TWI480225B - 分子檢測感測器之微奈米金屬結構及其製作方法 - Google Patents

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分子檢測感測器之微奈米金屬結構及其製作方法
本發明是有關於一種分子檢測感測器及其製作方法，且特別是有關於一種分子檢測感測器之微奈米金屬結構及其製作方法。
目前較為廣泛使用的生物晶片為螢光生物晶片及酵素呈色生物晶片，然而，其中螢光標定與多重抗體抗原結合等流程不僅增加檢測複雜度，更使檢測成本大幅增加。有鑑於此，許多非螢光型檢測技術持續被研究開發，包括金屬奈米粒子聚集或分散時顏色改變的偵測方式、激發光源使金屬薄膜產生表面電漿共振(surface plasmon resonance，SPR)而用於偵測因生物分子沉積造成共振角度或反射光強度之變化的方式、金屬奈米粒子瑞利散射(Rayleigh Scattering)偵測方式、激發光源使金屬微奈米粒子或金屬微奈米結構產生局部化表面電漿共振(localized surface plasmon resonance，LSPR)而用於偵測因微量生物分子沉積造成共振頻率變化的方式、激發光源使金屬微奈米粒子或金屬微奈米結構產生局部電磁場表面增強拉曼散射強度(surface enhanced raman scattering，SERS)而用於偵測微量生物分子沉積造成拉曼位移(Raman Shift)的方式、以及利用奈米結(nano-junction)或奈米線(nano-wire)等電性偵測方式。上述這些方法雖然可達成非標記(Label Free)與低濃度偵測的目標，但大部分牽涉奈米化製程，例如微奈米金屬顆粒製作或微奈米結構製作，造成成本提升與量產性不佳的問題。激發光源使金屬薄膜產生表面電漿共振偵測方式雖不涉及奈米化製程，但對於偵測光源、機構精準度與溫度穩定度的要求亦極高。
局部化表面電漿共振感測晶片檢測方式是國際先進研究實驗室近十年才開始發展的檢測技術，其工作原理乃利用全波段光源激發微奈米金屬顆粒或金屬微奈米結構之局部化表面電漿共振，進而在金屬顆粒或結構上產生局部化電場。有別於一般金屬薄膜之表面電漿共振，局部化電場之有效範圍可小於數十奈米，而一般表面電漿共振產生之表面消散波(evanescent wave)的有效範圍則大約為200奈米。一般之表面電漿共振晶片，其偵測方式需使用極精準之角度掃描反射率變化或固定某特定角度之多波長或多點反射強度偵測，對於偵測光源、機構精準度與溫度穩定度的要求均極高。相較之下，局部化電場則可感知極少量分子造成的微小折射率變化。
局部化表面電漿共振感測晶片偵測方式可分為穿透光譜偵測與反射光譜偵測兩種方式，激發光源為一垂直入射之全波段光源，偵測端則為一波長高解析之光譜儀，當微量分子與功能化感測晶片(functionalized biochip)結合後，即可偵測特性光譜之波長偏移(extinction spectrum shift)。由於此類型感測晶片具備高靈敏度且偵測方式簡易等優點，目前正廣泛被研究並應用於各種生物分子檢測，例如用於檢測阿茲海默症的生物標記物澱粉狀蛋白衍生可溶性配位體(biomarker amyloid-derived diffusible ligands，ADDLs)、以及用於檢測攝護腺癌的生物標記物前列腺特異抗原(biomarker prostate-specific antigen，PSA)等。
局部化表面電漿共振感測晶片雖具備高靈敏度且偵測方式簡易等優點，但在晶片製作、量產上卻存在較高的技術門檻。局部化表面電漿共振感測晶片種類可分為奈米顆粒分散(nano-particle dispersions)、奈米顆粒表面固定(surface-immobilized nanoparticles)、以及奈米結構陣列(nanostructure arrays)三種類型。前兩種方式雖可達成高靈敏度偵測，但奈米金屬顆粒製作與其固定於基版表面之製程並不易量產。第三種方式可使用奈米球模板技術(nanonphere lithography，NSL)、團鏈共聚物模板技術(block copolymer lithography)、膠體晶體蝕刻技術(colloidal lithography)、金屬薄膜蒸鍍(metal thin film evaporation)、以及電子束微影製程技術(e-beam lithography)等技術製作局部化表面電漿共振晶片。這些方法雖可成功製作具有序或無序之微奈米結構晶片並應用於局部化表面電漿共振檢測，但仍具有製程過於複雜、大面積製作不易、以及重複性(reproduction)不佳等問題有待克服，目前並無法大量生產。
