NL1025475C2

NL1025475C2 - Werkwijze voor het vervaardigen van een inrichting en inrichting vervaardigd volgens zo een werkwijze.

Info

Publication number: NL1025475C2
Application number: NL1025475A
Authority: NL
Inventors: Job Elders; Gerardus Johannes Burger; Jason Angelo Giovanni Viotty; Hermanus Marcellinus Koerkamp
Original assignee: C2V
Priority date: 2004-02-12
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2005-08-15

Description

Werkwijze voor het vervaardigen van een inrichting en inrichting vervaardigd volgens zo een werkwijze 5 Terrein van de uitvinding

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een inrichting. De uitvinding betreft tevens een inrichting omvattende ten minste één onderdeel vervaardigd volgens zo een werkwijze. De uitvinding omvat een micro structurele techniek en de daarmee vervaardigde microstructurele inrichtingen of onderdelen.

10

Achtergrond van de uitvinding

Bekend zijn ‘microstructurele technieken’ waaronder hier en in het navolgende worden verstaan alle in het microtechnologisch vakgebied, ook wel ‘microsysteemtechnologie’ of ‘ micro-structural technology’ of ‘MEMS technologie’ geheten, toegepaste 15 vormgevingstechnieken of ‘micromachining’ technieken, bijvoorbeeld nat chemisch etsen, ‘reactive ion etching’, ‘LIGA’ en ‘sacrificial layer etching’, als ook alle toegepaste technieken voor het aanbrengen en bewerken van dunne lagen zoals opdampen, sputteren, oxideren, nitreren, implanteren of ‘Chemical vapour deposition’, al dan niet in combinatie met een lithografische techniek. Toepassing van genoemde technieken biedt de 20 mogelijkheid van vergaande integratiemogelijkheden bij het ontwerp en de productie van microstructurele inrichtingen of onderdelen met bijkomende kostenreductie, en de mogelijkheid onderdelen met kleine afmetingen met grote precisie te vervaardigen, en de mogelijkheid een groot aantal componenten op een klein oppervlak of in een kleine ruimte te realiseren.

25

Bij gangbare microstructurele technieken worden de minimale afmetingen en de precisie veelal bepaald door de resolutie van een gebruikt fotolithografisch proces. Wordt zichtbaar licht gebruikt dan ligt de haalbare resolutie in de orde van de golflengte van het gebruikte licht: enkele honderden nanometers. Met interferentiefotolithografie of bij gebruik van 30 Röntgenstraling kan moeizaam een resolutie van ongeveer honderd nanometer worden gehaald. Met ‘direct e-beam writing’ middels een elektronenbundel kan met veel moeite een resolutie van ongeveer vijftig nanometer worden gehaald. Voor veel toepassingen echter is een resolutie kleiner dan honderd of vijftig nanometer gewenst Dit is met gangbare microstructurele technieken niet haalbaar.

10254 75

2 I

Er bestaat dus behoefte aan een relatief eenvoudige werkwijze voor het vervaardigen van I

microstructurele inrichtingen of onderdelen met een resolutie in de orde van nanometers tot I

honderd nanometer. Doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van zo een I

werkwijze. I

5 I

Samenvatting van de uitvinding I

De uitvinding verschaft daartoe een werkwijze voor het vervaardigen van een inrichting I

welke werkwijze het plaatsen van ten minste een deel van een drager in een stroom van I

deeltjes, bijvoorbeeld atomen, moleculen, elektronen, ionen of fotonen, omvat waarbij het I

