바이오칩{Biochip}
본 발명은 바이오칩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프로브를 이용하여 바이오 시료의 성분을 분석하는 바이오칩에 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 다양한 데이터를 판독할 수 있도록 한다.
분석하고자 하는 데이터의 양이 방대해짐에 따라 바이오 칩의 고집적화가 요구된다. 그러나, 칩의 고집적화를 위해서는 바이오 칩의 설계 규칙(design rule)이 감소할 수 밖에 없다. 설계 규칙이 감소한다는 것은 하나의 프로브 셀이 차지하는 면적이 감소되는 것을 의미하며, 이는 프로브 셀에 커플링되는 프로브의 수의 감소를 나타낸다. 이와 같이 감소된 프로브의 수로는 분석에 요구되는 절대적인 검출 강도를 확보하기가 어려워진다. 이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 프로브 셀 영역당 커플링되는 프로브의 수를 증대시킬 수 있는 바이오칩을 제공하는 것이다. 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 검출 강도가 증대된 바이오칩을 제공하는 것이다. 본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 바이오칩은 다수의 표면 돌출부를 포함하는 기판 및 표면 돌출부 별로 커플링된 다수의 프로브를 포함한다. 상기 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 바이오칩은 다수의 리세스 영역을 포함하는 기판 및 리세스 영역 별로 커플링된 다수의 프로브를 포함하되, 리세스 영역의 표면은 다수의 요철을 포함한다. 상기 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 바이오칩은 다수의 리세스 영역을 포함하는 기판, 리세스 영역에 컨포말하게 형성된 다수의 고정화층, 및 고정화층 상에 커플링된 다수의 프로브를 포함하되, 프로브가 커플링되는 프로브 셀 영역과 상기 프로브가 커플링되지 않는 비프로브 셀 영역으로 구분되고, 리세스 영역은 상기 다수의 프로브 셀 영역에만 형성되고, 비프로브 셀 영역의 표면은 노출된 상기 기판 표면이다. 본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참고하면 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. 또, 이하 명세서 전체에 걸쳐 동일 참고 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 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 참고 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 본 발명의 실시예들에 따른 바이오 칩은 바이오 시료에 포함되어 있는 바이오 분자(bimolecular)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 하는 데에 이용된다. 바이오 칩은 분석하고자 하는 바이오 시료의 대상에 따라 그에 맞는 프로브(probe)들을 채용한 다. 바이오 칩에 채용될 수 있는 프로브의 예는 DNA 프로브, 효소나 항체/항원, 박테리오로돕신(bacteriorhodopsin) 등과 같은 단백질 프로브, 미생물 프로브, 신경세포 프로브 등을 포함한다. 바이오칩은 예컨대, 각각 채용되는 프로브의 종류에 따라 DNA칩, 단백질칩, 세포칩, 뉴런칩 등일 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 바이오 칩은 프로브로서 올리고머 프로브를 포함할 수 있다. 올리고머 프로브는 채용되는 프로브의 모노머 수가 올리고머 수준임을 암시한다. 여기서, 올리고머는 공유 결합된 두개 이상의 모노머로 이루어진 폴리머 중 분자량이 대략 1000 이하일 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 다 른 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 따른 바이오칩에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 바이오칩의 레이아웃이다. 도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예들에 따른 바이오칩은 프로브가 커플링되는 프로브 셀 영역(CR)과 프로브가 커플링되지 않는 비프로브 셀 영역(NCR)을 포함한다. 