KR20070005725A - Methods of fabricating complex blade geometries from silicon wafers and strengthening blade geometries - Google Patents
Methods of fabricating complex blade geometries from silicon wafers and strengthening blade geometries Download PDFInfo
- Publication number
- KR20070005725A KR20070005725A KR1020067023873A KR20067023873A KR20070005725A KR 20070005725 A KR20070005725 A KR 20070005725A KR 1020067023873 A KR1020067023873 A KR 1020067023873A KR 20067023873 A KR20067023873 A KR 20067023873A KR 20070005725 A KR20070005725 A KR 20070005725A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- blade
- blades
- etching
- wafer
- crystalline material
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
- A61B17/32—Surgical cutting instruments
- A61B17/3209—Incision instruments
- A61B17/3211—Surgical scalpels, knives; Accessories therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
- A61B2017/00526—Methods of manufacturing
Abstract
Description
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
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
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
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
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,
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
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
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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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,
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
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
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,
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
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
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
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 /
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
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 /
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
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
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
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.
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
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
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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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)
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US56639704P | 2004-04-30 | 2004-04-30 | |
US60/566,397 | 2004-04-30 | ||
US58485004P | 2004-07-02 | 2004-07-02 | |
US60/584,850 | 2004-07-02 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20070005725A true KR20070005725A (en) | 2007-01-10 |
Family
ID=35320912
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020067023873A KR20070005725A (en) | 2004-04-30 | 2005-04-29 | Methods of fabricating complex blade geometries from silicon wafers and strengthening blade geometries |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1751790A4 (en) |
JP (1) | JP2007535384A (en) |
KR (1) | KR20070005725A (en) |
AU (1) | AU2005241946B2 (en) |
BR (1) | BRPI0510488A (en) |
CA (1) | CA2564196A1 (en) |
MX (1) | MXPA06012320A (en) |
NZ (1) | NZ551031A (en) |
RU (1) | RU2006137478A (en) |
WO (1) | WO2005109488A2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011169784A (en) * | 2010-02-19 | 2011-09-01 | Disco Corp | Method of preparing sample for inspection |
BR112013024213B8 (en) * | 2011-03-22 | 2023-04-18 | Chang He Bio Medical Science Yangzhou Co Ltd | MEDICAL INSTRUMENT AND MEDICAL INSTRUMENT MANUFACTURING METHOD |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19859905C2 (en) * | 1998-01-27 | 2002-05-23 | Gfd Ges Fuer Diamantprodukte M | Diamond cutting tool |
US6099543A (en) * | 1998-03-18 | 2000-08-08 | Smith; Thomas C. | Ophthalmic surgical blade |
US20020078576A1 (en) * | 2000-11-10 | 2002-06-27 | Carr William N. | Micromachined surgical scalpel |
BRPI0308319B1 (en) * | 2002-03-11 | 2015-06-09 | Beaver Visitec Int Us Inc | Method for making a crystalline material cutting device and method for making a surgical blade of crystalline material |
-
2005
- 2005-04-29 AU AU2005241946A patent/AU2005241946B2/en active Active
- 2005-04-29 MX MXPA06012320A patent/MXPA06012320A/en active IP Right Grant
- 2005-04-29 KR KR1020067023873A patent/KR20070005725A/en not_active Application Discontinuation
- 2005-04-29 WO PCT/US2005/015016 patent/WO2005109488A2/en active Application Filing
- 2005-04-29 NZ NZ551031A patent/NZ551031A/en unknown
- 2005-04-29 JP JP2007511053A patent/JP2007535384A/en active Pending
- 2005-04-29 BR BRPI0510488-2A patent/BRPI0510488A/en not_active Application Discontinuation
- 2005-04-29 CA CA002564196A patent/CA2564196A1/en not_active Abandoned
- 2005-04-29 EP EP05758045A patent/EP1751790A4/en not_active Withdrawn
- 2005-04-29 RU RU2006137478/28A patent/RU2006137478A/en not_active Application Discontinuation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1751790A2 (en) | 2007-02-14 |
JP2007535384A (en) | 2007-12-06 |
NZ551031A (en) | 2010-08-27 |
MXPA06012320A (en) | 2007-01-31 |
EP1751790A4 (en) | 2011-03-23 |
BRPI0510488A (en) | 2007-11-13 |
CA2564196A1 (en) | 2005-11-17 |
WO2005109488A3 (en) | 2006-11-16 |
WO2005109488A2 (en) | 2005-11-17 |
AU2005241946A1 (en) | 2005-11-17 |
AU2005241946B2 (en) | 2010-06-03 |
RU2006137478A (en) | 2008-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7396484B2 (en) | Methods of fabricating complex blade geometries from silicon wafers and strengthening blade geometries | |
EP1490191B1 (en) | Method for the manufacture of surgical blades | |
EP2095780A1 (en) | Surgical knife, surgical knife blade and method of producing the same, and surgical knife handle | |
RU2363771C2 (en) | Silicon edges for surgical and nonsurgical application | |
US7387742B2 (en) | Silicon blades for surgical and non-surgical use | |
US7785485B2 (en) | System and method for creating linear and non-linear trenches in silicon and other crystalline materials with a router | |
US20090007436A1 (en) | Silicon blades for surgical and non-surgical use | |
KR20070005725A (en) | Methods of fabricating complex blade geometries from silicon wafers and strengthening blade geometries | |
AU2004273978B2 (en) | Silicon blades for surgical and non-surgical use | |
TWI281712B (en) | System and method for the manufacture of surgical blades | |
CN100587916C (en) | Methods of fabricating complex blade geometries from silicon wafers and strengthening blade geometries |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
N231 | Notification of change of applicant | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |