WO2015159945A1 - 物理・化学センサおよび物理・化学現象センシングデバイスならびにこれらの製造方法 - Google Patents

物理・化学センサおよび物理・化学現象センシングデバイスならびにこれらの製造方法 Download PDF

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WO2015159945A1
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physical
flow path
movable film
layer
chemical
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PCT/JP2015/061691
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高橋　一浩
澤田　和明
遼 小澤
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国立大学法人豊橋技術科学大学
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G01N21/05—Flow-through cuvettes
    • G—PHYSICS
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration

Definitions

  • the present invention relates to an optical interference type physical / chemical sensor, and more particularly to a sensor for detecting a molecule contained in a gas or a liquid without labeling, a physical / chemical phenomenon sensing device using the sensor, and these It relates to a manufacturing method.
  • a fluorescent labeling technique using a fluorescent label has been used as a method for specifying a protein to be detected.
  • This technology reacts proteins with activated fluorescent groups to label them, allowing multiple detections simultaneously and easy handling of fluorescent dyes. .
  • this fluorescent labeling technology there is a concern that the protein structure will deteriorate as the fluorescent group reacts, and there is a problem with quantitative evaluation that it is difficult to control the position of the fluorescent group modification and the number of labels. It was.
  • a sensor that does not use a label has been proposed. Therefore, a label-free protein sensor using MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology that detects changes in surface stress due to molecular adsorption as cantilever or thin film bending has been proposed (non-patented). Reference 1 and 2).
  • the change of the surface stress in the above technique is caused by electrostatic repulsion due to the charge of adsorbed molecules.
  • a transducer for outputting a static displacement signal a method of detecting a reflection angle of a laser or a method of reading an output voltage signal using a piezoresistor is employed.
  • a cantilever type sensor is mounted in a microchannel, and target molecules contained in a liquid fed by a syringe pump are detected in real time.
  • a cantilever sensor using a piezoresistor recognizes mechanical bending of the cantilever as a change in resistance value due to the piezo element, and the conversion efficiency from the amount of bending of the cantilever to the amount of change in resistance value is small.
  • the material of the cantilever is made of silicon, the Young's modulus is high (130 to 160 GPa), and it is not possible to obtain a sufficient amount of deflection necessary for detecting minute intermolecular forces caused by biomolecules. Had.
  • a Fabry-Perot interferometer is formed by a movable film made of a material having the ability to fix a specific substance and the surface of the light receiving element, and the fixed state of the specific substance is detected by a change in the intensity of transmitted light having a specific wavelength. That is, when a movable film having substance-fixing ability fixes a specific substance, the film part bends due to the intermolecular force of the substance, and the gap width of the gap part (air gap) constituting the Fabry-Perot interferometer changes. To do.
  • the transmittance with respect to the incident wavelength changes, and this change in transmitted light intensity is read out as a change in photocurrent by the light receiving element. is there.
  • an antibody molecule is immobilized on the movable membrane, this antibody molecule and a specific protein are bound by an antigen-antibody reaction, and the change in intermolecular force due to the binding of the protein to be detected can be detected from the amount of deflection of the movable membrane. It can be done. In this way, not only the presence or absence of protein, but also the amount of adhesion can be quantitatively evaluated from the electrical signal. Further, if the transmission characteristics of the Fabry-Perot interferometer are controlled, the signal conversion efficiency with respect to the displacement of the movable film is improved. It is something that can be done.
  • an etchable material (sacrificial layer) is previously laminated on the light receiving surface of the light receiving element, and the movable film layer is formed on the surface.
  • the sacrificial layer was fabricated by etching and then removing the sacrificial layer. Therefore, the movable film layer is formed with a communication hole for allowing the etching gas or the etchant to reach the sacrificial layer. After the etching is completed, the communication hole is sealed to prevent the liquid from flowing into the gap.
  • the sealing film is patterned by photolithography, severe restrictions are imposed on the coating method, development and baking conditions, and the yield cannot be said to be good.
  • a specific substance such as a protein to be detected is fixed (specific adsorption) to the movable film. Therefore, the surface of the movable film is opened and the specific substance is placed on the surface.
  • the liquid (test object liquid) which may contain was dripped and the reaction was observed. For this reason, a reaction time of about several tens of minutes may be required until the specific substance specifically adsorbs on the surface of the movable film.
  • the reaction time is required to be shortened.
  • the conventional sensor has not yet reached the point where the request is satisfied.
  • the present invention has been made in view of the above points, and its object is to provide a physical / chemical sensor and a physical / chemical phenomenon sensing device capable of reducing the reaction time on the movable membrane, and therefore The manufacturing method is also provided.
  • the present invention according to the physical / chemical sensor includes a movable film provided on the light receiving surface of the light receiving element so as to face the light receiving surface while forming a gap, and the movable film is a substance on at least the outer surface.
  • a physical / chemical sensor having a fixing ability and configured to form a Fabry-Perot interferometer together with the light receiving surface, comprising a flow path forming layer laminated on an outer surface of the movable film, the flow path forming layer Is characterized in that a hollow portion is formed on the outer surface of the movable membrane, and a flow path connected to the hollow portion is formed.
  • the liquid to be inspected or the gas to be inspected (hereinafter collectively referred to as a specimen) can be supplied to the movable film by flowing into the flow path, and the reaction time can be reduced by concentrating the specimen in a narrow range. Shortening is possible.
  • the flow path is a micro flow path having a fine diameter
  • the hollow portion is a fine space to which the movable film can be changed.
  • the reaction time can be shortened by a so-called size effect.
  • the specimen is supplied to the movable membrane through the flow path, but by continuing the supply of the specimen, the specific substance to be fixed (specific adsorption) to the movable membrane is continuously maintained.
  • the efficiency of specific substance immobilization (specific adsorption) by the substance immobilization ability of the movable film can be improved. That is, when the surface of the movable membrane is opened and dropped onto the surface as in the past, even if a specific substance exists at a position away from the movable membrane (upper part in the liquid) Can not be fixed (specific adsorption), but when passing through a narrow area, a specific substance can be supplied to a position close to the surface of the movable membrane, and fixation (specific adsorption) by the movable membrane surface Since it becomes easy, the reaction time can be shortened.
  • the movable film includes a penetrating portion penetrating a part of a peripheral portion, and the flow path forming layer communicates with the penetrating portion at a position deviating from the hollow portion and the flow path. And a gap formed between the light receiving surface and the movable film communicates with the outside through the penetration and the communication portion. Is.
  • the gap formed between the light receiving surface of the light receiving element and the movable film is eventually opened, and the gap is formed under atmospheric pressure.
  • the movable film may be formed of a material having a molecular fixing ability for fixing molecules contained in a gas or a liquid.
  • a specific gas for example, a combustible gas or a gas that affects the environment
  • a biopolymer and the like can be measured.
  • the flammable gas include hydrogen gas and gases contained in explosives such as TNT and RDX
  • examples of the gas that affects the environment include carbon dioxide and nitrogen dioxide.
  • biopolymers include polymers containing amino acids, nucleic acids, polysaccharides, etc. (eg, antibodies, deoxyribonucleic acid (DNA), ribonucleic acid (RNA), etc.).
  • the molecular immobilization ability has the ability to immobilize an antibody
  • the antibody is immobilized in advance on the surface of the movable membrane, and a state in which a specific protein (antigen) that binds to the antibody binds to the antibody is detected. ⁇ Measurement is also possible.
  • a film composed of a flexible base film and a molecular fixed film in which a material having a molecular fixing ability is laminated on the surface of the base film can be used.
  • various types of sensors can be configured according to the target substance to be detected and measured by stacking different types of molecular fixed films.
  • the molecular immobilization membrane examples include Parylene (registered trademark) A or Parylene (registered trademark) AM manufactured by Japan Parylene LLC. (Registered trademark) A or AM. These are para-xylene-based polymers, which are structures in which benzene rings are connected via CH 2 , and those that end with “A” have an amino group on the side chain, Since “AM” is a structure in which a methyl group-amino group is bonded in series to the side chain, an antibody can be bonded to the amino group.
  • the present invention relating to a physical / chemical sensor array uses the physical / chemical sensor described above, wherein a plurality of the physical / chemical sensors are formed on a substrate, and the flow formed in the flow path layer is formed.
  • the path is characterized in that a plurality of hollow portions formed on the outer surface of the movable film of each physical / chemical sensor are connected in series.
  • the same specimen can be supplied from the flow path connected in series to the hollow part on the movable membrane constituting the physical / chemical sensor. Enables sensing of different materials.
  • Different substance fixation conditions for the movable membrane include when the specific substance that can be immobilized (specific adsorption) differs by the movable membrane, as well as by selecting a specific antibody that specifically adsorbs to a specific antigen. May be fixed.
  • the invention relating to the physical / chemical sensor array uses the physical / chemical sensor described above, and a plurality of units are provided by a plurality of the physical / chemical sensors formed on the substrate.
  • the flow path formed in the path layer is formed so that a plurality of hollow portions formed on the outer surface of the movable film of each physical / chemical sensor are connected in series for each unit. There is something to do.
  • different samples can be flown for each unit, and specific substances can be detected for a plurality of samples at the same time.
  • some of the plurality of sensors constituting each unit can be used for reference.
  • a specific substance antigen
  • the antibody is immobilized on the surface of the movable membrane constituting the reference sensor.
  • the same specimen supplied via the same flow path passes through both a sensor that can detect a specific substance and a sensor that cannot detect (for reference), and both sensors By comparing the intensity of transmitted light (the intensity of photocurrent), the change in the movable film can be clearly measured.
  • a sample not containing a specific substance may be supplied to a part of the plurality of units, and the specific unit may be used for reference. Even in such a case, it is possible to compare the intensity of transmitted light (intensity of photocurrent) in units.
  • the flow path in the physical / chemical sensor array may be configured to include an inflow portion and an exhaust portion that open at the edge of the substrate for each unit.
  • the specimen can be supplied from the outside of the substrate on which the sensor array is formed, and the specimen after passing through the flow path can be discharged outside the board.
  • the supply system at this time can be configured by forming the flow path and the inlet on a chip different from the substrate on which the sensor array is formed, while the discharge system also includes the substrate on which the sensor array is formed. Can be constructed by forming channels and outlets on different chips.
  • the present invention relating to a physical / chemical phenomenon sensing device is a sensing device using the physical / chemical sensor, wherein a plurality of the physical / chemical sensors are arranged on a substrate, a part of which is used for reference, A part or all of the above is used for detection.
  • the reference sensor can have the same structure as the sensor for detecting a specific substance.
  • an antibody that causes an antigen-antibody reaction with a specific antigen is fixed to the detection sensor, and the antibody is not fixed to the reference sensor.
  • the movable film changes only in the detection sensor. This makes it possible to compare changes in the intensity of light detected by the light receiving elements of both sensors.
  • the detection sensor and the reference sensor can be in the same condition for the inspection when the sample itself has a property of reducing the light transmittance, such as a sample having a dye. By comparing the change in the intensity of light detected by the light receiving element with the change in the intensity of light detected by the light receiving element of the reference sensor, it becomes possible to detect the change in light transmittance due to the fixation of the specific substance. .
  • the invention relating to a physical / chemical phenomenon sensing device uses the above-described sensor array, and a plurality of the physical / chemical sensors of the plurality of physical / chemical sensors constituting each unit are used for the plurality of units. -Some of them are characterized by using a chemical sensor for reference and another physical / chemical sensor for detection.
  • the invention relating to a physical / chemical phenomenon sensing device is a sensing device using the above-described sensor array, wherein a part of the plurality of units is used for reference, and part or all of the other is used. It may be for detection.
  • a unit composed of a plurality of physical / chemical sensors can be divided into a unit for detection and a unit for reference, and the unit is provided by supplying the same specimen to both units. It is also possible to compare the intensity change of the transmitted light detected by the light receiving element in units of.
  • the present invention according to the method of manufacturing a physical / chemical sensor includes a sacrificial layer generation step of generating a sacrificial layer by depositing an etchable material on a light receiving surface of a light receiving element, and an etching material among the surfaces of the sacrificial layer.
  • the movable film is stacked using the surface of the sacrificial layer, and further, the hollow portion and the flow path are formed on the upper part of the movable film, and then the sacrificial layer is removed to thereby form the light receiving surface of the light receiving element.
  • a gap is formed between the movable film and the Fabry-Perot interferometer.
  • the sacrificial layer is removed by etching. However, since the etching material reaches the sacrificial layer through the etching material flow region and the communication region after the flow path forming layer is constructed, the sacrificial layer is sacrificed. It is not necessary to form a structure by a wet process after removing the layer.
  • the etching material distribution region is sealed by the sealing process, if the sealed state is insufficient, there is a possibility that the liquid (specimen) dropped on the movable film flows in, Since the region where the liquid (specimen) is supplied by the flow path forming layer is separated from the etching material flow area and the communication area, the liquid (specimen) supplied into the flow path forming layer flows into the gap. Can be prevented.
  • the flow path forming layer generation step includes a wall surface forming area, a flow path forming area, and a wall surface forming process for forming a surrounding wall surface of the communication area, and the space portion forming area and the flow path.
  • the flow path forming layer can be generated by dividing into a closing process for closing the upper opening of the constituent region.
  • the flow path forming layer is composed of two layers, and can be constructed as a structure in which at least the space portion configuration area and the flow path configuration area are sealed. These can be formed by depositing a photoresist by photolithography. Even in the case of photolithography, since the sacrificial layer is not removed, the developer or the like does not affect the gap. Instead, after the flow path forming layer is formed from a resist, the adhesion between the substrate and the flow path forming layer is improved by post-baking.
