JP2008185350A - Cantilever and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、試料と針部との間に作用する局所的な物理特性を測定する走査型プローブ顕微鏡装置に用いられ、さらに、針部によって試料に対して局所的に物理操作を付与するための操作装置、特には、細胞に刺して細胞壁に微細孔を形成し、細胞内部に遺伝子等の物質を導入するための装置にも用いることが可能なカンチレバー及びその製造方法に関する。 The present invention is used in a scanning probe microscope apparatus that measures a local physical characteristic that acts between a sample and a needle part, and further provides a physical operation to the sample locally by the needle part. More particularly, the present invention relates to a cantilever that can be used in an operation device, in particular, a device that pierces a cell to form a micropore in a cell wall and introduces a substance such as a gene into the cell, and a method for manufacturing the same.
近年、ライフサイエンス分野、特に、再生医療やゲノム創薬等の分野において、細胞に、遺伝子や薬剤を注入し、細胞の性質を改変することが行われている。このような技術を用いることにより、遺伝子の役目を解明することができるとともに、個人の遺伝的特性に応じた治療などをおこなうテーラーメード医療が可能になる。 In recent years, in the field of life science, in particular, in fields such as regenerative medicine and genome drug discovery, genes and drugs are injected into cells to modify the properties of the cells. By using such a technique, it is possible to elucidate the role of a gene and to make tailor-made medicine that performs treatment according to an individual's genetic characteristics.
従来、遺伝子を細胞内に導入するための手段としては、物理学的手法としてエレクトロポレーション法、パーティイクルガン法、マイクロインジェクション法等が、また、細胞のエンドサイトシスを利用する手法としてリン酸カルシウム法、デアエデキストラン法、リポフェクション法等がそれぞれ知られており、さらに、そのほか、ウイルスベクターを使用する感染法、遺伝子を封入したリポソームを細胞融合により細胞に導入するリポソーム法等もある。しかし、これら手法による遺伝子導入は、いずれも、単に、導入された遺伝子を恒常的に細胞内に保持させることを主眼におくものであり、例えば遺伝子の導入から発現に至るまでの間、細胞に表れる経時的な動態変化を詳細に観察しようとするものではなく、事実、このような観察は不可能であった。 Conventionally, as a means for introducing a gene into a cell, an electroporation method, a particle gun method, a microinjection method, etc. are used as physical methods, and a calcium phosphate method is used as a method utilizing cell endocytosis. In addition, there are known methods such as the deroedextran method and the lipofection method. In addition, there are an infection method using a viral vector, a liposome method in which a liposome encapsulating a gene is introduced into a cell by cell fusion, and the like. However, the gene transfer by these methods is simply to keep the introduced gene in the cell constantly, for example, from the introduction of the gene to the expression, to the cell. It was not intended to observe in detail the kinetic changes that appear over time, and in fact, such observation was impossible.
一方、原子間力顕微鏡(AFM)は、物質間に働く原子間力を測定・検出する走査型プローブ顕微鏡である。数pNレベルの力分解能で解析が可能であり、ペプチド、タンパク質等の分子内、分子間の相互作用を解析するなど、生命分子へ測定応用も広がりつつある。 On the other hand, an atomic force microscope (AFM) is a scanning probe microscope that measures and detects an atomic force acting between materials. Analysis is possible with a force resolution of several pN level, and measurement applications are expanding to biomolecules, such as analyzing interactions between molecules such as peptides and proteins.
このAFM装置では、頂点の曲率半径が5〜50nmと極めて尖鋭化された針を先端に形成したカンチレバーがプローブとして用いられている。 In this AFM apparatus, a cantilever is used as a probe in which a very sharp needle with a radius of curvature of 5 to 50 nm is formed at the tip.
従ってこのAFM用カンチレバーを用いることで、細胞表面および細胞内外の物性や形状の測定が可能であり、遺伝子の細胞内への導入、細胞内物質の採取、その他、細胞切断などの細胞操作が可能である。 Therefore, by using this AFM cantilever, it is possible to measure the physical properties and shape of the cell surface, inside and outside the cell, and to introduce the gene into the cell, collect the intracellular material, and perform other cell operations such as cell cutting. It is.
