KR20230093546A - 임프린팅된 기판 - Google Patents

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KR20230093546A
KR20230093546A KR1020237020757A KR20237020757A KR20230093546A KR 20230093546 A KR20230093546 A KR 20230093546A KR 1020237020757 A KR1020237020757 A KR 1020237020757A KR 20237020757 A KR20237020757 A KR 20237020757A KR 20230093546 A KR20230093546 A KR 20230093546A
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KR
South Korea
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resin
residue
substrate
layer
free
Prior art date
Application number
KR1020237020757A
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English (en)
Inventor
후이 한
다준 유안
엠. 셰인 보웬
Original Assignee
일루미나, 인코포레이티드
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Filing date
Publication date
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Abstract

임프린팅된 기판은 종종 전기, 광학 및 생화학적 응용에서 사용하기 위한 소형 장치를 제조하기 위해 사용된다. 임프린팅 기술, 예를 들어, 나노임프린팅 리소그래피는 기판의 표면에 잔여물을 남길 수 있는데, 이는 결합에 영향을 미치고 제조된 장치의 품질을 떨어뜨린다. 결합 품질을 개선시키기 위한 잔여물-무함유 영역 또는 적은 양의 잔여물을 갖는 임프린팅된 기판이 도입된다. 임프린팅 공정으로부터 잔여물 없이 임프린팅된 기판을 제조하는 방법이 또한 도입된다. 방법은 물리적 배제 방법, 선택적 에칭 방법 및 에너지 적용 방법을 포함한다. 이러한 방법은 더 높은 강도의 결합을 생성시키기 위해 사용될 수 있는 기판의 표면에서 잔여물-무함유 영역을 생성시킬 수 있다.

Description

임프린팅된 기판{Imprinted Substrates}
관련 출원에 대한 상호 참조문헌
본 출원은 2016년 9월 27일자로 출원된 미국 가출원 제62/400,332호의 이익을 청구하며, 이러한 문헌의 내용은 전문이 본 명세서에 참고로 포함된다.
기술분야
본 명세서에 개시된 주제는 일반적으로, 생화학적 응용을 위한 플로우 셀(flow cell)의 제조 분야, 더욱 상세하게는, 결합(bonding) 및 패키징(packaging)을 위한 개선된 기판 표면의 생산에 관한 것이다.
본 부문은 독자에게 하기에 기술되고/되거나 청구되는 본 개시내용의 다양한 양태에 관한 것일 수 있는 당해 분야의 다양한 양태를 소개하기 위해 의도된 것이다. 이러한 논의는 본 개시내용의 다양한 양태의 보다 양호한 이해를 돕기 위해 독자에게 배경 정보를 제공하는 데 도움이 될 것으로 사료된다. 이에 따라, 이러한 기술이 종래 기술의 인정이 아니라, 이러한 견지에서 읽혀져야 하는 것으로 이해될 수 있다.
분자 생물학 실험의 수행을 자동화하는 장치의 개발은 대규모 연구를 통해 정보 획득을 용이하게 한다. 예를 들어, 동시 실험의 수행은 생물학에서 여러 발견을 이끌어 내었다. 일례로서, 높은 처리량, 자동 DNA 시퀀서(sequencer)는 여러 인간 질환의 유전적 원인의 발견을 용이하게 하는 게놈의 광범위한 연구를 가능하게 하였다. 분자 생물학 실험을 자동화하기 위하여, 이러한 장치는 종종 화학 반응들 중 일부가 일어나는 유체 챔버(fluidic chamber)를 갖는 플로우 셀을 이용한다. 응용분야에 따라, 장치는 시약의 첨가 및 플로우 셀로부터 산물의 제거를 조절할 수 있다. 장치는 또한, 반응을 모니터링하고 공정 전반에 걸쳐 관련된 데이터를 수집하도록 구성될 수 있다. 이러한 장치의 처리량을 증가시키기 위한 일반적인 전략은 챔버의 크기를 감소시키는 것이다. 이는 챔버 수의 증가를 허용하고, 결과적으로, 단일 반복(single iteration)으로 수행되는 동시 반응의 수를 증가시킬 수 있다.
본 명세서에 개시된 특정 예의 요약은 하기에 기술된다. 이러한 양태가 단지 이러한 특정 예의 간략한 요약을 독자에게 제공하기 위해 제시되며, 이러한 양태가 본 개시내용의 범위를 제한하지 않도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 실제로, 본 개시내용은 하기에 기술되지 않을 수도 있는 다양한 양태를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 예는 패키징 및 결합을 위한 임프린팅된 기판 표면(imprinted substrate surface) 및 이러한 기술로 제조된 장치에 관한 것이다. 일부 예에서, 기판 표면은 임프린팅 기술(imprinting technique)에 의해 제조되고, 이후에, 기판의 후속 사용을 방해할 수 있는 잔여물이 제거된다. 다른 예에서, 감소된 양의 잔여물을 갖는 또는 잔여물이 실질적으로 존재하지 않는 표면을 제조하는 임프린팅 기술이 제시된다. 추가 예에서, 이러한 기술로 제조된 유체 장치가 개시된다.
일례에서, 박리 기술(peeling technique)을 이용하여 기판을 제조하기 위한 기술이 제공된다. 이러한 예에서, 나노임프린팅 리소그래피 기술 이후에 잔여물 제거가 요망되는 영역에서 잔여물을 다른 층에 용접하고 결합된 개스킷을 박리하여 요망되지 않는 잔여물 대부분 또는 모두를 제거하고 잔여물이 실질적으로 존재하지 않는 영역을 형성시킨다.
다른 예에서, 에칭 기술을 이용하는 기판을 제조하기 위한 기술이 제공된다. 이러한 예에서, 보호용 포토레지스트는 나노임프린팅된 구조의 상부 상에 배치되며, 포토레지스트뿐만 아니라 요망되지 않는 나노임프린트 잔여물은 에칭된다. 일부 실행예에서, 에칭은 반응성 이온 에칭을 위한 플라즈마를 이용할 수 있다.
추가 예에서, 저 잔여물 나노임프린팅 기술을 이용하여 기판을 제조하기 위한 기술이 제공된다. 이러한 예에서, 나노임프린팅 리소그래피에서 이용되는 나노임프린트 주형은 추가적인 또는 별도의 잔여물 제거 단계 없이 잔여물이 실질적으로 존재하지 않는 영역을 생성시키도록 변형된다. 일부 실행예에서, 나노임프린트 주형은 수지의 더욱 용이한 흐름을 가능하게 하여 나노임프린팅 공정을 촉진시키도록 추가로 변형된다.
본 개시내용은 또한, 임프린팅된 나노구조를 갖는 챔버를 포함한 플로우 셀을 제공한다. 제공된 플로우 셀 장치는 제조된 잔여물-무함유 또는 잔여물이 감소된 임프린팅 기판에 의해 촉진된, 고품질의 결합을 갖도록 제조된다. 결과적으로, 플로우 셀은 누출 없이 고압을 견딜 수 있고 높은 처리량 방식으로 제조될 수 있는 챔버를 포함한다.
본 개시내용의 이러한 및 다른 특징 및 양태는 하기 상세한 설명이 첨부된 도면을 참조로 하여 읽힐 때 더 잘 이해하게 될 것이고, 이러한 도면에서, 유사한 문자는 도면 전반에 걸쳐 유사한 부분을 나타내며, 도면에서:
도 1a 및 도 1b 각각은 본 개시내용의 예에 따른, 플로우 셀 칩의 일례 및 플로우 셀 칩의 3가지 구성 요소의 분해도를 예시한 도면;
도 2는 본 개시내용의 예에 따른, 플로우 셀을 제조하기 위한 임프린팅된 기판의 결합의 일례를 도시한 도면;
도 3은 본 개시내용의 예에 따른, 잔여물-무함유 표면에 결합시킴으로써 패키징된 장치를 제조하기 위한 방법의 개략적 흐름도;
도 4는 본 개시내용의 예에 따른, 박리를 통한 수지 제거를 이용하는 잔여물-무함유 임프린팅된 기판 표면을 제조하는 방법의 개략적 흐름도;
도 5는 본 개시내용의 예에 따른, 수지 표면에 적외선(IR) 레이저의 인가 효과를 측정한 결과를 도시한 도면;
도 6은 본 개시내용의 예에 따른, 수지 표면에 IR 레이저의 인가에 대한 상이한 파워 셋팅 및 에너지 밀도 셋팅의 효과를 예시한 차트;
도 7은 본 개시내용의 예에 따른, 수지 제거를 위한 박리 방법으로 제조된 잔여물-무함유 표면 상에서 수행된 결합 공정의 결과를 예시한 차트;
도 8a 및 도 8b는 각각 본 개시내용의 예에 따른, 박리 방법으로 제조된 최종 패키징된 장치의 사진, 및 박리 방법으로 형성된 에지의 주사 전자 현미경 사진;
도 9는 본 개시내용의 예에 따른, 잔여물-무함유 임프린팅된 기판 표면을 제조하기 위한 선택적 반응성 이온 에칭 방법의 개략적 흐름도;
도 10은 본 개시내용의 예에 따른, 선택적 반응성 이온 에칭 방법의 예를 이용하여 목적하는 표면 화학을 갖는 잔여물-무함유 임프린팅된 기판 표면을 제조하기 위한 방법을 위한 2가지 흐름 차트를 도시한 도면;
도 11은 본 개시내용의 예에 따른, 선택적 반응성 이온 에칭 방법을 통한 수지 잔여물의 제거를 도시한 주사 전자 현미경 사진, 및 주사 전자 현미경 사진의 확대된 부분을 도시한 도면;
도 12는 본 개시내용의 예에 따른, 선택적 반응성 이온 에칭 방법으로 제조된 잔여물-무함유 표면에 결합된 Black Kapton J(BKJ) 상에서 수행된 "스냅 시험(snap test)"의 결과를 도시한 사진;
도 13a 및 도 13b는 각각 본 개시내용의 예에 따른, 선택적 이온 에칭 방법으로 제조된 최종 패키징된 장치의 사진 및 선택적 반응성 이온 에칭 방법으로 제조된 에지의 주사 전자 현미경 사진;
도 14는 본 개시내용의 예에 따른, 잔여물-무함유 임프린팅된 기판 표면을 제조하기 위한 저 잔여물 나노임프린팅 방법의 개략적 흐름도; 및
도 15는 본 개시내용의 예에 따른, 저 잔여물 나노임프린팅 방법으로 제조된 유리 기판에서의 임프린팅된 구조의 이미지.
하나 이상의 특정 예는 하기에 기술될 것이다. 이러한 예의 간결한 설명을 제공하기 위한 노력으로, 실제 실행예의 모든 특성은 본 명세서에 기술되는 것은 아니다. 임의의 공학 또는 설계 프로젝트에서와 같이, 임의의 이러한 실제 실행예의 개발에서, 여러 실행예-특정 결정이 실행예마다 다를 수 있는, 시스템-관련 및 사업-관련 제약의 준수와 같은, 개발자의 특정 목표를 달성하기 위해 이루어져야 한다는 것이 인식될 수 있다. 또한, 이러한 개발 노력이 복잡하고 시간 소모적일 수 있지만, 그럼에도 불구하고, 본 개시내용의 이점을 갖는 당업자를 위한 설계, 제조, 및 제작의 일상적인 일(routine undertaking)일 것으로 인식될 수 있다.
