特許 6290116 マイクロ分析パッケージ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6290116

(24)【登録日】2018年2月16日

(45)【発行日】2018年3月7日

(54)【発明の名称】マイクロ分析パッケージ

(51)【国際特許分類】

   G01N 35/08 20060101AFI20180226BHJP

   G01N 37/00 20060101ALI20180226BHJP

【ＦＩ】

   G01N35/08 A

   G01N37/00 101

【請求項の数】9

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-23114(P2015-23114)

(22)【出願日】2015年2月9日

(65)【公開番号】特開2016-145766(P2016-145766A)

(43)【公開日】2016年8月12日

【審査請求日】2017年2月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317011920

【氏名又は名称】東芝デバイス＆ストレージ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】濱崎 浩史

(72)【発明者】

【氏名】西垣 亨彦

(72)【発明者】

【氏名】小野塚 豊

(72)【発明者】

【氏名】小林 賢太郎

(72)【発明者】

【氏名】三木 弘子

(72)【発明者】

【氏名】中村 直文

【審査官】 福田 裕司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０７５０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１７７９２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１０２７１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０２４８３０６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１１７５７７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ３５／００〜３７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気入出力端子を有する基板と、
前記基板上の一部に設けられ、微粒子を検出するための検出部、該検出部に微粒子検出用の検体液を注入及び排出するための流路、及び該流路へ外部から前記検体液を導入するための液溜め部を有するマイクロ分析チップと、
前記マイクロ分析チップが設けられた前記基板上に設けられ、且つ前記液溜め部上に開口を有するモールド部と、
前記基板の裏面側に設けられた第１のシールド層と、
前記モールド部の前記マイクロ分析チップと反対側に着脱可能に設けられ、前記電気入出力端子の一部と電気的に接続された第２のシールド層と、
を具備したことを特徴とするマイクロ分析パッケージ。

【請求項2】

前記基板、前記マイクロ分析チップ、及び前記モールド部を収容する筐体を有し、
前記第２のシールド層は、前記筐体の外壁面に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロ分析パッケージ。

【請求項3】

電気入出力端子を有する基板と、
前記基板上に設けられ、微粒子を検出するための検出部、該検出部に微粒子検出用の検体液を注入及び排出するための流路、及び該流路へ外部から前記検体液を導入するための液溜め部を有するマイクロ分析チップと、
前記マイクロ分析チップが設けられた前記基板上に設けられ、且つ前記液溜め部上に開口を有するモールド部と、
前記基板の裏面側に設けられた第１のシールド層と、
前記モールド部の前記マイクロ分析チップと反対側に露出するように設けられ、前記電気入出力端子の一部と電気的に接続され、前記モールド部の前記マイクロ分析チップと反対側に第２のシールド層を貼り付けた場合に該シールド層に電気的に接続される電極と、
を具備したことを特徴とするマイクロ分析パッケージ。

【請求項4】

前記基板、前記マイクロ分析チップ、及び前記モールド部を収容する筐体を有し、
前記電極は、前記筐体の外壁面に設けられていることを特徴とする、請求項３に記載のマイクロ分析パッケージ。

【請求項5】

前記第２のシールド層は、導電性薄膜テープであることを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載のマイクロ分析パッケージ。

【請求項6】

前記モールド部の開口内に、液体が浸漬された液体浸漬繊維が設置されていることを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載のマイクロ分析パッケージ。

【請求項7】

前記流路は、一部が上下に重なる、又は互いに交差する第１及び第２の流路を有し、該第１及び第２の流路の重なり部又は交差部に微細孔が形成されていることを特徴とする、請求項１〜６の何れかに記載のマイクロ分析パッケージ。

【請求項8】

前記基板上に、前記検出部の検出結果を電気信号に変換するための検出用半導体素子が設けられていることを特徴とする、請求項１〜７の何れかに記載のマイクロ分析パッケージ。

