KR20070005725A - Methods of fabricating complex blade geometries from silicon wafers and strengthening blade geometries - Google Patents

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KR20070005725A
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제임스 휴즈
바딤 다스칼
조셉 키난
아틸라 키스
수잔 샤베즈
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벡톤 디킨슨 앤드 컴퍼니
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Abstract

Ophthalmic surgical blades are manufactured from either a single crystal or poly-crystalline material, preferably in the form of a wafer. The method comprises preparing the single crystal or poly-crystalline wafers by mounting them and etching trenches into the wafers using one of several processes. Methods for machining the trenches, which form the bevel blade surfaces, include a diamond blade saw, laser system, ultrasonic machine, a hot forge press and a router. Other processes include wet etching (isotropic and anisotropic) and dry etching (isotropic and anisotropic, including reactive ion etching), and combinations of these etching steps. The wafers are then placed in an etchant solution which isotropically etches the wafers in a uniform manner, such that layers of crystalline or poly- crystalline material are removed uniformly, producing single, double or multiple bevel blades. Nearly any angle can be machined into the wafer, and the machined angle remains after etching. The resulting radii of the blade edges is 5-500 nm, which is the same caliber as a diamond edged blade, but manufactured at a fraction of the cost. A range of radii may be 30 to 60 nm, with a specific implementation being about 40 nm. The blade profile may have an angle of, for example, about 60. The ophthalmic surgical blades can be used for cataract and refractive surgical procedures, as well as microsurgical, biological and non-medical, non-biological purposes. Surgical and non-surgical blades and mechanical devices manufactured as described herein can also exhibit substantially smoother surfaces than metal blades. ® KIPO & WIPO 2007

Description

실리콘 웨이퍼들로부터 복합 블레이드 외형 제조방법 및 블레이드 외형들의 강화방법{Methods of fabricating complex blade geometries from silicon wafers and strengthening blade geometries}Method of fabricating complex blade geometries from silicon wafers and strengthening blade geometries

본 발명은 안과용(ophthalmic) 및 다른 유형의 수술용(surgical) 및 비수술용(non-surgical) 블레이드들과 기계적 장치들에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 단결정 실리콘 및 다른 단결정 또는 다결정물질들로 제조되는 안과의 마이크로 수술용 및 비수술용 블레이드들과 기계적 장치들 및 상술한 기계적 장치들, 수술용 및 비수술용 블레이드들의 제조방법 및 강화방법에 관한 것이다.The present invention relates to ophthalmic and other types of surgical and non-surgical blades and mechanical devices. More specifically, ophthalmic microsurgical and nonsurgical blades and mechanical devices made of monocrystalline silicon and other monocrystalline or polycrystalline materials, and methods of manufacturing and strengthening the above-mentioned mechanical devices, surgical and nonsurgical blades It is about.

(참조에 의한 관련)(Related by reference)

본 명세서는 2002년 3월 11일 출원된 일련번호 제60/362,999호의 ″수술용 블레이드들의 제조시스템 및 제조방법″, 2002년 12월 3일 출원된 일련번호 제60/430,322호의 ″수술용 블레이드들의 제조시스템 및 제조방법″, 2003년 9월 17일 출원된 일련번호 제60/503,458호의 ″라우터(router)를 이용하여 실리콘 및 다른 결정물질들 내에 선형 및 비선형 트렌치들을 형성하는 시스템 및 방법″, 2003 년 9월 17일 출원된 일련번호 제60/503,459호의 ″수술용 및 비수술용 실리콘 블레이드들″, 2004년 4월 30일 출원된 일련번호 제60/566,397호의 ″실리콘 수술용 블레이드들과 그 제조방법″ 의 다섯 건의 미국특허 가출원 및 2003년 3월 10일 출원된 일련번호 제10/383,573호의 ″수술용 블레이드들의 제조시스템 및 방법″의 미국특허출원과 관련된 주제를 포함하며, 상기 기존의 가출원들 및 특허출원의 명세서들의 전체적인 내용들은 참조로서 본 명세서와 관련됨을 표시한다.The present specification discloses a `` system and method for manufacturing surgical blades '' of serial number 60 / 362,999, filed March 11, 2002, and ″ operating blades of serial number 60 / 430,322, filed December 3, 2002. Manufacturing Systems and Methods ″, System and Method for Forming Linear and Non-Linear Trenchs in Silicon and Other Crystals Using a ″ Router of Serial No. 60 / 503,458, filed Sep. 17, 2003 ″, 2003 `` Surgical and non-surgical silicon blades '' filed September 17, 2004, serial number 60 / 566,397, filed April 30, 2004, and `` silicon surgical blades and methods of making the same. '' Five US patent provisional applications and US Patent Application No. 10 / 383,573, filed on March 10, 2003, of US Patent Application, entitled "System and Method for Manufacturing Surgical Blades." And the whole contents of the specification of the patent application are shown that in connection with the present specification by reference.

현존하는 수술용 블레이드들은 각각 특유한 장점들과 단점들을 가지는 여러 다른 방법들에 의하여 제조된다. 가장 일반적인 제조방법은 스테인리스 강(stainless steel)을 기계적으로 연마하는 것이다. 그 후에 예리한 칼날(edge)을 갖기 위하여, 블레이드는 초음파 슬러링(slurrying), 기계적 연마제 및 랩핑(lapping)과 같은 다양한 다른 방법 들에 의하여 연마되거나, 전기화학적으로 연마된다. 이러한 방법들의 장점들은 일회용 블레이드들의 대량 제조가 가능하며 또한 경제적이라는 것이다. 이 같은 프로세스들의 가장 큰 단점은 칼날 품질이 가변적이어서 양질의 예리함을 균일하게 형성하는데 그 한계가 있다. 이것은 주로 상기 프로세스 자체의 고유한 한계들에 기인한다. 블레이드의 칼날 반경은 30 nm 부터 1000 nm 까지의 범위일 수 있다.Existing surgical blades are manufactured by several different methods, each with its own advantages and disadvantages. The most common method of manufacturing is the mechanical polishing of stainless steel. The blades are then polished or electrochemically polished by various other methods, such as ultrasonic slurrying, mechanical abrasives and lapping, in order to have sharp edges. The advantages of these methods are that mass production of disposable blades is possible and economical. The biggest drawback of these processes is that the blade quality is variable, which limits the uniformity of the sharpness. This is mainly due to the inherent limitations of the process itself. The blade radius of the blade may range from 30 nm to 1000 nm.

상대적으로 새로운 블레이드 제조방법은 스테인리스 강을 그라인딩하는 대신에 코인닝(coining)하는 것이다. 결과적으로, 블레이드는 전기화학적으로 연마되어 예리한 칼날이 형성된다. 이러한 프로세스는 그라인딩 방법에 비하여 경제적이 다. 또한, 이 방법은 예리한 블레이드들을 더 균일하게 제조할 수 있는 것이다. 이 방법의 단점은 예리함의 균일성이 다이아몬드 블레이드 제조방법에 비하여 아직 저하된다는 것이다. 현재, 연한 조직(soft tissue)의 외과수술에는 금속 블레이드들이 주로 사용되며, 이는 금속 블레이드들의 1회용 사용의 비용과 개선된 품질에 기인한다.A relatively new blade manufacturing method is coining instead of grinding stainless steel. As a result, the blade is electrochemically polished to form a sharp blade. This process is economical compared to the grinding method. In addition, this method is able to produce sharper blades more uniformly. A disadvantage of this method is that the uniformity of the sharpness is still lower than that of the diamond blade manufacturing method. At present, metal blades are mainly used for the surgery of soft tissues, due to the cost and improved quality of the disposable use of the metal blades.

다이아몬드 블레이드들은 많은 수술용 도구시장, 특히 안과의 외과수술용 도구시장에 있어서, 예리함에 관한 최고의 기준이 된다. 다이아몬드 블레이드들은 조직의 저항을 최소화하여 연한 조직을 깔끔하게 절단할 수 있다. 또한, 계속되는 절단에도 예리함이 균일하므로, 다이아몬드 블레이드들의 사용이 요구된다. 다이아몬드 블레이드에 비하여 금속 블레이드가 그 예리한 정도가 낮고, 또한 그 예리함이 변화하는 단점이 있으므로, 많은 수의 외과의사들은 다이아몬드 블레이드들을 사용한다. 정교하게 날카롭고 균일한 칼날 반경을 이루기 위해, 랩핑 방법을 사용하여 다이아몬드 블레이드들을 제조한다. 결과적인 블레이드 칼날 반경들은 5 nm 부터 30 nm의 범위가 된다. 이러한 방법의 단점은 제조과정이 느리고, 그에 따른 직접적인 결과로서 다이아몬드 블레이드들을 제조하는 비용이 500 달러에서 5000 달러의 범위가 된다. 따라서, 이 같은 블레이드들은 재사용 용도로서 판매된다. 적은 비용으로 동일한 예리함을 얻기 위하여, 루비 및 사파이어와 같은 덜 단단한 물질들을 현재 사용한다. 그러나, 다이아몬드들에 비하여 저렴하다고 하여도, 루비 및/또는 사파이어로 형성된 수술용 품질 블레이드들은 50 달러에서 500 달러의 범위의 상대적으로 높은 제조 비용 및 그 칼날들이 단지 약 200번 수술 정도까지만 유지된다는 단점이 있다. 따라서 이 같은 블레이드들은 재사용 용도 또는 제한적인 재사용 용도로서 판매된다.Diamond blades are the highest criterion for sharpness in many surgical tool markets, especially in the ophthalmic surgical market. Diamond blades can cut soft tissue neatly with minimal tissue resistance. In addition, the sharpness is uniform in subsequent cuts, so the use of diamond blades is required. Many blades use diamond blades because metal blades have a lower degree of sharpness than diamond blades, and the sharpness changes. In order to achieve an elaborately sharp and uniform blade radius, lapping methods are used to make diamond blades. The resulting blade edge radii range from 5 nm to 30 nm. The disadvantage of this method is that the manufacturing process is slow, and as a direct result, the cost of manufacturing diamond blades ranges from $ 500 to $ 5000. Thus, such blades are sold for reuse. In order to achieve the same sharpness at low cost, less rigid materials such as ruby and sapphire are currently used. However, even though they are less expensive than diamonds, surgical quality blades formed from ruby and / or sapphire have a relatively high manufacturing cost ranging from $ 50 to $ 500 and the blades remain only about 200 surgical operations. There is this. Such blades are therefore sold for reuse or for limited reuse.

실리콘을 사용하여 수술용 블레이드들을 제조하는 몇 가지 방법이 제안되었다. 그러나, 한 형태 또는 다른 형태에 있어서, 이 같은 방법들은 블레이드들을 다양한 형상들을 갖고 1회용 비용으로 제조할 수 있는 관점으로만 제한되었다. 많은 수의 실리콘 블레이드 특허들은 실리콘의 비등방성 식각(anisotropic etching)에 기초한다. 비등방성 식각방법은, 다른 방향들로는 다른 식각율들을 갖는, 방향성이 매우 큰 식각이다. 이러한 방법은 예리한 절단 칼날을 형성할 수 있다. 그러나, 이 방법의 원리 때문에, 제조가능한 블레이드의 형상과 이에 내재된 빗면각들(bevel angles)이 제한적이다. 습식 벌크 비등방성 식각 방법들은, 예를 들어, 수산화칼륨(KOH), 에틸렌-디아민/피르카테콜(ethylene-diamine/pyrcatechol; EDP), 및 트리메틸-2-히드록시에틸암모늄 히드록사이드(trimethyl-2-hydroxethylammonium hydroxide; TMAH) 욕조(bath)들을 사용하여, 예리한 칼날을 형성하기 위하여 특정한 결정면을 따라서 식각한다. 이러한 결정면은 통상적으로 실리콘 <100> 방향의 (111) 면이며, 실리콘 웨이퍼들의 표면으로부터 54.7°의 각을 갖는다. 이에 따라, 블레이드가 54.7°의 내재된 빗면각을 갖게 하는데, 이는 너무 뭉툭해서 대부분의 수술용 도구들로서 의학적으로 사용될 수 없다. 이 방법을 사용하여 109.4°의 내재된 빗면각을 갖는 이중 빗면 블레이드들을 형성한다면, 그 단점이 더 부각 된다. 이 방법은 또한 제조할 수 있는 블레이드 프로파일들을 제한한다. 식각면들은 웨이퍼에서 서로에 대해 54.7°의 각으로 정렬된다. 따라서, 단지 사각형 프로파일들을 갖는 블레이드들만을 제조할 수 있다.Several methods of manufacturing surgical blades using silicone have been proposed. However, in one form or the other, such methods are limited only in terms of being able to manufacture the blades in various shapes and at a disposable cost. Many silicon blade patents are based on anisotropic etching of silicon. An anisotropic etching method is a highly directional etching with different etching rates in different directions. This method can form a sharp cutting blade. However, due to the principle of this method, the shape of the manufacturable blade and the bevel angles inherent therein are limited. Wet bulk anisotropic etching methods are, for example, potassium hydroxide (KOH), ethylene-diamine / pyrcatechol (EDP), and trimethyl-2-hydroxyethylammonium hydroxide (trimethyl-). 2-hydroxethylammonium hydroxide (TMAH) baths are used to etch along specific crystal planes to form sharp blades. This crystal plane is typically the (111) plane in the silicon <100> direction and has an angle of 54.7 ° from the surface of the silicon wafers. Accordingly, the blade has an inherent oblique angle of 54.7 °, which is too blunt and cannot be used medically as most surgical instruments. If this method is used to form double oblique blades with an intrinsic oblique angle of 109.4 °, the disadvantage is further highlighted. This method also limits the blade profiles that can be manufactured. The etching faces are aligned at an angle of 54.7 ° with respect to each other on the wafer. Thus, only blades with rectangular profiles can be manufactured.

하기에 상세하게 설명되는 실리콘으로부터 수술용 및 비수술용 블레이드들 및 다른 기계장치들을 제조하는 방법들에 있어서, 하나 또는 그 이상의 기계가공 단계들을 수행하는 동안에, 취성을 갖는 실리콘 물질이 기계적으로 손상을 입을 수 있다. 크랙들(cracks), 칩들(chips), 스크래치(scratches), 및 예리한 칼날들은 모두 취성 물질들에 있어서 크랙 시작점으로 작용한다. 이러한 시작점들에 하중이나 응력이 가해지면, 기계적 장치들의 파멸적인 파괴가 상기 시작점에서 개시된다. In methods of manufacturing surgical and non-surgical blades and other mechanisms from silicone, which are described in detail below, brittle silicone materials may be mechanically damaged during one or more machining steps. Can be. Cracks, chips, scratches, and sharp blades all serve as starting points for cracking brittle materials. When a load or stress is applied to these starting points, catastrophic failure of the mechanical devices begins at that starting point.

웨이퍼들로부터 형성된 블레이드들에 예리한 칼날들을 형성하는 공지된 다른 방법은, 안과용 블레이드의 외형과 절단 칼날을 형성하기 위하여 웨이퍼를 식각하기 위한 등방성 습식 또는 건식 식각과 함께 포토마스크를 사용하는 것이다. 이 방법에 있어서, 블레이드의 전체 둘레가 식각되어, 예리한 칼날을 형성한다. 이러한 스루-식각(thru-etching)은 식각 마스크가 적절하게 위치되는 동안에만 가능하다. 마스크는 절단 칼날들이 생성되는 위치를 대략적으로 한정한다. 이어서, 마스크는 제거되고, 블레이드들은 그들의 캐리어가 용해되면서 자유롭게 부유된다(추가적인 다이 수준의 세정 단계가 요구된다). 이것은 높은 품질과 결함없는 안과용 블레이드들을 대량으로 제조함에 있어서 비효율적이고, 비효과적이다. 즉, 제조방법에 추가되는 단계들이 있으므로 비효율적이다.Another known method of forming sharp blades on blades formed from wafers is to use a photomask with isotropic wet or dry etching to etch the wafer to form the contour and cutting blade of the ophthalmic blade. In this method, the entire circumference of the blade is etched to form a sharp blade. Such thru-etching is only possible while the etch mask is properly positioned. The mask roughly defines where the cutting blades are created. The mask is then removed and the blades float freely as their carriers dissolve (an additional die level cleaning step is required). This is inefficient and ineffective in producing high quality and defect free ophthalmic blades in large quantities. That is, there are steps added to the manufacturing method, which is inefficient.

또한, 이 방법의 고유한 특성에 의하여, 절단 칼날의 외형이 매우 제한된다. 이 방법에 의하여 형성되는 빗면은 단일 빗면 블레이드에 충분하지 않은 45°이고, 이중 빗면 블레이드에 비현실적인 90°로 제한된다. 또한, 상기 방법에 의하여 빗면의 폭이 매우 제한되어, 단일 빗면 블레이드에 대해서는 최대한으로 웨이퍼의 두께와 같고, 이중 빗면 블레이드에 대해서는 웨이퍼 두께의 1.5배이다. 이러한 외형들은 절단공구로서 낮은 품질이며, 이는 안과 계통에서 사용되기 어렵다.In addition, due to the inherent properties of this method, the appearance of the cutting blade is very limited. The slant formed by this method is 45 ° which is not sufficient for a single slanted blade and is limited to 90 ° unrealistic for a double slanted blade. In addition, the width of the inclined plane is very limited by the above method, so as to maximize the thickness of the wafer for a single inclined blade, and 1.5 times the wafer thickness for a double inclined blade. These contours are of low quality as cutting tools, which are difficult to use in ophthalmic systems.

따라서, 상술한 방법들의 결점들을 제거할 수 있는 블레이드들의 제조방법이 요구된다. 본 발명에 따른 시스템 및 방법은 다이아몬드 블레이드들의 예리함을 가지는 블레이드들을 스테인리스 강 방법들의 1회용 제조비용으로서 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 시스템 및 방법은 블레이드들의 제조에 대하여 엄격한 생산제어 및 대량 생산이 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 시스템 및 방법은 선형 또는 비선형 블레이드 빗면들을 모두 갖는 수술용 및 다양한 다른 형태의 블레이드들을 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 시스템 및 방법은, 본 명세서에 설명된 방법들에 의하여 블레이드들(수술용 또는 비수술용) 또는 다른 기계적 장치들을 제조함으로써, 실리콘 결정물질 내에 야기되는 기계적 손상을 제거할 수 있다.Therefore, there is a need for a method of manufacturing blades that can eliminate the drawbacks of the methods described above. The system and method according to the invention can produce blades with the sharpness of diamond blades as a disposable manufacturing cost of stainless steel methods. In addition, the system and method according to the present invention enable strict production control and mass production for the manufacture of blades. In addition, the systems and methods according to the present invention can produce surgical and various other types of blades having both linear or nonlinear blade oblique surfaces. In addition, the systems and methods according to the present invention can eliminate mechanical damage caused in silicon crystals by making blades (surgical or non-surgical) or other mechanical devices by the methods described herein. .

상술한 단점을 극복하고 많은 장점을 구현하기 위하여, 본 발명은 실리콘과 같은 결정 또는 다결정물질로부터 수술용 블레이드들을 제조하는 제조시스템 및 제조방법을 제공하며, 결정 또는 다결정 웨이퍼 내에 트렌치들을 다양한 수단을 사용하여 원하는 빗면각 또는 블레이드 형상으로 제조하는 기계가공방법을 제공한다. 이어서, 연한 조직(soft tissue) 외과수술을 위한 충분한 품질 및 균일한 반경의 절단 칼날을 형성하기 위하여, 기계가공된 결정 또는 다결정 웨이퍼들은 상기 웨이퍼 물질의 분자층을 균일하게 차례로 제거하는 등방성 식각 용액에 침지된다. 본 발명의 시스템 및 방법은 높은 품질의 수술용 블레이드들를 제조하기 위한 매우 저렴한 수단을 제공한다.In order to overcome the above disadvantages and to realize many advantages, the present invention provides a manufacturing system and method for manufacturing surgical blades from crystalline or polycrystalline materials such as silicon, using various means for trenches in a crystalline or polycrystalline wafer. By providing a machining method to produce the desired bevel angle or blade shape. The machined crystal or polycrystalline wafers are then subjected to an isotropic etching solution which in turn uniformly removes the molecular layer of the wafer material, in order to form a cutting blade of uniform radius and of sufficient quality for soft tissue surgery. Is immersed. The system and method of the present invention provide a very inexpensive means for producing high quality surgical blades.

따라서, 본 발명의 일 목적은 수술용 블레이드를 제조하는 방법을 제공하는 것으로서, 상기 방법은, 마운팅 어셈블리 상에 실리콘 또는 다른 결정 또는 다결정 웨이퍼를 마운팅하는 단계, 선형 또는 비선형 트렌치들을 형성하기 위하여 라우터(router)를 사용하여 상기 결정 또는 다결정 웨이퍼의 제1 측면 상에 하나 또는 그 이상의 트렌치들을 기계가공하는 단계, 하나 또는 그 이상의 수술용 블레이드들을 형성하기 위하여 상기 결정 또는 다결정 웨이퍼의 상기 제1 측면을 식각하는 단계, 상기 수술용 블레이드들을 싱귤레이션하는 단계, 및 상기 수술용 블레이드들을 어셈블링하는 단계를 포함한다.Accordingly, one object of the present invention is to provide a method for manufacturing a surgical blade, the method comprising the steps of mounting a silicon or other crystalline or polycrystalline wafer on a mounting assembly, to form a linear or nonlinear trench. machining one or more trenches on the first side of the crystalline or polycrystalline wafer using a router; etching the first side of the crystalline or polycrystalline wafer to form one or more surgical blades And singulating the surgical blades, and assembling the surgical blades.

본 발명의 다른 목적은 수술용 블레이드를 제조하는 방법을 제공하는 것으로서, 상기 방법은, 마운팅 어셈블리 상에 결정 또는 다결정 웨이퍼를 마운팅하는 단계, 선형 또는 비선형 트렌치들을 형성하기 위하여 라우터를 사용하여 상기 결정 또는 다결정 웨이퍼의 제1 측면 상에 하나 또는 그 이상의 트렌치들을 기계가공하는 단계, 상기 결정 또는 다결정 웨이퍼의 상기 제1 측면을 코팅층을 형성하여 코팅하는 단계, 상기 마운팅 어셈블리로부터 상기 결정 또는 다결정 웨이퍼의 마운팅을 제거(dismounting)하는 단계, 상기 마운팅 어셈블리 상에 결정 또는 다결정 웨이퍼의 제1 측면을 재마운팅(remounting)하는 단계, 상기 결정 또는 다결정 웨이퍼의 제2 측면을 기계가공하는 단계, 하나 또는 그 이상의 수술용 블레이드들을 형성하기 위하여 상기 결정 또는 다결정 웨이퍼의 상기 제2 측면을 식각하는 단계, 상기 수술용 블레이드들을 싱귤레이션하는 단계, 및 상기 수술용 블레이드들을 어셈블링하는 단계를 포함한다Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a surgical blade, the method comprising: mounting a crystalline or polycrystalline wafer on a mounting assembly, using the router to form linear or nonlinear trenches, or Machining one or more trenches on the first side of the polycrystalline wafer, forming and coating a coating layer on the first side of the crystalline or polycrystalline wafer, mounting of the crystalline or polycrystalline wafer from the mounting assembly Dismounting, remounting a first side of a crystalline or polycrystalline wafer on the mounting assembly, machining a second side of the crystalline or polycrystalline wafer, one or more surgical The crystal or die to form blades Etching the second side of the crystalline wafer, singulating the surgical blades, and assembling the surgical blades.

본 발명의 또 다른 목적은 수술용 블레이드를 제조하는 방법을 제공하는 것으로서, 상기 방법은, 마운팅 어셈블리 상에 결정 또는 다결정 웨이퍼를 마운팅하는 단계, 선형 또는 비선형 트렌치들을 형성하기 위하여 라우터를 사용하여 상기 결정 또는 다결정 웨이퍼의 제1 측면 상에 하나 또는 그 이상의 트렌치들을 기계가공하는 단계, 상기 마운팅 어셈블리로부터 상기 결정 또는 다결정 웨이퍼의 마운팅을 제거하는 단계, 상기 마운팅 어셈블리 상에 결정 또는 다결정 웨이퍼의 제1 측면을 재마운팅하는 단계, 선형 또는 비선형 트렌치들을 형성하기 위하여 라우터를 사용하여 상기 결정 또는 다결정 웨이퍼의 제2 측면을 기계가공하는 단계, 하나 또는 그 이상의 수술용 블레이드들을 형성하기 위하여 상기 결정 또는 다결정 웨이퍼의 상기 제2 측면을 식각하는 단계, 경화 표면을 형성하기 위하여 상기 결정 또는 다결정물질 층을 변환하는 단계, 상기 수술용 블레이드들을 싱귤레이션하는 단계, 및 상기 수술용 블레이드들을 어셈블링하는 단계를 포함한다It is yet another object of the present invention to provide a method of manufacturing a surgical blade, the method comprising: mounting a crystalline or polycrystalline wafer on a mounting assembly, using the router to form linear or nonlinear trenches; Or machining one or more trenches on the first side of the polycrystalline wafer, removing the mounting of the crystalline or polycrystalline wafer from the mounting assembly, removing the first side of the crystalline or polycrystalline wafer on the mounting assembly. Remounting, machining a second side of the crystalline or polycrystalline wafer using a router to form linear or nonlinear trenches, and forming the one or more surgical blades to form the one or more surgical blades. Expression of the second side Agitating, converting the crystalline or polycrystalline layer to form a hardened surface, singulating the surgical blades, and assembling the surgical blades.

본 발명의 또 다른 목적은, 본 명세서에 개시된 방법들에 의하여 제조된, 안과용, 마이크로 수술용, 심장, 눈, 귀, 뇌, 정형외과 및 성형외과 수술용 및 생물학적 사용뿐만 아니라 다양한 의학외적 사용을 위한 수술용 블레이드의 여러 가지 예시적인 실시예를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide ophthalmic, microsurgical, heart, eye, ear, brain, orthopedic and plastic surgery and biological use as well as a variety of non-medical uses, prepared by the methods disclosed herein. To provide several exemplary embodiments of a surgical blade for.

본 발명의 또 다른 목적은, 본 명세서에 개시된 하나 또는 그 이상의 프로세스들에 의하여, 실리콘을 포함하는 단일 또는 다결정물질들로부터 제조된 기계적 장치들과 수술용 및 비수술용 블레이드들의 강도를 증가하는 시스템 및 방법을 제공하는 것이다. It is yet another object of the present invention to provide a system for increasing the strength of mechanical devices and surgical and non-surgical blades made from single or polycrystalline materials comprising silicon, by one or more processes disclosed herein; To provide a way.

따라서, 본 발명의 목적은, 종래 기술의 단점들을 전혀 가지지 않고 본 명세서에 개시되는 모든 장점을 갖는, 등방성 및 비등방성 식각 방법들을 기초로 한 방법을 제공하는 것이다. 이러한 방법은 복합 블레이드 외형들이, 예를 들어 슬릿형 나이프들, 사다리꼴 나이프들, 끌형(chisel) 나이프들 등의 다양한 단일 및 이중 빗면을 포함하여 형성하도록 하며, 그러나 이에 한정되지는 않는다. 본 발명의 여러 실시예들에 의하여, 상기 등방성 식각 프로세스를 사용하여 블레이드들을 제조하는 상술한 방법들은 최종적으로 상기 블레이드들의 절단 칼날들이 되는 V형-홈들을 형성하기 위한 정밀한 기계적 방법들의 사용가능성에 의하여 제한된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 상기 웨이퍼에 어떠한 기계적 응력들도 가하지 않고 V형-홈들을 형성한다. 포토마스크의 형성, 습식 식각(등방성 및 비등방성), 및 건식 식각(등방성 및 비등방성, 그리고 반응성 이온 식각을 포함함)의 조합을 사용하여, 상기 V형-홈들은 제한 없는 갯수의 2차원 외형들로 형성될 수 있고, 또한 미리 형성된 빗면각을 우수하게 제어하여 형성될 수 있다. V형-홈들(또는 트렌치들)이 우선 형성되면, 이어서 트렌치된 웨이퍼들은, 본 명세서에 개시된 바와 같이, 마스크를 사용하지 않고 습식 등방성 식각 프로세스를 거치게 된다. 이어 따라, 최종 블레이드 외형 및 매우 예리한 절단 칼날들이 형성된다.It is therefore an object of the present invention to provide a method based on isotropic and anisotropic etching methods which have all the advantages disclosed herein without any disadvantages of the prior art. This method allows composite blade contours to form, including but not limited to, various single and double inclined surfaces, such as, for example, slit knives, trapezoidal knives, chisel knives, and the like. According to various embodiments of the present invention, the aforementioned methods of manufacturing blades using the isotropic etching process are limited by the availability of precise mechanical methods for forming V-grooves that ultimately become cutting blades of the blades. Limited. The method according to one embodiment of the invention forms V-grooves without applying any mechanical stresses to the wafer. Using a combination of photomask formation, wet etching (isotropic and anisotropic), and dry etching (including isotropic and anisotropic, and reactive ion etching), the V-grooves are of an unlimited number of two-dimensional contours. Can be formed, and can also be formed by controlling the pre-formed bevel angle. Once the V-grooves (or trenches) are formed first, the trenches are then subjected to a wet isotropic etching process without the use of a mask, as disclosed herein. This results in a final blade contour and very sharp cutting blades.

