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技術 チップ上に複数の測定領域を作成するための方法、および測定領域を有するチップ

出願人 ベーリンガーインゲルハイムフェトメディカゲーエムベーハー
発明者 シーバーマルクスシェーダーハインツ
出願日 2018年12月12日 (2年2ヶ月経過) 出願番号 2018-232341
公開日 2019年5月9日 (1年9ヶ月経過) 公開番号 2019-070657
状態 特許登録済
技術分野 自動分析、そのための試料等の取扱い 電気化学的な材料の調査、分析
主要キーワード 測定領域間 塗料コーティング 電極ペア 各測定領域 気相コーティング 三次元図 共通キャリア UV照射器
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図面 (9)

課題

反応を電気的に検出するための電極を備えているチップ上に複数の測定領域を作成するための方法の提供。

解決手段

本発明は、反応を電気的に検出するための電極を備えているチップ上に複数の測定領域を作成するための方法に関する。個々の測定領域を相互に信頼性良く分離するために、本発明によれば、フルオロシラン単分子層が、強い疎水性特性を有するチップ表面上に形成される。したがって、液体でのスポッティング中に、スポッティングによって滴下される液滴が、合体すること、したがって、測定領域内で不動化されると思われる液滴中物質の混合が生じることを信頼性良く防止することができる。本発明はまた、この種類のチップにも関する。

概要

背景

前述の種類のチップおよびチップを作成する方法は、例えば、米国特許出願公開第2009/0131278号から知られている。このチップは、シリコンベースのチップであり、その表面上に、複数の電極ペアリングメタライジングおよび構造化することによって設けられる。これらのペアリングは、二次元アレイ、好ましくはチェス盤状配置である。電極配列は、相互に噛みあう電極ストリップから構成され、電極配列の2つの電極が長い距離にわたって相互に隣接することを確実にする。
測定領域は、ある種の生物学的に活性物質機能化(functionalise)させるために設けられる。これらの物質は、例えば、特定の抗原に対して化学的に反応する抗体であってもよく、これらの化学反応は、電極配列によって電気的に検出可能である。機能化は、いわゆるスポッティングプロセスによって行われ、このプロセスでは、各測定領域に、別の溶液、例えば水ベースの溶液が作用する。対応する測定領域上の機能化にとって原因となる分子は、これによって不動化される。関係する分子のうちの1つのタイプだけが各測定領域上に存在することを確実にするために、個々の測定領域内の異なる液体が互いに混合しないことが、決定的に重要である。
隣接するスポットの液体が混合し合うことを防止するために、米国特許出願公開第2009/0131278号によれば、小さな壁の形態の機械的なバリアを個々の測定領域間に設けることができることが、提案されている。したがって、チップの表面は、ボックスの異なるコンパートメントに分割され、言わば、スポッティングプロセス中にこれらのコンパートメントのうちの1つに液体がそれぞれ「注がれる」。しかしながら、チップ表面上に存在するコンパートメントがμmの範囲内の大きさの程度のものであることを考慮すべきである。したがって、機械的な境界の効果は、その限界に直面している。水などの溶媒表面張力の結果として、機械的な境界にも拘らず、隣接する測定領域の液体が結合し、したがって、関係する機能性分子が混合し合うことが起こり得る。

概要

反応を電気的に検出するための電極を備えているチップ上に複数の測定領域を作成するための方法の提供。本発明は、反応を電気的に検出するための電極を備えているチップ上に複数の測定領域を作成するための方法に関する。個々の測定領域を相互に信頼性良く分離するために、本発明によれば、フルオロシラン単分子層が、強い疎水性特性を有するチップ表面上に形成される。したがって、液体でのスポッティング中に、スポッティングによって滴下される液滴が、合体すること、したがって、測定領域内で不動化されると思われる液滴中の物質の混合が生じることを信頼性良く防止することができる。本発明はまた、この種類のチップにも関する。なし

目的

本発明の課題は、チップ上に複数の測定領域を作成するための方法、ならびに、特にスポッティングプロセス中に液体が混合し合うことを少なくとも実質的に防止しながら、この方法によって作成することができるチップを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

複数の電気的にアドレス指定可能な測定領域(16)を有するチップ(11)を作成するための、またはチップ(11)上に複数の測定領域(16)を作成するための方法であって、前記チップ(11)上の前記測定領域(16)の各々に、電気的に接触可能な電極ペアリング(23a、23b)が構造化され、前記測定領域(16)を相互に分離するコンパートメント状構造(24)を作成することによって、前記測定領域(16)が形成される、方法において、前記コンパートメント状構造(24)の前記形成が、以下のプロセスステップ:前記測定領域(16)の外側のチップ表面(13)上に疎水性濡れ特性を作り出すステップを含むことを特徴とする、方法。

請求項2

前記コンパートメント状構造(24)の前記形成が、前記測定領域(16)に親水性特性を作り出すステップを含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記測定領域(16)は、少なくとも実質的に、保護層を備える、または前記チップ(11)が分割されるまたは取り付けられるまで覆われることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。

請求項4

前記保護層が、光構造化可能な層または光構造化層(14、18)であることを特徴とする、請求項3に記載の方法。

請求項5

前記保護層が、耐熱性であり、とりわけ短時間の温度ピーク耐性があることを特徴とする、請求項3または4に記載の方法。

請求項6

前記保護層が、150℃に至るまで、特に200℃に至るまで、好ましくは250℃に至るまで、好ましくは300℃に至るまでの温度で少なくとも短期間のあいだ化学的および/または物理的に安定であることを特徴とする、請求項3から5のいずれか1項に記載の方法。

