【誤訳訂正書】
【提出日】平成18年9月11日(2006.9.11)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】走査型プローブ顕微鏡の流体送達
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００２年９月９日に出願した米国仮出願第６０／４０９，４０３号、及び２００２年１２月１２日に出願した米国仮出願第６０／４３３，２４２号から優先権を主張し、あらゆる目的においてその明細書の全文をここに引用し、援用する。
【０００２】
本出願は以下の番号の米国出願に関連する。
【０００３】
２００２年３月７日に出願した第１０／０９４，１４９号、
２００２年３月７日に出願した第１０／０９４，４１１号、
２００２年３月７日に出願した第１０／０９４，４０８号、
２００２年３月７日に出願した第１０／０９３，８４２号、
２００２年３月７日に出願した第１０／０９４，１４８号、及び
２００２年８月２６日に出願した第１０／２２８，６８１号。
【０００４】
また、あらゆる目的においてその明細書の内容をここに引用し、援用する。
【０００５】
（発明の背景）
本発明は、概して微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）に関し、特にバイオチップにおけるＤＮＡの分析及び／または増幅及びその後の修飾等、ナノメートル・スケールの作業を伴うアプリケーションにおいて流体を送出するための技術に関する。更に、本発明は、原子寸法が０．１ナノメートルまで小さい制御領域における化学的、電気化学的、生物化学的、機械的及び電気的方法による物質の除去または添加に用いることができる。
【背景技術】
【０００６】
ナノメートル・スケールの部品は、特に微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の製造をはじめとする多様な分野で実用化されている。一般的なＭＥＭＳには、マイクロセンサ、マイクロアクチュエータ、微小機器、微小光学等がある。ナノテクノロジーとは、例えばナノメートル・スケールのリソグラフィやナノメートル・スケールの情報記憶装置等を含む、ナノメートル・スケールの製造プロセス、物質及び装置の幅広いカテゴリーを指す。ＭＥＭＳの製造プロセスには、例えば表面微細加工技術等、様々なものがある。表面微細加工には、基板の表面に形成された膜から微小電気機械システムを製造することが含まれる。例えば、一般的な製造プロセスとしては、ポリシリコンの薄い層を塊シリコン基板上に形成された二酸化ケイ素の犠牲層上に成膜するプロセス等がある。様々な物質の層の選択された部分を制御下で除去することによって、マイクロスケールおよびナノスケールの有用なマシン部品を製造することができる。
【０００７】
従来の半導体製造プロセスは一般的に真空内で行われており、周囲環境の性質が重要である。酸化を防ぐために乾燥した環境が必要な場合も多く、そうでないとシリコン面の表面が汚染される。プローブ対象サイトから、かなりのインチまたはそれ以上離れた場所に大量の気体（ＣＤＡ（クリーンドライエア）を含む）を取り入れることによって、ＳＰＭ（走査型プローブ顕微鏡）システム及びナノマシニングセンターで、現在の静止状態、真空の発生、水分の問題及び／または化学反応制御が得られる。このようなグロススケールでの流体の操作は、ナノテクノロジーに基づくマシニングシステムで求められる微細なスケールでの作業には向かない。現在、ナノマシニングプロセスによって作業される場所の近くでより効果的に気体及び真空を提供する適切な技術は存在しない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（発明の概要）
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置は、ワークピースの計測及びナノマシニングを含む様々なタスクを行うための流路を伴って構成される。計測機能を更に高め、ナノマシニング作業の向上を図るために、１つまたは複数の同位元素領域を設けることもできる。同位元素領域はワークピースに力を与えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