有鑑於上述課題，本發明係提供一種分子檢測感測器之微奈米金屬結構及其製作方法，可提高大面積製造之穩定性與均勻性，控制結構形狀及週期性，並同時簡化製程。
根據本發明之一方面，係提出一種分子檢測感測器之微奈米金屬結構的製作方法，至少包括：提供一基板；形成一有機材料層於基板上；形成一光阻材料層於有機材料層上；圖案化光阻材料層以形成一微奈米級圖案化光阻層；以微奈米級圖案化光阻層為遮罩蝕刻有機材料層，以形成一微奈米級圖案化有機層，並暴露出基板之一部份表面；沈積一金屬層於微奈米級圖案化光阻層上、微奈米級圖案化有機層上及基板暴露之部份表面上；以及去除微奈米級圖案化光阻層及微奈米級圖案化有機層以形成微奈米金屬結構。
根據本發明之另一方面，係提出一種分子檢測感測器之微奈米金屬結構的製作方法，至少包括：形成一基板；沈積一金屬層於基板上；形成一有機材料層於金屬層上；形成一光阻材料層於有機材料層上；圖案化光阻材料層以形成一微奈米級圖案化光阻層，並暴露出有機材料層之部分表面；以微奈米級圖案化光阻層為遮罩蝕刻有機材料層，以形成一微奈米級圖案化有機層，並暴露出金屬層之部分表面；沈積一遮罩材料層於微奈米級圖案化光阻層上、微奈米級圖案化有機層上及金屬層上；去除微奈米級圖案化光阻層及微奈米級圖案化有機層，以形成一微奈米級圖案化遮罩層於金屬層上；以及根據微奈米級圖案化遮罩層蝕刻金屬層以形成微奈米金屬結構。
根據本發明之再一方面，係提出一種用於分子檢測感測器之微奈米金屬結構，至少包括一基板以及一金屬奈米柱陣列形成於基板上，金屬奈米柱陣列包括複數個金屬奈米柱體。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
以下係提出一種分子檢測感測器之微奈米金屬結構及其製造方法，藉由沈積金屬層於微奈米級圖案化光阻層上、微奈米級圖案化有機層上及基板暴露之部份表面上，接著去除微奈米級圖案化光阻層及微奈米級圖案化有機層以形成微奈米金屬結構。此方法可提高大面積製造之穩定性與均勻性，控制結構形狀及週期性，並同時簡化製程。然而，實施例所提出的細部結構和製程步驟僅為舉例說明之用，並非對本發明欲保護之範圍做限縮。該些步驟僅為舉例說明之用，並非用以限縮本發明。具有通常知識者當可依據實際實施態樣的需要對該些步驟加以修飾或變化。
第一實施例
請參照第1A～1E圖。第1A圖繪示依照本發明之第一實施例之基板、有機材料層及光阻材料層的示意圖。第1B圖繪示圖案化第1A圖之光阻材料層後形成微奈米級圖案化光阻層的示意圖。第1C圖繪示以第1B圖之微奈米級圖案化光阻層為遮罩蝕刻有機材料層後形成微奈米級圖案化有機層的示意圖。第1D圖繪示沈積金屬層於第1C圖之微奈米級圖案化光阻層、微奈米級圖案化有機層及基板上的示意圖。第1E圖繪示去除第1D圖之微奈米級圖案化光阻層及微奈米級圖案化有機層後形成微奈米金屬結構的示意圖。
首先，如第1A圖所示，提供一基板101。基板101例如是聚碳酸酯(PC)基板，其厚度為約0.6毫米(mm)。實施例之基板101例如為透明基板。接著，形成有機材料層102於基板101上。有機材料層102與基板101具有良好之附著力，例如為有機染料層或高分子層，但並不以此為限。有機材料層102例如包括双苯乙烯基化合物(bis-styryl compound)，以化學式I表示：
其中，Y係選自氧原子、硫原子、含取代基之碳原子(C-R5 )、以及含取代基之氮原子(N-R6 )其中之一。