  • the invention relating to the method of manufacturing a physicochemical phenomenon sensing device includes a sacrificial layer generating step of generating an sacrificial layer by depositing an etchable material on each light receiving surface of a plurality of light receiving elements fabricated on a substrate, and the sacrificial layer A movable film layer generating step of generating a movable film layer by depositing the movable film constituent material in the movable film constituent region, excluding the etching material distribution region for allowing the etching material to pass through, On the outer surface, a space portion and a plurality of light receiving elements are divided into a plurality of units, and a flow path for connecting each space portion in series is formed for each unit and communicated with the etching material circulation region.
  • the sacrificial layer to reach and is characterized in that it comprises a sacrificial layer removing step of forming a gap portion on the back side of the movable film layer the sacrificial layer is removed by etching.
  • the sacrificial layer is the one in which the etching material reaches the sacrificial layer through the etching material flow region and the communication region after the flow path forming layer is constructed. This eliminates the need to form a structure.
  • the flow path forming layer generation step includes a wall surface forming step, a wall surface forming step that forms a surrounding wall surface of the space portion forming area, the flow path forming area, and the communication area;
  • the flow path forming layer can be configured to be distinguished from the block forming step of closing the upper opening portion of the part configuration area and the flow path configuration area.
  • a fine hollow portion is formed on the surface of a movable film constituting a Fabry-Perot interferometer, and a specimen (a gas to be inspected or a test object) is placed in a microchannel connected to the hollow portion.
  • the liquid can be supplied to the movable film surface while concentrating the specimen in a narrow range.
  • the movable film can be deformed in accordance with the force, and the intensity of transmitted light according to the deformed state of the movable film can be detected by irradiating the light receiving element with light through the movable film.
  • the specific substance is fastened (specific adsorption) to the surface of the movable membrane, and as a result, the reaction time to be detected can be shortened. Will be.
  • the adsorption speed on the movable film surface can be promoted by the so-called size effect, and the reaction time can be greatly shortened.
  • the specimen since the specimen is supplied to the hollow portion of the movable membrane surface via the flow path, it can reach the portion to be detected while avoiding contact with the outside.
  • the gap formed on the back side of the movable membrane is because the movable membrane and the same type of thin film are interposed between the flow path and the hollow portion, The specimen does not flow into the gap. Therefore, a process such as drying the voids can be made unnecessary during use.
  • the flow path and the hollow part into which the sample has flowed in can be easily cleaned by supplying a cleaning solution (such as physiological saline) after use, and then used without drying. Can do. If it is necessary to dry, it can be easily dried by flowing dry air into the flow path.
  • a cleaning solution such as physiological saline
  • the sensor array using the physical / chemical sensor has a single flow path because the flow path is connected in series with the hollow portions on the movable membrane constituting the plurality of physical / chemical sensors.
  • the specimen supplied from can be sensed by a plurality of sensors. Therefore, it is not necessary to supply the same specimen to different flow paths, and substances can be detected simultaneously under different conditions for the same specimen.
  • the different conditions at this time include a case where the movable film constituting a part of the sensors is a condition in which a specific substance cannot be fixed (specific adsorption), and can be used as a reference sensor.
  • a plurality of the physical / chemical sensors are formed on a substrate, and a unit is formed by the plurality of sensors, and a part of the plurality of sensors.
  • a part of the plurality of units for reference, the state of deformation of the movable film in the sensor or unit for detecting the specimen, and the state of deformation of the movable film in the reference sensor or unit Can be compared.
  • the comparison with the reference sensor or unit makes it possible to clearly grasp the presence of the specific substance to be detected.
  • the reaction time can be shortened by supplying the sample into the minute space and the inside of the microchannel.
  • a fine hollow portion can be formed on the surface side of the movable film constituting the Fabry-Perot interferometer, A microchannel connected to the hollow portion can be formed.
  • These hollow portions and flow paths can be formed by, for example, lithography technology, but when these hollow portions and flow paths are formed, a sacrificial layer is laminated on the back side of the movable membrane. The wet process will be performed prior to removing the sacrificial layer.
  • the sacrificial layer is removed by allowing the etching material to reach the sacrificial layer via the etching material circulation region provided in the movable film and the communication region provided in the flow path forming layer.
  • a processing step by a wet process becomes unnecessary, and an inflow of unnecessary liquid such as a developer can be prevented in the gap. This kind of effect is the same when a sensor array and a sensing device are manufactured as well as when a single physical / chemical sensor is formed.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of an embodiment of the invention relating to a physical / chemical sensor
  • FIG. 2 is a diagram showing a state where a part of a single physical / chemical sensor is separated.
  • 3A is a cross-sectional view taken along line IIIA-IIIA in FIG. 1
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line IIIB-IIIB.
  • An embodiment of a physical / chemical sensor will be described based on these drawings.
  • a gap 2 is formed on a light receiving surface 11 of a light receiving element 10 (hereinafter referred to as a photodiode as an example of the light receiving element) 10 formed on a substrate 1.
  • the movable film 3 is formed through the above, thereby forming the Fabry-Perot interferometer FP, and the flow path forming layer 4 is laminated on the surface side of the movable film 3.
  • the gap 2 is formed by previously stacking a sacrificial layer between the light receiving surface 11 of the photodiode 10 and the movable film 3 and removing it by etching. Accordingly, the gap 2 is formed only in the range where the sacrificial layer is laminated and the movable film 3 is formed on the surface thereof.
  • the movable film 3 is formed of a flexible thin film, and the distance between the light receiving surface 11 and the movable film 3 changes within a range where the gap 2 is formed by mechanically bending the movable film 3.
  • the interference wavelength of light by the Fabry-Perot interferometer FP is different. Therefore, the state of bending of the movable film can be detected by detecting the intensity of light of a specific wavelength.
  • the movable film constituting material can be exemplified by Parylene (registered trademark) C or Parylene (registered trademark) N manufactured by Japan Parylene LLC.
  • Parylene registered trademark
  • diX registered trademark
  • diX registered trademark
  • diX registered trademark
  • Co., Ltd. can be used.
  • the movable film 3 having optical transparency and flexibility can be formed.
  • a material (substance) having the substance fixing ability on the surface such as Parylene (registered trademark) C or N or diX (registered trademark) C or N.
  • Parylene (registered trademark) A or AM, diX (registered trademark) A, or AM can be used. These materials are also light transmissive and flexible, and can be used for the movable film 3.
  • a probe molecule (specific antibody) that can be electrically bonded to the amino group can be immobilized (has substance immobilization ability). In this case, by fixing the probe molecule (antibody) to the surface of the movable film 3 in advance, it is possible to detect a specific protein (antigen) that is specially adsorbed to the probe molecule (antibody).
  • the movable film 3 is laminated in a wider range than the area where the gap 2 is formed, and the range where the gap 2 is formed becomes a movable area where the movable film 3 can actually move (bend deformation).
  • the peripheral portion is a fixed region that fixes the movable region.
  • an etching hole 31 is formed at an appropriate position of the movable film 3 so that the sacrificial layer can be etched.
  • the etching hole 31 functions as an etching material distribution region in the manufacturing process described later (referred to as an etching hole in that sense). However, after manufacturing, the etching hole 31 functions as a through-hole for communicating the outside with the gap portion 2. It functions.
  • the flow path forming layer 4 is laminated on the upper part of the movable film 3 (including the movable area and the fixed area), and has the same size as the area where the movable area is formed on the movable film 3.
  • a hollow portion 41 having an appropriate height dimension (several tens of ⁇ m to 100 ⁇ m) is formed, and a space that allows deformation of the movable film 3 and prevents the movable film 3 from sticking to the peripheral portion is formed.
  • a flow path 42 is formed in a portion where the fixed region of the movable film 3 is formed.
  • the flow channel 42 is connected to the hollow portion 41, and is configured so that a gas or a liquid (specimen) to be examined can be supplied to the hollow portion 41 via the flow channel 42.
  • the flow path forming layer 4 includes a hollow portion forming region 41A and a flow that are opened only on one side (lower surface) 40b.
  • the path configuration region 42A is formed, and the single-sided (lower surface) 40b is laminated so as to be in close contact with the surface side of the movable film 3, whereby the hollow part 41 and the channel 42 (FIG. 1) are formed. Is formed. That is, since the open portions of the hollow portion constituting region 41A and the flow passage constituting region 42A are closed by the surface of the movable membrane 3, the sealed hollow portion 41 and the flow passage 42 are formed. is there.
  • the hollow portion configuration is formed by both the movable region and the fixed region of the movable film 3.
  • the area 41A and the flow path configuration area 42A are sealed, and the flow path 42 can be formed long.
  • the flow path forming layer 4 is provided with a communication portion 43 penetrating from the front surface 40a to the back surface 40b.
  • the communicating portion 43 is for allowing an etching material to pass through when the sacrificial layer is removed by etching. Therefore, the communication portion 43 is provided at a position where it can communicate with the etching hole 31 formed in the movable film 3.
  • a space portion 21 formed integrally with the space portion 2 is formed around the space portion 2 formed in the substrate 1. Etching holes are formed in the movable film 3 stacked on the surface of the space portion 21. 31 is formed. In FIG.
  • the space portion 21 is illustrated in a hollow state, but the space portion 21 is also initially in a hollow state when a sacrificial layer is stacked and removed by an etching material.
  • the etching hole 31 is comprised by the comparatively fine through-hole, as FIG. 2 shows.
  • the communication portion 43 is provided in the flow path forming layer 4, so that the gap portion 2 formed between the light receiving surface 11 of the photodiode 10 and the movable film 3 includes the etching hole 31 and the communication portion. It is configured to communicate with the outside air through 43.
  • FIG. the movable region 3a of the movable film 3 has a hollow portion 41 into which a specimen can flow and a void portion 2 on the back surface side.
  • the gap 2 is under atmospheric pressure because it communicates with the outside air through the etching hole 31 and the communication portion 43.
  • both ends of the flow path 42 connected to the hollow portion 41 are open, after the specimen is supplied to the hollow portion 41 (after passing), the hollow portion 41 can be brought to atmospheric pressure. . Since the specimen supplied to the hollow portion 41 passes through the surface of the movable membrane 3, when a specific substance contained in the specimen is fixed (specific adsorption) on the surface of the movable membrane 3, it is deformed by the intermolecular force. To get.
  • the electrodes 12 and 13 are provided in the p-type area
  • the physical / chemical sensor of this embodiment can be configured as a single sensor as shown in FIG. 2 and FIG. 3, and also has a plurality of sensors as shown in FIG. 1 and FIG.
  • a configuration may be adopted in which a flow path 42 that continuously connects a plurality of hollow portions 41 is provided, and the same specimen can be detected by a plurality of sensors.
  • FIG. 4 is a cross section taken along line IV-IV in FIG. 1.
  • a plurality of photodiodes 10 are formed on the substrate 1, and the respective photodiodes 10 make independent fabrics.
  • a Perot interferometer FP is formed.
  • a hollow portion 41 is formed above the movable film 3 constituting the Fabry-Perot interferometer FP, and a plurality of physical / chemical sensors having the same configuration as described above are arranged in parallel.
  • the flow paths 42a to 42d are formed so as to connect the respective hollow portions 41 in series.
  • the flow path 42a formed at one end is the inflow side
  • the flow path formed at the other end 42b becomes the discharge side
  • the intermediate flow paths 42c and 42d function as a connection for connecting the adjacent hollow portions 41.
  • the sample is sequentially supplied to the plurality of hollow portions 41 by flowing the sample from the flow channel 42a on the inflow side, and the surface of the movable film 3 in each hollow portion 41. Therefore, the specific substance can be detected by the plurality of movable films 3. That is, when the plurality of movable films 3 have the same fixing ability, the specific substance can be fixed to the plurality of movable films 3.
  • the movable membrane 3 is made of a substance-immobilizable material (such as the above-mentioned parylene (registered trademark) A or AM, diX (registered trademark) A or AM)
  • the antibody A serving as a probe molecule is formed on the surface thereof.
  • the antigen P can be specifically adsorbed by causing an antigen-antibody reaction with the antibody A by allowing blood or body fluid to flow in.
  • the gap 2 formed on the back surface side of the movable film 3 is isolated from the hollow portion 41 in any case where a single sensor or a plurality of sensors are arranged. It can also be prevented from flowing into the portion 2. Furthermore, the range in which the hollow portion 41 is formed is approximately the same as the width of the movable region of the movable membrane 3 and has a predetermined height dimension, so that a specific substance is fixed on the surface of the movable membrane 3 ( It does not inhibit deformation due to specific adsorption.
  • the specimen when a specific substance is detected, the specimen is brought into contact with the surface of the movable membrane 3 by supplying the specimen to the hollow portion 41 via the flow path 42 and the specific substance can be fixed (specific adsorption). It will be good. At this time, since the specimen is supplied to a limited narrow space, the specific substance can be efficiently fixed (specific adsorption).
  • a plurality of physical / chemical sensors configured as described above are formed on the substrate 1. That is, the illustrated state is an example of an embodiment of a physical / chemical sensor array.
  • a plurality of (three in the figure) physical / chemical sensors are formed, and the flow paths 42 are connected in series with the hollow portions 41 disposed above the respective movable membranes 3.
  • the ends of the flow paths 42 a and 42 b at both ends are opened at the edge of the substrate 1.
  • an injection means such as a syringe is connected to the open end of one flow path 42a, and a sample storage means is connected to the open end of the other flow path 42b.