10 profiel van het oppervlak van de drager ten minste één stap vertoont, bijvoorbeeld door te I

voorzien in een uitsteeksel zoals een rib of kolom of in een verdieping zoals een groef of I

een put, waarbij de drager zodanig gepositioneerd wordt ten opzichte van de stroom van I

deeltjes dat ten minste één gedeelte van het oppervlak van de drager wordt afgeschermd I

van de stroom van deeltjes door schaduwwerking van de stap. I

15 De afmetingen en precisie van het afgeschermde gedeelte van het oppervlak worden I

bepaald door de stand van de drager ten opzichte van de deeltjesstroom en door de I

afmetingen, in het bijzonder de hoogte, en de precisie van de stap. In het oppervlakteprofiel I

van een geschikte drager zijn met een geschikt proces precies bepaalde, zeer kleine, I

staphoogtes met afmetingen in de orde van nanometers tot honderd nanometer relatief I

20 eenvoudig te realiseren. I

Zo is het bijvoorbeeld mogelijk aan het oppervlak van de drager een dunne laag te vormen I

met precies bepaalde, zeer kleine, onderbrekingen met afmetingen in de orde van I

nanometers tot honderd nanometer. Daarbij kunnen de deeltjes metaalatomen zijn en kan de I

25 dunne laag een metaallaag zijn. De dunne metaallaag kan bijvoorbeeld worden aangebracht I

middels opdampen. I

Voorts is het mogelijk aan het oppervlak van de drager een dunne laag ten minste I

gedeeltelijk te verwijderen op ten minste één gedeelte na. Het resterende gedeelte kan weer I

30 afmetingen hebben in de orde van nanometers tot honderd nanometer. Daarbij kunnen de I

deeltjes ionen zijn en de dunne laag kan dan bijvoorbeeld worden verwijderd middels ‘ion I

beam etsen’. I

10254 75 I

3

Ook kan aan het oppervlak een dunne laag worden gemodificeerd met ten minste één onderbreking. De onderbreking kan weer afmetingen hebben in de orde van nanometers tot honderd nanometer. Daarbij kunnen de deeltjes bijvoorbeeld ionen zijn en kan een dunne toplaag van de drager worden gemodificeerd met ten minste één onderbreking, bijvoorbeeld 5 middels een ionimplantatieproces. Ook kunnen de deeltjes bijvoorbeeld fotonen zijn en kan de dunne laag een fotogevoelige laag zijn. De term ‘fotonen’ omvat alle elektromagnetische ‘deeltjes’ en sluit elektromagnetische straling buiten het zichtbare gebied niet uit De aldus belichte fotogevoelige laag kan vervolgens worden ontwikkeld tot een dunne laag met ten minste één onderbreking (negatieve lak) of worden verwijderd op ten minste één klein 10 gedeelte na (positieve lak). De onderbreking of het kleine gedeelte kan weer een afmeting hebben in de orde van nanometers tot honderd nanometer.

Aldus kan uit een volgens de uitvinding gevormde, gedeeltelijk verwijderde of gemodificeerde dunne laag, of met behulp daarvan, een etsmasker of ten minste één 15 elektrode worden gevormd.

De uitvinding verschaft tevens een inrichting omvattende ten minste één onderdeel vervaardigd volgens een werkwijze volgens de uitvinding. Het onderdeel kan bijvoorbeeld een middels etsen gevormde structuur zijn welke is vervaardigd met gebruik van een 20 etsmaker gevormd volgens een werkwijze volgens de uitvinding. Daarbij kan de middels etsen gevormde structuur ten minste een deel van een filter vormen. Het onderdeel kan bijvoorbeeld ook een elektrode zijn welke is gevormd volgens een wekwijze volgens de uitvinding. Daarbij kan de elektrode deel uitmaken van een ionisator.

