JP5796373B2

JP5796373B2 - 検査用器具および検査用デバイス

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Publication number: JP5796373B2
Application number: JP2011143281A
Authority: JP
Inventors: 拓也樋口; 樋口　　拓也; 克行甕; 徹三好; 昌平奥村
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2011-06-28
Filing date: 2011-06-28
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2031-06-28
Also published as: JP2013011482A

Description

本発明は、トランジスタを用いた検査用デバイスおよびそれに用いられる検査用器具に関する。

近年、疾患の診断、薬物代謝に関する個人差の検出、または、食品若しくは環境モニタ等の目的で、ＤＮＡ、糖鎖、たんぱく質等の生体関連物質の検査をするための種々の方法が開発されており、特に、電気的な信号によって生体分子を検出するバイオセンサの研究が進んでいる。最近では、電気的な信号の転換が速く、集積回路とＭＥＭＳの接続が容易であるという観点から、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を使用して生物学的な反応を検出するバイオセンサについて多くの研究が為されている。

従来、ＦＥＴを用いたバイオセンサは、ＭＯＳＦＥＴからゲート電極を除去し、絶縁層上にイオン感応層を被着した構造を有しており、ＩＳＦＥＴと呼ばれている。そして、イオン感応層上に酸化還元酵素、各種タンパク質、ＤＮＡ、抗原または抗体等を配置することによって、各種バイオセンサとして機能するようになっている（例えば、特許文献１参照）。

具体的には、バイオセンサに用いられるＦＥＴは、シリコン基板の表面にソース電極、ドレイン電極およびゲート絶縁層を形成し、ソース電極とドレイン電極間のゲート絶縁層表面に金属電極を有している。この金属電極の表面には、ＤＮＡプローブとアルカンチオールが配置されている。実際に測定を行う場合には、金属電極と、金属電極の表面上に配置されたＤＮＡプローブおよびアルカンチオールと、参照電極とが測定セル内の反応溶液中に配置されるようになっており、参照電極を介して高周波電圧が印加されると、反応溶液中に含まれるターゲットＤＮＡとＤＮＡプローブとの結合の前後で変化する絶縁ゲート電界効果トランジスタの電気特性変化、すなわち、ソース電極とドレイン電極との間を流れる電流値の変化を検出することにより、反応溶液中に含まれるターゲットＤＮＡの伸長の有無を検出することができるようになっている。

従来、トランジスタを用いたバイオセンサにおいては、電気特性の変化を検出する際に、酸化還元酵素、各種タンパク質、ＤＮＡ、抗原または抗体等のサンプルを含む被検査液に、電極および電解液を内包する参照電極構造体を挿入することで、参照電極構造体を介して被検査液に電圧を印加している。そのため、例えばマイクロプレート等を用いて多サンプルの検査を行う場合には、サンプル毎に参照電極構造体が必要であり、検査プロセスに手間がかかり、効率が悪いという問題があった。

一方、バイオセンサに用いられるトランジスタにおいては、参照電極構造体を用いる他に、参照電極をバイオセンサに作り込むことも提案されている。
例えば特許文献２においては、複数個のウェルに共通する参照電極を形成することが開示されている。

特開２００７−１０８１６０号公報特表２００３−５３２１１６号公報

特許文献２に記載のバイオセンサにおいては、参照電極が形成された第２ウェルにも細胞等のサンプルが注入された第１ウェルと同じ培養液を注入し、第１ウェルおよび第２ウェル間の切り欠き等により第１ウェルおよび第２ウェルの液体間には電気化学的連続性が確立されている。そのため、単一の第２ウェルに対して複数の第１ウェルを設ける場合には、単一の第２ウェルと複数の第１ウェルとで液体間に電気化学的連続性が確立されるように第１ウェルおよび第２ウェル間に切り欠き部等を形成する必要があり、また測定の際にはすべてのウェルに同じ培養液を注入する必要がある。したがって、異なる培養液を用いた測定は実質上不可能である。また、細胞電位やイオン電位を測定する際には、別途、電極および電解液を内包する参照電極構造体を用いる必要がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、トランジスタを用いたバイオセンサ等の検査用デバイスにおいて効率的な測定を可能とする検査用器具および検査用デバイスを提供することを主目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、底面に外部電極用開口部および参照電極用開口部を有し、電解液を収容し得る、少なくとも１個の電解液用収容部と、底面に参照電極用開口部および信号取出用開口部を有し、被検査液を収容し得る、少なくとも１個の検査用収容部とを有することを特徴とする検査用器具を提供する。

本発明においては、検査用収容部とは別に電解液用収容部が設けられているので、本発明の検査用器具を検査用デバイスに用いた場合には、プラスとマイナスのイオンを一定に保つことができ、安定的にイオンの変化を電気信号に変えることが可能となる。また本発明においては、検査用収容部が複数個設けられている場合には、本発明の検査用器具を用いて検査用デバイスを作製する際に、電解液用収容部の参照電極用開口部に配置される参照電極と検査用収容部の参照電極用開口部に配置される参照電極とが電気的に接続されていれば、同時に複数の検査が可能となり、効率的な測定が可能である。また、本発明の検査用器具は電解液用収容部および検査用収容部を有していればよく、電解液用収容部を検査用収容部の近傍に配置することができるので、本発明の検査用器具を検査用デバイスに用いた場合には、電解液用収容部の参照電極用開口部および検査用収容部の参照電極用開口部に配置される参照電極の長さを短くすることができ、ノイズの影響を極力低減することが可能である。

上記発明においては、底面にトランジスタ基板を配置し得るトランジスタ基板配置用凹部が形成され、上記トランジスタ基板配置用凹部の深さが配置される上記トランジスタ基板の厚さ以上であることが好ましい。本発明の検査用器具のトランジスタ基板配置用凹部にトランジスタ基板を配置して検査用デバイスを作製した場合には、トランジスタ基板配置用凹部の深さがトランジスタ基板の厚さ以上であることで、トランジスタ基板配置用凹部内にトランジスタ基板を埋め込むことができ、安定的な測定が可能となる。また、検査用デバイスが緩衝材となり、検査用デバイスによってトランジスタ基板を保護することができる。

また本発明においては、複数個の上記検査用収容部を有し、上記検査用収容部の１列毎に上記電解液用収容部が１個形成されていることが好ましい。本発明の検査用器具を用いた検査用デバイスにおいて、アクティブマトリクス駆動の測定が可能となり、より効率的な測定が可能となるからである。また、トランジスタへのバイアスストレスを低減することができるからである。

また本発明は、基板と、上記基板上に形成された少なくとも１個のトランジスタと、上記トランジスタを覆うように形成された層間絶縁層と、上記層間絶縁層上に形成された参照電極および外部電極と、上記層間絶縁層上に形成されたイオン感応層とを有するトランジスタ基板、および、上記トランジスタ基板の上記イオン感応層、上記参照電極および上記外部電極上に配置された上述の検査用器具を備え、上記イオン感応層が少なくとも上記検査用器具の検査用収容部の信号取出用開口部に配置され、上記参照電極が上記検査用器具の電解液用収容部の参照電極用開口部および検査用収容部の参照電極用開口部に配置され、上記外部電極が上記検査用器具の電解液用収容部の外部電極用開口部に配置されていることを特徴とする検査用デバイスを提供する。

本発明においては、上述の検査用器具を用いるので、イオンの変化を効率的に電気信号に変換することが可能となる。また、検査用収容部が複数個設けられている場合には、電解液用収容部の参照電極用開口部に配置される参照電極と検査用収容部の参照電極用開口部に配置される参照電極とが電気的に接続されていれば、同測定条件で同時に複数の検査が可能となり、効率的な測定が可能である。

上記発明においては、上記基板が透明基板であることが好ましい。基板が透明基板であれば、イオン感応層上の試料の電気特性の測定とともに、倒立型の透過型顕微鏡等の観察機器によってイオン感応層上の試料を観察することができるからである。

上記発明においては、上記トランジスタが、上記検査用器具の検査用収容部の信号取出用開口部に配置されていてもよい。この場合には、本発明の検査用デバイスの集積度を高めることができる。

上記の場合、上記トランジスタが酸化物半導体層を有することが好ましい。酸化物半導体は透明性を有するものとすることができるので、イオン感応層上の試料の電気特性の測定とともに、倒立型の透過型顕微鏡等の観察機器によってイオン感応層上の試料を観察することができるからである。

また上記発明においては、上記トランジスタが、上記検査用器具の検査用収容部の信号取出用開口部には配置されておらず、上記層間絶縁層上に検知用電極が形成されており、上記検知用電極が上記検査用器具の検査用収容部の信号取出用開口部に配置されていることが好ましい。トランジスタが検査用器具の検査用収容部の信号取出用開口部に配置されていない場合には、トランジスタの透明性の有無にかかわらず、イオン感応層上の試料を倒立型の透過型顕微鏡等の観察機器によって観察することが可能となる。したがって、本発明の検査用デバイスの用途等にかかわらず、トランジスタを構成する部材に用いられる材料が制約されないという利点を有する。また、トランジスタに対する培養液、細胞、薬品等が含まれる被検査液の影響を極力減らすことが可能となる。

