(57)【要約】イメージセンサを利用した診断装置及びその製造方法を提供する。本発明によるイメージセンサを利用した診断装置は、複数の光センサを含むイメージセンサが形成された基板と、前記基板の上部に形成された絶縁層と、前記複数の光センサに対応して、前記絶縁層に形成された複数の中空ウェルとを備え、前記複数のウェルには、ターゲット試料との生化学的反応のための基準試料が挿入される。
2010531994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光センサを含むイメージセンサが形成された基板と、
前記基板の上部に形成された絶縁層と、
前記複数の光センサに対応して、前記絶縁層に形成された複数の中空ウェルとを備えることを特徴とするイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項２】
前記複数のウェルには、ターゲット試料との生化学的反応のための基準試料が挿入されることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項３】
各ウェルの下方には、少なくとも１つの光センサが配置されることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項４】
前記絶縁層は、シリコン酸化物またはシリコン窒化物で形成されることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項５】
前記絶縁層は、ＳＯＧ(Spin on Glass)、ＵＳＧ(Undoped Silicate Glass)、ＰＳＧ(Phospho Silicate Glass)、ＢＳＧ(Boro Silicate Glass)、ＢＰＳＧ(Boro-Phospho Silicate Glass)及びＬＴＯガラス(Low Temperature Oxide Glass)からなるグループから選択された物質で形成されることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項６】
前記複数のウェルは、ウェル下部の面積がウェル上部の面積と同じか、またはウェル上部の面積より小さい形状を有することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項７】
前記複数のウェルは、「∪」形状または「┗┛」形状を有することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項８】
前記基板には、前記イメージセンサから出力される信号を処理する画像信号プロセッサがさらに形成されていることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項９】
前記複数の光センサのうち少なくとも１つの上部には、光遮断膜がさらに形成されていることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項１０】
複数の光センサを含むイメージセンサが形成された基板と、
前記基板の上部に形成されたパッシベーション層と、
該パッシベーション層の上部に形成された絶縁層と、
前記複数の光センサに対応して、前記絶縁層に形成された複数の中空ウェルとを備えることを特徴とするイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項１１】
前記複数のウェルには、ターゲット試料との生化学的反応のための基準試料が挿入されることを特徴とする請求項１０に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項１２】
前記パッシベーション層は、シリコン酸化物またはシリコン窒化物で形成されることを特徴とする請求項１０に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項１３】
前記パッシベーション層は、ＳＯＧ、ＵＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧ及びＬＴＯガラスからなるグループから選択された物質で形成されることを特徴とする請求項１０に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項１４】
複数の光センサを含むイメージセンサが形成された基板と、
前記複数の光センサに対応して、前記基板の上部に形成された複数の光学フィルタと、
前記基板及び前記複数の光学フィルタの上部に形成された絶縁層と、
前記複数の光センサに対応して、前記絶縁層に形成された複数の中空ウェルとを備えることを特徴とするイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項１５】
前記複数のウェルには、ターゲット試料との生化学的反応のための基準試料が挿入されることを特徴とする請求項１４に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項１６】
前記複数の光学フィルタのうち少なくとも１つの上部には、光遮断膜がさらに形成されていることを特徴とする請求項１４に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項１７】
前記光学フィルタは、カラーフィルタであることを特徴とする請求項１４に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項１８】
複数の光センサを含むイメージセンサが形成された基板と、
前記基板の上部に形成された光学フィルタ層と、
前記光学フィルタ層の上部に形成された絶縁層と、
前記複数の光センサに対応して、前記絶縁層に形成された複数の中空ウェルとを備えることを特徴とするイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項１９】
