JP2008512841A - 透過型電子顕微鏡用のマイクロリアクタおよび加熱要素とその製造方法 - Google Patents

Abstract

第１および第２の被覆層（１３）を備え、これらの被覆層は、両方とも電子顕微鏡の電子ビーム（１４）に対して少なくとも一部が透明性であり、さらに相互から一定の相互距離を置いて相互に隣接して延び、これらの被覆層間にチャンバ（１５）が取り囲まれている、顕微鏡で使用するマイクロリアクタであって、入口（４）および出口（５）が、流体をチャンバに通して供給するために設けられ、さらに加熱手段（８）が、チャンバおよび／またはこのチャンバの中に存在する要素を加熱するために設けられるマイクロリアクタ。

Description

本発明は、電子顕微鏡用のマイクロリアクタ（ｍｉｃｒｏｒｅａｃｔｏｒ）に関する。

電子顕微鏡は、高分解能、例えば、０．２ｎｍを凌ぎ、さらに特定的には０．１２ｎｍを凌ぐ高い分解能で試料を精査するために使用される。この目的のために、試料が内在している試料保持器が電子顕微鏡の電子ビームの中に置かれ、他方で、このビームによって生成された画像が、例えば、蛍光画面上に表示されるか、またはカメラを用いて捕捉される。これらの試料の精査は、通常、真空中および室温で行われる。

米国特許第５４０６０８７号が電子顕微鏡用の試料保持器を説明するが、この明細書では、試料保持器が、電気伝導性を獲得するために、黒鉛が被覆された２枚の薄いプラスチック膜によって作製される。これらの膜は、支持用の金属線の格子上で支持され、かつこれらの膜の外縁が、Ｏリングを用いて相互に対接した状態で封止されている。試料は水と一緒に内封され得るが、その後で、試料は、試料保持器を用いて電子顕微鏡の中に配置され得る。

このような知られた試料保持器は、２枚の膜を一定の間隔に維持するために、使用保持器のチャンバに液体と試料とが満たされる必要があるという欠点を有する。さらには、試料および／またはチャンバの変形が発生することなく、圧力がチャンバの中に印加されることは不可能であり、そのような変形は電子顕微鏡の画像を著しく乱す。このような知られた試料保持器のさらなる欠点は、試料および／またはチャンバの温度制御が、保持器内部でそれほど適切に可能であるわけではないことである。

このような試料保持器のさらなる欠点は、電子ビームに平行に測定されたチャンバの壁間の距離が相対的に大きく、したがってさらなる画像の乱れが生じることである。さらには、膜が非常に厚いので、これらの膜を使用してＨＲＥＭ（高分解能電子顕微鏡法）は不可能である。さらには、液体が電子ビームの望ましくない拡散を引き起こし、それはＨＲＥＭの使用を無能にする。

米国特許５４０６０８７号は、試料チャンバに相対的に剛性の壁が設けられる試料保持器を最新技術として説明する。これらの壁は、相対的に大きな距離に維持され、他方で、電子ビームを試料チャンバの直上および直下に合焦するために、磁気レンズが設けられる。このような試料チャンバはまた、このチャンバを使用して、特に、小さい試料では、十分に鮮明な画像が得られないという欠点を有する。

これらの知られた試料保持器は、すべて応用分野が限定されており、場合によっては、それらを使用して十分に鮮明な画像が得られない。さらには、この保持器内部の温度制御が不可能である。

流体環境中の試料を精査することが可能であり、他方で、好ましくは試料の周囲温度が制御されることが可能である必要性が存在する。

本発明は、従来技術からの問題の少なくとも一部を回避するマイクロリアクタを提供することを目的とする。

本発明は、簡素な構造体を有しかつ使用し易いようなマイクロリアクタを提供することを目的とする。

本発明はさらに、圧力および温度が制御されることが可能であり、かつ相対的に小さい試料が検査されることが可能である一方で、少なくとも相対的に高い分解能で、相対的に鮮明な画像が得られるマイクロリアクタを提供することを目的とする。

本発明はさらに、試料が、気体または液体環境中を含む様々な条件の中で検査されることが可能であるマイクロリアクタを提供することを目的とする。

本発明はさらに、マイクロリアクタと、その内部で使用するための加熱要素とを作製する方法を提供する。

これらおよび他の目的の少なくとも幾つかが、本発明に係るマイクロリアクタによって本発明に従って実現される。本発明に係るマイクロリアクタは、請求項１に従う方策によって特徴付けられる。

