CN106289929B - 样本收集元件及其制作方法和样本收集元件阵列 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种样本收集元件及其制作方法和样本收集元件阵列。样本收集元件包括两基板以及一间隔件。各基板具有第一表面以及第二表面，且两基板的第一表面相对设置。间隔件配置于两第一表面之间，用以连接并固定所述两基板，以在两基板之间形成样本容纳空间。此外，各基板包括第一弱化结构，其位于样本容纳空间的外围并且外露于第一表面。
Description
技术领域
本发明是有关于一种样本收集元件，且特别是有关于一种可用于显微镜观察的样本收集元件及其制作方法和样本收集元件阵列。
背景技术
随着显微观察技术的发展，各种类型的显微镜，例如光学显微镜(OpticalMicroscope)、原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)、电子显微镜如穿透式电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)、扫描式电子显微镜(ScanningElectron Microscope,SEM)等，因应而生。此外，不同类型的显微镜需要不同类型的样本试片，例如液态样本试片、干燥样本试片等。
然而，现有技术在将含有悬浮颗粒的液态样本制备成干燥样本试片时，由于液态样本受表面张力影响，悬浮颗粒所受到的外界作用力不平衡，导致悬浮颗粒在干燥过程中流动聚集，而在干燥后形成聚集团。此聚集现象将影响使用显微镜观察干燥样本试片时的判读结果。
另，美国专利公开号US 2014/0007709A1揭露一种干燥液态样本装置及方法，但是其所揭露的干燥液态样本装置包含上下两片基板并且两片基板无法轻易开启，导致无法让观测仪器近距离接近基板的表面。因此，前述的干燥液态样本的装置仅能应用于特定显微镜例如是电子显微镜。然而，例如原子力显微镜，需要将探针头近距离接近干燥样本至纳米等级的距离，将无法使用此干燥液态样本的装置。
发明内容
本发明提供一种样本收集元件，能有效排除因液体表面张力所造成的聚集现象，以提供均匀的干燥样本试片。
本发明提供一种可轻易开启的样本收集元件，能将干燥后的样本外露于试片表面，以提供无遮蔽的干燥样本试片，大幅增加试片的适用分析观测范围。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种样本收集元件，其包括两基板以及一间隔件。各基板具有第一表面以及第二表面，且两基板的第一表面相对设置。间隔件配置于两第一表面之间，用以连接并固定所述两基板，以在两基板之间形成样本容纳空间。此外，各基板包括第一弱化结构，其位于样本容纳空间的外围并且外露于第一表面。
在本发明的一实施例中，所述第一弱化结构包括第一表面上的凹陷(depression)。
在本发明的一实施例中，所述第一弱化结构包括对基板进行局部改质所形成的改质材料。
在本发明的一实施例中，所述第一弱化结构包括相对的两条状结构或沿相对的两条状路径分布的多个块状结构。
在本发明的一实施例中，各基板进一步包括第二弱化结构。第二弱化结构外露于第二表面，且第一弱化结构与第二弱化结构在基板的厚度方向上相互对齐。
在本发明的一实施例中，所述第二弱化结构包括第二表面上的凹陷。
在本发明的一实施例中，所述第二弱化结构包括相对的两条状结构或沿相对的两条状路径分布的多个块状结构。
在本发明的一实施例中，第一弱化结构的底部与第二弱化结构的底部相距第一距离，且所述第一距离小于或等于各该基板厚度的三分之二。
在本发明的一实施例中，各基板进一步包括凹槽(cavity)。所述凹槽位于第一表面，并且位于样本容纳空间内。第一弱化结构位于凹槽之外。
在本发明的一实施例中，各基板进一步包括观测窗，其位于第二表面，并且对应于样本容纳空间。
本发明提供一种样本收集元件阵列，可被分离为多个前述的样本收集元件。
本发明的样本收集元件阵列包括多个前述的样本收集元件，其中所述多个样本收集元件呈阵列排列且相互连接，并且通过多个切割道来定义。换言之，在沿切割道来切割样本收集元件阵列之后，可以得到相互分离的所述多个样本收集元件。
在本发明的一实施例中，各基板进一步包括第三弱化结构。第三弱化结构位于切割道上，并且外露于第一表面。
在本发明的一实施例中，所述第三弱化结构包括第一表面上的凹陷(depression)。
在本发明的一实施例中，所述第三弱化结构包括对基板进行局部改质所形成的改质材料。
在本发明的一实施例中，所述第三弱化结构包括一网格状结构或沿切割道分布的多个块状结构。
在本发明的一实施例中，各基板进一步包括第四弱化结构，其位于切割道上并且外露于第二表面。
在本发明的一实施例中，所述第四弱化结构包括第二表面上的凹陷。
在本发明的一实施例中，所述第四弱化结构包括一网格状结构或沿切割道分布的多个块状结构。
在本发明的一实施例中，第三弱化结构的底部与第四弱化结构的底部相距第二距离，且所述第二距离小于或等于各该基板厚度的二分之一。
在本发明的一实施例中，第一弱化结构的深度实质上等于第三弱化结构的深度。