【請求項9】

前記流路内に複数のピラーを有することを特徴とする、請求項１〜８の何れかに記載のマイクロ分析パッケージ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、検体液中の微粒子を検出するためのマイクロ分析パッケージに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、バイオ技術やヘルスケア分野において、マイクロ流路や検出機構などの微小な流体要素を集積化した、マイクロ分析チップが注目されている。この種のチップでは、流路内に検体液を流し、検体液中の微粒子などの変位を電気信号として取得することにより、検体液中に含まれる微粒子やバイオポリマを検出することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４−２３３３５６号公報

【特許文献2】特表２００８−５４５５１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

発明が解決しようとする課題は、検体液導入のための開口部を含めてシールドすることができ、装置信頼性の向上をはかり得るマイクロ分析パッケージを提供することある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態のマイクロ分析パッケージは、電気入出力端子を有する基板と、前記基板上の一部に設けられ、微粒子を検出するための検出部、該検出部に微粒子検出用の検体液を注入及び排出するための流路、及び該流路へ外部から前記検体液を導入するための液溜め部を有するマイクロ分析チップと、前記マイクロ分析チップが設けられた前記基板上に設けられ、且つ前記液溜め部上に開口を有するモールド部と、前記基板の裏面側に設けられた第１のシールド層と、前記モールド部の前記マイクロ分析チップと反対側に着脱可能に設けられ、前記電気入出力端子の一部と電気的に接続された第２のシールド層と、を具備した。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】マイクロ分析システムの構成例を示す斜視図。

【図2】図１のマイクロ分析システムに用いたマイクロ分析パッケージの基本構成を示す断面図。

【図3】第１の実施形態に係わるマイクロ分析パッケージの概略構成を示す断面図。

【図4】第１の実施形態に係わるマイクロ分析パッケージの変形例を示す断面図。

【図5】第２の実施形態に係わるマイクロ分析パッケージの概略構成を示す断面図。

【図6】第１及び第２の実施形態に用いる半導体マイクロ分析チップの一例を示す平面図と断面図。

【図7】第１及び第２の実施形態に用いる半導体マイクロ分析チップの一例を示す斜視図。

【図8】第１及び第２の実施形態に用いる半導体マイクロ分析チップの一例を示す斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、実施形態のマイクロ分析パッケージを、図面を参照して説明する。

【0008】

（第１の実施形態）
マイクロ分析チップは強度的に弱いため、実際に製品として使用する場合、モールド等によりパッケージする必要がある。このとき、パッケージに設けた開口部からマイクロ流路のリザーバに検体液を滴下する必要がある。一方、微粒子検出信号は微弱であるため、外部のノイズの影響を無くすために、パッケージをシールドする必要がある。しかし、シールドを設けたとしても、検体液を導入するための開口部にはシールドがない部分が生じてしまい、この部分によるノイズの混入は避けられないと云う問題があった。

【0009】

図１は、第１の実施形態を説明するためのもので、マイクロ分析システムの構成例を示す斜視図である。

【0010】

半導体マイクロ分析チップ１は、単体では機能せず、検出ＩＣと共に配線基板（配線層を有する基板）上にマウントされ、これらをモールドしたマイクロ分析パッケージ２として使用される。マイクロ分析パッケージ２は一般に、カセット３にセットして使用される。そして、チップ１の必要箇所に検体液４を滴下した後に、カセット３を判定器５に挿入することにより、微粒子の検査に供される。

【0011】

図２は、マイクロ分析パッケージ２の基本構成の一例を示す断面図である。

【0012】

配線基板６０上に、半導体マイクロ分析チップ１、電流電圧変換用のＩＣ６が搭載されている。半導体マイクロ分析チップ１とＩＣ６はボンディングワイヤ６５により電気的に接続され、ＩＣ６はボンディングワイヤ６６により配線基板６０に電気的に接続されている。また、配線基板６０上には、外部電気接続端子（電気入出力端子）７が設けられている。