AFM用カンチレバーとしては、例えば特許文献1に記載されているような、四面体状の針部を先端にもつ単結晶シリコン製カンチレバーが市販されている。図7は、上記四面体形状の針部を持つカンチレバー100の側面形状概略図である。このカンチレバーは、ドライエッチング技術により垂直に加工した2面と、異方性湿式エッチング技術により表出する(111)面からなる面111とで針部を形成することで、カンチレバー部102の最先端部に極めて曲率半径の安定した頂点を持つ針部101を形成することができる。その結果、測定部位がカンチレバーで影になることなく、安定したAFM測定が可能となる。なお、図7において、参照番号103は片持ち梁であるカンチレバー部102を支持する支持部である。
市販されている通常のカンチレバーは、カンチレバー表面を(100)面で構成しているため、針部の(111)面との成す角度は、単結晶シリコンの各々の面間角度である約55度になっている。従って、針頂点から10μmの位置において針部側面の幅は10/tan(55°)の約7μmとなる。 In a normal cantilever that is commercially available, the surface of the cantilever is constituted by a (100) plane, and the angle formed with the (111) plane of the needle portion is about 55 degrees, which is the angle between each plane of single crystal silicon. It has become. Accordingly, the width of the side surface of the needle part is about 7 μm of 10 / tan (55 °) at a position of 10 μm from the needle apex.
上記特許文献1に記載されているようにカンチレバー表面を(100)面から傾けて切り出された結晶面を用いることで、この長さを若干狭めることはできるが、結晶面を大きく傾けた面を用いると針部101形成における湿式エッチング工程でカンチレバー面に突起等が形成されるなどの不具合が生ずることから、せいぜい先端頂角を60度程度にするのが限界となり、この場合でも針頂点から10μmにおける針部側面幅は5.8μmとなる。
As described in the above-mentioned
通常の原子間力顕微鏡または分子間力顕微鏡の測定においては針先端の尖鋭度が測定の精度を左右するため重要であり、重視されている。一方で、特に生体試料の測定など試料を液中に配して測定する用途においては、カンチレバーの振動特性から試料と針部との間に働く相互作用を検出する方式(ACモード)が多く用いられ、カンチレバーの振動特性が重要となっている。従来のカンチレバーにおいては、柔らかいレバー部の自由端側に容積の大きい、すなわち、重量の大きい針部が構成されているため、必ずしも良好な振動特性とはならず、特に液中においては、振動が大きく減衰し検出信号が微弱となるため、より振動特性を向上させることが望まれている。 In measurement with a normal atomic force microscope or molecular force microscope, the sharpness of the tip of the needle is important because it affects the accuracy of the measurement, and is emphasized. On the other hand, especially in applications where a sample is placed in a liquid, such as a biological sample, a method (AC mode) is often used that detects the interaction between the sample and the needle from the vibration characteristics of the cantilever. Therefore, the vibration characteristics of the cantilever are important. In a conventional cantilever, a needle portion having a large volume, that is, a large weight is formed on the free end side of the soft lever portion, so that it does not necessarily have good vibration characteristics, and particularly in liquid, vibration does not occur. Since it is greatly attenuated and the detection signal becomes weak, it is desired to further improve the vibration characteristics.
また、細胞内に針を挿入して、遺伝子導入等の細胞操作および細胞内の測定行うために、上記のカンチレバーが利用される場合がある。しかし、細胞内へ挿入する長さ10μm程度が一様に細くないと挿入ダメージにより細胞が死んでしまうため、通常の原子間力顕微鏡等の測定のためのカンチレバーをそのまま用いると、細胞へのダメージが大きくなってしまう。このため針部全体の容積を小さく構成することが重要となっている。 In some cases, the above-mentioned cantilever is used to insert a needle into a cell and perform cell manipulation such as gene transfer and measurement inside the cell. However, if the length of about 10 μm inserted into the cell is not uniformly thin, the cell will die due to the insertion damage. If a cantilever for measurement with a normal atomic force microscope or the like is used as it is, the cell will be damaged. Will become bigger. For this reason, it is important to reduce the volume of the entire needle portion.
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、通常のAFM測定において良好な振動特性を示し、更に細胞に与えるダメージを極力抑えて細胞操作および細胞内の測定を行うことができる、汎用性の高いカンチレバー及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and exhibits good vibration characteristics in normal AFM measurement, and further can perform cell manipulation and intracellular measurement while suppressing damage to cells as much as possible. It is an object to provide a highly cantilever and a method for producing the same.
本発明のカンチレバーの一態様は、
所定の位置に固定される端としての固定端及び当該固定端に相対する端としての自由端を有する片持ち梁と、
上記片持ち梁と角度をなして上記自由端に設けられるとともに、上記固定端側の第1面及び当該第1面に対して当該固定端とは反対側の第2面を有し、当該第1面と当該第2面とが略平行である針部と、
を有することを特徴とする。
One aspect of the cantilever of the present invention is
A cantilever beam having a fixed end as an end fixed at a predetermined position and a free end as an end opposite to the fixed end;
The first end is provided at the free end at an angle with the cantilever and has a first surface on the fixed end side and a second surface opposite to the fixed end with respect to the first surface. A needle portion in which one surface and the second surface are substantially parallel;
It is characterized by having.