請求項7

前記保護層が、フォトレジストを含有する、またはフォトレジストであることを特徴とする、請求項3から6のいずれか1項に記載の方法。

請求項8

前記フォトレジストが、ポリアミドベースのフォトレジストであることを特徴とする、請求項7に記載の方法。

請求項9

疎水性特性が、疎水性層、特に塗料コーティングまたは単分子層(12)、特に自己組織性単分子層を付けることによって得られることを特徴とする、請求項1から8のいずれか1項に記載の方法。

請求項10

疎水性特性が、反応性化合物と、特にシラン、好ましくはアルキルシラン、特にトリアルキルシランおよびシラザン、好ましくはトリメチルクロロシランおよび/またはヘキサメチルジシラザン、ならびにフルオロシラン、特に部分的にフッ素化されたおよび/または全フッ素置換されたアルキルシラン、好ましくはトリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラハイドロオクチルトリクロロシランと反応することによって得られることを特徴とする、請求項1から9のいずれか1項に記載の方法。

請求項11

疎水性中間領域(27)が、前記測定領域(16)間に平坦格子を形成することを特徴とする、請求項1から10のいずれか1項に記載の方法。

請求項12

前記コンパートメント状構造(24)の前記形成が、以下のプロセスステップ:フルオロシラン化合物から構成される自己組織性単分子層(12)を付けることによって前記測定領域(16)の外側の前記チップ表面13上に疎水性濡れ特性を作り出すステップと、前記測定領域(16)に親水性特性を作り出すステップとを使用して行われることを特徴とする、請求項1から11のいずれか1項に記載の方法。

請求項13

前記コンパートメント状構造(24)の前記形成が、以下のプロセスステップ;前記チップ表面(13)上に単分子層(12)としてフルオロシラン化合物を気相堆積するステップと、前記チップ表面(13)上に光構造化可能な層(14)を付けるステップと、前記測定領域(16)を照射するステップと、前記光構造化可能な層(14)を現像し、これによって前記測定領域(16)を露出させるステップと、前記測定領域(16)に親水性特性を作り出すステップと、前記光構造化層(18)を除去するステップとを指定された順番で含むことを特徴とする、請求項1から12のいずれか1項に記載の方法。

請求項14

前記コンパートメント状構造(24)の前記形成が、以下のプロセスステップ:前記チップ表面(13)上に親水性特性を作り出すステップと、前記チップ表面(13)に光構造化可能な層(14)を付けるステップと、前記測定領域(16)の外側の前記チップ表面(13)を照射するステップと、前記光構造化可能な層(14)を現像するステップであって、前記測定領域(16)が前記光構造化層(18)によって覆われる、現像するステップと、前記チップ表面(13)上に単分子層(12)としてフルオロシラン化合物を気相堆積するステップと、前記光構造化層(18)を除去するステップとを指定された順番で含むことを特徴とする、請求項1から13のいずれか1項に記載の方法。

請求項15

親水性特性を作り出すことが、酸素プラズマ中で、またはドライエッチングによって行われることを特徴とする、請求項1から14のいずれか1項に記載の方法。

請求項16

請求項1から15のいずれか1項に記載の前記プロセスステップの完了後に、前記処理したチップ表面(13)または測定領域(16)が、洗浄されることを特徴とする、請求項1から15のいずれか1項に記載の方法。

請求項17

前記洗浄が、ウェット化学薬品法によって、特にピラニア溶液を使用して行われることを特徴とする、請求項16に記載の方法。

請求項18

前記洗浄が完了した後で、前記測定領域(16)の機能化が、スポッティングプロセスで行われることを特徴とする、請求項16または17に記載の方法。

請求項19

前記疎水性中間領域(27)が、測定領域(16)の10%よりも大きい、特に20%よりも大きい前記測定領域(16)間の幅を有することを特徴とする、請求項1から18のいずれか1項に記載の方法。

請求項20

複数の電気的にアドレス指定可能な測定領域(16)を有するチップ(11)であって、相互に前記測定領域(16)を分離するコンパートメント状構造(24)がチップ表面(13)上に設けられるチップ(11)において、前記コンパートメント状構造(24)が、疎水性層(12、14、18)および/もしくは自己組織性単分子層(12)を有する、またはこれらから形成されることを特徴とする、チップ(11)。

請求項21

前記チップ表面(13)が、少なくとも実質的に平面であり、前記コンパートメント状構造(24)が、前記チップ表面(13)に対して高くされることを特徴とする、請求項20に記載のチップ。

請求項22

電気的に接触可能な電極ペアリング(23a、23b)が、前記チップ(11)上の前記測定領域(16)の各々内で構造化されることを特徴とする、請求項20または21に記載のチップ。

請求項23

前記コンパートメント状構造(24)が、疎水性層(12、14、18)または疎水性中間領域(27)で完全にまたは環状に各測定領域(16)を取り巻くことを特徴とする、請求項20から22のいずれか1項に記載のチップ。

請求項24

前記コンパートメント状構造(24)または疎水性層(12、14、18)または単分子層(12)が、格子形状および/またはハニカム形状の構成のものであることを特徴とする、請求項20から25のいずれか1項に記載のチップ。