R1 係選自碳數1至18(”C1-18 ”)之烷基(alkyl group)、苯基、含有鹵素原子(halogen atom)之烷基、含有烷氧取代基(alkoxyl group substitute)之C1-18 之烷基、含有酮基(Ketone)之C1-18 之烷基、C1-18 之醚基(ether group)、以及對二烷基苯(p-alkyl benzyl group)其中之一。
R2 、R3 、R5 、R6 、R7 可為相同或不同之基團，其係選自氫原子、氮原子、硫原子、鹵素原子、碳數1至8(”C1-8 ”)之烷基、C1-8 之烷氧基(alkoxyl group)、C1-8 之烷酯基(alkylate group)、羧基(carboxyl group)、C1-8 之烷氧羰基(alkoxycarbonyl group)、C1-6 之烷基銨次烴基氧羰基(alkylaminealkylenecarboxy group)、金剛烷基(adamantyl group)、氨基(amide group)、胺基(amino group,N-R2 )、含氧胺基(oxygen containing amino group,N-R2 )、硫磺基(sulfo group)、硫基(sulfonyl group)、硼酸(boronic acid)、硝基(nitro group,NO2 )、三氟甲基(trifluoromethyl group)、氟化磺酸基(sulfonic acid fluoride group)、磺酸基(sulfonic acid group)、羥基(hydroxyl group)、二茂鐵基(ferrocenyl group)、氰基(cyano group,CN)、雜環(heterocyclic group)、以及含氮雜環(nitrogen containing heterocyclic group)其中之一。
R4 係選自氫原子、烷基、烷氧基、鹵素原子、硝基、磺酸基、酸基、磺酸基(sulfonic acid group)、含取代基或不含取代基之苯環其中之一。
X係選自鹵素原子、過氯酸根(perchlorate,ClO4 - )、四氟硼酸根(fluoroborate,BF4 - )、四苯硼酸根(tetraphenyl boron,BPh4 - )、六氟磷酸根(hexfluorophoshpate,PF6 - )、六氟銻酸根(hexfluoroantimonate,SbF6 - )、四氰代二甲基苯離子(7,7',8,8'-tetracyanoquinonedimethane,TCNQ- )、四環氰基乙烯離子(tetracyanoethylene,TCNE- )、苯磺酸根(naphthalenesulfonic acid)、苯磺酸鹽(benzenesulfonates)及有機金屬錯合物(organometallic complex)其中之一。
實施例中，有機材料層102係包括化合物I-1，以化學式I-1表示：
接著，形成光阻材料層103於有機材料層102上。光阻材料層103例如為熱感式光阻層或無機光阻層，例如是Ge-Sb-Sn-Ox 層。
然後，如第1B圖所示，圖案化光阻材料層103以形成微奈米級圖案化光阻層104。圖案化光阻材料層103的方法可包括：以聚焦雷射照射光阻材料層103以形成一曝光區域，以及移除此曝光區域以形成微奈米級圖案化光阻層104。聚焦雷射可以是建構於R-Θ移動平台或X-Y平台之聚焦雷射光點，其波長例如是405奈米(nm)，數值孔徑(numerical aperture，NA)例如是0.65，但不在此限，實際應用時所採用的聚焦雷射之波長範圍實質上可以為紫外光、可見光到近紅外線的波長，只要能形成實施例之微奈米級圖案化光阻層104即可。以聚焦雷射光點對光阻材料層103加熱使其曝光，藉由雷射功率與脈衝調整方式使部分光阻材料層103曝光，使用顯影液(例如是稀釋之KOH溶液)顯影，可有效突破光學繞射極限，在光阻材料層103上製作出微奈米級結構，而形成微奈米級圖案化光阻層104。實施例之微奈米級圖案化光阻層104之微奈米級結構可以是周期性或非周期性排列之微奈米級孔洞，孔洞的半高寬可控制在小於200奈米，例如是150奈米。當微奈米級結構是周期性排列時，可以是周期性之同心圓排列或螺旋排列之微奈米級孔洞。