また、本発明のカンチレバーの製造方法の一態様は、
所定の位置に固定される固定端及び自由端を有する片持ち梁を形成する工程と、
上記片持ち梁と角度をなして上記自由端に設けられた針部に、上記固定端側の第1面に略平行な第2面を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
One aspect of the method for producing a cantilever of the present invention is as follows.
Forming a cantilever beam having a fixed end and a free end fixed in place;
Forming a second surface substantially parallel to the first surface on the fixed end side on the needle portion provided at the free end at an angle with the cantilever;
It is characterized by having.
本発明によれば、針部の第1面と第2面が略平行となって、さらに細くすることができるので、通常のAFM測定において良好な振動特性を示し、更に、細胞操作に用いられた場合には、細胞に与えるダメージを極力抑えて細胞操作および細胞内の測定を行うことができるカンチレバー及びその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, since the first surface and the second surface of the needle portion are substantially parallel and can be further thinned, it exhibits good vibration characteristics in normal AFM measurement, and is further used for cell manipulation. In this case, it is possible to provide a cantilever capable of performing cell manipulation and intracellular measurement while suppressing damage to cells as much as possible, and a method for producing the cantilever.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1(A)及び(B)は本発明のカンチレバーの第1実施形態の構成を示す図であり、特に、図1(A)はその断面図、図1(B)はその斜視図である。
[First Embodiment]
1A and 1B are views showing the configuration of the first embodiment of the cantilever of the present invention. In particular, FIG. 1A is a sectional view thereof, and FIG. 1B is a perspective view thereof. .
本実施形態に係るカンチレバー10は、針部12、カンチレバー部14、支持部16とで構成されている。針部12は単結晶シリコンからなり、片持ち梁であるカンチレバー部14の自由端側先端に形成されていて、カンチレバー部14表面から支持部16と反対方向に突き出している。この針部12の、カンチレバー部14の支持部16への固定端側の第1面12Aと、当該第1面12Aに対して当該固定端とは反対側の第2面12Bとは、略平行に形成されている。
The
図2(A)及び(B)は、上記特許文献1に開示された従来のAFM用カンチレバーの針部101と、本実施形態に係るカンチレバー10の針部12との断面の違いを説明するため、それぞれの断面形状を示した図である。
2A and 2B are diagrams for explaining the difference in cross section between the
本実施形態に係るカンチレバー10の針部12断面は、従来のAFM用カンチレバー針部101における(111)面からなる面111に対し、平行にその針部101を部分的に除去することで、針頂点から針基底部に向かって一様に細くなっている。
The cross section of the
一方、カンチレバー部14はレバー表面が(100)面からなる単結晶シリコンが望ましいが、上記特許文献1に開示されているような(100)面からずらした面を持つ単結晶シリコンでも構わないし、窒化シリコン膜やポリシリコン膜、アモルファスシリコン膜等でも構わない。
On the other hand, the
また、支持部16も単結晶シリコンが望ましいが、ガラス等を用いても構わない。
The
次に、本実施形態に係る細胞導入針として針部12、カンチレバー部14、支持部16いずれも単結晶シリコンで形成したものの作製方法について図3(A)〜(E)に示す製造工程図に基づいて説明する。
Next, as a cell introduction needle according to the present embodiment, a manufacturing method in which the
まずスタート基板として、図3(A)に示すように、面方位(100)のシリコンウェーハ18の表面に酸化シリコン膜20を形成した後、例えばn型の面方位(100)のシリコンウェーハ22を貼り合わせたもの、いわゆる貼り合わせSOI(Silicon On Insulator)基板を使用する。ここで、シリコンウェーハ22は、カンチレバー部14と針部12を形成するものであり、その厚さは必要とする特性に合わせて設定される。例えば、その厚さは20μm程度である。
