KR20010020578A - 등방성으로 에칭된 팁을 가진 경피 프로브 및 그 장치의제작방법 - Google Patents
등방성으로 에칭된 팁을 가진 경피 프로브 및 그 장치의제작방법 Download PDFInfo
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Abstract
프로브(20)는 상부면(26), 바닥면(34), 상부면(26)과 바닥면(34) 사이의 제 1 측벽(36) 및, 상부면(26)과 바닥면(34) 사이의 제 2 측벽(38)을 가지는 장방형 몸체(22)를 포함한다. 단부(40)는 팁으로 모이는 바닥면(34), 팁으로 모이는 제 1 측벽(36)의 등방성 에칭 부분 및 팁으로 모이는 제 2 벽(38)의 등방성 에칭 부분에 의해 한정된다. 장방형 몸체는 약 700마이크로미터 이하의 너비와, 200마이크로미터 이하의 두께를 가진다. 상기 장방형 몸체는 유체 채널을 포함한다. 이 장방형 몸체는 붕소로 처리되지 않은 실리콘으로 형성된다.
Description
생체의학 산업은 스테인레스 강으로 제작된 경피 주사용 바늘을 작은 지름 및 더 예리한 팁(tip)을 가지고 추가 기능을 제공할 수 있는 바늘로 대체하고자 한다. 더 작은 지름 및 더 예리한 팁에 대한 장점은 고통 및 피부 손상을 최소화한다는 점이다. 경피 주사용 바늘에 대한 바람직한 추가 기능은 화학 농도 감시, 세포 자극 및 일체화된 밸브 또는 펌프를 통한 유체 흐름의 제어에 대해 일체화된 전자장치를 제공하는 기능을 포함한다.
일체화된 회로 기술 및 단결정 실리콘 웨이퍼(wafer)가 경피 주사용 바늘을 제작하는데 사용되었다. 1993년 6월에 발표된 린 등의 "실리콘 가공 미소바늘"("Silicon Processed Microneedle", Lin, et al., Digest of Transducers '93, International Conference on Solid-State Sensors and Actuators, pp. 237-240, June 1993)에 "미소경피" 주사용 바늘 또는 "미소바늘"이 기술된다. 1994년 6월에 발표된 첸 및 와이즈의 "세포 레벨에서 선택적인 화학적 송출에 대한 다채널 신경 프로브"("A Multichannel Neural Probe for Selective Chemical Delivery at the Cellular Level", Chen and Wise, Technical Digest of the Solid-State Sensor and Actuator Workshop, Hilton head Island, S.C., pp. 256-259, June 13-16, 1994)에 다른 미소바늘이 기술된다. 상기 참고문헌에 기술된 바늘은 공통 요소를 가지고, 그 이유는 상기 바늘이 다전극 프로브에 대한 공정 흐름에 기초하기 때문이다. 특히, 상기 공정은 바늘의 형상 및 이방성 부식제로서 에틸렌디아민 파이로카테콜(ethylenediamine pyrocatechol)의 이용을 정의하기 위해 붕소가 첨가된 영역에 의존한다.
린 등은 단결정 실리콘의 대략 50㎛ 두께를 가진 보강 리브(rib)가 남을 수 있도록 웨이퍼를 얇게 하기 위해 일정 시간 간격을 가진 에칭을 사용하고 표면 미소가공되는 유체 통로를 기술한다. 반면에, 첸 및 와이즈는 이방성 에칭을 사용하여 채널을 미소바늘로 미소가공하고, 바늘의 축으로 구성된 모든 단결정 실리콘에 붕소가 첨가되어, 바늘의 형상을 형성하는 이방성 에칭의 시간맞춤은 덜 중요하게 된다.
상기 공지기술 장치에 관련된 많은 단점이 있다. 린 등의 미소바늘에서 단결정 실리콘 보강 리브는 거칠고 또한 일정 시간 간격을 가진 에칭의 빡빡한 공차로 인해 재생하기 어렵다. 첸 및 와이즈의 미소바늘은 두께가 대략 10㎛인 벽을 구성하고, 유체 채널의 형상은 바늘의 구조적 부분으로 구성되는 실리콘의 형상을 형성한다. 따라서 작은 채널은 얇은 바늘을 구성하고 큰 채널은 큰 바늘을 구성한다. 상기는 작은 채널을 가지나 큰 바늘 단면을 가진 바늘이 요구될 때 문제가 된다. 더 강한 미소바늘을 얻기 위해, 두께가 50㎛ 이상의 큰 바늘 단면이 필요하나, 유체 유량은 바늘의 단면에 따라 결정되기 때문에, 큰 바늘은 필요한 유체 저항을 제공하지 못한다. 큰 바늘 단면에서 필요한 유체 저항을 구성하기 위하여, 복잡하게 내포된 채널 형상이 구성되어야 한다.
린 등과 첸 및 와이즈의 미소바늘은, 상기 미소바늘이 바늘의 형상을 형성하기 위해 첨가된 붕소의 사용에 의존하는, 단점을 공유한다. 상기는 고가의 장시간(첸 및 와이즈에서는 약 8시간; 린에서는 약 16시간)인 고온(약 1150℃) 단계를 요구한다. 또한, 선택된 이방성 부식제는 에틸렌디아민 파이로카테콜이고, 상기 에틸렌디아민 파이로카테콜은 강한 발암성 물질이며, 제품을 위험하게 하고, 다른 비용 발생을 초래한다. 결과적으로, 상기 미소바늘은 미소바늘의 형상을 제작하기 위해 이방성 부식제를 사용하기 때문에, 바늘의 기하학적 형상에 제약이 따른다. 바늘이 "가장 예리하기" 위해서는, 바늘의 팁이 무한소의 작은 점 가까이에서 시작되어 스텝(step) 천이없이 연속적으로 바늘 축의 전폭에 경사지는 것이 바람직하다. 린 등과 첸 및 와이즈에 설명된 기술을 사용하여 상기 기하학적 형상을 얻기는 불가능하다. 특히, 상기 기술을 사용하여 제작된 바늘은 급작스런 스텝 천이를 가지고, 상기는 대부분 이방성 부식제의 사용에 기인한다.
채널을 포함하지 않은 미소바늘은 란셋으로 명명된다. 란셋은 혈액이 샘플(sample)로 추출될 수 있도록 표피를 절개하는데 사용된다. 또한 란셋은 상기 란셋이 칼날 또는 스칼펠(scalpel)로서 사용되도록 하는 형상으로 형성될 수 있다. 상기 장치는 외과 분야에서 피부나 눈을 절개하는데 사용될 수 있다. 따라서, 경피 프로브는 미소바늘, 란셋 또는 칼날(스칼펠)을 가리킨다.
공지기술 장치에 관련된 단점을 극복하기 위해 개선된 경피 프로브 및 상기 프로브의 제작 공정을 제공하는 것은 매우 바람직한 일이다.
본 발명은 피하 주사용 바늘, 란셋(lancet) 및 칼날과 같은 미크론 단위의 경피 프로브(transdermal probe)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 단결정 기질(substrate)의 등방성 에칭(etching)에 의해 형성된 미크론 단위의 경피 프로브에 관한 것이다.
본 발명의 특징 및 목적을 더 잘 이해하기 위하여, 첨부 도면과 관련하여 다음 상세한 설명이 인용참조된다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따라 등방성으로 에칭된 프로브에 대한 사시도.
도 2 는 도 1 에 도시된 프로브의 팁에 대한 확대도.
도 3 은 도 1 에 도시된 프로브에 대한 평면도.
도 4 는 도 1 에 도시된 프로브에 대한 측면도.
도 5 는 도 1 에 도시된 프로브에 대한 정면도.
도 6 은 본 발명의 실시예에 따라 등방성으로 그리고 이방성으로 에칭된 프로브에 대한 사시도.
도 7 은 도 6 에 도시된 프로브의 팁에 대한 확대도.
도 8a-8e 는 본 발명의 실시예에 따라 다르게 에칭된 채널에 대한 도면.
도 9a-9e 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 프로브의 구조에 대한 도면.
도 10a-10i 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 프로브의 구조에 대한 도면.
도 11a-11L 은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 프로브의 구조에 대한 도면.
도 12a-12L 은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 프로브의 구조에 대한 도면.
도 13a-13q' 는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 프로브의 구조에 대한 도면.
도 14a-14m' 는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 프로브의 구조에 대한 도면.
도 15a-15m' 는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 프로브의 구조에 대한 도면.
도 16a-16o' 는 본 발명의 제 8 실시예에 따른 프로브의 구조에 대한 도면.
도 17a-17f 는 본 발명의 제 9 실시예에 따른 프로브의 구조에 대한 도면.
도 18a-18h 는 본 발명의 제 10 실시예에 따른 프로브의 구조에 대한 도면.
도 19a-19i 는 본 발명의 제 11 실시예에 따른 프로브의 구조에 대한 도면.
도 20a-20f 는 본 발명의 제 12 실시예에 따른 프로브의 구조에 대한 도면.
도 21 은 본 발명에 따라 다양한 인화수소 유량 변수를 사용하여 침착된 PSG의 등방성 부식제 에칭율을 나타낸 도면.
도 22A 및 도 22B 는 본 발명에 따라 건조된 란셋에 대한 사시도.
도 23 은 본 발명의 실시예에 따라 건조된 연삭기에 대한 도면.
도 24 는 도 23 의 연삭기에 결합된 등방성으로 에칭된 팁에 대한 확대도.
도 25a-e 는 본 발명의 제 13 실시예에 따라 예리한 팁을 가진 연삭기의 건조에 대한 도면.
도 26a-e 는 본 발명의 제 14 실시예에 따라 예리한 팁을 가진 연삭기의 건조에 대한 도면.
도 27a-e 는 본 발명의 제 15 실시예에 따라 피라미드형의 돌출부를 가진 연삭기의 건조에 대한 도면.
동일 인용 부호는 여러 도면을 통하여 상응하는 부품을 가리킨다.