上記の場合、上記検知用電極が透明電極であることが好ましい。検知用電極が透明電極であれば、イオン感応層上の試料の電気特性の測定とともに、倒立型の透過型顕微鏡等の観察機器によってイオン感応層上の試料を観察することができるからである。

本発明においては、検査用器具が所定の開口部を有する電解液用収容部および検査用収容部を有するので、効率的な測定が可能であるという効果を奏する。

本発明の検査用器具の一例を示す概略平面図および断面図である。本発明の検査用デバイスの一例を示す概略平面図および断面図である。本発明の検査用デバイスの動作原理を説明するための模式図である。本発明の検査用器具の他の例を示す概略斜視図である。本発明の検査用器具の他の例を示す概略平面図および断面図である。本発明の検査用器具の他の例を示す概略平面図である。本発明の検査用器具の他の例を示す概略平面図である。本発明の検査用器具の他の例を示す概略平面図である。本発明の検査用器具の他の例を示す概略平面図である。本発明の検査用器具の他の例を示す概略断面図である。本発明の検査用デバイスの他の例を示す概略平面図および断面図である。本発明の検査用デバイスの他の例を示す概略平面図である。本発明の検査用デバイスの他の例を示す概略平面図および断面図である。本発明の検査用デバイスの他の例を示す概略平面図および断面図である。本発明の検査用デバイスにおける検査用器具およびトランジスタ基板のアライメントマークの一例を示す模式図である。本発明の検査用デバイスにおける検査用器具およびトランジスタ基板のアライメントマークの他の例を示す模式図である。本発明の検査用デバイスを用いた測定方法の一例を示す模式図である。本発明の検査用デバイスを用いた測定方法の他の例を示す模式図である。実施例の検査用デバイスにおけるトランジスタのトラスファー特性を示すグラフである。実施例の検査用デバイスにおけるトランジスタのトラスファー特性を示すグラフである。実施例の検査用デバイスにおけるトランジスタのトラスファー特性を示すグラフである。実施例の検査用デバイスにおけるＨｅＬａ細胞の倒立型顕微鏡写真および正立型顕微鏡写真である。実施例の検査用デバイスにおけるＨｅＬａ細胞の顕微鏡写真である。実施例の検査用デバイスにおけるＨｅＬａ細胞のアポトーシス試験結果を示すグラフである。

以下、本発明の検査用器具および検査用デバイスについて詳細に説明する。

Ａ．検査用器具
本発明の検査用器具は、底面に外部電極用開口部および参照電極用開口部を有し、電解液を収容し得る、少なくとも１個の電解液用収容部と、底面に参照電極用開口部および信号取出用開口部を有し、被検査液を収容し得る、少なくとも１個の検査用収容部とを有することを特徴とするものである。

まず、本発明の検査用器具について、図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は本発明の検査用器具の一例を示す概略平面図および断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
図１（ａ）、（ｂ）に例示するように、検査用器具１は、底面１１に外部電極用開口部ｈ１および参照電極用開口部ｈ２を有し、電解液を収容し得る電解液用収容部３と、底面１２に参照電極用開口部ｈ３および信号取出用開口部ｈ４を有し、被検査液を収容し得る検査用収容部４とを有している。

図２（ａ）、（ｂ）は本発明の検査用器具を備える検査用デバイスの一例を示す概略平面図および断面図であり、薄膜トランジスタを用いた検査用デバイスの例であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
図２（ａ）、（ｂ）に例示するように、検査用デバイス１０は、トランジスタ基板３０と、トランジスタ基板３０上に配置された検査用器具１とを備えている。
トランジスタ基板３０は、基板２１と、基板２１上に形成されたトランジスタ２０と、トランジスタ２０を覆うように形成された層間絶縁層２７と、層間絶縁層２７上に形成された検知用電極２８と、層間絶縁層２７上に形成されたイオン感応層２９と、イオン感応層２９上に形成された参照電極３１および外部電極３２とを有している。トランジスタ２０は、基板２１上に形成されたゲート電極２２と、ゲート電極２２を覆うように形成されたゲート絶縁層２３と、ゲート絶縁層２３上に形成された半導体層２４と、半導体層２４上に形成されたソース電極２５およびドレイン電極２６とを有している。トランジスタ２０のゲート電極２２と検知用電極２８とは電気的に接続されている。
検査用器具１は、底面に外部電極用開口部ｈ１および参照電極用開口部ｈ２を有し、電解液を収容し得る電解液用収容部３と、底面に参照電極用開口部ｈ３および信号取出用開口部ｈ４を有し、被検査液を収容し得る検査用収容部４と、電解液用収容部３および検査用収容部４の底面に配置された接着層５とを有している。
検査用器具１は、接着層５を介して、トランジスタ基板３０のイオン感応層２９、参照電極３１および外部電極３２上に配置されており、イオン感応層２９が検査用器具１の検査用収容部４の信号取出用開口部ｈ４に配置され、参照電極３１が検査用器具１の電解液用収容部３の参照電極用開口部ｈ２および検査用収容部４の参照電極用開口部ｈ４に配置され、外部電極３２が検査用器具１の電解液用収容部３の外部電極用開口部ｈ１に配置されている。

次に、図３を参照して本発明の検査用器具を備える検査用デバイスの動作原理について説明する。なお、図３に示す検査用デバイスは図２（ａ）、（ｂ）に示す検査用デバイスと同様である。
図３に例示するように、検査用器具において、電解液用収容部３にはＫＣｌ溶液等の電解液５１が収容され、検査用収容部４には細胞、ＤＮＡ、糖鎖、タンパク質等の生体関連物質等の試料を含む被検査液５２が収容されている。
検査用収容部４では、信号取出用開口部ｈ４にイオン感応層２９が配置されているので、イオン感応層２９上に被検査液５２を付与することができるようになっている。
また、電解液用収容部３では、外部電極用開口部ｈ１に外部電極３２が配置され、参照電極用開口部ｈ２に参照電極３１が配置され、また検査用収容部４では、参照電極用開口部ｈ３に参照電極３１が配置されているので、外部電極３２に電圧を印加すると、外部電極３２と電解液５１と参照電極３１とを介して、被検査液５２に電圧が印加されることとなる。
したがって、ソース電極２５およびドレイン電極２６間に所定の電圧Ｖ_ＤＳを印加しつつ、外部電極３２と電解液５１と参照電極３１とを介して可変電圧Ｖ_Ｇを被検査液５２に印加すると、イオン感応層２９に生ずる電位の変化に応じて、半導体層２４に形成されるチャネル領域が変化し、ドレイン電流Ｉ_Ｄの変化を検出することができる。その結果、例えば、可変電圧Ｖ_Ｇに基づくドレイン電流Ｉ_Ｄの変化、すなわち電流−電圧特性を、予め測定した試料における電流−電圧特性と比較することによって、被検査液５２に含まれる試料の種別を特定することができるようになっている。

従来では、イオン感応層上に被検査液を滞留させた後に電極や電解液を内包する参照電極構造体を被検査液に挿入することで参照電極構造体を介して被検査液に電圧を印加していたが、本発明によれば、参照電極を予め備える所定のトランジスタ基板上に所定の位置で検査用器具を配置することにより、参照電極構造体を挿入することなく、トランジスタ基板に形成された参照電極を介して被検査液に電圧を印加することができるので、検査プロセスを簡易化することができる。
また、本発明の検査用器具においては、電解液用収容部の底面に外部電極用開口部および参照電極用開口部が設けられ、検査用収容部の底面に参照電極用開口部および信号取出用開口部が設けられているので、本発明の検査用器具と所定のトランジスタ基板とを用いて検査用デバイスを組み立てる際には、所定の位置で本発明の検査用器具と所定のトランジスタ基板とを配置するだけでよく、参照電極との接続に関して効率良く取り付けることが可能である。

また本発明においては、従来のように電極や電解液を内包する参照電極構造体を被検査液に挿入するのではなく、電解液用収容部を設け、この電解液用収容部に電解液を収容するので、プラスとマイナスのイオンを一定に保つことが可能となり、安定的にイオンの変化を電気信号に変えることが可能となる。

さらに、本発明の検査用器具は電解液用収容部と検査用収容部とを有していればよいので、電解液用収容部を検査用収容部の近傍に配置することが可能であり、これにより参照電極の長さを極力短くすることができ、ノイズの影響を極力低減することが可能となる。

図４は本発明の検査用器具の他の例を示す概略斜視図である。図４に示す例において、検査用器具１は、１個の電解液用収容部３と３個の検査用収容部４とを有しており、１個の電解液用収容部３に対して複数個の検査用収容部４が形成されている。
図４に例示するような検査用器具を備える検査用デバイスにおいては、１個の電解液用収容部３の参照電極用開口部ｈ２に配置される参照電極と、３個の検査用収容部４の各参照電極用開口部ｈ３に配置される参照電極とが電気的に接続されていることで、１個の電解液用収容部３で３個の検査用収容部４に収容される被検査液を検査することが可能である。