First, as shown in FIG. 3A, after forming a
次に、図3(B)に示すように、上記SOI基板裏面に支持部16を形成するためのマスクパターン24を、酸化シリコンあるいは窒化シリコン等で形成する。その後、図4に示すようなV字状突出部26を有するマスク28を使用してカンチレバー形成用のフォトレジストパターンをSOI基板表面に形成した後、RIE(Reactive Ion Etching)等を用いて酸化シリコン膜20が露出するまで、シリコンウェーハ22をほぼ垂直にエッチングすることにより、先端がV字状のカンチレバーパターン30を形成し、更にこのカンチレバーパターン30の側壁にのみ酸化シリコン膜32を形成する。この側壁にのみ酸化シリコン膜32を形成する方法としては、例えばカンチレバーパターン30の表面全面を酸化処理後、RIEにより表面の酸化シリコン膜32をエッチングすれば良い。あるいは、あらかじめカンチレバーパターン30表面に窒化シリコン膜を形成しておき、酸化処理後に表面の窒化シリコン膜を除去しても良い。
Next, as shown in FIG. 3B, a
次に、図3(C)に示すように、カンチレバーパターン30の表面に水酸化カリウム(KOH),エチレンジアミン・ピロカテコール(EDP),水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)等のアルカリ水溶液による湿式異方性エッチングを施すことにより、カンチレバーパターン30の先端に四面体状針部34を形成する。四面体状針部34の形成原理は、側面が酸化シリコン膜32でマスクされた状態で湿式異方性エッチングを施すと、(111)結晶面のエッチング速度が著しく遅いために(111)面が露出した時点でほぼエッチングが停止するためである。なおカンチレバー部14を残すため、上記湿式エッチングは酸化シリコン膜20が露出する前に、必要とするカンチレバーの厚さが残るように停止させる。この後、酸化シリコン膜32をフッ化水素酸水溶液で除去する。なお、この後必要により、表面にレジストパターンを形成し、再度カンチレバーパターンをエッチングすることによりカンチレバーパターン形状を最適なものに変更しても良い。また、針部12をより細くするため、950℃以下の温度にて表面を酸化処理しても良い。
Next, as shown in FIG. 3 (C), the surface of the
次に、図3(D)に示すように、表面を酸化シリコン膜等で保護した後、アルカリ水溶液による湿式エッチングを酸化シリコン膜20が露出するまで基板裏面に施し、最後にフッ化水素酸水溶液で酸化シリコン膜20を除去することによって、従来と同様のシリコン製の支持部16及びカンチレバー部14と、四面体状針部34と、で構成されたカンチレバー100が得られる。
Next, as shown in FIG. 3D, after the surface is protected with a silicon oxide film or the like, wet etching with an alkaline aqueous solution is performed on the back surface of the substrate until the
本実施形態においてはさらに、この後、一括形成した基板から各カンチレバー100を切り外し、図3(E)に示すように、例えばFIB(Focused Ion Bram)装置等を用いて、各々のカンチレバー100の四面体状針部34の、表出している(111)面である第1面34Aに対して反対側の第2面34Bを、その第1面34Aに平行にエッチング除去加工することで、(111)面である第1面12Aとそれに平行な第2面12Bとを有する針部12を得る。尚、ここで、34Aと12Aとは同一の面である。
Further, in this embodiment, each
なお、四面体状針部34の先端稜部に平行にエッチングを施すことでも細い針部12を形成することは可能だが、この場合、針を支える部分を残すために垂直に加工領域を指定しなければならない。これに対して、表出している(111)面に平行に除去加工部を指定する場合には、直線状に加工領域を指定すれば良いので、加工装置への設定が容易であり、安価に提供することが可能となる。
Although it is possible to form the
また、単結晶シリコンを用いているため、レバー面と(111)面との角度は概ね125度に規定されているので、常に一定の形状の針部12を作製することが可能となるので、特性の安定した針部12をもつカンチレバー10を提供できる。
In addition, since single crystal silicon is used, the angle between the lever surface and the (111) surface is regulated to approximately 125 degrees, so that it is possible to always produce the
本実施形態によれば、針頂点から10μmにおける針部12の側面幅は1μm以下とすることができる。従って、通常のAFM測定においても良好な振動特性を示し、更に、細胞操作に用いられた場合には、細胞に与えるダメージを極力抑えて細胞操作および細胞内の測定を行うことができるカンチレバー10及びその製造方法を提供することができる。
According to the present embodiment, the side width of the
[第2実施形態]
次に、本発明のカンチレバーに係る第2実施形態について、図5(A)乃至(C)に示した作製工程図を基に説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the cantilever according to the present invention will be described with reference to the manufacturing process diagrams shown in FIGS.