具体的な実施形態の説明
図１は、デバイス層に形成された気体流路ｆ１０１を有するＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）ＭＥＭＳカンチレバーｆ１００を示す。各流路はカンチレバーｆ１００のハンドル層ｆ１０３の本体に形成された凹みｆ１０５（仮想的に図示）を介して供給される。従って、凹みは流路ｆ１０１と流体連通する。それにより、床板または気体供給管（図示せず）を通って気体源（図示せず）から取り入れられる気体は、凹みｆ１０５を介して流路ｆ１０１に供給され、最終的にカンチレバーｆ１００の終端部の先端領域へと供給される。
【００１０】
拡大図からわかるように、カバーシール（またはカバー層）ｆ１０４は、先端部で発生するガス圧を含むように設けられてもよい。１つの実施形態において、カバーシールは、接着プラスチックフィルム、シリコンカバー構造、またはダイヤモンド膜カバー構造を含む、適切にパターニングされたいかなる薄い物質でもよい。後者の物質は、チタン、ニッケル及び銅の層で被覆されることによって接合して銅の真空炉内接合としてもよく、またはＧｅ／Ａｇ、Ｇｅ／Ａｕ、Ｉｎ／Ｐｔ、Ｉｎ／Ｐａ、Ｉｎ／Ａｇ等の従来の低温共晶接合剤を用いて、同様に被覆されたデバイス層あるいは使用するガス圧の含有に耐え得る他の機械的に強力な層と接合してもよい。後者のカバー層は、アームと一次カンチレバーの先端部との間の腐食ギャップを減らすために設けられ、実際には、一次カンチレバーの後側と二次カンチレバーまたは支持梁との間の隙間と同様または同一の隙間を得るためのエッチングまたは他の手段によって適切に緩和される場合は、カンチレバーの端部に重なってもよい。
【００１１】
図２は、図１に示したカンチレバー構造の変形を示す。該変形のカンチレバーｆ２００では、気体流路ｆ１０１の一部にベンチュリ構造ｆ２０１（ベンチュリ管）が形成されている。管ｆ２０２は、カンチレバーの先端領域まで通じており、これと相互接続して新たな計測及び物質修正手段等の特別な機能に適した真空を提供する。この構成によってもたらされる真空は他の目的でも用いることができ、これには、使用する機器または器具上にアセンブリ全体（ハンドル層に取付けられたベースプレートを含む）を保持する真空取付けシステムが含まれる。
【００１２】
図２及び図１ＡとＦ１Ｂにおいて、流体（例えば水）を気体流路内に入れてもよく、または本明細書に記載する選択された気体と同じ機構及び通路を用いて気体流路に提供されてもよい。ここで、図３に示すように、形成される所望するミクロ気泡またはナノ気泡に対して直接的に比例する直径を有する平坦な端部を有する先端部は、（一般的に）圧電励起システムによって駆動される。励起システムは、例えばＡＦＭ走査のためにカンチレバーを励起するのに用いられるものと同じシステムでもよい。励起システムは、先端部の終端に、作業表面から既知の距離だけ離れてキャビテーション気泡が形成されるよう、その振幅を増加させる。これらのキャビテーション気泡は対象表面の加工に用いてもよい。キャビテーション気泡は、音ルミネセンス効果により、ワークピースの特定スポットを照射する、またはワークピースに対する光誘導反応を起こすのに用いることができる。対象物またはワークピースは生物ＤＮＡでもよい。
【００１３】
流体内の毛管作用、流路内の濡れ性表面のメンテナンス及び流体への幾らかの背圧の印加を用いて、流体を先端領域から撤退させることができる。更に、図１Ａ及び２Ａに示すように、流体（気体を含む）は、先端部及び試料で特定の状態を維持するよう、継続的に除去、補給されるか、または改質後（例えば、濾過、冷却、加熱またはその他の化学変化による）に再循環されてもよい。あるいは、パルス圧によって流体を気体流路の終端部から定量的な方法で放出してもよい。
【００１４】
図２Ｂは、ホルダーｆ２０１ａ及びホルダー内で受け取られるカンチレバーｆ１０２ａの概略的な分解側面図である。カバーシールｆ１０４ａはカンチレバーｆ１０２ａから離れて示されている。ホルダーｆ２０１ａは、矢印で示す方向に流体が流れるよう構成される。流体はホルダーｆ２０１ａの右底部から入り、カンチレバーｆ１０２ａの基部が受け取られる位置でホルダーから出る。図１において、ホルダーｆ２０１ａを出た流体は、カンチレバーｆ１０２ａの基部から凹みｆ１０５へと入る。