本发明还提出一种用以制作前述样本收集元件的制作方法。首先，在一半导体基材相对的第一表面以及第二表面上分别形成绝缘层。接着，移除位于第一表面外围的绝缘层，并且在暴露的第一表面上形成接合层。之后，图案化第一表面以及第二表面上的绝缘层，其中第一表面上的绝缘层暴露出第一表面的局部区域，而第二表面上的绝缘层暴露出第二表面的局部区域。接着，在第一表面被绝缘层暴露的局部区域内形成第一弱化结构。之后，在另一半导体基材上重复前述步骤。并且，将所述两半导体基材通过各自的接合层相对接合，其中所述两接合层形成间隔件，用以连接并固定所述两半导体基材，且所述两半导体基材以及间隔件之间形成样本容纳空间。
在本发明的一实施例中，所述样本收集元件的制作方法进一步包括在各半导体基材的第二表面被绝缘层暴露的局部区域内形成第二弱化结构，且第二弱化结构的位置对应于第一弱化结构的位置。
在本发明的一实施例中，前述形成第二弱化结构的方法包括湿式蚀刻。
在本发明的一实施例中，所述样本收集元件的制作方法更包括在各半导体基材的第二表面被绝缘层暴露的局部区域内形成观测窗，且观测窗穿透半导体基材并且暴露第一表面上的绝缘层。
在本发明的一实施例中，在半导体基材上形成绝缘层的方法包括进行化学气相沉积。
在本发明的一实施例中，在半导体基材上形成接合层的方法包括进行沉积或氧化制程。
在本发明的一实施例中，形成第一弱化结构的方法包括通过第一表面上的绝缘层或在绝缘层上涂布光阻并定义图形，以作为罩幕来蚀刻半导体基材。
在本发明的一实施例中，蚀刻半导体基材的方法包括干式蚀刻。
在本发明的一实施例中，接合所述两半导体基材的方法包括阳极接合或高温扩散接合。
本发明的样本收集元件通过间隔件来固定两基板，并在两基板之间提供适当的高度，让液态样本能通过例如毛细现象等吸附作用被保留于样本容纳空间内，并且维持均匀的厚度。如此，可有效抑制液态样本在干燥过程中的流动，避免悬浮颗粒的聚集现象，使悬浮颗粒在干燥过程中大致保持原有的分布与特性。此外，本发明在对应于样本容纳空间外围，且对应于间隔件之外的位置上形成弱化结构，特别是暴露于基板的第一表面的弱化结构，以在液态样本被干燥后通过对弱化结构施力等方式来分离弱化结构两侧的基板的不同部分，开启样本收集元件，形成干燥样本外露的试片。此无遮蔽的干燥样本试片具有广泛的应用范围，可适用于各类型的显微观测技术，除了电子显微镜之外，还可适用于例如原子力显微镜、基质辅助激光解吸质谱分析(MALDI-TOF-MS)、甚至电性测试的探针接触等分析方法。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1A为依照本发明之一实施例的一种样本收集元件的立体图。
图1B为图1A所示样本收集元件沿A-A’面的剖面图。
图2A～2E依序绘示样本收集元件的制作流程。
图3A～3C依序绘示依照本发明之一实施例的干燥样本试片的制备流程。
图4A绘示依照本发明另一实施例的一种样本收集元件。
图4B绘示图4A的样本收集元件制备而成的干燥样本试片。
图5～7分别绘示依照本发明其它实施例的多种样本收集元件。
图8～11分别绘示依照本发明其它实施例的多种样本收集元件。
图12A绘示依照本发明之一实施例的一种样本收集元件阵列。
图12B为图12A的样本收集元件阵列沿B-B’线的剖面图。
图13为对图12A与12B的样本收集元件阵列进行单体化分离的示意图。
图14～16分别绘示依照本发明其它实施例的多种样本收集元件阵列。
符号说明
200：样本收集元件
200a：干燥样本试片
202：半导体基材
202a：第一表面
202b：第二表面
204：绝缘层
206：接合层
210、220：基板
212、222：第一表面
214、224：第二表面
216、226：薄膜
218、228：基底部
219、229：观测窗
230：间隔件
240：样本容纳空间
250：第一弱化结构
252、254：条状凹陷
260：第二弱化结构
262、264：块状凹陷
290：穿透式电子显微镜
310：液态样本
312：悬浮颗粒
400：样本收集元件
400a：干燥样本试片
420：基板
490：原子力显微镜
500、600、700：样本收集元件
510、520、610、620、710、720：基板
550、650、750：第一弱化结构
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810、820、910、920、1010、1020、1110、1120：基板
811、821、911、921、1011、1021、1111、1121：凹槽
812、822、912、922、1012、1022、1112、1122：第一表面
816、826：薄膜
840、940、1040、1140：样本容纳空间
850、950、1050、1150：第一弱化结构
860、960：第二弱化结构
1200：样本收集元件阵列
1202：样本收集元件
1204：切割道
1210、1220：基板
1212、1222：第一表面
1214、1224：第二表面
1270：第三弱化结构
1280：第四弱化结构
1400、1500、1600：样本收集元件阵列
1410、1420、1510、1520、1610、1620：基板
1470、1570、1670：第三弱化结构
D1、D2：深度
L1：第一距离
L2：第二距离
S：区域
具体实施方式