本実施形態においても、前述の第1実施形態で図3(A)乃至(C)を参照して説明したのと同様にしてカンチレバーパターン30の先端に四面体状針部34を形成する。
Also in this embodiment, the
この後、上記第1実施形態では、すぐにカンチレバーパターン30側壁に形成していた酸化シリコン膜32を剥離除去していたが、本実施形態においては、図5(A)に示すように、側壁酸化シリコン膜32を残した状態で、カンチレバーパターン30表面側からp型不純物である例えばボロン等を導入する。カンチレバーパターン30側壁は酸化シリコン膜32で覆われているため、p型不純物36はカンチレバー表面及び四面体状針部34の(111)表出面のみに導入、拡散される。
Thereafter, in the first embodiment, the
次に、図5(B)に示すように、フッ化水素酸水溶液により側壁酸化シリコン膜32を除去してから、KOH,EDP,TMAH等のアルカリ水溶液による湿式異方性エッチングを短時間施す。シリコン基板に高濃度のp型不純物を拡散することによりアルカリ水溶液による湿式異方性エッチングのエッチング速度が著しく低下することが知られている。本工程により、アルカリ水溶液にカンチレバーパターン30及び四面体状針部34がさらされるが、カンチレバーパターン30表面は、高濃度のp型不純物36が拡散されているため、ほとんどエッチングされない。また、四面体状針部34の(111)表出面はもともとアルカリ水溶液に対するエッチング速度が遅く、高濃度p型不純物36が拡散されているためエッチングされず、針部12の先端稜部となる側および、針部12側面となるp型不純物36が拡散されていない部分からエッチングが進行することになる。その結果、四面体状針部34の(111)表出面に平行に高濃度p型不純物36が拡散されている部分のみが、針部12として残ることになる。
Next, as shown in FIG. 5B, after the sidewall
この後、上記第1実施形態と同様、図5(C)に示すように、表面を酸化シリコン膜等で保護した後、アルカリ水溶液による湿式エッチングを酸化シリコン膜20が露出するまでSOI基板裏面に施し、最後にフッ化水素酸水溶液で酸化シリコン膜20を除去することによって、シリコン製の支持部16及びカンチレバー部14と、平行な(111)面により先端から基底部まで極めて細く形成された第1及び第2面12A,12Bを有する針部12と、で構成されたカンチレバー38が得られる。
Thereafter, as in the first embodiment, as shown in FIG. 5C, after the surface is protected with a silicon oxide film or the like, wet etching with an alkaline aqueous solution is performed on the back surface of the SOI substrate until the
本実施形態によれば、細胞へダメージを与えることの無い細い針部12を持つカンチレバー38を一括形成することが可能となるため、大量生産が可能で、極めて安価に提供することが可能となる。
According to the present embodiment, the cantilever 38 having the
なお、本実施形態では、n型のシリコンウェーハ22にp型不純物36を拡散することにより、p型不純物拡散層のエッチングレートが低下することを利用したが、p型シリコン基板にn型不純物を導入拡散した後、エッチング面に電位を加えながらアルカリ水溶液にてエッチング処理することで、n型不純物拡散層のエッチング速度を低下させることもできるため、このような手法を用いて作製しても構わない。
In this embodiment, the fact that the etching rate of the p-type impurity diffusion layer is reduced by diffusing the p-
[第3実施形態]
次に、本発明のカンチレバーに係る第3実施形態について、図6(A)乃至(D)に示した作製工程図を基に説明する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the cantilever according to the present invention will be described based on the manufacturing process diagrams shown in FIGS.
本実施形態では、まずスタート基板として、図6(A)に示すように、面方位(100)のシリコンウェーハ18の表面に酸化シリコン膜20を形成する。
In this embodiment, first, as shown in FIG. 6A, a
次に、例えばn型の面方位(100)のシリコンウェーハ22の針部12形成予定領域近傍に、V字状溝40をアルカリ異方性湿式エッチングにより形成する。このV字状溝40の形成位置は、前述した第1及び第2実施形態にて説明した先端がV字状のカンチレバーパターン30先端が該V字状溝40の溝底稜部手前になるような位置とすると共に、その深さは、針部12長さよりも深く形成する。
Next, for example, a V-shaped groove 40 is formed in the vicinity of a region where the
なお、該V字状溝40の形成後に、該V字状溝40表面を酸化処理して表面を酸化膜層で覆っても良い。こうすることにより、カンチレバーパターン30形成時のRIE処理によりV字状溝40表面が荒れる等の不具合を防止できる。
Note that after the V-shaped groove 40 is formed, the surface of the V-shaped groove 40 may be oxidized to cover the surface with an oxide film layer. By doing so, it is possible to prevent problems such as roughening of the surface of the V-shaped groove 40 due to the RIE process when the
この後、V字状溝40開口部側をシリコンウェーハ18側として、シリコンウェーハ22をシリコンウェーハ18と接合することにより、内部にV字状溝40を持つSOI基板を作製する。なお、このSOI基板作製のための接合処理時は真空チャンバー内で処理してV字状溝40内部に空気が入らないようにしたほうが、後の加熱処理工程中にSOI基板が破裂する等の不具合を防止できる。
Thereafter, the SOI substrate having the V-shaped groove 40 inside is manufactured by bonding the
次に、図6(B)に示すように、上記SOI基板裏面に支持部16を形成するためのマスクパターン24を、酸化シリコン等で形成する。その後、V字状突出部26を有するマスク28を使用してカンチレバー形成用のフォトレジストパターンをSOI基板表面に形成した後、RIE等を用いて酸化シリコン膜20が露出するまで、シリコンウェーハ22をほぼ垂直にエッチングすることにより、先端がV字状のカンチレバーパターン30を形成し、更にこのカンチレバーパターン30の側壁にのみ酸化シリコン膜32を形成する。
Next, as shown in FIG. 6B, a
