特開 2024-31667 顕微観察セルの作製方法、顕微観察セル、及びセル組立装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024031667

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】顕微観察セルの作製方法、顕微観察セル、及びセル組立装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/20 20060101AFI20240229BHJP

   G01N 21/03 20060101ALI20240229BHJP

   G01N 1/28 20060101ALI20240229BHJP

【ＦＩ】

H01J37/20 A

G01N21/03 Z

G01N1/28 U

G01N1/28 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022135356

(22)【出願日】2022-08-26

(71)【出願人】

【識別番号】504133110

【氏名又は名称】国立大学法人電気通信大学

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】サンドゥー アダルシュ

【テーマコード（参考）】

2G052

2G057

5C101

【Ｆターム（参考）】

2G052AD46

2G052DA06

2G052DA12

2G052DA13

2G052EC14

2G052GA32

2G052GA34

2G052GA35

2G057AA01

2G057AA02

2G057AB04

2G057AC01

2G057BA01

2G057BA05

2G057BD03

2G057BD04

2G057CB05

5C101AA04

5C101EE61

5C101FF05

5C101FF09

5C101FF26

5C101FF49

(57)【要約】

【課題】簡単な工程で試料を確実に封止する顕微観察セルを作製する方法を提供する。
【解決手段】顕微観察セルの作製方法は、第１基板に観察ビームを通過させる第１の窓と試料を注入するチューブを受け取る第１溝を形成し、第２基板に前記観察ビームを通過させる第２の窓と前記チューブを受け取る第２溝を形成し、前記第１基板を前記第２基板の上に重ね、前記第１溝と前記第２溝で形成される空間に前記チューブをセットした状態で第１の仮止めを行って前記第１基板と第２基板を部分的に仮固定し、前記第１の仮止めの後に、前記第１基板と前記第２基板の側面を覆う第２の仮止めを行い、前記第１の仮止めと前記第２の仮止めを接着層で覆って前記第１基板と前記第２基板を接合し、前記接着層の上から前記第１基板と前記第２基板を真空シールする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１基板に、観察ビームを通過させる第１の窓と、試料を注入するチューブを受け取る第１溝を形成し、
第２基板に、前記観察ビームを通過させる第２の窓と、前記チューブを受け取る第２溝を形成し、
前記第１基板を前記第２基板の上に重ね、前記第１溝と前記第２溝で形成される空間に前記チューブをセットした状態で、第１の仮止めを行って前記第１基板と第２基板を部分的に仮固定し、
前記第１の仮止めの後に、前記第１基板と前記第２基板の側面を覆う第２の仮止めを行い、
前記第１の仮止めと前記第２の仮止めを接着層で覆って前記第１基板と前記第２基板を接合し、
前記接着層の上から、前記第１基板と前記第２基板を真空シールする、
顕微観察セルの作製方法。

【請求項2】

前記第１の仮止め、前記第２の仮止め、前記接着層による接合、及び前記真空シールを通して、前記第１の窓と前記第２の窓は露出されている、
請求項１に記載の顕微観察セルの作製方法。

【請求項3】

前記第１の仮止めは、位置調整具の先端で前記第１基板の表面の少なくとも一部をおさえ、前記第１の窓と前記第２の窓を位置合わせしながら前記第１基板と前記第２基板を部分的に固定する、
請求項１に記載の顕微観察セルの作製方法。

【請求項4】

前記第１の窓と前記第２の窓の位置合わせは、前記第２基板の下方から光を照射し、前記第１の窓と前記第２の窓を透過する前記光を観察しながら、前記位置調整具で前記第２基板に対する前記第１基板の相対位置を調整する、
請求項３に記載の顕微観察セルの作製方法。

【請求項5】

前記第１の仮止めは、前記第１基板と前記第２基板のコーナー、または、前記チューブの根元を固定する、
請求項１に記載の顕微観察セルの作製方法。

【請求項6】

粘度が１２０００ｍＰａ・ｓ以上２４０００ｍＰａ・ｓ以下の樹脂を用いて前記第１の仮止めを行う、
請求項１に記載の顕微観察セルの作製方法。

【請求項7】

粘度が１２０００ｍＰａ・ｓ以上２４０００ｍＰａ・ｓ以下の樹脂を用いて前記第２の仮止めを行う、
請求項６に記載の顕微観察セルの作製方法。

【請求項8】

前記第２の仮止めの後に、前記チューブと、前記第１基板と前記第２基板の間に形成される流路との連通を確認し、前記連通が確認された後に前記接着層を塗布する、
請求項１に記載の顕微観察セルの作製方法。

