JP4118358B2 - Micro incision device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、卵細胞、原生動物等微細な対象物を加工する際に用いる、マイクロ切開装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、卵細胞や原生動物等の微細な加工対象物を切開あるいは切断するために専用の切開刃が用いられている。このような微細な加工対象物は、一般に大きさが数μmから100μm程度である。従来、機械加工により数μmに薄膜化を施した金属刃や、破断したガラス片の中から適切な厚みの破片を抽出し、マニピュレータに設置して動かすことにより、加工対象の切開あるいは切断をおこなっていた。しかし、このような金属やガラス破片による切開刃を得るには、職人的な技術を必要とし、歩留まり良く安定した切開刃を得ることができなかった。
【0003】
そこで、本出願人は特願平6−218351において、半導体製造技術を用いたマイクロ切開装置を提案した。図8は、特願平6−218351において本出願人が提案したマイクロ切開装置100を示す概略斜視図である。このマイクロ切開装置は、切れ刃となる薄膜プレート102とそれを支持する支持体101からなり、シリコン基板上に薄膜を成長しパターニングしたあと、シリコン基板をエッチングすることにより得られる。このように半導体製造技術を用いて製造されたマイクロ切開装置100は、マニピュレータ(図示せず)に設置して操作される。
【0004】
このマイクロ切開装置は、半導体製造技術を使用して得られるので、大量に安価に、そして再現性良いものが得られると言う、それまでにない優れた特徴を持つものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このように、本出願人が特願平6−218351において提案したマイクロ切開装置は、上記のように優れた特徴を有するものである。しかしながら、近年、この技術分野において、さらなる特性を有するマイクロ切開装置が望まれている。 マイクロ切開装置は、微細な加工物を対象とし、一般に顕微鏡下で操作する。しかし、たとえ顕微鏡を使用しても、マニュピレータへの設置が適当でないと、支持体が障害物となり加工物を載せるプレパラート等と接触する可能性があり、操作性の向上が望まれている。本発明のマイクロ切開装置はそのような要望に鑑みてなされたものであり、対象物を切開、切断するための操作性を更に向上させることを目的とする。
【0006】
あるいは、本発明のマイクロ切開装置は、耐久性、特に機械的耐久性を向上させることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1のマイクロ切開装置は、結晶方位(100)のシリコン基板の面上に設けられた薄膜を半導体製造技術を用いてパターニングして形成された薄膜プレートと、前記シリコン基板をエッチングマスクにて部分的にエッチング除去して形成され、前記エッチングマスクに対応する形状を有し、該薄膜プレートを支持し、周囲の面が結晶方位(111)の面である支持体と、前記薄膜プレートを補強するために設けられ、前記シリコン基板をアンダーエッチングすることにより前記薄膜プレートの少なくとも根本領域の一部に梁状に配置されシリコンからなり前記支持体とは異なる結晶方位の面を有する補強部材とを有し、前記支持体は、前記薄膜プレートを固定し前記薄膜プレートが突出する主稜部と、前記主稜部の側部に位置する側稜部とを有し、前記補強部材は、前記主稜部の前記(111)の面から前記薄膜プレートに沿って設けられ、前記主稜部の少なくとも一部は、(111)の面が露出しており、前記薄膜プレートは、前記支持体の少なくとも一方の側稜部又は前記側稜部の延長線より突出して配置され、且つ、少なくとも先端部は前記補強部材から突出していることを特徴とする。この構成により、支持体は障害物にはなり得ず、加工対象物を搭載させるスライドガラスと接触することがない。このため、対象物を切開、切断するための操作性が向上したマイクロ切開装置を提供することが可能となる。さらに請求項1のマイクロ切開装置は、補強部材を有するので薄膜プレートの機械的耐久性が格段に向上する。このため、耐久性の向上したマイクロ切開装置を提供することが可能となる。補強部材は、根本領域の一部に設けさえすれば、あたかも梁のような作用を施し確実にマイクロ切開装置の機械的耐久性は向上する。しかし、これに限らず、たとえば補強部材が薄膜プレートの中央付近まで延在しても構わない。