次に、図6(C)に示すように、カンチレバーパターン30の表面にアルカリ水溶液による湿式異方性エッチングを施すことにより、カンチレバーパターン30の先端に針部12を形成する。前述の第1及び第2実施形態に示した場合と異なり、あらかじめ針部12の先端稜線部がカットされているため、針部12は平行な(111)面からなる第1面12Aと第2面12Bとで挟まれた形状となる。従って、カンチレバーパターン30の形成位置と針部12形成時のエッチング量を制御することで、針の太さを制御することが可能となる。この後、フッ化水素酸水溶液で酸化シリコン膜32を除去する。また、針部12をより細くするため、表面を酸化処理しても良い。
Next, as shown in FIG. 6C, the
次に、図6(D)に示すように、表面を酸化シリコン膜等で保護した後、アルカリ水溶液による湿式エッチングを酸化シリコン膜20が露出するまでSOI基板裏面に施し、最後にフッ化水素酸水溶液で酸化シリコン膜20を除去することによって、シリコン製の支持部16及びカンチレバー部14と、第1及び第2面12A,12Bを有する針部12と、で構成されたカンチレバー10が得られる。
Next, as shown in FIG. 6D, after the surface is protected with a silicon oxide film or the like, wet etching with an alkaline aqueous solution is performed on the back surface of the SOI substrate until the
本実施形態によっても、細胞へダメージを与えることの無い細い針部12を持つカンチレバー10を一括形成することが可能となるため、大量生産が可能で、極めて安価に提供することが可能となる。
Also according to the present embodiment, the
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施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や応用が可能なことは勿論である。 Although the present invention has been described above based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and applications are naturally possible within the scope of the gist of the present invention.
(付記)
前記の具体的実施形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる。
(Appendix)
The invention having the following configuration can be extracted from the specific embodiment.
(1) 所定の位置に固定される端としての固定端及び当該固定端に相対する端としての自由端を有する片持ち梁と、
前記片持ち梁と角度をなして前記自由端に設けられるとともに、前記固定端側の第1面及び当該第1面に対して当該固定端とは反対側の第2面を有し、当該第1面と当該第2面とが略平行である針部と、
を有することを特徴とするカンチレバー。
(1) a cantilever having a fixed end as an end fixed at a predetermined position and a free end as an end opposite to the fixed end;
The first end is provided at the free end at an angle with the cantilever and has a first surface on the fixed end side and a second surface opposite to the fixed end with respect to the first surface. A needle portion in which one surface and the second surface are substantially parallel;
A cantilever characterized by comprising:
(対応する実施形態)
この(1)に記載のカンチレバーに関する実施形態は、第1乃至第3実施形態が対応する。それらの実施形態において、カンチレバー部14が上記片持ち梁に、第1面12Aが上記第1面に、第2面12Bが上記第2面に、針部12が上記針部に、カンチレバー10,38が上記カンチレバーに、それぞれ対応する。
(Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the cantilever described in (1) corresponds to the first to third embodiments. In these embodiments, the
(作用効果)
この(1)に記載のカンチレバーによれば、細い針部を持つので、針部重量が小さく、AFM測定において良好な振動特性が得られる。
(Function and effect)
According to the cantilever described in (1), since it has a thin needle portion, the weight of the needle portion is small, and good vibration characteristics can be obtained in AFM measurement.
(2) 前記針部は、前記細胞内に挿入される部位であることを特徴とする(1)に記載のカンチレバー。 (2) The cantilever according to (1), wherein the needle part is a part to be inserted into the cell.
(対応する実施形態)
この(2)に記載のカンチレバーに関する実施形態は、第1乃至第3実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the cantilever described in (2) corresponds to the first to third embodiments.
(作用効果)
この(2)に記載のカンチレバーによれば、特に細胞に挿入することにより、細胞にダメージを与えることなく、細胞操作および細胞内測定が可能である。
(Function and effect)
According to the cantilever described in (2), cell manipulation and intracellular measurement can be performed without damaging the cell, particularly by being inserted into the cell.
(3) 上記針部は、上記細胞に挿入される部分を残して上記片持ち梁の上記自由端を切削したものであることを特徴とする(1)に記載のカンチレバー。 (3) The cantilever according to (1), wherein the needle part is formed by cutting the free end of the cantilever leaving a portion to be inserted into the cell.
(対応する実施形態)
この(3)に記載のカンチレバーに関する実施形態は、第1実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the cantilever described in (3) corresponds to the first embodiment.
