JP2008261726A - センサーチップ及び検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使い捨てタイプのセンサーチップ及びそれを搭載する検査装置を提供すること。
【解決手段】検査装置２００に対して着脱可能であり、半導体センシングデバイスを搭載した電気信号検知型のセンサーチップ１００、及び、検査装置本体に前記センサーチップを搭載してなる検査装置２００。前記センサーチップは、センサー部を有し、前記センサー部に受容体が配置され、前記受容体と対向する面に開口部を有することが好ましく、受容体はインクジェット方式又はディスペンス方式で供給されることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明はセンサーチップ及び検査装置に関する。

近年、健康診断や遺伝子解析等にバイオセンサー及びケミカルセンサーが用いられるようになっている。このバイオセンサーやケミカルセンサーには、主に光学的検知方式と電気信号検知方式がある。
電気信号検知方式は、チップ上に形成された電極や半導体デバイスで被測定物質(例えば血液)の分析を実施するというものである。電気信号検知方式は短時間で簡易に検査できるという特長があり、大病院だけでなくクリニックや診療所さらには家庭等においても検査を実施できる可能性が期待されている（非特許文献１参照）。
電気信号検知方式の検出器としてゲートレス電界効果トランジスタを使用する検出器（特許文献１参照）や、圧電素子の振動特性の変動を利用したセンサー（特許文献２参照）が報告されている。

特開２００５−２７４５７４号公報 特開２００５−３００２１３号公報 Journal of Physical Chemistry vol. 105, pp. 4205-4213 (2001)

バイオセンサーやケミカルセンサーでは、以下のような課題がある。すなわち、（１）センサー部が汚染されると、次の検査の精度が低下する、（２）センサー部での化学反応や生体反応がもたらす帯電状態の変化を検出するものについては、不可逆反応である場合が多く、再利用できない場合が多い、（３）再利用するには使用後に十分な洗浄をしないと不衛生である。その結果、洗浄の費用や手間も発生する。また、センサー流路内の洗浄液を被測定液体である生体材料(血液等)に置換しなければならないが、その場合は余分な生体材料が必要となる、（４）センサーチップが組み込み型(非使い捨て型)の場合は、センサー部が正常動作しなくなった場合の廃棄費用が高額になってしまう、等である。

本発明は上記課題を解決すべく、使い捨てタイプのセンサーチップ及びそれを搭載する検査装置を提供することを目的とする。

上記の課題は以下に記載の＜１＞及び＜７＞に記載の手段により解決された。好ましい実施態様である＜２＞〜＜６＞及び＜８＞〜＜１７＞と共に以下に記載する。
＜１＞ 検査装置に対して着脱可能であり、半導体センシングデバイスを搭載した電気信号検知型のセンサーチップ、
＜２＞ 前記センサーチップは、センサー部を有し、前記センサー部に受容体が配置され、前記受容体と対向する面に開口部を有する＜１＞に記載のセンサーチップ、
＜３＞ 前記センサーチップは、検体吸引口を有し、前記センサー部と前記検体吸引口の間に液体センサーを有する＜１＞又は＜２＞に記載のセンサーチップ、
＜４＞ 前記センサーチップが複数の受容体を有する＜１＞から＜３＞いずれか１つに記載のセンサーチップ、
＜５＞ 前記受容体はインクジェット方式又はディスペンス方式で供給される＜１＞から＜４＞いずれか１つに記載のセンサーチップ、
＜６＞ 前記センサーチップが採血用の針を有する＜１＞から＜５＞いずれか１つに記載のセンサーチップ、
＜７＞ 検査装置本体に＜１＞から＜６＞いずれか１つに記載のセンサーチップを搭載してなる検査装置、
＜８＞ 前記センサーチップと前記検査装置本体との電気接続部を検体から隔絶するシール部材を有する＜７＞に記載の検査装置、
＜９＞ 前記検査装置本体が前記センサーチップの位置決めをするための部材を有する＜７＞又は＜８＞に記載の検査装置、
＜１０＞ 前記センサーチップから送信された信号を解析する演算回路を有する＜７＞から＜９＞いずれか１つに記載の検査装置、
＜１１＞ 前記センサーチップのセンサー部に検体を導入するための吸引路及び吸引装置を有する＜７＞から＜１０＞いずれか１つに記載の検査装置、
＜１２＞ 前記検査装置本体が、前記センサーチップと前記演算回路とを電気的に接続するプローブを有する＜１０＞又は＜１１＞に記載の検査装置、
＜１３＞ 前記プローブが弾性機能を有する＜１２＞に記載の検査装置、
＜１４＞ 前記シール部材が可撓性を有する部材である＜８＞から＜１３＞いずれか１つに記載の検査装置、
＜１５＞ 前記検査装置へのセンサーチップの装着後、前記電気接続部の検体からのシール及び電気接続を同時に行う＜７＞から＜１４＞いずれか１つに記載の検査装置、
＜１６＞ 前記センサーチップの開口部は、検査装置本体に設けられた可撓性を有する部材で封止される＜７＞から＜１５＞いずれか１つに記載の検査装置、
＜１７＞ 前記受容体はインクジェット方式又はディスペンス方式で供給される＜７＞から＜１６＞いずれか１つに記載の検査装置。