請求項25

前記疎水性層(12、14、18)が、平坦なおよび/または平面コーティングとして構成されることを特徴とする、請求項20から24のいずれか1項に記載のチップ。

請求項26

前記コンパートメント状構造(24)または疎水性層(12、14、18)は、幅よりも高さが小さく、特に、2つの隣接する測定領域(16)間の前記幅が、少なくとも5倍だけ、好ましくは少なくとも10倍だけ前記測定領域(16)を担持する前記チップ表面(13)に対する前記高さよりも大きいことを特徴とする、請求項20から25のいずれか1項に記載のチップ。

請求項27

前記コンパートメント状構造(24)の前記高さが、2μm未満、特に1μm未満である、および/または10nmよりも大きい、特に100nmよりも大きいことを特徴とする、請求項20から26のいずれか1項に記載のチップ。

請求項28

前記コンパートメント状構造(24)または疎水性層(12、14、18)または単分子層(12)が、前記測定領域(16)間に疎水性中間領域(27)を形成することを特徴とする、請求項20から27のいずれか1項に記載のチップ。

請求項29

前記測定領域(16)間の前記中間領域(27)が、測定領域(16)の10%よりも大きい、特に20%よりも大きい前記測定領域(16)間の幅を有することを特徴とする、請求項28に記載のチップ。

請求項30

前記中間領域(27)が、5μmよりも大きい、特に10μmまたは20μmよりも大きい、特に好ましくは50μmよりも大きい前記測定領域(16)間の幅を有することを特徴とする、請求項28または29に記載のチップ。

請求項31

前記コンパートメント状構造(24)または前記疎水性層(12、14、18)または単分子層(12)が、実質的に少なくとも90°以上の水との接触角を有することを特徴とする、請求項20から30のいずれか1項に記載のチップ。

請求項32

前記コンパートメント状構造(24)が、前記測定領域(16)の外側の前記チップ表面(13)を覆うフルオロシラン化合物から構成される前記自己組織性単分子層(12)から形成されることを特徴とする、請求項20から31のいずれか1項に記載のチップ。

請求項33

前記疎水性層(12、14、18)が、フルオロシラン化合物を含有する、またはフルオロシラン化合物から形成されることを特徴とする、請求項20から32のいずれか1項に記載のチップ。

請求項34

前記単分子層(12)が、疎水性の性質のものであることを特徴とする、請求項20から33のいずれか1項に記載のチップ。

請求項35

前記疎水性層(12、14、18)が、フォトレジストを含有する、またはフォトレジストであることを特徴とする、請求項20から34のいずれか1項に記載のチップ。

請求項36

前記フォトレジストが、ポリアミドベースのフォトレジストであることを特徴とする、請求項35に記載のチップ。

請求項37

前記コンパートメント状構造(24)または疎水性層(12、14、18)または単分子層(12)が、150℃に至るまで、特に200℃に至るまで、好ましくは250℃に至るまで、特に好ましくは300℃に至るまでの温度で少なくとも短時間化学的および/または物理的に安定であることを特徴とする、請求項20から36のいずれか1項に記載のチップ。

請求項38

前記チップ(11)が、請求項1から19のいずれか1項にしたがって得ることができるまたは作製されることを特徴とする、請求項20から37のいずれか1項に記載のチップ。

技術分野

0001

本発明は、チップ上に複数の測定領域を作成するための方法に関し、電気的に接触可能な電極対が、各々の測定領域内のチップ上に構造化され、測定領域は、測定領域を相互に分離するコンパートメント状構造を作成することによって形成される。
さらに、本発明は、複数の電気的にアドレス指定可能な測定領域を有するチップに関し、測定領域を相互に分離するコンパートメント状構造が、チップの表面上に設けられる。

背景技術

0002

前述の種類のチップおよびチップを作成する方法は、例えば、米国特許出願公開第2009/0131278号から知られている。このチップは、シリコンベースのチップであり、その表面上に、複数の電極ペアリングメタライジングおよび構造化することによって設けられる。これらのペアリングは、二次元アレイ、好ましくはチェス盤状配置である。電極配列は、相互に噛みあう電極ストリップから構成され、電極配列の2つの電極が長い距離にわたって相互に隣接することを確実にする。
測定領域は、ある種の生物学的に活性物質機能化(functionalise)させるために設けられる。これらの物質は、例えば、特定の抗原に対して化学的に反応する抗体であってもよく、これらの化学反応は、電極配列によって電気的に検出可能である。機能化は、いわゆるスポッティングプロセスによって行われ、このプロセスでは、各測定領域に、別の溶液、例えば水ベースの溶液が作用する。対応する測定領域上の機能化にとって原因となる分子は、これによって不動化される。関係する分子のうちの1つのタイプだけが各測定領域上に存在することを確実にするために、個々の測定領域内の異なる液体が互いに混合しないことが、決定的に重要である。
隣接するスポットの液体が混合し合うことを防止するために、米国特許出願公開第2009/0131278号によれば、小さな壁の形態の機械的なバリアを個々の測定領域間に設けることができることが、提案されている。したがって、チップの表面は、ボックスの異なるコンパートメントに分割され、言わば、スポッティングプロセス中にこれらのコンパートメントのうちの1つに液体がそれぞれ「注がれる」。しかしながら、チップ表面上に存在するコンパートメントがμmの範囲内の大きさの程度のものであることを考慮すべきである。したがって、機械的な境界の効果は、その限界に直面している。水などの溶媒表面張力の結果として、機械的な境界にも拘らず、隣接する測定領域の液体が結合し、したがって、関係する機能性分子が混合し合うことが起こり得る。

発明が解決しようとする課題

0003

本発明の課題は、チップ上に複数の測定領域を作成するための方法、ならびに、特にスポッティングプロセス中に液体が混合し合うことを少なくとも実質的に防止しながら、この方法によって作成することができるチップを提供することである。