前記複数のウェルには、ターゲット試料との生化学的反応のための基準試料が挿入されることを特徴とする請求項１８に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項２０】
複数の光センサを含むイメージセンサが形成された基板と、
前記基板の上部に形成された絶縁層とを備え、
前記複数の光センサに対応して、前記絶縁層の上部にターゲット試料との生化学的反応のための基準試料が配置されていることを特徴とするイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項２１】
前記基板の上部には、前記複数の光センサに対応する複数の光学フィルタがさらに形成されていることを特徴とする請求項２０に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項２２】
前記基板の上部には、パッシベーション層がさらに形成されていることを特徴とする請求項２０に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項２３】
前記複数の光センサのうち少なくとも１つの上部には、光遮断膜がさらに形成されていることを特徴とする請求項２０に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項２４】
複数の光センサを含むイメージセンサが第１基板の上面に形成され、
複数の中空ウェルが第２基板の上面に形成され、
第２基板の下面が第１基板の上面に装着され、
複数のウェルが複数の光センサに対応するように、第２基板の下面が第１基板の上面に装着されていることを特徴とするイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項２５】
前記複数のウェルには、ターゲット試料との生化学的反応のための基準試料が挿入されることを特徴とする請求項２４に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項２６】
前記第２基板は、ガラス材質であることを特徴とする請求項２４に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項２７】
前記第１基板の上部には、シリコン酸化物層がさらに形成されていることを特徴とする請求項２４に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項２８】
前記第１基板の上部には、パッシベーション層がさらに形成されていることを特徴とする請求項２４に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項２９】
前記パッシベーション層は、シリコン酸化物またはシリコン窒化物で形成されることを特徴とする請求項２８に記載の診断装置。
【請求項３０】
前記パッシベーション層は、ＳＯＧ、ＵＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧ及びＬＴＯガラスからなるグループから選択された物質で形成されることを特徴とする請求項２８に記載の診断装置。
【請求項３１】
各ウェルの下方には、少なくとも１つの光センサが配置されることを特徴とする請求項２４に記載のイメージセンサを利用した診断装置製造方法。
【請求項３２】
前記第１基板の上部には、前記複数の光センサに対応する複数の光学フィルタがさらに形成されていることを特徴とする請求項２４に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項３３】
前記第１基板及び複数の光学フィルタの上部には、シリコン酸化物がさらに形成されていることを特徴とする請求項３２に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項３４】
複数の光センサを含むイメージセンサが形成された基板の上部に、絶縁層を形成するステップと、
前記絶縁層に、前記複数の光センサに対応した複数の中空ウェルを形成するステップとを含む診断装置の製造方法。
【請求項３５】
前記複数のウェルには、ターゲット試料との生化学的反応のための基準試料が挿入されることを特徴とする請求項３４に記載の診断装置の製造方法。
【請求項３６】
前記複数のウェルは、乾式エッチング及び湿式エッチングのうち少なくとも１つによって形成されることを特徴とする請求項３４に記載の診断装置の製造方法。
【請求項３７】
前記基板には、前記イメージセンサから出力される信号を処理する画像信号プロセッサがさらに形成されていることを特徴とする請求項３４に記載の診断装置の製造方法。
【請求項３８】
前記基板の上部には、パッシベーション層がさらに形成されていることを特徴とする請求項３４に記載の診断装置の製造方法。
【請求項３９】
前記複数の光センサのうち少なくとも１つの上部には、光遮断膜がさらに形成されていることを特徴とする請求項３４に記載の診断装置の製造方法。
【請求項４０】
複数の光センサを含むイメージセンサが形成された基板の上部に、前記複数の光センサに対応した複数の光学フィルタを形成するステップと、
前記基板及び前記複数の光学フィルタの上部に絶縁層を形成するステップと、
前記絶縁層に、前記複数の光センサに対応した複数の中空ウェルを形成するステップとを含む診断装置の製造方法。
【請求項４１】
前記複数のウェルには、ターゲット試料との生化学的反応のための基準試料が挿入されることを特徴とする請求項４０に記載の診断装置の製造方法。
【請求項４２】
複数の光センサを含むイメージセンサが第１基板の上面に形成され、
複数の中空ウェルが第２基板の上面に形成され、
第２基板の下面が第１基板の上面に装着され、
複数のウェルが複数の光センサに対応するように、第２基板の下面が第１基板の上面に装着される診断装置の製造方法。