このように本発明においては、検査用収容部とは別に電解液用収容部が設けられていることにより、１個の参照電極で複数個の検査用収容部にそれぞれ収容される被検査液を検査することが可能である。
従来のように参照電極構造体を被検査液に挿入する場合には、被検査液毎に参照電極構造体が必要であったが、本発明においては検査用収容部毎に電解液用収容部を設ける必要はなく、効率的な測定が可能である。

以下、本発明の検査用器具における各構成ついて説明する。

１．電解液用収容部
本発明における電解液用収容部は、底面に外部電極用開口部および参照電極用開口部を有するものである。本発明の検査用器具は、少なくとも１個の電解液用収容部を有している。
なお、底面とは、電解液の注入口とは反対側の面をいい、本発明の検査用器具を用いて検査用デバイスを作製する際にトランジスタ基板が配置される面である。

外部電極用開口部および参照電極用開口部の配置、大きさ、形状等としては、本発明の検査用器具を用いて検査用デバイスを作製する際に、外部電極用開口部に外部電極を配置することができ、また参照電極用開口部に参照電極を配置することができれば特に限定されるものではなく、任意の配置、大きさ、形状等とすることができる。
また、電解液用収容部の大きさ、形状は、後述の検査用収容部の大きさ、形状と同じであってもよく異なっていてもよい。

外部電極用開口部および参照電極用開口部としては、図１（ａ）、（ｂ）に例示するように外部電極用開口部ｈ１および参照電極用開口部ｈ２が別々に形成されていてもよく、図５（ａ）、（ｂ）に例示するように外部電極用開口部ｈ１および参照電極用開口部ｈ２が一体として形成されていてもよい。なお、「一体として」とは、外部電極用開口部および参照電極用開口部が単一の開口部として形成されていることを意味する。
ここで、図５（ａ）、（ｂ）は本発明の検査用器具の他の例を示す概略平面図および断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。

電解液用収容部の高さとしては、電解液を収容可能な高さであれば特に限定されるものではなく、任意の高さとすることができる。
また、外部電極用開口部および参照電極用開口部の厚みとしては、本発明の検査用器具を備える検査用デバイスにおいて、電解液用収容部内に電解液を収容可能であれば特に限定されるものではなく、任意の厚みとすることができる。

電解液用収容部に用いられる材料としては、本発明の検査用器具を備える検査用デバイスにおいて、電解液用収容部外に電解液を漏出させないものであれば特に限定されるものではなく、具体的には、ガラス、樹脂等が挙げられる。
樹脂は、耐化学薬品性、透明性、成型性、剛性等を有するものであることが好ましく、要求特性に応じて適宜選択される。具体的には、ポリスチレン、白色ポリスチレン、三井化学株式会社製のバレックス等のポリアクリロニトリル、ナチュラルポリプロピレン、ガラス入ポリプロピレン、ＧＥヘルスケアジャパン株式会社製のマルチケム等のフッ素樹脂、シリコンゴム等が挙げられる。ポリスチレンは、硬質で成型が容易なためマイクロプレートの材質として汎用されているとともに、ガラスに準ずる透明度があり電解液用収容部や後述の検査用収容部の収容部の中身が確認しやすく、サンプル調製や吸光度測定に適している。白色ポリスチレンは、収容部間のシグナルクロストークが起きにくくなるため、化学発光測定などのアプリケーションに適している。三井化学株式会社製のバレックスは、白色不透明で耐化学薬品性があるため、液体シンチレーション測定等に適している。ナチュラルポリプロピレンは、耐化学薬品性に優れタンパク質等の分子の吸着が少なく、またポリスチレンに比べ割れにくく、有機溶媒性サンプルの調製やリキッドハンドリングシステムのリザーバに用いられる。ガラス入ポリプロピレンは、ポリプロピレンにガラス繊維を加えて剛性を高めている。ＧＥヘルスケアジャパン株式会社製のマルチケムは、フッ素ポリマー製で耐化学薬品性が極めて高く、また分子が吸着しにくいためサンプルの保存に適している。

電解液用収容部は、透明性を有していてもよく、または不透明であってもよい。
電解液用収容部の形状としては特に限定されるものではなく、任意の形状とすることができる。
電解液用収容部の数としては、１個以上であればよく、本発明の検査用器具の用途等に応じて適宜選択される。

また、電解液用収容部の配置としては、本発明の検査用器具が少なくとも１個の電解液用収容部を有していればよく、特に限定されるものではない。
例えば、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、１個の電解液用収容部３に対して１個の検査用収容部４が形成されていてもよく、図４および図６〜図９に示すように１個の電解液用収容部３に対して複数個の検査用収容部４が形成されていてもよい。
図６においては、検査用器具１が、規則的に配列された複数個の電解液用収容部３および複数個の検査用収容部４を有しており、検査用収容部４の１列毎に電解液用収容部３が１個形成されている。図６に示す例においては、端一列に電解液用収容部３が設けられているが、図示しないが真ん中一列に電解液用収容部が設けられていてもよい。図６に例示するように、検査用収容部の１列毎に電解液用収容部が１個形成されている場合には、アクティブマトリクス駆動の測定が可能となり、より効率的な測定が可能である。また、本発明の検査用器具を用いた検査用デバイスにおいて、トランジスタへのバイアスストレスを低減することができる。
図７においては、検査用器具１が、規則的に配列された１個の電解液用収容部３および複数個の検査用収容部４を有しており、複数個の検査用収容部４に対して電解液用収容部３が１個のみ形成されている。図７に示す例においては、端に電解液用収容部３が設けられているが、図示しないが真ん中に電解液用収容部が設けられていてもよい。
図８および図９においては、検査用器具１が、電解液の注入口の平面視形状が矩形である１個の電解液用収容部３と、規則的に配列され、被検査液の注入口の平面視形状が円形である複数個の検査用収容部４とを有しており、複数個の検査用収容部４に対して電解液用収容部３が１個のみ形成されている。図８においては、端に電解液用収容部３が設けられており、図９においては、真ん中に電解液用収容部３が設けられている。
このように電解液用収容部の配置としては、任意の配置とすることができる。

電解液用収容部の形成方法としては、材料に応じて適宜選択される。例えば樹脂を用いる場合には、金型を用いる方法等が挙げられる。

２．検査用収容部
本発明における検査用収容部は、底面に参照電極用開口部および信号取出用開口部を有し、被検査液を収容し得るものである。本発明の検査用器具は、少なくとも１個の検査用収容部を有している。
なお、底面とは、被検査液の注入口とは反対側の面をいい、本発明の検査用器具を用いて検査用デバイスを作製する際にトランジスタ基板が配置される面である。

参照電極用開口部および信号取出用開口部の配置、大きさ、形状等としては、本発明の検査用器具を用いて検査用デバイスを作製する際に、参照電極用開口部に参照電極を配置することができ、また信号取出用開口部にイオン感応層を配置することができれば特に限定されるものではなく、任意の配置、大きさ、形状等とすることができる。

検査用収容部の高さとしては、被検査液を収容可能な高さであれば特に限定されるものではなく、任意の高さとすることができる。
また、参照電極用開口部および信号取出用開口部の厚みとしては、本発明の検査用器具を備える検査用デバイスにおいて、検査用収容部内に被検査液を収容可能であれば特に限定されるものではなく、任意の厚みとすることができる。

検査用収容部に用いられる材料としては、本発明の検査用器具を備える検査用デバイスにおいて、検査用収容部外に被検査液を漏出させないものであれば特に限定されるものではなく、具体的には、ガラス、樹脂等が挙げられる。
なお、樹脂については、上記電解液用収容部に用いられる樹脂と同様である。

検査用収容部は、透明性を有していてもよく、または不透明であってもよい。
検査用収容部の形状としては特に限定されるものではなく、任意の形状とすることができる。
検査用収容部の数としては、１個以上であればよく、本発明の検査用器具の用途等に応じて適宜選択される。

また、検査用収容部の配置としては、本発明の検査用器具が少なくとも１個の検査用収容部を有していればよく、特に限定されるものではない。
なお、検査用収容部の配置の例については、上記電解液用収容部の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
検査用収容部の配置としては、任意の配置とすることができる。

検査用収容部の形成方法としては、材料に応じて適宜選択される。例えば樹脂を用いる場合には、金型を用いる方法等が挙げられる。

通常、電解液用収容部および検査用収容部は一体として形成されている。なお、「一体として」とは、電解液用収容部および検査用収容部が単一の部材として形成されていることを意味する。

３．トランジスタ基板配置用凹部
本発明においては、図１０に例示するように、検査用器具１の底面１３にトランジスタ基板を配置し得るトランジスタ基板配置用凹部１５が形成されていることが好ましい。これにより、本発明の検査用器具を備える検査用デバイスにおいては、例えば図１１（ｂ）に示すように、検査用器具１の底面に形成されたトランジスタ基板配置用凹部１５に、トランジスタ基板３０を埋め込むことが可能となる。