課題を解決するための手段

0004

上記の課題は、請求項1に記載の方法または請求項20に記載のチップによって解決される。有利なさらなる特徴および実施形態は、従属請求項主題である。
繰返しを避けるために、本発明の一態様に関連してだけ以降に述べられる特徴、実施形態、利点などが、それでもやはり、本発明の他の態様にも当てはまることは言うまでもない。
以降に与えられる値、数、および範囲の言及では、特定された値または範囲が限定的な能力であると解釈されるべきでないことは言うまでもなく、個別の場合の結果としてまたは特定の応用例に関係して、本発明の範囲から逸脱することなしに、指定された範囲および数値からの逸脱が生じ得ることを、当業者なら理解するであろう。
さらに、以降で特定されるすべての値またはパラメータ等は、標準化されたもしくは明示的に述べられている決定方法によって、または当業者には周知である決定方法によって決定する、または確かめることができると言える。これにしたがって、本発明をここでより詳細に説明する。

0005

本発明の一態様によれば、コンパートメント状構造の形成は、下記のプロセスステップを使用して行われることが好ましい。最初に、親水性特性が、測定領域内に作り出される。これは、親水性液体で測定領域を濡らすために不可欠のものである。一般に、機能性分子は、水に溶解され、このために、測定領域の親水性特性はとても重要なものである。さらに、本発明による方法は、フルオロシラン化合物から構成される自己組織化単分子層を付けることによって測定領域の外側のチップの表面上に疎水性濡れ特性を作り出すステップを含む。可能なフルオロシラン化合物の例は、テフロンポリテトラフルオロエチレンまたはPTFE)を含む。例えば、(トリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラヒドロオクチルトリクロロシランC8H4Cl3F13Siを使用することができる。好都合には、この単原子層の疎水性効果は、機械的なバリアよりもはるかに効果的である。測定領域間のチップ表面が親水性液体で濡れることが事実上不可能であるということのために、安全な間隔が機能性液体の個々のスポット間に作り出され、これが、混合を効果的に防止する。したがって、信頼性良く機能化されたチップを、本発明による方法によって作成することができることが有利である。

0006

本発明の別の態様によれば、特に、コンパートメント状構造が、測定領域の外側のチップ表面を覆うフルオロシラン化合物から構成される自己組織化自己組織性)単分子層から形成されるチップを提案する。
単分子層は、分子の1層だけがチップ表面上に形成されるときに形成される。単分子層の自己組織性は、使用するフルオロシラン化合物の構造によって生じる。フルオロシラン分子は、シリコンに対する高い親和力を有するトリクロロシラン基を含み、これが、なぜこの基がチップの表面に与えられるかの理由である。分子の残りは、表面から離れて置かれ、比較的疎水性である表面を形成する。表面上のこの疎水性作用が、非常に効果的であることが有利である。

0007

本発明による方法の一実施形態によれば、方法は、コンパートメント状構造を形成するために、指定された順番で下記のステップを使用して行われる。最初に、フルオロシラン化合物が、単分子層としてチップ表面上に気相堆積される。これは真空雰囲気中で行われる。CVDまたはPVDプロセスを使用することができる。次いで、光構造化可能な(photostructurable)コーティングをチップ表面上に付ける。これは、初めにチップ表面の全体を覆う。次に、測定領域が、適切なマスクを通して照射される。光構造化可能なコーティングを現像することによって、測定領域を露出させることができる光構造化(photostructured)コーティングが形成される。このように露出させた測定領域では、親水性特性が作られ、その結果、水溶液を測定領域上にスポッティングすることができる。最後に、光構造化可能なコーティングが除去される。

0008

本発明の代替実施形態によれば、コンパートメント状構造を形成するための方法を、指定された順番で下記のプロセスステップを使用してやはり行うことができる。最初に、親水性特性が、全チップ表面にわたって生成される。光構造化可能なコーティングが、チップ表面に付けられる。測定領域の外側のチップの表面を照射することによって、これを光構造化することができる。光構造化コーティングは、光構造化可能なコーティングを現像することによって作成され、測定領域が光構造化コーティングによって覆われる。次いで、フルオロシラン化合物が、既に述べた方法で、チップの表面上に単分子層で気相堆積される。最後に、光構造化コーティングが除去される。
2つの代替プロセスは、個々の作成ステップが、それ自体周知であり、したがってかなりのプロセス信頼性で行うことができるという主な利点を有する。したがって、プロセス信頼性を向上させることによって、高品質な結果が得られることが有利である。

0009

プロセスの別の実施形態によれば、親水性特性を作ることが、酸素プラズマ中で、またはドライエッチングよって行われるようになっている。ウェハを処理する際には常套的であるこれらの方法が、高いプロセス信頼性でやはり実行されることが有利である。
本発明のさらなる実施形態によれば、上述したようなプロセスステップが終わった後で、処理したチップ表面が洗浄されるようになっている。このようにして、チップ表面を、引き続くスポッティングプロセスのために準備することができる。スポッティングの後で、測定誤差が、測定領域の汚れた表面の結果として生じないように、汚染を除去することが有利である。処理したチップ表面の洗浄が、チップの準備の終わりを形成してもよい。次いで、チップ表面のさらなる洗浄が必要ないように、これらのチップは、パッケージングされる。次いで、ユーザは、スポッティングプロセスが行われる直前にパッケージングを取り除くだけとなる。あるいは、当然のことながら、スポッティングプロセスの前の最後の可能な瞬間においてユーザによって洗浄を実行することがやはり可能である。