(作用効果)
この(3)に記載のカンチレバーによれば、直線状に加工領域を指定すれば良いので、加工装置への設定が容易であり、安価に提供することが可能となる。
(Function and effect)
According to the cantilever described in (3), since it is only necessary to designate the machining area in a straight line, the setting to the machining apparatus is easy, and it can be provided at low cost.
(4)上記針部は、単結晶シリコンからなることを特徴とする(1)に記載のカンチレバー。 (4) The cantilever according to (1), wherein the needle portion is made of single crystal silicon.
(対応する実施形態)
この(4)に記載のカンチレバーに関する実施形態は、第1乃至第3実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the cantilever described in (4) corresponds to the first to third embodiments.
(作用効果)
この(4)に記載のカンチレバーによれば、特性の安定した針部をもつカンチレバーを提供できる。
(Function and effect)
According to the cantilever described in (4), a cantilever having a needle portion with stable characteristics can be provided.
(5) 上記針部に形成された上記第1面は、(111)面であることを特徴とする(4)に記載のカンチレバー。 (5) The cantilever according to (4), wherein the first surface formed on the needle part is a (111) surface.
(対応する実施形態)
この(5)に記載のカンチレバーに関する実施形態は、第1乃至第3実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The first to third embodiments correspond to the cantilever embodiment described in (5).
(作用効果)
この(5)に記載のカンチレバーによれば、レバー面と(111)面との角度は概ね125度に規定されているので、常に一定の形状の針部を作製することが可能となる。
(Function and effect)
According to the cantilever described in (5), since the angle between the lever surface and the (111) surface is regulated to approximately 125 degrees, it is possible to always produce a needle portion having a fixed shape.
(6) 上記針部は、上記片持ち梁の当該針部が形成された面の裏面とは不純物濃度が異なることを特徴とする(1)に記載のカンチレバー。 (6) The cantilever according to (1), wherein the needle portion has a different impurity concentration from the back surface of the surface on which the needle portion of the cantilever is formed.
(対応する実施形態)
この(6)に記載のカンチレバーに関する実施形態は、第2実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the cantilever described in (6) corresponds to the second embodiment.
(作用効果)
この(6)に記載のカンチレバーによれば、細胞へダメージを与えることの無い細い針部を持つカンチレバーを一括形成することが可能となるため、大量生産が可能で、極めて安価に提供することが可能となる。
(Function and effect)
According to the cantilever described in (6), it is possible to collectively form cantilevers having a thin needle portion that does not damage cells, so that mass production is possible and it can be provided at a very low cost. It becomes possible.
(7) 所定の位置に固定される固定端及び自由端を有する片持ち梁を形成する工程と、
上記片持ち梁と角度をなして上記自由端に設けられた針部に、上記固定端側の第1面に略平行な第2面を形成する工程と、
を有することを特徴とするカンチレバーの製造方法。
(7) forming a cantilever beam having a fixed end and a free end fixed at a predetermined position;
Forming a second surface substantially parallel to the first surface on the fixed end side on the needle portion provided at the free end at an angle with the cantilever;
A method for producing a cantilever, comprising:
(対応する実施形態)
この(7)に記載のカンチレバーの製造方法に関する実施形態は、第1乃至第3実施形態が対応する。それらの実施形態において、カンチレバー部14が上記片持ち梁に、針部12が上記針部に、第1面12Aが上記第1面に、第2面12Bが上記第2面に、カンチレバー10,38が上記カンチレバーに、それぞれ対応する。
(Corresponding embodiment)
The first to third embodiments correspond to the cantilever manufacturing method described in (7). In these embodiments, the
(作用効果)
この(7)に記載のカンチレバーの製造方法によれば、細胞へダメージを与えることの無い細い針部を持つカンチレバーを製造できる。
(Function and effect)
According to the cantilever manufacturing method described in (7), a cantilever having a thin needle portion that does not damage cells can be manufactured.
(8) 上記第2面を形成する工程は、上記片持ち梁を形成する工程の後で行われることを特徴とする(7)に記載のカンチレバーの製造方法。 (8) The method for manufacturing a cantilever according to (7), wherein the step of forming the second surface is performed after the step of forming the cantilever.
(対応する実施形態)
この(8)に記載のカンチレバーの製造方法に関する実施形態は、第1実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The embodiment relating to the cantilever manufacturing method described in (8) corresponds to the first embodiment.
(作用効果)
この(8)に記載のカンチレバーの製造方法によれば、片持ち梁を形成した後に、直線状に加工領域を指定すれば良いので、加工装置への設定が容易であり、安価に提供することが可能となる。
(Function and effect)
According to the method for manufacturing a cantilever described in (8), it is only necessary to designate a machining area in a straight line after forming a cantilever beam. Is possible.
