JP6154103B2 - 弾性表面波センサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、検体試料である液体の性質あるいは液体に含まれる成分を測定することができる弾性表面波センサおよびその製造方法に関するものである。

弾性表面波素子を用いて、検体である液体の性質もしくは液体の成分を測定する弾性表面波センサが知られている。

弾性表面波センサは、圧電基板上に検体試料に含まれる成分と反応する検出部を設け、この検出部を伝搬した弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）の変化に基く電気
信号を測定することによって検体である液体の性質あるいは成分を検出するものである。

ＳＡＷは圧電基板の上面に設けられた一対の櫛歯状電極からなるＩＤＴ電極によって発生する。このＩＤＴ電極の腐食などを防止するためにＩＤＴ電極をＳｉＯ_２などからなる保護膜によって被覆する技術が知られている（例えば、特許文献１）。またＩＤＴ電極において発生するＳＡＷの励振を妨げないようにＩＤＴ電極を密閉する振動空間を有した封止部材を設ける技術も知られている（例えば、特許文献２）。

特許文献１、２に開示されているＳＡＷセンサはいずれも検体液を検出部に滴下して検出を行うものであるが、このように検出部に検体液を滴下する方法では検体液の量および滴下位置が不均一になりやすい。検体液の量や滴下位置が不均一になると検体液中に含まれる標的物質の量などがばらつくため測定感度にばらつきが生じる。

そこで測定する検体液の量を一定化する方法として、検体液が流れる流路を設けるようにした技術が知られている（例えば、特許文献３）。流路は容積が一定のため、そこを流れる検体液の量を一定化することができる。

特開平５−２４０７６２号公報 特開２００６−１８４０１１号公報 国際公開第２００８／１２０５１１号

ＩＤＴ電極を保護しつつ、検出感度を向上させるためには上記の特許文献１〜３に示されるような従来の技術を組み合わせてＳＡＷセンサを構成すればよいと考えられる。

しかしながら、本願発明者が検討を重ねた結果、従来知られている技術を単純に組み合わせただけででは依然として検出感度のばらつきが大きくなることが見出された。

そこで、ＩＤＴ電極を保護しつつ検出感度のばらつきの小さい弾性表面波センサおよびその製造方法の提供が望まれる。

本発明の一態様に係る弾性表面波センサは、圧電基板と、該圧電基板の上面に配置された第１ＩＤＴ電極と、前記圧電基板の上面のうち、前記第１ＩＤＴ電極によって励振され
る弾性表面波の伝搬路上に配置された第２ＩＤＴ電極と、前記第１ＩＤＴ電極および前記第２ＩＤＴ電極ならびに前記圧電基板の上面のうち少なくとも前記第１ＩＤＴ電極と前記第２ＩＤＴ電極との間の領域である第１領域を被覆している保護膜と、前記第１ＩＤＴ電極、前記第２ＩＤＴ電極および前記第１領域を覆うように前記圧電基板の上面に配置された、前記圧電基板の上面との間の第１空間内に前記第１ＩＤＴ電極を収容する第１凹部、前記圧電基板の上面との間の第２空間内に前記第２ＩＤＴ電極を収容する第２凹部および前記第１領域上の前記保護膜の一部を露出する貫通部を有する板状体と、前記貫通部内に露出している前記保護膜を被覆している金属膜を含む検出部と、前記板状体の少なくとも前記貫通部を覆うように前記板状体および前記圧電基板の少なくとも一方の上面に配置された、前記板状体の上面との間に前記検出部への検体液の流路となる空間を有するとともに該空間への前記検体液の流入口となる貫通孔を有するカバーとを備えたものである。

また本発明の一態様に係る弾性表面波センサの製造方法は、圧電基板の上面に、第１ＩＤＴ電極および該第１ＩＤＴ電極によって励振される弾性表面波の伝搬路上に配置された第２ＩＤＴ電極を形成する工程と、前記第１ＩＤＴ電極および前記第２ＩＤＴ電極ならびに前記圧電基板の上面のうち少なくとも前記第１ＩＤＴ電極と前記第２ＩＤＴ電極との間の領域である第１領域を被覆する保護膜を形成する工程と、第１凹部、第２凹部および貫通部を有する板状体を、前記第１凹部と前記圧電基板の上面との間の第１空間内に前記第１ＩＤＴ電極を収容し、前記第２凹部と前記圧電基板の上面との間の第２空間内に前記第２ＩＤＴ電極を収容し、前記貫通部内に前記第１領域上の前記保護膜の一部を露出させて、前記第１ＩＤＴ電極、前記第２ＩＤＴ電極および前記第１領域を覆うように前記圧電基板の上面に配置する工程と、前記貫通部に対応する開口部を有するマスクを介して、前記貫通部内に露出している前記保護膜を被覆する金属膜を形成する工程と、前記板状体の少なくとも前記貫通部を覆うように、前記板状体の上面との間に前記金属膜への検体液の流路となる空間を有するとともに該空間への前記検体液の流入口となる貫通孔を有するカバーを、前記板状体および前記圧電基板の少なくとも一方の上面に配置する工程とを備えたものである。