0010

洗浄は、ウェット化学薬品法(ウェットケミカル法)により行われることが好ましい。ピラニア溶液の使用が推奨される。これは、過酸化水素水および硫酸の混合物から構成され、表面を洗浄するために非常に効果的な化合物を構成する。好都合には、フルオロシラン化合物の単分子層は、この洗浄ステップに耐えるのに十分に化学的に安定である。
本発明のさらなる実施形態によれば、洗浄が行われた直後に行われるスポッティングプロセスによって測定領域を機能化することが、やはり可能である。この場合、ユーザには、既に機能化されたチップがもたらされる。チップを製造の直後に大量に機能化させることができるので、これは、標準として頻繁に使用される解析プロセスにおいて有利である。これは、プロセス中の汚染を十分に防止する。

0011

本発明の別の態様によれば、複数の電気的にアドレス指定可能な測定領域を有するチップを作成するための、またはチップ上に複数の測定領域を作成するための方法が提案され、電気的に接触可能な電極ペアリングが、チップ上の測定領域の各々内で構造化され、測定領域を相互に分離するコンパートメント状構造を作成することによって、測定領域が形成される。
コンパートメント状構造の形成は、測定領域の外側のチップの表面上に疎水性濡れ特性を作り出すことを含む。さらに、コンパートメント状構造の形成は、測定領域内に親水性特性を作り出すことを含むことができる。
さらに、別個に実現することができる本発明のある態様によれば、少なくとも実質的にチップが電気部品に組み込まれるまで、測定領域は、保護コーティングを備える。「チップが組み込まれるまで」という表現によって、保護コーティングを除去することが理にかなっているチップの製造におけるプロセスステップを意味する。これは、スポッティングプロセスの直前であってもよいがやはり、例えば、チップが作られるウェハの切断の直後、または(個々の)チップの電気的コンタクト形成(ボンディング)の後であってもよい。

0012

測定領域を少なくとも実質的に覆う保護コーティングの使用は、チップを作成することをさらに容易にする。金などの金属で気相コーティングしたチップの繊細な測定領域またはエリアが、機械的、熱的、または化学的ストレスに曝され、そして損傷を受けるまたは破壊されることさえあるといういかなるリスクもなしに、チップ、またはチップが作られるウェハを、例えば、分割する、または電気的に接続する、または外側にパッシベーションを設ける、またはキャスティングすることができる。

0013

本発明の範囲内では、保護コーティングが、光構造化コーティングまたはフォトレジストである場合には、特に良い結果が得られている。光構造化コーティングは、一般に光構造化可能なコーティングから得ることができる。光構造化可能なコーティングによっては、本発明の範囲内で、コーティングの集合状態および/または化学的性質が、電磁照射、特にUV照射の効果によって変えられ、このように光構造化コーティングを作成するコーティングを意味する。特に、この文脈では、電磁照射に曝される光構造化可能なコーティングの領域だけが変化の対象にされるようになっている。電磁照射の効果によって誘起された保護コーティングの変化は、特に、コーティングが固定されるもしくは液化されるようになる、化学的に硬化される、すなわち架橋される、またはポリマー構造が破壊されるようなものであってもよい。このように、例えば、マスクおよびUV照射器の使用によって、構造を、このようにしてチップの表面上に作成することができる。

0014

この文脈では、光構造化コーティングが、フォトレジストを含有する、またはフォトレジストであることを想定することができる。UV照射の効果で通常硬化するフォトレジストは、当業者にはそれ自体知られており、大量に市販されている。
本発明の範囲内で、光構造化コーティングがチップ表面を疎水性にする範囲内でやはり使用されるフォトレジストである場合には好ましい。このようにして、疎水性仕上げを作成する途中で付けられる光構造化コーティング、特にフォトレジストが、疎水性仕上げが適用された後でさえ測定領域を保護するために測定領域の上にやはり残り、取り付けの時間に至るまでまたはチップの処理が完了するまで測定領域を保護し続けるので、時間、材料、および装置を、本発明の範囲内で節約することができる。

0015

光構造化コーティングが本発明の範囲内で保護コーティングとして使用される場合には、光構造化コーティング、特にフォトレジストが、150℃、特に200℃、好ましくは250℃、好ましくは300℃に至るまでの温度で少なくとも短期間にわたって化学的および/または物理的に安定であれば好ましい。チップの処理中に、例えば、切断プロセスまたはデバイスへの取り付け中に、チップが熱ピーク、すなわち一時的な熱ストレスを受けることが繰返し起きることがある。この場合、測定領域がこれ以上適正に保護されなくならないように、またはコーティングが後のステージでもはや除去不可能にならないように、光構造化コーティングまたはフォトレジストは、化学的に分解してはならず、また化学的または物理的性質を変化させてはならない。
この理由のために、付けられた保護コーティングまたは光構造化コーティングは、特に、チップの処理中に短時間生じる温度ピークにおいて、十分に熱的に安定であるべきである。
この種類の耐熱性のある光構造化コーティングまたはフォトレジストは、本発明の範囲内では、ポリアミドに基づいて形成されることが有利である。ポリアミドベースのフォトレジストは、400℃に至るまでの明らかに高温定性を多くの場合に有し、さらに疎水性であり得る。