【請求項４３】
前記複数のウェルには、ターゲット試料との生化学的反応のための基準試料が挿入されることを特徴とする請求項４２に記載の診断装置の製造方法。
【請求項４４】
前記第２基板は、ガラス基板であることを特徴とする請求項４２に記載の診断装置の製造方法。
【請求項４５】
第１基板の上面は、ガラス接着剤または接着用ポリマーを利用して第２基板の下面と接着することを特徴とする請求項４４に記載の診断装置の製造方法。
【請求項４６】
前記第１基板の上部には、シリコン酸化物がさらに形成されていることを特徴とする請求項４４に記載の診断装置の製造方法。
【請求項４７】
第２基板の下面は、前記第２基板を加熱して前記シリコン酸化物層に接着することを特徴とする請求項４６に記載の診断装置の製造方法。
【請求項４８】
前記第１基板の上部には、パッシベーション層がさらに形成されていることを特徴とする請求項４４に記載の診断装置の製造方法。
【請求項４９】
第２基板の下面は、前記第２基板を加熱して前記パッシベーション層に接着することを特徴とする請求項４８に記載の診断装置の製造方法。
【請求項５０】
前記パッシベーション層は、シリコン酸化物またはシリコン窒化物で形成されることを特徴とする請求項４８に記載の診断装置の製造方法。
【請求項５１】
前記パッシベーション層は、ＳＯＧ、ＵＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧ及びＬＴＯガラスからなるグループから選択された物質で形成されることを特徴とする請求項４８に記載の診断装置の製造方法。
【請求項５２】
各ウェルの下方には、少なくとも１つの光センサが配置されることを特徴とする請求項４２に記載の診断装置の製造方法。
【請求項５３】
前記第１基板の上部には、前記複数の光センサに対応する複数の光学フィルタがさらに形成されていることを特徴とする請求項４２に記載の診断装置の製造方法。
【請求項５４】
前記第１基板及び複数の光学フィルタの上部には、シリコン酸化物層がさらに形成されていることを特徴とする請求項５３に記載の診断装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、診断装置に関するものであり、より詳細には、生化学的反応が生ずる部分と生化学的反応の程度が検出される部分が一体に集積した形態のイメージセンサを利用した診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、バイオチップは、ガラス、シリコン、あるいはナイロンなどの材質で形成された基板上に、ＤＮＡ、タンパク質などの生体分子で構成された基準試料が規則的に配列された形態に形成される。バイオチップは、配列される基準試料の種類によってＤＮＡチップやタンパク質チップなどに分類される。バイオチップは、基板に固定された基準試料とターゲット試料の生化学的反応を基本的に利用している。このような基準試料とターゲット試料の生化学的反応の代表的な例は、ＤＮＡ塩基間の相補結合や抗原−抗体反応などである。
【０００３】
バイオチップによる診断は、光学プロセスを通じて生化学的反応が起きる程度を検出することで行われる。一般的な光学プロセスは蛍光または発光を利用する。
【０００４】
蛍光(fluorescence)を利用した光学プロセスの例は、バイオチップ内に固定された基準試料に投与されたターゲット試料が蛍光物質と結合して、基準試料とターゲット試料との間の特定の生化学的反応が生じた場合、蛍光物質が残留するようにする。以後、外部光源により、残留した蛍光物質が発光して、この発光を測定するものである。
【０００５】
発光(luminescence)を利用した光学プロセスの例は、バイオチップ内に固定された基準試料に投与されたターゲット試料が発光物質とを結合して、基準試料とターゲット試料との間の特定の生化学的な反応が生じた場合、発光物質が残留するようにする。以後、外部光源がなくても残留した発光物質が発光して、この発光を測定するものである。
【０００６】
図１は、従来のバイオチップを示す。
【０００７】
図１を参照して、従来のバイオチップ１００は、ガラスなどの基板１１０に一定な間隔で多くの種類の基準試料１２０を配置することによって構成される。
【０００８】
ターゲット試料を従来のバイオチップ１００の基準試料１２０に投与すると、ターゲット試料と基準試料１２０との間で生化学的反応が起きる。このとき、ターゲット試料内に一定量の蛍光物質または発光物質が化学結合などによって含まれている場合、ターゲット試料と基準試料１２０との間の生化学的反応後、蛍光物質または発光物質が残留するようになる。ターゲット試料と基準試料１２０との間の生化学的反応によって発光物質または蛍光物質が生成される場合にも、同じく蛍光物質または発光物質が残留するようになる。
【０００９】
残留する蛍光物質または発光物質は、光照射または外部光遮断によって光を発生する。このとき、生化学的反応の程度に応じて、蛍光物質または発光物質の量も変化するため、蛍光物質または発光物質から発生する光量も変化する。発生した光量を測定するためには、ＣＣＤカメラ、レーザスキャナ、顕微鏡などの別途の走査装置が必要である。このような、ＣＣＤカメラ、レーザスキャナ、顕微鏡などは高価であり、バイオチップの商用化に多くの障害となる。
【００１０】
図２は、従来のバイオチップを走査するための装置の例としてＣＣＤカメラ２１０を示す。
【００１１】
光２０１の照射によって蛍光物質から発生する光２０２の強度または外部光遮断によって発光物質から発生する光の強度は、一般に微弱である。従って、蛍光物質または発光物質から発生した光を検出するために、ＣＣＤカメラ２１０を用いた場合、半導体を使用するＣＣＤカメラ２１０が熱雑音に弱いため、蛍光物質または発光物質から発生する光の強度が微弱な場合、光を集めるために長い露出時間が必要となる。熱雑音も露出時間に比例して大きくなるので、検出される光に多くのノイズが含まれて、光検出効率が落ちることがある。
