(57)【要約】本発明は、少なくとも１つの細孔を有するポリマー膜の製造方法、このような方法により製造されたポリマー膜、及び、このようなポリマー膜の用途に関する。このように形成された細孔は、ナノメーターの範囲を有しており、それ故、このような多孔性の膜を単分子検出のための装置に使用することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
５００ｎｍ以下の範囲の直径の少なくとも１の細孔を有するポリマー膜の製造方法であって、
ａ）基板を準備する工程と、
ｂ）前記基板上にポリマー膜を成膜する工程と、
ｃ）前記ポリマー膜をリソグラフィ工程に供した後に、前記ポリマー膜に５００ｎｍ以下の範囲の直径を有する少なくとも１の細孔を導入し、選択的に複数の前記細孔のアレイを前記ポリマー膜に導入する工程と、
ｄ）前記基板から前記膜を剥離させる工程と、
を含む、ポリマー膜の製造方法。
【請求項２】
前記工程ａ）は、
ａａ）表面、好ましくは平坦な表面を有し、酸化物、金属及びプラスチックからなる群から選択される１の材料で作られた基板を準備する復工程と、
ａｂ）前記基板の前記表面に、前記基板の前記表面に対して小さな付着力を有する固着防止層を成膜する復工程と、
ａｃ）前記固着防止層上にキャリア膜を成膜し、前記固着防止層は、前記基板に対するよりも前記キャリア膜に対して大きな付着力を有する復工程と、
ａｄ）１μｍから５００μｍまでの範囲の直径を有する少なくとも１の凹部を、リソグラフィ工程により前記キャリア膜に導入することで、前記キャリア膜をパターン化する復工程と、
を含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記工程ｂ）は、
ｂａ）前記ポリマー膜が前記キャリア膜を覆い、かつ、前記少なくとも１の凹部の部位で、前記少なくとも１の凹部の内部にライニングを形成するように、スピンコーティング及び蒸着から選択された１の方法により、前記少なくとも１の凹部を有する前記キャリア膜上にポリマー膜を成膜する復工程
を含み、
前記工程ｃ）は、
ｃａ）前記少なくとも１の凹部の内部の前記ライニングにおいて、前記リソグラフィ工程を行う復工程
を含む、請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記キャリア膜は、ポリマー及び酸化物からなる群から選択された１の電気的に絶縁性の材料で作られる、好ましくは、前記キャリア膜は、フォトレジスト材料で作られる、請求項２〜３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
前記ポリマー膜は、ポリマー及び酸化物からなる群から選択された１の電気的に絶縁性の材料で作られる、好ましくは、前記ポリマー膜は、フォトレジスト材料及び電子ビームレジスト材料から選択されたレジスト材料で作られる、請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
【請求項６】
前記工程ｄ）は、例えば吸引のような力を付加、又は、１もしくは複数の前記細孔を覆わないように１もしくは複数の穴を有する接着テープを前記ポリマー膜へ貼り付け、続いて、前記ポリマー膜を前記基板から剥離させることにより行われる、請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
【請求項７】
前記固着防止層は、約１ｎｍから約１００ｎｍまで、好ましくは約５ｎｍから約７５ｎｍまで、さらに好ましくは約１０ｎｍから約６０ｎｍまで、最も好ましくは約２０ｎｍから約５０ｎｍまでの範囲の厚みを有する、請求項２〜６のいずれかに記載の製造方法。
【請求項８】
前記ポリマー膜は、約０．１ｎｍから約５００ｎｍまで、好ましくは約１ｎｍから約２５０ｎｍまでの範囲の厚みを有する、請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法。
【請求項９】
前記キャリア膜は、約１μｍから約１００μｍまで、好ましくは約１μｍから約５０μｍまで、さらに好ましくは約１μｍから約２０μｍまでの範囲、最も好ましくは約１０μｍの厚みを有する、請求項２〜８のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１０】
前記製造方法は、
ｅ）適切な溶媒中で前記固着防止層を溶解させ、好ましくは、前記固着防止層は、金属、酸化物及びプラスチックからなる群から選択される１の材料で作られ、好ましくは、前記適切な溶媒は、アセトン、アルコール、有機酸のような塩基性水溶液（例えば、金属用）、ＫＩ／Ｉ２水溶液（例えば、金属用）、水（例えば、水溶性酸化物用）及び有機溶媒（例えば、プラスチック用）である工程
をさらに含む、請求項１〜９のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１１】
前記工程ｄ）及びｅ）は、同時に行われる、請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記工程ｃ）における前記リソグラフィ工程は、光リソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、及び原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）リソグラフィからなる群から選択され、かつ、現像工程を含む、請求項１〜１１のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１３】
前記工程ａｄ）における前記リソグラフィ工程は、光リソグラフィ及び電子ビームリソグラフィからなる群から選択され、かつ、現像工程を含む、請求項２〜１２に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記工程ａｂ）及びａｃ）は、熱蒸着、電子銃蒸着、スピンコーティング、ディップコーティング、スパッタリング及び気相蒸着から選択された１の方法により行われる、請求項２〜１３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１５】
工程ａｄ）及びｃａ）における前記現像工程は、現像液を、前記キャリア膜と前記ポリマー膜のそれぞれに、好ましくは、導入された前記凹部と前記細孔のそれぞれの部位に添加することにより行われる、請求項１２〜１４のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１６】
前記固着防止層は、導電性材料、好ましくは、金またはアルミニウムのような金属で形成される、請求項１５に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記工程ｃ）における前記ポリマー膜への５００ｎｍ以下の範囲の直径を有する前記少なくとも１の細孔の前記導入は、一の電極を現像液と接続し、当該電極に対する対極を固着防止層と接続し、前記２つの電極の間で、電流及び／又は電圧の変動を測定することにより監視される、請求項１６に記載の製造方法。
