JP2017074023A - 樹液捕集装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】捕集プローブの内部に流路を形成できる樹液捕集装置の製造方法を提供する。【解決手段】樹液が流入する流路２１を有する捕集プローブ２０を備える樹液捕集装置１の製造方法であって、半導体基板ＳＢに流路２１の一対の側壁２３を形成する側壁形成工程と、シート状のフォトレジストＲ２を一対の側壁２３の上端に架け渡して熱融着し、フォトレジストＲ２の不要部分を除去して流路２１の天井部２４を形成する天井形成工程とを備える。シート状のフォトレジストＲ２を用いて流路２１の天井部２４を形成するので、捕集プローブ２０の内部に流路２１を容易に形成できる。【選択図】図１

Description

本発明は、樹液捕集装置の製造方法に関する。さらに詳しくは、植物の新梢末端等の細部における樹液を捕集するための樹液捕集装置の製造方法に関する。

作物や果樹等の生産では、生産性の観点から植物の生育状態に合わせて適切な時期に灌水や養分補給を行う必要がある。このため、植物の生育に影響を与えず、その生育状態を的確に把握することが非常に重要となる。

一般的に、多くの農業現場では、例えば無降雨日数に基づいた経験や勘によって植物の生育状態を把握しているというのが現状である。しかし、経験等に基づく方法によって植物の生育状況を管理するには、熟練が必要であり手間や時間がかかる。また、基準となる指標が個人的な経験等に基づくものである。したがって、このような経験等に基づいて植物の生育状態を把握する方法は、誰もが簡便に実施することは難しい。

一方、近年、植物の生体情報に基づいて作物や果樹の水分制御や施肥管理を行うための様々な技術が開発されている。その中でグラニエ法を利用した測定方法が注目を集めている。一方、ヒートパルス法により樹液の流速を測定する方法も開示されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１には、樹木の主幹にドリル等によって形成した孔の中に配置することができる棒状の３本の温度センサおよび１本の棒状ヒータを備えた装置が開示されている。そして、特許文献１には、この装置の温度センサおよび棒状ヒータを樹木の辺材部に形成した孔の中に配置し、所定の時間経過後に両センサ間における温度差に基づいて樹木中を流れる樹液の流速を測定するという技術が開示されている。

しかし、特許文献１の装置は、そもそも茎径が比較的大きい樹木等の流速を測定するために開発されたものであり、装置に用いられる棒状のセンサも明細書等の記載から判断するとあまり小さなものではないと思われる。このため、特許文献１の装置では、茎径が数ｍｍ程度の小さい植物に適用する場合に関しては開示されていないと判断される。

植物の生育状態を把握するには、植物の樹液流量を直接測定することが重要である。特に、作物や果樹等の生産性および品質を向上させる上では、植物の新梢末端や果柄等、作物や果樹等の近傍に位置する太さが数ｍｍ程度の植物細部中の水分の動きを測定することが非常に重要である。

そこで、本願発明者は、新梢末端や果柄等の植物細部内を流れる水分（液体）の動態（水分動態）を測定することができる植物水分動態センサを考案している（特許文献２）。特許文献２には、新梢末端や果柄等に突き刺すことができる寸法に形成された各種のプローブを備える植物水分動態センサが開示されている。プローブを植物の細部に突き刺して配置し、グラニエ法を利用して水分動態を測定できる。

また、特許文献２には、植物水分動態センサに植物の樹液が流入する流路が形成された捕集プローブを備えることが開示されている。

特開平６−２７３４３４号公報 特開２０１５−１４５８１０号公報

前記捕集プローブの内部に流路を形成する方法として、例えば犠牲層エッチングが考えられる。しかし、捕集プローブは新梢末端や果柄等に突き刺すことができる寸法（例えば、長さ50μm〜1mm、幅50〜300μm、厚み50μm）である。犠牲層エッチングにより、このような細長い捕集プローブの内部に流路を形成するのは困難であるという問題がある。そこで、特許文献２では、ガラス基板上に流路となる溝を形成し、温度センサーを形成したシリコン基板を貼り合わせることで天井を形成しているが、このようなプロセスは工程が複雑で安価に製造することが困難であるという課題を有している。