【００１５】
図２Ｃは、ホルダーｆ２０１ｃ及びホルダーが受け取るカンチレバーの概略的な分解側面図である。カバーシールｆ１０４ｃはカンチレバーから離れて示されている。ホルダーｆ２０１ｃは、矢印で示すように流体が双方向に流れるよう構成される。流体は、ホルダーｆ２０１ｃの右底部から入出し、カンチレバーの基部が受け取られる位置でホルダーから出入する。
【００１６】
別の実施形態では、化学的、光学的及び／または電気的手段が先端を通して及び／または先端に設けられ該先端領域で測定を行うか、または先端領域に提供される流体または気体の恩恵の有無にかかわらず先端領域で他のプロセスを行う。先端領域に供給される気体及び／または流体の１つまたは複数の流れは、計測またはプロセス展開の目的に適した反応またはプロセスを誘引するために用いてもよい。具体的には、これら後者の技術は、例えばＡｆｆｙｍｅｔｒｉｘ社が製造するようなバイオチップとも呼ばれる生物または化学的セルアセンブリへの使用に適している。バイオチップでは、流体制御の局所及び／または先端活動はバイオチップセルの寸法及び容量に比べて実質的に小さい。更に、これらのバイオチップは一般的に活性ＤＮＡサイト上で蛍光を発し、その結果である、感光性を持つ先端部と結合する発光を用いて実際のＤＮＡの位置を直接選定することができる。そして、そのＤＮＡは除去され、次の作業のために別の場所に移される。ＤＮＡはバイオチップ内のサイトで処理することもできる。この光駆動位置選定は、単に、制御コンピュータまたはロジック及び／またはメモリによって受け取られる光を監視し、オペレータまたはコンピュータ及び／またはロジック及び／またはメモリに基づくディレクターによって次に指示される作業のための最大または最少の光出力の領域をマッピングすることから構成される。あるいは、パルス圧によって流体が気体流路の終端部から定量的に排出されてもよい。
【００１７】
更に別の実施形態において、１つまたは複数の（静電気、圧電、または熱によって作動する）ダイアフラムは、既知のＭＥＭＳ技術によりカンチレバーｆ１００に統合され、装置に提供された気体または流体のソースから流路を通って流れる気体の流れ（流路への真空または低圧の印加等による）または流体の流れをもたらす。あるいは、バルブ付またはバルブなしの共振振子ポンプ（図５参照）及び／または熱（流体または気体加熱による差圧）ポンプを、同様に既知のＭＥＭＳ技術を用いてカンチレバーｆ１００に内蔵し、気体または流体を先端部に提供する。本発明のこの特徴により、カンチレバーを外部の供給物に直接接続して流体の流れ及び制御を提供しなくてもすむ。また、局所及び／またはＭＥＭＳに基づくフロー制御を用いて、上述のダイアフラムまたは熱ポンプの更なる調整として外部の供給物またはサーバーを調整してもよい。
【００１８】
また、流体または気体は、図１Ｃに示す配置によって更に形成され案内されることにより、フローがカンチレバーに対して直角にかつカンチレバーの最下部の下を流れるため、フロー領域はカンチレバーと接触しない。一方、図３にｆ３０１ｃで示すカンチレバーは、流体による減衰を低下させ、その動きに直角な表面からのキャビテーション気泡が液体内に形成されないよう流線形にされる。さらに、流路のアームは移動可能であり、流路に印加される十分に強力な真空源がアームを先端プラットフォームに機械的に係合させるような、ばね定数を持つよう構成することができる。これにより、その動きは機械的に制限されるか、または１つの流路または他の流路（真空が印加される流路）へと移動することになる。この機械的な制限は、流路に標準圧力または正圧が印加されると除去される。これにより、先端プラットフォームは表面にわたって移動または走査されるか、あるいは流路間に圧着され、全部または一部のアームの独立した熱、静電気、圧電の並進移動を含む流路アームのｘ、ｙ及びｚ軸方向への移動には、ＭＥＭＳ技術において既知の代替手段を用いてもよい。