制造微阵列的方法

专利名称：制造微阵列的方法
制造微阵列的方法技术领域本公开涉及一种制造微阵列的方法，更具体地，涉及一种以提高的 反应产率制造微阵列的方法。
技术背景随着基因组计划的进展，已公开了各种生物体的基因组核苷酸序 列。由此，增加了对生物聚合物微芯片、尤其是微阵列的兴趣。微阵列 是广泛用于例如基因表达谱、通过检测突变或多形性例如单核苷酸多形性(SNP)、蛋白质或肽检定进行的基因分型、可能的药品筛选、新药品 的研制和制备等的工具。广泛可利用的微阵列可通过例如曝光包含采用光敏感保护基团保 护的官能团的基板的预定区域而除去保护基团、曝光预定区域中的官能 团以及之后在预定区域中进行单体的原位聚合来制造。然而，为了用光照射除去光敏感保护基团，需要5，000毫焦耳(mj) 以上的曝光能量，其会导致大量的曝光和时间，由此会加长工艺时间。 此外，在除去光敏感保护基团期间除去的保护基团会干扰其它保护基团 的除去。另外，随着微阵列变得高度集成，固定的官能团之间的间隔会 减小，由此使得除去光敏感保护基团更难并且会导致反应产率减小。由此，需要一种制造微阵列的方法，其能减少工艺时间和增强反应 产率。发明内容本发明的示范性实施例提供了一种制造微阵列的方法，其能够减少 工艺时间并提高反应产率。根据本发明的示范性实施例，提供一种制造微阵列的方法。该方法 包括提供基板，该基板具有采用酸不稳定保护基团保护的官能团固定且 能够与低聚物探针偶联的表面；将光酸产生剂提供到基板上；在基板上设置包括凸起区和围绕凸起区的多个凹面区的印记模板，以使得该凸起 区接触或邻接基板的上表面以由基板的上表面和印记模板的凸起区和凹 面区限定多个反应区；将一个或多个反应区暴露到光以使得在一个或多 个暴露的反应区中由光酸产生剂产生酸并且由酸除去对所述一个或多个 暴露的反应区中的官能团的保护 ，以及将低聚物探针提供到基板上以使 得低聚物探针与已除去保护的官能团偶联。
根据本发明的示范性实施例，提供一种制造微阵列的方法。该方法 包括提供基板，该基板具有采用酸不稳定保护基团保护的官能团固定且 能够与核苷酸亚磷酰胺单体偶联的表面；将光酸产生剂提供到基板上； 在基板上设置包括凸起区和围绕凸起区的多个凹面区的印记模板，以使 得该凸起区接触或邻接基板的上表面以由基板的上表面和印记模板的凸 起区和凹面区限定多个反应区；将一个或多个反应区暴露到光以使得在 一个或多个暴露的反应区中由光酸产生剂产生酸并且由酸除去对所述一 个或多个暴露的反应区中的官能团的保护；以及将核苷酸亚磷酰胺单体 提供到基板上以使得核苷酸亚磷酰胺单体与除去保护的官能团偶联。


结合附图，由下面的详细描述，可以更详细地理解本发明的示范性 实施例，其中
图1是示出利用根据本发明的示范性实施例的制造微阵列的方法制 造的微阵列的截面图2至10是用于示出根据本发明的示范性实施例的制造微阵列的 方法的中间结构的截面图11和12是用于示出根据本发明的示范性实施例的制造微阵列的 方法的中间结构的截面图13是示出利用根据本发明的示范性实施例的制造微阵列的方法制造的微阵列的截面图14和15是用于示出制造图13的微阵列的方法的中间结构的截面图16是示出利用根据本发明的示范性实施例的制造微阵列的方法 制造的微阵列的截面图；图17和18是用于示出制造图16的微阵列的方法的中间结构的截面图；图19是示出利用根据本发明的示范性实施例的制造微阵列的方法 制造的微阵列的截面图；图20是用于示出制造图19的微阵列的方法的中间结构的截面图；图21是示出利用根据本发明的示范性实施例的制造微阵列的方法 制造的微阵列的截面图；和图22是用于示出制造图21的微阵列的方法的中间结构的截面图。
具体实施方式
可以用许多不同的形式实施本发明，并且不应该认为限制于这里列 出的示范性实施例。由此，在一些实施例中，通常不详细描述公知的处理步骤，以避免 不必要使本发明的说明晦涩。注意，这里使用的任何和所有实例或提供的示范性术语希望只是为 更好地说明本发明并且除非另有说明否则不是对本发明示范性实施例范 围的限制。在描述本发明上下文中使用的术语不定冠词和定冠词和相似 标记(尤其是在以下权利要求的上下文中)将解释为覆盖单数和复数， 除非在此另有陈述或与上下文明显矛盾。术语"包括"将解释为开放式 术语(即，指的是"包括但不限于")以表示相关部件、步骤、操作和/ 或器件的一个或多个的一些和所有组合，除非另有说明。也将明白，这 里使用的术语"和/或"意指并包含相关项目的一个或多个的一些和所有 可能的组合。在图中，相同的附图标记表示相同的构件。另外，将参考透视图、截面图和/或平面图描述本发明，其中示出 了本发明的优选实施例。由此，可根据制造技术和/或容差修改示范性视 图的剖面。