(57)【要約】本発明は、照射光により照射される材質層の受光面（４）を有する基板（１）に関するものである。当該基板では、前記受光面（４）と照射される材質層との間に鏡を形成する手段（３）を配設し、当該鏡を形成する手段（３）は、照射光の波長において機能する。この種の基板は、マイクロ電子またはマイクロ技術デバイスあるいはバイオチップを製作するために使用することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射光により照射される材質層の受光面（４）を有する基板（１）であって、上記受光面（４）と照射される材質層との間に鏡を形成する手段（３）を配設し、上記手段（３）が照射光の波長において機能することを特徴とする基板。
【請求項２】
また、上記照射光の波長において機能する鏡を形成する手段（３）は、基板上に製作したデバイスを使用するために光線を伝達するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の基板。
【請求項３】
上記基板（１）が蛍光信号を伝達する能力を有し、上記鏡を形成する手段（３）が基板の屈折率より大きい屈折率を有し、上記手段の厚みが増幅される蛍光信号の全てまたは一部を伝達するように選択されることを特徴とする請求項２に記載の基板。
【請求項４】
鏡を形成する上記手段（３）が１または複数の光学層を有することを特徴とする請求項１に記載の基板。
【請求項５】
鏡を形成する上記手段（３）がブラッグ構造型スタックを含め複数の光学層を有することを特徴とする請求項４に記載の基板。
【請求項６】
上記スタックの光学層それぞれが照射光の波長の１／４に等しい光学的厚み（即ち、機械的な厚みによる層と屈折率の積）を有することを特徴とする請求項５に記載の基板。
【請求項７】
上記スタックの光学層それぞれの厚みは、上記鏡を形成する手段が照射光の少なくとも９５％を反射させ、機能する光線のほとんどを伝達し、この機能する光線の約８％が反射されるように計算されていることを特徴とする請求項５に記載の基板。
【請求項８】
上記鏡を形成する手段がＴｉＯ２、ＨｆＯ２、ＴａＯ５、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、アモルファスＳｉ、ＹＦ３、ＭｇＦ２およびＬｉＦの中から選択された１または複数の材料からなることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の基板。
【請求項９】
上記スタックがＨｆＯ２およびＳｉＯ２の互層からなることを特徴とする請求項５に記載の基板。
【請求項１０】
上記スタックは基板の反対側においてＳｉＯ２層で終端することを特徴とする請求項９に記載の基板。
【請求項１１】
シリコン製、ホウケイ酸製、ポリマー製、ホウケイ酸または非ホウケイ酸ガラス製、又は上記鏡を形成する手段を支持するシリカ製のサポートからなることを特徴とする請求項１に記載の基板。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の基板に形成されることを特徴とするマイクロ電子デバイス。
【請求項１３】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の基板に形成されることを特徴とするマイクロ技術デバイス。
【請求項１４】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の基板に形成されることを特徴とするバイオチップ。
【請求項１５】
基板からマイクロ電子またはマイクロ技術デバイスあるいはバイオチップを製作する方法であって、照射される材質層を基板の受光面に形成することと、次いで、上記層への照射後、マイクロ電子またはマイクロ技術デバイス或いはバイオチップを製作するステップを含み、照射される材質層の形成前に、照射される層の照射光の波長において機能する鏡を形成する手段を上記受光面に形成することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
照射される層は、バイオチップの使用、或いは処理の光脱保護または光活性化の手順に伴う感光分子を含む層、または感光性樹脂であることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
上記材質層の照射後、上記鏡を形成する手段の全てまたは一部を除去するステップを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
マイクロ電子またはマイクロ技術デバイスあるいはバイオチップを製作する後続のステップにおいて上記鏡を形成する手段の全てまたは一部を除去することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