프로브 셀 영역(CR)의 표면은 프로브와 커플링할 수 있는 작용기를 포함하며, 비프로브 셀 영역(NCR)의 표면은 프로브와 커플링할 수 있는 작용기를 포함하지 않거나 작용기가 비활성 캡핑되어 있을 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서 비프로브 셀 영역(NCR)의 표면은 노출된 기판 표면일 수 있다. 하나의 프로브 셀 영역(CR)에는 동일한 서열의 프로브들이 커플링되어 고정되고, 서로 다른 프로브 셀 영역(CR)들에 있어 고정되어 있는 프로브들의 서열이 상이할 수 있다. 서로 다른 프로브 셀 영역(CR)은 비프로브 셀 영역(NCR)에 의해 분리되어 있다. 따라서, 각 프로브 셀 영역(CR)은 비프로브 셀 영역(NCR)에 의해 둘러싸여 독립적으로 분리되고, 비프로브 셀 영역(NCR)은 하나로 연결되어 있을 수 있다. 복수의 프로브 셀 영역(CR)은 매트릭스 형상으로 배열될 수 있다. 도면에서 는 프로브 셀 영역(CR)이 원형 형태로 예시되어 있으나, 직사각형, 정사각형, 반원형 등 다양한 형태로 대체될 수 있음은 물론이다. 도 2 내지 도 8은 도 1의 레이아웃을 사용하여 제조된 바이오칩의 실시예들을 나타내는 단면도들이다. 여기서 도 2 내지 도 8은 도 1의 A-A'를 따라 절단된 단면도들이다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이오칩의 단면도이다. 도 2를 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이오칩은 다수의 표면 돌출부(50)를 포함하는 기판(11) 및 표면 돌출부(50) 별로 커플링된 다수의 프로브(200)를 포함한다. 또한 바이오칩은 표면 돌출부(50) 상에 형성되고, 프로브(200)와 기판(11)의 커플링을 매개하는 고정화층(100) 및/또는 링커(미도시)를 더 포함한다. 기판(11)은 다수의 표면 돌출부(50)를 포함하며, 혼성화 과정 동안 원하지 않는 비특이적 결합을 최소화 나아가 실질적으로 0으로 할 수 있는 물질로 이루어질 수 있다. 나아가, 기판(11)은 가시광 및/또는 UV 등에 투명한 물질로 이루어질 수 있다. 기판(11)은 가요성 또는 강성 기판일 수 있다. 가요성 기판은 나일론, 니트로셀룰로오스 등의 멤브레인 또는 플라스틱 필름 등일 수 있다. 강성 기판은 실리콘 기판, 소다 석회 유리와 같은 투명 유리 기판 등일 수 있다. 실리콘 기판 또는 투명 유리 기판의 경우에는 혼성화 과정 동안 비특이적 결합이 거의 일어나지 않는 장점이 있다. 또, 투명 유리 기판의 경우에는 가시광 및/또는 UV 등에 투명해서 형광 물질의 검출에 유리하다. 실리콘 기판 또는 투명 유리 기판은 반도체 소자 제조 공정 또는 LCD 패널의 제조 공정에서 이미 안정적으로 확립되어 적용되는 다양한 박막의 제조 공정 및 사진 식각 공정 등을 그대로 적용할 수 있다는 장점이 있다. 표면 돌출부(50)는 기판(11) 상에 돌출되어 형성된 것으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이오칩에서 표면 돌출부(50)와 기판(11)은 일체형이다. 표면 돌출부(50)는 바이오칩의 프로브 셀 영역(CR)에만 형성되며, 고정화층(100) 및/또는 링커가 개재되어 프로브(200)가 커플링될 수 있다. 프로브(200)가 커플링되는 표면 돌출부(50)가 기판(11) 상에 돌출되어 있으므로, 동일 설계 규칙이 적용되는 바이오칩에 비해 프로브(200)들이 커플링될 수 있는 면적을 증대시킬 수 있다. 따라서 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이오칩은 동일 설계 규칙이 적용되는 바이오칩에 비해 각 프로브 셀 영역(CR)에 커플링되는 프로브(200)의 숫자가 증대되어 바이오 시료의 검출 강도가 증대될 수 있다. 도면에서는 표면 돌출부(50)가 반구형 형태로 예시되어 있으나, 뿔형, 사면체 기둥 형태 등 다양한 형태로 형성될 수 있음은 물론이다. 고정화층(100)은 표면 돌출부(50) 상에 컨포말하게 형성되고 프로브와 커플링된다. 고정화층(100)의 표면은 프로브(200)와 직접 또는 간접적으로 커플링이 가능한 작용기를 포함한다. 여기서 직접적으로 커플링이 가능하다는 것은 중간에 다른 매개물이 없이 프로브(200)와 커플링하는 경우를 지칭하며, 간접적으로 커플링이 가능하다는 것은 링커를 매개로 하여 커플링되는 경우를 지칭한다. 