TW201736820A - 樣本收集元件及其製作方法 - Google Patents

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Abstract

一種樣本收集元件包括兩基板以及間隔件。兩基板相對疊置。基板具有第一表面，與第一表面相對的第二表面、第一凹槽以及至少一第二凹槽。兩基板的第一表面相對設置，且第一凹槽及第二凹槽分別位於第一表面。基板的第一凹槽共同形成第一連通道，且基板的第二凹槽共同形成連通至樣本收集元件之外的第二連通道。第一連通道與第二連通道彼此連通。間隔件配置於兩第一表面之間，用以連接並固定兩基板。兩基板與間隔件之間形成樣本容納空間。樣本容納空間包括第一連通道及至少一第二連通道。此外，一種樣本收集元件的製作方法亦被提及。

Description

樣本收集元件及其製作方法
本發明是有關於一種樣本收集元件，且特別是有關於一種可用在電子顯微鏡的樣本收集元件。
隨著顯微科技的進步，各種類型的顯微觀察裝置，例如原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope, AFM)、電子顯微鏡如穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope, TEM)、掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy, SEM)等，因應而生。此外，針對不同的顯微鏡需要相應的不同類型的樣本收集元件，例如氣態或液態溶液樣本試片、乾燥樣本試片等。
在已知的技術中，樣本收集元件可藉由矽晶片以及製作微機電系統常用的聚二甲基矽氧烷(PDM)以例如是氧電漿鍵結的方式結合，以形成液態樣本溶液的微流道。然而，上述的技術僅適用在以掃描式電子顯微鏡內的X光能量散佈分析儀(energy-dispersive X-ray spectroscopy，簡稱EDX)針對流動樣本的表層區域的特定成分與濃度變化情形進行較低解析度的觀察與分析時。
此外，美國專利公開號US2013/0264476A1揭露以矽晶片結合穿透式電子顯微鏡的樣品載台形成具有微通道的樣本收集元件。當液態的流動樣品進入樣本收集元件的微通道時，穿透式電子顯微鏡可觀察液態流動樣品內的粒子的真實分布情形。然而，上述的樣本收集元件僅限使用於穿透式電子顯微鏡中，而未能通用於其他形式的電子顯微鏡，例如是掃描式電子顯微鏡中，並且也無法應用在例如是化學反應或是電化學反應的觀察上。除此之外，上述的樣本收集元件也無法對於液態樣品的流動模式做有效的操控。
本發明提供一種樣本收集元件，能夠通用於不同形式的電子顯微鏡上，且可藉由樣本的收納空間的結構變化來對於液態樣本的流向及流速做有效地操控。
本發明提供一種樣本收集元件，其可根據樣本的觀測需求，選擇於相對設置的兩基板的其中一個設置凹槽，以形成可容納液態溶液樣本並可讓液態溶液樣本從其中出入的樣本容納空間。
本發明提供一種樣本收集元件的製作方法，能製作出具有不同大小的液態樣本通道且可對於液態樣本的流速及流向進行有效操控的樣本收集元件。
本發明的樣本收集元件包括兩基板以及間隔件。兩基板相對疊置。基板具有第一表面，與第一表面相對的第二表面、第一凹槽以及至少一第二凹槽。兩基板的第一表面相對設置，且第一凹槽及第二凹槽分別位於第一表面。基板的第一凹槽共同形成第一連通道，且基板的第二凹槽共同形成連通至樣本收集元件外的第二連通道。第一連通道與第二連通道彼此連通。間隔件配置於兩第一表面之間，用以連接並固定兩基板。兩基板與間隔件之間形成樣本容納空間。樣本容納空間包括第一連通道及至少一第二連通道。
本發明的樣本收集元件包括兩基板以及間隔件。兩基板彼此相對疊置，基板具有第一表面及與第一表面相對的第二表面。兩基板中的其中一個具有第一凹槽以及第二凹槽，且第一凹槽及第二凹槽分別位於第一表面，並且第二凹槽連通至樣本收集元件外。兩基板的兩第一表面彼此相對設置，並且第一凹槽及第二凹槽彼此連通。間隔件配置於兩第一表面之間，以連接並固定兩基板，並且兩基板及間隔件共同圍繞形成樣本容納空間。
本發明樣本收集元件的製作方法包括：在半導體基材的第一表面形成第一凹槽及第二凹槽。在半導體基材的第一表面上及與第一表面相對的第二表面上形成絕緣層。圖案化位於第一表面及第二表面上的絕緣層，並且第二表面上的絕緣層暴露出第二表面的局部區域。在另一半導體基材上重覆前述步驟。將兩半導體基材藉由兩第一表面上的絕緣層相對接合，且兩第一表面上的絕緣層形成間隔件，用以連接並固定兩半導體基材。兩第一凹槽共同形成第一連通道，兩第二凹槽共同形成至少一第二連通道。第一連通道及第二連通道彼此連通，並且兩半導體基材以及間隔物之間形成樣本容納空間。樣本容納空間包括第一連通道及該第二連通道。
在本發明的一實施例中，上述的第一連通道及第二連通道分別具有第一深度及第二深度，並且第二深度大於第一深度。
在本發明的一實施例中，上述的第一深度的範圍是落在0.01微米至10微米。
在本發明的一實施例中，上述的第二深度的範圍是落在0.1微米至400微米。