也就是说，本发明的实施例并不是限制本发明的范围而是覆 盖由于制造工艺的变化而导致的所有改变和修改。由此，以示意形式示 出了图中所示的区域，并且以示例说明而非限制的方式表示区域的形状。 在图中，为了清楚起见，夸大或縮小了层和区域的厚度。现在将参考附图更全面地描述根据本发明的实施例的制造微阵列 的方法，其中附图示出了本发明的示范性实施例。首先，将描述利用根据本发明实施例的微阵列的方法制造的微阵列 的结构。图1是示出利用根据本发明的一些实施例制造微阵列的方法制造的微阵列100的截面图。参考图1，微阵列100包括基板110;设置在基板110上的多个探针单元活性体(probe cell active) 120;偶联到探针单元活性体120 上的多个低聚物探针165;和与探针单元活性体120隔离并且不与低聚 物探针165偶联的探针单元隔离区域130。如这里使用的，术语"低聚物"是由两个或多个共价键结合的单体 构成的低分子量聚合物分子。低聚物具有大约1,000以下的分子量但本 发明的实施例不限于此。低聚物可包括大约2-500个单体，优选大约5-30 个单体。根据探针的类型，单体例如可以是核苷、核苷酸、氨基酸、肽 等。在本发明的当前实施例中，前述的合成低聚物探针可偶联到活性区， 或者可通过原位光刻在活性区上合成低聚物探针。如这里所使用的，术语"核苷"和"核苷酸"不仅包括已知的嘌呤 和嘧啶碱基，而且包括例如甲基化嘌呤或嘧啶、酰化嘌呤或嘧啶等。此 外，"核苷"和"核苷酸"不仅包括已知的(去氧)核糖，而且包括例如 修饰糖，该修饰糖含有取代至少一种羟基基团的卤素原子或脂肪族基， 或者采用醚、胺等官能化。如这里所使用的，术语"氨基酸"指的是不仅涉及自然出现的L-、 D-和非手性(nonchiral)的氨基酸，而且例如包括修饰的氨基酸、氨基 酸类似物等。如这里所使用的，术语"肽"指的是例如由一个氨基酸的羧基和另 一个氨基酸的氨基之间的酰胺键得到的化合物。因此，低聚物探针165可由例如两种或多种核苷、核苷酸、氨基酸、 肽等构成。基板IIO可以是柔性或刚性基板。柔性基板的实例包括尼龙隔膜、 硝酸纤维膜、塑料膜等。当使用刚性基板作为基板100时，基板100可 以是硅树脂基板、透明玻璃(例如，钠钙玻璃)基板等。使用硅树脂基 板或透明玻璃基板作为基板100是有利的，因为在杂交期间很难出现非 特异性的键合。此外，透明玻璃基板能透过可见光和/或UV光，由此，在荧光材料检测方面是有利的。另外，当硅树脂基板或透明玻璃基板用作基板100时，能够采用在半导体器件或液晶显示(LCD)面板的制造中 良好建立且稳定应用的各种薄膜形成工艺和光刻工艺。探针单元活性体120设置在基板110上。探针单元活性体120可由 一旦杂交试验、例如一旦接触大约pH6-9磷酸盐或三羟甲基氨基甲烷缓 冲液就对水解基本稳定的材料制成。例如，探针单元活性体120可由氧 化硅层诸如等离子体增强TEOS (PE-TEOS)层、高密度等离子体(HDP) 氧化物层、P-SiH4氧化物层或热氧化物层；硅酸盐诸如硅酸铪或硅酸锆； 金属氧氮化物层诸如氮化硅层、氧氮化硅层、氧氮化铪层或氧氮化锆层； 金属氧化物层诸如氧化钛层、氧化钽层、氧化铝层、氧化铪层、氧化锆 层或氧化铟锡(ITO)层；聚酰亚胺；聚酰胺；金属诸如金、银、铜或钯； 或聚合物诸如聚苯乙烯、聚丙烯酸酯或聚乙烯制成。为制备工艺起见， 探针单元活性体120可由在半导体或液晶显示器(LCD)的制备时稳定涂 覆的材料制成。低聚物探针165偶联到探针单元活性体120每个表面的至少一部分 上。能够与低聚物探针165或用于低聚物探针165原位合成的单体偶联 的官能团150可存在于探针单元活性体120的表面的部分上。存在于探 针单元活性体120的表面上的官能团150可通过由封端基团155封端而 表现出非活性。低聚物探针165可通过未被封端基团155阻挡的官能团150偶联到 探针单元活性体120的表面上。官能团150的实例包括羟基、醛基、羧基、氨基、酰胺基、硫醇基、卤化基和磺化基。用于将低聚物探针165偶联到探针单元活性体120的表面上的官能 团150可与连接体(linker) 140 —起提供。连接体140用于探针单元 活性体120和低聚物探针165之间的中间偶联并且为微阵列100和目标 样本之间的自由交互(例如，杂交)提供空间裕度。由此，连接体140 可具有足够的长度(例如，约6-50个原子)以确保低聚物探针165和目 标样本之间的自由交互。连接体140可由包括能够与探针单元活性体120偶联的偶联基团和 能够与低聚物探针165或用于探针合成的单体偶联的官能团150的材料制成。