特許 7101765 生体応用向けの自立膜を作製するための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-07

(45)【発行日】2022-07-15

(54)【発明の名称】生体応用向けの自立膜を作製するための方法

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/00 20060101AFI20220708BHJP

   B82Y 40/00 20110101ALI20220708BHJP

   B82Y 5/00 20110101ALI20220708BHJP

【ＦＩ】

C12M1/00 A

B82Y40/00

B82Y5/00

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020516550

(86)(22)【出願日】2018-09-11

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-11-26

(86)【国際出願番号】 US2018050383

(87)【国際公開番号】W WO2019060168

(87)【国際公開日】2019-03-28

【審査請求日】2020-05-15

(31)【優先権主張番号】62/561,976

(32)【優先日】2017-09-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/122,171

(32)【優先日】2018-09-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】ヴォラ， アンキット

(72)【発明者】

【氏名】大野 賢一

(72)【発明者】

【氏名】クラウス， フィリップ アレン

(72)【発明者】

【氏名】ヘサビ， ゾフレ

(72)【発明者】

【氏名】ジョンソン， ジョセフ アール．

【審査官】小金井 悟

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００４２９７１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３１３２７８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／００２１２０４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－２６９３０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１０８０６８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】Lab on a Chip，2015年，Vol.15, No.6，pp.1407-1411

【文献】Nanotechnology，2014年，Vol.25, No.35, 355302，pp.1-8

【文献】Nano Letters，2014年，Vol.14, No.1，pp.244-249

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ１２Ｍ １／００－ ３／１０

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＣＡｐｌｕｓ／ＭＥＤＬＩＮＥ／ＥＭＢＡＳＥ／ＢＩＯＳＩＳ／ＷＰＩＤＳ（ＳＴＮ）

ＰｕｂＭｅｄ

Ｇｏｏｇｌｅ／Ｇｏｏｇｌｅ Ｓｃｈｏｌａｒ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を形成するための方法であって、
高度にエッチング可能な層の上に薄膜を有している、基板を提供することと、
前記高度にエッチング可能な層の上の前記薄膜を通して、一又は複数のナノポアを形成することと、
自立膜を形成するために、前記高度にエッチング可能な層の、前記一又は複数のナノポアの下の部分を選択的に除去することと、
一又は複数の追加の層を前記薄膜の上に堆積することと、
前記薄膜上の、前記一又は複数のナノポアに隣接していない位置に第１電極を設置することと、
ナノポア開口に隣接して前記薄膜上に第２電極を設置することと、
を含む、方法。

【請求項2】

前記高度にエッチング可能な層の前記部分を選択的に除去することが、
エッチングチャンバ内に前記基板を配置することと、
前記エッチングチャンバに、前記高度にエッチング可能な層を除去するように選択されたエッチャントを導入することと、
前記高度にエッチング可能な層の前記部分を選択的に除去するために、前記基板を前記エッチャントに曝露することと
を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記自立膜が誘電体膜であり、前記高度にエッチング可能な層がシリコンを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記自立膜の少なくとも一方の側に生体試料を載置することと、
前記自立膜における前記一又は複数のナノポアを通るように前記生体試料を導くことによって、前記生体試料を解析することとを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記一又は複数のナノポアの各々の直径が約１００ナノメートル以下であり、前記自立膜の厚さが約５０ナノメートル以下である、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

基板を形成するための方法であって、
前記基板は、
第１シリコン層と、
前記第１シリコン層の上に配置された誘電体層と、
前記誘電体層の一部の上に配置された第２シリコン層と、
前記第２シリコン層の上に配置された自立膜であって、少なくとも１つのナノポアと、当該ナノポアを通るように形成された少なくとも１つの開口とを有する自立膜と、
前記少なくとも１つのナノポアの下方に配置された第１ウェルと
前記少なくとも１つのナノポアの上方に配置された第２ウェルとを備えるものであり、
高度にエッチング可能な層の上に薄膜を有している、基板を提供することと、
ポア径縮小プロセスを使用して、前記高度にエッチング可能な層の上の前記薄膜を通し
て、前記少なくとも１つのナノポアを形成することと、
薄型の自立膜を形成するために、前記高度にエッチング可能な層の、前記少なくとも１つのナノポアの下の部分を選択的に除去することと、
一又は複数の追加の層を前記薄膜の上に堆積することと、
前記薄膜上の、前記少なくとも１つのナノポアに隣接していない位置に第１電極を設置することと、
ナノポア開口部に隣接して前記薄膜上に第２電極を設置することと、
とを含む方法。

