(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料を堆積させる方法であって、
内部に形成された複数のウェルを有するバイオメディカルデバイスを基板支持体の上に配置することであって、前記バイオメディカルデバイスは、金属含有層及び前記金属含有層の上方に配置されるシリコン含有層を含み、前記複数のウェルは前記シリコン含有層を通って延在し、前記金属含有層で停止し、かつ、前記金属含有層は、タンタル酸化物層、タングステン酸化物層又はハフニウム酸化物層である、配置すること、
前記複数のウェルに対応する複数のマスク開口部を有する印刷マスクを前記バイオメディカルデバイスの上方に配置すること、及び
前記複数のマスク開口部によってガイドされる生体機能材料であって、前記複数のウェルの底面の上方に層を形成する生体機能材料を前記印刷マスクを通して前記ウェルの中へ堆積させること
を含む方法。
【請求項２】
前記複数のマスク開口部と前記複数のウェルはそれぞれ外周を有し、各マスク開口部の外周長は各ウェルの対応する外周長よりも短い、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数のマスク開口部の２つ以上のマスク開口部は、前記複数のウェルの各ウェルに対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記印刷マスクは前記バイオメディカルデバイスに対して密閉される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記生体機能材料の堆積に先立って、前記複数のウェルの各々の底面にシラン化層を堆積させることを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
材料を堆積させる方法であって、
複数のウェルを有するバイオメディカルデバイスを基板支持体の上に配置することであって、前記バイオメディカルデバイスは、金属含有層及び前記金属含有層の上方に配置されるシリコン含有層を含み、前記複数のウェルは前記シリコン含有層を通って延在し、前記金属含有層で停止し、かつ、前記金属含有層は、タンタル酸化物層、タングステン酸化物層又はハフニウム酸化物層である、配置すること、
前記複数のウェルの少なくとも１つに対応し、整列されている複数のマスク開口部を有する印刷マスクを前記バイオメディカルデバイスの上方に整列させること、
前記印刷マスクと前記バイオメディカルデバイスとの間に密閉を形成すること、
前記印刷マスクを生体機能材料で被覆すること、及び、
前記生体機能材料を前記ウェルの中へ堆積させるように配置された前記複数のマスク開口部を通して前記生体機能材料を押し出すこと
を含む方法。
【請求項７】
前記複数のマスク開口部と前記複数のウェルの各々は外周を有し、各マスク開口部の外周長は各ウェルの対応する外周長よりも短い、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記複数のマスク開口部の２つ以上のマスク開口部は、前記複数のウェルの各ウェルに対応する、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記印刷マスクは前記基板に対して密閉される、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記生体機能材料の堆積に先立って、前記複数のウェルの各々の底面にシラン化層を堆積させることを更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
材料を堆積させる方法であって、
内部に形成された複数のウェルを有するバイオメディカルデバイスであって、最上層がシリコン含有層である複数の層と前記シリコン含有層の下に配置される金属含有層とを含むバイオメディカルデバイスを基板支持体の上に配置することであって、前記複数のウェルは少なくとも前記シリコン含有層を通って延在し、前記金属含有層で停止し、前記複数のウェルの各々は第１の幅、第１の長さを有し、前記複数のウェルの底面上に形成されたシラン化層を含み、前記金属含有層は、タンタル酸化物層、タングステン酸化物層又はハフニウム酸化物層である、配置すること、
前記複数のウェルに対応する複数のマスク開口部を有する印刷マスクを前記バイオメディカルデバイスの上方に配置することであって、前記複数のマスク開口部及び前記複数のウェルはそれぞれ外周を有し、各マスク開口部の外周長は各ウェルの対応する外周長を下回る、配置すること、及び、
前記複数のマスク開口部によってガイドされるヒドロゲルであって、前記複数のウェルのシラン化層の上方に層を形成するヒドロゲルを前記印刷マスクを通して前記複数のウェルの中へ堆積させること
