JP2021154413A - Membrane device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はメンブレンデバイス及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a membrane device and a method for manufacturing the same.
マイクロ電気機械システム(MEMS)等により多機能シリコンデバイスが開発され、近年、多機能シリコンデバイスの生体への応用の需要が伸びている。たとえば、次世代シーケンサへの応用を見据えたラマン分光、トンネル電流、ナノポア技術の開発が行われている。また、生体試料用電子顕微鏡観察のための電子線透過膜開発も行われている。このような次世代シーケンサ及び生体試料用電子顕微鏡観察の電子線透過膜には、薄膜メンブレンが用いられている。 Multifunctional silicon devices have been developed by microelectromechanical systems (MEMS) and the like, and in recent years, the demand for application of multifunctional silicon devices to living organisms has been increasing. For example, Raman spectroscopy, tunneling current, and nanopore technologies are being developed with a view to application to next-generation sequencers. In addition, an electron beam permeable membrane for observation with an electron microscope for biological samples is also being developed. A thin film membrane is used for such a next-generation sequencer and an electron beam transmitting membrane for electron microscope observation for biological samples.
次世代シーケンサにおいては、薄膜メンブレンにDNAと同程度の大きさの孔(ナノポア)を設ける。この場合、薄膜メンブレンの厚さは薄ければ薄い程よい。なぜなら、DNA鎖中に配列された4種の塩基の間隔は約0.34nmであり、ナノポア中に入る塩基の数を1つにするために薄膜メンブレンの厚さをできるだけ薄くする必要がある。また、DNA以外の他の生体分子の構造的な特徴取得の場合でも、空間分解能を上げるために薄膜メンブレンの厚さをできるだけ薄くする必要がある。 In the next-generation sequencer, pores (nanopores) having the same size as DNA are provided in the thin film membrane. In this case, the thinner the thin film membrane, the better. This is because the distance between the four bases arranged in the DNA strand is about 0.34 nm, and it is necessary to make the thickness of the thin film membrane as thin as possible in order to reduce the number of bases entering the nanopore to one. Further, even in the case of acquiring structural features of biomolecules other than DNA, it is necessary to make the thickness of the thin film membrane as thin as possible in order to increase the spatial resolution.
他方、生体試料用電子顕微鏡観察のための電子線透過膜としての薄膜メンブレンを透過する電子線は薄膜メンブレンが厚い程散乱して生体試料の観察が不可能となる。従って、やはり、薄膜メンブレンは薄い程よい。たとえば、薄膜メンブレンの厚さは10nm以下とする。 On the other hand, the thicker the thin film membrane, the more scattered the electron beam that passes through the thin film membrane as the electron beam transmitting film for observing the biological sample with an electron microscope, making it impossible to observe the biological sample. Therefore, the thinner the thin film membrane, the better. For example, the thickness of the thin film membrane is 10 nm or less.
また、薄膜メンブレンの有効領域の幅はできるだけ小さい方がよい。薄膜メンブレンのメンブレン有効領域を小さくすることにより薄膜メンブレンの成膜の際に発生するメンブレン有効領域における不可避な欠陥たとえばウィークスポット、ピンホールが減少させることができ、製造歩留りを向上できる。 Further, the width of the effective region of the thin film membrane should be as small as possible. By reducing the membrane effective region of the thin film membrane, unavoidable defects in the membrane effective region that occur during film formation of the thin film membrane, such as weak spots and pinholes, can be reduced, and the manufacturing yield can be improved.
図3は従来のメンブレンデバイスの製造方法を説明するための断面図であって、(A)はエッチング前成膜状態、(B)はエッチング後成膜状態示す(参照:特許文献1)。 3A and 3B are cross-sectional views for explaining a conventional method for manufacturing a membrane device, in which FIG. 3A shows a film-forming state before etching and FIG. 3B shows a film-forming state after etching (see: Patent Document 1).