上記鏡を形成する手段がサポート上の堆積層により形成され、上記堆積層の自由面が基板の受光面を構成することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照射される材料層の受光面を有する基板に関する。本発明は、特にバイオチップの製作に適用できる。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、光脱保護(photodeprotection)法を用いた微生物プローブのインサイツ合成技術が開示されている。この技術は、１４．５ｍＷ／ｃｍ２で、波長３６５ｎｍの照射線を４．５分間照射した多大な照射線量を要する。そのとき発生するエネルギーは４Ｊ／ｃｍ２である。
【０００３】
非特許文献２には、３０ｍＷ／ｃｍ２で、波長３６５ｎｍ（３４０ｎｍ以下のカットオフフィルタ）の照射線を２分間照射（エネルギーは６Ｊ／ｃｍ２に相当）することが推奨されているようである。実際、脱保護の速度(deprotection rate)は、５から５０ｍＷ／ｃｍ２の範囲の光強度に比例する。
【０００４】
非特許文献３では、鏡を利用したマスクレス技術を開示している。２０ｍＷ／ｃｍ２で３６５ｎｍの照射線を４分間継続して照射する（一方のフィルタは３４０ｎｍ以下をカットオフし、他方のフィルタは赤外線用として使用される）。これは４．８Ｊ／ｃｍ２の強度に相当する。
【０００５】
上記文献で開示された技術は、多大な照射線量を使用する。上記照射線量は非常に大きいので、照射される材料を保持する基板の吸収およびその結果の温度上昇に対して予防措置を講じることが必要である。当該基板は膨張する可能性がある。急速に進む集積技術において、この照射中の膨張現象により集積システムに問題が生じる場合がある。
【０００６】
この問題に対する解決法の１つは、前記膨張現象を最小にするために合成シリカからなる基板を使用することである。しかし、上記基板は標準的なガラス基板と比較して非常に高価であり、約２０倍以上も高価である。
【０００７】
照射中に高いエネルギーが発生するというこの課題はＤＮＡチップが当てはまる。また、デバイスに損傷を与える可能性を有する照射光量により制御されるデバイスの全ての微生物学的機能化にも当てはまる。デバイスを機能的にするこの方法は、従来技術において確立されている。例えば、以下の文献は、この目的に関わるものである。
１．非特許文献４。この文献では、表面に微生物学的パターンを書込むために最も利用されている方法として当該方法を開示している。
２．非特許文献５。要求される照射線量は、ＤＮＡチップについて上述した大きさと同じオーダーの大きさ（１．２Ｊ／ｃｍ２に相当する、１ｍＷ／ｃｍ２で常時約３２０〜３８０ｎｍの照射線を２０分間照射した照射量）である。
３．非特許文献６。同一波長を利用した光脱保護又は光活性化による蛋白質の固化について言及している。
【非特許文献１】
"Light-generated oligonucleotide arrays for rapid DNA sequence analysis" by A. C. Pease et al. (Proceedings of the National Academy of Sciences USA, Vol. 91, pages 5022 - 5026, May 1994)
【非特許文献２】
"The Efficiency of Light-Directed Synthesis of DNA arrays on Glass Substrates" by G. H. McGall et al. (J. Am. Chem. Soc., Vol. 119, No. 22, pages 5081 - 5090, 1997)
【非特許文献３】
"Maskless fabrication of light-directed oligonucleotide microarrays using a digital micromirror array" by S. Singh-Gasson et al. (Nature Biotechnology, Vol. 17, October 1999)
【非特許文献４】
"Using self-assembled monolayers to understand the interactions of man-made surfaces with proteins and cells" by M. Mrksich et al. (Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct., 1996, Vol. 25, pages 55 - 78)
【非特許文献５】
"Light-dependent, covalent immobilization of biomolecules on inert surfaces" by H. Sigrist et al. (Bio/Technology, Vol. 10, September 1992, pages 1026 - 1028)
【非特許文献６】
"Light activated affinity micropatterning of proteins" by Z. P. Yang and A. Chiltoki (Biosensors 2000 conference)