下文的多个实施例以相同的符号代表具有相同或类似的功能的构件或装置，其中图式中所示元件之形状、尺寸、比例等仅为示意，非对本发明之实施范围加以限制。另外，以下说明内容所述之任一实施例虽同时揭露多个技术特征，也不意味必需同时实施该任一实施例中的所有技术特征。
图1A为依照本发明之一实施例的一种样本收集元件的立体图。图1B为图1A之样本收集元件200沿A-A’面的剖面图。本实施例的样本收集元件200包括两基板210、220以及一间隔件230，其中基板210具有第一表面212以及第二表面214，而基板220具有第一表面222以及第二表面224，且基板210的第一表面212与基板220的第一表面222相对设置。间隔件230配置于第一表面212与222之间，用以连接并固定基板210与220，以在基板210与220之间形成样本容纳空间240。在此，间隔件230所定义的样本容纳空间240例如是具有前后两端开口的流道。液态样本可通过前后两端开口进入样本容纳空间240，而被保持于样本容纳空间240内。
在本实施例中，基板210具有薄膜216及基底部218，而基板220具有薄膜226及基底部228。薄膜216与226分别沉积于基底部218与228上，并且薄膜216与226的表面即为第一表面212与222，用以维持样本容纳空间240。本实施例用以在基底部218与228形成薄膜216与226的方式包括化学气相沉积、酸液冲洗、表面材料沉积、聚合物沉积等，其中，化学气相沉积方式例如透过电浆化学气相沉积法(plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)。所述制作方法可参酌现有半导体制程或微机电制程技术，此处不再赘述。
薄膜216与226的材质可选自硅、氮化硅、氧化硅、二氧化硅、氮氧化硅、碳、钻石膜、石墨烯、碳化硅、氧化铝、氮化钛、氧化钛、氮化碳中的一种或两种以上的组合。此外，若考量到应用穿透式电子显微镜的观测需求，薄膜216与226要能让穿透式电子显微镜的电子束穿透，而可选用具有高电子穿透率的材质。此外，薄膜216与226的厚度可依设计与实际需求更改。例如，本实施例之薄膜216与226的厚度约为2纳米至200纳米，以利穿透式电子显微镜的观测。前述是以硅晶圆制程为例，但本发明亦可类推应用于其他基底材质，惟需考虑薄膜的机械强度、致密性、透光性、电子穿透率、薄膜与基板的制程整合度、残余应力、表面特性。
承前，本实施例的薄膜216与226用以提供与液态样本接触的第一表面212与222，其可为亲水性材质或疏水性材质。若选择亲水性材质则可增强吸附极性液态样本的吸附力道。若选择疏水性材质则可增强吸附非极性液态样本的吸附力道。薄膜216与226的表面特性可以经由物理修饰例如紫外光臭氧修饰(UV ozone)或电浆修饰或化学修饰如酸洗、蚀刻、阳极处理、接官能基等方法来调整。
基底部218与228的材质例如是半导体材质或金属氧化物材质。半导体材质例如是双抛光或单抛光的单晶硅。金属氧化物例如是氧化铝。基底部218与228的厚度也可依设计或实际需求更改，例如若应用于穿透式电子显微镜，则可设计成约0.2～0.8毫米。
本实例的间隔件230兼具维持两基板210与220之间距以及接合固定两基板210与220的功能。间隔件230的高度被设计成足以产生类似毛细现象的吸附力的高度。在本实施例中，间隔件230的高度大约介于0.1微米至20微米之间，甚或介于0.1微米至10微米之间。换言之，两基板210与220之间距，即样本容纳空间240的高度大约介于0.1微米至20微米之间，甚或介于0.1微米至10微米之间。其优点在于：可使部分液态样本中大于10微米的悬浮颗粒被排除于样本容纳区240之外，例如可以应用于血液中血球及血浆的分离观察。
考量基板210与220的材料、制程或其他可能的因素，间隔件230本身可为粘着材料，例如环氧树脂、紫外光胶或硅胶材质。或者，间隔件230本身可为非粘着材料，例如氧化硅、硅等，并且例如是通过硅与硅氧化物之间的阳极接合(anodic bonding)，以接合固定基板210与220。间隔件230可利用如网印及框胶等涂布方式形成于基板210与220的第一表面212与222。又或者，可通过化学气相沉积在基板210与220的第一表面212与222上形成间隔件230。
另一方面，本实施例在基板210的第一表面212以及基板220的第一表面222分别形成第一弱化结构250，其位于样本容纳空间240的外围，且基板210的第二表面214以及基板220的第二表面224还可具有相应的第二弱化结构260。此处所指的第一弱化结构250以及第二弱化结构260为结构强度较基板210与220其他部分低的结构。实际上，可通过移除部分的基板210与220以形成凹陷，或是对基板210与220的局部区域进行改质来实现。第一弱化结构250以及第二弱化结构260可能的型态例如是位于样本容纳空间240相对两侧的两条状结构或沿相对的两条状路径分布的多个块状结构。
就本实施例而言，第一弱化结构250包括位于样本容纳空间240相对两侧的两条状凹陷252与254。此外，第二弱化结构260包括两条状路径分布的多个块状凹陷262与264。当然，第一弱化结构250以及第二弱化结构260可能的型态不限于此。举例而言，第一弱化结构250亦可由多个块状凹陷组成，而第二弱化结构260可为两条状凹陷。又或者，第一弱化结构250以及第二弱化结构260可为任何具有结构弱化效果的设计，在此不逐一赘述。
