KR20180088722A - 칩 상에 다수의 측정 영역들을 제조하는 방법 및 다수의 측정 영역들을 갖는 칩 - Google Patents

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악셀 니메이어
하인츠-울리히 쇠더
마티아스 그리스너
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베링거잉겔하임베트메디카게엠베하
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Abstract

본 발명은 칩 상에 다수의 측정 영역들을 제조하는 방법 및 상기 방법에 의해 수득가능한 다수의 측정 영역들을 갖는 칩에 관한 것이다.

Description

칩 상에 다수의 측정 영역들을 제조하는 방법 및 다수의 측정 영역들을 갖는 칩
본 발명은 미세유체 기술 분야, 특히 반도체 기술과 결합된 미세유체에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 칩 상에 다수의 측정 영역들을 제조하는 방법에 대한 것이다.
또한, 본 발명은 전기적으로 어드레스가능한(electrically addressable) 다수의 측정 영역들을 갖는 칩에 관한 것이다.
미세유체 시스템은 적은 부피의 샘플로 화학적 및 생물학적 검출 반응을 수행하는데 있어서 매우 적절하다.
임상 화학, 특히 생물학적 및 화학적 진단 분야에 있어서, 마이크로어레이로도 알려진 칩 기반 시스템은 특히 예를 들어, 바이러스와 같은 병원균의 검출에 많이 의존하고 있다. 칩 기반 검사법은 가장 좁은 공간에서의 다수의 화학적 또는 생물학적 반응들에 대한 동시적인 검출을 가능하게 해준다. 이러한 방식으로, 한편으로는 비용 집약적인 실험실 장비에 대한 소요도 줄일 수 있고, 다른 한편으로는 다수의 측정들을 동시에 수행할 수 있어, 복합적인 검사법에 대한 결과도 대개 신속하게 얻을 수 있다.
화학적 및 생물학적 검사법, 특히 의료 검사법에 적절한 이러한 칩은, 통상적으로 다수의 측정 영역들을 가지는데, 상기 각 측정 영역들은 서로 다른 화학적 또는 생물학적 분자에 대하여 기능하도록 되어 있어서 서로 다른 화학적 반응들이 일어나면 이들 반응이 개별 측정 영역들 내에서 검출될 수 있도록 되어 있다.
다수의 측정 영역들을 갖는 칩은, 예를 들어, US 2009/0131278 A1호에 공지되어 있다. 이것은 규소를 기반으로 한 칩으로 상기 칩 표면 상에는 금속배선 형성과 구조화에 의해 다수의 전극쌍들이 배열된다. 각 경우에 있어서, 하나의 전극쌍이 하나의 측정 영역 내에 존재하고, 상기 측정 영역들은 한 평면 내에서 체크 무늬 방식으로 배열되어 어레이를 형성하게 된다.
상기 전극쌍들은 각각 서로 맞물리는 미세구조화된 핑거(finger) 전극들을 포함하여, 각 경우에서의 전극들이 광범위한 영역에 걸쳐 인접한 계면들을 가지게 된다. 개별 측정 영역들은 이들 사이에 작은 격벽의 형태인 기계적인 장벽에 의해 서로 분리되어 있어서, 상기 측정 영역들은 작은 구획(compartment) 또는 공동의 형태로 존재한다.
이러한 칩 또는 마이크로어레이 내의 개별 측정 영역들은 보통 생물학적 활성 물질을 사용하는 화학적 또는 생물학적 진단에서는 통상 개별적으로 기능하도록 되어 있다. 상기 생물학적 활성 물질은, 예를 들어, 특정 항원과 화학적으로 반응하는 항체일 수 있다.
상기 화학적 반응은 특정 측정 영역 내에서의 전기화학적 관계를 변화시킬 수 있어, 상기 화학적 반응은 전극 배열에 의해 전기적으로 검출가능하다.
그러나, 칩 표면에 적용된 분자 - 포획 분자 - 가 특이적 표적 분자와 반응하는 것, 특히 이들과 화학적으로 결합하는 것도 가능하고, 이러한 방식으로 형성된 화합물은 차후 화학적으로 반응하게 되며, 이러한 후속적인 화학적 반응은 상기 전극 배열을 이용하여 검출될 수 있다.
상기 기능화는 스폿팅(spotting) 공정으로 알려진 것에 의해 통상적으로 수행되는데, 이 경우 각 측정 영역은 서로 다른 기능화 시약의 용액 또는 분산액으로 처리된다. 기능화 시약을 위한 용매 또는 분산제로서 물이 통상적으로 사용되어, 상기 측정 영역들은 대체적으로 적어도 소수성이 아닌 친수성으로 형성된다.
상기 기능화 시약은 상기 측정 영역들 내의 칩 표면과의 화학적 반응 또는 전극들과의 화학적 반응에 의해 칩 표면 상에서 고정화된다.
상기 칩을 이용하여 가능한 분명하면서도 재현가능한 결과를 수득하기 위해서는, 스폿팅 공정 동안에 사용된 다양한 액체들이 서로 섞이지 않되, 각각이 상정된 측정 영역에서 자립적으로 유지되는 것이 필수적이다.
상기 언급한 US 2009/0131278 A1호에서 개별 측정 영역들 사이에 제공된 기계적 장벽들은 통상적으로 액체가 한 측정 영역에서 다른 측정 영역으로 넘어가는 것을 방지할 수 없는데, 그 이유는 상기 개별 측정 영역들이 마이크로미터 범위 내의 작은 규모이고, 물의 높은 표면 장력과 함께 상기 개별 측정 영역들 사이에 장벽의 폭이 상대적으로 작아, 상기 액체들이 서로 섞이기 때문이다.
이러한 단점을 해소하기 위해서, WO 2014/191114 A2호에서는 개별 측정 영역들 사이의 영역에 소수성 코팅, 특히 퍼플루오로알킬실란을 기반으로 한 단층을 제공하는 것을 제안하고 있다. 스폿팅 공정에서의 개선된 결과는 사실상 이러한 방식으로 달성될 수 있지만, 칩 상에서 소수성 단층의 형성은, 특히 상기 칩이 검출을 위해 넓은 영역에 걸쳐 연속적으로 수개의 시약들을 사용하여 습윤처리되어야 하는 경우에 실제 측정에서 문제점을 초래할 수 있다. 특히, 물질, 예를 들어 항원이 기질, 예를 들어 칩 표면에 결합된 항체에 결합된 후, 상기 형성된 화합물이 검출을 위해 다시 반응되어야 하는 반응들은, 상기 기술한 시스템으로는 수행하기가 어렵다. 칩 표면 상의 개별 용기들은 또한 큰 샘플 부피 때문에 여기에서 유리할 수 있다.
US 2003/019704 A1호는 친수성 측정 영역 및 소수성 중간 영역을 제조하기 위한 시스템을 기술하고 있는데, 이 경우에서도 개별 측정 영역들 사이의 영역들은 가능한 적게 융기되는 것으로 되어 있다.
또한, 고친수성 측정 영역들은, 특히 이와 다른 소수성 칩 표면을 사용하면, 스폿팅 공정이 실제로 매우 정확하고 깔끔하게 수행될 수는 있지만, 칩 표면이 수회 습윤처리되는 경우 각 시약 또는 샘플 용액들을 완전히 제거하는 것이 가능하긴 하나 매우 어렵다.
칩을 수개의 시약 또는 샘플 용액, 예를 들어 바이러스의 검출을 위한 서로 다른 수개의 증폭 산물의 용액으로 처리할 수 있는 측정 방법에 대해 연구되는 경우가 많은데, 이러한 측정 방법에서는 서로 다른 측정 영역들 내에 존재하는 특이적 항체들은 각각 특정 항원에 결합한다. 증폭 산물을 함유하는 용액을 사용하여 칩을 습윤처리하는 각 단계들 사이에, 상기 칩을 세척하여 상기 증폭 산물 용액 중의 모든 잔류물들을 상기 칩 표면으로부터 제거한다. 상기 칩 표면 또는 상기 측정 영역들이 증폭 산물 용액으로 습윤처리된 후, 측정 영역들 내에서 특정 화합물 또는 접합체와 반응하는 현상액을 칩 표면에 도포한다. 이 반응은 전극에 의해 검출될 수 있다. 상기 칩 및 특히 측정 영역들이 덮여서 상기 개별 측정 영역들이 밀폐된 용기를 형성하도록 하는 것이 여기서는 유리하다. 결과에 대한 매우 높은 재현가능성은 이러한 방식으로 보장된다.
따라서, 한편으로는 개별 측정 영역들의 깨끗한 스폿팅이 가능하고, 다른 한편으로는 칩이 서로 다른 시약들로 연속하여 수회 습윤처리될 수 있으며, 추가의 시약으로 습윤처리를 수행하기 전에 상기 각 경우에서의 시약들이 잔류물 없이 다시 제거될 수 있도록 유체 특성을 향상시킨 칩이 바람직할 수 있다. 이러한 특성들은 상기 칩 또는 측정 영역들 및 상기 측정 영역들을 한정하고 있는 기계적 장벽 또는 코팅의 소재 뿐만 아니라, 상기 칩과 측정 영역들의 구체적인 치수, 특히 상기 측정 영역들의 깊이와 직경 및 상기 개별 측정 영역들의 간격에 따라 다르다.
따라서, 선행 기술은 개별 측정 영역들의 무결함 스폿팅뿐만 아니라 칩 상에서의 향상되고 재현가능한 측정도 보장하기 위해서 적절한 소재와 함께 상기 측정 영역들의 구체적인 구조에 있어서 부족하다.
따라서, 본 발명은 상기 언급한 선행 기술과 관련된 단점들을 피하거나 적어도 이를 감소시킬 목적에 기초한 것이다.
또한, 본 발명의 추가의 목적은 유체 특성을 향상시킨 칩의 제조 방법 및 이러한 칩을 제공하는 것에 있다. 특히, 본 발명의 목적은 한편으로는 아무런 문제없이 스폿팅 공정을 이용하여 선택적으로 기능화될 수 있고, 다른 한편으로는 서로 다른 측정용 시약들로 상기 측정 영역들을 습윤처리하고 이러한 시약들을 상기 측정 영역들로부터 잔류물없이 다시 제거할 수 있도록 해주는 칩을 제공하는 것에 있다. 또한, 상기 측정 영역은 적절한 양의 시약, 특히 시약 부피 또는 샘플 부피를 수용할 수 있고, 밀폐될 수 있도록 구성되어야 한다.