【請求項１８】
直流定電圧または直流定電流は、前記２つの電極を通して加えられ、電流又は電圧は経時的に観察され、電流の増加及び／又は電圧の減少は、前記細孔の前記導入の完了を示している、請求項１７に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記２つの電極を通して、インピーダンスアナライザ又はロックイン増幅器を用いて交流電流及び／又は交流電圧の測定が行われ、このような測定は、時間曲線に対するインピーダンスの実部と虚部を提供し、その同相信号はインピーダンスの実部に相当し、電流の増加及び／又は電圧の減少は前記細孔の導入の完了を示しており、さらに、その異相信号は時間曲線に対するインピーダンスの虚部に相当し、前記細孔の導入が完了した後に、その同相信号及び異相信号は前記細孔の大きさについての情報を明らかにし、前記インピーダンスの同相信号は溶液中の前記細孔のオーム抵抗を反映し、それ故、前記細孔の深さ及び面積の大きさを反映し、前記インピーダンスの異相信号は前記細孔の電気容量を反映する、請求項１７に記載の製造方法。
【請求項２０】
キャリア膜上に配置されて５００ｎｍ以下の直径の少なくとも１の細孔を有するポリマー膜を含み、請求項１〜１９のいずれかに記載の製造方法により製造される、膜構造。
【請求項２１】
前記細孔は、０．１ｎｍから１００ｎｍまで、好ましくは１ｎｍから７５ｎｍまで、さらに好ましくは１ｎｍから５０ｎｍまで、最も好ましくは１ｎｍから１０ｎｍまでの範囲の直径を有する、請求項２０に記載の膜構造。
【請求項２２】
前記ポリマー膜は、約０．１ｎｍから約５００ｎｍまで、好ましくは約１ｎｍから約２５０ｎｍまでの範囲の厚みを有する、請求項２０〜２１のいずれかに記載の膜構造。
【請求項２３】
前記キャリア膜は、約１μｍから約１００μｍまで、好ましくは約１μｍから約５０μｍまで、さらに好ましくは約１μｍから約２０μｍまでの範囲、最も好ましくは約１０μｍの厚みを有する、請求項２０〜２２のいずれかに記載の膜構造。
【請求項２４】
ｎ×ｍ（ｎ及びｍは自然数である）個の細孔のアレイが請求項１〜１９のいずれかに記載の製造方法により導入される、請求項２０〜２３のいずれかに記載の膜構造。
【請求項２５】
前記膜構造にさらにフィルムヒータが一体化されている、請求項２０〜２４のいずれかに記載の膜構造。
【請求項２６】
電子機器、好ましくは、生体高分子、好ましくはタンパク質又は核酸の大きさ及び／又は配列を測定するための電子機器と、ナノ粒子、タンパク質、核酸又は生体高分子用の計測器としての電子機器の少なくともいずれか一方における請求項２０〜２５のいずれかに記載の膜構造の用途。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１の細孔を有するポリマー膜の製造方法、そのような製造方法により製造されるポリマー膜、及びそのようなポリマー膜の用途に関する。このようにして形成された細孔は、ナノメートルの範囲にあるため、単分子検出用の装置における使用に適用可能な多孔質膜を提供する。
【背景技術】
【０００２】
１．５〜１００ｎｍの範囲の直径を有する複数の細孔の組み合わせを有する人工膜に関する興味が増大している要因は、単分子検出の分野における潜在用途である。最近は、ＤＮＡの直接配列法の研究は、局所的な収縮を通じて起こるＤＮＡ分子の転移現象を検出するために、単一の細孔−主に、膜タンパク質の形成における生物学的な細孔−に集中している。分析されるターゲットＤＮＡ分子が直流磁界によって決定されるならば、細孔中のＤＮＡの存在は、その細孔中を流れるイオン電流の部分的な阻止により検出される。細孔中のターゲットＤＮＡの存在を検出することだけでなく、１ｍｓ（ミリ秒）当たり１塩基対の読み取りを超える比較的高速度で塩基配列を検出すること（直接塩基配列決定）は、数年前に始められた。しかしながら、極めて高い分解能（ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）を有する測定技術が必要とされていることは明らかであった。最新の直接塩基配列決定法でも、単一の塩基の分解というレベルまでは未だ到達できていなかった。
【０００３】
１９９６年の初期の研究で、Ｊ．Ｊ．Ｋａｓｉａｎｏｗｉｃｚらは、ＤＮＡ分子が、α−ヘモリジン細孔タンパク質（ａｌｐｈａ−ｈｅｍｏｌｙｓｉｎ  ｐｏｒｅ  ｐｒｏｔｅｉｎ）により形成された膜チャネルを介した転位の間に検出され得るということを示した（非特許文献１）。彼らは、２．６ｎｍの膜チャネルを使用した個々のポリヌクレオチド分子の特性について報告した。彼らは、イオン電流の阻止寿命（ｂｌｏｃｋａｄｅ  ｌｉｆｅｔｉｍｅ）は、分子長を求めるために利用され得る、ということを明らかにした。
【０００４】
Ａｋｅｓｏｎらは、α−ヘモリジンチャネルを使用することによる単一のＲＮＡ分子中のシトシン（ｐｏｌｙＣ）及びアデニン（ｐｏｌｙＡ）セグメントの識別方法を示した（非特許文献２、特許文献１）。
【０００５】
その後、Ｍｅｌｌｅｒらは、その配列のみが異なる同じ長さのポリヌクレオチドの識別に成功したことを報告した。その研究ではまた、α−ヘモリジンチャネル及び標識されていないＤＮＡ分子が使用された（非特許文献３）。しかしながら、その配列からの直接読み取りは不可能であった。
【０００６】
Ｈｏｗｏｒｋａらは、ナノポアを単一鎖ＤＮＡ分子（プローブＤＮＡ＝ターゲットＤＮＡ分子を検出する（ｓｅｎｓｅｓ）ＤＮＡ分子）で共有結合的に修飾することで単一の塩基分解能（ｓｉｎｇｌｅ−ｂａｓｅ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）を有するα−ヘモリジンナノポアを介したターゲットＤＮＡの検出について報告した（非特許文献４）。ターゲットＤＮＡは、異なった方法で連結鎖（ｔｅｔｈｅｒｅｄ  ｓｔｒａｎｄ）と相互作用するナノポアを介して輸送され、その存在は、完全に一致しないか、一部一致するか、または完全に一致するかに依存していた。その相互作用は、イオン障害電流（ｉｏｎｉｃ  ｂｌｏｃｋｉｎｇ  ｃｕｒｒｅｎｔ）を測定することにより、そのタイムスケールで決定された。
【０００７】
ヘアピンＤＮＡ（ｈａｉｒｐｉｎ  ＤＮＡ）分子を使用する異なるアプローチが、Ｖｅｒｃｏｕｔｅｒｅらにより公表された（非特許文献５）。特定種類のヘアピンＤＮＡおよびその結果として生ずるイオン電流サイン（ｉｏｎｉｃ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）が、単一のヌクレオチドの決定で迅速に識別するために使用された。ヘアピンＤＮＡは、同時にナノポアを通過することはできないが、塩基との水素結合が解離した後には、細孔を通過するＤＮＡ分子の転移速度を低下させる、という事実は、電気的な読み取り（ｅｌｃｔｒｉｃａｌ  ｒｅａｄｉｎｇ）をさらに容易にする。