本实施例的基板210与220进一步分别包括观测窗219与229，其分别位于第二表面214与224，并且对应于样本容纳空间240，而分别暴露出局部的薄膜216与226。
更具体而言，所述观测窗219与229的底部面积约为1平方微米至1平方毫米。在本实施例中，可在基板210的第二表面214以及基板220的第二表面224上对基底部218与228进行微影与蚀刻制程，以得到观测窗219与229。
下文更进一步列举本发明之样本收集元件的一种可能的制作方法。图2A～2E依序绘示样本收集元件200的制作流程。
首先，如图2A所示，提供一半导体基材202，例如是硅基材，并且在半导体基材202的第一表面202a与第二表面202b上分别形成绝缘层204。在此，例如是进行化学气相沉积，以形成厚度约100纳米的氮化硅层。并且，移除第一表面202a外围的绝缘层204，以暴露出部分的第一表面202a，再于暴露的第一表面202a以例如沉积或氧化等方式形成接合层206。在此，接合层206例如是厚度约300～400纳米的氧化硅层。
接着，如图2B所示，图案化第一表面202a与第二表面202b的绝缘层204，藉以定义出后续形成的第一弱化结构250、第二弱化结构260以及观测窗219与229等元件的位置。
然后，如图2C所示，以第一表面202a的绝缘层204或涂布光阻并定义图形作为罩幕来蚀刻半导体基材202，以形成第一弱化结构250。此处的蚀刻步骤例如是利用电浆蚀刻等干式蚀刻技术来形成具有高深宽比的第一弱化结构250。当然，在其它实施例中，也可以利用美国专利US6992026隐形激光切割技术或是局部离子布植及热处理等相关改质方法来取代此处的蚀刻步骤。细节将于下文中说明。在此，第一弱化结构250的深度约为150微米。至此，除了第二弱化结构260以及观测窗219之外，大致完成具有基板210雏形的基板结构。
由于本实施例之样本收集元件200的基板210与220具有相同的结构，因此可重复图2A～2C的步骤，来制作具有基板220雏形的另一个基板结构。
接着，如图2D所示，将图2C所形成的两个基板结构的接合层206通过例如阳极接合或高温扩散接合来对接，其中结合后的两个接合层206作为间隔件230，而在两基板结构的半导体基材202之间形成样本容纳空间240。
之后，再如图2E所示，利用两基板结构外侧的绝缘层204作为罩幕，而以例如湿式蚀刻技术来移除部分的半导体基材202，来形成第二弱化结构260以及观测窗219与229。更具体而言，例如是利用氢氧化钾蚀刻液对半导体基材202进行非等向蚀刻至薄膜216与226，进而获得第二弱化结构260以及观测窗219与229。由于非等向性蚀刻可以通过设计蚀刻开口的宽度来控制蚀刻深度，因此所形成的第二弱化结构260的深度可以由作为罩幕的绝缘层204的开口宽度来决定。同理，也可以通过设计绝缘层204对应于观测窗219与229的开口宽度，使得所形成的观测窗219与229能够暴露出位于半导体基材202对侧的局部绝缘层204，而作为前述薄膜216与226。
当然，前述制作流程仅是列举样本收集元件200的一种可能的制作方法。实际上，本技术领域中具有通常知识者在参照前述实施例之后，当可依据申请时的技术水平来变更、置换或调整部分的制程步骤。举例而言，半导体蚀刻制程，如：干式蚀刻或湿式蚀刻技术；或，机械方式，例如：刀轮切割或研磨移除方法。或是，可以利用例如美国专利US6992026所发展的隐形激光切割技术，对半导体基材202内部的局部区域做适度的弱化。
至此，大致完成样本收集元件200的制作。
请再参考图1B，由于本实施例之第一弱化结构250以及第二弱化结构260位于间隔件230以外的区域，因此当第一弱化结构250以及第二弱化结构260受到外力而被破坏时，位于第一弱化结构250以及第二弱化结构260两侧的基板210与220的不同部分可相互分离，以开启样本容纳空间240。此外，为了有效分离基板210与220的不同部分，可以对第一弱化结构250的底部与第二弱化结构260的底部的第一距离L1进行设计。例如，可使所述第一距离L1小于或等于基板210或220的厚度的三分之二。例如，若基板210或220的厚度为400微米，则第一距离L1设计为100微米。
以下进一步说明以样本收集元件200来制备干燥样本试片的方法。图3A～3C依序绘示依照本发明之一实施例的干燥样本试片的制备流程。
首先，如图3A所示，将液态样本310载入样本收集元件200或其可能变化态样的样本容纳空间240，其中含有悬浮颗粒312的液态样本310受到基板210与220及间隔件230所形成的毛细现象吸附至样本容纳空间240内。此外，本实施例亦可在载入液态样本310的过程中透过抽气吸引或加压注入等方式进行辅助，以使液态样本310顺利进入样本容纳空间240。
并且，干燥液态样本310，以使悬浮颗粒312附着于薄膜216与226上，其中干燥的方式可为自然蒸散、真空干燥、低湿环境干燥、加热干燥、低温干燥、氮气环境干燥或钝气环境干燥。干燥的目的是去除液态样本310中蒸气压较高的成分(例如水分)，并且使液态样本310中其余成分(如悬浮颗粒312)贴附于薄膜216与226表面而不具流动性，以进行后续两基板210与220的分离。此处的蒸气压是指在一定温度(譬如室温)下的饱和蒸汽压。当然，干燥之后的液态样本310还是可能保有部分液态成分或性质，例如蒸气压较低的大分子成分，或是吸附、嵌合或包覆于残留颗粒物质中的水分等等。