【請求項9】

前記第１溝と前記第２溝が形成された第１端面での前記第１基板と前記第２基板の間隔が、前記第１端面と対向する第２端面での間隔よりも広くなるように、前記第１基板を前記第２基板に対して斜めに重ねる、
請求項１に記載の顕微観察セルの作製方法。

【請求項10】

観察ビームを通過させる第１の窓と、試料供給チューブを受け取る第１溝とが形成された第１基板と、
前記第１の窓と対向する位置に設けられた第２の窓と、前記試料供給チューブを受け取る第２溝が形成された第２基板と、
を有し、
前記第１基板と前記第２基板は、前記第１溝と前記第２溝が互いに向かい合い、かつ、かつ前記第１基板と前記第２基板の間に所定の空間が形成されるように組み合わせられており、
前記第１基板と前記第２基板の間に前記所定の空間を維持したまま、前記第１基板と前記第２基板を固定する接着層と、前記接着層を覆う真空シールと、を有する
顕微観察セル。

【請求項11】

前記接着層は、前記第１基板と前記第２基板を仮止めする第１の接着層と、前記第１の接着層を覆って前記第１基板と第２基板を固定する第２の接着層とを含む、
請求項１０に記載の顕微観察セル。

【請求項12】

前記第１基板は前記第２基板に対して所定の角度で傾斜した状態で、前記接着層、及び前記真空シールにより封止されている、
請求項１０に記載の顕微観察セル。

【請求項13】

前記第１基板に形成された第３溝と前記第２基板に形成された第４溝とで第２の試料供給チューブを受け取り、
前記試料供給チューブと前記第２の試料供給チューブで、前記所定の空間内に異なる試料を導入可能である、
請求項１０に記載の顕微観察セル。

【請求項14】

顕微観察セルを形成するチップを保持するプレートと、
前記プレートの下方から前記プレートの上の前記チップを照射する光源と、
前記プレートの上方で前記チップを押さえながら前記チップの位置を調整する位置調整具と、を備え、
前記位置調整具は、先端で前記チップの表面の少なくとも一部を押さえながら、前記光源から照射された光が前記チップに形成された観察窓を透過するように前記チップの位置を調整する、
セル組立装置。

【請求項15】

前記チップは、第１の窓が形成された第１チップと、第２の窓が形成された第２チップとを含み、前記観察窓は前記第１の窓と前記第２の窓で形成され、
前記位置調整具は、前記第１チップと前記第２チップが組み合わされた状態で、前記光が前記第１の窓と前記第２の窓を透過するように前記第２チップに対する前記第１チップの相対位置を調整する、
請求項１４に記載のセル組立装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、粒子線または光線の照射下での顕微観察に使用される顕微観察セルの作製方法、顕微観察セル、及びセル組立装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電子線顕微鏡、レーザ顕微鏡などで、粒子線または光線を対象物に照射して顕微観察する際に、試料をセルまたはカプセル内に封入して顕微観察システムの試料室に導入する。顕微観察用のセルまたはカプセル（以下、単に「セル」と呼ぶ）は、一般に、観察ビームを透過させる窓を持っており、試料を収容するセル内の空間は、一定の高さに形成されている（たとえば、特許文献１及び特許文献２参照）。一方、大きさの異なる粒子または分子が混在する試料の観察を可能にするために、観察窓が形成された２つの基板の間に高さが異なる流路を設けた構成が提案されている（たとえば、特許文献３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－２２４５１０号公報

【特許文献2】特開２０１３－１８７０９６号公報

【特許文献3】特開２０２０－１７７９１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

試料が液体の場合、液体漏れのない状態で試料を顕微観察セルに導入する必要がある。顕微観察セル自体は微小であり、液体漏れなしに試料を封止できる顕微観察セルが望まれる。本発明の一つの側面では、簡単な工程で、試料を確実に封止する顕微観察セルを作製する方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の顕微観察セルの作製方法は、
第１基板に、観察ビームを通過させる第１の窓と、試料を注入するチューブを受け取る第１溝を形成し、
第２基板に、前記観察ビームを通過させる第２の窓と、前記チューブを受け取る第２溝を形成し、
前記第１基板を前記第２基板の上に重ね、前記第１溝と前記第２溝で形成される空間に前記チューブを挿入した状態で、第１の仮止めを行って前記第１基板と第２基板を部分的に仮固定し、
前記第１の仮止めの後に、前記第１基板と前記第２基板の側面を覆う第２の仮止めを行い、
前記第１の仮止めと前記第２の仮止めを接着層で覆って前記第１基板と前記第２基板を接合し、
前記接着層の上から、前記第１基板と前記第２基板を真空シールする。