나노스케일 피처(feature)를 포함하는 플로우 셀 또는 다른 기판의 제조는 시퀀싱 반응(sequencing reaction)에서 사용하기 위한 것을 포함하는, 분자 생물학을 위한 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 구조의 소형화는 단일 플로우 셀 칩에서 챔버의 수를 증가시킬 수 있고, 이에 따라, 반응의 단일 반복에서 수행될 수 있는 동시 반응의 수를 증가시킬 수 있다. 이러한 소형화를 통해 형성된 나노구조는 또한, 단일 분자 표적화 또는 플로우 셀을 가로지르는 유도된 흐름을 촉진시킬 수 있다. 일부 응용 분야에서, 화학적으로 처리된 나노구조는 챔버의 용적당 표면 비율을 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 고처리량 방식으로 이러한 소형화된 구조를 형성시키는 하나의 방법은 나노임프린팅 리소그래피 기술을 이용하는 것이다. 나노임프린팅 리소그래피에서, 사전-제작된 나노스케일 주형은 목적하는 나노구조를 몰딩하기 위해 유체 수지를 기계적으로 대체한다. 이후에, 수지는 적소에서 나노스케일 주형과 함께 경화된다. 나노스케일 주형의 제거 후에, 목적하는 기판에 부착된 몰딩된 고체 수지가 제조될 수 있다. 일부 응용분야에서, 경화된 수지는 또한, 최종 용도에 따라, 화학적 처리 또는 생체분자의 부착으로 작용화될 수 있다.
특정 예에서, 몰딩된 고체 수지는 플로우 셀의 내부 표면이도록 정해진 기판의 영역에 채널, 챔버, 범프(bump), 밸리(valley) 또는 임의의 다른 목적하는 구조를 제조할 수 있다. 그러한 목적을 위하여, 나노임프린팅된 기판층은 기판 및/또는 개스킷 사이의 용적 영역에 의해 규정된 밀봉된 플로우 셀을 제조하기 위해 개스킷층에 및/또는 제2 기판층에 결합될 수 있다. 그러나, 나노임프린팅된 층의 결합은 표면의 결합 영역을 위한 엄격한 요건을 수반할 수 있다. 수지 잔여물, 예를 들어, 대개 나노임프린팅 리소그래피 처리 후 발견되는 수지 잔여물은 결합을 위해 사용되는 기판 표면의 영역 상에 잔류할 수 있고, 이에 따라, 접착 품질에 영향을 미칠 수 있다. 결과적으로, 플로우 셀의 밀봉이 손상될 수 있다.
손상된 기판 결합으로부터 형성된 손상된 시일을 갖는 제조된 플로우 셀은 압력 하에서 누출될 수 있으며, 이는 또한, 오류 데이터 수집을 야기시킬 수 있다. 플로우 셀 시일의 무결성 감소는 또한, 반응 챔버 내의 샘플의 오염 및/또는 플로우 셀 칩에서 이웃하는 채널로부터의 샘플들 간의 교차 오염을 야기시킬 수 있으며, 이에 의해, 수행되는 분석을 훼손시킬 수 있다. 또한, 플로우 셀 칩에서의 누출은 플로우 셀 칩 자체를 이용하는 처리 장치의 오염을 초래할 수 있으며, 이는 유지 보수, 손상된 부품의 교체, 또는 처리 장치의 교체로 인한 정지 시간(down time)을 필요로 할 수 있다. 또한, 불량하게 결합된 기판이 대개 생산 동안 다양한 품질 관리 단계 동안에 폐기되기 때문에, 제작 동안 불완전한 결합은 더 낮은 제작 수율을 야기시킬 수 있다. 수율 감소는 제작된 플로우 셀 장치당 전체 물질 비용, 인건비 및 제조 비용을 증가시킨다.
나노임프린팅 리소그래피로부터의 수지 잔여물은 또한, 하기에서 상세히 기술되는 바와 같이, 고처리량 방식으로 나노스케일 주형의 재사용을 방해할 수 있다. 예를 들어, 주형이 나노임프린팅 리소그래피 후에 제거될 때, 주형 자체에 부착된 임의의 잔여 수지는 그러한 주형을 이용하여 나노임프린팅된 후속 수지 상에 주형 패턴을 모호하게 할 수 있다. 이에 따라, 주형 상에 잔여물의 존재는 나노스케일 주형의 교체율의 증가 및/또는 추가적인 주형 세정 단계를 야기시킬 수 있으며, 이는 또한, 제조 비용 및 복잡성을 증가시킨다.
본 명세서에는 하나 이상의 지지 구조, 예를 들어, 기판 및/또는 개스킷층에 나노임프린팅된 층의 개선된 결합을 가능하게 하는 기판을 제조하기 위한 기술이 제공된다. 개시된 기술은 고처리량 방식으로, 개선된 결합을 촉진하기 위해 잔여물이 적거나 잔여물이 실질적으로 존재하지 않는 결합 표면 영역을 함유하는 나노임프린팅된 층을 생산한다. 개시된 기술에 의해 제조된 나노임프린팅된 층은 특정 예에서, 목적하는 고품질 결합을 생성시키는 엄격한 표준을 충족시키는 깨끗한 결합 표면적을 포함한다.
일부 예에서, 목적하는 수지 나노구조를 갖는 나노임프린팅된 영역 및 결합을 위해 사용될 수 있는 잔여물-무함유 영역을 포함한 기판 표면이 제조된다. 2개의 영역들 사이의 에지의 품질은 결합 품질, 임프린팅된 나노구조의 품질, 및/또는 패키징된 장치 자체의 품질에 영향을 미칠 수 있다. 일부 예에서, 개시된 기술은 나노임프린팅된 영역과 잔여물-무함유 영역 사이에 고품질의 에지의 생산을 용이하게 할 수 있으며, 이는 플로우 셀의 품질을 증가시키고 품질 관리 동안에 폐기되는 물질의 양을 감소시킴으로써 비용을 감소시킬 수 있다.
일부 예에서, 개시된 기술에 의해 생성된 나노임프린팅된 층의 깨끗한 구역은 목적하는 최종 용도에 따라, 후속 표면 화학을 위해 유리할 수 있다. 광학, 이미징, 광 감지 또는 광 프로빙과 관련된 적용에서, 기판의 잔여물-무함유 영역은 바람직한 광학적 성질로 인하여 요망될 수 있다. 다른 예에서, 잔여물-무함유 영역은 향상된 전기적 성질을 위해 요망될 수 있다. 잔여물-무함유 영역은 상당히 낮은 마찰을 나타낼 수 있는데, 이는 소형화된 기계 장치에서 유용할 수 있다.
이에 따라, 개시된 기술이 플로우 셀 또는 분자생물학 장치의 문맥에서 논의되지만, 이러한 기술이 다른 분야에 적용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 나노임프린팅된 층을 생성시키기 위한 개시된 기술은 MEMS 장치, 광전자 장치, 회로, 반도체 장치, 나노스케일 반응기, 등, 또는 잔여물이 실질적으로 존재하지 않는 영역을 갖는 나노임프린팅된 표면이 요망될 수 있는 임의의 다른 용도를 위해 사용될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 단수 형태는 문맥이 달리 명확하게 명시하지 않는 한 복수 지시대상을 포함한다. 이에 따라, 예를 들어, "셀"에 대한 언급은 복수의 이러한 셀, 등을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 달리 명확하게 명시하지 않는 한, 본 개시내용이 속하는 당업자에게 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "지지체," "기판," 및 "개스킷" 및/또는 이의 문법적 변형은 실질적으로 강성 구조를 제공하는 임의의 물질, 또는 접촉되어 있는 용기의 형상을 띠기 보다는 오히려 이의 형상을 유지하는 구조를 지칭한다. 물질은 예를 들어, 매끄러운 지지체(예를 들어, 금속, 유리, 플라스틱, 실리콘, 및 세라믹 표면)뿐만 아니라 텍스처링된 및/또는 다공성 물질을 포함하는, 다른 물질이 부착될 수 있는 표면을 가질 수 있다. 일부 예의 기판 또는 개스킷 물질은 아크릴, 카본(예를 들어, 흑연, 탄소-섬유), 셀룰로스(예를 들어, 셀룰로스 아세테이트), 세라믹, 조절된 기공 유리, 가교된 다당류(예를 들어, 아가로스 또는 SEPHAROSE®(GE Healthcare Life Sciences사로부터 입수 가능함), 겔, 유리(예를 들어, 변형되거나 작용화된 유리), 금(예를 들어, 원자적으로 매끄러운 Au(111)), 흑연, 무기 유리, 무기 폴리머, 라텍스, 금속 산화물(예를 들어, SiO2, TiO2, 스테인레스강), 메탈로이드, 금속(예를 들어, 원자적으로 매끄러운 Au(111)), 운모, 몰리브덴 설파이드, 나노물질(예를 들어, 고도로 배향된 열분해 흑연(highly oriented pyrolitic graphite: HOPG) 나노시트), 나이트로셀룰로스, 나일론, 광섬유 번들, 유기 폴리머, 페이퍼, 플라스틱, 폴리아크릴로일몰폴라이드, 폴리(4-메틸부텐), 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(비닐 부티레이트), 폴리부틸렌, 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리에틸렌, 폴리폼알데하이드, 폴리메타크릴레이트, 폴리프로필렌, 다당류, 폴리스타이렌, 폴리우레탄, 폴리비닐리덴 다이플루오라이드(PVDF), 석영, 레이온, 수지, 고무, 반도체 물질, 실리카, 실리콘(예를 들어, 표면-산화된 실리콘), 설파이드, 결합 가능한 열가소성 폴리이미드 필름(예를 들어, 예컨대, KAPTON®, KAPTON® J 및 Black KAPTON® J(BKJ), DuPont사로부터 입수 가능함), 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, DuPont사로부터 TEFLON®으로서 입수 가능함)을 포함한다.