この場合、トランジスタ基板配置用凹部の深さは、トランジスタ基板の厚さ以上であることが好ましい。トランジスタ基板配置用凹部の深さがトランジスタ基板の厚さと同程度である場合には、検査用デバイスの底面を平坦にすることができ、安定的な測定が可能になる。また、トランジスタ基板配置用凹部の深さがトランジスタ基板の厚さよりも大きい場合には、検査用デバイスを例えば台の上に設置した際にトランジスタ基板は台に触れなくなるので、より安定的に測定することが可能となる。さらには、検査用器具が緩衝材となり、検査用器具でトランジスタ基板を保護することができる。
中でも、トランジスタ基板配置用凹部の深さは、トランジスタ基板の厚さよりも大きいことが好ましい。

トランジスタ基板配置用凹部の深さとしては、トランジスタ基板の厚さ以上であれば特に限定されるものではなく、配置されるトランジスタ基板の厚さに応じて適宜調整される。具体的には、トランジスタ基板配置用凹部の深さとトランジスタ基板の厚さとの差は、０ｍｍ〜３ｍｍの範囲内であることが好ましい。トランジスタ基板配置用凹部の深さが、トランジスタ基板の厚さに対して過剰に大きいと、トランジスタ基板をトランジスタ基板配置用凹部に配置することが困難となったり、検査用デバイスの安定性が損なわれたりする場合がある。

トランジスタ基板配置用凹部の配置、大きさ、形状等としては、配置されるトランジスタ基板に応じて適宜選択される。

トランジスタ基板配置用凹部に用いられる材料としては、例えば、ガラス、樹脂等が挙げられる。
なお、樹脂については、上記電解液用収容部に用いられる樹脂と同様である。

トランジスタ基板配置用凹部の形成方法としては、材料に応じて適宜選択される。例えば樹脂を用いる場合には、金型を用いる方法等が挙げられる。
通常、電解液用収容部と検査用収容部とトランジスタ基板配置用凹部とは一体として形成されている。なお、「一体として」とは、電解液用収容部と検査用収容部とトランジスタ基板配置用凹部とが単一の部材として形成されていることを意味する。

４．接着層
本発明においては、図５に例示するように、電解液用収容部３および検査用収容部４の底面１１、１２に接着層が配置されていてもよい。本発明の検査用器具を用いて検査用デバイスを作製する際に、接着層によって検査用器具およびトランジスタ基板を貼り合わせることができる。

接着層に用いられる材料としては、本発明の検査用器具およびトランジスタ基板を接着することができ、また電解液および被検査液を漏出させないものであれば特に限定されるものではなく、例えば、光硬化型樹脂、熱硬化型樹脂が好ましく用いられる。

また、接着層は再剥離可能であることが好ましい。本発明の検査用器具を用いた検査用デバイスにおいて、容易に検査用器具を取り換えることができるからである。また、本発明の検査用器具が取り外し可能となり、再利用も可能となるからである。
ここで、「再剥離可能」とは、検査用器具とトランジスタ基板とを接着した後、剥離した場合に、検査用器具およびトランジスタ基板が破損することなく剥離することができることをいう。
このような再剥離可能な接着層に用いられる材料としては、例えば、エチレン−酢酸ビニル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂、天然ゴム系樹脂等を挙げることができる。

接着層の膜厚としては、本発明の検査用器具およびトランジスタ基板を接着することができ、また電解液および被検査液を漏出させなければ特に限定されるものではなく、適宜調整される。

接着層の形成方法としては、電解液用収容部および検査用収容部の底面に接着層を配置することができる方法であれば特に限定されるものではなく、例えば、上記材料を塗布する方法、接着シートを貼付する方法等が挙げられる。

接着層は、検査用器具に形成されていてもよく、トランジスタ基板に形成されていてもよいが、接着層形成によるトランジスタへの影響を低減する観点から、検査用器具に形成されていることが好ましい。

５．アライメントマーク
本発明の検査用器具には、アライメントマークが形成されていることが好ましい。本発明の検査用器具を用いて検査用デバイスを作製する場合、電解液用収容部の外部電極用開口部に外部電極を配置し、電解液用収容部の参照電極用開口部および検査用収容部の参照電極用開口部に参照電極を配置し、検査用収容部の信号取出用開口部にイオン感応層を配置する際に、検査用器具がアライメントマークを有することにより、確実に位置合せを行うことができるからである。
なお、アライメントマークについては、後述の「Ｂ．検査用デバイス」の項に詳しく記載するので、ここでの説明は省略する。

６．参照電極
本発明においては、電解液用収容部の参照電極用開口部および検査用収容部の参照電極用開口部に参照電極が配置されるように、電解液用収容部および検査用収容部の底面に参照電極が形成されていてもよい。

参照電極としては、電極として機能するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、Ａｌ等の一般的な金属電極に加え、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ等の透明電極も使用することができる。

参照電極は、透明性を有していてもよく、または不透明であってもよい。
参照電極の厚みは、通常、５０ｎｍ〜１０μｍの範囲内とされる。

参照電極の形成方法としては、電解液用収容部の参照電極用開口部および検査用収容部の参照電極用開口部に参照電極が配置されるように、電解液用収容部および検査用収容部の底面に参照電極を形成できる方法であれば特に限定されるものではなく、例えば、樹脂基板と電極層との積層体を用い、電極層をパターニングすることにより、参照電極を形成する方法や、スパッタ法、蒸着法等を挙げることができる。

７．外部電極
本発明においては、電解液用収容部の外部電極用開口部に外部電極が配置されるように、電解液用収容部の底面に外部電極が形成されていてもよい。電解液用収容部の底面に上記参照電極が形成されている場合には、外部電極および参照電極は導通しないように配置される。

外部電極としては、電極として機能するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ等の一般的な金属電極に加え、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ等の透明電極も使用することができる。

外部電極は、透明性を有していてもよく、または不透明であってもよい。
外部電極の厚みは、通常、５０ｎｍ〜１０μｍの範囲内とされる。

外部電極の形成方法としては、電解液用収容部の外部電極用開口部に外部電極が配置されるように、電解液用収容部の底面に外部電極を形成できる方法であれば特に限定されるものではなく、例えば、樹脂基板と電極層との積層体を用い、電極層をパターニングすることにより、外部電極を形成する方法や、スパッタ法、蒸着法等を挙げることができる。

Ｂ．検査用デバイス
本発明の検査用デバイスは、基板と、上記基板上に形成された少なくとも１個のトランジスタと、上記トランジスタを覆うように形成された層間絶縁層と、上記層間絶縁層上に形成された参照電極および外部電極と、上記層間絶縁層上に形成されたイオン感応層とを有するトランジスタ基板、および、上記トランジスタ基板の上記イオン感応層、上記参照電極および上記外部電極上に配置された上述の検査用器具を備え、上記イオン感応層が少なくとも上記検査用器具の検査用収容部の信号取出用開口部に配置され、上記参照電極が上記検査用器具の電解液用収容部の参照電極用開口部および検査用収容部の参照電極用開口部に配置され、上記外部電極が上記検査用器具の電解液用収容部の外部電極用開口部に配置されていることを特徴とするものである。

以下、本発明の検査用デバイスについて、図面を参照しながら説明する。

図１１（ａ）、（ｂ）は本発明の検査用器具を備える検査用デバイスの一例を示す概略平面図および断面図であり、薄膜トランジスタを用いた検査用デバイスの例であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
図１１（ａ）、（ｂ）に例示するように、検査用デバイス１０は、トランジスタ基板３０と、トランジスタ基板３０上に配置された検査用器具１とを備えている。
トランジスタ基板３０は、基板２１と、基板２１上に形成されたトランジスタ２０と、トランジスタ２０を覆うように形成された層間絶縁層２７と、層間絶縁層２７上に形成された検知用電極２８と、層間絶縁層２７上に形成されたイオン感応層２９と、イオン感応層２９上に形成された参照電極３１および外部電極３２とを有している。トランジスタ２０は、基板２１上に形成されたゲート電極２２と、ゲート電極２２を覆うように形成されたゲート絶縁層２３と、ゲート絶縁層２３上に形成された半導体層２４と、半導体層２４上に形成されたソース電極２５およびドレイン電極２６とを有している。トランジスタ２０のゲート電極２２と検知用電極２８とは電気的に接続されている。
検査用器具１は、底面に外部電極用開口部ｈ１および参照電極用開口部ｈ２を有し、電解液を収容し得る電解液用収容部３と、底面に参照電極用開口部ｈ３および信号取出用開口部ｈ４を有し、被検査液を収容し得る検査用収容部４と、電解液用収容部３および検査用収容部４の底面に配置された接着層５とを有している。
検査用器具１は、接着層５を介して、トランジスタ基板３０のイオン感応層２９、参照電極３１および外部電極３２上に配置されており、イオン感応層２９が検査用器具１の検査用収容部４の信号取出用開口部ｈ４に配置され、参照電極３１が検査用器具１の電解液用収容部３の参照電極用開口部ｈ２および検査用収容部４の参照電極用開口部ｈ４に配置され、外部電極３２が検査用器具１の電解液用収容部３の外部電極用開口部ｈ１に配置されている。
なお、図１１（ａ）において参照電極３１および外部電極３２は一点鎖線で示されている。