【発明の効果】

【0006】

簡単な工程で、試料を確実に封止する顕微観察セルを作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態の顕微観察セルの作製方法のフローチャートである。

【図2】第１チップと第２チップの模式図である。

【図3】第１チップの上面図と裏面図である。

【図4】第１チップと第２チップを重ね合わせた図である。

【図5】第１チップと第２チップの間に形成される流路の一例を示す図である。

【図6】第１チップと第２チップの間に形成される流路の別の例を示す図である。

【図7】第１チップと第２チップの位置合わせを示す模式図である。

【図8】第１チップと第２チップの位置合わせを示す画像である。

【図9】第１の仮止めの模式図である。

【図10】第２の仮止めの模式図である。

【図11】チップ接合の模式図である。

【図12】接着層で接合したチップの画像である。

【図13】チップの真空シールの模式図である。

【図14】顕微観察セルの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）への適用を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

実施形態では、試料を確実に封止する顕微観察セルを簡単な方法で作製する。実施形態の組立方法の一つの例では、試料の封止を確実にしながら、大きさの異なる粒子または分子を含む試料の顕微観察を可能にする。この明細書と特許請求の範囲で「顕微観察」という場合は、一般的な可視光での光学的顕微観察の他、電子線、粒子線、レーザ光等による顕微観察を含み、照射線の種類を問わない。

【0009】

以下で、顕微観察セルの具体的な作製方法を、図面を参照して説明する。以下に示す形態は、本発明の技術思想を具現化するための一例であって、本発明を以下の例に限定するものではない。実施形態または図面に記載されている構成部分の寸法、材質、形状、配置構成等は、特定的な記載がない限り、本開示の範囲を限定する趣旨ではなく、実施の形態の例示にすぎない。各図面に示される部材の大きさ、位置関係等は、発明の理解を容易にするために誇張して描かれている場合がある。以下の説明において、同一の構成要素または機能には、同一の名称または符号を付けて重複する説明を省略する場合がある。

【0010】

図１は、実施形態の顕微観察セルの作製方法のフローチャートである。実施形態の顕微観察セルの作製方法は、試料を確実に封止する顕微観察セルを簡単な方法で作製する。従来のセル作製方法では、微細な顕微観察セルを封止する際に、接着剤がセルの観察窓部分に流れ込む、あるいは接着剤で試料を導入するチューブを塞いでしまう等の問題が生じ、製造歩留まりが不十分である。実施形態では、これらの問題も解決しつつ、試料を顕微観察セルに確実に封止する。まず、顕微観察セルの本体を構成する第１チップと第２チップを準備する（Ｓ１）。第１チップは第１基板で形成され、第２チップは第２基板で形成される。第１基板には、観察ビームを通過させる第１の窓と、試料注入用のチューブを受け取る第１溝が形成されている。以下では、試料注入用のチューブを便宜上「試料供給チューブ」と呼ぶ。第２基板には、上述した観察ビームを通過させる第２の窓と、上記のチューブを受け取る第２溝が形成されている。第１チップと第２チップの詳細な構成は、後述する。

【0011】

次に、第１チップを第２チップに重ね、第１溝と第２溝で形成される空間に試料注入用のチューブをセットまたは挿入した状態で、第１の仮止めを行う（Ｓ２）。第１の仮止めにより、第１基板と第２基板は部分的に仮固定される。第１の仮止めで、溝の空間から外部に延びるチューブの根元を仮固定してもよい。

【0012】

第１の仮止めの後に、第１チップと第２チップの側面を覆って第２の仮止めをする（Ｓ３）。第１の仮止めと第２の仮止めは、第１チップと第２チップを正しい位置で仮に固定するためのものなので、第１チップと第２チップの全周を完全に固定しなくてもよい。第１チップと第２チップの正しい位置とは、第１基板に形成された第１の窓と、第２基板に形成された第２の窓が、顕微観察用の照射線の照射軸上で揃っている状態をいう。第２の仮止めの後に、試料供給チューブに空気が通るかどうか、あるいは、第１チップと第２チップの間から空気漏れがないかどうか、を確認してもよい。

【0013】

次に、第１の仮止めと第２の仮止めを接着層で覆って、第１チップと第２チップを接合する（Ｓ４）。この接合により、第１チップと第２チップは、試料供給チューブを保持した状態で固定される。次に、接着層の上から第１チップと第２チップを真空シールする（Ｓ５）。これにより、内部に試料を確実に封止できる顕微観察セルが完成する。以下で各工程をさらに詳細に説明する。

