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KR100891098B1 - 바이오칩 및 그 제조 방법 - Google Patents

바이오칩 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR100891098B1
KR100891098B1 KR1020070086289A KR20070086289A KR100891098B1 KR 100891098 B1 KR100891098 B1 KR 100891098B1 KR 1020070086289 A KR1020070086289 A KR 1020070086289A KR 20070086289 A KR20070086289 A KR 20070086289A KR 100891098 B1 KR100891098 B1 KR 100891098B1
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Abstract

프로브를 이용하여 바이오 시료의 성분을 분석하는 바이오칩 및 그 제조 방법이 제공된다. 바이오칩은 기판, 기판 상면을 부분적으로 덮는 캡핑막 패턴, 및 캡핑막 패턴에 의해 노출된 기판 상면 상에 커플링된 복수의 프로브를 포함한다.
프로브, 캡핑막 패턴, 비프로브 셀 영역

Description

바이오칩 및 그 제조 방법{Biochip and method of fabricating the same}
본 발명은 바이오칩 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프로브를 이용하여 바이오 시료의 성분을 분석하는 바이오칩 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
마이크로 어레이로 대표되는 바이오칩은 기판에 고정된 기지의 프로브에 바이오 시료를 제공하여 프로브와 바이오 시료간 반응이 일어나는지 여부를 관찰함으로써, 바이오 시료의 구체적인 성분을 분석한다. 하나의 바이오칩에는 여러 종류의 서로 다른 프로브들이 셀별로 고정되어 1회의 실험으로 보다 다양한 데이터를 판독할 수 있도록 한다. 나날이 발전하는 고집적화 기술은 더욱 방대한 양의 데이터의 수집을 돕는다.
그러나, 데이터의 양의 증가가 곧 바이오 시료 분석의 신뢰도 향상을 의미하는 것은 아니다. 오히려, 특정 측면에서 고집적화 기술은 데이터 노이즈의 생성을 촉진하여 데이터의 신뢰도를 저하시킨다. 특히, 각 프로브 셀 사이의 경계에 원하지 않게 프로브 또는 프로브용 모노머가 커플링되면 이들이 데이터 노이즈로 작용하여 분석 신뢰도를 저하시킨다. 나아가, 기판 배면에 원하지 않게 커플링되는 프로브에 의해서도 데이터 노이즈는 더욱 심화될 수 있다.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 분석 신뢰도가 향상된 바이오칩을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 분석 신뢰도가 향상된 바이오칩의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오칩은 기판, 상기 기판 상면을 부분적으로 덮는 캡핑막 패턴, 및 상기 캡핑막 패턴에 의해 노출된 상기 기판 상면 상에 커플링된 복수의 프로브를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오칩은 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 기판, 상기 기판 상의 활성층, 및 상기 활성층 상의 프로브 셀 분리 패턴으로서, 상기 기판의 제2 영역 상에 위치하는 프로브 셀 분리 패턴을 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 바이오칩은 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 기판, 상기 기판의 제2 영역 상의 프로브 셀 분리 패턴, 및 상기 기판의 제1 영역 상의 활성 패턴으로서, 상기 프로브 셀 분리 패턴보다 두께가 작은 활성 패턴을 포함한다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오칩의 제조 방법은 기판 상면의 전면에 활성층을 형성하고, 상기 활성층 상에 상기 활성층을 부분적으로 덮는 캡핑막 패턴을 형성하고, 상기 캡핑막 패턴에 의해 노출된 상기 활성층 상에 복수의 프로브를 커플링하는 것을 포함한다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오칩의 제조 방법은 기판의 상면에 상기 기판을 부분적으로 덮는 캡핑막 패턴을 형성하고, 상기 캡핑막 패턴에 의해 노출된 상기 기판의 상면에 활성 패턴을 형성하고, 상기 활성 패턴 상에 복수의 프로브를 커플링하는 것을 포함한다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 바이오칩 및 그 제조 방법에 의하면, 각 프로브 셀 영역 사이의 비프로브 셀 영역 상에서 기판 배면에 원하지 않는 링커 또는 프로브의 커플링을 방지할 수 있다. 또, 본 발명의 다른 몇몇 실시예들에 따른 바 이오칩 및 그 제조 방법에 의하면, 활성층 또는 활성 패턴이 기판 상면에만 선택적으로 형성되고, 기판 배면에는 형성되지 않도록 할 수 있다. 따라서, 데이터 노이즈가 방지되어 분석 신뢰도가 향상될 수 있다. 나아가, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 바이오칩 및 그 제조 방법에 의하면, 투명 기판을 적용하는 경우에도 형광 물질을 이용한 혼성화 분석시 분석 효율이 증대될 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다. 그리고, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 또한 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들에 따른 바이오칩은 바이오 시료에 포함되어 있는 바이오 분자(biomolecule)를 분석함으로써, 유전자 발현 분석(gene expression profiling), 유전자형 분석(genotyping), SNP(Single Nucleotide Polymorphism)와 같은 돌연 변이(mutation) 및 다형(polymorphism)의 검출, 단백질 및 펩티드 분석, 잠재적인 약의 스크리닝, 신약 개발과 제조 등을 하는데에 이용된다. 바이오칩은 분석하고자 하는 바이오 시료의 대상에 따라 그에 맞는 프로브들을 채용한다. 바이오칩에 채용될 수 있는 프로브의 예는 DNA 프로브, 효소나 항체/항원, 박테리오로돕신(bacteriorhodopsin) 등과 같은 단백질 프로브, 미생물 프로브, 신경세포 프로브 등을 포함한다. 각각 채용되는 프로브의 종류에 따라 바이오칩은 DNA칩, 단백질칩, 세포칩, 뉴런칩 등으로도 지칭될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 바이오칩은 프로브로서 올리고머 프로브를 포함할 수 있다. 상기 올리고머 프로브는 채용되는 프로브의 모노머 수가 올리고머 수준임을 암시한다. 여기서, 올리고머란, 공유 결합된 두개 이상의 모노머(monmer)로 이루어진 폴리머(polymer) 중 분자량이 대략 1000 이하의 것을 지칭하는 의미로 사용될 수 있다. 구체적으로 약 2-500개의 모노머, 바람직하기로는 5-30개의 모노머를 포함하는 것일 수 있다. 그러나, 올리고머 프로브의 의미가 상기 수치에 제한되는 것은 아니다.