기판은 패턴화될 수 있으며, 여기서, 패턴(예를 들어, 스폿(spot), 패드(pad), 웰(well), 포스트(post), 스트립(strip), 스월(swirl), 라인, 삼각형, 직사각형, 원, 원호, 체크(check), 격자무늬(plaid), 사선, 화살표, 정사각형, 또는 크로스-해치(cross-hatch)이 기판 상에 에칭되거나, 프린팅되거나, 처리되거나, 스케칭되거나, 절단되거나, 카빙되거나(carve), 새겨지거나, 임프린팅되거나, 고정되거나, 스탬핑되거나, 코팅되거나, 엠보싱되거나, 임베딩되거나, 층형성된다. 패턴은 기판 상에 하나 이상의 분열 영역 또는 변형된 영역을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 제공된 바와 같이, "잔여물-무함유(residue-free)" 영역은 나노임프린팅 물질, 예를 들어, 수지로부터의 잔여물이 실질적으로 존재하지 않는 표면일 수 있다. 잔여물-무함유 표면은 표면적 상, 잔여물이 적어도 90% 또는 95% 존재하지 않는 표면을 포함할 수 있다. 또한, 잔여물-무함유 영역은 기판 상에 더 큰 결합 영역 또는 목표 영역과 함께 정위될 수 있거나, 이의 일부일 수 있다. 예를 들어, 요망되지 않는 수지가 목표 구역으로부터(예를 들어, 박리 또는 에칭에 의해) 제거되는 경우에, 잔류하는 목표 구역은 목표 구역의 표면적의 적어도 50%가 후속 결합 단계를 용이하게 하기 위해 수지 부재이도록 잔여물에 의해 덮인 감소된 양의 표면적을 가질 수 있다. 일례에서, 충분한 양의 잔여물이 다른 층과의 고품질의 결합을 지지하기 위해 기판으로부터 제거될 때 잔여물-무함유 영역이 생성된다. 다른 예에서, 제거 단계는 목적하는 결합 또는 목표 영역 위에 잔여물이 훨씬 더 감소된 표면을 제조하기 위해 반복될 수 있다.
도 1a를 참조하면, 패키징된 플로우 셀 장치(10)의 일례가 도시되어 있다. 플로우 셀 장치(10)는 개시된 기술에 따라 제조될 수 있다. 플로우 셀 장치(10)에서, 한 세트의 밀봉된 챔버(12)는 개스킷층(14)에서 네가티브 공간(negative space)의 결과로서 제조된다. 챔버(12)는 상부에서 및 하부에서 기판층에 의해 밀봉된다. 이러한 배열은 도 1b에 도시된 바와 같이, 플로우 셀 장치(10)의 분해도(18)에서 예시된다. 개스킷층(14)은 하부 기판층(20)과 상부 기판층(22) 사이에 배치된다.
밀봉된 챔버(12)를 제조하기 위하여, 개스킷층(14)은 대개 기판층(20 및 22)에 결합된다. 결합은 기판(20 또는 22) 및 개스킷(14)의 결합 영역에서 일어난다. 결합 영역은 외부 오염으로부터 플로우 셀 장치(10)를 밀봉하도록 작용하는 플로우 셀 장치(10)의 둘레에 위치될 수 있다. 결합 영역은 일례에서, 또한, 다른 것들 중에서, 플로우 셀 장치(10) 내에서 교차-오염을 방지하는 마이크로유체 밀봉된 챔버(12) 사이에 위치될 수 있다. 그러나, 개시된 결합 영역이 실행예에 따라 임의의 목적하는 영역에 위치될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
일부 응용분야에서, 플로우 셀 장치(10)는 뉴클레오타이드 시퀀서(nucleotide sequencer)에서와 같이, 반응 자동화 장치에서 조절된 화학적 또는 생화학적 반응을 수행하기 위해 이용된다. 목적하는 경우에, 포트(24)는 하부 기판층(20)을 통해 천공될 수 있다. 포트(24)를 연결시킴으로써, 반응 자동화 장치는 밀봉된 챔버(들)(12)에서 시약 및 산물의 흐름을 조절할 수 있다. 반응 자동화 장치는 일부 응용분야에서, 플로우 셀 장치(10)의 압력, 온도, 가스 조성, 및 다른 환경 조건을 조정할 수 있다. 또한, 도 1a 및 도 1b에 도시되지 않은 일부 응용분야에서, 포트(24)는 상부 기판층(22)에서 또는 두 기판층(20, 22) 모두에서 천공될 수 있다. 일부 응용분야에서, 밀봉된 챔버(들)(12)에서 일어나는 반응은 열, 광 방출 및/또는 형광의 이미징 또는 측정에 의해 상부 기판층(22) 및/또는 하부 기판층(20)을 통해 모니터링될 수 있다.
일부 응용분야에서, 밀봉된 챔버(12)는 기판층(20) 및/또는 기판층(22)에 부착된 임프린팅된 나노구조를 함유할 수 있다. 이러한 임프린팅된 구조는 나노임프린팅 리소그래피, 포토리소그래피, 엠보싱, 또는 다른 공지된 기술을 통해 형성될 수 있다. 일부 설계에서, 임프린팅된 구조의 높이는 약 1 마이크론(㎛)보다 작을 수 있으며, 피치(즉, 구조들 간의 거리)는 약 400㎚ 내지 약 1㎛의 범위일 수 있다. 일부 응용분야에서, 기판 표면, 밀봉된 챔버(들)(12)의 임프린팅된 나노구조 및/또는 개스킷 표면은 하기에 기술되는 바와 같이, 부가된 표면 화학을 함유할 수 있다.
도 2에서의 다이어그램은 플로우 셀(10)의 제조에서 사용되는 결합 단계의 일례를 예시한 것이다. 이러한 예에서, 하단 층(32)은 일부 응용분야에서, 상기에서 논의된 바와 같이 임프린팅될 수 있는 하부 기판층(20A)에 결합된 개스킷(14A)을 포함한다. 이러한 예시에서, 하단 층(32)은 또한, 포트(24)를 갖는다. 하기에서 상세히 설명된 방법들 중 하나로 제조된, 잔여물-무함유 임프린팅된 상부 기판층(22A)은 패키징된 플로우 셀 장치(10A)를 제조하기 위해 결합 단계(34)를 통해 하단 층(32)에 결합된다. 일부 실행예에서, 결합 단계는 IR 레이저를 이용한다. 기판(20A)에 개스킷(14A)을 결합하는 다른 방법, 예를 들어, 확산 결합, 애노드 결합, 공융 결합(eutic bonding), 플라즈마 활성화 결합, 유리 프릿 결합(glass frit bonding), 또는 결합 계면 상에 엄격한 요건을 갖는 당해 분야에 공지된 다른 방법은 또한, 본 명세서에 기술된 방법에 의해 고려된다.
결합의 품질은 결합 강도에 의해 평가될 수 있다. 결합 강도는 접착력을 직접적으로 측정하는 시험에 의해 측정될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 기술된 스냅 시험(snap testing)과 같은, 당업자에게 공지된 임의의 수의 시험 방법에 의해 측정된 바와 같은 결합의 스내핑(snapping)은 결합 강도에 비례한다. 이러한 시험에서, 기판에 결합된 개스킷 또는 다른 물질, 또는 다른 기판에 결합된 기판이 당겨진다. 본 기술은 결합 시험의 스내핑을 통해 측정한 경우, 유리 기판 및/또는 개스킷 간의 접착 강도를 1000 gF(그램-힘) 내지 3200 gF 이상의 정도로 허용한다. 또한, 결합의 품질이 마이크로유체 챔버의 시일과 관련되어 있기 때문에, 챔버에 의해 지지된 압력은 유체 장치의 제조의 상황에서 결합의 품질을 정량화하는 다른 방법이다. 본 기술은 적어도 약 1 psi, 약 2 psi, 약 3 psi, 약 4 psi, 약 5 psi, 약 6 psi, 약 7 psi, 약 8 psi, 약 9 psi, 약 10 psi, 약 15 psi, 약 20 psi, 약 25 psi, 약 30 psi, 약 35 psi, 약 40 psi, 약 45 psi, 또는 약 50 psi까지 및 밀봉된 플로우 셀의 경우에, 적어도 약 100 psi까지 지지하는 챔버의 제조를 허용한다.
논의된 바와 같이, 어셈블링된 플로우 셀 장치(10A)의 결합 강도는 제조 공정에서 이전 단계에 의해 생성된 잔여물의 존재에 의해 손상될 수 있다. 예를 들어, 임프린팅된 상부 기판층(22A) 또는 하부 기판층(20A)을 생성하기 위해 사용되는 나노임프린팅 기술은 임프린팅 단계 후에 적소에서 잔여물을 남길 수 있다. 이러한 잔여물의 존재는 낮은 인장 강도(pull strength)를 갖는 결합을 갖는 플로우 셀을 제조할 수 있으며, 예를 들어, 밀봉된 플로우 셀에 대한 인장 강도는 더 낮을 수 있다. 즉, 손상된 시일의 결합(예를 들어, 개스킷-기판 결합)을 파괴하기 위해 사용되는 힘은 밀봉된 플로우 셀(10, 10A)의 동일한 구조적 결합을 파괴하기 위해 요구되는 힘보다 약 80%, 약 50%, 약 25% 또는 그 미만일 수 있다. 이러한 손상된 결합은 후속 제조 단계 동안 유지하지 못할 수 있어서, 생산 사이클에 걸쳐 폐기물을 야기시킬 수 있다.
목적하는 결합 강도를 갖는 나노임프린팅된 장치를 달성하기 위하여, 나노임프린팅된 장치는 본 명세서에 개시된 실행에 따라 제조될 수 있다. 도 3에서의 다이어그램은 일부 방법에서 사용되는 바와 같이, 나노임프린팅 리소그래피 및 후속 결합을 위한 기판의 가공의 예를 예시한 것이다. 가공 및 잔여물 제거의 방법(40)은 기판(41)으로 시작한다. 칩(42)은 나노임프린팅 리소그래피 단계(70A) 후에 제조된다. 임프린팅 동안에, 기판(41) 또는 웨이퍼는 목적하는 나노구조(46A)와 함께 임프린팅 수지(44)로 완전히 덮혀질 수 있다. 임프린팅 공정을 종결함으로써, 수지(44)는 기판(41)에 대해 경화된다. 임의의 적합한 수지(44)는 본 명세서에 기술된 방법에서 나노임프린팅하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 수지(44)는 유기 수지, 예를 들어, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 멜라민 수지, 폴리에스터 수지, 폴리카보네이트 수지, 페놀 수지, 에폭시 수지, 폴리아세탈, 폴리에터, 폴리우레탄, 폴리아마이드(나일론), 푸란 수지, 또는 다이알릴프탈레이트 수지일 수 있다. 일부 예에서, 사용되는 수지(44)는 화합물들(규소, 산소 및 수소를 포함함) 중에서 Si-O-Si 결합을 포함하고 출발 물질로서 실리카 유리에 의해 특징되는 실록산 폴리머-기반 물질을 사용함으로써 형성된 무기 실록산 폴리머일 수 있다. 사용되는 수지(44)는 또한, 규소에 결합된 수소가 유기 기, 예를 들어, 메틸 또는 페닐에 의해 치환되고 알킬실록산 폴리머, 알킬실세스퀴옥산 폴리머, 실세스퀴옥산 하이드라이드 폴리머, 또는 알킬실세스퀴옥산 하이드라이드 폴리머를 특징으로 하는 유기 실록산 폴리머일 수 있다. 실록산 폴리머의 비제한적인 예는 다면체 올리고머 실세스퀴옥산(POSS), 폴리디메틸실록산(PDMS), 테트라에틸 오쏘 실리케이트(TEOS), 폴리(오가노)실록산(실리콘), 및 퍼플루오로폴리에터(PFPE)를 포함한다. 수지(44)가 금속 산화물로 도핑될 수 있다는 것이 주지된다. 수지(44)는 예를 들어, 산화티탄, 산화하프늄, 산화지르코늄, 산화주석, 산화아연, 및 산화게르마늄을 포함하고, 적합한 용매를 사용하는 졸-겔 물질일 수 있다. 다수의 다른 수지(44) 중 어느 하나는 적용에 적절한 경우에, 사용될 수 있다. 또한, 본 개시내용의 특정 예가 수지(44)의 문맥에서 논의되어 있지만, 개시된 기술이 다른 유형의 물질, 예를 들어, 폴리머 층, 접착 촉진제, 금속 필름, 반도전성 필름, 절연 필름 등에 의해 형성된 요망되지 않는 잔여물을 제거하기 위해 이용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
수지-코팅 칩(42)에 적용된 수지 제거 단계(72)는 잔여물-무함유 하부층(48A)을 형성한다. 수지 제거 단계(72)는 잔여물-무함유 기판 표면을 제조하는 방법을 포함한다. 수지 제거 방법의 예는 하기에 상세히 기술된다. 잔여물-무함유 하부층(48A)은, 일부 응용분야에서, 결합을 위해 정해진 잔여물-무함유 영역(들)(52A)에 의해 둘러쌓여진, 챔버 레인(50A) 및 나노구조(46A)로 제조될 수 있다. 결합 단계(74A)에서, 층은 잔여물-무함유 하부층(48A)의 상부에 적용되며, 결합 기술은 결합 영역(56)에 적용된다. 이는 제2 기판 또는 개스킷층에 결합된 임프린팅 기판(예를 들어, 잔여물-무함유 하부층(48A))을 구비하고 플로우 셀 챔버(58)를 포함한 칩(54)을 야기시킨다.
