JP2017116523A - サンプル収集素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】遮光素子を有するサンプル収集素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】サンプル収集素子１００は、本体１１０と、着脱可能な遮光素子１２０とを含む。本体１１０は、密封可能で光を通過させることのできるサンプル収容空間１３０を有する。着脱可能な遮光素子１２０は、本体１１０の上に配置されるとともに、サンプル収容空間１３０の外側に設置されて、サンプル収容空間１３０を通過する光の少なくとも一部を遮断する。また、サンプル収集素子１００の製造方法も提供する。
【選択図】図１
【解決手段】サンプル収集素子１００は、本体１１０と、着脱可能な遮光素子１２０とを含む。本体１１０は、密封可能で光を通過させることのできるサンプル収容空間１３０を有する。着脱可能な遮光素子１２０は、本体１１０の上に配置されるとともに、サンプル収容空間１３０の外側に設置されて、サンプル収容空間１３０を通過する光の少なくとも一部を遮断する。また、サンプル収集素子１００の製造方法も提供する。
【選択図】図１
Description
本発明は、サンプル収集素子（sample collection component）およびその製造方法に関するものであり、特に、遮光素子（light shield component）を有するサンプル収集素子およびその製造方法に関するものである。
顕微鏡技術の進歩に伴い、原子間力顕微鏡（atomic force microscope, AFM）や、電子顕微鏡（例えば、透過形電子顕微鏡（transmission electron microscope, TEM）および走査型電子顕微鏡（scanning electron microscope, SEM））等の様々な顕微鏡観察装置が発明された。異なる顕微鏡に対して、異なる種類のサンプル収集素子が必要とされる。
しかしながら、現在のサンプル収集素子は、サンプル収集素子のサンプル収容空間に液体サンプルを注入する前後に、外部光が照射されて、液体サンプルにエネルギーを提供したり、液体サンプルの温度を変化させる可能性がある。その結果、液体サンプルの流動性が変化する、液体サンプルの成分が互いに反応する、あるいはサンプルの組成が変質するといった可能性もあり、表示装置の最終観察結果に影響を与える。
本発明のサンプル収集素子は、本体と、着脱可能な遮光素子とを含む。本体は、密封可能で光を通過させることのできるサンプル収容空間を有する。着脱可能な遮光素子は、本体の上に配置されるとともに、サンプル収容空間の外側に設置されて、サンプル収容空間を通過する光の少なくとも一部を遮断する。
本発明のサンプル収集素子の製造方法は、第１基板を第２基板に接合するとともに、第１基板と第２基板の間にスペーサ（spacer）を形成して、第１基板と第２基板を接続および固定することにより、第１基板と第２基板の間に密封可能で光を通過させることのできるサンプル収容空間を形成することを含む。第１基板の上に着脱可能な遮光素子を形成する。着脱可能な遮光素子は、サンプル収容空間に対応し、サンプル収容空間を通過する光の少なくとも一部を遮断する。
本発明のサンプル収集素子の製造方法は、第１基板を提供することを含む。第１基板の製造プロセス中に、第１基板の上に着脱可能な遮光素子を形成する。第１基板を第２基板に接合する。第１基板と第２基板の間にスペーサを形成して、第１基板と第２基板を接続および固定することにより、第１基板と第２基板の間に密封可能で光を通過させることのできるサンプル収容空間を形成する。着脱可能な遮光素子は、サンプル収容空間に対応し、サンプル収容空間を通過する光の少なくとも一部を遮断する。
本発明の１つの実施形態において、着脱可能な遮光素子は、シート材料を含む。シート材料は、本体に取り付けられ、サンプル収容空間の少なくとも一部を覆う。
本発明の１つの実施形態において、本体は、サンプル収容空間に対応する凹部を含み、サンプル収容空間を露出する観察窓を形成する。シート材料は、凹部を密封して、凹部内に特定圧力の密封空間を形成する。
本発明の１つの実施形態において、着脱可能な遮光素子は、材料層を含む。材料層は、本体の表面およびサンプル収容空間の少なくとも一部を覆う。
本発明の１つの実施形態において、着脱可能な遮光素子は、本体と同時に製造された構造部材を含む。構造部材は、接続部によって本体と接続される。
本発明の１つの実施形態において、本体は、サンプル収容空間に対応する凹部を含み、サンプル収容空間を露出する観察窓を形成する。着脱可能な遮光素子は、観察窓の底面に設置され、且つサンプル収容空間と本体の間の接合点の一部に延伸した材料層を含む。
本発明の１つの実施形態において、本体は、第１基板と、第２基板と、スペーサとを含む。第１基板は、互いに向かい合う第１表面および第２表面を有する。第２基板は、互いに向かい合う第３表面および第４表面を有する。第１基板と第２基板は、互いに積み重ねられ、第２表面は、第３表面に面する。スペーサは、第２表面と第３表面の間に配置され、第１基板と第２基板を接続および固定して、第１基板と第２基板の間にサンプル収容空間を形成する。
本発明の１つの実施形態において、本体は、さらに、第１薄膜と、第２薄膜とを含む。第１薄膜は、第１基板の第２表面に設置される。第２薄膜は、第２基板の第３表面に設置される。第１薄膜、第２薄膜、およびスペーサは、合わせてサンプル収容空間を取り囲む。