【0014】

＜チップの作製＞
図２は、図１のステップＳ１で作製される第１チップ１１０－１と第２チップ１１０－２の模式図である。第１チップ１１０－１は、第１基板１１－１で形成される。第２チップ１１０－２は、第２基板１１－２で形成される。第１基板１１－１に、観察ビームを通過させる第１の窓１７－１と、試料供給チューブを受け取る第１溝１２－１と、試料排出チューブを受け取る第３溝１３－１が形成されている。第２基板１１－２に、観察ビームを通過させる第２の窓１７－２と、試料供給チューブを受け取る第２溝１２－２と、試料排出チューブを受け取る第４溝１３－２が形成される。図２の座標系で、第１溝１２－１と第２溝１２－２の長軸方向をＸ方向、第１チップ１１０－１と第２チップ１１０－２の厚さ方向をＺ方向、Ｘ方向とＺ方向に直交する方向をＹ方向とする。

【0015】

第１チップ１１０－１と第２チップ１１０－２が組み合わせられたときに、第１溝１２－１と第２溝１２－２で試料供給チューブを受け取る溝が形成され、第３溝１３－１と第４溝１３－２で試料排出チューブを受け取る溝が形成される。

【0016】

第１の窓１７－１は、たとえば、４つの開口１７１、１７２、１７３、及び１７４を含むが、この例に限定されない。第１の窓１７－１に含まれる開口の数は１つでもよい。あるいは、複数の開口がＸ方向に一列に並んでいてもよい。同様に、第２の窓１７－２は４つの開口１７５、１７６、１７７、及び１７８を含むが、この例に限定されない。第２の窓１７－２は、第１の窓１７－１の開口と同じ位置に同じ数の開口を有する。第１の窓１７－１の底面に絶縁膜１８－１が設けられ、第２の窓１７－２の底面に絶縁膜１８－２が設けられている。ここで、「底面」というときは、開口を作製するプロセスでのエッチング進行方向での底面を差す。

【0017】

図３は、第１チップ１１０－１の上面図（Ａ）と底面図（Ｂ）である。第１基板１１－１の第１面１１１に開口１７１、１７２、１７３、１７４が形成される。第１基板１１－１として、実施例ではシリコン基板を用いるが、これに限定されず、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３等の絶縁性基板や、Ｇｅ等の半絶縁性基板を用いてもよい。第１基板１１－１の第１面１１１と第２面１１２の両面に、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸窒膜などの絶縁膜を形成する。図３の（Ａ）では、図示をわかりやすくするため、第１面１１１を覆う絶縁膜を省略している。

【0018】

第１基板１１－１の第１面１１１で、フォトリソグラフィ法等により、窓１７－１の開口１７１、１７２、１７３、及び１７４に相当する領域の絶縁膜を部分的にエッチング除去して、第１面１１１の一部を露出する。第１面１１１に残る絶縁膜をマスクとして用いて、たとえばＫＯＨ等のアルカリ溶液による異方性エッチングにより、第１基板１１－１に開口１７１、１７２、１７３、及び１７４を含む第１の窓１７－１を形成する。シリコン基板を用いる場合、ＫＯＨ溶液を用いてシリコン基板の（１１１）面からエッチングすると、５４．７°の角度で傾斜するエッチング面が得られる。

【0019】

第１基板１１－１の第２面１１２に形成された絶縁膜１８－１は、エッチングストッパとして機能する。図３の（Ｂ）では、窓構造をわかりやすくするために、各開口１７１～１７４に相当する位置にだけ絶縁膜１８－１が描かれているが、第２面１１２の全面が絶縁膜１８－１で覆われていてもよい。

【0020】

次に、第１面１１１を再度絶縁膜で覆い、第２面１１２の第１溝１２－１と第３溝１３－１に相当する領域の絶縁膜を部分的にエッチング除去して、第２面１１２の一部を露出する。絶縁膜をマスクとして用い、第２面１１２の露出面からＫＯＨ等のアルカリ溶液による異方性エッチングを行うことで、断面形状が台形の第１溝１２－１と第３溝１３－１が形成される。第１溝１２－１と第３溝１３－１の深さは、エッチング時間、エッチング量等を制御することで調整可能である。