비교 목적을 위해 방법(40) 아래에 나타낸, 방법(60)에서, 잔여물-무함유 하부층(48B)의 제조는 변형된 나노임프린팅 리소그래피 단계(70B)로부터 직접적으로 일어나며, 이에 따라, 수지 제거 단계는 생략될 수 있다. 일부 예에서, 변형된 리소그래피 단계는 하기에 상세히 기술되는 바와 같이, 저 잔여물 나노임프린팅 기술을 포함할 수 있다. 변형된 리소그래피 단계(70b)는 잔여물-무함유 하부층(48B)을 형성하며, 이는 일부 응용분야에서, 결합을 위해 정해진 잔여물-무함유 영역(들)(52B)에 의해 둘러쌓여진, 챔버 레인(50B) 및 나노구조(46B)를 포함할 수 있다. 결합 단계(74B)에서, 층은 잔여물-무함유 하부층(48B)의 상부에 적용되며, 결합 기술은 결합 영역(56)에 적용된다. 이는 제2 기판 또는 개스킷층에 결합된 임프린팅된 기판(예를 들어, 잔여물-무함유 하부층(48B))을 구비하고 플로우 셀 챔버(58)를 함유한 칩(54)을 야기시킨다.
방법(40 및 60)과 관련하여, 기판(41)은 하부 기판일 수 있으며, 결합된 층은 일부 예에서, 개스킷층일 수 있다. 이러한 예에서, 칩(54)은 도 2에 예시된 바와 같이 하부층(32)일 수 있다. 다른 예에서, 기판(41)은 상부 기판층(예를 들어, 도 2에서 22A)일 수 있으며, 칩(54)은 도 2에 예시된 바와 같이 하부층(32)일 수 있다. 이러한 예에서, 산물은 도 2의 밀봉된 플로우 셀 장치(10A)일 수 있다. 방법(40 및 60)의 단계는 또한, 나노임프린팅된 잔여물-무함유 기판 표면의 제조 및/또는 다른 층에 이러한 표면의 결합이 요망될 수 있는 다른 생화학적, 광학적 또는 전자 장치를 제조하기 위해 개별적으로 적용될 수 있다. 또한, 상기에 언급되고 하기에서 상세히 설명되는 잔여물-무함유 기판 표면을 제조하는 방법은 다른 적용, 예를 들어, 오염물-부재 마이크로유체 챔버 또는 채널의 제조, 접착 부착을 위한 세정, 종래 챔버의 재활용, 마찰 부재 표면의 제조, 광학적으로 투명한 표면의 제조, 요망되지 않는 유전 물질의 제거, 또는 기판에 대해 경화된 수지의 제거가 목적하는 임의의 다른 상황에 적용될 수 있다.
상기에 주지된 바와 같이, 방법(40 또는 60)을 통해 제조된 잔여물-무함유 하부층(48A 및 48B)은 잔여물-무함유 영역(52A, 52B) 및 피처(46A, 46B)를 갖는 나노임프린팅된 챔버 레인(50A, 50B)을 가질 수 있다. 적절한 결합 강도를 위하여, 결합 영역(56)은 기판(41)의 전체 덮인 구역의 적어도 약 0.5%, 적어도 약 1%, 또는 적어도 약 5%로 이루어질 수 있다. 일부 응용분야에서, 결합 영역(56)은 기판(41)의 전체 구역의 약 10%, 약 20%, 약 30%, 약 40%, 약 50%, 약 60%, 약 70%, 약 80%, 또는 최대 약 90%일 수 있다. 또한, 제시된 기술들 중 일부를 통해, 결합 영역(56)의 최대 99%는 실질적으로 잔여물-무함유일 수 있다. 고품질의 결합은, 본 개시내용에서 이해되는 바와 같이, 결합 영역(56)의 구역이 실질적으로 잔여물-무함유인 결합 영역(56)에서 수행될 수 있다. 일례에서, 결합 영역(56)은 적어도 약 50%, 적어도 약 75%, 적어도 약 90% 또는 적어도 약 95% 잔여물-무함유인 표면적을 가질 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 잔여물-무함유 영역(52A, 52B)은 더 큰 결합 영역(56)의 일부일 수 있으며, 잔여물-무함유 영역(52A, 52B)은 잔여물 제거의 패턴 결과로서, 결합 영역(56) 전반에 걸쳐 불연속적일 수 있다. 또한, 이웃 챔버 레인들(50A, 50B) 사이의 영역(56)에서의 결합 품질은 챔버들 간의 간격에 영향을 미칠 수 있다. 제시된 기술로부터 형성된 고품질의 결합은 약 1 mm 정도 작은 챔버들 간의 간격을 허용할 수 있다. 즉, 결합 강도/표면적이 개선되기 때문에, 감소된 양의 결합 표면적은 고품질 결합을 달성하기 위해 관련될 수 있다.
상기 기술을 고려하여, 도 4의 흐름도는 잔여물을 남기지 않으면서 기판 표면의 목적하는 영역으로부터 수지를 제거하는 박리 방법(peeling method)(80)의 일례를 예시한 것이다. 예시되지 않은, 초기 나노임프린팅 리소그래피 단계는 나노구조(예를 들어, 경화된 수지(84)에 도시된 자국(indentation) 및/또는 돌출부(protrusion))를 갖는 경화된 수지(84)에 부착된 기판(82)을 제조한다. 상술된 바와 같이, 기판(82)의 표면은 나노임프린팅 리소그래피의 적용 동안 대개 이용되는 스핀 코팅, 스프레이 또는 다른 기술로 인해 나노임프린팅된/경화된 수지(84)에 의해 완전히 덮일 수 있다. 이에 따라, 기판(82)에 대한 결합이 요망될 수 있는 구역은 또한, 경화된 수지(84)로 덮인다. 이러한 영역으로부터 경화된 수지(84)를 제거하기 위하여, 용접 박리 공정(weld peel process)이 적용될 수 있다. 일부 응용분야에서, 용접 박리 공정은 일반적으로, 기판(82)으로부터 수지(84)의 박리 또는 제거가 목적하는 영역에서 적용되는, 층에 대한 기판(82)의 용접 또는 결합, 및 이후에 이후에 용접된 층의 제거로 이루어진다.
용접 박리 공정의 용접 단계(96) 동안에, 층(86)은 기판(82)에 의해 지지된, 경화된 수지(84)의 상부에 첨가된다. 이러한 층(86)은 개스킷층, 밀봉층(sealing layer), 또는 다른 기판층일 수 있다. 후속하여, IR 레이저(88)는 목표 영역(90)에서 경화된 수지(84)에 층(86)을 용접 또는 결합시키기 위해 목표 영역(90)에 적용된다. 목표 영역(90)은 잔여물-무함유 영역(즉, 결합 영역)이 목적하는 기판(82)의 영역과 직접 접촉하는 경화된 수지(84)의 영역과 직접 접촉하는 층(86)의 영역이다. 일례에서, 용접은 적외선(IR) 레이저로 결합 영역에 에너지를 인가하는 것을 이용하는 결합 기술을 포함한다.
용접 박리 공정의 박리 단계(98)에서, 여기에 결합되거나 부착된 경화된 수지(84)의 영역을 포함하는 층(86)은 제거되어, 기판(82) 및 잔여물-무함유 표면 또는 영역(94)에 부착된 수지 구조(92)를 남긴다. 다시 말해서, 목표 영역(90)에서 기판(82)에 이전에 결합되거나 부착된 수지(84)는 층(86)과 함께 박리되어, 잔여물-무함유 영역(94)(예를 들어, 잔여물-무함유 영역(94)을 포함하는 결합 영역)을 남긴다. 일부 예에서, 층(86)은 폴리이미드 층 또는 고무 층일 수 있다. 다른 층들이 이러한 목적을 위하여 사용될 수 있다.
일부 실행예에서, 후속 용접-박리 공정은 잔여물-무함유 영역(94)에서 수지(84)의 양을 추가로 감소시키기 위해 적용될 수 있다. 새로운 층(86)은 수지 구조(92) 및 기판(82)의 상부에 적용될 수 있으며, 용접 단계(96), 이후에, 박리 단계(98)가 수행된다.
이러한 방법의 일부 다른 실행예에서, IR 레이저(88)는 층(86) 없이 수지(84)에 직접적으로 인가될 수 있다. 박리를 위해 UV 레이저, 또는 스펙트럼의 다른 영역에서의 레이저, 또는 집중된 열(focused heat)과 같은 에너지를 국소적으로 전달하기 위한 다른 기술이 또한, 이용될 수 있다.