図3の(A)に示すごとく、厚さ725μmの単結晶シリコン(Si)基板101の表面に厚さ3nmの窒化シリコン(SiN)層102を化学的気相成長(CVD)法等によって成膜する。SiN層102はメンブレン層として作用する。次に、SiN層102上に厚さ150nmの多結晶シリコン(Si)層103をCVD法によって成膜し、さらに多結晶Si層103上に厚さ100nmの窒化シリコン(SiN)層104をCVD法によって成膜する。他方、単結晶Si基板101の裏面に厚さ200nmの窒化シリコン(SiN)層105をCVD法によって成膜する。
As shown in FIG. 3A, a silicon nitride (SiN)
次に、図3の(B)に示すごとく、SiN層104をフォトリソグラフィ・エッチング法に用いてパターニングして開口を形成してマスク層とする。SiN層105もフォトリソグラフィ・エッチング法に用いてパターニングして開口を形成してマスク層とする。次に、SiN層104及びSiN層104の開口に有機保持層を塗布してSiN層104及び多結晶Si層103を保護し、SiN層105をエッチングマスクとし、単結晶Si基板101の裏面にアルカリ溶液で異方性ウェットエッチングして、傾斜開口101aを形成する。異方性ウェットエッチング後、アセトン、酸素アッシングによって有機保持層を除去する。他方、SiN層104をマスクとし、多結晶Si層103をアルカリ溶液で等方性ウェットエッチングして開口する。この結果、SiN層102の中央にサイズ1μm×1μm以下、厚さ3nmのメンブレン有効領域102aを形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, the
図3の(B)において、次世代シーケンサを構成するために、SiN層102のメンブレン有効領域102aにDNAと同程度の大きさのナノポア(図示せず)を開孔し、メンブレン有効領域102aの上下チャンバに水溶液を満たし、両チャンバに接触するように2つの電極(図示せず)を設ける。チャンバの一方に測定対象のDNAを入れ、両電極に電位差を与えてDNAを電気泳動させてナノポアを通過させた際に、両電極間を流れるイオン電流の時間変化を計測することによりDNAの構造的な特徴、塩基配列を決定できる。
In FIG. 3B, in order to construct a next-generation sequencer, a nanopore (not shown) having a size similar to that of DNA is opened in the membrane
このように、図3においては、メンブレン層としてのSiN層102の上下を2層のSiつまり単結晶Si基板101及び多結晶Si層103で挟み込み、単結晶Si基板101を異方性ウェットエッチング法によって開口してチャンバを形成し、多結晶Si層103を等方性ウェットエッチング法によって開口してチャンバを形成している。この場合、メンブレン有効領域102aの大きさは異方性ウェットエッチングではなく、等方性ウェットエッチングによって決定される。
As described above, in FIG. 3, the upper and lower sides of the
しかしながら、上述の図3に示す従来のメンブレンデバイスの製造方法においては、メンブレン有効領域102aを形成するSiN層102上に多結晶Si層103及びSiN層104を成膜し、SiN層102の下層の単結晶Si基板101の異方性ウェットエッチング法による開口形成の際に有機保持層を塗布し、異方性ウェットエッチング後に有機保持層を除去する。従って、余分な有機保持層の塗布及び除去工程を必要とし、製造コストが高くなる。しかも、メンブレン有効領域102aの大きさは単結晶Si基板101の異方性ウェットエッチングではなく多結晶Si層103の等方性ウェットエッチングによって決定されるので大きい。従って、歩留りの低下を招き、やはり製造コストが高くなる。このように、上述の従来のメンブレンデバイスの製造方法によれば、製造コストが高くなるという課題がある。
However, in the conventional method for manufacturing the membrane device shown in FIG. 3 described above, the
上述の課題を解決するために、本発明に係るメンブレンデバイスは、第1、第2の面を有し、第1の面から第2の面へ向って狭まっていく傾斜開口を有するシリコン基板と、シリコン基板の傾斜開口の第2の面側を塞ぐように設けられたメンブレン層と、メンブレン層のシリコン基板と反対側にあって傾斜開口を囲むように設けられた樹脂ブロックとを具備するものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the membrane device according to the present invention includes a silicon substrate having first and second surfaces and having an inclined opening narrowing from the first surface to the second surface. , A membrane layer provided so as to close the second surface side of the inclined opening of the silicon substrate, and a resin block provided on the opposite side of the membrane layer from the silicon substrate and provided so as to surround the inclined opening. Is.