*부호 설명
20,50...경피 프로브 22,52...몸체
24,54...섕크 단부 26,56...상부면
28,58...채널 캡 30,32,60,62...채널 캡 포트
34,64...하부면 36,66...제 1 측벽
38...제 2 측벽 40,70...팁
경피 프로브는 상부면, 하부면, 상부면 및 하부면 사이의 제 1 측벽과 상부면 및 하부면 사이의 제 2 측벽을 가진 연장구성된 몸체를 포함한다. 단부는 팁으로 수렴하는 하부면, 팁으로 수렴하는 제 1 측벽의 등방성으로 에칭된 부분, 팁으로 수렴하는 제 2 측벽의 등방성으로 에칭된 부분에 의해 형성된다. 연장구성된 몸체는 폭이 약 700㎛ 이하이고 두께는 약 200㎛ 이하이다. 연장구성된 몸체는 유체 채널과 일체구조를 이룰 수 있다. 연장구성된 몸체는 붕소가 첨가되지 않은 실리콘으로 형성될 수 있다. 상기 형상에서, 히터나 펌프와 같은 일체구조를 이루는 회로 요소나 미소가공된 장치가 장치에 형성될 수도 있다. 장치의 제작과 관련된 많은 공정 기술이 있다. 장치는 단지 등방성 에칭에만 의존하여 형성될 수 있다. 선택적으로, 등방성 에칭 및 이방성 에칭의 결합이 사용될 수 있다. 공지기술의 미소가공된 장치와 달리, 상기 장치는 1100℃ 이하의 상대적으로 저온에서 가공되고, 발암성 물질인 에틸렌디아민 파이로카테콜을 사용하지 않고 가공된다. 칼날을 형성할 때, 폭은 약 3mm가 될 수 있고, 두께는 약 400㎛가 될 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따라 등방성으로 에칭된 경피 프로브(20)에 대한 사시도를 나타낸다. 프로브(20)는 연장구성된 몸체(22)를 포함하고, 상기 몸체(22)는 선호적으로 실리콘인 단결정 재료로 형성되며, 섕크(shank) 단부(24)에서 끝난다. 연장구성된 몸체(22)는 선호적으로 수평인 상부면(26)을 가진다. 도 1 의 실시예에서, 상부면(26)은 채널 캡(cap)(28)을 가지고, 상기 채널 캡(28)은 채널 입구/출구 포트(port)(30) 및 채널 출구/입구 포트(32)를 포함한다. 아래에 도시된 바와 같이, 본 발명의 프로브에 대한 실시예는 연장구성된 몸체(22)내에 일체구조로 형성된 채널을 포함한다. 다결정 실리콘(polycrystalline silicon)으로 형성될 수 있는 채널 캡(28)은 채널을 덮는다. 채널 캡 입구 포트(30)는 유체가 채널로 유입되도록 하고, 채널 캡 출구 포트(32)는 유체가 채널에서 배출되도록 한다. 상기 형상에서, 본 발명의 프로브(20)는 생체 또는 약품 용기와 같은 용기로부터 유체를 송출시키거나 빨아들이는데 사용될 수 있다. 프로브(20)에 대한 실시예는 채널을 포함하지 않고, 상기 실시예는 란셋으로 사용가능하며, 상기 란셋은 혈액을 빨아들이기 위한 목적으로 인체 피부를 절개하는데 사용된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 프로브는 칼날로서 사용될 수 있다.
또한 연장구성된 몸체(22)는 선호적으로 수평인 하부면(34)을 포함한다. 제 1 측벽(36) 및 제 2 측벽(38)이 상부면(26) 및 하부면(34) 사이에 구성된다. 도 1 의 실시예에서, 각 측벽은 곡선 형상을 가지고, 상기 곡선 형상은 아래에서 논의되는 등방성 에칭 작용에 기인한다.
도 2 는 연장구성된 몸체(22)의 말단 단부 또는 팁(40)에 대한 확대도이다. 도면은 상부면(26), 채널 캡(28), 채널 캡 출구 포트(32), 하부면(34), 제 1 측벽(36) 및 제 2 측벽(38)을 나타낸다. 하부면(34)이 팁(40)으로 수렴되는 것에 주목하라. 특히, 수평 하부면(34)은 수평으로 팁(40)에 수렴된다. 등방성 에칭 기술이 사용되기 때문에, 팁(40)은 거의 무한소로 작을 수 있다.
또한 도 2 는 제 1 측벽(36) 및 제 2 측벽(38)이 팁(40)으로 수렴되는 것을 나타낸다. 특히, 각 측벽(36,38)은 어떤 스텝 천이없이 수평으로 그리고 수직으로 매끄럽게 팁(40)에 수렴된다. 제 1 측벽(36) 및 제 2 측벽(38)은 서로 만나 리브(42)를 형성하고, 상기 리브(42)는 팁(40)으로 매끄럽게 연장구성된다.
본 발명에 따라 형성된 팁(40)은 공지기술의 프로브보다 더 예리하고, 그 이유는 연장구성된 몸체(22)의 전 크기로 경사지는 거의 무한소의 점으로부터 팁이 시작되는 것을 팁을 형성하는 공정이 가능하게 하기 때문이다.
도 3 은 등방성으로 에칭된 프로브(20)의 평면도이다. 상기 도면은, 섕크 단부(24), 상부면(26), 채널 캡(28), 채널 캡 입구 포트(30), 채널 캡 출구 포트(32), 제 1 측벽(36), 제 2 측벽(38) 및 팁(40)을 포함하여, 이전에 기술된 요소를 명확히 나타낸다.
도 4 는 프로브(20)의 측면도이다. 상기 도면은 섕크 단부(24), 상부면(26), 채널 캡(28), 하부면(34), 제 1 측벽(36) 및 팁(40)을 나타낸다. 곡면이 팁(40)에 연결되는 것을 주목하라. 급작스런 스텝 천이없는 상기 매끄러운 면은 본 발명에 따라 사용된 등방성 에칭 작용에 기인한다.
도 5 는 프로브(20)의 정면도이다. 상기 도면은 섕크 단부(24), 상부면(26), 채널 캡(28), 하부면(34)을 나타낸다. 또한 상기 도면은 곡선 형상의 측벽(36,38)을 나타낸다. 곡선 형상의 측벽으로 공지기술 프로브에 관련된 급작스런 스텝 천이가 방지된다. 곡선 형상의 측벽은 본 발명의 등방성 에칭 작용에 기인한다.
도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따라 등방성으로/이방성으로 에칭된 프로브(50)에 대한 사시도이다. 프로브(50)는 연장구성된 몸체(52)를 포함하고, 상기 몸체(52)는 섕크 단부(54)에서 끝난다. 장치는 수평 상부면(56)을 포함하고, 상기 상부면(56)은 채널 캡(58)을 지지한다. 채널 캡(58)은 채널 캡 입구 포트(60) 및 채널 캡 출구 포트(62)를 포함한다. 도 6 은 제 1 수직 측벽(66)을 나타내고, 상기 측벽(66)은 수평 상부면(56) 및 수평 하부면(64) 사이에 구성된다. 제 2 수직 측벽(도시되지 않음)은 장치의 다른 측에 구성된다.
도 7 은 연장구성된 몸체(52)의 말단 단부 또는 팁(70)에 대한 확대 사시도이다. 도 7 은 수직 측벽(66)을 명확히 나타내고, 상기 측벽(66)은 도 1-5 의 장치에 대한 곡선 형상의 측벽과 대조를 이루어 구성된다. 팁(70)은 등방성 에칭 및 이방성 에칭의 결합을 사용하여 형성된다. 이방성 에칭은 수직 측벽을 제공하고, 등방성 에칭은 팁(70)으로 매끄러운 천이를 제공한다. 팁은 매끄러운 면을 가지고, 팁(70) 및 연장구성된 몸체(52)의 단면부 사이에 대한 급작스런 스텝 천이를 방지한다.
도 8a-8e 는 본 발명의 다른 실시예에 따라 등방성으로 그리고 이방성으로 다르게 에칭된 채널을 나타낸다. 도 8a 는 등방성으로 에칭된 측벽(36,38)을 가지는 등방성으로 에칭된 프로브(20)를 나타낸다. 또한 상기 도면은 폴리실리콘 셸(polysilicon shell)(28)을 나타낸다. 도 8b 는 유사한 도면이나, 실리콘 웨이퍼의 이방성 에칭으로 형성된 채널(72)을 나타낸다. 도 8c 는 등방성 에칭으로 형성된 채널(73)을 나타낸다. 도 8d 는 평평한 바닥을 가지고 등방성으로 에칭된 채널(74)을 나타낸다. 마지막으로 도 8e 는 수직으로 에칭된 채널(76)을 나타낸다.
본 발명은 넓은 범위의 공정 기술을 사용하여 실행될 수 있다. 여기에 제공된 실시예는 설명의 목적으로 제공된 것이다. 본 발명은 기술된 실시예에 제한되지 않는다.
본 발명을 실행하기 위해 사용된 많은 수의 공정 기술 외에, 여러 장치 크기가 사용되었다. 예를 들어, 도 8a-8e 의 장치는 폭 300㎛ 및 두께 100㎛의 장치로서 실행되었다. 도 6 의 연장구성된 몸체(52)는 100㎛의 정사각형 단면을 가진 장치로서 실행되었다. 양면 정렬 및 에칭 기술을 통하여 형성된 수직으로 에칭된 홈은 폭 290㎛ 및 두께 100㎛를 가진 장치로 구성된다. 표준 두께(500㎛)를 가진 웨이퍼에 대한 양면 정렬 및 에칭으로 폭 640㎛ 및 두께 120㎛를 가진 장치를 제작하였다. 본 발명은 폭이 약 700㎛ 이하이고 두께가 200㎛ 이하인 연장구성된 몸체로 실행된다. 특히 본 발명이 폭이 약 300㎛ 이하이고 두께가 약 150㎛ 이하인 연장구성된 몸체로 실행되는 것이 선호된다. 칼날의 경우에, 칼날의 폭은 약 3mm가 될 수 있고, 칼날의 두께는 400㎛가 될 수 있다.
아래에 기술된 많은 공정 기술은 실리콘절연체(silicon-on-insulator)(SOI) 웨이퍼를 사용한다. SOI 웨이퍼를 사용한 프로브의 제작은 공정을 매우 단순화시킨다. 프로브의 제작에 사용되는 SOI 웨이퍼의 형태는, 이산화 실리콘인 중간 절연재를 통하여 함께 결합된 두 개의 실리콘 웨이퍼로 구성된다. 상부 웨이퍼(장치 웨이퍼)는 연삭 및 연마 기술의 결합으로 프로브의 원하는 두께까지 얇게 된다. 하부 웨이퍼(핸들(handle) 웨이퍼)의 역할은 용이한 처리를 위한 강한 기질을 제공하는 것이다. 프로브의 제작은 장치층에서만 수행되기 때문에, 절연재의 목적은 핸들층의 에칭을 막기 위한 에칭 정지부를 제공하는 것이다.