이와 같이, 박리 방법의 일부 예는 수지(84) 잔여물을 제거하기 위해 수지(84)에 온도 또는 에너지의 직접적인 전달을 이용한다. 도 5에서의 차트는 수지에 대한 레이저로부터의 에너지의 축적(deposition)의 효과를 예시한다. 도 5의 차트에 도시된 데이터의 경우에, 레이저는 수지 표면을 250 mm/s의 속도로 스캐닝하였다. 수지에 대한 IR 레이저의 인가가 수지에서 트렌치(trench)(예를 들어, 102, 104, 106)의 형성을 야기시킬 수 있다는 것이 관찰되었다. 차트(100A)는 4.32 W로 설정된 IR 레이저의 인가에 의해 형성된 트렌치(102)의 형성을 도시한 것이다. 일부 응용분야에서, 트렌치의 깊이는 수지 아래에 기판층이 도달하기에 충분하다. 또한, 레이저 파워의 증가가 트렌치의 확대(enlargement)를 야기시킬 수 있다는 것이 관찰되었다. 차트(100B)는, 레이저 파워가 6.41 W로 증가되었을 때, 트렌치(104)가 더 넓게 되었음을 도시한다. 레이저 파워의 과도한 증가는 수지의 연소(burning)를 야기시킬 수 있는데, 이는 다른 험프(hump)-유사 구조를 형성시킬 수 있다. 차트(100C)는 레이저를 9.26 W로 추가로 증가시켜 더 넓은 트렌치(108)에 험프(106)를 형성시킴을 나타낸다. 일부 응용분야에서, 험프(106)는 이러한 것이 잔여물의 제거를 방지하기 때문에 요망되지 않을 수 있다. 일부 다른 응용분야에서, 험프(106)는 잠재적으로 목적하는 텍스처(texture)를 갖는 수지층에서의 트렌치 내에 작은 구조(tiny structure)를 형성시키기 위해 의도적으로 첨가될 수 있다.
박리 효능은 또한, 에너지 밀도와도 관련이 있을 수 있다. 축적된 에너지 수준이 낮을 때, 박리가 거의 또는 전혀 관찰되지 않는다. 중간 수준의 에너지에서, 박리 유형 경계면(peel type interface)이 일어나는데, 이는 잔여물-무함유 영역의 생성을 보조할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 박리 경계면(peel interface)은 수지가 레이저 에너지에 의해 제거된 형성된 트렌치, 또는 에너지에 노출 시에 제거된 수지의 구역이다. 과도한 수준의 에너지에서, 연소 경계면(burn interface)이 일어나는데, 이는 요망되지 않을 수 있다. 연소 경계면은 에너지 노출의 결과로서 트렌치에서 형성된 험프를 갖는 수지의 구역이다.
도 6에서의 플롯(plot)은 수지 및 형성된 얻어진 경계면에 대한 에너지 밀도 축적의 효과를 예시한 것이다. 플롯(120)은 에너지 밀도(122) 및 레이저 파워(124)의 함수로서 수지에 대한 레이저의 인가의 결과를 도시한 것이다. 인가된 레이저 파워(124) 및 에너지 밀도(122)가 실질적으로 독립적으로 조정될 수 있다는 것에 유의한다. 이는 다른 기술들 중에서, 레이저의 스캐닝 속도를 변경함으로써 또는 레이저의 개구(aperture)를 조정함으로써 달성될 수 있다. 레이저의 각 인가의 결과는 부분적으로 물질의 제거, 얻어진 텍스처 및/또는 험프의 존재를 기초로 하여, 박리 경계면(126) 또는 연소 경계면(128) 중 어느 하나로서 분류되었다. 박리 경계면의 생성은, 에너지 밀도가 35 nJ/㎛2 초과 및 80 nJ/㎛2 미만으로 존재하는 한(영역 130), 4.5 W 내지 9.5 W 범위의 파워 설정(power setting)에서 일어날 수 있다. 에너지 밀도가 80 nJ/㎛2보다 더 높은 경우에, 연소 경계면(128)이 나타날 수 있으며(영역 132), 이는 일부 응용분야에서 요망되지 않을 수 있다. 최적의 에너지 밀도 영역(134)은 직접 노출 박리 방법을 통해 잔여물의 제거를 위해 사용될 수 있다. 개시된 최적의 값이 사용되는 장비의 특정 구성으로 인하여 달라질 수 있다는 것이 주목된다.
도 7에서의 다이어그램은 박리 방법을 이용하여 형성된 잔여물-무함유 임프린팅된 표면에서의 결합 품질을 예시한다. 제공된 특정 처리(144)의 함수로서 형성된 결합 강도(142)가 제공된다. 데이터세트(146A 내지 146F)는 이러한 적용의 결과를 예시한 것이다. 4.32 W에서 설정된 저 파워 레이저의 경우에, 결합(146A)의 평균 박리 강도(peel strength)는 약 750 gF였다. 5.28 W의 파워에서 설정된 레이저의 경우에, 결합(146B)에 대해 얻어진 평균 박리 강도는 약 1250 gF였다. 이러한 실험을 기초로 하여, 1750 gF의 최대 박리 강도(146C)는 6.41 W로 설정된 파워를 갖는 레이저로 처리된 기판으로 얻어졌다. 7.36 W까지의 레이저의 설정 파워의 추가 증가는 결합의 박리 강도(146D)를 약 750 gF로 감소시켰다. 8.30 W에서 설정된 레이저로 처리된 기판으로 얻어진 결합이 약 250 gF의 강도(146E)를 갖기 때문에 이러한 감소 경향이 지속되었다. 9.26 W에서 설정된 레이저로 처리된 기판은 약 100 gF의 평균 박리 강도(146F)를 갖는다. 대조 데이터세트(148)는, 박리 방법의 적용의 부재 하에서, 결합이 매우 낮은 품질을 가지고 박리 강도가 0에 가깝다는 것을 나타낸다. 양성 대조 데이터세트(150)는 약 2200 gF의 높은 결합 강도를 나타내는데, 이는 결합이 잔여물이 완전히 존재하지 않는 비-임프린팅된 기판을 이용할 때 얻어졌다.
당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 에너지의 축적은 환경 조건뿐만 아니라 이용되는 특정 기기에 의존적일 수 있다. 이에 따라, 상기에 예시된 파워 및 에너지 밀도의 최적의 값은 사용되는 특정 레이저, 강도를 측정하기 위한 특정 방법, 이용되는 용접의 특정 방법, 기판 또는 개스킷 물질, 수지 물질 및/또는 표면에서 형성된 특성을 측정하기 위해 이용되는 방법이 제공되는 한, 변경될 수 있다. 또한, 상기 설명이 단순한 실험을 통해 에너지 축적에 대한 최적의 값의 식별을 가능하게 한다는 것이 주목된다.
도 8a 및 도 8b는 박리 기술을 이용하여 형성된 패키징된 장치(예를 들어, 플로우 셀 칩)의 일례를 도시한 것이다. 박리 방법을 통해 형성된, 도 8a의 이미지(160)에 도시된 플로우 셀 칩은 플로우 셀 장치의 생산에서 방법의 효능을 예시한다. 이미지(160)는 충전되고 가압된 플로우 셀 챔버, 및 어떠한 누출도 존재하지 않는 결합-영역을 도시한 것이다. 또한, 박리 방법을 통해 얻어진 잔여물-무함유 영역의 에지의 주사 전자 현미경 사진(170)은 도 8a에 도시되어 있다. 이러한 이미지(170)는 에지 아래의 영역이 실질적으로 수지-부재이고, 이에 따라, 우수한 결합을 형성시키기 위해 사용될 수 있다는 것을 도시한 것이다.
도 9에서의 다이어그램은 나노임프린팅 리소그래피 후 잔여물-무함유 표면을 형성하기 위한 선택적 반응성 이온 에칭 방법을 예시한 것이다. 나노임프린팅 리소그래피 단계는 나노구조를 갖는 경화된 수지(84)에 부착된 기판(82)을 형성시킨다. 상기에 주지된 바와 같이, 기판(82)은 경화된 나노임프린팅 수지(84)로 완전히 덮혀질 수 있다. 보편적인 리소그래피를 이용하는 포토리소그래피 단계(182)를 통해, 보호용 포토레지스트(184)는 경화된 수지(84)의 나노구조의 상부 상에 패턴화된다. 일부 실행예에서, 포토레지스트는 수지(84) 또는 결합 단계가 일어나는 기판(82)의 영역을 덮지 않을 것이다.
일부 실행예에서, 포토리소그래피 단계(182)는 스핀 코팅 기술 또는 다른 공지된 기술을 통해 경화된, 나노임프린팅된 수지(84)의 상부에 포토레지스트 물질의 초기 코팅으로 시작한다. 일부 응용분야에서, 포토레지스트 물질은 NR-9 포토레지스트일 수 있다. 적절한 코팅을 위하여, 포토레지스트는 포토레지스트 용매에 가용화될 수 있다. 다른 이용 가능한 포토레지스트는 적용을 위해 적절한 것으로 간주되는 경우에 사용될 수 있다. 일부 실행예에서, 형성된 포토레지스트층은 약 0.5㎛ 내지 약 2.5㎛일 수 있다. 코팅 이후에, 포토마스크는 포토레지스트층의 상부 상에 배치된다. 양성 포토리소그래피 공정에서, 포토마스크는 포토레지스트가 목적하는 영역에서 투명하고 포토레지스트의 제거가 목적하는 영역에서 불투명할 수 있다. 반대로, 네가티브 포토리소그래피 공정에서, 포토마스크는 포토레지스트가 목적하는 영역에서 불투명할 수 있고, 포토레지스트의 제거가 목적하는 영역에서 투명할 수 있다. 상기에 주지된 바와 같이, 포토레지스트가 목적하는 영역은 수지의 보호가 목적하는 영역일 수 있으며, 포토레지스트 제거가 목적하는 영역은 잔여물-무함유 영역이 목적하는 영역일 수 있다.
포토마스크의 적용 및 정렬 후에, 베이킹(baking)이 이용될 수 있다. 베이킹은 대략 80℃의 고온 환경에서 10분 이하의 특정 시간 동안 칩을 배치시키는 것으로 이루어질 수 있다. 칩은 이후에, 포토마스크 표면에서 강렬한 빛에 노출된다. 일부 응용분야에서, 그러한 강렬한 빛은 UV광일 수 있지만, 다른 광원들이 사용되는 특정 포토레지스트 물질 및 현상제를 기초로 하여, 사용될 수 있다. 포토마스크의 투명성 및 불투명성이 포토리소그래피 동안 인가된 광과 관련되어 있다는 것이 주지된다. 포토마스크의 투명한 영역 바로 아래의 포토마스크의 영역은 화학적 변형될 수 있다. 포토마스크의 제거, 이후, 포토레지스트의 현상제로의 처리는 양성 포토리소그래피의 경우에, 광에 노출된 영역으로부터 포토레지스트를 제거할 수 있다. 네가티브 포토리소그래피의 경우에, 현상제로의 처리는 광에 노출되지 않는 영역으로부터 포토레지스트를 제거할 것이다. 다른 포토리소그래프 공정이 임프린팅 수지(84)의 목적하는 영역 위에 현상된 보호용 포토레지스트(184)를 형성하기 위해 사용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
포토리소그래피 이후에, 에칭 공정이 적용될 수 있다. 일부 응용분야에서, 반응성 이온 에칭을 가능하게 하는 플라즈마(186)가 인가된다. 반응성 이온 에칭의 일반적인 적용분야에서, 하전된 플레이트는 기판(82) 아래에 배치될 수 있으며, 접지된 플레이트는 보호용 포토레지스트(184) 위에 배치될 수 있다. 셋업(setup)은 이후에, 진공 챔버, 매우 낮은 압력(100 mTorr 미만) 챔버, 또는 플라즈마(186)의 형성을 위해 적합한 일부 다른 챔버에 배치된다. 소량의 반응성 에칭 가스가 챔버에 허용된다. 일부 응용분야에서, 가스는 육플루오린화황일 수 있다. 다른 반응성 에칭 가스는 에칭 적용을 위해 적합하기 때문에 적용될 수 있다. 전기 전하는 이후에, 기판(82) 아래 하전된 플레이트에 적용될 수 있다. 일부 예에서, 전하는 교류 전류, 고주파수 전하일 수 있다. 전하는 가스의 이온화 및 플라즈마(186)의 형성을 야기시킬 수 있다. 이러한 전하는 또한, 챔버에서 접지된 플레이트로부터 보호용 포토레지스트(184) 쪽으로 이온화된 가스 및 플라즈마(186)를 가속화할 수 있다. 보호용 포토레지스트(184)의 표면 및 수지(84)의 보호되지 않은 영역의 가속화된 플라즈마 이온에 대한 노출은 표면의 부식을 야기시켜, 에칭을 초래할 수 있다.