在本实施例中，由于基板210与220分别具有相应的观测窗219与229，且观测窗219与229分别穿透基底部218与228，而暴露出相应的薄膜216与226。因此，在此步骤中便可预先利用穿透式电子显微镜290来观察样本容纳空间240内的液态样本310。
接着，如图3B所示，利用外力破坏第一弱化结构250以及第二弱化结构260，使得位于第一弱化结构250以及第二弱化结构260两侧的基板210与220的不同部分相互分离。由于第一弱化结构250以及第二弱化结构260对应于间隔件230之外的位置，因此当样本收集元件200两侧带有间隔件230的部分被移除后，余留下的两基板210与220的中央部分可相互分离，而不会有间隔件230残留在两基板210与220的中央部分上。
如此，基板210与220经过图3B所示的分离步骤后，可分别形成如图3C所示的无遮蔽的干燥样本试片200a。以基板210所形成的干燥样本试片200a为例，其包括薄膜216、基底部218、观测窗219以及位于薄膜216上的干燥后的液态样本310。干燥后的液态样本310包括悬浮颗粒312，其附着于薄膜216的表面。由于液态样本310的厚度受到了样本容纳空间240的高度的限制，悬浮颗粒312在干燥过程中不易移动，因此能避免干燥过程中的聚集现象，而维持原液态样本310中的悬浮颗粒312的分布状态。
此外，由于无遮蔽的干燥样本试片200a的整体厚度极小，且于干燥样本试片200a上形成有观测窗219。因此，干燥样本试片200a除可应用于如光学显微镜、扫描式电子显微镜等样本试片厚度限制较低的显微镜观察外，亦如图3C所示，将干燥样本试片200a置放于穿透式电子显微镜290下，使电子束穿透干燥样本试片200a，以通过穿透式电子显微镜290来观察干燥样本试片200a。
藉此，在图3A～3C所示的制备流程中，使用者可以透过同一样本收集元件200进行干燥前液态样本310的观察，观察方式可如台湾专利第I330380号案所揭露内容；还可在干燥后开启样本收集元件200，对无遮蔽的均匀的干燥样本试片200a进行观察。
虽然前述实施例揭示结构相同的基板210与220，可在经过图3A～3C所示的制备流程后形成干燥样本试片200a。然而，本发明并不限于此。
图4A绘示依照本发明另一实施例的一种样本收集元件400。本实施例的样本收集元件400与前述实施例的样本收集元件200大致相同，因而针对相同或可理解的技术内容，于此不再重复赘述。本实施例的样本收集元件400与前述实施例的样本收集元件200的差异点包括：本实施例的基板420不具有观测窗。换言之，在图2B所示的图案化步骤中，选择不在第二表面202b的绝缘层204上定义出对应观测窗的开口。
如此一来，在经过图3A～3C所示的制备流程后，基板420可形成如图4B所示的干燥样本试片400a。本实施例的干燥样本试片400a与前述实施例的干燥样本试片200a的差异在于不具有观测窗。因此，干燥样本试片400a可以应用于如光学显微镜、扫描式电子显微镜等样本试片厚度限制较低的显微镜观察外，亦可利用原子力显微镜490直接观察。
本发明前述多个实施例提供了分离且无遮蔽的干燥样本试片，如干燥样本试片200a及干燥样本试片400a。相较于已知具有遮蔽的样本试片，本发明的干燥样本试片更能够减少吸收及散射(scattering)的问题，有助于提高显微观测的准确度。
以下更举例说明本发明可能存在的其它类型的样本收集元件。图5～7分别绘示依照本发明其它实施例的多种样本收集元件。
图5绘示的样本收集元件500与前述实施例的样本收集元件200大致相同，因而针对相同或可理解的技术内容，于此不再重复赘述。本实施例的样本收集元件500与前述实施例的样本收集元件200的差异点包括：本实施例的第一弱化结构550例如是对基板510与520局部改质所形成的改质材料。更具体而言，以美国专利US6992026隐形激光切割技术或是局部离子布植及热处理等相关改质方法来取代图2C所示的蚀刻半导体基材202的步骤，以对半导体基材202的局部区域进行改质，而形成本实施例所示的材料，例如为多晶硅化且具有高密度晶格错位结构的第一弱化结构550。
图6绘示的样本收集元件600与前述实施例的样本收集元件200大致相同，因而针对相同或可理解的技术内容，于此不再重复赘述。本实施例的样本收集元件600与前述实施例的样本收集元件200的差异点包括：本实施例的样本收集元件600的基板610与620外侧不具有第二弱化结构。换言之，在可以实现基板610与620分离的前提下，本发明可以只选择在基板610与620内侧形成第一弱化结构650，而省略外侧的第二弱化结构。本实施例的第一弱化结构650如图1A所示，例如为条状凹陷。
图7绘示的样本收集元件700与前述实施例的样本收集元件500大致相同，因而针对相同或可理解的技术内容，于此不再重复赘述。本实施例的样本收集元件700与前述实施例的样本收集元件500的差异点包括：本实施例的样本收集元件700的基板710与720外侧不具有第二弱化结构。换言之，在可以实现基板710与720分离的前提下，本发明可以只选择在基板710与720内侧形成第一弱化结构750，而省略外侧的第二弱化结构。本实施例的第一弱化结构750例如是对基板710与720局部改质所形成的改质材料。