连接体140通过偶联基团偶联且固定在探针单元活性体120上， 并通过官能团150与低聚物探针165或用于探针合成的单体偶联。如上 所述，不与低聚物探针165或用于探针合成的单体偶联的官能团150可 通过由封端基团155封端而表现出非活性。当探针单元活性体120由氧化硅、硅酸盐或氧氮化硅制成时，连接 体140的偶联基团例如可包括能够与探针单元活性体120表面上的Si (0H)基团反应以制得硅氧烷(Si-0)键的硅酮基团。连接体140的偶 联基团的实例包括-Si(0Me)3、 -SiMe(OMe)2、 -SiMeCl" SiMe(OEt)" -SiCl3、 -Si(0Et)3等。当探针单元活性体120由金属氮化物制成时，连 接体140的偶联基团例如包括金属醇盐基团或金属羧化物基团。当探针 单元活性体120由氮化硅、氧氮化硅、金属氧氮化物、聚酰亚胺或聚酰 胺制成时，连接体140的偶联基团例如可包括酸酐基团、酰基氯基团、 齒代烷基团或氯甲酸盐基团。当探针单元活性体120由金属制成时，连 接体140的偶联基团例如可包括硫化物基团、硒化物基团、砷化物基团、 碲化物基团或锑化物基团。当探针单元活性体120由聚合物制成时，连 接体140的偶联基团例如可包括丙烯酸基团、苯乙烯基基团或乙烯基基 团。其间，当构成探针单元活性体120的材料包括官能团150时，可省 略连接体140。甚至当在构成探针单元活性体120的材料中不包括官能 团150时，可以通过表面处理将它们直接提供在探针单元活性体120的 表面上。该表面处理例如可以是臭氧分解、酸处理、碱处理等。也就是， 连接体140的形成是任选的。探针单元隔离区域130是不与低聚物探针165偶联的区域。基板110 的表面直接暴露在探针单元隔离区域130中。探针单元活性体120通过 探针单元隔离区域130彼此隔离。具有相同序列的低聚物探针可偶联到 探针单元活性体120的每一个。不同的探针单元活性体165可与具有不 同序列的低聚物探针偶联。在下文，将描述制造如图l所示的微阵列的制造方法。图2至10是用于示出根据本发明实施例的制造微阵列的方法的中 间结构的截面图。参考图2，首先，在基板110上形成探针单元活性形成膜120a。探 针单元活性形成膜120a例如优选由氧化硅膜诸如PE-TEOS膜、HDP氧化 膜、P-Si仏氧化膜或热氧化膜；硅酸盐诸如硅酸铪或硅酸锆；金属氧氮 化膜诸如氮化硅膜、氧氮化硅膜、氧氮化铪膜或氧氮化锆膜；金属氧化物膜诸如ITO;金属诸如金、银、铜或钯；聚酰亚胺；聚酰胺；或聚合物诸如聚苯乙烯或聚丙烯酸酯制成。探针单元活性膜120a的形成例如可 利用在半导体或LCD制备工艺中稳定应用的沉积法，例如CVD (化学汽 相沉积)、SACVD (低于大气压的CVD)、 LPCVD (低压CVD)、 PECVD (等离 子体增强CVD)、溅射、旋涂或窄缝涂布(slit coating)进行。接下来，光抗蚀剂膜200形成在探针单元活性形成膜120a上并利 用包括由透明材料制成的掩模体401和形成在掩模体401上并定义探针 单元活性体的遮光图案402的光掩模400 (参见图3的120)来曝光。参考图3，与图2—起，在曝光以后，显影光抗蚀剂膜200以形成 光抗蚀剂图案201。然后，利用光抗蚀剂图案201作为蚀刻掩模蚀刻探 针单元活性形成膜120a以形成多个探针单元活性体120。此时，没有探 针单元活性形成膜120a的区域暴露到基板110的表面并用作隔离探针单 元活性体120的探针单元隔离区域(参见图4的130)。参考图4和图3，去除光抗蚀剂图案201以完成探针单元活性体120。 例如，当探针单元活性体120由氧化硅制成时，能够与低聚物探针偶联 的SiOH基团暴露在探针单元活性体120的表面上。参考图5和图4，在必须结合与低聚物探针(或用于原位合成低聚 物探针的单体)相比探针单元活性体120的SiOH基团具有更好反应性的 官能团的情况下，形成连接体140。连接体140可包括第一连接体和第 二连接体。详细地，在探针单元活性体120的表面上形成可以偶联到探针单元 活性体120但不能偶联到探针单元隔离区域130的基板110的暴露表面 的第一连接体。例如，第一连接体可与低聚物探针(或用于探针合成的 单体)相比SiOH基团具有更好反应性的官能团150 (例如C0H团)。接下来，具有酸不稳定保护基团152的第二连接体连接到第一连接 体的C0H基团。第二连接体例如可以是具有酸不稳定保护基团152的亚磷酰胺。酸不稳定保护基团152可以是t-B0C (三元胺-丁氧基羰基)基 团或DMT (二甲氧基三苯甲基)基团。接下来，通过封端使保持不与第二连接体反应的露出表面的官能团 (例如，SiOH和COH基团)表现出非活性，以防止未反应的官能团在低 聚物探针中产生噪声。