本発明に係るマイクロリアクタは、電子顕微鏡の電子ビームに対して少なくとも一部が透明性の２つの被覆層を含み、これらの被覆層は、相互から相対的に小さい相互距離に維持される。試料チャンバが、これらの被覆層の間に取り囲まれており、このチャンバには、流体および／または試料がチャンバの中へおよび／またはこのチャンバを通って送出され得るように、入口と出口とが設けられている。マイクロリアクタには、チャンバの中に存在する流体および／または試料のようなチャンバの中に存在する要素を加熱する加熱手段がさらに設けられる。

本明細書で、透明性とは、透過型電子顕微鏡の電子ビームによって、約０．２ｎｍを凌ぎ、さらに特定的には０．１２ｎｍを凌ぐ高い分解能が実現され得るような層を意味することが少なくとも理解されている。

加熱要素がマイクロリアクタに設けられているので、例えば、マイクロリアクタの中では、特定の反応が開始準備され得るか、維持され得るか、または逆に防止され得るように、例えば、流体を加熱することによって間接的に、そのマイクロリアクタの中に存在する試料が、望ましい温度にされかつ／または維持され得る。さらには、こうして試料は、最適の画像を獲得するための望ましい状態にされかつ／または維持され得る。この場合に、入口および出口は、圧力もチャンバの環境に対してチャンバ内部で制御され得るように、流体がチャンバの中へおよび／またはこのチャンバを通って流れることを可能とする。

本発明に係るマイクロリアクタでは、被覆層間の相互距離は、好ましくは相対的に小さく、例えば、平均して５０マイクロメートル未満であり、さらに特定的には２０マイクロメートル未満であり、好ましくは１０マイクロメートル未満である。電子ビームの方向に対して直角に測定されたチャンバの露出表面は、相対的に小さいことが好ましい。この表面は、例えば、２０ｍｍ^２未満であり、さらに特定的には１０マイクロメートル未満である。したがって、圧力の変化と全く同様に、温度制御が相対的に簡単かつ容易に可能であるように、相対的に小さい容積を有するチャンバが得られる。

好ましくは、被覆層が、枠形状の支持要素によって支持されており、各支持要素の内側に、被覆層の露出部分によって被覆される凹所が設けられるようになっている。この露出部分は、相対的に小さく、例えば、５ｍｍ^２未満、さらに特定的には０と４ｍｍ^２の間、例えば、約１ｍｍ^２の表面を有することが好ましい。それぞれの被覆層は、好ましくは実質的に平坦であり、かつ通常使用時に実質的に変形が発生しないように相対的に剛性である。

特に有利な実施形態では、被覆層の少なくとも一方には、好ましくは被覆層のそれぞれには、電子ビームに対して透明性の、特に、他の被覆層よりも透明性の１つまたは複数の窓が設けられる。この目的のために、被覆層は局所的に薄くされていてもよく、それによって凹所を形成し、その底が電子ビームに対して透明性の窓によって形成されている。この場合に、それぞれの窓は、チャンバの表面全体に比べて特に小さく、例えば、数平方マイクロメートルの表面を有する。試料は、１マイクロメートルまたはたとえナノメートル台であっても、依然としてより適切な画像が獲得され得るように、このような窓の上に配置され得る。

本発明に係る試料チャンバの中では、均一な熱分布がその表面にわたって、その結果としてチャンバの中において実現されるように、実質的にチャンバの表面にわたって、本明細書で説明されているようにチャンバの少なくとも露出された部分にわたって分布される１つまたは複数の加熱要素の形態で、加熱手段が、被覆層上に、特に、その少なくとも一方の中に設けられているのが好ましい。介在する被覆層の部分を有する別体の加熱部分の中に該またはそれぞれの加熱要素を設計することによって、画像は、加熱要素によって被覆されることから防止される。これは、その場合に、該またはそれぞれの試料が、少なくとも加熱要素間で観察され得るからである。

特に有利な実施形態では、加熱要素が、加熱体コイルの形態で使用される。好ましくは、本発明に係る加熱要素は、例えば、特に小さい厚さ、例えば、５００ナノメートル未満、さらに特定的には、例えば、３００ナノメートル以下の帯および／または板の形態で、窒化チタンから製造される。したがって、加熱要素は、形状に関してチャンバが望ましくない影響を受けることなく、とりわけ容易に、被覆層の中に含まれ得るかまたは被覆層の中に形成され得る。

本発明に係るマイクロリアクタは、チップ技術、特にリソグラフィが利用される、本発明に係る方法で製造されることが好ましい。それによって、チップが、異なる層から構築されることが可能であり、他方で、例えば、窓が、窒化シリコンの１つまたは複数の被覆層が上に設けられている酸化シリコンによって両側が被覆されるシリコンから製造され得る。知られた対応では、被覆層の適切な支持体が実現され、正確な寸法決めが特に小さい寸法で維持されることが可能であり、さらには、望ましい特性が獲得されることが可能であるように、被覆層の一部、介在層、および支持体が、温存されるべき被覆層まで凹所を形成するために、除去されること、特にエッチングされることが可能である。言及された材料は、例として言及されているに過ぎない。