本発明によれば、使い捨てタイプのセンサーチップ及びそれを搭載する検査装置を提供することができる。

本発明のセンサーチップは検査装置に対して着脱可能であり、半導体センシングデバイスを搭載した電気信号検知型のセンサーチップである。
本発明のセンサーチップは半導体センシングデバイスを搭載しているため、小型化が期待できる。

以下、本発明を例について添付図面を参照して説明する。なお図面において、同様の構成要素には同じ参照番号を付して示す。また、繰り返しとなる説明は省略している。
図１は本発明のセンサーチップを備えた検査装置２００の一実施態様の構成を示す。
センサーチップ１００が検査装置本体（支持体）１８０に着脱可能である。なお、本発明の検査装置２００は、検査装置本体（支持体）１８０及びセンサーチップ１００よりなる。
本発明のセンサーチップは、バイオセンサーチップ及びケミカルセンサーチップとして利用可能であり、生体成分、化学成分等の検査に利用できる。
このセンサーチップ１００からの出力信号を電気接続部１１０、電気接続線１２０を介して演算回路１３０に伝達し、そこで信号解析して結果をディスプレイ１６０に表示する。検体（被分析液体）（不図示）は検査装置本体１８０に設けられた吸引装置１４０により、センサーチップ１００内に導入される。また、図１に示す検査装置２００には、スイッチ１７０（例えばＯＮ、ＯＦＦ等の動作を指示する指示手段）が設けられている。検査装置２００には、検査装置本体１８０に配置された吸引装置１４０とセンサーチップ１００との接続部である吸引部１４５及び吸引路１５０が設けられている。
図１に示すように、検査装置を小型化することで家庭内検査や携帯型検査機としての利用が期待できる。
なお、吸引部１４５、吸引路１５０及び吸引装置１４０は任意であり、後述する図２及び図３に示すセンサーチップ及び検査装置では吸引部及び吸引装置が設けられていない。また、吸引せずに導入時に圧力をかけてセンサーチップに検体を導入することもできる。
また、ディスプレイ１６０及びスイッチ１７０は任意に設けられていればよく、検査結果を被分析者が知得できるものであれば音声やプリンター等によって検査結果が提示されてもよい。

図２は本発明の第１の実施態様であるセンサーチップ１００の平面図（Ａ）及び平面図（Ａ）におけるＸ−Ｘ’断面図（Ｂ）を示す。
本発明のセンサーチップ１００は半導体センシングデバイスを搭載した電気信号検知型のセンサーチップであり、図２では、半導体センシングデバイスとして、イオン感応式の電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）が設けられている。また、図２において、センサーチップ１００はセンサー部３００及び電気接続パッド２３０を有する。
センサー部３００はソース２５２、ドレイン２５４を有するイオン感応式の電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ：Ｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であるセンシングトランジスタ２５７と、センシングトランジスタ２５７のゲート２５６に配置された受容体２１０とから成る。

受容体２１０には被検出物質に応じた材料を使用し、その材料が受容体と接触（反応）すると表面電荷の変動を生じるものであればよく、特に限定されない。図２に示したセンサーチップ１００では、ＩＳＦＥＴがその電荷に応じた電流を流すことで、その物質の有無や量を測定（検査）することが可能である。また、受容体の種類を変更することで様々な物質の分析に用いることができる。なお、本発明において、半導体センシングデバイスとしてＩＳＦＥＴを好適に使用することができるが、これに限定されるものではない。