を含む方法。
【請求項１２】
前記印刷マスクは、前記バイオメディカルデバイスの前記シリコン含有層との密閉を形成する、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００１］  本明細書に記載の実施形態は概して、バイオメディカルデバイスを形成するための方法及び装置に関する。より具体的には、実施形態は、バイオメディカルデバイスの製造時に開口部に生体機能材料を堆積させる方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
［０００２］  特定の核酸を検出することは、診断医学及び分子生物学研究において重要なツールとなっている。現在、遺伝子プローブアッセイは、バクテリアやウィルスなどの感染性微生物の特定、正常遺伝子及び突然変異遺伝子の発現の検索、並びにがん遺伝子などの突然変異遺伝子の特定、組織移植前の適合性に関する組織の分類、法医学のための組織又は血液サンプルの照合、異なる種の遺伝子間の相同性の探査に役立てられている。最近の進歩としては、内部に遺伝子プローブが組み込まれた、ＤＮＡシーケンスチップ、マイクロ流体チップなどのバイオメディカルデバイスの製造が挙げられる。
【０００３】
［０００３］  これらのバイオメディカルデバイスの製造では、遺伝子プローブの配置及び固定化に生体機能材料が使用可能である。生体機能材料は、液体状態にあるときには、多くの場合、パターン形成部分（例えば、ビア又はウェル）に堆積させることが必要である。生体機能材料の液膜は、一般的に包括的なやり方で堆積される。堆積されると、パターン形成部分の間の格子間領域から材料を取り除くため、化学機械研磨（ＣＭＰ）などの事後の除去／洗浄ステップが必要となる。
【０００４】
［０００４］  しかしながら、ＣＭＰの事後の除去／洗浄ステップの利用には多数の欠点がある。第１に、ＣＭＰは基板上に形成されたウェルを損傷することがある。更に、ＣＭＰは除去しなければならない粒子を作り出す。しかしながら、現在のプロトコルは、事後の除去／洗浄ステップを回避しうるような精度を有していない。
【０００５】
［０００５］  したがって、精度を高め、洗浄の必要性を軽減するように生体機能材料を堆積させる方法が必要になっている。
【発明の概要】
【０００６】
［０００６］  本明細書に記載の実施形態は概して、バイオメディカルデバイスを形成するための方法を提供する。より具体的には、本明細書に記載の実施形態は、基板上に形成された開口部に生体機能材料を堆積させる方法を提供する。
【０００７】
［０００７］  一実施形態では、材料を堆積させる方法は、内部に形成された複数のウェルを有する基板を基板支持体の上に配置すること、複数のウェルに対応する複数のマスク開口部を有する印刷マスクを基板の上方に配置すること、及び、複数のマスク開口部によってガイドされる生体機能材料であって、複数のウェルの底面に層を形成する生体機能材料を印刷マスクを通してウェルの中へ堆積させることを含む。
【０００８】
［０００８］  別の実施形態では、材料を堆積させる方法は、複数のウェルを有する基板を基板支持体の上に配置すること、複数のウェルの少なくとも１つに対応し、整列されている複数のマスク開口部を有する印刷マスクを基板の上方に整列させること、印刷マスクを生体機能材料で被覆すること、及び、生体機能材料をウェルに堆積させるように配置された複数のマスク開口部を通して生体機能材料を押し出すことを含みうる。
【０００９】
［０００９］  別の実施形態では、材料を堆積させる方法は、内部に形成された複数のウェルを有する基板であって、最上層がシリコン含有層である複数の層からなる基板を基板支持体の上に配置することであって、複数のウェルは少なくともシリコン含有層を通って延在し、複数のウェルの各々は第１の幅、第１の長さを有し、底面上に形成されたシラン化層を含む、配置すること、ウェルに対応する複数のマスク開口部を有する印刷マスクを基板の上方に配置することであって、複数のマスク開口部及び複数のウェルはそれぞれ外周を有し、各マスク開口部の外周長は各ウェルの対応する外周長を下回る、配置すること、及び、複数のマスク開口部によってガイドされるヒドロゲルであって、複数のウェルの中でシラン化層の上方に層を形成するヒドロゲルを、印刷マスクを通してウェルの中へ堆積させることを含みうる。
【００１０】
［００１０］  上述の本開示の特徴を詳細に理解しうるように、上記で簡単に要約された方法及び装置のより具体的な説明が、実施形態を参照することによって得られ、一部の実施形態は、付随する図面に例示されている。しかしながら、この方法及び装置は他の等しく有効な実施形態も許容しうることから、付随する図面は、この方法及び装置の典型的な実施形態のみを示しており、従ってその範囲を限定すると見なすべきではないことに、留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】マスク印刷システムの一実施形態の概略的な等角図である。