本発明は上記事情に鑑み、簡単なプロセスで捕集プローブの内部に流路を形成できる樹液捕集装置の製造方法を提供することを目的とする。

第１発明の樹液捕集装置の製造方法は、樹液が流入する流路を有する捕集プローブを備える樹液捕集装置の製造方法であって、半導体基板に前記流路の一対の側壁を形成する側壁形成工程と、シート状のフォトレジストを前記一対の側壁の上端に架け渡して熱融着し、該フォトレジストの不要部分を除去して前記流路の天井部を形成する天井形成工程と、を備えることを特徴とする。
第２発明の樹液捕集装置の製造方法は、第１発明において、前記側壁形成工程において、前記半導体基板にフォトレジストを塗布またはシート状のフォトレジストを熱融着し、該フォトレジストの前記流路に相当する部分を除去して前記側壁を形成することを特徴とする。
第３発明の樹液捕集装置の製造方法は、第１発明において、前記側壁形成工程において、前記半導体基板の前記流路に相当の部分を除去して前記側壁を形成することを特徴とする。
第４発明の樹液捕集装置の製造方法は、第２発明において、側壁形成工程後に前記側壁を親水化する親水化工程、又は前記天井形成工程後に流路中を親水化する親水化工程をさらに備えることを特徴とする。
第５発明の樹液捕集装置の製造方法は、第１、第２、第３または第４発明において、前記樹液捕集装置は、前記流路に接続された排出路を有する排出部をさらに備え、前記排出路は前記側壁形成工程において、前記流路の一対の側壁を形成するとともに、前記排出路の一対の側壁を形成し、前記天井形成工程において前記流路の天井部を形成するとともに、前記排出路の天井部を形成することを特徴とする。

第１発明によれば、シート状のフォトレジストを用いて流路の天井部を形成するので、捕集プローブの内部に流路を容易に形成できる。
第２発明によれば、流路の側壁をフォトレジストで形成するので、半導体基板に対して垂直な側壁を形成でき、流路の断面積を広くできる。その結果、樹液が流路に流入しやすくなる。
第３発明によれば、半導体基板により流路の底部と側壁とが一体形成されるので、捕集プローブの強度を高くできる。
第４発明によれば、側壁または天井部を含む流路中が親水化されているので、樹液が流路に流入しやすくなる。
第５発明によれば、捕集プローブを形成すると同時に排出部を形成できるので、製造工程を簡略化できる。

本発明の第１実施形態に係る樹液捕集装置１の平面図である。 同樹液捕集装置１の最上部のフォトレジストＲ２を省略した平面図である。 同樹液捕集装置１の正面図である。 （Ａ）は図１におけるIVa-IVa線矢視断面図であり、（Ｂ）は図１におけるIVb-IVb線矢視断面図であり、 同樹液捕集装置１の使用状態の説明図である。 準備工程における樹液捕集装置１の（Ａ）平面図、（Ｂ）正面図である。 センサ部形成工程における樹液捕集装置１の（Ａ）平面図、（Ｂ）正面図である。 プローブ形成工程（前半）における樹液捕集装置１の（Ａ）平面図、（Ｂ）正面図である。 プローブ形成工程（後半）における樹液捕集装置１の（Ａ）平面図、（Ｂ）正面図である。 側壁形成工程（前半）における樹液捕集装置１の（Ａ）平面図、（Ｂ）正面図である。 側壁形成工程（後半）における樹液捕集装置１の（Ａ）平面図、（Ｂ）正面図である。 天井形成工程（前半）における樹液捕集装置１の（Ａ）平面図、（Ｂ）正面図である。 天井形成工程（後半）における樹液捕集装置１の（Ａ）平面図、（Ｂ）正面図である。 本発明の第２実施形態に係る樹液捕集装置２の使用状態の説明図である。 （Ａ）は本発明の第３実施形態に係る樹液捕集装置３の平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるb-b線矢視断面図である。 親水化処理効果の持続性試験における接触角の経時変化を示すグラフである。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係る樹液捕集装置１について説明する。
本実施形態の樹液捕集装置１は、特に師管液を捕集するのに適している。

（樹液捕集装置１）
図１に示すように、樹液捕集装置１は、支持部１０と、３つの捕集プローブ２０と、一対の電気抵抗プローブ３０とを備えている。なお、捕集プローブ２０の数は３つに限られず、１つでもよいし、複数でもよい。

各プローブ２０、３０は、それらを同一平面内で平行に並べた状態で、その基端が支持部１０に支持されている。一対の電気抵抗プローブ３０は、３つの捕集プローブ２０を挟む位置に設けられている。これらのプローブ２０、３０を植物に突き刺すことで、植物に樹液捕集装置１が設置される。

支持部１０およびプローブ２０、３０は、フォトリソグラフィや、エッチング、スパッタ法や真空蒸着法等の薄膜形成を用いたＭＥＭＳ技術を用いて、シリコン基板やＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板等の半導体基板を加工することで形成されている。なお、本実施形態はシリコン基板を用いた例である。

（支持部１０）
支持部１０は、プローブ２０、３０を支持する部材である。支持部１０は、平面視長方形の板材であり、片方の長辺部に全てのプローブ２０、３０が支持されている。支持部１０は、その長手方向の長さが全てのプローブ２０、３０を所定の間隔で配置できる長さを有していればよく、短手方向の長さは特に限定されない。