進歩したナノテクノロジーによれば、最近は、人工のナノポアに基づくナノポアを用いた配列決定という考え（ｎａｎｏｐｏｒｅ  ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ  ｃｏｎｃｅｐｔ）が取り上げられてきている。薄いＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４層上に形成されたナノポアが埋め込まれた人工の無機膜の大半は、メムス（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）の分野における様々な応用と区別されている。
【０００８】
Ｌｉらは、イオン線エッチングを用いてシリコンチッ化膜に形成されたナノポアについてのデータを公表した（非特許文献６）。（湿式化学エッチング（ｗｅｔ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｅｔｃｈｉｎｇ）または集束イオンビーム（ＦＩＢ）エッチング方法により形成された）予め定められた穴が、集束Ａｒイオンビームを照射することにより露出され、層ごとに物質を除去する（イオンスカルプティング（ｉｏｎ  ｓｃｕｌｐｔｉｎｇ））最後に、穴が取り除かれ、薄膜内のナノポアとなる。そのサイズの調整は、エッチングされた膜の後ろに配置されたイオン検出器の形式のフィードバック回路を利用して行われる。ナノポアが開くとすぐに、イオンが後方で検出され、スカルプティング（ｓｃｕｌｐｔｉｎｇ）工程が停止される。彼らは、細孔の直径は、スカルプティング工程のイオン線量とバックグラウンド温度を調整することにより、さらに制御することができ、細孔を開けた直後に、細孔の直径は、細孔に向けたイオン誘導物質の輸送（ｉｏｎ−ｉｎｄｕｃｅｄ  ｍａｔｅｒｉａｌ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）により減少され得る、ということを示した（非特許文献７）。彼らは、３−５ｎｍの細孔の製造を明らかにした。この単一のナノポアを使用すると、５００から１０ｋまでの塩基を有するＤＮＡ分子が溶解状態で検出され得る。
【０００９】
さらに最近では、３ｎｍまで直径を小さくした人工の細孔が、細孔の直径を減少させるために、電子線リソグラフィ、湿式化学エッチング、及び高エネルギー集束電子ビーム（ａ  ｈｉｇｈ  ｅｎｅｒｇｙ，ｆｏｃｕｓｓｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ）を利用することにより、ＳｉＯ２膜に製造された（非特許文献９）。Ｓｔｏｒｍらは、透過型電子顕微鏡の高エネルギーの電子線は、ＳｉＯ２表面の流動化を介して製造されたナノポアのサイズを縮小させるために利用され得る、ということを報告した。表面張力の増加の結果、細孔のサイズが減少するように誘導される。この直径の制御方法は、基本的に、ＴＥＭを介した視覚的なフィードバックに依存している。
【００１０】
最近報告された直径の減少を制御する別のアプローチは、原子層蒸着技術を利用したＡｌ２Ｏ３薄膜の蒸着である（非特許文献１０）。Ｓｉ３Ｎ４膜にＦＩＢを用いて製造された約２０ｎｍの初期直径を有するナノポアは、Ａｌ２Ｏ３の原子層を蒸着させることにより、ほとんど２ｎｍまで縮小される。同時に、膜の厚みは、その物質が等方性をもって蒸着されることにより増加する。この方法の他の重要な側面は、ＦＩＢ工程により導入された表面の欠陥が、Ａｌ２Ｏ３層により被覆され得るということである。１／ｆノイズ（１／ｆ  ｎｏｉｓｅ）の明確な減少が観察され得る。また、Ａｌ２Ｏ３の表面変化は、ＫＣｌ緩衝液中の負の電荷を帯びたＳｉＯ２及びＳｉ３Ｎ４のそれとは異なっている。Ａｌ２Ｏ３は、ｐＨ〜９で、その等電点を有し、それゆえ、ｐＨ〜８で、ＤＮＡはその表面から当然はじかれることはない（非特許文献１０）。
【００１１】
このような酸化物ベースの膜とは対照的に、ポリマー物質をベースとする膜がよく研究されている。例えば、ホイル状のポリ（エチレン  テレフタレート）を介して、高エネルギーのイオンを衝突させることにより、ナノポアが導入される（非特許文献１１）。この技術は加速器を必要とすることから、このアプローチを魅力的でないものにしている。
【００１２】
Ｓａｌｅｈらは、人工的なＰＤＭＳベースのナノポアを使用することによるＤＮＡ検出に成功したことについて報告している（非特許文献１２）。２００ｎｍのオーダーの幅と１μｍ以上の長さを有する比較的大きな寸法の細孔のために、高分解能を有する検出は達成され得なかった。
【００１３】
このように、ナノメーターの範囲の細孔を有するポリマー膜の単純な製造方法は存在しない。その人工膜は、多くのリソグラフィ工程及び加工工程を必要とするＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４のような酸化物をベースとしている従来技術とは区別される。さらに、そのような人工膜の細孔のサイズの調整は、むしろ複雑なように見える。さらに、集束イオンビームを使用して製造された酸化物をベースとする人工膜は、中心に導入された欠陥及びトラップの存在のために、１／ｆノイズのレベルが高まるという欠点を有し得る。加えて、ＳｉＯ２のような酸化物をベースとする膜はバッファ溶液中で負に帯電され、このことにより、そのような膜を、核酸のような負に帯電された生体高分子の検出への使用に適さないものとする。
【００１４】
【特許文献１】国際公開第２００２／４２４９６号パンフレット
【非特許文献１】Ｊ．Ｊ．Ｋａｓｉａｎｏｗｉｃｚら、Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ、Ｖｏｌ．９３（１９９６）、ｐｐ．１３７７０−１３７７３
【非特許文献２】Ｍ．Ａｋｅｓｏｎら、Ｂｉｏ．Ｐｈｙｓ．Ｊ．，７７、ｐｐ．３２２７−３２３３
【非特許文献３】Ａ．Ｍｅｌｌｅｒら、Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．９７（２０００）、ｐｐ．１０７９−１０８４
【非特許文献４】Ｓ．Ｈｏｗｏｒｋａら、Ｎａｔｕｒｅ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、１９（２００１）、ｐｐ．６３６−６３９
【非特許文献５】Ｗ．Ｖｅｒｃｏｕｔｅｒｅら、Ｎａｔｕｒｅ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、１９（２００１）、ｐｐ．２４８−２５２
【非特許文献６】Ｊ．Ｌｉら、Ｎａｔｕｒｅ、４１２（２００１）、ｐｐ．１６６−１６９
【非特許文献７】Ｄ．Ｓｔｅｉｎら、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．８９（２００２）、２７６１０６−１
【非特許文献８】Ｊ．Ｌｉら、Ｎａｔｕｒｅ  Ｍａｔｅｒ．２（２００３）、ｐｐ．６１１−６１５
【非特許文献９】Ａ．Ｊ．Ｓｔｏｒｍら、Ｎａｔｕｒｅ  Ｍａｔｅｒ．２（２００３）、ｐｐ．５３７−５４０