【図２Ａ】一実施形態によるバイオメディカルデバイス中での生体機能材料の堆積を示している。
【図２Ｂ】一実施形態によるバイオメディカルデバイス中での生体機能材料の堆積を示している。
【図２Ｃ】一実施形態によるバイオメディカルデバイス中での生体機能材料の堆積を示している。
【図２Ｄ】一実施形態によるバイオメディカルデバイス中での生体機能材料の堆積を示している。
【図２Ｅ】一実施形態によるバイオメディカルデバイス中での生体機能材料の堆積を示している。
【図２Ｆ】一実施形態によるバイオメディカルデバイス中での生体機能材料の堆積を示している。
【図２Ｇ】一実施形態によるバイオメディカルデバイス中での生体機能材料の堆積を示している。
【図２Ｈ】一実施形態によるバイオメディカルデバイス中での生体機能材料の堆積を示している。
【図２Ｉ】一実施形態によるバイオメディカルデバイス中での生体機能材料の堆積を示している。
【図３】一実施形態による生体機能材料を堆積させる方法のブロック図である。
【００１２】
［００１４］  理解を容易にするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態で開示する要素は、具体的な記述がなくとも、他の実施形態で有益に利用できることが企図されている。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［００１５］  本開示の実施形態は、基板の開口部に単層又は多層パターンを印刷するための装置及び方法を提供する。一実施形態では、システムは基板上での単層又は多層印刷プロセスに対して提供される。本システムは、バイオメディカルデバイス製造ラインの一部でマスク印刷処理を実行するように適合されたマスク印刷システムであってもよく、そこでは、一又は複数の開口部が基板に形成され、生体機能材料が堆積され、次に基板は一又は複数の後続の処理チャンバ内で処理される。一実施形態では、マスク印刷システムは、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ  ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，  Ｉｎｃ．が所有するＢａｃｃｉｎｉ  Ｓ．ｐ．Ａ．社から入手可能なスクリーン印刷システムである。
【００１４】
［００１６］  図１は、マスク印刷システム１１０の一実施形態を図解する概略等角図である。マスク印刷システム１１０は、本明細書に記載されているように、材料のスクリーン印刷又はマスクジェット噴射である。スクリーン印刷は、印刷マスクなどのマスクを通して材料を広げるため、スクイージーなどの２次デバイスを使用し、材料を堆積させる。マスクジェット噴射は、印刷マスクなどのマスクを通して供給される材料のジェット噴射（例えば、サーマル・ドロップオンデマンド（ＤＯＤ）、圧電ＤＯＤ又は他の加圧方法）である。更なる実施形態では、材料は加圧スプレー又は他の精密な分注方法（例えば、電子ピペット）によって供給可能である。マスク印刷システム１１０は、バイオメディカルデバイス１５０の表面に形成された特徴に生体機能材料を堆積させるため、本明細書に記載の実施形態と併せて利用されうる。
【００１５】
［００１７］  マスク印刷システム１１０は、受入コンベヤ１１６、この実施形態でロータリアクチュエータテーブル又はロータリ転送デバイスとして構成されるアクチュエータアセンブリ１３０、スクリーン印刷デバイス１０２、及び送出コンベヤ１１２を有する。受入コンベヤ１１６は、入力コンベヤ１１８（すなわち、経路“Ａ”）などの入力デバイスからバイオメディカルデバイス１５０を受入れ、アクチュエータアセンブリ１３０に連結された印刷ネスト１３１にバイオメディカルデバイス１５０を移送するように構成されうる移動面を有する。一態様では、印刷ネスト１３１は、スクリーン印刷デバイス１０２の印刷ヘッドに対してバイオメディカルデバイス１５０の配置を行う基板シャトルを含む。送出コンベヤ１１２は、処理済みバイオメディカルデバイス１５０をアクチュエータアセンブリ１３０に連結された印刷ネスト１３１から受取り、そのバイオメディカルデバイス１５０を出力コンベヤ１１４などの基板除去デバイスへ移送するように構成されてもよい。入力コンベヤ１１８及び出力コンベヤ１１４は、更に大きな製造ラインの一部である自動化された基盤取扱いデバイスであってもよい。
【００１６】