外側仕上げ層（チャンバに面する被覆層の仕上げ層）を施す前に、加熱要素が、例えば、知られている、スパッタリング技法、蒸着技法、エッチング技法、または他の任意適切な対応によって設けられ得る。同時に、接続電極ばかりでなく、例えば、入口および出口も設けられ得る。チャンバの側壁が容易に得られるように、スペーサ手段が、例えば、酸化シリコンから製造された被覆層の上に設けられ得る。

このように形成された２つのチップが相互の上に容易に設けられることが可能であり、他方で、被覆層が、スペーサによって相互から一定の距離に維持される。

本発明はさらに、本発明に係るマイクロリアクタが設けられた試料保持器に関し、この試料保持器は電子顕微鏡の試料チャンバの中に配置するのに適切であり、他方では、インサイチューで、試料保持器を介して、流体が試料チャンバの中へまたはこのチャンバを通って送出され得るように、マイクロリアクタの入口および出口とそれぞれに連結しているかまたは連結され得る供給および排出導管が、試料保持器を貫通して延びる。

本発明を例示することによって、本発明に係るマイクロリアクタ、方法、および試料保持器、ならびにそのための加熱要素の典型的な実施形態が、図面を参照してさらに詳細に説明される。

以降の説明では、同じまたは対応する部分が、同じまたは対応する参照数字によって指定されている。これらの典型的な実施形態は、本発明の例示として図示されているに過ぎず、いずれの場合も限定的であると解釈されるべきではない。

本明細書では、実質的に２つの構築部品から構築されるマイクロリアクタが図示されかつ説明される。これらの構築部品は、それらが実質的にチップ技術を利用して製造されるので、「チップ」と呼ばれる。しかし、これらの構築部品は、異なる対応でも作製され得る。

図１は、第１のチップ２と第２のチップ３とを備える本発明に係るマイクロリアクタ１を断面斜視図で示す。図１では、第１のチップ２が、下部側に配置され、入口４および出口５と中心凹所６とを備える。中心凹所６の反対側に、上部チップ３が同様の凹所７を備える。チップ２、３は、凹所６、７の周囲に枠形状の支持部分５０を形成し、かつ対向する側に周方向環状スペーサ９を形成する。スペーサ９は、例えば、接着、締付け、または適切な他の技法によって相互に対接して固定される。凹所６、７には加熱体コイル８が見えているが、それはさらに詳細に説明される。

図２は、図１に従うマイクロリアクタを断面立面図で拡大して示すが、その断面は尺度に合わせて示されてはいない。明解にする理由のために、幾つかの寸法が他の寸法に対して相対的に拡大されて示されている。

図２では、下部チップ２および上部チップ３が、例えば、中心開口を有する板状部分によって形成されたスペーサ９によって一定の相互距離に維持されているのが明白に分かる。

図示された典型的な実施形態では、それぞれのチップが、一連の層から組み立てられているが、それは例示として本明細書で論じられるものであり、限定的であると解釈されるべきではない。図示された典型的な実施形態では、２つのチップ２、３の構造体は実質的に同一である。チップ２、３は、シリコンから製造された中心の第１の層１０を備える。この第１層の両側に、例えば、酸化シリコン（ウェットエッチングされたＳｉＯ_２（ｗｅｔ ＳｉＯ_２））から製造された第２の層１１が存在する。この第２の層１１の上には、両側に、層１２ａおよび１２ｂと指定された窒化シリコン（低圧化学蒸着されたＳｉＮ（ｌｐｃｖｄ ＳｉＮ））の２つの実質的に同一の層から構築された第３の層１２が設けられている。第１および第２のチップ２、３の対面側には、第２の層１１と第３の層１２との間に、例えば、窒化シリコンから製造された介在層１３が設けられている。

例示として、層の厚さの幾つかの寸法が示されるが、それらは、いずれの場合も限定的であると解釈されるべきではない。第１の層１０は、例えば、約５２５μｍであり、それぞれの第２の層は約０．７５μｍである。２つの第３の層１２ａ、１２ｂはそれぞれ５μｍの厚さであり、他方で、介在層１３は約１０ナノメートルの厚さである。２つのスペーサ９はそれぞれが、例えば、約１μｍの厚さを有する。