【0010】
また、請求項2のマイクロ切開装置は、請求項1に記載のマイクロ切開装置において、支持体側の前記薄膜プレートの面には薄膜プレートを補強するプレート強化膜がさらに設けられることを特徴とする。この構成により、薄膜プレートの機械的耐久性が格段に向上する。このため、耐久性の向上したマイクロ切開装置を提供することが可能となる。また、薄膜プレートの機械的剛性も向上し、これまで切断、切開が不可能であった剛性の高い対象物さえも加工することが可能となる。
【0011】
また、請求項3のマイクロ切開装置は、請求項1又は請求項2に記載のマイクロ切開装置において、前記薄膜プレートの端部は、テーパ状領域を有することを特徴とする。この構成により、薄膜プレート端部の切れ刃は鋭角となる。このため、鋭利な切れ刃を有するマイクロ切開装置を提供することが可能となる。
【0012】
また、請求項4のマイクロ切開装置は、請求項1から請求項3のいずれかに記載のマイクロ切開装置において、前記薄膜プレートの端部は、ノコギリ刃を有することを特徴とする。この構成により、ノコギリ形状の切れ刃を有するマイクロ切開装置を提供することが可能となる。微細な加工対象物に切れ刃を押し当てると、加工対象物が滑るように切れ刃から逃げていく可能性がある。しかし、切れ刃をノコギリ形状にすれば、これを防止することが可能となる。
【0013】
また、請求項5のマイクロ切開装置は、請求項1から請求項4のいずれかに記載のマイクロ切開装置において、前記薄膜プレートは窒化シリコン膜であることを特徴とする。半導体製造技術の内、シリコン基板を加工するシリコンプロセスは最も確立された技術である。また、窒化シリコン膜は、シリコンプロセスにおいて成膜が容易で、また、シリコンを強塩基溶液でエッチングする際、シリコンに対するマスク材となり、かつ、比較的強度の高い膜として知られている。支持体にシリコン基板から加工したシリコンを使用し、薄膜プレートに窒化シリコン膜を用いれば、このような優れたシリコンプロセスを使用でき、安価で容易に優れたマイクロ切開装置を提供することが可能となる。
【0015】
また、請求項6のマイクロ切開装置は、請求項2に記載のマイクロ切開装置において、前記プレート強化膜はボロン・ドープシリコンであることを特徴とする。シリコンプロセスを用いて支持体を形成するなら、シリコンにボロンをドープして、シリコンエッチングすることにより容易にボロン・ドープシリコンからなるプレート強化膜を得ることができる。このため、容易に機械的耐久性および機械的強度の向上したマイクロ切開装置を提供することが可能となる。
また、請求項7のマイクロ切開装置の製造方法は、上面及び下面の結晶方位が(100)面を有するシリコン基板を準備し、前記シリコン基板の前記上面、及び、前記下面に薄膜を形成し、前記上面の上の前記薄膜を薄膜プレートの形状にパターニングし、前記下面の上の前記薄膜を支持体の形状にパターニングし、前記上面、及び、前記下面の薄膜をエッチングマスクとして、前記シリコン基板を異方性のアンダーエッチングを行うことを特徴とする。
また、請求項8のマイクロ切開装置の製造方法は、請求項7に記載の製造方法において、前記異方性エッチングは、前記支持体の周囲が結晶方位(111)面で覆われる前にエッチングを停止することにより、アンダーエッチングさせることを特徴とする。
また、請求項9のマイクロ切開装置の製造方法は、請求項7又は8に記載の製造方法において、前記異方性エッチングは、略10%のアンダーエッチングであることを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は、第1の実施形態のマイクロ切開装置であり(a)は平面図、(b)は(a)のA−A’部における断面図である。
本実施の形態のマイクロ切開装置10は、シリコン基板から形成された支持体11と、窒化シリコン膜をパターニングして形成され支持体11に支持された薄膜プレート12からなる。支持体11は、薄膜プレート12を実質的に固定する主稜部15a(頂点x、yを結ぶ線)と、その主稜部の両側部に位置する側稜部15b(頂点w、xを結ぶ線)、15c(頂点y、zを結ぶ線)を有する。主稜部15aの反対側にはホルダーを介してマニュピレータが接続される(図示せず)。なお、14は窒化シリコン膜であり、支持体11の形状にパターニングされている。
【0017】
