JP4750347B2 - マイクロニードル構造及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の背景及び技術分野）
本発明はマイクロニードル構造に関し、特に、マイクロニードルの製造方法及びその方法によって作られるマイクロニードル構造に関する。
多くの研究が、マイクロ機械加工技術の使用によってチップあるいはウエハー上に形成されるマイクロニードルの開発に向けられた。この取り組みは、皮膚のバリア中に極小の穿孔を形成するのに十分な、無数の非常に小さなニードルを作る可能性を約束し、これにより、無資格の人員による使用に安全である一方、従来の経皮貼布の分子サイズの制限が克服される。このような研究の例は、ジョージア技術研究社（Georgia Tech Research Corp.）に対するＰＣＴ公開第ＷＯ９９／６４５８０号と同様に、以下の科学出版物：エス．エイチ．エス．ヘンリー（S.H.S.Henry）らによる「薬剤の経皮的移送のためのミクロ機械加工されたニードル」（Micro machined needles for the transdermal delivery of drugs : MEMS98, Heildelberg, Germany, Jan. 1998）、ディー．ブイ． マックアリスター（D.V. McAllister）らによる「３次元中空マイクロニードル及びマイクロチューブ配列」（Three dimensional hollow micro needle and microtube arrays : Transducer 99, Sendai, Japan, Jun.1999）、ケイ・チュン（K.Chun）らによる「動物／植物細胞への遺伝物質の制御注入のための中空ミクロ毛細管配列」（An array of hollow micro-capillaries for the controlled injection of genetic materials into animal/plant cells : MEMS99, Orlando, Fl., Jan.1999）、及びダブル．トリマー（W. Trimmer）らによる「マイクロメカニカル穿孔構造を備えた植物及び動物組織へのDNA注入」（Injection of DNA into plant and animal tissues with micromechanical piercing structures : IEEE workshop on MEMS, Amsterdam, Jan.1995）において見ることができる。これらの参照の中で、より最近のもの、すなわちジョージア技術研究社の出願、及びチュンらの参考文献は、皮膚のバリアを貫通する流体流路を提供するための中空マイクロニードルの使用を開示する。
【０００２】
中空マイクロニードルが潜在的に、皮膚のバリアを貫通して流体を運ぶための有効な構造である一方、現在までに提案された構造は多くの欠点を有する。最も特筆すべきことに、提案された構造は、皮膚の層を貫通する円形の孔を開ける傾向のある、平らな中空の先端を備えたマイクロニードルを使用する。この穿孔作用は、皮膚に損害をもたらす傾向がある。さらに、穿孔された材料は、マイクロニードルを通る流路を少なくとも部分的に妨害する栓を形成する傾向がある。吸引により、マイクロニードル内の中空チューブの詰まりがさらにひどくなるので、流体の回収が要求される場合にこれは特に問題となる。ニードルの端部の平らな形状は、構造の有効性を更に減少させ、皮膚への侵入に比較的大きな抵抗を与える。
【０００３】
提案された装置の更なる群は、面内生産技術によって形成されたマイクロニードルを使用する。そのような装置の例は、リン（Lin）らによる米国特許第５，５９１，１３９号、スマート（Smart）らによる米国特許第５，８０１，０５７号、及びピサーノ（Pisano）らによる米国特許第５，９２８，２０７号に記載されている。面内生産技術の使用は、マイクロニードル先端構造に関して付加的な可能性を開示する。しかしながらこれは、マイクロニードル（１つのマイクロニードル、あるいは最大で１つのニードル列）の非常に制限された密度という代償を払い、この制限された密度は、相当する深刻な流体の流速制限につながる。スマートらに提案された非常に長いニードル（約３mm）は、ニードルの破損という更なる非常に高い危険を被る。