【請求項7】

前記高度にエッチング可能な層の前記部分を選択的に除去することが、
前記高度にエッチング可能な層の前記部分を選択的に除去するために選択されたエッチャントに、前記基板を曝露することを含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記自立膜の少なくとも一方の側に生体試料を載置することと、
前記自立膜における前記少なくとも１つのナノポアを通るように前記生体試料を導くことによって、前記生体試料を解析することとを更に含む、請求項６に記載の方法。

【請求項9】

前記ポア径縮小プロセスが、
前記薄膜に少なくとも１つの第１フィーチャを形成することと、
前記第１フィーチャ内に、少なくとも第１ドメイン及び第２ドメインを備えるブロックコポリマーを堆積させることと、
前記第２ドメインをエッチングすることとを含む、請求項６に記載の方法。

【請求項10】

前記ポア径縮小プロセスが、
前記薄膜に少なくとも１つの第１フィーチャを形成することと、
前記少なくとも１つの第１フィーチャの上に誘電体材料を堆積させることと、
前記少なくとも１つの第１フィーチャの上の前記誘電体材料の一部分をエッチングすることとを含む、請求項６に記載の方法。

【請求項11】

前記誘電体材料を堆積させることと、前記誘電体材料の前記部分をエッチングすることとを、少なくとも１つのナノポアが形成されるまで反復することを更に含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記第１ウェルと前記第２ウェルの少なくとも一方の中にＤＮＡ含有流体を備え、前記少なくとも１つのナノポアの各々の直径が約１００ナノメートル以下であり、前記自立膜の厚さが約５０ナノメートル以下である、請求項６に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本書で開示している態様は、指向性自己集合を使用して、適切に制御されたナノポアを製造する方法、及び選択的エッチングを使用して自立膜を製造する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

関連技術の説明
ナノポアは、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）及びリボ核酸（ＲＮＡ）のシークエンシング（ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ）といった応用向けに、広く使用されている。一例では、ナノポアシークエンシングは、電気的検出法を使用して実施され、この電気的検出法は、一般に、導電性流体に浸漬されているナノポアを通して未知の試料を搬送すること、及びナノポアの両端間に電位を印加することを含む。ナノポアを通るイオン伝導から生じる電流が測定される。ナノポア表面全体における電流密度の大きさは、ナノポア寸法、及び当該時点でナノポアを占有している試料（ＤＮＡ又はＲＮＡなど）の組成に依存する。種々のヌクレオチドは、ナノポア表面全体における電流密度に特徴的な変化を引き起こす。かかる電流変化は、測定され、ＤＮＡ又はＲＮＡの試料をシークエンシングするために使用される。

【0003】

生体に関するシークエンシングには、様々な方法が使用されてきた。どの塩基がＤＮＡの一本鎖に付着したかを特定するためには、合成によるシークエンシング、又は第２世代シークエンシングが使用される。ＤＮＡを直接読み取るためには、第３世代シークエンシング（一般に、単一のポアを通してＤＮＡ鎖全体をスレディング（ｔｈｒｅａｄｉｎｇ）することを含む）が使用される。一部のシークエンシング方法では、ＤＮＡ又はＲＮＡの試料を切断してから再構築することが必要になる。加えて、一部のシークエンシング方法は生体膜及び生体ポアを使用するが、これらは保管寿命を有しており、使用前には冷蔵されている必要がある。