따라서, 본 발명의 제1 양태에 따른 본 발명은 청구항 1항에 따른 칩 상에 다수의 측정 영역들을 제조하는 방법을 제공하며; 본 발명의 이러한 양태에 대한 추가의 유리한 실시양태들은 이와 관련된 종속 청구항들의 청구대상이다.
본 발명의 제2 양태에 따른 본 발명은 청구항 16항에 따른 전기적으로 어드레스가능한 다수의 측정 영역들을 갖는 칩을 추가로 제공하며; 본 발명의 이러한 양태에 대한 추가의 유리한 실시양태들은 이와 관련된 종속 청구항들의 청구대상이다.
불필요한 반복을 피하기 위해, 본 발명의 한 양태에 대해서만 하기에 기술하는 특성, 특징, 구성 및 실시양태 뿐만 아니라 장점 등은, 이를 명확하게 언급하지 않아도, 본 발명의 다른 양태들에 대해서도 물론 그에 상응하게 적용된다는 점은 말할 필요도 없다.
또한, 값, 수 및 범위에 대한 후속 개시내용에서, 이와 관련하여 언급된 상기 값, 수 및 범위는 본 발명을 한정하는 것으로 이해해서는 안되며; 오히려, 당업계의 숙련자에게 있어서는 그러한 범위 또는 언급들은 각 개별 사안에 따라 유도될 수 있거나 또는 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 사용하는 경우와 관련하여 유도될 수 있다는 점도 두말할 필요가 없다.
또한, 하기에서 언급된 모든 값 또는 파라미터들은 원칙상 정규화되거나 또는 표준화되거나 또는 명백히 언급한 측정 방법들을 사용하거나, 또는 이 기술분야의 당업자에게 익숙한 측정 방법들을 사용하여 확인되거나 또는 측정될 수 있다.
또한, 중량과 관련되거나 양과 관련된 모든 백분율 데이터들은 달리 말하지 않더라도 총 100%가 되도록 당업계의 숙련자에 의해 선택된다는 점도 두말할 필요가 없다. 이러한 점들을 기초로, 본 발명을 하기에 보다 상세히 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 방법으로 수득가능한 본 발명에 따른 칩의 측면도이고;
도 2는 설치된 상태의 본 발명에 따른 칩을 단순화시킨 평면도이며;
도 3은 측정 영역의 가장자리 영역에 대한 확대 사시도이고;
도 4는 칩 표면에 코팅 조성물이 제공된 본 발명에 따른 방법의 일부 단계를 나타낸 것이며;
도 5는 마스크가 경화된 코팅 조성물에 적용되는 본 발명에 따른 방법의 실시양태를 나타낸 것이고;
도 6은 마스크 사이의 코팅 조성물이 제거된 특정 실시양태에 따른 본 발명에 따른 방법 중 일부 단계를 나타낸 것이며;
도 7은 코팅 조성물의 영역이 광마스크를 통해 빛에 노출된 본 발명에 따른 방법의 대안적이고 바람직한 실시양태를 나타낸 것이고;
도 8은 코팅 조성물이 일부 영역에서 경화된 본 발명에 따른 칩의 단면도이다.
따라서, 본 발명의 제1 양태에 따른 본 발명은 칩 상에 다수의 측정 영역들, 특히 공동의 형태의 다수의 측정 영역들을 제조하는 방법을 제공하는데, 상기 방법에서는
(a) 제1 방법 단계에서, 적어도 하나의 유기 폴리머를 기반으로 한 코팅 조성물을 상기 칩의 칩 표면에 도포하고,
(b) 후속 방법 단계에서, 상기 코팅 조성물을 적어도 부분적으로 및/또는 적어도 일부의 영역에서 경화시키며,
(c) 또 다른 후속 방법 단계에서, 상기 코팅 조성물을 적어도 일부의 영역에서 제거하여, 개별 측정 영역들이 한정되고, 적어도 하나의 3차원적 소수성 구조, 특히 소수성 층이 상기 칩 표면 상에 형성된다.
3차원적 소수성 구조 또는 3차원적 소수성 층은 일반적으로 칩 표면 상에 융기된(raised) 구조 또는 층을 형성한다. 상기 소수성 구조 또는 소수성 층에 의해, 한편으로는 상기 개별 측정 영역들이 한정이 되고, 다른 한편으로는 상기 개별 측정 영역들이 상기 소수성 구조 또는 소수성 층에 의해서 서로 분리되며, 특히 서로 완전히 분리된다. 상기 소수성 구조는 바람직하게는 상기 개별 측정 영역들을 완전히 둘러싼다.
이에 따라, 상기 소수성 구조 또는 상기 소수성 층에 의해 공동이 바람직하게는 칩 표면 상에 생성되고, 특히 한편으로는 스폿팅 공정을 위한 기능화 용액을 수용할 수 있고 다른 한편으로는 측정 방법을 위한 샘플과 시약 용액을 수용할 수 있는 개별 측정 용기(vessel)들이 바람직하게는 상기 소수성 구조 또는 상기 소수성 층에 의해 칩 표면 상에 생성된다.
본 발명의 내용상, 본원에서 층이라는 것은, 칩 표면의 주요한 두 신장 방향에 평행하게 신장되고 그 화학적 조성이 주위의 소재와 다르거나, 또는 상기 칩의 주요 신장 방향에 수직인 계면을 갖는 임의의 평탄한 구조, 특히 평면을 의미하는 것으로 이해해야 한다. 본 발명의 내용상, 본원에서 층은 연속적일 필요는 없으며; 오히려 층이 개재되거나 또는 칩 표면 상에 수개의 개별 영역들을 포함하는 것도 가능하다. 따라서, 예를 들어, 상기 소수성 층이 단지 상기 측정 영역들 주위에 개별적인 경계를 짓는 것(demarcated), 특히 고리를 형성하는 것도 가능한데, 이는 본 발명의 바람직한 실시양태는 아니다.
본 발명의 내용상, 소수성 구조 또는 소수성 층은 적어도 60°의 수접촉각을 갖는 구조 또는 층을 의미하는 것으로 이해해야 한다.
본 발명의 내용상, 일부 코팅 조성물의 경화라는 것은 상기 소수성 구조 또는 소수성 층을 형성하는 코팅 조성물 분자의 불완전한 화학적 가교를 의미하는 것으로 이해해야 한다. 일부 코팅 조성물의 경화에서는, 코팅 조성물의 일부의 반응성 화학기들은 유지되고, 예를 들어 차후의 방법 단계에서 완전히 경화될 수 있다.
본 발명의 내용상, 일부 영역에서의 코팅 조성물의 경화는, 칩 표면에 도포된 코팅 조성물의 개별 영역들, 특히 국소적으로 구별된 영역들이 경화되는 것, 특히 적어도 부분적으로 경화되는 한편, 다른 영역들은 경화되지 않음을 의미하는 것으로 이해된다. 일부 영역에서의 경화는, 특히 포토리소그래피 공정들이 사용되는 경우 소수의 작업 단계들만으로도 매우 정확하고 덜 복잡한 소수성 구조의 제조를 가능하게 한다.
본 발명의 내용상, 폴리머는 중합 또는 축합에 의해 형성되며 단량체 단위로부터 수득가능한 적어도 이량체인 임의의 화합물을 의미하는 것으로 이해해야 한다. 본 발명의 내용상, 폴리머라는 용어는 특히 명백하게 올리고머, 즉 통상 저분자량인 축합 또는 중합 생성물도 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명에 따른 방법은 칩 표면 상에 측정 영역들, 특히 공동의 형태인 측정 용기들의 특히 단순한 제조를 가능하게 한다.
특히, 코팅 조성물이 포토레지스트인 포토리소그래피 공정을 사용함으로써, 소수성 층을 이용한 칩 표면의 정밀한 구조화가 소수의 작업 단계들로 달성될 수 있는데, 이 경우 층의 기하학적 구조, 즉, 특히 층 두께, 개별 측정 영역들의 간격 및 상기 특정 측정 영역들의 직경에 대한 특이적인 구성에 의해, 한편으로는 상기 개별 측정 영역들에 대한 깨끗한 스폿팅, 즉 무결함 기능화가 보장되고, 다른 한편으로는 상기 측정 영역들이 샘플 또는 시약 용액으로 반복적으로 습윤처리된 후 다시 세척될 수 있으며, 특히 예를 들어 상기 개별 측정 영역들 내에 잔류하고 있는 세척액 또는 바람직하지 않은 시약 용액의 형태의 인공물 없이 다시 세척될 수 있다.
칩 표면 상에 공동, 특히 측정 용기를 제조함으로 인해, 수용액을 사용하여 통상적으로 수행되는 스폿팅 공정을 수행하기 위해 상기 측정 영역들이 현저한 친수성 특성을 가질 필요도 없다. 상기 소수성 구조에 의해 형성된 측정 용기의 격벽이 특히 소수성이기 때문에, 상기 스폿팅 용액이 특정 측정 영역 내에 잔류하여, 상기 측정 영역들의 영역 내의 칩 표면 또는 전극들이 기능화될 수 있다.
본 발명의 내용상, 코팅 조성물을 칩 표면에 도포하는 동안 마스크의 사용은 일반적으로 생략될 수 있다. 코팅 조성물을 도포하는 동안 마스크의 사용은, 코팅이 수행된 후 마스크가 다시 제거되어야 한다는 결정적인 단점을 가진다. 이러한 단점은 비경화된 코팅 조성물의 경우에는 선명한 윤곽을 상실한 측정 영역들을 만들거나, 또는 코팅 조성물이 적어도 부분적으로 경화된 경우에는 일부 코팅 조성물이 마스크에 부착된 상태로 남아 있게 하여, 이러한 방식으로 마스크를 제거하는 경우에는 상기 측정 영역들이 손상을 입게 된다.
더욱이, 마스크의 사용은 코팅 조성물 또는 코팅의 표면 특성이 코팅 조성물에 대한 마스크의 계면에서 변화한다는 관점에서 볼 때 문제점을 제공하기도 하는데, 즉 결과적으로 생성되는 코팅은 계면 영역에서는 두꺼운 층 두께를 가지거나 또는 더 원위의 영역들에서는 더 얇은 층 두께를 가질 것이어서, 이는 결과적으로 칩의 전체적인 성능을 불리하게 악화시킬 수 있게 된다.