在本發明的一實施例中，上述的基板還包括觀測窗，且觀測窗配置於第二表面，並且觀測窗對應樣本容納空間的第一連通道的位置。
在本發明的一實施例中，上述的樣本收集元件還包括入口及出口，其中入口位於第一連通道及至少一第二連通道的其中一端的開口，並且出口位於第一連通道及至少一第二連通道的另一端的開口。
在本發明的一實施例中，上述的樣本收集元件還包括入口及出口，入口位於第二連通道的其中一端的開口，並且出口位於第二連通道的另一端的開口。
在本發明的一實施例中，上述的至少一第二連通道的數量為兩個，並且第二連通道的長度延伸方向與第一連通道的長度延伸方向平行。
在本發明的一實施例中，上述的第二連通道的兩端分別具有入口及出口，並且其中一個第二連通道的入口與另一個第二連通道的出口位於相同的一端。
在本發明的一實施例中，上述的兩基板的其中之一具有入口。入口位於基板的第二表面，且入口連通其中一個第二連通道。兩基板的其中另一具有出口，出口位於基板的第二表面，且出口連通其中另一個第二連通道。
在本發明的一實施例中，上述的兩基板的其中之一具有入口及出口，且入口及出口分別位於基板的第二表面，並分別連通至少其中一個第二連通道。
在本發明的一實施例中，上述的樣本收集元件還包括一組反應電極，且反應電極配置於第一連通道中。
在本發明的一實施例中，上述的樣本收集元件還包括加熱元件或感測元件，且加熱元件或感測元件配置於第二連通道中。
在本發明的一實施例中，上述的樣本收集元件還包括加熱元件或感測元件，其配置於第二連通道的其中一端的開口附近。
在本發明的一實施例中，上述的兩基板的至少其中之一具有觀測窗，觀測窗配置於第二表面並且對應第一凹槽。
在本發明的一實施例中，上述的樣本收集元件的製作方法還包括在各半導體基材的第二表面被絕緣層暴露的局部區域內形成觀測窗。觀測窗穿透半導體基材，並且暴露出位於第一表面上的部分絕緣層。
在本發明的一實施例中，上述的樣本收集元件的製作方法還包括在半導體基材的第一表面或第二表面形成入口或出口，並且入口或出口分別連通第二連通道。
在本發明的一實施例中，上述的樣本收集元件的製作方法還包括在半導體基材的第二凹槽的表面上形成加熱或感測元件。
在本發明的一實施例中，上述的樣本收集元件的製作方法還包括在半導體基材的第二凹槽的其中一端的開口附近形成加熱或感測元件。
在本發明的一實施例中，上述的樣本收集元件的製作方法還包括在加熱或感測元件上形成金屬導線。
在本發明的一實施例中，上述形成金屬導線的方式包括金屬濺鍍及剝離(lift-off)。
在本發明的一實施例中，上述接合兩半導體基材的第一表面上的絕緣層的方式包括陽極接合或高溫擴散接合。
在本發明的一實施例中，上述形成第一凹槽及第二凹槽的方法包括藉由第一表面上的絕緣層或在該絕緣層上塗佈光阻並定義圖形，以作為罩幕來蝕刻半導體基材。
在本發明的一實施例中，上述蝕刻半導體基材的方法包括乾式蝕刻。
基於上述，本發明的樣本收集元件的樣本容納空間包括第一連通道及第二連通道。第一連通道及第二連通道位於兩基板以及間隔件之間，且第一連通道及第二連通道彼此連通。因此，本發明的樣本收集元件可經由第二連通道內的液態溶液樣本的流動方式及方向的改變來影響並控制第一連通道內的液態溶液樣本的流動方向及狀態。此外，本發明的樣本收集元件可適用於各類型的電子顯微鏡，並且電子顯微鏡可藉由觀察樣本收集元件的第一連通道內的液態溶液樣本的流動狀態來獲知液態溶液樣本內的粒子分布情形。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
下文的多個實施例以相同的符號代表具有相同或類似的功能的構件或裝置，其中圖式中所示元件之形狀、尺寸、比例等僅為示意，非對本發明之實施範圍加以限制。另外，以下說明內容所述之任一實施例雖同時揭露多個技術特徵，也不意味必需同時實施該任一實施例中的所有技術特徵。
圖1A是依照本發明的一實施例的樣本收集元件的立體示意圖。圖1B為圖1A的樣本收集元件沿A-A’面的剖面圖。圖1C是圖1A的基板110的俯視示意圖。請參考圖1A、圖1B及圖1C，本實施例的樣本收集元件100可包括基板110、120以及間隔件135。兩基板110、120例如是以一上一下的方式彼此疊置。基板110具有相對的第一表面112及第二表面114，且基板120具有相對的第一表面122以及第二表面124。基板110的第一表面112及基板120的第一表面122彼此相對設置。如圖1B所示，基板110具有第一凹槽115以及至少一個第二凹槽117(圖1B繪示兩個為例做說明)，並且第一凹槽115及第二凹槽117分別配置於基板110的第一表面112。同樣地，基板120具有第一凹槽125及至少一第二凹槽127，並且第一凹槽125及第二凹槽127分別配置於基板120的第一表面122。在本實施例中，基板110的第一凹槽115與基板120第一凹槽125共同形成第一連通道152，而基板110的第二凹槽117與基板120的第二凹槽127共同形成第二連通道154a、154b(圖1B繪示兩個為例做說明)。此外，如圖1A及圖1B所示，上述的第一連通道152與第二連通道154a、154b之間彼此互相連通。