【0004】

最近では、固体状態ナノポア（窒化ケイ素又は酸化ケイ素などの自立膜上に形成されたナノメートルサイズのポア）が、シークエンシングに使用されている。しかし、固体状態ナノポアの既存の製造方法（トンネル電子顕微鏡、集束イオンビーム、又は電子ビームを使用するものなど）は、ナノポアのアレイを製造するために必要な、サイズ及び位置の制御要件を、容易かつ安価に満たすことが可能ではない。加えて、既存のナノポア製造方法は時間のかかるものである。更に、自立膜の既存の製造方法は、手作業であり、時間と費用がかかる上に、ＤＮＡ又はＲＮＡのシークエンシングに最適な薄さを有する自立膜を反復的に形成するために有効に使用されることが可能ではない。

【0005】

したがって、生体応用のための、適切に制御されたナノポア及び自立膜を製造する改良型の方法が、当技術分野において必要とされている。

【発明の概要】

【0006】

指向性自己集合を使用して、適切に制御されたナノポアを製造する方法、及び選択的エッチングを使用して自立膜を製造する方法が、開示される。一態様では、フィーチャの限界寸法を縮小するために、一又は複数のナノポアが、ブロックコポリマーを用いて、直接自己集合により形成される。フィーチャはその後、薄膜に転写される。別の態様では、方法は、高度にエッチング可能な層の上に薄膜を有している、基板を提供することと、高度にエッチング可能な層の上の薄膜を通して、一又は複数のナノポアを、例えばポア径縮小プロセスによって形成することと、次いで、薄型の自立膜を形成するために、高度にエッチング可能な層の、一又は複数のナノポアの下の部分を選択的に除去することとを、含む。

【0007】

一態様では、基板を形成するための方法が提供される。この方法は、高度にエッチング可能な層の上に薄膜を有している、基板を提供することと、高度にエッチング可能な層の上の薄膜を通して、一又は複数のナノポアを形成することと、薄型の自立膜を形成するために、高度にエッチング可能な層の、一又は複数のナノポアの下の部分を選択的に除去することとを、含む。

【0008】

別の態様では、基板を形成するための方法が提供される。この方法は、高度にエッチング可能な層の上に薄膜を有している、基板を提供することと、高度にエッチング可能な層の上の薄膜を通して、一又は複数のナノポアを形成することであって、薄膜に少なくとも１つの第１フィーチャを形成することを含む、一又は複数のナノポアを形成することと、第１フィーチャ内に、少なくとも第１ドメイン及び第２ドメインを備えるブロックコポリマーを堆積させることと、第２ドメインをエッチングすることと、薄型の自立膜を形成するために、高度にエッチング可能な層の、一又は複数のナノポアの下の部分を選択的に除去することとを、含む。

【0009】

更に別の態様では、基板が開示される。この基板は、第１シリコン層と、第１シリコン層の上に配置された誘電体層と、誘電体層の一部分の上に配置された第２シリコン層と、第２シリコン層の上に配置された自立膜であって、少なくとも１つのナノポア、及びこのナノポアを通るように形成された少なくとも１つの開口を有する自立膜と、少なくとも１つのナノポアの下方に配置された第１ウェルと、少なくとも１つのナノポアの上方に配置された第２ウェルとを、含む。

【0010】

上述した本開示の特徴を詳しく理解しうるように、上記で簡単に要約した本開示のより詳細な説明が、態様を参照することによって得られる。かかる態様の一部を、付随する図面に示している。しかし、付随する図面は、例示的な態様のみを示しており、したがって、態様の範囲を限定すると見なされるべきではなく、他の等しく有効な態様も許容しうることに、留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】生体応用向けの自立膜を有する基板を形成するための方法の、プロセスフロー図である。

