JP2002239014A - 針状体及び針状体の製造方法 - Google Patents
針状体及び針状体の製造方法Info
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Abstract
留り良く製造できると共に、針状体の高密度化を図れて
製造効率を高めることができる針状体の製造方法を提供
する。 【解決手段】 マスク21を設けた試料(シリコンウェ
ハ)20の表面から等方性エッチング(第1工程)を行
って、先端部のある程度の形状を作成する(b)。厚さ
方向にエッチング選択性を有する異方性エッチング(第
2工程)を行って、穴を作成する(c)。再び等方性エ
ッチング(第3工程)を行って、所望のテーパ形状を有
する円錐状の先端部31aとそれに連なる円柱部31b
とで構成される針状体31を作製する(d)。
Description
的に身体に注入する際などに使用されるシリコン製の針
状体、及び、シリコンウェハに対するエッチングにより
そのような針状体を製造する方法に関する。
器具として、被験者に痛みを与えないシリコン製の針状
体(マイクロニードル)の利用が試みられている。この
針状体は、所望のテーパ角度を有して先端が尖ってお
り、その先端部を薬液に浸漬またはその先端部に薬剤を
塗布した針状体を、被験者の皮膚に先端から刺し込むこ
とにより、それらの薬物を身体内に注入する。薬物が付
着した先端部が、皮膚の表皮部を貫通して毛細血管,神
経終末が存する真皮部まで到達すれば、薬物注入は有効
となるため、その針状体の長さは150μm程度あれば
良い。
は、半導体集積回路の作製技術を適用できる。そして従
来では、プラズマ処理装置を用いて、反応ガスとしてS
F6 /O2 ガスの導入によって生成したプラズマによる
シリコンウェハに対するエッチングにより、図9の斜視
図に示すような多数の針状体51を製造している。この
従来の針状体51にあっては、その基端部から先端部に
かけて全体にテーパ状に形成されている。
所望のテーパ形状を得るためのプロセス制御特にSF6
ガスとO2 ガスとの導入比率の制御が難しい。また、所
望のテーパ形状を得るためのマスクの作製が困難であ
る。このような課題により、従来では所定のテーパ形状
を有する針状体を歩留り良く製造できないという問題が
ある。また、製造効率の向上を図るために、針状体の高
密度化も望まれている。
であり、等方性エッチングと異方性エッチングとを組み
合わせることにより、所定のテーパ形状を有する針状体
を容易に歩留り良く製造できる針状体の製造方法及びそ
の製造方法によって製造された針状体を提供することを
目的とする。
製造効率を高めることができる針状体及びその針状体を
製造するための方法を提供することにある。
は、先端に向かって細径化したテーパ状をなす先端部と
該先端部に連なる長手方向にわたって同一径の基端部と
を有することを特徴とする。
細径化したテーパ状をなす先端部と該先端部に連なる長
手方向にわたって同一径の基端部とを有しており、前記
基端部から前記先端部に向かって貫通孔が形成されてい
ることを特徴とする。
コンウェハに対するエッチングにより、所定のテーパ形
状を有するシリコン製の針状体を製造する方法におい
て、前記針状体を形成すべき部分にマスクを設けて前記
シリコンウェハに等方性エッチングを施す第1工程と、
前記マスクを設けた態様で前記シリコンウェハに、その
厚さ方向に選択エッチング性を有する異方性エッチング
を施す第2工程と、前記マスクを設けた態様で前記シリ
コンウェハに等方性エッチングを施す第3工程とを有す
ることを特徴とする。
項3における前記第2工程にあって、反応ガスを切り替
えてエッチングステップと堆積ステップとを交互に繰り
返して異方性エッチングを施すことを特徴とする。
に向かって細径化したテーパ状をなす先端部と該先端部
に連なる長手方向にわたって同一径の基端部とを有し、