图8～11又分别绘示依照本发明其它实施例的多种样本收集元件。图8～11绘示的样本收集元件800、900、1000、1100分别与前述多个实施例的样本收集元件200、500、600、700大致相同，因而针对相同或可理解的技术内容，于此不再重复赘述。图8～11绘示的样本收集元件800、900、1000、1100分别与前述多个实施例的样本收集元件200、500、600、700的差异点在于：图8～11绘示的样本收集元件800、900、1000、1100进一步分别在基板对应于样本收纳空间的内侧表面上形成凹槽，藉以调整样本收纳空间可以容纳的液态样本的量。所形成的第一弱化结构例如位于凹槽之外。
更具体而言，图8的样本收集元件800在基板810与820的第一表面812与822分别形成凹槽811与821。凹槽811与821位于样本容纳空间840内，且第一弱化结构850以及第二弱化结构860位于凹槽811与821之外。制程上，例如是在图2A所示的半导体基材202的第一表面202a先蚀刻形成凹槽，再进行后续的化学气相沉积，以形成厚度约100纳米的绝缘层204。如此，绝缘层204覆盖凹槽底部，而在后续的制程中形成如图8所示的薄膜816与826。
类似地，图9的样本收集元件900在基板910与920的第一表面912与922分别形成凹槽911与921。凹槽911与921位于样本容纳空间940内，且第一弱化结构950以及第二弱化结构960位于凹槽911与921之外。凹槽911与921的制作方式与前述凹槽811与821类似，于此不再赘述。此外，图9的第一弱化结构950与图5的第一弱化结构550类似，是对基板910与920局部改质所形成的改质材料。
图10的样本收集元件1000在基板1010与1020的第一表面1012与1022分别形成凹槽1011与1021。凹槽1011与1021位于样本容纳空间1040内，且第一弱化结构1050位于凹槽1011与1021之外。凹槽1011与1021的制作方式与前述凹槽811与821类似，于此不再赘述。此外，图10的样本收集元件1000与图6的样本收集元件600类似，基板1010与1020外侧不具有第二弱化结构。
类似地，图11的样本收集元件1100在基板1110与1120的第一表面1112与1122分别形成凹槽1111与1121。凹槽1111与1121位于样本容纳空间1140内，且第一弱化结构1150位于凹槽1111与1121之外。凹槽1111与1121的制作方式与前述凹槽811与821类似，于此不再赘述。此外，图11的第一弱化结构1150与图7的第一弱化结构750类似，是对基板1110与1120局部改质所形成的改质材料。
应注意的是，前述多个实施例仅是列举几种本发明可能的样本收集元件的态样。实际上，相关技术领域中的普通技术人员以前述多个实施例的揭露内容为基础，当可依据需求在可能的范围内对部分特征进行调整、置换。例如，仅在图5～11的样本收集元件500～1100的单一个基板上形成观测窗。又或者，仅在图8～11的样本收集元件500～1100的单一个基板上形成凹槽。
本发明所提出的样本收集元件可以整合于晶圆级制程中，并且结合现有的半导体制程及/或微机电系统制程来实现批次制造，提高生产效率。
图12A绘示依照本发明之一实施例的一种样本收集元件阵列。图12B为图12A的样本收集元件阵列1200沿B-B’线的剖面图。本实施例的样本收集元件阵列1200例如是以硅晶圆或其他母材来进行如图2A～2E所示的制程而形成。相关的制程步骤类似，于此不再赘述。
如图12A与12B所示，所形成的样本收集元件阵列1200包括多个样本收集元件1202，其例如是前述多个实施例的样本收集元件200、400、500、600、700、800、900、1000或1100，或其他可能的变化。所述多个样本收集元件1202在制作完成后呈阵列排列且相互连接，并且通过样本收集元件阵列1200上的多个切割道1204来定义。换言之，在沿切割道1204来切割样本收集元件阵列1200之后，可以得到相互分离的所述多个样本收集元件1202。
针对样本收集元件1202中可引用前述多个实施例的样本收集元件200、400、500、600、700、800、900、1000或1100的部分内容，于此不再赘述。如图12B所示，点划线框S所围绕的区域内的结构可以被合理置换为图1B、4A、5、6、7、8、9、10或11所示的样本收集元件200、400、500、600、700、800、900、1000或1100。
本实施例可以通过激光切割、刀轮切除或研磨移除等方式，沿着切割道1204来分离样本收集元件1202。另外，本实施例选择在切割道1204的位置形成弱化结构来辅助所述沿切割道的分离步骤。
本实施例在基板1210的第一表面1212以及基板1220的第一表面1222分别形成第三弱化结构1270，并且在基板1210的第二表面1214以及基板1220的第二表面1224形成相应的第四弱化结构1280。此处所指的第三弱化结构1270以及第四弱化结构1280为结构强度较基板1210与1220其他部分低的结构。实际上，类似于前述实施例的第一弱化结构以及第二弱化结构，可通过移除部分的基板1210与1220以形成凹陷，或是对基板1210与1220的局部区域进行改质来实现。