올리고머 프로브를 구성하는 모노머는 분석 대상이 되는 바이오 시료의 종류에 따라 변형 가능하며, 예를 들면 뉴클레오사이드, 뉴클레오타이드, 아미노산, 펩티드 등일 수 있다.
뉴클레오사이드 및 뉴클레오타이드는 공지의 퓨린 및 피리미딘 염기를 포함할 뿐만 아니라 메틸화된 퓨린 또는 피리미딘, 아실화된 퓨린 또는 피리미딘 등을 포함할 수 있다. 또, 뉴클레오사이드 및 뉴클레오타이드는 종래의 리보스 및 디옥시리보스 당을 포함할 뿐만 아니라 하나 이상의 하이드록실기가 할로겐 원자 또는 지방족으로 치환되거나 에테르, 아민 등의 작용기가 결합한 변형된 당을 포함할 수 있다.
아미노산은 자연에서 발견되는 아미노산의 L-, D-, 및 비키랄성(nonchiral)형 아미노산뿐만 아니라 변형 아미노산(modified amino acid), 또는 아미노산 유사체(analog) 등일 수 있다.
펩티드란 아미노산의 카르복실기와 다른 아미노산의 아미노기 사이의 아미드 결합에 의해 생성된 화합물을 지칭한다.
특별히 다른 언급이 없는 한, 이하의 실시예들에서 예시적으로 상정되는 프로브는 DNA 프로브로서, 약 5-30개의 뉴클레오타이드의 모노머가 공유 결합된 올리고머 프로브이다. 그러나, 본 발명이 그에 제한되는 것은 아니며, 상술한 다양한 프로브들이 적용될 수 있음은 물론이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 바이오칩의 기판의 레이아웃이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 바이오칩에 적용되는 기판(100)은 복수의 프로브 셀 영역(Probe Cell Region, Ⅰ) 및 비프로브 셀 영역(Non Probe Cell Region, Ⅱ)을 포함한다. 프로브 셀 영역(Ⅰ)과 비프로브 셀 영역(Ⅱ)의 구별 기준은 커플링(coupling)될 프로브(140)의 유무에 따른다. 즉, 기판(100)의 프로브 셀 영역(Ⅰ)은 그 위에 복수의 프로브(140)가 커플링될 기판(100)의 영역을 의미하고, 비프로브 셀 영역(Ⅱ)은 그 위에 프로브(140)가 커플링되어 있지 않을 기판(100)의 영역을 의미한다. 기판(100)의 프로브 셀 영역(Ⅰ) 상에는 커플링된 복수의 프로브(140)들을 포함하는 프로브 셀이 형성된다.
하나의 프로브 셀 영역(Ⅰ) 상에는 동일한 서열의 프로브(140)들이 커플링되지만, 서로 다른 프로브 셀 영역(Ⅰ)들 사이에서는 그 위에 커플링되는 프로브(140)들의 서열이 서로 상이할 수 있다.
서로 다른 프로브 셀 영역(Ⅰ)은 비프로브 셀 영역(Ⅱ)에 의해 분리되어 있다. 따라서, 각 프로브 셀 영역(Ⅰ)은 비프로브 셀 영역(Ⅱ)에 의해 둘러싸인 형상을 갖는다. 복수의 프로브 셀 영역(Ⅰ)은 매트릭스 형상으로 배열될 수 있다. 그러 나, 상기 매트릭스 형상 배열이 반드시 규칙적인 피치(pitch)를 가져야 하는 것은 아니다.
서로 독립적인 프로브 셀 영역(Ⅰ)과는 반대로 비프로브 셀 영역(Ⅱ)은 하나로 연결되어 있을 수 있다. 예를 들어 비프로브 셀 영역(Ⅱ)은 격자(lattice)형으로 이루어질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오칩의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 바이오칩(11)은 기판(100), 캡핑막 패턴(110), 및 복수의 프로브(140)들을 포함한다.
기판(100)은 프로브(140)들이 커플링되기 위한 베이스로서, 다양한 강도의 다양한 물질들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 가요성(flexible) 기판 또는 강성(rigid) 기판이 적용될 수 있으며, 불투명 기판이나 투명 기판의 적용이 모두 가능하다.
가요성 기판을 이루는 구성 물질의 예는 나일론, 니트로셀룰로오스 등의 멤브레인 또는 플라스틱 필름을 포함한다. 강성 기판을 이루는 구성 물질의 예는 실리콘 등의 반도체, 석영이나 소다 석회 유리 등을 포함한다. 상기 열거된 예들 중에서, 투명 기판을 구성하는 물질은 석영, 소다 석회 유리 등이다. 이러한 투명 기판으로는 현미경 관찰 등에 사용되는 상대적으로 얇은 두께를 갖는 슬라이드 기판으로부터 대화면 LCD 패널 등에 적용되는 상대적으로 두꺼운 디스플레이용 기판에 이르기까지 기존에 다양한 분야에 적용되었던 것들이 호환되어 적용될 수 있다.
캡핑막 패턴(110)은 기판 상면(101)에 형성되어 기판 상면(101)을 부분적으 로 덮는다. 여기서, 기판 상면(101)을 부분적으로 덮는다는 것은 기판 상면(101)을 부분적으로 노출한다는 의미를 내포한다. 예를 들어, 캡핑막 패턴(110)이 기판(100)의 비프로브 셀 영역(Ⅱ) 상에 형성될 때, 기판(100)의 프로브 셀 영역(Ⅰ)은 노출된다. 몇몇 실시예에서 캡핑막 패턴(110)은 비프로브 셀 영역과 완전히 오버랩된다. 즉, 캡핑막 패턴(110)은 비프로브 셀 영역(Ⅱ)과 동일한 형상을 갖는다. 이 경우, 프로브 셀 영역(Ⅰ) 및 비프로브 셀 영역(Ⅱ)은 실질적으로 캡핑막 패턴(110)에 의해 정의되는 것으로 이해될 수 있다. 즉, 기판(100)의 프로브 셀 영역(Ⅰ) 및 비프로브 셀 영역(Ⅱ)의 구분은 그 위에 캡핑막 패턴(110)이 형성되는지 혹은 노출되는지 여부에 따른다고 할 수 있다.