이하에서는, 첨부한 도면과 함께 바람직한 실시예들의 상세한 설명을 참조하여, 본 발명의 새로운 특징과 장점을 가장 잘 이해할 수 있도록 설명된다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, with reference to the detailed description of the preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings, it will be described to best understand the novel features and advantages of the present invention.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의하여 실리콘으로부터 이중 빗면(double bevel) 수술용 블레이드 제조방법의 흐름도이다;1 is a flow chart of a method for manufacturing a double bevel surgical blade from silicon in accordance with a first embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 의하여 실리콘으로부터 단일 빗면(single bevel) 수술용 블레이드 제조방법의 흐름도이다;2 is a flow chart of a method for manufacturing a single bevel surgical blade from silicon in accordance with a second embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 의하여 실리콘으로부터 단일 빗면 수술용 블레이드 다른 제조방법의 흐름도이다;3 is a flow chart of another method for manufacturing a single oblique surgical blade from silicon in accordance with a third embodiment of the present invention;

도 4는 마운팅 어셈블리 상에 마운팅된 실리콘 웨이퍼의 상면도이다;4 is a top view of a silicon wafer mounted on a mounting assembly;

도 5는 테이프를 사용하여 마운팅 어셈블리 상에 마운팅된 실리콘 웨이퍼의 측면도이다;5 is a side view of a silicon wafer mounted on a mounting assembly using tape;

도 6은 본 발명의 일 실시예에 의하여 실리콘 웨이퍼 내에 트렌치들을 기계가공하는 것을 보조하기 위하여 상기 실리콘 웨이퍼를 예비 절단하는 레이저 워터- 젯의 사용방법을 도시한다; 6 illustrates a method of using a laser water-jet to pre-cut the silicon wafer to assist in machining trenches in the silicon wafer according to one embodiment of the present invention;

도 7A 내지 도 7D는 본 발명의 일 실시예에 의하여 실리콘 웨이퍼 내의 트렌치들의 기계가공에 사용되는 다이싱 쏘우 블레이드(dicing saw blade)의 형상들을 도시한다;7A-7D illustrate the shapes of a dicing saw blade used for the machining of trenches in a silicon wafer according to one embodiment of the present invention;

도 8은 본 발명의 일 실시예에 의하여 후면 지지부 상에 마운팅된 실리콘 웨이퍼를 관통하는 다이싱 쏘우 블레이드의 동작을 도시한다;8 illustrates the operation of a dicing saw blade through a silicon wafer mounted on a back support according to one embodiment of the present invention;

도 8A 내지 도 8C는 본 발명의 일 실시예에 의하여 다이싱 쏘우 블레이드를 사용하여 실리콘 웨이퍼에 트렌치들을 기계가공하는 경우에, 슬롯들(slots)의 사용방법을 도시한다; 8A-8C illustrate the use of slots when machining trenches in a silicon wafer using a dicing saw blade according to one embodiment of the present invention;

도 9는 본 발명의 일 실시예에 의하여 테이프로 마운팅된 실리콘 웨이퍼에 트렌치들을 기계가공하는 다이싱 쏘우 블레이드를 도시하는 단면도이다; 9 is a cross-sectional view showing a dicing saw blade for machining trenches in a tape mounted silicon wafer in accordance with one embodiment of the present invention;

도 10A 및 도 10B는 본 발명의 일 실시예에 의하여 형성된 단일 빗면 절단 칼날을 포함하는 실리콘 수술용 블레이드와 이중 빗면 절단 칼날을 포함하는 실리콘 수술용 블레이드를 각각 도시한다;10A and 10B respectively show a silicone surgical blade comprising a single oblique cutting blade formed by an embodiment of the present invention and a silicone surgical blade comprising a double oblique cutting blade;

도 11은 본 발명의 일 실시예에 의하여 실리콘 웨이퍼에 트렌치들의 기계가공을 위해 사용되는 레이저 시스템의 블록도이다;11 is a block diagram of a laser system used for the machining of trenches in a silicon wafer in accordance with one embodiment of the present invention;

도 12는 본 발명의 일 실시예에 의하여 실리콘 웨이퍼에 트렌치들의 기계가공을 위해 사용되는 초음파 기계가공 시스템의 블록도이다;12 is a block diagram of an ultrasonic machining system used for the machining of trenches in a silicon wafer in accordance with one embodiment of the present invention;

도 13은 본 발명의 일 실시예에 의하여 실리콘 웨이퍼에 트렌치들을 형성하 기 위해 사용되는 열간 단조 시스템의 블록도이다;13 is a block diagram of a hot forging system used to form trenches in a silicon wafer according to one embodiment of the present invention;

도 14는 본 발명의 일 실시예에 의하여 기계가공된 측면에 형성된 코팅층을 포함하는 단일 기계가공된 트랜치를 가지는 실리콘 웨이퍼를 도시하는 단면도이다;14 is a cross-sectional view illustrating a silicon wafer having a single machined trench including a coating layer formed on a machined side according to one embodiment of the present invention;

도 15는 본 발명의 일 실시예에 의하여 테이프를 사용하여 마운팅된 실리콘 웨이퍼에 제2 트렌치를 기계가공하는 다이싱 쏘우 블레이드를 도시하는 단면도이다;15 is a cross-sectional view illustrating a dicing saw blade for machining a second trench in a silicon wafer mounted using tape in accordance with one embodiment of the present invention;

도 16은 본 발명의 일 실시예에 의하여 양 측면에 트렌치가 기계가공된 실리콘 웨이퍼의 단면을 도시한다;16 illustrates a cross-section of a silicon wafer with trenches machined on both sides in accordance with one embodiment of the present invention;

도 17A 및 도 17B는 본 발명의 일 실시예에 의하여 양 측면에 기계가공된 트렌치를 포함하는 실리콘 웨이퍼에 수행되는 등방성 식각 프로세스를 도시한다;17A and 17B illustrate an isotropic etching process performed on a silicon wafer including trenches machined on both sides in accordance with one embodiment of the present invention;

도 18A 및 도 18B는 본 발명의 일 실시예에 의하여 양 측면에 기계가공된 트렌치들를 포함하고, 일 측면에는 코팅층을 포함하는 실리콘 웨이퍼에 수행되는 등방성 식각 프로세스를 도시한다; 18A and 18B illustrate an isotropic etching process performed on a silicon wafer including trenches machined on both sides and a coating layer on one side according to one embodiment of the present invention;

도 19는 본 발명의 일 실시예에 의하여 제조된 일 측면에 코팅층을 가지는 이중 빗면 실리콘 수술용 블레이드의 결과적인 절단 칼날을 도시한다;FIG. 19 shows the resulting cutting blade of a double comb silicon surgical blade with a coating layer on one side made by one embodiment of the present invention; FIG.

도 20A 내지 도 20G는 본 발명의 방법에 의하여 제조가능한 수술용 블레이드들의 다양한 예들을 도시한다;20A-20G show various examples of surgical blades manufacturable by the method of the present invention;

도 21A 및 도 21B는 본 발명의 실시예들에 의하여 제조된 실리콘 수술용 블레이드의 블레이드 칼날의 측면과 스테인리스 강 수술용 블레이드의 블레이드 칼날 의 측면을 5,000 배율로 각각 도시한다;21A and 21B show the side of the blade edge of the silicon surgical blade and the side of the blade edge of the stainless steel surgical blade produced at embodiments of the present invention at 5,000 magnification, respectively;

도 22A 및 도 22B는 본 발명의 실시예들에 의하여 제조된 실리콘 수술용 블레이드의 블레이드 칼날의 상면과 스테인리스 강 수술용 블레이드의 블레이드 칼날의 상면을 10,000 배율로 각각 도시한다;22A and 22B show, respectively, at 10,000 magnifications the top surface of the blade blade of the silicon surgical blade and the blade blade of the stainless steel surgical blade manufactured according to embodiments of the present invention;

도 23A 및 도 23B는 본 발명의 다른 실시예에 의하여 일 측면에 기계가공된 트렌치를 포함하고, 그 대향 측면에 코팅층을 포함하는 실리콘 웨이퍼에 수행되는 등방성 식각 프로세스를 도시한다;23A and 23B illustrate an isotropic etching process performed on a silicon wafer comprising trenches machined on one side and a coating layer on opposite sides by another embodiment of the present invention;

도 24는 본 발명의 실시예들에 의하여 제조된 수술용 블레이드와 포스트-슬롯(post-slot) 어셈블리의 핸들을 도시한다;24 shows a handle of a surgical blade and a post-slot assembly made in accordance with embodiments of the present invention;

도 25A 및 도 25B는 본 발명의 실시예들에 의하여 결정물질로 형성된 블레이드 칼날 및 층 변환 프로세스를 포함하는 결정물질로 형성된 블레이드 칼날의 프로파일 투시도를 도시한다;25A and 25B show profile perspective views of blade blades formed of crystalline material and blade blades formed of crystalline material including a layer conversion process in accordance with embodiments of the present invention;

도 26 내지 도 29는 본 발명의 일 실시예에 의하여 결정물질 내의 선형 또는 비선형 트렌치들을 기계가공하는 라우터(router)를 사용하는 단계들을 도시한다;26-29 illustrate steps of using a router to machine linear or nonlinear trenches in a crystalline material in accordance with one embodiment of the present invention;

도 30은 본 발명의 일 실시예에 의하여 결정물질내의 선형 또는 비선형 트렌치들을 형성하는 방법의 흐름도이다;30 is a flowchart of a method for forming linear or nonlinear trenches in a crystalline material according to one embodiment of the present invention;

도 31A 내지 도 31C는 본 발명의 실시예들에 의하여 제조된 이중 빗면 복합 파세트(multiple facet) 블레이드를 도시한다;31A-31C illustrate a double oblique multiple facet blade made in accordance with embodiments of the present invention;

도 32A 내지 도 32C는 본 발명의 실시예들에 의하여 제조된 다양한 이중 빗 면 블레이드들을 도시한다; 32A-32C show various double comb face blades manufactured by embodiments of the present invention;

도 33A 내지 도 33D는 본 발명의 방법들에 의하여 제조된 안과 및 다른 마이크로 수술용으로 사용될 수 있는 수술용 블레이드들의 여러 예를 도시한다;33A-33D show several examples of surgical blades that can be used for ophthalmology and other microsurgeries made by the methods of the present invention;

도 34A 내지 도 34C는 본 발명의 실시예들에 의하여 제조된 수술용 블레이드의 다양한 제조 매개변수들을 도시한다; 34A-34C show various manufacturing parameters of a surgical blade made in accordance with embodiments of the present invention;

도 35A 및 도 35B는 본 발명의 실시예들에 의하여 제조된 수술용 블레이드의 추가적인 제조 매개변수를 도시한다;35A and 35B show additional manufacturing parameters of a surgical blade made in accordance with embodiments of the present invention;

도 36은 금속으로 제조된 블레이드들과 본 발명의 실시예들에 의하여 실리콘으로 제조된 수술용 블레이드의 칼날 반경들의 범위를 비교하여 도시한다;FIG. 36 shows a comparison of the range of blade radii of blades made of metal and surgical blades made of silicon by embodiments of the present invention; FIG.

도 37은 금속으로 제조된 블레이드들과 본 발명의 실시예들에 의하여 실리콘으로 제조된 수술용 블레이드의 칼날 반경들의 표면 거칠기의 범위들을 비교하여 도시한다;37 compares the ranges of the surface roughness of the blade radii of metal blades and surgical blades made of silicon by embodiments of the present invention;

도 38은 본 발명의 제4 실시예에 의하여 실리콘 수술용 블레이드 제조방법의 흐름도이다;38 is a flowchart of a method for manufacturing a silicon surgical blade according to a fourth embodiment of the present invention;

도 39 내지 도 43은 도 38에 도시된 실리콘 수술용 블레이드들의 제조방법에 의하여 프로세스된 실리콘 웨이퍼를 도시한다;39-43 show silicon wafers processed by the method of manufacturing the silicon surgical blades shown in FIG. 38;

도 44 내지 도 52는 표면들의 매끄러움과 관련하여 다이아몬드 쏘우들 및 레이저들에 의하여 절단된 샘플 쿠폰들(coupons)의 다양한 깊이들의 식각 결과들을 도시한다;44-52 show etching results of various depths of sample coupons cut by diamond saws and lasers in relation to the smoothness of the surfaces;

도 53A 내지 도 53C는 다이아몬드 블레이드들, 금속 블레이드들, 및 본 발명의 실시예들에 의하여 제조된 실리콘 블레이드들의 피크 스태브 힘(peak stab force), 손상 간극(wound gape)을 야기하는데 필요한 압력, 및 테스트 매질을 관통하는데 필요한 힘에 대한 비교 결과들을 도시한다;53A-53C show the peak stab force, pressure required to cause a wound gape of diamond blades, metal blades, and silicon blades manufactured by embodiments of the present invention; And comparison results for the force required to penetrate the test medium;

도 54는 본 발명의 실시예에 의하여 수술용 블레이드의 제조에 사용되는 포토레지스트 물질(포토레지스트)층을 포함하는 웨이퍼의 단면을 도시한다;54 shows a cross section of a wafer comprising a layer of photoresist material (photoresist) used in the manufacture of surgical blades in accordance with an embodiment of the present invention;

도 55A는 자외선에 노광되는 포토레지스트층 상에 위치하는 제1 패턴화된 포토마스크를 포함하는 도 55의 실리콘 웨이퍼의 단면을 도시하고, 도 55B는 자외선에의 노광이 완료되고, 포토레지스트가 현상되고, 제1 패턴화된 포토마스크가 제거된 후의 도 55A의 실리콘 웨이퍼의 단면을 도시한다;55A shows a cross-section of the silicon wafer of FIG. 55 including a first patterned photomask positioned on a photoresist layer exposed to ultraviolet light, and FIG. 55B shows that exposure to ultraviolet light is complete and photoresist is developed. And a cross section of the silicon wafer of FIG. 55A after the first patterned photomask has been removed;

도 56A 및 도 56B는 도 55A 및 도 55B에 도시된 바와 유사하게, 제2 패턴화된 포토마스크의 배치와 자외선에의 노광의 일 예를 도시한다;56A and 56B show an example of placement of a second patterned photomask and exposure to ultraviolet light, similar to those shown in FIGS. 55A and 55B;

도 57A는 본 발명의 일 실시예에 의하여 부분적인 비등방성 식각이 수행된 후의 도 55B의 실리콘 웨이퍼의 단면을 도시하고, 도 57B는 본 발명의 다른 실시예에 의하여 비등방성 식각 프로세스가 등방성 식각 프로세스로 인-시츄(in-situ) 변환된 후의 도 56B의 실리콘 웨이퍼의 단면을 도시한다.FIG. 57A shows a cross-section of the silicon wafer of FIG. 55B after partial anisotropic etching is performed by one embodiment of the present invention, and FIG. 57B shows an isotropic etching process by an anisotropic etching process according to another embodiment of the present invention. The cross-section of the silicon wafer of FIG. 56B after in-situ conversion is shown.

도 58은 본 발명의 다른 실시예에 의하여 부분적인 비등방성 습식식각이 수행된 후의 도 56B의 실리콘 웨이퍼의 단면을 도시한다;FIG. 58 illustrates a cross-section of the silicon wafer of FIG. 56B after partial anisotropic wet etching is performed by another embodiment of the present invention; FIG.

도 59는 현상된 포토레지스트층이 제거된 도 57B의 웨이퍼의 단면을 도시한 다;59 shows a cross-section of the wafer of FIG. 57B with the developed photoresist layer removed;

도 60은 패턴화된 포토레지스트층 제거된 도 58의 웨이퍼의 단면을 도시한다;FIG. 60 shows a cross section of the wafer of FIG. 58 with the patterned photoresist layer removed;

도 61은 이중 빗면 블레이드를 형성하기 위하여 도 57A 및 도 57B에 도시된 식각 프로세스와 유사한 두 개의 부분 식각층을 포함하는 웨이퍼의 단면을 도시한다; FIG. 61 shows a cross section of a wafer including two partial etching layers similar to the etching process shown in FIGS. 57A and 57B to form a double oblique blade;

도 62는 이중 빗면 블레이드의 다른 유형을 형성하기 위하여 도 58에 도시된 식각층과 유사한 두 개의 부분 식각층을 포함하는 웨이퍼의 단면을 도시한다; 및FIG. 62 shows a cross section of a wafer including two partial etch layers similar to the etch layer shown in FIG. 58 to form another type of double oblique blade; And

도 63은 본 발명의 일 실시예에 의하여 실리콘 수술용 블레이드들의 제조방법의 흐름도를 도시한다. 63 is a flowchart illustrating a method of manufacturing silicon surgical blades according to an embodiment of the present invention.

바람직한 실시예들의 다양한 태양들을 도면을 참조하여 설명하며, 도면상에서 동일한 참조부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 발명을 구현하기 위하여 하기에 제공된 최적 실시예는 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 단지 본 발명의 일반적인 원리들을 설명하기 위한 목적으로 제공되는 것이다.Various aspects of the preferred embodiments are described with reference to the drawings, wherein like reference numerals refer to like elements. The best embodiments provided below for implementing the present invention are not intended to limit the present invention, but merely for the purpose of illustrating the general principles of the present invention.

본 발명은 연한 조직(soft tissue)의 절개에 사용되는 수술용 블레이드들의 제조시스템 및 제조방법을 제공한다. 바람직한 실시예가 수술용 블레이드를 설명하고 있으나, 하기에 상세하게 설명되는 방법들에 의하여 다양한 절단 장치들이 제조될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 전체적으로 ″수술용 블레이드들″에 대하 여 설명되어 있다고 하여도, 절단 장치들의 수많은 다른 태양들, 예를 들어 의료용 면도기들(medical razors), 피침들(lancets), 피하주사 바늘들(hypodermic needles), 샘플채집 캐뉼러(sample collection cannula) 및 다른 의료용 바늘들(medical sharps)의 제조가 가능함은 본 발명의 기술분야의 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 본 발명의 시스템 및 방법에 의하여 제조된 블레이드들은 다른 의료외적 사용, 예를 들어, 털깍기(shaving) 및 연구소에서의 사용(즉, 조직 샘플링)을 위하여 사용할 수 있다. 또한, 하기의 설명이 전체적으로 안과용 사용에 대해 언급되어 있으나, 눈, 심장, 귀, 뇌, 성형, 및 정형 수술들의 의료적 사용의 수많은 다른 유형들을 포함하며, 또한 반드시 이에 한정되는 것도 아니다.The present invention provides a system and method for manufacturing surgical blades for use in cutting soft tissue. Although the preferred embodiment describes a surgical blade, various cutting devices can be manufactured by the methods described in detail below. Thus, although described herein in the context of `` surgical blades '' as a whole, numerous other aspects of cutting devices, such as medical razors, lancets, hypodermic needles It will be apparent to those skilled in the art that the manufacture of hypopodermic needles, sample collection cannula and other medical sharps is possible. In addition, blades made by the systems and methods of the present invention can be used for other non-medical use, such as shaving and laboratory use (ie, tissue sampling). In addition, the following description refers to ophthalmic use as a whole, but includes, but is not necessarily limited to, many other types of medical use of eye, heart, ear, brain, plastic surgery, and orthopedic surgery.

본 기술분야의 당업자에게 공지되어 있다고 하여도, 단일 빗면(single bevel), 이중 빗면(double bevel), 및 파세트들(facets)의 용어들은 정의되어야 한다. 단일 빗면이란 블레이드의 주 표면(primary surface)과 같은 면에 결과적으로 예리한 절단 칼날이 되는 부위인 블레이드 상의 하나의 빗면을 의미한다. 이에 대하여, 하기에 설명할 도 10A을 예시적으로 참조한다. 이중 빗면이란, 도 10B, 도 20A, 및 도 31C에 도시된 바와 같이, 결과적인 블레이드의 전체적으로 중앙선과 실질적으로 동일한 면 상에 결과적으로 예리한 절단 칼날이 되는 부위인 블레이드 상의 두 개의 빗면을 의미한다. 파세트는 빗면 상에 있는 평평한 칼날이다. 어떤 블레이드 상에서도, 빗면 하나당 하나, 둘 또는 복합 파세트들이 있을 수 있다. 따라서, 어떤 하나의 블레이드 상에서도, 복합의 예리한 칼날들이 있을 수 있다(또 는, 즉, 빗면들의 복합 세트, 및 각 빗면은 단일 또는 복합 파세트들을 가질 수 있다).Although known to those skilled in the art, terms of single bevel, double bevel, and facets should be defined. By a single inclined plane is meant one inclined plane on the blade that is the same area as the primary surface of the blade, resulting in a sharp cutting blade. In this regard, reference is made to FIG. 10A, which will be described below by way of example. By double inclined plane is meant two inclined planes on the blade which are areas that result in a sharp cutting blade on a surface substantially the same as the centerline as a whole, as shown in FIGS. 10B, 20A and 31C. The facet is a flat blade on the oblique side. On any blade, there may be one, two, or multiple facets per bevel on one side. Thus, on any one blade, there may be compound sharp blades (or, ie, a complex set of oblique faces, and each oblique face may have a single or complex facets).

도 34A 내지 도 34C는 본 발명의 일 실시예에 의하여 제조된 수술용 블레이드(340)의 추가적인 도면들이다. 도 34A에는, 수술용 블레이드들의 다양한 매개변수들이 도시되어 있다. 예를 들어, 측면 절단 길이, 팁(tip)에서 숄더(shoulder)까지의 길이, 및 프로파일 각도가 도시되어 있다. 각각의 매개변수의 값들은 상기 블레이드의 디자인과 원하는 사용법에 따라서 달라질 수 있다. 그러나, 수술용 및 비수술용 블레이드들(하기에 설명되는 바와 같이)의 제조 방법의 이점들 때문에, 본 발명의 실시예들에 의하여 제조되는 수술용 블레이드들의 프로파일 각도는 일반적으로 접촉되는 경우에 비하여 작게 만들어 질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하여 특정한 블레이드 프로파일을 위해 약 60°의 프로파일 각도들을 얻을 수 있고, 그러나 이는 단지 설명을 하기 위함이며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 도 34B 및 도 34C는 상술한 추가적인 매개변수들을 도시한다.34A-34C are additional views of surgical blade 340 manufactured according to one embodiment of the present invention. In Figure 34A, various parameters of the surgical blades are shown. For example, the side cut length, the length from tip to shoulder, and the profile angle are shown. The values of each parameter may vary depending on the design of the blade and the desired usage. However, due to the advantages of the method of manufacturing the surgical and non-surgical blades (as described below), the profile angles of the surgical blades produced by embodiments of the present invention are generally smaller than when contacted. Can be made. One embodiment of the present invention may yield profile angles of about 60 ° for a particular blade profile, but this is for illustrative purposes only and is not limited thereto. 34B and 34C show the additional parameters described above.

본 기술분야의 당업자에게 공지된 추가적인 산업적 용어 및 매개변수는 블레이드의 칼날 반경이다. ″절단 반경″ 또는 ″칼날 반경″은 피부, 눈(안과적 사용의 경우) 또는 다른 물질들/재료들을 절단하는 예리한 칼날의 반경이다. 만일, 예를 들어, 외과의사가 환자의 눈을 절단 또는 절개하기 위하여 블레이드를 사용하는 경우에, 블레이드가 가능한 한 예리하여야 하는 것은 반드시 필수적인 것은 아니라고 해도 매우 중요하다. 도 35A 및 도 35B 은 본 발명의 실시예에 의하여 제 조된 수술용 블레이드의 칼날 반경을 도시한다. 도 35B는 도 35A의 블레이드(350)의 A-A선을 따라서 절단된 면을 도시한다. 이하에 설명되는 본 발명의 실시예들에 의하여 제조된 블레이드들(수술용 또는 비수술용)은 약 30 nm 부터 약 60 nm의 범위의 칼날 반경을 가질 수 있고, 본 발명의 일 실시예에서는 약 40 nm의 칼날 반경을 가진다. 표 1 및 표 2는 금속 블레이드들의 칼날 반경들과 이하에 설명되는 본 발명의 실시예들에 의하여 제조된 실리콘 블레이드들의 칼날 반경들의 측정값을 모은 것이다. 상기 데이터들은, 본 명세서에 설명되는 본 발명의 실시예들에 의하여 제조된 블레이드의 칼날 반경들의 범위를 도시하는 제1 만곡부(362)에 의하여 도 36에 정리되어 있고, 제2 만곡부(364)에 의하여 도 36에 도시된 금속 블레이드들의 칼날 반경들의 범위에 비하여 매우 작다. 작은 칼날 반경은 더 예리한 블레이드를 형성한다.Additional industrial terms and parameters known to those skilled in the art are the blade radius of the blade. The ″ cutting radius ″ or ″ blade radius ″ is the radius of the sharp blade cutting the skin, eyes (for ophthalmic use) or other substances / materials. If, for example, the surgeon uses the blade to cut or incise the patient's eye, it is very important that it is not necessary that the blade be as sharp as possible. 35A and 35B show the blade radius of a surgical blade made in accordance with an embodiment of the present invention. FIG. 35B shows a cut along the line A-A of the blade 350 of FIG. 35A. Blades (surgical or non-surgical) manufactured by embodiments of the present invention described below may have a blade radius in the range of about 30 nm to about 60 nm, and in one embodiment of the present invention about 40 It has a blade radius of nm. Tables 1 and 2 collect measurements of the blade radii of metal blades and the blade radii of silicon blades manufactured by embodiments of the invention described below. The data are summarized in FIG. 36 by a first bend 362 showing the range of blade radii of a blade made by embodiments of the invention described herein, and in the second bend 364. Thereby very small compared to the range of blade radii of the metal blades shown in FIG. 36. Small blade radii form sharper blades.

에지 반경 - 금속 블레이드들Edge Radius-Metal Blades 블레이드blade 측정 번호Measure number 반경Radius 평균Average 표준편차Standard Deviation ACC1ACC1 1One 784784 모든 금속 블레이드들의 평균 반경Average radius of all metal blades 22 12201220 1296 nm1296 nm 33 975975 44 11801180 모든 금속 블레이드들의 표준편차Standard Deviation of All Metal Blades 55 13451345 11011101 222222 269 nm269 nm ACC2ACC2 1One 11901190 22 14301430 33 11801180 44 11701170 55 17401740 13421342 248248 ACC3ACC3 1One 16001600 22 12501250 33 905905 44 940940 55 12201220 11831183 281281 ACC4ACC4 1One 14301430 22 12901290 33 13801380 44 14601460 55 16701670 14461446 141141 ACC5ACC5 1One 16001600 22 11501150 33 923923 44 992992 55 11101110 11551155 265265 ACC6ACC6 1One 15301530 22 12401240 33 18101810 44 16701670 55 15001500 15501550 213213

에지 반경 - 실리콘 블레이드들Edge Radius-Silicon Blades 블레이드blade 측정Measure 반경Radius 평균Average 표준편차Standard Deviation 1One 1One 4141 모든 실리콘의 평균 반경Average radius of all silicon 22 5454 33.733.7 33 4747 44 5656 모든 실리콘의 표준편차Standard Deviation of All Silicon 55 4848 49.249.2 5.975.97 9.77 nm9.77 nm 22 1One 1919 22 2828 33 2424 44 2222 55 2222 2323 3.323.32 33 1One 3131 22 3535 33 3535 44 3939 55 3939 35.835.8 3.353.35 44 1One 2828 22 3535 33 3939 44 4343 55 3030 3535 6.206.20 55 1One 3535 22 3232 33 3333 44 3737 55 2828 3333 3.393.39 66 1One 2828 22 3535 33 1515 44 2222 55 3131 26.226.2 7.857.85

블레이드들을 만드는 베이스 물질(base material)은 우선적인 결정 방향을 갖는 단결정 실리콘이다. 그러나, 실리콘의 다른 방향들도 가능하며, 또한 등방성 식각이 가능한 다른 물질들도 가능하다. 예를 들어, <110> 및 <111> 방향을 갖는 실리콘 웨이퍼들 또한 사용될 수 있으며, 다양한 저항률(resistivity)과 산소 함량으로 도핑된 실리콘 웨이퍼들도 사용될 수 있다. 또한, 실리콘 질화물 및 갈륨 비소(gallium arsenide)와 같은 다른 물질들로 만들어진 웨이퍼들도 사용될 수 있다. 웨이퍼 형태는 베이스 물질으로서 특히 유용한 형태의 하나이다. 단결정물질들에 추가하여, 다결정물질들도 또한 수술용 블레이드들을 제조하는데 사용될 수 있다. 이러한 다결정물질들의 예는 다결정 실리콘을 포함한다. 본 명세서에 사용되는 ″결정″의 용어는 단결정 및 다결정물질들 모두를 지칭하는데 사용된다.The base material from which the blades are made is monocrystalline silicon with preferential crystal orientation. However, other orientations of silicon are possible, and other materials capable of isotropic etching are also possible. For example, silicon wafers having <110> and <111> orientations may also be used, and silicon wafers doped with various resistivity and oxygen contents may also be used. In addition, wafers made of other materials such as silicon nitride and gallium arsenide may also be used. The wafer form is one of the forms particularly useful as the base material. In addition to monocrystalline materials, polycrystalline materials may also be used to make surgical blades. Examples of such polycrystalline materials include polycrystalline silicon. As used herein, the term "crystal" is used to refer to both monocrystalline and polycrystalline materials.

따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 ″실리콘 웨이퍼들″을 참조하여 설명된다고 하여도, 다양한 방향들을 조합한 상술한 물질들뿐만 아니라 다른 적합한 물질들과 그 방향들도 본 발명의 다양한 실시예에 의하여 사용 가능하다는 것은 본 발명의 기술분야의 당업자에게 명백할 것이다. Thus, although described with reference to "silicon wafers" throughout this specification, not only the above-described materials combining various directions, but also other suitable materials and their directions can be used by various embodiments of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art of the present invention.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 실리콘으로부터 이중 빗면(double bevel) 수술용 블레이드 제조방법의 흐름도이다. 도 1, 도 2 및 도 3의 방법들은 일반적으로 본 발명에 따른 실리콘 수술용 블레이드들의 제조방법들을 도시한다. 그러나, 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 단계들의 순서는 실리콘 수술용 블레이드들을 다른 기준들로 제조하거나 또는 다른 제조 환경들 하에서 제조하기 위하여 달라질 수 있다.1 is a flowchart of a method for manufacturing a double bevel surgical blade from silicon according to a first embodiment of the present invention. The methods of FIGS. 1, 2 and 3 generally illustrate methods of making silicon surgical blades in accordance with the present invention. However, the order of the steps shown in FIGS. 1, 2 and 3 may be varied to manufacture silicon surgical blades with other criteria or under different manufacturing environments.