【0013】

半導体マイクロ分析チップ１及びＩＣ６をマウントした配線基板６０上に、半導体マイクロ分析チップ１及びＩＣ６を覆うように、モールド層６１が形成されている。このモールド層６１は、例えばエポキシ樹脂であり、半導体マイクロ分析チップ１の流路開口であるリザーバ４０上に開口６１ａを有している。ここで、半導体マイクロ分析チップ１及びＩＣ６をモールド層６１によりパッケージしたものが、マイクロ分析パッケージ２である。

【0014】

マイクロ分析パッケージ２は、これを囲む筐体７０に収容されている。筐体７０の一部には、モールド層６１の開口６１ａに接続される開口７０ａが設けられている。また、配線基板６０に設けた接続端子７は、筐体７０の外に露出されている。

【0015】

これに加えて本実施形態では、外部のノイズの影響を無くすためにシールド構造を付加している。図３は、第１の実施形態に係わるマイクロ分析パッケージの概略構成を示す断面図である。

【0016】

図３の構成では、図２の構成に加えて、配線基板６０の裏面に第１のシールド層８１が設けられている。さらに、筐体７０の上面に導電性シートからなる第２のシールド層８２が着脱可能に設けられている。

【0017】

第１のシールド層８１は、ＡｌやＷの等の金属膜であり、配線基板６０の裏面に蒸着等により形成すればよい。この第１のシールド層８１は、筐体７０の接地端子（図示せず）又は接続端子７の一部に接続されている。

【0018】

第２のシールド層８２は、樹脂等の基材上にメタルフィルムを形成し、裏面側に粘着剤を形成したメタル箔シールであり、メタルフィルム部分８２ａは、接続端子７に電気的に接続され、樹脂部分８２ｂが着脱可能となっている。即ち、メタルフィルム部分８２ａの一部は筐体７０の外壁面に固定され、筐体７０内を貫通した配線８３を介して接続端子７の一部に接続されている。樹脂部分８２ｂは、接着層を兼ねたもので、筐体７０の外壁面に着脱可能となっている。

【0019】

第２のシールド層８２は、検体液注入時にはシールを剥がして使用して、測定時には再度貼りつけることにより、検体液注入穴（開口７０ａ）の部分で電気シールドに穴が開かない構造となっている。さらに、廃棄時にはテープで開口部を塞ぐことが可能であるため、汚染を防止することが可能である。

【0020】

なお、この第２のシールド層８２は、パッケージとセット部品となっていて、検体液を注入後に貼りつける構造としてもよい。このとき、図４に示すように、筐体７０の上面に、接続端子７に接続された電極８４を露出させておき、第２のシールド層８２を貼り付けた際にメタルフィルム部分８２ａと電極８４とが確実に接続されるようにすればよい。

【0021】

このように本実施形態では、マイクロ分析パッケージ２を挟んで、配線基板６０の裏面側に第１のシールド層８１を設け、筐体７０の外壁面に第２のシールド層８２を設けることにより、マイクロ分析パッケージをシールドすることができる。そしてこの場合、第２のシールド層８２としてメタル箔シールを用いているので、検体液注入時にはシールを剥がして使用して、測定時には再度貼り付けることにより、検体液注入穴で電気シールドに穴が開かない構造となっている。このため、検体液導入のための開口部を含めて確実にシールドすることができ、装置信頼性の向上をはかることができる。

【0022】

また、マイクロ分析パッケージの廃棄時には第２のシールド層８２で筐体７０の開口７０ａを塞ぐことができるため、マイクロ分析パッケージ内のウイルス等による汚染を防止することが可能である。

【0023】

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係わるマイクロ分析パッケージの概略構成を示す断面図である。なお、図３と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。

【0024】

本実施形態は、先の第１の実施形態の構成に加え、筐体７０の開口７０ａ内にアルコールや水等の液体を浸した液体浸漬繊維９０を有する構成となっている。液体浸漬繊維９０は、例えばレーヨンやポリエステル等の合成繊維を素材とした不織布に、エタノール等を含浸させたものを用いることができる。