【０００４】
同時係属米国特許出願第０９／５８９，３６９号は、本出願の出願日には公開されておらず、従来技術を構成しないが、中実の穿孔先端の後部に位置する開口部を備えた、改善された面外中空マイクロニードル構造を提示する。この出願は、ドライエッチングあるいは非対称の磨耗によるウェットエッチング技術との組合せのどちらかに基づいた技術を含む、そのような構造のための多くの生産技術について記載する。
【０００５】
前述の同時係属出願に記載された技術は、高度に有効なマイクロニードル構造を作る一方、この技術を商用生産で実施することにおいて様々な損失を被る。まず、従来のディープリアクティブ・イオンエッチング（DRIE）は、用いられる産出力を、承諾し難いほど低い割合にするので一般的に不適当である。精度は、低温ドライエッチング技術の使用によってかなり改善することができる。しかしながらこのオプションは、材料がエッチングされる割合をかなり減少させる。その結果、これらの技術はウエハーの大きな領域の加工には非能率的である。他方でウエット技術は、ウエハーの大きな領域を同時に加工するのに能率的であり、高い精度を示す。しかしながらウェット技術は、マイクロニードルの実施のために必要となる非対称の形状を直接達成することには適していない。
【０００６】
ミクロ機械加工技術によって作られたマイクロニードル構造の更なる欠点は、結果として生じるマイクロニードルの脆弱性である。シリコンまたは二酸化ケイ素で作られたマイクロニードルは、かなり脆い。その結果、マイクロニードルのかなりの割合は、組織内に材料の破片を残し、侵入の間に生じる圧力により破損することもある。更に、未熟練者による傾斜した挿入は、ニードルの非常に大きな割合の破損に結びつき、装置の不調を生じることもある。
【０００７】
従って、有効で信頼できる生産技術を提供するために、ドライエッチング技術及びウェットエッチング技術の利点を組み合わせた、中空マイクロニードルを生産する方法の必要性がある。このような生産方法によって生じるマイクロニードル構造を提供することは、更に有利であろう。
【０００８】
（発明の要約）
本発明は、ドライ及びウェットエッチング技術の手順を使用して、中空マイクロニードルを生産する方法、及びこの技術によって作られる中空マイクロニードル構造である。
【０００９】
本発明の教示によれば、基板から突出する少なくとも１つの中空マイクロニードルを形成するためにウエハーを加工する方法が提供され、この方法は、（ａ）ドライエッチング・プロセスの使用により陥凹形状の少なくとも１つの群を形成するステップであって、各陥凹形状の群は、囲まれた領域を有する開いた形を形成するために配置された少なくとも１つの溝と、前記囲まれた領域内に位置する少なくとも１つの孔とを含む、前記ステップと、（ｂ）孔及び溝の内部表面を保護層でコーティングするステップと、（ｃ）各囲まれた領域内に突出形状を残す一方で、囲まれた領域の外側から材料を除去するような方法で異方性ウェットエッチング・プロセスを実行するステップと、（ｄ）保護層を除去するステップとを含む。
【００１０】
本発明の更なる特徴によれば、開いた形は、実質的に直線状の２つの溝から形成される実質的なＶ字形である。
本発明の更なる特徴によれば、このＶ字形は、実質的に直線状の２つの溝の交差点において最小の曲率半径によって修正される。
本発明の更なる特徴によれば、実質的に直線状の２つの溝は、約３０度から約１２０度の間の角度をそれらの間に定める。
本発明の更なる特徴によれば、実質的に直線状の２つの溝のなす角度は、約８５度から約９５度の範囲にある。
本発明の更なる特徴によれば、ドライエッチング・プロセスは、ディープリアクティブ・イオンエッチングを使用する。
本発明の更なる特徴によれば、ドライエッチング・プロセスは低温ドライエッチングを含む。
【００１１】
本発明の更なる特徴によれば、孔が溝よりも深く延びるように、孔の最小横断寸法は、溝の最小横断寸法より大きい。