캡핑막 패턴(110)은 비프로브 셀 영역(Ⅱ) 상에 형성되며 그에 상응하여 프로브(140)가 커플링되지 않는 것이 바람직하다. 캡핑막 패턴(110) 상에 프로브(140)가 커플링되는 것을 방지하기 위하여, 캡핑막 패턴(110)은 링커(130) 및 프로브(140)와 커플링할 수 있는 작용기를 포함하지 않는 물질로 이루어질 수 있다. 그 예로는, 금속막, 금속 질화막 또는 실리콘 질화막 등을 들 수 있다. 상기 금속으로는 Ti, Ta, Cr, Al, Cu, Au, Ag, 또는 이들의 합금이 예시될 수 있다. 본 발명을 제한하지 않는 몇몇 예시적인 실시예는 캡핑막 패턴(110)으로서 Ti막 또는 TaN막을 적용한다. 몇몇 실시예에서 캡핑막 패턴(110)은 상술한 물질들 중 어느 하나를 포함하는 단일막으로 이루어진다.
상술한 바와 같이, 캡핑막 패턴(110)은 비프로브 셀 영역(Ⅱ) 상에서 링커(130) 및 프로브(140)가 커플링되는 것을 방지하는 것을 일 기능으로 하므로, 캡 핑막 패턴(110)의 두께에는 제한이 없다. 즉, 기판 상면(101)의 작용기를 덮는데 충분한 두께를 갖기만 하면 링커(130) 및 프로브(140)의 커플링을 유효하게 방지할 수 있다. 다만, 신뢰성 있는 패턴 형상을 확보하기 위해 평균 약 200Å 이상의 두께를 가질 수 있다. 또, 혼성화시 바이오 시료가 프로브 셀로 충분히 습윤되도록 하기 위하여, 다시 말하면 캡핑막 패턴(110)이 바이오 시료의 퍼짐성을 방해하는 것을 회피하기 위하여 캡핑막 패턴(110)의 두께는 약 1000Å 이하일 수 있다.
캡핑막 패턴(110)에 의해 노출된 프로브 셀 영역(Ⅰ)의 기판 상면(101)에는 링커(130)가 형성된다. 링커(130)는 일단이 기판의 상면(101)과 커플링되며, 타단이 프로브(140)와 커플링될 수 있는 작용기(135)를 포함한다. 프로브(140)가 올리고머인 DNA 프로브(즉, 올리고 뉴클레오타이드 프로브)인 경우, 프로브(140)와 커플링할 수 있는 작용기(135)로는 하이드록실기, 알데히드기, 카르복실기, 아미노기, 아미도기, 티올기, 할로기 또는 술포네이트기 등이 예시될 수 있다.
기판(100)이 유리 등과 같이 Si(OH)기를 포함하는 물질로 이루어진 경우, 링커(130)는 기판 상면(101)의 Si(OH)기와 반응하여 실록산(Si-O) 결합을 생성할 수 있는 실리콘기를 포함할 수 있다. 프로브(프로브용 모노머를 포함하며, 이하 동일함.)와 커플링할 수 있는 작용기(135)를 포함하면서, 실리콘기를 포함하는 링커(130) 물질로는 N-(3-(트리에톡시실릴)-프로필)-4-하이드록시부티르아미드(N-(3-(triethoxysilyl)-propyl)-4-hydroxybutyramide), N,N-비스(하이드록시에틸)아미노프로필-트리에톡시실란(N,N-bis(hydroxyethyl) aminopropyl-triethoxysilane), 아세톡시프로필-트리에톡시실란(acetoxypropyl-triethoxysilane), 3-글리시독실 프로 필트리메톡시실란(3-Glycidoxy propyltrimethoxysilane), 국제 공개 특허 WO 00/21967호에 개시된 실리콘 화합물 등을 예로 들수 있으며, 상기 공개 특허의 내용은 본 명세서에 충분히 개시된 것처럼 원용되어 통합된다.
복수의 프로브(140)는 링커(130)를 매개하여 프로브 셀 영역(Ⅰ)의 기판 상면(101)에 커플링된다. 즉, 복수의 프로브(140)는 프로브 셀 영역(Ⅰ) 상의 링커(130)의 타단과 커플링된다.
상술한 바로부터 본 실시예에 따른 바이오칩(11)의 단면 구조는, 기판(100)의 비프로브 셀 영역(Ⅱ) 위로는 캡핑막 패턴(110)을 포함하며, 기판(100)의 프로브 셀 영역(Ⅰ) 위로는 링커(130) 및 프로브(140)를 포함함을 알 수 있다.
한편, 기판 상면(101)이 프로브(140)와 커플링할 수 있는 작용기(135)를 포함하는 경우, 링커(130)는 생략될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오칩의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 바이오칩(12)은 기판 상면(101)에 형성된 활성층(120)을 더 포함한다. 활성층(120)은 기판(100)의 프로브 셀 영역(Ⅰ) 및 비프로브 셀 영역(Ⅱ)의 구별과 무관하게 기판 상면(101)의 전면(whole surface)에 형성된다. 활성층(120)은 표면에 링커(130) 및/또는 프로브(140)와 커플링할 수 있는 작용기를 포함한다. 활성층(120)은 기판 상면(101)이 링커(130) 및/또는 프로브(140)와 커플링되지 않는 경우, 또는 링커(130) 및/또는 프로브(140)와 커플링되는 작용기가 미미한 경우에 유용하게 구비될 수 있다.
캡핑막 패턴(110)은 활성층(120) 상에 형성된다. 캡핑막 패턴(110)을 구성하 는 물질은 도 2를 참조하여 설명한 바와 같다. 따라서, 링커(130)는 캡핑막 패턴(110)에 의해 노출되어 있는 활성층(120) 상에, 다시 말하면 프로브 셀 영역(Ⅰ) 상의 활성층(120) 상에 선택적으로 형성된다.