【0025】

このような構成であれば、筐体７０の開口７０ａに液体浸漬繊維９０を設置したことにより、半導体マイクロ分析チップ１の流路壁の表面状態が経時変化により疎水性になるのを未然に防止することができる。このため、第１の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、更なる信頼性向上をはかることができる。また、第２のシールド層８２を有するため、液体浸漬繊維９０が開口７０ａから脱落するのを防止することができる利点もある。

【0026】

（第３の実施形態）
第３の実施形態として、第１及び第２の実施形態に用いた半導体マイクロ分析チップの各種例を、図６〜図８を参照して説明しておく。

【0027】

図６（ａ）（ｂ）は、第１の半導体マイクロ分析チップの概略構成を説明するためのもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ｂ−Ｂ’断面図である。ここでは、図６（ａ）の最表面は、図６（ｂ）におけるキャップ層１８を取り除いた状態で表示している。

【0028】

この半導体マイクロ分析チップは、半導体基板１０の上に絶縁膜１５、絶縁膜１７、絶縁膜１８を積層成膜している。半導体基板１０としては、例えばＳｉを用いるが、Ｓｉと同様に加工可能な他の基板、例えばＧｅ、ＳｉＣなどを用いることも可能である。また、絶縁膜１５，１７，１８は、ＳｉＯ₂ 、Ｓｉ₃Ｎ₄ 、Ａｌ₂Ｏ₃ などの誘電膜やポリイミドなどのポリマー材料を用いることができる。Ｓｉ基板１０の表面には第１のマイクロ流路２１を例えば２μｍ掘り込んで形成しており、流路２１の一端側は検体液の導入開口４５に接続している。第１の流路２１の導入開口４１側には、流路底面から流路上面に伸延する柱状体（ピラー）アレイ５０を形成している。

【0029】

絶縁膜１５は、第１の流路２１に蓋をするように形成しており、その一部に微細孔３０を形成している。絶縁膜１７は、導入開口４５、排出開口４６と、第２のマイクロ流路２２を形成している。絶縁膜１８は、第２のマイクロ流路２２に蓋をするように形成し、その一部に導入開口４５、排出開口４６を形成している。微細孔３０は、第１のマイクロ流路２１の上面から第２のマイクロ流路２２の底面に連通しており、第１のマイクロ流路２１と第２のマイクロ流路２２は微細孔３０を介して空間的に接続されている。

【0030】

微細孔３０の開口サイズは、検出する微粒子（ウィルス、細菌、花粉などやそれらを他の粒子に結合させた複合体の最大径）より僅かに大きなサイズとする。具体的には検出する微粒子の外径より５％以上大きくし、微粒子が液体圧送や電気泳動などで微細孔を通過可能なサイズとする。また、微細孔３０の開口サイズは、検出する微粒子の通過し易さと後述するイオン電流変化の感度を考慮して決めれば良く、例えば検出する微粒子外径の１．５倍から５倍以内とする。

【0031】

上記のように構成した半導体マイクロ分析チップにおいて、導入開口４５に検体液（検出する微粒子を含む液体）を注入すると、毛細管現象により第１のマイクロ流路２１に検体液が流入して微細孔３０に達する。検出する微粒子（検体）を含ませる液体は通電が可能な液体、例えばＫＣｌ水溶液などの電解質溶液、ＴＥ（Tris Ethylene diamine tetra acetic acid）緩衝溶液やＰＢＳ（Phosphate Buffered Saline）緩衝溶液などの各種緩衝溶液などを用いることができる。その後、第２のマイクロ流路２２に検体微粒子を含まない通電可能な液体を満たす。検体液中の微粒子は、毛細管現象による第１のマイクロ流路２１の検体液の流入に乗って流路内を移動するが、この状態で必要に応じて導入開口４５及び排出開口４６にそれぞれ金属ワイヤなどの電極を挿入し、電極間に電圧印加して検体微粒子を強制的に電気泳動させても構わない。