이러한 반응성 이온 에칭 단계(188)의 결과로서, 포토레지스트(190) 층의 두께는 에칭에 의해 감소되지만, 목적하는 임프린팅된 구조가 위치된 수지 구조(92)의 일부를 보호한다. 수지(84)의 보호되지 않은 구역은 에칭되어 잔여물-무함유 기판 표면(94)을 남긴다. 포토레지스트(190)가 제거되는 최종 스트리핑 단계(stripping step)(192)는 결합을 위해 준비된 칩을 형성한다. 이러한 단계에서, 레지스트 스트리핑 용액(resist stripping solution)이 적용될 수 있다. 스트리핑을 위한 다른 방법, 예를 들어, 다른 용매로의 처리 또는 포토레지스트(190)의 산화가 이용될 수 있다. 스트리핑 시약이 기판(82) 또는 목적하는 수지 구조(92)를 손상시키지 않도록 주의해야 한다.
선택적 반응성 이온 에칭 방법(180)은 또한, 다른 에칭 방법을 이용하기 위해 변형될 수 있다. 일부 예에서, 선택적 산 에칭이 이용될 수 있다. 이러한 적용분야에서, 포토리소그래피 단계(182) 이후에, 수지(84)를 부식시키는 산으로 칩 또는 웨이퍼의 처리가 수행된다. 다른 적용분야에서, 알칼리 용액, 예를 들어, 금속 수산화물을 사용하는 습식 에칭이 이용될 수 있다. 산 에칭과 유사하게, 포토리소그래피 단계(182) 이후에, 알칼리 용액으로의 칩의 처리가 수행된다. 공지된 다른 건식 에칭 방법이 이용될 수 있다. 또한, 수지(84)를 위한 물질의 선택은 에칭 방법의 선택을 고려하여 이루어질 수 있다.
포토레지스트(184)는 플라즈마(186)의 적용의 종료 전에 적소에 잔류한다. 이에 따라, 제공된 반응성 이온 에칭 시스템에 대하여, 보호용 포토레지스트(184) 및 수지(84)의 에칭률의 차이를 인지하고 이에 따라, 포토레지스트(184)의 두께를 선택하는 것이 유용하다. 일부 응용분야에서, 제거된 수지층의 두께는 100㎚의 정도이며, 포토레지스트(184)의 두께는 수백 마이크론 정도이다. 다른 에칭 방법이 이용될 때, 보호용 포토레지스트(184)의 물질 및/또는 치수가 변경될 수 있다는 것이 주목된다. 수지(84)에서 나노구조가 에칭으로부터 보호하도록 주의해야 한다.
일부 적용을 위하여, 특정 표면 화학 처리는 수지 구조(92)의 표면에서 요망될 수 있다. 이러한 표면 화학은 친수성, 소수성, 또는 친지성 표면을 형성하기 위해 이용될 수 있다. 일부 응용분야에서, 표면 화학은 하이드로겔일 수 있다. 표면 화학은 특정 유기체와 형성된 챔버의 생체적합성을 위해 이용될 수 있다. 또한, 다세포 유기체의 세포주와 관련된 적용에서, 표면 화학은 세포의 분화, 성장, 발달 또는 다른 목적하는 표현형 거동과 관련된 적절한 분자 신호를 제공하기 위해 이용될 수 있다. 일부 응용분야에서, 표면 화학 처리는 검출, 정량화 또는 시퀀싱의 목적을 위해 수지에 올리고뉴클레오타이드를 부착시키는 것을 포함할 수 있다. 이러한 올리고뉴클레오타이드는 보충을 위한 DNA 프라이머, 하이브리드화를 위한 짧은 RNA 서열, 짧은 이중 가닥 DNA 서열, 생체분자 유기체를 고정시키거나 다른 생체분자를 위한 스캐폴드(scaffold)를 제공하기 위한 DNA 서열, 등일 수 있다. 일부 응용분야에서, 표면 화학은 수지에, 다른 생체분자의 검출을 촉진시킬 수 있는 항체, 나노바디(nanobody), 또는 다른 단백질 및/또는 폴리펩타이드를 고정할 수 있다. 이러한 단백질은 친화력, 하이브리드화 또는 FRET 기술에서와 같은 다른 상호작용을 통해 생체분자의 검출을 보조할 수 있다.
도 9의 선택적 반응성 이온 에칭 방법(180)을 고려하여, 도 10은 목적하는 표면 화학을 제공하는 방법의 일례를 위한 순서도(200)을 나타낸 것이다. 포토레지스트(184)의 도포(application)(참조 번호(202)로 나타냄) 및 에칭 처리(참조 번호(204)로 나타냄) 후에, 수지(84)는 표면 화학을 얻기 위해 처리될 수 있다(참조 번호(206)로 나타냄). 주지된 바와 같이, 표면 화학(206)을 제공하는 처리는 에칭(204) 후에 일어난다. 표면 화학 처리(206)는 이러한 방법에서, 또한, 잔여물-무함유 구역에서와 같이, 칩의 요망되지 않는 영역을 확장시킬 수 있다. 일부 응용분야에서, 이는 결합 품질을 감소시킬 수 있다. 다른 적용에서, 이는 다운스트림 적용에서 챔버의 오염을 야기시킬 수 있다. 요망되지 않는 영역에 적용된 표면 화학을 제거하는 폴리싱 단계(polishing step)가 적용될 수 있다.
보호용 포토레지스트(184)의 존재는 표면 화학을 제공하는 처리의 이전 적용을 허용할 수 있다. 도 10의 우측의 순서도는 이러한 방법(210)의 일례를 나타낸다. 일부 예에서, 표면 화학을 얻기 위한 처리(206)는 포토레지스트의 도포(202) 및 후속 에칭 처리(204) 이전에 일어난다. 도 9에 도시된 바와 같이, 보호용 포토레지스트(184)는 수지(84)의 영역을 보호한다. 이러한 보호가 또한, 수지(84)의 표면에서도 상이한 유형의 화학 처리로 확장된다는 것이 관찰되었다. 방법(210)의 적용에서, 포토레지스트 물질, 포토리소그래피 광 및 레지스트 스트리핑 방법의 선택은 적용된 표면 화학에 대한 손상을 방지할 수 있다. 방법(210)에서와 같이, 표면 화학(206)의 초기 적용은 폴리싱 없이 표면 화학이 또한 존재하지 않는 잔여물-무함유 영역을 형성시킬 수 있다. 결과적으로, 방법(210)은 추가적인 폴리싱 단계 없이 잔여물-무함유 임프린팅된 기판 표면의 고처리량 생산에서 이용될 수 있다.
도 11의 이미지는 선택적 반응성 이온 에칭으로 처리된 임프린팅된 기판의 영역의 주사 전자 현미경 사진을 도시한 것이다. 현미경 사진(214)은 에칭된 구역(215)에서 수지의 제거를 도시한 것으로서, 이는 경화된 수지가 상당히 존재하지 않는다. 현미경 사진(214)은 또한, 보호된 구역(216)에서 경화된 수지의 폴리머 구조가 보존됨을 도시한 것이다. 이미지의 확대된 부분은 참조 번호(218)로 도시되어 있으며, 이러한 이미지(218)는, 반응성 이온 에칭 이후에, 매우 적은 수지 잔여물이 에칭된 영역에 잔류함을 도시한다.
결합의 품질이 반응성 이온 에칭 처리의 기간의 함수일 수 있다는 것이 관찰되었다. 즉, 에칭 플라즈마(186)에 대한 노출이 길어질수록(도 9), 더욱 많은 수지 잔여물이 목표 기판 표면으로부터 제거될 수 있다. 이는 더 강력한 결합을 야기시킨다. 도 12를 참조하면, 이미지 시퀀스(220)는 폴리이미드 개스킷층과 임프린팅된 유리 기판 간의 결합 강도를 측정하기 위한 스냅 시험의 결과를 도시한 것이다. 이러한 시험에서, 개스킷층은 시험된 기판 표면에 결합되고, 당겨진다. 간단하게, 시험은 하기와 같이 수행된다. 유리 기판에 결합된 개스킷층은 MARK-10 Series 5 ㄷ디지털 포스 게이지(gital force gauge)(MARK-10 Corp., 뉴욕주 코피아그 소재)와 같은 디지털 포스 게이지의 마운팅 플레이트(mounting plate) 상에 배치되며, 개스킷 물질의 자유 단부(free end)는 그립(grip) 내로 삽입되며, 당김 시험(pull testing)이 제조업체 설명서에 따라 수행된다.
약한 결합에서, 개스킷층은 매우 낮은 저항력(낮은 박리 강도)으로 제거될 수 있다. 더 강력한 결합은 개스킷의 스내핑을 초래한다. 스내핑된 구역이 측정될 수 있으며, 강도의 측정이 얻어질 수 있다. 이미지(222A)는 6분의 기간에 반응성 이온 에칭 후에 기판 표면에 적용된 스냅 시험의 결과를 도시한 것이다. 에칭 기간의 8분까지의 증가는 제거된 폴리이미드의 구역(222B)을 감소시킨다. 또한, 에칭 기간의 10분까지의 증가는 스내핑된 구역(222C)의 추가 감소를 야기시킨다. 대조군(224)은 참조를 위해 스냅 시험 전 수지의 본래 형성을 나타낸다. 대조군(226)은 비-임프린팅된 기판 상의 스냅 시험의 결과를 도시한 것이다. 비-임프린팅된 기판이 매우 낮은 스내핑을 야기시키는 매우 강력한 결합을 제공한다는 것이 주목된다. 대조군(228)은 에칭의 부재 하에서, 결합 품질이 감소하여 전체 표면에서 폴리이미드의 스내핑을 상당히 야기시킨다는 것을 나타낸다. 이러한 결합 품질의 감소는 잔여물이 불충분하게 제거되는 보편적인 기술에서 불량한 결합 강도와 관련이 있다.