【００１２】
従来、ＣＣＤカメラ２１０での光検出効率を高めるために、高価なレンズ２１１を追加するか、あるいはＣＣＤカメラ２１０に追加の処理を行っている。追加の処理の代表的な例は、ＣＣＤイメージカメラ２１０を冷却するものである。ＣＣＤカメラ２１０の冷却は、熱電子の発生を減少させて、熱電子によって発生する熱雑音を低減している。しかし、ＣＣＤカメラ２１０を冷却するための複雑な動作と追加の装置が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、生化学的反応が生ずる部分と生化学的反応の程度が検出される部分が一体に集積した形態のイメージセンサを利用した診断装置を提供することにある。
【００１４】
本発明はまた、一般的な半導体製造プロセスや接合を利用して、前記イメージセンサを利用した診断装置を製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一態様によれば、イメージセンサを利用した診断装置は、複数の光センサを含むイメージセンサが形成された基板と、該基板の上部に形成された絶縁層と、前記複数の光センサに対応して、前記絶縁層に形成された複数の中空ウェル(Well)とを備える。
【００１６】
本発明の他の態様によれば、イメージセンサを利用した診断装置は、複数の光センサを含むイメージセンサが形成された基板と、前記基板の上部に形成されたパッシベーション(Passivation)層と、該パッシベーション層の上部に形成された絶縁層と、前記複数の光センサに対応して、前記絶縁層に形成された複数の中空ウェル(Well)とを備える。
【００１７】
本発明の他の態様によれば、イメージセンサを利用した診断装置は、複数の光センサを含むイメージセンサが形成された基板と、前記複数の光センサに対応して、前記基板の上部に形成された複数の光学フィルタと、前記基板及び前記複数の光学フィルタの上部に形成された絶縁層と、前記複数の光センサに対応して、前記絶縁層に形成された複数の中空ウェルとを備える。
【００１８】
本発明の他の態様によれば、イメージセンサを利用した診断装置は、複数の光センサを含むイメージセンサが形成された基板と、前記基板の上部に形成された絶縁層とを備え、前記複数の光センサに対応して、前記絶縁層の上部にターゲット試料との生化学的反応のための基準試料が配置されている。
【００１９】
本発明の他の態様によれば、イメージセンサを利用した診断装置は、第１基板の上面が第２基板の下面に装着され、複数の光センサを含むイメージセンサが第１基板の上面に形成され、複数の中空ウェルが第２基板の上面に形成され、複数のウェルが複数の光センサに対応するように、第１基板の上面が第２基板の下面に装着されている。
【００２０】
本発明の他の態様によれば、診断装置の製造方法は、複数の光センサを含むイメージセンサが形成された基板の上部に、絶縁層を形成するステップと、前記絶縁層に、前記複数の光センサに対応した複数の中空ウェルを形成するステップとを含む。
【００２１】
本発明の他の態様によれば、診断装置の製造方法は、複数の光センサを含むイメージセンサが形成された基板の上部に、前記複数の光センサに対応した複数の光学フィルタを形成するステップと、前記基板及び前記複数の光学フィルタの上部に絶縁層を形成するステップと、前記絶縁層に、前記複数の光センサに対応した複数の中空ウェルを形成するステップとを含む。
【００２２】
本発明の他の態様によれば、診断装置の製造方法は、第１基板の上面が第２基板の下面に装着され、複数の光センサを含むイメージセンサが第１基板の上面に形成され、複数の中空ウェルが第２基板の上面に形成され、複数のウェルが複数の光センサに対応するように、第１基板の上面が第２基板の下面に装着される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来のバイオチップを示す。
【図２】従来のバイオチップを走査するための装置を示す。
【図３】本発明の一実施形態によるイメージセンサを利用した診断装置を示す。
【図４】基準試料が挿入された、図３の診断装置を示す。
【図５】複数の光センサが単一ウェルに対応している診断装置を示す。
【図６】多様な形状を有するウェルを示す。
【図７】暗基準(Dark Reference)のための光遮断膜を示す。
【図８】基板の上部に形成されたパッシベーション(passivation)層を示す。
【図９】光センサ上部の光学フィルタを示す。
【図１０】本発明の他の実施形態によるイメージセンサを利用した診断装置を示す。
【図１１】イメージセンサ上部に形成された光学フィルタ層を示す。
【図１２】本発明のさらに他の実施形態によるイメージセンサを利用した診断装置を示す。
【図１３】本発明のさらに他の実施形態によるイメージセンサを利用した診断装置を示す。
【図１４】図１３に示した第１基板の上部に形成されたシリコン酸化物層を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の具体的な実施例について図面を参照して詳しく説明する。
【００２５】
図３は、本発明の一実施形態によるイメージセンサを利用した診断装置を示す。
【００２６】
図３に示し診断装置３００は、イメージセンサが形成された基板３１０と、絶縁層３２０と、複数のウェル(Well)３３０とを備える。
【００２７】
基板３１０には、複数の光センサ３１１を含むイメージセンサが形成される。基板は、半導体製造プロセスで典型的に利用されるシリコン（Ｓｉ）ベースの基板でもよい。イメージセンサは、広く流通している、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)型のイメージセンサやＣＭＯＳ(Complementary ＭＯＳ)型のイメージセンサなどでもよい。ＣＭＯＳ型イメージセンサやＣＣＤ型イメージセンサの構成及び動作は周知であるため、イメージセンサ自体の詳細な説明は省略している。