（プローブ２０、３０）
各プローブ２０、３０は、棒状の部材であり、支持部１０の縁（長辺部）に片持ち梁状に形成されている。各プローブ２０、３０の先端部は三角形等、尖った形に形成されているのが好ましい。プローブ２０、３０の先端部が尖った形に形成されていれば、プローブ２０、３０を植物の細部に挿入するときの挿入抵抗を小さくすることができる。これにより、プローブ２０、３０を植物の細部にスムースに突き刺して設置できる。また、プローブ２０、３０を植物の細部に突き刺す際にプローブ２０、３０の先端部が破損することを防止できる。

各プローブ２０、３０は、植物の新梢末端や果柄等、茎径または軸径が数mm程度の植物の細部に突き刺して配置できる寸法に形成されている。各プローブ２０、３０の長さ（軸方向に基端から先端までの長さ）は、植物の細部に突き刺して設置した状態において、その先端部が植物の細部の導管や師管に配置され得る寸法に形成されている。例えば、各プローブ２０、３０の長さは100〜1,000μmである。

電気抵抗プローブ３０は捕集プローブ２０よりも長く形成されている。より詳細には、電気抵抗プローブ３０の長さは、捕集プローブ２０の長さよりも、測定対象となる植物の師管の中心と導管の中心との距離の分だけ長く形成されている。この長さの差Ｄは、測定対象となる植物の種類や茎の太さによるが、例えば50〜300μmである。

各プローブ２０、３０の幅は、特に限定されないが、例えば50〜300μmである。プローブ２０、３０の幅が短いほど、植物に対するダメ−ジ(損傷)を小さくできる。

図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、各プローブ２０、３０は、シリコン基板ＳＢの下部を除去することにより、支持部１０の厚みよりも薄く形成されている。各プローブ２０、３０の厚みは測定対象となる植物の師管や導管の幅よりも短く形成されている。各プローブ２０、３０の厚みは測定対象となる植物の種類や茎の太さによるが、例えば50〜300μmである。厚みが50μm以上であれば強度が十分であり、プローブ２０、３０を植物に挿抜する際に折れる恐れがない。また、植物の種類にもよるが導管や師管の太さは100〜400μm程度であるため、厚みが300μm以下であればプローブ２０、３０を導管や師管に刺してもそれらを塞ぐことを抑制できる。

（捕集プローブ２０）
捕集プローブ２０は師管液や導管液等の樹液が流入する流路２１を有するプローブである。捕集プローブ２０の内部には軸心に沿って流路２１が形成されている。流路２１は、捕集プローブ２０の先端から基端に掛けて形成されている。そのため、捕集プローブ２０は中空の針の様な形状を有している。

図３に示すように、捕集プローブ２０は先端から見た形状が矩形であり、そのほぼ中心に矩形の流路２１が形成されている。より詳細には、捕集プローブ２０は底部２２と、底部２２の両側部に立設した一対の側壁２３、２３と、一対の側壁２３、２３の上端に架け渡された天井部２４とからなる。

図１および図４（Ａ）に示すように、支持部１０の内部には液溜部１１が形成されている。捕集プローブ２０の流路２１は液溜部１１に接続されている。流路２１を通して捕集された樹液は液溜部１１に溜められる。液溜部１１の上部には排出孔１２が形成されている。この排出孔１２を通して、液溜部１１に溜められた樹液を回収できる。

図２および図３に示すように、捕集プローブ２０の先端部にはｐＨ測定用素子２５が設けられている。より詳細には、ｐＨ測定用素子２５は流路２１内であって底部２２の上面に設けられている。ｐＨ測定用素子２５は、植物の師管液や導管液等の樹液のｐＨを測定するための素子である。ｐＨ測定用素子２５は、捕集プローブ２０の先端部に配設することができる大きさのものであれば、特に限定されない。例えば、ｐＨ測定用素子２５として、イオン感応性電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）を採用することができる。イオン感応性電界効果トランジスタは、通常の電界効果トランジスタ(ＦＥＴ)のゲート酸化膜上の金属電極部がなく、その代わりに誘電体等のイオン感応膜が形成されているものである。

支持部１０の上面には、１つのｐＨ測定用素子２５ごとに、それに対応する少なくとも３つの電極パッド２６が配設されている。これら３つの電極パッド２６はそれぞれｐＨ測定用素子２５のゲート電極、ソース電極およびドレイン電極に対応している。ｐＨ測定用素子２５のゲート電極、ソース電極およびドレイン電極は配線を介して電極パッド２６と接続されている。

イオン感応性電界効果トランジスタ２５は、イオン感応膜の電位が、それに触れた樹液のイオン濃度に依存して変化する。その電位変化をゲート電極の電圧とドレイン電極の電流との関係から測定する。測定した電位変化から樹液のｐＨを求めることができる。