［００１８］  印刷ネスト１３１がマスク印刷システム１１０内で選択的に角度をつけて配置されうるように、アクチュエータアセンブリ１３０は、ロータリアクチュエータ（図示せず）及びシステムコントローラ１００によって、“Ｆ”軸の周りに回転されてもよく、また、角度をつけて配置されてもよい。アクチュエータアセンブリ１３０は、印刷システム１１０の基板処理シーケンスを実行するために使用される印刷ネスト１３１又は他の自動化デバイスの制御を促進するため、一又は複数の支持構成要素も有しうる。
【００１７】
［００１９］  一実施形態では、アクチュエータアセンブリ１３０は、基板支持体とも呼ばれる４つの印刷ネスト１３１を含み、これらはそれぞれ、スクリーン印刷デバイス１０２内で実行されるマスク印刷プロセス中にバイオメディカルデバイス１５０を支持するように適合されている。図１は、受入コンベヤ１１６からバイオメディカルデバイス１５０を受取るため、１つの印刷ネスト１３１は位置“１”にあり、別のバイオメディカルデバイス１５０が表面にスクリーン印刷されたパターンを受けることができるように、別の印刷ネスト１３１はスクリーン印刷デバイス１０２内の位置“２”にあり、処理済みバイオメディカルデバイス１５０を送出コンベヤ１１２に移送するため、別の印刷ネスト１３１は位置“３”にあり、別の印刷ネスト１３１は位置“１”と位置“３”との間の中間ステージである位置“４”にある、アクチュエータアセンブリ１３０の位置を概略的に図解している。
【００１８】
［００２０］  スクリーン印刷デバイス１０２は、マスク印刷プロセス中に、位置“２”の印刷ネスト１３１に配置されたバイオメディカルデバイス１５０の表面に、所望のパターンで材料を堆積させるように適合されている。一実施形態で、スクリーン印刷デバイス１０２は、システムコントローラ１００と通信し、且つ、スクリーン印刷デバイス１０２内に配置された印刷マスク１０６の、印刷対象のバイオメディカルデバイス１５０に対する位置及び／又は角度方向を調整するのに用いられる、複数のアクチュエータ１０４（例えば、ステッパモータ又はサーボモータ）を含む。別の実施形態では、印刷ネスト１３１は、システムコントローラ１００からの命令に基づいて、印刷マスク１０６に対してバイオメディカルデバイス１５０を配置するために利用されうる。印刷ネスト１３１は、バイオメディカルデバイス１５０を半径方向に（アクチュエータアセンブリ１３０のＦ軸に向かう又は離れる方向に）移動するために利用されうる。アクチュエータアセンブリ１３０はまた、印刷ネスト１３１（及びその上に配置されるバイオメディカルデバイス１５０）の角位置を調整するため、Ｆ軸の周りに回転されうる。印刷ネスト１３１とバイオメディカルデバイス１５０の配置は、バイオメディカルデバイス１５０、又はバイオメディカルデバイス１５０の上にスクリーン印刷された層の撮影画像に基づいてシステムコントローラ１００で実行される計算に基づいてもよい。
【００１９】
［００２１］  印刷マスク１０６は、プラスチック又はステンレス鋼など、堅固ではあるが柔軟性のある複合材料であってもよい。印刷マスク１０６は疎水性層によって被覆されうる。一実施形態で、印刷マスク１０６は、バイオメディカルデバイス１５０の表面にスクリーン印刷された材料のパターンと配置を画定するため、孔、スロット、又はその他の開孔などの複数のマスク開口部が貫通形成された金属シート又はプレートである。別の実施形態では、スクリーン印刷マスク１０６は、バイオメディカルデバイス１５０と印刷マスク１０６との間に密閉が形成されるように、バイオメディカルデバイス１５０の形状を形成することができる。一般的に、バイオメディカルデバイス１５０の表面に堆積されるべきスクリーン印刷のパターンは、アクチュエータ１０４、並びに検査デバイス１２０Ａ及び１２０Ｂとしてここに示した一又は複数の検査デバイスからシステムコントローラ１００によって得られた情報を使用して、バイオメディカルデバイス１５０の表面の上で、印刷マスク１０６を所望の位置に配向することによって、自動的にバイオメディカルデバイス１５０に揃えられる。一実施形態では、スクリーン印刷デバイス１０２は、バイオメディカルデバイス１５０の開口部に生体適合性材料１０２を堆積するように適合されている。開口部は、約１μｍの開口部など、３μｍ未満の幅を有することができる。一実施形態では、スクリーン印刷デバイス１０２は、バイオメディカルデバイス１５０の開口部の下面にヒドロゲル層を形成するため、バイオメディカルデバイス１５０の開口部にヒドロゲルを堆積させるように適合されている。バイオメディカルデバイス１５０及び壁は、以下の図２Ａ〜図２Ｉ及び図３でより詳細に説明されている。
【００２０】