知られたチップ技術、特に、リソグラフィを用いて、凹所６、７が、第１のチップ２および第２のチップ３のそれぞれの中に、図２のチップ２、３の両側からそれぞれの介在層１３まで設けられている。図示された典型的な実施形態では、凹所６、７の相互から遠隔にある端部が、相互に対面する側におけるよりも広いように、凹所６、７は、第１の層１０の中に傾斜壁を有する。

２つのチップ２、３の第３の層１２は、介在層１３と共に、窒化シリコンから製造された被覆層を形成する。これらの被覆層は、少なくとも凹所６、７の中では、図２で矢印によって模式的に示されているように、電子顕微鏡の電子ビーム１４に対して僅かに透明性である。第１のチップ２の中には、入口４が、凹所６の第１の側に設けられ、他方で、出口５が、凹所６の対向する側に設けられる。凹所６と全く同様に、入口４および出口５は、チップ技術、特に、リソグラフィで製造されおり、被覆層１２を貫通する。スペーサ９および被覆層１２は反応チャンバを取り囲み、このチャンバの中に入口４および出口５が開く。したがって、気体または液体のような流体は、反応チャンバの中の流量および圧力が簡単に制御および／または測定され得るように、入口４から反応チャンバ１５を通って出口５に作用的に流れ得る。

凹所６に関して中心に位置する、第１のチップ２の被覆層１２の中には、コイルの形態にある加熱手段８が、層１２ａと１２ｂとの間に設けられている。第１のチップ２は、図３の上面図で模式的に示されており、他方では、このような加熱要素の実施形態が、図４および図１０で拡大して示されている。図示された実施形態では、加熱体コイル８は、２つの第１の電極１５と２つの第２の電極１６とに接続された窒化チタンの細い線から構築されている。加熱体コイル８は、一続きの直線的な加熱部分１７から成り、二重巻きコイルが創出されるように、すべてが相互に対してほぼ直角を成して食い違うように配置されている。使用では、抵抗の結果として、正確に制御可能な加熱が実現されるように、このコイルに電圧が印加される。窒化チタンが、例えば、トリコン・シグマ（Ｔｒｉｋｏｎ Ｓｉｇｍａ）ＤＣマイクロ波反応器で反応スパッタリングによって設けられてもよい。

相互に平行に延びる加熱部分１７の間に、図示された実施形態では、凹所１９が、ほぼ円形の断面を有する窓を形成するために設けられている。図２から明白であるように、これらの凹所は、それらが被覆層１２を貫通して介在層１３に達するように設計されている。この介在層１３は、電子線が、結像に対して悪影響を及ぼすことなく、このような層を容易に通過し得るようになっている。

例示として、加熱要素および窓の幾つかの寸法が与えられるが、それらはいずれの場合も限定的であると解釈されるべきではない。例えば、加熱部分１７は、約２０ナノメートルの厚みと約１８μｍの幅とを有してもよい。相互に平行に延びる２つの部分１７の間に、約１２μｍ幅の帯が設けられており、その中には、２行の窓１９が相互に隣接して設けられて、それぞれの窓が、例えば、約２μｍの直径（図４）を有してもよいし、場合によっては、僅かにより大きな直径を有する１行の窓１９（図１０）を有してもよい。使用に際して、試料が凹所１９にまたがって延びてもよいし、または、使用に際して、特に、小さい直径の試料では、要素が凹所１９の中に延びて介在層１３の上に位置してもよい。好ましくは、それぞれの被覆層１２には、このような凹所１９が設けられ、特に、場合によっては、相互に直に対向して凹所１９の対が設けられる。

図３で明白に分かるように、電極１５、１６が、下部、すなわち、第１のチップ２の側面に近づくように延びており、このチップでは、図２に示されているように、電気接点２０がチップ２のそれぞれの表面の中に露出されて、電気接触が形成され得るようになっている。加熱体コイル８は、両側が層１２ａ、１２ｂの一方によって被覆されているので、加熱部分１７は適切に保護されており、さらに一層均一な熱分布がチャンバ１５の中で実現される。

図１１は、以上に論じられた加熱手段８の４つの実施形態を模式的に示す。左上から時計回りに、一列に並んだ開口を備えるコイル、好ましくは部分１７間に底を有しない完全な開口１９を備えるコイル、平行で非常に細い帯１７Ｂから構築されて開口１９の上方で支持された部分１７を備えるコイル、開口１９を間に有する部分１７を備える一方で部分１７と連結された細い突起１７Ａが開口の中に延びるコイルが、薄い膜、例えばＳｉＮの上に支持されている。

図５は、本発明に係る試料保持器２１の長手断面を模式的に示す。本明細書でさらに詳細に論じられない限り、本発明に係る試料保持器２１は、特に、電子顕微鏡の中に懸架しかつ試料保持器を制御する手段に関して、知られた試料保持器、例えば、国際出願ＰＣＴ／ＮＬ９５／００４４４に説明された試料保持器として設計される。