本発明の検査用デバイスの動作原理については、上記「Ａ．検査用器具」の項に記載したので、ここでの説明は省略する。

従来では、イオン感応層上に被検査液を滞留させた後に電極や電解液を内包する参照電極構造体を被検査液に挿入することで参照電極構造体を介して被検査液に電圧を印加していたが、本発明によれば、参照電極を有するトランジスタ基板上に所定の位置で検査用器具が配置されているので、検査用収容部に収容される被検査液に参照電極構造体を挿入することなく、トランジスタ基板に形成された参照電極を介して被検査液に電圧を印加することができ、検査プロセスを簡易化することができる。
また、本発明においては、検査用器具では、電解液用収容部の底面に外部電極用開口部および参照電極用開口部が設けられ、検査用収容部の底面に参照電極用開口部および信号取出用開口部が設けられているので、検査用器具とトランジスタ基板とを組み合わせる際には、所定の位置で検査用器具とトランジスタ基板とを配置するだけでよく、参照電極との接続に関して効率良く取り付けることが可能である。それにより、検査用器具の検査用収容部に収容される被検査液のイオンの変化を効率的に電気信号に変換することが可能となる。

さらに本発明においては、検査用器具は電解液用収容部と検査用収容部とを有していればよいので、電解液用収容部を検査用収容部の近傍に配置することが可能であり、これにより参照電極の長さを極力短くすることができ、ノイズの影響を極力低減することが可能となる。

図１２は本発明の検査用デバイスの他の例を示す概略平面図である。図１２に例示する検査用デバイス１０において、検査用器具１は、規則的に配列された複数個の電解液用収容部３と複数個の検査用収容部４とを有しており、検査用収容部４の１列毎に電解液用収容部３が１個形成されている。また、１個の電解液用収容部３の参照電極用開口部ｈ２に配置された参照電極３１と、３個の検査用収容部４の各参照電極用開口部ｈ３に配置される参照電極３１とは電気的に接続されている。そのため、１個の電解液用収容部３で３個の検査用収容部４に収容される被検査液を検査することが可能である。
なお、図１２において参照電極３１および外部電極３２は一点鎖線で示されている。

このように本発明においては、検査用器具では、検査用収容部とは別に電解液用収容部が設けられていることにより、１個の参照電極で複数個の検査用収容部にそれぞれ収容される被検査液を検査することが可能である。したがって、検査用収容部が複数個設けられている場合には、同測定条件で複数の被検査液について同時に評価することが可能となる。また、従来のように参照電極構造体を被検査液に挿入する場合には、被検査液毎に参照電極構造体が必要であったが、本発明においては検査用収容部毎に電解液用収容部を設ける必要はなく、効率的な測定が可能である。

以下、本発明の検査用デバイスにおける各構成ついて説明する。

１．検査用器具
本発明に用いられる検査用器具は、上記「Ａ．検査用器具」の項に記載したものと同様である。

２．トランジスタ基板
本発明に用いられるトランジスタ基板は、基板と、上記基板上に形成された少なくとも１個のトランジスタと、上記トランジスタを覆うように形成された層間絶縁層と、上記層間絶縁層上に形成された参照電極および外部電極と、上記層間絶縁層上に形成されたイオン感応層とを有するものである。
以下、トランジスタ基板における各構成について説明する。

（１）トランジスタ
本発明に用いられるトランジスタは、基板上に形成されるものである。本発明におけるトランジスタ基板は、少なくとも１個のトランジスタを有している。

トランジスタは、通常、上記検査用器具の検査用収容部毎に設けられるものであり、１個の検査用収容部に対して１個のトランジスタが設けられる。また、安定したトランジスタ特性を得る等のために、１個の検査用収容部に対して複数個のトランジスタが設けられていてもよい。上記検査用器具が複数個の検査用収容部を有する場合には、トランジスタ基板には複数個のトランジスタが設けられる。また、増幅器や信号処理回路が設けられている場合には、トランジスタが複数個存在する。

トランジスタとしては、トランジスタとして機能するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎｏｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）等を挙げることができる。薄膜トランジスタは、マイクロプレート等の大面積の検査用器具を用いたとしても、安価に検査用デバイスを提供することが可能である。また、電界効果トランジスタおよびＳＯＩでは、シリコンデバイスを用いるので、性能の良い電気特性の測定が可能となる。

トランジスタの配置としては、図１１（ａ）、（ｂ）および図１４（ａ）、（ｂ）に例示するようにトランジスタ２０が検査用器具１の検査用収容部４の信号取出用開口部ｈ４に配置されていてもよく、または図１３（ａ）、（ｂ）に例示するようにトランジスタ２０が検査用器具１の検査用収容部４の信号取出用開口部ｈ４には配置されていなくてもよい。
なお、図１３（ａ）、（ｂ）は本発明の検査用デバイスの他の例を示す概略平面図および断面図であり、薄膜トランジスタを用いた検査用デバイスの例であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。
また、図１４（ａ）、（ｂ）は本発明の検査用デバイスの他の例を示す概略平面図および断面図であり、ＳＯＩを用いた検査用デバイスの例であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＦ−Ｆ線断面図である。図１４（ａ）、（ｂ）において、トランジスタ２０は、シリコン基板３５と、シリコン基板３５表面に形成されたｐ⁻ｗｅｌｌ領域３６と、ｐ⁻ｗｅｌｌ領域３６表面に形成されたｎ^＋領域３７、３８とを有している。

トランジスタが検査用収容部の信号取出用開口部に配置されていない場合には、トランジスタの透明性の有無にかかわらず、イオン感応層上の試料を透過光で観察することが可能となる。したがって、本発明の検査用デバイスの用途等にかかわらず、トランジスタを構成する部材に用いられる材料が制約されないという利点を有する。また、この場合には、トランジスタに対する培養液、細胞、薬品等が含まれる被検査液の影響を極力減らすことが可能となる。そのため、層間絶縁層やイオン感応層の膜厚が比較的薄い場合には、トランジスタが検査用収容部の信号取出用開口部に配置されていないことが好ましい。
一方、トランジスタが検査用収容部の信号取出用開口部に配置されている場合には、検査用デバイスの集積度を高めることが可能である。

また、トランジスタが検査用収容部の信号取出用開口部に配置されている場合には、トランジスタは薄膜トランジスタであることが好ましい。後述するように、薄膜トランジスタの半導体層が酸化物半導体層である場合には、透明性を有するものとすることができ、イオン感応層上の試料を例えば透過型顕微鏡を用いて観察することが可能となるからである。

以下、薄膜トランジスタを例に挙げて説明する。

（薄膜トランジスタ）
本発明に用いられる薄膜トランジスタの構造としては、トランジスタとして機能するものであれば特に限定されるものではなく、ボトムゲート型構造であってもよく、またはトップゲート構造であってもよい。また、コプレーナ型構造であってもよい。

トップゲート型構造を有する薄膜トランジスタは、通常、半導体層と、上記半導体層に接し、かつ互いに対向するように形成されたソース電極およびドレイン電極と、上記半導体層上に形成されたゲート絶縁層と、上記ゲート絶縁層上に形成されたゲート電極とを有する。また、トップゲート型構造を有する薄膜トランジスタは、ゲート電極を有さなくてもよい。

ボトムゲート型構造を有する薄膜トランジスタは、通常、ゲート電極と、上記ゲート電極を覆うように形成されたゲート絶縁層と、上記ゲート絶縁層上に形成された半導体層と、上記半導体層に接し、かつ互いに対向するように形成されたソース電極およびドレイン電極とを有する。

以下、薄膜トランジスタにおける各構成について説明する。

（ｉ）半導体層
本発明に用いられる半導体層としては、半導体としての機能を有する材料からなるものであれば特に限定されるものではない。

半導体層に求められる透明性は、トランジスタの配置等により適宜選択される。トランジスタが検査用収容部の信号取出用開口部に配置されていない場合には、半導体層は、透明性を有するものであってもよく、または不透明なものであってもよい。一方、トランジスタが検査用収容部の信号取出用開口部に配置されている場合には、半導体層は透明性を有することが好ましい。

透明性を有する半導体層に用いられる材料としては、例えば、ＩｎＭＺｎＯ（ＭはＧａ、Ａｌ、Ｆｅのうち少なくとも１種）を主成分とするアモルファス酸化物等を挙げることができる。この場合、特に、ＭがＧａであるＩｎＧａＺｎＯ系のアモルファス酸化物が好ましい。また、このＩｎＧａＺｎＯ系のアモルファス酸化物を用いる場合には、必要に応じて、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｎ等を構成元素として加えたものであってもよい。また、透明性を有する材料としては、ＺｎＯを主成分とする酸化物半導体を用いることもできる。このＺｎＯを主成分とする材料には、真性の酸化物亜鉛の他に、必要に応じて、Ｌｉ、Ｎａ、ＮおよびＣ等のｐ型ドーパントおよびＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等のｎ型ドーパントがドーピングされた酸化亜鉛およびＭｇ、Ｂｅ等がドーピングされた酸化亜鉛を加えたものであってもよい。さらに、透明性を有する材料としては、ＩＴＯ、ＩＺＯまたはＭｇＯ等の材料を用いることもできる。
一方、透明性を有さない半導体層に用いられる材料の例としては、アモルファスシリコン、ポリシリコン、有機半導体等を挙げることができる。