藉由控制雷射脈衝聚焦的位置與停留的時間，可調整雷射聚焦在光阻材料層103上之不同位置的熱累積，而可控制形成之微奈米級孔洞的截面形狀，例如是圓形、橢圓形、水滴形或棒狀(rod)。當聚焦雷射是建構於R-Θ移動平台之聚焦雷射光點時，可形成周期性之同心圓排列之微奈米級孔洞。經由控制圓周方向之第一週期P1及半徑方向之第二週期P2，可以調整微奈米級孔洞之排列位置及彼此間之相對配置。
接著，如第1C圖所示，以微奈米級圖案化光阻層104為遮罩蝕刻有機材料層102，以形成微奈米級圖案化有機層105(micro/nano patterned organic layer)，並暴露出基板101之一部份表面101a。其中，可以乾式蝕刻方式蝕刻有機材料層102至基板101之部份表面101a，例如是氧電漿蝕刻方式，但並不以此為限。
其次，如第1D圖所示，沈積金屬層106於微奈米級圖案化光阻層104、微奈米級圖案化有機層105及基板101暴露之部份表面101a上。金屬層106之材料例如為金(Au)、銀(Ag)、鋁(Al)或鉑(Pt)，但並不以此為限。只要化學穩定性佳，不與檢測分子發生反應，並且能夠配合局部化表面電漿共振之共振波長及偶合效率等光譜特性要求即可。金屬層106亦可為複合金屬層，例如包括一金層及一鈦(Ti)層，先沈積鈦層於微奈米級圖案化光阻層104、微奈米級圖案化有機層105及基板101暴露之部份表面101a上，接著沈積金層於鈦層上。金層之厚度例如為約40奈米，鈦層之厚度例如為3奈米。另一實施例中，複合金屬層可包括一金層及一鉻(Cr)層，先沈積鉻層於微奈米級圖案化光阻層104、微奈米級圖案化有機層105及基板101暴露之部份表面101a上，接著沈積金層於鉻層上。金屬層106為複合金屬層時，其中例如鈦層或鉻層可增加金層與基板間的附著性。
然後，如第1E圖所示，去除微奈米級圖案化光阻層104及微奈米級圖案化有機層105以形成微奈米金屬結構10。其中，可以濕式蝕刻方式或掀離(lift-off)製程去除微奈米級圖案化光阻層104及微奈米級圖案化有機層105，例如是以有機溶劑溶解微奈米級圖案化有機層105，且同時一併去除微奈米級圖案化有機層105上之微奈米級圖案化光阻層104及部份金屬層106。有機溶劑可以是醇類，但並不以此為限。微奈米金屬結構10可包括周期性或非周期性排列之金屬奈米柱陣列107。例如如附圖1所示，其繪示依照本發明一實施例之分子檢測感測器之微奈米金屬結構之金屬奈米柱上視圖。實施例中，金屬奈米柱體的半高寬約為150奈米。當金屬奈米柱陣列107是周期性排列時，可以是周期性之同心圓排列或螺旋排列之金屬奈米柱陣列。金屬奈米柱陣列107之形狀、尺寸及排列方式係對應微奈米級圖案化光阻層104之微奈米級孔洞的形狀、尺寸及排列方式。實施例中，以濕式蝕刻方式或掀離製程去除微奈米級圖案化有機層105，可提高大面積製造金屬奈米柱陣列107之穩定性與均勻性，以及控制微奈米金屬結構10之形狀及週期性。並且，以有機溶劑溶解微奈米級圖案化有機層105，尚具有製程簡單之功效。
以上述方式製造分子檢測感測器之微奈米金屬結構10，可輕易改變金屬奈米柱陣列107的形狀與排列方式。當適當頻率、入射角度之偵測光源照射微奈米金屬結構10時，會在金屬奈米柱陣列107上產生局部化之電磁場，可應用於局部化表面電漿檢測晶片或表面增強拉曼散射檢測晶片。例如如第5圖所示，其繪示以垂直入射光源照射依照本發明一實施例之分子檢測感測器測得之局部化表面電漿共振吸收光譜。例如當聚焦雷射是建構於R-Θ移動平台之聚焦雷射光點時，實施例所形成之微奈米金屬結構10可具有周期性之同心圓排列之金屬奈米柱陣列107。經由控制圓周方向之第一週期P1及半徑方向之第二週期P2，而調整金屬奈米柱陣列107之尺寸與排列週期，可調整激發光源偶合至局部化表面電漿模態之波長與效率，進而對應改變調整分子檢測感測器之微奈米金屬結構10的感測方式及靈敏度等檢測特性。
第二實施例