  • a physical / chemical phenomenon sensing device there is one using the sensing array.
  • a flow path 142 that connects hollow portions 141a, 141b, and 241 of a plurality of sensors (three sensors in the figure) is formed in series, a plurality of sensors positioned upstream thereof Are the detection sensors 100a and 100b, and the sensor located downstream is the reference sensor 200.
  • the movable film 203 forming the reference sensor 200 may be one that does not have a substance fixing ability, or a specific film as shown in the figure.
  • the antibody A (or B) is fixed only to the movable films 103a and 103b of the detection sensors 100a and 100b, and the antibody A (or B) is not fixed to the movable film 203 of the reference sensor 200. That is, the reference sensor 200 has the same configuration as the detection sensor 100, but prevents the specific substance from being fixed (specific adsorption).
  • the comparison conditions between the two can eliminate structural differences between the sensors 100a, 100b, and 200.
  • the detection sensors 100a and 100b and the reference sensor 200 have the same configuration, any one can be selected as the reference sensor 200 during use.
  • a specific sensor among them is used for reference 200, and the remaining sensors are used for detection 100a and 100b, it is possible to simultaneously test a plurality of specimens.
  • a plurality of sensors as the reference 200, it is possible to obtain a plurality of reference values with different conditions. If a plurality of sensors 100a, 100b, and 200 as described above are used as a single unit, and a plurality of units are configured, different specimens can be tested for each unit.
  • FIG. 6 shows a second embodiment of the physical / chemical phenomenon sensing device.
  • different flow path forming layers 104 and 204 are provided in both sensors 100 and 200, and individual flow paths (not shown) are connected to the hollow portions 141 and 241. It is configured.
  • the detection sensor 100 and the reference sensor 200 are formed on the same substrate while being distinguished, and the reference sensor 200 is substantially the detection sensor 100. It is set as the same structure.
  • the movable film surface is in an open state, it is assumed that the specimen is also supplied to the reference sensor, and is different from the detection sensor so that the movable film constituting the reference sensor is not deformed. It was set as the structure (refer patent document 1). That is, the gap is not formed on the back side of the movable film, and the movable film is laminated on the light receiving surface of the light receiving element.
  • the detection sensor and the reference sensor are different from each other as described above, the production of the reference sensor becomes complicated, and a comparison condition (sample supplied to the reference sensor) is arbitrarily selected. I could't do that either.
  • the sealed hollow portions 141 and 241 are individually provided on the surfaces of the movable films 103 and 203 of the individual sensors (detection 100 and reference 200).
  • the hollow portions 141 and 241 can be separated from each other by forming flow paths that can be individually supplied while distinguishing the specimen and the reference sample in the hollow portions 141 and 241. It can be done.
  • only the specimen can be supplied to the detection sensor 100, and only the reference sample can be supplied to the reference sensor 200.
  • the detection sensor 100 detects the transmitted light intensity for the specimen to be examined, while the reference sensor 200 determines the transmitted light intensity for any (to be compared) sample. Will be detected. By comparing these detection values, it is possible to detect the presence and concentration of the specific substance in the specimen.
  • the detection target is hydrogen gas
  • the specimen gas
  • the reference sensor 200 is supplied with a gas having molecules that are not fixed by the movable film 203.
  • the presence of hydrogen gas can be detected by comparing the detected values.
  • the detection target is a specific protein contained in blood or body fluid
  • the blood or body fluid is supplied to the detection sensor 100, and the reference sensor 200 does not contain a specific protein such as physiological saline.
  • a liquid is introduced and the two are compared.
  • the sample for comparison can be appropriately changed depending on the specimen. For example, when the specimen is blood, a red liquid should be used for the specimen in consideration of changes in light intensity due to coloring. Is assumed. Also, depending on the case, there may be a case where nothing is supplied.
  • the detection sensor 100 may have a configuration in which a plurality of physical / chemical sensors are arranged in series.
  • the flow path connected in series is comprised.
  • the reference sensor 200 is configured such that a plurality of physical / chemical sensors are arranged in series, and the hollow portion 241 is configured to be continuous by a flow path different from the detection sensor 100. To do.
  • a detection value of a reference sensor to be compared for each of the plurality of detection sensors can be obtained.
  • the comparison condition between the two can eliminate the structural difference between the sensors 100 and 200.
  • detection and reference can be distinguished for each unit.
  • a light receiving element (photodiode) is formed by a semiconductor process, a Fabry-Perot interferometer is formed on the surface, and then a flow path forming layer is laminated. The process is shown in FIGS.
  • a photodiode 10 is formed on a substrate 1 by a semiconductor process, and a silicon oxide film 5 as a protective layer is formed on the surface thereof.
  • a sacrificial layer 6 is formed on the surface (sacrificial layer generation step, see FIG. 7B).
  • the material used for the sacrificial layer 6 is a material (etchable material) that can be removed by later etching, and for example, polysilicon can be used.
  • polysilicon is used as the etchable material, for example, polysilicon is deposited on the entire surface of the silicon oxide film by CVD, and patterned by photolithography to generate the sacrificial layer 6 in a necessary range. be able to. Since polysilicon is used not only as the sacrificial layer 6 but also in the peripheral laminated portion 7, the polysilicon is patterned so as to leave the polysilicon deposited in the laminated portion 7.
  • the movable film layer 30 is laminated on the surface of the sacrificial layer 6 (movable film layer generation process, see FIG. 7C).
  • the surface of the laminated portion 7 is protected. Electrodes and the like are configured. That is, the silicon oxide film 8 is laminated on the surface and side surfaces of the laminated portion 7 in order to protect it from an etching material (etching gas or the like) in later etching. A silicon oxide film 8 is also laminated on the side surface of the sacrificial layer 6 to form the periphery of the void formed after etching.
  • a part of the surface of the photodiode is formed by etching the silicon oxide film 5 with a buffered hydrofluoric acid solution, wiring aluminum in the part, and providing electrodes in the p-type region and the n + -type region. I can leave.
  • the movable film layer 30 is laminated on the surface of the sacrificial layer 6.
  • the movable film layer 30 functions as a movable film after the sacrificial layer 6 is removed by etching. Therefore, an etching hole 31 is provided in the movable film layer 30 so that the etching material can reach the sacrificial layer 6. That is, after the movable film constituent material is formed on the entire surface of the sacrificial layer 6, the etching material distribution region (the portion that becomes the etching hole 31) is removed.
  • parylene (registered trademark) C or N, diX (registered trademark) C or N, parylene (registered trademark) A or AM, or diX (registered trademark) A or AM can be used.
  • these materials have optical transparency and flexibility and can function as a movable film. Therefore, other materials can be used as long as they have light transparency and flexibility.
  • a movable membrane layer 30 (later movable) that can fix a molecule (specific antibody) that can be electrically bonded to the amino group.
  • the movable film layer 30 (following movable film
  • the movable film constituent material when used as the movable film constituent material, it is vapor-deposited on the surface of the sacrificial layer by a vapor deposition method, and then a part (etching material distribution region) is removed by etching.
  • the movable film layer 30 can be generated. Also in this case, a predetermined region is removed after patterning by oxygen plasma by a photolithography technique.
  • the flow path forming layer generating step in the present embodiment is generated in two steps, a wall surface forming step (see FIG. 8A) and a closing step (see FIG. 8B). That is, first, it is possible to communicate with a range where the hollow portion is to be formed (hollow portion configuration region 41a), a range where the flow channel is to be formed (flow channel configuration region), and the etching material circulation region (etching hole 31). In the possible range (communication region 43a), only the lower layer 4a is laminated in order to form the surrounding wall surface.
  • the lower layer 4a and the upper layer 4b are both made of a resist or the like.
  • the wall surface forming step a portion that should form the wall surface is left by a photolithography technique, and the hollow portion forming area 41a, the flow path forming area Further, the communication area 43a is removed.
  • the closing step the same kind of resist is laminated to close the hollow portion constituting area 41a and the flow path constituting area while keeping the hollow, and the upper layer 4b is laminated on the surface of the surrounding wall surface.
  • the communication region 43a is not blocked by the resist, and the communication region 43b is formed also in the upper layer 4b.
  • the formation of the communication region 43b in the upper layer 4b can also be performed by a photolithography technique.
  • the flow path forming layer 4 is formed of a resist by photolithography, post-baking is performed after exposure, development, and the like. As a result, the flow path forming layer 4 and the substrate 1 are consequently obtained. Adhesiveness is ensured.
  • the communication portion 43 penetrating the flow path forming layer 4 is provided by both the communication regions 43a and 43b formed in the lower layer 4a and the upper layer 4b.
  • the etching material distribution region (etching hole 31) formed in the film layer 30 is in communication with the etching layer. Therefore, the sacrificial layer 6 is etched using the communication portion 43 and the etching material flow region 31 (see the sacrificial layer removal step, see FIG. 8C).
  • the removal of the sacrifice layer 6 is performed by causing an etching gas to reach the sacrifice layer 6 by dry etching.
  • the etching gas when the etching gas is supplied from the outside of the flow path forming layer 4, the etching gas passes through the communication portion 43 to the surface of the movable film layer 30 and further the etching material for the movable film layer 30. That is, the sacrificial layer 6 is reached via the distribution area 31.
  • the sacrificial layer 3 on the back surface side of the movable film layer 30 is removed by the series of steps described above, and a part of the movable film layer 30 becomes a film to form the movable film 3.
  • the gap 2 is formed on the back side of the movable film 3, and a Fabry-Perot interferometer is constructed together with the surface 11 of the photodiode 10 and the movable film 3.
  • the hollow portion 42 and the flow path formed in the flow path forming layer 4 become a space isolated from the periphery by the lower layer 4a and the upper layer 4b, the gas or liquid supplied to the inside leaks out to the periphery. There is no. Accordingly, the gap 2 formed on the back surface side of the movable film 3 can be used as it is opened through the communication portion 43 and the etching material flow region 31. That is, it is not necessary to close the opening used in the etching.
  • the sacrificial layer 6 removal step can be performed last, and there is no need to perform a wet process after the Fabry-Perot interferometer is fabricated. Further, a sealed hollow portion 41 can be formed on the surface of the movable film 3, and a physical / chemical sensor having a configuration capable of supplying the specimen via the flow path to the movable film 3 can be manufactured.
  • the physical / chemical phenomenon sensing device is manufactured by constructing a plurality of physical / chemical sensors on a substrate. Therefore, basically, the process is the same as the manufacturing method of the physical / chemical sensor described above, but the flow path forming layer is generated because the flow path is divided and connected to a plurality of physical / chemical sensors. It is a little different in the process.
  • a plurality (two in the figure) of photodiodes 110 and 210 are formed on the substrate 1 (see FIG. 9A).
  • Sacrificial layers 106 and 206 are laminated on the light receiving surfaces 111 and 211 of the photodiodes 110 and 210, respectively (sacrificial layer generation step, see FIG. 9B).
  • the stacked portions 107 and 207 are also configured at the same time.
  • the movable film layers 130 and 230 are formed (movable film layer generation step, (See FIG. 9C).
  • the flow path forming layers 104 and 204 are generated (flow path forming layer generating step).
  • the flow path forming layer generation process is based on a wall surface forming process and a blocking process. That is, the lower layers 104a and 204a are laminated on the surfaces of the movable film layers 130 and 230, and the surrounding wall surfaces of the hollow portion constituting regions 141a and 241a and the communication regions 143a and 243a are formed (wall surface forming step, see FIG. 10A). ) Further, the upper layers 104b and 204b are laminated thereon to construct the flow path forming layers 104 and 204 constituting the hollow portions 141 and 241 and the communication portions 143 and 243 (blocking step, FIG. 10B). reference). Although not shown, when the hollow portions 141 and 241 are formed, a flow path connected to the hollow portions 141 and 241 is formed in a direction perpendicular to the paper surface.
  • sacrificial layers 106 and 206 are removed by etching (sacrificial layer removal step, see FIG. 10C) to form the movable films 103 and 203, and the voids 102 and 202 are formed on the back side thereof.
  • etching sacrificial layer removal step, see FIG. 10C
  • two physical / chemical sensors 100, 200 are formed in adjacent photodiodes 110, 210, but the same including individual hollow portions 141, 241 respectively.
  • a structure detection sensor 100 and a reference sensor 200 can be produced.
  • the hollow portions 141 and 241 adjacent to each other are illustrated as not being connected by a flow path, but the hollow portions 141 and 241 may be connected by a flow path.
  • the movable film 203 of the reference sensor 200 may be made of a material that does not have substance fixing ability.
  • a unit in which a plurality of hollow portions 141 and 241 are continuous in a flow path as described above may be used as a unit, and a plurality of units may be configured at the same time.
  • Embodiments of the present invention are as described above, but these embodiments show examples, and the present invention is not limited to the above-described embodiments. Therefore, it is possible to modify these as appropriate.
  • a metal film may be formed on the front or back surface of the movable films 3, 103, 203 to form a half mirror.
  • a reflectance may be improved by forming a metal film on the light receiving surface side of the photodiodes 10, 110, and 210.
  • a metal material such as gold, silver or copper is deposited by a sputtering method or a vapor deposition method before and after forming the movable films 3, 103, 203 and the like. The Rukoto.
  • the manufactured physical / chemical sensor is a sensor array in which 4 ⁇ 4 photodiodes are formed on a silicon substrate, and four units are connected in series to form four rows.
  • Polysilicon was used for the sacrificial layer, and finally etching was performed with xenon difluoride gas.
  • TMMF2000 manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. was used as a resist having resistance to xenon difluoride. It was determined that the resist used here has high light transmittance and can be used as a flow path forming layer.