センサー部３００の受容体２１０と対向する面は、開口を有することが好ましい。開口は受容体導入口であることが好ましく、受容体導入口として開口を有することにより、センサーチップを作製後、任意の時期に受容体を付与することができるので好ましい。詳細については後述する。

図２では例としてセンサー部３００に検体２２０として血液が導入されている。
本発明において、センサーチップは複数のセンサー部を設けることが好ましく、図２においては３００Ａ〜３００Ｆの６つのセンサー部が設けられている。図２においてセンサー部３００Ａ〜３００Ｆにはそれぞれ異なった受容体を配置することで一度の分析で複数項目の検査ができる。また健康診断等に使用する際には個人毎にその人に応じた受容体に変更することで、テーラーメードの検査が可能となる。

センサーチップ１００には分析に用いるＩＳＦＥＴを指定するスイッチ回路やＩＳＦＥＴの信号を処理する回路を含む集積回路（例えばＭＯＳＦＥＴ：Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ＦＥＴで構成する）が設けられている。図２では、ソース２５２’、ドレイン２５４’及びゲート２５６’からなるＭＯＳトランジスタ２５８が設けられている。さらには検出装置本体（支持体）と信号をやりとりするための電気接続パッド２３０が設けられている。なお、センシングトランジスタ２５７及びＭＯＳトランジスタ２５８は素子間分離膜２８０により分離されている。また、センサーチップには配線２７０が設けられている。

図２において、センサーチップ１００の最上層にはポリイミド膜が設けられている。
ポリイミド膜２８６はセンサーチップと検査装置本体との電気接続部１１０をシール（封止）する際（後述する図３参照）に、シール部材との間の密閉性を確保するために用いられている。ポリイミド膜は、可撓性があり、平坦性に優れているので、好適に使用することができる。なお、本発明において、ポリイミド膜の代わりに、可撓性及び平坦性に優れた他の材料を用いて膜を形成してもよい。

センサーチップ１００の構成の詳細については公知のＩＳＦＥＴを参照することができ、図２に示すセンサーチップ１００は、基板２５０上に素子間分離膜２８０、層間絶縁膜２８２、保護膜２８４及びポリイミド膜２８６を有している。

図３は図２に示した第１の実施態様のセンサーチップ１００を使用した検査装置２００の構成を示す。図３には、センサーチップ１００と検査装置本体１８０との接続部が示されている。
図３（Ａ）に示す検査装置本体（支持体）１８０には、センサーチップ１００とのアラインメント（位置合わせ）のためのデータム（段差）３３０が設けられている。検査装置本体１８０には、センサーチップとの位置合わせをするための部材が設けられていることが好ましく、図３ではデータム（段差）が設けられているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、検査装置本体に凸部、センサーチップに凹部を設け、これを嵌合させることにより位置合わせをすることや、これとは逆に検査装置本体に凹部、センサーチップに凸部を設けることにより位置合わせをすることもできる。

検査装置本体は、センサーチップと検査装置本体に設けられた演算回路とを電気的に接続する。検査装置本体に、センサーチップと電気的に接続するためのプローブを設けることが好ましい。
図３（Ａ）では、センサーチップ１００に設けられた電気接続パッド２３０と電気接続するためのプローブピン３２０が上部支持体１８４に設けられている。
プローブは弾性機能を有することが好ましく、プローブは、電気接続パッドへの押し当て方向に弾性機能を有する（弾性的）であることがより好ましく、図３（Ａ）に示すプローブピン３２０では、上部にスプリング３２２が設けられている。
なお、図３では、プローブに弾性機能を付与するためにスプリングを設けているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ゴム等の弾性体をプローブに使用してもよい。

図３（Ｂ）では、センサーチップ１００を下部支持体１８２に設けられたデータム(位置決め用段差)３３０に突き当てることで、検査装置本体（支持体）１８０の上部支持体１８４に設けられた可動式のプローブピン３２０とセンサーチップ１００に設けられた電気接続パッド２３０をアライメント(位置合わせ)している。この突き当てによる位置合わせでも電気接続パッド２３０とプローブピン３２０の位置がずれないように、電気接続パッド２３０を十分に大きくしておくことが好ましい。
またこの時、同時に上部支持体１８４に設けられたシール部材３１０(ラバーシール)とセンサーチップ１００のアライメントも完了する。