활성층(120)은 혼성화 분석 조건, 예컨대 pH6-9의 인산(phosphate) 또는 TRIS 버퍼와 접촉시 가수분해되지 않고 실질적으로 안정한 물질로 형성될 수 있다. 상기 관점에서 활성층(120)은 예를 들어, PE-TEOS막, HDP 산화막 또는 P-SiH4 산화막, 열산화막, 자연 산화막, 패드 산화막 등의 실리콘 산화막, 하프늄 실리케이트, 지르코늄 실리케이트 등의 실리케이트, 실리콘 산질화막, 하프늄산질화막, 지르코늄산질화막 등의 금속 산질화막, 티타늄 산화막, 탄탈륨 산화막, 알루미늄 산화막, 하프늄 산화막, 지르코늄 산화막, ITO 등의 금속 산화막, 또는 폴리스티렌, 폴리아크릴산, 폴리비닐 등의 폴리머로 형성될 수 있다.
활성층(120)의 표면은 링커(130)와의 커플링될 수 있는 공간 확보를 위해 소정의 거칠기를 가질 수 있다. 예를 들어, 열산화막으로 활성층(120)을 형성하게 되면, 약 5nm 내지 100nm의 표면 거칠기를 확보할 수 있다.
링커(130)는 일단이 활성층(120)의 상면과 커플링되며, 타단이 프로브와 커플링될 수 있는 작용기(135)를 포함하는 물질로 이루어질 수 있다. 링커(130)를 이루는 물질은 활성층(120)을 구성하는 물질에 따라 상이할 수 있다. 예를 들어, 활성층(120)이 실리콘 산화막, 실리케이트 또는 실리콘 산질화막으로 이루어진 경우 링커(130)는 활성층(120) 표면의 Si(OH)기와 반응하여 실록산(Si-O) 결합을 생성할 수 있는 실리콘기를 포함할 수 있다. 적용가능한 물질은 도 2를 참조하여 설명한 바와 같다.
활성층(120)이 금속산화막으로 이루어진 경우 활성층(120)과 커플링되는 링커(130) 일단의 작용기는 금속 알콕사이드(metal alkoxide) 또는 금속 카르복시산염기(metal carboxylate)기를 포함할 수 있다. 활성층(120)이 실리콘 질화막, 실리콘산질화막, 금속산질화막, 폴리이미드 또는 폴리아민 등으로 이루어진 경우 링커(130)의 커플링기는 무수물(anhydride), 염산(acid chloride), 알킬 할로겐화물(alkyl halides) 또는 염화 탄산염(chlorocarbonates) 기를 포함할 수 있다. 활성층(120)이 폴리머로 이루어진 경우 링커(130)의 커플링기는 아크릴기(acrylic), 스티릴기(styryl), 또는 비닐기(vinyl)기를 포함할 수 있다.
복수의 프로브(140)는 링커(130)를 매개하여 기판 상면(101)의 활성층(120)에 커플링된다. 즉, 복수의 프로브(140)는 프로브 셀 영역(Ⅰ) 상에서 링커(130)의 타단과 커플링되어 프로브 셀을 이룬다. 상술한 바와 같이 링커(130)는 프로브 셀 영역(Ⅰ) 상에만 형성되기 때문에, 프로브(140)도 프로브 셀 영역(Ⅰ) 상에만 커플링된다.
상술한 바로부터 본 실시예에 따른 바이오칩(12)의 단면 구조는, 기판(100)의 비프로브 셀 영역(Ⅱ) 위로는 활성층(120) 및 캡핑막 패턴(110)을 포함하며, 기판(100)의 프로브 셀 영역(Ⅰ) 위로는 활성층(120), 링커(130) 및 프로브(140)를 포함함을 알 수 있다.
한편, 활성층(120) 표면이 프로브(140)와 커플링할 수 있는 작용기를 포함하는 경우, 링커(130)는 생략될 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 바이오칩의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 바이오칩(13)은 기판 상면(101)에 형성된 활성 패턴(125)을 더 포함한다. 활성 패턴(125)은 비프로브 셀 영역(Ⅱ) 상에는 형성되지 않고, 프로브 셀 영역(Ⅰ) 상에만 선택적으로 형성되는 점이 도 3의 활성층(120)과 차이가 있다. 캡핑막 패턴(110)은 기판(100)의 상면(101)에 형성되며, 활성 패턴(125)이 프로브 셀 영역(Ⅰ) 상에만 선택적으로 형성되도록 하는데 기여한다. 예를 들어, 활성 패턴(125)으로서 열산화막을 적용할 경우, 캡핑막 패턴(110)을 형성하고 어닐링을 수행하면, 캡핑막 패턴(110)에 의해 노출된 기판(100)의 프로브 셀 영역(Ⅰ)에서만 선택적으로 열산화막이 형성될 수 있다.
각 활성 패턴(125)은 각 프로브 셀 영역(Ⅰ)에 대응되며, 각 활성 패턴(125)은 서로 물리적으로 분리된다. 활성 패턴(125)을 구성하는 물질은 도 3의 활성층(120)과 실질적으로 동일하다. 본 발명의 몇몇 예시적인 실시예에 따르면, 활성 패턴(125)의 두께(d1)는 캡핑막 패턴(110)의 두께(d2)보다 작아서 활성 패턴(125)의 상면이 캡핑막 패턴(110)의 상면보다 높이가 낮다. 도면으로 도시하지는 않았지만, 몇몇 다른 실시예들에서는 활성 패턴의 두께가 더 커서, 활성 패턴의 상면이 캡핑막 패턴의 상면보다 그 높이가 높을 수도 있다. 한편, 도 3의 실시예에서는 캡핑막 패턴(110)이 활성층(120) 상에 형성되기 때문에, 활성층(120)과 캡핑막 패턴(110)의 두께를 비교할 필요도 없이 당연히 활성층(120)의 상면이 높이가 캡핑막 패턴(110)의 상면의 높이보다 낮다.
상술한 바로부터 도 4의 실시예에 따른 바이오칩(13)의 단면 구조는, 기 판(100)의 비프로브 셀 영역(Ⅱ) 위로는 캡핑막 패턴(110)을 포함하며, 기판(100)의 프로브 셀 영역(Ⅰ) 위로는 활성 패턴(125), 링커(130) 및 프로브(140)를 포함함을 알 수 있다.