25 Korte beschrijving van de tekeningen

De uitvinding wordt in het navolgende toegelicht aan de hand twee niet-bepeikende uitvoeringsvoorbeelden van een werkwijze volgens de uitvinding en twee niet-beperkende uitvoeringsvoorbeelden van inrichtingen volgens de uitvinding. Hierin toont: - Fig. 1 schematisch een eerste uitvoeringsvoorbeeld van een werkwijze volgens de 30 uitvinding; - Fig. 2 schematisch een tweede uitvoeringsvoorbeeld van een werkwijze volgens de uitvinding; - Fig. 3 een eerste uitvoeringsvoorbeeld van een inrichting volgens de uitvinding; en 10254 75

I 4 I

I * Fig. 4 een tweede uitvoeringsvoorbeeld van een inrichting volgens de uitvinding. I

I Gedetailleerde beschrijving van de uitvinding I

I Fig. 1 toont schematisch een eerste uitvoeringsvoorbeeld van een werkwijze volgens de I

I 5 uitvinding. De werkwijze omvat het onder een hoek opdampen van een metaal op het I

I geprofileerde oppervlak (1) van een drager (2), zoals te zien in het bovenste gedeelte van I

I Fig. 1. In dit voorbeeld is voorzien in een uitstekend deel (3) en een verdieping (4). Door de I

I schaduwwerking van de stappen (5,6) ontstaan onderbrekingen (7,8) in de opgedampte I

I dunne metalen laag (9), zie het onderste gedeelte van Fig. 1. De breedtes (b,b’) van de I

I 10 onderbrekingen (7,8) zijn in de orde van grootte van de betreffende staphoogtes (hji’). Zo I

I kunnen, uitgaande van een geschikte drager (2) en een geschikt proces voor het aanbrengen I

I van het profiel (1), onderbrekingen kleiner dan honderd nanometers tot in de «de van I

I nanometers gerealiseerd worden. De aizonderlijke delen van de metaallaag (9) kunnen I

I bijvoorbeeld als een elektrodestmctuur (10) dienen, waarbij de afstand tussen de elektrodes I

I 15 kleiner dan honderd nanometer tot in de orde van nanometers is. I

Fig. 2 toont schematisch een tweede uitvoeringsvoorbeeld van een werkwijze volgens de I

I uitvinding. De werkwijze omvat weer het aanbrengen van een dunne laag (9*) op het I

I geprofileerde oppervlak (Γ) van een drager (2’), analoog aan de werkwijze weergegeven in I

I Fig. 1. De dunne laag (9') kan elk geschikt materiaal zijn. Er is voorzien in een serie I

I 20 langwerpige verdiepingen (4*). Door de schaduwwerking van de stappen (5’) met hoogte I

I h” zijn weer onderbrekingen (7*) ontstaan in de aangebrachte dunne laag (9*), zie het I

I bovenste deel van Fig. 2. De dunne laag (9’) kan nu als etsmasker worden gebruikt bij het I

I etsen van de (relatief dunne) drager (2'). Na etsen en verwijderen van het etsmasker c.q. de I

I dunne laag (9’), ontstaat een structuur (20) met groeven (11) met een breedte (b”) in de I

I 25 orde van grootte van de staphoogtes (h”), zoals weergegeven in het onderste gedeelte van I

I Fig. 2. Zo kunnen relatief eenvoudig groeven (11) worden vervaardigd met een breedte I

kleiner dan honderd nanometer tot in de orde van nanometers. I

I Fig. 3 toont een eerste uitvoeringsvoorbeeld van een inrichting volgens de uitvinding. Het I

I 30 betreft een filter (30) vervaardigd volgens een werkwijze als weergegeven in Fig. 2. Daarbij I

I is uitgegaan van een membraan (31) met daarin aangebracht een serie langwerpige I

I verdiepingen (32). Op het membraan (31) is een metaallaag met onderbrekingen opgedampt I

I (niet getoond), analoog aan de werkwijze weergegeven in Fig. 2. Vervolgens is het I

I 1025475 5 membraan (31) doorgeëtst met de metaallaag als etsmasker, waarna het etsmasker is verwijderd en de structuur (30) weergegeven in Fig. 3 overblijfL Zo is een filter verkregen met langwerpige doorlaatopeningen (33) met een breedte kleiner dan honderd nanometer tot in de orde van nanometers.