請參照第2A～2G圖。第2A圖繪示依照本發明之第二實施例之基板及金屬層的示意圖。第2B圖繪示有機材料層及光阻材料層形成於第2A圖之金屬層上的示意圖。第2C圖繪示圖案化第2B圖之光阻材料層後形成微奈米級圖案化光阻層的示意圖。第2D圖繪示以第2C圖之微奈米級圖案化光阻層為遮罩蝕刻有機材料層後形成微奈米級圖案化有機層的示意圖。第2E圖繪示沈積遮罩材料層於第2D圖之微奈米級圖案化光阻層、微奈米級圖案化有機層及金屬層上的示意圖。第2F圖繪示去除第2E圖之微奈米級圖案化光阻層及微奈米級圖案化有機層後形成微奈米級圖案化遮罩層的示意圖。第2G圖繪示根據第2F圖之微奈米級圖案化遮罩層蝕刻金屬層後形成微奈米金屬結構的示意圖。
首先，如第2A圖所示，提供一基板201，接著沈積金屬層208於基板201上。接著，如第2B圖所示，形成有機材料層202於基板201上，以及形成光阻材料層203於有機材料層202上。基板、有機材料層、光阻材料、與金屬層如前文第一實施例所述，在此不再贅述。
然後，如第2C圖所示，圖案化光阻材料層203以形成微奈米級圖案化光阻層204，並暴露出有機材料層202之部分表面202a。接著，如第2D圖所示，以微奈米級圖案化光阻層204為遮罩蝕刻有機材料層202，以形成微奈米級圖案化有機層205，並暴露出金屬層208之部分表面208a。微奈米級圖案化光阻層與微奈米級圖案化有機層及其形成方式如前文第一實施例所述，在此不再贅述。
其次，如第2E圖所示，沈積遮罩材料層209於微奈米級圖案化光阻層204、微奈米級圖案化有機層205及金屬層208之部分表面208a上。遮罩材料層209之材料例如為氮化矽(SiN)，但不在此限。接著，如第2F圖所示，去除微奈米級圖案化光阻層204及微奈米級圖案化有機層205，以形成微奈米級圖案化遮罩層210於金屬層208上。其中，可以濕式蝕刻方式或掀離製程去除微奈米級圖案化光阻層204及微奈米級圖案化有機層205，例如是以有機溶劑溶解微奈米級圖案化有機層205，且同時一併去除微奈米級圖案化有機層205上之微奈米級圖案化光阻層204及部份遮罩材料層209。有機溶劑可以是醇類，但並不以此為限。微奈米級圖案化遮罩層210可以是周期性或非周期性排列之遮罩柱體陣列，其形狀、尺寸及排列方式係對應微奈米級圖案化光阻層204之微奈米級孔洞的形狀、尺寸及排列方式。實施例以濕式蝕刻方式或掀離製程去除微奈米級圖案化有機層205，可提高大面積製造微奈米級圖案化遮罩層210及後續之微奈米金屬結構之穩定性與均勻性，以及控制結構形狀及週期性。並且，以有機溶劑溶解微奈米級圖案化有機層205，尚具有製程簡單之功效。
然後，如第2G圖所示，根據微奈米級圖案化遮罩層210蝕刻金屬層208以形成微奈米金屬結構20。其中，可以乾式蝕刻方式蝕刻金屬層208至基板201之部份表面201a，例如是反應性離子蝕刻(RIE)方式，但並不以此為限。金屬層208蝕刻之後，微奈米級圖案化遮罩層210之結構即轉移至金屬層208而形成實施例之金屬奈米柱陣列207。
於上述實施例中，藉由濕式蝕刻方式或掀離製程去除微奈米級圖案化有機層205後，形成大面積的微奈米級圖案化遮罩層210，再以乾式蝕刻方式將微奈米級圖案化遮罩層210之結構轉移至金屬層208而形成金屬奈米柱陣列207。由於微奈米級圖案化遮罩層210之材質堅固，邊緣亦平整，因此實施例之微奈米金屬結構20之金屬奈米柱陣列207亦具有邊界整齊及形狀整齊之優點。
分子檢測感測器之微奈米金屬結構
如第1E圖所示，實施例之用於分子檢測感測器之微奈米金屬結構10包括基板101以及金屬奈米柱陣列107形成於基板101上，金屬奈米柱陣列107包括複數個金屬奈米柱體。金屬奈米柱陣列107可以周期性或非周期性排列於基板101上，金屬奈米柱體的半高寬可小於200奈米，例如是150奈米。金屬奈米柱體之截面可以為圓形、橢圓形、水滴形或棒狀。金屬奈米柱體之截面形狀為橢圓形、水滴形或棒狀時，其激發光源偶合至局部化表面電漿模態之波長與效率，亦會與金屬奈米柱體之截面為圓形時所產生之波長與效率有所差異。因此，使用者可針對特定待測分子選用金屬奈米柱體之截面形狀為橢圓形、水滴形或棒狀之分子檢測感測器之微奈米金屬結構10。