また、本発明に係るメンブレンデバイスの製造方法は、第1、第2の面を有するシリコン基板の第2の面の全面又は一部にメンブレン層を形成するメンブレン層形成工程と、シリコン基板の第1の面にマスク層を形成するマスク層形成工程と、シリコン基板の第2の面側にキャップ状樹脂ブロックを接合する樹脂ブロック接合工程と、樹脂ブロック接合工程の後に、シリコン基板の第1の面側からマスク層を用いてシリコン基板に対して異方性ウェットエッチングを行い第1の面から第2の面に向って狭くなりメンブレン層に通じる傾斜開口を形成する異方性ウェットエッチング工程とを具備するものである。 Further, the method for manufacturing a membrane device according to the present invention includes a membrane layer forming step of forming a membrane layer on the entire surface or a part of a second surface of a silicon substrate having first and second surfaces, and a first silicon substrate. After the mask layer forming step of forming the mask layer on the first surface, the resin block joining step of joining the cap-shaped resin block on the second surface side of the silicon substrate, and the resin block joining step, the first first of the silicon substrate. An anisotropic wet etching step of performing anisotropic wet etching on a silicon substrate from the surface side using a mask layer to form an inclined opening that narrows from the first surface to the second surface and leads to the membrane layer. Is provided.
本発明によれば、メンブレン層のシリコン基板との反対側にはシリコン層及びそのマスク層(有機保持層)を設ける必要がない。しかも、メンブレン有効領域は等方性ウェットエッチングではなく異方性ウェットエッチングによって決定されるので小さい。従って、製造コストを低減できる。 According to the present invention, it is not necessary to provide a silicon layer and a mask layer (organic retaining layer) thereof on the opposite side of the membrane layer from the silicon substrate. Moreover, the effective membrane region is small because it is determined by anisotropic wet etching rather than isotropic wet etching. Therefore, the manufacturing cost can be reduced.
図1は本発明に係るメンブレンデバイスの製造方法の第1の実施の形態を説明するための断面図である。尚、図1のメンブレンデバイスは次世代シーケンサ用である。 FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a first embodiment of the method for manufacturing a membrane device according to the present invention. The membrane device of FIG. 1 is for a next-generation sequencer.
始めに、図1の(A)のメンブレン層形成工程を参照すると、厚さ700μmの単結晶シリコン(Si)基板1を準備する。単結晶Si基板1の表面は<100>又は<110>方向であり、<111>方向に比較してエッチング速度が大きい。この単結晶Si基板1の裏面に厚さ10nmの窒化シリコン(SiN)をCVD法又はNH3雰囲気で1000℃以上の熱窒化法によって成膜し、厚さ10nmのメンブレン層2を形成する。
First, referring to the membrane layer forming step of FIG. 1A, a single crystal silicon (Si) substrate 1 having a thickness of 700 μm is prepared. The surface of the single crystal Si substrate 1 is in the <100> or <110> direction, and the etching rate is higher than in the <111> direction. The monocrystalline Si silicon nitride having a thickness of 10nm on the back surface of the substrate 1 (SiN) was deposited by a CVD method or NH 3 1000 ° C. or more heat nitridation in an atmosphere, to form the
次に、図1の(B)のマスク形成工程を参照すると、単結晶Si基板1の表面に厚さ100nmのSiNをCVD法によって成膜し、フォトリソグラフィ・エッチング法によってパターニングして後述の単結晶Si基板1のエッチングマスクとしての開口3aを有するSiN層3を形成する。 Next, referring to the mask forming step of FIG. 1 (B), SiN having a thickness of 100 nm is formed on the surface of the single crystal Si substrate 1 by the CVD method, and the SiN is patterned by the photolithography / etching method to be described later. A SiN layer 3 having an opening 3a as an etching mask for the crystalline Si substrate 1 is formed.