본 발명의 내용상, 상기 칩 표면은 이산화규소 또는 질화규소, 특히 질화규소의 층에 의해 통상적으로 형성된다. 이산화규소의 표면은 실라놀기에 의한 사전 활성화 후에 칩 표면의 기능화를 가능하게 하는 한편, 질화규소는 높은 패시베이션화(passivation)를 특징으로 하고, 특히 금 전극을 사용하는 것을 가능하게 한다. 더욱이, 질화규소는 이산화규소보다 친수성이 훨씬 덜하기 때문에, 수개의 샘플 또는 시약 용액으로 처리되는 칩 시스템에 특히 적절하다. 금은 용이하게 측정될 수 있는 뛰어난 전기 전도성 및 전위를 가져, 예를 들어 안정한 황 브릿지를 통해 화학적 및 생물학적 화합물의 결합을 가능하게 하지만, 규소를 쉽게 도핑한다는 단점을 가진다. 이에 대한 결과로서, 측정 영역 이외에 해당 측정에 대한 평가를 위한 미세구조화된 전자 유닛을 종종 포함하는 칩의 반도체 특성은 불리하게 영향을 받을 수 있다.
본 발명의 내용상, 상기 칩은 통상적으로 전극쌍을 가진다. 특히, 상기 측정 영역들은 전기적으로 어드레스가능하다. 바람직하게는, 상기 측정 영역들은 전기적으로 어드레스가능하여 전기적으로 접촉가능한 전극들이 상기 측정 영역들 내에 제공된다.
상기 방법 단계 (c)에서 코팅 조성물의 제거와 관련하여, 이는 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 일반적으로, 코팅 조성물은 방법 단계 (c)에서 국소적으로 선택하는 방식으로 제거된다. 본 발명의 내용상, 코팅 조성물은 이에 따라 국소적으로 경계를 정하는 방식으로 제거된다.
특히, 본 발명의 내용상, 상기 측정 영역들은 노출되는데, 즉 코팅 조성물은 정밀하게 측정될 수 있는 치수를 갖는 상기 측정 영역들, 특히 측정 용기들이 한정되도록 전극의 영역 내에서 제거된다.
특히 바람직하게는, 본 발명의 내용상, 본원에서 코팅 조성물은, 측정 영역들만이 한정 또는 생성되고 칩 표면의 나머지 부분은 소수성 구조, 특히 소수성 코팅으로 덮힌 상태로 남아 있도록 방법 단계 (c)에서 국소적으로 선택하는 방식으로 제거된다. 이러한 방식으로, 통상적으로 수성 방식으로 형성되는 과량의 시약 용액이 칩 표면에 부착되는 것을 피할 수 있고, 복합적인 측정 방법의 경우에는 칩 표면 상에 다양한 샘플 및 시약 용액을 완전하게 대체하는 것도 가능하다.
방법 단계 (c)에서의 코팅 조성물은 부분적으로 또는 일부 영역에서 또는 완전히 경화될 수 있는데, 즉 코팅 조성물은 방법 단계 (c)에서 이미 그 최종 화학적 구조를 가질 수 있다.
선행 기술에서 공지된 모든 수단들이 코팅 조성물을 제거하는데 적합한데, 특히 플라즈마, 건식 에칭을 사용한 처리에 의하거나, 또는 용매 또는 산화성 화학물질을 이용하는 습식 화학적 경로에 의해 코팅을 제거할 수 있다.
본 발명의 내용상, 코팅 조성물이 층의 형태, 즉 가능한 균일한 층 두께를 갖는 층의 형태로 칩 표면에 도포되는 것이 바람직하다.
칩 표면에 도포되는 코팅 조성물의 층 두께와 관련하여, 이는 광범위하게 다양할 수 있다. 그러나, 코팅 조성물이 1 내지 20 ㎛, 특히 2 내지 15 ㎛, 바람직하게는 3 내지 10 ㎛, 보다 바람직하게는 4 내지 7 ㎛ 범위의 층 두께로 칩 표면에 도포되는 경우가 적절한 것으로 확인되었다. 상기 언급한 층 두께를 이용한 코팅 조성물의 도포로, 임의의 용매 또는 분산제의 제거 후 또는 경화 작업 후에, 한편으로는 스폿팅 공정에 매우 적절하여 밀폐된 측정 시스템에서 측정하기에 충분히 큰 부피를 제공하고, 다른 한편으로는 다양한 샘플, 세척액 및 시약 용액의 신속하고 완전한 대체를 가능하게 하는 층 두께를 갖는 소수성 구조 또는 소수성 층을 생성할 수 있다.
가능한 간단한 칩 표면의 프로세싱을 확립하기 위해서, 코팅 조성물은 바람직하게는 칩 표면, 특히 적어도 실질적으로 칩 표면 전체에 걸쳐 도포된다. 이로써, 코팅 조성물의 도포시, 마찬가지로 결과적으로 생성되는 코팅에 대한 매우 복잡한 재프로세싱도 필요로 하는 불리하고도 복잡한 마스크 시스템을 사용하지 않아도 된다. 특히, 마스크 시스템의 사용은 상기 측정 영역들을 한정하는 방식으로 경계를 정하는 과정 및 상기 코팅 조성물과 마스크 소재 사이의 계면에서 코팅의 특성을 정확히 제어하는데 있어서 문제점을 초래하게 된다.
코팅 조성물의 도포와 관련하여, 이 역시 마찬가지로 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 그러나, 코팅 조성물이 용탕 주입(pouring), 나이프 코팅(knife-coating), 롤링, 스핀 코팅에 의해, 특히 스핀 코팅에 의해 상기 칩 표면에 도포되는 경우가 적절한 것으로 확인되었다. 특히, 스핀 코팅 공정의 사용은 코팅 조성물의 점도 또는 유동 특성 및 회전 속도를 통해 매우 간단한 방식으로 층 두께를 확립시킬 수 있게 해준다.
본 발명의 내용상, 코팅 조성물은 통상적으로 열 경화되고/되거나 방사선에 의해 경화된다. 본 발명의 내용상, 코팅 조성물이 통상적으로 열과 방사선에 의해 경화되는 경우에 특히 양호한 결과가 수득된다. 본 발명의 작업 또는 방법 단계에서 열 경화 또는 방사선에 의한 경화는 교대로 번갈아서 수행될 수 있다. 따라서, 예를 들어 포토리소그래피 공정에 의해, 코팅의 일부가 먼저 방사선에 의해 경화되고, 비경화된 코팅 부분을 제거한 후 코팅 조성물을 완전히 열 경화시키는 것도 가능하다.
본 발명의 내용상, 본원에서 열 경화라는 것은 온도를 증가시킴으로써 코팅 조성물이 가교 결합되는 것을 의미하는 것으로 이해해야 한다. 본 발명의 내용상, 방사선에 의한 경화는, 다른 한편으로, 광화학적 가교 반응을 의미하는 것으로 이해해야 한다. 광화학적 반응은 전자기 방사선의 작용 하에 일어나며, 이 경우 본 발명의 내용상 UV 방사선이 바람직하게 사용된다.
본 발명의 내용상, 코팅 조성물은 통상적으로 액체이다. 이러한 방식으로, 균일한 층 두께로 코팅 조성물의 매우 균일한 도포를 달성할 수 있다.
특히, 코팅 조성물이 20℃에서 20 내지 5,000 mPas, 특히 30 내지 2,000 mPas, 바람직하게는 50 내지 1,000 mPas, 보다 바람직하게는 100 내지 500 mPas, 특히 바람직하게는 150 내지 400 mPas 범위의 브룩필드 점도를 갖는 경우에 매우 양호한 결과가 수득된다. 상기 언급한 점도를 갖는 코팅 조성물은 아무런 문제점 없이 박층으로 도포되어 균일한 층을 형성할 수 있다.
본 발명에 따라 사용되는 코팅 조성물의 조성과 관련하여, 적절한 모든 조성들이 본원에서 사용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따라 사용되는 코팅 조성물은 완전 고체 조성물, 즉 100 중량% 또는 거의 100 중량%의 고체 함량을 가지며 휘발성 유기 용매 없이 또는 극소량의 휘발성 유기 용매를 사용하는 조성물의 형태로 사용될 수 있다.
더욱이, 상기 코팅 조성물은 용액 또는 분산액을 기초로 형성되는 것도 가능하다. 본 발명의 내용상, 상기 코팅 조성물이 적어도 하나의 유기 폴리머의 용액 또는 분산액인 경우에 매우 양호한 결과가 수득된다. 그 이유는 특히 본 발명에 따라 바람직하게 사용되는 폴리머가 용액 또는 분산액 중에서 용이하게 취급될 수 있기 때문이다. 본 발명의 내용상, 상기 코팅 조성물은 완전 고체 조성물 및 적어도 하나의 폴리머의 용액 또는 분산액 양자 모두인 것이 특히 바람직하다.
상기 코팅 조성물은 통상적으로 적어도 하나의 용매 또는 분산제를 포함한다. 특히 본원에서 상기 용매 또는 분산제는 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 에테르, 알콜, 알데하이드, 케톤과 니트릴 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있으며, 특히 방향족 탄화수소이다.
본 발명의 내용상, 상기 용매 또는 분산제가 벤젠, 톨루엔, 트리메틸벤젠, 자일렌과 2-메톡시에탄올 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 경우에 특히 양호한 결과가 수득된다. 바람직하게는, 1,3,5-트리메틸벤젠이 용매 또는 분산제로 사용된다. 1,3,5-트리메틸벤젠은 사용 조건 하, 즉 특히 열 또는 광화학적으로 들뜬 상태에 대해서는 대개 불활성이어서, 온도를 증가시키거나 또는 증발에 단순하게 제거될 수 있다.
본 발명의 특정 실시양태에 따르면, 상기 용매 또는 분산제는 코팅 조성물의 추가의 성분들과 반응하고, 특히 이들과 완전히 반응한다. 이후, 상기 용매 또는 분산제는 소수성 구조의 일부가 된다. 이는 유기 용매에 대한 복잡한 회수 과정을 피할 수 있다는 것을 의미하는데, 이는 한편으로는 환경적 측면의 관점에서 그리고 공정 절차의 단순화라는 관점에서도 유리하다.
본 발명에 따라 사용되는 코팅 조성물 내의 용매 또는 분산제의 양과 관련하여, 이는 광범위한 범위에 걸쳐 다양할 수 있다. 그러나, 상기 코팅 조성물이 해당 코팅 조성물을 기준으로 10 내지 90 중량%, 특히 15 내지 80 중량%, 바람직하게는 20 내지 70 중량%, 보다 바람직하게는 30 내지 60 중량%의 양으로 상기 용매 또는 분산제를 포함하는 경우가 적절한 것으로 확인되었다. 일반적으로 상기 언급한 중량의 용매 또는 분산제 함량을 갖는 용액 또는 분산액은 본 발명에 따른 방법을 수행하기에 유리한 점도를 가진다.