여기서 작용기란 유기 합성 공정의 시발점(starting point)으로 사용될 수 있는 기를 포함하는 의미로 정의된다. 즉 미리 합성된(synthetic) 올리고머 프로브와 같은 프로브 또는 인-시츄(in-situ) 합성을 위한 모노머, 예컨대 뉴클레오사이드, 뉴클레오타이드, 아미노산, 펩티드 등의 모노머가 커플링될 수 있는 기, 예컨대 공유 또는 비공유 결합할 수 있는 기를 지칭하며 커플링될 수 있는 한 특정한 제한이 없다. 작용기로는 하이드록실기, 알데히드기, 카르복실기, 아미노기, 아미드기, 티올기, 할로기 또는 술포네이트기 등을 예로 들 수 있다. 또한 링커는 고정화층(100) 자체가 가지고 있는 작용기(예., SiOH)보다 프로브(200)와의 커플링 반응성이 큰 작용기를 가지고 있으며, 바이오 시료와의 자유로운 상호작용이 가능하도록 하기에 충분한 길이를 제공할 수 있는 물질로 형성될 수 있다. 고정화층(100)은 혼성화 분석 조건, 예컨대 pH 6-9의 인산(phosphate) 또는 TRIS 버퍼와 접촉시 가수분해되지 않고 실질적으로 안정한 물질로 형성될 수 있다. 또한, 고정화층(100)은 반도체 제조 공정 또는 LCD 제조 공정에서 안정적으로 기판(11) 및/또는 표면 돌출부(50) 상에 성막이 가능하고 패터닝이 용이한 물질로 형성될 수 있다. 고정화층(100)은 예컨대, PE-TEOS(Plasma Enhanced TetraEthylOrthoSilicate)막, HDP(High Density Plasma) 산화막 또는 P-SiH4 산화막, 열산화막 등의 실리콘 산화막, 하프늄 실리케이트, 지르코늄 실리케이트 등의 실리케이트, 실리콘 질화막, 실리콘 산질화막, 하프늄산질화막, 지르코늄산질화막 등의 금속 산질화막, 티타늄 산화막, 탄탈륨 산화막, 알루미늄 산화막, 하프늄 산 화막, 지르코늄 산화막, ITO 등의 금속 산화막, 폴리이미드, 폴리아민, 금, 은, 구리, 팔라듐 등의 금속, 또는 폴리스티렌, 폴리아크릴산, 폴리비닐 등의 폴리머로 형성될 수 있다. 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 바이오칩의 단면도이다. 도 3을 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 바이오칩이 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이오칩과 다른 점은, 비프로브 셀 영역(NCR)의 표면 상에 고정화층(102)의 비활성 영역(120b)이 형성된다는 점이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 바이오칩에 있어, 고정화층(102)은 활성 영역(102a)과 비활성 영역(120b)을 포함한다. 활성 영역(102a)은 표면에 프로브(200)가 직접 또는 간접적으로 커플링되는 영역이며, 비활성 영역(120b)은 표면에 프로브(200)가 직접 또는 간접적으로 커플링되지 않는 영역일 수 있다. 비활성 영역(120b)은 예컨대, 고정화층(102)의 작용기를 포함할 수 있으므로, 작용기가 캡핑기에 의해 비활성 캡핑될 수 있다. 캡핑기는 예컨대, SiOH, COH기와 같은 작용기를 아세틸화시켜, 작용기들이 화학 반응에 참여하지 못하도록 비활성화시킬 수 있는 물질일 수 있다. 도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 바이오칩의 단면도이다. 도 4를 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 바이오칩이 본 발명의 제2 실시예에 따른 바이오칩과 다른 점은, 기판(13) 상에 돌출되어 형성된 표면 돌출부(53)의 표면이 다수의 요철을 포함한다는 점이다. 구체적으로 표면에 다수의 요철을 포함하는 표면 돌출부(53)는 고정화 층(103)을 매개하여 프로브(200)와 커플링된다. 이에 의해 동일 설계 규칙이 적용되는 바이오칩에 비해 프로브(200)들이 커플링될 수 있는 면적이 더 증대될 수 있다. 따라서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 바이오칩은 동일 설계 규칙이 적용되는 바이오칩에 비해 각 프로브 셀 영역(CR)에 커플링되는 프로브(200)의 숫자가 증가되어 바이오 시료의 검출 강도가 증대될 수 있다. 도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 바이오칩의 단면도이다. 