次に、図1の(C)のキャップ状樹脂ブロック形成工程を参照すると、高さ300μmの凸部を有する鋳型4を準備する。鋳型4はたとえば単結晶Si基板41及び単結晶Si基板41上に形成された高アスペクト比の厚さ300μmのネガ型フォトレジストSU−8層42によって構成されるが、これに限定されない。この鋳型4を用いて耐薬品性(この場合、耐アルカリ性)のポリジメチルシロキサン(PDMS)よりなるキャップ状樹脂ブロック5を形成する。尚、キャップ状樹脂ブロック5は耐アルカリ性の他の樹脂で構成してもよい。
Next, referring to the cap-shaped resin block forming step of FIG. 1 (C), a mold 4 having a convex portion having a height of 300 μm is prepared. The mold 4 is composed of, for example, a single crystal Si substrate 41 and a negative photoresist SU-8 layer 42 having a high aspect ratio and a thickness of 300 μm formed on the single crystal Si substrate 41, but is not limited thereto. The mold 4 is used to form a cap-shaped
図1の(D)のキャップ状樹脂ブロック離型工程を参照すると、キャップ状樹脂ブロック5を鋳型4から離型する。
With reference to the cap-shaped resin block mold release step (D) of FIG. 1, the cap-shaped
次に、図1の(E)の接合工程を参照すると、図1の(D)のキャップ状樹脂ブロック5を逆さにして図1の(B)の単結晶Si基板1の裏面のメンブレン層(SiN層)2に紫外線照射又はプラズマ処理によって接合する。このとき、キャップ状樹脂ブロック5はメンブレン層2のメンブレン有効領域2aに接触しないので、メンブレン層2のメンブレン有効領域2aは損傷しない。尚、メンブレン有効領域2aとは後述のナノポアが形成される領域である。
Next, referring to the joining step of FIG. 1 (E), the cap-shaped
次に、図1の(F)の異方性ウェットエッチング工程を参照すると、SiN層3をエッチングマスクとし、単結晶Si基板1の一部を水酸化カリウム(KOH)水溶液、テトラメチルアンモニウムハイドロオキシド(TMAH)水溶液等のアルカリ溶液で低温90℃にてエッチングする。これにより、単結晶Si基板1内に表面から裏面に向って狭くなる傾斜開口1aが形成され、表面側が開放されたチャンバが形成される。この場合、エッチングの際には、メンブレン層2の中央部のメンブレン有効領域2aは小さくなり、しかも、エッチングはジャストエッチングとなるように精度よく制御されるので、メンブレン有効領域2aの表側のアルカリ溶液による損傷はほとんどない。従って、メンブレン有効領域2aの不可避な欠陥を減少させることができる。また、メンブレン有効領域2aの裏側はキャップ状樹脂ブロック5に覆われており、メンブレン有効領域2aの裏側のアルカリ溶液による損傷は全くない。
Next, referring to the anisotropic wet etching step of FIG. 1 (F), the SiN layer 3 is used as an etching mask, and a part of the single crystal Si substrate 1 is an aqueous potassium hydroxide (KOH) solution and tetramethylammonium hydroxide. Etching is performed at a low temperature of 90 ° C. with an alkaline solution such as (TMAH) aqueous solution. As a result, an
最後に、図1の(G)の枠状樹脂ブロック形成工程を参照すると、キャップ状樹脂ブロック5の下部を除去し、枠状樹脂ブロック5’を形成する。これにより、枠状樹脂ブロック5’内に開放されたチャンバ5aが形成される。
Finally, referring to the frame-shaped resin block forming step of FIG. 1 (G), the lower portion of the cap-shaped