［００２２］  システムコントローラ１００は、マスク印刷システム１１０全体の制御と自動化を促進し、中央処理装置（ＣＰＵ）（図示せず）、メモリ（図示せず）、及びサポート回路（又はＩ／Ｏ）（図示せず）を含みうる。ＣＰＵは、様々なチャンバ処理を制御するための産業用設定で使用される任意の形態のコンピュータプロセッサ及びハードウェア（例えば、コンベヤ、光検査アセンブリ、モータ、流体供給ハードウェアなど）の１つであってもよく、システム及びチャンバ処理（例えば、基板位置、処理時間、検出器信号など）をモニタしうる。メモリは、ＣＰＵに接続されており、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、又は任意の他の形態のローカルもしくは遠隔のデジタルストレージなど、容易に利用可能なメモリの一又は複数とすることができる。メモリ内には、ＣＰＵに命令するためのソフトウェア命令およびデータをコード化して記憶させることができる。サポート回路もまた、従来の方法でプロセッサをサポートするようにＣＰＵに接続される。サポート回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入出力回路、サブシステムなどを含むことができる。システムコントローラ１００によって読むことができるプログラム（又は、コンピュータ命令）は、基板上でどのタスクが実行可能かを決定する。好ましくは、プログラムはシステムコントローラ１００によって読むことができるソフトウェアで、少なくとも基板の位置情報、様々な制御されたコンポーネントの一連の動き、基板光検査システムの情報、及びこれらの任意の組み合わせを生成及び保存するコードを含む。本方法及び装置の一実施形態では、システムコントローラ１００は、基板に形成される特徴及び／又は整列マークがある場合には、その位置を決定するパターン認識ソフトウェアを含む。
【００２１】
［００２３］  図２Ａ〜図２Ｉは一実施形態により、生体機能材料２１８がウェルに堆積されたバイオメディカルデバイス１５０を形成するための処理シーケンスを示している。図示したバイオメディカルデバイス１５０は基板２０２を含む。基板２０２は、シリコン、エポキシ又は石英の基板など、バイオメディカルデバイスの応用に使用可能な任意の組成物を有することができる。一実施例では、基板２０２は実質的にシリコンからなる。基板２０２は、幅広い寸法（例えば、長さ、幅、形状、厚みなど）のものになりうる。一実施例では、基板は２００ミリメートル（ｍｍ）の基板又は３００ｍｍ基板である。別の実施例では、基板は典型的な９６ウェルプレートフォームファクタ（例えば、約８５ｍｍ×約１２７ｍｍ）のスライドガラスである。別の実施例では、デバイスの作成を最適化するため、基板は任意の寸法であってもよい（例えば、約３６０ｍｍ×約４６５ｍｍの寸法のＧｅｎ  ２  ＬＣＤガラス）。
【００２２】
［００２４］  図２Ａは、複数の層２０４がその上に形成された基盤２０２を含むバイオメディカルデバイス１５０の初期段階形成を示している。複数の層２０４は、第１の層２３０、第２の層２４０、第３の層２５０、及び第４の層２６０を含む。第１の層２３０は、酸化ケイ素層、窒化ケイ素層、酸窒化ケイ素などの誘電体層である。第１の層２３０は、プラズマ化学気相堆積（ＰＥ−ＣＶＤ）などの化学気相堆積プロセスを用いて堆積させることができる。第２の層２４０はカラーフィルタ層である。カラーフィルタ層は、少なくとも１つの光の波長に対して透明であるが、少なくとも１つの光の波長に対して不透明な材料からなりうる。第３の層２５０は、酸化ケイ素層、窒化ケイ素層、酸窒化ケイ素などの誘電体層である。第３の層２５０は、ＰＥ−ＣＶＤなどによって、第１の層２３０と同様な方法を用いて堆積させることができる。第３の層２５０は低温（ＬＴ）で堆積される。一実施例では、第３の層２５０などのＬＴ層は、摂氏約１００度未満の温度で堆積される。別の実施例では、ＬＴ層は第２の層２４０が損傷されないよう充分に低い温度で堆積される。第４の層２６０は、タンタル酸化物層、タングステン酸化物層、ハフニウム酸化物層などの金属含有層である。金属含有層は、当該技術分野の周知の堆積技術によって堆積させることができる。一実施例では、タンタル酸化物層は原子層堆積（ＡＬＤ）を用いて堆積される。複数の層２０４は、金属又は誘電体などのバイオメディカルデバイスの形成で使用される任意の組成物を含みうる。
【００２３】