본 발명에 따라 사용되는 코팅 조성물에 사용될 폴리머의 선택은 물론 칩의 의도된 사용 계획에 따라 좌우된다. 그러나, 상기 폴리머는 통상적으로 아크릴산, 메타크릴산, 아크릴산과 C1- 내지 C6-알콜의 에스테르, 메타크릴산과 C1- 내지 C6-알콜의 에스테르, 스티렌, 사이클로부타렌 및 이들의 혼합물의 중합 또는 중축합에 의해 수득가능하다. 본 발명의 내용상, 상기 폴리머가 사이클로부타렌의 중합에 의해 수득가능한 경우에 특히 양호한 결과가 수득된다. 덧붙여서, 상기 폴리머가 하기 기의 단량체로부터 수득가능한 경우에 특히 양호한 결과가 수득된다:
Figure pct00001
Figure pct00002
본 발명의 내용상, 상기 폴리머가 디비닐테트라메틸디실록산-비스(벤조사이클로부탄)으로부터 수득가능한 경우에 특히 양호한 결과가 수득된다. 이러한 폴리머들은 흔히 BCB 폴리머로도 불리며, 이들은 예를 들어, 더 다우 케미칼 컴퍼니(The Dow Chemical Company)에서 Cylotene®이라는 상표명으로 시판된다.
본 발명에 따라 사용되는 코팅 조성물의 가공 특성, 특히 점도는 사용되는 폴리머의 분자량에 따라 크게 좌우된다. 본 발명의 내용상, 상기 폴리머의 중량 평균 분자량 Mw가 800 내지 15,000 g/mol, 특히 900 내지 10,000 g/mol, 바람직하게는 1,000 내지 7,000 g/mol, 보다 바람직하게는 1,000 내지 5,000 g/mol 범위인 경우가 적절한 것으로 확인되었다.
이와 마찬가지로, 상기 폴리머의 수평균 분자량 Mn은 1,000 내지 100,000 g/mol, 특히 5,000 내지 90,000 g/mol, 바람직하게는 10,000 내지 85,000 g/mol, 보다 바람직하게는 20,000 내지 80,000 g/mol 범위일 수 있다.
본 발명의 내용상, 분자량은 바람직하게는 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 측정된다.
따라서, 본 발명의 내용상 바람직하게 사용되는 폴리머는 높은 다분산도(Mw/Mn)를 가지는데, 이는 본 발명에 따라 사용되는 폴리머가 광범위하게 폭넓은 다양한 분자량을 가진다는 의미이다. 높은 다분산도로 인해서, 저점도의 코팅 조성물이 확립될 수 있는데, 이는 코팅 조성물이 신속하게 경화될 수 있다는 것을 의미한다.
코팅 조성물 내의 폴리머의 양도 마찬가지로 광범위한 범위에 걸쳐 달라질 수 있다. 그러나, 한편으로는 코팅 조성물의 점도를 적절한 범위로 설정할 수 있고, 다른 한편으로는 적절한 층 두께를 갖는 코팅을 달성할 수 있기 위해서는, 상기 코팅 조성물이 해당 코팅 조성물을 기준으로 5 내지 80 중량%, 특히 10 내지 75 중량%, 바람직하게는 15 내지 70 중량%, 보다 바람직하게는 25 내지 55 중량%의 양으로 폴리머를 포함하는 경우가 적절한 것으로 확인되었다.
이미 위에서 기술한 바와 같이, 본 발명에 따른 방법, 특히 칩 표면 상에서의 소수성 구조 또는 소수성 층의 제조는 포토리소그래피 공정에 의해 수행하는 것도 가능하다. 본 발명의 내용상, 본 발명에 따른 방법을 포토리소그래피 공정의 형태로 수행하는 것이 보다 바람직한데, 그 이유는 이러한 방식을 사용하면 한편으로는 일부 영역에서 코팅 조성물을 제거함에 있어서 높은 정밀도가 달성될 수 있고, 다른 한편으로는 원하는 결과를 달성하는데 소수의 작업 단계만이 필요하기 때문이다.
본 발명에 따른 방법이 포토리소그래피 공정으로 수행되는 경우, 본 발명에 따라 사용되는 코팅 조성물은 바람직하게는 포토레지스트이다. 포토리소그래피 공정 기법이 사용되거나, 또는 방사선에 의해 경화될 수 있는 코팅 조성물의 경우에는, 코팅 조성물이 적어도 하나의 광개시제를 포함하는 경우가 적절한 것으로 확인되었다.
코팅 조성물이 광개시제를 포함하는 경우에, 코팅 조성물은 통상적으로 해당 코팅 조성물을 기준으로 0.01 내지 10 중량%, 특히 0.1 내지 8 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 7 중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 5 중량%의 양으로 광개시제를 포함한다. 상기 언급한 광개시제의 양은 본 발명에 따라 사용되는 코팅 조성물이 방사선에 의해 매우 신속하고 균일하게 경화될 수 있도록 해준다.
상기 광개시제의 화학적 성질과 관련해서, 마찬가지로 모든 적절한 화합물이 본원에서 사용될 수 있다. 그러나, 본 발명의 내용상, 상기 광개시제가 아지드, 아크릴레이트, 아세틸렌, 비스말레이미드, 이소시아네이트, 공액(conjugated) 방향족 케톤과 벤조페논 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 경우가 적절한 것으로 확인되었다. 상기 광개시제가 아지드로부터 선택되는 경우에 특히 양호한 결과가 수득된다.
덧붙여서, 상기 광개시제는 2,6-비스[3-(4-아지도페닐)-2-프로페닐리덴]사이클로헥사논, 2,6-비스[3-(4-아지도-페닐)-2-프로페닐리덴]-4-메틸사이클로헥사논, 2,6-비스(4-아지도벤잘)-4-메틸사이클로헥사논, p-아지도페닐 설폰, m-아지도페닐 설폰, 4,4'-디아지도스틸벤, 4,4'-디아지도벤잘아세토페논, 2,3-디아지도-1,4-나프토퀴논, 4,4'-디아지도디페닐메탄 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 경우가 적절한 것으로 확인되었다.
본 발명의 바람직한 실시양태에 따르면, 상기 광개시제는 2,6-비스[3-(4-아지도페닐)-2-프로페닐리덴]사이클로헥사논이다.
본 발명의 내용상, 코팅 조성물은 또한 추가의 첨가 물질, 특히 적어도 하나의 첨가제를 포함할 수 있다. 코팅 조성물이 첨가제를 포함하는 경우, 상기 첨가제는 일반적으로 산화방지제, 광감작제, 유동성 조절제, 안정화제, 보존제 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 바람직하게는, 상기 코팅 조성물은 적어도 산화방지제 및 - 코팅 조성물이 방사선에 의해 경화될 수 있는 경우에는 - 광개시제 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
본 발명의 내용상, 페놀, 설파이드, 포스파이트 및 아민 화합물을 기반으로 한 산화방지제가 사용되는 경우가 적절하며, 입체 장애 아민이 특히 가장 좋은 결과를 나타내는 것으로 확인되었다. 특히, 지방족 및 방향족기를 갖는 입체 장애 아민을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 내용상, 상기 산화방지제가 중합된 1,2-디하이드로-2,2,4-트리메틸퀴놀린인 경우에 특히 양호한 결과가 수득된다.
또한, 본 발명의 내용상, 3,3'-카보닐-비스(7-메톡시쿠마린) 또는 3,3'-카보닐-비스(7-디에틸아미노쿠마린) 또는 이들의 혼합물이 광감작제로 사용되는 경우가 적절한 것으로 확인되었다.
본 발명에 따라 사용되는 코팅 조성물이 첨가제를 포함하는 경우, 상기 코팅 조성물은 통상적으로 해당 코팅 조성물을 기준으로 0.01 내지 10 중량%, 특히 0.1 내지 9 중량%, 바람직하게는 0.2 내지 8 중량%, 보다 바람직하게는 0.5 내지 7 중량%의 양으로 첨가제를 포함한다.
본 발명의 내용상, 방법 단계 (a)에서 코팅 조성물의 도포 후 및 방법 단계 (b)에서 코팅 조성물의 경화 전에 상기 코팅 조성물에 열처리를 가하는 것도 가능하다. 코팅 조성물의 열처리는 휘발성 용매를 용이하게 제거하고, 칩 표면에 도포된 층을 균일하게 하는 기능을 하며, 특히 개개의 폴리머 분자들 사이에 응력은 붕괴되는 것으로 알려져 있다. 특히 용매의 제거에 의해, 코팅 조성물의 점도 및 이에 따른 그 구조적 안정성도 더욱 증가된다.
코팅 조성물의 열처리가 수행되는 경우, 상기 코팅 조성물은 통상적으로 열처리를 수행하는 동안 40 내지 150℃, 특히 50 내지 140℃, 바람직하게는 60 내지 130℃, 보다 바람직하게는 80 내지 120℃ 범위의 온도로 가열된다. 온도는 바람직하게는 코팅 조성물의 열 경화 공정이 수행되지 않도록 선택된다.
경화 작업 전에 코팅 조성물의 열처리 지속시간과 관련하여, 이는 특정 요건에 따라 광범위한 범위에 걸쳐 다양할 수 있다. 그러나, 상기 코팅 조성물에 20초 내지 10분, 특히 30초 내지 5분, 바람직하게는 50초 내지 3분, 보다 바람직하게는 60초 내지 120초의 시간 동안 열처리를 가하는 경우에 매우 양호한 결과가 수득되는 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 특정 실시양태에 따르면, 코팅 조성물은 방법 단계 (b)에서 열 경화되며, 특히 표면 전체에 걸쳐 열 경화된다.
덧붙여서, 특히 코팅 조성물이 또한 완전하게 경화는 경우, 즉 부분적으로만 경화되지 않는 경우가 적절한 것으로 확인되었다. 열 경화를 국소적으로 선택하는 방식으로 수행하는 것은 매우 어려울 수 있기 때문에, 이러한 특정 실시양태에 따른 본 발명의 방법은 전체 층이 열 경화되도록, 특히 또한 완전히 열 경화되도록 수행된다. 코팅 조성물이 방법 단계 (b)에서 열 경화되는 경우, 상기 코팅 조성물은 100 내지 350℃, 특히 150 내지 320℃, 바람직하게는 180 내지 300℃, 보다 바람직하게는 200 내지 280℃ 범위의 온도에서 경화되는 경우가 적절한 것으로 확인되었다.
