JP5178510B2 - 少なくとも1の細孔を有するポリマー膜の製造方法 - Google Patents
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- Y10T428/249979—Specified thickness of void-containing component [absolute or relative] or numerical cell dimension
Description
進歩したナノテクノロジーによれば、最近は、人工のナノポアに基づくナノポアを用いた配列決定という考え(nanopore sequencing concept)が取り上げられてきている。薄いSiO2またはSi3N4層上に形成されたナノポアが埋め込まれた人工の無機膜の大半は、メムス(MEMS:Micro Electro Mechanical Systems)の分野における様々な応用と区別されている。
a)基板を準備する工程と、
b)前記基板上にポリマー膜を成膜する工程と、
c)前記ポリマー膜をリソグラフィ工程に供した後に、前記ポリマー膜に500nm以下の範囲の直径を有する少なくとも1の細孔を導入し、選択的に複数の前記細孔のアレイを前記ポリマー膜に導入する工程と、
d)前記基板から前記膜を剥離させる工程と、
を含む、ポリマー膜の製造方法により解決される。
aa)表面、好ましくは平坦な表面を有し、酸化物、金属及びプラスチックからなる群から選択される1の材料で作られた基板を準備する復工程と、
ab)前記基板の前記表面に、前記基板の前記表面に対して小さな付着力を有する固着防止層を成膜する復工程と、
ac)前記固着防止層上にキャリア膜を成膜し、前記固着防止層は、前記基板に対するよりも前記キャリア膜に対して大きな付着力を有する復工程と、
ad)1μmから500μmまでの範囲の直径を有する少なくとも1の凹部を、リソグラフィ工程により前記キャリア膜に導入することで、前記キャリア膜をパターン化する復工程と、
を含む。
ここで使用される「平坦な表面」との用語は、ナノポアの形成を妨げる突起やへこみなどのたくさんのでこぼこを有さない表面を特徴としていることを意味する。
ba)前記ポリマー膜が前記キャリア膜を覆い、かつ、前記少なくとも1の凹部の部位で、前記少なくとも1の凹部の内部にライニングを形成するように、スピンコーティング及び蒸着から選択された1の方法により、前記少なくとも1の凹部を有する前記キャリア膜上にポリマー膜を成膜する復工程を含み、
前記工程c)は、
ca)前記少なくとも1の凹部の内部の前記ライニングにおいて、前記リソグラフィ工程を行う復工程を含む。
ナノポアの構造が一旦現像されると(貫通電流と貫通電圧(break−through voltage)がそれぞれ低下する)、一定のバイアス(電圧または電流のいずれか)は、電流変動又は電圧変動に至る。誘導された電気抵抗(the derived electrical resistance)は、基本的に、ナノポアが開いた時に低下する。貫通(break−through)前には、有意な量の漏れ電流が流出し得る場合には、ポリマー膜の厚みの減少が検出され得る。貫通後には、流出する電流又は電圧の低下のレベルがナノポアのサイズについての情報を明らかにする。
交流電流及び電圧の測定は、インピーダンスアナライザ又はロックイン増幅器を使用することにより実施され得る。このような方法は、時間に対するインピーダンスの実部及び虚部を提供する。その同相信号はインピーダンスの実部に相当し、その情報の内容は、1)中で言及された内容に類似している。また、ポリマー膜の厚みの減少は、結果として、現像浴と固着防止層との間の容量(capacitance)の変化となる。この信号は、その異相信号成分として測定可能である。貫通後に、同相成分及び異相成分は、ナノポアのサイズについての情報を明らかにする。現像時間は、より大きな所望のナノポアの直径に達することを目的として、延長され得る。
2. SU−8フォトレジストを、前記金層上に3000rpmでスピンコートした。その結果、約10μmの厚みとなった。そのレジストは、65℃で2分間及び95℃で5分間、ソフトベイク(soft−baked)した(図3b)。