在本實施例中，間隔件135配置於基板110的第一表面112與基板120的第一表面122之間，以連接並固定基板110及基板120。基板110、基板120與間隔件135之間可形成樣本容納空間150，並且樣本容納空間150包含了上述彼此連通的第一連通道152及第二連通道154a、154b。在本實施例中，基板110、基板120以及間隔件135所定義的樣本容納空間150例如是具有前後兩端開口的流道。液態溶液樣本可經由其中一端的開口流入樣本容納空間150中，並且經由其中另一端的開口流出樣本容納空間150。穿透式或掃描式電子顯微鏡可在液態溶液樣本流經樣本容納空間150的過程中定量觀察液態溶液樣本的粒子的種類、形狀分佈、粒徑分佈，粒子聚集/團聚狀態以及粒子濃度等。舉例而言。前述的粒子可為血液中的奈米藥物，而液態溶液樣本可來自於人體的血漿。
在本實施例中，絕緣層130可配置於基板110的第一表面112以及基板120的第一表面122上。在本實例中，位於基板110及基板120的第一表面112、122的接合部分上的絕緣層130彼此接合後可作為上述基板110與基板120之間的間隔件135。此外，絕緣層130可在樣本收集元件100的蝕刻製程中做為部分基板110及120表面的保護層或罩幕層。在本實施例中，絕緣層130的組成材料例如是氮化矽薄膜。此外，絕緣層130的材料也可為氧化矽，或是由氮化矽與氧化矽材料共同組成的複合薄膜。
請再參考圖1B，本實施例的基板110及第二基板120更分別包括觀測窗119以及129，且觀測窗119、129分別配置於基板110的第二表面114以及基板120的第二表面124。觀測窗119、129分別對應樣本容納空間150的第一連通道152，並暴露出局部的第一表面112及122上的絕緣層130。在本實施例中，穿透式電子顯微鏡可透過觀測窗119、129來觀察樣本容納空間150內的液態溶液樣本的流動情形。
如圖1B所示，基板110的第一凹槽115及基板120的第一凹槽125在第一表面112、122的垂直方向上具有第一深度h1，以就是由第一表面112、122分別至第一凹槽115、125的底面之間的距離大小。基板110的第二凹槽117及基板120的第二凹槽127在第一表面112、122的垂直方向上具有第二深度h2，也就是由第一表面112、122分別至第二凹槽117、127的底面的距離大小，並且第二深度h2大於第一深度h1。第一凹槽115及第一凹槽125所共同形成的第一連通道152的高度為兩倍的第一深度h1，而第二凹槽117與第二凹槽127共同形成的第二連通道154的高度為兩倍的第二深度h2。因此，第二連通道154在垂直方向上的高度大於第一連通道152的高度，且第二連通道154的圖1B中的截面示意圖中的截面積大於第一連通道152的截面積。當液態溶液樣本流經樣本容納空間150內的第一連通道152及第二連通道154的時，由於第一連通道152及第二連通道154的截面積大小不一，截面積較大的第二連通道154可大幅減低液態溶液樣本流動時所需的壓降，並於截面積較小的第一連通道152內形成不同型態的流場結構。
圖2A至圖2D是圖1A的樣本收集元件的樣本容納空間內的流場結構的示意圖。在圖2A至圖2D中，黑色粗箭頭是用來表示液態溶液樣本在第一連通道152中的流向，白色粗箭頭是用來表示液態溶液樣本在第二連通道154a、154b中的流向，而第一連通道152內的虛線範圍大小代表液態溶液樣本的流速大小的相對變化。詳細而言，如圖2A所示，當樣本容納空間150的兩個第二連通道154a、154b內的液態溶液樣本的流速相等時，第一連通道152內的液態溶液樣本可以相等的流速均速前進。此外，如圖2B所示，當兩個第二連通道154a、154b的其中一個內的液態溶液樣本的流速大於其中另一個時，流經第一連通道152的液態溶液樣本的流速會受到兩個第二連通道154內的液態溶液樣本流速不均的影響，而使得第一連通道152內的液態溶液樣本的流速由靠近流速較快的第二連通道154b的一端朝靠近流速較慢一端的第二連通道154a的方向減少，而使得第一連通道152內的液態溶液樣本的流速產生梯度變化。
請參考圖2C，當兩個第二連通道154a、154b內的液態溶液樣本的流動方向相反時，第一連通道152內的液態溶液樣本的流動方向會隨第二連通道154a、154b內的液態溶液樣本的流動方向不同而產生反向分流的情形。也就是，第一連通道152內較靠近第二連通道154a一端的液態溶液樣本以及較靠近第二連通道154b一端的液態溶液樣本會分別因為第二連通道154a、154b內的液態溶液樣本帶動而朝相同的方向流動。因此，第一連通道152液態溶液樣本會產生反向分流的情形。此外，如圖2C所示，第一連通道152內的液態溶液樣本在第一連通道152的中間反向分流後，其流速分別朝兩側的第二連通道154a、154b的方向線性增加。