上記の弾性表面波センサによれば、ＩＤＴ電極を保護しつつ検出感度のばらつきを小さくすることができる。

本発明の第１の実施形態に係るＳＡＷセンサの斜視図である。 図１に示すＳＡＷセンサの一部を破断した状態の斜視図である。 図３（ａ）は図１のIIIａ−IIIａ線における断面図、図３（ｂ）は図１のIIIｂ−IIIｂ線における断面図である。 板状体の斜視図である。 板状体の分解斜視図である。 図１に示すＳＡＷセンサのカバーを外した状態における平面図である。 図１に示すＳＡＷセンサの平面図である。 （ａ）乃至（ｃ）は図１に示すＳＡＷセンサの変形例を示す断面図である。 図１のＳＡＷセンサの製造方法を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。 図１のＳＡＷセンサの製造方法を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。 図１のＳＡＷセンサの製造方法を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。 図１のＳＡＷセンサの製造方法を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。 図１のＳＡＷセンサの製造方法を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。 図１のＳＡＷセンサの製造方法を説明する断面図である。 図１に示すＳＡＷセンサの別の変形例を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るＳＡＷセンサの斜視図である。 図１７（ａ）は図１６のＡ−Ａ’線における断面図、図１７（ｂ）は図１６のＢ−Ｂ’線における断面図である。 図１６に示すＳＡＷセンサの分解斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係るＳＡＷセンサの斜視図である。 図２０（ａ）は図１９のＡ−Ａ’線における断面図、図２０（ｂ）は図１９のＢ−Ｂ’線における断面図である。 図１９に示すＳＡＷセンサの分解斜視図である。

以下、本発明にかかるＳＡＷセンサの実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に説明する各図面において同じ構成部材には同じ符号を付すものとする。また、各部材の大きさや部材同士の間の距離などは模式的に図示しており、現実のものとは異なる場合がある。

また、ＳＡＷセンサ１００は、いずれの方向が上方または下方とされてもよいものであるが、以下では、便宜的に、直交座標系ｘｙｚを定義するとともにｚ方向の正側を上方として、上面、下面などの用語を用いるものとする。

＜第１の実施形態＞
（ＳＡＷセンサの構造）
ＳＡＷセンサ１００は、図１の斜視図に示すように外観上は主に圧電基板１とカバー３とで構成されている。カバー３には、検体液の流入口である第１貫通孔１８と空気孔もしくは検体液の流出口である第２貫通孔１９が設けられている。

図２にカバー３の片側半分を取り除いたときのＳＡＷセンサ１００の斜視図を示す。同図に示すようにカバー３の内部には検体液の流路となる空間２０が形成されている。第１貫通孔１８はこの空間２０に繋がっている。すなわち、第１貫通孔１８から入った検体液は空間２０に流れ込むようになっている。

空間２０に流れ込んだ検体液には標的物質が含まれており、その標的物質が圧電基板上に形成された金属膜７などからなる検出部と反応する。

圧電基板１は、例えば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）単結晶，ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）単結晶、水晶などの圧電性を有する単結晶の基板からなる。圧電基板１の平面形状および各種寸法は適宜に設定されてよい。一例として、圧電基板１の厚みは、０．３ｍｍ〜１．０ｍｍである。

図３にＳＡＷセンサ１００の断面図を示す。図３（ａ）は図１のIIIａ−IIIａ線における断面図であり、図３（ｂ）は図１のIII−IIIｂ線における断面図である。

図３（ａ）に示すように圧電基板１の上面には、第１ＩＤＴ電極５および第２ＩＤＴ電極６が形成されている。第１ＩＤＴ電極５は所定のＳＡＷを発生させるためのものであり、第２ＩＤＴ電極６は、第１ＩＤＴ電極５で発生したＳＡＷを受信するためのものである。第１ＩＤＴ電極５で発生したＳＡＷを第２ＩＤＴ電極６が受信できるように第２ＩＤＴ電極は、第１ＩＤＴ電極で発生したＳＡＷの伝搬路上に配置されている。

第１ＩＤＴ電極５および第２ＩＤＴ電極６は、１対の櫛歯電極を有する（図９（ａ）参照）。各櫛歯電極は、互いに対向する２本のバスバーおよび各バスバーから他のバスバー側へ延びる複数の電極指を有している。そして、１対の櫛歯電極は、複数の電極指が互いに噛み合うように配置されている。第１ＩＤＴ電極５および第２ＩＤＴ電極６は、トランスバーサル型のＩＤＴ電極を構成している。

第１ＩＤＴ電極５および第２ＩＤＴ電極６の電極指の本数、隣接する電極指同士の距離、電極指の交差幅などをパラメータとして周波数特性を設計することができる。ＩＤＴ電極によって励振されるＳＡＷとしては、レイリー波、ラブ波、リーキー波などが存在するが、検出素子３においては、ラブ波を利用している。

第１ＩＤＴ電極５および第２ＩＤＴ電極６のＳＡＷの伝搬方向における外側の領域にＳＡＷの反射抑制のための弾性部材を設けてもよい。ＳＡＷの周波数は、例えば、数メガヘルツ（ＭＨｚ）から数ギガヘルツ（ＧＨｚ）の範囲内において設定可能である。なかでも、数百ＭＨｚから２ＧＨｚとすれば、実用的であり、かつ圧電基板１の小型化ひいてはＳＡＷセンサ１００の小型化を実現することができる。

第１ＩＤＴ電極５および第２ＩＤＴ電極６はそれぞれ配線８を介してパッド９に接続されている。これらのパッド９および配線８を介して外部から第１ＩＤＴ電極５に信号が入力され、第２ＩＤＴ電極６から外部に信号が出力される。

圧電基板１の上面のうち第１ＩＤＴ電極５と第２ＩＤＴ電極６との間の領域である第１領域１ａには短絡電極１０が形成されている。この短絡電極１０は、圧電基板１の上面のうちＳＡＷの伝搬路となる部分を電気的に短絡させるためのものである。この短絡電極１０を設けることによってＳＡＷの種類によってはＳＡＷの損失を小さくすることができる。なお、ＳＡＷとして特にリーキー波を使用したときに短絡電極１０による損失抑制効果が高いと考えられる。