図1の(G)において、メンブレン層2のメンブレン有効領域2aにDNAと同程度の大きさのナノポア(図示せず)を開孔し、メンブレン層2の上下チャンバ1a、5aに水溶液を満たし、両チャンバ1a、5aに接触するように2つの電極(図示せず)を設ける。チャンバ1a、5aの一方に測定対象のDNAを入れ、両電極に電位差を与えてDNAを電気泳動させてナノポアを通過させた際に、両電極間を流れるイオン電流の時間変化を計測することによりDNAの構造的特徴、塩基配列を決定できる。
In FIG. 1 (G), nanopores (not shown) having the same size as DNA are opened in the membrane
図1のメンブレンデバイスの製造方法においては、メンブレン層2の裏面には多結晶Si層及びそのマスク層の形成がないので、製造コストを低減できる。また、メンブレン層2の表面における単結晶Si基板1の異方性ウェットエッチングの際には、メンブレン層2のメンブレン有効領域2aの損傷はほとんどない。また、メンブレン有効領域2aは異方性ウェットエッチングによって決定されるので小さくでき、従って、製造歩留りを向上できる。
In the method for manufacturing the membrane device of FIG. 1, since the polycrystalline Si layer and its mask layer are not formed on the back surface of the
図2は本発明に係るメンブレンデバイスの製造方法の第2の実施の形態を説明するための断面図である。尚、図2のメンブレンデバイスは生体試料用電子顕微鏡観察のための電子線透過膜用である。 FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a second embodiment of the method for manufacturing a membrane device according to the present invention. The membrane device of FIG. 2 is for an electron beam transmitting membrane for electron microscope observation for a biological sample.
始めに、図2の(A)のメンブレン層形成工程を参照すると、図1の(A)の場合と同様に、厚さ700μmの単結晶シリコン(Si)基板1を準備する。単結晶Si基板1の表面は<100>又は<110>方向であり、<111>方向に比較してエッチング速度が大きい。この単結晶Si基板1の裏面に厚さ10nmのSiNをCVD法又はNH3雰囲気で1000℃以上の熱窒化法によって成膜し、厚さ10nmのメンブレン層2を形成する。
First, referring to the membrane layer forming step of FIG. 2A, a single crystal silicon (Si) substrate 1 having a thickness of 700 μm is prepared as in the case of FIG. 1A. The surface of the single crystal Si substrate 1 is in the <100> or <110> direction, and the etching rate is higher than in the <111> direction. SiN having a thickness of 10 nm is formed on the back surface of the single crystal Si substrate 1 by a CVD method or a thermal nitriding method at 1000 ° C. or higher in an NH 3 atmosphere to form a
次に、図2の(B)のマスク形成工程を参照すると、図1の(B)の場合と同様に、単結晶Si基板1の表面に厚さ100nmのSiNをCVD法によって成膜し、フォトリソグラフィ・エッチング法によってパターニングして後述の単結晶Si基板1のエッチングマスクとしての開口3aを有するSiN層3を形成する。 Next, referring to the mask forming step of FIG. 2 (B), SiN having a thickness of 100 nm is formed on the surface of the single crystal Si substrate 1 by the CVD method as in the case of FIG. 1 (B). A SiN layer 3 having an opening 3a as an etching mask for the single crystal Si substrate 1 described later is formed by patterning by a photolithography / etching method.