図３（Ｃ）に示すように、センサーチップ１００装着後、上部支持体１８４をセンサーチップ１００側に下降させることで電気接続及び検体と電気接続部とのシールが同時に完了する。プローブピン３２０の後方に設けられたスプリングによりセンサーチップ１００の高さや、シール部材３１０（ラバーシール）の高さが多少ばらついても、電気接続（コンタクト）が確保できる。

図３（Ｄ）には、検体２２０を付与した検査装置２００を示す。
シール部材は可撓性を有しているため、押圧することで検体と電気接続部との隔絶が確保できる。さらに、図２で示したように、センサーチップの上部には、可撓性を有するポリイミド膜を形成することにより、シール部材との密封性がさらに高まっている。
なお、図３において、センサーチップ１００は省略的に記載してあり、センサー部３００、受容体２１０及び電気接続パッド２３０が明示されている。
また、検査装置本体（支持体）の上部及び下部はこれに限定されず、検査装置の上下を逆に配置することもできるし、左右に配置することもでき、本発明は実施態様の記載に限定されるものではない。

図４は本発明の第２の実施態様であるセンサーチップ１００の平面図（Ａ）及び平面図（Ａ）におけるＸ−Ｘ’断面図（Ｂ）を示す。第１の実施態様と異なる点は、センサーチップ１００の上に流路基板４６０が設けられている点である。流路基板４６０としてはシリコン（Ｓｉ）流路基板が例示でき、この流路基板４６０はセンサーチップと接合されており、分析する検体が流路４５０内を通ってセンサー部３００に導入される。検体は送流可能な状態であることが好ましく、液体であることがより好ましい。
流路基板４６０には検体２２０を導入する開口である検体導入口４１０、検体を吸引する開口である検体吸引口４３０が設けられている。検体吸引口４３０から検体２２０を吸引することで、検体導入口４１０にある検体２２０が流路４５０内に流入し、センサー部３００まで到達する。この時、受容体導入口としても使用できる開口４４０は上部支持体に設けられたシール部材４２０でシール（封止）されている。
また、図４において、流路基板４６０の受容体２１０と対向する面は、開口４４０を有することが好ましい。開口４４０は受容体導入口であることが好ましく、受容体導入口として開口４４０を有することにより、センサーチップを作製後、任意の時期に受容体を付与することができる。従って、複数のセンサー部に検査項目に応じて受容体を形成して、テーラーメードの検査が可能である。

図５は第２の実施態様のセンサーチップ１００を使用した検査装置２００の構成を示す。第１の実施態様と同じ構成の箇所は省略する。
図５（Ａ）に示すように、上部支持体１８４側にはセンサーチップ１００の検体導入口４１０、検体吸引口４３０に接続可能な位置に開口４１０’及び４３０’があり、それぞれ分析対象である検体及び吸引装置（不図示）につながっている。また、上部支持体には、吸引装置に延びる吸引路１５０が設けられている。即ち、検体は開口４１０’から導入され、検体導入口４１０、流路４５０、検体吸引口４３０、開口４３０’、吸引路１５０、吸引装置（不図示）の順に供給されている。
また受容体導入口として使用可能なセンサーチップ１００の開口４４０は上部支持体１８４に設けられたシール部材４２０（ラバーシール）で封止されることとなる。

図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）に示すように、第１の実施態様と同様に、下部支持体１８２に設けられたデータム３３０を使用してアライメント（位置合わせ）し、上部支持体１８４をセンサーチップ側に下降させることで電気接続及びシール（封止）が同時に完了する。
図５ではシール部材としてラバーシールを使用しているが、本発明はこれに限定されず、シール部材は可撓性を有する材料で形成することが好ましく、特に限定されない。

図５（Ｄ）に検体２２０を導入した検査装置２００を示す。装置本体側（支持体）から吸引装置（不図示）により吸引することで、検体導入口に供給された検体が流路基板４６０内に導入され、センサー部３００に到達する。流路４５０は、シリコン基板等を微細加工して形成してあり、容積が小さく、少量の検体(例えば血液)でも正確にセンサー部３００に導入することができる。