공급자는 규정 전 두께, 규정 장치층 두께 및 규정 절연층 두께를 가진 SOI 웨이퍼를 제공할 수 있다. 웨이퍼의 전 두께는 표준 웨이퍼의 전 두께와 동일하기 때문에, SOI 웨이퍼의 유용성은 일체화된 표준 회로 공정 장치의 사용을 가능하게 한다. 또한, SOI 웨이퍼 공급자는 장치층 두께가 수 마이크로미터 이내임을 보증할 수 있고 상기 두께가 공정 전에 알려지기 때문에, 바늘의 두께는 양호하게 제어될 수 있다. 또한, 웨이퍼를 얇게하는 단계가 없고, 상기 단계는 프로브 두께 변화의 요인이며, 붕소 첨가가 없고, 프로브 형상을 형성하기 위해 EDP가 요구된다. 결과적으로, 절연층이 에칭 정지부를 제공하기 때문에, 에칭의 시간맞춤은 그리 중요하지 않다.
본 발명에 따라 다양한 장치를 구성하기 위해 다음 공정 단계가 사용되었다. 본 기술분야의 숙련자는 본 발명의 범위내에서 규정 단계에 대한 다양한 변경이 가능함을 알 수 있을 것이다.
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표 1 - 선호적인 제작 단계
A. 표준 웨이퍼 세척
VLSI 랩 싱크(lab sink)를 사용
10분 동안 피라나(piranha) 세척(H2SO4:H2O2, 5:1)
탈이온수(DI water)에서 1분간 두 번 세정
물의 저항이 11㏁-㎝보다 클 때까지 세정
원심 탈수
120℃에서 10분 동안 피라나 세척(H2SO4:H2O2, 5:1)
1분 동안 탈이온수에서 세정
소수성이 될 때까지 25:1 HF에 담금
탈이온수에서 1분간 두 번 세정
탈이온수의 저항이 14㏁-㎝보다 클 때까지 세정
원심 탈수
B. 최소 산화 스트립(strip)으로 웨이퍼 세척
VLSI 랩 싱크를 사용
10분 동안 피라나 세척(H2SO4:H2O2, 5:1)
1분 동안 탈이온수에서 세정
천연 산화 실리콘이 제거될 때까지 25:1 HF에 담금
탈이온수에서 1분간 두 번 세정
탈이온수의 저항이 14㏁-㎝보다 클 때까지 세정
원심 탈수
C. 웨이퍼를 부분적으로 세척
VLSI 랩 싱크를 사용
10분 동안 피라나 세척(H2SO4:H2O2, 5:1)
탈이온수에서 1분간 두 번 세정
탈이온수의 저항이 11㏁-㎝보다 클 때까지 세정
원심 탈수
D. 저응력 질화 실리콘의 침착
수평의 저압 화학 증착 반응기를 사용
규정된 두께를 목표로 함
조건 = 835℃, 140mTorr, 100sccmDCS 및 25sccmNH3
E. 인규산염 유리(PSG) 침착
수평의 저압 화학 증착 반응기를 사용
규정된 두께를 목표로 함
조건 = 450℃, 300mTorr, 60sccmSiH4, 90sccmO2및 25sccmPH3
G. LPCVD 산화물 고밀도화
F. 저온 산화물 침착(LTO)
수평의 저압 화학 증착 반응기를 사용
규정된 두께를 목표로 함
조건 = 450℃, 300mTorr, 60sccmSiH4및 90sccmO2
G. LPCVD 산화물 고밀도화
G. LPCVD 산화물 고밀도화
수평의 대기압 반응기를 사용
조건 = 950℃, N2, 1시간; 선택적으로, 1100℃, N2보다 스트림(stream) 환 경
H. 석판술(photolithography)
1. HMDS 준비
2. 감광저항체(photoresist) 피복: Shipley S3813(에칭되는 재료의 두께 및 형상에 따라 두께는 변할 수 있다) 다파장 양성 저항체의 1㎛를 피복
3. 저항체 노출: G-라인 웨이퍼 스텝퍼(stepper), 표준 노출 시간
4. 저항체 현상: Shipley MF319를 사용한 표준 현상
5. 30분 동안 가열
I. 감광성저항체로 배면 피복
1. HMDS 준비
2. 감광저항체(photoresist) 피복: Shipley S3813(에칭되는 재료의 두께 및 형상에 따라 두께는 변할 수 있다) 다파장 양성 저항체의 1㎛를 피복
3. 저항체 현상: Shipley MF319를 사용한 표준 현상
4. 30분 동안 가열
J. 산화물 습식 에칭
VLSI 랩 싱크를 사용
원하는 양의 산화물이 제거될 때까지 5:1 BHF에서 에칭
탈이온수에서 1분간 두 번 세정
탈이온수의 저항이 11㏁-㎝보다 클 때까지 세정
원심 탈수
K. 저항체 스트립
랩 싱크를 사용
PRS-2000, 10분간 90℃까지 가열
탈이온수의 세 용액에서 각각 2분간 세정
C. 웨이퍼를 부분적으로 세척
L. 질화물 에칭
SF6+He 플라즈마 에칭
원하는 양의 질화물이 제거될 때까지 에칭
M. 비첨가된 폴리실리콘의 침착
수평의 저압 화학 증착 반응기를 사용
규정된 두께를 목표로 함
조건 = 650℃, 555mTorr 및 125sccmSiH4; 선택적으로, 580℃, 300mTorr 및 100sccmSiH4
N. 폴리실리콘 에칭
염소 플라즈마 에칭
원하는 양의 폴리실리콘이 제거될 때까지 에칭
O. 등방성 실리콘 에칭
랩 싱크를 사용
원하는 양의 실리콘이 제거될 때까지 실리콘 부식제(64% HNO3/ 33% H2O /3% NH4F)에 담금
1시간 동안 탈이온수에서 세정
(NH4F의 여러 농도가 사용된다. 또한, 본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 HF, HNO3및 C2H4O2를 포함한 등방성 에칭과 HF, HNO3, XeF2, SF6및 H2O를 포함한 에칭이 있다.)
P. 이방성 습식 에칭
랩 싱크, 가열 용액 사용
750g KOH:1500㎖ H2O; KOH의 농도는 더 빠른/더 느린 에칭율을 제공하고 산화물 위의 실리콘에 대한 더 높은/더 낮은 선택도를 제공하는데 사용될 수 있다.
온도 80℃
Q. 산화물 제거 습식 에칭
랩 싱크를 사용
원하는 산화물이 제거될 때까지 묽은 HF 또는 완충 HF에서 에칭
약 1시간 동안 탈이온수에서 세정
R. 수직벽 홈 에칭
유도적으로 연결된 플라즈마 에칭기를 사용
고등 실리콘 에칭 공정
고밀도 플라즈마 저압 공정 시스템
불소 플라즈마
원하는 깊이까지 에칭
S. 산화물, PSG 및 질화 실리콘 에칭
랩 싱크를 사용
만약 필요하다면 계면활성제로 농축 HF를 담금, 원하는 손실재가 제거될 때까지 계속 수행
탈이온수의 두 탱크(tank)에서 2분간 세정
탈이온수의 세 번째 탱크에서 120분간 세정
T. 스퍼터(sputter) 금(gold)
저압 챔버(chamber)를 사용
금을 목표로 함
U. 금 에칭
랩 싱크를 사용
왕수(aqua regent) 부식제 또는 상업적으로 이용가능한 금 부식제
V. 습식 산화
수평의 대기압 반응기를 사용
조건 = 규정 온도, 수증기 환경
W. 붕소 확산
수평의 대기압 반응기를 사용
고체 소스(source) 붕소 확산
조건 = 규정 온도
X. 원위치에 첨가된 폴리실리콘 침착
수평의 저압 화학 증착 반응기를 사용
규정된 두께를 목표로 함
조건 = 610℃ 및 300mTorr
Y. 열 산화물 성장
수평의 대기압 반응기를 사용
조건 = 1050℃, 증기 환경
Z. 융합 웨이퍼
수평의 대기압 반응기
조건 = 1100℃, 질소 환경
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실시예 Ⅰ
도 9a-9e 는 실리콘절연체(SOI) 웨이퍼에 제작되는 등방성으로 에칭된 프로브의 건조에 대한 공정 흐름을 나타낸다. 도 9a 는 SOI 웨이퍼(90)를 나타내고, 상기 웨이퍼(90)는 장치 웨이퍼(94) 및 핸들 웨이퍼(96) 사이에 구성된 절연층(92)을 포함한다. 장치 웨이퍼(94)는 약 100㎛의 두께를 가진 단결정 실리콘으로 형성된다. 방향은 (100) 또는 (110)이다. 절연체(92)는 열 성장된 SiO2이고, 두께가 1 내지 2㎛이며, 질화 실리콘 및/또는 화학적으로 침착된 산화물일 수 있다. 핸들 웨이퍼(96)는 (100) 방향이고 500㎛의 두께를 가진 단결정 실리콘이다. 핸들 웨이퍼(96)는 단결정 실리콘으로 형성되기 때문에, 상기 핸들 웨이퍼(96)는 장치 웨이퍼(94)와 동일한 해칭(hatching)을 가지며, 상기 장치 웨이퍼(94)도 단결정 실리콘으로 형성된다.
웨이퍼(90)가 세척된 후(단계 A), 질화 실리콘(단계 D)의 두께가 약 0.5㎛인 층이 침착된다. 도 9b 에 도시된 질화 실리콘(98)은 실리콘 등방성 에칭에 대한 차폐재 역할을 한다. 다음에 질화 실리콘(98)이 성형되고(단계 H), 에칭되며(단계 L), 감광성저항체가 제거된다(단계 K). 결과적인 구조가 도 9c 에 도시된다. 다음에 장치가 등방성 실리콘 부식제(단계 O)에 담겨지고, 도 9d 에 도시된 장치가 구성된다. 상기 작업이 도 1-5 에 도시된 형태의 매끄러운 측벽(36,38)을 제작하는 것을 주목하라. 도 9a-9e 는 연장구성된 몸체(22)의 중심에서 프로브(20)에 대한 정단면도이다. 동일한 공정이 이전에 기술된 팁(40)을 제작한다.
다음에 질화 실리콘이 제거되고 프로브가 구속해제된다(단계 S). 도 9e 는 구속해제된 프로브(20)를 나타낸다. 다음에 장치가 약 1시간 동안 탈이온수에서 세정된다. 결과적으로 채널을 포함하지 않은 장치는 란셋으로서 사용되는 프로브이다.