薄膜プレート12は、長靴状の形状を有しており端部13を切れ刃として使用する。これは、後述する半導体製造技術で形成される。薄膜プレート12は、一方の側稜部15bの延長線16より外側に突出している。このようにすれば、加工物を切断、切開する際、側稜部15b、15cが障害となることがなく、操作性が向上する。
【0018】
図2は、本実施形態のマイクロ切開装置10を用いてウニ卵17(直径100μm)を切断する概念図である。マイクロ切開装置10をアルミニウム棒からなるホルダー18の先端に固定し、ホルダー18を油圧のマニピュレータ(図示せず)に取り付けた。切断するウニ卵17をスライドガラス19上に載せ、顕微鏡(図示せず)で観察しながら、上方よりマイクロ切開装置の切れ刃13を押し当ててマニピュレータを操作した。支持体11はスライドガラス19に当たることなく、即ち、支持体11が切断操作の障害となること無く、容易にウニ卵17を切断することが可能であった。マイクロ切開装置の操作性は、極めて向上することが判明した。同様な切断を牛卵子(直径60μm)、マウス卵子(直径30μm)でも実施したが、これらの切断においても操作性の向上が実証された。
【0019】
次に、図3を用いて本実施形態のマイクロ切開装置の製造工程を説明する。(100)面方位の厚さ250μmのシリコン基板(Si)21の両面に、減圧化学気相成長法(LPCVD)を用いて、窒化シリコン膜(SiNx)22を0.7μmの厚さに成膜した[図3(a)]。そして、基板上面の窒化シリコン膜22を薄膜プレートの形状にパターニング(23)し、下面の窒化シリコン膜22を支持体の形状にパターニング(25)した[図3(b)]。
【0020】
パターニングはフォトリソグラフィーとドライエッチング法を用いた。ドライエッチングは、SF6、Heをエッチングガスとして圧力を0.24torr、パワーを200Wの条件で反応性イオンエッチング装置で実施した。この条件で、図3(b)に示す如く薄膜プレートの切れ刃26の断面形状をテーパ状にすることができ、鋭利な切れ刃を得ることが可能である。
【0021】
その後、この基板をテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液に浸し、基板をエッチングした。TMAH水溶液にシリコンを浸すと、結晶方位(111)面が(100)面よりも溶解速度が著しく遅いため異方性エッチングが進行する。また、TMAH水溶液は、窒化シリコン膜を溶解しない。よって、窒化シリコン膜22は、シリコン基板をエッチングするときのエッチングマスクとして作用する。シリコン基板のエッチングは、TMAHの温度が85℃でおよそ320分で完了する。ここでは、基板の不要な領域を完全に除去するため、30分程度(1割程度)長めに実施した。この工程で支持体となるシリコンが残り、マイクロ切開装置が完成した[図3(c)]。
【0022】
このように、本実施形態のマイクロ切開装置は、半導体製造技術、特に最も確立されたシリコンプロセスを使用して製造できるので、安価で優れたものとなる。更に、薄膜プレートの形状も基板上に形成する薄膜(本実施形態では窒化シリコン膜)をパターニングするフォトリソマスクを変えることにより、容易に変更できる。第1の実施形態の変形例によるマイクロ切開装置40の平面図を図4に示す。薄膜プレートは、側稜部又は側稜部の延長線より突出すれば操作性が向上するのである。
【0023】
図5は、第2の実施形態のマイクロ切開装置であり(a)は平面図、(b)は(a)のB−B’部における断面図である。ただし、平面図では補強部材55を透視して記載している。
第1の実施形態のマイクロ切開装置10との相違点は、第2の実施形態のマイクロ切開装置50には、ボロンドープ・シリコンで形成されたプレート強化膜54が薄膜プレート52の支持体51側の面(本図では下側の面)に配置された点と、薄膜プレート52の根本領域から薄膜プレート52の中央にかけてシリコンで形成された補強部材55が配置された点にある。シリコンで形成された支持体51が窒化シリコン膜による薄膜プレート52を支持する構成は、第1の実施形態と同様である。
【0024】
補強部材55は、薄膜プレート52の根本に梁のように配置される。このため、補強部材55により、薄膜プレート52の機械的耐久性が格段に向上し、それに従って、マイクロ切開装置50の耐久性も向上する。補強部材は、根本領域の一部に設けさえすれば、確実にマイクロ切開装置の機械的耐久性は向上する。しかし、本実施形態のように、薄膜プレート52の中央付近まで延在させても構わない。
【0025】