本発明の更なる特徴によれば、ウエハーの前記突起の反対側の面まで貫通する複数の接続孔を形成し、各前記接続孔が、貫通した流体流路を形成するために、対応する前記孔の１つと相互接続する。
本発明の更なる特徴によれば、ウェットエッチング・プロセスは、水酸化カリウムを含む溶液を使用する。
【００１２】
本発明の更なる特徴によれば、ウェットエッチング・プロセスは、囲まれた領域の内部から材料を選択的に除去するような方法で実行され、その領域は、突出形状のそれぞれが基板から上方に傾く傾斜上部表面を示すようなものである。
【００１３】
本発明の更なる特徴によれば、陥凹形状の少なくとも1つの群は、中空のマイクロニードルの２次元配列を形成するための陥凹形状の複数の群として実施される。
【００１４】
本発明の更なる特徴によれば、基板から突き出る少なくとも1つの中空のマイクロニードルの型は、ミクロ射出成形で使用するために形成される。
【００１５】
本発明の教えによれば、ウエハーの表面から突き出るように一体化して形成されたマイクロニードル構造が提供される。ウエハーの表面は、<100>の結晶学的な平面に実質的に相当する表面であり、該マイクロニードル構造は、(a)ウエハー表面に実質的に垂直に立つ少なくとも1つの壁と、(b) 結晶学的な平面に相当し且つ前記ウエハー表面から前記少なくとも1つの壁と交差するところまで延びる傾斜表面と、(c)傾斜表面から前記ウエハーの反対側の面まで貫通して延びる流体流路とからなる。
【００１６】
本発明の更なる特徴によれば、前記少なくとも1つの壁は、V字形を形成する少なくとも２つの実質的に直線状の壁部分を含んでいる。
【００１７】
本発明の更なる特徴によれば、前記少なくとも１つの壁は、実質的に直線状の少なくとも２つの壁部分をつなぐ湾曲部を含んでいる。
【００１８】
本発明の更なる特徴によれば、前記２つの実質的に直線状の壁部分は、約３０°から約１２０°の範囲の角度をなしている。
【００１９】
本発明の更なる特徴によれば、前記２つの実質的に直線状の壁部分は、約８５°から約９５°の範囲の角度をなしている。
【００２０】
本発明の更なる特徴によれば、傾斜表面は、<111>の結晶学的な平面に実質的に相当する。
【００２１】
（好ましい実施の形態の記述）
本発明は、ドライ及びウェットエッチング技術の手順を使用して中空のマイクロニードルを生産する方法、およびそのような技術によって製造される中空のマイクロニードル構造である。
生産技術の法則および作業、および本発明によって生じる構造は、図面およびこの図面に伴う記述を参照して一層よく理解される。
本発明は、添付図面を参照して、例としてのみここに記述される。
【００２２】
今図面に戻って、図１Ａ−１Ｄおよび２Ａ−２Ｆは、基板１４から突き出る複数の中空のマイクロニードル１２を形成するためにウエハー１０を加工する方法を概略的に例証する。
概して言えば、その方法は、陥凹形状の複数の群を形成するために、最初にドライエッチング・プロセスを使用する。陥凹形状の各群は、囲まれた領域１８を有する開いた形を形成するために配置された少なくとも１つの溝１６と、囲まれた領域１８内に位置する少なくとも１つの孔２０とを含んでいる。そのような形状の1つの群は、図１Ａおよび２Ａの中で示される。
【００２３】
各囲まれた領域１８内でマイクロニードル１２に相当する突出形状を残す一方で囲まれた領域１８の外部から材料を実質的に一様に除去する異方性のウェットエッチング・プロセスを実行するに先立って、孔２０及び溝１６の内部表面は保護層２２（図１Ｂおよび２Ｄ）でコーティングされる。この段階は、図１Ｃおよび２Ｅの中で示される。その後、保護層２２は図１Ｄおよび２Ｆの中で示されるように、基板１４（初期のウエハー１０の残りの厚さ）の表面からマイクロニードル１２を突き出させておいて除去される。
【００２４】