請參考圖2D，當第二連通道154a、154b的液態溶液樣本的流動方向相反而使得流經第一連通道152的液態溶液樣本產生反向分流的情形時，若於第一連通道152的兩端開口分別設置阻塞區162來阻擋液態溶液樣本經由第一連通道152進出，則第二連通道154a、154b內的液態溶液樣本會分別依相反的方向流入第一連通道152內，而於第一連通道152內形成迴流區159，並對液態溶液樣本本身產生攪拌作用。
在本實施例中，當樣本容納空間150的第一連通道152內的液態溶液樣本的流速產生梯度變化時，可藉由穿透式電子顯微鏡來觀察不同流速下的液態溶液樣本的粒子的分布情形。
圖3A至圖3C是本實施例的樣本收集元件的另一實施方式的示意圖。在圖3A至圖3C中，黑色粗箭頭是用來表示液態溶液樣本在樣本容納空間150中的流向。在本實施例中，第一連通道152的兩端開口及至少一個第二連通道154a、154b的兩端開口可分別配置液態溶液樣本的共同入口及共同出口。舉例而言，如圖3A所示，樣本容納空間150外可形成連通第一連通道152及第二連通道154a、154b的其中一端的單一入口151a，使得液態溶液樣本可經由入口151a同時流入第一連通道152以及兩個第二連通道154a、154b中。此外，樣本容納空間150也可於第一連通道152以及兩個第二連通道154的另一端形成單一出口153a，使得上述流入第一連通道152以及第二連通道154內的液態溶液樣本可同時由出口153a流出。在本實施例中，上述的入口151a及出口153a的配置方式使得液態溶液樣本以均速且方向相同的方式流進並流出樣本容納空間150。
如圖3B所示，樣本容納空間150的入口151b也可僅連通第一連通道152以及其中一個第二連通道154a的其中一端開口，並且樣本容納空間150的出口153b則僅連通配置於第一連通道152以及另一個第二連通道154b的另一端開口。上述的入口151b與出口153b的偏位配置的方式，使得當液態溶液樣本流入樣本容納空間150之後會如圖3B中的箭頭方向所示在第一連通道152與兩個第二連通道154a、154b之間產生偏流的情形。
請參考圖3C，在本實施例中，第一連通道152的兩端開口可設置阻擋區162，並且第二連通道154a、154b位於同一端的開口可分別設置為入口151c以及出口153c，使得液態溶液樣本可沿圖3C中的箭頭方向由第二連通道154a、154b的相同一端的開口單邊進出。此外，第二連通道154a的另一端的開口可設置為液態溶液樣本的出口153c，而第二連通道的154b的另一端開口可設置為液態溶液樣本的入口151c。因此，第二連通道154a、154b的另一端的開口之間也可沿圖中的箭頭方向形成單邊進出的流道，因此，液態溶液樣本也可經由位於第二連通道154a、154b的另一端開口的入口151c及出口153c，單邊進出樣本容納空間150。此外，當第一連通道152的兩端開口設置阻擋區162時，分別經由第二連通道154a、154b的兩端單邊進出的液態溶液樣本的流動方向彼此相反，而於第一通道口152內形成迴流，其對於液態溶液樣本具有攪拌作用。
在上述的實施例中，樣本收集元件100可藉樣本容納空間150的入口及出口的設置方式的變化來改變樣本容納空間150內的液態溶液樣本的流動方式及方向，以適用於觀察不同形式的液態溶液樣本內的粒子分布情形。
圖4A至圖4C是依照本發明另一實施例的樣本收集元件的示意圖。在圖4A至圖4C中，黑色粗箭頭是用來表示液態溶液樣本的流向。請參考圖4A，在本實施例中，樣本收集元件100的入口155a及出口157a可分別設置於樣本收集元件100的基板110的第二表面114，並且分別對應連接第二連通道154a及154b。因此，液態溶液樣本可經由樣本收集元件100的第二表面114單側進出樣本容納空間150。
請參考圖4B，在本實施例中，樣本收集元件100的液態溶液樣本的入口155b可設置於基板120的第二表面124，並且對應第二連通道154a，而出口157b配置於基板110的第二表面114，並且對應第二連通道154b。因此，如圖4B所示，液態溶液樣本的入口155b及出口157b分別配置於樣本收集元件100的上下兩側。因此，液態樣本溶液可由樣本收集元件100的上側的入口155a進入樣本容納空間150，並且由樣本收集元件100的下側的出口157b流出。
請參考圖4C，在本實施例中，樣本收集元件100的入口155c及出口157c也可配置在垂直於第二表面114及第二表面124的側邊的基板110、120的交接處，並且入口155c對應連通第二連通道154a，而出口157c對應連通第二連通道154b。因此，液態溶液樣本可由圖4C中的樣本收集元件100的兩側配置的入口155c及出口157c進出樣本容納空間150，而產生垂直於第一連通道152及第二連通道154a、154b的長度延伸方向的橫向流路。
在本實施例中，樣本收集元件100可經由入口及出口的配置方式以及配置位置的變化，來改變液態溶液樣本的流動方向以及進出樣本容納空間150的位置，以適應各種不同的樣本觀測需求。