図６は本発明の第３の実施態様であるセンサーチップ１００の平面図（Ａ）及び平面図（Ａ）におけるＸ−Ｘ’断面図（Ｂ）を示す。また図７は第３の実施態様のセンサーチップ１００を使用した検査装置２００の構成を示す。
第３の実施態様では、検体をセンサーチップの端面から導入している点で第１の実施態様及び第２の実施態様と異なっている。検体導入口４１０をセンサーチップ上面ではなく、側面に設けることにより、センサーチップ１００をより小型化できる。具体的には、図４（Ａ）に示したセンサーチップの平面図と図６（Ａ）に示したセンサーチップの平面図とを比較すると、図６（Ａ）に示すセンサーチップは、検体導入口をセンサーチップ上面に有しておらず、より小型化されている。
また、図７に示すように検査装置本体（支持体）１８０の構造もより簡略化できる。即ち、上部支持体１８４に検体を導入するための開口を設ける必要がない。さらに、上部支持体１８４は検体導入口に接続可能な開口を有していないため、センサーチップを交換することにより、検体導入口からセンサー部までの間で検査装置本体（支持体）が汚染されることが無く、検査装置本体（支持体）の洗浄の必要がない。

図８は本発明の第４の実施態様であるセンサーチップ１００の平面図（Ａ）及び平面図（Ａ）におけるＸ−Ｘ’断面図（Ｂ）を示す。
図８及び図９に示すセンサーチップ１００には、検体導入口に採血用の針８００が設けられている。採血用の針８００によって人体から直接採血し、それを検体２２０としてセンサー部３００に供給して分析する。採血用の針は直径７０μｍ程度の無痛針とすることが好ましい。この針部に人体(図８では指８１０)を押し付けて突き刺し、それから吸引装置（不図示）を作動させることで受容体２１０に検体である血液を供給することができる。
なお、図８において、採血用の針８００が設けられた流路基板４６０は、シリコン基板８１５に、ＳｉＯ₂層８２０及びＳｉ層８３０を設けて、これを選択的にエッチングすることで得ることができる。詳細について後述する。

図９は本発明の第５の実施態様であるセンサーチップ１００の平面図（Ａ）及び平面図（Ａ）におけるＸ−Ｘ’断面図（Ｂ）を示す。
本発明の第５の実施態様では、センサー部３００と検体吸引口４３０との間の流路に液体センサー９００を設けている。この液体センサー９００に検体が到達すれば、その上流側に位置するセンサー部３００には確実に検体が供給されていることを示す。検体が供給されていることを確認してから分析(検査)することで、より正確な診断をすることができる。
具体的には、この液体センサー９００としては、例えば電気導通検知式のセンサーを用いることができる。導通端子９１０を流路内に露出させておき、検体（液体）がその間に供給されると電流が流れ、導通(つまり液体の存在)が確認できる。
流路基板４６０(例えばＳｉ基板)や検査装置本体（支持体）は不透明であったり、たとえ透明でも流路４５０は微小な流路であり、視認しにくいため、このような液体センサーを配置することは有用である。また、検体（液体）の存在を検知した段階で吸引を停止することで、余分な検体（液体）の吸引を防止できる。つまり、分析に必要な検体量を少なくすることができ、また、少量の試料でも、より確実に分析可能となる。

図１０は本発明の第６の実施態様のセンサーチップ１００を使用した検査装置２００の構成を示す。第６の実施態様では、電気接続部１１０をセンサーチップ１００の裏面側に設けている。ここでは半導体集積回路を表面に形成したＳｉ基板２５０に貫通電極配線１０００を設けることで裏面に電気接続パッド２３０を配設している。また、電気接続部１１０は、図３に示すようにプローブピン及びスプリングにより形成することも好ましく、また、単に電気的接続を行えるように電極等を形成したものであってもよい。
図１１は、第７の実施態様のセンサーチップ１００を使用した検査装置２００の構成を示す。第７の実施態様では、検体との接触面に電気接続部１１０がないため、シール部材は簡略化している。また、流路を省略することにより、簡便な構造の検査装置本体及びセンサーチップとすることができる。
なお、図１０及び図１１では、半導体集積回路の一部を省略的に記載している。