中空のマイクロニードルのためにこのプロセスが高度に効率的で信頼できる生産技術を提示することは直ちに認識されるであろう。特に、ドライエッチング・プロセスによって除去される材料の量が小さいので、低温DRIEのような高度に正確な技術は、過度に生産時間を延長することなく有利に使用されることができる。その後のウェットエッチング技術の使用は、完成品の高い産出高を達成するために、多くの材料が速く正確に除去されることを可能にする。例えば、前述の米国特許出願０９／５８９，３６９号に記述された装置およびシステムの一部は、参照によってここに組込まれるが、その一部のように、生じるマイクロニードルの構造は高度に頑丈で、経皮的な薬配送および／または診断のサンプリングのために有利に使用されることができる。その方法のこの利点及び他の利点、ならびに本発明の対応する構造は、以下のより詳述された記述から一層よく理解されるであろう。
【００２５】
本発明の特徴をより詳細に考える前に、特定の用語を明確にすることは有用である。なぜなら、その用語は明細書およびクレームの全体にわたって使用されるからである。第1に、溶液（「ウェット」）或いは他の手段（「ドライ」）にさらすことによって、最初のエッチング・ステップが実行されるエッチング・プロセスに言及するために、用語「ドライエッチング・プロセス」および「ウェットエッチング・プロセス」は、それらの容認された使用法に従って使用される。明らかに、これらの用語は、ウェットエッチング・プロセスにおける付加的な準備の或いは後の「ドライ」加工ステップの使用を除外するものではなく、その逆も同じである。
【００２６】
用語「ウエハー」はマイクロニードルが形成される材料を参照するためにここに使用される。典型的には、使用されるウエハーは単結晶ウエハーであり、最も好ましくはシリコンのような立方体構造の単結晶ウエハーである。用語「基板」は、マイクロニードルが支持されるベース構造のために使用される。明らかに、このように定義された基板は、一般に、加工の完了後のオリジナルウエハーの残りの厚さである。
【００２７】
用語「マイクロニードル」は、基板の表面上で形成された突起に言及するためにここに使用される。経皮的な流体移送適用のために、マイクロニードルは、高々２ｍｍの基板の上に最大高さまで突出するように形成され、典型的には高々５００μｍに形成される。様々な適用のためにマイクロニードルの寸法を選択することにおける設計検討の更なる詳細は、前述の同時継続出願で議論され、ここでは扱われない。
【００２８】
用語「中空の」は、流体が導管を流れて通り抜けるマイクロニードル構造に言及するために使用され、そのような導管を欠く「中実のマイクロニードル」とは対照的である。導管が通常はマイクロニードル突出体積の少数の割合であることが注目されるべきである。
【００２９】
最後に、様々な幾何学的な用語がここに使用される。特に、用語「開いた形」は、それ自体では閉じない1又はそれ以上の接触するラインによって形成された形を参照するために使用される。この閉鎖の不足にもかかわらず、開いた形によって定義された「囲まれた領域」が言及される。この囲まれた領域は、開いた形に単一の直線を加えることにより囲むことができる、最大の接触領域であると定義される。開いた形は、囲まれた領域がゼロでないように選択される。つまり、それは単一の直線ではないということである。
【００３０】
今本発明の特徴に、より詳細に帰って、生産プロセスの好ましい実施の様々な段階は、図２Ａ−２Ｆに関して記述される。
第1に、図２Ａはドライエッチング・プロセス後のウエハー１０を示す。好ましくは、上述されるように、高い精度は、低温DRIEあるいは他の高い精度のドライエッチング・プロセスの使用により達成される。DRIEのためにマスクを準備するべくリソグラフィーの後に続けてクリーニングすることによって、既に知られているようにウエハーは最初に準備される。好ましくは、孔２０の最小の横断寸法は、溝１６の最小の横断寸法より大きい。その結果、孔２０は溝１６よりわずかに大きな速度でエッチングされ、その孔はより大きな深さにまで及ぶ。溝１６の幅の典型的な値は、約１０μｍから約２０μｍの範囲にある。孔２０の寸法は、生産されるマイクロニードルの寸法の機能で選ばれ、一般に２０−１５０ミクロンの範囲の中にある。
【００３１】