【図2A】自立膜を有する基板の断面図が描かれており、本書で開示されているプロセスにより、一又は複数のナノポアが自立膜を通って形成される。

【図2B】自立膜を有する基板の断面図が描かれており、本書で開示されているプロセスにより、一又は複数のナノポアが自立膜を通って形成される。

【図2C】自立膜を有する基板の断面図が描かれており、本書で開示されているプロセスにより、一又は複数のナノポアが自立膜を通って形成される。

【図2D】自立膜を有する基板の断面図が描かれており、本書で開示されているプロセスにより、一又は複数のナノポアが自立膜を通って形成される。

【図2E】自立膜を有する基板の断面図が描かれており、本書で開示されているプロセスにより、一又は複数のナノポアが自立膜を通って形成される。

【図2F】自立膜を有する基板の断面図が描かれており、本書で開示されているプロセスにより、一又は複数のナノポアが自立膜を通って形成される。

【図2G】自立膜を有する基板の断面図が描かれており、本書で開示されているプロセスにより、一又は複数のナノポアが自立膜を通って形成される。

【図2H】自立膜を有する基板の断面図が描かれており、本書で開示されているプロセスにより、一又は複数のナノポアが自立膜を通って形成される。

【図2I】自立膜を有する基板の断面図が描かれており、本書で開示されているプロセスにより、一又は複数のナノポアが自立膜を通って形成される。

【図2J】自立膜を有する基板の断面図が描かれており、本書で開示されているプロセスにより、一又は複数のナノポアが自立膜を通って形成される。

【図2K】自立膜を有する基板の断面図が描かれており、本書で開示されているプロセスにより、一又は複数のナノポアが自立膜を通って形成される。

【発明を実施するための形態】

【0012】

理解を容易にするために、複数の図に共通する同一の要素を指し示すのに、可能であれば、同一の参照番号を使用した。一態様の要素及び特徴は、更なる記載がなくとも、他の態様に有益に組み込まれうると想定される。

【0013】

指向性自己集合を使用して、適切に制御されたナノポアを製造する方法、及び選択的エッチングを使用して自立膜を製造する方法が、開示される。一態様では、フィーチャの限界寸法を縮小するために、一又は複数のナノポアが、ブロックコポリマーを用いて、直接自己集合により形成される。フィーチャはその後、薄膜に転写される。別の態様では、方法は、高度にエッチング可能な層の上に薄膜を有している、基板を提供することと、高度にエッチング可能な層の上の薄膜を通して、一又は複数のナノポアを、例えばポア径縮小プロセスによって、形成することと、次いで、薄型の自立膜を形成するために、高度にエッチング可能な層の、一又は複数のナノポアの下の部分を選択的に除去することとを、含む。

【0014】

本書に記載の方法は、一例として、半導体基板上にナノポアを形成することに言及している。記載されている方法は、別のポア様構造物を、固体状態の生体物質を含む様々な材料上に形成するのに有用であるとも想定される。本書に記載の方法は、例として一又は複数のトレンチ又はチューブの形成に言及しているが、その他のエッチングされたフィーチャ、及びそれらの任意の組合せも想定される。例示のために、酸化ケイ素層を有するシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板について説明しているが、任意の好適な基板材料及び誘電体材料も想定される。加えて、本書に記載の方法は、基板の上面及び裏面に言及している。上面と裏面は、一般に基板の両側のことであり、必ずしも上向き又は下向きの配向を指すわけではない。

【0015】

図１は、生体応用のための自立膜を有する基板を形成するための方法１００のプロセスフローである。

【0016】

方法１００に先だって、基板は処理される。基板のシリコン層の上に薄膜が堆積される。方法１００は、工程１１０において、シリコン層の上に薄膜を有している基板を提供することによって始まる。工程１２０において、一又は複数のナノポアが、シリコン層の上の薄膜を通るように形成される。薄型自立膜を形成するために、工程１３０において、シリコン層の、一又は複数のナノポアの下の部分が選択的にエッチングされる。