도 5를 참고하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 바이오칩이 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이오칩과 다른 점은, 표면 돌출부(60)가 기판(14)과 일체형으로 형성되어 있지 않을 뿐만 아니라 별도의 고정화층(도 2의 100 참조)을 더 포함하지 않는다는 점이다. 구체적으로, 본 발명의 제4 실시예에 따른 바이오칩의 표면 돌출부(60)는 기판(14) 상에 돌출되어 형성되며, 리플로우된(reflowed) 폴리머를 포함한다. 여기서 리플로우된 폴리머는 프로브(200)와 직접 또는 간접적으로 커플링이 가능한 작용기를 포함하며, 리플로우 공정에서 안정적으로 리플로우되는 물질일 수 있다. 리플로우된 폴리머는 노볼락(novolak), 폴리스티렌, 폴리아크릴산, 폴리비닐 단독, 이들의 조합 또는 이들을 포함하는 포토레지스트일 수 있다. 도면에서 표면 돌출부(60)가 반구형 형태로 예시되어 있으나, 뿔형, 육면체 형태 등 다양한 형태로 도시될 수 있음은 물론이다. 본 발명의 제4 실시예에 따른 바이오칩은 별도의 고정화층 없이, 표면 돌출부(60)에 커플링되는 프로브(200)의 숫자가 증대되어 바이오 시료의 검출 강도가 증대될 수 있다. 또한 도면에는 도시하지 않았으나, 도 4에 예시된 바와 같이 리플로우된 폴리머로 형성된 표면 돌출부는 표면에 다수의 요철을 포함할 수도 있다. 도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 바이오칩의 단면도이다. 도 6을 참고하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 바이오칩은 다수의 리세스 영역(70)을 포함하는 기판(15) 및 리세스 영역(70) 별로 커플링된 다수의 프로브(200)를 포함한다. 또한 바이오칩은 리세스 영역(70)에 형성되고, 프로브(200)와 기판(15)의 커플링을 매개하는 고정화층(105) 및/또는 링커를 더 포함한다. 기판(15)의 리세스 영역(70)은 바이오칩의 프로브 셀 영역(CR)에만 형성되며, 고정화층(105) 및/또는 링커가 개재되어 프로브(200)가 커플링될 수 있다. 리세스 영역(70)은 기판(15) 내에 예컨대, 뿔형, 육면체형, 반구형 등 다양한 형태로 리세스되어 형성되며, 리세스 영역(70)의 표면은 다수의 요철을 포함한다. 이에 의해 동일 설계 규칙이 적용되는 바이오칩에 비해 프로브가 커플링될 수 있는 면적이 증대되어 더 많은 숫자의 프로브(200)가 커플링될 수 있으므로, 바이오 시료의 검출 강도가 증대될 수 있다. 고정화층(105)은 리세스 영역(70)에 컨포말하게 형성되며 프로브(200)가 커플링된다. 고정화층(105)과 프로브(200)는 중간에 다른 매개물이 없이 직접적으로 커플링하거나, 링커를 매개로 하여 간접적으로 커플링할 수 있다. 도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 바이오칩의 단면도이다. 도 7을 참고하면, 제6 실시예에 따른 바이오칩이 제5 실시예에 따른 바이오 칩과 다른 점은, 비프로브 셀 영역(NCR)의 표면 상에 고정화층(106)의 비활성 영역(106b)이 형성된다는 점이다. 고정화층(106)의 활성 영역(106a) 및 비활성 영역(106b)에 대해서는 앞에서 설명하였으므로, 자세한 설명은 생략한다. 도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 바이오칩의 단면도이다. 도 8을 참고하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 바이오칩은 다수의 리세스 영역(75)을 포함하는 기판(17), 리세스 영역(75)에 컨포말하게 형성된 다수의 고정화층(107) 및 고정화층(107) 상에 커플링된 다수의 프로브(200)를 포함한다. 여기서, 바이오칩은 프로브(200)가 커플링되는 프로브 셀 영역(CR)과 프로브(200)가 커플링되지 않는 비프로브 셀 영역(NCR)으로 구분되고, 리세스 영역(75)은 다수의 프로브 셀 영역(CR)에만 형성되며, 비프로브 셀 영역(NCR)의 표면은 노출된 기판(17) 표면이다. 리세스 영역(75)은 반구형일 수 있다. 반구형의 리세스 영역(75)은 동일 설계 규칙이 적용되는 바이오 칩에 있어, 다면체 형의 리세스 영역에 비해 프로브(200)들이 커플링될 수 있는 면적이 더 증대될 수 있다. 