TWM445196U - 無光罩微影系統 - Google Patents

Description

無光罩微影系統

本案係關於一種微影系統，尤指一種無光罩微影系統。

生物檢測晶片(biochip)是一種微型裝置，利用微電子技術將儀器微小化，然後在微小化後的裝置上放置特定的生物材料(例如核酸或蛋白質)，這些生物材料可以與其他預測生物樣品發生特異性的生化反應，反應後的訊號可經各種感應器或感應物質定量，進而得知生物反應。此種利用微電子、微流體及生物技術所製作的微型裝置稱之為生物檢測晶片，它結合了各層面的專業領域，如醫學診斷、基因探針、製藥、生物技術、微機電、半導體及電腦等領域發展而成的。

生物檢測晶片通常以矽晶片、玻璃或高分子為基材(substrate)，以微小化技術整合生物有機分子如核酸或蛋白質為生化探針，用來檢測或分析生物性分子。生物檢測晶片的體積小、反應快速並且能夠平行分析大量生物資訊，因此適用於生化處理、分析、檢驗、新藥開發及環境監測等用途上。生物晶片大致上可分為兩大類，一為著眼於功能整合的處理型晶片(lab-on-a-chip)，二為能獲得大量資訊的微陣列晶片(microarray)。微陣列晶片因其探針種類不同又可分為基因晶片(gene chip)及蛋白質晶片(protein chip)兩種，主要是將不同的DNA或蛋白質分子，以數百微米的間距，密集地固定排列在數平方公分的面積上做為探針，待檢測的生 物樣品經過處理後與晶片上的探針進行反應，產生的訊號由掃瞄儀器與分析儀器判讀，如此便可以在短時間內一次提供大量的基因序列或蛋白質表現之相關訊息。

而無論是在晶片合成階段或是檢測階段，皆有賴光化學反應之進行，因此，如何發展一種光化學反應之光路系統為該技術領域之一重要課題。

本案之主要目的在於提供一種無光罩微影系統，其係可根據數位微鏡裝置之預設圖案進行光學成像，將光束導向樣品平台，以控制樣品平台上發生光化學反應之位置。

為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種無光罩微影系統，係應用於一光化學反應，該無光罩微影系統包含：一光源，用以提供一光束；一第一透鏡群，用以導引該光束；一數位微鏡裝置，係包含複數個微型反射鏡元件，並由一控制裝置控制該複數個微型反射鏡元件之光開關狀態，以形成一圖案化光束；一光柵裝置，用以使部分之該圖案化光束通過，以控制進光量；一第二透鏡，用以導引該圖案化光束；一反射鏡，用以改變該圖案化光束之路徑；以及一第三透鏡，用以導引該圖案化光束至一樣品平台，以進行該光化學反應。

根據本案之構想，該光源係為一汞燈，用以提供一UV光束。

根據本案之構想，該第一透鏡群包含至少兩透鏡，較佳 為包含三透鏡。

根據本案之構想，該控制裝置係為一電腦，具有經設計之影像圖案，以控制該樣品平台上發生該光化學反應之位置。

根據本案之構想，該光柵裝置更包含一可調式光柵窗。

根據本案之構想，該第三透鏡係為一聚焦透鏡。

根據本案之構想，該樣品平台係為一顯微鏡平台，且包含一晶片。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。

請參閱第1圖，其係為本案較佳實施例之無光罩微影系統之示意圖。如第1圖所示，本案之無光罩微影系統10主要包含一光源11、一第一透鏡群12、一數位微鏡裝置(Digital Micromirror Device,DMD)13、一光柵裝置14、一第二透鏡15、一反射鏡16以及一第三透鏡17。本案之無光罩微影系統10係可根據數位微鏡裝置13之預設圖案進行光學成像，將光束導向一樣品平台18，以控制樣品平台18上發生光化學反應之位置。

光源11係架構以提供一光束。在一實施例中，光源11係為高壓汞燈，但不以此為限，用以提供UV光束。第一透鏡群12係架設於光源11及數位微鏡裝置13之間，且包含 至少兩透鏡，用以將光源11所發散出之光束導引至數位微鏡裝置13。在一實施例中，第一透鏡群12包含三透鏡121、122、123，但不以此為限，且可根據成像需求，計算透鏡曲率作搭配，以達成最佳之光束導引效果。此外，透鏡121、122、123皆為平凸透鏡，但不以此為限，例如亦可為雙凸透鏡，或是平凸透鏡與雙凸透鏡之組合。

數位微鏡裝置13係包含複數個微型反射鏡元件131(如第2圖所示)，且可排列成所需之陣列大小。複數個微型反射鏡元件131係由一控制裝置19控制其光開關狀態，以形成一圖案化光束。在一實施例中，控制裝置19係為一電腦，其具有經設計之影像圖案，並可轉成控制訊號，調整微型反射鏡元件131之鏡面方向，以控制其光開關狀態，亦即個別控制每一個微型反射鏡元件131切換於導引光束朝向光柵裝置14，或者是切換於將光束導離光柵裝置14。藉此，控制裝置19便可依據所需的影像圖案來控制複數個微型反射鏡元件131之作動，以將光源11所提供之光束轉換產生圖案化光束並朝向光柵裝置14。

光柵裝置14係包含一可調式光柵窗141，用以使部分之圖案化光束通過，且光柵窗141之大小可調整，以控制進光量，藉此增加光對比度及影像圖案之解析度。當然，光柵裝置14之光柵窗141的的孔洞大小可依不同需求進行調整而不受限。