예를 들어, 하기에 도시되고 설명한 바와 같이, 도 1 은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이중 빗면 블레이드를 제조하는 방법을 도시하지만, 이 방법은 하나의 절단 칼날이 복합 파세트(facets)를 갖도록(즉, 3 개 또는 그 이상의 파세트를 갖도록) 제조하기 위해 사용될 수 있다. 도 31A 내지 도 31C는 이러한 블레이드를 도시하며, 하기에 상세하게 설명한다. 또한, 상기 도시되고 설명된 방법은, 도 32에 도시어 있는 바와 같이, 다양한 이중 빗면 블레이드를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 도 32도 또한 하기에 상세하게 설명한다. 또한, 두 개의(또는 그 이상) 빗면각들과 두 개의(또는 그 이상) 절단 표면들을 갖는 단일 블레이드의 다른 예로서, 도 20B 및 도 20D에 도시된 복합 블레이드들 칼날들의 다른 빗면각들을 갖는 블레이드들이 본 명세서에 도시되고 설명된 방법에 의하여 제조될 수 있다. 이와 같이, 도 1, 도 2, 및 도 3의 방법들은 본 발명에 따른 일반적인 실시예들을 대표하며, 다시 말하면, 동일한 단계들을 포함하는 여러 가지 변경이나 치환에 의해 제조되는 실리콘 수술용 블레이드는 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함된다.For example, as shown and described below, FIG. 1 illustrates a method of manufacturing a double oblique blade according to a first embodiment of the present invention, in which one cutting blade is used to produce composite facets. Can be used to make (ie have three or more facets). 31A-31C illustrate such blades and are described in detail below. The method shown and described above may also be used to manufacture a variety of double oblique blades, as shown in FIG. 32 is also described in detail below. Also, as another example of a single blade having two (or more) oblique angles and two (or more) cutting surfaces, a blade having different oblique angles of the blades of the composite blades shown in FIGS. 20B and 20D. Can be prepared by the methods shown and described herein. As such, the methods of FIGS. 1, 2, and 3 represent general embodiments in accordance with the present invention, that is, a silicone surgical blade produced by various alterations or substitutions comprising the same steps is provided herein. Is included in the scope of the technical idea

도 1의 방법은 본 발명의 일 실시예에 따라, 바람직하게는 실리콘과 같은 결정물질로부터 이중 빗면 수술용 블레이드를 제조하는 방법을 도시하며, 상기 도 1의 방법은 단계 1002로 시작된다. 단계 1002에 있어서, 실리콘 웨이퍼는 마운팅 어셈블리(204)에 마운팅된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(202)는 웨이퍼 프레임/자외선(UV) 테이프 어셈블리(마운팅 어셈블리, 204) 상에 마운팅된다. 마운팅 어셈블리(204)는 반도체 산업에서 실리콘 웨이퍼 물질을 핸들링하는 일반적인 방법이다. 본 발명의 실시예들에 따른 수술용 블레이드들을 제조함에 있어서, 웨이퍼 마운팅 어셈블리(204) 상에 실리콘(결정) 웨이퍼(202)를 마운팅하는 것이 반드시 필요하지 않다는 것은 본 기술분야의 당업자에게는 자명할 것이다.The method of FIG. 1 illustrates a method of manufacturing a double-sided surgical blade from a crystalline material, such as silicon, preferably in accordance with one embodiment of the present invention, the method of FIG. 1 beginning with step 1002. In step 1002, the silicon wafer is mounted to the mounting assembly 204. As shown in FIG. 4, the silicon wafer 202 is mounted on a wafer frame / ultraviolet (UV) tape assembly (mounting assembly) 204. Mounting assembly 204 is a common method of handling silicon wafer materials in the semiconductor industry. It will be apparent to those skilled in the art that in manufacturing surgical blades according to embodiments of the invention, it is not necessary to mount the silicon (crystal) wafer 202 on the wafer mounting assembly 204. .

도 5는 동일한 마운팅 어셈블리(204) 상에 마운팅된 동일한 실리콘 웨이퍼(202)를 도시하는 측면도이다(도면에는 좌측 또는 우측이 대칭적으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되지는 않는다). 도 5에서, 실리콘 웨이퍼(202)는 테이프(308) 상에 마운팅되고, 이어서 테이프(308)는 마운팅 어셈블리(204)에 마운팅된다. 실리콘 웨이퍼(202)는 제1 측면(304) 및 제2 측면(306)을 포함한다. FIG. 5 is a side view illustrating the same silicon wafer 202 mounted on the same mounting assembly 204 (although the figures are shown symmetrically to the left or right), but are not necessarily limited thereto. In FIG. 5, the silicon wafer 202 is mounted on the tape 308, and then the tape 308 is mounted to the mounting assembly 204. The silicon wafer 202 includes a first side 304 and a second side 306.

도 1을 다시 참조하면, 단계 1002 이후에 결정단계 1004가 이어진다. 상기 결정단계 1004에서는, 필요한 경우 단계 1006에서 실리콘 웨이퍼(202)의 선택적인 예비 절단(pre-cut)의 수행여부가 결정된다. 상기 예비 절단은 도 6에 도시된 레이저 워터-젯(402)에 의하여 수행될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 레이저 워터-젯(402)은 마운팅 어셈블리(204)에 마운팅된 실리콘 웨이퍼(202) 상으로 레이저 빔(404)을 직접 조사한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(202)는 레이저 빔(404)의 충격을 받아, 이에 따라 다양한 예비 절단 홀들(406)(또는 스루-홀 기준점들(through-hole fiducials)이 실리콘 웨이퍼(202)에 형성된다.Referring back to FIG. 1, decision step 1004 is followed by step 1002. In decision step 1004, it is determined, if necessary, whether to perform a selective pre-cut of the silicon wafer 202 in step 1006. The preliminary cutting may be performed by the laser water-jet 402 shown in FIG. 6. As shown in FIG. 6, the laser water-jet 402 irradiates the laser beam 404 directly onto the silicon wafer 202 mounted to the mounting assembly 204. As shown in FIG. 6, the silicon wafer 202 is bombarded by the laser beam 404, such that various preliminary cut holes 406 (or through-hole fiducials) are exposed to the silicon wafer ( 202 is formed.

실리콘 웨이퍼(202)는 레이저 빔(404)에 의해 제거된다. 실리콘 웨이퍼(202)를 제거하는 레이저 빔(404)의 능력은 레이저 파장 λ에 관계된다. 실리콘 웨이퍼를 사용하는 일 실시예에서, 다른 종류의 레이저들도 또한 사용될 수 있지만, 일반적으로 제공되는 YAG 레이저의 경우에 가장 좋은 결과를 보이는 파장은 1064 nm 이다. 다른 결정 또는 다결정물질이 사용되는 경우에는, 다른 파장들 또는 다른 종류의 레이저들이 더 적합할 수 있다.The silicon wafer 202 is removed by the laser beam 404. The ability of the laser beam 404 to remove the silicon wafer 202 is related to the laser wavelength λ. In one embodiment using a silicon wafer, other types of lasers can also be used, but the wavelength that gives the best results in the case of commonly provided YAG lasers is 1064 nm. If other crystals or polycrystalline materials are used, other wavelengths or other types of lasers may be more suitable.

형성된 스루-홀 기준점들(406)은 (복수의 홀들이 상기 방법으로 절단될 수 있다) 트렌치들의 기계가공 시에 가이드들로서 사용될 수 있으며(단계 1008 이하의 단계들과 관계하여 상세하게 설명함), 특히, 트렌치들의 기계가공에 다이싱 쏘우 블레이드를 사용하는 경우에 사용될 수 있다. 또한, 스루-홀 기준점들(406)은 상기와 동일한 목적으로서 레이저 빔(402)(예를 들어, 엑시머 레이저 또는 레이저 워터-젯)에 의하여 절단될 수 있다. 예비 절단 스루-홀 기준점들은 통상적으로 플러스(″+″) 형상 또는 원형으로 절단된다. 그러나, 스루-홀 기준점 형상의 선택은 구체적인 제조 공구들 및 환경에 지배되며, 따라서 상술한 두 형상에만 반드시 한정되는 것은 아니다.The formed through-hole reference points 406 (multiple holes can be cut in this way) can be used as guides in the machining of the trenches (described in detail in connection with steps 1008 and below), In particular, it can be used when using a dicing saw blade for the machining of trenches. In addition, the through-hole reference points 406 may be cut by the laser beam 402 (eg, excimer laser or laser water-jet) for the same purpose as above. Precut through-hole reference points are typically cut into a plus (″ + ″) shape or circle. However, the choice of through-hole reference point shape is governed by the specific manufacturing tools and environment and, therefore, is not necessarily limited to the two shapes described above.

스루-홀 기준점들을 예비 절단하기 위하여, 레이저 빔을 사용하는 것 외에도 다른 기계적 기계가공 방법들, 예를 들어, 드릴링 공구들, 기계적 그라인딩 공구들 및 초음파 기계가공 공구(100) 등의 또한 사용될 수 있으며, 또한 반드시 이에 한정되지는 것도 아니다. 본 발명의 실시예들에 대하여 상기 장치들을 사용하는 것은 새로운 것이지만, 상기 장치들 및 그 사용방법들은 본 기술분야의 당업자에 공지되어 있다.In addition to using a laser beam to pre-cut through-hole reference points, other mechanical machining methods may also be used, such as drilling tools, mechanical grinding tools and ultrasonic machining tool 100 and the like. Also, the present invention is not necessarily limited thereto. Using the devices with respect to embodiments of the present invention is new, but the devices and methods of use thereof are known to those skilled in the art.

실리콘 웨이퍼(202)가 집적을 유지하고 식각단계에서 분리되지 않도록 하기 위하여, 트렌치들의 기계가공 전에 실리콘 웨이퍼(202)를 예비 절단할 수 있다. 다이싱 블레이드(502)가 실리콘 웨이퍼(202)의 둘레에 트렌치들을 기계가공하기 위하여, 레이저 빔(예를 들어, 레이저 워터-젯(402) 또는 엑시머 레이저)이 타원형 스루-홀 슬롯들 내를 스크롤(scroll)하도록 사용될 수 있다(도 7A 내지 도 7C를 참조하여 자세하게 설명함). 스루-홀 기준점들을 생성하기 위해 사용하는 기계적 기계가공 장치들 및 방법들(상술한 바와 같음)은 또한 스루-홀 슬롯들(slots)을 생성하기 위해 사용될 수 있다.The silicon wafer 202 may be precut prior to machining of the trenches in order to maintain the integration and not separate in the etching step. In order for the dicing blade 502 to machine the trenches around the silicon wafer 202, a laser beam (eg, laser water-jet 402 or excimer laser) scrolls through the elliptical through-hole slots. may be used to scroll (described in detail with reference to FIGS. 7A-7C). Mechanical machining devices and methods (as described above) that are used to create through-hole reference points can also be used to create through-hole slots.

도 1을 다시 참조하면, 단계 1006(스루-홀 기준점들(406)이 실리콘 웨이퍼(202) 내로 절단된 경우), 또는 실리콘 웨이퍼 마운팅 단계인 단계 1002와 단계 1004(단계 1004는 물리적 제조 단계가 아니다, 반면, 이러한 결정단계들은 전체 제조단계 및 그 변화들을 도시하게 위하여 포함된다)에 단계 1008이 이어진다. 단계 1008에서, 트렌치들은 실리콘 웨이퍼(202)의 제1 측면(304)에 기계가공된다. 여러 가지 방법이 트렌치들의 기계가공에 사용될 수 있으며, 이는 제조 조건들과 최종 실리콘 수술용 블레이드 제품의 원하는 디자인에 의존한다.Referring back to FIG. 1, step 1006 (when through-hole reference points 406 are cut into silicon wafer 202), or steps 1002 and 1004 (step 1004, which are silicon wafer mounting steps) are not physical fabrication steps. On the other hand, these decision steps are included to illustrate the entire manufacturing step and its changes). In step 1008, the trenches are machined to the first side 304 of the silicon wafer 202. Several methods can be used for the machining of the trenches, depending on the manufacturing conditions and the desired design of the final silicon surgical blade product.

기계가공을 위한 방법들에는, 다이싱 쏘우 블레이드, 레이저 시스템, 초음파 기계가공 공구, 열간 단조(hot-forging) 프로세스 또는 라우터(router)를 사용할 수 있다. 또한, 다른 방법들을 기계가공을 위하여 사용할 수 있다. 이 방법들 각각을 차례로 설명한다. 이러한 방법들은 모두 기계가공된 트렌치에 수술용 블레이드의 각(빗면각)을 형성한다. 실리콘 웨이퍼(202) 상에 트렌치의 기계가공이 수행됨에 따라, 다이싱 쏘우 블레이드의 형상, 엑시머 레이저에 의해 형성된 패턴, 또는 초음파 기계가공 공구에 의해 형성된 패턴으로서 실리콘 물질은 수술용 블레이드의 원하는 형상을 갖도록 제거된다. 다이싱 쏘우 블레이드의 경우에는, 실리콘 수술용 블레이드들은 단지 일직선의 칼날들만을 가지게 된다. 반면, 후의 두 방법들(엑시머 레이저 및 초음파 기계가공)의 경우에는, 원하는 어떤 형상으로도 블레이드들을 형성할 수 있다. 열간 단조 프로세스의 경우에는, 실리콘 웨이퍼는 가단성(malleable)을 갖도록 가열되고, 이어서 원하는 트렌치들의 3차원의 형상을 각각 가지며 상기 가열된 가단성의 실리콘 웨이퍼 내로 ″몰딩″되는 두 개의 다이 사이에서 압축된다. 상기 설명의 의미는, 트렌치들의 ″기계가공″이란 실리콘 웨이퍼에 트렌치들을 제조하기 위하여 상기 특별히 명시된 다이싱 쏘우 블레이드, 엑시머 레이저, 초음파 기계가공 또는 열간 단조 프로세스뿐만 아니라, 명시되지 않았으나 동등한 방법들을 포함하여 모든 방법을 사용할 수 있다는 것이다. 트렌치들을 기계가공하는 상기 방법들은 이하에서 상세하게 설명한다.Methods for machining may use a dicing saw blade, a laser system, an ultrasonic machining tool, a hot-forging process or a router. Other methods can also be used for machining. Each of these methods is described in turn. Both of these methods form the angle (inclined angle) of the surgical blade in the machined trench. As the machining of the trench is performed on the silicon wafer 202, the silicon material may be shaped as a pattern of a dicing saw blade, a pattern formed by an excimer laser, or a pattern formed by an ultrasonic machining tool. Removed to have. In the case of dicing saw blades, the silicone surgical blades only have straight blades. On the other hand, in the latter two methods (excimer laser and ultrasonic machining), the blades can be formed in any desired shape. In the case of a hot forging process, the silicon wafer is heated to be malleable and then compressed between two dies each having a three-dimensional shape of the desired trenches and ″ molding ″ into the heated malleable silicon wafer. The meaning of the above description is that the term "machining" of trenches includes not specified but equivalent methods, as well as the above-mentioned dicing saw blades, excimer lasers, ultrasonic machining or hot forging processes for producing trenches on silicon wafers. All the methods are available. The methods of machining the trenches are described in detail below.

도 7A 내지 도 7D는 본 발명의 일 실시예에 의하여 실리콘 웨이퍼에 트렌치들의 기계가공에 사용되는 다이싱 쏘우 블레이드의 형상들을 도시한다. 도 7A에서, 제1 다이싱 쏘우 블레이드(502)는 전체 제조 프로세스가 완료된 후에 수술용 블레이드에 형성되는 각도인 각(Φ)을 도시한다. 도 7B는 제2 다이싱 쏘우 블레이드(504)를 도시하며, 이는 각각 절단각(Φ)을 나타내는 두 개의 각진 절단 표면들을 포함한다. 도 7C는 절단각(Φ)을 포함하지만, 제1 다이싱 쏘우 블레이드(502)와는 약간 다른 형상의 제3 다이싱 쏘우 블레이드(506)를 도시한다. 도 7D는 도 7B와 유사하게 각각 절단각(Φ)을 나타내는 두 개의 각진 절단 표면들을 포함하는 제4 다이싱 쏘우 블레이드(508)를 도시한다.7A-7D illustrate the shapes of a dicing saw blade used for the machining of trenches in a silicon wafer in accordance with an embodiment of the present invention. In FIG. 7A, the first dicing saw blade 502 shows an angle Φ that is the angle formed on the surgical blade after the entire manufacturing process is completed. 7B shows a second dicing saw blade 504, which includes two angled cutting surfaces each representing a cutting angle Φ. FIG. 7C shows a third dicing saw blade 506 having a cutting angle Φ but slightly different in shape from the first dicing saw blade 502. FIG. 7D shows a fourth dicing saw blade 508 that includes two angled cutting surfaces, each representing a cutting angle Φ, similar to FIG. 7B.

도 7A 내지 도 7D에 도시된 다이싱 쏘우 블레이드들(502, 504, 506, 508)이 각각 동일한 절단각(Φ)을 갖고 있다고 하여도, 상기 실리콘계 수술용 블레이드들의 다른 사용을 위해서는 상기 절단각이 달라질 수 있는 점은, 본 기술분야의 당업자에게는 자명백할 것이다. 또한, 하기에 설명되는 바와 같이, 단일 실리콘 수술용 블레이드는 다른 각들을 가지는 다른 절단 칼날들을 가질 수 있다. 제2 다이싱 쏘우 블레이드(504)는 실리콘계 수술용 블레이드의 특별한 디자인을 위한 제조능력을 증가하기 위하여, 또는 두 개의 또는 세 개의 절단 칼날들을 가지는 실리콘 수술용 블레이드들을 제조하기 위하여 사용될 수 있다. 블레이드 디자인들의 다양한 예들이 도 20A 내지 도 20G를 참조하여 상세하게 설명된다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 다이싱 쏘우 블레이드는 다이아몬드 가루(grit) 쏘우 블레이드일 수 있다.Although the dicing saw blades 502, 504, 506, and 508 shown in FIGS. 7A-7D each have the same cutting angle Φ, the cutting angle may be changed for other use of the silicon-based surgical blades. It will be apparent to those skilled in the art that this may vary. Also, as described below, a single silicon surgical blade may have different cutting blades with different angles. The second dicing saw blade 504 can be used to increase the manufacturing capacity for a particular design of the silicon-based surgical blade, or to manufacture silicon surgical blades with two or three cutting blades. Various examples of blade designs are described in detail with reference to FIGS. 20A-20G. In one embodiment of the invention, the dicing saw blade may be a diamond powder saw blade.

실리콘 웨이퍼(202)의 제1 측면(304)에 채널들을 기계가공하기 위하여 특별한 다이싱 쏘우 블레이드가 사용된다. 상기 다이싱 쏘우 블레이드의 구성은 용인할 수 있는 마모 수명을 유지하는 동안에 가장 바람직한 표면 마무리를 제공하기 위하여 특별하게 선택된다. 상기 다이싱 쏘우 블레이드의 칼날은 실리콘 웨이퍼(202)에 형성된 채널의 형상인 프로파일의 형상을 포함한다. 이러한 형상은 형성된 블레이드 빗면 형상에 관계가 있다. 예를 들어, 수술용 블레이드들은 통상적으로 단일 빗면 블레이드들의 경우에는 15° 내지 45°의 범위의 빗면각들을 포함하고, 이중 빗면 블레이드들의 경우에는 15° 에서 45°까지의 범위의 빗면각들의 절반을 포함한다. 식각 조건들과 관련하여 다이싱 쏘우 블레이드의 선택은 빗면각의 정밀한 제어를 제공한다.A special dicing saw blade is used to machine the channels on the first side 304 of the silicon wafer 202. The configuration of the dicing saw blade is specifically chosen to provide the most desirable surface finish while maintaining an acceptable wear life. The blade of the dicing saw blade includes the shape of the profile, which is the shape of the channel formed in the silicon wafer 202. This shape is related to the blade oblique shape formed. For example, surgical blades typically include comb angles in the range of 15 ° to 45 ° for single bevel blades and half of the bevel angles in the range of 15 ° to 45 ° for double comb blades. Include. The choice of dicing saw blade with regard to etching conditions provides precise control of the oblique angle.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 의하여 후면 지지부 상에 마운팅된 실리콘 웨이퍼를 관통하는 다이싱 쏘우 블레이드의 동작을 도시한다. 도 8은 실리콘 웨이퍼(202)의 제1 측면(304)에 트렌치들를 기계가공하는 다이싱 쏘우 블레이드 머신의 동작을 도시한다. 상기 예에서는, 실리콘계 수술용 블레이드 칼날들을 형성하기 위하여 도 7A 내지 도 7D의 다이싱 쏘우 블레이드들(502,504, 506, 또는 508) 모두가 사용될 수 있다. 그러나, 도 7A 내지 도 7D의 블레이드 형상들이 다이싱 쏘우 블레이드들을 형성할 수 있는 가능한 형상들의 전부가 아님에 유의한다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 의하여 테이프가 마운팅된 실리콘 웨이퍼에 트렌치를 기계가공하는 다이싱 쏘우 블레이드를 도시하는 단면도이다. 도 9는 도 8에 도시된 다이싱 쏘우 블레이드 어셈블리가 실제로 실리콘 웨이퍼(202)를 관통하는 모습을 확대한 단면으로 도시한다. 다이싱 쏘우 블레이드(502)는 실리콘 웨이퍼(202)를 완전히 관통하지는 않으나, 단일 빗면은 실리콘 웨이퍼(202)의 두께의 약 50 내지 90%를 관통하는 것을 볼 수 있다. 이는 단일 빗면 트렌치를 기계가공(또는 몰딩, 열간 단조)하기 위한 모든 방법에 적용된다. 다이싱 쏘우 블레이드, 또는 다른 기계가공 방법들에 의하여 이중 빗면을 절단하는 경우에는, 실리콘 웨이퍼(202)의 두께의 약 25 내지 49%가 실리콘 웨이퍼(202)의 각 측면에서 기계가공(또는 몰딩)된다. 도 10A 및 도 10B는 본 발명의 일 실시예에 의하여 각각 형성된 단일 빗면 절단 칼날을 포함하는 실리콘 수술용 블레이드와 이중 빗면 절단 칼날을 포함하는 실리콘 수술용 블레이드를 도시한다. Figure 8 illustrates the operation of a dicing saw blade through a silicon wafer mounted on a back support according to one embodiment of the present invention. FIG. 8 illustrates the operation of a dicing saw blade machine for machining trenches in the first side 304 of the silicon wafer 202. In this example, all of the dicing saw blades 502, 504, 506, or 508 of FIGS. 7A-7D can be used to form silicon-based surgical blade blades. However, note that the blade shapes of FIGS. 7A-7D are not all of the possible shapes that can form dicing saw blades. 9 is a cross-sectional view illustrating a dicing saw blade for machining a trench in a tape-mounted silicon wafer in accordance with one embodiment of the present invention. FIG. 9 shows an enlarged cross-sectional view of the dicing saw blade assembly shown in FIG. 8 actually penetrating the silicon wafer 202. Although the dicing saw blade 502 does not fully penetrate the silicon wafer 202, it can be seen that a single oblique surface penetrates about 50-90% of the thickness of the silicon wafer 202. This applies to all methods for machining (or molding, hot forging) of single slope trenches. When cutting the double oblique surface by dicing saw blades or other machining methods, about 25 to 49% of the thickness of the silicon wafer 202 is machined (or molded) on each side of the silicon wafer 202. do. 10A and 10B illustrate a silicone surgical blade comprising a single oblique cutting blade and a double surgical interfacial blade respectively formed by one embodiment of the present invention.

상술한 바와 같이, 슬롯들은 실리콘 웨이퍼(202) 내에 또한 형성될 수 있으며, 특히 트렌치들을 기계가공하기 위하여 다이싱 쏘우 블레이드를 사용하는 경우에 형성될 수 있다. 슬롯들은 스루-홀 기준점들(fiducial)의 형성과 유사한 방법으로, 즉, 레이저 워터-젯 또는 엑시머 레이저를 사용하여 실리콘 웨이퍼(202)에 형성될 수 있으나, 매우 다른 목적을 가진다. 트렌치 머신이 스루-홀 기준점들을 사용하는 것은 트렌치 머신 상에 실리콘 웨이퍼(202)를 정밀하게 위치하기 위함임을 상기한다. 이것은 이중 빗면 블레이드들을 형성할 때 특히 유효하며, 이는 적절하게 제조된 이중 빗면 블레이드를 확인하기 위하여, 제2 기계가공 측면(실리콘 웨이퍼(202)의 대향 측면)이 정확하게 위치하여야 하기 때문이다. 그러나, 슬롯들은 다른 목적으로 사용된다. 슬롯들은 다이싱 쏘우 블레이드가 실리콘 웨이퍼(202)를 칼날(도 8에 도시된 바와 같음)로부터 쪼개거나 파괴하지 않고 절단 분리하도록 한다. 이것은 도 8A에 도시된 바와 같은 일 실시예이다. 도 8를 참조하면, 슬롯들을 사용하지 않고 트렌치들을 도시된 바와 같이 기계가공하면, 기계가공된 실리콘 웨이퍼(202)는 기계가공된 트렌치들을 따라서 파손되기 명백하게 용이하게 되는데, 이는 실리콘 웨이퍼가 트렌치가 형성된 영역에서는 매우 얇으므로 작은 응력에서도 파손될 수 있기 때문이다. 즉, 도 8의 기계가공된 실리콘 웨이퍼는 구조적 강도가 약해진다. 도 8을 도 8C의 실리콘 웨이퍼와 비교한다. 도 8C의 기계가공된 실리콘 웨이퍼(202)는 보다 더 단단하며, 이에 의하여 제조 처리량이 증대된다. 도 8C에 도시된 방법에 의하여 기계가공된 실리콘 웨이퍼들(202)은 도 8의 실리콘 웨이퍼들에 비해 덜 파괴된다. 도 8A 및 도 8B에 도시된 바와 같이, 상기 슬롯은 다이싱 쏘우 블레이드보다 넓게 만들어지며, 다이싱 쏘우 블레이드가 그 안으로 삽입되어 적절한 깊이의 기계가공을 시작할 수 있도록 충분히 길어야 한다. 따라서, 상기 다이싱 쏘우 블레이드가 하향하는 동안에는, 실리콘 웨이퍼(202)가 쪼개지거나 파괴될 수 있으므로, 실리콘 웨이퍼(202)의 절단을 시도해서는 안 된다. 즉, 상기 다이싱 쏘우 블레이드가 디자인된 바와 같이 수평방향으로 움직일 때 절단을 시작한다. 도 8C는 일련의 슬롯들과 실리콘 웨이퍼(202)의 제1 측면에 기계가공된 트렌치들을 도시한다.As discussed above, slots may also be formed in the silicon wafer 202, particularly when using a dicing saw blade to machine the trenches. Slots may be formed in the silicon wafer 202 in a manner similar to the formation of through-hole fiducials, ie using a laser water-jet or excimer laser, but with a very different purpose. Recall that the trench machine uses through-hole reference points to precisely position the silicon wafer 202 on the trench machine. This is particularly effective when forming double oblique blades, since the second machining side (opposite side of the silicon wafer 202) must be accurately positioned in order to identify a properly manufactured double oblique blade. However, slots are used for other purposes. The slots allow the dicing saw blade to cut apart the silicon wafer 202 without cleaving or breaking from the blade (as shown in FIG. 8). This is one embodiment as shown in FIG. 8A. Referring to FIG. 8, machining the trenches as shown without using slots, the machined silicon wafer 202 is apparently easy to break along the machined trenches, which causes the silicon wafer to be trenched. This is because it is very thin in the area and can be broken at small stresses. That is, the machined silicon wafer of FIG. 8 is weak in structural strength. 8 is compared with the silicon wafer of FIG. 8C. The machined silicon wafer 202 of FIG. 8C is harder, thereby increasing manufacturing throughput. Silicon wafers 202 machined by the method shown in FIG. 8C are less destroyed than the silicon wafers of FIG. 8. As shown in Figures 8A and 8B, the slot is made wider than the dicing saw blade and should be long enough so that the dicing saw blade can be inserted into it to start machining at the appropriate depth. Therefore, while the dicing saw blade is downward, the silicon wafer 202 may be broken or broken, and therefore, the silicon wafer 202 should not be cut. That is, cutting starts when the dicing saw blade moves horizontally as designed. 8C shows a series of slots and trenches machined in the first side of the silicon wafer 202.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 의하여 실리콘 웨이퍼 상에 트렌치들을 기계가공하기 위해 사용되는 레이저 시스템의 블록도이다. 또한, 상기 트렌치들은 도 12를 참조하여 설명하는 바와 같이 초음파로 기계가공될 수 있으며, 이에 대하여는 하기에 상세히 설명된다. 이러한 두 가지 방법들의 장점은, 예를 들어, 초승달형(crescent) 블레이드들, 숟가락형 블레이드들, 및 공막형(scleratome) 블레이드들과 같은 비선형 및 복합 절단 칼날 프로파일들을 가지는 블레이드들을 제조할 수 있다는 것이다. 도 11은 단순화된 레이저 머신 어셈블리(900)를 도시한다. 레이저 머신 어셈블리(900)는 레이저 빔(904)을 방사하는 레이저(902), 및 베이스(908) 상에 위치되는 다축 제어 메커니즘(906)으로 구성된다. 물론, 레이저 머신 어셈블리(900)는 또한 컴퓨터 및 네트워크 인터페이스를 포함할 수 있으나, 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하기로 한다. 11 is a block diagram of a laser system used to machine trenches on a silicon wafer in accordance with one embodiment of the present invention. In addition, the trenches may be machined ultrasonically as described with reference to FIG. 12, which is described in detail below. The advantage of these two methods is that blades with nonlinear and compound cutting blade profiles, such as crescent blades, spoon blades, and scleratome blades, can be produced, for example. . 11 shows a simplified laser machine assembly 900. The laser machine assembly 900 consists of a laser 902 that emits a laser beam 904, and a multi-axis control mechanism 906 located on the base 908. Of course, the laser machine assembly 900 may also include a computer and a network interface, but will be omitted for clarity.

레이저 머신 어셈블리(900)를 사용하여 트렌치들을 기계가공하는 경우, 실리콘 웨이퍼(202)는 다축 제어 메커니즘(906)에 의하여 조종될 수도 있는 마운팅 어셈블리(204)에 마운팅된다. 레이저 기계가공 어셈블리(900) 및 다양한 광 빔 마스킹 기술을 사용하여, 블레이드 프로파일들의 어레이를 기계가공할 수 있다. 광 빔 마스크는 레이저(902)의 내부에 위치하고, 세심한 디자인을 통하여, 레이저가 의도하지 않은 실리콘 물질을 제거하는 것을 방지한다. 이중 빗면 블레이드들의 경우에는, 정렬을 위해 예비 절단 챔퍼들(chamfers, 206A, 206B) 또는 기준점들(406)을 사용하여 동일한 방법으로 대향 측면을 기계가공한다.When machining trenches using the laser machine assembly 900, the silicon wafer 202 is mounted to a mounting assembly 204, which may be steered by the multi-axis control mechanism 906. The laser machining assembly 900 and various light beam masking techniques can be used to machine the array of blade profiles. The light beam mask is located inside the laser 902 and, through careful design, prevents the laser from removing the undesired silicon material. In the case of double oblique blades, the opposite side is machined in the same way using preliminary cutting chamfers 206A, 206B or reference points 406 for alignment.