短絡電極１０は、例えば、第１ＩＤＴ電極５から第２ＩＤＴ電極へ向かうＳＡＷの伝搬路に沿って伸びた長方形状とされている。短絡電極１０のＳＡＷの伝搬方向と直交する方向（ｙ方向）における幅は、例えば、第１ＩＤＴ電極５の電極指の交差幅と同じである。また、短絡電極１０のＳＡＷの伝搬方向と平行な方向（ｘ方向）における第１ＩＤＴ電極側の端部は、第１ＩＤＴ電極５の端部に位置する電極指の中心からＳＡＷの半波長分だけ離れた場所に位置している。同様にして、短絡電極１０のｘ方向における第２ＩＤＴ電極側の端部は、第２ＩＤＴ電極６の端部に位置する電極指の中心からＳＡＷの半波長分だけ離れた場所に位置している。

短絡電極１０は、電気的に浮き状態とされていてもよいし、グランド電位用のパッド９を設け、これに接続してグランド電位としてもよい。短絡電極１０をグランド電位とした場合には、第１ＩＤＴ電極５と第２ＩＤＴ電極６との間の電磁結合による直達波の伝搬を抑制することができる。

第１ＩＤＴ電極５、第２ＩＤＴ電極６、短絡電極１０、配線８およびパッド９は、例えば、アルミニウム、アルミニウムと銅との合金などからなる。またこれらの電極は、多層構造としてもよい。多層構造とする場合は、例えば、１層目がチタンまたはクロムからなり、２層目がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。

第１ＩＤＴ電極５、第２ＩＤＴ電極６、短絡電極１０および配線８は、保護膜４によって覆われている。保護膜４は各電極および配線の酸化防止などに寄与するものである。保
護膜４は酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化チタン、窒化珪素、またはシリコンなどからなる。ＳＡＷセンサ１００では、保護膜４として二酸化珪素（ＳｉＯ_２）を使用している。

保護膜４は、パッド９を露出するようにして、圧電基板１の上面全体にわたって形成されている。第１ＩＤＴ電極５および第２ＩＤＴ電極６はこの保護膜４によって被覆されている。これにより、ＩＤＴ電極が腐食するのを抑制することができる。

保護膜４の厚さは、例えば１００ｎｍ〜１０ｕｍである。なお、保護膜４は必ずしも圧電基板１の上面全体にわたって形成する必要はなく、例えば、パッド９を含む圧電基板１の上面の外周に沿った領域が露出するように圧電基板１の上面中央付近のみを被覆するように形成してもよい。

図３（ａ）に示すように第１ＩＤＴ電極５は第１振動空間１１に収容され、第２ＩＤＴ電極６は第２振動空間１２に収容されている。これにより第１ＩＤＴ電極５および第２ＩＤＴ電極６が外気および検体液と隔離され、水分などの腐食物質から第１ＩＤＴ電極５および第２ＩＤＴ電極６を保護することができる。また、第１振動空間１１および第２振動空間１２が確保されることによって第１ＩＤＴ電極５、第２ＩＤＴ電極６においてＳＡＷの励振が大きく阻害されない状態とすることができる。

第１振動空間１１および第２振動空間１２は、これら振動空間を構成するための凹部を有した板状体２を圧電基板１に接合することによって形成することができる。図４は板状体２を下面側から見たときの斜視図である。図４に示すように板状体２の下面には第１振動空間１１を形成するための第１凹部１３と第２振動空間１２を形成するための第２凹部１４が設けられている。このような第１凹部１３および第２凹部１４を有する板状体２を圧電基板１に接合することによって、第１凹部１３の内周面および底面と圧電基板１の上面とで囲まれた空間が第１振動空間１１となり、第２凹部１４の内周面および底面と圧電基板１の上面とで囲まれた空間が第２振動空間１２となる。

ＳＡＷセンサ１００の第１振動空間１１および第２振動空間１２は、直方体状の空間であるが、振動空間の形状は直方体状に限らず、例えば、断面視したときにドーム状のもの、平面視したときに楕円状のものなどＩＤＴ電極の形状・配置などに合わせて適宜変更してよい。

板状体２の第１凹部１３と第２凹部１４との間には、板状体２を厚み方向に貫通している部分である貫通部１５が形成されている。この貫通部１５はＳＡＷの伝搬路上に金属膜７を形成するために設けられたものである。すなわち、板状体２を圧電基板１に接合したときに第１ＩＤＴ電極１１から第２ＩＤＴ電極１２に伝搬するＳＡＷの伝搬路の少なくとも一部が貫通部１５から露出し、その露出部に金属膜７が形成される。

このように第１凹部１３、第２凹部１４および貫通部１５を有する板状体２は、例えば、図５に示すように２枚の板部材を重ね合わせることによって形成することができる。具体的には、第１凹部１３、第２凹部１４、貫通部１５を形成するための３つの貫通孔が形成された第１板部材１６に第２板部材１７を重ね合わせることによって形成されている。第１板部材１６には３つの貫通孔が設けられているが、第２板部材１７には、第１板部材１６の中央の貫通孔に対応する貫通孔が１つだけ設けられている。このような第２板部材１７を第１板部材１６に重ね合わせることによって、第１板部材１６の両側の貫通孔が第２板部材によって塞がれて、それぞれ第１凹部１３、第２凹部１４となり、第１板部材１６の中央の貫通孔は第２板部材１７の中央の貫通孔と重なって貫通部１５となる。

板状体２は、例えば、感光性のレジストを用いて形成することができる。具体的には、第１板部材１６となるフィルム状の感光性レジストにフォトリソグラフィ法によって第１凹部１３、第２凹部１４および貫通部１５となる貫通孔を形成した後、これに第２板部材１７となるフィルム状の感光性レジストを積層し、積層されたフィルム状の感光性レジストにフォトリソグラフィ法によって貫通部１５となる貫通孔を形成し、両者を加熱して接合することによって形成することができる。