【0032】

次に、導入開口４５及び排出開口４６にそれぞれ微細孔３０の通過電流観測用の電極（金属ワイヤなど）を挿入して電圧印加し、その間に流れるイオン電流を観測する。微粒子が電界により泳動されて微細孔３０を通過する際、微粒子が絶縁性の場合には微粒子が微細孔３０の開口を遮蔽するためイオン電流経路の電気抵抗が増大し、イオン電流が減少する。逆に、微粒子が導電性で且つ電子親和力が検体液との電位障壁を形成しにくい関係の場合にはイオン電流の増加が観測される場合もある。このイオン電流の変化を観測することで、微粒子が微細孔３０を通過したことを検出可能となる。

【0033】

第１のマイクロ流路２１中に流路底面から流路上面に伸延するピラーアレイ５０を適切なピラー間隔となるように配置しておくことで、サイズの大きな不要粒子をトラップし、サイズの小さな微粒子のみを下流に通過させることが可能となる。例えば、約１００ｎｍ前後の大きさのウィルスを検出しようとする場合、ピラーアレイ５０のピラー間隔を２５０ｎｍとしておけば、少なくとも０．５μｍ以上の巨大粒子が微細孔３０に達して孔を塞いでしまうようなことを防止できる。また、ピラーアレイ５０のピラー間隔とアレイ長を適切に調整してやることにより、微細孔３０に達する微粒子の最大サイズを揃えることが可能となる。そして、検出するイオン電流変化のピーク電流値のある値以上をノイズ分布の一部として割り出せることから、検出精度を向上できるようになる。

【0034】

なお、ピラーアレイ５０は、排出開口側からのダスト逆流などを防ぐため第２のマイクロ流路２２中にも形成することも可能であり、また、ピラーアレイ５０の代わりにスリット状流路アレイ等を用いることも可能である。

【0035】

図７は、第２の半導体マイクロ分析チップの概略構成を示す斜視図である。

【0036】

図中の１０は半導体基板であり、この基板１０としては、Ｓｉ，Ｇｅ，ＳｉＣ，ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＧａＮなど各種の半導体を用いることができる。

【0037】

４１〜４４は検体液の注入、排出を行うためのリザーバであり、４１は検体液導入領域、４２は電解液導入領域、４３は検体液排出領域、４４は第２の電解液排出領域となる。これらのリザーバ４１〜４４は、Ｓｉ基板１０の表面部を例えば選択エッチングにより、例えば１ｍｍ角の正方形のパターンに２μｍ掘り込むことで形成されている。

【0038】

２１は検体液を通流させるための第１のマイクロ流路、２２は電解液を通流させるための第２のマイクロ流路である。これらのマイクロ流路２１，２２は、異なるレイアウトで一部が近接するように配置され、Ｓｉ基板１０を例えば５０μｍ幅で２μｍ深さに掘り込んで形成されている。さらに、マイクロ流路２１，２２は、上部がシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂ ）やシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）、アルミナ膜（Ａｌ₂Ｏ₃ ）などの絶縁薄膜（例えば厚さ２００ｎｍ）で覆われ、キャップ層１５（流路をシールする蓋）が形成されている。これにより、第１及び第２のマイクロ流路共に溝型トンネル流路となっている。

【0039】

このとき、キャップ層１５の形成は、リザーバ４１〜４４に接続する部分までとし、リザーバ上部と流路の接続部には検体液や電解液が通過可能となるように、少なくとも一部は流路キャップを形成しないようにする。これにより、マイクロ流路２１及び２２はリザーバ部分で開口したトンネル状流路となる。