半導体層の厚みは、構成材料の種類等に応じて所望の半導体特性を実現できる範囲内であれば特に限定されるものではないが、通常、５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内とされる。

（ii）ゲート電極
本発明に用いられるゲート電極としては、電極としての機能を有するものであれば特に限定されるものではない。このようなゲート電極としては、例えば、Ａｌ等の一般的な金属電極に加え、ＩＴＯ等の透明電極も使用することができる。
ゲート電極の厚みは、通常、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内とされる。

（iii）ゲート絶縁層
本発明に用いられるゲート絶縁層としては、所望の絶縁性を有するものであれば特に限定されるものではない。このようなゲート絶縁層としては、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、窒化ケイ素（ＳｉＮ_x）、窒化酸化ケイ素（ＳｉＯ_xＮ_y）等のシリコン酸化物もしくはシリコン窒化物からなるもの等を挙げることができる。

ゲート絶縁層は、透明性を有するものであってもよく、または不透明なものであってもよく、本発明の検査用デバイスの用途等に応じて適宜選択される。中でも、本発明の検査用デバイスを用いた測定に際して、電圧変化のみならず、試料の形態変化も評価する場合には、ゲート絶縁層は透明性を有することが好ましい。これにより、イオン感応層上の生体関連物質を、例えば透過型顕微鏡を用いて観察することが可能になるからである。
透明性を有するゲート絶縁層としては、上記のものを挙げることができる。

ゲート絶縁層の厚みは、通常、５０ｎｍ〜１μｍの範囲内とされる。

（iv）ソース電極およびドレイン電極
本発明に用いられるソース電極およびドレイン電極は、上記半導体層と接し、かつ互いに対向するように形成されたものである。

ソース電極およびドレイン電極に求められる透明性は、トランジスタの配置等により適宜選択される。トランジスタが検査用収容部の信号取出用開口部に配置されていない場合には、ソース電極およびドレイン電極は、透明性を有するものであってもよく、または不透明なものであってもよい。一方、トランジスタが検査用収容部の信号取出用開口部に配置されている場合には、ソース電極およびドレイン電極は透明性を有することが好ましい。

透明性を有するソース電極およびドレイン電極としては、例えば、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂等からなるものを挙げることができる。
また、透明性を有さないソース電極およびドレイン電極としては、例えば、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗからなるもの等を挙げることができる。
ソース電極およびドレイン電極の厚みは特に限定されるものではないが、通常、２０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内とされる。

（２）参照電極
本発明に用いられる参照電極は、層間絶縁層上に形成されるものであり、検査用器具の電解液用収容部の参照電極用開口部および検査用収容部の参照電極用開口部に配置されるものである。

参照電極の形成位置としては、参照電極が層間絶縁層上に形成されていれば特に限定されるものではなく、参照電極が層間絶縁層上に形成されていてもよくイオン感応層上に形成されていてもよい。

なお、参照電極のその他の点については、上記「Ａ．検査用器具」の項に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。

（３）外部電極
本発明に用いられる外部電極は、層間絶縁層上に形成されるものであり、検査用器具の電解液用収容部の外部電極用開口部に配置されるものである。

外部電極の形成位置としては、外部電極が層間絶縁層上に形成されていれば特に限定されるものではなく、外部電極が層間絶縁層上に形成されていてもよくイオン感応層上に形成されていてもよい。

なお、外部電極のその他の点については、上記「Ａ．検査用器具」の項に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。

（４）検知用電極
本発明のトランジスタ基板は、層間絶縁層上に形成され、検査用器具の検査用収容部の信号取出用開口部に配置され、トランジスタのゲート電極に電気的に接続された検知用電極をさらに有していてもよい。
上述したように、トランジスタが検査用収容部の信号取出用開口部に配置されていない場合には、検知用電極が検査用収容部の信号取出用開口部に配置される。

検知用電極としては、電極として機能するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、Ａｌ等の一般的な金属電極に加え、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ等の透明電極も使用することができる。

検知用電極は、透明性を有するものであってもよく、または不透明なものであってもよく、本発明の検査用デバイスの用途等に応じて適宜選択される。
ここで、本発明の検査用デバイスを用いて測定を行う場合は、検査用収容部内のイオン感応層上に測定対象となる試料を付与し、これに伴う電圧変化を後述するトランジスタで検知することになる。本発明の検査用デバイスの用途によっては、単に電圧変化を評価するのみではなく、イオン感応層上に付与された測定対象試料の形態変化も同時に行えることが望ましい場合がある。特に、本発明の検査用デバイスをバイオセンサとして用いる場合には、生体関連物質をイオン感応層上に付与することになるが、生体関連物質の評価に際しては、単に電圧変化を評価することにより、ｐＨ等の変化を測定することのみならず、生体関連物質の経時的な形態変化の評価を同時に行えることが望ましい場合がある。また、このような場合において、イオン感応層上の生体関連物質の形態を観察する方法としては、生体関連物質は、例えば細胞等のサイズが微小なものである場合が多いことから、顕微鏡観察が行えることがより好ましいといえる。
このような観点から、検知用電極は、透明性を有する透明電極であることが好ましい。これにより、イオン感応層上の生体関連物質を、例えば、倒立型の透過型顕微鏡を用いて観察することが可能になるからである。なお、この場合、後述のイオン感応層、層間絶縁層、基板等も透明性を有することが好ましい。

上述の検知用電極に用いられる材料のうち、透明性を有する検知用電極を形成可能なものとしては、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ等を挙げることができる。

検知用電極の厚みは、通常、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内とされる。

検知用電極は、通常、上記トランジスタのゲート電極に接続するように形成される。検知用電極は、上記トランジスタのゲート電極と一体として形成されていてもよい。なお、「一体として」とは、検知用電極とゲート電極とが両者の機能を兼ねる単一の部材として形成されていることを意味する。

（５）イオン感応層
本発明に用いられるイオン感応層は、少なくとも検査用器具の検査用収容部の信号取出用開口部に配置されるものである。上記検知用電極が形成されている場合には、イオン感応層は少なくとも検知用電極上に形成される。

イオン感応層としては、絶縁性材料からなり、所望のイオンに対する感応性を有するものであれば特に限定されるものではなく、本発明の検査用デバイスの用途や、本発明の検査用デバイスを用いて評価したい対象に応じて適宜選択して用いることができる。イオン感応層に用いられる絶縁性材料としては、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）、シリコン窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄）、タンタル酸化膜（Ｔａ₂Ｏ₅）または酸化アルミニウム膜（Ａｌ₂Ｏ₃）等を挙げることができる。これらの絶縁性材料はいずれも好適に用いることができる。

本発明の検査用デバイスがバイオセンサとして用いられる場合、イオン感応層に用いられる絶縁性材料としては、細胞、ＤＮＡ、糖鎖、タンパク質等の生体関連物質を配置可能なものが用いられる。このような絶縁性材料としては、上述の絶縁性材料を挙げることができる。
なお、本発明の検査用デバイスがバイオセンサとして用いられる場合は、必要に応じて、イオン感応層の表面にＤＮＡ、タンパク質、糖鎖を固定化する為の表面修飾がなされていてもよい。このような表面修飾の例としては、金チオール反応やシランカップリング材を使った結合、ＬＢ膜等の自己組織化単分子膜の形成方法や、静電吸着、物理吸着等を挙げることができる。

イオン感応層は、透明性を有するものであってもよく、または不透明なものであってもよく、本発明の検査用デバイスの用途等に応じて適宜選択される。中でも、本発明の検査用デバイスを用いた測定に際して、電圧変化のみならず、試料の形態変化も評価する場合には、イオン感応層は透明性を有することが好ましい。これにより、イオン感応層上の生体関連物質を、例えば透過型顕微鏡を用いて観察することが可能になるからである。

透明性を有するイオン感応層を形成可能な材料としては、例えば、ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ｔａ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃等を挙げることができる。

また、イオン感応層は、絶縁性材料からなるので、後述の層間絶縁層を兼ねることもできる。

（６）層間絶縁層
本発明に用いられる層間絶縁層は、トランジスタを覆うように形成されるものである。

層間絶縁層としては、絶縁性材料からなるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、窒化ケイ素（ＳｉＮ_x）、窒化酸化ケイ素（ＳｉＯ_xＮ_y）等のシリコン酸化物またはシリコン窒化物等が挙げられる。特に、酸化ケイ素が好ましい。