  • FIG. 11 (a) shows a micrograph of the surface of the fabricated sensor
  • FIG. 11 (b) shows a photo of the entire substrate
  • FIG. 11 (c) shows a state in which the substrate is mounted on an inspection apparatus (having an inlet and an outlet). ) Respectively.
  • etching gas xenon difluoride gas
  • etching gas reaches the sacrificial layer via the communication portion (communication region) and the etching material flow region (etching hole), and the sacrificial layer is It was tested whether it was removed or not.
  • the experiment confirmed the change in color due to light interference before and after etching.
  • the result is shown in FIG. Although the photograph in this figure is not clear, it was actually confirmed that the vicinity of the center of the movable film (movable region) changed from green to red. This is considered to be due to the change in the light wavelength between the case where the sacrificial layer is present and the case where the gap is formed.
  • the photocurrent value of the photodiode with respect to the intensity change of the irradiation light emitted from the light source is measured, the output characteristics thereof are shown in FIG. 14A, and the photocurrent value when a reverse bias voltage is applied to the photodiode.
  • FIG. 14B shows the characteristics thereof.
  • the output current has a linear response to the intensity of the irradiated light, and it has been found that the transmittance can be measured even when the flow path forming layer is laminated.

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Abstract

【課題】　可動膜上における反応時間を短縮し得る物理・化学センサおよび物理・化学現象センシングデバイスを提供するとともに、そのための製造方法をも提供する。 【解決手段】　物理・化学センサは、ファブリペロー干渉計を形成するとともに、可動膜３の表面に流路形成層４を積層し、中空部４１と、これに接続する流路４２を構成した。物理・化学現象センシングデバイスは、複数の物理・化学センサを備え、検出用センサ１００と、参照用センサ２００とに区分し、異なる流路および中空部によって検体および参照試料を可動膜に供給できるようにした。これらの製造方法は、基板上に犠牲層を積層し、レジストにより流路形成層を構成した後、最後の工程として犠牲層をエッチングする。

Description

物理・化学センサおよび物理・化学現象センシングデバイスならびにこれらの製造方法
　本発明は、光干渉型の物理・化学センサに関し、特に、気体や液体に含まれる分子を非標識により検知するためのセンサに関するもの、このセンサを使用した物理・化学現象センシングデバイス、およびこれらの製造方法に関するものである。
　近年、燃料電池に代表されるように、水素ガスをエネルギー源とするための技術が開発され普及されつつあり、これに伴って水素ガスを検出するためのセンサが重要視されている。また、環境汚染を誘引するガス（二酸化炭素や二酸化窒素など）は環境保全のためにその排出を検知することが重要とされ、爆薬に使用される成分（トリニトロトルエン：ＴＮＴやトリメチレントリニトロアミン：ＲＤＸなど）を含むガスの検知は、地雷を発見することに有用である。さらに、医療現場においては、特定種類の抗体または特定種類の抗原を検出することにより、特定の疾患に罹患していることを判定するため、抗原抗体反応によって特定の抗原（特定のタンパク質）を検出するセンサもまた重要視されている。
　そこで、医療現場では、検出すべきタンパク質を特定する方法として、蛍光ラベルを使用する蛍光標識技術が用いられていた。この技術は、活性化した蛍光基をタンパク質に反応させて標識とするものであって、同時に複数の検出が可能となるとともに蛍光色素の取り扱いが簡単であることから、以前から広く使用されてきた。しかし、この蛍光標識技術では、蛍光基が反応することに伴ってタンパク質構造が劣化することが懸念され、また、蛍光基修飾の位置や標識数の制御が困難であるという定量評価に関して問題があった。
　上記の問題を解決する手法として、標識を用いない（非標識、いわゆるラベルフリー）センサが提案されている。そこで、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ：微小電気機械システム）技術を用いたラベルフリータンパク質センサとして、分子の吸着による表面応力の変化をカンチレバーや薄膜の曲げとして検出するものが提案されている（非特許文献１および２参照）。上記技術における表面応力の変化は、吸着分子同士のもつ電荷によって静電反発力に起因するものであった。そして、静的な変位を信号出力するためのトランスデューサとしては、レーザの反射角度を検出する方式、またはピエゾ抵抗により出力電圧の信号を読み取る方式が採用されている。カンチレバーを使用する方式では、カンチレバー型センサをマイクロ流路中に実装し、シリンジポンプによって送液される液中に含まれるターゲット分子をリアルタイムに検出するものであった。
　しかしながら、ピエゾ抵抗を用いるカンチレバー型センサは、カンチレバーの機械的な撓みをピエゾ素子による抵抗値の変化として認識するものであるところ、カンチレバーの撓み量から抵抗値変化量への変換効率が小さかった。また、カンチレバーの材料がシリコン製であるため、ヤング率が高く（１３０～１６０ＧＰａ）、生体分子に起因する微小な分子間力の検出に必要かつ十分な撓み量を得ることができないという問題点を有していた。
ＷＯ２０１３／０４７７９９号公報
G.H.Wu, R.H.Datar, K.M.Hansen, T.Thundat, R.J.Cote, A.Majumdar, Bioassay of prostate-specific antigen (PSA) using microcantilevers, Nat. Biotechnol. 19 (2001) 856-860. Y.Arntz, J.D.Seelig, H.p.Lang, J.Zhang, P.Hunziker, J.P.Ramseyer, E.Meyer, M.Hegner, C.Gerber "Label-free protein assay based on a nanomechanical cantilever array", Nanotechnology 14, pp.86-90, 2003.
　上記のような問題点を解決すべく、本願の発明者らは、前記表面応力センサの感度を向上させるトランスデューサとして、光干渉を利用した方式を提案している（特許文献１参照）。この技術は、特定物質の固定能を有する材料による可動膜と受光素子表面とでファブリペロー干渉計を形成し、特定波長の透過光の強度変化によって特定物質の固定状態を検出するものである。すなわち、物質固定能を有する可動膜が特定物質を固定することにより、当該物質の分子間力によって膜部が撓み、ファブリペロー干渉計を構成している空隙部（エアギャップ）の間隙幅が変化するものである。そして、この変化に伴って干渉波長が変化することから、単波長のレーザ光を入射すると、入射波長に対する透過率が変化し、この透過光強度の変化を受光素子によって光電流の変化として読み出すのである。可動膜に抗体分子を固定させておけば、この抗体分子と特定のタンパク質が抗原抗体反応により結合し、検知すべきタンパク質の結合による分子間力の変化を可動膜の撓み量から検出することができるものである。このように、タンパク質の有無のみならず、付着量についても電気信号から定量評価することができ、さらに、ファブリペロー干渉計の透過特性を制御すれば、可動膜の変位に対する信号変換効率を向上させることができるものである。
　ところで、前記ファブリペロー干渉型センサは、受光素子と可動膜との間に空隙部を形成させるため、予めエッチング可能材料（犠牲層）を受光素子の受光面に積層し、その表面に可動膜層を積層した後に当該犠牲層をエッチングによって除去することによって作製されていた。そこで、可動膜層には、エッチングガスまたはエッチング液を犠牲層に到達させるための連通孔が形成され、エッチング終了後には、空隙部への液体の流入を防止するために当該連通孔を封止していた。その際、フォトリソグラフィによって封止膜をパターニングする場合には、塗布方法や現像・ベーク条件などに厳しい制約を受けることとなり、決して歩留まりが良いとは言えないものであった。
　また、上述のように、検知すべきタンパク質等の特定物質は、可動膜に固定（特異吸着）されるものであることから、可動膜の表面側を開放しておき、その表面に当該特定物質を含む可能性のある液体（検査対象液）を滴下し、その反応を観察するものであった。そのため、可動膜の表面において特定物質が特異吸着するまでに、数十分程度の反応時間を要することがあった。しかしながら、迅速な診断をすべき場合、または分子スクリーニングを目的とする場合などにおいては、反応時間の短縮化が要求されるところ、従来のセンサでは前記要求に応えるところまでに達していなかった。また、可動膜表面に液体を滴下する場合、液体の全体量によって干渉特性が変化することから、滴下前（使用前）には洗浄液等の液体を除去するために、可動膜表面を乾燥させる工程が必要となり、全体的な処理時間が長期化させるという問題点が内在されていた。
　本発明は、上記諸点にかんがみてなされたものであって、その目的とするところは、可動膜上における反応時間を短縮し得る物理・化学センサおよび物理・化学現象センシングデバイスを提供するとともに、そのための製造方法をも提供することである。
　そこで、物理・化学センサにかかる本発明は、受光素子の受光面に、空隙部を形成しつつ該受光面に対向して設けられた可動膜を備え、該可動膜は、少なくとも外側表面に物質固定能を有し、前記受光面とともにファブリペロー干渉計を形成するように構成された物理・化学センサにおいて、前記可動膜の外側表面に積層される流路形成層を備え、該流路形成層は、前記可動膜の外側表面に中空部を形成するとともに、該中空部に接続される流路が形成されていることを特徴とするものである。
　上記構成によれば、検査対象液または検査対象ガス（以下、検体と総称する）を流路内に流入させることにより、可動膜へ供給できることとなり、検体を狭い範囲に集中させることによって反応時間の短縮が可能となる。ここで、流路は微細な径を有するマイクロ流路であり、中空部は、可動膜が変化できる程度の微細な空間である。このような微細な領域に検体を供給することによって、いわゆるサイズ効果により反応時間を短縮し得る。また、検体は、流路を介して可動膜に供給されるものであるが、検体の供給を継続することにより、当該可動膜に固定（特異吸着）されるべき特定物質は、継続的して可動膜の表面に供給されることとなり、可動膜の物質固定能による特定物質の固定（特異吸着）の効率を向上させることができる。すなわち、従来のように、可動膜の表面を開放し、当該表面に滴下した場合には、可動膜から離れた位置（液中の上位）に特定物質が存在しても、これを可動膜表面が固定（特異吸着）することができないが、狭い領域内を通過させる場合には、可動膜表面に近接した位置に特定物質を供給させることができることとなり、可動膜表面による固定（特異吸着）が容易となるため、反応時間の短縮化を可能にするものである。
　上記構成の発明において、前記可動膜は、周辺部分の一部に貫設された貫通部を備え、前記流路形成層は、前記中空部および流路から逸れた位置において前記貫通部に連通するように該流路形成層を貫通する連通部を備えており、前記受光面と前記可動膜との間に形成される空隙部は、前記貫通部および連通部を介して外部に連通しているものである。
　このような構成の場合には、受光素子の受光面と可動膜との間に形成される空隙部は、結果的に開放された状態となり、当該空隙部を大気圧下において形成されることとなる。これにより、可動膜の変形に自由度を与えることとなることから、可動膜表面に固定（特異吸着）した物質の分子間力による可動膜の変形が容易となり、吸着物質の測定精度を向上させ得るものである。
　上記各構成の発明においては、可動膜が、気体または液体に含まれる分子を固定する分子固定能を有する材料で形成されているものとすることができる。