板状体２の貫通部１５から露出する金属膜７は、検体液の検出部を構成する。金属膜７は、例えば、クロムおよびクロム上に成膜された金の２層構造となっている。金属膜７の表面には、例えば、核酸やペプチドからなるアプタマーが固定化されている。このようにアプタマーが固定化された金属膜７に検体液が接触すると検体液中の特定の標的物質がその標的物質に対応するアプタマーと結合する。

ＳＡＷを利用して検体液の性質などを測定するには、まず、第１ＩＤＴ電極５に、パッド９および配線８を介して外部の測定器から所定の電圧を印加する。そうすると、第１ＩＤＴ電極５の形成領域において圧電基板１の表面が励振され、所定の周波数を有するＳＡＷが発生する。発生したＳＡＷはその一部が第１ＩＤＴ電極５と第２ＩＤＴ電極との間の領域である第１領域１ａを通過し、第２ＩＤＴ電極６に到達する。このとき第１領域１ａ上に位置している金属膜７では、金属膜７に固定化されたアプタマーが検体液中の特定の標的物質と結合し、結合した分だけ金属膜７の重さが変化するため、金属膜７の下を通過するＳＡＷの位相特性などが変化する。このように特性が変化したＳＡＷが第２ＩＤＴ電極６に到達すると、それに応じた電圧が第２ＩＤＴ電極６に生じる。この電圧が配線８およびパッド９を介して外部に出力され、それを外部の測定器で読み取ることによって検体液の性質や成分を調べることができる。

アプタマーを使用して測定を行う場合は、同じ空間２０にアプタマーが固定化されていない別の金属膜７を設け、これを参照用の検出部として使用してもよい。

このようにＳＡＷを利用して測定を行う場合、上述したようにＩＤＴ電極などを保護するために酸化珪素などの保護膜を設ける必要があるが、本願発明者が調べた結果、このような保護膜が検体液の流路内に露出していると検出感度のばらつきが大きくなる、あるいは検出感度が低下するといった不具合が生じやすくなることが判明した。

そのような不具合が生じる原因は必ずしも明らかではないが、貫通部１５から保護膜４が露出していると金属膜７にアプタマーを固定化する際にアプタマーが保護膜４に付いてしまい金属膜７に所望の量のアプタマーが固定化されない、あるいは検体液を空間２０に充填した際に標的物質が保護膜４に付着するといった現象が起こっていることによるものである可能性が高いと考えられる。

そこでＳＡＷセンサ１００では、流路となる空間２０内に保護膜４が露出されないような構造としている。図６はＳＡＷセンサ１００においてカバー３を外した状態における平面図である（金属膜７をわかりやすくするため金属膜７に斜線を引いている）。この図に示すようにＳＡＷセンサ１００では、金属膜７が貫通部１５の底に敷き詰められるようにして形成されている。これによって貫通部１５の底に位置する保護膜４が金属膜７に覆われた状態となる。貫通部１５から露出する保護膜４がないため、保護膜４へのアプタマーや標的物質の付着を抑制することができる。実際にこの構造とすることによって、検出感度のばらつきの抑制および検出感度の向上を確認することができた。

測定時の検体液の量を均一化するためにＳＡＷセンサ１００では、検体液の流路となる空間２０が設けられている。ＳＡＷセンサ１００における空間２０は、カバー３の内面、
板状体２の外面および金属膜７の上面によって囲まれた空間である。

このような空間２０は基本的には容積一定のため、この空間２０の中に検体液を充填することによって、測定時の検体液の量を均一化することができる。

検体液を空間２０に充填させる際、ＳＡＷセンサ１００では毛細管現象を利用する。具体的には、検体液の流入口である第１貫通孔１８の大きさ（径など）と検体液の流路である空間２０の大きさ（幅、高さなど）を検体液の種類、カバー３の材質などを考慮して所定の値に設定することによって、流入口から流路にかけて毛細管現象を生じさせることができる。空間２０の幅ｗ（図３（ｂ））は、例えば、０．５ｍｍ〜３ｍｍであり、高さｈ（図３（ａ））は、例えば、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍである。第１貫通孔１８の直径は例えば５０μｍ〜５００μｍである。

このような第１貫通孔１８および空間２０を形成することによって、第１貫通孔１８の開口部に検体液を接触させれば、その後は毛細管現象によって検体液が空間２０の内部へ自動的に吸い込まれて空間２０に満たされる。よってＳＡＷセンサ１００によれば、それ自体が検体液の吸引機構を備えているため、ピペットなどの器具を使用することなく検体液の吸引を行うことができる。なお、検体液の流入口となる第１貫通孔１８の形状は円筒状に限らず、第１貫通孔１８の径が空間２０に向かうにつれて漸次小さくなるように、あるいは漸次大きくなるようにしてもよいし、開口部の形状を矩形状としてもよい。また、第１貫通孔１８の形成位置はカバー３の天井部に限らずカバー３の側壁に設けるようにしてもよい。

カバー３には第１貫通孔１８の他にも第２貫通孔１９が設けられている。第２貫通孔１９は第１貫通孔１８とは反対側の端部に配置され空間２０と繋がっている。このような第２貫通孔１９を設けておくことによって、検体液が空間２０に入ってきたときにもともと空間２０内に存在していた空気が第２貫通孔１９から外部へ放出されるため、検体液が空間２０内に入り込みやすくなる。