圖5A至圖5C是依照本發明的另一實施例的樣本收集元件的示意圖。請參考圖5A，在本實施例中，樣本容納空間150的第一連通道152上可配置反應電極164，其包括陽極及陰極。在反應電極164的的電場作用下，導致流經反應電極164的液態溶液樣本中不同的粒子在電場中的移動速度不同，因而達到電泳分離的效果。因此，樣本收集元件100可藉由反應電極164的設置來對於化合物溶液的成分及濃度做進一步的分析。在本實施例中，反應電極164可為鉑(Pt)、銅(Cu)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鎢(W)或前述金屬材料的組合所組成，此外反應電極164也可由半導體材料如多晶矽、氮化鋁(AlN)、二氧化鋁(AlO2 )、氧化鋅(ZnO)、二氧化鈦(TiO2 )或前述材料的組合所組成。
如圖5B所示，樣本容納空間150的兩個第二連通道154a及154b內可配置加熱元件166，以對流經第二連通道154a、154b的液態溶液樣本進行加熱，使得流經第一連通道152的內側及外側的液態溶液樣本由於受到兩側第二連通道154a、154b的的加熱元件166的影響而產生溫度梯度。在本實施例中，加熱元件166可為電阻絲，其例如是由鉻(Cr)或鈦(Ti)等金屬材料所組成。詳細而言，當加熱元件166對於第二連通道154a、154b內的液態溶液樣本進行加加熱時，流經第一連通道152且靠近兩側第二連通道154a及154b的液態溶液樣本相較於第一連通道152內側中央的液態溶液樣本具有較高的溫度。因此，第一連通道152內的液態溶液樣本的溫度會由兩側向中央漸減而產生溫度梯度。也因此，本實施例的樣本收集元件100可應用在不同溫度條件下的樣本流體的粒子分布，或是其成分及濃度變化的情形的觀察，以進行樣本的物體特性研究。
如圖5C所示，在本實施例中，第一連通道152內也可配置多個感測元件168，並且感測元件168可感測流經第一連通道152的液態溶液樣本的溫度或是其他物理性質。舉例而言，感測元件168可為白金溫度感測器，其可量測流經第一連通道152的液態溶液樣本的溫度。在本實施例中，感測元件168可分別配置於靠近第一連通道152的兩端開口以及中央的位置，以感測液態溶液樣本流經第一連通道152前後的溫度變化。此外，雖然上述是以白金溫度感測器為例做說明，然而，在其他的實施例中，感測元件168也可由其他金屬材料組成，例如是鉑(Pt)、鋁(Al)、銅(Cu)、鈦(Ti)以及鉻(Cr)等。此外，感測元件168可由半導體材料例如是多晶矽組成。
在本實施例中，上述的反應電極164、加熱元件166以及感測元件168可彼此搭配組合並配置於第一連通道152及第二連通道154a、154b中，以應用在樣本的化學反應、電化學反應，例如是電池反應或是電鍍機制以及其他例如是層流混合技術以及粒子電泳行為等研究觀察上。
在本發明另一個未繪示的實施例中，加熱元件166以及感測元件168也可配置於第二連通道154a、154b的兩端開口的附近。加熱元件166及感測元件168的配置位置可根據各種實際應用及樣本觀測的需求做適當的調整，本發明對於加熱元件166及感測元件168的配置方式與位置並不加以侷限。
圖6A及圖6B是依照本發明的另一實施例的樣本收集元件的示意圖。在本實施例中，樣本收集元件200與樣本收集元件100的不同之處在於，基板210及基板220中除設置第一凹槽215、225及其上的絕緣層230之外，僅分別於基板210及220上設置一個第二凹槽217、227。換言之，本實施例的樣本收集元件200僅於第一凹槽215、225的單側設置第二凹槽217、227。因此，穿透式電子顯微鏡可經由觀測窗219、229來觀察樣本容納空間250內的液態溶液樣本在上述構件配置方式下對於液體流速及流向所產生的影響。在本發明中，基板210、220內的第一凹槽215、225及第二凹槽217、227的配置方式、位置及數量皆可應各種研究觀測的需求作適當的設計變化。
圖7A、圖7B以及圖7C是依照本發明的另一實施例的樣本收集元件的示意圖。在本實施例中，樣本收集元件300與樣本收集元件100具有相似的結構，因此，相同或相似的構件以相同或相似的符號表示，並且不再重複說明。樣本收集元件300與前述的樣本收集元件100、200的差異之處在於，樣本收集元件300僅在兩基板310、320中的其中一個設置第一凹槽315以及第二凹槽317。舉例而言，如圖7A所示，樣本收集元件300的基板310具有第一表面312及第二表面314，而基板320具有第一表面322及第二表面324，並且基板310具有第一凹槽315以及兩個第二凹槽317，其分別配置於第一凹槽135的左右兩側。此外，第二凹槽317在兩基板310、320相互疊合時，第二凹槽317分別位於基板310兩側的兩端開口可連通至樣本收集元件300外，以使液態樣本溶液可經由第二凹槽317的兩端開口進出。再者，本實施例的基板320上則未另外設置其他的凹槽結構。
在本實施例中，基板310的第一凹槽315及第二凹槽317彼此相互連通，並與基板320及間隔件135共同圍繞形成液態溶液樣本的樣本容納空間350。此外，如圖7B所示，基板320的第二表面324中可形成觀測窗329。當樣本收集元件300使用於例如是掃描式電子顯微鏡中時，使用者可透過觀測窗329來觀測樣本容納空間350內的液態溶液樣本的變化。