【非特許文献１０】Ｐ．Ｃｈｅｎ、Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．４（２００４）、ｐｐ．１３３３−１３３７
【非特許文献１１】Ｚ．Ｓｉｗｙら、Ｅｕｒｏｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６０（２００２）、ｐ．３４９
【非特許文献１２】Ｏ．Ａ．Ｓａｌｅｈら、Ｎａｎｏ．Ｌｅｔｔ．３（２００３）、ｐｐ．３７−３８
【発明の開示】
【００１５】
そこで、本発明の目的は、ナノメートルの範囲の細孔を有する膜の製造方法を提供することである。この方法は、実施することが容易である。さらに、本発明の目的は、その形成を簡単に観察することが可能な細孔を有する膜の製造を可能にする方法を提供することである。さらに、本発明の目的は、そのサイズを容易に調整することが可能なナノメーターの範囲の細孔を有する膜の製造方法を提供することである。さらに、本発明の目的は、単純であり、かつ、バッファ溶液中に置かれたときに負に帯電された膜を生成しないナノメーターの範囲の細孔を有する膜の製造方法を提供することである。本発明の目的はまた、粗エッチング工程（ｈａｒｓｈ  ｅｔｃｈｉｎｇ  ｓｔｅｐｓ）及び後続するそのようなエッチング工程に耐久性を有するマスクを被覆することを必要としないナノメーターの範囲の細孔を有する膜の製造方法を提供することである。
【００１６】
これら全ての目的は、５００ｎｍ以下の範囲の直径の少なくとも１の細孔を有するポリマー膜の製造方法であって、
ａ）基板を準備する工程と、
ｂ）前記基板上にポリマー膜を成膜する工程と、
ｃ）前記ポリマー膜をリソグラフィ工程に供した後に、前記ポリマー膜に５００ｎｍ以下の範囲の直径を有する少なくとも１の細孔を導入し、選択的に複数の前記細孔のアレイを前記ポリマー膜に導入する工程と、
ｄ）前記基板から前記膜を剥離させる工程と、
を含む、ポリマー膜の製造方法により解決される。
【００１７】
一実施形態で、前記工程ａ）は、
ａａ）表面、好ましくは平坦な表面を有し、酸化物、金属及びプラスチックからなる群から選択される１の材料で作られた基板を準備する復工程と、
ａｂ）前記基板の前記表面に、前記基板の前記表面に対して小さな付着力を有する固着防止層を成膜する復工程と、
ａｃ）前記固着防止層上にキャリア膜を成膜し、前記固着防止層は、前記基板に対するよりも前記キャリア膜に対して大きな付着力を有する復工程と、
ａｄ）１μｍから５００μｍまでの範囲の直径を有する少なくとも１の凹部を、リソグラフィ工程により前記キャリア膜に導入することで、前記キャリア膜をパターン化する復工程と、
を含む。
ここで使用される「平坦な表面」との用語は、ナノポアの形成を妨げる突起やへこみなどのたくさんのでこぼこを有さない表面を特徴としていることを意味する。
【００１８】
好ましくは、前記工程ｂ）は、
ｂａ）前記ポリマー膜が前記キャリア膜を覆い、かつ、前記少なくとも１の凹部の部位で、前記少なくとも１の凹部の内部にライニングを形成するように、スピンコーティング及び蒸着から選択された１の方法により、前記少なくとも１の凹部を有する前記キャリア膜上にポリマー膜を成膜する復工程を含み、
前記工程ｃ）は、
ｃａ）前記少なくとも１の凹部の内部の前記ライニングにおいて、前記リソグラフィ工程を行う復工程を含む。
【００１９】
一実施形態で、前記キャリア膜は、ポリマー及び酸化物からなる群から選択された１の電気的に絶縁性の材料で作られる、好ましくは、前記キャリア膜は、フォトレジスト材料で作られる。前記キャリア膜の生成に使用できる物質の典型的な例は、光（赤外光、可視光、紫外光）露光、電子露光、イオン露光またはＸ線露光のいずれかに敏感な化学的に増幅されたレジスト及び非化学的に増幅されたレジスト、より明確には、ＡＺレジスト、ＺＥＰレジスト、その他のフォトレジスト、ＵＶ６／ＵＶ５、その他のディープＵＶレジスト、ポリ（メチル（メタクリレート））（ＰＭＭＡ）、その他の電子線レジスト、及びナノインプリントリソグラフィに使用されるレジストである。
【００２０】
好ましくは、前記ポリマー膜は、ポリマー及び酸化物からなる群から選択された１の電気的に絶縁性の材料で作られる、好ましくは、前記ポリマー膜は、フォトレジスト材料及び電子ビームレジスト材料から選択されたレジスト材料で作られる。前記ポリマー膜の生成に使用できる物質の典型的な例は、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリカーボネート、ペンタセン（ｐｅｎｔａｃｅｎｅ）及びその他のプラスチック材料である。ある実施形態では、前記ポリマー膜は、前記の材料のうちの１つで形成されたポリマー層、及び、例えばＳｉＯ２、ＳｉｘＮｙ、酸化物、絶縁材及び金属のような無機材料層を含む二層構造である。あるいは、前記ポリマー膜は、中間にさらにポリマー層および無機層を有する多層構造である。例えば、本発明によるポリマー膜は、第１のポリマー層、その上に位置する無機層、及び前記無機層の上に位置する第２のポリマー層を含む構造、すなわち、サンドウィッチ構造であってもよい。あるいは、この構造が数回繰り返され、Ｐ１Ｉ１Ｐ２Ｉ２Ｐ３Ｉ３Ｐ４Ｉ４Ｐ５Ｉ５などの層配列を有する複数のサンドウィッチ構造を有するようになっていてもよい。Ｐｘ及びＩｘは、それぞれ、ｘ番目のポリマー層及び無機層を示す。
【００２１】
一実施形態で、前記工程ｄ）は、例えば吸引のような力を付加、又は、１もしくは複数の前記細孔を覆わないように１もしくは複数の穴を有する接着テープを前記ポリマー膜へ貼り付け、続いて、前記ポリマー膜を前記基板から剥離させることにより行われる。
【００２２】
一実施形態で、前記固着防止層は、約１ｎｍから約１００ｎｍまで、好ましくは約５ｎｍから約７５ｎｍまで、さらに好ましくは約１０ｎｍから約６０ｎｍまで、最も好ましくは約２０ｎｍから約５０ｎｍまでの範囲の厚みを有する。
【００２３】
一実施形態で、前記固着防止層は、ポリマー、酸化物、シラン、炭素（グラファイト）、スパッターされたＳｉＯ２、ＳｉｘＮｙからなる群から選択される１の材料で作られる。好ましくは、これらの材料は、ナノ粒子として提供される。一実施形態で、固着防止層は、導電性材料で作られ、別の実施形態で、固着防止層は、電気的に絶縁性の材料で作られ、さらに別の実施形態で、固着防止層は、それらの材料の混合物で作られる。
【００２４】
好ましい実施形態で、前記製造方法は、ｅ）適切な溶媒中で前記固着防止層を溶解させ、好ましくは、前記固着防止層は、金属、酸化物及びプラスチックからなる群から選択される１の材料で作られ、好ましくは、前記適切な溶媒は、アセトン、アルコール、有機酸のような塩基性水溶液（例えば、金属用）、ＫＩ／Ｉ２水溶液（例えば、金属用）、水（例えば、水溶性酸化物用）及び有機溶媒（例えば、プラスチック用）である工程をさらに含む。ここで、好ましくは、工程ｄ）及びｅ）は、同時に行われる。
【００２５】
一実施形態で、前記工程ｃ）における前記リソグラフィ工程は、光リソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、及び原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）リソグラフィからなる群から選択され、かつ、現像工程を含む。