【0040】

３０は第１のマイクロ流路２１と第２のマイクロ流路２２との接触部に設けた微細孔であり、流路２１と流路２２の隔壁３１（例えば０．２μｍ厚のＳｉＯ₂ ）の一部をスリット状にエッチング除去することにより形成されている。微細孔３０の大きさ（幅）は検出する粒子のサイズより僅かに大きいサイズとし、検出する微粒子サイズが１μｍφの場合、微細孔３０の幅を例えば１．５μｍとする。

【0041】

５１，５２は微粒子を検出するための電極であり、それぞれマイクロ流路２１，２２の内部に一部露出するように形成されている。これらの電極材料としては、検体液接触面がＡｇＣｌ，Ｐｔ，Ａｕなどとなるように構成すれば良い。また、電極は必ずしも図７のように集積化されていなくとも良く、それぞれの流路のリザーバに外部電極を差し込むことでも微粒子の検出は可能である。

【0042】

微細孔３０を通るイオン電流、即ち２つのマイクロ流路２１，２２に電解液（電解質を溶融させてイオン電流が流れ得る溶液）を充填し、電極５１と５２に電圧印加して流れる電流（微粒子非通過時の定常電流）は、基本的に微細孔３０の開口サイズで決定する。また、検出する微粒子が微細孔３０を通過する際には、微粒子が微細孔３０の一部を塞いでイオンの通過を阻害するため、その度合いに応じた電流の減少が生じる。但し、微粒子が導電性又は表面準位伝導可能な場合、微粒子がイオン電荷の授受を行って微粒子自体の電気伝導で電流が増加する場合もある。このイオン電流変化は、微細孔３０と微粒子の形状、大きさ、長さなどの相対関係で決定するため、イオン電流の変化量や継時変化などを観測することで、微細孔を通過した微粒子内容を割出すことが可能になる。

【0043】

微細孔３０の開口サイズは、検出する微粒子の通過し易さとイオン電流の変化度合い（感度）を考慮して決めれば良く、例えば検出微粒子外径の１．５倍から５倍以内とする。また、検出する微粒子を分散させる電解液として、例えばＫＣｌ水溶液などの電解液、ＴＥ（Tris Ethylene diamine tetra acetic acid）緩衝溶液やＰＢＳ（Phosphate Buffered Saline）緩衝溶液などの各種緩衝溶液を用いることができる。

【0044】

このような半導体マイクロ分析チップにおいては、検体液の導入と電気的な観測だけで微粒子検出ができ、更に半導体加工技術による超小型化と大量生産が可能で微粒子検出回路や識別判定回路などの集積も可能である。このため、超小型で高感度のマイクロ分析チップを低コストに大量生産することが可能である。従って、細菌やウィルスなどの高感度検出を手軽に実施できるようになり、伝染性病原体や食中毒原因菌の簡易検出などに応用することで、流行性疾病の拡大防止や食の安全確保といった分野に貢献することが可能となる。例えば、新型インフルエンザなど緊急隔離対策が必要な疾病に対する高速一次検査キットや一般家庭での簡易食中毒検査など、莫大数量を非常に低コストに提供する必要がある用途などに適している。

【0045】

なお、図中の５０ａ，５０ｂは微小サイズのピラーアレイであり、微小な柱状構造体（ピラー）を等間隔に配列し、その配置間隔により検体液中微粒子をサイズでフィルタリングするものである。ピラーアレイ５０ａ，５０ｂには、壁状構造体（スリット）アレイなどを用いることも可能である。

【0046】

図８は、第３の半導体マイクロ分析チップの概略構成を示す平面図であり、マイクロ流路２１とマイクロ流路２２を別々の工程によって形成し、２つの流路２１，２２の交差する積層部（接触部）を設ける例である。ここでは、検体導入流路となる２１を下側に形成し、検体受容流路となる２２を上側に形成した、２段型流路とする。このとき、微細孔３０は２つの流路の積層部（接触部）に設け、第１のマイクロ流路２１の上面及び第２のマイクロ流路の下面となる隔壁（第１の流路のキャップ絶縁膜）にフォトリゾグラフィーにより形成する。