空間２０のうちカバー３の内面によって規定される部分の角部は丸みを帯びている。例えば、図３の断面図に示すように第１貫通孔１８と空間２０とのつなぎ目部分、第２貫通孔１９と空間２０とのつなぎ目部分、カバー３の内周面と板状体２とのつなぎ目部分がいずれも丸みを帯びている。

図７はＳＡＷセンサ１００を上面側からみたときの平面図である。この平面図において板状体２の上面に位置しているカバー３の内周面３ｉの位置を破線で示す。図６に示すように、空間２０を平面視したときも空間２０のうちカバー３の内周面３ｉによって規定される部分の角部は丸みを帯びている。

検体液の流路である空間２０の角部が角張っているとその部分に検体液が滞留し、検体液の淀みができやすい。検体液の淀みができると、例えば、空間２０に充填された検体液中の標的物質の濃度が場所によって異なり、検出感度の低下などを招く。これに対し、ＳＡＷセンサ１００のように空間２０の角部が丸みを帯びるようにすれば、検体液の淀みができにくく、空間２０内における標的物質の濃度を均一化することができる。

また検体液の滞留を防止する観点から、検体液の流入口である第１貫通孔１８は空間２０の出来る限り端に位置するようにして形成するとよい。

カバー３は、例えば、ポリジメチルシロキサンからなる。カバー３の材料としてポリジメチルシロキサンを用いることによって、角部が丸みを帯びた形状など、カバー３を任意
の形状にすることができる。また、ポリジメチルシロキサンを用いれば、カバー３の天井部や側壁を比較的簡単に分厚く形成することができる。カバー３の天井部および側壁の厚みは、例えば、１ｍｍ〜５ｍｍである。

ＳＡＷセンサ１００においてカバー３は、その下面外周部が板状体２の周囲に位置している保護膜４に接しており、その部分で保護膜４と接合されている。換言すれば、カバー３は保護膜４を介して圧電基板１に接合されていると捉えることもできる。カバー３がポリジメチルシロキサンからなり、保護膜４がＳｉＯ_２からなる場合、カバー３の保護膜４への接触面に酸素プラズマ処理を施しておくことによって、接着剤などを用いることなくカバー３と保護膜４とを直接接合することができる。そのようにカバー３と保護膜４とを直接接合できる理由は必ずしも明らかではないが、カバー３と保護膜４との間にＳｉとＯとの共有結合が形成されることによるものと考えられる。

図３または図７に示すように、カバー３はその内周面３ｉが板状体２の外周面２ｏより内側に位置するようにして形成されている。カバー３の内周面３ｉが板状体２の外周面２ｏより外側に位置していると、カバー３の内周面３ｉと板状体２の外周面２ｏとの間に隙間が形成されることになるが、そのような隙間があると検体液を空間２０に入れた際にその隙間に検体液が入り込むため、その部分で検体液が滞留してしまう。これに対し、ＳＡＷセンサ１００によればカバー３の内周面３ｉと板状体２の外周面２ｏとの間に隙間が形成されにくくなり検体液の滞留が発生するのを抑制することができる。

図８にカバー３の形状の変形例を示す。図８において（ａ）乃至（ｃ）は、図３（ａ）に相当する部分の断面図である。

図８（ａ）は、カバー３の内周面３ｉが板状体２の外周面２ｏと同一面内に位置するようにしたものである。

図８（ｂ）は、カバー３が板状体２の上面に配置されるようにしたものである。カバー３を板状体２の上面に配置した場合には、カバー３と板状体２との間に接着剤を介在させることによって、カバー３を板状体２に接合することができる。接着剤としては、例えば、シランカップリング剤を使用することができる。

図８（ｃ）は、カバー３の内周面３ｉが板状体２の内周面より内側に位置するようにしたものである。板状体２が、アプタマーや検体液中の標的物質が付着しやすい材料からなる場合、図８（ｃ）に示すようにカバー３を形成することによって、検体液の流路内に板状体２の露出部分が殆どなくなるため、板状体２へのアプタマーや検体液中の標的物質の付着を抑制することができる。

図１５は、ＳＡＷセンサ１００のさらに別の変形例を示す断面図である。図１５に示すＳＡＷセンサは、カバー３の内周面３ｉを板状体２の開口部１５（板状体２の内周面）とほぼ一致するようにしたものである。すなわち、板状体２の外周面および上面がカバー３によって被覆された状態となっている。カバー３を図１５に示す形状とすることによって、板状体２の露出部を少なくすることができるとともに、ＳＡＷの伝搬路上にカバー３が配置されないようにすることができる。これによって、板状体２へのアプタマーや検体液中の標的物質の付着を抑制しつつ、ＳＡＷの伝搬をカバー３によって阻害するのを抑制することができる。

（ＳＡＷセンサの製造方法）
図９〜図１４は、ＳＡＷセンサ１００の製造方法を説明する図である。図９から図１３の各図において、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）の平面図のＢ−Ｂ’線における断
面図である。例えば、図９において図９（ｂ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。製造工程は、図９（ａ）から図１４まで順に進んでいく。

まず、図９に示すように、圧電基板１の上面に第１ＩＤＴ電極５、第２ＩＤＴ電極６、短絡電極１０、配線８およびパッド９などを形成する。具体的には、まず、スパッタリング法、蒸着法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等の薄膜形成法によって、
圧電基板１の上面に金属層が形成される。次に、金属層に対して、縮小投影露光機（ステッパー）とＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置とを用いたフォトリソグラフィ法等によりパターニングが行われる。金属層をパターニングすることによって各種の電極や配線などが形成される。このとき第２ＩＤＴ電極６は、第１ＩＤＴ電極５の電極指が伸びている方向と直交する方向、すなわちＳＡＷの伝搬路上に位置するように形成される。また、短絡電極１０は第１ＩＤＴ電極５と第２ＩＤＴ電極６との間の領域である第１領域１ａ内に位置するように形成される。