本発明の１つの実施形態において、第１基板は、第１表面に設置された第１凹部を含み、第１凹部の底部は、第１薄膜に接続されて、サンプル収容空間を露出する観察窓を形成する。着脱可能な遮光素子は、材料層を含む。材料層は、観察窓の底面に設置され、サンプル収容空間と本体の間の接合点の一部に延伸する。
本発明の１つの実施形態において、第２基板は、第４表面に設置された第２凹部を含む。第２凹部の底部は、第２薄膜に接続されて、サンプル収容空間を露出する第２観察窓を形成する。
本発明の１つの実施形態において、着脱可能な遮光素子は、濾光（light filtering）材料または光弁（light valve）素子を含む。
本発明の１つの実施形態において、着脱可能な遮光素子の材料は、金、銅、またはアルミニウムの導体、あるいはシリコンの半導体、あるいはプラスチック、セラミック、または高分子材料の不導体である。
本発明の１つの実施形態において、遮光材料は、１００ｎｍ〜１ｍｍの波長を有する光をフィルタリングする。
本発明の１つの実施形態において、着脱可能な遮光素子の形成方法は、第１基板にシート材料を取り付けることを含む。シート材料は、サンプル収容空間の少なくとも一部を覆う。
本発明の１つの実施形態において、シート材料の材料は、金、銅、またはアルミニウムの導体、あるいはシリコンの半導体、あるいはプラスチック、セラミック、または高分子材料の不導体である。
本発明の１つの実施形態において、サンプル収集素子の製造方法は、さらに、第１基板の第１表面の上にサンプル収容空間に対応する凹部を形成し、サンプル収容空間を露出する観察窓を形成することを含む。シート材料は、凹部を密封して、凹部内に特定圧力の密封空間を形成する。
本発明の１つの実施形態において、第１基板にシート材料を取り付ける方法は、第１基板の外側から、ボンディング（bonding）、クランピング（clamping）、または静電吸着（electrostatic adsorption）により第１基板にシート材料を取り付けることを含む。
本発明の１つの実施形態において、着脱可能な遮光素子の形成方法は、第１基板の第１表面に材料層を形成することを含む。材料層は、サンプル収容空間の少なくとも一部を覆う。
本発明の１つの実施形態において、第１基板の上に材料層を形成する方法は、蒸着（vapor deposition）、スパッタリング（sputtering）、またはコーティング（coating）により第１基板に材料層を塗布することを含む。
本発明の１つの実施形態において、着脱可能な遮光素子は、第１基板と同時に製造された構造部材を含み、構造部材は、接続部によって本体と接続される。
本発明の１つの実施形態において、サンプル収集素子の製造方法は、さらに、第１基板の第１表面の上にサンプル収容空間に対応する凹部を形成し、サンプル収容空間を露出する観察窓を形成することを含む。着脱可能な遮光素子は、材料層を含む。材料層は、観察窓の底面に設置され、サンプル収容空間と本体の間の接合点の一部に延伸する。
以上のように、本発明のサンプル収集素子は、本体を介してサンプル収容空間に進入する少なくとも一部の光を着脱可能な遮光素子で遮断およびフィルタリングする。そのため、サンプル収集素子のサンプル収容空間に液体サンプルを注入する前後に、着脱可能な遮光素子が光を遮断して、液体サンプルの成分と入射光の反応により液体サンプルの流動性や成分特性が変化し、後続の観察結果に影響を与えるのを防ぐことができる。
本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。
図１（ａ）は、本発明の１つの実施形態に係るサンプル収集素子の概略図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のサンプル収集素子の面Ａ−Ａ’に沿った概略的断面図である。サンプル収集素子１００は、本体１１０と、着脱可能な遮光素子１２０とを含む。本実施形態において、本体１１０は、密封可能なサンプル収容空間１３０を有する。サンプル収容空間１３０は、光を通過させることができる。さらに、着脱可能な遮光素子１２０は、本体１１０の上に配置され、サンプル収容空間１３０の外側に設置される。
本実施形態において、着脱可能な遮光素子１２０は、例えば、シート材料であり、本体１１０に取り付けられて、サンプル収容空間１３０の一部を覆う。シート材料は、金、銅、およびアルミニウム等の導電材料で形成されてもよい。あるいは、シート材料は、シリコン、プラスチック、セラミック、高分子導体、または半導体材料で形成されてもよい。例えば、着脱可能な遮光素子１２０は、銅箔であってもよく、ボンディング、クランピング、または静電吸着により本体１１０の表面１１１に取り付けられる。さらに、本実施形態において、着脱可能な遮光素子１２０は、金およびアルミニウム等の金属で構成された材料層であってもよく、スパッタリング、蒸着、またはスピンコーティングにより形成され、本体１１０の表面１１１およびサンプル収容空間１３０の一部を覆う。
着脱可能な遮光素子１２０は、例えば、有機材料および金属材料で形成された濾光材料、あるいは液晶材料で形成された光弁素子を含んでもよい。着脱可能な遮光素子１２０は、光をフィルタリング、吸収、または反射することによって、本体１１０に進入する光の一部を遮断することができる。着脱可能な遮光素子１２０が濾光材料で形成される場合、着脱可能な遮光素子１２０によって遮断された光は、例えば、１００ｎｍ〜１ｍｍの範囲、すなわち、紫外光（ＵＶＣ）〜遠赤外線（ＬＷＩＲ）の間の範囲の波長を有する。