［００２５］  図２Ｂは、複数の層２０４の上方に形成された誘電体層２０６を有する基板２０２を示している。誘電体層２０６は、窒化ケイ素などの誘電体材料から作られうる。誘電体層２０６は、複数のウェル２１０を画定するため、内部に一又は複数の開口部を形成するようにエッチング又は処理される。誘電体層２０６は、材料及び特徴寸法に適合しうる周知のエッチング技術を用いてエッチングすることができる。ここでは、誘電体層２０６は、誘電体層２０６の上方に形成されたハードマスク２６２とフォトレジスト２６４を有するように示されている。ハードマスク２６２とフォトレジスト２６４は、誘電体層２０６をエッチングするためのパターンを提供する。フォトレジスト２６４は、フォトレジスト２６４に一又は複数の感受性の高い部分２６５を作り出す放射線を受ける。ここでは２つの感受性の高い部分２６５が示されている。感受性の高い部分２６５は、一又は複数のエッチャント（図示せず）によるエッチングに対して感受性が高い。エッチャントは、フォトレジスト２６４、ハードマスク２６２及び誘電体層２０４をエッチングするために供給され、複数のウェル２１０を形成する。形成される複数のウェル２１０によって、ハードマスク２６２とフォトレジスト２６４が除去される。
【００２４】
［００２６］  図２Ｃは、複数のウェル２１０が内部に形成された誘電体層２０６を有する基板２０２を示している。複数のウェル２１０は３μｍ未満の幅、例えば、約１μｍの開口部を有することができる。複数のウェル２１０は様々な形状、例えば、円筒形であってもよい。
【００２５】
［００２７］  複数のウェル２１０は他の生物学的構成要素の堆積のための境界を形成し、生物学的検査を実行しうる環境を形成する。生物学的構成要素は、とりわけ、ポリヌクレオチド及び全細胞溶解物を含むことができる。この実施例では、複数のウェル２１０は誘電体層２０６を通って延在し、第４の層２６０で止まる。
【００２６】
［００２８］  図２Ｄは、印刷マスク１０６が基板２０２の上方に配置され、誘電体層２０６に接しているバイオメディカルデバイス１５０を示している。印刷マスク１０６は、バイオメディカルデバイス１５０の上に形成されたウェル２１０に対応する複数のマスク開口部２１２を有する。複数のマスク開口部２１２は、複数のウェル２１０の寸法を下回る一般的な寸法を有する。ここに示したように、複数のウェル２１０はそれぞれ約１μｍの直径を有し、複数のマスク開口部２１２はそれぞれ１μｍ未満の直径を有する。
【００２７】
［００２９］  ここに示した複数のマスク開口部２１２は、複数のウェル２１０に対応する。しかしながら、複数のウェル２１０の上方には、複数のマスク開口部２１２の数よりも多い又は少ないマスク開口部が配置されうる。更に、ここでは対応するマスク開口部と対応するウェルが１：１の比率で示されているが、複数のウェル２１０の単一のウェル２１０に２つ以上のマスク開口部が対応しうる。更に、単一のウェル２１０に対応する追加のマスク開口部２１２は、堆積プロセス中に空気除去を行うために使用されうる。複数のマスク開口部２１２は、それぞれが中心線２１４に対して中央に位置するように配置されうる。或いは、中心線２１４に対して中央を外れるように配置されうる。更に、複数のマスク開口部２１２の中には、中央に位置するマスク開口部と中央を外れるマスク開口部の組み合わせがあってもよい。更に、複数のマスク開口部２１２はサイズと形状が異なってもよい。ここに示したように、中央に配置されるマスク開口部２１２は、中央を外れて配置されるマスク開口部２１２よりも大きな直径を有する。
【００２８】
［００３０］  印刷マスク１０６は、バイオメディカルデバイス１５０の誘電体層（又は他の上方層）との密閉２１５を形成することができる。ここに示したように、密閉２１５は誘電体層２０６と印刷マスク１０６との間に形成される。密閉２１５がある場合、第２のマスク開口部２１２は、ウェルへの材料の流れを促進するため、空気を逃すことができるように使用されてもよい。デバイスの上面に形成される密閉がない実施形態では、気体は基板の上面に沿ってウェルから抜け出ることができる。
【００２９】
［００３１］  図２Ｅは、マスク開口部を通ってウェルの中へ供給するため、印刷マスク１０６の上方に導入されたシラン化合物２２６を示している。ここではスクリーン印刷堆積として説明されているが、マスク開口部を通ってシラン化合物２２６を堆積させるには、マスクジェット噴射も採用されうる。シラン化合物２２６は、印刷マスク１０６を通って、複数のウェル２１０の中へ供給されうる。シラン化合物２２６は下層（例えば、第４の層２６０）と反応して、内部にシラン化層２０８を形成しうる。シラン化合物２２６は、裏側の圧力を利用することなどにより、印刷マスク１０６を通って付勢されうる。
【００３０】