本实施例的第三弱化结构1270以及第四弱化结构1280位于切割道1204上，而其可能的型态例如是与切割道1204具有相同布局的网格状结构，或沿切割道1204分布的多个块状结构。
图13为对图12A与12B的样本收集元件阵列1200进行单体化分离的示意图。由于本实施例在切割道1204上形成第三弱化结构1270以及第四弱化结构1280，因此当第三弱化结构1270以及第四弱化结构1280受到外力而被破坏时，位于第三弱化结构1270以及第四弱化结构1280两侧的基板1210与1220的不同部分可相互分离。换言之，使得两相邻的样本收集元件1202的基板1210与1220通过此动作相互分离。在可能的情况下，可以不需要再通过激光切割、刀轮切除或研磨移除等方式来切割样本收集元件阵列1200，可直接以人工或辅助工具对样本收集元件阵列1200施力，便可分离出多个样本收集元件1202。
此外，如图12B所示，为了有效分离两相邻的样本收集元件1202，可以对第三弱化结构1270的底部与第四弱化结构1280的底部的第二距离L2进行设计。例如，可使所述第二距离L2小于或等于基板厚度的二分之一。例如，若基板1210或1220的厚度为400微米，则第二距离L2设计为50微米。另，相较于前述第一弱化结构250的底部与第二弱化结构260的底部的第一距离L1，所述第二距离L2可被设计为小于第一距离L1。如此，可以避免在沿切割道分离两相邻的样本收集元件1202时，基板1210与1220沿着第一弱化结构250的底部与第二弱化结构260断裂。
换言之，通过前述设计，甚至可以在不使用任何激光或机械切割机台的情况下，完成样本收集元件阵列1200被分离为多个样本收集元件1202，并且将样本收集元件1202制备为如图3C所示的干燥样本试片200a。具体为，在完成样本收集元件阵列1200的制作之后，先沿着切割道1204对第三弱化结构1270以及第四弱化结构1280施加外力，以分离出多个样本收集元件1202。之后，再进行例如图3A～3C所示的步骤，填入液态样本310、干燥液态样本310，并且再次施加外力破坏第一弱化结构250以及第二弱化结构260，以形成如图3C所示的干燥样本试片200a。
在本实施例中，第三弱化结构1270例如是与第一弱化结构250在如图2C所示的同一个步骤中形成。更具体而言，除了如图2B所示图案化第一表面202a的绝缘层204之外，也通过类似的蚀刻技术来图案化接合层206，以定义出第三弱化结构1270的位置。如此，在后续图2C所示蚀刻半导体基材202的步骤中，可同时形成第一弱化结构250与第三弱化结构1270。此时，若是采用电浆蚀刻等干式蚀刻技术来形成第一弱化结构250与第三弱化结构1270，则如图12B所示，所形成的第一弱化结构250的深度D1实质上等于所形成的第三弱化结构1270的深度D2。
以下进一步举例说明本发明第三弱化结构以及第四弱化结构可能的变化。图14～16分别绘示依照本发明其它实施例的多种样本收集元件阵列。
图14绘示的样本收集元件阵列1400与前述实施例的样本收集元件阵列1200大致相同，因而针对相同或可理解的技术内容，于此不再重复赘述。本实施例的样本收集元件阵列1400与前述实施例的样本收集元件阵列1200的差异点包括：本实施例的第三弱化结构1470例如是对基板1410与1420局部改质所形成的改质材料。更具体而言，以美国专利US6992026隐形激光切割技术或是局部离子布植及热处理等改质方法来取代蚀刻步骤，以对基板1410与1420的局部区域进行改质，而形成本实施例所示的材料，例如为多晶硅化且具有高密度晶格错位结构的第三弱化结构1470。
图15绘示的样本收集元件阵列1500与前述实施例的样本收集元件阵列1200大致相同，因而针对相同或可理解的技术内容，于此不再重复赘述。本实施例的样本收集元件阵列1500与前述实施例的样本收集元件阵列1200的差异点包括：本实施例的样本收集元件阵列1500的基板1510与1520外侧不具有第四弱化结构。换言之，在可以实现基板1510与1520沿切割道分离的前提下，本发明可以只选择在基板1510与1520内侧形成第三弱化结构1570，而省略外侧的第四弱化结构。
图16绘示的样本收集元件阵列1600与前述实施例的样本收集元件阵列1400大致相同，因而针对相同或可理解的技术内容，于此不再重复赘述。本实施例的样本收集元件阵列1600与前述实施例的样本收集元件阵列1400的差异点包括：本实施例的样本收集元件阵列1600的基板1610与1620外侧不具有第四弱化结构。换言之，在可以实现基板1610与1620沿切割道分离的前提下，本发明可以只选择在基板1610与1620内侧形成第三弱化结构1670，而省略外侧的第四弱化结构。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围以权利要求所界定者为准。
Claims (29)
1.一种样本收集元件，其特征在于，该样本收集元件包括：
两基板，各该基板具有第一表面以及第二表面，且该两第一表面相对设置；以及