本実施形態において、サンプル収集素子１００の本体１１０は、その上に着脱可能な遮光素子１２０を備える。そのため、観察したい液体サンプルをサンプル収容空間１３０に注入する前後に、着脱可能な遮光素子１２０が一時的に固定されて本体１１０を覆うため、紫外光等の可視光や赤外光等の不可視光がサンプル収集素子１００の本体１１０を通過して、サンプル収容空間１３０を照射し、光照射によって液体サンプルの成分が反応または変質するのを防ぐことができる。さらに、液体サンプルの注入が完了した後、着脱可能な遮光素子１２０を除去することにより、電子顕微鏡等の顕微鏡装置を用いたサンプルの観察を容易にすることができる。また、本実施形態において、サンプル収容空間１３０の周辺にさらに薄膜１１８を配置して、サンプル収容空間１３０と液体サンプルの間を接触する表面として使用し、サンプル収容空間１３０における液体サンプルの流動または吸収を高めることができる。
本実施形態において、サンプル収容空間１３０への液体サンプルの注入が完了した後、異なる組成構造、材料、および形成方法に応じて、外力、電流、または電場を印加する、温度を変化させる等の物理方式、または溶解、エッチング（etching）等の化学方式、あるいはその他の化学反応により、着脱可能な遮光素子１２０を除去することができる。
図２は、本発明の別の実施形態に係るサンプル収集素子の概略図である。本実施形態のサンプル収集素子２００は、前の実施形態のサンプル収集素子１００の構造に類似した構造を有する。そのため、同一の、または類似する構成要素は、同じ、または類似する参照番号を使用し、その詳細については説明を省略する。本実施形態において、サンプル収集素子２００の本体１１０は、さらに、サンプル収容空間１３０に対応する凹部を有し、サンプル収容空間１３０を露出する観察窓２１３を形成する。さらに、本実施形態において、サンプル収集素子２００は、着脱可能な遮光素子２２０を含み、シート材料であってもよい。シート材料は、観察窓２１３が形成された凹部を密封して、凹部内に特定の圧力の密封空間を形成するために使用される。圧力は、約０．０１ＫＰａ〜１５０ＫＰａの範囲内である。例えば、密封空間の圧力は、外圧よりも小さくても、大きくてもよく、内圧と外圧の間の差異によって着脱可能な遮光素子２２０を本体１１０の表面１１１によりしっかりと取り付けることにより、密封空間に気密空間を形成することができる。
図３は、本発明の別の実施形態に係るサンプル収集素子の概略図である。本実施形態のサンプル収集素子３００は、図２の実施形態のサンプル収集素子２００の構造に類似した構造を有する。そのため、同一の、または類似する構成要素は、同じ、または類似する参照番号を使用し、その詳細については説明を省略する。本実施形態のサンプル収集素子３００と前の実施形態のサンプル収集素子２００の相違点は、本実施形態の着脱可能な遮光素子３２０が、例えば、スパッタリング、蒸着、またはスピンコーティングにより形成された金およびアルミニウム等の金属材料層であることである。図３に示すように、着脱可能な遮光素子３２０は、観察窓２１３の底面に配置され、サンプル収容空間１３０と本体１１０の間の接合点の一部に延伸することができる。
図４（ａ）および図４（ｂ）は、本発明の別の実施形態に係るサンプル収集素子の概略図である。図４（ａ）および図４（ｂ）を参照すると、本実施形態のサンプル収集素子４００は、図２の実施形態のサンプル収集素子２００の構造に類似した構造を有する。そのため、同一の、または類似する構成要素は、同じ、または類似する参照番号を使用し、その詳細については説明を省略する。本実施形態のサンプル収集素子４００と前の実施形態のサンプル収集素子２００の相違点は、本実施形態の着脱可能な遮光素子４２０が本体１１０と同時に製造され完成した遮光構造部材であり、着脱可能な遮光素子４２０が接続部４２１を介して本体１１０と接続されることである。つまり、サンプル収集素子４００が完成した時には、既に、着脱可能な遮光素子４２０を含んでいる。サンプル収集素子４００に遮光構造を追加で取り付ける、または堆積させる必要はない。本実施形態において、着脱可能な遮光素子４２０は、例えば、シリコン構造であり、本体１１０の構造材料の特性変化により形成される。例えば、本体１１０が液晶材料を含む場合、液晶材料が電場により遮光効果を変化させることによって、着脱可能な遮光素子４２０を形成し、光を遮断することができる。図４（ｂ）に示すように、本実施形態において、サンプル収容空間１３０への液体サンプルの注入が完了した後、例えば、外力Ｐにより着脱可能な遮光素子４２０を除去することによって、電子顕微鏡等の顕微鏡装置を用いたサンプルの観察を容易にすることができる。
図５（ａ）および図５（ｂ）は、本発明の別の実施形態に係るサンプル収集素子の概略図である。図５（ａ）を参照すると、本実施形態のサンプル収集素子４００は、本体１１０を製造する時に、同時に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等で形成された着脱可能な遮光素子４２５を直接蒸着、スパッタリング、またはスピンコーティングにより、サンプル収容空間１３０に対応して配置してもよい。また、窒化ケイ素等で形成された薄膜４１８によりサンプル収容空間１３０を覆い、サンプル収容空間１３０のエッチング停止層（etch stop layer）として使用し、サンプル収容空間１３０と液体サンプルの間を接続する表面を形成してもよい。図５（ｂ）を参照すると、サンプル収容空間１３０への液体サンプルの注入が完了した後、図５（ｂ）の矢印で示した方向にプラズマドライエッチング（plasma dry etching）を行うことにより、サンプル収容空間１３０の上方を遮断する着脱可能な遮光素子４２５の一部を除去して、後続のサンプル観察ステップを行ってもよい。