【００２６】
一実施形態で、前記工程ａｄ）における前記リソグラフィ工程は、光リソグラフィ及び電子ビームリソグラフィからなる群から選択され、かつ、現像工程を含む。
【００２７】
好ましくは、前記工程ａｂ）及びａｃ）は、熱蒸着、電子銃蒸着、スピンコーティング、ディップコーティング、スパッタリング及び気相蒸着から選択された１の方法により行われる。
【００２８】
一実施形態で、工程ａｄ）及びｃａ）における前記現像工程は、現像液を、前記キャリア膜と前記ポリマー膜のそれぞれに、好ましくは、導入された前記凹部と前記細孔のそれぞれの部位に添加することにより行われる。ここで、好ましくは、前記固着防止層は、導電性材料、好ましくは、金またはアルミニウムのような金属で形成され、より好ましくは、前記工程ｃ）における前記ポリマー膜への５００ｎｍ以下の範囲の直径を有する前記少なくとも１の細孔の前記導入は、一の電極を現像液と接続し、当該電極に対する対極を固着防止層と接続し、前記２つの電極の間で、電流及び／又は電圧の変動を測定することにより監視される。
【００２９】
一実施形態で、直流定電圧または直流定電流は、前記２つの電極を通して加えられ、電流又は電圧は経時的に観察され、電流の増加及び／又は電圧の減少は、前記細孔の前記導入の完了を示している。
【００３０】
他の実施形態で、前記２つの電極を通して、インピーダンスアナライザ又はロックイン増幅器を用いて交流電流及び／又は交流電圧の測定が行われ、このような測定は、時間曲線に対するインピーダンスの実部と虚部を提供し、その同相信号はインピーダンスの実部に相当し、電流の増加及び／又は電圧の減少は前記細孔の導入の完了を示しており、さらに、その異相信号は時間曲線に対するインピーダンスの虚部に相当し、前記細孔の導入が完了した後に、その同相信号及び異相信号は前記細孔の大きさについての情報を明らかにし、前記インピーダンスの同相信号は溶液中の前記細孔のオーム抵抗を反映し、それ故、前記細孔の深さ及び面積の大きさを反映し、前記インピーダンスの異相信号は前記細孔の電気容量を反映する。
【００３１】
本発明の目的はまた、キャリア膜上に配置されて５００ｎｍ以下の範囲の直径の少なくとも１の細孔を有するポリマー膜を含み、本発明による製造方法により製造される膜構造によって解決される。
【００３２】
好ましくは、前記細孔は、０．１ｎｍから１００ｎｍまで、好ましくは１ｎｍから７５ｎｍまで、さらに好ましくは１ｎｍから５０ｎｍまで、最も好ましくは１ｎｍから１０ｎｍまでの範囲の直径を有する。
【００３３】
一実施形態で、前記ポリマー膜は、約０．１ｎｍから約５００ｎｍまで、好ましくは約１ｎｍから約２５０ｎｍまでの範囲の厚みを有する。
【００３４】
好ましくは、前記キャリア膜は、約１μｍから約１００μｍまで、好ましくは約１μｍから約５０μｍまで、さらに好ましくは約１μｍから約２０μｍまでの範囲、最も好ましくは約１０μｍの厚みを有する。
【００３５】
一実施形態で、ｎ×ｍ個の細孔のアレイが、本発明による製造方法を用いて前記ポリマー膜に導入される。ｎ及びｍは自然数であり、ｎ及びｍは、同じ自然数であってもよく、異なる自然数であってもよい。一実施形態で、前記ポリマー膜にさらにフィルムヒータが一体化されている。これは、細孔形成時におけるより正確な制御を可能にするとともに、細孔の形成後の細孔の更なる加工を可能にする。
【００３６】
本発明の目的はまた、電子機器、好ましくは、生体高分子、好ましくはタンパク質又は核酸の大きさ及び／又は配列を測定するための電子機器と、ナノ粒子、タンパク質、核酸又は生体高分子用の計測器としての電子機器の少なくともいずれか一方における本発明による膜構造の用途によって解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明者らは、例えば、スピンコートされ得る、又は蒸着され得る、又は他の匹敵する方法で蒸着され得るポリマー材料をベースとする膜を使用する。例えばスピンコーティング又は蒸着のような方法は、当該分野の当業者によく知られている。ポリマー材料は、上部に薄い固着防止層を有するシリコンウェハの表面のシリコン酸化物のような平坦な表面に蒸着される。さらに、固着防止層の上には、別の安定化している（ｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇ）ポリマー層、いわゆる「キャリア層」があってもよい。この「キャリア層」は、ポリマー膜を安定化する目的で設けられる。このポリマーキャリア層の上には、必要に応じてポリマー層が蒸着される。続いて、このポリマー層には、ナノメートルの範囲の細孔が導入される。このような細孔の導入は、リソグラフィ、好ましくは、電子線リソグラフィ、ＡＦＭリソグラフィ、または光リソグラフィにより行われる。細孔が導入された後に、固着防止層、キャリア層及びポリマー膜を含む膜構造は、例えば、細孔の被覆を避けるように、中央に穴を有する接着テープを使用して膜構造を剥離させることにより、基板から簡単に除去され得る。人工のポリマー膜内の本発明による細孔は、例えば、逆に、ＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４膜中の細孔には必要とされるＫＯＨエッチングのようないかなるハードエッチング技術をも必要としない。ＫＯＨエッチングに耐久性を有するいかなるハードマスクも必要としない。そのようなマスクが、基板の両面に適用されなければならないため、本発明の製造方法では、高質の蒸着方法が必要とされない。本発明による細孔は、ポリマー材料をベースとしているため、最終的な細孔のサイズを制御する技術のアプローチを単純にすることができる。例えば、その細孔は、酸素プラズマ、加熱又は架橋結合を用いた処理により扱われ得る。ポリマーの表面電荷は、ある範囲内で変化することができ、そして、例えばＳｉＯ２膜、Ｓｉ３Ｎ４膜のような酸化物膜の負に帯電した表面に対して明確な利点を有する中性に、簡単にすることができる。表面電荷は、ノイズ源および細孔の阻止（ｂｌｏｃｋｉｎｇ）の１つである。さらに、ポリマー膜は柔軟であり、それ故、機械的な微小流体の環境（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）に統合することが容易である。固着防止層及びポリマーキャリア層、好ましくはフォトレジストで作られた層を使用する本発明者らのアプローチは、蒸着、スパッタリング、スピンコーティングなどにより積層され得る多くの異なる膜材料の統合を可能にする。さらに、２つの電極を使用して細孔形成／細孔導入を観察することによるフィードバック機構は、直接的で、かつ、実現することが容易である。これ故、本発明者らは、そのような観察のために従来技術で使用されていた透過型電子顕微鏡又はイオン検出方法に依存する必要がない。本発明者らのアプローチは、スピンコーティング、真空蒸着（ｅｖａｐｏｒａｔｉｎｇ）、または気相蒸着（ｄｅｐｏｓｉｔｉｎｇ  ｆｒｏｍ  ｔｈｅ  ｖａｐｏｕｒ  ｐｈａｓｅ）に適用可能な広範囲のポリマー材料をベースとする非常に薄いポリマー膜の形成を可能にする。さらに、本発明による膜は、標準的なリソグラフィ方法によりパターン化され得る。また、膜が１つの層、例えば、「統合された」後方電極（“ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ”  ｂａｃｋ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）として機能することが可能な基板上の位置する固着防止層を用いて製造されるという事実は、例えば、基板の加熱とナノポアの形成の観察を同時に行いながらナノポアのサイズを設計することを可能にする。