도 13a 및 도 13b에서의 이미지는 반응성 이온 에칭 방법의 결과를 도시한 것이다. 도 13a는 반응성 이온 에칭 방법을 통해 형성된 플로우 셀 칩(230)의 이미지를 도시한 것으로서, 이는 플로우 셀 장치의 생산에서의 본 방법의 효능을 예시한 것이다. 도 13a에서의 이미지는 충전된 플로우 셀 챔버, 및 어떠한 누출도 존재하지 않는 결합-영역을 도시한 것이다.
반응성 이온 에칭 방법을 통해 얻어진 에지의, 도 13b에 도시된 주사 전자 현미경 사진(240)은, 임프린팅된 영역과 수지-부재 영역 사이의 그러한 고품질 에지를 도시한 것이다. 고품질 에지는 구조에 대한 손상으로 인하여 폐기된 임프린팅된 기판의 수를 감소시키기 때문에 제작 수율의 증가를 야기시킨다. 또한, 현미경 사진(240)은 또한, 고품질 결합을 가능하게 하는 에지 아래의 실질적으로 수지-부재 영역을 도시한 것이다.
상기에 논의된 바와 같이, 여기에 제시된 기술은 기판에 부착된 수지를 제조하기 위해 나노임프린팅 리소그래피 방법을 이용한다. 나노임프린팅 리소그래피에서, 목적하는 나노구조를 위한 몰드를 함유한, 나노임프린팅 주형은 하기에서 논의되는 바와 같이 이용된다. 유체 나노임프린트 수지, 예를 들어, 폴리이미드 수지의 얇은 층은 기판의 표면 상에 코팅될 수 있다. 층에 대한 나노임프린트 주형의 적용은 나노임프린팅 수지를 물리적으로 대체하고 몰딩한다. UV광, 가열-냉각 사이클, 또는 다른 적절한 방법에 의한 수지의 후속 경화는 수지를 나노임프린트 주형에 의해 몰딩된 형상으로 고형화할 수 있다. 주형의 제거는 이후에 임프린팅된 기판을 남길 수 있다. 일부 응용분야에서, 나노임프린팅 리소그래피 방법은 다른 엠보싱 방법으로 대체될 수 있다.
도 3의 방법(60)을 다시 참조하면, 잔여물-무함유 표면은 특정 예에서 나노임프린팅 주형의 변형과 함께 수지 제거 단계 없이 얻어질 수 있다. 도 14에서의 흐름도는 변위-기반 저 잔여물 층 방법(250)의 일례를 도시한 것이다. 이러한 방법은 목적하는 나노구조를 몰딩하는 것 이외에, 나노임프린팅 주형이 기판(82)의 영역으로부터 수지를 완전히 변위시켜 나노임프린팅 리소그래피 후 실질적으로 낮은 잔여물을 갖는 영역을 형성하도록 나노임프린팅 주형(252)이 설계되게끔 나노임프린팅 주형(252)의 변형을 이용한다.
일부 응용분야에서, 결합 영역에서 나노임프린팅 주형(252)의 높이는 나노구조 피처의 높이를 넘어 증가될 수 있다. 이러한 추가적인 높이는, 일부 응용분야에서, 패턴 전사 단계(pattern transfer step)(256) 동안 나노임프린팅 주형(252)과 기판(82) 간의 직접 접촉을 가능하게 한다.
일부 응용분야에서, 결합 영역에서 나노임프린팅 주형(252)의 구조는 나노임프린팅 주형(252)에 의해 일부 수지 물질의 변위를 고려하여 추가 높이를 갖는 구조를 형성하도록 설계될 수 있다. 임의의 목적하는 높이는 최종 목적하는 높이의 벽을 갖는 채널을 생산하기 위해 추가적인 단계에서 에칭 물질 및/또는 시간의 선택에 의해 에칭될 수 있다.
일부 응용분야에서, 유체 수지(254A)의 변위를 촉진시키는 채널 또는 챔버와 같은 특별한 표면 패턴은 나노임프린팅 주형(252)의 결합 영역에 부가될 수 있다. 예를 들어, 채널은 패턴 전사 단계(256) 동안에 의도된 결합 영역(258)으로부터 수지(254A)의 배출을 허용하기 위해 나노임프린팅 주형(252)에서 형성될 수 있다. 일례에서, 채널은 잔여물-무함유 영역(94)의 외측에 정위된 배출구 포트를 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 채널은 기판(82)의 표면에 대해 일반적으로 평행하게 배향될 수 있다. 나노임프린팅 주형(252)은 공정에서 수지층(254A)을 변위시키는, 영역(258)에서 기판을 접촉할 때까지 기판(82)에 대해 가압된다. 얻어진 비-경화 수지(254B)는 기판(82)에 부착된 나노구조를 형성하기 위해 몰딩되고, 물리적 배제에 의해 목적하는 영역(258)으로부터 완전히 제거될 수 있다. 상술된 바와 같이, 경화 단계(260)는 수지 구조(92)에서 나노구조를 형성시키기 위해 수지(254B)를 고형화할 수 있다.
경화 단계(260) 후에, 나노임프린팅 주형(252)의 제거는 기판(82)에 부착된 임프린팅된 수지 구조(92)를 남겨서, 목적하는 나노구조를 형성할 수 있다. 또한, 나노임프린팅 주형(252)이 기판(82)에 접촉되는 영역은 주형(252)의 제거 후에 실질적으로 잔여물-무함유 구역(94)이 된다. 수지(254A, 254B)가 경화 전에 영역(258)으로부터 제거되었기 때문에(그리고, 이에 따라, 잔여물-무함유 구역(94)에서 기판(82)에 대해 경화되는 것으로 결코 존재하지 않음), 잔여물 제거 단계가 스킵핑(skipped)될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 세척 단계가 포함될 수 있다.
상기에서 논의된 바와 같이, 나노임프린팅 주형(252)은 여러 제조 반복으로 사용될 수 있다. 그러나, 일부 실행예에서, 수지층(254A)에서 잔여 수지는 경화 공정 후에 주형(262)에 부착될 수 있다. 주형(262)에서 잔여 수지는 제조된 나노임프린팅된 기판 중 일부에 존재하는 나노구조에서 고장의 책임이 있을 수 있다. 또한, 잔여 수지의 존재는 주형에서 패턴의 영역을 모호하게 할 수 있고, 이러한 주형을 이용하여 미래의 임프린팅된 기판의 품질의 감소를 야기시키고, 주형의 재사용을 방해할 수 있다. 나노임프린트 주형(252)은 재사용을 용이하게 하기 위해 특정 표면 화학으로 처리될 수 있다. 이러한 표면 화학은 경화 전에 수지의 변위를 방해하지 않으면서, 나노임프린트 주형과 경화된 수지 간의 접착력을 감소시킬 수 있다. 또한, 특정 처리는 나노임프린트 주형(252)의 물질을 기초로 하여 변경할 수 있다. 나노임프린트 주형(252)은 UV-투명 물질, 예를 들어, 용융 실리카, 또는 엘라스토머, 예를 들어, PDMS로 제조될 수 있다. 다른 적절한 물질은 나노임프린트 주형(252)을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 경화 단계(260)가 UV 방사선을 이용하는 경우에, UV-투명 물질이 나노임프린팅 주형(252)을 형성하기 위해 사용된다는 것이 주목된다.
도 15에서의 이미지(280)는 변위-기반 방법(displacement-based method)의 결과로서 형성된 임프린팅된 영역을 예시한 것이다. 더 밝은 영역은 결합 또는 다른 적용을 위해 이용될 수 있는 잔여물-무함유 영역이다. 어두운 사각형은 주형(252)에 의해 형성된 임프린팅된 구역이다. 더 어두운 사각형은 더 긴 구조에 해당하며, 더 밝은 사각형은 더 짧은 나노구조에 해당한다.
본 방법의 여러 예가 기술되어 있다. 임프린팅된 잔여물-무함유 기판 표면을 형성하는 방법의 일례(도 4에 도시된 방법과 유사함)는 기판층(예를 들어, 82)을 임프린팅 수지층(예를 들어, 84)으로 코팅하고; 나노임프린팅 주형을 적용하여 임프린팅 수지에서 나노구조를 생성시키고; 임프린팅 수지를 나노임프린팅 주형과 함께 적소에서 경화시켜 경화된 임프린팅 수지를 형성시키고; 나노임프린팅 주형을 제거하고; 제1 밀봉층(예를 들어, 86)을 경화된 임프린팅 수지의 상부 표면에 도포하고; 기판층의 결합 영역과 접촉하여 경화된 임프린팅 수지의 영역을 용접하고; 기판층의 결합 영역과 접촉하여 경화된 임프린팅 수지의 영역에 용접된 제1 밀봉층을 제거하는 것을 포함한다.
이러한 예시적 방법에서, 제1 밀봉층을 제거하는 것은 기판층의 표면 상에 하나 이상의 잔여물-무함유 영역(예를 들어, 94)을 생성시킨다. 일례에서, 이러한 하나 이상의 잔여물-무함유 영역은 기판층의 둘레에 배치된다. 다른 예에서, 이러한 하나 이상의 잔여물-무함유 영역은 실질적으로 나노임프린팅 주형에 의해 형성된 나노구조를 둘러싼다.
이러한 방법의 일례에서, 임프린팅 수지는 액체 수지이며, 임프린팅 수지의 경화는 액체 수지를 자외선(UV) 광원에 노출시키는 것을 포함한다. 이러한 방법의 다른 예에서, 임프린팅 수지의 경화는 임프린팅 수지의 온도를 증가시키고; 경화 시간이 경화한 후에 임프린팅 수지의 온도를 감소시키는 것을 포함한다.
이러한 방법의 일례에서, 기판층을 임프린팅 수지로 코팅하는 것은 스핀 코팅 기술을 포함한다.
이러한 방법의 다른 예에서, 제1 밀봉층은 개스킷이다.
또한, 본 방법의 이러한 예에서, 영역의 용접은 결합 영역과 접촉하고 경화된 임프린팅 수지의 다른 영역에는 접촉하지 않는 (경화된 임프린팅 영역의) 영역에만 에너지를 인가하는 것을 포함한다.
본 방법의 이러한 예는 또한, 제1 밀봉층을 제거한 후에, 제2 밀봉층을 경화된 임프린팅 수지의 상부 표면에 도포하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 예는 또한, 제2 밀봉층을 기판층의 잔여물-무함유 영역에 용접하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 예는 또한, 제2 밀봉층을 제거하는 것을 포함할 수 있다.