3. 60μmの幅の穴または凹部は、SU−8レジスト層に対し、360nmの光で20分間露光した。そのサンプルを、65℃で1分間及び95℃で2分間、後焼成(postbaked)し、次いで、SU−8現像液中で2分間現像し、プロパノール中で洗浄した(図3c)。
4. 現像されたSU−8サンプルに対し、UV6.02(Shipley Inc.,製)を4000rpmでスピンコートした。その結果、レジスト層の厚みは、約200nmとなった。その層を、130℃で60分間ソフトベイクした(図3d)。
5. UV6.02レジスト層を単発電子線露光器(a single shot electron beam exposure)を用いて、10kV、18pA、及び125μC/cm2の電子線量で露光した。露光したサンプルを130℃で90分間後焼成し、MIF 726 金属イオンフリー現像液(metal−ion free developer)中で45分間現像した。脱イオン(DI)水中で最終的な洗浄を行った(図3f)。
6. ナノポアを塞がないように中央に1つの穴を有する接着テープを使用して剥離することにより、膜層(membrane layer)を支持基板から除去した。シリコン酸化物上の金の弱い付着特性のために、スパッタされた金の剥離は良好に行われる(図3g)。
7. 50nmの厚みの固着防止層を、KI/I2水溶液中で2分以内に除去した(図3h)。
Claims (24)
- 500nm以下の範囲の直径の少なくとも1の細孔を有するポリマー膜の製造方法であって、
a)基板を準備する工程と、
b)前記基板上にポリマー膜を成膜する工程と、
c)前記ポリマー膜をリソグラフィ工程に供した後に、前記ポリマー膜に500nm以下の範囲の直径を有する少なくとも1の細孔を導入し、選択的に複数の前記細孔のアレイを前記ポリマー膜に導入する工程と、
d)前記基板から前記膜を剥離させる工程と、
を含み、
前記工程a)は、
aa)平坦な表面を有し、シリコン酸化物、金属及びプラスチックからなる群から選択される1の材料で作られた基板を準備する工程と、
ab)前記基板の前記表面に、前記基板の前記表面に対して小さな付着力を有する固着防止層を成膜する工程と、
ac)前記固着防止層上にキャリア膜を成膜し、前記固着防止層は、前記基板に対するよりも前記キャリア膜に対して大きな付着力を有する工程と、
ad)1μmから500μmまでの範囲の直径を有する少なくとも1の凹部を、リソグラフィ工程により前記キャリア膜に導入する工程と、
を含み、
前記工程b)は、
ba)前記ポリマー膜が前記キャリア膜を覆い、かつ、前記少なくとも1の凹部の部位で、前記少なくとも1の凹部の内部に、前記キャリア膜内に形成された前記ポリマー膜であるライニングを形成するように、スピンコーティング及び蒸着から選択された1の方法により、前記少なくとも1の凹部を有する前記キャリア膜上にポリマー膜を成膜する工程を含み、
前記工程c)は、
ca)前記少なくとも1の凹部の内部の前記ライニングにおいて、前記リソグラフィ工程を行う工程を含む、ポリマー膜の製造方法。 - 前記キャリア膜は、光露光、電子露光、イオン露光またはX線露光のいずれかに敏感な化学的に増幅されたレジスト及び非化学的に増幅されたレジストからなる群から選択されたフォトレジスト材料で作られる、請求項1に記載の製造方法。
- 前記ポリマー膜は、ポリエチレン(PE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリビニルクロライド(PVC)、ポリカーボネート及びペンタセンから選択されたレジスト材料で作られる、請求項1または2に記載の製造方法。
- 前記工程d)は、吸引力を付加、又は、1もしくは複数の前記細孔を覆わないように1もしくは複数の穴を有する接着テープを前記ポリマー膜へ貼り付け、続いて、前記ポリマー膜を前記基板から剥離させることにより行われる、請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法。
- 前記固着防止層は、1nmから100nmまでの範囲の厚みを有する、請求項1〜4のいずれかに記載の製造方法。
- 前記ポリマー膜は、0.1nmから500nmまでの範囲の厚みを有する、請求項1〜5のいずれかに記載の製造方法。
- 前記キャリア膜は、1μmから100μmまでの厚みを有する、請求項1〜6のいずれかに記載の製造方法。
- 前記製造方法は、