前記先端部から前記基端部に向かって貫通孔が形成され
ているシリコン製の針状体を、シリコンウェハに対する
エッチングにより製造する方法であって、前記貫通孔を
形成すべき部分以外に第1マスクを設けて前記シリコン
ウェハに、その厚さ方向に選択エッチング性を有する異
方性エッチングを施す第1工程と、前記針状体を形成す
べき部分に第2マスクを設けて前記シリコンウェハに等
方性エッチングを施す第2工程と、前記第2マスクを設
けた態様で前記シリコンウェハに、その厚さ方向に選択
エッチング性を有する異方性エッチングを施す第3工程
と、前記第2マスクを設けた態様で前記シリコンウェハ
に等方性エッチングを施す第4工程とを有することを特
徴とする。
項5における前記第1工程及び/または第3工程にあっ
て、反応ガスを切り替えてエッチングステップと堆積ス
テップとを交互に繰り返して異方性エッチングを施すこ
とを特徴とする。
等方性エッチング,異方性エッチング,等方性エッチン
グをこの順に施して、先端に所定のテーパ角度を有する
シリコン製の針状体を製造する。即ち、第1工程の等方
性エッチングにて、ある程度の針形状を作成し、次に、
第2工程の異方性エッチングにて、針状体として必要な
長さだけ厚さ方向に選択的にエッチングし、最後に、第
3工程の等方性エッチングにて、先端を尖らせて所定の
テーパ角度を実現する。第1発明にて製造される針状体
は、異方性エッチングにて作成された円柱状の基端部
と、等方性エッチングにて作成された円錐状の先端部と
にて構成される。
異方性エッチング,等方性エッチング,異方性エッチン
グ,等方性エッチングをこの順に施して、先端に所定の
テーパ角度を有し長手方向に貫通孔を有するシリコン製
の針状体を製造する。即ち、第1工程の異方性エッチン
グにて、貫通孔を形成し、次に第2工程の等方性エッチ
ングにて、ある程度の針形状を作成し、次に、第3工程
の異方性エッチングにて、針状体として必要な長さだけ
厚さ方向に選択的にエッチングし、最後に、第4工程の
等方性エッチングにて、先端を尖らせて所定のテーパ角
度を実現する。第2発明にて製造される針状体は、第1
発明にて製造される上記針状体に更に貫通孔が形成され
たものである。
定している等方性エッチングにて先端部のテーパ形状を
作成するため、所望のテーパ角度を容易に実現できる。
また、本発明の針状体は先端部のみがテーパ状をなして
いるだけであるため、全体にテーパ状をなしている従来
の針状体に比べて、製造できる針状体の密度を高くで
き、製造効率の向上につながる。
第2工程または第2発明の第1,第3工程において、反
応ガスを切り替えてエッチングステップと堆積ステップ
とを交互に繰り返すことにより、より高精度の異方性エ
ッチングを行える。
示す図面に基づいて具体的に説明する。図1は、本発明
に係る針状体の製造方法(シリコンの等方性エッチング
及び異方性エッチング)を実施するための誘導結合型プ
ラズマ装置(ICP(Inductively Coupled Plasma)装
置)の構成図である。
印加して低圧反応ガスのプラズマを発生させ、試料を載
置した基板電極に交流電力を印加して、この発生させた
プラズマを引き込み、引き込んだプラズマによってエッ
チングを行う。また、このICP装置を使用する場合、
エッチングの異方性を高めるために、反応ガスとしてエ
ッチングガス(例えばSF6 )と堆積ガス(例えばC4
F8 )とを交互に導入してプラズマ化させて、エッチン
グステップと堆積ステップとを繰り返すASE TM(Adva
nced Silicon Etching)手法が実施される。
3への通電によってプラズマを発生させる上方側のプラ
ズマ発生室2aと、発生されたプラズマを引き込んで試
料20に対してエッチング処理を行う下方側の反応室2
bとを有する。
空円筒の形状を有しており、その周面には同心状にコイ
ル3が囲繞されている。コイル3には、マッチングユニ
ット7を介して所定周波数の電源8が接続されており、