　上記構成によれば、特定のガス（例えは、可燃性ガスや環境に影響を与えるようなガス）および生体高分子などを測定することができる。ここで、可燃性ガスとしては、水素ガスやＴＮＴまたはＲＤＸなどの爆薬に含まれるガスなどを例示することができ、環境に影響を与えるガスとしては、二酸化炭素や二酸化窒素などを例示することができる。また、生体高分子としては、アミノ酸、核酸、多糖類などを含む高分子（例えば、抗体、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）やリボ核酸（ＲＮＡ）など）を例示することができる。さらに、分子固定能が抗体を固定する抗体固定能を有する場合には、可動膜の表面に予め抗体を固定し、この抗体に結合する特定のタンパク質（抗原）が前記抗体に結合する状態を検出・測定することも可能となる。
　他方、上記構成の発明における可動膜として、柔軟な基礎膜と、該基礎膜の表面に分子固定能を有する材料を積層された分子固定膜とで構成したものを使用することができる。
　上記構成の場合には、異なる種類の分子固定膜を積層すれば、検出・測定すべき対象物質に応じて、多種のセンサを構成することができる。分子固定膜としては、抗体を固定するためのものとして、日本パリレン合同会社製のパリレン（登録商標）Ａまたはパリレン（登録商標）ＡＭを例示することができ、同様に第三化成株式会社製ｄｉＸ（登録商標）ＡまたはＡＭなどがある。これらは、パラキシレン系ポリマーであり、ベンゼン環がＣＨ２を介して繋がっている構造体であり、末尾が「Ａ」と表記されるものは、側鎖にアミノ基を有するものであり、末尾が「ＡＭ」と表記されるものは、側鎖にメチル基－アミノ基が直列に結合している構造体であるため、当該アミノ基に抗体を結合させることができるものである。
　なお、可動膜を前述のように複数の膜を積層する場合、同時に金属膜を積層することにより、ハーフミラーとして機能させることも可能である。ハーフミラーを構成することによりファブリペロー干渉計の内部で干渉する波長の選択性を向上させることができるからである。この場合には、さらに、受光素子の受光面にも金属膜を積層する構成としてもよい。前記干渉波長の半値幅を狭くすることができるからである。
　物理・化学センサアレイにかかる本発明は、前記に示した物理・化学センサを使用するものであって、基板上に複数の前記物理・化学センサを形成し、前記流路層に形成される流路は、それぞれの物理・化学センサの可動膜の外側表面に形成される複数の中空部を直列に接続するように形成されていることを特徴とするものである。
　上記構成によれば、物理・化学センサを構成する可動膜上の中空部に対し、直列に接続された流路から同一の検体を供給することができ、複数の物理・化学センサによって、同一検体について異なる物質のセンシングを可能にする。すなわち、個々のセンサを構成する可動膜の物質固定条件を異ならせることにより、同一検体に含有される物質について、複数の異なる種類についてセンシングすることができるのである。可動膜の物質固定条件を異ならせるとは、可動膜により固定（特異吸着）できる特定物質が異なる場合のほか、特定の抗原と特異吸着する特定の抗体を選定し、予め異なる抗体を可動膜に固定させる場合がある。
　また、物理・化学センサアレイにかかる発明は、前記に示した物理・化学センサを使用するものであって、基板上に形成される複数の前記物理・化学センサによりユニットを複数列設け、前記流路層に形成される流路は、それぞれのユニットごとに、それぞれの物理・化学センサの可動膜の外側表面に形成される複数の中空部を直列に接続するように形成されていることを特徴とするものがある。
　上記構成によれば、ユニットごとに異なる検体を流入させることができ、同時に複数の検体について特定物質を検知することができる。この場合、各ユニットを構成する複数のセンサのうち、その一部を参照用として使用することができる。例えば、予め可動膜表面に抗体を固定し、この抗体に抗原を特異吸着させることにより特定物質（抗原）を検出する場合において、参照用のセンサを構成する可動膜の表面には抗体を固定させず、この可動膜に抗原を特異吸着させないようにすることによって、特異物質（抗原）が固定しない条件下における透過光強度を測定することが可能となるのである。つまり、同一の流路を経由して供給される同じ検体が、特定物質を検出し得るセンサと、検出し得ない（参照のための）センサとの双方を経由することになり、両者のセンサにおける透過光の強度（光電流の強度）を比較によって、可動膜の変化を明確に測定することが可能となる。他方において、複数ユニットの一部に対しては特定物質を含まない検体を供給し、特定のユニットを参照用として使用してもよい。このような場合においても、ユニットを単位として透過光の強度（光電流の強度）を比較することも可能となる。
　ここで、前記物理・化学センサアレイにおける流路は、それぞれのユニットごとに、前記基板の端縁において開口する流入部および排出部を備える構成とすることができる。
　このような構成においては、センサアレイが形成される基板の外部から検体を供給し、流路通過後の検体を基板の外部において排出させることができる。このときの供給系は、センサアレイが形成される基板とは異なるチップ上に流路およびインレットを形成することによって構成することができ、他方、排出系についても、センサアレイが形成される基板とは異なるチップ上に流路およびアウトレットを形成することによって構成することができる。
　物理・化学現象センシングデバイスにかかる本発明は、前記の物理・化学センサを使用するセンシングデバイスであって、基板上に複数の前記物理・化学センサを配置し、その一部を参照用とし、他方の一部または全部を検出用とすることを特徴とするものである。
　上記構成によれば、参照用のセンサを特定物質の検出用のセンサと同じ構造とすることができる。この場合、検出用のセンサには、例えば、特定の抗原と抗原抗体反応を生じさせる抗体を固定しておき、参照用のセンサには当該抗体を固定しないものとすることにより、同一の検体を供給することによって、検出用センサにおいてのみ可動膜が変化することとなる。これにより、両センサの受光素子によって検出される光の強度の変化を比較することが可能となる。特に、色素を有する検体のように、検体そのものが光の透過率を減少させるような性質を有する場合の検査には、検出用センサと参照用センサを同じ条件とすることができ、検出用センサの受光素子によって検出される光の強度変化と、参照用センサの受光素子によって検出される光の強度変化との対比により、特定物質の固定による光透過率の変化として検出することが可能となる。
　また、物理・化学現象センシングデバイスにかかる発明としては、前述のセンサアレイを使用するものであって複数の前記ユニットについて、個々のユニットを構成する複数の前記物理・化学センサのうち一部の物理・化学センサを参照用とし、他の物理・化学センサを検出用とすることを特徴とするものがある。
　上記構成の場合には、ユニットごとに一部のセンサを参照用センサとして機能させることができることから、ユニットごとに、検出用センサと参照用センサとを比較することができることとなり、ユニットごとに異なる検体を同時に検査対象とすることができる。なお、ユニットを構成する複数のセンサについて物質固定条件を異ならせることにより、同時に数種類の特定物質の検知を可能にし、参照用のセンサは、これら特定物質が固定（特異吸着）しない条件とすることにより参照値を得ることができる。
　なお、物理・化学現象センシングデバイスにかかる発明としては、前述のセンサアレイを使用するセンシングデバイスであって、複数の前記ユニットのうち、一部のユニットを参照用とし、他方の一部または全部を検出用とするものであってもよい。
　上記構成の場合には、複数の物理・化学センサによって構成されるユニットを単位として、検出用ユニットと、参照用ユニットとに区分することができ、同じ検体を両ユニットに供給することによって、ユニットを単位として受光素子が検出する透過光の強度変化を対比させることも可能となる。
　他方、物理・化学センサの製造方法にかかる本発明は、受光素子の受光面に、エッチング可能材料を堆積して犠牲層を生成する犠牲層生成工程と、前記犠牲層の表面のうち、エッチング材料を通過させるためのエッチング材料流通領域を除き、可動膜構成領域に可動膜構成材料を堆積して可動膜層を生成する可動膜層生成工程と、前記可動膜層の外側表面上に空間部と、この空間部に接続される流路とを形成するとともに、前記エッチング材料流通領域に連通する連通領域を形成させつつ、該可動膜層表面に流路形成層を積層する流路形成層生成工程と、前記エッチング材料流通領域および前記連通領域を介してエッチング材料を前記犠牲層に到達させ、該犠牲層をエッチングにより除去して可動膜層の裏面側に空隙部を形成させる犠牲層除去工程とを含むことを特徴とするものである。
　上記構成によれば、犠牲層の表面を利用して可動膜を積層し、さらに可動膜の上部に中空部および流路を形成した後、犠牲層を除去することによって、受光素子の受光面と可動膜との間に空隙部を形成させ、これらによってファブリペロー干渉計を構成させることができる。ここで、犠牲層は、エッチングによって除去されるものであるが、流路形成層を構築した後において、エッチング材料流通領域および連通領域を介して、エッチング材料を犠牲層に到達させることから、犠牲層を除去した後にウエットプロセスによる構造形成が不要となる。これは、従来構造において、ファブリペロー干渉計を構成した後に流路を構造形成させる場合には、犠牲層を除去した状態でウエットプロセスを行うこととなっていたため、空隙部内への液体流入の可能性があったが、上記構成の製造方法であれば、そのような液体流入を防ぐことができる。また、従来構造では、犠牲層を除去した後に、エッチング材料流通領域を封止するための工程を要していたが、その工程を省略することができる。そして、封止工程によりエッチング材料流通領域を封止したとしても、当該封止状態が不十分である場合には、可動膜上に滴下した液体（検体）が流入する可能性もあったが、流路形成層によって液体（検体）が供給される領域は、エッチング材料流通領域および連通領域から区分されているため、流路形成層内に供給される液体（検体）が空隙部に流入することを防ぐことができる。
　上記の物理化学センサの製造方法においては、流路形成層生成工程が、空間部構成領域、流路構成領域および連通領域の周囲壁面を構成する壁面構成工程と、前記空間部構成領域および流路構成領域の上部開口部を閉塞する閉塞工程とに区分して、流路形成層を生成するように構成することができる。
　上記構成の場合には、流路形成層が二層で構成されることとなり、少なくとも空間部構成領域および流路構成領域を密閉した構造物として構築することができる。これらは、フォトリソグラフィ技術によってフォトレジストを成膜することにより形成させることができる。フォトリソグラフィによる場合であっても、犠牲層が除去される前であることから、現像液等が空隙部に影響を与えることがないのである。それよりも、流路形成層をレジストによって生成した後、ポストベークによって、基板と流路形成層との密着性が向上することとなる。
　物理化学現象センシングデバイスの製造方法にかかる発明は、基板上に作製された複数の受光素子の各受光面に、エッチング可能材料を堆積して犠牲層を生成する犠牲層生成工程と、前記犠牲層の表面のうち、エッチング材料を通過させるためのエッチング材料流通領域を除き、可動膜構成領域に可動膜構成材料を堆積して可動膜層を生成する可動膜層生成工程と、前記可動膜層の外側表面上に空間部と、前記複数の受光素子を複数のユニットに区分しつつ、該ユニットごとに各空間部を直列に接続する流路とを形成するとともに、前記エッチング材料流通領域に連通する連通領域を形成させながら、該可動膜層表面に流路形成層を積層する流路形成層生成工程と、前記エッチング材料流通領域および前記連通領域を介してエッチング材料を前記犠牲層に到達させ、該犠牲層をエッチングにより除去して可動膜層の裏面側に空隙部を形成させる犠牲層除去工程とを含むことを特徴とするものである。
　上記構成によれば、基板上に複数のユニットに区分された複数の物理・化学センサと、各ユニットを単位とする複数の空間部を直列に接続する流路を形成することができる。そして、前記ユニットが複数形成されることにより、同時に異なる検体について検査し得るデバイスを製造することができる。この製造方法においても、犠牲層は、流路形成層を構築した後に、エッチング材料流通領域および連通領域を介して、エッチング材料を犠牲層に到達させるものであり、犠牲層を除去した後にウエットプロセスによる構造形成が不要となる。
　上記のような物理・化学現象センシングデバイスの製造方法においても、前記流路形成層生成工程が、空間部構成領域、流路構成領域および連通領域の周囲壁面を構成する壁面構成工程と、前記空間部構成領域および流路構成領域の上部開口部を閉塞する閉塞工程とに区別して、流路形成層を生成するように構成することができるものである。
　物理・化学センサにかかる本発明によれば、ファブリペロー干渉計を構成する可動膜の表面に微細な中空部が形成され、この中空部に接続されるマイクロ流路に検体（検査対象の気体または液体）を流入させることにより、検体を狭い範囲に集中させつつ可動膜表面に供給することができる。このとき、可動膜の表面側には中空部が存在し、裏面側には空隙部が形成されていることから、表面に特定物質が固定（特異吸着）した際に、当該固定物質の分子間力に応じて可動膜が変形可能となり、この可動膜を介して受光素子に光を照射することにより、可動膜の変形状態に応じた透過光の強度を検出することができる。そして、前記のように、狭い範囲に集中して検体を供給することにより、上記可動膜表面に特定物質の固定（特異吸着）が速くなり、その結果、検出すべき反応時間の短縮を可能にすることとなる。特に、マイクロ流路を経由して微細な空間に検体を供給することから、いわゆるサイズ効果により可動膜表面における吸着速度を促進させ、反応時間を大きく短縮することができるのである。
　また、上記のように、検体は、流路を経由して、可動膜表面の中空部に供給されることから、外部との接触を避けながら検知されるべき部分へ到達させることができる。他方、可動膜の表面には検体が供給されるものの、可動膜の裏面側に形成される空隙部は、可動膜および同種の薄膜が流路および中空部との間に介在されることから、当該空隙部に検体が流入することがない。そのため、使用の際に、空隙部を乾燥させるなどの工程を不要とすることができる。なお、検体を流入させた流路および中空部は、使用後には洗浄液（生理食塩水等）を供給することにより、容易に内部を洗浄することができ、その後、乾燥させることなく使用に供することができる。仮に、乾燥すべき必要がある場合には、流路内に乾き空気を流入させることにより容易に乾燥させることも可能となる。