プレート強化膜54は、薄膜プレート52の下にほぼ一面配置される。ただし、切れ刃53付近にまで延在すると対象物の切断、切開を妨げる可能性がある。このため、図5に示したように切れ刃53付近にまで配置させない方がより好ましい。プレート強化膜54により、薄膜プレート54の機械的耐久性が格段に向上し、それに従って、マイクロ切開装置の機械的耐久性は向上する。また、薄膜プレートの機械的剛性も向上し、これまで切断、切開が不可能であった剛性の高い対象物さえも加工することが可能となる。
【0026】
次に、図6を用いて本実施形態のマイクロ切開装置の製造工程を説明する。(100)面方位の厚さ250μmのシリコン基板61の両面に、周知のシリコンプロセスによる熱酸化法に従って、熱酸化シリコン膜(図示せず)を形成し、後にプレート強化膜となる領域が露出するように熱酸化シリコン膜を除去した。残った熱酸化シリコン膜をマスクとして周知の熱拡散法に従い、ボロン(B)をシリコン基板61にドーピング(拡散)し、ボロンドープ・シリコン62を形成した。ボロンの拡散は、固相拡散源を使用して1175℃、30分間の熱処理で実施した。この条件で、ボロンドープ・シリコン62のボロンの濃度は、シリコン基板の表面から深さ2μmの位置で1立方cm当たり2*10の20乗 となった。次いで、熱酸化シリコン膜を除去した。ここまでの工程で得られた構造を図6(a)に示す。
【0027】
次に、減圧化学気相成長法(LPCVD)を用いて、窒化シリコン膜(SiNx)63を0.7μmの厚さに成膜した[図6(b)]。そして、基板上面の窒化シリコン膜63を薄膜プレートの形状にパターニング(64)し、下面の窒化シリコン膜63を支持体の形状にパターニング(65)した[図6(c)]。
パターニングはフォトリソグラフィーとドライエッチング法を用いた。ドライエッチングは、SF6、Heをエッチングガスとして圧力を0.24torr、パワーを200Wの条件で反応性イオンエッチング装置で実施した。この条件で、図6(c)に示す如く薄膜プレートの切れ刃64の断面形状をテーパ状にすることができ、鋭利な切れ刃を得ることが可能である。
【0028】
なお、基板上面のパターニングでは、切れ刃部分の窒化シリコン膜63が、ボロンドープ・シリコン62よりも10〜20μm程度突出するようにパターニングした。
次に、支持体69、プレート強化膜68および補強部材66を形成するために、この基板を水酸化カリウム(KOH)水溶液に浸し、基板をエッチングした。水酸化カリウム(KOH)水溶液にシリコンを浸すとテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)水溶液と同様に結晶方位(111)面が(100)面よりも著しく溶解速度が遅いため異方性エッチングが進行する。また、水酸化カリウム水溶液は、窒化シリコン膜を溶解しない。よって、窒化シリコン膜は、シリコン基板をエッチングするときのエッチングマスクとして作用する。
【0029】
また、ボロンがドープされたシリコンは、水酸化カリウム水溶液による溶解速度がボロンがドープされていないシリコンに比べて著しく遅い。このため、ボロンドープ・シリコン62は、窒化シリコン膜63の下面に残存し、プレート強化膜68となる。また、シリコン基板のエッチングは、KOHの温度が85℃でおよそ100分でジャストエッチングとなる。しかし、ここでは、補強部材66を形成するために、10分間(1割程度)アンダーエッチングとした(90分)。この条件で、補強部材66が薄膜プレート64の根本付近に梁のように形成された。
【0030】
そして、この工程で支持体69、プレート強化膜68、補強部材66が同時に形成され、本実施形態のマイクロ切開装置が完成した[図6(d)]。
このように、本実施形態のマイクロ切開装置は、シリコンプロセスを使用するため安価で優れたものとなるばかりでなく、補強部材を配置させたため、薄膜プレートの機械的耐久性が格段に向上し、それに従って、マイクロ切開装置の耐久性も向上する。また、プレート強化膜により、薄膜プレートの機械的耐久性と機械的剛性が向上し、これまで切断、切開が不可能であった剛性の高い対象物さえも加工することが可能となる。
【0031】
図7は、第2の実施形態の変形例によるマイクロ切開装置70を示す平面図である。ただし、補強部材75を透視して記載している。支持体71に支持される薄膜プレート72の切れ刃73は、ノコギリ刃が配置される。微細な加工対象物に切れ刃を押し当てると、加工対象物が滑るように切れ刃から逃げていく可能性がある。しかし、切れ刃をノコギリ形状にすれば、これを防止することが可能となる。この変形例によるマイクロ切開装置70は、プレート強化膜(図示せず)、補強部材75が配置される。しかし、これに限らず、プレート強化膜や補強部材を配置せずに薄膜プレートの切れ刃にノコギリ刃を配置させても同様な効果を生ずる。