所望の大きさの交流電力がコイル3に印加されるように
なっている。また、プラズマ発生室2aの上部壁中央に
は、反応器1内へ反応ガス(SF6 またはC4 F8 )を
導入するガス導入管4が、貫通する態様で連結されてい
る。そして、コイル3への交流電力の印加によって、プ
ラズマ発生室2a内にて反応ガスのプラズマを発生させ
るようになっている。
装置を接続した排気口5が開口されている。反応室2b
の底部には、エッチング対象の試料20を載置する基板
電極11を有するプラテン6が配設されている。プラテ
ン6には、マッチングユニット9を介して所定周波数の
電源10が接続されており、所望の大きさの交流電力が
基板電極11に印加されるようになっている。そして、
基板電極11への交流電力の印加によって、プラズマ発
生室2a内で発生されたプラズマが反応室2b内に引き
込まれ、その引き込まれたプラズマにより試料20がエ
ッチングされるようになっている。
施の形態における複数の針状体31を示す斜視図、図2
(b)は、1つの針状体31の断面図であり、各針状体
31は、先端に向かって細径化したテーパ状をなす円錐
状の先端部31a(最大径:75μm,高さ:50μ
m)とその先端部31aに連なる円柱状の基端部31b
(径:75μm,高さ:100μm)とから構成されて
いる。
合、先端部31aを薬液に浸漬または先端部31aの周
囲に薬剤を塗布した針状体31を、被験者の皮膚に先端
部31aから刺し込むことにより、それらの薬物を身体
内に注入することができる。また、多数の針状体31を
形成したものを被験者の皮膚に刺し込んで、身体の電位
を測定することも可能である。
ついて以下に説明する。図3は、この第1実施の形態の
製造工程における試料(シリコンウェハ)20の形状の
推移を示す図である。
ク21を設けた試料(シリコンウェハ)20をプラテン
6に載置する(図3(a))。なお、試料(シリコンウ
ェハ)20の厚さは200μm程度である。そして、以
下の条件に従って、試料(シリコンウェハ)20の表面
から深さ50μm程度にわたる等方性エッチング(第1
工程)を行って、先端部のある程度の形状を作成する
(図3(b))。
加電力:20W
テップと堆積ステップとを交互に繰り返すことにより、
厚さ方向にエッチング選択性を有する異方性エッチング
(第2工程)を行って、深さ100μm程度の穴を作成
する(図3(c))。この際、エッチングステップ(1
回あたり13秒)と堆積ステップ(1回あたり5秒)と
を交互に繰り返して、合計15分の異方性エッチングを
実行する。なお、試料(シリコンウェハ)20の先端部
は、マスク21に被われているので、この第2工程にお
いてエッチング抑止用の堆積膜が形成されない。
秒 コイル3への印加電力:600W 基板電極11への印
加電力:15W (堆積ステップの条件) 導入する反応ガスの流量:C4 F8 を50sccm ガス圧力:1.60Pa 1回あたりの処理時間:5秒 コイル3への印加電力:600W 基板電極11への印
加電力:0W
従って、再び等方性エッチング(第3工程)を行って、
所定のテーパ形状を有する円錐状の先端部31aとそれ
に連なる円柱部31bとで構成される針状体31を作製
する。(図3(d))。
態における針状体41を示す断面図であり、針状体41
は、針状体31の先端部31a及び基端部31bと同様
の先端部41a及び基端部41bとを有しており、その
径方向中心に長手方向に貫通する貫通孔42(径:15
μm)が形成されている。
合、一般的な注射針と同様に、貫通孔42内に吸引した
薬液を無駄なく被験者の皮膚内に注入することができ
る。
ついて以下に説明する。図5,図6は、この第2実施の
形態の第1例の製造工程における試料20の形状の推移
を示す図である。
リコンウェハ20a(厚さ:150μm)とキャリアウ
ェハ20bとをレジスト20cにて貼付した構成をな
す。シリコンウェハ20a側で貫通孔42を形成すべき