【0021】

残存するシリコン窒化膜を除去し、少なくとも第１の窓１７－１の開口１７１、１７２、１７３、及び１７４の底面を覆う絶縁膜１８－１を第２面１１２に形成する。第２チップ１１０－２は、第２基板１１－２を用いて、第１チップと同じ手順で作製される。第２チップ１１０－２の第２面では、少なくとも第２の窓１７－２の開口１７５、１７６、１７７、及び１７８の底面を覆う絶縁膜１８－２（図２参照）が形成される。絶縁膜１８－２も、第２基板１１－２の第２面の全面に形成されていてもよい。

【0022】

＜チップの重ね合わせ＞
図４は、第１チップ１１０－１と第２チップ１１０－２の重ね合わせを示す。第１チップ１１０－１と第２チップ１１０－２は同一形状のチップであり、上下対称になるように用いられる。すなわち、第１溝１２－１と第２溝１２－２が互いに対向し、第３溝１３－１と第４溝１３－２が互いに対向するように組み合わせられる。

【0023】

第１溝１２－１と第２溝１２－２で形成される空間に、試料供給チューブ２６が配置される。第３溝１３－１と第４溝１３－２で形成される空間に、試料排出チューブ２７が配置される。試料供給チューブ２６は、第１溝１２－１と第２溝１２－２の奥の壁面に突き当たって、ＸＹ面内での位置が決まる。試料排出チューブ２７は、第３溝１３－１と第４溝１３－２の奥の壁面に突き当たって、ＸＹ面内での位置が決まる。

【0024】

第１チップ１１０－１と第２チップ１１０－２の間に保持されるチューブの数は２本に限定されず、３本以上でもよい。３本のチューブを設ける場合は、第１基板１１－１の第１溝１２－１及び第３溝１３－１と、第２基板１１－２の第２溝１２－２及び第４溝１３－２に加えて、新たに第３のチューブを受け取る溝を、チューブを接続する基板端面のほぼ中央部から第１の窓１７－１及び第２の窓１７－２の近傍まで延びるように形成してもよい。２本のチューブを試料供給チューブとして用い、１本を試料排出チューブとして用いることで、複数の試料を同時にセルまたはカプセル内に導入することが可能である。

【0025】

図５は、第１チップ１１０－１と第２チップ１１０－２の間に流路２３Ａを有する顕微観察セル１０Ａの模式図である。図５は、図４のＸＺ面に沿って、試料供給チューブ２６と窓１７－１の開口１７１、１７２、及び窓１７－２の開口１７５、１７６を通る断面である。図５の例では、試料供給チューブ２６の外径と、第１溝１２－１及び第２溝１２－２の深さで決まる高さの流路２３Ａが形成される。後述するように、第１チップ１１０－１と第２チップ１１０－２は、試料供給チューブ２６を保持した状態でシーリングされるので、完成した顕微観察セル内に試料供給チューブから試料が注入されても、液体漏れはない。

【0026】

第１チップ１１０－１の開口１７１の底面の絶縁膜１８－１と、第２チップの開口１７５の底面の絶縁膜１８－２の間、及び開口１７２の底面の絶縁膜１８－１と開口１７６の底面の絶縁膜１８－２の間に、観察領域１９が形成される。試料供給チューブ２６により流路２３Ａに満たされた試料は、観察領域１９を透過する照射線により顕微観察される。試料で反射または散乱され観察領域１９から戻る照射線で顕微観察してもよい。第１基板１１－１の絶縁膜１８－１と反対側の表面を絶縁膜２１－１で覆ってもよい。第２基板１１－２の絶縁膜１８－２と反対側の表面を絶縁膜２１－２で覆ってもよい。

【0027】

図６は、別の構成例である顕微観察セル１０Ｂの模式図である。図５と同じ断面で切った図である。顕微観察セル１０Ｂは第１チップ１１０－１と第２チップ１１０－２の間に流路２３Ｂを有する。第１チップ１１０－１の第１基板１１－１と、第２チップ１１０－２の第２基板１１－２は、所定の傾斜角で傾斜して組み合わせられる。第１基板１１－１と第２基板１１－２の間に、斜めに傾斜する流路２３Ｂが形成される。流路２３Ｂの傾斜は、試料供給チューブ２６の外径と、第１溝１２－１及び第２溝１２－２の深さの少なくとも一方によって決まる。チューブの径が大きいほど、あるいは溝が浅いほど、第１基板１１－１の第２基板１１－２に対する傾斜角度が大きくなり、第１基板１１－１と第２基板１１－２の間に形成される流路２３Ｂの傾きが大きくなる。