次に、図2の(C)のキャップ状樹脂ブロック形成工程を参照すると、図1の(C)の場合と同様に、高さ300μmの凸部を有する鋳型4を準備する。鋳型4はたとえば単結晶Si基板41及び単結晶Si基板41上に形成された高アスペクト比の厚さ300μmのネガ型フォトレジストSU−8層42によって構成されるが、これに限定されない。この鋳型4を用いて耐薬品性(この場合、耐アルカリ性)のポリジメチルシロキサン(PDMS)よりなるキャップ状樹脂ブロック5を形成する。尚、キャップ状樹脂ブロック5は耐アルカリ性の他の樹脂で構成してもよい。
Next, referring to the cap-shaped resin block forming step of FIG. 2 (C), a mold 4 having a convex portion having a height of 300 μm is prepared as in the case of FIG. 1 (C). The mold 4 is composed of, for example, a single crystal Si substrate 41 and a negative photoresist SU-8 layer 42 having a high aspect ratio and a thickness of 300 μm formed on the single crystal Si substrate 41, but is not limited thereto. The mold 4 is used to form a cap-shaped
図2の(D)のキャップ状樹脂ブロック離型工程を参照すると、図1の(D)の場合と同様に、キャップ状樹脂ブロック5を鋳型4から離型する。
With reference to the cap-shaped resin block mold release step of FIG. 2 (D), the cap-shaped
次に、図2の(E)のチャージアップ電極形成工程を参照すると、キャップ状樹脂ブロック5を逆さにして厚さ100nmのTiをスパッタリング法で成膜してチャージアップ電極6を形成する。チャージアップ電極6は導電性の高い材料で成膜とパターニングができ、かつ生体適合性があればよく、Tiに限定されない。チャージアップ電極6は生体試料に当らなかった電子線を吸収するためのもので、定電位にされ、たとえば接地される。尚、キャップ状樹脂ブロック5には、キャップ状樹脂ブロック5の凹部に対向する開口を有するプレートを予め設けておき、Tiがキャップ状樹脂ブロック5の凹部にのみ成膜するようにする。
Next, referring to the charge-up electrode forming step of FIG. 2 (E), the cap-shaped
次に、図2の(E)の接合工程を参照すると、図1の(E)の場合と同様に、図2の(E)のキャップ状樹脂ブロック5を図2の(B)の単結晶Si基板1の裏面のメンブレン層(SiN層)2に紫外線照射又はプラズマ処理によって接合する。このとき、キャップ状樹脂ブロック5はメンブレン層2のメンブレン有効領域2aに接触しないので、メンブレン層2のメンブレン有効領域2aは損傷しない。尚、メンブレン有効領域2aとは後述の傾斜開口1aの下部領域である。
Next, referring to the joining step of FIG. 2 (E), the cap-shaped
次に、図2の(G)の異方性ウェットエッチング工程を参照すると、図1の(F)の場合と同様に、SiN層3をエッチングマスクとし、単結晶Si基板1の一部を水酸化カリウム(KOH)水溶液、テトラメチルアンモニウムハイドロオキシド(TMAH)水溶液等のアルカリ溶液で低温90℃にてエッチングする。これにより、単結晶Si基板1内に表面から裏面に向って狭くなる傾斜開口1aが形成され、表面側が開放されたチャンバが形成される。この場合、エッチングの際には、メンブレン層2の中央部のメンブレン有効領域2aは小さくなり、しかも、エッチングはジャストエッチングとなるように精度よく制御されるので、メンブレン有効領域2aの表側のアルカリ溶液による損傷はほとんどない。従って、メンブレン有効領域2aの不可避な欠陥を減少させることができる。他方、電子顕微鏡応用の際はメンブレン有効領域2aは広い方が観察範囲が広くなって良い。従って、メンブレン有効領域2aの大きさは歩留まりと観察範囲との関係から定める。また、メンブレン有効領域2aの裏側はキャップ状樹脂ブロック5に覆われており、メンブレン有効領域2aの裏側のアルカリ溶液による損傷は全くない。
Next, referring to the anisotropic wet etching step of FIG. 2 (G), as in the case of FIG. 1 (F), the SiN layer 3 is used as an etching mask, and a part of the single crystal Si substrate 1 is water. Etching is performed at a low temperature of 90 ° C. with an alkaline solution such as an aqueous solution of potassium oxide (KOH) or an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide (TMAH). As a result, an
図2の(G)の左側に示すごとく、傾斜開口1aが単数の場合には、メンブレン層2のメンブレン有効領域2aは傾斜開口1a(チャンバ)とキャップ状樹脂ブロック5の1つのチャンバ5aとによって挟まれている。
As shown on the left side of FIG. 2 (G), when the
