JP2002522780A5 - - Google Patents
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Description
図10Aから10Cは、10μm離れた2つのナノスリットを同時に通過する蛍光ビーズと、yoyo−1で汚したT4DNAの賦課を示す。図10Aでは、第1スリットを通過してから第2スリットを通過する2つの強度ピークを持つビーズを示す。図10Bは、配送チャネルを通過する部分的に螺旋を解かれたDNAを示す。より広いピーク99Aと99Bは、DNA螺旋の幾何学的形状に起因する。蛍光ビーズの通路は、DNA信号へ重ねてある。図10Cは、3つのスリット36A、36B、および36Cを通って移動する大きく引伸ばされたDNAを示す。参照のために再び蛍光ビーズの信号はDNA信号に重ねてある。より広いピーク97A、97B、および97Cは、DNA螺旋の幾何学形状に起因するものである。
図11Aの斜視図で示すように、導波管166Aと166Bは、ナノチャネル171を画成するターゲット軸に沿って整列したそれぞれのチップ部170Aと170Bを伴って、対称に配置される(図11B)。ナノチャネル171の幅は、2nmから100nmの範囲であり、5nmから50nmの範囲にあるのが好ましい。(図11に示す)金線98Aと98Bは、ナノチャネル171から約3乃至25mm離れている。代替として、図11Cに示すように、2つの導波管編成は、100nmから1μmの範囲の幅広いチャネルを形成する対向電極を持つ単一導波管によって置き換えてもよい。
図11と図11Aに示す三角形導波管166Aと166Bは、幅約10μm、長さ5000μmで、高さ1μm超であり、SiO2でできている。導波管166Aと166Bは、それぞれ金属層164Aと164Bによって基板162から分離され、金属層174Aと174Bによってカバーガラス152から分離されている。(代替として、導波管166Aについての金属層164Aと174A、あるいは導波管166Bの金属層164Bと174Bは、低反射指数の誘電体層によって置換えてもよい)。導入された平面波176は、入力面168Aで三角形導波管166Aへ連結され、導波管チップ部170Aへ向けて送られるよう導波管側面172Aと173Aで内部反射される。導波管チップ部170Aは、ナノチャネル171へエバネセント放射の波(図11Bに示す)を放射する。ナノチャネル171では、エバネセント放射は、ポリマー39の個々のユニットと相互作用して、特性信号を伴う放射を生成する。例えば、エバネセント放射は、ポリマー39の特定ユニットに次いで配置される蛍光伝達子と相互作用する。三角形導波管166Bは、ナノチャネル171からの(例えば、蛍光放射の)特性信号を含む放射を集め、この放射を結合領域168Bへ向けて送る。収集された放射が導波管166B内部に伝播するとき、放射は三角形の側面172Bと173Bで完全に内部反射する。放射188を提供する出力面168Bは、光学的に光検出器46(図1)へ結合される。更に、ナノチャネル171からの放射は、カバーガラス152を貫通し方向189へも放射される。ナノチャネル171の上方数mmから数cmのところにあるもう一つの外部光検出器は、図12に示すように、ファーフィールド放射189を検出する。
図11Cは、単一の三角形導波管166と金属電極185を用いる他の実施の形態の断面図である。導波管166と金属電極185の間に形成されるチャネル171Aは、約0.5μmで、ナノチャネル171より著しく大きい。三角形導波管166は、金属層によって全ての側面を取り囲まれ、導波管166Aや166Bと同様に製作される(図11A)。ここでクロスハッチングパターンは導波管側面172と173上の金属層を示す。導波管166Aの場合と同様に、チップ部170Aは、僅か1波長か2波長の距離を超えると減衰するエバネセント波177を放射する。従って、ポリマー39は、エバネセント波177で蛍光伝達子178を照射するよう電極185よりもチップ部170近くへ引き寄せられなければならない。
ポリマー39は、電極185と導波管166、すなわち金属層164と174へAC電界を印加し、更に線98Aと98Bを横断して印加されるDC電界によって生成される誘電力を用いて、チップ部170に近づくように引き付けられる。DC電界に関係して容量的に印加されるAC電界は、図4Aに関して先に説明したように、ナノチャネル171A内に一様でない電界を生成する。
図12は、ナノチャネル171から放射されるニアフィールドおよびファーフィールド放射を検出するための光学システム100を示す。光源44は、13Bを通じて図13との関連で説明した技法を用いて、導波管166Aの入力側面168Aに焦点を結ぶ光ビーム176を放射する。エバネセント波176の、ポリマー39との相互作用後、ニアフィールド放射は、導波管166Bによって収集され、出力側面168Bから出て光検出器46へ光学的に結合される。方向189に放射されるファーフィールド100は、レンズ102によって収集され、同調可能なフィルタ104によってフィルタリングされ、PMT検出器106へ提供される。LEDやレーザーダイオードのような光源42は、石英ウェーハ150上に組み込まれてもよい。この編成は、入力側168Aに整列させなければならないような外部光源を必要としないであろう。光源は、直接バンドギャップ材料、例えばUV放射を生成するGaNや、緑色波長の放射を生成するGap:Nを用いて作られる。