습식 등방성 식각의 준비단계에서, 레이저(902)는 실리콘 웨이퍼(202)의 제1 측면(304) 또는 제2 측면(306) 내로 트렌치 패턴들(또한 레이저의 사용과 관련하여는 ″절제 프로파일″이라고 언급된다)을 정확하고 정밀하게 기계가공하기 위하여 사용된다(도 1의 단계 1018를 참조하여 상세하게 설명된다). 다축 제어 및 내부 레이저광 빔 마스크들의 사용은 실리콘 웨이퍼(202) 내에 상술한 절제 프로파일들을 래스터(raster)하기 위하여 사용된다. 이에 따라, 수술용 블레이드 제품에의 요구와 상응하는 좁은 각도의 슬로프들을 포함하는 외형의 트렌치가 완성된다. 이러한 방법을 통하여, 다양한 곡선형 프로파일 패턴들이 형성될 수 있다. 몇 가지 유형의 레이저들이 상기 기계가공단계에 사용될 수 있다. 예를 들어, 엑시머 레이저 또는 레이저 워터-젯(402)이 사용될 수 있다. 엑시머 레이저(902)의 파장은 157 nm 에서 248 nm의 범위일 수 있다. 다른 예들은 YAG 레이저 및 355 nm의 파장을 가지는 레이저들을 포함한다. 물론, 트렌치 패턴들의 기계가공에 있어서, 150 nm 내지 11,000 nm의 범위 내의 파장들을 갖는 레이저 빔들도 사용될 수 있음은 본 기술분야의 당업자에게 자명할 것이다.In the preparation of wet isotropic etching, the laser 902 is referred to as trench patterns (also referred to as a ″ ablation profile in connection with the use of the laser ”into the first side 304 or the second side 306 of the silicon wafer 202. To be machined accurately and precisely (described in detail with reference to step 1018 of FIG. 1). The use of multi-axis control and internal laser light beam masks is used to raster the ablation profiles described above in the silicon wafer 202. This completes a contoured trench that includes narrow angled slopes that correspond to the demands on surgical blade products. Through this method, various curved profile patterns can be formed. Several types of lasers can be used in the machining step. For example, excimer laser or laser water-jet 402 may be used. The wavelength of the excimer laser 902 may range from 157 nm to 248 nm. Other examples include YAG lasers and lasers having a wavelength of 355 nm. Of course, in the machining of trench patterns, it will be apparent to those skilled in the art that laser beams having wavelengths in the range of 150 nm to 11,000 nm can also be used.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 의하여 실리콘 웨이퍼 상에 트렌치들을 기계가공하기 위해 사용되는 초음파 기계가공 시스템의 블록도이다. 초음파 기계가공은 정밀하게 기계가공된 초음파 공구(tool, 104)를 사용하여 수행되며, 실리콘 웨이퍼(202)의 제1 측면(304) 또는 제2 측면(306)을 연마제 슬러리(102)를 사용하여 기계가공한다. 기계가공은 한번에 한 측면에 대하여 수행한다. 이중 빗면 블레이드들의 경우에는, 정렬을 위하여 스루-홀 기준점들(406)을 사용하는 것과 동일한 방법을 사용하여 대향 측면을 기계가공한다.12 is a block diagram of an ultrasonic machining system used to machine trenches on a silicon wafer in accordance with one embodiment of the present invention. Ultrasonic machining is performed using an ultrasonic tool 104 that is precisely machined, and the first side 304 or the second side 306 of the silicon wafer 202 using the abrasive slurry 102. Machine. Machining is carried out on one side at a time. In the case of double oblique blades, the opposite side is machined using the same method as using through-hole reference points 406 for alignment.

초음파 기계가공은 습식 등방성 식각을 준비하는 단계에서 실리콘 웨이퍼(202)의 표면에 트렌치 패턴들을 정확하고 정밀하게 기계가공하는데 사용된다. 초음파 기계가공은 맨드렐(mandrel)/공구(104)를 초음파로 진동하여 수행된다. 공구(104)는 실리콘 웨이퍼(202)와 접촉하지 않으나, 실리콘 웨이퍼(202)에 근접하여 위치하고, 공구(104)에서 방사되는 초음파 파동들의 동작에 의하여 연마제 슬러리(102)를 여기시킨다. 공구(104)로 부터 방사되는 초음파 파동들은 연마제 슬러리(102)에 힘을 가하여, 이에 따라 실리콘 웨이퍼(202)가 공구(104) 상에 기계가공되어 있는 패턴과 상응하도록 연마된다.Ultrasonic machining is used to accurately and precisely machine trench patterns on the surface of the silicon wafer 202 in the preparation of wet isotropic etching. Ultrasonic machining is performed by vibrating the mandrel / tool 104 ultrasonically. The tool 104 is not in contact with the silicon wafer 202, but is located proximate to the silicon wafer 202 and excites the abrasive slurry 102 by the operation of ultrasonic waves radiated from the tool 104. Ultrasonic waves radiated from the tool 104 exert a force on the abrasive slurry 102, thereby polishing the silicon wafer 202 to correspond to the pattern that is machined onto the tool 104.

공구(104)는 트렌치 패턴을 형성하기 위하여 밀링(milling), 그라인딩 또는 정전기적 방전 기계가공(electrostatic discharge machining; EDM)를 통하여 기계가공된다. 기계가공된 실리콘 웨이퍼(202) 상에 형성된 패턴은 공구(104)에 기계가공된 패턴과 상응한다. 엑시머 레이저에 비하여 초음파 기계가공 방법은, 실리콘 웨이퍼(202)의 전체 면에 수많은 초음파로 기계가공된 블레이드 트렌치 패턴들이 동시에 형성될 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 프로세스가 빠르고 상대적으로 저렴하다. 또한, 엑시머 레이저 기계가공 방법과 유사하게, 초음파 기계가공 방법은 다양한 곡선형 프로파일 패턴들을 형성할 수 있다.The tool 104 is machined through milling, grinding or electrostatic discharge machining (EDM) to form a trench pattern. The pattern formed on the machined silicon wafer 202 corresponds to the pattern machined on the tool 104. Compared with the excimer laser, the ultrasonic machining method has the advantage that numerous ultrasonically machined blade trench patterns can be simultaneously formed on the entire surface of the silicon wafer 202. Thus, the process is fast and relatively inexpensive. In addition, similar to the excimer laser machining method, the ultrasonic machining method can form various curved profile patterns.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 의하여 실리콘 웨이퍼 상에 트렌치들을 형성하기 위해 사용되는 열간 단조 시스템의 블록도이다. 트렌치 형상들은 웨이퍼 표면 내로 열간 단조될 수 있다. 이러한 방법은 가단성을 주기 위하여 웨이퍼를 가열한다. 이어서, 형성되는 트렌치들에 대하여 네가티브 패턴을 가지는 두 개의 다이 사이에서 웨이퍼 표면들이 압축된다.13 is a block diagram of a hot forging system used to form trenches on a silicon wafer in accordance with one embodiment of the present invention. Trench shapes may be hot forged into the wafer surface. This method heats the wafer to give malleability. The wafer surfaces are then compressed between two dies having a negative pattern for the trenches formed.

실리콘 웨이퍼(202)는 가열 챔버에서 예비 가열되거나, 또는 실리콘 웨이퍼(202)가 안착하는 가열된 베이스(1054)에 의해 완전히 가열될 수 있다. 가열 온도에서 충분한 시간이 지난 후에, 실리콘 웨이퍼(202)는 가단성을 가질 수 있다. 이어서, 가열된 다이(1052)는 실리콘 웨이퍼(202)의 제1 측면(304)에 가열된 다이의 네가티브 이미지를 찍어내기에 충분한 압력으로써 실리콘 웨이퍼(202)를 누르게 된다. 실질적으로 상상할 수 있는 블레이드 디자인을 형성하기 위하여, 다이(1052)의 디자인은 다양한 빗면각들, 깊이들, 길이들 및 프로파일들의 수많은 트렌치들을 포함한다. 도 13은 상기 열간 단조 프로세스와 관련된 구성을 명확하게 하기 위하여 매우 단순화되고 과장되어 도시되어 있다.The silicon wafer 202 may be preheated in a heating chamber or completely heated by the heated base 1054 on which the silicon wafer 202 rests. After sufficient time at the heating temperature, the silicon wafer 202 may be malleable. The heated die 1052 then presses the silicon wafer 202 with sufficient pressure to imprint a negative image of the heated die on the first side 304 of the silicon wafer 202. To form a substantially imaginable blade design, the design of the die 1052 includes numerous trenches of various oblique angles, depths, lengths and profiles. Figure 13 is very simplified and exaggerated to clarify the configuration associated with the hot forging process.

도 26 내지 도 29는 본 발명의 일 실시예에 의하여 결정물질 내에 선형 또는 비선형 트렌치들을 기계가공하기 위하여 라우터를 사용하는 단계를 도시한다. 도 26에는, 스루 홀들(622)이 실리콘 웨이퍼(202)에 드릴링되어 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 스루 홀들(622)은 미세 크랙을 방지하기 위해 필요하다. 상술한 바와 같이, 스루 홀들(622)은 드릴, 초음파 기계가공, 레이저, 또는 레이저 워터-젯 등을 사용하여 실리콘 웨이퍼(202) 내에 형성될 수 있다. 스루 홀들(622)의 갯수는 실리콘 웨이퍼(202)에 형성되는 블레이드들의 수에 의존한다. 일반적으로, 각 블레이드에 최소한 두 개의 스루 홀들(622)이 필요하지만(라우팅의 시작과 종료를 위함), 본 발명의 실시예는 스루 홀들(622)의 개수에 대하여 한정되는 것은 아니다. 26-29 illustrate the use of a router to machine linear or nonlinear trenches in a crystalline material in accordance with one embodiment of the present invention. In FIG. 26, through holes 622 are drilled in the silicon wafer 202. In one embodiment of the invention, through holes 622 are needed to prevent micro cracks. As described above, the through holes 622 may be formed in the silicon wafer 202 using a drill, ultrasonic machining, laser, laser water-jet, or the like. The number of through holes 622 depends on the number of blades formed in the silicon wafer 202. Generally, at least two through holes 622 are required for each blade (to start and end routing), but embodiments of the present invention are not limited to the number of through holes 622.

실리콘 웨이퍼(202)에 원하는 모든 스루 홀들(622)이 드릴링된 후에, 라우터(620)(상측에서 보면 반시계방향 회전한다)는 소정의 각속도에 도달한 후에 스루 홀(622) 내로 내려간다. 라우터(620)가 원하는 깊이로 내려가면, 소프트웨어 제어에 의하여 원하는 방향으로 움직인다. 이에 대하여는, 도 27을 참조한다. 상기 소프트웨어 제어는 라우터(620)가 내려가는 깊이(그리고, 라우팅을 마치면 올라간다), 실리콘 웨이퍼(202) 내에서 라우터(620)가 움직이는 X-Y 방향, 및 라우터(620)가 상기 X-Y 방향으로 움직이는 속도를 제어한다. 라우터(620)의 외형은 원하는 블레이드 형상에 대해 요구되는 슬로프 각도에 의존한다. 예를 들어, 특별한 목적에 사용되는 수술용 블레이드들은 특별한 내재 각들과 특별한 디자인의 블레이드들을 요구한다. 도 28은 실리콘 웨이퍼(202)를 라우팅할 때에 라우터(620)가 형성하는 슬로프를 도시한다. 예를 들어, 이중 빗면 블레이드가 30°의 폐쇄각(enclosed angle)을 요구하면, 라우터 각은 150°가 되어야 한다.After all the desired through holes 622 have been drilled into the silicon wafer 202, the router 620 (rotates counterclockwise when viewed from above) descends into the through holes 622 after reaching a predetermined angular velocity. When the router 620 descends to the desired depth, it moves in the desired direction by software control. For this, see FIG. 27. The software control controls the depth at which the router 620 goes down (and goes up after routing), the XY direction in which the router 620 moves within the silicon wafer 202, and the speed at which the router 620 moves in the XY direction. do. The appearance of the router 620 depends on the slope angle required for the desired blade shape. For example, surgical blades used for special purposes require special intrinsic angles and special design blades. 28 illustrates the slopes formed by the router 620 when routing the silicon wafer 202. For example, if a double oblique blade requires an enclosed angle of 30 °, the router angle should be 150 °.

라우터(620)의 사용은 실리콘 웨이퍼(202)에 선형 및 비선형 트렌치들을 형성하는 상대적으로 저렴한 수단을 제공한다. 도 29에 도시된 바와 같이, 단일 블레이드는 선형 및 비선형 부분들을 모두 가질 수 있다. 트렌치들을 형성하기 위한 단일의 저렴한 공구의 사용은 블레이드 제조 프로세스의 시간과 미용을 절약하며, 이에 따라 제조 및 판매 비용들을 줄일 수 있다.The use of router 620 provides a relatively inexpensive means of forming linear and nonlinear trenches in silicon wafer 202. As shown in FIG. 29, a single blade may have both linear and nonlinear portions. The use of a single, inexpensive tool to form trenches saves time and beauty of the blade manufacturing process, thereby reducing manufacturing and sales costs.

도 30은 본 발명의 일 실시예에 의하여 결정물질 내에 선형 또는 비선형 트렌치들을 라우팅하는 방법의 흐름도를 도시한다. 단계 604에서, 개별적인 기계가공 프로세스는 실리콘 웨이퍼(202) 내에 요구되는 갯수의 스루 홀들(622)을 형성한다. 단계 606에서, 라우터(620)는 원하는 각속도를 얻은 후에 제1 스루 홀(622) 내로 원하는 깊이까지 진입한다. 이어서, 소프트웨어 제어는 규정된 패턴에 의하여 라우터(620)를 움직이며, 이에 따라, 원하는 빗면각 및 디자인을 갖는 트렌치를 형성한다(단계 608). 라우터가 마지막 스루 홀(622)과 만나게 되면, 소프트웨어 제어는 라우터(620)를 철수시킬 수 있다(단계 610). 상기 방법은 실리콘 웨이퍼(202)에 최적의 수의 블레이드들을 형성하기에 필요한 정도로 반복하여 수행된다(단계 612). 30 shows a flowchart of a method for routing linear or nonlinear trenches in a crystalline material in accordance with one embodiment of the present invention. In step 604, the individual machining process forms the required number of through holes 622 in the silicon wafer 202. In step 606, the router 620 enters the desired through hole 622 to the desired depth after obtaining the desired angular velocity. The software control then moves the router 620 by a defined pattern, thereby forming a trench with the desired bevel angle and design (step 608). If the router encounters the last through hole 622, software control may withdraw the router 620 (step 610). The method is performed repeatedly as necessary to form the optimal number of blades in the silicon wafer 202 (step 612).

기계가공 트렌치들을 형성하는 여러 가지 방법들을 설명하기 위해 도 1을 다시 참조한다. 실리콘 웨이퍼(202)의 제1 측면(304) 내로 트렌치들을 기계가공하는 단계 1008을 수행한 후, 실리콘 웨이퍼(202)를 코팅할지 여부를 결정단계 2001에서 결정한다. 도 14는 본 발명의 일 실시예에 의하여 기계가공된 트렌치를 포함하고, 기계가공된 한 측면이 코팅된 실리콘 웨이퍼를 도시한다. 코팅이 수행되도록 결정되면, 본 발명의 기술분야의 당업자에 공지된 여러 기술들 중의 하나에 의하여, 이어서 단계 2002에서 실리콘 웨이퍼(202)의 제1 측면(304)에 코팅층(1102)이 형성될 수도 있다. 코팅층(1102)은 식각 제어를 용이하게 하고, 형성된 블레이드 칼날에 추가적인 강도를 제공한다. 실리콘 웨이퍼(202)는 증착 챔버에 탑재되고, 실리콘 웨이퍼(202)의 전체 제1 측면(304)(편평한 면적과 트렌치된 면적을 포함함)이 실리콘 질화물(Si3N4)의 박막으로 코팅된다. 형성된 코팅층(1102)의 두께는 10 nm 에서 2 μm의 범위가 될 수 있다. 코팅층(1102)은 실리콘(결정) 웨이퍼(202) 보다 단단한 어떠한 물질로도 형성될 수 있다. 특히, 코팅층(1102)은 또한 티타늄 질화물(TiN), 알루미늄 티타늄 질화물(AlTiN), 이산화실리콘(SiO2), 실리콘 탄화물(SiC), 티타늄 탄화물(TiC), 보론 질화물(BN) 또는 다이아몬드와 유사한 결정들(diamond-like-crystals; DLC)로 구성될 수 있다. 도 18A 및 도 18B을 참조하여, 이중 빗면 수술용 블레이드들의 코팅에 대하여 하기에 상세하게 설명한다. Reference is again made to FIG. 1 to illustrate various methods of forming machining trenches. After performing step 1008 of machining the trenches into the first side 304 of the silicon wafer 202, it is determined in decision 2001 whether to coat the silicon wafer 202. FIG. 14 illustrates a silicon wafer coated with a machined side, including a trench machined according to one embodiment of the present invention. Once the coating is determined to be performed, the coating layer 1102 may be formed on the first side 304 of the silicon wafer 202 in step 2002 by one of several techniques known to those skilled in the art. have. Coating layer 1102 facilitates etch control and provides additional strength to the formed blade edges. The silicon wafer 202 is mounted in a deposition chamber, and the entire first side 304 (including flat and trenched areas) of the silicon wafer 202 is coated with a thin film of silicon nitride (Si 3 N 4 ). . The thickness of the formed coating layer 1102 may range from 10 nm to 2 μm. The coating layer 1102 may be formed of any material that is harder than the silicon (crystal) wafer 202. In particular, the coating layer 1102 also contains titanium nitride (TiN), aluminum titanium nitride (AlTiN), silicon dioxide (SiO 2 ), silicon carbide (SiC), titanium carbide (TiC), boron nitride (BN) or diamond-like crystals. Diamond-like-crystals (DLC). Referring to Figures 18A and 18B, the coating of the double comb surgical blades is described in detail below.

선택적인 단계 2002에서 코팅층(1102)이 형성되면, 다음 단계는 분리(dismounting) 및 재마운팅 단계 2003가 된다(코팅이 수행되지 않는 경우에는 단계 1008은 단계 2003로 또한 이어진다). 단계 2003에서, 실리콘 웨이퍼(202)는 동일한 표준 마운팅 머신을 사용하여 테이프(308)로부터 분리된다. 상기 머신은 자외선(UV)광을 UV 민감 테이프(308) 상에 조사하여 점착성을 감소시켜 실리콘 웨이퍼(202)를 분리한다. 또한, UV 민감 테이프(308)를 대신하여 낮은 점성 테이프 또는 열방출 테이프를 사용할 수 있다. 충분한 UV 노광 후에, 실리콘 웨이퍼(202)는 테이프로부터 용이하게 분리된다. 이어서, 실리콘 웨이퍼(202)는 제2 측면(306)의 트렌치의 기계가공을 준비하기 위하여 제2 측면(306)을 위쪽으로 하여 재마운팅된다.If coating layer 1102 is formed in optional step 2002, the next step is dismounting and remounting step 2003 (if no coating is performed, step 1008 also continues to step 2003). In step 2003, the silicon wafer 202 is separated from the tape 308 using the same standard mounting machine. The machine separates the silicon wafer 202 by irradiating ultraviolet (UV) light onto the UV sensitive tape 308 to reduce tack. In addition, a low viscosity tape or heat release tape may be used in place of the UV sensitive tape 308. After sufficient UV exposure, the silicon wafer 202 is easily separated from the tape. The silicon wafer 202 is then remounted with the second side 306 upward to prepare for machining of the trench in the second side 306.

이어서, 단계 2004가 실리콘 웨이퍼(202) 상에 수행된다. 이중 빗면 실리콘계 수술용 블레이드들을 형성하기 위하여, 단계 1008에서 수행된 것과 같이 단계 2004에서 실리콘 웨이퍼(202)의 제2 측면(306) 내로 트렌치들이 기계가공된다. 도 15는 본 발명의 일 실시예에 의하여 테이프를 사용하여 마운팅된 실리콘 웨이퍼(202)에 제2 트렌치를 기계가공하는 다이싱 쏘우 블레이드(502)를 도시하는 단면도이다. 물론, 실리콘 웨이퍼(202)에 제2 트렌치를 기계가공하기 위해 엑시머 레이저(902), 초음파 머신 공구(100) 또는 열간 단조 프로세스를 또한 사용할 수 있다. 도 15에서, 다이싱 쏘우 블레이드(502)는 실리콘 웨이퍼(202)의 제2 측면(306) 상에 제2 트렌치를 기계가공한다. 단계 2002에서 선택적으로 형성된 코팅층(1102)이 도시되어 있다. 도 10A 및 도 10B 는 형성된 단일 및 이중 빗면 절단을 각각 도시한다. 도 10A에서, 단일 블레이드 어셈블리 내의 절단각 0°인 단일 절단 칼날이 실리콘 웨이퍼(202) 상에 형성된다. 도 10B에서, 제2 트렌치가 제1 트렌치와 동일한 각을 가지도록 실리콘 웨이퍼(202) 상에 기계가공된다(상술한 트렌치 기계가공 프로세스들 중에 어느 하나에 의하여 수행됨). 그 결과는 각각의 절단 칼날이 절단각 Φ를 가지며, 이에 따라 이중 빗면각이 2Φ로 형성되는 이중 빗면 실리콘계 수술용 블레이드가 형성된다. 도 16은 본 발명의 일 실시예에 의하여 양 측면들에 트렌치가 기계가공된 실리콘 웨이퍼의 단면을 도시한다.Step 2004 is then performed on the silicon wafer 202. In order to form the double oblique silicon-based surgical blades, the trenches are machined into the second side 306 of the silicon wafer 202 in step 2004 as performed in step 1008. 15 is a cross-sectional view illustrating a dicing saw blade 502 for machining a second trench in a silicon wafer 202 mounted using tape in accordance with one embodiment of the present invention. Of course, excimer laser 902, ultrasonic machine tool 100, or a hot forging process may also be used to machine the second trenches in the silicon wafer 202. In FIG. 15, the dicing saw blade 502 machines the second trench on the second side 306 of the silicon wafer 202. A coating layer 1102 optionally formed in step 2002 is shown. 10A and 10B show the formed single and double oblique cuts, respectively. In FIG. 10A, a single cutting blade with a cutting angle of 0 ° in a single blade assembly is formed on the silicon wafer 202. In FIG. 10B, the second trench is machined on the silicon wafer 202 so as to have the same angle as the first trench (performed by any of the trench machining processes described above). The result is that each cutting blade has a cutting angle Φ, thereby forming a double comb silicon-based surgical blade having a double oblique angle of 2Φ. 16 shows a cross-section of a silicon wafer with trenches machined on both sides in accordance with one embodiment of the present invention.

도 31A 내지 도 31C는 본 발명의 실시예들에 의하여 제조된 이중 빗면 복합 파세트 블레이드를 도시한다. 도 31A는 이중 빗면 복합 파세트 블레이드(700)가 상면도이다. 이중 빗면 복합 파세트 블레이드(700)는 본 명세서에 설명된 방법들에 따라서 제조된 4중 파세트 블레이드이다. 각 θ1은 면들(704a, 704b)의 제1 세트의 내재된 빗면각을 도시하고, 각 θ2는 면들(704a, 704b)의 제2 세트의 내재된 빗면각을 도시한다.31A-31C illustrate a double oblique composite facet blade made in accordance with embodiments of the present invention. 31A shows a double oblique composite facet blade 700 in top view. Double oblique composite facet blade 700 is a quad facet blade manufactured according to the methods described herein. Angle θ 1 shows the implied oblique angle of the first set of faces 704a, 704b, and angle θ 2 shows the implied oblique angle of the second set of faces 704a, 704b.

이중 빗면 복합 파세트 블레이드(700) 내에 도시된 빗면들 및 파세트들은 상술한 트렌치 형성방법 중의 어느 하나를 사용하여도 제조될 수 있다. 예를 들어, 이중 빗면 복합 파세트 블레이드(700) 내의 상기 빗면들을 형성하기 위하여 트렌치들을 기계가공할 때 레이저 빔(904)을 사용할 수 있다. 레이저 빔(904)은 상기 웨이퍼의 제1 측면 상에 제1 트렌치를 기계가공하기 위하여 제1 패스(pass)되고, 제2 트렌치를 기계가공하기 위하여 적절한 공간을 두고 제2 패스된다. 이와 유사하게, 제1 복합 빗면 블레이드(700)는 또한 도 13과 관계하여 상세하게 설명된 열간 단조 프로세스에 의하여 형성될 수 있다. 또한, 도 31A 내지 도 31C에 도시된 바와 같이, 트렌치들을 기계가공하기 위해 상술한 방법들 모두는 이중 빗면 복합 파세트 블레이드(700)를 형성하기 위하여 복합 트렌치들의 기계가공에 사용될 수 있다The bevels and facets shown in the double oblique composite facet blade 700 may be manufactured using any of the trench forming methods described above. For example, a laser beam 904 can be used when machining the trenches to form the oblique surfaces in the double oblique composite facet blade 700. A laser beam 904 is first passed on the first side of the wafer to machine the first trench, and second pass with appropriate space to machine the second trench. Similarly, the first composite oblique blade 700 may also be formed by a hot forging process described in detail with respect to FIG. 13. Further, as shown in FIGS. 31A-31C, all of the methods described above for machining trenches may be used for machining composite trenches to form a double oblique composite facet blade 700.

도 32A는 가변(variable) 이중 빗면 블레이드(702)의 상면도이다. 가변 이중 빗면 블레이드(702)는 본 명세서에 설명되는 방법에 의하여 제조될 수 있다. 각도 θ4는 블레이드 팁에서 뭉툭하게 되며, 이에 따라 숄더쪽으로 더 예리해지는 각도 θ3가 된다. 이러한 디자인은 가변 이중 빗면 블레이드(702)의 예리한 팁을 강화시킨다.32A is a top view of a variable double oblique blade 702. The variable double oblique blade 702 may be manufactured by the method described herein. The angle θ 4 becomes blunt at the blade tip, resulting in an angle θ 3 that is sharper towards the shoulder. This design reinforces the sharp tip of the variable double oblique blade 702.

상술한 트렌치 형성 방법들 모두는 가변 이중 빗면 블레이드(702)에 도시된 빗면을 제조할 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔(904)이 가변 이중 빗면 블레이드(702)에 빗면을 형성하기 위하여 트렌치를 기계가공하기 위해 사용될 수 있다. 소프트웨어 프로그램 제어에 의하여 결정물질을 기계가공하여 다양한 빗면을 형성하기 위하여 레이저 빔(904)이 조정될 수 있다. 이와 유사하게, 제1 복합 빗면 블레이드(700)는 도 13과 관계하여 상세하게 설명된 열간 단조 프로세스로부터 또한 형성될 수 있다. 또한, 도 32A 내지 도 32C에 도시된 바와 같이, 트렌치들을 기계가공하기 위한 상술한 방법들 모두는 가변 이중 빗면 블레이드(702)를 형성하기 위한 복합 트렌치들을 기계가공하기 위하여 사용될 수 있다. 도 32B 및 도 32C는 가변 이중 빗면 블레이드(702)의 양 측면을 도시하며, 팁으로부터의 거리에 따라 가변 이중 빗면 블레이드(702)에 변환되는 빗면각들 Φ3 및 Φ4 를 도시한다.All of the trench forming methods described above can produce the bevel shown in the variable double bevel blade 702. For example, a laser beam 904 may be used to machine the trench to form a bevel on the variable double bevel blade 702. The laser beam 904 can be adjusted to machine the crystalline material by software program control to form various oblique planes. Similarly, the first composite oblique blade 700 can also be formed from the hot forging process described in detail with respect to FIG. 13. Also, as shown in FIGS. 32A-32C, all of the above-described methods for machining trenches may be used to machine complex trenches for forming the variable double oblique blade 702. 32B and 32C show both sides of the variable double oblique blade 702 and show the oblique angles Φ 3 and Φ 4 converted to the variable double oblique blade 702 according to the distance from the tip.

도 20B 및 도 20D는 또한 복합 빗면각들을 가지도록 제조된 복합 절단 칼날 블레이드들의 상면도들이다. 본 명세서에 설명된 방법들은, 예를 들어 도 20B 및 도 20D에 도시된 바와 같이, 각각의 절단 칼날이 다른 빗면각을 가지는 블레이드들을 제조할 수 있다. 도 20B 및 도 20D에서, 네 개의 절단 칼날들이 있으며, 각각은 다른 단일 또는 이중 빗면각을 가질 수 있다. 또한, 각각의 빗면각은 상술한 바와 같이 하나 또는 그 이상의 파세트들을 가질 수 있다. 이들은 단지 예시적인 목적에 의하여 도시되었으며, 본 명세서에 설명된 본 발명의 실시예들을 한정하는 것은 아니다.20B and 20D are also top views of composite cutting blade blades made to have composite oblique angles. The methods described herein can produce blades, each cutting blade having a different oblique angle, as shown in FIGS. 20B and 20D, for example. 20B and 20D, there are four cutting blades, each of which may have a different single or double oblique angle. In addition, each oblique angle may have one or more facets as described above. These are shown for illustrative purposes only and do not limit the embodiments of the invention described herein.