如圖7C所示，在本實施例中，基板310的第二表面314也可同時形成觀測窗319，以使本實施例的樣本收集元件300可適用在穿透式電子顯微鏡的觀測上。使用者可透過位於兩基板310、320中的觀測窗319、329，同時由樣本收集元件300的上下側來觀測樣本容納空間350內的液態溶液樣本。
以下進一步說明上述實施例的的樣本收集元件100的一種可能的製作方法。圖8A至圖8F依序繪示樣本收集元件100的製作流程。
首先，如圖8A所示，提供半導體基材110作為基板，其例如是矽基材。在本實施例中，在對半導體基材110完成曝光顯影的步驟之後，於半導體基材110的第一表面112上蝕刻形成深度約0.1微米的第一凹槽115的結構。
接著，如圖8B所示，當半導體基材110完成上述的步並完成光阻的曝光顯影後，在上述完成的第一凹槽115上蝕刻出深度約5微米的深凹槽結構，也就是上述的第二凹槽117的結構。
然後，如圖8C所示，在上述完成的第一凹槽115及第二凹槽117上以及半導體基材110的第二表面上114以爐管高溫化學反應沉積厚度約100奈米的絕緣層130。在本實施例中，絕緣層130的組成材料例如是氮化矽薄膜。除此之外，絕緣層130的材料也可是氧化矽，或是由氮化矽與氧化矽共同組成的複合薄膜。
接著，如圖8D所示，圖案化半導體基材110的第二表面114的絕緣層130，以定義出後續形成觀測窗119的位置。之後，於另一半導體基材120上重複上述圖8A至圖8D的製程步驟。
接下來，如圖8E所示，當半導體基材110及120皆完成上述的製程步驟後，將兩片已做完成凹槽結構製作的半導體基材110、120沿彼此的第一表面112、122上的結構相互對準並疊置，同時進行第一表面112及122上的絕緣層130，也就是氮化矽薄膜的高溫擴散結合(fusion bonding)。在本實施中，半導體基材110上的第一表面112上的絕緣層130以及半導體基材120上的第一表面122上的絕緣層130經擴散結合後可作為半導體基材110與半導體基材120之間的間隔件135。在本實施例中，半導體基材110的第一表面112、半導體基材120的第一表面122以及間隔件135之間可形成樣本收集元件100的樣本容納空間150，並且樣本容納空間包括第一連通道152以及兩個第二連通道154a、154b。
然後，如圖8F所示，以例如是化學溼式蝕刻或是乾式蝕刻的方式由半導體基材110的第二表面114以及半導體基材120的第二表面124朝樣本容納空間150的方向蝕刻出觀測窗119、129並且分別暴露出部分第一表面112及第一表面122上的絕緣層130。
至此，樣本收集元件100的製作大致完成。
圖9A至圖9G依序繪示本發明另一實施例的樣本收集元件的製作流程。本實施例的圖9A至圖9C所繪示的製程步驟與上述實施例的圖8A至圖8D所繪式的製程步驟相同，於此不再贅述。請參考圖9D，本實施例與上述實施例的製程步驟差別在於當半導體基材110完成第一表面112的第一凹槽115、第二凹槽117以及絕緣層130的製作之後，半導體基材110的第二凹槽117的表面的絕緣層130上可以離子佈值與化學氣相沉積的方式製作加熱元件166。此外，在其他未繪示的實施例中，第二凹槽117內也可以上述的製程方式形成反應電極或是感測元件。
除此之外，加熱元件166或是上述的感測元件也可形成於第二凹槽117的兩端的開口附近。在本實施例中，加熱元件166或是感測元件的形成配置位置可根據實施觀測或量測的需求做適當的改變與調整。
接著，如圖9E所示，上述的加熱元件166上可再以金屬濺鍍以及剝離(lift-off)的製程方式製作例如以鈦(Ti)或鉑(Pt)等材料組成的金屬導線167。然後，對另一半導體基材120重複上述圖9A至圖9E的製程步驟。
然後，如圖9F所示，兩半導體基材110、120以例如是高溫擴散結合(fusion bonding)的方式接合第一表面112及第一表面122上的絕緣層130，以於半導體基材110的第一表面112及半導體基材120的第一表面122之間形成間隔件135，以連接並固定半導體基材110及半導體基材120。
接著，如圖9G所示，以例如化學溼式蝕刻或是乾式蝕刻的方式由半導體基材110的第二表面114以及半導體基材120的第二表面12朝樣本容納空間150的方向蝕刻出觀測窗119、129並且分別暴露出部分第一表面112及第一表面122上的絕緣層130。至此，樣本收集元件200的製作大致完成。