層間絶縁層は、透明性を有するものであってもよく、または不透明なものであってもよく、本発明の検査用デバイスの用途等に応じて適宜選択される。中でも、本発明の検査用デバイスを用いた測定に際して、電圧変化のみならず、試料の形態変化も評価する場合には、層間絶縁層は透明性を有することが好ましい。これにより、イオン感応層上の生体関連物質を、例えば透過型顕微鏡を用いて観察することが可能になるからである。

透明性を有する層間絶縁層を形成可能な材料としては、例えば、上述の絶縁性材料を挙げることができる。

層間絶縁層の膜厚は、諸条件により適宜選択可能であるが、５０ｎｍ〜１μｍ程度が好ましい。

（７）基板
本発明に用いられる基板としては、上述のトランジスタ、外部電極、参照電極、検知用電極、層間絶縁層、イオン感応層等を支持できるものであれば特に限定されるものではない。このような基板としては、具体的には、ガラス等の無機材料、ＰＥＮ、ＰＥＴ、透明ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ナイロン、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、メチルペンテン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂等の有機材料を挙げることができる。

基板は、透明性を有するものであってもよく、または不透明なものであってもよく、本発明の検査用デバイスの用途等に応じて適宜選択される。中でも、本発明の検査用デバイスを用いた測定に際して、電圧変化のみならず、試料の形態変化も評価する場合には、基板は透明性を有することが好ましい。これにより、イオン感応層上の生体関連物質を、例えば透過型顕微鏡を用いて観察することが可能になるからである。

基板の形態としては特に限定されるものではなく、例えば、平板、平膜、フィルム、多孔質膜等の平坦な形状や、シリンダ、スタンプ、マルチウェルプレート、マイクロ流路等の立体的な形状が挙げられる。

基板がフィルムである場合、基板の厚さは特に限定されないが、通常、１μｍ〜１ｍｍ程度である。

（８）アライメントマーク
本発明においては、トランジスタ基板にアライメントマークが形成されていることが好ましい。本発明の検査用デバイスを作製する過程において、電解液用収容部の外部電極用開口部に外部電極を配置し、電解液用収容部の参照電極用開口部および検査用収容部の参照電極用開口部に参照電極を配置し、検査用収容部の信号取出用開口部にイオン感応層を配置する際に、検査用器具およびトランジスタ基板がアライメントマークを有することにより、確実に位置合わせを行うことができるからである。

アライメントマークとしては、本発明の検査用デバイスを作製する際に、検査用器具とトランジスタ基板との位置合わせを行うことができるものであれば特に限定されるものではない。

上述したようにトランジスタ基板を構成する基板、イオン感応層、層間絶縁層、トランジスタ、検知用電極等が透明性を有する場合には、トランジスタ基板の表裏を判別し難くなる。そのため、このような場合には、アライメントマークの形状は、トランジスタ基板の辺に平行な軸に対して非対称であることが好ましい。アライメントマークの形状が非対称であれば、トランジスタ基板の表側から見たアライメントマークと、トランジスタ基板の裏側から見たアライメントマークとで形状が異なるので、トランジスタ基板の表裏の判別が容易となるからである。
さらに、トランジスタ基板の形状が、正方形等の、対角線に対して対称な形状である場合には、アライメントマークの形状は、トランジスタ基板の対角線に平行な軸に対して非対称であることが好ましい。例えば、トランジスタ基板の形状が正方形である場合、アライメントマークの形状がトランジスタ基板の対角線に平行な軸に対して対称であると、トランジスタ基板の表側から見たアライメントマークと、９０度回転させてトランジスタ基板の裏側から見たアライメントマークとで形状が同じになってしまうことがあるからである。

図１５（ａ）は検査用器具のアライメントマークの一例を示す概略平面図であり、図１５（ｂ）はトランジスタ基板のアライメントマークの一例を示す概略平面図であり、図１５（ａ）に示す検査用器具のアライメントマークと図１５（ｂ）に示すトランジスタ基板のアライメントマークとが位置合わせに対応している。
図１５（ｂ）に例示するように、トランジスタ基板３０に形成されたアライメントマーク４５の形状は、トランジスタ基板３０の辺に平行な軸４６ａ、４７ａに対してそれぞれ非対称である。すなわち、アライメントマーク４５の形状は、上下左右非対称となっている。また、アライメントマーク４５の形状は、トランジスタ基板３０の対角線に平行な軸４８ａに対しても非対称である。
トランジスタ基板のアライメントマークの形状と同様に、図１５（ａ）に例示するように、検査用器具１のアライメントマーク４０の形状も、検査用器具１の辺に平行な軸４１ａ、４２ａに対してそれぞれ非対称である。すなわち、アライメントマーク４０の形状は、上下左右非対称となっている。また、アライメントマーク４０の形状は、検査用器具１の対角線に平行な軸４３ａに対しても非対称である。

図１６（ａ）は検査用器具のアライメントマークの他の例を示す概略平面図であり、図１６（ｂ）はトランジスタ基板のアライメントマークの他の例を示す概略平面図であり、図１６（ａ）に示す検査用器具のアライメントマークと図１６（ｂ）に示すトランジスタ基板のアライメントマークとが位置合わせに対応している。
図１６（ｂ）に例示するように、トランジスタ基板３０に形成されたアライメントマーク４５の形状は、トランジスタ基板３０の辺に平行な軸４６ａ、４７ａに対してそれぞれ非対称である。すなわち、アライメントマーク４５の形状は、上下左右非対称となっている。また、アライメントマーク４５の形状は、トランジスタ基板３０の対角線に平行な軸４８ａに対しても非対称である。
トランジスタ基板のアライメントマークの形状と同様に、図１６（ａ）に例示するように、検査用器具１のアライメントマーク４０の形状も、検査用器具１の辺に平行な軸４１ａ、４２ａに対してそれぞれ非対称である。すなわち、アライメントマーク４０の形状は、上下左右非対称となっている。また、アライメントマーク４０の形状は、検査用器具１の対角線に平行な軸４３ａに対しても非対称である。

また、トランジスタ基板の表裏の判別を容易とするために、アライメントマークは、上下左右の方向を認識可能なものであってもよい。
例えば、図１５（ｂ）において、トランジスタ基板３０に形成されたアライメントマーク４５は、二つの三角形４５ａ、４５ｂによって上下左右の方向を認識できるようになっている。

アライメントマークは、通常、複数形成される。例えば、トランジスタ基板の対向する二辺にアライメントマークが形成されていてもよく、トランジスタ基板の対向する角にアライメントマークが形成されていてもよい。トランジスタ基板の対向する角にアライメントマークが形成されている場合には、トランジスタ基板の四つの角にアライメントマークが形成されていてもよい。

アライメントマークが複数形成されている場合、複数のアライメントマークは、トランジスタ基板の辺に平行な軸に対して非対称となるように配置されていることが好ましい。トランジスタ基板および検査用器具の位置合わせを行う際に、複数のアライメントマークが非対称に配置されていれば、トランジスタ基板の表裏の判別が容易となり、確実に位置合わせを行うことができるからである。
さらに、トランジスタ基板の形状が、正方形等の、対角線に対して対称な形状である場合には、複数のアライメントマークは、トランジスタ基板の対角線に平行な軸に対して非対称となるように配置されていることが好ましい。例えば、トランジスタ基板の形状が正方形である場合、アライメントマークの形状がトランジスタ基板の対角線に平行な軸に対して対称であると、トランジスタ基板の表側から見たアライメントマークと、９０度回転させてトランジスタ基板の裏側から見たアライメントマークとで形状が同じになってしまうことがあるからである。

例えば、図１５（ｂ）において、アライメントマーク４５がトランジスタ基板３０の四つの角に形成されており、トランジスタ基板３０の四つの角に形成されたアライメントマーク４５は、トランジスタ基板３０の辺に平行な軸４６ｂ、４７ｂに対してそれぞれ非対称となるように配置されている。すなわち、複数のアライメントマーク４５は、上下左右非対称となるように配置されている。また、複数のアライメントマーク４５は、トランジスタ基板３０の対角線に平行な軸４８ａ、４９ａに対してもそれぞれ非対称となるように配置されている。
トランジスタ基板のアライメントマークと同様に、図１５（ａ）に例示するように、検査用器具１においても、アライメントマーク４０が検査用器具１の四つの角に形成されており、検査用器具１の四つの角に形成されたアライメントマーク４０は、検査用器具１の辺に平行な軸４１ａ、４２ａに対してそれぞれ非対称となるように配置されている。すなわち、複数のアライメントマーク４０は、上下左右非対称となるように配置されている。また、複数のアライメントマーク４０は、検査用器具１の対角線に平行な軸４３ａ、４４ａに対しても非対称となるように配置されている。

アライメントマークに用いられる材料及び形成方法としては、一般的な材料および形成方法を適用することができる。

（９）信号処理回路
本発明においては、トランジスタ基板に信号処理回路が内蔵されていてもよい。これにより、ノイズの影響を減らした評価が可能となるからである。
信号処理回路としては、一般的なものを用いることができる。