可以利用包括例如能够加乙酰化SiOH和COH基团 的封端基团(参见图1的155)的封端剂进行该封端。这完成了包括用 酸不稳定保护基团152保护且可以与低聚物探针或用于探针合成的单体 偶联的官能团150的连接体140，如图5所示。参考图6和图5，将光酸产生剂(PAG)供应到基板110上。光抗蚀 剂中包含的材料或在半导体或LCD制备工艺中使用的有机膜可用作PAG。 例如，PAG可通过在有机溶剂(例如，N-甲基吡咯烷酮(NMP))中溶解 大约10-50% (w/v)的PAG获得的溶液形式(在下文，称为"PAG溶液") 来供应。也就是，利用分配工艺、旋涂工艺等将PAG溶液170供应到基 板110上。图7A是示出在用印记模板挤压期间的基板结构的截面图，图7B是 示出在用印记模板挤压之后的基板结构的截面图。参考图7A、7B和图6， 在上面供应PAG溶液170的基板110上方放置包括凸起区域302和围绕 凸起302的多个凹面区301的印记模板300。印记模板300的凸起302 的图案可与探针单元隔离区域130的图案基本相同，并且凹面301的图 案可与探针单元活性体120的图案基本相同。当在随后的工艺中执行从 基板110的前面照射光的前曝光时，印记模板300可由透明材料制成。 当执行从基板110的背面照射光的背曝光时，印记模板300未必满足透 明。在基板110的上方放置印记模板300之后，其压向基板IIO。例如， 印记模板300的凸起302因此与探针单元隔离区域130中的基板110的 暴露上表面相应对准，并且印记模板300压向基板110直至凸起302接 触或邻接基板110的上表面。结果，通过探针单元活性体120的上表面 和印记模板300的凸起302和凹面区301在基板110上限定多个反应区 180。反应区180可与探针单元活性体120 —一对应地限定。其间，在用 印记模板300挤压期间，探针单元隔离区域130中的PAG溶液170朝着探针单元活性体120上的反应区180移动，如图7A所示。当印记模板300压向基板110以使得凸起302接触基板110的上表 面时，反应区180彼此空间上完全隔离。当印记模板300压向基板110 以使得凸起302邻接基板110的上表面时，在印记模板300的凸起302 的端部和基板110的上表面之间存在空间。在该情况下，优选控制印记 模板300和基板110之间的距离，以便决不会或很难出现从PAG溶液170 产生的酸从反应区180的一个通过该空间移动到另一个。其间，反应区180的高度h,与印记模板300的凸起302的高度h2 有关。反应区180的高度h,可在从大约500到大约4， 000纳米(nm)的 范围，优选从大约1， 000到大约2,000 mn，以促进随后的光感应酸产生 和去除酸不稳定保护基团152。由此，例如，当基板110的露出表面和 探针单元活性体120的上表面之间的距离为大约1， 000 nm时，凸起302 的高度卜可在从约1, 500到大约5, 000 nm范围，优选从大约2， 000到 大约3， OOOmn范围。接下来，参考图8，与图7A和7B—起，反应区180选择性地曝光。 详细地，当印记模板300由透明材料制成时，如图8所示，光掩模 410放置在上面设置印记模板300的基板110上方。光掩模410包括透 明掩模体411和设置在掩模体411上的遮光图案412。未被遮光图案412 覆盖且通过光的掩模体411的部分相应地与反应区(在下文，称为"目 标反应区")对准，用于官能团150与低聚物探针或用于探针合成的单体 的随后偶联。当基板110是透明基板时，应当明白光掩模410可以设置 在基板110下方。接下来，目标反应区通过光掩模410暴露到光。结果，溶解在目标 反应区的PAG溶液170中的PAG活化，由此产生酸H+。此时，PAG活化 需要的曝光量可以是大约300到大约1,000毫焦耳(mj)，优选500mJ， 其比去除光敏感保护基团需要的曝光量(5,000 mj)小很多。这示出了 利用酸不稳定保护基团而不是利用光敏感保护基团可以显著减少曝光时 间。由PAG产生的酸H+用于从目标反应区中的连接体140的端部去除酸 不稳定保护基团152。结果，在连接体140的去保护端上暴露出能够与低聚物探针或用于探针合成的单体偶联的官能团150。目标反应区填满 PAG溶液170,由此，产生的酸H+可以在目标反应区中自由移动，由此 获得提高的除去保护率((^protection yield)。如上所述，完全空间地隔离了反应区180，或者决不会或很难出现 酸H+从反应区180的一个运动到另一个。