【特許文献１】
仏国特許出願公開第２７００００３号明細書
【特許文献２】
仏国特許出願公開第２７０００１２号明細書
【発明の開示】
【０００８】
本発明の要旨
本発明は、基板の対象表面に、照射ステップにおいて使用される波長で機能する鏡を形成することにより上述の課題を解決する。
【０００９】
したがって、本発明の第１の目的は、鏡を形成する手段が受光面と照射される材質層との間に配置され、前記手段が照射光の波長において機能する鏡を形成することを特徴とする、照射光で照射される材質層の受光面を有する基板である。
【００１０】
また、前記照射光の波長用の鏡を形成する手段は、基板上に具備されたデバイスを利用するために光線を伝達するように構成されてもよい。前記鏡を形成する手段を照射操作後に取外すことができないとき、これにより、最終的に生成される構成要素が使用される（例えば、蛍光測定値の読み取り）波長において、全体的または部分的に（制御された）伝達機能を取得する手段が提供される。基板が蛍光信号を伝達する性質を有している場合、鏡を形成する手段は、基板の屈折率より大きい屈折率を持ち、そのようにして増幅される蛍光信号の全てまたは一部を伝達するような厚みにすることができる。
【００１１】
有利には、鏡を形成する手段は、１又は複数の光学層を有する。前記手段は、ブラッグ（Bragg）構造型スタックを含む複数の光学層を有することができる。この場合、そのスタックの各光学層は、照射光の４分の１波長に相当する光学的な厚み（即ち、機械的な厚みによる層の屈折率の生成）を有してもよい。前記スタックの光学層それぞれの厚みは、鏡を形成する手段が少なくとも９５％の照射光を反射し、機能する光線のほとんどを伝達するように計算することができる。この機能する光線の約８％が反射される。前記スタックはＨｆＯ２とＳｉＯ２の互層からなる。前記スタックは、基板の反対側でＳｉＯ２層により終端することができる。
【００１２】
鏡を形成する手段は、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、ＴａＯ５、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、アモルファスＳｉ、ＹＦ３、ＭｇＦ２およびＬｉＦの中から選択される１または複数の材料から形成することができる。
【００１３】
前記基板は、シリコン製、ホウケイ酸製、ポリマー製、ホウケイ酸又は非ホウケイ酸ガラス製、或いは鏡を形成する手段を支持するシリカ製のサポートから構成することができる。
【００１４】
本発明の第２の目的は、このような基板上に具備されたマイクロ電子デバイスの提供である。
【００１５】
本発明の第３の目的は、このような基板上に具備されたマイクロ技術デバイスの提供である。
【００１６】
本発明の第４の目的は、このような基板上に具備されたバイオチップの提供である。
【００１７】
本発明の第５の目的は、基板からマイクロ電子又はマイクロ技術デバイス或いはバイオチップを製作する方法であって、当該方法は、基板の受光面上に照射される材質層を形成することと、前記層への照射後にマイクロ電子またはマイクロ技術デバイスまたはバイオチップを製作するステップとを含み、照射される材質層を形成する前に、照射層の照射光の波長において機能する、鏡を形成する手段を前記受光面に形成することを含むことを特徴とする。
【００１８】
当該照射層は、バイオチップの使用、或いは処理の光脱保護又は光活性化手順に伴う感光分子を含む層または感光性樹脂とすることができる。
【００１９】
前記材質層への照射後、当該方法は、鏡を形成する手段の全てまたは一部を除去するステップを含むことができる。鏡を形成する手段の全てまたは一部は、マイクロ電子またはマイクロ技術デバイス或いはバイオチップを作製する後続のステップにおいて除去することができる。
【００２０】
鏡を形成する手段は、サポート上の堆積層により形成されてもよく、その堆積層の自由面は基板の受光面を構成している。
【００２１】
マイクロ技術デバイスとは、マイクロ加速装置、圧力マイクロセンサまたは他の物理的なパラメータ、マイクロガイド、光学マイクロデバイス等のマイクロ技術を用いて製作されるデバイスを言う。上記デバイスは、照射層の堆積前後に基板上に作成することができる。例えば、特許文献１には絶縁技術にシリコンを用いた圧力センサの製造が記載されており、特許文献２は集積型加速度計を開示している。
【００２２】
添付図を参照する非限定的実施例として示される以下の説明により、本発明をより詳細に説明し、その他の長所および特有の特徴を明らかにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、本発明による基板を図示している。当該基板１は、受光面４と称される主要面の一面に鏡３を支持するサポート２から構成される。
【００２４】
例えば、サポート２は、シリカ、ホウケイ酸、プラスチックまたはガラスからなるものであってもよい。屈折率は１．４から１．６の間である。