このような試料保持器２１は、試料保持器を制御するために電子顕微鏡の外側に作用的に延びる第１の端部２２と、電子顕微鏡の真空空間（図示せず）の中に作用的に延びる対向する第２の端部または先端２３とを有する。先端２３では、試料が、電子ビームの中に配置されるように受け入れられ得る。図５に示されているように、本発明に係る試料保持器２１では、本発明に係るマイクロリアクタ１は、図１および２で示されたように、凹所６、７が前端２３の中の通路２４中に延びて、それぞれの凹所６、７の中に延びる被覆層１２の一部２５が、凹所の中で見えるように受け入れられる。図５は、電子ビーム１４を示す光軸２６を断続線として示す。

開口２４の第１の側に入口４を有し、気体供給源２９を連結する気体供給導管２８が、試料保持器２１を通って、その長手軸２７にほぼ平行に延びる。この開口の対向する側に、チャンバ１５の出口５が気体排出導管３０と連結されており、その導管の小部分のみが出口５の下方に示されている。この気体出口導管は、気体排出物に連結するために、先端２３から、気体供給導管２８にほぼ平行に第１の端部２２の中へ延びる。さらには、電気配線３１が、第１の端部２２から、マイクロリアクタ１に隣接するチャンバ３２の中へ延びており、このチャンバ３２の中で、電気配線３１は、接点３３を介して第１のチップ２の上の４つの接点２０と接続される。

図５に従う試料保持器は、マイクロリアクタ１に対する電圧および気体または別の流体の供給と放出が、すべて試料保持器２１の軸部３４に通して行われることが可能であり、その結果として、電子顕微鏡の外側から制御されることが可能であるという利点を有する。さらには、軸部３４は長手軸２７回りに回転されることが可能であり、それによって試料保持器の動作が乱されることはない。これは、チャンバ１５の中の試料が、光軸２６に対して長手軸２７回りに回転され得ることを意味する。

気体流または液体流のような、チャンバ１５を通過する流体の流れが、入口導管２８および排出導管３０を介して実現され得るが、その流れによって、チャンバ１５の中の圧力も、このチャンバ中で流れが生成されることなく制御され得ることが明白であろう。さらには、加熱手段８を用いて、チャンバの中の温度が、正確に制御されかつ監視され得る。また、加熱体コイル８は、例えば、チャンバ１５の中で生じる反応の結果として、このチャンバ１５の中の温度変化を検出するためにも使用され得る。

図８は、試料保持器２１の先端２３の一部を模式的に示すが、その図では、同じ部分が同じ参照数字を有する。単純化として、図５から９では、加熱手段８および窓１９が必ずしも示されてはいない。

図８に示されているように、マイクロリアクタ１は、軸部３４に対して、これらの間に設けられたガスケット３５、特に、Ｏリングによって気密固定される。図８は、第２のチップ３に対接する、上部側のガスケット３５のみを示すが、同じように、封止体３５が、第１のチップ２に対接して下部側に設けられているか、または設けられ得る。ガスケット３５は、開口２４の周囲に延びるチャンバ３６の中に延在する。これは、電子顕微鏡の真空チャンバ中の真空が容易に維持され得ることを保証する。図８は、チャンバ３２の中に、電気配線３１の電線３７の端部をさらに示すが、この図では、配線３７と接続された一方の側と、マイクロリアクタ１の電気接点２０に当接する他方の側とに、弾性要素３８が明確に示されている。この実施形態では、入口４がチャンバ３２と直接連結され、出口５がマイクロリアクタの対向する側でチャンバ３９と連結されている。図５に示された対応と同様の対応で、チャンバ３２および３９は、チャンバ１５の中の流体を供給しかつ排出し、および／または圧力を制御するために、それぞれに入口導管２８および出口導管３０（図８には図示されていない）と連結される。

図６および７は、試料保持器２１の先端２３の代替的な実施形態を示すが、図７は、図６に従って先端の線ＶＩＩ−ＶＩＩに従う断面を模式的に示す。この実施形態では、マイクロリアクタ１は、試料保持器２１の長手軸２７に対して直角を成して延びる軸４１回りに回転する回転本体４０の中に収容される。このような試料保持器２１の中の回転本体４０用の動作手段は、常法から一般に十分に知られており、本明細書ではさらに詳細に論じられることはない。