실시예 Ⅱ
도 10a-10i 는 SOI 웨이퍼에 제작되는 유체 채널이 미소가공되는 면을 가진 등방성으로 에칭된 프로브를 건조하기 위한 공정 흐름을 나타낸다. 도 10a 는 도 9a 에 도시된 형태의 장치를 나타낸다. 웨이퍼가 세척된다(단계 A). 다음에 약 2㎛의 두께를 가진 인규산염 층이 침착된다(단계 E). 도 10b 는 인규산염 유리(100)를 나타내고, 상기 인규산염 유리(100)는 채널 손실재로서 사용된다. 다음에 인규산염 유리(100)는 성형되고(단계 H), 에칭되며(단계 J), 유체 채널을 제작하기 위한 몰드(mold)를 형성하기 위해 감광성저항체가 제거된다(단계 K). 결과적으로 제작된 장치가 도 10c 에 도시된다. 다음에 장치가 세척되고(단계 B), 채널 캡의 프레임 재료를 형성하기 위해 약 2㎛의 폴리실리콘 층이 침착된다(단계 M). 도 10d 에 폴리실리콘(102)이 도시된다. 다음에 폴리실리콘(102)이 성형되고(단계 H), 에칭되며(단계 L), 저항체가 제거된다(단계 K). 상기는 이전에 기술된 채널 캡 입구 포트 및 채널 캡 출구 포트의 결과로 나타난다. 또한, 상기 작업은 셸의 변부(edge)로부터 폴리실리콘을 제거한다. 결과적으로 나타나는 구조가 도 10e 에 도시된다. 두 폴리실리콘(102) 부재 사이에 구성된 영역(32)은 채널 캡 출구 포트이다.
다음에 웨이퍼가 세척된다(단계 B). 다음에 두께가 0.5㎛인 질화 실리콘의 층이 침착된다(단계 D). 도 10f 에 도시된 질화 실리콘(98)은 실리콘 등방성 에칭에 대한 차폐재로서 작용한다. 다음에 질화 실리콘(98)이 성형되고(단계 H), 에칭되며(단계 L), 저항체가 제거되고(단계 K), 결과적으로 나타나는 장치가 도 10g 에 도시된다.
다음에 장치가 등방성 실리콘 부식제(단계 O)에 담겨지고, 도 10h 에 도시된 장치가 구성된다. 상기 작업에 의해 제 1 및 제 2 의 곡선 형상 측벽(36,38)이 형성되는 것을 주목하라. 상기 작업은 이전에 기술된 팁 구조를 제작한다.
다음에 질화 실리콘이 제거되고(단계 S), 프로브가 구속해제되며, 도 10i 에 도시된 장치를 제작하기 위해 인규산염 유리가 제거된다. 다음에 장치가 약 1시간 동안 탈이온수에서 세정된다.
실시예 Ⅲ
도 11a-11L은 SOI 웨이퍼에서 만들어진 대로, 채널을 형성하도록 비등방성 에칭에 통합된 등방성 형태의 프로브(probe)를 위한 공정 흐름을 나타낸다. 도 11a의 시동 장치는 앞의 예에서 설명된 형태로 구성된다. 이 웨이퍼는 세척되고(단계 A) 약 0.5㎛의 실리콘 질화물이 용착되어서(단계 D), 도 11b에 나타낸 장치를 구성한다. 또는 0.5㎛ 두께 층의 열 산화물은 0.5㎛ 두께 층의 실리콘 질화물로 대체할 수 있다. 이 산화물 층은 40℃에서 4:1의 H2O:KOH 용액 및 CF4+CHF3+He 플라즈마 에칭을 사용해 에칭된다. 실리콘 질화물은 그 후에 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 L), 방식제는 제거된다(단계 K). 그러고 나서 단일 결정 실리콘(100)에 비등방성 에칭액이 부여되어서(단계 P) 도 11c에 나타낸 것처럼, 유체가 통과하기 위한 비등방성으로 에칭된 홈(72)을 형성한다.
상기 웨이퍼는 그 후에 세척되고(단계 A) 약 2㎛의 인규산염 유리가 놓여서(단계 E) 도 11d에 나타낸 것처럼, 실리콘 질화물 마스크 층(98)에서 구멍을 채운다. PSG를 3㎛ 두께로 용착하고 단계 G에 의해 지정된 것보다 PSG를 고온, 고밀도화하는 것이 선호된다. 대기에서 1100℃에서 2시간 동안 고밀도화하는 것이 보다 적합하다. 회로가 포함되는 경우에 고온 과정을 최소화하는 것이 바람직하므로, 950℃의 온도에서 고밀도화 과정이 수행되어야 한다. 인규산염 유리(100)는 그 후에 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 J), 도 11e에 나타난 것처럼 실리콘 질화물998)의 영역을 노출하도록 방식제는 제거된다(단계 K).
실리콘 질화물(98)은 그 후에 에칭되어서(단P L), 도 11f에 나타낸 것과 같은 장치를 만든다. 일반적으로 인규산염 유리는 에칭 마스크로서 사용되므로 질화물 에칭 과정 이전에 방식제는 제거될 수 있다. 어떤 경우에, 인규산염 유리의 두께는 에칭이 아래에 놓인 질화물을 공격하지 않게 충분히 두껍지 않을 수 있는데, 이 때 포토레지스트(photoresist)가 필요하다.
웨이퍼는 그 후에 세척된다(단계 B). 약 2㎛의 폴리실리콘이 용착되어서(단계 M) 채널 틈의 프레임 물질을 형성하고, 도 11g에 나타낸 장치를 만든다. 이 장치는 그 후에 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 N) 포토레지스트는 제거되어서(단계 K) 채널 틈 유입구와 유출구를 형성하고 셸의 가장자리로부터 폴리실리콘을 제거한다. 이 과정은 도 11h에 나타낸 장치를 형성한다. 웨이퍼는 그 후 세척되고(단계 B) 0.5㎛의 실리콘 질화물이 용착된다(단계 D). 도 11i에 나타낸 것처럼, 실리콘 질화물(98)은 실리콘 등방성 에칭을 위한 마스킹 재료로서 사용된다.
실리콘 질화물은 그 후에 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 L), 방식제는 제거되어서(단계 K), 도 11j에 나타낸 구조물을 형성한다. 이 장치는 그러고 나서 등방성 실리콘 에칭액 속에 잠기어서(단계 O), 도 11k의 구조물을 만든다. 실리콘 질화물은 그 후에 제거되고, 프로브는 분리되며, 인규산염 유리는 제거된다(단계 S). 도 11L에 나타낸, 장치는 약 1시간 동안 탈이온수에서 헹구어진다.
실시예 Ⅳ
도 12a-12L은 SOI 웨이퍼에서 가공된 대로, 채널을 형성하기 위해서 등방성 에칭을 포함하는 등방성 형태의 프로브에 대한 공정 흐름을 나타낸다. 도 12a의 시동 장치는 앞의 실시예에서 설명된 형태로 구성된다. 이 웨이퍼는 세척되고(단계 A) 약 0.5㎛의 실리콘 질화물이 용착되어서(단계 D), 도 12b에 나타낸 장치를 형성한다. 이 실리콘 질화물은 그 후에 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 L), 방식제는 제거된다(단계 K). 단일 결정 실리콘(100)에 등방성 에칭액이 작용하여서(단계 O) 도 12c에 나타낸 것처럼, 유체가 통과하기 위한 등방성으로 에칭된 평평한 바닥의 홈(74)을 형성한다.
웨이퍼는 그 후에 세척되고(단계 A) 약 2㎛의 인규산염 유리가 용착되어서(단계 E) 도 12d에 나타낸 것처럼, 실리콘 질화물 마스크 층(98)의 구멍을 채운다. 상기 인규산염 유리(100)는 그 후에 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 J), 부식제가 제거되어서(단계 K) 도 12e에 나타낸 것처럼, 실리콘 질화물(98)의 영역을 노출한다.
상기 실리콘 질화물(98)은 그 후에 에칭되어서(단계 L), 도 12f에 나타낸 장치를 형성한다. 인규산염 유리는 에칭 마스크로서 사용되므로 상기 방식제는 질화물 에칭 이전에 제거된다. 어떤 경우에, 인규산염 유리의 두께는 에칭이 아래에 놓인 질화물을 공격하지 못하게 충분히 두껍지 않을 수도 있는데, 이 때 포토레지스트가 필요하다.
웨이퍼는 그 후에 세척된다(단계 B). 약 2㎛의 폴리실리콘은 그 후에 용착되어서(단계 M) 유체 채널의 프레임 재료를 형성하고, 도 12g에 나타낸 장치를 만든다. 이 장치는 그 후에 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 N), 포토레지스트는 제거되어서(단계 K) 유체 유입구와 배출구를 형성하고 셸(shell)로부터 폴리실리콘을 제거한다. 이런 공정은 도 12h에 나타낸 장치를 형성한다. 웨이퍼는 그 후에 세척되고(단계 B) 약 0.5㎛의 실리콘 질화물은 용착된다(단계 D). 도 12i에 나타낸 것처럼, 실리콘 질화물(98)은 실리콘 등방성 에칭을 위한 마스크 재료로서 사용된다.
이 실리콘 질화물은 그 후에 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 L), 부식제는 제거되어서(단계 K), 도 12j에 나타낸 구조물을 형성한다. 이 장치는 그 후 등방성 실리콘 에칭액 속에 잠기고(단계 O), 도 12k의 구조물을 만든다. 실리콘 질화물은 그 후에 제거되고, 프로브는 분리되며, 인규산염 유리는 제거된다(단계 S). 도 12L에 나타낸, 장치는 그 후에 약 1시간 동안 탈이온수로 헹구어진다.
실시예 Ⅴ
도 13a-13q는 폴리실리콘 히터의 형태의 마이크로 기계 구조물과 집적 회로를 가지는 SOI 웨이퍼에서 가공된 채널을 형성하도록 비등방성 에칭을 포함한 등방성 형태의 프로브를 위한 공정 흐름을 나타낸다. 다음 도면에서, 각 페이지의 왼쪽에 있는 도면은 샤프트의 횡단면이고, 오른쪽에 있는 도면은 회로의 횡단면도이다. 도 13a는 배향된 SOI 웨이퍼(100)이다. 도 13a'의 좌측은 두 개의 p+를 첨가한 영역(120,122)을 나타낸다. 폴리실리콘 접촉부(124)는 각 영역 위에 놓인다. n+ 폴리실리콘 영역(126)은 접촉부(124) 사이에 위치한다. 도 13a'의 우측은 비슷한 구조를 가지지만, n 영역(130)과 n+ 영역(132)을 포함한다. 이런 종류의 장치를 구조하는데 사용되는 공정은 당해 분야에 공지되어 있다.