第3圖繪示依照本發明一實施例之分子檢測感測器之微奈米金屬結構之上視圖。當金屬奈米柱陣列307是周期性排列於基板301上時，可以是周期性之螺旋排列之金屬奈米柱陣列，或者如第3圖所示，亦可以是周期性之同心圓排列之金屬奈米柱陣列307。實施例中，金屬奈米柱陣列307在圓周方向之第一週期P1及在半徑方向之第二週期P2並非定值，可以視需要調整第一週期P1及第二週期P2而調整金屬奈米柱陣列307之排列週期，進而調整激發光源偶合至局部化表面電漿模態之波長與效率，而能夠對應改變調整分子檢測感測器之微奈米金屬結構30的感測方式及靈敏度等檢測特性。
第4圖繪示依照本發明另一實施例之分子檢測感測器之微奈米金屬結構之示意圖。其中，實施例之用於分子檢測感測器之微奈米金屬結構40包括基板401以及金屬奈米柱陣列407形成於基板401上，基板401更包括基材4011以及一介電層4012形成於基材4011上。當基板401係為例如是聚碳酸酯基板，介電層4012可防止激發光源(例如是雷射光束)對於基材4011的破壞，亦可提供分子檢測感測器適當的介面條件，例如根據不同分子檢測感測器之需求調整介電層4012之折射係數等等。
據此，實施例之分子檢測感測器之微奈米金屬結構及其製造方法，藉由沈積金屬層於微奈米級圖案化光阻層及微奈米級圖案化有機層上，然後去除微奈米級圖案化光阻層及微奈米級圖案化有機層，以形成微奈米金屬結構，不僅提高大面積製造之穩定性與均勻性，控制結構形狀及週期性，並同時簡化製程。並且，藉由調整微奈米金屬結構之金屬奈米柱陣列的尺寸與排列週期，可改變調整分子檢測感測器之微奈米金屬結構的感測方式及靈敏度等檢測特性。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10、20、30、40．．．分子檢測感測器之微奈米金屬結構
101、201、301、401．．．基板
101a、201a、208a．．．部份表面
102、202．．．有機材料層
103、203．．．光阻材料層
104、204．．．微奈米級圖案化光阻層
105、205．．．微奈米級圖案化有機層
106、208．．．金屬層
107、207、307、407．．．金屬奈米柱陣列
209．．．遮罩材料層
210．．．微奈米級圖案化遮罩層
4011．．．基材
4012．．．介電層
第1A圖繪示依照本發明第一實施例之基板、有機材料層及光阻材料層的示意圖。
第1B圖繪示圖案化第1A圖之光阻材料層後形成微奈米級圖案化光阻層的示意圖。
第1C圖繪示以第1B圖之微奈米級圖案化光阻層為遮罩蝕刻有機材料層後形成微奈米級圖案化有機層的示意圖。
第1D圖繪示沈積金屬層於第1C圖之微奈米級圖案化光阻層、微奈米級圖案化有機層及基板上的示意圖。
第1E圖繪示去除第1D圖之微奈米級圖案化光阻層及微奈米級圖案化有機層後形成微奈米金屬結構的示意圖。
第2A圖繪示依照本發明之第二實施例之基板及金屬層的示意圖。
第2B圖繪示有機材料層及光阻材料層形成於第2A圖之金屬層上的示意圖。
第2C圖繪示圖案化第2B圖之光阻材料層後形成微奈米級圖案化光阻層的示意圖。
第2D圖繪示以第2C圖之微奈米級圖案化光阻層為遮罩蝕刻有機材料層後形成微奈米級圖案化有機層的示意圖。
第2E圖繪示沈積遮罩材料層於第2D圖之微奈米級圖案化光阻層、微奈米級圖案化有機層及金屬層上的示意圖。
第2F圖繪示去除第2E圖之微奈米級圖案化光阻層及微奈米級圖案化有機層後形成微奈米級圖案化遮罩層的示意圖。
第2G圖繪示根據第2F圖之微奈米級圖案化遮罩層蝕刻金屬層後形成微奈米金屬結構的示意圖。
第3圖繪示依照本發明一實施例之分子檢測感測器之微奈米金屬結構之上視圖。
第4圖繪示依照本發明另一實施例之分子檢測感測器之微奈米金屬結構之示意圖。
第5圖繪示以垂直入射光源照射依照本發明一實施例之分子檢測感測器測得之局部化表面電漿共振吸收光譜。
附圖1繪示依照本發明一實施例之分子檢測感測器之微奈米金屬結構之金屬奈米柱上視圖。
10．．．分子檢測感測器之微奈米金屬結構
101．．．基板
107．．．金屬奈米柱陣列

Claims (21)