図６（ａ）は、本発明の別の実施形態に係るサンプル収集素子の概略図である。図６（ａ）を参照すると、本実施形態のサンプル収集素子５００は、図１（ａ）および図１（ｂ）の実施形態のサンプル収集素子２００の構造に類似した構造を有する。そのため、同一の、または類似する構成要素は、同じ、または類似する参照番号を使用し、その詳細については説明を省略する。サンプル収集素子５００とサンプル収集素子２００の相違点は、サンプル収集素子５００の本体５１０が第１基板５１２、第２基板５１４、およびスペーサ５１６を含むことである。第１基板５１２は、互いに向かい合う第１表面５１２ａおよび第２表面５１２ｂを有し、第２基板５１４は、互いに向かい合う第１表面５１４ａおよび第２表面５１４ｂを有する。さらに、第１基板５１２および第２基板５１４は、例えば、互いに垂直に積み重ねられ、第１基板５１２の第２表面５１２ｂは、第２基板５１４の第１表面５１４ａに面する。
本実施形態において、第１基板５１２および第２基板５１４の材料は、例えば、半導体材料または金属酸化物材料である。また、半導体材料は、ダブル研磨またはシングル研磨された結晶シリコンであり、金属酸化物は、アルミニウム酸化物である。第１基板５１２および第２基板５１４の厚さは、設計または実際の必要に応じて変えてもよい。例えば、電子顕微鏡を用いた観察にサンプル収集素子５００を適用する場合、第１基板５１２および第２基板５１４の厚さは、それぞれ約０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲になるよう設計することができる。
図６（ａ）に示すように、スペーサ５１６は、第２表面５１２ｂと第３表面５１４ａの間に配置され、第１基板５１２と第２基板５１４を接続および固定し、第１基板５１２と第２基板５１４の間にサンプル収容空間５３０を形成する。本実施形態において、スペーサ５１６により定義されるサンプル収容空間５３０は、前端と後端に開口を有する流路であってもよい。液体サンプルは、前端と後端の開口を介してサンプル収容空間５３０に進入し、サンプル収容空間５３０内に収容される。
本実施形態において、スペーサ５１６は、第１基板５１２と第２基板５１４にある距離を維持して、第１基板５１２と第２基板５１４を接合および固定してもよい。スペーサ５１６は、約０．１μｍ〜２０μｍの範囲の高さを有し、さらには０．１μｍ〜１０μｍの範囲の高さを有してもよい。つまり、第１基板５１２と第２基板５１４の間の距離、すなわちサンプル収容空間５３０の高さは、約０．１μｍ〜２０μｍの範囲の高さを有し、さらには０．１μｍ〜１０μｍの範囲の高さを有してもよい。上述した本実施形態の製造および配置方法は、液体サンプルが浮遊物を有する場合に、液体サンプル中の１０μｍよりも大きい浮遊物をサンプル収容空間５３０から除去できるという利点を有する。そのため、本実施形態のサンプル収集素子５００は、血液中の血球や血漿の分離観察に使用することができる。
本実施形態において、第１基板５１２および第２基板５１４の材料、製造プロセス、および他の考えられる要因を考慮すると、スペーサ５１６は、エポキシ樹脂、紫外線接着剤、またはシリコン材料等の接着剤であってもよい。あるいは、スペーサ５１６は、シリコンまたはその酸化物等の非接着剤であってもよい。さらに、スペーサ５１６は、例えば、シリコンまたは酸化ケイ素の間の陽極ボンディング（anodic bonding）により第１基板５１２と第２基板５１４の間に接合されてもよい。また、スペーサ５１６は、例えば、スクリーン印刷および密封により第１基板５１２の第２表面５１２ｂおよび第２基板５１４の第３表面５１４ａに塗布されてもよい。あるいは、サンプル収集素子５００において、スペーサ５１６は、化学蒸着により第１基板５１２の第２表面５１２ｂおよび第２基板５１４の第３表面５１４ａに形成されてもよい。
本実施形態において、本体５１０は、第１薄膜５１８ａおよび第２薄膜５１８ｂを有し、第１薄膜５１８ａは、第１基板５１２の第２表面５１２ｂに設置され、第２薄膜５１８ｂは、第２基板５１４の第３表面５１４ａに設置される。第１薄膜５１８ａ、第２薄膜５１８ｂ、およびスペーサ５１６は、合わせてサンプル収容空間５３０を維持する。本実施形態において、それぞれ第２表面５１２ｂおよび第３表面５１４ａの第１薄膜５１８ａおよび第２薄膜５１８ｂの形成方法は、化学蒸着、酸洗浄（acid washing）、表面材料堆積、および高分子堆積を含み、化学蒸着法は、例えば、プラズマ強化化学蒸着（plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD）により行われる。第１薄膜５１８ａおよび第２薄膜５１８ｂの形成方法に関する詳細は、現在の半導体製造または微小電気機械（microelectromechanical, MEMS）製造技術から知ることができるため、ここでは説明を省略する。