図３Ａ−３Ｄを簡潔に参照して、溝１６によって形成された開いた形のために広範囲の異なる構造が使用されてもよいことは注目されるべきである。図３Ａの中で示される1つの好ましい例において、開いた形は、２つの実質的に直線状の溝１６ａおよび１６ｂから形成されたV字形である。図３Ｂは、２つの実質的に直線状の溝１６ａおよび１６ｂの交差点で与えられる最小の曲率半径を持つ曲がった接続溝１６ｃによってＶ字形が修正された、より好ましい例を示している。この最小の曲率半径は、好ましくは約５μｍから約１００μｍの範囲の値をもち、最も好ましくは１０−５０μｍである。後者の形はより頑丈なマイクロニードル先端に帰着すると考えられる。双方の場合では、溝１６ａと１６ｂのなす角度が好ましくは約３０°から１２０°の範囲にある。与えられた適用のためのこれらの溝間の角度の特定の選択は、ニードルのベース用に必要とされる寸法によって決定される。特に、溝間の囲まれた角度が小さくなるほど、ニードルのベースは小さくなる。ある適用では、約６０°から約１００°の間の角度の選択に有効性がある。
【００３２】
前述の溝形状は好ましいと考えられるが、広範囲の他の形態もまた有効で、いくつかの場合には特定の長所があることが注目されるべきである。例として、図３Ｃは図３Ｂに類似の溝形状を示しており、図３Ｂにおいて、湾曲溝１６ｃは第３の直線状の溝１６dと置き換えられている。図３Ｄは、溝１６全体が１つのＵ字形に近い段階付き湾曲形状として実施された例を示している。
【００３３】
溝１６によって形成された開いた形及び結晶軸に関するその配向によって形成された開いた形の選択が、要求された突出マイクロニードルを形成するために意図されたウェットエッチング・プロセスに従って選択されなければならないことが注目される。例として、好ましいKOHエッチングの場合には、囲まれた領域内の<100>平面の迅速なエッチングを抑制するために開いた形は十分に囲まれなければならない。その結果、要求されたマイクロニードル構造を<111>平面のエッチングによって形成することが可能となる。その<111>平面はKOHのもとで非常にゆっくりと生じる。
【００３４】
左右対称なマイクロニードルを形成するために、溝１６ａと１６ｂの間の角度を二等分するラインは<110>平面に垂直でなければならない。ここに図示された最も好ましい例において、溝は、２つの<100>平面に実質的に一致している。溝１６の長さ寸法は、要求されたマイクロニードルのサイズによって選ばれる。
【００３５】
孔２０は、また、形がさまざまであってもよい。ある場合には、円形の孔が好まれるかもしれない。溝１６に過度に接近することなく、孔の断面積(従ってフロー・キャパシティー)の増加を可能にするためには、典型的には略楕円形の非対称の孔がしばしばより有利である。随意的に、同様の結果を達成するために三角形に近い孔のような他の形態を使用することができる。
【００３６】
今図２Ｂに戻って、マイクロニードル１２を介して流体の移動を可能にするために孔２０は基板１４の背面２４と流体が流れるような関係で繋がっていることが、本発明のプロセス及び構造において特に好ましい特徴である。この端部に対し、好ましくは複数の接続孔２６が表面２４にまで貫通して形成され、流体流路を形成するために各接続孔２６は対応する孔２０と内部連通している。
【００３７】
通常接続孔２６は、ウエハーの正面の孔２０及び溝１６で用いられた加工と同様の裏面加工により形成される。従来から知られている技術により、正面及び裏面のマスクの正確な配列を確実にするための予防策が取られる。配列の公差は、正面の孔２０の寸法より大きい直径の接続孔２６を用いることにより好ましくは僅かに増す。
接続孔は、溝による基板の予想外の穿孔を避けるために溝１６から少し離れて好ましくは中心に設けられる。孔２０と溝１６の間の深さの違いは、この問題に対する更なる防御手段を提供する。
【００３８】
ウエハーの正面及び背面の加工のオーダーは、通常重要ではなく、主として実際の物流上の事情による。従って、背面の加工は、任意の正面の加工に優先して実行され、或いはドライエッチング・ステップとウェットエッチング・ステップの間で実行することができる。
しかしながら、一般的には背面の加工はその後、正面上に形成されるマイクロニードルの損傷を避けるためにウェットエッチング・ステップより前に実行されるべきである。