ＩＤＴ電極５などが形成されると、図１０に示すように保護膜４が形成される。なお、以下の図１０〜図１２の平面図では保護膜４をわかりやすくするために断面図における保護膜４の模様と同じ模様を平面図の保護膜４にも付している。

保護膜４を形成するには、まず、保護膜４となる薄膜を形成する。薄膜形成法は、例えば、スパッタリング法もしくはＣＶＤである。次に、パッド７が露出するように、ＲＩＥ等によって薄膜の一部が除去される。これにより、保護膜４が形成される。

保護膜４が形成されると、図１１に示すように板状体２となる第１板部材１６が形成される。第１板部材１６は、感光性レジストからなる。第１板部材１６は、保護膜４と同様の薄膜形成法によって形成されてもよいし、その他、スピンコート法などによって形成してもよい。その後、第１板部材１６を所定の形状にパターニングすることによって第１凹部１３を形成するための貫通孔、第２凹部１４を形成するための貫通孔、貫通部１５を形成するための貫通孔を形成する。パターニングはフォトリソグラフィ法によって行われる。

第１板部材１６が形成されると、図１２に示すように第２板部材１７が形成される。第２板部材１７は、例えば、第１板部材１６と同じ材料からなる。第２板部材１７を形成するには、まず、ベースフィルムに貼り付けられた状態の感光性レジストを第１板部材１６に置き、第２板部材１７を加熱することによって第２板部材１７となる感光性レジストと第１板部材１６とを接着する。

その後、ベースフィルムを剥がし、フォトリソグラフィ法によって第２板部材１７となる感光性レジストのうち貫通部１５となる部分が除去され第２板部材１７形成される。第２板部材１７が形成されることによって、第１板部材１６と第２板部材１７となからなる板状体２が形成されることとなる。この段階で保護膜４のうち第１領域１ａを被覆している部分が貫通部１５から露出している。

板状体２が形成されると、図１３に示すように金属膜７を形成する。金属膜７を形成するには、まず、板状体２の貫通部１５と平面視における形状が同一形状の開口部２２を有するマスク２５を用意し、貫通部１５と開口部２２が一致するようにしてマスク２５を板状体２に置く。そしてマスク２５を介して金属膜７となる金属材料を蒸着法、スパッタリング法などによって、貫通部１５から露出する保護膜４に成膜する。これによって貫通部１５から露出する保護膜４全体を被覆する金属膜７を形成することができる。なお、マスク２５の開口部２２は貫通部１５より小さくならなければ必ずしも同一形状でなくてもよく、例えば、開口部２２が貫通部１５より若干大きくてもよい。なお、図１３（ａ）の平
面図において金属膜７には断面図における金属膜７と同じ模様を付すとともに、マスク２５が載置されている部分、すなわち板状体２の上面に相当する部分に斜線を引いている。

最後に図１４に示すようにカバー３を圧電基板１に取り付ける。カバー３を形成するには、まず、ポリジメチルシロキサンなどからなる流動物を所定の鋳型に流し込み、これを固め、圧電基板１に取り付ける前のカバー３を形成する。その後、カバー３のうち少なくとも保護膜４と接触する部分に酸素プラズマ処理を施し、続いて、カバー３の下面の一部が板状体２の周囲に位置する保護膜４に接触するようにして、カバー３を圧電基板１に接合する。このときポリジメチルシロキサンからなるカバー３に酸素プラズマ処理を施しておくことによって、別途接着材などを使用することなくカバー３を圧電基板１に接着させることができる。

以上の工程を経てＳＡＷセンサ１００が完成する。

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態に係るＳＡＷセンサ２００について図１６乃至図１８を用いて説明する。図１６は第２の実施形態に係るＳＡＷセンサ２００の斜視図、図１７（ａ）は図１６のＡ−Ａ’線における断面図、図１７（ｂ）は図１６のＢ−Ｂ’線における断面図、図１８はＳＡＷセンサ２００の分解斜視図である。なお、図１８に示した破線は、分解した部材を積層したときの部材間の位置関係を示すものである。

第１の実施形態に係るＳＡＷセンサ１００では、検体液の流入口である第１貫通孔１８がカバー３の上面に形成されていたが、第２の実施形態に係るＳＡＷセンサ２００では、図１６に示すようにカバー３の側面に形成されている。

また、第１の実施形態に係るＳＡＷセンサ１００では、第１貫通孔１８から空間２０に検体液が入ったときの検体液の進行方向と第１ＩＤＴ電極１１から第２ＩＤＴ電極１２に向かって伝搬するＳＡＷの進行方向とがほぼ平行となるように第１貫通孔１８および流路が形成されていたのに対し、第２の実施形態に係るＳＡＷセンサ２００では、第１貫通孔１８から空間２０に検体液が入ったときの検体液の進行方向と第１ＩＤＴ電極１１から第２ＩＤＴ電極１２に向かって伝搬するＳＡＷの進行方向とがほぼ垂直になるように第１貫通孔１８および流路が形成されている。

また、第１の実施形態に係るＳＡＷセンサ１００では、板状体２を構成する第１板部材１６および第２板部材１７がいずれも感光性レジストからなる例について示したが、ＳＡＷセンサ２００では、第１板部材１６を感光性レジストで形成し、第２板部材１７を感光性レジスト以外の材料で形成している。第２板部材１７は、例えば、ポリジメチルシロキサンからなる。