図６および７に示された実施形態では、マイクロリアクタ１が、図８に示された対応と同じ対応で回転本体４０の中に収容されており、他方で、図７では、第１のチャンバ３２がマイクロリアクタ１の左側に延び、かつ第２のチャンバ３９がその右側に延びる。この場合では、回転軸４１が第１の回転軸４１Ａと第２の回転軸４１Ｂとから構築されて、両方が先端２３の中に固定して設けられた中空管として設計されている。ガスケット４２が、回転本体４０の中で回転軸４１Ａ、４１Ｂを封止する。外側に位置する、管４１Ａ、４１Ｂの端部４３Ａ、４３Ｂが、図５と同様の対応で、試料保持器２１を通って供給導管２８および排出導管３０の中にそれぞれ開き、他方で、管４１Ａ、４１Ｂの対向側端部４４Ａ、４４Ｂが、第１のチャンバ３２および第２のチャンバ３９の中にそれぞれ開く。したがって、この場合も、流体は、試料保持器２１の第１の端部２２からチャンバ１５の中に供給されかつ排出されることが可能であり、および／またはチャンバ１５の中の圧力が制御されることが可能である。それ自体が知られた手段を使用して、回転本体４０は、チャンバ１５、したがってその内部に提供された試料が、光軸２６に対して相互に別々の２つの方向へ回転されるように、回転軸４１を中心にして管４１Ａ、４１Ｂの第２の端部４４Ａ、４４Ｂ回りに回転され得る。

図７に示された実施形態では、回転本体４０が、管４１Ａ、４１Ｂおよび蓋４６から懸架された下部部分４５から構築されている。下部部分４５には空間が設けられており、その中に、ガスケット３５を備えるマイクロリアクタ１が配置され、その後で、このマイクロリアクタが蓋４６を用いて固定され得る。これは、マイクロリアクタの配置を容易に可能とする。このような構造体はまた、当然のことであるが、本発明に係る試料保持器２１の他の実施形態で使用されてもよい。

チップ２、３は、例えば、チップ技術を用いて次のように作製されてもよい。

第１の層１０の上に、第２の層１１が両側に設けられ、次いで、この第２の層は第３の層１２の第１の層１２Ａによって被覆されており、他方で、少なくとも一方の側では、介在層１３が第２の層１１と第３の層１２との間に設けられる。次いで、第１のチップ２を製造するために、加熱体コイル８が、チップ２の側面上に、例えば、スパッタリングおよび後段のエッチングによって設けられる。窒化チタン層が、チタンの非常に薄い層によって固着され得る。次いで、それぞれの被覆層１２の第２の層１２Ｂが設けられる。酸化シリコンの層が、少なくとも一方の側にスペーサ９用に設けられる。

それ自体が知られており、かつ本明細書で詳細には説明されないチップ技術、特に、リソグラフィおよびエッチング工程から知られた方法で、凹所４、５、６、および７が、第１および第２のチップの中にそれぞれ設けられ、他方では、さらに、酸化シリコンの層の一部が、窓形状のスペーサ９を形成するために除去される。後段では、窓を実現するために、凹所１９が形成される。さらには、層１２Ｂが接点２０から除去される。

それに引き続いて、第１のチップ２および第２のチップ３が相互の上に付着され、それによってチャンバ１５を形成する。

以上では、それぞれの場合に、実質的に密閉されたチャンバ１５が、入口４および出口５を備えて形成されている。当然のことであるが、同様の対応で、完全に密閉されたチャンバ１５が実現され得る。代替的に、凹所１９も、それらが、例えば、相対的に大きな試料で使用され、および／またはチャンバ１５と環境との間の圧力差が重要ではないかまたは重要性がより低い状況では、環境との開放連結部を形成するように設けられてもよい。

代替的に、本発明に係るチップ、特に、加熱要素８を含むチップが、個々に加熱板として使用され得る。このようなチップ２Ａが、図９に模式的に示されており、図５に示されかつそれを参照して説明された保持器と同様であるが、ガス供給導管２８およびガス排出導管３０を含まない試料保持器２１の先端２３の中に収容されている。チップ２Ａは、図１および２に示されかつそれを参照して説明されたチップ２と実質的に同一であるが、入口４および出口５が割愛されている。特に、このような実施形態では、凹所１９が、連続穴の形態で被覆層１２の厚さ全体を貫通し得る。しかし、これらは封止されてもよい。電気供給配線３１が、この場合でもチップ２Ａの接続点２０に接続される。

使用に際して、試料が加熱要素８の上に配置され、それによってオプションとして幾つかの加熱部分１７と、それらの間の凹所１９を覆う。加熱要素を使用して、試料は、相対的に少ない供給エネルギーで、特に適切でかつ厳密な対応で加熱され得る。例示として、約５００℃の温度を得るために、電子顕微鏡用の従来の加熱要素による約１ワットの仕事率ではなく、約２０ｍＷの仕事率で済むことになる。これらの値は、当然のことであるが、例示として言及されているに過ぎず、いずれの場合も限定であると解釈されるべきではない。相対的に低い供給エネルギーの結果として、チップの膨張が相対的に小さく、それによってドリフトを最小限にするという利点が実現される。これは、望ましくない画像のずれが防止されることを意味し、それは、試料の適切で十分に明確な画像の獲得を大幅により容易にする。