第１薄膜５１８ａおよび第２薄膜５１８ｂの材料は、シリコン、窒化ケイ素、酸化ケイ素、二酸化ケイ素、オキシ窒化ケイ素、炭素、ダイヤモンド膜、炭化ケイ素、グラフェン（graphene）、酸化アルミニウム、窒化チタン、酸化炭素、およびその組み合わせから選択されてもよい。また、第１薄膜５１８ａおよび第２薄膜５１８ｂは、例えば、透過型電子顕微鏡からの電子ビームを通過させる高電子透過率の材料を使用して、透過型電子顕微鏡の観察要件を満たす必要がある。さらに、第１薄膜５１８ａおよび第２薄膜５１８ｂの厚さは、設計または実際の必要に応じて変えてもよい。例えば、第１薄膜５１８ａおよび第２薄膜５１８ｂは、それぞれ約２ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内の厚さを有し、透過型電子顕微鏡等の顕微鏡装置による観察を容易にする。上記の内容は、シリコンウェハ製造プロセスを例として説明するが、本発明は、機械強度、気密性、透光性、電子透過率、薄膜と基板のプロセス統合、残留応力（residual stress）、および薄膜の表面特性を考慮して、他の基板材料に応用されてもよい。
さらに、本実施形態の第１薄膜５１８ａおよび第２薄膜５１８ｂは、液体サンプルと接触するための表面として使用することができ、親水性材料または疎水性材料であってもよい。本実施形態において、親水性材料は、極性液体サンプルを吸収する吸収力を高めることができる。疎水性材料は、非極性液体サンプルを吸収する吸収力を高めることができる。また、第１薄膜５１８ａおよび第２薄膜５１８ｂの表面特性は、例えば、紫外線オゾン（UV ozone）改質またはプラズマ改質により物理的に改質されてもよく、あるいはピックリング（pickling）、エッチング、陽極酸化処理（anodizing）、または官能基を接続することにより化学的に改質されてもよい。
本実施形態において、着脱可能な遮光素子５２０は、第１基板５１２の第１表面５１２ａを覆い、着脱可能な遮光素子５２０は、スパッタリング、蒸着、またはスピンコーティングによって形成されたシート材料または材料層であってもよい。さらに、着脱可能な遮光素子５２０の形成方法は、金、銅、およびアルミニウム等の導体材料、あるいはシリコン、プラスチック、セラミック、または高分子材料等の半導体または非導体材料を含んでもよい。
図６（ｂ）は、本発明の別の実施形態に係るサンプル収集素子の概略図である。図６（ａ）および図６（ｂ）を参照すると、図６（ａ）に示した着脱可能な遮光素子５２０を用いてサンプル収集素子５００の第１基板５１２の第１表面５１２ａを覆う他に、本実施形態では、サンプル収集素子５００の第２基板５１４の第４表面５１４ａを着脱可能な遮光素子５２０で覆うことにより、サンプル収集素子５００の遮光効果を高めることもできる。
図７Ａ、図７Ｂ、および図７Ｃは、本発明の別の実施形態に係るサンプル収集素子の概略図である。図７Ａを参照すると、本実施形態のサンプル収集素子６００は、図６の実施形態のサンプル収集素子５００の構造に類似した構造を有する。そのため、同一の、または類似する構成要素は、同じ、または類似する参照番号を使用し、その詳細については説明を省略する。本実施形態のサンプル収集素子６００とサンプル収集素子５００の相違点は、サンプル収集素子６００の本体６１０の第１基板６１２が第２表面６１２ｂに第１凹部を含み、サンプル収容空間５３０を露出する第１観察窓６１３ａを形成し、第１観察窓６１３ａの底部が第１薄膜５１８ａと接触することである。さらに、着脱可能な遮光素子５２０は、第１観察窓６１３ａを覆い、第１観察窓６１３ａを形成する第１凹部内に密封空間を形成してもよい。
図７Ｂおよび図７Ｃを参照すると、上述したシート材料または材料層で着脱可能な遮光素子５２０を形成する他に、図７Ｂまたは図７Ｃに示すように、実際の必要に応じて、サンプル収集素子６００の本体６１０と同時に着脱可能な遮光素子６２０および６２５を製造して、サンプル収容空間６３０に進入する光を遮断してもよい。図７Ｂを参照すると、着脱可能な遮光素子６２０は、上述した着脱可能な遮光素子４２０に類似した組成材料および構造を有し、着脱可能な遮光素子６２０は、サンプル収集素子６００を製造する時に、本体６１０の第１基板６１２と同時に製造されてもよい。ここで、着脱可能な遮光素子６２０は、接続部６２１を介して第１基板６１２の第１表面６１２ａに接続される。さらに、サンプル収容空間１３０への液体サンプルの注入が完了した後、図４（ｂ）に示すように、外力により着脱可能な遮光素子６２０を除去してもよい。
図７Ｃを参照すると、本実施形態のサンプル収集素子６００は、本体６１０の第１基板６１２の製造プロセス中に、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）材料で形成された着脱可能な遮光素子６２５をサンプル収容空間５３０に対応して第１基板６１２の第２表面６１２ｂに塗布し、光を遮断する材料層を形成してもよい。本実施形態の着脱可能な遮光素子６２５は、着脱可能な遮光素子４２５に類似した構造および組成材料を有する。さらに、サンプル収集素子６００のサンプル収容空間６３０への液体サンプルの注入が完了した後、プラズマドライエッチングにより着脱可能な遮光素子６２５を除去してもよい。
図７Ａを参照すると、第２基板６１４は、第３表面６１４ａに第２凹部を含み、サンプル収容空間５３０を露出する第２観察窓６１３ｂを形成する。第２凹部の底部は、第２薄膜５１８ｂに接続される。本実施形態において、サンプル収集素子６００は、例えば、第２基板６１４の第４表面６１４ｂによって作業台の上に置かれる。そのため、第２基板６１４の第４表面６１４ｂの一側が作業台によって直接遮断されるため、遮光構造を必要としない。ここで図示していない別の実施形態において、サンプル収集素子６００は、第１基板６１２の第１表面６１２ａによって作業台の上に置かれてもよく、代わりに第２基板６１４の第４表面６１４ｂの上に着脱可能な遮光素子５２０を配置してもよい。