【００３８】
ここで使用される「５００ｎｍ以下の範囲の直径を有する細孔」はまた、「ナノポア」として言及されることもある。さらに特別に、このような「ナノポア」という用語は、０．１ｎｍから１００ｎｍまで、より好ましくは１ｎｍから７５ｎｍまで、さらに好ましくは１ｎｍから５０ｎｍまで、最も好ましくは１ｎｍから１０ｎｍまでの範囲の直径を有する細孔に言及している。ここで使用される「固着防止層」という用語は、その基板に対する低い付着力のため、前記固着防止層上にさらに積層された層とともに前記固着防止層の前記基板からの剥離を可能にする層を記述することを意味する。前述の説明から、前記固着防止層は、基板の平坦な表面に対してのみ弱い付着力を有し、その反対側に固着防止層に付着された層に対して良好な付着特性を有するべきであることは明らかである。それ故、固着防止層の材質の的確な選択は、基板の材質に依存しており、過度の試行錯誤を行うことなく、当該分野の当業者の知識を用いて当業者により決定され得る。例えば、当業者は、金で形成された層は、シリコン酸化物表面に対して非常に小さな付着力を有することを知っている。一般的に、固着防止層は、基板が作られる材料に対して弱い付着力を示す金属、酸化物、プラスチック、または他の有機成分からなる群から選択された材料で作られる。固着防止層の材料として使用可能な例は、金、マイカ、炭素及びフッ化シランである。ある実施形態で、固着防止効果は、ナノ粒子として、固着防止層の材料を提供することにより達成される。本発明による基板は、酸化物、金属、プラスチックまたは他の有機成分からなる群から選択される材料で作られる。
【００３９】
本発明による製造方法の好ましい実施形態で、好適なポリマー、好ましくは、光リソグラフィ又は電子線リソグラフィによりパターン化され得るレジストをベースとするキャリア膜は、（それ自身が基板上に位置する）固着防止層に蒸着される。光または電子線リソグラフィによるパターン化の結果、キャリア膜内に穴または凹部ができる。その穴または凹部は、マイクロメーターの範囲（１μｍ−５００μｍ）の直径を有する。このようなキャリア膜の上に、必要とされるポリマー膜が、好ましくはスピンコーティングまたは真空蒸着（ｅｖａｐｏｒａｔｉｎｇ）により積層される（ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ）。このような積層の結果、キャリア膜上に薄いポリマー膜ができ、前記キャリア膜内に前述した穴または凹部のライニングができる。このようにして、穴または凹部内に、すなわち、穴または凹部の底部及び壁面に、効果的に薄いポリマー膜を形成する。その後、さらなるパターン化、すなわち、ポリマー膜への実際のナノポアの導入が、好ましくは、ポリマー膜が前記の穴または凹部のライニングを形成する部位に行われる。このようなパターン化は、好ましくは、光リソグラフィ、電子線リソグラフィ、ＡＦＭリソグラフィ、または、例えば、イオン線リソグラフィ、Ｘ線リソグラフィ及び走査トンネリングリソグラフィ（ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）のような従来技術と区別される他の方法により行われる。それだけでなく、ポリマー膜が無機層を含む場合には、エッチング技術も行われない。ポリマー膜だけでなくキャリア膜も、好ましくは、電気的に絶縁性である。キャリア膜の材料は、ポリマー及び酸化物からなる群から選択され、さらに好ましくは、フォトレジスト材料からなる群から選択される。好ましい実施形態では、ポリマー膜の材料は、ポリマー及び酸化物からなる群から選択され、さらに好ましい実施形態では、ポリマー膜の材料は、電子線レジスト材料及びフォトレジスト材料からなる群から選択される。ポリマー膜が、ポリマー層と無機材料の層を両方含む場合には、ナノポアを無機層に導入するために、ポリマー層のための技術とは異なる技術を使用しなければならない場合があることは、当業者にとって明らかである。前記のリソグラフィ工程がポリマー層に使用されるのに対し、無機層は、例えば、イオンエッチング、反応性イオンエッチング、湿式エッチング及びＯ２プラズマエッチングのようなエッチング技術を必要とする場合がある。
【００４０】
固着防止層、キャリア膜及びポリマー膜を含む全体の構造は、例えば、接着テープを使用することにより、基板から簡単に剥離され得る。剥離（ｌｉｆｔｉｎｇ／ｐｅｅｌｉｎｇ）後は、固着防止層は、適切な溶媒に溶解させることにより除去され得る。使用する溶媒は、固着防止層に使用する材料の選択に依存していることは、当業者にとって明らかである。例えば、当業者は、金及びアルミニウムのような金属は、ＫＩ／Ｉ２水溶液（金）または塩基性溶液（アルミニウム）に溶解し得ることを知っている。固着防止層に使用される水溶性の酸化物は、水を必要とする。有機性の固着防止層は、例えば、アセトン、エタノール、ＤＭＦなどのような適切な有機溶媒を使用することにより除去され得る。
【００４１】
固着防止層、キャリア膜及びポリマー膜を含む全体の構造は、約１ｎｍから約１００ｎｍまで、好ましくは約５ｎｍから約７５ｎｍまで、さらに好ましくは約１０ｎｍから約６０ｎｍまで、さらに好ましくは約２０ｎｍから約５０ｎｍまでの範囲の固着防止層の厚みを有する。好ましくは、キャリア膜の厚みは、約１μｍから約１００μｍまで、好ましくは約１μｍから約５０μｍまで、さらに好ましくは約１μｍから約２０μｍまでの範囲、最も好ましくは約１０μｍである。ポリマー膜の厚みは、約０．１ｎｍから約５００ｎｍまで、好ましくは約１ｎｍから約２５０ｎｍまでの範囲である。ある実施形態では、ポリマー膜は、１ｎｍから５ｎｍまでのはに、好ましくは約２ｎｍの厚みを有するに過ぎない。さらに、キャリア膜とポリマー膜の両方の厚みは、蒸着時間に応じて変化され得る。スピンコーティングの場合には、回転率（ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ  ｒａｔｅ）及び回転持続時間（ｄｕｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｐｉｎｎｉｎｇ）のパラメータは、その程度まで使用され得る。さらに、蒸着工程の後に、ポリマー膜及び／又はキャリア膜の層を除去するために、例えば酸素プラズマを使用して、後加工（ｐｏｓｔ−ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）工程が使用されてもよい。膜がフォトレジスト材料で作られている場合には、現像時間が変化され得る。その結果として、その膜が異なる程度まで現像される。例えば、「暗条件の除去率（ｄａｒｋ  ｒｅｍｏｖａｌ  ｒａｔｅ）」は、露光されていないレジスト領域の寄生的な現像（ｐａｒａｓｉｔｉｃ  ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）に関係する。