さらなる代替的な実施形態では、本発明に係るマイクロリアクタ１が、特に、電子顕微鏡で生物組織を精査するために、気候セル（ｃｌｉｍａｔｅ ｃｅｌｌ）（従来から環境セル、ウェット・セル、または水化チャンバとも呼ばれる）として使用され得る。この目的のために、マイクロリアクタではおよび／または試料保持器２１では、余分のチャンバが設けられており、そのチャンバの中には加熱手段が設けられる。使用に際して、このような余分のチャンバ、例えば、図７または８のチャンバ３２または３９の中に、余分の加熱手段によってチャンバ１５の中の温度と実質的に等しい温度にされる液体、特に水が供給される。使用に際して、生物組織の形態にある試料が、凝縮が防止されるような対応で、飽和水蒸気によって包囲されてチャンバ１５の中に導入される。この目的のために、余分なチャンバの中の水が望ましい温度まで加熱され、他方では、さらに、飽和水蒸気が常に維持されるようにチャンバの中の圧力が制御される。このような本発明に係るセルは、従来技術から知られているセルにまさって、加熱手段ならびに／または入口および出口の結果として、試料の損傷がより適切に防止され得るように、さらに、この試料のより適切な画像が獲得され得るように、非常に適切な気候制御がチャンバの内部で可能であるという利点を提供する。さらなる利点は、チップ技術を利用することによって、その製造が大幅に簡素化されたことである。

凹所６、７の少なくとも一方はまた、幅方向および長手方向を有する細長い細溝として設計されてもよい。この場合に、電子ビームが、相対的に大きな傾斜角によって、凹所６、７の周囲の材料によって妨害されることが防止されるように、また凹所、すなわち、被覆層の少なくとも露出部分が相互に関して完全には位置合わせされていなければ、長手方向は、保持器の当該または任意の回転軸、特に、マイクロリアクタを傾斜させるための回転軸に対してほぼ横方向に延びることが好ましい。

場合によっては、窓は、特に、使用される気体が顕微鏡に悪影響を及ぼしていなければ、ある程度までまたは完全に気体に対して透過性であってもよい。窓の特に小さい表面の結果として、その場合には、圧力が依然として十分に制御され得る。

本発明は、導入部および説明において提示された実施形態に決して限定されるものではない。これらの実施形態の数多くの変形が本発明の構想の範囲内で可能である。よって、材料および寸法は例示として言及されているに過ぎず、したがって限定的であると解釈されるべきではない。特に、図示されかつ説明された実施形態の部分の組合せも本明細書で実施されかつ説明されているものとして理解されるべきである。特に、第１および第２のチップ２、３は、マイクロリアクタとして、すなわち、少なくともそのように設計された加熱板として個々に使用されてもよい。

これらおよび数多くの同様な変形は、特許請求の範囲の中に記載された本発明の構想の範囲内にあるものと理解されている。

本発明に係るマイクロリアクタを示す断面斜視図である。 本発明に係るマイクロリアクタの、拡大されているが尺度に合わせて示されていない断面側面図である。 本発明に係るマイクロリアクタを形成するために使用するチップを模式的に示す上面図である。 本発明に係るチップの被覆層の一部をさらに拡大して模式的に示す図である。 本発明に係る試料保持器を模式的に示す図である。 本発明に係る試料保持器の先端を模式的に示す斜視図である。 図６で言及された先端を示す、線VII−VIIに従う断面斜視図である。 本発明に係るマイクロリアクタを有する、本発明に係る試料保持器の先端の一部を模式的に示す断面側面図である。 本発明に係る試料保持器の代替的な実施形態を示す図である。 本発明に係る加熱要素を示す上面図である。 本発明に係る加熱要素の４つの代替的な実施形態を示す図である。

Claims (21)