이에 의해 각 프로브 셀 영역(CR)에 커플링되는 프로브(200)의 숫자가 증가하여, 설계 규칙이 감소하더라도 원하는 검출 강도를 확보할 수 있다. 이하 도 9a 내지 도 11c를 참고하여, 본 발명의 실시예들에 따른 바이오칩의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 9a 내지 도 9d는 도 2에 예시되어 있는 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이오칩의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 중간 단계 구조물들의 단면도들이다. 도 9a를 참고하면, 먼저 기판(10) 상에 표면 돌출부(도 2의 50 참조)가 형성될 영역에 포토레지스트 패턴(310)을 형성한다. 포토레지스트 패턴(310)은 예컨대, 기판(10) 상에 포토레지스트막을 형성하고, 표면 돌출부 패턴이 반영된 마스크를 이용하여 노광하고, 현상하여 형성할 수 있다. 도 9b를 참고하면, 포토레지스트 패턴(310)을 리플로우 공정을 수행하여, 기판(10) 상에 리플로우된 포토레지스트 패턴(311)을 형성한다. 리플로우 공정은 포토레지스트 패턴(310)의 두께, 원하는 리플로우된 포토레지스트 패턴(311)의 굴곡 정도에 따라 공정 온도 및 공정 시간 등이 변할 수 있다. 도 9c를 참고하면, 리플로우된 포토레지스트 패턴(311)을 형성한 후, 기판(10) 및 리플로우된 포토레지스트 패턴(311)을 함께 식각하여, 표면 돌출부(50)를 포함하는 기판(11)을 형성한다. 여기서 식각은 예컨대, 에치백 등의 이방성 식각일 수 있다. 연이어 돌출부(50)를 포함하는 기판(11) 상에 잔존하는 리플로우된 포토레지스트 패턴(311)을 예컨대, 스트립 공정 등을 이용하여 제거할 수 있다. 도 9d를 참고하면, 표면 돌출부(50) 상에 고정화층(100)을 형성한다. 고정화층(100)은 기판(11) 및 표면 돌출부(50) 상에 고정화층 형성막을 형성한 후, 패터닝하여 형성할 수 있다. 이후 고정화층(100) 상에 프로브(200)를 커플링시켜 도 2에 예시된 바이오칩을 완성한다. 프로브(200)의 커플링은 예컨대, 완성된 프로브(200)를 스폿팅(spotting)하거나, 프로브용 모노머(예., 작용기가 광분해성기로 보호된 뉴클레 오타이드 포스포아미디트 모노머)를 포토리소그래피에 의해 합성하는 방법으로 이루어질 수 있다. 또한 도면에는 도시하지 않았지만, 고정화층 상에 프로브를 커플링시키는 것은 링커를 고정화층 상에 형성하고, 링커에 프로브를 커플링시키는 것을 포함할 수 있다. 도 10a 내지 도 10d는 도 4에 예시되어 있는 본 발명의 제3 실시예에 따른 바이오칩의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 중간 단계 구조물들의 단면도들이다. 도 10a를 참고하면, 우선 기판(10) 상에 포토레지스트막(320)을 형성한다. 이어서 투명 기판(410) 상에 표면 돌출부 패턴과 요철 패턴이 동시에 반영된 반투과 패턴(420)이 형성된 반투과 마스크(400)를 사용하여 포토레지스트막(320)을 노광한다. 도 10b를 참고하면, 노광된 포토레지스트막을 현상하여, 표면에 요철 패턴을 가지는 포토레지스트 패턴(321)을 기판(10) 상에 형성한다. 도 10c를 참고하면, 포토레지스트 패턴(321)을 리플로우 공정을 수행하여 기판(10) 상에 리플로우된 포토레지스트 패턴(322)을 형성한다. 이에 의해 도 9b에 예시된 표면에 다수의 요철을 포함하며, 반구형으로 리플로우된 포토레지스트 패턴(322)을 형성할 수 있다. 도 10d를 참고하면, 기판(10) 및 리플로우된 포토레지스트 패턴(322)을 함께 식각하여, 표면에 다수의 요철을 포함하는 표면 돌출부(53)를 포함하는 기판(13)을 형성한다. 여기서 식각은 예컨대, 에치백 등의 이방성 식각일 수 있다. 연이어 표 면 돌출부(53)를 포함하는 기판(13) 상에 잔존하는 리플로우된 포토레지스트 패턴(322)을 제거한다. 도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 도 8에 예시되어 있는 본 발명의 제7 실시예에 따른 바이오칩의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 중간 단계 구조물들의 단면도들이다. 도 11a를 참고하면, 기판(10) 상에 리세스 영역(75)을 정의하는 마스크(340)를 형성한다. 