［００３２］  図２Ｆは、ウェルの底部にシラン化層２０８が形成されたバイオメディカルデバイスを示している。シラン化は、水酸基（すなわち、シリカ、マイカ）を示す表面と、或いはシロキサン結合による別のシラン分子とシラン試薬（例えば、シラン化合物２２６）との共有結合を含む。シラン化層２０８は、下層（例えば、タンタル酸化物を含む第４の層２６０）の表面を、有機官能性アルコキシシランなどのシラン試薬で覆う処理によって作られる。酸化ケイ素及び金属酸化物表面などの複数の層２０４の構成要素は、シラン試薬のアルコキシ基を置換して共有結合−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−を形成する水酸基を含有するため、シラン化層２０８を受容することができる。したがって、シラン化層２０８は、複数の層２０４の下層と生物学的構成要素との間の界面を横断して結合を作る。ここに示したように、印刷マスク１０６はシラン化層２０８の堆積後に除去される。しかしながら、印刷マスク１０６は、以下で説明されるように、生体機能材料の堆積など、更なる処理のために所定の位置に残されてもよい。更に、シラン化層２０８は、ウェルの底部部分がシラン化合物２２６を受容するように、図２Ｅ及び図２Ｆで説明されている以外の方法で堆積させることができる。一実施例では、シラン化合物２２６は、基板の被覆などによって、スクリーン印刷やマスクジェット噴射なしで供給される。
【００３１】
［００３３］  図２Ｇは、印刷マスク１０６が誘電体層２０６に関連して、シラン化層２０８の上方に配置されたバイオメディカルデバイス１５０を示している。印刷マスク１０６の配置、構造及び設計は、図２Ｄを参照して説明されているものと同一であってもよい。
【００３２】
［００３４］  図２Ｈは、生体機能材料２１６が印刷マスク１０６の上方に導入されたバイオメディカルデバイス１５０を示している。生体機能材料２１６は、印刷マスク１０６を通して複数のウェル２１０に供給されうる。上記のように、生体機能材料２１６は、上述のスクリーン印刷又はマスクジェット噴射によって、印刷マスク１０６を通って供給されうる。生体機能材料の例には、バイオメディカルデバイスに構造や機能をもたらすヒドロゲル（例えば、ポリアクリルアミドゲル）、ポリヌクレオチド前駆体（例えば、ヌクレオチド三リン酸、プライマーなど）又は他の材料が含まれる。
【００３３】
［００３５］  図２Ｉは、シラン化層２０８の上方に生体機能層２１８が形成されたバイオメディカルデバイス１５０を示している。形成された生体機能層２１８により、印刷マスク１０６はバイオメディカルデバイス１５０から除去することができる。次に、バイオメディカルデバイス１５０は基板支持体から取り外され、更なる処理のために移送される。図２Ａ〜図２Ｉの実施形態は複数の層２０４を示しているが、バイオメディカルデバイス１５０は、図２Ａ〜図２Ｉに示されているよりも多い又は少ない層を有してもよく、層がない場合（すなわち、複数の層２０４なし）も含まれる。
【００３４】
［００３６］  図３は、一実施形態による生体機能材料を堆積するための方法３００を説明するブロック図である。生体機能材料の堆積は、印刷マスクを通して生体機能材料を押し出すことによって制御される。印刷マスクは、基板の開口部に対応する多数の開口部を有する。したがって、生体機能材料は、基板上部への誤った堆積なしでウェル内に堆積される。方法３００は、３０２で内部に形成される複数のウェルを有するバイオメディカルデバイスを基板支持体の上に配置すること、３０４で複数のウェルに対応する複数のマスク開口部を有する印刷マスクをバイオメディカルデバイスの上方に配置し、印刷マスクがバイオメディカルデバイスと密閉を形成すること、及び、３０６で複数のマスク開口部によってガイドされる生体機能材料であって、複数のウェルの底面の上方に層を形成する生体機能材料を印刷マスクを通してウェルの中へ堆積させることを含む。
【００３５】
［００３７］  方法３００は、３０２で内部に形成される複数のウェルを有するバイオメディカルデバイスを基板支持体の上に配置することによって、開始される。基板支持体は、処理チャンバの一部であるか、処理チャンバ内に配置される。基板支持体と処理チャンバは、図１を参照して説明されるように、印刷ネスト１３１とスクリーン印刷デバイス１０２であってもよい。バイオメディカルデバイス１５０は、図１及び図２Ａ〜図２Ｉに描かれているバイオメディカルデバイス１５０に対応する。
【００３６】
［００３８］  基板は内部に配置される複数の層を有する。複数の層は、図２Ａ〜図２Ｉを参照して４つの層として説明されている。バイオメディカルデバイスは更に、図２Ａ〜図２Ｉを参照してより明確に説明される誘電体層を含む。誘電体層は内部に形成される複数のウェルを有する。
【００３７】
［００３９］  次に印刷マスクは、３０４でバイオメディカルデバイスの上方に配置される。図２Ａ〜図２Ｉに示された印刷マスクは、図１を参照して説明される印刷マスク１０６である。印刷マスクは、バイオメディカルデバイス（例えば、誘電体層２０６）の上面に接して、或いはバイオメディカルデバイスの上方に配置されうる。印刷マスクは、生体機能材料の堆積中に空気交換を可能にしなければならない。