한편, 활성 패턴(125) 표면이 프로브(140)와 커플링할 수 있는 작용기를 포함하는 경우, 링커(130)는 생략될 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 바이오칩의 단면도들이다. 도 5 내지 도 7의 바이오칩들(14-16)은 각각 도 2 내지 도 4에 도시된 바이오칩들(11-13)이 배면 캡핑막(150)을 더 포함하는 경우에 대한 예시이다.
배면 캡핑막(150)은 기판 상면(101)의 반대면인 기판 배면(102)의 전면(whole surface)에 형성된다. 배면 캡핑막(150)은 기판 배면(102)에 링커(130) 또는 프로브(140)와 커플링할 수 있는 작용기가 있는 경우에, 이들의 노출을 막아 상기 작용기에 의한 원하지 않는 커플링을 방지한다. 따라서, 데이터 노이즈를 방지하여 분석 신뢰도를 증가시킨다.
상기 관점에서, 배면 캡핑막(150)은 링커(130), 또는 프로브(140)와 커플링할 수 있는 작용기를 포함하지 않는 물질로 이루어진다. 따라서, 상술한 캡핑막 패턴(110)을 구성하는 물질들이 적용될 수 있다. 다만, 캡핑막 패턴(110)과 배면 캡핑막(150)을 구성하는 물질이 서로 동일할 필요는 없다. 본 발명을 제한하지 않는 몇몇 예시적인 실시예는 배면 캡핑막(150)으로는 Ti막을 적용하고, 캡핑막 패턴(110)으로는 TaN막을 적용한다.
기판(100)으로 투명 기판이 적용되는 경우, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 배면 캡핑막(150)은 상술한 기능과 함께, 반사도를 가져 형광 분석시 분석 효율을 증가시킬 수 있다. 충분한 데이터 분석 효율 증가를 위한 배면 캡핑막(150)의 반사도는 약 20% 이상일 수 있다.
배면 캡핑막(150)의 두께는 캡핑 기능의 신뢰성 및/또는 반사 기능의 유효성에 관계된다. 충분한 캡핑 기능 및/또는 충분한 반사 기능을 수행하기 위한 배면 캡핑막(150)의 두께는 예컨대, 약 1000 내지 3000Å일 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 바이오칩의 제조 방법을 설명한다. 도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 바이오칩의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 8a 내지 도 8e를 참고로 하여, 도 6에 도시되어 있는 바이오칩(15)을 제조하는 방법을 위주로 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다.
도 8a를 참조하면, 프로브 셀 영역(Ⅰ) 및 비프로브 셀 영역(Ⅱ)을 포함하는 기판(100)을 제공한다. 이어서, 기판의 배면(102) 상에 배면 캡핑막(150)을 형성한다. 배면 캡핑막(150)의 형성은 본 기술 분야에 널리 공지되어 있는 증착 방법으로 수행될 수 있다. 예를 들면, 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD), 플라즈마 강화 화학 기상 증착(Plasma Enhanced CVD; PECVD), 금속 유기 화학 기상 증착(Metal Organic CVD; MOCVD), 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD), 또는 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition; PVD) 등의 방법으로 형성될 수 있다.
도 8b를 참조하면, 기판 상면(101)의 전면에 활성층(120)을 형성한다. 활성층(120)은 예를 들면, 본 기술분야에 공지된 다양한 증착 공정이나, 열산화 공정으 로 형성될 수 있다. 열산화 공정이 적용될 경우, 기판(100)을 약 900 내지 1200℃의 온도에서 약 3 내지 12시간 어닐링한다. 이때, 기판 배면(102)은 배면 캡핑막(150)에 의해 보호되어 있으므로, 기판의 상면(101)에만 선택적으로 열산화막으로 이루어진 활성층(120)이 형성될 수 있다. 형성된 활성층(120)은 약 5nm 내지 100nm의 표면 거칠기를 가질 수 있다.
도 8c를 참조하면, 활성층(120) 상에 상면 캡핑막(110a)을 형성한다. 상면 캡핑막(110a)은 배면 캡핑막(150)과 동일한 방법으로 형성한다. 상면 캡핑막(110a)은 배면 캡핑막(150)과 다른 물질, 구체적으로 식각 선택비가 다른 물질로 형성하는 것이 후술하는 상면 캡핑막(110a)의 식각시 배면 캡핑막(150)의 유실을 방지할 수 있다. 후술하는 상면 캡핑막(110a) 식각 과정에서 식각 에천트가 기판 배면(102)으로 침투되는 것이 방지된 장치 또는 구조를 이용하는 경우 등과 같이, 배면 캡핑막(150)이 식각 에천트에 노출될 염려가 없을 경우 상면 캡핑막(110a)과 배면 캡핑막(150)은 동일한 물질로 이루어질 수도 있다.
이어서, 상면 캡핑막(110a) 상에 프로브 셀 영역(Ⅰ)을 개구하는 포토레지스트 패턴(PR)을 형성한다.
도 8d를 참조하면, 포토레지스트 패턴(PR)을 식각 마스크로 이용하여 상면 캡핑막(110a)을 식각하여 캡핑막 패턴(110)을 형성한다. 상기 식각은 건식 식각 에천트를 이용한 이방성 식각으로 진행될 수 있다. 그러나, 습식 식각 에천트 또는 건식 식각 에천트를 이용하는 습식 식각을 배제하는 것은 아니다. 상기 식각으로, 기판(100)의 프로브 셀 영역(Ⅰ) 상의 상면 캡핑막(110a)이 제거되어 활성층(120) 이 노출된다. 그러나, 기판(100)의 비프로브 셀 영역(Ⅱ) 상의 활성층(120)은 여전히 캡핑막 패턴(110)에 의해 덮여 보호된다. 이어서, 포토레지스트 패턴(PR)을 제거한다.
도 8e를 참조하면, 선택적(optional)으로, 프로브 셀 영역(Ⅰ) 상에서 노출되어 있는 활성층(120)의 표면을 링커(130)와 반응하기 용이하도록 변형하기 위하여 오존처리(ozonolysis), 산 처리, 염기 처리 등과 같은 표면 처리를 수행한다. 예를 들면, 황산 및 과산화수의 혼합물인 피라나(Piranha) 용액, 불산 용액, 암모니움 하이드록사이드 용액, 또는 O2 플라즈마를 이용하여 표면 처리를 수행한다.