（電気抵抗プローブ３０）
図１に示すように、電気抵抗プローブ３０は一対の電気抵抗測定用電極３１が設けられたプローブである。一対の電気抵抗測定用電極３１は、その電気抵抗測定用電極３１間に存在する物質、例えば植物の師管液や導管液の電気抵抗を測定するための電極である。電気抵抗測定用電極３１は、上記のごとき電気抵抗プローブ３０の先端部に配設することができる大きさのものであれば、特に限定されない。例えば、アルミニウム（Al）薄膜を電気抵抗測定用電極３１として採用することができる。

支持部１０の上面には、各電気抵抗測定用電極３１に対応する電極パッド３２が配設されている。電気抵抗測定用電極３１は配線を介して電極パッド３２と接続されている。

１つの電気抵抗プローブ３０に設けられた一対の電気抵抗測定用電極３１に対応する一対の電極パッド３２、３２の間には、交流電源と電流計とが直列に接続される。交流電源で一対の電気抵抗測定用電極３１、３１間に電流を供給し、電流計で一対の電気抵抗測定用電極３１、３１間に流れる電流を測定する。オームの法則を基に、電流計で測定した電流から、一対の電気抵抗測定用電極３１、３１間の電気抵抗を算出することができる。

（樹液捕集方法）
つぎに、樹液捕集装置１によって樹液を捕集する方法について説明する。
まず、測定対象となる植物の新梢末端に、樹液捕集装置１を取り付ける。
具体的には、図５に示すように、樹液捕集装置１の全てのプローブ２０、３０を植物の細部に突き刺して取り付ける。このとき、導管ＸＹおよび師管ＰＨに沿って、プローブ２０、３０を配置する。

プローブ２０、３０を植物の細部に突き刺していくと、電気抵抗プローブ３０に設けられた電気抵抗測定用電極３１は、植物の皮層ＣＯおよび師管ＰＨを通り、導管ＸＹに達する。さらに、深く突き刺していくと、電気抵抗測定用電極３１は、植物の髄ＰＩに達する。

ここで、導管ＸＹに流れる導管液にはミネラルが含まれているため、その他の部分（皮層ＣＯ、師管ＰＨ、髄ＰＩ等）に含まれる水分に比べて電気抵抗が低いという性質を有する。これを利用して、電気抵抗プローブ３０で測定された電気抵抗が低くなる深さまでプローブ２０、３０を突き刺せば、電気抵抗測定用電極３１を導管ＸＹの位置に配置することができる。

また、前述のごとく、電気抵抗プローブ３０は捕集プローブ２０よりも長さＤだけ長く形成されている。そのため、電気抵抗測定用電極３１を導管ＸＹの位置に配置した状態とすれば、自ずと捕集プローブ２０の先端部が植物の師管ＰＨの位置に配置される。

以上のように、電気抵抗プローブ３０は導管ＸＹの位置検出機能を有し、電気抵抗プローブ３０で測定された電気抵抗から導管ＸＹの位置を検出できる。プローブ２０、３０を植物に突き刺す際に、電気抵抗プローブ３０が導管ＸＹを検出する深さまで突き刺せば、捕集プローブ２０の先端部を師管ＰＨの位置に正確に配置することができる。

電気抵抗プローブ３０を１つのみ備える形態としてもよいが、本実施形態の樹液捕集装置１のように２つの電気抵抗プローブ３０を備える方が好ましい。プローブ２０、３０を植物に突き刺す際に、２つの電気抵抗プローブ３０が同時に導管ＸＹを検出する深さまで突き刺せば、捕集プローブ２０の先端部を師管ＰＨに沿って配置できるからである。

特に、本実施形態のように、２つの電気抵抗プローブ３０を、捕集プローブ２０を挟む位置、すなわち、外側の位置に設ければ、２つの電気抵抗プローブ３０の間の距離が長くなり、より正確に捕集プローブ２０の先端部を師管ＰＨに沿って配置することができる。

また、捕集プローブ２０に設けられたｐＨ測定用素子２５を用いて樹液のｐＨ値を測定できる。師管液にはスクロース等の光合成産物が含まれているため、導管液に比べてｐＨ値が高い。具体的には、一般に、導管液のｐＨは約６であるのに対して、師管液のｐＨ値は約７．５〜８である。ｐＨ測定用素子２５により測定されたｐＨ値に基づいて、捕集プローブ２０の流路２１に流入した樹液が師管液か導管液かを判断できる。ｐＨ測定用素子２５で測定されたｐＨ値が師管液のｐＨ値となるまでプローブ２０、３０を突き刺せば、捕集プローブ２０の先端部を師管ＰＨに配置することができる。

電気抵抗測定用電極３１とｐＨ測定用素子２５とを組み合わせて用いれば、より確実に導管ＸＹと師管ＰＨの位置を特定することができるため、捕集プローブ２０の先端部を正確に師管ＰＨに配置することができる。その結果、導管液等が混ざることがなく高純度な師管液を捕集することができる。