【００３８】
［００４０］  印刷マスクがバイオメディカルデバイスの上方に配置されると、３０６で生体機能材料は印刷マスクを通して、複数のウェルに堆積される。生体機能材料は印刷マスクの表面に供給されうる。材料は、材料をジェット噴射すること又は流すことによって、印刷マスクの表面に供給されうる。次に、生体機能材料は、複数のマスク開口部によってウェルの中へガイドされる。生体機能材料は、印刷マスクを通って押し出される。複数のマスク開口部は複数のウェルよりも小さな開口部を有するため、生体機能材料は、誘電体層の表面に堆積されることなく、複数のウェルの対応するウェルの底部に主として堆積される。次に、生体機能材料はシラン化層と反応し、生体機能材料層をシラン化層の表面に確実に接着する。生体機能材料は、裏側の圧力を利用することなどにより、印刷マスクを通って付勢されうる。
【００３９】
［００４１］  生体機能材料が堆積されると、生物材料は内部に堆積されうる。生体機能材料は、ポリヌクレオチドなどの生物材料に対して接触面及びバッファゾーンを提供するように使用される材料である。一実施例では、生体機能材料はヒドロゲルである。更なる実施例では、生体機能材料はポリヌクレオチドなどの生物材料で、合成され、ウェルの下面に組み込まれる。
【００４０】
［００４２］  ポリヌクレオチド（及び他の分子）は、ヒドロゲルを使用することによって、固体支持体の表面上に提示されうる。分子アレイ、例えば、分子、特定のポリヌクレオチドのマイクロアレイは、核酸増幅及びシークエンシングの方法を含む技術において有用である。ヒドロゲルベースの固体支持体の分子アレイを準備する際に、ヒドロゲルが形成され、ここから分子が提示される。ヒドロゲルの形成及びアレイの構築は、順次達成されてもよく、或いは同時に達成されてもよい。
【００４１】
［００４３］  アレイ形成に先立ってヒドロゲルが形成される場合には、ヒドロゲルは典型的には、コモノマーの混合物を重合させることによって作られる。一般的に、コモノマーの混合物には、アクリルアミド及び一又は複数のコモノマーが含まれ、後者により、分子アレイを形成するように、目的の分子のその後の固定化が可能になる。ヒドロゲルの生成に使用されるコモノマーは一般的に、ヒドロゲルの架橋形成に関与する役割を果たす機能性を含み、及び／又は固体支持体にヒドロゲルを固定し、目的のターゲット分子との関連付けを促進する。
【００４２】
［００４４］  本明細書で使用されているように、「ポリヌクレオチド」という用語は一般的に核酸を意味し、ＤＮＡ（例えば、ゲノムＤＮＡ、ｃＤＮＡ）、ＲＮＡ（例えば、ｍＲＮＡ）、合成オリゴヌクレオチド及び合成核酸類似物を含む。ポリヌクレオチドは、天然又は非天然の塩基、或いはこれらの組み合わせ、天然又は非天然のバックボーンリンケージ、例えば、ホスホロチエート、ＰＮＡ又は２`−Ｏ−メチルＲＮＡ、或いはこれらの組み合わせを含みうる。生物材料はヒドロゲルによって固定され、その結果、ポリヌクレオチドは非結合となり、露出され、広く分散され、これにより、ポリヌクレオチドは相補的ＤＮＡ又はＲＮＡと結合することができる。
【００４３】
［００４５］  上述の方法は印刷マスクを使用して、生体機能材料の堆積の精度を高める。堆積をより正確なものにすることによって、生体機能材料の無駄が少なくなり、同時に化学機械研磨又は他の洗浄ステップを省くことができる。これは、実質的に、基板に対して起こりうる機械的な損傷を防止し、ダウンタイムを低減し、バイオメディカルデバイス製造のための処理ステップ数を低減する。
【００４４】
［００４６］  以上の記述は本方法及び装置の実施形態を対象としているが、本方法及び装置の基本的な範囲から逸脱することなく、本方法及び装置の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてよく、その範囲は、下記の特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
0006655602.tif 000002
【図２Ａ】
0006655602.tif 000003
【図２Ｂ】
0006655602.tif 000004
【図２Ｃ】
0006655602.tif 000005
【図２Ｄ】
0006655602.tif 000006
【図２Ｅ】
0006655602.tif 000007
【図２Ｆ】
0006655602.tif 000008
【図２Ｇ】
0006655602.tif 000009
【図２Ｈ】
0006655602.tif 000010
【図２Ｉ】
0006655602.tif 000011
【図３】
0006655602.tif 000012