図８Ａ、図８Ｂ、および図８Ｃは、本発明の別の実施形態に係るサンプル収集素子の概略図である。図８Ａ、図８Ｂ、および図８Ｃに示すように、図７Ａ、図７Ｂ、および図７Ｃに示したサンプル収集素子６００の他に、第１基板６１２の第１表面６１２ａの上にさらに着脱可能な遮光素子５２０、６２０、または６２５を配置してもよい。本実施形態において、着脱可能な遮光素子５２０、６２０、または６２５をサンプル収集素子６００の第２基板６１４の第４表面６１４ｂの上に配置して、サンプル収集素子６００の第１観察窓６１３ａおよび第２観察窓６１３ｂの光を遮断してもよい。
特に、サンプル収集素子６００をデスクトップ等の作業台の上に置かない場合、第２基板６１４の中に形成された第２観察窓６１３ｂを介して光がサンプル収容空間５３０に進入する可能性がある。そのため、第１基板６１２の第１表面６１２ａおよび第２基板６１４の第４表面６１４ｂの両方に着脱可能な遮光素子５２０、６２０、または６２５を配置することによって、光が漏れるのを防ぎ、サンプル収容空間５３０の遮光効果を高める。
図９は、本発明の別の実施形態に係るサンプル収集素子の概略図である。本実施形態のサンプル収集素子７００は、図７Ａ、図７Ｂ、および図７Ｃの実施形態のサンプル収集素子６００の構造に類似した構造を有する。そのため、同一の、または類似する構成要素は、同じ、または類似する参照番号を使用し、その詳細については説明を省略する。本実施形態では、サンプル収集素子７００の第１基板７１２の第２表面７１２ｂおよび第２基板７１４の第３表面７１４ａの上に、サンプル収容空間５３０に対応して、それぞれ溝７１５ａおよび７１５ｂを形成してもよい。サンプル収集素子７００において、サンプル収容空間５３０に収容できる液体サンプルの量は、溝７１５ａおよび７１５ｂの大きさを変えることによって、調整することができる。
さらに、サンプル収集素子７００は、サンプル収集素子５００に類似して、本体７１０の上に着脱可能な遮光素子５２０をさらに有してもよい。あるいは、サンプル収集素子７００は、サンプル収集素子６００に類似して、本体７１０を製造する時に、同時に着脱可能な遮光素子６２０または６２５を形成してもよい。
図１０（ａ）は、本発明の別の実施形態に係るサンプル収集素子の製造方法を示すフローチャートである。図７Ａおよび図１０（ａ）を参照すると、本実施形態において、サンプル収集素子５００の製造方法は、第１基板６１２を第２基板６１４に接合して、第１基板６１２と第２基板６１４の間にスペーサ５１６を形成し（ステップＳ８０１）、第１基板６１２と第２基板６１４を接続および固定することにより、第１基板６１２と第２基板６１４の間に密封可能で光を通過させることのできるサンプル収容空間５３０を形成することを含む。その後、第１基板５１２の上に着脱可能な遮光素子５２０を形成する（ステップＳ８０２）。着脱可能な遮光素子５２０は、サンプル収容空間５３０に対応し、サンプル収容空間５３０を通過する光の少なくとも一部を遮断する。
本実施形態において、着脱可能な遮光素子５２０は、例えば、シート材料であり、外部重複（external overlap）、クランピング、または静電吸着により第１基板６１２に取り付けられる。あるいは、着脱可能な遮光素子５２０は、蒸着、スパッタリング、またはコーティングにより第１基板６１２に形成された材料層であってもよい。サンプル収集素子５００は、サンプル収容空間５３０に進入する光の少なくとも一部を着脱可能な遮光素子５２０で遮断する。
再度、図７Ａを参照すると、本実施形態において、上述したサンプル収集素子６００と同様に、サンプル収集素子５００は、さらに、サンプル収容空間５３０に対応して、第１基板６１２の第１表面６１２ａに形成された第１凹部を有し、サンプル収容空間５３０を露出する第１観察窓６１３ａを形成してもよい。また、例えば、シート材料で形成された着脱可能な遮光素子５２０によって第１観察窓６１３ａを一時的に覆い、第１観察窓６１３ａ内に特定圧力の密封空間を形成してもよい。圧力は、第１表面６１２ａに取り付けられたシート材料の安定性を高めるため、例えば、０．０１ＫＰａ〜１５０ＫＰａの範囲内である。
図１０（ｂ）は、本発明の別の実施形態に係るサンプル収集素子の製造方法を示すフローチャートである。図８Ａおよび図１０（ｂ）を参照すると、サンプル収集素子６００の製造プロセスにおいて、第１基板６１２と第２基板６１４の接合が完了し、第１基板６１２と第２基板６１４の間にスペーサ５１６が形成された後（ステップＳ９０１）、図１０（ａ）に示すように、サンプル収集素子６００の第１基板６１２の上に着脱可能な遮光素子５２０を形成する他に、本実施形態において、サンプル収集素子６００の第２基板６１４の上に着脱可能な遮光素子５２０を同時に形成することにより（ステップＳ９０２）、サンプル収集素子６００の第１観察窓６１３ａおよび第２観察窓６１３ｂの両方に遮光効果を提供して、サンプル収容空間５３０の遮光効果を高めることができる。
図１１（ａ）は、本発明の別の実施形態に係るサンプル収集素子の製造方法を示すフローチャートである。図７Ｃおよび図１１（ａ）を参照すると、サンプル収集素子６００の製造方法は、第１基板６１２を提供して、第１基板６１２を製造するプロセス中に第１基板６１２の上に着脱可能な遮光素子６２５を形成することを含む（ステップＳ１００１）。そして、第１基板６１２を第２基板６１４に接合して、第１基板６１２と第２基板６１４の間にスペーサ５１６を形成し（ステップＳ１００２）、第１基板６１２と第２基板６１４の間に密封可能で光を通過させることのできるサンプル収容空間５３０を形成する。本実施形態において、着脱可能な遮光素子６２５は、サンプル収容空間５３０に対応して配置され、サンプル収容空間５３０を通過する光の少なくとも一部を遮断する。