웨이퍼는 세척되고(단계 B) 약 0.5㎛의 실리콘 질화물이 용착되어서(단계 D), 도 13b와 13b'에 나타낸 구조물을 형성한다. 이 웨이퍼는 그 후에 세척되고(단계 B) 약 0.4㎛의 폴리실리콘이 용착되어서(단계 X) 폴리실리콘 히터를 형성한다. 이 폴리실리콘은 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 N), 방식제는 제거된다(단계 K). 웨이퍼는 그 후에 세척된다(단계 B). 약 0.5㎛의 실리콘 질화물이 그 후에 용착되어서 실리콘 에칭 중에 폴리실리콘을 보호한다. 결과 구조물은 도 13c와 13c'에 나타나 있다.
이 실리콘 질화물은 그 후에 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 L), 방식제는 제거된다(단계 K). (테트라메틸 암모니움 수산화물로 이루어진 호환성이 큰 IC가 KOH 대신에 사용될 수 있다). 단 결정 실리콘은 그 후에 비등방성 에칭에서 에칭 되어서(단계 P) 도 13d에 나타낸, 유체 통로를 위한 홈을 형성한다. 상기 웨이퍼는 그 후에 세척되고(단계 A) 약 2㎛의 인규산염 유리가 용착되어서 실리콘 질화물 마스크 층에서 구멍을 채운다. 결과로서 생기는 구조물은 도 13e와 13e'에 나타내었다.
이 장치는 그 후에 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 J), 방식제는 제거된다(단계 K). 이것은 도 13f와 13f'에 나타낸 대로, 실리콘 질화물의 영역을 노출한다. 상기 실리콘 질화물은 그 후에 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 L), 방식제는 제거된다(단계 K). 이 과정은 도 13g와 13g'에 나타난 것처럼, 전기 접촉구에 대해, 채널의 바깥쪽 영역에서 질화물을 제거한다.
상기 웨이퍼는 그 후에 세척되고(단계 B) 약 2㎛의 폴리실리콘이 용착되어서(단계 M) 도 13h와 13h'에 나타낸 것처럼, 유체 채널의 프레임 물질을 형성한다. 이 폴리실리콘은 그 후에 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 N), 방식제는 제거된다(단계 K). 이 과정은 채널 캡 유입구와 배출구를 형성하고 셸의 가장자리에서 떨어져 폴리실리콘을 제거한다. 결과로서 생기는 구조물은 도 13i와 13i'에 나타나 있다.
웨이퍼는 그 후에 세척되고(단계 B) 약 0.4㎛의 폴리실리콘이 용착되어서(단계 M) 다음 HF 에칭 과정 중에 전기 접촉부에 대해 얇은, 보호층을 형성한다. 이것은 도 13j와 13j'의 구조물을 형성한다. 폴리실리콘은 그 후에 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 N), 방식제는 제거된다(단계 K). 이것은 도 13k와 13k'에 나타난 것처럼, 회로를 덮지 않는 폴리실리콘을 제거한다.
상기 웨이퍼는 그 후에 세척되고(단계 B) 약 0.5㎛의 실리콘 질화물이 용착된다(단계 D). 도 13L과 13L'에 나타낸, 실리콘 질화물은 실리콘 등방성 에칭을 위한 마스크 재료로서 사용된다. 이 실리콘 질화물은 그 후에 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 L), 방식제는 제거된다(단계 K). 이것은 도 13m과 13m'의 구조를 형성한다. 상기 장치는 그 후에 등방성 실리콘 에칭액 속에 잠기어서(단계 O), 도 13n과 13n'의 구조를 형성한다.
웨이퍼는 그 후에 HF 속에 잠기어서(단계 S), 실리콘 질화물 대부분을 제거하고, 프로브를 분리하며 인규산염 유리를 제거한다. 결과로서 생긴 구조물은 도 13o와 13o'에 나타나 있다. 일부 실리콘 질화물은 기판으로부터 히터를 차단하기 위해서 유지되고 HF 에칭 시기가 중요하다. 상기 웨이퍼는 그 후 약 1시간 동안 탈이온수에서 헹구어진다.
짧은 실리콘 플라즈마 에칭(단계 N)은 회로에 대해 폴리실리콘의 얇은, 보호층을 제거하는 역할을 한다. 이 과정은 도 13p와 13p'의 장치를 형성한다. 최종 단계는 폴리실리콘 접촉부를 덮는 산화물을 제거하기 위해서 HF 산에 신속하게 담기어진다(단계 O). 최종 구조물은 도 13q와 13q'에 나타나 있다.
실시예 Ⅵ
도 14a-14m'는 채널을 형성하기 위해서 비등방성 에칭을 포함하는 등방성 형태의 프로브를 위한 공정 흐름을 나타낸다. 이 공정은 회로 및 두 면을 가지는 에칭과 함께 얇은 웨이퍼를 사용한다. 아래 도면에서, 각 페이지의 좌측 도면은 프로브 샤프트의 횡단면이고, 각 페이지의 우측 도면은 회로의 횡단면이다. 도 14a는 약 100㎛ 두께인 실리콘 p형 웨이퍼(100)를 나타낸다. 도 14a'는 도 13a'의 층(92,96)을 가지지 않지만, 도 13a'를 참고로 기술한 형태의 구조를 보여준다.
상기 웨이퍼는 세척된다(단계 B). 약 0.5㎛의 실리콘 질화물이 그 후에 용착된다(단계 D). 결과로서 생기는 구조물은 도 14b와 14b'에 나타나 있다. 이 실리콘 질화물은 그 후에 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 L), 방식제는 제거된다(단계 K). 단 결정 실리콘은 그 후에 비등방성 에칭액에서 에칭되어(단계 P) 유체가 통과하기 위한 홈을 형성한다. 결과로서 생기는 구조물은 도 14c와 14c'에 나타나 있다.
이 웨이퍼는 그 후에 세척되고(단계 A) 약 2㎛의 인규산염 유리가 용착되어서(단계 E) 실리콘 질화물 마스크 층에서 오우프닝을 채운다. 결과로서 생기는 구조물은 도 14d와 14d'에 나타나 있다. 상기 인규산염 유리는 그 후에 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 J), 방식제는 제거된다(단계 K). 이것은 유체 채널 캡을 만들기 위해서 몰드를 형성한다. 실리콘 질화물은 그 후에 에칭된다(단계 L). 결과로서 생기는 구조물은 도 14e와 14e'에 나타나 있다. 인규산염 유리는 에칭 마스크로서 작용하므로 방식제는 질화물 에칭 이전에 제거될 수 있다. 어떤 경우에, 인규산염 유리의 두께는 에칭이 아래에 놓인 질화물을 공격하지 못하도록 충분히 두껍지 않을 수도 있고, 이 경우에 포토레지스트가 필요하다.
웨이퍼는 그 후에 세척되고(단계 B) 약 2㎛의 폴리실리콘이 용착되어서(단계 M) 유체 채널의 프레임 물질을 형성한다. 이렇게 만들어진 구조물은 도 14f와 14f'에 나타나 있다. 폴리실리콘은 그 후에 패턴화되고(단계 H) 에칭 되어서(단계 N) 유체 유입구와 배출구를 형성하고 셸의 가장자리에서 폴리실리콘을 제거한다. 이 폴리실리콘은 그 후에 웨이퍼의 배면에서 제거되고(단계 N) 방식제도 제거된다(단계 K). 이렇게 만들어진 구조물은 도 14g와 14g'에 나타나 있다.
웨이퍼는 그 후에 세척되고(단계 B) 약 0.5㎛의 실리콘 질화물은 용착되어서(단계 D) 실리콘 등방성 에칭을 위한 마스크 재료로서 사용된다. 도 14h와 14h'는 결과로서 생기는 구조물을 나타낸다. 실리콘 질화물은 그 후에 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 L), 방식제가 제거되어서(단계 K) 도 14i와 14i'에 나타낸 구조물을 형성한다. 전기 접촉부의 실리콘 질화물은 그 후에 패턴화되고(단계 H) 실리콘 질화물 층은 에칭되며(단계 L), 폴리실리콘 층은 에칭되고(단계 N), 실리콘 질화물 층은 에칭되며(단계 L), 산화물도 에칭 되어서(단계 Q), 도 14j'에 나타낸 대로 전기 접촉부를 노출시킨다. 상기 방식제는 그 후에 제거된다(단계 K).
웨이퍼는 그 후에 세척되고(단계 B) 금은 웨이퍼의 정면에서 튀긴다(단계 T). 유리하게도, 크롬 접착층이 사용된다. 이 금은 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 U), 방식제는 제거된다(단계 K). 이렇게 형성된 금 포켓은 도 14k'에 나타나 있다. 웨이퍼는 그 후 등방성 에칭액 속에 잠기어지고(단계 O), 도 14l과 14l'의 구조물을 형성한다. 이 웨이퍼는 그 후에 HF 속에 잠기어져서(단계 S) 실리콘 질화물을 제거하고, 프로브를 분리하며 인규산염 유리를 제거한다. 상기 웨이퍼는 그 후에 약 1시간 동안 탈이온수에서 헹구어져서 도 14m과 14m'에 나타낸 구조물을 형성한다.
실시예 Ⅶ
도 15a-15m'는 채널을 형성하도록 비등방성 에칭을 포함한 등방성 모양의 프로브를 위한 공정 흐름을 나타낸다. 이 공정은 두 면을 가지는 에칭과 회로를 가지는 표준 두께의 웨이퍼를 이용한다. 하기 도면에서, 각 페이지의 좌측 도면은 프로브 샤프트의 횡단면이고, 각 페이지의 우측 도면은 회로의 횡단면이다. 도 15a는 약 500㎛ 두께의 실리콘 P형 웨이퍼(100)를 나타낸다. 도 15a'는 도 13a'를 참고로 설명한 형태의 구조물을 나타내지만, 도 13a'의 층(92,96)을 가지지 않는다.
상기 웨이퍼는 세척되고(단계 B) 약 0.5㎛의 실리콘 질화물은 용착되어서(단계 D), 도 15b와 15b'의 구조를 형성한다. 상기 실리콘 질화물은 그 후에 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 L), 방식제는 제거된다(단계 K). 단일 결정 실리콘은 그 후에 비등방성 에칭액 내에서 에칭 되어서(단계 P) 도 15c에 나타낸 것과 같은, 유체 통로 홈을 형성한다.