【0028】

第１チップ１１０－１の開口１７１の底面の絶縁膜１８－１と、第２チップの開口１７５の底面の絶縁膜１８－２の間に、観察領域１９－１が形成される。第１チップ１１０－１の開口１７２の底面の絶縁膜１８－１と、第２チップ１１０－２の開口１７６の底面の絶縁膜１８－２の間に、観察領域１９－２が形成される。試料供給チューブ２６により流路２３Ｂに満たされた試料は、観察領域１９－１と観察領域１９－２で顕微観察される。観察領域１９－１で流路２３Ｂの高さが高くなっているので、試料が液体試料の場合も、容易に観察領域１９－２へと導入される。試料中に異なるサイズの粒子または分子が混在する場合、流路２３Ｂの空間サイズの大きい観察領域１９－１で、大きいサイズの粒子または分子が観察される。流路２３Ｂの空間サイズの小さい観察領域１９－２で、小さいサイズの粒子または分子が観察される。このように、簡単な構成の単一の顕微観察セル１０Ｂにより、混合溶液の観察が可能になる。

【0029】

図６の構成では、第１基板１１－１と第２基板１１－２の一方が他方に対して相対的に傾斜している。したがって、開口１７１及び１７２を通る照射線（たとえば電子線ＥＢ）の照射軸は、開口１７１及び１７２の中心軸ＡＸから、第１基板１１－１と第２基板１１－２の相対的な傾きに相当する角度でずれている。しかし、開口中心軸からの照射軸のずれは、開口の内部の空間に吸収される程度のずれなので、電子線ＥＢ、レーザ光線などの照射線の透過、反射、散乱に支障はない。

【0030】

図６のように、第１チップ１１０－１と第２チップ１１０－２の一方を他方に対して相対的に傾斜させる場合も、実施形態のシーリング方法で、流路２３Ｂからの試料の漏れは防止される。図６の構成は、異なるサイズの粒子や分子が含まれている液体試料を含むマイクロチップに特に有用である。

【0031】

＜チップの位置合わせ＞
図７は、第１チップ１１０－１と第２チップ１１０－２の位置合わせを示す模式図である。第１チップ１１０－１と第２チップ１１０－２の位置合わせは、セル組立装置２００を用いて行われてもよい。セル組立装置２００は、チップを保持するプレート４１と、第２チップ１１０－２に対する第１チップ１１０－１の相対位置を調整する位置調整具５０と、プレートの位置調整具５０と反対側に設けられる光源４５を有する。

【0032】

第１チップ１１０－１の第１の窓１７－１（図２参照）と、第２チップ１１０－２の第２の窓１７－２（図２参照）が正しく重なっていれば、照射線が透過する観察窓１７が形成される。第１の窓１７－１と第２の窓１７－２に含まれるすべての開口（図７の例では４つの開口）を光が透過すれば、第１の窓１７－１と第２の窓１７－２が正しく位置合わせされていることになる。そこで、たとえば位置調整具５０により、第２チップ１１０－２に対する第１チップ１１０－１の位置を調整する。

【0033】

第１チップ１１０－１を第２チップ１１０－２の上に重ね合わせ、第１チップ１１０－１と第２チップ１１０－２の間に試料供給チューブ２６と試料排出チューブ２７を挟んだ状態でプレート４１の上に置く。プレート４１は、ガラス、プラスチック等の透明プレートである。プレート４１の下方に置かれた光源４５から、重ね合わせられたチップに光を照射する。光源は、ＬＥＤ光源であってもよい。

【0034】

位置調整具５０は、たとえば三軸ポジショニングステージに接続されており、観察窓１７の４つの開口を光が透過するように、第２チップ１１０－２に対する第１チップ１１０－１の相対位置を調整する。位置調整具５０は、可視光を透過する絶縁基板を加工して形成されていてもよいし、光透過性のプラスチックで形成されていてもよい。図６の例で、位置調整具５０はＹ字型のフォーク形状を有するが、３分岐のフォーク形状であってもよい。フォーク形状に限らず、開口または窓を取り囲む透明な円環、多角形の枠など、第２チップ１１０－２上で第１チップ１１０－１の位置を調整可能な任意の形状を有していてもよい。チップの位置合わせは、観察窓１７の透過光を観察しながら、ピン、ピンセット等の先端で第１チップ１１０－１の表面を軽く抑えて手操作で行ってもよい。