　そして、上記物理・化学センサを使用するセンサアレイは、前述の複数の物理・化学センサを構成する可動膜上の中空部を流路が直列に接続するものであることから、単一の流路から供給される検体を複数のセンサによってセンシングさせることが可能となる。従って、同一の検体を異なる流路に供給する必要がなく、同一検体について、異なる条件における物質の検出を同時に行うことができる。このときの異なる条件とは、一部のセンサを構成する可動膜は特定物質を固定（特異吸着）できない条件である場合を含み、これを参照のセンサとすることが可能となる。また、このように直列に接続される複数のセンサをユニットとし、複数のユニットを形成することにより、ユニットごとに異なる検体を供給し、同時に複数検体の検査を行うこともできる。こられの構成により、測定時間を短縮させることができ、また、参照のための条件を設けることにより、比較結果を同時に得ることができることから、特定物質の検知を瞬時に判断することが可能となる。
　さらに、物理・化学現象センシングデバイスにかかる本発明によれば、基板上に前記物理・化学センサを複数形成し、また、複数のセンサによってユニットを形成するものであり、前記複数のセンサの一部、または複数のユニットの一部を、参照用として使用することにより、検体を検知するためのセンサまたはユニットにおける可動膜の変形の状態と、参照用のセンサまたはユニットにおける可動膜の変形の状態とを比較することができる。この参照用のセンサまたはユニットとの比較によって、検出すべき特定物質の存在を明確に把握することが可能となる。比較については、受光素子によって得られる光電流の値を電気的に検知すればよく、極めて容易かつ迅速に検出結果を得ることができる。そして、これらの各センサおよびユニットにおいても微細な空間部およびマイクロ流路の内部に検体を供給することにより、反応時間の短縮化を図ることができるものである。
　他方、前記物理・化学センサおよび物理・化学現象センシングデバイスの製造方法にかかる本発明によれば、ファブリペロー干渉計を構成する可動膜の表面側に微細な中空部を形成させることができ、さらに、この中空部に接続するマイクロ流路を形成することができる。これらの中空部および流路は、例えば、リソグラフィ技術によって形成することが可能であるが、これら中空部および流路の形成の際には、可動膜の裏面側に犠牲層が積層された状態で実施できるものであり、ウエットプロセスは、犠牲層を除去するよりも前に実施されることとなる。そして、犠牲層は、最終工程において、可動膜に設けられるエッチング材料流通領域および流路形成層に設けられる連通領域を介して、エッチング材料を犠牲層に到達させることによって除去するものであるから、この最終工程において空隙部が形成され、ファブリペロー干渉計が構成された後には、ウエットプロセスによる処理工程が不要となり、当該空隙内に現像液等の不要な液体の流入を防止することができる。この種の効果は、単一の物理・化学センサを形成する場合のほか、センサアレイおよびセンシングデバイスを製造する場合も同様である。
物理・化学センサの実施形態を示す説明図である。 物理・化学センサを構成する流路形成層を分離した状態を示す説明図である。 （ａ）は図１のＩＩＩＡ－ＩＩＩＡにおける断面図であり、（ｂ）は図１のＩＩＩＢ－ＩＩＩＢにおける断面図である。 図１のＩＶ－ＩＶにおける断面図である。 物理・化学現象センシングデバイスの実施形態を示す説明図である。 物理・化学現象センシングデバイスの第二の実施形態を示す説明図である。 物理・化学センサの製造方法を示す説明図である。 物理・化学センサの製造方法を示す説明図である。 物理・化学現象センシングデバイスの製造方法を示す説明図である。 物理・化学現象センシングデバイスの製造方法を示す説明図である。 現実に作製した物理・化学センサアレイの写真である。 空隙部の作製状態を実験した際の写真である。 可動膜に対する反射スペクトルを測定した結果を示すグラフである。 フォトダイオードの特性を示すグラフである。
　以下、物理・化学センサ、物理・化学センサアレイ、物理・化学現象センシングデバイスおよびこれらの製造方法にかかる発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
＜物理・化学センサ＞
　図１は、物理・化学センサにかかる発明の実施形態の概略を示す図であり、図２は単一の物理・化学センサについて積層される一部を分離した状態を示す図である。図３（ａ）は、図１中のＩＩＩＡ－ＩＩＩＡによる断面図であり、図３（ｂ）は、ＩＩＩＢ－ＩＩＩＢによる断面図である。これらの図に基づいて、物理・化学センサの実施形態を説明する。まず、図１に示すように、本実施形態は、基板１に形成されたフォトダイオード等の受光素子（以下、受光素子の例示としてフォトダイオードと表記する）１０の受光面１１に、空隙部２を介して可動膜３が形成され、これらによってファブリペロー干渉計ＦＰが形成されるとともに、可動膜３の表面側に流路形成層４が積層されている。
　空隙部２は、フォトダイオード１０の受光面１１と可動膜３との間に予め犠牲層を積層し、これをエッチングによって除去することにより構成されるものである。従って、犠牲層が積層され、その表面に可動膜３が成膜される範囲においてのみ空隙部２が形成されるものである。
　可動膜３には、柔軟な薄膜によって形成され、この可動膜３が機械的に撓むことにより、空隙部２が形成される範囲において、受光面１１と当該可動膜３との距離が変化し、ファブリペロー干渉計ＦＰによる光の干渉波長が異なるものである。従って、特定波長の光の強度を検出することにより、可動膜の撓みの状態を検知することができるのである。
　このように、可動膜３を柔軟な薄膜を形成するため、可動膜構成材料としては、日本パリレン合同会社製のパリレン（登録商標）Ｃまたはパリレン（登録商標）Ｎを例示することができ、ＫＩＳＣＯ株式会社製ｄｉＸ（登録商標）ＣまたはｄｉＸ（登録商標）Ｎなどを使用することができる。これらの材料を蒸着することにより、光透過性および可撓性を有する可動膜３を構成することができる。そして、可動膜３の表面側に物質固定能を発揮させるためには、前記パリレン（登録商標）ＣまたはＮや、ｄｉＸ（登録商標）ＣまたはＮなどの表面に物質固定能を有する材料（物質固定可能材料）を積層させればよい。また、単一材料により可動膜を形成する際には、パリレン（登録商標）ＡまたはＡＭや、ｄｉＸ（登録商標）ＡまたはＡＭなどを使用することができる。これらの材料も光透過性および可撓性を有するものであり、可動膜３に使用し得るものである。また、側鎖にアミノ基を有することから、アミノ基と電気的に結合できるプローブ分子（特定の抗体）を固定できる（物質固定能を有する）ものである。この場合、可動膜３の表面に予め前記プローブ分子（抗体）を固定することにより、これに特殊吸着する特定のタンパク質（抗原）を検出することが可能となる。
　なお、可動膜３は、空隙部２が形成される領域よりも広い範囲に積層されており、空隙部２が形成される範囲は可動膜３が現実に可動（撓み変形）し得る可動領域となり、その周辺部は、可動領域を固定する固定領域となるものである。また、空隙部２を形成する際、犠牲層をエッチングできるように、可動膜３の適宜位置にはエッチングホール３１が形成されている。なお、このエッチングホール３１は、後述の製造工程ではエッチング材料流通領域として機能する（その意味からエッチングホールと称する）が、製造後においては、外部と空隙部２とを連通するための貫通孔として機能するものである。
　ところで、流路形成層４は、可動膜３（可動領域および固定領域を含む）の上部に積層されるものであり、可動膜３に可動領域が形成される広さと同程度の広さを有し、かつ適宜な高さ寸法（数十μｍ～１００μｍ程度）を有する中空部４１が形成され、可動膜３の変形を許容しつつ可動膜３が周辺部に張り付くことがない程度の空間が構成されている。また、可動膜３の固定領域が形成される部分に流路４２が形成されている。流路４２は中空部４１に接続され、検査対象となるべき気体または液体（検体）が流路４２を経由して中空部４１に供給され得るように構成されている。
　ここで、流路形成層４は、図２に示すように（図２中の可動膜３は透明として図示している）、片面（下面）４０ｂにおいてのみ開放される中空部構成領域４１Ａおよび流路構成領域４２Ａが形成されるものであり、この片面（下面）４０ｂが可動膜３の表面側に密着するような状態で積層されることにより、中空部４１および流路４２（図１）が形成されるものである。すなわち、前記中空部構成領域４１Ａおよび流路構成領域４２Ａのそれぞれの開放部分が可動膜３の表面によって閉塞される状態とすることにより、密閉された中空部４１および流路４２が形成されるのである。
　なお、基板１の表面には、空隙部２およびその周辺部分を含む広い範囲に、可動膜３が積層されていることから、可動膜３の可動領域および固定領域の両方によって、前記中空部構成領域４１Ａおよび流路構成領域４２Ａが密閉され、流路４２を長尺に形成し得るのである。
　また、流路形成層４には、表面４０ａから裏面４０ｂに貫通する連通部４３が設けられている。この連通部４３は、前述の犠牲層をエッチングによって除去する際のエッチング材料を通過させるためのものである。従って、可動膜３に形成される前記エッチングホール３１と連通できる位置に当該連通部４３が設けられているのである。そして、基板１に形成される空隙部２の周辺には、当該空隙部２と一体的に構成される空間部分２１が形成され、この空間部分２１の表面に積層される可動膜３にエッチングホール３１が形成されるのである。図２には、空間部分２１を中空状態で図示しているが、この空間部分２１も当初は犠牲層が積層され、エッチング材料によって除去されることにより中空状態となるものである。なお、エッチングホール３１は、図２中に示されるように、比較的微細な貫通孔によって構成されている。
　上記のように、流路形成層４に連通部４３が設けられることにより、フォトダイオード１０の受光面１１と可動膜３との間に形成される空隙部２は、エッチングホール３１および当該連通部４３を介して外気と連通するように構成されている。この状態を図３（ａ）に示している。この図に示すように、可動膜３の可動領域３ａは、表面側には検体が流入し得る中空部４１が、裏面側には空隙部２が存在することとなる。空隙部２は、エッチングホール３１および当該連通部４３を介して外気と連通していることから、大気圧下となっている。中空部４１に接続される流路４２の両端は開口していることから、中空部４１には検体が供給された後（通過した後）は、中空部４１を大気圧下にすることができる。中空部４１に供給される検体は、可動膜３の表面を通過するため、検体に含まれる特定物質が可動膜３の表面に固定（特異吸着）する場合には、その分子間力によって変形し得るものである。
　なお、基板１のうち、流路４１が形成されない領域を利用して、図３（ｂ）に示すように、フォトダイオード１０のｐ型領域およびｎ＋型領域には電極１２，１３が設けられ、バイアス電極を印加させるように構成している。また、流路形成層４の表面側に光源Ｌを配置することにより、光源Ｌの照射光が各層を透過することから、その強度を光電流としてフォトダイオード１０によって検出し、可動膜３の撓みの程度を検出することができるのである。
　本実施形態の物理・化学センサは、図２および図３に示されるように、単一のセンサとして構成することができるほか、図１および図４に示すように、複数のセンサを併設しつつ、複数の中空部４１を連続的に接続する流路４２を設けて、同一検体について複数のセンサによる検知を可能とする構成でもよい。
　すなわち、図４は、図１中のＩＶ－ＩＶによる断面であり、この図に示すように、基板１には複数のフォトダイオード１０が形成され、それぞれのフォトダイオード１０によって、個々に独立したファブリペロー干渉計ＦＰが形成されている。そして、当該ファブリペロー干渉計ＦＰを構成する可動膜３の上方には中空部４１が形成され、前述と同じ構成の複数の物理・化学センサが並設されている。
　この場合、流路４２ａ～４２ｄは、それぞれの中空部４１を直列的に接続するように形成され、一端に形成される流路４２ａを流入側とする場合は、他端に形成される流路４２ｂは排出側となり、中間の流路４２ｃ，４２ｄは、隣接する中空部４１の間を連結するための連結用として機能する。
　上記構成の場合には、流入側の流路４２ａから検体を流入させることにより、当該検体は、複数の中空部４１に順次供給されることとなり、それぞれの中空部４１において、可動膜３の表面を通過することから、複数の可動膜３による特定物質の検出が可能となる。すなわち、複数の可動膜３が同じ固定能を有する場合、特定物質が複数の可動膜３に固定され得ることとなる。例えば、可動膜３を物質固定可能材料（前掲のパリレン（登録商標）ＡまたはＡＭや、ｄｉＸ（登録商標）ＡまたはＡＭなど）によって構成する場合には、その表面にプローブ分子となる抗体Ａを固定することができ、血液や体液などを流入させることにより、この抗体Ａとの間で抗原抗体反応を起こす抗原Ｐを特異吸着することができるのである。
　また、複数の可動膜３に固定する抗体Ａの種類を可動膜３ごとで異なるものとすることにより、異なる種類の抗体Ａと個別に抗原抗体反応を生じさせ得る個別の抗原Ｐを特異吸着させることも可能となる。すなわち、血液や体液などの検体に含まれる種々の疾病由来のタンパク質を個別に吸着させることによって、当該タンパク質の検出を可能とし、同一検体を一つの流路に供給することで複数の特異物質についてセンシングを行うことができるものとなる。
　本実施形態は、単一または複数のセンサを配置する場合のいずれにおいても、可動膜３の裏面側に形成される空隙部２は、中空部４１とは隔絶されていることから、検体が空隙部２に流入することも防止できる。さらに、中空部４１が形成される範囲は、可動膜３の可動領域の広さと同程度であり、所定の高さ寸法を有していることから、可動膜３の表面に特定物質が固定（特異吸着）して変形することを阻害しないものである。
　従って、特定物質を検出する際には、流路４２を経由して検体を中空部４１に供給することにより、検体を可動膜３の表面に接触させ、特定物質を固定（特異吸着）させればよいこととなる。このとき、限られた狭い空間に検体を供給することとなるため、特定物質を効率よく固定（特異吸着）させることができる。
　なお、使用後の中空部４１および流路４２を洗浄する必要がある場合には、当該流路４２を経由して洗浄液を流入させればよく、仮に、乾燥すべき必要がある場合には、洗浄後に乾き空気を流入させればよい。いずれにおいても、比較的短時間に異なる検体の検査に供することが可能となるものである。