트렌치를 기계가공하는 단계 2004 이후에, 기계가공된 이중 트렌치를 가지는 실리콘 웨이퍼(202)를 단계 1018에서 식각 단계 수행여부, 또는 기계가공된 이중 트렌치를 가지는 실리콘 웨이퍼(202)를 단계 1016에서 다이싱 단계 수행여부를 결정단계 2005에서 결정하여야 한다. 다이싱 단계 1016는 다이싱 쏘우 블레이드, 레이저 빔(예를 들어, 엑시머 레이저, 또는 레이저 워터-젯(402)으로 수행될 수 있다. 다이싱은 웨이퍼 보트들(하기에 상세하게 설명됨)을 대신하여 통상적인 장치들(custom fixtures)에서 식각이 가능하도록(단계 1018) 형성된 스트립들(strips)을 제공한다.After step 2004 of processing the trench, the etching of the silicon wafer 202 having the machined double trench is performed in step 1018, or the silicon wafer 202 having the machined double trench is diced in step 1016. Decision on whether or not to perform a step should be made in step 2005. The dicing step 1016 may be performed with a dicing saw blade, a laser beam (eg, an excimer laser, or a laser water-jet 402. Dicing may be substituted for wafer boats (described in detail below). Thereby providing strips that are formed to enable etching in custom fixtures (step 1018).

도 17A 및 도 17B는 본 발명의 일 실시예에 의하여 양 측면상에 기계가공된 트렌치들을 가지는 실리콘 웨이퍼에 수행되는 등방성 식각 프로세스를 도시한다. 식각 단계 1018에서, 기계가공된 실리콘 웨이퍼(202)는 테이프(308)로부터 분리된다. 이어서, 실리콘 웨이퍼(202)는 웨이퍼 보트에 탑재되고, 등방성 산성 욕조(isotropic acid bath, 1400)에 침지된다. 식각 처리단계의 균일성을 최대화하기 위해, 식각액(1402)의 온도, 농도 및 교반이 제어된다. 사용되는 등방성 식각액(1402)은 플루오르화 수소산(hydrofluoric acid), 질산(nitric acid), 및 아세트산(acetic acid; HNA)을 포함한다. 상기 식각과 같은 목적을 위하여 다른 조합들과 다른 농도들도 사용될 수 있다. 예를 들어, 물이 아세트산을 대체할 수 있다. 상기 식각과 같은 결과를 이루기 위하여, 침지 식각대신에 스프레이 식각, 등방성 크세논디플로라이드(xenon diflouride) 가스 식각, 및 전해 식각(electrolytic etching)을 또한 사용할 수 있다. 가스 식각에 사용될 수 있는 조성의 다른 예는 설파헥사플로라이드(sulfur hexafluoride), 또는 다른 유사한 불소계 가스들이다. 17A and 17B illustrate an isotropic etching process performed on a silicon wafer having trenches machined on both sides according to one embodiment of the present invention. In etching step 1018, the machined silicon wafer 202 is separated from the tape 308. The silicon wafer 202 is then mounted in a wafer boat and immersed in an isotropic acid bath 1400. In order to maximize the uniformity of the etching treatment step, the temperature, concentration and agitation of the etching solution 1402 are controlled. Isotropic etchant 1402 used includes hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid (HNA). Other combinations and different concentrations may be used for the same purpose as the above etching. For example, water can replace acetic acid. Instead of immersion etching, spray etching, isotropic xenon diflouride gas etching, and electrolytic etching may also be used to achieve the same results as the above etching. Another example of a composition that may be used for gas etching is sulfa hexafluoride, or other similar fluorine-based gases.

식각 단계에서는, 대향하는 트렌치 프로파일들이 교차될 때까지 실리콘 웨이퍼(202)의 양 측면들 및 관계된 트렌치들을 균일하게 식각한다. 실리콘 웨이퍼(202)는 식각액(1402)으로부터 즉시 제거되고, 식각시 마다 세정된다. 이러한 프로세스에서 얻을 수 있는 절단 칼날 반경은 5 nm 에서 500 nm의 범위이다. In the etching step, both sides and associated trenches of the silicon wafer 202 are uniformly etched until the opposite trench profiles intersect. The silicon wafer 202 is immediately removed from the etchant 1402 and cleaned every time it is etched. The cutting edge radius obtainable in this process ranges from 5 nm to 500 nm.

등방성 화학 식각은 균일하게 실리콘을 제거하기 위해 사용된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 프로세스에서, 상술한 기계가공으로 형성된 웨이퍼 표면 프로파일은 웨이퍼의 대향 측면의 프로파일과 교차하도록 균일하게 형성된다(단일 빗면 블레이드들를 원하는 경우에는, 기계가공이 되지 않은 대향하는 실리콘 웨이퍼 표면이 교차한다). 블레이드 각을 유지하면서 블레이드의 원하는 예리함을 얻기 위하여, 등방성 식각이 사용된다. 기계가공만으로 웨이퍼 프로파일들을 교차시키는 것은 어려운데, 원하는 칼날 외형이 기계가공의 기계적 및 열적 힘들을 견디기에는 너무 약하기 때문이다. 등방성 식각액(1402)의 산성 조성물들 각각은 등방성 산성 욕조(1400) 내에서 각각의 특정기능을 가진다. 첫째, 질산은 노출된 실리콘을 산화시킨다. 둘째, 플루오르화 수소산은 산화된 실리콘을 제거한다. 아세트산은 식각과정 중에 희석제의 역할을 한다. 조성, 온도 및 교반의 정밀한 제어는 재현성 있는 결과를 얻기 위하여 필요하다.Isotropic chemical etching is used to uniformly remove silicon. In the manufacturing process according to one embodiment of the present invention, the wafer surface profile formed by the machining described above is formed uniformly to intersect the profile of the opposite side of the wafer (if single bevel blades are desired, the non-machined facing Silicon wafer surface intersect). In order to obtain the desired sharpness of the blade while maintaining the blade angle, isotropic etching is used. Crossing wafer profiles with machining alone is difficult because the desired blade geometry is too weak to withstand the mechanical and thermal forces of machining. Each of the acidic compositions of the isotropic etchant 1402 has a respective specific function in the isotropic acid bath 1400. First, nitric acid oxidizes the exposed silicon. Second, hydrofluoric acid removes oxidized silicon. Acetic acid acts as a diluent during the etching process. Precise control of composition, temperature and agitation is necessary to obtain reproducible results.

도 17A에서, 코팅층(1102)을 갖지 않는 실리콘 웨이퍼(202)가 등방성 식각 욕조(1400)에 탑재된다. 각각의 수술용 블레이드, 즉, 제1 수술용 블레이드(1404), 제2 수술용 블레이드(1406), 및 제3 수술용 블레이드(1408)는 서로 연결되어 있음에 유의한다. 식각액(1402)이 실리콘에 작용함에 따라, 시간에 따라 분자들이 한 층씩 제거되고, 이에 따라 (제1 수술용 블레이드(1404)의) 두 개의 각들(1410, 1412)이 이어지는 수술용 블레이드(제2 수술용 블레이드(1406))와 연결되는 부분에서 교차될 때까지 실리콘(즉, 상기 수술용 블레이드)의 폭이 감소된다. 결과적으로, 여러 개의 수술용 블레이드들(1404, 1406, 1408)이 형성된다. 식각액(1402)에 용해되기 때문에, 실리콘 물질이 덜 잔존하는 것 외에는, 상기 등방성 식각 프로세스에서는 동일한 각들이 유지되는 점에 유의한다.In FIG. 17A, a silicon wafer 202 having no coating layer 1102 is mounted in an isotropic etch bath 1400. Note that each surgical blade, that is, the first surgical blade 1404, the second surgical blade 1406, and the third surgical blade 1408 are connected to each other. As the etchant 1402 acts on the silicon, the molecules are removed one by one over time, so that the surgical blade (second of the first surgical blade 1404) is followed by a second blade 1410, 1412. The width of the silicon (ie, the surgical blade) is reduced until it intersects at the portion that connects to the surgical blade 1406. As a result, several surgical blades 1404, 1406, 1408 are formed. Note that the same angles are maintained in the isotropic etching process except that less silicon material remains because it is dissolved in the etchant 1402.

도 18A 및 도 18B은 본 발명의 다른 실시예에 따라, 기계가공된 트렌치들을 양 측면에 가지면서 그 중 한 측면에만 코팅층을 가지는 실리콘 웨이퍼의 등방성 식각 프로세스를 도시한다. 도 18A 및 도 18B에서, 실리콘 웨이퍼(202)의 제2 측면(306)에만 수행되도록, 테이프(308) 및 코팅층(1102)이 실리콘 웨이퍼(202) 상에 잔존한다. 그러나, 식각이 수행되는 동안에 웨이퍼가 테이프 상에 마운팅되어 있을 필요는 없으며, 이는 선택적인 것에 불과하다. 다시 말하면, 등방성 식각 물질(1402)은 노출된 실리콘 웨이퍼(202)에만 작용하며, 실리콘 물질(한 층씩)이 단계 2004에서 기계가공에 의하여 형성된 각도와 동일한 각도를 유지하면서 제거된다(왜냐하면, 이것은 제2 측면(306)에 대한 설명이다). 결과적으로, 도 18B에서, 실리콘계 수술용 블레이드들(1504, 1506, 1508)은 단계 1008 및 단계 2004에서 기계가공에 의하여 형성된 각도와 동일한 각도를 제2 측면(306)에 가지게 되고, 또한, 테이프(308) 및 선택적인 코팅층(1102)을 존재를 이유로 하여 제1 측면(304)에도 갖게 된다. 이는 기계가공된 트렌치 표면을 따라서 실리콘 분자들의 층들을 균일하게 제거하기 때문이다. 실리콘 웨이퍼(202)의 제1 측면(304)은 전혀 식각되지 않아, 최종 실리콘계 수술용 블레이드에 추가적인 강도를 제공한다.18A and 18B illustrate an isotropic etching process of a silicon wafer having machined trenches on both sides and a coating layer on only one side, in accordance with another embodiment of the present invention. 18A and 18B, tape 308 and coating layer 1102 remain on silicon wafer 202 to be performed only on second side 306 of silicon wafer 202. However, the wafer need not be mounted on the tape while etching is performed, which is merely optional. In other words, the isotropic etching material 1402 acts only on the exposed silicon wafer 202 and the silicon material (one layer by one) is removed while maintaining the same angle as the angle formed by the machining in step 2004 (since this is 2 is a description of side 306). As a result, in FIG. 18B, the silicon-based surgical blades 1504, 1506, 1508 will have the same angle on the second side 306 as the angle formed by machining in steps 1008 and 2004, and furthermore, the tape ( 308 and optional coating layer 1102 are also present on first side 304 due to presence. This is because it evenly removes layers of silicon molecules along the machined trench surface. The first side 304 of the silicon wafer 202 is not etched at all, providing additional strength to the final silicon-based surgical blade.

실리콘 웨이퍼(202)의 제1 측면(304)에 코팅층(1102)을 형성하는 선택적인 단계 2002를 적용하는 다른 이득은, 절단 칼날(제1 기계가공된 트렌치 측면)이 베이스 실리콘 물질에 비하여 강한 물질특성들을 갖는 코팅층(1102)(바람직하게는 실리콘 질화물 층으로 구성됨)을 포함하는 것이다. 따라서, 코팅층(1102)을 형성하는 프로세스는 절단 칼날을 보다 강하고 내구성있게 한다. 또한, 코팅층(1102)은, 전기기계적으로 왕복운동하는 블레이드 장치들 내에서 강(steel)과 접촉하는 블레이드들에 바람직한 블레이드 표면의 마모방지를 제공한다. Table 3은 코팅층(1102)(실리콘)을 포함하지 않거나, 코팅층(1102)(실리콘 질화물)을 포함하는 실리콘계 수술용 블레이드의 강도 특성들을 보여준다.Another benefit of applying the optional step 2002 of forming the coating layer 1102 on the first side 304 of the silicon wafer 202 is that the cutting blade (first machined trench side) is stronger than the base silicon material. And a coating layer 1102 (preferably composed of a silicon nitride layer) having properties. Thus, the process of forming the coating layer 1102 makes the cutting blade stronger and more durable. In addition, the coating layer 1102 provides a desirable blade surface wear protection for blades in contact with steel in electromechanically reciprocating blade devices. Table 3 shows the strength characteristics of silicon-based surgical blades containing no coating layer 1102 (silicon) or comprising a coating layer 1102 (silicon nitride).

실리콘silicon 실리콘 질화물Silicon nitride 탄성계수(Young's Modulus; GPa)Young's Modulus (GPa) 160160 323323 항복강도(Yield Strength; GPa)Yield Strength (GPa) 77 1414

영 계수(또는, 탄성계수로 알려짐)는 물질의 고유한 단단함의 특성이다. 영 계수가 높을수록, 물질은 더 단단하다. 항복강도는 하중이 가해진 경우, 물질이 탄성변형에서 소성변형으로 바뀌는 지점이다. 다시 말하면, 상기 지점에서는 물질이 더 이상 탄성적이지 않고, 영구적으로 휘어지거나 파괴된다. 식각 후에(코팅층(1102)을 포함하거나 포함하지 않음), 식각된 실리콘 웨이퍼(202)는 전체적으로 잔류 식각액(1402)을 모두 제거하기 위해 세정된다.Young's modulus (also known as modulus of elasticity) is a property of the inherent rigidity of a material. The higher the Young's modulus, the harder the material. Yield strength is the point at which a material changes from elastic deformation to plastic deformation when a load is applied. In other words, at this point the material is no longer elastic and bends or breaks permanently. After etching (with or without coating layer 1102), the etched silicon wafer 202 is cleaned to remove all of the residual etchant 1402 as a whole.

도 19는 본 발명의 일 실시예에 의하여 제조된 일 측면에 코팅층을 가지는 이중 빗면 실리콘 수술용 블레이드의 형성된 절단 칼날을 도시한다. 절단 칼날(1602)은 통상적으로 5 내지 500 nm의 반경을 가지며, 이는 다이아몬드 수술용 블레이드의 반경과 유사하나 제조비용은 훨씬 적게든다. 단계 1018의 식각 단계를 수행한 후에, 단계 1020에서 실리콘계 수술용 블레이드들은 마운팅 단계 1002 및 단계 2003와 동일하게 마운팅될 수 있다.FIG. 19 illustrates a formed cutting blade of a double comb silicon surgical blade having a coating layer on one side prepared by an embodiment of the present invention. Cutting blades 1602 typically have a radius of 5 to 500 nm, which is similar to the radius of diamond surgical blades but at a much lower manufacturing cost. After performing the etching step of step 1018, the silicon-based surgical blades in step 1020 may be mounted in the same manner as the mounting step 1002 and step 2003.

마운팅 단계 1020 이후에, 상기 실리콘계 수술용 블레이드들(실리콘 블레이드들)은 단계 1022에서 싱귤레이션(singulation)될 수 있으며, 즉, 다이싱 쏘우 블레이드, 레이저 빔(예를 들어, 레이저 워터-젯(402) 또는 엑시머 레이저), 또는 상기 실리콘 블레이드들을 각각 분리하는 다른 적절한 수단을 사용하여 각각의 실리콘 블레이드가 절단 분리되는 것이다. 본 기술분야의 당업자에게 자명한 바와 같이, 150 nm 에서 11,000 nm의 범위 내의 특정한 파장을 갖는 레이저들을 또한 사용할 수 있다. 이러한 파장범위의 레이저의 예로 엑시머 레이저가 있다. 레이저 워터-젯(YAG 레이저)의 특징은 웨이퍼에 곡선형이며 단절된 패턴들을 스크롤(scroll)할 수 있다는 것이다. 이는제조자가 비절단 칼날 블레이드 프로파일들을 실질적으로 개수에 제한 없이 제조할 수 있는 유연성을 제공한다. 레이저 워터-젯은 물의 흐름을 파동가이드(waveguide)로 사용하여, 레이저가 밴드 쏘우(band saw)와 유사하게 절단하는 것을 허용한다. 이것은, 상술한 바와 같이 연속적이고 직선적인 패턴들만을 다이싱하는 현재의 기술수준의 다이싱 머신들을 사용으로는 가능하지 않다.After mounting step 1020, the silicon-based surgical blades (silicon blades) may be singulated in step 1022, ie, a dicing saw blade, a laser beam (eg, a laser water-jet 402). Or excimer laser), or other suitable means for separating the silicon blades, respectively. As will be apparent to those skilled in the art, lasers with specific wavelengths in the range of 150 nm to 11,000 nm can also be used. Examples of lasers in this wavelength range include excimer lasers. A feature of laser water-jet (YAG lasers) is the ability to scroll curved and broken patterns on the wafer. This provides the manufacturer with the flexibility to manufacture substantially unlimited number of uncut blade blade profiles. The laser water-jet uses the flow of water as a waveguide, allowing the laser to cut similarly to a band saw. This is not possible with the use of current state-of-the-art dicing machines that only dice continuous, straight patterns as described above.

단계 1024에서, 수요자의 특별한 요구에 따라, 싱귤레이션된 수술용 실리콘 블레이드들이 집어져 블레이드 핸들링 어셈블리들 상에 놓여진다. 그러나, 실질적인 ″집어져 놓여짐(picking and placing; P&P)″ 이전에, 식각된 실리콘 웨이퍼들(202)(테이프 및 프레임 또는 테이프/웨이퍼 프레임 상에 마운팅되어 있음)은 테이프(308)의 점착성을 감소하기 위해 웨이퍼 마운팅 머신 내에서 자외선(UV) 광이 조사된다. 이어서, 아직 ″점착성이 감소된″ 테이프 및 프레임, 또는 테이프/웨이퍼 프레임 상에 있는 실리콘 웨이퍼들(202)은 상업적으로 구입할 수 있는 다이 어태치 어셈블리 시스템에 탑재된다. 상술한 바를 다시 검토하면, 다양한 제조환경들에 따라 단계의 순서들은 바뀔 수도 있다. 이러한 예로서, 싱귤레이션 단계와 UV 광 조사단계가 있다. 즉, 필요한 경우, 상기 단계들은 수행되는 순서가 서로 바뀔 수 있다.In step 1024, singulated surgical silicon blades are picked up and placed on the blade handling assemblies, according to the consumer's special needs. However, prior to substantial ″ picking and placing (P & P) ″, etched silicon wafers 202 (mounted on tape and frame or tape / wafer frame) may not be suitable for the adhesiveness of tape 308. Ultraviolet (UV) light is irradiated in the wafer mounting machine to reduce. Subsequently, the silicon wafers 202 that are still on the tape that has been ″ decreased ″ or the tape / wafer frame 202 are mounted in a commercially available die attach assembly system. Reviewing the foregoing, the order of the steps may be changed according to various manufacturing environments. Examples of this include a singulation step and a UV light irradiation step. That is, if necessary, the steps may be reversed.

상기 다이 어태치 어셈블리 시스템은 상기 ″점착성이 감소된″ 테이프 및 웨이퍼 또는 테이프/웨이퍼 프레임으로부터 개개의 식각 실리콘 수술용 블레이드들을 제거하고, 실리콘 수술용 블레이드들을 원하는 공차 내에서 각각의 홀더(holders)에 어태치한다. 상기 두 구성요소를 마운팅하기 위하여 에폭시 또는 접착제를 사용한다. 실리콘 수술용 블레이드를 각각의 기저물질(substrate)에 어태치하기 위하여, 열 스테이킹(staking), 초음파 스테이킹, 초음파 용접, 레이저 용접, 또는 공정 본딩(eutectic bonding)을 포함하는 다른 어셈블리 방법들이 사용될 수 있다. 마지막으로, 단계 1026에서, 핸들들을 포함하는 완전히 어셈블링된 실리콘 수술용 블레이드들은 멸균 및 보호를 위해 패키지되고, 실리콘 수술용 블레이드의 디자인에 따른 사용을 위해 운송된다.The die attach assembly system removes individual etch silicon surgical blades from the ″ decreased ″ tape and wafer or tape / wafer frame, and places the silicon surgical blades in respective holders within desired tolerances. Attach. Epoxy or adhesive is used to mount the two components. In order to attach the silicone surgical blade to each substrate, other assembly methods may be used, including thermal staking, ultrasonic staking, ultrasonic welding, laser welding, or eutectic bonding. Can be. Finally, in step 1026, the fully assembled silicone surgical blades comprising the handles are packaged for sterilization and protection and shipped for use according to the design of the silicone surgical blade.

상기 수술용 블레이드 홀더에 마운팅하기 위해 사용될 수 있는 다른 어셈블리 방법은 슬롯들의 다른 사용을 포함한다. 상술한 바와 같이, 슬롯들은 레이저 워터-젯 또는 엑시머 레이저로 형성될 수 있고, 트렌치들을 기계가공하는 경우에 다이싱 쏘우 블레이드가 실리콘 웨이퍼(202)에 접촉되는 개구부들을 제공하기 위하여 사용된다. 슬롯들의 다른 사용은 홀더 내의 하나 또는 그 이상의 포스트들(posts)을 위해 블레이드에 수용위치(receptacle)를 제공할 수 있다. 도 24는 이와 같은 범위를 도시한다. 도 24에서, 최종 수술용 블레이드(2402)는 홀더 연결영역(2406) 내에 형성된 두 개의 슬롯들(2404A, 2404B)을 포함한다. 상기 슬롯들(2404A, 2404B)은 블레이드 홀더(2410)의 포스트들(2408A, 2408B)과 연결된다. 상기 슬롯들은 제조방법 중에 실리콘 웨이퍼(202) 내에 형성될 수 있으나, 바람직하게는 상기 수술용 블레이드들의 싱귤레이션 단계가 수행되기 전에 형성된다. 슬롯들(2404A, 2404B)과 포스트들(2408A, 2408B)이 연결되기 전에, 단단하게 부착되기 위해 적절한 면적에 접착제가 도포될 수 있다. 이어서, 최종 생산품의 최종 외형을 제공하기 위하여 덮개(2412)가 도시된 바와 같이 접착된다. 포스트 슬롯(post-slot) 어셈블리를 수행함에 의하여, 절단 과정 중에 블레이드(2402)에 발생할 수 있는 당기는 힘에 대한 추가적인 내성이 제공된다.Another assembly method that can be used for mounting to the surgical blade holder involves other uses of slots. As mentioned above, the slots can be formed with a laser water-jet or excimer laser and are used to provide openings for the dicing saw blade to contact the silicon wafer 202 when machining the trenches. Another use of the slots may provide a receptacle to the blade for one or more posts in the holder. 24 illustrates such a range. In FIG. 24, the final surgical blade 2402 includes two slots 2404A, 2404B formed in the holder connection area 2406. The slots 2404A, 2404B are connected to the posts 2408A, 2408B of the blade holder 2410. The slots may be formed in the silicon wafer 202 during the manufacturing method, but are preferably formed before the singulation step of the surgical blades is performed. Before the slots 2404A and 2404B and the posts 2408A and 2408B are connected, an adhesive may be applied to an appropriate area to securely attach. The lid 2412 is then glued as shown to provide the final appearance of the final product. By performing a post-slot assembly, additional resistance to pulling forces that may occur in the blades 2402 during the cutting process is provided.

이중 빗면 실리콘계 수술용 블레이드의 제조 방법의 설명을 참조로 하여, 도 2에 도시되어 있는 본 발명의 제2 실시예에 위하여 실리콘으로부터 단일 빗면 수술용 블레이드의 제조방법에 대하여 설명한다. 도 1의 단계 1002, 단계 1004, 단계 1006, 및 단계 1008은 도 2에 도시된 방법과 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. 그러나, 단일 빗면 수술용 블레이드의 제조방법은 다음단계, 즉, 단계 1010부터는 상술한 이중 빗면 수술용 블레이드의 제조방법과는 차이가 있으며, 따라서 이에 대하여 설명하기로 한다.With reference to the description of the manufacturing method of the double oblique silicon-based surgical blade, the manufacturing method of the single oblique surgical blade from silicon for the second embodiment of the present invention shown in FIG. Step 1002, step 1004, step 1006, and step 1008 of FIG. 1 are the same as the method shown in FIG. 2, and thus description thereof will be omitted. However, the manufacturing method of the single oblique surgical blade is different from the manufacturing method of the above-described double oblique surgical blade from the next step, that is, step 1010, and thus will be described.

단계 1008 이후에, 결정단계 1010에서 기계가공된 실리콘 웨이퍼(202)를 실리콘 웨이퍼 마운팅 어셈블리(204)로부터 분리할지 여부를 결정한다. 단일 트렌치 실리콘 웨이퍼들(202)를 분리하는 경우에는(단계 1012), 단계 1016에서 수행되는 상기 단일 트렌치 웨이퍼들의 다이싱 단계가 또한 선택적이 된다. 선택적인 분리 단계 1012에서, 실리콘 웨이퍼(202)는 동일한 표준 마운팅 머신을 사용하여 테이프(308)로부터 분리한다.After step 1008, it is determined whether the silicon wafer 202 machined at decision step 1010 is to be separated from the silicon wafer mounting assembly 204. In the case of separating single trench silicon wafers 202 (step 1012), the dicing step of the single trench wafers performed in step 1016 is also optional. In an optional separation step 1012, the silicon wafer 202 is separated from the tape 308 using the same standard mounting machine.

단계 1012에서 실리콘 웨이퍼(202)가 분리되는 경우에는, 이어서 선택적으로 단계 1016에서 실리콘 웨이퍼(202)는 다이싱 단계가 수행될 수 있다(즉, 실리콘 웨이퍼(202)가 절단 분리되어 스트립들이 된다). 다이싱 단계 1016는 다이싱 블레이드, 엑시머 레이저(902), 또는 레이저 워터-젯(402)에 의하여 수행될 수 있다. 다이싱 단계를 수행하면, 웨이퍼 보트들(하기에 상세하게 설명됨)을 대신하여 통상적인 장치들(custom fixtures)에서 식각되기 위해(단계 1018) 형성된 스트립들을 제공한다. 트렌치 기계가공 단계 1008, 분리 단계 1012, 또는 다이싱 단계 1016 이후에 이어지는 단일 빗면 실리콘계 수술용 블레이드의 제조방법의 다음 단계는 단계 1018이다. 단계 1018은 식각 단계로서, 이미 상술한 바와 같다. 그러므로, 이중 빗면 실리콘계 수술용 블레이드의 제조와 관련하여 상세하게 상술한 단계 1020, 단계 1022, 단계 1024 및 단계 1026이 수행되며, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.If the silicon wafer 202 is separated in step 1012, then optionally the silicon wafer 202 may be subjected to a dicing step in step 1016 (ie, the silicon wafer 202 is cut apart to become strips). . Dicing step 1016 may be performed by a dicing blade, excimer laser 902, or laser water-jet 402. Performing the dicing step provides strips formed for etching (step 1018) in custom fixtures on behalf of wafer boats (described in detail below). The next step in the method of making a single comb silicon-based surgical blade following the trench machining step 1008, the separation step 1012, or the dicing step 1016 is step 1018. Step 1018 is an etching step, as described above. Therefore, step 1020, step 1022, step 1024 and step 1026 described above in detail with respect to the manufacture of the double-sided silicon-based surgical blade is performed, a description thereof will be omitted.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 실리콘으로부터 단일 빗면 수술용 블레이드의 제조방법의 흐름도이다. 도 3에 도시된 방법에서, 단계 1002, 단계 1004, 단계 1006, 및 단계 1008는 도 2에 도시된 방법과 동일하다. 그러나, 도 3에 도시된 단계 1008 이후에, 코팅 단계 2002가 수행된다. 코팅 단계 2002는 도 1을 참조로 하여 상술한 바와 같으며, 따라서 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. 코팅 단계를 수행한 결과는 상술한 바와 동일하다. 즉, 실리콘 웨이퍼(202)의 기계가공된 측면을 덮는 코팅층(1102)이 형성된다.3 is a flow chart of a method of manufacturing a single oblique surgical blade from silicon according to a third embodiment of the present invention. In the method shown in FIG. 3, step 1002, step 1004, step 1006, and step 1008 are the same as the method shown in FIG. 2. However, after step 1008 shown in FIG. 3, the coating step 2002 is performed. Coating step 2002 is as described above with reference to Figure 1, and thus description thereof will be omitted. The result of performing the coating step is the same as described above. That is, a coating layer 1102 is formed that covers the machined side of the silicon wafer 202.

코팅 단계 2002 이후에, 단계 2003에서 실리콘 웨이퍼(202)는 분리되고 재마운팅된다. 상기 단계도 또한 도 1을 참조로 하여 상술한 바와 같다(도1의 단계 2003 참조). 상기 단계의 수행 결과는 실리콘 웨이퍼(202)의 코팅된 측면이 마운팅 어셈블리 204를 아래방향으로 대면하게 된다. 따라서, 단계 1018, 단계 1020, 단계 1022, 단계 1024 및 단계 1026이 수행되며, 이들은 모두 상세하게 상술한 바와 같다. 상기 단계의 수행 결과로, 상기 수술용 블레이드의 강도와 내구성을 증가하기 위하여 코팅층(1102)을 가지도록 제공된 제1 측면(304)(기계가공된 측면)을 가지는 단일 빗면 수술용 블레이드가 형성된다. 도 23A 및 도 23B에는 코팅된 단일 빗면 수술용 블레이드가 상세하게 도시되고 설명되어 있다.After the coating step 2002, in step 2003 the silicon wafer 202 is separated and remounted. This step is also as described above with reference to Fig. 1 (see step 2003 of Fig. 1). The result of performing this step is that the coated side of the silicon wafer 202 faces the mounting assembly 204 downward. Thus, step 1018, step 1020, step 1022, step 1024 and step 1026 are performed, all of which are as described above in detail. As a result of performing this step, a single oblique surgical blade is formed having a first side 304 (machined side) provided to have a coating layer 1102 to increase the strength and durability of the surgical blade. 23A and 23B show and describe a coated single oblique surgical blade in detail.