e)適切な溶媒中で前記固着防止層を溶解させ、前記固着防止層は、金属及びプラスチックからなる群から選択される1の材料で作られ、前記適切な溶媒は、塩基性水溶液、KI/I2水溶液、水及び有機溶媒のいずれか1つである工程をさらに含む、請求項1〜7のいずれかに記載の製造方法。 - 前記工程d)及びe)は、同時に行われる、請求項8に記載の製造方法。
- 前記工程c)における前記リソグラフィ工程は、光リソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、及び原子間力顕微鏡(AFM)リソグラフィからなる群から選択され、かつ、現像工程を含む、請求項1〜9のいずれかに記載の製造方法。
- 前記工程ad)における前記リソグラフィ工程は、光リソグラフィ及び電子ビームリソグラフィからなる群から選択され、かつ、現像工程を含む、請求項1〜10のいずれかに記載の製造方法。
- 前記工程ab)及びac)は、熱蒸着、電子銃蒸着、スピンコーティング、ディップコーティング、スパッタリング及び気相蒸着から選択された1の方法により行われる、請求項1〜11のいずれかに記載の製造方法。
- 前記工程c)における前記リソグラフィ工程は、光リソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、及び原子間力顕微鏡(AFM)リソグラフィからなる群から選択され、かつ、現像工程を含み、 前記工程ad)における前記リソグラフィ工程は、光リソグラフィ及び電子ビームリソグラフィからなる群から選択され、かつ、現像工程を含み、
工程ad)及びca)における前記現像工程は、現像液を、前記キャリア膜と前記ポリマー膜のそれぞれに添加することにより行われる、請求項1−9,12のいずれかに記載の製造方法。 - 前記固着防止層は、導電性材料で形成される、請求項13に記載の製造方法。
- 前記工程c)における前記ポリマー膜への500nm以下の範囲の直径を有する前記少なくとも1の細孔の前記導入は、一の電極を現像液と接続し、当該電極に対する対極を固着防止層と接続し、前記2つの電極の間で、電流及び/又は電圧の変動を測定することにより監視される、請求項14に記載の製造方法。
- 直流定電圧または直流定電流は、前記2つの電極を通して加えられ、電流又は電圧は経時的に観察され、電流の増加及び/又は電圧の減少は、前記細孔の前記導入の完了を示している、請求項15に記載の製造方法。
- 前記2つの電極を通して、インピーダンスアナライザ又はロックイン増幅器を用いて交流電流及び/又は交流電圧の測定が行われ、このような測定は、時間曲線に対するインピーダンスの実部と虚部を提供し、その同相信号はインピーダンスの実部に相当し、電流の増加及び/又は電圧の減少は前記細孔の導入の完了を示しており、さらに、その異相信号は時間曲線に対するインピーダンスの虚部に相当し、前記細孔の導入が完了した後に、その同相信号及び異相信号は前記細孔の大きさについての情報を明らかにし、前記インピーダンスの同相信号は溶液中の前記細孔のオーム抵抗を反映し、それ故、前記細孔の深さ及び面積の大きさを反映し、前記インピーダンスの異相信号は前記細孔の電気容量を反映する、請求項15に記載の製造方法。
- キャリア膜上に配置されて500nm以下の直径の少なくとも1の細孔を有するポリマー膜を含み、請求項1〜17のいずれかに記載の製造方法により製造される、膜構造。
- 前記細孔は、0.1nmから100nmまでの範囲の直径を有する、請求項18に記載の膜構造。
- 前記ポリマー膜は、0.1nmから500nmまでの範囲の厚みを有する、請求項18〜19のいずれかに記載の膜構造。
- 前記キャリア膜は、1μmから100μmまでの厚みを有する、請求項18〜20のいずれかに記載の膜構造。
- n×m(n及びmは自然数である)個の細孔のアレイが請求項1〜17のいずれかに記載の製造方法により導入される、請求項18〜21のいずれかに記載の膜構造。
- 前記膜構造にさらにフィルムヒータが一体化されている、請求項18〜22のいずれかに記載の膜構造。
- 生体高分子の大きさ及び/又は配列を測定するための電子機器と、ナノ粒子、タンパク質、核酸又は生体高分子用の計測器としての電子機器の少なくともいずれか一方における請求項18〜23のいずれかに記載の膜構造の使用方法。
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