웨이퍼는 그 후에 세척되고(단계 B) 약 2㎛의 인규산염 유리는 용착되어서(단계 E) 실리콘 질화물 마스크 층에서 구멍을 채운다. 결과로서 생기는 구조물은 도 15와 15d'에 나타나 있다. 상기 인규산염 유리는 그 후에 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 J), 방식제는 제거된다(단계 K). 이것은 유체 채널 캡을 만들기 위해서 몰드를 형성한다. 상기 실리콘 질화물은 그 후에 에칭 되어서(단계 L), 도 15e와 15e'에 나타낸 구조물을 형성한다. 인규산염 유리는 에칭 마스크로서 사용되므로 방식제는 일반적으로 질화물 에칭 이전에 제거된다. 어떤 경우에, 인규산염 유리의 두께는 에칭이 아래에 놓인 질화물을 공격하지 못하도록 충분히 두껍지 않을 수 있고 이 경우에 포토레지스트가 필요하다.
웨이퍼는 그 후에 세척되고(단계 B) 약 2㎛의 폴리실리콘이 용착되어서(단계 M) 도 15f와 15f'에 나타낸 것과 같은 프레임 재료를 형성한다. 폴리실리콘은 그 후에 패턴화되고(단계 H) 에칭 되어서(단계 N) 채널 캡 유입구와 배출구를 형성하고, 셸의 가장자리로부터 폴리실리콘을 제거하며, 웨이퍼의 배면에서 폴리실리콘을 제거한다(단계 N). 이 방식제는 그 후에 제거된다(단계 K). 이렇게 형성된 구조물은 도 15g와 15g'에 나타나 있다.
상기 웨이퍼는 그 후에 세척되고(단계 B) 약 0.5㎛의 실리콘 질화물이 용착된다(단계 D). 상기 실리콘 질화물은 실리콘 등방성 에칭을 위한 마스크 재료로서 사용된다. 이런 실리콘 질화물 층은 도 15h와 15h'에 나타나 있다. 실리콘 질화물은 패턴화되어 있고(단계 H), 에칭되며(단계 L) 방식제는 제거된다(단계 K). 이것은 도 15i와 15i'에 나타낸 구조물을 형성한다.
이 패턴은 그 후에 전기 접촉부에 대해 적용된다(단계 H). 실리콘 질화물 층은 그 후에 에칭되고(단계 L), 폴리실리콘 층은 에칭되며(단계 N), 실리콘 질화물 층은 에칭되고(단계 L), 산화물 층도 에칭된다(단계 Q). 상기 방식제는 그 후에 제거된다(단계 K). 이렇게 형성된 구조물은 도 15j와 15j'에 나타나 있다.
웨이퍼는 그 후에 세척되고(단계 B) 금은 웨이퍼의 정면에서 튀긴다(단계 T). 이 금은 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 U), 방식제는 제거되어서(단계 K), 도 15k와 15k'의 구조를 형성한다. 금을 용착하기 전에 티타늄 또는 크롬과 같은 추가 접착 층이 용착시키는데 필요하다.
웨이퍼를 등방성 실리콘 에칭액 속에 넣어서(단계 O), 도 15l과 15l'의 구조를 형성한다. 이 웨이퍼는 그 후에 HF 속에 잠기어져서(단계 S) 실리콘 질화물을 제거하고, 프로브를 분리하며 인규산염 유리를 제거한다. 상기 웨이퍼는 그 후에 약 1 시간 동안 탈이온수에서 헹구어진다. 최종 구조물은 도 15m과 15m'에 나타나 있다.
실시예 Ⅷ
도 16a-16o'는 채널을 형성하기 위해서 비등방성 에칭을 포함한 비등방성, 등방성 형태의 프로브를 위한 공정 흐름을 나타낸다. 이 장치는 110 상층을 가지는 SOI 웨이퍼에서 만들어진다. 이 공정은 도 6-7에 나타낸 형태의 장치를 만드는데 사용된다. 페이지 좌측의 도면은 끝 부분의 횡단면을 나타내는 반면에, 페이지 우측의 도면은 프로브 샤프트 영역의 횡단면을 나타낸다.
도 16a와 16a'는 실리콘 웨이퍼 위의 산화물과 결합된 110 실리콘 웨이퍼를 나타낸다. 이 웨이퍼는 세척되고(단계 A) 약 0.5㎛의 실리콘 질화물이 용착되어서(단계 D), 도 16b와 16b'에 나타낸 장치를 형성한다. 상기 실리콘 질화물은 그 후에 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 L), 방식제는 제거된다(단계 K). 단일 결정 실리콘은 그 후에 비등방성 에칭액으로 처리되어서(단계 P) 유체가 통과하기 위한 홈을 형성하여, 도 16c와 16c'의 장치를 형성한다.
이 웨이퍼는 그 후에 세척되고(단계 A) 약 2㎛의 인규산염 유리가 용착되어서(단계 E) 도 16d와 16d'에 나타낸 대로, 실리콘 질화물 마스크 층의 구멍을 채운다. 상기 인규산염 유리는 그 후에 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 J), 방식제는 제거된다(단계 K). 이 조작은 도 16e와 16e'에 나타낸 것처럼, 실리콘 질화물의 영역을 노출한다. 이 실리콘 질화물은 그 후에 에칭 되어서(단계 L) 도 16f와 16f'의 구조를 형성한다. 인규산염 유리는 에칭 마스크로서 사용되므로 질화물 에칭 이전에 방식제는 제거된다. 어떤 경우에, 인규산염 유리의 두께는 에칭이 아래에 놓인 질화물을 공격하지 못하게 충분히 두껍지 않을 수 있는데, 이 때 포토레지스트가 필요할 수 있다.
웨이퍼는 그 후에 세척되고(단계 B) 약 2㎛의 폴리실리콘이 용착되어서(단계 M) 유체 채널의 프레임 재료를 형성한다. 결과로서 생긴 구조물은 도 16g와 16g'에 나타나 있다. 폴리실리콘은 그 후에 패턴화되고(단계 H) 에칭 되어서(단계 N) 채널 캡 유입구와 유출구를 형성한다. 그 후에 방식제는 제거된다(단계 K). 이것은 도 16h와 16h'의 장치를 구성한다.
도 16i와 16i'에 나타난 것처럼, 웨이퍼는 그 후에 세척되고(단계 B) 약 0.5㎛의 실리콘 질화물(단계 D)이 용착된다. 실리콘 질화물은 실리콘 등방성 에칭을 위해 마스크 재료로서 사용된다. 상기 실리콘 질화물은 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 L), 방식제는 제거된다(단계 K). 이것은 도 16j와 16j'의 구조물을 형성한다.
이 웨이퍼는 그 후에 세척되고(단계 A) 약 2㎛의 저온 산화물(단계 F)은 비등방성 에칭 마스크 재료에 대해 용착된다. 다른 마스크 재료는 폴리헥산 또는 실리콘 질화물로 이루어진 부가 층이다. 용착된 물질은 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 J), 방식제는 제거되어서(단계 K) 도 16k와 16k'의 구조물을 형성한다.
단일 결정 실리콘은 그 후에 비등방성 에칭액에서 에칭 되어서(단계 P) 도 16l과 16l'에 나타낸 것처럼, 프로브의 샤프트를 따라 수직 벽을 형성한다. 저온 산화물 비등방성 실리콘 에칭액 마스크는 그 후에 제거되어서(단계 Q), 도 16m과 16m'의 구조물을 형성한다.
상기 웨이퍼는 등방성 실리콘 에칭액 속에 잠기어져서(단계 O) 도 16n에 나타낸 것처럼, 끝 부분에 매끄럽고, 수렴하는 표면을 형성한다. 도 16o와 16o'에 나타난 것처럼, 이 웨이퍼는 HF 속에 잠기어져서(단계 S) 실리콘 질화물을 제거하고, 프로브를 분리하며, 인규산염 유리를 제거한다. 상기 웨이퍼는 그 후에 약 1시간 동안 탈이온수에서 헹구어진다.
본 발명의 기술은 비-SOI, 표준 두께 웨이퍼와 함께 사용될 수도 있다. SOI 웨이퍼와 얇은 웨이퍼의 비용은 표준 웨이퍼 비용의 거의 4배에 가깝다. 따라서, 표준 웨이퍼를 사용하고, SOI와 얇은 웨이퍼에 의해 제공된 기하학적 제어를 유지하는 것이 바람직하다. 아래에서 설명되는 표준 두께의 웨이퍼 가공은 전술한 유형의 두 면을 가지는 에칭된 장치에 적용할 수 없다.
표준 두께, 비-SOI 웨이퍼의 가공은 연마 과정과 화학 기계적 폴리싱 과정을 포함한다. 도 17은 기본 공정 흐름을 나타낸다. 도 18은 부가 단계를 가지는 다른 공정 흐름을 나타낸다. 이 부가 단계는 에칭 스톱을 제공함으로써 화학, 기계적 폴리싱 공정을 보조하는 산화 과정이다. 에칭 스톱을 가지면 프로브 형태의 균일성을 높인다. 제 3 공정 흐름은 도 19에 나타나 있다. 이 공정 흐름은 평평한, 표준 웨이퍼와 일시적으로 결합하는 부가 단계를 포함한다. 이런 결합의 목적은 연마 및 폴리싱 공정 중에 프로브를 단단히 고정하는 것이다. 연마 및 폴리싱 공정 중에 프로브는 단지 접착제를 사용해 충분히 단단하게 고정하지 못할 수 있고 용융 결합을 산화시키기 위해서 산화물에 의해 공급되는 것처럼, 보다 강한 결합이 필요할 수도 있다. 연마 및 폴리싱 공정 중에 프로브가 움직인다면, 그것의 예리함은 감소될 수 있다. 일시 용융 결합에 사용되는 표준 웨이퍼는 여러 번 재사용될 수 있어야 한다. 따라서, 이것은 많은 비용이 추가되지 않는다.
실시예 Ⅸ
약 500㎛ 두께의 단일 결정(100) 실리콘 p-형 웨이퍼는 도 17(a)에 나타낸 것처럼, 시동 웨이퍼(110)로서 사용된다. 상기 웨이퍼는 세척되고(단계 A) 약 0.5㎛의 실리콘 질화물(단계 D)이 용착된다. 용착된 실리콘 질화물(112)은 도 17(b)에 나타나 있다. 이 실리콘 질화물은 실리콘 등방성 에칭을 위한 마스크 재료로서 사용된다.