さらに、流路アームは、二次カンチレバー（詳細は上述の１つまたは複数のアプリケーションに記載）が一次カンチレバーの領域まで延存しないよう、二次カンチレバー上にかかるように配置されてもよい。一方、可動アームを一次カンチレバーの圧着に用いる場合、圧着されたアセンブリ全体は、これらの構造からばね定数が増加してアセンブリの各クランプアームが二次カンチレバーに接するまで自由に移動して戻ることができる。さらに、独立して駆動される場合、いずれかの与えられたアームが圧着構造と電気接触する瞬間が外部の制御装置またはアナログ回路によって検知され使用されて圧着力及びアームの動きを制御し、それによって圧着構造の与えられた変位が得られる（ゼロ変位を含む）。アームの動きも、従来の圧電及び圧電抵抗方法によって検知される。
【００１９】
更に、図２、１Ａ及び１Ｂに示すように、他の流体、特に放電加工油（一般的には工作機械業で知られているケロシンのような油）といった誘電性流体をワークピース（適当なバイアス電圧−ワークピースであってもＧＮプローブであってもワークピースまたは試料がアノードから除去されるＤＣオフセットＡＣ電圧または単純なＤＣ電圧、図３参照−によって先端に特定の形状を形成するための機械形状）の周囲に取り入れてもよい。この目的において、伝導性ダイヤモンドはその熱を伝える能力が侵食摩耗を実質的に削減するため、特に適している。他の有用な物質はタングステンである。
【００２０】
最後に、図１、２または１Ｃに示すいずれの実施形態においても、ハンドルｆ１０３内に形成されたメインの気体流路ｆ１０５内に、またはデバイス層内の個々の気体流路ｆ１０１内に開口部ｆ１０６ａを介して、従来の同位元素または電気エミッタを取り入れてもよい。他の実施形態は、放射性物質の規制されない移送及び使用に関する国内及び国際的な上限を守るために、合計で０．９９マイクロキュリーまたはそれ以下の放射性物質（その装置に適用される全物質の合計）を使用するものである。別の実施形態は、アルファ粒子の同位元素源として一般的に煙検出器で用いられているアメリシウム２４１を使用するものである。これらのエミッタは、その周囲を流れる気体内にイオンを形成し、計測または表面修正が行われる先端領域の周囲を帯電させるかまたは電荷を中和させるために用いることができる。気体流量は、流路からの電荷移送量を決定する。気体の流れは、連結部を通って流路を横切る電荷を測定する従来技術で監視することができる。本発明のこの特徴は図４に示されている。電圧は、電荷移送量及び気体フローによる除去と相関するように電圧を放出する抵抗を用いて、統合地点（ダイオードとコンデンサとの接続）で測定される。
【００２１】
更に、核放射体の実施形態を図４に示す。ここでは、ｆ３０６ａで同位元素からの核崩壊の電気エネルギーが密着した導電層ｆ３０１ａによって捕捉される、完全なナノジェネレータが形成される。定方位のボロンドープダイヤモンド層のＣＶＤ（化学蒸着）成長によって形成され、その後に真性または超純アンドープダイヤモンド層の成長またはダイオード接合が続く、真性シリコンダイオード、または真性ダイヤモンドダイオードまたは真性ＳｉＣダイオードは、第２のホールの電流またはイオン化作用からの電子を提供するよう電気的に配置され（同じく伝導性のデバイス層に取付けられる）、ｆ３０２ａで同位元素が電着または取付けされる接地層から絶縁される。この電圧は、ｆ３０４ａ及びｆ３０５ａとして示される単純ダイオード及びコンデンサ回路と統合される。ダイオードとコンデンサはシリコンＭＥＭＳ装置上に一体形成されてもよい。このように、ｆ３０４ａとｆ３０５ａとを接続するコンダクタに接続することによって、あらゆる一般的な使用のための電流量を得ることができる。多くのナノジェネレータ領域を作成して１つのデバイス上に統合し、通常の状態において同位元素物質の局所濃度がそのデバイス１単位当たりの法定マイクロキュリー濃度を超えないようにしてもよい。更に、真性ダイオードを強い真空によって放射源から離し、支持アームの１つを通る電流の通過によって解放され得る内部の薄板金ダイアフラムが、他の支持バーを巻き上げて放射源から離れるようにし得る。後者の手段によって、ジェネレータダイオードは、保管中に放射線による損傷から保護され、保管寿命が数百年に延びる。
【００２２】