상기 코팅 조성물이 열 경화되는 시간과 관련하여, 이는 광범위한 범위 내에서 달라질 수 있다. 코팅 조성물이 경화되는 시간이 길어질수록, 반응하는 반응성기의 비율도 높아진다. 상기 코팅 조성물이 10분 내지 20시간, 특히 20분 내지 5시간, 바람직하게는 30분 내지 120분, 보다 바람직하게는 40분 내지 90분의 시간으로 경화되는 경우에 양호한 결과가 수득될 수 있는 것으로 밝혀졌다.
상기 코팅 조성물이 특히 방법 단계 (b)에서 열 경화되는 경우, 코팅 조성물을 실제 경화 공정 전에 가열 프로그램, 특히 다단계 가열 프로그램을 거치게 하는 경우에 매우 양호한 결과가 수득된다. 상기 가열 프로그램에 의해, 특히 코팅 조성물의 경화 온도로의 다단계 가열에 의해, 상기 코팅 조성물을 확실히 균일하게 가열시켜서 균일하게 경화시킬 수 있다. 더욱이, 상기 코팅 조성물은 또한 균일하게 확장될 수도 있고, 그 결과 생성되는 코팅의 균일도도 증가된다. 예로서 가열 프로그램은 하기와 같이 구성될 수 있다: 15분 동안 100℃로 가열하는 단계, 추가로 15분 동안 온도를 100℃로 유지하는 단계, 15분 동안 150℃로 가열하는 단계, 15분 동안 온도를 150℃로 유지하는 단계 및 상기 온도를 60분 동안에 걸쳐 경화 온도로 상승시키는 단계.
코팅 조성물이 방법 단계 (b)에서 열 경화되는 경우, 상기 경화된 코팅 조성물은 방법 단계 (c)에서 적어도 일부의 영역에서 제거된다. 플라즈마 공정, 예컨대 특히 산소와, 예컨대 사불화탄소, 헥사플루오로에탄, 퍼플루오로이소부텐, 육불화황 및 삼불화질소와 같은 불소 함유 기체와의 혼합물이 사용되는 건식 에칭이 본원에서 특히 적절하다. 4:1의 부피비의 산소와 사불화탄소의 혼합물 또는 5:1의 부피비의 산소와 육불화황의 혼합물이 사용되는 경우에 특히 양호한 결과가 수득된다. 에칭 기법의 도움으로, 상기 측정 영역들이 노출되고, 수득될 영역들을 덮고 있는 마스크는 칩 표면 상에 유지될 코팅 영역을 보호하는데 사용된다.
이러한 방식으로, 본 발명의 내용상, 고성능 소수성 코팅 시스템도 마찬가지로 규소 기반 칩 상에 수득될 수 있지만, 경화된 코팅 조성물의 제거는 예를 들어, 포토리소그래피 공정의 경우로 수행되는 비경화된 코팅 조성물의 제거보다도 훨씬 더 복잡하다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시양태에 따르면, 코팅 조성물은 방법 단계 (b)에서 방사선에 의해 경화되며, 특히 일부 영역에서 경화된다. 본 발명의 내용상, 상기 코팅 조성물은 포토레지스트로 존재하는 것이 바람직하다. 이 경우, 포토리소그래피 공정에 의해 칩 표면 상에 소수성 구조 또는 소수성 코팅을 만드는 것도 가능하다. 방법 단계 (b)에서 코팅 조성물의 경화, 특히 일부 영역에서의 경화는 본원에서 통상적으로 UV 방사선에 의해 수행된다.
방법 단계 (b)에서 코팅 조성물이 방사선에 의해 경화되는 경우, 상기 코팅 조성물이 마스크를 사용하여 경화되는 경우가 적절한 것으로 확인되었다. 특히, 광마스크는 코팅된 칩 표면에 덮여지고, 코팅 조성물은 조사되며, 마스크에 의해 덮여있는 코팅 조성물의 영역들은 방사선에 노출되지 않는다.
광마스크의 사용은 특히 코팅의 방사선에 의한 국소적으로 선택하는 경화를 가능하게 한다. 방사선 경화의 경우, 방사선에 노출된 코팅 조성물의 영역이 경화하는 경우 - 음성 포토레지스트 - 또는 코팅 조성물이 예를 들어 대기 중의 수분의 작용에 의해 전부 경화하고, 조사된 영역이 예를 들어 폴리머 내의 결합의 파괴에 의해 경화하지 않는 경우 - 양성 포토레지스트일 수 있다. 본 발명의 내용상, 상기 코팅 조성물은 음성 포토레지스트인 것이 바람직한데, 즉 방사선 경화에 노출되어 있는 코팅 조성물의 영역들이 경화하는 것이 바람직하다.
또한, 마찬가지로 상기 코팅 조성물이 방사선에 의해 부분적으로 경화되는 것도 가능하다. 이 경우, 예를 들어 비경화된 영역을 제거한 후, 최종적인 열 경화가 종종 수행된다. 이 추가적인 작업 단계는 해당 층이 열 경화에 의해 다시 균질화되는 장점을 가지는데, 그 이유는 방사선 경화 동안에 즉각적인 실제 상태가 말하자면 "동결된" 상태로 보존되기 때문이다.
본 발명에 따른 방법이 포토리소그래피 공정으로 수행되는 경우, 코팅 조성물의 비경화된 영역은 통상적으로 제거된다.
덧붙여서, 상기 코팅 조성물이 화학적으로, 특히 적어도 하나의 용매를 사용한 처리에 의해 제거되는 것이 적절하다고 확인되었다. 용매에 의한 비경화된 영역의 제거는 매우 용이하고 수행하기에 크게 복잡하지도 않아서, 이러한 방법에 의하면 시간과 비용이 절약될 수 있고, 남아 있는 코팅의 선명한 윤곽에 있어서도 매우 양호한 결과가 동시에 달성된다. 용매를 사용한 비경화된 영역의 제거는 포토리소그래피 공정에서 현상(developing)으로도 불리운다.
코팅 조성물의 비경화된 영역을 제거하기 위한 용매를 선택하는 것과 관련하여, 상기 용매가 자일렌, 1,3,5-트리메틸벤젠, 벤젠, 톨루엔, 2-메톡시디메틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 디메틸 에테르, N-메틸피롤리돈, 부티르산 n-부틸 에스테르 및 락트산 에틸 에스테르, 및 이들의 혼합물의 군으로부터 선택되는 경우에 매우 양호한 결과가 수득된다. 바람직하게는, 상기 용매는 부티르산 n-부틸 에스테르이다.
본 발명의 이러한 실시양태에 따르면, 코팅 조성물은 후속 방법 단계 (d)에서 열 경화될 수도 있다. 특히, 적어도 부분적으로 경화되어 일부 영역에서 코팅 조성물의 제거 후에 칩 표면 상에 남아 있는 코팅 조성물이 열 경화된다. 이는 특히 - 이미 위에서 언급한 바와 같이 - 코팅 조성물이 다시 균질화되고 상기 코팅 조성물 내의 응력들이 붕괴되는 장점을 가진다. 예를 들어, 방사선 경화 동안 층 내에 포함되어 있어 폴리머와 반응하지 않은 쉽게 휘발하는 용매의 잔류물도 열 경화 도중에 다시 빠져나올 수 있다. 또한, 최종 목적을 위해 필요한 경우와 같이, 방사선 경화에 의해 화학 물질 및 UV 방사선에 대한 코팅의 저항성을 수득하는 것이 가능하지 않을 때도 많다.
이 실시양태에 따른 코팅 조성물이 열 경화되는 경우, 코팅 조성물은 통상적으로 100 내지 350℃, 특히 150 내지 320℃, 바람직하게는 180 내지 300℃, 보다 바람직하게는 200 내지 280℃ 범위의 온도에서 경화된다.
상기 코팅 조성물이 방사선에 의해서 뿐만 아니라 차후 열로도 경화되는 경우, 상기 코팅 조성물은 통상적으로 10분 내지 20시간, 특히 20분 내지 5시간, 바람직하게는 30분 내지 120분, 보다 바람직하게는 40분 내지 90분의 시간으로 열 경화된다. 이 열 경화 작업에 의해, 상기 코팅 조성물로부터 형성된 칩 표면 상의 소수성 구조 또는 소수성 층은 그 최종 특성을 획득하게 된다.
이 실시양태에 따르면, 또한 열 경화의 내용상, 코팅 조성물이 다단계 가열 프로그램을 거치는 것이 바람직하다. 상기 코팅 또는 코팅 조성물이 이미 방사선에 의해 사전에 경화되었기 때문에, 상기 가열은 순수한 열 경화의 경우에서보다 더 신속하게 수행될 수 있다. 따라서, 예를 들어 코팅 조성물을 15분 동안 150℃로 가열하고, 온도를 15분 동안 150℃로 유지한 후, 경화 온도로의 가열을 수행하는 것이 가능하다.
본 발명의 이러한 특정 실시양태 및 바람직한 실시양태에 따르면, 마찬가지로 방법 단계 (b)에서 코팅 조성물의 경화 후 및 방법 단계 (c)에서 일부 영역에서의 코팅 조성물의 제거 전에 상기 코팅에 열처리를 가하는 것도 가능하다. 이 열처리 단계에서, 개선된 소수성 구조 또는 소수성 층을 수득하기 위해서 휘발성 용매 잔류물은 균질화된 코팅 조성물 및 층으로부터 다시 제거될 것이다. 그러나, 이와 관련하여, 이 열처리에서 상기 코팅 조성물은 열 경화되지 않는다는 것도 중요하다. 상기 열처리는 방법 단계 (a)와 (b) 사이에 임의로 수행된 열처리에 더하여 선택적으로 수행된다.
코팅 조성물에 열처리를 가하는 경우, 특히 추가의 열처리를 가하는 경우, 코팅 조성물은 통상적으로 30 내지 100℃, 특히 40 내지 80℃, 바람직하게는 50 내지 70℃ 범위의 온도로 가열된다. 본원에서 가열 지속 시간은 일반적으로 0.5분 내지 20분, 특히 1분 내지 10분, 바람직하게는 3분 내지 6분이다.
본 발명의 내용상, 코팅된 칩 표면, 즉 소수성 구조 또는 소수성 층이 제공된 칩 표면은 또한 최종 방법 단계 (e)에서 세척될 수 있다.
바람직하게는, 방법 단계 (e)에서의 세척은 에칭 공정에 의해, 특히 건식 에칭에 의해 수행된다. 상기 언급한 공정 조건과 시약들은 특히 건식 에칭, 특히 산소와 사불화탄소 및 산소와 육불화황의 조합이 바람직한 경우에 특히 적절하다.