【0035】

図８は、第１チップと第２チップの位置合わせの画像である。プレート４１の上に、試料供給チューブ２６と試料排出チューブ２７が配置された第２チップ１１０－２が置かれている。プレート４１の下方から照射される光により、第２チップ１１０－２の中央部に４つの明るい点が観察される。これは開口１７５～１７８を含む第２の窓１７－２（図２参照）を透過した光である。この第２チップ１１０－２の上に第１チップ１１０－１を重ねた状態で同様の光が観察されるように、第１チップ１１０－１は第２チップ１１０－２に位置合わせされる。第１チップ１１０－１と第２チップ１１０－２が正しく位置合わせされたならば、第１の仮止めが行われる。

【0036】

＜第１の仮止め＞
図９は、第１の仮止めの模式図である。位置調整具５０により第１チップ１１０－１と第２チップ１１０－２が位置合わせされた状態のチップ１１０を、位置調整具５０でゆっくりと抑える。このときの位置調整具５０による荷重は、図７で位置合わせ中の荷重よりも大きい。光が観察窓１７を透過していることを確認しながら、チップ１１０の一部、たとえば、チップ１１０のコーナーを第１の仮止め材３１で仮止めする。チップ１１０から突出する試料供給チューブ２６と試料排出チューブ２７の根元に第１の仮止め材３１を適用してもよい。

【0037】

第１の仮止めは、第１チップ１１０－１と第２チップ１１０－２が正しく位置合わせされた状態を維持するためのものなので、第１チップ１１０－１と第２チップ１１０－２の相対位置を維持するのに必要最小限の接着でよい。第１の仮止め材３１として、室温で速乾性の接着剤、光や熱により硬化する硬化性樹脂等を用いることができる。硬化性樹脂を用いる場合、光や熱の適用後、１０秒から数十秒程度で硬化する材料が望ましい。第１の仮止め材３１の粘度は、１２０００ｍＰａ・ｓ以上２４０００ｍＰａ・ｓ以下であってもよい。この範囲の粘度とすることで、チップ１１０表面からの流動を抑制し、迅速に硬化させることができる。

【0038】

＜第２の仮止め＞
図１０は、第２の仮止めの模式図である。第１チップ１１０－１と第２チップ１１０－２は、第１の仮止めにより正しい位置関係に維持されている。したがって、第２の仮止めでは、必ずしも位置調整具５０を用いなくてもよい。第１の仮止めがなされたチップ１１０の側面全体を、第２の仮止め材３２で覆う。第２の仮止め材３２は、速乾性の接着剤、硬化性の樹脂等である。第２の仮止め材３２は、第１の仮止め材３１と同じものであってもよい。

【0039】

チップ１１０の側面の全周を第２の仮止め材３２で覆った後に、チューブの連通テストと、リークテストを行ってもよい。たとえば、試料供給チューブの先端を除いて、チップ１１０と試料排出チューブ２７を水中に沈める。水中から出ている試料供給チューブ２６の先端にシリンジを取り付け、空気を注入する。試料排出チューブ２７から気泡が出る場合は流路全体が連通している。この場合、試料排出チューブの先端をクリップで止めて、シリンジからさらに空気を注入する。チップ１１０から空気漏れがない場合は、正しく仮止めされていることになる。チップ１１０から気泡が漏れているときは、再度第２の仮止めを行い、チップ１１０の側面に第２の仮止め材３２を塗布する。チップ１１０からの空気もれがなくなったら、次工程へ進む。

【0040】

＜接着層による接合＞
図１１は、接着層による接合を示す模式図である。第１の仮止め材３１と第２の仮止め材３２を覆って、チップ１１０の周囲に接着層３３を設けて、第１チップ１１０－１と第２チップ１１０－２を接合する。この接合により、チップ１１０、試料供給チューブ２６、及び試料排出チューブ２７が固定される。接着層３３は、観察窓１７に入らないように観察窓１７の周囲で第１基板１１－１の表面が露出するように適用される。第２基板１１－２側でも、観察窓１７とその周囲の第２基板１１－２の周囲は、接着層３３から露出している。接着層３３の形成後、数時間から６時間程度乾燥する。

【0041】

図１２は、接着層３３で接合したチップ１１０の画像である。チップ１１０の大きさを示すために、ピンセットの先端とともに撮像されている。チップ１１０の中央で、観察窓１７の周囲に観察窓１７を慮出する所定の領域が確保されている。この状態で、チップ１１０内の流路と、試料供給チューブ２６及び試料排出チューブ２７が連通し、かつ、チップ１１０が漏れのない状態で接合されている。

【0042】

＜真空シール＞
図１３は、真空シールの模式図である。接着層３３の全体を覆って真空シール３５を設ける。真空シール３５は、接着層３３よりも広いチップ領域を覆うが、観察窓１７に入らないようにする。真空シール３５は、チップ１１０と試料供給チューブ２６と試料排出チューブ２７のチップ１１０との接続部にも適用される。これにより、顕微観察セル１０が得られる。