(9) 上記第2面を形成する工程は、上記片持ち梁を形成する工程の前に予め行われることを特徴とする(7)に記載のカンチレバーの製造方法。 (9) The method for manufacturing a cantilever according to (7), wherein the step of forming the second surface is performed in advance before the step of forming the cantilever.
(対応する実施形態)
この(9)に記載のカンチレバーの製造方法に関する実施形態は、第3実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The third embodiment corresponds to the cantilever manufacturing method described in (9).
(作用効果)
この(9)に記載のカンチレバーの製造方法によれば、第2面を先に形成することで針部の太さを制御することが可能となり、また、細胞へダメージを与えることの無い細い針部を持つカンチレバーを一括形成することが可能となるため、大量生産が可能で、極めて安価に提供することが可能となる。
(Function and effect)
According to the cantilever manufacturing method described in (9), it is possible to control the thickness of the needle portion by forming the second surface first, and the thin needle that does not damage the cells Since cantilevers having a portion can be formed in a lump, mass production is possible and it can be provided at a very low cost.
(10) 上記第2面を形成する工程は、上記片持ち梁を形成する工程と並行して行われることを特徴とする(7)に記載のカンチレバーの製造方法。 (10) The method for manufacturing a cantilever according to (7), wherein the step of forming the second surface is performed in parallel with the step of forming the cantilever.
(対応する実施形態)
この(10)に記載のカンチレバーの製造方法に関する実施形態は、第2実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The second embodiment corresponds to the cantilever manufacturing method described in (10).
(作用効果)
この(10)に記載のカンチレバーの製造方法によれば、細胞へダメージを与えることの無い細い針部を持つカンチレバーを一括形成することが可能となるため、大量生産が可能で、極めて安価に提供することが可能となる。
(Function and effect)
According to the method for producing a cantilever described in (10), it is possible to form cantilevers having a thin needle portion that does not damage cells, so that mass production is possible and it is provided at an extremely low cost. It becomes possible to do.
(11) 上記第2面を形成する工程は、上記片持ち梁を形成する工程とは異なる速度でエッチングされる工程であることを特徴とする(10)に記載のカンチレバーの製造方法。 (11) The method for manufacturing a cantilever according to (10), wherein the step of forming the second surface is a step of etching at a different rate from the step of forming the cantilever.
(対応する実施形態)
この(11)に記載のカンチレバーの製造方法に関する実施形態は、第2実施形態が対応する。
(Corresponding embodiment)
The second embodiment corresponds to the cantilever manufacturing method described in (11).
(作用効果)
この(11)に記載のカンチレバーの製造方法によれば、エッチング速度の差を利用することで、第2面を形成する工程と片持ち梁を形成する工程との並行実施を容易に行うことができる。
(Function and effect)
According to the method for manufacturing a cantilever described in (11), it is possible to easily perform the parallel execution of the step of forming the second surface and the step of forming the cantilever by using the difference in etching rate. it can.
10,38ね100…カンチレバー、 12…針部、 12A,34A…第1面、 12B,34B…第2面、 14…カンチレバー部、 16…支持部、 18,22…シリコンウェーハ、 20,32…酸化シリコン膜、 24…マスクパターン、 26…V字状突出部、 28…マスク、 30…カンチレバーパターン、 34…四面体状針部、 36…p型不純物、 40…V字状溝。 10, 38, 100 ... cantilever, 12 ... needle portion, 12A, 34A ... first surface, 12B, 34B ... second surface, 14 ... cantilever portion, 16 ... support portion, 18, 22 ... silicon wafer, 20, 32 ... Silicon oxide film, 24 ... Mask pattern, 26 ... V-shaped protrusion, 28 ... Mask, 30 ... Cantilever pattern, 34 ... Tetrahedral needle, 36 ... P-type impurity, 40 ... V-shaped groove.
Claims (11)
前記片持ち梁と角度をなして前記自由端に設けられるとともに、前記固定端側の第1面及び当該第1面に対して当該固定端とは反対側の第2面を有し、当該第1面と当該第2面とが略平行である針部と、
を有することを特徴とするカンチレバー。 A cantilever beam having a fixed end as an end fixed at a predetermined position and a free end as an end opposite to the fixed end;
The first end is provided at the free end at an angle with the cantilever and has a first surface on the fixed end side and a second surface opposite to the fixed end with respect to the first surface. A needle portion in which one surface and the second surface are substantially parallel;
A cantilever characterized by comprising:
前記片持ち梁と角度をなして前記自由端に設けられた針部に、前記固定端側の第1面に略平行な第2面を形成する工程と、
を有することを特徴とするカンチレバーの製造方法。 Forming a cantilever beam having a fixed end and a free end fixed in place;
Forming a second surface substantially parallel to the first surface on the fixed end side on the needle portion provided at the free end at an angle with the cantilever;
A method for producing a cantilever, comprising:
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