【００２８】
複数の光センサ３１１の代表的な例は、フォトダイオードやフォトトランジスタ等である。複数の光センサ３１１は、基板３１０の表面への不純物ドーピングなどによって形成され、光を検知し、検知した光に対応する電荷を生成する。複数の光センサ３１１は、生成された電荷に基づく信号を生成するための周辺回路（図示せず）と接続される。ＣＭＯＳイメージセンサの場合、周辺回路は、伝達トランジスタ、リセットトランジスタなど、３〜４個のトランジスタを含む多様な回路で実現できる。
【００２９】
絶縁層３２０は、複数の光センサ３１１を含むイメージセンサが形成された基板３１０の上部に形成される。後述するように、本発明は、複数のウェル３３０における生化学的反応後に残留する蛍光物質または発光物質で生ずる蛍光現象または発光現象を利用している。従って、絶縁層３２０は透明であるものが望ましい。絶縁層３２０は、ＳＯＧ(Spin on Glass)、ＵＳＧ(Undoped Silicate Glass)、ＰＳＧ(Phospho Silicate Glass)、ＢＳＧ(Boro Silicate Glass)、ＢＰＳＧ(Boro-Phospho Silicate Glass)、ＬＴＯガラス(Low Temperature Oxide Glass)などのガラス材質で形成してもよい。
【００３０】
複数のウェル３３０は、複数の光センサ３１１に対応して絶縁層３２０に形成され、中空の形態で形成される。絶縁層３２０及び複数のウェル３３０は、半導体製造プロセスの堆積プロセス及びエッチングプロセスによって容易に形成できる。複数のウェル３３０の内部には、ターゲット試料との生化学的反応のための多様な種類の基準試料が挿入される。
【００３１】
各ウェル３３０において基準試料と生化学的反応を行うターゲット試料は、外部光が遮断されたときに自ら光を発生する発光物質を含んでもよい。また、各ウェル３３０においてターゲット試料と基準試料との間の生化学的反応によって発光物質が生成されるようにしてもよい。発光物質の代表的な例として、ルシフェリン(Luciferin)を挙げることができる。ルシフェリンが、ＡＴＰ(Adenosine Tri-Phosphate)によって活性化されると、活性ルシフェリンになって、この活性ルシフェリンがルシフェラーゼの作用によって酸化されて酸化ルシフェリンになり、化学エネルギーが光エネルギーに変換されて光を発生する。
【００３２】
また、各ウェル３３０において基準試料と生化学的反応を行うターゲット試料は、光を照射したとき光を発生するＧＦＰ(Green Fluorescence Protein)のような蛍光物質を含んでもよい。また、各ウェル３３０においてターゲット試料と基準試料との間の生化学的反応によって蛍光物質が生成されるようにしてもよい。
【００３３】
図３に示した診断装置３００は、生化学的反応が起きる複数のウェル３３０および複数の光センサ３１１を単一の装置内に配置している。そのため、複数のウェル３３０と光センサ３１１との間の間隔を最小限に減らすことができる。よって、各ウェル３３０において生化学的反応後に残留する発光物質や蛍光物質からの発光プロセスや蛍光プロセスでの光の損失を低減できる。
【００３４】
図３を参照すると、基板３１０には、複数の光センサ３１１を含むイメージセンサから出力される信号を処理する画像信号プロセッサ（ＩＳＰ: Image Signal Processor）３１２を形成してもよい。ＩＳＰ３１２が診断装置３００内に含まれている場合、診断装置３００におけるターゲット試料と多種類の基準試料との生化学的反応の結果に基づいて、光検知結果及び光検知の処理結果を得ることが可能である。
【００３５】
図４は、図３に示した診断装置３００において複数のウェル３３０に基準試料４０１が挿入された様子を示す。
【００３６】
このとき、基準試料４０１は、ターゲット試料との生化学的反応のための多種類の試料である。基準試料４０１は、診断装置３００の複数のウェル３３０においてどのような生化学的な反応を目標とするかによって変更される。もし生化学的反応が抗原−抗体反応であれば、基準試料４０１は抗原である。生化学的反応がＤＮＡ塩基間の補結合であれば、基準試料４０１は相補結合が可能なように操作された遺伝子である。基準試料４０１と生化学的反応を行うターゲット試料は、基準試料４０１に応じて決定される。例えば、基準試料４０１が抗原である場合、ターゲット試料４０１は血液などでもよい。基準試料４０１が、操作された遺伝子である場合、ターゲット試料は使用者の遺伝子などでもよい。
【００３７】
ＤＮＡ塩基間の相補結合や抗原−抗体反応など、基準試料４０１とターゲット試料の生化学的反応の程度がウェル３３０に応じて異なる場合、ターゲット試料と結合した、ルシフェリンなどの発光物質の残留量もウェル３３０ごとに異なる。このとき、残留する発光物質の発光を可能にするために外部光を遮断した場合、発光物質の残留量に応じてウェル３３０ごとに異なる強度の光が発光物質から発生するようになる。従って、各ウェル３３０に対応する光センサ３１１で検知される光の強度も相互に異なるようになる。
【００３８】
図５は、複数の光センサ３１１が単一ウェル３３０に対応している診断装置５００を示す。即ち、単一ウェル３３０の下方には、１つの光センサ３１１を配置してもよいが、光検知の信頼性を高めるために、単一のウェル３３０の下方に複数の光センサ３１１を配置してもよい。
【００３９】
図６は、多様な形状を有するウェル３３０を示す。
【００４０】
図６を参照すると、複数のウェル３３０は、図６（ａ）（ｃ）の場合、ウェル下部の面積とウェル上部の面積とほとんど同じであり、一方、図６（ｂ）（ｄ）の場合、ウェル下部の面積がウェル上部の面積より小さい。さらに、複数のウェルは、図６（ａ）（ｂ）に示す「┗┛」形状のように四角いエッジ形状、または図６（ｃ）（ｄ）に示す「∪」形状のように丸いエッジ形状を有するものでもよい。