【００４２】
細孔の直径に影響を及ぼす目的で、例えば、リソグラフィ工程や、それに続く、例えば、露光後の焼成工程のような加工工程における露光量（ｅｘｐｏｓｕｒｅ  ｄｏｓｅ）、及び、それに続く現像の継続時間のような様々なパラメータが影響されてもよい。さらに、熱アニーリングが、ポリマー膜をそのポリマーのガラス転移温度以上に加熱することにより、細孔の直径を変化させるために使用されてもよい。加えて、化学的及び／若しくはＵＶ誘導（ＵＶ−ｉｎｄｕｃｅｄ）架橋結合工程を実施することにより、並びに／又は、プラズマ処理工程を実施することにより、細孔の直径を変化させてもよい。さらに、例えば、熱処理、化学的処理、光処理などのポリマー表面の表面電荷及び濡れ性（ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ）を変化させる更なる処理を実施することにより、ポリマー膜の表面特性を変化させてもよい。
【００４３】
その上さらに、本発明は、ナノポアの直径を観察、制御及び調整するためのフィードバック機構を提供する。本発明者らのアイディアは、現像浴（ｄｅｂｅｌｏｐｅｒ  ｂａｔｈ）、すなわち、細孔の片側に位置する現像液と、固着防止層との間の電気的な抵抗を測定することである。ほとんどの現像液は、電気輸送測定（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ）に使用され得るイオンを含有する。さらに、有機溶媒をベースとする現像液は、残留抵抗を示すか、又は、少量のイオンの添加により導電性を発現し得る。現像液の例は、光フォトレジストのうちのＵＶフォトレジストに使用するテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）、ポリ（メチルメタクリレート）に使用するメチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）である。
【００４４】
観察のためのフィードバック機構の一実施形態の概略的な手順が図２ａに示されている。電極、好ましくは、化学的に不活性の電極が現像液に挿入され、対極が固着防止層に接続される。この場合、固着防止層は導電性を有する。例は、湿式化学エッチングが行われ得る金、アルミニウム及びその他の材料由来の層である。現像液と導電性の固着防止層との間の電気的な抵抗は、現像の進行に依存する。ポリマー膜の厚みの減少及び最終的な除去（それぞれ、図２ｂ及び図２ｃ）は、検出し得る電気的信号となる。２種類の測定が可能である。
【００４５】
１）漏れ電流（ｌｅａｋａｇｅ  ｃｕｒｒｅｎｔ）及び貫通電流（ｂｒｅａｋ−ｔｈｒｏｕｇｈ  ｃｕｒｒｅｎｔ）の直流測定
ナノポアの構造が一旦現像されると（貫通電流と貫通電圧（ｂｒｅａｋ−ｔｈｒｏｕｇｈ  ｖｏｌｔａｇｅ）がそれぞれ低下する）、一定のバイアス（電圧または電流のいずれか）は、電流変動又は電圧変動に至る。誘導された電気抵抗（ｔｈｅ  ｄｅｒｉｖｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）は、基本的に、ナノポアが開いた時に低下する。貫通（ｂｒｅａｋ−ｔｈｒｏｕｇｈ）前には、有意な量の漏れ電流が流出し得る場合には、ポリマー膜の厚みの減少が検出され得る。貫通後には、流出する電流又は電圧の低下のレベルがナノポアのサイズについての情報を明らかにする。
【００４６】
２）層厚みの減少及び貫通を決定するための交流測定
交流電流及び電圧の測定は、インピーダンスアナライザ又はロックイン増幅器を使用することにより実施され得る。このような方法は、時間に対するインピーダンスの実部及び虚部を提供する。その同相信号はインピーダンスの実部に相当し、その情報の内容は、１）中で言及された内容に類似している。また、ポリマー膜の厚みの減少は、結果として、現像浴と固着防止層との間の容量（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）の変化となる。この信号は、その異相信号成分として測定可能である。貫通後に、同相成分及び異相成分は、ナノポアのサイズについての情報を明らかにする。現像時間は、より大きな所望のナノポアの直径に達することを目的として、延長され得る。
【００４７】
このフィードバックアプローチは、現像工程の際に、ナノポアの直径の直接的な制御につながる。このフィードバックアプローチはまた、現像工程が完了した後に、後現像調整（ｐｏｓｔ−ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ−ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ）として、ナノポアの直径を調整するために使用され得る。いくつかの方法は、すでに前記でリストアップされている。熱アニーリング若しくは他の方法を用いた直径の縮小、または、酸素プラズマ処理若しくは他の方法を用いた直径の拡大は、対極としての固着防止層を用いてナノポアを通過する電流又は電圧の低下を測定することにより、観察され得る。この場合、流動媒体（ｆｌｕｉｄｉｃ  ｍｅｄｉｕｍ）は、現像液である必要はない。
【００４８】
さらに、以下の実施例１に対して、図示された以下の参照が付されているが、その参照は、本発明を限定するものではない。
【００４９】
本実施例は、２００ｎｍの厚みのＵＶ６．０２（米国のＳｈｉｐｌｅｙ  Ｉｎｃ．，から市販されている）電子線レジストをベースとする膜における単一のナノポアの製造について記述している。支持膜は、１０μｍの厚みのＳＵ−８フォトレジスト（ベルリンのＭｉｃｒｏｒｅｓｉｓｔ  ＧｍｂＨから市販されている）をベースとした。
【００５０】
１．  固着防止層を、研磨されたＳｉＯ２表面にスパッタ蒸着された５０ｎｍの厚みの金で作製した。
２．  ＳＵ−８フォトレジストを、前記金層上に３０００ｒｐｍでスピンコートした。その結果、約１０μｍの厚みとなった。そのレジストは、６５℃で２分間及び９５℃で５分間、ソフトベイク（ｓｏｆｔ−ｂａｋｅｄ）した（図３ｂ）。
３．  ６０μｍの幅の穴または凹部は、ＳＵ−８レジスト層に対し、３６０ｎｍの光で２０分間露光した。そのサンプルを、６５℃で１分間及び９５℃で２分間、後焼成（ｐｏｓｔｂａｋｅｄ）し、次いで、ＳＵ−８現像液中で２分間現像し、プロパノール中で洗浄した（図３ｃ）。