上述したように、本実施形態の第１基板６１２の第１表面６１２ａがサンプル収容空間５３０に対応する第１凹部を形成することにより、サンプル収容空間５３０を露出する第１観察窓６１３ａを形成することができる。さらに、本実施形態の着脱可能な遮光素子６２５は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）で形成された材料層であってもよく、第１観察窓６１３ａの底面に配置され、サンプル収容空間５３０と第１基板６１２の間の接合点の一部に延伸する。
本実施形態において、サンプル収集素子６００の製造方法は、図７Ｂに示すように、着脱可能な遮光素子６２０を遮光構造として使用することができる。上述したように、着脱可能な遮光素子６２０は、第１基板６１２と同時に形成された構造部材であり、接続部６２１を介して着脱可能な遮光素子６２０と第１基板６１２を接続して、サンプル収容空間５３０を通過する光の少なくとも一部を遮断することができる。
図１１（ｂ）は、本発明の別の実施形態に係るサンプル収集素子の製造方法を示すフローチャートである。図８Ｃおよび図１１（ｂ）を参照すると、本実施形態のサンプル収集素子６００の製造方法において、図１１（ａ）に示した第１基板６１２を製造するステップにおいて第１基板６１２の上に着脱可能な遮光素子６２５を形成する他に、第２基板６１４の製造と同時に第２基板６１４の上に着脱可能な遮光素子５２０を形成することができる（ステップＳ１１０１）。そして、表面に着脱可能な遮光素子５２０を形成した第１基板６１２および第２基板６１４をそれぞれ互いに接合し、第１基板６１２と第２基板６１４の間にスペーサ５１６を形成する（ステップＳ１１０２）。
以上のように、本発明の上記実施形態において開示したサンプル収集素子は、着脱可能な遮光素子を備え、サンプル収容空間に進入する少なくとも一部の光を遮断する。液体サンプルをサンプル収容空間に注入する前に、着脱可能な遮光素子は、光をフィルタリング、反射、または吸収することによって、不必要な光がサンプル収集素子の本体を介してサンプル収容空間に進入するのを防ぐ。そのため、電子顕微鏡等の顕微鏡装置で観察を行う前に、着脱可能な遮光素子は、外部光の照射または液体サンプルの成分と光の反応により液体サンプルの流動性や成分特性が変化して、観察結果に影響を与えるのを防ぐことができる。
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
本発明は、液体サンプルをサンプル収集素子に注入する前に、サンプル収集素子の収容空間を通過する光の少なくとも一部を効果的に遮断することのできるサンプル収集素子およびその製造方法を提供する。
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００ サンプル収集素子
１１０、２１０、５１０、６１０、７１０ 本体
１１１ 表面
１１８、４１８ 薄膜
１２０、２２０、３２０、４２０、４２５、６２０、６２５ 着脱可能な遮光素子
１３０、５３０ サンプル収容空間
２１３ 観察窓
４２１、６２１ 接続部
５１２、６１２、７１２ 第１基板
５１２ａ、６１２ａ 第１表面
５１２ｂ、６１２ｂ、７１２ｂ 第２表面
５１４、６１４、７１４ 第２基板
５１４ａ、６１４ａ、７１４ａ 第３表面
５１４ｂ、６１４ｂ 第４表面
５１６ スペーサ
５１８ａ 第１薄膜
５１８ｂ 第２薄膜
６１３ａ 第１観察窓
６１３ｂ 第２観察窓
７１５ａ、７１５ｂ 溝
Ｓ８０１〜Ｓ８０２、Ｓ９０１〜Ｓ９０２、Ｓ１００１〜Ｓ１００２、Ｓ１１０１〜Ｓ１１０２ ステップ
Ｐ 外力
１１０、２１０、５１０、６１０、７１０ 本体
１１１ 表面
１１８、４１８ 薄膜
１２０、２２０、３２０、４２０、４２５、６２０、６２５ 着脱可能な遮光素子
１３０、５３０ サンプル収容空間
２１３ 観察窓
４２１、６２１ 接続部
５１２、６１２、７１２ 第１基板
５１２ａ、６１２ａ 第１表面
５１２ｂ、６１２ｂ、７１２ｂ 第２表面
５１４、６１４、７１４ 第２基板
５１４ａ、６１４ａ、７１４ａ 第３表面
５１４ｂ、６１４ｂ 第４表面
５１６ スペーサ
５１８ａ 第１薄膜
５１８ｂ 第２薄膜
６１３ａ 第１観察窓
６１３ｂ 第２観察窓
７１５ａ、７１５ｂ 溝
Ｓ８０１〜Ｓ８０２、Ｓ９０１〜Ｓ９０２、Ｓ１００１〜Ｓ１００２、Ｓ１１０１〜Ｓ１１０２ ステップ
Ｐ 外力
Claims (23)
- 密封可能で光を通過させることのできるサンプル収容空間を有する本体と、
前記本体の上に配置されるとともに、前記サンプル収容空間の外側に設置され、前記サンプル収容空間を通過する前記光の少なくとも一部を遮断する着脱可能な遮光素子と、
を含むサンプル収集素子。 - 前記着脱可能な遮光素子が、前記本体に取り付けられ、且つ前記サンプル収容空間の少なくとも一部を覆うシート材料を含む請求項１に記載のサンプル収集素子。
- 前記本体が、前記サンプル収容空間に対応する凹部を含み、前記サンプル収容空間を露出する観察窓を形成し、前記シート材料が、前記凹部を密封して、前記凹部内に特定圧力の密封空間を形成する請求項２に記載のサンプル収集素子。
- 前記着脱可能な遮光素子が、前記本体の表面および前記サンプル収容空間の少なくとも一部を覆う材料層を含む請求項１に記載のサンプル収集素子。
- 前記着脱可能な遮光素子が、前記本体と同時に製造された構造部材を含み、前記構造部材が、接続部によって前記本体に接続された請求項１に記載のサンプル収集素子。