본 발명의 내용상, 상기 칩 표면은 또한 코팅 조성물을 도포하기 전에 통상 세척된다. 상기 세척은 통상적으로, 예를 들어, 피라나(piranha) 용액, 즉 황산과 과산화수소의 혼합물, 또는 수성 암모니아와 과산화수소의 혼합물과 같은 산화성 세척 용액을 사용한 처리 및/또는 유기 용매를 이용한 처리에 의해 화학적으로 수행될 수 있다.
칩 표면에 소수성 구조 또는 소수성 층의 부착을 향상시키기 위해, 본 발명의 내용상 코팅 조성물을 도포하기 전에 상기 칩 표면에 부착 촉진제를 도포할 수 있다.
부착 촉진제가 사용되는 경우, 상기 부착 촉진제는 칩 표면에 가능한 균일하고 얇은 층으로 도포된다.
본 발명의 내용상, 상기 부착 촉진제가 적어도 실란이고/이거나 실란을 포함하는 경우가 적절한 것으로 확인되었다. 덧붙여서, 상기 실란은 트리알콕시비닐실란, 트리알콕시비닐실릴벤조사이클로부탄 및 트리알콕시아미노실란, 및 이들의 혼합물의 군으로부터 선택되는 경우가 적절한 것으로 확인되었다. 상기 실란은 3-아미노프로필트리에톡시실란, 트리메톡시비닐실란, 트리에톡시비닐실란, 트리메톡시비닐벤조사이클로부탄, 트리에톡시비닐벤조사이클로부탄 및 이들의 혼합물의 군으로부터 선택되는 경우에 특히 양호한 결과가 수득된다. 상기 실란은 3-아미노프로필트리에톡시실란인 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 특히 바람직한 실시양태에 따르면, 본 발명에 따른 방법은 특히 상기 기술된 바와 같이 칩 상에 다수의 측정 영역들, 특히 공동의 형태의 다수의 측정 영역들을 제조하는 방법으로서, 이 경우 연속적인 방법 단계에서,
(i) 상기 칩 표면이 적절히 세척되고,
(ii) 부착 촉진제가 상기 칩 표면에 도포된 후,
(iii) 적어도 하나의 유기 폴리머를 기반으로 한 코팅 조성물이 상기 칩 표면에 도포되며,
(iv) 이후, 상기 코팅 조성물이 적절히 제1 열처리를 거치게 되고,
(v) 상기 코팅 조성물이 적어도 부분적으로 및/또는 적어도 일부의 영역에서 경화되며,
(vi) 상기 코팅 조성물이 적절히 추가의 열처리를 거치게 된 후,
(vii) 상기 코팅 조성물이 적어도 일부의 영역에서 제거되어, 개별 측정 영역들이 한정되고, 적어도 하나의 3차원적 소수성 구조가 상기 칩 표면 상에 형성되며,
(viii) 상기 코팅 조성물이 열 경화되고,
(ix) 상기 코팅된 칩 표면이 세척되며, 특히 상기 측정 영역들이 세척된다.
상기 방법 단계 (iii)은 상기 설명에서 방법 단계 (a)에 해당한다. 상기 방법 단계 (v)는 상기 설명에서 방법 단계 (b)에 해당하는 한편, 상기 방법 단계 (vii)는 상기 설명에서 방법 단계 (c)에 해당한다. 상기 방법 단계 (viii)는 상기 설명에서 방법 단계 (d)에 해당하며, 상기 방법 단계 (ix)는 상기 설명에서 방법 단계 (e)에 해당한다.
본 발명에 따른 방법은 특히 경화된 코팅의 층 두께가 0.5 내지 20 ㎛, 특히 1 내지 10 ㎛, 바람직하게는 2 내지 8 ㎛, 보다 바람직하게는 3 내지 7 ㎛, 특히 바람직하게는 4 내지 6 ㎛이 되도록 수행된다. 상기 경화된 코팅의 층 두께는 5 ㎛인 것이 특히 바람직하다.
상기 언급된 범위의 소수성 구조 또는 소수성 층의 층 두께, 특히 5 ㎛의 층 두께는, 대체로 충분히 큰 부피의 샘플 및/또는 시약 용액을 상기 개별 측정 영역들에 주입하는 것을 가능하게 하고, 또한 상기 개별 측정 영역들의 가능한 신속하고 완전한 배출 및 추가의 용액으로 재충전을 할 수 있도록 한다.
본 발명의 제2 양태에 따른 본 발명은 전기적으로 어드레스가능한 다수의 측정 영역들을 갖는 칩으로서, 상기 측정 영역들을 한정하는 소수성 구조, 특히 소수성 층이 상기 칩 표면 상에 제공되고, 상기 소수성 구조(4)가 3차원적으로 형성되는 상기 칩을 추가로 제공한다.
본 발명의 내용상, 상기 칩 표면이 적어도 실질적으로 평탄하게 형성되고, 상기 소수성 구조가 이에 대해 융기되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 소수성 구조 또는 소수성 층은 바람직하게는 융기된 구조 또는 층이다.
본 발명의 내용상, 상기 소수성 구조의 층 두께가 0.5 내지 20 ㎛, 특히 1 내지 10 ㎛, 바람직하게는 2 내지 8 ㎛, 보다 바람직하게는 3 내지 7 ㎛, 특히 바람직하게는 4 내지 6 ㎛인 경우에 특별한 성능을 갖는 칩이 수득된다. 본 발명의 내용상, 상기 소수성 구조는 5 ㎛의 층 두께를 갖는 것이 특히 바람직하다. 상기 언급한 범위의 층 두께를 사용하면 - 이미 위에서 언급한 바와 같이 - 한편으로는 스폿팅 공정에 의해 상기 개별 측정 영역들의 분명하면서도 무결함의 기능화가 보장될 수 있고, 다른 한편으로는 충분히 큰 부피의 시약을 상기 측정 영역들에 채우고 또한 잔류물 없이 다시 이들을 제거할 수 있어서, 상기 칩이 아무런 문제없이 다양한 샘플 또는 시약 용액을 사용하여 연속적으로 수회 습윤처리될 수 있다.
본 발명의 내용상, 상기 소수성 구조는 통상적으로 상기 측정 영역들을 한정할 뿐만 아니라, 이들을 서로 분리시키기도 한다. 특히, 상기 측정 영역들은 예를 들어 고리 유사 형태로 소수성 구조에 의해 완전히 둘러싸이는 것이 바람직하다. 상기 개별 측정 영역들 사이의 영역들이 소수성 구조에 의해 덮히는 것도 바람직한데, 그 이유는 이러한 방식으로 통해 통상적으로 수계인 시약의 바람직하지 않은 축적을 피할 수 있기 때문이다.
일반적으로, 본 발명의 내용상, 상기 소수성 구조는 격자 유사 모양 및/또는 벌집 모양으로 형성된다. 따라서, 상기 소수성 층은 바람직하게는 칩 상에 세분화 구역을 형성하여, 각 경우에서 상기 측정 영역들, 특히 측정 용기들이 전극쌍에 대해 형성된다. 본원에서 개별 측정 영역들은 바람직하게는 원형 기재 영역을 가진다.
본 발명의 바람직한 실시양태에 따르면, 상기 소수성 층은 상기 측정 영역들 사이에 소수성 영역을 형성한다. 덧붙여서, 상기 측정 영역들 사이의 소수성 영역은 측정 영역의 직경의 10% 이상, 특히 20% 이상의 폭을 가지는 것이 특히 바람직하다. 이러한 방식으로, 특히 스폿팅 공정 동안, 기능화 시약들이 섞이는 것을 확실히 피할 수 있다.
본 발명의 내용상, 상기 측정 영역들 사이의 소수성 영역이 5 ㎛ 이상, 특히 10 ㎛ 이상, 특히 20 ㎛ 이상, 특히 바람직하게는 50 ㎛ 이상의 폭을 가지는 것도 유리한 것으로 확인되었다.
스폿팅 동안 기능화 시약들이 섞이는 것을 피하기 위해, 상기 측정 영역들 사이의 영역들 내의 소수성 구조의 높이 대 소수성 구조의 폭의 비율이 적어도 1:5, 특히 1:8, 바람직하게는 1:10인 경우가 적절한 것으로 확인되었다.
이와 마찬가지로, 상기 측정 영역들 사이의 영역들 내의 소수성 구조의 높이 대 소수성 구조의 폭의 비율은 적어도 1:5 내지 1:100, 특히 1:8 내지 1:50, 바람직하게는 1:10 내지 1:20 범위일 수 있다.
상기 소수성 층은 통상적으로 60 내지 180°, 특히 70 내지 150°, 바람직하게는 80 내지 100° 범위의 수접촉각을 가진다.
상기 소수성 층 - 이미 위에서 언급한 바와 같이 - 은 통상적으로 유기 폴리머를 기반으로 하여 형성된다.
바람직한 실시양태에 따르면, 상기 소수성 층은 포토레지스트를 기반으로 하여 형성된다. 특히, 코팅 제조에 사용되는 코팅 조성물은 바람직하게는 포토레지스트이거나 또는 포토레지스트를 포함한다.
본 발명의 내용상, 상기 측정 영역들은 또한 50 내지 500 ㎛, 특히 70 내지 400 ㎛, 바람직하게는 90 내지 300 ㎛, 보다 바람직하게는 100 내지 250 ㎛, 특히 바람직하게는 120 내지 180 ㎛의 직경을 가질 수 있다. 소수성 층의 두께와 조합된 바람직한 원형 측정 영역들의 이러한 직경들은 한편으로는 화학적 반응을 수행하고 검출하는데 충분히 큰 부피를 이용할 수 있도록 하지만, 다른 한편으로는 다양한 반응 용액의 신속하고 완전한 대체도 가능하게 한다.
상기 측정 영역들, 특히 측정 용기의 부피와 관련하여, 이는 각 경우에 있어서 수행되는 화학적 및 생물학적 검출 반응에 따라 광범위하게 달라질 수 있다. 그러나, 상기 측정 영역들이 0.2 내지 500 pl, 특히 0.5 내지 300 pl, 바람직하게는 1 내지 150 pl, 보다 바람직하게는 5 내지 100 pl, 특히 바람직하게는 10 내지 50 pl의 부피를 가지는 경우가 적절한 것으로 확인되었다.