도 23A 및 도 23B는 본 발명의 다른 실시예에 따른 일 측면에 기계가공된 트렌치를 포함하고, 대향 측면에 코팅층을 포함하는 실리콘 웨이퍼 상의 등방성 식각 프로세스를 도시한다. 도 23A에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(202)는 제1 측면(304)에 형성되어, 테이프(308)와 근접되어 마운팅되는 코팅층(1102)을 포함한다. 이어서, 실리콘 웨이퍼(202)는 상세하게 상술한 바와 같은 식각액(1402)을 포함하는 욕조(1400) 내에 침지된다. 식각액(1402)은 실리콘 웨이퍼(202)의 제2 측면(306)(″상면″)을 식각하기 시작하고, 실리콘 분자들을 한 층씩 제거한다. 시간이 경과하면, 실리콘 웨이퍼(202)의 두께는 식각액(1402)에 의하여 감소하며, 이에 따라 제2 측면(306)이 제1 측면(304) 및 코팅층(1102)과 만나게 된다. 그 결과로, 실리콘 질화물이 코팅된 단일 빗면 실리콘계 수술용 블레이드가 형성된다. 실리콘 질화물(또는 코팅된) 블레이드 칼날의 모든 상술한 장점은 도 18A, 도 18B, 및 도 19를 참조하여 도시되고 설명한 바와 같이 이와 같은 유형의 블레이드에도 동일하게 적용된다.23A and 23B illustrate an isotropic etching process on a silicon wafer including a trench machined on one side and a coating layer on the opposite side in accordance with another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 23A, the silicon wafer 202 includes a coating layer 1102 formed on the first side 304 and mounting in close proximity to the tape 308. The silicon wafer 202 is then immersed in a bath 1400 containing an etchant 1402 as described above in detail. The etchant 1402 begins to etch the second side 306 (″ top ″) of the silicon wafer 202 and removes silicon molecules one by one. Over time, the thickness of the silicon wafer 202 is reduced by the etchant 1402, such that the second side 306 meets the first side 304 and the coating layer 1102. As a result, a single comb silicon-based surgical blade coated with silicon nitride is formed. All the aforementioned advantages of silicon nitride (or coated) blade blades apply equally to blades of this type as shown and described with reference to FIGS. 18A, 18B, and 19.

도 20A 내지 도 20G는 본 발명의 방법에 의하여 제조될 수 있는 실리콘계 수술용 블레이드들의 다양한 예들을 도시한다. 다양한 블레이드 디자인들은 상술한 방법들을 사용하여 제조될 수 있다. 단일 빗면들, 대칭형 및 비대칭형 이중 빗면들, 및 곡선형 절단 칼날들을 포함하는 블레이드들이 제조될 수 있다. 단일 빗면들의 경우, 기계가공은 웨이퍼의 한 측면에만 수행된다. 단일 칼날 끌(chisel, 도 20A 참조), 세 개의 칼날 끌(도 20B 참조), 두 개의 예리한 칼날들을 갖는 슬릿(slit, 도 20C 참조), 네 개의 예리한 칼날들을 갖는 슬릿(도 20D 참조)과, 하나의 예리한 칼날을 갖는 스태브(stab, 도 20E 참조), 하나의 예리한 칼날을 갖는 케라톰(keratome, 도 20F 참조) 및 곡선형의 예리한 칼날을 갖는 초승달형(crescent, 도 20G 참조)와 같은 다양한 블레이드 프로파일들을 형성할 수 있다. 상술한 방법들을 사용하여 프로파일 각도들, 폭들, 길이들, 두께들, 및 빗면각들을 다양하게 할 수 있다. 상술한 방법들은 더 다양한 형상을 제조하기 위하여 통상적인 포토리소그래피와 결합될 수 있다.20A-20G show various examples of silicon-based surgical blades that can be made by the method of the present invention. Various blade designs can be manufactured using the methods described above. Blades comprising single oblique surfaces, symmetrical and asymmetric double oblique surfaces, and curved cutting blades can be produced. In the case of single slopes, machining is performed only on one side of the wafer. A single chisel chisel (see FIG. 20A), three chisel chisels (see FIG. 20B), a slit with two sharp blades (slit, FIG. 20C), a slit with four sharp blades (see FIG. 20D), Such as a stab with one sharp blade (stab, see FIG. 20E), a keratome with one sharp blade (see FIG. 20F) and a crescent with a curved sharp blade (see crescent, see FIG. 20G). Various blade profiles can be formed. The methods described above can be used to vary profile angles, widths, lengths, thicknesses, and oblique angles. The methods described above can be combined with conventional photolithography to produce more various shapes.

도 21A 및 도 21B는 본 발명의 실시예들에 의하여 제조된 실리콘 수술용 블레이드와 스테인리스 강 수술용 블레이드의 측면을 각각 5,000배 확대하여 도시한다. 도 21A 및 도 21B의 차이점에 유의한다. 도 21A에 도시된 면이 더 매끄럽고 균일하다. 도 22A 및 도 22B는 본 발명의 실시예들에 의하여 제조된 실리콘 수술용 블레이드와 스테인리스 강 수술용 블레이드의 상면을 각각 10,000배 확대하여 도시한다. 또한, 도 22A 및 도 22B의 차이점에 유의하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 의하여 형성된 블레이드가 도 22B의 스테인리스 강 수술용 블레이드 보다 더 매끄럽고 균일한 면을 포함한다.Figures 21A and 21B show an enlarged view of 5,000 times each of the silicon surgical blade and the stainless steel surgical blade manufactured by the embodiments of the present invention. Note the difference between FIGS. 21A and 21B. The face shown in FIG. 21A is smoother and more uniform. 22A and 22B show an enlarged view of 10,000 times the top surface of the silicon surgical blade and the stainless steel surgical blade manufactured according to the embodiments of the present invention, respectively. Also note the difference between FIGS. 22A and 22B, wherein the blade formed by the method according to one embodiment of the invention includes a smoother and more uniform surface than the stainless steel surgical blade of FIG. 22B.

도 25A 및 도 25B는 결정물질로 형성된 블레이드 칼날과 본 발명의 일 실시예에 의하여 층 변환 프로세스를 포함하는 결정물질로 형성된 블레이드 칼날의 단면 프로파일을 도시한다. 본 발명의 다른 실시예에 의하여, 실리콘 웨이퍼를 식각한 후에 기저물질의 표면을 새로운 물질(2504)로 화학적으로 변환할 수 있다. 이러한 단계는 또한 열 산화 또는 질화변환(thermal oxidation, nitride conversion)″ 또는 ″실리콘 표면의 실리콘 탄화물 변환″ 단계로 알려져 있다. 기저물질/블레이드 물질과 상호작용하는 원소들에 따라서 다른 구성요소들이 형성될 수 있다. 블레이드의 표면을 기저물질의 구성요소로 바꾸는 이점은 더 단단한 절단 칼날을 형성하도록 새로운 물질/표면을 선택할 수 있다는 점이다. 그러나. 코팅과는 달리, 상기 블레이드의 절단 칼날이 식각 후의 단계에서 그 외형과 예리함을 유지한다. 도 25A and 25B에서, 변환 과정이 수행되어도, 상기 실리콘 블레이드의 깊이는 변화하지 않음에 유의한다. ″D1″(실리콘만의 블레이드의 깊이)는 ″D2″(변환층(2504)을 포함하는 실리콘 블레이드의 깊이)와 동일하다.25A and 25B illustrate cross-sectional profiles of blade blades formed of crystalline material and blade blades formed of crystalline material comprising a layer conversion process in accordance with one embodiment of the present invention. According to another embodiment of the present invention, after etching the silicon wafer, the surface of the base material may be chemically converted to the new material 2504. This step is also known as thermal oxidation, nitride conversion, or ″ silicon carbide conversion on silicon surface ″. Other components may be formed depending on the elements interacting with the base / blade material. The advantage of changing the surface of the blades to components of the base material is that new materials / surfaces can be selected to form a harder cutting blade. But. Unlike the coating, the cutting blade of the blade maintains its shape and sharpness at the post-etch stage. 25A and 25B, it is noted that even when the conversion process is performed, the depth of the silicon blade does not change. ″ D1 ″ (depth of the silicon-only blade) is equal to ″ D2 ″ (depth of the silicon blade including the conversion layer 2504).

도 33A 내지 도 33D는 본 발명의 방법들에 의하여 제조되고 안과용으로 사용될 수 있는 수술용 블레이드들의 여러 가지 예들을 도시한다. 도 33A는 안과의 각막 외과수술용으로 사용될 수 있는 슬릿 블레이드/나이프(720)를 도시한다. 슬릿 블레이드/나이프(720)는 제1 빗면 세트(722a) 및 제2 빗면 세트(722b)를 포함한다. 제1 및 제2 빗면 세트들(722a, 722b)은 각각 동일한 각 또는 다른 각을 갖는 단일 빗면일 수 있고, 각각 동일한 각 또는 다른 각을 갖는 이중 빗면일 수 있고, 또는 각각의 빗면 세트(722a, 722b)는 하나 또는 그 이상의 파세트들뿐만 아니라 각각 복합 빗면들이 될 수 있다. 빗면각들의 조합, 블레이드 각, 두께 및 파세트들의 수는 모두 설계의 기준이 되며, 슬릿 블레이드/나이프(720)의 특별한 사용에 따라서 달라질 수 있고, 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예들에 따른 방법들에 의하여 제조될 수 있다.33A-33D show various examples of surgical blades manufactured by the methods of the present invention and that can be used for ophthalmic use. 33A shows a slit blade / knife 720 that can be used for ophthalmic corneal surgery. Slit blade / knife 720 includes a first bevel set 722a and a second bevel set 722b. The first and second oblique sets 722a, 722b may each be a single oblique face having the same or different angles, each may be a double oblique face having the same or different angles, or each oblique set 722a, 722b may each be composite oblique surfaces as well as one or more facets. The combination of the oblique angles, blade angle, thickness and number of facets are all design criteria and may vary depending on the particular use of the slit blade / knife 720 and in accordance with embodiments of the present invention disclosed herein. It can be produced by the methods.

도 33B는 안과의 굴절수술(LASIKTM)에 사용될 수 있는 마이크로케라톰(microkeratome) 블레이드(724)를 도시한다. 마이크로케라톰 블레이드(724)는, 하나 또는 그 이상의 파세트들과 함께, 단일 또는 이중 빗면이 될 수 있는 하나의 빗면(726)을 포함한다. 빗면각들, 파세트들, 및 그들의 위치와 배열의 조합은 도 33A 내지 도 33D 및 본 명세서에 다른 부분에 도시된 수술용 블레이드들을 반드시 한정하는 것은 아니다. 마이크로케라톰 블레이드(724)는 이중 빗면(726)을 도시한다. 상술한 바와 같이, 홀들(728a, 728b)은 마이크로케라톰 블레이드(724)를 핸들에 마운팅할 때 사용될 수 있다.33B shows a microkeratome blade 724 that can be used for ophthalmic refractive surgery (LASIK ). Microkeratotom blade 724 includes one inclined surface 726, which may be a single or double inclined plane, along with one or more facets. Inclined angles, facets, and combinations of their position and arrangement do not necessarily limit the surgical blades shown in FIGS. 33A-33D and elsewhere herein. Microkeratome blade 724 shows double oblique 726. As described above, the holes 728a and 728b may be used when mounting the microkeratotom blade 724 to the handle.

도 33C는 안과의 백내장 외과수술에 사용될 수 있는 포켓(pocket) 블레이드/나이프(730)를 도시한다. 도 33C에 도시된 포켓 블레이드/나이프(730)는 단일 및 실질적으로 원형의 블레이드를 포함한다. 상기 원형의 형상이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 다른 만곡된 형상들(타원과 같은)도 또한 사용될 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 블레이드는 단일, 이중 또는 복합 빗면 블레이드, 또는 이들의 조합이 될 수 있다. 도 33D는 안과의 백내장 외과수술에 사용될 수 있는 초승달형 블레이드/나이프(734)를 도시한다. 도 33D에 도시된 초승달형 블레이드/나이프(734)는 단일 및 달걀형의 블레이드를 포함한다. 다시 말하면, 상기 달걀형은 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 초승달형 블레이드/나이프(734)는 단일 빗면각 블레이드를 포함하는 것이 바람직하지만, 상기 블레이드는, 상술한 바와 같이, 각각의 빗면이 하나 또는 그 이상의 면들을 포함하는 단일 또는 이중 빗면 블레이드일 수 있다. 33C shows a pocket blade / knife 730 that can be used for ophthalmic cataract surgery. Pocket blade / knife 730 shown in FIG. 33C includes single and substantially circular blades. Although the circular shape is preferable, it is not necessarily limited to this. That is, other curved shapes (such as ellipses) may also be used. As mentioned above, the blades may be single, double or composite oblique blades, or a combination thereof. 33D shows a crescent blade / knife 734 that can be used for ophthalmic cataract surgery. The crescent blade / knife 734 shown in FIG. 33D includes single and oval blades. In other words, the oval is preferable, but is not necessarily limited thereto. The crescent blade / knife 734 preferably includes a single oblique angled blade, but the blade may be a single or double oblique blade, with each oblique side comprising one or more faces, as described above.

도 1을 참조하면, 단계 1018 이후에, 표면을 변환할지 여부를 결정한다(결정단계 1019). 변환 층이 추가되는 경우(결정단계 1019로부터 ″예″를 따라감), 변환 층은 단계 1021에서 추가된다. 이어서, 단계 1020이 이어진다. 변환 층이 추가되지 않는 경우(결정단계 1019로부터 ″아니오″를 따라감), 단계 1020이 이어진다. 상기 변환 프로세스는 확산 또는 고온 열처리로가 요구된다. 기저물질은 진공 또는 불활성기체 분위기에서 500℃ 이상의 온도로 가열된다. 선택된 가스들은 제어된 농도로 열처리로 안으로 계량되고, 높은 온도의 결과로 실리콘 내로 확산된다. 가스들은 상기 실리콘 내로 확산하면서 상기 실리콘과 반응하여 새로운 물질을 형성한다. 코팅을 하는 대신 확산과 기저물질과의 화학적 반응으로 새로운 물질이 형성되므로, 상기 실리콘 블레이드의 원래의 외형(예리함)은 보존된다. 상기 변환 프로세스의 추가적인 이점은 변환된 층의 광학적 지수(optical index)가 기저물질과는 다르므로, 상기 블레이드가 색을 갖게 된다. 상기 색은 변환된 물질의 조성과 두께에 의존한다.Referring to FIG. 1, after step 1018, it is determined whether to convert the surface (decision step 1019). If a conversion layer is added (following ″ yes ″ from decision step 1019), the conversion layer is added in step 1021. Then step 1020 follows. If no translation layer is added (following ″ no ″ from decision step 1019), step 1020 follows. The conversion process requires a diffusion or high temperature heat treatment furnace. The base material is heated to a temperature above 500 ° C. in a vacuum or inert gas atmosphere. The selected gases are metered into the heat treatment furnace at a controlled concentration and diffuse into the silicon as a result of the high temperature. Gases diffuse into the silicon and react with the silicon to form new materials. Instead of coating, a new material is formed by diffusion and chemical reaction with the underlying material, thus preserving the original appearance (sharpness) of the silicon blade. An additional advantage of the conversion process is that the optical index of the converted layer is different from the underlying material, so that the blades have color. The color depends on the composition and thickness of the converted material.

표면에서 변환되는 단결정 기저물질도 또한 변환되지 않은 블레이드에 비하여 우수한 파괴저항 및 마모저항을 갖는다. 표면을 단단한 물질로 변환함에 따라, 기저물질에 있어서 크랙 시작지점을 형성하거나 결정면을 따라 쪼개지는 경향이 감소된다.The single crystal base material converted at the surface also has better fracture and wear resistance than the unconverted blades. By converting the surface to a hard material, the tendency to form a crack initiation point or break along the crystal plane in the base material is reduced.

교환가능한 단계와 함께 수행될 수 있는 제조 단계의 다른 예는 마무리 무광택 처리단계(matte-finish step)이다. 종종, 특히 본 발명의 실시예들로 수술용 블레이드들을 제조하는 경우, 상기 블레이드의 실리콘 표면은 빛의 반사가 매우 잘된다. 이는 광원을 가지는 현미경 하에서 블레이드를 사용하는 경우 외과의사들이 사용을 거부할 수 있다. 따라서, 상기 블레이드의 표면은 (예를 들어, 수술과정에서 사용되는 고강도 램프로부터) 입사되는 광을 확산시켜, 반짝거리지 않고 희미하게 하는 무광택 처리를 하여 제공될 수 있다. 상기 무광택 처리는 특정의 패턴들 및 밀도들에 따라 상기 블레이드 표면의 영역들을 제거하도록 적절한 레이저를 상기 블레이드 표면에 조사하여 형성된다. 상기 제거된 영역들은 원형의 형상을 가지는데, 이는 일반적으로 입사된 레이저 빔의 형상이 원형이기 때문이지만, 반드시 이에 한정되지는 않는다. 원형으로 제거된 영역들의 치수는 반경 25 내지 50 μm의 범위이며, 사용된 제이저의 제조사와 유형에 의존한다. 원형으로 제거된 영역들의 깊이는 10 내지 25 μm의 범위이다.Another example of a manufacturing step that can be performed in conjunction with an exchangeable step is a finish matte-finish step. Often, especially when manufacturing surgical blades with embodiments of the present invention, the silicon surface of the blade is very well reflecting light. This may allow surgeons to refuse to use the blade under a microscope with a light source. Thus, the surface of the blade may be provided by a matte treatment that diffuses the incident light (eg, from a high intensity lamp used in a surgical procedure), thereby fainting and fainting. The matte treatment is formed by irradiating the blade surface with a suitable laser to remove areas of the blade surface in accordance with specific patterns and densities. The removed areas have a circular shape, since generally the shape of the incident laser beam is circular, but is not necessarily limited thereto. The dimensions of the areas removed in a circle range from 25 to 50 μm in radius and depend on the manufacturer and type of the JAZER used. The depths of the circularly removed areas range from 10 to 25 μm.

원형으로 제거된 영역의 ″밀도″는 상기 원형으로 제거된 영역들의 표면 면적의 총 비율을 나타낸다. 약 5%의 ″제거된 영역 밀도″는 일반적인 매끄럽고 거울 같은 형상으로부터 블레이드를 눈에 띄게 희미하게 한다. 그러나, 상기 제거된 영역 모두가 같이 위치하는 것이 상기 블레이드의 균형의 거울 같은 효과를 나타내는 것은 아니다. 따라서, 상기 원형으로 제거된 영역들은 상기 블레이드의 표면면적에 전반에 걸쳐서, 랜덤(random)하게 적용되어야 한다. 실제적으로, 함몰부가 랜덤하게 위치하도록 그래픽 파일이 형성될 수 있으나, 상기 패턴에 대하여 특정하게 제거된 영역 밀도 및 랜덤성의 원하는 효과를 얻을 수 있다. 이러한 그래픽 파일은 수작업으로 형성되거나, 컴퓨터 프로그램에 의해 자동적으로 형성될 수 있다. 수행될 수 있는 추가적인 형상은 시리얼 번호들, 제조사 로고들, 또는 외과의사 또는 병원의 이름을 블레이드 상에 새겨넣는 것이다.″ Density ″ of the area removed in a circle represents the total ratio of the surface area of the areas removed in the circle. A ″ removed area density ″ of about 5% noticeably blurs the blade from the usual smooth, mirror-like shape. However, the co-location of all of the removed areas does not exhibit a mirror effect of the balance of the blades. Thus, the circularly removed areas should be applied randomly throughout the surface area of the blade. In practice, the graphic file can be formed such that the depressions are located randomly, but the desired effect of the specifically removed region density and randomness can be obtained for the pattern. Such graphic files may be created manually or automatically by a computer program. An additional shape that can be performed is to imprint serial numbers, manufacturer logos, or the name of the surgeon or hospital on the blade.

통상적으로, 상기 블레이드 상에 무광택 처리를 하기 위하여, 젠트리(gantry) 레이저 또는 갈보헤드(galvo-head) 레이저 머신을 사용할 수 있다. 젠트리 레이저는 느리지만 매우 정밀하고, 갈보헤드 레이저 머신은 빠르지만 젠트리 레이저만큼 정밀하지는 않다. 전체적인 정밀도가 중요한 요소가 아니고, 제조 속도가 비용에 직접적으로 영향을 주므로, 상기 갈보헤드 레이저 머신이 유용한 공구이다. 일초당 수천 밀리미터의 움직임이 가능하므로, 통상적인 수술용 블레이드에는 전체적으로 제거된 영역에 약 5초간의 식각 시간을 제공한다. Typically, a gantry laser or galvo-head laser machine can be used to matte the blade. Gentry lasers are slow but very precise, and Galvohead laser machines are fast, but not as precise as the gentry lasers. The galvohead laser machine is a useful tool because overall precision is not an important factor and manufacturing speed directly affects cost. With thousands of millimeters of motion per second, a typical surgical blade provides about five seconds of etch time in the totally removed area.

도 37은 금속으로부터 제조된 블레이드들와 본 발명의 실시예에 의하여 실리콘으로부터 제조된 블레이드들의 표면 거칠기의 범위를 비교하여 도시한다.Figure 37 shows a comparison of the range of surface roughness of blades made from metal with blades made from silicon by an embodiment of the present invention.

수술용 및 비수술용 블레이드들의 추가적인 매개변수는 표면 거칠기 특성이다. 표면 거칠기는 중요한 매개변수인데, 왜냐하면, 표면 거칠기는 상기 블레이드 칼날에 의하여 수행된 초기 절단 후에 상기 블레이드를 따라 피부 또는 물질이 슬라이드되는 것이 용이한 정도를 결정하기 때문이다. 거친 표면은 상기 피부 또는 물질을 걸려 찢거나, 걸리게 할 수 있으나, 매끄러운 것은 상기 블레이드를 따라 쉽게 움직일 수 있게 한다. 거친 블레이드 표면들은 찢어짐을 유발하거나, 보다 나쁜 경우에는, 외과의사가 정상적이지 않은 절개를 하게한다(수술적 사용에 있어서). 상기의 시나리오는 매우 드물다. 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 실리콘으로부터 제조된 블레이드들 또는 기계적 장치는 매우 매끄러운 표면을 가지며, 즉, 금속 블레이드에 비하여 표면 결함들이 실질적으로 매끄럽고 또한 더 매끄러운 표면을 가질 수 있다. 표 4는 금속 블레이드의 표면 거칠기의 측정결과이며, 표 5는 상술한 본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 블레이드들의 표면 거칠기의 측정결과이다. 표 4 및 표 5는 상기 블레이드의 팁 근처의 표면 거칠기를 나타낸다. 도 37은 제1 만곡부(372) 및 제2 만곡부(374)을 도시하며, 제1 만곡부(372)는 상술한 본 발명의 실시예들에 의하여 제조된 실리콘 블레이드들의 표면 거칠기 값 Ra 의 범위를 나타내며, 제2 만곡부(374)는 금속 블레이드들의 표면 거칠기 값 Ra 의 범위를 나타낸다.An additional parameter of surgical and non-surgical blades is the surface roughness characteristic. Surface roughness is an important parameter because surface roughness determines the extent to which the skin or material is easy to slide along the blade after the initial cutting performed by the blade edge. Rough surfaces can tear or entangle the skin or material, but smoothing makes it easier to move along the blade. Rough blade surfaces cause tearing or, in worse cases, allow the surgeon to make an abnormal incision (in surgical use). The above scenario is very rare. Blades or mechanical devices made from silicon according to embodiments of the present invention described above have a very smooth surface, that is, surface defects may have a substantially smoother and smoother surface than metal blades. Table 4 is a measurement result of the surface roughness of the metal blade, Table 5 is a measurement result of the surface roughness of the silicon blades according to the embodiments of the present invention described above. Tables 4 and 5 show the surface roughness near the tip of the blade. FIG. 37 shows a first curved portion 372 and a second curved portion 374, where the first curved portion 372 represents a range of surface roughness values Ra of silicon blades manufactured according to the embodiments of the present invention described above. , The second curved portion 374 represents the range of the surface roughness value Ra of the metal blades.

금속 블레이드들의 표면 거칠기 측정결과Surface roughness measurement results of metal blades 블레이드blade 반경Radius 1One 60206020 평균(Å)Average 22 59905990 56665666 33 46804680 44 68006800 표준편차Standard Deviation 55 48404840 890890 66 40404040

실리콘 블레이드들의 표면 거칠기 측정결과Surface roughness measurement results of silicon blades 우측right 좌측left side 평균Average 블레이드blade 반경(Å)Radius 반경(Å)Radius 반경Radius 평균(Å)Average 1One 329329 461461 395395 397.5 Å397.5 Å 22 406406 492492 449449 33 449449 429429 439439 표준편차(Å)Standard deviation 44 316316 388388 352352 57.6 Å57.6 Å 55 336336 369369 352.5352.5

도 38은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 수술용 블레이드들을 제조하는 다른 방법을 도시한다. 도 38에 도시된 실리콘 수술용 블레이드들의 제조방법은 금속 블레이드들를 대신하여 유사한 목적(즉, 안과 수술용)으로 사용되기 위하여 충분히 강한 블레이드를 제조한다. 제조방법(380)에는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 많은 단계를 또한 포함할 수 있으나, 간결함을 위해 설명을 생략하기로 한다. 예를 들어, 다이싱 단계 1016 및 변환 층의 추가(단계 1019)는 제조방법(380)에서 수행될 수 있으나, 이에 대한 설명을 생략하기로 한다. 또한, 혼란을 피하기 위해, 가능하다면 제조 단계들에 있어서 상기에 사용한 구성요소의 참조번호와 같은 번호를 가질 수 있다. 이와는 달리, 제조 단계가 유사하지만 실제적으로는 상술한 바와는 약간 다른 제조단계를 포함하는 경우, 새로운 구성요소 참조번호가 사용된다. 또한, 이하에서는 트렌치 형성단계(또는 다이싱 단계), 기준점 스루 홀들의 형성단계, 또는 다른 제조단계에서 상술한 바와 동일한 장비들(예를 들어, 레이저 워터-젯, 초음파 머신, 다이아몬드 쏘우 블레이드들 등과 같은 장비들)을 하기에 설명되는 단계에서 사용될 수 있다.38 illustrates another method of making silicone surgical blades in accordance with an embodiment of the present invention. The method for manufacturing the silicone surgical blades shown in FIG. 38 produces blades strong enough to be used for similar purposes (ie ophthalmic surgery) in place of the metal blades. The manufacturing method 380 may also include many of the steps described with reference to FIGS. 1 through 3 but will not be described for the sake of brevity. For example, the dicing step 1016 and the addition of the conversion layer (step 1019) may be performed in the manufacturing method 380, a description thereof will be omitted. In addition, to avoid confusion, it may have the same number as the reference number of the component used above in the manufacturing steps if possible. In contrast, when the manufacturing steps are similar but in reality comprise slightly different manufacturing steps than described above, new component reference numbers are used. Further, hereinafter, trench forming step (or dicing step), reference point through hole forming step, or the same equipment as described above in other manufacturing step (e.g. laser water-jet, ultrasonic machine, diamond saw blades, etc.) Same equipment) can be used in the steps described below.

제조방법(380)은 제1 레이저 절단의 수행으로 시작된다. 도 38에서, 상기 제1 레이저 절단은 레이저 및 트렌치 다이싱 장비에 실리콘 웨이퍼(202)를 정렬하기 위하여 원형 기준점들(386; 도 39에 도시됨)을 형성한다. 상기 제1 레이저 절단은 또한 상기 트렌치 다이싱 장비에 대하여 트렌치들을 정렬하기 위한 기준점들인 크로스헤어들(crosshairs; 388) 및 블레이드(도 42 참조)의 측면 칼날들을 형성하기 위해 절단된 슬롯들(390)을 형성한다.Manufacturing method 380 begins with performing a first laser cut. In FIG. 38, the first laser cutting forms circular reference points 386 (shown in FIG. 39) to align the silicon wafer 202 to the laser and trench dicing equipment. The first laser cutting also cuts slots 390 to form crosshairs 388 and side blades of the blade (see FIG. 42), which are reference points for aligning trenches with respect to the trench dicing equipment. To form.

단계 1008에서, 상세하게 상술된 다양한 방법들 및 장비들에 의하여 빗면들(392)이 트렌치된다(도 40 참조). 단계 384에서, 제2 레이저 절단은 도 41에 도시된 바와 같이 말굽들(horseshoes; 394)을 형성한다. 도 42에 도시된 바와 같이, 형성된 트렌치된 웨이퍼(420)는 식각 단계 1018를 거치게 된다. 상기 레이저 절단 단계들은 취성인 실리콘 물질에 기계적 손상을 야기할 수 있다. 상기 식각 단계는 기계적으로 야기된 손상을 제거한다. 기계적으로 야기된 손상을 제거함에 따라, 응력집중점들이 제거될 수 있고, 이에 따라 물질(실리콘)의 항복강도가 현저하게 증가한다. 등방성 식각액은 상기 물질의 표면, 이 경우에는 상기 블레이드들의 절단 및 비절단 칼날들 모두 해당되는 표면을 연마한다. 상기 식각액은 플루오르화 수소산, 질산 및 아세트산을 포함할 수 있다. 크랙들(cracks), 칩들(chips), 스크래치(scratches), 및 예리한 칼날들은 모두 취성 물질들에 있어서 크랙 시작점으로 작용한다. 상기 시작점들에 하중이나 응력이 가해지면, 기계적 장치들의 파멸적인 파괴가 상기 시작점에서 개시된다. 상기 크랙 시작점들을 없애거나 감소시키면, 물질은 내구성을 더 가지게 된다.In step 1008, the oblique sides 392 are trenched by the various methods and equipment described above in detail (see FIG. 40). In step 384, the second laser cut forms horseshoes 394 as shown in FIG. 41. As shown in FIG. 42, the formed trenched wafer 420 is subjected to an etching step 1018. The laser cutting steps can cause mechanical damage to brittle silicon material. The etching step eliminates mechanically caused damage. By eliminating mechanically induced damage, stress concentration points can be eliminated, thereby significantly increasing the yield strength of the material (silicon). Isotropic etchant polishes the surface of the material, in this case both the cut and uncut blades of the blades. The etchant may include hydrofluoric acid, nitric acid and acetic acid. Cracks, chips, scratches, and sharp blades all serve as starting points for cracking brittle materials. When a load or stress is applied to the starting points, catastrophic failure of the mechanical devices is initiated at the starting point. Eliminating or reducing the crack starting points makes the material more durable.

식각 단계 1018 후에, 상기 블레이드들은 마운팅되고(단계 1020), 싱귤레이션되고(단계 1022), 집어져 놓여지고(picked and placed; P&P)(단계 1024), 또한 수요자의 선택에 의하여 패키지된다(단계 1026). 단계 1020 내지 1026은 상세하게 상술한 바와 동일하므로, 간결함을 위해 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.After etching step 1018, the blades are mounted (step 1020), singulated (step 1022), picked and placed (P & P) (step 1024), and also packaged by the consumer's choice (step 1026). ). Since steps 1020 to 1026 are the same as described above in detail, description thereof will be omitted for brevity.