ＳＡＷセンサ２００においては、空間２０の内面に、この例ではカバー３の天井面に親水性のフィルム２１が貼り付けられている。カバー３の天井面に親水性を有するフィルム２１が存在することによって、検体液が水系の場合には、空間２０の内部が検体液で効率よく満たされるようになるので、検体液を検出部に効率よく供給できるようになり、安定した検出を行なうことができるようになる。また、空間２０の高さが低くて毛細管現象が起きるような狭い空間である場合には、毛細管現象が起きやすくなり、検体液の流入口である第１貫通孔１８から空間２０内に検体液が吸引されやすくなるので、微小な検体液でも効率よく検出を行なうことができるようになる。ここで、親水性のフィルム２１は、水との接触角が６０°以下のものを用いるのが好ましい。接触角が６０°以下であれば、空間２０内を水系の検体液で満たしやすくなって検出部の効率よく供給できるようになり、また毛細管現象がより起こりやすくなって、検体液を流入口に接触させたときの検体液の
流路内への吸引がより確実なものとなる。

カバー３が疎水性の材料からなる場合は、水系の検体液に対して空間２０への供給が安定しにくくなったり、毛細管現象が起きにくくなったりすることがあるが、空間２０の内面となっているカバー３の内面に親水性のフィルム２１を設けておけば、カバー３が疎水性の材料からなる場合であっても、検体液の供給を安定させやすくなり、毛細管現象が起こりやすくなる。従って、空間２０の内面に親水性のフィルム２１を設けることによって、カバー３に使用することができる材料の選択肢が増える。このような親水性のフィルム２１を設けることによる効果は、空間２０の内面を構成する第１板部材１６および第２板部材１７または板状体２の表面についても同様である。

親水性のフィルム２１としては、例えば、親水化処理が施された市販のポリエステル系のフィルム、あるいはポリエチレン系のフィルムなどを使用することができる。

ＳＡＷセンサ２００を作製するには、第１板部材１６を形成する工程までは、第１の実施形態のＳＡＷセンサ１００と同様の工程を採用でき、第１板部材１６を形成した後は、第２板部材１７、フィルム２１、カバー３の順に形成していく。第２板部材１７は、例えば、ポリジメチルシロキサンを用いて第１板部材１６の平面形状とほぼ同形状に加工し、これを第１板部材１６に接着剤などを介して接合することによって形成される。このとき第１板部材１６の両サイドに形成された貫通孔が第２板部材１７によって塞がれることで第１凹部１３と第２凹部１４とが形成される。

第２板部材１７を形成した後、親水性のフィルム２１を第２板部材１７に積層する。フィルム２１は、例えば、平面形状が矩形状であり、その大きさは第２板部材１７の貫通部よりも一回り大きく、かつ第２板部材１７よりも一回り小さい。このようなフィルム２１を第２板部材１７に積層することによって、第１板部材１６および第２板部材１７の貫通部が塞がれて流路となる空間２０が形成される。

フィルム２１を形成した後、カバー３を形成する。カバー３は、例えば、第２板部材１７と同じくポリジメチルシロキサンからなり、硬化前のポリジメチルシロキサンをフィルム２１を覆うようにして塗布し、熱を印加して硬化させる。ここで、フィルム２１は第２板部材１７より一回り小さく形成されているため、第２板部材１７の外周領域はカバー３と接触することになる。よって、第２板部材１７とカバー３とを同一材料で形成しておけば、第２板部材１７とカバー３との接触部分が、カバー３を熱硬化した際に強固に接合される。これにより、フィルム２１がカバー３あるいは第２板部材１７と接合しにくい材料であっても、強固に接合されたカバー３と第２板部材１７とに挟まれた状態となるため固定化することができる。

ＳＡＷセンサ２００では、カバー３の天井面に親水性のフィルム２１を形成するようにしたが、これに代えてカバー３の天井面に親水性処理を施すようにしてもよい。カバー３の天井面に親水性処理を施すには、例えば、カバー３の天井面を酸素プラズマによってアッシングした後、シランカップリング剤を塗布し、最後にポリエチレングリコールを塗布すればよい。その他にも、カバー３の天井面をホスホリルコリンを有する処理剤を用いて表面処理するという方法もある。また、カバー３自体を親水性の材料で形成するようにしてもよい。また、空間２０の内面となっているカバー３の天井面以外の面、例えば内周面にフィルム２１を貼り付けてもよいし、内周面に親水化処理を施してもよい。

＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態に係るＳＡＷセンサ３００について図１９乃至図２１を用いて説明する。図１９は第３の実施形態に係るＳＡＷセンサ３００の斜視図、図２０（ａ）は図
１９のＡ−Ａ’線における断面図、図２０（ｂ）は図１９のＢ−Ｂ’線における断面図、図２１はＳＡＷセンサ３００の分解斜視図である。なお、図２１に示した破線は分解した部材を積層したときの部材間の位置関係を示すものである。

第３の実施形態に係るＳＡＷセンサ３００は、第１板部材１６の上に第２板部材１７を介さずにカバー３を直接積層した構造となっている。これは第２の実施形態におけるＳＡＷセンサ２００において、第２板部材１７を省いた構造に対応する。

第１の実施形態のＳＡＷセンサ１００および第２の実施形態のＳＡＷセンサ２００では、第１板部材１６の３つの貫通孔のうち両サイドに形成された貫通孔を第２板部材１７で塞ぐことによって第１振動空間１１および第２振動空間１２を確保していたが、ＳＡＷセンサ３００では、図２１に示すように、第１ＩＤＴ電極５に対応する位置に形成された第１貫通部２７および第２ＩＤＴ電極６に対応する位置に形成された第２貫通部２８をカバー３によって直接塞ぐことで第１振動空間１１および第２振動空間１２が確保されている。また、流路となる空間２０は、第１板部材１６の中央に形成された第３貫通部２９がカバー３によって塞がれることで確保される。