図１２は本発明で好適に使用できるセンサー基板１２５０の製造プロセスフロー（（Ａ）〜（Ｃ））の一例を示す工程図である。
図１２（Ａ）に示すように、基板２５０上に通常の半導体集積回路を形成し（図１２（Ａ））、続いてセンシングトランジスタ２５７のゲート２５６及びその上の保護膜２８４をホトリソグラフィーとドライエッチングにより除去し、開口１２１０を設け、ゲート絶縁膜１２００を露出させる（図１２（Ｂ））。その後、接着層となるポリイミド膜２８６を形成する。ここでは感光性ポリイミドを使用し、塗布・露光・現像で形成した後、センサー部３００及び電気接続部１１０のポリイミド膜２８６を除去する（図１２（Ｃ））。

図１３は本発明に好適に使用可能な流路基板４６０の作製フローの一実施態様を示す工程概略図である。なお、ここでは第４の実施態様の流路基板４６０の作製フローを示している。図８を合わせて参照されたい。
図１３（Ａ）に示すように、シリコン基板８１５上にＳｉＯ₂層８２０を設け、その上にさらにＳｉ層８３０が設けられている。ここで、それぞれの層の厚みは、例えばシリコン基板８１５：５００μｍ、ＳｉＯ₂層８２０：１μｍ、Ｓｉ層８３０：２５０μｍ程度である。
次に、熱酸化によりシリコン基板８１５及びＳｉ層８３０の表面を酸化処理する。酸化条件は適宜設定することができるが、例えば１０００℃にてウェット酸化を６００分行うことにより、１μｍのＳｉＯ₂層１３００及び１３１０を形成することができる（図１３（Ｂ））。ここで、図８においてシール部材４２０と接している面を表面、流路４５０に接している面を裏面とする。従って、図１３（Ｂ）では、表面がＳｉＯ₂層１３００であり、裏面がＳｉＯ₂層１３１０である。
次に、裏面のＳｉＯ₂層１３１０にレジストを塗布し、これを露光、現像後、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により露出した裏面のＳｉＯ₂層をエッチングし、レジストを剥離することにより、パターニングされたＳｉＯ₂層１３１０を形成する（図１３（Ｃ））。
さらに、同様にして表面のＳｉＯ₂層１３００にレジストを塗布し、これを露光、現像後、ＲＩＥにより露出した表面のＳｉＯ₂層をエッチングし、レジストを剥離することにより、パターニングされたＳｉＯ₂層１３００を形成する（図１３（Ｄ））。なお、図１３（Ｃ）及び図１３（Ｄ）の順序はこれに限定されず、表面のＳｉＯ₂層をパターニングしてから、裏面のＳｉＯ₂層をパターニングしてもよい。

次に、裏面にレジスト１３２０を形成し、露光、現像することによりレジストパターンを形成する（図１３（Ｅ））。次に、レジスト１３２０をマスクとしてシリコン基板８１５をＲＩＥによりＳｉＯ₂層８２０までエッチングすることにより（図１３（Ｆ））、パターニングされたシリコン基板８１５を得ることができる（図１３（Ｇ））。
レジストを剥離後（図１３（Ｇ））、裏面のＳｉＯ₂層１３１０をマスクとしてＲＩＥによりシリコン基板８１５をエッチングする（図１３（Ｈ））。
続いて、表面のＳｉＯ₂層１３００をマスクとしてＳｉ層８３０をＲＩＥによりエッチングし（図１３（Ｉ））、さらに表面のＳｉＯ₂層１３００及びＳｉＯ₂層８２０をＨＦエッチングにより除去することにより、図８（Ｂ）に示す流路基板４６０を作製することができる。

図１４はセンサー基板１２５０と流路基板４６０の接合と受容体２１０の供給プロセスを示す概略図である。センサー基板１２５０表面に形成したポリイミド膜２８６を接着層として、流路基板４６０を接合している。接合方法は特に限定されないが、例えば真空中で加熱することにより接合することができる。加熱温度は接合が可能な範囲で特に限定されないが、例えば３００℃〜４００℃での加熱が例示できる（図１４（Ａ））。
その後、受容体供給用貫通口（図１２では、ゲート絶縁膜１２００の上部に開口１２１０として記載されている。）を通して、その下のセンシングトランジスタのゲート絶縁膜１２００上にインクジェット法又はディスペンス法による付与手段（図１４（Ｂ）で１４００にて図示）で受容体２１０を供給する（図１４（Ｂ））。これら供給法では任意の箇所に必要最小限の受容体を供給できる。これら受容体は高価な場合が多いため、インクジェット法もしくはディスペンス法で受容体を選択供給することで受容体の使用量を少なくすることができる。
さらに、例えば検査が必要な項目に対応して、受容体を変更することで、テーラーメードの診断（検査）が可能となる。
本構成を採用することで受容体供給をセンサーチップ作製工程の最後に行うことができ、受容体がセンサーチップ作製工程中の熱や化学薬品処理の影響をうけないため、熱や化学薬品の処理による受容体の変性を避けることができる。