【0047】

図７の半導体マイクロ分析チップでは、２つのマイクロ流路２１，２２が隔壁を挟んで横方向に隣接しており、微細孔３０をＳｉ基板１０に対して垂直な隔壁に形成する必要があり、隔壁側部からパターンニングしてスリット状の微細孔３０を形成していた。このときの微細孔形状は、流路深さが微細孔幅と同じ場合で正方形に近い四角形であるが、流路深さが微細孔幅より深い場合は縦長のスリットとなっていた。このため、微細孔３０を微粒子が通過する際、微粒子で微細孔３０の開口を十分に遮蔽することができず、イオン電流の変化が円形微細孔に比し小さいという問題があった。

【0048】

これに対し、図８の半導体マイクロ分析チップにおいては、微細孔３０を直接パターンニング可能であり、微細孔３０の開口形状を任意に形成可能であるため、微粒子によるイオン電導を最も効果的に遮蔽可能な円形開口とすることができる。これにより、検出する微粒子が微細孔３０を通過する際のイオン電流変化を最大化することができ、第２のマイクロ分析チップよりも更に高感度の微粒子検出が可能となる。

【0049】

第１のマイクロ流路２１は掘り込み型のトンネル流路となり、第２のマイクロ流路２２は絶縁膜トンネル型の流路となる。また、２つの流路２１，２２の交差する接触部において、絶縁膜１５に微細孔３０を形成しており、その開口形状は任意に形成可能である。イオン電流を観測する電極は、第１のマイクロ流路２１の下面と第２のマイクロ流路２２の上面に形成されている。これにより、微細孔形状の最適化による高感度化が実現できる。

【0050】

なお、ここでは２つの流路２１，２２が交差するように配置しているため、リザーバ４１に滴下した検体液はリザーバ４３に排出されるようになる。これは勿論、２つの流路２１，２２が積層接触する部分の後、元の流路側に戻すように配置（４１への滴下検体液を４２に排出）することでも構わないものである。

【0051】

このような半導体マイクロ分析チップでは、２つのマイクロ流路２１，２２を交差させることにより微細孔３０を円形開口とすることができるため、より高感度の微粒子検出が可能となる。

【0052】

（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。

【0053】

マイクロ分析チップの構成は、前記図６〜８に何ら限定されるものではなく、微粒子を検出するための検出部と、該検出部に微粒子検出用の検体液を注入及び排出するための流路と、該流路へ外部から前記検体液を導入するための液溜め部とを有するものであれば良い。さらに、マイクロ分析チップを形成する基板は必ずしも半導体基板に限るものではなく、例えば半導体を全て酸化した石英などの材料でも良く、微細な流路や微粒子検出用の微細孔を作製可能な基板であればよい。

【0054】

マイクロ分析パッケージがモールドのみでも十分な強度が得られる場合は、パッケージを収容する筐体は必ずしも必要なく、省略することも可能である。さらに、マイクロ分析パッケージは必ずしもカセットにセットして用いられる必要はなく、パッケージ単体で使用することも可能である。

【0055】

本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0056】

１…半導体マイクロ分析チップ
２…マイクロ分析パッケージ
３…カセット
４…検体液
５…判定器
６…電流電圧変換用ＩＣ
７…外部接続端子（電気信号入出力端子）
１０…半導体基板
１５，１７，１８…絶縁膜（キャップ層）
２１…第１のマイクロ流路
２２…第２のマイクロ流路
３０…微粒子検出用の微細孔
４０，４１〜４４…リザーバ
５０…ピラーアレイ
５１，５２…電極
６０…配線基板
６１…モールド層
６１ａ…モールド層の開口
６５，６６…ボンディングワイヤ
７０…筐体
７０ａ…筐体の開口
８１…第１のシールド層
８２…第２のシールド層
８３…配線
９０…液体浸漬繊維

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】