAを分析することもできる。
【０１５７】
さらに、このナノギャップ電極複合体31では、上述した第１〜第３の実施の形態の製造方法と同様に、第1電極埋込層32および第2電極埋込層33間に立設した側壁スペーサを形成した後、第1電極部41a,42a,43aおよび第2電極部41b,42b,43b間の側壁スペーサと、第1電極埋込層32および第2電極埋込層33間の側壁スペーサとを同時に除去することにより、第1電極部41a,42a,43aおよび第2電極部41b,42b,43b間にナノギャップNG1,NG2,NG3をそれぞれ形成できるとともに、第1電極埋込層32および第2電極埋込層33間にも流路37a,37b,37cを同時に形成できるので、ナノギャップと流路とを別々に製造する場合に比して製造工程を簡略化し得る。
【０１５８】
（５）他の実施の形態
なお、本発明は、本実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能であり、例えば、第1電極部10（41a〜43a、52）、第2電極部11（41b〜43b、53）、側壁スペーサ14（5、44、58a）、第1電極埋込層3（32、47）、第2電極埋込層4（33、49）等の部材については種々の部材を適用してもよい。また、第1電極部10（41a〜43a、52）および第2電極部11（41b〜43b、53）の形状や、流路7（37a〜37c、51）の形状、第１、２、４の実施の形態における溶液供給部8（36a）、溶液排出部9（36d）および溶液経由部（36b、36c）の形状等は種々の形状としてもよい。例えば、第１の実施の形態において、側壁スペーサ14を全てエッチングして流路7を形成したが、本発明はこれに限らず、側壁スペーサ14のエッチング条件を調整して、流路7の深さを浅く形成することもでき、或いは、側壁スペーサ14だけでなく、その下の第1電極埋込層3も除去して流路7の深さを深くしてもよい。
【０１５９】
さらに、上述した第１〜第４の実施の形態においては、第1電極部10（41a〜43a、52）および第2電極部11（41b〜43b、53）間のナノギャップNG（NG1、NG2、NG3）に一本鎖DNAを通過させ、当該一本鎖DNAの塩基が第1電極部10（41a〜43a、52）および第2電極部11（41b〜43b、53）間のナノギャップNG（NG1、NG2、NG3）を通過したときに第1電極部10（41a〜43a、52）および第2電極部11（41b〜43b、53）間に流れる電流値を電流計にて計測させるナノギャップ電極1（31、45）について述べたが、本発明はこれに限らず、一本鎖DNA以外にも、RNAなどを含む生体高分子、あるいはその他種々の測定対象の電流値を計測するナノギャップ電極として用いてもよい。
【０１６０】
また、上述した第１の実施の形態においては、サイドウォール状の側壁スペーサ14として、頂点から第1加工層12に向けて次第に幅広に形成された側壁スペーサ14を適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば成膜条件（温度や、圧力、使用するガス、流量比等）を変えることで、コンフォーマルに成膜せずに場所により膜厚を変えた側壁スペーサ形成層を形成し、頂点から基板に向けて次第に幅狭に形成された側壁スペーサや、頂点および基板間の中間箇所等その他種々の箇所の幅が最大幅となる側壁スペーサを適用してもよい。
【０１６１】
さらに、第４の実施の形態においては、電極形成基板35に３つのナノギャップ電極34a、34b、34cが形成されたナノギャップ電極複合体31について述べたが、本発明はこれに限らず、ナノギャップ電極の数、ナノギャップ電極の配置位置、溶液経由部の数を適宜変更することができる。例えば、溶液経由部のない一つの流路に対して複数のナノギャップ電極を配置してもよい。すなわち、本実施の形態では、溶液経由部を介して流路同士を連通した場合について述べたが、流路同士を直接接続して連通するようにしてもよい。
【０１６２】
因みに、複数のナノギャップ電極は、直線状に並ぶように流路を繋げた構成としてもよい。この場合、流路同士が直接接続されて連通していてもよく、また、溶液経由部を介して連通していてもよい。
【０１６３】
さらに、第４の実施の形態では、「（１−２）第１の実施の形態によるナノギャップ電極の製造方法」に従って形成され、第1電極埋込層32上に直接第2電極埋込層33が形成されたナノギャップ電極複合体31について説明したが、本発明はこれに限らず、「（３−２）第３の実施の形態によるナノギャップ電極の製造方法」に従ってナノギャップ電極複合体を製造し、第1電極埋込層32の凹部に下部スペーサを介して第2電極埋込層33を形成してもよい。
【０１６４】
なお、他の実施の形態として、上述した実施の形態におけるナノギャップ電極を含む生体高分子解析装置や、当該ナノギャップ電極又は生体高分子解析装置を含む生体高分子解析システムが構成されてもよい。生体高分子解析装置や、生体高分子解析システムについての詳細な説明は省略するが、以下、限定されないいくつかの例について説明する。
【０１６５】