  1. 一種分子檢測感測器之微奈米金屬結構的製作方法，包括：提供一基板；形成一有機材料層於該基板上；形成一光阻材料層於該有機材料層上；圖案化該光阻材料層以形成一微奈米級圖案化光阻層；以該微奈米級圖案化光阻層為遮罩蝕刻該有機材料層，以形成一微奈米級圖案化有機層(micro/nano patterned organic layer)，並暴露出該基板之一部份表面；沈積一金屬層於該微奈米級圖案化光阻層上、該微奈米級圖案化有機層上及該基板暴露之該部份表面上；以及去除該微奈米級圖案化光阻層及該微奈米級圖案化有機層以形成該微奈米金屬結構。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，其中該有機材料層係為一有機染料層或一高分子層。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之製作方法，其中該有機染料層包括双苯乙烯基化合物(bis-styryl compound)，以化學式I表示： 其中，Y係選自氧原子、硫原子、含取代基之碳原子(C-R5 )、以及含取代基之氮原子(N-R6 )其中之一；R1 係選自碳數1至18(”C1-18 ”)之烷基(alkyl group)、苯基、含有鹵素原子(halogen atom)之烷基、含有烷氧取代基(alkoxyl group substitute)之C1-18 之烷基、含有酮基(Ketone)之C1-18 之烷基、C1-18 之醚基(ether group)、以及對二烷基苯(p-alkyl benzyl group)其中之一；R2 、R3 、R5 、R6 、R7 可為相同或不同之基團，其係選自氫原子、氮原子、硫原子、鹵素原子、碳數1至8(”C1-8 ”)之烷基、C1-8 之烷氧基(alkoxyl group)、C1-8 之烷酯基(alkylate group)、羧基(carboxyl group)、C1-8 之烷氧羰基(alkoxycarbonyl group)、C1-6 之烷基銨次烴基氧羰基(alkylaminealkylenecarboxy group)、金剛烷基(adamantyl group)、氨基(amide group)、胺基(amino group,N-R2 )、含氧胺基(oxygen containing amino group,N-R2 )、硫磺基(sulfo group)、硫基(sulfonyl group)、硼酸(boronic acid)、硝基(nitro group,NO2 )、三氟甲基(trifluoromethyl group)、氟化磺酸基(sulfonic acid fluoride group)、磺酸基(sulfonic acid group)、羥基(hydroxyl group)、二茂鐵基(ferrocenyl group)、氰基(cyano group,CN)、雜環(heterocyclic group)、以及含氮雜環(nitrogen containing heterocyclic group)其中之一；R4 係選自氫原子、烷基、烷氧基、鹵素原子、硝基、磺酸基、酸基、磺酸基(sulfonic acid group)、含取代基或不含取代基之苯環其中之一；X係選自鹵素原子、過氯酸根(perchlorate,ClO4 - )、四氟硼酸根(fluoroborate,BF4 - )、四苯硼酸根(tetraphenyl boron,BPh4 - )、六氟磷酸根(hexfluorophoshpate,PF6 - )、六氟銻酸根(hexfluoroantimonate,SbF6 - )、四氰代二甲基苯離子(7,7',8,8'-tetracyanoquinonedimethane,TCNQ- )、四環氰基乙烯離子(tetracyanoethylene,TCNE- )、苯磺酸根(naphthalenesulfonic acid)、苯磺酸鹽(benzenesulfonates)及有機金屬錯合物(organometallic complex)其中之一。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，其中該光阻材料層係為一熱感式光阻層或一無機光阻層。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之製作方法，其中圖案化該光阻材料層之步驟更包括：以一聚焦雷射照射該光阻材料層以形成一曝光區域；以及移除該曝光區域以形成該微奈米級圖案化光阻層。