綜上所述，本發明的多個實施例中的樣本收集元件的樣本容納空間包括具有不同高度及截面積大小的第一連通道以及第二連通道，並且第一連通道及第二連通道相互連通。樣本收集元件可利用位於第一連通道兩側的第二連通道本身的配置方式的變化以及流經其中的液態溶液樣本的溫度、流速以及流向的改變來對第一連通道內的液態溶液樣本的流速、流向或溫度產生影響。因此，本發明的樣本收集元件可應用來觀察液態溶液樣本內的粒子在不同流速及流向的流場模式下或是不同溫度下的物理或化學變化。因此，樣本收集元件可藉由不同大小的第一連通道及第二連通道的配置，來對樣本容納空間內的液態溶液樣本的流向、流速以及溫度做有效的操控。此外，本發明的多個實施例的樣本收集元件的樣本容納空間中，可設置反應電極、加熱或是感測元件等，以使本發明的多個實施例中的樣本收集元件，可更廣泛的應用在各種不同樣態的液態樣本的觀察應用上。再者，本發明的樣本收集元件在組成上可不需另外仰賴電子顯微鏡本身的構件來構成樣本容納空間，因此，本發明的多個實施例中的樣本收集於元件在樣本完成觀察後欲進行樣本更換時，可直接將整個樣本收集元件由電子顯微鏡中取出，亦使得本發明的多個實施中的樣本收集元件可通用於不同形式的顯微鏡中。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100、200、300‧‧‧樣本收集元件
110、120、210、220、310、320‧‧‧基板/半導體基材
112、122、312、322‧‧‧第一表面
114、124、314、324‧‧‧第二表面
115、125、215、225、315‧‧‧第一凹槽
117、127、217、227、317‧‧‧第二凹槽
119、129、219、229、319、329‧‧‧觀測窗
130、230‧‧‧絕緣層
135‧‧‧間隔件
150、250、350‧‧‧樣本容納空間
151a、151b、151c、155a、155b、155c‧‧‧入口
153a、153b、153c、157a、157b、157c‧‧‧入口
152‧‧‧第一連通道
154a、154b‧‧‧第二連通道
159‧‧‧迴流區
162‧‧‧阻擋區
164‧‧‧反應電極
166‧‧‧加熱元件
167‧‧‧金屬導線
168‧‧‧感測元件
h1‧‧‧第一深度
h2‧‧‧第二深度
圖1A是依照本發明的一實施例的樣本收集元件的立體示意圖。 圖1B是圖1A的樣本收集元件沿A-A’面的剖面圖。 圖1C是圖1A的基板的俯視示意圖。 圖2A至圖2D是圖1A的樣本收集元件的樣本容納空間內的流場結構的示意圖。 圖3A至圖3C是依照本發明的另一實施例的樣本收集元件的示意圖。 圖4A至圖4C是依照本發明的另一實施例的樣本收集元件的示意圖。 圖5A至圖5C是依照本發明的另一實施例的樣本收集元件的示意圖。 圖6A及圖6B是依照本發明的另一實施例的樣本收集元件的示意圖。 圖7A至圖7C是依照本發明的另一實施例的樣本收集元件的示意圖。 圖8A至圖8F依序繪示本發明一實施例的樣本收集元件的製作流程。 圖9A至圖9G依序繪示本發明另一實施例的樣本收集元件的製作流程。
100‧‧‧樣本收集元件
110、120‧‧‧基板
112、122‧‧‧第一表面
114、124‧‧‧第二表面
115、125‧‧‧第一凹槽
117、127‧‧‧第二凹槽
129‧‧‧觀測窗
130‧‧‧絕緣層
135‧‧‧間隔件
150‧‧‧樣本容納空間
152‧‧‧第一連通道
154a、154b‧‧‧第二連通道

Claims (26)

  1. 一種樣本收集元件，包括： 兩基板，彼此相對疊置，各該基板具有一第一表面、與該第一表面相對的一第二表面、一第一凹槽以及至少一第二凹槽，該兩第一表面彼此相對設置，且該第一凹槽及該至少一第二凹槽分別位於該第一表面，其中各該基板的該第一凹槽共同形成一第一連通道，並各該基板的該第二凹槽共同形成連通至該樣本收集元件外的至少一第二連通道，且該第一連通道及該至少一第二連通道彼此連通；以及 一間隔件，配置於該兩第一表面之間，用以連接並固定該兩基板，其中該兩基板及該間隔件之間形成一樣本容納空間，且該樣本容納空間包括該第一連通道及該至少一第二連通道。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的樣本收集元件，其中該第一連通道及該至少一第二連通道分別具有一第一深度及一第二深度，並且該第二深度大於該第一深度。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的樣本收集元件，其中該第一深度的範圍是落在0.01微米至10微米。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的樣本收集元件，其中該第二深度的範圍是落在0.1微米至400微米。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的樣本收集元件，其中各該基板更包括一觀測窗，該觀測窗配置於該第二表面並且對應該樣本容納空間的該第一連通道的位置。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的樣本收集元件，更包括一入口及一出口，其中該入口位於該第一連通道及該至少一第二連通道的其中一端的開口，並且該出口位於該第一連通道及該至少一第二連通道的另一端的開口。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的樣本收集元件，更包括一入口及一出口，其中該入口位於該至少一第二連通道的其中一端的開口，並且該出口位於該至少一第二連通道的另一端的開口。