４．  現像されたＳＵ−８サンプルに対し、ＵＶ６．０２（Ｓｈｉｐｌｅｙ  Ｉｎｃ．，製）を４０００ｒｐｍでスピンコートした。その結果、レジスト層の厚みは、約２００ｎｍとなった。その層を、１３０℃で６０分間ソフトベイクした（図３ｄ）。
５．  ＵＶ６．０２レジスト層を単発電子線露光器（ａ  ｓｉｎｇｌｅ  ｓｈｏｔ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｅｘｐｏｓｕｒｅ）を用いて、１０ｋＶ、１８ｐＡ、及び１２５μＣ／ｃｍ２の電子線量で露光した。露光したサンプルを１３０℃で９０分間後焼成し、ＭＩＦ  ７２６  金属イオンフリー現像液（ｍｅｔａｌ−ｉｏｎ  ｆｒｅｅ  ｄｅｖｅｌｏｐｅｒ）中で４５分間現像した。脱イオン（ＤＩ）水中で最終的な洗浄を行った（図３ｆ）。
６．  ナノポアを塞がないように中央に１つの穴を有する接着テープを使用して剥離することにより、膜層（ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｌａｙｅｒ）を支持基板から除去した。シリコン酸化物上の金の弱い付着特性のために、スパッタされた金の剥離は良好に行われる（図３ｇ）。
７．  ５０ｎｍの厚みの固着防止層を、ＫＩ／Ｉ２水溶液中で２分以内に除去した（図３ｈ）。
【００５１】
図４は、ＳＵ−８レジスト層にパターン化された６０μｍの穴または凹部のＳＥＭ画像を示している。その穴の中央部には、ＵＶ６．０２膜及びナノポアが保持されている。図４における挿入図は、電子線露光によりＵＶ６．０２膜に導入された４５ｎｍのナノポアを示している。１桁ナノメーターの範囲またはさらにはサブナノメータの範囲（０．１ｎｍまで低下）のナノポアが、このようにして容易に形成され得ることが認識される。
【００５２】
図５は、本発明による細孔形成時の同相電流と時間との関係を示している。
【００５３】
図６は、本発明によるＰＭＭＡ系中の１０ｎｍの直径のナノポアを示している。
【００５４】
一実施形態で、ポリマー膜はまた、ポリマー材料、並びに、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉｘＮｙ、任意の酸化物、他の絶縁材、及び金属などの無機材料の２層及び多層から構成されていてもよい。このような構造の利点は、膜のより大きな機械的安定性、及び、ナノポアが形成された極めて薄い無機膜の実現である。図３ｂ）は、可能なサンドウィッチ構造を示している。
【００５５】
図３ｂ）の左側の工程フローは、薄い無機膜層をパターン化するために、ポリマーマスクがどのように使用され得るかを示している。無機膜材料は、適用可能であれば、真空蒸着、スパッタリングまたはスプレー／スピンコーティングのような標準的な蒸着方法により蒸着され得る（図３ｂ、ａ））。無機膜層の厚みは、上記で開示されたポリマー膜層の厚みと類似するべきである。適用されるポリマー層（図３ｂ、ｂ））は、リソグラフィ工程（図３ｂ、ｃ））、例えば、電子線（ｅｂｅａｍ）リソグラフィによりパターン化され得る。そして、その無機材料に依存して、パターン（ナノポア）は、例えば、反応性イオンエッチング、イオンエッチング、または湿式エッチングにより、無機材料に拡張され得る（図３ｂ。ｄ））。ナノポアへの接近抵抗（ａｃｃｅｓｓ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を減少させることを目的として、図３ｂ、ｅ’）に示されているように、ナノポアへのアクセスホール（ａｃｃｅｓｓ  ｈｏｌｅ）を拡張するためにＯ２プラズマエッチングが適用され得る。逆に、膜構造は、上記（図３ｂ、ｅ）及びｆ’））に示されているように、固着防止層を除去することにより、ちょうど完成する。
【００５６】
図３ｂ）の右側の工程フローは、今述べられた工程にわずかな変更が加えられた例を示している。この場合、無機材料層は、２つのポリマー層の間に完全に組み込まれている。このアプローチの利点は、例えば、固着防止層の除去中における化学分解からの薄い無機材料層の保護をより強くできることである。図３ｂ、１）は、第１ポリマー層が固着防止層上に蒸着されることを示している。次いで、無機材料層が加えられ（図３ｂ、２））、最終的に、第２ポリマー層が蒸着される（図３ｂ、３））。リソグラフィによるパターン化は、第２ポリマー層に適用される（図３ｂ、４））。次いで、パターン（例えば、ナノポア）が、反応性イオンエッチング、イオンエッチング、湿式エッチングにより無機材料層に導入される（図３ｂ、５））。第１ポリマー層に転写されたそのパターンは、更なる現像またはＯ２プラズマエッチングのいずれかにより処理が行われ得る（図３ｂ、５））。最後に、固着防止層が除去され、膜が完成する。
【００５７】
本発明の特徴は、本明細書、特許請求の範囲、及び／又は添付された図面に開示されており、それら個別でも組み合わせてもよく、本発明には様々な形態があることを理解する上での材料となり得る。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
以下に、図面に対して参照が付されている。
【００５９】
【図１】図１は、固着防止層及びそれを支持する（ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ）キャリア膜を使用してナノポアを形成する工程の流れの一実施形態を示している。
【図２】図２は、所定の制御された方法でレジスト膜にナノポアを形成するための、現像工程のセットアップ及び時間依存観察の例を示している。
【図３ａ】図３ａは、金固着防止層、１０μｍの厚みのＳＵ−８支持膜、及びＵＶ６．０２電子線レジスト膜を使用してナノポアを形成する工程の流れの一実施形態を示している。
【図３ｂ】図３ｂは、ポリマー材料、及び、例えばＳｉＯ２、ＳｉｘＮｙなどの無機材料の２層または多層のポリマー膜を使用してナノポアを形成する工程の流れの一実施形態を示している。
【図４】図４は、ＳＵ８／ＵＶ６．０２膜系のＳＥＭ画像を示している。挿入図は、電子線露光によりＵＶ６．０２レジストに導入された４５ｎｍのナノポアを示している。
【図５】図５は、細孔の現像工程において、ＵＶ６膜の露光時間及び現像液濃度（ＴＭＡＨ＝テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）を変化させたときの同相電流と時間との関係を示している。この曲線は、×１０−６を意味する「μ」を用いたａ．ｕ（ａｒｂｉｔｒａｒｙ  ｕｎｉｔ）で表される同相電流を用いて、細孔の「貫通」時での同相電流の明確な上昇を示している。
【図６】図６は、１０ｎｍの直径のナノポアを有するポリ（メチルメタクリレート）系（６０００００の分子量）のＳＥＭ画像を示している。本発明者らは、１ｎｍの範囲又はそれ以下（０．１ｎｍまで低下）の直径のナノポアが製造され得ることを認識している。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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