본 발명의 내용상, 상기 소수성 층은 250℃ 이하, 특히 300℃ 이하, 바람직하게는 350℃ 이하의 온도에서 적어도 단기간이라도 화학적 및/또는 물리적으로 안정한 것이 더욱 바람직하다. 따라서, 상기 소수성 층은, 예를 들어, 웨이퍼를 개개의 칩으로 절단(sawing)하는 동안에 일어날 수 있는 것과 같이, 적어도 온도 피크가 발생할 때에는 안정해야 한다.
본 발명의 내용상, 칩은 일반적으로 본 발명에 따른 방법에 의해 수득가능하거나 또는 제조된다.
본 발명의 이 양태에 대한 추가의 상세한 설명에 대해서는, 본 발명에 따른 방법에 대한 상기 설명들을 언급할 수 있으며, 이는 본 발명에 따른 칩과 관련해서도 그에 따라 적용된다.
본 발명의 청구대상을 도면에서의 바람직한 실시양태를 가지고 하기에 설명하지만, 여기에 나타낸 실시양태로 한정하려는 것은 아니다. 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 칩에 대한 추가의 변형 및 특성들은 상세한 설명과 하기의 도면의 설명을 읽어보면 당업자에게는 명백하다.
도 1은 본 발명에 따른 칩(1)의 단면도로서, 상기 칩은 기판(2), 특히 규소 원소로부터 제작되고, 그 위에 표면 층(3)이 배열된다. 상기 표면 층(3)은 바람직하게는 이산화규소 또는 질화규소로 제조되며, 질화규소를 사용하는 것이 바람직한데, 그 이유는 질화규소가 측정 영역들의 전극에 바람직하게 사용되는 금속 원자, 특히 금 원자가 기판(2)으로 확산하는 것을 방지하기 때문이다.
상기 표면 층(3) 상에는 소수성 층(4) 형태의 소수성 구조가 배열되는데, 이는 홈(recess)에 의해 측정 영역(5)을 한정하여 경계를 짓는다. 상기 소수성 층(4)의 높이와 바람직하게 원형인 측정 영역(5)의 직경의 비율은, 한편으로는 간단하면서도 무결함의 스폿팅, 즉 화학 분자를 이용한 측정 영역들의 기능화가 가능하도록 선택하지만, 다른 한편으로는 상기 측정 영역들 내에서 신속하고 보다 완전한 시약의 대체도 가능하도록 선택한다.
도 2는 설치된 상태의 본 발명에 따른 칩을 단순화시킨 개략도에 대한 평면도이다. 상기 소수성 층(4)은 개별 측정 영역들(5)을 한정하여 상기 측정 영역들 사이에 소수성 영역(6)을 생성한다.
상기 측정 영역들에서, 서로 밀접하게 맞물린 핑거 전극(7A 및 7B)을 포함하는 전극쌍(7)이 배열된다. 상기 소수성 층(4)은 칩 표면 상에 체크 무늬 또는 격자 유사 패턴, 특히 구획 구조를 형성한다.
상기 칩은 하우징(8)에 연결되거나 그 안에 설치된다. 바람직하게는, 상기 칩(1)은 공통의 캐리어 또는 기판, 특히 웨이퍼 상에 통상적인 공정으로, 예를 들어 CMOS 기법에 의해 다른 칩들(1)과 함께 제조된다. 이후, 상기 칩들(1)은 서로 분리되고 전기적으로 연결되어, 바람직하게는 특히 지정된 하우징(8) 등 내에 설치된다.
도면에 따르면, 상기 칩(1)은 바람직하게는, 특히 매우 개략적인 도면으로 나타낸 것과 같이 점선으로 표시된 전기적 연결(10)을 통해 접촉 표면 또는 터미널(9)에 전기적으로 연결된다. 상기 칩(1)의 전기적 연결은 보통 접합(bonding)이라고 불리운다.
설치된 상태에서, 적어도 상기 측정 영역들(5)은 측정될 샘플의 수용을 위해 접근가능하며, 이는 도면에 나타내지는 않았다.
도 2에서, 전극 배열(7)은 하나의 측정 영역(5)에서만 개략적으로 나타나 있다. 특히, 이러한 바람직한 동일하거나 유사한 전극 배열(7)은 모든 측정 영역들(5) 내에 형성되거나 배열된다. 상기 전극 배열(7)의 형성은 바람직하게는 상기 소수성 층(4)의 제조 또는 도포 전에 수행된다. 상기 전극 배열(7)은 바람직하게는 상기 측정 영역(5)이 형성되고 상기 소수성 층(4)이 구축되는 칩 표면(3)에 실질적으로 놓이게 된다.
나타낸 실시양태에서, 상기 소수성 층(4), 특히 상기 개별 측정 영역들(5) 사이에 소수성 중간 영역(6)은 연속적으로 형성된다. 그러나, 또한 덜 바람직하긴 하나, 상기 개별 측정 영역(5) 사이에 소수성 층(4)은 연속적이지 않거나, 또는 개재되는 것도 가능하다. 따라서, 예를 들어, 상기 개별 측정 영역(5)은 고리 유사 모양으로 상기 소수성 구조(4)에 의해 둘러싸일 수 있다.
개별 측정 영역(5)은 바람직하게는 50 ㎛ 이상, 특히 100 ㎛ 이상의 폭 또는 평균 직경을 가진다. 또한, 상기 측정 영역(5)은 500 ㎛ 미만, 특히 300 ㎛ 미만, 바람직하게는 200 ㎛ 미만의 폭 또는 평균 직경을 가질 수 있다. 이와 관련해서, 상기 측정 영역들은 120 내지 180 ㎛의 직경을 갖는 것이 특히 바람직하다.
상기 전극쌍(7A 및 7B)은 바람직하게는 금으로 제조되며, 마스크 기법을 사용하여 칩 표면(3) 상에 증착된다.
상기 측정 영역들(5)은, 1 내지 500 pl의 부피를 갖는 액적(도면에 나타내지 않음)이 상기 측정 영역들(5) 내로 주입되도록 스폿팅 공정을 사용하여 기능화 처리된다. 상기 액적은, 칩 표면(3) 또는 전극(7)과 기능화 시약 사이에 화학적 결합이 형성되도록, 상기 측정 영역들 내의 칩 표면(3) 또는 상기 측정 영역들(5) 내의 전극(7A 및 7B)과 반응하는 기능화 시약을 포함한다.
상기 소수성 층(4) 및 특히 중간 영역(6)으로 인해, 상기 액적을 특정 측정 영역(5)에 국소적으로 잔류시켜서, 인접한 액적과 섞이거나 인접한 측정 영역(5)으로 흘러들어가지 않도록 하는 것도 가능하다. 스폿팅은 원칙상 상기 칩(1)의 분리 및/또는 특정 칩의 전기적 연결 및 설치 전 또는 후에 임의로 수행할 수 있다. 상기 스폿팅은 바람직하게는 상기 칩(1)의 연결 및 설치 후에 수행된다.
상기 기능화된 측정 영역(5)을 이용한 측정 방법은, 하나의 샘플 액체 (도면에 나타내지 않음) 또는, 시간 순서로 수개의 샘플 액체들이 검출될 분자 또는 검출 분자와 함께 상기 측정 영역(5)에 주입되는 방식으로 수행된다. 이는 예를 들어, 전체 칩 표면의 습윤처리 및 세척액을 이용한 처리에 의해 수행될 수 있다. 특히, 상기 칩, 특히 상기 구획 구조는 실제 측정을 위한 막으로 덮힐 수 있다. 여기서 상기 막은, 상기 측정 영역(5)에 대해 샘플 액체를 분배하고/하거나 다양한 측정 영역들(5) 내의 샘플 액체들을 서로 유체 분리시키기 위해, 상기 구획 구조와 상호작용할 수 있고, 특히 이 구조 상에 놓일 수 있다.
그러나, 다르게는, 측정될 하나 이상의 샘플을 스폿팅에 의해 이미 기능화된 측정 영역(5)에 적용하는 것도 가능하나, 이는 훨씬 더 복잡하다.
다음 차례로, 도 3은 상기 측정 영역(5)의 가장자리 영역에 대한 확대도이다. 특히, 도면에서, 상기 칩 표면(3)은 바람직하게는 전극쌍(7A 및 7B)에 의해 가능한 큰 표면에 대하여 덮여지고, 측정 용기는 소수성 층(4)에 의해 상기 측정 영역(5)의 기재 영역에 대하여 형성된다.
도 4에서 볼 수 있는 것과 같이, 본 발명의 내용상, 본 발명에 따른 칩(1)을 제조하기 위해, 코팅 조성물(11)이 상기 칩 표면(3)에 도포되는 절차, 특히 가능한 균일하게 도포되어 균일한 층 두께를 갖도록 도포되는 절차를 수반하게 된다.
도 5는 코팅 조성물(11)이 열 경화되어, 소수성 층(4)이 형성되지만 여전히 상기 측정 영역들에 대한 홈은 갖지 않는 본 발명의 실시양태를 나타낸 것이다. 상기 측정 영역(5)을 노출시키기 위해, 마스크(12)를 상기 소수성 층(4)에 도포하는데, 이는 제거되지 않을 상기 소수성 층(4)의 영역을 덮고 있다. 이후, 마스크(12)로 덮여있지 않은 소수성 층(4)의 영역을 바람직하게는 건식 에칭에 의해, 특히 플라즈마 중의 산소와 사불화탄소 또는 산소와 육불화황의 혼합물에 의해 제거한다. 여기서 상기 마스크는 에칭 시약에 의해 부식되는 연질 마스크, 또는 에칭 시약에 대하여 불활성인 경질 마스크일 수 있다.
도 6은 상기 측정 영역(5)이 에칭 공정에 의해 노출된 본 발명에 따른 칩(1)을 개략적으로 나타낸다. 에칭 공정이 수행된 후, 상기 마스크(12)를 다시 제거하고, 상기 본 발명에 따른 칩(1)은 임의로 추가의 세척 단계 후에 사용될 수 있고, 특히 상기 측정 영역(5)은 스폿팅 공정을 이용하여 기능화될 수 있다.
도 7은 상기 소수성 층(4)이 포토리소그래피 공정에 의해 제조되는 본 발명에 따른 바람직한 실시양태를 나타낸다. 여기서 또한, 오로지 열 경화에서와 같이, 먼저 코팅 조성물(11)을 상기 칩 표면(3)에 도포한다. 이후, 상기 코팅 조성물(11)을 광마스크(13)를 통해 UV 방사선으로 조사한다. 이러한 방법에 의해, UV 방사선에 노출된 코팅 조성물(11)의 영역은 바람직하게 경화된다.