【0017】

基板は、一般に、ドープされた又はドープされていないシリコン（Ｓｉ）基板といった、任意の好適な基板である。基板の上面の上に堆積される薄膜は、一般に、任意の好適な薄膜である。薄膜は、一般に、原子層堆積（ＡＬＤ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、及び電子ビーム堆積（ＥＢＤ）を含むがこれらに限定されるわけではない、任意の好適な堆積プロセスによって堆積され、かつ任意の好適な厚さ（例えば約１０ナノメートル（ｎｍ）未満、約５ｎｍ未満、約２ｎｍ未満、又は約１ｎｍ未満）のものである。一又は複数のナノポアは、一般に、任意の好適な技法によって形成される。以下の図２Ａから図２Ｋについての説明において、一又は複数のナノポアは、一例として、ブロックコポリマーの指向性自己集合を使用して形成される。一又は複数のナノポアは、シーム利用（ｓｅａｍ ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ）、又は周期的ＡＬＤ及びＲＩＥエッチング、並びに絶縁破壊を含むが、これらに限定されるわけではない、他の好適な方法によって形成されることも想定される。

【0018】

図２Ａから図２Ｋには、本書で開示されているプロセスフローによる（例えば方法１００の様々な段階における）、自立膜であって、一又は複数のナノポアがそれを通っている自立膜を有する、基板２００の断面図が描かれている。

【0019】

図２Ａに示しているように、第１Ｓｉ層２０２の上に、誘電体層（例えば酸化物層２０４）が成長するか、形成されるか、又は別様に堆積される。次いで、図２Ｂに示しているように、酸化物層２０４の上に第２Ｓｉ層２０６が堆積されて、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板が作製される。第２Ｓｉ層２０６の厚さは、一般に、任意の好適な厚さ（例えば約０．５ｎｍと約２００ｎｍとの間、例としては約８０ｎｍ、又はの約１ミクロン（μｍ）と約１０μｍとの間、例としては約５μｍ）である。

【0020】

次いで、図２Ｃに示しているように、第２Ｓｉ層２０６の上に薄膜２０８が堆積される。薄膜２０８は、一般に、ＡＬＤを含むがこれに限定されるわけではない、任意の好適な堆積プロセスによって堆積され、かつ一般に、約６０ナノメートル未満、約５ｎｍ未満、約２ｎｍ未満、又は約１ｎｍ未満の厚さを有する。図２Ｃの例では、薄膜２０８は酸化ケイ素（ＳｉＯ）膜である。

【0021】

薄膜２０８は、図２Ｄに示しているように、少なくとも１つの第１フィーチャ２１０（１つを図示している）、及び一又は複数の第２フィーチャ２１２（２つを図示している）を有するようにパターニングされる。パターニングは、一般に、標準的なリソグラフィにより実現される。図２Ｄの例では、第１フィーチャ２１０は、第１の幅又は直径を有し、第２フィーチャ２１２は第２の幅又は直径を有する。第１フィーチャ２１０は、図２Ｄの部分拡大図である図２Ｅに示しているように、一又は複数の側壁２１４と、第２Ｓｉ層２０６の第１表面に対応する底部２１６とを含む。第１の幅又は直径は、一般に、約１０ナノメートル（ｎｍ）と約１００ｎｍとの間（例えば約２０ｎｍと約６０ｎｍとの間、例えば約３５ｎｍと約５０ｎｍとの間、例としては約５０ｎｍ）である。第２の幅又は直径は、一般に、約０．５μｍと約１０μｍとの間（例えば約１μｍ）である。

【0022】

ブロックコポリマー２１８が、図２Ｆに示しているように、第１フィーチャ２１０内に堆積される。ブロックコポリマー２１８は、一般に、複数のドメインに相分離されたコポリマーからなる。図２Ｆに示しているように、ブロックコポリマー２１８は、Ａドメイン２２０とＢドメイン２２２とに相分離される。Ａドメイン２２０は、Ｂドメイン２２２を環状に取り巻いている。Ｂドメイン２２２は、一般に、第１フィーチャ２１０の中心に位置しているか、又は中心付近にある。次いで、図２Ｇに示しているように、Ｂドメイン２２２が選択的にエッチングされる。これ以前に、第１フィーチャ２１０は、第１フィーチャ２１０の底部に誘電体層が残存するようにエッチングされている。残りのブロックコポリマー２１８は、誘電体層２２４のエッチングのためのハードマスクとして機能する。ゆえに、図２Ｈに示しているように、誘電体層２２４を通るようにナノポア２２６が形成される。