【００４１】
ウェル３３０の多様な形状は、半導体製造プロセスでの湿式エッチング、乾式エッチングなどのウェル形成方法に応じて異なる。図６（ａ）に示したウェルの形状は、乾式エッチングによって形成できる。図６（ｂ）に示したウェルの形状は、湿式エッチングによって形成できる。また、図６（ｃ）に示したウェルの形状は、乾式エッチング及びリフロー(Reflow)によって形成できる。図６（ｄ）に示したウェルの形状は、乾式エッチング、湿式エッチング及びリフローによって形成できる。
【００４２】
図６（ａ）や図６（ｂ）に示した四角いエッジ形状のウェルには、ウェル内部に基準試料４０１を挿入した場合、ボイド(void)が生ずることがあるので、図６（ｃ）や図６（ｄ）に示した丸いエッジ形状のウェル形状がより望ましい。
【００４３】
図７は、暗基準(Dark Reference)のための光遮断膜７１０を示す。
【００４４】
図７に示した診断装置７００を参照すると、複数の光センサ３１１のうち少なくとも１つの上部には、光遮断膜７１０を形成してもよい。光遮断膜７１０が形成されている場合、光遮断膜７１０の下方にある光センサ３１１には光が入射しないため、この光センサを暗基準として利用できる。光遮断膜７１０は、アルミニウム窒化膜、タングステン窒化膜、チタン窒化膜などの金属窒化膜や、黒色フォトレジストとすることができる。
【００４５】
図８は、基板３１０の上部に形成されたパッシベーション(passivation)層８１０を示す。
【００４６】
パッシベーション層は、一般に、半導体素子を外部衝撃などから保護するために形成されるものであり、半導体製造工程でフォトダイオードなどの半導体素子を形成した後、次の工程に進行する前に形成される。
【００４７】
図８に示した診断装置８００を参照すると、パッシベーション層８１０は、複数の光センサ３１１を含むイメージセンサが形成された基板３１０と、複数のウェル３３０が形成された絶縁層３２０との間に形成されている。ここで、パッシベーション層８１０は、複数の光センサ３１１に入射する光を邪魔しないように透明な物質で形成してもよい。従って、絶縁層３２０と同じ物質でパッシベーション層８１０を形成してもよい。即ち、パッシベーション層８１０は、ＳｉＯ２などのシリコン酸化物、Ｓｉ３Ｎ４などのシリコン窒化物、ＳＯＧ、ＵＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧ、ＬＴＯガラスなどのガラス材質で形成してもよい。
【００４８】
絶縁層３２０の物質は、パッシベーション層８１０の物質と同一であってもよい。これは、絶縁層３２０およびパッシベーション層８１０を単一の層として形成できることを意味する。
【００４９】
図９は、光センサ３１１の上部に形成された光学フィルタ９１０を示す。
【００５０】
光学フィルタは、一般に、光センサ３１１に所定波長帯の光のみを入射させるために必要である。光学フィルタ９１０を光センサ３１１の上部に形成した場合、所定波長帯以外の光が光センサ３１１に入射するのを防止し、複数の光センサ３１１での光検知効率を高めることができる。光学フィルタ９１０は、フォトレジストのスピンコーティングや、鉄Ｆｅ、銅Ｃｕ、コバルトＣｏ、マンガンＭｎ、アンチモンＳｂなどの金属元素の注入によって形成してもよい。また、光学フィルタ９１０は、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＣａＦ、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２など、各波長に対して屈折率が互いに異なる物質を使用して、成膜物質および成膜厚さを変化させながら薄膜を形成することによって形成してもよい。
【００５１】
例えば、基準試料４０１とターゲット試料との間の生化学的反応の結果として蛍光物質が生成された場合、生成された蛍光物質が光を発生するためには光照射が必要である。蛍光物資を光照射するために、一般に青色光や紫外線が利用される。従って、光照射で使われる青色光や紫外線が光センサ３１１に入射するのを防止することが望ましい。こうして所定波長帯の光のみを通過させる光学フィルタ９１０を使用した場合、光照射に使用した光は遮断し、蛍光物質から発生した光だけが光センサ３１１に入射する。
【００５２】
図９に示した診断装置９００を参照すると、光学フィルタ９１０は、複数の光センサ３１１に対応するように基板３１０の上部に形成される。絶縁層３２０は、基板３１０及び複数の光学フィルタ９１１の上部に形成される。
【００５３】
複数の光学フィルタ９１０のうち少なくとも１つの上部または下部には、図７に示した光遮断膜７１０を形成してもよい。図１０は、光遮断膜７１０が１つの光学フィルタ９１０の上部に形成されている診断装置１０００を示す。
【００５４】
光学フィルタ９１０は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）に対応した所定波長帯の光のみを通過させるカラーフィルタでもよい。これは、各ウェル３３０ごとに互いに異なる色の光が発生す場合に有用である。１つのウェル３３０で互いに異なる色の光が発生する場合、図５に示すように、カラーフィルタ９１０が形成された複数の光センサ３１１が１つのウェル３３０に対応している。
【００５５】
複数の光学フィルタ９１０が異なる波長帯の光を通過させるものでない場合、複数の光学フィルタ９１０の代りに、図１１に示した診断装置１１００のように、単一層である光学フィルタ層１１１０を形成する。
【００５６】
図１２は、本発明のさらに他の実施形態によるイメージセンサを利用した診断装置を示す。
【００５７】