更に、少しの「オーバエッチング」、すなわち、背面孔との交差を確実にするために理論的に必要とされる深さよりわずかに大きいエッチングを可能とするべく最初に正面のドライエッチングを実行することは有利かもしれない。
【００３９】
図２Ｃ、２Ｄ及び２Ｅを参照すると、保護コーティング２２のための材料の選択は、実行されるウェットエッチング・プロセスの種類に適合しなければならない。特に好ましい実施において、ウェットエッチング・プロセスは、水酸化カリウム（KOH）を含んだ溶液を用いる。
そのような実施のための適切な保護コーティング材料はSiRNである。孔２０及び溝１６の内部の選択的なコーティングを達成するために、コーティングは典型的には、最初に、LPCVDのような方法による露出した表面（図２C）全体の均一のコーティング、次に、反応性イオンエッチング（RIE）のような上面（図２D）からのコーティングの選択的な除去の一方で孔及び溝内のコーティングは残す、の２段階で実行される。
【００４０】
異方性ウェットエッチング・プロセスは、次にウエハーの上面を除去し、一般的に＜１００＞の水平な結晶学的な平面を保つ。エッチング・プロセスが、保護コーティング２２によって形成された壁の内側の部分的な囲いにより、非対称的に制限された場所でのみ、異方性ウェットエッチング・プロセスは、代わりとなる結晶学的形状を採用し、突起１２（図２E）の構成を導く。
その後、保護コーティング２２は、更にウェットエッチング・プロセスによって一般的には除去される。前記実施例において、保護コーティング材料は、フッ化水素（HF）エッチングにより効果的に除去される。
【００４１】
本発明の方法によって生産されたマイクロニードルのピラミッド状の構造は、一般的に極めて頑丈であり、そのためマイクロニードルの使用における破損の可能性を非常に減少することが注目される。
図１Aから図１D、図３B及び図６の丸みを帯びた壁の構造を含むために、この頑丈さは、ピラミッド状の構造の修正によって更に増す。
それにもかかわらず、ある場合において、以下記載されるように、更なる好ましい特性を提供するために、生じる構造をいくつものコーティング層の追加により随意に更に加工することができる。
【００４２】
第1に、ウエハー材料次第で生物学的に適合する材料、主として金属層或いは合金層で少なくともマイクロニードルを覆うことが好ましい場合もある。この目的のためには、約２μmのチタン或いはステンレス鋼のコーティングで一般的には十分である。少なくとも１０から２０μmのより厚いコーティングは、また構造上の安全性の機能に役立てることができ、脆いシリコンニードルが破損するかもしれない場合に破片が後に残るのを防ぐ傾向がある。
【００４３】
更に好ましい選択肢によれば、超弾性合金の少なくとも約２０μmの層は、少なくとも円錐状の突起に被覆される。そのような合金の例はニチノールとして一般的に知られているNiTi合金の範囲である。
これは、非常に広範囲な稼動状態の状況下で切断或いは破損する傾向がない層を提供することにより、構造上の安全性が一層向上されたレベルを提供する。
【００４４】
前記金属層を形成するための好ましい技術の１つは、スパッタリングである。NiTiを用いるためのスパッタリング技術は、ナカムラ（Nakamura）等による「厚いフィルムSMAアクチュエーターのためのミクロ機械加工プロセス」（Micromachining Process for thin film SMA actuators）（IEEE、１９９６年２月）で検討されている。
超弾性特性を実現するために必要なNiTi化学量論を達成するために、予め少量のチタン（Ti）或いはニッケル（Ni）で覆われたマイクロニードルのようなターゲットを使用することが推奨される。ニッケル（Ni）、チタン（Ti）或いは任意の三次元合金要素の量の増量或いは減量は、任意の望まれる構成の超合金特性の基本原理であるフィルム変形を生み出すことができる。
正確な配合は、超弾性作用が示される温度を明確にする。５０％のチタン（Ti）ターゲットを使用している間に、基板距離及びスパッタリング・ガス圧にターゲットを適合させることにより、NiTi化学量論をTi４７%から５２%まで変更することができることが、更に示されている。