5

Fig. 4 toont een tweede uitvoeringsvoorbeeld van een inrichting volgens de uitvinding. Het betreft een inrichting voor (biochemische analyse (40) met ionisatoren (41) omvattende elektroden (42) welke zijn vervaardigd volgens een werkwijze als weergegeven in Fig. 1. De elektroden (42) hebben een variërende onderlinge afstand (43) kleiner dan honderd 10 nanometer tot in de orde van nanometers. Dergelijke elektroden zijn geschikt als ionisator omdat het elektrisch veld vanwege de kleine afstand tussen de elektroden voldoende hoog kan zijn bij een relatief laag potentiaalverschil. Door de variërende afstand (43) tussen de elektroden (42) zal ionisatie van deeltjes naar ionisatie-energie in de ruimte gescheiden plaatsvinden.

15

Kenmerkend is steeds het gebruik van de schaduwwerking van de stappen in het oppervlakteprofiel van een drager. Het zal duidelijk zijn voor een in het betreffende vakgebied geschoold persoon dat de uitvinding niet tot de getoonde en beschreven uitvoeringsvoorbeelden is beperkt maar dat binnen het kader van de uitvinding nog vele 20 variaties en combinaties mogelijk zijn.

10254 75

Claims

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een inrichting welke werkwijze het plaatsen van I I ten minste een deel van een drager in een stroom van deeltjes, bijvoorbeeld atomen, I I 5 moleculen, elektronen, ionen of fotonen, omvat waarbij het profiel van het oppervlak I I van de drager ten minste één stap vertoont, bijvoorbeeld door te voorzien in een I I uitsteeksel zoals een rib of kolom of in een verdieping zoals een groef of een put, I I waarbij de drager zodanig gepositioneerd wordt ten opzichte van de stroom van deeltjes I I dat ten minste één gedeelte van het oppervlak van de drager wordt afgeschermd van de I I 10 stroom van deeltjes door schaduwwerking van de stap. I

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij aan het oppervlak van de drager een dunne laag I I wordt gevormd met ten minste één onderbreking. I

3. Werkwijze volgens conclusie 2, waarbij de deeltjes metaalatomen zijn en de dunne laag I I een metaallaag is. I I 15

4. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij aan het oppervlak van de drager een dunne laag I I ten minste gedeeltelijk wordt verwijderd op ten minste één gedeelte na. I

5. Werkwijze volgens conclusie 4, waarbij de deeltjes ionen zijn. I

6. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij aan het oppervlak van de drager een dunne laag I I wordt gemodificeerd met ten minste één onderbreking. I I 20

7. Werkwijze volgens conclusie 6, waarbij de deeltjes ionen zijn en de dunne laag een I I toplaag van de drager is. I

8. Werkwijze volgens conclusie 6, waarbij de deeltjes fotonen zijn, en de dunne laag een I I fotogevoelige laag is. I

9. Werkwijze volgens een der conclusies 1 -8, waarbij een etsmasker wordt gevormd. I I 25

10. Werkwijze volgens een der conclusies 1-8, waarbij ten minste één elektrode wordt I I gevormd. I

11. Inrichting omvattende ten minste één onderdeel vervaardigd volgens een werkwijze I I volgens een der conclusies 1-10. I I 30

12. Inrichting volgens conclusie 11, waarbij het onderdeel een middels etsen gevormde I I structuur is welke is vervaardigd met gebruik van een etsmasker gevormd volgens een I I werkwijze volgens conclusies 9. I 10254 75 I

13. Inrichting volgens conclusie 12, waarbij de middels etsen gevormde structuur ten minste een deel van een filter vormt

14. Inrichting conclusie 11, waarbij het onderdeel een elektrode is welke is gevormd volgens een werkwijze volgens conclusie 10.

15. Inrichting volgens conclusie 14, waarbij de elektrode onderdeel uitmaakt van een ionisabor. 10254 75