이어서, 표면 처리된 활성층(120) 상에 링커(130)를 형성한다. 이때, 후술하는 바와 같이 포토리소그래피 기술을 이용하여 프로브(140)를 합성하려는 경우, 링커(130)의 작용기(135)에는 광분해성기(132)가 부착된다. 링커(130)는 프로브 셀 영역(Ⅰ) 상의 활성층(120) 상에만 선택적으로 형성되며, 비프로브 셀 영역(Ⅱ) 상의 활성층(120)은 캡핑막 패턴(110)에 의해 보호되므로, 링커(130)가 형성되지 않는다.
이어서, 링커(130) 상에 프로브(140)를 형성한다. 링커(130) 타단의 프로브(140)와 커플링할 수 있는 작용기(135)가 광분해성기(132)로 보호되어 있는 경우, 프로브 셀 영역(Ⅰ)별로 선택적으로 노광하여 광분해성기(132)를 제거한 후 링커(130)의 타단에 프로브(140)를 커플링한다. 프로브(140)의 커플링은 예컨대, 완성된 프로브(140)를 스폿팅(spotting)하거나, 프로브용 모노머(예., 작용기가 광분해성기로 보호된 뉴클레오타이드 포스포아미디트 모노머)를 포토리소그래피에 의해 합성하는 방법으로 이루어질 수 있다. 프로브(140)의 형성으로 도 6에 도시된 바와 같은 바이오칩(15)이 완성된다.
한편, 형광 분석이 아닌 다른 방식의 분석 방법을 취하는 경우, 다른 스캔 방식을 채용하는 경우, 또는 기판으로 불투명 기판을 적용하는 경우 등과 같이 바이오칩의 반사도를 증진시킬 필요가 없거나 반사도 증진의 의도가 없는 본 발명의 몇몇 실시예들(예컨대, 도 3의 실시예)에서는 배면 캡핑막(150)의 형성을 생략하거나, 형성한 배면 캡핑막(150)을 제거하는 것을 더 포함할 수 있다. 배면 캡핑막(150)의 제거는 예컨대, 피라나 용액이나 기타 세정이나 습식 식각 용액을 이용하여 진행된다.
더욱 구체적으로 설명하면, 기판 배면(102)이 링커(130) 등과 반응하지 않거나, 반응이 미미하거나, 링커(130)의 형성시 기판 배면(102)으로의 링커(130) 제공이 철저하게 차단되는 경우, 활성층(120)이 기판 배면(102)에 형성되는 것을 방지하는 데에 이미 기여한 배면 캡핑막(150)은 도 8b의 단계 후에 제거될 수 있다. 상기 단계에서 배면 캡핑막(150)을 제거하면, 기판 배면(102)이 노출되므로, 후속으로 코팅, 합성, 노광, 스캔 등의 단계를 거치더라도, 장비에 결함을 가져오거나, 치수 상이에 따른 장비 변경이 불요한 장점이 있다. 다른 예로서, 배면 캡핑막(150)의 제거는 프로브(140)의 커플링 후에 이루어질 수도 있다.
도 5의 바이오칩(14)이나 도 2의 바이오칩(11)을 제조하기 위해서는 상술한 단계들 중 일부를 변형한다. 즉, 도 5의 바이오칩(14)을 형성하기 위해서는 활성층(120)을 형성하는 도 8b의 단계를 생략한다. 나아가, 도 2의 바이오칩(11)을 형 성하기 위해서는 배면 캡핑막(150)의 형성을 생략하거나, 배면 캡핑막(150)을 제거하는 단계를 더 수행한다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 다른 몇몇 실시예들에 따른 바이오칩의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들로서, 도 7의 바이오칩의 중간 제조 구조물들을 예시적으로 도시한다.
본 실시예에 따른 바이오칩의 제조 방법은 기판 배면(102)에 배면 캡핑막(150)을 형성하기까지는 도 8a의 단계와 동일하다. 도 9a를 참조하면, 이어서, 기판 상면(101)의 전면에 상면 캡핑막(110a)을 형성한다.
도 9b를 참조하면, 상면 캡핑막(110a) 상에 프로브 셀 영역(Ⅰ)을 개구하는 포토레지스트 패턴(PR)을 형성한다.
도 9c를 참조하면, 포토레지스트 패턴(PR)을 식각 마스크로 이용하여 상면 캡핑막(110a)을 식각하여 캡핑막 패턴(110)을 형성한다. 본 단계는 도 8d의 단계와 실질적으로 동일한 방법으로 진행된다. 캡핑막 패턴(110) 형성 결과, 기판(100)의 프로브 셀 영역(Ⅰ) 상의 상면 캡핑막(110a)이 제거되어 기판 상면(101)이 노출된다. 그러나, 기판(100)의 비프로브 셀 영역(Ⅱ)은 여전히 캡핑막 패턴(110)에 의해 덮여 보호된다.
도 9d를 참조하면, 노출된 기판의 프로브 셀 영역(Ⅰ) 상에 활성 패턴(125)을 형성한다. 활성 패턴(125)은 예컨대 열산화 공정으로 형성될 수 있다. 이때, 비프로브 셀 영역(Ⅱ) 상의 기판 상면(101)은 캡핑막 패턴(110)에 의해 보호되어 있으므로, 열산화막이 형성되지 않으며, 노출된 프로브 셀 영역(Ⅰ) 상의 기판 상 면(101)에만 선택적으로 열산화막으로 이루어진 활성 패턴(125)이 형성된다. 기판 배면(102) 역시 배면 캡핑막(150)에 의해 보호되어 있으므로, 기판 배면(102)에도 원하지 않는 열산화막 생성이 방지된다.
이후의 공정은 상술한 도 8e 이하의 단계가 동일하게 적용된다.
한편, 도 4의 바이오칩(13)을 형성하기 위해서는 배면 캡핑막(150)의 형성을 생략하거나, 배면 캡핑막(150)을 제거하는 단계를 더 수행한다. 구체적인 내용은 상술한 바로부터 충분히 유추할 수 있을 것이므로, 그 설명을 생략한다.