0016

一般に、疎水性処理は、チップに疎水性コーティングを付けることによって本発明の範囲内で行われる。この文脈では、疎水性コーティングが、塗料(lacquer)の層または単分子層の形態でチップに付けられることであってもよい。疎水性コーティングが、塗料の層として付けられる場合には、これを特に光構造化コーティング、特にフォトレジストと呼ぶことができ、これは、電磁照射、特にUV照射によって硬化する、または解重合する、または破壊される。本発明の範囲内では、疎水性コーティングがフォトレジストによって形成され、特にフォトレジストが上述した方法のうちの1つによってチップに付けられる場合には、チップの表面のこれ以上の疎水性処理を必要としない。この場合、疎水性フォトレジストは、チップ上の測定領域の外側に残り、再び除去されない。他方で、疎水性コーティングが単分子層によって形成される場合には、単分子層が自己組織性単分子層として付けられるのであれば、本発明の範囲内で十分であることが証明されている。単分子層は、チップ上に特にはっきりと限界を定められた疎水性領域を作り出す。

0017

同様に本発明の範囲内で、疎水性処理が反応性化合物と反応することによって行われるようにもなっている。好ましくは、本発明の範囲内で使用される反応性化合物は、シラン、特にアルキルシラン、および/またはフルオロシランである。アルキルシランが本発明の範囲内で使用されるときには、アルキルシランとしてトリアルキルシランまたはシラザン、好ましくはトリメチルクロロシランおよび/またはヘキサメチルジシラザンを使用することが適していることが証明されている。他方で、フルオロシランが本発明の範囲内で使用される場合には、部分的にフッ素化されたまたは全フッ素置換されたシラン、最も好ましくはトリデカフルオロ−1,1,2,2−テトラハイドロオクチルトリクロロシランを使用することが十分であることが証明されている。
フルオロシランの使用は、これが傑出した疎水性特性を有するだけでなく、やはり優れた化学的耐性を有するので特に好ましい。

0018

本発明によるプロセスについてのさらなる詳細に関して、本発明による方法と同じように当てはまる本発明の他の態様についての前述の言及を参照することができる。
本発明による方法に関する他の詳細に関して、本発明による方法と同じように当てはまる本発明の他の態様に関する言及を参照することができる。
最後に、本発明の第4の態様によれば、本発明は、本明細書において前に説明した方法によって得ることができ、複数の測定領域を有するチップにもやはり関する。
本発明によるチップについてのさらなる詳細に関して、本発明によるチップと同じように当てはまる本発明の他の態様についての前述の言及を参照することができる。
本発明のさらなる詳細が、図面を参照することによって以降に説明される。図面の同一のまたは対応する要素は、複数の図において同じ参照番号を与えられてきており、その説明は、個別の図の間で違いがある場合に繰り返されるだけである。

図面の簡単な説明

0019

本発明による方法の第1の実施形態の選択されたステップを示す図である。
本発明による方法の第1の実施形態の選択されたステップを示す図である。
本発明による方法の第1の実施形態の選択されたステップを示す図である。
本発明による方法の第1の実施形態の選択されたステップを示す図である。
本発明による方法の別の実施形態の選択された製造ステップを示す図である。
本発明による方法の別の実施形態の選択された製造ステップを示す図である。
本発明による方法の別の実施形態の選択された製造ステップを示す図である。
三次元図として本発明によるチップの実施形態のチップの表面の詳細を示す図である。
接続され、取り付けられた状態でのチップの模式的表示を示す図である。

実施例

0020

図1は、シリコンから作られたチップ11の詳細を示す。しかしながら、チップ11を、異なる材料からやはり作ることができる。
特に好ましくは、チップ11は、図1には示されていない電子回路および/または電極配列23を備えるまたは含む(図8および図9参照)。
チップ1は、疎水性コーティング12を有することが好ましく、このコーティングは、単分子層の形態を取ることができるおよび/または好ましくはフルオロシラン化合物を含むことができるもしくはこれから形成されてもよい。
好ましくは、フルオロシラン化合物は、特に上述したように、最初に、デシケータ内でチップ11上に気相堆積されており、その過程で、フルオロシラン化合物は、チップ表面13上に自己組織性単分子層12を形成している。この後で、光構造化可能なコーティング14が、単分子層12に付けられている。穴あきマスク15を使用して、引き続いて測定領域16を形成しようとする領域が、光17で照射される(やはり図4参照)。
図2は、光構造化可能なコーティング14を現像した後の光構造化コーティング18を示す。このようにして、測定領域16をその後に作り出す親水性領域画定される。親水性領域は、光構造化コーティング18中の窓19として現れる。

0021

図3は、親水性領域が酸素プラズマ中でどのようにして作り出されているかを示す。単分子層12は、チップ表面13から遠くの窓19の領域内で除去されている。このようにして、親水性の測定領域16が形成される。次いで、光構造化コーティング18が、単分子層12からやはり除去される。これは、図4に見られる。図4は、別の液体20a、20bが、これらの測定領域を機能化するために、どのようにして測定領域16に付けられるかをやはり示す(スポッティング法)。このようにして、完成した機能化チップ11が作成される。
図5図7による方法はやはり、光構造化可能なコーティング14および疎水性コーティングまたは単分子層12とともに働く(図6参照)。しかしながら、これら2つのコーティングを付ける順番は、図1図4に従って説明した方法と比較して正確に逆である。図5によれば、まず最初に光構造化可能なコーティング14が、チップ11の表面13に付けられる。