別の実施形態において、真性ダイヤモンド層は成長するか、またはドープＳｉＣ（炭化けい素）結晶に対して機械的に接触し、ボロンドープダイヤモンド層（ランダムにまたは整列して偏向して成長する）が、ＳｉＣから離れて真性ダイヤモンドの他方の側で成長する。さらに別の実施形態は、ドープＳｉＣ層上に成長する真性ＳｉＣ層が続くコンダクタを含む。この実施形態及び先の実施形態において、これらの構造はダイオードの層構造における検出可能な電子的または光学的変化をもたらす放射形態のための放射検出装置として用いることもできる。
【００２３】
上述した構成要素の更に別の実施形態は、気体／流体流路の能動的な機械的及び／または電気的作動の提供を含む（前述の内容および図６を参照）。流路は、先端のプラットフォームへまたはそこから移動することも可能であり、一次カンチレバーの先端プラットフォームでクランプまたはリリースとして作用する。アームの動きは、１つまたは複数の独立した熱アクチュエータ（図６参照）、静電気アクチュエータ、または圧電アクチュエータによって達成される。アームは、一次カンチレバー後方の二次カンチレバーまたは梁の存在または支援がなくても先端で軸支されるカンチレバーを強固にまたは移動不能にするために用いられてもよい。
【００２４】
動作中、先端プラットフォームが二次カンチレバーまたは支持梁へと押圧されると、流体流路は流路カム内で曲折しプラットフォームを二次カンチレバーまたは梁に対して係止させる。一方、先端プラットフォームが押圧されなければ、流体流路の縁部は先端プラットフォームの下に割り込み、プラットフォームを二次カンチレバーまたは梁から確実に離す。動作中、この設計はハンドル層後ろの流体流路内で長いカンチレバー上に２つのパドルを含んでもよい。これらは、一般的なＡＦＭ音響先端ドライブの長波長変調に応答して、カンチレバーアセンブリの平面に対して垂直に上下移動し、正面カバーからおよびハンドルキャビティから２つの流体アームへ依存するチェックバルブ及び／または開口部と共に、流路を通して先端部及び対象領域を超えるように、包囲している気体または流体を圧送するよう作用する。流体またはイオン化ガスの量はソフトウェアモジュールによって制御可能であり、これによってオペレータは長波長音響励起のデューティーサイクルを変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は本発明の１つの態様による微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）カンチレバーの１つの実施形態を示す概略図である。
【図１Ａ】図１Ａは、図１に示すＭＥＭＳカンチレバーの変形を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１に示すＭＥＭＳカンチレバーの別の変形を示す図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ｂに示すＭＥＭＳカンチレバーの変形を示す図である。
【図２】図２は、本発明の別の態様による微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）カンチレバーの別の実施形態を示す概略図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の１つの実施形態による流体の流れを示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の１つの実施形態による流体の流れを示す分解側面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の別の実施形態による流体の流れを示す分解側面図である。
【図３】図３は、本発明の１つの態様によるミクロ気泡またはナノ気泡の形成に用いるカンチレバー先端部を示す線図である。
【図４】図４は、本発明の１つの態様によるナノジェネレータとして構成されたカンチレバー先端部の概略図である。
【図５】図５は、本発明の１つの態様による気体の流れのためのバルブを備えて構成されるカンチレバーを示す図である。
【図６】図６は、図５に示すカンチレバーの構成の変形を示す図である。