＜物理・化学センサアレイ＞
　ところで、図１および図４に示す実施形態では、上記のような構成とした物理・化学センサが基板１に複数形成されている。つまり、図示の状態が物理・化学センサアレイの実施形態の一例である。図示の場合には、複数（図は三つ）の物理・化学センサが形成されており、それぞれの可動膜３の上方に配置される中空部４１を流路４２が直列に接続しており、両端の流路４２ａ，４２ｂの端部は基板１の端縁において開口させたものである。この場合、一方の流路４２ａの開口端にはシリンジ等の注入手段が接続されることとなり、また、他方の流路４２ｂの開口端には、検体収容手段が接続されることとなる。
　これとは異なる構成として、複数の物理・化学センサの中空部４１に対して個別の流路４２を接続させる場合があり得る。この場合には、各流路４２に異なる検体を流入させ、または検体と参照用試料とを区別して流入させることにより、個々のセンサが異なるものを検出することとなる。これは、異なる検体について同時に同じ物質の検出を行うことを可能にするものであり、参照用試料を同時に流入することにより、検体と参照用試料との光電流の差違を検出することも可能となる。
　さらには、上述の複数の物理・化学センサの中空部４１を流路４２によって直列に接続したものと一つのユニットとし、このユニットを複数形成する場合もあり得る。このようなセンサアレイの場合には、同一の検体について複数のセンサによる検出を可能としつつ、異なる検体または参照用試料を同時に検知対象とすることも可能となる。
＜物理・化学現象センシングデバイス＞
　物理・化学現象センシングデバイスの実施形態としては、前記センシングアレイを使用するものがある。例えば、図５に示すように、複数のセンサ（図は３つのセンサ）の中空部１４１ａ，１４１ｂ，２４１を直列に接続する流路１４２が形成される場合、その上流側に位置する複数のセンサを検出用センサ１００ａ，１００ｂとし、下流側に位置するセンサを参照センサ２００とするものである。
　一部のセンサを参照用センサ２００として機能させるためには、当該参照用センサ２００を形成する可動膜２０３について、物質固定能を有しないものを使用するか、または、図示のように、特定の抗体Ａ（またはＢ）を検出用センサ１００ａ，１００ｂの可動膜１０３ａ，１０３ｂにのみ固定させ、参照用センサ２００の可動膜２０３には抗体Ａ（またはＢ）を固定しないことによる方法がある。すなわち、参照用センサ２００は検出用センサ１００と同じ構成としながら、特定物質が固定（特異吸着）できないようにしているのである。
　また、検出用センサ１００ａ，１００ｂの可動膜１０３ａ，１０３ｂに異なる種類の抗体Ａ，Ｂを固定するような構成の場合には、同一の検体に含まれる異なる種類の抗原を検出し得ることとなる。すなわち、一方の検出センサ１００ａでは、抗体Ａに特異吸着する抗原を検出し、他方の検出センサ１００ｂでは、抗体Ｂに特異吸着する抗原を検出するのである。
　このように、参照センサ２００を検出用センサ１００ａ，１００ｂと同様の構成とすることにより、両者の比較条件は、当該センサ１００ａ，１００ｂ，２００の構造上の差違を除くことができる。また、検出用センサ１００ａ，１００ｂと参照用センサ２００とは同じ構成であるから、使用の際に、任意のものを参照用センサ２００として選択することも可能となる。すなわち、基板上に複数のセンサを配置し、そのうちの特定のセンサを参照用２００とし、残るセンサを検出用１００ａ，１００ｂとすることにより、同時に複数の検体を検査対象とすることができる。他方、複数のセンサを参照用２００として使用することにより、条件を変化させた複数の参考値を得ることも可能となる。なお、前記のような複数のセンサ１００ａ，１００ｂ，２００を一つのユニットとし、このユニットを複数構成すれば、ユニットごとに異なる検体を検査対象とすることができる。
　次に、物理・化学現象センシングデバイスの第二の実施形態を図６に示す。本実施形態では、両センサ１００，２００には、異なる流路形成層１０４，２０４が設けられており、中空部１４１，２４１には、個別の流路（図示せず）が接続されるように構成されたものである。この図に示されるように、本実施形態は、検出用センサ１００と参照用センサ２００とを区別しつつ同一基板上に形成したものであり、参照用センサ２００は、実質的に検出用センサ１００と同じ構成とするものである。
　従来は、可動膜表面が開放した状態であったことから、検体が参照用センサにも供給されることが想定され、参照用センサを構成する可動膜が変形しないように、検出用センサと異なる構成としていた（特許文献１参照）。すなわち、可動膜の裏面側に空隙部を形成せず、受光素子の受光面に可動膜を積層させるようにしていたのである。ところが、このように、検出用センサと参照用センサとが異なる構成の場合には、参照用センサの作製が煩雑となり、また、比較の条件（参照用センサに供給する試料）を任意に選択することもできなかった。
　そこで、本実施形態では、個々のセンサ（検出用１００および参照用２００）の可動膜１０３，２０３の表面に密閉された中空部１４１，２４１を個別に設けたのである。そして、これらの中空部１４１，２４１に検体および参考用試料を区別しつつ、個別に供給し得る流路を形成することにより、両中空部１４１，２４１が相互に隔離された状態とすることができるのである。これにより、検出用センサ１００には検体のみが供給され、参照用センサ２００には参照用試料のみが供給され得るものとしたのである。その結果、検出用センサ１００では、検査対象となる検体について、透過する光強度が検出されることとなる一方、参照用センサ２００では、任意の（比較すべき）試料について、透過する光強度が検出されることとなる。これらの検出値を比較することにより、検体における特定物質の存否および濃度等を検知することが可能となるのである。
　例えば、検出対象が水素ガスである場合には、検出用センサ１００には検体（気体）を供給し、参照用センサ２００には可動膜２０３によって固定されない分子を有する気体を供給することにより、両者の検出値の比較により水素ガスの存在等を検知することができる。また、検出対象が血液または体液などに含まれる特定タンパク質である場合には、検出用センサ１００には当該血液または体液等を供給し、参照センサ２００には生理食塩水等の特定タンパク質を含有しない液体を流入させ、両者を比較するのである。なお、比較のための試料は、検体によって適宜変更され得るものであり、例えば、検体が血液である場合には、着色による光強度の変化を考慮し、試料には赤色の液体を使用することが想定される。また、場合によっては、敢えて何も供給しない場合も考えられる。
　また、検出用センサ１００として、複数の物理・化学センサを直列に配置した構成としてもよい。この場合、個々の中空部１４１には同一の検体を供給するため、直列に接続される流路を構成するのである。そして、参照用センサ２００についても同様に、複数の物理・化学センサを直列に配置するように構成し、中空部２４１には検出用センサ１００とは異なる経路とする流路によって連続するように構成するのである。同一の検体について複数のセンサにより特定物質を検出する場合、複数の検出用センサごとに比較すべき参照用センサの検出値を得ることができるのである。
　このように、参照センサ２００を検出用センサ１００と同様の構成とすることにより、両者の比較条件は、当該センサ１００，２００の構造上の差違を除くことができる。なお、直列に接続される複数のセンサをユニットとして、このユニットを複数構成すれば、ユニットごとに検出用と参照用とを区別して使用することができるのである。
＜物理・化学センサの製造方法＞
　次に、物理・化学センサの製造方法について説明する。受光素子（フォトダイオード）を半導体プロセスによって形成し、その表面にファブリペロー干渉計を形成した後、流路形成層を積層するものである。その過程を図６および図７に示す。
　まず、図７（ａ）に示すように、基板１には、半導体プロセスによってフォトダイオード１０を形成し、その表面には保護層としてのシリコン酸化膜５が成膜されている。この表面に犠牲層６を成膜する（犠牲層生成工程、図７（ｂ）参照）。犠牲層６に使用する材料は、後のエッチングによって除去可能な材料（エッチング可能材料）であり、例えば、ポリシリコンを使用することができる。エッチング可能材料としてポリシリコンを使用する場合には、例えば、ＣＶＤ法により、シリコン酸化膜の全面にポリシリコンを堆積し、フォトリソグラフィ技術によりパターニングすることで、必要な範囲に犠牲層６を生成することができる。なお、ポリシリコンは、犠牲層６として使用するほかに、周辺の積層部７にも使用されるため、当該積層部７に堆積したポリシリコンを残すようにパターニングするものである。
　続いて、犠牲層６の表面に可動膜層３０を積層する（可動膜層生成工程、図７（ｃ）参照）のであるが、かかる工程の前には、積層部７の表面等の保護や電極等が構成される。すなわち、積層部７の表面および側面には、後のエッチングにおけるエッチング材料（エッチングガス等）から保護するためシリコン酸化膜８が積層される。また、犠牲層６の側面にもシリコン酸化膜８が積層され、エッチング後に形成される空隙部の周辺を構成させている。さらに、これらの過程において、フォトダイオードの一部表面は、シリコン酸化膜５をバッファードフッ酸液等でエッチングし、当該部分にアルミニウムを配線し、ｐ型領域およびｎ＋型領域に電極を設けておくことができる。
　上記必要な工程が終了した後、犠牲層６の表面に可動膜層３０を積層するのである。可動膜層３０は、犠牲層６がエッチングによって除去された後に可動膜として機能するものである。そこで、エッチング材料が犠牲層６に到達できるように、当該可動膜層３０にはエッチングホール３１が設けられる。すなわち、犠牲層６の全面に可動膜構成材料を成膜した後、エッチング材料流通領域（エッチングホール３１となる部分）を除去するのである。可動膜構成材料としては、パリレン（登録商標）ＣもしくはＮまたはｄｉＸ（登録商標）ＣもしくはＮのほか、パリレン（登録商標）ＡもしくはＡＭまたはｄｉＸ（登録商標）ＡもしくはＡＭを使用することができる。これらの材料は、光透過性および可撓性を有するため、可動膜として機能し得るからである。従って、光透過性および可撓性を有するものであれば、これ以外の材料を使用することができるものである。また、前掲材料の末尾がＡまたはＡＭのものは、側鎖にアミノ基を有することから、アミノ基と電気的に結合できる分子（特定の抗体）を固定し得る可動膜層３０（後の可動膜）を生成し得る。なお、可動膜層３０（後の可動膜）は、少なくとも表面側に分子固定能を有する構成であればよいため、光透過性および可撓性を有する薄膜を形成し、その表面に分子固定能を有する薄膜を積層してもよい。
　ところで、可動膜構成材料として前掲の可動膜構成材料を使用する場合には、蒸着法により犠牲層の表面に蒸着し、その後、一部（エッチング材料流通領域）をエッチングによって除去することにより、所望の可動膜層３０を生成することができる。この場合にもフォトリソグラフィ技術により、酸素プラズマによるパターニングの後に所定領域を除去するものである。
　その後、流路形成層４を可動膜層３０およびその周辺に積層するのである（流路形成層生成工程、図８（ａ）および（ｂ）参照）。本実施形態における流路形成層生成工程は、壁面構成工程（図８（ａ）参照）および閉塞工程（図８（ｂ）参照）の二工程で生成されるものである。すなわち、まず、中空部を形成すべき範囲（中空部構成領域４１ａ）および流路を形成すべき範囲（流路構成領域）、ならびに、前記エッチング材料流通領域（エッチングホール３１）に連通することができる範囲（連通領域４３ａ）について、その周囲壁面を形成するために下層４ａのみを積層するのである。これが壁面構成工程である。そして、中空部４１（および流路）の上部開口部を閉塞するために上層４ｂを積層するのである。これが閉塞工程である。なお、図では、流路および流路構成領域を示していないが、紙面鉛直方向に、中空部４１または中空部構成領域４１ａに連続している。
　前記の下層４ａおよび上層４ｂは、いずれもレジストなどで構成されるものであり、壁面構成工程では、フォトリソグラフィ技術により、壁面を構成すべき部分を残し、中空部構成領域４１ａ、流路構成領域および連通領域４３ａを除去するものである。他方、閉塞工程では、同種のレジストなどをラミネートすることにより、中空部構成領域４１ａおよび流路構成領域を中空に維持しつつ閉塞するとともに、周囲壁面の表面に上層４ｂを積層するのである。このとき、連通領域４３ａにはレジストによって閉塞せず、上層４ｂにおいても連通領域４３ｂを形成するものである。上層４ｂにおける連通領域４３ｂの形成についても、フォトリソグラフィ技術によることができる。このように、フォトリソグラフィ技術によって、流路形成層４がレジストで形成される場合には、露光、現像などの後にポストベークがなされることから、結果的に、流路形成層４と基板１との密着性が確保されるものである。
　上記により流路形成層４が積層された状態において、下層４ａおよび上層４ｂに形成された両連通領域４３ａ，４３ｂによって、当該流路形成層４を貫通する連通部４３が設けられ、これが、可動膜層３０に形成したエッチング材料流通領域（エッチングホール３１）に連通する状態となっている。そこで、これら連通部４３およびエッチング材料流通領域３１を利用して、犠牲層６をエッチングするのである（犠牲層除去工程、図８（ｃ）参照）。犠牲層６の除去は、ドライエッチングにより、エッチングガスを犠牲層６に到達させることによって行うものである。上述のように、流路形成層４の外部からエッチングガスを供給することにより、当該エッチングガスは、連通部４３を経由して可動膜層３０の表面へ、さらに、可動膜層３０のエッチング材料流通領域３１を経由して犠牲層６へ到達することとなるのである。
　上記の一連の工程により、可動膜層３０の裏面側の犠牲層３が除去され、可動膜層３０の一部が膜状となって可動膜３を形成する。これと同時に、可動膜３の裏面側には空隙部２が形成されることとなり、フォトダイオード１０の表面１１および可動膜３とともにファブリペロー干渉計が構築されることとなるのである。さらに、流路形成層４に形成された中空部４２および流路は、下層４ａおよび上層４ｂによって周辺から隔離された空間となるため、この内部に供給される気体または液体が周辺に漏れ出ることがない。従って、可動膜３の裏面側に形成した空隙部２は、連通部４３およびエッチング材料流通領域３１を介して開口している状態のまま使用することができるのである。すなわち、エッチングの際に使用した開口部を閉塞しなくてもよいのである。