【0032】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のマイクロ切開装置は、近年要望された効果を有する。
請求項1記載のマイクロ切開装置は、支持体が障害となって切断、切開を妨げる事がない。このため、操作性が格段に向上する。
【0033】
請求項1記載のマイクロ切開装置は、補強部材が梁のような効果がある。このため、マイクロ切開装置の機械的耐久性は格段に向上する。
また、プレート強化膜を配置すれば、薄膜プレートの機械的耐久性と機械的剛性が格段に向上する。
また、切れ刃をテーパー状にすれば、加工物に対する切れ特性が格段に向上する。
【0034】
また、切れ刃をノコギリ刃とすれば、加工物が切れ刃から逃げていく事を防止する効果がある。
また、シリコンプロセスを使用すれば、支持体、プレート強化膜、補強部材を同時に形成することが可能となり、特に複雑な工程を追加することがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態のマイクロ切開装置であり(a)は平面図、(b)は(a)のA−A’部における断面図である。
【図2】第1の実施形態のマイクロ切開装置を用いてウニ卵を切断する概念図である。
【図3】第1の実施形態のマイクロ切開装置の製造工程図である。
【図4】第1の実施形態の変形例によるマイクロ切開装置を示す平面図である。
【図5】第2の実施形態のマイクロ切開装置であり(a)は平面図、(b)は(a)のB−B’部における断面図である。
【図6】第2の実施形態のマイクロ切開装置の製造工程図である。
【図7】第2の実施形態の変形例によるマイクロ切開装置を示す平面図である。
【図8】従来のマイクロ切開装置を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
10、40、50、70、100 マイクロ切開装置
11、24、41、51、69、71、101 支持体
12、23、42、52、64、72、102 薄膜プレート
13、26、43、53、67 切れ刃
14、25、56、65 窒化シリコン膜
15a 主稜部
15b、15c 側稜部
16 側稜部15bの延長線
17 ウニ卵
18 ホルダー
19 スライドガラス
21、61 シリコン基板
22、63 窒化シリコン膜
54、68 プレート強化膜
55、66、75 補強部材
62 ボロンドープ・シリコン
73 ノコギリ刃[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a micro incision device used when processing a fine object such as an egg cell or a protozoan.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a dedicated cutting blade has been used to cut or cut fine objects such as egg cells and protozoa. Such a fine workpiece is generally about several μm to 100 μm in size. Conventionally, a metal blade that has been thinned to several μm by machining or a piece of glass with an appropriate thickness extracted from a broken piece of glass, and placed on a manipulator and moved to cut or cut the workpiece. It was. However, in order to obtain a cutting blade made of such metal or glass fragments, craftsmanship is required, and a stable cutting blade with a high yield cannot be obtained.