捕集プローブ２０を測定対象となる植物に突き刺して、その先端を植物の師管ＰＨに配置すると、師管液が流路２１に流入して液溜部１１に導かれる。液溜部１１に貯留された師管液は、排出孔１２を介してシリンジ等（図示せず）により回収することができる。このように、植物の樹液を、流路２１を介して捕集することができる。

捕集された樹液は、研究室等に持ち帰って液体クロマトグラフィー等の装置で分析することにより、栄養物質等を分析することができる。このように、捕集プローブ２０により樹液を捕集できるので、樹液に含まれる栄養物質の分析に用いることができる。

（製造方法）
つぎに、図６から図１３に基づき、樹液捕集装置１の製造方法を説明する。
前述のごとく、樹液捕集装置１はＭＥＭＳ技術を用いて、シリコン基板ＳＢやＳＯＩ基板等の半導体基板を加工することで形成されている。以下では、シリコン基板ＳＢを加工する例を説明するが、ＳＯＩ基板を加工する場合もほぼ同様である。

（１）準備工程
図６に示すように、加工前のシリコン基板ＳＢは平面視矩形の薄板である。準備工程では、まず、シリコン基板ＳＢに対して化学薬品を用いて表面洗浄を行う。つぎに、シリコン基板ＳＢの両面に、酸化拡散炉を用いて熱酸化膜を形成する。ここで、シリコン基板ＳＢにおいて、予めｐＨ測定用素子２５、電気抵抗測定用電極３１、電極パッド２６、３２および配線からなるセンサ部を形成する側の熱酸化膜を残し、その反対側の熱酸化膜は、化学溶液等により、エッチングしておく。

（２）センサ部形成工程
つぎに、図７に示すように、シリコン基板ＳＢに形成された熱酸化膜上に、ｐＨ測定用素子２５、電気抵抗測定用電極３１、電極パッド２６、３２および配線からなるセンサ部を形成する。

ｐＨ測定用素子２５としてのイオン感応性電界効果トランジスタは、ＭＯＳ型電界効果トランジスタ(ＭＯＳ−ＦＥＴ)を基本構造としている。イオン感応性電界効果トランジスタは以下の手順で形成される。すなわち、シリコン基板ＳＢ（ｐ型）上にソースおよびドレインの埋め込み層（ｎ⁺）を拡散工程等により形成する。ついで、それらの埋め込み層と接続する金属電極をスパッタ法や蒸着法を用いて形成する。ついで、これらの上部に、SiO₂やTaO_X等の誘電体膜からなるイオン感応膜（ゲート酸化膜）をスパッタ法等により形成する。

電気抵抗測定用電極３１、電極パッド２６、３２および配線は、例えば、スパッタ法や蒸着法を用いてシリコン基板ＳＢ上にＡｌ薄膜を堆積させることにより形成される。

（３）プローブ形成工程
つぎに、図８に示すように、シリコン基板ＳＢにプローブ形状のフォトリソグラフィを行い、ＩＣＰ−ＲＩＥ等のドライエッチングにより不要部分を除去してプローブ形状の原形を形成する。

また、支持部１０に液溜部１１用の凹部を形成する。具体的には、支持部１０の表面上に液溜部１１の形状のレジストパターンを形成し、ウェットエッチングまたはドライエッチングにより液溜部１１用の凹部を形成する。その後、不要になったレジストパターンを除去する。なお、液溜部１１の容量が小さくてもよい場合には、支持部１０に液溜部１１用の凹部を形成しなくてもよい。

その後、図９に示すように、プローブ２０、３０が片持ち梁状になるように、シリコン基板ＳＢの裏面の一部をエッチバックする。この工程では、ＩＣＰ−ＲＩＥ等のドライエッチングが用いられる。

（４）側壁形成工程
つぎに、図１０に示すように、シリコン基板ＳＢ上の捕集プローブ２０、液溜部１１およびそれらの周囲を含む領域に、シート状のフォトレジストＲ１を熱融着する。シート状のフォトレジストＲ１としては、熱融着でき、かつ、ある程度の強度を有するものであれば特に限定されない。なお、シート状のフォトレジストＲ１を熱融着するのに代えて、シリコン基板ＳＢにフォトレジストを塗布してもよい。

つぎに、図１１に示すように、フォトレジストＲ１に対して露光、現像することで、フォトレジストＲ１の不要部分を除去する。具体的には、プローブ形状からはみ出した部分と、流路２１に相当する部分と、液溜部１１に相当する部分とを除去する。

フォトレジストＲ１の流路２１に相当する部分を除去することで、シリコン基板ＳＢ上に流路２１の一対の側壁２３を形成できる。また、フォトレジストＲ１の液溜部１１に相当する部分を除去することで、シリコン基板ＳＢ上に液溜部１１の側壁を形成できる。