他方、図2の(G)の右側に示すごとく、傾斜開口1aが複数の場合には、メンブレン層2の複数のメンブレン有効領域2aは複数の傾斜開口1a(チャンバ)とキャップ状樹脂ブロック5の1つのチャンバ5a’とによって挟まれている。つまり、1つのチャンバ5a’が複数の傾斜開口1aに共通に設けられてマイクロ流路を形成しており、これにより、電子顕微鏡観察の生体試料を水溶液と共に入口孔5−1からチャンバ5a’内を入り込み出口孔5−2から排出されるようになっている。
On the other hand, as shown on the right side of FIG. 2 (G), when there are a plurality of
図2のメンブレンデバイスの製造方法においても、メンブレン層2の裏面には多結晶Si層及びそのマスク層の形成がないので、製造コストを低減できる。また、メンブレン層2の表面における単結晶Si基板1の異方性ウェットエッチングの際には、メンブレン層2のメンブレン有効領域2aの損傷はほとんどない。また、メンブレン有効領域2aは異方性ウェットエッチングによって決定されるので小さくでき、従って、製造歩留りを向上できる。
Also in the method for manufacturing the membrane device of FIG. 2, since the polycrystalline Si layer and its mask layer are not formed on the back surface of the
また、図2のメンブレンデバイスにおいては、電子線がシリコン基板1の傾斜開口1aからメンブレン層2を入射し、キャップ状樹脂ブロック5のチャンバ5a(5a’)内の生体試料からの反射電子は傾斜開口1aの側壁によってブロックされない。従って、生体試料用電子顕微鏡に適している。
Further, in the membrane device of FIG. 2, the electron beam enters the
尚、上述の実施の形態においては、メンブレン層2は単結晶Si基板1の裏面の全体に形成しているが、単結晶Si基板1の裏面の一部のみ設けてもよい。つまり、メンブレン層2のメンブレン有効領域2a及びその近傍のみを確保できればよい。この場合には、図1の(A)、図2の(A)のメンブレン層2を形成後、フォトリソグラフィ・エッチング法によってメンブレン層2の一部を残す。また、この場合には、図1の(E)及び図2の(F)の接合工程において、キャップ状樹脂ブロック5と単結晶Si基板1との接合は、紫外線照射又はプラズマ処理ではなく、低温たとえば80℃程度の接触によって行われる。
In the above-described embodiment, the
また、上述の実施の形態における等方性ウェットエッチング法のマスク層として厚さ100nm程度のSiN層3を用いているが、SiN層3の厚さを薄くするために、厚さ10nmのSiN層上に厚さ150nmのCr層を設け、Cr層及びSiN層によってマスク層を形成してもよい。この場合には、SiN及びCrを順次スパッタリング法で成膜し、Crをフォトリソグラフィ・エッチング法によってパターニングし、次いで、CrをマスクとしてSiNをSF4ガスを用いた反応性イオンエッチング法によってエッチングして開口を形成する。 Further, although the SiN layer 3 having a thickness of about 100 nm is used as the mask layer of the isotropic wet etching method in the above-described embodiment, the SiN layer having a thickness of 10 nm is used in order to reduce the thickness of the SiN layer 3. A Cr layer having a thickness of 150 nm may be provided on the Cr layer, and a mask layer may be formed by the Cr layer and the SiN layer. In this case, SiN and Cr are sequentially deposited by a sputtering method, Cr is patterned by a photolithography etching method, and then SiN is etched by a reactive ion etching method using SF 4 gas with Cr as a mask. To form an opening.
尚、本発明は上述の実施の形態の自明の範囲内でのいかなる変更にも適用し得る。 It should be noted that the present invention can be applied to any modification within the obvious scope of the above-described embodiment.
1:単結晶Si基板
1a:傾斜開口
2:メンブレン(SiN)層
2a:メンブレン有効領域
3:SiN層
4:鋳型
5:キャップ状樹脂ブロック
5’:枠状樹脂ブロック
5a、5a’:チャンバ
6:チャージアップ電極
101:単結晶Si基板
102:SiN層
102a:メンブレン有効領域
103:多結晶Si層
104、105:SiN層
1: Single
Claims (15)
前記シリコン基板の前記傾斜開口の前記第2の面側を塞ぐように設けられたメンブレン層と、
前記メンブレン層の前記シリコン基板と反対側にあって前記傾斜開口を囲むように設けられた樹脂ブロックと
を具備するメンブレンデバイス。 A silicon substrate having first and second surfaces and having an inclined opening that narrows from the first surface toward the second surface.