본 발명에 관한 보다 상세한 내용은 다음의 구체적인 실험예들을 통하여 설명하며, 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 설명을 생략한다.
< 실험예 1 >
유리 기판의 배면에 CVD 방법을 이용하여 Ti막을 2000Å의 두께로 증착하였다. 그 다음, 1000℃의 온도로 5시간 동안 베이크하여 유리 기판의 상면에 약 5000Å의 두께를 가지며, 약 10nm의 표면 거칠기를 갖는 열산화막으로 이루어진 활성층을 형성하였다.
이어서, 열산화막 상에 CVD 방법을 이용하여 TaN막을 500Å의 두께로 증착하였다. 다음, TaN막 상에 포토레지스트막 3.0㎛를 스핀 코팅법에 의해 형성한 후, 100℃에서 60초간 베이크하였다. 1.0㎛ 피치의 바둑판 형태의(checkerboard type) 다크 톤 마스크(dark tone maks)를 사용하여 365nm 파장의 투영 노광 장비에서 포토레지스트막을 노광한 후, 2.38% 테트라메틸암모늄 하이드록사이 드(TetraMethylAmmonium Hydroxide) 수용액으로 현상하여 바둑판 형태의 가로 세로 교차에 의해 정의되는 사각형 영역(프로브 셀 영역)을 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성하였다. 이어서, 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 사용하여 TaN막을 식각하여 각 프로브 셀 영역에 대응되는 활성층의 표면을 노출하였다.
다음으로, 황산과 과산화수소가 7:3의 비율로 혼합되어 있는 피라나(piranha) 용액을 이용하여 유리 기판 배면의 Ti막을 제거하고, 활성층 표면의 작용기를 활성화시켰다.
이어서, 활성층 상에 비스(하이드록에틸)아미노프로필 트리에톡시실란을 500rpm에서 30초간 스핀 코팅(spin coating) 한 후, 상온에서 약 5 내지 30분간 안정화시켰다. 이어서, NNPOC-테트라에틸렌글리콜(tetraethyleneglycol)과 테트라아졸(tetrazole)의 1:1 아세토니트릴(acetonitrile) 용액을 처리하여 광분해성기로 보호된 포스포아미디트를 커플링하고, 아세틸 캡핑하여 광분해성기로 보호된 링커 구조를 완성하였다.
다음, 원하는 프로브 셀 영역 상의 활성층을 노출시키는 바이너리 크롬 마스크를 사용하고 365nm 파장의 투영 노광 장비로 1000mJ/㎠ 의 에너지로 1분간 노광하여 링커 구조의 말단을 탈보호하였다. 이어서, 아미디트 활성화된 뉴클레오타이드와 테트라아졸의 1:1 아세토니트릴 용액을 처리하여 보호된 뉴클레오타이 모노머를 커플링하고, Ac20/py/메틸이미다졸(methylimidazole)=1:1:1의 THF 용액 및 0.02M의 요오드 THF 용액을 처리하여 캡핑 및 산화 공정을 진행하였다.
이와 같은 탈보호, 커플링, 캡핑, 산화 공정을 반복하여 각 프로브 셀 영역 상의 활성층 별로 서로 다른 서열의 올리고뉴클레오타이드 프로브가 합성된 바이오칩을 완성하였다.
< 실험예 2 >
활성층의 형성 전에 기판 상면에 실험예 1과 동일한 방법으로 TaN막을 형성하고, TaN막에 의해 노출된 기판의 상면에 열산화막으로 이루어진 활성 패턴을 형성한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일한 방법으로 진행하여 바이오칩을 완성하였다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 바이오칩의 기판의 레이아웃이다.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 바이오칩의 단면도들이다.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 바이오칩의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 몇몇 다른 실시예들에 따른 바이오칩의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11-16: 바이오칩 100: 기판
110: 캡핑막 패턴 120: 활성층
125: 활성 패턴 130: 링커
140: 프로브 150: 배면 캡핑막

Claims (20)

  1. 기판;
    상기 기판 상면을 부분적으로 덮고, 상기 기판 상면을 부분적으로 노출하도록 패터닝된 캡핑막 패턴으로서,
    상기 기판의 상기 캡핑막 패턴에 의해 덮힌 영역을 프로브가 커플링되지 않을 영역인 비프로브 셀 영역으로, 상기 기판의 상기 캡핍막 패턴에 의해 노출된 영역을 프로브가 커플링될 영역인 프로브 셀 영역으로 각각 구분하는 캡핑막 패턴; 및
    상기 캡핑막 패턴에 의해 노출된 상기 기판의 상기 프로브 셀 영역 상에 커플링된 복수의 프로브를 포함하는 바이오칩.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은 복수의 프로브 셀 영역으로서, 각각 복수의 상기 프로브가 커플링되는 영역인 복수의 프로브 셀 영역; 및
    상기 각 프로브 셀 영역을 분리하는 비프로브 셀 영역으로서, 상기 프로브가 커플링되지 않는 영역인 비프로브 셀 영역을 더 포함하되,
    상기 캡핑막 패턴은 상기 비프로브 셀 영역 상에 위치하고,
    상기 캡핑막 패턴에 의해 노출된 상기 기판 상면은 상기 복수의 프로브 셀 영역의 상면인 바이오칩.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 캡핑막 패턴에 의해 노출된 상기 기판 상면에 형성되어, 상기 복수의 프로브와 상기 기판 상면의 커플링을 매개하는 링커를 더 포함하는 바이오칩.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 기판 상면의 전면에 형성된 활성층을 더 포함하되,
    상기 캡핑막 패턴은 상기 활성층 상에 형성되고,
    상기 복수의 프로브는 상기 캡핑막 패턴에 의해 노출된 상기 활성층 상에 커플링되는 바이오칩.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 캡핑막 패턴에 의해 노출된 상기 기판 상면에 형성된 활성 패턴을 더 포함하되,
    상기 복수의 프로브는 상기 활성 패턴 상에 커플링되는 바이오칩.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 캡핑막 패턴은 금속막, 금속 질화막 또는 실리콘 질화막으로 이루어지는 바이오칩.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 기판의 배면에 형성된 배면 캡핑막을 더 포함하는 바이오칩.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 배면 캡핑막은 금속막, 금속 질화막 또는 실리콘 질화막으로 이루어지 는 바이오칩.