このように、流路２１の側壁２３をフォトレジストＲ１で形成するので、シリコン基板ＳＢに対して垂直な側壁２３を形成できる。結晶異方性エッチング等によりシリコン基板ＳＢに直接流路２１を形成すると側壁２３がシリコン基板ＳＢに対して傾斜するが、この場合に比べて流路２１の断面積を広くできる。その結果、樹液が流路２１に流入しやすくなる。また、シート状のフォトレジストＲ１を用いることで側壁２３の高さを十分大きくすることができ、樹液を液溜部１１に容易に流すことができる。

（５）親水化工程
以上のように、流路２１の側壁２３は硬化したフォトレジストＲ１で形成されている。一般に、フォトレジストＲ１は疎水性であるため、そのままでは樹液が流路２１に流入しにくい。そこで、側壁２３を親水化する処理を行う。側壁２３を親水化することで、樹液が流路２１に流入しやすくなる。

親水化処理は、例えば、形成途中の樹液捕集装置１をプラズマエッチング（Plasama Etching）装置や反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching）装置に挿入し、O₂ガスを用いた酸素アッシング等の表面処理をすることで行われる。ここで、プラズマ中の酸素ラジカル（O*）は、シート状のフォトレジスト（主な元素構成はC_xH_y）表面で、下記化学式（１）の化学反応を起こしエッチングが進行する。
C_xH_y ＋ O* → CO₂↑ ＋ H₂O （１）

この過程で、フォトレジスト表面の改質（表面の組成変成や構造変化）が行われる。最適な酸素アッシング条件を選ぶと、C-C結合に対して、C-O結合が相対的に増大したり、COOの結合が新たに発現する。このような表面状態が形成されると、大気中の水分子（H₂O）とフォトレジスト表面の結合手とが反応して、C-OHやCO-OHを形成し、極性を持つOH基が水分子を引き寄せることで、親水性が付与される（疎水性から親水性に代わる）。一例として、親水化処理に用いた反応性イオンエッチングの条件は、酸素ガス流量：10sccm、酸素ガス圧力：6.5Pa、高周波電力：100W、処理時間：5min程度である。

（６）天井形成工程
つぎに、図１２に示すように、硬化したフォトレジストＲ１の上に別のシート状のフォトレジストＲ２を熱融着する。ここで、フォトレジストＲ２を、１つの流路２１を構成する一対の側壁２３の上端に架け渡して熱融着する。また、フォトレジストＲ２により液溜部１１の開口部を閉塞する。

つぎに、図１３に示すように、フォトレジストＲ２に対して露光、現像することで、フォトレジストＲ２の不要部分を除去する。具体的には、プローブ形状からはみ出した部分と、排出孔１２に相当する部分とを除去する。フォトレジストＲ２により流路２１の天井部２４を形成できる。

このように、シート状のフォトレジストＲ２を用いて流路２１の天井部２４を形成するので、捕集プローブ２０の内部に流路２１を容易に形成できる。また、シート状のフォトレジストＲ２を用いて流路２１の天井部２４を形成するので、表面状態に敏感なｐＨ測定用素子２５であっても、流路２１内に簡単に形成できる。

なお、親水化工程を側壁形成工程と天井形成工程との間で行うが、それに加えて天井形成工程の後に行ってもよい。あるいは、天井形成工程後に親水化工程を行ってもよい。そうすれば、側壁２３に加えて天井部２４も親水化できる。ただし、天井形成工程の後は、流路２１は底部２２、側壁２３、天井部２４で囲まれており、その内壁は流路２１の開口端でしか外気と繋がっていないことや、酸素ラジカルが流路中に十分侵入しにくいこともあり、親水化工程には比較的長時間を要する。天井形成工程の前であれば、天井部２４がないので流路２１の上部が全体に渡って外気と繋がっている。そのため、天井形成工程の前に親水化処理を行ったほうが、短時間で効率よく処理を行うことができる。

また、流路２１の底部２２の素材はシリコンであり、もともと親水性を有する。側壁２３を親水化すれば流路２１の３面が親水性を有することになる。そのため、天井部２４が疎水性のままでも、十分に樹液が流路２１に流入できる。

前記側壁形成工程では、フォトレジストＲ１により側壁２３を形成したが、これに代えて、シリコン基板ＳＢの流路２１に相当する部分をエッチングにより除去して、シリコン基板ＳＢにより側壁２３を形成してもよい。

この場合、シリコン基板ＳＢにより流路２１の底部２２と側壁２３とが一体形成されるので、捕集プローブ２０の強度を高くできる。また、底部２２と側壁２３がもともと親水性を有するので、親水化工程を設けなくてもよい。