도 8은 음성 포토레지스트를 사용한 광화학적 경화 후의 상황을 나타낸다. 칩 표면(3) 상의 소수성 코팅은 적어도 부분적으로 경화된 소수성 영역(4) 및 비경화된 영역(11)을 포함한다. 상기 비경화된 영역은 바람직하게는 화학적 수단에 의해, 특히 용매를 사용하는 처리에 의해, 특히 부티르산 n-부틸 에스테르를 사용하는 처리에 의해 제거되며, 그 결과 상기 측정 영역들(5)은 한정되고 노출된다.
상기 비경화된 코팅 조성물(11)의 제거 후에, 이미 광화학적으로 경화된 층(4)은 추가로 열처리될 수 있다.
이후, 에칭 공정에 의한 칩 표면의 세척도 통상적으로 특히 상기 기술된 건식 에칭 공정에 의해 수행되지만, 이 경우 플라즈마의 작용 시간은 바람직하게는 매우 짧게 유지하여 상기 소수성 층(4)이 손상되지 않도록 한다. 상기 플라즈마의 작용 시간은 통상적으로 10초 내지 60초, 특히 20초 내지 50초, 바람직하게는 25초 내지 40초, 보다 바람직하게는 30초이다.
또한, 본 발명의 내용상, 부착 촉진제 층 (도면에 나타내지 않음)이 코팅 조성물(11)의 도포 전에 상기 칩 표면(3)에 도포되는 것도 가능하다. 이러한 방식으로, 상기 칩 표면(3)에 대한 상기 소수성 층(4)의 부착은 더 현저하게 향상될 수 있다.
다양한 실시양태들의 개별 양태와 특징들, 변형예 및 대안예들도 서로 독립적으로 수행될 수 있으며, 또한 임의의 원하는 조합으로도 수행될 수 있다.
1 칩 8 하우징
2 기판 9 접촉 표면
3 표면 층 10 전기적 연결
4 소수성 층 11 코팅 조성물
5 측정 영역 12 마스크
6 소수성 영역 13 광마스크
7 전극 배열

Claims (30)

  1. 칩(1) 상에 다수의 측정 영역들(5), 특히 공동의 형태인 다수의 측정 영역들을 제조하는 방법으로서,
    (a) 제1 방법 단계에서, 적어도 하나의 유기 폴리머를 기반으로 한 코팅 조성물(11)을 상기 칩(1)의 칩 표면(2)에 도포하고,
    (b) 후속 방법 단계에서, 상기 코팅 조성물(11)을 적어도 부분적으로 및/또는 적어도 일부의 영역에서 경화시키며,
    (c) 또 다른 후속 방법 단계에서, 상기 코팅 조성물(11)을 적어도 일부의 영역에서 제거하여, 개별 측정 영역들(5)이 한정되고, 적어도 하나의 3차원적 소수성 구조, 특히 소수성 층(4)이 상기 칩 표면(2) 상에 형성되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코팅 조성물(11)이 1 내지 20 ㎛, 특히 2 내지 15 ㎛, 바람직하게는 3 내지 10 ㎛, 보다 바람직하게는 4 내지 7 ㎛ 범위의 층 두께로 상기 칩 표면에 도포되는 것을 특징으로 하는 것인, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코팅 조성물(11)이 적어도 실질적으로 표면 전체에 걸쳐 상기 칩 표면(2)에 도포되는 것을 특징으로 하는 것인, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 조성물(11)이 용탕 주입(pouring), 나이프 코팅(knife-coating), 롤링, 스핀 코팅에 의해, 특히 스핀 코팅에 의해 상기 칩 표면(2)에 도포되는 것을 특징으로 하는 것인, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 조성물(11)이 열 및/또는 방사선에 의해, 특히 열과 방사선에 의해 경화되는 것을 특징으로 하는 것인, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 조성물(11)이 액체이고, 특히 이러한 경우 상기 코팅 조성물(11)이 20℃에서 20 내지 5,000 mPas, 특히 30 내지 2,000 mPas, 바람직하게는 50 내지 1,000 mPas, 보다 바람직하게는 100 내지 500 mPas, 특히 바람직하게는 150 내지 400 mPas 범위의 브룩필드 점도를 갖는 것을 특징으로 하는 것인, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 조성물(11)이 적어도 하나의 유기 폴리머의 용액 또는 분산액이고, 특히 이러한 경우 상기 코팅 조성물(11)은 적어도 하나의 용매 또는 분산제를 포함하고, 특히 이 경우 상기 용매 또는 분산제는 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 에테르, 알콜, 알데하이드, 케톤 및 니트릴, 및 이들의 혼합물로부터 선택되며, 특히 방향족 탄화수소인 것을 특징으로 하는 것인, 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 코팅 조성물(11)이 코팅 조성물을 기준으로 10 내지 90 중량%, 특히 15 내지 80 중량%, 바람직하게는 20 내지 70 중량%, 보다 바람직하게는 30 내지 60 중량%의 양으로 상기 용매 또는 분산제를 포함하는 것을 특징으로 하는 것인, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리머가 아크릴산, 메타크릴산, 아크릴산과 C1- 내지 C6-알콜의 에스테르, 메타크릴산과 C1- 내지 C6-알콜의 에스테르, 스티렌, 사이클로부타렌 및 이들의 혼합물, 바람직하게는 사이클로부타렌의 중합 또는 올리고머화에 의해 수득가능한 것을 특징으로 하는 것인, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 폴리머가 하기로 이루어진 군의 단량체로부터 수득가능한 것을 특징으로 하는 것인, 방법:
    Figure pct00003

    Figure pct00004
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리머의 중량 평균 분자량 Mw가 800 내지 15,000 g/mol, 특히 900 내지 10,000 g/mol, 바람직하게는 1,000 내지 7,000 g/mol, 보다 바람직하게는 1,000 내지 5,000 g/mol인 것을 특징으로 하는 것인, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리머의 수평균 분자량 Mn이 1,000 내지 100,000 g/mol, 특히 5,000 내지 90,000 g/mol, 바람직하게는 10,000 내지 85,000 g/mol, 보다 바람직하게는 20,000 내지 80,000 g/mol인 것을 특징으로 하는 것인, 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 조성물(11)이 코팅 조성물을 기준으로 5 내지 80 중량%, 특히 10 내지 75 중량%, 바람직하게는 15 내지 70 중량%, 보다 바람직하게는 25 내지 55 중량%의 양으로 상기 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 것인, 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 조성물이 적어도 하나의 광개시제를 포함하고, 특히 이러한 경우 상기 코팅 조성물은 코팅 조성물을 기준으로 0.01 내지 10 중량%, 특히 0.1 내지 8 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 7 중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 5 중량%의 양으로 상기 광개시제를 포함하는 것을 특징으로 하는 것인, 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 조성물이 경화되고, 특히 상기 방법 단계 (b)에서 방사선에 의해 일부 영역에서 경화되는 것을 특징으로 하는 것인, 방법.
  16. 전기적으로 어드레스가능한(electrically addressable) 다수의 측정 영역들 (5)을 갖는 칩(1)으로서, 상기 측정 영역들(5)을 한정하는 소수성 구조(4), 특히 소수성 층이 상기 칩 표면(3) 상에 제공되고, 상기 소수성 구조(4)가 3차원적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 것인, 칩.
  17. 제16항에 있어서, 상기 칩 표면(3)이 적어도 실질적으로 평탄하게 형성되고, 상기 소수성 구조(4)가 상기 칩 표면(3)에 대해 융기되는(raised) 것을 특징으로 하는 것인, 칩.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 소수성 구조(4)의 층 두께가 0.5 내지 20 ㎛, 특히 1 내지 10 ㎛, 바람직하게는 2 내지 8 ㎛, 보다 바람직하게는 3 내지 7 ㎛, 특히 바람직하게는 4 내지 6 ㎛인 것을 특징으로 하는 것인, 칩.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소수성 구조(4)가 상기 측정 영역들(3)을 서로 분리시키는 것을 특징으로 하는 것인, 칩.
  20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소수성 구조(4)가 격자 유사 모양 및/또는 벌집 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 것인, 칩.
  21. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소수성 구조(4)가 상기 측정 영역들(5) 사이에 소수성 영역(6)을 형성하는 것을 특징으로 하는 것인, 칩.
  22. 제16항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 영역들(5) 사이에 상기 영역들(6)이 측정 영역(5)의 직경의 10% 이상, 특히 20% 이상의 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 것인, 칩.
  23. 제16항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 영역들(6)이 5 ㎛ 이상, 특히 10 ㎛ 이상, 특히 20 ㎛ 이상, 특히 바람직하게는 50 ㎛ 이상의 상기 측정 영역들 (5) 사이의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 것인, 칩.
  24. 제16항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 영역들 사이의 영역들(6) 내의 상기 소수성 구조(4)의 높이 대 상기 소수성 구조(4)의 폭의 비율이 적어도 1:5, 특히 1:8, 바람직하게는 1:10인 것을 특징으로 하는 것인, 칩.
  25. 제16항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 영역들(5) 사이의 영역들(6) 내의 상기 소수성 구조(4)의 높이 대 상기 소수성 구조(4)의 폭의 비율이 적어도 1:5 내지 1:100, 특히 1:8 내지 1:50, 바람직하게는 1:10 내지 1:20 범위인 것을 특징으로 하는 것인, 칩.
  26. 제16항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소수성 구조(4)가 적어도 60°, 특히 적어도 70°, 바람직하게는 80° 또는 그 이상의 수접촉각을 갖는 것을 특징으로 하는 것인, 칩.
  27. 제16항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소수성 층(4)이 60° 내지 180°, 특히 70° 내지 150°, 바람직하게는 80° 내지 100° 범위의 수접촉각을 갖는 것을 특징으로 하는 것인, 칩.
  28. 제16항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 영역들의 직경이 50 내지 500 ㎛, 특히 70 내지 400 ㎛, 바람직하게는 90 내지 300 ㎛, 보다 바람직하게는 100 내지 250 ㎛, 특히 바람직하게는 120 내지 180 ㎛인 것을 특징으로 하는 것인, 칩.
  29. 제16항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 영역들의 부피가 0.2 내지 500 pl, 특히 0.5 내지 300 pl, 바람직하게는 1 내지 150 pl, 보다 바람직하게는 5 내지 100 pl, 특히 바람직하게는 10 내지 50 pl인 것을 특징으로 하는 것인, 칩.
  30. 제16항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 칩(1)이 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 수득가능하거나 제조되는 것을 특징으로 하는 것인, 칩.
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