部分以外の領域にマスク22を設けた試料20をプラテ
ン6に載置する(図5(a))。
ステップと堆積ステップとを交互に繰り返すことによ
り、厚さ方向にエッチング選択性を有する異方性エッチ
ング(第1工程)を行って、貫通孔42となる深さ15
0μmの穴をシリコンウェハ20aを貫通して作成する
(図5(b))。この際、以下の条件では、径15μm
の穴のエッチングレートは2.3μm/分であるので、
深さ150μmの穴を形成するために、エッチングステ
ップ(1回あたり8秒)と堆積ステップ(1回あたり5
秒)とを交互に繰り返して、合計65分の異方性エッチ
ングを実行する。
4 F8 を5sccm ガス圧力:4Pa 1回あたりの処理時間:8秒 コイル3への印加電力:600W 基板電極11への印
加電力:25W (堆積ステップの条件) 導入する反応ガスの流量:SF6 を5sccm,C4 F
8 を90sccm ガス圧力:3Pa 1回あたりの処理時間:5秒, コイル3への印加電力:600W 基板電極11への印
加電力:3W
レジストのスピンコート法により、針状体41を形成す
べき部分にマスク23を設けて(図5(c))、シリコ
ンウェハ20aの表面から深さ50μm程度にわたる等
方性エッチング(第2工程)を行って、先端部のある程
度の形状を作成する(図6(d))。なお、この際のエ
ッチング条件は、上述した第1実の形態の第1工程の場
合と同一である。
異方性エッチング(第3工程)を行って、レジスト20
cまで達する深さ100μm程度の穴をシリコンウェハ
20aに作成する(図6(e))。なお、この際のエッ
チング条件は、上述した第1実の形態の第2工程の場合
と同一である。
に、再び等方性エッチング(第4工程)を行って、所定
のテーパ形状を有する円錐状の先端部41aとそれに連
なる円柱部41bとを有し、長手方向に貫通孔42が形
成された針状体41を作製する(図6(f))。なお、
この際のエッチング条件は、上述した第1実の形態の第
3工程の場合、言い換えるとこの第2実施の形態の第2
工程の場合と同一である。そして、単一の針状体41を
得たい場合には、アセトンによりレジスト20cを溶解
させれば良い。
試料20の他の例を示す図であり、この試料20は、下
地のシリコン体20dと絶縁体としてのSiO2 膜21
eとエッチング対象のシリコン膜20f(厚さ:150
μm)とを積層した構成をなす。
リコン膜20fに対して、上記例のシリコンウェハ20
aと同様のエッチング処理を施すことにより針状体41
を作製できる。なお、この例では、単一の針状体41を
得たい場合、フッ酸によりSiO2 膜21eを除去すれ
ば良い。
造工程における試料20の形状の推移を示す図である。
上記第1例では、マスク23を設ける際に、その材料と
なるレジストのスピンコート条件が悪い場合には、既に
形成されている貫通孔42にレジストが流れ込んでそれ
を塞いでしまう可能性がある。以下の第2例は、このよ
うな可能性の発生を防いだ手法である。
条件にて異方性エッチング(第1工程)を行うが、第1
例のようにシリコンウェハ20aを完全に貫通した貫通
孔42を形成するのではなく、エッチング時間を調整し
て20〜30μmは残した時点で穴24の形成を終了す
る(図8(a))。そして、このシリコンウェハ20a
をレジスト20cから外し、それを逆向きにして別のキ
ャリアウェハ20b′にレジスト20c′にて貼付して
なる試料20′を作製する(図8(b))。
ウェハ20aの表面側に、第1例と同様に、マスク23
を設ける(図8(c))。この際、穴24が表面まで到
達していないので、レジストが穴24に入り込む虞は全
くない。そして、第1例と同様の等方性エッチング(第
2工程),異方性エッチング(第3工程)及び等方性エ
ッチング(第4工程)を順次行う。この結果、残存して
ある厚さ20〜30μmの部分についても先細りとなっ
て、最終的には貫通孔42が形成されることになる(図