化学量論におけるそのように変化は、ほぼ室温で超弾性特性を実現することができるであろう。被覆された無定形のフィルムは、結晶性を完成するために焼きなましされなければならない。
この焼きなましは、また薄い反応層（〜４０nm）の形成を通して基板への溶着を促進する。等原子のNiTiのために、５００から７００度の間で焼きなましするとき観察されるような薄いフィルムの相変形の変更は行われない。
しかしながら、チタン（Ti）が豊富なフィルムは、変形温度の増加を示し、一方ニッケル（Ni）が豊富なフィルムは、温度変形の減少を示す。薄いフィルムは、マイクロニードルの構成に必要以上の６００MPa力で６％の負荷から回復することができる。
【００４５】
また、更なる選択肢において、実質的に専ら金属材料層或いは超弾性合金層から形成されるマイクロニードル突起を残すために、少なくとも基板材料の一部は金属層或いは超弾性層から離れてエッチングにより除去される。
超弾性合金の最も非常に好ましい場合においては、このことは、広範囲の条件下で事実上壊す事ができないマイクロニードル配列を作り出す。これは、従来技術に関連する、破損したマイクロニードルの問題の非常に価値のある解決策を提供し、ニードルが皮膚へ斜角で不適当に挿入される場合、装置の損害或いはユーザへの害に対して安全性が非常に改善されたレベルを提供する。
【００４６】
上記したマイクロニードル構造及び生産技術は、広範囲に適用して有利に直接用いることできるが、ある場合には、高分子材料で作られるマイクロニードル構造を提供することが好ましいこともある。
そのような適用については、本発明の生産技術は、中空のマイクロニードル構造の型を形成する更なるステップで好ましくは補われる。
型を使用して、構造を再生するためのその後のマイクロ射出成形技術と同様にそのような型を形成するための手順はこの分野で有名である。
【００４７】
本文中では、たった一本のマイクロニードルが概略的に示されたが、記載されたプロセスは、任意の望ましい間隔、レイアウト及び寸法で基板１２の表面から突出するマイクロニードルの一次元或いは二次元配列の生産に明らかに適合している。
実際、本発明は、１本のニードルのチップから１センチメートル四方の正方形当たり数百本の密度を備えたニードルの大規模な二次元配列までの適用の広い範囲に関する。
少なくとも２０本のマイクロニードルを含む二次元配列が提供されることは、本発明のある実施に関するマイクロニードル構造の特に好ましい特徴である。
更に好ましくは、少なくとも５０本、最も好ましくは、少なくとも１００本のマイクロニードルが各チップ上に提供される。多くの実用的な応用では、数百本のマイクロニードルの大きな配列を１cm²未満のチップ上に形成することもできる。
与えられた方向において隣接するマイクロニードルの中心間の間隔は、典型的には、その方向で各ニードルの最大寸法の２から１０倍の範囲である。
【００４８】
最後に図４から６を参照すると、これらは上記された生産工程で生産されるマイクロニードル構造を示す。具体的には、図４及び５は、図3Ａの溝パターンから形成されたマイクロニードルの配列を示し、図6は、図３Ｂのパターンを使用して形成された相当する配列を示す。
【００４９】
それぞれの場合において、生じる構造が、<１００>の結晶学的な平面に実質的に相当するウエハーの表面から突出するように一体的に形成された多くのマイクロニードルの配列を含む。
各マイクロニードルは、ウエハー表面に対し実質的に垂直に立つ少なくとも１つの壁と、結晶学的な平面に相当しウエハー表面から少なくとも１つの壁との交点へ延びる傾斜表面と、傾斜表面からウエハーの反対側の面まで貫通して延びる流体流路とを有する。
傾斜表面と流体流路の交点は、拡大した開口部を提供し、それにより、皮膚バリアを越えて、流体移送、特に診断上のサンプルの回収のためのマイクロニードルの能力を増す。
【００５０】
KOHを用いる上記された好ましい実施例において、傾斜表面は、＜１１１＞の結晶学的な平面に実質的に相当する。
【００５１】