捕集プローブ２０にｐＨ測定用素子２５を設けなくてもよい。この場合、センサ部形成工程において、ｐＨ測定用素子２５の形成を省略できる。

〔第２実施形態〕
つぎに、本発明の第２実施形態に係る樹液捕集装置２について説明する。
本実施形態の樹液捕集装置２は、特に導管液を捕集するのに適している。

（樹液捕集装置２）
図１４に示すように、樹液捕集装置２は、第１実施形態に係る樹液捕集装置１において、捕集プローブ２０と電気抵抗プローブ３０とを同じ長さにした形態である。その余の構成は第１実施形態に係る樹液捕集装置１と同様であるので同一部材に同一符号を付して説明を省略する。

測定対象となる植物の新梢末端に、樹液捕集装置２を取り付けるには、全てのプローブ２０、３０を植物の細部に突き刺せばよい。その際に、電気抵抗プローブ３０が導管ＸＹを検出する深さまで突き刺せば、捕集プローブ２０の先端部を導管ＸＹの位置に正確に配置することができる。

このように、捕集プローブ２０と電気抵抗プローブ３０とを同じ長さに形成することにより、プローブ２０、３０を植物に突き刺し、電気抵抗測定用電極３１を植物の導管ＸＹの位置に配置した状態とすれば、捕集プローブ２０の先端部が植物の導管ＸＹの位置に配置される。

また、プローブ２０、３０を植物に突き刺す際に、２つの電気抵抗プローブ３０が導管ＸＹを検出する深さまで突き刺せば、捕集プローブ２０の先端部を導管ＸＹに沿って配置することができる。

さらに、ｐＨ測定用素子２５で測定されたｐＨ値が導管液のｐＨ値となるまでプローブ２０、３０を突き刺せば、捕集プローブ２０の先端部を導管ＸＹに配置することができる。その結果、導管ＸＹ中の樹液を確実に捕集できる。

捕集プローブ２０の先端部を植物の導管ＸＹに配置すると、導管液が流路２１に流入して液溜部１１に導かれる。液溜部１１に貯留された導管液は、排出孔１２を介してシリンジ等により回収することができる。このように、植物の樹液を、流路２１を介して捕集することができる。

（製造方法）
本実施形態の樹液捕集装置２は、捕集プローブ２０の長さを除き、第１実施形態に係る樹液捕集装置１と同様の構成である。そのため、第１実施形態と同様の方法で製造できる。

なお、上記第１、第２実施形態では、電気抵抗プローブ３０を設けた構成としたが、これを設けない構成としてもよい。また、他の機能を有するプローブを設ける構成としてもよい。さらに、捕集プローブ２０で捕集される樹液は、師管液や導管液に限定されず、他の種類の樹液でもよい。

〔第３実施形態〕
つぎに、本発明の第３実施形態に係る樹液捕集装置３について説明する。
（樹液捕集装置３）
図１５に示すように、樹液捕集装置３は、第１実施形態に係る樹液捕集装置１において、さらに排出部４０を備えた構成である。排出部４０は各液溜部１１に対して１つ設けられている。排出部４０は液溜部１１に貯留された樹液を排出するために用いられる。

排出部４０は、捕集プローブ２０とほぼ同様の形状であり、その基端が支持部１０に支持されている。排出部４０は支持部１０の捕集プローブ２０が設けられている縁とは反対側の縁に設けられている。

排出部４０の内部には軸心に沿って排出路４１が形成されている。排出路４１は、排出部４０の先端から基端に掛けて形成されている。また、排出部４０は先端から見た形状が矩形であり、そのほぼ中心に矩形の排出路４１が形成されている。より詳細には、排出部４０は底部と、底部の両側部に立設した一対の側壁と、一対の側壁の上端に架け渡された天井部とからなる。

排出路４１は液溜部１１に接続されている。なお、樹液捕集装置３は、液溜部１１を備えず、捕集プローブ２０の流路２１と排出部４０の排出路４１とが直接接続された形態としてもよい。特許請求の範囲に記載の「流路に接続された排出路」とは、流路２１と排出路４１とが直接接続された場合の他に、液溜部１１などの他の経路を介して流路２１と排出路４１とが間接的に接続された場合を含む概念である。

排出部４０には、図示しないチューブが接続される。このチューブの他端はシリンジなどに接続される。このチューブを介して、液溜部１１に貯留された樹液を排出できる。排出部４０は、チューブを接続するのに適した形状、寸法に形成される。

（製造方法）
前記排出部４０は、第１実施形態における製造方法と同様の方法で、捕集プローブ２０とともに形成できる。以下では、第１実施形態における製造方法との相違部分のみを説明する。

（３）プローブ形成工程
プローブ形成工程では、シリコン基板ＳＢにプローブ形状および排出部４０の形状のフォトリソグラフィを行い、ＩＣＰ−ＲＩＥ等のドライエッチングにより不要部分を除去してプローブ形状および排出部４０の形状の原形を形成する。その後、プローブ２０、３０および排出部４０が片持ち梁状になるように、シリコン基板ＳＢの裏面の一部をエッチバックする。