【００２５】
本実施例では、鏡３は、ＨｆＯ２−ＳｉＯ２結合に基づいたブラッグ構造型誘電層のスタックの製造例である。当該層は交互に積層される。ＨｆＯ２は、可視領域に高い屈折率（Ｈで図示される）を有する酸化物であり、シリカＳｉＯ２は低い屈折率（Ｂで図示される）を有する。光学的厚みがミラーセンタリング波長(mirror centering wavelength)とも称される３６５ｎｍの４分の１波長に等しい上記２物質を積層することにより、この波長において当該鏡の反射能力は容易に９５％に達する。
【００２６】
「光学的厚み」なる用語は、対象となる波長の薄膜層の機械的な厚みと屈折率ｎとの積を意味する。上記スタックには複数の生成技術が可能であり、それらは、電子銃による気化、高周波反応性スパッタリング(reactive radio frequency sputtering)、イオンビームスパッタリング、ソル−ゲルによる液相堆積(liquid phase deposition by sol-gel)である。
【００２７】
照射波長３６５ｎｍおよびイオンビームスパッタリング（ＩＢＳ）堆積技術に得られる屈折率は、ＨｆＯ２で２．２５およびＳｉＯ２で１．５１である。この条件下で、薄膜層の機械的な厚みは、ＨｆＯ２の層で４１ｎｍおよびＳｉＯ２の層で６１ｎｍである。基準となるシーケンス（ＨｆＯ２の４１ｎｍおよびＳｉＯ２の６１ｎｍ）の６倍のスタックに対して得られる鏡面反射は９５％である。
【００２８】
図２のグラフは、波長λに対する垂直入射の反射Ｒの様相を示す関数を示している。曲線１０は液体媒体中の反射、曲線１１は空気中の反射である。サポート（ホウケイ酸またはシリカ）が変更された場合でも、液体媒体中で使用する光学特性は実質的に変わらないことに注意されたい。
【００２９】
生物学的適合性（オリゴヌクレオチド試験のグラフティング）があるため、ＳｉＯ２の薄膜層でスタックを終端させると好都合である。しかし、当該スタックは、該スタックの光学特性に殆ど変化させることなく、ＨｆＯ２層で終端させることもできる。
【００３０】
バイオチップのいくつかの応用例では、フルオロフォアの吸収範囲で８％オーダーの残留反射を保証することができる。この残留反射はバイオチップの動作モード、即ち、液体媒体において規定される。使用されるフルオロフォアは、吸収帯域が約６５０ｎｍ周辺に位置するＣＹ５とすることができる。
【００３１】
上記ブラッグ型の鏡の場合、図２のグラフは、６５０ｎｍにおける反射が干渉縞(interference fringe)上で発生しており、よって極値ではないことを示す。これは、技術上のロバスト性の問題を引き起こす可能性があり、干渉の極値(interference extremum)を検討することが望ましい。
【００３２】
極値を６５０ｎｍとするために、数学的に最適化する方法を用いることができる。この方法により、以下のスタックが得られた。
【００３３】
基板／３７Ｈ  ６３Ｂ  ４６Ｈ  ５６Ｂ  ４３Ｈ  ６１Ｂ  ３５Ｈ  ６１Ｂ  ４４Ｈ  ６９Ｂ  ４０Ｈ  ８０Ｂ／空気または水
【００３４】
上記数字は、（上記規定の）ＨまたはＢで表記された層厚をｎｍ単位で表示している。このスタックでは、図３のグラフで図示された光学特性が得られる。曲線２０は液体媒体中の反射を、曲線２１は空気中の反射を示す。
【００３５】
フルオロフォアの吸収波長における残留反射の最適化により、同時に伝達時の蛍光性も高めることができる。このように、蛍光性の向上は、フルオロフォアの吸収波長に対して約８％の反射を保証すると共に照射光の波長において反射を最適化するのと併せて達成できる。
【００３６】
本発明は、基板として使用される材質の吸収性及び膨張性の規格を緩和する手段である。該規格は、ガラスの場合、非常に厳格な場合があり、空気とガラスの境界面での反射が４％、樹脂（照射材質）により吸収されない照射エネルギーの９６％が基板に入る。基板の裏面における反射の問題は除外される。この寄生反射はフォトリソグラフィーの解像度を低下させる可能性がある。このように、基板の表面上に鏡を形成することによりフォトリソグラフィー中の照射線量を低下させることがあり、よってこのステップにおいて必要な機材を保護することができる（ランプの寿命、収束レンズの抵抗）。基板の材質の規格の厳格性を緩和することにより調達コストが軽減され、結果的に新しい材質（例えば、プラスチック）を使用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、本発明による照射される材質の基板の側面図である。
【図２】図２は、本発明による第１基板について、入射光ビームの波長と垂直入射の反射との関係を示したグラフである。
【図３】図３は、本発明による第２基板について、入射光ビームの波長と垂直入射の反射との関係を示したグラフである。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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