ＳＡＷセンサ３００によれば、第２板部材１７がないため、第２板部材１７の厚み分だけＳＡＷセンサ３００を低背化することができる。また、第２板部材１７の形成工程が省かれるため、生産効率がよい。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
例えば、上述した実施形態に係るＳＡＷセンサにおいては、検出部が金属膜７と金属膜７の表面に固定化されたアプタマーからなるものについて説明したが、検体液中の標的物質が金属膜７と反応する場合には、アプタマーを使用せず金属膜７だけで検出部を構成してもよい。

また上述した実施形態に係るＳＡＷセンサにおいて、カバー３は一体形成されたものであったが、複数の板部材を張り合わせて形成したものであってもよい。

また上述したＳＡＷセンサ１００の製造方法では、マスク２５を介して金属膜７となる金属材料の成膜を行ったが、開口部１５を有する板状体２を形成した後、マスク２５を使用せずに圧電基板１の上面側からスパッタリング法などにより直接金属材料の成膜を行ってもよい。この場合は、板状体２の上面などにも金属材料は成膜されるものの、開口部１５から露出する保護膜４を覆う金属膜７を形成できる点においてはマスク２５を使用する場合と変わりはない。

また、各実施形態において説明した技術は、適宜他の実施形態のＳＡＷセンサにも適用可能である。例えば、第２の実施形態において説明した親水性のフィルムや親水化処理を施す技術は、第１の実施形態に係るＳＡＷセンサ１００および第３の実施形態に係るＳＡＷセンサ３００にも適用可能である。

１・・・圧電基板
２・・・板状体
３・・・カバー
４・・・保護膜
５・・・第１ＩＤＴ電極
６・・・第２ＩＤＴ電極
７・・・金属膜
８・・・配線
９・・・パッド
１０・・・短絡電極
１１・・・第１振動空間
１２・・・第２振動空間
１３・・・第１凹部
１４・・・第２凹部
１５・・・貫通部
２０・・・空間

Claims (4)

1. 圧電基板と、
   該圧電基板の上面に配置された第１ＩＤＴ電極と、
   前記圧電基板の上面のうち、前記第１ＩＤＴ電極によって励振される弾性表面波の伝搬路上に配置された第２ＩＤＴ電極と、
   前記第１ＩＤＴ電極および前記第２ＩＤＴ電極ならびに前記圧電基板の上面のうち少なくとも前記第１ＩＤＴ電極と前記第２ＩＤＴ電極との間の領域である第１領域を被覆している保護膜と、
   前記第１ＩＤＴ電極、前記第２ＩＤＴ電極および前記第１領域を覆うように前記圧電基板の上面に配置された、前記圧電基板の上面との間の第１空間内に前記第１ＩＤＴ電極を収容する第１凹部、前記圧電基板の上面との間の第２空間内に前記第２ＩＤＴ電極を収容する第２凹部および前記第１領域上の前記保護膜の一部を露出する貫通部を有する板状体と、
   前記貫通部内に露出している前記保護膜を被覆している金属膜を含む検出部と、
   前記板状体の少なくとも前記貫通部を覆うように前記板状体および前記圧電基板の少なくとも一方の上面に配置された、前記金属膜の上面との間に前記検出部への検体液の毛細管流路となる空間を有するとともに、該空間への前記検体液の流入口となる貫通孔を端部に有するカバーと、を備え、
   前記カバーは、前記空間の前記圧電基板または前記板状体側の内周面が、前記板状体の外周面と同一面または前記外周面よりも内側に位置している、弾性表面波センサ。
2. 前記保護膜は、前記圧電基板の上面のうち前記第１ＩＤＴ電極、前記第２ＩＤＴ電極および前記第１領域以外の領域であって前記板状体の周囲に位置する第２領域も被覆しており、前記カバーは、前記保護膜のうち前記第２領域を被覆している部分に接合されている請求項１に記載の弾性表面波センサ。
3. 前記空間の内面に貼り付けられた親水性のフィルムをさらに備えた請求項１または２に記載の弾性表面波センサ。
4. 圧電基板の上面に、第１ＩＤＴ電極および該第１ＩＤＴ電極によって励振される弾性表面波の伝搬路上に配置された第２ＩＤＴ電極を形成する工程と、
   前記第１ＩＤＴ電極および前記第２ＩＤＴ電極ならびに前記圧電基板の上面のうち少なくとも前記第１ＩＤＴ電極と前記第２ＩＤＴ電極との間の領域である第１領域を被覆する保護膜を形成する工程と、
   第１凹部、第２凹部および貫通部を有する板状体を、前記第１凹部と前記圧電基板の上面との間の第１空間内に前記第１ＩＤＴ電極を収容し、前記第２凹部と前記圧電基板の上面との間の第２空間内に前記第２ＩＤＴ電極を収容し、前記貫通部内に前記第１領域上の前記保護膜の一部を露出させて、前記第１ＩＤＴ電極、前記第２ＩＤＴ電極および前記第１領域を覆うように前記圧電基板の上面に配置する工程と、
   前記貫通部内に露出している前記保護膜を被覆する金属膜を形成する工程と、
   前記板状体の少なくとも前記貫通部を覆うように、前記板状体の上面との間に前記金属膜への検体液の毛細管流路となる空間を有するとともに該空間への前記検体液の流入口となる貫通孔を端部に有するカバーを、前記板状体および前記圧電基板の少なくとも一方の上面に、前記カバーの前記空間の前記圧電基板または前記板状体側の内周面が、前記板状体の外周面と同一面または前記外周面よりも内側に位置するように配置する工程と、備えた弾性表面波センサの製造方法。

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