[0003]
Therefore, the present applicant has proposed a micro incision device using a semiconductor manufacturing technique in Japanese Patent Application No. 6-218351. FIG. 8 is a schematic perspective view showing the
[0004]
Since this micro incision device is obtained by using a semiconductor manufacturing technique, it has an unprecedented excellent feature that it can be obtained in large quantities at low cost and with good reproducibility.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, the micro incision device proposed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 6-218351 has excellent characteristics as described above. However, in recent years, there has been a desire in the art for a micro incision device with additional properties. A micro incision device is intended for fine workpieces and is generally operated under a microscope. However, even if a microscope is used, if the installation on the manipulator is not appropriate, the support may become an obstacle and come into contact with a preparation or the like on which a workpiece is placed, and improvement in operability is desired. The micro incision device of the present invention has been made in view of such a demand, and an object thereof is to further improve the operability for incising and cutting an object.
[0006]
Alternatively, the micro incision device of the present invention aims to improve durability, particularly mechanical durability.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to another aspect of the present invention, there is provided a micro-cutting device comprising: a thin film plate formed by patterning a thin film provided on a surface of a silicon substrate having a crystal orientation (100) using a semiconductor manufacturing technique; and the silicon substrate using an etching mask. A support formed by partially etching away, having a shape corresponding to the etching mask, supporting the thin film plate, and having a crystal orientation (111) as a peripheral surface, and reinforcing the thin film plate And a reinforcing member having a crystal orientation different from that of the support, which is made of silicon and is arranged in a beam shape in at least a part of the root region of the thin film plate by under-etching the silicon substrate. And the support includes a main ridge portion on which the thin film plate is fixed and the thin film plate protrudes, and a side ridge located on a side portion of the main ridge portion. It has the door, the reinforcing member, the main the ridge portion provided along the thin plate from a surface of (111), at least a portion of the main ridge is exposed face (111) cage, the thin film plate, said support being arranged to protrude from the extension line of at least one side edge portion or the side edge portion, and, at least the tip portion, characterized that you have to project from the reinforcing member. With this configuration, the support cannot be an obstacle and does not come into contact with the slide glass on which the workpiece is mounted. For this reason, it is possible to provide a micro incision device with improved operability for incising and cutting an object. Furthermore, since the micro incision apparatus according to claim 1 has the reinforcing member, the mechanical durability of the thin film plate is remarkably improved. For this reason, it becomes possible to provide a micro incision device with improved durability. As long as the reinforcing member is provided in a part of the root region, it acts as if it were a beam, and the mechanical durability of the micro incision device is reliably improved. However, the present invention is not limited to this. For example, the reinforcing member may extend to the vicinity of the center of the thin film plate.
[0010]
The micro incision apparatus according to claim 2 is the micro incision apparatus according to claim 1 , wherein a plate reinforcing film for reinforcing the thin film plate is further provided on the surface of the thin film plate on the support side. With this configuration, the mechanical durability of the thin film plate is significantly improved. For this reason, it becomes possible to provide a micro incision device with improved durability. In addition, the mechanical rigidity of the thin film plate is improved, and even a highly rigid object that could not be cut or incised before can be processed.
[0011]
The micro incision device according to claim 3 is the micro incision device according to claim 1 or 2 , wherein an end of the thin film plate has a tapered region. With this configuration, the cutting edge at the end of the thin film plate has an acute angle. For this reason, it becomes possible to provide a micro incision device having a sharp cutting edge.
[0012]
The micro incision device according to claim 4 is the micro incision device according to any one of claims 1 to 3 , wherein an end portion of the thin film plate has a saw blade. With this configuration, it is possible to provide a micro incision device having a saw-shaped cutting edge. When the cutting edge is pressed against a fine workpiece, there is a possibility that the workpiece will escape from the cutting edge so as to slide. However, this can be prevented by making the cutting edge into a saw-tooth shape.
[0013]
A micro incision apparatus according to claim 5 is the micro incision apparatus according to any one of claims 1 to 4 , wherein the thin film plate is a silicon nitride film. Among semiconductor manufacturing technologies, the silicon process for processing a silicon substrate is the most established technology. A silicon nitride film is known as a film that can be easily formed in a silicon process, and serves as a mask material for silicon when silicon is etched with a strong base solution and has a relatively high strength. If silicon processed from a silicon substrate is used for the support and a silicon nitride film is used for the thin film plate, such an excellent silicon process can be used, and it is possible to provide an excellent micro cutting device easily at low cost. Become.