本発明において、受容体としては各種の受容体を選択可能である。例えば、ｐＨセンサとして機能させるためには、イオン感応膜であるＳｉ₃Ｎ₄膜を使用することができる。
Ｓｉ₃Ｎ₄膜は、検体中の水素イオン（Ｈ⁺）と結合する。検体中の水素イオン濃度に依存した量の水素イオンがＳｉ₃Ｎ₄膜に結合した状態で平衡に達する。一方、ＩＳＦＥＴのソース電位（基板電位）としては参照電極の電位を基準電極として与える。理想的な参照電極な溶液の種類や濃度により電極−溶液界面の電位分布場変化しないという特性を有する。
このように安定なソース電位に対して、水素イオンの濃度が高ければＳｉ₃Ｎ₄膜に結合する水素イオンの量も多くなり、ＩＳＦＥＴのチャネル抵抗が低下する。一方、水素イオン濃度が低ければ、Ｓｉ₃Ｎ₄膜に結合する水素イオンの量も少なくなり、ＩＳＦＥＴのチャネル抵抗は増大する。従って、この変化を検出することにより、検体中の水素イオン濃度を測定することができる。
これらの検出方法については例えば、特開２００５−２０７７９７号公報を参照することができる。

本発明において、受容体を適宜選択することができる。例えばＤＮＡセンサも同様の構造で実現することができる。ＤＮＡセンサの場合、ＩＳＦＥＴのゲート２５６上に金属層を堆積し、金属層に対してプローブＤＮＡを付着させる方法が例示できる。金属層の材質としてはプローブＤＮＡが付着しやすい物質であることが求められ、例えば金が例示できる。このようなＤＮＡチップのプローブＤＮＡに対して、検体中のターゲットＤＮＡが特異的に結合する。ＤＮＡは負の電荷を有しており、ターゲットＤＮＡがプローブＤＮＡと特異的に結合することにより、ＩＳＦＥＴの電位が変化する。この特徴を利用して、前述のｐＨセンサと同様に検体中のターゲットＤＮＡの有無、濃度を検出することができる。

また、タンパク質等の有機物質も検出可能である。標的とするタンパク質が正・負いずれの電荷も有していない場合には、予め標的タンパク質を電荷で修飾する前処理を行う。標的タンパク質に対する抗原を付着させたゲート領域に、抗原・抗体反応により検体中のタンパク質がＩＳＦＥＴに特異的に結合すると、ＩＳＦＥＴのゲート電位が変化する。これにより、検体中の有機物質の検出を行うことができる。
なお、本発明は上記の実施態様に限定されるものではなく、その構成は適宜変更できる。

図１は本発明のセンサーチップを備えた検査装置の一実施態様の構成を示す図である。 図２は、本発明の第１の実施態様であるセンサーチップの平面図（Ａ）及び平面図（Ａ）におけるＸ−Ｘ’断面図（Ｂ）である。 図３は図２に示した第１の実施態様のセンサーチップを使用した検査装置の構成を示す概略図である。 図４は、本発明の第２の実施態様であるセンサーチップの平面図（Ａ）及び平面図（Ａ）におけるＸ−Ｘ’断面図（Ｂ）である。 図５は第２の実施態様のセンサーチップを使用した検査装置の構成を示す概略図である。 図６は、本発明の第３の実施態様であるセンサーチップの平面図（Ａ）及び平面図（Ａ）におけるＸ−Ｘ’断面図（Ｂ）である。 図７は第３の実施態様のセンサーチップを使用した検査装置の構成を示す概略図である。 図８は、本発明の第４の実施態様であるセンサーチップの平面図（Ａ）及び平面図（Ａ）におけるＸ−Ｘ’断面図（Ｂ）を示す。 図９は、本発明の第５の実施態様であるセンサーチップの平面図（Ａ）及び平面図（Ａ）におけるＸ−Ｘ’断面図（Ｂ）を示す。 図１０は本発明の第６の実施態様のセンサーチップを使用した検査装置の構成を示す概略図である。 図１１は、本発明の第７の実施態様であるセンサーチップを使用した検査装置の構成を示す概略図である。 図１２は本発明で好適に使用できるセンサー基板１２５０の製造プロセスフローの一例を示す工程図である。 図１３は本発明に好適に使用可能な流路基板の作製フローの一実施態様を示す工程概略図である。 図１４はセンサー基板と流路基板の接合と受容体の供給プロセスを示す概略図である。