由此，不参与官能团150与低 聚物探针或用于探针合成的单体随后偶联的反应区(在下文，称为"非 目标反应区")没有暴露到光。结果，在非目标反应区中，没有出现酸(H+) 产生，并且决不会或很难出现从暴露的目标反应区流入酸(H+)。因此， 在非目标反应区中，不会出现官能团150附着到探针单元活性体120上 连接体140端部的不希望的除去保护。其间，作为利用光掩模410的选择性曝光的改进实施例，代替利用 光掩模140，可利用具有选择曝光能力的曝光机器将反应区180选择性 地暴露到光。接下来，参考图9和图8，从基板110去除印记模板300,并且去 除残留在基板110上的PAG溶液170。接下来，参考图10和图9，所希望的低聚物探针或用于探针合成的 单体偶联到暴露在连接体140端部上的官能团150。例如，对于低核苷 酸探测剂的原位合成，包括选自腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)、 胞嘧啶(C)和尿嘧啶(U)的核碱基的核苷亚磷酰胺单体偶联到官能团。 图IO示出了腺嘌呤(A)核苷亚磷酰胺单体160偶联到官能团150。在 将另一单体添加到在前的偶联单体的情况下，在前的偶联单体例如可以 是包含酸不稳定保护基团的核苷亚磷酰胺单体。作为偶联的结果，使包含酸不稳定保护基团162的核苷(A)亚磷 酰胺单体160固定在探针单元活性体120的目标基团上。此时，当如上 所述不能对附着到非目标探针单元活性体上的连接体140上的官能团 150除去保护时，防止核苷亚磷酰胺单体在探针单元活性体120的非目 标部分上不希望的固定。因此，可以防止低聚物探针具有不希望的序列 或噪声。接下来，通过采用封端基团155封端而使未反应的官能团呈现出非 活性，并且进行在亚磷酰胺和5'-羟基基团之间的亚磷酸三酯结构氧化形成磷酸盐结构。例如，可利用乙酸酐和/或N-甲基咪唑进行该封端。 例如，可利用碘进行该氧化。核苷亚磷酰胺单体160包括能够与其它核苷亚磷酰胺单体共价或非 共价键合的官能团161。用酸不稳定保护基团162保护官能团161。由此， 对于形成在基板110上的官能团150和161，采用包括用酸不稳定保护 基团162保护的官能团161的核苷亚磷酰胺单体160固定的探针单元活 性体120，与存在于连接体140的端部上并且采用酸不稳定保护基团152 保护的官能团150固定的探针单元活性体120基本相同，以便采用酸不 稳定保护基团152和162分别保护能够与核苷亚磷酰胺单体键合的官能 团150和161。也就是说，在形成在基板的上表面上并且参与偶联反应 的官能团方面，图10的结构与图5的结构基本相同。由此，容易明白，可以以与如上所述参考图6至10的方式基本相 同地进行其它核苷亚磷酰胺单体的偶联。也容易明白，当重复图6至10 的步骤时，可以在探针单元活性体上合成具有不同序列的低核苷酸探针 以使得具有相同序列的低核苷酸探针偶联到探针单元活性体的每一个 上。在下文，将参考图11和12描述根据本发明的另一实施例制造图1 中所示的微阵列的方法。图11和12是用于示出根据本发明另一实施例的制造微阵列的方法 的中间结构的截面图。参考图11，探针单元活性体120和探针单元隔离区域130形成在基 板110上，连接体140形成在探针单元活性体120上，并且以与如上所 述参考图2至6相同的方式，将PAG溶液170提供到基板110上。接下来，如图11所示，在PAG溶液170上方设置包括由凸起312 和被凸起312围绕的多个凹面311的印记模板310。本发明的当前实施 例中使用的印记模板310包括透光区和遮光区，与根据本发明的在前实 施例的印记模板不同。为此，印记模板310可包括由透明材料制成的模 板体314和形成在模板体314上的遮光图案315。例如，限定将被暴露 到光的反应区(参见图12的180)的凹面仅包括透明模板体314，并且 限定未被暴露的反应区的凹面由遮光材料制成，或者包括由位于模板体314的上或下表面上的遮光材料制成的遮光图案315。印记模板310的凸 起312可由与曝光区无关的任何材料制成。然而，为了防止倾斜的入射 光或反射光远离基板110进入相邻的反应区并成为噪声，凸起312可由 遮光材料制成或表面涂布有遮光材料(参见图11的315)。除了印记模板310包括透光区和遮光区之外，本发明的当前实施例 的印记模板310的形状、尺寸等与本发明的先前实施例的印记模板(见 图7A和7B的300)是相同的。接下来，参考图12，通过印记模板310使反应区180选择性地暴露 于光。由于印记模板310用作用于选择性曝光的光掩模，所以不需要使 用独立的光掩模或具有选择性曝光能力的曝光机器，由此简化了制造工 艺并降低了制造成本。