一间隔件，配置于该两第一表面之间，用以连接并固定该两基板，以在该两基板之间形成样本容纳空间，各该基板包括第一弱化结构，该第一弱化结构位于该样本容纳空间的外围并且外露于该第一表面，当该第一弱化结构受到外力而被破坏时，位于该第一弱化结构两侧的各该基板的不同部分相互分离。
2.如权利要求1所述的样本收集元件，其特征在于，该第一弱化结构包括该第一表面上的凹陷。
3.如权利要求1所述的样本收集元件，其特征在于，该第一弱化结构包括对该基板进行局部改质所形成的改质材料。
4.如权利要求1所述的样本收集元件，其特征在于，该第一弱化结构包括相对的两条状结构或沿相对的两条状路径分布的多个块状结构。
5.如权利要求1所述的样本收集元件，其特征在于，各该基板进一步包括第二弱化结构，该第二弱化结构外露于该第二表面，且该第一弱化结构与该第二弱化结构在该基板的厚度方向上相互对齐。
6.如权利要求5所述的样本收集元件，其特征在于，该第二弱化结构包括该第二表面上的凹陷。
7.如权利要求5所述的样本收集元件，其特征在于，该第二弱化结构包括相对的两条状结构或沿相对的两条状路径分布的多个块状结构。
8.如权利要求5所述的样本收集元件，其特征在于，该第一弱化结构的底部与该第二弱化结构的底部相距第一距离，且所述第一距离小于或等于各该基板厚度的三分之二。
9.如权利要求1所述的样本收集元件，其特征在于，各该基板进一步包括凹槽，该凹槽位于该第一表面，并且位于该样本容纳空间内，该第一弱化结构位于该凹槽之外。
10.如权利要求1所述的样本收集元件，其特征在于，各该基板进一步包括观测窗，该观测窗位于该第二表面，并且对应于该样本容纳空间。
11.一种样本收集元件阵列，其特征在于，该样本收集元件阵列包括多个如权利要求1～10项中任一项所述的样本收集元件，其中这些样本收集元件呈阵列排列且相互连接，并且通过多个切割道来定义。
12.如权利要求11所述的样本收集元件阵列，其特征在于，各该基板进一步包括第三弱化结构，该第三弱化结构位于这些切割道上，并且外露于该第一表面。
13.如权利要求12所述的样本收集元件阵列，其特征在于，该第三弱化结构包括该第一表面上的凹陷。
14.如权利要求12所述的样本收集元件阵列，其特征在于，该第三弱化结构包括对该基板进行局部改质所形成的改质材料。
15.如权利要求12所述的样本收集元件阵列，其特征在于，该第三弱化结构包括一网格状结构或沿这些切割道分布的多个块状结构。
16.如权利要求12所述的样本收集元件阵列，其特征在于，各该基板进一步包括第四弱化结构，该第四弱化结构位于这些切割道上并且外露于该第二表面。
17.如权利要求16所述的样本收集元件阵列，其特征在于，该第四弱化结构包括该第二表面上的凹陷。
18.如权利要求16所述的样本收集元件阵列，其特征在于，该第四弱化结构包括一网格状结构或沿这些切割道分布的多个块状结构。
19.如权利要求16所述的样本收集元件阵列，其特征在于，该第三弱化结构的底部与该第四弱化结构的底部相距第二距离，且该第二距离小于或等于各该基板厚度的二分之一。
20.如权利要求12所述的样本收集元件阵列，其特征在于，该第一弱化结构的深度实质上等于该第三弱化结构的深度。
21.一种样本收集元件的制作方法，其特征在于，该样本收集元件的制作方法包括：
在一半导体基材相对的第一表面以及第二表面上分别形成绝缘层；
移除位于该第一表面外围的该绝缘层，并且在暴露的该第一表面上形成接合层；
图案化该第一表面以及该第二表面上的该绝缘层，其中该第一表面上的该绝缘层暴露出该第一表面的局部区域，该第二表面上的该绝缘层暴露出该第二表面的局部区域；
在该第一表面被该绝缘层暴露的局部区域内形成第一弱化结构；
在另一半导体基材上重复前述步骤；以及
将所述两半导体基材通过各自的接合层相对接合，其中所述两接合层形成间隔件，用以连接并固定所述两半导体基材，且该两半导体基材以及该间隔件之间形成样本容纳空间。
22.如权利要求21所述的样本收集元件的制作方法，其特征在于，该制作方法进一步包括：在各该半导体基材的该第二表面被该绝缘层暴露的局部区域内形成第二弱化结构，且该第二弱化结构的位置对应于该第一弱化结构的位置。
23.如权利要求22所述的样本收集元件的制作方法，其特征在于，在各该半导体基材形成该第二弱化结构的方法包括湿式蚀刻。
24.如权利要求21所述的样本收集元件的制作方法，其特征在于，该制作方法进一步包括：在各该半导体基材的该第二表面被该绝缘层暴露的局部区域内形成观测窗，该观测窗穿透该半导体基材并且暴露该第一表面上的该绝缘层。
25.如权利要求21所述的样本收集元件的制作方法，其特征在于，在该半导体基材上形成该绝缘层的方法包括进行化学气相沉积。
26.如权利要求21所述的样本收集元件的制作方法，其特征在于，在该半导体基材上形成该接合层的方法包括进行沉积或氧化制程。
27.如权利要求21所述的样本收集元件的制作方法，其特征在于，形成该第一弱化结构的方法包括利用该第一表面上的该绝缘层或在该绝缘层上涂布光阻并定义图形，以作为罩幕来蚀刻该半导体基材。
28.如权利要求27所述的样本收集元件的制作方法，其特征在于，蚀刻该半导体基材的方法包括干式蚀刻。
29.如权利要求21所述的样本收集元件的制作方法，其特征在于，接合所述两半导体基材的方法包括阳极接合或高温扩散接合。
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