圖案化光束通過光柵裝置14之光柵窗141後會投射到第二透鏡15，並接著由第二透鏡15將圖案化光束導引至反射 鏡16，反射鏡16係用以改變圖案化光束之路徑以朝向樣品平台18之方向，並經由第三透鏡17將圖案化光束導引至樣品平台18。在一實施例中，第三透鏡17係為一聚焦透鏡。

根據本案之構想，樣品平台18係為一顯微鏡平台，但不以此為限。在一實施例中，樣品平台18更包含一顯像基板，例如晶片，而透過本案之無光罩微影系統10，即可控制晶片上發生光化學反應之位置。

因此，本案之無光罩微影系統可應用於生物檢測晶片之製造。舉例來說，要在生物檢測晶片上定義出微陣列結構，則必須先在晶片之基材上形成一光阻圖案層，其係首先於基材之表面上形成一光阻層(例如環氧樹脂類的SU-8光阻)，並利用本案之無光罩微影系統於光阻層之特定區域上照光，使光阻產生聚合反應，再利用顯影液將未產生聚合反應的光阻洗掉，以形成光阻圖案層，之後再將探針分子(例如核酸或蛋白質)結合於光阻圖案層上，以完成生物檢測晶片之製造。而利用本案之無光罩微影系統來形成光阻圖案層，不但可免除傳統光罩之高成本，且可有效微小化生物檢測晶片之微陣列結構，使單點直徑可小於300μm，進而有助於生物檢測晶片之微量化，且具有製程方便快速之優點。

此外，本案之無光罩微影系統亦可應用於DNA合成，其係利用照光產生斷鍵，脫去核苷酸5’端之保護基團後，再加入欲接上之核苷酸(包括A、T、C、G等)進行合成反應，之後經流洗去除未反應之核苷酸後，再反覆進行照 光、加入核苷酸及流洗之步驟，便可依序合成具所需序列之DNA。此技術更可配合微流體系統，並利用本案之無光罩微影系統來控制照光位置，決定晶片上於每一合成步驟中接上核苷酸的位置，便可在同一製程中，於晶片上合成多條具不同序列之DNA，即可製備出DNA晶片，用於疾病篩檢或其他生物檢測。

綜上所述，本案之無光罩微影系統係應用於一光化學反應，其中，無光罩微影系統主要包含由光源、第一透鏡群、數位微鏡裝置、光柵裝置、第二透鏡、反射鏡以及第三透鏡所形成之光路，並可根據數位微鏡裝置之預設圖案進行光學成像，將光束導向樣品平台，以控制樣品平台上發生光化學反應之位置。本案之無光罩微影系統可應用於生物檢測晶片之製造，例如在晶片之基材上形成光阻圖案層，或是用於DNA合成，故本案極具產業價值，爰依法提出申請。

本案已由上述之實施例詳細敘述而可由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

10‧‧‧無光罩微影系統

11‧‧‧光源

12‧‧‧第一透鏡群

121、122、123‧‧‧透鏡

13‧‧‧數位微鏡裝置

131‧‧‧微型反射鏡元件

14‧‧‧光柵裝置

15‧‧‧第二透鏡

16‧‧‧反射鏡

17‧‧‧第三透鏡

18‧‧‧樣品平台

19‧‧‧控制裝置

第1圖係為本案較佳實施例之無光罩微影系統之示意圖。

第2圖係為本案較佳實施例之數位微鏡裝置之示意圖。

10‧‧‧無光罩微影系統

11‧‧‧光源

12‧‧‧第一透鏡群

121、122、123‧‧‧透鏡

13‧‧‧數位微鏡裝置

14‧‧‧光柵裝置

15‧‧‧第二透鏡

16‧‧‧反射鏡

17‧‧‧第三透鏡

18‧‧‧樣品平台

19‧‧‧控制裝置

Claims (10)

1. 一種無光罩微影系統，係應用於一光化學反應，該無光罩微影系統包含：一光源，用以提供一光束；一第一透鏡群，設置於該光源之光路徑下游，用以導引該光束；一數位微鏡裝置，設置於該第一透鏡群之光路徑下游，係包含複數個微型反射鏡元件，並由一控制裝置控制該複數個微型反射鏡元件之光開關狀態，以形成一圖案化光束；一光柵裝置，設置於該數位微鏡裝置之光路徑下游，用以使部分之該圖案化光束通過，以控制進光量；一第二透鏡，設置於該光柵裝置之光路徑下游，用以導引該圖案化光束；一反射鏡，設置於該第二透鏡之光路徑下游，用以改變該圖案化光束之路徑；以及一第三透鏡，設置於該反射鏡之光路徑下游，用以導引該圖案化光束至一樣品平台，以進行該光化學反應。
2. 如申請專利範圍第1項所述之無光罩微影系統，其中該光源係為一汞燈。
3. 如申請專利範圍第1項所述之無光罩微影系統，其中該光源係提供一UV光束。
4. 如申請專利範圍第1項所述之無光罩微影系統，其中該第一透鏡群包含至少兩透鏡。
5. 如申請專利範圍第1項所述之無光罩微影系統，其中該第一透鏡群包含三透鏡。
6. 如申請專利範圍第1項所述之無光罩微影系統，其中該控制裝置係為一電腦，具有經設計之影像圖案，以控制該樣品平台上發生該光化學反應之位置。
7. 如申請專利範圍第1項所述之無光罩微影系統，其中該光柵裝置更包含一可調式光柵窗。
8. 如申請專利範圍第1項所述之無光罩微影系統，其中該第三透鏡係為一聚焦透鏡。
9. 如申請專利範圍第1項所述之無光罩微影系統，其中該樣品平台係為一顯微鏡平台。
10. 如申請專利範圍第1項所述之無光罩微影系統，其中該樣品平台包含一晶片。