【0043】

真空シール３５は真空シール材で形成される。真空シール材として、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、プリエステル（ＰＥＴ）、ポリアミド（ＰＡ）などを用いてもよい。真空シール３５を形成後、たとえば２４時間乾燥させる。

【0044】

上述した顕微観察セル１０の作製工程は複雑で精密な制御が不要であり、試料漏れのない顕微観察セル１０を簡易に作製することができる。特に、図６のように第１チップ１１０－１と第２チップ１１０－２を斜めに組み合わせる構成では、サイズの異なる分子や粒子が試料中に混在する場合に、それぞれのサイズの粒子または分子を別々の開口で観察することができる。

【0045】

顕微観察セル１０に試料供給チューブ２６から試料を注入し、注入後に試料供給チューブ２６及び試料排出チューブ２７を適切な長さに切断して、注入口と排出口を封止してもよい。この場合、試料を含む顕微観察セル１０を、サンプルチップとして用いることができる。封止される試料が生体試料の場合は、バイオチップとして用いられる。サンプルチップまたはバイオチップ内で、試料を空気に触れさせずに保存することができ、所望のタイミングで試料を顕微観察することができる

【0046】

＜顕微システムへの適用＞
図１４は、顕微観察セル１０の顕微システムへの適用例としてＴＥＭへの適用を示す。顕微観察セル１０はＴＥＭホルダ１３３に保持されて、ＴＥＭ本体１３０に挿入される。この例では、シリンジ１３５から試料供給チューブ２６を介して、顕微観察セル１０の内部に試料を供給しながら、リアルタイムで試料を観察する。

【0047】

ＴＥＭ本体１３０の内部に電子銃１３１が配置され、電子銃１３１から電子線ＥＢが出力される。顕微観察セル１０は、電子線が第１の窓１７－１と第２の窓１７－２で形成される観察窓１７（図１３参照）を透過するように、ＴＥＭホルダ１３３で保持されている。観察窓１７に入射して、流路２３内の試料Ｓを透過した電子線ＥＢは、観察窓１を通過し、検出器としての蛍光板１３２に入射する。蛍光板１３２上でＴＥＭ像が観察される。顕微観察後に、試料を含む流体は、廃液１３７として試料排出チューブ２７から排出されてもよい。

【0048】

図１４では、図示の都合上、ＴＥＭ本体１３０で用いられているコンデンサレンズ、中間レンズ、投射レンズ等の光学系は省略されている。顕微観察セル１０は、ＴＥＭだけではなく、反射型または散乱型の顕微観察システムにも適用可能である。走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）、レーザ顕微鏡、顕微ラマン分光装置等でも使用可能である。反射型または散乱型の顕微観察システムに適用される場合、検出器は試料の透過側ではなく、反射側、または散乱の角度に応じて複数の角度位置に配置されてもよい。観察窓１７に含まれる開口は４つに限定されず、流路の方向（Ｘ方向）に沿って２つ又は３つの開口が設けられていてもよい。

【0049】

以上述べたように、実施形態の顕微観察セルは簡単な方法で作製され、試料を確実に封止することができる。実施形態の作製方法の一つの例では、試料の封止を確実にしつつ、大きさの異なる粒子または分子が混在する試料の顕微観察を可能にする。実施形態のセル組立装置は、ＬＥＤ等の簡易な光源と、チップの一部を押さえる位置調整具とを用いて、観察窓１７の位置合わせを可能にする。また、チップの流路内に試料を封止した状態でサンプルチップまたはバイオチップを提供することができる。

【符号の説明】

【0050】

１０、１０Ａ、１０Ｂ 顕微観察セル
１１－１ 第１基板
１１－２ 第２基板
１２－１ 第１溝
１２－２ 第２溝
１３－１ 第３溝
１３－２ 第４溝
１７ 観察窓
１７－１ 第１の窓
１７－２ 第２の窓
１７１－１７８ 開口
１８－１、１８－２、２１－１、２１－２ 絶縁膜
１９、１９－１、１９－２、 観察領域
２３Ａ、２３Ｂ 流路
２６ 試料供給チューブ
２７ 試料排出チューブ
３１ 第１の仮止め材
３２ 第２の仮止め材
３３ 接着層
３５ 真空シール
４１ プレート
４５ 光源
５０ 位置調整具
１１０ チップ
１１０－１ 第１チップ
１１０－２ 第２チップ
２００ セル組立装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】