  9. 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 기판;
    상기 기판 상의 활성층; 및
    상기 활성층 상의 프로브 셀 분리 패턴으로서, 상기 기판의 제2 영역 상에 위치하는 프로브 셀 분리 패턴을 포함하는 바이오칩.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 프로브 셀 분리 패턴은 금속막, 금속 질화막 또는 실리콘 질화막으로 이루어지는 바이오칩.
  11. 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 기판;
    상기 기판의 제2 영역 상의 프로브 셀 분리 패턴; 및
    상기 기판의 제1 영역 상의 활성 패턴으로서, 상기 프로브 셀 분리 패턴보다 두께가 작은 활성 패턴을 포함하는 바이오칩.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 프로브 셀 분리 패턴은 금속막, 금속 질화막 또는 실리콘 질화막의 각 단일막으로 이루어지는 바이오칩.
  13. 기판 상면의 전면에 활성층을 형성하고,
    상기 활성층 상에 상기 활성층을 부분적으로 덮고, 상기 활성층을 부분적으로 노출하도록 패터닝된 캡핑막 패턴을 형성하되, 상기 캡핑막 패턴의 형성으로 상기 활성층의 상기 캡핑막 패턴에 의해 덮힌 영역을 프로브가 커플링되지 않을 영역인 비프로브 셀 영역으로, 상기 활성층의 상기 캡핍막 패턴에 의해 노출된 영역을 프로브가 커플링될 영역인 프로브 셀 영역으로 각각 구분하고,
    상기 캡핑막 패턴에 의해 노출된 상기 활성층의 상기 프로브 셀 영역 상에 복수의 프로브를 커플링하는 것을 포함하는 바이오칩의 제조 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 캡핑막 패턴을 형성한 후에, 상기 캡핑막 패턴에 의해 노출된 상기 활성층 상에 링커를 형성하는 것을 더 포함하되,
    상기 복수의 프로브를 커플링하는 것은 상기 링커를 매개하여 커플링하는 것인 바이오칩의 제조 방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 캡핑막 패턴은 금속막, 금속 질화막 또는 실리콘 질화막으로 이루어지는 바이오칩의 제조 방법.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 활성화층의 형성 전에, 상기 기판의 배면에 배면 캡핑막을 형성하는 것을 더 포함하는 바이오칩의 제조 방법.
  17. 기판의 상면에 상기 기판을 부분적으로 덮고, 상기 기판을 부분적으로 노출하도록 캡핑막 패턴을 형성하되, 상기 캡핑막 패턴의 형성으로 상기 기판의 상기 캡핑막 패턴에 의해 덮힌 영역을 프로브가 커플링되지 않을 영역인 비프로브 셀 영역으로, 상기 기판의 상기 캡핍막 패턴에 의해 노출된 영역을 프로브가 커플링될 영역인 프로브 셀 영역으로 각각 구분하고,
    상기 캡핑막 패턴에 의해 노출된 상기 기판의 상기 프로브 셀 영역 상에 활성 패턴을 형성하고,
    상기 활성 패턴 상에 복수의 프로브를 커플링하는 것을 포함하는 바이오칩의 제조 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 활성 패턴을 형성한 후에, 상기 활성 패턴 상에 링커를 형성하는 것을 더 포함하되,
    상기 복수의 프로브를 커플링하는 것은 상기 링커를 매개하여 커플링하는 것인 바이오칩의 제조 방법.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 캡핑막 패턴은 금속막, 금속 질화막 또는 실리콘 질화막으로 이루어지는 바이오칩의 제조 방법.
  20. 제 17항에 있어서,
    상기 활성 패턴의 형성 전에, 상기 기판의 배면에 배면 캡핑막을 형성하는 것을 더 포함하는 바이오칩의 제조 방법.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9616617B2 (en) * 2013-03-08 2017-04-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Scalable biochip and method for making
US10376888B2 (en) 2014-07-03 2019-08-13 Centrillion Technology Holdings Corporation Device for storage and dispensing of reagents
EP3112018A1 (en) * 2015-07-02 2017-01-04 Centrillion Technology Holdings Corporation Systems and methods to dispense and mix reagents

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010053471A (ko) * 1999-06-07 2001-06-25 윤종용 고분자 광산발생제를 이용한 펩티드 핵산 탐침의 제조방법
KR20040009059A (ko) * 2002-07-22 2004-01-31 학교법인 한양학원 디앤에이 교잡 검출을 위한 자왜 바이오센서 및 그 제조방법
KR100473361B1 (ko) 2001-10-17 2005-03-08 주식회사 디지탈바이오테크놀러지 마이크로 칩 및 그 제조 방법
KR100745990B1 (ko) * 2006-07-17 2007-08-06 삼성전자주식회사 마이크로 어레이의 제조 방법

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030190612A1 (en) * 2000-08-31 2003-10-09 Nobuko Yamamoto Detecting method and detection substrate for use therein
ITTO20030409A1 (it) * 2003-06-03 2004-12-04 Fiat Ricerche Biosensore ottico.
KR100772897B1 (ko) * 2006-05-02 2007-11-05 삼성전자주식회사 향상된 잡음률을 나타내는 올리고머 프로브 어레이 및 그제조 방법
KR100791335B1 (ko) * 2006-07-17 2008-01-07 삼성전자주식회사 마이크로 어레이 및 이의 제조 방법
KR100891097B1 (ko) * 2007-08-27 2009-03-31 삼성전자주식회사 바이오칩 및 그 제조 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010053471A (ko) * 1999-06-07 2001-06-25 윤종용 고분자 광산발생제를 이용한 펩티드 핵산 탐침의 제조방법
KR100473361B1 (ko) 2001-10-17 2005-03-08 주식회사 디지탈바이오테크놀러지 마이크로 칩 및 그 제조 방법
KR20040009059A (ko) * 2002-07-22 2004-01-31 학교법인 한양학원 디앤에이 교잡 검출을 위한 자왜 바이오센서 및 그 제조방법
KR100745990B1 (ko) * 2006-07-17 2007-08-06 삼성전자주식회사 마이크로 어레이의 제조 방법

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