도 38에 설명된 실리콘 수술용 블레이드들의 제조방법에 의하여 처리된 실리콘 웨이퍼가 도 39 내지 도 42에 도시되어 있다. 도 38 내지 42를 참조하여 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예의 방법에 의하여 제조될 수 있는 실리콘 수술용 블레이드가 도 43에 도시되어 있다. 제조방법(380)에서의 여러 가지 개선된 점들은 기계적 강도를 개선하며, 이하에서 이에 대해 상세하게 설명하기로 한다. 예를 들어, 도 43에 도시된 말굽은 상술한 본 발명의 실시예들에 비하여 본 실시예에서 더 크다. 또한, 도 38의 단계 382에서 설명된 상기 제1 레이저 절단은 블레이드의 칼날들을 형성하는 슬롯들(390)을 절단한다. 본 실시예에서는, 상기 블레이드 기계적 강도를 증가하는 식각을 수행하기 위해, 상기 블레이드의 비절단 칼날이 최대의 길이를 갖도록 수행된다. 상기 제1 레이저 절단은 플랜지(flanges; 396)를 또한 형성할 수 있다(도 43에 도시됨). 플랜지(396)를 더 크게 형성함으로써, 제2 레이저 절단에서 형성되는 말굽을 더 선명하게 형성할 수 있다. 또한, 트렌치를 형성하는 단계에서는 각각의 ″눈송이(snowflake)″를 절단한다. 상기 ″눈송이″ 패턴은 도 40에 도시된 바와 같이 트렌치형성단계 1008에서 형성된다. 상기 ″눈송이″ 패턴은 빗면들(392)을 포함한다. 상기 ″눈송이들″(빗면들(392)) 사이는 절단되지 않는다. 이는 웨이퍼(202)의 기계적 강도와 집적을 증가시킨다. 상기 레이저 절단과 관련하여, 상기 실리콘의 기계적 손상을 최소로 하기 위하여 펄스 폭 및/또는 펄스반복주파수(pulse repetition frequency; PRF)를 변화시키는 것이 이론적으로 가능하다.39 to 42 show a silicon wafer processed by the method for manufacturing the silicon surgical blades described in FIG. As described above with reference to Figures 38-42, a silicone surgical blade that may be manufactured by the method of one embodiment of the present invention is shown in Figure 43. Several improvements in the manufacturing method 380 improve the mechanical strength, which will be described in detail below. For example, the horseshoe shown in FIG. 43 is larger in this embodiment compared to the embodiments of the present invention described above. In addition, the first laser cutting described in step 382 of FIG. 38 cuts the slots 390 forming the blades of the blade. In this embodiment, in order to perform etching to increase the blade mechanical strength, the non-cutting blade of the blade is performed to have the maximum length. The first laser cut may also form flanges 396 (shown in FIG. 43). By forming the flange 396 larger, the horseshoe formed in the second laser cutting can be formed more clearly. Also, in the step of forming the trench, each ″ snowflake ″ is cut off. The ″ snowflake ″ pattern is formed in trench forming step 1008 as shown in FIG. 40. The ″ snowflake ″ pattern includes oblique sides 392. Between the ″ snowflakes ″ (oblique sides 392) are not cut. This increases the mechanical strength and integration of the wafer 202. With respect to the laser cutting, it is theoretically possible to change the pulse width and / or pulse repetition frequency (PRF) in order to minimize the mechanical damage of the silicon.

도 38 내지 도 43에 관련하여 상술한 제조방법(380)은 레이저 절제, 라우팅(routing), 다이아몬드휠 그라인딩, 초음파 그라인딩, 랩핑(lapping), 연마(polishing), 스탬핑(stamping), 엠보싱(embossing), 이온 밀링(ion milling) 및 플라즈마 식각 방법들(즉, RIE, DRIE, ICP, 및 ECR)과 같은 여러 가지 다른 기계가공 실시예들에서 야기되는 손상을 제거하기 위하여 사용될 수 있다. 또한, KOH, NaOH, CeOH, RbOH, NH4OH, TMAH, EDP 또는 HNA을 사용하지만 반드시 이에 한정되지는 않는 비등방성 또는 등방성 습식 식각단계를 미리 수행함으로써 형성된 표면 품질을 개선하기 위하여 상기 제조방법(380)을 사용할 수 있다.The fabrication method 380 described above with reference to FIGS. 38-43 includes laser ablation, routing, diamond wheel grinding, ultrasonic grinding, lapping, polishing, stamping, embossing. , Ion milling and plasma etching methods (ie, RIE, DRIE, ICP, and ECR) can be used to eliminate the damage caused in various other machining embodiments. In addition, in order to improve the surface quality formed by performing an anisotropic or isotropic wet etching step using KOH, NaOH, CeOH, RbOH, NH 4 OH, TMAH, EDP or HNA in advance, but not necessarily limited thereto. 380) can be used.

상기 식각 용액(HNA)은 실리콘의 산화/환원 식각액이다. 적절한 조건하에서, 상기 용액은 실리콘 기저물질 및 임시적으로 형성된 실리콘 이산화물을 식각 제거하는 애노드/캐소드 쌍으로 작용하는 미세한 전기화학적 셀들을 매우 빠르게 형성한다. 이러한 반응 형태는 모든 표면에 동일하게 작용한다. 즉, 어떠한 표면 불균일이라도 실질적으로 만곡되거나 또는 제거됨을 의미한다. 형성된 표면들은 실질적으로 결함이 없는 표면이 되고, 분광 거울 같은 외형과 수백 Å의 표면거칠기를 갖는다.The etching solution (HNA) is an oxidation / reduction etching solution of silicon. Under appropriate conditions, the solution very quickly forms fine electrochemical cells that act as anode / cathode pairs that etch away the silicon substrate and temporarily formed silicon dioxide. This type of reaction works the same on all surfaces. That is, any surface irregularities are substantially curved or eliminated. The formed surfaces become substantially defect free surfaces and have a specular mirror-like appearance and hundreds of millimeters of surface roughness.

도 38 내지 도 43에 관련하여 상술한 방법에 의하여 실리콘 샘플들에 테스트를 수행하였다. 이러한 실리콘 샘플을 ″쿠폰들(coupons)″이라 한다. 상기 실리콘 쿠폰의 강도는 그 처리방법에 따른 함수로서 측정하였다. 시험결과가 의미하는 바와 같이, 도 38 내지 도 43에 관련하여 상술된 방법을 사용하면, 3점 굽힙 테스트(3-point bending test)를 사용하여 측정한 파괴계수(modulus of rupture; MOR)가 매우 증가하였다. 하기에 개시된 데이터는 기계적 장치들의 강도, 즉, 도 38 내지 도 43에 관련하여 도시되고 설명된 본 발명의 일 실시예의 방법에 의하여 준비된 수술용 및 비수술용 블레이드들과 본 발명의 실시예들에 의하여 본 명세서에 설명된 다른 실리콘 제조방법에 의하여 준비된 수술용 및 비수술용 블레이드들의 강도를 비교하기 위해 사용될 수 있다.Tests were performed on silicon samples by the method described above with respect to FIGS. 38-43. Such silicon samples are referred to as ″ coupons ″. The strength of the silicone coupon was measured as a function of its treatment method. As the test results mean, using the method described above with respect to Figs. 38-43, the modulus of rupture (MOR) measured using the 3-point bending test is very high. Increased. The data disclosed below are based on the strength of the mechanical devices, i.e., by the surgical and non-surgical blades prepared by the method of one embodiment of the invention shown and described with reference to FIGS. It can be used to compare the strength of surgical and non-surgical blades prepared by the other silicone manufacturing methods described herein.

단결정 실리콘의 취성파괴 경향 때문에, 상술한 본 발명의 다양한 방법들에 의하여 제조된 실리콘 제품을 정확하게 나타내는 쿠폰들을 테스트하는 것이 필요하였다. 평균 MOR 및 통계적 분포 값은 물질의 강도를 의미있게 특정하기 위하여 요구된다.Because of the brittle fracture tendency of single crystal silicon, it was necessary to test coupons that accurately represent silicon products made by the various methods of the present invention described above. Mean MOR and statistical distribution values are required to meaningfully specify the strength of the material.

강도측정시험을 수행하면서, 다이아몬드 휠을 사용하여 다이싱된 칼날, 젬시티(Gem City)의 짧은 펄스 YAG 레이저를 사용하여 절단된 칼날, 또는 시노바(Synova)의 긴 펄스 YAG 레이저를 사용하여 절단된 칼날을 평가하였다. 또한, 상기 세 칼날들의 표면들을 실리콘을 50 μm 식각제거하거나 150 μm 식각제거를 한 후에 테스트하였다. 식각액은 상기 절단 방법에 의하여 야기된 손상/응력 집중점들을 제거하기 위해 사용되었고, 결함들을 약화시키는 칼날들의 수를 줄이기 위해서도 또한 사용될 수 있다.While performing the strength test, the blade was diced using a diamond wheel, the blade was cut using Gem City's short pulse YAG laser, or the cut was made using Synova's long pulse YAG laser. The blades were evaluated. In addition, the surfaces of the three blades were tested after 50 μm etching or 150 μm etching of silicon. The etchant was used to remove the damage / stress concentration points caused by the cutting method and can also be used to reduce the number of blades that weaken defects.

각각의 경우에 있어서, 20 mm x 7 mm의 치수를 갖는 10개의 쿠폰들을 인스트론(Instron)에서 굽힘 모드(flexural mode)를 사용하여 측정하었다. 각각의 경우에서, 절단 후에 측면들을 식각하는 것은 평균 MOR을 상당히 증가시켰다. 데이터는 아래의 표 6에 정리되어 있다. 표 6에서, 쿠폰의 초기 두께가 표시되어 있다. 높은 MOR 값들은 도 44 내지 도 52에 도시된 바와 같이, 측면들에 있는 칩들 또는 스크래치들을 매끄럽게 하는 식각이 그 원인이 될 수 있다. 도 44 내지 도 52에서, tf는 쿠폰의 최종 두께를 나타낸다. 상기 측면들에 있는 칩들 또는 스크래치들을 매끄럽게 함으로써, 상기 쿠폰 내의 파멸적인 파괴가 시작되는 지점들을 실질적으로 감소시킨다. 250 μm까지 식각된 부분(상기 젬시티 장치들에 의하여 약 300에서 약 250 μm의 식각 깊이로 된 칼날들을 제외한다)의 데이터들을 배치처리하여 그 분포를 분석하였다. 데이터는 평균 MOR으로 1254 MPa, 및 표준 편차로 455 MPa을 갖는 정규분포를 보였다.In each case, 10 coupons with dimensions of 20 mm x 7 mm were measured using the flexural mode in Instron. In each case, etching the sides after cutting significantly increased the mean MOR. The data is summarized in Table 6 below. In Table 6, the initial thickness of the coupon is shown. High MOR values may be caused by an etching that smoothes the chips or scratches on the sides, as shown in FIGS. 44-52. 44 to 52, t f represents the final thickness of the coupon. By smoothing the chips or scratches on the sides, it substantially reduces the points where catastrophic destruction in the coupon begins. The distribution of the portions etched up to 250 μm (excluding the blades with an etching depth of about 300 to about 250 μm by the gemcity devices) was batched and analyzed for distribution. The data showed a normal distribution with 1254 MPa as mean MOR and 455 MPa as standard deviation.

절단 방법의 기능으로서의 MOR 및 에칭으로 제거된 물질MOR and material removed by etching as a function of the cutting method <111> 방향<111> direction 스팬(span): 16,5 mmSpan: 16,5 mm to=300μmto = 300μm MOR(MPa)MOR (MPa) 젬 시티(Gem City) 레이저로 절단: 식각없음Gem City laser cut: no etching 164.6164.6 젬 시티(Gem City) 레이저로 절단: 250μm까지 식각Cut with Gem City laser: etch down to 250μm 693.3693.3 시노바(synova) 레이저로 절단: 식각없음Cutting with synova laser: no etching 336.0336.0 시노바(synova) 레이저로 절단: 250μm까지 식각Cut with synova laser: etch down to 250 μm 1205.51205.5 디스코 쏘우(Disco Saw)로 절단: 식각없음Cutting with Disco Saw: No Etching 507.0507.0 디스코 쏘우(Disco Saw)로 절단: 250μm까지 식각Cutting with Disco Saw: Etch up to 250μm 1240.01240.0 <111> 방향<111> direction to=400μmto = 400μm 젬 시티(Gem City) 레이저로 절단: 식각없음Gem City laser cut: no etching 176.1176.1 젬 시티(Gem City) 레이저로 절단: 250μm까지 식각Cut with Gem City laser: etch down to 250μm 1245.41245.4 시노바(synova) 레이저로 절단: 식각없음Cutting with synova laser: no etching 315.0315.0 시노바(synova) 레이저로 절단: 250μm까지 식각Cut with synova laser: etch down to 250 μm 1411.91411.9 디스코 쏘우(Disco Saw)로 절단: 식각없음Cutting with Disco Saw: No Etching 498.0498.0 디스코 쏘우(Disco Saw)로 절단: 250μm까지 식각Cutting with Disco Saw: Etch up to 250μm 1218.01218.0 쿠폰(coupon)방향은 플랫(flat)과 평행하다.The coupon direction is parallel to the flat. 각각의 샘플 크기는 10. Each sample size is 10.

상기 시험을 통하여 아래의 결론들이 도출할 수 있다.Through the above test, the following conclusions can be drawn.

- 젬시티 레이저에 의한 손상 깊이는 다이싱 또는 시노바 레이저에 비하여 상당히 크다. 젬시티 레이저로 절단된 부분의 강도(170 MPa)는 시노바 레이저에 의해 절단된 부분의 강도(325 MPa)의 절반이다. -The depth of damage caused by gemcity lasers is significantly greater than that of dicing or synova lasers. The intensity (170 MPa) of the portion cut with the gemsci laser is half the intensity (325 MPa) of the portion cut by the synova laser.

- 시노바 레이저에 의해 절단된 부분의 강도(325 MPa)는 디스코(Disco) 다이싱 쏘우에 의하여 절단된 부분의 강도(502 MPa)의 약 60%이다. 이는 시노바 레이저의 손상 깊이가 더 깊은 것을 의미한다.The intensity (325 MPa) of the cut portion by the synova laser is about 60% of the intensity (502 MPa) of the cut portion by the Disco dicing saw. This means that the damage depth of the synova laser is deeper.

- 물질의 50 μm를 식각 제거하면, 디스코에 의한 절단 결과(1230 MPa)와 시노바 레이저 절단 결과(1300 MPa)가 서로 유사하다. 이들 모두는 다이싱을 하고 식각하지 않은 경우에 비하여 두 배 이상의 값이다.When 50 μm of material is etched away, the disco-cutting results (1230 MPa) and the synova laser cutting results (1300 MPa) are similar. All of these are more than double the value when dicing and not etching.

도 53A 내지 도 53C는 다이아몬드 블레이드들, 금속 블레이드들, 및 본 명세서에 상술한 본 발명의 실시예들에 의하여 제조된 실리콘 블레이드들을 비교한 결과를 도시한다. 도 53A을 참조하면, 본 명세서에 상술한 본 발명의 실시예들에 의하여 제조된 실리콘 블레이드들은 다이아몬드 블레이드들 보다, 비용적인 면을 고려하면, 높은 피크 스태브 힘(peak stab force)을 갖는다. 상기 실리콘 블레이드들은 금속 블레이드들보다 높은 피크 스태브 힘을 갖는다(다이아몬드 블레이드들의 제1 굵은 점(532), 실리콘 블레이드들의 제2 굵은 점(534), 및 금속 블레이드들의 제3 굵은 점(536)을 비교함). 53A-53C show results comparing diamond blades, metal blades, and silicon blades manufactured by embodiments of the invention described herein above. Referring to FIG. 53A, silicon blades manufactured by the embodiments of the present invention described herein above have a higher peak stab force in consideration of cost than diamond blades. The silicon blades have a higher peak stab force than metal blades (first thick point 532 of diamond blades, second thick point 534 of silicon blades, and third thick point 536 of metal blades). Compare).

상술한 본 발명의 실시예들에 의하여 제조된 실리콘 블레이드들은 실질적으로 금속 블레이드들 보다 더 예리할 수 있고(또한, 다이아몬드 블레이드들과 거의 같은 수준으로 예리할 수 있다), 실질적으로 금속 블레이드들 보다 더 매끄러울 수 있다(표 4 및 표 5를 참조하여 상술한 바와 같다)Silicon blades manufactured by the embodiments of the present invention described above may be substantially sharper than metal blades (and may also be sharply roughly at the same level as diamond blades) and substantially more than metal blades. May be smooth (as described above with reference to Tables 4 and 5)

도 53B 및 도 53C는 다이아몬드 블레이드들, 금속 블레이드들, 및 본 명세서에 상술한 본 발명의 실시예들에 의하여 제조된 실리콘 블레이드들의 손상 간극(wound gape)을 야기하는데 필요한 압력 및 테스트 매질을 관통하는데 필요한 힘의 비교 결과들을 각각 도시한다.53B and 53C are used to penetrate the pressure and test media required to cause a damage gap of diamond blades, metal blades, and silicon blades manufactured by embodiments of the invention described herein above. Each of the comparison results of the required force is shown.

도 63에 흐름도로 도시된 방법(600)의 단계는 수술용 또는 비수술용 블레이드들을 제조하기 위한 도 1, 도 2, 도 3 및 도 38을 참조하여 상술한 다른 방법들과 연관될 수 있다. 방법(600)은 상술한 본 발명의 다른 실시예들에 비하여 훨씬 더 복잡한 블레이드들을 형성할 수 있다. 방법(600)은 실리콘 웨이퍼(202)에 대하여 하기에 설명된다. 그러나, 본 기술분야의 당업자에게 자명한 바와 같이, 본 명세서에 설명된 방법(600) 및 다른 방법은 SiC, 사파이어, 또는 알루미늄 산화물 등(그러나 반드시 이에 한정되지는 않는다)을 포함하는 다른 물질들로 형성된 웨이퍼들(202)을 사용할 수 있다. 이러한 물질들은 단결정 또는 다결정물질일 수 있다.The steps of method 600 shown in flow chart in FIG. 63 may be associated with other methods described above with reference to FIGS. 1, 2, 3, and 38 for manufacturing surgical or non-surgical blades. Method 600 may form much more complex blades than other embodiments of the present invention described above. The method 600 is described below with respect to the silicon wafer 202. However, as will be apparent to one of ordinary skill in the art, the method 600 and other methods described herein may be of other materials, including but not limited to SiC, sapphire, or aluminum oxide, and the like. The formed wafers 202 may be used. Such materials may be monocrystalline or polycrystalline.

도 1, 도 2 및 도 3의 방법들에 따른 단계 1004 및 도 38의 방법에 따른 단계 382에 의하여 실리콘 웨이퍼(웨이퍼)(202)에 스루-홀 기준점들이 형성된 후에, 제조방법(600)이 수행된다. 상기 스루-홀 기준점들은 상기 제조 방법에서 이어지는 단계들에서 사용되는 다양한 머신들에 웨이퍼(202)를 정렬하기 위하여 사용된다. 제조방법(600)의 단계 2000에서, 포토레지스트층(540)이 웨이퍼(202)의 제1 측면 상에 형성된다. 이는 도 54에 도시되어 있다. 이중 빗면 블레이드가 요구되는 경우에는, 이어서 웨이퍼(202)의 양 측면 상에 포토레지스트층(540)이 형성된다. 이에 대하여는 하기에 상세하게 설명된다. 단계 2002에서, 포토레지스트층(504)는 베이크되고, 패턴화된 포토마스크(544)가 웨이퍼(202)를 덮는 포토레지스트 상에 위치되고, 이어서 베이크된 포토레지스트층(540)을 포함하는 웨이퍼(202) 및 패턴화된 포토마스크(544)가 일정 시간 동안 자외선(542)에 노광된다. 본 기술분야의 당업자에 자명한 바와 같이, 포토레지스트층(540)을 노광하기 위하여 자외선 이외에도 x-선과 같은 다른 유형의 광들도 사용될 수 있다(사용되는 포토레지스트 물질의 종류에 따름). 네가티브 또는 포지티브 포토레지스트 물질이 사용될 수 있다. 본 기술분야의 당업자에 자명한 바와 같이, 패턴화된 포토마스크(544)는 원하는 빗면각과 포토레지스트 물질의 종류에 따라 달라질 수 있다.After the through-hole reference points are formed in the silicon wafer (wafer) 202 by steps 1004 according to the methods of FIGS. 1, 2 and 3 and step 382 according to the method of FIG. 38, the manufacturing method 600 is performed. do. The through-hole reference points are used to align the wafer 202 to the various machines used in subsequent steps in the manufacturing method. In step 2000 of the manufacturing method 600, a photoresist layer 540 is formed on the first side of the wafer 202. This is illustrated in FIG. 54. If a double oblique blade is desired, then a photoresist layer 540 is formed on both sides of the wafer 202. This is described in detail below. In step 2002, the photoresist layer 504 is baked, and a patterned photomask 544 is placed on the photoresist covering the wafer 202, followed by a wafer comprising the baked photoresist layer 540 ( 202 and patterned photomask 544 are exposed to ultraviolet light 542 for a period of time. As will be apparent to those skilled in the art, other types of light, such as x-rays, may be used in addition to the ultraviolet light to expose the photoresist layer 540 (depending on the type of photoresist material used). Negative or positive photoresist materials may be used. As will be apparent to those skilled in the art, the patterned photomask 544 can vary depending on the desired oblique angle and type of photoresist material.

자외선(542)에 노광되고 이어서 현상됨에 따라, 포토레지스트층(540)은 패턴화된 포토레지스트층(541)이 되고 패턴화된 포토마스크(544)의 패턴은 패턴화된 포토레지스트층(541)으로 복사된다. 포지티브 포토레지스트 물질의 경우에는, x-선, 자외선, 또는 다른 광에 노광된 포토레지스트 물질부분은 현상 중에 제거된다. 네가티브 포토레지스트 물질은 이와 반대이다. 도 55A는 자외선(542)에 노광된 포토레지스트층(540)의 상면에 제1 패턴화된 포토마스크(544A)가 위치하는 도 55의 웨이퍼(202)의 단면을 도시한다. 도 55B는 자외선 노광이 종료되고, 패턴화된 포토레지스트층(541)을 형성하기 위하여 포토레지스트층(540)이 현상되고, 현상되고 제1 패턴화된 포토마스크(544A)가 제거된 후의 도 55A의 웨이퍼(202)의 단면을 도시한다. 도 55A 및 도 55B와 유사하게, 도 56A 및 도 56B는 제2 패턴화된 포토마스크(544B)의 배치와 자외선에의 노광 및 현상의 다른 예를 도시한다. 이중 빗면 블레이드를 원하는 경우에는, 웨이퍼(202)의 다른 측면에 단계 2000 및 단계 2002를 반복하여 수행할 수 있다.As exposed to ultraviolet light 542 and subsequently developed, photoresist layer 540 becomes patterned photoresist layer 541 and pattern of patterned photomask 544 becomes patterned photoresist layer 541. Copied to In the case of positive photoresist materials, portions of the photoresist material exposed to x-rays, ultraviolet light, or other light are removed during development. Negative photoresist material is the opposite. 55A shows a cross section of wafer 202 of FIG. 55 in which a first patterned photomask 544A is located on top of photoresist layer 540 exposed to ultraviolet light 542. 55B is a view of FIG. 55A after the UV exposure is complete and the photoresist layer 540 is developed, and the developed and first patterned photomask 544A is removed to form a patterned photoresist layer 541. The cross section of the wafer 202 is shown. Similar to FIGS. 55A and 55B, FIGS. 56A and 56B show another example of the placement of the second patterned photomask 544B and exposure and development to ultraviolet light. If a double oblique blade is desired, steps 2000 and 2002 can be repeated on the other side of the wafer 202.

단계 2002 이후에, 제조방법(600)은 결정단계 2003를 수행한다. 단계 2000 및 단계 2002의 결과에 의하여, 웨이퍼(202)의 제1 측면 상에는 제1 패턴화된 포토레지스트층(541)을 포함한다. 결정단계 2003에서, 이중 빗면 블레이드의 제조여부를 결정한다. 이중 빗면 블레이드를 제조하는 경우에는(결정단계 2003의 ″예″ 경로), 이어서 양 측면이 모두 처리되었는지 여부를 결정한다. 양 측면이 처리되지 않은 경우(결정단계 2001에서 ″아니오″ 경로), 이어서 제조방법(600)은 단계 2000 및 단계 2002를 반복하여 수행한다. 웨이퍼(202)의 제2 측면 상에 제2 포토레지스트층(540)을 적층하고, 단계 2002에서, 상기 제2 측면을 베이크하고, 제2 패턴화된 포토마스크(544B)를 제2 포토레지스트층(540) 상에 위치한다. 이어서 제2 포토레지스트층(540)을 제2 패턴화된 포토마스크(544B)를 통하여 자외선, x-선, 또는 다른 유형의 광에 노광한다. 결과적으로, 제2 포토레지스트층(540)은 제2 패턴화된 포토레지스트층(541)이 된다. 이어서, 상기 방법은 단계 2003으로 돌아가, 하나 또는 그 이상의 이중 빗면 블레이드들의 제조여부(결정단계 2003의 ″예″ 경로)를 다시 결정한다. 이어서, 제조방법(600)은 웨이퍼(202)의 양 측면이 모두 처리되었는지 여부를 결정하고(결정단계 2001에서 ″예″ 경로), 단계 2005로 이어진다. 단계 2005에서, 제1 및 제2 패턴화된 포토레지스트층들(540A, 540B)의 일 부분이 제거되기 위해, 각각 제1 및 제2 패턴화된 포토레지스트층들(540A, 540B)로 덮인 제1 및 제2 측면을 가지는 웨이퍼(202)가 현상된다. 상술한 바와 같이, 현상되고 제거되는 패턴화된 포토레지스트층들(541A, 541B)의 부분은 포토레지스트가 포토레지스트 물질의 종류가 네가티브 또는 포지티브 중 어느 것인지에 달려있다. 이어서, 제조방법(600)은 하기에 상세하게 설명되는 단계 2004로 이어진다.After step 2002, manufacturing method 600 performs decision step 2003. As a result of steps 2000 and 2002, a first patterned photoresist layer 541 is included on the first side of the wafer 202. In decision step 2003, it is determined whether the double oblique blade is manufactured. In the case of manufacturing double oblique blades ("yes" path of decision step 2003), it is then determined whether both sides have been processed. If both sides have not been processed (the ″ No ″ path in decision step 2001), then the manufacturing method 600 is repeated steps 2000 and 2002. Laminating a second photoresist layer 540 on a second side of the wafer 202, and in step 2002, bake the second side and a second patterned photomask 544B to a second photoresist layer. 540 is located on. The second photoresist layer 540 is then exposed to ultraviolet light, x-rays, or other types of light through the second patterned photomask 544B. As a result, the second photoresist layer 540 becomes the second patterned photoresist layer 541. The method then returns to step 2003 to re-determine whether one or more double oblique blades are manufactured ("yes" path of decision step 2003). The manufacturing method 600 then determines whether both sides of the wafer 202 have been processed (″ yes ″ path in decision step 2001) and continues to step 2005. In step 2005, a portion of the first and second patterned photoresist layers 540A, 540B is covered with first and second patterned photoresist layers 540A, 540B, respectively, to remove a portion. The wafer 202 having the first and second sides is developed. As discussed above, the portion of the patterned photoresist layers 541A, 541B that is developed and removed depends on whether the photoresist is of a negative or positive type of photoresist material. Manufacturing method 600 then continues to step 2004, which is described in detail below.

단계 2000 및 단계 2002의 최초의 수행에서, 이중 빗면 블레이드를 제조하지 않는 것으로 결정되면(결정단계 2003의 ″아니오″ 경로, 즉 단일 빗면 블레이드), 제조방법(600)은 단계 2005로 이어진다. 단계 2005에서, 제1 패턴화된 포토레지스트층(541)의 일 부분을 제거하기 위해 제1 패턴화된 포토레지스트층(541)으로 덮인 제1 측면만을 포함하는 웨이퍼(202)가 현상된다. 상술한 바와 같이, 현상되고 제거되는 패턴화된 포토레지스트층(541A)의 부분은 포토레지스트가 포토레지스트 물질의 종류가 네가티브 또는 포지티브 중 어느 것인지에 달려있다. 이어서, 제조방법(600)은 하기에 상세하게 설명되는 단계 2004로 이어진다.In the first run of steps 2000 and 2002, if it is determined not to manufacture the double oblique blades (the ″ no ″ path of decision step 2003, ie single oblique blades), the manufacturing method 600 continues to step 2005. In step 2005, the wafer 202 including only the first side covered with the first patterned photoresist layer 541 is developed to remove a portion of the first patterned photoresist layer 541. As discussed above, the portion of the patterned photoresist layer 541A that is developed and removed depends on whether the photoresist is of a negative or positive type of photoresist material. Manufacturing method 600 then continues to step 2004, which is described in detail below.

포토레지스트층(540)에 사용되는 패턴화된 포토마스크(544)는 형성되는 절단 장치의 원하는 빗면각을 기초로 하여 선택된다. 하기에 상세하게 설명되는 단계 2003에서 식각 방법이 습식, 건식, 등방성 또는 비등방성인지 여부를 기초로 하여 적절한 패턴들을 선택한다. 예를 들어, 다른 식각 방법들을 사용하면, 도 55A, 도 55B 및 도 56A, 도 56B에서 다른 패턴화된 포토마스크(544)를 사용할 수 있다. 식각의 많은 조합이 가능하며, 거의 대부분의 빗면각을 형성하기 위해 복합 마스크 및 반복적인 식각을 할 수 있다. 예시적으로, 그러나 이에 한정하는 것은 아닌, 제1 패턴화된 포토마스크(544A)를 사용하고, 이어서 제1 식각 방법, 이어서 제2 패턴화된 포토마스크(544B)를 제1 또는 제2 식각 방법에 이어서 사용할 수 있다. The patterned photomask 544 used for the photoresist layer 540 is selected based on the desired oblique angle of the cutting device to be formed. In step 2003, described in detail below, appropriate patterns are selected based on whether the etching method is wet, dry, isotropic or anisotropic. For example, using other etching methods, other patterned photomasks 544 can be used in FIGS. 55A, 55B and 56A, 56B. Many combinations of etchings are possible, and complex masks and repetitive etching can be performed to form almost all oblique angles. Illustratively, but not limited to, using a first patterned photomask 544A, followed by a first etching method, followed by a second patterned photomask 544B, in a first or second etching method. Followed by use.