상기 실리콘 질화물은 그 후에 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 L), 방식제가 제거되어서(단계 K), 도 17(c)의 장치를 형성한다. 이 웨이퍼는 그 후에 등방성 실리콘 에칭액 속에 잠기어져서(단계 O), 도 17(d)의 장치를 형성한다. 상기 웨이퍼는 그 후에 HF에 잠기어져서(단계 S) 실리콘 질화물을 제거하고, 도 17(e)의 장치를 형성한다. 이 웨이퍼는 약 15분 동안 탈이온수에서 헹구어진다. 실리콘 웨이퍼 대부분은 에칭된 영역 바닥의 2-3마이크로미터 내에서 연마된다. 그러고 나서, 화학, 기계적 폴리싱 처리할 때, 예리한 구조물을 형성할 때까지 웨이퍼의 바닥은 폴리싱 가공된다. 최종 장치는 도 17(f)에 도시되어 있다.
실시예 Ⅹ
약 500㎛ 두께의 단일 결정(100) 실리콘 p-형 웨이퍼는 도 18(a)에 나타낸 것처럼 시동 웨이퍼(110)로서 사용된다. 이 웨이퍼는 세척되고(단계 A) 약 0.5㎛의 실리콘 질화물(단계 D)이 용착된다. 이렇게 용착된 실리콘 질화물(112)은 도 18(b)에 나타나 있다. 실리콘 질화물은 실리콘 등방성 에칭을 위한 마스크 재료로서 사용된다.
그 후에 실리콘 질화물은 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 L) 방식제는 제거되어서(단계 K)의 도 18(c)의 장치를 형성한다. 그러고 나서 웨이퍼는 등방성 실리콘 에칭액 속에 잠기어져서(단계 O), 도 18(d)의 장치를 형성한다. 상기 웨이퍼는 실리콘 질화물을 제거하도록 HF 속에 잠기어져서(단계 S), 도 18(e)의 장치를 형성한다.
웨이퍼는 그 후에 세척되고(단계 A) 1㎛ 두께 층의 SiO2는 열적으로 성장된다(단계 Y). 산화물 층(114)은 도 18(f)에 나타나 있다. 그 후에 실리콘 웨이퍼의 대부분은 에칭된 영역의 바닥의 2-3마이크로미터 범위 내에서 연마된다. 그 후에, 예리한 구조물을 형성할 때까지 화학, 기계적 폴리싱 가공을 이용해, 웨이퍼의 바닥을 폴리싱 처리한다. 이렇게 형성된 장치는 도 18(g)에 나타나 있다. 웨이퍼는 그 후에 HF에 잠기어져서(단계 S) 산화물을 제거한다. 마지막으로 웨이퍼는 약 15분 동안 탈이온수에서 헹구어져서, 도 18(h)의 장치를 형성한다.
실시예 ⅩⅠ
약 500㎛ 두께의 단일 결정(100) 실리콘 p-형 웨이퍼는 도 19(a)에 나타낸 것처럼, 시동 웨이퍼(110)로서 사용된다. 상기 웨이퍼는 세척되고(단계 B) 약 0.5㎛의 실리콘 질화물(단계 D)이 용착된다. 이렇게 용착된 실리콘 질화물(112)은 도 19(b)에 나타내었다. 실리콘 질화물은 실리콘 등방성 에칭을 위한 마스크 재료로서 사용된다.
실리콘 질화물은 그 후에 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 L), 방식제가 제거되어서(단계 K), 도 19(c)의 장치를 형성한다. 이 웨이퍼는 그 후에 등방성 실리콘 에칭액 속에 잠기어져서(단계 O), 도 19(d)의 장치를 형성한다. 상기 웨이퍼는 그 후에 HF 속에 잠기어져(단계 S) 실리콘 질화물을 제거하여서, 도 19(e)의 장치를 형성한다. 상기 웨이퍼는 그 후에 세척되고(단계 A) 1㎛ 두께 층의 SiO2는 열적으로 성장된다(단계 Y). 산화물 층(114)은 도 19(f)에 나타나 있다.
여기에서, 열 산화된 웨이퍼(110)는 열적으로 성장된(단계 Y) 약 1㎛ 두께 층의 SiO2를 가지는 표준, 평평한 열 산화된 웨이퍼에 결합된다(단계 Z). 도 19(g)는 산화층(122)을 가지는, 핸들 웨이퍼(120)에 결합된 웨이퍼(110)를 나타낸다. 이 웨이퍼(110)는 그 후에 2-3마이크로미터 범위 내에서 에칭된 영역의 바닥을 연마시킨다. 이 웨이퍼는 예리한 구조물을 형성할 때까지 화학, 기계적으로 폴리싱 처리된다. 이렇게 만들어진 장치는 도 19(h)에 도시되어 있다. 상기 웨이퍼는 그 후에 HF 속에 잠기어져서(단계 S) 산화물과 핸들 웨이퍼를 제거한다. 이 웨이퍼는 약 15분 동안 탈이온수 내에서 헹구어져서, 도 19(i)의 장치를 형성한다.
실시예 ⅩⅡ
본 발명의 실시예에서, 끝 부분의 형태는 실리콘 질화물 마스크 층과 SOI 장치 층 사이에서 샌드위치 형태로 끼워진, 인규산염 유리 층의 용착 상태를 조절함으로써 제어된다. 마스크 층과 단일 결정 실리콘 사이에 한 층의 인규산염 유리를 끼워줌으로써, 끝부분의 구조는 인규산염 유리의 인 도핑을 바꾸어 줌으로써 제어될 수 있다. 인규산염 유리는 바람직하지 못하게 끝 부분이 구부려지는 것을 막는데 사용될 수 있다.
도 20(a)는 장치 웨이퍼(94)와 핸들 웨이퍼(96) 사이에 샌드위치 형태로 끼워진 절연체 층(92)을 포함하는 SOI 웨이퍼(90)를 나타낸다. 이 장치(94)는 약 100㎛ 두께를 가지는 단일 결정 실리콘으로 형성된다. 이 배향은 100 또는 110이다. 절연체(92)는 1-2㎛ 두께인 열적으로 성장된 SiO2이고, 실리콘 질화물 및 화학적으로 용착된 산화물이다. 핸들 웨이퍼(96)는 (100) 배향을 가지는 500㎛ 두께의 단일 결정 실리콘이다.
약 800nm의 인규산염 유리는 웨이퍼에 용착된다(단계 E). 도 20(b)는 인규산염 유리 층(130)을 나타낸다. 낮은 응력의 실리콘 질화물은 그 후에 웨이퍼에 용착된다(단계 D). 도 20(c)는 용착된 층(132)을 나타낸다.
이 실리콘 질화물 층(132)은 패턴화된다(단계 H). 그 후에, 실리콘 질화물 층은 에칭되고(단계 L) 인규산염 유리 층은 에칭된다(단계 J). 이것은 도 20(d)의 장치를 형성한다. 이 실리콘은 그 후에 습식 에칭 되어서(단계 O), 도 20(e)의 장치를 형성한다. 끝으로 HF를 방출하고(단계 S), 도 20(f)에 나타낸 분리된 장치를 형성한다.
PSG는 형성된 끝부분의 구부려짐을 줄인다. 이런 끝부분이 구부려지는 문제점은, 낮은 응력의 실리콘 질화물의 프로브형 에칭 마스크가 실리콘에 직접 용착될 때 발생한다. 실리콘 질화물과 실리콘 에칭 사이에 놓인 PSG는 실리콘보다 빠르게 에칭된다. 이와 같은 보다 빠른 에칭 재료는 에칭 공정 중에 부식되어서 실리콘이 구부려지는 문제점을 해결할 수 있다.
PSG의 에칭 속도는 여러 가지 포스핀 흐름 속도에 대해 측정된다. 4.8sccm과 0.0, 1.2, 2.4, 3.6의 PH3흐름 속도를 가지는 PSG를 가지는 웨이퍼에 대한 에칭 속도 결과는 도 21에 나타나 있다. 단결정 실리콘을 기초로 한 에칭 속도인 1100Å/min에서 수평선이 도 21에 나타나 있다. 실리콘에 대한 에칭 속도 비율이 0.1에서 4.3 이상으로 맞추어질 수 있으므로, 측정된 에칭 속도를 기초로, PSG는 후크 문제점을 정정하는데 가장 바람직한 재료이다.
도 22A와 22B는 본원에 기술한 여러 가지 공정 예에 따라 만들어진 프로브(140,141)를 나타낸다. 이 프로브는 채널을 포함하지 않으므로 란셋 또는 블레이드로 간주된다. 상기 프로브는 란셋 또는 블레이드로서 사용하기 쉽도록 보다 큰 구조물에 연결될 수 있다. 도 22A의 프로브(140)는 장치의 한 면에 형성된 등방성으로 에칭된 끝 부분을 가지는 반면에, 도 22B의 프로브(141)는 장치의 양면에 형성된 등방성으로 에칭된 끝 부분을 가진다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따라 만들어진 등방성으로 에칭된 끝 부분의 매트릭스를 나타낸다. 이 매트릭스(150)는 반도체 기판(152)에 형성된다. 특히, 매트릭스(150)는 기판(152)의 평면에 형성된다. 상기 장치(150)는 "연마기"로서 사용될 수 있다. 즉, 이 장치는 혈관으로의 흡수를 위한 약물 이송을 쉽게 하기 위해서 에피더민(epidermin)을 벗기는데 사용될 수 있다. 도 24는 매트릭스(150)의 등방성으로 에칭된 각 끝 부분(154)의 확대도이다. 이 끝 부분은 일반적으로 20㎛ 내지 350㎛의 높이를 가진다. 각 점 사이의 최소 간격은 그 높이로 결정된다. 일반적인 간격은 높이의 2배 내지 높이의 10배 이상이다. 모든 점은 표준 웨이퍼를 사용해 만들어진다. 세 가지 공정이 아래에서 설명된다. 제 1 공정은 예리한 점을 가지는 장치를 형성한다. 어떤 경우에, 끝부분에서 작은 횡단면 때문에 사용하는 동안 상기 예리한 점은 파괴 가능하다. 그러므로, 두 가지 다른 공정은 보다 내구성이 큰 무딘 부분을 가지는 정렬을 형성하는데 포함된다. 다른 제 1 공정은 너무 이른 등방성 에칭을 간단히 멈추게 함으로써 달성된다. 결과적으로 구조물은 한 점보다 평평한 상단을 가진다. 다른 제 2 공정은 실리콘 질화물 마스크 층 사이에 PSG 층을 부가함으로써 달성된다. 이렇게 형성된 구조물은 피라미드 모양의 형태를 가진다.