根据本发明当前实施例的微阵列制造方法与根据本发明先前实施 例的微阵列制造方法的不同在于利用包括透光区和遮光区的印记模板 选择性地进行曝光处理，并由此，本发明当前实施例的选择性曝光结果同本发明的先前实施例的选择性曝光结果是相同的。由此，可以容易地 理解用与本发明的先前实施例相同的方式，进行核苷酸亚磷酰胺单体的随后偶联。图13是示出利用根据本发明一些实施例的制造微阵列的方法制造 的微阵列101的截面图。参考图13，根据本发明所示实施例的微阵列101与图1所示实施例 的微阵列100的不同在于探针单元活性膜121和形成在探针单元活性 膜121上的连接体141不是物理独立的。也就是说，没有形成探针单元 活化图案，并且根据低聚物探针165的存在或不存在，该探针单元活性 膜121分成多个活化探针单元区和未活化区域。低聚物探测体165不在 未活化区域中，并且在连接体141的末端上固定使用酸性不稳定保护基 团152保护的官能团150。图14和15是用于示出制造图13的微阵列的方法的中间结构的截 面图。参考图14，探针单元活性膜121、第一连接体和具有酸不稳定保护 基团152的第二连接体顺序地形成在基板110上，而没有形成探针单元活性图案。用酸不稳定保护基团152保护的且能够与低聚物探针或用于 探针合成的单体偶联的官能团150均匀地固定在探针单元活性膜121上， 而不论膜的面积如何。参考图15，与图14一起，将PAG溶液170供应到基板110上，并 且在基板110上设置印记模板320，以便凸起322接触探针单元活性膜 121的上表面。此时，调节凸起322的高度h3比图7B的凸起302的高度 h2小探针单元活性膜121的厚度，以提供具有与图7B相同高度的反应区 亂能够与低聚物探针或用于探针合成的单体偶联并且用酸不稳定保 护基团152保护的官能团150也存在于与印记模板320的凸起322接触 的探针单元活性膜121的上表面上。然而，接触凸起322的探针单元活 性膜121的一部分没有形成反应区180，由此，没有填充PAG溶液170 并且在随后的曝光工艺期间没有暴露到光。由此，没有除去对探针单元 活性膜121接触凸起322的一部分上固定的官能团150的保护。也就是 说，可以限定未活化区域130而不图案化探针单元活性膜121，并且在 未活化区域131中不会出现噪声。在将印记模板320放置在基板110上之后，进行与如上所述参考图 9至11基本相同的工艺以由此制造微阵列。附图标记"321"指的是印 记模板320的凹面。作为本发明的当前实施例的改进实施例，当利用包括如图11所示 的遮光区和透光区的印记模板时，在随后的选择性曝光工艺期间可省略 使用光掩模。图16是示出利用根据本发明一些实施例的制造微阵列的方法制造 的微阵列102的截面图。参考图16，根据本发明所示实施例的微阵列102包括形成在基板 110的整个表面上的偶联阻挡膜132，并且在偶联阻挡膜132上形成探针 单元活性体120，与图1所示实施例的微阵列100不同。在探针单元隔 离区域130中暴露出偶联阻挡膜132。偶联阻挡膜132例如可由含氟的 氟化物例如氟硅烷制成。偶联阻挡膜132也可以是硅化物膜、聚硅氧烷 或硅(Si)或硅-锗(SiGe)的外延膜。在本发明的当前实施例中，由于存在偶联阻挡膜132，在探针单元隔离区域130中不存在能够与低聚物 探针165或用于探针合成的单体偶联的官能团150，由此更有效地防止 了噪声产生。图17和18是用于示出制造图16的微阵列的方法的中间结构的截 面图。参考图17，在基板110上顺序形成偶联阻挡膜132、探针单元活性 膜120a和光抗蚀剂膜210。然后，利用包括透明掩模体421和形成在掩 模体421上的遮光图案422的光掩模420并限定探针单元活性体(参见 图18的120)将光抗蚀剂膜210暴露到光。参考图18，与图17 —起，显影曝光的光抗蚀剂膜210以形成光抗 蚀剂图案211，并利用光抗蚀剂图案211作为蚀刻掩模蚀刻探针单元活 性膜120a以形成探针单元活性体120。在探针单元活性体120之间暴露 出偶联阻挡膜132以限定探针单元隔离区域130。以与如上所述参考图4 至10或图11和12基本相同的方式进行随后的工艺。图19是示出利用根据本发明一些实施例的制造微阵列的方法制造 的微阵列103的截面图。参考图19，构造根据本发明所示实施例的微阵列103以使得探针单 元隔离区域130填充有偶联阻挡填料134，其具有防止低聚物探针165 或用于探针合成的单体偶联的特性，与图1所示的实施例的微阵列ioo 不同。偶联阻挡填料134例如可以由含氟的氟化物、聚硅氧垸等制成。 