구체적으로 마스크(340)는 바이오칩의 비프로브 셀 영역(NCR)의 기판(10) 상에 형성할 있다. 여기서 마스크(340)는 예컨대, 산화물 마스크, 질화물 마스크, 포토레지스트 마스크 등일 수 있다. 도 11b를 참고하면, 기판(10)을 등방성 식각하여 반구형의 리세스 영역(75)을 형성한다. 기판(10)을 등방성 식각하는 것은 예컨대, SF6 가스 등의 식각 가스를 이용하여 할 수 있다. 도 11c를 참고하면, 기판(17) 내에 반구형의 리세스 영역(75)을 형성한 후, 고정화층(107)을 리세스 영역(75)에 컨포말하게 형성한다. 예컨대, PE-TEOS(Plasma Enhanced TetraEthylOrthoSilicate)막, HDP(High Density Plasma) 산화막 또는 P-SiH4 산화막, 열산화막 등의 실리콘 산화막, 하프늄 실리케이트, 지르코늄 실리케이트 등의 실리케이트, 실리콘 질화막, 실리콘 산질화막, 하프늄산질화막, 지르코늄산질화막 등의 금속 산질화막, 티타늄 산화막, 탄탈륨 산화막, 알루미늄 산화막, 하프늄 산화막, 지르코늄 산화막, ITO 등의 금속 산화막, 폴리이미드, 폴리아민 또는 폴리스티렌, 폴리아크릴산, 폴리비닐 등의 폴 리머로 형성될 수 있다. 예를 들어, 고정화층(107)이 실리콘 산화물인 경우, 열처리를 하여 열산화막을 형성하거나, 실리콘 산화물을 CVD, SACVD, LPCVD, PECVD, PVD 등의 방법으로 형성할 수 있다. 연이어 마스크(340)를 제거하고, 프로브(200)를 고정화층(107) 상에 커플링하여 도 8에 예시된 바이오칩을 완성한다. 본 발명의 도 11a 내지 도 11c에 도시된 실시예에 따른 바이오칩의 제조 방법은 하나의 마스크를 사용하여 기판(17) 내에 리세스 영역(75)을 형성하고, 프로브(200)와 기판(17)의 커플링을 매개하는 고정화층(107)을 형성할 수 있다. 이에 의해 각 단계마다 별도의 마스크를 형성하지 않을 수 있으므로 공정 효율이 향상된다. 이상 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 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 다양한 실시예들에 따른 바이오칩의 레이아웃이다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이오칩의 단면도이다. 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 바이오칩의 단면도이다. 도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 바이오칩의 단면도이다. 도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 바이오칩의 단면도이다. 도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 바이오칩의 단면도이다. 도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 바이오칩의 단면도이다. 도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 바이오칩의 단면도이다. 도 9a 내지 도 9d는 도 2에 예시되어 있는 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이오칩의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 중간 단계 구조물들의 단면도들이다. 도 10a 내지 도 10d는 도 4에 예시되어 있는 본 발명의 제3 실시예에 따른 바이오칩의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 중간 단계 구조물들의 단면도들이다. 도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 도 8에 예시되어 있는 본 발명의 제7 실시예에 따른 바이오칩의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 중간 단계 구조물들의 단면도들이다. (도면의 주요부분에 대한 부호의 설명) CR: 프로브 셀 영역 NCR: 비프로브 셀 영역 10, 11, 13, 14, 15, 17: 기판 50, 60: 표면 돌출부 70, 75: 리세스 영역 100, 102, 103, 104, 105, 106, 107: 고정화층 200: 프로브 340: 마스크 |