（４）側壁形成工程
側壁形成工程では、シリコン基板ＳＢ上の捕集プローブ２０、液溜部１１、排出部４０およびそれらの周囲を含む領域に、シート状のフォトレジストＲ１を熱融着する。なお、シート状のフォトレジストＲ１を熱融着するのに代えて、シリコン基板ＳＢにフォトレジストを塗布してもよい。

つぎに、フォトレジストＲ１に対して露光、現像することで、フォトレジストＲ１の不要部分を除去する。具体的には、プローブ形状および排出部４０の形状からはみ出した部分と、流路２１に相当する部分と、液溜部１１に相当する部分と、排出路４１に相当する部分とを除去する。フォトレジストＲ１の排出路４１に相当する部分を除去することで、シリコン基板ＳＢ上に排出路４１の一対の側壁を形成できる。

（５）親水化工程
親水化工程では、流路２１の側壁２３を親水化するとともに、排出路４１の側壁を親水化する。

（６）天井形成工程
天井形成工程では、硬化したフォトレジストＲ１の上にシート状のフォトレジストＲ２を熱融着する。ここで、フォトレジストＲ２を、排出路４１を構成する一対の側壁の上端に架け渡して熱融着する。

つぎに、フォトレジストＲ２に対して露光、現像することで、フォトレジストＲ２の不要部分を除去する。具体的には、プローブ形状および排出路４１の形状からはみ出した部分を除去する。フォトレジストＲ２により排出路４１の天井部を形成できる。

以上のように、捕集プローブ２０を形成すると同時に排出部４０を形成できる。そのため、液溜部１１に貯留された樹液を排出するための構造を別途設ける場合に比べて、製造工程を簡略化できる。

（親水化試験）
フォトレジストの親水化の試験を行った。
まず、試料として、シリコン基板の表面にシート状のフォトレジスト（ＳＵ−８）を貼り付けたものを用意した。

この試料に対してフォトレジスト表面の接触角を測定した。その結果、接触角は86.4°であり、疎水性であることが分かった。

つぎに、試料に対して親水化処理を行った。親水化処理は、ＲＩＥを用いたO₂アッシングにより行った。親水化処理の後、フォトレジスト表面の接触角を測定した。その結果、接触角は5°未満であり、親水性であることが分かった。このことから、O₂アッシングによりフォトレジスト（ＳＵ−８）を親水化できることが確認された。

（親水化処理効果の持続性試験）
つぎに、樹液の長期モニタリングを想定し、親水化処理効果の持続性について試験を行った。
親水化処理を行った試料に対して、所定時間ごとに、フォトレジスト（ＳＵ−８）表面の接触角を測定した。その結果を図１６に示す。図１６より、親水化処理後少なくとも２０日間は、接触角が5°未満であり、十分に親水性が維持できることが確認された。このことから、フォトレジストの親水化処理効果は樹液の長期モニタリングに耐えうることが確認された。

１、２、３ 樹液捕集装置
１０ 支持部
１１ 液溜部
１２ 排出孔
２０ 捕集プローブ
２１ 流路
２２ 底部
２３ 側壁
２４ 天井部
３０ 電気抵抗プローブ
４０ 排出部
４１ 排出路

Claims (5)

1. 樹液が流入する流路を有する捕集プローブを備える樹液捕集装置の製造方法であって、
   半導体基板に前記流路の一対の側壁を形成する側壁形成工程と、
   シート状のフォトレジストを前記一対の側壁の上端に架け渡して熱融着し、該フォトレジストの不要部分を除去して前記流路の天井部を形成する天井形成工程と、を備える
   ことを特徴とする樹液捕集装置の製造方法。
2. 前記側壁形成工程において、前記半導体基板にフォトレジストを塗布またはシート状のフォトレジストを熱融着し、該フォトレジストの前記流路に相当する部分を除去して前記側壁を形成する
   ことを特徴とする請求項１記載の樹液捕集装置の製造方法。
3. 前記側壁形成工程において、前記半導体基板の前記流路に相当の部分を除去して前記側壁を形成する
   ことを特徴とする請求項１記載の樹液捕集装置の製造方法。
4. 前記側壁形成工程後に前記側壁を親水化する親水化工程、又は、前記天井形成工程後に前記流路中を親水化する親水化工程をさらに備える
   ことを特徴とする請求項２記載の樹液捕集装置の製造方法。
5. 前記樹液捕集装置は、前記流路に接続された排出路を有する排出部をさらに備え、
   前記排出部の排出路は、前記側壁形成工程において、前記流路の一対の側壁を形成するとともに、前記排出路の一対の側壁を形成し、
   前記天井形成工程において、前記流路の天井部を形成するとともに、前記排出路の天井部を形成する
   ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の樹液捕集装置の製造方法。