３．検査用デバイスの用途
本発明の検査用デバイスは、トランジスタのソース電極−ドレイン電極間に一定の電圧を印加しつつ、イオン感応層上に被検査液を付与し、被検査液に参照電極を介して可変電圧を印加すると、イオン感応層に生ずる電位の変化に応じて、半導体層に形成されるチャネル領域が変化し、ドレイン電流の変化を検出することができるものである。この結果、可変電圧に基づくドレイン電流の変化、すなわち、トランジスタとしての電流−電圧特性を、予め測定した標準試料における電流−電圧特性と比較することによって被検査液に含まれる試料の種別を特定することができるようになっている。

本発明において、検査用器具が複数個の検査用収容部を有する場合には、アクティブマトリクス駆動の測定が可能である。

図１７は本発明の検査用デバイスを用いた測定方法の一例を示す模式図であり、アクティブマトリクス駆動による測定の例である。図１７に示す検査用デバイスの測定においては、（１）まず、ゲートドライバラインｇを一本選択する。（２）次に、参照電極３の一本を選択する。（３）選択した参照電極３と同じデータラインｄに電流を挿入する。そのときのデータラインｄの電圧を測定する。これにより、選択された検査用収容部の出力電圧が測定可能となる。（４）（２）および（３）を繰り返し、横一列分のデータを取得する。次に、（５）他のゲートドライバラインｇを選択して、（２）〜（４）を繰り返す。

図１８は本発明の検査用デバイスを用いた測定方法の他の例を示す模式図であり、アクティブマトリクス駆動による測定の例である。図１８に示す検査用デバイスの測定においては、（１）まず、ゲートドライバラインｇを一本選択する。（２）次に、データラインｄに電流を挿入する。そのときのデータラインｄの電圧を測定する。これにより、選択された検査用収容部の出力電圧が測定可能となる。（３）データラインｄを横に順に選択していき、横一列分のデータを取得する。次に、（４）他のゲートドライバラインｇを選択して、（１）〜（３）を繰り返す。
なお、図１７および図１８において、６１はゲートドライバ、６２は信号処理回路である。

また、本発明においては、上記の基板、イオン感応層、層間絶縁層、検知用電極、半導体層等に透明性を有するものを用いることにより、イオン感応層上の試料の形態観察も行うことが可能になる。すなわち、イオン感応層上に付与された試料に対して、上部から光を照射し、その透過光を利用して、基板側から顕微鏡その他の光学観察機器によって観察することができる。また、必要に応じて明視野観察の他に位相差顕微鏡、微分干渉顕微鏡等を用いることも可能である。

本発明の検査用デバイスは、このようにして動作するものであることから、あらゆる試料の評価に用いることが可能なものであるが、特に細胞、ＤＮＡ、糖鎖、タンパク質等の生体関連物質を評価対象とする、バイオセンサとして好適に用いることができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

以下、本発明について実施例を用いて具体的に説明する。
１．検査用デバイスの作製
まず、図１３（ａ）に示すような所定の開口部を有する、２種類のガラス筒を準備し、電解液用収容部および検査用収容部とした。
また、図１３（ｂ）に示すようなトランジスタ基板を作製した。イオン感応層には、ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ｔａ₂Ｏ₅の３種類の材料を用いた。
次に、電解液用収容部および検査用収容部に接着剤を塗布し、トランジスタ基板上の所定の位置に電解液用収容部および検査用収容部を配置し、検査用デバイスを作製した。

２．ｐＨ溶液試験
電解液用収容部にＫＣｌ溶液を入れ、検査用収容部に種々のｐＨの溶液を入れて、ｐＨ溶液試験を行った。図１９〜図２１に、トランジスタのトランスファー特性をそれぞれ示す。
イオン感応層がＳｉＯ₂の場合、一定のドレイン電流Ｉ_Ｄに対する可変電圧Ｖ_Ｇの差は、ｐＨ４．０１とｐＨ７．４１とで約０．１８Ｖ、ｐＨ７．４１とｐＨ９．１８とで約０．０５Ｖとなり、約５０ｍＶ／ｐＨのｐＨ感度が得られた。
シリコンデバイスを用いた検査用デバイスのｐＨ感度は５０ｍＶ／ｐＨといわれており、各ｐＨに対して同様の応答をすることが確認できた。
イオン感応層がＳｉ₃Ｎ₄の場合、約１４０〜１９０ｍＶ／ｐＨのｐＨ感度が得られた。
イオン感応層がＴａ₂Ｏ₅の場合、約２２〜３５ｍＶ／ｐＨのｐＨ感度が得られた。
以上より、Ｓｉ₃Ｎ₄をイオン感応層に用いた場合に最も感度が高くなった。

３．細胞搭載試験
Ｓｉ₃Ｎ₄をイオン感応層に用いた検査用デバイスを使用し、電解液用収容部にＫＣｌ溶液を入れ、検査用収容部に細胞培養液を入れて、細胞搭載試験を行った。
まず、−８０度で冷凍保存してあるＨｅＬａ細胞を培養液の入ったシャーレに入れ解凍し培養した。１日ほど培養したものをシャーレからはがしとって使用した。
次に、検査用収容部内の７０％をエタノールで満たし、３０分間置いた後、乾燥させ、ＵＶによる滅菌処理を１５分間実施した。
次いで、検査用収容部内に培養液と２×１０⁴個の細胞を入れて１日培養した。図２２（ａ）、（ｂ）に倒立型顕微鏡写真および正立型顕微鏡写真をそれぞれ示す。なお、図２２（ａ）、（ｂ）のスケールは同じである。培養液を通して細胞を見なければならない正立型顕微鏡での観察は像が不鮮明で判断しにくかった。一方、倒立型顕微鏡では、トランジスタ基板が透明性を有することで鮮明な像を見ながらの判断が可能であった。

また、１日培養したＨｅＬａ細胞に対してアポトーシス（細胞死）試験を実施した。
図２３に１日培養したＨｅＬａ細胞の顕微鏡写真を示す。図２３において、信号取出用開口部ｈ４は破線で示されている。
図２４にアポトーシス試験結果を示す。カリウムイオンによると思われる電位の上昇が確認された。

１ … 検査用器具
３ … 電解液用収容部
４ … 検査用収容部
５ … 接着層
１１ … 電解液用収容部の底面
１２ … 検査用収容部の底面
１３ … 検査用器具の底面
１５ … トランジスタ基板配置用凹部
２０ … トランジスタ
２１ … 基板
２２ … ゲート電極
２３ … ゲート絶縁層
２４ … 半導体層
２５ … ソース電極
２６ … ドレイン電極
２７ … 層間絶縁層
２８ … 検知用電極
２９ … イオン感応層
３０ … トランジスタ基板
３１ … 参照電極
３２ … 外部電極
ｈ１ … 外部電極用開口部
ｈ２ … 参照電極用開口部
ｈ３ … 参照電極用開口部
ｈ４ … 信号取出用開口部

Claims

底面に外部電極用開口部および参照電極用開口部を有し、電解液を収容し得る、少なくとも１個の電解液用収容部と、
底面に参照電極用開口部および信号取出用開口部を有し、被検査液を収容し得る、少なくとも１個の検査用収容部とを有する検査用器具であって、
前記電解液用収容部内に収容される液体と、前記検査用収容部内に収容される液体との間には、イオン交換の経路が設けられていないことを特徴とする検査用器具。
底面にトランジスタ基板を配置し得るトランジスタ基板配置用凹部が形成され、前記トランジスタ基板配置用凹部の深さが配置される前記トランジスタ基板の厚さ以上であることを特徴とする請求項１に記載の検査用器具。
複数個の前記検査用収容部を有し、前記検査用収容部の１列毎に前記電解液用収容部が１個形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の検査用器具。
基板と、前記基板上に形成された少なくとも１個のトランジスタと、前記トランジスタを覆うように形成された層間絶縁層と、前記層間絶縁層上に形成された参照電極および外部電極と、前記層間絶縁層上に形成されたイオン感応層とを有するトランジスタ基板、および、
前記トランジスタ基板の前記イオン感応層、前記参照電極および前記外部電極上に配置された請求項１から請求項３までのいずれかに記載の検査用器具
を備え、前記イオン感応層が少なくとも前記検査用器具の検査用収容部の信号取出用開口部に配置され、前記参照電極が前記検査用器具の電解液用収容部の参照電極用開口部および検査用収容部の参照電極用開口部に配置され、前記外部電極が前記検査用器具の電解液用収容部の外部電極用開口部に配置されていることを特徴とする検査用デバイス。
前記基板が透明基板であることを特徴とする請求項４に記載の検査用デバイス。
前記トランジスタが、前記検査用器具の検査用収容部の信号取出用開口部に配置されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の検査用デバイス。
前記トランジスタが酸化物半導体層を有することを特徴とする請求項６に記載の検査用デバイス。
前記トランジスタが、前記検査用器具の検査用収容部の信号取出用開口部には配置されておらず、前記層間絶縁層上に検知用電極が形成されており、前記検知用電極が前記検査用器具の検査用収容部の信号取出用開口部に配置されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の検査用デバイス。
前記検知用電極が透明電極であることを特徴とする請求項８に記載の検査用デバイス。