　本実施形態は、上記のような構成であるから、犠牲層６の除去工程を最後に行うことができ、ファブリペロー干渉計を作製した後のウエットプロセスを行う必要がない。また、可動膜３の表面には、密閉された中空部４１を形成でき、流路を経由した検体を可動膜３に供給し得る構成の物理・化学センサを作製することができる。
＜物理・化学現象センシングデバイスの製造方法＞
　次に、物理・化学現象センシングデバイスの製造方法について説明する。物理・化学現象センシングデバイスは、図９および１０に示すように、基板上に複数の物理・化学センサを構築することによって製造されるものである。そこで、基本的には、前述の物理・化学センサの製造方法と同様の工程によるものであるが、複数の物理・化学センサに対して流路を区分して接続するため、流路形成層生成工程において少し異なるものである。
　すなわち、基板１に複数（図は２個）のフォトダイオード１１０，２１０を形成する（図９（ａ）参照）。これらのフォトダイオード１１０，２１０の受光面１１１，２１１に、それぞれ犠牲層１０６，２０６を積層する（犠牲層生成工程、図９（ｂ）参照）。このとき、積層部１０７，２０７も同時に構成される。そして、犠牲層１０６，２０６の側面ならびに、積層部１０７，２０７の表面および側面を、シリコン酸化膜１０８，２０８で保護した後、可動膜層１３０，２３０を成膜する（可動膜層生成工程、図９（ｃ）参照）。その後、流路形成層１０４，２０４を生成する（流路形成層生成工程）のである。
　本実施形態においても、流路形成層生成工程は、壁面構成工程と、閉塞工程とによるものである。すなわち、可動膜層１３０，２３０の表面に下層１０４ａ，２０４ａを積層し、中空部構成領域１４１ａ，２４１ａおよび連通領域１４３ａ，２４３ａの周囲壁面が構成される（壁面構成工程、図１０（ａ）参照）される。さらに、その上方に上層１０４ｂ，２０４ｂが積層されて、中空部１４１，２４１および連通部１４３，２４３を構成する流路形成層１０４，２０４が構築されるのである（閉塞工程、図１０（ｂ）参照）。なお、図示されていないが、中空部１４１，２４１が形成される際には、これに接続する流路が、紙面に垂直な方向に形成されるものである。
　そして、最後に犠牲層１０６，２０６をエッチングにより除去して（犠牲層除去工程、図１０（ｃ）参照）、可動膜１０３，２０３を形成し、その裏面側に空隙部１０２，２０２を形成することによって、ファブリペロー干渉計を構成させるのである。
　本実施形態によれば、図示のように、隣接するフォトダイオード１１０，２１０に二つの物理・化学センサ１００，２００が形成されることとなるが、それぞれに個別の中空部１４１，２４１を備える同じ構造の検出用センサ１００および参照用センサ２００を作製することができる。なお、説明の便宜上、隣接する中空部１４１，２４１は流路で接続されないものを例示したが、両中空部１４１，２４１を流路で接続するように構成してもよい。この場合、参照用センサ２００の可動膜２０３は、物質固定能を有しない材料で構成してもよい。また、このように複数の中空部１４１，２４１を流路で連続させたものをユニットとし、このユニットを同時に複数構成するようにしてもよい。
　本発明の実施形態は上記のとおりであるが、これらの実施形態は、一例を示すものであって、本発明が上記実施形態に限定される趣旨ではない。従って、これらを適宜変形することは可能である。
　例えば、物理・化学センサまたは物理・化学現象センシングデバイスの実施形態においては、可動膜３，１０３，２０３の表面または裏面に金属膜を成膜し、ハーフミラーを形成してもよい。この場合、フォトダイオード１０，１１０，２１０の受光面側にも金属膜を成膜して反射率を向上させてもよい。そして、このようなハーフミラーを形成する場合の製造方法においては、可動膜３，１０３，２０３等を成膜する前後に、金、銀または銅などの金属材料をスパッタ法または蒸着法により堆積されることとなる。
　以下、前記製造方法により、ファブリペロー干渉計を有する物理・化学センサが作製した。作製した物理・化学センサは、シリコン基板上に、４×４のフォトダイオードを形成し、それぞれ４個を直列に接続したユニットを４列形成するセンサアレイである。なお、犠牲層にはポリシリコンを使用し、最後に二フッ化キセノンガスによってエッチングした。流路形成層には、二フッ化キセノンに耐性を有するレジストとして、東京応化社製のＴＭＭＦ２０００を使用した。ここで使用したレジストは光透過性が高く、流路形成層として使用することができるものと判断された。作製したセンサの表面の顕微鏡写真を図１１（ａ）に、基板全体の写真を図１１（ｂ）に、基板を検査装置（インレットおよびアウトレットを有する）に実装した状態の写真を図１１（ｃ）にそれぞれ示す。
＜実験結果＞
　最終段階である犠牲層の除去工程において、二フッ化キセノンガス（エッチングガス）が、連通部（連通領域）およびエッチング材料流通領域（エッチングホール）を介して犠牲層に到達し、当該犠牲層が除去されるか否かを実験した。実験は、エッチングの前後について光干渉による色彩の変化を確認した。その結果を、図１２に示す。この図の写真は明確ではないが、実際には、可動膜の中心付近（可動領域）が緑色から、赤色に変化したことを確認した。これは、犠牲層が存在している場合と、空隙部が形成された場合とでは、光波長が変化することによるものと判断される。
　また、作製された空隙部が機能しているか否かを実験した。実験は、反射スペクトルを測定し、可動膜の状態を評価することとした。実験に使用するセンサは、前記と同様であり、流路に液体を流入した後に乾燥させ、その後、同じ液体を流入させたときの反射スペクトルを測定した。使用した液体としては表面張力を考慮してエタノールとした。その結果を図１３（ａ）に示す。なお、液漏れが疑われるセンサも存在したため、比較のために図１３（ｂ）に示すこととする。また、図中の「ｉｎｉｔｉａｌ」および「ｓｔｉｃｔｉｏｎ」と記載しているものは、比較のために示しており、「ｉｎｉｔｉａｌ」は、正常な空隙部が形成されているもので、液体を流入させない状態における反射スペクトルであり、「ｓｔｉｃｔｉｏｎ」は、スティクション（可動膜がフォトダイオードの受光面に付着する不良状態）が生じた場合の反射スペクトルを示す。
　この結果から明らかなとおり、実験により作製されたセンサは、正常な場合と同様に、４５０ｎｍ～７５０ｎｍの波長の帯域に４つの干渉ピークが確認された。これに対し、液漏れが疑われるセンサについては、スティクションが生じた場合と同様に、干渉ピークは３つに減少している。従って、実験に供したセンサの空隙部は、液体の流入によっても液漏れせず、正常に機能することが判明した。なお、実験に供したセンサについて、干渉ピークが長波長側に２０ｎｍ程度シフトしているが、これは、液中の分子が非特異吸着したことにより、可動膜が僅かに変形したものと推測される。この意味からも参照用センサによる比較対象を用いることによれば、特定物質の特異吸着の状態を明確に検知させることが可能となる。
　最後に、光源から照射される照射光の強度変化に対するフォトダイオードの光電流値を測定し、その出力特性を図１４（ａ）に示し、フォトダイオードに逆バイアス電圧を印加したときの光電流値の変化を測定し、その特性を図１４（ｂ）に示す。上記結果から明らかなとおり、出力電流は、照射光の強度に対して線形的な応答を示しており、流路形成層を積層した状態でも透過率測定が可能であることが判明した。
１　基板
２，１０１，２０２　空隙部
３，１０３，１０３ａ，１０３ｂ，２０３　可動膜
３ａ　可動膜の可動領域
４，１０４，２０４　流路形成層
４ａ，１０４ａ，２０４ａ　流路形成層の下層
４ｂ，１０４ｂ,２０１４ａ　流路形成層の上層
５，１０５，２０５　シリコン酸化膜
６，１０６，２０６　犠牲層
７，１０７，２０７　積層部
８，１０８，２０８　シリコン酸化膜
１０，１１０，２１０　フォトダイオード（受光素子）
１１，１１１，２１１　受光面
１２，１３　電極
２１　空間部分
３０，１３０，２３０　可動膜層
３１　エッチングホール（エッチング材料流通領域）
４０ａ　流路形成層表面
４０ｂ　流路形成層裏面
４１，１４１，１４１ａ，１４１ｂ，２４１　中空部
４１Ａ　中空部構成領域
４２，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，１４２　流路
４２Ａ　流路構成領域
４３，１４３，２４３　連通部（連通領域）
４３ａ，４３ｂ，１４３ａ，１４３ｂ，２４３ａ，２４３ｂ　連通領域
１００，１００ａ，１００ｂ　検出用センサ
２００　参照用センサ
Ａ，Ｂ　抗体
Ｌ　光源
ＦＰ　ファブリペロー干渉計

Claims (14)

  1. 　受光素子の受光面に、空隙部を形成しつつ該受光面に対向して設けられた可動膜を備え、該可動膜は、少なくとも外側表面に物質固定能を有し、前記受光面とともにファブリペロー干渉計を形成するように構成された物理・化学センサにおいて、
    　前記可動膜の外側表面に積層される流路形成層を備え、該流路形成層は、前記可動膜の外側表面に中空部を形成するとともに、該中空部に接続される流路が形成されていることを特徴とする物理・化学センサ。
  2. 　前記可動膜は、周辺部分の一部に貫設された貫通部を備え、前記流路形成層は、前記中空部および流路から逸れた位置において前記貫通部に連通するように該流路形成層を貫通する連通部を備えており、前記受光面と前記可動膜との間に形成される空隙部は、前記貫通部および連通部を介して外部に連通している請求項１に記載の物理・化学センサ。
  3. 　前記可動膜は、気体または液体に含まれる分子を固定する分子固定能を有する材料で形成されている請求項１または２に記載の物理・化学センサ。
  4. 　前記可動膜は、柔軟な基礎膜と、該基礎膜の表面に分子固定能を有する材料を積層した分子固定膜とを備える構成である請求項１ないし３のいずれかに記載の物理・化学センサ。
  5. 　請求項１ないし４のいずれかに記載の物理・化学センサを使用するセンサアレイであって、
    　基板上に複数の前記物理・化学センサを形成し、前記流路層に形成される流路は、それぞれの物理・化学センサの可動膜の外側表面に形成される複数の中空部を直列に接続するように形成されていることを特徴とする物理・化学センサアレイ。
  6. 　請求項１ないし４のいずれかに記載の物理・化学センサを使用するセンサアレイであって、
    　基板上に形成される複数の前記物理・化学センサによりユニットを複数列設け、前記流路層に形成される流路は、それぞれのユニットごとに、それぞれの物理・化学センサの可動膜の外側表面に形成される複数の中空部を直列に接続するように形成されていることを特徴とする物理・化学センサアレイ。
  7. 　前記流路は、それぞれのユニットごとに、前記基板の端縁において開口する流入部および排出部を備えている請求項６に記載の物理・化学センサアレイ。
  8. 　請求項１ないし４のいずれかに記載の物理・化学センサを使用するセンシングデバイスであって、
    　基板上に複数の前記物理・化学センサを配置し、その一部を参照用とし、他方の一部または全部を検出用とすることを特徴とする物理・化学現象センシングデバイス。
  9. 　請求項６または７に記載のセンサアレイを使用するセンシングデバイスであって、
    　複数の前記ユニットについて、個々のユニットを構成する複数の前記物理・化学センサのうち一部の物理・化学センサを参照用とし、他の物理・化学センサを検出用とすることを特徴とする物理・化学現象センシングデバイス。
  10. 　請求項６または７に記載のセンサアレイを使用するセンシングデバイスであって、
    　複数の前記ユニットのうち、一部のユニットを参照用とし、他方の一部または全部を検出用とすることを特徴とする物理・化学現象センシングデバイス。
  11. 　受光素子の受光面に、エッチング可能材料を堆積して犠牲層を生成する犠牲層生成工程と、
    　前記犠牲層の表面のうち、エッチング材料を通過させるためのエッチング材料流通領域を除き、可動膜構成領域に可動膜構成材料を堆積して可動膜層を生成する可動膜層生成工程と、
    　前記可動膜層の外側表面上に空間部と、この空間部に接続される流路とを形成するとともに、前記エッチング材料流通領域に連通する連通領域を形成させつつ、該可動膜層表面に流路形成層を積層する流路形成層生成工程と、
    　前記エッチング材料流通領域および前記連通領域を介してエッチング材料を前記犠牲層に到達させ、該犠牲層をエッチングにより除去して可動膜層の裏面側に空隙部を形成させる犠牲層除去工程とを含むことを特徴とする物理・化学センサの製造方法。
  12. 　前記流路形成層生成工程は、空間部構成領域、流路構成領域および連通領域の周囲壁面を構成する壁面構成工程と、前記空間部構成領域および流路構成領域の上部開口部を閉塞する閉塞工程とを含むものである請求項１１に記載の物理・化学センサの製造方法。
  13. 　基板上に作製された複数の受光素子の各受光面に、エッチング可能材料を堆積して犠牲層を生成する犠牲層生成工程と、
    　前記犠牲層の表面のうち、エッチング材料を通過させるためのエッチング材料流通領域を除き、可動膜構成領域に可動膜構成材料を堆積して可動膜層を生成する可動膜層生成工程と、
    　前記可動膜層の外側表面上に空間部と、前記複数の受光素子を複数のユニットに区分しつつ、該ユニットごとに各空間部を直列に接続する流路とを形成するとともに、前記エッチング材料流通領域に連通する連通領域を形成させながら、該可動膜層表面に流路形成層を積層する流路形成層生成工程と、
    　前記エッチング材料流通領域および前記連通領域を介してエッチング材料を前記犠牲層に到達させ、該犠牲層をエッチングにより除去して可動膜層の裏面側に空隙部を形成させる犠牲層除去工程とを含むことを特徴とする物理・化学現象センシングデバイスの製造方法。
  14. 　前記流路形成層生成工程は、空間部構成領域、流路構成領域および連通領域の周囲壁面を構成する壁面構成工程と、前記空間部構成領域および流路構成領域の上部開口部を閉塞する閉塞工程とを含むものである請求項１３に記載の物理・化学現象センシングデバイスの製造方法。
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