上記記載は単に例示として意図され、他の多くの実施形態が本発明の精神及び範囲内で可能なことが理解されるであろう。

Claims (18)

1. 基板から突出する少なくとも１つの中空マイクロニードルを形成するためにウエハーを加工する方法であって、
   （ａ）ドライエッチング・プロセスの使用により陥凹形状の少なくとも１つの群を形成するステップであって、各陥凹形状の群は、囲まれた領域を有する開いた形を形成するために配置された少なくとも１つの溝と、前記囲まれた領域内に位置する少なくとも１つの孔とを含む、前記ステップと、
   （ｂ）前記孔及び前記溝の内部表面を保護層でコーティングするステップと、
   （ｃ）前記各囲まれた領域内に突出形状を残す一方で、前記囲まれた領域の外側から材料を除去するような方法で異方性ウェットエッチング・プロセスを実行するステップと、
   （ｄ）前記保護層を除去するステップと、
   を含む方法。
2. 前記開いた形は、実質的に直線状で非平行の２つの溝を含むことを特徴とする請求項１の方法。
3. 前記開いた形は、前記直線状の２つの溝の湾曲部分の交差点をさらに含むことを特徴とする請求項２の方法。
4. 前記直線状の２つの溝が成す角度は、３０度から１２０度の範囲にあることを特徴とする請求項２の方法。
5. 前記直線状の２つの溝が成す角度は、８５度から９５度の範囲にあることを特徴とする請求項２の方法。
6. 前記ドライエッチング・プロセスが、ディープリアクティブ・イオンエッチングを用いることを特徴とする請求項１の方法。
7. 前記ドライエッチング・プロセスが、低温ドライエッチングを含むことを特徴とする請求項１の方法。
8. 前記孔が前記溝よりも深く延びるように、前記孔の最小横断寸法が、前記溝の最小横断寸法よりも大きいことを特徴とする請求項１の方法。
9. 前記ウエハーの前記突起の反対側の面まで貫通する複数の接続孔を形成し、各前記接続孔が、貫通した流体流路を形成するために、対応する前記孔の１つと相互接続することを更に含む請求項８の方法。
10. 前記ウェットエッチング・プロセスが、水酸化カリウムを含む溶液を用いることを特徴とする請求項１の方法。
11. 前記ウェットエッチング・プロセスは、前記各突出形状が前記基板から上方に傾斜する傾斜上面を示すように、前記囲まれた領域内から材料を選択的に除去するような方法で実行されることを特徴とする請求項１の方法。
12. 前記陥凹形状の少なくとも１つの群が、中空マイクロニードルの２次元配列を形成するための陥凹形状の複数の群として実施されることを特徴とする請求項１の方法。
13. マイクロ射出成形における使用のために、前記基板から突出する前記少なくとも１つの中空マイクロニードルの型を形成することを更に含む請求項１の方法。
14. ウエハーの表面から突出するように一体的に形成されたマイクロニードル構造であって、
    前記マイクロニードル構造は、
    （ａ）前記ウエハー表面から直立する少なくとも２つの壁を備え、該壁は第１の直線状の壁部分と第２の直線状の壁部分を備え、前記第１及び第２の直線状の壁部分は非平行であり、
    前記マイクロニードル構造はさらに、
    （ｂ）前記ウエハー表面から前記セットの壁との交点へ延びる傾斜表面と、
    （ｃ）前記傾斜表面から前記ウエハーの反対側の面まで貫通して延びる流体流路と、
    を含む前記マイクロニードル構造。
15. 前記少なくとも１つの壁が、前記少なくとも２つの直線状の壁部分を相互に連結する１つの湾曲部分を更に含むことを特徴とする請求項１４のマイクロニードル構造。
16. 前記少なくとも２つの直線状の壁部分の間でなす角度が３０度から１２０度であることを特徴とする請求項１４のマイクロニードル構造。
17. 前記少なくとも２つの直線状の壁部分の間でなす角度が８５度から９５度であることを特徴とする請求項１４のマイクロニードル構造。
18. 前記ウエハー及びマイクロニードル構造は、単結晶から一体的に形成されることを特徴とする、請求項１４のマイクロニードル構造。

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