- 前記本体が、前記サンプル収容空間に対応する凹部を含み、前記サンプル収容空間を露出する観察窓を形成し、前記着脱可能な遮光素子が、前記観察窓の底面に設置され、且つ前記サンプル収容空間と前記本体の間の接合点の一部に延伸した材料層を含む請求項１に記載のサンプル収集素子。
- 前記本体が、
互いに向かい合う第１表面および第２表面を有する第１基板と、
互いに向かい合う第３表面および第４表面を有し、前記第１基板と互いに積み重ねられ、前記第２表面が前記第３表面に面する第２基板と、
前記第２表面と前記第３表面の間に配置され、前記第１基板と前記第２基板を接続および固定して、前記第１基板と前記第２基板の間に前記サンプル収容空間を形成するスペーサと、
を含む請求項１に記載のサンプル収集素子。 - 前記本体が、さらに、
前記第１基板の前記第２表面に設置された第１薄膜と、
前記第２基板の前記第３表面に設置された第２薄膜と、
を含み、前記第１薄膜、前記第２薄膜、および前記スペーサが、合わせて前記サンプル収容空間を取り囲む請求項７に記載のサンプル収集素子。 - 前記第１基板が、前記第１表面に設置された第１凹部を含み、前記第１凹部の底部が、前記第１薄膜に接続されて、前記サンプル収容空間を露出する第１観察窓を形成し、前記着脱可能な遮光素子が、前記第１観察窓に配置されて、前記サンプル収容空間を通過する前記光の少なくとも一部を遮断する請求項８に記載のサンプル収集素子。
- 前記第２基板が、前記第４表面に設置された第２凹部を含み、前記第２凹部の底部が、前記第２薄膜に接続されて、前記サンプル収容空間を露出する第２観察窓を形成する請求項９に記載のサンプル収集素子。
- 前記着脱可能な遮光素子が、濾光材料または光弁素子を含む請求項１〜１０のいずれか１項に記載のサンプル収集素子。
- 前記着脱可能な遮光素子の材料が、金、銅、またはアルミニウムの導体、あるいはシリコンの半導体、あるいはプラスチック、セラミック、または高分子材料の不導体を含む請求項１〜１０のいずれか１項に記載のサンプル収集素子。
- 前記遮光材料が、１００ｎｍ〜１ｍｍの波長を有する光をフィルタリングする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のサンプル収集素子。
- 第１基板を第２基板に接合するとともに、前記第１基板と前記第２基板の間にスペーサを形成して、前記第１基板と前記第２基板を接続および固定することにより、前記第１基板と前記第２基板の間に密封可能で光を通過させることのできるサンプル収容空間を形成することと、
前記第１基板の上に、前記サンプル収容空間に対応して着脱可能な遮光素子を形成し、前記サンプル収容空間を通過する前記光の少なくとも一部を遮断するサンプル収集素子の製造方法。 - 前記着脱可能な遮光素子の形成方法は、前記第１基板にシート材料を取り付けることを含み、前記シート材料が、前記サンプル収容空間の少なくとも一部を覆う請求項１４に記載のサンプル収集素子の製造方法。
- 前記第１基板の第１表面の上に前記サンプル収容空間に対応する凹部を形成して、前記サンプル収容空間を露出する観察窓を形成することをさらに含み、前記シート材料が、前記凹部を密封して、前記凹部内に特定圧力の密封空間を形成する請求項１５に記載のサンプル収集素子の製造方法。
- 前記第１基板に前記シート材料を取り付ける方法が、前記第１基板の外側から、ボンディング、クランピング、または静電吸着により前記第１基板に前記シート材料を取り付けることを含む請求項１５に記載のサンプル収集素子の製造方法。
- 前記シート材料の材料が、金、銅、またはアルミニウムの導体、あるいはシリコンの半導体、あるいはプラスチック、セラミック、または高分子材料の不導体を含む請求項１５に記載のサンプル収集素子の製造方法。
- 前記着脱可能な遮光素子の形成方法が、前記第１基板の前記第１表面に材料層を形成することを含み、前記材料層が、前記サンプル収容空間の少なくとも一部を覆う請求項１４に記載のサンプル収集素子の製造方法。
- 前記第１基板の上に前記材料層を形成する方法が、蒸着、スパッタリング、またはコーティングにより前記第１基板に前記材料層を塗布することを含む請求項１９に記載のサンプル収集素子の製造方法。
- 第１基板を提供し、前記第１基板の製造プロセス中に、前記第１基板の上に着脱可能な遮光素子を形成することと、
前記第１基板を第２基板に接合し、前記第１基板と前記第２基板の間にスペーサを形成して、前記第１基板と前記第２基板を接続および固定することにより、前記第１基板と前記第２基板の間に密封可能で光を通過させることのできるサンプル収容空間を形成し、前記着脱可能な遮光素子が、前記サンプル収容空間に対応して、前記サンプル収容空間を通過する前記光の少なくとも一部を遮断することと、
を含むサンプル収集素子の製造方法。 - 前記着脱可能な遮光素子が、前記第１基板と同時に製造された構造部材を含み、前記構造部材が、接続部によって前記本体に接続された請求項２１に記載のサンプル収集素子の製造方法。
- 前記第１基板の第１表面の上に前記サンプル収容空間に対応する凹部を形成して、前記サンプル収容空間を露出する観察窓を形成することをさらに含み、前記着脱可能な遮光素子が、前記観察窓の底面に設置され、且つ前記サンプル収容空間と前記本体の間の接合点の一部に延伸した材料層を含む請求項２１に記載のサンプル収集素子の製造方法。
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