A membrane layer provided so as to close the second surface side of the inclined opening of the silicon substrate, and
A membrane device including a resin block on the opposite side of the membrane layer from the silicon substrate and provided so as to surround the inclined opening.
前記シリコン基板の前記第1の面にマスク層を形成するマスク層形成工程と、
前記シリコン基板の前記第2の面側にキャップ状樹脂ブロックを接合する樹脂ブロック接合工程と、
前記樹脂ブロック接合工程の後に、前記シリコン基板の前記第1の面側から前記マスク層を用いて前記シリコン基板に対して異方性ウェットエッチングを行い前記第1の面から前記第2の面に向って狭くなり前記メンブレン層に通じる傾斜開口を形成する異方性ウェットエッチング工程と
を具備するメンブレンデバイスの製造方法。 A membrane layer forming step of forming a membrane layer on the entire surface or a part of the second surface of a silicon substrate having the first and second surfaces, and
A mask layer forming step of forming a mask layer on the first surface of the silicon substrate, and
A resin block joining step of joining a cap-shaped resin block to the second surface side of the silicon substrate,
After the resin block joining step, anisotropic wet etching is performed on the silicon substrate from the first surface side of the silicon substrate using the mask layer to from the first surface to the second surface. A method for manufacturing a membrane device including an anisotropic wet etching step of forming an inclined opening leading to the membrane layer.
前記シリコン基板の前記複数の傾斜開口の前記第2の面側を塞ぐように設けられたメンブレン層と、
前記メンブレン層の前記シリコン基板と反対側にあって前記複数の傾斜開口を囲むように設けられたキャップ状樹脂ブロックと
前記キャップ状樹脂ブロックの凹部に設けられたチャージアップ電極と
を具備し、
前記メンブレン層は前記複数の傾斜開口と前記凹部とによって挟まれているメンブレンデバイス。 A silicon substrate having a first and second surfaces and having a plurality of inclined openings narrowing from the first surface toward the second surface.
A membrane layer provided so as to close the second surface side of the plurality of inclined openings of the silicon substrate, and
It is provided with a cap-shaped resin block provided on the opposite side of the membrane layer from the silicon substrate and surrounding the plurality of inclined openings, and a charge-up electrode provided in a recess of the cap-shaped resin block.
The membrane layer is a membrane device sandwiched between the plurality of inclined openings and the recesses.
前記シリコン基板の前記第1の面にマスク層を形成するマスク層形成工程と、
キャップ状樹脂ブロックの凹部にチャージアップ電極を形成するチャージアップ電極形成工程と、
前記シリコン基板の前記第2の面側に前記チャージアップ電極が形成された前記キャップ状樹脂ブロックを接合する樹脂ブロック接合工程と、
前記樹脂ブロック接合工程の後に、前記シリコン基板の前記第1の面側から前記マスク層を用いて前記シリコン基板に対して異方性ウェットエッチングを行い前記第1の面から前記第2の面に向って狭くなり前記メンブレン層に通じる複数の傾斜開口を形成する異方性ウェットエッチング工程と
を具備し、
前記メンブレン層は前記複数の傾斜開口と前記凹部とによって挟まれているメンブレンデバイスの製造方法。
A membrane layer forming step of forming a membrane layer on the entire surface or a part of the second surface of a silicon substrate having the first and second surfaces, and
A mask layer forming step of forming a mask layer on the first surface of the silicon substrate, and
A charge-up electrode forming step of forming a charge-up electrode in the recess of the cap-shaped resin block,
A resin block joining step of joining the cap-shaped resin block in which the charge-up electrode is formed on the second surface side of the silicon substrate.
After the resin block joining step, anisotropic wet etching is performed on the silicon substrate from the first surface side of the silicon substrate using the mask layer to from the first surface to the second surface. It is provided with an anisotropic wet etching step of forming a plurality of inclined openings leading to the membrane layer.
A method for manufacturing a membrane device in which the membrane layer is sandwiched between the plurality of inclined openings and the recesses.
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