단계 2004에서, 웨이퍼(202)가 식각된다. 상술한 바와 같이, 식각은 블레이드(수술용 또는 그 외의 용도) 또는 공구의 다른 유형을 형성하는 웨이퍼(202)의 결정물질의 층을 제거하는 과정이다. 본 예에서는, 식각은 블레이드의 형상과 각을 한정하는 트렌치를 형성하기 위하여 사용된다. 상술한 바와 같이, 트렌치 형성단계는 일반적으로 도 1, 도 2, 도 3 및 도 38에 도시된 방법들의 단계 1008에서 형성되며, 트렌치를 형성하기 위해 다이아몬드 쏘우 블레이드 또는 라우터에 의한 절단하거나, 레이저 또는 초음파 기계가공 장치를 사용하는 것을 포함하는, 그러나 반드시 이에 한정되지는 않는, 다양한 기계적 방법들을 사용한다. 트렌치들을 형성하기 위해 식각을 한 후 패턴화된 포토레지스트층(541)은 제거되고, 물질제거 단계를 완성하고 실제적으로 블레이드들의 칼날을 예리하게 하기 위해 추가적인 식각을 수행한다. 상기 프로세스가 보다 복잡하여도, 상술한 바와 같이, 복합 빗면들, 복합 빗면각들, 및 다양한 프로파일 각도들을 포함하는 매우 복잡한 블레이드 디자인을 제조할 수 있다.In step 2004, the wafer 202 is etched. As noted above, etching is the process of removing a layer of crystalline material of the wafer 202 forming a blade (surgery or otherwise) or other type of tool. In this example, etching is used to form trenches that define the shape and angle of the blade. As mentioned above, the trench forming step is generally formed in step 1008 of the methods shown in FIGS. 1, 2, 3 and 38, and by cutting with a diamond saw blade or router, or by laser or Various mechanical methods are used, including, but not necessarily limited to, the use of ultrasonic machining devices. After etching to form the trenches, the patterned photoresist layer 541 is removed and additional etching is performed to complete the material removal step and actually sharpen the blades of the blades. Although the process is more complex, as described above, it is possible to produce very complex blade designs that include complex slopes, composite slopes, and various profile angles.

단계 2004에서, 웨이퍼(202)는, 패턴화된 포토레지스트층(541)으로 마스크되어 있는 동안, 부분적으로 식각된다. 패턴화된 포토레지스트층(541)이 현상되면, 노출된 웨이퍼(202)는 식각될 수 있다. 선택한 식각액에 따라서, 상기 식각액은 패턴화된 포토레지스트층(541)의 밑 부분을 식각하거나, 또는 직접적으로 패턴화된 포토레지스트층(541)을 재형성한다. 이는 도 57A, 도 57B 및 도 58에 도시되어 있다. In step 2004, the wafer 202 is partially etched while being masked with the patterned photoresist layer 541. Once the patterned photoresist layer 541 is developed, the exposed wafer 202 may be etched. Depending on the etchant selected, the etchant may etch the bottom portion of the patterned photoresist layer 541 or reformate the directly patterned photoresist layer 541. This is illustrated in Figures 57A, 57B and 58.

도 57A는 본 발명의 일 실시예에 의하여 부분적인 비등방성 식각이 수행한 후의 도 55B의 실리콘 웨이퍼의 단면을 도시하고, 도 57B는 본 발명의 다른 실시예에 의하여 비등방성 식각 프로세스가 등방성 식각 프로세스로 인-싯츄(insitu) 변환된 후의 도 56B의 실리콘 웨이퍼의 단면을 도시한다. 도 58은 본 발명의 일 실시예에 의하여 부분적인 습식 등방성 식각을 수행한 후의 도 56B의 실리콘 웨이퍼의 단면을 도시한다.FIG. 57A shows a cross-section of the silicon wafer of FIG. 55B after partial anisotropic etching is performed by one embodiment of the present invention, and FIG. 57B is an isotropic etching process by an anisotropic etching process according to another embodiment of the present invention. The cross-section of the silicon wafer of FIG. 56B after in-situ conversion is shown. FIG. 58 illustrates a cross-section of the silicon wafer of FIG. 56B after performing partial wet isotropic etching in accordance with an embodiment of the present invention.

도 57A는 식각액이 패턴화된 포토레지스트층(541)의 외형을 직접적으로 재형성한 예를 도시한다. 상기 예에서 사용된 식각액은 비등방성 반응성 이온 식각액이다. 제1 식각 면적들(546A, 546B)은 패턴화된 포토레지스트층(541)의 외형을 복사한다. 도 58에서, 습식 등방성 식각액은 현상된 포토레지스트층(541)의 밑부분을 식각한다. 도 58은 도 1, 도2, 도3 및 도 38에 도시된 방법들에 관계하여 상세하게 상술한 습식 등방성 식각 방법의 사용을 도시한다. 도 58의 패턴화된 포토레지스트층(541)은 습식 등방성 식각 방법에 의해 영향받지 않으며, 원형을 보존한다(도 56B의 비식각웨이퍼(202)와 비교함)57A shows an example in which the etchant directly reforms the appearance of the patterned photoresist layer 541. The etchant used in this example is an anisotropic reactive ion etchant. The first etch areas 546A and 546B copy the contour of the patterned photoresist layer 541. In FIG. 58, the wet isotropic etchant etches the bottom of the developed photoresist layer 541. FIG. 58 illustrates the use of the wet isotropic etching method described above in detail with respect to the methods shown in FIGS. 1, 2, 3 and 38. The patterned photoresist layer 541 of FIG. 58 is not affected by the wet isotropic etching method and preserves the original shape (compared to the non-etched wafer 202 of FIG. 56B).

도 57B는 V형-홈 또는 제2 식각 면적들(548A, 548B)을 형성하기 위하여, 비등방성 및 등방성 반응성 이온 식각(reactive ion etching; RIE) 방법을 결합하여 수행한 결과이다. 도 57B에서, 제2 식각 면적들(548A, 548B)은 두 단계의 RIE 방법에 의하여 형성된다. 첫째로, 웨이퍼(202)는 결과적으로 비등방성 식각인 플라즈마조건 하에서 식각된다. 웨이퍼의 상기 결과는 도 57A에 도시된 바와 같다. 이어서, 프로세스 매개변수들이 인-싯츄(insitu) 변환되어 식각이 등방성으로 수행된다. RIE 등방성 식각액은 패턴화된 포토레지스트층(541)에 영향을 주며, 이는 도 57B의 웨이퍼(202)와 도 55B 및 도 57A의 웨이퍼(202)를 비교하면 알 수 있다. 라인의 폭들과 그 사이의 공간들을 주의하여 선택하면, 기저물질 내로 다른 비율로 진행되도록 식각의 RIE 비등방성 부분이 형성될 수 있다.FIG. 57B illustrates a result of combining anisotropic and isotropic reactive ion etching (RIE) methods to form V-groove or second etching areas 548A and 548B. In FIG. 57B, the second etch areas 548A, 548B are formed by a two step RIE method. First, the wafer 202 is etched under plasma conditions, which is consequently anisotropic etch. The result of the wafer is as shown in FIG. 57A. The process parameters are then in-situ transformed so that etching is isotropically performed. The RIE isotropic etchant affects the patterned photoresist layer 541, which can be seen by comparing the wafer 202 of FIG. 57B with the wafer 202 of FIGS. 55B and 57A. With careful selection of the widths of the lines and the spaces between them, the RIE anisotropic portion of the etch can be formed to proceed at different rates into the base material.

도 58은 실질적으로 패턴화된 포토레지스트층(541)의 밑부분을 식각하기 위하여 습식 등방성 식각액을 사용하는 습식 등방성 식각 후에 도 56B의 실리콘 웨이퍼의 단면을 도시한다. 그 결과, 좁은 V형-홈, 또는 제3 식각 면적(550)이 형성된다. 상술한 어떤 식각 프로세스들(그리고 그들의 다양한 조합들)에 있어서, 최종 블레이드 상에 절단 칼날 선행 형상들(pre-forms)이 되는 적절한 트렌치를 형성하기 위하여, 식각은 수십 μm에만 진행된다(웨이퍼(202)의 초기 두께의 부분) FIG. 58 illustrates a cross-section of the silicon wafer of FIG. 56B after wet isotropic etching using a wet isotropic etchant to etch the bottom of the substantially patterned photoresist layer 541. As a result, a narrow V-groove, or third etching area 550 is formed. In any of the etching processes (and various combinations thereof) described above, the etching proceeds only a few tens of micrometers (wafer 202) to form a suitable trench that becomes cutting edge pre-forms on the final blade. Part of the initial thickness)

단계 2004 후에, 즉, 상술한 식각 방법들(또는 이들의 조합)을 사용하여 웨이퍼(202)가 식각되는 단계 후에, 패턴화된 포토레지스트층(541)은 적절한 습식 화합물(용매, 상업적인 포토 스트리퍼(photo stripper), 등)을 이용하여 단계 2006에서 제거되거나, 산소 플라즈마 장치에서 애싱된다. 도 59는 패턴화된 포토레지스트층(541)이 제거된 도 57B의 웨이퍼의 단면을 도시한다. 웨이퍼(202)는 단일 빗면 블레이드를 형성한다. 도 60은 패턴화된 포토레지스트층(541)이 제거된 도 58의 웨이퍼(202)의 단면을 도시한다. 웨이퍼(202)는 또한 단일 빗면 블레이드를 형성한다. 도 61은 이중 빗면 블레이드를 형성하기 위하여 두 개의 부분 식각 부위들(도 59의 식각 부위와 유사한 두 개의 식각 부위)을 포함하고 패턴화된 포토레지스트층(541)이 제거된 웨이퍼의 단면을 도시하고, 도 62는 이중 빗면 블레이드를 형성하기 위하여 두 개의 부분 식각 부위들(도 60의 식각 부위와 유사한 두 개의 식각 부위)을 포함하고 패턴화된 포토레지스트층(541)이 제거된 웨이퍼의 단면을 도시한다. After step 2004, i.e., after the wafer 202 is etched using the above-described etching methods (or combinations thereof), the patterned photoresist layer 541 may be a suitable wet compound (solvent, commercial photo stripper ( photo stripper, etc.) or removed in step 2006 or ashed in an oxygen plasma apparatus. FIG. 59 shows a cross-section of the wafer of FIG. 57B with the patterned photoresist layer 541 removed. Wafer 202 forms a single oblique blade. FIG. 60 shows a cross-section of wafer 202 of FIG. 58 with patterned photoresist layer 541 removed. Wafer 202 also forms a single oblique blade. FIG. 61 shows a cross-section of a wafer that includes two partial etch sites (two etch sites similar to the etch site in FIG. 59) to form a double oblique blade and with the patterned photoresist layer 541 removed. FIG. 62 shows a cross-section of a wafer that includes two partial etch sites (two etch sites similar to the etch site in FIG. 60) to remove the patterned photoresist layer 541 to form a double oblique blade. do.

패턴화된 포토레지스트층(541)이 단계 2006에서 일단 제거되면, 초기에 식각된(또는 트렌치된) 웨이퍼들(202)은 단계 2008에서 UV 레이저 다이싱 테이프에 마운팅되고, 이어서 상기 블레이드들의 비절단 칼날들을 형성하기 위해, 스루-홀 슬롯들(390)이 단계 2010에서 웨이퍼들(202) 내로 절단된다. 이러한 단계들은 모두 상세하게 상술되어 있다. 단계 2012에서, 마운팅된 웨이퍼(202)는 상기 레이저 테이프에서 제거되고, 파편과 유기물 및 금속 불순물을 제거하기 위해서 일련의 욕조에서 세정된다. 이어서, 제조방법(600)은 단계 1018에서 설명한 등방성 식각을 수행하기 위하여 도 1, 도 2, 도 3 및 도 38에 관계하여 상술한 방법들로 돌아간다. 그러나, 추가적인 형상들을 형성하기 위하여 수행되는 수많은 추가 단계가 있다. 예를 들어, 단계 2002와 관련하여 상술한 바와 같이, 등방성 식각 단계 1018를 수행하기 전에 웨이퍼(202)의 일 측면에 코팅층이 형성될 수 있다. 또한, 단계 1016과 관련하여 상술한 바와 같이, 선택적인 다이싱 단계가 수행될 수 있다. 습식 등방성 식각 단계 1018 이후에, 도 1의 방법이 수행되는 경우는, 단계 1019(변환 층의 선택적 추가)가 이어지고, 도 2, 도 3, 및 도 38의 방법들이 수행되는 경우에는 단계 1020(마운팅)이 이어진다. Once the patterned photoresist layer 541 is removed in step 2006, the initially etched (or trenched) wafers 202 are mounted on a UV laser dicing tape in step 2008, followed by uncutting of the blades. To form the blades, through-hole slots 390 are cut into wafers 202 in step 2010. These steps are all described in detail. In step 2012, the mounted wafer 202 is removed from the laser tape and cleaned in a series of baths to remove debris, organics and metal impurities. The manufacturing method 600 then returns to the methods described above with respect to FIGS. 1, 2, 3 and 38 to perform the isotropic etching described in step 1018. However, there are a number of additional steps performed to form additional shapes. For example, as described above with respect to step 2002, a coating layer may be formed on one side of the wafer 202 prior to performing the isotropic etching step 1018. Also, as described above with respect to step 1016, an optional dicing step may be performed. After the wet isotropic etching step 1018, if the method of FIG. 1 is performed, step 1019 (optional addition of the conversion layer) is followed, and if the methods of FIGS. 2, 3, and 38 are performed, step 1020 (mounting) ) Is followed.

식각 단계 1018에서, 웨이퍼(202)는 상술한 등방성 HNA 욕조에서 습식 식각된다. 상기 V형-홈들(또는 제1, 제2 또는 제3 식각 면적들(546, 548, 550))은 전체 웨이퍼/블레이드들에 최종 목표 두께를 주기 위하여 평면 표면을 식각 제거하는 것과 같이, 매우 예리한 절단 칼날들을 형성하기 위하여 상기 HNA 식각에 의하여 같이 형성된다. 이어서, 웨이퍼(202)는 전체적으로 세정되어 식각이 정지된다. 이어서, 상세하게 상술한 바와 같이, 상기 블레이드들은 싱귤레이션되고, 유용한 기계적 절단 공구들(의학적 예리함들)을 형성하기 위해 핸들들과 결합된다.In etching step 1018, the wafer 202 is wet etched in the isotropic HNA bath described above. The V-grooves (or first, second or third etch areas 546, 548, 550) are very sharp, such as etching away a planar surface to give a final target thickness to the entire wafer / blades. It is formed together by the HNA etching to form cutting blades. Subsequently, the wafer 202 is cleaned as a whole and the etching is stopped. Then, as detailed above, the blades are singulated and engaged with the handles to form useful mechanical cutting tools (medical sharps).

본 발명은 예시적인 실시예들을 참조로 하여 설명되었다. 그러나, 상술한 예시적인 실시예들과는 다른 형태로 본 발명이 변형될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 명백할 것이다. 이것은 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않을 것이다. 상기 예시적인 실시예들은 단지 설명을 위함이며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The invention has been described with reference to exemplary embodiments. However, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be modified in other forms than the above-described exemplary embodiments. This will not depart from the scope of the technical idea of the present invention. The above exemplary embodiments are merely illustrative and are not necessarily limited thereto.

본 발명에 따른 시스템 및 방법에 의하여 형성된 실리콘 블레이드는 다이아몬드 블레이드들의 예리함을 가지면서, 1회용 스테인리스 강 블레이드의 제조비용으로서 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 시스템 및 방법은 선형 또는 비선형 블레이드 빗면들을 모두 갖는 수술용 및 다양한 형태의 블레이드들을 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 시스템 및 방법은, 본 명세서에 설명된 방법들에 의하여 블레이드들(수술용 또는 비수술용) 또는 다른 기계적 장치들이 제조함으로써, 실리콘 결정물질 내에 야기되는 기계적 손상을 제거할 수 있다. 본 발명에 의하여 제조된 블레이드들은 안과의 외과수술, 예를 들어, 백내장 및 굴절 수술과정에 사 용될 수 있고, 마이크로수술용, 심장, 눈, 귀, 뇌, 정형외과 및 성형외과 수술용 및 생물학적 사용뿐만 아니라 비의료용, 및 비생물학용 목적으로도 사용될 수 있다. Silicon blades formed by the system and method according to the invention can be manufactured as a manufacturing cost of disposable stainless steel blades, with the sharpness of diamond blades. In addition, the systems and methods according to the present invention can produce surgical and various types of blades having both linear or nonlinear blade oblique surfaces. In addition, the systems and methods according to the present invention can eliminate the mechanical damage caused in silicon crystals by making blades (surgical or non-surgical) or other mechanical devices by the methods described herein. . The blades made in accordance with the present invention can be used in ophthalmic surgical procedures such as cataract and refractive surgery, and can be used for microsurgery, heart, eye, ear, brain, orthopedic and plastic surgery, and for biological use. It can also be used for non-medical and non-biological purposes.

Claims (21)

블레이드의 최소한 하나의 블레이드 프로파일을 포함하는 트렌치를 결정물질 웨이퍼 내의 결정물질의 제1 측면 상에 형성하는 단계; 및Forming a trench comprising at least one blade profile of the blade on the first side of the crystalline material in the crystalline material wafer; And 최소한 하나의 절단 칼날을 형성하기 위하여, 최소한 상기 결정물질의 상기 제1 측면을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정물질 웨이퍼로부터 절단 장치를 제조하는 방법.Etching at least the first side of the crystalline material to form at least one cutting blade. 제1항에 있어서, 상기 결정물질에 상기 블레이드의 최소한 하나의 측면 칼날을 형성하는 단계를 더 포함하고,The method of claim 1, further comprising forming at least one side blade of the blade in the crystalline material. 최소한 상기 결정물질의 상기 제1 측면을 식각하는 단계는 최소한 상기 하나의 측면 칼날을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정물질 웨이퍼로부터 절단 장치를 제조하는 방법.Etching at least the first side of the crystalline material comprises etching at least the one side blade. 제2항에 있어서, 최소한 상기 하나의 측면 칼날은 비선형(non-linear) 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정물질 웨이퍼로부터 절단 장치를 제조하는 방법.3. The method of claim 2, wherein at least one side blade comprises a non-linear portion. 제3항에 있어서, 상기 비선형 부분은 말굽(horseshoe) 형상인 것을 특징으로 하는 결정물질 웨이퍼로부터 절단 장치를 제조하는 방법.4. The method of claim 3 wherein the non-linear portion is horseshoe shaped. 제1항에 있어서, 상기 트렌치를 형성하는 단계는 제1 빗면(bevel)을 포함하는 제1 패턴들을 형성하는 단계를 포함하고, The method of claim 1, wherein the forming of the trench comprises forming first patterns including a first bevel, 최소한 상기 결정물질의 상기 제1 측면을 식각하는 단계는, 최소한 상기 하나의 절단 칼날의 최소한 제1 부분을 형성하도록 상기 제1 빗면을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정물질 웨이퍼로부터 절단 장치를 제조하는 방법.Etching at least the first side of the crystalline material comprises etching the first inclined surface to form at least a first portion of at least one of the cutting blades. How to prepare. 제5항에 있어서, 상기 트렌치를 형성하는 단계는 제2 빗면을 포함하는 제2 패턴들을 형성하는 단계를 포함하고, The method of claim 5, wherein the forming of the trench comprises forming second patterns including a second oblique surface. 최소한 상기 결정물질의 상기 제1 측면을 식각하는 단계는, 제2 절단 칼날의 최소한 제2 부분을 형성하도록 상기 제2 빗면을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정물질 웨이퍼로부터 절단 장치를 제조하는 방법.Etching at least the first side of the crystalline material comprises etching the second inclined surface to form at least a second portion of a second cutting blade. How to. 제6항에 있어서, 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은 상기 결정물질의 상기 제1 측면에 위치하고, 상기 제1 빗면 및 상기 제2 빗면은 서로 이격된 것을 특징으로 하는 결정물질 웨이퍼로부터 절단 장치를 제조하는 방법.The apparatus of claim 6, wherein the first pattern and the second pattern are positioned on the first side of the crystalline material, and the first and second inclined surfaces are spaced apart from each other. How to prepare. 제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2 패턴들 중에 최소한 하나는 상기 결정물질 의 상기 제1 측면 상에 눈송이(snowflake) 패턴으로 형성된 복수의 빗면들을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정물질 웨이퍼로부터 절단 장치를 제조하는 방법.8. The cut from a crystalline material wafer of claim 7, wherein at least one of the first and second patterns comprises a plurality of oblique surfaces formed in a snowflake pattern on the first side of the crystalline material. Method of manufacturing the device. 제1항에 있어서, 최소한 상기 블레이드의 비절단(non-cutting) 칼날 부분을 포함하는 최소한 하나의 슬롯(slot)을 상기 결정물질 내에 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결정물질 웨이퍼로부터 절단 장치를 제조하는 방법.The method of claim 1, further comprising forming at least one slot in the crystalline material that includes at least a non-cutting blade portion of the blade. Method of manufacturing the device. 제9항에 있어서, 최소한 상기 하나의 슬롯을 형성하는 단계는 상기 블레이드의 비절단 칼날의 길이를 최대화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정물질 웨이퍼로부터 절단 장치를 제조하는 방법.10. The method of claim 9, wherein forming the at least one slot comprises maximizing the length of the uncut blades of the blade. 제1항에 있어서, 상기 식각하는 단계는: The method of claim 1, wherein the etching comprises: 최소한 하나의 블레이드 프로파일을 가지는 결정물질 웨이퍼를 웨이퍼 보트에 탑재하는 단계;Mounting a crystalline wafer having at least one blade profile in a wafer boat; 상기 웨이퍼 보트 및 상기 최소한 하나의 블레이드 프로파일을 가지는 결정물질 웨이퍼를 등방성 산성 욕조(isotropic acid bath) 내에 침지시키는 단계; 및Immersing a crystalline wafer having the wafer boat and the at least one blade profile in an isotropic acid bath; And 상기 결정물질이 노출된 표면에서 균일한 방식으로 제거될 수 있도록 상기 결정물질을 균일한 방식으로 식각하는 단계를 포함하고, Etching the crystalline material in a uniform manner so that the crystalline material can be removed from the exposed surface in a uniform manner, 예리한 절단 장치 칼날은 상기 최소한 하나의 블레이드 프로파일의 형상으로 식각되는 것을 특징으로 하는 결정물질 웨이퍼로부터 절단 장치를 제조하는 방법.Sharp cutting device blades are etched into the shape of the at least one blade profile. 제11항에 있어서, 상기 등방성 산성 욕조는 플루오르화 수소산(hydrofluoric acid), 질산(nitric acid), 및 아세트산(acetic acid)의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정물질 웨이퍼로부터 절단 장치를 제조하는 방법.12. The method of claim 11 wherein the isotropic acid bath comprises a mixture of hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid. . 제11항에 있어서, 상기 등방성 산성 욕조는 플루오르화 수소산, 질산, 및 물의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정물질 웨이퍼로부터 절단 장치를 제조하는 방법.12. The method of claim 11 wherein the isotropic acid bath comprises a mixture of hydrofluoric acid, nitric acid, and water. 제1항에 있어서, 상기 식각하는 단계는:The method of claim 1, wherein the etching comprises: 최소한 하나의 블레이드 프로파일을 가지는 결정물질 웨이퍼를 웨이퍼 보트에 탑재하는 단계;Mounting a crystalline wafer having at least one blade profile in a wafer boat; 상기 웨이퍼 보트 및 상기 최소한 하나의 블레이드 프로파일을 가지는 결정물질 웨이퍼에 스프레이 식각액을 스프레이하는 단계; 및Spraying a spray etchant onto the crystalline material wafer having the wafer boat and the at least one blade profile; And 상기 결정물질이 노출된 표면에서 균일한 방식으로 제거될 수 있도록 상기 스프레이 식각액을 사용하여 상기 결정물질을 균일한 방식으로 식각하는 단계를 포함하고,Etching the crystalline material in a uniform manner using the spray etchant so that the crystalline material can be removed from the exposed surface in a uniform manner, 예리한 절단 장치 칼날은 상기 최소한 하나의 블레이드 프로파일의 형상으로 식각되는 것을 특징으로 하는 결정물질 웨이퍼로부터 절단 장치를 제조하는 방법.Sharp cutting device blades are etched into the shape of the at least one blade profile. 제1항에 있어서, 상기 식각하는 단계는:The method of claim 1, wherein the etching comprises: 최소한 하나의 블레이드 프로파일을 가지는 결정물질 웨이퍼를 웨이퍼 보트에 탑재하는 단계;Mounting a crystalline wafer having at least one blade profile in a wafer boat; 상기 웨이퍼 보트 및 상기 최소한 하나의 블레이드 프로파일을 가지는 결정물질 웨이퍼를 등방성 크세논디플로라이드(xenon diflouride), 설파헥사플로라이드(sulfur hexafluoride) 또는 유사한 불소계 가스(fluorinated gas) 환경 내에 침지시키는 단계; 및Immersing the wafer boat and the crystalline wafer having the at least one blade profile in an isotropic xenon diflouride, sulfa hexafluoride or similar fluorinated gas environment; And 상기 결정물질이 노출된 표면에서 균일한 방식으로 제거될 수 있도록 상기 등방성 크세논디플로라이드, 설파헥사플로라이드 또는 유사한 불소계 가스를 사용하여 상기 결정물질을 균일한 방식으로 식각하는 단계를 포함하고, Etching the crystalline material in a uniform manner using the isotropic xenon difluoride, sulfahexafluoride or similar fluorine-based gas so that the crystalline material can be removed in a uniform manner from the exposed surface, 예리한 절단 장치 칼날은 상기 최소한 하나의 블레이드 프로파일의 형상으로 식각되는 것을 특징으로 하는 결정물질 웨이퍼로부터 절단 장치를 제조하는 방법.Sharp cutting device blades are etched into the shape of the at least one blade profile. 제1항에 있어서, 상기 식각하는 단계는: The method of claim 1, wherein the etching comprises: 최소한 하나의 블레이드 프로파일을 가지는 결정물질 웨이퍼를 웨이퍼 보트에 탑재하는 단계;Mounting a crystalline wafer having at least one blade profile in a wafer boat; 상기 웨이퍼 보트 및 상기 최소한 하나의 블레이드 프로파일을 가지는 결정 물질 웨이퍼를 전해 욕조(electrolytic bath) 내에 침지시키는 단계; 및Immersing a crystalline material wafer having the wafer boat and the at least one blade profile in an electrolytic bath; And 상기 결정물질이 노출된 표면에서 균일한 방식으로 제거될 수 있도록 상기 전해 욕조를 사용하여 상기 결정물질을 균일한 방식으로 식각하는 단계를 포함하고, Etching the crystalline material in a uniform manner using the electrolytic bath so that the crystalline material can be removed from the exposed surface in a uniform manner, 예리한 절단 장치 칼날은 상기 최소한 하나의 블레이드 프로파일의 형상으로 식각되는 것을 특징으로 하는 결정물질 웨이퍼로부터 절단 장치를 제조하는 방법.Sharp cutting device blades are etched into the shape of the at least one blade profile. 제2항에 있어서, 상기 최소한 하나의 측면 칼날을 형성하는 단계는 엑시머 레이저 또는 레이저 워터-젯의 레이저 빔에서 상기 결정물질로 에너지를 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정물질 웨이퍼로부터 절단 장치를 제조하는 방법.3. The apparatus of claim 2, wherein forming at least one side blade comprises transferring energy from the excimer laser or a laser water-jet laser beam to the crystalline material. How to prepare. 제9항에 있어서, 상기 최소한 하나의 슬롯을 형성하는 단계는 엑시머 레이저 또는 레이저 워터-젯의 레이저 빔에서 상기 결정물질로 에너지를 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정물질 웨이퍼로부터 절단 장치를 제조하는 방법.10. The cutting device of claim 9, wherein forming at least one slot comprises transferring energy from the excimer laser or a laser water-jet laser beam to the crystalline material. How to manufacture. 제1항에 있어서, 상기 결정물질은 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 결정물질 웨이퍼로부터 절단 장치를 제조하는 방법.The method of claim 1, wherein the crystalline material comprises silicon. 제1항에 있어서, 트렌치를 형성하는 단계는:The method of claim 1, wherein forming the trench comprises: 상기 결정물질의 상기 제1 측면 상에 포토레지스트층을 형성하는 단계;Forming a photoresist layer on the first side of the crystalline material; 최소한 상기 포토레지스트층의 일 부분은 상기 결정물질의 상기 제1 측면의 최소한 제1 부분을 제거하여 상기 포토레지스트층을 패터닝하는 단계;Patterning the photoresist layer by removing at least a portion of the photoresist layer at least a first portion of the first side of the crystalline material; 상기 트렌치를 형성하기 위하여 상기 결정물질의 상기 제1 측면의 상기 제1 부분을 부분적으로 식각하는 단계; 및Partially etching the first portion of the first side of the crystalline material to form the trench; And 최소한 상기 결정물질의 상기 제1 측면을 식각하는 단계 전에 상기 포토레지스트층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정물질 웨이퍼로부터 절단 장치를 제조하는 방법.Removing the photoresist layer at least before the etching of the first side of the crystalline material. 제1항에 있어서, 부분적으로 식각하는 단계는 상기 결정물질의 상기 제1 부분의 등방성 반응성 이온 식각단계와 상기 결정물질의 상기 제1 부분의 비등방성 반응성 이온 식각단계 중에 최소한 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정물질 웨이퍼로부터 절단 장치를 제조하는 방법.The method of claim 1, wherein the partially etching comprises at least one of isotropic reactive ion etching of the first portion of the crystalline material and anisotropic reactive ion etching of the first portion of the crystalline material. A method of manufacturing a cutting device from a crystalline material wafer.
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