임프린팅 기판 표면을 형성하는 본 방법의 다른 예(도 9에 도시된 방법과 유사함)는 수지층(예를 들어, 84)에서 나노구조를 형성하고; 제1 포토레지스트층을 수지층의 상부 표면에 도포하고; 포토리소그래피 마스크를 제1 포토레지스트층의 상부 표면에 적용하고; 제1 포토레지스트층을 포토리소그래피 마스크를 통해 광원에 노출시키고; 포토리소그래피 마스크를 제거하고; 제1 포토레지스트층을 현상시켜 보호용 포토레지스트(예를 들어, 184)를 형성하고; 에칭 기술을 이용하여 포토레지스트 및 나노구조가 없는 수지층의 영역을 에칭시키고; 보호용 포토레지스트를 제거하는 것을 포함한다.
본 방법의 이러한 예에서, 수지층에서 나노구조를 형성하는 것은 기판층을 임프린팅 수지층을 코팅하고; 나노임프린팅 주형을 적용하여 임프린팅 수지에서 나노구조를 생성시키고; 임프린팅 수지를 나노임프린팅 주형과 함께 적소에 경화시켜 경화된 임프린팅 수지를 형성하고; 나노임프린팅 주형을 제거하는 것을 포함한다.
이러한 방법의 일례에서, 포토리소그래피 마스크, 포토레지스트층의 포토레지스트 물질, 및 포토리소그래피 현상 기술은 양성 포토리소그래피 기술을 수행하기 위해 선택된다. 이러한 방법의 다른 예에서, 포토리소그래피 마스크, 포토레지스트층의 포토레지스트 물질, 및 포토리소그래피 현상 기술은 네가티브 포토리소그래피 기술을 수행하기 위해 선택된다.
이러한 방법의 일례에서, 포토레지스트층은 NR-9 포토레지스트 물질을 포함하며, 광원은 자외선(UV) 광원이다.
이러한 방법의 일례에서, 에칭 기술은 건식 에칭 기술을 포함한다. 이러한 방법의 다른 예에서, 에칭 기술은 반응성 이온 에칭 기술이다. 이러한 방법의 또 다른 예에서, 에칭 기술은 습식 에칭 기술을 포함한다. 습식 에칭 기술은 산 에칭 기술일 수 있다. 대안적으로, 습식 에칭 기술은 알칼리 에칭 기술일 수 있다.
이러한 방법의 일례는 표면 화학 처리를 수지층에 적용하는 것을 추가로 포함한다. 일례에서, 표면 화학 처리를 적용하는 것은 제1 포토레지스트층의 도포에 선행한다. 다른 예에서, 표면 화학 처리를 적용하는 것은 보호용 포토레지스트의 제거에 후행된다.
이러한 방법의 예에서, 보호용 포토레지스트는 스트리핑 방법을 이용하여 제거된다.
임프린팅된 기판 표면을 형성하는 방법의 또 다른 예(도 14에 도시된 방법과 유사함)는 기판층(예를 들어, 82)을 임프린팅 수지층(예를 들어, 254A)으로 코팅하는 단계; 나노임프린팅 주형을 임프린팅 수지층에 적용하는 단계로서, 나노임프린팅 주형(예를 들어, 252)이 임프린팅 수지에서 나노구조를 몰딩하기 위한 나노구조 주형, 및 기판층에서 잔여물-무함유 영역을 생성시키기 위한 잔여물-무함유 주형을 포함하는 단계; 임프린팅 수지층을 나노임프린팅 주형과 함께 적소에서 경화시켜 경화된 임프린팅 수지를 형성시키는 단계; 및 나노임프린팅 주형을 제거하는 단계를 포함한다.
이러한 방법의 일례에서, 나노임프린팅 주형의 잔여물-무함유 주형은 임프린팅 수지층으로부터 수지의 변위를 촉진시키기 위해 채널을 포함한다. 이러한 방법의 다른 예에서, 나노임프린팅 주형은 나노임프린팅 주형의 제거 후에 수지 잔여물을 함유하지 않도록 처리된다.
이러한 방법의 일례에서, 임프린팅 수지는 폴리이미드 수지를 포함하며, 나노임프린팅 주형은 UV 투명 물질을 포함하며, 임프린팅 수지의 경화는 UV광에 임프린팅 수지를 노출시키는 것을 포함한다.
이러한 방법의 또 다른 예에서, 나노임프린팅 주형의 잔여물-무함유 주형은 기판층을 갖는 중단되지 않은 접촉 영역을 형성하도록 구성된 하나 이상의 접촉 표면을 포함한다.
일부 예에서, 이러한 방법은 나노구조를 목적하는 높이까지에칭시키는 것을 추가로 포함한다.
본 명세서에 개시된 방법의 임의의 예는 플로우 셀(예를 들어, 10, 10A)을 형성하기 위해 이용될 수 있다. 일례에서, 플로우 셀은 적어도 하나의 임프린팅된 나노구조(예를 들어, 46A) 및 제1 잔여물-무함유 영역(52A)을 포함하는 제1 기판층(예를 들어, 41, 20); 제2 기판층(예를 들어, 22); 개스킷층이 제1 결합을 통해 제1 잔여물-무함유 영역에서 제1 기판층에 결합되고 개스킷층이 제2 결합을 통해 제2 기판층에 결합되어 있는 개스킷층(예를 들어, 14); 및 각 밀봉된 챔버가 제1 기판층, 제2 기판층, 개스킷 내의 네가티브 공간, 또는 이들의 임의의 조합 사이의 용적에 의해 형성되고 적어도 하나의 밀봉된 챔버가 적어도 1 psi의 압력을 지지하는 적어도 하나의 밀봉된 챔버(예를 들어, 12)를 포함한다.
플로우 셀의 일례에서, 제1 기판층은 유리층이다.
플로우 셀의 일례에서, 개스킷층은 결합 가능한 열가소성 폴리이미드 필름 층이다.
플로우 셀의 일례에서, 제2 기판층은 임프린팅된 나노구조 및 제2 잔여물-무함유 영역을 가지며, 여기서, 개스킷층은 제2 잔여물-무함유 영역에서 제2 기판층에 결합된다.
플로우 셀의 일례에서, 적어도 하나의 임프린팅된 나노구조는 폴리이미드 수지를 포함한다.
플로우 셀의 일례에서, 적어도 하나의 임프린팅된 나노구조는 표면 화학을 갖는다. 플로우 셀의 다른 예에서, 제1 기판층은 표면 화학을 갖는다.
플로우 셀의 일례에서, 제1 기판층의 제1 잔여물-무함유 영역은 표면적 기준으로 적어도 99% 존재하지 않는 상기 제1 잔여물-무함유 영역을 포함한다.
플로우 셀의 일례에서, 제1 결합은 1000 gF의 최소 접착 강도를 갖는다.
플로우 셀의 일례에서, 제1 잔여물-무함유 영역은 박리 기술을 이용하여 형성된다. 플로우 셀의 다른 예에서, 제1 잔여물-무함유 영역은 선택적 에칭 기술을 이용하여 형성된다. 플로우 셀의 또 다른 예에서, 제1 잔여물-무함유 영역은 저-잔여물 나노임프린팅 리소그래피 기술을 이용하여 형성된다.
명세서 전반에 걸쳐 "일례," "다른 예," "예" 등에 대한 언급은, 실시예와 관련하여 기술된 특정 구성요소(예를 들어, 특성, 구조, 및/또는 특징)가 본 명세서에 기술된 적어도 하나의 예에 포함되고, 다른 예에서 존재할 수 있거나 존재하지 않을 수 있음을 의미한다. 또한, 임의의 예에 대한 기술된 구성요소가 문맥이 달리 명확하게 명시하지 않는 한, 다양한 예에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 제공된 범위가 기술된 범위 및 기술된 범위 내의 임의의 값 또는 하위-범위를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 약 400㎚ 내지 약 1㎛의 범위는 약 400㎚ 내지 약 1㎛의 명시적으로 인용된 한계를 포함할 뿐만 아니라, 개별 값, 예를 들어, 약 580㎚, 약 725㎚, 약 885.5㎚ 등, 및 하위-범위, 예를 들어, 약 550㎚ 내지 약 950㎚, 약 475㎚ 내지 약 800㎚ 등을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 또한, "약" 및/또는 "실질적으로"가 값을 기술하기 위해 사용될 때, 이러한 것은 기술된 값으로부터 최소 편차(최대 +/- 10%)를 포함하는 것을 의미한다.
고려된 예의 특정 특성들만이 본 명세서에 예시되고 기술되었지만, 여러 변형 및 변경은 당업자에게 일어날 수 있다. 또한, 개시된 예의 특정 구성요소가 서로 조합되거나 교환될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 이와 같이, 상기 개념(단, 이러한 개념은 서로 불일치하지 않는 경우)의 모든 조합이 본 명세서에 개시된 본 발명의 주체의 일부인 것으로 고려된다는 것이 인식되어야 한다. 특히, 본 개시내용의 마지막에 나타나는 청구된 주제의 모든 조합은 본 명세서에 개시된 본 발명의 주체의 일부인 것으로서 고려된다. 이에 따라, 첨부된 청구범위는 또한, 본 발명의 실제 사상 내에 속하는 바와 같이 모든 이러한 변형 및 변경을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (6)

  1. 플로우 셀(flow cell)로서,
    적어도 하나의 임프린팅된 나노구조 및 제1 잔여물-무함유 영역을 포함하는 제1 기판층;
    제2 기판층;
    제1 결합을 통해 상기 제1 잔여물-무함유 영역에서 상기 제1 기판층에 결합되고 제2 결합을 통해 상기 제2 기판층에 결합된 개스킷층; 및
    각각이 상기 제1 기판층, 상기 제2 기판층, 상기 개스킷 내의 네가티브 공간(negative space), 또는 이들의 임의의 조합 사이에 용적(volume)에 의해 형성된 적어도 하나의 밀봉된 챔버를 포함하되;
    상기 적어도 하나의 밀봉된 챔버는 적어도 1 psi의 압력을 지지하는, 플로우 셀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판층은 유리층이고;
    상기 개스킷층은 결합 가능한 열가소성 폴리이미드 필름 층이며;
    상기 적어도 하나의 임프린팅된 나노구조는 폴리이미드 수지를 포함하는, 플로우 셀.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 기판층은 임프린팅된 나노구조 및 제2 잔여물-무함유 영역을 가지며, 상기 개스킷층은 상기 제2 잔여물-무함유 영역에서 상기 제2 기판층에 결합된, 플로우 셀.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 임프린팅된 나노구조는 표면 화학을 가지거나;
    상기 제1 기판층은 상기 표면 화학(surface chemistry)을 갖는, 플로우 셀.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 기판층의 상기 제1 잔여물-무함유 영역은 표면적 기준으로 적어도 99% 존재하지 않는 상기 제1 잔여물-무함유 영역을 포함하는, 플로우 셀.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 결합은 1000 gF의 최소 접착 강도(minimum adhesion strength)를 갖는, 플로우 셀.
KR1020237020757A 2016-09-27 2017-09-11 임프린팅된 기판 KR20230093546A (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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