図13から図13Bは、外部光源からの光を導波管へ結合させる様々な形式を示す。図13においては、光源42が、光ビーム176を放射し、光ビームは、フォーカシングレンズ180を用いて、三角形導波管166Aの入力側168A上に焦点を結ぶ。代替として、図13Aを参照すると、プリズム182が用いられて、光ビーム176を三角形導波管166Aへ結合する。光ビーム176は、プリズム182によって回折され、完全内部反射の内側に押し込まれる。プリズム182は、SiO2容積部166Aの表面上に配置され、層184を横切るビーム176を導波管166Aへ光学的に結合するよう編成される。図13Bを参照すると、代替として回折格子186が用いられ、光ビーム176を三角形導波管166Aへ結合する。格子186は、光ビーム176をチップ部170Aへ向けて回折するよう導波管166A上に製作される。代替として、光ファイバーは、光ビーム176を三角形導波管166Aへ結合する。光を導波管へ結合する様々な方法が、Fundamentals of Optics, by Clifford R. Pollok, Richard D. Irwin, Inc., 1995 に記載されている。
導波管166Aと166Bは、基板150に電流が流れるのを防ぐよう石英か他の絶縁材上に製作される。ナノチャネル領域(すなわち、10nmの分解能)で必要とする高分解能を達成するため、作成プロセスは、UVリソグラフィ単独か、ディープUVリソグラフィとの組み合せ、eビームリソグラフィ、またはX線リソグラフィを用いる。連続導波管では、先ず標準UVリソグラフィを用いて画成され、次いでナノチャネル(または、図11Cの関連で説明したマイクロチャネル171A)が、単独のeビームかX線リソグラフィステップで画成される。チップ部170Aと170Bでの放射スリットを含む実施の形態の導波管では、スリット(または孔)は、導波管166Aと166Bのまさにチップ部170Aと170Bのところで、フォトレジストの凸曲面形(すなわちアンダーカット)を作り出し、また金属を蒸着する前に、側面172A、173A、172B,および173Bで、フォトレジストの凸曲面形を作り出して製作される。こうして、凸曲面の側面は蒸着金属によって覆われるであろうが、凸曲面のチップ部は覆われない。代替として、小さなチップ部(小さな孔)は、先ず非常に薄い壁を作り出し、次いで、壁全体にわたって小さなスリットを持つ金属膜を作り出すようリフトオフするか、エッチングを用いて作成される。eビームリソグラフィを用いる場合には、当該技術で知られているように、レジストの厚さを薄く保ち、分解能を高く保つよう金属の硬いマスクが用いられる。
図15Aから図15Gは、中心線に沿った側面図であり、図16Aから図16Gは、中心線に垂直な側面図である。PMMAレジスト496Kが、厚さ200nmのレジストを得るよう2500rpmでウェーハ上にスピン塗布され、レジストを硬化させるため180℃のホットプレート上で60分間焼成する。PMMAは、ナノチャネル領域でのパターンを作り出すようeビームシステムで露光される。露光されたPMMAレジストは、3:1のIPA:MIBK中で1分間現像され、1000ÅのAl金属層が図15Cに示すように堆積される。余分な金属のリフトオフを室温のアセトンで実行した後、活性イオンエッチング(RIE)を用いるPlasma Therm 72 エッチャ中で、CHF3(50sccm)+O2(2sccm)、RF出力200W、40mTorrの条件で、図15Bに示す1μm超の壁を作り出すよう導波管はエッチングされるが、マイクロチャネルパターンは無い。底部金属は、16:H2PO4;1:HNO3;1:酢酸;2:水;過湿剤、の溶液中でウェットエッチされるか、またはCl中でドライエッチされる。余分なレジストは、Bransonバレル酸素プラズマエッチャ中でRF出力1000W、15分、で除去される。アルミニウムは、16:H2PO4;1:HNO3;1:酢酸;2:水;過湿剤のウェットエッチ中で除去される。
導波管全体にわたる上部Al層の堆積は、図15Eから15Gと、図16Dから16Gに示される。図15Eと16Dを参照して、厚さ1.3μmのレジストを得るようフォトレジストShipley1830 がウェーハ上に4000rpmで60秒間スピン塗布され、レジストを硬化させるために115℃のホットプレート上で60秒間焼成する。レジストは、5xg−ラインステッパのような高分解能マスクアライナ中で露光され、加圧されたNH3オーブン中で焼成する。これはフォトレジストのポジティブトーンを反転し、後続のリフトオフプロセスのために必要な、後方に傾斜した形状(すなわち、アンダーカット)を提供する。レジストは、HTG/コンタクトアライナ中で405nm光により1分間フラッド露光されてから Microposit 321中で1分間現像される。図15Fと16Fに示すように、1000ÅのAl層が堆積される。余分な金属は、Microposit 1165レジスト除去装置か室温のアセトンを用いてリフトオフされる。
図18は、光の放射によって相互作用する相互作用ステーション231に到達する前に、ポリマーを整列させ、引き伸ばすためのアライメントステーション220の、現在のところ好ましい実施の形態を示す。アライメントステーション220は、(例えば、アルミニウム、金、銀の)金属層222で覆われてもよい石英ウェーハ上に製作される。アライメントステーション220は、三角形マイクロチャネル224、微細柱228、および入口領域230を含み、すべて表面上に作成される。入口領域230の、幅は約50μmで、微細柱領域228に通じている。微細柱領域228は、幾つかのアライメント柱226を含む。アライメント柱226は円形断面を持ち、直径が約1μmである。アライメント微細柱226は12列から15列で、約1.5μmの間隔で離れている。微細柱領域228は、約26.6°傾斜している。
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