【0023】

上述したように、図２Ａから図２Ｈは、薄膜２０８を通してナノポア２２６を形成する一例を示している。本書では、ナノポア２２６を形成するための好適な方法は全て想定される。例えば、ナノポアは、別のポア経縮小プロセス（例えば、周期的原子層堆積若しくは化学気相堆積と誘電体材料のエッチング、又は、誘電体材料を形成するための基板の酸化と、ナノポアの形成のための脆弱点若しくはシームにおける誘電体材料の破壊）によって、形成されてもよい。一部の態様では、堆積とエッチングの１つのフルサイクルが、適切に制御されたナノポアを形成するのに適することになるが、他の態様では、形成されるナノポアのサイズに応じて、サイクルを複数回反復することが、適切に制御されたナノポアを形成するのに適することになる。

【0024】

ナノポア２２６のサイズ（すなわち直径）は約１００ｎｍ以下である。一態様では、ナノポア２２６のサイズは、約１ｎｍと約１０ｎｍとの間（例えば約２ｎｍと約３ｎｍと間、例としては約２ｎｍ）である。別の態様では、ナノポア２２６のサイズは、約０．５ｎｍと約５ｎｍとの間（例えば約１ｎｍと約３ｎｍとの間、例としては２ｎｍ）である。別の態様では、ナノポア２２６のサイズは、約１．５ｎｍと約１．８ｎｍとの間（例えば約１．６ｎｍ）であり、これはＤＮＡの一本鎖のおおよそのサイズである。別の態様では、ナノポア２２６のサイズは、約２ｎｍと約３ｎｍとの間（例えば約２．８ｎｍ）であり、これは二本鎖ＤＮＡのおおよそのサイズである。

【0025】

ナノポア２２６が形成された後、図２Ｊに示しているように、第２Ｓｉ層２０６の、ナノポア２２６及び一又は複数の第２フィーチャ２１２の下の部分を除去するために、選択的エッチングプロセスが使用される。第２Ｓｉ層２０６のこの部分を選択的にエッチングすることは、一般に、エッチングチャンバ内に基板２００を配置することと、シリコンを除去するように選択されたエッチャントを導入することと、基板２００をシリコンエッチャントに曝露して、第２Ｓｉ層２０６のこの部分を除去することとを、含む。例えば、原子レベルの精度で第２Ｓｉ層２０６を除去するための、微調整可能な選択性を付与するために、ラジカルベースの化学作用が使用される。選択されたエッチャント及びラジカルは、薄膜２０８の上の第２Ｓｉ層を選択的にエッチングする。例えば、ＳｉＯ_２とＳｉの選択的エッチング比は約１：２０００となる。選択的エッチングを実施するためのチャンバの一例は、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．から入手可能なＰｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）Ｓｅｌｅｃｔｒａ（商標）エッチングチャンバである。

【0026】

上記の例は、Ｓｉ層２０６を選択的にエッチングすることを想定しているが、エッチングされる層は、一般に、任意の好適な高度にエッチング可能な層であると想定される。

【0027】

第２Ｓｉ層２０６の一部分が選択的にエッチングされると、図２Ｊに示しているように、薄膜２０８から自立膜２４０が形成される。自立膜２４０は少なくとも１つのナノポア２２６と一又は複数の開口とを含み、そこにおいて第２Ｓｉ層２０６の上に一又は複数の第２フィーチャ２１２が形成される。自立膜２４０は薄型である（例えば約５０ナノメートル以下であり、例としては、約１０ｎｍ未満、約５ｎｍ未満、約２ｎｍ未満、又は約１ｎｍ未満である）。自立膜２４０は、任意の好適な材料（薄型誘電体膜など）である。