[0015]
According to a sixth aspect of the present invention, in the micro cutting device according to the second aspect, the plate reinforcing film is boron-doped silicon. If the support is formed using a silicon process, a plate reinforcing film made of boron-doped silicon can be easily obtained by doping silicon with boron and etching the silicon. For this reason, it becomes possible to provide a micro incision device with improved mechanical durability and mechanical strength.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a micro-cutting device, comprising preparing a silicon substrate having a crystal orientation of (100) on the upper surface and the lower surface, and forming thin films on the upper surface and the lower surface of the silicon substrate, The thin film on the upper surface is patterned in the shape of a thin film plate, the thin film on the lower surface is patterned in the shape of a support, and the silicon substrate is formed using the upper surface and the thin film on the lower surface as an etching mask. An anisotropic under-etching is performed.
The manufacturing method of the micro cutting device according to claim 8 is the manufacturing method according to claim 7, wherein the anisotropic etching is performed before the periphery of the support is covered with a crystal orientation (111) plane. It is characterized by under-etching by stopping.
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a micro incision device according to the seventh or eighth aspect, wherein the anisotropic etching is approximately 10% under-etching.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
1A and 1B show a micro incision device according to a first embodiment, in which FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along a line AA ′ in FIG.
The
[0017]
The
[0018]
FIG. 2 is a conceptual diagram of cutting a sea urchin egg 17 (
[0019]
Next, the manufacturing process of the micro incision device of this embodiment will be described with reference to FIG. A silicon nitride film (SiNx) 22 having a thickness of 0.7 μm was formed on both sides of a silicon substrate (Si) 21 having a thickness of (100) plane of 250 μm by using low pressure chemical vapor deposition (LPCVD). [FIG. 3 (a)]. Then, the
[0020]
For patterning, photolithography and dry etching were used. Dry etching was performed with a reactive ion etching apparatus under the conditions of SF6, He as etching gas, pressure of 0.24 torr, and power of 200 W. Under this condition, the cross-sectional shape of the
[0021]
Then, this board | substrate was immersed in the tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution, and the board | substrate was etched. When silicon is immersed in an aqueous TMAH solution, anisotropic etching proceeds because the crystal orientation (111) plane has a significantly slower dissolution rate than the (100) plane. Further, the TMAH aqueous solution does not dissolve the silicon nitride film. Therefore, the
[0022]
As described above, the micro incision apparatus according to the present embodiment can be manufactured by using a semiconductor manufacturing technique, particularly the most established silicon process, so that it is inexpensive and excellent. Further, the shape of the thin film plate can be easily changed by changing a photolithographic mask for patterning a thin film (a silicon nitride film in this embodiment) formed on the substrate. FIG. 4 shows a plan view of a
[0023]
5A is a plan view, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 5A. However, in the plan view, the reinforcing
The difference from the
[0024]
The reinforcing
[0025]
The
[0026]
Next, the manufacturing process of the micro incision device of this embodiment will be described with reference to FIG. A thermally oxidized silicon film (not shown) is formed on both sides of a
[0027]
Next, a silicon nitride film (SiNx) 63 was formed to a thickness of 0.7 μm using low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) [FIG. 6B]. Then, the
For patterning, photolithography and dry etching were used. Dry etching was performed with a reactive ion etching apparatus under the conditions of SF6, He as etching gas, pressure of 0.24 torr, and power of 200 W. Under this condition, the cross-sectional shape of the
[0028]
In the patterning of the upper surface of the substrate, the
Next, in order to form the
[0029]
In addition, silicon doped with boron has a significantly slower dissolution rate with an aqueous potassium hydroxide solution than silicon not doped with boron. Therefore, the boron-doped
[0030]
In this step, the
As described above, the micro incision apparatus according to the present embodiment is not only inexpensive and excellent because it uses a silicon process, but also has a reinforcing member, so that the mechanical durability of the thin film plate is significantly improved. Accordingly, the durability of the micro cutting device is also improved. Further, the plate reinforcing film improves the mechanical durability and mechanical rigidity of the thin film plate, and it is possible to process even a highly rigid object that could not be cut or cut.