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，其中係以一乾式蝕刻方式蝕刻該有機材料層。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，其中係以一濕式蝕刻方式或一掀離(lift-off)製程去除該微奈米級圖案化光阻層及該微奈米級圖案化有機層。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，其中該微奈米金屬結構包括周期性或非周期性排列之一金屬奈米柱陣列。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，其中該微奈米金屬結構包括周期性之同心圓排列或螺旋排列之一金屬奈米柱陣列。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之製作方法，其中該基板更包括一基材以及一介電層形成於該基材上。
  11. 一種分子檢測感測器之微奈米金屬結構的製作方法，包括：形成一基板；沈積一金屬層於該基板上；形成一有機材料層於該金屬層上；形成一光阻材料層於該有機材料層上；圖案化該光阻材料層以形成一微奈米級圖案化光阻層，並暴露出該有機材料層之部分表面；以該微奈米級圖案化光阻層為遮罩蝕刻該有機材料層，以形成一微奈米級圖案化有機層，並暴露出該金屬層之部分表面；沈積一遮罩材料層於該微奈米級圖案化光阻層、該微奈米級圖案化有機層上及該金屬層上；去除該微奈米級圖案化光阻層及該微奈米級圖案化有機層，以形成一微奈米級圖案化遮罩層於該金屬層上；以及根據該微奈米級圖案化遮罩層蝕刻該金屬層以形成該微奈米金屬結構。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之製作方法，其中該光阻材料層係為一熱感式光阻層或一無機光阻層，圖案化該光阻材料層之步驟更包括：以一聚焦雷射照射該光阻材料層以形成一曝光區域；以及移除該曝光區域以形成該微奈米級圖案化光阻層。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之製作方法，其中係以一乾式蝕刻方式蝕刻該有機材料層。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之製作方法，其中係以一濕式蝕刻方式或一掀離(lift-off)製程去除該微奈米級圖案化光阻層及該微奈米級圖案化有機層。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之製作方法，其中係以一乾式蝕刻方式蝕刻該金屬層以形成該微奈米金屬結構。
  16. 一種用於分子檢測感測器之微奈米金屬結構，包括：一基板；以及一金屬奈米柱陣列形成於該基板上，該金屬奈米柱陣 列包括複數個金屬奈米柱體，其中該些金屬奈米柱體之材料係選自銀(Ag)、鋁(Al)、包括一金(Au)層及一鈦(Ti)層的複合金屬層、以及包括一金層及一鉻(Cr)層的複合金屬層所組成之群組至少其中之一。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之微奈米金屬結構，其中該金屬奈米柱陣列係周期性地或非周期性地排列於該基板上。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之微奈米金屬結構，其中該金屬奈米柱陣列係以周期性之同心圓或螺旋形狀排列於該基板上。
  19. 如申請專利範圍第16項所述之微奈米金屬結構，其中該些金屬奈米柱體之材料更包括選自金(Au)及鉑(Pt)所組成之群組至少其中之一。
  20. 如申請專利範圍第16項所述之微奈米金屬結構，其中該些金屬奈米柱體之截面係為圓形、橢圓形、水滴形或棒狀。
  21. 如申請專利範圍第16項所述之微奈米金屬結構，其中該基板更包括一基材以及一介電層形成於該基材上。
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