根据本发明的当前实施例，探针单元隔离区域130填充有偶联阻挡填料 134，由此，在微阵列103的表面不存在能够与低聚物探针165或用于探 针合成的单体偶联的官能团150，由此更有效地防止了噪声产生。图20是用于示出制造图19的微阵列的方法的中间结构的截面图。参考图20，以与如上所述参考图2至4相同的方式形成探针单元活 性体120，并且形成填充限定在探针单元活性体120之间的区域的填料 膜134a。填料膜134a可由具有防止低聚物探针偶联的特性和良好的间隙填充特性的材料例如氟硅烷或聚硅氧烷制成。接下来，填料膜134a是通过例如化学机械抛光(CMP)或回蚀刻(etch-back)工艺平整化以暴露出探针单元活性体120的表面，由此完成了偶联阻挡填料(见图19的134)，该偶联阻挡填料填充限定在探针 单元活性体120之间的区域中并防止低聚物探针或用于探针合成的单体 偶联。以与如上所述参考图5至10或图11和12基本相同的方式进行随 后的工艺。图21是示出利用根据本发明又一些实施例的制造微阵列的方法制 造的微阵列104的截面图。参考图21，构造根据本发明所示实施例的微阵列104以使得在探针 单元隔离区域130中存在探针单元活性体120之间限定的区域中限定的 填料134和形成在填料134上的偶联阻挡膜138。在该情况下，未必需 要填料134具有防止低聚物探针165偶联的特性。根据本发明的当前实 施例，探针单元隔离区域130覆盖有填料134和偶联阻挡膜138，且由 此，在探针单元隔离区域130中不存在能够与低聚物探针165或用于探 针合成的单体偶联的官能团150,由此更有效地防止噪声产生。图22是用于示出制造图21的微阵列的方法的中间结构的截面图。参考图22，以与如上所述参考图20相同的方式在基板100上形成 填充探针单元活性体120之间的区域中限定的探针单元活性体120和填 料134。然后，在基板100的整个表面上形成偶联阻挡膜138a。接下来，选择性地除去形成在探针单元活性体120上的偶联阻挡膜 图案138a以完成填料134和形成在填料134上的偶联阻挡膜(参见图 21的138)。备选地，在形成填料134作为聚硅氧垸膜或Si或SiGe的外 延膜并且利用钴(Co)、镍(Ni)或钛(Ti)形成偶联阻挡膜图形138a 作为金属膜的情况下，通过硅化和然后除去未反应的金属膜部分，偶联 阻挡膜(参见图21的138)可以仅留在填料134上。以与如上所述参考 图5至10或图11和12基本相同的方式进行随后的工艺。在根据本发明实施例的制造微阵列的方法中，能够除去酸不稳定保 护基团的酸可以由相对低的曝光量产生，由此减少了曝光时间和工艺持 续时间。此外，利用本发明的实施例，产生的酸能在反应区中自由移动， 由此提高了保护基团除去量。另外，利用本发明的实施例，防止了酸从 反应区的一个到另一个的移动，并且由此防止了保护基团在不希望的反 应区中的除去，由此减少了噪声。描述了本发明的示范性实施例，进一步注意到，对于本领域技术人 员容易显而易见的是，可进行各种修改，而不脱离由所附权利要求的边 界和界限限定的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种制造微阵列的方法，该方法包括提供基板，该基板具有采用酸不稳定保护基团保护的官能团固定且能够与低聚物探针偶联的表面；将光酸产生剂提供到基板上；在基板上设置包括凸起区和围绕凸起区的多个凹面区的印记模板，以使得该凸起区接触或邻接基板的上表面以由基板的上表面和印记模板的凸起区和凹面区限定多个反应区；将一个或多个反应区暴露到光以使得在一个或多个暴露的反应区中由光酸产生剂产生酸并且由酸除去对所述一个或多个暴露的反应区中的官能团的保护；以及将低聚物探针提供到基板上以使得低聚物探针与已除去保护的官能团偶联。
2. 如权利要求1的方法，其中印记模板包括透光区和遮光区，并 且利用印记模板作为光掩模进行一个或多个反应区的曝光。
3. 如权利要求1的方法，其中多个探针单元活性体形成在基板上 并被探针单元隔离区域隔开，所述官能团固定在探针单元活性体上，所 述印记模板设置在基板上以使得凸起区接触或邻接探针单元隔离区域中 的基板的上表面，限定反应区的基板的上表面是探针单元活性体的上表 面，并且与探针单元活性体一一对应地限定反应区。
4. 如权利要求3的方法，其中基板包括与探针单元活性体上的官能团键合的连接体，并且该官能团经由连接体固定在探针单元活性体上。
5. 如权利要求3的方法，其中在探针单元隔离区域中直接暴露出 基板的表面。
6. 如权利要求3的方法，其中在探针单元隔离区域中的基板表面 包括形成在基板上表面上的低聚物探针偶联阻挡膜的表面、填充在探针 单元活性体之间限定的区域中并且具有防止低聚物探针偶联的特性的填 料的表面、或形成在填充探针单元活性体之间限定的区域中的填料上的低聚物探针偶联阻挡膜的表面之一。