1. 第１および第２の被覆層を備え、前記被覆層は、両方とも電子顕微鏡の電子ビームに対して少なくとも一部が透明性であり、さらに相互から一定の相互距離を置いて相互に隣接して延び、前記被覆層間にチャンバが取り囲まれている、顕微鏡で使用するマイクロリアクタであって、入口および出口が、流体を前記チャンバに通して供給するために設けられ、さらに加熱手段が、前記チャンバおよび／または前記チャンバの中に存在する要素を加熱するために設けられるマイクロリアクタ。
2. 前記電子ビームに対して透明性である前記被覆層の少なくとも前記一部は、平均して１００マイクロメートル未満、さらに特定的には２０マイクロメートル未満、好ましくは１０マイクロメートル未満の相互距離にある、請求項１に記載のマイクロリアクタ。
3. 前記相互距離は数マイクロメートルであり、前記被覆層の前記一部の間に取り囲まれた前記チャンバは、前記被覆層の前記一部にほぼ平行に測定された露出表面を有し、前記露出表面は、２０ｍｍ^２未満、特定的には１０ｍｍ^２未満、さらに特定的には５ｍｍ^２未満、好ましくは１ｍｍ^２ほどの大きさである、請求項２に記載のマイクロリアクタ。
4. 前記被覆層は気密および液密である、前記請求項のいずれか一項に記載のマイクロリアクタ。
5. 前記被覆層の中に、前記電子ビームに対して透明性である窓が設けられ、第１の被覆層の中の少なくとも１つの窓が、対向する第２の被覆層の中の窓に対向して配置される、前記請求項のいずれか一項に記載のマイクロリアクタ。
6. 少なくとも１つの被覆層の中の前記窓は、前記チャンバの中の凹所として形成される、請求項５に記載のマイクロリアクタ。
7. 前記加熱手段は、加熱要素、特に加熱体コイルを含み、前記加熱要素は被覆層の中にまたは前記被覆層の上に収容される、前記請求項のいずれか一項に記載のマイクロリアクタ。
8. 前記またはそれぞれの加熱要素は、前記加熱要素が前記チャンバの中で実質的に均一な熱分布を作用的に保証するように設けられる、請求項７に記載のマイクロリアクタ。
9. 前記被覆層の少なくとも１つの中で、一定の相互距離を置いて配置された加熱部分を含む加熱要素が収容され、前記加熱部分の少なくとも幾つかの間に、電子顕微鏡の前記電子ビームに対して透明性である前記またはそれぞれの個々の被覆層の部分が設けられる、前記請求項のいずれか一項に記載のマイクロリアクタ。
10. 前記マイクロリアクタは、チップ技術、特にリソグラフィの利用によって少なくとも一部が製造される、前記請求項のいずれか一項に記載のマイクロリアクタ。
11. それぞれの被覆層は本体の一部であり、前記本体は、前記マイクロリアクタを形成するために相互に連結される、前記請求項のいずれか一項に記載のマイクロリアクタ。
12. 被覆層を備え、前記被覆層の少なくとも一部が、特に透過型の電子顕微鏡の電子ビームに対して透明性である、電子顕微鏡で使用するマイクロリアクタであって、加熱要素が前記被覆層の中にまたは前記被覆層の上に収容され、前記透明性部分は、少なくとも一部が前記加熱要素の加熱部分間に延びるマイクロリアクタ。
13. 請求項１から１１のいずれか一項に記載のマイクロリアクタにおける、請求項１２に記載のマイクロリアクタの使用。
14. 前記請求項のいずれか一項に記載のマイクロリアクタで使用する加熱要素であって、前記加熱要素が、５００ｎｍ未満、さらに特定的には３００ｎｍ未満の厚さを有する帯および／または板の形態にあるＴｉＮから製造される加熱要素を含む、加熱要素。
15. 電子顕微鏡で使用するマイクロリアクタを製造する方法であって、リソグラフィ技法を用いて、凹所を有する少なくとも１つのチップが製造され、前記凹所は被覆層によって封止され、前記被覆層は、少なくとも一部が電子顕微鏡の電子ビームに対して透明性である方法。
16. スペーサを用いて、第２の被覆層が、第１の被覆層の上方に、これらの間にチャンバが取り囲まれるように前記第１の被覆層から一定の距離を置いて設けられる、請求項１５に記載の方法。
17. 前記第１および前記第２の被覆層は、リソグラフィ技法を用いて２つの別体のチップとして製造され、前記チップは相互の上に設けられ、それによって前記チャンバを形成する、請求項１５または１６に記載の方法。
18. 少なくとも一方の被覆層、好ましくはそれぞれの被覆層の中に、少なくとも１つの窓が、底を有する凹所の形態で設けられ、前記底は前記電子ビームに対して透明性である、請求項１５から１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 加熱要素が、前記被覆層の少なくとも一方の上に設けられ、前記加熱要素は前記チャンバに面する側が被覆される、請求項１５から１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記チャンバのための入口および出口が設けられる、請求項１５から１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 相互から離間された加熱要素を有する加熱要素が設けられたチップであって、前記加熱部分の少なくとも幾つかの間に、電子顕微鏡の電子ビームに対して透明性である窓を形成するために凹所が設けられるチップ。

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