例えば生体高分子解析装置は、上述した実施の形態によるナノギャップ電極に加え、当該ナノギャップ電極の第1電極部および第2電極部に電流を供給する電源部と、第1電極部および第2電極部間に流れた電流を増幅する増幅部とを備えていてもよい。また、生体高分子解析装置は、増幅された電気信号を解析する情報処理部を備えていてもよい。情報処理部は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）又はコンピュータを備えていてもよい。さらにまた、生体高分子解析装置は、記憶部（ストーレッジ）を備えていてもよい。記憶部（ストーレッジ）は、得られた電気信号、増幅された電気信号、解析後の情報、その他種々の情報を記憶することができる。さらにまた、生体高分子解析装置は、装置外部又は内部の電気的又は機械的ノイズを軽減し、又は除去するための、電気シールド又は振動シールドを備えていてもよい。いくつかの実施の形態では、生体高分子解析装置は、DNA又はRNAのシーケンサーであってもよい。生体高分子解析装置は、ナノギャップ電極に形成された流路から、第1電極部および第2電極部間のナノギャップに生体高分子を通過させ、これら第1電極部および第2電極部間に流れる電流の変化を基に生体高分子を解析し得る。
【０１６６】
このような生体高分子解析装置でも、ナノギャップ電極において、第1電極形成面および第2電極形成面が一定の距離を維持して対向配置されて、中心軸に沿って延びる流路を設け、さらに、当該流路の中心軸を中心に第1電極部の第1電極側面、および第2電極部の第2電極側面を一定の距離を維持して対向配置させてナノギャップを形成し得る。これにより、生体高分子解析装置でも、中心軸に沿って流路内を通過する測定対象たる生体高分子を、そのまま中心軸に沿って流路内からナノギャップ内へと通過させ易くなり、かくして流路を流れる測定対象が従来よりもナノギャップを容易に通過し得るという効果を得ることができる。
【０１６７】
また、いくつかの実施の形態に係る生体高分子解析システムでは、上述したナノギャップ電極又は生体高分子解析装置がその他の部材又は部分と無線または有線を介して接続されていてもよい。これらの部材又は部分は、上述の生体高分子解析装置で説明した各部材又は部分であってもよい。例えば、生体高分子解析システムは、生体高分子解析装置から取得した解析結果に対して各種情報処理を実行する情報処理装置を有していてもよい。この場合、生体高分子解析システムでは、例えば生体高分子解析装置と情報処理装置とが有線により接続されており、これら生体高分子解析装置と情報処理装置との間で有線を介してデータの送受信を行い得る。また、生体高分子解析システムは、例えば生体高分子解析装置と情報処理装置が研究施設等の１つの構内に設置されて構成されてもよい。これにより、生体高分子解析装置にて得られた生体高分子の解析結果を、同じ構内に設置された情報処理装置に送出し、当該情報処理装置にて複数の解析結果を比較したり、当該解析結果の統計を算出する等の各種情報処理を効率的に実行し得る。
【０１６８】
また、他の実施の形態として、生体高分子解析システムは、例えば生体高分子解析装置と情報処理装置とがインターネット等のネットワークを介して無線により接続されて構成されてもよい。これにより、病院等の施設内に設置した生体高分子解析装置と、当該生体高分子解析装置を設置した施設とは場所が異なる遠隔地に設置した情報処理装置との間でデータの送受信を行い得る。
【０１６９】
このような生体高分子解析システムでは、生体高分子解析装置にて得られた生体高分子の解析結果を、生体高分子解析装置の設置場所から離れた遠隔地に設置された情報処理装置に送出し得、当該情報処理装置にて複数の解析結果を比較したり、当該解析結果の統計を算出する等の各種情報処理を効率的に実行し得る。
【０１７０】
そして、このような生体高分子解析システムは、上述した実施の形態によるナノギャップ電極又はナノギャップ電極を含む生体高分子解析装置を備えていることから、ナノギャップ電極又は生体高分子解析装置において、中心軸に沿って流路内を通過する測定対象たる生体高分子を、そのまま中心軸に沿って流路内からナノギャップ内へと通過させ易くなり、かくして流路を流れる測定対象が従来よりもナノギャップを容易に通過し得、解析結果を正確にかつ効率的に取得できる。
【符号の説明】
【０１７１】
1、45    ナノギャップ電極
31    ナノギャップ電極複合体
2    シリコン基板
3、32、47    第1電極埋込層
4、33、49    第2電極埋込層
6、35、50    電極形成基板
7、37a、37b、37c、51    流路
8、36a    溶液供給部
9、36d    溶液排出部
10、41a、42a、43a、52    第1電極部
11、41b、42b、43b、53    第2電極部
5、14、44、58a    側壁スペーサ
NG、NG1、NG2、NG3    ナノギャップ
【図１】
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【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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