図３〜図１１では絶縁層３２０の上に複数のウェル３３０を形成したが、図１２に示した診断装置１２００では、ウェルを別々に形成していない。絶縁層３２０の上部に、ターゲット試料との生化学的反応のための基準試料４０１が配置される。基準試料４０１は、複数の光センサ３１１に対応するように配置される。この場合、基準試料４０１とターゲット試料との間で生化学的反応が生じた場合、少しの干渉が生じ得るが、ウェル３３０内部に基準試料を挿入する場合と比べて、容易に基準試料４０１を配置することができる長所がある。
【００５８】
勿論、図１２に示した診断装置１２００は、必要に応じて、光遮断膜７１０、パッシベーション層８１０、複数の光学フィルタ９１０などをさらに含んでもよい。
【００５９】
図１３は、本発明のさらに他の実施形態によるイメージセンサを利用した診断装置を示す。
【００６０】
図１３を参照すると、診断装置１３００は、第１基板１３１０の上面ａ１に第２基板１３２０の下面ｂ２を装着することによって構成される。複数の光センサ１３１１を含むイメージセンサが第１基板１３１０の上面ａ１に形成される。複数の中空ウェル１３３０が第２基板１３２０の上面ａ２に形成される。このとき、複数のウェル１３３０は、複数の光センサ１３１１に対応している。
【００６１】
このとき、第１基板１３１０はシリコン基板でもよく、第２基板１３２０はガラス基板でもよい。
【００６２】
第１基板１３１０と第２基板１３２０の接着は、ガラス接着剤を利用してもよく、あるいは第２基板１３２０を加熱して第１基板１３１０に接着してもよい。また、第１基板１３１０と第２基板１３２０の接着は、エポキシのような接着用ポリマーを利用してもよい。接着用ポリマーは、透明なものが望ましい。接着用ポリマーが特定の色を有する場合には、第１基板１３１０に形成された光センサ１３１１の上部に、特定の色と同じ色のカラーフィルタを形成してもよい。
【００６３】
図１４は、図１３に示した第１基板の上部に形成されたシリコン酸化物層を示す。
【００６４】
第２基板１３２０がガラスで形成され、第１基板１３１０の上部に、ＳｉＯ２などのシリコン酸化物からなるシリコン酸化物層１４１０が形成されている場合、ＳｉＯ２−ＳｉＯ２接着を形成できる。これは同一材質間の接着であるため、異なる物質間の接着の場合と比べて、接着効率をより相対的に高めることができる。シリコン酸化物層１４１０を別途形成しないで、シリコン酸化物またはガラス材質からなるパッシベーション層８１０を利用することができる。また、シリコン酸化物、シリコン窒化物、ガラス材質などで形成されたパッシベーション層８１０の上部に、シリコン酸化物層１４１０を形成することも可能である。
【００６５】
第１基板１３１０の上部に、複数の光センサ１３１１に対応した複数の光学フィルタ９１０をさらに形成した場合、シリコン酸化物層１４１０は、第１基板１３１０及び複数の光学フィルタ９１０の上部に形成される。
【００６６】
以上、本発明の技術思想を添付図面と共に説明したが、これは本発明の望ましい実施例を例示的に説明したものであって、本発明を限定するものではない。また、当業者なら誰も本発明の技術的思想の範疇を離脱しない範囲内で多様な変形及び模倣が可能であることは明白な事実である。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
前述したように、本発明によるイメージセンサを利用した診断装置は、生化学的反応が生ずる複数のウェルと、生化学的反応の程度が検出される光センサとの間の間隔を最小限に低減できるため、発光や蛍光などの過程で光の損失を減らすことができる。
また、本発明によるイメージセンサを利用した診断装置は、一般のバイオチップなどで必要とする別途のＣＣＤカメラなどの付加装置が不要になるという長所がある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６（ａ）】
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【図６（ｂ）】
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【図６（ｃ）】
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【図６（ｄ）】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年2月4日(2010.2.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光センサを含むイメージセンサが形成された基板と、
前記基板の上部に形成された絶縁層と、
前記複数の光センサに対応して、前記絶縁層に形成された複数の中空ウェルとを備えることを特徴とするイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項２】
前記複数のウェルには、ターゲット試料との生化学的反応のための基準試料が挿入されることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項３】
各ウェルの下方には、少なくとも１つの光センサが配置されることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項４】
前記絶縁層は、シリコン酸化物またはシリコン窒化物で形成されることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項５】
前記絶縁層は、ＳＯＧ(Spin on Glass)、ＵＳＧ(Undoped Silicate Glass)、ＰＳＧ(Phospho Silicate Glass)、ＢＳＧ(Boro Silicate Glass)、ＢＰＳＧ(Boro-Phospho Silicate Glass)及びＬＴＯガラス(Low Temperature Oxide Glass)からなるグループから選択された物質で形成されることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項６】