8(d))。
コン単体の試料に対してエッチングを施して針状体を製
造する場合について説明したが、第2実施の形態のよう
にSiO2 膜等の下地体にシリコン膜を形成してなる試
料についても同様に行えることは勿論である。
ンウェハに対して、等方性エッチングと異方性エッチン
グとを組み合わせて、先端に所定のテーパ角度を有する
シリコン製の針状体を製造するようにしたので、所定の
テーパ形状を有する針状体を容易に歩留り良く製造する
ことができる。
がテーパ状をなしているので、全体にテーパ状をなして
いるものに比べて、針状体の作製密度を高くできて、製
造効率を向上することができる。
ッチングステップと堆積ステップとを交互に繰り返して
異方性エッチングを行うようにしたので、高精度の異方
性エッチングを施すことができる。
の誘導結合型プラズマ装置(ICP装置)の構成図であ
る。
び断面図である。
ける試料の形状の推移を示す図である。
ある。
工程における試料の形状の推移を示す図である。
工程における試料の形状の推移を示す図である。
す図である。
工程における試料の形状の推移を示す図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 先端に向かって細径化したテーパ状をな
す先端部と該先端部に連なる長手方向にわたって同一径
の基端部とを有することを特徴とするシリコン製の針状
体。 - 【請求項2】 先端に向かって細径化したテーパ状をな
す先端部と該先端部に連なる長手方向にわたって同一径
の基端部とを有しており、前記基端部から前記先端部に
向かって貫通孔が形成されていることを特徴とするシリ
コン製の針状体。 - 【請求項3】 シリコンウェハに対するエッチングによ
り、所定のテーパ形状を有するシリコン製の針状体を製
造する方法において、前記針状体を形成すべき部分にマ
スクを設けて前記シリコンウェハに等方性エッチングを
施す第1工程と、前記マスクを設けた態様で前記シリコ
ンウェハに、その厚さ方向に選択エッチング性を有する
異方性エッチングを施す第2工程と、前記マスクを設け
た態様で前記シリコンウェハに等方性エッチングを施す
第3工程とを有することを特徴とする針状体の製造方
法。 - 【請求項4】 前記第2工程にあって、反応ガスを切り
替えてエッチングステップと堆積ステップとを交互に繰
り返して異方性エッチングを施す請求項3記載の針状体
の製造方法。 - 【請求項5】 先端に向かって細径化したテーパ状をな
す先端部と該先端部に連なる長手方向にわたって同一径
の基端部とを有し、前記先端部から前記基端部に向かっ
て貫通孔が形成されているシリコン製の針状体を、シリ
コンウェハに対するエッチングにより製造する方法であ
って、前記貫通孔を形成すべき部分以外に第1マスクを
設けて前記シリコンウェハに、その厚さ方向に選択エッ
チング性を有する異方性エッチングを施す第1工程と、
前記針状体を形成すべき部分に第2マスクを設けて前記
シリコンウェハに等方性エッチングを施す第2工程と、
前記第2マスクを設けた態様で前記シリコンウェハに、
その厚さ方向に選択エッチング性を有する異方性エッチ
ングを施す第3工程と、前記第2マスクを設けた態様で
前記シリコンウェハに等方性エッチングを施す第4工程
とを有することを特徴とする針状体の製造方法。 - 【請求項6】 前記第1工程及び/または第3工程にあ
って、反応ガスを切り替えてエッチングステップと堆積
ステップとを交互に繰り返して異方性エッチングを施す
請求項5記載の針状体の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001042373A JP3696513B2 (ja) | 2001-02-19 | 2001-02-19 | 針状体の製造方法 |
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