0022

光構造化可能なコーティング14を構造化するために、透明シートから構成され、かつその後に測定領域16になる領域に遮光コーティング22を有する照明マスク21を使用することが好ましい。光構造化可能なコーティング14は、光17によって構造化される。
図6から分かるように、光構造化コーティング18は、測定領域16内に残り、一方で取り巻くエリアは、チップの表面13に至るまで露出されている。これらの領域は、次いで疎水性コーティングまたは自己組織性単分子層12、特にフルオロシランでコーティングされる。
図7から分かるように、光構造化コーティング18は次いで除去され、測定領域16を露出する。測定領域は、チップ表面13の直接上に位置する。測定領域16を機能化することは、前に説明したように、液体20a、20bが付けられるスポッティングプロセスによって行われる。

0023

あるいは、測定領域16はまた、後で露出されるだけでもよい。測定領域16は、次いで、例えば、チップ11がウェハ等の他のチップ(図示せず)から分離されるまで、ならびに/またはチップ11が電気的に接続される(ボンディングされる)および/もしくは外側にパッシベーション層を備えるおよび/もしくは筐体内の位置にキャスティングされるもしくは取り付けられるまで、光構造化可能なコーティング14または光構造化コーティング18によって、すなわち、保護コーティングによって、または保護コーティングを形成するフォトレジスト等によって保護される。
光構造化可能なコーティング14を形成するために、フォトレジストを使用することが特に好ましい。特に好ましくは、ポリアミドベースのフォトレジストが、特にその熱安定性のために使用される。

0024

別の代替形態によれば、構造化可能なコーティングもしくは構造化コーティング14、18またはフォトレジストが、疎水性層12またはコンパートメント状構造24を形成するために単分子層12またはフルオロシラン化合物の代わりに使用されることが好ましい。光構造化可能なコーティング14は、図5に示したように、次いで、所望の領域内に疎水性層またはコーティング、したがってコンパートメント状構造24または中間領域27を形成する。方法は、これによって、好ましくは測定領域16を形成するために、コーティング14またはフォトレジストだけを除去しなければならないので、すなわち、第2のコーティングを付ける必要がないので、単純化される。この場合、フォトレジストは、このときには好ましくはそれ相応の疎水性の性質のものである、または代替方法によって疎水性にされてもよい。
図8は、チップ表面13上の測定領域16の端部の詳細を示す。測定領域16は、好ましくは第1の電極23aおよび第2の電極23bから構成される電極ペアリングまたは配列23を備える。これらの電極は、好ましくは相互に噛みあうフィンガを備えることが好ましい。電極配列23は、測定領域16内で不動化される機能性分子(詳細には示さない)が、検出しようとする分子と反応するということに非常に敏感に反応する。

0025

測定領域16はまた、コンパートメント状構造24によって取り囲まれ、その詳細だけが示される。この詳細の一部を拡大して示し、コンパートメント状構造24が層または単分子層12から形成されることが好ましいことを示している。これは、特にフルオロシラン化合物の分子から構成され、これらの分子はチップ11の表面13上でそれ自体の機能性基官能基)25とドッキングし、一方、単分子層12の高い疎水性特性を作り出す分子残留物26は、表面から上に向かってまたは離れるように突き出す
好ましくは、コンパートメント状構造24または疎水性コーティング12は−特に自由表面上では−(隣接する)測定領域16間に疎水性中間領域27を形成し、その結果、図8には示されない液体20a、20bが、特に不動化用の捕集剤分子など(図示せず)に関して、スポッティング中に、すなわち、測定領域16に液滴を滴下する間に、隣接する測定領域16に流れ込まず、隣接する液体と混合することも流体結合することもない。

0026

コンパートメント状構造24または疎水性コーティング12またはそれぞれの中間領域27は、これゆえ疎水性であること、特に強い疎水性であることが好ましい。
特に好ましくは、コンパートメント状構造24または疎水性コーティング12または中間領域27の水との接触角は、各場合で蒸留水を用いて通常の条件下で測定すると、少なくとも実質的に90°、好ましくは120°よりも大きい、最も好ましくは150°よりも大きい。
図9は、非常に図式的な平面図で、接続し、取り付けた状態の提案したチップ11、または筐体28を有するもしくはその中のチップ11を示す。
好ましくは、他のチップ11とともにチップ11は、共通キャリアまたは基板、特にいわゆるウェハ上に、従来プロセスで、例えば、CMOS法によって作成される。次いで、チップ11は、互いに分離され、電気的に接続され、特に関係する筐体28などの中に取り付けられることが好ましい。

0027

示した実施形態では、チップ11は、特に破線により示した電気的接続部30によって、コンタクト表面または端子29に電気的に接続されることが好ましい。これを、ここでは単に模式的に示す。チップ11の電気的接続部は、通常ボンディングと呼ばれる。
取り付けた状態では、少なくとも測定領域16は、測定しようとする試料(図示せず)を受けるためにアクセス可能である。
図9は、コンパートメント状構造24を示し、これはその中間領域27または疎水性層12とともに測定領域16を(完全に)取り巻くおよび/またはこれらを相互に分離する。特に格子状またはハニカム形状をした構造が形成され、各測定領域16が環状に画定されることが好ましい。

0028

既に述べたように、測定領域16を、保護層、特にコーティング14、特に好ましくはフォトレジストによって覆うまたは保護することができる。この保護コーティングは、その後、チップ11の切断もしくは分割の後まで、ならびに/または問題のチップ11の電気的接続および/もしくは取り付けの後まで、除去されないことが好ましい。しかしながら、より早く測定領域16を露出させることもやはり可能である。
保護層の除去が取り付けの後まで行われない場合には、保護層が十分に熱安定性のものであるように構成されることが特に好ましい。実際に、取り付けに関して、チップ11は、特に所定の位置にキャスティングされる。生じる温度のために、従来のフォトレジストは、硬化することがある。これは、後のステージで測定領域16からフォトレジストを除去することを、完全に不可能でなくとも少なくとも困難にさせるはずである。したがって、好ましくは、硬化せずに十分に熱的に安定であるフォトレジストが使用される。ポリアミドベースのフォトレジストは、この目的のために特に適している。