【0028】

自立膜２４０を形成するための本開示の方法においては、更なる基板処理がオプションで実施される。例えば、追加の層２２８（例えば窒化ケイ素（ＳｉＮ）層）が、自立膜２４０の一又は複数の部分の上に形成される。加えて、正電極２３０及び負電極２３２が、自立膜２４０の一又は複数の部分上に堆積され、ひいては、生体応用（ＤＮＡシークエンシングなど）に適した半導体基板が形成される。ＤＮＡシークエンシングの例では、第１ウェルが自立膜２４０の一方の側に形成され、第２ウェルが自立膜２４０の他方の側に形成される。一態様では、ＤＮＡを含有する溶液が第１ウェル内に配置され、ＤＮＡを有さない溶液が第２ウェル内に配置される。ＤＮＡは、負に帯電しているので、電流に従って、第１ウェルからナノポア２２６を通り、第２ウェルに移動することになる。ＤＮＡは、ナノポア２２６を通って移動する際に、ナノポア２２６を通過する電流を遮り、この電流の変化が測定される。これにより、例えばナノポア２２６を通って移動する塩基が特定されることによって、ＤＮＡがシークエンシングされうる。別の態様では、追加的又は代替的に、ＤＮＡを含有する溶液が第２ウェル内に配置される。

【0029】

図２Ａから図２Ｋには、一例として、複数の工程の一シーケンスによるプロセスフローの様々な段階が描かれている。本書に記載の、図２Ａから図２Ｋに図示されている工程は、任意の好適な順序で実行されうると想定される。例えば、更なる実施形態では、第２Ｓｉ層２０６の一部分は、ナノポア２２６が保護されている間に選択的にエッチングされてよく、次いで、選択的エッチングが完了すると、ナノポア２２６は保護されなくなりうる。

【0030】

本開示の利点は、適切に制御されたナノポア及びナノポアアレイであって、一般に個別にアドレス可能な（ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ）ナノポア及びナノポアアレイを、迅速に形成する能力を含む。開示されている方法は、一般に、サイズ及び位置が適切に制御された、薄膜を通るナノポアを提供する。サイズが適切に制御されたナノポアを製造する方法は、信号対ノイズ比を向上させる。ナノポアのサイズは、ナノポアを通じて運ばれる試料（ＤＮＡの一本鎖など）のサイズに類似しており、これにより、ナノポアを通過する電流の変化が増大するからである。加えて、適切に制御された位置を有するナノポアを製造する方法は、試料（ＤＮＡなど）がナノポアを自由に通過することを可能にする。

【0031】

本書に記載の方法は、更に、生体応用（ＤＮＡシークエンシングなど）向けの自立膜であって、薄型（例えば１ｎｍ以下）であり、誘電性であり、生理食塩水（ＫＣｌ）に対する化学的耐性を有し、エッチングプロセスの化学作用に対する高い選択性を有し、物理的及び電気的にピンホールがなく、応力が低く、かつ湿潤性（ｗｅｔｔａｂｌｅ）である、自立膜を提供する。自立膜が薄ければ薄いほど、ナノポアのエッジの周囲に電界がより一層集中する。ゆえに、本書に記載の方法に従って製造される自立膜が薄くなることで、生体応用（ＤＮＡ塩基の識別など）に使用される際の、高い信号対ノイズ比が可能になる。