[0031]
FIG. 7 is a plan view showing a
[0032]
【The invention's effect】
As described above in detail, the micro incision device of the present invention has an effect that has been recently demanded.
In the micro incision device according to the first aspect, the support does not obstruct the cutting and incision due to the support. For this reason, operability is significantly improved.
[0033]
In the micro incision device according to claim 1 , the reinforcing member has an effect like a beam. For this reason, the mechanical durability of the micro incision device is significantly improved.
Further, if a plate reinforcing film is disposed, the mechanical durability and mechanical rigidity of the thin film plate are remarkably improved.
Further, if the cutting edge is tapered, the cutting characteristics for the workpiece are remarkably improved.
[0034]
Moreover, if the cutting edge is a saw blade, there is an effect of preventing the workpiece from escaping from the cutting edge.
If the silicon process is used, the support, the plate reinforcing film, and the reinforcing member can be formed at the same time, and no particularly complicated process is added.
[Brief description of the drawings]
1A is a plan view of a micro incision device according to a first embodiment, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along a line AA ′ in FIG.
FIG. 2 is a conceptual diagram of cutting sea urchin eggs using the micro incision device according to the first embodiment.
FIG. 3 is a manufacturing process diagram of the micro incision device according to the first embodiment;
FIG. 4 is a plan view showing a micro incision device according to a modification of the first embodiment.
5A is a plan view of a micro incision device according to a second embodiment, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 5A.
FIG. 6 is a manufacturing process diagram of the microtomy device according to the second embodiment.
FIG. 7 is a plan view showing a micro incision device according to a modification of the second embodiment.
FIG. 8 is a schematic perspective view showing a conventional micro incision device.
[Explanation of symbols]
10, 40, 50, 70, 100
Claims (9)
前記支持体は、前記薄膜プレートを固定し前記薄膜プレートが突出する主稜部と、前記主稜部の側部に位置する側稜部とを有し、
前記補強部材は、前記主稜部の前記(111)の面から前記薄膜プレートに沿って設けられ、
前記主稜部の少なくとも一部は、(111)の面が露出しており、
前記薄膜プレートは、前記支持体の少なくとも一方の側稜部又は前記側稜部の延長線より突出して配置され、且つ、少なくとも先端部は前記補強部材から突出していることを特徴とするマイクロ切開装置。A thin film plate formed by patterning a thin film provided on the surface of a silicon substrate having a crystal orientation (100) using a semiconductor manufacturing technique, and the silicon substrate is partially removed by etching using an etching mask. A support having a shape corresponding to the etching mask, supporting the thin film plate, and having a peripheral surface having a crystal orientation (111), and a reinforcing member for the thin film plate; A reinforcing member having a plane of crystal orientation different from that of the support, which is made of silicon and is arranged in a beam shape in at least a part of the base region of the thin film plate by under-etching,
The support has a main ridge portion that fixes the thin film plate and from which the thin film plate protrudes, and a side ridge portion located on a side portion of the main ridge portion,
The reinforcing member is provided along the thin film plate from the (111) surface of the main ridge,
At least a part of the main ridge has a (111) surface exposed,
The thin plate, said support being arranged to protrude from the extension line of at least one side edge portion or the side edge portion, and, microdissection device at least the tip portion, characterized that you have to protrude from the reinforcement member .
前記シリコン基板の前記上面、及び、前記下面に薄膜を形成し、
前記上面の前記薄膜を薄膜プレートの形状にパターニングし、前記下面の前記薄膜を支持体の形状にパターニングし、
前記上面、及び、前記下面の薄膜をエッチングマスクとして、前記シリコン基板を異方性のアンダーエッチングを行うことを特徴とするマイクロ切開装置の製造方法。Preparing a silicon substrate having an upper surface and a lower surface with a (100) crystal orientation;
Forming a thin film on the upper surface and the lower surface of the silicon substrate;
Patterning the thin film on the upper surface into the shape of a thin film plate, patterning the thin film on the lower surface into the shape of a support,
A method for manufacturing a micro incision device, wherein anisotropic under etching is performed on the silicon substrate using the upper surface and the thin film on the lower surface as an etching mask.
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US09/031,348 US6003419A (en) | 1997-02-28 | 1998-02-27 | Microcutting device and incising method |
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