7. 如权利要求1的方法，其中在基板的整个表面上形成探针单元 活性膜，将探针单元活性膜分成多个活化探针单元区域和围绕活化探针 单元区域的未活化区域，所述官能团固定在探针单元活性膜的活化探针 单元区域和未活化区域上，在基板上设置所述印记模板以使得凸起区域 接触或邻接探针单元活性膜的未活化区域的上表面，限定反应区的基板 上表面是探针单元活性体的上表面，并且与活化探针单元区域一一对应 地限定反应区。
8. 如权利要求7的方法，其中基板包括与探针单元活性体上的官 能团键合的连接体，并且官能团经由该连接体固定在探针单元活性体上。
9. 一种制造微阵列的方法，该方法包括提供基板，该基板具有采用酸不稳定保护基团保护的官能团固定且 能够与核苷酸亚磷酰胺单体偶联的表面； 将光酸产生剂提供到基板上；在基板上设置包括凸起区和围绕凸起区的多个凹面区的印记模板， 以使得该凸起区接触或邻接基板的上表面以由基板的上表面和印记模板 的凸起区和凹面区限定多个反应区；将一个或多个反应区暴露到光以使得在一个或多个暴露的反应区 中由光酸产生剂产生酸并且由酸除去对所述一个或多个暴露的反应区中 的官能团的保护；以及将核苷酸亚磷酰胺单体提供到基板上以使得核苷酸亚磷酰胺单体 与己除去保护的官能团偶联。
10. 如权利要求9的方法，其中印记模板包括透光区和遮光区，并且利用印记模板作为光掩模进行所述一个或多个反应区的曝光。
11. 如权利要求9的方法，其中多个探针单元活性体形成在基板上 并被探针单元隔离区域隔开，所述官能团固定在探针单元活性体上，所 述印记模板设置在基板上以使得凸起区接触或邻接探针单元隔离区域中 的基板的上表面，限定反应区的基板的上表面是探针单元活性体的上表 面，并且与探针单元活性体一一对应地限定反应区。
12. 如权利要求11的方法，其中该基板包括与探针单元活性体上的官能团键合的连接体，并且该官能团经由连接体固定在探针单元活性 体上。
13. 如权利要求12的方法，其中在探针单元隔离区域中直接暴露 出基板的表面。
14. 如权利要求12的方法，其中在探针单元隔离区域中的基板表 面包括形成在基板的上表面上的核苷酸亚磷酰胺单体偶联阻挡膜的表 面、填充在探针单元活性体之间限定的区域中并且具有防止核苷酸亚磷 酰胺单体偶联的特性的填料的表面、或形成在填充探针单元活性体之间 限定的区域中的填料上的核苷酸亚磷酰胺单体偶联阻挡膜的表面之一。
15. 如权利要求9的方法，其中在基板的整个表面上形成探针单元 活性膜，将探针单元活性膜分成多个活化探针单元区域和围绕活化探针 单元区域的未活化区域，所述官能团固定在探针单元活性膜的活化探针 单元区域和未活化区域上，在基板上设置所述印记模板以使得凸起区域 接触或邻接探针单元活性膜的未活化区域的上表面，限定反应区的基板 上表面是探针单元活性体的上表面，并与活化探针单元区域一一对应地 限定反应区。
16. 如权利要求15的方法，其中基板包括与探针单元活性体上的 官能团键合的连接体，并且该官能团经由连接体固定在探针单元活性体 上。
17. 如权利要求8的方法，其中将在基板上提供光酸产生剂、在基 板上设置印记模板、反应区的选择性曝光和提供核苷酸亚磷酰胺单体定 义为一个循环，并且进一步包括在核苷酸亚磷酰胺单体与已除去保护的 官能团偶联之后重复该循环至少一次。
18. 如权利要求17的方法，其中在一个循环中与已除去保护的官 能团偶联的核苷酸亚磷酰胺单体的核碱基与另一循环中不同。
19. 如权利要求18的方法，其中核苷酸亚磷酰胺单体选自由包括 选自腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)和尿嘧啶(U) 的核碱基的核苷酸亚磷酰胺单体构成的组。
全文摘要
一种制造微阵列的方法，包括提供基板，该基板具有采用酸不稳定保护基团保护的官能团固定且能够与低聚物探针偶联的表面；将光酸产生剂提供到基板上；在基板上设置包括凸起区和围绕凸起区的多个凹面区的印记模板，以使得该凸起区接触或邻接基板的上表面以由基板的上表面和印记模板的凸起区和凹面区限定多个反应区；将一个或多个反应区暴露到光以使得在一个或多个暴露的反应区中由光酸产生剂产生酸并且由酸除去对所述一个或多个暴露的反应区中的官能团的保护；以及将低聚物探针提供到基板上以使得低聚物探针与已除去保护的官能团偶联。
文档编号G01N21/00GK101221121SQ200710307759
公开日2008年7月16日 申请日期2007年7月16日 优先权日2006年7月17日
发明者夏政焕, 池圣敏, 金京善, 金媛善 申请人:三星电子株式会社