前記複数のウェルは、ウェル下部の面積がウェル上部の面積と同じか、またはウェル上部の面積より小さい形状を有することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項７】
前記複数のウェルは、「∪」形状または「┗┛」形状を有することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項８】
前記基板には、前記イメージセンサから出力される信号を処理する画像信号プロセッサがさらに形成されていることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項９】
前記複数の光センサのうち少なくとも１つの上部には、光遮断膜がさらに形成されていることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項１０】
複数の光センサを含むイメージセンサが形成された基板と、
前記基板の上部に形成されたパッシベーション層と、
該パッシベーション層の上部に形成された絶縁層と、
前記複数の光センサに対応して、前記絶縁層に形成された複数の中空ウェルとを備えることを特徴とするイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項１１】
前記複数のウェルには、ターゲット試料との生化学的反応のための基準試料が挿入されることを特徴とする請求項１０に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項１２】
前記パッシベーション層は、シリコン酸化物またはシリコン窒化物で形成されることを特徴とする請求項１０に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項１３】
前記パッシベーション層は、ＳＯＧ、ＵＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧ及びＬＴＯガラスからなるグループから選択された物質で形成されることを特徴とする請求項１０に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項１４】
複数の光センサを含むイメージセンサが形成された基板と、
前記複数の光センサに対応して、前記基板の上部に形成された複数の光学フィルタと、
前記基板及び前記複数の光学フィルタの上部に形成された絶縁層と、
前記複数の光センサに対応して、前記絶縁層に形成された複数の中空ウェルとを備えることを特徴とするイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項１５】
前記複数のウェルには、ターゲット試料との生化学的反応のための基準試料が挿入されることを特徴とする請求項１４に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項１６】
前記複数の光学フィルタのうち少なくとも１つの上部には、光遮断膜がさらに形成されていることを特徴とする請求項１４に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項１７】
前記光学フィルタは、カラーフィルタであることを特徴とする請求項１４に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項１８】
複数の光センサを含むイメージセンサが形成された基板と、
前記基板の上部に形成された光学フィルタ層と、
前記光学フィルタ層の上部に形成された絶縁層と、
前記複数の光センサに対応して、前記絶縁層に形成された複数の中空ウェルとを備えることを特徴とするイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項１９】
前記複数のウェルには、ターゲット試料との生化学的反応のための基準試料が挿入されることを特徴とする請求項１８に記載のイメージセンサを利用した診断装置。
【請求項２０】
複数の光センサを含むイメージセンサが形成された基板の上部に、絶縁層を形成するステップと、
前記絶縁層に、前記複数の光センサに対応した複数の中空ウェルを形成するステップとを含む診断装置の製造方法。
【請求項２１】
前記複数のウェルには、ターゲット試料との生化学的反応のための基準試料が挿入されることを特徴とする請求項２０に記載の診断装置の製造方法。
【請求項２２】
前記複数のウェルは、乾式エッチング及び湿式エッチングのうち少なくとも１つによって形成されることを特徴とする請求項２０に記載の診断装置の製造方法。
【請求項２３】
前記基板には、前記イメージセンサから出力される信号を処理する画像信号プロセッサがさらに形成されていることを特徴とする請求項２０に記載の診断装置の製造方法。
【請求項２４】
前記基板の上部には、パッシベーション層がさらに形成されていることを特徴とする請求項２０に記載の診断装置の製造方法。
【請求項２５】
前記複数の光センサのうち少なくとも１つの上部には、光遮断膜がさらに形成されていることを特徴とする請求項２０に記載の診断装置の製造方法。
【請求項２６】
複数の光センサを含むイメージセンサが形成された基板の上部に、前記複数の光センサに対応した複数の光学フィルタを形成するステップと、
前記基板及び前記複数の光学フィルタの上部に絶縁層を形成するステップと、
前記絶縁層に、前記複数の光センサに対応した複数の中空ウェルを形成するステップとを含む診断装置の製造方法。
【請求項２７】
前記複数のウェルには、ターゲット試料との生化学的反応のための基準試料が挿入されることを特徴とする請求項２６に記載の診断装置の製造方法。
【国際調査報告】
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2010531994.tif 000021
2010531994.tif 000022