0029

図9は、ただ1つの測定領域16内の、すなわち、右下の測定領域16内の電極配列23を模式的に示す。特に、好ましくは同一のまたは類似のこの種類の電極配列23が、すべての測定領域16内に形成されるまたは配置される。
電極配列23は、コンパートメント状構造24の作成または適用の前に形成されることが好ましい。
電極配列23は、チップ表面13内に少なくとも実質的に置かれることが好ましく、この表面上に測定領域16が形成され、コンパートメント状構造24が作られる。
チップ表面13は、少なくとも実質的に平坦になるように構成されることが好ましいおよび/またはチップ11の平坦な側を構成することが好ましい。
示した実施形態では、疎水性層12または中間領域27は、相互に接着することおよび/または結合力のある格子を形成することが好ましい。しかしながら、これらは、1つまたは複数の測定領域16を取り巻くまたは取り囲むチップ表面13上の別々の領域または部分をやはり形成することができる。

0030

好ましくは、検出するための異なる分子を、電極配列23によって測定領域16内で検出することができる。対応する検出信号は、特にチップ11により電気的に放出される、または電気的に呼びかけを受けることができることが好ましい。
好ましくは、コンパートメント状構造24は、少なくとも実質的に平坦なシップ表面13に対して高くされる。
好ましくは、コンパートメント状構造24は、疎水性中間領域27の疎水性層12で完全にまたは環状に各測定領域16を取り巻く。
特に、コンパートメント状構造24または疎水性層12または単分子層または中間領域27は、格子状またはハニカム形状の構成のものである。

0031

コンパートメント状構造24または疎水性層12または中間領域27は、平坦なおよび/または平面コーティングとして具体化されることが好ましい。
好ましくは、コンパートメント状構造24または疎水性層12または中間領域27は、幅よりも高さが小さい。特に好ましくは、2つの隣接する測定領域16間の幅は、少なくとも5倍だけ、好ましくは少なくとも10倍だけ測定領域16を担持するチップ表面13に対する高さよりも大きい。
特に好ましくは、コンパートメント状構造24または疎水性層12または疎水性中間領域27の高さは、2μm未満、とりわけ1μm未満でありおよび/または10nmよりも大きい、特に100nmよりも大きい。
特に好ましくは、中間領域27は、測定領域16の10%よりも大きい、特に20%よりも大きい、特に好ましくは約50%以上の測定領域16間の幅を有する。

0032

特に好ましくは、中間領域27は、5μmよりも大きい、特に10μmまたは20μmよりも大きい、特に好ましくは50μmよりも大きい測定領域16間の幅を有する。
測定領域16は、50μmよりも大きい、特に100μmよりも大きく、および/または500μm未満、好ましくは300μm未満、特に200μm未満、とりわけ好ましくは120から180μmの幅または平均直径を有することが好ましい。
好ましくは、いわゆるスポッティング中に、液体20a、20bの滴が、個々の測定領域16に滴下され、特に各々が1,000〜2,000plの体積を有し、一方で、疎水性層12または中間領域27は、液体20a、20bの滴がそれぞれの測定領域16上の所定の場所に留まり、液体20a、20bの隣接する滴と混合しないおよび/または隣接する測定領域16に流れ込まないことを確実にする。
上に述べたスポッティングを、チップ11の分割ならびに/または問題のチップ11の電気的接続および取り付けの前または後のいずれかで、望むように理論的には行うことができる。好ましくは、スポッティングは、チップ11の接続および取り付けの後で行われる。

0033

液体20a、20bの滴のスポッティングまたは滴下は、特に、個々の測定領域16を機能化させるためにだけ、すなわち、特に、試料中の検出しようとしている分子をトラップするための、または反応させるために特別な分子を凝結させるまたは結合させるように働く。液滴は、特に、特別な分子の所望の不動化または結合の後で、再び除去される。このように、スポッティングは、特にチップ11または測定領域16を準備するためにやはり働く。

0034

測定しようとする、または検出しようとする分子を含んでいる試料液それ自体は、チップ11が正しく使用されるときには、チップ11または測定領域16に−例えば、全体の表面にわたっておよび/または可能な限り平坦に、試料液が表面上に位置する状態で測定領域16を覆うメンブレンを使用して−引き続いて付けられる。メンブレンは、コンパートメント状構造24と相互に作用することができ、特に、測定領域16の全体にわたって試料液を分散させるためにおよび/または相互に様々な測定領域16内の試料液の流体的な分離を実現するためにその上に存在することができる。

0035

しかしながら、代わりに、スポッティングによって前に機能化した測定領域16へ、測定しようとする1つまたは複数の試料を付けることがやはり可能である。
様々な実施形態、変形形態および代替形態の個々の態様および特徴は、相互に無関係にやはり実装することができるが、やはり任意の所望の組合せで実装することができる。

0036

11チップ
12単分子層
13 チップ表面
14光構造化可能な層
15 穴あきマスク
16 測定領域
17 光
18 光構造化層
19 窓
20a,b液体
21照明マスク
22遮光コーティング
23電極配列
23a,b電極
24コンパートメント状構造
25官能基
26分子残留物
27 中間領域
28筐体
29端子
30電気的接続部

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