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的樣本收集元件，其中該至少一第二連通道的數量為兩個，並且該些第二連通道的長度延伸方向與該第一連通道的長度延伸方向平行。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的樣本收集元件，其中各該第二連通道的兩端分別具有一入口及一出口，並且其中一個該第二連通道的該入口與另一個該第二連通道的該出口位於相同的一端。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的樣本收集元件，其中該兩基板的其中之一具有一入口，位於該基板的該第二表面，且該入口連通其中一個該第二連通道，該兩基板的其中另一具有一出口，位於該基板的該第二表面，且該出口連通另一個該第二連通道。
  11. 如申請專利範圍第8項所述的樣本收集元件，其中該兩基板的其中之一具有一入口及一出口，該入口及該出口分別位於該基板的該第二表面，並且分別連通至少其中一個該些第二連通道。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的樣本收集元件，更包括至少一組反應電極，配置於該第一連通道中。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的樣本收集元件，更包括至少一組加熱元件或是感測元件，配置於該至少一第二連通道中。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的樣本收集元件，更包括至少一組加熱元件或是感測元件，配置於該至少一第二連通道的其中一端的開口附近。
  15. 一種樣本收集元件，包括： 兩基板，彼此相對疊置，各該基板具有一第一表面、與該第一表面相對的一第二表面，其中一個該基板具有一第一凹槽以及至少一第二凹槽，且該第一凹槽及該至少一第二凹槽分別位於該第一表面，並該至少一第二凹槽連通至該樣本收集元件外，該兩基板的該兩第一表面彼此相對設置，其中該第一凹槽及該至少一第二凹槽彼此連通；以及 一間隔件，配置於該兩第一表面之間，用以連接並固定該兩基板，其中該兩基板及該間隔件共同圍繞形成一樣本容納空間。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的樣本收集元件，其中該兩基板的至少其中之一具有一觀測窗，配置於該第二表面並且對應該第一凹槽。
  17. 一種樣本收集元件的製作方法，包括： 在一半導體基材的一第一表面形成一第一凹槽及至少一第二凹槽； 在該半導體基材的該第一表面上及與該第一表面相對的一第二表面上形成一絕緣層； 圖案化位於該第一表面及該第二表面上的該絕緣層，其中該第二表面上的該絕緣層暴露出該第二表面的的局部區域； 在另一半導體基材上重覆前述步驟；以及 將該兩半導體基材藉由該兩第一表面上的該絕緣層相對接合，且該兩第一表面上的絕緣層形成一間隔件，用以連接並固定該兩半導體基材，該兩第一凹槽共同形成一第一連通道，該兩第二凹槽共同形成至少一第二連通道，且該第一連通道及該第二連通道彼此連通，其中該兩半導體基材以及該間隔物之間形成一樣本容納空間，並且該樣本容納空間包括該第一連通道及該至少一第二連通道。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的樣本收集元件的製作方法，更包括：在各該半導體基材的該第二表面被該絕緣層暴露的局部區域內形成一觀測窗，該觀測窗穿透該半導體基材，並且暴露出該第一表面上的部分該絕緣層。
  19. 如申請專利範圍第17項所述的樣本收集元件的製作方法，更包括：在各該半導體基材的該第一表面或該第二表面形成一入口或一出口，並且該入口或該出口分別連通該至少一第二連通道。
  20. 如申請專利範圍第17項所述的樣本收集元件的製作方法，更包括：在該半導體基材的該至少一第二凹槽的表面上形成加熱或感測元件。
  21. 如申請專利範圍第17項所述的樣本收集元件的製作方法，更包括：在該半導體基材的該至少一第二凹槽的其中一端的開口附近形成加熱或感測元件。
  22. 如申請專利範圍第21項所述的樣本收集元件的製作方法，更包括：在該加熱或感測元件上形成金屬導線。
  23. 如申請專利範圍第22項所述的樣本收集元件的製作方法，其中形成該金屬導線的方式包括金屬濺鍍及剝離(lift-off)。
  24. 如申請專利範圍第17項所述的樣本收集元件的製作方法，其中接合該兩半導體基材的該第一表面上的該絕緣層的方式包括陽極接合或高溫擴散接合。
  25. 如申請專利範圍第17項所述的樣本收集元件的製作方法，形成該第一凹槽及該至少一第二凹槽的方法包括藉由該第一表面上的絕緣層或在該絕緣層上塗佈光阻並定義圖形，以作為罩幕來蝕刻該半導體基材。
  26. 如申請專利範圍第25項所述的樣本收集元件的製作方法，其中蝕刻該半導體基材的方法包括乾式蝕刻。
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