실시예 ⅩⅢ
약 500㎛ 두께의 단결정(100) 실리콘 웨이퍼는 도 25(a)에 나타낸 것처럼 시동 웨이퍼(110)로서 사용된다. 이 웨이퍼는 세척되고(단계 B) 약 0.5㎛의 실리콘 질화물(단계 D)이 용착된다. 이렇게 용착된 실리콘 질화물(112)은 도 25(b)에 나타나 있다. 실리콘 질화물은 실리콘 등방성 에칭을 위한 마스크 재료로서 사용된다.
그 후에 실리콘 질화물은 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 L), 방식제가 제거되어서(단계 K), 도 25(c)의 장치를 형성한다. 이 웨이퍼는 도 25(d)에 나타낸 것처럼 날카로운 점이 형성될 때까지 등방성 실리콘 에칭액 속에 잠기어진다(단계 O). 상기 웨이퍼는 그 후에 약 15분 동안 탈이온수에서 헹구어진다. 다음에, 웨이퍼는 실리콘 질화물을 제거하기 위해서 HF 속에 잠기어진다(단계 S). 끝으로, 이 웨이퍼는 약 15분 동안 탈이온수에서 헹구어지고, 도 25(e)에 나타낸 장치를 형성한다.
실시예 ⅩⅣ
약 500㎛ 두께의 단결정(100) 실리콘 웨이퍼는 도 26(a)에 나타낸 것처럼 시동 웨이퍼(110)로서 사용된다. 이 웨이퍼는 세척되고(단계 B) 약 0.5㎛의 실리콘 질화물(단계 D)이 용착된다. 이렇게 용착된 실리콘 질화물(112)은 도 26(b)에 나타나 있다. 상기 실리콘 질화물은 실리콘 등방성 에칭을 위한 마스크 재료로서 사용된다.
실리콘 질화물은 그 후에 패턴화되고(단계 H), 에칭되며(단계 L), 방식제가 제거되어서(단계 K), 도 26(c)의 장치를 형성한다. 이 웨이퍼는 그 후에 등방성 실리콘 에칭액 속에 잠기어지고(단계 O) 예리한 점이 형성되기 전에 제거된다. 이 공정은 도 26(d)의 장치를 형성한다. 웨이퍼는 그 후에 약 15분 동안 탈이온수에서 헹구어진다. 그 다음에, 웨이퍼는 실리콘 질화물을 제거하도록 HF 속에 잠기어진다(단계 S). 끝으로, 웨이퍼는 약 15분 동안 탈이온수에서 헹구어져서, 도 26(e)에 나타낸 장치를 형성한다.
실시예 ⅩⅤ
약 500㎛ 두께의 단결정(100) 실리콘 웨이퍼는 도 27(a)에 나타낸 것처럼 시동 웨이퍼(110)로서 사용된다. 이 웨이퍼는 세척되고(단계 A) 약 0.8㎛의 인규산염 유리(PSG)가 용착된다. 이렇게 용착된 실리콘 질화물(112)과 PSG(130)는 도 27(b)에 나타나 있다. 실리콘 질화물은 실리콘 등방성 에칭을 위한 마스크 재료로서 사용된다.
실리콘 질화물은 그 후에 패턴화된다(단계 H). 그 다음에, 실리콘 질화물과 산화물 층이 에칭되고(단계 L), 방식제가 제거되어서(단계 K), 도 27(c)의 장치를 형성한다. 웨이퍼는 등방성 실리콘 에칭액 속에 잠기어진다(단계 O). 이 공정은 도 27(d)의 장치를 형성한다. 다음에, 웨이퍼는 실리콘 질화물과 PSG를 제거하도록 HF 속에 잠기어진다(단계 S). 끝으로, 웨이퍼는 약 15분동안 탈이온수에서 헹구어져서, 도 27(e)에 나타낸 장치를 형성한다.
전술한 모든 실시예는 등방성으로 에칭된 끝 부분을 가지는 장치를 형성하는 공통의 특징을 가진다. 표준 스테인레스 강 프로브에 대한 전술한 프로브의 장점은, 이것이 보다 작은 횡단면과 예리한 끝부분을 가지도록 만들어지고 집적 회로 또는 마이크로 기계 구조물을 포함하는 것이다. 작은 횡단면과 예리한 끝부분은 고통을 최소화하고 조직의 손상을 최소화하며 집적 회로는 감지하고, 자극하는 조작, 펌핑 및 흐름을 조절하는 조작을 하는데 편리한 수단을 제공한다. 선행 기술에 따른 프로브와는 달리, 본 발명에 따른 프로브는 값비싼 붕소 도핑(Boron doping) 없이 만들어진다. 또, 이 공정은 위험한 발암성 물질인 에틸렌디아민 피로카테콜의 사용을 요구하지 않는다.
많은 공정의 변화는 여러 가지 샤프트의 횡단면을 형성할 수 있다. 또, 표준 실리콘 웨이퍼보다 얇은, 절연체 상의 실리콘과 표준 두께의 실리콘 웨이퍼를 비롯한 여러 가지 종류의 기판이 설명된다. 그러나 모든 프로브 변화는, 등방성 에칭에서 발생하는, 원하는 높은 끝 부분의 예리함을 유지한다.
비록 단일 결정 실리콘이 선호되는 가공 재료일지라도, 스테인레스 강, 알루미늄 및 티타늄을 포함한 다른 재료가 사용될 수 있다. 일반적으로, 이 재료는 단일 결정 형태로 사용되지 않으므로 이것은 비등방성 특성에 따른 공정 흐름에서 사용될 수 없다.
본 발명의 실리콘 프로브는 프로브의 표면 특성 또는 강도를 높이기 위해서 도금되거나 튀기는, 니켈, 티타늄, 금 또는 이와 유사한 금속으로 코팅될 수 있다. 파릴렌(Parylene)과 같은 유기물 코팅은 강도를 높이는데 사용될 수도 있다. 본 발명에 따른 프로브는 강도 및 표면 특성을 높이기 위해서 열적으로 산화 처리될 수도 있다. 그 밖의 다른 공정의 변화에 의하면 도 6과 7에 나타낸 것처럼, 프로브의 수직 측벽을 만들기 위해서 유도 결합된 플라즈마의 사용을 포함한다.
본 발명을 완전히 이해할 수 있도록 위의 상세한 설명은 특정 용어를 사용하였다. 당해업자들은, 본 발명을 실시하는데 특정 세세한 부분까지 필요로 하지 않는다. 다른 예에서, 잘 알려진 회로 및 장치는 본 발명의 원리에서 불필요하게 벗어나는 것을 방지하도록 블록선도 형태로 나타나 있다. 따라서, 본 발명의 특정 실시예에 대한 위의 상세한 설명은 예로 든 것에 불과하다. 이것은 기술한 정확한 형태에 본 발명을 국한시키지 않고, 위의 상세한 설명에 따라 다양하게 개조하고 바꿀 수 있다. 본 발명의 원리와 실제적인 적용을 가장 잘 설명하여서 당해업자들이 본 발명을 최대로 이용하도록 실시예가 선택되고 기술되며 특정 용도에 맞게 다양하게 수정할 수 있다. 본 발명의 범위는 하기 청구항에 의해 한정된다.
Claims (25)
- 상부면,바닥면,상기 상부면과 바닥면 사이의 제 1 측벽,상기 상부면과 바닥면 사이의 제 2 측벽, 및팁(tip)으로 모이는 바닥면, 팁으로 모이는 제 1 측벽의 등방성 에칭 부분 및, 팁으로 모이는 제 2 측벽의 등방성 에칭 부분으로 한정된 단부를 가지는 장방형 몸체로 이루어진 프로브.
- 제 1 항에 있어서, 상기 장방형 몸체는 700㎛ 이하의 너비를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 장방형 몸체는 200㎛ 이하의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 장방형 몸체는 실리콘으로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 4 항에 있어서, 상기 장방형 몸체는 단결정 실리콘으로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 5 항에 있어서, 장방형 몸체는 다결정 실리콘 채널 캡을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 4 항에 있어서, 상기 장방형 몸체는 붕소로 처리되지 않은 실리콘으로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 장방형 몸체는 집적 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 장방형 몸체는 마이크로기계 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 6 항에 있어서, 상기 장방형 몸체는 내부에 형성된 유체 채널을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
- 프로브를 가공하는 방법에 있어서:상부면, 바닥면 및 이 상부면과 바닥면 사이의 한 세트의 측벽을 장방형 몸체에 제공하고;바닥면이 팁으로 수렴되고 상기 측벽이 팁으로 수렴되도록 장방형 몸체의 단부를 등방성으로 에칭하는 단계로 이루어진, 프로브를 가공하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 제공 단계는 붕소로 처리되지 않은 실리콘으로 형성된 장방형 몸체를 제공하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 제공 단계는 절연체 웨이퍼 상에서 실리콘으로 형성된 장방형 몸체를 제공하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 제공 단계는 200㎛ 이하의 두께와 700㎛ 이하의 너비를 가지는 장방형 몸체를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 제공 단계는 에칭하는 동안 에칭 속도를 제어하여서 팁과 이웃해 후크 구조물을 형성하는 것을 방지하도록 상부면에 인규산염 유리층을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 에칭 단계는 에틸렌디아민 피로카테콜 없이 에칭하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 에칭 단계는 1100℃ 이하의 온도에서만 단부를 가공하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 에칭 단계는 비등방성 에칭액으로 에칭하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, 장방형 몸체 안쪽에 유체 채널을 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, 장방형 몸체에 집적 회로를 구조하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11 항에 있어서, 장방형 몸체에 마이크로 기계 구조물을 만드는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 표피 찰과부 장치를 만드는 방법에 있어서,반도체 기판에 평면을 제공하고;반도체 기판에서 등방성으로 에칭된 구조물의 매트릭스를 형성하도록 평면을 등방성으로 에칭하는 과정을 포함하는 방법.
- 제 22 항에 있어서, 상기 에칭 단계는 반도체 기판에 등방성으로 에칭된 팁의 매트릭스를 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 22 항에 있어서, 상기 에칭 단계는 반도체 기판에 등방성으로 에칭된 평평한 팁의 매트릭스를 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 22 항에 있어서, 상기 에칭 단계는 반도체 기판에 등방성으로 에칭된 피라미드의 매트릭스를 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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