符号の説明

１００ センサーチップ
１１０ 電気接続部
１２０ 電気接続線
１３０ 演算回路
１４０ 吸引装置
１４５ 吸引部
１５０ 吸引路
１６０ ディスプレイ
１７０ スイッチ
１８０ 検査装置本体
１８２ 下部支持体
１８４ 上部支持体
２００ 検査装置
２１０ 受容体
２２０ 検体
２３０ 電気接続パッド
２５０ 基板
２５２、２５２’ ソース
２５４、２５４’ ドレイン
２５６、２５６’ ゲート
２５７ センシングトランジスタ
２５８ ＭＯＳトランジスタ
２７０ 配線
２８０ 素子間分離膜
２８２ 層間絶縁膜
２８４ 保護膜
２８６ ポリイミド膜
３００ センサー部
３１０ シール部材
３２０ プローブピン
３２２ スプリング
３３０ データム
４１０ 検体導入口
４２０ シール部材
４３０ 検体吸引口
４１０’、４３０’ 開口
４４０ 開口
４５０ 流路
４６０ 流路基板
８００ 採血用の針
８１０ 指
８１５ シリコン基板
８２０ ＳｉＯ₂層
８３０ Ｓｉ層
９００ 液体センサー
９１０ 導通端子
１０００ 貫通電極配線
１２００ ゲート絶縁膜
１２１０ 開口
１２５０ センサー基板
１３００ 表面のＳｉＯ₂層
１３１０ 裏面のＳｉＯ₂層
１３２０ レジスト
１４００ インクジェット法又はディスペンス法による付与手段

Claims (17)

1. 検査装置に対して着脱可能であり、半導体センシングデバイスを搭載した電気信号検知型のセンサーチップ。
2. 前記センサーチップは、センサー部を有し、
   前記センサー部に受容体が配置され、
   前記受容体と対向する面に開口部を有する請求項１に記載のセンサーチップ。
3. 前記センサーチップは、検体吸引口を有し、前記センサー部と前記検体吸引口の間に液体センサーを有する請求項１又は２に記載のセンサーチップ。
4. 前記センサーチップが複数の受容体を有する請求項１から３いずれか１つに記載のセンサーチップ。
5. 前記受容体はインクジェット方式又はディスペンス方式で供給される請求項１から４いずれか１つに記載のセンサーチップ。
6. 前記センサーチップが採血用の針を有する請求項１から５いずれか１つに記載のセンサーチップ。
7. 検査装置本体に請求項１から６いずれか１つに記載のセンサーチップを搭載してなる検査装置。
8. 前記センサーチップと前記検査装置本体との電気接続部を検体から隔絶するシール部材を有する請求項７に記載の検査装置。
9. 前記検査装置本体が前記センサーチップの位置決めをするための部材を有する請求項７又は８に記載の検査装置。
10. 前記センサーチップから送信された信号を解析する演算回路を有する請求項７から９いずれか１つに記載の検査装置。
11. 前記センサーチップのセンサー部に検体を導入するための吸引路及び吸引装置を有する請求項７から１０いずれか１つに記載の検査装置。
12. 前記検査装置本体が、前記センサーチップと前記演算回路とを電気的に接続するプローブを有する請求項１０又は１１に記載の検査装置。
13. 前記プローブが弾性機能を有する請求項１２に記載の検査装置。
14. 前記シール部材が可撓性を有する部材である請求項８から１３いずれか１つに記載の検査装置。
15. 前記検査装置へのセンサーチップの装着後、前記電気接続部の検体からのシール及び電気接続を同時に行う請求項７から１４いずれか１つに記載の検査装置。
16. 前記センサーチップの開口部は、検査装置本体に設けられた可撓性を有する部材で封止される請求項７から１５いずれか１つに記載の検査装置。
17. 前記受容体はインクジェット方式又はディスペンス方式で供給される請求項７から１６いずれか１つに記載の検査装置。

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