【0032】

以上の説明は本開示の態様を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱しなければ、本開示の他の態様及び更なる態様が考案されてよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決まる。
また、本願は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
基板を形成するための方法であって、
高度にエッチング可能な層の上に薄膜を有している、基板を提供することと、
前記高度にエッチング可能な層の上の前記薄膜を通して、一又は複数のナノポアを形成することと、
自立膜を形成するために、前記高度にエッチング可能な層の、前記一又は複数のナノポアの下の部分を選択的に除去することとを含む、
方法。
（態様２）
前記高度にエッチング可能な層の前記部分を選択的に除去することが、
エッチングチャンバ内に前記基板を配置することと、
前記エッチングチャンバに、前記高度にエッチング可能な層を除去するように選択されたエッチャントを導入することと、
前記高度にエッチング可能な層の前記部分を選択的に除去するために、前記基板を前記エッチャントに曝露することとを含む、態様１に記載の方法。
（態様３）
前記自立膜が誘電体膜であり、前記高度にエッチング可能な層がシリコンを含む、態様１に記載の方法。
（態様４）
前記自立膜の少なくとも一方の側に生体試料を載置することと、
前記自立膜における前記一又は複数のナノポアを通るように前記生体試料を導くことによって、前記生体試料を解析することとを更に含む、態様１に記載の方法。
（態様５）
前記一又は複数のナノポアの各々の直径が約１００ナノメートル以下であり、前記自立膜の厚さが約５０ナノメートル以下である、態様１に記載の方法。
（態様６）
基板を形成するための方法であって、
高度にエッチング可能な層の上に薄膜を有している、基板を提供することと、
ポア径縮小プロセスを使用して、前記高度にエッチング可能な層の上の前記薄膜を通して、一又は複数のナノポアを形成することと、
薄型の自立膜を形成するために、前記高度にエッチング可能な層の、前記一又は複数のナノポアの下の部分を選択的に除去することとを含む、
方法。
（態様７）
前記高度にエッチング可能な層の前記部分を選択的に除去することが、
前記高度にエッチング可能な層の前記部分を選択的に除去するために選択されたエッチャントに、前記基板を曝露することを含む、態様６に記載の方法。
（態様８）
前記自立膜の少なくとも一方の側に生体試料を載置することと、
前記自立膜における前記一又は複数のナノポアを通るように前記生体試料を導くことによって、前記生体試料を解析することとを更に含む、態様６に記載の方法。
（態様９）
前記ポア径縮小プロセスが、
前記薄膜に少なくとも１つの第１フィーチャを形成することと、
前記第１フィーチャ内に、少なくとも第１ドメイン及び第２ドメインを備えるブロックコポリマーを堆積させることと、
前記第２ドメインをエッチングすることとを含む、態様６に記載の方法。
（態様１０）
前記ポア径縮小プロセスが、
前記薄膜に少なくとも１つの第１フィーチャを形成することと、
前記少なくとも１つの第１フィーチャの上に誘電体材料を堆積させることと、
前記少なくとも１つの第１フィーチャの上の前記誘電体材料の一部分をエッチングすることとを含む、態様６に記載の方法。
（態様１１）
前記誘電体材料を堆積させることと、前記誘電体材料の前記部分をエッチングすることとを、少なくとも１つのナノポアが形成されるまで反復することを更に含む、態様１０に記載の方法。
（態様１２）
前記ポア径縮小プロセスが、
前記薄膜に少なくとも１つの第１フィーチャを形成することと、
前記基板の上に誘電体材料を形成して、少なくとも１つの開口を充填するために、基板を酸化させることであって、前記誘電体材料には少なくとも１つのシームが形成されている、基板を酸化させることと、
少なくとも１つのナノポアを形成するために、前記少なくとも１つのシームを利用することとを含む、態様６に記載の方法。
（態様１３）
前記薄膜の上に一又は複数の追加の層を堆積させることと、
前記薄膜の上に正極及び負極を堆積させることとを更に含む、態様６に記載の方法。
（態様１４）
第１シリコン層と、
前記第１シリコン層の上に配置された誘電体層と、
前記誘電体層の一部分の上に配置された第２シリコン層と、
前記第２シリコン層の上に配置された自立膜であって、少なくとも１つのナノポア、及び前記ナノポアを通るように形成された少なくとも１つの開口を有する自立膜と、
前記少なくとも１つのナノポアの下方に配置された第１ウェルと、
前記少なくとも１つのナノポアの上方に配置された第２ウェルとを備える、
基板。
（態様１５）
前記第１ウェルと前記第２ウェルの少なくとも一方の中にＤＮＡ含有流体を備え、前記少なくとも１つのナノポアの各々の直径が約１００ナノメートル以下であり、前記自立膜の厚さが約５０ナノメートル以下である、態様１４に記載の基板。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図2F】

【図2G】

【図2H】

【図2I】

【図2J】

【図2K】